기계가공측정

1.일상생활과 측정 ◈ 난방에너지 사용량 측정 - 난방에너지 공급매체: 유량, 온도, 압력, - 온수유량, 온도감지: 적산열량계 ◈ 도시가스와 표준가스 - 액화천연가스(LNG): 외국에서 대량 수입: 성분, 열량 - 프로판 가스: 액화석유가스(LPG), - 표준가스 제조, 보급: 정확한 성분 분석 ◈ 전기세와 국가표준시스템 - 적산전력량계: 전기요금 기준 - 기준 적산전력량계와 정기적으로 비교·교정, - 전기표준: 조셉슨 전압표준 (10-9) ◈ 식품과 인증표준물질 - 식품 중 유해물질: 비소, 수은, 농약, 중금속, - 인증표준물질(CRM) 개발, 보급: 500여종 ◈ 전자파 측정기술 - 가전제품의 전자파 방출: 전기면도기, 전자레인지, 에어컨 - 전자파 간섭(EMI), - 전자제품의 전자기 적합성(EMC) ◈ 의료계측 - 건강검진: 체온, 혈압, 콜레스테롤, - 의료진단기술: 초음파, X-선, MRI - 콜레스테롤 측정: 정확도 7 % 향상 → 약 300억원 비용절감 ◈ 음주 및 속도측정 ◈ 기계가공측정

2.기계가공 측정의 개념 (1)기계가공 측정이란 ? 기계 가공된 부품은 그 사용 목적에 따라 치수, 각도, 형상 정도 등이 설계 도면에서 요구한 조건과 일치하지 않으면 그 기능과 성능을 발휘하지 못하게 된다. 1)가공물은 도면에 표시된 가공방법, 치수, 기하학적 형상, 표면 거칠기, 열처리, 기타 요구 조건을 만족시켜야 한다. 2)그러므로 가공된 부품은 그 사용 목적에 따라 일정기준에 포함되어 있는가를 확인하는 것을 기계가공 측정이라 한다.

3.기계가공 측정방법 (1)직접측정(Direct Measurement) 일정한 길이나 각도가 표시되어 있는 측정기를 사용하여 측정하고자 하는 부품에 측정기를 직접 접촉시켜 눈금을 읽으며 측정하는 방법을 말한다 (버어니어캘리퍼스, 마이크로미터, 자 등) -측정 범위가 넓고 측정치를 직접 읽을 수 있는 장점이 있으며, 소량이며 종류가 많은 품목에 적합 함. -측정자의 측정오차가 있을 수 있고 측정시간이 긴 단점이 있으며, 또한 측정기가 정밀할 때는 숙련과 경험을 요한다. (2)간접측정(Indirect Measurement) 측정물의 측정치를 직접 읽을 수 없는 경우에 측정 량과 일정한 관계에 있는 개개의 양을 측정하여, 그 측정값으로부터 계산에 의하여 측정하는 방법이다. 즉 측정물의 형태나 모양이 나사나 기어 등과 같이 기하학적으로 간단하지 않을 경우에 측정부의 치수를 수학적이나 기하학적인 관계에 의해 얻는 방법이다. -사인 바를 이용하여 부품의 각도 측정, 삼침법(3점)을 이용하여 나사의 유효 지름 측정, 롤러와 블록게이지에 의한 테이퍼 측정, 지름을 측정하여 원주 길이를 환산 하는 측정 등. 현장에서 많이 사용하는 방법이다.

(3)비교측정(Comparison Measurement) 기준이 되는 일정한 치수와 측정물의 치수를 비교하여 그 측정치의 차이를 읽는 방법으로, 게이지 블록을 이용하여 높이를 정밀 측정하거나, 각도게이지를 이용하여 부품의 각도를 비교 측정하는 방법 등이 있다. -비교적 정밀 측정이 가능하고 특별한 계산 없이 측정치를 읽을 수 있는 장점이 있으나, 측정범위가 좁고 피 측정물의 치수를 직접 읽을 수 없으며, 기준이 되는 표준 게이지가 필요하다는 단점이 있다. (4)절대측정(Absolute Measurement) 정의에 따라 결정된 양을 실현시키고, 그것을 사용하여 실시하는 측정이다. -그 대표적인 예로는 자유 낙하하는 물체가 어떤 시간에 통과하는 거리를 이용한 가속도 측정 등이 있음.

4.측정기의 분류 (1)도기(standard) 일정한 길이나 각도를 눈금이나 면으로 표시한 것 1)단도기(End Standard) : 두 단면 사이의 간격을 길이로 나타낸 것 -게이지블록 , 직각자, 각도게이지, 한계게이지 등 2)선도기(Line Standard) : 자와 같이 눈금의 간격을 연속적으로 치수로 표시 -자, 마이크로미터, 버어니어캘리퍼스 등

(2)지시측정기(Indicating Measuring Instrument) 눈금이나 지침으로 측정값을 읽을 수 있도록 제작된 측정기 -다이얼게이지, 다이얼 인디게이터, 지침 측미기, 실린더게이지 등

(3)시준기(視準器) 광학적 확대장치와 지침을 사용하여 비 접촉으로 길이, 각도 등을 측정할 수 있는 측정기 -공구현미경, 투영기, 망원경 등

(4)측정장치 및 측정보조구 특정 제품을 전용으로 측정하기 위해 제작된 측정장치나 시스템 측정기 및 측정을 위한 보조 기구를 말한다. -스텐드, 정반, 3차원측정기 등

5.측정기의 선택 시 고려사항 (1) 측정 대상 - 측정 제품의 종류, 형상, 수량, 성질 등을 고려한다. (2) 측정 환경 - 측정 장소의 온도, 습도, 진동, 소음 등을 고려한다. (3) 측정기 성능 - 측정 정밀도 및 범위, 취급문제, 내구성 등을 고려한다. (4) 측정방법 - 직접측정, 간접측정, 비교측정방법 등 (5) 측정능률 - 측정능률을 높이기 위해 측정의 자동화가 요구된다. - 개인오차와 측정시간을 줄이기 위해 눈금읽기를 자동화와, 측정값의 자동 통계처리가 필요하다. (6) 경제성 - 측정의 경제성과 직접관련이 있는 것은 측정기의 가격, 유지비, 측정에 소요되는 부대비용이 있다. - 고가의 측정기는 유지비, 수리비 및 측정에 소요되는 비용 등을 측정목적에 따라 깊이 고려되어야 한다 (항온 항습실) 온도 변화에 따라 측정물과 측정기가 신축하기 때문에 측정 온도를 지정할 필요가 있으며, 지정된 온도가 아닐 때에는 측정 온도를 표시하거나 지정된 온도의 값으로 환산하여야 한다. 길이 측정의 정밀한 측정은 20℃, 기압 760mmHg, 상대습도 58%의 표준 조건에서 행한다. 일반적으로 기압은 관리하기가 어려우므로, 정밀 측정실은 온도와 습도만 일정 범위 내로 관리되는 항온 항습실로 한다. 이상적인 항온 항습실은 보통 온도 20±1℃, 상대 습도 60±5%로 유지되는 실내를 말한다.

6.측정기 선정방법 (1) 측정범위 -피측정값의 최대와 최소값의 크기를 고려한다. - 측정 범위의 적합성을 검토한다. -측정방법에 있어서 자동 또는 수동을 검토한다. (2) 정확도(accuracy)와 정밀도(precision) - 측정범위에 따라 요구되는 정확도의 값 -표준시편에 대한 반복 측정 시 측정값의 산포 정도 (3) 안정도 - 최대 허용주기의 적합성 (4) 주위 환경 - 측정기가 실제 사용될 장소의 온도, 습도, 전원전압의 변동 폭, 진동은 얼마이며, 이변화폭이 측정치의 불확실한 정도 영향은 얼마인가를 고려 (5) 동작 - 원격조정이 필요한가 - 측정기는 프로그램으로 자동화 시킬 필요가 없는가 - 측정기의 사용 중 정전의 영향을 고려하여야 하는가 - 측정기를 정상 작동 시 다른 보조장비가 필요하지 않은가를 검토 (7) 신뢰성 - 동작수명은 최소 몇 년을 보증하는가? - 고장이 발생하면 측정에 어떤 영향을 미치는가? - 정상적인 동작을 위해 예비 수리 부속품의 종류와 수량은? - 기기가 부당하게 사용될 경우 경보장치 및 보호장치 는? (8) 기타 - 제품사양에 명시된 성능 및 기능이 사용자의 요구에 실질적으로 충족시킬 수 있는지 여부를 직접 확인한다. - 측정기의 사후관리 면에서 제조자나 대리점의 사후 정비능력을 평가한다.

7.측정오차와 공차 (1)공차 (최대 허용한계치수 - 최소 허용한계치수) 7.측정오차와 공차 (1)공차 (최대 허용한계치수 - 최소 허용한계치수) 기계의 각 부분의 치수를 완벽하게 완성 가공하기는 대단히 어렵고, 더욱 대량 생산에서는 불가능 한 일이다. 따라서, 사용 목적에 의하여 기계 부품의 각 부분에 요구되는 허용 치수가 미리 도면 위에 주어진 편차를 공차라 하고, 기준 치수에 공차가 주어졌을 때의 상한과 하한을 나타내는 2개의 치수를 한 계 치수라 한다. 그 큰 것을 최대 허용한계치수, 작은 것을 최소 허용한계치수라 한다. (2)오차 피측정물은 어느 결정 값을 가지고 있는데 이 값을 참값이라고 한다. 측정치는 항상 참값과 일치한다고는 할 수 없다. 일치한다는 것은 극히 드문 일로 보는 것이 좋으며 이때 일치하지 않는 측정치와 참값과의 차를 오차(Error)라 하며 다음과 같이 나타낸다. -오차 = 측정치 – 참값 -오차율 = 오차 / 참값 -오차백분율(%) = 오차 / 참값 × 100 (오차율을 백분율로 나타낸 것)

(3)오차의 종류 1)개인오차 측정하는 사람에 따라서 생기는 오차로 숙련됨에 따라서 최소화 할 수 있음 2)계기오차 측정기의 구조, 마모, 측정압 등에 의한 눈금선의 간격부정, 0점의 위치 부정 등 계기 자체의 오차는 주기적인 검교정을 실시하여 최소화할 수 있음 3)시차 측정기의 눈금과 눈 위치가 같지 않은 데서 생기는 오차로 측정 시는 눈과 눈금의 위치가 수평이 되도록 함. 4)온도변화에 따른 오차 KS에서는 표준온도 20℃, 표준습도 58%, 표준기압 760mmHg 로 규정하고 있음 5)재료의 탄성에 기인하는 오차 자중 또는 측정압력에 의해 생기는 오차 6)확대기구의 오차 확대기구의 사용 부정으로 생김. 7)우연의 오차 기계의 소음, 진동, 주위환경 등 확인될 수 없는 원인으로 생기는 오차로서 측정치를 분산 시키는 원인이 됨.

8.오차발생과 대책(측정에 미치는 영향) (1)기계적 문제 1)압축에 의한 변형 피 측정물을 측정력이 작용하는 사이에 넣으면 힘이 가해진 방향으로 압축이 생긴다(후크의 법칙) 2)굽힘에 의한 변형 -에어리점(Airy Point): 전체적인 자중에 의한 휨의 변형은 커질 수 있으나 양 단면의 평행이 가장 작은 변형을 유지하기 위한 점 (a = 0.2113L 이며 단도기에 사용한다.) -베셀점(Bessel Point): 양 끝단의 처짐은 발생하나 중립면상의 전체적인 전장의 길이 변형을 최소로 유지하기 위한 점 (a = 0.2203L이며 선도기에 사용한다.)

(2) 물리적 문제(열팽창의 문제) 모든 물체는 온도가 변화하면 늘어나거나 줄어든다. 열팽창 계수가 α인 물체의 길이 L은 온도가 Δt만큼 변하면 δL 만큼 늘어 난다. (δL = L x Δt x α) 예)열팽창 계수가 11.5 x 10-6인 철재 물체가 온도 1 ℃ 올라가면 1 m의 길이에서 다 음과 같은 양 만큼 늘어난다. (δL = L x Δt x α) = 1 000 x 1 x (11.5 x 10-6) = 0.011 5 mm

(3)시차문제 -자의 눈금선 또는 눈금 위의 지침 위치는 육안으로 읽을 수 있다 (3)시차문제 -자의 눈금선 또는 눈금 위의 지침 위치는 육안으로 읽을 수 있다. -측정기의 눈금과 눈의 위치가 같지 않은 데서 생기는 오차, 즉 눈금과 눈의 위치는 반드시 수평과 수직이 되도록 한다.

(4) 기하학적 문제(아베의 원리) 아베의 원리란 측정하려는 시료와 표준자는 측정방향에 있어서 동일 축 선상의 일직선상에 배치해야 한다는 의미. 즉, “시료와 표준편과는 측정방향에 있어서 일직선상에 배치해야 한다.” 는 것이다