KR102023706B1

KR102023706B1 - 레이저 가공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102023706B1
Application number: KR1020180160079A
Authority: KR
Inventors: 정운상; 김민규
Original assignee: (주)에이치피케이
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2019-11-04

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 대상물에 제1 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물의 표면에 레이저 초점을 형성하는 제1 레이저 발생기, 상기 대상물에 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물에 레이저 스페클을 발생시키는 제2 레이저 발생기, 상기 대상물의 표면에 상기 레이저 스페클이 발생되는 영역인 스페클 영역에 제1 라인 빔을 조사하여 제1 초점 영역을 만드는 제1 라인 카메라를 포함하고, 상기 제1 라인 카메라를 이용하여 상기 레이저 스페클의 변화를 실시간으로 측정한다.

Description

레이저 가공 장치 및 방법{LASER DRILLING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.

디스플레이 제조 공정에서 커팅(Cutting) 및 스크라이빙(Scribing)을 위해 사용되는 레이저 가공 장치에는 해당 공정을 수행하기 전에 대상물의 정렬 및 검사를 위해 비전 시스템이 장착된다.

레이저 가공 장치의 카메라 및 렌즈의 해상도가 검사 용도에 적합하지 않고 레이저 가공용 헤드와 비전 시스템을 동축으로 사용할 수 없어 이러한 비전 시스템은 실시간으로 가공 영상을 확보하기 어렵다.

또한, 레이저 가공 시 발생하는 열 또는 빛 등의 영향으로 레이저 가공 공정 중에는 정확한 검사가 어렵다. 따라서, 비젼 시스템은 커팅 및 스크라이빙 공정 후 커팅 크기(Cutting Size), 커팅 정확도(Cutting Accuracy) 등을 확인하는 용도로 주로 사용하고 있다.

레이저 가공 장치를 이용하여 생산된 제품 중 랜덤으로 일부 제품을 선택하고 검사 장치를 이용하여 양품을 선택하고, 이후 레이저 가공 장치의 공정 조건을 다시 설정하는 피드백을 통해 양품을 생산하고 있다. 이와 같이, 레이저 가공 장치를 이용하여 생산한 제품의 품질은 사후 판별만이 가능하여 비용 및 시간이 많이 들게 된다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실시간으로 가공 공정의 피드백이 가능하여 가공 품질을 향상시킬 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기 제1 라인 카메라와 상기 제1 레이저 발생기를 서로 연결하는 레이저 설정 조정부를 더 포함하고, 상기 레이저 설정 조정부는 상기 제1 라인 카메라를 통해 획득한 레이저 스페클의 스페클 정보를 이용하여 상기 제1 레이저 발생기의 레이저 가공의 설정을 조정할 수 있다.

상기 제2 레이저 빔은 단파장 레이저 빔 또는 협대역 레이저 빔을 포함할 수 있다.

상기 레이저 초점은 상기 제1 초점 영역 내부에 위치할 수 있다.

상기 제1 라인 카메라에 설치되며 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 파장을 분리하여 상기 제2 레이저 빔의 파장만을 수집하는 제1 파장 선택 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 레이저 발생기, 상기 제2 레이저 발생기, 그리고 상기 제1 라인 카메라가 설치되어 함께 이송되는 이송 스테이지를 더 포함할 수 있다.

상기 스페클 영역에 제2 라인 빔을 조사하여 제2 초점 영역을 만드는 제2 라인 카메라를 더 포함하고, 상기 레이저 초점은 상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역의 경계면에 위치할 수 있다.

상기 제2 라인 카메라에 설치되며 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 파장을 분리하여 상기 제2 레이저 빔의 파장만을 수집하는 제2 파장 선택 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 라인 카메라는 상기 이송 스테이지에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 대상물에 제1 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물의 표면에 레이저 초점을 형성하는 제1 레이저 발생기, 상기 대상물에 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물에 레이저 스페클을 발생시키는 제2 레이저 발생기, 상기 대상물의 표면에 상기 레이저 스페클이 발생되는 영역인 스페클 영역에 다중 라인 빔을 조사하여 다중 라인 초점 영역을 만드는 다중 라인 카메라를 포함하고, 상기 다중 라인 초점 영역은 상기 스페클 영역에 대응하며, 상기 다중 라인 카메라를 이용하여 상기 레이저 스페클의 변화를 실시간으로 측정한다.

상기 다중 라인 카메라와 상기 제1 레이저 발생기를 서로 연결하는 레이저 설정 조정부를 더 포함하고, 상기 레이저 설정 조정부는 상기 다중 라인 카메라를 통해 획득한 레이저 스페클의 스페클 정보를 이용하여 상기 제1 레이저 발생기의 레이저 가공의 설정을 조정할 수 있다.

상기 레이저 초점은 상기 다중 라인 초점 영역 내부에 위치할 수 있다.

상기 다중 라인 카메라에 설치되며 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 파장을 분리하여 상기 제2 레이저 빔의 파장만을 수집하는 파장 선택 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 레이저 발생기, 상기 제2 레이저 발생기, 그리고 상기 다중 라인 카메라가 설치되어 함께 이송되는 이송 스테이지를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법은 제1 레이저 발생기를 이용하여 대상물에 제1 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물을 가공하는 단계, 제2 레이저 발생기를 이용하여 상기 대상물에 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물에 레이저 스페클을 발생시키는 단계, 제1 라인 카메라 및 제2 라인 카메라를 이용하여 상기 레이저 스페클의 스페클 정보를 획득하는 단계, 그리고 상기 스페클 정보를 이용하여 상기 대상물의 가공 품질의 변화 여부를 확인하는 단계를 포함한다.

상기 대상물의 가공 품질의 변화가 발생한 경우에는 레이저 가공의 설정을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 스페클 정보를 획득하는 단계는 상기 대상물의 표면에 상기 레이저 스페클이 발생되는 영역인 스페클 영역에 상기 제1 라인 카메라를 이용하여 제1 초점 영역을 만들고, 상기 제2 라인 카메라를 이용하여 제2 초점 영역을 만드는 단계, 상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역을 조합하여 스페클 영상 정보를 획득하는 단계, 그리고 상기 스페클 영상 정보로부터 스페클 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 방법은 라인 카메라를 이용하여 실시간으로 레이저 가공의 품질을 측정할 수 있다. 즉, 레이저 스페클(Laser speckle)의 변화를 라인 카메라로 실시간 획득하여 레이저 가공에 의한 대상물의 물리적, 화학적 변화를 측정함으로써, 가공 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시간으로 레이저 가공 장치로 피드백함으로써, 자체 광학계 및 조건 보정을 수행하여 생산, 가공 현장에서 작업 효율성, 시간 단축, 조건 설정 등 가공과 관련된 직간접적 행동에 대한 자동 최적화가 가능하다.

또한, 레이저 가공 공정 진행 중 대상물의 변화를 관찰할 수 있으므로, 레이저 가공에서 수반되는 열 영향 영역(Heat Affected Zone, HAZ)의 크기와 변화도를 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치에 의해 대상물의 표면에 발생하는 스페클 영역, 제1 초점 영역, 그리고 레이저 초점을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 도면이다.
도 4는 도 3의 레이저 가공 장치에 의해 대상물의 표면에 발생하는 스페클 영역, 제1 초점 영역, 제2 초점 영역, 그리고 레이저 초점을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 도면이다.
도 7은 도 6의 레이저 가공 장치에 의해 대상물의 표면에 발생하는 스페클 영역, 다중 초점 영역, 그리고 레이저 초점을 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 도면이고, 도 2는 도 1의 레이저 가공 장치에 의해 대상물의 표면에 발생하는 스페클 영역, 제1 초점 영역, 그리고 레이저 초점을 도시한 도면이다.

우선, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 제1 라인 카메라(300), 제1 파장 선택 필터(400), 이송 스테이지(500), 그리고 레이저 설정 조정부(5)를 포함한다.

제1 레이저 발생기(100)는 대상물(1)에 제1 레이저 빔(10)을 조사하여 대상물(1)의 표면에 레이저 초점(11)을 형성할 수 있다. 이러한 제1 레이저 발생기(100)는 제1 레이저 빔(10)의 레이저 초점(11)을 이용하여 대상물(1)을 가공하게 된다.

제2 레이저 발생기(200)는 대상물(1)에 제2 레이저 빔(20)을 조사하여 대상물(1)에 레이저 스페클을 발생시킬 수 있다. 제2 레이저 빔(20)은 단파장 레이저 빔 또는 협대역 레이저 빔을 포함할 수 있으며, 대상물(1)을 가공할 정도의 강도를 가지지 않는다. 따라서, 대상물(1)에 레이저 스페클을 발생시킬 수 있다. 대상물(1)의 표면에는 레이저 스페클이 발생되는 영역인 스페클 영역(21)이 형성된다. 여기서, 레이저 스페클은 제2 레이저 빔(20)에 의한 간섭 노이즈에 해당하는 것으로서, 균질한 제2 레이저 빔(20)이 대상물(1)의 표면에서 반사될 때 대상물(1)의 표면의 거칠기에 의해 산란되는 빛의 간섭 노이즈를 의미한다

제1 라인 카메라(300)는 제1 라인 빔(30)을 스페클 영역(21)에 조사하여 제1 초점 영역(31)을 만들 수 있다. 제1 초점 영역(31)은 복수개의 픽셀(P)이 소정 방향으로 길게 연결되는 형상을 가질 수 있다. 제1 초점 영역(31)과 레이저 초점(11)은 모두 스페클 영역(21) 내부에 포함될 수 있다.

제1 초점 영역(31) 내부의 중앙에 레이저 초점(11)이 위치할 수 있다. 따라서, 제1 레이저 빔(10)을 이용하여 대상물(1)을 가공하는 경우 발생하는 스페클 영역(21)에서의 레이저 스페클의 변화를 제1 라인 카메라(300)를 통해 측정할 수 있다.

이와 같이, 제1 라인 카메라(300)를 이용하여 레이저 스페클의 변화를 실시간으로 측정할 수 있다. 이 때, 제1 초점 영역(31)에서 픽셀(P)이 길게 연결되는 방향인 종축 방향(Y)의 위상 변화를 측정할 수 있다.

레이저 설정 조정부(5)는 제1 라인 카메라(300)와 제1 레이저 발생기(100)를 서로 연결할 수 있다. 레이저 설정 조정부(5)는 제1 라인 카메라(300)를 통해 획득한 레이저 스페클의 스페클 정보를 이용하여 제1 레이저 발생기(100)의 레이저 가공의 설정을 조정할 수 있다. 즉, 제2 레이저 발생기(200)에 의해 발생한 제2 레이저 빔(20)에 의한 간섭 노이즈인 스페클 정보를 제1 라인 카메라(300)가 획득하고, 이를 통해 제1 레이저 발생기(100)에 의한 레이저 가공에 의한 대상물(1)의 물리적 및 화학적 변화를 실시간으로 측정할 수 있다. 따라서, 대상물(1)의 변화를 실시간으로 제1 레이저 발생기(100)에 피드백하여 레이저 가공 조건을 조절할 수 있다.

제1 파장 선택 필터(400)는 제1 라인 카메라(300)에 설치될 수 있다. 제1 파장 선택 필터(400)는 제1 레이저 빔(10)과 제2 레이저 빔(20)의 파장을 분리하여 제1 라인 카메라(300)가 제2 레이저 빔(20)의 파장만을 수집할 수 있게 한다. 따라서, 제1 레이저 빔(10)을 이용한 레이저 가공 공정 중에도 레이저 스페클의 변화를 정확히 측정할 수 있다.

이송 스테이지(500)에는 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 그리고 제1 라인 카메라(300)가 설치되어 함께 이송될 수 있다. 이러한 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 그리고 제1 라인 카메라(300)는 하나의 광학계를 구성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 제1 라인 카메라(300)만으로 레이저 스페클의 변화를 측정하므로, 저렴하면서도 빠르게 가공 품질을 측정할 수 있다. 따라서, 제1 레이저 발생기(100)의 레이저 가공의 설정을 실시간으로 조정할 수 있어 가공 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 일 실시예에서는 제1 라인 카메라만이 설치되었으나, 제2 라인 카메라를 추가로 설치하는 다른 실시예도 가능하다.

이하에서, 도 3 및 도 4를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저가공 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 도면이고, 도 4는 도 3의 레이저 가공 장치에 의해 대상물의 표면에 발생하는 스페클 영역, 제1 초점 영역, 제2 초점 영역, 그리고 레이저 초점을 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4에 도시된 다른 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예와 비교하여 제2 라인 카메라 및 제2 파장 선택 필터만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 제1 라인 카메라(300), 제2 라인 카메라(600), 제1 파장 선택 필터(400), 제2 파장 선택 필터(700), 이송 스테이지(500), 그리고 레이저 설정 조정부(5)를 포함한다.

제2 라인 카메라(600)는 제2 라인빔(40)을 스페클 영역(21)에 조사하여 제2 초점 영역(41)을 만들 수 있다. 제2 초점 영역(41)은 복수개의 픽셀(P)이 소정 방향으로 길게 연결되는 형상을 가질 수 있다. 제1 초점 영역(31), 제2 초점 영역(41), 그리고 레이저 초점(11)은 모두 스페클 영역(21) 내부에 포함될 수 있다.

이 때, 레이저 초점(11)은 제1 초점 영역(31)과 제2 초점 영역(41)의 경계면에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 레이저 빔(10)을 이용하여 대상물(1)을 가공하는 경우 발생하는 스페클 영역(21)에서의 레이저 스페클의 변화를 제1 라인 카메라(300) 및 제2 라인 카메라(600)를 통해 신속하고 정확하게 측정할 수 있다.

특히, 제1 라인 카메라(300)에 의해 제1 초점 영역(31)과 제2 라인 카메라(600)에 의한 제2 초점 영역(41) 모두에 의해 스페클 영역(21)의 영상을 측정할 수 있어 보다 신속하고 정확하게 가공 품질의 변화를 측정할 수 있다. 즉, 제1 초점 영역(31) 및 제2 초점 영역(41)을 이용하여 종축 방향(Y)의 위상 변화와 횡축 방향(X)의 위상 변화를 모두 측정할 수 있으므로, 보다 정확하게 가공 품질의 변화를 측정할 수 있다.

레이저 설정 조정부(5)는 제1 라인 카메라(300)와 제1 레이저 발생기(100)를 서로 연결하며, 제2 라인 카메라(600)와 제1 레이저 발생기(100)를 서로 연결할 수 있다. 레이저 설정 조정부(5)는 제1 라인 카메라(300) 및 제2 라인 카메라(600)를 통해 획득한 레이저 스페클의 스페클 정보를 이용하여 제1 레이저 발생기(100)의 레이저 가공의 설정을 조정할 수 있다.

제2 파장 선택 필터(700)는 제2 라인 카메라(600)에 설치될 수 있다. 제2 파장 선택 필터(700)는 제1 레이저 빔(10)과 제2 레이저 빔(20)의 파장을 분리하여 제2 라인 카메라(600)가 제2 레이저 빔(20)의 파장만을 수집할 수 있게 한다. 따라서, 제1 레이저 빔(10)을 이용한 레이저 가공 공정 중에도 레이저 스페클의 변화를 정확히 측정할 수 있다.

이 때, 이송 스테이지(500)에는 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 제1 라인 카메라(300), 그리고 제2 라인 카메라(600)가 설치되어 함께 이송될 수 있다. 이러한 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 제1 라인 카메라(300), 그리고 제2 라인 카메라(600)는 하나의 광학계를 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 가공 방법에 대해 이하에서 도면을 참고로 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법의 순서도이다.

도 1, 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 우선 제1 레이저 발생기(100)를 이용하여 대상물(1)에 제1 레이저 빔(10)을 조사하여 대상물(1)의 표면에 레이저 초점(11)을 형성함으로써, 대상물(1)을 가공한다(S10).

그리고, 제2 레이저 발생기(200)를 이용하여 대상물(1)에 제2 레이저 빔(20)을 조사하여 대상물(1)에 레이저 스페클을 발생시킨다(S20). 제1 레이저 발생기(100)를 이용하여 대상물(1)을 가공하는 동시에 제2 레이저 발생기(200)를 이용하여 대상물(1)에 레이저 스페클을 발생시킨다.

다음으로, 제1 라인 카메라(300) 및 제2 라인 카메라(600)를 이용하여 레이저 스페클의 스페클 정보를 획득한다(S30).

이하에서 스페클 정보를 획득하는 단계에 대해 구체적으로 설명한다.

우선, 대상물(1)의 표면에 레이저 스페클이 발생되는 영역인 스페클 영역(21)에 상기 제1 라인 카메라(300)를 이용하여 제1 초점 영역(31)을 만들고, 제2 라인 카메라(600)를 이용하여 제2 초점 영역(41)을 만든다.

그리고, 제1 초점 영역(31)과 제2 초점 영역(41)을 조합하여 스페클 영상 정보를 획득한다. 이 때, 스페클 영상 정보에는 스페클 정보와 대상물(1) 표면의 출력 강도 정보가 함께 포함된다.

그리고, 스페클 영상 정보로부터 스페클 정보를 추출한다. 즉, 스페클 영상 정보로부터 밴드 패스(bandpass), 하이패스 필터(high pass filer)등의 신호 추출 알고리즘을 수행하여 스페클 정보를 추출한다.

다음으로, 스페클 정보를 이용하여 대상물(1)의 가공 품질의 변화 여부를 확인한다(S40). 즉, 스페클 정보에서 스페클의 위상 및 강도의 변화 등 형상 및 열에 의해 발생하는 스페클의 변화를 확인한다.

대상물(1)의 가공 품질이 변화하여 목표 품질에 도달하지 않은 경우에는 레이저 설정 조정부(5)를 이용하여 레이저 가공의 설정을 조정한다(S50).

이 때, 최적화 알고리즘을 사용하여 스캐닝 속도, 방향, 레이저 전압 전류, 가공 초점 변수 조절 등의 레이저 가공의 설정을 진행하여 대상물(1)의 가공 품질의 최적화를 도모한다.

또한, 데이터 마이닝(Data mining) 방법을 이용하여 대상 물질의 가공 품질과 스페클의 변화와의 상관성 데이터 세트(Dataset)의 생성하고, 이를 이용하여 최적화 알고리즘을 적용한다.

그리고, 조정된 레이저 가공의 설정을 이용하여 대상물(1)을 다시 제1 레이저 발생기(100)를 이용하여 가공한다.

그리고, 대상물(1)의 가공 품질이 변화하지 않아 대상물(1)의 가공 품질이 목표 품질에 도달하는 경우에는 레이저 가공 공정을 완료한다(S60).

한편, 상기 일 실시예에서는 제1 라인 카메라가 설치되었으나, 다중 라인 카메라가 설치되는 다른 실시예도 가능하다.

이하에서, 도 6 및 도 7을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저가공 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 도면이고, 도 7은 도 6의 레이저 가공 장치에 의해 대상물의 표면에 발생하는 스페클 영역, 다중 라인 초점 영역, 그리고 레이저 초점을 도시한 도면이다.

도 6 및 도 7에 도시된 다른 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예와 비교하여 영역 카메라, 다중 라인 초점 영역만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 다중 라인 카메라(800), 파장 선택 필터(900), 이송 스테이지(500), 그리고 레이저 설정 조정부(5)를 포함한다.

다중 라인 카메라(800)는 다중 라인 레이저 빔(50)을 스페클 영역(21)에 조사하여 다중 라인 초점 영역(51)을 만들 수 있다. 다중 라인 초점 영역(51)은 복수개의 픽셀(P)이 배치되어 사각형 형상을 가질 수 있다.

다중 라인 초점 영역(51)의 크기를 관심 영역(Region Of Interest, ROI)으로 한정하고, 다중 라인 초점 영역(51)의 대부분과 레이저 초점(11)은 스페클 영역(21) 내부에 포함될 수 있다.

다중 라인 초점 영역(51) 내부의 중앙에 레이저 초점(11)이 위치할 수 있다. 따라서, 다중 라인 레이저 빔(50)을 이용하여 대상물(1)을 가공하는 경우 발생하는 스페클 영역(21)에서의 레이저 스페클의 변화를 다중 라인 카메라(800)를 통해 측정할 수 있다.

이와 같이, 다중 라인 초점 영역(51)의 크기를 관심 영역(ROI)으로 한정하고 다중 라인 카메라(800)를 이용하여 레이저 스페클의 변화를 실시간으로 측정할 수 있다.

레이저 설정 조정부(5)는 다중 라인 카메라(800)와 제1 레이저 발생기(100)를 서로 연결할 수 있다. 레이저 설정 조정부(5)는 다중 라인 카메라(800)를 통해 획득한 레이저 스페클의 스페클 정보를 이용하여 제1 레이저 발생기(100)의 레이저 가공의 설정을 조정할 수 있다.

파장 선택 필터(900)는 다중 라인 카메라(800)에 설치될 수 있다. 파장 선택 필터(900)는 제1 레이저 빔(10)과 제2 레이저 빔(20)의 파장을 분리하여 다중 라인 카메라(800)가 제2 레이저 빔(20)의 파장만을 수집할 수 있게 한다. 따라서, 제1 레이저 빔(10)을 이용한 레이저 가공 공정 중에도 레이저 스페클의 변화를 정확히 측정할 수 있다.

이송 스테이지(500)에는 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 그리고 다중 라인 카메라(800)가 설치되어 함께 이송될 수 있다. 이러한 제1 레이저 발생기(100), 제2 레이저 발생기(200), 그리고 다중 라인 카메라(800)는 하나의 광학계를 구성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 다중 라인 초점 영역의 크기를 관심 영역(ROI)으로 한정하고 다중 라인 카메라만으로 레이저 스페클의 변화를 측정하므로, 저렴하면서도 빠르게 가공 품질을 측정할 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

100: 제1 레이저 발생기 200: 제2 레이저 발생기
300: 제1 라인 카메라 400: 제1 파장 선택 필터
500: 이송 스테이지 600: 제2 라인 카메라
700: 제2 파장 선택 필터 800: 다중 라인 카메라
900: 파장 선택 필터

Claims

대상물에 제1 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물의 표면에 레이저 초점을 형성하는 제1 레이저 발생기,
상기 대상물에 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물의 표면에 레이저 스페클을 발생시키는 제2 레이저 발생기,
상기 대상물의 표면에 상기 레이저 스페클이 발생되는 영역인 스페클 영역에 제1 라인 빔을 조사하여 제1 초점 영역을 만드는 제1 라인 카메라,
상기 스페클 영역에 제2 라인 빔을 조사하여 제2 초점 영역을 만드는 제2 라인 카메라
를 포함하고,
상기 레이저 스페클은 상기 제2 레이저 빔에 의한 간섭 노이즈에 해당하며,
상기 제1 초점 영역은 상기 스페클 영역 내부에 포함되어 종축 방향으로 길게 형성되며,
상기 제2 초점 영역은 상기 스페클 영역 내부에 포함되어 상기 종축 방향과 평행하게 연장되며,
상기 레이저 초점은 상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역의 경계면에 위치하고,
상기 제1 라인 카메라 및 상기 제2 라인 카메라를 이용하여 상기 레이저 스페클에서 상기 종축 방향 및 상기 종축 방향과 교차하는 횡축 방향을 따라 발생하는 위상 변화를 실시간으로 측정하는 레이저 가공 장치.
제1항에서,
상기 제1 라인 카메라와 상기 제1 레이저 발생기를 서로 연결하는 레이저 설정 조정부를 더 포함하고,
상기 레이저 설정 조정부는 상기 제1 라인 카메라를 통해 획득한 레이저 스페클의 스페클 정보를 이용하여 상기 제1 레이저 발생기의 레이저 가공의 설정을 조정하는 레이저 가공 장치.
제1항에서,
상기 제2 레이저 빔은 단파장 레이저 빔 또는 협대역 레이저 빔을 포함하는 레이저 가공 장치.
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제1항에서,
상기 제1 라인 카메라에 설치되며 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 파장을 분리하여 상기 제2 레이저 빔의 파장만을 수집하는 제1 파장 선택 필터를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
제5항에서,
상기 제1 레이저 발생기, 상기 제2 레이저 발생기, 그리고 상기 제1 라인 카메라가 설치되어 함께 이송되는 이송 스테이지를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
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제6항에서,
상기 제2 라인 카메라에 설치되며 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 파장을 분리하여 상기 제2 레이저 빔의 파장만을 수집하는 제2 파장 선택 필터를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
제8항에서,
상기 제2 라인 카메라는 상기 이송 스테이지에 설치되는 레이저 가공 장치.
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제1 레이저 발생기를 이용하여 대상물에 제1 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물을 가공하는 단계,
제2 레이저 발생기를 이용하여 상기 대상물에 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 대상물에 레이저 스페클을 발생시키는 단계,
제1 라인 카메라 및 제2 라인 카메라를 이용하여 상기 레이저 스페클의 스페클 정보를 획득하는 단계, 그리고
상기 스페클 정보를 이용하여 상기 대상물의 가공 품질의 변화 여부를 확인하는 단계
를 포함하고,
상기 스페클 정보를 획득하는 단계는
상기 대상물의 표면에 상기 레이저 스페클이 발생되는 영역인 스페클 영역에 상기 제1 라인 카메라를 이용하여 제1 초점 영역을 만들고, 상기 제2 라인 카메라를 이용하여 제2 초점 영역을 만드는 단계,
상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역을 조합하여 스페클 영상 정보를 획득하는 단계, 그리고
상기 스페클 영상 정보로부터 스페클 정보를 추출하는 단계
를 포함하며,
상기 제1 초점 영역은 상기 스페클 영역 내부에 포함되어 종축 방향으로 길게 형성되며,
상기 제2 초점 영역은 상기 스페클 영역 내부에 포함되어 상기 종축 방향과 평행하게 연장되며,
레이저 초점은 상기 제1 초점 영역과 상기 제2 초점 영역의 경계면에 위치하고,
상기 제1 라인 카메라 및 제2 라인 카메라를 이용하여 상기 레이저 스페클에서 상기 종축 방향 및 상기 종축 방향과 교차하는 횡축 방향을 따라 발생하는 위상 변화를 실시간으로 측정하는 레이저 가공 방법.
제15항에서,
상기 대상물의 가공 품질의 변화가 발생한 경우에는 레이저 가공의 설정을 조정하는 단계를 더 포함하는 레이저 가공 방법.
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