어떤 측정 장비를 가지고 측정을 해서 데이터를 얻는 엔지니어링 활동을 할 때, 이 측정 장비가 과연 제대로 된 것인가 의심이 갈 때가 있다. 이럴때 Gate R&R 평가방법을 이용해서 측정 장비나 계측 시스템의 오류로 인한 산포를 알 수 있다.
측정 시스템이 아무리 정확해도 오차는 있기 마련이다. 세상에 1kg를 1.000000000000000kg로 측정할 수 있는 저울은 없듯이. 우리가 몸무게를 재고 갸웃 하면서 내려왔다가 다시 체중계에 올라가본 기억이 있을 것이다. Gage R&R도 바로 이렇게 측정을 완전히 믿지 못해서 이게 과연 정확한지 보려는 것이다.
오차 산포는 다음과 같은 원인에 의해 발생한다.
산포 발생 원인
1) 공정의 변화 : 실제로 공정 자체로 생기는 산포이다. 이는 장기, 단기로 구분할 수 있고 또 평가할 시편을 제작할 때 산포가 생기기도 한다.
2) 측정 산포 : 공정이 제대로 되었는지 측정하는 과정에서 발생하는 산포인데, 이는 계측기의 산포와 계측자의 산포로 구분할 수 있다. 측정 장비에서 발생하는 산포가 있고 그걸 이용해 찍는 사람에 의해서도 산포가 발생한다.
계측기의 산포는 정확성, 안정성, 선형성, 반복성이 흔들릴 때 발생하고, 계측자의 산포는 재현성이 떨어지면 생긴다.
산포의 종류
Bias
바이어스는 편향이라는 뜻인데, 정확성이라고도 한다. 어떤 제품을 측정했을 때 이 제품의 기준값과 측정한 평균값과의 차이가 bias 이다. 이 제품은 10cm 짜리인데 측정을 10회 해봤더니 평균이 11cm가 나왔다 그러면 bias가 1cm 들어간 것이다.
안정성 (stability)
같은 계측기로, 같은 제품을 시간 텀을 두고 측정하였는데 중심치가 이동한 것을 말한다. 즉 계측기에 어떤 외부 인자로 인해 offset이 들어가게 된 것이다.
1차 측정시 평균 15의 값을 기준으로 산포가 분포되어 있었는데, 2차 측정시 산포의 분포도는 똑같고 평균만 17로 이동했다면 1차와 2차 시간 간격 사이에 이만큼 계측기가 틀어졌다고 생각할 수 있다.
선형성 (linearity)
측정 범위 내에서 계측기가 가진 일관성을 말한다. 각 측정 집단마다 bias 값을 가지게 되는데 이 bias 값들간의 차이를 말한다. 할 때마다 bias가 심하게 달라진다면 계측기의 일관성이 떨어진다고 볼 수 있다.
반복성 (repeatability)
한 사람이 동일 계측기 + 동일한 측정 시료를 여러회 반복해서 찍었을 때 얻는 측정 데이터 값의 변동폭을 말한다. 1차 2차 3차 측정간에 중심치가 이동하는 정도가 계측기의 신뢰도가 얼마나 떨어지는지를 말해준다.
재현성 (reproducibility)
각기다른 사람이 동일한 측정 기계와 동일한 시료를 찍었을 때, 중심치가 벌어지는 정도를 말한다. 누가 찍느냐에 따라 값이 달라진다면 이는 측정자의 산포가 반영된다고 볼 수 있다. 측정 방식을 정확하게 매뉴얼화 해서 훈련하는 것이 필요할 것이다.
3. Gage R&R 실험
먼저 Gage R&R이 무엇의 약자냐면, 위 산포의 종류 중에서 Repeatability 반복성 그리고 Reproducibility 재현성을 측정한다는 뜻이다. Gauge 라고 써도 Gage와 같은 말이다.
반복성은 같은 측정자, 동일한 사람이 동일 조건하에 반복해서 여러번 측정을 해보았을 때 얼마나 흔들리는지를 나타낸다. 재현성은 동일한 조건에서 각기 다른 측정자, 다른 사람이 측정했을때 얼마나 차이나는지를 보는 것이다.
쉽게 말해 사람 손을 얼마나 타느냐, 계측기가 얼마나 오락가락 하느냐를 정량적 수치로 나타내보는 평가 방법이라고 할 수 있다.
반복성이 크게 나타난다면 계측기에 문제가 있다고 본다. (동일한 사람이 동일하게 잘 찍었다고 가정할 때) 재현성이 크게 나타난다면 측정자에 문제가 있다고 본다. (찍는 사람에 따라 값이 달라지니)
구분 | 판단지표 | 양호 | 조건부 | 수용불가 | ||
계량형 | 중심치 | 정확성 선형성 | %bias %linearity | 5%이하 | 5~10% | 10%이상 |
산포 | 반복성 재현성 | %R&R | 10%이하 | 10~30% | 30%이상 |
측정한 평가 결과를 이용해서 위와 같은 기준으로 계측 시스템을 사용할지 말지를 판단할 수 있다. 문제가 있다면 장비 또는 측정 시스템을 보완해서 신뢰도를 올려야 한다.
이를 실제로 Gage R&R 계산하는 자세한 과정은 미니탭 블로그에 나온 설명을 통해 확인할 수 있다.