1.8 측정공구

Measuring Tools

 

축정렬은 기초적으로 길이 측정과 관련되기 때문에 여기서는 길이를 측정하는데 사용되는 다양한 공구에 관해 설명한다. 현재 유통되고 있는 많은 측정 센서를 응용한 다양한 축 위치 측정공구는 보정값이 주어지고 있다.

정확한 길이를 측정하는 것은 사람에 달려있다. 고대 그리스 시대에는 ‘Rope Stretcher' 직업이 아주 전문적인 직업으로 여겨졌으며, 오늘날 길이 측정 기술자는 레이저 간섭계 사용으로 Micron 이하의 길이 측정도 가능하다. 신 장비는 아주 천천히 구 장비를 대체해 나가기 때문에 이들 측정공구 전체에 대한 사용법을 아는 것이 중요하다. 예를 들어 1980년 중반에 레이저 축정렬 측정 시스템이 개발되었음에도 불구하고 사실상 이들 길이 측정 시스템의 제작자들도 기계 케이싱 Hold Down Bolt와 축상의 측정점간 거리 측정 수단으로 표준 권척을 함께 사용한다.

(1) 표준자와 줄자 (Standard Tape Measures and Rulers)

축정렬에 사용되는 가장 일반적인 공구는 표준자와 권척이다. 줄자 측정은 축이나 커플링 허브 측정과 베이스 볼트간의 거리 측정에 사용된다. 권척의 눈금은 보통 육안으로 식별되는 최소 측정길이가 1 ㎜이고 Straight Edge는 정도가 낮은 정렬에 가끔 사용된다.

(2) 필러 및 테이퍼 게이지 (Feeler and Taper Gages)

필러 게이지는 세트로 디자인되고 접어 넣을 수 있도록 정렬한 금속판이다. 이것 은 Soft Foot 갭측정, 가까이 붙은 두축의 끝과 끝사이 갭측정, 베어링의 볼과 레이스 사이의 간극 측정 그리고 정밀도가 ±1 mil이 요구되는 비슷한 여러 갭 측정에 사용된다. 테이퍼 게이지는 Wedge 형태의 금속판으로써 갭과 일치하는 눈금이 Wedge 길이 방향으로 새겨져 있다. 이것은 정확도가 ±10 mils가 요구되는 가까이 인접한 축끝과 끝사이를 측정하는데 사용된다.

(3) 버니어 켈리퍼 (Vernier Caliper)

버니어 켈리퍼는 정밀도 1 mil이내의 내외경 측정에 400년 동안 계속 사용되어 왔다. 어미자는 1 ㎜마다 분할 눈금이 있는 표준자와 같다. 아들자 즉 슬리이딩자는 20등분한 눈금을 가지고 있다. Jaw는 어미자의 길이에 따라 아들자 위치로 길이를 측정한다. 측정값은 아들자 "0"과 가까운 어미자의 값을 취한다음 1 ㎜이하의 값은 어미자와 아들자 눈금이 가장 가까이 일치하는 선에서 취한다.

(4) 마이크로미터 (Micrometers)

마이크로미터는 오늘날까지 널리 사용된다. 마이크로미터는 축 외경 및 내경, 쉼, 플레이트 두께 등 무수히 많은 곳에 사용되어지며 축정렬 작업을 수행하는 사람에게는 거의 필수적이다.

(5) 다이얼 인디케이터 (Dial Indicators)

AGD 그룹 1 또는 2 (American Gauge Design 다이얼 직경 1"는 1그룹, 2"는 2그룹)의 다이얼 인디케이터는 축 위치 측정에는 다이얼 직경 크기에 상관없이 사용된다. AGD 그룹 1 인디케이터는 총 스템 이동량이 5 ㎜인 것이 판매되며 이것은 축정렬에 가장 적합하다. 총 스템 이동량이 50 ㎜까지인 AGD 그룹 2인 인디케이터도 또한 자주 쓰이지만 자체 무게에 의한 브라켓 처짐 문제가 있다.

(6) 옵티컬 축정렬 공구 (Optical Alignment Tooling)

옵티컬 축정렬 공구는 정확한 Bubble Level을 가진 저전력 텔레스코프와 정밀한 수평 수직위치를 구하는 옵티컬 마이크로메타를 조합한 장치들로 구성되어 있다. 옵티컬 측정렬 시스템은 기초 수평잡기, 기계 공구나 프레임 직각도 점검, 긴 회전기기의 베어링 페데스탈 정렬, 운전중인 기계 이동의 Off-Line 측정, 종이와 제철공장의 롤 평형상태 점검 등과 같은 다양한 곳에 적용하기에 가장 유효 적절한 공구중의 한가지이다.

(7) 프록시미티 프루브 (Poximity Probes)

프록시미티 프루브는 기본적으로 비접촉식 전자 다이얼 인디케이터로 되어있다. 따라서 거리나 진동변위 및 축위치 측정에 쓰인다. 이 장치가 축정렬 측정에 이용될 수 있지만 어떤 회사도 이 시스템을 일반적으로 사용하지 않는다. 이 장치의 사용 제한은 표준 프루브로 수집할 수 있는 거리측정 범위(약 1~4 ㎜)이다.

(8) 선형 가변 차동 변환기 (Linear Variable Differential Transformers)

이 장치는 변환기 중심을 통하여 움직이는 코어의 위치에 비례하여 AC 신호를 출력 시키기 때문에 가변 인덕턴스 변환기라고 한다. 이 장치는 스트로크가 0.5 ㎜ 이상의 범위에서 정확도 ±1%를 얻을 수 있다. 현재 축정렬 목적으로 이 형식의 변환기를 사용한 축정렬 시스템은 없다.

(9) 옵티컬 엔코더 (Optical Encoders)

옵티컬 엔코더는 본질적으로 펄스 계산기이다. 이것은 축 위치와 축 속도 측정에 자주 쓰인다. 그러므로 이 장치를 축 또는 회전 엔코더라고 부르기도 한다. 연속된 슬롯을 이 디스크 또는 평면에 각인하고 불빛(일반적으로 LED)을 디스크나 평면에 비춘다. 디스크나 평면이 움직이거나 회전하면 디스크의 반대편에 있는 사진 감지기가 비쳐지는 슬롯의 수를 헤아린다. 요즘 한 제작자가 축정렬 측정을 위해 이 형식의 센서를 사용하고 있다.

(10) 레이저와 감지기 (Lasers and Detectors)

축정렬에 있어서 축위치 측정기술의 정확도는 인간의 시력에 의존할 때보다 직선자와 필러 게이지를 이용함으로써 어느정도 개선되고 나아가 축 브랫킷과 다이알 게이지를 사용함으로써 더욱 개선되어 축정렬 교정에 소요되는 시간이 많이 감소되었다. 모든 기술이 현재 상태로 머물지는 않겠지만, 특히 반도체의 광발산을 포함한 전자공학에 근거를 둔 모든 기술은 이러한 측정에 필수적으로 적용되고 있다. 성능이 우수한 마이크로프로세서, 반도체 결합 레이저, 실리콘 광다이오드 등의 출현으로 기계적 메카니즘을 이용한 측정기기 대신에 이러한 새로운 전자 소자를 이용한 회전형 기계의 회전 중심선 측정의 새로운 기술의 장을 열어왔다.

1984년 독일 Pruftechnik에 의해 축정렬시에 사용가능한 레이저 축정렬 측정 시스템이 최초로 개발된 이래 많은 제작사들이 각기 다른 형태의 축정렬 시스템을 개발하여 소개하였다. 최근에도 여섯 개의 회사가 다른 형태의 레이저 축정렬 측정 시스템을 선보이고 있다.

레이저 감지기는 파장이 350~1100 ㎚ 범위의 전자기파를 감지할 수 있는 반도체 포토다이오드이며, 포토다이오드는 표면에 빛을 받으면 전류를 발생한다. 포토다이오드를 이용한 레이저 감지기의 규격은 대부분 10 ㎜×10 ㎜ 이지만, 어떤 것은 20 ㎜×20 ㎜도 있다. 사용규격은 제작사에 의해 결정되지만 대부분 전자를 이용하고 후자를 이용하는 회사는 극히 적다. 이러한 시스템을 이용하는 레이저 감지기 제작자는 ‘Bi-cell'(한 방향) 또는 'Guadrant Cell'(양방향) 포토다이오드를 사용하여 레이저 빔의 위치를 감지한다.

감지기의 중앙에 빛이 쪼이면, 각 Cell로 부터의 모든 축력은 같다. 반면에 전자기파 빔(빛)이 포토다이오드 표면을 가로지르면 빔이 중앙을 벗어나는 정도에 따라 각 Cell은 불평형 전류를 출력하게 된다.

 

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