Gage R&R이란 무엇인지 쉽게 알아봅니다. 반복성과 재현성의 차이부터 측정 시스템의 변동이 품질 판정에 미치는 영향과 개선 방법까지 설명합니다.
Gage R&R이란?
제품의 품질을 판단하려면 먼저 측정값을 믿을 수 있어야 합니다. 그런데 같은 부품을 같은 측정기로 검사했는데도 측정할 때마다 결과가 크게 달라진다면 그 측정값을 기준으로 제품의 합격과 불합격을 판단하기 어렵습니다.
Gage R&R은 측정 시스템에서 발생하는 변동을 확인하기 위한 대표적인 측정시스템 분석 방법입니다.
여기서 R&R은 Repeatability와 Reproducibility를 의미합니다.
Repeatability는 반복성, Reproducibility는 재현성으로 표현합니다.
즉, Gage R&R은 같은 조건에서 반복 측정했을 때 얼마나 비슷한 값이 나오는지, 그리고 측정자가 달라졌을 때에도 비슷한 결과를 얻을 수 있는지를 확인하는 방법입니다.
반복성이란 무엇인가?
반복성은 동일한 측정자가 동일한 측정기를 사용하여 같은 제품을 여러 번 측정했을 때 발생하는 변동을 의미합니다.
예를 들어 작업자 A가 한 부품의 길이를 세 번 측정했다고 가정해보겠습니다.
첫 번째 측정값은 100.02mm, 두 번째는 100.03mm, 세 번째는 100.01mm가 나올 수 있습니다.
값의 차이가 매우 작다면 반복성이 비교적 좋은 측정 시스템이라고 볼 수 있습니다.
반대로 같은 사람이 같은 부품을 측정했는데 99.90mm, 100.10mm, 100.00mm처럼 결과가 크게 흔들린다면 측정장비나 측정방법을 확인할 필요가 있습니다.
반복성 문제는 측정기의 분해능, 장비 상태, 측정력, 제품 고정상태 등 다양한 원인과 관련될 수 있습니다.
재현성이란 무엇인가?
재현성은 서로 다른 측정자가 같은 제품을 측정했을 때 측정 결과가 얼마나 비슷하게 나타나는지를 확인하는 개념입니다.
예를 들어 작업자 A는 평균적으로 100.02mm를 측정하지만 작업자 B는 계속 100.15mm 근처의 값을 측정한다고 가정해보겠습니다.
각 작업자는 자신의 반복 측정에서는 비슷한 값을 얻을 수 있습니다.
하지만 두 작업자의 결과가 계속 다르다면 측정자에 따른 차이가 발생하고 있다고 볼 수 있습니다.
이러한 상황에서는 측정 위치나 측정력, 장비 사용법, 제품 고정방법 등이 작업자마다 다른지 확인해야 합니다.
즉, 반복성이 장비와 반복 측정의 일관성을 확인한다면 재현성은 측정자가 달라졌을 때 발생하는 차이를 확인하는 데 초점이 있습니다.
측정 시스템이 나쁘면 어떤 문제가 생길까?
측정 시스템의 변동이 크면 정상 제품을 불량으로 판단하거나 불량 제품을 정상으로 판단할 가능성이 높아집니다.
예를 들어 제품의 허용범위가 9.90~10.10mm라고 가정해보겠습니다.
실제 제품의 치수가 10.08mm인데 측정 시스템 자체에서 큰 변동이 발생해 10.13mm가 측정되면 정상 제품을 불량으로 판단할 수 있습니다.
반대로 실제 제품이 10.12mm인데 측정값이 10.07mm로 나타나면 허용범위를 벗어난 제품이 합격으로 처리될 수도 있습니다.
따라서 생산공정을 관리하기 전에 먼저 측정 시스템이 제품 간 차이를 안정적으로 구분할 수 있는지 확인해야 합니다.
Gage R&R은 어떻게 진행할까?
일반적인 Gage R&R에서는 여러 개의 부품을 선정하고 여러 측정자가 각 부품을 반복 측정합니다.
이때 중요한 것은 의도적으로 좋은 제품만 선택하지 않는 것입니다.
실제 생산공정에서 발생하는 제품 차이를 대표할 수 있는 부품을 선택해야 측정 시스템이 서로 다른 제품을 제대로 구분할 수 있는지 확인하기 쉽습니다.
각 측정자는 정해진 방법에 따라 동일한 제품을 여러 번 측정합니다.
수집한 측정값을 분석하면 전체 변동 가운데 제품 자체의 차이가 어느 정도인지, 측정기의 반복성에서 발생하는 변동이 어느 정도인지, 측정자 사이의 재현성에서 발생하는 변동이 어느 정도인지 구분할 수 있습니다.
좋은 측정 시스템이라면 측정 시스템 자체에서 발생하는 변동보다 실제 제품 간 차이가 더 명확하게 나타나는 것이 바람직합니다.
측정 순서를 섞는 이유
Gage R&R을 진행할 때 측정 순서를 무작위로 구성하는 경우가 있습니다.
작업자가 같은 제품을 연속해서 측정하면 직전 측정값을 기억할 수 있기 때문입니다.
예를 들어 첫 번째 측정에서 10.02mm라는 값을 확인한 뒤 같은 제품을 다시 측정하면 자신도 모르게 비슷한 값을 만들려는 경향이 나타날 수 있습니다.
제품의 번호나 이전 결과를 최대한 의식하지 않고 평소와 같은 방법으로 측정해야 실제 측정 시스템의 변동을 평가하는 데 도움이 됩니다.
Gage R&R 결과가 좋지 않다면 무엇을 확인할까?
반복성 문제가 크다면 먼저 장비 상태를 확인할 수 있습니다.
측정기의 분해능이 제품 공차에 비해 충분한지, 측정면이나 프로브가 정상인지, 제품 고정상태가 안정적인지 확인해야 합니다.
측정 위치가 매번 달라지는 것도 반복성에 영향을 줄 수 있습니다.
재현성 문제가 크다면 측정자별 측정방법을 비교하는 것이 중요합니다.
누군가는 제품을 강하게 누르고 다른 사람은 약하게 측정하거나, 측정 위치가 조금씩 다를 수 있습니다.
이 경우 측정 방법을 표준화하고 작업자 교육을 실시하는 것이 도움이 될 수 있습니다.
자동 측정이면 Gage R&R이 필요 없을까?
자동화된 측정장비라고 해서 측정 변동이 완전히 사라지는 것은 아닙니다.
3차원 측정기에서도 제품을 어떻게 고정했는지, 기준점을 어떻게 설정했는지, 프로브 상태가 어떤지 등에 따라 결과가 영향을 받을 수 있습니다.
자동 검사장비 역시 센서 상태나 장비 반복성, 제품 위치 변화 등의 영향을 받을 수 있습니다.
따라서 자동 측정이라도 측정 시스템이 충분히 안정적인지 확인하는 과정은 필요할 수 있습니다.
Gage R&R과 제품 공차의 관계
측정 시스템은 측정하려는 제품의 공차에 비해 충분히 작은 변동을 가져야 합니다.
제품의 허용범위가 넓은데 측정값이 조금 흔들리는 상황과, 허용범위가 매우 좁은데 같은 수준으로 측정값이 흔들리는 상황은 의미가 다릅니다.
특히 정밀한 부품일수록 측정 시스템 자체의 변동이 품질판정에 미치는 영향이 커질 수 있습니다.
따라서 단순히 측정기가 소수점 몇 자리까지 표시되는지만 확인할 것이 아니라 실제 반복 측정에서 안정적인 결과를 얻을 수 있는지도 확인해야 합니다.
Gage R&R을 이해할 때 기억할 점
Gage R&R은 제품의 품질을 평가하는 방법이라기보다 제품을 측정하는 시스템의 품질을 평가하는 방법입니다.
측정장비가 비싸다고 해서 자동으로 좋은 측정 시스템이 되는 것은 아닙니다.
장비와 작업자, 측정방법, 고정상태, 환경조건이 모두 함께 영향을 줄 수 있습니다.
따라서 생산공정의 데이터를 분석하기 전에 그 데이터를 만드는 측정 시스템을 먼저 신뢰할 수 있는지 확인하는 것이 중요합니다.
결론
Gage R&R은 측정 시스템의 반복성과 재현성을 분석하여 측정값을 얼마나 신뢰할 수 있는지 확인하는 방법입니다.
반복성은 같은 측정자가 같은 제품을 반복 측정했을 때 발생하는 차이를 확인하고, 재현성은 서로 다른 측정자가 같은 제품을 측정했을 때 나타나는 차이를 확인합니다.
측정 시스템의 변동이 지나치게 크면 실제 제품의 차이와 측정에서 발생한 차이를 구분하기 어려워집니다.
따라서 정확한 품질관리의 출발점은 제품을 많이 측정하는 것이 아니라 먼저 측정 시스템이 안정적인지를 확인하는 것입니다.