전자공학회논문지SC (Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC)

대한전자공학회 (The Institute of Electronics and Information Engineers)
권호 표지

펨토초 레이저 미세가공을 위한 3차원 형상 복원 시스템의 최적설계 및 구현

Optimal Design and Implementation of 3D Shape Restoration System for Femto-second Laser Micromachining

  • 박정홍 (충남대학교 BK21 메카트로닉스 사업단) ;
  • 이지홍 (충남대학교 BK21 메카트로닉스 사업단) ;
  • 고윤호 (충남대학교 BK21 메카트로닉스 사업단) ;
  • 박영우 (충남대학교 BK21 메카트로닉스 사업단)
  • Park, Jeong-Hong (BK21 Mechatronics Group at Chungnam National University) ;
  • Lee, Ji-Hong (BK21 Mechatronics Group at Chungnam National University) ;
  • Ko, Yun-Ho (BK21 Mechatronics Group at Chungnam National University) ;
  • Park, Young-Woo (BK21 Mechatronics Group at Chungnam National University)
  • 발행 : 2006.11.25
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

본 논문에서는 평판형 디스플레이 장치의 필수 구성품인 투명한 ITO(Indium-Tin-Oxide) 유리를 가공하기 위한 펨토초(Femto-second) 레이저 미세 가공의 효율을 극대화하기 위해 가공 대상체의 정보를 추출하는 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 레이저 스캐닝 시스템을 활용하여 펨토초 레이저빔의 초점 거리 오차와 각도 오차를 사전에 계측하고 3차원으로 형상을 복원한다. 본 시스템은 라인 스캔 레이저, 고해상도 카메라, 리니어 모션 가이드(Linear Motion Guide), 시스템 제어부로 구성되어있다. 또한 본 시스템의 모델링을 통한 카메라와 레이저의 위치와 측정 결과와의 관계를 나타낼 수 있는 민감도 지수를 정의하고, 이를 활용하여 더욱더 정확한 측정이 가능한 시스템을 설계할 수 있었다. 가공 대상체인 ITO 유리의 높이와 표면 형상을 측정하고 3차원으로 형상을 복원하여 주사 탐침 현미경(SPM)으로 얻은 결과와 비교하여 본 시스템의 성능을 검증하였다.

In this paper, we propose a 3D shape restoration system which measures height and surface shape of transparent ITO glass and delivers errors in focal length and incident angle of laser beam to femto-second laser micromachining. The proposed system is composed of a line scan laser, a high resolution camera, a linear motion guide synchronized to image capturing, and a control station. Also, we define the sensitivity indices that represent a relation between measurement error and a position of a camera and scan laser, and utilize it for optimum design. The results of the proposed system are compared with results of SPM(Scanning Probe Microscope) and prove the usefulness of the system.

키워드

참고문헌

  1. 최지연, 장정원, 김재구, 신보성, 장원석, 황경현, '펨토초 레이저를 이용한 유리 표면의 미세구조 생성에 관한 연구', 한국정밀공학회 2003년도 춘계학술대회 논문집, 640-643쪽, 2003년
  2. C. B. Schaffer. 'Interaction of femtosecond laser pulse with transparent materials,' Ph. D. thesis, Harvard University, May 2001
  3. Rafael R. Gattass, 'Femtosecond-laser interactions with transparent materials applications in micromachining and supercontinuum generation,' Ph. D. thesis, Harvard University, June 2006
  4. 김동식, 오부국, '펨토초 레이저 재료가공 공정의 이론적 해석', 한국정밀공학회지, 제23권, 제1호, 48-55쪽, 2006년 1월
  5. D. Y. Yim and S. W. Kim, 'Optical Roughness Measurement of Ground Surfaces By Light Scattering,' Int. J. Madz. Tools Manufact., Vol. 30, no.2, pp. 283-289, 1990 https://doi.org/10.1016/0890-6955(90)90136-7
  6. 장정원, 김재구, 신보성, 장원석, 최지연, '비접촉 센서를 이용한 레이저 자동 포커싱', 한국정밀공학회 2003년도 춘계학술대회 논문집, 280-283쪽, 2003년
  7. R. G. Willson, 'Modeling and Calibration of Automated Zoom Lenses,' Ph. D. thesis, Carnegie Mellon University, Jan. 1994
  8. 성기은, 이세헌, '멀티 라인 레이저 비전 센서를 이용한 고속 3차원 계측 및 모델링에 관한 연구', 2002년도 춘계학술대회 논문집, 169-172쪽, 2002년
  9. 서영호, 김화영, 안중환, '레이저 빔 반사 패턴을 이용한 표면 프로파일 추정', 2002년도 춘계학술대회 논문집, 263-266쪽, 2002년
  10. C. H. Chen, and A. C. Kak, 'Modeling and Calibration of a Structured Light Scarmer for 3-D Robot Vision,' Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 807-815, March 1987 https://doi.org/10.1109/ROBOT.1987.1087958
  11. Y. F. Li and S. Y. Chen, 'Automatic Recalibration of an Active Structured Light Vision System,' IEEE Transaction on Robotics and Automation, Vol. 19, no. 2, April 2003 https://doi.org/10.1109/TRA.2003.808859
  12. Johnny Park, Guilherme N. DeSouza, and Avinash C. Kak, 'Dual-Beam Structured-Light Scanning for 3-D Object Modeling,' Proceedings of the Third International Conference on 3D Digital Itraging and Modeling, 2001 https://doi.org/10.1109/IM.2001.924399
  13. 송준엽, 박화영, 김현종, 정연옥, 'PDP ITO 패턴 유리의 결함 검사시스템 개발', 한국정밀공학회지, 제21권, 제12호, 92-99쪽, 2004년 12월