측정 6

제16장 콤퍼레이터 및 정밀 측정의 자동화, 비접촉 검사 방법

1. 콤퍼레이터

(1) 개요

콤퍼레이터(COMPARATOR)는 블록 게이지, 표준 게이지 등을 기준으로 하여 공작물의 치수를 비교측정하기 위하여 사용되는 측정기로서 비교 측미기라고도 함.

다른 측정기에 비해 저렴하고 내구성이 뛰어난 특징을 가지고 있음.

(2) 종류와 특징

1) 기계적 콤퍼레이터

(가) 특징

측정 스핀들의 변위를 기계적 방법으로 확대시켜 지침의 회전에 따라 측정 스핀들의 변위를 읽어 측정하는 것으로 다이얼 게이지가 대표적인 측정기임.

소형이라서 이동이 쉽고 견고하며 다루기가 쉽고 가격이 저렴함.

운동 부분이 많고 백래시 때문에 마찰이 커서 정밀도가 나쁠 수 있으며 진동에 민감함.

(나) 종류

레버식 :  미나미터

기어식 : 다이얼 게이지

레버와 기어식 : 오르도테스터

비틀림 박편식 : 마이크로게이터

평행 박편식 : 메커니컬 콤퍼레이터

2) 광학적 콤퍼레이터

(가) 특징

측정 스핀들의 변위를 광학적으로 확대하여 지시하는 것으로 측정범위가 넓고 정밀하여 검사실이나 측정실용으로 사용됨.

운동 부분이 적고 관성이 작음.

측정범위가 넓고 정밀도가 우수함.

전원이 필요함.

(나) 종류

광학 레버 : 옵티미터

기계 레버와 광학 레버(빛의 양의 변화를 광전관으로 읽는 것) : 울트라 옵티미터, 마이크로 룩스

광파 간섭(광파 간섭무늬를 이용한 것) : 간섭 측미기

3) 유체적 콤퍼레이터

(가) 특징

큰 단면을 가진 액주의 움직임이 작은 단면을 가진 액주의 움직임에 의하여 확대 변환되는 것으로 관내 액면의 변화를 통하여 측정 노즐의 움직임을 알 수 있는 측정기임.

측정압력이 작고 피측정물과 직접 접촉하지 않음.

확대율이 크고 감도가 좋음.

조작이 간단함.

원격 측정, 동시 측정을 할 수 있음.

(나) 종류

① 배압식

– 유출 틈새의 변화에 따라 지시실 내의 배압의 변화를 측정하는 방식.

② 유량식

– 유출 틈새의 변화에 따른 유량의 변화를 테이퍼 유리관과 플로트(FLOAT)로 된 면적 유량계로 측정하는 방식.

③ 유속식

– 벤투리관과 마노미터로 된 차압 유량계를 이용한 방식.

(다) 측정기

레벨 콤퍼레이터, 공기 마이크로미터

(라) 측정 시 유의 사항

비교측정기이기 때문에 큰 범위와 작은 범위의 두 개의 마스터가 필요함.

특성 곡선이 엄밀하게 직선이 아니므로 측정범위에 유의해야 함.

측정부의 조건에 따라 압력이 변하므로 정압제어장치가 필요함.

피측정면의 크기, 표면 거칠기, 평면도에 주의가 필요함.

4) 전기적 콤퍼레이터

(가) 특징

길이의 미소 변화를 전기적인 양으로 변환하여 지시계 지침의 움직임으로 나타내는 것으로 확대율이 크고 응답 속도가 빠르며 원격 측정이 가능함.

대표적인 측정기로는 전기 마이크로미터가 있음.

구조가 간단하여 다루기 쉽고 편리함.

원격 조작이 용이하고 자동제어 및 기록을 할 수 있음.

전원이 필요하고 지시가 안정될 때까지 시간이 소요됨.

가격이 비쌈.

(나) 종류

인덕턴스형 : 전기 마이크로미터

자동 변압기형 : 볼트미터

저항형 : 일렉트로 리밋 콤퍼레이터

용량형 : 전자관식 측미기

2. 정밀측정의 자동화

(1) 정밀측정의 자동화 개요

생산의 자동화에 수반되어 부수적으로 측정 작업이 자동화되고 있으며 마이크화 된 제품의 측정이나 생산성 향상을 위한 측정의 고속화를 위하여 또는 측정자의 과실오차 등을 방지할 목적으로 생산라인에서 측정의 자동화가 광범위하게 이루어지고 있음.

(2) 정밀측정의 자동화 단계

① 자동 검사

– 자동 측정 후 그 결과를 표시하고 기록.

② 자동 기각 분리

– 자동 측정 후 기록한 후 기각 분리.

③ 자동 선별

– 자동 측정에 따라서 제품을 다수의 등급으로 선별.

④ 가공 중의 자동 치수

– 가공 중 공작물의 치수 측정 후 필요한 지시를 공작기계에 부여.

⑤ 피드백 방식에 따른 자동 치수

– 가공 직후의 공작물 치수를 자동 측정값을 기초로 하여 필요한 지시(수정 동작)를 공작기계에 부여.

(3) 정밀측정의 자동화 기기

1) 구비 조건

정밀도.(단 1회 측정에 의하여 확정)

안정성.(장시간의 연속 측정에 따른 지시의 안정)

신속성.(생산성의 향상)

내구성.(진동, 분진, 온도 변화가 많은 측정 환경)

2) 자동 측정 기기의 분류

(가) 기계식 자동 측정 기기

측정 스핀들의 움직임을 기계적인 동작에 의하여 접점을 만들어 기각 분리를 시행함.

대표적인 측정 기기로는 접점붙이 다이얼 게이지가 있음.

(나) 공기식 자동 측정 기기

접점붙이 공기 마이크로미터 등과 같이 공기의 압력에 따라 전기 접점의 변화로 지시계를 작동하여 자동 측정을 함.

(다) 전기식 자동 측정 기기

차동 변압식 전기 마이크로미터에 의한 것이 많이 사용되며 정밀도가 가장 높고(0.2㎛) 연산 기능이 가능하며 다수의 등급으로 선별할 수 있음.

(라) 자동 측정 기기의 동작 사이클

피측정물의 자동 공급.

측정 위치에 공정.(세팅 및 위치결정)

자동 측정.

측정 결과의 표시 및 기록.

피측정물의 자동 선별 또는 자동 치수.

(4) 자동 치수 장치

1) 계측기

공작물의 치수를 다이얼 인디게이터 또는 마이크로미터 등으로 자동 계측하여 소정 치수로 가공되면 기계의 운전을 정지시키거나 공구를 후퇴시켜 더 이상 절삭가공이 시행되지 못하도록 하는 기기로서 일반 계측기를 그대로 기계에 설치하여 사용할 수 있어서 많이 이용됨.

2) 정위치식

(가) 내면 연삭기 응용

공작물을 직접 계측하는 대신에 정밀하게 마무리하기 직전 숫돌을 자동적으로 드레싱하고 숫돌의 표면이 공작물의 회전축으로부터 일정한 거리에 있도록 하여 간접적으로 공작물의 치수를 정확하게 가공함.

(나) 기어 연삭기의 응용

숫돌의 위치를 일정한 시간마다 전기 접점을 이용하여 측정하고 마모된 양만큼 숫돌을 전진시켜 숫돌 표면 위치를 항상 일정하게 함.

(다) 게이지식

공작물이 가동됨에 따라 치수를 플러그 게이지로 반복 측정하여 내경이 게이지와 같은 치수가 되면 연삭 가공을 중단하는 방법이며 주로 내면 연삭기에 이용됨.

3. 비접촉 검사방법

(1) 비접촉 검사방법 개요

생산라인의 자동화와 더불어 제품의 품질 향상과 검사 과정의 생산성을 높이고 제품 생산시간을 줄이기 위하여 컴퓨터에 의한 검사(CAI)와 컴퓨터에 의한 시험(CAT)이 적용되고 있음.

이와 같은 비접촉 검사방법을 사용함으로써 부품이 가공 중에 검사되고 특히 컴퓨터에 의하여 고속으로 처리되기 때문에 완전한 품질관리를 할 수 있으며 생산성을 높일 수 있음.

(2) 비접촉 검사방법 특징

접촉 검사방법에 비하여 검사 속도가 빠름.

접촉 장치를 사용하지 않으므로 접촉에 의하여 외형적 파손을 막을 수 있음.

위험이 수반되는 검사를 효과적으로 할 수 있음.

(3) 종류

1) 광학 검사

(가) 시각 기기

TV, 카메라, 디지털 컴퓨터 및 프리프로세서 등으로 시각 기기를 구성하여 검사하는 방법.

(나) 레이저 빔 주사 장치

레이저 빔은 원거리를 확산하지 않고 조사될 수 있는 장점이 있기 때문에 빛의 간섭에 대응하는 시간을 측정하여 시간을 치수로 반환하든지 불량품을 가려내는 신호 등에 이용함.

(다) 사진 측량법

사진 측량법은 여러 각도에서 찍은 한 쌍의 사진을 바탕으로 3차원 데이터를 구하고 2개의 사진을 입체적으로 결합하여 확실한 물체의 형상을 제공하는 방법.

2) 비광학 검사

(가) 초음파를 이용한 방법

초음파를 검사하는 부품에 쏘여 물체의 표면에서 반사되는 음파를 분석하여 불량품을 선별하는 방법.

(나) 방사선을 이용한 방법

X선을 이용하여 재질에 흡수되는 방사선의 양을 측정하여 재질의 두께나 내부 결함을 검사하는 방법으로서 용접 등의 비파괴 검사가 여기에 해당됨.

(다) 전기장을 이용한 방법

자기저항, 용량 및 유도계수 등 전기장 기술을 이용하며 전기장 안에 위치한 검사 물체의 효과를 측정하고 분석함.

다음에도 특수 측정법에 대한 포스트를 계속 이어갈 예정입니다.