KR100600509B1 - 레이저 가공유닛 및 이 레이저 가공유닛을 구비한 가공장치 - Google Patents

Abstract

가공장치본체로의 착탈교환이 용이하고 보수관리성이 우수하며, 또한 효율적인 천공작업을 행할 수 있는 레이저 가공유닛, 및 상기 레이저 가공유닛을 구비한 가공장치를 제공한다. 공작물(W)이 반입되는 가공장치본체(1)에 착탈가능한 하우징(10)을 공작물 삽입공간(S)을 사이에 두도록 해서 대향하는 유닛 편반부(11) 및 유닛 타반부(12)와, 이들 유닛 편반부(11) 및 유닛 타반부(12)를 연접시키는 연접부(13)로 일체적으로 구성하고, 유닛 편반부(11)내에, 레이저 출사구(25)로부터 출사되는 레이저광을 유닛 타반부(12)상의 가공영역(E)내로 안내함과 아울러, 그 안내되는 레이저광을 집광하는 광학수단(20)을 설치함과 아울러, 상기 가공영역(E)에는 레이저광을 투과시키는 수광판(12c)이 설치되어 있다.

Description

레이저 가공유닛 및 이 레이저 가공유닛을 구비한 가공장치{LASER PROCESSING UNIT AND PROCESSING APPARATUS COMPRISING LASER PROCESSING UNIT}

도1은, 본 발명에 따른 레이저 가공유닛의 일례를 나타내는 단면도.

도2는, 상기 레이저 가공유닛의 광학수단의 일례를 나타내는 사시도.

도3은, 상기 레이저 가공유닛을 구비한 가공장치를 나타내는 사시도.

도4는, 본 발명에 따른 레이저 가공유닛의 다른 예를 나타내는 단면도.

도5는, 광학수단의 다른 예를 나타내는 사시도.

도6은, 광학수단의 다른 예를 나타내는 사시도.

도7은, 본 발명에 따른 레이저 가공유닛의 다른 예를 나타내는 단면도.

도8A∼도8C는 공작물에 갱구멍을 천공하는 순서의 일례를 나타내는 평면도.

도9A∼도9C는 공작물에 그리드구멍을 천공하는 순서의 일례를 나타내는 평면도.

도10A는 단수의 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저광을 복수의 레이저 가공유닛으로 분배하도록 한 일례를 나타내는 평면도이고, 도10B는 복수의 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저광을 각각 복수의 레이저 가공유닛으로 분배하도록 한 일례를 나타내는 개략 평면도이다.

(부호의 설명)

1:가공장치본체 10:하우징

11:유닛 편반부 12:유닛 타반부

12c:수광판 13:연접부

20:광학수단 25:레이저 출사구

30:레이저 발진기 A,C,D,E,F:레이저 가공유닛

B:펀칭유닛 E:가공영역

S:공작물 삽입공간 W:공작물

본 발명은, 레이저광에 의해 박판상의 공작물에 천공을 실시하는 레이저 가공유닛 및 상기 레이저 가공유닛을 구비한 가공장치에 관한 것이다.

종래의 레이저 가공장치는, 공작물이 적재되는 XY이동 테이블이나, 이 XY이동 테이블상에 레이저광을 안내해 집광하는 반사경 및 집광렌즈, 레이저광을 발생하여 출사하는 레이저 발진기, 상기 XY테이블의 이동 및 레이저광의 발진을 제어하는 제어반 등을 일체적으로 구비한 것이 일반적이다.

그러나, 상기 종래의 레이저 가공장치에서는, XY이동 테이블이나 제어반 등을 일체로 구비한 대형이며 고중량의 구조였기 때문에, 보수관리성에 문제를 갖고 있었다.

예를 들면, 상기 레이저 가공장치에서는, 대형이며 고중량의 구조이기 때문 에, 보수관리를 위해 이동하거나, 고장났을 때 일시적으로 대체기와 교환하는 것이 곤란했다.

또한, 레이저광을 공작물에 안내하는 광학계의 사양을 변경할 경우, 예를 들면, 복수의 레이저광에 의해 동일공작물에 복수의 천공을 행할 수 있도록 한 레이저 가공장치에 있어서, 그 동시 천공가능수를 증감하려고 할 경우에는, 상기 광학계를 설계 변경해서 모두 교환할 필요가 있었다.

또, 동일공작물에 비교적 큰 구멍과 미소 구멍 둘다를 천공할 경우에는, 큰 구멍의 천공시에 상기 구멍의 윤곽을 따르도록 해서 레이저광의 초점을 이동시키기 때문에 가공시간이 길어진다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 과제로 하는 바는, 가공장치본체에의 착탈교환이 용이하고 보수관리성이 우수하며, 또한 효율적인 천공작업을 행할 수 있는 레이저 가공유닛, 및 상기 레이저 가공유닛을 구비한가공장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 공작물 삽입공간을 사이에 두도록 해서 배치되는 유닛 편반부 및 유닛 타반부와, 이들 유닛 편반부 및 유닛 타반부를 일체적으로 연접하는 연접부에 의해 하우징을 구성하고, 상기 유닛 편반부내에, 레이저 출사구로부터 출사되는 레이저광을 상기 유닛 타반부상의 가공영역내로 안내함과 아울러, 그 안내되는 레이저광을 집광 또는/및 결상하는 광학수 단을 설치하고, 상기 가공영역에는, 레이저광을 투과시키거나 흡수시키는 수광판이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 본원 발명의 가공대상인 공작물은 반도체장치에 있어서의 플렉시블 기판 등을 구성하는 테이프나 세라믹스 그린시트 등, 레이저광에 의해 가공가능한 재료를 모두 포함한다.

또, 상기 가공이란, 절단가공이나, 천공가공, 공작물 표면에 홈을 형성하는 스크라이버가공, 공작물 표면에 수마이크로미터의 깊이의 바닥이 있는 구멍으로 이루어지는 마킹을 실시하는 마킹가공 등, 레이저광에 의해 가능한 가공의 전부를 포함한다.

또한, 상기 결상이란, 레이저광의 경로중에, 소정 형상의 관통구멍을 갖는 차광판을 설치하고, 레이저광을 상기 차광판의 관통구멍에 통과시켜, 상기 관통구멍의 형상을 공작물상에 조사하는 것을 의미한다.

그리고, 상기 광학수단은 구체적으로는, 레이저광을 공작물상에 집광하기 위한 집광렌즈와, 관통구멍의 형상을 공작물상에 조사하는 상기 차광판 중 하나 또는 둘다를 구비하고 있다.

또, 상기 하우징은 보수관리 등을 위한 착탈, 교환, 이동을 쉽게 하기 위해서 바람직하게는, 기대(機臺), 및 공작물 이동기구, 제어회로 등으로 구성되어 공작물이 반입되는 가공장치본체에 대하여 착탈가능하게 구성된다.

상기 기술적 수단에 따르면, 레이저 출사구부터 발진되는 레이저광은 광학수단에 의해, 가공영역내로 안내되며, 다시 집광되어 가공영역내의 수광판에 투과되 거나 흡수된다. 따라서, 하우징의 유닛 편반부와 유닛 타반부사이의 공작물 삽입공간에 공작물이 삽입되면, 그 공작물이 레이저광의 조사에 의해 천공되게 된다.

제2발명에서는 상기 연접부내에 레이저광을 발생하는 레이저 발진기를 설치한 것을 특징으로 한다.

제3발명에서는 상기 광학수단은 레이저 출사구로부터 출사되는 레이저광을 평행광으로 교정하는 교정렌즈에 통과시킨 후, Y축 회동장치의 회전축에 지지된 Y축 스캔미러와 X축 회동장치의 회전축에 지지된 X축 스캔미러의 각각에 반사시키고, 그 반사시킨 레이저광을 상기 유닛 타반부상의 가공영역내로 안내하고, 집광렌즈에 의해 집광하도록 구성되며, X축 회동장치와 Y축 회동장치에 의해, X축 스캔미러와 Y축 스캔미러의 반사각을 각각 가변가능하게 한 것을 특징으로 한다.

제4발명에서는 상기 레이저 가공유닛이 갱(gang)구멍을 천공하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

제5발명에서는 상기 광학수단은 레이저광의 경로중에 광분기수단을 구비하고, 분기된 각 레이저광을 가공영역내로 안내함과 아울러, 그 안내되는 레이저광을 집광하는 것을 특징으로 한다.

제6발명에서는 상기 레이저 가공유닛이 그리드구멍을 천공하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

제7발명에서는 상기 레이저 가공유닛은 가공영역이 오목하게 형성된 평판 직사각형체인 것을 특징으로 한다.

제8발명에서는 상기 광학수단을 카트리지케이스내에 구성함과 아울러, 상기 카트리지케이스를 상기 하우징의 유닛 편반부에 착탈가능하게 설치한 것을 특징으로 한다.

제9발명에서는 상기 레이저 가공유닛을 기대상에 착탈가능하게 배치시켜서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제10발명에서는 상기 레이저 가공유닛과 펀칭유닛을 기대상에 병설하고, 이들 레이저 가공유닛과 펀칭유닛을 선택적으로 이용해서 공작물을 가공하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초해서 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 레이저 가공유닛의 일례를 나타낸다.

이 레이저 가공유닛(A)은 공작물(W)이 반입되는 가공장치본체(1)로 착탈가능한 하우징(10)과, 상기 하우징(10)내에 장착되는 광학수단(20)을 구비하고, 광학수단(20)에 의해 안내되어 집광되는 레이저광에 의해 공작물(W)로의 천공을 실시하는 천공유닛이다.

하우징(10)은 공작물 삽입공간(S)을 사이에 두도록 해서 배치되는 유닛 편반부(11) 및 유닛 타반부(12)와, 이들 유닛 편반부(11)와 유닛 타반부(12)를 연접하는 연접부(13)로 일체적으로 ㄷ자형상으로 형성되어 있다.

유닛 편반부(11)는 그 상부 앞측으로부터의 굴절공간부(11a)와, 그 전단측 하부의 집광공간부(11b)로 이루어지는 측면에서 볼 때 연통된 대략 L자형의 공간부를 가지며, 굴절공간부(11a)내에서 후방으로부터 전방으로 안내되어 하방으로 향한 레이저광을 원통형상의 집광공간부(11b)내에서 집광하도록 하고 있다.

또, 이 굴절공간부(11a)의 상방측 개구부에는 상방측으로부터의 광학수단(20)의 보수관리를 용이하게 하도록 덮개부재(11c)가 착탈가능하게 부착되어 있다.

또, 유닛 편반부(11)상단의 덮개부재(11c)에는 필요에 따라 CCD카메라(14)가 착탈가능하게 장착되고, 또, 교정렌즈(23)와 Y축 스캔미러(24b) 사이의 레이저광 경로중에 Y축 스캔미러(24b)측으로부터 입사되는 찰상광을 CCD카메라(14)로 반사시킴과 아울러 레이저광을 투과시키는 반사경(14a)이 배치되고, 이 CCD카메라(14)에 의해 공작물(W)의 기준마크를 촬상함과 아울러 화상처리하고, 후술하는 가공장치본체(1)의 이동기구(1b)에 의해 공작물(W)이 XY방향으로 제어이동되어 위치수정되도록 하고 있다.

또, 굴절공간부(11a)내의 후단에는 필요에 따라 가이드광 출사부(17)가 착탈가능하게 배치되고, 그 경우, 상술한 반사경(22)은 광출사부(17)에 의해 출사된 광을 투과할 수 있는 미러 또는 프리즘에 의해 구성된다.

광출사부(17)는 구체적으로는 레이저다이오드를 이용해서 구성되고, 공작물상에 반점형상의 광을 조사하고, 공작물(W)상의 가공위치를 눈으로 볼 수 있도록 하고 있으며, 그 출사광의 색은 한정되는 것은 아니지만 시인성의 관점에서 적색인 것이 바람직하다.

또, 상기 CCD카메라(14)와 광출사부(17)의 배치는 상기에 한정되는 것은 아니지만, CCD카메라(14)에 입사시키는 촬상광 또는 광출사부(17)에 의한 출사광을 레이저광과 동축으로 할 수 있는 점, X축 스캔미러(25b) 및 Y축 스캔미러(24b)에 의한 레이저광의 조사위치의 변화에도 반응할 수 있는 점등으로부터 상기한 배치로 하거나 또는 도시한 CCD카메라(14)와 광출사부(17)의 위치를 역전한 배치로 하는 것이 바람직하다.

공작물 삽입공간(S)에는 필요에 따라, 어시스트가스분사구(15), 흡인구(16)가 형성되어 있다.

어시스트가스분사구(15)는 질소나 아르곤가스 등을 분사함으로써, 레이저가공에 의한 공작물(W)의 산화를 방지함과 아울러, 가공찌꺼기나 이물 등을 분출해서 흡인구(16)로 안내하도록 작용한다.

흡인구(16)는 버큠흡인장치(도시생략)의 흡인부이며, 레이저가공에 의해 발생한 폐가스나, 찌꺼기, 이물 등을 흡인한다.

또, 상기 어시스트 가스분사구(15), 및 흡인구(16)는 하우징(10)에 착탈가능하게 지지해도 좋고, 하우징(10)의 외부에서 지지되도록 해도 상관없다.

유닛 타반부(12)는 원통형상의 집광공간부(11b)에 동축상으로 레이저 광투과 공간부(12a)를 가지며, 하단면에는 상기 레이저 가공유닛(A)을 가공장치본체(1)로 착탈가능하게 하는 단면이 역凸자형상의 홈부(12b)를 갖는다.

상기 레이저광 투과공간부(12a)는 유닛 편반부(11)측으로부터 하방을 향해 출사된 경우의 레이저광을 하방으로 투과시킨다.

또, 상기 레이저 가공유닛(A)에 의해 실시되는 천공은 공작물(W)에 관통구멍을 형성하는 경우와, 공작물(W)에 바닥이 있는 구멍을 형성하는 경우 어느 것이어도 좋다.

공작물(W)에 관통구멍을 형성하는 경우에는 레이저광을 공작물(W)에 관통시키고, 상기 레이저광 투과공간부(12a)로 투과시키게 된다.

또, 공작물(W)에 비어홀 등의 바닥이 있는 구멍을 형성하는 경우에는 레이저광을 단속적으로 출사해서 그 출사회수가 제어됨으로써 상기 바닥이 있는 구멍의 깊이치수가 정해지게 된다.

레이저광 투과공간부(12a)의 상단개구면에는 레이저광을 투과할 수 있는 수광판(12c)이 장착되고, 이 수광판(12c)상이 가공영역(E)으로 되어 있다.

상기 수광판(12c)은 망판형상의 금속성 부재이며, 그 망눈에 레이저광을 투과시키도록 하고 있다. 그리고, 이 수광판(12c)은 레이저광에 의해 열화했을 때 교환되도록 유닛 타반부(12)에 대해서 착탈가능하게 장착되어 있다.

또, 이 수광판(12c)은 레이저광을 투과시키는 재질로 이루어진 것이면, 상기한 바와 같이 망판형상이 아니라, 예를 들면 레이저광을 투과할 수 있는 색의 유리판 등이어도 상관없다. 이 구성의 경우, 상기 유리판의 하방에 레이저광 검출부(18)를 설치하는 것이 바람직하다. 이 레이저광 검출부(18)는 레이저광의 세기를 검출하는 주지의 센서이며, 피드백제어에 의해 레이저 발진기(도시생략)로부터 발생되는 레이저광의 세기가 바람직하게 조정되도록 한다.

또, 상기 구성에서는 레이저광을 수광판(12c)에 투과시키도록 한 일례를 나타냈지만, 투과판(12c)을 흑색판형상부재 등의 레이저광을 흡수하는 재료로 형성해도 상관없다.

광학수단(20)은 유닛 편반부(11)내로 관통된 레이저 출사구(25)로부터 하방 으로 출사되는 레이저광을 반사경(22)에 의해 전방으로 반사시키고, 교정렌즈(23)에 통과시킨 후, Y축 회동장치(24a)의 회전축에 지지된 Y축 스캔미러(24b)와 X축 회동장치(25a)의 회전축에 지지된 X축 스캔미러(25b)에 차례로 반사시키고, 그 반사시킨 레이저광을 유닛 타반부(12)상의 가공영역(E)내로 안내함과 아울러, 집광렌즈(21)에 의해 집광하도록 구성되어 있다.

레이저 출사구(25)는 그 전단측이 굴절공간부(11a)내에서 하향이 되도록 유닛 편반부(11)의 덮개부재(11c)에 착탈가능하게 관통장착되고, 그 후단부에 접속된 광섬유케이블(26)에 의해 전달되는 레이저광을 전단부로부터 출사한다.

또, 본 실시형태에서는 레이저광의 발진원인 레이저 발진기(도시생략)를 가공장치본체(1)에 구비하고 있으며, 그 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저광을 광섬유케이블(26)에 의해 안내하여 레이저 출사구(25)의 전단부로부터 출사하도록 하고 있지만, 레이저 출사구(25)의 후단에 직접 레이저 발진기를 접속한 구성이어도 좋다.

상기 레이저 발진기는 YAG레이저 발진기나, CO2레이저 발진기 등, 주지의 구조의 레이저 발진기를 이용하면 되지만, 광섬유케이블(26)을 통해 레이저 출사구(25)로 안내하는 경우에는 광섬유케이블(26)을 통과할 수 있는 파장(400~3000nm)의 레이저를 발생하는 레이저 발진기, 예를 들면 YAG레이저 발진기를 사용하는 것이 바람직하지만, 상기 광케이블(26)을 CO2레이저용 섬유 케이블로 함으로써 CO2레이저 발진기를 사용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 레이저 발진기는, 단수 혹은 복수로 구성할 수 있고, 예를 들면, 도10A에 나타낸 바와 같이, 레이저 발진기(90)로부터 출사되는 레이저광을 프리즘 등으로 이루어지는 광분기수단(도시생략)에 의해 분기하고, 그 분기된 복수의 레이저광을 각각 광케이블(26)을 통해 복수의 레이저 가공유닛(A)으로 분배하도록 해도 좋다.

또, 도10B에 나타낸 바와 같이, 복수의 레이저 발진기(90)의 각각에 대해서, 각 레이저 발진기(90)로부터 출사되는 레이저광을 프리즘 등으로 이루어지는 광분기수단(도시생략)에 의해 분기하고, 그 분기된 복수의 레이저광을 각각 광케이블(26)을 통해 복수의 레이저 가공유닛(A)으로 분배하도록 해도 좋다.

이 구성의 경우, 복수의 레이저 발진기(90)를 레이저출력이 다른 것으로 하고, 비교적 소경의 천공을 행하는 레이저 가공유닛(A)에 대해서는 소용량의 레이저 발진기(90)를 사용하는 동시에, 비교적 대경의 천공을 행하는 레이저 가공유닛(A)에 대해서는 대용량의 레이저 발진기(90)를 사용하도록 하면, 에너지 손실이 작은 레이저 가공장치를 구성할 수 있다.

도10A 또는 도10B에 예시한 구성에 있어서, 각 광케이블(26)의 도중에, 레이저광을 차단하는 차단장치(도시생략)를 설치하면, 필요에 따라서 복수의 레이저 가공유닛(A)에 의한 가공을 선택적으로 차단할 수 있다.

반사경(22)은, 굴절공간부(11a)내에 대략 45도의 경사각도로 지지되며, 레이저 출사구(25)의 전단부로부터 아래쪽으로 출사된 레이저광을 앞쪽을 향해 반사하는 거울이며, 동일한 광학적 작용을 발휘하는 것이면 프리즘을 사용해도 상관없다.

교정렌즈(23)는, 단수의 렌즈 혹은 복수의 렌즈의 조합에 의해 레이저광을 평행광으로 교정하는 것이며, 바람직하게는, 레이저광의 빔 직경을 확대한 후 평행광으로 함으로써 퍼짐각이 작은 평행형상의 레이저광을 얻는 빔익스팬더렌즈가 이용된다.

Y축 회동장치(24a)는, 회전축의 회전각을 가변가능하게 구성한 갈바노미터나 서보모터 등이며, Y축 스캔미러(24b)는, 상기 회전축에 고정된 거울이다. 그리고, 이들 Y축 회동장치(24a) 및 Y축 스캔미러(24b)는 레이저광을 Y축 스캔미러(24b)에 의해 반사시켜서 X축 스캔미러(25b)에 안내하도록 축수직형상으로 배치되어 하우징 (10)의 유닛편반부(11)에 관통해서 장착되어 있다.

Y축 회동장치(24a)는, 가공장치본체(1)의 제어회로(도시생략)에 전기적으로 접속되어 있고, 그 회전축의 회전각이 제어됨으로써, Y축 스캔미러(24b)의 반사각을 가변가능하게 하고 있다.

X축 회동장치(25a) 및 X축 스캔미러(25b)는 상기 Y축 회동장치(24a) 및 Y축 스캔미러(24b)와 같은 구성으로 이루어지며, Y축 스캔미러(24b)에 의해 반사되는 레이저광을 다시 X축 스캔미러(25b)에 의해 하방으로 반사시키기도록 축 수평형상으로 배치되어서, 하우징(10)의 유닛편반부(11) 전단면에 관통해서 장착되어 있다.

그리고, X축 스캔미러(25b)는 Y축 회동장치(24a)와 마찬가지로, 가공장치본체(1)의 제어회로(도시생략)에 전기적으로 접속되어 있고, 그 회전축의 회전각이 제어됨으로써, X축 스캔미러(25b)의 반사각을 가변가능하게 하고 있다.

집광렌즈(21)는, 상기 X축 스캔미러(25b)에 의해 주사되는 레이저광을, 가공 영역(E)에 대략 직각으로 입사시킴과 아울러 공작물(W)상에 집광시키는 소위 fθ렌즈이며, 집광공간부(11b)안에 주지의 고정수단(도시생략)에 의해 고정되어 있다. 이 집광렌즈(21)는, 도시예에 따르면 1매의 렌즈로 구성되어 있지만, 필요에 따라서 복수장의 렌즈에 의해 구성된다.

상기 구성의 레이저 가공유닛(A)에 따르면, Y축 회동장치(24a)가 회전각제어됨으로써, Y축 스캔미러(24b)에 의한 반사각이 가변되고, 결과적으로는, 가공영역(E)상에서 주사되는 레이저광의 Y방향의 위치(도2참조)가 가변되게 된다.

또한, 마찬가지로 해서, X축 회동장치(25a)가 회전각제어됨으로써, X축 스캔미러(25b)에 의한 반사각이 가변되고, 결과적으로는, 가공영역(E)상에서 주사되는 레이저광의 X방향의 위치(도2참조)가 가변되게 된다.

또, 이 레이저 가공유닛(A)은, Y축 회동장치(24a) 및 X축 회동장치(25a)의 제어이동에 의해 소정 영역내의 임의 위치에 천공을 실시하는 것이므로, 도8A~도8C에 예시하는 갱구멍의 천공에 적합하다. 이 갱구멍은, 공작물(W)상에 복수의 소정영역(x)을 형성하고, 차례로 각 영역에 복수의 구멍(h)을 형성한 것이다.

이 갱구멍을 레이저 가공유닛(A)에 의해 천공하는 순서의 하나의 예에 대해서 상세하게 설명하면, 우선, 도8A에 예시하는 바와 같이, 공작물(W)상의 하나의 소정영역(ｘ)내에, 상기 레이저 가공유닛(A)에 의해 복수의 구멍(h)이 형성된다. 그 때, 상기 소정영역(ｘ)내의 각 구멍(h)은 공작물(W)상에 미리 형성된 기준마크(m)를 기준으로 한 각 좌표위치에 차례로 천공된다. 그 때의 각 좌표위치는 레이저 가공유닛(A)의 Y축 회동장치(24a) 및 X축 회동장치(25a)가 제어이동되는 것에 의해 정해지게 된다.

그리고, 하나의 소정영역(ｘ)내로의 천공이 종료한 후에, 공작물(W)이 소정 피치 이동되어, 도8B에 예시하는 바와 같이, 다른 소정영역(ｘ)내로의 복수의 천공이 상기와 마찬가지로 실시되고, 최종적으로는, 도8C에 예시하는 바와 같이, 복수의 소정영역(x)의 각각에 대해서 복수의 천공이 실시되게 된다.

다음에, 상기 구성의 레이저 가공유닛(A)이 착탈되는 가공장치본체(1)에 대해서 설명한다.

가공장치본체(1)는 기대(1a)상면을 기준면으로 하고, 기대(1a) 전단측에서 기대(1a)상면보다 일단 낮아진 유닛 장착면(1c)에, 상기 레이저 가공유닛(A) 및 펀칭유닛(B)을 착탈가능하게 장착하고, 그 후방에 흡탈착 공작물홀더(1b1)를 클램프해서 X·Y축방향으로 제어이동 가능하게 하는 이동기구(1b)를 설치해서 이루어진다. 그리고, 이 가공장치본체(1)는 기대(1a)내로부터 윗쪽으로 송출(도시생략)되는 공작물(W)을 흡탈착 공작물홀더(1b1)에 의해 흡착하고, 상기 이동기구(1b)에 의해 이송하여, 레이저 가공유닛(A) 또는 펀칭유닛(B)의 공작물 삽입공간(S,S')에 선택적으로 삽입한다.

상기 이동기구(1b)는 상술하지 않지만 X축선방향, Y축선방향 모두 볼나사 방식으로 제어이동 가능한 이동체(1b2)의 전면측에 상하 한 쌍의 클램퍼(1b3,1b3)를 2쌍 구비하고, 그 2쌍의 클램퍼(1b3,1b3)로 흡탈착 공작물홀더(1b1)를 끼울 수 있도록 되어 있다.

흡탈착 공작물홀더(1b1)는 그 내부를 중공상으로 해서 그 이면(하면)에 흡기 구멍을 다수 개공해서 이루어지며, 이동기구(1b)와의 사이에 장창된 흡배기 튜브(1b4)에 의해 내부의 공기가 흡배기되는 것에 의해 공작물(W)을 흡탈착한다.

기대(1a)에는 레이저유닛 장착오목부(1a1) 및 펀칭유닛 장착오목부(1a2)가 형성되고, 이들 레이저유닛 장착오목부(1a1) 및 펀칭유닛 장착오목부(1a2)의 저면이, 유닛장착면(1c)의 상면과 면일치로 되어 있다.

그리고, 레이저유닛 장착오목부(1a1)와 펀칭유닛 장착오목부(1a2)의 각각의 저면에는, 유닛 안내레일(1a3)이 복수고정되어 있다.

각 유닛 안내레일(1a3)은, 레이저 가공유닛(A) 저면측의 홈부(12b)와 끼워맞춰지는 단면T자상으로 형성되어 있다. 또, 펀칭유닛(B)의 저면측에도 레이저 가공유닛(A)의 홈부(12b)와 동일한 홈부(12b')가 형성되고, 상기 홈부(12b')가 유닛 안내레일(1a3)에 끼워맞춰지도록 되어 있다.

레이저 가공유닛(A)과 펀칭유닛(B)의 각각은, Y방향으로 슬라이딩되고, 홈부(12b,12b')를 그 전단측으로부터 유닛 안내레일(1a3)에 끼워맞춤으로써, 가공장치본체(1)에 장착된다. 그리고, 그 장착상태에서, 레이저 가공유닛(A)의 가공영역(E) 상면 및 펀칭유닛(B)의 다이(d) 상면이 기대(1a)의 상면과 면일치로 되어 있다.

펀칭유닛(B)은, 상반부에 펀치(p)를, 하반부에 그것과 서로 대향해서 다이(d)를 장착한 측면에서 볼 때 대략 ㄷ자형상의 주지 구성의 천공유닛이며, 그 저면측에는, 가공장치본체(1)의 유닛 안내레일(1a3)에 착탈하기 위한 홈부(12b')가 형성되어 있다.

그리고, 상기 구성의 가공장치본체(1)에 따르면, 레이저 가공유닛(A) 또는 펀칭유닛(B)을 가공장치본체(1)에 대하여 착탈가능하게 구성하고 있기 때문에, 그 장착수의 변경이나, 각 유닛의 보수관리, 교환 등이 용이하다.

또, 레이저 가공유닛(A) 및 펀칭유닛(B)을 병설하고 있기 때문에, 이동 기구(1b)의 제어에 의해 공작물(W)을 레이저 가공유닛(A)의 공작물 삽입공간(S) 또는 펀칭유닛(B)의 공작물 삽입공간(S')에 선택적으로 삽입시킬 수 있다. 따라서, 예를 들면, 미소지름의 구멍을 레이저 가공유닛(A)에 의해 천공하고, 레이저 가공유닛(A)에서는 천공시간이 걸리는 비교적 대경의 구멍을 펀칭유닛(B)에서 천공하는 등, 필요에 따라서 레이저 가공유닛(A)과 펀칭유닛(B)을 선택할 수 있다.

또, 상기 실시의 형태에 따르면, 레이저유닛 장착오목부(1a1)와 펀칭유닛 장착오목부(1a2)를 개별적으로 형성했지만, 단일의 장착 오목부에 레이저 가공유닛(A)과 펀칭유닛(B)이 혼재해서 병설되도록 해도 상관없다.

다음에, 도4에 나타내는 레이저 가공유닛의 다른 예에 대해서 설명한다.

이 레이저 가공유닛(C)은, 레이저광의 발진원인인 레이저 발진기(30)를 내장하도록 구성한 것이며, 레이저 가공유닛(A)과 같은 구성부위에 대해서는, 동일부호를 기입하는 것으로 중복 설명을 생략한다.

레이저 가공유닛(C)은, 공작물(W)이 반입되는 가공장치본체(1)에 착탈가능한 하우징(10')과, 상기 하우징(10')안에 장착되는 광학수단(20') 및 레이저 발진기(30)를 구비하고, 레이저 발진기(30)가 출사한 레이저광을 광학수단(20')에 의해 가공영역(E)에 안내하여 집광시켜 공작물(W)에 천공을 실시한다.

하우징(10')은, 상기 하우징(10)의 구성에, 레이저 발진기장착 공간부(13a)를 추가한 구성으로 되어 있다.

레이저 발진기장착 공간부(13a)는, 유닛편반부(11)와 유닛타반부(12)를 연접시키는 연접부(13)안에 형성된 공간이며, 그 공간의 상단측이 굴절 공간부(11a)의 후단측에 연통하고 있다.

레이저 발진기장착 공간부(13a)안의 레이저 발진기(30)는, YAG레이저 발진기나, CO2레이저 발진기 등, 주지 구조의 레이저 발진기를 사용하면 되고, 그 상단부에 일체로 형성된 레이저 출사구(31)로부터 윗쪽을 향해서 레이저광을 출사하도록 배치되어 있다.

광학수단(20')은, 레이저 발진기(30)의 레이저 출사구(31)로부터 출사되는 레이저광을 복수의 반사경(22a,22b,22c)에 차례로 반사시켜서 교정렌즈(23)의 중앙으로 안내하고, 그리고, 교정렌즈(23)에 통과후의 레이저광을, Y축 회동장치(24a)의 회전축에 지지된 Y축 스캔미러(24b)와 X축 회동장치(25a)의 회전축에 지지된 X축 스캔미러(25b)에 차례로 반사시켜서, 그 반사시킨 레이저광을, 유닛타반부(12)상의 가공영역(E)내로 안내함과 아울러, 집광렌즈(21)에 의해 집광하도록 구성되어 있다.

또, 상기 복수의 반사경(22a,22b,22c)은 레이저 발진기(30)의 레이저 출사구(31)로부터 출사되는 레이저광을 교정렌즈(23)의 중앙으로 안내하도록 하는 것이면, 단수의 반사경으로 구성해도 좋고, 단수 혹은 복수의 프리즘에 의해 구성해도 상관없다.

그리고, 상기 레이저 가공유닛(C)에 따르면, 레이저 발진기(30)를 내장하고 또한 가공장치본체(1)에 대하여 착탈가능하게 구성되어 있기 때문에, 가공장치본체(1)로부터 분리됨으로써, 광학수단(20')과 레이저 발진기(30) 둘다의 보수관리를 용이하게 행할 수 있다.

다음에, 도5에 나타내는 레이저 가공유닛의 다른 예에 대해서 설명한다.

이 레이저 가공유닛(D)은 상기 레이저 가공유닛(A)의 광학수단(20)을 광학수단(20")으로 치환한 것이기 때문에, 광학수단(20")이외의 부위에 대해서는, 동일부호를 기입함으로써 중복 설명을 생략한다.

광학수단(20")은 레이저광의 경로중에, 제1분기경(27a), 및 제2분기경(27b), 제3분기경(27c) 등의 광분기 수단을 구비하고 있다.

그리고, 이 광학수단(20")은 유닛편반부(11)안으로 관통된 레이저 출사구(25)로부터 아래쪽으로 출사되는 레이저광을 제1반사경(22a)에 의해 전방으로 반사시킨 후에, 제1분기경(27a)에 의해, 전방의 제1광경로(x1)와, 상기 제1광경로(x1)로 직행하는 방향의 제2광경로(x2)로 분기한다.

또, 상기 광학수단(20")은 상기 제1광경로(x1)의 레이저광을, 제2분기경(27b)에 의해 전방과 아래쪽으로 분기하고, 그 분기후의 전방의 레이저광을 제2반사경(22b)에 의해 하방으로 반사한다.

또한, 상기 광학수단(20")은 상기 제2광경로(x2)의 레이저광을 제3반사경(22c)에 의해 전방으로 반사하고, 그 전방의 레이저광을 제3분기경(27c)에 의해 다시 전방과 아래쪽으로 분기하고, 그 분기후의 전방의 레이저광을 제4반 사경(22d)에 의해 하방으로 반사한다.

상기한 바와 같이 해서 하향의 4개의 경로로 분기된 레이저광의 각각은, 각하향경로상에 설치된 집광렌즈(21')에 의해 가공영역(E)내에 집광된다.

상기 제1내지 4반사경(22a,22b,22c,22d), 및 제1 내지 3분기경(27a,27b,27c)은, 각각 주지 구조의 거울 혹은 프리즘을 사용한 것이다.

그리고, 상기 레이저 가공유닛(D)에 따르면, 상술한 레이저 가공유닛(A) 및 레이저 가공유닛(B)과 마찬가지로, 가공장치본체(1)에 대하여 착탈가능하기 때문에 보수관리성이 우수한 데다가, 분기된 복수의 레이저광에 의해 복수의 천공을 동시에 실시할 수 있다.

또, 이 레이저 가공유닛(D)은, 복수의 천공을 동시에 실시할 수 있는 점에서, 도9A~도9C에 예시하는 그리드구멍의 천공에 적합하다. 이 그리드 구멍은, 공작물(W)상에 복수의 소정영역(x)을 형성하고, 이들 복수의 소정영역(x)에 대해서, 동시에, 각 영역내에 있어서의 동일한 좌표위치에 천공을 실시하고, 그 동시 천공을 복수회 반복함으로써 형성되는 구멍이다.

이 그리드 구멍을 상기 레이저 가공유닛(D)에 의해 천공하는 순서의 일례에 대해서 상세하게 설명하면, 우선, 도9A에 예시하는 바와 같이, 네개의 소정영역(ｘ)내의 각각에 대해서, 레이저 가공유닛(D)에 의해, 동시에, 각 영역내에 있어서의 동일한 좌표위치에 천공이 실시된다. 그 때 천공되는 하나의 구멍(h)의 좌표위치는, 소정영역(x)의 하나에 형성된 기준 마크(m)를 기준으로 해서 정해진다. 또, 그 때 동시 천공되는 다른 구멍(h)의 좌표위치는, 레이저 가공유닛(D)의 광분기수단의 배치에 의해 고정된 것이다.

다음에, 공작물(W)이 소정의 XY방향으로 제어이동되어, 도9B에 예시하는 바와 같이, 두번째의 구멍이, 레이저 가공유닛(D)에 의해, 네개의 소정영역(ｘ)내에서의 동일좌표상에 동시에 천공되게 된다.

그리고, 상기 공작물(W)의 XY이동과, 레이저 가공유닛(D)에 의한 동시 천공이 반복됨으로써, 도9C에 예시되는 그리드 구멍이 형성되게 된다.

다음에, 도6에 나타내는 레이저 가공유닛의 다른 예에 대해서 설명한다.

이 레이저 가공유닛(E)은, 상기 레이저 가공유닛(A)의 광학수단(20)에 차광판 (40)을 추가한 구성이기 때문에, 차광판(40)이외의 부위에 대해서는, 동일부호를 기입하는 것으로 중복 설명을 생략한다.

차광판(40)은, 레이저광을 투과시키지 않는 주지 재료를 판상으로 가공하고, 그 대략 중앙부에 소정 형상의 관통구멍(41)을 형성한 것이며, 교정렌즈(23)와 Y축 스캔미러(24b) 사이의 레이저광의 경로중에 배치되어서, 착탈가능하게 고정되어 있다.

따라서, 레이저 출사구(25)로부터 하향으로 출사되어 반사경(22)에 의해 전방에 반사되어서, 교정렌즈(23)에 통과되는 레이저광은, 그 일부가 차광판(40)에 있어서의 관통구멍(41)의 외주부위에서 차단됨과 아울러, 다른 일부가 관통구멍(41)안으로 통과된다.

그리고, 관통구멍(41)안을 통과한 레이저광은, Y축 회동장치(24a)의 회전축에 지지된 Y축 스캔미러(24b)와 X축 회동장치(25a)의 회전축에 지지된 X축 스캔미 러(25b)에 차례로 반사됨으로써, 가공영역(E)방향으로 안내되고, 집광렌즈(21)에 의해 집광렌즈(21)와 가공영역(E) 사이의 중도위치에서 집광되어 다시 확산된 후에, 관통구멍(41)의 형상으로 가공영역(E)내로 조사되게 된다.

그리고, 상기 레이저 가공유닛(E)에 따르면, 차광판(40)의 관통구멍(41)에 따른 형상의 구멍을 단시간에 천공할 수 있는 동시에, 차광판(40)을 관통구멍 형상이 다른 차광판과 교환함으로써, 천공형상을 용이하게 변경할 수 있다.

다음에, 도7에 나타내는 레이저 가공유닛의 다른 예에 대해서 설명한다.

이 레이저 가공유닛(F)은, 상기 레이저 가공유닛(A)에 대하여 카트리지케이스(80)를 추가한 구성이기 때문에, 카트리지케이스(80)이외의 부위에 대해서는, 동일부호를 기입함으로써 중복 설명을 생략한다.

카트리지케이스(80)는 굴절 공간부(11a) 및 집광공간부(11b)를 갖는 중공체이며, 하우징(10)의 유닛편반부(11)에 대하여 착탈가능하게 형성되고, 그 내부공간(굴절공간부(11a) 및 집광공간부(11b))에는, 상기 구성의 광학수단(20)을 구비하고 있다.

이 레이저 가공유닛(F)에 따르면, 광학수단을 카트리지케이스째 하우징에 대하여 착탈가능하기 때문에, 필요에 따라서 광학수단의 사양을 변경하거나, 광학수단을 수리하는 등, 광학수단의 착탈교환을 용이하게 행할 수 있다.

또, 상기 레이저 가공유닛(D, E, F)의 각각은, 레이저 발진기를 내장하지 않는 구성을 예시했지만, 상기 레이저 가공유닛(C)과 마찬가지로 레이저 발진기(30)를 내장한 구성으로 해도 상관없다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 이하에 기재되는 효과를 갖는다.

제1발명에 의하면, 광학수단 등을 구비한 일체유닛구조이므로, 가공장치본체로의 착탈교환이 용이하고 보수관리성도 우수하다. 예를 들면, 상기 레이저 가공유닛을 가공장치본체로부터 분리한 상태에서, 광학수단의 보수관리나 조정 등의 작업을 행하거나, 상기 레이저 가공유닛을 신품의 것이나 사양이 다른 것으로 교환하는 것이 용이하다.

또한, 가공장치본체에 상기 레이저 가공유닛을 복수개 병설하도록 하면, 동일공작물에 복수의 천공을 동시에 천공할 수 있는 데다가, 그 동시천공가능수를 상기 레이저 가공유닛의 증감에 의해 용이하게 변경할 수 있다.

또한, 제2발명에 의하면, 레이저 발진기를 상기 유닛과 동일체적으로 취급하므로, 더한층 보수관리성을 향상할 수 있다.

또한, 제3발명에 의하면, X축 스캔미러와 Y축 스캔미러의 반사각을 각각 가변가능하게 하고 있으므로, 천공위치나 구멍의 형상 등을 용이하게 변경할 수 있다.

또, 제4발명에 의하면, 다수의 구멍으로 구성되는 갱구멍을, X축 스캔미러 및 Y축 스캔미러의 반사각을 각각 가변으로 하는 것에 의한 천공위치의 가변에 의해 효율적으로 천공할 수 있다.

또한, 제5발명에 의하면, 광분기수단에 의해 분기된 각각의 레이저광을 가공 영역으로 안내하여 집광시키는 구조이므로, 복수의 구멍을 단시간에 동시천공할 수 있다.

또, 제6발명에 의하면, 광분기수단의 특성을 유효하게 이용함으로써, 그리드구멍을 효율적으로 천공할 수 있다.

또, 제7발명에 의하면, 상기 레이저 가공유닛이 편평한 직사각형체이므로, 가공장치본체측의 한정된 설치영역에 보다 많은 상기 유닛을 병설할 수 있다.

또, 제8발명에 의하면, 광학수단을 구비한 카트리지케이스가 하우징에 대해서 착탈가능하므로, 예를 들면 필요에 따라 광학수단을 카트리지케이스째 교환할 수 있고 더한층 보수관리성이 향상한다.

또, 제9발명에 의하면, 레이저 가공유닛의 착탈교환 등, 보수관리가 용이한 레이저 가공장치를 제공할 수 있다.

또, 제10발명에 의하면, 필요에 따라 레이저 가공유닛과 펀칭유닛을 선택적으로 이용함으로써 효율적인 천공작업을 행할 수 있다. 예를 들면, 미소직경의 구멍을 레이저 가공유닛에 의해 천공하고, 레이저 가공유닛에서는 천공시간이 걸리는 비교적 대경의 구멍을 펀칭유닛으로 천공하도록 하는 등, 효율적인 천공작업패턴을 선택할 수 있다.

또, 제11발명에 의하면, 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저광을 광섬유케이블에 의해 나눠서 이용하므로, 레이저 발진기를 필요최소수 구비한 저비용의 구성으로 할 수 있다.

Claims (11)

1. 공작물 삽입공간을 사이에 두도록 해서 대향하는 유닛 편반부 및 유닛 타반부와, 이들 유닛 편반부 및 유닛 타반부를 일체적으로 연접시키는 연접부에 의해 하우징을 구성하고,

   상기 유닛 편반부내에, 레이저 출사구로부터 출사되는 레이저광을 상기 유닛 타반부상의 가공영역내로 안내함과 아울러, 그 안내되는 레이저광을 집광 또는/및 결상하는 광학수단을 설치하고,

   상기 가공영역에는, 레이저광을 투과 혹은 흡수시키는 수광판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 연접부내에 레이저광을 발생하는 레이저 발진기를 설치한 것을 특징으로 하는 레이저 가공유닛.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학수단은, 레이저 출사구로부터 출사되는 레이저광을 평행광으로 교정하는 교정렌즈에 통과시킨 후, Y축 회동장치의 회전축에 지지된 Y축 스캔미러와 X축 회동장치의 회전축에 지지된 X축 스캔미러의 각각에 반사시켜, 그 반사시킨 레이저광을 상기 유닛 타반부상의 가공영역내로 안내하고, 집광렌즈에 의해 집광하도록 구성되며,

   X축 회동장치와 Y축 회동장치에 의해, X축 스캔미러와 Y축 스캔미러의 반사 각을 각각 가변가능하게 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공유닛.
4. 제3항에 있어서, 상기 레이저 가공유닛이 갱구멍을 천공하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공유닛.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학수단은 레이저광의 경로중에 광분기 수단을 구비하고, 분기된 각 레이저광을 가공영역내로 안내함과 아울러, 그 안내되는 레이저광을 집광하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공유닛.
6. 제5항에 있어서, 상기 레이저 가공유닛이 그리드 구멍을 천공하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공유닛.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저 가공유닛이, 가공영역이 오목하게 형성된 편평한 직사각형체인 것을 특징으로 하는 레이저 가공유닛.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학수단을 카트리지케이스내에 구성함과 아울러, 상기 카트리지케이스를 상기 하우징의 유닛 편반부에 착탈가능하게 설치한 것을 특징으로 하는 레이저 가공유닛.
9. 제1항에 기재된 레이저 가공유닛을 기대상에 착탈가능하게 배치시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 레이저 가공유닛과 펀칭유닛을 기대상에 병설하고, 이들 레이저 가공유닛과 펀칭유닛을 선택적으로 사용해서 공작물을 가공하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 레이저 가공유닛이 기대상에 복수 설치되고,

    단수 혹은 복수의 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저광을 복수의 광섬유케이블을 통해 복수의 레이저유닛으로 분배하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.

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