성명 : 정 현
직책 : 연구원
소속 : 호남대학교 광·전자 공학부
사용된 NI 제품명 : LabVIEW 8.20 (한글판), NI MOTION, PCI-7330, UMI-7774

요약

광통신에 있어서 광소자와 광섬유 사이의 광 결합 효율이 중요하다. 광 효율을 증가시키기 위하여 파이버 연마 과정이 필요하다.
 
기존 파이버 연마 장치는 대부분 외국 장비인데다가 단일 모드만 작동되고 대량 생산이 용이하지 않으며 데이터 저장과 긴급상황 발생시 대처가 떨어지는 단점이 있다.

본 연구에서는 이를 보안하기 위하여 PC기반의 시스템을 개발하였다.
 
이 시스템은 여러 종류의 샘플 가공과 코어의 자동 정렬이 가능하며 PD데이터를 자동 저장한다. 또한 연마 거리를 자동 계산하여 연마 필름의 낭비를 줄였다.
 
정전과 같은 긴급상황 발생시 데이터를 보존하여 다음 연마 시 기존 데이터로 초기화가 가능하다.

개발 배경

어떤 전송기술을 통신망에 적용할 것인가를 결정하게 되는 주요 요인으로는 전송용량, 경제성, 신뢰성 그리고 성장 가능성이다.

광 전송시스템은 기존의 동축케이블 전송시스템 혹은 무선 전송시스템에 비해 전송용량, 신뢰성 및 보안성이 매우 높으며, 중계 거리가 매우 길고 크기와 무게 및 시스템 가격이 월등히 낮아 무한한 성장 가능성을 지니고 있다.
 
현재 광 통신은 높은 관심을 받고 있으며 또한 많이 사용된다.

그러나 접속 시 융착 접속을 하므로 절단면의 경사, 코어 축이 불일치하면 손실이 발생되어 불량접속이 되는 단점이 있다.
 
본 시스템은 광 통신에 중요한 섬유의 단점을 보안하고 광 효율을 보다 더 높이는 시스템을 개발하고자 한다.

본론

하드웨어

본 시스템의 하드웨어 구성은 그림1과 같다. PC기반의 시스템으로 인터페이스 박스와 연마 장치로 구성 되어있다.
 
PC에서 PCI-7330컨트롤러로 제어를 하며 인터페이스 박스에서 UMI-7774 터미널 블록을 이용하여 연마 장치를 제어한다.

연마 장치는 2축 리니어 스테이지, 엔코더가 연결된 4개의 모터, 연마 필름이 장착된 롤 장치와 세척과 건조를 위한 디스펜서 및 에어컴프레서로 구성되어 있다.

코어의 정렬을 확인하여 재 연마 또는 완료 진행을 결정하기 위하여 PD센서 3개로 광량을 실시간으로 측정한다.

소프트웨어

파이버 가공의 자동화와 여러 종류의 파이버 연마 그리고 다양한 모양의 연마 정밀도를 높이기 위해 프로그램으로 LabVIEW 8.20(한글판)과 NI Motion을 사용하였다.

초기화 (파이버 장착위치 이동), 트랙이동, 연마, 세척, PD 검출 및 재 연마, 감기 및 완료 순으로 진행을 한다.

초기화에서는 파이버 장착 위치에 스테이지를 이동하고 동시에 ini 파일에 저장된 최종 연마 세팅 값을 불러온다.

파이버 장착 후 트랙이동을 하는데 이는 한번 사용한 연마필름을 다시 사용하지 않기 위해 연마필름을 한 트랙당 1mm식 이동한다.

이후 우측연마와 좌측연마를 하는데 섬유 종류나 사용자의 요구에 따라 변경이 가능하다. 연마 시 파이버는 절단되기 쉽기 때문에 스테이지 이동과 연마가 동시에 이루어져야 한다.
 
파이버가 절단되는 것을 막기 위하여 파이버가 연마면에 닿을 때 연마 속도가 천천히 증가 하다가 천천히 감소하여야 한다.

이처럼 스테이지와 롤을 동시에 다른 속도와 거리를 이동하기 위해 벡터 이동을 활용하였다.

4축의 PCI-7330보드로 6개의 모터를 제어하기 위하여 디지털 I/O를 이용하여 같은 축의 모터의 전원을 차단하였다.
 
이후 측정단 이동전 연마된 파이버 세척과 건조에도 디지털 I/O를 각각 하나씩 사용하였고 연마 후 코어의 중심을 정렬하기 위하여 3개의 PD센서를 이용하여 광량을 측정하는데 아날로그 I/O를 사용하였다.

측정 후 광량의 좌우 밸런스를 확인하여 재 연마 또는 완료를 진행하고 완료시 연마재를 다시 감는 작업을 진행하는데 엔코더 피드백을 받아 이동가속도로 생긴 오차까지 계산하여 연마재의 낭비를 줄였다.
 
이 모든 과정이 자동으로 진행이 가능하다.
 
프런트 패널에 연마그림과 표시 창으로 현과정이 표시되며 광량 측정값, 현재 트랙 넘버 그리고 롤의 위치들이 표시된다.
 
샘플 선택과 연마설정 사용자모드와 오토모드 설정이 가능하다. 그리고 측정된 데이터는 자동 저장되며 필요한 데이터를 사용자의 요구에 따라 저장하고 불러올 수 있다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점

본 연구에서 개발한 파이버 연마 시스템은 양산에 활용될 예정이다.

양산에 있어서 제조시간의 단축이 중요하다. 본 시스템은 하나의 섬유를 연마하는데 필요한 모든 공정을 60초 이내로 마칠 수 있다.

기존의 외국 연마기와 달리 여러 타입의 삼유를 연마할 수 있고 사용자의 사용 용도에 따라 Wedge형 가공뿐 아니라 다른 모양의 측면 연마도 할 수 있다.
 
정전이나 기계고장으로 인하여 공정이 멈추었을 경우에도 기존의 세팅이 저장되고, 합격한 데이터를 저장하여 언제든지 불러들여 확인 및 분석을 할 수 있어 안정성을 높이며 연마 데이터를 보존 할 수 있다.

또한 광 효율을 높이기 위하여 코어의 정렬이 가장 중요하다.
 
본 시스템은 실시간 광량측정을 통하여 코어 밸런스를 검사 재연마하여 자동 정렬이 가능해졌다.

본 시스템은 기존의 연마 장치보다 향상된 정밀도와 안정성 그리고 다양한 연마모형으로 대량생산이 가능 할 것으로 예상된다.