KR101978884B1 - 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치 - Google Patents

Abstract

기존의 기술에 비하여 두 피용접물이 동일 재질일 때를 포함하여 피용접물에 대한 접합 포인트를 정확하게 설정하여 레이저 웰딩 효과를 극대화하는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치는, 상부 및 하부 홀더에 각각 고정된 두 피용접물을 복수의 접합 포인트에 레이저를 조사하여 접합하는 레이저 웰딩 장치에 관한 것으로, 하부 홀더를 중심으로 방사형이 되도록 복수개 배열되어 전방을 향해 레이저를 조사하는 레이저 웰더 및 레이저 웰더의 상하좌우 이동 및 조사각도를 제어할 수 있는 다수의 기어 및 기어를 구동하는 모터를 포함하는 레이저 웰딩 유닛; 레이저 웰딩 유닛의 다수의 기어를 구동하는 모터에 제어 신호를 제공하여 레이저 웰더로부터 조사되는 레이저의 조사 위치를 제어하는 레이저 조사 제어부; 하부 홀더의 상면을 향하되, 레이저 웰딩 장치가 설치된 설치면과 평행한 방향으로 하부 홀더의 상면을 촬영하도록 설치되어 있으며, 하부 홀더의 중심을 서로 다른 방향으로 촬영하도록 설치된 다수의 카메라; 및 다수의 카메라로부터 촬영된 하부 홀더의 상면 영상을 바탕으로 두 피용접물의 접합 포인트를 향해 레이저 웰더로부터 발생된 빛이 조사되도록 레이저 웰딩 유닛을 제어하는 신호를 발생하여 레이저 조사 제어부에 전송하는 컴퓨팅 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광통신 부품용 레이저 웰딩 장치{LASER WELDING APPARATUS FOR PARTS OF OPTICAL COMMUNACATION}

본 발명은 레이저 다이오드 및 포토 다이오드 등을 포함하는 광통신에 사용되는 부품들을 레이저 결합하는 레이저 웰더에 관한 것으로, 구체적으로는 상부 홀더에 홀딩된 부품이 하부척에 고정된 부품에 접근하여 접촉된 후, 레이저 웰딩을 하는 데 있어서, 레이저 조사 영역을 정확하게 양 부품의 접촉선이 되도록 조절하고, 하부척의 디폴트 위치를 정확하게 제어하도록 하기 위한 기술에 관한 것이다.

이중 유리로 된 광섬유를 통해 레이저 빛의 전반사를 이용하여 정보를 주고받는 통신 방식으로, 전기 통신에 비해 외부의 전자파에 의한 간섭이 없고 도청이 힘들며, 동시에 많은 양의 정보를 처리할 수 있다.

광통신은 굴절률이 큰 속유리(코어)와 굴절률이 작은 겉유리(클래딩)로 이루어진　광섬유를 통해 빛 신호를 주고받는　통신　방식으로, 1970년 미국　코닝사가 전송 손실이 20dB/km인　광섬유의 개발로 실용화되었다. 광통신의 송신 단말기에서는 전기 신호를 빛 신호로 변환한 후　광섬유를 통해 전송하고 수신 단말기에서는 빛 신호를 다시 전기 신호로 변환한다. 전기신호를　 빛 신호로 변환하는 데는 레이저　다이오드나 발광　다이오드를 이용하며, 빛 신호를 전기 신호로 바꿀 때는 광전　다이오드　등의 광전소자를 이용한다.

광통신에 있어서 광송수신 장치는, 발광장치로부터 발생되는 다파장의 다수의 광을 광의 이동 경로상에 설치된 렌즈를 이용하여 광각을 변화시켜 일 포인트에 집광한 뒤, 집광된 빛을 광섬유에 입사시켜 광통신을 수행하게 된다.

이러한 광통신에는 다양한 광통신부품이 사용된다. 예를 들어 레이저 다이오드(LD) 및 포토 다이오드(PD) 등이 광통신에 사용되는 핵심 부품들이다. 이러한 부품들은 두 개 이상의 부품 요소들을 정밀하게 정렬한 후에, 레이저 빔을 부품 요소간의 결합 포인트에 조사하여, 빠르고 정밀하게 접합하는 데 탁월한 기능을 갖고 있다.

이러한 레이저 웰딩에 있어서 중요한 점은, 상술한 바와 같은 부품 요소 간의 접합포인트에 정확하게 레이저를 조사하는 데 있다. 써스(Sus) 등의 동일한 재질로 구성된 부품을 웰딩하는 경우, 동일한 재질의 초소형 부품이 서로 접촉 시 그 접합면이 정확하게 파악되지 않기 때문이다. 또한 레이저 웰딩의 특성 상, 복수의 포인트에 대해서 일회 웰딩을 한 뒤, 부품을 회전시킨 후 다른 포인트에 대해서 웰딩을 하게 되는 데, 이 경우 부품을 회전시킬 때 부품을 고정하는 척의 수평이 제대로 맞춰져 있지 않은 경우, 부품이 회전하면서 일정 부분 틸팅(Tilting)됨에 따라서 정해진 레이저 조사 영역에 접합면이 위치되지 않게 되면서 레이저 웰딩이 정확하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 한국공개특허 10-2013-0032425 및 한국 공개특허 10-2004-0016542호 등에서는, 레이저가 조사되는 장치에 카메라를 설치시키고, 카메라로부터 인식된 물체의 이미지를 이용하여 결합 대상 부품이 존재하는 하부 홀더의 상하 좌우 운동을 제어하거나, 그 경사도를 제어하거나, 레이저 조사 장치의 조사 영역을 제어하는 기술을 제시하고 있다.

그러나 상술한 기술들의 경우, 레이저가 조사되는 방향을 따라서 부품을 촬영하도록 카메라가 설치되어 있어, 레이저에 의하여 영상이 간섭됨에 따라서 부품의 접합면을 정확하게 인지하기 매우 어렵고, 비스듬하게 영상을 촬영함에 따라서 동일 재질로 구성되는 부품들을 촬영 시, 경계면이 매우 불명확하게 인식되어 작업자가 영상에 있어서 부품간의 접합면을 인지하거나 영상 처리 장치에 의해서도 부품간의 접합면이 제대로 감지되지 않는 문제점이 지적되어 왔다.

이에 본 발명은, 레이저의 조사 방향 및 조사 위치에 관계없이, 부품의 접합면을 매우 높은 정확도로 인지할 수 있고, 이를 통해서 자동으로 레이저 조사 영역을 제어하거나 부품이 고정되는 하부 홀더의 경사도를 제어하여, 정확하게 레이저가 부품 간의 접합면에 조사되도록 조사 영역을 제어할 수 있는 기술을 제공하는 데 일 목적이 있다.

또한, 기존의 기술에 비하여 부품의 접합면을 더욱 정확하게 인지할 수 있는 구조적 기술을 제시함으로써, 동일한 재질을 갖는 부품 간의 결합 시에도, 부품 사이의 접합면을 매우 높은 정확도로 인지할 수 있도록 하여 웰딩의 효율을 극대화할 수 있는 기술을 제공하는데 일 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치는, 상부 및 하부 홀더에 각각 고정된 두 피용접물을 복수의 접합 포인트에 레이저를 조사하여 접합하는 레이저 웰딩 장치에 관한 것으로, 하부 홀더를 중심으로 방사형이 되도록 복수개 배열되어 전방을 향해 레이저를 조사하는 레이저 웰더 및 레이저 웰더의 상하좌우 이동 및 조사각도를 제어할 수 있는 다수의 기어 및 기어를 구동하는 모터를 포함하는 레이저 웰딩 유닛; 상기 레이저 웰딩 유닛의 다수의 기어를 구동하는 모터에 제어 신호를 제공하여 상기 레이저 웰더로부터 조사되는 레이저의 조사 위치를 제어하는 레이저 조사 제어부; 상기 하부 홀더의 상면을 향하되, 상기 레이저 웰딩 장치가 설치된 설치면과 평행한 방향으로 상기 하부 홀더의 상면을 촬영하도록 설치되어 있으며, 상기 하부 홀더의 중심을 서로 다른 방향으로 촬영하도록 설치된 다수의 카메라; 및 상기 다수의 카메라로부터 촬영된 상기 하부 홀더의 상면 영상을 바탕으로 상기 두 피용접물의 접합 포인트를 향해 상기 레이저 웰더로부터 발생된 빛이 조사되도록 레이저 웰딩 유닛을 제어하는 신호를 발생하여 상기 레이저 조사 제어부에 전송하는 컴퓨팅 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 컴퓨팅 장치는, 초기 위치에서의 상기 하부 홀더의 중심점을 기준으로 3축의 좌표계를 설정하고, 상기 다수의 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 분석된 두 피용접물 사이의 접촉면 및 접촉면으로부터 도출되는 접합 포인트에 대한 좌표를 산출하고, 상기 레이저 웰더로부터 조사되는 빛이 형성하는 라인이 상기 두 피용접물 사이의 접합 포인트에 대한 좌표와 중첩되도록 하는 상기 레이저 웰더의 위치 및 조사각도를 산출한 뒤, 상기 산출된 레이저 웰더의 위치 및 조사 각도로 상기 레이저 웰더를 이동시키도록 하는 제어 명령을 생성하여 상기 레이저 조사 제어부에 전송하는 것이 바람직하다.

상기 3축의 좌표 중 적어도 일 축은 상기 하부 홀더의 중심 축과 동일하고, 나머지 두 축은 상기 레이저 웰딩 장치가 설치된 설치면과 평행한 방향으로 서로 직교하는 축인 것이 바람직하다.

상기 하부 홀더에 설치된 상하좌우 이동, 회전 이동 및 경사를 제어하기 위한 다수의 기어를 구동하는 모터에 제어 신호를 제공하여 하부 홀더의 상부에 위치하여 피용접물을 고정하는 하부 척의 상하좌우 이동, 회전 이동 및 경사 이동을 제어하는 하부 척 이동 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 컴퓨팅 장치는, 레이저 웰딩 유닛으로부터 레이저가 조사된 후, 기설정된 각도로 상기 하부 척을 회전하도록 한 뒤, 기설정된 하부 척의 초기 위치로 상기 하부 척이 위치되도록 상기 하부 척의 상하좌우 이동 및 경사를 제어하는 제어 신호를 상기 하부 척 이동 제어부에 전송하는 것이 바람직하다.

상기 컴퓨팅 장치는, 상기 레이저 웰딩 유닛으로부터의 일 회의 레이저 조사가 완료된 후, 기설정된 각도로 상기 하부 척을 회전하도록 한 뒤 상기 다수의 카메라에 영상을 촬영하도록 하는 제어 신호를 송신하여, 상기 다수의 카메라로부터 영상이 촬영된 시점에서의 상기 레이저 웰더의 조사 위치를 제어하는 신호를 발생하여 상기 레이저 조사 제어부에 전송하는 것이 바람직하다.

상기 컴퓨팅 장치는, 상기 다수의 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 경계면을 파악하고, 상기 두 피용접물의 접촉면에서의 상기 두 피용접물의 사이즈 차이를 이용하여, 파악된 경계면 중 상기 두 피용접물의 사이즈 차이와 동일한 경계면 변경값을 갖는 영역을 두 피용접물의 접촉면으로 설정한 뒤, 설정된 접촉면을 이루는 포인트들 중 상기 레이저 웰더의 조사 방향에 가장 가까운 포인트를 상기 접합 포인트로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 하부 홀더의 중심점에서 설치면과 평행한 방향으로, 즉 두 피용접물의 경계선이 구조적으로 가장 뚜렷하게 인식될 수 있고, 레이저의 조사에 의한 광간섭에 의하여 경계선이 가장 뚜렷하게 보일 수 있는 방향에서 2차원적으로 영상을 촬영하여 분석한 뒤, 이를 통해서 레이저 웰딩 유닛에서 발광되는 레이저의 조사 영역을 제어하게 된다. 이에 따라서, 기존의 기술에 비하여 매우 높은 정확도로 두 피용접물의 상태에 따라서 접합 포인트에 레이저가 조사될 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 특히 두 피용접물의 재질이 같은 경우에도, 레이저의 간섭이 최소화되도록 하여 경계선을 매우 높은 정확도로 인지하고, 이를 통해서 접합 포인트를 매우 높은 정확도로 인지할 수 있어, 웰딩의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 웰딩 유닛의 일 구성 예를 설명하기 위한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치의 정면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라의 구성 예를 설명하기 위한 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 피용접물 결합 단면 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 피용접물 결합 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치의 개략적인 구성도.

이하에서는, 다양한 실시 예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.

본 명세서에서 사용되는 "실시 예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시 예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

한편 이하의 설명에 있어서, 도면에 기재된 사항은 본 발명의 각 구성의 기능을 설명하기 위하여 일부의 구성이 생략되거나, 과하게 확대 또는 축소되어 도시되어 있으나, 해당 도시 사항이 본 발명의 기술적 특징 및 권리범위를 한정하는 것은 아닌 것으로 이해됨이 당연할 것이다.

또한 이하의 설명에 있어서 하나의 기술적 특징 또는 발명을 구성하는 구성요소를 설명하기 위하여 다수의 도면이 동시에 참조되어 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 웰딩 유닛의 일 구성 예를 설명하기 위한 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치의 정면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치의 평면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라의 구성 예를 설명하기 위한 사시도, 도 6은 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 피용접물 결합 단면 구성도, 도 7은 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 피용접물 결합 사시도, 도 8은 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치의 개략적인 구성도이다.

상술한 도면들을 함께 참조하면, 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치(이하 웰딩 장치라 함)는, 레이저 웰딩 유닛(40), 레이저 조사 제어부(300), 카메라(50) 및 컴퓨팅 장치(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고, 추가적으로 하부 홀더 이동 제어부(400)가 도시된 하부 홀더(20)의 상하좌우 이동 및 경사 이동을 제어하기 위해서 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 장치는 도면에 도시된 바와 같이 테이블(10)에 일괄 설치될 수 있으며, 테이블(10)은 하부 홀더(20), 상부 홀더(30) 및 레이저 웰딩 유닛(40)이 설치되기 위한 베이스로 이해될 수 있다.

하부 홀더(20)은 웰딩 장치의 중심에 구성되는 것으로서, 구체적으로 테이블(10)의 상부면에 설치되는 하부 홀더 이동 제어부(400)에 연결되어 구동이 제어되는 상하좌우 이동 모듈(21), 회전 이동 모듈(미도시) 및 경사 이동 모듈(22)과 함께, 경사 이동 모듈(22)의 상부에 장착됨으로써 피용접물 중 하부 홀더(20)에 위치되는 피용접물(5)을 고정하기 위한 하부 척(식별번호 없음)을 포함하여 구성될 수 있다.

한편 하부 척은 예를 들어 원통형으로서 항부 홀더(20)의 최상단에 위치하여 피용접물을 고정하기 위한 구성으로서, 컴퓨팅 장치(200)의 제어에 의하여 구동되며, 원통형의 내부 캐비티의 개방 정도를 조정하기 위해서, 원주면으로부터 원통의 중심을 향하여 내부 캐비티를 개폐하는 방향으로 이동이 제어되는 다수의 방사형 개폐부재를 포함하여 구성될 수 있다. 이를 통해서, 하부 척의 중심에 피용접물(5)을 고정할 수 있다.

한편 하부 홀더(20)에는 하부 척을 교체하기 위한 다수의 결합 부재가 포함될 수 있다. 하부 척은 상술한 바와 같이 피용접물(5)을 고정하기 위한 구성으로서, 손상에 따라서 유지 보수를 위해서 교체될 수 있도록 구성될 수 있다.

한편 상부 홀더(30)은 하부 홀더(20)과 동축으로 상부에 이격되도록 설치되는 구성으로서, 하부 척에 고정된 피용접물(5)에 웰딩 결합되는 또 다른 피용접물(2)을 고정하기 위한 상부 척(31)과, 테이블(10)에 설치됨으로서 상부 척(31)을 지지하기 위한 지지 모듈(32)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때 상부 척(31)은 피용접물(2, 3)을 고정하기 위한 상부 척부(311)와 상부 척부(311)의 물림/해제 동작을 조절하기 위한 구동부(312)를 포함한다. 상부 척부(311)는 하부 척과 동일한 기능을 수행하기 위해서, 예를 들어 하부 척과 유사한 구성으로서 피용접물(2, 3)을 하부 척의 중심축과 동일한 중심축에 위치되도록 하면서 고정하기 위한 구성이 포함될 수 있다.

지지 모듈(32)에는 상하 이동부(322)가 포함되어, 지지 모듈(32)을 기준으로 하여 상부 척(31)이 상하 이동하도록 구동하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상하 이동부(322)의 프레임을 지지하고, 기어 모듈 및 모터의 구동을 통해서 상하 이동부(322)의 이동을 가이드 및 제어하는 수직 프레임(식별번호 없음)이 상하 이동부(322)의 이동 경로를 제어하도록 구성될 수 있다.

레이저 웰딩 유닛(40)은 상부 및 하부 홀더(30, 20)에 상술한 바와 같이 각각 고정된 두 피용접물(5, 2, 3)을 레이저를 통해 접합 포인트에 조사하여 상호 접합하기 위한 구성으로서, 테이블(10) 상부에 하부 홀더(20)를 중심으로 방사형이 되도록 복수개(예를 들어 3개)가 배열되어 전방을, 구체적으로는 전방으로 하향으로 레이저를 조사하도록 구성될 수 있다.

구체적으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 테이블(10)에 설치되는 상하 이동 모듈(41)과, 상하 이동 모듈(41)에 장착되는 좌우 이동 모듈(42)과, 좌우 이동 모듈(42)과, 좌우 이동 모듈(42)의 상부에 장착되는 경사 이동 모듈(43)과, 경사 이동 모듈(43)의 상부에 장착되는 레이저 웰더(44)를 포함하여 구성된다.

레이저 웰딩 유닛(40)에는 피용접물(5, 2, 3)에 의한 빛의 반사가 심한 경우, 후술하는 카메라(50)에 의하여 촬영된 피용접물 영상에서 접합 부위의 위치 검출 연산이 용이하게 수행되도록 개별 제어 또는 순차 제어를 통해 조명이 되도록 하는 조명 장치(미도시)가 더 포함될 수 있다.

피용접물(5, 2, 3)은 예를 들어 레이저 다이오드의 접합 시, 상부 홀더(30)에 의하여 고정되는 피용접물(2, 3)은 리셉터클(2) 및 미들링(3)을 포함하며, 하부 홀더(20)에 의하여 고정되는 피용접물(5)은 레이저 다이오드를 의미할 수 있다.

한편 예를 들어 좌우 이동 모듈(42)이 레이저 웰딩 유닛(40)의 초기 위치 설정용 좌우 이동을 제어하는 기능을 수행 시, 레이저 조사 시 레이저 웰더(44)에 대한 좌우 이동을 가능하게 하기 위해서 외기 공급 및 실린더의 상호 이동에 의하여 좌우 이동이 제어되는 서브 좌우 이동 모듈(45)이 추가적으로 포함될 수 있다.

레이저 조사 제어부(300)은 예를 들어 후술하는 컴퓨팅 장치(200)에 포함되거나 컴퓨팅 장치(200)와 별도의 프로세서로 이루어지는 구성으로서, 상술한 바와 같이 상하좌우 이동 및 경사 이동이 가능한 레이저 웰딩 유닛(40), 구체적으로는 실제 레이저를 조사하는 레이저 웰더(44)의 상하좌우 이동 및 조사각도(경사)를 제어하기 위한 상술한 다수의 이동 모듈에 포함된 기어를 제어하기 위해서 기어를 구동하는 모터에 제어 신호를 제공하여 레이저 웰딩 유닛(40)의 조사 위치를 제어하는 기능을 수행한다.

즉 레이저 조사 제어부(300)는 컴퓨팅 장치(200)로부터 제어 명령을 수신하면, 이를 분석하여 컴퓨팅 장치(200)의 제어 명령에 포함된 레이저의 조사 위치에 정확하게 레이저 웰더(44)가 레이저를 조사하여 피용접물(2, 3, 5)을 접합하도록 하는 기능을 수행한다.

한편, 카메라(50)는 도면에 도시된 바와 같이 하부 홀더(20)의 하부 척의 상면, 즉 상술한 바에 의하면 피용접물(5)이 고정되면서 다른 피용접물(2, 3)과 접촉하여 결합이 이루어져야 하는 위치를 향하되, 레이저 웰딩 장치(40)가 설치된 설치면, 즉 본 실시예에서는 테이블(10)이 위치된 면과 평행한 방향(일반적으로 지면과 평행한 방향)으로 하부 척의 상면을 촬영하도록 설치되어 있으며, 하부 척의 중심을 서로 다른 방향으로 촬영하도록 다수개 설치될 수 있다.

카메라(50)는 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 서로 직교하는 방향으로 두 개가 설치되거나, 레이저 웰딩 유닛(40)과 유사하게 상호 120도를 이루면서 3개가 하부 척의 중심축을 기준으로 방사형으로 배치될 수 있다.

일반적인 기술에서 영상 촬영 및 분석을 통해서 접합 포인트를 산출하기 위해서는, 피용접물(2, 3, 5)의 정확환 이미지 및 경계선을 파악할 필요가 있다. 기존의 기술에 의하면, 레이저 웰더(44)의 상부 영역에 레이저 웰딩 유닛(40)에 포함되는 구성으로서 영상 촬영 장치가 존재하며, 해당 영상 촬영 장치에 의하여 촬영된 영상을 분석하여 접합 포인트를 인식하고, 인식된 접합 포인트에 레이저를 조사하도록 레이저 웰딩 유닛(40)에 포함된 모터 및 기어를 구동하여 레이저 웰더(44)의 위치를 조절하여, 조사되는 레이저의 조사 위치를 제어하게 된다.

그러나 영상 촬영 장치가 기존과 같이 레이저 웰더(44)의 상부에 위치하는 경우, 레이저 웰더(44)로부터 조사되는 빛에 의하여 반사된 빛이 영상 촬영 장치에 입사하여 정확한 피용접물(2, 3, 5)의 영상을 획득하기 어려운 문제점이 있다.

특히, 두 피용접물(2, 3, 5)이 예를 들어 써스 등의 동일한 재질인 경우, 기존의 영상 촬영 장치의 촬영 각도로는, 두 피용접물(2, 3, 5)의 정확한 경계면을 촬영하는 것이 불가능하다. 두 피용접물(2, 3, 5)의 재질이 동일한 경우, 중심 축 영역에서 피용접물(2, 3, 5)의 경계면이 없어지기 때문이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 두 피용접물(2, 3, 5)의 용접면이 평평한 특징을 이용해야 할 필요가 있다. 이러한 환경에서는 두 피용접물의 용접면과 평행한 방향 영상을 촬영하되, 서로 다른 방향에서 두 영상을 촬영하여 이를 정합하면, 동일한 재질이라도 정확한 피용접물(2, 3, 5) 사이의 경계면 파악이 가능하다.

이를 위해서 본 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이 레이저 웰딩 유닛(40)과 별도의 위치에서, 피용접물(2, 3, 5)의 결합면과 평행한 방향으로 피용점물(2, 3, 5)을 촬영하도록 카메라(50)를 위치시키게 된다.

한편 이러한 영상 촬영 효과를 극대화하기 위해서 도 5에 도시된 바와 같이, 카메라(50)에는 영상 촬영 모듈(식별번호 없음, 도 5에서 최 우측에 위치한 영상 촬영 방향으로 돌출된 구성으로서 영상을 촬영하는 기능을 수행하는 구성)의 상하 이동(Z방향)을 위해서 지지부(51)를 통해 상하 이동이 가능한 상하 이동 모듈(511) 및 일정 각도의 촬영 각도 제어를 위한 회동 모듈(52)이 포함될 수 있다.

영상 촬영 모듈의 상하 이동 및 각도 제어는, 다음과 같이 이루어 질 수 있다. 예를 들어 두 카메라(50)가 직교하여 위치된 경우, 하나의 카메라(50)에서 영상이 촬영되면 해당 촬영 이미지에서 상술 및 후술하는 바의 기능 수행에 따라서 컴퓨팅 장치(200)로부터 두 피용접물(3, 5)의 접촉면이 파악되며, 이 경우 접촉면의 높이 및 경사가 파악된다. 이러한 하나의 축(예를 들어 X 축)에서의 영상은, 이와 직교하는 축(예를 들어 Y 축)에서 영상을 촬영하는 다른 카메라의 영상 촬영 모듈의 높이 및 조사 각도를 결정할 수 있는 자료로 활용될 수 있다.

즉, 본 발명에서 컴퓨팅 장치(200)는 하나의 카메라(50)에서 촬영한 영상을 기준으로 피용접물(3, 5)의 접촉면을 파악하고 해당 접촉면의 위치 및 경사를 이용하여 다른 카메라(50)의 영상 촬영의 높이 및 촬영 각도를 결정하고 이를 제어 대상이 되는 다른 카메라(50)의 상하 이동 모듈(511) 및 회동 모듈(52)에 대해 제어 신호를 전송한다.

이를 위해서 도 6, 7을 참조하면, 미들링 등의 하부 부품(3)과 이에 끼워진 리셉터클 등의 상부 부품(2)의 상호 결합 이외에, 직경이 거의 동일한 하부 부품(3)과 상부 부품(2)을 광정렬 후 용접할 수 있다. 상부 부품(2)의 접합 부위의 크기가 고르지 않은 경우, 즉 작업시마다 하부 부품(3)의 접합 위치의 상하 변경이 발생하는 경우, 하부 부품(2)의 바닥 에지의 위치를 카메라(50)를 통해 측정한 후 정해진 기준점과 비교시에 발생하는 오차를 오프셋으로 적용하여 상부 부품(2)과 하부 부품(3)이 정확한 위치에서 용접되도록 하는 전처리 과정이 추가적으로 수행될 수 있다. 하부 부품(3)은 상부 부품(2)과 다른 피용접물(5)의 접합을 위해서 상술한 전처리 과정에서 용접되는 부품을 의미한다.

한편 리셉터클(2)에는 광통신을 위한 파이버(1) 및 접속구(1a)가 경사부(1a1)를 포함하여 연결될 수 있고, 렌즈(4)가 리셉터클(2)의 하부에 결합될 수 있다. 미들링(3)은 결합 시 렌즈(4)를 내부에 수용하도록 결합될 수 있다. 또한 피용접물(5)이 레이저 다이오드일 경우 단자(5a)가 포함될 수 있다.

이러한 전처리 과정에서는 먼저 최초 웰딩 포인트(P1)를 일차적으로 레이저 용접하게 되며, P1보다 하부의 이차 웰딩 포인트(P2)에 대해서 레이저를 조사하여 레이저 용접을 수행하게 된다. 이를 위해서 레이저 웰더(44)의 위치가 레이저 웰딩 유닛(40) 및 레이저 조사 제어부(300)의 기능 수행에 의하여 제어될 수 있다.

이후, 본 발명에서의 두 피용접물(2, 3, 5), 정확하게는 미들링(3)과 피용접물(5, 예를 들어 레이저 다이오드)을 결합하기 위해서 카메라(50)에서 촬영된 둘 이상의 영상을 기준으로 컴퓨팅 장치(200)의 기능이 수행된다.

컴퓨팅 장치(200)는 상술한 다수의 카메라(50)로부터 촬영된 하부 홀더(20), 구체적으로는 서로 다른 방향에서 촬영된 하부 척의 상면 영상을 바탕으로 두 피용접물(3, 5)의 접합 포인트를 향해 레이저 웰딩 유닛(40)으로부터 발생된 빛이 조사되도록 레이저 웰딩 유닛(40)을 제어하는, 즉 레이저 웰딩 유닛(40)의 상하좌우 및 경사 이동 모듈을 제어하는 신호를 발생하여 레이저 조사 제어부(300)에 전송함으로써, 레이저 조사 제어부(300)를 통해서 상술한 바와 같이 레이저 웰딩 유닛(40)의 상하좌우 및 경사 이동 모듈을 제어하도록 한다.

구체적인 컴퓨팅 장치(200)의 기능은 다음과 같다.

컴퓨팅 장치(200)는 레이저의 조사 위치 제어를 위채, 초기 위치에서의 하부 홀더(20)의 중심점, 즉 하부 척의 중심점을 기준으로 하여 3축의 좌표계를 설정한다. 이때 예를 들어 3축의 좌표계는, 예를 들어 일반적인 X, Y, Z축으로 서로 직교되는 3차원의 좌표계일 수 있다.

이때 적어도 일 축은 하부 홀더(20), 구체적으로 하부 척의 중심축과 동일하고(Z축), 나머지 두 축은 레이저 웰딩 장치가 설치된 설치면, 예를 들어 테이블(10)이 설치된 설치 면과 평행한 방향으로 서로 직교하는 축일 수 있다. 이때, 본 발명에서의 실시예와 같이, 카메라(50)가 서로 직교하는 방향으로 설치되어 있으며, 촬영 각도가 지면에 평행하도록, 즉 피용접물(3, 5)의 결합면에 거의 평행하도록 설치되는 경우, 카메라(50)의 촬영 방향이 이루는 축이 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 각각 두 축이 될 수 있다(X, Y).

이러한 환경이 구축됨을 가정하면, 컴퓨팅 장치(200)는 카메라(50)로부터 촬영된 영상으로부터 두 피용접물(3, 5) 사이의 접촉면 및 접촉면으로부터 도출되는 접합 포인트(P5)에 대한 좌표를 산출한다.

예를 들어 접합 포인트(P5)는, 다수의 카메라(50)로부터 촬영된 영상으로부터 파악된 경계면을 이용하여 산출될 수 있다. 즉, 다수의 카메라(50)는 상술한 촬영 방향을 통해서 피용접물(3, 5)이 접촉된 영역에서의 영상을 촬영할 것이며, 이를 통해서 본 발명의 실시예에서는 예를 들어 서로 직교한 방향, 즉 X, Y축에 해당하는 방향으로 촬영된 피용접물(3, 5)의 영상이 획득될 것이다.

컴퓨팅 장치(200)를 이러한 양 영상을 이용하되 먼저 두 피용접물(3, 5)의 접촉 영역에서의 객체 이미지의 경계면(경계선으로 구성되는 영역면, 에지, EDGE)을 픽셀 분석을 통해서 파악한다. 이는 각 이미지에서 색상의 변경값(그래디언트, GRADIENT)이 가장 크게 변경되는 픽셀을 분석함을 통해서 도출할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 두 피용접물(3, 5)의 사이즈, 구체적으로는 직경이 서로 다를 수 있다. 본 발명에서는 상술한 바와 같이 파악된 이미지의 경계면에서 두 피용접물(3, 5)의 접촉면에서 두 피용접물(3, 5)의 사이즈 차이에 의한 경계면의 형태 특징, 즉 사이즈 차이를 이용하여 접촉면을 파악한다.

즉, 파악된 경계면 중 두 피용접물의 사이즈 차이가 동일한 형태의 경계면 변경값을 갖는 영역을 두 피용접물의 접촉면으로 설정하는 것이다. 사이즈가 서로 다른 두 객체가 접촉된 영역에서 경계면이 급격하게 변경되는 특징을 이용한다.

이러한 분석을 상술한 바와 같이 서로 직교하는 두 영상 이미지로부터 파악하게 되면, 부품의 특성 상 서로 경사지더라도 모든 방향에서의 접촉면의 파악이 매우 정확하게 가능해진다. 이러한 과정이 완료되면, 컴퓨팅 장치(200)는 설정된 접촉면을 이루는 포인트들 중, 레이저 웰딩 유닛(40) 각각의 조사 방향에 가장 가까운 복수(레이저 웰딩 유닛(40)의 개수와 동일함이 바람직함)의 포인트를 접합 포인트(P5)로 설정한다. 도 6 및 7을 참조하면, 레이저 웰딩 유닛(40)이 3개임에 따라서 접합 포인트(P5)역시 3개로 설정됨을 확인할 수 있다.

이와 같은 접합 포인트(P5)가 산출되면, 컴퓨팅 장치(200)는 산출된 접합 포인트(P5)가 상술한 3출 좌표계에서 위치되는 좌표를 산출할 수 있다. 컴퓨팅 장치(200)는 이후 레이저 웰딩 유닛(40)으로부터 조사되는 빛이 형성하는 직선 라인이 두 피용접물(3, 5) 사이의 접합 포인트에 대한 좌표와 중첩되도록, 즉 레이저가 형성하는 라인이 접합 포인트에 대응하는 것으로 산출된 좌표를 지나가도록 하는 레이저 웰딩 유닛(40), 구체적으로는 레이저 웰더(44)의 위치 및 조사각도(경사)를 산출하고, 산출된 위치 및 조사 각도로 레이저 웰딩 유닛(40), 구체적으로 레이저 웰더(44)를 이동시키도록 하는 제어 명령을 생성하여 레이저 조사 제어부(300)에 전송하는 기능을 수행한다.

한편 본 발명에서는 최초의 접합 포인트(P5)에 대한 접합이 완료되면, 상부 척(31)은 이미 일 접합 포인트(P5)에서의 접합이 완료된 상태이기 때문에 더 이상 피용접물(2, 3)을 고정할 필요가 없다. 이에 따라서 최초의 접합이 완료된 후 상부 척(31)은 피용접물(2, 3)에 대한 고정을 해제하고 상부로 이동할 수 있다.

이후, 하부 홀더(20)의 기어 및 모터가 구동하여, 피용접물(2, 3, 5)을 일 회, 기설정된 각도만큼 회전하도록, 하부 척을 회동하게 된다. 이 경우, 하부 척의 경사, 피용접물(2, 3, 5)의 고정 오차에 따른 경사 등에 따라서 초기 위치에서 오차가 발생된 채로 피용접물(2, 3, 5)이 위치될 수 있다.

또한 최초 접합 이외에, 접합을 위해서 다수의 레이저 조사가 이루어지는 경우에는 비록 상부 척(31)이 더 이상 기능은 하지 않겠지만, 접합 후 하부 척이 회동함에 따라 상술한 바와 동일한 오차가 발생하여 피용접물(2, 3, 5)이 초기 위치에서 벗어난 위치에 위치될 수 있다.

이러한 오차를 제거하도록 하기 위해서는 하부 척을 상술한 바와 같이 회전 후에 상하좌우 또는 경사 이동하도록 하여 초기 위치로 하부 척이 위치되도록 하부 홀더(20)의 기어 및 모터를 제어해야 한다.

이를 위해서, 본 발명에서는 상술한 바와 같아 하부 홀더(20)에 설치된 상하좌우 이동, 회전 이동 및 경사를 제어하기 위한 다수의 기어를 구동하는 모터에 제어 신호를 제공하여, 하부 홀더(20)의 상부에 위치함으로써 피용접물(5 또는 2, 3, 5의 결합체)을 고정하는 하부 척의 상하좌우 이동, 회전 이동 및 경사 이동을 제어하는 하부 척 이동 제어부(400)가 웰딩 장치에 더 포함될 수 있다.

이때 컴퓨팅 장치(200)는 레이저 웰딩 유닛(40)으로부터 레이저가 일 회 조사된 후에, 기설정된 각도로 하부 척이 회전하도록 하부 홀더(20)의 회전 이동 모듈의 기어를 구동하는 모터에 대한 제어 명령을 생성하여 하부 척 이동 제어부(400)에 전송한다.

이후, 상술한 바와 같이 하부 척의 초기 위치에 하부 척이 위치되도록 하기 위해서, 하부 척의 상하좌우 이동 및 경사 이동 모듈(21, 22)에 포함된 기어를 구동하는 모터에 대한 제어 신호를 생성하여 하부 척 이동 제어부(400)에 전송한다.

이후 상술한 기능 수행을 위해서, 컴퓨팅 장치(200)는 레이저 웰딩 유닛(40)으로부터의 일 회의 레이저 조사가 완료된 후, 기설정된 각도로 하부 척을 상술한 바와 같이 회전하도록 한 뒤, 바람직하게는 상술한 바와 같이 하부 척의 초기 위치에 하부 척이 위치되도록 한 후, 다수의 카메라(50)에 영상을 촬영하도록 하는 제어 신호를 송신하여, 다수의 카메라(50)로부터 영상이 촬영된 시점에서의 레이저 웰더(44)의 조사 위치를 제어하는 신호를 발생하여 레이저 조사 제어부(300)에 전송한다.

이를 통해서, 각 시점에서의 정확한 레이저 웰더(44)의 조사 위치를 제어하고, 이를 통해서 레이저 웰더(44)가 정확하게 피용접물(3, 5)의 접합 포인트(P5)에 레이저를 조사하도록 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 하부 홀더(20)의 중심점에서 설치면과 평행한 방향으로, 즉 두 피용접물(3, 5)의 경계선이 구조적으로 가장 뚜렷하게 인식될 수 있고, 레이저의 조사에 의한 광간섭에 의하여 경계선이 가장 뚜렷하게 보일 수 있는 방향에서 2차원적으로 영상을 촬영하여 분석한 뒤, 이를 통해서 레이저 웰더(44)에서 발광되는 레이저의 조사 영역을 제어하게 된다. 이에 따라서, 기존의 기술에 비하여 매우 높은 정확도로 두 피용접물(3, 5)의 상태에 따라서 접합 포인트에 레이저가 조사될 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 특히 두 피용접물(3, 5)의 재질이 같은 경우에도, 레이저의 간섭이 최소화되도록 하고 두 피용접물(3, 5)의 경계선을 매우 높은 정확도로 인지하고, 이를 통해서 접합 포인트를 매우 높은 정확도로 인지할 수 있어, 웰딩의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 상부 및 하부 홀더에 각각 고정된 두 피용접물을 복수의 접합 포인트에 레이저를 조사하여 접합하는 레이저 웰딩 장치에 관한 것으로,
   하부 홀더를 중심으로 방사형이 되도록 복수개 배열되어 전방을 향해 레이저를 조사하는 레이저 웰더 및 레이저 웰더의 상하좌우 이동 및 조사각도를 제어할 수 있는 다수의 기어 및 기어를 구동하는 모터를 포함하는 레이저 웰딩 유닛;
   상기 레이저 웰딩 유닛의 다수의 기어를 구동하는 모터에 제어 신호를 제공하여 상기 레이저 웰더로부터 조사되는 레이저의 조사 위치를 제어하는 레이저 조사 제어부;
   상기 하부 홀더의 상면을 향하되, 상기 레이저 웰딩 장치가 설치된 설치면과 평행한 방향으로 상기 하부 홀더의 상면을 촬영하도록 설치되어 있으며, 상기 하부 홀더의 중심을 서로 직교하는 방향으로 촬영하도록 서로 직교하여 설치된 두개의 카메라; 및
   상기 두개의 카메라로부터 촬영된 상기 하부 홀더의 상면 영상을 바탕으로 상기 두 피용접물의 접합 포인트를 향해 상기 레이저 웰더로부터 발생된 빛이 조사되도록 레이저 웰딩 유닛을 제어하는 신호를 발생하여 상기 레이저 조사 제어부에 전송하는 컴퓨팅 장치;를 포함하고,
   상기 카메라에는,
   상기 카메라의 상하 이동이 가능한 상하 이동 모듈 및 일정 각도의 촬영 각도 제어를 위한 회동 모듈이 포함되고,
   상기 컴퓨팅 장치는,
   상기 두개의 카메라 중 어느 한 카메라로부터 촬영된 상기 하부 홀더의 상면 영상을 바탕으로 상기 두 피용접물의 접촉면을 파악하고, 파악된 접촉면을 바탕으로 접촉면의 높이 및 경사를 파악한 후, 파악된 접촉면의 높이 및 경사를 이용하여 다른 카메라의 높이 및 조사 각도를 결정하고, 결정된 높이 및 조사 각도가 되도록 다른 카메라의 상하 이동 모듈 및 회동 모듈에 대해 제어 신호를 전송하고,
   상기 컴퓨팅 장치는,
   초기 위치에서의 상기 하부 홀더의 중심점을 기준으로 3축의 좌표계를 설정하고, 상기 두개의 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 분석된 두 피용접물 사이의 접촉면 및 접촉면으로부터 도출되는 접합 포인트에 대한 좌표를 산출하고, 상기 레이저 웰더로부터 조사되는 빛이 형성하는 라인이 상기 두 피용접물 사이의 접합 포인트에 대한 좌표와 중첩되도록 하는 상기 레이저 웰더의 위치 및 조사각도를 산출한 뒤, 상기 산출된 레이저 웰더의 위치 및 조사 각도로 상기 레이저 웰더를 이동시키도록 하는 제어 명령을 생성하여 상기 레이저 조사 제어부에 전송하고,
   상기 3축의 좌표 중 적어도 일 축은 상기 하부 홀더의 중심 축과 동일하고, 나머지 두 축은 상기 레이저 웰딩 장치가 설치된 설치면과 평행한 방향으로 서로 직교하는 축이고,
   상기 하부 홀더에 설치된 상하좌우 이동, 회전 이동 및 경사를 제어하기 위한 다수의 기어를 구동하는 모터에 제어 신호를 제공하여 하부 홀더의 상부에 위치하여 피용접물을 고정하는 하부 척의 상하좌우 이동, 회전 이동 및 경사 이동을 제어하는 하부 척 이동 제어부;를 더 포함하고,
   상기 컴퓨팅 장치는,
   레이저 웰딩 유닛으로부터 레이저가 조사된 후, 기설정된 각도로 상기 하부 척을 회전하도록 한 뒤, 기설정된 하부 척의 초기 위치로 상기 하부 척이 위치되도록 상기 하부 척의 상하좌우 이동 및 경사를 제어하는 제어 신호를 상기 하부 척 이동 제어부에 전송하고,
   상기 컴퓨팅 장치는,
   상기 레이저 웰딩 유닛으로부터의 일 회의 레이저 조사가 완료된 후, 기설정된 각도로 상기 하부 척을 회전하도록 한 뒤 상기 두개의 카메라에 영상을 촬영하도록 하는 제어 신호를 송신하여, 상기 두개의 카메라로부터 영상이 촬영된 시점에서의 상기 레이저 웰더의 조사 위치를 제어하는 신호를 발생하여 상기 레이저 조사 제어부에 전송하고,
   상기 컴퓨팅 장치는,
   상기 두개의 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 경계면을 파악하고, 상기 두 피용접물의 접촉면에서의 상기 두 피용접물의 사이즈 차이를 이용하여, 파악된 경계면 중 상기 두 피용접물의 사이즈 차이와 동일한 경계면 변경값을 갖는 영역을 두 피용접물의 접촉면으로 설정한 뒤, 설정된 접촉면을 이루는 포인트들 중 상기 레이저 웰더의 조사 방향에 가장 가까운 포인트를 상기 접합 포인트로 설정하는 것을 특징으로 하는 광통신 부품용 레이저 웰딩 장치.
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