평면도(Flatness) 측정법

정밀 부품을 설계하고 가공할 때 가장 기본이자 핵심적인 조건은 평면도(Flatness)입니다. 이는 표면이 얼마나 평평한지를 정의하며, 조립 정밀도, 밀착성, 기능 유지에 결정적인 영향을 미칩니다. 하지만 평면도는 기준면 없이 측정되는 기하공차이기 때문에, 측정 방법과 도면 해석, 적용 기준을 정확히 이해하는 것이 중요합니다. 이 글에서는 평면도의 정의부터 측정 장비, 실무 적용 팁까지 단계별로 정리해 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 설명합니다.

 

 

1. 평면도(Flatness)의 개념과 기호 해석

 1). 평면도란?

평면도(Flatness)는 표면의 요철이나 휨 등을 제어하기 위한 기하공차입니다. 기준면 없이 측정되며, 하나의 평면 상에 존재해야 할 표면이 얼마나 일탈되어 있는지를 정의합니다.

 2). 평면도 기호

도면 상에서는 다음과 같은 기호로 표현됩니다:

⏥

0.01

이 의미는 해당 면의 모든 점이 두 개의 평행한 면 사이, 즉 0.01mm 이내에 존재해야 한다는 것입니다.

 

2. 평면도 측정의 목적과 필요성

평면도 측정은 제조업에서 매우 중요한 품질 관리 항목입니다. 주로 다음과 같은 상황에서 요구됩니다.

  - 밀폐 부품 간 누설 방지: 평면도가 나쁘면 유체가 새거나 기밀이 유지되지 않음

  - 기계 조립 정렬 정확도 확보: 평면이 고르지 않으면 볼트 체결이나 정렬 오차 발생

  - 가공 정확도 검증: CNC나 연삭기 작업 후 품질 점검에 필수

  - 특징: 평면도는 어느 기준면 없이도 자체 면의 '평평함'만 측정하는 것이므로 독립적 공차 요소로 분류됩니다.

 

3. 평면도 측정 방법과 장비 종류

 1). 측정 장비

  ①. 표면 정반 + 다이얼 게이지

   - 간단하고 경제적

   - 일정한 간격으로 측정하여 최대 높이차 계산

  ②. 레이저 스캐너 또는 간섭계

   - 비접촉 방식

   - 넓은 면적의 정밀 측정 가능

   - 광학 방식으로 빠르고 정밀한 분석 제공

  ③. CMM (3차원 측정기)

   - 가장 정확한 방식

   - 여러 지점을 3D로 측정하여 평면도를 수치화

  ④. 오토콜리메이터

   - 광학 측정 장비

   - 정밀 광학 부품 측정 시 자주 사용

 2). 측정 방법

  ①. 최대/최소 높잇값 차이 측정

   - 기준면 없이 표면의 가장 높은 점과 낮은 점의 차이를 구함

  ②. 지그 또는 고정 틀 사용

   - 가공 오차에 따라 흔들림 없이 평면을 고정한 후 반복 측정

  ③. CAD 소프트웨어와 연계

   - 실제 측정 데이터와 모델링 데이터를 비교하여 분석

 

4. 실무에서 평면도 공차 적용 시 고려사항

 1). 공차 값 결정 기준

  - 제품 기능에 따라 0.005mm~0.1mm 범위로 설정

  - 고정밀 가공품은 더 작은 공차 필요 (예: 하드디스크 플레이트)

  - 지나치게 엄격한 공차는 비용 증가와 가공 난이도 상승 초래

 2). 도면 표기 예시

⏥

0.01

  - 기준이 되는 면 없이 단독으로 지정

  - 다른 기하공차와 함께 지정 시는 우선순위 고려

 3). 제조와 품질 간의 협의

  - 설계자는 공차 요구사항을 설계 목적과 맞게 반영해야 하며, 제조부서와 협의하여 생산 가능성과 검사 방식도 사전 검토해야 합니다.

 

5. 평면도 측정 결과의 해석과 문제 해결

 1). 측정 결과 예시

  - 최대 높이차: 0.012mm

  - 허용 공차: 0.01mm → 불합격

이 경우 추가 연삭 또는 보정 가공 필요합니다. 만약 반복 측정 결과가 불일치한다면 환경 요소(진동, 열 등) 점검도 필요합니다.

 2). 주요 오류 원인

  - 가공기기의 평행도 부족

  - 재료의 변형이나 응력 잔류

  - 설치면의 오염이나 이물질

 3). 개선 방안

  - 고정 지그 사용

  - 가공 후 자연 방치(응력 해소)

  - 고정밀 가공 기계 도입

 

평면도는 정밀 제품의 기본 요소

평면도(Flatness)는 단순해 보이지만, 실제 산업 현장에서는 제품의 성능과 직결되는 핵심 공차입니다. 단 하나의 면만으로 판단되기 때문에, 기준면 없이도 정밀하게 측정할 수 있는 장비와 방법이 요구됩니다. 설계자는 기능적 요구사항을 바탕으로 평면도 공차를 설정하고, 제조자는 효율적인 측정 장비를 통해 지속적으로 품질을 관리해야 합니다. 결국 평면도는 제품의 기초 품질을 나타내며, 고객 신뢰와 제품 수명을 좌우하는 중요한 기준이 됩니다.