KR101688994B1 - 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법은 피가공물의 가공경로를 입력받는 S1단계와, S1단계에서 입력된 가공경로에 제어점을 입력받는 S2단계와, S2단계에서 입력된 제어점을 이용하여 스테이지의 경로를 생성하는 S3단계와, 제약조건을 입력받고, S3단계에서 생성된 스테이지의 경로에 스테이지의 속도를 생성하는 S4단계와, S4단계에서 입력된 제약조건에 따라 생성된 스테이지 속도를 재생성하는 S5단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공 설계 방법은 제약조건을 입력받아 스테이지-스캐너 연동 가공설계를 하는 방법으로서, 피가공물의 가공경로를 입력받는 S1단계와, S1단계에서 입력된 가공경로에 제어점을 입력받는 S2단계와, S2단계에서 입력된 제어점을 이용하여 스테이지의 경로를 생성하는 S3단계와, S3단계에서 생성된 스테이지의 경로에 스테이지의 속도를 생성하는 S4단계와, 제약조건에 따라 생성된 스테이지 속도를 재생성하는 S5단계를 포함하며, 제약조건 은 S1단계, S2단계, S3단계, S4단계 및 S5단계 중 어느 일 단계에서 입력받는 것이 바람직하다.

Description

스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법{LASER PROCESSING DESIGN METHOD FOR STAGE-SCANNER ON THE FLY}

본 발명이 속하는 기술분야는 레이저 가공장치에 관련된 분야이다. 구체적으로 스테이지와 스캐너를 연동시켜 가공하는 레이저 가공장치의 가공설계방법에 관한 것이다.

최근 미세공정기법의 발전과 더불어 전자부품들이 초소형화가 되고 있다. 특히 이러한 미세가공분야에서 레이저의 소스 개발과 짧은 펄스를 이용한 레이저 응용기술의 발달은 태양전지, 디스플레이, 전자부품, 자동차 산업에 크게 기여하고 있다.

레이저를 이용한 가공방법은 스캔 영역 내에서만 가공하는 방법으로부터 스테이지가 정지하는 동안 스캐너가 이동하며 가공하며, 가공 후 다시 스테이지가 스텝 이송을 하는 스텝&스캐닝 방법으로 발전하게 되었으며, 이러한 가공방법은 피가공물의 이음매 등의 낮은 품질 발생가능성이 있어 가공속도가 느린 스텝&스캐닝 방식을 개선한 스테이지-스캐너 연동 가공방법 및 장치의 개발이 요구되고 있다.

스테이지-스캐너 연동 가공방법 및 장치의 경우 스텝&스캐닝 방식에 비하여 가공속도 및 품질 측면에서 개선된 측면은 있으나 보다 정밀하고, 빠른 가공속도를 달성하기 위해서는 가공도면으로부터 스테이지와 스캐너를 어떻게 연동시키는지에 관한 연구가 필요하다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

첫째, 제어점을 이용하여 가공도면으로부터 스테이지와 스캐너의 경로를 생성할 수 있도록 하고자 한다.

둘째, 생성된 스테이지와 스캐너의 경로 상에 스테이지의 속도를 자동으로 생성할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법은 스테이지의 경로 및 속도 정보를 스캐너에 입력하여 상기 스테이지 및 상기 스테이지와 연동된 상기 스캐너를 이용하고, 피가공물의 가공경로를 입력받는 S1단계와, S1단계에서 입력된 가공경로에 제어점을 입력받는 S2단계와, S2단계에서 입력된 제어점을 이용하여 스테이지의 경로를 생성하는 S3단계와, 제약조건을 입력받고, S3단계에서 생성된 스테이지의 경로에 스테이지의 속도를 생성하는 S4단계와, S4단계에서 입력된 제약조건에 따라 생성된 스테이지 속도를 재생성하는 S5단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법의 S3단계에서 생성된 스테이지의 경로는 S2단계에서 입력된 제어점에 따라 너브스 보간법이 수행되어 생성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법의 S4단계에서 입력되는 제약조건은 가속도조건으로 S4단계에서 생성된 스테이지의 속도 중 일 구간에서의 속도와 인접한 타 구간에서의 속도를 비교하여 일 구간과 타 구간 사이의 가속도를 생성하고, 생성된 가속도가 가속도조건보다 큰 경우 순차적으로 가감속시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법의 S1단계에는 피가공물의 기준점을 설정하고, 기준점을 기준으로 스테이지에 배치될 위치를 결정하는 S1a단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법의 S5단계에는 S3단계에서 생성된 스테이지의 경로를 따라 이동하는 스캐너의 스캔영역 외에 피가공물의 가공경로가 배치되는 경우 S2단계를 반복수행하는 S6단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법은 제약조건을 입력받아 스테이지-스캐너 연동 가공설계를 하는 방법으로서, 피가공물의 가공경로를 입력받는 S1단계와, S1단계에서 입력된 가공경로에 제어점을 입력받는 S2단계와, S2단계에서 입력된 제어점을 이용하여 스테이지의 경로를 생성하는 S3단계와, S3단계에서 생성된 스테이지의 경로에 스테이지의 속도를 생성하는 S4단계와, 제약조건에 따라 생성된 스테이지 속도를 재생성하는 S5단계를 포함하며, 제약조건은 S1단계, S2단계, S3단계, S4단계 및 S5단계 중 어느 일 단계에서 입력받는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법은 사용자가 마우스나 기타 입력장치를 이용하여 제어점을 이용하여 가공도면으로부터 스테이지와 스캐너의 경로를 생성하고, 생성된 스테이지와 스캐너의 경로 상에 스테이지의 속도를 자동으로 생성하여 보다 정밀하고 빠른 가공을 이룰 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동시스템의 블록선도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법의 블록선도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어점 입력 및 스테이지 경로를 생성하는 방법이 도시된 참고도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지 속도 생성방법이 도시된 참고도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지 속도 재생성방법이 도시된 참고도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지 경로 검증단계의 일 실시예에 따른 참고도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계방법에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동시스템의 블록선도이다.

본 발명에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계방법에 사용되는 레이저 가공장치는 도 1에 도시된 바와 같이 스캐너 헤드부(100), 제어부(200) 및 스테이지부(300)로 구성된다.

스캐너 헤드부는 리시버, 드라이버, 갈바노미터 모터로 구성되며, 갈바노비터 모터에는 회동가능한 거울을 부착하여 후술할 제어부(200)의 스캔 보드에서 신호를 받아 거울을 회동시킴으로써 레이저의 조사방향을 이동시킬 수 있도록 한다.

제어부는 레이저의 on/off와 가공정보를 제어하는 스캔보드, 스테이지의 구동을 제어하는 모션보드 및 스테이지의 정보를 연산하여 스캔보드에 제공하는 인터페이스모듈로 구성되어 있다.

스테이지부(300)는 연동을 하기 위한 X축 및 Y축으로 구동가능한 스테이지와 레이저 초점 및 가공 시작점을 정렬할 수 있도록 Z축으로 구동가능한 Z-모션으로 이루어진다.

이러한 구성을 갖는 레이저 가공장치의 스테이지와 스캐너를 연동시키기 위해서는 스캐너 해드부(100)와 스테이지부(300)의 정보를 공유하고 있어야 한다. 이러한 정보의 공유는 스테이지-스캐너 연동시스템의 블록선도인 도 2에 의해 수행된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법의 블록선도인 도 3을 참조하여 설명하면, 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법은

피가공물 가공경로 입력단계(S1), 제어점 입력단계(S2), 스테이지 경로 생성단계(S3), 제약조건 입력 및 스테이지속도 생성단계(S4) 및 스테이지 속도 재생성단계(S5)로 이루어진다.

피가공물의 가공경로를 입력받는 피가공물 가공경로 입력단계(S1)는 피가공물의 가공도면의 가공데이터를 입력받는 것으로, 가공데이터는 다양한 형태로 입력될 수 있으나, 본 실시예의 경우 컴퓨터 보조설계(computer aided design, CAD) 형식의 파일이 입력된다. 피가공물의 가공경로가 입력되면 사용자로부터 제어점을 입력받는 제어점 입력단계(S2)를 수행한다.

제어점은 후술할 스테이지경로 생성단계(S3)에서 가공경로를 형성하기 위한 점으로, 피가공물 가공경로를 입력단계(S1)에서 입력된 가공데이터를 참조하여 사용자가 입력한다.

이러한 제어점의 입력은 피가공물 가공경로 입력단계(S1)에서 입력된 컴퓨터 보조설계 형식의 파일에 제어점의 위치를 기재하는 방식으로 수행되며, 본 실시예의 경우, 피가공물 가공경로 입력단계(S1)에서 입력한 컴퓨터 보조설계 형식의 피가공물 가공경로를 모니터 등의 디스플레이장치에 출력한 상태에서 마우스와 같은 입력장치를 이용하여 입력한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어점 입력 및 스테이지 경로를 생성하는 방법이 도시된 참고도인 도 4를 참조하면, 도 4(a) 내지 도 4(d)에 표시된 직사각형 형상의 곡선은 입력된 피가공물의 가공경로로, 사용자는 피가공물의 가공경로를 참조하여 제어점을 순차적으로 입력한다. 이러한 제어점은 앞에서 설명한 바와 같이 마우스를 이동시켜 입력하며, 마우스의 이동시 스캐너의 스캔영역이 표시될 수 있도록 하여 스캐너의 스캔영역을 고려한 제어점의 입력을 가능하게 할 수 있다.

이러한 제어점의 입력은 디스플레이장치가 터치 스크린형태를 갖는 경우, 디스플레이장치에 컴퓨터 보조설계 형식의 피가공물 가공경로를 출력하고, 사용자가 제어점을 터치하여 입력하는 방식으로 제어점을 입력하는 방식 등 입력되는 수단에 따라 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 그러나 후술할 스테이지 경로 생성은 사용자의 경험에 의하여 이루어지는 것이 바람직하므로, 가능한 한 본 실시예와 같이 사용자가 시각적으로 피가공물의 가공경로를 확인하며 제어점을 입력할 수 있는 수단을 사용하는 것이 바람직하다.

스테이지 경로 생성단계(S3)는 제어점 입력단계(S2)에서 입력된 제어점을 이용하여 스테이지가 이동하는 스테이지 경로를 생성하는 것으로 제어점을 이용하여 생성되는 경로는 다양한 알고리즘을 이용하여 형성될 수 있으나 본 실시예의 경우 복잡한 형상의 정의가 가능하고, 적은 데이터로 복잡한 형상의 표현이 가능하며, 제어점의 변화에 따라 매우 다양한 형상의 표현이 가능한 너브스(non-uniform rational B-spline, NURBS) 보간법을 이용하여 생성한다.

이러한 너브스 보간법의 경우 제어점을 이용하여 곡선을 형성하는 방법으로 본원발명이 속하는 기술분야에서 공지된 방법이므로 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

제약조건 입력 및 스테이지 속도 생성단계(S4)는 스테이지 및 스캐너의 구현속도와 같은 가공장치의 성능을 고려한 제약조건을 입력받고, 스테이지 경로 생성단계(S3)에서 생성된 스테이지 경로 상에서 이동하는 스테이지의 속도를 생성하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지 속도 생성방법이 도시된 참고도인 도 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다.

도 5를 참조하면 피가공물의 가공경로 입력단계(S1)에서 입력된 피가공물의 가공경로(Lc)가 실선으로 표시되어 있으며, 스테이지 경로 생성단계(S3)에서 생성된 스테이지의 경로(Ls)가 점선으로 표시되어 있다.

이렇게 표시된 피가공물의 가공경로(Lc)와 스테이지의 경로(Ls)를 이용하면 피가공물의 가공경로의 길이(TLc)와, 스테이지의 경로의 길이(TLs)가 얻어질 수 있다.

얻어진 피가공물의 가공경로의 길이(TLc)를 가공장치의 가공속도(V) 또는 사용자가 지정한 가공속도(V)를 아래의 수학식 1에 대입하면 가공시간(t)를 얻을 수 있다.

이렇게 얻어진 가공시간(t)와 스테이지 경로의 길이(TLs)를 이용하여 수학식 2에 대입하면 생성된 스테이지 경로 상의 스테이지의 속도(Vs)를 생성할 수 있다.

이때 도 5(a)와 도 5(b)와 같이 피가공물의 가공경로(Lc)의 복잡도에 따라 구간을 나누어 스테이지의 속도(Vs)를 생성하는 것이 바람직하다.

피가공물의 가공경로(Lc)의 복잡도는 임의의 구간별 스테이지 경로의 길이(TLs)대 피가공물의 가공경로의 길이(TLc)의 비율 등 다양한 방법으로 획득될 수 있으며, 생성된 스테이지의 경로 상에 속도변화가 있어야 할 부분에 사용자가 마우스와 같은 입력도구를 이용하여 임의로 구간을 나누는 방식으로 이루어질 수도 있다 .

스테이지 속도 재생성단계(S5)는 제약조건에 따라 생성된 스테이지의 속도를 재생성하는 것으로, 제약조건 입력 및 스테이지 속도 생성단계(S4)에서 생성된 스테이지의 구간별 속도 사이에 급격한 차이가 있는 경우 스테이지는 생성된 스테이지의 속도에 따라 이동할 수 없는 문제가 있다.

따라서 제약조건으로 가속도조건을 입력받아 스테이지의 속도를 제약조건을 고려하여 재생성한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지 속도 재생성방법이 도시된 참고도인 도 6을 참조하면 제약조건 입력 및 스테이지 속도 생성단계(S4)에서 생성된 스테이지의 속도는 일 구간에서의 스테이지의 250 mm/s이며 일 구간과 인접한 타 구간에 서의 스테이지의 속도는 398 mm/s로 생성되는 경우, 스테이지는 일 구간에서 타 구간으로 이동할때 속도를 급격하게 상승시켜야 한다. 그러나 이러한 급격한 스테이지의 속도상승은 장치 전체에 무리를 주게 되므로, 제약조건인 가속도조건을 고려하여 일 구간과 타 구간 사이에 속도변화가 가속도조건보다 큰 경우 속도를 점진적으로 증가시키는 것이 바람직하다.

예를 들어 250mm/s에서 398 mm/s 로 가야하는 구간을 n 등분으로 나누어서 그 부분에서 250mm/s, 279.6mm/s, 309.2mm/s, 338.8mm/s 368.4mm/s 398mm/s 와 같이 점진적으로 증가시켜 타 구간에서의 스테이지 속도를 재생성한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계방법은 피가공물 가공경로 입력단계(S1)에는 피가공물의 기준점을 설정하고, 상기 기준점을 기준으로 스테이지에 배치될 위치를 결정하는 피가공물 배치위치 결정단계(S1a)를 포함하는 것이 바람직하다.

피가공물 배치위치 결정단계(S1a)는 피가공물의 기준점을 설정하고, 설정된 피가공물의 기준점을 기준으로 스테이지 상에 기준점을 기준으로 배치하는 단계이다.

본 발명이 다른 일 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계방법의 스테이지 속도 생성단계(S5)에는 스테이지 경로 생성단계(S3)에서 생성된 스테이지의 경로가 스캐너의 스캔 영역 외에 있는 경우 제어점 입력단계(S2)를 반복수행하는 스테이지 경로 검증단계(S6) 를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 스캐너는 일정한 영역 내에서 스캔이 가능하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이지 경로 검증단계의 일 실시예에 따른 참고도인 도 7과 같이 스테이지 경로 생성단계(S3)에서 생성된 경로 상에서 스캐너가 이동하는 경우 스케너의 스캔영역 외의 피가공물의 가공경로가 배치되는 경우 제어점 입력단계(S2)를 반복수행할 수 있도록 이벤트를 생성하고, 제어점 입력단계(S2)를 반복 수행 할 수 있도록 할 수 있다.

이때, 생성되는 이벤트는 도 7에 도시된 바와 같이 피가공물 가공경로를 입 력단계(S1)에서 입력된 가공경로(실선)과 스테이지 경로 생성단계(S3)에서 생성된 스테이지 경로(점선)을 중첩하여 디스플레이하고, 스테이지 가공경로 상에 스캐너의 영역을 시각적으로 표시하여 스캐너의 영역을 벗어난 가공경로가 있는 경우 스테이지 경로 상에 적색등으로 표시하는 등 다양한 방법으로 생성될 수 있다.

아울러 다른 실시예에 따른 스테이지-스캐너 연동 가공설계방법은 제약조건을 피가공물 가공경로 입력단계(S1), 제어점 입력단계(S2), 스테이지 경로 생성단계(S3), 제약조건 입력 및 스테이지속도 생성단계(S4) 및 스테이지 속도 재생성단계(S5) 중 어느 하나의 단계에서 입력받을 수 있다. 즉, 스테이지 속도를 재생성하기전 어떠한 단계에서 입력받을 수 있도록 할 수도 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 스캐너 헤드부 200 : 제어부
300 : 스테이지부
S1 : 피가공물 가공경로 입력단계 S1a : 피가공물 배치위치 결정단계
S2 : 제어점 입력단계 S3 : 스테이지 경로 생성단계
S4 : 제약조건 입력 및 스테이지속도 생성단계
S5 : 스테이지 속도 재생성단계 S6 : 스테이지 경로 검증단계

Claims (6)

1. 스테이지의 경로 및 속도 정보를 스캐너에 입력하여 상기 스테이지 및 상기 스테이지와 연동된 상기 스캐너를 이용한 스테이지-스캐너 연동 가공설계 방법으로서,
   피가공물의 가공경로를 입력받는 S1단계;
   상기 S1단계에서 입력된 가공경로에 제어점을 입력받는 S2단계;
   상기 S2단계에서 입력된 제어점을 이용하여 스테이지의 경로를 생성하는 S3단계;
   제약조건을 입력받고, S3단계에서 생성된 스테이지의 경로에 스테이지의 속도를 생성하는 S4단계; 및
   상기 S4단계에서 입력된 제약조건에 따라 생성된 스테이지 속도를 재생성하 는 S5단계를 포함하며,
   상기 S4단계에서 입력되는 제약조건은 가속도조건으로 상기 S4단계에서 생성된 스테이지의 속도 중 일 구간에서의 속도와 인접한 타 구간에서의 속도를 비교하여 일 구간과 타 구간 사이의 가속도를 생성하고, 생성된 가속도가 상기 가속도조건보다 큰 경우 순차적으로 가감속시키는 스테이지-스캐너 연동 가공 설계 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 S3단계에서 생성된 스테이지의 경로는 상기 S2단계에서 입력된 제어점에 따라 너브스 보간법이 수행되어 생성되는 스테이지-스캐너 연동 가공 설계 방법.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 S1단계에는 피가공물의 기준점을 설정하고, 상기 기준점을 기준으로 스테이지에 배치될 위치를 결정하는 S1a단계를 더 포함하는 스테이지-스캐너 연동 가공 설계 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 S5단계에는 상기 S3단계에서 생성된 스테이지의 경로를 따라 이동하는 스캐너의 스캔영역 외에 피가공물의 가공경로가 배치되는 경우 상기 S2단계를 반복수행하는 S6단계를 더 포함하는 스테이지-스캐너 연동 가공 설계 방법.
   
   
6. 삭제

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