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[공학계열] 모터와 센서 평가C아쉬워요

MOTOR1 스테핑 모터스테핑 모터 (일명 펄스모터 또는 스테퍼 모터)의 기능은 입력 펄스 기호에 의하여 일정 한 각도로 회전하는 모터이다.이 원리는 펄스 신호마다 권선의 여자전류를 전환시킴으로써 자기인력 또는 자기 반발력 에 의하여 일정한 회전각 만큼 이동하는 것으로서, 펄스로부터 토오크에로의 파워 변환기 인데, 디지털 제어를 오픈 루프로 할 수 있기 때문에 저가격이고 또 누적의 오차가 작은 액튜에이터로서 이용되고, 응용면도 확대되어 가는 경향이 있다.1) 스테핑 모터의 종류와 분류스테핑 모터는 정보기기나 사무기기 등의 분야와 더불어 급속히 발달해 왔다. 그래서 이 들의 응용분야에서 스테핑 모터에 요구되고 있는 점은 고출력, 고응답성, 고각도 정밀도,소 형, 박형화이다스테핑 모터를 분류하면 일반적 분류법, 상수, 코일의 권선방법, 기계적 구조 등에 따라 분류된다.? 일반적 분류법PM형- 원통형 페라이트 마그넷의 외주를 다극으로 자화한 것VR형- 전자철의 돌극치 회전자를 가짐HR형- PM형과 VR형의복합전자로서, VR형의 돌극치 회전자2개로 영구자석을 샌드 위치 모양으로 접고 축 방향으로 2극자화 한 것? 상수에 있어서는 2상,3상,4상,5상,8상이 있다.-소형의 기종으로서는 2상,3상,4상이 실용화 되어 있다-중형이나 대형의 기종은 4상,5상의경우가 많이 채용되고 있다.일반적으로는 2상(바이폴러), 4상(유니폴러)의 스테핑 모터가 주류를 이루고 있다.? 코일의 권선방법분포권선식의 경우는 자동직권 권선기가 채용되어 권선 삽입을 간단히 할 수 있는 동 시에 구조적으로 모터의 길이를 짧게 하고 소형, 경량으로 할 수 있기 때문에 실용화 되어 있다.집중감이 방식은 보통 트로이덜 감이로하여 사용하고 있기 때문에 값싸게 대량 생산 할 수 있는 점이 유리한 것으로 되어 있다.? 기계적인 구조다층형- 철심 블록을 각 상별로 무작위로 배치한 방식단상형- 하나의 철심블록에 각 상을 배치한 것2) 스테핑 모터의 특징-오픈 루프로 제어가능-고정밀도, 고유지 토크로 위치를 유지할 리적으로도 인덕션 모터와 같으나 빈번한 정역전에 견디고 큰 시동 토크를 얻기 위해 일반 인덕션 모터와 같이 주 코일, 보 조 코일의 관계는 없다. 주요한 용도는 세탁기의 소용돌이 발생용 모터, 각종 자동 기기 의 구동원등이다. 리버시블모터의 특징은 빈번한 정역전에 적합하며, 시동 특성이 우수, 그리고 단시간이면 크기에 비해 큰 출력이 얻어진다는 것이다.6. 셰이드형 모터셰이드형 모터(Shaded Pole Motor)는 단상 교류 모터의 일종이며 1차 코일과는 별도 로 1-2회전의 단락 코일(셰이딩 코일)을 감고 이것에 의해 회전 자기장을 발생시키는 모 터이다. 일반적으로 AC 모터를 회전시키기 위해서는 2상 이상의 교류를 필요로 하는데 일반 가정용에는 단상 교류밖에 공급되지 않는다. 그 때문에 AC 모터를 움직이기 위해서 는 어떤 대책이 필요하게 된다. 예를 들면 콘덴서를 사용하여 위상이 다른 별도의 전원을 만드는 방법도 있다. 셰이드형 모터에서는 콘덴서 대신에 몇 회전의 단락 코일을 감고 이것에 의해 파이(3.14) / 2 이상 위상이 지연된 교류를 만들어 내고 있다. 즉 보통 공급 되고 있는 단상 교류와 셰이딩 코일에 의해 만들어 낸 단상 교류를 조합하여 간단한 2상 교류를 실현하고 있다. 세이드형 모터의 특징은 구조가 간단하고 저가격이라는 점인데 수십 W가 한계이고 출력 효율이 낮다고 하는 결점도 있다. 주요한 용도는 소형의 선풍기 나 엄밀한 회전특성(회전 변동, 토크 변동)을 필요로 하지 않느 장치 등이다. 셰이딩 코일 은 인덕션 모터나 다음 항에서 설명하는 싱크로너스 모터에도 사용할 수 있으며 현재는 수 W의 인덕션 모터에도 많이 사용되고 있다. 또 셰이드형 모터는 그 외관에 의해 스켈 린턴 모터(skeletom Motor)라고도 불려지고 있다.7. 싱크로너스 모터싱크로너스 모터(Synchronous Motor)는 교류 모터의 일종이며 전원 주파수에 동기하여 회전하는 모터이다. 이 모터는 전원 주파수와 동기되었을 때 비로소 안정된 회전 특성이 얻어진다 자석이나 권선을 사용하는 전자기 의 모터를 지칭하였다. 그런데 이 초음파 모터는 20kHz 이상의 초음파 영역을 사용하는 전기력 모터인 것이다. 초음파 모터의 용도는 저속 회전에서 큰 힘을 필요로 하는 다이렉 트 드라이브용 또 자기 에너지를 싫어하는 장치의 구동원, 또는 초소형 사이즈의 구동원, 버니어 구동(미크론 단위의 미소 구동원) 등에 이용되고 있다. 초음파 모터에는 정재파 방 식과 진행파 방식이 있으며 일반적으로는 후자의 진행파 방식이 이용되고 있다. 진행파 방 식이란 압전 세라믹스를 금속의 탄성체에 맞붙인 스테이터와 로터부를 마주 접촉시켜 탄성 체에 발생하는 종파와 횡파에 의한 진행파에서 구동력을 얻는 방법이다. 또 초음파 모터는 그 진동 주파수에 20kHz 이상의 초음파를 사용하고 있으며 이것은 모터 내부에서 그 대 부분이 회전력으로 변환되기 때문에 인간이나 기타 생물에게 해를 주는 일이 없다.11. 슬롯형과 슬롯리스 모터모터의 전기자에는 얼마간의 권선을 필요로 하며 철판을 쳠 장 겹친 철심에 슬롯(홈)을 부착하고 여기에 코일을 감아 넣은 형식의 모터르 슬롯형 모터(Slotted type Moter)라고 한다. 이 모터는 구동용 코일을 직접 슬롯 안에 감아 넣기 때문에 보빈은 필요없고 게다가 구조는 매우 단단하게 된다. 그러나 돌극구조이기 때문에 코깅이 발생하고 이것이 토크 변 동, 회전 변동 특성에 나쁜 영향을 주게 되는 단점도 있다. 한 편 슬롯이 없는 노터 이른 바 슬롯리스 모터(Slotless Motor)는 철심 등에 슬롯이 없고 코일도 본딩 와이어(자기 융 착선)를 사용하여 자립 형성하고 있다. 또 슬롯리스 모터는 어떤 위치에 있어도 균일한 자 기 흡인력을 받기 때문에 코깅 현상이 없다.12. 기어드 모터기어드 모터(Geared Motor)는 모터의 회전축에 기어 등의 감속 기구를 부착한 것이며 이것에 의해 모터 단체로는 얻을 수 없는 저속 회전이 실현되거나 큰 토크를 발생시킬 수 있다. 또 기어(감속 기구)는 어떤 모터에도 부착할 수 있형)에너지 변환형은 대상물 자신이 방출하는 정보를 그대로 이용하는 것으로써 외부의 입력 신호를 받아서 센서 자신이 직접 에너지 변환되어 다른 에너리 형태로 출력하는 기능을 가진 센서를 말하며 일명 기전력 발생형 센서 또는 수동형 센서라고도 한다.2) 에너지 제어형 센서(저항변화형)에너지 제어형은 대상물에 가해지는 에너지릐 상태 변화를 검출하는 방식으로 외부 입력 신호를 받은 센서는 직접 열이나 빛으로 변환되 지 않고 센서자신의 특성이 변하여 전원회로의 흐름을 제어하는 기능을 갖는다. 에너 지 제어형을 일명 능동형 센서라고도 한다.2. 압력 센서힘을 직접 전기적인 기호로 변환 시킬 수 없으므로 힘이 물체에 가해질 때 발생하는 변 형량을 가지고 힘의 크기를 측정하게 된다. 힘을 측정하기 위해서는 단위 면적당 물체에 가해지는 압력이나 회전력의 미세한 크기 변화량을 정확하게 검출하는 센서가 사용된다.압력센서를 신호 검출원리 면에서 분류하면 다음과같다.1)변위 변형형 : 부하의 하중에 따른 탄성체의 변형을 검출하는 방식2)물리 변화형 : 압전 효과나 자왜 효과 등 물성치의 변화를 이용하는 방식3)힘 평형평 : 피측정힘에 의해 검출부에 생기는 변위를 상쇄하는 방향으로 힘을 발생 시켜 그 변위가 0이 되도록 피측정력과 평형시키는 방식으로 발생력에 비례한 신호 출력을 얻음4)진동식 : 진동자의 고유 진동수가 힘에 의해 변화하는 성질을 이용한 것5)자이로식 : 자이로의 세차운동을 이용한 것으로 일정속도로 회전하고 있는 로터의 회전 벡터에 대해서 수직 방향으로 힘이 가해지면 그 회전 벡터의 수직 방형으로 새로운 회전력이 발생하며, 이때 발생한 회전각 속도를 측정하 여 힘의 크기를 구하는 방식3. 토크센서원 운동하는 물체에 대한 회전력 측정에는 토크 센서가 사용된다. 토크 또는 모멘트의 크기는 힘 F와 회전 중심으로부터 힘이 걸려있는 점까지 거리 L에 관련되어 T=FL[N?m] 로 나타낸다. 회전체에 힘이 작용하고 있을 때 힘을 직접 검출하는 것을 곤란하므로 탄성 체로 만들어진 코리오리 힘이라 한다. 이 힘 회전 백터 와 축의 이동속도 벡터의 외적인 식으로 나타낸다.2) 광학식 자이로 각속도 센서광학식 W3K이로의 일종인 레이저 자이로의 원리를 나타낸 것이다. 레이저빔을 반 투명 유리에 비추어 3개의 거울을 통해 우측과 좌측으로 돌아가는 빛을 만들어 서로 간섭이 일어나도록 한 다음, 이 간섭면을 회전시키면 도달시간의 차이로 인해 간섭무 늬가 생겨서 이동한다. 이 간섭무늬의 이동량이 회전속도에 비례하므로 회전각속도의 검출이 가능하다.3) 진동식 자이로 각속도 센서진동식 자이로는 진동 발생의 검출용으로 압전소자를 사용하여 직각방향으로 배치된 압전소자로부터 회전속도를 검출하는 방식이다. 기계적 회전과 같이 진동체를 진동시 키는 경우에도 그 진동방향에 대해서 직각방향으로 코리오리힘이 생긴다. 이 진동체 의 진동과 직교방향으로 생기는 진동을 검출하면 회전속도를 구할 수 있다. 이 방식 은 소형 경량이면서 응답성이 우수하므로 자동차의 수직회전 검출에 주로 이용된다.6. 선 변위 센서정밀부품의 칫수, 공작기계의 가공, 가공제품의 두께와 같이 그 칫수나 변위에 관한 측 정의 정밀도는 제품이나 부품의 품질, 수명, 기계의 가동효율 등을 결정하는 중요한 요소 가 되기 때문에 정확한 변위 검출용 센서가 요구된다. 선 변위 검출 방법으로는 일정한 기준면과 센서 사이에 있는 대상물의 길이 등을 측정하거나 이동하는 기계의 가동부에 센 서를 취부하여 가동거리로부터 길이를 측정하는 것 또한 특정의 기준면 없이 방사선 등을 대상물에 조사하여 그 두께 등을 비접촉으로 측정하는 방법 등이 있다.1) 인덕턴스형코일의 전자유도 현상을 이용한 것으로 자성체 철심에 코일 을 감아 자기회로를 형성시킨 다음, 가동 철심을 움직이면 공극의 변화에 의해 자로 내의 자기저항이 변화하는 특성을 이용한다.2) 정전용량형정전용량형은 비접촉으로 두께, 변위를 검출하는 방식이다. 정전용량형은 두 대향 전극판 사이의 정전용량 C가 전극간 거리 d에 반비례하여 변하는 특성을 이용한 것이다.7.이다.

공학/기술| 2005.04.19| 14페이지| 2,500원| 조회(1,562)

센서, 모터, dc모터, 초음파센서

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[공학 측정학]측정기 평가B괜찮아요

1. 다이얼게이지(1) 다이얼 게이지의 구조(가)0.01mm,0~10mm 다이얼 게이지다이얼 게이지는 피측정물의 치수 변화에 따라 움직이는 스핀들의 직선운동을 스핀들의 한쪽면에 가공된 래크와 피니언에 의해 회전운 동으로 변환되며, 이 회전 운동은 피니언과 같은 축에 고정된 피니 언 기어와 지침 피니언에 의해 확대되어 지친 피니언 축에 붙은 지 침에 의해 눈금상에 지시된다. 이때, 지침 피니언과 맞물려 잇는 헤 어 코일 스프링은 기어를 항상 동일 치면에 접촉시켜 기어의 뒷틈을 제거하므로 동일 측정면에서 스핀들의 상승, 하강시의 지시차(되돌림 오차)를 적게 하는 작용을 한다. 또한, 코일 스프링은 측정력을 주기 위한 것이고, 스핀들에 연결되어 있는 안내핀은 안내홈을 따라 움직 이며 스핀들의 일부에 가공된 래크가 회전을 방지하며 상하 운동을 안내하는 역할을 한다.(나)0.001mm,0~1mm 다이얼 게이지피측정물의 치수 변화에 따른 스핀들의 직선 변화는 스핀들에 직각 으로 고정된 평면 접촉자의 dnsed으로 변하고, 이 운동은 평명 접촉 자에 코일 스프링의 힘으로 항상 접촉되어 잇는 구면 접촉자와 접촉 하면서 운동한다. 이 구면 접촉자의 운동은 이곳에 고정되어 있는 부채꼴형 기어의 원호 운동으로 바뀌어 피니언, 피니언 기어로 전달 되어 최종적으로 지침 피니언을 회전시켜 지침이 움직여 눔금판 위 에 확대된 변위량을 지시하게 된다.2. 실린더게이지(1)측정원리내경의 정밀 측정 대상에는 내경, 구멍의 진원도, 원통도, 진원도, 내 면의 표면 거칠기 등이 있지만, 어느 항목도 축에 비해서 고정도의 측정이 곤란하고, 특히 구멍이 작아지면 더 힘들다. 따라서, 실린더 게이지나 텔레스코핑 게이지는 기준기와 비교하여 내경 측정이나 내 측 홈의 폭을 측정하는데 편리하게 사용할 수 있는 측정기이다.(가)캠(cam)식 실린더 게이지의 원리캠식 실린더 게이지는 치수의 변화량을 측정자(contact pin)에 의 해 캠에 전달되고 캠의 전도자에 의해 압봉에 전달되어 다이얼 게 이지의 스핀들을 움직여서 지침과 눈금으로 지시하게 된다. 또한, 전도자는 측정자의 움직임을 지시기에 전달하는 것으로, 측정자의 움직임을 정확하게 직각 방향으로 움직이지 않은면 오차가 발생하 는 중요한 부분이다.전도자는 캠형이 많이 쓰이지만 작은 구멍의 측정시는 쐐기식도 쓰 인다.(나)쐐기식 실린더 게이지피측정물의 내경 크기에 따라 앤빌이 신축되며, 앤빌의 신축에 따 라 앤빌과 접촉되어 있는 쐐기의 미끄럼면을 따라 스핀들이 상하로 이동하게 된다. 이 스핀들에 다이얼 게이지 측정자가 연결되어, 이 신축량이 다이얼 게이지에 지시된다.3. 텔레스코핑 게이지(1)측정원리텔레스코핑 게이지는 T자 모양을 한 측정기로, 측정자 부분은 경도 가 높은 공구강으로 되어 있으며, 측정자 끝부분은 반구로 되어 있는 내경 측정기이다.피측정물의 크기에 따라 측정자가 스프링에 의해 신축하게 되어 있 다. 내경을 측정할 때는 먼저 피측정물에 텔레스코핑 게이지를 삽입 한 상태에서 클램프 조임나사를 약간 조인다음위 아래로 움직여 제일 작은값일때 치수를 외측 마이크로미터를 이용 하여 직접 측정한다.4. 게이지 블록블록 게이지는 길이의 기준인 광파장으로부터 직접 길이가 결정되므 로 공장 등에서 길이의 기준으로 사용되고 있는 단도기로서 1898년 스웨덴의 요한슨에 의해서 최소로 제작되었다.이 게이지 블록은 길이의 정도가 매우 높으며(0.01um), 서로 밀착되는 특성을 가지고 잇어 몇 개의 수로 조합하여 많은 치수의 기준을 얻을 수 있다.게이지 블록의 종류에는 보통 요한슨 형, 호크 형, 캐리 형의 3종류가 있으며, 일반적으로 요한슨 형이 많이 쓰이고, 호크 형은 주로 미국에서 많이 쓰이며, 얇은 치수(0.05~1.00mm) 에는 캐리 형이 사용되나 요즘은 거의 생산되지 않는다.또한 게이지 블록의 재질은 열처리한 강, 초경합금, 새라믹 등이 사용되며, 특수 용도로 용융수정이 사용되고 있다.각종 재질이 구비해야할 조건으로는?열팽창 계수가 적당할 것?치수의 안정성이 우수할 것?충분한 거칠기를 얻을 수 있을 것?내마모성이 클 것?내식성이 좋을 것?래핑 등의 가공성이 용이할 것등이 있다.(1)게이지 블록의 밀착 방법게이지 블록의 중요한 특성은 밀착 할 수 있다는 것이다.질이 없도록 깨끗이 닦는다. 이때 게이지 블록에 기름이 묻었을 때 에는 휘발유, 알콜 등의 세척제로 닦아낸 다음에 천이나 세무 가죽으 로 닦는다.그리고 광선 정반을 사용하여 게이지 측정면에 돌기의 유무를 확인 한다. 돌기가 발견되면 잘 레핑된 2,000메시 이상의 오일스톤에 몇 회 문질러 돌기를 제거한 뒤 다시 정반으로 돌기를 확인한 후 밀착한다.? 두꺼운 블로과 얇은 불록의 밀착얇은 게이지 블록을 두꺼운 게이지 블록 측정면의 한쪽 끝에서 가 볍게 밀어 넣어 흡착되면 완전히 밀어 넣는다. 이때 무리한 힘을 가하여 게이지 블록이 휘거나 미끄러지는 일이 없도록 주의해야 한 다. 만일 게이지 블록이 서로 완전히 밀착 되지 않으면 얇은 게이 지 블록이 부분적으로 미소 변형이 생기게 되는데, 이때는 광선 정 반으로 확인하여 밀착이 완전하면 간섭무늬가 일직선으로 나타나 고, 밀착이 불완전하면 간섭무늬가 불균일하게 휘어 보인다.?두꺼운 블록끼리의 밀착2개의 게이지 블록을 중앙에서 직교시킨 상태에서 조금 문질러 흡 착되면 시계반대 방향으로 회전하여 두 게이지 블록을 합치시킨다.5. 사인바(1)측정원리사인바는 삼각함수의 사인(sine)을 응용한 측정기로, 일정한 빗변을 가지고 있어서 각도를 측정하거나 또는 임의의 각을 설정하기 위한 것이며, 검사실에서의 측정 혹은 지그의 제작 등에 사용된다. 사인바 의 구조는 곧은자의 양단에 열처리해서 연삭한 2개의 롤러를 끼워맞 춘 것으로서 호칭 치수는 롤러간의 중심 거리로 나타낸다.KS에서는 사인바의 등급을 그 정밀도에 따라 1급과2급의 2등급으로 구분되며 정밀도에는 측정면의 평면도, 롤러 지름의 차, 지원도, 진직 도 및 중심거리, 롤러사이의 평행도, 측면과 롤러간의 평행도, 롤러 측면이 이루는 각도, 종합 정밀도 등을 규정하고 있다.또한, 대형 물체의 각도 측정에 사용되고 있는 호칭 치수 200mm 이 상이며 측정면의 폭이 넓은 사인 블록과 사인 테이블도 있다.6. 버니어 캘리퍼스버니어 캘리퍼스는 스케일과 퍼스를 일체로 한 측정기로서, 기계 가공 현장에서는 대단히 많이 사용되고 있다. 현장용 측정기 가운데서는 정도가 낮은 쪽에 속하고 있지만 그렇다고 해서 정도가 나쁘다는 것은 아니다. 측정기는 요구되는 정도, 피측정물의 형상에 따라서 잘 분간해서 써야 하고 여러 가지의 측정기와 측정법이 있는 것이다. 버니어 캘리퍼스는 5/100mm까지의 정도밖에 나오지 않는 데는 틀림이 없지만, 바른 사용 방법만 익히면 대단히 유용한 측정기이다.버니어 캘리퍼스는 용도에 따라서 여러 종류가 있다.종류에는 M1형, M2형, CM형으로 구분하고 있다. 그 최대 측정 길이는 어느 것도 1000mm이다. 그러나, 규정엔 없어도 현장에서는 3000mm의 것도 사용되고 있다.M형은 가장 많이 사용되고 있는 형으로, 아들자가 홈형이고 외측 측정을 하는 턱 외에 내측 측정용의 주둥이, 깊이 측정용의 깊이자가 붙어 있다. 이M형 가운데, 아들자를 미소 이동 시킬 수 없는 것을 M1형, 이송에 따라서 미소이동이 가능한 것을 M2형이라고 한다.7. 마이크로미터U자형 프레임의 한쪽 끝에는 고정된 앤빌(anvil)이 있고, 다른쪽 끝의 슬리브(sleeve) 안쪽은 암나사로 되었으며, 정밀도가 높은 피치의 작은 수나사인 스핀들이 그 속에 들어 있다. 스핀들의 바깥쪽에는 심블(thimble)이 있으며, 이것을 회전시키면 스핀들이 축방향으로 이동하게 되어 있다. 슬리브에는 축방향으로 눈금이 매겨졌고, 심블에는 원주 방향으로 원주를 50등분한 눈금이 매겨져 있어 1눈금으로 0.01mm를 읽을 수 있다. 또 스핀들을 고정시키기 위한 클램프, 측정압(測定壓)을 일정하게 하기 위한 래칫스톱(ratchet stop)이 붙어 있다.길이를 측정하려면 앤빌과 스핀들 사이에 측정물을 끼우고 슬리브와 심블의 눈금을 읽는다. 보통 사용되고 있는 마이크로미터는 나사의 피치가 0.5mm이다. 스핀들의 측정범위는 0~25mm, 25∼50mm와 같이 25mm 간격으로 되어 있다. 최대 3m 까지 측정할 수 있는 것도 있다. 마이크로미터에는 바깥쪽 치수를 측정하는 바깥지름 마이크로미터, 안쪽 치수를 측정하는 안지름 마이크로미터, 구멍 등의 깊이를 측정하는 깊이 마이크로미터, 나사 ·기어의 이[齒]두께, 나사의 유효지름 등을 측정하는 수나사용 ·암나사용의 각 나사 마이크로미터 등이 있다.이 밖에 공기마이크로미터와 전기마이크로미터가 있으며, 이것들은 미소한 길이를 정확하게 측정할 수 있는 점에서는 마이크로미터와 같으나 원리상으로는 다르다. 공기마이크로미터는 일정한 압력의 공기를 내뿜게 하여 그 유출량(流出量)과 압력변화에 의해서, 전기마이크로미터는 치수변화를 전기저항 ·인덕턴스 등의 전기량의 변화로 바꾸어 미소한 치수를 측정하는 것이다.

공학/기술| 2005.03.05| 7페이지| 2,500원| 조회(1,499)

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[공학]3차원측정 평가B괜찮아요

1. 3차원 측정기란?3차원 측정기란 주로 측정점 검출기(probe)가 서로 직각인 X, Y, Z축 방향으로 운동하고 각축이 움직인 이동량을 측정장치에 의해 측정점의 공간 좌표값을 읽어서 피측정물의 위치, 거리, 윤곽, 형상 등을 측정하는 만능 측정기를 말한다.3차원 측정기가 개발된 시기는 정확히 알 수 없으나 1950년대부터 1960년대 사이에 등장했다고 추정한다. 최초에는 만능 측정현미경, 공구현미경 등의 2차원 측정기에 Z축 측정기를 부착시킨 것이나 정밀 설계기(Precision Iayout machine)를 개조한 것이 그 발단이라 볼 수 있으며 본격적인 3차원 측정기의 생산은 영국 Ferranti사에서 제작된 것이 그 시초라할 수 있다. 3차원 측정기의 급격한 발달은 과거 20여년 동안이라고 볼수 있는데 리니어스케일(linear scale)과 같은 디지털 위치검출기와 컴퓨터, 정밀가공기술의 급격한 발전에 따라측정의 정확도, 신속성, 다양성 등에서 획기적인 진보가 이루어졌다.특히 공작가공 분야에서 NC(numerical control)및FA(Factory auto mation)가 발달됨에 따라 보다 다양하고 신속 정확한 측정이 요구되었고 이에 따라 3차원 측정CNC(Computer numerical control)측정이 가능하게 되었다.2. 3차원 측정기의 사용효과1) 측정능률의 향상?피측정물의 설치 변경에 따른 시간이 절약된다.?보조 치공구를 거의 사용하지 않는다.?측정점의 데이터는 컴퓨터에 의해 연산되고 즉시 프린트 된다.?프로그램에 의해 측정결과의 합부판정이 동시에 표시된다.2)컴퓨터와 병용해서 종래에 곤란한 측정문제를 해결3)복잡한 측정물의 측정 정도 및 신뢰성의 향상4)측정값의 안정성5)피로의 경감6)데이터 정리의 자동화7)자동화 효과3 . 사용환경3차원 측정기에 한정하지 않고 정밀 측정기를 설치하는 환경은 측정값의 신뢰성에 큰 영향을 미친다. 3차원 측정기의 성능을 충분히 발휘하도록 하려면 20℃±1℃ 정도의 환경을 만들어줄 필요가 있으며 습 성능1)3차원 측정기의 분류? 아날로그방식? 디지털방식2)구조 형태상의 분류① Fixed table cantilever type측정기의 3면이 개방된 구조리기 때문에 측정물의 설치 및 해체가 용이하고 측정 테이블보다 큰 측정물도 적재할 수 있다. 또한 개방형이기 때문에 수동 조작성은 양 호하나 Y빔이 돌출되어 있기 때문에 조작시 휨이 발생할 소지가 있다. 보통은 소형이 나 중형에도 채용되고 있는 구조이다.② Moving bridge type3차원 측정기의 구조 형태중에서 가장 일반적인 구조이다. 빔 양단이 지지되어 있기 때문에 빔의 휨이 적다. 정도면에서는 cantilever type보다 우수하다. bridge 구조를 측정기의 한쪽 방향으로 밀면 측정 테이블이 개방되어 측정물의 설치 및 해체가 용이 하다.③ Fixed bridge typeFixed bridge type는 column type과 함께 고정밀도의 3차원 측정기에 채용되고 있 다. moving bridge type과 비교하면 bridge구조를 이동할 필요가 없기 때문에 기하 학적으로 대단히 높은 정밀도를 얻을 수 있다.④ Column type고정밀도 3차원 측정기에 채용되고 있는 구조형태로서 측정테이블과 saddle, column및 기타의 구조부재는 가장 높은 기하학적인 정밀도를 얻을 수 있도록 설계외 어 있다.이런 형태의 3차원 측정기는 고정밀도의 측정기이기 때문에 각 축이 모터에 의해 구동한다.⑤ Gantry type큰 측정범의를 가진 3차원의 측정기에 채용되고 있는 구조로서 사용자는 안족에서 측정을 한다. 각 기동부의 중량이 대단히 크기 때문에 각 축은 모터로서 구동되고 있 다.⑥ Horizontal type큰 측정물을 대상으로 한 것과 소형의 측정물을 대상으로 한 것이 있다. 큰 측정물 을 대상으로 한 것은 “Lay-out machinc"이라고 불려지고 있다. 자동차 몸체나 모델 등이 측정에 이용되고 있으며 측정물의 반입이 용이한 반면 arm의 처짐이 발생하기 때문에 다른 3차원측정기와 비type클램프 해체 상태에서 X, Y, Z축의 각 가동부를 사람의 힘으로 이도해서 측정을 행 항는 측정기이다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 기종으로 프로브로는 만능 터치 신 호 프로브, 볼 프로브로부터, 광학 현미경을 등을 이용한 비접촉식에 이르기까지 거 의 모든 프로브를 사용할 수 있다.② Motor drive typeX, Y, Z축에 구동원으로 모터가 내장되어 원격조작으로 각 운동부의 움직임을 제어 하여 측정을 행하는 측정기이다. 각 축이 원격조작에 의해 이동되므로 Z축 스핀들의 선단 부분을 잡지 않고도 측정할 수 있기 때문에 Z축 스핀들이 흔들릴 필요가 없어 서 좋은 정도를 얻을 수 있다. 측정시 MOTOR를 이용하기 때문에 축이동 속도가 일 정하게 조절되어 반복 정밀도가 향상되고 또한 서로 다른 측정자에 따라 발생하는 개 인 오차를 줄일 수 있다.③ CNC typeX, Y, Z축의 구동원으로 motor를 가지고 미리 작성된 프로그램에 따라 컴퓨터에 의 해 지령이 내려져 측정이 자동적으로 수행되는 측정기이다. CNC기로 측정하는 경우 floating기에 비해 측정항목의 판단 및 key조작이 불필요하며 측정점간의 이동 속도 가 빠르고 프로브의 접근에서 이탈까지의 시간이 단축되기 때문에 측정시간이 단축된 다. 또한, Z축 스핀들의 선단부분을 잡지 않고 측정할 수가 있어 Z축 스핀들의 흔들 림이 발생하지 않아 측정 정도를 더 높일 수 있다.5. 3차원 측정기의 구성요소1)안내방식①구름 베어링②공기 베어링2) 측장 unit현재 3차원 측정기의 각 축의 이동량은 전부 디지털 표시 방식으로 되어 있고 3차원 측정기에 사용하는 방식은 크게 3종류로 나눌 수가 있으나 최종적인 성능면에서는 어 느 것도 큰 차이가 없다.6. 측정침측정침은 피측정물의 측정위치를 감지하여 그 지점의 X, Y, Z 3축의 위치를 컴퓨터에 지시하는 기능을 갖고 있기 때문에 3차원 측정기의 성능에 큰 영향을 미친다.3차원 측정기에 사용되고 있는 측정침은 크게 접촉식과 비접촉식으로 나눌 수 있는데등 기존 측정기를 이용한 측정심이 있다.① 하드측정침촉침이 피측정물과 접촉했다는 것을 감지할 수 있는 기능이 없는 측정침으로 촉침과 피측정물이 접촉했다는 것을 측정자가 감지하여 이것을 컴퓨터에 알려준다. 하드 측정 침은 저급의 수동형 측정기에 주로 사용되고 있는데 일정한 측정압을 줄 수 없기 때문 에 정밀정확도가 나쁘다. 그러나 1차원 형상을 갖는 전기전자 부품의 금형이나 대형 구조물등 낮은 정밀정확도 빠른 측정속도가 요구되는 곳에 적합하다.② 터치 측정침촉침이 피측정물에 접촉하면 피에조 크리스탈에 압력이 가해지고 이에 의해 전압이 발생되기 때문에 접촉 순간을 알 수 있다. 상단의 기계적인 접점은 과도한 측정압이 걸렸을 때 즉, 촉침이 피측정물을 과도하게 밀었을때 이 접점이 분리되도록 하여 피에 조 크리스탈을 보호하는데 있다. 이 방식의 측정침은 피에조 크리스탈 허용하는 필터 의 회전량이 매우 적기 때문에 촉침이 피측정물에 접촉했을 때 매우 빨리 정리 해야 한다.③ 스캐닝 측정침스캐닝 측정침은 터치측정침과 달리 높은 정밀.정확도와 연속적인 측정이 가능하다는 장점이 있다. 또한 수동형을 구성할 수 없는 컬럼형이나 고정브릿지형에서도 이측정침 과 서브 위치제어장치를 이용할 경우 수동조작이 가능하며 측정방향을 임의로 선택할 수 있다. 측정압은 보통 터치 측정침보다 작으며 조정이 가능하다. 이 측정침은 정 밀정확도가 높은 3차원 측정기나 자유곡면 측정과 같은 다량의 측정 데이터가 필요한 곳에 적합하다.④ 전기 도통식 측정침3차원 측정기에서 측정하는 대상물은 대부분 금속으로 되어 있기때문에 측정침을 금 속으로 만들어 측정침과 피측정물이 접촉하는 순간 전기가 흐르는 신호를 이용할 수 있다. 이 방식을 측정대상이 금속이어야 하는 제약이 있으나 가격이 아주 저렴하다는 이유 때문에layout machine등에 사용되고 있다 촉침이 피측정물에 접촉하면 각 전극 에 전류가 흐르는데 이 전류의 양은 접촉점과 각 전극의 저항값에 역비례하게 나누어 져 흐른다. 따라서 이 전류의 양들을 측정하기 위해서는 다음절에서 설명할 보조 회전장치 가 필요하다. 한편 전기 마이크로미터를 이용하여 1축을 측정할 경우 3차원 측정기용 전용 측정침을 사용하는 것보다 높은 정밀.정확도를 얻을 수 있다.⑥ 촉침촉침은 피측정물의 측정점과 접촉하기 때문에 촉침의 형상 정확도가 매우 중요하다. 일반적으로 볼측정침(ball probe)이 가장 많이 사용되고 있으며 측정 대상물의 형상에 따라 다양한 모양의 측정침을 제작하여 사용할수 있다.㉠ 볼 측정침(ball probe)가장 많이 사용되는 촉침으로 치수, 좌표,형상측정에 이용되며 구의 직경은 0.5mm에서 10mm까지 다양하며 재질은 루비나 사파이어 혹은 텡스텐카바이트등 경질의 재질이 사용된다.㉡ 테이퍼 측정침(taper probe)구멍 중심의 위치를 능률적으로 측정하는데 적합하다. 테이퍼는1/5 ~ 1/2.5 정도 로써 1개의 측정침으로 0 ~ 20mm의 직경차가 있는 구멍까지 측정할 수 있다. 피 측정물 구멍 끝단의 모따기가 불량하면 측정이 잘못될 수 있으며 크기가 다른 구멍 을 측정할 경우 테이퍼의 축과 Z축이 일치되어야 한다.㉢ 원통 측정침(cylindrical probe)원통의 측면부를 이용하여 얇은 단면사이의 치수를 측정하거나 엣지로 구성된 곡 면의 형상측정에 적합하다.㉣ 디스크 측정침(disk probe)구의 중심부근을 절단하여 디스크 모양으로 만든 것으로 외경부나 두께부를 이용 하여 오목면 사이의 치수, 홈의 직경이나 형상을 측정하는데 적합하다.㉤ 기 타자유곡면 형상을 측정할 때 사용되는 반구나 가는 혼의 깊이를 측정할 때 포인트 (point)촉침 등 필요에 따라 여러 모양의 촉침을 제작 사용할 수 있다.2) 비접촉식 측정침① 현미경식측정부위를 확대하여 볼 수 있는 현미경이나 현미경에 CCD(charge coupled device) 카메라가 부착된 경우로 PCB기판, IC의 리드 프라임(lead frame), 전자부품의 금형 측정에 적합하다. 이 방식의 비접촉식 측정침은 작업자가 미세이동기구를 조작하여 상 별한다.

공학/기술| 2005.03.05| 8페이지| 2,500원| 조회(2,156)

3차원, 측정, 측정침

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