폴리메틸메타클릴레이트(PMMA)는 광 관련 부품제조에 있어 중요한 재료로 많이 사용되고 있다. 특히 TV, 모니터, 휴대폰 등에 쓰이고 있는 디스플레이의 도광판(Light Guide Panel)에 적용되고 있어 현재까지는 매우 큰 상업적인 수요가 있다. PMMA 도광판의 가공은 일반적으로 고속밀링에 의해 이루어지는데 부품에 대한 높은 정밀도 요구특성에도 불구하고 가공표면의 굴곡, 균열 등에 대한 불량이 적지 않게 발생하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 PMMA 진동을 부가하는 고속선삭의 적용이 시도되었으며 절삭공구에 진동을 부가하기 위한 장치와 최적 조건이 조사되었다. 도광판용 PMMA의 진동절삭은 일반적인 밀링가공법에 비해 절삭력의 현저한 감소, 열변형영역의 축소 등을 유도하였다. 가공면에 있어서는 가공방법이 엔드 밀링에서 단인공구를 사용하는 선삭으로 변경되었음에도 불구하고 진동절삭법에 의해 가공표면의 균일성이 크게 향상되어 가공면의 표준편차 1.0{}6.0{}m, 평균거칠기 0.3{}m가 달성되었다. PMMA (Polymethyle-methacrylate) 광학 부품은 최근 고정밀 장비의 중요한 부품들 중 하나로서 점점 더 많이 사용되고 있다. 본 연구는 엔드 밀링, 고속 성형, 그리고 진동 보조 고속 성형을 통해 LGP(Light Guide Panel)의 빛 입사면인 LIP(Light Incident Plane)에 대해 표면 준비를 비교하였다. 여러 실험을 통해, 고속 성형에서는 표면 품질이 향상되었으며 진동 보조 HSS는 물결무늬(waviness)와 파손의 감소뿐만 아니라 직진성(straightness) 특성을 향상시키는 것으로 나타났다. 고속 성형과 진동 보조 HSS를 적용하기 위해 추가적인 툴 포스트(tool post)를 개발하였고 이를 실험적으로 사용하였다.

오늘날 작업능률 및 운용효율의 향상을 위해 장비의 대형화 추세가 진행되고 있으나, 이와 더불어 사고 발생 시에는 많은 인명 피해와 함께 크나큰 경제적인 손실을 초래하게 되어 대형장비의 안전성 문제에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다. 대형구조물의 안전성 감시를 위해 외부의 부하에 따른 구조물의 변형은 스트레인 게이지로, 순간적인 충격에 의한 진동은 가속도 센서를 이용한다. 본 연구에서는 고분자 압전 필름센서인 PVDF(PolyVinyliDene Fluoride)를 이용하여 구조물의 변형에 대한 측정뿐만 아니라 충격에 대해서도 민감하게 반응하여 하나의 센서로 부하와 충격을 모두 검출함으로써 산업적 효율성과 실효성 향상을 도모하였다. 개발된 센서는 스트레인 게이지의 출력값에 대해 14% 이내의 오차를 나타내고, 가속도 센서와는 충격에 대해 동일한 패턴의 충격 신호를 나타내었다. 외부 과부하 또는 충격은 대규모 구조물의 안전성에 영향을 미치는 중요한 요인이다. 본 논문의 제안은 단일 PVDF 필름 센서를 이용하여 과부하와 임펄스를 동시에 검출하는 시스템을 개발하는 것이다. 대형구조물에서 하중은 구조물을 변형시키고, 임펄스는 구조물에 진동을 유발한다. 일반적으로 저주파 변형 또는 구조물의 굽힘은 스트레인 게이지로 측정하고, 고주파 진동은 가속도계로 검출한다. 반면, 변형과 진동을 모두 검출할 수 있는 단일 센서는 아직 개발되지 않았다. 본 연구에서는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 필름 센서, 증폭기, 소프트웨어를 통합한 검출 시스템을 개발하여 단일 센서를 통해 변형과 충격을 모니터링하고자 하였다. 이 시스템은 과부하와 임펄스를 검출할 수 있는 가능성으로 검증되었으며, PVDF의 두 가지 필터링된 신호를 기존 스트레인 게이지 및 가속도 센서와 비교하였다.

온라인을 기반한 제품의 구매가 활성화 됨에 따라, 소비자들은 제품 디자인에 대한 사실적이고 정확한 디지털 정보를 요구하는 수준이 증가하고 있다. 본 논문에서는 3차원 스캐너로 얻은 3차원 형상과 그에 대응하는 사진 이미지를 이용하여 실제 제품의 사실적인 3차원 모델을 생성할 수 있는 실용적인 방법을 제안한다. 이미지를 3차원 형상에 정합시키기 위해서는 카메라의 초점거리, CCD 스캐닝 종횡비, 그리고 카메라 좌표계와 3차원 물체 좌표계 사이의 변환행렬을 결정해야 한다. 계산 복잡도를 고려하여 이러한 2D-3D 정합을 수행하기 위해, 카메라 보정, 임시 최적 이동 벡터(TOTV)의 결정, 그리고 세 회전 각에 대한 비선형 최적화를 포함하는 3단계 방법을 적용한다. 제안하는 방법의 유효성을 입증하기 위해, 3차원 컬러 스캐너로는 색 외관을 거의 획득할 수 없는 금속 코팅 산업 부품에 대한 사례 연구를 수행하였다.

평면 디스플레이에서 광학적 기능을 수행하는 홈과 렌즈와 같은 미세 특징은, 광학 성능과 직접적으로 관련되므로 양호한 형상 정확도로 제조되어야 한다. 디스플레이의 크기가 커질수록, 대면적 플레이트의 휨(waviness)과 같은 내재적 기하학적 오차 때문에 높은 상대 정확도를 유지하는 것이 매우 어렵다. 본 논문에서는 이러한 기하학적 오차가 광학적 효과에 미치는 영향을 조사하고, 그와 같은 기하학적 오차를 라인 상에서 측정 및 보상하기 위한 표면 기준(surface-referenced) 마이크로 홈가공을 제안하여 마이크로 홈의 형상 정확도를 향상시키고자 한다. 기준이 되는 휜 표면에 대해 홈 깊이를 균일하게 유지하기 위해, 공구 홀더(tool holder)에 PZT 기반의 고속 심도 조정 서보 시스템을 구현하였다. 실험을 통해 제안된 방법이 휜 다이(die) 표면에서 고품질 마이크로 홈을 생산하는 효율적인 방법임이 입증되었다.

정렬 시스템(Alignment System)은 다축의 스테이지를 이용하여 신속하게 물체를 정렬오차 범위 내로 위치결정시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 병렬구조로 설계하여 두께가 얇고 높은 정밀도와 더불어 강성이 높은 XY$\theta$ 정렬 스테이지를 개발하였다. 개발된 박형 병렬구조 XY$\theta$정렬 스테이지는 직각도, 반복정밀도, 진직도 등의 3가지 측정항목에 대해 초정밀급을 달성하였으며 반복정밀도는 $1\mu m$미만이다. 비전시스템 및 정렬알고리즘을 활용한 정렬성능 평가에서는 정렬오차 $\pm 6.25\mu m$를 달성하였다. LCD, PDP 및 MLCC와 같은 적층 다층 어셈블리의 수직 배치를 결정하기 위해 다축 운동을 갖는 정렬 시스템이 적용된다. 본 연구에서는 박형 타입 구조와 병렬 구동을 갖도록 설계된 XY$\theta$ 정렬 스테이지의 개발을 보고한다. 박형 병렬 XY$\theta$ 정렬 스테이지는 반복정밀도 오차를 $1\mu m$ 미만으로 유지한다. 또한 직각도와 진직도는 개발된 스테이지에 의한 정렬을 정밀하게 가능하게 한다. 측정된 오차는 병렬 XY$\theta$ 정렬 스테이지에서 비전 시스템을 이용한 정렬 실험에서 $\pm 6.25\mu m$이다.

마이크로 방전가공은 활용도가 높은 미세가공기술이지만 가공깊이가 증가하면 방전가공 시에 발생하는 가공부산물인 데브리(debris)로 인해 공구 전극과 공작물이 단락되어 방전의 진행이 힘들고 극심한 전극마모가 발생한다. 이를 극복하기 위하여 공구 전극이나 공작물에 진동을 부가하는 진동 플러싱 기술이 개발되었으나 기존의 진동 플러싱 연구는 피에조 액츄에이터를 적용하여 높은 진동수를 발생시키는 것에만 집중하였다. 본 연구에서는 경제적이면서도 유사한 효과를 얻을 수 있는 솔레노이드를 이용한 진동 플러싱을 제안한다. 솔레노이드를 이용한 진동 플러싱은 피에조 액츄에이터를 이용하는 것에 비해 큰 진폭을 얻을 수 있으며 진동수에 대해 독립적으로 설정하는 것이 용이하다. 가공 실험을 통해 솔레노이드를 이용하여 낮은 진동 주파수에서 큰 진폭으로 진동 플러싱하는 방법이 고주파진동 플러싱과 비교하여 경제적이며 충분한 적용효과를 발휘할 수 있음을 확인하였다. Micro EDM(Electric Discharge Machining)은 높은 절삭력의 문제 없이 미세 구조를 가공할 수 있는 가장 강력한 기술 중 하나이다. 그러나 깊은 홀이나 포켓을 가공하는 경우에는, 전기 방전으로 인해 생성되는 데브리(debris)가 전극과 공작물 재료 사이에 단락을 유발하는 일이 빈번하여 해당 부위에서 중요한 결함이 발생한다. 진동 플러싱은 깊고 막힌 영역에서 EDM 유체의 동적 흐름을 통해 바람직하지 않은 현상을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 솔레노이드를 이용한 진동 플러싱을 제안하였으며, 그 결과는 피에조 액츄에이터를 사용하는 기존의 고주파 진동 플러싱 방식과 비교하여, 낮은 주파수에서 큰 진폭을 통해 현저한 EDM 효율을 유도할 수 있음을 보여준다.

갠트리 로더(Gantry loader)는 생산설비 자동화의 물류이송에서 중요한 역할을 하고 있다. 최근 물류 반송거리가 확대되면서 이동반(Carrier)과 제어반(Controller)의 유선연결로 갠트리 운동의 장해, 주기적 유지보수로 인한 시간 지연 등이 문제점으로 대두되고 있다. 본 연구에서는 이동반과 제어반의 연결을 무선화 하여 생산효율을 향상시키고자 갠트리 로더의 기구부를 트롤리 바(Trolley Bar)를 사용하여 개선하고 무선통신 시스템과 모션 제어기 및 제어 프로그램을 제작하여 무선 갠트리 로더 시스템을 개발하였으며 유선 갠트리 시스템과의 비교 평가를 통해 정밀도와 안정성을 확인하였다. 또한 갠트리 로더(갠트리 로봇)는 2개 이상 선형 운동을 갖는 카르테시안 좌표 로봇의 한 종류이다. 기존의 갠트리 시스템은 전력 및 신호 케이블을 보호하기 위한 케이블베이어(cableveyor)를 사용하지만, 케이블베이어는 노후에 따른 잦은 수리로 인해 작업 지연을 초래한다. 본 연구는 무선 갠트리 로더가 동력 전달을 위한 전원 라인 또는 모션 제어를 위한 신호 케이블 없이도 구동 가능함을 보고한다. 무선 갠트리 로더는 피로로 인한 배선 파손 감소를 통해 유지보수의 편의성과 안정적인 생산성을 가능하게 한다. 개발된 로더 시스템은 PC 기반 모션 제어기로 제어되며, 무선 LAN 장치를 통해 통신한다. 전원원으로부터 로더 시스템까지의 배선은 이동 빔(traveling beam) 위에 트롤리 바(trolley bar)를 부착함으로써 대체하였다. 로더 시스템은 고속 및 고재현성으로 이동하도록 설계되었으며, PC 기반 제어기에서 모니터링 시스템을 통해 모션을 연속적으로 관찰하였다. 이송 및 적재 축의 최대 속도와 재현성은 각각 200 m/min, 60 mm 및 100 m/min, 40 mm이다.

기능이 극대화된 초소형 전자기기를 제조하기 위해 사용되는 적층형 소자들 중, 적층 세라믹 콘덴서(MLCC: Multi Layer Ceramic Capacitor)는 휴대전화, 노트북 등에 전자회로의 평활, 안정화, 노이즈 제거, 커플링 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 적층형 세라믹 콘덴서는 생산과정에서 압축소결된 미세 다층구조의 적층형 소자 바(bar)를 하나 하나의 칩으로 절단하여야 한다. 현재 적용되고 있는 cutting, dicing 등의 방법을 대신하여 수율의 향상을 도모하기 위해 진동절삭법을 적용하여 그 특성을 조사하였다. 유연 힌지구조를 이용한 진동 절단 구조를 설계하고 해석하여 적층형 세라믹 콘덴서의 절단에 알맞은 진동절단기구를 제안한다. 또한, 설계결과를 바탕으로 제작된 진동절단 기구의 절단가공 특성을 조사하여 기존 절단법과의 성능비교를 통해 힌지 구조를 이용한 진동 절단의 타당성을 검증하였다. 정보기술의 급속한 발전은 소형이면서도 고성능인 기기를 요구한다. 서로 다른 기능을 갖는 통합 다층 전자 부품은 이러한 초소형 기기들이 다양한 성능과 강력한 기능을 지니도록 한다. 대량 생산에서는 다층 전자 부품을 생산성을 높이기 위해 다수의 부품이 포함된 벌크(bulk) 형태로 제조한다. 그러나 이는 벌크 요소를 각각의 부품으로 분리하기 위한 절단 공정에서 전자 부품이 손상될 수 있음을 의미한다. 따라서 다층 전자 부품 벌크의 절단 성능은 생산 효율 관점에서 중요한 역할을 한다. 본 연구는 다층 전자 부품의 절단 특성에 초점을 맞춘다. 효율을 높이기 위해 진동 절단 방법을 블레이드 절단기(blade cutting machine)에 적용하였다. 가공 효율을 높이기 위해 변위 증폭의 물리적 증폭기(physical amplifier)인 유연 힌지(flexure hinge) 구조를 진동 절단 장치에 부착하였다. 유연 힌지의 거동은 라그랑주(Lagrange) 방정식으로 모델링하고 유한요소법(FEM)으로 시뮬레이션하였다. 힌지 구조의 성능은 특정 진동 모드에 맞게 튜닝(tune)하기 위해 힌지 구조에 대해 실험적 모달 해석(EMA: experimental modal analysis)으로 검증하였다. 제안된 진동 절단 모듈을 사용하여 다층 전자 부품의 절단 실험을 수행하였고, 절단 특성을 분석하였다.

기능이 극대화된 초소형 전자기기를 제조하기 위해 사용되는 적층형 소자들 중, 적층 세라믹 콘덴서(MLCC: Multi Layer Ceramic Capacitor)는 휴대전화, 노트북 등에 전자회로의 평활, 안정화, 노이즈 제거, 커플링 등 다양한 용 도로 사용되고 있다. 적층형 세라믹 콘덴서는 생산과정에서 압축소결된 미세 다층구조의 적층형 소자 바(bar)를 하나 하나의 칩으로 절단하여야 한다. 현재 적용되고 있는 cutting, dicing 등의 방법을 대신하여 수율의 향상을 도모하기 위해 진동절삭법을 적용하여 그 특성을 조사하였다. 유연 힌지구조를 이용한 진동 절단 구조를 설계하고 해석하여 적 층형 세라믹 콘덴서의 절단에 알맞은 진동절단기구를 제안한다. 또한, 설계결과를 바탕으로 제작된 진동절단 기구의 절단가공 특성을 조사하여 기존 절단법과의 성능비교를 통해 힌지 구조를 이용한 진동 절단의 타당성을 검증하였다.