측정 7
제17장 광 계측 기술 및 온라인 자동 측정
1. 광 계측 기술
(1) 개요
측정은 요구되는 측정 정도에 따라 이에 상응되는 방법으로 행해지는데 시대에 따라 측정 정도는 급격히 증가되고 있으며 1980년도 이후부터는 광전자 기술의 발달로 많은 광 계측 기술이 실용화되기 시작하였으며 오늘날의 정밀 공학에서의 초정밀을 구현하는데 기술적 근간을 이루고 있음.
(2) 변위 측정
1) 레이저 간섭계
(가) 측정 원리
광 간섭을 이용한 변위 측정을 이중 주파수에 의한 헤테로다인(HETERODYNE) 레이저 간섭계가 개발되면서 큰 발전을 이루었는데 He-Ne 레이저를 이용하여 생성된 두 개의 광들의 편광 방향은 서로 수직이고 이는 편광 광속 분할기에 의하여 분리됨.
광속은 각각의 프리즘으로부터 반사되어 맥놀이 신호를 만들어서 프리즘이 일정한 속도로 움직이면 광 주파수는 이송 방향에 따라 변하며 주파수를 이송 시간으로 적분하여 거리를 산출함.
(나) 특징
레이저 광을 이용한 변위 측정은 비접촉임.
측정 영역이 크고 측정 분해능이 높음.
아베의 오차를 줄일 수 있음.
2차원 및 3차원 측정이 가능함.
각도 및 진직도 측정이 가능함.
2) 광학 스케일
(가) 측정 원리
광학 스케일은 편광을 이용한 것과 빛의 회전을 이용한 것으로 HEIDENHAIN 사에서 개발된 광학 스케일은 측정 신호가 생성된 격자에서 빛의 회절을 이용함.
스케일이 움직일 때 그것에 비례하여 회절 된 빛의 고차 성분은 위상 변화를 겪게 되며 중첩되어 간섭을 일으키는 회절 된 빛의 다른 고차항들에 의하여 위상 변화를 평가할 수 있음.
(나) 특징
길이 측정의 기준이 광격자임.
레이저 간섭계에 비해 취급이 간담함.(보상기 장착이 불필요)
(3) 표면 및 형상 측정
1) 광 위상 간섭
(가) 측정 원리
광원으로부터 분할된 2개의 빛은 각각 평탄도가 보장된 기준 미러와 물체면에 입사되고 다시 반사되어 광 분할기로 입사됨.
광 분할기에서 합쳐진 두 광은 기준 미러와 측정점까지의 거리 차로 인하여 물체 영상 위에 겹쳐져 보이는 간섭무늬가 발생함.
간섭무늬의 강도 패턴은 측정 표면의 높이 분포와 관계가 있으며 이러한 간섭무늬에 디지털 영상 처리 기술을 도입하여 측정 표면의 3차원 형상을 추출함.
(나) 특징
비구면 형태의 표면, 반도체 웨이퍼 등과 같은 제품의 측정면을 빠르게 측정할 수 있음.
비접촉식으로 3차원 형상 측정에 유리함.
2) 촉침 주사 방법
(가) 측정 원리
SPM은 물질의 표면 특성을 원자 단위까지 측정할 수 있는 새로운 개념의 현미경을 총칭하는 말이나 촉침식 측정기와 유사하지만 신호에 의존하는 측정으로 촉침의 형성을 극한으로 작게 하여 표면과의 접촉을 필요치 않으므로 접촉식으로 분류되지는 않음.
표면 형상을 직접적으로 측정하는 것이 아니라 전하 밀도를 측정하거나 원자 간에 발생하는 힘의 특징을 축적하면서 표면에 주사하여 시편 표면의 원자 분포나 형상을 측정함.
(나) 특징
광학식 방식에서 회절에 의한 제한과 접촉식인 프로브 형상으로 인해 측정에 제한을 받는 것을 상호보완할 수 있음.(나노 측정이 가능)
도체나 부도체 모두를 높은 분해능으로 관찰할 수 있음.
대기 중 또는 액체 중에서도 작동할 수 있어 응용 범위가 넓음.(반도체 표면 계측 등 산업용, 세포 관찰 등 연구용, 기타 표면 분석 등)
2. 온라인 자동 측정
(1) 개요
측정 및 검사의 자동화는 가공, 조립, 운반 등의 작업과 함께 생산의 한 공정으로서 가공 중에나 가공 직후에 공정 라인에서 행하는 온라인 측정과 라인으로부터 떨어진 별도의 장소에서 측정 및 검사를 하는 오프라인 측정으로 나누어짐.
온라인 자동 측정은 다량의 공작물을 효율적으로 연속적인 측정을 할 수 있는 특징을 가짐.
(2) 온라인 자동 측정 분류 및 측정
1) FEED-FORWARD 측정
(가) 자동 검사
합격, 불합격을 판정하며 부적합 원인은 필요 정보로서 별도로 활용함.
(나) 자동 선별
조립 또는 다음 공정의 가공량 등의 지시를 위하여 몇 가지 등급으로 선별 분류함.
2) FEED-BACK 측정
(가) IN-PROCESS GAUGING
가공 중의 공작물 치수를 연속적으로 자동 측정한후 측정값에 근거하여 공작기계를 제어함.
미리 정해진 치수에 도달하면 신호를 보내어 미세 이송으로 공구의 속도를 전환하고 정지 후퇴시키면서 필요한 치수로 제품의 가공을 완성함.(자동 치수 결정)
(나) POST-PROCESS GAUGING
측정 공간 등의 제약으로 인하여 가공 중 측정이 어려울 때 가공 직후에 자동 측정하여 그 결과를 공작기계에 피드백하여 공구 위치를 조절하고 가공량을 수정함.
급격한 데이터의 변화나 공작기계 개개의 오차 제어에는 부적합함.
(다) IN-POST PROCESS 병용 방식
IN-POST PROCESS GAUGING은 열변형 등으로 인하여 가공오차의 발생이 수반될 수 있으며 따라서 정기적으로 공작물 치수를 측정하여 제어 위치를 수정하는 방식임.
오차의 제거를 위하여 POST-PROCESS GAUGING을 병용하여 관리 한계에 치우친 공작물이 지속될 때 IN-PROCESS GAUGING의 영점을 자동적으로 수정함.
(3) 온라인 자동 측정의 응용
1) CNC 선반에서의 자동 측정
레이저 빔을 가공점 바로 밑의 공작물 표면에 조사하여 직경 변화에 따른 점광 변위를 광학적으로 확대하여 공작물의 직경을 측정함.
2) 머시닝 센터에서의 응용
(가) SELF-CENTERING 기능
터치 프로브가 X 축, Y 축으로 움직여 그 이동량을 연산하여 중심 좌표를 구하는 기능.
(나) GAP-ELIMINATE 기능
공구를 에어 컷 양만큼 남기고 고속 위치를 결정한 후 공작물에 접촉하기까지의 이송속도를 절삭 이송속도보다 빠르게 비절삭 시간을 단축시키는 기능.
(다) 가동 공구 길이 측정 기능
(라) 공구 절손 검출 기능
광 계측 기술 및 온라인 자동 측정에 대한 포스트를 마쳤으며 다음을 마지막으로 측정에 대한 포스트를 마칠 예정입니다.
2021년 06월 13일
측정 7
제17장 광 계측 기술 및 온라인 자동 측정
1. 광 계측 기술
(1) 개요
측정은 요구되는 측정 정도에 따라 이에 상응되는 방법으로 행해지는데 시대에 따라 측정 정도는 급격히 증가되고 있으며 1980년도 이후부터는 광전자 기술의 발달로 많은 광 계측 기술이 실용화되기 시작하였으며 오늘날의 정밀 공학에서의 초정밀을 구현하는데 기술적 근간을 이루고 있음.
(2) 변위 측정
1) 레이저 간섭계
(가) 측정 원리
광 간섭을 이용한 변위 측정을 이중 주파수에 의한 헤테로다인(HETERODYNE) 레이저 간섭계가 개발되면서 큰 발전을 이루었는데 He-Ne 레이저를 이용하여 생성된 두 개의 광들의 편광 방향은 서로 수직이고 이는 편광 광속 분할기에 의하여 분리됨.
광속은 각각의 프리즘으로부터 반사되어 맥놀이 신호를 만들어서 프리즘이 일정한 속도로 움직이면 광 주파수는 이송 방향에 따라 변하며 주파수를 이송 시간으로 적분하여 거리를 산출함.
(나) 특징
레이저 광을 이용한 변위 측정은 비접촉임.
측정 영역이 크고 측정 분해능이 높음.
아베의 오차를 줄일 수 있음.
2차원 및 3차원 측정이 가능함.
각도 및 진직도 측정이 가능함.
2) 광학 스케일
(가) 측정 원리
광학 스케일은 편광을 이용한 것과 빛의 회전을 이용한 것으로 HEIDENHAIN 사에서 개발된 광학 스케일은 측정 신호가 생성된 격자에서 빛의 회절을 이용함.
스케일이 움직일 때 그것에 비례하여 회절 된 빛의 고차 성분은 위상 변화를 겪게 되며 중첩되어 간섭을 일으키는 회절 된 빛의 다른 고차항들에 의하여 위상 변화를 평가할 수 있음.
(나) 특징
길이 측정의 기준이 광격자임.
레이저 간섭계에 비해 취급이 간담함.(보상기 장착이 불필요)
(3) 표면 및 형상 측정
1) 광 위상 간섭
(가) 측정 원리
광원으로부터 분할된 2개의 빛은 각각 평탄도가 보장된 기준 미러와 물체면에 입사되고 다시 반사되어 광 분할기로 입사됨.
광 분할기에서 합쳐진 두 광은 기준 미러와 측정점까지의 거리 차로 인하여 물체 영상 위에 겹쳐져 보이는 간섭무늬가 발생함.
간섭무늬의 강도 패턴은 측정 표면의 높이 분포와 관계가 있으며 이러한 간섭무늬에 디지털 영상 처리 기술을 도입하여 측정 표면의 3차원 형상을 추출함.
(나) 특징
비구면 형태의 표면, 반도체 웨이퍼 등과 같은 제품의 측정면을 빠르게 측정할 수 있음.
비접촉식으로 3차원 형상 측정에 유리함.
2) 촉침 주사 방법
(가) 측정 원리
SPM은 물질의 표면 특성을 원자 단위까지 측정할 수 있는 새로운 개념의 현미경을 총칭하는 말이나 촉침식 측정기와 유사하지만 신호에 의존하는 측정으로 촉침의 형성을 극한으로 작게 하여 표면과의 접촉을 필요치 않으므로 접촉식으로 분류되지는 않음.
표면 형상을 직접적으로 측정하는 것이 아니라 전하 밀도를 측정하거나 원자 간에 발생하는 힘의 특징을 축적하면서 표면에 주사하여 시편 표면의 원자 분포나 형상을 측정함.
(나) 특징
광학식 방식에서 회절에 의한 제한과 접촉식인 프로브 형상으로 인해 측정에 제한을 받는 것을 상호보완할 수 있음.(나노 측정이 가능)
도체나 부도체 모두를 높은 분해능으로 관찰할 수 있음.
대기 중 또는 액체 중에서도 작동할 수 있어 응용 범위가 넓음.(반도체 표면 계측 등 산업용, 세포 관찰 등 연구용, 기타 표면 분석 등)
2. 온라인 자동 측정
(1) 개요
측정 및 검사의 자동화는 가공, 조립, 운반 등의 작업과 함께 생산의 한 공정으로서 가공 중에나 가공 직후에 공정 라인에서 행하는 온라인 측정과 라인으로부터 떨어진 별도의 장소에서 측정 및 검사를 하는 오프라인 측정으로 나누어짐.
온라인 자동 측정은 다량의 공작물을 효율적으로 연속적인 측정을 할 수 있는 특징을 가짐.
(2) 온라인 자동 측정 분류 및 측정
1) FEED-FORWARD 측정
(가) 자동 검사
합격, 불합격을 판정하며 부적합 원인은 필요 정보로서 별도로 활용함.
(나) 자동 선별
조립 또는 다음 공정의 가공량 등의 지시를 위하여 몇 가지 등급으로 선별 분류함.
2) FEED-BACK 측정
(가) IN-PROCESS GAUGING
가공 중의 공작물 치수를 연속적으로 자동 측정한후 측정값에 근거하여 공작기계를 제어함.
미리 정해진 치수에 도달하면 신호를 보내어 미세 이송으로 공구의 속도를 전환하고 정지 후퇴시키면서 필요한 치수로 제품의 가공을 완성함.(자동 치수 결정)
(나) POST-PROCESS GAUGING
측정 공간 등의 제약으로 인하여 가공 중 측정이 어려울 때 가공 직후에 자동 측정하여 그 결과를 공작기계에 피드백하여 공구 위치를 조절하고 가공량을 수정함.
급격한 데이터의 변화나 공작기계 개개의 오차 제어에는 부적합함.
(다) IN-POST PROCESS 병용 방식
IN-POST PROCESS GAUGING은 열변형 등으로 인하여 가공오차의 발생이 수반될 수 있으며 따라서 정기적으로 공작물 치수를 측정하여 제어 위치를 수정하는 방식임.
오차의 제거를 위하여 POST-PROCESS GAUGING을 병용하여 관리 한계에 치우친 공작물이 지속될 때 IN-PROCESS GAUGING의 영점을 자동적으로 수정함.
(3) 온라인 자동 측정의 응용
1) CNC 선반에서의 자동 측정
레이저 빔을 가공점 바로 밑의 공작물 표면에 조사하여 직경 변화에 따른 점광 변위를 광학적으로 확대하여 공작물의 직경을 측정함.
2) 머시닝 센터에서의 응용
(가) SELF-CENTERING 기능
터치 프로브가 X 축, Y 축으로 움직여 그 이동량을 연산하여 중심 좌표를 구하는 기능.
(나) GAP-ELIMINATE 기능
공구를 에어 컷 양만큼 남기고 고속 위치를 결정한 후 공작물에 접촉하기까지의 이송속도를 절삭 이송속도보다 빠르게 비절삭 시간을 단축시키는 기능.
(다) 가동 공구 길이 측정 기능
(라) 공구 절손 검출 기능
광 계측 기술 및 온라인 자동 측정에 대한 포스트를 마쳤으며 다음을 마지막으로 측정에 대한 포스트를 마칠 예정입니다.
2021년 06월 13일
측정 7
제17장 광 계측 기술 및 온라인 자동 측정
1. 광 계측 기술
(1) 개요
측정은 요구되는 측정 정도에 따라 이에 상응되는 방법으로 행해지는데 시대에 따라 측정 정도는 급격히 증가되고 있으며 1980년도 이후부터는 광전자 기술의 발달로 많은 광 계측 기술이 실용화되기 시작하였으며 오늘날의 정밀 공학에서의 초정밀을 구현하는데 기술적 근간을 이루고 있음.
(2) 변위 측정
1) 레이저 간섭계
(가) 측정 원리
광 간섭을 이용한 변위 측정을 이중 주파수에 의한 헤테로다인(HETERODYNE) 레이저 간섭계가 개발되면서 큰 발전을 이루었는데 He-Ne 레이저를 이용하여 생성된 두 개의 광들의 편광 방향은 서로 수직이고 이는 편광 광속 분할기에 의하여 분리됨.
광속은 각각의 프리즘으로부터 반사되어 맥놀이 신호를 만들어서 프리즘이 일정한 속도로 움직이면 광 주파수는 이송 방향에 따라 변하며 주파수를 이송 시간으로 적분하여 거리를 산출함.
(나) 특징
레이저 광을 이용한 변위 측정은 비접촉임.
측정 영역이 크고 측정 분해능이 높음.
아베의 오차를 줄일 수 있음.
2차원 및 3차원 측정이 가능함.
각도 및 진직도 측정이 가능함.
2) 광학 스케일
(가) 측정 원리
광학 스케일은 편광을 이용한 것과 빛의 회전을 이용한 것으로 HEIDENHAIN 사에서 개발된 광학 스케일은 측정 신호가 생성된 격자에서 빛의 회절을 이용함.
스케일이 움직일 때 그것에 비례하여 회절 된 빛의 고차 성분은 위상 변화를 겪게 되며 중첩되어 간섭을 일으키는 회절 된 빛의 다른 고차항들에 의하여 위상 변화를 평가할 수 있음.
(나) 특징
길이 측정의 기준이 광격자임.
레이저 간섭계에 비해 취급이 간담함.(보상기 장착이 불필요)
(3) 표면 및 형상 측정
1) 광 위상 간섭
(가) 측정 원리
광원으로부터 분할된 2개의 빛은 각각 평탄도가 보장된 기준 미러와 물체면에 입사되고 다시 반사되어 광 분할기로 입사됨.
광 분할기에서 합쳐진 두 광은 기준 미러와 측정점까지의 거리 차로 인하여 물체 영상 위에 겹쳐져 보이는 간섭무늬가 발생함.
간섭무늬의 강도 패턴은 측정 표면의 높이 분포와 관계가 있으며 이러한 간섭무늬에 디지털 영상 처리 기술을 도입하여 측정 표면의 3차원 형상을 추출함.
(나) 특징
비구면 형태의 표면, 반도체 웨이퍼 등과 같은 제품의 측정면을 빠르게 측정할 수 있음.
비접촉식으로 3차원 형상 측정에 유리함.
2) 촉침 주사 방법
(가) 측정 원리
SPM은 물질의 표면 특성을 원자 단위까지 측정할 수 있는 새로운 개념의 현미경을 총칭하는 말이나 촉침식 측정기와 유사하지만 신호에 의존하는 측정으로 촉침의 형성을 극한으로 작게 하여 표면과의 접촉을 필요치 않으므로 접촉식으로 분류되지는 않음.
표면 형상을 직접적으로 측정하는 것이 아니라 전하 밀도를 측정하거나 원자 간에 발생하는 힘의 특징을 축적하면서 표면에 주사하여 시편 표면의 원자 분포나 형상을 측정함.
(나) 특징
광학식 방식에서 회절에 의한 제한과 접촉식인 프로브 형상으로 인해 측정에 제한을 받는 것을 상호보완할 수 있음.(나노 측정이 가능)
도체나 부도체 모두를 높은 분해능으로 관찰할 수 있음.
대기 중 또는 액체 중에서도 작동할 수 있어 응용 범위가 넓음.(반도체 표면 계측 등 산업용, 세포 관찰 등 연구용, 기타 표면 분석 등)
2. 온라인 자동 측정
(1) 개요
측정 및 검사의 자동화는 가공, 조립, 운반 등의 작업과 함께 생산의 한 공정으로서 가공 중에나 가공 직후에 공정 라인에서 행하는 온라인 측정과 라인으로부터 떨어진 별도의 장소에서 측정 및 검사를 하는 오프라인 측정으로 나누어짐.
온라인 자동 측정은 다량의 공작물을 효율적으로 연속적인 측정을 할 수 있는 특징을 가짐.
(2) 온라인 자동 측정 분류 및 측정
1) FEED-FORWARD 측정
(가) 자동 검사
합격, 불합격을 판정하며 부적합 원인은 필요 정보로서 별도로 활용함.
(나) 자동 선별
조립 또는 다음 공정의 가공량 등의 지시를 위하여 몇 가지 등급으로 선별 분류함.
2) FEED-BACK 측정
(가) IN-PROCESS GAUGING
가공 중의 공작물 치수를 연속적으로 자동 측정한후 측정값에 근거하여 공작기계를 제어함.
미리 정해진 치수에 도달하면 신호를 보내어 미세 이송으로 공구의 속도를 전환하고 정지 후퇴시키면서 필요한 치수로 제품의 가공을 완성함.(자동 치수 결정)
(나) POST-PROCESS GAUGING
측정 공간 등의 제약으로 인하여 가공 중 측정이 어려울 때 가공 직후에 자동 측정하여 그 결과를 공작기계에 피드백하여 공구 위치를 조절하고 가공량을 수정함.
급격한 데이터의 변화나 공작기계 개개의 오차 제어에는 부적합함.
(다) IN-POST PROCESS 병용 방식
IN-POST PROCESS GAUGING은 열변형 등으로 인하여 가공오차의 발생이 수반될 수 있으며 따라서 정기적으로 공작물 치수를 측정하여 제어 위치를 수정하는 방식임.
오차의 제거를 위하여 POST-PROCESS GAUGING을 병용하여 관리 한계에 치우친 공작물이 지속될 때 IN-PROCESS GAUGING의 영점을 자동적으로 수정함.
(3) 온라인 자동 측정의 응용
1) CNC 선반에서의 자동 측정
레이저 빔을 가공점 바로 밑의 공작물 표면에 조사하여 직경 변화에 따른 점광 변위를 광학적으로 확대하여 공작물의 직경을 측정함.
2) 머시닝 센터에서의 응용
(가) SELF-CENTERING 기능
터치 프로브가 X 축, Y 축으로 움직여 그 이동량을 연산하여 중심 좌표를 구하는 기능.
(나) GAP-ELIMINATE 기능
공구를 에어 컷 양만큼 남기고 고속 위치를 결정한 후 공작물에 접촉하기까지의 이송속도를 절삭 이송속도보다 빠르게 비절삭 시간을 단축시키는 기능.
(다) 가동 공구 길이 측정 기능
(라) 공구 절손 검출 기능
광 계측 기술 및 온라인 자동 측정에 대한 포스트를 마쳤으며 다음을 마지막으로 측정에 대한 포스트를 마칠 예정입니다.
2021년 06월 13일