Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B (대한기계학회논문집B)

The Korean Society of Mechanical Engineers (대한기계학회)
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Developing an Instrument Ensuring Reliable Contact Conditions for Contact-Type Area-varying Capacitive Displacement Sensors

접촉식 면적변화형 정전용량 변위센서의 접촉 안정성을 위한 기구의 개발

  • 김성주 (포항공과대학교 기계공학과) ;
  • 이원구 (포항공과대학교 기계공학과) ;
  • 문원규 (포항공과대학교 기계공학과)
  • Received : 2011.05.27
  • Accepted : 2011.08.18
  • Published : 2011.11.01
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Abstract

A contact-type area-varying capacitive displacement sensor, or CLECDiS, can measure displacements over millimeter ranges with nanometer resolution. However, a small changes in the contact condition due to the surface profile or friction, which are inherent characteristics of contact-type sensors, lead to significant distortion of the output signal. Therefore, ensuring reliable contact conditions during CLECDiS measurements is the most important area to be improved in their actual use. Herein, in order to design an instrument for ensuring reliable contact conditions, the contact condition is analyzed by characterizing the signal distortion, observing the pressure distribution between the contacting surfaces, and measuring the motional errors of the sensor using a laser Doppler vibrometer (LDV). The manufactured instrument enables a CLECDiS to be used in an ultraprecise positioning system with improved reliability.

CLECDiS 는 면적변화형 정전용량 센서의 단점을 극복하고 나노미터 수준의 분해능으로 밀리미터 이상의 큰 변위를 측정하도록 개발된 접촉식 변위센서이다. 그러나 접촉구동 특성으로 인하여 표면평탄도와 마찰에 의해 작은 접촉상태의 변화에도 출력 신호는 크게 왜곡될 수 있어 실제 이를 활용하기 위해서는 전극간 접촉상태를 안정적으로 유지하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 전극간 접촉상태의 변화에 따른 신호의 왜곡 특성을 실제 출력 신호와 비교하여 분석하고, 접촉면 내 압력 분포와 센서의 운동 오차 측정을 통해 접촉상태의 변화를 파악하였다. 이를 통하여 센서의 운동 오차와 마찰력의 영향을 최소화하기 위한 접촉 유지 기구를 설계하고 제작하였으며 이를 이용한 구동실험을 통해 보다 안정적인 센서 출력 신호를 획득하였다.

Keywords

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