Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.11
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pp.1613-1622
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2010
In this paper, the ultraprecision positioning control of an ultrasonic linear motor in a high-vacuum environment is presented. The bolt-clamped Langivin type transducer (BLT) with the 3rd longitudinal; and 6th lateral vibration modes was developed, which was excited by using the Eigen resonance frequency for two vibration modes in order to generate stable and high power. In practical applications, however, even if a geometrical design has an Eigen frequency, discordance between both mode frequencies can be generated by the contact mechanism and because of manufacturing errors as well as environmental factors. Both mode frequencies were precisely matched by adjusting the impedence. By using this method, the BLT can be driven under any environmental conditions. The nominal characteristic trajectory following(NCTF) control method was adopted to control the positioning of the system in vacuum. The developed linear motor stage show high positioning accuracy with 5 nm.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.7
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pp.233-240
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2003
Recently, the world are preparing for new revolution, called as If (Information Technology), NT (Nano-Technology), and BT (Bio-Technology). NT can be applied to various fields such as semiconductor-micro technology. Ultra precision processing is required for NT in the field of mechanical engineering. Recently, together with radical advancement of electronic and photonics industry, necessity of ultra precision processing is on the increase for the manufacture of various kernel parts. Therefore, in this paper, stability of ultra precision cutting unit is investigated, this unit is the kernel unit in ultra precision processing machine. According to alteration of shape and material about hinge, stability investigation is performed. In this paper, hinge shapes of micro stage in UPCU(Ultra Precision Cutting Unit) are designed as two types, where, hinge shapes are composed of round and rectangularity. Elasticity and strength are analyzed about micro stage, according to hinge shapes, by FE analysis. Micro stage in ultra precision processing machine has to keep hinge shape under cutting condition with 3-component force (cutting component, axial component, radial component) and to reduce modification against cutting force. Then we investigated its elasticity and its strength against these conditions. Material of micro stage is generally used to duralumin with small thermal deformation. But, stability of micro stage is investigated, according to elasticity and strength due to various materials, by FE analysis. Where, Used materials are composed of aluminum of low strength and cooper of medium strength and spring steel of high strength. Through this stability investigation, trial and error is reduced in design and manufacture, at the same time, we are accumulated foundation data for unit control.
Kim Ki-Hyun;Gweon Dae-Gab;Choi Young-Man;Kim Dong-Min;Nam Byoung-Uk;Lee Suk-Won;Lee Moon-Gu
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.5
s.170
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pp.103-112
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2005
This paper presents one-axis high precision scanning system and illustrates the design of modified $X-Y-{\theta}$ stage as a tracker using VCM and commercialized air bearings for it. The scanning system for 100nm resolution is composed of the 3-axis stage and one axis long stroke linear motor stage as a follower. In this study a previous proposed and presented structure of VCM for the fine stage is modified. The tracker has 3 DOF($X-Y-{\theta}$ motions by four VCM actuators which are located on the same plane. So 4 actuating forces are suggested and designed to create least pitch and roll motions. This article will show about the design especially about optimal design. The design focus of this fine stage is to have high acceleration to accomplish high throughput. The optimal design of maximizing acceleration is performed in restrained size. The most sensitive constraint of this optimal design is heat dissipation of coil. There are 5 design variables. Because the relationship between design variables and system parameters are quite complicated, it is very difficult to set design variables manually. Due to it, computer based optimal design procedure using MATLAB is used. Then, this paper also describes the procedures of selecting design variables for the optimal design and a mathematical formulation of the optimization problem. Based on the solution of the optimization problem, the final design of the stage is also presented. The results can be verified by MAXWELL. The designed stage has the acceleration of about 5 $m/s^{2}$ with 40kg total mass including wafer chuck and interferometer mirror. And the temperature of coil is increased $50^{\circ}C$. In addition, the tracker is controlled by high precision controller system with HP interferometer for it and linear scaler for the follower. At that time, the scanning system has high precision resolution about 5nm and scanning resolution about 40nm in 25mm/s constant speed
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.5
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pp.845-851
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2013
In this paper, a robust optimization approach is applied to the two-axes stage using a piezoelectric actuator for precise motion tracking. Robust control is based on LQG/LTR (linear quadratic Gaussian control with loop transfer recovery) control. Further, an LMI (linear matrix inequality) is used to find the optimal parameter in the loop transfer recovery step, instead of a trial and error method. A decoupler in the shape of FIR filter is added to reduce the coupling effect between the motions of the two axes, and hence, the feedback control loop is designed independently for each axis motion. The experimental result shows that the proposed control scheme can be applied effectively for motion control of the two-axes stage.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2002.04a
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pp.422-428
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2002
In this study, actuator, sensor, guide, power transmission element and control method are considered for ultra-precision positioning apparatus. Through previous process, single plane X-Y stage with ultra-precision positioning is manufactured. Global stage for the purpose of materialization with robust system, is combined by using AC servo motor and ball screw and rolling guide. And ultra-precision positioning system is developed by micro stage with elastic hinge type and piezo element. global servo and micro servo for the purpose of materialization positioning accuracy with nm(nanometer) are controlled simultaneously by using incremental encoder and laser interferometer as displacement measurement sensor. Through previous process, ultra-precision positioning system (100mm stroke and ${\pm}$ 10nm positioning accuracy) with single plane X-Y stage are materialized.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.453-458
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2004
A capacitate sensor is a proper device for measuring high small displacement. General design parameters and procedure are discussed and a test sensor was built to have a measuring range of 100$\mu\textrm{m}$ and a sensitivity about 30nm. This sensor has too opposing electrode of comparably large area and has nominal gap distance about 150$\mu\textrm{m}$. So as to achieve a nano order displacement sensitivity, both sensor and target system have to be considered. This is important for the sensitivity can be achieved by minimizing a system total noise level in electronic type sensor application. Typical performance of the developed sensor is demonstrated in precision moving stage having 0.1$\mu\textrm{m}$ moving resolution.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.445-448
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2004
Linear motor is very rapidly substituted for rotary motor and ball screw for precision positioning applications because of its characteristics such as high speed, no backlash and simplicities. A precision positioning system which is composed of linear motion(LM) guide and linear motor is widely used since it has easy controllable property but this system has low accuracy problem caused by friction of the LM guide. In this study, a scanning type XY stage is manufactured and some experiments is performed to improve the accuracy of the stage.
Park, Dae-Kwang;Kwak, Nam-Su;Kwon, Dae-Ju;Kim, Jae-Yeol
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.6
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pp.982-988
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2013
With conventional positioning apparatus, it is very difficult to simultaneously achieve the desired driving range and precision at the sub-micrometer level. Generally, lead screw and friction drive, etc., have been used as servo control systems. These have large driving ranges, and high-speed positioning is feasible. In this study, we present a global servo system controlled by a laser interferometer acting as a displacement measurement sensor for achieving positioning accuracy at the sub-micrometer level.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.11
no.5
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pp.65-72
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2002
In this study, actuator, sensor, guide, power transmission element and control method are considered for ultra-precision positioning apparatus. Through previous process, single plane X-Y stage with ultra-precision positioning is manufactured. Global stage for the purpose of materialization with robust system, is combined by using AC servo motor and ball screw and rolling guide. And ultra-precision positioning system is developed by micro stage with elastic hinge type and piezo element. global servo and micro servo for the purpose of materialization positioning accuracy with nm(nanometer) are controlled simultaneously by using incremental encoder and laser interferometer as displacement measurement sensor. Through previous process, ultra-precision positioning system(100mm stroke and $\pm$ l0nm positioning accuracy) with single plane X-Y stage are materialized.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2003.04a
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pp.173-178
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2003
Recently, according to the development of mechatronics industry that was composed of NT, ST, IT, RT and etc, the 1 necessity of nano-parts was increased. Because of the necessity, this research was started for improving work precision of the parts as fixing UPCU( Ultra Precision Cutting Unit)on lathe. So, in this research we executed the modeling of UPCU (Ultra Precision Cutting Unit) by the application of PZT, the relationship between the displacement of tool in UPCU and the cutting force of it has been in take a triangular position in the case of plane cutting. The modeling of system that is containing the fine displacement was performed. Also, we found like to find the optimal cutting condition through the simulation of relationship between the displacement and the cutting force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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