The objective of this paper is the fabrication of microgroove on the curved surface using laser ablation process. The reason why we investigate the microgroove on the curved surface is that a lot of surfaces which we deal with in daily our life are curved surface, not the flat surface. The microgrooves on the curved surface are required for the modification of surface characteristics, such as hydrophobic or hydrophilic properties of the surface. Especially, roll surfaces with microgrooves are required for the development of electric printing machines. The two approaches for fabricating the microgroove on the curved surface were proposed in this paper. The first approach was “confocal method”. The second approach was “scanner method”. “confocal method” was the fabrication technique which measured a profile of the curved surface by using confocal optics prior to the laser processing. After the measurement of curved surface profile, the focusing lens moved according to the measurement data of curved surface. The focusing lens, mounted on a translation stage of the machining system, moved instantly in order to keep the equi-distance from lens to the surface. This approach guaranteed constant focus laser spot size on the curved surface. Therefore we could fabricate the microgroove on curved surface by using the confocal method. Contrastively, “scanner method” did not need the prior-measurement of curved surface profile. “scanner method” regarded the curved surface as the flat surface. Because of this assumption, we could not fabricate the microgroove on curved surface with large curvature. However, the microgroove on the curved surface with small curvature could be fabricated because the deviation of the laser focused spot size was acceptable in the Rayleigh range. The concept of “fabrication depth of focus” was proposed in this paper in order to quantize this range which could ensure reliable fabrication of microgroove on the curved surface. In the range of “fabrication depth of focus”, we could fabricate the microgroove on curved surface. But in the outside of “fabrication depth of focus” we could not fabricate the microgroove. By using the concept of “fabrication depth of focus”, we could calculate the scan area of galvono-mirror type scanner. These two approaches had advantage and disadvantage for fabrication of microgroove on curved surface. The standard judgment between “confocal method” and “scanner method” was proposed in this paper.
본 논문에서는 레이저를 이용하여 비평면상에 마이크로 그루브 가공 공정에 대한 연구를 수행하였다. 비평면상에 마이크로 그루브를 제작해야 하는 필요성은 가공 면적의 대면적화로 인한 평면의 비평면화와 실생활에서 사용되는 많은 표면들이 평면이 아니라 비평면이기 때문이다. 이 비평면에 표면 성질을 변화시키기 위해서 마이크로 그루브 가공이 요구 되고 있다. 특히 전자 인쇄가 발달함에 따라, 비평면인 롤 표면에 마이크로 그루브 제작이 요구 되고 있다. 본 논문에서는 비평면상에 마이크로 그루브를 가공하기 위해서 두 가지 방법을 제안하였다. 첫째는 컨포컬 방식, 두 번째는 스캐너 방식이다. 컨포컬 방식은 비평면을 측정을 하고 난 후에 이 측정 데이터에 따라 포커싱 렌즈가 움직여 주며 비평면상에 레이저를 이용해 마이크로 그루브를 제작하였다. 비평면을 측정하기 위해서 컨포컬 방식을 사용하였다. 이에 반해 스캐너 방식은 비평면을 측정하지 않는다. 비평면을 평면으로 간주하고 스캐너를 이용해서 비평면에 마이크로 그루브를 제작한다. 비평면을 평면으로 간주하기 때문에 곡률이 심하거나 단차가 큰 경우에는 마이크로 그루브가 제작되지 않는다. 그러나 포커스 된 레이저 빔은 Rayleigh range 안에서는 일정한 포커스 된 스팟사이즈를 유지 하기 때문에 일정 구간 안에서는 비평면이라도 마이크로 그루브가 제작될 수 있다. 이 일정 구간을 fabrication depth of focus 라는 새로운 개념을 도입하여 정량화 하였다. 다시 말해 비평면의 정도가 fabrication depth of focus 범위 안에 있으면 마이크로 그루브가 정상적으로 가공이 되고, 비평면의 정도가 fabrication depth of focus 범위 밖에 있으면 마이크로 그루브가 제작 되지 않는다. 이 fabrication depth of focus 의 개념을 이용하여 스캐너에서 스캔 면적을 계산해 낼 수 있다. 본 논문에서 제안한 컨포컬 방법과 스캐너 방법은 서로 장단점을 가지고 있다. 따라서 두 가지 제작 방법에 대한 사용 기준을 본 논문에서 제안하였다.
