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정밀 모션 안내를 위한 정렬형 접힌 빔 유연기구의 강성 해석
안다훈(D. Ahn),윤혜은(H. E. Yun) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
모놀리식 유연기구는 재료의 탄성 변형을 이용하여 조립을 최소화하며 백래시와 마찰이 없다. 이러한 특성은 정밀모션을 부드럽게 안내할 수 있는 가이드 메커니즘에 적합하여 초정밀 위치 결정 스테이지에 모션 가이드로서 널리 사용될 수 있도록 한다. 특히 3 자유도(팁-틸트-피스톤) 면 외 방향 운동의 안내와 더 나은 정밀도를 위해 기생 모션을 제거하기 위한 다수 개의 접힌 빔 유연기구를 대칭적으로 활용하는 구조가 일반적으로 사용되고 있다. 하지만 대칭적인 구조에 의한 기생 모션 감소에도 불구하고 기존의 접힌 빔 유연기구는 회전 중심과 빔이 동일선 상에 정렬되지 않은 구조로 팁-틸트-피스톤 운동 시 빔 사이 간의 거리 등으로 인해 여전히 기생 운동이 유발될 가능성이 있으며 이는 모션 품질을 제한한다. 따라서 기존의 접힌 빔 유연기구의 사용이 고유한 오류 동작을 제공하므로 빔 사이 간격을 최소화하는 새로운 접힌 빔 유연기구로 기생 모션을 감소시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문은 접힌 빔 유연기구를 기반으로 기생 모션을 저감하기 위한 정렬형 접힌 빔 유연기구를 제안한다. 또한 기존의 접힌 빔 유연기구 대비 기생 모션의 저감을 보장하기 위해 유한 요소법을 이용하여 6 자유도 강성을 해석하고 결과를 고찰하였다.
안다훈(D. Ahn) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
자기유변 재료는 외부에서 인가되는 자기장에 의해 재료의 특성이 변화한다. 자기유변 재료 중 하나인 자기유변탄성체는 내부에 마이크로 미터 크기의 자기응답성 입자를 가지고 있어 외부에서 영구자석 또는 전자석을 이용하여 자기장을 인가하면 자기장의 세기에 따라 변하는 강성을 나타낼 수 있다. 이를 능동적으로 이용하여 외부에서 인가하는 자기장을 제어하면 강성 변화를 통한 진동 절연 등에 적용할 수 있다. 본 연구에서는 자기유변 재료의 기계부품화를 위한 기반 연구로서 강성의 조절을 통한 진동 저감에 활용하기 위하여 가변강성 자기유변탄성체 조인트를 제안하고 설계, 제작 및 특성 실험을 수행하였다. 자기유변 재료의 전단강성과 그 가변 정도를 파악하기 위해 천연고무 기지재 기반 자기유변탄성체 시험편을 제작하여 실험하였다. 혼입한 자기 응답성 입자는 입도 및 제조방식을 달리하는 4 종의 철입자를 사용하였으며, 외부 인가 자기장을 변경하며 전단강성 및 자기유변 효과를 측정하였다. 재료 특성 실험에 기반하여 능동적으로 자기장을 조정하기 위해 자기유변탄성체에 직접 밀착되는 전자석의 설계 및 해석을 수행하였다. 전자석 전류 인가에 따른 공진주파수 변화를 실험하여 자기유변탄성체 조인트의 가변강성이 3.67-6.75% 변화하는 것을 검증하였으며 전자석 구동에 따른 열적인 효과를 실험적으로 관찰하였다.