KR100793184B1 - Probe and method measuring contact force and contact location in three dimension using thereof - Google Patents

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최병준
유상헌
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손웅희
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박상덕
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Abstract

A probe and a method for measuring a contact force and a contact location three-dimensionally using the same are provided to sense the contact force and the contact location in a three-dimensional space with high precision by embedding a strain gauge type sensor on the probe. A method for measuring a contact force three-dimensionally using a probe includes the steps of: attaching first and second strain gauges(1,2) on the other surface adjacent to one surface of the probe; and attaching third and fourth strain gauges(3,4) on the one surface of the probe. The method is used to precisely transfer and operate micro components. When distances from a fixing end of the probe to the first to fourth strain gauges are represented by l1, l2, l3, and l4, and a length of the probe is represented by l, l1=l3=0.3l and l2=l4=0.7l.

Description

작업 프로브 및 이를 이용한 3차원 접촉력 및 접촉위치 측정방법 {Probe and method measuring contact force and contact location in three dimension using thereof}Probe and method measuring contact force and contact location in three dimension using

도 1은 일차원(1D) 상태로 작업 프로브를 모델링하는 종래의 방식을 나타낸다.1 illustrates a conventional way of modeling a working probe in a one dimensional (1D) state.

도 2는 도 1의 방식에 따라 스트레인 게이지의 최적화된 위치를 나타낸다.2 shows the optimized position of the strain gauge according to the scheme of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 작업 프로브의 3차원 측정 모델을 나타낸다.3 shows a three dimensional measurement model of a working probe according to the invention.

도 4는 도 3의 방식에 따라 측정위치 변화에 따른 접촉력 및 접촉위치의 변화를 나타낸다.4 illustrates a change in contact force and contact position according to a change in measurement position according to the method of FIG. 3.

도 5는 스트레인 게이지를 최적 위치에 배치한 후 접촉력을 시뮬레이션하는 모습을 나타낸다.Figure 5 shows the simulation of the contact force after placing the strain gauge in the optimum position.

도 6은 도 5의 방식에 따라 얻어진 접촉력을 3D로 나타내는 도면이다.6 is a view showing in 3D the contact force obtained according to the scheme of FIG.

본 발명은 초정밀 작업 프로브의 3차원 접촉력 및 접촉위치 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이 및 IT 제품 생산 공정 등 정밀한 작업이 필요 한 공정에 있어서 초소형 부품의 정밀한 이송 및 조작을 하는 데 주로 사용되는 작업 프로브의 3차원 접촉력과 접촉위치를 정밀하게 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the three-dimensional contact force and contact position of the ultra-precision work probe, and more particularly, it is mainly used to precisely transport and manipulate micro parts in a process requiring precise work such as a display and IT product production process. The present invention relates to a method for precisely measuring the three-dimensional contact force and contact position of a working probe.

최근 들어, 공장 자동화를 통해서 제품의 생산성, 정밀도 및 신뢰성을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 제품은 점점 더 초소형화 되어가고 있어 초정밀 컨트롤 및 센싱 시스템이 필요하게 되었다. In recent years, research has been actively conducted to increase the productivity, precision, and reliability of products through factory automation, and the products are becoming more and more miniaturized, which requires an ultra-precision control and sensing system.

즉, 최근 각광받고 있는 디스플레이 및 반도체 산업을 중심으로 복잡하고 정밀함을 요구하는 생산장비 및 정밀 구동기기를 제어하여 실질적인 생산성 향상 및 다양화를 구현하려 하고 있는데, 이는 초정밀 센싱을 통한 모션 컨트롤에 기반을 두고 있다고 할 수 있다.In other words, the company is trying to realize substantial productivity improvement and diversification by controlling production equipment and precision driving devices that require complex and precise focusing on the display and semiconductor industries, which are in the spotlight recently. This is based on motion control through ultra-precise sensing. It can be said.

예를 들어, 이동통신 단말기상에서의 LCD, PDA, PSP, 노트북 등의 고성능을 가지면서 소형화된 제품을 구현하기 위해서는 매우 정밀하고도 정확한 작업이 이뤄져야 한다. 따라서, 정밀한 센싱 시스템을 갖춘 프로브를 통해서, 프로브가 얼마만큼 큰 힘으로 어떠한 위치에서 제품에 접촉하고 있는지 등에 대한 정보가 정밀하게 산출되고, 이를 바탕으로 프로브가 자동 제어된다면 작업의 품질 및 생산성 향상에 큰 도움이 될 것이다.For example, in order to realize high performance and miniaturized products such as LCDs, PDAs, PSPs, and laptops on mobile communication terminals, very precise and accurate work must be performed. Therefore, through a probe with a precise sensing system, information about the position of the probe at which position the product is in contact with the product is precisely calculated, and based on this, if the probe is automatically controlled, the work quality and productivity are improved. Would be a great help.

종래의 방식은 한 방향으로 적용되는 힘과 그 거리값에 대한 신호를 센싱하여 인간이 수행하는 작업에 비하여 다소 정확하고 신뢰성이 있는 작업이 수행되어 왔다.Conventional methods have been performed in a more accurate and reliable operation than the work performed by humans by sensing a signal applied to the force and the distance value applied in one direction.

즉, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 프로브를 1차원 상태에서 한쪽은 고정 되어 있는 고정단 형태로, 나머지 한쪽은 자유단 형태인 외팔보로 모델링하여, 상기 외팔보상에 2개의 스트레인 게이지 ①, ②를 적절한 거리를 두고 부착한다. 그리고 자유단으로부터 스트레인 게이지 ①, ②의 거리(χ1,χ2)를 달리하였을 때, 각각의 위치에서 변형량의 값이 신호화되어 나타나면 이값을 통해서 접촉력과 접촉위치를 계산할 수 있다. That is, as shown in Figure 1, in the one-dimensional state, the probe is modeled in the form of a fixed end of which one is fixed, the other side of the cantilever in the form of a free end, two strain gauges ①, ② on the cantilever Attach them at the proper distance. And when the distances (χ 1 , χ 2 ) of the strain gauges ① and ② from the free end are different, if the value of the deformation amount is signaled at each position, the contact force and the contact position can be calculated through this value.

도 2에는 상술한 바와 같이 1D 상태에서 스트레인 게이지로부터의 신호를 센싱할 때에 가장 최적화된 접촉력의 위치값을 시뮬레이션으로 보여주고 있다. As shown in FIG. 2, the position value of the most optimized contact force is shown by simulation when sensing the signal from the strain gauge in the 1D state.

이와 같이 종래의 방식은 한 방향에 대한 작용지점을 측정함으로써, 단순한 작업을 요하는 산업에는 적용될 수 있지만, 1차원 상태에서 모델링한 것이므로 측정 정밀도가 낮아 보다 복잡하고 정밀한 작업이 요구되는 산업에는 적절하지 못한 문제점이 있었다. As such, the conventional method can be applied to an industry requiring simple work by measuring a point of action in one direction, but since it is modeled in a one-dimensional state, it is not suitable for an industry requiring more complicated and precise work due to low measurement accuracy. There was a problem.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 디스플레이 및 IT 제품 생산 공정 등 복잡하고 정밀한 작업이 요구되는 작업에 있어서 초소형 부품의 정밀한 이송 및 조작에 주로 사용되는 작업 프로브 및 이를 이용한 3차원 접촉력과 접촉위치를 정밀하게 측정할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems described above, the work probe mainly used for the precise transport and operation of micro parts in the work requiring complex and precise work, such as display and IT product production process and using the same An object of the present invention is to provide a method for precisely measuring dimensional contact force and contact position.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 작업 프로브의 3차원 접촉력 측정방법은, 상기 작업 프로브의 일면에 제1 및 제2 스트레인 게이지를 부착하는 단계; 및 상기 작업 프로브의 일면에 인접한 타면에 제3 및 제4 스트레인 게이지를 부착하는 단계를 포함하며, 상기 작업 프로브의 고정단으로부터 상기 제1 내지 제4 스트레인 게이지까지의 거리를 각각 ℓ1, ℓ2,ℓ3,ℓ4, 그리고 상기 작업 프로브의 길이를 ℓ이라 할 때, ℓ1=ℓ3=0.3ℓ, ℓ2=ℓ4=0.7ℓ 이고, 상기 작업 프로브의 3차원 접촉력의 x, y, z 방향으로의 힘 성분을 각각 Fx, Fy, Fz, 상기 작업 프로브의 탄성계수를 E, 상기 작업 프로브 단면의 너비(width)를 b, 높이를 h, 상기 제1 내지 제4 스트레인 게이지가 부착되어 있는 위치에서의 변형율을 각각 ε1, ε2, ε3, ε4라 할 때,

Figure 112007084443936-pat00036
,
Figure 112007084443936-pat00037
,
Figure 112007084443936-pat00038

인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the three-dimensional contact force measuring method of the working probe according to the invention, the step of attaching the first and second strain gauges on one surface of the working probe; And attaching third and fourth strain gauges to the other surface adjacent to one surface of the working probe, wherein the distances from the fixed end of the working probe to the first to fourth strain gauges are respectively 1 l, L 2 , L 3 , L 4 , and when the length of the working probe is L, L 1 = L 3 = 0.3L, L 2 = L 4 = 0.7L, x, of the three-dimensional contact force of the working probe, The force components in the y and z directions are each F x , F y , F z , the elastic modulus of the working probe is E, the width of the cross section of the working probe is b, the height is h, and the first to fourth When the strains at the positions where the strain gauges are attached are ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 ,
Figure 112007084443936-pat00036
,
Figure 112007084443936-pat00037
,
Figure 112007084443936-pat00038

It is characterized by that.

또한, 본 발명에 따른 작업 프로브의 3차원 접촉력의 접촉위치 측정방법은, 상기 작업 프로브의 일면에 제1 및 제2 스트레인 게이지를 부착하는 단계; 및 상기 작업 프로브의 일면에 인접한 타면에 제3 및 제4 스트레인 게이지를 부착하는 단계;를 포함하며, 상기 작업 프로브의 고정단으로부터 상기 제1 내지 제4 스트레인 게이지까지의 거리를 각각 ℓ1, ℓ2,ℓ3,ℓ4, 그리고 상기 작업 프로브의 길이를 ℓ이라 할 때, ℓ1=ℓ3=0.3ℓ, ℓ2=ℓ4=0.7ℓ 이고, 상기 제2 또는 제4 스트레인 게이지로부터 상기 작업 프로브의 3차원 접촉력이 가해지는 위치까지의 거리를 x, 상기 제1 또는 제3 스트레인 게이지로부터 상기 제2 또는 제4 스트레인 게이지까지의 거리를 a, 상기 제1 내지 제4 스트레인 게이지가 부착되어 있는 위치에서의 변형율을 각각 ε1, ε2, ε3, ε4 라 할 때,

Figure 112007084443936-pat00039

인 것을 특징으로 한다.In addition, the method for measuring the contact position of the three-dimensional contact force of the working probe according to the invention, the step of attaching the first and second strain gauges on one surface of the working probe; And affixing the third and fourth strain gauge adjacent to the other surface to the one surface of the work probe; includes, the distance from the fixed end of the probe to the work of the first to fourth strain gauge respectively ℓ 1, L 2 , L 3 , L 4 , and when the length of the working probe is L, L 1 = L 3 = 0.3 L, L 2 = L 4 = 0.7L, and the second or fourth strain gauge X is the distance to the position where the three-dimensional contact force of the working probe is applied, and the distance from the first or third strain gauge to the second or fourth strain gauge is a, and the first to fourth strain gauges are attached When the strain at the position of ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 ,
Figure 112007084443936-pat00039

It is characterized by that.

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또한, 본 발명에 따른 작업 프로브는, 상기 작업 프로브의 길이를 ℓ이라 할 때, 상기 작업 프로브의 일면 및 상기 일면에 인접한 타면에는 상기 고정단으로부 터 0.3ℓ의 거리를 두고 부착된 센서와, 0.7ℓ의 거리를 두고 부착된 센서가 각각 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the working probe according to the present invention, when the length of the working probe is ℓ, the sensor attached to one side of the working probe and the other surface adjacent to one surface at a distance of 0.3 ℓ from the fixed end, The sensors are attached to each other at a distance of 0.7 l.

또한, 상기 센서는 스트레인 게이지인 것을 특징으로 한다.In addition, the sensor is characterized in that the strain gauge.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3에는 본 발명에 따른 작업 프로브의 가장 기본적인 모델이 제시되어 있다. 즉, 상기 작업 프로브는 일단(고정단)이 고정되어 있고, 타단(자유단)은 유연한 굽힘이 일어날 수 있는 보(beam)의 형태로 되어 있다. 상기 작업 프로브의 일면과 상기 일면에 인접한 타면에는 각각 2개씩의 스트레인 게이지(1,2;3,4)가 부착되어 있고, 상기 작업 프로브에 굽힘이 발생할 경우 저항의 변화가 발생하여 상기 스트레인 게이지가 부착되어 있는 위치에서의 변형률(ε)을 얻을 수 있게 된다. 이러한 보의 형태가 프로브 역할을 함으로써, 측정된 변형률을 통해서 적용된 힘의 접촉위치, 접촉력 및 접촉방향에 대한 정보를 얻어낼 수 있게 된다.3 shows the most basic model of the working probe according to the invention. That is, one end (fixed end) of the working probe is fixed, and the other end (free end) is in the form of a beam in which flexible bending can occur. Two strain gauges (1, 2; 3, 4) are attached to one surface of the working probe and the other surface adjacent to the one surface, respectively, and when the bending occurs in the working probe, a change in resistance occurs and the strain gauge is The strain ε at the attached position can be obtained. Since the shape of the beam serves as a probe, it is possible to obtain information on the contact position, the contact force and the contact direction of the applied force through the measured strain.

일반적으로 표현되는 보의 탄성 굽힘(elastic bending) 과정을 간단히 기술하면, 보의 일반응력은 굽힘 모멘트(M)와 중심축(neutral axis)상으로부터 표면(extreme fiber) 거리(y)를 곱한 값을 관성계수(I)로 나누면 굽힘에 의한 표면 최대 응력을 산출할 수 있게 된다. 그리고 이 식을 적절히 변형하면 다음의 [식 1]~[식 5]를 얻을 수 있으며, 상기 식들은 각 면에 부착된 스트레인 게이지로부터 측정된 변형률을 통하여, 적용된 힘의 크기(접촉력), 접촉위치 및 접촉방향에 대한 정보를 알 수 있도록 해준다. A simple description of the elastic bending process of a beam, which is generally expressed, is the work force of a beam multiplied by the bending moment (M) times the distance (extreme fiber) from the central axis (y). Dividing by the inertia coefficient (I), it is possible to calculate the surface maximum stress due to bending. If this equation is properly modified, the following [Equations 1] to [Equation 5] can be obtained, and the above equations are applied to the magnitude of the applied force (contact force) and contact position through the strain measured from the strain gauges attached to each surface. And information about the direction of contact.

[식 1]

Figure 112006095801014-pat00005
[Equation 1]
Figure 112006095801014-pat00005

[식 2]

Figure 112006095801014-pat00006
[Equation 2]
Figure 112006095801014-pat00006

[식 3]

Figure 112006095801014-pat00007
[Equation 3]
Figure 112006095801014-pat00007

[식 4]

Figure 112006095801014-pat00008
[Equation 4]
Figure 112006095801014-pat00008

[식 5]

Figure 112006095801014-pat00009
[Equation 5]
Figure 112006095801014-pat00009

여기서, E는 보의 탄성계수(modulus of elastic), b, h, a는 보 단면의 너비(width), 두께(height), 표면에 부착되어 있는 스트레인 게이지 사이의 거리를 각각 나타내며, ε은 변형률이다. 아래 첨자로 나타난 숫자는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 각각의 스트레인 게이지의 번호이다. 그리고 x는 적용된 힘(F)이 작용하는 접촉위치를 나타내며 Fx, Fy, Fz는 각 축(x,y,z) 방향으로 작용하는 접촉력(F)을 나타낸다.Where E is the modulus of elasticity of the beam, b, h, a are the width, thickness of the cross section of the beam, and the distance between the strain gauges attached to the surface, and ε is the strain to be. The numbers in subscript are the numbers of each strain gauge as shown in FIG. 3. And x denotes a contact position at which the applied force F acts, and F x , F y , F z denote a contact force F acting in the directions of the respective axes (x, y, z).

먼저, 상기 [식 1]을 통해서, 주어진 값 E, b, h, a와 실험을 통해서 얻어진 변형율 측정값을 이용하여 x축 방향으로 가해진 접촉력(Fx)을 계산할 수 있다. 마찬가지로, 상기 [식 2]와 [식 3]을 이용하여, y축 및 z축 방향으로 가해진 접촉력(Fx, Fy)을 구할 수 있으며, 또한 상기 [식 4]를 이용하여 가해진 힘(F)의 접촉위 치(x)를 계산할 수 있게 된다.First, through [Equation 1], the contact force (F x ) applied in the x-axis direction can be calculated using the given values E, b, h, a and the measured strain obtained through the experiment. Similarly, using the above [Equation 2] and [Equation 3], the contact force (F x , F y ) applied in the y-axis and z-axis direction can be obtained, and the force (F) applied using the above [Equation 4] We can calculate the contact point (x) of).

이렇게 산출된 접촉력(F)과 접촉위치(x)는 각 지점에 위치하고 있는 스트레인 게이지의 변형률(ε)에 기초한 것이므로, 스트레인 게이지가 어떠한 위치에서 센싱을 하느냐가 최종 산출값의 정확도에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 각 지점에 스트레인 게이지를 위치시켜 접촉력과 그 접촉위치를 알아냄으로써, 작업 프로브를 이용하여 작업시 그 접촉력 및 접촉위치를 정확하게 파악할 수 있게 되는 것이다.Since the contact force (F) and the contact position (x) calculated in this way are based on the strain (ε) of the strain gauge located at each point, the position at which the strain gauge senses greatly influences the accuracy of the final output value. do. Therefore, by placing the strain gauge at each point to find the contact force and its contact position, it is possible to accurately grasp the contact force and the contact position during operation using the work probe.

도 4에는 상술된 방식으로 4개의 스트레인 게이지의 위치를 변화시켜가면서 측정한 접촉력(Fx, Fy, Fz) 및 접촉위치를 나타내고 있다. 여기서, [1]번 값은 x축으로 작용하는 힘(Fx), [2]번 값은 z축으로 작용하는 힘(Fz), [3]번 값은 y축으로 작용하는 힘(Fy)을 나타내고 있으며, [4]번 값은 접촉위치를 나타내고 있다.4 shows the contact force (F x , F y , F z ) and the contact position measured while changing the positions of the four strain gauges in the manner described above. Where value [1] is the force acting on the x-axis (F x ), value [2] is the force acting on the z-axis (F z ), and value [3] is the force acting on the y-axis (F y ), and the value [4] represents the contact position.

그림 [1]에는 스트레인 게이지(1,3)가 고정단으로부터 5mm 지점에, 스트레인 게이지(2,4)가 40mm 지점에 각각 위치하고 있다. 그림 [2]에는 스트레인 게이지(1,3)가 10mm 지점에, 스트레인 게이지(2,4)가 35mm 지점에 각각 위치하고 있다. 그림 [3]에는 스트레인 게이지(1,3)가 15mm 지점에, 스트레인 게이지(2,4)가 35mm 지점에 각각 위치하고 있다. 이와 같이, 스트레인 게이지(1,3)와 스트레인 게이지(2,4)의 고정단으로부터의 위치를 변경하면서 접촉력과 접촉위치를 측정함으로써, 스트레인 게이지의 최적 위치를 찾아낼 수 있다.In Fig. 1, the strain gauges 1 and 3 are located 5 mm from the fixed end and the strain gauges 2 and 4 are 40 mm respectively. In Figure [2], strain gages (1,3) are located at 10 mm and strain gages (2,4) are located at 35 mm. In Figure [3], strain gages (1, 3) are located at 15 mm and strain gages (2, 4) are located at 35 mm. In this way, the optimum position of the strain gauge can be found by measuring the contact force and the contact position while changing the positions from the fixed ends of the strain gauges 1 and 3 and the strain gauges 2 and 4.

다시 말해, 보에 힘을 가했을 때 스트레인 게이지들의 각각의 위치에서의 변 형률 ε1, ε2, ε3, ε4이 최대인 위치를 찾아 그 위치에서의 변형률을 측정한다. 이렇게 할 경우, S/N(Signal to Noise) 비가 높아 보다 신뢰성 있는 측정을 할 수 있으며, 이로부터 계산된 접촉력(Fx, Fy, Fz) 및 접촉위치(x) 또한 높은 신뢰성을 가지게 된다. 즉, 스트레인 게이지의 최적 위치를 파악하고 그 위치로부터 변형률을 측정하게 될 때 측정장치의 민감도를 높일 수 있게 된다.In other words, when the force is applied to the beam, the strain strains ε 1 , ε 2 , ε 3 , and ε 4 at each position of the strain gauges are found to be the maximum, and the strain at that position is measured. In this case, S / N (Signal to Noise) ratio is high, which enables more reliable measurement, and the calculated contact force (F x , F y , F z ) and contact position (x) also have high reliability. . In other words, when the optimum position of the strain gauge is determined and the strain is measured from the position, the sensitivity of the measuring device can be increased.

이러한 방법으로 스트레인 게이지의 최적 위치를 찾아보면, 보의 길이를 ℓ, 고정단으로부터 스트레인 게이지(1,2,3,4)의 위치를 각각 ℓ1, ℓ2, ℓ3, ℓ4 라고 할 때, ℓ1=ℓ3=0.3ℓ, ℓ2=ℓ4=0.7ℓ인 결과를 얻을 수 있었다.In this way, if the optimum position of the strain gauge is found, the length of the beam is ℓ, and the positions of the strain gauges ( 1 , 2 , 3 , 4) from the fixed end are ℓ 1 , ℓ 2 , ℓ 3 , ℓ 4 , respectively. , l 1 = l 3 = 0.3 l, l 2 = l 4 = 0.7 l.

도 4는 위와 같은 결과를 이용하여 각 지점에서 발생하는 변형률(ε)을 산출하여 보았다. 즉, 보의 길이(ℓ)가 50mm일 때에 스트레인 게이지(1,3)의 최적화된 위치(ℓ1,ℓ3)는 고정단으로부터 15mm 지점이고, 스트레인 게이지(2,4)의 최적화된 위치(ℓ2,ℓ4)는 고정단으로부터 35mm 지점이다. 따라서, 이와 같이 스트레인 게이를 위치시킨 후 각 지점에서의 변형률(ε)을 얻어내었다. 그리고 이값을 통해서 적용된 접촉력(F)과 접촉위치(x)를 최종적으로 구해내고, 이들을 실제의 값과 비교해 보았다.Figure 4 was used to calculate the strain (ε) occurring at each point using the above results. That is, when the length L of the beam is 50 mm, the optimized positions L 1 and L 3 of the strain gauges 1 and 3 are 15 mm from the fixed end, and the optimized positions of the strain gauges 2 and 4 ℓ 2 , ℓ 4 ) is 35 mm from the fixed end. Therefore, strain strain (ε) at each point was obtained after positioning strain gay in this way. Finally, the applied contact force (F) and the contact position (x) were finally obtained through this value and compared with the actual values.

도 5는 위와 같은 결과에 기초하여 상술된 위치에 스트레인 게이지를 위치시키고 그 지점에서 발생하는 변형률을 산출하고, 산출된 변형률에 근거하여 접촉력 및 접촉위치를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다(화살표는 작용력을 나타낸다). Fig. 5 shows the results of simulating the contact force and the contact position based on the resultant strain, calculating the strain gage at the position described above and calculating the strain occurring at the point, and the calculated strain (arrow indicates the action force). ).

각각의 위치에서의 변형률은

Figure 112006095801014-pat00010
,
Figure 112006095801014-pat00011
,
Figure 112006095801014-pat00012
,
Figure 112006095801014-pat00013
이고, 이는
Figure 112006095801014-pat00014
,
Figure 112006095801014-pat00015
,
Figure 112006095801014-pat00016
,
Figure 112006095801014-pat00017
의 결과값으로 나타나(도 6 참조), 각각의 축에 적용된 힘
Figure 112006095801014-pat00018
,
Figure 112006095801014-pat00019
,
Figure 112006095801014-pat00020
,
Figure 112006095801014-pat00021
과 비교시 오차율은
Figure 112006095801014-pat00022
,
Figure 112006095801014-pat00023
,
Figure 112006095801014-pat00024
,
Figure 112006095801014-pat00025
으로 매우 정확한 값이 측정되었음을 나타내고 있다.The strain at each position
Figure 112006095801014-pat00010
,
Figure 112006095801014-pat00011
,
Figure 112006095801014-pat00012
,
Figure 112006095801014-pat00013
, Which is
Figure 112006095801014-pat00014
,
Figure 112006095801014-pat00015
,
Figure 112006095801014-pat00016
,
Figure 112006095801014-pat00017
Resulted in (see Figure 6), the force applied to each axis
Figure 112006095801014-pat00018
,
Figure 112006095801014-pat00019
,
Figure 112006095801014-pat00020
,
Figure 112006095801014-pat00021
Error rate compared to
Figure 112006095801014-pat00022
,
Figure 112006095801014-pat00023
,
Figure 112006095801014-pat00024
,
Figure 112006095801014-pat00025
Indicates that a very accurate value was measured.

이와 같이 본 발명은 최적화된 위치에 센서(스트레인 게이지)를 위치시키는 방법을 제공하여 보다 안정적이고 신뢰성 있는 센싱을 가능하게 함으로써 정밀한 시스템의 구현에 기여할 수 있다.As described above, the present invention can provide a method of positioning a sensor (strain gauge) at an optimized position to enable more stable and reliable sensing, thereby contributing to the implementation of a precise system.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면, 정밀한 작업이 요구되는 산업 예컨대, 디스플레이 산업에 있어 초정밀화 되어가고 있는 디스플레이 제품에 대한 작업 프로브의 공간상에서의 접촉력과 접촉위치를 파악할 수 있으므로, 정밀하게 동일한 작업을 실시할 수 있고, 또한 각기 다른 상황에 맞추어 정확한 제어를 필요로 하는 곳에 적절한 위치상에서 원하는 힘만큼의 제어를 할 수 있어 높은 제품성능을 요구하는 소비자들의 요구에 부응할 수 있다. According to the present invention having the above-described configuration, the contact force and the contact position in the space of the work probe with respect to the display product which is being highly refined in an industry requiring precise work, for example, the display industry, can be grasped. Work can be carried out, and the control of the desired force can be performed at the appropriate position in the place where precise control is required according to different situations to meet the demands of consumers who demand high product performance.

또한, 본 발명에 의하면, 정밀하게 잘라내어야 하는 제품, 일정 이상의 힘을 가하면 파손되는 제품의 정렬 및 조립과정, 보이지 않는 부분에서의 접촉력 및 접 촉위치 정보, 동일 형상을 구현하는 작업 등 여러 분야에 확대 적용하는 것이 가능하다.In addition, according to the present invention, the product to be precisely cut out, the process of aligning and assembling the product that is damaged by applying a predetermined force or more, contact force and contact position information in the invisible portion, work to implement the same shape, etc. It is possible to apply magnified.

또한, 작업 프로브 상에 스트레인 게이지 타입의 센서를 임베드시켜, 3D 공간상에서 초정밀 접촉력 및 접촉위치를 센싱함으로써, 보다 안정적이고 고성능의 측정 시스템을 구현하는데 뒷받침이 될 수 있다.In addition, by embedding a strain gauge type sensor on the working probe to sense ultra-precision contact force and contact position in the 3D space, it can support the implementation of a more stable and high-performance measurement system.

Claims (5)

초소형 부품의 정밀한 이송 및 조작을 위해 사용되는 작업 프로브의 3차원 접촉력을 측정하는 방법에 있어서,In the method of measuring the three-dimensional contact force of the working probe used for the precise transport and manipulation of micro parts, 상기 작업 프로브의 일면에 제1 및 제2 스트레인 게이지를 부착하는 단계; 및 Attaching first and second strain gauges to one surface of the working probe; And 상기 작업 프로브의 일면에 인접한 타면에 제3 및 제4 스트레인 게이지를 부착하는 단계;Attaching third and fourth strain gauges to the other surface adjacent to one surface of the working probe; 를 포함하며,Including; 상기 작업 프로브의 고정단으로부터 상기 제1 내지 제4 스트레인 게이지까지의 거리를 각각 ℓ1, ℓ2,ℓ3,ℓ4, 그리고 상기 작업 프로브의 길이를 ℓ이라 할 때,L 1 , the distance from the fixed end of the working probe to the first to fourth strain gauges, respectively; L 2 , L 3 , L 4 , and when the length of the working probe is L, ℓ1=ℓ3=0.3ℓ, ℓ2=ℓ4=0.7ℓ 이고,l 1 = l 3 = 0.3 l, l 2 = l 4 = 0.7 l, 상기 작업 프로브의 3차원 접촉력의 x, y, z 방향으로의 힘 성분을 각각 Fx, Fy, Fz, 상기 작업 프로브의 탄성계수를 E, 상기 작업 프로브 단면의 너비(width)를 b, 높이를 h, 상기 제1 내지 제4 스트레인 게이지가 부착되어 있는 위치에서의 변형율을 각각 ε1, ε2, ε3, ε4라 할 때,Force components in the x, y, and z directions of the three-dimensional contact force of the working probe are respectively F x , F y , F z , elastic modulus of the working probe is E, width of the working probe cross section b, When the height h and the strain at the position where the first to fourth strain gauges are attached are ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 ,
Figure 112007084443936-pat00040
,
Figure 112007084443936-pat00041
,
Figure 112007084443936-pat00042
Figure 112007084443936-pat00040
,
Figure 112007084443936-pat00041
,
Figure 112007084443936-pat00042
 인 것을 특징으로 하는, 작업 프로브의 3차원 접촉력 측정방법.The three-dimensional contact force measuring method of the working probe, characterized in that. 삭제delete 초소형 부품의 정밀한 이송 및 조작을 위해 사용되는 작업 프로브의 3차원 접촉력의 접촉위치를 측정하는 방법에 있어서,In the method for measuring the contact position of the three-dimensional contact force of the working probe used for precise transportation and manipulation of micro parts, 상기 작업 프로브의 일면에 제1 및 제2 스트레인 게이지를 부착하는 단계; 및Attaching first and second strain gauges to one surface of the working probe; And 상기 작업 프로브의 일면에 인접한 타면에 제3 및 제4 스트레인 게이지를 부착하는 단계;Attaching third and fourth strain gauges to the other surface adjacent to one surface of the working probe; 를 포함하며,Including; 상기 작업 프로브의 고정단으로부터 상기 제1 내지 제4 스트레인 게이지까지의 거리를 각각 ℓ1, ℓ2,ℓ3,ℓ4, 그리고 상기 작업 프로브의 길이를 ℓ이라 할 때,L 1 , the distance from the fixed end of the working probe to the first to fourth strain gauges, respectively; L 2 , L 3 , L 4 , and when the length of the working probe is L, ℓ1=ℓ3=0.3ℓ, ℓ2=ℓ4=0.7ℓ 이고,l 1 = l 3 = 0.3 l, l 2 = l 4 = 0.7 l, 상기 제2 또는 제4 스트레인 게이지로부터 상기 작업 프로브의 3차원 접촉력이 가해지는 위치까지의 거리를 x, 상기 제1 또는 제3 스트레인 게이지로부터 상기 제2 또는 제4 스트레인 게이지까지의 거리를 a, 상기 제1 내지 제4 스트레인 게이지가 부착되어 있는 위치에서의 변형율을 각각 ε1, ε2, ε3, ε4 라 할 때,X is the distance from the second or fourth strain gauge to the position at which the three-dimensional contact force of the working probe is applied; x is the distance from the first or third strain gauge to the second or fourth strain gauge; When the strains at the positions where the first to fourth strain gauges are attached are ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 , respectively,
Figure 112007084443936-pat00029
Figure 112007084443936-pat00029
 인 것을 특징으로 하는, 작업 프로브의 3차원 접촉력의 접촉위치 측정방법.The method for measuring the contact position of the three-dimensional contact force of the working probe. 초소형 부품의 정밀한 이송 및 조작을 위해 사용되는 작업 프로브에 있어서,For work probes used for precise transport and manipulation of tiny parts, 상기 작업 프로브의 길이를 ℓ이라 할 때,When the length of the working probe is ℓ, 상기 작업 프로브의 일면 및 상기 일면에 인접한 타면에는 상기 고정단으로부터 0.3ℓ의 거리를 두고 부착된 센서와, 0.7ℓ의 거리를 두고 부착된 센서가 각각 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 작업 프로브.And a sensor attached at a distance of 0.3 l from the fixed end and a sensor attached at a distance of 0.7 l on one surface of the working probe and the other surface adjacent to the one surface. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 센서는 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 작업 프로브.And said sensor is a strain gauge.
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KR20030096396A (en) * 2001-05-17 2003-12-24 프라마톰 아엔페 게엠베하 Measuring head
KR20060041871A (en) * 2004-02-13 2006-05-12 에스아이아이 나노 테크놀로지 가부시키가이샤 Fine-adjustment mechanism for scanning probe microscopy

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