[논문]엔드밀 가공을 이용한 스페큘러 홀로그램 제작

전은채; 차진호; 이재령; 최환진; 김창의; 제태진; 김휘; 최두선

doi:10.14775/ksmpe.2014.13.4.001

엔드밀 가공을 이용한 스페큘러 홀로그램 제작
Machinining of Specular Hologram using End-mill Technology 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.13 no.4, 2014년, pp.1 - 6

전은채 (Dept. of Nano Manufacturing Technology, KIMM) , 차진호 (Dept. of Nano Manufacturing Technology, KIMM) , 이재령 (Dept. of Nano Manufacturing Technology, KIMM) , 최환진 (Dept. of Nano Manufacturing Technology, KIMM) , 김창의 (Dept. of Nano Manufacturing Technology, KIMM) , 제태진 (Dept. of Nano Manufacturing Technology, KIMM) , 김휘 (School of Elec. and Info. Eng., Korea Univ.) , 최두선 (Dept. of Nano Manufacturing Technology, KIMM)

Abstract ▼ AI-Helper

The specular hologram is one type of hologram, and it consists of many arcs. They are very easy to fabricate and can even be machined by hand and a compass. In this study, we designed two squares having different depths and consisting of many arcs, after which we machined the arcs using end-mill technology. The width of the machined arcs showed high repeatability. Moving tracks were observed on the bottom surface, and top burrs were noted. In spite of them, the phenomenon of the specular hologram was observed when an observer and a light source stood on the same side. The two squares seemed to have different depths when they were observed from the left and right directions. In this study, it was verified that a specular hologram can be manufactured by end-mill technology.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

기존 연구들^[3-8]에서는 심지어 컴퍼스를 이용하여 손으로 간단하게 제작하였다. 그러나 이러한 수작업에 의한 제작은 대량생산에 적합하지 않기 때문에 본 연구에서는 스페큘러 홀로그램을 구현하기 위한 설계기법을 개발하고 이를 실제로 가공하여 홀로그램 특성을 구현하는 연구를 수행하였다.
3에 나타내었다. 본 연구에서는 왼쪽, 오른쪽으로 시선을 이동하였을 때 홀로그램 현상이 나타나는 것을 목표로 하였기 때문에 호들이 좌우로 길고 상하로는 짧게 나타났다. 가공된 호들은 Fig.
이에 본 연구에서는 동일한 반지름의 호들로 구성된 정사각형을 상(object)으로 선정하되 서로 다른 깊이감을 나타내기 위하여 정사각형 A와 정사각형 B를 구성하는 호들의 반지름을 서로 다르게 선정하였다. 두 정사각형은 한 변의 길이가 80mm인 정사각형 A가 한 변의 길이가 20mm인 정사각형 B를 둘러싸고 있으며 정사각형 A가 정사각형 B보다 더 낮은 곳에 위치하는 것으로 설계하였다.

가설 설정

1에서 나타나는 기하학적 관계에서 유도되는 아래의 세 개의 식들을 풀면 구할 수 있다. 여기서 호는 모두 하나의 평면 상에 존재하기 때문에 z=0인 평면 상에 위치한다고 가정하고 광원에서 나온 빛이 호에 반사될 때의 입사각과 반사각은 같다. 또한 오른쪽 눈과 왼쪽 눈 간의 간격은 일반적으로 사용되는 65mm를 사용하고 S, R, L의 위치는 임의로 설정한다.

제안 방법

호들의 가공이 완료된 후 호들의 형상의 재현성을 확인하기 위하여 각 사각형의 변마다 3곳의 지점을 선정하여 호의 폭을 측정하였다. 그리고 광원 위치(S)와 보는 위치(R,L)에 따른 홀로그램 특성을 평가하였다. 자세한 결과는 다음에 서술하였다.
이에 본 연구에서는 동일한 반지름의 호들로 구성된 정사각형을 상(object)으로 선정하되 서로 다른 깊이감을 나타내기 위하여 정사각형 A와 정사각형 B를 구성하는 호들의 반지름을 서로 다르게 선정하였다. 두 정사각형은 한 변의 길이가 80mm인 정사각형 A가 한 변의 길이가 20mm인 정사각형 B를 둘러싸고 있으며 정사각형 A가 정사각형 B보다 더 낮은 곳에 위치하는 것으로 설계하였다. 이를 위해 정사각형 A와 정사각형 B의 호의 반지름을 각각 150mm와 70mm로 선정하였다.
본 연구에서 엔드밀 가공법을 사용하여 가공된 호들은 기존 연구에서 컴퍼스 등으로 손으로 가공한 호들과는 달리 모양과 크기가 일정하였다. 이와 더불어 엔드밀 공구나 가공 조건을 달리함으로써 호들의 모양과 크기를 조절할 수 있기 때문에 스페큘러 홀로그램에 대한 체계적인 연구가 가능하다.
본 연구에서는 호에 반사된 빛이 왼쪽, 오른쪽 눈에 들어오는 경로 차에 의해 발생되는 스페큘러 홀로그램 현상을 엔드밀 가공을 통해 구현하였으며 이를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
상면 버 발생 여부를 관찰하기 위하여 Fig. 5와 같이 현미경 초점을 상면에 맞추어서 관찰하였다. 사진에서 보는 바와 같이 가공된 호의 사진 상의 아래 부분에 비해 윗 부분에 상면 버가 더 많이 발생하였다.
스핀들의 회전수는 50,000rpm으로 하였고, 이송속도는 5mm/s로 설정하였다. 호 가공 전에 R50mm 다이아몬드 공구를 이용하여 경면가공을 실시하여 거친 표면에 의한 반사광의 산란현상을 방지하였다. 호들의 가공이 완료된 후 호들의 형상의 재현성을 확인하기 위하여 각 사각형의 변마다 3곳의 지점을 선정하여 호의 폭을 측정하였다.
호 가공 전에 R50mm 다이아몬드 공구를 이용하여 경면가공을 실시하여 거친 표면에 의한 반사광의 산란현상을 방지하였다. 호들의 가공이 완료된 후 호들의 형상의 재현성을 확인하기 위하여 각 사각형의 변마다 3곳의 지점을 선정하여 호의 폭을 측정하였다. 그리고 광원 위치(S)와 보는 위치(R,L)에 따른 홀로그램 특성을 평가하였다.
금형 소재는 64황동을 사용하였다. 호들의 깊이는 50㎛로 설정하였으며, 공구파손을 방지하고 가공 품질을 향상시키기 위해서 10, 10, 10, 10, 8, 2㎛ 깊이로 단계적으로 중첩가공하였다. 스핀들의 회전수는 50,000rpm으로 하였고, 이송속도는 5mm/s로 설정하였다.

대상 데이터

이때 사용한 엔드밀 공구는 초경소재로 제작되었으며 지름은 70㎛이다. 금형 소재는 64황동을 사용하였다. 호들의 깊이는 50㎛로 설정하였으며, 공구파손을 방지하고 가공 품질을 향상시키기 위해서 10, 10, 10, 10, 8, 2㎛ 깊이로 단계적으로 중첩가공하였다.
두 정사각형은 한 변의 길이가 80mm인 정사각형 A가 한 변의 길이가 20mm인 정사각형 B를 둘러싸고 있으며 정사각형 A가 정사각형 B보다 더 낮은 곳에 위치하는 것으로 설계하였다. 이를 위해 정사각형 A와 정사각형 B의 호의 반지름을 각각 150mm와 70mm로 선정하였다. 각 정사각형으로 이루는 호들은 500㎛ 간격을 갖게 하였다.
이러한 홀로그램 효과를 나타내기 위해 특정 소재 상에 수백 nm에서 수십 ㎛에 이르는 패턴을 가공하여야 하며 주로 습식 에칭 등의 방법으로 제조된다. 제조된 홀로그램 마스터는 엠보싱 등을 통해 복제되어 우리가 흔히 보는 홀로그램 필름으로 제조된다. 이처럼 현재의 홀로그램 필름 제조 공정은 마스터 제조 방법이 습식 에칭 기반이기 때문에 제조공정이 복잡하여 제조비용이 높고 화학적 부산물을 생성하는 문제점이 있다.

이론/모형

앞서 설계된 두 개의 정사각형을 구성하는 호들을 엔드밀 가공법을 이용하여 Fig. 2와 같이 가공하였다. 이때 사용한 엔드밀 공구는 초경소재로 제작되었으며 지름은 70㎛이다.

성능/효과

2. 가공된 호의 밑면 모서리 부분이 스페큘러 홀로그램 현상 구현이 가장 큰 역할을 한다.
5에서 보는 바와 같이 500㎛ 간격으로 가공이 되었다. A 사각형에서 측정된 호들의 평균 폭은 74.40㎛, 표준 편차는 1.49㎛로 나타났고, B 사각형에서 측정된 평균 폭 및 표준 편차는 각각 76.64㎛와 1.49㎛로 높은 재현성을 나타내었다. 측정된 폭은 엔드밀 공구 지름보다는 조금 더 크게 나타난 수치로 엔드밀 가공 중에 일반적으로 발생하는 현상이다.

후속연구

3. 엔드밀 가공법을 사용하여 기존 연구와는 달리 일정한 형상의 호들을 금형소재에 가공할 수 있으며, 호의 형상을 자유롭게 제어할 수 있기 때문에 스페큘러 홀로그램에 대한 체계적인 연구 및 금형제작이 가능하다.
이와 더불어 엔드밀 공구나 가공 조건을 달리함으로써 호들의 모양과 크기를 조절할 수 있기 때문에 스페큘러 홀로그램에 대한 체계적인 연구가 가능하다. 또한 금형소재에 가공함으로써 대량생산을 위한 금형 가공도 가능할 것으로 기대된다.
일반적으로 상향절삭 지점의 표면이 매끄럽지 못한 것으로 알려져 있으나 본 연구에서는 하향절삭 영역에서 상면 버가 발생하였다. 이는 엔드밀 공구와 가공물이 완벽하게 수직을 이루지 못하고 호의 윗 방향으로 약간 기울어진 상태에서 가공되어 발생한 것으로 예상되지만 정확한 원인은 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	홀로그램은 주로 어떤 방법으로 제조되는가?	홀로그램(hologram)은 1971년에 노벨상을 수상한 Gabor가 발견한 원리[1,2]로서 2개의 레이저의 간섭 효과를 이용하여 3차원 효과를 내는 것을 말한다. 이러한 홀로그램 효과를 나타내기 위해 특정 소재 상에 수백 nm에서 수십 ㎛에 이르는 패턴을 가공하여야 하며 주로 습식 에칭 등의 방법으로 제조된다. 제조된 홀로그램 마스터는 엠보싱 등을 통해 복제되어 우리가 흔히 보는 홀로그램 필름으로 제조된다.
	홀로그램이란?	홀로그램(hologram)은 1971년에 노벨상을 수상한 Gabor가 발견한 원리[1,2]로서 2개의 레이저의 간섭 효과를 이용하여 3차원 효과를 내는 것을 말한다. 이러한 홀로그램 효과를 나타내기 위해 특정 소재 상에 수백 nm에서 수십 ㎛에 이르는 패턴을 가공하여야 하며 주로 습식 에칭 등의 방법으로 제조된다.
	스페큘러 홀로그램의 원리는 무엇인가?	앞서 설명한 바와 같이 스페큘러 홀로그램은 호상에 반사된 빛의 위치를 왼쪽 눈과 오른쪽 눈이 서로 다르게 인식하기 때문에 상(object)이 깊이를 갖는 것으로 인식하게 하는 것이 원리이다. 기존 논문들에서 제시한 이론들을 바탕으로 이를 그림으로 나타내면 Fig.

참고문헌 (10)

Gabor, D., "A New Microscopic Principle", Nature, Vol. 161, pp. 777-778, 1948.

상세보기
Gabor, D., "Microscopy by Reconstructed Wavefronts", Proc. of the Royal Soc. London, Vol. 197, pp. 454-487, 1949.

상세보기
Plummer, W. T., and Gardner, L. R., "A Mechanically Generated Hologram?", Appl. Opt., Vol. 31 No. 31, pp. 6585-6588, 1992.

상세보기
Beaty, W. J., "Drawing Holograms by Hands", Proc. SPIE-IS&T Electronic Imaging, Vol. 5005, pp. 156-167, 2003.
Duke, T., "Drawing Light-fields: Hand-drawn Approaches to Abrasion Holography", J. of Phys., Vol. 415, pp. 1-8, 2013.
Garfield, E., "The World's First Holographic Engraving", Essays of an Infor. Scientists, Vol. 5, pp. 348-354, 1981.
Abramson, N., "Incoherent Holography", Proc. SPIE, Vol. 4149, pp. 153-164, 2000.
Brand, M., "Specular Holography", Appl. Opt., Vol. 50 No. 25, pp. 5042-5046, 2011.

상세보기
Politch, J., "Sampling in Holography of Diffused Objects or with Diffused Illumination", Opto-elect., Vol. 6, pp. 421-431, 1974.
Kim, G. D.., "Effects of 2-dimensional Vibration on the Surface Roughness in Micro Milling" J. of KSMPE, Vol. 12 No. 4, pp. 81-86, 2013.

LOADING...

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].

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