손쉽게 홀의 위치를 측정하는 방법

기계 가공의 '홀 가공'이란?

홀 가공이란 절삭 공구를 사용하여 원통형 구멍을 뚫는 가공 방법입니다. 드릴링 머신이나 선반, 머시닝 센터 등의 공작 기계를 이용하며, 절삭 공구로는 드릴이나 탭, 리머 등이 사용됩니다. 일반적으로 드릴을 사용하여 가공하는 경우가 많아 홀 가공을 '드릴링'이라고 부르기도 합니다.

홀 가공에는 얕은 홀 가공과 깊은 홀 가공, 이미 뚫려 있는 구멍을 넓히는 카운터 보링 등이 있습니다. 또한 기초홀을 뚫는 드릴 가공이나, 용도에 따라 리머 가공, 나사 가공, 카운터보어 가공 등 특정 가공을 하는 경우도 있습니다.

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홀 가공의 종류

일반적으로 절삭 가공으로 구멍을 뚫을 경우, 먼저 '센터 홀 가공'을 하고, 그 후에 기초홀을 뚫는 '드릴 가공', 이어서 용도에 맞게 '리머 가공', '탭 가공', '카운터보어 가공' 등을 실시합니다. 여기에서는 홀 가공의 기본에 대해 설명합니다.

센터 홀 가공

센터 홀 가공이란 기초홀의 위치 정밀도를 높이기 위해, 기초홀의 가이드가 되는 '센터 홀'을 뚫는 가공입니다. 센터 홀 가공을 하면 기초홀을 절삭할 때 드릴의 날이 어긋나는 것을 방지할 수 있습니다. 판금 가공 등에서는 홀을 뚫을 때 펀치(센터 펀치)로 오목한 부분을 만들지만, 그와 동일한 원리입니다.

드릴 가공

구멍 가공에서는 먼저 드릴로 기초홀을 뚫습니다. 공기 구멍 등 정밀도가 필요하지 않은 경우에는 드릴 가공만으로 끝나는 경우도 있으며, 후처리를 하지 않은 거친 상태를 '드릴 구멍'이라고 부릅니다. 또한 큰 구멍을 뚫을 경우에는 기초홀을 보링 가공 또는 엔드밀 가공하기도 합니다.

리머 가공

리머 가공은 뚫은 구멍 내경의 정밀도를 높이는 가공입니다. 안쪽의 드릴 자국을 매끄럽게 다듬어 치수 정밀도를 높입니다. 또한 직경이 큰 경우에는 보링 공구를 사용하여 다듬기도 합니다. 일반적으로 핀 압입 등을 할 때 실시합니다.

탭 가공

탭 가공은 볼트나 나사를 통과시키기 위해 구멍 가공 후 안쪽에 나사산을 만드는 가공입니다. 일반적으로 '탭'이라고 불리는 나사산 제작 전용 공구를 사용하기 때문에 탭 가공이라고 불립니다. 나사 구멍 가공에서는 탭 외에 '플래닛 커터'라는 전용 공구를 사용하는 경우도 있습니다.

카운터보어 가공

카운터보어(카운터보링) 가공은 볼트 등을 구멍에 통과시킬 때, 볼트 머리가 표면에서 튀어나오지 않도록 오목하게 만드는 가공입니다. 볼트 구멍이 튀어나오지 않게 하는 것 외에도, 표면이 거친 가공품이나 경사면의 구멍에 대해 볼트 등의 체결력을 균일하게 하기 위해 평탄하게 다듬는 목적도 있습니다.

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홀의 방향과 각도

홀을 뚫는 위치나 각도 등에도 차이가 있습니다. 대상 물체의 바로 위에서 홀을 뚫는 경우도 있고, 비스듬한 각도로 대상 물체에 구멍을 뚫는 '경사 홀', 대상 물체의 측면에 구멍을 뚫는 '측면 홀', 그 외에 경사면에 홀을 뚫는 경우도 있습니다. 이처럼 비스듬하게 또는 옆에서 홀을 뚫는 경우에는 대상 물체에서 드릴이 받는 절삭 저항의 영향으로 인해 정확한 각도로 홀을 뚫기 어려워집니다.

그 대책으로 엔드밀이나 플랫 드릴로 비교적 큰 카운터보어를 만들어 드릴과 가공면을 수직으로 만들거나, 센터 드릴로 위치 결정 가공을 하는 등의 방법을 사용합니다.

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홀 피치 치수의 표기와 피치 간 거리 측정

여러 개의 홀을 가공하는 경우, 도면상에 '피치 간 거리(홀 중심 간 거리)'가 지정되어 있는 경우가 있습니다. 예를 들어, 그림과 같이 '30'이라고 기재되어 있으면 "30mm 피치 간격으로 구멍을 뚫어 주십시오"라는 의미가 됩니다.

또한, 예를 들어 위 도면처럼 '570 (P30✕19)'이나 '19✕30 (=570)'이라고 표기되어 있다면, "30mm 피치 간격으로 홀을 뚫어 주십시오. 피치 간격의 수는 19개입니다. 피치 간격을 합한 총길이는 570mm입니다"라는 의미가 됩니다. 여기서 혼동하기 쉬운 점은 '19'라는 숫자가 홀의 개수가 아니라 피치 간격의 수라는 것입니다. 피치 간격의 수는 (홀의 개수 - 1)이므로, 이 경우 뚫어야 할 홀의 개수는 20개가 됩니다.

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홀 위치 측정에 대한 기존 과제

부품·제품이나 금형에는 나사 구멍, 위치 결정용 구멍, 베어링 구멍, 수로용 구멍 등 다양한 홀 가공이 이루어집니다. 또한 각각의 용도에 따라 요구되는 정밀도도 다르며, 공차도 도면상에 정해져 있습니다. 홀의 크기나 깊이, 경사 홀이나 측면 홀이라면 각도, 카운터보어 가공을 했다면 단차가 있는 형상, 탭 가공을 했다면 나사산의 형상 등 수많은 측정 항목이 존재합니다. 이번에는 그중에서도 홀 피치 치수로 대표되는 홀 위치 측정의 과제를 중심으로 소개합니다.

3차원 측정기를 이용한 홀 위치 측정의 과제

홀 위치 측정 방법으로 3차원 측정기를 이용하는 방법도 있습니다. 3차원 측정기란 일반적으로 스테이지 위의 대상 물체에 접촉자(프로브)를 대어 세로, 가로, 높이의 3차원 좌표를 취득하고, 대상 물체의 치수·위치 관계·윤곽 형상·기하 공차 등을 고정도로 측정할 수 있는 기기입니다. 3차원 측정기를 사용하면 동일 평면상에 있지 않고 높이가 다른 홀도 측정할 수 있습니다. 반면, 기준면으로부터 평면상에 없는 경사 홀·측면 홀을 측정할 경우에는 샘플의 고정 방법을 바꿔야 한다는 과제가 있었습니다. 또한 깊은 홀이거나 크기가 다른 홀 등 측정 내용에 맞춰 스타일러스/프로브를 변경해야 하는 번거로움도 있습니다.

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손쉽게 홀의 위치를 측정할 수 있는 과제 해결 방법

홀의 위치 측정은 측정할 홀이 있는 위치 및 크기나 깊이에 따라 측정이 매우 어렵거나, 물리적으로 불가능하거나, 번거로운 작업이었습니다. 이러한 과제를 해결하는 방법이 바로 KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'입니다. 'VL 시리즈'는 스테이지 위에 놓인 대상 물체를 원샷 최고 속도 8초 만에 360° 스캔하여 고정도로 3차원 형상을 측정할 수 있습니다. 대상 물체의 홀 위치도 간편하고 정확하게 측정할 수 있습니다.

또한 피치 캘리퍼스처럼 수작업으로 측정하지 않아 빠르고 정확한 측정이 가능하며, 3차원으로 대상 물체의 형상을 파악하므로 홀 위치의 높낮이가 다르더라도 영향을 받지 않습니다. 3차원 측정기처럼 대상 물체의 방향에 따른 영향도 받지 않으므로 원샷으로 모든 홀의 위치를 파악할 수 있습니다.

장점 1: 기존에는 어려움이 있었던 장소·형상이더라도 3D 스캐너라면 측정 가능

일반적인 캘리퍼스로는 가상점이 되는 홀의 중심을 잡을 수 없어 홀 피치의 치수 측정이 어려웠습니다. 그 대안으로 피치 캘리퍼스를 사용하고 있지만, 이마저도 홀의 높낮이가 다른 경우에는 측정이 불가능했습니다. 또한 측정기를 사용하더라도 홀이 깊은 경우에는 스타일러스가 닿지 않아 측정할 수 없는 경우도 있었습니다. KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'는 전체 둘레를 3D 데이터로 취득하므로, 데이터 취득이 가능한 곳이라면 홀의 위치와 형상에 구애받지 않고 정확하게 측정할 수 있습니다. 복잡한 조작 없이 클릭만으로 홀의 위치를 측정하며, 비접촉이라는 특징을 살려 수공구 등이 닿지 않는 깊은 홀까지 확실하게 측정합니다.

장점 2: 스캔 데이터를 CAD 데이터로 자동 변환하여 도면과 홀 위치를 비교 가능

KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'는 스캔한 데이터를 CAD 데이터로 자동 변환할 수 있습니다. 또한 3D-CAD 데이터를 불러오면 측정 데이터와 비교한 후 차이를 시각적으로 표시하므로 이상 부위를 특정하는 데 도움이 됩니다. 홀 위치를 포함한 형상 등을 간편하게 도면과 비교·검증할 수 있어 홀 위치 측정에 소요되는 번거로움을 대폭 줄일 수 있습니다. 다양한 2D·3D 분석 기능이 있어 클릭과 같은 직관적인 조작만으로도 홀의 위치를 측정할 수 있습니다. 또한 대형 샘플도 한 번에 측정할 수 있으므로 측정 시간을 대폭 줄일 수 있습니다.

장점 3: 샘플을 자르지 않고 단면 측정 가능

기존의 측정 방법으로는 샘플의 표면만 측정할 수 있었습니다. 하지만 KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'는 측정한 데이터를 기준으로 비파괴로 단면을 생성하여 상세하게 측정·분석할 수 있습니다. 3D 형상 데이터에서 자유롭게 기준면을 설정할 수 있으므로 모든 방향에서 단면 측정이 가능합니다. 따라서 높이가 다른 홀의 피치도 간편하게 확인할 수 있습니다. 또한 전체 둘레를 360° 스캔하므로, 3차원 측정기처럼 대상 물체의 위치와 자세에 따라 측정이 불가한 면이 발생할 우려도 없습니다.

장점 4: 깊은 홀 등 안쪽에 있는 홀의 위치도 측정 가능

KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'는 가상으로 자른 단면을 측정할 수 있습니다. 따라서 예를 들어 홀 가공의 단면을 가상으로 절단함으로써, 기존에는 어려웠던 깊은 홀, 카운터보어 가공의 단면 형상이나 탭 가공한 나사 형상 등 세부적인 부분까지 정확하게 형상을 측정할 수 있습니다. 또한 기존의 3차원 측정기로 측정하는 경우에는 수직 홀, 경사 홀, 측면 홀 등이 섞여 있으면 측정할 홀에 맞춰 샘플을 놓는 방법을 변경해야 했지만, 'VL 시리즈'를 사용할 경우, 번거롭게 샘플의 위치와 자세를 변경할 필요가 없습니다.

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홀의 위치 측정을 간편하게, 3D 스캐너를 활용하여 시간 단축 & 효율화 실현

기존의 수공구나 접촉식 3차원 측정기에서는 다양한 과제가 있었던 홀의 위치 측정이지만, KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'를 활용하면 이러한 과제들을 한 번에 해결할 수 있습니다! 비접촉 및 360° 스캔을 통해 홀의 위치 측정에 소요되는 번거로움을 대폭 줄임으로써 측정 시간 단축과 효율화를 실현합니다.

• 최고 속도 8초 만에 원샷 360° 스캔이 가능하므로 측정에 소요되는 시간을 대폭 단축.
• 3D 데이터를 바탕으로 홀의 위치를 측정하므로 홀의 위치나 각도, 형상 등에 구애받지 않고 측정.
• 측정 부위에 맞춰 대상 물체의 위치와 자세를 여러 번 변경할 필요가 없으므로 측정의 번거로움을 대폭 절감.
• 스캔한 데이터를 CAD 데이터로 자동 변환할 수 있을 뿐만 아니라, 임포트 한 3D-CAD와 간단하게 비교 가능.
• 500mm 이상 되는 대형 샘플도 클릭 한 번으로 스캔할 수 있으며, 크기에 상관없이 홀의 위치 측정이 가능.
• 기존에는 정확하게 측정할 수 없었던 깊은 홀 등에 대해서도 가상으로 자른 단면을 통해 홀의 위치 측정이 가능.

기존의 측정 방법으로는 매우 번거로웠던 홀의 피치 거리와 위치 측정. KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'라면 최고 속도 8초의 원샷 스캔으로 완료할 수 있으며, 전체를 3D 데이터로 취득한 후 단면 형상까지 파악이 가능하여 번거로운 작업 없이도 홀의 위치를 측정할 수 있습니다. 또한 원클릭으로 도면과의 비교도 가능하여 홀의 위치 측정에 소요되던 시간과 노력을 대폭 줄일 수 있으며, 검사의 대대적인 효율화를 실현합니다.

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