국내제조업의성장효율성저하에대한우려제기 제조효율성저하, 생산거점의해외이전등으로성장동력약화 제조업계의영업이익률하락세, 장기적생산가능인구감소등사회경제적변화에따라생산구조혁신필요성대두 기존양적투입위주의제조업성장방식의한계직면 우리제조업경쟁력순위 ( 美경쟁력委 ): 3 위 ( 10) 5 위 ( 13) 6 위 (18E) 산업생태계복잡화 긴밀화 제조업과 IT 를융합한스마트산업혁명이필요 참고문헌 : KDB 산업은행 국내제조업고도화방안으로서스마트공장의가능성 " 민관합동스마트공장추진단 스마트공장사업소개
노동기반약화와스마트산업혁명에대응하여제조강국들은제조 -ITC 융합을통한제조업경쟁력확보노력중 Industry 4.0 국가 10 대미래전략의일환으로민 관 학연계통한제조업혁신추진 제조업과 ICT 융합통한스마트공장구축, 첨단기술클러스터개발 Factories of the Future 20 년까지역내제조업비중 (15% 20%) 향상, 600 만개의고용창출 - 사물인터넷, 가상현실등에기반해전제조공정의유연화, 네트워크화 Remaking America 제조업발전국가협의체 AMP(Advanced Manufacturing Partnership) 발족 - 3D 프린팅등첨단제조기술혁신, 산업용로봇활성화추진 산업재흥플랜 제조업중심의산업경쟁력강화위해 산업경쟁력강화법 제정 자동운전시스템등차세대인프라구축에 14 년 100 억엔투자 참고문헌 : KDB 산업은행 국내제조업고도화방안으로서스마트공장의가능성 "
종래의 생산 공정은 가공 후 사람이 별도의 계측을 통하여 제품의 품질 평가 공작기계는 열변형, 진동, 공구마모 등에 의하여 기계 변형 및 오차 발생 제품 품질 저하 시 많은 시간을 들여 원인을 파악하고 교정 하는 작업이 요구됨 가공 측정 제품 양품 불량
긴거리계측장치 고분해능레이저간섭계 낮은분해능 : > 1 mm 대상이움직인변위량만을측정할수있음 동시에여러물체를측정하기위해서는여러개의계측기필요
하나의레이저 - 통합계측시스템을이용하여종합적인스마트팩토리계측데이터제공 계측시스템의정밀도향상으로제품품질향상 열변형 3차원좌표렌즈시스템미세표면형상 길이 레이저 - 통합계측시스템 성분분석 표면거칠기 박막측정 온도
생산설비에멀티타켓계측기술을적용, 생산공정중장비의변형을실시간진단 하나의계측기를이용하여여러장비의상태를동시진단 다양한계측데이터를인공지능과결합, 생산장비를실시간보정하여제품품질유지 MDM Distributor 레이저신호분배
생산설비에멀티타켓계측기술을적용, 생산공정중장비의변형을실시간진단 하나의계측기를이용하여여러장비의상태를동시진단 다양한계측데이터를인공지능과결합, 생산장비를실시간보정하여제품품질유지 생산설비 4 생산설비 1 생산설비 2 생산설비 3 측정장비
비선형광결정과펨토초레이저쌍을이용하여수미터이상의거리에서수십마이크로미터이하의분해능으로절대거리계측 일반레이저간섭계는변위량만을계측할수있으나본기술은절대거리를계측, 빔이끊어지거나전원이차단되더라도연속적인계측가능 계측장치의설치가매우간단함, 계측기외부에별도의간섭계구성이필요하지않음 초당 2000 회측정의빠른측정속도
다양한형태로빔을나누어하나의장비로여러지점의거리를동시에계측가능 계측대상의개수를수십 - 수백으로확장가능 복잡한형상을가지는공간에서도광섬유를이용하여원하는위치까지측정빔을전달가능
비용절감의효과 여러개의계측센서를하나의장치로대체하여비용을절감할수있음. 복잡성감소의효과 기존레이저간섭계와달리측정기외부에광학간섭계를구성할필요가없고, 하나의 계측기를공유하므로측정시스템구성이간단함. 설치및유지보수가용이. 시스템정밀도향상효과 여러개의계측센서를사용할경우각각의센서를정밀하게교정하지않으면오차가누적될수있으나, 하나의측정기를공유할경우이러한문제가없어시스템의정밀도가향상됨. 높은표준소급성유지효과 펨토초레이저를광원으로사용하는경우펨토초레이저의광주파수를시간표준을기 준으로계측할수있어장기간표준에높은소급성을가지고거리를계측할수있음.
Temperature change : 21.55 C 22.65 C 정밀대형장비의열변형계측 3D view Displacement 50000 Reference (0,0,0) CMM 에 10 개의반사경을부착후 12 시간동안의열변형을측정
CMM & Machine tool monitoring 대형구조물의정렬, 공작기계모니터링 원자력발전소와같은안전시설의장기안전모니터링 Targets Alignment / monitoring of large scale devices Reference Structural safety monitoring
가공장비의여러지점동시모니터링 Distance meter 롤금형가공기 @ KIMM 측정실험결과 Motorized stage Peizo stage
렌즈시스템정렬및검사 휴대폰카메라렌즈 측정실험결과 Nikon AF Micro-NIKKOR 60mm f/2.8d Lens
절대거리레이저트레커 < TOF 기반절대거리간섭계 > < 타겟추적모듈 >
로봇 / 가공 툴의 3-D 자세 제어 Measure 3 different moving targets simultaneously. ~ 10 μm displacement
세계스마트팩토리시장규모및전망 세계시장 : 1,937 억달러 (2015) 2,845 억달러 (2020) 가치창출전망 공급산업 : 스마트공장구성위한하드웨어및소프트웨어산업 수요산업 : 스마트공장통한제조산업 참고문헌 : 중소기업청 중소기업기술로드맵전략보고서 12 스마트팩토리
국내스마트팩토리시장 2015 년기준 32.1 억달러에서 2020 년 54.7 억달러의경제적가치창출전망 ( 연평균 10.9% 의성장률 ) 국내시장은필드디바이스및 ICT 로구성되며, 연평균성장률은 9.0% 와 11.8% 를보일것으로예상 참고문헌 : 중소기업청 중소기업기술로드맵전략보고서 12 스마트팩토리
공장자동화 (FA) 분야별시장규모 2014 년기준 FA 기기 시스템의점유율이가장높으며 2020 년약 93% 증가한 452,100 억원의시장규모가질것으로예상 지능형생산시스템및지능형제조장치 센서분야는각각 1,380%, 432% 의높은증가율을보일전망 < 공장자동화산업분야별시장규모 > 참고문헌 : 중소기업청 중소기업기술로드맵전략보고서 12 스마트팩토리
제조업의존도 국민총생산에서제조업이차지하는부가가치비율은국가의제조업의존도를나타내는지표 높은의존도를보이는국가 : 중국 (31%), 한국 (28%), 인도네시아 (24%) < 제조업이국민총생산에서차지하는비율 > 참고문헌 : 중소기업청 중소기업기술로드맵전략보고서 12 스마트팩토리
항공산업 / 모바일 / 3 차원공간스캐너 / 자율주행자동차 시장규모 : 3 억 3190 만달러 (2016) 6 억 2490 만달러 (2020) 전세계 16.3% 의성장률보이며, 아시아 - 태평양은 22.9% 로북미 / 유럽보다높음 Source : World LiDAR Market Opportunities and Forecasts, 213-2020, Allied Market Research 거리측정장치의세계시장전망 ( 백만불 ) 거리측정기술의응용범위
대상기술제품시장규모 2016 년항공분야가 1 억 6840 만달러로가장큰시장형성하며, 모바일및지형관측이그뒤를이음 2020 년에는모바일및지형관측 / 정밀계측분야에서높은성장률을보일것으로예상 모바일 / 지형관측 / 정밀계측 : 1 억 6350 만달러 3 억 4890 만달러 Source : World LiDAR Market Opportunities and Forecasts, 213-2020, Allied Market Research 거리측정분야별세계시장전망 ( 백만불 )
시장수요및전망 높은완성도 & 특수목적 개발비의비중높으며소량개발 대량생산가능성향상및다양한요구조건충족시켜저가격화및소형화필요 제품단가는 39,000 달러에서 24,000 달러로큰폭으로감소하며, 예상판매개수는약 3 배로증가하여 2020 년이후본격적인상용화전망 Source : World LiDAR Market Opportunities and Forecasts, 213-2020, Allied Market Research LiDAR 평균판매가격및판매수량전망
No. 논문지개제일명칭 1 Optics Express 2017.01.13. Large-aperture ground glass surface profile measurement using coherence scanning interferometry 2 Scientific Reports 2016.08.25. Comb-referenced laser distance interferometer for industrial nanotechnology 3 Optical Engineering 2016.03.14. Optical inspection of smartphone camera modules by near-infrared low-coherence interferometry 4 Optics Express 2015.09.30. Real-time compensation of the refractive index of air in distance measurement 5 Optics Express 2015.09.23. 6 Optics Express 2015.04.01. 7 Optical Engineering 2014.05.08 Parallel determination of absolute distances to multiple targets by time-of-flight measurement using femtosecond light pulses Absolute positioning by multi-wavelength interferometry referenced to the frequency comb of a femtosecond laser Absolute distance measurement with extension of non-ambiguity range using the frequency comb of a femtosecond laser 8 Scientific Reports 2014.05.30 Testing of a femtosecond pulse laser in outer space 9 Optics Express 2013.06.19. Femtosecond laser pulses for fast 3-D surface profilometry of microelectronic stepstructures 10 Optics Express 2013.04.12. Frequency-comb-referenced multi-wavelength profilometry for largely stepped surfaces 11 12 13 Measurement Science and Technology International Journal of Precision Engineering and Manufacturing Measurement Science and Technology 2013.03.01. 2013.01.23. Absolute distance measurement by dual-comb interferometry with adjustable synthetic wavelength Phase shifting interferometry for large-sized surface measurements by sweeping the repetition rate of femtosecond light pulses 2012.05.04. High precision laser ranging by time-of-flight measurement of femtosecond pulses 14 Optics Express 2011.02.17. Fiber-optic interferometer for surface profile measurement with vibration suppression 15 Nature Photonics 2010.08.08 Time-of-flight measurement with femtosecond light pulses
No. 논문지개제일명칭 16 CIRP Annals-Manufacturing Technology 17 Applied Optics 2010.11.30. 18 International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2010.04.08. Absolute distance measurement using the frequency comb of a femtosecond laser 2009.06.01. 19 Nature Photonics 2009.06.01. Metrology: combs rule 20 Applied Optics 2009.02.01. 21 22 23 Measurement Science and Technology Measurement Science and Technology CIRP Annals-Manufacturing Technology 2009.09.09. Spectrally resolved phase-shifting interference microscopy: technique based on optical coherence tomography for profiling a transparent film on a patterned substrate Determination of film thickness and surface profile using reflectometry and spectrally resolved phase shifting interferometry Spectrally resolved white-light interferometry for 3D inspection of a thin-film layer structure Metrological atomic force microscopy integrated with a modified two-point diffraction interferometer 2009.07.03. Absolute length measurement with the frequency comb of a femtosecond laser 2009.03.29. Vibration-desensitized fiber-diffraction interferometer for industrial surface measurements 24 Optics Express 2008.11.14. Distance measurements by combined method based on a femtosecond pulse laser 25 Applied Physics Letters 2007.08.27. Fast, precise, tomographic measurements of thin films 26 Optics express 2006.11.13. Thin-film thickness profile and its refractive index measurements by dispersive whitelight interferometry 27 Optics express 2006.06.15. 28 Optics express 2006.06.13. Absolute distance measurement by dispersive interferometry using a femtosecond pulse laser Absolute length calibration of gauge blocks using optical comb of a femtosecond pulse laser.
No. 국가 출원번호 명칭 1 대한민국 10-2016-0121565 다자유도거리측정장치 4 대한민국 10-2017-0024215 광위치감지장치 5 대한민국 10-1684269 프리러닝펨토초레이저기반의실시간합성파결정을이용한거리측정장치 6 대한민국 10-1746693 다중두파장레이저간섭계를이용한절대길이측정장치 7 대한민국 10-1642952 두파장레이저간섭계를이용한길이측정장치 8 대한민국 10-1109001 펨토초레이저기반고분해능시간비행법거리측정장치 9 대한민국 10-1379043 펄스레이저반복률주사기반고속고정밀표면형상측정간섭계 10 대한민국 10-1109001 펨토초레이저기반고분해능시간비행법거리측정장치 11 대한민국 10-1085061 고속카메라와연속위상주사방법을이용한진동둔감간섭계 12 대한민국 10-0951618 광주파수발생기를이용한절대거리측정방법및시스템 13 대한민국 10-0916618 반사광측정법에근거한분산백색광간섭법을이용한박막두께및형상측정방법 14 대한민국 10-0840395 매크로렌즈를이용한대면적삼차원형상측정을위한백색광주사간섭계및형상측정방법 15 대한민국 10-0631060 백색광간섭계를이용한투명박막의두께및형상을측정하는장치및방법 16 대한민국 10-0484637 다중채널위상천이모아레기법을이용한 3 차원형상측정기및그방법 17 미국 US 8,670,108 High resolution time-of-flight distance measurement device based on femtosecond laser 18 미국 US 7,483,147 Apparatus and method for measuring thickness and profile of transparent thin film using whitelight interferometer 19 미국 US 7,898,669 Absolute distance measurement method and system using optical frequency generator 20 미국 US 7,405,830 Vibration-insensitive interferometer 21 미국 US 7,394,548 22 미국 US 7,130,058 23 일본 JP 4237175 Heterodyne laser interferometer using heterogenous mode helium-neon laser and super heterodyne phase measuring method System and method for determining coordinates on three-dimensional space using beam phase interference Apparatus and method for measuring thickness and profile of transparent thin-film by whitelightinterferometry
No. 국가출원번호명칭 24 대한민국 10-2016-0067608 장기간안정성을갖는포화흡수체기반의전 - 편광유지광섬유레이저공진기 25 대한민국 10-2017-0024173 펨토초레이저펄스반복률의상대안정화방법 26 대한민국 10-2017-0024173 레이저의반복률을제어하는안정화방법및이를수행하는장치 27 대한민국 10-2016-0176602 극자외선고차조화파생성장치 28 PCT PCT/KR2015/0086 28 29 대한민국 10-1589577 30 대한민국 10-1394720 31 대한민국 10-1340387 광빗에서직접적으로추출된광모드를이용하여펨토초레이저의광빗이갖는전체적주파수의안정화를구현하는장치및방법 쳐프광섬유브래그격자쌍을이용한광대역고속반복률주사광섬유펨토초레이저공진기 비선형편광회전과포화흡수체의결합모드잠금에의해생성되는고출력광섬유펨토초레이저공진기 포화흡수체와비선형편광회전현상을통해모드동기가되는 10 MHz 이하의반복률을갖는광섬유레이저공진기 32 대한민국 10-1268569 포화광흡수체거울과광학필터를이용한극초단광섬유레이저공진기 33 대한민국 10-1155541 광섬유펨토초레이저의모드잠금자동화장치 34 대한민국 10-1633466 광빗에서직접적으로추출된광모드를이용하여펨토초레이저의광빗이갖는전체적주파수의안정화를구현하는장치및방법 35 대한민국 10-1400512 쳐프펄스증폭시스템에서회절격자기반펄스확장기 36 대한민국 10-1361980 광섬유를증폭매질로하는쳐프펄스증폭시스템의능동적보상시스템 37 대한민국 10-1340387 포화흡수체와비선형편광회전현상을통해모드동기가되는 10 MHz 이하의반복률을갖는광섬유레이저공진기
No. 계약체결연도계약형태계약조건기술명 1 2015 통상실시선급금 1 억 + 매출액의 2% 펨토초레이저광원기술 - 레이저닉스 창업 - 2 2015 전용실시 기술식시계약금액 33,000,000 원 펨토초레이저및응용기술 No. 예상계약체결월계약형태계약조건기술명기업명 1 2018. 09 통상실시선급금 1 억 + 매출액의 2% 다자유도절대거리측정기술 인텍플러스