초록 ▼

수정가공알고리즘에 의한 운동정밀도 향상기술 세계 최초 제안 및 실용화
- 알고리즘의 CUI S/W화 개발 완료
다공질 공기베어링의 국내 최초 실용화 개발
- carbon graphite다공질재료를 이용한 공기베어링의 설계S/W개발 완료
- 1축 초정밀 공기stage의 시작품개발 완료(배기진동 ±2nm이내, 이송분해능 10nm)
ceramic 공기베어링stage의 국내 최초 실용화 개발
- 볼스크류 구동형 ceramics 공기stage의 제작/조립기술 국산화 개발 완료
공기/유정압stage의 최적

수정가공알고리즘에 의한 운동정밀도 향상기술 세계 최초 제안 및 실용화
- 알고리즘의 CUI S/W화 개발 완료
다공질 공기베어링의 국내 최초 실용화 개발
- carbon graphite다공질재료를 이용한 공기베어링의 설계S/W개발 완료
- 1축 초정밀 공기stage의 시작품개발 완료(배기진동 ±2nm이내, 이송분해능 10nm)
ceramic 공기베어링stage의 국내 최초 실용화 개발
- 볼스크류 구동형 ceramics 공기stage의 제작/조립기술 국산화 개발 완료
공기/유정압stage의 최적 성능설계기술 개발
- 최대강성을 목적함수로 하는 유정압stage의 CUI S/W개발 완료
- pneumatic hammer억제와 최대강성을 고려한 다공질 공기stage의 GUI S/W개발 완료
공기/유정압stage의 운동정밀도 해석
- 전달함수를 이용하여 전체 모델에 대한 계산없이도 신속히 운동정밀도를 예측할 수 있는 유정압 stage의 운동정밀도 해석 S/W개발 및 이론적, 실험적 검증 완료
- 전달함수를 이용한 다공질 공기 stage의 운동정밀도 해석 S/W개발 및 이론적 검증 완료
서브미크론 가공정밀도 측정/분석기술
- 능동제어모세관을 이용하여 probe이송용 유정압테이블의 운동오차를 보정한 결과 직선운동오차 0.12㎛, 각운동오차 0.2arcsec를 얻음
- 연삭면에 대해 측정한 결과를 straight-edge 및 반전법을 이용한 측정결과와 비교하였으며 0.03㎛/250mm의 측정정밀도를 확인
나노미터 운동정밀도 측정/분석기술
- 20℃±0.5℃의 항온실에서 레이저간섭계의 위치결정정밀도 측정특성을 분석한 결과, 레이저의 온도변화에 따른 굴절율 변화로 최대 0.10-0.15um(2o)의 반복오차를 갖게 됨을 확인.
- Edlen의 보정식을 이용하여 은도변화에 따른 오차를 보정한 결과, 측정간의 반복오차가 최대 0.05㎛(2o)까지 향상됨

Abstract ▼

Ultra-precision positioning technology is the best technology of current exist positioning technology in respect of resolution, repeatability, positioning accuracy and motion accuracy. It consists of following technologies : precision stage design technology, ultra-precision moving system design tec

Ultra-precision positioning technology is the best technology of current exist positioning technology in respect of resolution, repeatability, positioning accuracy and motion accuracy. It consists of following technologies : precision stage design technology, ultra-precision moving system design technology, ultra-precision system control technology, ultra-precision measurement and compensation technology. In this research, the goal is acquisition of design, measurement and assesment technologies for ultra-precision positioning system.
For achieving the goal, a moving system driven by ball-screw which has 2 nm resolution and 10 m repeatability is manufactured and a moving system driven by linear motor which has 5 m resolution and 20 m repeatability is manufactured.
1. Design technology of air bearing stage is established and static, dynamic characteristics are analyzed by using the technology. Design software with GUI function also developed.
2. A motion error analysis method of hydrostatic table utilizing transfer function is developed and validity and effectiveness of the method are clarified from the results of theoretical and experimental verification.
3. A remachining algorithm of hydrostatic table which calculates the remachining information with no information on rail form error is developed and validity and effectiveness of the method are clarified from the results of theoretical and experimental verification.
4. A measuring device for measurement of submicron order straightness is developed, and it is confirmed that measuring accuracy of the device is 0.030m through the experimental verification.
5. Analyze positioning characteristic of aerostatic stage using compensation of laser interferometer's measuring error, and confirm 0.1Um1200mm measuring repeatability in the aerostatic stage.
6. Precise stiffness modeling of ball screw feed system is executed in consideration of longitudinal and twist direction stiffness. The stiffness weak point in feeding system is estimated for structure modification and high stiffness feeding system.
7. The performance of the precision micro-positioning 4-axis stage using the multiplayer piezoelectric actuators with preload and sensors is presented. The compact design utilizes the monolithic mechanism to achieve the translation in the Z axis and rotation in the θz, θx and θy axes with high stiffness and high damping. Hysteresis, nonlinearity, and drift of the piezoelectric effects are improved by incorporating the sensors in a feedback control. Experiments demonstrate that the micro-positioner is capable of a 2nm resolution over the travel range of 5㎛ in the Z axis, 0.0170ra4 resolution over the 21μra4 in the θz and 0.011μrad resolution over the 13μrad in the θx, θy axes. The cross-axis interference among the axes are at a noise range. The results agree with the predictions by the theoretical models. We expect that this micro-positioning stage be a useful micro-alignment device for various applications.
8. Software of measuring and compensating straightness, squareness, angular error and positioning accuracy is developed. And, proved its usefulness from application to prototype.

목차 Contents

• 제1장 연구개발과제의 개요...19
• 제1절 초정밀위치결정기술의 개요...19
• 제2절 연구개발의 필요성...22
• 제3절 연구개발목표 및 내용...25
• 제2장 국내외 기술개발 현황...27
• 제1절 해외에서의 연구개발 실적...27
• 제2절 국내에서의 연구개발 실적...27
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...29
• 제1절 다공질 공기베어링 stage의 설계기술 개발...29
• 1. 서론...29
• 2. 다공질 공기베어링의 기본특성...30
• 3. 다공질 공기stage의 설계이론...32
• 4. 다공질 공기stage의 특성해석 결과...43
• 5. 다공질 공기stage의 설계 소프트웨어 개발...48
• 6. 결론...49
• 제2절 전달함수를 이용한 정압테이블의 운동정밀도 해석...51
• 1. 서론...51
• 2. 유정압테이블의 모델링...51
• 3. 전달함수법에 의한 운동오차 해석...53
• 4. 전달함수 해석법의 이론적 검증...58
• 5. 실험장치 및 실험방법...67
• 6. 실험결과 및 고찰...72
• 7. 결론...75
• 참고문헌...76
• 제3절 정압테이블의 수정가공알고리즘 개발...77
• 1. 서론...77
• 2. 수정가공 알고리즘의 개요...78
• 3. 역해석법...78
• 4. 수정가공정보의 산출...83
• 5. 수정가공 알고리즘의 이론적 검증...83
• 6. 실험장치 및 실험방법...89
• 7. 알고리즘의 실험적 검증...93
• 8. 결론...99
• 참고문헌...100
• 제4절 서브미크론 가공정밀도 측정기술 개발...101
• 1. 서론...101
• 2. 진직도 측정장치...101
• 3. 프루브이송용 테이블의 운동오차...104
• 4. 측정장치 정밀도의 실험적 검증...106
• 5. 결론...110
• 참고문헌...111
• 제5절 공기stage의 위치결정특성 해석 및 안정화기술 개발...112
• 1. 서론...112
• 2. 실험장치의 구성...112
• 3. 위치결정분석...112
• 4. 레이저간섭계의 측정오차 보정...115
• 5. 굴정율 보정에 의한 반복정밀도...117
• 6. 결론...120
• 참고문헌...120
• 제6절 이송/제어계의 강성 모델링 및 취약부 규명기술...121
• 1. 서론...121
• 2. 축과 비틀림 방향 강성의 상호변환...121
• 3. 축-비틀림 강성의 복합화 및 실예...123
• 4. 볼스크류 이송계의 정강성 및 고유진동수 측정...126
• 5. 결론...127
• 참고문헌...128
• 제 7절 위치결정시스템의 5자유도 운동해석기술 개발...129
• 1 서론...129
• 2. 스테이지의 설계...129
• 3. 이론적 모델링 및 해석...130
• 4. 4축 스테이지의 구성...133
• 5. 4축 스테이지의 평가...135
• 6. 결론...138
• 참고문헌...139
• 제8절 스테이지의 위치결정정도/운동정밀도 평가기술...140
• 1. 진직도 평가기술...140
• 2. 직각도 평가기술...141
• 3. 각운동정도 평가 기술...142
• 4. 위치결정정도 평가/보정 기술...143
• 5. 결론...145
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...146
• 제1절 목표달성도...146
• 제2절 관련분야에의 기여도...147
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...150
• 제6장 참고문헌...151