PZT 액추에이터를 이용한 초정밀 스테이지 설계 및 해석 논문

소개

"PZT 액추에이터를 이용한 초정밀 스테이지 설계 및 해석 논문"에 대한 내용입니다.

목차

제 1 장. 서론

제 2 장. 마이크로 스테이지 설계
2.1 탄성힌지 메커니즘
2.2 PZT 액추에이터 선정
2.2.1 PZT 액추에이터의 Force and Stiffness
2.3 스테이지 본체 설계
2.4 보조 부품 설계
2.4.1 백플레이트
2.4.2 밑판 연결부
2.5 부품 어셈블리
2.6 부품 도면작성

제 3 장. 유한요소해석
3.1 정적해석
3.1.1 재질 변화에 따른 스테이지의 응력 해석
3.1.2 재질 변화에 따른 스테이지의 변위 응답성
3.2 모달해석

제 4 장. 스테이지 제작 및 성능 평가 실험
4.1 마이크로 스테이지 제작
4.2 마이크로 스테이지 성능 평가 실험
4.2.1 성능평가 실험 과정과 장비
4.2.1 성능평가 실험 결과

제 5 장. 결 론

참고문헌

본문내용

본 논문에서는 마이크로미터의 정밀도와 분해능 및 우수한 반복성, 안정성을 갖춘 탄성힌지 및 PZT 액추에이터로 이뤄진 초정밀 스테이지의 개발에 대해 연구하였다. 마이크로 스테이지의 개발을 위하여 탄성힌지 메카니즘에 관한 이론에 대해 공부하고 스테이지를 설계하는데 이를 활용하였다. 또한 PZT 액추에이터를 선정하는데 있어서 액추에이터의 강성(Stiffness)과 차단력(Blocking Force)과 같은 특성을 이해하고 액추에이터와 이송부의 접촉이 스테이지의 운동에 미치는 영향에 대한 이해를 바탕으로 PZT 액추에이터를 선정하였다. Auto Desk사의 설계 소프트웨어 프로그램인 Inventor를 활용하여 탄성힌지 구조의 XY축 구동형 스테이지를 설계하고 정적 및 모달 유한요소해석을 통해 설계된 스테이지의 재질의 변화에 따른 응력과 변위 및 진동 특성을 파악하여 스테이지의 구성 재질을 선정하였고 문제점을 보완, 개선하였다. 해석 결과에서 응력에 대한 안정성, 변위 응답성과 공진 주파수 검토와 같은 설계 목표를 만족하고 제작의 편의성을 고려한 최종 설계를 하였고 최종 설계를 토대로 실제 스테이지를 제작하였다. 또한, 실험을 통해 제작된 스테이지에 대한 성능 평가를 진행하였다. 실험을 위하여 함수 생성기(Function Generator), 오실로스코프(Oscilloscope), 증폭기(Amplifier), 광섬유 변위 측정 센서와 같은 실험 장비에 대한 원리에 대해 이해하고 총체적인 실험 과정을 이해한다. 실험을 통해, 제작된 마이크로 스테이지에 인가전압의 값을 증가시키며 변위 데이터 값을 측정하여 정리하고 도표를 작성하여 스테이지의 변위 응답성능을 확인하고 제작 전의 유한요소해석에서의 값과 비교, 평가하였다.

참고자료

· 김경찬, 김수현, 곽윤근. 초정밀작업을 위한 6자유도 마이크로 스테이지의 개발. 대한기계학회 논문집 A권, Vol. 22, No 2, pp. 372-379. 1998
· 정규원, 반도체 다이 검사를 위한 스테이지 설계, 산업과학기술연구소 논문집, Vol. 21, No. 2, pp. 113-117, 2007
· 김유식, 탄성힌지와 압전소자를 이용한 AFM Scanner용 초정밀 XYZ 스테이지 개발, 서울대학교 대학원 학위논문, pp. 6-9, 2003
· 강중옥, 초정밀 위치결정 시스템의 설계 및 특성 평가에 관한 연구, 금오공과대학교 대학원 학위논문, pp 29-30, 2009
· 김재열, 곽이구, 김항우, 안재신, 김영석, 김기태, 재질 변화에 따른 초정밀가공기용 마이크로 스테이지의 안전성 해석, 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집, pp 199. 2002
· Forces and Stiffness[PI Ceramic]. (2018.11.29.). URL: https://www.piceramic.com/en/piezo-technology/properties-piezo-actuators/forces-stiffnesses/
· 정호제 ,피에조 구동형 정밀 스테이지의 최적화 설계 및 제작, 경성대학교 대학원 학위 논문, pp. 33-34, 2014