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• 기계연, 고출력 레이저·광학부품 ‘7일 연속’ 성능 검증 기반 마련

  송고일 : 2026-04-09
  
  

  기계연 최지연 책임연구원이 에프세타렌즈의변이량 측정값에 대해 설명하고 있다. / 기계연 제공

  [투데이에너지 임자성 기자] 한국기계연구원(이하 기계연)이 고출력 레이저 광원과 광학 모듈의 성능을 실시간 모니터링하고 광학 코팅의 강도까지 평가할 수 있는 테스트베드 3종을 국내 최초로 개발했다. 이번 기술 개발을 통해 국산 레이저 용접기용 광원과 광학 렌즈의 7일(168시간) 연속 성능 평가 실증에 성공하며, 외산 중심의 레이저 장비 시장에서 국산 부품의 신뢰성을 객관적으로 검증할 수 있는 전기를 마련했다.

  기계연 자율제조연구소 광응용장비연구실 최지연 책임연구원 연구팀이 개발한 평가 시스템은 온습도 환경 변화에 따른 고출력 레이저 출력 변화를 실시간으로 기록하는 테스트베드, 광학 렌즈의 열렌즈 효과로 인한 초점 위치 오차를 측정하는 테스트베드, 그리고 광학 코팅의 레이저 유도 손상 임계값(LIDT)을 측정하는 테스트베드 등 총 3종으로 구성된다. 고출력 레이저의 이상 작동 시 자동으로 장비를 정지시키는 기능을 적용해 장시간 모니터링 환경에서도 안전한 운용이 가능하다.

  기존 광학 부품 성능 데이터는 대부분 실험실 환경에서 단기간 측정된 결과로 실제 가공 환경을 충분히 반영하지 못한다는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 실제 가공 환경보다 가혹한 조건에서 장시간 평가가 가능하도록 시스템을 설계했다. 주요 광학 마운트에는 수랭식 냉각 구조와 온도 센서를 적용해 온도 상승을 억제하고, 외부 진동으로 인한 레이저 초점 빔 위치 왜곡을 감지하기 위해 변위 센서를 도입하여 측정 정밀도를 높였다.

  개발된 테스트베드는 실제 국내 기업의 제품 개선에도 활용되고 있다. 기계연의 시스템을 활용해 렌즈 소재와 생산 공정을 개선한 한 국내 광학업체는 1kW 레이저에 7일 연속 노출되는 조건에서도 해외 제품보다 우수한 초점 위치 유지 성능을 보이는 에프세타(F-Theta) 렌즈 개발에 성공했다. 이는 이차전지, 반도체, 자동차 등 고출력·고정밀 공정이 요구되는 주력 산업에서 공정 편차를 최소화하고 생산 수율을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.

  최지연 책임연구원은 “이번 테스트베드 개발로 ISO 표준 기반 검증은 물론 고객 요구에 따른 장시간 맞춤형 평가도 가능해졌다”며 “실사용 환경에서 신뢰성 있는 성능 데이터를 확보함으로써 국산 장비의 경쟁력을 높이고 제조장비 산업의 신뢰성을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것”이라고 밝혔다.

  출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)