정밀 선형 라인프로파일 측정기 적용을 위한 푸리에급수 기반 멀티프로브 오차분리 알고리즘 분석

Abstract

정밀 라인프로파일 측정기술은 제조기술 분야의 핵심 기술인 고정밀 측정 및 구동기술을 기반으로 하는 기술로, 나노 수준의 정밀 가공을 수행하는 초정밀 공작기계, 3 차원 형상측정기를 비롯한 다양한 정밀 부품의 형상측정장비와 반도체 생산 관련 정밀측정장비 등, 거의 모든 정밀가공과 관련된 분야에 필수적으로 적용된다. 이를 위해 라인프로파일 측정에 필수 장치인 정밀 선형이송장치의 성능은 수십 나노 이하 수준의 진직구동성능이 요구되는 동시에 측정범위의 대형화가 요구되고 있다. 하지만 일반적인 라인프로파일 측정장치는 선형이송장치의 미소오차운동이 유입되어 측정결과에 영향을 미친다. 따라서 대측정범위와 고정밀에 대한 요구에 부응하기 위해서는 혼재되어 검출되는 피측정면의 형상정보와 선형구동에 의한 오차운동성분을 효과적으로 분리해내는 기술이 필요하다. 이에 대한 대책인 오차분리기술은 변위 측정값에 존재하는 측정 프로브와 측정면 사이의 다자유도 운동오차와 측정면의 형상오차를 분리하는 기술이다. 선형방향의 멀티프로브 오차분리방법은 데이터처리 방법에 따라 순차계산법, 적분법, 통합법, 주파수법 등이 있다. 이러한 방법 중 주파수 기반의 멀티프로브법은 실시간 측정이 가능한 장점 외에 다른 방법들에 비해 데이터 획득에서 고밀도 및 고주파성분의 데이터 측정이 가능하고, 측정 범위에 따른 초기 설치오차 영향을 무시할 수 있다는 큰 장점이 있지만, 고조파변조현상의 심각한 문제에 의한 오차 때문에 사용이 되지 못했다. 본 연구에서는 고조파 변조현상을 회피 가능한 주파수 기반 멀티프로브법을 제시하고, 적분법 기반 멀티프로브 오차분리기술과 측정데이터 밀도 및 측정 길이에 따른 오차에 의해 영향을 받는 라인프로파일 측정결과와 비교 분석하여 라인 프로파일 측정장비에 적용 가능성을 검토한다.