KR101648565B1 - 다중 위치 제어를 이용한 연속적 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 시스템 - Google Patents

Abstract

레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 레이저 가공 시스템에 대해 개시된다.
레이저 가공 방법:은 다수의 가공 대상 패턴 중 인접한 복수의 패턴의 중간 위치를 구하는 제1단계; 상기 중간 위치로 저속 구동기를 이동시키는 제2단계; 상기 중간 위치에서 고속 구동기를 구동하여 상기 복수 가공 패턴에 대한 가공을 진행하는 제3단계;를 포함하고, 상기 제1단계로부터 제3단계를 반복하여 상기 다수 가공 대상 패턴에 대한 레이저 가공을 수행한다.

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 발명에 따른 레이저 가공 방법:은

고속 구동기와 저속 구동기를 이용하여 레이저 가공을 하는 방법에 있어서,

인접한 복수개의 패턴 중 적어도 하나의 패턴을 기준으로 가공 영역을 설정하는 단계;

상기 가공 영역내의 적어도 하나의 패턴의 중간 위치를 구하고, 상기 중간 위치로 상기 저속 구동기를 위치 시키는 단계; 그리고

상기 저속 구동기가 중간 위치로 이동을 시작 후, 상기 고속 구동기가 적어도 하나의 가공 패턴에 대한 가공을 진행하는 단계:를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 가공 영역을 설정하는 단계에 있어서, 상기 고속 구동기의 필드를 이용하되, 상기 필드 내에 가공 가능한 패턴이 가능한 많이 포함되도록 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 가공 영역을 설정하는 단계에 있어서, 상기 고속 구동기의 필드 내부에 있는 가공 패턴과 고속 구동기의 필드 외부에 있는 가공 패턴의 위치를 고려하되, 외부에 있는 가공 패턴까지의 이동거리가 최적화 되도록 가공 영역을 설정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 필드는 상기 고속 구동기가 가공할 수 있고, 목표 위치를 계산하기 위한 최대 영역이다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 저속 구동기가 중간 위치로 이동되는 동안 상기 고속 구동기가 피가공물의 패턴을 가공하되, 상기 고속 구동기는 상기 저속 구동기의 위치를 피드백 받아 보정한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 있어서, 상기 중간 위치는 상기 가공 영역의 영역 평균값 인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 패턴은 레이저가 온(On)하여 오프(Off) 하는 동안 레이저가 가공하는 형상이다.

본 발명의 다른 유형에 따른 레이저 가공 방법:은

다수의 가공 대상 패턴 중 인접한 복수의 패턴의 중간 위치를 구하는 제1단계;

상기 중간 위치로 저속 구동기를 이동시키는 제2단계;

상기 중간 위치에서 고속 구동기를 구동하여 상기 복수 가공 패턴에 대한 가공을 진행하는 제3단계;를 포함하고,

상기 제1단계로부터 제3단계를 반복하여 상기 다수 가공 대상 패턴에 대한 레이저 가공을 수행한다.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 제3단계에서 새로운 다음의 피가공 패턴의 위치를 고려하여 새로운 다음의 중간 위치를 구하여 상기 저속 구동기를 새로운 다음의 중간 위치로 상기 저속 구동기를 이동시킨다.

본 발명의 구체적이 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 복수의 패턴은 상기 저속 구동기의 위치를 중심으로 하는 상기 고속 구동기에 의한 가공이 가능한 가공 영역 내에 위치한다.

본 발명의 구체적이 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 복수의 패턴은 상기 가공 영역 내에서 마련되는 서치 필드 내에 위치한다.

본 발명의 구체적이 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 중간 위치는 상기 복수의 패턴이 위치하는 서치 필드 내에 정의된다.

본 발명의 구체적이 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 다수의 패턴은 연속된 하나의 선형 패턴의 구간별로 분할에 의해 정의된다.

본 발명의 구체적이 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 저속 구동기의 위치는 상기 고속 구동기의 위치에 비해 상기 선형의 패턴의 가공방향으로 앞선다.

본 발명의 구체적이 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 저속 구동기가 비가공영역을 통과하여 상기 선형 패턴으로 이동할 때에, 상기 고속 구동기는 상기 선형 패턴의 선단을 향하고, 상기 저속 구동기는 상기 선단에서 가공방향으로 앞서는 위치로 향한다.

본 발명에 따른 레이저 가공 시스템:은

상기 레이저 가공 방법을 수행하는 것으로,

레이저를 발생하는 레이저 시스템; 피가공물이 탑재되는 저속 구동기;

상기 레이저 시스템으로부터의 레이저를 상기 피가공물에 집중시켜 상기 피가공물에 대한 소정 패턴의 레이저 가공을 수행하는 고속 구동기; 그리고

상기 조속 구동기와 고속 구동기를 제어하는 제어 호스트;를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 유형에 따른 레이저 가공 시스템:은

저속 구동기와 고속 구동기를 포함하는 레이저 가공 장치에 있어서,

인접한 복수개의 패턴 중 적어도 하나의 패턴을 기준으로 가공 영역을 설정하고, 상기 적어도 하나의 패턴의 중간 위치를 구하며 상기 중간 위치로 상기 저속 구동기를 위치시키되, 상기 저속 구동기가 중간 위치로 이동을 시작 후, 상기 고속 구동기가 적어도 하나의 패턴에 대한 가공을 진행하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

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 비가공구간의 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 블럭다이어그램이다.
도3은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법의 설명하는 블록 다이어그램이다.
도4~12는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 설명하는 도면이다.

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.

상기한 바와 같은 구조에서, 상기 스테이지(170)는 내부에 마련된 인코더(encoder)를 이용해 스테이지 또는 이에 탑재된 피가공물(99)의 위치 또는 좌표 정보를 제어 호스트(110)로 피드백(feedback)한다. 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 궤적을 찾아 이동을 최소화하도록 한다. 부연하면, 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.

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. 잘 알려진 바와 같이 저속 구동기는 100~400us의 반응 지연을 가지는 고속 구동기에 비해 상당히 긴 20~400msec 정도로 반응 지연이 발생한다.

저속 구동기인 스테이지는 목표 위치에 도달하는데 필요한 가속 시간과 목표 속도에서 정지하는데 소요되는 감속 시간이 상당히 길고 또한 최대 속도도 제한된다. 가감속 특성은 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.

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 가공 범위 내의 한 패턴에 대한 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(스테이지의 이동량 정보 또는 위치 정보, 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.

전술한 바와 같이 저속 구동기는 고속 구동기에 비해 가감속시간이 길며, 최고 속도 또한 느리다. 이로 인해 전체 가공에서 저속 구동기의 최적의 위치 이동과 고속 구동기의 빠른 특성을 최대한 이용하여 효율성을 높이는 것이 중요하다. 저속 구동기의 최적 위치를 계산하는 방법에는 가공 패턴에 따라 가공 범위내의 작은 패턴(형상)과 가공범위 외의 큰 패턴으로 나눌 수 있다. 여기서 말하는 작은 패턴은 그 일례로서 작은 홀일 수 있으며, 큰 패턴은 복잡한 도형을 포함하는 패턴일 수 있다.

이하의 실시 예 설명에서, 작은 패턴, 즉 작은 홀을 가공하는 방법에 대해 실시 예로서 설명한다.

가공품질의 우수함과 효율성의 증대를 위해 홀을 가공하는 가공 범위의 조건이 중요하다. 우선 가공 범위는 4도에 도시된 바와 같이 같이 크게 3가지로 나뉠 수 있다. 고속 구동기(150)의 최대 이동 가능한 전체 필드(51)와 실제 가공을 시작하기 위한 가공 필드(52), 마지막으로 저속 구동기(150)의 이동 목표위치를 찾기 위한 서치 필드(53)이다. 위 3가지 가공범위는 아래와 같은 조건을 성립해야 한다.

서치 필드 < 가공 필드 < 전체 필드 - 홀 직경

본 발명에서 필드는 서치 필드와 가공 필드를 포함하는 것이며, 여기에서 서치 필드는 목표위치를 계산하기 위해 사용되는 영역으로서, 가공 대상인 홀의 중심이 위치하는 영역이다. 목표 위치로 이동하는 저속 구동기는 목표위치에 가까워지면 감속하면서 목표 위치로 접근해야 하므로 저속 구동기의 목표위치를 구할 때 사용되는 서치 필드의 크기(폭)는 실제 가공 필드의 크기(폭)보다 작아야 한다. 서치 필드가 가공 필드와 비슷한 크기를 가지면, 저속 구동기의 목표위치의 범위는 넓어지지만 저속 구동기가 위치에 도달하는 데는 오히려 시간이 더 걸릴 수도 있고, 저속 구동기의 오버슈트 등의 특성 때문에 가공불량이 발생할 수도 있다. 따라서 가공 필드의 1/2~3/4정도가 적당하다.

또한 가공 필드는 가공시작의 조건이 되며, 그 크기는 전체필드의 크기에서 홀의 직경을 뺀 값보다 작아야 하고, 이는 도5의 설명을 통해 보다 더 이해할 수 있다. 도5에 도시된 바와 같은 홀(61)을 가공하기 위해 저속 구동기는 시작위치(62)에서 홀(61)을 향해 이동 할 것이다. 이 때, 이동 중인 저속 구동기의 위치(63)와 홀(61) 중심의 차이(w)가 실제 가공을 위한 가공 필드(52) 내에 들어오면 가공을 시작하는데, 홀의 중심을 기준으로 패턴이 그려져야 하므로 홀(61)의 직경만큼의 크기가 확보 되어야 한다. 이러한 이유로 가공 필드(52)는 전체필드에서 홀의 직경을 뺀 것보다 작아야 하는 것이다. 또한 저속 구동기의 오버슈트(overshoot) 등의 특성을 감안하여 약간의 여유 거리를 추가로 확보하는 것이 유리하다.

위에서 설명한 서치 필드(53)를 사용하여 저속 구동기의 최적 위치를 계산하는 방식에 대해 설명하겠다.

도6을 보면 계산된 저속 구동기의 이동 형태 또는 궤적을 알 수 있다.

고속 구동기가 이동하며 가공해야 하는 위치 즉 홀의 (가공) 위치가 ①~⑨ 라고 할 때, 실제 저속 구동기가 이동하는 위치는 각각 1"~9"이다. 도6은 고속 구동기의 이동 경로를 저속 구동기가 그대로 따라가는 것이 아닌 최적화된 경로(73)로 이동하는 것을 보여준다.

저속 구동기의 이동경로(73)를 계산하는 방법은 고속 구동기의 이동경로에서 즉, 가공범위 내의 복수의 가공대상 홀들의 위치를 이용하여 이들 사이의 중간 위치(중간 값)을 찾는 방법이다. 단, 현재 고속 구동기의 위치를 기준으로 가공범위 내에 한해서 중간 값(중간 위치)을 찾는다. 또 다른 실시예로, 중간 위치 또는 중간 값은 "영역 평균값"이 될 수도 있다. . 영역 평균값은 가공 영역의 위치 중심 값 또는 평균값이다.

예를 들어 ①의 저속 구동기 위치에서 서치 필드 "71" 이 형성(정의)된다. 상기 서치 필드 "71"의 범위 안에는 ②, ③, ④의 홀 위치가 포함되므로, ①~③ 또는 ①~④ 위치의 중간위치의 계산되는 임의 위치, 즉 1"로 저속 구동기를 이동시키게 된다. ①의 가공이 끝나고 고속 구동기가 ②위치로 이동 할 때에, 아직 가공되지 않은 홀 위치 ②, ③, ④의 중간 위치 2"로 이동하게 된다. 저속 구동기가 2"로 이동하는 과정에서 홀 위치 ②에 대한 가공이 진행된다. 이러한 저속 구동기의 이동과 고속 구동기의 이동(가공)이 진행되는 과정에서 새롭게 정의되는 서치 필드 내의 홀을 검색되며, 이를 통해서 새로운 중간 값의 계산이 지속된다. ②의 홀 위치에 대한 가공이 완료된 후, 고속 구동기가 다음 홀의 위치인 ③에서는 새롭게 정의된 서치 필드(72) 내에 존재하는 홀은 ③~⑦이 된다. 따라서 ③~⑦의 중간 위치 3"가 계산되고 따라서 저속 구동기가 3"로 이동한다. 이와 같은 방식으로 계산해보면 고속 구동기가 ①~⑨를 이동하는 동안 저속 구동기는 (73)과 같은 경로로 이동하는 결과를 얻게 된다. 이러한 본 발명에 따르면, 최적의 저속 구동기의 경로(저속 구동기의 이동 궤적, 73)는 실제 가공해야 하는 홀의 위치 즉, ①~⑨의 위치를 따라가는 것이 아닌 각 홀을 기준으로 가공 범위내의 최적 위치인 중간 위치를 찾아(계산하여) 이동하게 되는 것이다. 이로써 반응성이 느린 저속 구동기의 최단 거리의 이동을 가능하게 하여 불필요한 이동을 방지하고, 이러한 저속 구동기의 이동궤적을 중심으로 하는 그 주위의 홀에 대한 가공을 고속 구동기 빠른 특성을 이용하여 수행한다.

이하, 본 발명의 다른 실시예로서, 위의 중간위치를 찾는 방식에서 더 나아가 서치 필드의 개념을 적극 활용하여 저속 구동기 경로를 보다 최적화 시키는 방법에 대해 도7을 참조하면서 설명한다.

도7을 참조하면, 서치 필드(81) 내에 ①~④의 홀이 존재한다. 이 때 ①의 위치에서 서치 필드(81) 내에는 ①~③의 홀들의 위치를 통해 중간 위치 계산하여 저속 구동기 목표 위치 1"를 계산할 수 있다. ①의 위치에 대한 고속 구동기를 통한 가공이 완료한 후, 고속 구동기를 ②의 위치로 이동시키면서 ②~③의 홀 위치의 통해 이의 중간 위치 2"를 찾을 수 있다. 저속 구동기가 2"의 위치로 이동하여, ② 위치의 홀을 가공한 후, ③의 위치로 고속 구동기가 이동할 때에 저속 구동기의 이동위치를 계산하기 위한 다른 홀 위치가 존재하지 않고, 서치 필드의 바깥에 ④의 홀위치가 존재한다. 이 경우, 저속 구동기는 홀위치 ③이 저속 구동기의 다음 위치 3"이 되게 된다.

이러한 상태에서, 고속 구동기가 ④의 홀 위치로 이동하는 경우에서도 저속 구동기의 다음 위치 4"는 홀 위치 ④와 같게 된다. 여기에서, 저속 구동기 이동 위치1"~4"를 연결하여 이동경로(82)를 그려서 분석해보자.

홀 위치 ①의 기준에서 ②~③의 홀이 서치 필드 내에 포함되어 있고 ④의 홀은 포함 되어 있지 않다. 이와 비교했을 때 저속 구동기 목표위치 계산시, 홀 ④의 방향을 고려하여 서치 필드 위치를 설정하면 저속 구동기의 위치를 ④에 보다 가깝게 위치 시킬 수 있다.

도8을 참조하면, 도7에서와 같은 ①~④의 홀이 존재한다. 도5에서 나타난 바와 같이 서치 필드의 중심과 홀의 중심을 일치 시켜 범위를 정한 것과는 달리 필드 밖에 존재하는 ④번 홀에 서치 필드(91, 92, 93)의 중심이 최대한 가깝게 향하도록 설정하였다. 이렇게 되면, 서치 필드(91)의 중심을 중심으로 홀 ④는 홀 ①, ② 과 반대방향에 위치한다. 즉, 예를 들어, 도8에 도시된 바와 같이 ①, ②의 홀을 서치 필드의 1/4분 면에 위치시키고, 홀 ④는 대각선 반대 방향의 3/4 분면이 향하도록 위치시킨다. 이때에 바람직하게 ①, ②의 홀을 서치 필드(91)의 경계에 위치시켜 저속 구동기의 목표 위치를 홀 ④의 에 가장 가까운 1"로 설정한다. 즉 본 발명은 서치 필드를 위치시킴에 있어서, 서치 필드 바깥의 홀 위치에 서치 필드가 근접하도록 배치하며 홀 가공이 진행되면서 점차 더욱 가깝게 되도록 서치 필드를 결정한다.

한편, 홀 ①에 대한 고속 구동기에 의한 가공이 완료된 후, 홀 ②로 고속 구동기가 이동할 때에, 홀 ② 역시 서치 필드의 경계에 위치하도록 서치 필드(92)를 설정하여, 저속 구동기의 다음 이동 위치 2"를 계산한다. 그리고, 홀 ②에 대한 레이저 가공 이후, 홀 ③에 대한 고속 구동기의 이동도 위와 같은 방식으로 설정 서치 필드(93)을 설정하여 저속 구동기 이동위치 3"를 구한다. 이제 1"~4"를 모두 연결하면 저속 구동기의 이동경로(95)를 구할 수 있다. 이러한 방식으로 저속 구동기의 목표위치를 계산하면 범위 밖에 있는 다음 홀의 방향을 고려하여 좀더 가깝게 보낼 수 있게 된다. 이는 저속 구동기의 이동이 최적화되어 보다 좋은 효율성을 얻을 수 있다.

다음은 큰 형상의 저속 구동기의 최적위치 계산 방법에 대해 설명하겠다.

저속 구동기의 반응시간은 약 20~400msec 정도로 고속 구동기의 100~400usec에 비하면 차이가 크다. 일반적으로 실제가공은 예를 들어 레이저의 펄스를 사용한다고 할 때 등 간격으로 배치되는 것이 품질 면에서 바람직하다. 이것은 저속 구동기의 반응성을 고려하여 고속 구동기와의 동기를 맞추는 것이 중요시된다.

도9를 참조하여 이에 대하여 설명한다. 저속 구동기를 목표위치(101)로 이동 명령을 내리면 그 때 실제 위치는 (102)가 된다. 이 때 목표위치와 실제위치와의 시간차를 반응 시간이라고 하며 시간에 속도를 곱한 값이 반응성에 의해 생기는 거리 차(103)가 된다. 이러한 반응성에 의한 거리 차(103)만큼을 보상하여 저속 구동기의 출력을 제어하면 고속 구동기의 별도의 지연 없이 동기를 맞추게 된다.

도10을 참조하면, 위치 111a 에서 위치 114a까지 가공해야 하는 곡선 또는 직선 형태의 선형 패턴, 본 실시 예에서는 직선 패턴이 있다. 이 직선 패턴은 고속가공기의 가공범위 보다 크고(길고) 따라서 저속 구동기의 이동하면서 고속 가공기의 가공범위 단위로 직선을 다수의 직선(단위 패턴)으로 분할하여 가공하여야 한다. 본 실시에서는 긴 직선을 하나의 가공패턴으로 예시하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 이는 곡선 또는 곡선과 직선이 결합된 선형 패턴도 가공대상으로 포함한다. 다양한 이러한 직선이 주어졌을 때 저속 구동기로의 반응성이 고려된 단계적인 출력을 위해 임의의 길이(l)로 분할을 한다. 수직의 점선에 의해 분할된 구간은 개별적인 패턴으로 이해될 수 있으며, 결과적으로 다수 패턴의 위치를 이용해 중간 위치를 구하는 개념이 여기에도 포함된다. 다만, 패턴이 직선이기 때문에 중간위치는 직선상의 패턴 위에 위치하게 될 것이다. 이러한 분할된 구간별 패턴 위치를 이용하여 각각의 현재 위치에서 반응성이 고려된 앞선 위치를 계산하여 저속 구동기의 목표 위치를 찾을 수 있다. 이 목표 위치는 현 패턴과 이 패턴에 연속하는 다음의 패턴의 사이에 위치한다. 예를 들어, 위치 (111a)에서 반응성을 고려하여 저속 구동기의 목표위치를 (111b)라 가정하면, 즉, 위치(111b)에서 위치 (111a)를 뺀 거리 차가 반응시간에 의한 거리 차가 되는 것이다. 마찬가지로 (112a) 위치에서는 이보다 가공방향으로 앞선 위치(112b) 로 저속 구동기를 제어(이동)하게 된다. 이와 같이 고속 구동기 각각의 현재 위치에 따라 저속 구동기의 목표위치도 계속해서 새롭게 계산되어, 위치 데이터 맵으로 저장한다.

도11를 참고하면, 현재 위치(122)에서 출발하여 선단(124a)~후단(128)까지의 길이를 가지는 매우 긴 직선(패턴)을 가공한다고 가정하자. 이 때 가공영역(고속 구동기가 움직일 수 있는 전 영역보다 약간 작게 설정, 121)을 갖는다고 할 때, 고속 구동기의 초기 목표위치(직선 패턴의 선단, 124a)와 저속 구동기의 반응성이 고려된 목표위치(124b)가 있다. 마찬가지로 (124b-124a)는 반응성에 의해 생기는 거리 차가 된다. 위치 저속 구동기의 시작점(122)에서 고속 구동기는 비가공 영역에서의 속도가 빠르므로 시작과 동시에 고속 구동기의 목표위치(124a)를 향한 가공영역의 경계(123)에 위치하게 된다. 저속 구동기가, 고속 구동기의 목표위치(124a)보다 앞서있는 목표위치(124b)로 향함과 동시에 고속 구동기 또한 시작지점(124a)를 향해 점차 움직이는 것을 볼 수 있다. 위치 (126)의 위치에서 보면, 저속 구동기는 목표위치(124b)를 향해 이동 중임에도 불구하고, 고속 구동기의 목표위치(124a)가 가공범위 내로 들어왔다. 일반적으로 비가공 영역에서는 고속 구동기의 속도를 빠르게 설정 할 수 있기 때문에 고속 구동기는 목표위치에 보다 빨리 도달하게 된다. 이 때, 가공제어부(11)에서는 레이저와 고속 구동기의 출력을 바꾸며 실제 가공을 시작하게 된다. 고속 구동기의 목표위치(125a)가 바뀌면 그에 따른 저속 구동기의 목표위치(125b)가 바뀌기 때문에 등간격의 가공 품질이 가능하게 한다.

도12를 보면 도11과 다른 방향에서 시작됨을 볼 수 있다. 이 역시 마찬가지로 저속 구동기가 출발시점(131)에서 반응성이 고려된 목표위치(134b)로 이동하고 저속 구동기가 (133)에 근접하였을 때, 즉 가공범위 내에 들어왔을 때 속도가 빠른 고속 구동기는 이미 목표위치(134a)에 도착하여 가공을 시작하게 된다. 위에서 설명한 것과 같이 고속 구동기의 출력이 (135a)로 바뀌면 저속 구동기의 목표위치 역시 (135b)로 바뀌게 된다.

이러한 저속 구동기의 목표위치를 계산하는 방식은 고속 구동기와 저속 구동기의 동기화를 맞추는 동시에 저속 구동기의 불필요한 이동 동작을 막아 전체 속도 향상에 영향을 미치게 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

Claims (20)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 다수의 가공 대상 패턴 중 서치 필드 내에 위치하는 인접한 복수의 패턴의 중간 위치를 구하는 제1단계;
   상기 중간 위치로 저속 구동기를 이동시키는 제2단계;
   상기 중간 위치에서 고속 구동기를 구동하여 상기 복수 가공 패턴에 대한 가공을 진행하는 제3단계;를 포함하고,
   상기 제1단계로부터 제3단계를 반복하여 상기 다수 가공 대상 패턴에 대한 레이저 가공을 수행하는, 레이저 가공 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제3단계에서 새로운 다음의 피가공 패턴의 위치를 고려하여 새로운 다음의 중간 위치를 구하여 상기 저속 구동기를 새로운 다음의 중간 위치로 상기 저속 구동기를 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 상기 저속 구동기의 위치를 중심으로 하는 상기 고속 구동기에 의한 가공이 가능한 가공 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
11. 삭제
12. 제9항에 있어서,
    상기 중간 위치는 상기 복수의 패턴이 위치하는 서치 필드 내에 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 연속된 하나의 선형 패턴의 구간별로 분할에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 저속 구동기의 위치는 상기 고속 구동기의 위치에 비해 상기 선형 패턴의 가공방향으로 앞서는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 저속 구동기가 비가공영역을 통과하여 상기 선형 패턴으로 이동할 때에,
    상기 고속 구동기는 상기 선형 패턴의 선단을 향하고, 상기 저속 구동기는 상기 선단에서 가공방향으로 앞서는 위치로 향하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
16. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항 또는, 제12항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 기재된 레이저 가공 방법을 수행하는 것으로,
    레이저를 발생하는 레이저 시스템;
    피가공물이 탑재되는 저속 구동기;
    상기 레이저 시스템으로부터의 레이저를 상기 피가공물에 집중시켜 상기 피가공물에 대한 소정 패턴의 레이저 가공을 수행하는 고속 구동기; 그리고
    상기 저속 구동기와 고속 구동기를 제어하는 제어 호스트;를 포함하는 레이저 가공 시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 저속 구동기는 XY 테이블, 하이브리드 스테이지 또는 겐트리 스테이지 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 연속된 하나의 선형 패턴의 구간별로 분할에 의해 정의되며,
    상기 저속 구동기가 비가공영역을 통과하여 상기 선형 패턴으로 이동할 때에,
    상기 고속 구동기는 상기 선형 패턴의 선단을 향하고, 상기 저속 구동기는 상기 선단에서 가공방향으로 앞서는 위치로 향하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 수행되도록 상기 저속 구동기와 고속 구동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
19. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 연속된 하나의 선형 패턴의 구간별로 분할에 의해 정의되며,
    상기 저속 구동기가 비가공영역을 통과하여 상기 선형 패턴으로 이동할때에,
    상기 고속 구동기는 상기 선형 패턴의 선단을 향하고, 상기 저속 구동기는 상기 선단에서 가공방향으로 앞서는 위치로 향하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 수행되도록 상기 저속 구동기와 고속 구동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
20. 삭제

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