다축 구동기구의 위치결정오차 평가

Abstract

다축 구동기구에는 다양한 오차원인들의 영향으로 인한 위치결정오차가 존재하며, 위치결정오차는 구동기구의 위치결정 정확도에 영향을 미치게 되어 제조장비의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 위치결정오차를 감소시키기 위한 보정 및 교정 기술은 매우 중요하다. 초정밀 구동기구가 온도, 습도, 진동 등이 정밀하게 제어되고 감시되는 환경에서의 특별한 적용을 위해 사용되고 있는 것에 반해, 정밀구동기구는 일반적인 산업분야에서 매우 널리 사용되고 있다. 종래에 레이저간섭계를 이용한 위치결정오차 평가기술이 널리 사용되어 왔다. 그러나 레이저간섭계가 매우 고가이고 레이저간섭계의 측정 결과는 환경조건에 매우 민감하게 반응하기 때문에 측정 정확도와 신뢰도를 보장하기 위해서는 측정환경은 엄밀하게 제어되고 감시되어야만 한다. 따라서 레이저간섭계를 이용한 평가기술은 고정밀 구동기구를 위하여 유용하게 사용될 수 있을지라도, 가격과 현장적용성 면에서 정밀급 구동기구의 위치결정오차를 평가하기 위한 유용한 방법이라 생각되지 않는다. 또한 위치결정오차는 3차원 공간에서 공칭 구동 위치와 실제 구동위치의 차이이기 때문에, 위치결정오차를 평가하는 가장 정확한 방법은 구동기구의 엔드포인트를 직접측정하고 측정데이터를 이용하여 위치결정오차를 보정하는 것이다. 그러나 이 방법은 3차원 좌표정보를 제공하는 측정시스템의 평가공간의 제약으로 인하여 작은 작업공간을 가지는 소형구동기구에는 효율적으로 적용 될 수 있지만 평가공간보다 상대적으로 큰 작업공간을 가지는 대형구동기구에는 적용될 수 없다. 대형구동기구의 위치결정오차는 기하학적오차를 이용한 오차합성법에 기반하여 평가될 수 있다. 따라서 기하학적 오차의 정량적인 평가는 간접적 평가법에 기반하여 위치결정오차를 평가하기 위한 핵심 요소이며, 그를 위한 측정 기술은 매우 중요하다. 본 논문에서는 작업공간의 크기에 따라서 효율적으로 적용될 수 있는 정밀급 다축 구동기구를 위한 위치결정오차 평가법이 제안되고, 평가법의 성능이 모사실험을 이용하여 평가되었다. 또한 제안된 평가방법에 유용하게 적용될 수 있는 측정시스템이 개발되었으며, 그의 성능이 실험적으로 검사되었다. 또한 개발된 측정시스템의 사용에 대한 위치결정오차 추정정확도가 모사실험을 통하여 평가되었다.