JP6342480B2 - レーザカッティング装置及びそのカッティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザを用いたカッティング装置に関し、より詳しくはカッティング対象物の特性(吸収係数)の差によってレーザのカッティング速度を異にすることにより、カッティング対象物に入力されるレーザのエネルギーが全体的に均一になるようにして不完全カッティングが発生しないようにするレーザカッティング装置及びそのカッティング方法に関する。

レーザは、切断、形状加工、溶接などの一般産業分野だけでなく、医療機器、光通信、コンピュータ産業などに広く用いられている。特に、レーザを用いたカッティング装置は、硝子または金属を切断する用途として多く用いられている。

ところが、従来のレーザカッティング装置は、カッティング対象物の特性が領域別に異なる場合にも、そのような特性の差を考慮せずに同一のレーザビームを同一の速度で照射するため、一部領域で正常にカッティングされない不完全カッティングが行われる問題が発生している。

したがって、同一のカッティング対象物内に互いに異なる特性を有する領域が含まれた場合に、そのような特性値を考慮して完全なカッティングが行われるようにする必要性がある。

本発明の実施形態は、同一のカッティング対象物に互いに異なる特性を有する領域が含まれた場合にも、完全なカッティングが行われるようにするカッティング装置及びカッティング方法の提供を図る。

本発明の一実施形態によるレーザカッティング装置は、カッティングパターンに対する情報を貯蔵するデータベース、カッティング対象物に対するレーザビームの照射位置を変化させる移動部、ユーザから前記カッティングパターンの位置別速度情報の入力を受ける特性値入力部、及び前記特性値入力部からの速度情報及び前記データベースのカッティングパターンに対する情報によって前記移動部を制御し、前記レーザビームの移動速度を調節する制御部を含むことができる。

本発明の他の実施形態によるレーザカッティング装置は、カッティングパターンに対する情報及びカッティング対象物の各特性値に対する速度情報を貯蔵するデータベース、前記カッティング対象物に対するレーザビームの照射位置を変化させる移動部、前記カッティングパターンの位置別の前記カッティング対象物の特性値を測定する特性値測定部、及び前記特性値測定部で測定された特性値を前記データベースに貯蔵された速度情報とマッチングさせて前記カッティングパターンの位置別移動速度を判断し、その位置別移動速度に応じて前記移動部を制御して前記レーザビームの移動速度を調節する制御部を含むことができる。

本発明の一実施形態によるレーザカッティング装置のカッティング方法は、既に設定されたカッティングパターンの位置別速度情報の提供を受ける段階、及び前記速度情報によってカッティング対象物に照射されるレーザビームの移動速度を変化させる段階を含むことができる。

本発明の実施形態は、同一のカッティング対象物に互いに異なる特性を有する領域が含まれた場合にも、完全なカッティングが行われるようにする。

本発明の一実施形態によるレーザカッティング装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるカッティング方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態によるレーザカッティング装置の構成を示す図である。

以下、図を参照しつつ本発明の好ましい実施形態等をより詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的且つ辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるとの原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。よって、本明細書に記載された実施形態と図に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎないだけであり、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例等があり得ることを理解しなければならない。

図１は、本発明の実施形態によるレーザカッティング装置の構成を示す図である。

図１のレーザカッティング装置は、移動部110、特性値入力部120、データベース130及び制御部140を含む。

移動部110は、制御部130の制御によってレーザ4を移動させることにより、カッティング対象物2に照射されるレーザビームの位置を変化(移動)させる。特に、移動部110はレーザビームの位置を変化させるが、制御部130の制御によってレーザビームの移動速度を増加させたり減少させる。

特性値入力部120は、多数の入力キーを含むユーザインターフェース装置であって、既に設定されたカッティングパターンの各位置別にユーザから速度情報の入力を受けて制御部140に伝達する。

データベース130は、既に設定されたカッティングパターンに対する情報を貯蔵する。カッティングパターンは、形成しようとする対象(例えば、二次電池の電極)に対する設計パターンであって、このようなカッティングパターンによってレーザビームがカッティング対象物2をカッティングするようになる。また、データベースはカッティングパターンの各位置別のカッティング対象物2の特性情報を貯蔵する。例えば、カッティングパターンの位置別にカッティング対象物2がコーティングされているのか否か、コーティングされているのであればどのような色相になっているのかを貯蔵することができる。特に、データベース130は、このような特性情報としてカッティングパターンの各位置別のカッティング対象物2の吸収係数(absorption coefficient)に対する情報を貯蔵することができる。

制御部140は、特性値入力部120から提供を受けた速度情報及びデータベース130に貯蔵されたカッティングパターンに対する情報によって、移動部110を制御してレーザビームの移動速度を調節する。すなわち、制御部140は、カッティングパターンによってレーザビームが照射されるように移動部110を制御するが、カッティングパターン全体に対してレーザビームが同一の速度で移動するようにせず、特性値入力部120から提供を受けた速度情報によってカッティングパターンの位置別にレーザビームの移動速度を調節する。

図２は、本発明の一実施形態によるカッティング方法を説明するための図である。

カッティング対象物2は、二次電池の電極を形成するための物質膜であって、金属薄膜からなる第1領域2aと、金属薄膜及び活物質からなりその表面が特定色相でコーティングされた第2領域2bとに区分される。したがって、第1領域2aの表面と第2領域2bの表面は、吸収係数(absorption coefficient)が互いに異なる。すなわち、第1領域2aが第2領域2bより吸収係数が低い。このような情報は、データベース130に貯蔵され得る。

このとき、設計段階で既に設定されたカッティングパターンは、図２で点線で示されているように、位置によって一部(Ｂ)は第1領域2aに位置して一部(Ａ、Ｃ)は第2領域2bに位置するようになる。よって、同一の条件でカッティングパターン全体をカッティングすると、吸収係数の高い第2領域2bに位置するＡ及びＣ区間では正常にカッティングが行われるが、吸収係数の低い第1領域2aに位置するＢ区間はカッティング対象物に吸収されたレーザビームのエネルギーが少ないため、正常なカッティングが行われないこともある。すなわち、不完全カッティングが発生し得る。

したがって、ユーザはデータベース130に貯蔵されたカッティングパターンに対する情報及びカッティングパターンの各位置別のカッティング対象物2の特性情報を用いて、カッティングパターンで第1領域2aに位置する区間と第2領域2bに位置する区間が何処なのか、そして該当区間等での吸収係数の差がどの程度なのかを把握した後、特性値入力部120を用いて第1領域2aと第2領域2bの吸収係数の差に対応するようにカッティングパターンの各位置に互いに異なる速度値を設定する。

制御部140は、ユーザが設定した速度情報によって移動部110を制御して、レーザビームが第1領域2aに位置するカッティングパターンを通り過ぎる際は、その移動速度を第2領域2bに位置するカッティングパターンを通り過ぎる際より低めることによって、第1領域2aに位置するカッティングパターンと第2領域2bに位置するカッティングパターンに均一なエネルギーが吸収され得るようにする。

これによって、カッティングパターンの全領域が完全にカッティングされ得るようになる。

前述した実施形態では、第2領域2bのみコーティングされた場合を説明したが、第1領域2aと第2領域2bがそれぞれ吸収係数が互いに異なる色相でコーティングされた場合にも同一の方法を適用できることは自明である。

図３は、本発明の他の実施形態によるレーザカッティング装置の構成を示す図である。

前述した図１の実施形態では速度情報をユーザが直接入力したが、図３ではカッティングパターンの位置別のカッティング対象物の吸収係数を自動で計算し、計算された吸収係数に応じてレーザビームの移動速度を自動で設定する。

図３のレーザカッティング装置は、移動部210、特性値測定部220、データベース230及び制御部240を含む。

移動部210は、図１でのように制御部240の制御によってレーザ4を移動させることにより、カッティング対象物2に照射されるレーザビームの位置を変化(移動)させる。

特性値測定部220は、カッティングパターンの位置別のカッティング対象物2の特性値を測定して、測定された値を制御部240に伝達する。このとき、特性値測定部220は特性値として吸収係数を測定することができる。

例えば、特性値測定部220は、カッティング工程を行う前に先にカッティングパターンに沿ってカッティング対象物2にスキャン用レーザビームを照射し、それによってカッティング対象物2から反射されるレーザビームを受光した後、カッティングパターンの位置別に照射されたレーザビームの光量と受光したレーザビームの光量を比べることにより、カッティングパターンの位置別のカッティング対象物2の吸収係数を測定することができる。または、特性値測定部220は、カッティング工程を行う前に先にカッティングパターンに沿ってカッティング対象物2にスキャン用レーザビームを照射し、それによってカッティング対象物2を透過したレーザビームを受光した後、照射されたレーザビームの光強度と透過したレーザビームの光強度を比べることにより、カッティングパターンの位置別のカッティング対象物2の吸収係数を測定することができる。一般的に光が対象物を透過する際、対象物の吸収係数をa(cm^-1)、伝播距離をx(cm)、距離xを伝播する前後の光強度をそれぞれI₀、Iとしたとき、対象物表面のフレネル反射を無視すればI=I₀e^-axの関係が成立する。

したがって、照射されたレーザビームの光強度と対象物を透過したレーザビームの光強度が分かれば、対象物の吸収係数を求めることができる。

データベース230は、カッティングパターンに対する情報及び吸収係数別の速度情報を貯蔵する。例えば、データベース230はそれぞれの吸収係数とそれに対応する速度情報をテーブル化して貯蔵することができる。このような速度情報は、用いられるレーザビームの波長別に区分され貯蔵され得る。

図２及び図３を用いてカッティング方法を簡単に説明する。

特性値測定部220は、レーザカッティングに先立ってスキャン用レーザビームを図２で点線で示されたカッティングパターンに沿って照射し、カッティングパターンに沿ってカッティング対象物2から反射されるレーザビームまたはカッティング対象物2を透過したレーザビームを受光する。

次に、特性値測定部220は、照射されたレーザビームと受光したレーザビームを用いてカッティングパターンの位置別のカッティング対象物の吸収係数を計算する。例えば、特性値測定部220は照射されたレーザビームの光量と受光したレーザビームの光量を比べるか、照射されたレーザビームの光強度と透過したレーザビームの光強度を比べることにより、カッティングパターンの位置別のカッティング対象物2の吸収係数を測定する。このように測定された吸収係数は制御部240に伝達される。すなわち、カッティングパターンのＡ、Ｂ、Ｃ区間に対する吸収係数が制御部240に伝達される。

制御部240は、特性値測定部220から提供を受けたカッティングパターンの位置別の吸収係数を用いて、データベース230で当該吸収係数に対応する速度情報を検索する。これによって、カッティングパターンのＡ、Ｂ、Ｃ区間に対する速度値が定められる。

制御部240は、このように定められた速度値によって移動部210を制御し、レーザビームが第1領域2aに位置するカッティングパターンを通り過ぎる際は、その移動速度を第2領域2bに位置するカッティングパターンを通り過ぎる際より低めることにより、第1領域2aに位置するカッティングパターンと第2領域2bに位置するカッティングパターンに均一なエネルギーが吸収され得るようにする。

これによって、カッティングパターンの全領域が完全にカッティングされ得るようになる。

前述した本発明の好ましい実施形態は、例示の目的のためのものであって、当業者であれば特許請求の範囲の技術的思想と範囲を介して多様な修正、変更、代替及び付加が可能なものであり、このような修正変更などは以下の特許請求の範囲に属するものとみなければならない。

例えば、図１及び図３では、移動部110、210がレーザ4を移動させることによって、カッティング対象物2上に照射されるレーザビームの位置を変化させる場合を説明したが、移動部110、210がレーザ4を移動させずにカッティング対象物2が置かれた棚を移動させることによって、カッティング対象物2上でレーザビームが照射される位置を変化させることができる。

本発明の実施形態は、同一のカッティング対象物に互いに異なる特性を有する領域が含まれた場合にも、完全なカッティングが行われるようにする。

Claims (12)

1. カッティングパターンに対する情報及びカッティング対象物の各特性値に対する速度情報を貯蔵するデータベースと、
   前記カッティング対象物に対するレーザビームの照射位置を変化させる移動部と、
   前記カッティング対象物にカッティング用レーザビームを照射する前に、前記カッティングパターン全体に対してスキャン用レーザビームを照射し、前記カッティングパターン全体に対して、前記カッティングパターンの位置別の前記カッティング対象物の特性値を測定する特性値測定部と、
   前記カッティングパターンを前記カッティング対象物に形成すべく、前記特性値測定部で測定された特性値を前記データベースに貯蔵された速度情報とマッチングさせて前記カッティングパターンの位置別移動速度を判断し、その位置別移動速度に応じて前記移動部を制御して前記レーザビームの移動速度を調節する制御部と
   を含むレーザカッティング装置。
2. 前記特性値測定部は、
   前記カッティングパターンの位置別の前記カッティング対象物の吸収係数(absorption coefficient)を測定する請求項１に記載のレーザカッティング装置。
3. 前記特性値測定部は、
   前記カッティングパターンに沿って前記カッティング対象物に前記スキャン用レーザビームを照射した後、前記カッティングパターンの位置別に反射されたレーザビームの光量を比べて、前記カッティングパターンの位置別の前記カッティング対象物の吸収係数を測定する請求項２に記載のレーザカッティング装置。
4. 前記特性値測定部は、
   前記カッティングパターンに沿って前記カッティング対象物に前記スキャン用レーザビームを照射した後、照射されたレーザビームと前記カッティング対象物を透過したレーザビームの光強度を用いて、前記カッティングパターンの位置別の前記カッティング対象物の吸収係数を測定する請求項２に記載のレーザカッティング装置。
5. 前記移動部は、
   前記レーザビームを照射するレーザを移動させる請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザカッティング装置。
6. 前記移動部は、
   前記カッティング対象物が置かれた棚を移動させる請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザカッティング装置。
7. 前記データベースは、前記カッティングパターンの位置別に前記カッティング対象物がコーティングされているか否かの情報と、前記コーティングの色相と
   を貯蔵し、かつ、
   前記データベースは、前記速度情報を、用いられるレーザビームの波長別に区分して貯蔵する、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザカッティング装置。
8. レーザカッティング装置のカッティング方法において、
   既に設定されたカッティングパターン全体に対してスキャン用レーザビームを照射し、前記カッティングパターンの位置別のカッティング対象物の特性値を測定する段階と、
   前記カッティングパターンを前記カッティング対象物に形成すべく、前記特性値に従ってカッティング用レーザビームの移動速度を可変しつつ、前記カッティングパターンに沿って前記カッティング用レーザビームを照射する段階と
   を含むレーザカッティング方法。
9. 前記カッティングパターンの位置別速度情報は、
   前記カッティングパターンの位置別の前記カッティング対象物の吸収係数(absorption coefficient)に沿って互いに異なる速度値を有する請求項８に記載のレーザカッティング方法。
10. 前記吸収係数は、
    前記カッティングパターンに沿って前記カッティング対象物に前記スキャン用レーザビームを照射した後、前記カッティングパターンの位置別に反射されたレーザビームの光量を比べることにより測定される請求項９に記載のレーザカッティング方法。
11. 前記吸収係数は、
    前記カッティングパターンに沿って前記カッティング対象物に前記スキャン用レーザビームを照射した後、照射されたレーザビームと前記カッティング対象物を透過したレーザビームの光強度を用いて測定される請求項９に記載のレーザカッティング方法。
12. 前記カッティング用レーザビームを照射する段階が、
    データベースに貯蔵された、前記カッティングパターンの位置別に前記カッティング対象物がコーティングされているか否かの情報と、前記コーティングの色相と、
    用いられるレーザビームの波長別に区分して前記データベースに貯蔵された速度情報と、
    を用いて前記カッティング用レーザビームを照射する段階を有する、請求項８から１１のいずれか１項に記載のレーザカッティング方法。

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