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레이저 기술동향 중국과학원 - 오축연 레이저 가공 시스템 프로토타입 개발
ㆍ작성자: 전재필	ㆍ작성일: 2013-12-24 (화) 18:53	ㆍ조회: 1403

중국과학원 - 오축연 레이저 가공 시스템 프로토타입 개발

		레이저 가공 기술은 선진 제조 기술의 중요한 구성 부분에 속하며 가공 술 발전, 전통 산업 조정, 국방 현대화 등 분야에서 중요한 역할을 발휘하고 있다. 외국에서 레이저 가공 기술은 `만능 가공 도구`, `미래 제조 시스템의 공동 가공 수단`으로 평가받고 있다.
	레이저 가공 과정에서는 복잡한 곡면에 대한 절삭, 드릴링(drilling), 충격 강화 등 가공이 필요하며 복잡한 공간 곡면 상에서 고정밀도로 이런 가공 공법에 필수적인 5축 연동 시스템과의 협동을 통해야만 완성이 가능하게 된다. 현재 고정밀도의 5축 레이저 가공 시스템 면에서 선진국은 중국에 대해 엄격한 수출 제한 정책을 적용하고 있으며 국방 분야에서의 사용을 제한하고 있는 상황이다. 이런 문제를 해결하는 면에서 5축 연동 및 기계 운동 시스템과 레이저 트리거 동기화 제어(Laser-triggered synchronization control)가 난제가 되고 있다. 중국과학원 닝보(寧波) 재료기술 및 공정 연구소 산하 `선진 제조 연구실` 소속 `레이저 및 스마트 에너지 필드 제조 공정 연구팀`은 최근 독자적인 연구를 통해 `오픈 타입의 5축 연동 디지털 제어 시스템`을 개발하였으며 `5축 연동 레이저 가공 시스템 프로토타입`을 개발하였다. 연구팀이 개발한 `5축 연동 레이저 가공 시스템`은 중복 위치 확정 정밀도가 0.002mm 수준에 달하고, 전체 정밀도는 0.03mm 수준에 달하는 것으로 나타났다. 동시에 운동 범위는 X축이 0~300mm, Y축이 0~300mm, Z축이 0~250mm, A 축이 -180°~ +180°, B 축이 -360°~ +360° 수준에 달하고, 전체 파워가 최대 1.2kW 수준에 달하고, 평면 운동 축의 운동 속도는 최대 0.5m/s 수준에 달하고, 회전 운동 축 속도는 최대 12rad/s 수준에 달하는 것으로 나타났다. 이번 연구 개발은 일반적인 PC를 기반으로 하였으며 Linux 운영 시스템의 오픈성을 이용한 동시에 RTAI의 실시간 확장과 결합하여 고정밀도의 5축 연동 디지털 제어 시스템을 개발하였다. 그 외, 연구팀이 연구개발한 시스템은 실시간 버스 구조(Real-time bus structure)를 사용하여 EtherCAT 실시간 네트워크 통신 프로토콜(Real-time network communication protocol)을 도입하였으며 모션 제어 카드를 보간(Interpolation) 및 모션 계획 제어 방안으로 하는 국내 전통적인 오픈식 디지털 제어 시스템을 대체하여 시스템의 확장 가능성과 안정성을 대폭 향상시켰다. 그 외, 연구팀은 하이 파워 피코 초 레이저(high-power picosecond laser)를 스캐닝 검류계(scanning galvanometer)에 도입하여 초당 0~12m에 달하는 레이저 가공 속도를 실현하였다. 초당 5m를 초월하는 스캐닝 속도는 고주파수 레이저 가공에서 필수적이지만 스캐닝 검류계의 작업 범위는 한계가 있기 때문에 연구팀은 대범위 작업 테이블과의 결합을 통해 대범위의 정밀 5축 연동과 고속 정밀 레이저 가공 결합을 실현하였다. 동 기술 플랫폼의 구축을 통해 연구팀은 복잡하고 가공하기 어려운 재료에 대한 가공을 실현할 수 있는 기술 기반을 구축하였다. 연구팀은 독자적으로 연구개발한 설비와 CAM 소프트웨어 UG의 가공 루트 계획 기능을 결합시켜 복잡한 형태, 특히 불규칙적인 곡면 가공을 실현함으로써 미래 항공 엔진에 사용되는 특종 재료 가공을 실현할 수 있는 기반을 마련하였다. 관련 연구개발 성과는 2013년도 미국 ASME/MSEC2013 연차 회의에서 소개되었으며, 동 플랫폼을 이용한 특종 가공 작업은 2013년도 중국기계공정학회 특종 가공 연차회의에서 소개되었다. 연구팀은 광학 정밀 위치 확정, 자동화 5축 위치 이동 제어, 2축 고속 레이저 스캐닝을 통합하여 다이아몬드, 금속, 복합재료 가공에 성공적으로 응용하였다. 연구팀은 동 플랫폼을 기반으로 향후 고정밀도, 큰 스트로크(Large stroke) 지능형 고속 레이저 가공 시스템을 개발하여 중국산 시스템과 국제 선진 수준간의 격차를 좁혀나가기 위한 연구개발을 지속적으로 추진해 나갈 예정이다.

< 발췌 (본문 및 그림) : KISTI 미리안
http://www.cas.cn/ky/kyjz/201312/t20131203_3989580.shtml
KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 (http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp)