Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

The Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회)
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A study on the ultra precision machining of free-form molds for advanced head-up display device

첨단 헤드업 디스플레이 장치용 비구면 자유형상 금형의 초정밀 가공에 관한 연구

  • 박영덕 (충남테크노파크 디스플레이센터) ;
  • 장태석 (선문대학교 공과대학 신소재공학과)
  • Received : 2018.10.31
  • Accepted : 2019.01.04
  • Published : 2019.01.31
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Abstract

Head-up displays for vehicles play an important role in displaying various information about the safety and convenience of driving on the windshield of the vehicle. In this study, ultra-precision machining was performed and evaluated as a method for machining a large-area aspheric free-form mirror that is applicable to augmented reality technology. Precision diamond cutting is highly accurate and suitable for the production of advanced parts with excellent surface integrity, low surface roughness, and low residual stress. By using an aspheric free-form mold, it is possible to improve the optical transfer function, reduce the distortion path, and realize a special image field curvature. To make such a mold, the diamond cutting method was used, and the result was evaluated using an aspherical shape-measuring machine. As a result, it was possible to the mold with shape accuracy (PV) below $1{\mu}m$ and surface roughness (Ra) below $0.02{\mu}m$.

차량용 HUD는 자동차 전면 유리창에 안전 운전과 편의 운전 관련 다양한 정보를 표시해 주는 장치로 중요한 역할을 수행한다. 본 논문에서는 증강현실 기술에 적용이 가능한 대면적 비구면 자유형상 미러를 가공하기 위해 초정밀 가공기를 이용하여 가공을 실시하였고 그 결과를 측정하였다. 초정밀 다이아몬드 절삭은 정밀도가 높을 뿐만 아니라 표면 거칠기와 잔류 응력을 낮게 할 수 있어서 우수한 표면 무결성을 갖는 고급 부품의 생산에 유리하다. 또한 비구면 자유 형상의 몰드를 사용함으로써 광학 전달 함수의 개선, 왜곡 경로의 감소 및 특수 이미지 필드 곡률의 실현과 같은 장점을 얻을 수 있다. 이와 같은 비구면 자유형상 금형을 가공하기 위한 방법으로는 초정밀가공기를 이용한 다이아몬드 절삭 방법을 사용하였으며, 제작된 비구면 자유형상 미러 금형의 평가는 비구면 형상 측정기를 이용하여 실시하였다. 이러한 방법에 의해 $1{\mu}m$ 이하의 형상 정밀도(PV)와 $0.02{\mu}m$ 이하의 표면 거칠기(Ra)를 갖는 비구면 자유형상 금형을 제작할 수 있었다.

Keywords

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Fig. 1. AR-HUD system and optical system structure [2].

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Fig. 2. PV (Peak to Valley) of machined surface.

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Fig. 3. FG350, Diamond turning machine & capacity.

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Fig. 4. System of data aquisition and analysis: (a) Form Talysurf Series, (b) Surface measurement system NewView NY6300.

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Fig. 5. Flow chart for design of experiment.

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Fig. 6. Freeform surface & aspheric shape.

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Fig. 7. The free-form shape and the mechanical origin of the Jig.

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Fig. 8. Nano-Cam Software (Surface generated from CAD file).

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Fig. 9. S3 (slow slide servo) turning machining.

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Fig. 10. Measurement results obtained with a Form Talysurf.

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Fig. 11. Measurement results obtained with a NewView NY6300 system.

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Fig. 12. Free-form shape mold (Concave Mirror) for HUD.

Table 1. Cutting condition for free-form concave mirror.

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References

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