KR100492748B1

KR100492748B1 - 셀렉터블 다중 스캔헤드를 이용한 시분할 레이저 마킹장치및 방법

Info

Publication number: KR100492748B1
Application number: KR10-2002-0054805A
Authority: KR
Inventors: 민성욱; 임재홍; 김창현; 윤여찬
Original assignee: (주)하드램
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2005-06-07
Also published as: KR20020086344A

Abstract

본 발명은 복수의 스캔헤드를 향해 레이저를 반사시켜 복수의 피조사위치에 레이저 마킹을 실행하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹 장치로서, 복수의 피조사위치에 대한 마킹좌표를 설정하고 레이저 전원공급 신호 및 Q-스위치 신호를 제어하며 복수의 피조사위치에 대한 각각의 마킹좌표에 따라 스캔헤드 내의 스캐너를 구동하는 메인 콘트롤러와, 메인 콘트롤러의 레이저 전원공급 신호에 의해 레이저의 전원을 공급받고 Q-스위치 신호에 의해 레이저를 발진하는 레이저헤드와, 레이저헤드로부터 발진된 레이저를 복수의 스캔헤드를 향하여 선택적으로 반사시키는 셀렉트 미러와, 상기 마킹좌표 및 상기 Q-스위치 신호에 대응하여 상기 셀렉트 미러의 각도를 선택적으로 조절하는 셀렉트 미러 제어부를 포함하며, 이때 복수의 스캔헤드는 복수의 피조사위치 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

셀렉터블 다중 스캔헤드를 이용한 시분할 레이저 마킹장치 및 방법{TIME-SHARING LASER MARKING DEVICE WITH SELECTABLE MULTIPLE SCAN-HEADS AND METHOD THE SAME}

본 발명은 레이저 마킹장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 레이저헤드에서 발진된 레이저를 복수의 스캔헤드를 향해 시분할적으로 전반사시켜 분할함으로써 복수의 마킹 위치에 대해 상이한 레이저 마킹을 동시에 실행할 수 있는 레이저 마킹장치 및 방법에 관한 것이다.

레이저 마킹이란 레이저 빔의 에너지를 열로 전환하여 이용하는 열적인 물질가공의 한 분야로서, 레이저의 높은 에너지 밀도를 이용하여 물체의 표면을 각인 또는 변색시켜 기호, 문자, 도형 등을 기록하는 것을 말한다. 레이저 마킹은 잉크가 필요하지 않아 장시간 지속적으로 적용이 가능하며, 용매가 불필요한 점에서 환경 친화적인 방식이다.

레이저 마킹장치 및 시스템은 구성방법 및 사용목적에 따라 크게 스캐닝형(주사형), 마스크형, 혼합형 등으로 구분되는데, 이 중에서 스캐닝형은 피가공물에 고밀도로 집관된 레이저 광을 조사하고, 이 레이저 광을 스캐닝 미러로 방향을 돌려서 피가공물의 표면상에 레이저 스팟광을 스캐닝하고 빔 스팟이 쪼여진 피가공물 표면의 미소 부분을 레이저 에너지로 순간적으로 개질(용융, 증발, 변식 등)시키면서 기호, 문자, 도형 등의 원하는 패턴을 묘화하여 마킹(각인 또는 인자)하는 기술이다. 즉, 스캐닝 방식은 발진된 레이저를 X-Y 스캐닝 주사장치에 의해 임의의 점의로 주사하여 원하는 기호, 문자, 도형 등의 모양을 각인하는 것으로 이미지 스캐너, 오토캐드 등의 입력장치와 각종 소프트웨어를 이용하여 원하는 정보를 피가공물의 표면에 정밀하게 마킹할 수 있는 장점이 있다.

스캐닝형 레이저 마킹은 예전에는 소량 생산에 적합한 레이저 마킹방식으로 여겨졌으나, 최근에는 초고속 처리가 가능한 디지털 시그널 프로세서(DSP)의 발달과 함께 고속 대량 생산에도 이용할 수 있게 됨에 따라, 반도체 장치 및 자동차용 철강재료나 플라스틱, 목재 등의 대량생산에도 이용되게 되었다.

도 1은 일반적인 레이저 마킹 시스템을 나타낸 블록도이다. 레이저헤드에서 각인용 레이저 빔은 임계 에너지에 도달하였을 때 Q-스위치 신호를 거쳐 스캔헤드를 향해 출력되며, 스캔헤드는 메인 콘트롤러로부터 정확한 좌표에 관한 구동신호를 받아 정밀하게 구동되어 스캔헤드의 하부에 배치된 피가공물에 레이저를 반사시켜 조사한다. 레이저의 전원도 메인 콘트롤러에 의해 제어된다. 고성능의 메인 콘트롤러는 일반적으로 고속 처리가 가능한 컴퓨터로서, 레이저 시스템의 상황을 신속히 파악할 수 있고, 사용자가 상황에 따라 자료입력을 용이하게 수행할 수 있다.

도 2는 레이저 마킹장치의 일례를 나타내는 개략도이다. 레이저 빔(1)은 광원(4)이 로드챔버(3) 내의 로드봉에 맞음으로써 발진되며, 레이저가 프론트 미러(2)와 리어 미러(5) 사이의 매질을 왕복하면서 파장이 동일한 빛이 중첩됨에 따라 에너지가 증폭된다. 증폭되는 에너지가 충만되는 임계점을 넘게 되면 Q-스위치 제어신호에 의해 Q-스위치(8)가 온/오프되어 레이저 빔(1)이 스캔헤드부(6)로 발진된다. Q-스위치는 메인 콘트롤러 또는 스캐너 제어용 프로세서(DSP)에서 온/오프한다. 스캔헤드부(6)에는 스캐너(galvanometer)가 내장되어 메인 콘트롤러(20) 및 스캐너 제어용 프로세서(40)에 의해 레이저 반사각도를 조절한다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 레이저 장치(10) 및 기타 부수장치는 메인 콘트롤러에 의해 제어된다. 메인 콘트롤러 내의 소프트웨어에는 사용자가 각인하고자 소망하는 기호,문자,도형에 따른 마킹좌표가 설정되어 있다. 마킹좌표는 위치제어보드 내에도 저장되며, 위치제어보드는 시스템이 소정의 조건을 충족했다고 판단되었을 때 마킹개시신호를 발생시켜 각인이 개시될 수 있게 한다. 레이저 스캔헤드부(6)의 하측에는 레이저 각인을 받는 피가공물(90)및 피가공물을 이송하는 이송장치 또는 콘베이어 밸드가 있다. 일례로, 위치제어보드는 마킹좌표와 피조사위치 상의 각인위치가 일치할 때, 마킹 시작신호를 스캐너 제어용 프로세서(DSP;40)에 출력한다. 프로세서(40)는 마킹좌표, 피가공물(90)의 위치 및 속도와 관성, 시스템의 반응속도 등을 고려해 연산된 스캐너 구동을 위한 마킹 파라미터에 따라, 스캔헤드부(6) 내의 DAC 보드 및 스캐너 드라이버를 정밀 제어하며 마킹용 레이저를 스캔헤드부(6)의 하측으로 반사시켜 출력한다.

그런데, 종래의 레이저 마킹 시스템에서는, LCD 패널과 같이 레이저 마킹되어야 할 자재(이하, 피가공물이라 한다)의 면적이 클 경우에 그와 같은 대면적 피가공물의 표면 전체에 대해 레이저 구동용 스캐너가 한꺼번에 처리할 수 없었다. 이러한 문제점을 피하기 위하여, 피가공물을 절단하여 개별적으로 레이저 마킹을 실행하는 방식과, 피가공물을 절단하지 않고 이송장치(스테이지)를 X축 또는 Y축으로 이동시켜 레이저 마킹을 실행하는 방식 등이 공지되어 있다.

그러나, 피가공물을 절단해서는 안되는 경우가 많이 있을 뿐 아니라, 절단하여 개별적으로 레이저 마킹을 실행할 경우 개별적 마킹에 필요한 장비 및 시간이 많이 소요된다. 또, 피가공물의 절단 없이 이송장치를 X축 및 Y축으로 이동시킬 경우에도 상당한 시간이 소요된다.

대면적 피가공물상에 각인되는 모양(기호,문자,도형 등)이 여러 부분에서 동일할 경우에는 복수의 스캔헤드를 설치하고 각 스캔헤드를 향해 레이저를 분할하여 레이저 마킹처리를 실행하는 것을 고려할 수 있다. 도 3에 이러한 방식으로 복수의 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹 시스템의 실시예가 나타나 있다. 레이저헤드(50)로부터 발진된 레이저 빔(1)은 반사 미러(55)에 의해 1차 굴절되어 쉐어링 미러(57)를 통해 분산되고 제1 및 제2 전반사 미러(70)를 통해 전반사되어 각각의 빔 익스팬더 텔레스코프(65) 및 스캔헤드(6)로 입사된다. 이 경우, 피가공물을 X축 또는 Y축의 어느 한 방향으로만 이송하면 되므로 단위 시간당 생산량을 증가시킬 수 있고, 공정의 감소도 기대할 수 있다.

그러나, 이 방식은 레이저의 에너지를 여러 스캔헤드를 향해 분할하여 각인하는 에너지 쉐어링(Energy Sharing) 방식에 의한 것으로서, 각각의 스캔헤드를 통해 동일한 내용만을 마킹할 수 있는 한계가 있다. 예컨대, 도 3에서와 같이 동일한 A 문자만을 복수의 피조사위치에 각인할 수 있을 뿐이다.

이러한 문제점을 감안하여, 본 발명자들은 하나의 레이저헤드로부터 발진된 레이저를 복수개의 헤드를 향해 반사시킴으로써 복수개의 마킹 위치에 레이저 마킹을 할 수 있도록 하되, 각각의 스캔헤드가 상이한 내용의 마킹을 할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 안출하였다.

본 발명의 목적은 대면적의 피가공물 상에서, 복수의 마킹 위치에 대해 레이저 마킹을 동시에 실행하여 단위시간당 생산량을 크게 증진시킬 수 있는 레이저 마킹장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 대면적의 피가공물 상에서, 복수의 마킹 위치에 대해 상이한 레이저 마킹을 동시에 실행하여 단위시간당 생산량을 크게 증진시킬 수 있는 레이저 마킹장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 셀렉터블 다중 스캔헤드를 이용한 시분할 레이저 마킹장치 및 방법은 다음과 같은 구성을 취하고 있다.

본 발명의 제1측면에 따라, 복수의 스캔헤드를 향해 레이저를 반사시켜 복수의 피조사위치에 레이저 마킹을 실행하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹 장치는, (1-a)복수의 피조사위치에 대한 마킹좌표를 설정하고 레이저 전원공급 신호 및 Q-스위치 신호를 제어하며 복수의 피조사위치에 대한 각각의 마킹좌표에 따라 스캔헤드내의 스캐너를 구동하는 메인 콘트롤러와, (1-b)메인 콘트롤러의 레이저 전원공급 신호에 의해 레이저의 전원을 공급받고 Q-스위치 신호에 의해 레이저를 발진하는 레이저헤드와, (1-c)레이저헤드로부터 발진된 레이저를 복수의 스캔헤드를 향하여 선택적으로 반사시키는 셀렉트 미러와, (1-d)상기 마킹좌표 및 상기 Q-스위치 신호에 대응하여 상기 셀렉트 미러의 각도를 선택적으로 조절하는 셀렉트 미러 제어부를 포함하며, 이때 (1-e)복수의 스캔헤드는 복수의 피조사위치 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹 장치에서, 셀렉트 미러와 복수의 스캔헤드와의 사이에, 선택적으로 반사되는 레이저를 각각의 스캔헤드를 향해 전반사시켜 상기 레이저헤드와 상기 복수의 스캔헤드를 비물리적으로 결합시키는 복수의 얼라인 미러(align mirror)가 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 복수의 스캔헤드와 얼라인 미러와의 사이에 얼라인 타겟(align target)이 배치되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 셀렉트 미러로부터 복수의 얼라인 미러까지의 레이저 경로의 거리는 모두 동일한 것을 특징으로 한다.

메인 콘트롤러는 피조사위치에 대한 마킹좌표를 설정하는 내부적 소프트웨어에 의해 자동적으로 설정되거나 또는 사용자에 의해 수동적으로 설정된 마킹좌표에 따라, 레이저 전원공급 신호, Q-스위치 신호, 스캐너 구동을 위한 마킹 파라미터 등을 결정한다. 본 발명에서, 메인 콘트롤러는 레이저 마킹 시스템 전체를 제어하는 장치로서 레이저 마킹을 고속으로 제어하기 위하여 워크 스테이션급 이상의 고성능 컴퓨터이어야 한다. 또, 스캐너 구동은 초고속으로 이루어지므로, 마킹 파라미터의 고속 연산을 위해서는 메인 콘트롤러와 결합된 별도의 스캐너 구동용 디지털 시그널 프로세서(DSP)를 이용할 수 있다. 이때, 스캐너 제어용 프로세서는 메인 콘트롤러 내부에 확장 주변기기로서 삽입되어 결합될 수 있다.

메인 콘트롤러는 마킹좌표 및 Q-스위치 신호에 따라 직접 셀렉트 미러의 각도를 조절할 수 있다. 다만, 셀렉트 미러는 고속으로 회전해야 하기 때문에, 메인 콘트롤러의 연산 작용을 분담하여, 마킹좌표 및 Q-스위치 신호에 따라 셀렉트 미러의 회전에 대한 제어만을 담당하는 별도의 셀렉트 미러 제어부를 둘 수 있다. 셀렉트 미러 제어부는 메인 콘트롤러의 내부에 포함될 수도 있다.

레이저헤드는 메인 콘트롤러의 레이저 전원공급 신호에 의해 레이저의 전원을 공급받으며, 레이저의 에너지가 임계치에 도달하였을 때 Q-스위치 신호에 의해 레이저를 발진한다.

본 발명에 따른 다중 스캔헤드를 이용한 시분할 레이저 마킹장치에서는, 용도에 따라 다양한 전반사 미러가 이용될 수 있다. 예를 들어, 레이저헤드로부터 발진된 레이저를 복수의 스캔헤드를 향하여 선택적으로 반사시키는 셀렉트 미러가 필요하다. 또, 레이저헤드로부터 발진되는 레이저의 방향을 셀렉트 미러를 향하도록 하기 위한 반사 미러가 필요할 수도 있다.

셀렉트 미러가 레이저헤드로부터 발진된 레이저를 복수의 스캔헤드를 향해 반사시키는 작용이, 선택적으로 이루어지는 것은 셀렉트 미러의 회전에 의하여 달성될 수 있다. 셀렉트 미러의 회전에 따라 레이저헤드로부터 스캔헤드에 이르는 레이저의 방향이 각 스캔헤드의 진입구와 일치, 즉 얼라인(align)이 보장되는 구조일 경우에는 별도의 장치가 필요없지만, 그렇지 않은 경우에는 얼라인을 위한 별도의 장치가 필요하다. 예를 들어, 선택적으로 반사되는 레이저를 선택된 각각의 스캔헤드를 향해 전반사시켜 상기 레이저헤드와 상기 복수의 스캔헤드를 비물리적으로 결합시키는 얼라인 미러(align mirror)가 셀렉트 미러와 복수의 스캔헤드와의 사이에 배치될 수 있다.

셀렉트 미러는 평면경 또는 구면경일 수 있다. 평면경을 셀렉트 미러로서 채용할 경우에는, 상대적으로 레이저의 확산이 증가하지 않는 바람직한 효과가 있으나 셀렉트 미러의 회전량 및 회전속도에 부담이 있을 수 있다. 그와 반대로, 구면경을 셀렉트 미러로서 채용할 경우에는, 레이저의 확산이 증가하는 바람직하지 않은 효과가 있으나 셀렉트 미러의 회전량 및 회전속도의 부담을 경감시킬 수 있다. 본 발명에 따라, 다중 스캔헤드를 이용한 시분할 레이저 마킹 시스템을 설계하는 자는 피조사위치 상호간의 거리 및 크기, 셀렉트 미러로부터 각 스캔헤드까지의 거리에 따른 레이저의 확산 크기, 메인 콘트롤러의 처리 성능 등을 고려하여 구면경의 구경을 결정할 수 있다.

한편, 복수의 스캔헤드와 얼라인 미러와의 사이에 얼라인 타겟(align target)을 배치할 필요가 있는데, 이것은 레이저 빔이 정확하게 수직으로 빔 익스팬더 텔레스코프(BET;Beam Expander Telescope)에 입사하도록 하기 위한 것이다. BET는 레이저 빔이 직진하지 않고 반사하면서 여러 경로를 거침에 따라 달라질 수 있는 레이저 빔의 특성을 보완(예컨대, 레이저 빔의 확산으로 인한 빔의 직경을 재조절하는 것)해 주기 위하여 각 스캔해드 앞에 설치한다.

그리고, 셀렉트 미러로부터 상기 복수의 얼라인 미러까지의 레이저 경로의 거리는 모두 동일하도록 통일시키는 것이 바람직하다. 만약, 각 레이저 경로의 거리가 다를 경우에는 피조사위치로 조사되는 타이밍의 차이, 각 BET에 입사되는 레이저 빔의 직경의 차이 등으로 인해 각 셀렉트 미러 제어부 또는 메인 콘트롤러로부터의 제어가 달라져야 하므로 시스템이 불안정해질 우려가 크기 때문이다.

이송장치 또는 피가공물이 피조사위치에 도달했는가를 감지하기 위하여 위치제어보드가 필요하다. 위치제어보드는 이송장치 또는 피가공물의 위치를 추적하여 피조사위치와 스캔헤드가 일치하고, 레이저 조사 조건이 충족되며, 기타 마킹 개시조건이 충족될 경우, 그 마킹 개시신호를 메인 콘트롤러(또는 스캐너 구동용 DSP)로 전송하는 역할을 한다.

한편, 이송되는 피가공물이 스캔헤드의 하부에 도달하면, 위치제어보드에서 피조사위치로의 레이저 조사가 가능하다는 마킹 시작신호를 스캐너 구동용 DSP(이것은 별도로 설치될 수도 있고, 메인 콘트롤러 내부에 설치될 수도 있다)로 보내며, 각 스캐너 구동용 DSP는 메인 콘트롤러에서 설정되어 있는 마킹좌표 및 각종 인자로부터 마킹 파라미터를 연산하여 스캐너를 구동한다. 각 스캔헤드에 대해 각각의 스캐너 구동용 DSP가 필요하지만, DSP 및 시스템 전체의 성능에 따라서는 하나의 스캐너 구동용 DSP로 두개 이상의 스캔헤드를 구동할 수도 있다.

본 발명의 제2측면에 따라, 복수의 스캔헤드를 향해 레이저를 반사시켜 복수의 피조사위치에 레이저 마킹을 실행하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹 방법은, (5-a)복수의 피조사위치에 투사할 레이저의 절대치 위치를 설정받아 각각의 마킹좌표를 저장하고 각각의 마킹좌표에 대한 마킹 개시조건이 충족될 때 각각의 마킹 개시신호를 발생시키는 마킹 개시단계, (5-b)Q-스위치를 오프(Off)시키는 휴지단계, (5-c)각각의 마킹 개시신호를 받아, 레이저 빔이 마킹 개시신호에 대응하는 해당 스캔헤드를 향하도록 셀렉트 미러를 회전시키는 미러 회전단계, (5-d)셀렉트 미러의 회전에 의해 레이저 빔이 마킹 개시신호에 대응하는 해당 스캔헤드에 대해 얼라인되었을 때 Q-스위치를 온(On)시키는 조사단계, (5-e)각각의 마킹좌표에 따라 연산되는 마킹 파라미터에 의해 마킹 개시신호에 대응하는 해당 스캔헤드내의 스캐너를 구동하는 스캐너 구동단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

메인 콘트롤러는 자체 내장된 마킹 소프트웨어에 의해 또는 사용자에 의해 마킹좌표를 설정받는다. 또, 위치제어보드는 이송장치 또는 피가공물의 위치를 추적하여 피조사위치와 스캔헤드가 일치하고, 레이저 조사 조건이 충족되며, 기타 마킹 개시조건이 충족될 경우, 그 마킹 개시신호를 메인 콘트롤러(또는 스캐너 구동용 DSP)로 전송한다. 메인 콘트롤러는 마킹 개시조건이 충족된 해당 스캔헤드를 향해 레이저 빔이 대향하도록 하기 위하여, 셀렉트 미러를 회전시킨다. 이때, 셀렉트 미러가 회전되는 동안에는 Q-스위치를 오프(Off)시키고, 셀렉트 미러의 회전이 완료되어 레이저 빔이 정확히 각 스캔헤드 및 BET를 향해 얼라인되면 Q-스위치를 온(On)시킨다.

복수의 스캔헤드에 대해 결합된 각 스캐너 구동용 DSP는, 상기 Q-스위치의 온(On)시에 마킹 파라미터에 따라 해당 스캔헤드내의 스캐너를 작동시킨다.

(실시예)

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명에 대한 실시예를 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹장치의 개념도이다. 레이저헤드(50)는 메인 콘트롤러 또는 스캐너 제어용 프로세서 등으로부터 Q-스위치 온(On) 신호를 받아 레이저 빔을 출력한다. 레이저 빔은 반사 미러(55)에서 반사되어 셀렉트 미러(60)를 향한다. 이때, 셀렉트 미러(60)는 메인 프로세서(또는 셀렉트 미러 제어기)에 의해 도 4에 도시된 4개의 스캔헤드(6) 중의 어느 하나를 향한 경로에 대향되어 있다. 레이저 빔은 셀렉트 미러(60)에서 선택적으로 반사되어 상측의 얼라인 미러(70)와 하측의 얼라인 미러(70)를 거쳐 해당하는 스캔헤드(6)를 향해 입사된다.

이때, 정확한 얼라인(align)을 달성하기 위하여 얼라인 타겟(align target;80)이 빔 익스팬더 텔레스코프(BET;65)의 전후에 배치된다. 얼라인 타겟(80) 및 BET(65)에 의해 레이저 빔은 소망하는 직경 및 특성을 가지게 되어 스캔헤드(6)내에 입사된다. 얼라인이 이루어진 즉시 Q-스위치가 온(On)되어 레이저헤드(50)로부터 레이저가 발진될 수 있다. 스캔헤드(6)는 메인 프로세서(또는 스캐너 제어용 프로세서)로부터의 마킹 파라미터에 따라 스캐너 구동용 DAC 보드 및 드라이버를 구동하여 레이저 각인을 실행한다.

용이하고 일관된 제어가 이루어지기 위해서는, 4개의 스캔헤드로 입사되는 레이저의 직경 기타 특성에 통일성이 있어야 한다. 이를 위해서, 각 셀렉트 미러(60)로부터 상측 얼라인 미러(70)까지의 레이저 경로와 상측 얼라인 미러(70)로부터 하측 얼라인 미러(70)까지의 레이저 경로의 길이가 동일하게 시스템을 설계한다. 또, 제1 스캔헤드에 대한 상기 레이저 경로의 길이와 제2, 제3, 제4 스캔헤드에 대한 상기 레이저 경로의 길이가 모두 동일하게 되도록 한다. 그리고, 반사 미러(55)로부터 셀렉트 미러(60)에 이르기까지의 레이저 경로의 길이가 셀렉트 미러(60)로부터 상측 얼라인 미러(70)까지의 레이저 경로의 길이의 두배가 되도록 한다.

제1 스캔헤드(6)에 대한 각인이 이루어진 후, 제1 스캔헤드(6)를 포함한 모든 스캔헤드(6)에 대한 마킹 개시신호가 발생하면 Q-스위치는 오프(Off)되고 셀렉트 미러(60)를 마킹 개시신호에 대해 해당하는 스캔헤드(6)를 향해 회전한다. 셀렉트 미러의 회전이 완료된 즉시 Q-스위치가 온(On)되어 레이저헤드(50)가 발진됨으로써 반사 미러(55)-셀렉트 미러(60)-얼라인 미러(70)-스캔헤드(6)로 레이저가 진행하여 레이저 각인이 이루어진다.

도 5는 본 발명에 의한 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹장치의 일례를 나타내는 블록도이다. 메인 콘트롤러(20)는 시스템 전체를 제어하는 요소로서, 도면에는 메인 콘트롤러(20)의 중앙처리장치(CPU)의 부담을 덜어주기 위해 두개의 스캐너 제어용 프로세서와 하나의 셀렉트 미러 제어기가 별도로 포함되어 있는 것이 나타나 있다. 위치제어보드(100)는 마킹좌표를 저장해두고 있어 각인되어야 할 피가공물(90)이 피조사위치에 도달하고 기타 조건이 충족되면 메인 콘트롤러(또는 그 내부의 프로세서)에 마킹 개시신호를 전송한다. 메인 콘트롤러(20) 또는 프로세서(DSP)는 위치제어보드(100)로부터의 마킹 개시신호를 받아 마킹 파라미터에 따라 스캔헤드 내의 스캐너를 구동하고, 셀렉트 미러(60)를 회전구동시킨다. 셀렉트 미러(60)를 회전시키는 동안에는 레이저가 발진되지 않도록 하기 위해, 회전 전에는 Q-스위치 오프(Off) 신호를, 회전 완료 후에는 Q-스위치 온(On) 신호를 레이저헤드(50)에 보낸다. 도면에 나타나 있는 스캐너 제어용 DSP(40)는 두개의 스캔헤드(6)를 구동할 수 있는 연산속도를 발휘할 수 있다고 본 경우로서, 각각 두개의 스캔헤드(6)를 제어하고 있는 모습을 나타낸다.

본 발명에 의한 셀렉터블 다중 스캔헤드를 이용한 시분할 레이저 마킹장치 및 방법은 본 상세한 설명에서 나타낸 실시예에 한정되는 것이 아니며, 후술하는 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 한 구성요소에 대한 등가, 변경, 수정이 이루어져도 본 발명의 범위에 포함된다. 예를 들어, 스캐너 제어용 DSP, 셀렉트 미러 제어기를 별도로 두지 않고 메인 콘트롤러가 스캐너를 구동하는 경우, 스캔헤드의 수가 4 이상인 경우, 얼라인 미러 또는 반사 미러의 수가 보다 많은 경우 등에도 본 발명의 범위에 속함은 물론이다.

본 발명에 의한 셀렉터블 다중 스캔헤드를 이용한 시분할 레이저 마킹장치 및 방법에 따르면, 대면적의 피가공물 상에서 복수의 마킹 위치에 대해 상이한 레이저 마킹을 동시에 실행하여 단위시간당 생산량을 크게 증진시킬 수 있다.

하나의 레이저헤드에서 발진된 레이저 빔을 복수의 스캔헤드에서 이용하므로, 레이저 빔을 발진시키는데 필요한 비용이 절감된다. 결국, 스캔헤드의 수 증가를 감안하면 1.5배의 비용으로 4배의 생산효율 증가 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 레이저 마킹 시스템을 나타낸 블록도,

도 2는 일반적인 레이저헤드 및 스캔헤드를 나타내는 사시도,

도 3은 다중 스캔헤드를 에너지분할에 의해 이용하는 레이저 마킹장치를 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명에 의한 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹장치의 개념도,

도 5는 본 발명에 의한 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹장치의 일례를 나타내는 블록도,

도 6은 본 발명에 의한 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹방법을 나타내는 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:레이저 빔 2:프론트 미러

3:로드 챔버 4:광원

5:리어 미러 6:스캔헤드부

7:Q-스위치 제어신호 8:Q-스위치

9:스캐너(Galvanometer) 10:레이저 장치

20:메인 콘트롤러 40:스캐너 제어용 DSP

50:레이저헤드 45:셀렉트 미러 제어기

55:반사 미러 57:쉐어링 미러

60:셀렉트 미러 65:빔 익스팬터 텔레스코프(BET)

80:얼라인 타겟 90:피가공물

100:위치제어보드

Claims

복수의 스캔헤드를 향해 레이저를 반사시켜 복수의 피조사위치에 레이저 마킹을 실행하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹 장치에 있어서,

상기 복수의 피조사위치에 대한 마킹좌표를 설정하고, 레이저 전원공급 신호 및 Q-스위치 신호를 제어하며, 상기 복수의 피조사위치에 대한 각각의 마킹좌표에 따라 상기 스캔헤드내의 스캐너를 구동하는 메인 콘트롤러와;

상기 메인 콘트롤러의 레이저 전원공급 신호에 의해 레이저의 전원을 공급받고 상기 Q-스위치 신호에 의해 레이저를 발진하는 레이저헤드와;

상기 레이저헤드로부터 발진된 상기 레이저를 상기 복수의 스캔헤드를 향하여 선택적으로 반사시키는 셀렉트 미러와;

상기 마킹좌표 및 상기 Q-스위치 신호에 대응하여 상기 셀렉트 미러의 각도를 선택적으로 조절하는 셀렉트 미러 제어부;

를 포함하고,

상기 복수의 스캔헤드는 상기 복수의 피조사위치 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹장치.
제1항에 있어서,

상기 셀렉트 미러와 상기 복수의 스캔헤드와의 사이에는, 상기 선택적으로 반사되는 레이저를 각각의 스캔헤드를 향해 전반사시켜 상기 레이저헤드와 상기 복수의 스캔헤드를 비물리적으로 결합시키는 복수의 얼라인 미러(align mirror)가 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹장치.
제2항에 있어서,

상기 복수의 스캔헤드와 상기 얼라인 미러와의 사이에는, 얼라인 타겟(align target)이 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 셀렉트 미러로부터 상기 복수의 얼라인 미러까지의 레이저 경로의 거리는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹장치.
복수의 스캔헤드를 향해 레이저를 반사시켜 복수의 피조사위치에 레이저 마킹을 실행하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹 방법에 있어서,

복수의 피조사위치에 투사할 레이저의 절대치 위치를 설정받아 각각의 마킹좌표를 저장하고, 상기 각각의 마킹좌표에 대한 마킹 개시조건이 충족될 때 각각의 마킹 개시신호를 발생시키는 마킹 개시단계;

Q-스위치를 오프(Off)시키는 휴지단계;

상기 각각의 마킹 개시신호를 받아, 레이저 빔이 상기 마킹 개시신호에 대응하는 해당 스캔헤드를 향하도록 셀렉트 미러를 회전시키는 미러 회전단계;

상기 셀렉트 미러의 회전에 의해 레이저 빔이 상기 마킹 개시신호에 대응하는 해당 스캔헤드에 대해 얼라인되었을 때 상기 Q-스위치를 온(On)시키는 조사단계;

상기 각각의 마킹좌표에 따라 연산되는 마킹 파라미터에 의해, 상기 마킹 개시신호에 대응하는 해당 스캔헤드내의 스캐너를 구동하는 스캐너 구동단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 스캔헤드를 이용한 레이저 마킹 방법.