이 글은 woodgears.ca 를 운영하는 Matthias Wandel의 글 중에서 "Fixing digital calipers"를 번역하고 제 의견을 덧붙인 것입니다. 마침 제가 가지고 있는 것과 동일한 모델이어서 흥미로웠습니다. 국내에서도 저렴한 가격으로 팔기 때문에 많은 분들이 이 캘리퍼스를 가지고 계실 겁니다. 근데 완델 아저씨의 직업이 뭔지 참 궁금합니다. ^^
이 디지털 캘리퍼스를 산 지 일년정도 지나니 이상하게 작동하기 시작했습니다. 보통은 잘 동작하는 것처럼 보이지만 가끔씩 이상한 값으로 점프하는 현상이 생깁니다. (아래 사진을 보시면 도저히 나올 수 없는 872인치가 찍혔습니다)
측정공구가 이런 오류를 낸다면 갖다 버리는게 맞을 겁니다. 저는 내부 전자기판의 납땜에 손상이 생겼을 것이고, 리플로우 납땜법 (Reflow Soldering Technique) 으로 고칠 수 있을거라 생각했습니다. (리플로우 납땜법은 간단히 말해 PCB패턴에 납을 뭍혀놓고 칩을 붙인 다음 전체적인 가열을 하여 한꺼번에 납땜하는 방법입니다. 완델씨가 얘기하는 것은 캘리퍼스 기판을 뜨거운 공기가 나오는 히트건으로 가열하여 전체적으로 납을 녹여 납땜을 보수하려고 하는 겁니다)
이를 위해 캘리퍼스를 어떻게 분해해야 하나 한참을 살펴 보았습니다. 뒷쪽에는 금속성 스티커가 붙어 있는데 이걸 떼어내니 네개의 작은 나사가 보입니다. 이것을 풀어내니 캘리퍼스의 전자부품이 한꺼번에 분리되었습니다.
기판부를 떼어내고 나니 이것이 어떤 식으로 동작하는지 알것 같습니다. (자세히 어떤 원리인지 제가 설명하기는 어렵지만 정전용량식 방법을 쓴다고 합니다. 어미자와 아들자는 눈금이 그어진 도체가 있는데 아들자가 이동하면 정전용량이 싸인파로 변한다고 합니다. 이를 측정하여 얼마나 이동했는지 측정한다고 합니다) 캘리퍼스 눈금 뒤와 접촉하는 아래위로 점이 찍힌 도체를 볼 수 있었습니다. 그런데 이 도체의 한 칸은 캘리퍼스의 최소 측정 단위인 0.01mm보다는 훨씬 커 보입니다. 이를 통해 정확한 위치를 알기 위해 보간(Interpolation)을 사용함을 알 수 있습니다.
그런데 자세히 들여다보니 이 도체의 절연코팅(Solder Mask)이 벗겨져 나간 부분들을 발견할 수 있었습니다. 이 부분은 원래 캘리퍼스 눈금 부분과 직접 닿지 않아야 하지만 코팅이 벗겨졌으니 닿을 수 밖에 없을 겁니다. 게다가 이 어미자와 아들자의 마찰을 통해 이 코팅부분이 계속해서 벗겨질 것으로 예측됩니다.
확대한 사진을 보면 벗겨진 부분을 더 확실히 볼 수 있습니다. 즉 아들자의 이부분이 캘리퍼스의 금속프레임(어미자)와 직접 닿을 수 있어서 정전용량(Capacity)를 크게 왜곡시킬 것입니다. 비슷한 현상으로 배터리 커버를 벗긴 상태에서 측정할 때 손이 배터리와 닿게 되면 캘리퍼스가 이상한 숫자를 표시하는 것도 본 적이 있습니다. 제 손가락과 캘리퍼스의 금속 프레임과 배터리가 서로 닿으면서 정전용량을 크게 왜곡시켰을 것입니다.
복잡한 설명을 했지만 의외로 해결방법은 간단합니다. 아래 사진과 같은 투명 테이프를 준비해서 이를 기판의 코팅이 벗겨진 부분을 덮도록 붙여주면 됩니다. 그랬더니 아주 잘 작동합니다.
저는 이 디지털 캘리퍼스와 제가 가지고 있는 다른 다이얼 캘리퍼스 (다이얼 눈금이 달린 정밀 캘리퍼스)로 똑 같은 재료의 길이를 재면서 오차를 측정해 보았습니다. 그랬더니 대략 +- 0.04mm (0.0015")정도의 오차가 발생하더군요. 아까 붙였던 투명테이프가 정전용량 측정에 약간의 영향을 주었다고 생각됩니다. 그러나 목공에서 0.04mm 정도의 오차는 용인할 수 있는 정도입니다.
어쨌든 디지털 캘리퍼스를 분해해보고 작동 원리를 알고 보니 디지털 캘리퍼스에 대한 믿음이 좀 흔들립니다. 이게 새 제품이라 할지라도 센싱하는 간격이 너무 넓어서 보간을 많이 해야 하는데 0.01mm 단위의 정밀도를 과연 보장할 수 있을까라는 생각이 듭니다. (선형이 아니라서 더욱 그럴 것입니다) 그래서 저는 요즘 아주 정밀한 측정을 해야 할 때는 옛날에 산 다이얼 캘리퍼스를 주로 사용합니다.
그럼에도 불구하고 디지털 캘리퍼스가 유용할 때가 있습니다. 측정치를 읽기가 아주 편하기 때문에 반복적으로 많은 측정을 하고 기록을 해야 할 경우 요긴하게 사용됩니다. 예를 들어 저의 목재 수축/팽창 테스트나 목재의 경도 테스트 같은 경우입니다.
정리하면 저가의 디지털 캘리퍼스가 갑자기 엉뚱한 측정치를 보여줄 때는 분해해서 뒷부분의 절연코팅이 벗겨졌는지 확인하고 투명테이프를 붙여서 간단히 고칠 수 있다는 겁니다.
측정공구가 이런 오류를 낸다면 갖다 버리는게 맞을 겁니다. 저는 내부 전자기판의 납땜에 손상이 생겼을 것이고, 리플로우 납땜법 (Reflow Soldering Technique) 으로 고칠 수 있을거라 생각했습니다. (리플로우 납땜법은 간단히 말해 PCB패턴에 납을 뭍혀놓고 칩을 붙인 다음 전체적인 가열을 하여 한꺼번에 납땜하는 방법입니다. 완델씨가 얘기하는 것은 캘리퍼스 기판을 뜨거운 공기가 나오는 히트건으로 가열하여 전체적으로 납을 녹여 납땜을 보수하려고 하는 겁니다)
이를 위해 캘리퍼스를 어떻게 분해해야 하나 한참을 살펴 보았습니다. 뒷쪽에는 금속성 스티커가 붙어 있는데 이걸 떼어내니 네개의 작은 나사가 보입니다. 이것을 풀어내니 캘리퍼스의 전자부품이 한꺼번에 분리되었습니다.
기판부를 떼어내고 나니 이것이 어떤 식으로 동작하는지 알것 같습니다. (자세히 어떤 원리인지 제가 설명하기는 어렵지만 정전용량식 방법을 쓴다고 합니다. 어미자와 아들자는 눈금이 그어진 도체가 있는데 아들자가 이동하면 정전용량이 싸인파로 변한다고 합니다. 이를 측정하여 얼마나 이동했는지 측정한다고 합니다) 캘리퍼스 눈금 뒤와 접촉하는 아래위로 점이 찍힌 도체를 볼 수 있었습니다. 그런데 이 도체의 한 칸은 캘리퍼스의 최소 측정 단위인 0.01mm보다는 훨씬 커 보입니다. 이를 통해 정확한 위치를 알기 위해 보간(Interpolation)을 사용함을 알 수 있습니다.
그런데 자세히 들여다보니 이 도체의 절연코팅(Solder Mask)이 벗겨져 나간 부분들을 발견할 수 있었습니다. 이 부분은 원래 캘리퍼스 눈금 부분과 직접 닿지 않아야 하지만 코팅이 벗겨졌으니 닿을 수 밖에 없을 겁니다. 게다가 이 어미자와 아들자의 마찰을 통해 이 코팅부분이 계속해서 벗겨질 것으로 예측됩니다.
확대한 사진을 보면 벗겨진 부분을 더 확실히 볼 수 있습니다. 즉 아들자의 이부분이 캘리퍼스의 금속프레임(어미자)와 직접 닿을 수 있어서 정전용량(Capacity)를 크게 왜곡시킬 것입니다. 비슷한 현상으로 배터리 커버를 벗긴 상태에서 측정할 때 손이 배터리와 닿게 되면 캘리퍼스가 이상한 숫자를 표시하는 것도 본 적이 있습니다. 제 손가락과 캘리퍼스의 금속 프레임과 배터리가 서로 닿으면서 정전용량을 크게 왜곡시켰을 것입니다.
복잡한 설명을 했지만 의외로 해결방법은 간단합니다. 아래 사진과 같은 투명 테이프를 준비해서 이를 기판의 코팅이 벗겨진 부분을 덮도록 붙여주면 됩니다. 그랬더니 아주 잘 작동합니다.
저는 이 디지털 캘리퍼스와 제가 가지고 있는 다른 다이얼 캘리퍼스 (다이얼 눈금이 달린 정밀 캘리퍼스)로 똑 같은 재료의 길이를 재면서 오차를 측정해 보았습니다. 그랬더니 대략 +- 0.04mm (0.0015")정도의 오차가 발생하더군요. 아까 붙였던 투명테이프가 정전용량 측정에 약간의 영향을 주었다고 생각됩니다. 그러나 목공에서 0.04mm 정도의 오차는 용인할 수 있는 정도입니다.
어쨌든 디지털 캘리퍼스를 분해해보고 작동 원리를 알고 보니 디지털 캘리퍼스에 대한 믿음이 좀 흔들립니다. 이게 새 제품이라 할지라도 센싱하는 간격이 너무 넓어서 보간을 많이 해야 하는데 0.01mm 단위의 정밀도를 과연 보장할 수 있을까라는 생각이 듭니다. (선형이 아니라서 더욱 그럴 것입니다) 그래서 저는 요즘 아주 정밀한 측정을 해야 할 때는 옛날에 산 다이얼 캘리퍼스를 주로 사용합니다.
그럼에도 불구하고 디지털 캘리퍼스가 유용할 때가 있습니다. 측정치를 읽기가 아주 편하기 때문에 반복적으로 많은 측정을 하고 기록을 해야 할 경우 요긴하게 사용됩니다. 예를 들어 저의 목재 수축/팽창 테스트나 목재의 경도 테스트 같은 경우입니다.
정리하면 저가의 디지털 캘리퍼스가 갑자기 엉뚱한 측정치를 보여줄 때는 분해해서 뒷부분의 절연코팅이 벗겨졌는지 확인하고 투명테이프를 붙여서 간단히 고칠 수 있다는 겁니다.
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