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3D 형상 측정기란

3D 형상 측정기는 표면 형상을 서브미크론 단위로 측정할 수 있는 장비입니다.

서브미크론은 미크론 이하를 의미하며, 미크론은 1mm의 1/1,000의 크기를 의미하며, 3D 형상 측정기에서는 부품의 형상을 3차원으로 파악하여 다양한 측정이 가능합니다.

전자부품의 기판이나 반도체 등의 표면 거칠기, 높이, 두께 측정 등에도 사용된다. 고속, 고해상도, 고정밀도가 특징입니다.

또한, 3D 형상 측정기는 설치 방법과 측정 방식에 따라 다양한 종류가 있습니다. 설치 방식으로는 고정형, 휴대용, 측정 방식으로는 접촉형, 비접촉형, 레이저 트래커, 레이아웃 머신 등이 있습니다.

3D 형상 측정기의 사용 용도

3D 형상 측정기의 사용 용도는 다음과 같습니다.

1. 선조도 측정

3D 형상 측정기에서는 촉침식 표면 거칠기 측정기와 마찬가지로 Ra, Rz 등 대표적인 표면 거칠기 파라미터를 측정할 수 있습니다.

2. 면 거칠기 측정

3D 형상 측정기에서는 면 전체를 측정함으로써 면과 면 사이의 요철이나 면과 면 사이의 단차 등을 고정밀도로 측정할 수 있습니다. 구체적인 예로는 와셔의 와셔 요철 평가, 블록 게이지의 단차 측정 등이 있습니다.

3. 평면 측정

두 점 사이의 거리, 직선, 원심 사이의 거리 등 다양한 평면 측정에 사용됩니다. 의료기기, 고고학, 성형, 시계 산업 등 모든 산업에서 사용되고 있습니다.

3D 형상 측정기의 원리

많은 3D 형상 측정기는 백색 간섭 방식을 채택하고 있습니다. 백색 간섭 방식은 백색 간섭계를 이용한 측정 방식입니다. 빛의 간섭이란 대상물 표면에서 어떤 지점까지의 빛의 거리에 차이가 발생하여 발생하는 현상입니다. 광간섭계는 이 현상을 이용하여 표면의 요철 상태 등을 측정하는 데 사용됩니다.

빛의 간섭에 의해 시료 표면의 요철에서 발생하는 광로 차이로 인해 줄무늬가 나타납니다. 이 줄무늬의 개수가 시료 표면의 요철 높이를 나타냅니다. 실제로는 간섭렌즈라는 참조 거울이 내장된 대물렌즈를 사용하고, 백색광을 참조 거울과 대물렌즈에 조사하여 대물렌즈를 상하로 움직이면서 카메라로 간섭 신호를 관찰합니다.

또한 고감도 CMOS를 탑재한 제품도 있는데, CMOS는 렌즈에서 들어온 빛을 전기 신호로 변환하는 반도체를 의미하며, CMOS를 이용한 고체 이미지 소자를 통해 형상과 동시에 외관 사진을 촬영할 수 있어 표면 관찰과 측정이 동시에 가능합니다. 분석 내용은 3D 모델처럼 데이터화하여 CAD로 볼 수 있습니다.

3D 형상 측정기 기타 정보

1. 3D 형상 측정기의 기능

현재 시판되고 있는 3D 형상 측정기에는 최신 기술이 적용되어 기존에는 불가능했던 측정도 자유자재로 할 수 있게 되었습니다. 가상의 원점에서 특정 지점의 3차원 좌표는 캘리퍼스나 마이크로미터와 같은 일반적인 측정기에서는 어려운 것으로 알려져 있습니다.

또한, 가상점이나 가상선을 이용한 측정이나 기하공차도 다른 측정기에서는 측정하기 어렵지만, 3D 형상 측정기라면 측정이 가능합니다. 최근에는 시제품의 형상을 3차원으로 읽어내고 이를 3D 프린터를 이용해 3차원 물체를 만들어 실물과 동일한 방식으로 형상 확인도 가능합니다.

2. 3D 형상 측정기의 문제점과 해결방안

3D 형상 측정기의 고정밀 측정 기술과 측정 데이터 처리 속도가 향상되면서 측정 작업의 효율성이 비약적으로 향상되었지만, 다음과 같은 문제점도 있습니다.

• 도입 비용이 비싸다.
• 설치 공간이 넓고, 유지보수에 대한 부담이 크다.
• 3D 형상 측정기 자체의 크기에 제한이 있어 측정할 수 있는 대상물의 크기도 제한된다

이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 다관절 암 방식의 3D 형상 측정기입니다. 원래 의수, 의족 제조업체를 위해 개발된 기술을 이용해 운반이 가능한 3D 형상 측정기가 사용되기 시작했습니다.

측정자 마음대로 팔을 움직일 수 있게 됨으로써 측정할 수 있는 범위가 더욱 넓어졌습니다. 또한, 레이저를 이용해 측정하는 비접촉식이 도입되어 대형 물체도 측정할 수 있게 되었습니다.

고주파 유도 가열장치란?

고주파 유도 가열장치란 유도 가열의 원리를 이용한 열 공급 장치의 일종으로, 고주파 발진기를 에너지원으로 사용하는 것을 말합니다.

일반적으로 금속을 대상으로 하는 직접 가열 시스템이지만, 그 금속을 통해 다른 재질의 물건을 가열하는 것도 가능합니다.

고주파 유도 가열장치의 사용 용도

고주파 유도 가열 장치는 금속 야금 등 가열 처리가 필요한 곳에 도입되고 있으며, 기존 가열 시스템인 가스로나 전기로에 비해 소형화가 가능하기 때문에 공간 절약이 필요한 곳에도 적합합니다.

또한, 금속 자체에 전류를 흘려서 가열하는 방식이기 때문에 스케일 등의 부산물 발생이 거의 없어 반도체 제조시설 등 클린룸 환경에서의 가열 장치로도 적합합니다.

가열 원리상 금속을 가열하여 용해될 때까지 고온으로 가열하는 경우에도 고주파 유도 가열장치를 사용하면 균일하게 가열할 수 있습니다.

고주파 유도 가열장치의 원리

가열하고자 하는 물체를 둘러싸는 형태로 코일이 감겨져 있으며, 그 코일에 교류전원을 고주파 발진기를 통해 연결합니다. 그 코일 내부에 가열하고자 하는 금속을 삽입하면 금속 표면에는 와전류가 발생하고, 그 전류에 의해 발생하는 줄열로 인해 금속이 가열됩니다.

원칙적으로 직접 가열할 수 있는 것은 금속에 국한되지만, 녹지 않을 정도로 금속을 가열하고 그 금속을 물과 접촉시켜 간접적으로 물을 데우는 것도 가능합니다. 물론 물이 아닌 다른 개체 물질을 가열하는 것도 가능합니다. .

또한 고주파 유도 발진기의 입력값을 조정함으로써 입열을 비교적 쉽게 제어할 수 있으며, 금속을 녹인 경우 용융된 금속 자체에도 와전류가 계속 흐르고 자기 교반력이 작용하는 등의 특징도 있습니다.

고주파 유도 가열 장치 선택 방법

깨끗한 환경에서 금속을 가열해야 하는 경우, 고주파 유도 가열장치의 도입을 고려하는 것이 좋습니다. 이때 입열용 코일의 형상이 피가열 물질의 크기와 일치하는지 확인하는 것이 중요합니다. 코일 내부에 피가열 금속이 들어가지 않으면 당연히 가열할 수 없습니다.

또한 어느 정도의 속도로 가열할 것인지에 따라 고주파 전원의 출력을 확인해야 합니다. 금속 표면에 흐르는 와전류의 줄열을 이용하는 가열장치이기 때문에 최대 출력 전력이 낮으면 가열하는 데에 그만큼의 시간이 걸립니다.

고주파 유도가열에 대한 기타 정보

1. 고주파 유도가열의 장점

고주파 유도가열의 특징은 전자기 유도를 이용한 저항가열로 피가열물 내부에서 발열시켜 가열하는 것입니다. 이 특징을 살린 장점은 아래 5가지입니다.

• 균일한 가열
  피가열물 자체의 전기 저항을 이용한 가열이기 때문에 내부 전체가 균일하게 발열하여 균일하게 가열할 수 있습니다. 따라서 열전도율이 좋지 않은 소재나 열용량이 큰 제품처럼 외부 가열로는 균일하게 가열하기까지 오랜 시간이 필요한 경우에 큰 장점이 있습니다.
• 급속 가열
  발신기 제어에 의해 순간적으로 고주파를 줄 수 있으며, 또한 내부 발열이기 때문에 피가열물의 급속 가열이 가능합니다. 외부 가열의 경우 균열까지 시간이 걸리는 것에 비해 생산성이 뛰어난 가열 방식입니다.
• 선택가열
  피가열물이 여러 종류로 구성되는 복합부재라도 그 중 전기저항률이 높은 재료를 사용한 부분만을 선택적으로 가열할 수 있습니다.
• 분위기 선택과 높은 에너지 효율
  연소에 의한 외부 가열처럼 발열체나 분위기, 노내 구조물이 가열되지 않고 피열처리물만 자가 발열하기 때문에 대기는 물론 진공이나 감압, 가압 분위기 등 폭넓은 분위기 선택이 가능합니다. 또한 피가열물만을 대상으로 한 군더더기 없는 가열이 되기 때문에 높은 에너지 효율을 실현할 수 있는 것도 큰 장점 중 하나입니다.

2. 고주파 유도 가열의 단점

고주파 유도 가열에는 4가지 단점이 있습니다.

• 설비투자가 비쌈
  고주파 유도 가열은 에너지 효율이 좋고 러닝 코스트는 저렴하지만 고주파 전원이 고가인 점이나 전자파 누출 대책 설비 등에 의해 초기 설비 투자 비용이 비싸지는 단점이 있습니다.
• 형상 선택성이 낮음
  균일하고 요구되는 온도로 가열하기 위해서는 피가열물의 전기장을 균일하게 만들어야 하기 때문에 원통형 등 대칭성이 높은 물체라면 문제가 없으나, 각재나 기어와 같이 복잡한 형상의 물체는 균일하게 가열하기 어렵습니다.
• 국소 가열
  모서리 등이 국부적으로 가열되어 과열 상태가 되어 필요한 특성을 부여할 수 없으며, 최악의 경우 가공 중에 녹는 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
• 개별/부분 가열
  고주파 유도가열은 임의의 형상의 코일에 의해 피열처리재 전체 또는 일부분만 가열하는 방식이기 때문에 기본적으로 한 개씩만 가열하는 방식입니다. 따라서 외부가열과 같은 일괄적인 대량 동시 처리가 불가능하기 때문에 제품이나 생산 상황에 따라 생산성이 저하되는 단점이 있습니다.

3. 고주파 유도 가열장치 신고

고주파 유도 가열장치는 이름 그대로 고주파 전원을 사용합니다. 전파법에 따라 10kHz 이상의 고주파 전원을 사용하는 산업용 유도 가열장치는 원칙적으로 설치허가를 받아야 합니다. 설치 허가는 도입 전에 필요하므로 계획적으로 진행해야 합니다. 제조업체에 따라서는 신청을 대행해주는 경우도 있으므로 구매처 선정 시 확인하는 것이 좋습니다.

고주파 용접기란?

고주파 용접기는 고주파 유전체 가열로 용접하는 장비입니다.

염화비닐, 나일론 등의 열가소성 수지에 적용합니다. 고주파 용접기를 이용한 용접을 용착이라고 부르며, 다른 외부 가열 용접법보다 용접 강도가 높고 마감이 아름다운 것이 특징입니다.

마이크로파 가열에 비해 고주파 용접기는 한 쌍의 전극판으로 끼워 가열하기 때문에 부분적이고 깊은 가열을 할 수 있습니다.

고주파 용접기의 사용 용도

고주파 용접기는 시트 형태의 재료를 서로 연결하는 데 사용됩니다. 고주파 용접기의 구체적인 사용 용도는 다음과 같습니다.

• 텐트 및 구명조끼
• 명함 케이스 및 책 표지
• 인조 가죽으로 만든 가방
• 조미료나 치약의 포장재

고주파 용접기로 사용할 수 있는 소재는 그 원리상 제한적입니다. 하지만 이음새나 봉제선이 없어 접착부의 마감이 매우 아름답다는 점에서 미적 감각이 요구되는 제품에 사용됩니다.

또한, 높은 강도와 균일한 품질을 얻을 수 있기 때문에 텐트와 같이 기밀성과 방수성을 확보하기 위해 재봉을 할 수 없는 제품 제작에 적합합니다.

고주파 용접기의 원리

고주파 용접기는 유전체 가열을 통해 열을 발생시킨다. 유전체 가열은 유전체 물질을 가열하는 방법으로, 높은 주파수의 전압을 인가하여 분자를 흔들어 마찰열을 발생시킨다.

마찰열은 분자 내부에서 발생하기 때문에 재료 내부에서 균일하게 가열할 수 있는 것이 특징입니다. 단, 위의 원리 때문에 염화비닐이나 폴리에틸렌과 같은 유전체 소재에만 적용 가능한 가열 방식입니다.

고주파 용접에 사용되는 전압 주파수는 3MHz의 단파에서 30GHz의 센티미터파에 해당하는 주파수 대역이며, 고주파 용접기는 재료의 요철에 의한 영향을 받지 않도록 일정한 압력을 가하면서 용접할 재료를 전극으로 끼워 고주파 전압을 인가합니다.

재료는 몇 초 만에 120~130도의 고온에 도달하여 반액상 상태가 됩니다. 이 상태에서 가열을 멈추고 압력을 가한 채로 냉각시키면 재료가 서로 섞여 접착되는 구조입니다.

고주파 용접기 기타 정보

1. 고주파 용접 가공

고주파 용접기 가공은 외부에서 열을 가하지 않기 때문에, 타거나 녹은 수지의 실이 빠지는 등 외관상의 불량이 발생하지 않는 것이 가장 큰 특징입니다. 또한, 용접하고자 하는 부분을 전극이 되는 금형에 끼워 국부적으로 유전가열을 하기 때문에 주변부의 변형이나 변색이 발생하지 않는 것도 장점으로 꼽을 수 있습니다.

용접 가공 시 연기가 발생하지 않고, VC의 유해성분이 발산되지 않습니다. 따라서 안전하고 친환경적인 가공이 가능합니다.

2. 고주파 용접기로 용착하는 재료

고주파 용접기로 가공에 사용되는 주요 재료는 다음과 같습니다.

• PVC (PVC)
  비닐 시트나 인조 가죽의 재료로 사용됩니다. 부드럽고 열 가공이 용이하여 고주파 용접 가공에 가장 많이 사용되는 소재입니다.
• TPU (열가소성 폴리우레탄)
  호스나 대차의 타이어 등 탄성을 부여하는 용도로 널리 사용됩니다. 스마트폰 소프트 케이스에서는 고주파 용접으로 본체 범퍼와 커버를 용접하고 있습니다.
• POF (폴리올레핀)
  폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 폴리올레핀의 일종입니다. 고주파 용접기에 의해 봉지 형태로 성형되어 마요네즈 등의 조미료나 치약의 튜브 케이스 등에 활용되고 있습니다.

3. 고주파 용접기의 주파수

가공하는 대상물의 두께와 재질에 따라 인가하는 전력과 주파수 선정이 필요합니다. 일반적으로 비닐과 같은 플라스틱 시트의 경우 40MHz~200MHz, 열경화성 플라스틱의 용접에는 10MHz~50MHz 부근의 고주파 자기장이 사용됩니다.

또한 전자레인지의 마그네트론에 사용되는 2.45GHz도 고주파 용접기나 가열용 고주파 발신기에서 많이 사용되는 주파수 대역입니다.

4. 고주파 용접기 가격

고주파 용접기는 일반적으로 견고한 받침대 등에 설치하여 사용합니다. 따라서 대형 장비가 많으며, 산업용으로 많이 사용됩니다. 가격대는 크기와 출력 용량에 따라 다양하며, 소형 제품은 1,000,000원 정도에 구입할 수 있는 경우도 있습니다. 블루시트나 텐트 시트와 같은 대형 시트용 설비로 가면 5,000,000~10,000,000엔 정도의 제품도 판매되고 있습니다.

초음파 용접기란?

초음파 용접기는 물체 간의 마찰에 의한 발열을 이용하여 용접하는 기계 장치입니다.

주로 수지재끼리 또는 이종 금속 간의 접합에 이용되며, 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 마찰열로 용접하기 때문에 다른 가열식 접합 방식에 비해 전력 소모가 적다.
• 자동화가 용이하고 재현성이 높다.
• 접착제 등을 사용하지 않기 때문에 접합 후 외관이 우수하다.

1960년대에 개발되어 50년 이상 활용되고 있습니다. 초음파 용접기는 발진기와 용접대 또는 진동자와 혼으로 구성되어 있으며, 초음파 진동과 압력을 동시에 가해 수지나 금속을 녹여 순간적으로 접착합니다. 이 장비는 응용 범위가 넓어 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 접착제 등을 사용하지 않아 용접 후 외관이 깨끗하고, 순간적인 마찰열로 용접하기 때문에 소비전력이 적고 친환경적이며, 자동화가 용이하여 재현성이 높다는 점이 특징입니다.

초음파 용접기의 사용 용도

초음파 용접기의 주요 사용 용도는 다음과 같습니다.

• 단자와 배선 접합
• 플라스틱 제품간의 접합
• 이종 금속 간의 접합 (예: 알루미늄과 구리 재료의 접합 등)

초음파 용접은 플라스틱뿐만 아니라 금속 간 결합도 가능하며, 금속의 단자와 배선, IC칩 내 금속 와이어의 접착에도 사용됩니다.

초음파 용접기의 원리

초음파 용접기는 혼이라는 진동자가 피접합물 사이에 일정한 압력을 가하고, 혼이 진동하면서 에너지를 접합면에 전달하여 용접하는 장치입니다.

피결합물 표면 사이에 마찰열이 발생하여 용접이 가능합니다. 특히 피결합물이 금속인 경우, 초음파 진동에 의해 금속 표면이 서로 마찰하면서 표면에 존재하는 산화피막이 파괴되어 접합 강도를 얻을 수 있습니다.

초음파 용접기는 발진기와 진동자로 구성되어 있습니다. 발진기는 초음파 진동을 발생시키는 장비로, 피결합물의 종류에 따라 진폭이 변하지 않도록 진폭이 일정하게 유지되는 구조를 채택하고 있습니다. 진폭을 일정하게 함으로써 용접 후 제품 품질을 확보할 수 있습니다. 진동자는 랑주반형 진동자(통칭 BL 진동자)와 진동을 전달하는 혼 부재로 구성되어 있습니다. 초음파 용접기는 혼에서 초음파를 용접품에 전파시켜 용접을 진행합니다.

초음파 용접기 기타 정보

1. 초음파 용접기의 특징

초음파 용접기는 용접 시간이 길면 피가열물이 녹기 쉬운 반면, 너무 길면 수지가 탄화되기 쉬운 경향이 있습니다. 또한 피결합물을 혼으로 고정할 때 발생하는 압력도 압력이 높으면 용착 시간이 단축되지만, 압력이 너무 높으면 녹지 않을 수도 있습니다. 중요한 포인트는 이 세 가지 요소(시간, 압력, 열)를 적절한 조건 폭으로 관리하는 것입니다.

초음파 용착의 장점은 다음과 같습니다.

• 거의 모든 열가소성 플라스틱에 적용 가능
• 연속 이음매 접합 및 동시 다점 접합 가능
• 적은 축열량
• 플럭스리스로 세정 공정이 불필요하며, 불꽃, 화염, 연기 등이 발생하지 않음
• 플라스틱 용착 시 유해물질이 발생하지 않음
• 소모되는 부품이나 재료가 없어 에너지 절약으로 운영비용이 저렴함
• 이종 금속 접합 가능

단점으로는 다음과 같은 점을 들 수 있습니다.

• 복잡한 형상이나 입체적인 형상 등 혼으로 끼울 수 없는 형상은 접합할 수 없다.
• 진폭이 높으면 용착성은 좋지만, 조건에 따라서는 수지에 흠집이나 균열이 발생할 가능성이 있다.
• 가압이 높으면 용착이 되지 않을 수 있다.

2. 초음파 혼

초음파 혼은 용접되는 피결합물에 진동 에너지를 효율적으로 전달하는 부재입니다. 초음파는 트랜스듀서에서 기계적 진동 진폭 에너지로 변환되고, 부스터라는 변환기에 의해 진폭이 증폭된 후 혼으로 전달됩니다. 그 진폭은 점차적으로 증폭된 후 혼 끝에서 최적화됩니다. 초음파 진동을 혼 끝에 집중시킴으로써 피결합물에 초당 4만회(40kHz의 경우)의 충격이 가해집니다.

초음파 혼에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

• 스텝형 (진폭, 응력 모두 높은 타입)
• 카테노이드형 (진폭, 응력 모두 중간 정도)
• 엑스분수형 (진폭, 응력 모두 낮은 타입)

또한, 초음파 혼 재질은 용착 목적에 따라 구분되어 사용되며, 주로 다음과 같은 재질이 사용되고 있습니다.

• 알루미늄 합금
• 티타늄 합금
• 다이스강

3. 초음파 용접기를 이용한 마스크 제작

초음파 용접기는 마스크 제조에도 사용되고 있습니다. 초음파 진동을 이용해 재료를 녹여 재료끼리 용접하여 마스크의 능직과 각인을 제작합니다. 실이나 접착제 등이 필요 없어 제작 공정이 간소화됩니다.

또한, 마스크 본체에 마스크와 재질이 다른 귀고리(고무 부분은 천연 라텍스 고무, 실 부분은 PE의 경우)를 용착할 수 있기 때문에 하나의 설비로 제품을 제조할 수 있습니다. 향후 초음파 용접기를 이용한 마스크 제조가 늘어날 것으로 예상됩니다

진공열처리로란?

진공열처리로는 진공 열처리 가공이 가능한 용광로입니다.

용광로 내부를 진공으로 만든 상태에서 대상물을 가열하기 때문에 대상물 표면을 산화시키지 않고 가공할 수 있습니다. 탈탄을 방지하고, 열처리 후 스테인리스 등의 광택을 유지할 수 있습니다.

또한, 표면의 청결도가 높아 이종 금속의 접합도 깨끗하게 가공할 수 있습니다. 가열에서 냉각을 완만하게 진행하기 때문에 왜곡을 줄일 수 있는 것이 가장 큰 특징입니다.

이산화탄소 배출량이 적고, 치수나 경도의 편차를 줄일 수 있는 가공 방식입니다. 진공로에 질소 가스 등을 주입하면서 열처리를 하는 경우도 있습니다.

진공열처리로의 사용 용도

진공열처리로는 주로 금속과 반도체의 가공에 사용됩니다. 다음은 진공열처리로의 사용 용도의 일례입니다.

• 금속의 담금질, 템퍼링 및 소결
• 증발기 등의 브레이징
• 어닐링

또한, 아래는 진공열처리로에서 제작하는 제품의 일례입니다.

• 초경공구용 고급강
• 자석, 커패시터 등 전자제품 소재
• 자동차 부품 및 산업기계 부품

특수한 기능이 요구되는 금속이 진공열처리로에서 제작됩니다. 진공열처리로에서 처리한 금속은 광휘도가 높은 특징이 있으며, 표면의 산화나 불순물을 줄일 수 있습니다.

이러한 장점이 있는 진공로는 유지보수 비용과 초기 도입 비용이 높다는 단점이 있습니다.

진공열처리로의 원리

진공열처리로는 오일 회전 펌프와 터보 분자 펌프 등을 조합하여 노 내의 공기를 배기하여 고진공 상태를 유지합니다. 고진공에서 산소가 없는 상태에서 가열하면 산화를 방지할 수 있습니다.

1. 용기 재료

용광로의 용기 재질은 일반적으로 스테인리스를 사용하는 경우가 많으며, 1,000℃~2,300℃까지 가열할 수 있고, 텅스텐, 몰리브덴, 탄화규소 등의 금속 히터로 가열합니다.

소형 용광로에는 알루미나나 석영 유리로 된 관형 용광로 안에 대상물을 넣어 가열하는 제품도 판매되고 있습니다. 히터 재료로는 칸탈선 등이 사용되며, 700℃~1,600℃ 정도까지 가열할 수 있습니다.

2. 냉각 방식

냉각방식은 자연냉각, 가스냉각, 오일냉각 등이 있다. 고온의 경우에는 용기를 이중 구조로 만들어 수냉하는 방식도 채택하고 있습니다. 또한 고온의 온도 측정은 외부에서 복사 온도계로 측정합니다.

표준형 진공로는 가열과 냉각을 같은 방에서 진행하지만, 최근에는 작업 효율을 높이기 위해 별도의 방으로 분리하는 제품도 등장하고 있습니다.

진공열처리로의 구조

진공열처리로는 이송, 가열, 냉각의 3공정을 통해 피열처리품을 열처리 가공합니다. 열처리 부품의 종류와 목적에 따라 크게 ‘일실형’과 ‘다실형’의 두 가지 구조로 나뉩니다.

1. 일실형 진공열처리로

일실형은 작업자가 피처리품을 퍼니스 내에 반입, 설치하여 한 방에서 가열과 냉각을 하는 진공로입니다. 가열과 냉각 공정을 한 공간에서 진행하기 때문에 급격한 온도차를 견뎌내야 합니다. 히터와 구조부재에는 내열성 스테인리스 스틸과 탄소 부재가 사용됩니다.

구조가 단순하기 때문에 소형부터 대형까지 다양한 라인업을 갖추고 있는 것도 특징입니다. 냉각은 퍼니스 내부와 피열처리품의 오염을 방지하기 위해 자연냉각 또는 질소 등에 의한 불활성 가스 냉각이 채택됩니다. 냉각 가스 배출구 구조와 교반 팬에 의해 균일하고 오염이 적은 냉각이 가능합니다.

따라서 표면 오염 및 변형에 민감한 제품의 가공에 적합합니다. 반면, 다음 피열처리품을 투입할 수 없기 때문에 생산성이 낮다는 단점이 있습니다.

2. 다실형 진공열처리로

다실형은 반송, 가열, 냉각 공정을 2개 이상의 챔버에서 진행하는 구조의 진공로입니다. 반송실에 투입하면 기본적으로 설정된 대로 전자동으로 가열, 냉각을 완료합니다. 구역별로 온도 제어가 가능하며, 소량 배치의 가열실을 여러 개 설치하여 처리 시간을 분산시킬 수 있습니다.

위와 같은 고안를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 것이 특징입니다. 냉각을 별도의 방으로 분리하여 오일 등 냉각 능력이 높은 액체 냉매를 선택할 수 있습니다. 냉각실이 가열되지 않기 때문에 높은 냉각 능력을 유지할 수 있습니다.

경화성이 낮고 냉각 속도에 민감한 금속 소재 등에서도 안정적인 성능을 발휘할 수 있습니다. 반면, 냉매에 의한 가공재 오염이 있어 열처리 후 세척이 필요합니다. 냉각 속도가 빠르기 때문에 왜곡이나 균열이 발생할 위험도 있습니다.

진공열처리로의 기타 정보

진공열처리로의 탄소부재

진공로에는 탄소 흑연이나 C/C 컴포지트 등의 탄소 부재가 사용됩니다. 사용 부위는 발열체, 구조재, 열처리 지그입니다.

탄소 부재는 내열성이 높아 최대 3,000℃까지 내열성이 있습니다. 가볍고 열팽창계수가 작아 열피로에 의한 변형이 적고 열용량이 낮은 것이 특징입니다.

경량으로 인해 피열처리품의 적재량 증가와 셋업부하를 줄일 수 있습니다. 변형이 적기 때문에 운영비 절감에도 도움이 됩니다. 열용량이 낮고 에너지 절약 효과도 높기 때문에 많은 생산성 향상 효과를 얻을 수 있습니다.

단, 가열 시 탄소가 휘발되기 때문에 용광로 내부와 피열처리 부품의 오염이 발생한다는 단점이 있습니다. 냉각 방식도 가스 냉각으로만 제한됩니다.

반송기란?

반송기란 물품이나 자재 등을 이동시키는 기기의 총칭입니다.

구체적으로는 컨베이어식, 승강식, 파이프라인식, 레일식, 자력식 등 운반하는 대상의 형태나 크기, 운반 용도 등에 따라 다양한 형태가 있습니다. 한 마디로 반송기기라고 해도 컨베이어 단독으로 하나의 유닛을 가리키는 경우도 있고, 생산시스템에 내장된 반송장치를 가리키는 경우도 있으며, 창고나 공장, 물류와 같은 물류에 내장된 반송시스템을 가리키는 경우도 있습니다.

반송기의 취급은 대체로 FA(Factory Automation) 산업에서 다루는 경우가 많습니다. 단일 유닛뿐만 아니라 반송하는 대상이나 내용물, 설치 조건 등에 대해 최적의 반송시스템으로 제안하는 경우가 많습니다.

반송기의 사용 용도

반송기는 운송업 등의 물류창고나 통신판매업 등의 재고관리 창고, 집하 포장 출하를 담당하는 시설창고, 생산공장, 가공시설 등에서 물품이나 자재의 이동에 사용되고 있습니다. 이동에는 수평 이동, 승강 이동, 반전 이동, 회전 이동, 유동 등이 있으며, 그 용도에 맞는 반송 유닛을 사용합니다.

반송 유닛만으로는 목적을 달성할 수 없는 경우에는 이들을 조합하여 목적한 반송을 하는 시스템으로 구축하여 사용합니다.

반송기의 원리

1. 컨베이어 반송

반송 유닛에는 벨트식, 체인식, 롤러식 등이 있습니다. 벨트식이나 체인식은 일정 구간에 벨트나 체인이 돌도록 매다는 방식입니다. 롤러식은 일정 구간에 롤러를 일정한 간격으로 배치합니다.

그리고 모터에 의해 벨트나 체인 또는 롤러를 회전시킵니다. 그 상태에서 벨트나 체인 또는 롤러 위에 반송 대상물을 올려놓음으로써 반송 대상물을 평행하게 이동시키는 것입니다.

2. 레일 이송

레이스 반송은 반송 구간에 레일을 설치합니다. 레일 위에 구동장치를 부착한 컨테이너를 설치하고, 컨테이너 내에 반송물을 넣은 상태에서 컨테이너를 구동하여 반송물을 반송하는 시스템입니다.

3. 반전 반송

반송에는 반송 대상물의 방향을 맞추기 위해 반송 대상물을 뒤집어서 반송해야 하는 경우도 있습니다. 예를 들어, 옆으로 굴러오는 병을 세워서 내용물을 담는 경우 등이 있습니다.

이러한 경우에는 반송 대상물을 뒤집으면서 반송하는 구조가 필요합니다.

4. 회전 반송

반송에는 반송 대상물의 방향을 맞추기 위해 반송 대상물을 회전시켜야 하는 경우가 있습니다. 예를 들어, 방향이 불특정하게 흘러오는 상자의 라벨의 방향을 맞추는 경우입니다.

이러한 경우에는 반송 대상물을 회전시키면서 반송하는 구조가 필요합니다.

5. 승강 반송

반송에는 반송 대상물을 상하로 이동시켜야 하는 경우가 있습니다. 예를 들어, 선반 높이에서 컨베이어 높이로 상하로 이동시키는 경우입니다.

이러한 경우에는 반송 대상물을 상하로 승강시키는 구조가 필요하며, 리프터나 엘리베이터와 같은 장비가 사용됩니다.

6. 파이프라인 이송

반송에는 분말이나 입상 등을 반송하는 경우가 있습니다. 예를 들어, 식품용 밀가루나 플라스틱 소재의 펠릿 등을 비포장 상태로 이동시키는 경우입니다.

이러한 경우, 이송 구간에 파이프라인을 설치하여 그 안을 중력이나 공압 등의 힘으로 이동시킨다.

7. 자력 반송

반송기에는 AGV(Automatic Guided Vehicle)라고 불리는 자력식 자동 반송 로봇이 있는데, AGV는 주행 경로를 프로그래밍할 수 있어 임의의 경로를 설정할 수 있고, 주행 경로에 반송 설비를 필요로 하지 않는 특징이 있습니다.

따라서 실외 등 반송장비 설치가 어려운 곳에서 활약하고 있습니다.

반송장비의 기타 정보

로지스틱스와의 차이점

간혹 반송장비를 물류라고 칭하는 기사 등을 볼 수 있는데, 사실 반송과 물류는 다른 개념입니다. 물류는 물품의 구매, 물류, 가공, 출하 등 일련의 모든 과정을 일괄적으로 관리합니다.

이에 반해 반송은 그 중 일부를 담당할 수는 있지만, 모든 범위에 걸쳐 있지는 않습니다.

현미경이란?

현미경(영어: Microscope)은 넓은 의미의 현미경을 말하며, 물체를 확대하여 관찰하기 위한 기기입니다. 그러나 일반적으로 현미경이라고 하면 디지털 카메라를 장착한 현미경을 말하며, 광학현미경과 구별됩니다. 광학현미경에 비해 초점 심도가 깊고 각도와 길이를 측정할 수 있는 기능이 있는 것이 큰 특징입니다.

광학현미경은 대물렌즈와 접안렌즈 두 개의 렌즈가 있지만, 현미경은 대물렌즈만 있고 접안렌즈에 해당하는 부분이 디지털 카메라로 되어 있습니다. 이 점이 광학 현미경과 현미경의 가장 큰 차이점이라고 할 수 있습니다. 현미경의 경우 보통 관찰 대상을 모니터에 비추는 것이 일반적입니다.

각 제조사에서 다양한 모델이 출시되고 있으며, 확대 배율은 수배에서 수천 배까지 다양한 라인업이 준비되어 있습니다.

현미경의 사용 용도

현미경은 대상물을 확대하여 관찰하는 것뿐만 아니라, 얻어진 이미지 데이터로 각종 평가와 분석을 할 수 있습니다.

자동차 및 항공 관련, 전자기기 산업, 의료 및 화장품 산업, 화학 및 소재 산업 등 다양한 분야에서 도입되어 연구개발부터 품질 보증까지 폭넓게 활용되고 있습니다.

예를 들어, 전자부품의 고장 분석에서는 IC칩의 외관 검사, 불량품의 고장 분석, 이물질 혼입 검사 및 발견된 이물질의 크기와 형상 분석 등을 현미경으로 할 수 있습니다.

현미경의 원리

현미경은 광학렌즈(대물렌즈)로 대상물을 확대하고, 광학현미경에서 사람의 눈에 닿는 부분이 디지털 카메라로 되어 있습니다. 광학렌즈로 확대된 상을 이미지 센서로 감지하여 모니터에 그 이미지를 비춥니다.

광학현미경의 확대 배율은 대물렌즈와 접안렌즈의 배율의 곱으로 표현되지만, 마이크로크로스코프의 경우 모니터 크기나 카메라의 이미지 센서 크기가 관찰 배율에 영향을 미치기 때문에 광학현미경의 배율 개념과는 차이가 있습니다.

마이크로크로스코프의 배율도 대물렌즈의 배율과 모니터의 배율의 곱으로 표현됩니다. 모니터 배율은 모니터 크기를 이미지 센서 크기로 나눈 수치입니다.

대상물을 보다 세밀하게 관찰하기 위해서는 배율 외에 분해능이라는 디테일을 식별할 수 있는 성능이 필요합니다. 분해능이 충분하지 않으면 관찰 이미지가 흐려져 세세한 부분까지 선명하게 관찰할 수 없습니다. 현미경의 경우 대물렌즈나 디지털 카메라의 광학 렌즈의 해상도, 이미지 센서의 해상도, 모니터의 해상도가 해상도에 영향을 미칩니다.

관찰하고자 하는 대상과 목적에 따라 최적의 배율과 해상도를 얻을 수 있는 기종을 선택해야 합니다. 이러한 고도의 해상도 처리 능력에 대한 사용자 요구에 대응하기 위해 최근에는 4K 모니터 타입의 영상도 등장하고 있습니다.

현미경의 기타 정보

1. 현미경의 치과 치료에서의 이용

현미경의 용도 중 하나로 치과 치료에서의 활용을 들 수 있습니다. 현미경의 초점 조절 기능을 활용하면 육안으로는 감지하기 어려운 미세한 환부를 관찰할 수 있습니다.

특히 근관치료라고 불리는 충치균을 완전히 제거할 때, 현미경을 통해 치료자의 가시성을 높여 환부를 최대한 깎아내는 방법을 사용합니다. 육안으로는 환부를 확인하는데 한계가 있고, 간과로 인해 환부를 남길 수 있는 위험이 있습니다.

현미경을 사용하면 치료의 질을 높이고, 환부 남김으로 인한 재발 위험을 줄일 수 있습니다. 단, 현미경을 이용한 치과 치료는 원칙적으로 보험 적용이 되지 않는 비급여 진료라는 점에 유의해야 합니다.

2. 마이크로스코프의 미용적 활용

현미경은 미용 성형이나 두피 검사 등 미용 관련 치료 및 진단에도 활용됩니다. 현미경으로 확대된 피부를 보면서 피부의 건조 상태나 털의 발생 상황 등을 가시화하여 환부의 상태를 판단할 수 있습니다.

미용성형 등을 받는 고객도 자신의 피부와 두피 상태를 화면으로 확인할 수 있어 진료에 대한 확신을 가질 수 있습니다. 또한 상태 개선을 위한 동기부여가 되는 측면도 있습니다.

3. 최신 현미경의 기능 사례

요즘의 현미경은 진공 상태에서 관찰해야 하는 주사전자현미경(SEM)을 대신해 수 마이크론 단위의 전자부품이나 반도체 IC의 내부를 정밀하게 분석하는 데에도 많이 사용되고 있습니다. 따라서 실용상 수 밀리미터에서 수 마이크론 등 관찰 도중에 배율과 해상도를 몇 배로 크게 높여야 합니다.

이 작업에는 광학 현미경과 마찬가지로 대물렌즈를 교체해야 하는데, 최근의 현미경에는 이 렌즈 교체를 위한 자동 회전과 렌즈 교체 시 자동 초점 맞추기 기능이 내장되어 있어 거의 자동으로 이 과정을 수행해 주는 제품도 있습니다.

이미지 처리도 배율이 높은 이미지를 다다미처럼 가로 세로로 나란히 배치하여 하나의 큰 이미지로 합성하는 기능이나 이미지의 초점 조정 기능을 활용하여 대상물을 3차원(3D)적으로 입체적인 이미지로 처리해 주는 고기능 타입도 등장하고 있습니다.

이러한 기능을 결합하여 반도체 IC의 배선 검사나 전자부품의 내부 결함 부위 불량 분석에 활용되는 사례도 있습니다.

4. 현미경의 가격

현미경은 용도와 성능에 따라 가격이 천차만별입니다. 배율이나 시야 범위가 좁은 현미경의 경우 1만 원대부터 판매되고 있지만, 미용 성형이나 두피 등 간단한 검사 목적으로 사용하는 것은 5만 원 정도, 의료용으로 사용하는 것은 10만 원 이상의 가격대를 형성하고 있습니다.

또한, 반도체 제조 등 제조업의 제품 검사 용도로 사용되는 현미경은 높은 배율과 미크론 단위의 고화질의 고화질 영상 표시가 요구되기 때문에 수백만 원 정도가 일반적인 가격대입니다.

수술이나 치료에 사용하는 경우 화면 표시의 지연이 적고 프레임 속도가 높은 것도 중요하지만, 저지연, 고프레임 속도의 현미경은 가격이 높아지는 경향이 있습니다. 또한 렌즈를 교체하여 표시 배율을 확대할 수 있는 제품 등도 판매되고 있습니다. 이 경우 영상 처리 능력도 고도화되고 전용 모니터와 제어 소프트웨어도 고도화되기 때문에 가격은 더욱 상승합니다.

전자 부하란?

전자부하란 피시험장치에 연결되어 부하저항으로 기능하는 장치입니다.

기존에는 저항을 연결하여 피시험장치의 부하로 사용했지만, 저항값을 변경할 때마다 저항을 교체해야 하는 번거로움이 있었습니다. 전자부하의 장점은 부하의 크기를 임의로 설정할 수 있다는 점입니다.

외부 컨트롤러를 이용하면 빠른 속도로 부하 설정을 전환할 수도 있습니다. 또한, 정전류 모드로 피시험 장치에서 일정한 전류를 흘려보내는 기능이나 정전압 모드로 피시험 장치의 출력 전압을 일정하게 유지하는 기능 등이 있어 다양한 측정이나 시험에 대응할 수 있습니다.

전자부하의 사용 용도

전자부하는 전자회로, 전원장치, 배터리 등의 성능 평가 시험 및 제품 검사에 사용됩니다. 구체적으로 다음과 같은 용도가 있습니다.

• 전자회로의 부하 구동 능력
• 전원의 부하 특성 시험
• 배터리의 충전/방전 시험

또한, 외부 컨트롤러에 의한 제어가 가능하기 때문에 부하 조건을 목적에 맞게 변경하는 등 시험의 자동화에도 대응합니다.

전자 부하의 기능

전자 부하는 바이폴라 트랜지스터나 FET 등으로 구성된 증폭기를 내장하고, 여기에 끌어들이는 전류(부하 전류)를 제어하는 것입니다. 특징적인 기능은 다음과 같습니다.

1. 전력 소비 및 변환 방식

전력의 소비-변환 방식은 전자부하의 종류에 따라 다릅니다.

• 열변환형 전자부하
  전자 부하 내에서 소비되는 전력은 증폭기를 구성하는 반도체 소자에 의해 열로 변환됩니다. 이는 겉보기에는 저항에 전류를 흘린 것과 같은 효과이지만, 반도체 소자가 발열하기 때문에 방열 메커니즘이 필요합니다.
• 전력 회생형 전자 부하
  전자 부하에 입력된 전력을 인버터에 의해 교류로 변환하는 것입니다. 변환된 전류는 다시 배전선망으로 환원되기 때문에 소비전력이 적고, 방열도 비교적 간단한 구조로 이루어집니다. 그러나 회생한 전력 에너지를 전력계통으로 되돌려주기 때문에 계통연계 동작이 가능한 환경으로 제한됩니다.

2. 전자 부하의 작동 모드

일반적으로 전자부하는 다음과 같은 4가지 모드를 갖추고 있으며, 시험 목적에 따라 가장 적합한 모드를 선택합니다.

• 정전류 (Constant Current) 모드
  이 모드에서는 전자부하의 입력 전압에 관계없이 설정한 정전류가 흐르도록 동작합니다. 피시험 장치의 출력 전압이 변동하더라도 부하 전류가 일정하게 유지되도록 전자부하가 대응합니다.
• 정저항 (Constant Resister) 모드
  이 모드에서는 고정 저항처럼 설정된 저항값을 일정하게 유지합니다. 전원 인가 직후의 과도기를 제외하고 설정한 저항값을 유지하는 것이 특징입니다. 입력 전압에 대해 부하 전류가 선형적으로 변화하기 때문에 배터리 및 배터리 용량 테스트, 전자기기 시동 테스트 등에 사용됩니다.
• 정전압 (Constant Voltage) 모드
  이 모드에서는 피시험 장치의 출력 전압을 일정하게 유지합니다. 시험 대상 장치의 출력 전압이 변동하면 전자 부하는 부하 전류를 변화시켜 출력 전압을 일정하게 유지합니다. 그 결과, 부하 전류는 변동하지만 테스트 대상 장치의 출력 전압은 일정하게 유지됩니다.

  연료 전지, 배터리 충전기 등의 테스트에 자주 사용됩니다. 배터리 충전기 테스트에서는 복잡한 배터리의 전압 거동을 전자 부하로 재현하여 테스트할 수도 있습니다.

• 정전력(Constant Power) 모드
  이 모드에서 전자 부하는 설정된 전력을 소비하도록 작동합니다. 먼저 테스트 대상 장치의 전압을 측정하고, 그 전압과 설정된 전력 값에서 전류 값을 계산하여 전류를 끌어들인다.

전자 부하를 선택하는 방법

전원장치나 배터리 등 전력원의 개발 및 생산에 있어 각 장치의 성능시험을 할 때 전자부하는 필수적입니다. 전자부하 장치 선정 시 주의할 점은 다음과 같습니다.

1. 전력 용량과 내전압

시험 대상 장치가 전원인 경우, 그 최대 출력 전력까지 커버할 수 있는 전력 용량을 갖춘 것이 원칙입니다. 또한, 내전압의 규격은 실제로 가해질 수 있는 전압 이상이어야 합니다.

2. 전자 부하 장치가 대응할 수 있는 최소 전압

전자 부하는 일반적으로 저전압 영역에서 사용하기가 어렵고, 전자 부하가 대응할 수 있는 최소 전압을 최소 작동 전압이라고 합니다. 앞서 언급했듯이 전자부하는 바이폴라 트랜지스터나 FET 등으로 구성된 증폭기에 흐르는 전류를 제어하는 것입니다. 따라서 해당 증폭기가 동작하는 전압보다 낮으면 전자부하가 제대로 동작하지 않습니다.

그 결과, 특정 전압을 경계로 그보다 낮은 전압에서는 전류를 끌어당길 수 없게 됩니다. 즉, 전자부하 양단의 전압이 최소 동작 전압보다 낮으면 작동하지 않습니다.

3. 주변 온도 및 시간

전자부하에는 최대 부하를 보장하는 주변 온도 사양에 주의를 기울여야 합니다. 특히 열변환식 전자 부하는 자체 발열로 인해 주변 온도가 상승하기 때문에 고온에서의 사용에 제한이 있다는 점을 고려해야 합니다.

또한, 최대 부하를 유지할 수 있는 시간이 제한되어 있는 경우도 있으므로 사전에 카탈로그나 사양서에 기재된 내용을 확인해야 합니다.

제어반이란?

제어반은 산업용 생산라인이나 기계설비를 제어하기 위한 전기기기가 집약된 상자입니다.

일반적으로 금속 재질의 견고한 박스 형태로 제작되며, 녹, 부식, 염해 등을 방지하기 위해 소부도장이나 분체도장을 합니다.

제어반의 사용 용도

제어반은 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 다음은 제어반의 사용 용도입니다.

• 공장 배수용 펌프의 운전 제어용
• 상수도 펌프 운전 제어용
• 제품 이송 설비의 제어 및 조작용
• 엘리베이터 운전 제어용
• 제품 가공 설비의 운전 조작용

제어반은 생산라인 및 기계설비의 제어를 담당합니다. 기계의 제어기기를 외부 환경으로부터 보호할 목적으로 제어반 캐비닛에 수납된 일체가 제어반입니다.

일상생활에서는 상하수도 펌프 등 인프라 장비 제어용 제어반을 거리에서 볼 수 있습니다.

제어반의 원리

제어반은 제어반 캐비닛, 보호 및 구동 장치, 제어 장치 등으로 구성됩니다.

1. 제어반 캐비닛

제어반 캐비닛은 제어반의 외함입니다. 주로 철제이며 전면에는 손잡이가 달린 문이 설치되어 있습니다. 하단에 접지용 단자가 부착되어 있으며, 접지극과 전선으로 연결하여 접지합니다. 또한, 판상문에는 표시등이나 표시계기 등이 설치되어 제어하는 기계설비의 상태를 표시하는 경우가 있습니다.

2. 보호 및 구동 장치

보호-구동 장치는 전기 기계를 작동시키는 동력 부품입니다. 차단기나 누전 계전기 등은 보호 장치로 전기 회로에서 단락, 지락 사고 등이 발생했을 때 경보를 발령하거나 안전하게 차단하는 역할을 합니다. 전자기 개폐기, 인버터, 서보앰프 등은 구동장치로 전기기계에 전력을 공급하여 구동시키는 역할을 합니다.

3. 제어장치

제어장치는 전기기계 등을 제어하는 계장부품입니다. 시퀀서나 릴레이가 이에 해당합니다. 계기의 정보를 바탕으로 구동장치에 지령을 내려 기계 설비를 제어합니다.

제어반의 기타 정보

1. 제어반, 배전반, 분전반의 차이점

제어반과 배전반, 분전반은 사용되는 외함은 같지만 사용 용도가 다릅니다. 다만, 각각 차단기 등의 보호장치가 사용되어 단락사고 등의 상부로의 파급을 방지합니다.

• 배전반
  전력회사 등으로부터 송전되는 전력을 강압하여 배분하는 장치입니다. 큐비클 등이 이에 해당합니다.
• 분전반
  배전반에서 받은 전력을 더 분기하여 각 기기에 분배하는 장치입니다. 일반 가정에 배치된 차단기가 늘어선 상자가 분전반에 해당합니다. 또한 제어반은 분전반에서 전력을 공급받습니다.
• 제어반
  분전반에서 받은 전력을 모터 등 산업기기에 분배하는 역할을 하는 장치로, PLC 등 제어기기에서 운전상태를 감시하면서 기계설비의 운전을 제어합니다.

2. 제어반 설계

제어반 설계는 전기설비를 다뤄본 경험이 있어야 합니다. 저압기기 제어반은 대부분 주축이 되는 주 차단기를 좌측 상단에 배치하고, 우측 하단으로 갈수록 계장 관련 부품을 배치하는 경우가 많습니다. 단, 인버터나 스테퍼 모터용 증폭기 등 소음을 발생시키는 장치는 제어 신호 배선과 최대한 멀리 떨어뜨린다. 노이즈로 인한 장비의 오작동을 방지하기 위함입니다.

제어반의 부하가 되는 장비를 미리 파악하여 그에 따라 부품 개수를 결정합니다. 그 부품 수를 바탕으로 사람이 조립할 때 무리하지 않도록 배치합니다. 유지보수 공간으로 사람의 손가락이 들어갈 수 있는 폭을 확보하여 부품 배치를 설계합니다.

기판 내 배선은 커팅 덕트에 의해 정리되어 수납됩니다. 덕트 내 배선의 점유율을 미리 정해두고, 그 점유율을 넘지 않도록 덕트 폭을 늘리거나 줄입니다. 제어반 하단에는 외부 단자대가 배치됩니다. 외부에서 깔고 도입되는 배선을 기판 내 배선과 연결하기 위한 단자대입니다. 단자대에서는 외부 배선과 내부 배선을 볼트나 나사로 연결합니다. 대형 볼트로 외부 배선과 연결되는 경우, 비접촉으로 느슨함을 확인할 수 있도록 맞물림 표시를 해 놓습니다.

제어반의 케이스는 캐비닛 박스 제조사에서 규격품이 판매되고 있어 규격품을 사용하면 저렴하게 제작할 수 있습니다. 특수한 치수의 제어반을 설계할 경우 판금 가공으로 제작해야 하므로 예상보다 더 비싸질 수 있습니다.

광학 현미경이란?

광학현미경(영어: Optical microscope)은 접안렌즈 및 대물렌즈로 육안으로 볼 수 없는 미세한 물체를 확대하여 관찰하기 위한 기기입니다.

광원으로 형광이나 레이저를 이용하는 것도 있지만, 일반적으로는 가시광선을 이용하는 것을 말합니다.

확대 배율은 몇 배에서 1500배 정도의 것이 있습니다. 관찰 대상의 차이에 따라 생물현미경과 금속현미경의 종류가 있으며, 대상 시료의 빛 투과성에 따라 구분하여 사용합니다.

빛을 투과하는 생물 시료 등은 투과광을 이용하고, 빛을 투과하지 않는 금속 시료 등은 반사광을 이용하여 관찰합니다. 따라서 생물현미경과 금속현미경은 광원과 렌즈, 시료의 배치가 다릅니다.

광학현미경의 사용 용도

광원으로 가시광선을 이용하기 때문에 빛을 변환하지 않고 사람의 눈으로 직접 관찰할 수 있어 구조가 간단하고 가격도 비교적 저렴하여 생물학, 의학, 식품 분야, 반도체 분야, 교육 분야 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

구체적으로 혈액 검사, 미생물 검사, 분진 검사, 집적회로 검사 등 각종 검사에 사용하거나 해당 분야의 연구개발 용도 등입니다.

광학 현미경의 원리

그림 1. 광학 현미경의 원리

광학 현미경의 원리는 관찰 대상에 빛을 비추고, 대상물을 투과한 투과광 또는 반사광을 대물렌즈로 확대하는 단순한 원리입니다.

관찰자는 대상의 빛(상)이 대물렌즈로 확대되고, 그 빛(상)이 접안렌즈로 더욱 확대된 허상을 보게 되며, 광학현미경의 배율은 대물렌즈 및 접안렌즈의 확대 배율을 곱한 곱으로 표현됩니다. 배율이 높을수록 작은 물체를 크게 확대하여 관찰할 수 있습니다.

현미경은 조명을 비추는 방식에 따라 크게 ‘투과형’과 ‘반사형’ 두 가지로 나뉩니다. 투과형의 경우 세포나 박테리아 등 생물 시료와 같이 빛을 투과하는 물체에 사용되며, 반사형은 금속이나 반도체 등 빛을 투과하지 않는 물체에 사용됩니다. 또한 시료를 들여다보는 방향에 따라 분류하기도 하는데, 시료에 대해 대물렌즈를 위로 배치한 정립형과 아래로 배치한 역립형이 있습니다. 특히, 배양용 시료는 아래에서 들여다보아야 하기 때문에 거꾸로 된 타입이 많이 사용됩니다. 그림은 가장 많이 사용되는 정립형 투과형 현미경의 개요를 나타낸 것입니다.

광학 현미경의 광학 배율은 대물렌즈와 접안렌즈의 배율에 따라 결정됩니다. 또한, 광학 현미경으로 관찰할 때 확대 배율뿐만 아니라 해상도와 콘트라스트도 중요한 요소입니다.

분해능은 서로 다른 두 점을 두 점으로 식별할 수 있는 최소 거리(δ)를 말하며, 얼마나 세밀한 부분까지 식별할 수 있는지를 나타내는 지표입니다. 현미경의 경우 대물렌즈의 조리개 수(NA)와 빛의 파장(λ)에 따라 분해능이 결정되며, 다음 공식으로 표현됩니다.

δ = kλ/NA (k는 상수)

또한 조리개수 NA는 n×sinθ로 계산되며, n은 대물렌즈와 매질 사이의 굴절률, θ는 대물렌즈에 입사하는 광선의 광축에 대한 최대 각도입니다.

다음으로 콘트라스트에 대해 설명하겠습니다.

생체 시료 등은 투명한 경우가 많아 시료를 그대로 관찰해도 투명하게 비쳐서 구조를 인식하지 못하는 경우가 있습니다. 이런 경우 시료를 염료로 염색하거나 빛을 조절하여 관찰 조건을 조정해야 합니다. 염색이나 빛의 조정을 통해 상에 대비를 주어 대상물을 쉽게 관찰할 수 있도록 합니다.

최근에는 염색이나 조리개 조정 외에도 빛의 산란이나 회절, 형광을 이용한 관찰 방법이 위상차, 미분 간섭 등의 이름으로 확립되어 있습니다. 이러한 관찰 방법에 특화된 광학 현미경도 존재하며, 광학 현미경 중에서도 위상차 현미경이나 미분 간섭 현미경이라고 부릅니다. 세포 등을 염색하는 경우 세포가 죽게 되지만, 위상차 현미경이나 미분 간섭 현미경을 이용하면 살아있는 세포를 관찰할 수 있습니다.

광학 현미경의 기타 정보

1. 광학 현미경의 명시야 관찰과 암시야 관찰의 차이점

광학 현미경으로 관찰을 할 때, 대상에 빛을 비추는 방법에 따라 보이는 모습이 달라집니다. 기본적인 관찰 방법으로는 ‘명시야 관찰법’, ‘암시야 관찰법’, ‘편광조명 관찰법’의 세 가지가 있습니다.

명시야 관찰법은 가장 기본적인 관찰법으로, 대상에 빛을 비춰서 투과된 빛을 관찰하는 방법입니다. 주로 염색한 시료를 관찰할 때 사용합니다.

반면 암시야 관찰법은 빛을 바로 아래에서 비춰 산란광이나 반사광을 통해 관찰하는 방법입니다. 주로 착색되지 않은 투명한 대상이나 작은 대상의 관찰에 이용되는 방법입니다.

명시야 관찰법을 수행하기 위해서는 대상물을 염색하는 것이 기본이지만, 대상물이 생체라면 염색으로 인한 사멸이나 기능 손상이 우려되기 때문에 이 경우 염색하지 않고 암시야 관찰법을 이용하게 됩니다.

이 두 가지 관찰 방법의 중간이 편광 조명으로 관찰하는 방법입니다. 대상에 대해 비스듬히 빛을 비추면 명시야 관찰법과 암시야 관찰법의 중간 정도의 시야를 얻을 수 있습니다.

2. 광학 현미경의 침수 대물 렌즈

광학 현미경의 해상도는 조리개 수에 반비례하기 때문에 조리개 수를 늘리면 더 작은 해상도를 얻을 수 있습니다. 조리개 수는 대물렌즈와 매질 사이의 굴절률에 비례하는데, 침수 대물렌즈는 이 특성을 이용하여 시료와 대물렌즈 사이에 굴절률이 높은 액체를 채워서 더 나은 해상도를 얻는 방식입니다. 관찰하는 대상에 따라 사용하는 액체도 달라집니다.

오일을 액체로 이용하는 대물렌즈를 ‘오일 침지 대물렌즈’라고 합니다. 오일은 물보다 굴절률이 높기 때문에 해상도를 높이는 효과가 있어, 오일 침지 대물렌즈를 사용하면 밝고 선명한 상을 얻을 수 있습니다. 그러나 두께가 두껍거나 시료와 커버글라스 사이에 간격이 있는 대상을 관찰할 경우, 대상과 커버글라스의 굴절률 차이로 인해 대물렌즈에 의한 구면수차가 발생하여 현미경이 맺는 상이 흐려지게 됩니다.

한편, 물을 액체로 이용하는 대물렌즈를 ‘수침 대물렌즈’라고 합니다. 수침 대물렌즈는 피사체의 두께에 관계없이 동일한 상을 얻을 수 있도록 설계되어 있습니다. 얇은 피사체를 관찰할 때는 오일 침수 대물렌즈가 더 밝고 선명하게 볼 수 있지만, 두꺼운 피사체를 관찰할 때는 수침 대물렌즈를 사용하는 것이 더 좋은 성능을 얻을 수 있습니다.