[논문]K1A1 전차 전차장 열상조준경의 관측창 재생을 위한 창 정비기술 연구

최명진; 변용완; 양재경

doi:10.11627/jkise.2019.42.3.089

K1A1 전차 전차장 열상조준경의 관측창 재생을 위한 창 정비기술 연구
A Study on Deport Maintenance Technology for Recycling Observation Window of the K1A1 Tank Commander's Primary Thermal Sight 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.42 no.3, 2019년, pp.89 - 94

최명진 (호원대학교 국방무기체계학과) , 변용완 ((재)자동차융합기술원) , 양재경 (전북대학교 산업정보시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

K1A1 tank commander's primary thermal sight is a device that enables tank commanders to detect, identify, aim and track the target by observing targets in all directions during day, night and in situations of smokescreen and fog through $360^{\circ}$ rotation independent from the gunner's primary thermal sight and stabilizing the line of sight even under the vibrations occurring when the tank is standstill and moving. The main function of this device is to detect and process visible and thermal images and deliver the final images to the tank commander. One of the core parts to that end is the observation window (daytime/thermal image window). This core part is mounted at the entrance of the optical path for observing the target and plays the role of making visible light during the daytime and infrared light during the night pass through the target and transmitting the resultant images to the internal optical system of the tank commander's primary thermal sight. Such core parts have been selected as depot maintenance items so that they are replaced by new parts instead of being recycled when they are subjected to maintenance in most cases. That is, the military budget is wasted because such parts are replaced by new parts despite that they can be recycled for maintenance. Therefore, this study proposed a mounting tool for polishing and coating observation windows (daytime and thermal image window) using planar polishing equipment and DLC (Diamond-Like Carbon) coating equipment. In addition, this study presented an amendment (proposal) of the Depot Maintenance Work Request (DMWR) already published to verify the performance of recycled products including the establishment of inspection standards for recycling processes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구는 경제성과 원활한 부품 조달을 위해 관측창(주간/열상 창)을 평면연마장비와 DLC(Diamond-Like Carbon) 박막 코팅 장비를 활용하여 재생이 가능하도록 연마·코팅을 위한 장착치구 설계를 제안하며, 재생품에 대한 검사기준 정립 및 성능 검증 등을 포함한 연마·코팅 절차를 제시하고자 한다.
이에 창 정비단에서 보유 중인 연마장비와 포병관측장비 창정비 소요 개발간 개발한 DLC 박막 코팅 장비 및 연마·코팅을 위한 장착 도구 개발을 통한 정비기술 개발로 신품 교환 정비에 따른 정비비 등을 고려한 경제적 효과와 정비불가품목 정비기술 개발로 군직 정비능력확보를 위해 기술적인 분석과 정비 기술 방안을 제시하였다.

가설 설정

1) 면(面)의 평활화(平滑化)는 저립의 미소절삭 작용에 의해 표면이 볼록한 부분이 제거된다.
2) 연삭 중에 생기는 유동층이 오목한 부분에 묻으면서 평활화가 진행된다.
3) 사용하고 있는 연마제 등의 화학작용에 의해 연마가 이루어진다.

제안 방법

관측창 연마는 현 종합정비창 정비단에서 보유하고 있는 평면연마장비를 활용하였으며, 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing) 작업 간에 사용되는 연마접시와 패드는 공정 별로 맞게 세팅하였다. 그리고 코팅은 내구도를 증대하는 방안으로서 다중대역 비반사코팅(BBAR)으로 되어 있던 것을 Si-DLC 코팅으로 변경하였으며, 이를 위해 가스 2종(5%SiH₄+He, N₂)을 추가하여 DLC 박막 코팅 장비의 성능을 개선하였다.
관측창 재생 공정의 연마·코팅을 위한 장착 도구 개발과 DLC 박막 코팅을 위한 코팅장비 성능개선을 위해 대상품목의 특성을 분석하였으며, 장착의 편의성, 호환사용 가능성을 중점으로 하여 설계를 검토하였다.
관측창(주간/열상 창) 연마·코팅 재생정비기술 개발을 최소의 비용으로 수행하기 위해 창 정비단에서 보유 및 운용하고 있는 특수광학렌즈 연마·코팅 장비를 활용하고, Si-DLC 코팅에 필요한 가스 및 배관 작업과 운용프로그램 수정을 통하여 성능을 개선하였다.
광학적 특성은 가시광선 영역(350~800nm)에 대한 투과도를 측정하였다. 가시광선 투과도 측정은 코팅이 되지 않은 관측창의 투과도를 기준으로 설정하여 그 값을 1로 하고 코팅 후의 투과도를 %단위로 나타내어 비교․측정한 결과 가시광선의 400nm 이상의 파장에서 90% 이상의 투과율을 나타내었다.
관측창 연마는 현 종합정비창 정비단에서 보유하고 있는 평면연마장비를 활용하였으며, 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing) 작업 간에 사용되는 연마접시와 패드는 공정 별로 맞게 세팅하였다. 그리고 코팅은 내구도를 증대하는 방안으로서 다중대역 비반사코팅(BBAR)으로 되어 있던 것을 Si-DLC 코팅으로 변경하였으며, 이를 위해 가스 2종(5%SiH₄+He, N₂)을 추가하여 DLC 박막 코팅 장비의 성능을 개선하였다.
기계적 특성은 나노-인텐테이션(Nano-Indentation) 장비를 사용하여 경도를 측정하였으며(포아송비 : 0.18), 경도 측정시의 부하 하중은 DLC 박막 코팅의 두께가 매우 얇기 때문에 관측창의 영향을 최대한 피하기 위해 0.3mN으로 설정하였다. 측정은 20㎛ 간격으로 3×2로 관측창의 여섯 군데를 각각 측정하였다.
셋째, 20분간 진공 과정을 거쳐 Ar 기체를 충분히 제거한다. 넷째, DLC 박막 코팅 증착은 Methane(CH₄)과 Silane(SiH₄) 및 Ar 혼합 기체를 이용한 RF CVD 방법을 통해 관측창에 증착한다. 이때, 주원료 가스인 Methane은 20sccm 주입, Silane은 Methane의 5%에 해당하는 1sccm, Ar은 5%에 해당하는 1sccm을 주입한다.
1 Torr로 진행하며, 증착시간은 총 20분간 진행한다. 마지막으로 관측창 재생을 위한 코팅 완료 후 DLC 박막 코팅에 대한 기계적 특성과 광학적 특성을 측정하였다.
연마·코팅을 위한 장착 도구는 포병관측장비(TAS-1)의 창정비요소 개발시 개발된 DLC 박막 코팅 장비의 사용되는 장착 도구를 참조하였으며, [Figure 3]과 [Figure 4]와 같이 운용성, 작업 편의성 등을 고려하여 설계 및 개발하였다.
이에 전차장 열상 조준경의 관측창 재생을 위한 코팅 방법은 야지 운영에 따른 내구도 강화를 위해 DLC 박막의 고경도 특성을 유지하고 주간 관측의 용이성, 시야성 등을 확보하기 위해 가시광선에 대한 투명도를 높이는 방안에 대한 코팅 기술을 적용한다. 코팅 절차로 첫째, 전차장 열상 조준경의 관측창 탈거하여 아세톤으로 20분간 초음파 세척기를 이용하여 관측창 표면의 이물질이나 기름 등의 오염 물질을 제거한다.
측정은 20㎛ 간격으로 3×2로 관측창의 여섯 군데를 각각 측정하였다.
측정은 20㎛ 간격으로 3×2로 관측창의 여섯 군데를 각각 측정하였다. 코팅의 경도를 비교하기위해 같은 방식으로 코팅 이전의 관측창의 경도도 측정하여 그 값을 비교하였다. 그 결과 [Table 4]와 같다.

이론/모형

관측창의 재생을 위해 연마 및 코팅이 완료된 재생품에 대하여 검사기준 및 절차를 다음과 같이 정립하였다. 검사기준은 도면상에는 수록되어 있으나 세부적인 절차가 없어서 동일재질의 유사장비인 K-1전차 포수조준경(GPTTS) 주간 창 및 열상 창 검사기준을 참조하였다[4]. 세부적인 검사기준은 [Table 5]와 같으며, 검사절차는 다음과 같다.

성능/효과

광학적 특성은 가시광선 영역(350~800nm)에 대한 투과도를 측정하였다. 가시광선 투과도 측정은 코팅이 되지 않은 관측창의 투과도를 기준으로 설정하여 그 값을 1로 하고 코팅 후의 투과도를 %단위로 나타내어 비교․측정한 결과 가시광선의 400nm 이상의 파장에서 90% 이상의 투과율을 나타내었다.
경도측정결과 DLC 박막 코팅은 평균 Hv1,414.15로 코팅 이전 경도 Hv599.2 보다 약 2배 이상 경도가 향상되었다.
또한 발청방지를 위해 알루미늄 계열 재질로 제작하였으며, 제작된 연마·코팅을 위한 창작 도구에 대해 운용성 등을 확인한 결과 양호하였다.
즉, K1A1 전차 전차장 조준경은 주간 및 야간 관측기능 수행이 가능하기 위해서 가시광선과 적외선을 수신하여야 하는데 그 기능을 담당하는 것이 관측창(주간/열상 창)으로 전력화된 이후 야전 운용환경에서 흠집 및 코팅 탈거(코팅 벗겨짐) 등 정비 소요가 발생하고 있으며, 관측창(주간/열상 창)은 단가가 높은 품목으로 정비소요 발생시 정비가 불가하므로 전량 폐처리하는 품목이지만, 연마·코팅 정비기술개발로 재활용이 가능한 품목이라고 판단하였다.
첫째, 스크래치 검사절차는 피검사체에 최대허용 스크래치 두께(폭)보다 큰 스크래치가 없는지 확인하는 것으로 가장 두께(폭)가 큰 스크래치가 해당 부품 유효구경의 1/4 이하 인지 확인하다. 또한 피검사체에 나타난 스크래치의 합이 식 (1)을 만족하는지 확인하다.

후속연구

또한 관측창(주간/열상 창) 연마·코팅을 위한 장착 도구를 개발 및 활용함으로써 예산절감과 군직정비 능력 확보에 기여할 것으로 판단된다.
이는 예산절감으로 반영되어 경제적 효과도 예상된다. 또한, 향후 개발예정인 무기체계의 사격통제장치는 광전자장치가 융복합되어 설계된 장비로서 향후 기술발전 추세에 부응하여 획기적으로 발전할 것으로 예상되어 본 연구를 통한 주간 및 열상 창의 복합된 관측창(주간/열상 창)에 대한 재생정비기술 개발은 기술적인 파급효과가 클 것으로 판단된다.
또한 관측창(주간/열상 창) 연마·코팅을 위한 장착 도구를 개발 및 활용함으로써 예산절감과 군직정비 능력 확보에 기여할 것으로 판단된다. 특히 관측창 (주간/열상 창) 재생 정비기술개발에 대한 연구결과를 확대 활용한다면, K1E1 전차 전차장 열상조준경, K21 장갑차 차장 조준경의 관측창(주간/열상 창) 재생 정비 시 적용이 가능할 것으로 판단된다. 이는 예산절감으로 반영되어 경제적 효과도 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연마공정이란?	연마공정은 광학유리를 렌즈 또는 프리즘의 형태로 1차 연마한 다음, 렌즈 표면이 뿌옇게 흐린 곳이 없도록 투명하게 하고, 주어진 곡률 반경의 구면 또는 필요로 하는 각도나 평행도를 갖는 평면으로 마무리하는 공정을 말한다. 이때 사용되는 광택 연마제는 주로 산화세리움(Cerium Oxide)이 사용되며, 연마명(硏磨皿, 연마 tool)에는 피치 또는 폴리우레탄 패드(Pad) 등이 많이 사용된다.
	열상시스템이 밤에도 영상을 관측가능한 원리는?	절대온도 0도 이상의 모든 물체는 흑체복사라는 복사열을 방출하며 이러한 복사열은 상온에서 원적외선부터 중적외선에 걸쳐 강한 방출스펙트럼 대역을 갖고 있다. 따라서 주로 태양광에 의존하는 가시광선 영역의 빛이 존재하지 않더라도 적외선 영역의 센서를 사용하여 흑체 복사 열원을 감지하여 물체의 영상을 얻을 수 있다. 이를 열영상이라고 부르며, 이러한 영상을 관측 가능하게 하는 장비를 열상시스템이라 한다.
	복사열의 특징은?	절대온도 0도 이상의 모든 물체는 흑체복사라는 복사열을 방출하며 이러한 복사열은 상온에서 원적외선부터 중적외선에 걸쳐 강한 방출스펙트럼 대역을 갖고 있다. 따라서 주로 태양광에 의존하는 가시광선 영역의 빛이 존재하지 않더라도 적외선 영역의 센서를 사용하여 흑체 복사 열원을 감지하여 물체의 영상을 얻을 수 있다.

참고문헌 (13)

Army Logistics Command (LOG CMD) SOP 060, Component Development SOP.
Army Logistics Command (LOG CMD) SOP 610, Production and Maintenance SOP.
Army Regulation (AR) 480, Equipment Maintenance Regulation.
Deport Maintenance Work Request, Tank Commander’s Primary Thermal Sight, K9 (1)-1240-016-L, ROK army headquarters, 2009.
Hong, Y.W. and Baek, J.H., Development Status of long wavelength infrared Transparent ZnS Materials, The Korea Ceramic Society , 2014, Vol. 17, No. 4, pp. 72-79.
K1A1 Tank Commander’s Primary Thermal Sight, visible light and infrared sight window Drawing (Q65021308), Defense Acquisition Program Administration, 2009.
10.1002/jbm.a.31632 Kim, J.G., Lee, K.R., and Yang, S.J., Wear-corrosion performance of Si-DLC coatings on Ti-6Al-4V substrate, Journal of Biomedical Materials Research. Part A , 2008, Vol. 86, No. 1, pp. 41-47.

상세보기
10.6111/JKCGCT.2012.22.4.190 Kim, T.G., Shin, Y.H., Cho, H., and Kim, J.K., Synthesis of transparent diamond-like carbon film on the glass by radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition, Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology , 2012, Vol. 22, No. 4, pp. 190-193.

원문보기 상세보기
Production Company (GOODRICH), Maintenance Manual (Operation AND Maintenance Manual.
Production Company (GOODRICH), Operation Manual (Basic Field Maintenance Training).
Shin, Y.H., Kim, T.G., and Kim, N.K., A Study on the Transparent DLC Coating Technology, Proceedings of the KSMPE Conference , 2011, pp. 39-40.
Supplementary Quality Assurance Provisions 50090000 etc. 10 kinds.
Technical Manual, K9 (2)-1285-400-34 Radar Set (TPS-830K), ROK army headquarters, 2010.

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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