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산업 품질 관리의 미래


요약: 산업 품질 평가 과제

기능은 종종 형태와 관련이 있으며 이는 제조 시장에서 특별한 의미을 담고 있습니다. 구성품들은 엄격한 품질 평가 절차를 거쳐 정확한 사양에 따라 제조된 후 완전한 제품으로 조립됩니다. 제품의 특정 사양(GPS), 파단 분석 및 표면 거칠기 시험과 같은 많은 작업이 이러한 평가에 포함될 수 있으며, 이는 다양한 제조 공정에서 품질 관리의 핵심을 형성합니다. 이와 같이 의료 공학, 전자 및 자동차 산업과 같은 다양한 산업 분야에서 동일한 작업이 수행될 수 있습니다.

품질 평가 작업을 수행하는 데 일반적으로 사용되는 기술에는 접촉식 형상 측정법과 기존 광학 현미경 검사법이 있으며, 이 기술들은 검사와 측정 모두에서 높은 수준의 정확성을 요구합니다. 이러한 성공적인 접근 방식을 사람들은 산업 품질 평가에서 크게 의존하고 있지만, 광학 디지털 현미경의 새로운 접근 방식은 점점 더 대중적인 솔루션이 되어 산업 품질 관리를 디지털 시대로 이끌고 있습니다.

이 백서는 업계 내 품질 평가에 대한 기존 접근 방식의 한계를 탐구하고 광학 디지털 기술을 보다 효율적인 대안으로 활용할 수 있는 방법을 자세히 설명합니다. 움직이는 부품으로 구성된 제품이 다양한 사양에 어떻게 의존하는지를 설명하기 위해, 소형 오르골의 이론적 예를 들겠습니다. 이를 통해 업계 내에서 품질 평가에 일반적으로 사용되는 여러 가지 작업을 통합할 수 있으며, 이로써 새로운 광학 디지털 기술이 제공하는 특정 이점에 대해 설명할 수 있습니다. 보청기 의료기기는 실제 기술 적용의 맥락에서 이에 대한 두 번째 예를 제시합니다. 이 두 가지 예는 기존 접근 방식으로 보완할 때 광학 디지털 기술이 거의 모든 제조 환경에서 품질 평가 작업의 성공을 어떻게 향상시킬 수 있는지 보여줍니다.

한 눈에 보는 '광학 디지털 현미경'

  • 광학 현미경의 강점을 기반으로 구축
  • 직관적 조작 및 시각화
  • 기존 방법에 대한 효율적인 대안 제시
  • 산업 품질 관리를 디지털 시대로 전환
  • 전체 분석, 측정 및 보고 워크플로 관리

솔루션

  • 몇가지 고급 기술 채택
  • 다양한 기술을 병합하는 최상의 이미지 기능
  • 직관적인 터치 조작 및 화면 디스플레이
  • 2D/3D 디스플레이 및 분석
  • 컨포칼 레이저 스캐닝 현미경을 이용한 광학 형상 측정법

키워드

  • 산업 품질 관리
  • 광학 디지털 현미경
  • 표면 측정
  • 제품의 기하 특성 사양

기존 품질 평가 방법

몇 가지 방법이 품질 평가 작업 수행을 위해 업계에서 널리 사용되는 ‘최적 표준’으로 간주됩니다. 치수 측정 작업의 경우, 캘리퍼 측정 도구를 사용 또는 기계식 광학 프로브에 의존하여 3차원으로 측정하는 좌표 측정기(CMM)로 정확한 GPS를 조사하거나 이 정보를 수학적 형태로 표시할 수 있습니다.

표면 측정의 경우, 산업 품질 관리에서 가장 일반적인 접근 방식은 스타일러스 기반 표면 거칠기 측정기를 사용하는 접촉식 형상 측정법입니다. 그러나 이 접근 방식은 표본에 대한 물리적 손상과 같은 몇 가지 제한 사항이 있으며, 이에 대해서는 특정 사례의 맥락에서 더 자세히 설명하겠습니다. 대안적 기술은 파동을 사용하여 표면의 불규칙성을 측정하는 간섭 측정입니다. 이 방법은 완벽히 추적 가능하지만 복잡하며, 광학 및 광 위상에 대한 많은 교육과 전문 지식이 필요합니다. 또한 거울 표면과 같은 특정 유형의 표본의 표면 측정에만 제한되는 틈새 시장입니다. 다른 특수 응용 분야에서는 나노미터 단위의 측정을 위해 원자력 현미경(AFM) 및 주사 전자 현미경(SEM) 기법을 사용합니다. AFM은 물리적 프로브를 사용하여 표본의 표면을 스캔하며, SEM은 집중된 전자 빔으로 표본을 스캔하는 주사 탐침 현미경 검사법의 일종입니다. 그러나 이러한 방법들은 많은 산업 응용 분야에서 실용성이 제한적이며, 비용과 시간이 많이 소요됩니다. 매우 전문적인 응용 분야에만 원자 규모 해상도가 필요하며, 산업 품질 관리 내의 대부분의 작업은 보다 다재다능한 방법의 이점을 누릴 수 있습니다.

광학 현미경 검사법은 많은 작업에서 신속한 분석에 사용되는 다재다능한 방법 중 하나입니다. 이 검사법은 1900년대 초반부터 주류가 되어 정밀 공학의 첫 번째 물결을 실현했으며, 산업 혁명에서 비롯된 진정한 진보적 기술이었습니다. 이러한 성공은 핵심 기법으로서의 지속성에 반영되며, 광학 디지털 기술은 이제 이 성공을 기반으로 구축됩니다.

올바른 음을 연주하는 미니어처 오르골

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그림 1: 기능이 형태에 따라 달라지는 미니어처 오르골은 제조 공정의 여러 가지 측면에서 비롯됩니다.
움직이는 부품으로 구성된 모든 제품과 마찬가지로 그림 1에 표시된 미니어처 오르골 장식의 성능은 다양한 제조 사양에 따라 달라집니다. 이 예제에서는 이러한 사양을 평가하기 위해 광학 디지털 현미경을 다양한 방법으로 사용하는 방법을 자세히 설명합니다. GPS는 구성품의 필요한 형태를 설명합니다. 이 예제에서 뚫린 구멍의 위치와 직경은 각 구성품의 조립을 정의하고, 핀의 높이와 위치는 멜로디의 진폭과 순서를 정의합니다. GPS는 기존에 CMM을 사용하여 측정되었습니다. 그러나 광학 디지털 현미경은 2D 및 3D 캘리퍼 측정 모두에서 완전한 문서화 및 측정 기능을 제공하는 추가 이점을 통해 보다 신속한 접근 방식을 제공합니다.

첨단 산업 검사 및 측정을 위한 접근하기 쉬운 솔루션인 광학 디지털 현미경

디지털 기술은 우리 삶의 많은 영역에서 표준이 되고 있습니다. 이러한 추세에 따라 새로운 범주의 현미경은 산업 품질 관리 워크플로의 효율적인 관리를 위해 광학 기술 및 디지털 기술의 이점을 모두 활용합니다.

광학 디지털 현미경은 최신 현미경 기술을 기반으로 디지털 이미징 인터페이스를 통해 제어 및 표시되므로 경험에 관계없이 모든 작업자에게 직관적인 단순성을 제공합니다. 광학 디지털 현미경의 시스템 및 소프트웨어 설계에서 비롯된 몇 가지 혁신적인 기능 덕분에 정확한 검사 및 측정은 더 이상 심층적인 현미경 지식에 의존하지 않게 되었습니다.

신속한 분석을 통해 기존 기술에 비해 훨씬 더 빠른 의사 결정을 내릴 수 있으며, 광학 디지털 시스템은 완벽한 조사, 측정 및 보고 플랫폼을 제공합니다. 상황이 특히 복잡한 경우, 사용자는 필요한 경우에 AFM 또는 SEM과 같은 추가 분석을 통해 이 접근 방식을 보완할 수도 있습니다.

광학 디지털 개념은 Olympus에서 개척하고 있으며, 현재 두 종류의 현미경 시스템으로 구성되어 있습니다. Olympus DSX 시리즈는 고해상도 검사 및 측정을 위해 다양한 표본 유형에 대한 광학 디지털 검사 및 측정 솔루션을 제공합니다. 접촉식 형상 측정법의 대안인 Olympus LEXT는 표면 이미징, 광학 형상 측정법 및 표면 거칠기 측정에 최적화된 컨포칼 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)입니다.

디지털 포착과 디스플레이가 사용되면서 접안 렌즈는 과거의 일이 되었습니다. 오랜 시간 현미경으로 작업하는 것은 항상 불편했던 반면, 광학 디지털 현미경은 모니터에 이미지를 표시하여 편안한 작업을 가능하게 합니다. 화면에서 볼 수 있다는 점은 다수가 참여하는 토론이나 교육에 훨씬 더 적합합니다.

특정 기술이나 설정을 사용해야 하는 시기를 정확히 알지 못하는 경험이 부족한 작업자를 위해 Olympus는 DSX 시리즈에 고유한 ‘최상의 이미지’ 기능을 통합하여 여러 포착 설정을 화면에 표시함으로써 사용자가 그림 2와 같이 가장 통찰력 있는 이미징 기술을 선택할 수 있게 해줍니다. 이것은 또한 작업자 교육에 이상적인 자원을 제공합니다. 표본은 다양한 광학 기술을 사용하여 포착되므로 새로운 작업자는 특정 관찰 방법을 사용하는 경우를 예제로 학습할 수 있습니다. 이러한 표준 관찰 방법 외에도 강조 기능은 선택한 색상에서 관심 있는 특정 기능을 지시하고 나머지 표본은 흑백으로 표시합니다. 그림 2에 표시된 다이아몬드 연삭 디스크의 예에서 DIC 관찰과 함께 강조 기능을 적용하면 디스크 전체의 특정 각도에서 다이아몬드 표면의 분포를 시각화하는 데 도움이 됩니다.

보고 기능은 광학 디지털 플랫폼에서도 효율적으로 관리됩니다. 문서에는 결과와 함께 제시된 관찰 설정이 포함되어 있으므로 분석 및 측정 정보를 R&D 또는 생산에 신속하게 피드백하거나 교육 목적으로 공유할 수 있습니다.

그렇다면 광학 디지털 기술이 산업 품질 평가의 미래를 변화시키면서 얻을 수 있는 이점은 무엇입니까? 다음 섹션에서는 다양한 산업 분야에서 사용되는 표준 품질 평가 작업을 반영하는 다양한 작업을 종합하여 광학 디지털 현미경으로 성능과 효율성을 모두 개선할 수 있는 방법을 강조합니다.

BF
BF
DF
DF
MIX
MIX(BF+DF)

DIC
DIC
DIC_with_highlight
강조 기능이 있는 DIC

그림 2 최상의 이미지 기능은 검사 또는 측정에 필요한 최상의 이미징 기술을 빠르게 습득할 수 있게 해줍니다. Olympus DSX 광학 디지털 현미경으로 다이아몬드 연마 디스크를 명시야(BF), 암시야(DF), MIX(명시야 및 암시야 결합), 미분 간섭 대비(DIC) 및 편광을 사용하여 볼 수 있습니다. 강조 기능은 특정 다이아몬드 결정립의 분포를 시각화합니다.

1. 상세한 검사

디지털 기능의 이점을 활용하여 오르골 내부의 기어링과 같은 더 큰 표본을 기존의 실체 현미경 대신 광학 디지털 현미경으로 검사할 수 있습니다. 수백 개의 각 포착 영역을 단일 이미지로 자동 결합할 수 있는 연결 기능을 통해 시야가 크게 확장된 화면에서 관찰할 수 있습니다. 그림 3은 DSX 광학 디지털 현미경을 사용한 예제입니다. 또한, Z축을 따라 많은 초점 이미지를 결합하기 위해 미세 초점 조정을 사용하는 확장 초점 이미지(EFI) 기능으로 2D 이미지의 초점이 완전히 맞춰져 있습니다. 3D 이미지 합성 기능을 파노라마 연결 보기와 결합하여 디지털 화면 보기에서 회전, 확장 및 축소할 수 있는 명시야 3D 이미지를 구성할 수도 있습니다.

DSX_2d_image
A
DSX_3d_image
B

그림 3 : Olympus DSX 광학 디지털 현미경의 파노라마 이미지 연결 기능을 사용하면 더 큰 표본을 고해상도로 포착할 수 있습니다. 이는 EFI 기능을 사용하여 완전히 초점이 맞춰진 이미지가 있는 2D 시각화(A)에서 가능합니다. 또한 모든 각도(B)에서 검사하기 위해 3D로 볼 수 있습니다.

2. 표면 거칠기

표면 불규칙성은 균열이나 부식에 대한 핵형성 지점을 형성할 가능성이 있기 때문에 표면 측정은 많은 제조 영역에서 중요합니다. 표면 거칠기는 또한 두 표면 사이의 마찰력에 대한 통찰력을 제공하여 접착을 증진시킵니다. 이 후자의 속성은 기어링과 같은 접촉 역학에 영향을 미치고 오르골 멜로디의 속도와 리듬을 정의하기 때문에 오르골의 예에서 특히 중요합니다. 접촉식 형상 측정법은 표면 거칠기를 결정하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 그러나 표면 거칠기 측정은 CLSM이 실제로 광학 형상 측정기로 사용되는 기능입니다. 첫째, CLSM은 지정된 단일 초점면에서 초점이 맞는 반사만 감지하며, 이는 높이 정보를 생성하는 데 사용할 수 있습니다. CLSM을 광학 형상 측정기로 사용하는 것은 기존의 접촉식 형상 측정기의 스타일러스와는 달리 표면을 스캔하는 레이저로서, 이는 몇 가지 주요 이점을 제공합니다. 표면 위로 끌리는 스타일러스의 다이아몬드 팁은 부드러운 재료를 긁고 손상시킬 수 있습니다. 또한 접착성 표본의 경우, 스타일러스가 느슨해지면 손상되어 정확한 결과를 얻지 못할 수 있습니다. 접촉식 표면 거칠기 측정기는 스타일러스 팁 직경(반경 2μm)보다 작은 윤곽을 측정할 수 없는 반면, LEXT의 레이저는 반경 0.2μm까지 측정할 수 있습니다. 분석은 스타일러스 기반 시스템보다 훨씬 빠른 몇 초 만에 이루어집니다.

광학 접촉식 형상 측정법은 업계에서 점점 더 널리 사용되고 있으며, 특히 Olympus LEXT는 3D 표면 측정을 위한 최초의 GPS 표준인 ISO25178을 준수하고 있습니다. 이 새로운 표준은 3D 표면 질감 매개 변수를 정의하고, 측정 기술, 보정 방법 및 소프트웨어와 같은 관련 사양을 설명합니다.

3. 결함 검사

프로브 검사는 DSX 고유의 자유각 기울기 기능으로 표본을 건드리지 않고도 다양한 각도에서 다양한 면으로 손쉽게 검사할 수 있습니다. 예를 들어 보청기의 성능은 기능을 방해할 수 있는 결함인 소형 인쇄 회로 기판(PCB)에 달려 있습니다. 그림 4는 이러한 기울기 기능이 보청기 내의 PCB 검사에 어떻게 도움이 되는지 보여줍니다. 기존의 실체 현미경과 같은 이전의 검사 방법은 이전에는 보기 어려웠거나 숨겨진 결함을 놓칠 가능성이 높았지만 이제는 다른 관점에서 쉽게 관찰할 수 있습니다.

printed_circuit_board_directly_above
바로 위

printed_circuit_board__left45
좌측 45°
printed_circuit_board__right45
우측 45°

그림 4: Olympus DSX 광학 디지털 현미경의 자유각 기울기 기능을 사용하여 여러 각도에서 표본을 검사할 수 있으므로 결함이 더 이상 숨겨지지 않습니다.

4. 투명층을 통한 분석

PCB 검사는 표면을 덮는 투명한 층이 존재하기 때문에 방해를 받을 수 있습니다. 복합층이 밑에 있는 표면을 가리고 있어 표준 광학 현미경으로 선명한 이미지를 얻을 수 없습니다. 광학 디지털 기술은 편광 조명과 같은 현미경 기술을 통합하여 상단 복합층 반사를 줄이고 PCB를 정확하게 검사할 수 있게 해줍니다(그림 5 참조).

flexible_printed_circuit_boardA
A
flexible_printed_circuit_boardB
B

그림 5: 명시야 조명(A)을 사용할 때 위에 있는 복합층이 검사를 가리는 유연한 인쇄 회로 기판. 편광 조명은 복합층의 반사를 줄여 밑에 있는 표면(B)에 대한 선명한 이미지를 얻습니다.

기술 적용: 보청기 상호 연결

소형 의료기기의 작동은 정밀한 사양과 정확한 GPS 제조에 달려 있는데, 이는 소리를 증폭 및 변조하기 위한 이 보청기기의 사례에서도 그렇습니다. 이 의료 기기에 대한 품질 평가에는 직경 2-3mm의 작은 전기 연결 기능인 상호 연결 검사를 포함하여 여러 가지 작업이 필요합니다. 예를 들어, 검사에서는 상호 연결의 두 부분이 서로 맞으며 접촉 상태를 유지하는지 여부를 정확하게 식별해야 합니다.

결론

최근 몇 년 동안 현미경 기술의 성능과 복잡성 모두 빠르게 발전하고 있습니다. 광학 디지털 현미경 기술은 이러한 개발의 이점을 누리고 모든 수준의 전문 지식에 작업자가 접근할 수 있도록 하여 검사 작업에 전적으로 집중할 수 있게 해줍니다. 이처럼 광학 디지털 기술은 빠르고 직관적인 작업을 통해 많은 작업의 이미징, 측정 및 보고 단계를 간소화하여 완벽한 산업 품질 관리 워크플로를 이상적으로 관리하게 해줍니다.

빠른 분석을 통해 의사결정을 더 빠르게 할 수 있으며, 광학 디지털은 기존 기술에 비해 더 효율적인 품질 관리 수단을 제공합니다. 더 복잡한 상황에서 광학 디지털 현미경은 AFM 또는 SEM과 같은 보다 전문적인 분석이 필요한지 여부를 나타내는 빠르고 비용 효율적인 시작점을 제시하여 시간과 자원의 투자가 완전히 정당화되도록 합니다.

광학 디지털 기술은 산업 품질 관리에서 실제로 자리를 잡고 있으며, 특히 형상 측정법 응용 분야의 경우, LEXT가 3D 표면 측정에 대한 최초의 표준인 ISO25178을 준수합니다. 따라서 향후 몇 년 내에 광학 디지털 기술이 많은 산업 분야에서 표준 품질 관리 도구가 되어 산업 품질 관리를 디지털 시대로 가져올 것으로 생각됩니다.

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이 애플리케이션에 사용되는 제품

LEXT™ OLS5100 레이저 스캐닝 현미경은 뛰어난 정확도와 광학 성능을 스마트 도구와 결합하여 시스템을 간편하게 사용할 수 있도록 합니다. 미크론 단위 미만 수준에서도 형상과 표면 거칠기를 정확하게 측정하는 작업은 신속하고 효율적이어서 워크플로를 단순화하고 신뢰할 수 있는 고품질 데이터를 제공합니다.

더 나은 이미지와 결과. DSX1000 디지털 현미경은 정확도과 반복성을 통해 보다 신속하게 실패 분석을 가능하게 합니다.

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