고출력 레이저·렌즈 성능 검증 테스트베드 3종 국산화
외산 의존 깨고 ISO 수준 성능 검증 가능

한국기계연구원 자율제조연구소 광응용장비연구실 최지연 책임연구원 연구팀이 고출력 레이저와 광학 부품의 성능을 장시간 검증할 수 있는 테스트베드 3종을 국내 최초로 구축했습니다.

이번에 개발된 시스템은 레이저 광원과 광학 렌즈의 상태를 실시간으로 점검하는 2종과, 광학 코팅의 내구성을 평가하는 1종 등 총 3종입니다. 이번 테스트베드 개발로 국산 레이저 장비와 광학 부품을 해외 제품과 동일한 기준으로 검증할 수 있는 기반이 마련됐습니다.

연구팀은 이 시스템을 국산 1kW 광섬유 레이저와 F-Theta 렌즈에 적용해 7일간 연속 성능 평가를 진행했고, 안정적인 작동 특성을 확인했습니다.

특히 이번 테스트베드는 온습도 변화에 따른 출력 변동, 렌즈의 열렌즈 효과로 인한 초점 오차, 광학 코팅의 레이저 손상 임계값(LIDT) 등을 정밀하게 측정할 수 있도록 설계됐습니다. 이상 작동 시 자동으로 장비를 정지하는 기능도 적용돼 장시간 운용 안정성을 확보했습니다.

기존에는 광학 부품 성능 평가가 단기간 실험실 환경에 머물러 실제 산업 현장을 충분히 반영하지 못하는 한계가 있었지만, 이 시스템은 더 가혹한 조건에서 장시간 검증이 가능하다는 점에서 의미가 큽니다.

또한 수랭식 냉각 구조와 온도·변위 센서를 적용해 고출력 환경에서도 온도 상승과 외부 진동에 따른 오차를 최소화했습니다.

이 기술은 이미 국내 기업의 제품 개선에도 활용되고 있습니다. 한 광학 업체는 1kW 레이저를 7일 연속 노출되는 조건에서도 해당 테스트베드를 통해 해외 제품보다 초점 위치 오차가 작은 렌즈를 개발해 장시간 고출력 레이저 용접 공정에서도 안정적인 초점 유지 성능을 확보했습니다.

최지연 책임연구원은 "그동안 외산 중심 시장 구조로 인해 객관적인 성능 데이터를 확보하기 어려웠다"며 "이번 기술로 실사용 환경 기반의 신뢰성 검증이 가능해져 국산 장비 경쟁력 강화에 기여할 것"으로 기대한다고 말했습니다.