그림 1. Lanbao PDA 시리즈 제품 이미지(공식 제품 페이지). 이미지는 제품군을 나타냅니다. 사양을 적용하기 전에 전체 모델 접미사를 확인하십시오. 출처 [2].

반복성 측정값을 다른 측정 사양과 분리하십시오.

반복성은 본질적으로 변하지 않은 조건에서 연속적인 관찰 결과의 분포를 나타냅니다. 재현성은 다른 작업자, 다른 설비 또는 다른 날짜와 같은 변화된 조건을 검토합니다. NIST는 이러한 개념을 구분하고 관련 통계적 측정값을 포함하여 정밀도를 표현하는 방법을 명시할 것을 권장합니다.

해상도는 표시되거나 구별 가능한 가장 작은 증분입니다. 디스플레이는 미세한 증분을 보여줄 수 있지만, 실제 측정값은 더 큰 폭으로 변동할 수 있습니다. 편향은 기준값과의 체계적인 차이입니다. 선형성은 측정 범위 전체에 걸쳐 지정된 관계에서 벗어나는 정도를 나타냅니다. 센서는 동일한 잘못된 값을 반복적으로 반환할 수 있으므로, 뛰어난 반복성만으로는 교정 오류를 완전히 제거할 수 없습니다.

백분율 사양을 주의 깊게 읽으십시오. 예를 들어 30mm 전체 스케일의 경우 ±0.1%는 ±0.030mm 또는 ±30μm에 해당합니다. 이 계산은 범위 기반 사양을 유용한 엔지니어링 단위로 변환한 것입니다. 모든 측정값의 오차가 정확히 그 값이라는 의미는 아니며, 선형성을 반복성으로 변환하는 것도 아닙니다.

반복성 수치가 실제로 무엇을 의미하는지 물어보세요.

견적서 두 개 모두 20μm를 명시하면서도 성능에 대한 설명은 다를 수 있습니다. 어떤 공급업체는 표준편차 3개를 보고하는 반면, 다른 공급업체는 관찰된 최대값 범위를 모두 보고할 수 있습니다. 최대값 범위는 시료 개수와 이상치에도 영향을 받습니다. 계산 방법, 시료 개수, 가능한 경우 원시 측정값, 그리고 해당 수치가 한계값인지 일반적인 결과값인지 문의하십시오.

Lanbao의 PDA-CR50 시리즈 전용 문서에는 90% 반사율의 흰색 카드, 23 ±5°C 조건, 24VDC 전원 공급, 30분 예열 조건이 명시되어 있습니다. 또한 테스트 노트에는 2ms 샘플링 주기와 100개 샘플 평균화에 대한 내용도 언급되어 있습니다.[1] 견적서를 해당 문서와 비교하기 전에, 이러한 설정이 견적서에 제시된 응답 시간 및 반복성과 어떤 관련이 있는지 문의하십시오. 필터링된 실험실 결과가 가장 빠른 작동 모드를 나타낸다고 가정하지 마십시오.

구매 비교를 위해 측정 레시피 하나를 확정하십시오. 목표값, 기준 거리, 표면 방향, 안정화 시간, 데이터 수집 시간, 출력 인터페이스 및 필터링을 정의하십시오. 각 공급업체 후보에게 동일한 조건으로 테스트를 요청하십시오. 동일한 설정이 불가능한 경우, 단순히 수치만 나열하는 대신 차이점을 명확하게 설명하십시오.

실제 표면이 결과에 영향을 미치는 이유를 이해하세요.

많은 단거리 레이저 변위 센서는 광학 삼각측량법을 사용합니다. 수신기는 반사광의 위치를 ​​관측하고, 처리 시스템은 해당 위치를 거리로 변환합니다. 따라서 물리적 거리가 일정하더라도 표면 상태는 측정에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 영향은 특정 ​​광학 설계 및 부품에 대해 평가해야 합니다.

매끄러운 표면은 수신기로부터 유용한 빛을 반사시키거나 강한 정반사를 일으킬 수 있습니다. 어두운 표면은 반사되는 빛의 양을 줄일 수 있습니다. 표면 질감은 조사 지점을 통과하는 다양한 표면 특징에 따라 관찰되는 신호를 변화시킬 수 있습니다. 가장자리에서는 조명 영역에 두 개의 높이가 포함될 수 있습니다. 더 큰 조사 지점은 검사에서 식별하고자 하는 국부적인 세부 정보를 평균화할 수 있습니다.

센서를 설치할 때는 예상되는 움직임 전반에 걸쳐 송신 경로와 수신 경로가 막히지 않도록 하십시오. 포켓, 돌출된 모서리, 고정 장치 등에 광학적 그림자가 생기는지 확인하십시오. 허용 ​​가능한 생산 변동을 포함하여 실제 표면 마감 범위를 사용하십시오. 표면 마감이 양호한 샘플 하나만 테스트하면 다음 자재 배치가 도착한 후에 나타나는 결함 모드를 숨길 수 있습니다.

하드웨어를 선택하기 전에 검사 오류 예산을 수립하십시오.

도면 공차와 오판단(허위 합격 또는 오판단)의 결과를 먼저 고려하십시오. 품질팀과 함께 허용 가능한 측정 오차율을 설정하십시오. 고정된 측정 오차 대 공차 비율은 유용한 내부 목표가 될 수 있지만, 어떤 단일 비율도 모든 제품이나 위험 수준에 적합하다고 보장할 수는 없습니다.

높이 공차가 9.80mm에서 10.20mm 사이이고 전체 폭이 0.40mm인 경우를 예로 들어 보겠습니다. 예비 테스트에서 정지 상태 표준 편차가 0.006mm로 나왔다고 가정해 봅시다. 6개의 표준 편차는 0.036mm, 즉 공차 폭의 9%에 해당합니다. 이는 정지 상태 테스트에 대한 선별 계산일 뿐, 최종적인 측정값 합격 결과는 아닙니다. 재위치 조정, 편향, 온도 및 장기적인 영향은 고려되지 않았습니다.

센서 노이즈에 대한 독립적인 표준 불확도 기여도를 6μm, 재배치에 대한 기여도를 8μm, 데이터 획득에 대한 기여도를 4μm로 추정할 경우, 이들의 제곱근합은 약 10.8μm입니다. 이 계산은 추정치가 일관된 기준을 공유하고 독립성 가정이 타당할 때만 유효합니다. 상관 효과, 보정되지 않은 편향 및 지정된 최대 한계는 별도로 처리해야 하며, 동일한 공식에 무턱대고 포함해서는 안 됩니다.

따라서 유용한 구매 논의는 애플리케이션 예산에서 시작됩니다. 고정 장치가 변동의 주요 원인이라면 더 비싼 센서를 사용해도 큰 이점을 얻지 못할 수 있습니다. 표면 효과가 주요 원인이라면 카탈로그에 나와 있는 더 작은 반복성 값보다는 형상이나 센싱 기술의 변화가 더 중요할 수 있습니다.

고정 측정값과 이동 측정값을 각각 검증하십시오.

추적 가능한 기준점 또는 적절하게 교정된 변위 스테이지를 사용하여 알려진 위치를 확인하십시오. 기준점의 불확실성은 결정에 적합해야 합니다. 주변 환경 조건을 기록하고 제조업체의 지침에 따라 시스템이 안정화되도록 하십시오. 설치 후 결과를 반복할 수 있도록 설정값과 원시 데이터를 보관하십시오.

1. 단기 잡음을 파악하기 위해 하나의 고정 기준점을 반복적으로 측정합니다.

2. 동일한 부품을 제거하고 다시 장착하여 하중 및 고정 장치의 변화를 확인합니다.

3. 요구되는 범위와 표면 마감에 걸쳐 대표적인 부품들을 측정합니다.

4. 실제 트리거 및 획득 경로를 사용하여 생산 속도로 반복합니다.

5. 예열 후, 온도 변화 후, 그리고 일반적인 청소 또는 유지 보수 후에 반복하십시오.

6. 결과를 합의된 한계치와 비교하고, 출시 전에 실패 원인을 조사하십시오.

이러한 수치는 제안된 시작점일 뿐이며, 표준으로 규정된 표본 크기는 아닙니다. 공정의 다양성, 신뢰도 요구 사항 및 잘못된 결정으로 인한 비용을 고려하여 표본 크기를 늘리십시오. 단기 시험을 통해 장기적인 신뢰성을 입증하지 않고도 문제를 파악할 수 있습니다.

라인 속도 대비 평균 균형

평균화는 무작위 노이즈를 줄일 수 있지만, 결과 도출을 지연시키고 감지해야 할 특징을 매끄럽게 만들 수도 있습니다. 독립적인 무작위 샘플의 경우, 평균의 표준 편차는 샘플 개수의 제곱근에 반비례하여 감소합니다. 그러나 상관 노이즈, 느린 드리프트, 표면 의존적 오차는 이러한 개선을 반드시 따르는 것은 아닙니다.

예를 들어 이동 검사를 수행했을 때, 0.5m/s의 속도로 이동하는 5mm 크기의 특징점이 측정 지점 아래에 약 10ms 동안 머무릅니다. 일반적인 40ms 응답 시간 설정은 이 관찰 시간보다 깁니다. 특징점이 주변 환경과 섞이거나 신호가 약해질 수 있습니다. 따라서 더 빠른 응답 시간 설정을 적용한 후, 해당 설정에서 반복성 테스트를 다시 수행해야 할 수 있습니다.

트리거 지연, 컨트롤러 스캔 시간, 통신 업데이트 및 PLC에서 수행되는 평균화 작업을 고려해야 합니다. PLC가 오래되었거나 다르게 필터링된 데이터를 읽는 동안 센서 디스플레이는 안정적으로 보일 수 있습니다. 생산 결정에 실제로 사용된 값을 평가하십시오.

통합 및 승인 규칙을 확인하세요

아날로그 인터페이스의 경우, 스케일링, 입력 해상도, 접지, 케이블 배선 및 루프 부하를 검증하십시오. 디지털 인터페이스의 경우, 단위, 레지스터 해석, 업데이트 속도, 무효 데이터 처리 및 타임아웃을 검증하십시오. 어느 인터페이스든 자동으로 더 나은 검사 결과를 보장하지는 않으며, 전체 구현이 성능을 결정합니다.

규격 한계치 근처에서는 명확한 판정 기준을 설정하십시오. 한계치에 근접한 측정값은 불확실성과 합의된 품질 정책에 따라 안전장치(guard band), 재측정 또는 대체 검사 방법을 필요로 할 수 있습니다. 합격값이 나올 때까지 반복적으로 측정하여 불확실한 분류 결과를 숨기지 마십시오.

조달 부서에서는 Lanbao PDA 제품군을 평가 후보로 사용할 수 있으며, 이때 정확한 모델 데이터시트, 출력 구성 및 응용 테스트를 요청할 수 있습니다. [2] 센서는 기록된 기준선, 장착 도면, 설정 파일, 검증 절차 및 교체 지침과 함께만 출시해야 합니다. 이러한 기록은 유지 보수 후 검증된 성능을 유지하는 데 도움이 됩니다.

참고 자료

[1] Lanbao PDA CR50 고정밀 시리즈 데이터시트 및 테스트 조건

[2] Lanbao PDA 레이저 변위 센서 제품군 및 이미지 소스

자주 묻는 질문

반복성은 정확도와 같은 것인가요?

아니요. 반복성은 특정 조건에서 반복 측정값 간의 일치도를 나타냅니다. 정확도는 측정 대상량과의 일치도를 의미합니다. 안정적인 오프셋은 우수한 반복성을 제공할 수 있지만, 보고된 거리는 절대적인 검사 결정을 내리기에 적합하지 않을 수 있습니다.

내 검사에 적합한 반복성 수준은 어느 정도인가?

부품 허용 오차, 불확실성 예산 및 잘못된 분류의 결과 중에서 요구 사항을 선택하십시오. 설치된 시스템 전체를 검증하십시오. 카탈로그 값만으로는 알려지지 않은 공정에 대한 적절한 허용 한계를 설정할 수 없습니다.

해상도가 10마이크로미터인 센서로 10마이크로미터의 공차를 검사할 수 있을까요?

해상도만으로는 그러한 결론을 뒷받침할 수 없습니다. 노이즈, 편향, 선형성, 열 효과, 고정 장치 변동 및 데이터 획득 동작이 표시된 증분보다 클 수 있습니다. 허용 오차를 고려하려면 적절한 측정 능력 연구가 필요합니다.

반짝이는 금속 표면에서 측정값이 불안정해지는 이유는 무엇일까요?

반사면은 각도나 위치 변화에 따라 수신기에 도달하는 빛의 양을 변화시킬 수 있습니다. 실제 마감 및 형상을 테스트하십시오. 적용성 평가 후에는 다른 장착 각도, 광학 배열 또는 센서 기술이 필요할 수 있습니다.

평균값을 사용하면 재현성이 항상 향상될까요?

평균화는 종종 상관관계가 없는 무작위 변동을 줄여줍니다. 하지만 드리프트나 체계적 오차를 확실하게 제거하지는 못하며, 움직이는 부품의 짧은 형상이 잘 보이지 않게 될 수도 있습니다. 필요한 생산 속도에서 설정을 비교하십시오.

센서는 얼마나 자주 점검해야 하나요?

공정 위험, 관찰된 편차, 환경 및 유지보수 이력을 고려하여 점검 간격을 설정하십시오. 설치 변경 또는 센서 교체 후 점검하십시오. 정해진 생산 간격마다 기준 점검을 실시하면 대량 생산에 영향을 미치기 전에 변경 사항을 파악하는 데 도움이 됩니다.

유용한 시험을 위해 공급업체에 무엇을 보내야 할까요?

대표 부품, 도면, 공차, 표면 변형, 장착 제약 조건, 생산 속도, 컨트롤러 세부 정보 및 원하는 결정 규칙을 제공하십시오. 시험을 기계에서 재현할 수 있도록 원시 측정값과 전체 설정값을 요청하십시오.