초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구목표는 초정밀가공기(UPCU) 와 ECTS(Error Compensation Tool Servo 힌지구조의 툴홀더서보)의 개발연구와 나노가공기술 개발을 통해 가공법에 대한 응용연구를 수행하여 공작기계 자체의 진동에러, 스핀들축의 진직도 · 진각도에러 및 축이송 중에 발생하는 rolling · yowing에러를 보상하는 ECTS(X·Y·Z에러보상 툴홀더)를 개발한다. 레이저 계측제어기술 및 PZT와 결합된 힌지구조의 ECTS(X·Y·Z에러보상 툴홀더)를 이용하여 초정밀급 스테이지 조동 이송 시 10n

연구의 목적 및 내용
본 연구목표는 초정밀가공기(UPCU) 와 ECTS(Error Compensation Tool Servo 힌지구조의 툴홀더서보)의 개발연구와 나노가공기술 개발을 통해 가공법에 대한 응용연구를 수행하여 공작기계 자체의 진동에러, 스핀들축의 진직도 · 진각도에러 및 축이송 중에 발생하는 rolling · yowing에러를 보상하는 ECTS(X·Y·Z에러보상 툴홀더)를 개발한다. 레이저 계측제어기술 및 PZT와 결합된 힌지구조의 ECTS(X·Y·Z에러보상 툴홀더)를 이용하여 초정밀급 스테이지 조동 이송 시 10nm단위급 초정밀이송 및 나노가공기술을 개발하여 해외에 의존하고 있는 광산업의 핵심부품인 반사경, 비구면렌즈, 기타 광통신매체의 정밀부품 가공을 구현 할 수 있는 초정밀 가공기술을 개발 할 것이다.
연구결과
1차년도에는 조동스테이지의 설계 및 힌지구조의 Error보상Tool홀더를 개발한다. Error보상Tool홀더를 임의로 ECTS(Error Compensation Tool Servo)로 정하였으며 그 개념은 조동스테이지 Base부에 ECTS를 마운트 시키고 Renishaw사의 Laser encoder(RLE10)의 Probe를 ECTS스테이지위에 Mount 시킬 것이며 피측정물인Plane Mirror를 고정부로 축방향과 진직도 · 진각도가 되게 베드위에 고정 시킬 것이다. 이렇게 Probe가 장착된 ECTS스테이지는 X축 방향으로 긴 스트로크(100mm) 이송시 피측정물인 Plane Mirror를 계측하여 error값을 보상하여 초정밀 이송이 가능하게 된다.
2차년도 연구의 초점은 초정밀가공에 있어서 가공정도에 가장 큰 영향을 주는 요인인 스핀들의 축방향 회전오차와 열팽창, x축 가이드웨이의 진직도 오차를 보상하는 것이다. 스핀들의 축방향오차는 스핀들축에 Probe(capacitive type sensor)로 탐침하여 오차를 계측하고 이 Error값을 Capacitive Encoder 및 압전엑추에이터 구동방식으로 설계할 PMMS(Plane Mirror Mount Servo)주축에러보상용 서보기구를 이용하여 주축의 진직도 오차를 보상할 것이다. 위의 PMMS(Plane Mirror Mount Servo)는 ECTS(Error Compensation Tool Servo)의 피측정물로 PMMS가 보상한 에러를 다시 ECTS가 보상하므로 초정밀가공을 할 수 있는 베이스를 만들어 줄 것이다.
3차년도에는 초정밀 위치결정/가공성능의 향상 및 신뢰성 확보를 위한 외부공기 및 진동 차폐 메카니즘을 개발하여, 초정밀 가공 중 공구와 가공소재의 절삭조건에 대한 최적화 데이터 산출을 목표로 한다.
연구결과의 활용계획
① 미세가공분야에 적합한 위치결정기구의 설계 기술력 확보
② 나노계측의 기반기술 확보
③ 액츄에이터 제작 및 활용기술과 정밀조립 및 설계기술의 향상도모
④ 비구면 가공기술의 정립
⑤ 기타 초정밀 장비의 응용 가능성 확인
⑥ 미세 과학기술 분야 및 우주과학분야, 의료과학 분야등의 활용성 증대
⑦ 거의 모든 부분의 첨단 과학지능기계기술분야에서 막대한 수입 대체 효과
⑧ 국내 공작기계 및 초정밀 가공 분야와 자동화기기분야의 기술개발 촉진 및 활성화에 기여

Abstract ▼

Purpose& contents
This plan will be presented for Ultra Precision cutting Unit(UPCU) and form of ECTS(Error Compensation Tool Servo). It's achieve applications study about processing-law through nano cutting technology. Ultra precision transfer is available because remove the rolling·yawing error

Purpose& contents
This plan will be presented for Ultra Precision cutting Unit(UPCU) and form of ECTS(Error Compensation Tool Servo). It's achieve applications study about processing-law through nano cutting technology. Ultra precision transfer is available because remove the rolling·yawing error(vibration-error of the Precision machine tool, a straightness and right angle error of spindle shaft) by the ECTS that is hinge-structure that is combined by laser measurement technology and PZT. If the ECTS of UPCU is compensated for all errors of machine, components(reflector, aspherics and Other precision parts) of optical electronics industry parts depended on the foreign countries will be materialized to Ultra precision cutting.
Result
The first year, the design of the large motion stage and ECTS(Error Compensation Tool Servo) be developed. ECTS is error compensation stage.
This concept, ECTS is mounted on the top of the large motion stage and probes is mounted on the top of ECTS stage. The measured target(Plane Mirror) is fixed on the top of the bed and adjusted at a right angle and Straightness. When transfers stroke (100mm) to X axis direction the target of Plane Mirror measured by the ECTS with a built-in Probes. Therefore, ECTS is compensated for errors of the UPCU and transferred correctly. On the second years, Focus of research compensates axis turning error and thermal expansion of spindle, straightness error of x-axis guideway etc. that is factor that cause the biggest effect in degree of precision in super precision processing. Axis error of spindle shaft is probed and measured by capacitive type sensor in spindle axis. This Error value may compensate straightness error of main axis using PMMS(Plane Mirror Mount Servo) to design by Capacitive Encoder and PZT(Piezo Actuator) method. Above, PMMS (Plane Mirror Mount Servo) is measured target of ECTS (Error Compensation Tl Servo). This may make base that can do Ultra precision cutting because ECTS compensates error that PMMS compensates again. The last years, We will develop into shielding mechanism of outside air for elevation and reliability of processing performance. When ultraprecision cutting, Data is calculated for optimization data of cutting-condition
Expected Contribution
① Design technique collection of positioning mechanism that is suitable in fine processing field
② Preliminary Research acquisition of nano-measure technique
③ Elevation planning of actuator manufacture and a practical use technology and accuracy assembly and a design technology
④ Definition of an aspheric cutting technology
⑤ Application possibility confirmation of other ultraprecision equipment
⑥ A lot of generality of Micro science and technology sector and space science, medical science
⑦ Almost of the advanced science and technology in the field of machine intelligence having a large important effect.
⑧ Domestic machine tool and ultraprecision processing field and automation device minute of technical development promoting of technical development, domestic machine tool, ultraprecision processing field and automation device.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 104
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 105
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 108
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 111
• 8. 참고문헌 ... 112
• 9. 연구성과 ... 113
• 10. 기타사항 ... 119