KR101607226B1 - 레이저 절단 및 가공장치와 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 절단 및 가공장치와 그 방법에 관한 것으로서, 레이저에서 발생된 레이저 빔을 입사받아 작업 대상물에 홀을 형성하기 위한 홀 커팅빔으로 집속 변환하는 홀커팅빔 광학부와, 상기 홀커팅빔 광학부와 이웃하게 설치되어 상기 레이저에서 발생된 레이저 빔을 입사 받아 작업 대상물의 프로파일 커팅을 위한 빔으로 집속 변환하는 프로파일 커팅빔 광학부와, 상기 레이저에서 발생된 레이저 빔이 상기 홀 커팅빔 광학부 또는 상기 프로파일 커팅빔 광학부 중 어느 하나를 통해서 XY스캐너로 출력되게 선택하는 광학계 선택수단, 을 포함하여 이루어져 단일 설비에서 작업대상물의 프로파일 커팅 작업과 홀 커팅 작업을 수행할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하며, 프로파일 커팅은 인너크랙층을 형성하여 인너크랙끼리 크랙이 연결되어 커팅되는 방법으로 제어하고, 홀 커팅은 홀 원주를 커팅하여 중앙의 남는 스크래치부가 자동분리되게 하여 홀을 형성하며, 프로파일 커팅시 직선구간과 곡선구간을 등속운동으로 이동하게 XY스테이지와 XY스캐너를 경로계획에 따라 연동제어하여 작업속도를 향상시키도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 절단 및 가공장치와 그 방법{system and method for cutting using laser}

본 발명은 레이저 절단 및 가공장치와 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 레이저를 이용해 직선 및 곡선 절단과 홀 형성 가공이 가능하도록 한 레이저 절단 및 가공장치와 그 방법에 관한 것이다.

현재 디스플레이 장치의 기판은 유리 계열의 기판을 베이스 기판으로 사용하고 있고, 이러한 유리기판은 제품 사이즈별로 절단하여 사용된다. 유리기판을 제품의 사이즈에 맞게 절단하기 위해 다이아몬드 팁이나 열 충격을 가하여 절단하는 방법이 이용되기도 하지만, 최근에는 레이저를 이용하여 유리기판을 절단하는 장치가 보편적으로 이용되고 있다.

현재 사용되고 있는 레이저를 이용한 절단장치는 유리기판이 놓여지는 테이블과, 테이블 위에 이동 가능하게 배치되고 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사장치와 냉각제를 분사하는 냉각제 분사장치가 구비된 절단 헤드를 포함한다.

이러한 절단장치는 유리기판의 절단 부위에 레이저 빔을 조사하면 절단 부위가 가열되고 곧이어 가열된 부위에 냉각제를 분사하여 순간적으로 냉각시켜 유리기판을 절단한다.

하지만, 강화유리의 경우 표면에 레이저를 조사하여 가열 후 냉각시키는 방식으로 절단하게 되면, 강화유리의 상하 표면에 형성된 강화층 즉, 압축층의 특성상 파쇄되는 현상이 발생되므로 레이저 절단이 어렵다는 문제점이 있었다.

이에 따라 종래의 강화유리 레이저 절단장치는 한국공개특허 2014-0022980호 '강화유리 레이저 절단장치 및 방법'에 개시된 바와 같이 강화유리 기판의 절단 예정 라인의 일단부에 물리적 충격을 통해서 이니셜 크랙을 생성하는 유닛이 구비되며, 이니셜 크랙을 형성한 후, 이니셜 크랙에서부터 절단예정 라인을 따라 레이저를 조사후 냉각시켜 절단하는 방법을 취하고 있다.

따라서, 종래의 강화유리 레이저 절단장치는, 단부가 강화유리보다 강도가 강한 재료로 이루어진 크랙 생성 탐침부를 이용해 물리적 충격으로 이니셜 크랙을 생성해야 하므로, 장비 및 제어방식이 복잡해지고, 절단 시간이 길어진다는 단점이 있다. 또한 사각 절단 후 모서리의 라운드부분은 별도의 커팅 수단으로 절단가공해야한다.

한편, 강화 유리를 사용하는 제품에서 강화유리의 단위셀 절단뿐만이 아니라 강화유리에 홀을 형성해야 하는 경우도 있다. 그런데, 레이저를 이용하여 강화유리에 홀을 형성하기 위해서는 절단시의 레이저 특성과는 다르게 홀 생성을 위한 파워를 갖는 레이저로 홀을 형성해야 하므로 레이저 출력 광학계가 달라져야 한다.

따라서 종래에는 레이저 절단 장치와, 레이저 홀 가공장치가 서로 다른 장치로서 구성되어 있어서 작업이 번거롭고 복잡해지며 유리기판의 위치 변경에 따른 오차로 인하여 정밀한 절단을 어렵게 하는 문제점이 있으며, 강화유리의 절단 및 홀가공을 위한 장비 설비비용이 증가 되고, 대량생산에서 절단 및 홀 가공시간이 길어져서 생산성이 떨어진다는 단점이 있었다.

한국공개특허 10-2014-0022980호(2014.02.26)

본 발명은 하나의 레이저를 이용한 설비에서 직선 및 곡선 절단과 홀 형성을 모두 구현할 수 있도록 한 레이저 절단 및 가공장치와 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 내부 신장층의 상하면에 강화층이 형성된 강화유리에서 레이저 촛점을 조절하여 내부 신장층에 레이저를 조사하여 인너크랙을 형성하는 방식으로 다층 인너 크랙을 형성하여 인너크랙 끼리 자동으로 크랙이 연결 형성되어 절단시키는 레이저 절단 가공방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 스캐너와 레이저를 이송시킬 때 온 더 플라이(On the Fly)방식으로 연동시켜 레이저 이동 스테이지와 스캐너를 연동시켜 라운드 부분에 도달하기 전에 미리 스캐너의 위치각도를 제어하여 라운드 가공시 등속 가공이 가능해지도록 제어함으로써 직선 및 곡선의 절단 가공을 고속으로 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 홀 가공시 홀의 테두리 부분에 다중 써클을 형성하는 방식으로 레이저를 조사하여 홀 테두리를 융삭(ablation)시켜 홀을 형성하도록 한 레이저를 이용한 홀 가공방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 레이저 절단 및 가공장치는,

레이저빔을 스캐너를 통해 작업대상물에 조사하여 작업대상물을 절단 및 가공하는 레이저 절단 및 가공장치에 있어서,

하나의 레이저에서 발생된 레이저 빔을 입사 받아 작업 대상물의 절단을 위한 절단 빔으로 변환하는 프로파일 커팅빔 광학부와;

상기 레이저에서 발생된 레이저 빔을 입사받아 작업 대상물에 홀을 형성하기 위한 홀 커팅빔으로 변환하는 홀커팅빔 광학부와;

상기 하나의 레이저에서 발생된 레이저 빔이 상기 프로파일 커팅빔 광학부 또는 상기 홀 커팅빔 광학부 중 어느 하나를 통해서 스캐너로 출력되게 선택하는 광학계 선택수단;을 포함하여 이루어져 하나의 레이저로 작업대상물의 절단작업 또는 홀 형성 작업을 수행할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 광학계 선택수단은,

상기 홀커팅빔 광학부와 상기 프로파일 커팅빔 광학부가, 하나의 레이저에서 발생된 레이저빔을 동일 경로에서 입사 받아 동일 경로로 스캐너측으로 출사하도록 이웃하게 설치되고, 상기 홀커팅빔 광학부의 입사 미러 및 출사 미러를 각각 업/다운시켜 레이저빔의 경로로 이동 또는 경로를 벗어난 위치로 이동시키는 미러 업/다운수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 레이저 절단 및 가공장치는,

홀 커팅 작업시 작업위치로 로딩되어 레이저 빔이 조사되는 포인트의 둘레에 에어를 송풍시켜 냉각시키는 로딩/언로딩이 가능한 에어 블로어가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 레이저 절단 및 가공장치는,

상기 작업대상물의 하면에서 작업대상물의 평탄도 맞추어서 고정하는 진공지그장치를 더 포함하되, 상기 진공지그 장치는 작업대상물의 하면을 진공흡착 및 탈착하는 다수의 진공척이 배열 설치되며, 각 진공척은 수직 높이의 조절이 가능하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

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홀 커팅 작업시 작업위치로 로딩되어 레이저 빔이 조사되는 포인트의 둘레에 에어를 송풍시켜 냉각시키는 로딩/언로딩이 가능한 에어 블로어가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 레이저 절단 및 가공장치는,

작업 대상물의 절단 및 가공을 위한 레이저 빔을 발생하는 하나의 레이저와;

상기 레이저의 레이저 빔을 입사받아 홀 커팅을 위한 레이저 빔으로 집속하여 출력하는 홀커팅빔 광학부와;

상기 레이저의 레이저 빔을 입사받아 프로파일 커팅을 위한 레이저 빔으로 집속하여 출력하는 프로파일 커팅빔 광학부와;

상기 홀커팅빔 광학부의 미러들을 상하 승하강시켜 홀커팅 작업시에는 홀커팅빔 광학부를, 프로파일 커팅 작업시에는 프로파일 커팅빔 광학부를 선택하는 광학계선택수단과;

상기 홀커팅빔 광학부 또는 상기 프로파일 커팅빔 광학부에서 출력되는 레이저빔을 경로 렌즈부를 통해 입사받아 레이저 빔의 촛점을 제어하여 촛점 렌즈부를 통해 작업대상물에 레이저빔을 조사하는 XY스캐너와;

상기 레이저와, 상기 홀커팅빔 광학부와, 상기 프로파일 커팅빔 광학부와, 상기 광학계 선택수단과 상기 XY스캐너를 포함하는 레이저 유닛을 작업 경로에 따라 XY방향으로 이송시키는 XY스테이지 및 Z방향 승하강시키는 Z스테이지와;

상기 작업대상물을 작업테이블 상의 작업위치로 로딩 및 언로딩시키는 로딩/언로딩장치와;

상기 작업테이블상의 작업위치에 설치되어 로딩된 작업대상물의 하면에서 진공흡착 지지하는 진공지그장치와;

상기 레이저, 상기 광학계 선택수단, 상기 XY스테이지, 상기 Z스테이지, 상기 XY스캐너, 상기 로딩/언로딩장치 및 상기 진공지그장치를 제어하여 작업대상물의 단위셀 커팅과, 홀 커팅 작업을 선택하여 제어하는 콘트롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 레이저 절단 및 가공방법은,

레이저 빔을 이용하여 작업대상물의 프로파일 커팅과 홀 커팅을 위한 레이저 절단 및 가공방법에 있어서,

홀커팅 작업 또는 프로파일 커팅 작업인지를 입력받아 하나의 레이저에서 발생된 레이저빔이 홀커팅빔 광학부 또는 프로파일커팅빔 광학부를 선택적으로 통과하여 XY스캐너를 통해 작업대상물로 출력되게 선택하는 광학계 선택과정과;

홀커팅 작업시, 형성하고자하는 홀의 외각 라인 내측으로 소정폭 만큼 서로다른 직경의 원호타입으로 연속하여 홀 커팅빔을 조사하여 소정폭의 원호형 커팅부를 커팅하여 중앙에 남는 스크래치부가 자동분리되어 홀이 형성되게 하는 홀 커팅과정과;

프로파일 커팅 작업시, 작업대상물의 상하 표면의 강화 압축층 내측의 신장층에 프로파일 커팅빔의 촛점을 맞추어서 프로파일 커팅빔을 조사하여 인너크랙을 형성하되, 수평층으로 인너크랙이 연속되는 인너크랙층을 적어도 2층이상 복수층을 형성하여 인너크랙끼리 자동으로 크랙이 연결되어 커팅시키는 프로파일 커팅과정을 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 홀 커팅 과정은,

에어블로어를 로딩시켜 홀 커팅부의 외측의 적어도 2방향 이상에서 경사지게 에어를 송풍하여 홀 커팅에 따른 열을 냉각시키는 것을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 프로파일 커팅과정은,

XY스테이지를 제어하여 직선구간이동을 제어함과 동시에 경로계획에 따라 미리 곡선구간에 대한 XY스캐너의 이동을 연동시켜 온 더 플라이(ON THE FLY)방식으로 직선 구간과 곡선구간을 등속이동시키면서 프로파일 커팅을 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 하나의 설비 즉 하나의 레이저를 이용하여 홀 커팅과 프로파일 커팅을 수행할 수 있기 때문에 설비의 단일화로 설비 원가를 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있고, 단일 설비에서 홀 커팅과 프로파일 커팅이 가능해져 이송 운반에 따른 오염이나 부품 손상을 방지하고 재 정렬 등에 오차를 줄일 수 있어서 품질 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 프로파일 커팅작업시 직선, 곡선 작업시 경로계획에 따라 XY스테이지와 XY스캐너를 연동제어하여 등속제어가 가능해져 프로파일 커팅작업을 단축할 수 있고, 직선, 곡선 및 홀 커팅을 단일 설비에서 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 절단 및 가옥장치 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 홀커팅빔 광학부와 프로파일 커팅빔 광학부 선택수단 개요 설명도.
도 3은 본 발명에 의한 진공 흡착장치의 상면 및 진공척 설치 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 진공 흡착장치 배면 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 프로파일 커팅 방법 설명도.
도 6는 본 발명에 의한 홀 커팅 방법 설명도.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 절단 및 가공장치 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 광학계 선택수단의 개요 설명도이다.

본 발명에 의한 레이저 절단 및 가공장치는,

작업 대상물(200)의 절단 및 가공을 위한 레이저 빔을 발생하는 하나의 레이저(10)와;

상기 레이저(10)의 레이저 빔을 입사받아 홀 커팅을 위한 레이저 빔으로 집속하여 출력하는 홀커팅빔 광학부(20)와;

상기 레이저(10)의 레이저 빔을 입사받아 프로파일 커팅을 위한 레이저 빔으로 집속하여 출력하는 프로파일 커팅빔 광학부(30)와;

상기 홀커팅빔 광학부(20)의 미러들을 상하 승하강시켜 홀커팅 작업시에는 홀커팅빔 광학부(20)를, 프로파일 커팅 작업시에는 프로파일 커팅빔 광학부(30)를 선택하는 광학계 선택수단(40)과;

상기 홀커팅빔 광학부(20) 또는 상기 프로파일 커팅빔 광학부(30)에서 출력되는 레이저빔을 경로 렌즈부(50)를 통해 입사받아 레이저 빔의 촛점을 제어하여 촛점 렌즈부(70)를 통해 작업대상물(200)에 레이저빔을 조사하는 XY스캐너(60)와;

상기 레이저(10)와, 상기 홀커팅빔 광학부(20)와, 상기 프로파일 커팅빔 광학부(30)와, 상기 광학계 선택수단(40)과 상기 XY스캐너(60)를 포함하는 레이저 유닛(101)을 작업 경로에 따라 XY방향으로 이송시키는 XY스테이지(90) 및 Z방향 승하강시키는 Z스테이지(80)와;

상기 작업대상물(200)을 작업테이블(102) 상의 작업위치로 로딩 및 언로딩시키는 로딩/언로딩장치(120)와;

상기 작업테이블(102) 상의 작업위치에 설치되어 로딩된 작업대상물(200)의 하면에서 작업대상물(200)을 진공 흡착 지지하는 진공지그장치(130)와;

상기 레이저(10), 상기 광학계 선택수단(40), 상기 XY스테이지(90), 상기 Z스테이지(80), 상기 XY스캐너(60), 상기 로딩/언로딩장치(120) 및 상기 진공지그장치(130)를 제어하여 작업대상물(200)의 단위셀 커팅과, 홀 커팅 작업을 선택하여 제어하는 콘트롤러(100)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 콘트롤러(100)의 제어를 받아 홀 커팅 작업시 작업위치로 로딩되어 레이저 빔이 조사되는 포인트의 둘레에 에어를 송풍시켜 냉각시키는 로딩/언로딩이 가능한 에어 블로어(110)가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 진공지그장치(130)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이,

상기 작업대상물(200)이 로딩되는 작업위치 하면에 설치되고 상면에 다수의 진공척 설치홀이 배열 형성되는 진공 흡착장치(131)와, 상기 진공흡착장치(131)을 관통해서 설치되고, 상부에 로딩되는 가공대상물(200)의 정렬 위치를 제공하는 복수 개의 스테이지 핀(133)과, 상기 진공흡착장치(131)의 하부에 설치되어 상기 스테이지 핀(133)의 높이를 조절하기 위한 실린더(132)와, 상기 진공척 설치홀에 탈착 가능하게 삽입 설치되고 각각 상하 높이 조절이 가능하도록 이루어짐과 아울러 내부 관통홀이 형성되어, 상기 진공흡착장치(131)의 흡력으로 작업대상물(200)의 하면을 진공흡착하는 진공척(300)으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 진공척(300)은 상기 진공흡착장치(131)의 진공척 설치홀에 삽입 설치되고 내부 관통홀이 상기 진공흡착장치와 연통되는 하부몸체(310)와, 상기 하부몸체(310)에 대해 높이조절이 가능하도록 결합되고 상기 하부몸체의 내부 관통홀과 연통되는 내부 관통홀이 형성된 상부몸체(320) 및 상기 상부몸체(320)의 상단면에 설치되는 오링부(330)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 레이저 잘단 및 가공장치는, 하나의 레이저를 구비한 단일 설비에서 작업 대상물의 홀 가공과 프로파일 커팅을 함께 작업할 수 있다는 것에 가장 큰 특징이 있다.

하나의 설비에서 프로파일 커팅과 홀 커팅 작업을 함께 수행하기 위해서 본 발명에서는 하나의 레이저(10)의 출력단에 홀커팅빔 광학부(20)와 프로파일 커팅빔 광학부(30)를 이웃하게 배치하여 동일한 레이저빔 경로상에 미러들이 위치되게 설치한다. 그리고 광학계 선택수단(40)을 구비하여 상기 홀 커팅빔 광학부(20)의 입사측과 출사측 미러를 각각 상하 업/다운시키기 위한 미러 업/다운 장치를 광학계 선택수단(40)으로 설치한 것이다.

본 발명에 의한 프로파일 커팅방법은,

콘트롤러(100)에 의해 광학계 선택수단(40)이 제어되어 홀 커팅빔 광학부(20)의 입사측과 출사측 미러를 레이저빔 경로에서 벗어나도록 상승 및 하강시킨다. 이에 따라 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔이 홀 커팅빔 광학부(20)를 바이패스하여 프로파일 커팅빔 광학부(30)에 입사된다. 따라서 레이저(10)에서 발생된 레이저빔은 프로파일 커팅빔 광학부(30)를 거쳐 프로파일 커팅에 적합한 레이저 빔으로 집속 변환되어 경로렌즈부(50)를 통해 xy스캐너(60)로 입사되고, xy스캐너(60)에 의해 레이저 빔 조사 위치가 제어되어 촛점 렌즈부(70)를 통해 작업 대상물(200)로 조사된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 작업 대상물(200)로서 강화유리나 일반 유리를 예로 한다. 특히 강화 유리인 경우, 내부의 신장층(202)의 상하 표면에 강화 압축층(201)이 형성되어 있는 것으로서, 이 경우, 표면에 레이저를 촛점을 맞추어서 가열하게되면 압축층(201)의 파쇄현상으로 프로파일 절단이 불가능해진다. 그러므로 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 XY스캐너(60)에 의해 레이저빔의 촛점을 작업대상물의 신장층(202) 속에 촛점이 잡히도록 제어하여 인너 크랙(A, B, C)을 형성하는 방식으로 프로파일 커팅 작업을 한다. 인너크랙(A, B, C)은 평면 단위로 형성한다.

예를 들어, 작업 대상물의 단셀의 프로파일 형상에 따라 제1인너크랙층(210)이 형성되게 레이저빔을 조사한다. 즉, 유리의 두께나 프로파일 커팅빔 특성등으로 고려하여 인너크랙의 포인트 간격을 결정하여 연속적으로 한층의 인너크랙을 형성한다. 이루 높이를 다르게 하여 다른 인너크랙층 즉, 제2인너크랙층(200), 제3인너크랙층(230)을 차례로 형성한다.

이에 따라 인너크랙(A, B, C) 들이 자동으로 연결되는 크랙이 생성되면서 상하 표면의 강화 압축층(201)층도 동일한 라인으로 크랙이 형성되면서 프로파일 커팅이 이루어진다. 여기서 인너크랙층(210-230)은 수직으로 서로 일치되는 것이나, 그림에서는 편의상 투시도 형태로 표시하였으며, 인너크랙 A, B, C를 3점으로만 표시하였으나, 이는 프로파일 커팅 대상물 즉, 유리의 두께에 따라 적어도 2층 이상 복수의 인너크랙층을 형성함으로써 인너크랙끼리 자동으로 크랙이 연결되면서 커팅시키는 방법이다.

이때 통상의 직선 프로파일 커팅방식은 XY스테이지(90)만 제어하여 레이저 유닛(101)을 XY 방향으로 순차 이동시키면서 프로파일 커팅이 가능하나, 라운드진 모서리부분에서는 XY스테이지만으로 프로파일 커팅이 불가능해진다. 이러한 라운드부분 즉, 곡선부분의 커팅을 위해서는 XY스캐너가 반드시 필요하며, XY스캐너에 의해 라운드진 커팅 라인을 따라 레이저 유닛을 이동시키면서 커팅할 수 있다.

XY스테이지(90)에 의해 곡선부분까지 이동하면서 커팅작업을 수행하고, 곡선부분에서 XY스테이지를 제어하게 되면 등속 운동이 불가능해져 작업 속도가 현저하게 떨어지는 문제점이 발생된다.

이에 따라 본 발명은 온 더 플라이(ON THE FLY) 방식으로 XY스테이지(90)와 XY 스캐너(60)의 제어를 연동제어방식으로 제어하도록 한다. 즉, 콘트롤러(100)는, 커팅하고자하는 형상에 대한 정보를 입력받아 XY스테이지(90)와 XY스캐너(60)의 제어를 위한 경로계획을 세우고, 경로계획에 따라 상호 연동되게 제어한다. 즉, 직선 구간에서 미리 XY스테이지(90)의 곡선구간 제어를 위한 경로계획을 세워 XY스테이지(90)와 함께 연동시킴으로써 레이저유닛(101)의 등속 이동이 가능하도록 제어함으로써, 프로파일 커팅 작업의 작업 속도를 향상시킬 수 있게된다.

한편, 홀 커팅 작업을 하기 위해서는 콘트롤러(100)가 광학계선택수단(40)을 제어하여 홀 커팅빔 광학부(20)의 입사측 및 출사측 미러를 레이저빔 경로상에 일치되게 이동시켜 고정한다. 이에따라 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔은 홀커팅빔 광학부(20)에 입사되고, 프로파일 커팅빔 광학부(30)에는 레이저빔이 차단된다. 홀커팅빔 광학부(20)에서 홀커팅에 적합한 레이저빔으로 집속되어 경로렌즈부(50)를 거쳐 XY스캐너(60)에 입사되고 XY스캐너(60)에 의해 홀커팅빔 제어가 이루어진다.

홀 커팅방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 홀의 외각선의 내측으로 일정한 폭만큼 레이저빔을 원호형으로 연속 조사하여 커팅부(241)를 녹여서 깍아내는 방식으으로 레이저빔을 조사하고, 중앙의 스크래치부(242)가 자동으로 분리되게하여 홀을 형성한다. 즉, 홀 외각선 내측 일정폭만큼의 원형테두리\로 레이저빔을 연속조사하여 커팅부(241)를 제거함으로써 중앙의 스크레치부(242)가 자동분리되게하여 홀을 형성함으로써, 직경이 큰 홀을 형성할때 빠른 시간내에 홀을 형성할 수 있다.

이때 홀 커팅빔은 작업대상물에 레이저빔을 가해 녹여서 커팅부를 제거하는 방식이므로 열변형에 의한 불량 또는 파손 우려가 생긴다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 에어블로어(110)를 설치하고, 홀 커팅 작업시 콘트롤러(100)의 제어에 의해 커팅 위치 즉, 레이저빔이 조사되는 커팅부(241)의 외곽에 에어를 송풍시켜 냉각시키도록 한다. 에어 송품은 홀의 외측부분에서 적어도 2개 이상 복수의 노즐이 경사지게 설치되어 냉각용 에어가 홀 커팅부(241)의 외측에서 경사지게 에어를 송풍하도록 설치된다.

본 발명은, 하나의 레이저로 홀 커팅과 프로파일 커팅이 가능하도록 이루어진것으로서, 홀 커팅을 먼저 수행하고 이후 프로파일 커팅을 수행하도록 한다. 여기서 본 발명은 강화 유리뿐만 아니라, 일반 유리, 표면 코팅층이 있는 유리, 사파이어 등등의 프로파일 커팅이나 라운드 커팅 및 홀커팅 등에 이용될 수 있다.

10 : 레이저 20 : 홀커팅빔 광학부
30 : 프로파일 커팅빔 광학부 40 : 광학계 선택수단
50 : 경로 렌즈부 60 : XY 스캐너
70 : 촛점 렌즈부 80 : Z 스테이지
90 : XY 스테이지 100 : 콘트롤러
101 : 레이저 유닛 102 : 작업 테이블
110 : 에어블로어 120 : 로딩/언로딩장치
130 : 진공지그장치 131 : 진공흡착장치
132 : 실린더
200 : 작업 대상물 201 : 강화 압축층
202 : 신장층 210 - 230 : 인너 크랙층
241 : 커팅부 242 ; 스크래치부
300 : 진공척 310 : 하부몸체
320 : 상부몸체 330 : 오링부

Claims (10)

1. 레이저빔을 스캐너를 통해 작업대상물에 조사하여 작업대상물을 절단 및 가공하는 레이저 절단 및 가공장치에 있어서,
   레이저(10)에서 발생된 레이저 빔을 입사받아 작업 대상물(200)에 홀을 형성하기 위한 홀 커팅빔으로 집속 변환하는 홀 커팅빔 광학부(20)와;
   상기 홀 커팅빔 광학부(20)와 이웃하게 설치되어 상기 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔을 입사 받아 작업 대상물(200)의 프로파일 커팅을 위한 빔으로 집속 변환하는 프로파일 커팅빔 광학부(30)와;
   상기 레이저 빔의 경로에서 상기 홀커팅빔 광학부(20)의 미러들을 상하 업/다운시켜 홀커팅 작업시에는 홀커팅빔 광학부(20)를, 프로파일 커팅 작업시에는 프로파일 커팅빔 광학부(30)로 상기 레이저 빔이 입사되게 선택하는 광학계 선택수단(40)과;
   상기 홀커팅빔 광학부(20) 또는 상기 프로파일 커팅빔 광학부(30)에서 출력되는 레이저빔을 경로 렌즈부(50)를 통해 단일 경로로 입사받아 레이저 빔을 스캔 제어하여 촛점 렌즈부(70)를 통해 작업대상물(200)에 레이저빔을 조사하는 XY스캐너(60)와;
   상기 레이저(10)와, 상기 홀커팅빔 광학부(20)와, 상기 프로파일 커팅빔 광학부(30)와, 상기 광학계 선택수단(40)과 상기 XY스캐너(60)를 포함하는 레이저 유닛(101)을 작업 경로에 따라 XY방향으로 이송시키는 XY스테이지(90) 및 Z방향 승하강시키는 Z스테이지(80)와;
   상기 레이저(10), 상기 광학계 선택수단(40) 및 상기 Z스테이지(80)를 제어함과 아울러 상기 XY스캐너(60)와 상기 XY스테이지(90)를 동기시켜 연동제어하여 온더플라이 방식으로 작업대상물(200)의 단위셀 커팅과, 홀 커팅 작업을 선택하여 제어하는 콘트롤러(100);를 포함하여 이루어져 단일 설비에서 작업대상물의 프로파일 커팅 작업과 홀 커팅 작업을 수행할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 절단 및 가공장치.
   
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3. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 절단 및 가공장치는,
   홀 커팅 작업시 작업위치로 로딩되어 레이저 빔이 조사되는 커팅 영역의 둘레에 에어를 송풍시켜 냉각시키는 로딩/언로딩이 가능한 에어 블로어(110)가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 절단 및 가공장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 레이저 절단 및 가공장치는,
   상기 작업대상물(200)의 하면에서 작업대상물(200)의 평탄도 맞추어서 고정하는 진공지그장치(130)를 더 포함하되,
   상기 진공지그 장치(130)는,
   상기 작업대상물(200)이 로딩되는 작업위치 하면에 설치되고 상면에 다수의 진공척 설치홀이 배열 형성되는 진공 흡착장치(131)와,
   상기 진공흡착장치(131)을 관통해서 설치되고, 상부에 로딩되는 가공대상물(200)의 정렬 원점을 잡아주기 위한 복수 개의 스테이지 핀(133)과,
   상기 진공흡착장치(131)의 하부에 설치되어 상기 스테이지 핀(133)의 높이를 조절하기 위한 실린더(132)와,
   상기 진공척 설치홀에 탈착 가능하게 삽입 설치되고 각각 상하 높이 조절이 가능하도록 이루어짐과 아울러 내부 관통홀이 형성되어, 상기 진공흡착장치(131)의 흡력으로 작업대상물(200)의 하면을 진공흡착하는 진공척(300)으로 구성됨을 특징으로 하는 레이저 절단 및 가공장치.
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