게이지(Gauge)의 기능과 종류

1. 게이지의 기원

게이지에 대한 최초의 사고방식은 모범적인 것을 만들어 놓고 그것과 똑같은 것을 만들어 낸다고 하는 데에서 출발하고 있다.따라서 처음에는 같은 모양의 축에 대해서는 그것과 같은 지름의 원통을 사용하여 퍼스에 의해 옮기거나 양자를 손톱끝으로 비교하거나 하는 방법이 채택되었다.

1840~80년의 위트워드의 작업은 호환성의 요구에 대해 현재의 통과측게이지,곧 반대 형상의 모범을 사용해야 한다는 것을 나타내고 있다. 그는 그 논문에서, 철도 차축의 '끼워맞춤'을 정하는데 있어 이전에는 축을 기준으로 구멍을 가공하던 것을 개량하여 미리 축과 구멍의 치수차를 정해 놓고 이 치수로 만든 모범을 기초로 하여 가공하고 조립시에 필요한 '끼워맞춤'의 정도가 얻어진다는 것을 나타내고 있다. 이것을 통과측 게이지를 사용하여 제품을 조립했을 때에도 같게 얻어 진다.
다시 말하면 호환성이 있는 제품이 얻어 진다고 하는 단측게이지의 방식을 나타낸 것이다.
이와 같은 단측게이지 방식에서는 게이지에 대해 제품을 꼭 맞추어야 한다는 것에 한도가 있고 또 생산성이 낮다.

그래서, 미리 제품에 허용될 최대 최소의 치수를 정하고 그 한계내에 제품이 가공되어 있는가를 조사하려고 하는 한계게이지 방식이 사용되기에 이르렀다.

우리 나라에서는 6.25사번 이후에 육.해군이 그 군수품 생산에 조금씩 게이지 방식을 채용하고, 오늘에 와서는 각 기업체에 까지 널리 보급되기에 이르렀다.

 

2.게이지의 기능

게이지의 역할은 미리 정해진 저품의 치수를 검사하기 위한 것으로서 한계게이지는 다시 생산용으로 하여, 미리 정해진 제품의 치수.공차를 지키기 위하여 필요한 도구라고 할 수 있을 것이다. 설계에서 정해진 제품을 제작하고 이것을 검사한다고 하는 공업 제품에 요구되는 세 과정을, 법을 중심으로 한 입법.행정.사법의 3권분립에 비유하는 사람도 있는 바와 같이, 세 과정은 각기 독립된 분야이며 이것들을 결부시키고 있는곳이 공차라고 할 수 있다. 따라서 제품의 기능을 제약하는 것은 그 설계과정에서 정해지는 치수.공차이며,이것을 지키려고 하는 것이 게이지의 역할이기 때문에 게이지 사용이 제품의 문제점을 해결하는 모든 것은 아니다.

이 사실은 너무나도 잘 알고 있는 일임에도 불구하고 게이지 사용에 있어서 혼동하는 경우가 적지 않다.

게이지가 일반측정기와 다른것도 이 치수.공차를 지킨다고 하는 목적에 의한 경우가 많다. 즉, 게이지의 경우에는 주로 호환성의 입장에서 종합적인 판정이 행해져 반드시 개개요소의 측정치가 얻어지지 않아도 좋다고 할 수 있다.

이와같이 한계게이지에서는 단순히 치수의 대소를 측정하는 것을 의미하지 않는다.

그 통과측 한계치수와 정지측 한계치수와는 치수의 정의가 다르다는 것을 주목하지 않으면 안 된다.

간단한 예로서 둥근구멍을 생각할 수 있다. 구멍이 주어진 최대치수와 최소치수에 걸쳐진 타원으로 되어 있을 경우 통과측게이지가 구멍의 최소치수로 된 원통이라면, 이 원통은 타원을 통과하기 때문에 통과측 검사에 합격한 것이 된다. 한편 정지측 게이지가 구멍의 최대치수로 된 원통이라고 한다면, 타원은 최대치수를 초과하는 부분이 있음에도 불구하고 정지측 게이지가 멈추어서 정지측 검사에 합격하게 된다. 즉. 통과측 검사는 최소치수보다 작은 부분이 없다는 것을 보증하고 있지만 정지측 검사에서는 최대치수보다 큰 부분이 없다는 것을 보증할 수가 없는 것이다.그래서 이와 같은 원통상의 정지측 게이지는 바람직하지 않다는 것을 알 수 있다.

정지측 게이지로서는 제품에 대해 두 점으로 접촉하여 단일 지름을 측정할 수 있는 봉게이지를 사용하는 것이 좋다.

이 사실을 다시 보면 "한계게이지의 통과측 검사는 하나의 게이지에 의해 종합적으로 많은 요소에 대해 이루어질 수 있으나 정지측 검사는 단독의 요소밖에 검사할 수 없다"고 할 수 있다.

이 사실은 한계게이지에 있어서 중요한 점으로 테일러의 원리라고 한다.바꾸어 말하면 통과측 한계치수는 종합적인 치수를 의미하고, 정지측 한계치수는 단독의 실제 치수를 의미하고 있다.

이 사실은 제품이 기하학적으로 정확하게 될 수 없기 때문에 생각하지 않으면 안 될 것으로서,
기하학적으로 복잡할수록 형상오차가 크다고 할 수 있기 때문에 엄밀하게 고려하지 않으면 안 된다.

그러나 형상 오차가 작고 거의 무시해도 좋을 때에는 종합적 치수=단독의 실제 치수로 될 수 있으므로, 정지측 게이지는 통과측 게이지와 동일형상으로 해도 상관없다.

현재 널리 통용되고 있는 한계플러그 게이지나 한계스냅 게이지에서는 통과측과 정지측에서 거의 동일한 형상을 채용하고 있는 것은 형상 오차가 작다는 것을 전제로 하고 있기 때문이다.

한계 게이지의 통과측은 모든 형상 게이지에서 제품을 조립할 수 있을 때의 기능상의 호환성을 보증하고, 정지측은 단일요소만을 검사할 수 있는 형상으로서 형상 오차를 포함한 제품의 실제 치수의 양.부를 알 수가 있다.단측게이지는 한계게이지의 통과측에 해당하는 것으로서,형상 게이지로서 기능상의 호환성이 보증된다.

 

3.게이지의 종류

게이지라고 하는 말은 실제로 상당히 넓은 의미로 사용되고 있어서 측정기를 포함하고 있는 경우가 많다.이들 여러 가지 방식은 설계상으로 다음과 같이 표현될 수 있다.

우측에 표시되어 있는 것은 실제의 게이지의 예로서 한계스냅 게이지는 조정불능이거나 아니면 조정가능하게 되어 있으나, 사용할 때에는 고정 치수 게이지로서 하나의 치수의 경우 밖에는 사용될 수 없다는 것이 표시되어 있다.우리가 흔히 게이지라고 부르고 있는 것은 고정치수 게이지를 가리키고 있을 때가 많다.
게이지는 그 사용 목적에 따라

표준게이지  제품에 대해서 직접으로 사용하지 않는 것을 원칙으로 하고 게이지의
점검관리시 치수기준이 되는 것이다.

점검게이지  제품에 대해서 사용하지 않고 게이지를 점검하는데 사용한다.
게이지를 제작하고 검사할 때나 사용중의 마모를 점검할 때 등에 사용한다.

공작용게이지  제품에 대해서 사용하고 가공중 또는 공장 내에서의 검사에
사용한다.

검사용게이지  제품에 대해서 사용하고 업자 사이의 양도 검수에 사용한다.
공작용에 합격한 제품이 반드시 검사용게이지에서도 합격할 수 있도록 치수
가 정해져 있는 것이 보통이다.

기준게이지에서는 여러가지 단계가 있고, 게이지에 따라서는 미터원기와 같이 한개의
기준 게이지를 바탕으로 하여 부기준게이지가 만들어 지고 다시 그 손자가 만들어 진다고 하는,
계통적으로 정해져 있는 것도 있다. 이와 같은 사고 방식은 특히 미국에서 성행되고 있어 치수
트러블의 실제적 해결법으로 사용된다.

단측게이지로는 많은 경우 표준게이지가 사용된다. 표준게이지는 제품의 기본 치수에 정확하게
일치하도록 만들어진 게이지로서, 통상 수게이지와 암게이지의 한 조가 되어 있다.
게이지끼리 맞끼워져 한 조가 되어 있기 때문에 게이지가 마모됨에 따라 제품의 암수 끼워맞춤
틈새에 지장을 미치게 되어 제품에 공백(죈 부분에 틈이 생기는 것)이나 틈새가 있을 때에는 바르게
사용할 수가 없다.

이 때문에 표준 게이지의 사용은 오늘날에는 극히 드물게 되고 거의가 한계게이지로 되어 있다.
그러나 게이지의 값이 한계게이지에 비해 싸기 때문에 제품의 형상이 복잡한 경우에는 아직까지
사용되는 경우가 많다.

게이지는 그 사용 대상에 따라 여러가지 것이 만들어 지고 있으나 주로
형상에 의해 ASME가 다음과 같이 분류한다.

1)링게이지(Ring Gage)  원형의 내측면을 갖는 게이지로서 원통상과 원추상
(테이퍼게이지)이 있다.

2)플러그게이지(Plug Gage)  여러가지 단면형상의 외측면을 갖는 게이지로서
테이퍼가 붙어 있는 것도 포함된다.

3)스냅게이지(Snap Gage)  바깥지름, 길이, 두께 등을 검사하기 위한 평행.
평면의 내측면을 갖는 게이지.

4)캘리퍼게이지(Caliper Gage)  스냅게이지와 같은 형상이나 플러그게이지와
같은 외측을 함께 갖는 게이지로서, 오늘날 그 사용이 잘 안되고 있다.
스냅게이지를 캘리퍼 게이지라고 부르는 경우도 있다.

5)리시빙게이지(Receiving Gage)  원형 이외의 여러가지 단면형의 내측면을
갖는 게이지를 총칭한 것으로서, 구면게이지라든가 스플라인 링게이지
라든가 하는 경우와 같이 대상이 되는 명칭을 붙여 부르는 경우가 많다.

6)지시식게이지(Indicating Gage)  형상 또는 치수를 검사하기 위해 다이얼
게이지 등에 의해 수치를 나타내게 되어 있는 게이지로서, 지시된 수치는
반드시 실제의 치수에 대헤서 1:1이 안되는 경우도 있다.

7)플러시핀게이지(Flush pin Gage)  주로 깊이 검사등에 사용되는 것으로서
슬리브와 핀으로서 구성되고 그 양단면의 차를 손끝 또는 손톱끝으로
판정하는 게이지이며, 독일에서는 타스테라고도 부른다.그 이용 범위는
매우 넓다.

8)판형게이지(Profile gage, Template Gage)  제품의 형상에 대응하여 여러가지
측정면을 가진 게이지이며, 간단하기 때문에 이용범위가 넓다.

9)조립게이지(Fixture Gage, Multiple Gage)  ASME의 분류에서는 명확지 않으나
주로 제품의 치수관계등을 검사하기 위하여 조립되어 만들어진 게이지로서,
동시에 여러가지의 요소를 검사할 수 있도록 되어 있는 것을 포함한다. 이와
같은 것을 검사 고정구라고 할 때도 있다.

10)에어게이지(Air Gage)  공기를 이용하여 검사하는 방법으로 그 사용범위가
광범위하며 극히 미세한 초정밀 검사에 응용할 수 있다.검사시 에어게이지는
해드와 디스프레이를 함께사용하여 야 하며, 해드만 교채하여 사용가능하므로
비용도 적게 든다.

11)전자식게이지(LVDT System)  차동트랜스(LVDT)를 응용한 검사 System으로
검사 자동화 부분에 많이 응용하는 추세이다. 그 응용분야가 매우 광범위하고
초정밀 측정이 가능하여 많은 발전을 거듭하는 추세이다.