응용공학실험 | 금속 재료의 미세 변위 측정

 

 

 

TIP

 

 

빛의 간섭 현상에 대해 이해하고, 마이켈슨 간섭계를 이용하여 관찰한 간섭무늬의 변화를 바탕으로 금속 재료의 미세 변위를 측정한다. 이를 통해 금속 재료의 열팽창계수를 측정함으로써 간섭계를 이용한 재료의 미세 변위 측정 원리를 이해한다.

 

 

 

재료의 공차와 미세 변위 측정과의 연관성

재료의 공차, 또는 치수공차란 최대 허용 치수와 최소 허용 치수와의 차를 말한다. 치수공차가 중요한 이유는 아무리 도면을 따라 제품을 제작한다 하더라도 모든 제품을 완벽하게 도면에 따라 만들 수 없다. 그에 따라서 오차가 생기기 마련인데 제품을 만드는 과정에서 도면과의 미세 변위를 측정할 수 있다면 제품이 갖고 있는 치수공차를 최소한으로 줄일 수 있을 것이고 그에 따라서 제품의 완성도가 더욱더 높아질 것이다.

 

최근에는 치수공차보다 조금 더 정밀한 제품의 제작이 가능하게 하는 기하공차가 많이 쓰이고 있다. 기하공차란 부품의 단면만으로 판단하는 것이 아닌 여러 가지 설계 도면을 사용해 공차를 최소화 하는데 쓰이고 있다. 형상적으로 얼마나 완벽한 제품에 가깝게 제작 되었는지를 확인할 수 있어 치수공차보다 더 적은 오차율을 가질 수 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 렌즈, 거울 및 광속분리기를 제거하고, 광선이 금속재료에 부착된 거울에 반사된 후, 다시 레이저의 방출점에 도달하도록 조정한다. 이때 레이저 빛이 모든 광학계의 가운데를 통과하도록 광원 및 모든 광학계의 높이를 조절하고 고정한다. 레이저 모듈 뒷면의 두 개의 조정 볼트를 이용하여 레지어의 기울기를 조절한다.

 

2) 광속분리기와 스크린을 배치 후 광속분리기를 광선 경로의 45도로 놓은 후, 스크린에 맺히는 상을 이용하여 광속분리기의 미세한 위치 보정을 한다. 스크린 상에 녹색 점들이 여러개 보일 수 있는데, 이는 각 광선이 광속분리기를 통과할 때마다 빛이 투과 및 반사가 반복되어 생기는 현상으로 광속분리기를 미세 조정하여 여러 점들이 하나로 합쳐질 때까지 광속분리기와 스크린의 위치를 조정한다.(추후 간섭무늬 관찰 시 스크린에 보이는 무늬는 작아서 관찰하기 어려우므로 스크린을 제거하고 벽면을 이용하여 큰 간섭무늬를 관찰한다.)

 

3) 고정 거울 뒷면의 두 개의 조정볼트를 이용하여, 스크린 상에서 두 광선의 위치가 정확히 일치하도록 조정한다. 스크린을 좀 더 멀리 배치하면 이후 간섭무늬를 좀 더 크게 확인할 수 있다.

 

4) 볼록 렌즈를 레이저오 광속분리기를 사이에 위치시켜서, 스크린 상에 맺혀있던 작은 녹색 점이 스크린 상에 넓게 퍼지도록 볼록 렌즈의 위치를 조정한다. 이때 광원 및 광학계의 높이가 맞지 않으면 스크린에 빛이 제대로 보이지 않는다.

 

5) 동심원 형태의 간섭무늬가 나타날 때까지 고정 거울의 기울기를 두 개의 조절 나사를 이용하여 정밀하게 조정한다.

 

6) 위의 실험 장비들을 실험방법을 따라 배치하게 되면 다음과 같다.

 

 

 

 

[응용공학실험]금속 재료의 미세 변위 측정 레포트