범용광통신부품조립용 laserweldingmachine개발 ( … · 2010-08-18 ·...
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중소기업 기술혁신개발사업 최종보고서
범용 광통신부품 조립용
개발LASER WELDING MACHINE
영문( : LASER WELDER for High-volume Packaging of
Fiber-optic Components)
년 월 일2003 2 28
주 관 기 업 아이램테크 주( )
개발참여기업
위탁연구기관
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제 출 문
중소기업청장 귀하
본 보고서를 범용 광통신부품 조립용 개발 에 관한"[ LASER WELDING MACHINE ]
중소기업 기술혁신개발사업 개발기간 과제의 최종보고서" ( : 2002.4. ~ 2002.12.)
로 제출합니다.
년 월 일2003 2 28
주관기업 : 아이램테크 주( )
과제책임자 : 오 세 현
개발참여기업 :
위탁연구기관 :
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요 약 서 초 록( )
과 제 명범용 광통신부품 조립용 개발LASER WELDING MACHINE영문( : LASER WELDER for High-volume Packaging of
Fiber-optic Components)
주 관 기 관 아이램테크 주( ) 과제책임자 오 세 현
개 발 기 간 개월2002. 4. ~ 2002. 12. (9 )
총개발사업비천원( )
정부출연금 천원69,000 총개발
사업비천원125,350
기업부담금현금 천원20,000현물 천원36,350
위탁연구기관개발참여기업
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주요기술용어개(6 ~ 10 )
Laser, Welding, Alignment, Fiber, LD, Vision Algorithm
기술개발목표1.
광통신 부품 후의 광 를 최소화 할 수 있는- Welding Shift Laser Welding개발Machine
기술개발의 목적 및 중요성2.
국내외 광통신 부품업체에서 가장 애로를 겪고 있는 의 절감- Packaging Cost필요성에 따라 고성능이면서 저가형의 를 개발 국내업체의Laser Welder ,원가절감에 기여하고 수출 전략상품으로 육성코자 함.
기술개발의 내용 및 범위3.
기구부 개발-광 이내* Power Align. : -0.3dB*Stage Align. Accuracy: x,y,z 1 , y ±0.005土 Θ ˚*Laser Welder Beam Balance < 3%. Energy Share Resolution ±1%土*Cycle Time: 300 sec.*Vision System: Resolution 1 , 0.5 /pixel土
개발- S/W광량을 하는 개발*Maximum Searching Algorithm
- Test등 적용부품을 대상으로 개발제품*LD Test
기술개발 결과4.
종 합 계획 목표 성능 대비 수준의 장비 개발- : 90%보완사항 기구부 보완을 통한 성능 개선 필요- : Air Floating Unit특 허 기구부 에 대해 특허 건 출원- : Air Floating Unit 1中
기대효과5.국내 년부터 년 대 판매 계획- : 2003 5해외 미국 및 대만업체를 상대로 년 대 년부터 년 대 이상 판매- : 2003 2 , 2004 10
계획
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목 차
제 장 서 론1
제 절 광산업의 개요1 .
제 절 광통선 산업 및 부품 산업의 동향2 .
제 절 광통선 산업의 문제점 및 가술개발의 필요성3 .
제 장 본 론2
제 절 기술 개발의 개요1 .
개 요1. .
개발 핵심 기술 및 목표2. .
제 절 세부 개발 내용2 .
개요1. System .
2. Specification.
각 별 및 특징3. Unit Specification .
기존장비의 문제점 및 수정 보안 사항4. .
구성 및 특징5. Software .
결과6. Test .
제 장 결 론3
제 절 기술 평가 항목1 .
제 절 결 론2 .
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제 장 서 론1 .
제 절 광산업의 개요1 . .
광산업이란 빛을 만들고 제어하며 활용하는 것과 관련된 소재 부품 기기 및 시스, ,
템 산업의 총칭이며 주요 산업 및 품목은 아래 과 같다<Table 1-1> .
분 류 주 요 품 목
광통신
광미디어ㆍ
광통신부품ㆍ
광통신시스템ㆍ
광섬유-
광커넥터 광증폭기 송수신기- , ONU, ,
광전송시스템 광교환기- ,
광정보기기
광기록부품ㆍ
광기록매체ㆍ
광입출력장치ㆍ
광픽업 광다이오드- ,
- MOD, DVD, CD-ROM
스캐너 레이저 프린터- ,
광정밀기기
레이저발생기기ㆍ
정밀가공기기ㆍ
광계측기기ㆍ
의료광학기기ㆍ
산업용 레이저 레저용 레이저- ,
절단기 용접기 접착기기 마킹기- , , ,
광센서 광계측기기- ,
레이저응용 치료기 영상진단기- ,
광원응용
광원ㆍ
광변환기기ㆍ
디스프레이 소자ㆍ
산업용 광원 고효율 광원- ,
태양전지- , CCD
- LCD, FED, LED, OELD
광소재 광소재ㆍ 렌즈 재료 광섬유 재료 광촉매- , ,
광학기기
화상기록재생ㆍ
관측검사기기ㆍ
광학부품ㆍ
카메라 복사기 팩시밀리- , ,
쌍안경 현미경 야시경- , ,
렌즈 프리즘 반사기- , ,
광산업 주요 품목< Table 1-1 >
광산업은 상기 에서 보듯이 거의 모든 산업에 영항을 미치는 원천 핵<Table 1-1>
심 기술 사업이 며 향후 지속적인 고도성장이 예상된다.
다른 첨단산업과 마찬가지로 선진 일부국가에서 원천 핵심기술을 개발 및 보유하고
산업을 선점하고 있으며 이에 따라 우리나라 국가에서도 그 중요성을 인식하여 광
산업을 국가전략 사업으로 육성 발전시킨다는 계획아래 각종 기술개발 및 창업의,
지원 광기술원 등 연구소 설립 산업단지 조성 및 입주 지원등의 사업을 추진하고, ,
있다.
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제 절 광통신 산업 및 부품 산업의 동향2 . .
년대 후반부터 붐을 이룬 인터넷과 이동통신서비스는 현재 일반인들에게 언제90 ,
어디에서나 다양한 멀티 미디어 서비스를 제공 받을 수 있게 하였고 이에 따라 유,
무선 통신망의 데이터 트래픽은 지속적으로 급증하고 있다 이에 따라 광산업 중에.
서도 특히 유 무선 통신을 비롯한 광통신 산업 및 광통신 부품의 기술 혁신과 더ㆍ
불어 급신장하고 있다.
현재 국내의 경우 년말 초고속정보통신망 단계 구축을 완료하여2000 2 155Mbps ~
급 전송이 가능한 광케이블로 전국 개 지역을 연결하여 총 길이5Gbps 144
에 대의 광전송시스템구축을 완료하였다 또한 단계로 년까지19.988Km 342 . , 3 2005
약 조원을 투입하여 통신망고도화를 진행할 계획에 있어 향후에도 광통신 시스22 ,
템에 대한 소요는 더욱 증가할 것으로 예측된다.
현재 대용량의 정보를 초고속으로 전달하기 위한 광전송 시스템으로는 기존의 시분
할 방식을 이용한 전송방식이 장비에서 하나의TDM(Time Division Multiplexing)
광섬유에 서로 다른 여러 파장의 광신호를 동시에 전송시켜 전송 용량을 확대한
전송 방식의 장비로 진화되고 있고 향후WDM(Wavelength Division Multiplexing) ,
에는 전송방식이 시장을 주도할 것으로 예측 된다WDM .
현재 국내외 광전송 시스템 제조업체에서는 기간망에 급 전송시스템에서400Gbps
지역망에 급까지 다양한 제품을 공급중에 있다 궁극적으로 광통신망은 댁80Gbps .
내까지 광케이블로 연결하여 각 가정마다 이상의 데이터를 사용 할수 있100Mbps
는 로 진화될 것으로 예측 된다 이러한 광통신망 구축FTTH(Fiber To The Home) .
을 위해서는 각종 시스템과 연동이 가능한 광통신부품의 개발이 중요 하며 그만큼
광통신부품의 수요도 증가할 것으로 예측된다.
그림 광통신 산업 및 부품 관련 체계의 개요< 1-1 > .
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상기 그림 은 기본적으로 광 케이들을 기반으로 전송 및 수신을 위한 각종< 1-1 >
설비와 해당 설비에 소요되는 수많은 광부품을 나타낸 것이다 그중 핵심되는 부품.
의 분류와 품목은 아래의 과 같다< Table 1-2 > .
구 분 품 목 내 용 비 고
능동소자(Active
Component)
LD/PD Module
전기 광 로 전환- LD Module( Signal -> Signal ): FP-LD(Fabry-Perot), DFB-LD(DistributedFeedback)EML(Electroabsorption Modulated Laser)
광 전기 로 전- PD Module ( Signal -> Signal환): PIN-PD(P-Intrinsic-N Photo Diode),APD(Avalanche Photo Diode)
Trx(Transceiver) - Optic Transmitter/ Receiver Module
VCSEL Module(Vertical CavitySurface
Emission Laser)
- Upper Surface Emitting Module- Application to Short Distance Transmission& Interface
Pump LD- Core Module of EDFA (Erbium Doped FiberAmpIifier)
SOA - Semiconductor Optical AmpIifier
수동소자(PassiveComponent)
Micro OpticComponent
- ColIimator: Single Fiber ColIimator (SFC)Dual Fiber ColIimator (DFC)- 2 Port Package: Gain Flattering FiIter(GFF)Isolators Single/Double- 3 Port Package: Wideband Filter(WB Filter)Hybrids 1480/1550 IWDM. Circulator, NarrowBand FiIter(NB fiLTER)
PLC(AWG)
- Forming Micro Optics Component ontoSiIicon- Used for MUX/DEMUX(Planar Lightwave-quide Circuit. ArrayedWave-quide Grating)
광부품의 분류와 품목< Table 1-2 > .
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능동광소자 의 경우 반도체 기술을 요하는 제품들로 주로 대기(Active Component)
업에서 공급중에 있다 광송신모듈의 경우 가입자용으로 급 광송수신모듈. 155Mbps
이 주종을 이루고 있고 전송시스템의 광대역화 추세에 따라 급, 2.5Gbps, 10Gbps
제품의 수요가 증가하고 있는 추세이다.
수동광소자 의 경우 정밀 가공기술 소재기술 패키징 연마기(Passive Component) , , /
술 등이 요구되는 제품들로 국내의 경우에는 종소업체 위주로 공급중에 있다 최근.
에는 패키징 기술을 중심으로 가격 품질경쟁이 극심해 지고 있는 실정이다 수동광, .
소자중 수요가 많은것으로는 광통신 시스템 및 광통신망에서 선로의 접속에 사용되
는 부품으로 광섬유와 장비간 장비와 장비간 광신호를 손실없이 전달할 수 있도록,
하는 부품으로 광커넥터가 있고 광신호를 여러 개의 분기수로 나누어 출력단의 광,
섬유로 분배하여 주거나 결합하는 기능을 하는 주로 광증폭기나 전송시스템WDM
에 활용되고 있는 가 있다 또한 최근 대용량 광전송시스템으로 부각WDM/Coupler .
되고 있는 고밀도 다채널 광전송시스템에 핵심부품으로 사용 되는 소WDM DWDM
자가 있다.
제 절 광통신 산업의 문제점 및 기술개발의 필요성3 . .
새로운 개념의 광통신 서비스 출현과 이에 따른 각종 설비 및 부품의 기술 혁신이
가속화 하고 있는 반면 광통신부품의 생산성은 이에 따르지 못하고 있다.
국내는 물론 미국의 세계적인 광통신 또는 부품업체 루슨트 에질런트 등 의 경우, ( , )
도 광통선 부품의 생산시 자동화 가 이루어지지 못하고 대규모 인력(AUTOMATION)
에 의한 수작업 생산에 대부분 의존하고 있어 광통신 부품의 수요를 공급(MANUAL)
이 따라가지 못하는 한편 공급가격이 높아 전체 산업의 발전 가속화에 걸림돌이,
되고 있다.
그 이유 및 원인은 아래와 같다.
광통신부품의 경우 초정밀도 를 요구하여 자동화 설비를 만들기가 매우( 1 )土
어려움.
각양각색의 수없이 많은 종류의 부품이 개발되고 쏟아져 나와 업체로서는 각양
각색의 종류에 맞게 개별로 자동화 를 하기가 어려움(AUTOMATION) .
등 범용 설비의 경우 아직 시장 출현 초기이고 고가LASER WELDING MACHINE
격이이어서 신생업체 또는 자금여력이 없는 중소 부품생산엄체의 투자 여력이 어려
우며 중저가격으로 고성능을 만족하는 설비가 없음, .
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현재 세계 유수기업은 물론이고 국내의 광통신부품 업체의 경우도 가장 어려운 점,
을 부품 개발 자체보다도 개발한 부품의 양산을 위한 조립(ASSEMBLY,
상의 어려움을 가장 많이 호소하고 있다PACKAGING) .
국내업체의 대부분이 해당부품 생산에 드는 원가의 를 조립80% (ASSEMBLY,
부분이 차지한다고 밝혀 기껏 어렵게 개발한 제품 부품의 생산성 혁PACKAGING) /
신에 의한 원가절감 및 가격 경쟁력 확보가 최대 현안으로 부각되고 있다.
최근 세계시장에서의 광통신 부품은 중국 대만등에서 생산하는 저가 제품과 일본, ,
미국을 중심으로 고품질의 제품이 시장을 양분하여 주도하고 있다.
국내업체의 경우 생산수율과 수작업 중심의 제조 공정으로 인한 인건비 부담으로
중국 대만 제품에 비해 원가 경쟁력이 떨어지고 있고 이러한 원가 경쟁력 확보를,
위해 생산기술 기반을 이용한 자동화 구현이 요구 되고 있다.
정부 통계에 따르면 광통신 부품에 있어 국내 업체는 선진국의 수준30% ~ 50%
에 위치하고 있는 것으로 파악된다 현재 성장기에 있는 광통신 시장에서 국내업체.
가 해외 선진업체와의 기술적인 차이 극복과 세계시장에서 점유율을 높이기 위해서
는 위에서 언급하였듯이 부품업체의 생산성 혁신과 원가절감에 의해 저가격 고성, /
능의 부품이 공급되어야 한다 또한 향후 더욱 고정밀 고정도의 부품이 개발될 경.
우 현재와 같은 생산방식으로 감당해 낼 수 없게 될 것이다.
이와 같은 업계의 고민을 해결하기 위해서는 시급히 업계의 요구를 충족하는 장비
가 개발되어야 한다.
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제 장 본 론2 .
제 절 기술 개발의 개요1 . .
개 요1. .
본 과제는 광부품을 생산하는 공정중 의Co-Axial, Butterfly, Bi-Directional Type
부품을 레이져를 이용하여 하는 시스템으로서 에서 출사되는 광Welding Package
량을 최적의 조건이 되도록 하는 정밀 제어 시스템으로서 그 적용 되는 기술AIign
로는 정밀 위치 제어 기술 부품간의 정밀 수평유지 기능 정밀 인식AIign , , Vision
기능을 갖는 초정밀 극소 기술 등이 있다System, Laser Welding .
아래 그림 은 본 과제를 추진완료한< 2-1> Iramtech Laser Welder IML-331 Model
의 구성이다.
구성으로는 크게 기구부 전장부 부로 구성 되어 있으며 아래, , Vision , <Table 2-1>
은 각부분에 필요한 원료 자재들이다.
그림 구성< 2-1 > IML-331 .
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구 분 내 용 비 고
기구부Laser Source, Moving Stage, Power Meter, Power Supply, Frame,
공압부품 안전 등으로 구성 되어 있다Base Plate, , Cover .
전장부산업용 모니터PC, LCD , Motor Driver, Motion Board, GPIB Board,
등으로 구성 되어 있다Machine I/O Board .
Vision각종 카메라 및 렌즈 조명Vision Board, Welding Camera, , LED ,
할로겐 조명 가이드 제어기 등으로 구성 되어 있다/ .
원 자재 구성< Table 2-1 > .
개발 핵심 기술 및 목표2. .
본 장비 기술의 핵심은 광부품을 레이저로 하기 전에 에서 출사, Welding Package
되는 광량을 최적의 조건이 되도록 상 하 를 정밀 하는데 있으며, Stage AIign ,
후 의 광량이 이내에 있도록 맞추는 기술이 가장 핵심이 된Welding Fiber -0.3dB
다 이 핵심이 되는 기술을 에서는 신개념의 을. Iramtech IML-331 Air Floating Unit
개발해 이에 적합한 기술을 극복 했다.
그외에도 를 까지 정밀 하게 하는 기술 및 위치 확인을 위한Stage 1 Align Vision
의 정밀 위치 보정 제어 기술 또한 매우 중요하(Resolutuion ± 1 , 0.5 /pixel)
며 에서 발산하는 광량의 를 알아내는 도 매우 중, Package Max software Algorithm
요한 비중을 차지 한다.
본 장비 개발의 최우선 목표는 광부품을 의 광량이 최대가 되도록 하여Fiber AIign
용접하는 것이 가장 큰 개발 목적이다 이와같은 목적을 달성하기 위해서. Iramtech
에서는 아래 과 같은 목표를 기준으로 장비 개발을 했다<TabIe2-2> .
구 분 항 목 개발 대상 기술 세부 내용
기구부
Fiber Align.Accuracy
목표: -0.3dB.
관련기술 기술: Floating Unit Mechanism .
기술System Application .
Stage Align.Accuracy
목표: x,y,z ±1 , ,y ±0.005 . Θ ˚
관련기술 구축 방진기술 진동해석 기술: Isolator System , , .
대상부품 평판도 기술AIign .
LaserWelder
목표: Beam Balance < ±3%, Energy Share Resolution ± 1%.관련기술 해석 및 보정기술: Beam Balace, Resolution .
Cycle Time목표 분: 300 sec. (5 )관련기술 자동화 기술: System Application .
S / W 광량을 하는 개발Maximum Searching Algorithm .
VISION목표: Resolutuion ± 1 , 0.5 /pixel. 관련기술 위치 보정기술: Vision .
기술 개발 목표< Table 2-2 > .
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제 절 세부 개발 내용2 . .
개요1. System .
본 은 광 부품 부품제조 공정에 적용되System Co-axial, Butterfly, Bi-Directional
는 장비로서 가 대상 부품을 하부 에 조립을 하고 그 상부에는Operator Jig(Fixture) ,
대상 부품과 의 조립을 행하면 하부에 조립된 부품과 상부 부품과의Welding Fiber
수평상태를 에서 나오는 광량을 기준으로 하부에 조립된 부품의 위Align, Fiber LD
치를 방향으로 한다X. Y Align .
이 완료되면 상부 부품과 하부 부품을 로 방향에Align 3 - Beam YAG Laser 120˚
서 을 하고 조립된 대상 부품을 수동으로 하는 시스Welding Unloading Semi Auto
템으로서 종래 시스템의 문제점인 후 광값의 변화로 인한 불량 발Align, Welding
생을 방지하기 위하여 상부 의 를 별개의 로 적용 하였으Stage Fiber, Sleeve Clamp
며 하부부품인 와 상부 부품인 와의 수평 을 위한, LD Sleeve Align Air Floating Unit
을 개발 적용 하였고 의 수평 을 위한 를 사용하여, LD Align Master Plate Welding
의 고정을 통한 품질 향상을 적용 했다Poing .
아래 그림 는 부품 조립 공정의 를 나타낸것이다< 2-2> Butterfly Flower .
그림 부품 조립 공정도< 2-2> .
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본 장비의 구성은 그림 에 있는것과 같이 및 안전 용접< 2-1> Frame Cover Part,
부분 상태 확인 및 이상유무 확인을 위한 및 로 구Vision Part Welding Stage Part
성 되어 있으며 는 방진 기술을 통해 진동 및 외부 충격에 의, Welding Stage Palt
한 변화가 없도록하고 본장비의 기준이 되는 용접물의 대, Main Base Plate Part,
상물을 잡아주고 상하 거리를 조절 하는 를Upper Stage Clamping Part, Package
고정 시켜주고 와의 수평을 하고 광량을 최대 광Upper Stage Clamping Part Align
랑으로 맞추기 위한 이 내부에 내장 되어 있는Air Floating Unit Lower Stage Part,
상하부품의 을 위한 이 완료된 것을 를 사용 하Align Master Plate Part, Align Laser
여 용접하는 을 설치 하고 용접 부분의 확인 및 이상 유무를 확인 하기 위한Gun ,
카메라가 설치 되어있는 및 로 구성 되어 있다Vision Vision Monitor Part .
아래 그림 은 의 구성을 나타낸 것이다< 2-3> Welding Stage Part .
그림 구성도< 2-3> Welding Stage Part .
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2. System Specification.
구 분 Specification 비고
Welding Point 120 , 3 Point˚
Cycle Time 4(Min), 240 Sec
Laser Source YAG Laser Source
축Fixture & Z AIign Stage 및X,Y, ,Z1,Z2 Stage Air Floating UnitΘ
Laser Source Stage 축X,Z 2 Stage
AIign Accuracy ±1
고정 방법Sleeve, Fiber 공압 점 지지or Clamp Type(4 )
하부 고정 방법LD 수동 점지지Clamp Type(3 )
Controller Rack 시스템 일체형
Dimension 1400( ) * 800( ) * 1500( )
Weight 1500 (kg)
< Table 2-3 > System Specification.
각 별 및 특징3. Unit Specification .
3-1 Main Base Plate Part.
는 전체 구성의 기준이 되는 것으로 구성은Main Base Plate Part System , 80*80
아이보리 도장품으로 되어 있고 그 위에 진동 방지용Square Pipe Color Air
가 설치된 석정반으로 구성이 되어 있다Isolator .
또한 안전 의 사용 재료는 로 되어 있으며 후처리는 과 동일Cover SCP1 1.6t Frame
한 로 되어 있는 이이보리 도장품이며 는 를 사용한 여닫이Color Color Door Hinge
방식으로 되어 있다.
아래 은 의 상세 을 나타낸 것이다<Table 2-3> Main Base Plate Specification .
구 분 Specification 비고
Frame Type Air Isolator Type, 80*80 Squair Pipe
Base Plate 석정반 (T=100 )
평탄도Base Plate 이내5
Size 1400 * 800 * 1500
형태Controller 일체형Main System
안전 Cover 여닫이 방식
< Table 2-4> Main Base Plate Specification.
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그림 구성도< 2-4> Main Base Plate Part .
3-2 Upper Stage Clamping Part.
의 기능은 및 를 고정 시키고 고정시킨Upper Stage Clamping Part Fiber Sleeve ,
를 해서 와 간의 광량을 조절하는 역할을 한다Fiber Up/Down Fiber LD .
그림 의 구성도< 2-5> Upper Stage Clamping Part .
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위 그림 는 의 구성 들을 나타낸 것이다< 2-5> Upper Stage Clamping Part Unit .
대상물을 가 로 시키고 을 하면 용접할Operator Manual Loading , Lever Clamping
대상물이 고정된다 고정되는 방법은 아래 그림 과 같다. < 2-6> .
그림 대상물< 2-6> Gripper Clamping. 그림 대상물< 2-7> Gripper Unclamping.
대상물을 로 조립 와 으로 조립 고정한 상태는 아Manual Lever Air Clamping Unit
래 그림 과 같다< 2-8> .
그림 대상물< 2-8> Gripper Clamping.
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은 에 조립 고정 되어 있으며 이 은 을 하Fiber Unit Up/Down Stage , Unit Up/Down
여 에 발산되는 의 광량을 최상으로 맞추기 위해 사용 된다 의Package Fiber . Fiber
광량을 맞추기 위해서는 가 매우 정밀 하고 세밀하게 움직여야한Up/Down Stage ,
다 그에 따른 의 은 아래 에 있다. Stage Specification <Table 2-5> .
항목 Model Stroke Resultion Accuracy 용도
StageK101-20MS 20 1 이내5 용접대상물 Up/Down
B09-12(X,Y) ±7 2 이내5 용접 대상물 Setting
Clamp SMC 3 용접 대상물 Clamp
< Table 2-5 > Main Base Plate Specification.
이와 같이 는 가 로 용접 대상물을Upper Stage Clamping Part Operator Manual
하고 된 대상물을 하고 그 대상물을 해Loading Loading Clamping Up/Down
와의 의 광랑을 최적화하기 위한 이다Package Fiber Part .
3-3 Lower Stage Part.
의 기능은 에서 나오는 광을 최적의 상태에서 용접하기Lower Stage Part Package
위해 를 를 이용해서 하고 에 용접대상물이Package X,Y TabIe Align , Upper Stage
조립되어 있는 상태에 따라 할 수 있는 즉 기능을 가지고 있다Align Tilting .
아래 그림 는 의 구성도 이다< 2-9> Lower Stage Part .
그림 구성도< 2-9> Lower Stage Part .
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를 가 한 후 을 이용하여 에서 나오는Package Operator Loading , X.Y Table Fiber
광에 가까이 움직인다 이 때 로 움직이는 양이 매우 작게 움직일수도 있. X,Y Stage
어야 하고 매우 정밀하게 움직여야한다 이 에 대한 상세 은 아래, . Stage Spec
에 나타나 있다<Table 2-6> .
을 한후 을 이용 해서 미세하게 좌우 앞뒤로X,Y Table Align Air Floating Unit ,
을 하여 의 광이 가장 좋은 지점을 찾아 고정 하는 역할을 한다Tilting Fiber .
항목 Model Stroke Resultion Accuracy 용도
StageK401-60 360˚ 0.004 ˚ 0.05˚ 회전Package
K20-20(X,Y) 20 2 이내5 위치Package Align
Air FloatingUnit
±3˚ 수평조정Package
< Table 2-6> Lower Stage Part X,Y Table Specification.
아래 그림 은 의 상세 조립도 이다 그림과 같이 를 이< 2-10> Air Floating Unit . Air
용해 을 하는 으로서 앞 뒤 좌 우 의 보상은 으로 한다Tilting Unit . , . Spring .
그림< 2-10> Air Floating Unit.
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3-4 Master Plate Part.
기능은 부품과 간의 부품을 수평이Master Plate Part Upper Stage Lower Stage
되도록 하기 위해 된 상하부품을 가 방향으로 전진해서Align Loading Master Plate X ,
방향으로 하강하면 하부의 은 면에 자동으로 되고Z Floating Unit Master Plate Align
의 부품은 면에 따라 된다 구동 방식은Floating Unit Master Plate Air Clamping .
에 구동 방식을 사용 하였으며 축 방향 는 이Air Cylinder LM Guide , X Stroke 45
고 축 방향 는 이다 아래 그림 은 의 구성, Z Stroke 10 . < 2-11> Master Plate Part
도 이다.
그림< 2-11> Air Floating Unit.
3-5 Laser Source Part.
는 본 에 있어서 중요한 역할을 한다 개의 광부품을 용접하는 매개Laser Project . 2
체로서 을 사용 했으며 각 마다 미세 조정이MIYACHI, ML2030B Model , Stage
로 가능하게 출시된 제품이다Manul .
항목 Model Stroke Resultion Accuracy 용도
Stage
K101-20X 20 2 이내5출사 Unit Align
K101-20Z 20 2 이내5
B54-60L ±15˚ 0.0025˚ 이내0.05 각도 Setting
< Table 2-7 > Laser Source Stage Specification.
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그림< 2-12> Laser Source Part Assemble.
그림 와 같이 은 등간격으로 이 부착되어< 2-12> IML-331 Model 120 Laser Gun˚
있으며 이 은 에 축으로 회전 할수 있게 되어 있다 또한, Unit Main Stage ±15 .˚ Θ
각 위에 가 설치 되어 있어 용접부분의 검사를 할수 있게 구성이Laser Vision CCD
되어 있다.
그림< 2-13> Laser Gun & CCD.
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은 에 대한 상세 이다<Table 2-8> Laser Specification .
구 분 Specification 비 고
명Laser Model MIYACHI, ML2030B
Max Rated Out Put 1.064
Max Rated Out Put 10W
Max Out Put Energy 15 J/P
Lamp (Voltage Setting) 200 ~ 400 VDC(1V step)
Power Supply Source Power 3phase, 220VAC ± 10%, 4A, 50/60Hz
Variation of Focusing Head FOC - L30 - 0700100 (WD: 92 )
출사 각도 조정방법Unit 수동 를 이용한 조정Stage Manual (±15°)
출사 방법Unit Align 를 이용한Stage Align
< Table 2-8 > Laser Source Specification.
3-6 Vision Part.
는 개의 광부품의 용접위치를 확인하기 위한 것으로Vision Part 2 Frame Grabber,
렌즈와 조명으로 구성되어 있다 는 각각CCD Camera, . CCD Camera Laser Gun
위에 조립되어 등간격으로 용접위치를 확인하게 되어있다120 .˚
는 에 대한 상세 이다<Table 2-9> Vision Part Specification .
구 분 Specification 수 량 비고
Frame Grabber Cognex MVS-8100L 1
CCD Camera Sony XC-ES30 B/W Camera 3 640 x 480 pixels
LensWorking Distance : 100 ±10 Field Of View : 6.4 x 4.8
3Anti LaserCoating
Illumination 할로겐 낙사 방식 3 Hallogen Lamp
LightController
MTS-100HRA 1
구성< Table 2-9 > Vision Part .
- 22 -
아래 그림 은 의 구성를 나타낸 것이다< 2-14> Vision Camera, Board, Lens .
그림 구성< 2-14> Vision Part .
Vision Resolution
의 정밀도 은 다음과 같다Vision part (Resolution) .
F.O.V. (Y) : 4.8 = 4800 umCamera Pixel (Y) : 480 pixel
Pixel Resolution = 4800 um / 480 pixel = 10 um/pixel
실제로는 소프트적으로 각 을 로 분해하여 처리하며 신뢰수준Pixel 1/40 Sub Pixel
인 을 적용하면 기대할 수 있는 은1/10 Sub PixeI Vision Resolution
4800 um / 480 pixel / 10 = 1.0 um/pixel
이다.
- 23 -
Lens
그림 은 을 나타낸 것이다 단위는 이다< 2-15> Lens Dimemsion . ( )
그림< 2-15> Lens.
CCD Camera
그림 는 과 을 나타낸 것이다 단위는< 2-16> CCD Camera Dimemsion Rear Panel .(
이다)
그림< 2-16> CCD Camera.
- 24 -
기존장비의 문제점 및 수정 보안 사항4. .
본 장비의 기본 목적은 아래 그림 와 같이 광장비에 들어 가는 부품을 광량< 2-17>
이 최적의 상태로 만들어 용접해주는 장비 이다 용접은 두 부품간의 즉 수. Align
평 수직 및 두 부물의 간격 등 피용접물과 용접물간의 기본조건이 맞아야 용접 후,
응력 분포에 의한 기공발생 및 발생을 방지 할수 있다Crack .
그림 광소재< 2-17> Welding Lay-out.
기존 장비의 경우 크게 가지 문제가 있었다 첫째는 와 용접대상물을 용접2 . Sleeve
할 경우 방향의 거리가 맞지 않아 및 불량이 있었으며 둘째는 용접대상X,Y Crack ,
물과 가 용접할 경우 두개의 수평 이 되지 않아 및 불량이 많Package Align Crack
았다.
이에 대한 자세한 문제점 및 해결 방안은 아래에 나열되어 있다.
와 용접 대상물4-1. Sleeve .
문제점.
아래 그림 은 와 용접대상물간의 편심이 일정해 용접이 정상적으로 이< 2-18> Sleeve
루어진 상태이다 그에 반해 그림 은 와 용접대상물간의 편심이 일정. < 2-19> Sleeve
하게 되지 않아 이 정상적으로 이루어지지 않은 것을 나타낸 것이다Align Welding .
그 원인은 기존 장비의 경우 에서 나오는 광량을 최적의 상태로 만들기 위Package
해 용접 대상물을 방향으로 움직여 최적의 광량을 맞춘상태에서 용접을 했X,Y,Θ
다.
- 25 -
그림 정상적< 2-18> Welding. 그림 불량< 2-19> Welding.
그런데 용접 대상물만 고정이 되어 있고 가 하게 움직이기 때문에 용접Sleeve Free
대상물과 의 양쪽 용접되는 부분의 공간이 동일하지 않고 편심이 발생하게Sleeve
되어 용접을 하면 공간이 많은 부분에서 용접이 되지 않거나 용접부위에 응력이,
많이 발생되 또는 기공이 발생되는 문제가 있었다Crack .
보안 조치 사항.
에 있는 것과 같이 와 용접대상물을 같은3-2. Upper Stage Clamping Part Sleeve
에 고정했으며 처음 조립 시 정밀 하여 추후 로 용접Stage , Setting Setting Manual
대상물을 조립해도 위치가 틀어지지 않아 용접부분 즉 와 용접대상물Align Sleeve
간의 방향의 간격이 항상일정하게 되어 용접 하는 의 응력 분포가 동일X.Y Point
하게되어 이상적인 용접이 된다.
용접대상물을 항상 같은 위치에 하기 위해 그림 과 같이 용접 대상Setting < 2-20>
물 고정은 을 사용 했으며 고정은 을 사용해 위치Collet , Sleeve Air Cylinder Chuck
반복 정밀도를 높였다.
- 26 -
그림 용접대상물 고정< 2-20> & Sleeve .
용접 대상물과4-2. Package.
문제점.
기존방식에서는 위에서 설명한 것과 같이 모든 을 용접대상물을 고정하는 부Align
문에 그림 과 같이 방향으로 했고 고정 부분은 단지< 2-19> X,Y, , PackageΘ
만을 고정 사용하게 했다Package .
이렇게 사용 하다보니 그림 과 같이 용접 대상물과 간의 이< 2-19> Package Align
틀어져 용접되는 경우가 발생하였다 그이유로는 가 로 를. Operator Manual Package
고정 시키는데 이 때 고정되는 부분이 향상일정 하게 되지 않고 틀어지기 때문이
다 이렇다 보니 용접이 되지 않는 경우도 발생 하고 및 기공이 발생되 용. , Crack
접 부분이 떨어 지는 경우가 발생 하게 된다.
보안 조치 사항.
와 가 이부분을 보안 조치 한 사항으로3-3. Lower Stage Part 3-4. Master Plate ,
용접 대상물과 간에 을 할 수 있는 과Package Align Air Floating Unit Master Plate
를 설치해 용접대상물과 항상 수평 을 할 수있도록 하였다 즉 를Align . Package
가 로 고정 시키고 가 그림 과 같이 축 방향Operator Manual , Master Plate < 2-21> X
으로 움직여 축 방향으로 하면 에서는 에 맞Z Down Air Floating Unit Master Plate
게 하게 되어 이 된다 이때 에서 를 공급해Tilting Align . Air Floating Unit Air
가 고정 되어 있는 을 고정 하게 된다 이렇게 되면Package , Align Air Floating Unit .
부분은 항상 용접대상물과 평행하게 이 되어 용접이 되지 않거나Package Align
또는 기공이 발생되지 않아 최적의 용접을 할수 있게 된다Clack .
- 27 -
그림< 2-21> Master Plate (Package Align).
그림< 2-22> Air Floating Unit.
- 28 -
구성 및 특징5. Software .
구조5-1 Software .
시스템을 직접제어하고 통신하는 은 와 같이Module Motion, Vision, GP-IB, IO 4
부분으로 구성되어 있다.
Motion 개의 를 구동시키는: 11 Motor Module.Vision 로 부터 획득한 영상을 처리하여 용접위치를 찾아내는: Camera
Module.GP-IB 계측기와 통신하는: Module.IO 각 와 연결된 을 처리하는: Sensor, Laser Source IO Signal Module
각 과 는 와 에 의해서 연Module GUI SMA(Shared Memory Area) DA(Define Area)
결된다.
Shared Memory Area 각 간 주고 받아야 할 변수가 처리되는: Module Signal
부분.Define Area 공용변수 및 함수가 선언된 부분: .
- 29 -
구성5-2 System .
- 30 -
5-3 Alignment Algorithm.
5-3-1. Step-By-Step Alignment Algorithm.
은 축과 축을 따라서 일정한 단위로 이동하면서Step-By-Step Algorithm X Y Step
각 축별로 최대 광량이 나오는 위치를 찾는 방법이다 우선 축을 따라서 일정한. X
단위로 이동하면서 각 위치별로 광량값을 저장한다 축 방향으로의 이동이Step . X
완료되면 저장된 광량값을 비교하여 최대광량인 위치를 찾아 낸다 같은 방법으로.
축을 따라서 일정한 단위로 이동하면서 각 위치별로 광량값을 저장하고 저Y Step
장된 광량값을 비교하여 최대광량이 나오는 위치를 찾아낸다.
이 은 먼저 측정할 전체 영역에 대하여 큰 단위를 적용하여 축 축Algorithm Step X ,Y
위치를 찾은 다음 찾아진 축 축의 위치를 기준으로 작은 영역에 대하여, X , Y Step
단위를 작게하여 최대광량이 나오는 위치를 찾는 방법으로 적용된다.
위에서 찾은 영역 근처에서 을 작게하여 다시한번 위치를 찾음Step
- 31 -
필요에 따라 기준값이상의 광량을 얻을때 까지 위와같은 방법을 수회 반복하여야
한다.
단위를 크게하면 비교적 짧은 시간에 위치를 찾을 수 있으나 최대광량인 위치Step
를 지나치게 되는 경우가 있다 단위를 작게하면 시간이 많이 걸려서 효율성. Step
이 떨어진다.
에서는 과 뒤에 설명할Laser Welder Step-By-Step Algorithm Hill-Climb Algorthm
을 같이 적용한다.
- 32 -
5-3-2. Hill Climb Alignment Algorithm.
은 와 측 광섬유에 대해 수직방향 을 따라서 차원 정렬Hill Climb Algorithm X Y (i.e. ) 2
을 이행하는 과정이다.
우선 브라운관의 주사선으로 구성된 화상 이 빛이 분기하는 원, Raster( ( )) Scan畵像
뿔을 포함하는 공간의 체적내에서 위치가 정해진 의 끝단을 찾기위해 수행 되Fiber
어진다.
일단 초기 빛의 이 이루어지면 미리 결정된 초기 매개변수에 근거해Coupling , Hill
이 수행 된다Climb Algorithm .
전형적으로 차원 과정은 처음에 축을 따라서 그다음 축 그리고2 Hill Climb X , Y , X
축을 따라 한번더 수행된다 이것을 스캔 방식이라 한다 같은 방법으로. XYX . YXY
연속 방법도 가능하다.
의 중요한 목적은 최대 광량이 나오는 위치에 를 위치 시Hill Climb process FiIber
키는 것이다.
그림 증가의 스텝에 있는< 2-23>
절대적인 절정을 향하여 Hill
의 접근을 보이고 있는 계Climber
통도.
만약 기점에서 광 의 떨어짐power
을 발견한다면 는 잘, Hill Climber
못된 방향으로 움직인다는 것으로
판단한다 이것은 코스가 반대이고.
정반대 방향으로 움직이라는 의미
이다.
의 덫에 걸리지 않기위local peak
해서 는 곡선이 다시Hill Climber
올라가지 않는다는 것을 확인하기
위해 각각의 최고점을 넘어 몇몇
스텝을 조사한다 이 에서. diagram
수직축은 광 언덕모앙의 곡power,
선은 레이져 빔의 광 프로필을 나
타낸다.
수직축은 또는 축 방향 광X Y (i.e.
섬유에 수직 을 나타낸다) .
- 33 -
그림 는 대략적으로 최대 광량 위치로 점점 가까이 향하는 과정을 보여준< 2-23>
다.
전형적으로 로부터 방출되는 빛의 빔은Waveguide(e.g. Laser diode chip)
을 가지고 있다 그러나 이것은 외에도 다양한 공간으Gaussian profiIe . , Main peak
로 이런 를 가질수 있다peak .
의 일부분으로서 필요하다면 전체 차원 그래프 그림Hill Climb process , 3 < 2-24>
처럼 완전환 빔의 윤곽을 하는 것이 가능하다 이 방법으로 어떤 다른 불규칙scan .
적인면이 존재한다는 것이 분명히 확립될 수 있다 또는 중 어는 한방향을 따라. X Y
움직일때 는 그림 메서 보여지는 것처럼 정상을 향해 올라가지, Hill Climber < 2-23>
시작 한다.
그림 이 차원 그래프는< 2-24> 3
증가 스텝을 사용해 만들어500nm
진 와 축 광 섬유에 수직 방X Y (i.e.
향 에 대한 빔 프로필을 보여 준다) .
이 에서 수직축은diagram micro
단위로 광 섬유의 끝단에서Watte
측정되어진 광 를 나타낸다power .
는 광섬유의 외부 끝부분에서 발견되어지는 광섬유의 안쪽으로 연결되Hill Climber
어지는 빛의 양에 해당되는 언덕위의 어떤위치에서 굉섬유와 수직인 고도의 끝에
존재 하게 된다.
광 는 광 탐지기와 광 측정기를 사용하여 측정 된다 시작점에서power power . HiII
는 축을 따라 임의의 한 스텝을 얻게된다 광 값이 떨어지면 그것은Climber X . power
위치와 멀어짐을 의미 한다 따라서 코스가 반대인 결과이므로 반대방향으로Peak .
움직이기 시작한다.
- 34 -
는 미리 결정된값과 같은 스텝을 얻게된다 각각의 스텝후에 스텝은 멈Hill Climber .
추고 광 언덕의 고도 의 값이 측정 되어진다power (i.e. ) .
새로이 측정된 광 값이 이전에 측정된 것보다 크다면 는 여전히power Hill Climber
언덕을 향하고 있다는 것을 알게 된다.
광 의 감소는 를 지나쳤다는 것을 의미 한다 그러나 지나쳐버린power peak . peak
는 빛이 분기할 때 생기는 중의 하나와 관련있는 일 가능성이noise loacl maximum
있다.
과 를 구별하기위해 는 그 코스를 따라local maximum absolute peak HiII Climber
계속 진행한다 그리고 언덕이 다시 치솟기 시작하지 않는다는 것을 확신하기 위해.
미리 결정된 언덕 아래쪽으로의 스텝수를 얻게된다 이 방법에서 축을 따라 지나. X
면서 결정되어지는 중의 어떤것보다 더 높다고 결정되어지는local maximum peak
고도를 만날때까지 이 여행은 계속되어진다.
일단 등고선 에서 가장높은(i.e. optical beam profiIe) peak (i.e. abslute
가 결정되어지면 는 가능한한 더 정확한 이 절정의 정상에maximum) , Hill Climber
설려고 노력할 것이다.
양 방향 반복성과 절대 위치 제어가 가능한 의 사용은50 nm motion system Hill
가 최적의 광 연결 효과를 초래하는 수학적으로 절대 최고점에 위치Climber power
하는 것을 가능하게 한다 이것은 가 스텝 를 줄이는 일련의 반복을. Hill Climber size
통하여서 이루어지게 되며 여러번 언덕의 절정을 되풀이 하여 지나지게 된다.
- 35 -
그림 등반의 초창기에는 상대< 2-25>
적으로 큰 스텝으로 오르게 된다 일단.
절정 광 가 떨어지는 시점(i.e. power )
을 한 번 지나면 곡선이 다시 올라가지
않는 다고 확신하기 위해 미리 결정된
수 이경우는 회 만큼 광 를 조사( 4 ) power
하게 된다 만약 광 가 다시 오르. power
지 않는다면 에서 코스를 반대point "A"
로 하고 절정을 향하여 다시 뒤로 오르
게 된다.
이 실행되어지기 전에 개의 중요한 가Hill Climb Alignment Algorithm 3 Parameter
에 의해 설정 되어진다 이 들은 초기 스텝Engineer . Parameter Size, Check Point
횟수 반복 횟수를 포함 한다, .
스텝 는 각각의 축을 따라 의 크기를 결정 한다 예를 들면 초기 스텝Size motion . ,
가 으로 설정 되었다면 는 의 증가 스텝으로 축Size 1 Micron Hill Climber 1 micron X
을 따라서 이동 하게 된다 는 언덕이 다시 오르는지 아닌지 확인하기. Check Point
위해 각 최고점을 지나서 가 확인 하는 스텝들의 횟수를 의미한다Hill Climber .
그림 일단 절정을< 2-26> Hill Climber
향하고 있고 또한 그 절정이 local
가 아니라고 결정을 하게된다peak .
방향을 바꿔 이전 스텝 의 절반 정size
도의 스텝으로 절정에 접근한다.
이것을 이라 부른다“iteration". .
- 36 -
언덕에서 를 정한후에 는 개의 요인에 의해 스텝의Absolute Peak Hill Climber 2
를 줄이게 된다 그리고 횟수에 의해 명시된 횟수 만큼 언덕을 지나치size . Iteration
는 과정이 반복된다.
이것은 를 세밀 히 하기위해 수행 된다alignment (fine tune) .
그림 은 다음과 같이 미리 설정된 개의 중요한 로< 2-25,26,27,28> 3 parameter Hill
과정의 다양한 스텝을 보여 준다Climb .
Step Size = 1 micron
Check Points = 4
Iterations = 3
그림 에서 는 의 초기 설정된 스텝 로 언덕을 오< 2-25> Hill Climber 1 Micron Size
르고 있다 어떤 점에서 를 지나쳤다는 것을 의미하는 광 가 떨어지는. peak Power
것을 감지 하게 된다 가 회로 설정 되었기 때문에 는 언. Check Point 4 Hill Climber
덕이 다시 시작하는지 아닌지 확인하기 위해 스텝을 확인 하게된다4 .
는 더 이상 광 가 증가 하지 않으므로 방금 지나친 절정이Hill Climber Power
라고 결정 한다Absolute Peak .
에서 정지하고 코스를 반대로 한다 그리고 의 반 스텝Point “A” . (0.5 micron) Size
로 절정을 항해 반대 방향으로 오르기 시작 한다.
그림 에서 는 두 번째의 절정을 지나게 된다< 2-26> Hill Climber .
광 의 떨어짐은 가 를 세기 시작한다는 의미이다power Hill Climber Check Point .
는 회의 를 지나 에서 멈춘다 그리고 이동하던Hill Climber 4 Check Point Point "B" .
방향을 반대로 바꾸고 단지 크기의 스텝으로 언덕을 향해 오르기 시0.25 micron
작 한다.
- 37 -
그림 는 절정을< 2-27> Hill Climber
통과하고 점점더 작은 스텝으로 절
정을 향해 방향을 바꾼다.
최고점을 각각 지나면서 개의 요소2
에 의해 스텝 가 줄여진다size .
는Points "B" and "C" Hill Climber
가 이동방향을 반대로 바꾸는 위치
를 표시한다.
그림 에서 보여지는 것처럼 는 세 번째의 절정을 통과해서< 2-27> , Hill Climber
까지 스텝을 지나게 된다 그리고 방향을 변경하고 아주 작은 크기point "C" 4 .
의 스텝으로 언덕을 오른다 이경우는 가 초기에(0.125 micron) . Iteration parameter
회로 설정되었기 때문에 번째 절정의 정상에 도착하면 는 더 이상 정3 4 Hill Climber
상을 지나지 않는다 그리고 는 이미 언덕을 회 지나는 것을 완료 하. Hill Climber 3
게 된다 이 단계에서 는 산에 오르는 것을 종료하고 위. Hill Climber Absolute Peak
치와 내에 있는 정상에서 정지 하게된다 그림0.125 Micron . ( < 2-28 > )
그림 는< 2-28> Hill Climber point
에서 코스를 바꾸고“C” 0.125
스텝 로 절정을 향해 접micron size
근한다.
그것의 반복 횟수가 회가 완료 되었3
기 때문에 는 절정에서Hill Climber
등반을 종료 하게된다.
절정을 지나는 의 앞뒤 움직임은 광 가 더 이상 증가 되지 않을Hill Climber power
때까지 계속 되어 지거나 스텝 가 사용하고 있는 이동 의 한계size Stage
에 도달할때까지 되풀이 될 수도 있다Resoution .
- 38 -
위에서 설명된 방법으로 수행되어진 한번의 과정은 축을 따라 완료 된Hill Climb X
다 그것은 축을 따라서 그다음 또 축을 따라 다시한번 되풀이 된다. Y X .
그림 이 는 회로 설< 2-29> graph 3
정된 로Iteration parameter X-Y-X
축을 따라 수행되어지는 Hill Climb
의 결과를 나타낸다algorithm .
는 최고점을 회(i.e. Hill Climber 3
지난다 이 에서 수직축은.) graph
단위의 광 를 나micro Watt power
타낸다.
수평축은 과정에서 수집alignment
된 의 숫자이다data point .
최고점 그리고 는A, B C Figures
그리고 에서 보여지는 것4, 5, 6 7
처럼 방향을 바꾸는 point "A", "B"
그리고 에 해당 한다"C" .
그림 은 과정이 완료된후 전형적으로 만들어지는< 2-29> XYX Hill Climb Hill Climb
그래프의 결과를 보여준다.
그림 는 과정이 성공적으로 완료된후 개의 중요한 축을 따라< 2-30> Hill Climb 3
광 의 다양한 변화를 보여 준다Power .
- 39 -
그림 이 는 그< 2-30> graph X, Y
리고 축을 따라 빔 프로필을 보Z
여 준다 수평축은 단위로. micron
표시 된다.
죄적의 가 수행되어질때alignment
와 축의 곡선이 일치 한다X Y .
축 광 섬유와 평행한 축 과 관Z (i.e. )
련된 곡선은 최고점의 절정이 아니
다 축 상에도 광 의 변화가. Z power
있으며 는Light coupling efficiency
빛이 방사되는 곳으로 가까이 가면
갈수록 감소 된다.
끝으로 은Hill Climb Laser diodes, semiconductor optical amplifiers, switches,
과 같은 그러한 평면 구조에 광or Arrayed Waveguide Gratings (AWG) waveguide
섬유를 정렬하는 유용한 응용으로서 강력한 이다alignment algorithm .
그리고 은 패키징을 수행하기 위해 다양성 속도 등 많은 이점Hill Climb aIgorithm ,
을 제공한다.
- 40 -
결과6. Test .
대상6-1 Test Sample.
은 주변에서 구하기 용이한 종류를 선정하였고 광부품이 고가Test Sample Model 3
인 관계로 다른 의 을 하지 못하였다Model Sample Test .
판정기준은 광부품업계의 기준을 따라서 후에 최대 광 의Test Laser Welding Power
이상의 출력이 얻어지는 경우 양품으로 판단하였다90% .
부 품 명 최대 광 Power 합격기준 광 Power
2.5 Gbps DFB Laser Diode Module
1.8 mW 1.62 mW
2.0 mW 1.84 mW
2.1 mW 1.89 mW
- 41 -
2.5 Gbps DFB Laser Diode Module.
FEATURES
1550 nm MQW distributed feedbackㆍ
laser.
Low threshoId current.ㆍ
High optical power available.ㆍ
2.5 Gbps (NRZ) direct modulation.ㆍ
Stable single longitudinal modeㆍ
operation.
Internal thermoelectric cooler and monitorㆍ
photodiode.
BuiIt-in opticaI isoIator.ㆍ
Single mode fiber pigtail with connector.ㆍ
25 impedance-matched RF input.ㆍ Ω
APPLICATIONS
WDM Iight source.ㆍ
OpticaI communications : SONETㆍ
(OC-48)/SDH(STM-16) systems.
DigitaI video.ㆍ
Wireless optical Iink.ㆍ
- 42 -
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TLD = 25 )
표< 2-10 > ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TLD = 25 ).
표< 2-11 > OPTICAL CHARACTERISTICS (TLD = 25 ).
표< 2-12 > ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (TC = 25 ).
- 43 -
방법6-2 Test .
테스트는 먼저 을 측정하여 과Beam Profile Step-By-Step Algorithm Hill-Climb
의 적용가능성을 확인하고 각 별로Algorithm Sample Alignment Test, Welding Test
를 실시하였다.
측정은 광 의 영역별 분포도를 차원으로 확인하여 최적의Beam Profile Power 3
을 찾아내기 위한 것으로 에 대하여 적용한Alignment Algorithm 2.5 Gbps DFB-LD
결과 과 을 적용하는데 문제가 없는Step-By-Step Algorithm Hill-Climb Algorithm
것으로 확인 되었다.
각 별로는 를 회 반복하여 신뢰도를 테스트하Sample Alignment Test 10 Alignment
였고 후 광 의 감쇠정도를 측정하였다Welding Power .
측정6-3-1. Beam Profile .
을 측정하기 위해 그림 와 같이 부품을 하고Beam Profile < 2-31> Loading
으로 전체 영역을 하여 광 을 취합한Systematic Search Pat tern Scan Power data
다.
그림 측정< 2-31> Beam Profile .
시작 위치를 기준으로 먼저 축 방향으로 씩 이동 하면서 광 를 취X 2 micron Power
합하고 축으로 이동후 다시 축 방향으로 씩 이동 하면서 광Y 2 micron X -2 micron
를 취합한다Power .
- 44 -
위와 같은 방법의 반복으로 발산하는 의 특정 표면에 대한 전체 영역Laser Beam
을 하게 된다Scan .
이측정의 결과는
에서 발산되는 의 차원적인 윤곽LD(Laser Diode) Laser Beam 3 .
각 위치에 따른 광 Power Value.
앞서 에서 언급한바 있는 의 존재Hill Clim Alignment Algorithm Local Peak .
등을 보여 준다.
그림 는 측정에 대한 차원 그래프이며 전체 영역중< 2-32> Beam ProfiIe 3
위치X : 2669
위치Y : 4292.5
일때가 위치 이며 는 이다 표Absolute Peak Peak Value 0.00165204/ Watt .< 2-13>
그림< 2-32> Beam Profile.
이 차원 그래프는 증가 스텝을 사용해 만들어진 와 축에 대한3 2 micron X Y
을 보여 준다 에서 알 수 있듯이 하나의 점을 중심Beam Profile . Beam Profile Peak
으로 원뿔형을 이루고 있으므로 을 적용하여 대략의Step-By-Step Algorithm Peak
위치를 찾고 을 적용하여 정밀하게 위치를 찾는 방법이Hill-Climb Algorithm Peak
적합한 것으로 확인되었다.
- 45 -
주 위치만 발췌* ) : Peak Value .
표< 2-13 > Beam Profile Data.
- 46 -
6-2-2. Alignment Test.
는 동일한 조건에서 의 가지Alignment Test Test 2.5 Gbps DFB-LD Package 3
에 대해서 각 부품별로 회 반복하여 의 반복 정밀도를Type 10 Hill Climb Alignmet
측정하였다.
조건Test .•
Type A:
모델명 : DFB-LD-1.8
최대 광 Power : 1.8 mW
Type B:
면델명 : DFB-LD-2.0
최대 광 Power : 2.0 mW
Type C:
모델명 : DFB-LD-2.1
최대 광 Power : 2.1 mW
방법Alignment Test .•
그림< 2-33> Alignment Test.
- 47 -
표 각각은 별로 의 위치 위치< 2-14, 2-15, 2-16> Type A. B. C Alsolute Peak X , Y ,
광 그리고 그들의 편차를 보여준다Power Value, .
표 의< 2-14 > Type A Alignment Test Data.
표 의< 2-15 > Type B Alignment Test Data.
- 48 -
표 의< 2-16 > Type C Alignment Test Data.
- 49 -
6-2-3. Welding Test.
는 전 광 값과 후의 후의 광 값을 비교하Welding Test Welding Power Welding Power
여 감쇠정도를 측정하는 방법을 사용하였다 은 모두 차에 걸쳐 진행되므. Welding 3
로 이 진행될 때 마다 광 값을 측정하였다Welding Power .
방법Welding Test .
그림< 2-34> Welding Test.
- 50 -
표 은 전후의 광 의 변화량을 보여준다< 2-17> Welding Power Value .
에 관계없이 모두 차 용접후에 광 의 감쇠가 크게 나타남을 보여주고Type 1 Power
있다.
상대적으로 차 요접후에 감쇠값이 작은 것은 차 용접으로 인해 이미 부품간2, 3 1
결합이 이루어 졌기 때문으로 판단된다.
표 전후 광 비교< 2-17 > Welding Power .
- 51 -
결과6-3 Test .
결과 분석6-3-1. Alignment Test .
표 에서는 모듈에 대한 에서< 2-14, 15, 16> Type A, B, C Alignment Test
위치와 광 의 변화를 볼 수 있다Absolute Peak Power Value .
축 변화랑에 비하여 광 변화량은 크지 않은 것으로 보아 을X, Y, Z Power Sample
후 다시 할때 위치 변화가 있는 것으로 판단된다Unloading Loading .
이를 보완하기 위한 목적으로 와 을 추가함으로서Master Plate Air Floating Unit
시의 편차를 상당량 보정할 수 있음도 확인 하였다Loading .
그림 축 변화량< 2-35> X .
- 52 -
그림 축 변화량< 2-36> Y .
그림 축 변화량< 2-37> Z .
그림 변화량< 2-38> Power .
- 53 -
결과 분석6-3-2. Welding Test
표 에서는 전후 광 비교를 통해 변화가 있음을 보여< 2-17> Laser Weding Power
준다.
표 의 변화량을 그래프로 표현하면 그림 과 같이 표현된다< 2-17> < 2-38> .
수평축에 대한 설명은 다음과 같다.
전1 : Welding
차 후2 : 1 Welding
차 후3 : 2 Welding
차 후4 : 3 Welding
그림 은 광 의 변화량이 전과 차 후에서 가장 많이< 2-39> Power Welding 1 Welding
변화 되었음을 보여주고 차 후와 차 후에는 작은량이 변화 되었2 Welding 3 Welding
음을 보여준다.
이는 차 에서 상부 부품과 하부 부품의 용접이 거의 이루어짐을 의미하며1 Welding
차 차 은 차 에 대한 보조 용접을 의미함을 알수 있다2 , 3 Welding 1 Welding .
후 광 변화의 원인에는 여러 가지 변수가 있을수 있으며 그 대표적인Wedling Power
변수로서는 의 초점 시 의 크기 가 발사되Laser Welding , Laser Welding Spot . Laser
는 거리 가 발사되는 각도 순간 부품의 움직임등이 있다. Laser , Welding .
각각의 변수를 조정하여 후 광 의 감쇠에 가장 큰 요인이 무엇인지Welding Power
검증할 필요가 있으나 의 수급관계로 실시하진 못하였다Sample .
그림 전 후 변화량< 2-39> Welding Power .ㆍ
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제 장 결 론3 .
제 절 기술 평가 항목1 . .
후 광 변화1. Welding Power .
그림 의 전 후의 변화량< 3-1> Type A Welding Power .ㆍ
그림 의 전 후의 변화량< 3-2> Type B Welding Power .ㆍ
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그림 의 전 후의 변화량< 3-3> Type C Welding Power .ㆍ
차 후 광 변화량1 Welding Power .
표 차 전 후 광 변화량< 3-1 > 1 Welding Power .ㆍ
차 후 광 변화량2 Welding Power .
표 차 전 후 광 변화량< 3-2 > 2 Welding Power .ㆍ
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차 후 광 변화량3 Welding Power .
표 차 전 후 광 변화량< 3-3> 3 Welding Power .ㆍ
그림 은 전 차 후 차 후 차 후의< 3-1, 2, 3> Welding , 1 Welding , 2 Welding , 3 Welding
광 변화량을 단계적으로 보여준다Power .
표 은 차 차 차 전후에 대한 광 변화량을 백분율< 3-1, 2, 3> 1 , 2 , 3 Welding Power
로 나타낸다.
그림 과 표 을 통해 차 전후의 광 변화< 3-1, 2, 3> < 3-1, 2, 3> 1 Welding Power
량이 차 차 전후의 광 변화량에 비해 상대적으로 변화량이 크다2 3 Welding Power
는 것을 알 수 있다 이는 차 에서 상부 부품과 하부 부품의 용접이 이루. 1 Welding
어지고 차 차 은 차 에 대한 보조 용접이라고 볼수 있다2 , 3 Welding 1 Welding .
전과 차 후 광 변화량Welding 3 Welding Power .
표 전과 차 후 광 변화량< 3-4 > Welding 3 Welding Power .
표 에서는 전과 차 이 모두 끝난 후의 광 변< 3-4> Welding 1, 2, 3 Welding Power
화량을 백분율로 나타낸다 모두 전 대비 평균 정도. Type A, B, C Welding 3.34%
감소 하였음을 알 수 있다.
차 용접후의 감쇠값이 가장 크므로 차 용접후의 감쇠값을 줄이는 방안에 대하여1 1
다수의 을 가지고 충분한 를 실시할 필요가 있다Sample Test .
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의 경우 양품기준을 충족 시키지 못하였는데 원인은 후 광 의Type A Welding Power
감쇠뿐 아니라 뒤에서 언급할 단계에서의 감쇠가 함께 영향을 준 것으로Alignment
판단된다.
최대 광 와 완료후 광 비교Power Welding Power .
표 최대 광 와 후 최대 광 비교< 3-5 > Power Alignment Power .
표 는 상부 부품과 하부 부품이 용접되기전 의 최대 출력 광 대비< 3-5> LD Power
상부 부품과 하부 부품의 후 광 의 비교를 백분율로 나타낸다Alignment Poawer .
각 부품의 최대 광 대비 완료 후의 광 가 전체 평균Power Welding Power 6.03%
감소 하였다.
이는 상부 부품 광 수광부 의 상태 끝단부분의 손상 손상 등 와( Power ) ( Lens , Wire )
하부 부품 광 발광부 의 광 에 따라 측정되는 광 의 감( Power ) Power Profile Power
쇠가 영항을 받는다.
후의 감쇠값과 후의 감쇠값을 비교하면 후의 감쇠값Welding Alignment Alignment
이 더 큰 것을 알 수 있다 원인은 보다는 의 상태가. Alignment Algorithm Sample
좋지 못한 것으로 판단된다.
양품을 결정하는 것은 와 차 의 정확성이므로 향후 이 부분을Alignment 1 Welding
집중적으로 할 필요가 있다Test .
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2. Alignment Accuracy.
그림 는 각 부품별 회 반복시 매번 완료후 측< 3-4> Alignment Test 10 Alignment
정한 의 변화를 나타낸다Power .
그림 후의 비교< 3-4> Alignment Power .
표 최대 광 와 후 최대 광 비교< 3-5 > Power Alignment Power .
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표 는 각 부품별 후의 광 변화량을 백분율로 나타낸다< 3-5> Alignment Power .
을 다시 할 때마다 값이 달라지는 것은Sample Loading Alignment Power Unloading
후 과정에서 이 고정되는 위치가 달라지기 때문으로 판단된다 이Loading Sample .
를 개선 하기 위해 와 를 사용함으로서 큰 효과를Master Plate Air Floating Unit
보았으나 기본적으로 의 정밀도를 높이는 등의 기능 보완이 필요하다고 판단된Jig
다.
제 절 결 론2 . .
본 과제를 통해서 광부품의 조립장비인 의 기구적인 특성 및 제어에Laser Welder
대한 전반적인 사항을 테스트 해 볼 수 있었고 정밀도와 차용접 후의Alignment 1
광 감쇠가 중요함을 알 수 있었다Power .
정밀도를 높이기 위해서는 의 상태를 일정 수준이상으로 양호하Alignment Sample
게 유지하는 것 뿐 아니라 의 정밀도를 보완 해야 할 것으로 판단되며Fixture Jig
에 대해서도 충분한 검증이 필요한 것으로 판단된다Alignment Algorithm .
차 용접후 감쇠값을 줄이기 위해서는 용접건의 방향 의 조사시간등등 여러1 , Laser
가지 인자들을 변경해가면서 방안을 찾아야 할 것으로 보인다 본 과제를 진행하는.
동안 을 충분히 확보하지 못하여 다양한 테스트를 하지 못하였기 때문에 용Sample
접후 감쇠값을 줄이는 방안까지는 도출하지 못하였다.
광부품은 적용대상에 따라 등 수정되어야 할 부분이 많고 방법Jig Fixture Welding
에 있어서도 변경되어야 하기 때문에 향후 적용대상이 될 광부품을 확보하여 충분
한 테스트를 가질 필요성이 있다.