KR101659858B1 - 레이저 측정장치, 레이저 가공 시스템 및 레이저 측정방법 - Google Patents

레이저 측정장치, 레이저 가공 시스템 및 레이저 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 측정장치와 레이저 가공 시스템 및 실시간 레이저 측정방법에 관한 것으로, 상세하게는 방출되는 레이저 빔을 측정빔과 가공빔으로 분할하여 측정빔의 광 특성을 측정하여 레이저 빔의 불량여부를 판단할 수 있는 레이저 측정장치와 레이저 가공 시스템 및 레이저 측정방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 레이저 측정장치가 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 측정빔과 가공빔으로 분할하고 측정빔의 광 특성을 측정한다. 그리고 그 측정결과를 기초로 제어부가 방출된 레이저 빔의 불량상태 여부를 판단함으로써 레이저 가공 공정이 제대로 이루어 지고 있는지에 대한 피드백 정보를 즉각적으로 제공할 수 있다. 그리고 이러한 피드백 정보를 통해 레이저 가공공정에서 불량품의 대량 생산을 막고 적절한 시점에 레이저 광원에서 방출되는 레이저 빔을 재조작할 수 있게 해주는 효과가 발생한다.

Description

레이저 측정장치, 레이저 가공 시스템 및 레이저 측정방법{Laser measuring apparatus, laser processing system and laser measuring method}
본 발명은 레이저 측정장치와 레이저 가공 시스템 및 실시간 레이저 측정방법에 관한 것으로, 상세하게는 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 측정빔과 가공빔으로 분할한 다음, 측정빔의 광 특성을 측정함으로써 레이저 빔의 불량여부를 판단할 수 있는 레이저 측정장치와 레이저 가공 시스템 및 레이저 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 가공 공정이라 함은 가공물의 표면에 레이저 빔을 주사하여 가공물 표면의 형상이나 물리적 성질 등을 가공하는 공정을 말한다.. 이러한 가공물에는 여러가지 예가 있을 수 있으며 그 형상은 2 D 평면 형상일 수 있다. 레이저 가공 공정의 일 예로 실리콘 웨이퍼 상에 레이저 빔을 주사함으로써 비정질 실리콘(amorphous silicon)막을 결정화시켜 다결정 실리콘(polysilicone) 막으로 형성하는 공정이 있을 수 있다.
이러한 가공 공정의 결과물의 품질은 레이저 가공에 사용되는 레이저 빔의 상태에 의해 결정된다. 즉 가공물의 품질을 일정하게 유지하기 위해서는 목표하는 광 특성을 가지는 레이저 빔을 안정적으로 계속 가공물에 주사하는 것이 필수적이다. 만약 목표하는 광 특성의 범위를 벗어난 레이저 빔이 가공물에 주사되면 가공물의 표면이 예상하는 바와 다른 형상으로 성형되거나 온도나 가공물의 광 반응 등에 의해 가공물의 물리적 성질이 목표하는 바와 다르게 변할 수 있기 때문이다.
하지만 전술한 레이저 빔의 광 특성을 목표치에 항상 일치시키는 것은 매우 어려운 기술과제이다. 현재의 레이저 빔 방출 장치에서 방출되는 레이저 빔은 그 품질에 대해 매우 불완전한 신뢰도를 가지고 있다. 특히 레이저 빔의 주파수 이동(frequency draft) 현상이나 파워 밀도(power density) 가변현상은 방출되는 레이저 빔 상태의 신뢰도를 매우 떨어뜨린다.
이러한 레이저 빔 방출장치의 한계로 말미암아 가공물의 대량 가공시에는 불량품이 대량으로 생산되어 버리는 경우가 허다하다. 그리고 이러한 불량품의 대량 생산은 레이저 가공 공정을 실시하는 기업 등에게 막대한 손실을 불러일으키게 된다. 따라서 이런 불량품의 대량생산을 방지하고 레이저 빔 방출장치에 대한 빠른 피드백 작용을 위해 단순히 기존의 레이저 빔의 방출여부만을 측정하는 측정 장치를 넘어 새로운 측정장치가 요구된다. 즉 레이저 빔의 광 특성을 실시간으로 측정하고 그 결과를 제공해 줄 수 있는 레이저 측정장치와 이를 이용한 레이저 가공 시스템 및 레이저 측정방법이 요구되고 있다.
본 발명은, 레이저 가공 공정을 위해 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 측정빔과 가공빔으로 분할한 다음, 측정빔의 광 특성을 측정함으로써 레이저 빔의 불량여부를 판단할 수 있는 레이저 측정장치와 레이저 가공 시스템 및 레이저 측정방법을 제공한다.
일 측면에 있어서,
레이저 광원로부터 방출된 레이저 빔을 실시간으로 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 빔 스플리터; 및 상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광 특성을 측정하는 센서부;를 포함하고, 상기 광 특성은 상기 레이저 빔의 주파수(frequency) 및 파워 밀도(power density) 중 적어도 하나를 포함하는 레이저 측정 장치가 제공된다.
상기 레이저 광원이 기체 레이저 광원인 경우, 상기 파워 밀도는 상기 측정빔의 피크(peak) 면적을 실시간 검출함으로써 측정될 수 있다.
상기 레이저 광원이 고체 레이저 광원인 경우, 상기 파워 밀도는 상기 측정빔의 피크값을 실시간 검출함으로써 측정될 수 있다.
상기 센서부는, 상기 측정빔의 광량을 조절하기 위한 어퍼쳐(aperture)를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 측정빔의 광 경로를 조절하는 것으로, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 옵틱부(optic unit)를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 이용하여 가공물에 레이저 가공작업을 수행하는 레이저 가공 장치;
상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 측정하는 레이저 측정장치; 및
상기 레이저 측정장치로부터, 측정된 정보를 수신하여 상기 방출된 레이저 빔의 불량여부를 판단하는 제어부;를 포함하며,
상기 레이저 측정장치는, 상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광 특성을 실시간으로 측정하는 센서부를 포함하고,
상기 광 특성은 측정빔의 주파수 및 파워 밀도 중 적어도 하나를 포함하는 레이저 가공 시스템이 제공된다.
상기 제어부는, 상기 방출된 레이저 빔의 상태가 불량이라고 판단하는 경우, 상기 레이저 광원의 작동이 중지하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부에서 상기 방출된 레이저 빔의 상태가 불량이라고 판단하는 경우, 경보음 또는 경보 표시를 발생시키기 위한 경보 발생장치를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 레이저 측정장치로부터 수신한 상기 광 특성 정보를 포함하는 신호에서 노이즈(noise)를 제거하기 위한 매칭 필터(matching filter)를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 방출된 레이저 빔의 상태가 불량인지 여부를 판단하기 위해, 상기 방출되는 레이저 빔의 광 특성에 대한 기준 정보를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
레이저 광원으로부터 레이저 빔을 방출하는 단계; 상기 방출된 레이저 빔을 빔 스플리터에 의해 가공빔과 측정빔으로 분할하는 단계; 상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광 특성을 실시간으로 측정하는 단계; 및 상기 측정된 광 특성으로부터, 상기 방출된 레이저 빔의 상태가 불량인지 여부를 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 광 특성은 측정빔의 주파수 및 파워 밀도 중 적어도 하나를 포함하는 레이저 측정방법이 제공된다..
상기 레이저 측정방법은, 상기 레이저 빔의 상태가 불량인지 여부를 판단하는 단계에서 상기 레이저 빔의 상태가 불량이라고 판단된 경우, 상기 레이저 빔의 방출을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 측정방법은, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 옵틱부를 이용하여 상기 측정빔의 광 경로를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 가공 공정을 위해 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 측정빔과 가공빔으로 분할한 다음, 측정빔의 광 특성을 측정함으로써 레이저 빔의 불량여부를 실시간으로 판단할 수 있다. 그리고 이러한 판단에 기초하여 레이저 빔의 상태가 불량일 경우 곧바로 피드백 정보를 제공함으로써 추가적인 불량품의 생산을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 측정 장치를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에서 나타낸 센서부의 예시적인 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 기체 레이저의 펄스모양과 고체 레이저의 펄스모양의 예들을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 측정 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 측정장치와 레이저 가공 시스템 및 실시간 레이저 측정방법에 대하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 측정 장치(100)를 도시한 것이다. 도 1에서 나타낸 바와 같이 본 실시예에 따른 레이저 측정 장치(100)는 레이저 광원(20)으로부터 방출되는 레이저 빔을 실시간으로 측정하기 위한 장치이다. 전술한 예에서 실시간이라고 표현했으나 본 실시예는 여기에 한정되지 않으며 일정한 시간 간격 또는 불규칙한 시간간격을 두고 측정이 이루어지는 경우 또한 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 측정 장치(100)는 레이저 광원(20)으로부터 방출된 레이저 빔을 가공빔(102)과 측정빔(104)으로 분할하는 빔 스플리터(110) 및 빔 스플리터로(110)부터 나오는 측정빔(102)의 광 특성을 측정하는 센서부(120)를 포함한다. 센서부(120)에서의 광 특성 측정은 실시간 또는 일정한 시간간격으로 이루어질 수 있으며 필요에 따라서는 불규칙한 시간간격으로 이루어 질 수도 있다.
빔 스플리터(110)는 레이저 광원(20)으로부터 방출된 레이저 빔을 가공빔(102)과 측정빔(104)로 분할하는 기능을 수행한다. 이러한 빔 스플리터는 입사 광선을 둘로 나눌 수 있는 광학 소자로서 여러가지 예가 있을 수 있다. 일 예로 반 반사거울(semi reflecting mirror)가 사용될 수 있다. 이러한 반-반사거울은 표면에 얇은 은 또는 알루미늄 코팅이 이루어져 보통 45도 각도로 입사하는 빛의 일부분은 통과시키고 일부부는 반사시킴으로써 빔을 분할한다. 다른 예로 프리즘을 이용한 큐브형 빔 스플리터가 사용될 수가 있다. 전술한 예들은 발명의 이해를 돕기위한 예시적인 사항에 불과하며 본 실시예는 이에 제한되지 않는다.
빔 스플리터(110)에서 분할된 빔들 가운데 가공빔(102)은 도 1에서 나타낸 바와 같이 빔 스플리터(110)에서 방향이 바뀌지 않고 계속 진행하여 가공물에 주사된다. 도 1에서는 가공빔(102)이 빔 스플리터(110)에서 방향이 바뀌지 않은 빔으로 선택된 예를 도시했으나 본 실시예는 이에 제한되지 않으며, 반대로 빔 스플리터(110)에서 방향이 바뀌는 빔이 가공빔(102)으로 선택되고 방향이 바뀌지 않는 빔이 측정빔(104)로 선택될 수도 있다.
한편 빔 스플리터(110)에서 분할된 빔들 가운데 측정빔(104)은 센서부(120)에 도달한다. 그리고 센서부(120)는 측정빔(104)의 광 특성을 측정하여 레이저 빔의 상태에 대한 정보를 제어기(30)로 전송한다. 전술한 광 특성은 레이저 빔의 주파수(frequency) 및 파워 밀도(power density)중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이는 일 예에 불과하며 주파수 대신 파장(wave length)이 전술한 광 특성에 포함될 수도 있다. 전술한 광 특성은 측정빔(104)과 가공빔(102)이 동일하게 가지고 있기 때문에 측정빔(104)의 광 특성을 측정함으로써 가공빔(102)의 광 특성에 대한 정보를 얻을 수 있다.
도 2는 도 1에서 나타낸 센서부(120)의 예시적인 실시예를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 센서부(120)는 측정빔(104)을 받아들여 측정빔(104)으로부터 레이저 빔의 광 특성을 측정하는 센서(122)를 포함할 수 있다. 센서(122)는 레이저 빔의 주파수나 파장, 파워 밀도를 측정할 수 있는 일반적인 광 센서일 수 있다. 이 때 센서(122)는 레이저 빔의 펄스 파형으로부터 전술한 파워 밀도를 측정할 수 있다. 이 경우 펄스 파형 중에서도 펄스 파형의 피크(peak) 면적이나 피크 값을 측정하고 이로부터 레이저 빔의 파워 밀도를 도출해낼 수 있다. 여기서의 피크 면적이란 펄스 파형이 그리는 곡선의 아래 넓이를 의미하는 것일 수 있다. 그리고 전술한 피크 면적 또는 피크 값으로부터 레이저 빔의 파워 밀도를 도출해내는 과정은 센서(122)에서 이루어질 수도 있지만 센서(122)와 연결된 제어기(30)에 의해서도 이루어질 수 있다.
레이저 빔의 파워 밀도를 도출하기 위해 피크면적과 피크 값은 둘 중 어느 하나가 선택적으로 측정될 수 있다. 예를 들어 레이저 광원(20)이 기체 레이저 광원인 경우와 고체 레이저 광원인 경우 각각에서 서로 다른 값을 측정하여 레이저 빔의 파워 밀도를 도출해낼 수 있다. 위에서 언급한 기체 레이저 광원라 함은 기체를 능동매질로 하여 기체의 방전에 의해 레이저 빔을 발생시키는 레이저 광원을 의미할 수 있다. 또한 고체 레이저 광원이라 함은 레이저 작용을 일으키는 이온을 포함한 고체 유전체를 이용한 레이저 광원을 의미할 수 있다.
도 3은 기체 레이저의 펄스모양과 고체 레이저의 펄스모양의 예들을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 고체 레이저의 펄스 모양을 나타낸 그래프(320)에서는 레이저 펄스 모양이 가우시안(Gaussian) 분포를 나타냄을 알 수 있다. 이러한 펄스 모양의 경우 펄스의 피크 값(322)를 알게되면 펄스 그래프 면적을 자동으로 유추할 수 있기 때문에 레이저 빔의 파워 밀도를 측정하기 위해 측정빔(104)의 피크 값을 검출하는 것으로 충분할 수 있다. 반면 기체 레이저의 펄스 모양을 나타낸 그래프(310)에서 나타낸 바와 같이 기체 레이저의 펄스 모양은 가우시안 분포를 따르지 않는 불규칙한 모양일 수 있다. 이러한 현상은 저압의 기체방전에서 더욱 두드러지게 일어난다. 따라서 이 경우 레이저 빔의 파워 밀도 측정을 위해 측정빔(104)의 피크 면적을 측정할 수 있다. 이 때의 피크 면적은 실시간으로 측정빔(104)의 펄스를 측정하고 이로부터 나오는 펄스 곡선의 아래면적으로서 예를 들어 도 3의 310 그래프의 빗금을 쳐 표시한 부분의 면적을 의미할 수 있다. 그리고 이러한 면적은 펄스 곡선의 면적을 적분함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 적분계산 과정은 센서부(120)에서 이루어질 수도 있지만 센서부(120)와 연결된 제어기(30)에서 이루어질 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 센서부(120)는 측정빔(104)의 광량을 조절하기 위한 어퍼쳐(aperture; 124)를 더 포함할 수 있다.
어퍼쳐(124)는 센서부(120)의 센서(122)에 도달하는 측정빔(104)의 광량을 조절하는 기능을 수행한다. 어퍼쳐는 측정빔(104)이 통과하는 경로에 놓여 측정빔(104)이 통과할 수 있는 단면적을 조절함으로써 측정빔(104)의 광량을 조절할 수 있다. 어퍼쳐는 전술한 측정빔(104)이 통과하는 단면적을 사각형 모양, 원 또는 타원 모양 등으로 그 크기를 조절할 수 있는 구조를 구비할 수 있다. 어퍼쳐(124)는 측정빔(104)의 광량이 측정을 위해 지나치게 작을 때는 통과 단면적을 늘려 측정빔(104)의 광량을 늘림으로써 측정 신뢰도를 높여줄 수 있다. 반대로 측정빔(104)의 광량이 너무 많아 센서(122)에 손상을 가할 우려가 있거나 지나친 노이즈를 발생시킬 우려가 있는 경우 통과 단면적을 줄여 측정빔의 광량을 낮춤으로써 센서(122)를 보호하고 측정 신뢰도를 높여줄 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 센서부(120)는 측정빔(104)의 광 경로를 조절하는 것으로, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 옵틱부(optic unit; 126)을 더 포함할 수 있다. 전술한 어퍼쳐(124)를 통과한 측정빔(104)은 센서부(120)의 센서(122)에 도달하는데 도달 과정에서 광이 퍼지는 경우 센서부(120) 내부 표면에서의 반사에 의해 여러가지 노이즈가 발생할 수 있다. 반대로 도달 과정에서 측정빔(104)이 센서(122)의 일부분에 너무 집중되어 포화현상이 일어나는 경우 센서(122)에 손상이 올 수 있다. 따라서 이러한 점을 개선하기 위해. 이를 위해 옵틱부(126)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 옵틱부(126)는 측정빔(126)의 광 경로를 적당히 변경하여 측정빔이 일정한 지점에 모이거나 혹은 센서(122)의 보다 넓은 면적에 도달하도록 할 수 있다. 옵틱부(126)의 렌즈는 볼록렌즈 혹은 오목렌즈일 수 있다. 또한 렌즈의 위치나 초점거리 등은 렌즈 제작자 공식에 기초하여 옵틱부(126)를 통과한 측정빔(104)이 센서(122)에 적당한 크기의 상을 맺을 수 있도록 설정될 수 있다. 그리고 이러한 옵틱부(126)의 렌즈는 센서부(120)내에서 필요에 따라 위치가 가변적일 수 있으며 초점거리가 변할 수 있는 가변형 렌즈일 수도 있다. 가변형 렌즈의 경우 전기적 신호에 의해 표면장력이 변함으로써 표면형상이 변하는 액체형 렌즈일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 레이저 측정 장치(100)에 대하여 설명하였다. 이하에서는 전술한 레이저 측정 장치(100)가 적용될 수 있는, 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 관하여 설명하겠다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(400)을 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(400)은, 레이저 광원(20)과, 레이저 광원(20)으로부터 방출된 레이저 빔을 이용하여 가공대상물(40)에 레이저 가공작업을 수행하는 레이저 가공 장치(410)와, 레이저 광원(20)으로부터 방출된 레이저 빔을 측정하는 레이저 측정장치(100) 및 레이저 측정장치(100) 로부터, 측정된 정보를 수신하여 방출된 레이저 빔의 불량여부를 판단하는 제어부(420)를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 도 4의 레이저 측정장치(100)은, 레이저 광원(20)으로부터 방출된 레이저 빔을 가공빔(102)과 측정빔(104)으로 분할하는 빔 스플리터(110)와, 빔 스플리터로(110)부터 나오는 측정빔(104)의 광 특성을 측정하는 센서부(120)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 위에서 언급한 측정은 실시간으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않고 일정한 시간간격 혹은 불규칙한 시간간격으로 이루어질 수도 있다. 또한 광 특성이란 전술한 바와 같이 레이저 빔의 주파수 또는 파워 밀도 등을 의미할 수 있다.
레이저 광원(20)은 레이저를 발생시킬 수 있는 일반적인 수단을 모두 의미한다. 앞서 언급한 바와 같이 레이저 광원은 레이저를 발생시키는 물질의 종류에 따라 기체, 액체, 고체 레이저로 분류될 수 있으며 기체 레이저의 경우 레이저의 파워 밀도 조사시 피크 면적의 검출이 요구될 수 있다.
레이저 가공 장치(410)는 레이저 측정장치(100)의 빔 스플리터(110)에서 분할된 가공빔(102)을 이용하여 가공물을 가공하는 기능을 수행한다. 이를 위해 레이저 가공 장치(410)은 가공빔(102)을 적당한 경로로 전달하기 위한 빔 전달 시스템(beam delivery system; 412)를 포함할 수 있다. 이러한 빔 전달 시스템(412)는 복수의 거울(mirror)로 이루어지거나 혹은 광 케이블로 이루어질 수 있다. 또한 레이저 가공 장치(410)는 광 경로를 변경하기 위한 반사 거울(414)도 포함할 수 있다.
레이저 가공 장치(410)는 가공빔(102) 가공물(40)의 표면에 주사될 때 가공물(40)의 표면을 스캔할 수 있도록 2D Galvano system(416)을 구비할 수 있다. 이러한 2D Galvano system(416)은 레이저 주사지점을 미세하게 움직이는 제어동작이 가능하게 한다. 그리고 가공물에 레이저가 주사되는 지점을 크게 움직일 때는 가공물(40)아래 마련된 무빙 테이블(moving table; 50) 에 의해 가공물(40)의 위치를 변화시킬 수 있다. 또한 레이저 가공 장치(410)는 가공빔(102)이 가공물(40)에 주사될 때 초점거리를 조절하기 위한 렌즈(418)을 더 포함할 수도 있다.
제어부(420)는 레이저 측정장치(100)에서 측정된 정보를 수신하여 방출된 레이저 빔의 불량여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 제어부(420)는 레이저 측정장치(100)에서 측정된 정보를 전기적 신호로 수신할 수 있다. 이 때 이러한 전기적 신호의 노이즈(noise)를 제거하기 위한 매칭 필터(matching filter)를 포함할 수 있다. 이러한 매칭 필터는 일반적인 로우 패스 필터(law pass filter)일 수 있다. 또한 제어부(420)는 레이저 빔의 상태가 불량인지 여부를 판단하기 위해 방출되는 레이저 빔의 광 특성에 대한 기준 정보를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 이 때 기준 정보란 전술한 레이저 가공 공정이 정상적으로 이루어지기 위해 방출되는 레이저가 가지고 있어야 할 기준 광 특성에 대한 정보를 의미할 수 있다. 그리고 이러한 기준 정보 안에는 전술한 기준 광 특성에 대해 측정되는 광 특성에 허용되는 오차범위에 대한 정보도 포함되어 있을 수 있다. 제어부(420)는 레이저 측정장치(100)로부터 수신한 정보와 메모리에 저장된 기준 정보를 비교하여 둘의 차이가 허용오차를 넘어가는 경우 레이저 빔이 불량상태라고 판단할 수 있다.
제어부(420)는 방출된 레이저 빔의 상태가 불량이라고 판단하는 경우, 추가적인 불량품 생산을 방지하기 위해 레이저 광원(20)의 작동을 중지하도록 제어할 수 있다. 이를 위해 제어부(420)는 레이저 광원(20)과 제어신호를 주고받을 수 있도록 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 또한 제어부(420)는 방출된 레이저 빔의 상태가 불량이라고 판단하는 경우, 경보음 또는 경보 표시를 발생시키기 위한 경보 발생장치를 더 포함할 수 있다.
도 4를 참조하여 설명한 레이저 가공 시스템(400)에 의하면, 레이저 측정장치(100)가 레이저 광원(20)으로부터 방출된 레이저 빔을 측정빔(104)와 가공빔(102)로 분할하고 측정빔(104)의 광 특성을 측정한다. 그리고 그 측정결과를 기초로 제어부(420)가 방출된 레이저 빔의 불량상태 여부를 판단함으로써 레이저 가공 공정이 제대로 이루어 지고 있는지에 대한 피드백 정보를 즉각적으로 제공할 수 있다. 그리고 이러한 피드백 정보를 통해 레이저 가공공정에서 불량품의 대량 생산을 막고 적절한 시점에 레이저 광원(20)에서 방출되는 레이저 빔을 재조작할 수 있게 해주는 효과가 발생한다.
이상에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 레이저 측정 장치(100)와 이를 이용한 레이저 가공 시스템(400)에 관하여 설명하였다. 이하에서는 전술한 레이저 측정 장치(100)와 레이저 가공 시스템(400)을 이용한 레이저 측정 방법에 관하여 설명한다. 아래에서 설명하는 레이저 측정 방법(500)에는 전술한 레이저 측정 장치(100) 및 레이저 가공 시스템(400)에서 서술된 기술적 사상이 모두 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 측정 방법(500)의 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 측정 방법(500)은, 레이저 광원(20)으로부터 레이저 빔을 방출하는 단계(S510)와, 방출된 레이저 빔을 빔 스플리터(110)에 의해 가공빔(102)과 측정빔(104)으로 분할하는 단계(S520)과, 빔 스플리터(110)로터 나오는 측정빔(104)의 광 특성을 실시간으로 측정하는 단계(S530) 및 측정된 광 특성으로부터, 방출된 레이저 빔의 상태가 불량인지 여부를 판단하는 단계(S540)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 광 특성은 측정빔(104)의 주파수 및 파워 밀도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았지만 본 실시예에 따른 레이저 측정 방법(500)은 어퍼쳐(124)를 이용하여 빔 스플리터로(110)부터 나오는 상기 측정빔(104)의 광량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 옵틱부(126)를 이용하여 측정빔(104)의 광 경로를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그리고 본 실시예에 따른 레이저 측정 방법(500)은 레이저 빔의 상태가 불량으로 판단된 경우, 추가적인 불량품 생산을 막기 위하여 레이저 빔의 방출을 중지하는 단계(S550)을 더 포함할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 측정 방법(500)에 관하여 도 5를 참조하여 설명하였다. 전술한 레이저 측정 방법(500)은 레이저 광원(20)으로부터 방출된 레이저 빔을 측정빔(104)와 가공빔(102)로 분할하고 측정빔(104)의 광 특성을 측정한다. 그리고 그 측정결과를 기초로 제어부(420)가 방출된 레이저 빔의 불량상태 여부를 판단함으로써 레이저 가공 공정이 제대로 이루어 지고 있는지에 대한 피드백 정보를 즉각적으로 제공할 수 있다. 그리고 이러한 피드백 정보를 통해 레이저 가공공정에서 불량품의 대량 생산을 막고 적절한 시점에 레이저 광원(20)에서 방출되는 레이저 빔을 재조작할 수 있게 해주는 효과가 발생한다.
이상의 설명에서 많은 사항들이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
20 : 광원
100 : 레이저 측정 장치
102 : 가공빔
104 : 측정빔
110 : 빔 스플리터
120 : 센서부
122 : 센서
124 : 어퍼쳐
126 : 옵틱부
310 : 기체 레이저의 펄스모양
320 : 고체 레이저의 펄스모양
400 : 레이저 가공 시스템
410 : 레이저 가공 장치
40 : 가공물
50 : 무빙 테이블
420 : 제어부

Claims (16)

  1. 레이저 광원로부터 방출된 레이저 빔을 실시간으로 측정하기 위한 장치에 있어서,
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 빔 스플리터;
    상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광 특성을 측정하는 센서부; 및
    상기 빔 스플리터와 상기 센서부 사이에 마련되어 상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광량을 조절하는 어퍼쳐;를 포함하며,
    상기 광 특성은 상기 레이저 빔의 주파수(frequency) 및 파워 밀도(power density) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 센서부는, 상기 레이저 광원이 기체 레이저 광원인 경우 상기 측정빔의 피크(peak) 면적을 실시간 검출하고, 상기 레이저 광원이 고체 레이저 광원인 경우 상기 측정빔의 피크값을 실시간 검출하는 레이저 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 측정빔의 광량을 조절하기 위한 어퍼쳐(aperture)를 포함하는 레이저 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 측정빔의 광 경로를 조절하는 것으로, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 옵틱부(optic unit)를 더 포함하는 레이저 측정 장치.
  6. 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 이용하여 가공물에 레이저 가공작업을 수행하는 레이저 가공 장치;
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 측정하는 레이저 측정장치; 및
    상기 레이저 측정장치로부터, 측정된 정보를 수신하여 상기 방출된 레이저 빔의 불량여부를 판단하는 제어부;를 포함하며,
    상기 레이저 측정장치는, 상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광 특성을 실시간으로 측정하는 센서부 및 상기 빔 스플리터와 상기 센서부 사이에 마련되어 상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광량을 조절하는 어퍼쳐 를 포함하며,
    상기 광 특성은 측정빔의 주파수 및 파워 밀도 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 센서부는, 상기 레이저 광원이 기체 레이저 광원인 경우 상기 측정빔의 피크(peak) 면적을 실시간 검출하고, 상기 레이저 광원이 고체 레이저 광원인 경우 상기 측정빔의 피크값을 실시간 검출하는 레이저 가공 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 방출된 레이저 빔의 상태가 불량이라고 판단하는 경우, 상기 레이저 광원의 작동이 중지하도록 제어하는 레이저 가공 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 방출된 레이저 빔의 상태가 불량이라고 판단하는 경우, 경보음 또는 경보 표시를 발생시키기 위한 경보 발생장치를 더 포함하는 레이저 가공 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 레이저 측정장치로부터 수신한 상기 광 특성 정보를 포함하는 신호에서 노이즈(noise)를 제거하기 위한 매칭 필터(matching filter)를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 방출된 레이저 빔의 상태가 불량인지 여부를 판단하기 위해, 상기 방출되는 레이저 빔의 광 특성에 대한 기준 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  11. 레이저 광원으로부터 레이저 빔을 방출하는 단계;
    상기 방출된 레이저 빔을 빔 스플리터에 의해 가공빔과 측정빔으로 분할하는 단계;
    어퍼쳐(aperture)를 이용하여 상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광량을 조절하는 단계;
    상기 빔 스플리터로부터 나오는 상기 측정빔의 광 특성을 실시간으로 측정하는 단계; 및상기 측정된 광 특성으로부터, 상기 방출된 레이저 빔의 상태가 불량인지 여부를 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 광 특성은 측정빔의 주파수 및 파워 밀도 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 측정빔의 광 특성을 실시간으로 측정하는 단계는, 상기 레이저 광원이 기체 레이저 광원인 경우 상기 측정빔의 피크(peak) 면적을 실시간 검출하고, 상기 레이저 광원이 고체 레이저 광원인 경우 상기 측정빔의 피크값을 실시간 검출하는 레이저 측정방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 상태가 불량인지 여부를 판단하는 단계에서 상기 레이저 빔의 상태가 불량이라고 판단된 경우, 상기 레이저 빔의 방출을 중지하는 단계를 더 포함하는 레이저 측정방법.
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    적어도 하나의 렌즈를 포함하는 옵틱부를 이용하여 상기 측정빔의 광 경로를 조절하는 단계를 더 포함하는 레이저 측정 방법.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 옵틱부는 초점거리가 가변적인 가변형 렌즈 및 상기 초점거리가 변하지 않는 고정형 렌즈 중 적어도 하나를 포함하는 레이저 측정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가변형 렌즈는 액체 렌즈를 포함하는 레이저 측정 장치.
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