산업기술 통합검색
근래에 들어, 많은 과학 분야와 공학 분야에서 3차원 미소 형상 측정의 응용이 활발히 진행되고 있다. 특히, 공학 분야에서는 마모, 마찰, 윤활, 피로, 실링, 광학적 성질 등의 분야에서 표면 형상의 크기, 패턴 등이 작용의 정도를 크게 지배하고 있는 것으로 밝혀지면서 측정의 필요성이 더욱 대두되고 있다. 본 연구에서는 빛의 번짐을 이용하여 깊이를 측정하는 알고리즘을 개발하였다. 빛의 번짐을 이용한 깊이의 측정은 조명과 광학계 사이에 광학창을 부착하여, 신뢰성과 정밀도를 확보하였으며, 단순한 측정 환경을 가지는 측정 시스템을 개발하였다. 깊이 측정 시스템과 2차원 측정 시스템을 통합하여, 범용 미소 형상 측정 시스템을 개발하였으며, 이를 반도체 웨이퍼의 표면 검사에 응용하여, 성능을 입증하였다.
우리나라 산업사회의 기반을 이루는 중소 제조업체의 기술력은 제품의 설계능력이며 이는 제품에 대한 철저한 분석과 풍부한 경험을 바탕으로 이루어진다. 일반적인 제품의 생산과정은 많은 시간과 노력이 요구되며 또한 실험을 위한 많은 비용이 소모되어, 최근 들어 제품의 성능 및 안정성 검사에 컴퓨터를 이용한 해석방법이 시도되고 있다. 이와 같은 해석을 구조해석이라 하며, 이는 실험에 의한 방법에 비해 시간이 적게 소요되며 실험으로는 불가능한 부분까지 적용할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 구조해석의 필요성에 따라 해석 프로그램의 사용이 증가하고 있으며, 국내에서는 개발 프로그램이 없는 현실에서 주로 외국의 상용 프로그램을 구입하여 사용하고 있는 실정이나, 가격이 고가이며, 워크스테이션 환경하에서 운영되기에 일반 사용자들이 쉽게 접근하기 어려우며, 전문 Engineer의 사용 위주로 개발되어 중소기업에서 사용하기에는 어려움이 따른다. 따라서 PC환경하에서 초보자도 쉽게 해석을 수행할 수 있도록 GUI 등을 이용하여 사용자의 편의성을 최대한 고려한 중소기업 대상의 해석 프로그램의 국산화 개발이 시급하다. 프로그램의 개발에 필요한 기술로는 해석에 필요한 자료의 입력과 기하학적 형상의 요소 생성 부분과 생성된 요소를 이용하여 구조물의 변위, 응력 및 열 분포 등을 계산하는 부분, 그리고 결과를 데이타나 그래픽으로 출력하는 부분으로 구성된다. 산업체에서는 이와 관련된 기술은 전무하며 대학 및 국책연구소에서는 필요한 부분만이 산발적으로 개발되어, 전체적인 기술의 통합은 이루어지지 않고 있다. 반면, 한양대학교 구조해석 및 복합재료 연구실에서는 7~8년간 구조해석 프로그램 휴샙(HUSAP)을 이미 개발하여 현재 연구에 사용 중에 있다. 이러한 축적된 연구의 결과를 참여업체인 현대 기술정보(HIT)와 더불어 수정 및 보안하여 참여업체를 통해 상업화하고자 한다. 기술 개발시 국내 중소 제조업체는 저가로 구입하여 쉽게 제품에 대한 성능 및 안정성을 평가할 수 있으므로 해석결과를 설계에 반영하여 제품의 생산 기간을 단축하여 기술력 증대를 가져올 수 있다. 아울러 외국 CAE 프로그램의 단가를 낮추어 국가적으로 비용 절감의 효과가 있다. 또한 프로그램의 수정 및 기능 추가가 용이하여, 사용자에 따라 전용환경 구축이 가능하다. 본 프로그램은 앞으로 2~3년에 걸쳐 완전한 상업화 프로그램으로 개발될 예정이며, 그 이전에 본 프로그램의 Beta-Version을 중소기업에서 무료로 사용할 수 있으며, 판매와 아울러 컨설팅을 동시에 수행할 수 있다.
시스템크롤러(crawler)형 굴삭기는 버켓(bucket) 구동계 뿐만 아니라, 주행계까지도 유압으로 구동되어 진다. 특히 굴삭기 상부 몸체의 선회 운동과 굴삭기의 주행 운동은 모두 유압 모타로 이루어지는데, 유압 모타를 제동(brake)하는 동작에서 유압 모타를 브레이크용 펌프로 동작 시킬 수 있다. 유압 모타가 브레이크용 펌프로 동작함으로써 구동체의 운동에너지를 유압에너지로 변환할 수 있으며, 변환된 유압 에너지는 축압기(accumulator)에 저장한다. 구동체를 다시 가속할 때에, 저장된 유압 에너지를 이용함으로써 에너지를 절약할 수 있다. 에너지 재생 브레이크 시스템의 주된 연구 내용은 다음과 같이 구성된다. (1) 구동체의 브레이크 조작, 가속 조작 등과 연관되어지는 브레이크 시스템의 회로 구성 기술 (2) 에너지재생 브레이크 시스템의 정적 성능으로서 에너지 절약 효과에 관한 기술 (3) 에너지 재생 브레이크 시스템의 동적 성능으로서 가속 성능 향상에 관한 기술 (4) 엔진 스톨링(stalling) 방지 효과.
여러 가지 금속 가공 공정 중에서 분말야금법은 다양한 제조 공법을 가지고 있으며 우수한 물성을 갖는 기계부품을 정형(near-net-shape)에 가깝게 성형할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 분말을 이용한 부품 성형 공정은 상온에서 예비 성형체를 만든후 고온에서 치밀화가 이루어지고 복잡한 하중 하에서 치밀화가 이루어지므로 이를 해석할 수 있는 구성 모델이 필요하다. 이에 대한 연구로 금속 분말의 상온에서의 항복에 의한 치밀화 거동과 고온에서 멱수 법칙 크리프에 의한 치밀화 구성 모델을 이용한 유한요소해석과 실험치의 비교 검토 연구를 통하여 구성 모델의 유효성을 확인하였다. 이와 같은 구성 모델을 이용한 유한요소해석은 실제 금속 분말의 치밀화 성형 공정의 해석 및 최적 공정 설계에 유용하게 이용될 것이다. 또한 분말 단조 공정을 위한 부품의 제조 공정 개발을 위한 기초 기술의 확립을 위하여 모재의 열-점소성에 관한 실험 및 해석, 다공질 프리폼의 고온 단조 실험 및 해석, 분말 단조 공정의 최적 공정 변수의 도출 개발 등의 연구를 수행하였다.
본 연구는 모올드 및 고정구의 경량화, 단순화하기 위한 연구를 수행하고자 한다. 이는 응력 해석에 필요한 하중 및 경계조건을 결정하고 컴퓨터 수치해석(FEM)을 이용한 시뮬레이션 방법을 확립한다. 나아가 확립된 해석기법을 이용한 시뮬레이션을 통하여 최적안을 결정하며 도면화한다. 한편, 기존 재질과 다른 목재, 엔지니어링 우드(engineering wood), 하니콤-셀(honeycomb shell)복합재 등의 신소재를 이용하는 방안을 실험 및 시뮬레이션을 통하여 검토하여 최적안을 검토하여 도면화한다.
레이저 가공은 레이저 빔(beam)을 렌지 또는 반사경으로 집광시켜서 얻어지는 높은 밀도의 빛을 이용하는 가공법으로 재료접합, 물질제거, 박막형성 및 표면개질 등 여러종류의 가공이 가능하다. 근년, 레이저 가공기술의 발전에 따라 고긴능, 고부가가치 제품의 가공과 더불어 치밀화, 비용절감 및 설계를 단순화 하는데 이용되고 있으며, 제품 및 부품의 markingm trimiming, cutting, drilling, joining, 및 repairing등 광범위하게 생산설비에 도입되고 있다. 일반적으로 전기, 전자기기 분야에서의 널리 사용되고 있는 motor, tranaformor 및 자기 head 부품 등의 가공에 있어서 지금까지 생산진행의 방법으로 일관화 되어 있으며, 주로 금형에서 가공된 부품들은 수작업르오 적층하여 용접하거나 기계적인 접합(caulking)방식에 의해 2차 가공되고 있는 실정이다. 이러한 방법들은 가공변형에 의한 정도저하, 자력손실 및 절연 등의 문제점이 발생되고 있다. 여기에 대하여 최근에는 고정도, 고효율화 및 고품질화의 목적으로 레이저를 이용한 가공방법이 응용되고 새로운 제조공법이 개발되고 있다. 레이저를 이용한 금현애에서 펀칭에 의하여 박판을 순차적으로 접합하는 적층가공의 고정도화(진원도, 진직도 및 적층 소재의 두께 등)를 실현하기 위해서는 YAG와 CO2 레이저가 사용되지만 발진장치로부터 레이저 빔을 프레스 금형에 광 fiber로 전송하고 또한 가공현장에서의 환경적 문제를 고려하면 YAG레이저가 우수한 성질을 가진다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는YAG레이저를 tk용하여 전기, 전자분여의 소재로 주로 이용되고 있는 Si 양을 달리한 3종류 규소강판의 적층접합을 위하여 프레스 금형내에서 펀칭과 동시에 레이저 적층을 위한 파라미터(parameter) 즉, 레이저 출력, 초점거리 및 보조가스 등의 레이저 빔 가공의최적가공 조건을 결정한다.
산업의 발달과 함께 제품에 대한 소비자의 욕구가 다양해지고 제품의 life cycle이 짧아지고 있다. 대부분 산업제품들은 복잡한 곡면 형상으로 되어 있고 새로운 금형에 대한 요구도 복잡한 형상의 금형을 만들 필요가 생겼다. 복잡한 곡면으로 이루어지는 금형제작에는 금형의 형상을 모델링하는 효율적인 모델링 기법과 더불어 이 모델링 정보로부터 실제가공에 필요한 공구경로계획, 가공조건등 여러가지 고려해야 할 요소가 많이 있다. 이중에서 공구경로 계획으로는, 주사선 경로뿐만 아니라 상향밀링과 하향밀링의 문제가 없고 undercut이나 overcut이 생기지 않으며 upcutting이나 downcutting이 발생하지 않는 등고선 가공경로의 생성이 필요하다. 또한, 모델링 정보로부터 공정계획에 의해 금형제품을 가공할 때 가장 심각하게 발생하는 문제인 공구간섭 현상은 금형의 생산성을 저하시키므로 금형가공에 있어서 공구간섭은 생산성 향상차원에서 꼭 배제해야할 사항이다. 더불어, 근래에 들어 금형생산 시간의 단축과 고정밀도의 제품을 생산하기 위해 실가공전의 설계단계에서 금형데이터를 수치적으로 검증할 필요가 높아짐에 따라 실가공전에 모의가공을 할 수 있는 모의가공 시스템의 개발이 필요하다. 본 연구는 모델링 정보로부터 주사선 경로 및 등고선 경로를 생성하고 특성점을 이용한 곡면의 형상 인식 그리고 공구간섭 현상을 제거하며 3축가공에 많이 사용되는 볼엔드밀, 평엔드밀에 대해 Z-map을 기반으로 비매개변수형 곡면으로 모델링하여 모의가공을 수행할 수 있는 통합적인 생산시스템인 금형자동가공 생산시스템을 개발하고자 한다.
물체가 서로 접촉하면서 상대적으로 운동할 때 발생하는 소음, 열, 진동 등의 문제는 일상생활은 물론 산업현장에서 많은 문제들을 야기시키고 있다. 일반적인 동적 기계요소에서 피할 수 없는 이러한 고체와 고체 사이의 미끄림 접촉현상은 마찰현상으로 이해되어지고 있으며, 따라서 마찰력의 극소화 실현을 통해 마찰/마멸로 인해 야기되는 각종 기계적, 경제적 및 에너지 손실문제를 해결하기 위한 여러 노력과 연구들이 꾸준히 진행되어져 오고 있다. 그러므로 일반적으로 마찰연구에 대한 궁극적인 목표는 어떠한 미끄럼 접촉상황에서도 마찰계수를 제어함으로써 고체간의 미끄럼 접촉시 발생하는 마찰력을 극소화시키는데 있다. 종합적으로 볼 때 마찰 및 마멸저감 기술은 모든 동적기계요소의 신뢰성을 비롯하여 수명과 성능을 향상시키는데 필수적이다. 따라서 자체적으로 저마찰 특성을 갖는 소재의 개발이 중요하며, 이에 앞서 마찰기구에 대한 정확한 이해가 선행되어야 할 것이다. 본 연구에서는 마찰/마멸 저감기술 확보를 위한 연구로서 먼저 운동형태에 따른 금속고체간의 마찰/마멸 메카니즘에 대한 연구를 수행하였다.
금오공대 이종찬교수의 정밀가공연구실에서는 세라믹, 고경도 금형강, 특수강 등의 각종 난삭재 정밀가공 및 절삭·연삭 공구 개발에 필요한 연구장비를 갖추어 놓고 기업체의 필요에 따라 연구에 응하고 있다. 연구방법은 압전형 공구동력계를 이용하여 가공시 가공방향과 수직방향의 절삭(연삭)저항력을 측정하고, 공구 현미경, 영상현미경시스템, 전자주사현미경을 사용하여 공구의 마모상태, 마모량 및 마모 메카니즘을 분석한다. 가공표면은 표면조도계로 표면 거칠기를 측정하고, 전자주사현미경으로 표면의 형상변화 및 화학적 변화를 분석한다. 이러한 연구방법으로 이미 여러 가공업체 및 공구 제조업체와 산학협동을 통한 제품개발을 해온 바 있으며 그중 연삭숫돌, 다이아몬드 컷터 블레이드, CBN 볼엔드밀, 다이아몬드 휠 드레싱 스틱 등의 개발사례를 소개한다.
차량 동역학 해석시에 많이 사용되는 대표적인 시스템으로는 ADAMS, DADS 등을 들 수 있다. 그러나 이러한 기존 시스템들은 매우 고가일 뿐만 아니라, 자동차의 주행특성을 해석할 때 필요한 많은 정보들이 실험값에 의존하기 때문에 자동차 모델을 변경할 때마다 다시 여러 가지 실험들을 수행해야 하고, 그 사용방법도 매우 복잡하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점은 자동차나 그 구성요소의 개념 설계단계, 또는 제어 알고리즘의 검증단계에서는 담당 엔지니어에게 매우 큰 부담을 주게 된다. 따라서 본 연구과제에서는 자동차의 몸체, 현가장치, 타이어, 구동장치, 조향장치 등에 대한 제원이나 제어방법을 GUI 환경에서 수정하거나 추가하는 것만으로 요구되는 자동차의 동적 거동을 신속하게 파악할 수 있는 자동차의 동역학 해석 시스템을 IBM PC에서 구현하는 데 일차적인 목표를 두었다. 특히 본 연구과제에서 개발하는 시스템은 다자유도 모델에 토대를 두고 있기 때문에 4륜 구동장치, 4륜 조향장치, 능동 현가장치, ABS 제동장치 등과 관련된 제어특성을 분석할 수 있으며, 시스템 사용자의 편의성을 고려하여 모든 정보의 입출력이 윈도우즈 GUI 환경에서 이루어지도록 컴퓨터 언어로는 Visual C++를 사용하고 있다. 또한 동역학 해석 및 제어 결과의 가시화를 위해서 솔리드 모델링 기법(Solid Modeling Technique)을 이용한 자동차의 실시간 3차원 주행 시뮬레이션 모듈을 포함하고 있다. 이러한 형태의 동역학 해석 시스템은 자동차의 주행성능 및 제어 알고리즘을 평가하기 위해서 소프트웨어와 하드웨어를 연계시킨 실시간 주행 시뮬레이터(Real-Time Simulator)의 국산화 개발에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
다지 다관절 로봇손은 기계부품의 조립과 같이 다양한 물체를 다루어야하는 작업 상황, 원격제어(teleoperating) 기술을 이용하여 인간이 접근할 수 없는 극한 상황에서 기계를 조립해야만 하는 상황 등에 응용이 필요하며, 특히 재활의학에 있어서, 손이 절단된 장애자에게 인간의 손과 유사한 형태와 기능을 갖는 인공의수(prosthetic hand)에 관한 연구를 유사한 분야라고 생각할 수 있다. 산업현장에서 사용되는 단순한 형태의 집게나 gripper 혹은 chuck등과 달리 다지 다관절 로봇손(multi-fingered, multi-jointed robot hand)은 로봇 매니퓰레이터의 유연성과 응용성을 향상시켜줄 수 있다. 본 연구실에서는 다지 다관절 로봇손의 설계와 제어에 관한 연구를 수행하고 있으며 특히 텐던(tendon)에 의한 장력구동형 로봇에 관해서는 수차례에 걸쳐서 제작, 제어, 응용을 하여본 경험이 있다. 대개 자유롭게 로봇손이 물체를 파지하기 위해서는 4자유도 이상의 손가락을 4개이상 가져야 할 것이 요구되며 이상과 같은 구조를 갖는 로봇 손을 인간형 다지 다관절 로봇손(anthropomorphic multi-fingered multi-joined robot hand)이라고 하며 본 연구실의 주된 연구대상이다.
기계설비의 자동화, 공작기계의 고급화 등으로 인하여 여러방향의 힘과 토오크를 정확하게 측정하여야 할 필요성이 증가하고 있으며 이에 대한 응용분야가 확대되고 있다. 다축 로드셀은 기술집약적인 제품이므로 가격이 대단히 고가이어서 적극적인 활용이 어려운 실정이다. 스트레인 게이지를 사용하는 다축 로드셀은 감지부의 구조가 비교적 간단하고 한 몸체로 제작할 수 있어 오차가 작고 선형성이 좋다. 다축 힘/토오크 센서는 하중간의 상호영향이 크기 때문에 이를 최소화시킬 수 있는 적절한 설계방법과 정확한 특성시험이 필요하다. 다축로드셀을 개발하기 위하여는 구조고안, 변형해석, 치수설계, 스트레인 게이지의 위치 결정 및 브리지회로 구성 등의 설계과정과 감지부 가공, 스트레인 게이지 부착 및 회로구성, 조립 등의 제작과정과 특성을 평가하는 특성시험과정이 순서대로 진행되어야 한다. 연구자는 각 과정에 대한 충분한 경험을 가지고 있고 단축로드셀 개발, 디지탈 토오크 렌치 및 교정기 개발, 소형 토오크 셀 개발 경험이 있으며 3분력 로드셀과 소형 6축 힘/토오크 셀을 개발한 경험이 있다. 또한 로드셀의 응용분야에도 관심이 있어서 weighing bridge, 의료기기 등에 대한 로드셀의 적용에 대한 연구도 계속될 계획이다.
기존 2단 기계식 주차설비중 피트식 및 승강횡행식의 경우는 지면을 파내어 설치하는 반매립식 고정 구조물로서 동력에 의한 와이어 승하가 방식을 채택하고 있기 때문에 사고의 위험성이 상존해 있을 뿐만 아니라, 안전장치 미흡 등으로 미사용 방치 상태의 사례가 빈번하다. 이웃나라 일본의 경우는 주차 설비 수요중 80%가 2단 기계식 주차장임을 감안할 때 국내에서도 최근 주차난의 심각성에 다른 대책의 일환으로 국내 법규에 맞는 제품의 개발이 절대적으로 필요하다. 이에 동연구자는 산학 공동 연구 개발을 하고 있는 (주)대영(경남 사천시 곤양면 서정리 1129-5)과 함께 旣개발 품인 X형 카리프트(X-type car lift)를 응용하여 상기 주차설비의 문제를 보완한 1 대의 주차 공간에 2대를 주차할 수 있는 설비를 개발하려고 한다.
일반적으로 대형 복합구조물의 설계시에 다양한 형태의 정적, 동적하중을 고려한 시스템의 진동특성을 예측하는 것은 공진으로 인한 파손 등의 안전성을 평가하는데 꼭 필요한 것이다. 특히 원자력 구조물과 같이 안전성을 요구하는 안전설비의 구조적 설계에는 내진해석이 필수적이며, 여러 요구조건을 만족하여 구조 안전성을 확보하여야 한다. 원자력 구조물의 내진해석에서 고려하는 지반 지진하중은 운전기준지진(Operating Basis Earthquake: OBE)과 안전정지지진(Safe Shutdown Earthquake: SSE)이고, 모달해석과 응답스펙트럼해석이나 시간이력해석을 통하여 내진해석을 수행하며, ASME Code의 규정 절차에 따라 결과를 분석한다. 본 연구에서는 다목적연구로인 HANARO에서 재료조사시험을 위한 여러 기계와 전기장치들의 복합구조인 계장캡슐 및 지지구조물의 내진해석 과정과 결과를 나타내었다. 또한 항공기의 동체와 같은 대형 구조물을 판과 쉘의 복합구조물로 이상화하여 진동특성을 규명하고, 수학적 모델링과 실험 그리고 유한요소해석 등의 방법에 기초한 설계 및 응용기법 그리고 응용분야 등을 제시하였다.
본 연구에서는 T-method 이론을 응용하여 등압법으로 설계된 CAV 및 VAV 덕트시스템에서의 풍량 및 압력강하량을 정확히 예측할 수 있는 덕트해석 프로그램을 개발하였으며, 또한 이 프로그램에는 기존 T-method 이론으로는 적용하기 어려웠던 환상식 덕트시스템(Loop Duct system)에 적용 가능한 확장 T-method(Extended T-method) 이론이 포함되어 있다. SHRAE Handbook(1993, Fundamental, Chap. 32.)에 전압법으로 계산된 덕트시스템에 본 프로그램을 적용하여 각 덕트구간의 유량비교를 통해 그 타당성을 검증하였다. 아울러 실제 건물에 계획된 환상식 덕트시스템에 본 프로그램을 적용하여 각 취출구에서 실제로 토출될 풍량을 예측할 수 있었다. 그러므로 본 프로그램은 CAV 및 VAV 공조방식의 덕트시스템에서 각 취출구의 풍량과 각 구간의 압력강하를 예측하는데 유익한 도구가 되리라 사료된다.
세라믹스 재료들이 산업용 신소재로서 각광을 받고 있으며 이에 관련된 세계 시장규모도 확장 추세에 있는 실정이다. 따라서 세라믹스 부품제조의 정밀가공 기술개발에 관심이 모아지고 있다. 따라서 정밀가공법인 래핑작업의 최적 가공조건을 선정하는 데 기초가 되는 가공 능률과 가공면정도를 예측할 수 있는 해석법을 연구하였다. 연구결과로써 가공물, 랩제, 랩 들의 기계적 물성치를 고려하여 랩압력, 랩제입도, 랩속도, 공작액과 랩제의 혼합율 등의 가공조건에 따른 가공면 거칠기와 가공물 제거율 등의 가공성능을 계산할 수 있는 시뮬레이션 기법을 개발하였다. 세라믹스와 같은 경취재료에 대한 래핑가공의 가공기구에서는 금속소재의 경우와는 달리 취성파괴가 중요한 인자가 된다고 믿어지고 있다. 먼저 랩제입자와 가공물과의 접촉현상을 압자와 취성재료의 표면접촉으로 모델화하여 기본적인 가공기구를 해석하였다. 이상화된 모델링을 이용하여 취성재료가 압자와의 접촉시에 발생되는 응력의 분포를 구하였다. 이와같이 구해진 응력분포에 취성파괴역학을 적용시켜서 가공면에서 이루어지는 크랙의 발생깊이와 크기를 예측하였다. 예측결과인 크랙의 크기로 부터 가공물 제거율을, 크랙 발생깊이로 부터 표면 거칠기 변화를 구하였다. 이와같은 랩제입자 하나에 대한 기초 해석법을 다음에는 여러 크기를 갖는 랩제입자들로 이루어지는 실제 래핑가공에 맞게 확대 적용하였다. 랩제입자들의 확률적 크기분포로 부터 랩제입자 각각에 작용되는 하중을 통계적 처리를 하고 랩제와 공작액의 혼합율로 부터 가공작업에 사용되는 랩제입자들의 총수를 구하여 실제 가공면의 거칠기를 계산하였다. 그리고 랩속도까지를 고려하여 가공능률도 예측 가능하게 하였다. 해석 예측값을 가공실험 결과와 서로 비교 분석하여 새로이 구해진 해석법의 타당성을 검토하였다. 검토결과 표면정도 예측은 실험결과와 좋은 일치를 보였으며 가공율에 대해서는 아직은 미흡하지만 도움이 될 만한 예측를 할 수 있었다. 끝으로 연구결과인 가공성능 산출 시뮬레이션 기법을 산업현장의 PC에서 쉽게 사용할 수 있게 전산 프로그램으로 개발하였다.
최근 차세대 재료가공기술로서 관심과 기대가 집중되고 있는 레이저응용기술은 재료용접분야에서도 재래적인 용접기술상의 문제점들을 개선시킬 가능성을 보이고 있다. 그러나, 아직까지 레이저 용접기술은 극히 초보적인 단계로서 용접방법과 재질에 따른 합리적인 용접조건들이 표준화되어 있지 않고, 레이저 용접품질에 중요한 영향을 미치는 용접결함과 변형 등에 대해서도 개선되어야할 과제가 많은 실정이다. 한편, 이상의 레이저용접기술이 재료접합수단으로서 도입됨과 더불어, 최근에는 자동차, 항공기, 전자공업분야등에서는 생산성 제고를 위해 레이저 용접된 소재를 목적에 맞추어 프레스(press) 성형하는 소재접합일체성형(tallor welded blank, tallored blank) 기술에 관심이 국내·외에서 상당히 높아지고 있는 상황이다. 그러나, 소재접합일체성형에 있어서는 프레스 성형중에 용접부가 파단되면, 재료가 과다하게 소모될 뿐만 아니라, 프레스가공기의 가동률을 떨어뜨리기 때문에 확실한 용접품질(성형성)이 보장되어야할 전제조건과 프레스 다이(press die) 형상에 따른 최적의 소재형상설계 및 성형기구(forming mechanism)에 대한 연구가 선행되어야 한다. 따라서, 본 연구실에서는 지금까지의 연구경험을 토대로 각종재료의 동종재간 또는 이종재간 레이저 용접기술과 소재접합일체성형 기술을 개발코자 한다.
현재 일상생활에서 접하는 자동차의 부품이나 산업 현장에 쓰이는 기계 부품은 사용 목적에 따라 부품 재료의 모재와 표면의 기계적 특성이 달라야 할 때도 있으며 부품 사용 환경에 맞는 특수한 기계적 특성을 갖도록 가공함으로써 생산비용 절감과 고품질화된 제품을 생산할 수 있다. 그러나 기존의 가공 방법은 표면에 전단력이 작용하는 경우 코팅층이 이탈하고 가공 공정시 넓은 열 영향 범위로 인하여 뒤틀림이 발생하는 단점이 있었다. 레이저 클래딩기술은 필요한 국부적인 부분을 사용 환경에 요구되는 기계적 특성을 가진 재료를 녹여 붙여 표면 개질 함으로써 사용 환경에 적합한 기계적 특성을 지닌 부품을 생산하는 기술이다. 레이저 클래딩 시스템은 금속 분말을 공급해주는 장치와 가공 부품 이송 테이블 및 고출력의 레이저가 필요하며 이종 금속을 용융 접합시키는 것이므로 금속 분말의 특성, 이송 테이블 속도, 분위기 가스의 영향, 모재의 반사 정도 등의 가공 변수에 관한 연구가 필요하다. 레이저 클래딩에 있어서 금속 분말의 공급 비율 및 속도는 클래드의 형상, 기공(porosity), 희석(dilution) 및 코팅 층과의 접합 구조를 결정하는 중요한 가공 변수이므로 금속 분말 자동공급장치는 압축 가스 이송 방식을 적용하여 정밀 제어가 가능하도록 설계 및 제작하였으며 레이저 클래딩 가공실험을 하였다. 본 연구에서 고출력의 2.8kW CO2레이저와 독자적으로 설계 및 제작한 금속 분말 자동공급장치를 이용한 결과 레이저를 이용하여 클래딩을 하였을 때 기존의 방법인 용사법(thermal spray)비하여 공정시간 단축과 표면접합이 우수한 표면 층을 얻게 되었다. 또한 레이저 클래딩 가공 시스템은 금속 분말만 바꾸면 언제든지 다른 특성의 우수한 부품을 얻을 수 있으므로 다품종 소량 생산에 적합하며 응용범위 또한 매우 넓다. 현재 여러 가지 금속 분말을 혼합하여 내열성 및 내마모성이 필요한 자동차 엔진 밸브시트에 본 기술을 적용 연구중에 있다.
최근 자동차의 벌전 추시는 고성능화, 고속화. 고안정화이며, 자동차의 각종 부품도 소형화, 경량화로 발전되고 있다. 자동차 경량화를 위하여 선진산업체에서는 레이저 용접판재를 이용한 금속판재성형(sheet metal forming) 기술에 연구력을 집중하고 있다. 본 연구에서는 레이저 용접판재를 자동차 도어 인너(dooe inner)에 적용하여 실제 판재성형 과정인 중력효과, 바인더랩(binder wrap), 성형해석, 트리밍(trimming) 과정을 시뮬레이션하여, 변형양상, 파단, 스프링백(spring back), 용접선 이동특성 등을 예측하였다. 레이저 용접 판재의 거동 즉, 용접선의 이동특성은 금형 및 제품설계의 중요한 변수가 되므로 용접판재 설계시 반영되어야 한다.
사이크로이드 타입 하모닉 드라이브(Cyclod -harmonic drive )는 기존의 하모닉 드라이브가 인볼류트 (involute gear)를 사용한데 반하여 사이크로이드 곡선을 이용한다. 인볼류트 곡선을 이용할 경우 치형의 치저부문에서 곡률이 작아져서 flexspline이 타원으로 변형시 응력이 매우커지게 되는 단점이있었다. 그러나 사이크로이드 형태는 치저부문에서 곡율이 크고 따라서 응력 집중 현상이 작게된다. 본 발명에서는 하모닉 드라이브 + 유성 감속기를 결합하여 1단에서는 유성감속기에 의해 1차 감속을 행하고 2단에서는 사이크로이드 하모닉에 의해 2차 감속을 하게한다. 현재의 하모닉 드라이브는 잇수가 많아야 되고 또한 치형이 작아서 공구의 마모도 대단히 큰 편이다. 이렇해 2단으로 감속 함으로서 사이크로이드의 잇수를 줄이고 모듀율을 크게 함으로서 기어의 연삭도 가능하게 된다. 또한 1차 감속기는 유성치차로 감속비를 쉽게 조절할 수 있고 입력 관성 모우먼트를 작게 할 수 있는 장점이 있다. 1차 감속기의 유성 캐리어에서 나오는 출력과 하모닉 입력 측 사이에 올담 커풀링을 삽입 함으로서 유성의 출력축과 하모닉의 입력축 Misalignment를 허용하며 또한 링기어와 Flexspline의 출력사이에도 올담 커플링을 함으로서 링기어도floating 상태로 두게된다. 이러해 함으로서 입력측 sun gear의 Misalignment를 허용한다.