KR101705843B1 - 레이저 시스템의 제어방법 및 레이저 시스템의 제어장치 - Google Patents

레이저 시스템의 제어방법 및 레이저 시스템의 제어장치 Download PDF

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Abstract

레이저 시스템의 제어방법 및 제어장치가 개시된다. 개시된 레이저 시스템의 제어방법은, 상기 레이저 시스템으로부터 주기적으로 발생되는 레이저 발생신호를 수신하는 단계와, 상기 레이저 발생신호의 주기 및 발생 시점을 고려하여 상기 펄스 신호를 시프트(shift)시키는 단계, 상기 시프트된 펄스 신호에 의하여 레이저 제어신호를 생성하는 단계 및 상기 레이저 제어신호를 상기 레이저 시스템에 송신하는 단계를 포함한다.

Description

레이저 시스템의 제어방법 및 레이저 시스템의 제어장치{Method for controlling laser system and Laser system controller}
레이저 시스템을 제어하는 방법 및 레이저 시스템의 제어장치에 관한 것으로, 레이저 시스템의 제어신호를 트리거하는 펄스신호의 생성주기를 제어함으로써 레이저 시스템에 의해 레이저가 조사되는 위치와 레이저 강도를 정확히 제어할 수 있는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 가공 공정이라 함은 가공물의 표면에 레이저 빔을 주사하여 가공물 표면의 형상이나 물리적 성질 등을 가공하는 공정을 말한다. 레이저 가공 공정에서 레이저 시스템이 이용되며, 이러한 레이저 시스템은 크게 레이저를 발생시키는 레이저 발생장치와 레이저 발생장치에서 나온 레이저 빔의 조사위치를 변경하는 스캐너 장치를 포함한다.
레이저 시스템의 작동은 레이저 시스템의 제어장치에서 전송되는 제어신호에 의해 제어될 수 있다. 레이저 시스템제어장치는 레이저 시스템(200)의 레이저 발생장치에서 나오는 레이저 빔의 온/오프(ON/OFF) 를 제어하는 신호와 레이저 스캐너를 제어하는 신호를 발생시켜 레이저 시스템(200)에 의해 레이저가 조사되는 위치와 시간을 조절할 수 있다.
레이저 시스템의 제어장치는 레이저 제어 신호를 트리거하는 펄스신호를 발생시고 상기 펄스신호에 의해 제어신호를 생성하여, 레이저 시스템(200)의 레이저 발생장치의 온/오프 상태와 레이저 스캐너의 동작을 제어한다. 그런데 상기 펄스신호의 발생시점에 의해 결정되는 레이저 발생장치의 온/오프 상태 변경 시점이 레이저 발생장치가 레이저 빔을 발생시키는 시점과 어긋나는 경우가 있을 수 있다. 그리고 이러한 경우, 레이저 시스템에 의해 레이저 빔이 조사되는 위치나 레이저 빔의 강도가 원래 의도된 바와 달라지면서 레이저 가공품질에 악영향을 초래한다.
실시예들에 따르면, 레이저 발생장치 및 레이저 스캐너를 포함하는 레이저 시스템을 제어하기 위한 레이저 시스템의 제어방법 및 레이저 시스템의 제어장치가 제공된다.
일 측면에 있어서,
레이저 제어 신호를 트리거하는 펄스 신호를 발생시킴으로써 레이저 발생장치와 레이저 스캐너를 포함하는 레이저 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
상기 레이저 발생장치로부터 주기적으로 발생되는 레이저 발생신호를 수신하는 단계;
상기 레이저 발생신호의 주기 및 상기 레이저 발생장치를 온/오프(on/off)하는 온/오프 신호가 발생된 후 상기 레이저 발생장치가 실제 레이저 빔을 온/오프 하기까지의 지연 시간을 고려하여 상기 펄스 신호를 시프트(shift)시키는 단계;
상기 시프트된 펄스 신호에 의하여 상기 온/오프 신호를 포함하는 상기 레이저 제어신호를 생성하는 단계; 및
상기 레이저 제어신호를 상기 레이저 시스템에 송신하는 단계;를 포함하는 레이저 시스템의 제어방법이 제공된다.
상기 레이저 시스템의 제어방법은, 상기 레이저 발생장치가 레이저 빔을 온/오프 하는 시점과 상기 레이저 발생신호의 발생시점을 비교하는 단계 및
상기 레이저 빔의 온/오프 시점과 상기 레이저 발생신호의 발생 시점이 일치하도록 상기 펄스 신호의 시프트 값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 펄스 신호의 시프트 값(Tadd)는 아래 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Tadd = (TP2 - ((n*TP1 + Tdelay ) % TP1)+ Tleft) % TP2 + m* TP2 -----(수학식1)
(TP1 = 변경 전 펄스 신호 생성주기, TP2 = 레이저 발생신호 생성주기, Tdelay = 상기 레이저 온/오프 신호가 생성된 후로부터 상기 레이저 가공장치가 레이저를 온/오프 하기까지의 지연 시간, Tleft = 펄스 신호 생성주기 변경 전 펄스 신호 발생시각과 레이저 발생신호의 발생시각 사이의 최소 시간, n = 레이저 온 제어신호 생성을 트리거 할 때까지 남은 펄스 신호 발생 횟수 및 m은 임의의 정수이고, 'A % B'는 A를 B로 나눈 나머지를 의미한다.)
상기 레이저 제어신호는 상기 레이저 스캐너의 움직임을 제어하는 신호를 포함할 수 있다.
상기 시프트된 펄스 신호는, 상기 레이저 스캐너의 움직임을 변동시키는 제어신호에 대응될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
레이저 제어 신호를 트리거하는 펄스 신호를 발생시킴으로써 레이저 발생장치와 레이저 스캐너를 포함하는 레이저 시스템을 제어하는 레이저 시스템의 제어장치에 있어서,
상기 레이저 발생장치로부터 주기적으로 발생되는 레이저 발생신호를 수신하는 수신부;
상기 레이저 발생신호의 주기 및 상기 레이저 발생장치를 온/오프(on/off)하는 온/오프 신호가 발생된 후 상기 레이저 발생장치가 실제 레이저 빔을 온/오프 하기까지의 지연 시간을 고려하여 상기 펄스 신호를 시프트(shift)시키는 펄스 신호 발생부;
상기 시프트된 펄스 신호에 의하여 상기 온/오프 신호를 포함하는 상기 레이저 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 및
상기 레이저 제어신호를 상기 레이저 시스템에 송신하는 송신부;를 포함하는 레이저 시스템의 제어장치가 제공된다.
상기 펄스 신호 발생부는,
상기 레이저 빔의 온/오프 시점과 상기 레이저 발생신호의 발생 시점이 일치하도록 상기 펄스 신호의 시프트 값을 계산하는 계산모듈을를 포함할 수 있다.
상기 계산모듈은, 상기 펄스 신호의 시프트 값(Tadd)을 아래 수학식 1에 의해 계산할 수 있다.
Tadd = (TP2 - ((n*TP1 + Tdelay ) % TP1)+ Tleft) % TP2 + m* TP2 -----(수학식1)
(TP1 = 변경 전 펄스 신호 생성주기, TP2 = 레이저 발생신호 생성주기, Tdelay = 상기 레이저 온/오프 신호가 생성된 후로부터 상기 레이저 가공장치가 레이저를 온/오프 하기까지의 지연 시간, Tleft = 펄스 신호 생성주기 변경 전 펄스 신호 발생시각과 레이저 발생신호의 발생시각 사이의 최소 시간, n = 레이저 온 제어신호 생성을 트리거 할 때까지 남은 펄스 신호 발생 횟수 및 m은 임의의 정수이고, 'A % B'는 A를 B로 나눈 나머지를 의미한다.)
상기 레이저 제어신호는 상기 레이저 스캐너의 움직임을 제어하는 신호를 포함할 수 있다.
상기 시프트된 펄스 신호는, 상기 레이저 스캐너의 움직임을 변동시키는 제어신호에 대응될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
레이저 제어 신호를 트리거 하는 펄스를 발생시키는 단계;
레이저 발생 장치의 발생 주파수를 동기화 하는 변조 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 트리거 펄스와 변조 신호를 고려하여 레이저 온/오프 신호를 발생시키는 단계;를 포함하며, 상기 온/오프 신호를 발생시키는 단계는, 상기 레이저 발생 장치에서 레이저가 온(ON) 및/또는 오프(OFF)되는 시점이 상기 변조 신호와 동기화 되도록 하는 레이저 시스템의 제어 방법이 제공된다.
상기 레이저 시스템의 제어방법은, 상기 트리거 펄스와 변조 신호를 고려하여 레이저 온/오프 신호를 발생시키는 단계는, 상기 레이저 온/오프 신호의 지연시간을 더 고려할 수 있다.
상기 레이저 시스템의 제어방법에 의하면, 상기 레이저 발생장치가 실제로 레이저를 온/오프 하는 것은 상기 레이저 온/오프신호를 발생시킨 다음 상기 지연시간 만큼 경과한 후 이루어 질 수 있다.
상기 트리거 펄스와 제어 신호는 동기화 되어 발생될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
레이저 제어 신호를 트리거 하는 펄스를 발생시키는 레이저 제어부; 및
레이저 발생 주파수를 동기화 하는 변조 신호를 발생시키고 레이저를 출력하는 레이저부;를 포함하며,
상기 레이저 제어부는 상기 트리거 펄스와 상기 변조 신호를 고려하여 레이저 온/오프 신호를 발생시키되, 상기 레이저 발생 장치에서 레이저가 온/오프되는 시점이 상기 변조 신호와 동기화 되도록 하는 레이저 시스템이 제공된다.
상기 제어부가 상기 트리거 펄스와 상기 변조 신호를 고려하여 레이저 온/오프 신호를 발생시키는 것은, 상기 레이저 온/오프 신호의 지연시간을 더 고려할 수 있다.
상기 레이저 발생장치가 실제로 레이저를 온/오프 하는 것은 상기 레이저 온/오프신호를 발생시킨 다음 상기 지연시간 만큼 경과한 후 이루어 질 수 있다.
상기 트리거 펄스와 제어 신호는 동기화 되어 발생될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 레이저 제어신호를 트리거하는 펄스신호의 생성을 변경함으로써, 레이저 제어신호에 의해 레이저 발생장치가 온/오프 상태를 변경하는 시점 및 레이저 스캐너의 위치변경 시점을 조절할 수 있다. 이를 통해 레이저 시스템에서 레이저 빔이 조사되는 위치 및 레이저 빔의 강도를 보다 정확하게 제어할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 레이저 시스템과 레이저 시스템의 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 레이저 빔 온/오프 시점과 레이저 빔 발생시점이 일치하지 않는 경우를 나타낸 도면이다.
도 3은 레이저 빔 온/오프 시점과 레이저 빔 발생시점이 일치하지 않는 다른 경우를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3에서 나타낸 문제점의 개선을 위한, 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템의 제어장치가 레이저 시스템을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 도 4에서 나타낸 레이저 시스템의 제어방법이 펄스신호를 시프트 시키는 양을 계산하기 위한 과정을 더 포함하는 예를 나타낸 흐름도이다.
도 6은 펄스신호의 시프트 값을 계산하는 단계에 의해 계산된 펄스신호의 시프트 값 만큼 펄스신호가 시프트 된 예를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 펄스신호가 시프트된 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템의 제어장치가 레이저 시스템(200)과 연결된 것을 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 10은 레이저 시스템에 의해 이루어질 수 있는 레이저 가공모양을 나타낸 도면이다.
도 11은 펄스신호를 시프트 하지 않는 경우, 도 10의 Area 1에 대한 레이저 가공결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 펄스신호를 시프트 하는 경우, 도 10의 Area 1에 대한 레이저 가공결과를 나타낸 도면이다.
이하, 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치용 미러 마운트에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 레이저 시스템(200)과 레이저 시스템(200)의 제어장치(100)를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템(200)은 레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생장치(20)와 레이저 빔 발생장치(20)에서 나온 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 레이저 스캐너(10)를 포함할 수 있다. 또한 레이저 시스템(200)은 상기 레이저 빔 발생장치(20)와 레이저 스캐너(10)를 제어하는 레이저 시스템의 제어장치(100)와 연결되어 있을 수 있다.
레이저 발생장치(20)는 레이저 공진기(3)로부터 레이저 빔을 방출시키고 상기 빔은 빔의 크기를 조정하는 BET 광학계(4)를 통해 레이저 빔을 레이저 스캐너(10)로 전송할 수 있다. 레이저 발생장치(20)는 일정한 시간 간격으로 레이저 빔을 발생시킬 수 있으며 이러한 레이저 빔 발생신호를 제어장치(100)에 전송할 수 있다. 그리고 레이저 발생장치(20)는 제어장치(100)로부터 레이저 빔의 온/오프(ON/OFF) 신호를 수신할 수 있다. 그리고 레이저 발생장치(20)는 제어장치(100)로부터 수신한 온/오프 신호에 따라 레이저 빔의 방출을 온/오프 할 수 있다. 여기서 레이저 빔의 방출을 온 상태로 한다는 것은 레이저 발생장치(20)에서 발생된 레이저 빔을 스캐너(10)의 미러(5)로 진행하도록 진행경로를 열어놓는 다는 것을 의미할 수 있다. 또한 레이저 빔의 방출을 오프 상태로 한다는 것은 레이저 발생장치(20)에서 발생된 레이저 빔의 진행경로를 차단한다는 것을 의미할 수 있다. 본 발명에서 온/오프는 레이저 장치가 온(ON) 및/또는 오프(OFF)되는 경우를 의미할 수 있다. 또한 온/오프는 레이저 제어부가 레이저 장치를 온(ON) 및/또는 오프(OFF)하기 위해 발생시키는 신호에도 적용될 수 있다.
레이저 스캐너(10)는 BET 광학계(4)로부터 나온 레이저 빔의 경로를 변경하는 미러(5)와 미러(5)의 위치 및 각도를 조절하는 미러 조절장치(8)를 포함할 수 있다. 또한 미러(5)로부터 반사된 레이저 빔의 초점 거리를 조절하기 위한 f-세타 렌즈(6)를 포함할 수 있다. f-세타 렌즈(6)를 통과한 레이저 빔은 가공물(7)에 조사될 수 있다. 미러 각도 조절 장치(8)는 레이저 시스템의 제어장치(100)로부터 제어신호를 수신하여 그에 따라 미러(5)의 위치와 각도를 조절할 수 있다. 미러(5)의 위치 및 각도 조절을 통해 가공물(7)에 조사되는 레이저 빔의 위치가 조절될 수 있다. 도 1에서 나타낸 레이저 발생장치(20) 및 레이저 스캐너(10)는 예시적인 것에 불과하며 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 레이저 발생장치(20)의 구성은 레이저 빔을 발생시킬 수 있도록 본 실시예가 속한 기술분야의 통상의 기술자가 변경될 수 있으며, 레이저 스캐너(10)의 구성 또한 레이저 빔의 진행경로를 변경할 수 있도록 통상의 기술자에 의해 변경될 수 있다. 이렇게 통상의 기술자가 용이하게 채용변경 할 수 있는 변형 예들 또한 본 실시예에 포함되는 것으로 보아야 한다.
레이저 시스템의 제어장치(100)는 레이저 제어신호를 트리거하는 펄스신호를 발생 수 있다. 이러한 펄스신호에 의해 레이저 제어신호를 생성하여 레이저 발생장치(20)와 레이저 스캐너(10)에 전송할 수 있다. 상기 레이저 제어신호는 레이저 발생장치(20)의 레이저 빔 온/오프 신호와 레이저 스캐너에서 미러(5)의 움직임을 제어하는 신호를 포함할 수 있다. 레이저 제어신호가 펄스신호에 의해 트리거 되기 때문에 레이저 제어신호는 펄스신호가 발생되었을 때만 생성될 수 있다. 따라서 레이저 발생장치(20)와 레이저 스캐너(10)에 전송되는 제어신호는 상기 펄스신호가 생성되는 시간간격으로 발생될 수 밖에 없으며 이에 따라 제어신호의 생성시점이 적절하지 않은 경우, 레이저 발생장치(20)가 레이저 빔을 온/오프 시점과 레이저 발생장치가 레이저 빔을 발생하는 시점이 어긋날 수 있다. 또한 레이저 스캐너(10)가 움직임을 변경하는 시점과 레이저 빔 온/오프 시점이 서로 대응되지 않을 수 있다.
도 2는 레이저 빔 온/오프 시점과 레이저 빔 발생시점이 일치하지 않는 경우를 나타낸 도면이다.
도 2에서 (a) 그래프는 스캐너(10)에 의해 레이저 빔이 조사되는 위치의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2의 (a)에서는 레이저 빔 조사 위치의 1차원 좌표만 고려했지만 이는 이해를 돕기 위해 예시적으로 나타낸 것일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 레이저 제어신호에 의해 레이저 빔 조사 위치의 2차원 또는 3차원 좌표가 모두 제어될 수도 있다.
도 2에서 (b) 그래프는 레이저 제어신호를 트리거하는 펄스신호가 생성되는 것을 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 즉, 레이저 시스템의 제어장치(100)는 펄스신호가 생성될 때 제어신호를 생성할 수 있다. 혹은 트리거 하는 펄스 신호와 레이저 제어신호는 동기화되어 발생될 수 있다. 모든 펄스신호에 대해 항상 제어신호가 생성되는 것으로 제한되는 것은 아니며, 펄스신호가 있음에도 전송할 제어신호가 없으면, 레이저 시스템의 제어장치(100)는 제어신호를 생성하지 않을 수도 있다. 즉, 도 2에서 나타낸 바와 같이 첫 번째 펄스신호에 대해서는 레이저 스캐너(10)의 움직임을 변경하는 제어신호가 생성되었지만, 나머지 펄스에 대해서는 레이저 스캐너(10)의 제어신호가 생성되지 않을 수 있다. 또한, 레이저 제어 신호는 레이저 발생장치(20)의 온/오프를 명령하는 온/오프 제어신호를 포함할 수 있다. 도 2에서 (c) 그래프는 레이저 제어신호에 의해 레이저 발생장치(20)의 레이저 빔 온/오프 상태의 변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도 2의 (c) 그래프에서 나타낸 바와 같이 레이저 빔 온/오프 제어신호가 생성된 후로부터 소정의 지연시간(delay time; Tdelay-)이 경과한 후 레이저 발생장치(20)의 레이저 빔 온/오프 상태가 변경될 수 있다.
도 2에서 (d) 그래프는 레이저 발생장치(20)로부터 레이저 시스템의 제어장치(100)로 전송되는 레이저 생성 신호를 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도 2의 (d)에서 나타낸 바와 같이 레이저 생성 신호는 일정한 시간간격으로 생성되며 레이저 발생신호가 있을 때 레이저 발생장치(20)는 레이저 빔을 발생시킬 수 있다. 모든 레이저 발생신호에 대해 항상 레이저 빔을 생성하는 것으로 제한되는 것은 아니며, 일부 레이저 발생신호에 대해서는 필요에 따라 레이저 빔이 발생되지 않을 수도 있다. 레이저 생성 신호는 레이저 발생장치(20)가 레이저를 생성하기 위해서 자체적으로 발생시키는 신호일 수 있다. 일 예로, 레이저 생성 신호는 레이저 발생장치(20)에서 레이저가 발생되는 주파수를 동기화하는 변조 신호일 수 있다. 이 경우, 변조 신호는 레이저 제어부에서 발생되는 것이 아니라, 레이저 발생장치(20) 자체에서 발생되는 것으로 "외부 변조 신호"라 명명될 수 있다.도 2에서 (e) 그래프는 레이저 발생장치(20)로부터 발생된 레이저 빔이 의해 가공물(7)에 조사된 양을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 첫 번째 펄스신호에 의해 트리거되어 레이저 발생장치(20)와 레이저 스캐너(10)를 제어하는 레이저 제어신호가 생성될 수 있다. 그리고 상기 레이저 빔의 온/오프 신호가 발생된 후 상기 소정의 지연시간(Tdelay)이 경과한 후 실제 레이저 발생장치의 레이저 빔 온/오프 상태가 바뀔 수 있다. 그리고 실제 레이저 발생장치의 레이저 빔 온/오프 상태가 바뀌는 시점은 레이저 발생장치(200)로부터 나오는 레이저 발생신호의 발생시점과 일치하지 않을 수 있다. 이로 인해, 레이저 발생장치에서 발생된 레이저빔의 일부는 레이저 빔 오프 상태에서 차단되어 가공물(7)에 조사되지 않을 수 있다. 즉, 도 2의 (e)에서 나타낸 바와 같이 레이저 빔의 조사량이 감소할 수 있다.
도 3은 레이저 빔 온/오프 시점과 레이저 빔 발생시점이 일치하지 않는 다른 경우를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 실제 레이저 빔이 온 상태로 전환되는 시점에 레이저 빔 발생신호가 발생하지 않을 수 있다. 그렇게 되면 다음 레이저 발생신호가 발생할 때까지 레이저 빔 마킹 시작시점이 지연될 수 있다. 그로 인해 레이저 빔에 의한 마킹 시작 포인트(Q)가 목표 마킹 시작 포인트(P)로부터 벗어날 수 있다.
즉 도 2 및 도 3에서 나타낸 바와 같이 레이저 빔의 ON/OFF 상태 변환 시점과 레이저 발생장치(20)의 레이저 발생신호 발생시점이 일치하지 않으면, 레이저 빔 마킹 시작지점이 달라지거나 레이저 빔 마킹 시작지점에서 레이저 빔 조사량이 감소하는 문제점이 생길 수 있다.
도 4는 도 2 및 도 3에서 나타낸 문제점의 개선을 위한, 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템(200)의 제어장치(200)가 레이저 시스템(200)을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템(200)의 제어방법은, 레이저 시스템(200)으로부터 주기적으로 발생되는 레이저 발생신호를 수신하는 단계(S110)와, 상기 레이저 발생신호의 주기 및 상기 레이저 발생장치를 온/오프(on/off)하는 온/오프 신호가 발생된 후 상기 레이저 발생장치가 실제 레이저 빔을 온/오프 하기까지의 지연 시간을 고려하여 상기 펄스신호를 시프트(shift)시키는 단계(S140)와, 상기 시프트된 펄스신호에 의하여 상기 온/오프 신호를 포함하는 레이저 제어신호를 생성하는 단계(S150) 및 상기 레이저 제어신호를 레이저 시스템(200)에 송신하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
레이저 발생신호를 수신하는 단계(S110)에서는 레이저 시스템(200)의 레이저 발생장치(20)로부터 레이저 발생신호를 수신할 수 있다. 레이저 발생신호는 전술한 바와 같이 주기적으로 발생되는 신호일 수 있다.
펄스신호를 시프트 시키는 단계(S140)에서는, 펄스신호의 생성시점을 시프트함으로써 변경할 수 있다. 그리고 레이저 제어신호를 생성하는 단계(S150)에서는 생성시점이 시프트된 펄스신호에 의해 레이저 제어신호를 생성할 수 있다. 혹은 펄스신호와 레이저 제어 신호가 동기화 되어 발생하는 경우, 펄스신호의 주기를 시프트 시킴으로써 레이저 제어 신호가 발생하는 타이밍을 조절할 수 있다. 일예로, 펄스신호와 레이저 온/온오프 제어신호가 동기화 하는 경우, 펄스신호의 주기 및/또는 타이밍을 조절함으로써 레이저 온/오프 제어신호의 발생시점을 조절할 수 있다. 이를 통해 도 2 및 도 3에서 나타낸 바와 같이 레이저 제어신호에 의한 레이저 발생장치의 온/오프 상태 변화 시점과 레이저 발생신호의 발생시점을 일치시킬 수 있다.
도 4에서 나타낸 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템(200)의 제어방법은, 펄스신호를 시프트 시키는 단계(S140)에서 시프트 시키는 단계(S140)에서 펄스신호의 시프트 값을 계산하기 위한 과정을 더 포함할 수 있다. 도 5는 도 4에서 나타낸 레이저 시스템(200)의 제어방법이 펄스신호를 시프트 시키는 양을 계산하기 위한 과정을 더 포함하는 예를 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템(200)의 제어방법은, 레이저 발생장치(20)가 레이저 빔을 온/오프 하는 시점과 상기 레이저 발생신호의 발생시점을 비교하는 단계(S120) 및 레이저 빔의 온/오프 시점과 레이저 발생신호의 발생 시점이 일치하도록 상기 펄스신호의 시프트 값을 계산하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
레이저 빔을 온/오프 하는 시점과 상기 레이저 발생신호의 발생시점을 비교하는 단계(S120)에서는, 레이저 빔을 온/오프 하는 시점이 레이저 발생신호의 발생시점과 일치하는 지를 비교할 수 있다. 그리고 만약 레이저 빔을 온/오프 하는 시점이 레이저 발생신호의 발생시점과 일치한다면, 펄스신호를 시프트하지 않고 펄스신호에 의해 레이저 제어신호를 생성하도록 할 수 있다. 전술한 바와 다르게, 만약 레이저 빔을 온/오프 하는 시점이 레이저 발생신호의 발생시점과 불일치하면, 펄스신호의 시프트 값을 계산하는 단계(S130)는 레이저 빔의 온/오프 신호가 발생된 후 레이저 발생장치(20)가 실제 레이저 빔을 온/오프 하기까지의 지연 시간(Tdelay)을 고려하여 펄스신호의의 시프트 값을 계산할 수 있다.
펄스신호의 시프트 값을 계산하는 단계(S130)에서는, 펄스신호의 시프트 값(Tadd)를 수학식 1에 의해 계산할 수 있다.
Tadd= (TP2 - ((n*TP1 + Tdelay) % TP1)+ Tleft) % TP2 + m*TP2 ------(수학식 1)
여기서, TP1 = 변경 전 펄스 신호 생성주기, TP2 = 레이저 발생신호 생성주기, Tdelay = 상기 레이저 온/오프 신호가 생성된 후로부터 상기 레이저 가공장치가 레이저를 온/오프 하기까지의 지연 시간, Tleft = 펄스 신호 생성주기 변경 전 펄스 신호 발생시각과 레이저 발생신호의 발생시각 사이의 최소 시간, n = 레이저 온 제어신호 생성을 트리거 할 때까지 남은 펄스 신호 발생 횟수 및 m은 임의의 정수이고, 'A % B'는 A를 B로 나눈 나머지를 의미한다. 또한, m은 임의의 정수중 하나로 선택될 수 있지만, 모든 정수가 유효한 해로 선택되는 것은 아닐 수 있다. 후술하는 바와 같이 시프트된 펄스신호가 다음 펄스신호보다 늦어지거나 이전 펄스신호보다 빨라지는 해를 도출하는 m 값에 대해서는 유효한 해로 취급하지 않을 수 있다. 하지만 m=0인 경우는 항상 유효한 해로 취급될 수 있다.
예를 들어, 변경 전 펄스신호 생성주기 TP1 = 20μs, 레이저 발생신호 생성주기 TP2 = 10 μs, 상기 레이저 온/오프 신호가 생성된 후로부터 상기 레이저 가공장치가 레이저를 온/오프 하기까지의 지연 시간 Tdelay = 26 μs, 펄스신호 생성주기 변경 전 펄스신호 발생시각과 레이저 발생신호의 발생시각 사이의 최소 시간 Tleft = 3 μs이고 레이저 온 제어신호 생성을 트리거 할 때까지 남은 펄스신호 발생 횟수 n = 1인 경우, 수학식 1에 의해 펄스신호의 시프트 값 Tadd = 7μs + m*10 μs일 수 있다. 이 경우, m=0인 경우, Tadd = 7, m=1인 경우 Tadd = 17μs일 수 있지만 이는 다음 펄스신호 생성시점보다 늦어지기 때문에 의미가 없는 해로 유효한 해로 취급하지 않을 수 있다. 또한 m=-1인 경우, Tadd = -3μs으로 이는 펄스신호 생성시점을 앞당기는 경우에 해당한다. m=-2인 경우에는 시프트 되는 펄스신호 생성시점이 이전 펄스신호 생성시점보다 앞당겨지기 때문에 유효한 해로 취급하지 않을 수 있다.
도 6은 펄스신호의 시프트 값을 계산하는 단계(S130)에 의해 계산된 펄스신호의 시프트 값 만큼 펄스신호가 시프트 된 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 첫 번째 펄스신호부터 펄스신호의 생성시점이 모두 Tadd 만큼 시프트될 수 있다. 펄스신호의 생성시점이 시프트 됨에 따라 레이저 발생장치(20)의 레이저 온 상태 전환 시점이 변경되어 레이저 발생신호 발생시점과 일치될 수 있다. 레이저 생성 신호는 레이저 발생장치(20)가 레이저를 생성하기 위해서 자체적으로 발생시키는 신호일 수 있다. 일 예로, 레이저 생성 신호는 레이저 발생장치(20)에서 레이저가 발생되는 주파수를 동기화하는 변조 신호일 수 있다. 이 경우, 변조 신호는 레이저 제어부에서 발생되는 것이 아니라, 레이저 발생장치(20) 자체에서 발생되는 것으로 경우 에 따라서는 "외부 변조 신호"라 명명될 수 있다.
또한 펄스신호의 생성시점이 변경되면서 펄스신호에 의해 트리거 되는 레이저 스캐너(10) 제어신호의 생성시점 또한 변경되면서, 레이저 마킹이 시작되었을 때, 레이저 조사위치가 목표 조사위치(P)와 일치될 수 있다.
예시적으로 펄스신호가 시프트 되면서, 레이저 발생장치의 온오프를 명령하는 온/오프 제어신호가 함께 시프트 될 수 있다. 온/오프 제어신호가 시프트 되면서 상기 변조 신호와 상기 레이저가 실제로 켜지는 시점이 동기화 될 수 있고, 스캐너의 움직임과 레이저의 조사 시점이 동기화 될 수 있다. 일례로, 레이저 빔이 오프(off)된 상태에서 스캐너가 이동하고 다시 작동해야 하는 경우에는 스캐너 및 레이저의 동기화가 이루어지기 어려운 단점을 극복할 수 있다.
도 7 및 도 8은 펄스신호가 시프트된 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 6에서는 첫 번째 펄스신호부터 시프트가 이루어지는 반면, 레이저 온 신호는 세 번째 펄스신호에 의해 트리거된다. 즉, 도 6에서 나타낸 경우는 시프트 되는 펄스신호에 의해 레이저 온 신호가 트리거 되기 때문에 수학식 6에서 n=0인 경우에 해당할 수 있다. 반면 도 7의 경우는 레이저 온 신호는 세 번째 펄스신호에 의해 트리거 되므로 이 경우 n=2에 해당할 수 있다. 도 7에서 나타낸 바와 같이 펄스신호가 시프트되면서 레이저 온 시점과 레이저 발생신호 발생시점이 일치하게 되고, 이를 통해 레이저 조사지점이 Q에서 P로 이동하여 목표조사지점과 일치할 수 있다.
또한 도 6 및 도 7과 달리 도 8에서는 수학식 1에서 m=0인 경우와 m=1인 경우 각각에 대한 Tadd 값을 나타냈다. 이 경우, 펄스신호는 Tadd(m=0) 만큼 시프트 될 수도 있지만 Tadd(m=1) 만큼 시프트될 수도 있다. 도면에 나타내지 않았지만 m이 음수인 경우도 있을 수 있다. 다만 도 8에서 m이 2 이상인 경우는, 원래 다음 펄스신호의 생성시점을 지나버리기 때문에 유효한 해가 아닌 것으로 판단할 수 있다.
도 6 및 도 7에서는 시프트가 시작되는 펄스신호를 레이저 스캐너(10)의 움직임을 변동시키는 스캐너 제어명령을 트리거하는 펄스신호로 선택하였다. 이 경우, 펄스신호의 생성시점을 변경하더라도 펄스신호의 생성주기가 변경되는 지점에서 레이저 스캐너(10)가 운동상태를 변경하기 때문에 생성주기 펄스신호 생성주기 변경으로 인해 레이저 스캐너(10)의 등속운동이 깨지는 것을 염려하지 않아도 된다. 따라서 시프트되는 펄스신호는 레이저의 스캐너 움직임을 변동시키는 제어신호에 대응되도록 설정될 수 있다. 하지만 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
이상에서 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템(200)의 제어방법에 관하여 설명하였다. 이하에서는 레이저 시스템(200)의 제어장치(100)에 관하여 설명한다. 이하에서 설명하는 레이저 시스템(200)의 제어장치(100)에는 전술한 레이저 시스템(200)의 제어방법에 관한 실시예들이 모두 적용될 수 있으며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템(200)의 제어장치(100)가 레이저 시스템(200)과 연결된 것을 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 시스템(200)의 제어장치(100)는 레이저 시스템(200)으로부터 주기적으로 발생되는 레이저 발생신호를 수신하는 수신부(110)와, 레이저 발생신호의 주기 및 발생 시점에 대응되도록 상기 펄스신호를 시프트(shift)시키는 펄스신호 발생부(120)와, 상기 시프트된 펄스신호에 의하여 레이저 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부(130) 및 레이저 제어신호를 상기 레이저 시스템(200)에 송신하는 송신부(140)를 포함할 수 있다.
수신부(110)는 도 2, 3, 6, 7, 8의 (d)그래프에서 나타낸 바와 같이 레이저 발생장치(20)로부터 발생된 레이저 발생신호를 수신하여 펄스신호 발생부(120)에 제공할 수 있다. 그리고 펄스신호 발생부(120)는 수신한 레이저 발생신호에 기초하여, 펄스신호에 의해 트리거 되는 제어신호의 생성시점이 적절히 조절되도록 펄스신호를 시프트할 수 있다. 그리고 제어신호 생성부(130)는 전술한 바와 같이 시프트된 펄스신호에 의해 레이저 제어신호를 생성하여, 송신부(140)를 통해 레이저 시스템(200)의 레이저 발생장치(20)와 레이저 스케너(10)에 전송할 수 있다. 즉, 제어신호 생성부(130)에서 생성되는 레이저 제어신호는 레이저 발생장치(20)에 대한 제어신호와 레이저 스캐너(10)에 대한 제어신호를 포함할 수 있다.
펄스신호 발생부(130)는, 레이저 빔의 온/오프 시점과 레이저 발생신호의 발생 시점이 일치하도록 상기 펄스신호의 시프트 값을 계산하는 계산모듈을를 포함할 수 있다. 그리고 상기 계산모듈은, 상기 레이저 빔의 온/오프 신호가 발생된 후 상기 레이저 발생장치가 실제 레이저 빔을 온/오프 하기까지의 지연 시간을 고려하여 상기 펄스신호의 시프트 값을 계산할 수 있으며, 보다 구체적으로는 수학식 1에 의해 펄스신호의 시프트 값을 계산할 수 있다.
도 10은 레이저 시스템(200)에 의해 이루어질 수 있는 레이저 가공모양을 나타낸 도면이다. 그리고 도 11은 펄스신호를 시프트 하지 않는 경우, 도 10의 Area 1에 대한 레이저 가공결과를 나타낸 도면이다. 또한, 도 12는 펄스신호를 시프트 하는 경우, 도 10의 Area 1에 대한 레이저 가공결과를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 펄스신호를 시프트 하지 않는 경우, 레이저 마킹 시작위치와 종료위치가 불규칙하며, 레이저 마킹에 의한 레이저 조사량 또한 불규칙해질 수 있다. 그리고 이로 인해 레이저 마킹 품질이 저하될 수 있다. 반면 도 12를 참조하면, 펄스신호의 시프트를 통해 레이저 마킹 시작위치와 종료위치가 정확해질 수 있으며, 레이저 조사량 또한 일정하게 유지되는 효과가 발생할 수 있다.
이상에서 도 1내지 도 12를 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 미러 마운트에 관하여 설명하였다. 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.
100 : 레이저 시스템의 제어장치
110 : 수신부
120 : 펄스신호 발생부
130 : 제어신호 생성부
140 : 송신부
200 : 레이저 시스템
10 : 레이저 스캐너
20 : 레이저 발생장치
3 : 레이저 공진기
4 : BET 광학계
5 : 미러
8 : 미러 조절장치
6 : f-세타 렌즈
7 : 가공물

Claims (18)

  1. 레이저 발생장치와 레이저 스캐너를 포함하는 레이저 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 레이저 발생장치를 온/오프(on/off)하는 온/오프 신호를 포함하는 레이저 제어신호를 트리거하기 위한 펄스 신호를 발생시키는 단계;
    상기 레이저 발생장치로부터, 상기 레이저 발생장치의 발진을 위해 주기적으로 생성되는 레이저 발생신호를 수신하는 단계;
    상기 레이저 발생신호의 주기 및 상기 온/오프 신호가 발생된 후 상기 레이저 발생장치의 온/오프 상태가 변경되기까지의 지연 시간을 고려하여 상기 펄스 신호를 시프트(shift)시키는 단계;
    상기 시프트된 펄스 신호에 의하여 상기 온/오프 신호를 포함하는 상기 레이저 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 레이저 제어신호를 상기 레이저 시스템에 송신하는 단계;를 포함하는 레이저 시스템의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 발생장치가 레이저 빔을 온/오프 하는 시점과 상기 레이저 발생신호의 발생시점을 비교하는 단계 및
    상기 레이저 빔의 온/오프 시점과 상기 레이저 발생신호의 발생 시점이 일치하도록 상기 펄스 신호의 시프트 값을 계산하는 단계를 포함하는 레이저 시스템의 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 신호의 시프트 값(Tadd)은 아래 수학식 1에 의해 계산되는 레이저 시스템의 제어방법.
    Tadd = (TP2 - ((n*TP1 + Tdelay ) % TP1)+ Tleft) % TP2 + m* TP2 -----(수학식1)
    (TP1 = 변경 전 펄스 신호 생성주기, TP2 = 레이저 발생신호 생성주기, Tdelay = 상기 레이저 온/오프 신호가 생성된 후로부터 레이저 가공장치가 레이저를 온/오프 하기까지의 지연 시간, Tleft = 펄스 신호 생성주기 변경 전 펄스 신호 발생시각과 레이저 발생신호의 발생시각 사이의 최소 시간, n = 레이저 온 제어신호 생성을 트리거 할 때까지 남은 펄스 신호 발생 횟수 및 m은 임의의 정수이고, 'A % B'는 A를 B로 나눈 나머지를 의미한다.)
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 제어신호는 상기 레이저 스캐너의 움직임을 제어하는 신호를 포함하는 레이저 시스템의 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시프트된 펄스 신호는, 상기 레이저 스캐너의 움직임을 변동시키는 제어신호에 대응되는 레이저 시스템의 제어방법.
  6. 레이저 발생장치와 레이저 스캐너를 포함하는 레이저 시스템을 제어하는 레이저 시스템의 제어장치에 있어서,
    상기 레이저 발생장치로부터, 상기 레이저 발생장치의 발진을 위해 주기적으로 생성되는 레이저 발생신호를 수신하는 수신부;
    상기 레이저 발생장치를 온/오프(on/off)하는 온/오프 신호를 포함하는 레이저 제어신호를 트리거하기 위한 펄스 신호를 발생시키고, 상기 레이저 발생신호의 주기 및 상기 온/오프 신호가 발생된 후 상기 레이저 발생장치의 온/오프 상태가 변경되기까지의 지연 시간을 고려하여 상기 펄스 신호를 시프트(shift)시키는 펄스 신호 발생부;
    상기 시프트된 펄스 신호에 의하여 상기 온/오프 신호를 포함하는 상기 레이저 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 및
    상기 레이저 제어신호를 상기 레이저 시스템에 송신하는 송신부;를 포함하는 레이저 시스템의 제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 펄스 신호 발생부는,
    레이저 빔의 온/오프 시점과 상기 레이저 발생신호의 발생 시점이 일치하도록 상기 펄스 신호의 시프트 값을 계산하는 계산모듈을를 포함하는 레이저 시스템의 제어장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 계산모듈은, 상기 펄스 신호의 시프트 값(Tadd)을 아래 수학식 1에 의해 계산하는 레이저 시스템의 제어장치.
    Tadd = (TP2 - ((n*TP1 + Tdelay ) % TP1)+ Tleft) % TP2 + m* TP2 -----(수학식1)
    (TP1 = 변경 전 펄스 신호 생성주기, TP2 = 레이저 발생신호 생성주기, Tdelay = 상기 레이저 온/오프 신호가 생성된 후로부터 레이저 가공장치가 레이저를 온/오프 하기까지의 지연 시간, Tleft = 펄스 신호 생성주기 변경 전 펄스 신호 발생시각과 레이저 발생신호의 발생시각 사이의 최소 시간, n = 레이저 온 제어신호 생성을 트리거 할 때까지 남은 펄스 신호 발생 횟수 및 m은 임의의 정수이고, 'A % B'는 A를 B로 나눈 나머지를 의미한다.)
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저 제어신호는 상기 레이저 스캐너의 움직임을 제어하는 신호를 포함하는 레이저 시스템의 제어장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시프트된 펄스 신호는, 상기 레이저 스캐너의 움직임을 변동시키는 제어신호에 대응되는 레이저 시스템의 제어장치.
  11. 레이저 발생장치를 온/오프(on/off)하는 온/오프 신호를 포함하는 레이저 제어 신호를 트리거 하기 위한 펄스 신호를 발생시키는 단계;
    상기 레이저 발생 장치의 발생 주파수를 동기화 하는 변조 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 트리거 펄스와 상기 변조 신호를 고려하여 레이저 온/오프 신호를 발생시키는 단계;를 포함하며, 상기 온/오프 신호를 발생시키는 단계는, 상기 레이저 발생 장치에서 레이저가 온(ON) 및/또는 오프(OFF)되는 시점이 상기 변조 신호와 동기화 되도록 상기 온/오프 신호를 트리거 하는 상기 펄스 신호의 발생 시점을 변경하는 레이저 시스템의 제어 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 트리거 펄스와 변조 신호를 고려하여 레이저 온/오프 신호를 발생시키는 단계는, 상기 레이저 온/오프 신호의 지연시간을 더 고려하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 제어 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 레이저 발생장치가 실제로 레이저를 온/오프 하는 것은 상기 레이저 온/오프신호를 발생시킨 다음 상기 지연시간 만큼 경과한 후 이루어 지는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 제어 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 트리거 펄스와 제어 신호는 동기화 되어 발생되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 제어 방법.
  15. 레이저 제어 신호를 트리거 하는 펄스를 발생시키는 레이저 제어부; 및
    레이저 발생 주파수를 동기화 하는 변조 신호를 발생시키고 레이저를 출력하는 레이저부;를 포함하며,
    상기 레이저 제어부는 상기 트리거 펄스와 상기 변조 신호를 고려하여 레이저 온/오프 신호를 발생시키되, 레이저 발생 장치에서 레이저가 온/오프되는 시점이 상기 변조 신호와 동기화 되도록 하는 레이저 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 트리거 펄스와 상기 변조 신호를 고려하여 레이저 온/오프 신호를 발생시키는 것은, 상기 레이저 온/오프 신호의 지연시간을 더 고려하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 레이저 발생장치가 실제로 레이저를 온/오프 하는 것은 상기 레이저 온/오프신호를 발생시킨 다음 상기 지연시간 만큼 경과한 후 이루어 지는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 트리거 펄스와 제어 신호는 동기화 되어 발생되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
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