마이크로미터 검사

마이크로미터 검사

1. 마이크로미터의 역사

1939년 가스코인(영국)은 측정기에 나사를 이용했던 데 반해 1819년경 제임스 와트(James Wat)는 그림 1.1과 같은
형상이면서 구조는 뒤에 설명될 JIS의 마이크로미터 용어 설명과 거의 일치하는 측정기를 만들었습니다. 다른 점은 “슬리브와 싱글을 갖춘”대신에 “제1, 제2 눈금판을 갖춘”것이라고 할 수 있습니다.

 

그 구조는 그림 1.2와 같습니다.

 

그림 1.2 와트의 마이크로미터 단면도

 

 이것은 스핀들에 직접 연결된 제1 눈금판으로 세밀한 부분을 읽고, 스핀들의 회전을 웜 기어로 감속한 후 표시되어 있는 제2 눈금판으로 대략적인 곳을 판독한 것입니다.

 

 이것을 자세히 보면 지금의 것과 상당한 차이가 있음을 알 수 있습니다. 황동판으로 된 U자형 프레임 한쪽에 원통 측정면이 있는 앤빌이 고정되어 있고, 다른 쪽에 미끄러지며 움직이는 측정 헤드가 달려있습니다. 이 측정 헤드는 1인치당 18산의 나사로 이송되며 측정 범위는 1인치(25.4mm)입니다.

 

 나사는 1/100회전까지 (눈금은 1/18인치) 제1 눈금판으로 판독하고, 나사와 맞물리는 웜 기어에 붙어 있는 지침은 제2 눈금판 상의 나사가 몇 회전 했는지 나타내는 구조로 되어 있습니다. 이 마이크로미터는 현재 런던의 과학 박물관에 전시되어 있습니다. 제임스 와트는 증기 기관을 발명하여 이것을 상품화한 것으로 유명하며, 이 증기기관이 제1차산업 혁명의 계기가 되었다는 사실도 잘 알려져 있습니다. 그가 마이크로미터를 서둘러 발명하게 된 것은 증기 기관의 피스톤과 실린더의 간극을 일정하게 유지하기 위해서였다고 합니다. 처음에는 피스톤과 실린더의 간극이 6팬스짜리 은화 두께나 되어 새어나오는 증기를 낡은 헝겊이나 가죽 등으로 막았지만 효과적이지 못했다고 합니다. 1800년에 들어선지 얼마 되지 않아 영국의 헨리 마우즐레이는 “Lord Channcellor"라는 이름의 벤치 마이크로미터를 만들었습니다.

 

 이것은 측정 범위가 비교적 크고 0.1인치씩 눈금이 있으며(아마 이송 나사의 피치는 0.1inch-25.4mm로 회전수를 표시한 것이라 생각됨) 판독 다이얼은 눈금 간격이 0.001인치였던 것으로 전해집니다. 현재 사용되고 있는 것과 같은 형태의 마이크로미터는 1848년에 프랑스인인 진 파마(Palmer)가 제작한 것이 최초라고 합니다.

 

 이 무렵 미국에서는 강판 두께를 측정하기 위해 지시가 안정적인 측정기가 요구되고 있었습니다.

 

 미국의 조셉 R 브라운과 르시안 샤프(Brown &Sharpe) 등 두 사람은 1867년 파리에서 열린 박람회에 출품된 파마식 마이크로미터(그림 1.3)를 보고 다양하게 시험한 결과 대단히 실용성이 높았기 때문에 이에 대한 특허 사용권을 얻어 귀국한 후 “포켓형 강판 측정구”로서 이것을 제조, 판매하게 되었다고 전해집니다.

 

이것이 미국에서 최초로 제조된 실용적인 마이크로미터입니다.(1867년)

 그 후 나사가 외부로 노출되던 것이 내부에 수납되는 등 여러 가지 개량이 이루어지고 차츰 많이 사용되었는데 상품으로 인정된 것은 1882년 미국 철도국의 기계 관계자들이 모여 회의를 한 자리에서 와이어 직경의 표준으로 애용되던 번선 게이지 대신 마이크로미터를 표준으로 사용하기로 결의한 것을 계기로 보급에 점점 박차를 가하게 되었습니다.

그 후 많은 제조사들이 디자인을 개량하였고 다양한 응용 제품이 만들어져 오늘에 이르게 된 것입니다.

 

 

2. 마이크로미터의 원리

 마이크로미터는 어떤 길이의 변화를 나사의 회전각과 직경으로 확대합니다.

 

 다시 말하면 임의의 길이 즉 피치 길이에 상당하는 높이의 직각 삼각형을, 임의의 직경을 가진 원기둥에 감은 형태에서 삼각형 빗변의 행정으로 치환하여 확대하고 그 확대한 길이에 눈금을 표시하여 미세한 길이의 변화를 판독하는 측정기입니다.

 

마이크로미터의 원리

그림 2.2에 나타난 것처럼 스핀들이 각도 α만큼 회전했을 때 측정면이 a에서 b까지 X의 거리 만큼 이동한 것으로 가정하면

p 의 만큼 이동한 것이 되고, 이 때 눈금의 반지름을 r이라고 하면 눈금면의 이동 거리는 r·α가 됩니다.

또한 눈금면이 1회전하면 나사는 1피치 이동하므로 다음과 같은 관계가 성립됩니다.

∴ ------- ① X : 축방향의 이동량(mm)
                      p : 나사의 피치(mm)
                      α : 나사 회전각(radian)
                     r : 눈금면 반지름(mm)

일반 마이크로미터는 나사 피치가 0.5mm이고 눈금면은 50등분한 것이 이용됩니다.

즉 1 눈금은 0.01mm의 변이량을 나타냅니다.

 

①식에 p=0.5mm, 을 대입하면 눈금 간격은 X=0.5mm×=0.01mm가 됩니다.

 

3. 마이크로미터의 구조 및 각부의 명칭

아래 그림은 외측 마이크로미터, 그림 3.2는 내측 마이크로미터, 그림 3.3은 마이크로미터 헤드를 나타낸 것입니다.

2024.02.06 - [정밀측정] - 정밀측정 [Precision Measurement]