Development and Performance Evaluation of Fine Stage for 3-DOF Error Compensation of a Linear Axis

이재창; 이민재; 양승한

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저자정보: 이재창 (경북대학교) 이민재 (경북대학교) 양승한 (경북대학교)

저널정보: Korean Society for Precision Engineering Journal of the Korean Society for Precision Engineering Journal of the Korean Society for Precision Engineering Vol.34 No.1

발행연도: 2017.1

수록면: 53 - 58 (6page)

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A fine stage is developed for the 3-DOF error compensation of a linear axis in order to improve the positioning accuracy. This stage is designed as a planar parallel mechanism, and the joints are based on a flexure hinge to achieve ultra-precise positioning. Also, the effect of Abbe’s offsets between the measuring and driving coordinate systems is minimized to ensure an exact error compensation. The mode shapes of the designed stage are analyzed to verify the desired 3-DOF motions, and the workspace and displacement of a piezoelectric actuator (PZT) for compensation are analyzed using forward and inverse kinematics. The 3-DOF error of a linear axis is measured and compensated by using the developed fine stage. A marked improvement is observed compared to the results obtained without error compensation. The peak-to-valley (PV) values of the positional and rotational errors are reduced by 92.6% and 91.3%, respectively.

#Planar parallel mechanism (평면형 병렬 기구) #Abbe's offsets (아베 옵셋) #Geometric error (기하학적 오차) #Compensation (보정) #Capacitive sensor (정전용량 센서)

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Luo, X., Cheng, K., Webb, D., and Wardle, F., “Design of Ultraprecision Machine Tools with Applications to Manufacture of Miniature and Micro Components,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 167, No. 2, pp. 515- 528, 2005. Zhang, S., To, S., Wang, S., and Zhu, Z., “A Review of Surface Roughness Generation in Ultra-Precision Machining,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 91, pp. 76-95, 2015. Ehmann, K. F., Bourell, D., Culpepper, M. L., Hodgson, T. J., Kurfess, T. R., et al., “International Assessment of Research and Development in Micromanufacturing,” DTIC Document, 2005. Filiz, S., Conley, C. M., Wasserman, M. B., and Ozdoganlar, O. B., “An Experimental Investigation of Micro-Machinability of Copper 101 Using Tungsten Carbide Micro-Endmills,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 47, No. 7, pp. 1088-1100, 2007. Ramesh, R., Mannan, M. A., and Poo, A. N., “Error Compensation in Machine Tools - A Review Part I: Geometric, Cutting-Force, Induced and Fixture Dependents Errors,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 40, No. 9, pp. 1235-1256, 2000.

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