KR101544385B1 - Laser processing system and laser processing method for continuous roll patterning - Google Patents

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Abstract

본 기재의 레이저 가공시스템은, 레이저빔을 스캔하면서 기 설정된 가공패턴을 따라 롤 표면을 가공하는 레이저 가공시스템으로서, 상기 레이저빔을 생성하여 출력하는 레이저 발진기, 상기 레이저빔을 기 설정된 각도로 반사시켜 상기 롤 표면에 상기 레이저빔을 스캔하며 조사하는 갈바노미터 스캐너, 상기 롤을 탑재하여 지지하면서 회전축을 기준으로 상기 롤을 회전시키는 로터리 스테이지, 상기 가공패턴을 따라 상기 레이저빔을 스캔하도록 상기 갈바노미터 스캐너 및 상기 로터리 스테이지의 구동을 제어하며, 상기 롤 표면으로 조사되는 레이저빔의 중심경로에 수직하면서 상기 롤의 표면에 접하는 기준가공평면과 상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 회전축을 향해 상기 레이저빔의 초점깊이(DOF)만큼 이격된 초점깊이 가상평면 사이의 영역 이내에서 상기 갈바노미터 스캐너의 롤가공 스캔영역이 위치하도록 설정하는 가공제어기를 포함한다. The laser processing system of the present invention is a laser processing system for processing a roll surface along a predetermined processing pattern while scanning a laser beam, the laser processing system comprising: a laser oscillator for generating and outputting a laser beam; A galvanometer scanner for scanning and irradiating the laser beam onto the surface of the roll, a rotary stage for supporting the roll while rotating the roll with respect to the rotation axis, a galvanometer scanner for scanning the laser beam along the processing pattern, And a control device for controlling the driving of the laser scanner, the meter scanner, and the rotary stage, wherein the laser beam is irradiated to the roll surface, the reference laser beam being perpendicular to the center path of the laser beam, The distance between the focal depth virtual plane spaced by the focal depth (DOF) Within and a processing controller which is set up to roll processing scan area of the scanner, no galvanic meter location.

Description

연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템 및 레이저 가공방법{LASER PROCESSING SYSTEM AND LASER PROCESSING METHOD FOR CONTINUOUS ROLL PATTERNING}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing system and a laser processing method capable of continuous roll patterning,

본 발명은 레이저 가공시스템 및 레이저 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템 및 레이저 가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser machining system and a laser machining method, and more particularly, to a laser machining system and a laser machining method capable of continuous roll patterning.

인쇄 롤 패턴은 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Diode, OLED), 태양전지, 트랜지스터, RFID 등에 이용되고 있으며, 최근 평판 디스플레이의 대형화 추세에 따라 기존의 롤 표면에 대면적이고 연속적인 인쇄방법이 필요하게 되었다.The printing roll pattern is used for a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED), a solar cell, a transistor, Recently, as the flat panel display has become larger in size, a continuous and continuous printing method has become necessary on the existing roll surface.

전자소자를 제작하거나 금속 배선 등을 제조하기 위해서는 몰드 표면에 미세한 패턴을 형성하는 것이 중요하며, 패턴을 형성하는 방법으로는 보통 에칭방식, E-빔 가공, 다이아몬드 선반가공, 레이저 가공 등이 있다.In order to fabricate an electronic device or fabricate a metal wiring, it is important to form a fine pattern on the mold surface. Examples of the pattern forming method include an ordinary etching method, E-beam machining, diamond turning, and laser machining.

에칭 방식의 경우, 금속과 감광제를 코팅하고 포토리소그래피 공정을 한 후 금속을 식각, 에칭하여 패턴을 형성하므로 깊이가 한정되어 있다는 한계가 있다. E-빔 가공의 경우는 초 미세 패턴의 형성이 가능하나 가공시간이 길고 가공 양에 한계가 있어 대면적의 미세패턴을 형성할 수 없는 문제가 있다. 다이아몬드 선반가공의 경우, 가공 특성상 2차원 자유 형상가공이 어려운 문제가 있다.In the case of the etching method, there is a limit that the depth is limited because the pattern is formed by etching and etching the metal after coating the metal and the photoresist and performing the photolithography process. In the case of E-beam machining, ultrafine patterns can be formed, but there is a problem that a large area fine pattern can not be formed because the processing time is long and the processing amount is limited. In the case of diamond lathe machining, there is a problem that it is difficult to perform two-dimensional freeform machining due to the machining characteristics.

현재까지 레이저를 이용한 롤 가공은 주로 2가지 형태로 진행되었는데, 첫째는 고속으로 롤을 회전시키면서 초점렌즈를 활용하여 가공하거나, 둘째는 롤을 정지 후 스캐너를 이용하여 스캔 영역 내에서 가공하는 방식으로 진행되었다. 그러나 첫째 방식은 초점렌즈를 이용하여 가공부위를 점 가공하는 방식이고 롤의 회전축과 초점렌즈를 탑재한 1축 스테이지를 이용한 가공이므로 속도가 느린 문제점이 있었다. 둘째 방식은 스테이지가 정지하는 동안 스캐너가 이동하며 가공하고, 가공 후 다시 스테이지가 스텝 이송을 하는 스텝 앤 스캐닝 방식으로, 스캔 영역의 경계부에 불연속점이 생기므로 낮은 가공품질을 유발할 뿐만 아니라 가공속도가 느린 문제점이 있어 대면적의 미세 패터닝을 수행하기 어렵다.Until now, there have been two types of roll processing using laser. The first is processing by using the focus lens while rotating the roll at high speed, and the second is processing in the scan region by using the scanner after stopping the roll It went on. However, the first method is a point machining method using a focus lens, and since the machining is performed using a single-axis stage equipped with a rotation axis of a roll and a focus lens, there is a problem that the speed is slow. The second method is a step-and-scan method in which the scanner is moved and processed while the stage is stopped, and the stage is moved step by step again after the machining. Since discontinuous points are formed in the boundary of the scan area, not only low processing quality is caused, It is difficult to perform fine patterning of a large area.

따라서 대면적의 롤 표면을 불연속점이 발생하지 않으며 빠른 속도로 가공할 수 있도록 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방식이 요구된다.Therefore, there is a need for a laser processing method capable of continuous roll patterning so that large-area roll surfaces do not cause discontinuities and can be processed at a high speed.

상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명의 일 측면은 갈바노미터 스캐너와 로터리 스테이지의 구동을 연동 제어함으로써 롤 표면에 연속적으로 패턴을 가공할 수 있는 레이저 가공시스템을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above technical background, an aspect of the present invention is to provide a laser processing system capable of continuously patterning a roll surface by interlocking control of driving of a galvanometer scanner and a rotary stage.

본 발명의 다른 일 측면은 가변초점 조절기와 갈바노미터 스캐너를 구비하여 x-y 평면방향뿐만 아니라 z축 방향으로 레이저빔의 초점을 가변하면서 롤 표면에 연속적으로 패턴을 가공할 수 있는 레이저 가공시스템을 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention provides a laser processing system that includes a variable focus adjuster and a galvanometer scanner to continuously process a pattern on a roll surface while varying the focus of the laser beam in the xy plane direction as well as the z axis direction I want to.

본 발명의 또 다른 일 측면은 레이저빔의 초점을 가변 제어함과 동시에 롤의 회전을 상기 레이저빔의 z축 방향 초점 제어와 연동함으로써 롤 표면에 연속적으로 패턴을 가공할 수 있는 레이저 가공시스템을 제공하고자 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a laser processing system capable of variably controlling the focus of a laser beam and simultaneously processing a pattern on a roll surface by interlocking the rotation of the roll with the focus control of the laser beam in the z- I want to.

본 발명의 또 다른 일 측면은 갈바노미터 스캐너와 로터리 스테이지의 구동을 연동 제어함으로써 롤 표면에 연속적으로 패턴을 가공할 수 있는 레이저 가공방법을 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention is to provide a laser processing method capable of continuously patterning a roll surface by interlocking and controlling the driving of a galvanometer scanner and a rotary stage.

본 발명의 또 다른 일 측면은 x-y 평면방향뿐만 아니라 z축 방향으로 레이저빔의 초점을 가변 제어하면서 이러한 움직임을 롤의 회전 움직임과 연동함으로써 롤 표면에 연속적으로 패턴을 가공할 수 있는 레이저 가공방법을 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention is a laser processing method capable of continuously processing a pattern on a roll surface by controlling the focus of a laser beam in a x-y plane direction as well as a z- .

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템은, 레이저빔을 스캔하면서 기 설정된 가공패턴을 따라 롤 표면을 가공하는 레이저 가공시스템으로서, 상기 레이저빔을 생성하여 출력하는 레이저 발진기, 상기 레이저빔을 기 설정된 각도로 반사시켜 상기 롤 표면에 상기 레이저빔을 스캔하며 조사하는 갈바노미터 스캐너, 상기 롤을 탑재하여 지지하면서 회전축을 기준으로 상기 롤을 회전시키는 로터리 스테이지, 상기 가공패턴을 따라 상기 레이저빔을 스캔하도록 상기 갈바노미터 스캐너 및 상기 로터리 스테이지의 구동을 연동 제어하며, 상기 롤 표면으로 조사되는 레이저빔의 중심경로에 수직하면서 상기 롤의 표면에 접하는 기준가공평면과 상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 회전축을 향해 상기 레이저빔의 초점깊이(DOF)만큼 이격된 초점깊이 가상평면 사이의 영역 이내에서 상기 갈바노미터 스캐너의 롤가공 스캔영역이 위치하도록 설정하는 가공제어기를 포함한다.A laser processing system according to an embodiment of the present invention is a laser processing system for processing a roll surface along a predetermined processing pattern while scanning a laser beam, the laser processing system comprising: a laser oscillator for generating and outputting a laser beam; A galvanometer scanner for scanning and irradiating the laser beam on the surface of the roll with a predetermined angle, a rotary stage for supporting the roll while rotating the roll with respect to the rotation axis, A reference machining plane perpendicular to a center path of a laser beam irradiated to the roll surface and in contact with a surface of the roll, and a reference machining plane contacting the surface of the roll, (DOF) of the laser beam toward the rotation axis, Within the region between the virtual plane and a processing controller which is set up to roll processing scan area of the scanner, no galvanic meter location.

상기 롤가공 스캔영역은 상기 초점깊이 가상평면이 상기 롤의 표면과 만나는 2개의 경계선 사이의 롤 표면 영역에 형성될 수 있다.The roll processing scan area may be formed in a roll surface area between two boundary lines where the focal depth virtual plane meets the surface of the roll.

상기 가공제어기는, 상기 갈바노미터 스캐너의 스캔영역 내의 구동을 제어하는 스캐너 제어보드와, 상기 갈바노미터 스캐너의 상기 롤의 회전축을 중심으로 한 선회구동과 상기 로터리 스테이지의 회전구동을 제어하는 로터리 모션보드를 포함하고, 상기 로터리 모션보드는 상기 로터리 스테이지의 구동정보를 상기 스캐너 제어보드에 전달하도록 구성될 수 있다.The galvanometer scanner according to claim 1, wherein the machining controller comprises: a scanner control board for controlling driving in a scan area of the galvanometer scanner; a rotary controller for controlling rotation of the galvanometer scanner about a rotation axis of the roll and rotation of the rotary stage; And the rotary motion board may be configured to transmit driving information of the rotary stage to the scanner control board.

상기 레이저빔의 경로 상에 위치하고, 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저빔의 초점거리를 가변하는 가변초점 조절기를 더 포함할 수 있다.And a variable focus adjuster positioned on a path of the laser beam and varying a focal length of the laser beam output from the laser oscillator.

상기 로터리 모션보드는, 상기 가변초점 조절기의 가변 z축 드라이버에 연결되어 상기 가변초점 조절기의 렌즈 간격을 조절하도록 구성될 수 있다.The rotary motion board may be configured to be connected to a variable z axis driver of the variable focus adjuster to adjust a lens interval of the variable focus adjuster.

상기 로터리 모션보드는 상기 로터리 스테이지의 구동정보를 상기 가변초점 조절기의 가변 z축 드라이버에 전달하도록 구성될 수 있다.The rotary motion board may be configured to transmit drive information of the rotary stage to a variable z axis driver of the variable focus controller.

Zd , cr는 상기 가변초점 조절기로 조절 가능한 최대 단차이며, 상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 가공 표면까지의 단차를 Zd라고 할 때, 초점깊이 < Zd ≤ Zd , cr의 조건을 만족하면, 상기 로터리 모션보드는 상기 가변 z축 드라이버를 구동하고, Zd > Zd , cr의 조건을 만족하면, 상기 로터리 모션보드는 상기 갈바노미터 스캐너의 선회구동을 제어하도록 구성될 수 있다.Z d and cr satisfy the condition of the focal depth < Z d &lt; Z d , cr , where Z d is the step from the reference machining plane to the machining surface of the roll , , The rotary motion board drives the variable z axis driver, and if the condition of Z d > Z d , cr is satisfied, the rotary motion board can be configured to control the swing drive of the galvanometer scanner.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방법은, 레이저빔을 롤 표면에 스캔하면서 기 설정된 가공패턴을 따라 가공하는 레이저 가공방법으로서, 상기 레이저빔을 생성하여 출력하는 단계, 갈바노미터 스캐너를 이용하여 상기 레이저빔을 기 설정된 각도로 반사시켜 상기 레이저빔을 스캔하며 상기 롤 표면에 조사하는 단계, 상기 롤의 회전축을 기준으로 상기 롤을 회전시키는 단계, 상기 가공패턴을 따라 상기 레이저빔을 스캔하도록 상기 갈바노미터 스캐너의 구동 및 상기 롤의 회전을 연동하여 제어하며, 상기 롤 표면으로 조사되는 레이저빔의 중심경로에 수직하면서 상기 롤의 표면에 접하는 기준가공평면과 상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 회전축을 향해 상기 레이저빔의 초점깊이(DOF)만큼 이격된 초점깊이 가상평면 사이의 영역 이내에서 상기 갈바노미터 스캐너의 롤가공 스캔영역이 위치하도록 설정하는 가공제어단계를 포함한다.A laser processing method capable of continuous roll patterning according to another embodiment of the present invention is a laser processing method for processing a laser beam along a predetermined processing pattern while scanning a roll surface, Scanning the laser beam with a predetermined angle by using a galvanometer scanner to irradiate the laser beam onto the surface of the roll, rotating the roll with respect to the rotation axis of the roll, Wherein the control unit controls the driving of the galvanometer scanner and the rotation of the roll to be interlocked so as to scan the laser beam so as to control the reference machining plane contacting the surface of the roll while being perpendicular to the center path of the laser beam irradiated on the roll surface, (DOF) of the laser beam from the processing plane toward the rotation axis of the roll, Within the region between the virtual plane and a processing control step of setting up a roll machining scan area of the scanner, no galvanic meter location.

상기 롤가공 스캔영역은 상기 초점깊이 가상평면이 상기 롤의 표면과 만나는 2개의 경계선 사이의 롤 표면 영역에 형성되도록 설정할 수 있다.The roll processing scan area may be configured to be formed in a roll surface area between two boundary lines where the focal depth virtual plane meets the surface of the roll.

상기 가공제어단계는, 상기 갈바노미터 스캐너의 롤가공 스캔영역 내에서 상기 레이저빔을 스캔하도록 구동하고, 상기 갈바노미터 스캐너를 상기 롤의 회전축을 중심으로 선회하도록 구동할 수 있다.The machining control step may be operated to scan the laser beam within a roll machining scan area of the galvanometer scanner, and drive the galvanometer scanner to pivot about the rotation axis of the roll.

상기 레이저 가공방법은, 가변초점 조절기를 이용하여 상기 레이저빔의 초점거리를 가변하는 단계를 더 포함할 수 있다.The laser processing method may further include varying a focal length of the laser beam using a variable focus controller.

상기 가공제어단계는, 상기 갈바노미터 스캐너의 x축과 y축의 구동을 제어하고, 상기 가변초점 조절기의 렌즈 간격을 조절하여 상기 레이저빔의 z축 변위를 제어할 수 있다.The machining control step may control the driving of the x and y axes of the galvanometer scanner and the z axis displacement of the laser beam by adjusting the lens interval of the variable focus adjuster.

상기 가공제어단계는, 상기 롤의 회전 구동을 제어하고, 상기 롤의 회전 구동에 대한 정보에 기반하여 상기 가변초점 조절기의 가변 z축과 상기 갈바노미터 스캐너의 x축과 y축을 제어할 수 있다.The machining control step may control the rotational drive of the roll and may control the variable z-axis of the variable focus adjuster and the x- and y-axes of the galvanometer scanner based on information about the rotational drive of the roll .

Zd,cr는 상기 가변초점 조절기로 조절 가능한 최대 단차이며, Zd는 상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 가공 표면까지의 단차라고 할 때, 상기 가공제어단계는, 초점깊이 < Zd ≤ Zd,cr 의 조건을 만족하면, 상기 가변 z축을 가변하도록 제어하고, Zd > Zd,cr 의 조건을 만족하면, 상기 갈바노미터 스캐너를 선회구동 하도록 제어할 수 있다.Z d, cr is the maximum level difference is adjustable by said variable focus adjuster, Z d is to say the step to process the surface of the roll from the reference machining plane, wherein the processing control step, focus depth <Z d ≤ Z d , and cr are satisfied, control is performed so as to vary the variable z-axis, and when the condition of Z d > Z d, cr is satisfied, the galvanometer scanner can be controlled to be swiveled.

상기한 바와 같은 레이저 가공시스템에 의하면, 갈바노미터 스캐너와 로터리 스테이지의 구동을 연동 제어함으로써 롤 표면에 연속적으로 패턴을 가공할 수 있다.According to the above-described laser machining system, it is possible to continuously process the pattern on the roll surface by interlocking the drive of the galvanometer scanner and the rotary stage.

또한 가변초점 조절기와 갈바노미터 스캐너를 이용하여 x-y 평면방향뿐만 아니라 z축 방향으로 레이저빔의 초점을 가변하면서 롤 표면에 연속적인 레이저 패터닝을 할 수 있다.In addition, the laser beam can be continuously patterned on the roll surface while varying the focus of the laser beam in the x-y plane direction as well as the z-axis direction using a variable focus controller and a galvanometer scanner.

아울러 레이저빔의 초점을 가변 제어함과 동시에 롤의 회전을 상기 레이저빔의 z축 방향 초점 제어와 연동함으로써 롤 표면에 연속적인 레이저 패터닝을 할 수 있다.In addition, the focal point of the laser beam is variably controlled and the rotation of the roll is interlocked with the focus control of the z-axis direction of the laser beam, so that laser patterning can be continuously performed on the roll surface.

나아가 롤 표면에 연속적인 레이저 패터닝을 수행함으로써, 대면적 가공 시 연속적인 가공의 결과로 고속화 공정이 이루어질 수 있다.Furthermore, by performing continuous laser patterning on the roll surface, an accelerating process can be achieved as a result of continuous machining during large area machining.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템을 이용한 롤 표면의 가공 시 스캔 영역을 설정하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템이 롤의 회전축과 나란한 방향으로 이송되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템을 이용하여 롤의 표면에 가공할 예시적인 가공패턴을 도시한 도면으로, (A)는 롤을 도시한 도면이고, (B)는 롤의 표면에 가공할 가공패턴을 펼쳐서 나타낸 도면이며, (C)는 스텝 앤 스캐닝 방식으로 가공하는 경우 스캔 영역 별로 구획한 도면이고, (D)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템에서 스캐너의 이송 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템의 가공제어기 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 롤의 역방향 회전이 필요한 가공패턴을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7의 (A)와 (B)는 가공대상물인 롤의 기준 좌표를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템의 z축 단차 보상방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템의 가변초점 조절기의 구동을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 실시에에 따른 레이저 가공시스템의 가공 시나리오를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
1 is a schematic view showing a laser processing system according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are views for setting a scan region when processing a roll surface using a laser processing system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a state in which a laser processing system according to an embodiment of the present invention is transported in a direction parallel to a rotation axis of a roll.
FIG. 4 is a view showing an exemplary processing pattern to be processed on the surface of a roll using a laser processing system according to an embodiment of the present invention, wherein (A) is a view showing a roll, (B) (C) is a view obtained by dividing the machining pattern to be machined on the surface by the scan area when machining by the step-and-scan method, and (D) Fig.
5 is a block diagram illustrating a machining controller configuration of a laser machining system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a view exemplarily showing a processing pattern requiring reverse rotation of the roll. Fig.
7A and 7B are views showing reference coordinates of a roll as an object to be processed.
8 is a view for explaining a z-axis step difference compensation method of a laser machining system according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B are views for explaining driving of the variable focus adjuster of the laser processing system according to an embodiment of the present invention.
10A to 10D are diagrams for explaining a processing scenario of a laser machining system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

본 발명에 있어서 "~상에"라 함은 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.The term "on " in the present invention means to be located above or below the object member, and does not necessarily mean that the object is located on the upper side with respect to the gravitational direction.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.1 is a schematic view showing a laser processing system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공시스템(100)은 레이저빔(L)을 롤(50) 표면에 스캔하면서 기 설정된 가공패턴을 따라 가공하는 시스템으로, 레이저 발진기(10), 가변초점 조절기(20), 갈바노미터 스캐너(30), 에프-쎄타 렌즈(40)를 포함하여 구성된다. 상기 에프-쎄타 렌즈(40) 대신 텔레센트릭 렌즈를 적용할 수도 있다. 레이저 발진기(10)에서 레이저빔(L)을 생성하여 출력하면, 상기 레이저빔(L)은 가변초점 조절기(20)를 지나 갈바노미터 스캐너(30)에 전달된다. 갈바노미터 스캐너(30)는 입사된 레이저빔(L)을 반사시켜 롤(50)의 기준가공평면을 향해 조사하고, 이 때 레이저빔(L)은 에프-쎄타 렌즈(40)를 통과하면서 등속주사가 이루어진다. 여기서 '기준가공평면'은 상기 갈바노미터 스캐너(30)를 거쳐 롤(50)을 향해 조사되는 레이저빔(L)의 중심 경로에 수직하면서 상기 롤(50) 표면에 접하는 평면으로 정의될 수 있다.Referring to FIG. 1, a laser processing system 100 according to the present embodiment is a system for processing a laser beam L along a predetermined processing pattern while scanning the surface of a roll 50, and includes a laser oscillator 10, A focus adjuster 20, a galvanometer scanner 30, and an F-theta lens 40. A telecentric lens may be used instead of the F-theta lens 40. When the laser beam L is generated and output from the laser oscillator 10, the laser beam L is transmitted to the galvanometer scanner 30 through the variable focus adjuster 20. The galvanometer scanner 30 reflects the incident laser beam L toward the reference processing plane of the roll 50. At this time, the laser beam L passes through the F-theta lens 40, Scanning is done. The reference processing plane may be defined as a plane perpendicular to the center path of the laser beam L irradiated toward the roll 50 via the galvanometer scanner 30 and in contact with the surface of the roll 50 .

가변초점 조절기(20)는 상기 레이저 발진기(10)로부터 출력되는 레이저빔(L)의 경로 상에 위치하며, 내부에 구비된 오목렌즈(23)와 볼록렌즈(25)의 간격을 조절하여 상기 레이저빔(L)의 초점 위치를 z축 방향(기준가공평면에 수직한 방향)으로 가변시킨다. 예를 들어, 상기 볼록렌즈(25)를 고정시킨 상태에서 상기 오목렌즈(23)를 상기 레이저빔(L)의 경로를 따라 왕복시키면, 상기 롤(50)의 표면에 도달하는 레이저빔(L)의 초점이 z축 방향으로 가변된다. 가공 조건에 따라 가변초점 조절기(20)를 구동하지 않고 레이저 가공할 수 있으며, 상기 레이저 가공시스템(100)의 구성에서 생략될 수도 있다. 가변초점 조절기의 구동에 대해서는 후술한다.The variable focus adjuster 20 is located on the path of the laser beam L outputted from the laser oscillator 10 and adjusts the interval between the concave lens 23 and the convex lens 25 provided therein to adjust the distance The focal position of the beam L is varied in the z-axis direction (direction perpendicular to the reference processing plane). For example, when the convex lens 25 is fixed and the concave lens 23 is reciprocated along the path of the laser beam L, the laser beam L arriving at the surface of the roll 50, The focal point of the light beam is varied in the z-axis direction. Laser processing can be performed without driving the variable focus adjuster 20 according to processing conditions, and may be omitted from the configuration of the laser processing system 100. [ The driving of the variable focus adjuster will be described later.

갈바노미터 스캐너(30)는 롤(50) 표면의 가공패턴에 대한 레이저 가공 데이터를 입력 받아 상기 레이저빔(L)의 스캔 위치를 제어할 수 있도록 2개의 갈바노미터(301, 303)를 적용할 수 있다. 상기 갈바노미터(301, 303)는 서보 모터(301a, 303a)와 이에 연결된 미러(301b, 303b)를 이용하여 레이저빔(L)의 스캔 위치를 x-y 평면상에서 이동하도록 제어할 수 있다. 상기 서보 모터(301a, 303a)에는 서보 모터(301a, 303a)의 회전에 따른 미러(301b, 303b)의 위치를 검출하여 피드백 신호를 출력하는 엔코더(미도시)가 연결될 수 있다.The galvanometer scanner 30 receives laser machining data on the processing pattern of the surface of the roll 50 and applies two galvanometers 301 and 303 to control the scan position of the laser beam L can do. The galvanometers 301 and 303 can control the scan position of the laser beam L to move on the x-y plane by using the servomotors 301a and 303a and the mirrors 301b and 303b connected thereto. An encoder (not shown) may be connected to the servo motors 301a and 303a to detect the positions of the mirrors 301b and 303b according to the rotation of the servo motors 301a and 303a and output a feedback signal.

도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템을 이용한 롤 표면의 가공 시 스캔 영역을 설정하기 위하여 도시한 도면이다.FIGS. 2A and 2B are views for setting a scan region when processing a roll surface using a laser processing system according to an embodiment of the present invention.

레이저 가공시스템(100)의 갈바노미터 스캐너(30)는 일정한 평면가공 스캔 영역(S)을 가지고 있으며, 갈바노미터(301, 303)는 상기 평면가공 스캔 영역(S) 내에서 미러(301b, 303b)를 이용하여 레이저빔(L)을 움직여 가공한다. 평면가공 스캔 영역(S)은 제1 폭(x축 방향의 폭)이 a ㎜, 제2 폭이 b ㎜인 직사각형의 영역으로 형성될 수 있으며, 통상 평면 가공 시에 정사각형 영역(a=b일 때)으로 형성된다.The galvanometer scanner 30 of the laser processing system 100 has a constant planar machining scan area S and the galvanometers 301 and 303 are positioned within the planar machining scan area S on the mirrors 301b, The laser beam L is moved and processed. The planar processing scan area S may be formed as a rectangular area having a first width (width in the x-axis direction) of a mm and a second width of b mm, and is usually a square area (a = .

롤 표면과 같은 곡면 가공 시에는 평면 가공 시보다 롤의 회전축에 수직한 방향(도면의 x축 방향)으로 더 축소된 영역으로 스캔 영역이 형성된다. 즉, 레이저빔(L)은 강도가 가장 강한 초점을 중심으로 일정 범위의 초점 깊이(DOF, depth of focus)를 가지며, 레이저 가공은 이러한 초점 깊이(DOF) 범위 내에서 이루어진다. 일반적으로 초점 깊이(DOF)는 초점에서의 강도를 Imax라고 할 때, 강도 Imax·(1/e)가 되는 거리로 정의된다. 따라서 롤 표면을 따라 가공하는 경우, 기준 가공평면에 대하여 초점 깊이(DOF)만큼 롤의 회전축을 향한 방향으로 이격된 범위 내에 속하는 영역으로 스캔 영역이 설정될 수 있다.In the case of a curved surface such as a roll surface, a scan region is formed in a region further reduced in a direction perpendicular to the rotation axis of the roll (x-axis direction in the drawing) than in the case of planar processing. That is, the laser beam L has a certain depth of focus (DOF) around a focus having the strongest intensity, and the laser processing is performed within the range of the DOF. In general, the depth of focus (DOF) is defined as the distance at which the intensity at the focus is I max , the intensity being I max (1 / e). Thus, when machining along the roll surface, the scan area can be set to an area that falls within a range spaced apart in the direction toward the rotation axis of the roll by the depth of focus DOF with respect to the reference machining plane.

도 2a를 참조하면, 기준 가공평면으로부터 초점 깊이(DOF)만큼 롤의 회전축을 향해 이격된 가상의 평면(이하, "초점깊이 가상평면"이라 함)과 롤의 표면이 만나는 2개의 경계선(도 2a에서는 경계점)이 형성될 수 있으며 상기 2개의 경계선 사이의 영역 내에서 롤가공 스캔 영역(S')이 정의된다. 즉, 상기 2개의 경계선 사이의 직선 거리를 a'이라고 할 때, 롤가공 스캔 영역(S')의 제1 폭(x축 방향의 폭)이 a'이 되며, 제2 폭(y축 방향의 폭)은 상기 평면가공 스캔 영역(S)의 세로폭과 동일하게 b가 된다.2A, two boundary lines (FIG. 2A) in which a virtual plane (hereinafter referred to as a "focal depth virtual plane") spaced from the reference processing plane toward the rotational axis of the roll by the depth of focus DOF A roll processing scan area S 'is defined within an area between the two boundary lines. That is, assuming that a straight line distance between the two boundary lines is a ', a first width (width in the x-axis direction) of the roll processing scan area S' is a ' Width &quot; is equal to &quot; b &quot; equal to the vertical width of the planar processing scan region S.

롤가공 스캔 영역(S')은 롤(50)의 반경(r) 크기에 따라 달라질 수 있는데, 동일한 평면가공 스캔 영역(S)을 기준으로 할 때 롤(50)의 반경(r)이 클수록 롤가공 스캔 영역(S')의 제1 폭 a'이 커지게 된다. 그러나 롤(50)의 반경(r)이 충분히 커서 기준 가공평면과 DOF 가상평면 사이의 영역 내에 상기 평면가공 스캔 영역(S)이 포함되는 경우에는 롤가공 스캔 영역(S')과 스캔 영역(S)이 동일하게 된다.The roll processing scan area S 'may vary depending on the radius r of the roll 50. The larger the radius r of the roll 50 is from the same plane machining scan area S, The first width a 'of the processed scan area S' becomes larger. However, if the radius r of the roll 50 is sufficiently large to include the planar machining scan area S in an area between the reference machining plane and the DOF virtual plane, the roll machining scan area S 'and the scan area S ) Are the same.

한편, 롤가공 스캔 영역(S')의 제1 폭 a'의 크기는 롤(50)의 반경(r)과 레이저빔(L)의 초점 깊이(DOF)에 따라 아래 수학식 1 및 수학식 2의 관계를 갖는다.On the other hand, the size of the first width a 'of the roll processing scan area S' is determined by the following formulas 1 and 2 according to the radius r of the roll 50 and the focal depth DOF of the laser beam L: .

Figure 112013105355287-pat00001
Figure 112013105355287-pat00001

Figure 112013105355287-pat00002
Figure 112013105355287-pat00002

여기서, r은 롤의 반경이고, θDOF는 DOF 가상평면이 롤 표면과 만나는 경계선과 기준 가공평면이 롤 표면과 만나는 선 사이의 중심각이다.Where r is the radius of the roll and θ DOF is the central angle between the boundary line where the DOF virtual plane meets the roll surface and the line where the reference machining plane meets the roll surface.

즉, 상기 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 롤가공 스캔 영역(S')의 제1 폭 a'의 크기를 롤(50)의 반경(r)과 레이저빔(L)의 초점 깊이(DOF)로부터 구할 수 있다.That is, the first width a 'of the roll processing scan area S' is determined by the radius r of the roll 50 and the focal depth DOF of the laser beam L using Equations (1) and (2) ).

도 2b를 참조하면, 롤가공 스캔 영역(S')의 제1 폭 a'이 평면가공 스캔 영역(S)의 제1 폭 a 보다 작은 경우에는 롤가공 스캔 영역(S')은 통상 롤의 회전축 방향으로 더 길게 이루어지는 직사각형의 형상을 갖게 된다.Referring to FIG. 2B, when the first width a 'of the roll processing scan area S' is smaller than the first width a of the planar processing scan area S, the roll processing scan area S ' And a longer rectangular shape.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템이 롤의 회전 회전축과 나란한 방향으로 이송되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view schematically showing a state in which a laser processing system according to an embodiment of the present invention is transported in a direction parallel to a rotational axis of rotation of a roll.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공시스템(100)의 스캐너(30)는 리니어 모터(35)를 이용하여 롤(50)의 회전축과 나란한 방향(Y축 방향)으로 이송될 수 있다. 상기 Y축은 상기 갈바노미터 미러에 의한 레이저빔(L)의 구동축인 y축과 나란한 방향이나, 스캐너(30)의 이송축임을 구분하기 위하여 Y축으로 표기한다.3, the scanner 30 of the laser processing system 100 according to the present embodiment can be transported in the direction (Y-axis direction) parallel to the rotation axis of the roll 50 using the linear motor 35 . The Y axis is indicated by a Y axis in order to distinguish the direction parallel to the y axis which is the driving axis of the laser beam L by the galvanometer mirror or the axis of the scanner 30.

즉, 본 실시예에 따른 레이저 가공시스템(100)의 스캐너(30)는 스캔 영역 내에서 x축 및 y축 방향으로 레이저빔(L)을 스캔하여 가공할 수 있고, 상기 스캐너(30)를 Y축 방향으로 이동시켜 가공영역을 확장할 수 있다. 즉, 갈바노미터 스캐너(30)에 의한 스캔 영역 내에서는 갈바노미터(301, 303)에 의해 레이저빔(L)을 y축 방향으로 구동할 수 있고, 상기 갈바노미터 스캐너(30)가 이동하는 영역 내에서는 상기 리니어 모터(35)에 의해 Y축 방향으로 상기 갈바노미터 스캐너(30)를 이동시킬 수 있다.That is, the scanner 30 of the laser processing system 100 according to the present embodiment can scan and process the laser beam L in the x-axis and y-axis directions within the scan area, It is possible to expand the machining area by moving it in the axial direction. In other words, the galvanometers 301 and 303 can drive the laser beam L in the y-axis direction within the scanning range by the galvanometer scanner 30, and the galvanometer scanner 30 can move The galvanometer scanner 30 can be moved by the linear motor 35 in the Y-axis direction.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템을 이용하여 롤의 표면에 가공할 예시적인 가공패턴을 도시한 도면으로, (A)는 롤을 도시한 도면이고, (B)는 롤의 표면에 가공할 가공패턴을 펼쳐서 나타낸 도면이며, (C)는 스텝 앤 스캐닝 방식으로 가공하는 경우 스캔 영역 별로 구획한 도면이고, (D)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템에서 스캐너의 이송 경로를 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a view showing an exemplary processing pattern to be processed on the surface of a roll using a laser processing system according to an embodiment of the present invention, wherein (A) is a view showing a roll, (B) (C) is a view obtained by dividing the machining pattern to be machined on the surface by the scan area when machining by the step-and-scan method, and (D) Fig.

도 4의 (B)에 나타낸 가공패턴(F)을 상기 도 4의 (A)에 도시한 롤(50)의 표면에 레이저 가공하기 위해서 스캔 영역(S)을 설정할 수 있으며, 스텝 앤 스캐닝 방식으로 가공하는 경우에는 도 4의 (C)와 같이 전체 영역을 스캔 영역(S)으로 구획하고 상기 스캔 영역(S) 별로 순차적으로 스캐너를 이동시킨다(스텝 앤 스캐닝 방식). The scan area S can be set for laser processing the surface of the roll 50 shown in FIG. 4A by the processing pattern F shown in FIG. 4 (B) 4 (C), the entire area is divided into a scan area S and the scanner is sequentially moved by the scan area S (step-and-scan method).

스캐너의 이동과 갈바노미터 스캐너의 미러에 의한 레이저빔(L)의 스캔 제어를 연동시키는 경우에는 도 4의 (D)와 같이 가공패턴(F) 형태에 따라 스캐너의 이송 경로(K)가 설정될 수 있다. 상기 도 4의 (D)에 나타낸 스캐너의 이송 경로(K)는 스캐너의 Y축 구동, 롤(50)의 회전 구동(R축 구동)이 연동되어 조합된 경로에 의해 설정될 수 있다. 이와 같이 스캐너가 이송 경로(K)를 따라 이동하는 동안 갈바노미터는 가공패턴(F)을 따라 움직이며 가공할 수 있도록 레이저빔(L)을 스캔 영역 내에서 제어한다.When the movement of the scanner and the scan control of the laser beam L by the mirror of the galvanometer scanner are interlocked, the conveyance path K of the scanner is set according to the form of the processing pattern F as shown in Fig. 4 (D) . The conveying path K of the scanner shown in FIG. 4D can be set by a combined path in which the Y-axis driving of the scanner and the rotational driving (R-axis driving) of the roll 50 are interlocked. Thus, while the scanner moves along the conveying path K, the galvanometer controls the laser beam L in the scan area so that it can move along the processing pattern F and be processed.

상기 가공패턴(F)은 미리 설계되어 CAD 데이터로 준비될 수 있으며, 가공 제어기에 입력되어 스캐너 및 롤의 구동 제어 기준이 된다.The processing pattern F may be prepared in advance and prepared as CAD data, and input to the processing controller to be a driving control reference for the scanner and the roll.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템의 가공제어기 구성을 도시한 블록도이다. 5 is a block diagram illustrating a machining controller configuration of a laser machining system according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 가공제어기는 스캐너 제어보드(130), Y축 스테이지 모션보드(140)와 로터리 모션보드(150)를 포함한다. 스캐너 제어보드(130)는 갈바노미터 스캐너(30)의 x축 드라이버(131)와 y축 드라이버(133)에 연결되어 각각 갈바노미터 x축(135)과 y축(137) 구동을 제어한다. 갈바노미터 x축 및 y축 제어신호는 스캐너 헤드(30)에 x축 및 y축 엔코더에 입력된다. Y축 스테이지 모션보드(140)는 스캐너 헤드(30)에 Y축 구동신호를 입력하여 Y축 방향 이동을 제어한다. Y축 구동신호는 상기 스캐너 제어보드(130)에도 공급되어 상기 갈바노미터 x축 및 y축 구동신호와 조합되어 스캐너 헤드(30)를 구동하게 된다. 5, the machining controller according to the present embodiment includes a scanner control board 130, a Y-axis stage motion board 140, and a rotary motion board 150. As shown in FIG. The scanner control board 130 is connected to the x-axis driver 131 and the y-axis driver 133 of the galvanometer scanner 30 to control driving of the galvanometer x-axis 135 and y-axis 137, respectively . The galvanometer x-axis and y-axis control signals are input to the x- and y-axis encoders in the scanner head 30. The Y-axis stage motion board 140 receives a Y-axis driving signal from the scanner head 30 to control movement in the Y-axis direction. The Y-axis driving signal is also supplied to the scanner control board 130 and is combined with the galvanometer x-axis and y-axis driving signals to drive the scanner head 30. [

로터리 모션보드(150)는 가공 대상물인 롤(50)의 회전 구동(R축 구동)을 제어하고, 상기 R축 구동신호를 가변 z축 드라이버(151)에 전달하여 가변초점 조절기(20)의 오목렌즈(23) 구동을 제어함으로써 레이저빔(L)의 초점 위치를 z축 방향으로 가변할 수 있다. 그리고 상기 로터리 모션보드(150)는 상기 스캐너 제어보드(130)에 로터리 스테이지의 회전 구동신호인 R축 구동신호를 전달하여 상기 갈바노미터 x축 및 y축 구동신호와 조합될 수 있다. 또한 상기 로터리 모션보드(150)는 T축 모션 드라이버(153)에 연결되어 스캐너 헤드(30)의 T축 방향 회전 구동을 제어한다. 상기 T축 방향 회전구동을 제어하는 T축 구동신호는 상기 가변 z축 드라이버(151)와 상기 스캐너 제어보드(130)에 전달되어 각각 갈바노미터 x축, y축 구동신호 및 가변 z축 구동신호와 조합되어 스캐너 헤드(30) 또는 가변초점 조절기(20)의 구동을 연동하여 제어할 수 있다.The rotary motion board 150 controls the rotation driving (R axis driving) of the roll 50 as an object to be processed and transmits the R axis driving signal to the variable z axis driver 151, The focus position of the laser beam L can be varied in the z-axis direction by controlling the driving of the lens 23. [ The rotary motion board 150 may transmit an R-axis driving signal, which is a rotation driving signal of the rotary stage, to the scanner control board 130, and may be combined with the galvanometer x-axis and y-axis driving signals. The rotary motion board 150 is connected to a T-axis motion driver 153 to control rotation of the scanner head 30 in the T-axis direction. The T-axis driving signal for controlling the T-axis direction rotational driving is transmitted to the variable z-axis driver 151 and the scanner control board 130 and is supplied to the galvanometer x-axis, y-axis driving signal, It is possible to control the operation of the scanner head 30 or the variable focus adjuster 20 in conjunction with each other.

이하에서는 도 6 내지 도 9를 참조하여 가공영역에 따라 구분되어 적용되는 가공제어방법을 설명한다. Hereinafter, a processing control method applied in accordance with the machining area will be described with reference to FIGS. 6 to 9. FIG.

도 6은 롤의 역방향 회전이 필요한 가공패턴을 예시적으로 나타낸 도면이며, 도 7의 (A)와 (B)는 가공대상물인 롤의 기준 좌표를 나타낸 도면이다. 6A and 6B are views showing a reference pattern of a roll, which is an object to be processed, according to an embodiment of the present invention.

도 6 및 도 7을 참조하여 갈바노미터 스캐너를 롤의 회전방향을 따라 회전시키며 가공 영역을 추가로 확장한 롤 표면가공에 대해 설명한다.6 and 7, a description will be given of the roll surface machining in which the galvanometer scanner is rotated along the rotation direction of the roll and the machining area is further expanded.

도 7을 참조하면, T축 방향은 롤(50)의 회전축에 대해 수직하면서 롤(50) 표면에 접하는 방향으로 정의될 수 있고, z축 방향은 레이저빔(L)의 중심경로가 상기 롤(50)의 횡단면 중심(C)을 향하는 방향으로 정의될 수 있다. 그리고 y축 방향은 롤(50)의 회전축에 나란한 방향이고, x축 방향은 y-z 평면에 수직한 방향으로 정의될 수 있다.7, the T-axis direction may be defined as a direction perpendicular to the rotation axis of the roll 50 and in contact with the surface of the roll 50, and the z-axis direction may be defined by the center path of the laser beam L, 50 toward the center C of the cross section. The y-axis direction is parallel to the rotation axis of the roll 50, and the x-axis direction can be defined as a direction perpendicular to the y-z plane.

도 6에서와 같이 A부분을 연속적으로 가공하기 위해서 이상적으로는 롤(50)의 회전방향을 역으로 변환하여야 하는데, 그 대신에 도 7에서와 같이 롤(50)을 최소의 속도로 정방향 회전시키거나 정지시킨 상태에서 갈바노미터 스캐너(30)를 T축을 따라 일정 각도 회전시켜 스캔영역(S)을 이동하면서 연속적인 가공이 가능하게 할 수 있다. 따라서 이 때 롤의 회전방향인 R축, 롤의 회전축과 나란한 Y축 및 갈바노미터 스캐너(30)의 선회방향인 T축의 위치정보가 스캐너에 전달되어 R, Y, T축의 위치, 방향 변화량을 계산하여 가공패턴 데이터와 비교한 후 보정된 지령을 스캐너 제어보드에서 갈바노미터 스캐너(30)로 전달하여 가공할 수 있다.As shown in FIG. 6, in order to continuously process the portion A, it is necessary to ideally convert the rotation direction of the roll 50 inversely. Instead, the roll 50 is rotated in the positive direction at the minimum speed The galvanometer scanner 30 may be rotated at a predetermined angle along the T axis to move the scan area S to allow continuous processing. Therefore, the position information of the R axis, which is the rotation direction of the roll, the Y axis, which is parallel to the rotation axis of the roll, and the T axis, which is the turning direction of the galvanometer scanner 30, are transmitted to the scanner, And then compares the corrected pattern data with the processing pattern data, and then transmits the corrected command to the galvanometer scanner 30 through the scanner control board.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템의 z축 단차 보상방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 8 is a view for explaining a z-axis step difference compensation method of a laser machining system according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하여 갈바노미터 스캐너를 이용하는 기본적인 롤의 표면가공과 갈바노미터 스캐너와 함께 가변초점 조절기를 이용하여 스캔 영역을 확장한 롤 표면가공에 대해 설명한다. Referring to FIG. 8, a basic roll surface processing using a galvanometer scanner and a roll surface processing using a variable focus controller together with a galvanometer scanner are described.

평면 가공 시에 스캐너의 가공영역(스캔영역)은 에프-쎄타 렌즈(또는 텔레센트릭 렌즈)에 의해 크기가 결정되지만, 롤 가공 시에는 롤의 직경에 따라 스캐너의 가공영역이 달라지게 된다. 일반적으로 레이저 가공은 초점 깊이(Depth of Focus, DOF) 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하며, 가공패턴(예를 들어, 미리 설계된 CAD 도면)을 롤 표면에 연속적으로 가공하기 위해서는 롤의 직경에 따른 z축 방향 최대 변화량이 초점 깊이(DOF)보다 작거나 같은 범위를 만족하도록 스캔영역의 x축 방향(롤의 회전축과 레이저빔의 중심경로에 수직한 방향) 크기를 설정하여 스캐너가 상기 설정된 x-y 평면 범위에서 구동하도록 제어할 수 있다. 따라서 기본적인 롤 표면 가공 시 스캔영역은 롤 직경이 작을수록 평면 가공에 비해 작아지게 된다.The processing area (scan area) of the scanner is determined by the F-theta lens (or telecentric lens) at the time of planar processing, but the processing area of the scanner is changed according to the diameter of the roll at the time of roll processing. In general, laser machining is preferably performed within a range of depth of focus (DOF), and in order to continuously process a processing pattern (e.g., a pre-designed CAD drawing) on a roll surface, (The direction perpendicular to the rotation axis of the roll and the center path of the laser beam) of the scan area so that the maximum change amount in the direction is smaller than or equal to the focal depth DOF so that the scanner scans in the set xy plane range Can be controlled to be driven. Therefore, when the basic roll surface is machined, the scan area becomes smaller as the roll diameter is smaller than that of the flat surface.

로터리 스테이지(롤이 탑재되어 회전하는 스테이지)와 Y축 스테이지의 실시간 위치 정보(R축 구동정보 및 Y축 구동정보)를 스캐너 제어보드의 x, y축 엔코더에서 전달받아 상기 가공패턴의 좌표와 비교하여 스캐너에서 보정하면서 가공을 수행하게 된다.The real-time position information (R-axis driving information and Y-axis driving information) of the rotary stage (the stage on which the roll is mounted and rotated) and the Y-axis stage are received from the x and y axis encoders of the scanner control board and compared with the coordinates And the processing is performed while being corrected by the scanner.

이와 같이 롤 표면 가공 시 스캔영역이 작아지는 것을 보완하여 스캔영역을 확장시키기 위하여 가변초점 조절기(20)를 적용할 수 있다. 즉, 상기 레이저빔(L)의 초점 깊이(DOF)를 벗어나는 영역에서 갈바노미터 스캐너에 의해 상기 롤 표면에 조사되는 레이저빔(L)의 초점을 가변시킴으로써 x축 방향으로 스캔영역을 확장시켜 가공할 수 있다.As described above, the variable focus adjuster 20 can be applied to compensate for the reduction of the scan area during the roll surface machining and to enlarge the scan area. That is, by changing the focal point of the laser beam L irradiated on the roll surface by the galvanometer scanner in an area deviating from the focal depth DOF of the laser beam L, the scan area is expanded in the x- can do.

도 8을 참조하면, 갈바노미터 스캐너(30)에 의해 스캐닝된 레이저빔(L)은 에프-쎄타 렌즈(40)를 통과하여 등속주사가 이루어진다. 그러나 롤(50) 표면이 곡면으로 이루어짐에 따라 중심경로를 벗어난 레이저빔(L)은 기준가공평면으로부터 소정의 거리(Zd)만큼 이격된 가공 표면에 도달하게 된다. 따라서 기준가공평면을 기준으로 초점이 설정된 레이저빔(L)은 상기 가공 표면에서 초점이 맞지 않게 되므로 이격된 거리 Zd에 따라 레이저빔(L)의 초점을 가변시킬 필요가 있다. 롤(50)의 반경을 r이라고 하고, 레이저빔(L)이 도달한 가공 표면 지점의 중심경로에 대한 중심각을 θ 라고 하면, 기준가공평면으로부터 가공 표면까지의 거리 Zd는 하기 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.Referring to FIG. 8, the laser beam L scanned by the galvanometer scanner 30 passes through the F-theta lens 40 and is uniformly scanned. However, since the surface of the roll 50 is curved, the laser beam L off the center path reaches the machining surface spaced a predetermined distance Z d from the reference machining plane. Therefore, since the laser beam L focused on the reference machining plane is out of focus on the machined surface, it is necessary to vary the focus of the laser beam L according to the spaced distance Z d . Assuming that the radius of the roll 50 is r and the central angle with respect to the central path of the machining surface point at which the laser beam L has reached is θ, the distance Z d from the reference machining plane to the machining surface is expressed by the following equations Can be calculated as follows.

Figure 112013105355287-pat00003
Figure 112013105355287-pat00003

이 때, 가변초점 조절기(20)로 조절 가능한 최대 단차를 Zd , cr 이라고 할 때, 기준가공평면으로부터 가공표면까지의 이격 거리 Zd , cr 에 대응하는 중심각은 θcr 로 정의될 수 있다.At this time, the center angle corresponding to the distance Z d, cr to, machining from a reference machining plane surface when said adjustable up to a step at a variable focus adjuster (20) Z d, cr can be defined as θ cr.

한편, 롤 회전축은 가감속이 매우 크고 역회전 시에 오차가 발생하거나 기계적으로 부하가 많이 걸리는 편이다. 따라서 상대적으로 무게가 가벼운 갈바노미터 스캐너가 고정되어 있는 축(T축)을 부가적으로 추가하여 가공패턴의 형상이 롤의 역회전이 있어야 가공이 가능한 경우 T축 방향으로 상기 갈바노미터 스캐너를 구동하여 가공할 수 있다. 이 때, T축은 롤의 회전축을 중심으로 상기 스캐너가 롤 주변을 선회하는 축을 의미한다.On the other hand, the roll rotation axis is very large in acceleration / deceleration and causes an error in the reverse rotation or a mechanical load. Therefore, it is necessary to additionally add a shaft (T axis) to which a relatively light weight galvanometer scanner is fixed so that the shape of the processing pattern can be reversed, so that the galvanometer scanner Can be driven and processed. At this time, the T axis means an axis about which the scanner rotates around the rotation axis of the roll.

한편, 로터리 모션보드(150)는 상기 롤(50)의 기준가공평면으로부터 롤(50)의 가공 표면까지의 거리 Zd의 크기에 따라 선택적으로 상기 가변 z축 드라이버(151)를 구동하여 z축을 가변하거나 T축 모션 드라이버(153)를 구동하여 갈바노미터 스캐너를 선회구동 하도록 설정된다.The rotary motion board 150 selectively drives the variable z axis driver 151 according to the magnitude of the distance Z d from the reference machining plane of the roll 50 to the machining surface of the roll 50, Or is configured to drive the T-axis motion driver 153 to swivel the galvanometer scanner.

즉, Zd가 초점 깊이(DOF)보다 크고 가변초점 조절기(20)로 조절 가능한 최대 단차인 Zd , cr보다 더 작거나 같으면 (초점깊이 < Zd ≤ Zd , cr) 상기 로터리 모션보드(150)는 가변 z축 드라이버(151)를 구동하고, Zd가 Zd , cr보다 더 크면 (Zd > Zd , cr) 상기 로터리 모션보드(150)는 T축 모션 드라이버(153)를 구동한다. 따라서 롤(50)의 기준가공평면으로부터 롤(50)의 가공 표면까지의 거리가 상기 가변초점 조절기(20)로 조절 가능한 최대 단차(Zd , cr) 이내이면(Zd ≤ Zd , cr), 롤(50)을 고정하거나 저속으로 회전하는 상태에서 상기 가변초점 조절기(20)와 갈바노미터 스캐너(30)를 구동하여 x-y-z축으로 레이저빔(L)을 스캐닝하면서 상기 롤(50)의 표면을 패터닝할 수 있다. 그리고 기준가공평면으로부터 가공 표면까지의 거리가 상기 가변초점 조절기(20)로 조절 가능한 최대 단차(Zd , cr)를 벗어나게 되면, 롤(50)을 회전시키면서 상기 가변초점 조절기(20)와 갈바노미터 스캐너(30)를 구동하여 레이저빔(L)을 스캐닝하면서 상기 롤(50) 표면을 패터닝할 수 있다.That is, if Z d is greater than or equal to the maximum step difference Z d , cr (focus depth <Z d ≤ Z d , cr ) greater than the focus depth DOF and adjustable by the variable focus adjuster 20 , 150 drives the variable z axis driver 151, and if Z d is greater than Z d , cr (Z d > Z d , cr ) The rotary motion board 150 drives the T axis motion driver 153. Therefore, if the distance from the reference machining plane of the roll 50 to the machining surface of the roll 50 is within the maximum step difference (Z d , cr ) adjustable by the variable focus adjuster 20 (Z d ≤ Z d, cr), wherein, while fixing the roll 50 or scanning the laser beam (L) to the xyz axes to drive the variable focus adjuster 20 and the galvanometer scanner 30 in a state in which rotation at a low speed The surface of the roll 50 can be patterned. When the distance from the reference machining plane to the machining surface deviates from the maximum step difference (Z d , cr ) adjustable by the variable focus adjuster 20, the variable focus adjuster 20 and the galvanometer The surface of the roll 50 can be patterned while scanning the laser beam L by driving the meter scanner 30.

이상과 같은 구동제어를 위해 T축 모션 드라이버(153)는 T축 모션 구동신호를 가변 z축 드라이버(151)에 전달하고, 상기 가변 z축 드라이버(151)는 상기 T축 모션 구동신호를 반영하여 가변 z축 구동을 제어할 수 있다. 아울러 로터리 모션보드(150)는 로터리 스테이지의 R축 모션 구동신호를 스캐너 제어보드(130)에 전달하고, T축 모션 드라이버(153)는 T축 모션 구동신호를 상기 스캐너 제어보드(130)에 전달하여 가공기준평면에 대한 가공 표면의 거리를 반영하여 갈바노미터 스캐너(30)의 x축 및 y축 구동을 제어할 수 있다.The T-axis motion driver 153 transmits the T-axis motion drive signal to the variable z-axis driver 151 for the above-described drive control, and the variable z-axis driver 151 reflects the T- It is possible to control the variable z-axis drive. In addition, the rotary motion board 150 transmits the R-axis motion drive signal of the rotary stage to the scanner control board 130, and the T-axis motion driver 153 transmits the T-axis motion drive signal to the scanner control board 130 Axis and y-axis driving of the galvanometer scanner 30 can be controlled by reflecting the distance of the machining surface relative to the machining reference plane.

도 9의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공시스템의 가변초점 조절기의 구동을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.9A and 9B are views for explaining driving of the variable focus adjuster of the laser processing system according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 가변초점 조절기(20)의 원리는 오목렌즈(23)와 볼록렌즈(25)의 거리 d값을 기구적으로 변화시켜 초점거리 f값을 변화시키는 것이다. 일반적으로 d가 길어지면 초점거리 f는 짧아지는 편이며, 실험적으로 d와 f (또는 Zd) 값의 비례식을 구해서 원하는 Zd만큼 d를 변화시킨다.Referring to FIG. 9, the principle of the variable focus adjuster 20 is to mechanically change the distance d value between the concave lens 23 and the convex lens 25 to change the focal length f. In general, if d becomes long, the focal length f becomes shorter, and experimentally, a proportional expression of d and f (or Z d ) is obtained, and d is changed by a desired Z d .

가변초점 조절기(20)는 볼록렌즈(25) 1개와 오목렌즈(23) 1개의 거리를 조절하는 기능만 포함하는 경우 d를 조절하는 범위에 한계가 있다. 따라서 Zd > Zd , cr) 일 때에는 T축 모션 드라이버(153)를 구동하여 스캐너(30)를 θcr 만큼 회전시켜 Zd =0으로 만든 후 다시 가공하는 방식을 선택할 수 있다.The variable focus adjuster 20 has a limitation in the range of adjusting the distance d when it includes only the function of adjusting the distance between one convex lens 25 and one concave lens 23. Therefore, Z d > Z d , cr ), the T-axis motion driver 153 is driven to rotate the scanner 30 by? Cr so that Z d = 0 and then re-machined.

도 10의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 실시에에 따른 레이저 가공시스템의 가공 시나리오를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.10A to 10D are diagrams for explaining a processing scenario of a laser machining system according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 레이저 가공시스템에서 롤(50)을 회전시키는 로터리 스테이지의 회전방향과 갈바노미터 스캐너(30)의 가공방향이 도 10의 (A)와 같을 때, 실제 가공경로 벡터

Figure 112013105355287-pat00004
는 하기 수학식 2와 같이 로터리 스테이지의 회전경로 벡터
Figure 112013105355287-pat00005
와 스캐너(30)의 가공경로 벡터
Figure 112013105355287-pat00006
의 벡터합으로 계산될 수 있다(도 10의 (B)참조).In the laser machining system of this embodiment, when the rotational direction of the rotary stage for rotating the roll 50 and the machining direction of the galvanometer scanner 30 are the same as in Fig. 10 (A)
Figure 112013105355287-pat00004
Is expressed by the following equation (2)
Figure 112013105355287-pat00005
And the processing path vector of the scanner 30
Figure 112013105355287-pat00006
(See Fig. 10 (B)).

Figure 112013105355287-pat00007
Figure 112013105355287-pat00007

여기서,

Figure 112013105355287-pat00008
는 스캐너(30)의 x축 경로 벡터
Figure 112013105355287-pat00009
와 y축 경로 벡터
Figure 112013105355287-pat00010
의 합이다.here,
Figure 112013105355287-pat00008
Axis path vector of the scanner 30
Figure 112013105355287-pat00009
And y-axis path vectors
Figure 112013105355287-pat00010
.

만약 로터리 스테이지와 1축 초점렌즈가 탑재된 스테이지만으로 구성된다면, 가공경로는 단축되고 가공속도도 감소된다(도 10의 (C)참조).If only the stage equipped with the rotary stage and the uniaxial focus lens is constituted, the machining path is shortened and the machining speed is also reduced (see Fig. 10 (C)).

도 10의 (C)에서

Figure 112013105355287-pat00011
는 오브젝티브 렌즈의 1축 방향(y축 방향) 가공경로 벡터이다.10 (C)
Figure 112013105355287-pat00011
Axis direction (y-axis direction) processing path vector of the objective lens.

한편, 가공방향이 롤(50)의 회전방향과 반대 방향일 때, 기존에는 롤(50)을 역으로 회전시켜야 했으나, 본 실시예에 따른 레이저 가공시스템에서는 롤(50)을 역회전 시킬 필요 없이, 로터리 스테이지의 회전속도를 줄이거나 정지시킨 상태에서, 스캐너(30)를 T축 경로를 따라 상기 로터리 스테이지의 회전방향과 반대로 구동시키면 된다. 도 10의 (D)를 참조하면 T축 경로를 따라 스캐너(30)가 로터리 스테이지의 회전방향과 반대로 회전함에 따라 스캐너(30)의 x축 경로 벡터

Figure 112013105355287-pat00012
는 상대적으로 음의 방향으로 움직이게 되고, 로터리 스테이지 회전방향과 반대 방향의 가공 경로를 구성할 수 있다.On the other hand, when the machining direction is the direction opposite to the rotation direction of the roll 50, the roll 50 has to be rotated in the reverse direction in the past. However, in the laser machining system according to the present embodiment, , The scanner 30 may be driven in the direction opposite to the rotation direction of the rotary stage along the T axis path in a state in which the rotation speed of the rotary stage is reduced or stopped. Referring to FIG. 10D, as the scanner 30 rotates in the direction opposite to the rotation direction of the rotary stage along the T axis path, the x axis path vector of the scanner 30
Figure 112013105355287-pat00012
Is relatively moved in the negative direction, and can form a machining path in the direction opposite to the rotational direction of the rotary stage.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

100: 레이저 가공시스템 L: 레이저빔
10: 레이저 발진기 20: 가변초점 조절기
23: 오목렌즈 25: 볼록렌즈
30: 갈바노미터 스캐너 35: 리니어 모터
40: 에프-쎄타 렌즈 50: 롤
130: 스캐너 제어보드 131: x축 드라이버
133: y축 드라이버 135: 갈바노미터 x축
137: 갈바노미터 y축 150: 로터리 모션보드
151: z축 드라이버 153: T축 모션 드라이버
301, 303: 갈바노미터 스캐너 301a, 303a: 서보 모터
301b, 303b: 미러 F: 가공 패턴
K: 이송 경로 S: 스캔 영역
100: laser processing system L: laser beam
10: laser oscillator 20: variable focus adjuster
23: concave lens 25: convex lens
30: galvanometer scanner 35: linear motor
40: F-theta lens 50: Roll
130: scanner control board 131: x-axis driver
133: y-axis driver 135: galvanometer x-axis
137: Galvanometer y axis 150: Rotary motion board
151: z axis driver 153: T axis motion driver
301, 303: Galvanometer scanner 301a, 303a: Servo motor
301b, 303b: mirror F: machining pattern
K: Feed path S: Scan area

Claims (14)

레이저빔을 스캔하면서 기 설정된 가공패턴을 따라 롤 표면을 가공하는 레이저 가공시스템에 있어서,
상기 레이저빔을 생성하여 출력하는 레이저 발진기;
상기 레이저빔을 기 설정된 각도로 반사시켜 상기 롤 표면에 상기 레이저빔을 스캔하며 조사하는 갈바노미터 스캐너;
상기 롤을 탑재하여 지지하면서 회전축을 기준으로 상기 롤을 회전시키는 로터리 스테이지;
상기 가공패턴을 따라 상기 레이저빔을 스캔하도록 상기 갈바노미터 스캐너 및 상기 로터리 스테이지의 구동을 연동 제어하며, 상기 롤 표면으로 조사되는 레이저빔의 중심경로에 수직하면서 상기 롤의 표면에 접하는 기준가공평면과 상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 회전축을 향해 상기 레이저빔의 초점깊이(DOF)만큼 이격된 초점깊이 가상평면 사이의 영역 이내에서 상기 갈바노미터 스캐너의 롤가공 스캔영역이 위치하도록 설정하는 가공제어기
를 포함하고,
상기 가공제어기는,
상기 갈바노미터 스캐너의 스캔영역 내의 구동을 제어하는 스캐너 제어보드와,
상기 로터리 스테이지의 회전 속도가 연속적으로 가변되도록 제어하는 로터리 모션보드를 포함하고,
상기 로터리 모션보드는 상기 로터리 스테이지의 구동정보를 상기 스캐너 제어보드에 실시간 전달하도록 구성되는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템.
1. A laser processing system for processing a roll surface along a predetermined processing pattern while scanning a laser beam,
A laser oscillator for generating and outputting the laser beam;
A galvanometer scanner that reflects the laser beam at a predetermined angle and scans and irradiates the laser beam onto the roll surface;
A rotary stage for supporting the roll and supporting the roll while rotating the roll with respect to the rotary shaft;
Wherein the galvanometer scanner and the rotary stage are interlocked with each other so as to scan the laser beam along the machining pattern, and a reference machining plane perpendicular to the center path of the laser beam irradiated on the roll surface, And a machining controller for setting a roll machining scan area of the galvanometer scanner within an area between the reference machining plane and a focal depth virtual plane spaced by a focal depth (DOF) of the laser beam from a rotation axis of the roll,
Lt; / RTI &gt;
Wherein the machining controller comprises:
A scanner control board for controlling driving in the scan area of the galvanometer scanner,
And a rotary motion board for controlling the rotational speed of the rotary stage to be continuously variable,
Wherein the rotary motion board is configured to transmit driving information of the rotary stage to the scanner control board in real time.
제 1 항에 있어서,
상기 롤가공 스캔영역은 상기 초점깊이 가상평면이 상기 롤의 표면과 만나는 2개의 경계선 사이의 롤 표면 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the roll processing scan area is formed in a roll surface area between two boundary lines where the focal depth virtual plane meets the surface of the roll.
제 1 항에 있어서,
상기 로터리 모션보드는, 상기 갈바노미터 스캐너의 상기 롤의 회전축을 중심으로 한 선회구동을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the rotary motion board is configured to control the pivot drive about the rotational axis of the roll of the galvanometer scanner.
제 3 항에 있어서,
상기 레이저빔의 경로 상에 위치하고, 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저빔의 초점거리를 가변하는 가변초점 조절기를 더 포함하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템.
The method of claim 3,
Further comprising a variable focus adjuster located on a path of the laser beam and varying a focal length of the laser beam output from the laser oscillator.
제 4 항에 있어서,
상기 로터리 모션보드는,
상기 가변초점 조절기의 가변 z축 드라이버에 연결되어 상기 가변초점 조절기의 렌즈 간격을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템.
5. The method of claim 4,
The rotary motion board includes:
Wherein the variable focus adjuster is connected to a variable z axis driver of the variable focus adjuster to adjust the lens spacing of the variable focus adjuster.
제 5 항에 있어서,
상기 로터리 모션보드는 상기 로터리 스테이지의 구동정보를 상기 가변초점 조절기의 가변 z축 드라이버에 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the rotary motion board is configured to transmit drive information of the rotary stage to a variable z-axis driver of the variable focus adjuster.
제 6 항에 있어서,
Zd , cr는 상기 가변초점 조절기로 조절 가능한 최대 단차이며,
상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 가공 표면까지의 단차를 Zd라고 할 때,
초점깊이 < Zd ≤ Zd , cr의 조건을 만족하면, 상기 로터리 모션보드는 상기 가변 z축 드라이버를 구동하고,
Zd > Zd , cr의 조건을 만족하면, 상기 로터리 모션보드는 상기 갈바노미터 스캐너의 선회구동을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템.
The method according to claim 6,
Z d , cr is a maximum step difference adjustable by the variable focus adjuster,
And a step from the reference machining plane to the machining surface of the roll is Z d ,
If the condition of the focus depth < Z d &lt; Z d , cr is satisfied, the rotary motion board drives the variable z-
Characterized in that the rotary motion board is configured to control the pivotal drive of the galvanometer scanner if the condition Z d & gt ; d d , cr is satisfied.
레이저빔을 롤 표면에 스캔하면서 기 설정된 가공패턴을 따라 가공하는 레이저 가공방법에 있어서,
상기 레이저빔을 생성하여 출력하는 단계;
갈바노미터 스캐너를 이용하여 상기 레이저빔을 기 설정된 각도로 반사시켜 상기 레이저빔을 스캔하며 상기 롤 표면에 조사하는 단계;
상기 롤의 회전축을 기준으로 상기 롤을 회전시키는 단계;
상기 가공패턴을 따라 상기 레이저빔을 스캔하도록 상기 갈바노미터 스캐너의 구동 및 상기 롤의 회전을 연동하여 제어하며, 상기 롤 표면으로 조사되는 레이저빔의 중심경로에 수직하면서 상기 롤의 표면에 접하는 기준가공평면과 상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 회전축을 향해 상기 레이저빔의 초점깊이(DOF)만큼 이격된 초점깊이 가상평면 사이의 영역 이내에서 상기 갈바노미터 스캐너의 롤가공 스캔영역이 위치하도록 설정하는 가공제어단계
를 포함하고,
상기 가공제어단계는,
상기 가공패턴에 따라 상기 롤의 회전 속도가 연속적으로 가변되도록 제어하고,
상기 롤의 회전 구동에 대한 실시간 정보에 기반하여 상기 갈바노미터 스캐너의 x축과 y축을 제어하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방법.
A laser processing method for processing a laser beam along a predetermined processing pattern while scanning the surface of a roll,
Generating and outputting the laser beam;
Reflecting the laser beam at a predetermined angle using a galvanometer scanner, scanning the laser beam and irradiating the surface of the roll;
Rotating the roll with respect to a rotation axis of the roll;
And controlling the driving of the galvanometer scanner and the rotation of the roll so as to scan the laser beam along the processing pattern and controlling a reference to be perpendicular to the center path of the laser beam irradiated on the roll surface, A machining plane and a roll machining scan region of the galvanometer scanner are located within an area between the reference machining plane and a focal depth virtual plane spaced from the reference machining plane by a focal depth DOF of the laser beam Processing control step
Lt; / RTI &gt;
The machining control step includes:
Controlling the rotation speed of the roll to be continuously variable according to the processing pattern,
And controlling the x-axis and the y-axis of the galvanometer scanner based on real-time information on rotational drive of the roll.
제 8 항에 있어서,
상기 롤가공 스캔영역은 상기 초점깊이 가상평면이 상기 롤의 표면과 만나는 2개의 경계선 사이의 롤 표면 영역에 형성되도록 설정하는 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the roll processing scan area is set to be formed in a roll surface area between two boundary lines where the focal depth virtual plane meets the surface of the roll.
제 8 항에 있어서,
상기 가공제어단계는,
상기 갈바노미터 스캐너의 롤가공 스캔영역 내에서 상기 레이저빔을 스캔하도록 구동하고,
상기 갈바노미터 스캐너를 상기 롤의 회전축을 중심으로 선회하도록 구동하는 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방법.
9. The method of claim 8,
The machining control step includes:
Driving the laser beam to scan within a roll machining scan area of the galvanometer scanner,
Characterized in that the galvanometer scanner is driven to pivot about the rotation axis of the roll.
제 8 항에 있어서,
가변초점 조절기를 이용하여 상기 레이저빔의 초점거리를 가변하는 단계를 더 포함하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising the step of varying a focal length of the laser beam using a variable focus adjuster.
제 11 항에 있어서,
상기 가공제어단계는,
상기 갈바노미터 스캐너의 x축과 y축의 구동을 제어하고,
상기 가변초점 조절기의 렌즈 간격을 조절하여 상기 레이저빔의 z축 변위를 제어하는 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방법.
12. The method of claim 11,
The machining control step includes:
Controls the driving of the x and y axes of the galvanometer scanner,
And controlling the z-axis displacement of the laser beam by adjusting a lens interval of the variable focus adjuster.
제 11 항에 있어서,
상기 가공제어단계는,
상기 롤의 회전 구동에 대한 정보에 기반하여 상기 가변초점 조절기의 가변 z축을 제어하는 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방법.
12. The method of claim 11,
The machining control step includes:
And controlling the variable z-axis of the variable focus adjuster based on information on the rotational drive of the roll.
제 13 항에 있어서,
Zd,cr는 상기 가변초점 조절기로 조절 가능한 최대 단차이며,
Zd는 상기 기준가공평면으로부터 상기 롤의 가공 표면까지의 단차라고 할 때,
상기 가공제어단계는,
초점깊이 < Zd ≤ Zd,cr 의 조건을 만족하면, 상기 가변 z축을 가변하도록 제어하고,
Zd > Zd,cr 의 조건을 만족하면, 상기 갈바노미터 스캐너를 선회구동 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공방법.
14. The method of claim 13,
Z d, cr is a maximum step difference adjustable by the variable focus adjuster,
And Z d is a step from the reference machining plane to the machining surface of the roll,
The machining control step includes:
And controls the variable z-axis to vary when the condition of the focal depth < Z d &lt; Z d, cr is satisfied,
And when the condition of Z d > Z d, cr is satisfied, the galvanometer scanner is controlled so as to be swiveled.
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