[논문]초정밀 가공에서의 자유곡면을 위한 정전용량센서 기반의 기상측정

김상인; 이광일; 김호상; 김민기; 김태형

초정밀 가공에서의 자유곡면을 위한 정전용량센서 기반의 기상측정
On-machine measurement with capacitive displacement sensor for free form surface in diamond turning machine 원문보기

김상인 (고등기술연구원 로봇) , 이광일 (고등기술연구원 로봇) , 김호상 (고등기술연구원 로봇) , 김민기 (두산인프라코어 공기자동화 BG) , 김태형 (두산인프라코어 공기자동화 BG)

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문제 정의

또한 기존 외국 유수의 기상측정장치의 경우 회전대칭 형태의 비구면에 적용된 사례만 있을 뿐 아직 회전 비대칭 형태의 자유곡면 가공에는 적용된 바 없다. 본 논문에서는 이러한 자유곡면형태의 형상에 대해 정전용량 센서 기반의 기상측정장치를 제작하여 기상에서 형상정밀도 측정을 수행하였으며 사용한 기계의 오차를 이용한 보상방법을 제시하였다.

제안 방법

따라서 일정 각도 θ_i(i≤24)에 측정한 데이터를 인 경우의 측정값만큼 이동 (centering)하였다. 또한 시편의 회전축과 기상측정시스템의 센서 이송방향의 차이인 직각도(squareness)를 고려하였다. 이러한 경우에 최종 측정 데이터는 Fig.
본 과제에서 구성한 기상측정 (on-machine measurement; OMM) 시스템의 성능을 나타내기 위하여 기 가공된 토릭 시편을 측정하였다. 기상측정 순서는 Fig.
측정 데이터에 대한 구동시스템의 오차를 최소화하기 위하여, 상기 측정 과정에서 레이저 간섭계 (모델명 : HP5529A)를 사용하여 구동시스템의 변위값을 각각 측정하였다. 이러한 경우에 기상측정 데이터와 레이저 간섭계 데이터를 조합한 결과는 Fig.

대상 데이터

본 연구에서 구성한 기상측정 시스템의 성능을 나타내기 위하여 기 가공된 토릭 형상의 시편을 측정하였다. 그리고 측정 과정에서 발생 가능한 다양한 오차 요인을 고려하였으며, 최종적으로 시편의 특성을 명확하게 나타내는 데이터를 획득하였다.
본 연구에서 구성한 기상측정 시스템의 성능을 나타내기 위하여 기 가공된 토릭 형상의 시편을 측정하였다. 그리고 측정 과정에서 발생 가능한 다양한 오차 요인을 고려하였으며, 최종적으로 시편의 특성을 명확하게 나타내는 데이터를 획득하였다.
사용한 측정용 센서는 정전용량 센서로서 분해능 10 nm 와 약 75 µm 의 측정범위를 가지고 있다(Table 1).이러한 정전용량센서의 경우 측정물과 비접촉 상태에서 측정을 수행하며 가공시편에 직접 측정을 수행하는 것보다는 간접적인 에어가이드 형태의 가동부를 제작하여 이송부의 끝점의 운동을 센서로 측정하는 것이 편리하다.
시편 형상은 토릭 (toric)이며 반지름 r, 단차 h 는 각각 r=25mm, h=5x10^-3mm 이다. 측정 영역은 0≤ r ≤ 24 , 0≤θ ≤ 360° 이며 측정에서 사용한 반경 증분값 ∆r, 각도 증분값 ∆θ 는 각각 ∆r=2.

이론/모형

후자의 경우 프로브가 접촉한 상태에서 스캐닝을 통해 측정을 수행하기 때문에 시편 형상에 손상을 우려할 수 있으며 측정 후 사용할 때 문제가 발생할 수 있다. 이러한 이유로 시편에 손상을 최소화하고, 형상을 측정할 수 있는 터치 트리거 프로브 방식을 사용하였다.

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