KR102386895B1

KR102386895B1 - 레이저 가공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102386895B1
Application number: KR1020210189471A
Authority: KR
Inventors: 이석준
Original assignee: 주식회사 아이티아이
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-04-15
Also published as: TW202333878A; WO2023128374A1

Abstract

레이저 가공장치 및 방법에 관한 것으로, 가공 대상물을 공급부에서 회수부로 이송하는 이송부, 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기로부터 출력되는 레이저 빔을 가공 대상물의 위치 및 속도에 연동해서 가공 대상물에 조사하여 가공 대상물의 일부분을 가공하는 스캐너, 상기 스캐너를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 이동 모듈 및 가공 대상물의 이동 속도에 기초해서 레이저 빔의 조사 조건과, 상기 스캐너, 이동 모듈 및 이송부의 속도를 조절하도록 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사해서 가공 대상물의 일부분을 가공할 수 있으며, 스캐너의 조사 영역을 최소화하고, 레이저 빔의 사이즈를 정밀하게 제어하여 가공 대상물의 손상을 방지할 수 있다.

Description

레이저 가공 장치 및 방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 롤 장치에 의해 이송되는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사해서 가공하는 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.

이차전지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부의 회로에 전원을 공급하고, 방전되었을 때 외부의 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있는 전지로서, 니켈-카드뮴, 리튬 이온, 니켈-수소 및 리튬 폴리머 등 다양한 종류가 있다.

이러한 이차전지는 전극 집전체의 표면에 활물질을 도포하여 양극과 음극을 구성하고, 그 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 만든 후, 원통형 또는 각형의 금속 캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착되며, 상기 전극 조립체에 주로 액체 전해질을 주입 또는 함침 시키거나, 고체 전해질을 사용하여 제조된다.

그래서 이차전지는 분리막에 의해 절연된 양극과 음극 사이에 투입되는 전해질의 이온이 양극과 음극 사이를 이동하도록 함으로써 충전과 방전이 이루어진다.

이러한 이차전지의 양극 및 음극에 사용되는 전극은 전극을 구성하는 전극체와 전극체 상에 도포된 전극 활물질을 포함한다.

상기 전극체는 일반적으로 알루미늄(Al), 구리(Cu)와 같은 전도성이 우수한 금속을 시트(Sheet), 박판(Thin plate), 포일(Foil) 형태로 가공한 것일 수 있다.

전극조립체를 형성하기 위한 전극 필름은 일부분에 활물질이 도포되고, 나머지 부분에서는 전극체를 노출시킨 형태로 제조된다.

상기 전극체가 노출된 노출부는 전극조립체(양극, 음극 및 세퍼레이트)의 구성시 양극과 음극을 외부와 연결하기 위한 전극단자의 기능을 하도록 가공된다.

이러한 전극 필름은 절삭 과정을 거쳐 양극 및 음극의 단자부가 형성되고, 전극조립체의 크기에 적합한 길이로 절단되어 분할된다.

이와 같은 전극 필름의 절삭 작업에는 노칭장치가 이용된다.

상기 노칭장치는 전극 필름을 절삭하여 단자부를 형성하는 장치로서, 전극 필름의 노출부와 활물질이 도포된 부분 일부를 프레스나 레이저를 이용하여 절삭한다.

종래에는 펀칭을 이용한 노칭 장치가 주로 이용되었으나, 최근에는 레이저를 이용한 장치가 노칭을 위해 사용되고 있으며, 전극의 손상이 펀칭에 비해 적고 효율적인 생산이 가능하여 레이저를 이용한 노칭장치의 이용 비중이 증대되고 있다.

예를 들어, 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 종래기술에 따른 레이저를 이용한 레이저 노칭장치 구성이 개시되어 있다.

상기 레이저 노칭장치는 기존 펀칭 장치와는 달리, 레이저의 경로를 고려하여 효율적인 작업의 배치가 이루어져야 하나, 종래의 레이저 노칭장치는 이러한 고려가 되지 않아 레이저 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 작업 대상 외에 레이저가 노출되는 경우가 빈번하게 발생되어 작업기의 고장이 빈번하게 발생하고, 이를 관리하기 위한 비용이 불필요하게 증가하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 하기의 특허문헌 3에는 레이저와 노칭 대상이 되는 전극 필름을 수직 이동 방식으로 배치하여 레이저에 의한 노칭이 이루어지는 전극 노칭 장치구성이 개시되어 있다.

한편, 전극 필름과 같은 가공 대상물은 공급롤에 권취된 상태에서 타측에 마련된 권취롤을 향해 이동하는 과정에서 레이저 빔에 의해 가공된다.

최근에는 전극 필름의 가공 속도를 높이기 위해, 분당 수 m 내지 수백의 고속으로 전극 필름을 이동시키면서 가공한다.

이와 같이 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사해서 가공하기 위해서는 레이저 가공장치에 고성능의 스캐너를 적용해야 한다.

그러나, 스캐너의 성능을 높이기 위해서는 스캐너 내부에 고배율의 렌즈를 적용함에 따라 스캐너의 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

또한, 고속 가공을 위해 레이저 빔의 출력을 높이는 경우, 전극 필름 등의 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 사이즈가 과도하게 커짐에 따라, 레이저 빔에 의한 가공면이 불균일해지거나, 심한 경우 가공 대상물의 손상이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하는 스캐너의 위치를 이동시키는 이동 모듈를 적용해서 스캐너의 조사 영역을 최소화하고, 레이저 빔의 사이즈를 정밀하게 제어하여 가공 대상물의 손상을 방지할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

대한민국 특허 등록번호 10-1761973호(2017년 7월 26일 공고) 대한민국 특허 등록번호 10-1958881호(2019년 3월 15일 공고) 대한민국 특허 등록번호 10-2270797호(2021년 6월 30일 공고)

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사해서 일부분을 절삭 가공하는 레이저 가공장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하는 스캐너의 위치를 하드웨어적으로 조정해서 스캐너의 조사 영역을 최소화하고, 레이저 빔의 사이즈를 정밀하게 제어하여 가공 대상물의 손상을 방지할 수 있는 레이저 가공장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 가공장치는 가공 대상물을 공급부에서 회수부로 이송하는 이송부, 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기로부터 출력되는 레이저 빔을 가공 대상물의 위치 및 속도에 연동해서 가공 대상물에 조사하여 가공 대상물의 일부분을 가공하는 스캐너, 상기 스캐너를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 이동 모듈 및 가공 대상물의 이동 속도에 기초해서 레이저 빔의 조사 조건과, 상기 스캐너, 이동 모듈 및 이송부의 속도를 조절하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 가공방법은 (a) 이송부를 이용해서 가공 대상물을 공급부에서 회수부로 이송하는 단계, (b) 레이저 발생기에서 레이저빔을 발생하는 단계, (c) 스캐너에서 상기 레이저 발생기로부터 출력되는 레이저 빔을 가공 대상물의 위치 및 속도에 연동해서 가공 대상물에 조사하여 가공 대상물의 일부분을 가공하는 단계, (d) 이동 모듈을 이용해서 상기 스캐너를 X축 및 Y축 방향으로 이동시켜 레이저 빔의 조사위치를 조절하는 단계 및 (e) 제어부에서 가공 대상물의 이동 속도에 기초해서 레이저 빔의 조사 조건과, 상기 스캐너, 이동 모듈 및 이송부의 속도를 조절하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 가공장치 및 방법에 의하면, 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사해서 일부분을 절삭 가공할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 이동 모듈을 이용해서 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하는 스캐너의 위치를 조정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 레이저 빔이 이동할 전체 이동량 중에서 대부분을 이동모듈을 이용해서 이동시키고, 최종 위치에 근접하면 스캐너를 이용해서 레이저 빔을 이동시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 스캐너의 조사 영역을 최소화하고, 레이저 빔의 사이즈를 정밀하게 제어하여 가공 대상물의 손상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 가공장치의 블록 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공장치의 상세 구성도,
도 3은 레이저 빔에 의해 가공되는 전극 필름을 보인 예시도,
도 4는 전극 필름에 조사되는 집광 스폿의 크기와 초점 깊이를 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법을 단계별로 설명하는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 가공장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 가공장치의 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공장치의 상세 구성도이며, 도 3은 레이저 빔에 의해 가공되는 전극 필름을 보인 예시도이다. 그리고 도 4는 전극 필름에 조사되는 집광 스폿의 크기와 초점 깊이를 설명하는 도면이다.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 가공장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(16)을 공급부(11)에서 회수부(12)로 이송하는 이송부(15), 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생기(20), 레이저 발생기(20)로부터 출력되는 레이저 빔을 가공 대상물(16)의 위치 및 속도에 연동해서 가공 대상물(16)에 조사하여 가공 대상물(16)의 일부분을 절삭 가공하는 스캐너(30) 그리고 스캐너(30)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 이동 모듈(40)를 포함한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 가공장치(10)는 각 장치의 구동을 제어하는 제어부(50) 및 각 장치에 전원을 공급하는 전원 공급부(60)를 더 포함할 수 있다.

본 실시 예에서 레이저 가공을 수행하고자 하는 가공 대상물(16)은 전극 필름으로 마련될 수 있다.

이송부(15)는 공급부(11)에 마련된 공급롤(13)의 외주면에 감긴 전극 필름을 회수부(12) 측으로 이송하고, 전극 필름은 이송되는 과정에서 레이저 빔에 의해 일부분이 절삭 가공된 후 회수부(12)에 마련된 회수롤(14)의 외주면에 감길 수 있다.

공급부(11)와 회수부(12) 사이에는 이동하는 전극 필름(16)을 지지하기 위한 하나 이상의 지지롤러(도면 미도시)가 더 설치되고, 제어부(50)는 공급롤(13)과 회수롤(14)을 회전시키기 위해, 이송부(15)에 마련되는 모터와 같이 구동력을 발생하는 구동모듈(도면 미도시)의 구동을 제어할 수 있다.

레이저 발생기(20)는 제어부(50)의 신호에 따라 레이저 빔을 발생하고, 레이저 발생기(20)에서 출력된 레이저 빔은 레이저 발생기(20)와 스캐너(30) 사이에 배치되어 빔 전달경로를 형성하는 광학 거울, 빔 덤프 및 빔 익스팬더 중 어느 하나 이상을 포함하는 광학부재(도면 미도시)를 통해 스캐너(30)로 전달될 수 있다.

스캐너(30)는 내부에 마련된 렌즈와 미러를 구동해서 레이저 빔의 형상과 크기를 조절할 수 있다.

전극 필름(16)은 도 1 및 도 2에 도시된 화살표 방향을 따라 좌측에 우측으로 고속, 예컨대 약 90m/min의 이동 속도로 이동할 수 있다.

이동 모듈(40)은 스캐너(30)를 도 3에 도시된 X축 방향으로 이동시키는 X축 스테이지(41)과 X축 스테이지(41)를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 스테이지(42)를 포함할 수 있다.

레이저 빔은 이동 모듈(40) 및 스캐너(30)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이동하면서 전극 필름(16)에 조사되고, 전극 필름(16)의 일측, 도 3에서 보았을 때 하단부에는 레이저 빔에 의해 대략 사각 형상의 가공 영역(17)이 형성될 수 있다.

도 3에서, 전극 필름(16)은 좌측에서 우측으로 이동함에 따라, 전극 필름(16)의 하단부에는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 아래의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 대략 사다리꼴 형상을 갖는 가공 영역(17)이 형성될 수 있다.

여기서, X축 방향 최종 변위는 녹색 실선으로 도시되어 있고, 전극 필름(16)의 X축 방향 이동량과 X축 스테이지(41)의 변위 및 스캐너(30)에 의한 레이저 빔의 X축 방향 변위는 각각 청색 점선, 황색 일점쇄선 및 적색 이점쇄선으로 도시되어 있다.

즉, 전극 필름(16)에 형성되는 가공 영역(17)의 X축 방향 최종 변위는 전극 필름(16)의 X축 방향 이동량과 X축 스테이지(41)의 변위 및 스캐너(30)에 의한 레이저 빔의 X축 방향 변위의 합과 같다.

그리고 전극 필름(16)에 형성되는 가공 영역(17)의 Y축 방향 최종 변위(녹색 실선)는 전극 필름(16)의 Y축 방향 이동량(청색 점선)과 Y축 스테이지(42)의 변위(황색 일점쇄선) 및 스캐너(30)에 의한 레이저 빔의 Y축 방향 변위(적색 이점쇄선)의 합과 같다.

그래서 가공 영역(17)은 전극 필름(16)의 이동에 의해 양측변이 각각 공급부(11) 측으로 경사진 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 전극 필름(16)에 형성되는 가공 영역(17)은 사다리꼴 형상뿐만 아니라, 도 3의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 대략 역사다리꼴 형상이나 대략 직사각형 형상으로 형성될 수도 있다.

즉, 전극 필름(16)의 이동 속도에 비해 레이저 빔이 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 속도가 빨라질수록, 가공 영역(17)의 양측변은 도 3에서 X축에 대한 경사각도가 커진다.

따라서 전극 필름(16)의 이동 속도를 느리게 변경하고, 레이저 빔이 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 속도를 전극 필름(16)의 이동 속도보다 빠르게 하면, 가공 영역(17)의 양측변은 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 역 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 이로 인해, 가공 영역(17)은 대략 역사다꼴 형상으로 형성될 수 있다.

그리고 전극 필름의 이동 속도와 레이저 빔이 X축 및 Y축 방향으로 이동하는 속도가 동일하면, 가공 영역의 양측변은 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상변 및 하변과 거의 직각에 근접하게 형성될 수 있다. 이로 인해, 가공 영역(17)은 대략 직사각형 형상으로 형성될 수 있다.

여기서, 제어부(50)는 가공 영역(17)의 X축 및 Y축 방향 최종 위치에 거의 근접하도록 X축 및 Y축 스테이지(41,42)를 이동시키고, 상기 최종 위치에서 미리 설정된 거리만큼 이격된 설정위치에 도달하면, 스캐너(30)를 이용해서 레이저 빔을 X축 및 Y축 방향으로 이동시키도록 제어할 수 있다.

상기 설정위치는 최종 위치와 미리 설정된 거리, 예컨대 약 0.1㎜ 내지 2㎜로 설정될 수 있다.

물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전극 필름(16)의 규격, 가공 영역(17)의 크기 및 형상에 따라 상기 설정위치를 다양하게 변경해서 설정할 수 있다.

제어부(50)는 전극 필름(16)의 이동 속도에 기초해서 레이저 빔의 조사 조건과, 스캐너(30), 이동 모듈(40) 및 이송부(15)의 속도를 조절하도록 제어할 수 있다. 여기서, 상기 레이저 빔의 조사 조건은 레이저 빔의 출력, 빔 형상 및 초점 위치 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.

이를 위해, 제어부(50)는 이동 모듈(40)의 X축 및 Y축 방향의 위치와 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔의 위치에 기반해서 레이저 빔이 조사되는 위치를 산출하는 위치 산출부(51)와 산출된 위치에 레이저 빔을 조사하도록 제어 신호를 발생하는 신호 발생부(52)를 포함할 수 있다.

위치 산출부(51)는 이동 모듈(40)의 X축 및 Y축 방향의 위치와, 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔의 위치를 실시간으로 측정하고, 측정된 각 위치를 기반으로 고속으로 이동하는 전극 필름(16)에 조사되는 위치를 산출할 수 있다.

신호 발생부(52)는 스캐너(30)에서 전극 필름(16)에 조사되는 레이저 빔의 출력, 빔 형상 및 초점 위치 중에서 하나 이상을 조절하도록 제어신호를 발생할 수 있다.

이때, 신호 발생부(52)는 가공 대상물(16)의 재질에 따라 레이저 빔의 흡수율이 달라짐에 따라, 레이저 빔에 의해 용융된 가공 대상물(16)의 레이저 빔 흡수율을 고려하여 레이저 빔의 레이저 빔의 출력, 빔 형상 및 초점 위치 중에서 하나 이상을 조절하도록 제어할 수도 있다.

도 4를 참조해서 집광 스폿의 크기와 초점 깊이를 설명한다.

집광 스폿의 크기는

이다.

여기서, λ는 레이저 빔의 파장, d는 레이저 빔의 직경, f는 렌즈의 초점거리이다.

초점깊이(Depth of Focus, DOF)는

이다.

여기서, λ는 레이저 빔의 파장, ρ는 밀도, d는 레이저 빔의 직경, f는 렌즈의 초점거리이다.

이와 같이, 본 발명은 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사해서 일부분을 절삭 가공할 수 있다.

그리고 본 발명은 이동모듈을 이용해서 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하는 스캐너의 위치를 조정할 수 있다.

즉, 본 발명은 레이저 빔이 이동할 전체 이동량 중에서 대부분을 이동모듈을 이용해서 이동시키고, 최종 위치에 근접하면 스캐너를 이용해서 레이저 빔을 이동시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 스캐너의 조사 영역을 최소화하고, 레이저 빔의 사이즈를 정밀하게 제어하여 가공 대상물의 손상을 방지할 수 있다.

다음, 도 5를 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 5의 S10단계에서 전원 스위치(도면 미도시)가 온(ON) 조작되면, 전원 공급부(60)는 외부에서 공급되는 상용전원의 전압레벨을 변환해서 각 장치에 구동전원을 공급한다. 그러면, 제어부(50)는 레이저 가공장치(10)에 마련된 각 장치를 초기화하고, 가공 대상물(16), 즉 전극 필름을 고속으로 이송하면서 레이저 빔을 조사하여 가공하기 위한 동작을 준비한다.

S12단계에서 이송부(15)는 제어부(50)의 제어신호에 따라 구동되어 공급롤(13) 및 회수롤(14)을 회전시킨다. 그러면, 공급롤(13)에 감긴 전극 필름(16)은 공급부(11)에서 회수부(13)를 향해 좌측에서 우측으로 이동한다.

S14단계에서 레이저 발생기(20)는 제어부(50)의 제어신호에 따라 레이저 빔을 발생하고, 스캐너(30)는 광학부재를 통해 전달된 레이저 빔을 전극 필름(16)에 조사한다.

이때, 제어부(50)는 이동 모듈(40)의 X축 및 Y축 방향의 위치와 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔의 위치에 기반해서 레이저 빔이 조사되는 위치를 산출한다. 즉, 위치 산출부(51)는 X축 및 Y축 스테이지(41,42)의 X축 및 Y축 방향의 위치와, 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔의 위치를 실시간으로 측정하고, 측정된 각 위치를 기반으로 고속으로 이동하는 전극 필름(16)에 조사되는 위치를 산출한다(S16).

즉, 위치 산출부(51)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 대략 사다리꼴 형상의 가공 영역(17)을 형성하는 경우, X축 스테이지(41)만을 X축 방향 또는 반대 방향으로 이동시켜 대략 사다리꼴 형상의 가공 영역(17)을 형성하도록, 레이저 빔이 조사되는 위치를 산출한다.

그리고 위치 산출부(51)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 대략 역 사다리꼴 형상의 가공 영역(17)을 형성하는 경우, 전극 필름(16)의 이동 속도를 느리게 조절한 상태에서 X축 스테이지(41)를 X축 방향 또는 반대 방향으로 이동시킴과 동시에, Y축 스테이지(42)를 Y축 방향으로 이동시켜 대략 역 사다리꼴 형상의 가공 영역(17)을 형성하도록, 레이저 빔이 조사되는 위치를 산출한다.

또한, 위치 산출부(51)는 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형 형상의 가공 영역(17)을 형성하는 경우, 전극 필름(16)의 이동 속도에 대응되는 속도로 X축 및 Y축 스테이지(41,42)를 경사지게 이동시켜 대략 직사각형 형상의 가공 영역(17)을 형성하도록, 레이저 빔이 조사되는 위치를 산출한다.

한편, 신호 발생부(52)는 산출된 위치에 기반해서 전극 필름(16)에 레이저 빔을 조사하도록, 레이저 빔의 조사 조건, 즉 레이저 빔의 출력, 빔 형상 및 초점 위치 중에서 하나 이상을 조절하도록 제어신호를 발생한다. 이때, 신호 발생부(52)는 가공 대상물(16)의 재질에 따라 레이저 빔의 흡수율이 달라짐에 따라, 레이저 빔에 의해 용융된 가공 대상물(16)의 레이저 빔 흡수율을 고려하여 레이저 빔의 조사 조건을 조절하도록 제어할 수도 있다.

그러면, 스캐너(30)는 이동 모듈(40)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이동하면서 신호 발생부(52)에서 수신된 제어신호에 따라 레이저 빔을 고속으로 이동하는 전극 필름(16)에 조사한다.

이에 따라, 레이저 빔은 이동 모듈(40) 및 스캐너(30)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이동하면서 전극 필름(16)에 조사되고, 전극 필름(16)의 일측에는 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔에 의해 대략 사각 형상의 가공 영역(17)이 형성된다(S18).

S20단계에서 제어부(50)는 전체 전극 필름(16)의 가공이 완료되었는지를 검사하고, 전체 전극 필름(16)의 가공이 완료될 때까지 S14단계 내지 S20단계를 반복 수행한다.

만약, S20단계의 검사결과 전체 전극 필름(16)의 가공이 완료되면, 제어부(50)는 각 장치의 구동을 중지하고 종료한다.

상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사해서 일부분을 절삭 가공할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 고속으로 이동하는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사해서 가공 대상물의 일부분을 절삭 가공하는 레이저 가공장치 및 방법 기술에 적용된다.

10: 레이저 가공장치
11: 공급부 12: 회수부
13: 공급롤 14: 회수롤
15: 이송부 16: 전극 필름(가공 대상물)
17: 가공 영역
20: 레이저 발생기
30: 스캐너
40: 이동 모듈
41: X축 스테이지 42: Y축 스테이지
50: 제어부
51: 위치 산출부 52: 신호 발생부

Claims

가공 대상물(16)을 공급부(11)에서 회수부(12)로 이송하는 이송부(15),
레이저 빔을 발생하는 레이저 발생기(20),
상기 레이저 발생기(20)로부터 출력되는 레이저 빔을 가공 대상물(16)의 위치 및 속도에 연동해서 가공 대상물(16)에 조사하여 가공 대상물(16)의 일부분을 가공하는 스캐너(30),
상기 스캐너(30)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 이동 모듈(40) 및
가공 대상물(16)의 이동 속도에 기초해서 레이저 빔의 조사 조건과, 상기 스캐너(30), 이동 모듈(40) 및 이송부(15)의 속도를 조절하도록 제어하는 제어부(50)를 포함하며,
상기 이동 모듈(40)은 상기 스캐너(30)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 스테이지(41)와,
상기 X축 스테이지(41)를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 스테이지(42)를 포함하고,
상기 제어부(50)는 상기 이동 모듈(40)의 X축 및 Y축 방향의 위치와, 상기 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔의 위치를 실시간으로 측정하며, 측정된 각 위치를 기반으로 이동하는 가공 대상물(16)에 레이저 빔이 조사되는 위치를 산출하여 상기 가공 대상물(16)을 가공해서 형성되는 가공 영역(17)의 X축 및 Y축 방향 최종 위치에 근접하도록 상기 X축 및 Y축 스테이지(41,42)를 이동시키고,
상기 스캐너(30)의 조사 영역을 최소화하고, 상기 레이저 빔의 사이즈를 제어하여 가공 대상물(16)의 손상을 방지하도록, 상기 최종 위치에서 미리 설정된 거리만큼 이격된 설정위치에 도달하면, 상기 스캐너(30)를 이용해서 레이저 빔을 X축 및 Y축 방향으로 이동시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔의 조사 조건은 레이저 빔의 출력, 빔 형상 및 초점 위치 중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
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제1항 또는 제2항에 기재된 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법에 있어서,
(a) 이송부(15)를 이용해서 가공 대상물(16)을 공급부(11)에서 회수부(12)로 이송하는 단계,
(b) 레이저 발생기(20)에서 레이저 빔을 발생하는 단계,
(c) 스캐너(30)에서 상기 레이저 발생기(20)로부터 출력되는 레이저 빔을 가공 대상물(16)의 위치 및 속도에 연동해서 가공 대상물(16)에 조사하여 가공 대상물(16)의 일부분을 가공하는 단계,
(d) 이동 모듈(40)을 이용해서 상기 스캐너(30)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시켜 레이저 빔의 조사위치를 조절하는 단계 및
(e) 제어부(50)에서 가공 대상물(16)의 이동 속도에 기초해서 레이저 빔의 조사 조건과, 상기 스캐너(30), 이동 모듈(30) 및 이송부(15)의 속도를 조절하도록 제어하는 단계를 포함하며,
상기 (c)단계와 (d)단계에서 상기 제어부(50)는 상기 이동 모듈(40)의 X축 및 Y축 방향의 위치와, 상기 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔의 위치를 실시간으로 측정하고, 측정된 각 위치를 기반으로 이동하는 가공 대상물(16)에 레이저 빔이 조사되는 위치를 산출하여 레이저 빔의 조사 위치를 조절하며,
상기 (d)단계는 (d1) 상기 이동모듈을 이용해서 가공 대상물(16)을 가공해서 형성되는 가공 영역(17)의 X축 및 Y축 방향 최종 위치에 근접하도록 상기 스캐너(30)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 단계 및
(d2) 상기 최종 위치에서 미리 설정된 거리만큼 이격된 설정위치에 도달하면, 상기 스캐너(30)의 조사 영역을 최소화하고, 상기 레이저 빔의 사이즈를 제어하여 가공 대상물(16)의 손상을 방지하도록, 상기 스캐너(30)를 이용해서 레이저 빔을 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제5항에 있어서,
상기 레이저 빔의 조사 조건은 레이저 빔의 출력, 빔 형상 및 초점 위치 중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
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