OPTEC의 다중 파장 초고속 레이저
OPTEC의 다중 파장 초고속 레이저 미세 기계 가공 워크스테이션은 에어로텍 미세변위 및 모션 컨트롤을 사용한 새로운 회전 절삭 공구대 광학(TO) 설계가 특징이다. 회전 절삭 공구대 광학 시스템은 우수한 위치 성능뿐만 아니라, 더 빠른 개발과 제작 기간을 제공한다.
벨기에의 레이저 미세 기계 가공 전문 OPTEC s.a.는 에어로텍의 미세변위 시스템에 기반을 둔 자동 다중 파장 레이저 전달 솔루션을 개발했다. 높은 반복, 다중 파장 펨토/피코 초미세 기계 가공 프로젝트는 명성 있는 카를스루에 공과대학을 위해 설계되고 만들어졌다.
OPTEC s.a.은 산업과 연구 전반에 걸쳐 사용된 최첨단 레이저 미세 기계 가공 시스템의 선도적인 글로벌 공급업체이다. 명성 있는 카를스루에공과대학(KIT)이 의뢰한 최근의 다중 파장 및 높은 반복도의 펨토/피코 초 워크스테이션에 대해, OPTEC은 에어로텍의 ALAR 시리즈 로터리와 PRO 시리즈 리니어 수직 스테이지의 조합을 사용하여 완벽에 가까운 서브 미크론 반복도를 가진 시스템의 3개 갤보 헤드를 배치하고, 색인하기 위한 새로운 회전 절삭 공구대 광학(TO) 설계를 개발했다.
회전 절삭 공구대 광학 시스템의 장점
기계가 수행해야 하는 다양한 용도에 대해 신속하고 자동화 전환이 필요한 기계와, 같은 대체 ILO (Inline Optical) 설계와 비교했을 때, TO 시스템은 우수한 위치 성능을 제공할 뿐만 아니라 훨씬 더 소형이다. 그리고 이것은 더 적은 위치 축으로 덜 복잡한 제어를 필요로 한다. 그뿐만 아니라 더 빠른 개발과 제작 기간을 가능하게 하므로 더 낮은 부품비용을 만든다.
일반적인 ILO 설계는 세 개의 갤보 헤드를 이용하고, 광학 및 진단장치를 부품 위치 결정에 사용되는 기계의 X-축 이동 스테이지 위에 별도의 Z-축 위치 결정 기구에 고정한다. 300mm×300mm를 측정하는 테스트 하에 부품 전체 영역에 접근할 수 있는 기계에 대해서 X축은 약 1000mm의 이동범위를 가져야만 한다. 전체적인 기계 사이즈는 아마도 제한된 공간의 연구 장소 또는 생산 바닥이 유일한 문제이지만, 진짜 문제는 기계 기하학 구조를 통해 달성될 수 있는 제한된 전반적 정밀도이다.
각 스테이지의 직선도 및 평탄도 편차뿐만 아니라 광학 헤드 사이의 공간 및 각 Z축 사이의 평행도 등은 작업을 정확하게 수행하게 하는 전체 기능을 감소시키는 레지스트레이션 오류를 합성하는 데 기여한다. 또한, 다중 파장 작업을 위한 좌표계의 다양한 축 제어의 복잡성은 다루기 어렵고 시간 소모가 클 수 있다.
OPTEC TO 설계의 경우, 광학은 단단한 기둥 아래 균형 하중으로써 세 개의 갤보 헤드 및 진단 도구에 장착된다. 다이렉트 드라이브 기술의 특성이 있고, 제로 백래시, 높은 강성, 높은 축 적재 용량의 이점이 있는 고정밀 ALAR 로터리 축에 이것은 직접 연결되어 있다.
로터리 스테이지는 안전하고 완벽한 안정도를 위해 필수적 균형 및 제동 장치가 있는 단일 튼튼한 Z-축 스테이지에 직각 브라켓으로 장착되었다. 로터리 스테이지의 큰 구경으로 레이저 및 기타 서비스는 갤보 헤드 중심으로 전달될 수 있다. 이 배열은 모든 레이저 빔에 대한 도착 지점이 작업 공간 위와 같은 지점으로부터 오는 것을 확인하고, 등록은 회전 스테이지의 각 반복도에 의존하는지 확인한다.
현미경 대물렌즈 회전 절삭 공구대와 개념이 유사하고, 에어로텍 로터리 스테이지(300mm PCD에 대한 반복도 ±0.5arc sec 또는 ±0.3μm)의 고유한 정밀도에 의해 제어된 이 고급 솔루션은 거의 ILO 솔루션의 사분의 일인 전체 기계 반복도로 변환된다. X축 스테이지는 ILO 예와 같은 작업 영역에 대해 300mm 이상의 이동거리를 가져야만 하는 부품 위치결정에 사용된다. 또한, 제어 및 설정 시간은 크게 줄어든다.
펨토/피코 초 레이저 가공 시스템
시스템 설계자인 Optec의 Rod Andrew는 에어로텍 스테이지들과 컨트롤러들은 디자인 콘셉트를 위해 요청되는 매우 엄격한 사양들을 만족시킬 것이라는 것을 절대적으로 확신하기 원했다.
“프로젝트의 입찰 단계에서 일련의 테스트들이 친절하게도 평가를 위해 대여된 에어로텍 ALAR-100 로터리 스테이지에서 진행되었다. 순간 부하 테스트와 에어로텍의 상당한 기술적 지원 노력에 힘입은 계산들을 포함한 물리적 테스트들의 결합은 우리가 그 사양을 만족시키고 넘어설 수 있고 우리의 단순화된 디자인으로 매우 경쟁력 있는 입찰을 제출할 수 있다는 사실을 확인시켰다.”
Andrew는 또 “그 기계는 지금 납품되었고, TO 개념은 서브 마이크론 반복도로 매우 잘 작동되고 있다”며, “우리는 1000배율 현미경 검사장비로 최종 기계의 검사 단계에서 이 수준들을 기록했다”고 덧붙였다.
KNMF(Karlsruhe Nano Micro Facility)가 투자한 초고속, 높은 반복 펨토/피코 초 레이저 가공 시스템에 대한 사양은 매우 넓은 범위에 이른다. KNMF는 대중 작업장을 위해 오픈되고, 산업부터 학계까지의 사용자들이 최첨단의 마이크로, 나노기술 멀티재료에 무상으로 접근하도록 하는 데 초점이 맞추어져 있다. 전 세계적인 Optec 작업장은 이제 설치되었고 KIT 레이저 기술부의 수장인 Dr. Wilhelm Pfleging이 만족하도록 작동되고 있다.
그는 “이 특별히 구성된 작업장(예를 들면 기초, 둘째, 셋째 고조파, 조정 가능한 펄스 길이 등)을 사용함으로써, 에너지 보관 장치를 위한 소재는 물론, 바이오 소재, 투명한 소재와 같은 멀티 소재 시스템들의 복잡하고 초고속의 레이저 마이크로, 나노 구조가 온도 영향 없이 가능하다. 높은 반복도와 재생산성 또한 달성된다”고 말했다.
합판으로 된 고분자 필름(SMARTLAM) 및 미래의 공장(ECO-LASERFACT)을 위한 경제적인 LASER 기술을 기반으로 새로운 다중 파장 펨토/피코 초 레이저 시스템을 위해 KNMF에 열려있는 애플리케이션의 넓은 범위는 마이크로시스템의 스마트 생산을 포함한 여러 유럽 연구 계획에 영향을 주고 있다.
에어로텍의 자동화 플랫폼
OPTEC은 벨기에에서 1990년에 형성된 이후로 에어로텍 UK와 함께 일해오고 있다. KIT 다중 파장 워크스테이션과 표준 및 고객 맞춤 솔루션으로 구축된 엑시머, 단 펄스, CO2 및 CW 시스템에 대한 다른 많은 애플리케이션에 대해 OPTEC은 에어로텍의 강력한 A3200자동화 플랫폼 모션 컨트롤을 그들의 ProcessPower 및 OptecCAD 소프트웨어로 통합한다.
에어로텍의 PC 기반 A3200 자동화 플랫폼은 많은 모듈 요소로 구성된 32축까지의 소프트웨어 전용 다축 모션 및 기계 컨트롤러이다. 강력한 시스템은 결정 분산 모션을 완전히 전달하기 위해서 에어로텍의 Ndrive 디지털 서보 앰프와 조합하에 IEEE-1394 FireWire 프로토콜 네트워크를 사용한다. 그리고 I/O 제어와 밀접하게 동기화되어 있다.
확장 모듈 범위는 프로그래밍과 디버깅을 위한 Motion Composer Suite 및 IDE(Integrated Development Environment)부터 IEC 61131과 PLCopen(PLC 제어 호환)을 위한 A3200 MotionPAC까지이다. 다른 모듈은 시스템 성능 최적화를 위한 HMI, Vision, CNC 오퍼레이터 인터페이스, 다이내믹 컨트롤 툴박스를 포함한다.
A3200의 유연성과 고급 기능은 PSO(Position Synchro-nized Output)와 같은 정교한 명령을 포함한다. PSO는 정밀 경로/레이저 발사 제어를 위해 레이저 트리거 출력을 실시간 절대 위치 피드백과 동기화한다. A3200 소프트웨어 기능은 윈도 기반 ActiveX 요소 C++, VB, .NET 클래스 라이브러리를 포함한 더 높은 수준의 AeroBasic, VisualBasic, C, C++에 걸쳐있다.
또한, KIT 워크스테이션은 기본 X-Y 스테이지에 대해 에어로텍의 ALS5000 시리즈 스테이지를 사용한다. 이 스테이지는 하부 축에 대해 안정적인 지원을 제공하는데 사용되는 Widebody 버전이 있다.
추가로, ANT 시리즈 X-Y 나노포지셔닝 스테이지는 하위 100nm 범위의 위치결정 정확도로 더 작은 면적 미세 가공 작업을 위해 기계에 직접적으로 장착되었다.
문의 : 02-2026-0669 (代)
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