유리병·PET 벽두께 측정, 어떤 방식·장비로 해야 할까?

유리병이 라인에서 깨지고, PET 병이 충전 중에 주저앉을 때 원인을 거슬러 올라가면 벽두께 편차에 도달하는 경우가 많습니다. 용기는 평균이 아니라 가장 얇은 한 지점에서 무너지기 때문입니다. 문제는 이 두께를 병을 깨지 않고 재야 한다는 것이고, 여기서 방식이 갈립니다 — 병 안에 강구를 넣어 자기적으로 재는 자기식(홀 효과)과, 빛만 쏘아 재는 비접촉 광학식입니다. 이 글은 무엇을 관리하려는가에서 출발해 어떤 벽두께 측정기를 골라야 하는지를 정리한 선택 가이드입니다.

한눈에 보는 선택표 — 목적별 벽두께 측정 방식·장비

왜 벽두께를 관리하나 — 얇은 한 점이 병을 깬다

유리병의 내압 저항, PET 병의 탑로드 저항은 모두 단면 두께에 직접 지배됩니다. 같은 무게의 유리를 쓰더라도 분포가 고르지 않으면 얇아진 지점의 응력이 국부적으로 올라가고, 그 지점이 전체 병의 강도를 결정합니다. 그래서 두께 관리의 핵심 지표는 다음 세 가지입니다.

• 최소두께(min) — 파손이 시작되는 지점. 도면·사양서의 하한과 직접 비교하는 값입니다.
• 편차(최대−최소) — 성형 공정이 흔들리고 있다는 신호. 유리병은 게더·블랭크 몰드 온도와 분배, PET는 프리폼 사출 코어 정렬과 연신 조건이 원인이 됩니다.
• 분포 패턴 — 한쪽 면만 얇으면 금형 정렬(오프센터), 특정 높이가 얇으면 성형 온도 프로파일 쪽으로 원인이 좁혀집니다.

반대로 두께를 넉넉하게 가져가면 안전하지만 중량이 곧 원가이고, 유리병 경량화(light-weighting)는 물류비·탄소배출과도 직결됩니다. 결국 벽두께 측정은 "얼마나 줄일 수 있는가"를 판단하기 위한 데이터 수집이기도 합니다.

무엇을 알고 싶은가 — 세 갈래 의사결정

측정 방식은 소재가 아니라 측정 조건에서 갈립니다. 아래 세 질문에 답하면 방식이 정해집니다.

• 강구를 넣을 수 있는가 → 입구가 열려 있고 내부에 강구가 닿을 수 있는 형상이면 자기식이 가장 간단하고 경제적입니다. 병목이 좁거나 내부 구조가 복잡해 강구를 원하는 지점에 붙일 수 없으면 자기식은 쓸 수 없습니다.
• 시료에 닿아도 되는가 / 얼마나 많이 재야 하는가 → 표면에 흠집이 나면 안 되거나(코팅·인쇄면), 한 병에서 수십~수백 점을 빠르게 읽어야 하면 비접촉 광학식입니다. 접촉이 없어 시료 손상이 없고 마모 부품이 없습니다.
• 소재가 빛을 통과시키는가 → 광학식(색수차 방식)은 앞뒤 면에서 빛이 반사되어야 하므로 투명 소재(유리·PET)에 한정됩니다. 착색이 짙거나 불투명한 용기라면 자기식이 답입니다.

두 방식은 서로를 완전히 대체하지 않습니다. 현장 점검용으로 자기식 게이지를 두고, 개발·클레임 분석·경량화 검토처럼 다점 프로파일이 필요한 작업에는 광학식을 함께 쓰는 구성이 실무에서 흔합니다.

① 자기식(홀 효과) 벽두께 측정 — 강구를 넣어 비파괴로 잰다

자기식 벽두께 측정은 병 입구로 작은 강구(steel ball)를 넣어 안쪽 벽에 붙이고, 바깥에서 자기 프로브를 같은 지점에 대는 방식입니다. 프로브가 감지하는 자기장 세기는 강구까지의 거리에 따라 변하므로, 이 거리를 환산하면 사이에 낀 벽의 두께가 됩니다. 유리와 PET는 비자성체여서 자기장이 그대로 통과하기 때문에 병을 자르거나 깨지 않고 측정할 수 있습니다. 널리 홀 효과(Hall effect) 방식으로 불립니다.

이탈리아 Parma Controls LMBWTG-2는 유리 용기 벽두께 전용 게이지로 0~10mm를 0.01mm(10µm) 분해능으로 측정하고, mm·inch 단위 전환과 디지털 LCD 표시를 지원합니다. 유리병 제조 라인에서 두께 편차로 인한 강도 저하·파손을 사전에 잡아내는 용도입니다.

LMPETG-2는 같은 자기 방식으로 PET 프리폼과 병의 벽두께를 0~10mm·0.01mm로 측정합니다. PET는 프리폼의 두께 분포가 블로잉 후 병의 분포를 결정하므로, 프리폼과 완성 병을 같은 기준으로 함께 재는 것이 원인 추적의 지름길입니다.

자기식 측정에서 값이 틀어지는 흔한 원인

• 강구가 측정점에 정확히 붙지 않음 — 프로브 축과 강구 중심이 어긋나면 거리가 길게 읽혀 두께가 과대 표시됩니다.
• 프로브를 곡면에 비스듬히 댐 — 어깨·힐처럼 곡률이 큰 부위는 프로브를 표면 법선 방향으로 세워야 합니다.
• 강구 크기 선정 오류 — 곡률 반경보다 큰 강구는 벽에 밀착하지 못합니다. 부위별로 강구 크기를 나눠 쓰는 것이 좋습니다.
• 교정 누락 — 기준시편으로 영점·스팬을 잡지 않으면 절대값이 어긋납니다. 측정 시작 전 교정은 필수입니다.

② 비접촉 광학식(색수차) 측정 — 닿지 않고 빠르게 잰다

색수차(chromatic aberration) 방식은 렌즈가 파장에 따라 초점 거리를 다르게 맺는 성질을 역이용합니다. 백색광을 쏘면 각 파장이 서로 다른 깊이에 초점을 맺는데, 앞면과 뒷면에서 각각 반사되어 돌아오는 파장을 분광기로 읽으면 두 면 사이의 거리, 즉 벽두께가 나옵니다. 시료에 닿지 않으므로 흠집이 없고, 움직이는 부품이 없어 마모 관리가 필요 없습니다.

독일 VMA LabTMC는 이 방식을 쓰는 오프라인 광학식 두께측정기입니다. 0.3~7.0mm 두께를 0.01mm 분해능, 최대 4kHz의 속도로 읽으며, 7인치 정전식 터치스크린(WVGA 480×800)으로 두께 모드와 최소/최대(Min./Max.) 모드를 조작합니다. MIN 임계값 알람이 있어 하한 미달을 즉시 잡아냅니다. 광원은 마모가 없는 LED를 사용합니다.

크기는 230 × 170 × 80 mm, 무게 3.1kg(액세서리 포함)의 휴대형이라 실험실뿐 아니라 유리 생산 라인 옆에서 바로 검사할 수 있고, 작동 온도는 −10 °C ~ 50 °C입니다. 데이터는 내장 SD 메모리에 저장하고 USB 2.0 · Ethernet으로 내보내며, 정보시스템 연동 소프트웨어는 옵션입니다. VMA는 30년 이상 유리산업 광학 측정 기술을 축적해온 전문 제조사입니다.

LabTMC 확장 옵션 — 반복성과 현장성을 높이는 구성

자기식 vs 광학식 — 방식 비교표

어디를 몇 점 재나 — 측정 포인트와 샘플링

두께 데이터는 어디를 쟀는지가 기록되지 않으면 쓸모가 없습니다. 다음 원칙으로 측정 위치를 고정하세요.

• 높이 방향 — 힐(바닥 모서리), 바디 하·중·상, 어깨, 넥 순으로 단을 나눕니다. 유리병은 힐과 어깨, PET 병은 힐과 라벨 패널 하단이 얇아지기 쉬운 대표 지점입니다.
• 원주 방향 — 각 단마다 최소 4점(0°·90°·180°·270°), 금형 오프센터를 의심하면 8점으로 늘립니다. 몰드 심(seam) 위치를 0°로 잡아 기준을 통일합니다.
• 이력 추적 — 유리병은 몰드 번호, PET는 캐비티 번호를 반드시 함께 기록합니다. 특정 몰드·캐비티만 얇다면 원인이 바로 좁혀집니다.
• 판정 지표 — 평균이 아니라 최소값과 편차(최대−최소)를 관리합니다. 하한 미달 1점이면 그 병은 불합격입니다.
• 교정 — 측정 시작 전 기준시편으로 교정하고, 교정 주기와 기준시편 성적서를 품질 문서에 남깁니다.

두께 단위 환산표

관련 규격 — 두께 기준은 어디서 오나

벽두께 측정 방법 자체를 하나의 국제 규격으로 못 박기보다, 실무에서는 용기 도면·고객사 사양서·사내 규격으로 하한과 측정 위치를 정하는 것이 일반적입니다. 참고할 만한 규격 축은 다음과 같습니다.

• ASTM D2911/D2911M — Standard Specification for Dimensions and Tolerances for Plastic Bottles. 플라스틱 병의 치수·공차 체계(용량, 바디 치수, 넥 피니시)를 규정합니다.
• ISO 7458 — Glass containers — Internal pressure resistance — Test methods. 두께 부족이 결과로 드러나는 유리병 내압시험 규격입니다.
• ISO 8113 — Glass containers — Resistance to vertical load — Test method. 적재·캡핑 하중에 대한 수직하중 시험 규격입니다.

즉 두께 하한은 임의로 정하는 값이 아니라, 내압·수직하중 시험에서 요구 성능을 만족하는 최소 두께를 역으로 확인해 설정하는 것이 합리적입니다. 강도 시험 항목은 유리병 시험 가이드와 PET병 시험 가이드에서 정리했습니다.

도입 전 체크리스트

• 측정 대상 — 유리병인가 PET 프리폼·병인가, 착색·불투명 용기가 포함되는가.
• 두께 범위 — 예상 두께가 자기식 0~10mm, 광학식 0.3~7.0mm 중 어느 범위에 드는가. 얇은 PET 바디는 광학식 하한(0.3mm)을, 두꺼운 유리 힐부는 광학식 상한(7.0mm)을 확인하세요.
• 형상 접근성 — 병목 내경으로 강구가 들어가고 측정점에 도달하는가.
• 시료 온도 — 성형 직후 고온 시료를 잰다면 LabTMC 그래파이트 스페이서(최대 400 °C) 구성이 필요합니다.
• 데이터 기록 — 품질 이력을 남길 계획이면 LabTMC의 SD·USB·Ethernet 출력과 정보시스템 연동 SW(옵션)를 함께 검토합니다.
• 교정 체계 — 기준시편 보유 여부와 정기 교정 주기를 사내 절차에 반영합니다.

정리 — 목적에서 시작해 장비로

벽두께 측정기 선택은 '어떤 조건에서 무엇을 관리할 것인가'에서 출발합니다. 현장에서 병을 깨지 않고 빠르게 점검하는 것이 목적이면 자기식 LMBWTG-2(유리병)·LMPETG-2(PET 프리폼·병)로 충분하고, 시료 손상 없이 다점 프로파일을 얻거나 고온 시료를 다뤄야 하면 비접촉 광학식 LabTMC가 맞습니다. 두 경우 모두 판정은 평균이 아니라 최소두께와 편차로 하고, 몰드·캐비티 번호와 함께 기록해야 원인을 좁힐 수 있습니다.

세경하이테크는 이탈리아 Parma Controls의 유리병·PET 벽두께 게이지와 독일 VMA의 광학식 두께측정기 LabTMC를 공급합니다. 측정 대상(유리병·PET 프리폼·PET 병), 두께 범위, 필요한 옵션을 알려주시면 적합 모델과 납기를 안내해 드립니다.