KR101637456B1

KR101637456B1 - 다중 위치 제어를 이용한 연속적 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 시스템

Info

Publication number: KR101637456B1
Application number: KR1020140127182A
Authority: KR
Inventors: 이태경; 박현주; 김석규; 이혜진
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2016-07-07
Also published as: KR20150037558A; KR101648565B1; CN105592970B; CN105612022A; CN105612022B; CN105592970A; KR20150037557A

Abstract

레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 레이저 가공 시스템에 대해 개시된다.
레이저 가공 방법:은 피가공물이 탑재된 저속 구동기를 구동하여, 피가공물에 대한 레이저 가공을 수행하는 고속 구동기의 가공 영역을 피가공물의 패턴 형성 위치(목표위치)로 이동시키는 단계; 고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 패턴형성 위치가 들어오면 레이저 가공을 수행하는 단계; 그리고 상기 레이저 가공이 수행되는 중, 상기 피가공물에 대한 다음의 패턴 형성 위치로 상기 저속 구동기를 이송하는 단계;를 포함한다.

Description

다중 위치 제어를 이용한 연속적 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 시스템 {Method for continuous Laser machining method using multiple positioning control and system adopting the method}

본 발명은 레이저 빔을 이용한 연속가공방법에 관한 것으로서, 상세하게는 저속 구동기와 고속 구동의 다중 위치 제어에 의한 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 레이저 가공 시스템에 관한 것이다.

종래 방법 중의 하나는 전체가공대상 영역을 고속 구동기의 가공범위에 맞도록 작은 영역으로 패널화한 다음 저속 구동기를 각각의 패널 위치로 이동시키고 고속 구동기로 가공을 하는 방법이다. 이 방법은 저속 구동기의 패널 위치의 이동 및 정지를 위해서는 상당한 시간이 소요되며 가공 데이터에 따라 경계를 분리해야 하는 방식에서 효율성이 좋지 않게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 저속 구동기와 고속 구동기를 조합하여 연속적으로 가공하는 방법들이 고안되었으며, 연속가공을 위해 매 순간의 가공경로를 고속 및 저속으로 필터링하여 동시에 위치지령을 주는 방식이었다. 이 방식의 문제는 가공하지 않고 단순 이동하는 경우에 해당하는 가공 패턴 위치간의 이동경로를 처리할 때 속도를 정하기가 어려운 단점이 있다. 가공시간을 고려하여 다음 패턴이 고속 구동기의 범위 내에 든다는 보장이 있는 경우는 단순이동속도를 고속 구동기의 최대속도로 설정할 수 있지만, 그렇지 않은 경우는 이동속도를 저속 구동기의 최대속도로 설정해야 한다. 이때에, 이동속도에 대한 판단이 잘못되어 저속 구동기가 이를 따라 갈 수 없는 경로에 대해 고속 구동기의 속도로 설정된 경우는 가공 불량이 발생하게 되며, 이러한 경우를 막으려면 많은 경우에 저속 구동기의 최고속도로 단순이동속도를 설정할 수 밖에 없게 되어 생산성을 떨어뜨리게 된다. 또한 모든 경로에 대해 이동을 해야 하므로 불필요한 이동과 진동 등을 유발할 수 있다.

본 발명은 고속 구동기와 저속 구동기의 효과적인 피드백 제어에 의해 고속 구동기의 가공범위를 충분히 활용하여 최대의 고속 가공이 가능한 방법을 제시한다.

본 발명의 한 유형에 따른 레이저 가공 방법:은

고속 구동기와 저속 구동기를 이용하여 레이저 가공을 수행하는 방법에 있어서,

상기 저속 구동기를 제1목표 위치로 이동시키는 단계;

상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 적어도 하나의 가공 패턴이 위치하면 레이저 가공을 수행하는 단계; 및

상기 고속 구동기가 상기 패턴의 가공 후, 상기 저속 구동기는 제2목표 위치로 이동하는 단계:를 포함한다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기는 저속 구동기의 움직임을 피드백 받아 그 위치를 보정한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 패턴은 레이저 가공에서 레이저 가공이 온(On)되는 시점부터 오프(Off)되는 시점까지 그려지는 형상이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 목표 위치 또는 제 2 목표 위치는 상기 피가공물의 다음 가공 패턴 위치를 고려하여 결정된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 고속 구동기가 레이저 가공을 수행하지 않고 이동만 하는 경우, 상기 가공 영역의 경계에 위치한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1목표 위치 또는 상기 제2목표 위치를 결정함에 있어서, 상기 고속 구동기 및 상기 저속 구동기의 이동 속도의 차를 고려하여 결정한다.

본 발명의 다른 유형에 따른 레이저 가공 방법:은

피가공물이 탑재된 저속 구동기를 구동하여, 피가공물에 대한 레이저 가공을 수행하는 고속 구동기의 가공 영역을 피가공물의 패턴 형성 위치(목표위치)로 이동시키는 단계;

고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 패턴형성 위치가 들어오면 레이저 가공을 수행하는 단계; 그리고

상기 레이저 가공이 수행되는 중, 상기 피가공물에 대한 다음의 패턴 형성 위치로 상기 저속 구동기를 이송하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법:은 상기 저속 구동기의 위치 정보를 피드백하여 상기 고속 구동기의 위치를 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 레이저 가공 방법의 한 실시 예에 따르면, 상기 저속 구동기를 이송할 때에 상기 고속 구동기의 레이저 출사점을 상기 패턴 형성 위치를 향하는 상기 가공영역의 경계에 위치시켜, 상기 저속 구동기에 의해 상기 피가공물에 대한 패턴 형성영역이 고속 구동기의 가공 영역으로 들어 즉시 레이저 가공을 시작하도록 한다.

본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 고속 구동기는 갈바노미터, 상기 저속 구동기는 스테이지이다.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 저속 구동기는 XY 테이블, 하이브리드 스테이지 또는 겐트리 스테이지 중의 어느 하나이다.

본 발명의 한 유형에 따른 레이저 가공 시스템:은

상기 레이저 가공 방법을 수행하는 시스템으로서,

피가공물이 탑재되는 저속 구동기;

상기 저속 구동기에 탑재된 피가공물에 대한 레이저 가공을 수행하는 고속 구동기;

상기 저속 구동기에 마련되어 저속 구동기가 위치 정보를 피드백하는 인코더;

상기 저속 구동기와 고속 구동기를 제어하는 것으로, 상기 위치 정보를 이용해 상기 고속 구동기의 위치를 보정하는 제어 호스트;를 포함한다.

본 발명의 다른 유형에 따른 레이저 가공 시스템:은

고속 구동기와 저속 구동기를 포함하는 레이저 가공 장치에 있어서,

상기 저속 구동기를 제1목표 위치로 이동시키되, 상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 적어도 하나의 가공 패턴이 위치하면 레이저 가공을 수행하며, 상기 고속 구동기가 상기 패턴의 가공 후, 상기 저속 구동기는 제2목표 위치로 이동 하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 상기 저속 구동기는 피가공물이 탑재되며, 상기 고속 구동기는 레이저 가공부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기는 저속 구동기의 움직임을 피드백 받아 그 위치를 보정한다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 현재 가공해야 할 목표 위치와 이후에 가공해야 할 다음의 목표위치를 검색하여 고속 구동기의 가공 가능한 범위 내에 가능한 한 많은 패턴이 위치하도록 하며, 또한 이후의 진행방향에 대한 방향성을 고려함으로써 저속 구동기가 최적의 경로(가공 방향을 고려한 앞선 위치)를 찾아 이동을 최소화하도록 한다.

또, 단순이동의 경우 고속 구동기의 최대속도로 가정하여, 가공해야 할 위치가 이미 가공범위 내에 있으면 바로 가공을 진행하고 저속 구동기의 이동이 좀 더 필요하면 가공시작 가능여부를 실시간 검사하는 방법을 통해 가공시간의 단축이 가능하다.

가공시작가능여부를 실시간 검사하는 방법은 저속 구동기의 피드백 모니터링을 통해 고속 구동기의 출력을 제어함으로써 가능하다. 만약 저속 구동기가 미처 가공이 가능한 위치에 있지 않다면 고속 구동기는 자신의 동작 가능한 경계면에서 움직이다가 가공영역에 들어오면 저속 구동기의 피드백을 보상하면서 가공위치로 이동하게 하는 것이 가능하다. 이러한 동작을 고속 구동기에 실시간으로 적용함으로써 우수한 가공 품질과 높은 생산성을 얻을 수 있다.

패널화하여 가공하는 종래방법은 저속 구동기가 정지한 후에 가공해야 하므로 비가공시간이 상당히 존재하는 반면, 본 발명의 연속가공은 패널화의 개념이 적용되지 않아 보다 빠른 가공을 할 수 있다. 또한, 필터링된 연속된 위치 데이터를 저속, 고속 구동기로 단순히 분배하는 기존 방법과는 달리, 본 발명은 저속 구동기의 피드백을 고려하여 고속 구동기의 출력과 실제 가공 시작 시점을 실시간으로 제어할 수 있다. 이는 가공과 가공사이의 비가공 구간에서 비가공 구간의 거리에 상관 없이 고속 구동기의 이동 속도를 빠르게 가져갈 수 있음을 의미하고, 저속 구동기의 출력과 실제 이동간의 오차를 보상하여 전체적인 가공시간의 단축을 가능하게 한다.

또한, 고속 구동기의 가공범위를 고려하여 앞으로 가공해야 형상들의 위치를 검색하여 가능한 한 많은 형상을 포함하고, 이동 경로를 단축하며 미리 다음 위치로 이동할 수 있도록 한다. 이러한 최적의 위치는 저속 구동기의 반응성을 보완할 수 있으며, 가공 궤적을 그대로 따라가지 않으므로 불필요한 이동과 시간을 줄임으로써 생산성을 극대화 시킬 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 수행하는 레이저 가공 시스템의 일부 발췌 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템의 개략적 블록 다이어그램이다.
도3은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법의 설명하는 블록 다이어그램이다.
도4는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 설명하는 흐름도이다.
도5는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 설명하는 도면으로서, 가공 범위 내에 내에 두 패턴이 존재하는 경우의 가공방법을 설명한다.
도6는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 설명하는 도면으로서, 서로 다른가공 범위 내에 가공 대상 패턴이 존재하는 경우의 가공방법을 설명한다.
도7은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 설명하는 도면으로서, 비가공 영역에서의 저속 구동기의 이동속도 변화 및 목표 위치로 도달했을 때의 레이저 가공 시점을 나타내 보이는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 따른 레이저 가공 방법의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도1를 참조하면, 레이저 가공 시스템(Laser Machining System, 100)은 일반적으로 레이저 마커(Marker) 라고도 불리는 것으로, 피가공물(99)이 탑재되는 스테이지 시스템(이하, 스테이지, 170)와 상기 피가공물(99)의 기계적 가공에 필요한 고에너지 상태의 레이저 빔(Laser Beam, B)을 발생하는 레이저 시스템(Laser System, 130), 그리고 상기 레이저 시스템(130)으로부터의 레이저 빔을 피가공물의 특정 위치로 레이저 빔을 집중 또는 랜딩시키는 복수의 갈바노미터(151, 152)를 가지는 스캐너 시스템(이하 스캐너, 150)을 구비한다. 상기 스테이지(170)는 저속 구동기로서 피가공물(99)의 평면에 나란한 방향의 X-Y 좌표 상을 이동하며, 상기 스캐너 시스템(150)는 두 개의 갈바노미터에 의해 상기 레이저 시스템(130)으로부터의 레이저 빔(B)을 피가공물(99)의 표면의 특정 위치에 집중 또는 랜딩시킨다.

본 발명에서 저속 구동기로서는 일반적으로 알려진 X-Y 테이블, 하이브리드 스테이지 또는 겐트리 스테이지 중의 어느 하나를 선택할 수 있다.

도2는 상기 레이저 가공 시스템(100)의 전체 구성을 개략적으로 보이는 블록다이어그램이다.

본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(100)은, 전술한 바와 같이, 피가공물(99)이 탑재하는 스테이지(170) 및 스테이지(170)를 구동하는 스테이지 제어부(160)를 기본적으로 포함한다.

도2를 참조하면, 레이저 가공 시스템(Laser Machining System, 100)은 피가공물(99)의 기계적 가공에 필요한 고에너지 상태의 레이저 빔(Laser Beam, B)을 발생하는 레이저 시스템(Laser System, 130) 및 이를 구동(驅動)하는 레이저 드라이버(120), 그리고 상기 레이저 빔에 의해 가공되는 피가공물(99)이 탑재되는 스테이지(170) 및 스테이지(170)를 구동하는 스테이지 제어부(160)를 기본적으로 포함한다.

이러한 레이저 가공 시스템(100)은, 상기 레이저 시스템(130)으로부터 출사된 레이저 빔의 진행방향을 광학적으로 고속 제어하여 상기 피가공물(99)의 특정 위치로 레이저 빔을 집중 또는 랜딩시키는 스캐너(150) 및 이 스캐너(150)을 구동하는 스캐너 제어부(140)를 더 구비한다.

또한, 상기 레이저 가공 시스템(100)은 상기 레이저 드라이버(120)와 스캐너 제어부(140)를 통해서 상기 레이저 시스템(120)과 스캐너 시스템(130)을 제어하는 제어 호스트(Control Host, 110)를 더 포함한다. 본 발명에서 제어 호스트는 단순히 "제어부"라 호칭될 수 있으며, 한편 제어부는 인코더를 포함할 수 도 있다.

상기한 바와 같은 구조에서, 상기 스테이지(170)는 내부에 마련된 인코더(encoder)를 이용해 스테이지 또는 이에 탑재된 피가공물의 위치 또는 좌표 정보를 제어 호스트(110)로 피드백(feedback)한다.

제어 호스트(110) 또는 제어부는 저속 구동기가 목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기는 저속 구동기의 움직임을 피드백 받아 그 위치를 보정할 수 도 있다. 즉, 레이저 가공 시, 연속적으로 피가공물의 위치를 변경하는 스테이지(170)의 이동 좌표에 관한 피드백 신호를 실시간 수신하는 제어 호스트(110)는, 연속 이동하는 스테이지(170)의 상의 피가공물(99)의 특정 위치의 표면에 정확히 레이저 빔을 랜딩 시키기 위하여 스테이지의 위치 정보를 반영하여 스캐너 시스템(150)을 제어한다. 즉, 스캐너 시스템(150)에 의해 결정되는 레이저 빔의 랜딩 좌표는 스테이지(170)에 의한 이동 거리에 의해 보상되며, 따라서 스테이지가 연속적으로 구동되더라도 스테이지 상의 피가공물에 대한 레이저 빔의 랜딩은 목적하는 위치에 이루어 질 것이다.

본 발명에서는 현재 가공해야 할 위치와 이후에 가공해야 할 위치를 검색하여 고속 구동기의 가공 가능한 가공 범위 내에 가능한 한 많은 패턴이 위치하도록 하며, 또한 이후의 진행방향에 대한 방향성을 고려함으로써 저속 구동기가 최적의 경로(가공 방향을 고려한 앞선 위치)를 찾아 이동을 최소화하도록 한다. 여기에서, 상기 "패턴"은 레이저 가공에서 레이저가 온(On)되는 시점부터 오프(Off)되는 시점까지 그려지는 형상이다.

본 발명에서는 저속 구동기가 작동하는 동안에, 고속 구동기의 가공 영역 내로 패턴이 들어 오게 되면 레이저 가공은 즉시 시작된다. 이때에 저속 구동기에 의한 위치 이동이 피드백으로서 고속 구동기의 위치 제어에 반영된다. 여기에서 저속 구동기는 고속 구동기에 비해 상당히 긴 반응 지연이 발생한다.

저속 구동기인 스테이지는 목표 위치에 도달하는데 필요한 가속 시간과 목표 속도에서 정지하는데 소요되는 감속 시간이 상당히 길고 또한 최대 속도도 제한된다. 가감속특성은 0.1g~3g정도의 범위를 가지며 최고속도는 0.5~2[m/sec]의 범위가 일반적이다. 이러한 스테이지의 반응 지연은 보통 20~400msec정도이다. 이러한 반응지연은 고속 구동기인 스캐너에 의해 보상이 이루어지며, 특히 스테이지의 이동에 따른 위치 변화는 고속 구동이 가능한 스캐너에 의해 보상된다. 상기 스캐너 제어부는 스테이지로부터의 피드백과 스캐너의 위치를 결정하며, 이때에 스캐너의 반응지연이 반영된다.

일반적인 고속 구동기인 갈바노미터의 반응 지연은 보통 100~400us 정도이다.

도3은 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템에서 개략적 제어 흐름을 보이고, 도4는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법의 전체 흐름도이다.

전체 레이저 가공은 제어 호스트(110) 에서, 전체 영역 내에서 각각의 가공 위치를 기준으로 스캐너(150)의 가공 범위 또는 스테이지의 반응성(지연 반응)을 고려하여 저속 구동기의 목표 위치를 계산(S31)한다. 이러한 목표 위치의 계산은 레이저 가공이 진행되는 스테이지의 구동 기간에도 연속적으로 수행된다. 이렇게 목표 위치를 계산한 후, 저속 스테이지(170)로부터의 피드백을 받아서 전체 가공영역에 대한 실제 가공 영역을 비교한다(S32). 그리고, 실제가공위치 및 고속 구동기의 가공범위를 고려한 저속 구동기의 목표 위치를 결정(S33, S36)하여 이를 스캐너와 스테이지로 출력한다. 이때에, 고속 구동기인 스캐너 시스템(150)의 실제 위치를 저속 구동기인 스테이지(170)의 피드백(FB)을 통해 보상(S34)한다. 즉, 연속 작동하는 스테이지의 움직인 거리 또는 위치만큼 스캐너(S150)의 위치를 보상(S34)하여 실제 스캐너의 위치, 즉 레이저 출사점을 결정한다. 여기에서 스캐너의 위치(레이저 출사점)은 피가공물에 대한 스캐너의 물리적 위치에 의해 결정되는 가공범위 내에서, 실제 피가공물로 레이저 빔이 출사하는 위치를 말하며, 이 위치는 레이저 빔이 랜딩하는 피가공품(99)의 표면의 한 점이다. 그리고, 한 패턴의 가공이 완료된 후 다음 위치로 이동하는 경우에 스캐너(150)의 위치를 다른 영역으로의 진행방향의 선두에 두게 하는 가공 필드 경계 조건을 처리하게 되는데(S35)는 이는 후에 상세히 설명된다.

도3에서 제어 호스트(110) 내부의 제어 흐름은 도4의 전체 흐름에서 구체적으로 설명된다.

도3과 도4를 참조하면, 우선 전체 가공 영역에 대해 각각의 가공 위치를 기준으로 고속 구동기인 스캐너의 가공범위 혹은 저속 구동기인 스테이지(170)의 반응성을 고려하여, 미리 스테이지(170)의 다음 위치로의 이동 경로를 계산하여 단축된 이동 경로를 통한 최적 목표위치를 구한다(S41). 이는 저속으로 구동하는 스테이지(170)의 최소의 이동과 고속으로 구동하는 스캐너(150)의 빠른 특성을 이용하기 위함이다.

계산된 목표위치로 스테이지(170)를 저속으로 이동시키고, 그리고 실제 가공이 시작되는 위치로 스캐너(150)를 고속으로 이동시킨다(S42). 실제 가공이 시작되는 위치와 현재 스테이지(170)의 위치를 비교하여 스테이지(170)의 현재 위치가 가공 범위 내에 도착(존재) 여부를 판단(S43)하고, 도착하였으면 다음 단계(S44)에서 가공을 시작하고, 가공영역 내에 존재하지 않으면 스테이지(170)를 계속 목표 위치로 이동시키면서 가공 영역에 스테이지의 현재 위치가 도착했는지를 계속 비교하게 된다(S43). 이때 고속 구동하는 스캐너(150)의 실제 위치를 스캐너(150)가 가지는 전체 필드 영역의 경계선에 스캐너 이동방향에서의 선두에 머무르게 하여 경계선 상에서의 선두가 목표 위치에 도달하자마자 가공이 진행되도록 한다(S44). 이 가공(S44)에서 레이저 시스템의 컨트롤이 이루어지고 이때에 실시간으로 스캐너 및 스테이지의 위치가 스캐너와 스테이지로 출력되어 가공 영역 내에서의 가공을 진행한다. 이 과정에서 하나의 패턴(레이저를 On하여 Off할 때까지 가공하는 형상) 가공이 끝났는지를 판단하여(S45), 하나의 패턴의 가공이 끝났으면 다음 패턴을 가공하기 위한 위치로 이동하도록 하여 위의 과정을 반복함으로써 가공 영역 내 모든 패턴을 가공을 진행이 확인되면(S46) 가공을 종료한다.

도3으로 돌아가서, 본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 가공 호스트(110)에서 저속 구동기인 스테이지(170)로부터 피드백(FB)을 받아 고속 구동기인 스캐너(150)로의 출력을 실시간으로 보상(S34)이 가능하다. 스캐너(150)로의 출력을 실시간으로 변경 가능하고 가공영역의 비교(S32)를 통해 가공시작 시점을 조절할 수 있다는 것은 가공범위와는 상관 없이 비가공 영역에서의 스캐너의 속도를 최대로 설정할 수 있다는 것을 의미한다.

이하에서, 보다 구체적으로 본 발명에 따른 레이저 가공 방법의 실시 예를상세히 설명한다.

도5를 참조하면 다음과 같다. 스캐너의 가공 범위(31)내에 가공 패턴(P)이 존재하는 도면에서 좌우의 두 경우(a), (b)를 도시한다. 이러한 경우는 스캐너에 의한 가공 범위(31) 내에 두 패턴(P)이 마련되어 있기 때문에 이들 사이의 비가공 영역(32), (33)에서 거리에 상관없이 스캐너의 최대속도의 이동이 가능하다.

도5의 (c)와 (d)는 피가공품에 대한 두 패턴의 가공속도(빗금친 부분)과 이때의 스테이지의 이송속도 변화를 도시한다. 여기에서, 고속 구동기의 최대속도는 2000mm/sec, 스테이지의 최대속도를 500mm/sec, 피가공품에 대한 가공속도를 200mm/sec인 것을 기준으로 한다.

도5의 (a)에 도시된 가공 영역(31)에 대한 패턴(P)의 가공 시 스캐너 속도 변화를 도시하는 도5의 (c)의 그래프에서는 비가공 영역(32)의 거리가 매우 짧아 지속적으로 이동하는 스테이지의 이동 속도(Vs)가 최대(500mm/sec)에 도달하지 않았고, (d)의 그래프에서는 가공범위 내에는 있지만, 비가공영역(33)의 이동거리가 길어 스테이지의 속도가 최대값(500mm/sec)에 도달할 수 있음을 알 수 있다.

다음은 다수의 가공 패턴인 분산되어 있어서, 하나의 가공범위 내에 존재하지 않는 경우를 도6을 통해서 살펴본다.

사각 형태의 두 가공 패턴이 일정한 거리(41a~43b)의 비가공영역을 사이에 둔 경우, 저속 구동기인 스테이지는 미리 계산된 제1목표위치로 이동(도면에서 좌에서 우로)하게 된다. 이 때, 고속 구동기인 스캐너는 스테이지에 비해 매우 빠른 속도로 이동이 가능한데, 비가공영역을 이동하는 동안에 가공 영역의 경계(41b, 42b)에 위치한다. 도면에서 참조번호 41, 42, 43은 단계적으로 이동하는 스캐너의 가공 범위를 나타낸다. 첫 번째 위치의 가공범위(41)에서 그 내부에 있는 가공패턴(41a)에 대한 가공이 완료되면 스캐너는 가공범위(41)의 경계(41b)에 위치를 옮긴다. 이 위치는 진행방향의 선두부분으로서 다음의 목표 지점에 가장 가까운 위치이다. 이 상태에서 스테이지가 이동하면 42의 상태에서 43의 상태가 된다. 43의 가공범위 내에 스테이지의 이송에 의해 패턴(43b)이 들어오면, 곧 바로 스캐너는 고속으로 패턴을 가공하며, 이때에 계산된 다음의 목표를 고려한 제2목표 위치로의 이동이 지속된다.

여기서 중요한 점은 상기 도6의 과정에 대한 시간-속도 그래프인 도7에 도시된에서 바와 같이, 스캐너는 실제 가공 위치에 도착하여 가공 가능한 범위에 도달할 시점(45)을 기다린다는 점이다. 스테이지의 피드백과 가공 위치의 차이를 통해 가공 범위를 계산하여, 가공 범위 내에 패턴이 들어오게 되면 가공을 시작하게 된다.

이처럼 본 발명은 비가공 영역에서, 가공 범위에 상관없이 고속 구동기의 최대 속도로 제어가 가능하고, 이는 전체적인 가공 시간 단축에 도움이 된다.

전술한 바와 같이 본 발명의 레이저 가공 방법은 저속 구동기인 스테이지가 움직이는 상태에서 고속 구동기인 스캐너를 이용한 레이저 가공이 가능하다. 이는 고속 구동기의 실제 가공 위치는 스테이지의 이동에 따른 위치 변동을 피드백 받아 이를 고속 구동기의 실제 가공 위치의 보상하기 때문에 가능하다.

또한 본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는 고속 구동기이 스캐너의 가공범위를 벗어난 부분에 새로 가공할 패턴이 존재하는 경우, 스테이지를 새로 가공할 패턴 방향으로 이송하되, 이때에 스캐너를 가공 범위의 선두 경계에 위치 시킴으로서 가공 범위에 패턴이 들어오는 즉시 가공을 수행할 수 있고, 이로써 보다 빠른 속도로 패턴의 가공이 가능하게 된다.

이러한 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

99: 피가공물
100: 레이저 가공 시스템(장치)
110: 제어 호스트
12: 레이저 드라이버
130: 레이저 (시스템)
140: 스캐너 제어부
150: 스캐너 (시스템)
151, 152: 갈바노미터
160: 스테이지 제어부
170: 스테이지 (시스템)
FB: 피드백(스테이지의 위치 정보)
B: 레이저빔
Vs: 스테이지 속도
P: (가공) 패턴
Ms: 가공시점
41, 42, 43: 피가공물의 표면에서 이동하는 가공영역

Claims

고속 구동기와 저속 구동기를 이용하여 레이저 가공을 수행하는 방법에 있어서,
상기 저속 구동기를 제1목표 위치로 이동시키는 단계;
상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 적어도 하나의 가공 패턴이 위치하면 레이저 가공을 수행하는 단계; 및
상기 고속 구동기가 상기 패턴의 가공 후, 상기 저속 구동기는 제2목표 위치로 이동하는 단계:를 포함하며,
상기 고속 구동기가 레이저 가공을 수행하지 않고 이동만 하는 경우, 상기 가공 영역의 경계에 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기는 저속 구동기의 움직임을 피드백 받아 그 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 패턴은 레이저 가공에서 레이저 가공이 On되는 시점부터 Off되는 시점까지 그려지는 형상인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 제 1 목표 위치 또는 제 2 목표 위치는 상기 피가공물의 다음 가공 패턴 위치를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1목표 위치 또는 상기 제2목표 위치를 결정함에 있어서, 상기 고속 구동기 및 상기 저속 구동기의 이동 속도의 차를 고려하여 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
피가공물이 탑재된 저속 구동기를 구동하여, 피가공물에 대한 레이저 가공을 수행하는 고속 구동기의 가공 영역을 피가공물의 패턴 형성 위치(목표위치)로 이동시키는 단계;
고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 패턴형성 위치가 들어오면 레이저 가공을 수행하는 단계; 그리고
상기 레이저 가공이 수행되는 중, 상기 피가공물에 대한 다음의 패턴 형성 위치로 상기 저속 구동기를 이송하는 단계;를 포함하며,
상기 고속 구동기가 레이저 가공을 수행하지 않고 이동만 하는 경우, 상기 가공 영역의 경계에 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제7항에 있어서,
상기 저속 구동기의 위치 정보를 피드백하여 상기 고속 구동기의 위치를 보정하는 단계;를 더 포함하는 레이저 가공 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
저속 구동기를 이송할 때에 상기 고속 구동기의 레이저 출사점을 상기 패턴 형성 위치를 향하는 상기 가공영역의 경계에 위치시켜,
상기 저속 구동기에 의해 상기 피가공물에 대한 패턴 형성영역이 고속 구동기의 가공 영역으로 들어 오는 즉시 레이저 가공을 시작하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제9항에 있어서,
상기 고속 구동기는 갈바노미터, 상기 저속 구동기는 스테이지인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제10항에 있어서,
저속 구동기는 XY 테이블, 하이브리드 스테이지 또는 겐트리 스테이지 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 기재된 레이저 가공 방법을 수행하는 시스템으로서,
피가공물이 탑재되는 저속 구동기;
상기 저속 구동기에 탑재된 피가공물에 대한 레이저 가공을 수행하는 고속 구동기;
상기 저속 구동기에 마련되어 저속 구동기가 위치 정보를 피드백하는 인코더;
상기 저속 구동기와 고속 구동기를 제어하는 것으로, 상기 위치 정보를 이용해 상기 고속 구동기의 위치를 보정하는 제어 호스트;를 포함하는 레이저 가공 시스템.
제12항에 있어서,
상기 고속 구동기는 갈바노미터, 상기 저속 구동기는 스테이지인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 저속 구동기는 XY 테이블, 하이브리드 스테이지 또는 겐트리 스테이지 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
고속 구동기와 저속 구동기를 포함하는 레이저 가공 장치에 있어서,
상기 저속 구동기를 제1목표 위치로 이동시키되, 상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 적어도 하나의 가공 패턴이 위치하면 레이저 가공을 수행하며, 상기 고속 구동기가 상기 패턴의 가공 후, 상기 저속 구동기는 제2목표 위치로 이동 하도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 고속 구동기가 레이저 가공을 수행하지 않고 이동만 하는 경우, 상기 고속 구동기가 가공 영역의 경계에 위치하도록 제어 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제15항에 있어서,
상기 저속 구동기는 피가공물이 탑재되며, 상기 고속 구동기는 레이저 가공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제15항에 있어서,
상기 제어부는 상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기는 저속 구동기의 움직임을 피드백 받아 그 위치를 보정하도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
고속 구동기와 저속 구동기를 이용하여 레이저 가공을 수행하는 방법에 있어서,
상기 저속 구동기를 제1목표 위치로 이동시키는 단계;
상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 적어도 하나의 가공 패턴이 위치하면 레이저 가공을 수행하는 단계; 및
상기 고속 구동기가 상기 패턴의 가공 후, 상기 저속 구동기는 제2목표 위치로 이동하는 단계:를 포함하며,
상기 제1목표 위치 또는 상기 제2목표 위치를 결정함에 있어서, 상기 고속 구동기 및 상기 저속 구동기의 이동 속도의 차를 고려하여 결정하도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
고속 구동기와 저속 구동기를 포함하는 레이저 가공 장치에 있어서,
상기 저속 구동기를 제1목표 위치로 이동시키되, 상기 저속 구동기가 제1목표 위치로 이동하는 동안, 상기 고속 구동기의 가공 영역 내에 피가공물의 적어도 하나의 가공 패턴이 위치하면 레이저 가공을 수행하며, 상기 고속 구동기가 상기 패턴의 가공 후, 상기 저속 구동기는 제2목표 위치로 이동 하도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 제1목표 위치 또는 제2목표 위치를 결정함에 있어서, 상기 고속 구동기 및 상기 저속 구동기의 이동 속도의 차를 고려하여 결정하도록 되어 있는, 레이저 가공 장치.