[논문]공리적 설계를 이용한 비대칭 내부 짐벌을 가진 진동형 자이로스코프의 강건설계

박경진; 황광현; 이권희; 이병렬; 조용철; 이석한

doi:10.3795/ksme-a.2002.26.5.914

공리적 설계를 이용한 비대칭 내부 짐벌을 가진 진동형 자이로스코프의 강건설계
Robust Design of the Vibratory Gyroscope with Unbalanced Inner Torsion Gimbal Using Axiomatic Design 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.26 no.5 = no.200, 2002년, pp.914 - 923

박경진 (한양대학교 기계.경영정보공학과) , 황광현 (한양대학교 기계설계학과) , 이권희 (동아대학교 기계공학과) , 이병렬 (삼성종합기술원, MEMS Lab.) , 조용철 (삼성종합기술원, MEMS Lab.) , 이석한 (삼성종합기술원, MEMS Lab.)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, there has been considerable interest in micro gyroscopes made of silicon chips. It can be applied to many micro-electro-mechanical systems (MEMS): devices for stabilization, general rate control, directional pointing, autopilot systems, and missile control. This paper shows how the mechanical design of the gyroscope can be done using axiomatic design, followed by the application of the Taguchi robust design method to determine the dimensions of the parts so as to accommodate the dimensional variations introduced during manufacturing. Functional requirements are defined twofold. One is that the natural frequencies should have fixed values, and the other is that the system should be robust to large tolerances. According to the Independence Axiom, design parameters are classified into a few groups. Then, the detailed design process is performed fellowing the sequence indicated by the design matrix. The dimensions of the structure are determined to have constant values fur the difference of frequencies without consideration of the tolerances. It is noted that the Taguchi concept is utilized as a unit process of the entire axiomatic approach.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 비연성화는 분산분석 혹은 민감도 해석을 통하여 실시하였다. 비연성화 설계의 설계행렬에서 각 설계변수의 기능적 요구에 대한영향이 상대적으로 작은 값은 영향이 없는 것으로 가정한다.
본 연구에서는 위의 문제점을 해결하기 위해 진동형 자이로스코프의 일종인 비대칭 내부 짐벌을 가진 측면구동방식의 자이로스코프에 대한 일련의 설계절차를 제시하였다. 일반적으로 구조설계는 크게 개념설계 단계와 상세설계 단계로 분류할 수 있다.

가설 설정

2)力과方의 진동 모드가 역전되지 않아야 한다.
FR1 : 川-力 이 공정오차에 대하여 강건해야 한다. (6-刀의 표준편차 @-〃이 작아야 한다.
두 고유주파수에 대한 차이의 평균 및 분산이 계산되면 그 분포는 정규분포로 가정하였다. 평균과 분산은 Table 2 의 공정오차를 고려한 L25 배열표를 사용하여 구하였다.
해석을 통하여 실시하였다. 비연성화 설계의 설계행렬에서 각 설계변수의 기능적 요구에 대한영향이 상대적으로 작은 값은 영향이 없는 것으로 가정한다. 하지만 실제로는 약간의 영향이 있다.

제안 방법

(1) 자이로스코프의 개념설계 단계에서 공리적 설계를 이용하여 기능적 요구사항, 설계변수 및 제한조건을 정의하였고, 비연성화 설계행렬을 구 성하여 강건설계를 수행하였다.
(2) 강건설계를 위하여 두 고유주파수의 차이 의 분산을 민감도 정보로 이용하여 근사화하여 설 계의 효율을 향상시켰다.
상세설계에서는 기능적 요구들을 만족시킬 수 있는 설계변수들의 상세치수를 결정하였다. 그리고 강건설계 수행 시 필연적으로 많은 계산을 해야 하는 분산 혹은 표준편차가 필요한데, 민감도 정보를 이용하여 분산을 근사적으로 산출해 설계의 효율을 향상시켰다.
본 연구에서 제시한 강건설계 기법에 의한 비대 칭 내부 짐벌을 가진 진동형 자이로스코프 설계로 부터 다음의 결론을 얻었다.
위에서 기능적 요구들을 결정하고, 설계변수들과 공정오차들을 조사하였다. 이제 공정오차가 존재할 때 기능적 요구를 만족시키기 위하여 설계변수의 값이 결정되어야 한다.
한다. 이 독립성을 유지하기 위하여 비연성화 설계 (decoupled design)를 구성하여 각 기능적 요구들을 만족시키는 일련의 설계 순서를 제시하여 문제를 해결하였다. 비연성화 설계는 실험계획법의 분산분석을 이용하여 기능적 요구들에 대한 설계변수들의 영향도를 계산하여 수행하였다.
자이 로스코프의 설 계에서 다구찌법 의 강건설계를 도입 하여 설 계변수의 변동에 의한 가진모드 및 측정 모드에 대한 고유주파수의 분산을 산출하였으며 최적해를 구하는데 이용하였다.
첫번째로 FR1 을 만족시키는 DPI 을 결정 한다. 이는为- 力의 분산 혹은 표준편차를 감소 시킬 수 있다.

데이터처리

이 독립성을 유지하기 위하여 비연성화 설계 (decoupled design)를 구성하여 각 기능적 요구들을 만족시키는 일련의 설계 순서를 제시하여 문제를 해결하였다. 비연성화 설계는 실험계획법의 분산분석을 이용하여 기능적 요구들에 대한 설계변수들의 영향도를 계산하여 수행하였다. 상세설계에서는 기능적 요구들을 만족시킬 수 있는 설계변수들의 상세치수를 결정하였다.
해석 결과를 통하여 분산분석의 제곱 합을 계산하였다. 즉 설계변수들에 대하여 일차 고유주파수, 이차 고유주파수 그리고 두 고유주파수의 차이의 표준편차에 대한 세 개의 지곱합(sum of squres)을 Table 4 와 같이 각각 구하였다.

이론/모형

문제점을 설명하였다. 고유주파수 해석을 위해 유한요소 및 구조최적설계 프로그램인 GENESISe0를 이용하였다.
본 연구에서는 이러한 영향도를 분석하기 위하여 실험계획법의 분산분석을 이용한 방법을 사용하였다.
이러한 기능적 요구들에 제품의 성능을 획득하기 위한 요구뿐만 아니라 공정오차로 인한 불확실성에 대하여 강건하게 하는 요구도 포함시켰다. 여기서 공정오차에 대한 영향을 고려하기 위하여 다구찌법의 강건설계(robust design)'”, 1电의 개념이 도입되었다.

성능/효과

(3) 내부 비틀림 짐벌을 가진 측면 구동 방식의 짐벌형 자이로스코프에서 성공의 확률은 기존설계 에 대비하여 15%가 증가하였다.
또한 동일한 공정오차가 존재할 때 성공의 확률은 기존설계에 대비하여 15%가 증가하였다.
이와 같이 자이로스코프의 개념설계 및 상세설계에 공리적 설계와 강건설계를 도입하여 수율을 향상시킬 수 있었고, 비연성화 설계의 필요성과 적용상의 문제점을 설명하였다. 고유주파수 해석을 위해 유한요소 및 구조최적설계 프로그램인 GENESISe0를 이용하였다.
자이로스코프의 비연성화 설계를 위한 설계변수의 분류가 완료되었고, 계산량이 많은 분산을 구하기 위한 근사화식도 준비되었다. 따라서 식 ⑺에서 제시된 행렬식의 상위 행부터 차례로 기능적 요구를 만족시켜 주면 강건설계가 수행될 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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