KR101136315B1 - 광속 주사장치, 레이저 가공장치, 시험방법 및 레이저 가공방법 - Google Patents

광속 주사장치, 레이저 가공장치, 시험방법 및 레이저 가공방법 Download PDF

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Abstract

광속 주사장치는 입사하는 광속을 반사하는 미러; 상기 미러를 회전시켜 해당 미러에 의해 반사된 광속이 진행하는 방향을 변화시키는 모터; 상기 미러의 회전각에 대해서 상기 미러의 피검영역의 기울기를 검출하는 검출기; 및 상기 미러의 회전각과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 모터의 회전축 방향에 대한 상기 미러의 기울기량을 산출하는 처리기를 포함한다.

Description

광속 주사장치, 레이저 가공장치, 시험방법 및 레이저 가공방법{LIGHT BEAM SCANNING APPARATUS, LASER MACHINING APPARATUS, TEST METHOD AND LASER MACHINING METHOD}
본 발명은 광속 주사장치, 해당 광속 주사장치를 포함하는 레이저 가공장치, 상기 광속 주사장치를 시험하는 시험방법 및 레이저 가공장치에 관한 것이다.
레이저 천공 장치, 레이저 트리머(trimmer) 장치, 레이저 수선 장치 등의 공작 기구에 있어서 광속 주사장치(갈바노 장치(galvano apparatus))가 사용된다. 갈바노 장치는, 모터의 회전축에 미러를 장착하여 해당 미러의 회전각을 제어하면서 해당 미러로 레이저광을 목표 위치를 향해서 반사시킨다. 레이저광의 조사위치를 목표 위치에 정확하게 설정하기 위해서, 미러의 회전각을 정확하게 제어할 필요가 있다. 미러의 회전각의 검출에는, 정전 용량 센서나, 광학식 혹은 자기식 엔코더가 이용될 수 있다.
공작 기구는 고속으로 작동시키는 데도 필요하므로, 갈바노 장치의 미러를 고속으로 회전/구동할 필요가 있다.
그러나, 모터의 회전축과 미러 간의 동적 균형이 나쁘거나 모터의 자석과 코일에 의해 생긴 힘에 회전 방향 이외의 성분이 포함되는 경우에, 모터의 회전축에 대해서 경사 방향으로 모터에 진동이 여기된다. 종래부터, 모터 내에서 진동을 억제하기 위해서 회전축에 대한 동적 균형의 조정을 수행하는 것이 알려져 있다(일본국 공개 특허 소61-116632호 공보).
경사 방향의 진동은, 종래의 광속 주사장치의 미러의 회전각을 검출하는 검출기에서는 검출할 수 없다. 그 결과, 해당 진동이 존재하는 상태로 물품이 가공되므로, 가공 불량이 생길 수 있다.
본 발명은, 예를 들어, 미러의 기울어짐에 의한 가공용 광의 위치 결정 정밀도 및 물품의 가공 정밀도의 저하를 억제한다.
본 발명의 제1측면은 입사하는 광속을 반사하는 미러; 상기 미러를 회전시켜 해당 미러에 의해 반사된 광속이 진행하는 방향을 변화시키는 모터; 상기 미러의 회전각에 대해서 상기 미러의 피검영역의 기울기를 검출하는 검출기; 및 상기 미러의 회전각과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 모터의 회전축 방향에 대한 상기 미러의 기울기량을 산출하는 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광속 주사장치를 제공한다.
본 발명의 제2측면은 본 발명의 제1측면으로서 규정된 광속 주사장치; 및 상 기 광속 주사장치의 미러에 레이저광을 조사하는 레이저 장치를 포함하되, 상기 미러의 회전각에 의해 가공 대상 물품에 대한 레이저광의 조사위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치를 제공한다.
본 발명의 제3측면은 입사하는 광속을 반사하는 미러; 및 상기 미러를 회전시켜 해당 미러에 의해 반사된 광속이 진행되는 방향을 변화시키는 모터를 포함하는 광속 주사장치를 검사하는 방법에 있어서, 상기 미러의 회전각을 측정하는 공정; 상기 회전각에 대한 상기 미러의 피검영역의 기울기를 검출하는 공정; 및 상기 미러의 회전각과 상기 피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 모터의 회전축 방향에 대한 상기 미러의 기울기량을 구하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광속 주사장치의 검사방법을 제공한다.
본 발명의 제4측면은 본 발명의 제3측면으로서 규정된 검사방법에 의해 상기 미러의 기울기량을 구하는 공정; 및 상기 미러의 기울기량이 허용치 내에 들어간 후에 레이저를 가공 대상 물품에 조사해서 해당 가공 대상 물품의 가공을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법을 제공한다.
본 발명의 추가의 특징은 첨부 도면을 참조한 이하의 예시적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
[제1실시형태]
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 의한 광속을 주사하는 광속 주사장치의 구 성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 본 발명의 제1실시형태에 의한 광속 주사장치(GM1)는, 미러(2), 모터(회전 모터)(1), 검출기(DT1) 및 처리기(50)를 포함한다. 모터(1)는 미러(2)를 회전시켜, 미러(2)에 의해 반사된 광속이 진행되는 방향을 변화시킨다. 검출기(DT1)는 미러(2)의 회전각에 대한 미러(2)의 피검영역(6)의 기울기를 검출한다. 처리기(50)는, 검출기(DT1)에 의해 검출된 피검영역(6)의 기울기와 미러(2)의 회전각에 의거해서, 모터(1)의 회전축 방향에 대한 미러(2)의 기울기 각도(기울기량)를 산출한다.
미러(2)는 모터(1)의 회전축(9) 상에 장착되어 있다. 미러(2)는 레이저 장치(도시 생략)로부터 조사되는 레이저 광속을 가공 대상 물품 혹은 다른 미러를 향하여 반사한다. 모터(1)는 미러(2)를 회전 방향(3)으로 회전시킨다. 로터리 엔코더(회전 검출기)(8)는 미러(2)의 회전각을 검출한다. 미러(2)는, 축 기울기 방향(4)으로 기울어진다. 기울기란 모터(1)의 회전축 방향에 대한 기울기를 의미한다.
처리기(50)는, 본 실시형태에서는, 미러(2)의 회전각을 제어하는 제어부로서도 작용하며, 기준면에 대한 미러(2)의 회전각을 목표 회전각으로 설정되도록 로터리 엔코더(8)로부터의 출력(회전각)에 의거해서 모터(1)를 피드백-제어한다.
본 실시형태에서는, 검출기(DT1)는, 미러(2)에 검출광을 조사하는 조사부(5)와 미러(2)에 의해 반사된 검출광을 수광하는 수광면을 가지는 센서(7)를 포함한다. 검출기(DT1)는 해당 수광면에 검출광이 입사하는 위치에 의거해서 미러(2)의 피검영역(6)의 기울기를 검출한다. 센서(7)로서는, 예를 들어, PSD(Position Sensitive Detector)가 적합하고, 이것은 수광면에 있어서의 검출광의 수광 위치에 의거해서 피검영역(6)의 기울기를 검출할 수 있다.
도 2는 미러(2)의 기울기 각도(기울기량)를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시형태에서는, 미러(2)의 상부에 피검영역(6)으로서 평탄한 반사면이 형성되어 있다. 여기에서는, 일례로서 피검영역(6)으로서의 반사면이 모터(1)의 회전축(9)에 직교하는 경우를 가정한다.
센서(7)는 1차원의 PSD인 것으로 가정한다. 센서(7)는 모터(1)의 회전축(9)과 미러(2)의 레이저 가공용의 반사면(6r)에 직교하도록 배치되어 있다. 조사부(5)로부터 사출되는 검출광의 피검영역(6)에 대한 입사각을 θ[rad]라 하면, 검출광은 피검영역(6)에 의해 반사각(θ[rad])으로 반사되어 센서(7)에 입사한다.
센서(7)의 수광면이 모터(1)의 회전축(9)을 연장한 선과 교차하는 위치를 Z라 하고, 상기 위치(Z)와 피검영역(6) 간의 거리를 R이라 하면, 센서(7)에의 검출광의 입사 위치는 점(Z)으로부터 R?tanθ만큼 멀리 이간된다.
도 3은 각도(θt[rad])에 대응하는 기울어짐이 미러(2)에 발생한 상태를 나타낸 도면이다. 회전축(9)은 베어링(10)에 의해 지지될 수 있다. 베어링(10)은 반경 방향의 하중을 지지한다. 베어링(10)의 내부 링은 모터(1)의 회전축(소위 로터측) 상에 장착되고, 베어링(10)의 외부 링은 모터(1)의 케이스측(소위 고정자측)에 장착된다.
이 구성에서 발생하는 기울어짐으로 인한 진동의 지배적인 진동 모드는, 베어링(10)을 고정단부로서 기능시키는 상태에서 회전축(9) 및 미러(2)의 기울기에 기인한다. 피검영역(6)에의 검출광의 입사각은 θ+θt[rad]이며, 광의 반사각도 θ+θt[rad]이다. 이때, 센서(7)의 수광면에의 검출광의 입사위치는 점(Z)으로부터 R?tan(θ+2θt)만큼 멀리 이간된다.
도 4는 도 3에 나타낸 상태에서의 미러(2)를 θm[rad]만큼 모터(1)에 의해 회전시킨 상태를 나타낸 도면이다. 미러(2)를 θm[rad]만큼 회전시키면, 피검영역(6)에 대한 검출광의 입사각은 θ+θt?cos(θm)[rad]으로 된다. 따라서, 검출광은 반사각 θ+θt?cos(θm)[rad]에서 반사되어, 센서(7)에 입사한다. 이때, 센서(7)에의 입사 위치는 점(Z)으로부터 R?tan(θ+2θt?cos(θm))만큼 멀리 이간된다.
이 경우, R 및 θ는 설계치이므로, 공지되어 있다. θm은 로터리 엔코더(8)에 의해 검출될 수 있다.
따라서, 처리기(50)는, 검출기(DT1)를 이용해서 R?tan(θ+2θt?cos(θm)) 및 R?tanθ를 측정하고, 이들 측정치에 의거한 연산에 의해 기울기 각도(기울기량)(θt)를 얻는다. 처리기(50)는, 기울기 각도(기울기량)(θt)가 허용치를 초과할 경우, 이에 대응하는 정보를 나타내는 에러 신호를 출력한다.
도 5는 도 1에 나타낸 2개의 광속 주사장치를 내장한 레이저 가공장치의 예를 나타내고 있다. 이 레이저 가공장치는, 가공 대상 물체(32)를 조사하는 레이저광(31)의 X축 방향 위치를 제어하는 X축 갈바노유닛(제1갈바노유닛), 레이저광(31)의 Y축 방향 위치를 제어하는 Y축 갈바노유닛(제2갈바노유닛) 및 제어부(20)를 포함할 수 있다. X축 및 Y축은 X-Y좌표계에 의거한 것으로, 이들은 서로 직교한다.
X축 갈바노유닛은, X축 미러(제1미러)(23), 해당 X축 미러(23)를 회전시키는 X축 모터(제1 모터)(24) 및 상기 X축 미러(23)의 기울기 각도(기울기량)를 측정하는 X축미러 기울기 각도 측정부(제1측정부)(25)를 포함한다. X축 미러 기울기 각도 측정부(25)는 도 1 내지 도 4를 참조해서 설명한 검출기(제1검출기)(DT1) 및 처리기(제1처리기)(30)에 상당하는 구성을 포함한다. X축 갈바노유닛은 X축 모터(24)를 제어하는 X축 모터 제어부(22)와, X축 모터(24)에 회전각을 지령해서 레이저광의 X축 방향의 위치를 제어하는 X축 모터 위치 지령부(21)를 추가로 포함할 수 있다.
Y축 갈바노유닛은 Y축 미러(제2미러)(28), Y축 미러(28)를 회전시키는 Y축 모터(제2모터)(29) 및 Y축 미러(28)의 기울기 각도(기울기량)를 측정하는 Y축 미러 기울기 각도 측정부(제2측정부)(30)를 포함한다. Y축 미러 기울기 각도 측정부(30)는 도 1 내지 도 4를 참조해서 설명한 검출기(제2검출기)(DT1) 및 처리기(제2처리기)(30)에 상당하는 구성을 포함한다. Y축 갈바노유닛은 Y축 모터(29)를 제어하는 Y축 모터 제어부(27)와, Y축 모터(29)에 회전각을 지령해서 레이저광의 Y축 방향의 위치를 제어하는 Y축 모터 위치 지령부(26)를 포함할 수 있다. X축 모터(24)의 회전축과 Y축 모터(29)의 회전축은 서로 직교한다. 제어부(20)는, X축 미러 기울기 각도 측정부(25)로부터 제공되는 X축 미러(23)의 기울기 각도 및 Y축 미러 기울기 각도 측정부(30)로부터 제공되는 Y축 미러(28)의 기울기 각도가 허용치를 초과하는 경우에는, 이들이 허용치 내에 들어갈 때까지 기다린다. 그리고, 제어부(20)는, 두 기울기 각도가 모두 각각의 허용치 내에 들어간 후에, 물체(32) 의 가공이 개시 혹은 재개되도록, 레이저 장치(35), X축 모터 위치 지령부(21) 및 Y축 모터 위치 지령부(26)를 제어한다.
물체(32)에 대해서 레이저 가공을 수행할 때에는, 제어부(20)는, X축 모터 위치 지령부(21)와 Y축 모터 위치 지령부(26)에 대해서 물체(32)의 가공 위치(레이저광의 조사위치)의 좌표를 지령한다. X축 모터 위치 지령부(21) 및 Y축 모터 위치 지령부(26)는 제어부(20)로부터 전송된 좌표를 X축 미러(23) 및 Y축 미러(28)의 회전각으로 변환시키고, 그 회전각을 나타내는 정보를 X축 모터 제어부(22) 및 Y축 모터 제어부(27)에 대해서 지령한다.
가공 속도를 향상시키기 위해서 미러의 각가속도를 증가시키면, 해당 미러의 구동을 정지했을 때에 해당 미러가 기울어진다(혹은, 진동한다). 이 기울어짐은 상당 기간 동안 남을 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 미러의 기울기가 허용치 내에 들어갈 때까지 물체의 가공의 개시 혹은 재개를 기다리는 것에 의해 물체에 대한 가공 불량을 저감시킬 수 있다.
[제2실시형태]
도 6은 본 발명의 제2실시형태에 의한 광속 주사장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 제2실시형태의 광속 주사장치(GM2)는 제1실시형태에 있어서의 검출기(DT1)를 검출기(DT2)로 대체한 이외에는 해당 제1실시형태의 것과 동일하다. 따라서, 제2실시형태에서 언급하지 않는 사항은 제1실시형태에 준할 수 있다.
검출기(DT2)는, 간섭계에 의해 구성되는 변위계(변위 측정 장치)를 포함하고, 해당 변위계를 사용해서 미러(2)의 피검영역(13)의 기울기를 검출한다. 검출 기(DT2)는 광원(5a), 반투명경(11), 미러(12) 및 센서(14)를 포함한다. 광원(5a)으로부터 사출된 광의 일부는 반투명경(11)을 투과하여, 미러(2)의 피검영역(13)인 반사면에 의해 반사된다. 이 반사된 광은 더욱 반투명경(11)에 의해 반사되어 센서(14)의 수광면에 입사한다. 피검영역(13)은, 예를 들어, 미러(2)의 이면 상에 설치될 수 있다. 광원(5a)으로부터 사출된 광의 다른 일부는, 반투명경(11)에 의해 반사된 후 미러(12)에 의해 반사된다. 이 반사된 광은 이어서 반투명경(11)을 투과해서 센서(14)의 수광면에 입사한다. 미러(2)의 피검영역(13)에 의해 반사된 광과 미러(12)에 의해 반사된 광은 센서(14)의 수광면에 간섭 무늬를 형성한다. 이어서, 센서(14)는 이 간섭 무늬를 검출한다. 이러한 간섭계는 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)로 불린다. 다만, 검출기(DT2)는 다른 타입의 간섭계로 구성되어도 된다.
도 7은 일반적인 마이켈슨 간섭계의 구성을 나타낸 도면이다. 마이켈슨 간섭계는 진동하는 물체의 변위를 측정하기 위한 측정 장치로서 알려져 있다. 광원(A)으로부터 사출된 광은, 반투명경(B)을 투과하는 제1광과 반투명경(B)에 의해 반사되는 제2광으로 분할된다. 반투명경(B)을 투과하는 제1광은, 반사기(측정 대상 물체)(D)에 의해 반사되고, 반투명경(B)에 의해 더욱 반사되어 관측점(E)에 입사한다. 반투명경(B)에 의해 반사된 제2광은, 반사기(C)에 의해 반사되어 반투명경(B)을 투과하여 관측점(E)에 입사한다. 관측점(E)에 입사하는 제1광과 제2광은 서로 간섭하여 간섭 줄무늬 패턴을 형성한다. 반사기(D)의 변위에 응해서 제l광 및 제2광의 광로 길이가 변화함에 따라, 간섭 줄무늬 패턴이 변화한다. 이 변화를 검출하는 것에 의해 광로 길이의 변화, 즉, 반사기(D)의 변위를 측정하는 것이 가능해진다.
도 8은 미러(2)의 기울기 각도(기울기량)의 검출을 설명하는 도면이다. 미러(2)가 기울기가 없는 상태에서, 미러(2)의 가공용 반사면(가공용의 레이저광을 반사하는 면)이 광원(5a)의 광축과 직교하는 것으로 가정하자. 미러(2)의 이면 상에 제공되어 1개의 가공용 반사면과 평행하게 되어 있는 피검영역(13)으로서의 반사면에 입사한 광은, 반투명경(11)의 방향으로 반사된다. 이 상태에 있어서의 간섭계(검출기(DT2))에 의해 얻어진 측정치(변위량)를 기준치 0으로 가정한다.
도 9는 미러(2)가 각도(θt)[rad]로 기울어져 있는 상태를 나타낸 도면이다. 이 상태에서, 미러(2)의 피검영역(13)은 모터(1)의 회전축(9)을 연장한 선에 수직인 방향으로 해당 연장된 선으로부터 R2tan(θt)만큼 멀리 이간되어 있다. 이 변위를 간섭계(검출기(DT2))가 측정한다.
도 10은 도 9에 나타낸 상태에서 미러(2)가 모터(1)에 의해 θm[rad]만큼 회전된 상태를 나타낸 도면이다. 미러(2)가 θm[rad]만큼 회전된 경우, 피검영역(13)은 모터(1)의 회전축(9)을 연장한 선에 수직인 방향으로 해당 연장된 선으로부터 R2tan(θt)/cos(θm)만큼 멀리 이간된다. 이 변위를 간섭계(검출기(DT2))가 측정한다.
이 경우, 참조 부호 R2는 미러(2)측의 베어링(10)으로부터 피검영역(13)까지의 거리를 나타내며 이것은 공지된 값이다. 로터리 엔코더(8)는 각도(θm)를 검출 할 수 있다. 각도(θm)로서, 목표 회전각을 사용할 수 있다.
처리기(50)는, 간섭계에 의해 R2tan(θt)/cos(θm)에 따라 계산되는 변위량을 측정함으로써, 기울기 각도(기울기량)(θt)를 산출할 수 있다.
본 실시형태에 의한 광속 주사장치도 도 5에 나타낸 것과 같은 레이저 가공장치에 내장될 수 있다. 이 레이저 가공장치의 제어부(20)는, X축 미러 기울기 각도 측정부(25)로부터 제공되는 X축 미러(23)의 기울기 각도 및 Y축 미러 기울기 각도 측정부(30)로부터 제공되는 Y축 미러(28)의 기울기 각도가 각각 허용치에 들어갈 때까지 기다린다. 제어부(20)는, 이들 양쪽 기울기 각도가 모두 각각의 허용치에 들어간 후에, 물체(32)의 가공이 개시 혹은 재개되도록, 레이저 장치(35), X축 모터 위치 지령부(21) 및 Y축 모터 위치 지령부(26)를 제어한다.
본 실시형태에서는, 마이켈슨 간섭계를 적용한 검출기를 예시적으로 설명했지만, 이러한 검출기 대신에, 예를 들어, 레이저 도플러 속도계, 레이저 도플러 진동계 혹은 레이저 엔코더 등을 사용하는 것도 가능하다.
[제3실시형태]
도 11은 본 발명의 제3실시형태에 의한 광속 주사장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 제3실시형태의 광속 주사장치(GM3)는 제1실시형태에 있어서의 검출기(DT1)를 검출기(DT3)로 대체한 것 이외에는 해당 제1실시형태의 것과 동일하다. 제3실시형태에 있어서 언급되지 않은 사항은 제1실시형태에 준할 수 있다.
검출기(DT3)는 정전 용량 센서를 포함하고, 해당 정전 용량 센서를 사용해서 미러(2)의 피검영역의 기울기를 검출한다. 검출기(DT3)는, 미러(2)의 피검영역에 장착된 수신 전극(16)과, 해당 수신 전극(16)과 평행하게 대향하도록 배치된 분할 구조 전극(15)을 포함한다. 분할 구조 전극(15)은, 예를 들어, 원형 전극을 1쌍의 반원형 전극(분할 전극)으로 분할함으로써 얻어진 구조를 가진다. 수신 전극(16)과 분할 구조 전극(15)은 캐패시턴스를 형성한다. 1/2 주기의 위상차를 가지는 정현파 전기신호를 2개의 반원형 전극에 대해서 인가하면, 수신 전극(16)에서는, 분할 구조 전극(15)의 각각의 반원형 전극 간의 용량 결합에 의해 전기신호를 발생한다. 검출부(DT3)는, 이 전기신호를 계측함으로써, 미러(2)의 피검영역의 기울기 각도(기울기량)를 검출한다.
도 12는 미러(2)의 기울기 각도(기울기량)의 검출을 설명하는 도면이다. 도 12는 도 11에 나타낸 구성의 평면도이다. 미러(2)가 기울기를 가지지 않는 상태에서, 미러(2)의 피검영역에 설치된 수신 전극(16)의 중심은 분할 구조 전극(15)의 중심과 일치하고 있다. 그 때문에, 도 12에 나타낸 바와 같이, 수신 전극(16)은 분할 구조 전극(15)의 2개의 반원형 전극을 마찬가지로 중첩시키고 있으므로, 수신 전극(16)에 의해 발생된 신호의 강도는 0이 된다.
도 13은 미러(2)가 각도(θt[rad])로 기울어져 있는 상태를 나타낸 도면이다. 베어링(10)은 반경 방향의 하중을 지지한다. 베어링(10)의 내부 링은 모터(1)의 회전축(소위 로터측)에 장착되고, 베어링(10)의 외부 링은 모터(1)의 케이스측(소위 고정자측)에 장착된다. 이러한 구성에서 발생하는 기울어짐으로 의한 진동의 지배적인 진동 모드는, 베어링(10)을 고정단부로서 작용시키면서 회전축(9) 의 기울어짐 및 미러(2)의 기울어짐에 기인한다. 회전축(9)이 진동하고 있는 상태, 즉 미러(2)가 기울어진 상태에서, 수신 전극(16)은 주어진 순간에 분할 구조 전극(15)의 2개의 반원형 전극 가운데 하나의 반원형 전극의 영향을 다른쪽의 반원형 전극보다 크게 받는다. 이 때문에, 미러(2)의 기울기 각도(θt)와 수신 전극(16)에 의해 발생하는 신호와의 관계를 나타내는 데이터를 미리 등록해둔다. 이것에 의해, 광속 주사장치(GM3)의 동작 시, 수신 전극(16)에 의해 발생하는 신호와 해당 등록된 데이터에 의거해서 미러(2)의 피검영역의 기울기 각도(기울기량)(θt)를 검출하는 것이 가능해진다.
미러(2)가 θm[rad]만큼 모터(1)에 의해 회전된 경우에 있어서는, 수신전극(16)과 분할 구조 전극(15)의 공간적인 배치가 변화한다. 이 때문에, 미리 회전각(θm)에 대한 미러(2)의 피검영역의 기울기 각도(θt)와 수신 전극(16)에 의해 발생된 신호와의 관계를 나타내는 데이터를 미리 구해둔다. 그리고, 광속 주사장치(GM3)의 동작 시, 처리기(50)는 수신 전극(16)에 의해 발생된 신호와 해당 얻어진 데이터에 의거해서, 회전각(θm)에 대한 미러(2)의 피검영역의 기울기 각도(기울기량)(θt)를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 광속 주사장치도 도 5에 나타낸 것과 같은 레이저 가공장치에 내장될 수 있다. 이 레이저 가공장치의 제어부(20)는, X축 미러 기울기 각도 측정부(25)로부터 제공되는 X축 미러(23)의 기울기 각도 및 Y축 미러 기울기 각도 측정부(30)로부터 제공되는 Y축 미러(28)의 기울기 각도가 각각 허용치 내에 들어갈 때까지 기다린다. 그리고, 제어부(20)는, 양쪽 기울기 각도가 모두 각각의 허용치 내에 들어간 후에, 물체(32)의 가공이 개시 혹은 재개되도록, 레이저 장치(35), X축 모터 위치 지령부(21) 및 Y축 모터 위치 지령부(26)를 제어한다.
[제4실시형태]
도 14는 본 발명의 제4실시형태에 의한 레이저 가공장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이 레이저 가공장치에는, 제1 내지 제3실시형태에 의한 광속 주사장치 중 하나가 내장될 수 있다. 이 레이저 가공장치는, 가공 대상 물체(32)에 조사하는 레이저광(31)의 X축 방향 위치를 제어하는 X축 갈바노유닛(제1 갈바노유닛), 레이저광(31)의 Y축방향 위치를 제어하는 Y축 갈바노유닛(제2 갈바노유닛) 및 제어부(20)를 포함할 수 있다. X축 및 Y축은 X-Y좌표계에 의거한 것으로, 이들은 서로 직교한다.
X축 갈바노유닛은 X축 미러(23), 해당 X축 미러(23)를 회전시키는 X축 모터(24) 및 X축 미러(23)의 기울기 각도(기울기량)를 측정하는 X축 미러 기울기 각도 측정부(25)를 포함한다. X축 미러 기울기 각도 측정부(25)는, 제1 내지 제3실시형태에 의한 검출기(DT1) 내지 (DT3) 중 어느 하나, 그리고, 처리기(50)에 상당하는 구성을 포함한다. X축 갈바노유닛은 X축 모터(24)를 제어하는 X축 모터 제어부(22)와, X축 모터(24)에 회전각을 지령해서 레이저광의 X축 방향의 위치를 제어하는 X축 모터 위치 지령부(21)를 추가로 포함할 수 있다.
Y축 갈바노유닛은, Y축 미러(28), 해당 Y축 미러(28)를 회전시키는 Y축 모터(29) 및 상기 Y축 미러(28)의 기울기 각도(기울기량)를 측정하는 Y축 미러 기울기 각도 측정부(30)를 포함한다. Y축 미러 기울기 각도 측정부(30)는, 제1 내지 제3실시형태에 의한 검출기(DT1) 내지 (DT3) 중 하나, 그리고, 처리기(50)에 상당하는 구성을 포함한다. Y축 갈바노유닛은 Y축 모터(29)를 제어하는 Y축 모터 제어부(27)와, Y축 모터(29)에 회전각을 지령해서 레이저광의 Y축방향의 위치를 제어하는 Y축 모터 위치 지령부(26)를 추가로 포함할 수 있다. X축 모터(24)의 회전축과 Y축 모터(29)의 회전축은 서로 직교한다.
X축 미러(23)의 기울기는, X축 모터(24)에 의한 X축 미러(23)의 회전에 의해 레이저광(31)이 주사되는 X축 방향과 직교하는 Y축방향으로 가공 대상 물체(32)에 입사하는 레이저광(31)의 위치를 변화시킨다. 또, Y축 미러(28)의 기울기는, Y축 모터(29)에 의한 Y축 미러(28)의 회전에 의해 레이저광(31)이 주사되는 Y축 방향과 직교하는 X축 방향으로 가공 대상 물체(32)에 입사하는 레이저광(31)의 위치를 변화시킨다.
따라서, X축 미러(23)의 기울기 각도(기울기량)는, Y축 모터(29)에 의해 Y축 미러(28)를 회전시킴으로써 보상할 수 있다. 또한, Y축 미러(28)의 기울기 각도(기울기량)는, X축 모터(24)에 의해 X축 미러(23)를 회전시킴으로써 보상할 수 있다.
물체(32)를 레이저 가공할 경우, 제어부(20)는, X축 모터 위치 지령부(21) 및 Y축 모터 위치 지령부(26)에 대해서 물체(32)의 가공 위치(레이저광의 조사위치)의 좌표를 지령한다. X축 모터 위치 지령부(21) 및 Y축 모터 위치 지령부(26)는, 제어부(20)로부터 전송된 좌표를 X축 미러(23) 및 Y축 미러(28)의 회전각으로 변환하고, 그 회전각을 나타내는 정보를 X축 모터 제어부(22) 및 Y축 모터 제어 부(27)에 지령한다.
X축 모터 위치 지령부(21)는 보상부(21a)를 포함한다. 보상부(21a)는 Y축 미러 기울기 각도 측정부(30)에 의해 측정된 Y축 미러(28)의 기울기 각도(기울기량)에 의한 X방향에 있어서의 레이저광(31)의 위치 차이가 보상되도록, X축 모터 제어부(22)에 지령되는 X축 미러(23)의 회전각을 보정한다. Y축 모터 위치 지령부(26)는 보상부(26a)를 포함한다. 보상부(26a)는, X축 미러 기울기 각도 측정부(25)에 의해 측정된 X축 미러(23)의 기울기 각도(기울기량)에 의한 Y방향에 있어서의 레이저광(31)의 위치 차이가 보상되도록, Y축 모터 제어부(27)에 지령하는 Y축 미러(28)의 회전각을 보정한다.
본 실시형태에 의하면, X축 미러의 기울어짐에 의한 레이저광의 어긋남을 Y축 미러의 회전각에 의해 보상할 수 있다. 또, Y축 미러의 기울어짐에 의한 레이저광의 어긋남을 X축 미러의 회전각에 의해 보상할 수 있다. 이것에 의해, 고정밀도이면서 고속으로 물체를 가공할 수 있다.
이상, 본 발명을 예시적인 실시예를 참조해서 설명하였지만, 본 발명은 이들 개시된 실시예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 후술하는 특허청구범위의 범주는 이러한 변형과 등가의 구성 및 기능을 모두 망라하도록 최광의로 해석되어야 할 필요가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 의한 광속 주사장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시형태에 있어서 미러의 기울기 각도를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시형태에 있어서 미러의 기울기 각도를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시형태에 있어서 미러의 기울기 각도를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 레이저 가공장치의 구성을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제2실시형태에 의한 광속 주사장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면;
도 7은 일반적인 마이켈슨 간섭계의 구성을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제2실시형태에 있어서 미러의 기울기 각도를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면;
도 9는 본 발명의 제2실시형태에 있어서 미러의 기울기 각도를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면;
도 10은 본 발명의 제2실시형태에 있어서 미러의 기울기 각도를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면;
도 11은 본 발명의 제3실시형태의 광속 주사장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면;
도 12는 본 발명의 제3실시형태에 있어서 미러의 기울기 각도를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면;
도 13은 본 발명의 제3실시형태에 있어서 미러의 기울기 각도를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면;
도 14는 본 발명의 제4실시형태의 레이저 가공장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 모터 2, 12: 미러
5: 조사부 5a: 광원
6, 13: 피검영역 7, 14: 센서
8: 로터리 엔코더(회전 검출기) 9: 모터의 회전축
10: 베어링 11: 반투명경
15: 분할 구조 전극 16: 수신 전극
20: 제어부 31: 레이저광
32: (가공 대상) 물체 50: 처리기
DT1, DT2, DT3: 검출기 GM1, GM2, GM3: 광속 주사장치

Claims (10)

  1. 광속 주사장치로서,
    입사하는 광속을 반사하는 미러;
    상기 미러를 회전시켜 해당 미러에 의해 반사된 광속이 진행하는 방향을 변화시키는 모터;
    상기 모터에 의해 회전되는 상기 미러의 회전각에 대해서, 상기 모터의 회전축을 포함하는 평면상에서 상기 모터의 회전축 방향에 대한, 상기 미러의 피검영역의 기울기를 검출하는 검출기; 및
    상기 미러의 회전각과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 회전축 방향에 대한 상기 미러의 기울기를 산출하는 처리기를 포함하고,
    상기 미러의 기울기는, 상기 회전축과 상기 미러의 반사면의 법선을 포함하는 평면상에서, 상기 회전축 방향과 상기 미러의 반사면 사이의 각도에 의해 나타내지며,
    상기 미러, 상기 모터, 상기 검출기 및 상기 처리기는 제1유닛을 구성하고,
    상기 광속 주사장치는,
    입사하는 광속을 반사하는 제2미러와, 상기 제2미러를 회전시켜 해당 제2미러에 의해 반사된 광속이 진행되는 방향을 변화시키는 제2모터를 포함하는 제2유닛 - 상기 제2미러는, 상기 제1유닛으로부터의 광속이 입사되거나, 또는 상기 제1유닛의 미러로 광속을 반사함 -; 및
    상기 제2유닛의 상기 제2미러의 회전각에 의해 상기 제1유닛의 상기 미러의 기울기를 보상하는 보상부를 추가로 포함하고,
    상기 제1유닛의 상기 모터의 회전축이 상기 제2유닛의 상기 제2모터의 회전축에 대해서 직교하는 것을 특징으로 하는 광속 주사장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2유닛은, 상기 제2모터에 의해 회전되는 상기 제2미러의 회전각에 대해서, 상기 제2모터의 회전축을 포함하는 평면상에서 상기 제2모터의 회전축 방향에 대한, 상기 제2미러의 제2피검영역의 기울기를 검출하는 제2검출기와, 상기 제2미러의 회전각과 상기 제2검출기에 의해 검출된 상기 제 2피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 제2모터의 회전축 방향에 대한 상기 제2미러의 기울기를 구하는 제2처리기를 더 포함하고,
    상기 제2 미러의 기울기는, 상기 제2모터의 회전축과 상기 제2미러의 반사면의 법선을 포함하는 평면상에서, 상기 제2모터의 회전축 방향과 상기 제2미러의 반사면 사이의 각도에 의해 나타내지며,
    상기 광속 주사장치는,
    상기 제1유닛의 미러의 회전각에 의해 상기 제2유닛의 상기 제2미러의 기울기를 보상하는 제2보상부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광속 주사장치.
  4. 광속 주사장치로서,
    입사하는 광속을 반사하는 미러;
    상기 미러를 회전시켜 해당 미러에 의해 반사된 광속이 진행하는 방향을 변화시키는 모터;
    상기 모터에 의해 회전되는 상기 미러의 회전각에 대해서, 상기 모터의 회전축을 포함하는 평면상에서 상기 모터의 회전축 방향에 대한, 상기 미러의 피검영역의 기울기를 검출하는 검출기; 및
    상기 미러의 회전각과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 회전축 방향에 대한 상기 미러의 기울기를 산출하는 처리기를 포함하고,
    상기 미러의 기울기는, 상기 회전축과 상기 미러의 반사면의 법선을 포함하는 평면상에서, 상기 회전축 방향과 상기 미러의 반사면 사이의 각도에 의해 나타내지며,
    상기 처리기는, 상기 미러의 기울기가 허용치를 초과한 경우에, 상기 미러의 기울기가 허용치를 초과한 것을 나타내는 에러 신호를 출력하여, 광속 주사를 시작하지 않게 하고,
    상기 검출기는, 상기 미러에 검출광을 조사하는 조사부와, 상기 미러에 의해 반사된 검출광을 수광하는 수광면을 가지는 센서를 포함하고, 상기 수광면에 검출광이 입사하는 위치에 의거해서 상기 피검영역의 기울기를 검출하는 것을 특징으로 하는 광속 주사장치.
  5. 광속 주사장치로서,
    입사하는 광속을 반사하는 미러;
    상기 미러를 회전시켜 해당 미러에 의해 반사된 광속이 진행하는 방향을 변화시키는 모터;
    상기 모터에 의해 회전되는 상기 미러의 회전각에 대해서, 상기 모터의 회전축을 포함하는 평면상에서 상기 모터의 회전축 방향에 대한, 상기 미러의 피검영역의 기울기를 검출하는 검출기; 및
    상기 미러의 회전각과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 회전축 방향에 대한 상기 미러의 기울기를 산출하는 처리기를 포함하고,
    상기 미러의 기울기는, 상기 회전축과 상기 미러의 반사면의 법선을 포함하는 평면상에서, 상기 회전축 방향과 상기 미러의 반사면 사이의 각도에 의해 나타내지며,
    상기 처리기는, 상기 미러의 기울기가 허용치를 초과한 경우에, 상기 미러의 기울기가 허용치를 초과한 것을 나타내는 에러 신호를 출력하여, 광속 주사를 시작하지 않게 하고,
    상기 검출기는 간섭계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광속 주사장치.
  6. 광속 주사장치로서,
    입사하는 광속을 반사하는 미러;
    상기 미러를 회전시켜 해당 미러에 의해 반사된 광속이 진행하는 방향을 변화시키는 모터;
    상기 모터에 의해 회전되는 상기 미러의 회전각에 대해서, 상기 모터의 회전축을 포함하는 평면상에서 상기 모터의 회전축 방향에 대한, 상기 미러의 피검영역의 기울기를 검출하는 검출기; 및
    상기 미러의 회전각과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 회전축 방향에 대한 상기 미러의 기울기를 산출하는 처리기를 포함하고,
    상기 미러의 기울기는, 상기 회전축과 상기 미러의 반사면의 법선을 포함하는 평면상에서, 상기 회전축 방향과 상기 미러의 반사면 사이의 각도에 의해 나타내지며,
    상기 처리기는, 상기 미러의 기울기가 허용치를 초과한 경우에, 상기 미러의 기울기가 허용치를 초과한 것을 나타내는 에러 신호를 출력하여, 광속 주사를 시작하지 않게 하고,
    상기 검출기는 정전 용량 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 광속 주사장치.
  7. 제1항에 규정된 광속 주사장치; 및
    상기 규정된 광속 주사장치의 미러에 레이저광을 조사하는 레이저 장치를 포함하되,
    가공 대상 물품에 대한 레이저광의 조사위치가 미러의 회전각에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  8. 삭제
  9. 입사하는 광속을 반사하는 미러; 및 상기 미러를 회전시켜 해당 미러에 의해 반사된 광속이 진행되는 방향을 변화시키는 모터를 포함하는 광속 주사장치를 검사하는 방법에 있어서,
    상기 모터에 의해 회전되는 상기 미러의 회전각을 측정하는 공정;
    상기 회전각에 대해서, 상기 모터의 회전축을 포함하는 평면상에서 상기 모터의 회전축 방향에 대한, 상기 미러의 피검영역의 기울기를 검출하는 공정; 및
    상기 미러의 회전각과 상기 피검영역의 기울기에 의거해서, 상기 회전축 방향에 대한 상기 미러의 기울기를 구하는 공정을 포함하고,
    상기 미러의 기울기는, 상기 회전축과 상기 미러의 반사면의 법선을 포함하는 평면상에서, 상기 회전축 방향과 상기 미러의 반사면 사이의 각도에 의해 나타내지는 것을 특징으로 하는, 광속 주사장치의 검사방법.
  10. 제9항에 규정된 검사방법에 의해 상기 미러의 기울기를 구하는 공정; 및
    상기 미러의 기울기가 허용치 내에 들어간 후에 레이저광을 가공 대상 물품에 조사해서 해당 가공 대상 물품의 가공을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
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