KR100400259B1 - 레이저 마킹 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음영표현이 가능한 레이저 마킹 방법에 관한 것으로, 각 화소마다 그레이레벨을 가지는 이미지 파일을 로딩하는 제1단계와; 상기 로딩된 이미지 파일에서 사용자에 의해 입력된 그레이레벨을 가지는 화소데이터들만으로 이루어지는 독립된 다수의 이미지 파일들을 생성하고 이를 편집기 화면에 표시하는 제2단계와; 상기 편집기 화면에 표시된 각각의 이미지 파일을 서로 다른 속성에 따라 마킹하기 위해 레이저 조절변수를 입력받아 설정하는 제3단계와; 상기 편집기 화면에 표시된 이미지 파일중 적어도 2개 이상 선택된 파일의 레이저 조절변수에 따라 마킹 대상물에 마킹 수행하는 제4단계;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

레이저 마킹 방법{LASER MARKING METHOD}
본 발명은 레이저 마킹방법에 관한 것으로, 특히 음영표현이 가능한 레이저 마킹 방법에 관한 것이다.
레이저 마킹장치는 마킹대상물, 즉 피가공물의 표면을 순간적으로 가열함으로서 육안으로 인식 가능한 문자나 부호 등을 표기하는 것으로서, 주로 반도체 등의 표면에 제품명, 제품의 일련번호 등을 기록할 때 매우 유용하게 이용되고 있다. 레이저 마킹 장치의 응용분야는 자동차 부품, 웨이퍼, 의료기기 등과 같은 금속, 플라스틱, 기타 합성수지의 소재 표면에 제품의 관리번호나 문자, 상표등을 기록하는 등 주로 산업용 생산제품에 이용되고 있다.
일반적으로 레이저 마킹 장치는 레이저 광을 이용하는데 레이저 발생장치에서 발생된 레이저 빔을 광학계로 전송시켜 집광렌즈나 플랫피일드 렌즈 등을 사용하여 마킹 대상물의 표면에 조사하는 방식이다. 이러한 레이저 마킹방식으로서 스캐닝 마킹 혹은 펜타입 마킹이라 불리우는 방식이 보편화 되어 있다.
도 1을 참조하여 일반적인 스캐닝 마킹방식을 적용한 레이저 마킹 장치의 구성 및 동작을 간략히 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 스캐닝 마킹방식을 적용한 레이저 마킹장치의 블록구성도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 스캐닝 마킹방식을 적용한 레이저 마킹 장치는 우선 레이저 발생장치(30)로부터 발생된 레이저 빔을 스캐너 시스템(40)내의 빔 확대기(42)와 거울(44,46) 및 초점 렌즈(50)를 통해 마킹 대상물에 조사하는 것인데, 이러한 장치는 마킹 제어를 위해 제어부(10)에서 출력되는 스캐닝신호 및 레이저 빔 제어신호에 의해 제어된다. 제어부(10)에서는 마킹대상물에 마킹하고자 하는 문자나 도형에 관한 정보에 따라 예컨대 X축 제어신호와 Y축 제어신호를 포함하는 스캐닝신호가 발생되고, 아울러 일정한 세기를 가지는 레이저 빔이 출력되도록 제어하기 위한 레이저 빔 제어신호가 출력된다. 즉, 제어부(10)는 메모리(20)에 저장된 운영 소프트웨어 프로그램에 의해 편집된 마킹데이터를 수신하여 레이저 빔이 X축상의 좌표와 Y축상의 좌표로 이동하게끔 X축용 배향거울(44)과 Y축용 배향거울(46)을 제어하고 일정한 세기의 레이저 빔이 조사되도록 레이저 발생장치(30)를 제어한다.
상술한 구성을 가지는 종래의 레이저 마킹 장치는 마킹대상물에 조사되는 레이저 빔의 세기가 일정하기 때문에, 레이저 빔이 조사되는 부분과 조사되지 않는 부분, 즉 2차원적인 표현만이 가능하다. 따라서 음영을 표현할 수 없는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 음영표현이 가능한 레이저 마킹 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 마킹대상물의 재질에 따라 서로 다른 세기를 가지는 레이저 빔을 조사하여 음영을 표현할 수 있는 레이저 마킹 방법을 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 스캐닝 마킹방식을 적용한 레이저 마킹장치의 블록구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 마킹장치의 블록구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음영 표현을 위한 레이저 마킹 흐름도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 마킹시의 편집기 화면 예시도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 마킹 방법은;
각 화소마다 그레이레벨을 가지는 이미지 파일을 로딩하는 제1단계와;
상기 로딩된 이미지 파일에서 사용자에 의해 입력된 그레이레벨들을 가지는 화소데이터들만으로 이루어지는 독립된 다수의 이미지 파일들을 생성하고 이를 편집기 화면에 표시하는 제2단계와;
상기 편집기 화면에 표시된 각각의 이미지 파일을 서로 다른 속성에 따라 마킹하기 위한 레이저 조절변수를 입력받아 설정하는 제3단계와;
상기 편집기 화면에 표시된 이미지 파일들중 적어도 둘 이상 선택된 이미지 파일의 레이저 조절변수에 따라 마킹 대상물에 해당 이미지 파일들을 마킹 수행하는 제4단계;를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음영 표현 가능한 레이저 마킹 장치는;
서로 다른 세기의 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생장치와;
상기 레이저 발생장치로부터 방사되는 빔을 굴절 혹은 반사시키며 마킹 대상물에 조사하여 음영 차이를 갖는 형상을 마킹하기 위한 스캐너 시스템과;
음영 표현 가능한 이미지 파일을 얻기 위해 필요한 그레이레벨 간격 및 레이저 조절 변수를 입력하기 위한 사용자 인터페이스부와;
각 화소마다 그레이레벨을 가지는 이미지 파일을 외부장치 혹은 보조기억장치로부터 로딩받기 위한 이미지 파일 로딩부와;
로딩된 이미지 파일중에서 입력된 상기 그레이레벨 간격의 배수에 해당하는 화소데이터만을 발췌하여 동일 그레이레벨을 가지는 독립된 다수의 이미지 파일을 생성하고, 생성된 둘 이상의 이미지 파일에 대응하는 형상이 마킹 대상물에 마킹되도록 상기 스캐너 시스템과 레이저 발생장치를 제어하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
우선 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 마킹장치의 블록구성도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 우선 레이저 발생장치(110)는 제어부(100)로부터 출력되는레이저 빔 제어신호에 따라 레이저 빔을 발생시켜 방사한다. 즉, 레이저 발생장치(110)는 제어부(100)로부터 출력되는 레이저 빔 제어신호의 온/오프 타임과 빔 세기 조절에 따라 서로 다른 세기의 레이저 빔을 발생하여 방사하게 되는 것이다.
스캐너 시스템(120)은 상기 레이저 발생장치(110)로부터 방사되는 빔을 굴절 혹은 반사시키며 마킹 대상물에 조사함으로서 음영 차이를 갖는 형상이 마킹되도록한다. 이러한 스캐너 시스템(120)은 이미 공지된 바와 같이 빔 확대기(122)와 X축용 배향거울(124)과 Y축용 배향거울(126)을 포함하며, 상기 스캐너 시스템(120)과 마킹 대상물 사이에는 상기 거울에 의해 반사된 단일 파장의 빔을 마킹 대상물상에 포커싱하기 위한 초점렌즈(f-theta렌즈)(160)가 위치한다.
한편 사용자 인터페이스부(I/F)(150)는 음영 표현 가능한 이미지 파일을 얻기 위해 필요한 그레이레벨 간격 및 레이저 조절 변수를 사용자로부터 입력받아 제어부(100)로 인터페이싱하여 준다. 이러한 사용자 인터페이스부(150)는 데이터 입력부와 표시장치를 포함한다. 참고적으로 상기 그레이레벨 간격 및 레이저 조절 변수에 대해서는 후술하기로 한다.
이미지 파일 로딩부(140)는 각 화소마다 256레벨로 표현 가능한 그레이레벨을 가지는 이미지 파일을 로딩받기 위한 기억장치로서, 인터페이스장치를 통해 디지털 카메라와 같은 외부장치로부터 이미지 파일을 전송받을 수 있으며, 보조기억장치로부터 이미지 파일을 독출하여 로딩받을 수도 있다.
제어부(100)는 메모리(130)에 저장된 제어 프로그램 데이터에 기초하여 본발명의 실시예에 따른 레이저 마킹 장치의 동작을 전반적으로 제어한다. 즉, 제어부(100)는 이미지 파일 로딩부(140)를 통해 로딩된 이미지 파일중에서 입력된 그레이레벨 간격의 배수에 해당하는 화소데이터만을 발췌하여 독립된 다수의 이미지 파일을 생성하되, 이때 생성되는 각각의 이미지 파일을 구성하는 화소는 동일한 그레이레벨을 가지도록 한다. 그리고 제어부(100)는 사용자에 의해 선택된 둘 이상의 이미지 파일에 대응하는 형상이 마킹 대상물에 마킹되도록 상기 스캐너 시스템(120)과 레이저 발생장치(110)를 제어함으로서, 서로 다른 레이저 속성으로 마킹된 복수의 이미지 파일이 겹쳐지도록 하여 결과적으로는 음영 표현된 마킹을 얻을 수 있도록 한다.
메모리(130)에는 이미 공지된 바와 같이 레이저 발생장치(110)를 제어하기 위한 레이저 제어 프로그램 데이터, 스캐너 제어 프로그램 데이터 및 도 3에 도시한 바와 같은 음영 표현 가능한 레이저 마킹 제어 프로그램 데이터가 저장되어 제어부(100)에 의해 제어된다. 또한 메모리(130)에는 마킹 대상물의 재질에 따라 서로 다른 세기의 레이저 빔이 방사될 수 있도록 마킹 대상물의 재질에 대응하는 에너지값이 하기 표 1과 같이 테이블화되어 저장되어 있다.
레이저 재질 에너지(mJ) 와트(mW) 시간(ms)
Nd;YAG 세락믹 742.8 910 440
알루미늄 1432.0 1822 440
PCB 보드 1085.8 1343 440
스테인레스 819.0 982 440
CO2 아크릴 2175.0 2507 720
PVC 1341.6 1545 720
ABS 1052.3 1294 720
목재 2346.0 2684 720
이하 도 3 내지 도 8을 참조하여 음영 표현 가능한 레이저 마킹방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
우선 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음영 표현을 위한 레이저 마킹 흐름도를 도시한 것이며, 도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 마킹시의 편집기 화면 예시도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 음영 표현 가능한 레이저 마킹을 위해서는 우선적으로 사용자가 본 발명의 실시예에 따른 운영 소프트웨어 프로그램을 실행시켜야 한다. 이러한 운영 소프트웨어 프로그램의 실행에 따라 사용자 인터페이스부(150)를 구성하는 표시장치에는 도 4와 같은 초기 편집기 화면이 표시된다. 이러한 편집기 화면에서 사용자가 마킹하고자 하는 이미지 파일을 선택하여 열기(도 5) 실행시키면 제어부(100)는 이미지 파일 로딩부(140)를 통해 선택된 이미지 파일을 로딩(200단계)한다. 이러한 이미지 파일로서는 그레이레벨 정보를 가지고 있는 이미지 파일이어야 한다. 그레이레벨 정보를 가지는 이미지 파일의 예로서 흑백 비트맵 이미지 파일, 256색 비트맵 이미지 파일, Plt 이미지파일, jpg 이미지 파일 등을 들 수 있다. 즉, 200단계에서 로딩된 이미지 파일을 구성하는 각 화소는 위치정보 및 명암정보인 그레이레벨을 가지고 있으므로, 본 발명에서는 이러한 그레이레벨을 이용하여 다음과 같이 음영 표현이 가능한 레이저 마킹을 수행한다.
우선 210단계에서 제어부(100)는 상기 로딩된 이미지 파일중에서 사용자에 의해 입력된 그레이레벨 간격의 배수에 해당하는 그레이레벨을 가지는 화소데이터만을 발췌하여 동일 그레이레벨로 구성되는 독립된 다수의 이미지 파일을 생성하고이를 편집기 화면에 도 6과 같이 표시(220단계)하여 준다.
상기 "그레이레벨 간격"은 음영 차이가 나도록 레이저 마킹을 하기 위해 필요한 변수로서 이미지 파일 로딩시에 사용자에 의해 입력된다. 상기 그레이레벨 간격의 입력에 따라 동일한 그레이레벨을 가지는 다수의 이미지 파일을 얻을 수 있다. 즉, 사용자에 의해 그레이레벨 간격이 32로 입력되었다면 제어부(100)는 256레벨중 32,64, 128,..과 같이 그레이레벨 간격의 배수에 해당하는 레벨값을 가지는 화소데이터를 발췌하여 동일 그레이레벨을 가지는 화소데이터들로 구성되는 다수의 이미지 파일을 생성할 수 있다. 이와 같이 그레이레벨 간격 입력에 따라 새로이 변환 생성된 이미지 파일의 예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에는 그레이레벨 간격을 32로 지정한 경우의 화면을 예시한 것이다. 참고적으로 그레이레벨 간격만을 지정할 수도 있지만, 그레이레벨의 최대값과 최소값을 지정하고 그 지정된 범위내에서 그레이레벨 간격을 지정할 수도 있다.
도 6에서 우측 하단의 화면은 그레이레벨 0인 화소데이터만으로 이루어진 이미지 파일이며, 그 위 화면은 그레이레벨 32인 화소데이터만으로 이루어진 이미지 파일이다. 그리고 좌측 최상단의 화면은 그레이레벨 224인 화소데이터만으로 이루어진 이미지 파일이다. 그레이레벨 간격은 실험에 의해 30 내지 32의 값중 어느 하나로 설정되는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
상술한 바와 같이 그레이레벨 간격 입력에 따라 새로운 이미지 파일이 생성 표시되면, 이후 230단계에서 마킹 속성을 부여하기 위한 레이저 조절 변수의 설정단계를 수행한다. 상기 "레이저 조절 변수"의 설정을 위한 화면이 도 7에 도시되어있다. 상기 "레이저 조절 변수"로는 적어도 마킹시 점간거리, 마킹시 기다리는 시간, 레이저 동작전 대기시간, 레이저 정지시간, 레이저 세기, 주파수, 듀티를 포함한다.
마킹시 점간거리는 마킹하고자 하는 점과 점 사이의 거리를 지칭하는 것으로, 값이 크면 마킹속도는 상대적으로 빠르지만 마킹의 질은 좋지 못하다. 마킹시 기다리는 시간은 스캐너 시스템(120)의 거울(124,126)이 초기 위치에서 마킹을 시작할 위치까지 움직이는 경우에 소요되는 시간을 말한다. 이 값은 초기에 한번 실행되는 것이 아니라 마킹이 계속될 때 거울이 계속 움직이기 때문에 거울이 움직이는 동안 계속 적용된다. 예를 들어 700us를 입력했다면 거울이 점과 점 사이를 움직일때마다 입력한 값만큼 쉬었다 이동하게 되는 것이다. 만약 이 값이 너무 작게 설정되면 거울이 위치를 잡기전에 레이저가 온될 수 있기 때문에 시작점에서부터 마킹이 이루어질 수 있다.
한편 레이저 동작 전 대기시간은 마킹을 시작하기 전 거울(124,126)이 안정적인 위치를 잡아주기 위하여 필요한 최소한의 시간이다. 레이저 동작시간(laser on delay)은 스캐너 시스템(120)의 거울이 초기 위치에 가기 전에 먼저 레이저가 온 된 뒤 마킹이 되기 시작할 때까지의 시간지연이다 (실제로 레이저는 온 되어 있으나 마킹은 되고 있지 않음). 레이저 정지시간(Laser off delay)은 상기 동작시간의 반대개념으로 레이저는 계속 온 상태로 계속 동작되어 있으나 다음 마킹을 시작하기 위하여 거울이 마킹을 끝내고 이동할 때까지의 시간이다(마킹은 되고 있지 않음). 듀티(duty)는 한 개의 펄스와 그 펄스가 출력되는 시간을 결정하는데 이용된다. 출력되는 시간이 짧으면 펄스당 첨두 출력이 증가하여 쪼아내는 듯한 효과가 있고, 시간이 길어지면 첨두출력이 감소하여 태우는 듯한 효과를 준다.
상술한 바와 같이 그레이레벨 간격에 따라 새로이 생성된 각각의 이미지 파일에 대해서 사용자에 의해 레이저 조절 변수가 입력되어 설정이 완료되면, 제어부(100)는 이후 사용자에 의해 선택된 적어도 둘 이상의 이미지 파일을 설정된 레이저 조절변수에 따라 마킹 수행한다. 이와 같이 하는 이유는 서로 다른 레이저 조절변수로 세팅된 영상을 반복 마킹하여 음영표현을 하기 위함이다. 즉, 제어부(100)는 240단계에서 선택된 이미지 파일을 마킹하기 위한 스캐닝 신호를 발생하고, 250단계에서 선택된 이미지 파일에 대응하는 레이저 빔을 방사하여 마킹을 수행(260단계)한다. 마킹 수행시 그레이레벨 간격의 배수값에 비례하여 레이저 세기는 높아진다. 즉, 그레이레벨을 32로 지정한 경우, 그레이레벨 0인 화소데이터들만으로 이루어진 이미지 파일을 마킹하는 경우에는 a%의 세기로 마킹을 수행하고, 그레이레벨 32인 화소데이터들만으로 이루어진 이미지 파일을 마킹하는 경우에는 b%(a ＜ b)의 세기로 마킹을 수행한다.
따라서 동일한 그레이레벨을 가지는 화소데이터들만으로 이루어진 독립된 다수의 이미지 파일을 레이저 속성을 달리하여 마킹을 반복 수행하게 되면 각 객체(이미지 파일의 형상)들이 서로 겹쳐져 마킹이 수행되기 때문에 결과적으로는 음영차이가 나는 형상이 얻어질 수 있게 되는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 동일한 그레이레벨을 가지는 화소데이터들만으로 구성되는 다수의 이미지 파일을 생성한후, 생성된 각각의 이미지 파일에 서로 다른 레이저 속성을 설정하여 레이저 마킹을 반복 수행하기 때문에, 음영이 반영된 형상을 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한 마킹 대상물의 재질에 따라 레이저 세기를 가변시킬 수 있기 때문에 마킹 시간을 단축시킴은 물론, 마킹되는 형상의 질을 높일 수 있는 장점이 있다.
한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생장치와, 상기 레이저 발생장치로부터 방사되는 빔을 굴절 혹은 반사시켜 마킹 대상물에 조사함으로서 임의의 형상을 마킹하기 위한 스캐너 시스템을 포함하는 레이저 마킹장치의 레이저 마킹 방법에 있어서,
    각 화소마다 그레이레벨을 가지는 이미지 파일을 로딩하는 제1단계와;
    상기 로딩된 이미지 파일에서 사용자에 의해 입력된 그레이레벨들을 가지는 화소데이터들만으로 이루어지는 독립된 다수의 이미지 파일들을 생성하여 이를 편집기 화면에 표시하되, 상기 독립된 다수의 이미지 파일 각각은 동일 그레이레벨을 가지는 화소데이터들만으로 이루어지는 제2단계와;
    상기 편집기 화면에 표시된 각각의 이미지 파일을 서로 다른 속성에 따라 마킹하기 위한 레이저 조절변수를 입력받아 설정하는 제3단계와;
    상기 편집기 화면에 표시된 이미지 파일들중 적어도 사용자에 의해 선택된 두 개 이상의 이미지 파일의 레이저 조절변수에 따라 마킹 대상물에 선택 이미지 파일들을 마킹 수행하는 제4단계;를 포함함을 특징으로 하는 음영 표현 가능한 레이저 마킹 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 독립된 다수의 이미지 파일 각각은;
    표현가능한 그레이레벨 범위내에서 사용자에 의해 입력된 어느 하나의 그레이레벨 간격의 배수에 해당하는 화소데이터들로 구성하되, 각각의 이미지 파일은 동일 그레이레벨을 가짐을 특징으로 하는 음영 표현 가능한 레이저 마킹 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 그레이레벨 간격은 30 내지 32중 어느 하나의 값으로 설정됨을 특징으로 하는 음영 표현 가능한 레이저 마킹 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 조절변수는 적어도 마킹시 점간거리, 마킹시 기다리는 시간, 레이저 동작전 대기시간, 레이저 정지시간, 레이저 세기, 주파수, 듀티를 포함함을 특징으로 하는 음영 표현 가능한 레이저 마킹 방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 그레이레벨의 배수에 비례하여 레이저 세기가 높아지도록 제어함을 특징으로 하는 음영 표현 가능한 레이저 마킹 방법.
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