KR102353291B1 - 레이저 빔 품질 측정장치 - Google Patents

레이저 빔 품질 측정장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102353291B1
KR102353291B1 KR1020200063706A KR20200063706A KR102353291B1 KR 102353291 B1 KR102353291 B1 KR 102353291B1 KR 1020200063706 A KR1020200063706 A KR 1020200063706A KR 20200063706 A KR20200063706 A KR 20200063706A KR 102353291 B1 KR102353291 B1 KR 102353291B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
image
laser
optical system
fiber
Prior art date
Application number
KR1020200063706A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210048390A (ko
Inventor
배한성
김재훈
최상훈
곽윤기
Original Assignee
배한성
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 배한성 filed Critical 배한성
Publication of KR20210048390A publication Critical patent/KR20210048390A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102353291B1 publication Critical patent/KR102353291B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/707—Auxiliary equipment for monitoring laser beam transmission optics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0014—Monitoring arrangements not otherwise provided for

Abstract

본 발명은 레이저 용접헤드에서 사용되는 레이저 빔을 모니터링하여 레이저 출력수단 또는 광학계의 손상 여부를 검출하는 레이저 빔 품질 측정장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 품질 측정장치는, 레이저 용접헤드의 내부에 구비된 벤딩미러로부터 일부만 투과되는 레이저 출력수단의 레이저 빔을 감쇠시키기 위한 광감쇠수단이 구비되는 광감쇠부; 광감쇠부를 통해 감쇠된 레이저 빔의 이미지를 획득하는 이미지센서; 및 레이저 빔의 레퍼런스이미지와 이미지센서가 검출한 레이저 빔의 검출이미지가 저장부에 저장되며, 저장부에 저장된 레퍼런스이미지와 검출이미지 간의 중심값, 레이저 빔의 반지름, 이심률, 검출주기, 민감도를 적어도 포함하는 관리항목 값의 비교를 통해 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석하는 분석수단이 구비되는 컨트롤러부;를 포함함으로써, 레이저 용접헤드를 직접 분해하지 않고서, 레이저 빔을 모니터링하여 레이저 출력수단 또는 광학계의 손상 여부를 검출하는 레이저 빔 품질 측정장치를 사용자에게 제공할 수 있다.

Description

레이저 빔 품질 측정장치{Laser beam quality measuring device}
본 발명은 레이저 빔 품질 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 용접헤드에서 사용되는 레이저 빔을 모니터링하여 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출하는 레이저 빔 품질 측정장치에 관한 것이다.
산업분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저 빔이 지속적으로 채택되는 추세이며, 이러한 레이저 빔의 적용에 있어 요구되는 목표로는 레이저 빔 에너지 분포의 균일화, 열처리 온도의 유지를 위한 레이저 빔의 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저 빔의 조사 속도 제어 및 에너지 흡수율의 극대화 등을 들 수 있다.
즉, 상기 목표들이 충족될 때, 레이저 빔을 이용한 제품 개발에 있어 원가절감 및 품질향상의 효과를 기대할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 용접헤드를 나타내는 단면도로써, 레이저 출력수단이 파이버(10)로 적용된 레이저 용접헤드를 나타내며, 구성요소로는 파이버(10), 벤딩미러(20), 이미지센서(30) 및 스캐너(40)가 구비된다.
파이버(10)는 출력되는 레이저 빔(1)을 평행하게 만들기 위한 콜리메이터(15)가 구비되고, 파이버(10)로부터 출력되는 레이저 빔(1)은 벤딩미러(20)에 입사되며, 스캐너(40)를 통해서 최종 가공물로 출사된다. 스캐너(40)는 데이터 전송부로부터 전송된 좌표, 속도 등의 데이터를 반영하여 레이저 빔을 이동시킨다. 이미지센서(30)는 벤딩미러(20)에서 투과된 일부의 레이저 빔(1)을 전기적 신호로 변화하여 화상을 획득한다.
기존에는, 레이저 용접헤드를 이용한 공정 불량시, 작업자가 레이저 용접헤드를 직접 분해하여 1차로 타겟위치에서 레이저 빔(1)의 세기를 특정하여 광출력이 낮아지는지 여부를 확인하고, 2차로 레이저 출력수단인 파이버(10) 또는 콜리메이터(15) 및 벤딩미러(20)를 적어도 포함하는 광학계의 손상 여부를 검출해왔다.
그러나 기존의 레이저 용접헤드의 불량 확인방법은 작업자가 레이저 용접헤드를 직접 분해함에 따라 레이저 용접헤드에 오염물이 인입되거나, 작업자의 부주의로 인한 손상이나 2차 오염이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 레이저 용접헤드의 불량 확인방법은 레이저 용접헤드를 직접 분해함에 따라, 제품 생산라인의 가동을 중단한 후에 수행되어야 하므로, 제품 생산에 있어 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 레이저 용접헤드를 직접 분해하지 않고서 레이저 용접헤드의 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1116635호(레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0118445호(레이저 용접장치) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0087389호(레이저 용접 헤드 및 공정)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 레이저 공정 프로세스 모니터는 작업 중인 공정의 품질을 확인하기 위한 장치이지만, 본 발명은 공정을 위한 레이저 빔의 품질 자체를 확인하기 위한 장치로서, 레이저 빔의 입사 경로에 설치된 벤딩미러를 투과하는 레이저 빔의 일부를 이용하는 레이저 빔 품질 측정장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 레이저 용접헤드를 직접 분해하지 않고서, 레이저 빔을 모니터링하여 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출하는 레이저 빔 품질 측정장치를 제공하는데 목적이 있다.
그리고 본 발명은 벤딩미러를 투과하는 레이저 빔의 일부의 크기 및 광량을 감쇠시킨 후 획득 및 저장되는 검출이미지와 저장부에 기저장된 레퍼런스이미지를 비교하여 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석하기 위한 분석수단이 구비되는 레이저 빔 품질 측정장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 분석수단이 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출할 때, 상기 분석수단이 분석한 손상 이유에 해당되는 레이저 출력수단 및 레이저 용접헤드에 구비된 광학계 중 적어도 하나의 점검을 요청하는 메시지를 출력하기 위한 디스플레이가 구비되는 레이저 빔 품질 측정장치를 제공하는데 목적이 있다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 품질 측정장치는, 레이저 용접헤드의 내부에 구비된 벤딩미러로부터 일부만 투과되는 레이저 출력수단의 레이저 빔을 감쇠시키기 위한 광감쇠수단이 구비되는 광감쇠부; 광감쇠부를 통해 감쇠된 레이저 빔의 이미지를 획득하는 이미지센서; 및 레이저 빔의 레퍼런스이미지와 이미지센서가 검출한 레이저 빔의 검출이미지가 저장부에 저장되며, 저장부에 저장된 레퍼런스이미지와 검출이미지 간의 중심값, 레이저 빔의 반지름, 이심률, 검출주기, 민감도를 적어도 포함하는 관리항목 값의 비교를 통해 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석하는 분석수단이 구비되는 컨트롤러부;를 포함한다.
그리고 광감쇠수단은, 벤딩미러를 통해 일부만 투과되는 레이저 빔을 수렴하여 레이저 빔의 크기가 감쇠되도록 하는 포커싱렌즈; 포커싱렌즈에 의해 크기가 감쇠된 레이저 빔을 적어도 한 번 이상 반사시켜 레이저 빔의 광량이 0.1~4%로 감쇠되도록 하는 웨지미러; 및 웨지미러에 의해 광량이 감쇠된 레이저 빔의 광량을 추가적으로 감쇠시키기 위한 광학필터;를 포함한다.
또한, 웨지미러는, 감쇠장치에 의해 크기가 감쇠된 레이저 빔의 일부만을 레이저 빔의 입사방향을 가로지르는 제1 방향으로 반사시켜 레이저 빔의 광량이 1차적으로 감쇠되도록, 기설정된 제1 각도로 기울어지는 제1 웨지미러; 및 제1 웨지미러에 의해 1차적으로 광량이 감쇠된 레이저 빔의 일부만을 레이저 빔의 입사방향을 직교하는 제2 방향으로 반사시켜 레이저 빔의 광량이 2차적으로 감쇠되게 하면서 광량이 2차 감쇠된 레이저 빔이 광학필터로 입사되도록, 제1 웨지미러를 통해 반사되는 레이저 빔의 입사방향을 기준으로 제1 웨지미러와 평행하게 이격 배치되되, 기설정된 제2 각도로 기울어지는 제2 웨지미러;를 포함할 수 있다.
그리고 제1, 2 웨지미러는, 기설정된 제1, 2 각도로 각각 기울어져 제1, 2 웨지미러의 후방면으로부터 반사되는 고스트 빔이 이미지센서를 향해 각각 반사되지 않도록 할 수 있다.
또한, 광학필터는, 웨지미러의 전방면으로부터 반사되는 레이저 빔의 광량이 0.1~4%를 벗어날 때 동작된다.
그리고 분석수단은, 레이저 출력수단이 파이버이고, 레퍼런스이미지와 검출이미지 간의 관리항목 값 비교를 통해 파이버 또는 광학계의 손상 여부가 검출되는 경우, 레이저 빔이 출력되는 파이버의 출력부 손상, 광학계의 공기 중 오염 및 파이버로부터 출력되는 레이저 빔의 열에 의한 광학계의 손상 중 적어도 하나의 손상 이유에 의해 파이버 또는 광학계가 손상된 것으로 분석한다.
또한, 컨트롤러부는, 레퍼런스이미지와 레퍼런스이미지의 관리항목 값을 제1 영역, 검출이미지와 검출이미지의 관리항목 값을 제2 영역에 출력하며, 분석수단이 파이버 또는 광학계의 손상 여부를 분석하는 경우, 분석수단이 분석한 손상 이유에 해당되는 파이버 또는 광학계의 점검을 요청하는 메시지나, 레퍼런스이미지의 관리항목 값과 검출이미지의 관리항목 값의 비교 결과를 제3 영역에 더 출력하는 디스플레이;를 포함한다.
그리고 컨트롤러부는, 이미지센서와 USB 3.0, GigE(Gigabit Ethernet), 와이파이, 블루투스, 지그비 중 적어도 하나를 통해 통신된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 용접헤드를 직접 분해하지 않고서, 레이저 빔을 모니터링하여 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출하는 레이저 빔 품질 측정장치를 사용자에게 제공할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 벤딩미러를 투과하는 레이저 빔의 일부의 크기 및 광량을 감쇠시킨 후 획득 및 저장되는 검출이미지와 저장부에 기저장된 레퍼런스이미지를 비교하여 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석하기 위한 분석수단이 구비되는 레이저 빔 품질 측정장치를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 분석수단이 레이저 출력수단 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출할 때, 상기 분석수단이 분석한 손상 이유에 해당되는 레이저 출력수단 및 레이저 용접헤드에 구비된 광학계 중 적어도 하나의 점검을 요청하는 메시지를 출력하기 위한 디스플레이가 구비되는 레이저 빔 품질 측정장치를 사용자에게 제공할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 용접헤드를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 품질 측정장치가 장착된 레이저 용접헤드를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 품질 측정장치를 나타내는 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 품질 측정장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨지미러의 효과를 개략적으로 나타내는 부분확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤러부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부에 저장되는 이미지들을 나타내는 실제 사진이다.
도 8은 레퍼런스이미지와 유사한 검출이미지가 출력된 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이를 나타내는 실제 사진이다.
도 9는 파이버 손상의 검출이미지가 출력된 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이를 나타내는 실제 사진이다.
도 10은 파이버의 점검을 요청하는 메시지가 출력된 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이를 나타내는 실제 사진이다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리(범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
실시예의 구성
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 자세히 설명하도록 하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 품질 측정장치가 장착된 레이저 용접헤드를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 품질 측정장치를 나타내는 측면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 품질 측정장치를 나타내는 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨지미러의 효과를 개략적으로 나타내는 부분확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤러부의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부에 저장되는 이미지들을 나타내는 실제 사진이고, 도 8은 레퍼런스이미지와 유사한 검출이미지가 출력된 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이를 나타내는 실제 사진이며, 도 9는 파이버 손상의 검출이미지가 출력된 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이를 나타내는 실제 사진이고, 도 10은 파이버의 점검을 요청하는 메시지가 출력된 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이를 나타내는 실제 사진이다.
도 2 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 레이저 빔 품질 측정장치(100)는 도 1에 도시된 레이저 용접헤드의 일부에 장착되는 장치로서 광감쇠부(110), 이미지센서(120) 및 컨트롤러부(130)를 포함하도록 구성된다.
이러한 레이저 빔 품질 측정장치(100)는 헤드 내에 입사되는 레이저 빔을 분기하여 받아들이는 이미지센서(120)를 이용하여 레이저의 정상 출력유무, 출력수단과 빔 경로 상의 광학계의 오염 및 손상여부를 확인할 수 있어, 상술한 종래의 문제점을 해소할 수 있다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 광감쇠부(110)는 레이저 용접헤드의 내부에 구비된 벤딩미러(20)로부터 일부만 투과되는 레이저 출력수단의 레이저 빔(1a)을 감쇠시키기 위한 광감쇠수단이 구비되며, 레이저 빔(1a)의 크기 및 광량을 감쇠시키기 위해 벤딩미러(20)를 투과하는 레이저 빔(1a)의 경로 상에 설치되는 것이 바람직할 것이다.
여기서, 레이저 출력수단은 수 kW의 고출력 레이저 빔을 출력하는 파이버(10) 또는 디스크(Disk)일 수 있으나, 본 발명에서의 레이저 출력수단은 파이버(10)를 예로 설명하도록 하겠다.
또한, 광감쇠부(110)의 광감쇠수단은 포커싱렌즈(111), 웨지미러(112) 및 광학필터(113)로 이루어진다.
포커싱렌즈(111)는 벤딩미러(20)를 통해 일부만 투과되는 레이저 빔(1a)을 수렴하여 상기 레이저 빔(1a)의 크기가 감쇠되도록 한다. 여기서, 포커싱렌즈(111)는 이미지센서(120)가 레이저 빔(1c)을 획득할 수 있게 레이저 빔(1a)의 크기를 감쇠하는 것이 바람직할 것이다.
이러한 포커싱렌즈(111)는 벤딩미러(20)와 이격 배치되되, 벤딩미러(20)와의 이격거리 조절을 통해 수렴하는 레이저 빔(1a)의 양을 조절하여 레이저 빔(1a)의 크기가 감쇠되도록 한다.
이와 같이, 벤딩미러(20)와의 이격거리를 조절하기 위해 포커싱 렌즈(111)는 일측에 거리조절수단(미도시)이 구비될 수 있으며, 상기 거리조절수단(미도시)은 슬라이딩 이동방식을 채택하는 이동레일(미도시) 또는 면적의 확장 또는 축소가 가능한 자바라부재(미도시)일 수 있다.
한편, 벤딩미러(20)는 종래에 파이버(10)로부터 출력되는 레이저 빔(1)을 스캐너(40)를 향해 반사시키는 역할만 수행하였으나, 본 발명에서 벤딩미러(20)는 파이버(10)로부터 출력되는 레이저 빔(1)을 스캐너(40)로 반사시키되, 레이저 빔의 일부(1a)는 투과되어 포커싱렌즈(111)에 입사되도록 한다. 즉, 본 발명에서 사용되는 벤딩미러(20)는 도 1에 도시된 벤딩미러(20)와 역할이 다를 수 있다.
웨지미러(112)는 포커싱렌즈(111)에 의해 크기가 감쇠된 레이저 빔(1a)을 적어도 한 번 이상 반사시켜 레이저 빔(1a)의 광량이 감쇠되도록 한다.
구체적인 일 실시예로, 웨지미러(112)는 도 3에 도시된 바와 같이, 기설정된 각도로 기울어져 포키싱렌즈(111)에 의해 크기가 감쇠된 레이저 빔(1a)의 광량이 0.1~4 %(바람직하게는, 4 %)로 감쇠되도록 한다. 또한, 기설정된 각도는 후방면으로부터 반사되는 고스트 빔(미도시)이 이미지센서(120)를 향해 반사되지 않도록 하는 각도를 의미한다.
상기 일 실시예와 달리, 다른 실시예의 웨지미러(112)는 도 4a 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(1a)의 광량이 감쇠되도록 하기 위해, 제1 웨지미러(112a) 및 제2 웨지미러(112b)로 이루어질 수 있다. 다만, 웨지미러(112)가 제1, 2 웨지미러(112a, 112b)로 이루어지는 것은 필수적인 것이 아니어서, 일부가 생략되거나 별도의 웨지미러가 추가 구비될 수 있다.
제1 웨지미러(112a)는 광량이 감쇠된 레이저 빔(1a)의 일부만을 레이저 빔(1a)의 입사방향을 가로지르는 제1 방향으로 투과시켜 레이저 빔(1a)의 광량이 1차적으로 감쇠되도록 할 수 있다. 여기서, 레이저 빔(1a)의 일부는 레이저 빔(1b)을 의미할 수 있다. 또한, 광량이 감쇠된 레이저 빔(1a)은 포커싱렌즈(110), 대물렌즈 등의 감쇠장치(미도시)에 의해 장착홀(110a)을 통과하도록 광량이 감쇠될 수 있다. 그리고 상기 감쇠장치는 레이저 빔(1a)의 광량을 감쇠하기 위해, 레이저 빔(1a)이 입사되는 구역에 형성된 장착홀(110a)에 장착되거나 광감쇠부(110)의 전단에 배치될 수 있다.
이러한 제1 웨지미러(112a)는 벤딩미러(20)를 투과하는 레이저 빔(1a)의 투과방향에 배치되되, 기설정된 제1 각도로 기울어질 수 있다.
여기서, 기설정된 제1 각도라 함은, 제1 웨지미러(112a)가 광량이 감쇠된 레이저 빔(1a)의 일부인 레이저 빔(1b)을 반사시켜 레이저 빔(1b)의 광량이 레이저 빔(1a)의 5~10 %(바림직하게는, 10 %)로 감쇠되도록 하면서, 후방면으로부터 반사되는 고스트 빔(2a)이 이미지센서(120)를 향해 반사되지 않도록 하는 각도를 의미할 수 있다.
이와 같이, 제1 웨지미러(112a)가 이미지센서(120)를 향해 고스트 빔(2a)이 반사되지 않도록 하는 것은, 고스트 빔(2a)이 이미지센서(120)로 반사될 시, 이미지센서(120)가 획득하는 이미지에 영향을 줄 수 있기 때문이다.
제2 웨지미러(112b)는 제1 웨지미러(112a)에 의해 1차적으로 광량이 감쇠된 레이저 빔(1b)의 일부만을 레이저 빔(1b)의 입사방향을 직교하는 제2 방향으로 투과시켜 레이저 빔(1b)의 광량이 2차적으로 감쇠되게 하면서 2차적으로 광량이 감쇠된 레이저 빔(1b)의 일부가 광학필터(113)로 입사되도록 할 수 있다. 여기서, 레이저 빔(1b)의 일부는 레이저 빔(1c)을 의미할 수 있다.
이러한 제2 웨지미러(112b)는 제1 웨지미러(112a)를 통해 반사되는 레이저 빔(1b)의 입사방향을 기준으로 제1 웨지미러(112a)와 평행하게 이격 배치되며, 기설정된 제2 각도로 기울어질 수 있다. 이때, 제2 웨지미러(112b)는 레이저 빔(1b)의 입사 및 반사를 위해 제1 웨지미러(112a)와 이격될 수 있다.
여기서, 기설정된 제2 각도라 함은, 제2 웨지미러(112b)가 제1 웨지미러(112a)의 전방면으로부터 반사되는 레이저 빔(1b)의 일부인 레이저 빔(1c)을 반사시켜 레이저 빔(1c)의 광량이 레이저 빔(1a)의 0.1~4 %(바람직하게는, 4 %)로 감쇠되도록 하면서, 후방면으로부터 반사되는 고스트 빔(2b)이 이미지센서(120)를 향해 반사되지 않도록 하는 각도를 의미할 수 있다.
제2 웨지미러(112b)가 이미지센서(120)를 향해 고스트 빔(2b)이 반사되지 않도록 하는 것은, 고스트 빔(2b)이 이미지센서(120)로 반사될 시, 이미지센서(120)가 획득하는 이미지에 영향을 줄 수 있기 때문이다.
상기 고스트 빔(2a, 2b)은 광학계의 투과성 광학부품의 표면에서 빛(레이저)이 완전히 투과되지 못하고 부분 반사되어 발생하는 것이며, 주로 광학부품 자체의 두 면 사이나 인접한 다른 광학부품과의 표면 사이에서 부분 반사된 빛들이 초점면에서 형성되는 빔을 의미한다.
광학필터(113)는 웨지미러(112)에 의해 광량이 감쇠된 레이저 빔(1c)의 광량을 추가적으로 감쇠시키기 위해 구비된다.
여기서, 광학필터(113)는 피사체의 색체와는 관계없이 전 파장역에 걸쳐서 균등하게 광량을 감쇠시키는 ND필터(Neutral Density filter) 또는 중성농도/광량감쇠 필터일 수 있다.
또한, 광학필터(113)는 웨지미러(112)의 전방면으로부터 반사되는 레이저 빔(1c)의 광량이 0.1~4 %(바람직하게는, 4 %)를 벗어날 때 동작된다. 즉, 광학필터(113)는 웨지미러(112)로부터 반사되는 레이저 빔(1c)의 광량이 상기 범위에 포함되면 동작이 생략될 수 있다.
한편, 광감쇠부(110)는 광학필터(113)의 동작을 결정하기 위해, 웨지미러(112)의 전방면으로부터 반사되는 레이저 빔(1c)의 광량을 측정하고, 측정한 레이저 빔(1c)의 정보를 광학필터(113)로 송신하는 광량측정센서(미도시)가 내부에 구비되는 것이 바람직할 것이다.
이미지센서(120)는 광학필터(113)의 일측에 구비되는 광측정장비(또는 빔프로파일러)로서, 웨지미러(112)로부터 반사되는 레이저 빔(1c) 또는 광학필터(113)를 통과하는 레이저 빔(1c)의 이미지를 획득하는 이미지센서가 구비된다.
여기서, 이미지센서는 빛(레이저) 에너지로 발생된 전하를 읽어내고, 전하가 각 픽셀에서 디지털 신호로 변환하여 전송하는 CMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)일 수 있다. 이러한 CMOS는 회로의 원칩화를 통한 소형화 및 관리가 유용하며, 고집적도 및 저전력으로 사용 가능한 장점이 있다.
또한, 이미지센서는 빛을 전하로 변환시켜 화상을 획득하는 방식의 CCD(Charge-Coulped Device)일 수 있다. 이때, 이미지센서는 빠른 처리속도 및 낮은 소비 전력의 장점이 있다.
컨트롤러부(130)는 파이버(10) 또는 콜리메이터(15)와 벤딩미러(20)를 적어도 포함하는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석하기 위해 컴퓨터(예: 소형 싱글 보드 컴퓨터)를 사용한다. 여기서, 소형 싱글 보드 컴퓨터(Single Board Computer)는 제어부의 역할을 수행하며, 소형화 및 컨트롤러부(130)에 일체화되는 장점이 있다.
이러한 컨트롤러부(130)는 저장부(131), 분석수단(132) 및 디스플레이(133)가 구비된다.
저장부(131)는 본 발명의 레이저 빔 품질 측정장치(100)가 레이저 용접헤드에 설치된 후 검출되는 정상적인 레이저 빔(1c)의 이미지인 레퍼런스이미지(131a)가 우선적으로 기저장된다. 여기서, 저장부(131)에 저장된 레피런스이미지(131a)는 파이버(10) 및 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 정상적 상태일 때, 이미지센서(120)가 획득한 레이저 빔(1c)의 이미지이면서, 저장부(131)에 검출이미지가 저장되기 전에 저장되는 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석하기 위한 기준이미지의 역할을 수행한다.
다만, 레퍼런스이미지(131a)는 파이버(10) 및 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 정상적 상태일 때 저장부(131)에 저장되는 것으로 한정하는 것은 아니며, 일례로 작업자가 컨트롤러부(130)를 통해 관리항목에 따른 값을 부여하여 설정된 후, 저장부(131)에 기저장될 수 있다. 여기서, 레퍼런스이미지(131a)를 설정하기 위한 관리항목은 중심값(centroid), 레이저 빔의 반지름(radius), 이심률(eccentricity), 검출주기, 민감도 등이 포함될 수 있으며, 상기 관리항목 요소는 이와 같이 한정하는 것은 아니며, 다른 관리항목의 요소가 추가되거나 생략될 수 있다.
이하에서는, 레퍼런스이미지(131a)가 컨트롤러부(130)를 통해 관리항목 값이 부여되는 것으로 설명하도록 하겠다.
그리고 저장부(131)는 레퍼런스이미지(131a)가 기저장된 후, 이미지센서(120)로부터 전달받은 레이저 빔(1c)의 이미지를 통해 검출이미지가 하나 이상 저장된다.
검출이미지는 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목의 값과 비교하여 오차범위에 포함되는 제1 검출이미지(131a') 및 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목의 값과 비교하여 오차범위보다 크거나 작은 제2 검출이미지(131b, 131c)를 의미한다.
제2 검출이미지(131b, 131c)는 파이버(10)의 출력부의 오염에 의해 검출되는 파이버 오염이미지(131b) 및 파이버(10)로부터 출력되는 레이저 빔(1)의 열에 의해 검출되는 광학계 손상이미지(131c)를 포함한다. 이하에서는, 파이버 오염이미지(131b)를 제2-1 검출이미지, 광학계 손상이미지(131c)를 제2-2 검출이미지로 설명하도록 하겠다.
더 나아가, 제2-2 검출이미지(131c)는 광학계의 공기 중 오염에 의해 검출되는 광학계 오염이미지를 더 포함한다.
즉, 제2 검출이미지(131b, 131c)는 광학계의 공기 중 오염, 파이버(10)의 출력부의 오염 및 파이버(10)로부터 출력되는 레이저 빔(1)의 열에 의한 광학계의 손상 중 적어도 하나의 손상 이유에 의해 레퍼런스이미지(131a)과 비교하여 관리항목의 값이 오차범위보다 크거나 작은 이미지이다.
한편, 컨트롤러부(130)는 이미지센서(120)가 획득한 레이저 빔(1c)의 이미지가 저장부(131)에 전달되도록 하기 위한 통신방식으로 USB 3.0, GigE(Gigabit Ethernet), 와이파이, 블루투스, 지그비 중 적어도 하나가 채택될 수 있다. 이를 통해, 컨트롤러부(130)는 이미지센서(120)와 직접 연결을 통한 통신 또는 근거리나 원거리 통신이 가능하여 이미지센서(120)가 획득한 레이저 빔(1c)의 이미지가 저장부(131)에 저장되도록 할 수 있다.
분석수단(132)은 저장부(131)에 저장되는 레퍼런스이미지(131a)와 검출이미지 간의 관리항목 값의 비교를 통해 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석한다.
구체적인 일례로, 저장부(131)에 제1 검출이미지(131a')가 저장되는 경우, 분석수단(132)은 제1 검출이미지(131a')의 관리항목 값과 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값을 비교하여 제1 검출이미지(131')의 관리항목 값이 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값의 오차범위 안에 포함되는 것으로 검출하여 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계에 손상되지 않은 것으로 분석한다.
이와 달리, 저장부(131)에 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지 (131c)가 저장되는 경우, 분석수단(132)은 제2 검출이미지(131b, 131c)의 관리항목 값과 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값을 비교하여 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지 (131c)의 관리항목 값이 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값의 오차범위보다 크거나 작은 것으로 검출하여 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계에 손상된 것으로 분석한다.
또한, 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부가 분석되는 경우, 분석수단(132)은 파이버(10)의 출력부 손상, 광학계의 공기 중 오염, 파이버(10)로부터 출력되는 레이저 빔(1)의 열에 의한 광학계의 손상 중 적어도 하나의 손상 이유에 의해 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 손상된 것으로 분석한다.
이때, 분석수단(132)은 레퍼런스이미지(131a)와 제2-1 검출이미지(131b) 간의 관리항목 값의 비교를 통해 파이버(10)가 손상된 것으로 분석하는 경우, 파이버(10)의 출력부가 손상된 것으로 분석한다.
또한, 분석수단(132)은 레퍼런스이미지(131a)와 제2-2 검출이미지(131c) 간의 관리항목 값의 비교를 통해 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 손상된 것으로 분석하는 경우, 광학계가 공기 중 오염 또는 파이버(10)로부터 출력되는 레이저 빔(1)의 열에 의해 손상된 것으로 분석한다.
그리고 분석수단(132)은 저장부(131)에 레퍼런스이미지(131a)가 기저장된 후, 제1 검출이미지(131a'), 제2-1 검출이미지(131b) 및 제2-2 검출이미지(131c) 중 적어도 하나가 저장될 때마다 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부 검출 및 분석을 수행할 수 있으나, 바람직하게는 작업자가 디스플레이(133)에 출력되는 검출 및 분석 시작버튼을 터치한 후, 제1 검출이미지(131a'), 제2-1 검출이미지(131b) 및 제2-2 검출이미지(131c) 중 적어도 하나를 통해 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석할 수 있다.
또한, 분석수단(132)은 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석하는 소프트웨어로 내장된 컴퓨터에 기저장될 수 있다.
디스플레이(133)는 저장부(131)에 저장되는 이미지와 분석수단(132)의 분석결과가 출력되는 터치패널이며, 컴퓨터에 기저장된 시각화 소프트웨어를 통해 다양한 정보를 출력한다. 여기서, 컨트롤러부(130)의 시각화 소프트웨어는 가우시안 분포 분석기술 및 곡선 피팅(Curve fitting)기술, 반치전폭(full with half maximum, FWHM) 및 1/e2 해석 기술, 비선형성 분석 기술, 최적화 필터 및 오류 보정 알고리즘, 정보 시각화 기술이 반영되며, 이와 다른 시각화 기술이 추가되거나 생략될 수 있다.
이러한 디스플레이(133)는 저장부(131)에 기저장된 레퍼런스이미지(131a)와 상기 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값을 제1 영역(133a)에 출력하며, 저장부(131)에 저장되는 제1 검출이미지(131a'), 제2-1 검출이미지(131b) 및 제2-2 검출이미지(131c) 중 적어도 하나와 상기 하나의 검출이미지의 관리항목 값을 제2 영역(133b)에 출력한다.
또한, 디스플레이(133)는 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)가 제2 영역(133b)에 출력된 후, 분석수단(132)이 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)를 통해 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 손상된 것으로 분석하는 경우, 분석수단(132)이 분석한 손상 이유에 해당되는 파이버(10) 및 레이저 용접헤드에 구비된 광학계 중 적어도 하나의 점검을 요청하는 메시지(1330)를 제3 영역(133c)에 출력할 수 있다.
구체적인 일례로, 메시지(1330)에는 도 10에 도시된 바와 같이, 분석수단(132)이 분석한 손상 이유에 해당되는 파이버(10)(도 10의 '레이저 빔')와 상기 파이버(10)의 점검 요청하는 문구(도 10의 'Warning' 및 '점검해 주세요.')가 포함될 수 있다.
더 나아가, 디스플레이(133)는 도면에 미도시되었으나, 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)가 제2 영역(133b)에 출력된 후, 분석수단(132)이 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)를 통해 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 손상된 것으로 분석하는 경우, 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값과 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)의 관리항목 값의 비교 결과를 제3 영역(133c)에 출력할 수 있다.
구체적인 일례로, 제2 영역(133b)에 제2-1 검출이미지(131b)와 상기 제2-1 검출이미지(131b)의 관리항목 값이 출력된 후, 분석수단(132)이 제2-1 검출이미지(131b)를 통해 파이버(10)가 손상된 것으로 분석하는 경우, 디스플레이(133)는 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값과 제2-1 검출이미지(131b)의 관리항목 값의 비교 결과를 제3 영역(133c)에 출력할 수 있다.
더 나아가, 제3 영역(133c)에는, 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값과 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)의 관리항목 값의 비교 결과 뿐만 아니라, 레퍼런스이미지(131)의 관리항목 값과 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)의 관리항목 값도 함께 출력될 수 있다.
한편, 컨트롤러부(130)는 제3 영역(133c)에 메시지(1330) 또는 관리항목 값의 비교 결과가 출력될 때, 작업자에게 메시지(1330) 또는 관리항목 값의 비교 결과의 출력 여부를 안내하기 위한 경고음을 발생시키는 경고발생부(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 경고발생부(미도시)는 제3 영역(133c)에 메시지(1330) 또는 관리항목 값의 비교 결과가 출력되는 동시에 경고음을 발생시키는 것이 바람직할 것이다.
실시예의 동작
먼저, 본 발명의 레이저 빔 품질 측정장치(100)는 레이저 용접헤드의 일부에 장착될 수 있다. 바람직하게는, 파이버(10)로부터 출력되는 레이저 빔(1)의 출력방향을 기준으로 벤딩미러(20)와 평행한 위치에 장착될 수 있다.
더 나아가, 레이저 빔 품질 측정장치(100)가 장착될 때, 파이버(10) 및 레이저 용접헤드에 구비된 광학계는 정상적으로 작동되는 상태일 수 있다.
레이저 빔 품질 측정장치(100)의 장착 후, 파이버(10)로부터 레이저 빔(1)이 출력되도록 하고, 이를 통해 이미지센서(120)는 광감쇠부(110)를 통해 크기 및 광량이 감쇠된 레이저 빔(1c)의 이미지를 획득할 수 있다.
이미지센서(120)의 이미지 획득 후, 저장부(131)는 이미지센서(120)가 획득한 레이저 빔(1c)의 이미지를 레퍼런스이미지(131a)로 저장할 수 있다. 다만, 레퍼런스이미지(131a)는 파이버(10) 및 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 정상적으로 작동되는지 여부와 상관없이, 관리항목의 설정을 통해 저장부(131)에 기저장될 수 있다. 여기서, 관리항목은 상술한 바와 같이, 중심값(centroid), 레이저 빔의 반지름(radius), 이심률(eccentricity), 검출주기, 민감도 등이 포함될 수 있으며, 상기 관리항목 요소는 이와 같이 한정하는 것은 아니며, 다른 관리항목의 요소가 추가되거나 생략될 수 있다.
레퍼런스이미지(131a)의 기저장 후, 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계는 반복적인 공정에 의해 손상될 수 있다.
파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상된 후, 파이버(10)로부터 레이저 빔(1)이 재차 출력되도록 하며, 이미지센서(120)는 레이저 빔(1c)의 이미지를 획득할 수 있다.
레이저 빔(1c)의 이미지 획득 후, 저장부(131)는 이미지센서(120)가 획득한 레이저 빔(1c)의 이미지를 검출이미지로 저장할 수 있다. 여기서, 검출이미지는 제1 검출이미지(131a'), 제2-1 검출이미지(131b) 및 제2-2 검출이미지(131c) 중 적어도 하나일 수 있다.
제1 검출이미지(131a'), 제2-1 검출이미지(131b) 및 제2-2 검출이미지(131c) 중 적어도 하나 저장 후, 디스플레이(133)는 레퍼런스이미지(131a)를 제1 영역(133a)에 출력할 수 있으며, 제1 검출이미지(131a'), 제2-1 검출이미지(131b) 및 제2-2 검출이미지(131c) 중 적어도 하나를 제2 영역(133b)에 출력할 수 있다.
제1 검출이미지(131a'), 제2-1 검출이미지(131b) 및 제2-2 검출이미지(131c) 중 적어도 하나 출력 후, 작업자가 디스플레이(133)의 검출 및 분석 시작버튼을 터치하는 경우, 분석수단(132)은 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석할 수 있다.
이때 만약, 저장부(131)에 제1 검출이미지(131a')가 저장되어 디스플레이(133)의 제2 영역(133b)에 출력되는 경우, 분석수단(132)은 저장부(131)에 저장된 레퍼런스이미지(131a)와 제1 검출이미지(131a')의 관리항목 값을 검출한 후, 관리항목 값의 비교를 통해 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 손상되지 않은 것으로 분석할 수 있다. 이와 같이, 분석수단(132)이 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 손상되지 않은 것으로 판단함에 따라, 디스플레이(133)에는 메시지(1330)의 출력이 생략될 수 있다.
이와 달리 만약, 저장부(131)에 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)가 저장되어 디스플레이(133)의 제2 영역(133b)에 출력되는 경우, 분석수단(132)은 저장부(131)에 저장된 레퍼런스이미지(131a)와 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)의 관리항목 값을 검출한 후, 관리항목 값의 비교를 통해 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 손상된 것으로 분석할 수 있다. 이와 같이, 분석수단(132)이 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계가 손상된 것으로 판단함에 따라, 디스플레이(133)에는 분석수단(132)이 분석한 손상 이유에 해당되는 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 점검을 요청하는 메시지(1330)가 출력될 수 있다. 더 나아가, 경고발생부(미도시)는 메시지(1330)의 출력과 동시에 경고음을 발생시킬 수 있다.
한편, 디스플레이(133)에는 메시지(1330) 대신에 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값과 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)의 관리항목 값의 비교 결과가 출력될 수 있으며, 경고발생부(미도시)는 레퍼런스이미지(131a)의 관리항목 값과 제2-1 검출이미지(131b) 또는 제2-2 검출이미지(131c)의 관리항목 값의 비교 결과의 출력과 동시에 경고음을 발생시킬 수 있다.
이를 통해, 작업자는 레이저 용접헤드를 직접 분해하지 않고서, 파이버(10) 또는 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 확인할 수 있는 효과가 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10: 파이버,
15: 콜리메이터,
20: 벤딩미러,
30: 이미지센서,
35: 튜브렌즈,
40: 스캐너,
100: 레이저 빔 품질 측정장치,
110: 광감쇠부,
111: 포커싱렌즈,
112: 웨지미러,
112a: 제1 웨지미러,
112b: 제2 웨지미러,
113: 광학필터,
120: 이미지센서,
130: 컨트롤러부,
131: 저장부,
132: 분석수단,
133: 디스플레이.

Claims (8)

  1. 레이저 용접헤드의 내부에 구비된 벤딩미러로부터 일부만 투과되는 레이저 출력수단의 레이저 빔을 감쇠시키기 위한 광감쇠수단이 구비되는 광감쇠부;
    상기 광감쇠부를 통해 감쇠된 레이저 빔의 이미지를 획득하는 이미지센서; 및
    레이저 빔의 레퍼런스이미지와 상기 이미지센서가 검출한 레이저 빔의 검출이미지가 저장부에 저장되며, 상기 저장부에 저장된 레퍼런스이미지와 상기 검출이미지 간의 중심값, 레이저 빔의 반지름, 이심률, 검출주기, 민감도를 적어도 포함하는 관리항목 값의 비교를 통해 상기 레이저 출력수단 또는 상기 레이저 용접헤드에 구비된 광학계의 손상 여부를 검출 및 분석하는 분석수단이 구비되는 컨트롤러부;를 포함하고,
    상기 광감쇠수단은,
    상기 벤딩미러를 통해 일부만 투과되는 레이저 빔을 수렴하여 상기 레이저 빔의 크기가 감쇠되도록 하는 포커싱렌즈;
    상기 포커싱렌즈에 의해 크기가 감쇠된 레이저 빔을 적어도 한 번 이상 반사시켜 상기 레이저 빔의 광량이 0.1~4 %로 감쇠되도록 하며, 레이저 빔의 입사 경로에 설치되는 웨지미러; 및
    상기 웨지미러에 의해 광량이 감쇠된 레이저 빔의 광량을 추가적으로 감쇠시키기 위한 광학필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 품질 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨지미러는,
    감쇠장치에 의해 광량이 감쇠된 레이저 빔의 일부만을 상기 레이저 빔의 입사방향을 가로지르는 제1 방향으로 투과시켜 상기 레이저 빔의 광량이 1차적으로 감쇠되도록, 기설정된 제1 각도로 기울어지는 제1 웨지미러; 및
    상기 제1 웨지미러에 의해 1차적으로 광량이 감쇠된 레이저 빔의 일부만을 상기 레이저 빔의 입사방향을 직교하는 제2 방향으로 투과시켜 상기 레이저 빔의 광량이 2차적으로 감쇠되게 하면서 상기 광량이 2차 감쇠된 레이저 빔이 상기 광학필터로 입사되도록, 상기 제1 웨지미러를 통해 투과되는 레이저 빔의 입사방향을 기준으로 상기 제1 웨지미러와 평행하게 이격 배치되되, 기설정된 제2 각도로 기울어지는 제2 웨지미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 품질 측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1, 2 웨지미러는,
    상기 기설정된 제1, 2 각도로 각각 기울어져 상기 제1, 2 웨지미러의 후방면으로부터 반사되는 고스트 빔이 상기 이미지센서를 향해 각각 반사되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 품질 측정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학필터는,
    상기 웨지미러의 전방면으로부터 반사되는 레이저 빔의 광량이 0.1~4%를 벗어날 때 동작되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 품질 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석수단은,
    상기 레이저 출력수단이 파이버이고, 상기 레퍼런스이미지와 상기 검출이미지 간의 관리항목 값 비교를 통해 상기 파이버 또는 상기 광학계의 손상 여부가 검출되는 경우, 레이저 빔이 출력되는 상기 파이버의 출력부 손상, 상기 광학계의 공기 중 오염 및 상기 파이버로부터 출력되는 레이저 빔의 열에 의한 상기 광학계의 손상 중 적어도 하나의 손상 이유에 의해 상기 파이버 또는 광학계가 손상된 것으로 분석하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 품질 측정장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컨트롤러부는,
    상기 레퍼런스이미지와 상기 레퍼런스이미지의 관리항목 값을 제1 영역, 상기 검출이미지와 상기 검출이미지의 관리항목 값을 제2 영역에 출력하며,
    상기 분석수단이 상기 파이버 또는 광학계의 손상 여부를 분석하는 경우, 상기 분석수단이 분석한 손상 이유에 해당되는 상기 파이버 또는 광학계의 점검을 요청하는 메시지나, 상기 레퍼런스이미지의 관리항목 값과 상기 검출이미지의 관리항목 값의 비교 결과를 제3 영역에 더 출력하는 디스플레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 품질 측정장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러부는,
    상기 이미지센서와 USB 3.0, GigE(Gigabit Ethernet), 와이파이, 블루투스, 지그비 중 적어도 하나를 통해 통신되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 품질 측정장치.
KR1020200063706A 2019-10-22 2020-05-27 레이저 빔 품질 측정장치 KR102353291B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190131442 2019-10-22
KR1020190131442 2019-10-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210048390A KR20210048390A (ko) 2021-05-03
KR102353291B1 true KR102353291B1 (ko) 2022-01-21

Family

ID=75911044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200063706A KR102353291B1 (ko) 2019-10-22 2020-05-27 레이저 빔 품질 측정장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102353291B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102643685B1 (ko) 2023-04-26 2024-03-05 주식회사 주산종합건설 철근 콘크리트의 고층 구조물 시공 방법
CN117161560B (zh) * 2023-11-03 2024-02-06 山东龙口三元铝材有限公司 一种卷材封边焊接装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016143056A1 (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 高出力光用減衰器、測定装置および３次元造形装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101116635B1 (ko) 2009-11-26 2012-03-07 주식회사 성우하이텍 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛
WO2013057935A1 (ja) * 2011-10-17 2013-04-25 株式会社 東芝 レーザ照射装置及びレーザ照射ヘッドの健全性診断方法
FR2999461B1 (fr) 2012-12-19 2015-06-26 Turbomeca Tete et procede de soudage laser
KR102099922B1 (ko) 2016-04-15 2020-04-10 주식회사 엘지화학 레이저 용접장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016143056A1 (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 高出力光用減衰器、測定装置および３次元造形装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210048390A (ko) 2021-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8237922B2 (en) Laser beam analysis apparatus
US11007608B2 (en) Laser machining device warning of anomaly in external optical system before laser machining
KR102353291B1 (ko) 레이저 빔 품질 측정장치
JP6865301B2 (ja) レーザ材料加工中にレーザ加工ヘッドにおけるビームガイド光学系を監視するための方法およびデバイス
JP2011507336A (ja) イメージング装置の制御のための近接検知
JP2006247681A (ja) レーザ加工用モニタリング装置
JPH11326515A (ja) 光波測距定装置
CN103033143B (zh) 光学探测器
EP3505915B1 (en) Raman spectrum detection apparatus and method based on power of reflected light and image recognition
KR20200119200A (ko) 입자 사이즈 측정 장치 및 측정 방법
US8080773B2 (en) Method and apparatus of measuring backward light, and laser processing method
US20190195804A1 (en) Raman spectrum detection apparatus and method based on power of reflected light
US20210060696A1 (en) Laser device and laser processing device using same
TWI623755B (zh) Power measuring device for high power fiber laser system
US20200387131A1 (en) Laser machining system
US8619247B1 (en) Laser beam analysis apparatus
KR101138454B1 (ko) 레이저 세기 정보를 이용한 레이저 출력 정상여부 측정 및 출사구 훼손을 방지하는 레이저시스템 및 정상여부 측정 방법
CN210051715U (zh) 基于镜面反射的红外线无损检测系统
WO2016143056A1 (ja) 高出力光用減衰器、測定装置および３次元造形装置
KR20110014203A (ko) 초음파의 레이저 발생을 위한 중공 코어 도파로
US11179800B2 (en) Laser processing device
CN204118457U (zh) 一种激光机光路检测装置
KR20110009234A (ko) 초음파의 레이저 발생을 위한 블록-단말 광섬유
WO2021220762A1 (ja) レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置
JP6553581B2 (ja) 光コネクタ端面検査装置とその合焦画像データ取得方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right