형상의 이차미분을 이용한 비구면 형상측정기술 개발

김병창(Byoung-Chang Kim) 한국기계가공학회 2011 한국기계가공학회지 Vol.10 No.2

I present a method of aspheric surface profile measurement using 2nd derivative of local area profile. This method is based on the principle of curvature sensor which measures the local 2nd derivative under test along a line. The profile is then reconstructed from the data on the each point. Unlike subaperture-stiching method and slope detection method, 2nd derivative method has strong points from a geometric point of view in measuring the aspheric surface profile. The second derivative terms of surface profile is an intrinsic property of the test piece, which is independent of its position and tip-tilt motion. The curvature is measured at every local area with high accuracy and high lateral resolution by using White-light scanning interferometry.

초정밀 가공용 픽스춰 응력해석

김병창 ( Byoung Chang Kim ),권민철 ( Min Cheol Kwon ) 경남대학교 신소재연구소 2010 신소재연구 Vol.22 No.-

초정밀 공작기계용 새들 가공을 위해서는 재료선정, 가공툴, 픽스춰 등 다양한 요소기술들이 요구된다. 가공 시 특히 새들바디를 고정하는 픽스춰의 응력해석 및 설계는 핵심적인 기술로 여겨진다. 15마이크로 이하의 초정밀 가공을 위해 조건별 픽스춰에 미치는 응력을 해석하고 최적의 픽스춰 모델링 조건을 획득하였다. Precision machines have become more and more complicated as time goes on. For machine to be precision, components consisting the machine should be machined precisely. Especially saddle body is so important one for precision machine. The fixture has to be designed through the stress analysis. This paper showed the optimal condition of fixture using CATIA.

복합가공기용 초정밀급 새들 가공을 위한 최적의 고정구 개발

김병창(Byoung Chang Kim) 한국기계가공학회 2014 한국기계가공학회지 Vol.13 No.3

The increasing level of demand for multi-tasking machines requires a saddle with an ultra-precise machining accuracy level of 15μm, as such a saddle is one of the main components of these machines. The manner of achieving ultra-precise machining accuracy mainly depends on the fixed forces. In this paper, we optimized the number of contact points and the contact positions to reduce the deformation of the saddle while it is machined. The performance levels of the proposed optimal jig and fixture are determined by measuring the flatness, parallelism and perpendicularity of a machined saddle. The machining accuracy is found to be lower than 15μm at all measured points.

멀티레터레이션법을 이용한 절대간섭계의 점광원 위치 결정법

김병창(Byoung-Chang Kim) 제어로봇시스템학회 2006 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.12 No.9

백색광을 이용한 곡률 측정법 개발

김병창(Byoung-Chang Kim) 한국기계가공학회 2008 한국기계가공학회지 Vol.7 No.3

I present a 3-D profiler specially devised for the profile measurement of specular surfaces that requires precision shape accuracy up to a few nanometer. A profile is reconstructed from the curvature of a test part of the surface at several locations along a line. The local curvature data are acquired with White-light Scanning Interferometry. Test measurement proves that the proposed profiler is well suited for the specular surface inspection like precision mirror.

곡률에 근거한 형상 측정기술 개발

김병창,Kim, Byoung-Chang 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.2

광역의 자유곡면 형상을 나노미터 정밀도로 측정하기 위한 새로운 형상 측정법으로서 곡률에 근거한 형상 측정법을 제안한다. 곡률 형상 측정기는 피측정물을 일정간격으로 스캔하는 간섭계로써 각 국부영역의 형상으로부터 곡률을 획득하여, 이로부터 전 영역의 형상을 복원한다. 제안된 곡률 형상 측정기는 비구면 형상 측정을 위해 개발된 보상 광학계(Null optics)나 국부영역의 형상을 측정하고 결합하는 subaperture-slicking 법에 비해 측정 장비로부터 발생하는 시스템 오차를 근본적으로 제거하는 특징을 가진다. $80mm\times80mm\times25mm$ 작동구간을 갖는 Stewart Platform과 상용 트와이만 그린 간섭계를 이용하여 곡률간섭계를 구성하였으며, 자유곡면의 형상측정을 위한 첫 단계로서 잘 알려진 구면형상을 측정하고, 기존 장비의 측정값과 비교한 결과 32 mm영역에서 최대 56 nm의 차를 보임을 확인하였다. I present a novel curvature profilometer devised fur the profile measurement of aspheric and free-form surfaces on the nanometer scale. A profile is reconstructed from measuring the curvature of a test part of the surface at several locations along a line. For profile measurement of free-farm surfaces, methods based on local part curvature sensing have strong appeal. Unlike full-aperture interferometry they do not require customized null optics. The measurement accuracy of the curvature profilometer was assessed by comparison with a well-calibrated interferometer in NIST. Experimental results prove that the maximum discrepancy turns out to be 37 nm on the 28 mm measurement range for the spherical mirror.

형상이차미분을 이용한 자유곡면 형상복원법

김병창,김대욱,김건희,Kim, Byoung Chang,Kim, DaeWook,Kim, GeonHee 한국광학회 2014 한국광학회지 Vol.25 No.5

일련의 국부영역으로부터 이차미분값을 획득하여 전체 형상을 복원하는 측정법을 제안하였다. 측정시 기울기가 제거된 국부형상에 대해 곡률과 이차미분이 동일시 되는 점을 이용하여, 3개의 이차미분값으로부터 직교하는 2방향을 따라 3차원형상을 복원할 수 있는 알고리즘을 구현하였다. 임의로 발생시킨 Zernike다항식의 계수로 자유곡면형상을 생성시키고, 구현된 알고리즘을 적용함으로써 검증과정을 수행하였다. 적용한 결과 최대 0.8 mm Sag를 갖는 직경 200 mm영역의 자유곡면형상에 대해 RMS 19 nm 형상복원오차를 갖고 복원됨을 확인하였다. 측정오차에 대한 복원오차 민감도를 진단하기 위해 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 16의 가우시언 랜덤 노이즈를 부여한 후, 복원되는 형상의 오차를 진단한 결과, 197 nm의 형상복원오차가 발생함을 확인하였다. We present an algorithm for surface reconstruction from the second-derivative data for free-form aspherics, which uses a subaperture scanning system that measures the local surface profile and determines the three second-derivative values at those local sampling points across the free-form surface. The three second-derivative data were integrated to get a map of x- and y-slopes, which went through a second Southwell integration step to reconstruct the surface profile. A synthetic free-form surface 200 mm in diameter was simulated. The simulation results show that the reconstruction error is 19 nm RMS residual difference. Finally, the sensitivity to noise is diagnosed for second-derivative Gaussian random noise with a signal to noise ratio (SNR) of 16, the simulation results proving that the suggested method is robust to noise.

거친 표면 형상측정을 위한 점광원 절대간섭계의 오차해석과 시스템 변수의 보

김병창,김승우,Kim, Byoung-Chang,Kim, Seung-Woo 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.4

An absolute interferometer system with multiple point-sources is devised for tile 3-D measurement of rough surface profiles. The positions of the point sources are determined to be the system parameters that influence the measurement accuracy, so they are calibrated precisely prior to performing actual measurements. For the calibration, a CCD camera composed of a two-dimensional array of photo-detectors was used. Performing optimization of the cost function constructed with phase values measured at each pixel on the CCD camera, the position coordinates of each point source is precisely determined. Measurement results after calibration performed for the warpage inspection of chip scale packages (CSPs) demonstrate that the maximum discrepancy is 9.8 mm with a standard deviation o( 1.5 mm in comparison with the test results obtained by using a Form Taly Surf instrument. 표면거칠기가 큰 가공면의 표면형상을 비접촉 고속 측정 하기 위해 고안된 점광원 절대간섭계는 점광원의 위치가 시스템 변수로 정의된다. 시스템 오차인 점광원의 위치 오차가 측정 결과에 미치는 영향을 분석하며, 이를 보정하기 위해 CCD 카메라를 이용한 보정법을 제안한다. 제안된 방법을 검증하기 위해 기준면을 측정하여 측정 정밀도의 향상을 확인하며, 이를 거친 표면형상의 특징을 가진 칩모듈 측정에 적용하였다. 측정 결과 기존의 촉침식 측정기와 $50mm{\time}50mm$의 영역에서 $9.8{\mu}m$의 측정 차이를 보임을 확인하였다.

거친 가공표면 형상의 고정밀 측정법 개발

김병창(Byoung-Chang Kim),이세한(Se-Han Lee) 한국기계가공학회 2008 한국기계가공학회지 Vol.7 No.1

We present a 3-D profiler specially devised for the profile measurement of rough surfaces that are difficult to be measured with conventional non-contact interferometer. The profiler comprises multiple two-point-diffraction sources made of single-mode optical fibers. Test measurement proves that the proposed profiler is well suited for the warpage inspection of microelectronics components with rough surface, such as unpolished backsides of silicon wafers and plastic molds of integrated-circuit chip package.

연삭가공 중인 피스톤 링 그루브의 실시간 연삭폭 측정법 개발

김병창(Byoung-Chang Kim) 한국기계가공학회 2014 한국기계가공학회지 Vol.13 No.2

A non-contact type measurement system is specially devised to measure the width of a piston ring groove in the grinding process . This system comprises a line camera with an imaging lens, collimated white light source, and a one axis translation stage. When the measurement system movesalong the diagonal direction of the cylinder, the line camera captures an image. By analyzing such images, the width of the piston ring groove can be determined. The experimental results prove that the proposed system is useful, especially as a monitoring system in grinding piston ring grooves on cylinders with accuracy of several micrometers in an area of dozens of millimeters.