3차원 측정기가 대세 (2)
현재 머신 비전과 자동차 기술 모두를 아우르는 화두가 있다면 바로 ‘3차원 측정기’이다. 접촉 혹은 비접촉 방식을 이용해 물건의 치수를 정확히 재고, 모양을 복사하며, 설계도를 작성하거나 모습을 그대로 복제하는 등 3차원 측정기는 생산 분야에서 그야말로 팔방미인으로 활약한다.
① 측정 기술, 3차원으로 도약하다
② 생산 라인에 접목된 3차원 측정기
생산 라인에 접목된 3차원 측정기
인라인(In-Line) 측정기에 주목 … 높은 효율성 자랑
본지 8월호에서 언급하였듯 3차원 측정기는 점점 작업자와 가까워지고 있다. 몇 년 전까지만 해도 연구실 등 측정 장소를 따로 마련하여 물건을 측정하는 것에 만족하였으나 이제는 더 신속하고 정확한 측정과 생산 그리고 피드백을 원하게 되었다. 사람들의 요구에 부응하듯 3차원 측정기는 더욱 사용하기 편리한 구조와 높은 성능을 가지고 돌아왔다. 하지만 가장 놀라운 변화는 3차원 측정기가 생산 라인 안에 당당히 자리하게 되었다는 점이다. (편집자 주; 이 기사는 인라인 3차원 측정기 분야에서 두각을 보이는 한국미쓰도요의 도움을 받았다.)
글 |윤진근 기자 pen@automotivemnt.com
산업혁명 이후 대량 생산이 시작되면서부터 생산품의 질, 즉 품질은 항상 뜨거운 감자였다. 소비자들이 점점 높은 품질을 요구하면서 자연스럽게 양호한 상품을 만들어야 한다는 의식이 형성된 것. 이에 생산 공정, 특히 라인이라고 불리는 컨베이어벨트식 생산 공정의 관리가 중요하게 여겨졌으며 이러한 의식 속에서 측정기로 생산품을 더 정밀하고 양호하게 관리할 수 있다는 점이 대두되었다. 각종 연구소와 일부 생산 현장에 3차원 측정기가 들어서게 된 이유가 여기에 있다.
근대를 지나 현대로 넘어오면서 기존보다 더욱 빠르고 정확한 생산 공정이 요구되었다. 그러자 검사실 혹은 클린 룸 한켠에만 있던 측정기가 생산 라인에 투입되기 시작하였다. 사람들은 측정기가 생산 라인(Line)의 안쪽에(Inside) 들어왔다는 뜻에서, 혹은 생산과 품질 검사를 한 공정 안에서 처리한다고 하여 인라인(In-Line)이라 명명하였고 생산 라인 안에 있는 3차원 측정기를 인라인 측정기라 불렀다.
인라인의 장점
미쓰도요는 3차원 측정기가 인라인 형식을 띠게 된 배경을 세 가지 요인으로 보고 있었다. 이 요인은 생산 현장 안에 인라인 3차원 측정기를 갖추었을 때 볼 수 있는 효과이기도 하다. 그 요인들은 다음과 같다.
① 생산 라인 관리: 기존 생산 라인에서 전용 게이지는 아주 단순한 역할만을 수행하였다. 즉 해당 제품의 적합성을 판별해 적합과 부적합 판정을 내리는 작업만을 반복할 뿐이었다.
한국미쓰도요는 “기존의 이러한 방법으로는 안정된 품질관리가 불가능하다”며, “인라인 3차원 측정기로 수치를 관리하는 것이 해결책이 된다”고 말했다. 인라인 3차원 측정기를 이용해 양품의 데이터를 수치화한다. 그리고 이 데이터를 피드백해 불량품이 나오기 전에 생산 라인을 수정할 수 있다. 이는 부적합 요소가 나올 환경을 애초에 제거하는 것으로 지금까지의 단순한 검사와는 전혀 다른 예방책이다.
피드백을 공정관리 차원에서 해석하면 절삭기나 각종 장비가 불량품 검사 등에 의해 마모되기 전에 교체하거나 수명을 늘일 수 있다. 불량품을 선별하는 것은 물론이고 불량품에 의해 장비가 손상되는 현상을 막을 수도 있다.
이는 높은 속도와 고정도, 피드백 기능, 그리고 공정 관리 처리능력이 요구되는 작업으로 모든 제품을 자가생산하는 기술력과 노하우가 있는 기업만이 가능한 것이라고 한국미쓰도요는 이야기했다.
② 다품종 소량생산: 3차원 측정기가 가장 많이 사용되는 현장은 자동차 생산 분야이다. 1900년대까지 자동차 생산 현장에서는 2만 대 내지 3만 대를 대량 생산하는 추세였다. 하지만 현재는 다르다. 1만 대, 적게는 5천 대를 생산하되 많은 종류를 생산하고 있다. 이러한 양상은 여타 다른 산업 현장에서도 비슷하다.
지금까지 자동차 생산 현장에서는 전용 게이지를 많이 사용하였다. 일반적으로 전용 게이지는 하나의 애플리케이션에만 특화된 제품을 일컫는다. 이러한 전용 게이지는 간편하다는 장점도 있었지만 커다란 단점이 뒤따랐다. 즉 생산 기종이 바뀌면 게이지 역시 교체해야만 했다. 심지어는 크기가 바뀌는 경우에도 게이지를 바꾸어야 한다. 이는 산업 현장에서 커다란 비용 상승으로 이어진다.
하지만 인라인 3차원 측정기를 이용하면 게이지를 바꿀 필요가 없다. CNC타입 3차원 측정기를 이용하면 그저 소프트웨어를 교체하는 것만으로도 전혀 다른 생산품들을 만들어낼 수 있다. 비용과 노동력 양쪽 모두가 절감되는 것이다.
③ 해외 생산: 최근에는 대기업들이 해외에 진출하는 사례가 늘어나고 있다. 다국적 기업 또한 눈에 띄게 늘어나는 추세이다. 대부분 기업들은 각 국가마다 자사 생산 공장 혹은 하청 업체를 두고 제품을 생산하는 방식을 택하고 있다.
하지만 이는 커다란 문제를 야기한다. 나라별로 품질의 차이가 생기는 것이다. 한국에서 만든 제품과 일본에서 만든 제품과 중국에서 만든 제품을 비교하였을 때, 기본 형식과 틀은 같지만 그 질이나 내구성 등이 달라질 수 있다. 심지어는 각 국가에서 만든 제품들이 매우 상이한 모습이 될 수도 있다. 성형과 제작을 포함한 생산 분야는 아주 작은 오차로도 큰 차이가 발생하기 때문이다.
각 나라별, 그리고 공장별로 품질을 관리하기 위해서는 지금까지의 게이지 관리만으로는 한계가 있다고 한국미쓰도요는 밝혔다. 지금까지보다 훨씬 정밀하고 미세한 계측 기준은 물론이고 글로벌스탠더드의 계측 시스템이 필요하다는 것이 한국미쓰도요의 진단이다. 그리고 이러한 계측 시스템의 중심이 3차원 측정기이다. 마이크로미터 단위까지 계측할 수 있는 정밀도와 컴퓨터를 이용한 제어로 오차를 최대한 방지할 수 있는 제품으로는 3차원 측정기가 아직까지는 유일하다.
이렇듯 제품의 질을 관리하는 중요성이 날로 높아지는 ‘품질 관리의 시대’, ‘양품 관리의 시대’에서 살아남기 위해서는 3차원 측정기, 특히 인라인 3차원 측정기가 반드시 필요하다고 한국미쓰도요는 강조했다.
팔방미인 측정기
인라인 3차원 측정기는 산업 현장 안에서 다양한 도움을 줄 수 있다. 샘플 데이터를 제작해 사람보다 월등히 빠른 속도로 제품을 제작함은 물론이고 미세한 오류까지 검출하고 양품과 불량품을 정확히 구분할 수도 있다. 각 제작 데이터를 수치화하여 사람이 제작하는 것보다 훨씬 정밀하게 제품을 양산해낼 수도 있다. 이 외에도 작업자가 활용하기에 따라 수많은 검사 및 제작 과정에서 활약할 수 있는 기술이다.
한국미쓰도요는 ▲생산 라인 관리 ▲다품종 소량생산 ▲해외 생산 등 산업 현장에서 부각되고 있는 측면들을 고려하였다. 이러한 측면에서 앞서 이야기한 전용 게이지의 한계는 명백했다. 그래서 미쓰도요는 인라인 3차원 측정기를 종류별로 개발하게 되었다. 가로형·세로형·소형 CNC 헤드형이 그것으로, 이는 인라인 3차원 측정기가 가진 각 특징을 최대한 재현한 것이다.
MACH-V는 세로형 인라인 3차원 측정기이다. 인라인 3차원 측정기라는 이름에 걸맞게 굉장히 작은 크기를 자랑한다. 마치 일본 가정집의 정원을 보는 것처럼 오밀조밀한 크기는 작업 공정 중 어느 곳에 투입하더라도 부담이 없다. 최대 구동속도가 866mm/s, 가속도가 8428mm/s²이며 측정 속도는 20mm/s이다. 인라인이라는 특성에 걸맞게 온도 환경(20±15℃)에도 강하며 방진 케이스를 설치해 방진 성능 역시 향상되었다.
MACH-V가 세로형이었다면 MACH-3A 제품은 가로형이다. 이 측정기는 포지션 인덱스 테이블 방식을 사용하여 네 방향으로 90。 회전할 수 있다. 특히 축이 위에서 직각으로 꺾이는 것은 이 모델이 유일하다. 최대 11882mm/s²의 가속도와 30mm/s의 측정 속도를 자랑한다. MACH-V에 적용되었던 내온성은 5℃~40℃로 더욱 향상되었다.
MACH 시리즈가 세로형·가로형 3차원 측정기였다면 Ko-ga-me는 전혀 다른 특징을 가진 3차원 측정기이다.
Ko-ga-me는 소형 CNC 측정 헤드를 장착한 것이 가장 큰 특징이다. 작업자는 이 측정 헤드를 기본으로 측정 작업에 필요한 장치들을 장착할 수 있다. 예를 들어 헤드만을 이용하게 되면 스탠드 얼론 방식으로 활용할 수 있으며 이동 축과 조합하게 되면 전용 및 범용 플렉시블 게이지를 만들 수 있는 식이다.
MACH 시리즈는 어떤 측정 대상이라도 측정할 수 있도록 설계된 반면 가격대가 높다. 이와 반대로 Ko-ga-me는 소형 CNC 측정 헤드를 통해 측정 영역을 한정한다. 즉 사용자가 특정 대상 및 범위를 지정해 측정할 수 있다. Ko-ga-me는 게이지와 3차원 측정기의 특징을 모두 가지고 있다.
측정할 수 있는 제품이 제한되나 같은 제품군이라면 크기나 부피가 달라지더라도 측정할 수 있다. 예를 들어 커넥팅 로드 전용 측정기를 생각해볼 수 있다. 커넥팅 로드용으로 설계된 Ko-ga-me를 이용하면 커넥팅 로드를 측정하는 데에 뛰어난 성능을 발휘한다. 커넥팅 로드의 크기가 달라지더라도 구조가 비슷하다면 별다른 무리 없이 측정할 수 있다. 하지만 커넥팅 로드가 아닌 다른 제품은 측정하기 어렵다.
이 Ko-ga-me는 기존 인라인 3차원 측정기보다 3배가량 빠른 속도로 측정이 가능하다. 보통 인라인 측정기는 기존 3차원 측정기보다 3배에서 5배가량 속도가 향상되었다고 보는 것이 정론이다. 하지만 Ko-ga-me는 그러한 인라인보다 더욱 빠른 측정 속도를 자랑한다는 것이 한국미쓰도요의 설명이었다.
(한국)미쓰도요
계측 분야의 장인(匠人)으로 우뚝 서다
한국미쓰도요는 미쓰도요의 한국 지사로 길이 분야의 정밀 측정을 전문으로 하는 기업이다. 측정 소프트·광학 측정기·형상 측정기·재료 시연기·화상 측정기 등 생산하는 제품군 또한 다양하다. 측정 분야에서 독자적인 존재로 우뚝 선 한국미쓰도요는 이제 장인정신을 걸고 기업 및 업계를 이끌어나간다.
글 |윤진근 기자
1934년 일본에 설립된 미쓰도요는 오는 2014년 80주년을 맞이하는 유서 깊은 기업이다. 마이크로미터 제작을 시작으로 측정 분야에 뛰어든 미쓰도요는 설립 당시부터 세운 자사의 정책을 철칙으로 여기고 있다. 이러한 고집은 오늘날 미쓰도요가 정밀 측정 분야에서 독자적 영역을 구축케 하였다.
측정기 제작의 장인
한국미쓰도요를 방문하면 방대한 제품군에 누구나 놀라게 된다. 현재 미쓰도요에서 생산하는 제품은 총 6천여 종류에 이른다. 단일 기업이 만들어내는 것이라고 보기 어려울 정도로 많은 숫자다. 마치 개인 만물상을 운영하는 장인으로 보일 정도이다.
미쓰도요는 측정기 분야에서만큼은 ‘장인’이다. 마이크로미터·캘리퍼·투영기와 같은 1차원 및 2차원적 측정 도구부터 스케일 유닛·게이지 블록·다이얼 게이지와 같은 측정용 부품, 광학 장비·코디네이트 메저링 머신(CMM, Coordinate Measuring Machines)·비전 메저링 머신(Vision Measuring Machines)에 이르기까지 측정기와 관련한 제품이라면 만들어진 시대와 쓰임을 불문하고 전부 직접 개발 및 생산하고 있다.
미쓰도요는 여기에 그치지 않고 센서 스케일·커스텀 IC·소프트웨어·광학 테크놀로지(라인 레이저 및 렌즈)·각종 메카니컬 분야 등 측정과 관련된 거의 모든 부품들까지 자체 생산하고 있다. 이러한 자체 생산 정책은 미쓰도요가 생산하는 모든 제품들을 신뢰할 수 있는 보증수표이다.
미쓰도요는 체계적인 정리를 통해 소비자에게 필요한 제품과 솔루션을 손쉽게 찾을 수 있도록 돕는다. 미쓰도요에서 분류해놓은 색인을 보면 ▲측정 데이터 관리 ▲마이크로미터 및 헤드 ▲홀 테스트·마이크로미터·보어 게이지 ▲캘리퍼스·하이트 게이지·리니어 하이트·뎁스 게이지 등 각 알파벳마다 특성이 비슷한 제품들로 묶여있다. 일목요연하게 정리된 제품군은 다시 32종의 세부 제품군으로 나뉜다.
직접 관리가 신념
미쓰도요에서 생산하는 제품들의 설계와 평가는 무조건 미쓰도요 본사에서 수행한다. 이는 미쓰도요가 가진 철학이다. 평가와 연구 그리고 개발 분야에 이르기까지 생산을 제외한 모든 단계를 미쓰도요 본사에서 직접 진행한다. 미쓰도요는 세계 곳곳에 R&D(Research and Development)센터를 운영하고 있다. 현재까지 유럽에 두 곳, 미국에 두 곳 그리고 일본에 세 곳이 있다. 카와사키와 삿포로, 츠쿠바가 그곳이다. 특히 츠쿠바연구소에서는 모든 상품을 평가하고 연구하는 역할을 도맡는다.
R&D센터는 하드웨어뿐 아니라 소프트웨어 분야의 개발도 소홀히 하지 않는다. 세계로 뻗어나가는 미쓰도요이지만 하드웨어와 소프트웨어의 제조공정을 이어나가는 곳은 일본이다. 일본에서 연구하고 개발한 제품은 세계 각지에 신속하게 공급할 수 있도록 각국 생산기지에서 만들어진다.
거기에 그치지 않고 미쓰도요는 지하 9미터 깊이에 공장을 세워두었다. 이는 한 해에도 계절과 달(月)마다 변화하는 온도라든가 수시로 변화하는 진도에 영향을 받지 않기 위함이다. 이 역시 어떠한 변수에도 영향을 받지 않고 우직하게 개발을 계속하겠다는 미쓰도요만의 장인정신이 엿보이는 대목이다. 이러한 개발 및 생산체계는 미쓰도요만이 가진 독특한 기술력을 축적하고 제품을 연구·개발하는 데에 큰 도움이 된다. 개발이 까다로운 IC칩까지 맞춤 설계하는 모습에서 우직하게 철칙을 지켜온 모습과 함께 오랜 시간동안 묵묵히 쌓아온 기술력을 느낄 수 있다.
멈추지 않는 노력
한국미쓰도요에게 최근 업체의 근황을 묻자 ‘터치식이 아닌 제품을 생산하고 있다’는 대답이 돌아왔다. 프로브 대신 라인 게이저를 활용하거나 조도를 활용하는 등 측정기를 여러 시스템과 결합하고 있다는 것이 한국미쓰도요의 설명이었다. 이는 미쓰도요가 프로브를 사용한 접촉식만이 아닌 렌즈와 조명 그리고 레이저 등 광학 장비를 지속적으로 개발하고 있는 것과도 일맥상통한다. 인라인 3차원 측정기뿐 아니라 비접촉식 3차원 측정기에도 힘을 싣겠다는 포부였다. 미쓰도요는 퀵 비전 시리즈나 미세 형상 측정 시스템인 M-NanoCoord등의 제품을 생산하며 비접촉식 3차원 측정기에도 노하우를 쏟아붓고 있었다.
미쓰도요는 M³(M Cube) 솔루션 센터를 매년 운영하고 있다. Mitutoyo Measurement Metrology의 앞 글자를 딴 이 솔루션 센터는 미쓰도요에서 개발 및 생산하는 측정기들을 한 자리에 모아놓는 행사이다. 하지만 이는 단순한 쇼룸(Show room)과는 의미가 다르다고 한국미쓰도요는 이야기했다. M³ 솔루션 센터는 미쓰도요의 제품을 고객들 눈 앞에서 직접 실현하며 최선의 기술을 재현한다는 컨셉을 가지고 있다. 고객들에게 최선의 기술을 선보이고 업계 종사자들과 직접 소통하는 기회의 장인 셈.
매년 일본에서 열던 이 솔루션 센터는 현재 세계 각국에 널리 퍼져 미쓰도요만의 강점이 되고 있다. 한국에서도 오는 10월 25일부터 26일까지 개최할 예정이어서 관계자들의 많은 관심을 모으고 있다.
끊임없이 연구하고 개발하는 개발진과 모든 제품을 직접 관리 및 개발하는 장인정신, 그리고 많은 사람들과 소통하고자 하는 정신은 미쓰도요를 측정기 분야의 선두주자로 발돋움할 수 있게 한다.
