한국기계연구원이 고출력 레이저 광원과 광학 부품의 장시간 성능을 평가할 수 있는 테스트베드 3종을 국내 최초로 개발했다. 연구팀은 이 장비를 활용해 국산 1kW 광섬유 레이저와 에프세타(F-Theta) 렌즈를 7일(168시간) 연속 평가했으며, 안정적인 작동 특성을 확인했다고 밝혔다.

기계연은 9일 자율제조연구소 광응용장비연구실 최지연 책임연구원 연구팀이 레이저 가공기의 핵심 부품인 고출력 레이저 광원과 광학 렌즈를 평가하는 장비 3종을 개발했다고 발표했다. 이번 평가 장비는 레이저 출력 변화, 초점 위치 오차, 광학 코팅의 레이저 유도 손상 임계값(LIDT)을 측정하도록 설계됐다.

연구팀이 개발한 장비는 온·습도 변화에 따른 고출력 레이저 출력 변화를 실시간으로 기록하고, 렌즈의 열렌즈 효과로 발생하는 초점 위치 오차를 측정한다. 광학 코팅의 손상 한계를 평가하는 기능도 포함됐다. 장시간 시험 과정에서 이상 작동이 발생하면 자동으로 장비를 멈추도록 해 안전 운용 기능도 갖췄다.

연구팀은 이 시스템을 국산 1kW 광섬유 레이저와 에프세타 렌즈에 적용해 168시간 연속 성능 평가를 진행했다. 주요 광학 마운트에는 수랭식 냉각 구조와 온도 센서를 적용했고, 외부 진동에 따른 초점 빔 위치 왜곡을 감지하기 위해 변위 센서를 도입했다. LIDT 평가 장비는 나노초 펄스 레이저뿐 아니라 연속발진 레이저 기반 평가도 가능하다.

이번 테스트베드는 국내 기업의 제품 개선에도 활용되고 있다. 기계연은 해당 장비를 활용해 렌즈 소재와 생산 공정을 개선한 국내 광학업체가 1kW 레이저에 7일 연속 노출되는 조건에서도 해외 제품보다 초점 위치 오차가 작은 에프세타 렌즈를 개발했다고 설명했다.

기계연은 레이저 가공기가 반도체, 자동차, 이차전지 등 주력 제조 산업에 쓰이는 핵심 장비인 만큼, 이번 테스트베드가 국산 장비와 부품의 신뢰성 검증에 활용될 수 있을 것으로 보고 있다. 최지연 책임연구원은 ISO 표준 기반 검증과 장시간 맞춤형 평가가 가능해져 실사용 환경에 가까운 성능 데이터를 확보하는 데 도움이 될 것이라고 말했다. 이번 연구는 산업통상자원부 제조장비산업 전주기기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.