전위차계에서는 측정되는 대상에서 전혀 전류를 취하지 않는다는 점이다. 이와 같은 방법을 영위법이라고 한다. < 그림-5 전위차계(potentiometer) >
전위차계의 원리를 보면 A-B 간의 저항이 전위차계의 주요부이다. 이 저항은 온도 등으로 값이 변하지 않고, 또한 정확하게 값이 알려진 것으로서 전원 Eb 에 의해 A-B에 전류 i 를 흐르게 한다. i 의 값을 R로 가감하여 그 값이 확정하게 지정의 값, 예컨대 1 mA가 되면 전압을 정확하게 측정하기 위한 준비가 된 것이다.
i 가 지정된 값이 되느냐의 여부는 확정하게 값이 알려진 전지(표준전지라고 한다) Es를 연결하고 스위치 K를 Es쪽으로 넣어 C의 위치를 Es 값의 눈금에 고정하고, R를 가감하여 검류계 G의 지시가 영임을 확인하면 된다. 다음에 측정하고자 하는 전압 Ex 를 연결하고 K를 Ex 쪽으로 넣은 다음 C의 위치를 가감하여 G의 지시가 영인 상태를 만든다. 이때의 C의 위치의 눈금이 Ex 의 값이다. 전위차계에서는 Ex의 값을 유효숫자 5자리까지 쉽게 측정할 수 있다.
◎ 유니버셜 조인트(universal joint)
일직선상에 있지 않는 2개의 축이 약간의 각을 이루어 교차하고, 그 사이의 각도가 운동 중에 변화더라도 자유롭게 동력을 전달할 수 있는 +자형 커플링을 말한다.
예를 들어 후륜구동자동차의 경우 뒤 차축의 높낮이가 재하 중량이나 충격에 의하여 아니면, 요철에 의하여 변하게 된다. 커브길에서는 앞 차축과 뒤 차축의 방향이 바뀌게 되는데 이 부분을 약간의 범위 약 5도의 범위에서 바꾸면서 힘을 전달하여 < 사진-2 유니버셜 조인트(universal joint) > 주는 장치이다. 자동차의 경우에는 추진축의 각도변화에 따라 전후륜 축간 거리도 변하므로 이를 흡수하기 위하여 스플라인이라는 안테나형의 추진축을 사용한다.
유니버셜 조인트는 출력 쪽의 1회전 당 각속도가 4등분되어 빠른 구간, 느린 구간으로 나누어진다는 단점이 있어 회전이 자연스럽지가않고, 떨리면서 돌아가는 것과 같은 동력손실이 발생한다. 꺾임 각이 커질수록 동력손실도 커지는데 이를 보완한 것이 십자축을 없애고 3개의 볼을 넣어서 굽혀지는 부분의 회전을 부드럽게 출력축으로 연결시킨 등속조인트이다.
◎ 3차원 디지타이저의 종류
3차원의 형상을 수치로 데이터화하기 위한 장치로써, 물체의 표면 위치를 검출하는 기능을 가진 센서(프로브)가 3차원공간을 이동하면서 측정점의 좌표를 검출하고 컴퓨터를 통해 그 데이터를 처리하여 수식으로 나타내는 원리이다. 대표적인 예로 석고로 대상물의 모형을 떠서 그 표면의 공간 좌표를 자기 감응기나 기타 기계식 장치로 읽는 3차원 디지타이저가 있고 대상물에 직접 레이저 광을 비춰 형상의 표면 모양까지 읽는 레이저 스캐너가 있다. 또한 의학 분야에서 인체의 뼈나 장기의 형상을 얻기 위하여 레이저 스캐너 장치를 많이 이용하고 있다. < 사진-3 3차원 디지타이저 >
ⅱ. 결론 및 고찰
① 3차원 형산 재구성 결과
< 정면 형상 > < 후면 형상 >
< 우측면 형상 > < 좌측면 형상 >
② 실제형상과 차이에 대한 이유
→ 위의 실제형상 사진과 3D 모델링 사진을 비교하였을 때 전체적인 윤곽은 비슷하긴 하지만 동일한 형상이라고 하기엔 너무 차이가 났다. 우리 조는 3차원 형상을 만들기 위하여 실험 때 118개 이상의 좌표를 측정하여 DATA로 얻었지만 얻은 좌표만으로 동일한 형상을 모델링하기엔 한계가 있었다. 즉, 정확하고 최대한 비슷한 모습을 나타내기 위해서는 측정한 좌표의 수가 엄청 많아야 할 것이다.
또한 3차원 형상을 제작할 때, 얻은 좌표를 가지고 직선으로 연결하여 면으로 표현하였기 때문에 곡선으로 된 실제형상의 부분을 나타내기 어려웠다. 이 경우에도 마찬가지로 좌표를 측정하는 구간을 아주 작은 수치로 한다면 완벽한 곡면을 나타내지는 못하더라도 흡사한 결과를 얻을 수 있을 거라고 생각한다. 이때 지정해주는 구간을 일정하게 유지 시켜야지 측정오차도 발생하지 않을 것이다.
마지막으로 실험을 진행하면서 사람의 손으로 직접 위치 측정기를 움직여 가며 좌표를 얻었는데 이때 실제형상 모델이 고정되어 있지 않아서 정확한 좌표 값을 얻지 못해서 차이가 났다고 생각한다. 실험이 진행되는 동안 움직이지 않게 손으로 잡고 있었지만 사람이 하는 일인 만큼 완벽하게 움직임이 없었다고 할 수 없다. 또한 주위 환경에서 발생하는 진동이나 소음 등으로 인하여 전위차계에서 좌표값을 계산하여 입력할 때 오차가 발생했을 가능성도 배제할 수 없다고 생각한다.
③ 실험을 통해 알게 된 사실과 궁금한 점
이번 실험을 통해서 접촉식 3차원 위치 측정기를 처음 보고 사용하여 보았다. 3차원 위치 측정기가 원점을 중심으로 변환된 위치를 계산함으로써 공간상의 위치를 결정하게 된다는 것을 알았다. 이론적으로 많은 전문적 지식이 필요한 장치라는 생각이 들었다. 또한 3차원 위치 측정기에도 접촉식과 비접촉식 방법이 있고, 종류마다 장 단점이 있다는 사실도 알게 되었다. (접촉식은 비용이 저렴한 장점이 있지만 측정 가능한 크기의 제약이 컸고 제약에 따라 측정한계가 높다. 반대로 비접촉식은 측정 가능한 크기의 범위가 넓으나 비용이 비싸다는 단점이 있다.)
리포트를 작성하면서 실생활에 사용되고 있는 디지타이저(Dizitizer)의 종류와 작동원리에 대해서 알게 되었고, 전위차계(potentiometer)의 사용과 원리를 알게 되었다.
비록 처음 실행해 보는 실험이어서 실험과정에서 많은 오차가 발생하였지만, 그 과정에서 3차원 형상 제작에 대한 자신감을 얻을 수 있었고, 관련된 학문에 대한 전문적 지식도 습득 할 수 있었던 유익한 실험이었다. 다음에 다시 실험을 할 수 있는 기회가 생긴다면, 보다 세밀하고 정확하게 좌표를 측정하여서 실제형상과 거의 동일한 3차원 형상을 만들고 싶다.
ⅲ. 참고문헌
① http://www.kbsi.re.kr , 한국기초과학연구원
② Kenneth J. Waldron, Gray L. Kinzel “기구학” Wiley, 2000
③ 최신기계공작법
④ 기구설계학, 2학년 1학기 전공과목(기구설계학) 도서