고속 촬영과 광학 계측의 활용 분야 ② 산업 제조

2025-12-04

활용 분야 소개 ② 산업 제조 분야

보이지 않는 순간을 신뢰할 수 있는 데이터로 바꾸는 기술
초고속 카메라와 광학 계측의 연구 활용

산업 제조 현장에서는 단순 영상 기록을 넘어, 충돌·발화·변형·유동·진동과 같은 과도 현상을 시각화하고 이를 제품 설계, 공정 최적화, 불량 원인 분석, 안전성 검증에 바로 활용할 수 있는 정량 데이터로 연결하는 것이 중요합니다.

분야 구분

구분	대표 분야
과학 연구 분야	생명과학, 재료역학, 유체역학, 연소·에너지·전력공학, 전기공학, 바이오·의공학, 물리·광전자공학
산업 제조 분야	자동차, 반도체, 배터리, 용접, 기계가공, 직물·옷감, 농업생산, 방위

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고속 촬영과 광학 계측의 활용 분야 ① 과학 연구

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산업 제조 분야에서의 활용

2-1. 자동차

고속 촬영 솔루션이 가장 대표적으로 활용되는 산업 분야 중 하나입니다.

고속카메라 : 자동차 제조 전 공정을 대상으로 종합적 · 체계적 · 전문 솔루션 제공
추천 장비 : G Pro 시리즈 / M Pro 시리즈

자동차 충돌시험 및 더미 분석

고속카메라와 3D 전변위·전변형률 측정 시스템을 활용해 자동차 고속 충돌 순간의 A/B 열 변형과 더미의 자세 변화를 동시에 정량적으로 분석합니다.

신규 타이어 R&D 최종 검증

고속카메라와 3D 전변위·전변형률 측정 시스템을 사용하여 비공압 타이어의 내부 지지 구조가 다양한 회전 속도와 충격 하중 조건에서 어떻게 변형되는지 세부 거동을 분석합니다.

에어백 전개

에어백 전개 과정에서의 동적 변형, 팽창 시퀀스, 더미/탑승자와의 상호 작용 자세를 마이크로초(μs) 단위로 촬영하여 점화 로직 최적화, 보호 성능 평가, 2차 상해 위험 저감에 필요한 핵심 시각·정량 데이터를 제공합니다.

풍동에서의 차체 기밀성 시험

고속 DIC 계측 시스템은 풍동 시험에서 공기역학적 하중을 받는 차체와 도어의 전변위·전변형률 거동을 실시간으로 계측하여 도어 기밀성 최적화와 공기역학적 소음 제어에 필요한 핵심 변형 데이터를 제공합니다.

2-2. 3C 전자/반도체

미세 구조와 열·기계 복합 하중 평가가 중요한 분야입니다.

고속카메라 : 마이크로 디바이스의 고속 동작과 오류 과도 현상 관찰
DIC 시스템 : 패키지·기판·미세 구조의 전면 변형과 Strain 분포를 계측해 열응력, 접합부 피로, 신뢰성 문제를 정량 평가

반도체 장비 결함 위치 파악

픽앤플레이스 장비가 칩을 픽업·흡착·이송하는 과정에서 발생하는 궤적 이탈, 비정상 마찰, 충돌 등을 고속카메라로 촬영해 동작 이상과 고장 위치를 정밀하게 파악합니다.

휴대폰 낙하 테스트

낙하 시험 시 휴대폰 본체와 디스플레이에 발생하는 전변위·전변형률 분포를 DIC 시스템으로 계측하여 충격 하중에 대한 구조 강도와 취약 구간을 정량적으로 분석합니다.

슬라이딩 화면 감지

밀리초(ms) 수준의 터치 응답 시간과 순간적인 화면 변위, 슬라이딩·튐 현상 등을 고속카메라로 촬영하여 사용자 경험(UX)과 내구성에 영향을 주는 동적 거동을 평가합니다.

칩 마이크로 채널 유동장 연구

마이크로 PIV 시스템을 이용해 칩 내 마이크로 채널 유동장의 순간 속도 분포와 난류 구조를 계측하여 유동 메커니즘을 정량적으로 분석합니다.

2-3. 배터리/신에너지

소재 거동과 공정 최적화에 고속 이미징이 많이 활용되는 분야입니다.

고속카메라 : 발화·폭발 거동, 전해질 분출, 케이스 파손 과정을 마이크로초 수준으로 촬영해 위험 시나리오 분석 및 보호 설계 검증
DIC 시스템 : 낙하·압착·가열 시험 및 극판 권취 등 공정 단계에서 셀/모듈 외피의 전장 변형·팽창 거동을 정밀 계측해 구조 건전성 평가와 공정 조건 최적화에 활용

발화/폭발 시험

배터리 가열 과정에서 발생하는 폭발과 발화 과정을 고속 영상으로 관찰하여 위험 시나리오 분석과 안전 설계 검증에 활용합니다.

극판 권취 공정

배터리 생산 공정에서 극판 권취 과정을 관찰하고 변형 및 거동을 분석해 공정 조건을 최적화하고 수율 향상에 활용합니다.

천공(니들) 시험

배터리 니들 관통 시의 발화 과정을 분석함으로써 리튬 배터리 후속 보호 설계를 지원하고 우발적인 단락으로 인한 화재 위험 저감에 활용합니다.

과부하/과충전 시험

배터리가 과부하 또는 과충전 상태가 되었을 때 전해질이 분출되는 과정을 관찰하여 배터리 안전 설계 및 보호 회로 검증에 활용합니다.

2-4. 방위/항공우주

고속카메라와 광학 계측이 적극적으로 활용되는 대표 영역입니다.

고속카메라 : 구조물, 추진계, 유동장에서 발생하는 과도 현상을 촬영하여 핵심 메커니즘의 시각화 진단 및 정량 검증
DIC 시스템 : 충격 진동, 열하중, 복합 외력 하에서 구조물의 실제 변형 거동 계측
PIV 시스템 : 추진, 공기역학적/유체역학적 힘, 난류 구조, 경계층 진화와 같은 핵심 유동 메커니즘 분석
추천 장비 : NEO 시리즈

엔진 점화 과도 현상 연구

양자 효율(QE) 85%의 고감도 고속카메라를 사용하여 점화 중 화염 커널 형성, 전파, 분무 연소 등 과도 과정을 시각화합니다. 또한 DIC 시스템으로 연료 분사 장치와 같은 구성품의 전변위·전변형률을 계측하고, PIV 시스템으로 연소 영역 및 주변 유동장의 속도 분포를 측정하여 난류와 화염 전파의 상호 작용 메커니즘을 규명합니다.

항공 엔진 연구

25,000 fps 고속카메라로 엔진 블레이드의 동적 시퀀스를 마이크로초 수준으로 촬영하고, 낙뢰 충격 과정을 포착하여 얼음 및 전기 방전에 대한 3D 궤적을 재구성합니다. 또한 DIC 시스템으로 항공기 엔진 블레이드의 변형률과 1차, 2차, 3차 진동 모드를 계측 및 분석합니다.

특수 소재 성능 시험 및 평가

sCMOS 카메라를 사용하여 항공기 엔진 케이스의 고온 세라믹 코팅 손상 거동을 과학 이미징으로 촬영·분석하고, 고온 DIC 시스템으로 극한 고온 환경에서 항공우주용 소재 표면의 전변위·전변형률을 계측합니다.

강체 운동 자세 측정

단안 6D 계측 장비로 원뿔형 물체가 발사대에서 순간 분리되는 동안의 6자유도 운동 궤적을 계측하고, 양안 계측 시스템으로 3차원 공간 좌표, 궤적, 속도, 가속도, 각도, 파열 지점 및 파열 고도를 계산합니다. 또한 서보 추적 계측 시스템으로 고속 강체 비행 전 과정을 영상으로 추적·기록합니다.

공기역학 연구

고속카메라로 공기역학 실험에서 발생하는 충격파, 와류 구조, 유동장의 과도적 진화 과정을 연속 이미지로 촬영하고, PIV 시스템으로 공력 유동장의 순간 속도 분포와 난류 특성을 계측하여 유동 구조와 메커니즘을 분석합니다.

2-5. 기계가공

공정 최적화와 불량 분석을 위한 고속 이미징이 중요한 분야입니다.

고속카메라 : 고속 이동 기계 부품의 동적 거동 및 미세 변형, 용융지(molten pool) 거동, 용접부 형성 과정, 스패터 거동 기록
DIC 시스템 : 하중 작용 시 공작물의 변형률 및 변위 분포를 전장(Full-field)으로 계측
추천 장비 : NEO 시리즈

레이저 클래딩 기술 연구

레이저 클래딩 공정 중 발생하는 용융지 거동과 스패터 등 과도 물리 현상을 고속카메라로 촬영하여 공정 메커니즘을 분석합니다.

3D프린팅 기술 성능 테스트

3D프린팅 과정에서 발생하는 진동과 변위를 DIC 시스템으로 계측하여 장비 성능과 공정 안정성을 평가합니다.

비접촉식 기계 장비 고장 진단

가공 중 발생하는 정렬 불량, 부품 누락, 기울어짐, 고속 회전 장비에서 분리·비산되는 파편과 스플래시를 고속카메라로 촬영하여 장비 이상과 불량 원인을 파악합니다.

신용접기술 공정 연구

용접 공정에서의 용융지 진화 과정, 에너지 입력 분포, 미세 결함 형성 과정을 고속카메라로 실시간 기록하여 용접 품질 확보와 공정 조건 최적화를 위한 핵심 데이터를 제공합니다.

핵심 기술과 분석 항목 정리

기술	주요 역할	대표 분석 항목
고속카메라	충돌, 발화, 분출, 진동, 용융, 파손 등 초고속 과도 현상을 시각화	충돌 거동, 에어백 전개, 전해질 분출, 아크/화염 전개, 공정 불량, 용융지 진화
sCMOS 카메라	고감도 이미징으로 저조도·고온 환경 및 미약한 광학 현상 관찰	고온 코팅 손상, 연소 발광, 특수 소재 거동, 미약한 광학 신호
DIC	비접촉 전면 변형 계측으로 구조와 부품의 실제 거동 평가	전변위, 전변형률, 진동 모드, 열응력, 충격 하중 응답, 구조 건전성
PIV	유동장의 속도 분포를 정량화하여 난류와 경계층 메커니즘 분석	속도장, 난류 구조, 경계층 특성, 유동 메커니즘, 전단응력

"영상"을 넘어 "분석 가능한 데이터"로 연결되는 통합 솔루션

고속카메라, sCMOS 카메라, DIC, PIV와 같은 광학 계측 시스템은 이제 다양한 연구개발 및 산업 제조 현장에서 핵심 분석 도구로 활용되고 있습니다. 이들 솔루션의 강점은 단순한 고속 촬영에 머무르지 않는다는 점입니다. 충돌, 발화, 유동, 변형처럼 짧은 시간 안에 전개되는 현상을 시각적으로 포착하고, 그 결과를 설계 검토와 해석 검증, 공정 개선에 활용할 수 있는 정량 데이터로 확장할 수 있습니다.

이렇게 확보된 계측 결과는 FEA·CFD 해석 결과와 직접 비교·검증하는 데 활용될 수 있으며, 결과적으로 설계와 실제 시험 사이의 차이를 줄이고 보다 신뢰도 높은 개발 프로세스를 구축하는 데 기여합니다.

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