KOREA POLYTHECHNIC 1 COLLEGES

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1 KOREA POLYTHECHNIC 1 COLLEGES
한국폴리텍1대학 KOREA POLYTHECHNIC 1 COLLEGES 정밀측정

2 목차 제1장 정밀계측의 개요 제6장 나사 및 기어측정 제2장 길이의 측정 제7장 3차원측정 제3장 각도의 측정
제8장 형상 및 위치정도 측정 제4장 표면거칠기 측정 제9장 공작기계의 정밀도 검사 도면의 크기가 서로 다르면 보관과 관리에 불편하기 때문에 반드시 일정한 크기로 만들어야 한다. A0는 약 1m2이다 제5장 윤곽 측정

3 제 1장 정밀계측의 개요 1. 정밀계측의 기초 1.1 정밀계측과 측정의 기초 1) 정밀계측이란
정밀계측 : 기계, 자동차, 항공우주산업 등의 첨단기술은 물론 제조업 분야에서 말하는 종합기술을 말한다. 도면의 크기가 서로 다르면 보관과 관리에 불편하기 때문에 반드시 일정한 크기로 만들어야 한다. A0는 약 1m2이다

4 제 1장 정밀계측의 개요 2) 정밀측정이란 3) 정밀의 목적
공작기계로 가공된 기계부품은 사용목적에 따라 형상, 치수, 가공방법 등에 의해 제작된다 이때 가공 중 또는 가공 후 검사하는 것을 뜻한다. 3) 정밀의 목적 도면의 크기가 서로 다르면 보관과 관리에 불편하기 때문에 반드시 일정한 크기로 만들어야 한다. A0는 약 1m2이다 도면에 의해 제작된 제품은 측정에 합격하였다면 기능이나 적합성을 유지하면서 장치나 기기의 부분품 따위의 구성요소를 다른 기계의 요 소와 서로 바꾸어 쓸 수 있는 성질(호환성)을 지녀야 한다.

5 제 1장 정밀계측의 개요 1.2 측정기의 종류 1) 도기(Standard)
① 선도기 : 표준자, 금속자 등과 같이 눈금의 간격을 치수단위로 규격화한 것 ② 단도기 : 단면의 간격으로 길이를 표시한 것, 또는 단면이 직사각형 모양의 게이지 (게이지 블록, 표준게이지, 한계게이지)

6 제 1장 정밀계측의 개요 2) 시준기 3) 지시측정기 기계적인 접촉이 없이 간격을 측정하기 위해 조준선 또는 시준선을 점
또는 물체의 모서리에 맞추도록(광학적으로) 된 측정기 (망원경, 투영기, 현미경 등) 3) 지시측정기 표점이 눈금에 따라 이동 또는 표선에 따라 움직이는 측정기 (버어니어 캘리퍼스, 반지름 게이지, 드릴게이지, 와이어게이지 등)

7 제 1장 정밀계측의 개요 4) 게이지 5) 인디게이터 공작물을 측정하거나 검사할 때 길이, 각도, 형상 등을 측정할 때
공작물을 측정하거나 검사할 때 길이, 각도, 형상 등을 측정할 때 사용되는 측정기기 5) 인디게이터 게이지 : 공작물을 재거나 검사할 때에, 길이ㆍ각도ㆍ모양 따위의 기준이 되는 것을 통틀어 이르는 말. 한계 게이지, 표준 게이지, 각도 게이지, 나사 게이지 따위가 있다. 측정압을 일정하게 위해 사용하는 것으로 나타나는 선도기가 원형으로 되어 있는 측정기

8 제 1장 정밀계측의 개요 1.3 측정기 선택 시 고려사항 ① 환경 ② 측정범위 ③ 제품수량 ④ 경제적인 측면 ⑤ 제품의 공차

9 제 1장 정밀계측의 개요 1.4 측정기의 특성 1) 최소눈금과 눈금선 간격 최소눈금 : 눈금선 위의 1눈금,
눈금선 간격 : 이웃하는 두 눈금선 사이의 간격

10 제 1장 정밀계측의 개요 2) 측정기의 감도 및 배율 측정기의 감도(E ) 및 배율( V )은 측정량의 변화( )에 대한 지시
량의변 화 ( )의 비로 나타낸다. 최소눈금(S), 눈금선간격(L)일 때 예제 1) 눈금선 간격 L=0.45mm,최소눈금 S=0.001mm인 지짐측미기 의 배율은 감도 : 1.외부의 자극이나 작용에 대하여 반응하는 정도. 2.수신기나 측정기 따위가 전파나 소리를 받는 정도. 풀이)

11 제 1장 정밀계측의 개요 3) 지시범위와 측정범위 지시범위 : 측정기의 눈금상에서 나타나는 측정량의 범위
측정범위 : 최소 눈금값과 최대 눈금값에 의해 표시된 측정량의 범위 예제2) 표준형 마이크로미터(75mm~100mm)의 지시 범위와 측정 범위는? 지시범위 : 25mm 측정범위 : 75~100mm

12 제 1장 정밀계측의 개요 4) 후퇴오차 동일한 측정량에 대해 증가하는 상태의 측정값과 후퇴할 때의 측정값
이 감소한 측정값으로 후퇴오차(되돌림 오차)라 한다. 원인 : 마찰저항, 히스테리시스, 흔들림 범위는? 이력현상 : 유전체에 가한 전기장의 변화에 대하여 유전체 안의 전속 밀도의 변화가 지연되는 현상. 강자성체에서 자기장과 자속 밀도 사이에 보이는 히스테리시스와 유사한 현상이다. 대책 : 일정한 방향으로 지침이 측정하도록 접촉하도록 함

13 제 1장 정밀계측의 개요 5) 측정력 피 측정물을 양 측정면 사이에 끼워 측정할 때 그 사이에 힘을 말한다.
피 측정물을 양 측정면 사이에 끼워 측정할 때 그 사이에 힘을 말한다. 마이크로미터 : 400~600g, 다이얼게이지 : 50~140g, 측장기 : 300~1000g, 지침측미기 : 50~250g)

14 제 1장 정밀계측의 개요 6) 측정과 정도 (1) 측정값의 통계적의미
모집합 : 동일조건하에서 얻어지는 가상적으로 무한히 많은 측정값의 집합을 통계적으로 나타내는 의미 모평균 : 모집합의 평균값 시료 : 무한히 많은 측정값 중에서 무작위로 몇 개 채취하여 측정하 는 것으로 이때의 평균값을 시료평균이라 함

15 제 1장 정밀계측의 개요 예) n개의 측정값 일 때 시료평균 는 참값을 구하기 위해 를 구하나 모평균 m은
. 치우침 = 모평균(m)-참값(T) . 잔차 = 측정값( ) –시료평균( ) . 편차 = 측정값( ) –모평균(m) . 표준편차( ) : 측정값이 평균값을 중심으로 어느 정도 흐트러진 상태 를 나타내는 척도

16 제 1장 정밀계측의 개요 . 표준편차가 작다 : 우연오차가 적다는 의미임 . 일반적인 측정 : 3~5회 측정하여 평균값으로 함
.우연오차 제거한 측정값

17 제 1장 정밀계측의 개요 .표준편차 . 표준정규분포곡선에서 평균값 를 중심으로 , 2 , 3 의
. 표준정규분포곡선에서 평균값 를 중심으로 , , 의 범위 안에 존재하는 확률값은 국제적으로 확률 95%( ) 사용 의 범위 : 68.27%, 의 범위 : 95.45%, : 99.73%

18 제 1장 정밀계측의 개요 예제3) 아래의 측정값을 평균값, 표준편차를 구하시오. 풀이 :

19 제 1장 정밀계측의 개요 (2) 정도 . 측정기 정도 : 각종 측정기에 대한 허용공차 . 정확도 : 치우침(편위)의 작은 정도
. 정밀도 : 흩어짐(산포)의 작은 정도

20 제 1장 정밀계측의 개요 1.5 측정오차 1) 오차 1) 오차 . 측정값 : 측정기로 피측정물을 측정한 값
. 참값 : 피측정물이 고유의 결정된 값을 갖고 있을 경우 . 오차 : 측정값과 참값과의 차 . 오차 = 측정값 – 참값 오차율 = 오차/참값

21 제 1장 정밀계측의 개요 예제 4) 지름 30mm의 원통을 측정하였더니 30.06mm일 때 오차와 오차율은? 풀이)
오차 = 측정값 - 참값 = = 0.06 오차율 = 오차/참값 = 0.06/30 = 0.002 =

22 제 1장 정밀계측의 개요 2) 보정 참값에 가까운 값을 얻기 위해 측정값에 더하는 값을 말한다. 참값 = 측정값 + 보정
보정(α) =참값-측정값 = -오차 보정율 = α/x

23 제 1장 정밀계측의 개요 3) 오차의 분류

24 제 1장 정밀계측의 개요 (1) 계통오차 ① 계기오차 교정 : 측정기의 보정하는 작업
- 측정기, 측정방법, 피 측정물의 불완전한 상태, 환경 - 계기오차, 온도, 측정기 구조, 환경오차 ① 계기오차 측정기 자체가 가지고 있는 오차 - 측정조건 : 온도 20℃, 기압 760mmHg, 습도 58%

25 제 1장 정밀계측의 개요 ② 온도 기준온도 : 모든 물체는 온도에 따라 길이의 변화 발생
표준온도 : 기준온도를 미리 정해 두는 온도 세계에서 정하는 공업적인 표준온도 : 20℃로 정함 온도 변화에 따른 변화량 : ,

26 제 1장 정밀계측의 개요 길이계산 재료별 열팽창계수

27 제 1장 정밀계측의 개요 ③ 측정기 구조 측정기 셋팅 : 양측정면 사이에 기준편을 넣어 0점을 맞추는 작업
치환법 : 기준편 대신에 피측정물을 측정하는 방법 측정 : 표준자와 피 측정물은 동일 축 선상에 있어야 한다. (아베(Abbe)의 원리)

28 제 1장 정밀계측의 개요 ④ 환경오차 ⑤ 개인오차 측정실 주변의 물리적인 현상 :
(예) 측정실 주변에 자기장 발생 시 이 자기장으로 계기값 오차 발생 ⑤ 개인오차 눈금을 읽을 때 습관에 의해 발생하는 오차

29 제 1장 정밀계측의 개요 예제 5 니켈로 만든 제품의 길이가 100mm이고 선팽창계수 13*10-6/℃
일 때 표준온도에서 3℃올라가면 얼마나 팽창하는가? 풀이 변화량 : = 13*10-6 * 100 * 3 = 3.9 *10-3 = 3.9(㎛)

30 제 1장 정밀계측의 개요 예제 6 실온 25℃에서 게이지 블록(100mm)를 측정한 결과 100.008mm
였다. 게이지블록의 표준온도(20℃)일 때의 오차는 얼마인가? 풀이 = [1+11.5*10–6 (20-5)] = = mm = +2.25(㎛)

31 제 1장 정밀계측의 개요 (2) 시차 읽을 때 시선의 방향에 의해 생기는 오차
방지 : 측정자 눈의 위치는 항상 눈금판에 대해 수직이 되어야 한다. 개인오차 : 측정자의 미숙으로 발생하는 오차 시차 : 시선의 각도에서 발생하는 오차 공작물 두께(t), 시선의 각도 (α), 시차(f)일 때의 식은 시차(f) = tan α*t

32 제 1장 정밀계측의 개요 (3) 우연오차 전기의 잡음이나 기계에서 발생하는 소음, 진동 등과 같이 환경
에서 오는 오차 또는 자연 현상의 급변 등으로 생기는 오차 우연오차의 성질 ① 어느 정도의 큰 우연오차는 거의 발생하지 않는다. ② 값이 작은 우연오차는 큰 우연오차보다 더 많이 발생한다. ③ 크기가 같은 양(+),음(-)의 우연오차는 거의 같은 빈도로 발생한다. 대책 : 여러 번 측정하여 평균값을 구하거나 통계적으로 하여 그 값이 최소화 하도록 한다.

33 제 1장 정밀계측의 개요 (4) 과실오차 (5) 지지방법에 의한 오차 측정자의 부주의로 인해 생기는 오차
가늘고 긴 피측정물을 정반에 정반위에 놓으면 접촉하는 지점에 따라 오차가 발생하여 치수 측정이 불가능해 진다. 각 지지하는 위치에 따라 모양이 다른 경우 사용목적에 가장 적합한것을 선택한다. 길이의 오차를 최소화하기 위해 지지점 사이에 거리를 이론적 으로 다음과 같이 구한다.

34 제 1장 정밀계측의 개요 ① 에어리점(airy point) : 양 끝면이 항상 평행 위치를 유지할 때
지지점은 A:0.2113L ② 베셀점(Bessel point) : 중립면상의 눈금과 선도기로 전체길이 와의 측정오차 최소화 지지점 A:0.2203L ③ 전체 변형이 가장 작고 양끝과 중앙의 처짐을 같게 하기 위한 지지점 A:0.2232L ④ 지지점 사이의 처짐을 가장 적게 하기 위함 지지점 A:0.2386L

35 제 1장 정밀계측의 개요 예제 8 게이지 블록 길이가 1,000mm인 것을 2점 지지할 때 에어리어점은 양끝으로부터 몇mm인가
풀이 A : * L = *1000=211.3mm

36 제 1장 정밀계측의 개요 1.6 측정의 종류 1) 직접측정 (1) 장점 (2) 단점
제품에 직접 접촉하여 측정기로 실제의 치수를 재는 방법 (1) 장점 (2) 단점 ① 수량이 적고 많은 종류의 측정에 유리 ② 실제치수를 읽을 수 있다. ③ 측정범위가 타 측정기보다 넓다. ① 경험과 숙련이 필요 ② 눈금을 읽을 때 오차 발생이 쉽고, 측정시간이 길다. 버니어캘리퍼스,마이크로미터,측장기

37 제 1장 정밀계측의 개요 2) 비교측정 (1) 장점 표준편과 제품을 측정기로 비교하여 지침이 나타나는 눈금의 차를 읽는 방법
① 치수의 산포를 알고자 할 때 계산 생략 가능 ② 면의 각종 형상 측정, 길이, 공작기계의 정밀도 검사 등 ③ 대량 측정에 적당하고, 고정밀도 측정을 비교적 쉽게 측정 ④ 원격 조작이 가능하므로 자동화 구현 실현 다이얼게이지, 미니미터, 전기마이크로미터, 공기마이크로미터

38 제 1장 정밀계측의 개요 (2) 단점 ① 기준치수의 표준게이지가 필요 ② 직접 제품의 치수를 읽을 수 없고, 측정범위가 좁음

39 제 1장 정밀계측의 개요 3) 간접측정 4) 절대측정 기하학적으로 측정값을 구하는 방법
- 삼침법에 의한 나사 유효경 측정, 기어측정, 사인바에 의한 각도 측정, 롤러와 게이지 블록에 의한 테이퍼 측정 4) 절대측정 간접측정 : 나사, 기어등과 같이 형태가 복잡한 것에 이용, 사인바의 각도 측정, 삼침법에 의한 유효경 측정 결정된 양을 기준으로 실시하여 고저를 파악하는 측정 - 압력측정 : U자관 압력게이지(절대압력), 수은주 높이, 밀도, 중력가속도

40 제 1장 정밀계측의 개요 5) 한계게이지 방법 (1) 장점 (2) 단점
최대허용치수와 최소허용치수의 양쪽 한계를 정하고 제품의 실제치수가 그 범위를 벗어 낫는가를 결정하는 방법 (1) 장점 ① 대량 측정에 적합하고, 합격과 불합격의 판정이 쉬움 ② 조작이 간단하여 경험이 불필요 (2) 단점 ① 제품의 실제치수를 알 수 없음 ② 측정치수가 결정됨에 따라 각각 1개의 게이지가 필요

41 제 1장 정밀계측의 개요 1.7 측정방법 1) 영위법 전압이나 전류의 값이 0이 되도록 장치를 조절하여 측정하는 방법
- 마이크로 미터, 휘스톤브리지, - 장점 : 정밀한 값을 얻을 수 있슴 - 단점 : 시간이 오래 걸린다.

42 제 1장 정밀계측의 개요 2) 편위법 전류 또는 전압의 크기에 비례하여 계측기의 지침에 편위를 일으켜
편위의 눈금과 비교하여 측정하는 방식 - 다이얼 게이지, 전류계, 일반계측기, 가동코일 전압계 등

43 제 1장 정밀계측의 개요 1.8 기타 1) 국제단위계 세계에서 채택한 단위 : 국제단위계로 약칭은 SI(The International System of Unite)는 국제 도량형에서 결정

44 제 1장 정밀계측의 개요

45 제 1장 정밀계측의 개요 2) 길이 및 각도단위 (1) 길이단위 (2) 각도단위
1m의 길이를 1983년 국제도량총회에서 새롭게 규정 “빛이 진공중에서 1/299,792,458초 동안 진행한 거리” (2) 각도단위 ① 도(degree) : 원주를 360등분한 호의 중심에 대한 각 보조단위 : 1o를 60등분한 분(‘) 1o를 3600등분한 초(“)가 있다.

46 제 1장 정밀계측의 개요 ② 라디안(radian) : 원의 반지름(r )과 같은 호의 중심에 대한 각도 1o와의 관계는

47 제 1장 정밀계측의 개요 3) 유효숫자(significant figure, 有效數字 ) 4) 압축, 접촉, 굽힘에 의한 변형
근사값을 구할 때 반올림 등에 의하여 처리되지 않은 부분으로 오차를 고려해도 신뢰할 수 있는 숫자를 자릿수로 나타낸 것을 말한다. 4) 압축, 접촉, 굽힘에 의한 변형 (1) 압축에 의한 변형 (2) 접촉에 의한 변형 (3) 굽힘에 의한 변형

48 제 1장 정밀계측의 개요 5) 접촉오차 대책 피 측정물의 형상에 부적당한 측정자를 사용할 경우, 측정면 마모,
측정면 평행이 아닐 때 생기는 오차 대책 ① 측정기 측정면은 내마모성이 높은 재질 사용, 피 측정물 회전 중 피하고, 정지상태에서 측정 ② 측정기 모양은 피측정물의 외형이 곡면일 때는 평면, 안지름 시 구면이나 곡면을 사용하여 측정 ③ 점 접촉을 얻기 위해 피 측정물이 원통 또는 구 모양일 경우 평탄 한 측정면을 사용하고, 평탄하면 대개 구 모양을 사용

49 제 1장 정밀계측의 개요 2. 측정기 정도 및 관리방법 2.1 제품공차와 측정기 정도의 관계
양질의 제품을 얻기 위한 측정 정도 ( )의 관계식은 제품치수의 정밀도( ), 측정기의 정도 ( )

50 제 1장 정밀계측의 개요 2.2 측정기 관리방법 1) 온도 2) 습도 표준실의 온도 20℃상태를 유지
환경조건 표준 수증기압 10mmHg, 표준온도 20℃에서 상대 습도 약 58%유지