[논문]에어백 공구에 의한 비구면 유리 렌즈 금형의 전면 접촉 연마

이호철; 김중억

문제 정의

본 논문에서는 소형의 비구면 유리렌즈 금형의 공구 마크를 제거하는 연마방법으로 3개의 연마운동으로서 연마과정 중에 전 연마영역이 항상 접촉하는 전면 접촉연마방법을 제안하였다. 비구면 연마 실험 연구를 위하여 모션컨트롤러와 G-code에 의해서 연마운동을 제어하는 전용의 비구면 연마 장치를 개발하였다.
연마방법으로서 수작업에 의한 비구면 연마 방법이 시도되고 있으나, 작업자의 숙련도에 의존하고, 초정밀 가공된 형상이 과도하게 훼손될 수가 있다. 본 논문에서는 자동화된 비구면 연마기를 개발하여 비구면 형상을 연마하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 개발된 비구면 연마 기계는 소형의 에어백 연마공구와 편심운동방식의 연마메카니즘(mechanism)을 사용하였다.
광학부품이다. 이에 따라서 국내외 관련 기업을 중심으로 비구면 유리 렌즈의 생산기술을 확보하기 위한 노.력을 가속화하고 있다.
편심회전, 공구회전, 가공물 회전의 연마 메카니즘과 연마 패드를 에어백 공구로 대체하여 직경 80mm의 구면 안경 렌즈 금형에 대해 연마한 결과 구면 형상 개선과 균일한 표면 거칠기를 확보하는 연마작업이 선행 연구결과 가능하였다(3) 본 논문에서는 소형의 에어백공구와 편심운동의 연마기구를 이용하여 초경 소재의 비구면 유리 렌즈 금형의 표면거칠기를형상 훼손 없이 개선하는 방법을 연구하였다. 전면 접촉 연마에 의한 비구면 렌즈 연마 실험을 위하여 소형의 에어백 공구와 편심 연마 운동하는 비구면 렌즈 연마 장치를 개발하였다.

가설 설정

에어백 공구와 비구면 렌즈 금형의 회전수를 동일하게 유지하면, 두 회전수에 의한 상대속도 분포는 연마영역에서는 동일하게 유지되며 연마율은 식 (4)와 같다. 공구회전과 편심 운동이 일정 연마 시간 범위에서는 독립적으로 연마작업을 수행한다고 가정하였다.

제안 방법

(1) 비구면 렌즈 금형의 원점설정 및 연마 경로 입력이 필요 없는 비구면 렌즈 금형 연마방법으로서 에어백 공구와 편심 운동 기반의 전면 접촉 연마 방법을 제안하였고 이에 대한 검증 실험을 수행하였다.
실험에 사용된 에어백 고무에 의한 공구 유효직경은 6mm이고, 가공대상의 금형의 내경은 9mm이다. 공구를 일정 위치만큼 옵셋(offset) 상태에서 편심운동을 하도록 하여 결과적으로 회전하는 가공물의 전 영역을 연마 영역으로 포함하게 하였다. 사용된 구체적 연마조건은 Table 1과 같다.
측정 영역 크기는 301㎛x229㎛으로 하였다. 따라서 본 연구에서는 제안된 전면 접촉 연마 방법으로 연마에 따른 형상의 변동성을 최소화하면서 공구 마크를 제거한다.
또한 연마장치의 공구회전, 가공물회전, 편심회전 등의 운동 제어를 위해서는 델타타우(미, Deltatau)의 모션컨트롤러 (motion controller) UMAC을 사용하여 운동제어를 구현하였다. 또한 연마하중 확인을 위해서 가공물 하부에 로드셀(load cell)을 장착하였다.
비구면 연마 실험 연구를 위하여 모션컨트롤러와 G-code에 의해서 연마운동을 제어하는 전용의 비구면 연마 장치를 개발하였다. 비구면 렌즈 금형의 공구마크 제거 연마실험 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
5와 같이 제작하였다. 에어백 연마 공구는 중공(through- hole)의 스핀들을 이용하여 공구가 회전하면서도 공압에 의해 고무패드를 팽창 가능한 구조로 설계되었다.
연삭과정에서 잔류된 공구마크를 제거하는 방법으로 에어백 공구를 이용한 전면접촉 연마 방법을 Fig. 10과 같이 제안하였다.
훼손 없이 개선하는 방법을 연구하였다. 전면 접촉 연마에 의한 비구면 렌즈 연마 실험을 위하여 소형의 에어백 공구와 편심 연마 운동하는 비구면 렌즈 연마 장치를 개발하였다.
하는 장치를 제작하였다. 편심운동은 x-y 서보모터(servo motor)의 원호 보간 운동으로 구현되고, 수직 하중은 자중의 균형추 방식으로 설계되었다. 연마공구의 회전수는 10~100q?m, 하부 테이블 회전수는 10~200rpm의 범위를 가지도록 Fig.
편심회전, 가공물 테이블 회전과 공구 회전이 부가되어 3 개 방향(3-way) 운동이 생성되어 전면에 균일 연마가 이루어지도록 하는 장치를 제작하였다. 편심운동은 x-y 서보모터(servo motor)의 원호 보간 운동으로 구현되고, 수직 하중은 자중의 균형추 방식으로 설계되었다.
에어백 공구는 고무의 적응성 때문에 비구면 형상에 항상 밀착 가능하고 편심 운동은 연마면 전체에 균일한 연마량을 줄 수 있는 것으로 제안되었다. 황삭 연삭된 비구면 렌즈 금형에 대해서 에어백 공구와 편심 운동 연마 메카니즘(mechanism)으로 비구면 형상을 전면 접촉 연마하여 비구면 렌즈 금형의 표면상태를 개선하는 실험 연구를 수행하고 그 결과를 분석하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 비구면 렌즈 금형은 초정밀 연삭 가공기에서 연삭 가공된 것으로 최종 마무리 연삭을 남겨둔 초경 금형이다. 백색광 간섭계(white light interferometer)로 측정된 표면 상태는 부분적 스크래치가 남아 있고, Fig.
에어백 공구가 연마 중에 지속적으로 금형에 밀착된다면 연마압력 또한 거의 균일한 분포를 보일 것으로 추측되다. 실험에 사용된 에어백 고무에 의한 공구 유효직경은 6mm이고, 가공대상의 금형의 내경은 9mm이다. 공구를 일정 위치만큼 옵셋(offset) 상태에서 편심운동을 하도록 하여 결과적으로 회전하는 가공물의 전 영역을 연마 영역으로 포함하게 하였다.

이론/모형

본 논문에서는 자동화된 비구면 연마기를 개발하여 비구면 형상을 연마하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 개발된 비구면 연마 기계는 소형의 에어백 연마공구와 편심운동방식의 연마메카니즘(mechanism)을 사용하였다. 에어백 공구는 고무의 적응성 때문에 비구면 형상에 항상 밀착 가능하고 편심 운동은 연마면 전체에 균일한 연마량을 줄 수 있는 것으로 제안되었다.

성능/효과

(2) 황삭 연삭된 비구면 렌즈금형의 경우 연마에 의해 공구 마크가 크게 완화되었고, 접촉식 측정기로 평가된 표면 거칠기는 Ra 기준으로 11.3nm에서 5.4nm으로 53% 대폭 개선되었다.
(3) 본 연구에서의 전면 접촉 연마 실험 결과 비구면 렌즈 금형의 경우 형상오차 변동은 약 36% 수준으로 나타났으며, 비구면 정점곡률반경의 오차 figure는 오히려 개선되었다. 또한 구면렌즈 금형의 경우 형상오차가 Rt(peak-to valley) 기준으로 0.
(4) 비구면 연마 실험 결과 곡률 반경 측면에서는 설계 곡률반경 형상으로 개선되는 효과를 가지나 형상오차는 국부적으로 증가하였다. 비구면 연마에 의한 형상 변동성을 더 낮은 수준으로 억제하기 위한 연마영역 내의 연마율 분포에 대한 후속 실험 연구가 필요하다.
또한 연마하중 확인을 위해서 가공물 하부에 로드셀(load cell)을 장착하였다. G-code 방식 명령어로 편심 연마기능을 반복 수행 가능하며, 편심량 설정도 원호 보간의 크기로 쉽게 조정이 가능하였다. Fig.
결과적으로 오스카 방식은 3가지 방향의 상대운동으로 가공물을 항상 전면 접촉 연마하여 가공물의 불균일도 또는 잔류 스크래치를 제거 가능하는 장점이 있는 반면에, 가공물의 곡률반경과 회전하는 연마공구의 곡률반경이 일치하는 구면의 렌즈 형상 연마에만 가능하다. 그러나 비구면 형상의 렌즈 표면은 단일 곡률이 아닌 연속적으로 변하는 곡률반경으로 이루어져 있어 오스카 방식을 적용하면 비구면의 형상이 연마과정이 진행될수록 표면거칠기는 좋아져도 그 형상정밀도는 구면화 되어 훼손될 수 밖에 없는 구조이다.
또한 구면 렌즈 금형에 대해 동일한 연삭가공 및 전면 접촉연마 실험을 수행한 결과 표면거칠기 뿐만 아니라 형상오차 자체도 Rt(peak-to valley) 기준으로 0.31㎛에서 0.25/㎛ 으로 다소 개선되었다.
또한 접촉식 측정기(Talyor hopson, Formtalysurf)로 평가한 표면거칠기도 Ra 기준으로 11.3nm에서 5.4nm으로 53% 대폭 개선되었다.
측장된 연마 전후의 형상오차 수치 변화는 Rt(peak-to valley) 기준으로 0.5㎛에서 0.68㎛으로 약 36% 악화되어변동하였으나, 비구면 형상의 정점곡률반경(basic radius) 의오차인 figure는 오히려 53% 개선되었다.

후속연구

나타나지 않는다. 결과적으로 렌즈 금형은 전면 접촉연마에 의한 압력분포와 연마율 상수 k에 의해 연마율 분포가결정될 것으로 기대된다. 에어백 공구가 연마 중에 지속적으로 금형에 밀착된다면 연마압력 또한 거의 균일한 분포를 보일 것으로 추측되다.
증가하였다. 비구면 연마에 의한 형상 변동성을 더 낮은 수준으로 억제하기 위한 연마영역 내의 연마율 분포에 대한 후속 실험 연구가 필요하다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

에어백 공구에 의한 비구면 유리 렌즈 금형의 전면 접촉 연마
Full Contact Polishing Method of Aspherical Glass Lens Mold by Airbag Polishing Tool 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

에어백 공구에 의한 비구면 유리 렌즈 금형의 전면 접촉 연마 Full Contact Polishing Method of Aspherical Glass Lens Mold by Airbag Polishing Tool 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이호철 (13) 김중억 (1)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

에어백 공구에 의한 비구면 유리 렌즈 금형의 전면 접촉 연마
Full Contact Polishing Method of Aspherical Glass Lens Mold by Airbag Polishing Tool 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper