실측값과 공차대역 비교 방법

기하공차(GD&T)는 부품의 형상, 위치, 방향, 흔들림을 정량적으로 관리하기 위한 국제적 언어입니다. 설계자는 도면에 명확한 공차 조건을 부여하고, 측정자는 그 조건에 맞춰 부품을 검사하게 됩니다. 이때 가장 핵심이 되는 작업이 바로 실측값과 공차대역의 비교입니다. 단순히 측정 결과를 숫자로 보는 것이 아닌, 해당 값이 공차 허용 범위 내에 있는지를 분석하고, 기준면과 비교하여 정밀하게 판단하는 과정이 포함됩니다. 본 글에서는 실측값과 공차대역을 비교하는 구체적인 방법과 실무 적용 시 주의사항을 알아보겠습니다.

 

 

1. 공차대역의 개념 이해: 기준 없이 비교는 없다

 1). 공차대역(Tolerance Zone)이란?

공차대역이란 설계자가 허용한 오차 범위입니다. 이는 기준 형상이나 기준 위치에 대해 정의되며, 피측정 형상이 이 범위를 벗어나지 않으면 '합격', 벗어나면 '불합격'으로 간주합니다.

 2). 형상별 공차대역 예시

  - 직진도: 이론 직선 양쪽으로 설정된 두 평행선 사이의 영역

  - 평면도: 기준 평면 위아래로의 평행 평면 사이

  - 위치도: 기준점 기준으로 한 원형(또는 구형) 공차 영역

  - 동심도: 기준축 기준의 원통형 공차대역

 

2. 실측값 산출 방법: 좌표값에서 해석까지

  1). 측정 장비에서의 데이터 확보

  - CMM(좌표측정기): X, Y, Z 좌표를 직접 추출

  - 비전 측정기: 2D 형상 측정

  - 레이저 스캐너: 점군(Point Cloud) 데이터를 통해 형상 분석

이들 장비는 수백~수천 개의 점을 통해 실제 형상을 디지털화하고, CAD 상의 기준 형상과 비교해 실측 오차를 산출합니다.

 2). 좌표값에서의 오차 해석

실측된 각 점은 기준 형상 또는 기준면과의 거리 차이(편차)를 갖습니다. 예를 들어, 위치 공차의 경우 구멍 중심과 기준점 사이의 오차 거리로 해석되며, 이를 통해 실측값을 결정합니다.

 

3. 실측값과 공차대역 비교 방식

 1). 비교 절차 요약

  - 기준면(Datum)을 설정한다

  - 공차 프레임(GD&T Symbol)과 측정 항목을 명확히 한다

  - 측정 포인트에서 실측값을 얻는다

  - 실측값이 공차대역 내에 있는지 판단한다

 2). 수치 비교 방법

  - 예: 위치 공차 0.1mm, 기준점에서의 실측 중심점 거리 = 0.07mm → 합격

  - 예: 평면도 공차 0.02mm, 최고점과 최저점 간 높이차 = 0.026mm → 불합격

 3). 소프트웨어 자동 비교 기능

최근 CMM 소프트웨어, 예: Mitutoyo MCOSMOS, Hexagon PC-DMIS 등에서는 GD&T 모듈을 통해 CAD와 연동된 공차대역과 자동 비교 기능을 제공합니다. 이를 활용하면 사람 오류를 최소화할 수 있습니다.

 

4. 실무에서 자주 발생하는 오류와 방지법

 1). 기준 좌표계 오류

기준면이 잘못 설정되면 모든 실측값이 왜곡됩니다. 도면상 Datum과 동일한 기준 설정이 필수입니다.

 2). 점 부족 및 분포 불균형

평면도나 원형도 등은 충분한 측정 포인트가 필요합니다. 점의 수가 적거나 특정 방향에만 집중되어 있으면 정확한 비교가 어렵습니다.

 3). 공차 프레임 해석 오류

공차 프레임에 정의된 기준면 순서나 공차 조건(MMC, LMC 등)을 잘못 해석하면 비교 자체가 무의미해집니다. GD&T 해석 능력이 요구됩니다.

 

5. 품질 문서화 및 보고서 작성 팁

 1). 합격/불합격 자동 분류

측정기 소프트웨어에서 합/불 판정을 자동으로 생성하고, 측정 결과 보고서로 변환해 품질 보증 문서화가 가능합니다.

 2). 색상 맵 활용

3D 형상에서 실측값을 색상으로 표현(예: 녹색=정상, 빨강=초과, 파랑=미달)하면 시각적으로 공차대역 내외를 빠르게 파악할 수 있습니다.

 3). SPC 연동

통계적 품질 관리 시스템(SPC)과 연동해 실측값 데이터를 누적·관리하면 이상 발생을 조기 감지하고 설계 변경이나 공정 개선에 활용할 수 있습니다.

 

6. 결론: 실측값과 공차대역 비교는 정밀 품질관리의 출발점이다

기하공차는 설계자가 정의한 기준이며, 실측값은 현실입니다. 이 둘을 정확히 비교하고 해석하는 과정은 제품 품질을 수치로 증명하는 핵심 절차입니다. 특히 고정밀 부품, 의료기기, 항공부품 등에서는 수십~수백 개의 GD&T 항목을 기준으로 검사해야 하며, 이때 올바른 비교 방법이 없으면 시간과 비용 모두 낭비될 수 있습니다. 따라서 측정자는 도면과 기준면을 정확히 이해하고, 장비를 적절히 설정하며, 실측값을 정량적으로 해석할 수 있어야 합니다. 정확한 비교 능력은 단순한 측정 기술이 아닌, 공차 해석의 진정한 전문성입니다.