KR0185231B1

KR0185231B1 - 큐 스위치의 제어된 펄스 폭을 사용하는 레이저 마아킹 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR0185231B1
Application number: KR1019950041960A
Authority: KR
Inventors: 사또시 도가리; 요시미쓰 바바
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1999-04-01
Also published as: JP2682475B2; DE19542973A1; DE19542973C2; US5719372A; JPH08141758A; KR960017038A

Abstract

레이저 마아킹 장치는 CW 여기 Q 스위치 펄스 레이저 (1)와 레이저 제어기 (110, 112, 113)를 구비한다. Q 스위치 소자(101)는 레이저 제어기 (113) 로부터 수신된 반복 제어 신호에 따라서 전환된다.

반복 제어 신호는 방출 주기 (W1, W2)를 갖는다. CW 여기 Q 스위치 펄스 레이저는 방출 주기동안 Q 스위치 소자를 통하여 레이저 빔을 방출한다. 반복제어 신호의 방출 주기 또는 듀티 팩터를 조절함으로서 CW 여기 Q 스위치 펄스 레이저는 방출 주기 동안에 복수개의 방출 펄스로 이루어지는 펄스 레이저 빔을 방출한다. 펄스 레이저 빔은 소정의 패턴이 표시되는 피대상물 (303)상에 포커싱되는 스캐닝 펄스 레이저 빔(302)을 발생시킨다.

Description

Q스위치의 제어된 펄스 폭을 사용하는 레이저 마아킹 시스템 및 방법

제1도 는 종래의 레이저 마아킹 시스템에서의 레이저 구동방법을 도시한 파형도.

제2도 는 제1도에 도시된 레이저 마아킹에 의한 증발로 형성된 홀의 구조 단면도.

제3도 는 본 발명 실시예의 레이저 마아킹 시스템의 회로구성을 도시하는 블럭도.

제4도 는 본 실시예의 Q-SW구동기의 상세 블록도.

제5도 는 제3도의 레이저 마아킹 시스템의 외관도.

제6도 는 본 발명에 있어서 펄스 폭이 50μsec일 때 레이저 구동방법의 제1실시예를 도시하는 파형도.

제7도 는 본 발명에 있어서 펄스 폭이 80μsec일 때 레이저 구동 방법의 제 1실시예를 도시하는 파형도.

제8a도 는 제1실시예에 의한 증발로 형성된 홀의 단면도.

제8b도 는 제2실시예에 의한 증발로 형성된 홀의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명

1 : CW(continuous-wave) 여기(勵起) Q 스위치 레이저

100 : Nd :YAG 봉 101 :초음파 Q-SW 소자

102 : 광학축 조정용 미러 103 : 빔 확장기

104 : X 스캐닝 미러 105 : Y 스캐닝 미러

106 : f-θ 렌즈 107, 108 : 갈바노 스캐너

109 : 주 제어기 110 : 펄스 폭 제어기

111 : 갈바노 스캐너 제어기 112 : 컴퓨터

113 : Q-SW 구동기 114 : 갈바노 스캐너 구동기

301 : 스테이지 302 : 스캐닝 레이저 빔

303 : 탄소 함유 수지로 도포된 피대상물

본 발명은 레이저 마아킹 (marking) 장치에 관한 것으로 특히 피대상물의 표면을 스캐닝하는 레이저빔으로 피대상물을 마아킹하는 레이저 마아킹 시스템과 방법에 관한 것이다.

레이저 마아킹은 분류 문자와 같은 소정의 패턴을 전자 부품에 표시 (mark)하는데 광범위하게 사용된다. 공지된 레이저 마아킹 방법중의 하나는 레이저 빔으로 특수한 패턴을 소정 부품의 표면을 스캐닝 하는 빔 스캐닝 마아킹 방법이며, 일본 특개소 제 59-45091 호와 제 60-221721호에 개시되어 있다. 일반적인 레이저 광원으로는 Nd : YAG와 같은 고체 레이저가 사용된다.

일반적으로 고체 레이저는 상대적으로 고전력의 피크 출력 펄스를 반복해서 방출시키는 Q스위치 기구를 갖추고 있다. 제 1도의 빔스캐닝 장치에서, Q스위치는 제어 신호에 의하여 ON과 OFF로 스위칭 되며, 이로 인하여 Q스위치가 OFF주기 동안에 고체 레이저는 레이저 광선 빔을 방출한다. 종래에 있어서, OFF 주기 또는 방출 주기는 10μsec 정도로 설정되었으며, 이 시간동안에 종래에 레이저 빔이 즉시 방출되었다.

그러나 ,수지로 봉합되어 캡슐화된 전자 부품의 소정 위치에 레이저 빔이 포커싱되면, 그 위치에서의 수지는 즉시 증발되게 되며, 따라서 제 2도 에 도시된 것처럼 깊이가 50-100μm 정도되는 홀이 형성되게 된다. 이러한 이유로, 종래의 레이저 마아킹 방법은 박막의 수지로 캡슐화된 피대상물에는 적용할 수가 없었다.

Q스위치 레이저 빔의 피크 레벨을 줄이기 위하여 , 마아킹은 50㎑이상의 반복율로 설정되어 진 레이저 빔을 사용하여 수행하였으며 , 따라서 CW 여기 Q 스위치 레이저는 CW 여기 레이저에 근접한다. 그러나, 레이저 광의 피크 레벨이 줄어들면 레이저 빔의 전력이 감소하기 때문에, 전력 감소를 보상하기 위하여 레이저 빔의 스캐닝 속도를 줄이는 것이 필요하며 , 그 결과 마아킹 수행 성능이 저하되게 된다.

마아킹의 성능 감소를 피하기 위하여, 일반적으로 레이저 빔의 스캐닝 속도는 일정하게 유지되며, 레이저 빔의 반복율을 조절하여 레이저 마아킹 시스템의 최적 조건을 달성한다. 그러나, 레이저 빔에 의하여 형성되는 홀간의 간격은 레이저 방출의 반복율에 반비례한다. 따라서, 반복율이 너무 작으면 인접하는 홀은 서로 떨어져 형성되며 결과적으로 마아킹 라인이 불연속적으로 된다. 반복율이 너무 높게 되면, 레이저 빔의 에너지의 밀도가 높게 되고 따라서 불필요하게 깊이가 깊은 홀이 형성되게 된다. 다시 말하면, 종래의 레이저 마아킹 방법은 상대적으로 깊이가 얕은 선명한 마아킹 라인을 얻을 수 없었다.

본 발명의 목적은 상대적으로 깊이가 얕은 패턴을 피대상물에 표시할 수 있는 레이저 마아킹 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서, 마아킹 용 펄스 레이저 빔을 발생하기 위하여 CW 여기 Q스위치 펄스 레이저의 소정 특성이 사용되었다. 본 발명은 레이저 방출 펄스의 강도와 개수가 CW 여기 Q스위치 펄스 레이저의 방출 주기에 따라서 변한다는 사실을 기초로 하고 있다. 즉, 레이저 방출 펄스의 강도에 따라서 CW 여기 Q스위치 펄스 레이저의 방출 주기를 조절하여 복수개의 레이저 방출 펄스를 발생시킨다. 복수개의 레이저 방출 펄스는 제1의 레이저 발진과 이완발진(弛緩發振 : relaxation oscillation) 에 의하여 초래된다. 제1의 방출 펄스 강도가 줄어듦에 따라서 이완 발진은 복수개의 제 2방출 펄스를 초래하기 때문에, 방출 펄스의 반복율 또는 펄스 레이저 빔의 스캐닝 속도를 감소시키지 않고서도, 단지 방출 주기만을 조절함으로서 상대적으로 강도가 낮은 제 1방출 펄스를 포함하는 복수개의 레이저 방출 펄스를 얻을 수 있다. 따라서, 피대상물의 소정 표면을 스캐닝 하기 위하여 복수개의 레이저 방출 펄스를 갖는 펄스 레이저 빔을 사용하여 상대적으로 깊이가 얕은 마아킹 패턴을 얻는다.

본 발명의 실시예에 있어서, 레이저 매체와 Q스위치 소자로 이루어지는 레이저 소오스가 사용되었다. 레이저 매체는 연속적으로 여기되며, Q스위치 소자는 반복 제어 신호에 따라서 스위칭된다. 반복제어 신호는 반복율내에서의 방출 주기를 포함한다. 레이저 소오스는 방출 주기동안 Q스위치 소자를 통하여 레이저 빔을 방출한다. 반복 제어 신호의 방출 주기 또는 듀티 팩터를 조절함으로서 방출 주기 동안 레이저 소오스는 복수개의 방출 펄스로 이루어지는 펄스 레이저 빔을 방출한다. 펄스 레이저빔은 스캐닝 펄스 레이저 빔을 발생시키기 위하여 소정의 패턴에 따라서 두 개의 직각 방향으로 변한다. 스캐닝 펄스 레이저 빔은 소정 위치에 놓여 있는 피대상물의 소정 표면상에 포커싱된다.

바람직하게는, 피대상물의 소정 표면은 탄소를 함유하는 열가소성수지로 이루어진다. 소정의 패턴을 스캐닝하는 스캐닝 펄스 레이저 빔으로서 피대상물의 소정 표면의 일부분을 녹이고 증기화 시킴으로써, 열가소성 수지내에 포함된 탄소가 그 일부분에 증착되게 된다. 따라서, 증착된 탄소를 피 대상물의 소정 표면으로부터 제거된 후, 그 표면의 일부분이 노출되며, 결과적으로 선명도가 개선된 마아킹 패턴이 형성된다.

특히, 레이저 매체는 Nd : YAG 봉이며 Q스위치 소자는 초음파 Q 스위치 소자와 같은 음파 광학 회절 스위치이다. 또한, 반복 제어 신호의 반복율은 5㎑ 내지 50㎑범위내에 국한되며, 방출 주기는 20μsec 내지 200μsec 범위내에서 조절된다.

제3도 에서, 본 발명 실시예인 레이저 마아킹 시스템은 Nd : YAG 레이저 봉 (100)과, 초음파 Q스위치 소자 (101)와, 그외에 필요한 광원과 미러와 같은 광학 소자로 이루어지는 CW 여기 Q스위치 레이저 (1)를 갖추고 있다. 초음파 Q스위치 소자(101)는 초음파 매체와 공지된 변압기를 구비하며, 이 변압기는 Q-SW 제어 신호에 따라서 스위칭된다. CW 여기 Q 스위치 레이저 (1)에 의하여 방출된 펄스 레이저 빔은 빔확장기(103)를 통과하기 전에 광학축 조정용 미러(102)에 의하여 반사된다. 또한 펄스 레이저 빔은 X스캐닝 미러(104)와 Y스캐닝 미러(105)에 의하여 반사되어 f-θ렌즈 (106)를 통하여 피대상물의 수지표면상에 포커싱되는 스캐닝 레이저 빔이 된다. X스캐닝 미러(104)와 Y스캐닝 미러(105)는 갈바노 (galvano)스캐너 (107,108,)에 의하여 각각 구동된다.

또한, 레이저 마아킹 시스템은 펄스 폭 제어기 (110) 와 갈바노 스캐너 제어기 (111)로 이루어지는 주 제어기 (main controller) (109)를 갖추고 있다. 펄스 폭 제어기 (110)는 컴퓨터(112)로부터 펄스 폭제어 신호 (PWC)와 비율 제어 신호 (CYC)를 받아들이고, 제어 펄스신호를 Q스위치 구동기 (113)로 입력시킨다. 제어 펄스 신호에 따라서, Q 스위치 구동기 (113) 는 Q-SW 제어 신호를 출력시켜 초음파 Q스위치 소자 (101) 에 입력시킨다. Q-SW 제어 신호가 작동하면, 초음파 Q-SW 소자 (101)는 레이저 빔을 방출하는 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1)를 멈추게 한다. Q-SW 제어 신호가 비작동하면, 초음파 Q-SW 소자 (101)에 의하여 레이저 (1)는 복수개의 레이저 광 펄스를 갖는 레이저 빔을 방출한다. 즉, 펄스 폭 제어 신호 (PWC)가 결정되어 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1)로부터 두 개 이상의 레이저 방출 펄스가 출력된다. 갈바노 스캐너 제어기(111)는 컴퓨터(112)로부터 갈바노 스캐너 제어 신호 (GC)를 받아들이고, 구동 제어 신호를 발생시켜 갈바노 스캐너 구동기(114)에 입력시킨다. 구동 제어 신호에 따라서, 갈바노 스캐너 구동기 (114)는 갈바노 스캐너 (107,108)를 구동하여 컴퓨터(112)내에 기설정된 소정 패턴을 펄스 레이저 빔으로 스캔한다.

제4도 에서, Q 스위치 구동기 (113) 는 주 제어기 (109) 의 펄스 폭 제어기 (110) 로부터 제어 펄스 신호를 받아들이고 Q 스위치 제어신호를 초음파 Q 스위치 소자 (101)에 입력시킨다. 함수 제어기(201)는 펄스 폭 제어기 (110)로부터 의 제어 펄스 신호와 펄스 발생기 (202)로부터 의 소정 주파수의 펄스 신호를 받아들이고, 변조 펄스 신호(Pm)를 펄스 변조기 (203) 에 입력시킨다. 펄스 변조기 (203)는 변조 펄스 신호(Pm)에 의하여 무선 주파수 신호 (RFC)를 펄스 변조하여 변조된 무선 주파수 (RF) 신호를 RF 전력 증폭기 (204) 에 입력시킨다. 무선 주파수 신호 (RFC)는 제1발진기 (206)에서 발생된 주 무선 주파수 신호를 분배하는 1/2분배기 (206)에 의하여 얻어진다. RF 전력 증폭기 (204)에 의하여 증폭된 상기 변조된 무선 주파수 신호는 Q-SW 제어 신호로 출력되어 초음파 Q-SW 장치 (101)로 입력되며, 여기에서 변압기는 초음파를 발생시켜 Q-SW 제어 신호에 따라서 높은 Q 와 낮은 Q 사이를 스위칭시킨다.

제5도 에서, 레이저 마아킹 시스템이 스테이지 (301) 상에 조립되어 지며, 개개의 소자는 다음과 같은 기능을 한다. X 스캐닝 미러 (104) 는 펄스 레이저 빔을 반사 시켜 X방향으로 스캔하며 Y스캐닝 미러 (105)는 X 스캐닝 미러 (104)에서 반사된 펄스 레이저 빔을 반사시켜 Y방향으로 스캔한다. T스캐닝 미러 (105)에서 반사된 스캐닝 펄스 레이저 빔은 (302)은 f-θ 렌즈 (106)를 통하여 피대상물 (303)의 표면상에 포커싱된다. 피대상물 (303)은 탄소를 함유하는 수지로 도포되어 있다. 레이저 빔의 펄스 폭은 수지의 종류나 두께에 따라서 사전에 결정된다.

컴퓨터(112)는 펄스 폭 제어 신호 (PWC)를 사용하여 CW 여기 Q스위치 레이저 (1)에서 방출된 레이저 빔의 펄스 폭을 지시한다. 특히, 컴퓨터(112)로부터 펄스 폭 제어 신호 (PWC)와 비율 제어 신호(CYC)를 수신하는 펄스 폭 제어기(110) 는 지시된 펄스 폭과 지시된 반복율을 갖는 펄스 인 제어 펄스 신호를 Q 스위치 구동기 (113)로 입력시킨다. 제어 펄스 신호에 따라서, Q 스위치 구동기(113)는 Q-SW 제어 신호를 출력시키기 위하여 무선 주파수 신호(RFC)를 변조시켜 초음파 Q-SW 소자 (101)에 입력시킨다. Q 스위치 구동기 (113)로부터 무선 주파수 신호를 수신하는 동안에, 초음파 Q 스위치 소자 (101)는 ON 상태이거나 회전 상태이다. 따라서, Q-SW 소자(101)가 ON 상태인 경우에, CW 여기 Q 스위치 레이저 (1)는 낮은 Q 상태이며 , 따라서 레이저 빔이 방출되지 않는다. 그러나, 레이저 가 방출되지 않는 동안에, Nd : YAG 봉 (100) 내에는 에너지가 계속 저장된다. 무선 주파수 신호가 멈추면, 초음파 Q 스위치 소자(101)는 OFF상태로 스위칭되고, 이 때문에 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1) 는 높은 Q상태가 되어 레이저 빔이 방출된다. 펄스 빔 방출 상태는 OFF 상태 (방출 상태)와 ON 상태 (비방출 상태)에 의하여 결정된다. 즉, 펄스 빔 방출 상태는 컴퓨터(112)에 의하여 지시된 펄스 폭에 의하여 결정된다.

본 발명에서, 방출 주기는 약 10μsec 이상의 긴 시간동안으로 설정되며, 따라서 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1)내에서는 이완 발진이 일어난다. 이것이 본 발명의 주 항목이며, 제6도와 제7도를 참조하여 상세히 기술하겠다.

제6도 에서, Q 스위치 구동기 (113)는 반복율이 8㎑이고 지시된 펄스 폭 (W1) 이 50μsec 인 제어 펄스 신호를 수신하고, 방출주기가 50μsec 인 Q-SW 제어 신호를 초음파 Q 스위치 소자(101)로 출력시킨다. 방출 주기를 50μsec로 설정하면, CW 여기 Q 스위치 레이저 (1) 내에 이완 발진이 발생되어 방출 주기 동안에 발생된 하나의 제1방출 펄스 (P1₍₅₀₎) 와 복수개의 제2방출 펄스 (P2₍₅₀₎)로 이루어지는 복수개의 방출 펄스가 초래된다. 제2방출 펄스 (P2₍₅₀₎)는 이완 발진에 의하여 초래되며, 제2방출 펄스 (P2₍₅₀₎)의 강도는 실질적으로 제1 방출 펄스 (P1₍₅₀₎)보다 낮다. 이 경우에, 제1방출 펄스 (P1₍₅₀₎) 의 강도도 제1도에 도시된 종래 레이저의 방출 펄스 강도보다 낮다. 따라서, 스캐닝 레이저 빔 (302)을 생성하기 위하여 이와 같은 레이저 빔을 사용함으로서, 상대적으로 얕은 마아킹 라인을 상대적으로 박막의 수지 필름 (제 8a 도) 으로 도포된 피대상물 (303) 상에 그릴 수 있다. CW 여기 Q 스위치 레이저 (1)의 방출 주기는 피대상물의 수지 특성에 따라서 조절 가능하다.

제 7도에서, Q 스위치 구동기 (113) 는 반복율이 8㎑이고 지시된 펄스 폭(W2) 이 80μsec 인 제어 펄스 신호를 수신하고, 방출 주기가 80μsec 인 Q-SW 제어 신호를 초음파 Q 스위치 소자(101)로 출력시킨다. 방출 주기를 80μsec 로 설정하면, CW 여기 Q 스위치 레이저 (1)내에 이완 발진이 발생되어 방출 주기 동안에 발생된 하나의 제1방출 펄스 (P1₍₈₀₎)와 복수개의 제2방출 펄스 (P2₍₈₀₎) 로 이루어지는 복수개의 방출 펄스가 초래된다. 제2방출 펄스 (P2₍₈₀₎)는 이완 발진에 의하여 초래되며, 제2 방출 펄스 (P2₍₈₀₎)의 강도는 실질적으로 제1방출 펄스 (P1₍₈₀₎)보다 낮다. 이 경우에, 제1방출 펄스 (P1₍₈₀₎)의 강도도 제1도에 도시된 종래 레이저의 방출 펄스 강도보다 낮다. 따라서, 스캐닝 레이저 빔(302)을 생성하기 위하여 이와 같은 레이저 빔을 사용함으로서, 상대적으로 얕은 마아킹 라인을 상대적으로 박막의 수지 필름 (제 8b 도) 으로 도포된 피대상물 (303) 상에 그릴 수 있다. 방출 펄스 (P1₍₈₀₎, P2₍₈₀₎)의 강도가 방출 펄스 (P1₍₅₀₎, P2₍₅₀₎)의 강도보다 낮기 때문에, 마아킹 라인은 방출 펄스 (P1₍₅₀₎, P1₍₅₀₎)에 의한 깊이보다 더 얕은 깊이로 방출 펄스 (P1₍₈₀₎, P1₍₈₀₎)에 의하여 만들어 진다.

일반적으로, 방출 주기 동안에 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1) 내에서 이완 발진이 일어난다는 조건하에서, 반복율은 5㎑ 내지 50 ㎑로 설정되며, 방출 주기 즉 제어 펄스 신호의 펄스 폭은 20μsec 내지 200μsec 범위로 조정된다. 반복율과 방출 주기는 피대상물의 수지 종류와 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1)의 성능에 따라서 결정된다.

특히, 본 실시예에서는, 소정의 반복율이 설정된 후에, 방출주기동안에 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1) 내에 이완 발진이 발생한다는 조건하에서 피대상물의 마아킹에 적당한 값의 방출 주기가 설정된다.

다른 관점에서, 컴퓨터(112)는 제어 펄스 신호의 듀티 팩터를 지정할 것이다. 본 실시예에서, 방출 주기동안에 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1) 내에 이완 발진이 발생한다는 조건하에서 제어 펄스 신호의 듀티 팩터는 0.2이상이다. 특히, 반복율이 8㎑ 이고 폴스 폭이 50μsec이면 듀티 팩터는 0.4이고, 반복율이 8㎑ 이고 폴스 폭이 80μsec 이면 듀티팩터는 0.64이다. 이 경우에도 동일한 장점을 얻을 수 있다.

제 8a 도와 8b 도에서, 피대상물 (303)은 탄소를 함유하는 수지로 도포되어 있고 방출 주기 또는 듀티 팩터는 제6도 또는 7도처럼 설정되었다고 가정하자. 본 발명에 의한 펄스 레이저 빔이 피대상물 (303)의 소정위치에 포커싱되면, 그 위치에 있는 수지가 가열되어 피대상물 (303)의 표면상에는 상대적으로 얕은 홀 (304,306)과 변색층 (305, 307) 이 형성된다. 상술한 것처럼, 펄스 레이저 빔은 복수개의 방출 펄스로 이루어지며, 제1방출 펄스는 제6도와 7도에 도시된 것처럼 상대적으로 낮은 강도를 가지기 때문에, 수지의 용해가 가속되는 동안수지의 증발은 억제된다. 이로 인하여 피대상물의 표면상에는 수지와 탄소의 특수 중량 차이 때문에 함유된 탄소가 증착하게 된다. 피대상물 (303)의 표면으로부터 증착된 탄소를 제거한 후에, 변색층 (305, 307)이 나타나게 되어 피대상물 (303)의 표면상에는 선명한 라인이 초래된다.

제8a도에서 있어서, 설명된 것처럼, 수지의 증발로 인하여 상대적으로 깊이가 얕은 홀(304)이 형성되고 수지의 용융으로 인하여 변색층(305)이 형성된다. 홀 (304)과 변색층 (305) 은 제6도에 도시된 것처럼, 반복율이 8㎑이고 펄스 폭이 50μsec 인 상태에서 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1) 로부터 출력되는 펄스 레이저 빔에 의하여 형성된다.

제8b도에서 있어서, 설명된 것처럼, 수지의 증발로 인하여 상대적으로 깊이가 얕은 홀 (306) 이 형성되고 수지의 용융으로 인하여 변색층 (307)이 형성된다. 홀 (306) 과 변색층 (307)은 제7도에 도시된 것처럼, 반복율이 8㎑이고 펄스 폭이 80μsec 인 상태에서 CW 여기 Q 스위치 레이저 (1) 로부터 출력되는 펄스 레이저 빔에 의하여 형성된다. 이 경우의 방출 주기 (W2) 는 제6도에 도시된 것처럼 종래의 경우보다 더 길기 때문에, 제1방출 펄스 (P1₍₈₀₎)의 강도는 제1방출 펄스 (P1₍₅₀₎)의 강도보다 낮으며, 방출 펄스 (P1₍₈₀₎, P2₍₈₀₎)의 전체 개수는 방출 펄스 (P1₍₅₀₎, P2₍₅₀₎)의 전체 개수보다 더 많다. 따라서, 증착된 탄소의 양과 마아킹 라인의 폭은 방출 주기와 함께 증가하고, 증발로 인한 마아킹 라인의 깊이는 방출 주기가 증가함에 따라서 감소하게 된다. 제 8b 도에 도시된 것처럼, 제 8a 도의 경우보다 마아킹 라인의 깊이를 더 얕게 하면서도 선명도가 개선된 마아킹 라인을 얻을 수 있었다.

상술한 것처럼, 본 발명의 레이저 마아킹 시스템은 펄스 레이저 빔의 반복율과 스캐닝 속도가 일정하게 유지된다는 조건하에서 펄스 레이저 빔의 방출 주기를 변화시킬 수 있었다. 상대적으로 긴 방출 주기로 인하여 CW 여기 Q 스위치 레이저 는 이완 발진에 의하여 상대적으로 강도가 낮은 복수개의 레이저 방출 펄스를 방출하기 때문에, 마아킹 라인은 마아킹 성능의 저하없이 피대상물의 표면상에 상대적으로 얕은 깊이로 형성된다.

또한, 탄소를 함유하는 수지 필름을 구비하는 피대상물의 경우에 있어서, 이완 발진으로 인한 복수개의 레이저 방출 펄스는 피대상물의 표면상에 증착되는 탄소의 양을 증가시키며, 따라서 마아킹 라인의 선명도가 개선된다.

또한, 펄스 레이저 빔의 방출 주기는 소정 피대상물의 재료에 따라서 변하기 때문에, 피대상물의 종류와 무관하게 마아킹의 질과 성능을 저하시키지 않고 서도 최적의 마아킹 라인이 쉽게 설정된다.

Claims

연속적으로 여기되는 레이저 매체 (100) 와, 임의의 반복율내에서 방출 주기 (W1,W2)를 갖는 반복 제어 신호에 의하여 ON 및 OFF로 스위칭하는 Q 스위치 소자(101)를 구비하고, 상기 방출 주기 동안에 상기 Q 스위치 소자를 통하여 레이저 빔을 방출하는 레이저 소오스 (1)를 제조하는 단계를 구비하여, 피대상물의 표면을 스캐닝하는 레이저 빔으로 스캐닝하여 상기 피대상물에 마아킹을 행하는 레이저 마아킹 방법에 있어서, 상기 레이저 소오스 (1) 가 상기 방출 주기동안 복수개의 방출 펄스 (P1, P2)로 이루어지는 펄스 레이저 빔을 방출하도록 상기 반복 제어 신호의 방출 주기를 조절하는 단계로서, 상기 방출 주기의 변화에 의해서 상기 방출 펄스 의 개수와 강도를조절하는 단계와, 스캐닝 펄스 레이저 빔(302)을 발생시키기 위하여 기설정된 패턴 방향으로 상기 펄스 레이저 빔을 변화시키는 단계와, 상기 피대상물(303)의 기설정된 표면상에 상기 스캐닝 펄스 레이저 빔을 포커싱하는 단계를 구비함을 특징으로하는 레이저 마아킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 피대상물의 기설정된 표면을 상기 스캐닝 펄스 레이저 에 의해서 스캐닝하기 위하여 상기 피대상물을 기설정된 위치에 배치하는 단계를 더 구비하는 것을 특징하는 하는 레이저 마아킹 방법.
제2항에 있어서 ,상기 피대상물의 기설정된 표면은 탄소를 함유하는 열가소성 수지로 이루어짐을 특징으로하는 레이저 마아킹 방법.
제3항에 있어서, 상기 열가소성 수지내에 함유된 탄소를 상기 피대상물의 소정 표면상의 일부분에 증착시키기 위하여 스캐닝 펄스 레이저 빔을 기설정된 패턴으로 스캐닝하여 상기 피대상물 표면의 일부분을 용융시키고 증발시키는 단계와, 상기 피대상물 소정 표면의 일부분상에 증착된 탄소를 제거하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 레이저 마아킹 방법.
제1항, 제3항, 및 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 반복 제어 신호의 방출 주기는 상기 반복 제어 신호의 듀티 팩터의 설정에 의하여 조절됨을 특징으로 하는 레이저 마아킹 방법.
제1항, 제3항 및 제 4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 매체는 Nd : YAG봉이며 상기 Q 스위치 소자는 음파 광학 회절 스위치인 것을 특징으로 하는 레이저 마아킹 방법.
제1항, 제3항 및 제4항중의 어느 한항에 있어서, 상기 반복 제어 신호의 반복율은 5㎑ 내지 50㎑ 범위내에서 한 값으로 고정되며, 상기 방출 주기는 20μsec 내지 200μsec 범위내에서 조절됨을 특징으로하는 레이저 마아킹 방법.
연속적으로 여기되는 레이저 매체 (100)와, 반복율내에서 방출 주기 (W1, W2)를 갖는 반복 제어 신호에 의하여 ON 및 OFF 로 스위칭 되는 Q 스위치 소자 (101)를 구비하고, 상기 방출 주기 동안에 상기 Q 스위치 소자를 통하여 레이저 빔을 방출하는 레이저 소오스(1)를 구비하여, 상기 레이저 빔으로 피대상물에 마아킹을 행하는 마아킹 장치에 있어서, 상기 레이저 소오스가 상기 방출 주기 동안에 복수개의 방출 펄스로 이루어지는 펄스 레이저 빔을 방출하게 하기 위하여 상기 반복 제어 신호의 방출 주기를 가변적으로 설정하는 레이저 제어기 (110, 112, 113)로서, 상기 방출 펄스의 개수와 강도를 상기 방출 주기에 의해서 제어하는 레이저 제어기와, 스캐닝 펄스 레이저 빔을 발생시키기 위하여 기설정된 패턴 방향으로 상기 펄스 레이저 빔을 변화시키는 스캐닝 수단 (104, 105) 과, 상기 피대상물의 기설정된 표면상에 상기 스캐닝 펄스 레이저 빔을 포커싱하는 광학 수단 (102, 103, 106) 을 구비함을 특징으로하는 마아킹 장치.
제8항에 있어서, 상기 Q 스위치 소자는 음파 광학 회절 스위치를 포함하며, 상기 레이저 제어기는 한 사이클내의 상기 방출 주기에 대응하는 ON 주기를 갖는 제어펄스 신호 발생용의 펄스 폭 제어기 (110)와, 상기 Q 스위치가 회절을 위하여 음파를 발생하도록 하는 고주파를 상기 방출 주기와 다른 주기 동안 구비하는 상기 반복 제어 신호를, 상기 레이저 소오스의 상기 Q 스위치 소자에 발생시키는 Q 스위치 구동기 (113)를 구비함을 특징으로하는 마아킹 장치.
제8항에 있어서, 상기 레이저 제어기는 상기 반복 제어 신호의 듀티 팩터를 조절하여 상기 반복 제어 신호의 방출 주기를 설정함을 특징으로하는 마아킹 장치.
제8항에 있어서 , 상기 레이저 매체는 Nd : YAG 봉이며 , 상기 Q 스위치 소자는 음파 광학 회절 스위치인 것을 특징으로하는 마아킹 장치.
제8항에 있어서, 상기 반복 제어 신호는 5㎑ 내지 50㎑ 범위내에서 한 값으로 고정된 반복율을 가지며, 상기 방출 주기는 20μsec 내지 200μsec 범위내에서 조절되는 것을 특징으로하는 마아킹 장치.
제8항에 기재된 장치를 사용함으로써 탄소를 포함하는 열가소성 수지를 구비하는 피대상물의 기설정된 표면에 마아킹을 행하기 위한 마아킹 방법.