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제안 방법
- 본 연구에서는 실제로 자동 초점조절영역이 되는 공초점 신호의 반치폭 즉 미소신호동기증폭기(lock-in amplifier) 를 통한 미분신호의 선형적인 구간은 초점평면으로부터 ±45 µm 로 설정하였다.
- 본 연구에서는 위와 같은 측정분야에 사용되는 공초점 광학 현미경 원리를 micron 또는 sub-micron 단위의 레이저 미세 패턴 가공에 적용하였고, 기존의 비전이나 초점거리의 계산을 통한 부정확한 초점조절로 인해 발생하는 초점오차를 제거하는 실험을 수행하였다. 또한 가공에 사용하는 레이저와 측정에 쓰이는 레이저가 동일한 광축상에서 가공과 측정이 동시에 이루어질 수 없는 단점을 보완하기 위해 가공면을 측정 후 초점오차가 보상된 프로파일을 따라 가공을 수행하는 off-line 초점오차보상을 제안하였다.
- 본 연구에서는 위와 같은 측정분야에 사용되는 공초점 광학 현미경 원리를 micron 또는 sub-micron 단위의 레이저 미세 패턴 가공에 적용하였고, 기존의 비전이나 초점거리의 계산을 통한 부정확한 초점조절로 인해 발생하는 초점오차를 제거하는 실험을 수행하였다. 또한 가공에 사용하는 레이저와 측정에 쓰이는 레이저가 동일한 광축상에서 가공과 측정이 동시에 이루어질 수 없는 단점을 보완하기 위해 가공면을 측정 후 초점오차가 보상된 프로파일을 따라 가공을 수행하는 off-line 초점오차보상을 제안하였다. 그리고 레이저 가공시 초점위치에 가공시편을 이송해주는 방식2과 달리 공초점 신호를 제어신호로 사용하여 자동초점장치가 부착된 Z축의 이송을 통한 자동초점조절을 수행하였다.
- 또한 가공에 사용하는 레이저와 측정에 쓰이는 레이저가 동일한 광축상에서 가공과 측정이 동시에 이루어질 수 없는 단점을 보완하기 위해 가공면을 측정 후 초점오차가 보상된 프로파일을 따라 가공을 수행하는 off-line 초점오차보상을 제안하였다. 그리고 레이저 가공시 초점위치에 가공시편을 이송해주는 방식2과 달리 공초점 신호를 제어신호로 사용하여 자동초점장치가 부착된 Z축의 이송을 통한 자동초점조절을 수행하였다. 실험은 이송축의 특성을 파악하기 위해 레이저 인터 페로미터를 이용하여 Z축의 반복정밀도를 측정하고, 이를 고려한 off-line 방식의 초점거리 보상을 수행하였으며, 초점오차보상 전, 후 레이저 가공을 통해 가공 선폭의 변화를 측정하여 측정 분야에서 사용되고 있는 공초점 방식의 자동초점조절이 레이저 가공에 적용이 가능한지를 확인하였다.
- 그리고 레이저 가공시 초점위치에 가공시편을 이송해주는 방식2과 달리 공초점 신호를 제어신호로 사용하여 자동초점장치가 부착된 Z축의 이송을 통한 자동초점조절을 수행하였다. 실험은 이송축의 특성을 파악하기 위해 레이저 인터 페로미터를 이용하여 Z축의 반복정밀도를 측정하고, 이를 고려한 off-line 방식의 초점거리 보상을 수행하였으며, 초점오차보상 전, 후 레이저 가공을 통해 가공 선폭의 변화를 측정하여 측정 분야에서 사용되고 있는 공초점 방식의 자동초점조절이 레이저 가공에 적용이 가능한지를 확인하였다.
- 자동초점 장치는 Fig. 2 (a)와 같이 상자형태의 경통 내에 광원 소스와 디텍터 역할을 수행하는 광섬유, 광섬유에서 나오는 측정 광원의 변조를 위한 압전소자, 광섬유에서 나오는 발산(divergence)된 광원을 평행광으로 바꿔주기 위한 시준(collimating)렌즈 그리고, 가공용 레이저와 자동초점장치의 광원을 하나의 대물 렌즈에 입사 시켜 주기 위한빔 콤바이너(beam combiner), 가공용 시편에 광을 집속시키기 위한 대물 렌즈를 포함하는 구성으로 제작하였다. 이러한 경통은 Fig.
- Invar 표면의 초기 초점오차를 측정하기 위해 자동초점장치의 광원은 출력 1.5 mW, 광원 변조는 주파수 50 Hz, 진폭 10 µm 으로 하였으며, X 축에 대해 이송속도 1.56 mm/sec 의 속도로 12.5 mm 의 구간에 대해 측정하였다.
- 이송축인 Z 축의 정밀도 측정을 위해 Z 축을 이송구간 (85 mm 구간)에 대해 17 mm 간격으로 5 회 왕복하고 이때 반복정밀도를 레이저 인터페로미터(HP5529A)를 사용하여 측정하였다. 측정 결과는 Fig.
- 자동초점장치가 레이저 가공에 사용이 가능한지 검증하기 위하여 표면이 불균일한 Invar 에 대해 off-line 방식으로 자동초점 적용실험을 수행하였으며 초점오차가 보상되었는지를 확인하기 위해 레이저 가공을 통해 선폭 변화를 측정 하였다.
- 먼저, 초점오차보상을 하지 않은 상태에서 300 mW 의 레이저 출력과 0.01 mm/sec 의 X 축 이송속도로 시편의 일정영역(길이 12.5 mm)을 레이저 가공하였다. 가공된 구간의각 지점 선폭 변화를 측정한 결과는 Fig.
- 이를 보상하기 위해 자동초점장치를 이용하여 초점오차 보상 후 레이저 가공을 수행하였다. Invar 표면의 초기 초점오차를 측정하기 위해 자동초점장치의 광원은 출력 1.
- 5 (a)와 같고, 최대 단차는 약 80 µm 로 측정되었다. 이 신호 값을 PMAC 의 오차보상테이블(Error Compensation Table, ECT)로 정의하고, Z 축에 적용하여 off-line 피드백 제어를 통해 초점오차를 보상하였다. 보상 후 자동초점장치로 재 측정한 결과는 Fig.
- 본 연구에서는 레이저 가공시 정확한 초점위치를 찾기 위해 광학 현미경 등 측정 분야에서 사용되는 공초점 방식의 자동초점조절을 레이저 미세가공에 적용하였고, 레이저가공기에 부착하여 모듈형태로 사용할 수 있도록 경통을 제작하였다. 그리고 레이저 가공과 측정이 하나의 축 상에서 동시에 이루어질 수 없는 단점을 보완하기 위해 가공면을 측정 후 보상된 프로파일을 따라 가공을 수행하는 offline 방식의 초점오차보상을 수행하였다.
- 본 연구에서는 레이저 가공시 정확한 초점위치를 찾기 위해 광학 현미경 등 측정 분야에서 사용되는 공초점 방식의 자동초점조절을 레이저 미세가공에 적용하였고, 레이저가공기에 부착하여 모듈형태로 사용할 수 있도록 경통을 제작하였다. 그리고 레이저 가공과 측정이 하나의 축 상에서 동시에 이루어질 수 없는 단점을 보완하기 위해 가공면을 측정 후 보상된 프로파일을 따라 가공을 수행하는 offline 방식의 초점오차보상을 수행하였다. Invar 표면에 제안된 방식을 적용한 결과 초점오차보상 전에는 가공 구간의 각 지점에서 초점오차로 인해 일정하지 않은 레이저 가공 선폭이 나타났으나, 초점오차보상 후에는 모든 지점에서 약 50 µm 선폭을 유지함을 확인하였다.
- 각 축은 레이저 미세가공을 수행할수 있도록 X 축은 에어베어링을 장착한 리니어 모터구동방식을 택했으며, Y 축은 크로스롤러 베어링 지지에 의한 리니어 모터구동방식을 택하였다. Z 축은 수직방향의 이송을 위해 볼 스크류 방식에 의한 회전형 모터 구동방식을 선정하였으며, 각 축의 정밀 이송을 위해 상용 제어기인 Delta Tau 사의 Turbo PMAC 2 를 사용하였다.
대상 데이터
- 5 mm 의 구간에 대해 측정하였다. 미소신호동기증폭기를 이용하여 공초점 신호의 미분 신호을 초기 Invar 가공면의 초점오차신호로서 사용하였다. 획득된 초기 초점오차신호는 Fig.
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