접촉식 변위센서란?
접촉식 변위센서는 센서 끝에 무언가가 닿은 상태에서 그 주변의 상태를 거리 등의 정보로 알 수 있는 센서입니다.
물리적으로 슬라이딩하는 범위의 거리를 측정할 수 있습니다. 비슷한 것으로 선반 가공 공장 등에서 흔히 볼 수 있는 다이얼 게이지를 들 수 있습니다. 이는 회전식 미터에 지침이 달린 듯한 모양의 측정 기구로, 다이얼 게이지가 미터의 바늘을 육안으로 읽어내는 방식입니다.
이에 반해 접촉식 변위 센서는 전기적 정보로 받아들일 수 있어 측정기나 FA 제어의 센서 등에 사용할 수 있는 부품입니다. 또 비슷한 성질을 가진 센서로 레이저나 초음파를 이용해 길이를 측정할 수 있는 측정소자 등이 있습니다. 길이 측정 센서는 측정값이 절대값인 반면, 접촉식 변위 센서는 측정 결과가 상대적인 거리라는 점에서 큰 차이가 있습니다.
접촉식 변위 센서의 사용 용도
접촉식 변위 센서는 표면의 왜곡이나 조도, 가공의 양호 여부 등의 판단 요소로 정보를 취합할 목적으로 사용됩니다. 비측정물의 유무나 형상을 μ미터 단위의 높은 정밀도로 측정하는 용도에 적합한 부품입니다.
1. 유무를 감지하는 용도
측정 대상이 접촉식 변위 센서에 접촉하면 접촉부의 거리가 자유 상태의 거리에서 변합니다. 따라서 이 변화를 포착하여 측정 대상이 기본 위치에 있는지 없는지 판단할 수 있는 자료를 얻을 수 있습니다.
2. 변화량을 감지하는 용도
예를 들어, 절삭으로 평평하게 가공한 표면의 면조도를 측정하는 경우 등은 측정 대상이 접촉식 변위 센서에 접촉하면 접촉부의 거리가 해방 상태의 거리에서 변화하여 일정한 값을 나타내는데, 이 값을 점으로 대체합니다. 그 상태에서 측정 대상을 수평으로 슬라이드시켜 가공면에 요철이 생기거나 왜곡이 생기면 접촉식 변위 센서의 접촉부가 흔들리게 되고, 그 흔들림의 값을 변화량으로 받아들여 면조도로 측정할 수 있게 됩니다.
위와 같이 어떤 임의의 기준점으로부터 “얼마나 변화했는가?” 를 μ미터 단위의 높은 정밀도로 측정할 수 있습니다.
3. 미분검출로서의 용도
예를 들어, 대상물이 비교적 두께가 불균일하고 긴 모양으로 흠집이나 단차 등을 검출하고 싶은 경우가 있습니다. 이때 대상물을 길이 방향으로 이동시키면서 대상물의 두께 등을 측정하는데, 대상물의 두께가 불균일하다면 측정 길이로 임계치를 두고 판별하는 방법은 사용할 수 없습니다.
그래서 미분검출을 통해 단차를 측정하는 방식이 채택됩니다. 접촉식 변위 센서는 상대적인 값으로 값을 얻을 수 있기 때문에 이러한 처리에 적합합니다.
접촉식 변위 센서의 원리
1. LVDT 방식
LVDT 방식은 센서 내부에 작동 변압기가 내장되어 있고, 접촉식 변위 센서의 접촉부의 물리적 변화를 작동 변압기의 코어에 연동시켜 변압기의 인덕턴스를 변동시키는 방식입니다. 접촉부의 변화를 전기 신호로 추출하는 것입니다.
접촉식 변위 센서의 접촉부는 작동 변압기의 코어에 연결되어 있으며, 코어가 움직이면 그 주변에 배치된 코일의 인덕턴스가 변화하는 구조로 되어 있습니다.
2. 스케일 방식
스케일 방식은 일명 펄스 카운팅 방식이라고도 합니다. 스케일 방식은 자기를 이용한 자기형 펄스 계수 방식과 빛을 이용한 광 펄스 계수 방식 두 가지로 구분할 수 있습니다.
자기식 펄스 계수 방식은 작업 현장의 먼지나 분진 등 환경에 영향을 받지 않고 계측할 수 있는 것이 장점입니다. 또한, 현장의 온도 등에도 영향을 받지 않고 작업할 수 있습니다.
접촉식 변위 센서의 기타 정보
접촉식 변위 센서의 장단점
1. LVDT 방식
- 장점: 측정값이 날아가지 않는다.
- 단점: 코일 내 철심 위치에 따라 자기장이 안정적이지 않을 수 있다.
2. 스케일 방식
- 장점: 작업 현장이나 환경에 영향을 받기 어렵다.
- 단점: 접촉자가 급격하게 움직일 경우 제대로 반응하지 못할 수 있다. (측정값이 날아갈 수 있다.)