대구경 광학미러의 초정밀/고속 구동을 위한 팁-틸트 구동시스템 개발에 관한 연구

Abstract

본 논문은 대구경 광학미러의 초정밀 및 고속 구동을 위해 새롭게 고안된 팁-틸트 구동시스템에 대한 설계, 구현 및 제어에 대한 연구결과를 제시하며, 구동기와 가이드 메커니즘 설계에 대해 주요하게 기술한다. 먼저 수직응력 전자기형 구동기의 새로운 이론모델을 제안한다. 영구자석에 의한 편심자속과 적절한 전자기 구조 설계를 통하여 본 구동기는 인가되는 전류 및 이동자의 위치에 비례한 높은 추력을 구현할 수 있으며, 따라서 제어가 용이한 특징을 가지게 된다. 특히 공극 및 누설자속을 세부적으로 모사 가능한 새로운 이론적 접근을 통해 이론모델의 정확성을 개선하며, 유한요소해석 및 실험을 통해 그 성능을 입증한다. 또한 3차원 공간에서 순수한 2축 구동이 가능하며 구동부의 회전중심을 무게중심과 일치 가능한 새로운 팁-틸트 가이드 메커니즘을 제안하며, 유연형 힌지 기반의 일체형 구조로 설계한다. 개별 유연형 힌지 모델링 및 가이드 메커니즘의 운동방정식 유도를 통해 구동부의 거동예측 및 형상 최적화를 수행하며, 유한요소해석 및 실험을 통해 이론모델의 정확성을 검증한다. 최종 구현된 고속조종거울 시스템은 구동대역폭, 구동범위 및 명령 추종성능 등에 대한 요구성능을 만족하며, 이를 통해 본 고속조종거울은 대구경 광학미러의 초정밀 및 고속 구동에 적합하게 개발되었음을 확인한다.