[인더스트리뉴스 조창현 기자] 산업 환경 제품 수준이 상향 평준화되면서 고도화된 제품 제조 환경 구축을 위해 신속성 및 정확성에 대한 요구가 지속되고 있다. 고품질 제품 생산을 위해서는 높은 정밀도를 갖추는 것이 중요하다는 것으로 해석 가능하다. 제품 수준 향상을 위해서는 ‘헥사포드 포지셔닝 시스템’ 같이 높은 정밀도로 작업을 진행할 수 있도록 지원하는 툴을 사용하는 것이 도움이 될 수 있다.

PI가 다양한 산업군에 적용 가능한 ‘헥사포드 포지셔닝 시스템’을 제공하고 있다. [사진=Cascade Microtech]

헥사포드 포지셔닝 시스템은 다축 포지셔닝 및 모션 시뮬레이션 애플리케이션을 위한 6자유도와 함께 사용자가 프로그래밍 가능한 피벗 포인트를 제공한다. 정밀한 포지셔닝이 가능하다는 것이다. 이에 정렬(alignment)과 관련된 애플리케이션에서 높은 유연성을 제공할 수 있다. 특히 많은 요건을 충족해야 하는 항공우주 분야에서도 헥사포드를 활용한 사례가 있다. 현재 우주공간에서 임무를 수행 중인 ‘제임스 웹 우주 망원경’ 제작에는 PI에서 제공하는 제품이 활용된 것으로 알려졌다.

헥사포드를 적용한 MarOpto TWI 60 [사진=PI]

산업용 제품 개발 및 테스트에 활용 가능

헥사포드는 산업용 다양한 센서 기술을 테스트하는 데 사용할 수 있다. 모션 헥사포드는 마이크로미터나 나노미터 수준 정밀한 포지셔닝보다 더 빠른 속도와 연속적인 모션에 최적화돼 있다. 또 자율주행 차량과 광전자 분야에서 전기광학 시스템에 대한 안정화 상태를 진단하는 센서 테스트도 지원하고 있다.

소형화가 중요한 산업 애플리케이션에도 적용 가능하다. PI에 따르면 글로벌 생산 계측 및 볼 베어링 등 산업용 제품을 개발하는 제조업체 마하(Mahr)는 각 제품에 대한 성능 향상을 위해 비구면 렌즈를 사용하고 있는데, 비구면 모양에 대한 정확도를 측정하고 렌즈 품질을 테스트하는 것이 중요했다. 나노미터 범위에서 가장 작은 형태의 편차를 동시에 측정해야 하면서도 측정과 셋업 타임은 단축해야 되기 때문이다.

이에 마하는 PI 제공 포지셔닝 시스템을 활용해 비구면을 빠르고 정밀하면서도 유연하게 측정할 수 있는 새로운 툴을 개발했다. 이후 출시된 기울기파 간섭계 제품 MarOpto TWI 60은 전체 표면을 측정하는 과정에서 기존 시스템 활용시 수분이 걸리던 작업을 20~30초만에 수행할 수 있게 됐다.

DxOMark Image Labs의 카메라 테스트에서 손떨림과 같은 원치 않는 모션을 시뮬레이션하는 PI 헥사포드 6축 모션 플랫폼 [사진=DxOMark Image Lab]

카메라 등 제품 성능 확인에 사용

소형 디지털 카메라와 자동차 카메라 등을 포함한 디지털 이미징 솔루션 시장에는 매년 새로운 제품이 공급되고 있다. 카메라 제품 제조사들은 자동차 등 다양한 산업 내 요구에 적합한 제품 공급을 위해 CCD 및 CMOS 카메라에 대한 해상도, 안정성 및 감도를 지속 개선해나가는 중이다.

사용자들은 광학·전자 및 알고리즘 발전에 따라 카메라 성능이 향상된 것과는 반대로 다양한 공급업체에서 내놓는 제품의 이미지 품질에 대한 객관적인 측정과 비교를 해야 하는 난제를 떠안게 됐다. 많은 산업 중에서도 자율주행 차량에 탑재되는 카메라는 탑승자 안전을 보장하기 위해 일반적인 제품보다 엄격한 요구사항을 충족해야만 한다. 제품 선택 과정이 까다롭다는 것이다.

이에 DxOMark Image Labs는 헥사포드를 활용해 카메라를 테스트하고 있다. 고객이 필요에 맞는 카메라를 손쉽게 선택할 수 있도록 지원하기 위함이다. 현재 DxOMark사는 카메라 및 스마트폰 제조사 등과 협력해 다양한 제품에 대한 테스트 및 조정을 진행하고 있다.

지향성 에너지로 고속 성간 여행을 위한 컨셉의 헥사포드 프로토타입 [사진=UCSB Experimental Cosmology Group]

까다로운 우주·자동차 분야에도 적용

헥사포드는 우주 관련 회사와 연구소에서 △위성 안테나에 대한 정밀 테스트 및 포지셔닝 △구성 요소 정렬·조립 △광학 벤치 조정과 보정 △광학 기기 및 서브 어셈블리 관련 품질 검증에 유용하게 활용할 수 있다.

또 항공우주와 관계된 천문학 분야에서도 헥사포드는 지상 망원경 내 미러 포지셔닝 성능에 향상에 도음을 준다. 구체적으로 야간 온도 및 중력 변화로 인한 기계적 변형을 보상하기 위해 기본 미러에 대한 보조 미러를 재정렬하는 것에 사용한다. 망원경 제조 단계에서도 기기를 포지셔닝하고 미러 및 기타 광학 구성 요소에 대한 보정을 돕고 있다.

아울러 헥사포드는 자동차 산업 생산라인 내에서 산업용 로봇과 함께 사용해 로봇 시스템에 대한 위치 반복성과 정확성을 높일 수 있다. PI는 헥사포드를 로봇과 함께 사용하는 상황에서 이동 범위가 짧다면 관절형 암 로봇을 완전히 대체할 수 있다고 전했다. 공정 단축으로 작업 시간을 절약할 수 있다는 것으로 해석 가능하다.

헥사포드는 다양한 애플리케이션에 대한 정렬을 지원한다. 사진에는 제임스 웹 우주 망원경 제작 당시 활용된 헥사포드가 담겨 있다. [사진=NASA]

다양한 애플리케이션 정렬 지원

광학 및 광자학 얼라인먼트와 관련해 렌즈·미러, 필터 같은 광학 부품 정렬에서도 헥사포드가 적용되고 있다. PI에 따르면 헥사포드를 고속 얼라인먼트 알고리즘과 함께 사용할 경우, 변조 전달 함수(MTF) 같은 수치만 있으면 각 렌즈에 대한 다자유도 위치를 최적화할 수 있다. 이때 PI가 제공하는 다채널 병렬 기능을 통해 많은 렌즈에 대한 동시 최적화가 가능하다.

특히 다자유도를 기반으로 높은 정확도와 나노미터 분해능을 갖춘 모션 시스템이 필요한 광섬유 정렬과 어레이, 도파관 및 실리콘포토닉스(SiP) 얼라인먼트에도 활용할 수 있다. 관련 분야에서 헥사포드는 미세 조정과 함께 정밀한 포지셔닝을 가능하게 하며 광학적 손실을 최소화하기 위한 최적의 정렬을 보장한다.

한편 레이저 정렬에서 광통신에 이르기까지 광학 빔 관련 분야에서는 송신기에서 수신기로 정확하게 조향되는 것이 중요하다. 이에 높은 역동성이 필요한 경우 최대 수 kHz 대역폭을 가진 FSM(Fast Steering Mirror)이 사용되는 경우가 많은데, 높은 자유도가 필요하고 역동성에 대한 요구사항은 낮을 때에도 헥사포드를 사용할 수 있다.

PI는 정밀 포지셔닝 헥사포드가 미러나 기타 빔 스티어링 요소에 대해 위치와 방향을 정밀하게 제어하기에 광학 빔 경로와 관련된 정밀한 조작과 통제를 지원하며, 싱크로트론 등 까다로운 요구 사항에도 적합해 샘플과 진공 챔버 같은 다양한 구성요소에 대한 고분해능 정렬을 가능하게 한다고 설명했다.

※ A-note: 애플리케이션노트(Application note)의 약자로 산업 기술 및 장비가 자동화 공정에 적용되는 주요 사례들을 소개합니다.

[조창현 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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