PI, 레이저 가공 및 절단에 최적화된 정밀 모션 제어 구현
  • 최정훈 기자
  • 승인 2020.12.15 08:30
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고속 가변형 피에조 미러 및 갠트리 시스템 활약상 이어가

[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 현대 제조 및 재료 가공 애플리케이션 분야에서 레이저 기술이 계속해서 가능성의 한계를 뛰어넘는 모습을 보여주고 있다. 현장에 적용할 수 있는 수준의 레이저가 발명된지 60년이 지난 지금, 레이저는 절단∙가공∙마킹∙용접 등 다양한 산업군에서 활약상을 이어가고 있다. 최근에는 자동차 엔진용 피스톤의 표면도 펨토초 레이저를 사용해 마찰을 줄이고 연비를 향상시키는데 크게 기여하고 있다.

레이저 컷팅을 위한 갠트리 시스템(Gantry Systems) [사진=PI]
레이저 컷팅을 위한 갠트리 시스템(Gantry Systems) [사진=PI]

레이저 가공 위한 정밀 모션 제어

레이저 가공의 성패는 초단광 펄스 레이저 기술, 모션제어, 산업 자동화의 발전 수준에 의해 갈리는 양상이다. 현재 필요한 곳으로 레이저 빔을 정확하게 위치시키기 위해 빔을 조작하거나 샘플을 가공해야 한다. 또는, 이동식 미러 세트(Galvo Scanner)로 빔을 조정하거나 샘플을 XY로 이동하는 방식이 통상적이다. 

하이엔드 솔루션은 두 가지 방법을 결합해 더 높은 정밀도와 정시성을 달성하고 처리 역량도 끌어 올릴 수 있다. 특히, 두 방법을 결합할 때는 고성능 모션 컨트롤러와 실시간 위치 피드백을 제공해 정확한 순간에 레이저를 방출할 수 있는 빠르고 정확한 포지셔닝 스테이지가 수반돼야 한다.

레이저 용접 및 커팅을 위한 고속 가변형 피에조 미러

레이저 절단기는 고에너지 광선의 집속 빔을 사용해 열 에너지의 증착을 통해 자재를 다듬거나 절단하는 장비이다. 연속 파장(CW) 빔은 초단광 펄스 레이저로 대체돼, 펄스 레이저 광을 사용해 절단부의 수술 정밀도를 개선하고 주변 열영향부(HAZ)의 열변형 발생을 제한한다. 

따라서 눈 수술이나 스텐트 의료기기처럼 섬세한 애플리케이션에 제격이다. 이론적으로, 이 기술은 다양한 재료(금속, 폴리머 등)를 절단하기 위한 나노스케일 정밀도를 제공한다. 피에조 가변형 미러는 최대 2kHz의 변조 주파수로 작동하고 내부 액티브 피에조는 28μm의 모션 범위를 제공해 15mm까지 초점을 이동시킬 수 있다.

레이저 용접 및 컷팅을 위한 고속 가변형 피에조 미러 Laser Cutting [사진=PI]
레이저 용접 및 커팅을 위한 고속 가변형 피에조 미러 Laser Cutting [사진=PI]

레이저 커팅 위한 갠트리 시스템

스텐실 생산, PCB 및 플랫 패널 가공과 같은 레이저 애플리케이션은 작업물의 치수, 질량, 구조 밀도가 크기 때문에 높은 사양의 자동화 플랫폼이 필요하다. PI 갠트리 시스템은 리니어모터와 에어베어링을 사용해 다이내믹 XY포지셔닝을 구현하며 Z축에는 카운터밸런스가 있는 리니어 모터를 사용해 정확하게 레이저를 포지셔닝한다. 

따라서 미크론 정밀도와 높은 처리량을 보장하며 긴 이동 범위, 높은 강성, 가벼운 모션 플랫폼 기능을 제공한다. 이를 통해 레이저 헤드 또는 갈바노미터 스캐너를 부품 위로 정확하게 고속 이동할 수 있다.

 

 


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