KR100935911B1 - 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을안정화시킨 가공장치 및 가공 방법 - Google Patents

음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을안정화시킨 가공장치 및 가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저 광의 양과는 무관하게 가공대상물에 조사되는 광량을 조정할 수 있으며, 레이저의 단속 여부를 발진기 외부에서 결정할 수 있으므로 레이저 발생기의 휴지 시간에 따른 레이저 발진 시점에서의 출력의 불안정성과 레이저 발진 원리에 의거하는 출력 단속시의 출력 불안정성을 해결하여, 가공물의 균일성을 제공하는 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공 방법에 관한 것이다.
본 발명인 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치는,
레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공장치에 있어서,
레이저를 발생시키는 레이저발생장치와;
상기 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저의 단속 여부를 결정하는 고속광스위치와;
가공물에 조사되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 가변형 광스플리터;를 포함하여 구성되되, 상기 고속광스위치와 가변형 광스플리터를 통해 발생되는 레이저를 1차 회절시켜 1차 회절된 레이저로 상기 가공물을 가공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 통해 출력의 불안정성을 제거할 수 있으며, 레이저 가공장치의 출력을 지속적으로 유지시킬 수 있어 가공물의 균일한 가공을 확보할 수 있게 된다.
레이저가공, 도광판, 굴절.

Description

음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공 방법{ Laser Processing method and appratus using stabilized output power by the first diffraction of Acousto-optic device.}
본 발명은 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저 광의 양과는 무관하게 가공대상물에 조사되는 광량을 조정할 수 있으며, 레이저의 단속 여부를 발진기 외부에서 결정할 수 있으므로 레이저 발생기의 휴지 시간에 따른 레이저 발진 시점에서의 출력의 불안정성과 레이저 발진 원리에 의거하는 출력 단속시의 출력 불안정성을 해결하여, 가공물의 균일성을 제공하는 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공 방법에 관한 것이다.
10.6㎛의 파장을 가지는 레이저는 효율적인 측면과 뛰어난 안정성 때문에 많은 응용에 사용되고 있으며, 여기 방식에 따라 전자 방전에 의한 펌핑을 이용하는 디스차지(Discharge) 방식의 레이저발생장치와 라디오 주파수를 이용하여 CO₂분자를 펌핑하는 알에프 여기(RF Excite) 방식의 레이저발생장치로 구분된다.
상기에서 언급한 방식 중 알에프 여기(RF Excite) 방식의 레이저발생장치는 간단한 구조, 장수명, 저전압발진, 크기가 작은 등의 여러 가지 이유로 레이저를 이용한 가공에 주도적으로 사용되고 있다.
전통적으로 과거 디스차지(Discharge) 여기 방식의 레이저가 먼저 사용되었다. CO₂레이저는 CO₂분자의 진동 에너지에 의해 레이저가 발진되는데 CO₂분자의 진동을 생성시키는 원천으로서 전기방전을 사용한다.
방전(Discharge) 여기 방식의 CO₂레이저의 경우 기본적으로 방전전류를 조절함으로써 제어하는 것이 가능하다. 하지만 주도적으로 사용되고 있는 RF 여기 방식의 레이저의 경우에는 문제가 있다. RF 여기 방식의 CO₂레이저는 RF의 주파수가 CO₂분자의 진동 주파수와 공진이 되는 조건으로 공급되게 되고 그 공진 조건에 따라 광 도파(wave guide) 역시 RF의 주파수에 맞추어 설계되어 있다.
RF 출력의 크기는 공진기 조건에 아주 민감한 변수가 되므로 그 출력을 조절하는 것은 쉽지 않다. 이러한 이유 때문에 RF 여기 방식의 레이저들은 RF 출력의 크기를 조절하는 방법보다는 RF 출력을 온/오프 함으로써 전체 출력을 제어하는 방식을 주로 사용한다.
도1a에 RF 출력을 온/오프하여 레이저 출력을 조절하는 방법에 대한 개요를 나타내었다. 정해진 출력을 온/오프함으로써 최종 평균 출력을 조절하게 되는데 이를 온 듀티(ON Duty) 조절 방식이라 한다. 대부분의 RF 여기 방식의 CO₂레이저의 경우 PRF(Pulse Repetition Frequency)라 하여 단위 주기를 설정하고(약 40ｕSec ~ 1mSec), 그 주기대 레이저 온 시간의 백분율을 듀티(Duty)라 정의하여 이 듀티를 조절함으로써 최종 단의 평균 출력을 제어한다. 이 때 주의해야 할 점은 첨두 출력(Peak Power)은 변하지 않는다는 점이다. 상기한 첨두 출력은 중요한 가공 변수이다.
이러한 레이저는 레이저 출하시부터 약간의 레이저 출력의 산포(Deviation)를 가지는데(100W 모델의 경우 110W~12OW), 첨두 출력에 민감한 물질을 가공할 경우 가공물의 균일성을 보장하는데 문제점이 있었다.
또한, 가공 파라메터로써 첨두 출력이 중요한 만큼 이를 조절하지 못하는 것이 항상 문제점이 되었다.
또한, CO₂레이저는 레이저의 이득 물질로 CO₂가스를 사용하므로 온도에 따른 민감한 분자 속도 분포 함수를 가진다. 이러한 이유로 인하여 가스의 가열 속도와 냉각 속도 때문에 레이저 전력 공급기에서 RF를 온/오프할때 도1b와 같이 지연과 과응답을 하는 것이 일반적이다. 이러한 현상은 가스를 이루고 있는 분자의 운동 상태에 기인한 것으로 해결하기가 어려웠다. 따라서, 과응답의 영역에서 가공대상물은 과도하게 반응하게 된다. 상기한 현상은 방전 여기 방식의 레이저나 RF 여기 방식의 레이저에서 동일한 문제점으로 발생한다.
RF 여기 방식의 레이저나 혹은 방전 여기 방식의 레이저등은 출력에 대해 확보해야할 공진기 길이가 대략 정해진다. 이러한 길이를 주로 RF 여기 방식의 레이저는 알루미늄 금속의 구조물로 방전 여기 방식의 레이저는 Quartz관으로 공진기를 형성하게 된다. 이들은 고유의 열 팽창 계수를 가지며 일반적으로 레이저 발진시와 레이저 동작 정지시에는 공진기 온도가 다르기 때문에 열팽창을 무시할 수 없게 된다. 그러므로 레이저 출사시 그 전에 공진기의 온도가 얼마였느냐에 따라 초기의 레이저 출력이 불안정해 질 수 있는 가능성이 있다. 이러한 이유로 인해 생기는 출력의 불안정성도 가공물이 민감할 경우 문제가 발생하게 된다.
구체적인 사례를 보면, 상기한 문제로 인하여 레이저의 순간적 혹은 긴시간 동안 안정화되지 않은 첨두출력의 변화에 민감한 레이저를 이용한 LCD 도광판 가공이 대량 생산성을 확보하지 못하는 가장 큰 이유가 되었다.
상기한 종래의 기술로서, 일본공개특허공보 평11-188490호인 레이저 펀칭 가공 장치는 레이저 발생장치에서 발생하는 레이저를 음향 광학소자를 통해 레이저 빔의 강도를 조절하여 가공물을 가공하고 있다.
그러나, 상기 레이저 펀칭 가공 장치는 단지 레이저의 강도 만을 조절할 수 있어서 레이저 펀칭 가공장치가 다수 설치되어 있는 공장 내에서 각각의 레이저 출력값이 달라져 레이저 펀칭 가공장치마다 다른 가공물의 결과가 발생하여 균일하지 못하는 결과물을 생산하게 되어 균일성을 확보하지 못하는 문제점을 가지고 있었으며, 모든 가공장치의 효율적인 사용을 위하여 휴지 시간을 두게 되는데 휴지 시간에는 레이저를 오프시키고 다시 작업 개시에는 온시키게 되어 최초 첨두 출력을 이용하여 가공한 가공물과 일정 시간이 흐른 뒤 출력을 이용하여 가공한 가공물이 균일하지 못하여 불량율을 높이게 되었다. 즉, 회절을 발생시키지 않은 "0"차 회절을 이용하여 가공하기에 발생하는 문제점이었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 제 1 목적은 RF 여기 형태의 CO₂레이저의 경우, 레이저 발생장치로부터 발생된 레이저를 1차 회절량을 조절할 수 있는 음향광학소자를 거친 1차 회절된 레이저빔을 가공 대상물에 조사함으로써 가공대상물에 가해지는 레이저 출력을 조절하여 균일한 가공형태를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 레이저 발생장치는 항상 각기 설정된 출력을 내게 하고 외부에 빠른 고속광스위치를 구성함으로써 레이저 발생장치를 온/오프시키는 것이 아니라, 고속으로 고속광스위치를 온/오프하여 출력 불안정성을 제거하는데 있다.
본 발명의 제 3 목적은 레이저 발생장치의 열적인 불안정성에 기인하는 출력 불안정성을 해결하기 위하여 레이저 발생장치를 온/오프하는 것이 아니라, 항상 레이저를 온시켜 출사시킴으로써 불안정성을 제거하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,
본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치는,
레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공장치에 있어서,
레이저를 발생시키는 레이저발생장치와;
상기 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저의 단속 여부를 결정하는 고속광스위치와;
가공물(300)에 조사되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 가변형 광스플리터(210, Splitter);를 포함하여 구성되되, 상기 고속광스위치와 가변형 광스플리터(210, Splitter)를 통해 발생되는 레이저를 1차 회절시켜 1차 회절된 레이저로 상기 가공물을 가공하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공 방법의 온/오프에 의한 출력의 불안정성을 제거할 수 있으며, 레이저 가공장치의 출력을 지속적으로 유지시킬 수 있어 가공물의 균일한 가공을 확보할 수 있으며, 종래 0차 회절을 이용한 레이저 가공장치의 출력 단속이 불가능한 단점을 극복하기 위하여 1차 회절을 이용한 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저의 출력 단속을 통해 광의 첨두 출력 조절 및 레이저의 단속 여부를 결정할 수 있게 되어 일정한 형태의 패턴을 일정시간 동안 균일하게 가공할 수 있어 사용자에게 편의성 및 균일성을 제공할 수 있게 된다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치는,
레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공장치에 있어서,
레이저를 발생시키는 레이저발생장치와;
상기 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저의 단속 여부를 결정하는 고속광스위치와;
가공물에 조사되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 가변형 광스플리터;를 포함하여 구성되되, 상기 고속광스위치와 가변형 광스플리터를 통해 발생되는 레이저를 1차 회절시켜 1차 회절된 레이저로 상기 가공물을 가공하는 것을 특징으로 한다.
상기 가공물을 가공할 경우에,
휴지 시간 동안에 레이저발생장치를 온/오프시키지 않고, 상기 고속광스위치를 온/오프시켜 일정한 레이저 출력을 지속적으로 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치는,
레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공장치에 있어서,
레이저를 발생시키는 레이저발생장치와;
상기 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저의 단속 여부를 결정하는 고속광스위치와;
가공물에 조사되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 가변형 광스플리터와;
상기 고속광스위치가 오프일 경우에 회절이 일어나지 않게 되어 해당 레이저 광을 반사부의 반사에 의해 버리기 위한 워터쿨링덤퍼;를 포함하여 구성되되, 상기 고속광스위치가 온일 경우에 회절이 일어나며, 회절이 일어난 레이저 광을 반사부의 반사를 거치게 하여 상기 가공물을 가공하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 가변형 광스플리터를 통해 레이저 장치 간의 출력 편차(Laser to Laser Power Deviation)와 피크출력 컨트롤(Control Peak Power)이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명인 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공 방법은,
레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공 방법에 있어서,
가변형 광스플리터에 의해 RF 신호를 입력하여 레이저 광의 출력을 조절하는 RF신호입력단계와;
고속광스위치를 동작시켜 레이저 광을 1차 회절시키기 위한 1차회절단계와;
상기 고속광스위치를 동작시켜 1차 회절된 레이저 광을 통해 가공물을 가공하는 가공단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도2a는 본 발명의 일실시예에 따른음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치에 레이저 출력 제어신호 인가시를 나타낸 도면이다.
도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치에 레이저 광 단속신호 인가시 레이저 펄스 형태를 나타낸 도면이다.
도2b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치에 레이저 단속 신호를 인가할 경우 레이저 펄스 형태를 나타낸 것으로 제어신호가 온일 경우에 레이저의 출력값이 일정한 것을 나타내고 있다.
이와 같이, 레이저의 출력이 일정할 경우에 가공물을 일정한 형태로 가공할 수 있게 되는 것이다.
이러한 일정한 레이저의 출력을 조절하여 일정한 시간동안 일정한 출력값을 유지할 수 있도록 하기 위한 수단을 본 발명을 통해 제공할 수 있게 된다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치의 블록도이다.
도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치는,
레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공장치에 있어서,
레이저를 발생시키는 레이저발생장치(100)와;
상기 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저의 단속 여부를 결정하며, 가공물(300)에 조사되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 음향광학소자(Acousto-optic Modulator)와;
상기 음향광학소자를 통해 1차 회절된 레이저를 가공물에 조사시키기 위한 반사판(140)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 가공물을 가공할 경우에,
휴지 시간 동안에 레이저발생장치를 온/오프시키지 않고, 상기 음향광학소자를 온/오프시켜 일정한 레이저 출력을 지속적으로 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 고속광스위치와 가변형 광스플리터는 음향광학소자(Acousto-optic Modulator)로 실현할 수 있다.
종래의 기술로 언급한 일본공개특허의 경우에는 레이저 광의 강도를 조절하여 가공물을 가공하는 정도에 불과하며, 종래 기술에서는 "0"차 회절을 이용하고 있어 레이저 휴지시간 즉, 음향 광학소자가 작동하는 경우에는 여기 레이저 광의 일부가 "0"차 회절 방향으로 누설되므로 가공물에 다소 손상이 발생하여 사소한 흠집을 발생시킬 수 밖에 없어서 이에 따른 불량율이 상당히 높은 것으로 나타났다.
그러나, 본 발명은 "0"차 회절이 아닌 "1"차 회절을 통하여 가공물을 가공하게 되는데 휴지 시간에는 종래의 일본공개특허에서 레이저 발생장치를 오프시키는 것과 달리 상기 고속광스위치를 오프시키고 레이저 발생장치는 항상 온상태로 유지가 되므로 다시 레이저 발생장치를 온시킬 경우에 발생하는 순간 첨두 출력을 제거 할 수 있는 장점을 가지게 된다.
즉, 종래의 일본공개특허는 "0차" 회절을 이용한 레이저 가공 방식으로서 상기한 문제점을 발생시킬 수 밖에 없었으나, 본 발명은 "1차" 회절을 이용한 레이저 가공 방식으로서 상기 일본공개특허의 문제점을 완전히 해결할 수 있게 된다.
좀 더 상세히 설명하자면, 가변형 광스플리터(210, Splitter)는 레이저발생장치(100)로부터 발생되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 기능을 담당한다.
구체적으로 설명하자면 레이저의 발진 특성상 첨두 출력(Peak Power)이 정해져 있어서 첨두 출력을 변화시키는 것이 까다로우며, 실제 미세하게 조절하는 것이 불가능하였다. 특히, 각 레이저 발생장치마다 각 제조사마다 각각의 첨두 출력이 약간의 차이가 발생(원하는 출력을 발생시키는 레이저 발생장치를 100W 기준으로 약 110W~120W사이의 출력 오차가 발생함.)하여 제조업체 공장 내에서 한 대 이상의 레이저 발생장치를 구동시켜 동일한 형태의 가공물을 제조함에 있어서 가공물의 균일성을 보장받는데 문제점을 가지고 있었다.
레이저는 최고 출력으로 항상 온인 상태를 유지하고 가변형 광스플리터를 이용 첨두 출력을 제어함으로써 레이저 발생장치의 출력 편차를 극복 가능하게 하였다.
즉, 종래의 일본공개특허는 RF 여기 방식의 레이저로서, 레이저의 첨두 출력은 가공물의 가공 형상을 결정하는 매우 중요한 변수임에도 불구하고 실제 첨두 출력을 조절한다는 것은 불가능하였다.
본 발명에서는 이를 피크출력 컨트롤(Peak Power Control)이라 정의하도록 한다.
즉, 가변형 광스플리터를 통해 인가되는 RF신호의 출력 세기를 결정할 수 있어 첨두 출력을 조절할 수 있게 되는 것이다.
상기 고속광스위치(220)는 레이저발생장치(100)로부터 발생되는 레이저의 단속 여부를 결정하는 기능을 담당한다.
즉, 레이저 발생장치의 휴지 시간(예를 들어, 가공물을 교체할 경우, 휴식시간일 경우 등)에 따라 레이저 발생장치의 발진되는 시점에서의 출력의 불안정성 또한 동일한 형태의 가공물 형상을 구현하는데 문제점을 해결하기 위해 상기한 고속광스위치(220)를 구성하여 레이저의 출사 여부 즉 출사시킬지 아니면 출사시키지 않을 지를 결정하게 되는 것이다.
왜냐하면, 휴지시간일 경우에 레이저 발생장치를 계속해서 동작시킬 수는 없으므로 사용하지 않을 경우에는 오프시켜야 한다.
오프 시킨 후 다시 온 할 경우에 최초 첨두출력이 제어신호보다 높게 형성되며 일정시간이 지난 후 첨두출력이 제어신호보다 낮게 형성되어 일정한 출력값을 얻기가 힘이 들게 되어 이러한 경우 가공물의 형태가 균일하지 않아 가공물의 균일성을 보장받기 어렵게 된다(종래의 일본공개특허).
따라서, 휴지 시간동안에 레이저 발생장치의 온/오프 대신에 레이저 발생장치는 항상 온 상태로 두고 상기 고속광스위치(220)를 온/오프 시킴으로써, 제어 신호에 부합한 레이저 출력을 지속적으로 유지시킬 수 있게 되어 첨두 출력을 조절할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 본 발명의 레이저 가공장치를 통해 가공되는 가공물이 바람직하게는 LCD 패널의 도광판일 때 효율을 극대화할 수 있다. 왜냐하면, LCD 패널을 형성하는 도광판의 경우 일정한 패턴을 아크릴 소재에 스캐닝하여 유입되는 광원을 LCD 패널에 반사시켜 빛을 발광시키는 것으로서, 도광판에 형성된 수많은 패턴을 균일하게 유지시키기 위해서는 지속적으로 동일한 레이저 출력값을 유지시켜야 하므로 도광판 제조 방법에 사용할 경우 상당한 효과가 발생할 수 있기 때문이며, 도광판 일면에 유입되는 균일한 에너지가 지속적으로 공급되는게 아니라, 균일하지 못한 에너지 공급에 따른 패턴 형상의 균일도가 붕괴되어 표면의 얼룩이나 줄무늬가 발생하게 되는데 이를 해결하기 위한 수단으로 대한민국 특허출원번호 2002 - 0026023호에서 제시하고 있지만 제조원가의 상승 및 패턴의 불규칙성을 여전히 해결하지 못하는 단점을 가지고 있다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치의 구성도이다.
도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치는,
레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공장치에 있어서,
레이저를 발생시키는 레이저발생장치와;
상기 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저의 단속 여부를 결정하는 고속광스위치와;
가공물에 조사되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 가변형 광스플리터와;
상기 고속광스위치가 오프일 경우에 회절이 일어나지 않게 되어 해당 레이저 광을 반사부의 반사에 의해 버리기 위한 워터쿨링덤퍼;를 포함하여 구성되되, 상기 고속광스위치가 온일 경우에 회절이 일어나며, 회절이 일어난 레이저 광을 반사부의 반사를 거치게 하여 상기 가공물을 가공하는 것을 특징으로 한다.
가공물을 가공하기 위하여 레이저 발생장치(100)와, 고속광스위치와, 가변형 광스플리터와, 반사부(140)와, 워터쿨링덤퍼(500)과 가공물(300)로 구성되어 있다.
동작을 설명하자면, 상기 레이저 발생장치(100)에서 레이저를 항상 설정된 출력으로 출력되고 상기 가변형 광스플리터(210, Splitter)를 거쳐 반사부(140)의 반사를 통해 가공물(300)을 가공하는 것이다.
좀 더 상세히 설명하자면, 여기서 상기 가변형 광스플리터에 공급되는 RF 신호세기를 용이하게 조절하여 1차 회절되는 레이저 광의 세기를 용이하게 조절할 수 있다.
상기 고속광스위치(220)가 오프일 경우 회절이 일어나지 않아(여기서, 회절이 일어나지 않는 경우를 '0차 회절'이라고 정의한다.) 레이저 광이 반사부(140)의 반사를 통해 상기 워터쿨링덤퍼(500)에 도달하여 레이저 광을 버리게 되며, 상기 고속광스위치(220)가 온일 경우 1차 회절이 일어나(여기서, 회절이 일어나는 경우를 '1차 회절'이라고 정의한다.) 레이저 광이 반사부(140)의 반사를 통해 가공물(300)에 도달하여 원하는 패턴의 가공을 할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 1차 회절의 회절량을 결정하는 RF 세기는 용이하게 조절할 수 있으며, 상기 값에 따라 회절되는 레이저 광 즉 가공에 사용되는 레이저 출력을 용이하 게 조절할 수 있다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치의 동작원리를 나타낸 도면이다.
도5에 도시한 바와 같이, 가변형 광스플리터(210, Splitter)에 인가되는 RF신호를 압전 트랜스듀스(510)가 음향 신호 발생하며, 이 음향신호가 매질인 단결정체(540) 내부에 격자(Grating)을 형성하여 빛을 회절시키는 것이다.
즉, 고속광스위치(220)가 오프일 경우 '0차' 회절 방향으로 레이저를 보내게 되며, 온일 경우에 '1차' 회절이 일어나 레이저를 목표물(300)로 향하게 한다.
따라서, RF 신호를 온/오프함으로써 단속시킬것인지 단속시키지 않을 것인지를 결정할 수 있게 되므로 빠른 스위칭 속도를 이용한 레이저 발생장치의 온/오프에 의한 출력의 불안정성을 제거할 수 있게 된다.
일반적인 레이저 발생장치는 처음에 가동시키고 난 후 일정시간의 워밍업 시간이 필요하게 되는 것이다.
워밍업 없이 가공물 패턴 작업을 할 경우에 불규칙한 패턴 형태의 가공물을 얻을 수밖에 없어 기존의 레이저 발생장치는 워밍업 시간이 필요하였다.
즉, 레이저 발생장치를 처음으로 가동할 때에는 특정한 시간 예를 들어 10분정도의 워밍업의 시간이 필요하다면, 가동중 잠시 휴지 시간이 필요하여 레이저 발생장치를 오프할 경우, 1분을 넘겨서는 안되며 1분이상 넘기게 되면 다시 워밍업의 시간을 가져야 하는 것이다. 본 발명을 통해 이러한 특성을 해결할 수 있게 된다.
도6은 종래의 레이저 가공장치의 출력에 따른 가공물의 가공 현상과 본 발명 의 레이저 가공장치의 출력에 따른 가공물의 가공 현상을 비교한 도면이다.
도6에 도시한 바와 같이, 레이저 발생장치의 출력 신호에 따른 가공물의 가공 현상을 나타낸 것으로써, 종래의 일본공개특허의 경우는 레이저를 온 한 구간에서 출력값이 일정하지 않아 이에 따른 가공물의 가공 형태 또한 일정하지 않음을 나타내고 있으나, 본 발명의 장치를 이용하게 되면 레이저 광 단속 신호중 온 신호시 가공물의 가공 형태가 균일한 것을 나타내주고 있다.
도7a는 종래의 레이저 가공장치의 출력에 따른 가공물의 가공 현상을 나타낸 도면이다.
도7b는 본 발명의 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치의 출력에 따른 가공물의 가공 현상을 나타낸 도면이다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 도7a는 레이저 발생장치의 가공 조건을 동일하게 한 경우의 첨두 출력은 110W이고 평균출력이 40W인 조건으로 아크릴을 가공한 예를 나타낸 것이며 도7b는 레이저 발생장치의 가공 조건을 동일하게 한 경우의 첨두 출력은 55W이고 평균출력이 40W인 조건으로 아크릴을 가공한 예를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 가공 결과는 전혀 다른 양상을 보여준다. 즉, 이는 첨두 출력이 평균 출력만큼 중요한 가공 파라메타라는 것을 보여주는 예이다.
한편, 디스차지(Discharge) 방식의 레이저발생장치에서는 전압 조절 수단을 통해 첨두 출력 컨트롤이 가능하므로 본 발명의 일실시예에서 구성한 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 가변형 광스플리 터(Splitter)는 구성하지 않아도 된다.
결론적으로 말하자면, 본 발명의 가변형 광스플리터(210, Splitter)를 통해 레이저 장치간의 출력 편차(Laser to Laser Power Deviation)와 피크출력 컨트롤(Peak Power Control)이 가능한 것이다.
즉, 본 발명인 레이저 가공장치를 통해 가공 대상물에 조사되는 레이저 광의 첨두 출력 조절과 레이저의 단속 여부를 결정할 수 있게 되어 일정한 형태의 패턴을 일정시간 동안 균일하게 가공할 수 있으므로 사용자에게 편의성 및 균일성을 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명인 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공 방법은,
레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공 방법에 있어서,
가변형 광스플리터에 의해 RF 신호를 입력하여 레이저 광의 출력을 조절하는 RF신호입력단계와;
고속광스위치를 동작시켜 레이저 광을 1차 회절시키기 위한 1차회절단계와;
상기 고속광스위치를 동작시켜 1차 회절된 레이저 광을 통해 가공물을 가공하는 가공단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 가변형 광스플리터에 의해 RF 신호를 입력하여 레이저 광의 출력을 조절하며, 고속광스위치를 동작시켜 레이저 광을 1차 회절시킨 후 1차 회절된 레이저 광을 통해 가공물을 가공하게 되는 것이다.
결국 레이저 가공장치를 통해 가공 대상물에 조사되는 레이저 광의 첨두 출 력 조절과 레이저의 단속 여부를 결정할 수 있게 되어 일정한 형태의 패턴을 일정시간 동안 균일하게 가공할 수 있게 되는 것이다.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명인 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치 및 가공방법의 온/오프에 의한 출력의 불안정성을 제거할 수 있으며, 레이저 가공장치의 출력을 지속적으로 유지시킬 수 있어 가공물의 균일한 가공을 확보할 수 있으며, 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저 광의 첨두 출력 조절 및 레이저의 단속 여부를 결정할 수 있게 되어 일정한 형태의 패턴을 일정시간 동안 균일하게 가공할 수 있어 사용자에게 편의성 및 균일성을 제공할 수 있어 해당 레이저 가공분야에 활용할 수 있게 될 것이다.
도1a는 종래의 RF 여기방식 CO₂레이저의 제어신호 특성을 나타낸 도면이다.
도1b는 종래의 RF 여기방식 CO₂레이저 온/오프신호에 따른 실제 레이저 펄스 출력 형태를 나타낸 도면이다.
도2a는 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치에 레이저 출력 제어신호 인가시를 나타낸 도면이다.
도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치에 레이저 광 단속신호 인가시 레이저 펄스 형태를 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치의 블록도이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치의 구성도이다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치의 동작원리를 나타낸 도면이다.
도6은 종래의 레이저 가공장치의 출력에 따른 가공물의 가공 현상과 본 발명의 레이저 가공장치의 출력에 따른 가공물의 가공 현상을 비교한 도면이다.
도7a는 종래의 레이저 가공장치의 출력에 따른 가공물의 가공 현상을 나타낸 도면이다.
도7b는 본 발명의 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치의 출력에 따른 가공물의 가공 현상을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 레이저 발생장치 140 : 반사부
210 : 가변형 광스플리터 220 : 고속광스위치
230 : 광회절부 300 : 가공물
510 : 압전트랜스듀스 520 : 접합층과 전극
530 : 전극층 540 : 단결정체

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 레이저를 이용하여 가공물을 가공하는 가공장치에 있어서,
    레이저를 발생시키는 레이저발생장치와;
    상기 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저의 단속 여부를 결정하는 고속광스위치와;
    가공물에 조사되는 레이저 광의 첨두 출력을 조절하는 가변형 광스플리터와;
    상기 고속광스위치가 오프일 경우에 회절이 일어나지 않게 되어 해당 레이저 광을 반사부의 반사에 의해 버리기 위한 워터쿨링덤퍼;를 포함하여 구성되되, 상기 고속광스위치가 온일 경우에 회절이 일어나며, 회절이 일어난 레이저 광을 반사부의 반사를 거치게 하여 상기 가공물을 가공하는 것을 특징으로 하되,
    상기 가변형 광스플리터를 통해 레이저 장치 간의 출력 편차(Laser to Laser Power Deviation)와 피크출력 컨트롤(Control Peak Power)이 가능한 것을 특징으로 하는 음향광학소자의 1차 회절을 이용하여 레이저 출력을 안정화시킨 가공장치.
  5. 삭제
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