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표제지

목차

국문요약 10

1. 서론 12

1.1. 연구배경 12

1.2. 시장 13

1.3. 선행연구 조사 17

1.3.1. 무인이동체 17

1.3.2. 적외선 광학계 18

1.3.3. 광기계 경량화 / 해석에 대한 역사 19

2. 해석 및 경량화 이론 21

2.1. 해석 이론 21

2.2. 경량화 이론 22

3. 실험 설계 24

4. TMS 해석 및 경량화 25

4.1. TMS 광학계 해석 25

4.1.1. 해석 목푯값 25

4.1.2. 구조 특징 26

4.2. 해석 진행 과정 33

4.2.1. TMS 광기계 물성 Data 33

4.2.2. 경계 조건 36

4.2.3. 매쉬 설정 38

4.2.4. 좌표계 설정 39

4.2.5. 하중 조건 설정 40

4.2.6. 해석 결과 41

4.3. 경량화 진행 43

5. 해석 기반 TMS 개발 결과 48

6. 결론 51

References 52

ABSTRACT 54

표목차

Table 1. 무인이동체 활용 분야 15

Table 2. AL6061-T6 물성표 33

Table 3. ABS 물성표 34

Table 4. Invar36 물성표 35

Table 5. SUS304 물성표 35

Table 6. 경계 조건 37

Table 7. 전체 변위 43

Table 8. 경량화 해석 조건 44

Table 9. 경량화 해석 결과 45

그림목차

Fig. 1. 세계 무인기 시장 전망 13

Fig. 2. 국내 무인이동체 시장 현황 14

Fig. 3. 국내 드론기체 신고 14

Fig. 4. 무인이동체 기술 개발 현황 16

Fig. 5. TMS 형상 18

Fig. 6. 위상 경량화 설계 과정 19

Fig. 7. 유한요소법 20

Fig. 8. (a)치수최적설계, (b)형상최적설계, (c)위상최적설계. 22

Fig. 9. 위상 설계 밀도 법 적용 23

Fig. 10. 실험 과정 24

Fig. 11. 가공 된 미러의 형상정밀도 25

Fig. 12. TMS 광학계 26

Fig. 13. 미러(상 : M1, 중 : M2, 하 : M3) 27

Fig. 14. 홀더 28

Fig. 15. 어댑터 29

Fig. 16. 센서부 29

Fig. 17. 구조부 30

Fig. 18. 베이스 30

Fig. 19. 바이포드 31

Fig. 20. 베플 스크린 31

Fig. 21. 베플 후드, 베플 스크린 후드 32

Fig. 22. 베플 하우징 32

Fig. 23. 경계 조건 36

Fig. 24. 결합 조건 36

Fig. 25. 매쉬 설정 38

Fig. 26. 좌표계 설정 39

Fig. 27. 전체 변형량 41

Fig. 28. 볼트 제외 변형량 41

Fig. 29. Z축 변위 42

Fig. 30. X축(미러 뒷면의 우측) 변위(좌 : M1, 중 : M2, 우 : M3) 42

Fig. 31. Y측(미러뒷면) 변위(좌 : M1, 중 : M2, 우 : M3) 42

Fig. 32. 기존 해석을 바탕으로 최적화를 진행 43

Fig. 33. 기존 해석 모델을 바탕으로 경량화할 부품의 경량화 파트 선정 44

Fig. 34. 최적 경량화 결과 45

Fig. 35. 재설계 모델 46

Fig. 36. 해석 결과 비교 경량화 전(좌), 후(우) 47

Fig. 37. 도색 및 아노다이징 48

Fig. 38. 조립 정렬 진행 48

Fig. 39. 광테스트 과정 49

Fig. 40. 광테스트 결과 50

Fig. 41. 카메라 센서 장착 및 촬영 비행 50

초록보기

 무인이동체의 발달로 인해 다양한 용도로 무인이동체가 사용되고 있으며. 이에 활용도를 늘리고자 탑재되는 센서 및 광학계에 더 높은 정밀도가 요구된다. 그 중 적외선 광학계는 화재 시 해당 구역에 유해 물질이 있는지 육안으로 확인 가능하게 해주고, 야간에도 물체를 탐지하는 등의 장점이 있어 무인이동체 탑재체로써 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 높은 수준의 광학계 전력을 많이 사용하고, 무거워서 무인이동체의 전력을 많이 소모하여 활동 시간에 영향을 준다. 따라서 본 연구에서는 무인이동체에 탑재되는 광학계를 설계, 해석을 진행하고 무게에 대한 최적화 설계를 진행했다.

설계는 색수차와 회절 등의 문제가 없는 3 반사 광학계를 기준으로 기초 설계를 진행했으며, 이를 토대로 외력에 대한 해석을 진행했다. 해석 결과를 통해 광 경로가 틀어지지 않게 광기구에 추후 후가공이 가능하게 공차를 추가했다. 제작 후 광학성능에 영향을 주지 않는 부품들은 흑색 도색 및 아노다이징을 진행했으며, 각각 3%R, 18%R의 반사율을 얻었다. 광정렬 진행 결과 목푯값이 80%＜30μm인 반면, 측정값은 18.75 ~ 21.1μm으로 목푯값을 달성했다. 이를 토대로 기존 설계를 기반해서 무게에 대한 경량화 설계를 진행했다. 경량화 결과 기존 56.5g에서 34.6g으로 38.8% 감량되었으며, 변형량은 0.15619μm에서 0.1635μm로 증가했다.

이에 본 연구에서는 무인이동체에 탑재되는 광학계 경량화 해석 및 설계 과정에서 참고 자료가 될 수 있도록 제공하고자 한다.

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