표면 품질을 보장하는 광학 측정

기능적 표면을 가진 부품을 제작할 경우 그 품질을 유지하려면 적합한 측정 기술이 필요하다. 이때 다양한 광학 측정법들이 해법을 제공하는데, 표준과 사양도 믿을 만하고 유사한 결과를 얻기 위한 기초를 형성한다.

공학박사 안네도레 보세 문데(Annedore Bose-Munde): 경제 및 기술 전문 에디터

표면의 기능화와 품질 요건이 증가함에 따라 표면기술의 광학 측정이 더욱 중요해지고 있다. 작년 6월 독일 Stuttgart 근처 뉘르팅겐(Nürtingen)에서 열린 VDI 심포지움에서 이 같은 주제를 다루었다. 이 행사의 주요 초점은 비접촉 구조 테스트, 공작 기계 측정, 광학 부품 테스트, 재료 및 구성 요소의 비파괴 검사, 광학 시스템의 안전한 사용과 표준화였다.

측정 기술 통합 트렌드

진동 시험기에 설치된 백색광 간섭계

VDI 심포지움에서 카셀 대학 (University of Kassel)의 전기 공학 / 컴퓨터 과학과 교수 페터 레만 교수는 간섭계 정밀 센서의 기계 통합에 대한 강연을 하였다. “산업 측정 기술에서 측정 장비를 산업 생산 프로세스로 통합하려는 추세는 계속되고 있습니다. 이 프로세스 또는 기계 통합 측정을 통해 생산 프로세스의 다양한 단계에서 관련 구성 요소 매개 변수를 완벽하게 문서화할 수 있으며 인더스트리 4.0 개념의 구현 측면에서도 더욱 그러합니다. 산업 생산의 효율성 증대에도 기여합니다.” 이는 마이크로 토폴로지 또는 구성 요소의 모양이 중요한 모든 산업용 어플리케이션과 관련이 있다. 이에 해당하는 산업 어플리케이션은 렌즈, 거울, 프리즘과 같은 광학 부품 생산 공정에서 마이크로 공학, 마이크로 구조 제작, 기계 제조 또는 자동차 산업의 씰링면 또는 활주면 테스트 등에 이른다. 적절히 이행되는 경우, 공정 중 측정 기술을 사용하여 산업 생산 효율이 더욱 향상된다. 이는 측정을 기반으로 프로세스 흐름을 최적화하고 불량품을 줄이며 번거로운 재 작업을 방지한다. (페터 레만)

공차가 1μm 미만인 0-결함 생산은 특히 경제적 생태학적 이유로 제조 기술에서 추구하는 바이다. 동시에 부품의 허용 오차는 점점 작아지고 있다. “현재 CNC 선반이 달성 가능한 정밀도와 생산 품질은 기계 축의 열팽창과 변형, 공구 마모, 축 유격 및 진동에 의해 제한적입니다. 따라서 100 % 공정 제어를 위한 측정은 필수 불가결합니다.” (로버트 쿠쉬미어츠, 드레스덴 기술 대학 전기 공학 기초 연구소 연구원) 그는 뉘르팅엔에서 위상 평가 (P-LDDS)를 포함한 레이저 도플러 거리 센서의 기능 원리와 구조를 제시하고 공작 기계에 적용하는 방법을 설명하였다. “소개한 광학 센서는 회전하는 공작물의 절대 형상 측정과 항공기 로터 또는 진공 펌프 구동축과 같이 빠르게 움직이는 물체의 속도, 위치, 변형, 진동 측정이 가능합니다. 목표는 100 % 공정 제어와 회전 부품의 0- 결함 생산입니다. 이를 위해 선삭 가공과 선반 작업 중 피삭재 형상과 재료 제거를 직접 제어할 수 있도록 측정합니다.” (로버트 쿠쉬미어츠)

재료 시험 및 부품 시험

스위스 북스의 NTB 공과대학 총장 대리인 안드레아스 에터마이어 교수의 강의는 특정 광학 측정법의 특성, 다시 말해 임의의 부품 변형을 3차원적으로 그리고 전체적으로 분석하는 방법을 다루었다. „이러한 특성은 부품이 특정 응력을 받을 경우 왜 그리고 어떻게 거동하는지 그리고 이를 어떻게 최적화할 수 있는지를 이해하고자 합니다. 결국 이러한 측정법을 재료 시험과 부품 시험에 사용하는 것은 부품의 신뢰성과 안전성을 높이는 데 기여합니다.“ (안드레아스 에터마이어) 이런 방법들은 진동 및 운동 분석과 모든 하이테크 산업 분야의 신장과 응력 분석에 이용된다. 이러한 분석법을 적용하는 것은 무게와 재료를 줄여서 에너지 소비와 원료 소비를 줄이고자 함이며, 수명을 연장하는 것도 목적에 포함된다.

„앞으로 산업계에서는 변형되는 물체 또는 탄성 물체를 측정해야 하는 작업이 늘어날 것입니다. 이러한 물체들은 측정 중에 전체적으로 또는 부분적으로 영역이 변할 수 있습니다.“
토마스 루만 교수, 올덴부르크에 위치한 야데 대학의 응용 사진 측량 및 지리 정보학 연구소 소장

독일 북서부 올덴부르크에 위치한 야데 대학의 응용 사진 측량 및 지리 정보학 연구소 소장인 토마스 루만 교수는 로터 블레이드의 변형을 광학 측정하는 방법을 연구하고 있다. „산업계에서는 앞으로 변형되는 물체와 탄성 물체를 측정해야 하는 측정 작업이 늘어날 것으로 예상합니다. 이러한 물체들은 측정 중에 전체적으로 또는 부분 영역이 변할 수 있습니다. 풍력 발전소의 로터 블레이드는 실제 작동 시 휨 또는 비틀림과 같은 변형을 겪습니다.“ (토마스 루만) 풍력 발전 분야 외에도 자동차 제조, 항공 우주 기술 또는 재료 연구 분야의 어플리케이션에도 해당된다. 토마스 루만 교수는 풍력 발전소와 관련하여 변경 거동에 대해 많이 알수록 비용을 절감하고, 시스템의 수명을 늘리고 효율성을 높일 수 있다고 하였다.