공차·편차·오차, 뭐가 다른가 — 기하공차 필수 용어 정리

기하공차를 배우는 사람이 가장 먼저 혼동하는 것이 이 세 단어다. 현장에서도 뒤섞여 쓰이고, 교과서마다 정의가 미묘하게 다르다. 그러나 세 개념이 가리키는 대상은 분명히 다르다. 공차는 설계자의 언어, 편차는 측정자의 언어, 오차는 원인을 말할 때의 언어다.

우리는 이미 이 단어들을 섞어 쓰고 있다

이 세 단어가 실제로 어떻게 혼용되는지 먼저 살펴보자. 다음 문장들은 현장에서 흔히 쓰이지만, 정확하지 않은 표현이다.

왜 이렇게 섞어 쓸까?

세 단어 모두 "기준값과의 차이"라는 의미를 어느 정도 공유하기 때문이다. 특히 일상 언어에서 '오차'는 '약간의 차이'라는 뜻으로 광범위하게 쓰인다. 하지만 설계-제조-검사 프로세스를 정확하게 논의하려면 각 단어가 가리키는 대상을 명확히 구분해야 한다.

---

공차 — 설계자가 미리 정해두는 허용 범위

공차(Tolerance)는 부품이 제 기능을 하기 위해 허용할 수 있는 변동의 범위를 설계 단계에서 미리 정해둔 값이다. 아직 부품이 만들어지기 전, 도면 위에 존재하는 값이다.

핵심은 "범위"라는 점이다. 공차는 ±0.010처럼 양방향 폭으로 표현되기도 하고, 0.005처럼 크기만 표현되기도 한다. 얼마나 벗어났는지가 아니라, 얼마까지 벗어나도 되는지를 말한다.

예를 들어 도면에 0.5ABC 가 적혀 있다면, 이것은 위치공차 0.5다. 실제 부품의 위치편차가 0.5 이내에 들면 합격이라는 뜻이다.

공차는 임의로 정하는 것이 아니다. 베어링 하우징 장착 구멍의 위치공차 0.5는, 시스템 조립 요건을 분해하여 각 원인에 공차를 배분한 결과로 도출된다. "이 정도면 되겠지"가 아니라 "이 계산 때문에 이 수치"여야 한다.

공차가 지나치게 엄격하면 제조 비용이 올라가고, 지나치게 느슨하면 기능 불량이 발생한다. 공차 설계는 이 두 방향 사이에서 균형을 찾는 작업이다.

편차 — 측정 후 확인되는 실제 차이값

편차(Deviation)는 실제로 가공된 부품을 측정했을 때 목표값에서 얼마나 벗어났는지를 나타내는 수치다. 부품이 만들어진 후, 측정기가 내놓는 값이다.

편차에는 부호(±)가 있다. +0.3는 목표보다 크게 나왔다는 뜻이고, −0.7는 작게 나왔다는 뜻이다. 이 부호 정보는 공정 관리에서 매우 중요하다. 편차가 꾸준히 같은 방향으로 치우쳐 있다면, 공구 마모나 기계 이송 오류 같은 특정 원인을 의심할 수 있다.

앞의 위치공차 0.5로 부품 6개를 측정해, 위치편차가 0.49, 0.50, 0.54, 0.43, 0.48, 0.51로 나왔다고 하자. 가장 큰 위치편차는 0.54다. 0.54가 나온 부품은 위치공차 0.5를 벗어나므로 불합격이다.

여기서 중요한 구분이 있다. 편차는 부품에 새겨진 사실이다. 가공이 끝난 순간 이미 고정된다. 측정 방법이 달라지면 편차값이 달라 보일 수 있지만, 부품 자체의 형상이 변하지는 않는다.

데이텀 면적이 넓어지면 측정이 안정되어 편차값이 일관되게 수렴한다. 이것은 형상 편차가 줄어드는 것이 아니라, 측정의 반복 재현성이 높아지는 것이다. 따라서 "데이텀 면적이 넓어지면 형상 편차값이 안정적으로 수렴한다"는 표현이 정확하다.

오차 — 차이가 생기는 현상과 원인

오차(Error)도 기준값과의 차이를 말한다는 점에서 편차와 비슷하게 보인다. 그러나 오차는 원인과 함께 쓰일 때 가장 자연스러운 단어다. 차이가 생긴 현상, 또는 피할 수 없는 차이의 발생 자체를 가리킬 때 쓴다.

그래서 오차는 대개 원인이 붙은 이름으로 쓰인다. 가공 오차는 공구 마모, 기계 진동, 열팽창 때문에 생기는 차이이고, 측정 오차는 측정기 정밀도, 온도 변화, 측정자 숙련도 때문에 생기는 차이다. 형상 오차는 이상적인 기하 형상과 실제 형상 사이의 차이를 말하는데, 형상 편차와 섞여 쓰인다.

오차는 발생 원인에 따라 계통 오차(Systematic Error)와 우연 오차(Random Error)로 나뉜다. 계통 오차는 항상 같은 방향으로 발생하는 오차로, 공구 마모나 기계 정렬 불량처럼 특정 원인이 있어 교정이 가능하다. 우연 오차는 방향과 크기가 무작위로 변하는 오차로, 진동이나 열 유동처럼 완전히 제거할 수 없다.

이 구분은 SPC(통계적 공정 관리)에서 관리도를 해석할 때 직접 연결된다. 관리도에서 점이 한쪽으로 편향되어 연속으로 나타나면 계통 오차(특수 원인), 무작위로 흩어지면 우연 오차(일반 원인)로 판단한다.

세 개념의 관계 — 공정순으로 이해하기

세 개념은 서로 독립적인 것이 아니라 부품의 생애 주기를 따라 순서대로 등장한다.

혼용이 생기는 이유와 올바른 사용법

현장과 교과서에서 이 세 단어가 뒤섞이는 데는 이유가 있다. 기준이 되어야 할 규격 자체가 완전히 일관되지 않기 때문이다.

ASME Y14.5는 "tolerance"를 치수가 허용되는 총 변동량(the total amount by which a specific dimension is permitted to vary)으로 명확히 정의한다. 공차를 설계 단계에서 사전에 결정되는 값으로 보는 관점이 규격 전반에 일관되게 유지된다. 이 점에서 ASME Y14.5는 공차(tolerance)와 실제 측정 결과를 구분하는 데 비교적 엄격한 편이다.

그러나 완전히 자유롭지는 않다. Y14.5의 구버전(Y14.5M-1994 등)에서는 "circularity error", "form error"처럼 오차라는 표현이 형상 특성을 가리키는 데 사용됐다. 현행 ASME Y14.5-2018은 이를 정비하여 각 기하 특성(circularity, cylindricity 등)을 명사로 독립시키고, 실제 측정된 결과값은 "actual value" 또는 "measured deviation"으로 표현하는 방향으로 나아가고 있다.

측정 분야에서는 ASME B89 시리즈가 기준이 된다. ASME B89.7.3.1은 측정 불확도(measurement uncertainty)를 다루며, 여기서 "error"는 측정 과정에서 발생하는 체계적·무작위적 원인에 의한 차이를 지칭한다. 즉 측정기, 환경, 세팅 조건에서 비롯된 현상이 오차(error)이고, 그 결과 수치로 확인되는 것이 편차(deviation)다. 이 구분은 ASME B89가 요구하는 측정 성적서 작성 방식에 직접 반영된다.

일상 언어의 영향도 크다. "오차 범위 내", "허용 오차"처럼 공차의 의미로 오차를 쓰는 표현이 현장에 깊이 배어 있다. "오차가 크다"는 말도 맥락에 따라 편차가 크다는 뜻으로 쓰인다. 이러한 혼용은 구두 소통에서는 큰 문제가 없지만, 도면 해석, 검사 성적서 작성, 불량 원인 분석 보고서처럼 문서로 남기는 상황에서는 정확한 구분이 필요하다.

올바른 사용 예시

같은 부품을 두고 세 문서가 각각 다른 낱말을 쓴다. 도면은 공차로 기준을, 측정성적서는 편차로 결과를, 분석보고서는 오차로 원인을 말한다. 세 단어를 구분해서 쓰면 문장이 더 정확해지고, 읽는 사람이 무엇을 기준으로, 무엇을 측정했으며, 왜 문제가 생겼는지를 분리해서 이해할 수 있다.

공차는 약속, 편차는 현실, 오차는 그 차이를 만드는 원인이다.