측정 기기 종합 가이드: 치수, 각도, 평면도 측정 도구 (도해 포함)

측정 기기는 거리, 길이, 각도, 곡선, 호, 물체 크기 등을 측정하는 데 사용되는 도구입니다. 제품 생산에서 정밀 측정은 건전한 설계의 핵심 요소입니다. 적절한 측정 기기가 없으면 품질 좋은 제품을 설계할 수 없습니다.

모든 제조 기업은 정밀도와 정확도가 다른 다양한 측정 기기를 사용합니다. 이 도구 없이는 어떤 제품도 만들 수 없습니다. 오늘은 제조 공장에 갖춰져야 할 주요 측정 기기들을 다이어그램과 함께 간략히 소개합니다. 이러한 기기를 다루는 공학 분야를 측정학(Metrology)이라고 합니다.

본 글에서는 거리, 각도, 평면도 측정에 쓰이는 중요한 측정 기기들을 간단히 설명합니다.

참고: 이 글은 기기의 상세 사양이 아닌 측정과 기기의 일반적인 개념을 제공합니다.

측정 기기 분류

길이, 각도, 표면 호 등 측정 대상 매개변수에 따라 측정 기기는 크게 세 가지로 분류됩니다.

1. 선형 측정 (Linear Measurement)
2. 각도 측정 (Angular Measurement)
3. 표면 측정 (Surface Measurement)

이 모든 기기는 다시 비정밀 측정 도구와 정밀 측정 도구로 세분화됩니다. 하나씩 살펴보겠습니다.

1. 자 (Ruler / Steel Rule)

가장 단순한 선형 측정 장치입니다. 나무, 강철, 플라스틱으로 만들어지며 시료의 길이, 너비, 높이를 측정합니다. 가장 흔한 자는 30cm지만 10cm~100cm 이상까지 다양합니다. 학교, 목공소, 제도사 등에서 주로 사용합니다.

2. 줄자 (Roll Ruler / Tape Measure)

비정밀 측정 도구로 물체 길이를 잽니다. 강철 자와 비슷하지만 100m 등 긴 거리 측정이 가능합니다. 강철 띠를 케이스에 감아두며, 긴 거리 측정을 위해 유리섬유를 쓰기도 합니다.

3. 캘리퍼스와 디바이더 (Calipers and Dividers)

물체 양면 사이의 거리(직경, 반지름 등)를 측정합니다. 두 팁을 측정 지점에 대고 캘리퍼스를 떼어낸 뒤 자로 두 점 사이 거리를 잽니다. 안쪽과 바깥쪽 거리 모두 측정 가능합니다.

4. 텔레스코픽 게이지 (Telescopic Gauge)

마이크로미터와 함께 보어 직경을 측정하는 도구입니다. 두 개의 플런저 로드가 있는 타입과 한 개의 로드 타입이 있습니다. 내부 스프링으로 로드가 밀려 나옵니다. 잠금 나사를 시계 방향으로 돌리면 로드가 고정되고, 반시계 방향으로 돌리면 풀립니다.

사용법: 스프링 로드 부분을 보어 안에 넣고 양끝이 보어 둘레에 닿으면 잠금 나사를 시계 방향으로 돌려 고정한 뒤 뺍니다. 마이크로미터로 로드 길이를 재면 보어 직경과 같습니다.

5. 깊이 게이지 (Depth Gauge)

이름 그대로 기준면(구멍, 홈 등)에서 보어나 다른 표면의 깊이를 측정합니다.

6. 마이크로미터 (Micrometer)

작은 길이나 직경을 밀리미터 단위로 정밀 측정하는 기구입니다. C형 프레임, 앤빌(anvil), 스핀들(spindle), 배럴(barrel), 잠금 너트, 나사, 래칫 스톱으로 구성됩니다. 측정할 물체를 C형 프레임과 앤빌 사이에 놓고 래칫을 돌려 스핀들이 물체에 닿을 때까지 조입니다. 버니어 눈금과 원형 눈금을 읽어 길이를 계산하며, 디지털 마이크로미터는 디지털 표시부로 직접 확인합니다.

7. 버니어 캘리퍼스 (Vernier Caliper)

길이, 외경, 내경을 정밀 측정하는 또 다른 기구입니다. 주 척도, 버니어 척도, 아래 턱, 위 턱, 깊이 봉, 엄지 나사, 잠금 나사로 구성됩니다. 주 척도와 버니어 척도가 정렬되었는지 확인한 뒤, 물체를 위 턱(길이/외경) 또는 아래 턱(내경) 사이에 놓고 버니어 척도를 움직여 고정한 뒤 잠금 나사로 고정합니다. 주 척도와 버니어 척도 눈금을 읽어 길이를 계산하며, 디지털 버니어는 디지털 표시부로 바로 확인합니다.

버니어 하이트 게이지라는 변형도 있어 물체 높이를 측정합니다. 버니어 캘리퍼스에 특수 스크라이빙 도구와 측정 턱이 장착된 형태입니다.

8. 슬립 게이지 / 블록 게이지 (Slip Gauge / Gauge Blocks)

물체 높이를 측정하거나 측정 기준을 설정하는 데 쓰입니다. 매우 정밀하게 높이를 측정합니다. 요한슨(Johansson)이 개발해 요한슨 게이지라고도 부릅니다.

단면이 같은 직사각형 강철 블록으로, 정밀도 0.005mm로 금속학 실험실에서 매우 정밀하게 제작됩니다. 높이를 측정할 때 두 개 이상의 블록을 조합해 측정할 높이의 간격을 채운 뒤 블록 높이들을 합산합니다. 정밀 측정에서 두 슬립 게이지를 결합하는 과정을 '링잉(wringing) 공정'이라고 합니다.

9. 비교기 (Comparator)

이름대로 두 치수를 비교만 하는 선형 측정 장치로, 절대 측정이 불가능합니다. 주로 측정 기기의 표준화에 쓰입니다. 슬립 게이지 같은 표준 게이지와의 차이를 표시하며, 미세한 치수 변화를 감지해 확대해 줍니다.

10. 각도기 (Protractor)

두 선 사이의 각도를 측정합니다. 보통 투명 플라스틱 반원형으로 0°~180° 눈금이 있습니다. 학교에서 아이들이 각도 측정할 때 주로 씁니다.

11. 베벨 게이지 (Bevel Gauge)

베벨을 움직여 각도를 측정합니다. 두 요소와 각도기로 구성됩니다. 손잡이는 나무나 플라스틱, 날은 강철로 만듭니다. 날과 손잡이는 윙 너트로 피벗됩니다. 측정 시 손잡이는 고정하고 베벨을 측정할 각도 지점으로 움직입니다.

12. 엘보 자 (Elbow Ruler / Try Square)

직각을 측정하는 도구로 'L'자 모양입니다. 한쪽 다리에 강철 자, 다른 쪽에 나무나 플라스틱 손잡이가 있습니다. 양쪽에 다 자가 있는 경우도 있습니다. 목공소에서 사용합니다.

13. 베벨 프로트랙터 (Bevel Protractor)

하나 또는 두 개의 스윙 암과 프로트랙터로 구성된 정밀 각도 측정 기구로, 5분(5') 또는 1/20도(0.05°) 단위까지 측정 가능합니다. 0°~360°까지 정확하게 측정하며 예각 측정에 쓰입니다.

14. 사인 바 (Sine Bar)

기계 작업장에서 각도 측정에 쓰는 또 다른 정밀 기구입니다. 랩핑된 강철 바로 폭 1인치 이하입니다. 양 끝에 정밀 연마된 두 실린더가 부착되어 있고 중심 거리가 정확히 제어됩니다. 사인 블록과 함께 사용해 각도를 측정합니다.

15. 앵글 게이지 블록 (Angle Gauge Blocks)

작은 각도를 정밀 측정하는 쐐기 모양 블록들로, 정확한 각도를 가집니다. 1/800도 공차로 제조되며 경화 템퍼링 스테인리스강으로 만듭니다.

16. 수준기 (Spirit Level)

기포를 이용해 정밀 각도를 측정합니다. 알코올과 기포가 든 밀봉된 투명 유리관 또는 섬유관입니다. 1661년 발명되어 망원경에 처음 쓰였고 나중엔 측량 기구로 쓰였습니다. 표면이 지면이나 지구 기준에서 얼마나 평행한지 나타냅니다. 목공, 벽돌, 건축, 측량 등 용도별로 다양한 종류가 있습니다.

17. 클리노미터 / 경사계 (Clinometer or Inclinometer)

중력 또는 지구 기준에 대한 경사면이나 고각을 정밀 측정합니다. 수평기를 특수하게 응용해 지면에 대한 기울기나 경사를 측정합니다. 틸트 미터(tilt meter) 또는 슬로프 미터(slope meter)라고도 부릅니다.

18. 표면 게이지 (Surface Gauge)

가공에서 표면 정밀도를 측정하는 데 주로 쓰입니다. 치수가 없는 측정 도구로, 조정 가능한 스탠드에 스크라이버가 장착되어 기준 치수보다 크거나 작은지 판별합니다.

19. 광학 플랫 (Optical Flat)

물리 현상인 간섭을 이용해 표면 평탄도를 측정합니다. 테스트할 표면에 접촉시키는 평평하게 연마된 표면입니다. 테스트 표면이 평평하지 않으면 테스트 플레이트와 워크 플레이트 사이에 공기 쐐기가 생깁니다. 이 공기 쐐기의 간섭 무늬량으로 테스트 플레이트의 평탄도를 계산합니다.