실측으로 말합니다

1. 좋은 테이블을 가르는 세 가지 숫자

광학 테이블이 하는 일은 단 하나입니다. 실험에 쓰이는 모든 부품을 서로 정해진 간격 그대로 붙잡아 두는 것. 무거울 필요도, 아름다울 필요도 없습니다. 단단해야 하고, 들어온 진동 에너지를 흡수해 없애야 하며, 작업면은 그 위의 마운트가 도면에 그린 바로 그 자리에 놓일 만큼 평평해야 합니다. 이 세 가지 성질은 각각 측정할 수 있는 숫자로 나타납니다. 이 세 숫자만 알면 레이저 아래에서 상판이 어떻게 움직일지 거의 모두 알 수 있습니다.

첫 번째는 고유진동수입니다. 상판의 1차 굽힘 모드, 즉 가장 낮은 굽힘 진동의 주파수입니다. 모든 판은 두드리면 저마다의 주파수로 울리고, 단단하고 가벼울수록 그 주파수가 높습니다. 1차 모드가 높으면 좋은 점이 두 가지입니다. 바닥 진동과 실험실 장비의 에너지는 대부분 100Hz 아래에 몰려 있어서, 1차 모드가 200Hz 이상인 상판은 함께 공진할 상대가 없습니다. 또 테이블 아래의 공압식·능동식 제진 장치는 1~3Hz에서 부드럽게 받쳐 주는 방식으로 진동을 걸러 냅니다. 상판의 고유 모드가 이보다 훨씬 높으면 두 시스템이 서로 간섭하지 않고, 제진 장치는 휘지 않는 상판 위에서 제 역할을 다합니다.

두 번째는 컴플라이언스입니다. 작업면에 1N의 힘을 가했을 때 표면이 움직이는 거리로, 나노미터/뉴턴(nm/N)으로 나타냅니다. 동강성의 역수이며, 고유진동수에서 가장 커집니다. 셔터나 초퍼, 펌프 배관이 만드는 작은 주기적 힘도 이 주파수에서는 정적 변위의 몇 배에 이르는 변형으로 쌓이기 때문입니다. 그래서 피크 컴플라이언스에는 구조의 강성과 감쇠 성능이 함께 담깁니다. 테이블 위에서 무언가 떨리기 시작할 때 미러 마운트가 얼마나 움직일지 알려 주는 숫자입니다. 낮을수록 좋고, 좋은 상판과 평범한 상판의 차이는 몇 퍼센트가 아니라 열 배 이상입니다.

세 번째는 평탄도입니다. 작업면이 완벽한 평면에서 얼마나 벗어나 있는지를 나타냅니다. 진동과는 상관이 없지만, 정렬에는 결정적입니다. 표면이 길이 방향으로 0.1mm만 휘어도 모든 마운트가 조금씩 기울고, 빔 경로가 길면 그 작은 각도가 눈에 보이는 오프셋이 됩니다. 평탄도는 스킨 소재와 접합 공정, 마지막 가공에서 정해지며, 완성된 표면을 직접 재 봐야만 알 수 있습니다.

2. 데이터시트의 숫자가 실측값과 다른 이유

시중의 광학 테이블은 거의 모두 허니콤 샌드위치 구조입니다. 강철 스킨 두 장을 강철 허니콤 코어 위아래에 접합하고, 가장자리는 감쇠 측벽으로 막습니다. 잘 알려진 구조라서, 이상적인 샌드위치 판이라면 치수와 스킨 두께, 코어 밀도만으로 고유진동수와 컴플라이언스를 미리 추정할 수 있습니다. 공개된 사양 대부분이 바로 이 추정값입니다. 설계가 목표로 한 숫자일 뿐, 실험실에 도착한 테이블이 실제로 가진 성능은 아닙니다.

둘이 달라지는 이유는 샌드위치 판의 성능이 접합에 달려 있기 때문입니다. 코어는 접착제로 스킨과 붙은 곳에서만 스킨을 보강합니다. 접착제가 모자란 접합선, 프레스 과정에서 찌그러진 코어, 측벽을 따라 생긴 빈틈, 접합할 때 평평하지 않았던 스킨. 이 가운데 하나만 있어도 강성이 떨어지고 1차 모드가 달라지지만, 겉에서는 어느 것도 보이지 않습니다. 완성면의 평탄도 역시 같은 공정이 좌우합니다. 그래서 상판 한 대가 실제로 어떻게 움직이는지 알려면, 다 만든 뒤에 두드려 응답을 기록하고 표면을 재 보는 수밖에 없습니다.

업계에서는 이 마지막 단계를 건너뛰는 경우가 더 많습니다. 계산값이나, 제품군을 처음 내놓을 때 시험한 시제품 한 대의 값을 대표값으로 쓰는 공급사가 많습니다. 다른 회사 테이블에 자사 이름을 붙여 팔면서 그 사양을 그대로 옮겨 적는 곳도 있고, 아예 측정하지 않는 곳도 있습니다. 그렇게 나온 데이터시트의 숫자는 아무도 시험해 보지 않은 테이블에 대한 약속일 뿐입니다.

DAEIL SYSTEMS는 다른 길을 갑니다. 이 노트에 나오는 상판과 브레드보드는 모두 자체 공장에서 설계하고, 만들고, 측정했습니다. 허니콤 코어부터 유압 프레스 접합, 감쇠 측벽, 밀봉 마운팅 홀, 완성면까지 전부입니다. 직접 만들기에 직접 잴 수 있습니다. 이 노트에 담은 것은 그 측정 결과입니다.

3. DAEIL SYSTEMS는 상판을 이렇게 측정합니다

컴플라이언스와 고유진동수는 지지대 위에 올린 완성 상판에서 한 번의 임팩트 시험으로 함께 측정합니다. 계측용 임팩트 해머(Kistler 9728A20000)로 표면에 교정된 힘을 가하고, 압전식 가속도 센서(Endevco 751-10 Isotron)로 응답을 기록합니다. 응답 스펙트럼을 힘 스펙트럼으로 나누면 상판의 주파수 응답 함수가 나오고, 여기서 두 숫자를 읽습니다. 첫 번째 피크의 주파수가 고유진동수, 그 피크의 높이를 단위 힘당 변위로 바꾼 값이 컴플라이언스입니다. 스펙트럼 분해능은 0.625Hz이며, 이 노트의 주파수는 1Hz 단위로 반올림해 표기합니다.

한 대마다 표면의 네 지점에서 시험하고, 지점마다 두 숫자를 모두 기록합니다. 네 곳에서 반복하면 두 가지를 알 수 있습니다. 1차 모드가 한쪽 모서리가 아닌 상판 전체의 성질인지 확인할 수 있고, 접합이 덜 된 부분 같은 국부 결함이 있으면 그 지점의 컴플라이언스만 튀어 드러납니다. 한 대의 측정값은 네 지점의 평균으로 표기합니다.

모든 제품에는 시험 번호가 붙습니다. 그래서 측정값 하나하나가 언제, 어떤 크기의, 어느 상판에서 나온 것인지 거슬러 올라가 확인할 수 있습니다. 이 노트는 2024년 6월부터 2025년 10월까지 시험한 양산품 154대의 데이터를 바탕으로 합니다. 500 × 400 × 25mm 브레드보드부터 3,600 × 1,500 × 400mm 상판까지, 25~400mm의 모든 표준 두께와 몇 가지 인치 규격·주문 규격이 들어 있습니다.

4. 154대의 실측 결과

양산품을 측정하면 한 대 한 대를 검증하는 것 이상을 얻습니다. 데이터 전체를 보면 제품이 설계대로 작동하는지 알 수 있습니다. 결과는 분명합니다. 설계대로 작동하며, 데이터에 나타난 패턴은 샌드위치 판 이론이 예측한 그대로입니다.

4.1 컴플라이언스는 두께가 좌우합니다

컴플라이언스를 가장 크게 좌우하는 것은 두께입니다. 그림 02는 측정한 크기들을 공칭 두께별로 나누어 보여 줍니다. 점 하나는 한 가지 크기를 뜻하며, 그 크기로 측정한 상판이나 브레드보드의 중앙값입니다. 가로 막대는 그 두께 그룹에 속한 모든 제품의 중앙값입니다. 중앙값은 25mm에서 약 2,000nm/N, 50mm에서 810nm/N, 100mm에서 420nm/N, 200mm에서 290nm/N, 300mm에서 56nm/N으로 낮아집니다. 400mm 세 대는 모두 대형 상판이며 30~102nm/N으로 측정됐습니다. 같은 그룹 안에서 값이 퍼지는 이유는 대부분 크기 차이입니다. 한 그룹 안에 600mm 브레드보드부터 3.6m 상판까지 섞여 있고, 클수록 각 열의 위쪽에 놓입니다.

4.2 고유진동수는 크기가 좌우합니다

고유진동수는 크기와 두께 모두의 영향을 받지만, 그림 03에서는 크기의 영향이 더 뚜렷합니다. 두께가 같으면 면적이 커질수록 1차 모드가 매끄럽게 낮아지며, 지수 −0.6~−0.8의 거듭제곱 법칙을 따릅니다. 회귀가 가능한 모든 두께 그룹에서 상관계수의 절댓값은 0.94 이상입니다. 1,200 × 900 × 200mm 상판은 394Hz로 울리고, 면적이 세 배가 넘는 3,000 × 1,200 × 200mm 상판은 126Hz로 울립니다. 두께는 곡선 전체를 끌어올립니다. 크기가 같다면 300mm 상판이 200mm 상판보다, 200mm 상판이 100mm 브레드보드보다 위에 있습니다.

4.3 모든 크기가 따르는 한 가지 법칙

두 효과는 한 축으로 모을 수 있습니다. 샌드위치 판의 굽힘 강성은 두께의 제곱에 비례하고, 점하중을 받았을 때의 처짐은 면적에 비례합니다. 따라서 컴플라이언스는 세장비, 곧 표면의 대표 길이 √(W × D)를 두께 T로 나눈 값의 제곱에 비례해야 합니다. 그림 04는 측정한 모든 크기를 이 비율에 따라 나타낸 것입니다. 컴플라이언스는 20nm/N 미만부터 3,600nm/N 이상까지, 세장비는 3.3부터 35까지 걸쳐 있습니다. 이 넓은 범위에서 회귀식의 지수는 1.9로 이론값 2와 몇 퍼센트밖에 차이 나지 않고, 88가지 크기(153대)의 상관계수는 0.87입니다.

제조사로서 가장 중요하게 보는 결과가 바로 이것입니다. 접착제가 모자라거나 코어가 찌그러진 상판이라면 이 선을 벗어나 컴플라이언스가 큰 쪽에 찍혔을 것입니다. 그러나 측정한 크기들은 전 범위에 걸쳐 이론 법칙 주위에 모여 있습니다. 접합한 구조가 매번 한 장의 판처럼 움직인다는 직접적인 증거입니다.

4.4 같은 크기, 세 가지 두께

그림 05는 크기를 하나로 고정하고 두께의 효과만 따로 본 것입니다. 1,800 × 1,200mm에서 100mm 브레드보드는 797nm/N, 200mm 상판은 262nm/N, 300mm 상판은 38nm/N으로 측정됩니다. 두께가 세 배로 늘어나는 동안 컴플라이언스는 21분의 1로 줄어듭니다. 고유진동수는 100mm에서 142Hz, 200mm에서 215Hz로 오른 뒤, 300mm에서는 200Hz에 머뭅니다. 늘어난 강성만큼 코어 질량도 함께 늘어나기 때문입니다. 두껍다고 주파수가 그만큼 높아지지는 않습니다. 두께를 고를 때 주파수가 아니라 컴플라이언스를 비교해야 하는 이유입니다.

4.5 네 지점, 하나의 답

네 지점 측정은 상판 자체에 대해서도 많은 것을 알려 줍니다. 154대 중 126대는 네 지점 모두에서 정확히 같은 고유진동수를 냈고, 144대는 1.5Hz 이내에서 일치했습니다. 컴플라이언스는 지점마다 더 크게 달라지는데, 모드의 진폭이 판의 어느 위치에서 재느냐에 따라 다르므로 당연한 결과입니다. 네 값 중 가장 큰 값과 가장 작은 값의 비는 중앙값이 1.3입니다. 어디를 두드려도 같은 주파수로 울리고, 컴플라이언스가 위치에 따라서만 달라진다면, 그 상판은 고르게 접합된 한 덩어리의 구조물입니다.

5. 크기별 대표 실측값

아래 표는 표준 크기의 실측값입니다. 값은 양산품 한 대의 네 지점 평균입니다. 같은 크기를 여러 대 측정했다면 그 중앙값과 측정 대수를 함께 적었습니다.

브레드보드

광학 테이블 상판

제품 페이지의 성능 수치는 이 표에서 가져왔습니다. 상판의 대표값 38nm/N·200Hz는 1,800 × 1,200 × 300mm, 양산품 7대의 중앙값입니다. 브레드보드의 대표값 406nm/N·250Hz는 1,200 × 900 × 100mm, 6대의 중앙값입니다. 모두 표기한 크기에서 잰 네 지점 평균이며, 그 크기에 해당하는 값입니다. 4절에서 보았듯 더 작거나 두꺼운 판은 더 단단하게, 더 크거나 얇은 판은 더 유연하게 측정됩니다. 크기가 빠진 사양은 무엇과도 비교할 수 없습니다. DAEIL SYSTEMS는 사양마다 측정한 크기와 측정 대수를 함께 밝힙니다.

6. 세 번째 숫자, 평탄도

평탄도는 모든 제품에서 측정합니다. 마운팅 그리드를 가공하고 홀을 밀봉한 뒤, 완성된 작업면에서 잽니다. 표면을 8개 구역으로 나누어 구역마다 평탄도를 재고, 여덟 값의 평균을 그 제품의 평탄도로 삼습니다. 사양 ±0.03mm는 이 평균에 적용되며, 모든 표준 규격에 해당합니다. 25mm부터 400mm까지의 모든 카탈로그 두께, 3,600 × 1,500mm 이하의 모든 크기입니다. 이 범위를 벗어난 판은 도면에서 합의한 공차로 마감하며, 아래 수치에는 넣지 않았습니다.

그림 06은 최근 18개월 동안 생산한 표준 규격품의 평탄도 기록입니다. 2025년 3월부터 2026년 8월까지 측정한 상판과 브레드보드 600대입니다. 중앙값은 사양의 절반인 15µm이고, 96%가 20µm 이하입니다. 기록 중 가장 큰 값도 25µm였으며, 600대 모두 30µm 사양 안에 들었습니다.

이 기록에서 눈여겨볼 점이 있습니다. 평탄도는 크기나 두께와 상관이 없습니다. 25mm부터 400mm까지 모든 두께 그룹에서 중앙값은 14~15µm입니다. 면적이 3m²보다 큰 제품의 중앙값은 14µm, 0.5m²보다 작은 제품은 15µm입니다. 강성은 샌드위치 구조의 형상이 정하지만, 평탄도는 접합과 마지막 가공이라는 공정이 정합니다. 같은 공정을 거치기에 3.6m 상판도 600mm 브레드보드와 같은 표면을 갖습니다.

평탄도와 강성은 접합과 마지막 가공이라는 같은 공정을 거쳐 만들어집니다. 표면이 평평하게 측정된 테이블은 접합할 때 스킨도 평평했다는 뜻입니다. 평탄도 기록은 그 아래 구조까지 확인하는 또 하나의 검사인 셈입니다.

7. 공급사 사양을 읽는 법

광학 테이블을 비교하고 있다면 네 가지만 물어보세요. 직접 측정한 숫자인지, 어디선가 옮겨 온 숫자인지 가려낼 수 있습니다.

먼저, 어떤 크기에서 측정한 숫자인지 물어보세요. 컴플라이언스와 고유진동수는 한 제품군 안에서도 열 배씩 차이가 나므로, 치수 없이 제시된 값 하나로는 아무것도 알 수 없습니다. 둘째, 컴플라이언스가 주파수 응답의 피크값인지 정적값인지 물어보세요. 주기적인 외란에 테이블이 얼마나 움직일지 알려 주는 것은 피크값이며, 정적값보다 훨씬 큽니다. 셋째, 양산품에서 측정한 값인지 설계로 추정한 값인지, 그리고 내 것과 같은 제품의 주파수 응답을 보여 줄 수 있는지 물어보세요. 마지막으로, 평탄도를 어떻게 측정했는지 물어보세요. 몇 개 지점에서, 어떤 기준 평면으로, 완성면과 가공 전 스킨 중 어디에서 쟀는지가 중요합니다.

직접 측정하는 제조사라면 답은 물론, 대개 그래프까지 바로 보여 줄 수 있습니다.

8. DAEIL SYSTEMS 라인업

DAEIL SYSTEMS 광학 테이블 상판은 Research, Scientific, Non-magnetic 세 등급으로, 두께 200·300·400mm, 폭 1,000~3,600mm, 깊이 600~1,500mm 범위에서 제작합니다. 지지대는 공압식과 고정식 중에서 고를 수 있습니다. 광학 브레드보드는 같은 허니콤 구조에 두께 25·50·100mm, 폭 500~1,500mm, 깊이 400~1,200mm이며, 자성·비자성 사양이 있습니다. 둘 다 25mm 피치의 M6 × 1.0(또는 1/4-20) 마운팅 그리드를 갖추고 홀마다 개별 밀봉했으며, 이 노트에서 설명한 방법으로 측정합니다.

특정 컴플라이언스나 고유진동수가 필요하다면, 크기와 대응해야 할 외란을 알려 주세요. 계산이 아닌 실측 기록을 근거로 알맞은 두께를 추천해 드립니다.