50년 이상 진화해 온 3차원 측정기(CMM), 다음 단계는 무엇일까?

2024.03.08 12:51:52

김진희 기자 jjang@hellot.net

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3차원 측정기(CMM)는 1960년대로 거슬러 올라가는 풍부한 역사를 가지고 있다. CMM은 50년 이상 계측 분야의 초석이 되어 왔으며, 제조업체가 물체를 정밀하고 정확하게 측정하고 검사하는 방식에 혁신을 가져왔다.

 

창립 이래 CMM은 항공우주에서 자동차에 이르기까지 다양한 산업의 증가하는 수요를 충족하기 위해 지속적으로 발전해 왔으며, 제조된 부품의 품질과 적합성을 보장하는 데 중추적인 역할을 해왔다. 새로운 제조 시대의 정점에 서 있는 지금, CMM의 발전 궤적을 살펴보고 향후 수십 년 동안 이러한 기계가 어떻게 계속 변화할지 추측하는 것은 매우 중요하다.

 

역사적 관점

 

 

CMM의 뿌리는 제조 산업에서 정확한 치수 측정의 필요성이 가장 중요해진 시기로 거슬러 올라갈 수 있다. 최초의 CMM은 1960년대 후반에 아날로그 기술에 의존하여 기본적인 측정 기능을 제공하는 제품으로 출시되었다. 수년에 걸쳐 아날로그 기술에서 디지털 기술로 전환되면서 복잡한 형상을 측정할 때 정확도, 반복성 및 효율성이 향상되는 중요한 이정표가 마련되었다.

 

CMM 기술의 진화

 

측정 정확도 및 정밀도의 발전: 계측 분야에서 더 높은 정확도와 정밀도를 향한 끊임없는 추구는 지난 50년 동안 원동력이 되어 왔다. 레이저 및 광학 프로브와 같은 센서 기술의 발전과 기계 보정 기술의 개선으로 인해 최신 CMM은 이제 미크론 미만의 정확도를 자랑한다.

 

비접촉 측정 기술의 통합: 레이저 스캐닝과 광학 이미징을 포함한 비접촉 측정 기술의 통합으로 CMM의 기능이 확장되었다. 이러한 기술은 더 빠르고 포괄적인 데이터 수집을 가능하게 하여 검사 시간을 단축하고 기존 터치 프로브에서는 어려웠던 복잡한 표면의 측정을 향상시킨다.

 

멀티 센서 시스템: 계측 애플리케이션의 다목적성에 대한 요구로 인해 멀티 센서 CMM이 개발되었다. 이러한 시스템은 터치 프로브, 레이저 스캐너, 비전 시스템 간에 원활하게 전환할 수 있어 제조업체가 특정 요구 사항에 가장 적합한 측정 방법을 선택할 수 있는 유연성을 제공한다. 여러 센서를 통합하면 CMM의 전반적인 효율성과 기능이 향상된다.

 

자동화 및 소프트웨어 통합 향상: 자동화는 CMM 발전의 핵심 동력이었다. 최신 장비에는 자동화된 프로브 교환기, 팔레트 시스템, 로봇 통합 기능이 탑재되어 있어 수동 개입의 필요성을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있다. CAD 통합, 실시간 데이터 분석, 종합적인 보고 등의 기능을 갖춘 정교한 계측 소프트웨어는 CMM의 필수 요소로 자리잡았다.

 

CMM의 미래: 기대할 수 있는 것

 

앞으로 CMM의 진화는 더욱 빠른 속도로 계속될 것이다. 몇 가지 트렌드와 발전이 계측의 미래 환경을 형성할 것으로 예상된다.

 

인더스트리 4.0 통합: 인더스트리 4.0의 광범위한 프레임워크에 CMM의 통합은 필연적이다. CMM은 다른 생산 시스템, 센서 및 데이터베이스와 원활하게 통신하면서 스마트 제조 환경의 필수적인 부분이 될 것이다. 실시간 데이터 교환 및 분석을 통해 제조업체는 정보에 입각한 의사 결정을 내리고 프로세스를 최적화하며 전반적인 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.

 

인공지능 및 머신러닝: 인공지능(AI)과 머신러닝(ML) 알고리즘의 통합으로 CMM의 데이터 분석 기능이 혁신적으로 향상될 것이다. 이러한 기술을 통해 CMM은 자율적으로 패턴을 인식하고 이상 징후를 식별하며 변화하는 측정 조건에 적응할 수 있게 될 것이다. AI 기반 계측 기술은 보다 효율적이고 정확한 검사로 이어져 수동 프로그래밍에 대한 의존도를 낮추고 전반적인 워크플로우를 개선할 것이다.

 

인라인 CMM: 측정 솔루션의 유연성에 대한 요구는 인라인 CMM의 개발을 촉진할 것이다. 이러한 시스템을 사용하면 작업 현장에서 직접 즉석에서 측정할 수 있으므로 구성 요소를 전용 계측 실험실로 운반할 필요가 없다.

 

속도와 효율성 향상: 센서 기술과 기계 제어 시스템의 발전은 더 빠르고 생산적인 CMM을 만드는 데 기여할 것이다. 고속 스캐닝 프로브와 레이저 스캐너의 보급이 확대되면서 CMM이 더 짧은 시간 내에 많은 양의 데이터를 캡처할 수 있게 되었다. 이러한 속도 향상은 생산 공정 제어를 유지하기 위해 신속한 검사가 중요한 대량 제조 환경에서 특히 유용하다.

 

또한 데이터 처리 및 분석에 사용되는 알고리즘의 개선으로 검사 주기가 빨라진다. 이렇게 빨라진 속도는 정확도를 떨어뜨리지 않고 오히려 제조업체에 더 빠른 피드백을 제공하여 생산 공정을 적시에 조정할 수 있게 해준다.

 

향상된 정밀도와 정확도: 더 높은 정밀도와 정확도를 추구하는 것은 계측 분야의 지속적인 목표다. 미래의 CMM은 고해상도 카메라와 더 민감한 프로브와 같은 향상된 센서 기술을 탑재하여 측정 정확도를 더욱 높일 것으로 예상된다. 또한 CMM 부품 제조에 사용되는 재료의 발전으로 열팽창이 줄어들고 안정성이 향상되어 특히 생산 현장에서 직접 사용할 때 측정 정밀도가 더욱 향상될 것이다.

 

디지털 트윈과의 통합

 

물리적 물체나 시스템의 가상 복제본인 디지털 트윈의 개념은 제조 분야에서 점점 더 널리 퍼지고 있다. 미래의 CMM은 디지털 트윈 기술과 원활하게 통합되어 제조 공정을 포괄적이고 역동적으로 표현할 수 있게 될 것이다.

 

실제 측정값과 디지털 트윈을 연결함으로써 제조업체는 전체 제품 수명 주기에 대한 귀중한 인사이트를 얻을 수 있다. 이러한 통합은 예측 유지보수, 품질 관리 개선, 프로세스 최적화를 촉진할 수 있다. 또한 엔지니어링팀과 제조팀이 제품의 디지털 표현을 공유하여 작업할 수 있으므로 협업을 개선할 수 있다.

 

CMM 운영의 증강 현실

 

증강 현실(AR)은 CMM 운영에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. AR은 디지털 정보를 실제 세계에 오버레이함으로써 측정 작업 중에 실시간으로 시각적 가이드를 제공할 수 있다. 여기에는 특정 측정 지점을 강조 표시하거나 측정 결과를 표시하거나 검사 프로세스를 통해 작업자를 안내하는 것이 포함될 수 있다.

 

AR은 교육 목적으로도 활용되어 작업자가 AR 글래스나 헤드셋을 통해 단계별 지침과 시각적 신호를 직접 받을 수 있다. 이 기술은 사용자 경험을 향상시키고 복잡한 CMM 시스템 작동에 대한 학습 곡선을 줄일 수 있다.

 

도전 과제 및 고려 사항

 

CMM의 지속적인 발전은 큰 가능성을 가지고 있지만, 해결해야 할 과제와 고려 사항도 있다. 한 가지 중요한 과제는 숙련된 작업자와 계측 전문가가 지속적으로 필요하다는 점이다. CMM이 더욱 발전하고 새로운 기술을 통합함에 따라 CMM 데이터를 프로그래밍, 운영 및 해석하는 데 전문성을 갖춘 개인에 대한 수요는 계속 증가할 것이다. 교육 프로그램과 훈련 이니셔티브는 미래 CMM의 잠재력을 최대한 활용할 수 있는 숙련된 인력을 확보하는 데 매우 중요할 것이다.

 

끊임없이 진화하는 미래

 

3차원 측정기는 50여 년 전 처음 등장한 이래로 먼 길을 걸어왔으며, 정밀 계측을 위한 정교하고 필수적인 도구로 발전했다. 앞으로는 제조업의 디지털 전환에서 3차원 측정기가 중추적인 역할을 담당하면서 더욱 놀라운 발전을 이룰 것으로 기대된다. 인더스트리 4.0, 인공지능 및 기타 첨단 기술이 제조업의 환경을 계속 형성함에 따라 정확성, 속도 및 적응성에 대한 증가하는 요구를 충족하기 위해 CMM은 더욱 진화할 것이다.

 

스마트 기능, 첨단 센서 기술, 혁신적인 소재의 통합은 CMM이 계측의 최전선에서 다양한 산업의 품질 관리 프로세스를 지속적으로 개선하는 데 기여하도록 보장할 것이다. 3차원 측정기의 여정은 아직 끝나지 않았으며, 앞으로의 진화가 정밀 측정의 미래를 형성하는 데 중요한 역할을 할 것이다.

 

헬로티 김진희 기자 |

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