측정 1

제11장 측정(MEASUREMENT)의 개요

1. 측정의 기본방법

(1) 개요

공작기계를 이용하여 가공된 기계요소 부품은 그 제작공정에서 도면의 치수대로 가공되었는지를, 공차범위 이내로 가공되었는지를 알기 위해 측정을 하게 됨.

측정방법에는 절대측정, 비교측정, 한계 게이지에 의한 방법 등으로 구분됨.

(2) 직접측정

1) 방법

절대측정이라고도 하며 측정기를 직접 측정하고자 하는 부품에 접촉하여 측정치를 읽을 수 있는 방법으로서 눈금자, 버니어캘리퍼스, 마이크로미터, 측장기, 투영기 등이 있음.

2) 특징

(가) 장점

측정물의 실제 치수를 직접 측정할 수 있음.

양이 적고 종류가 많은 제품을 측정하는데 적합함.

(나) 단점

눈금을 잘못 읽기 쉽고 측정시간이 많이 소요됨.

정밀한 측정에서 많은 숙련과 경험이 필요함.

(3) 비교측정

1) 방법

이미 알고 있는 표준치수와 비교하여 측정하는 방법으로 표준치수의 게이지와 측정물을 측정기로 비교하여 그 차이를 읽는 방법으로서 다이얼 게이지, 테스트 인디케이터, 공기 마이크로미터 등이 있음.

2) 특징

(가) 장점

높은 정밀도의 측정을 비교적 쉽게 할 수 있음.

길이측정 뿐만 아니라 형상측정 등 사용범위가 넓음.

원격조작이 가능하여 자동화할 수 있음.

(나) 단점

측정범위가 좁고 직접측정물의 치수를 읽을 수 없음.

기준치수인 표준 게이지가 필요함.

(4) 한계 게이지

1) 방법

부품의 치수가 허용한계 내에 있는가를 측정하는 것으로 측정물에 주어진 허용차인 최대 허용 치수와 최소 허용 치수의 양쪽 한계를 정하고 측정물의 실제 치수가 그 범위 내에 있는지에 따라 합격, 불합격 판정을 할 수 있으며 축용, 구멍용, 길이용, 깊이용 한계 게이지가 필요함.

2) 특징

(가) 장점

대량 측정에 적당하고 합격, 불합격 판정에 용이함.

조작이 간단하므로 경험이 필요치 않음.

(나) 단점

측정 치수에 따라 각각 1개의 게이지가 필요함.

측정물의 실제 치수를 읽을 수 없음.

2. 측정오차의 원인 및 대책

(1) 개요

동일 측정기로 하나의 측정물을 반복하여 측정하였을 때 측정값이 같지 않고 편차가 발생할 때가 있는데 이것은 여러 가지 원인으로 측정오차가 포함되었기 때문임.

아무리 적절한 측정방법을 사용한다고 하여도 참값을 구할 수는 없으며 측정된 값과 참값의 차이를 오차라고 함.

오차의 원인은 부주의로 인한 인위적인 것과 측정기의 구조나 환경 등의 영향에 의한 것이 있음.

(2) 측정오차의 원인 및 대책

1) 측정기 오차

(가) 원인

측정기 자체가 갖고 있는 오차로서 계기오차라고도 함.

측정기의 오차 = 지시값 － 이상 지시값

(나) 대책

요구되는 치수 정도에 알맞은 측정기를 선정할 것.

반복측정을 하여 산포가 있을 때 보정값을 구할 것.

측정기를 신중하게 취급하고 언제나 최적 상태로 보관할 것.

2) 시차

(가) 원인

측정기가 정확하게 치수를 지시하고 있더라도 측정자의 부주의에 의하여 발생하는 오차를 말하며 측정자의 눈의 위치에 따라 눈금의 읽음값에 오차가 발생하는 경우.

(나) 대책

측정자의 눈의 위치는 항상 눈금판에 대하여 수직이 되도록 할 것.

측정값을 직접 숫자로 표시되도록 할 것.

지침을 가진 측정기는 눈금판의 아래에 거울을 두어 지침의 상과 지침이 일치될 때 눈금을 읽을 것.

3) 온도의 영향

(가) 원인

측정할 때의 표준온도는 20℃로서 온도변화에 따라 피측정물의 길이가 변하게 됨.

(나) 대책

체온, 절삭열 등이 측정기나 공작물에 영향을 주지 않도록 할 것.

측정기와 공작물이 동일조건에 될 때 측정할 것.

정밀한 측정은 항온실에서 가공과 측정이 되도록 할 것.

4) 측정기 구조에 따른 영향

(가) 미끄럼부의 기울어짐에 의한 것

마이크로미터와 같이 눈금자와 측정 접촉자의 변위선상에 있는 측정기는 버니어캘리퍼스와 같은 어떤 거리만큼 떨어진 평행선상에 의한 것에 비하여 기울어짐에 의해 발생하는 오차가 극히 작은데 이를 아베의 원리라고 함.

(나) 측정력의 영향

측정기의 양측정면 사이에 측정물을 넣고 측정하는 구조에서는 접촉을 확실하게 하기 위해 측정력이 필요하고 동일한 측정기로 측정을 하여도 측정력이 달라지며 접촉부에 발생하는 탄성변형량이 변화하여 오차가 발생할 수 있음.

정압장치(래칫 스톱)를 부착하거나 무접촉 상태에서 측정되는 구조의 측정기를 선택하여 오차를 줄여야 함.

(다) 접촉오차

측정자의 측정면 형상이 공작물에 대하여 부적절할 때 또는 측정면이 마멸되었거나 양측면이 평행되지 않을 때 발생하는 오차.

대책으로는 측정자의 측정면 형상을 측정물의 형상에 맞는 것을 선택하며 측정면은 내마멸성 재질을 사용해야 함.

(라) 후퇴오차

측정량이 증가 또는 감소하는 방향이 다름으로써 발생하는 지시량의 차로서 미끄럼부의 마찰력 및 기어나 나사의 흔들림에 의해서 발생함.

대책으로는 측정량의 변화가 항상 일정한 방향이 되도록 조정하면 측정자가 이동하는 속도를 일정하게 유지해야 함.

(마) 자중에 의한 힘

① 원인

– 측정기 및 피측정물은 자중에 의해 변형하며 어떤 길이의 물체를 두 점으로 지지할 경우 지지점에 따라 변형 상태가 달라질 수 있음.

② 대책

– 긴 측정물의 경우에는 가능한 사용조건과 동일한 상태로 지지할 것.

– 지지점은 측정하는 목적(면, 길이)에 따라 적절히 정할 것.

(3) 오차의 종류

1) 과실오차

측정자(사람)의 부주의에 의해서 발생하는 것으로 측정기의 눈금을 잘못 읽거나 부정확한 조정, 부적당한 적용, 실수 등에 의해 발생함.

2) 계통오차

측정기 자체가 결함인 눈금의 부정확, 부품의 마멸 등으로 인한 것과 측정장치나 사용자에 대한 환경의 영향(온도, 외부 자기장, 진동)에 의해 발생함.

3) 우연오차

계통오차를 제거해도 발생하는 오차로서 운동부분과 마찰, 미세한 측정조건의 변동, 측정자의 부주의 등을 들 수 있으며 측정을 여러 번 반복하여 얻은 결과로 평균값을 산출하여 오차를 줄일 수 있음.

4) 허용오차(계기로 인한 오차)

계기 자체에 허용되는 오차의 범위와 한계를 말하며 그 오차범위에 들어가도록 계기를 제작해야 함.

5) 환경오차

측정 장소가 표준환경(온도 20℃, 습도 60% 이내)을 준수하지 못한 경우에 측정기와 피측정물은 물리적으로 변하게 되는데 이로 인해 발생한 오차.

3. 측정기의 선택과 관리

(1) 개요

신뢰할 수 있는 측정값을 얻기 위해서는 측정하고자 하는 측정물의 필요한 정도, 크기, 형상 등을 고려하여 그 조건에 맞는 측정기를 선택해야 하며 게이지의 형상과 치수, 성능이 규정에 맞도록 검사하고 관리하여야 함.

(2) 측정기의 선택

1) 측정물의 공차에 따른 선택

측정물의 공차를 고려하여 측정기의 공차가 작은 것을 선택해야 함.

2) 측정물의 크기에 따른 선택

측정물의 크기에 따라 취급의 문제, 측정력에 의한 변형 등이 발생하므로 측정방법 및 측정기 선택에 유의해야 함.

작은 측정물의 측정에는 비교측정기가 유리하고 측정력을 가하지 않는 확대 측정방법을 사용해야 함.

큰 측정물의 측정에는 비교측정을 해야 함.

3) 측정물의 형상에 따른 선택

측정물의 형상에 따라 측정기, 2차원 측정기, 3차원 측정기 등을 선택해야 함.

4) 측정물의 재질에 따른 선택

연한 것은 측정력에 의한 변형, 흠집 등이 발생하므로 측정력이 작은 측정기나 비접촉식 측정기를 선택해야 함.

5) 측정능률에 따른 선택

다량의 동일 형상 부품의 검사는 한계 게이지를 이용해야 함.

측정 개소가 많거나 복잡한 형상일 경우에는 측정 지그의 활용을 검토해야 함.

측정기의 눈금이 디지털화된 것을 사용해야 함.

(3) 측정기의 관리

1) 정기검사 실시

정기검사의 주기 설정.

정기검사의 실시 및 기록 유지.

검사 결과에 대한 조치(수리, 폐기, 격하, 계속 가용 여부 등등).

2) 철저한 보관 및 관리

보관장소 및 점검요령 제정.

관리규정 제정.

다음에는 측정방법에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.