초록 ▼

▷ 본 연구는 미세측정분야에서 10-6의 상대불확도를 만족하는 3차원 형상측정기술을 개발하는 과제로서 100mm X 100mm X 100mm이상의 대역범위에서 1nm의 측정분해능을 실현함과 동시에 0.1μm의 측정불확도를 구현할 수 있는 미세 삼차원 형상 계측제어를 구체적인 목표로 하였다. 광위상 간섭계를 이용한 측정프로브와 6자유도 구동이 가능한 초정밀 스테이지를 제작하고 이들을 통합하여 운영할 수 있는 프로그램을 개발하여 측정시

▷ 본 연구는 미세측정분야에서 10-6의 상대불확도를 만족하는 3차원 형상측정기술을 개발하는 과제로서 100mm X 100mm X 100mm이상의 대역범위에서 1nm의 측정분해능을 실현함과 동시에 0.1μm의 측정불확도를 구현할 수 있는 미세 삼차원 형상 계측제어를 구체적인 목표로 하였다. 광위상 간섭계를 이용한 측정프로브와 6자유도 구동이 가능한 초정밀 스테이지를 제작하고 이들을 통합하여 운영할 수 있는 프로그램을 개발하여 측정시스템을 구축하였다. 이와 함께 극초정밀 삼차원 측정에 필요한 핵심분야에 대한 아래의 주제에 대한 연구를 수행하였다. - 광위상 간섭에 의한 극초정밀 삼차원 형상 측정기술 - 스티칭을 이용한 극초정밀 삼차원 측정기술 - Ronchi 간섭계를 이용한 비구면 형상측정 - 정사면체 구조를 이용한 초정밀 삼차원 측정기의 구조설계 - 정밀 삼차원 측정기용 레이저간섭계에 대한 연구 - 현장에서의 정밀스테이지 평면거울 직각도 오차측정기술 - 대영역 표면측정에 의한 정물가공기 진단

목차 Contents

• 제 1 장 서론...25
• 1 절 연구개발의 목적 및 필요성...25
• 2 절 연구범위...27
• 3 절 연구현황...30
• 제 2 장 광위상 간섭에 의한 극초정밀 삼차원 형상측정 개발...32
• 1 절 서론...32
• 1. 연구 배경...32
• 2. 연구 현황...36
• 가. 백색광 주사 간섭계의 초기 연구 현황(1980년대 말까지)...36
• 나. 1990년대 이후의 연구 현황...37
• 3. 연구 목표 및 내용...40
• 2 절 기본 이론...40
• 1. 단색광에서의 간섭무늬...43
• 2. 대물렌즈 개구수(N.A.)의 영향...44
• 3. 광원의 대역폭(bandwidth)의 영향...46
• 4. 백색광 주사 간섭계의 간섭무늬 일반식...46
• 3 절 기존의 측정 알고리즘...50
• 1. 가시도 추출법...50
• 가. 푸리에 변환을 이용한 방법...50
• 나. 힐버트 변환을 이용한 방법...51
• 다. 복조기법을 이용한 디지털 신호 처리 방법...56
• 2. 주파수 영역 분석법...56
• 가. 주파수 영역 분석...58
• 3. 백색광 위상 천이법...59
• 가. 3-Bucekt을 이용한 알고리즘...62
• 나. 5-bucket 비선형 적응 알고리즘...63
• 다. 가시도의 변화를 부분영역에서 선형적으로 가정한 7-Bucket 위상천이 벙법...64
• 4. 기존의 알고리즘의 한계 및 새로운 알고리즘의 요구사항...66
• 4 절 가시도 보상 알고리즘...68
• 1. 가시도의 변화 보상...68
• 2. 비등간격 위상천이 알고리즘을 이용한 위상계산...70
• 3. 간섭무늬 차수 결정...74
• 5 절 실험...78
• 1. 측정에 사용된 단차시편과 단차의 정의...78
• 2. 단차시편과 거울면의 측정결과...78
• 6 절 결론...87
• 제 3 장 스티칭을 이용한 극초정밀 삼차원 측정 기술...88
• 1 절 서론...88
• 1. 극초정밀 삼차원 측정기술의 필요성...88
• 2. 스티칭기법에 의한 영역확장의 필요성...89
• 3. 연구현황...90
• 4. 연구내용...91
• 2 절 광간섭 프로브를 이용한 삼차원 측정시스템...96
• 1. 측정시스템의 구성...96
• 2. 대영역 측정 시 발생하는 오차요인...98
• 가. 측정에서의 오차요인...98
• 나. 다중측정에서의 오차요인...99
• 3 절 스티칭기법에 의한 측정영역 확장...111
• 1. 문제의 정의...111
• 2. 두 측정뷰에서의 보상...112
• 3. 다수 측정뷰에서의 보상...115
• 4 절 실험 결과 및 고찰...119
• 1. 모의실험 조건...119
• 2. 겹치는 영역에 대한 스티칭결과의 영향 분석...119
• 3. 오차량에 대한 스티칭 결과의 영향 분석...120
• 4. 픽셀 맞춤에 의한 영향분석...120
• 5. 다중면 측정...121
• 6. 측정 실제 예제...122
• 5 절 데이터 정합...140
• 1. 최소대응점 반복 연산법...140
• 2. 탐색을 통한 데이터 정합...142
• 3. 측정결과의 적용...144
• 6 절 결론...149
• 제 4 장 Ronchi 간섭계를 이용한 비구면 형상 측정...151
• 1 절 서론...151
• 1. 연구배경...151
• 2. 연구현황...154
• 3. 연구목표...160
• 2 절 일반화된 론끼법...161
• 1. 점광원과 자유공간 : Fresnel approximation...161
• 2. 정현파 회절격자...165
• 3. 결상광학계...168
• 4. 영상면에서의 진폭분포 : i(x,y)...168
• 3 절 간섭무늬의 해석...176
• 1. 위상천이법...176
• 2. 측정파면과 표면형상...180
• 3. 파면수차와 표면형상...183
• 가. 모드함수법(Modal method)...184
• 나. 시뮬레이션...187
• 4. 보정방법...191
• 4 절 실험장치의 구성 및 실험결과...194
• 1. 실험장치...194
• 2. 실험결과...197
• 가. 측정성능...197
• 5 절 결론...205
• 제 5 장 정사면체 구조를 이용한 초정밀 삼차원 측정기의 구조설계...206
• 1 절 서론...206
• 1. 연구동기...206
• 2. 문제제기...207
• 3. 연구현황...209
• 4. 연구내용...210
• 2 절 개념 설계...212
• 1. 정사면체 구조의 개념...212
• 2. 정사면체 구조의 개념 설계...214
• 3 절 마그네틱 소켓의 설계...216
• 1. 베이스 볼과 마그네틱 소켓...216
• 2. 마그네틱 소켓의 설계...217
• 4 절 볼의 설계...220
• 1. 구형 볼의 설계...220
• 2. 공동형(空洞形)구의 설계...222
• 5 절 관형 축의 설계...225
• 1. 관형 축과 감쇄기의 조합...225
• 2. 감쇄성을 갖는 관형 축의 설계...226
• 6 절 볼과 축 사이의 연결부위 설계...228
• 1. 베이스 볼과 관형 축사이의 연결부위 설계...228
• 2. 베이스 볼과 환형 축사이의 연결부위 설계...229
• 7 절 정사면체 구조의 설계 예제...231
• 8 절 결론 및 향후계획...233
• 제 6 장 초정밀 삼차원측정기용 레이저 간섭계에 대한 연구...235
• 1 절 서론...235
• 1. 연구의 배경 및 필요성...235
• 2. 연구 현황...235
• 가. 레이저의 주파수 안정화 연구 방향...235
• 나. 측정 불확도의 감소 방법 및 오차 요인 분석, 보상 연구분야...236
• 다. 위상 측정 방법 연구분야...236
• 라. Integrated optics를 이용한 소형화, 간편화...236
• 3. 연구의 내용과 목표...236
• 2 절 레이저 간섭계의 원리...237
• 3 절 레이저 간섭계 설계 및 제작...240
• 1. 레이저 광원...240
• 2. 광학계 구조...240
• 3. 위상측정회로의 구성...241
• 4 절 실험 및 측정결과...244
• 1. 실험장치 구성...244
• 2. 측정 결과...244
• 3. 오차 분석...244
• 5 절 결론 및 향후 과제...245
• 1. 결론...245
• 2. 향후과제...246
• 제 7 장 현장에서의 정밀스테이지 평면거울 직각도 오차측정...261
• 1 절 서론...261
• 2 절 스테이지 오차 성분...262
• 3 절 반전법에 의한 직각도 오차 측정...264
• 4 절 Cross Correlation...266
• 5 절 측정 불확도 계산...267
• 6 절 결과...269
• 제 8 장 대영역 표면 측정에 의한 정밀가공기 진단...271
• 1 절 서론...271
• 1. 연구의 배경...271
• 2. 연구의 목적과 범위...278
• 2 절 공학 표면 생성 모델링...282
• 1. 개요...282
• 2. 표면 생성 모델 및 고찰...286
• 3 절 대영역 공학 표면의 측정 및 분석...301
• 1. 초정밀 삼차원 측정 시스템...301
• 2. $\gamma-\theta$ 좌표계 변환...301
• 3. 웨이브펫 변환 해석...303
• 4. 실험 결과 및 고찰...307
• 4 절 결론 및 향후 계획...329
• 제 9 장 결론...330
• 1. 내용 요약...330
• 2. 연구개발 목표 달성도...330
• 3. 기술 발전의 기여도...334
• 4. 연구개발 결과의 활용계획...336
• 참고 문헌...338