미세 및 나노 정밀도 수준에서의 변위 측정은 기계 정밀 가공, 반도체 제조 및 산업 자동화 제어 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 광격자 변위 센서는 전위차계식 및 레이저 간섭식 방법에 비해 구조가 간단하고 해상도가 높으며 전자기 간섭에 강한 장점을 가지고 있어 정밀 변위 측정 분야에서 중요한 방법으로 자리 잡고 있습니다. 그러나 현재 성숙한 광격자 변위 센서는 측정자와 판독 헤드로 구성되어 부피가 크고 측정 범위가 작으며(낮은 “범위-길이” 비율, Range-Length Ratio, RLR), 예를 들어 키엔스의 GT2-S1의 RLR은 0.033에 불과하여 제한된 공간에서의 적용에 부적합합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 센서 부피를 압축하기 위한 “W”형 반사식 접힘 광로 구조를 설계하고, 센서 프로브를 본체에 통합하여 높은 RLR을 구현하며, 변이 입자 군집 최적화(Particle Swarm Optimization, PSO) 알고리즘을 활용하여 광전 검출 신호의 인식 및 오차 보상을 통해 고정밀 측정을 실현하는 새로운 미니어처 광격자 변위 센서를 제안하고 구현하였습니다. 검증 결과, 제안된 센서는 부피가 7 mm×8.5 mm×25 mm로 축소되었음에도 불구하고 측정 범위는 15 mm, RLR은 최대 0.6, 오차는 1.1 μm 이하로 나타났습니다. 해당 광격자 변위 센서는 소형화, 높은 RLR, 높은 측정 정밀도 및 재사용이 용이하다는 특징을 가지며, 좁고 제한된 공간에서의 온라인 간극 및 변위 측정 문제를 해결하였습니다.

절대형 광격자 변위 센서; 미니어처화; 변위 측정; 오차 보상; 간극 측정