측정 3

제13장 정반 및 각도, 형상, 위치 정밀도의 측정

정반(SURFACE PLATE)은 부품의 검사, 중심 구하기, 마름질, 조립 작업 등의 기준면이 되고 각도(ANGULAR)의 기준으로는 원주를 분할하여 각도의 눈금을 만든 원판, 분할판, 각도 게이지 등이 사용되며 공작물의 정밀도는 표면의 형상, 위치 정밀도 편차에 의해 측정 됩니다.

1. 정반

(1) 개요

정반은 부품의 검사 또는 중심 구하기, 마름질, 조립 작업 등의 기준면이 되는 것으로 주로 주철제가 많이 사용되나 최근에는 미하나이트 주철, 자기재의 비금속 정반도 사용됨.

(2) 정반의 종류 및 특징

1) 주철제 정반

(가) 제조 방법

주조하여 거친 다듬질 후 내부응력을 제거하기 위해 시즈닝을 시행함.

내부응력이 제거된 후에는 평삭, 스크레이핑, 연삭 등에 의해 최종 다듬질을 하여 제작을 마무리함.

(나) 특징

주철제 정반은 온도 변화에 민감하고 녹이 발생하기 쉬우므로 보관할 때는 표면에 기름을 칠하고 목재 커버를 덮어 놓아야 함.

2) 석 정반

(가) 제조 방법

화강암 외에 조립현무암을 이용하며 변형 방지를 위해 뒷면에 리브를 붙여 보강한 판으로 스크레이핑의 가공비가 주철제 정반보다 우수함.

(나) 특징

경년 변화가 전혀 없음.

온도 변화에 변형이 적어 형상이 일정함.

주철제 보다 정도가 높고 수명이 긺.

녹이 슬지 않음.

비자성체이므로 자성체도 측정할 수 있음.

3) 광학 정반

(가) 제조방법

한 면이 평평하게 연마된 광학유리 또는 수정체 원판으로서 평면도가 1㎛ 이하이며 래핑으로 제작을 마무리함.

양면이 평행으로 완성된 옵티컬 패럴렐은 마이크로미터 측정면의 평행도, 각종 측정자 등의 평면도 측정에 이용됨.

출처 대일시스템 사의 광학 정반

(나) 사용법

광학 정반과 피측정면을 깨끗하게 닦고 양면을 접촉시켜 빛의 간섭에 의한 무늬의 형상과 수로 측정함.

2. 각도 측정

(1) 개요

각도의 기준으로는 원주를 분할하여 각도 눈금을 만든 원판이나 분할판, 각도 게이지, 펜타곤 프리즘, 폴리곤 프리즘 등이 사용됨.

광학적 각도 측정은 빛의 입사각과 반사각의 변화에 의해 그 진로가 변화하는 것을 치수 변화로 읽는 방법임.

각도 측정은 길이 측정과 비교할 때 정밀도가 나쁘고 기술적인 면에서도 뒤떨어짐.

(2) 각도 확대 방법 및 측정법

1) 확대 방법

반사광선에 의한 방법.

웜과 웜휠에 의한 방법.

2) 측정법

각도의 기준과 비교하는 방법.

측각기(만능 각도기, 각도계)에 의한 방법.

길이를 측정하여 삼각법에 의해 산출하는 방법.

3) 각도 측정법

(가) 각도 블록 게이지

① 요한슨식

– 긴 방향의 양측면이 서로 평행하여 이 평행한 측면에 대하여 게이지면은 네 귀퉁이에 기울어진 짧은 다듬질면으로 되어 있고 각도가 기입되어 있음.

② NPL식

– 웨지 블록 게이지라고도 하며 요한슨식 각도 게이지의 두께를 크게 하고 개수를 줄인 것과 같음.

– 블록 게이지와 같이 각 각도 블록을 조합하여 각도를 (+) 와 (–)로 나누어 필요한 각도를 1′ 간격으로 만들 수 있음.

(나) 각도 측정기

직각자.

만능 각도기.

수준기.

오토콜리메이터.

출처 하이드로비전 사의 오토콜리메이터 원리 시연

4) 삼각법에 의한 각도 측정

(가) 사인 바

받침인 두 롤러의 중심거리를 직각 삼각형의 빗면으로 하고 높이를 블록 게이지로 조합하여 조절하면 이때 형성된 각도는 사인 함수로 계산하여 구함.

사인 바를 이용하여 각도를 측정할 때는 α>45°가 되면 오차가 커지므로 반드시 기준면에 대해 45° 이하의 각도로 설정해야 함.

(나) 탄젠트 바

탄젠트 바는 중간의 블록 게이지에 의해 간격이 결정되고 미리 알고 있는 지름이 다른 2개의 롤러에 의하여 측정되며 더브테일 등의 측정에 응용할 수 있음.

5) 테이퍼 측정

(가) 표준 테이퍼

① 모스 테이퍼

– 선반의 센터, 공작기계의 스핀들 등에 널리 사용하는 것으로 테이퍼 번호에 따라 대략 1/20 정도로서 단순한 마찰만으로 테이퍼 생크를 지지하는 강한 밀착도를 가진 형태임.

② 브라운 샤프 테이퍼

– 밀링의 주축(아버, 콜릿, 엔드 밀, 리머)에 사용되는 것으로 테이퍼는 대략 1/24이며 셀프 홀딩형임.

③ 자노 테이퍼

– 테이퍼의 비율이 테이퍼 번호에 상관없이 1/20로 되어 있고 치수는 인치식으로 사용됨.

(나) 측정 방법

테이퍼 게이지에 의한 측정.

사인 바에 의한 측정.

롤러 및 볼에 의한 측정.

링과 원판 게이지에 의한 측정.

3. 형상 및 위치 정밀도 측정

(1) 개요

기계제품 중에서 상대운동을 하는 미끄럼면 등에서는 치수의 정도와 함께 다듬질면의 상태도 매우 중요함.

서로 접촉하고 있는 부분에서는 조립부의 변형이나 마멸현상에 의하여 기계제품의 정도가 저하되고 성능이 떨어지게 됨.

공작물 표면의 기하학적인 이상 표면으로부터의 형태 편차는 그 공작물 전체를 기하학적으로 관찰하였을 때 평면도, 진원도 등과 같은 거친 편차의 형상 정도와 공작물의 일부를 기하학적으로 관찰하였을 때의 표면 거칠기, 파상도 등과 같은 미세한 편차로 나뉨.

형상 정도는 공작물의 기하학적인 요소인 점, 선, 면의 형상 및 위치에 관한 것으로 정의함.

(2) 평면도 및 진직도의 측정

1) 평면도 측정

(가) 정의

기계의 평면 부분이 이상 평면에서 어느 정도 벗어나 있는지를 표시하는 것으로서 평면 부분의 가장 높은 점과 낮은 점을 지나는 두 가상 평면의 거리로써 표시함.

(나) 측정 방법(KS B 0601, 060에 규정)

① 일반 측미기

– 정반 위에 삼발이를 놓고 그 위에 측정하려는 기계 부분을 올려놓아 그 평면 부분의 3점으로 정해지는 이상 평면을 정반과 평행하게 하여 측미기를 정반면에 평행하게 이동시켰을 때의 눈금값의 최대값과 최소값의 차를 구함.

② 정밀 이송대 측미기

– 이송대와 미끄럼면을 기준으로 하고 일반 측미기 측정방법에 따라 측정함.

③ 광선 정반

– 광선 정반을 대고 그 간섭 무늬로부터 평면도를 구함.

④ 수준기 또는 오토콜리메이터

– 일반적인 측정 방법으로는 정사각을 연속적으로 측정하여 그 값으로부터 평면도를 구함.

– 고정밀도 또는 대형 평면 측정 시에는 평면 각부의 기울기를 측정하고 기울기의 최대 편차로써 평면도를 측정함.

⑤ 오토콜리메이터

– 오토콜리메이터를 통해 평균 곡률 반지름을 구하여 평면도를 측정하는데 고정밀도 또는 대형 평면 측정에 이용함.

⑥ 나이프 에지 또는 틈새 게이지

– 나이프 에지로 틈을 만들고 그 최대 틈새의 크기로 평면도를 측정하여 고정밀도 또는 대형 평면 측정에 이용함.

⑦ 정밀 정반

– 정밀 정반과 같이 맞춤을 했을 때 서로 닿는 양으로부터 평면도를 측정함.

2) 진직도 측정

(가) 정의

기계의 직선 부분이 이상 평면에서 어느 정도 벗어나 있는지를 표시하는 것으로 이상 직선에 평행하며 직선 부분의 가장 높은 점과 낮은 점을 지나는 두 가상 직선의 거리로 표시함.

(나) 측정 방법(KS B 0603에 규정)

① 정반

– 나이프 에지의 연직면 내의 진직도를 측정 시 정반 위에 나이프 에지를 올려놓고 나이프 에지와 정반과의 틈새를 틈새 게이지 등으로 측정함.

② 정반 측미기

– 원기둥 축심의 진직도 측정 시 정반 위에 있어서 정반에서 반대쪽 테두리까지의 높이를 길이 방향으로 움직여서 측정한 최대값과 최소값의 차를 구하고 원기둥을 회전시켜 그 최대값을 측정함.

③ 측미기 중심 받침대

– 회전축의 진직도 측정 시 이상 축의 중심둘레로 회전시켜 축에 직각인 단면에서 주변의 흔들림의 최대값과 최소값 차의 반인 S값을 그 단면에서의 축의 중심 흔들림으로 정함.

– 단면 위치를 축에 따라 바꾸어 가며 S값의 최대값을 구함.

④ 측미 현미경 강철선

– 선반 공구대의 운동 등 수평방향에서의 진직도 측정 시 강철선을 베드 미끄럼면 위에 곧게 당겨 놓고 이것을 바로 위에서 관측할 수 있도록 측미 현미경을 왕복대의 위에 고정하고 그 이동 거리 내에서의 측미 현미경의 눈금값의 최대값을 확인함. (KS B 4003 참조)

⑤ 테스트 바 측미기

– 선반 공구대의 운동 등 수평방향에서의 진직도의 또 다른 측정방법으로서 테스트 바를 센터 사이에 부착하고 왕복대의 위에 고정한 측미기를 여기에 접촉시켜 왕복대를 이동시켜 측미기의 눈금값의 최대값을 구함.

⑥ 얼라인먼트 망원경 또는 망원경

– 서로 떨어져 있는 베어링의 중심 등의 진직도 측정 시 얼라인먼트 망원경 등의 과학적 측정기에 의해서 표적 위치의 망원경 축심으로부터 편차를 측정함.

⑦ 수준기 또는 오토콜리메이터

– 긴 평면 모양 물체의 연직면 내의 진직도 측정 시 정사각을 연속적으로 측정하고 그 값으로부터 진직도를 구함.

⑧ 정밀 수준기

– 선반의 베드와 같은 긴 물체의 수직면 내의 진직도 측정 시 정밀 수준기를 베드 미끄럼면 또는 미끄럼면에 걸쳐 놓은 곧은 자 위에 놓고 적어도 중앙 및 양단 3곳에 있어서의 각각의 정밀 수준기 눈금 값의 최대값을 구함.

☞ 여기서, 측미기란 다이얼 게이지, 지침 측미기, 전기 마이크로미터 등을 지칭함.

(3) 진원도 및 원통도의 측정

1) 진원도 측정

(가) 정의

원형 부분의 진원으로부터 어긋남의 크기.

(나) 측정 방법

① 반지름법에 의한 측정 방법

공작물을 센터로 지지하고 360° 회전시켰을 때 측미기 지침의 최대값과 최소값의 차로 측정함.

② 3점법에 의한 측정 방법

원형 부분을 2점에서 지지하고 그 2점의 수직 이등분선상에 측정기를 접촉시켜 360° 회전시켰을 때 지침의 최대 변위량으로 측정함.

③ 지름법에 의한 측정 방법

외측 마이크로미터 또는 실린더 게이지 등의 2점 측정기로 얻어지는 최대값과 최소값의 차로 측정함.

2) 원통도 측정

(가) 정의

축의 중심에 대한 수직 단면이 진원일 경우 원통 부분의 2개소 이상의 지름이 불균일한 크기로서 지름의 최대값과 최소값의 차로 측정함.

(나) 측정 방법

정밀한 측정이 어려우나 공작물을 V 블록 위에 놓고 회전시키면서 축 방향으로 이동시켜 측미기 지침의 최대값을 측정함.

정반 및 각도 형상, 위치 정밀도의 측정에 대한 포스트를 마쳤으며 다음에는 표면 거칠기와 그 밖에 측정 방법에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.