KR102511400B1

KR102511400B1 - 레이저빔 위치결정 시스템, 레이저 가공 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR102511400B1
Application number: KR1020207028717A
Authority: KR
Inventors: 게랄트 슈미트
Original assignee: 스캔랩 게엠베하
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2023-03-16
Also published as: DE102018205270A1; KR20200139690A; US20210031299A1; WO2019197227A1; CN111936260B; CN111936260A

Abstract

적어도 하나의 레이저를 포함하는 레이저 가공 장치의 제어 방법으로서, 적어도 하나의 편향 부재, 특히 적어도 하나의 회전 가능 거울을 이용하여 상기 레이저 가공 장치의 빔 경로를 설정하는 단계로서, 이로써 상기 빔 경로를 따르는 레이저빔에 의해 생성될 수 있는 경로점이 대상물 상에 또는 대상물 내에서 소기의 경로 상에 위치하는, 상기 설정하는 단계; 제1 레이저 스폿을 생성하기 위해 제1 시점에 레이저를 제1 트리거하는 단계; 적어도 하나의 편향 부재, 특히 적어도 하나의 회전 가능 거울을 이용하여 상기 레이저 가공 장치의 상기 빔 경로를 조절, 특히 연속적으로 조절하는 단계로서, 이로써 상기 빔 경로를 따르는 레이저빔에 의해 생성될 수 있는 경로점이 소기의 경로 상에 위치하는, 상기 조절, 특히 연속적으로 조절하는 단계; 제2 레이저 스폿을 생성하기 위해 제2 시점에 레이저를 제2 트리거하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 상기 제2 트리거하는 단계 전에, 기준 위치 및/또는 상기 기준 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수 및/또는 상기 경로를 따르는 상기 빔 경로의 상기 경로점의 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수에 기반하여 상기 제2 시점을 산출하는 단계로서, 이로써 상기 제2 레이저 스폿의 위치는 상기 경로를 따라 상기 제1 레이저 스폿의 위치에 대해 소기의 거리를 포함하는, 상기 제2 시점을 산출하는 단계를 포함한다. 본 발명은 추가로 상응하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

Description

레이저빔 위치결정 시스템, 레이저 가공 장치 및 제어 방법

본 발명은 레이저빔 위치결정 시스템, 레이저 가공 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

US 8,426,768 B2는 공작물 상에서 소기의 경로를 따라 레이저빔을 제어하기 위한 시스템을 개시한다. 경로를 따라 소기의 간격으로 레이저 스폿들이 생성되도록, 레이저는 소기의 시점에 트리거될 수 있다. 레이저 스폿들이 소기의 경로 상에 위치하도록, 레이저의 빔 경로는 회전 가능 거울에 의해 편향된다. 이때 회전 가능 거울의 축들의 현재 위치가 측정을 통해 산출되고, 이로부터 레이저의 빔 경로의 위치가 경로를 따라 계산될 수 있다. 이후, 경로를 따라 이와 같이 산출되는 빔 경로의 위치 또는 이전에 생성된 레이저 스폿에 대한 일시적 거리는 소기의 거리와 비교된다. 현재 위치에 기반하여 산출되는 거리가 소기의 거리 이상이면, 펄싱된 레이저가 트리거되어 공작물 상에 레이저 스폿이 생성된다.

본 발명의 발명인은 전술한 방법이 적어도 대부분의 적용 시 불충분하다는 것을 인식하였다. 예컨대 가공 산업에서는 펄싱된 레이저의 클럭 주파수를 증가시키고, 즉 시간상 펄스 거리를 단축하여 공작물의 전체 가공 시간을 단축하려는 노력이 있었다.

본 발명의 발명인은 전술한 방법이 이전에 생성된 레이저 스폿과 빔 경로의 일시적 위치 사이의 거리를 산출하기 위해 비교적 비용이 들고, 특히 시간 소모적인 계산이 필요하다는 것을 인식하였다. 말하자면, 이를 위해 X 및 Y 좌표들을 나타내는 거울의 일시적 축 위치들을 산출한 후, 이로부터 공작물 상의 경로를 따라 빔 경로의 X 및 Y 좌표들을 계산하는 것이 필요하다. 이로부터 X 및 Y 방향에서 오프셋이 계산된다. 이후 이러한 오프셋의 제곱이 생성되고 합산된다. 마지막으로, 제곱들의 합은 소기의 거리의 제곱과 비교된다. 이러한 계산 및 이후의 비교는, X 및 Y 방향에서 일시적 오프셋들의 제곱들의 합이 소기의 거리의 제곱에 도달하거나 상회할 때까지 수행된다. 이후, 공작물 상에 신규 레이저 스폿을 생성하기 위해 레이저가 트리거된다.

현대의 프로세서는 전술한 계산 및 이후의 비교를 비교적 짧은 시간에 수행할 수 있긴 하나, 본 발명의 발명인은 펄스 거리의 감소 시, 예컨대 10 ㎲ 미만, 상황에 따라 10 ㎲ 보다 현저히 낮게 펄스 거리가 감소할 시 전술한 방법이 한계에 이른다는 것을 인식하였다.

또한, 다수의 적용예에서 레이저는 단순히 균일한 클럭 주파수로 트리거될 수 없다는 것을 유의해야 한다. 다수의 적용예에서 예컨대, 레이저 스폿들은 일정 거리를 두어 경로를 따라 생성되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 균일한 클럭 주파수로 트리거되는 레이저는 일반적으로 등거리 레이저 스폿들을 생성하지 않을 것이고(또는 반드시 생성하지는 않을 것이고), 이는 이후에 상세히 설명되는 바와 같다. 이러한 이유로 다수의 적용예에서 레이저가 트리거되어야 하는 시점들을 개별적으로 산출(계산)하는 것이 필요하다.

이를 배경으로 하여, 본 발명의 과제는 레이저 가공 장치를 제어하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명에 따르는 방법은 선행 기술에서 가능한 경우보다 높은 클럭 주파수에서도 적용 가능해야 할 것이다.

이러한 과제는 제 1 항에 따르는 방법, 제 13 항에 따르는 컴퓨터 프로그램 제품 및 제 14 항 및 제 15 항에 따르는 레이저빔 위치결정 시스템에 의하여 해결된다.

본 발명의 제1 양태는 적어도 하나의 레이저를 포함하는 레이저 가공 장치의 제어 방법으로서,

적어도 하나의 편향 부재, 특히 적어도 하나의 회전 가능 거울을 이용하여 레이저 가공 장치의 빔 경로를 설정하는 단계로서, 이로써 빔 경로를 따르는 레이저빔에 의하여 생성될 수 있는 경로점이 대상물 상에 또는 대상물 내에서 소기의 경로 상에 위치하는, 상기 설정하는 단계;

제1 레이저 스폿을 생성하기 위해 제1 시점에 레이저를 제1 트리거하는 단계;

적어도 하나의 편향 부재, 특히 적어도 하나의 회전 가능 거울을 이용하여 레이저 가공 장치의 빔 경로를 특히 연속적으로 조절하는 단계로서, 이로써 빔 경로를 따르는 레이저빔에 의해 생성될 수 있는 경로점이 소기의 경로 상에 위치하는, 연속적 조절 단계;

제2 레이저 스폿을 생성하기 위해 제2 시점에 레이저를 제2 트리거하는 단계를 포함하고;

본 방법은 이러한 제2 트리거하는 단계 전에,

기준 위치 및/또는 이러한 기준 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수 및/또는 경로를 따르는 빔 경로의 경로점의 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수에 기반하여 제2 시점을 산출하는 단계로서, 이로써 제2 레이저 스폿의 위치가 경로를 따라 제1 레이저 스폿의 위치에 대해 소기의 거리를 포함하는, 상기 제2 시점을 산출하는 단계를 포함한다.

선행 기술의 전술한 방법과 상이하게, 제2 트리거 시점의 산출을 위해 기준 위치 및/또는 기준 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수(기준 속도, 기준 가속 등) 및/또는 경로를 따라 빔 경로의 경로점의 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수(현재 속도, 현재 가속 등)가 사용된다. 특히 기준 위치 및/또는 기준 위치의 시간 도함수는 사전에 알고 있거나 사전에 산출될 수 있어서, 제2 트리거 시점은 사전에 산출될 수 있다; 즉, 제2 트리거 시점의 산출은 레이저 스폿이 생성되어야 할 위치를 장치의 빔 경로의 경로점이 도달하기 전에 시작/수행될 수 있다. 이를 통해 제2 레이저 스폿의 생성은 선행 기술의 전술한 방법에 따라 가능한 경우보다 더 정확해질 수 있고(이로써 공작물의 가공 품질이 향상됨) 및/또는 레이저의 클럭 주파수가 증가될 수 있다. 선행 기술에 따르는 방법에서 측정된 현재 위치값들은 계산에 근거하므로, 높은 스폿 속도 또는 짧은 펄스 거리에서 레이저스폿은 이러한 현재 값들의 처리 중에 이미 추가 이동됨으로써, 레이저의 트리거 시점에 빔 경로의 실제 경로점은 더 이상 소기의 위치에 있지 않다. 이러한 문제는 본 발명에 의해 감소되거나 해소될 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따르는 제2 시점의 산출은 빔 경로의 제1 설정 전에 수행될 수 있다.

그럼에도 불구하고 본 발명의 제1 양태는, 제2 트리거 시점의 산출을 위해 현재값들이 원용될 수 있는 것을 고려한다. 물론, 선행 기술에서와 같이, 빔 경로의 경로점의 현재 위치가 사용되지 않고, 본원에서는 경로를 따라 빔 경로의 경로점의 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수가 사용된다. 특히, 현재 위치, 즉 현재 속도의 1계 시간 도함수의 사용 시 계산 비용은 선행 기술로부터 공지된 방법에 비해 현저하게 간소화될 수 있어서 본원에서 제2 트리거 시점의 산출은 적시에 수행될 수 있다. 레이저 스폿의 더 정확한 위치 결정 및/또는 증대된 클럭 주파수와 관련하여, 기준 위치 또는 기준 위치의 시간 도함수를 사용하는 것과 유사한 이점들이 얻어진다.

기준 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수를 사용하는 것, 특히 기준 속도를 사용하는 것은 기준값들(사전에 계산이 수행될 수 있음) 및 속도값들(제2 (트리거) 시점의 산출을 위해 필요한 계산이 간단해짐)을 사용하는 것의 이점을 포함한다.

바람직한 형성예에서, 제2 시점은 빔 경로의 경로점이 경로를 따라 제1 레이저 스폿의 위치에 대해 소기의 최소 거리에 도달하거나 초과하는 시점이다.

따라서 유리하게는 레이저 스폿이 준수해야 할 최소 거리가 확정될 수 있다.

바람직한 형성예에서, 본 방법은 적어도 레이저의 3차 트리거를 포함하고, 경로 길이마다 레이저빔에 의해 대상물에 방출되는 에너지가 실질적으로 소기의 분포에 상응하도록 보장된다.

즉, 유리하게는 레이저의 트리거 시 경로의 길이마다 방출될 에너지의 소기의 분포가 고려될 수 있고, 이는 다수의 제조 공정에서 중요하다.

바람직한 형성예에서, 소기의 분포는 경로의 길이마다 에너지가 실질적으로 일정하도록 확정한다.

따라서 예컨대 균일한 가공이 달성될 수 있다.

그러나 소기의 분포는, 경로의 길이마다 에너지가 실질적으로 직선인 경로구간에서보다 경로의 곡선 구간에서 더 낮도록 확정할 수 있다.

그러한 에너지 분포는 다양한 적용예에서 바람직할 수 있고, 예컨대 레이저 스폿들의 거리가 일정하고 레이저 스폿 마다 에너지가 일정할 시, 레이저 스폿에 의해 공작물 상에 적용되는 에너지는 비교적 직선인 경로 부분의 경우에 비해 곡선 구간에서 공작물의 더 작은 면적에 집중될 수 있음을 고려하기 위해 바람직할 수 있다. 이에 상응하여 경로의 길이마다 에너지가 조정될 수 있다.

바람직한 형성예에서, 경로의 길이마다 에너지가 실질적으로 소기의 분포에 상응하기 위해, 서로 연속하는 레이저 스폿들의 거리가 변경된다.

예컨대, 거리가 증가하면 경로의 길이마다 에너지가 감소될 수 있다.

대안적 또는 부가적으로, 레이저 스폿을 생성하기 위해 레이저빔에 의해 대상물에 방출되는 에너지는 서로 다른 레이저 스폿들을 위해 변경될 수 있고, 이로써 경로의 길이마다 에너지는 실질적으로 소기의 분포에 상응한다.

예컨대, 레이저 스폿마다 에너지가 더 낮으면 경로의 길이마다 에너지가 감소된다.

바람직한 형성예에서, 레이저 스폿들은 퍼짐을 포함하고, 소기의 분포는, 서로 연속한 레이저 스폿들이 소정의 최대 수준까지만 교차하고, 바람직하게는 실질적으로 교차하지 않도록 확정한다.

이는 다시 곡선 구간에서 매우 유리할 수 있다. 레이저 스폿들이 일정한 직경(D)을 포함하고 레이저 스폿들의 중심이 D에 상응하는 거리를 가지는 것으로 가정한다. 이 경우 직선 경로 부분들에서 레이저 스폿들은 가급적 서로 근접하고 교차하지 않는다. 이점이 곡선 부분에서 적용되어야 할 시, 즉, 레이저 스폿들이 가급적 서로 근접하고 교차하지 않아야 할 시, 경로를 따라 레이저 스폿들의 중심들의 거리는 곡선 부분들에서 증대되어야 할 것이다. 그렇지 않으면 레이저 스폿들의 가장자리 영역들은 경로의 곡률로 인하여 교차할 것이다. 본 발명에 따르면, 이 사항은 레이저 스폿들이 이격되어 있을 시에도 고려할 수 있다.

바람직한 형성예에서 제2 시점은 기준 위치 또는 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수에 기반하여 다음과 같이 산출된다:

다음의 단계들을 반복한다:

a) 경로를 따라 제1 거리를 산출하기 위해 시간 간격에 걸쳐 기준 위치 또는 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수를 적분하는 단계; 및

b) 경로를 따르는 소기의 최소 거리와 제1 거리를 비교하는 단계로서,

제1 거리가 경로를 따라 소기의 최소 거리에 상응하거나 소기의 최소 거리를 초과할 때까지 비교하는 단계; 및

실질적으로 시간 간격의 합으로부터 제2 시점을 결정하는 단계.

이러한 형성예에 따르면, 제2 시점의 결정은 선행 기술의 전술한 방법에 비해 간단해질 수 있다. 선행 기술에서는 X 및 Y 좌표들의 제곱들의 가산이 필요한 반면, 본 발명에 따르면 1계 또는 그 이상의 시간 도함수가 적분될 수 있고, 이는 일반적으로 선행 기술보다 낮은 계산 비용을 나타낸다.

이러한 형성예에서, 적분 단계 및 비교 단계는 경로를 따라 계산된 거리가 소기의 최소 거리에 상응할 때까지 반복된다. 말하자면, 이러한 최소 거리는 이상적 경우 레이저 스폿들이 포함하는 거리이다. 적분을 위해 사용되는 선택된 시간 간격의 크기에 따라 반복적 적분 및 비교로부터 얻어지는 제1 거리는 소기의 최소 거리보다 대략적으로 클 확률이 있다. 이에 상응하여 제1 및 제2 레이저 스폿 사이의 거리는 소기의 최소 거리보다 (근소하게) 더 클 것이다. 적분을 위해 사용되는 적합한 짧은 시간 간격에 의해, 이러한 편차는 매우 낮게 유지될 수 있어서, 근소하게 증대된 거리는 전체 결과에 불리하게 작용하지 않는다.

그럼에도 불구하고 트리거 시점의 산출 시 생성되는 편차는 다음의 트리거 시점의 산출 시 고려될 수 있다. 이는, 다음 시점의 산출 시 적분은 다시 0에서 시작하지 않고 이전 시점의 산출에 따른 편차에 상응하는 값에서 시작하는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 평균 편차, 즉 산출된 거리들이 소기의 최소 거리를 상회하는 값이 낮게 유지되는 것이 달성될 수 있다.

이에 대한 대안예로서, 이전 시점의 산출 시 소기의 최소 거리가 얼마나 초과되었는지를 고려하지 않고, 제2 시점 이후의 추가적 시점들은 제2 시점의 산출에 상응하여 산출될 수 있다.

이를 통해 계산 비용은 매우 낮게 유지될 수 있다. 이러한 변형예는, 특히, 최고 정확도, 즉 레이저 스폿들의 실제 거리들이 소기의 최소 거리에 가급적 정확하게 맞춰지는 것이 불필요하고 계산 비용의 최소화가 중요할 때 선택될 수 있다.

바람직한 형성예에서 제2 시점은 기준 위치에 기반하여 다음과 같이 산출된다:

주어진 시점 동안, 주어진 시점에 배정되는 기준 위치가 경로를 따르는 어떤 거리에 상응하고, 이러한 거리가 소기의 최소 거리에 상응하거나 경로를 따라 소기의 최소 거리를 초과하는 지의 여부를 산출하는 단계;

예의 경우, 주어진 시점을 제2 시점으로 사용하는 단계;

아니오의 경우, 주어진 시점에 시간 간격을 부가하는 단계; 및

이전 단계들의 반복.

이러한 형성예에 따라 제2 트리거 시점의 산출 시 위치값들이 사용됨에도 불구하고, 이러한 형성예는 전술한 선행 기술을 능가하는 이점을 가지는데, 본 방법은 기준값들에 기반하고 측정된 현재값들에 기반하지 않기 때문이다. 따라서 제2 트리거 시점은 사전에 산출될 수 있고, 즉 회전 거울의 축들이 이러한 기준 위치들에 상응하는 위치들을 점유하는 시점보다 (현저하게) 이전에 산출될 수 있다. 선행 기술에서 제2 트리거 시점은 회전 거울의 축들이 이미 그러한 위치들을 점유하였을 때 비로소 산출된다.

본 발명의 제2 양태는 전술한 방법들 중 하나를 수행하기 위해 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

이는 예컨대 기존의 레이저빔 위치결정 시스템의 추가 셋업 시 사용될 수 있다.

본 발명의 제3 양태는 전술한 방법들 중 하나를 수행하도록 구성되는 레이저빔 위치결정 시스템에 관한 것이다.

이때 고유의 레이저가 레이저빔 위치결정 시스템의 일부를 나타낼 수 있으나, 본 발명은 자체적으로 레이저를 포함하지 않는 레이저빔 위치결정 시스템까지 포괄하는 것을 고려해야 한다. 그러한 레이저빔 위치결정 시스템은 실질적으로 독립적 시스템, 즉 레이저를 포함하지 않는 시스템으로 제조될 수 있다. 제어해야 할 레이저는 별도로 제공될 수 있다. 그러한 레이저빔 위치결정 시스템은 레이저빔 위치결정 시스템을 이용하여 사용할 레이저를 적합한 시점에 트리거하기 위해 적합한 수단을 포함할 것이다.

본 발명의 제4 양태는 레이저 가공 장치를 제어하기 위한 레이저빔 위치결정 시스템에 관한 것으로, 이러한 시스템은,

적어도 하나의 편향 부재, 특히 적어도 하나의 회전 가능 거울,

레이저빔 위치결정 시스템의 빔 경로를 설정 또는 조절하여, 빔 경로를 따르는 레이저빔에 의해 생성될 수 있는 경로점이 대상물 내에 또는 대상물 상에서 소기의 경로 상에 위치하도록, 적어도 하나의 편향 부재, 특히 적어도 하나의 회전 가능 거울을 설정 또는 조절하기 위한 수단, 특히 연속적으로 조절하기 위한 수단;

제1 및 제2 레이저 스폿을 생성하기 위해 제1 및 제2 시점에 레이저빔 위치결정 시스템을 이용하여 사용할 레이저를 트리거하기 위한 수단; 및

기준 위치 및/또는 기준 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수 및/또는 경로를 따르는 빔 경로의 경로점의 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수에 기반하여 제2 시점을 산출하기 위한 수단으로서, 이로써 제2 레이저 스폿의 위치가 경로를 따라 제1 레이저 스폿의 위치에 대해 소기의 거리를 포함하는, 상기 제2 시점을 산출하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 제5 양태는 레이저 및 전술한 레이저빔 위치결정 시스템들 중 하나를 포함하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

본 발명의 양태들 중 어느 하나의 바람직한 형셩예들과 관련하여 설명된 특징들 및 이점들은 본 발명의 다른 양태들에도 상응하게 적용된다.

다른 이점들 및 특징들은 실시예들로부터 알 수 있다. 이를 위해 도면은 다음과 같으며 일부 개략적으로 도시한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 가공 장치를 도시한다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치의 간략화된 도면 또는 변형예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 트리거 시점의 계산을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 속도 프로파일을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 위치 흐름을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 스폿을 포함하는 경로를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 스폿을 포함하는 경로를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 방법 절차를 도시한다.

도 1에 도시된 레이저 가공 장치(10)는 펄싱된 레이저(2)를 포함한다. 레이저가 트리거되면, 이러한 레이저는 레이저빔(3)을 생성할 수 있다. 구현예에 따라 레이저빔은 선택적으로 이 실시예에 도시된 바와 같이 빔 익스팬더(15)를 통해 안내될 수 있고, 빔 익스팬더는 레이저빔(3)을 확장한다. 도시된 실시예에서 레이저빔은 이후에 집속 장치(4b)를 통해 안내되고, 집속 장치는 레이저빔(3)을 집속할 수 있다. 이러한 집속 장치도 선택적이다. 도 1에는 집속 장치(4b)가 렌즈로 표시되나, 집속 장치는 예컨대 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 경우에 따라서 집속 장치(4b)의 렌즈는 레이저빔의 축을 따라 이동될 수 있으며, 이는 이중 화살표로 암시되어 있는 바와 같다. 이를 통해 레이저빔의 초점 위치는 선택 또는 변경될 수 있다.

이후, 레이저빔(3)은 회전 가능 거울(4a)에 도달하고, 거울은 레이저빔(3)을 편향시킨다. 회전 가능 거울(4a)에 의한 편향 후, 레이저빔(3)은 추가적 회전 가능 편향 거울(4)에 도달하고, 이러한 추가적 편향 거울은 레이저빔을 대상물(5)의 방향으로 편향시킨다.

회전 가능 거울들(4, 4a)은 특히 선행 기술로부터 공지되어 있는 바와 같은 대물렌즈(30)도 속할 수 있는 레이저빔 위치결정 시스템(1)의 일부이다. 도시된 예에서 편향 거울들(4, 4a)은 이러한 편향 거울들이 서로 90°를 이루는 축들의 둘레에서 회전할 수 있도록 배치된다. 다른 각도도 고려할 수 있으나, 90°각도를 선택하면 거울의 축 위치들로부터 초점의 위치를 계산하는 것이 간단해질 수 있다. 회전 가능 편향 거울들(4, 4a)은 예컨대 갈바노미터 구동부를 이용하여 회전될 수 있다.

거울들(4, 4a)에 의해 편향되는 레이저빔은 이후에 대상물(6)에 도달한다. 도 1에는 거울들(4, 4a)에 의해 편향된 레이저빔(3)의 부분이 참조번호 5로 표시되어 있다.

도 1에는 레이저빔의 편향된 부분(5)에 대한 초점(8)이 기록되어 있다. 이 지점에서 레이저빔(5)이 집속 장치(4b)에 의해 집속된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 초점은 도시된 바와 같이 대상물(6)의 표면 상에, 즉 대상물(6) 상에 위치할 수 있다. 그러나 레이저빔(5)이 집속 장치(4b)에 의해 집속될 수 있어서 초점이 대상물 내에 위치하는 것도 가능하다. 후자의 경우는 예컨대 레이저(2)가 생성할 수 있는 전자기 복사에 대해 적어도 부분적으로 투과성인 대상물(6)에서 적용될 수 있다.

레이저(2)가 트리거되면, 레이저(2) 또는 레이저빔(3, 5)은 초점(8)의 위치에서 레이저 스폿을 생성한다. 레이저(2)가 수 회 잇달아 트리거되면, 일련의 레이저 스폿들이 대상물(6) 상에 또는 대상물(6) 내에 생성된다. 간소한 표현을 위해 이하에서 레이저 스폿 또는 레이저 스폿들을 위해 참조번호 8이 사용된다.

편향 거울들(4, 4a), 및 집속 장치(4b)가 제공된 경우 집속 장치(4b)에 의해, 레이저(2)를 위한 빔 경로가 정의된다. 이하에서, 빔 경로를 위해 참조번호 40이 사용되나, 이러한 참조번호는 도면에 표시되어 있지 않다. 빔 경로(40)는 레이저(2)가 트리거될 시 레이저빔(3, 5)이 레이저(2)로부터 시작하여 전파될 때 따를 수 있는 라인에 상응한다. 즉, 빔 경로는 레이저(2)가 트리거되지 않는 그러한 시점에도 정의된다. 마찬가지로 빔 경로(40)는, 레이저(2)가 없을 시에도 정의된 것으로 간주할 수 있는데, 빔 경로는 특히 편향 거울들(4, 4a) 및 경우에 따라서 집속 장치(4b)에 의해 정해지기 때문이다.

거울들(4, 4a) 및 경우에 따라서 집속 장치(4b)가 조절되면, 빔 경로(40) 및 이로 인하여 초점(8)의 위치도 변경된다. 빔 경로(40) 또는 초점(8)은 적어도 부분적으로 특히 완전하게 대상물(6) 상에 또는 대상물 내에 위치하는 경로를 나타낸다. 이러한 경로를 따라 개별 경로점들이 위치하고, 이러한 경로점들은 이하에 설명되며 이를 위해 참조번호 8이 사용된다.

도시된 실시예에서 레이저빔 위치결정 시스템(1)은 제어부(20)를 포함한다. 제어부에 의해 특히 편향 거울들(4 또는 4a) 및 집속 장치(4b)는 제어될 수 있고 및/또는 이들의 (축)위치들이 산출될 수 있다. 제어부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 레이저(2)와 연결될 수 있고, 특히 연결되어 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저(2)는 적합한 시점에 트리거될 수 있다.

본 발명은 도 1에 도시된 구현예에 한정되지 않는다. 특히, 거울들(4, 4a), 집속 장치(4b) 및 레이저(2)를 위한 전체 제어부(20)는 하우징에 통합될 수 있고, 이러한 하우징 내에서 거울들(4, 4a)이 위치하거나 도 1에 도시된 바와 같이 거울들(4, 4a), 집속 장치(4b) 및 레이저(2)의 제어부(20)가 적어도 부분적으로 그러한 하우징 외부에 위치할 수 있다.

구현예와 무관하게, 거울들(4, 4a) 및 제어부(20)는 경우에 따라서 다른 광학 부재들을 포함하여 레이저빔 위치결정 시스템으로 간주될 수 있다. 레이저(2)는 이러한 시스템의 일부가 아니거나 적어도 반드시 그렇지는 않다는 것을 다시 강조해둔다. 레이저빔 위치결정 시스템(1)은 레이저(2)와 함께 사용되기 위해 별도로 제공될 수 있다. 레이저빔 위치결정 시스템(1) 및 레이저(2)의 조합은 레이저 가공 장치(10)로 간주될 수 있다.

도 1에 도시된 배치의 변형예에 따르면, 레이저빔 위치결정 시스템이 편향 거울들(4, 4a) 중 하나만을 포함하고, 이러한 편향 거울은 오로지 축 둘레에서만 회전 가능할 수 있다. 이 경우 빔 경로는 낮은 자유도를 포함할 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 대상물(6)은 선택적으로 테이블(9), 특히 주행 가능한 테이블(9) 상에 위치결정될 수 있어서, 대상물(6)은 예컨대 도 1에서 화살표 X, Y(및 경우에 따라서 Z)에 의해 암시되는 방향들 중 하나 이상의 방향으로 이동될 수 있다. 적합한 주행 가능 테이블 또는 그 유사체는 당업자에게 공지되어 있다.

다른 변형예로서, 편향 거울(4, 4a) 대신 다른 편향 부재들이 사용될 수 있다. 이를 위해 특히 광섬유 케이블 또는 프리즘이 고려될 수 있다. 마찬가지로, 다양한 종류의 편향 부재들이 서로 조합될 수 있으며, 예컨대 거울은 광섬유 케이블과 조합될 수 있다. 그러나 편향 부재들 중 적어도 하나는 그 위치, 배향 또는 형상(특히 광도체의 경우)과 관련하여 조절 가능/변경 가능해야 하므로, 레이저 가공 장치의 빔 경로는 이에 상응하여 조절될 수 있다.

도 2는 도 1의 변형예로 간주될 수 있거나 도 1의 간략화된 도면으로 간주될 수 있다. 도 2에는 펄싱된 레이저(2)가 다시 도시되어 있고, 이러한 레이저로부터 레이저빔이 출사될 수 있고, 레이저빔은 편향 부재(4), 예컨대 거울에 의해 대상물(6)의 방향으로 편향될 수 있다. 거울은 레이저빔 위치결정 시스템(1)의 일부이고, 이러한 시스템은 제어부(20)도 포함한다. 제어부는 적합한 제어 라인(21)을 통해 레이저를 트리거할 수 있다.

편향 거울(4)은 본원에서 하나 이상의 편향 부재를 대표한다.

편향 거울(4)에 의해 편향되는 레이저빔은 다시 참조번호 5로 표시되어 있다. 레이저빔(4)이 대상물(6)에 도달하는 위치에서 레이저 스폿(8)이 생성된다. 레이저 가공 장치(10)의 빔 경로는 편향 거울(4)의 적합한 제어에 의해 조절됨으로써, 빔 경로는 대상물(6) 상에서 경로(7)를 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 편향 거울(4)의 연속적 조절에 의해 연속적 경로(7)가 생성된다. 그러나 레이저(2)는 특정한 시점에만 트리거되므로, 이와 같이 생성되는 레이저 스폿들은 일련의 이격된 지점들을 형성하고, 이러한 이격된 지점들은 실제로 특정한 퍼짐을 포함할 것이다. 이러한 퍼짐에 기반하여 - 각 구현예에 따라 - 전적으로 레이저 스폿들의 교차가 발생할 수 있다.

이제, 레이저(2)가 트리거되는 시점들이 어떻게 산출되는지가 설명된다. 이와 관련하여 바람직하게는 레이저 스폿들의 중심은 레이저 스폿들의 위치 또는 2개의 인접한 레이저 스폿 사이의 거리를 논의할 때 중요하다.

이제 본 발명의 3개의 실시예가 설명된다. 모든 실시예에서, 편향 부재들(4)은 빔 경로(40)를 따르는 레이저빔(3, 5)에 의해 생성될 수 있는 경로점(8)이 대상물(6) 내에 또는 대상물(6) 상에서 소기의 경로(7) 상에 위치하도록 설정 또는 조절된다는 것이 가정된다.

실시예 1: 기준 속도

편향 거울들(4)은 빔 경로가 원하는 경로(7)를 나타내도록 제어된다. 특히 편향 거울들(4)을 위해 추종 오차(following error) 없는 위치 조정기의 사용 시 편향 거울들(4)의 제어부로부터 빔 경로가 소기의 경로(7) 상에서 서로 다른 시점에 점유할 위치가 결정될 수 있다. 이는 소기의 경로를 따르는 빔 경로(40) 또는 편향 거울(4)의 (측정된) 현재 위치를 가리키는 것이 아니다. 오히려 제어부로부터 소기의 경로 상에서 빔 경로의 기준 위치가 산출될 수 있고, 특히 편향 거울들(4)의 위치 조정기가 제어되기 전에 산출될 수 있다. 이로부터 기준 속도(V_Soll)가 이에 대해 공지된 방식으로 경로를 따라 산출될 수 있다. 이러한 기준 속도는 스케일러(scaler)에 의해 나타낼 수 있는데, 운동 방향은 어차피 소기의 경로가 확정됨에 따라 정해져 있기 때문이다.

이 실시예에 따르는 방법은, 기준 속도가 짧은 시간 간격에서 적분되는 것을 고려한다. 적분 페이스(pace)는 예컨대 10 ns일 수 있다. 어느 경우든, 적분 시간 간격은 트리거 펄스의 예상 시간 거리보다 본질적으로 짧은 것이 바람직하다.

경로를 따라 기준 속도를 적분하는 것은 도 3에서 예시되어 있다. 수평 축 위에서 최종 트리거 시점 이후 시간이 기록되어 있다. 수직 축에는 경로를 따르는 위치, 또는 경로를 따르는 이전의 레이저 스폿에 대한 거리가 기록되어 있다.

적용예에 따라 생성되어야 하는 2개의 연속하는 레이저 스폿 사이에서 경로를 따라 특정한 소기의 (구간에 따른) 거리가 확정될 수 있다. 이러한 거리는 A로 표시되어 있다. 경로를 따르는 기준 속도는 이제 (특히 수치상) 제1 시간 간격(t1)에 걸쳐 적분되고 이로부터 제1 거리(A1)가 산출된다. 이러한 거리(A1)는 소기의 거리(A)와 비교된다. 거리(A1)가 소기의 거리(A)에 여전히 미치지 못하면, 방법이 계속되거나 반복되는데, 즉 경로를 따르는 기준 속도의 적분은 제2 시간 간격(t2)에서 계속되고 결과는 다시 소기의 거리(A)와 비교된다. 시간상 적분 간격(t1 내지 tn)은 모두 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 적분은, 경로를 따라 이러한 적분에 의해 산출되는 거리가 소기의 거리(A)에 도달하거나 이를 초과할 때까지 계속된다. 이는 도 3에서 적분 간격(t7)의 경우이다.

다수의 경우에 경로를 따라 적분에 의해 산출되는 구간은 소기의 거리(A)에 정확하게 도달하지 않고, - 적분 간격의 선택에 따라 - 근소하게 상회한다. 경로를 따라 적분에 의해 산출되는 구간이 소기의 거리(a)에 도달하거나 초과하자마자(A7), 적분 시 사용되는 시간 간격(t1 내지 t7)의 합산에 의해 레이저(2)의 트리거를 위한 시점이 산출될 수 있거나 레이저(2)의 제1 트리거 및 이에 연속하는 레이저(2)의 제2 트리거 사이의 시간 거리가 산출될 수 있다. 제1 및 제2 트리거에 의해 생성되는 2개의 레이저 스폿은 소기의 거리(A)를 포함하거나 거리차(dA) 만큼 소기의 거리(A)를 (근소하게) 상회하는 거리(A')(도 3에서 A7)를 포함한다.

제3 레이저 스폿을 위한 트리거 시점을 산출하기 위해 방법이 계속되면, 거리차(dA)가 고려될 수 있다. 따라서 적분 또는 합산은 0이 아닌 시작값으로 시작될 수 있고, 이러한 시작값은 거리차(dA)에 상응한다. 그 결과, 소기의 거리(A)는 오로지 적분 시간 간격에 걸쳐 경로를 따르는 기준 속도의 적분에 기반하는 경우에 비해 더 신속하게 달성된다. 이는 다시, 레이저(2)의 제3 트리거 시점까지의 시간 간격 및 이로 인하여 제2 및 제3 레이저 스폿 사이에서 경로를 따르는 (구간에 따르는) 거리가 대략적으로 짧아지는 것을 의미한다. 특히 제2 및 제3 레이저 스폿 사이에서 구간에 따르는 거리는 상황에 따라 소기의 거리(A)보다 (근소하게) 짧을 수 있다. 소기의 거리(A)에 대하여 거리들의 편차는 평균적으로 균등화되면, 평균적 거리는 거의 소기의 거리에 상응하는 것을 예상할 수 있다.

방법은 추가적 트리거 시점 또는 레이저 스폿을 위해 적절하게 계속될 수 있다.

이러한 실시예는, 2개의 연속한 레이저 스폿 사이에서 경로를 따르는 소기의 거리들이 일정하지 않을 시, 본 방법이 이에 상응하게 조정될 수 있는 것을 고려한다.

실시예 2: 현재 속도

제2 실시예에 따르는 방법은 제1 실시예와 매우 유사하다. 주요 차이점은, 기준 속도가 아니라 현재 속도(V_Ist)가 적분에 기초한다는 것이다. 경로를 따르는 현재 속도는 편향 거울(4)의 일시적 축 위치들을 측정함으로써 산출될 수 있다.

변형예: 더 높은 시간 도함수

제1 및 제2 실시예에 대한 변형예로서 경로를 따르는 기준 속도 또는 현재 속도 대신 경로를 따르는 기준 위치 또는 현재 위치의 더 높은 시간 도함수가 적분에 사용될 수 있다. 이에 상응하여 그러한 경우에 수회 적분이 수행되어야 하고, 이로써 적분의 결과는 경로를 따르는 구간에 상응한다.

실시예 3: 기준 위치

제3 실시예는 다시 편향 부재들(4)의 제어부로부터 얻어지는 기준값들이 사용되고 (측정된) 현재값들이 사용되지 않는다는 점에서 제1 실시예와 유사하다. 물론, 제3 실시예에서는 기준 속도가 아니라 기준 위치가 사용된다. 이 경우 적분은 생략된다. 그 대신 충분히 짧은 시간 간격 후에, 바람직하게는 예상되는 시간상 펄스 거리보다 현저히 짧은 시간 간격 후에 경로를 따르는 기준 위치가 경로를 따라 (이전 레이저 스폿과 관련하여) 레이저 스폿의 소기의 거리에 상응하거나 경로를 따르는 소기의 거리를 초과하는 거리에 상응하는지가 검사된다. 해당하는 경우에, 이로부터 사용해야 할 트리거 시점이 산출될 수 있다. 그렇지 않으면, 시간 간격이 부가되고 다시 비교된다.

제1 및 제2 실시예에서와 같이, 제3 실시예에서도 2개의 레이저 스폿 사이에서 소기의 거리가 어느정도 초과되었는지가 고려될 수 있는데 즉 다시 거리차(dA)가 산출될 수 있다. 다시 결과적으로, 다음의 트리거 시점의 산출 시 소기의 거리(A)는 경로를 따르는 기준 위치에만 기반하는 경우보다 신속하게 달성된다. 이를 통해 다시, 연속하는 레이저 스폿들 간의 실제 거리는 이러한 레이저 스폿들 간의 소기의 거리에 평균적으로 맞춰질 수 있다.

변형예

전술한 실시예들에 대한 제1 변형예에서, 이전의 레이저 스폿이 소기의 거리를 어느 정도 초과하였는지를 고려하지 않고 연속하는 트리거 시점들을 산출할 수 있다. 이는 계산 비용을 간소화할 수 있는데, 다음의 트리거 시점을 산출하기 위해 이전의 트리거 시점의 계산이 "원용"되는 것을 고려하지 않아도 되기 때문이다. 이러한 계산은 소위 매번 "0"에서 시작한다. 이때 물론, 레이저 스폿들 사이에서 산출된 거리가 이러한 레이저 스폿들 사이에서 소기의 거리에 비해 (근소하게) 큰 것을 예상할 수 있다.

제1 및 제2 실시예들에 대한 제2 변형예에 따르면, 적분을 위해 사용되는 기준 또는 현재의 속도값들이 보간되고, 특히 선형 보간된다. 이러한 2개의 보간 시점들 간의 시간 거리는 적분 간격들 중 하나의 지속 시간보다 현저하게 클 수 있다. 보간이 이루어지는 시점들은 예컨대 레이저빔 위치결정 시스템의 제어 카드의 클럭 주파수에 의해 확정될 수 있다. 일 실시 형태에서 이러한 클럭 주파수는 예컨대 수 마이크로초, 예컨대 10 ㎲일 수 있는 반면, 적분 간격은 예컨대 수 나노초, 예컨대 5 내지 20 ns일 수 있다. 각각의 적분 시간 간격을 위해 비교적 간단한 방식으로 속도값이 근사치로 계산될 수 있다. 발명인은, 일반적으로 그러한 보간이 예컨대 각각의 적분 간격을 위해 속도의 분석적 산출 시에 비해 현저히 낮은 계산 용량을 필요로 한다는 것을 인식하였다. 적어도 보간이 이루어지는 시점들을 적합하게 선택 시, 이러한 보간 방법은 대부분의 적용예에서 완전하게 충분한 정확도를 갖는 결과를 제공한다.

다른 설명들/실시예들

다수의 적용예에서 수백, 가급적 수천 또는 그 이상의 레이저 스폿 생성이 바람직할 것이다. 이때 연속하는 레이저 스폿들 간의 거리들이 소기의 분포를 포함하고 예컨대 이 거리들이 실질적으로 일정한 것이 바람직할 수 있다. 균일한 클럭 주파수로 트리거된 레이저는 일반적으로 등거리 레이저 스폿들을 생성하지 않는다(또는 반드시 생성하지는 않음)는 것은 이미 언급되었다. 이를 위해 말하자면 특히 경로를 따르는 빔 경로의 속도가 고려되어야 한다. 이는 도 4 및 도 5를 참조로 설명된다.

도 4는 경로를 따르는 빔 경로의 속도 프로파일(스폿 속도)(임의 단위)을 예시적으로 도시한다. 우선 스폿 속도는 일정하고(시점 0.5까지) 이후 0으로 감소된다(시점 0.9). 이후 스폿 속도는 다시 상승한다. 스폿 속도가 최대값에 도달하면(시점 1.5), 스폿 속도는 일정하게 유지된다. 그러한 속도 프로파일은 예컨대, 소기의 경로가 좁은 곡선 또는 에지를 포함할 시 사용될 수 있다. 동적 한계(최대 속도, 최대 가속, 최대 가가속도(jerk))에 기반하여 그러한 제동 및 재가속이 필요할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 도 5에 도시된 바와 같이 트리거 시점들의 산출 시 스폿 속도 프로파일을 고려한다. 이러한 예시에서(도 4와 같은 속도 프로파일, 경로를 따라 등간 거리가 바람직함) 2개의 트리거 시점 간의 시간상 거리는 변경되는 스폿 속도에 맞게 조정된다. 시작 상(시점 0.5까지 일정한 속도)에서 2개의 트리거 시점 간의 시간상 거리가 균일하게 유지되는 동안, 이후 시간상 거리들은 길어진다(시점 0.9에서 가장 김). 이후 시간상 거리들은 다시 짧아지고 시점 1.5부터 균일하게 유지된다. 현저하게 변화하는 스폿 속도에도 불구하고 본 발명에 따라 산출되는 시점에 레이저가 트리거됨으로써 경로를 따라 등간 거리를 포함하는 레이저 스폿들이 수득된다.

그러나 다른 실시예들에서, 경로의 길이 마다 에너지 입력이 소기의 분포에 상응하고, 예컨대 일정하게 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 경로의 길이 마다 에너지 입력은 본 발명의 실시예들에 따르면 연속하는 레이저 스폿들 사이의 거리를 적합하게 선택함으로써 또는 레이저 스폿 마다 에너지(펄스 에너지)를 적합하게 선택함으로써 변경될 수 있다. 또한, 연속하는 레이저 스폿 사이의 거리뿐만 아니라 레이저 스폿 마다 에너지도 변경되어, 경로의 길이 마다 에너지 입력에 영향을 미칠 수 있다.

연속하는 레이저 스폿 사이의 거리 선택 및/또는 레이저 스폿 마다 에너지의 선택 시, 경우에 따라서, 레이저 스폿들의 형상이 가공 필드 내의 위치에 따라 변화하는 것이 고려될 수 있다.

도 6에는 연속하는 3개의 레이저 스폿이 도시되어 있다. 이러한 레이저 스폿들은 3개를 현저하게 초과하는 개수의 레이저 스폿으로 이루어진 일련의 레이저 스폿을 나타낸다. 레이저 스폿들의 중심은 참조번호 Z1, Z2, Z3으로 표시되어 있다. 3개의 레이저 스폿 각각은 특정한 퍼짐을 포함하고, 이러한 퍼짐은 원으로 예시되어 있다.

경로(7)를 따라 레이저 스폿들(1, 2) 간의 거리는 A12로 표시되고, 레이저 스폿들(2, 3) 간에서 경로를 따르는 거리는 A23으로 표시되어 있다. 경로(7)는 만곡되어 있고, 곡률은 도 6에서 상당히 과장되어 있다. 경로를 따라 거리가 균일할 때, 즉 A12 = A23 일 때, 직선(G)을 따르는(즉 경로를 따르지 않음) 중심들(Z2, Z3)은 중심들(Z1, Z2)보다 상호 더 근접하게 위치한다. 레이저 스폿들(1, 2)은 교차하지 않는 반면, 레이저 스폿들(2, 3)은 경로의 곡률로 인하여 부분적으로 교차한다. 이는 대부분의 적용예에서 바람직하지 않다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이는 레이저(2)의 연속하는 트리거 시점들을 산출할 시 고려될 수 있고, 즉 소기의 거리(A)(도 3)는, 레이저 스폿들(1, 2) 사이에서, 즉 실질적으로 직선인 경로 부분들 상에서 보다 레이저 스폿들(2, 3)을 위해, 즉 곡선 상에서 더 크게 선택될 수 있다. 이는 도 7에 도시되어 있는데, 이 도면에서 경로를 따르는 거리(A23)는 경로를 따르는 거리(A12) 보다 길다. 특히, 거리(A23)는 만곡된 경로의 외부 또는 내부의 윤곽에서 레이저 스폿들이 상호 소기의 거리를 포함하도록 선택될 수 있다.

대안적으로, 상황에 따라, 레이저 스폿들의 퍼짐이 적절하게 조정될 수 있는데, 즉 실질적으로 직선인 구간에서보다 곡선상에서 더 작게 조정되거나 레이저 스폿 마다 에너지(펄스 에너지)가 이에 상응하게 조정될 수 있어서, 레이저 스폿들의 중첩에도 불구하고 경로의 길이 마다 에너지 입력은 소기의 분포에 상응하고, 예컨대 일정하게 유지된다.

일 실시예의 구체적 실행예로서, 발명인은 다음사항을 고려한다. 사용할 시스템의 기준 경로 및 동적 한계(최대 속도, 최대 가속, 최대 가가속도)로부터 시작하여 주행 가능한 궤적은 모든 축들을 위해 이산 페이스(예컨대 10 ㎲)로 예비 계산된다. 축들에 대해 출력물은 시간상 시프트될 수 있어서, 동작 시간 차 등이 보상된다. 모든 축들을 위해 추종 오차 없는 위치 조정기가 사용됨으로써, 기준 경로및 현재 경로 사이의 편차가 무시될 수 있다. 동일한 클럭에서(이 예시에서 10 ㎲클럭) 초점 속도(또는 스폿 속도 또는 경로를 따르는 빔 경로의 속도)가 계산된다. 레이저 출력 및 점 거리(레이저 스폿들의 거리)는 필요 시 10 ㎲ 클럭에서 변경될 수 있다. 레이저 출력은 속도, 레이저 주파수, 위치, 도달각도, 경로 곡률 등에 따라 예비 계산될 수 있다. 대안적으로, 이러한 값들은 보정값으로 "의사 속도"에 포함될 수 있다. 최소 레이저 주파수는 마찬가지로 "의사 속도"에 고려될 수 있다.

레이저 트리거신호를 생성하기 위해, 속도 신호는 10 ㎲ 간격 내에서 선형 보간 및 적분되고, 합산은 예컨대 수 ns의 클럭에서 수행된다. 소기의 점 간격의 초과 시 소정의 펄스가 트리거되고 계수기 판독 수치는 점 거리만큼 감소된다.

본 발명에 따르는 방법 절차의 간략한 설명

도 8은 본 발명의 실시예들에 따르는 방법 절차를 요약하여 도시한다. 방법 절차의 시작(100) 후, 전술한 빔 경로가 설정된다(단계 110). 빔 경로의 소기의 시작 상태는 이미 절차의 시작 시 제공될 수 있다.

다음 단계(120)에서 레이저(2)는 제1 시점에 트리거되어, 제1 레이저 스폿이 경로(7) 상에 생성된다.

빔 경로는 다음 단계(130)에서 조절된다. 이때, 초기의 설정(110) 및 이후의 조절(130)은 다수의 실시 방식에서 연속적 절차로서 간주될 수 있음을 언급해 둔다.

추가 단계(140)에서 레이저(2)가 두 번째로 트리거되어야 할 제2 시점이 산출된다.

다음 단계(150)에서 레이저(2)는 사전에 산출된 제2 시점에 트리거되어, 제2 레이저 스폿이 경로(7) 상에 생성된다.

추가 단계(160)에서, 여전히 추가 레이저 스폿들이 생성되어야 하는지가 질의된다. 예의 경우, 방법 절차는 단계 130부터 반복된다. 아니오의 경우, 방법 절차는 종료된다(단계 170).

도 8에서 단계(140)는 단계(130) 이후로 도시되어 있긴 하나, 단계(140)는 경우에 따라서 이미 단계(130) 이전에, 상황에 따라 이미 단계(120 또는 110) 전에 시작될 수 있는데, 적어도 예컨대 기준 속도와 같은 기준값들이 제2 트리거 시점(및 추가적 트리거 시점들)의 산출 시 사용될 때 그러할 수 있음을 언급해 둔다.

가능한 적용 분야

본 발명은 레이저 재료 가공을 위해 사용될 수 있다. 이는 예컨대 다음의 공정들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 마킹, 라벨링, 제거 가공 및/또는 구조화 가공, 절단, 보어링, 적층 제조 및 용접.

본 발명은 특히, 레이저가 100 kHz 이상의 클럭 주파수를 포함하고, 특히 수 100 kHz 또는 MHz 범위의 클럭 주파수를 포함할 때 사용된다.

대상물/공작물 상에서 레이저빔의 통상적 속도는 예컨대 약 0.5 내지 약 10 m/s이나, (현저하게) 클 수 있다.

또한, 예시적 실시 방식들은 오로지 예시들에 불과하며, 이러한 예시들이 보호범위, 적용예 및 구성을 결코 제한하지 않아야 할 것임을 언급해 둔다. 오히려 당업자는 이상의 설명을 통해 적어도 하나의 예시적 실시 방식을 구현하기 위한 가이드를 얻을 것이며, 특히 설명된 구성요소들의 기능 및 배치와 관련하여 청구항 및 이와 균등한 특징 조합으로부터 추론되는 바와 같은 보호 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 수행될 수 있다.

1 레이저빔 위치결정 시스템
2 레이저
3 레이저빔
4, 4a, 4b 편향 부재, 예컨대 거울
5 레이저빔
6 대상물
7 경로
8 경로점/초점/레이저 스폿
9 테이블
10 레이저 가공 장치
15 빔 익스팬더
20 제어부
30 대물렌즈
40 빔 경로(3, 5)
t1 내지 t7 시간 간격
A1 내지 A7 이전의 레이저 스폿에 대한 위치/간격
100 내지 170 방법 단계
Z1 내지 Z3 레이저 스폿의 중심
A12, A23 경로를 따르는 거리
G 직선

Claims

적어도 하나의 레이저를 포함하는 레이저 가공 장치의 제어 방법으로서,
적어도 하나의 편향 부재를 이용하여 상기 레이저 가공 장치의 빔 경로를 설정하는 단계로서, 상기 빔 경로를 따르는 레이저빔에 의해 생성될 수 있는 경로점이 대상물 상에 또는 대상물 내에서 소기의 경로 상에 위치하는, 상기 설정하는 단계;
제1 레이저 스폿을 생성하기 위해 제1 시점에 레이저를 제1 트리거하는 단계;
적어도 하나의 편향 부재를 이용하여 상기 레이저 가공 장치의 상기 빔 경로를 조절하는 단계로서, 상기 빔 경로를 따르는 레이저빔에 의해 생성될 수 있는 경로점이 소기의 경로 상에 위치하는, 상기 조절하는 단계;
제2 레이저 스폿을 생성하기 위해 제2 시점에 레이저를 제2 트리거하는 단계;
를 포함하고,
상기 방법은 상기 제2 트리거하는 단계 전에,
기준 위치, 상기 기준 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수, 및 상기 경로를 따르는 상기 빔 경로의 상기 경로점의 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수 중 적어도 하나에 기반하여 상기 제2 시점을 산출하는 단계로서, 상기 제2 레이저 스폿의 위치는 상기 경로를 따라 상기 제1 레이저 스폿의 위치에 대해 소기의 거리를 포함하는, 상기 제2 시점을 산출하는 단계
를 포함하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 편향 부재는 적어도 하나의 회전 가능 거울인, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 편향 부재를 이용하여 상기 레이저 가공 장치의 상기 빔 경로를 조절하는 단계는 상기 적어도 하나의 편향 부재를 이용하여 상기 레이저 가공 장치의 상기 빔 경로를 연속적으로 조절하는 단계인, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 시점은 상기 빔 경로의 상기 경로점이 상기 경로를 따라 상기 제1 레이저 스폿의 상기 위치에 대해 소기의 최소 거리에 도달하거나 초과하는 시점인 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 방법은 상기 제2 트리거하는 단계 이후에,
상기 레이저를 적어도 제3 트리거하는 단계로서, 상기 경로의 길이마다 상기 레이저빔에 의해 상기 대상물에 방출되는 에너지가 소기의 분포에 상응하도록 보장하는, 상기 제3 트리거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 소기의 분포는 상기 경로의 길이마다 상기 에너지가 일정하도록 확정하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 소기의 분포는 상기 경로의 길이마다 상기 에너지가 상기 경로의 직선인 구간 상에서보다 상기 경로의 곡선 상에서 더 낮도록 확정하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 경로의 길이마다 상기 에너지가 상기 소기의 분포에 상응하도록, 연속하는 레이저 스폿들의 거리가 변경되는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 경로의 길이마다 상기 에너지가 소기의 분포에 상응하도록, 레이저스폿을 생성하기 위해 상기 레이저빔에 의해 상기 대상물에 방출되는 에너지는 서로 다른 레이저 스폿들을 위해 변경되는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 레이저 스폿은 크기를 포함하고, 상기 소기의 분포는 연속하는 레이저 스폿들이 오로지 최대 소정 수준까지만 교차하도록 확정하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 레이저 스폿은 크기를 포함하고, 상기 소기의 분포는 연속하는 레이저 스폿들이 교차하지 않도록 확정하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 시점은 상기 기준 위치 또는 상기 현재 위치의 상기 1계 또는 그 이상의 시간 도함수에 기반하여 다음과 같이,
a) 상기 경로를 따라 제1 거리를 산출하기 위해 시간 간격에 걸쳐 상기 기준 위치 또는 상기 현재 위치의 상기 1계 또는 그 이상의 시간 도함수를 적분하는 단계; 및
b) 상기 제1 거리가 상기 소기의 최소 거리에 상응하거나 상기 경로를 따라 상기 소기의 최소 거리를 초과할 때까지, 상기 제1 거리를 상기 경로를 따르는 소기의 최소 거리와 비교하는 단계; 및
상기 시간 간격의 합으로부터 상기 제2 시점을 결정하는 단계
를 반복함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제2 시점에 뒤따르는 추가 시점들은 상기 제2 시점의 산출에 상응하여 산출되긴 하나, 추가적으로, 이전 시점의 산출 시 상기 소기의 최소 거리가 어느 정도 초과되었는지가 고려되는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제2 시점에 뒤따르는 추가 시점들은 상기 제2 시점의 산출에 상응하여 산출되나, 이전 시점의 산출 시 상기 소기의 최소 거리가 어느 정도 초과되었는지가 고려되지 않는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 시점은 상기 기준 위치에 기반하여 다음과 같이,
주어진 시점 동안, 상기 주어진 시점에 배정되는 상기 기준 위치가 상기 경로를 따라 상기 소기의 최소 거리에 상응하는 거리 또는 상기 경로를 따르는 상기 소기의 최소 거리를 초과하는 거리에 부합하는지를 산출하는 단계;
예의 경우, 상기 주어진 시점을 제2 시점으로 사용하는 단계;
아니오의 경우, 상기 주어진 시점에 시간 간격을 부가하는 단계; 및
이전 단계들을 반복함으로써,
산출되는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치의 제어 방법.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위해 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 레이저빔 위치결정 시스템.
레이저 가공 장치를 제어하기 위한 레이저빔 위치결정 시스템으로서,
적어도 하나의 편향 부재,
상기 레이저빔 위치결정 시스템의 빔 경로를 설정 또는 조절하기 위해, 상기 적어도 하나의 편향 부재를 설정 또는 조절하기 위한 수단으로서, 상기 빔 경로를 따르는 레이저빔에 의해 생성될 수 있는 경로점이 대상물 상에 또는 대상물 내에서 소기의 경로 상에 위치하는, 상기 설정 또는 조절하기 위한 수단;
제1 및 제2 레이저 스폿을 생성하기 위해, 제1 및 제2 시점에 상기 레이저빔 위치결정 시스템을 이용하여 사용할 레이저를 트리거하기 위한 수단; 및
기준 위치, 상기 기준 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수, 및 상기 경로를 따르는 상기 빔 경로의 상기 경로점의 현재 위치의 1계 또는 그 이상의 시간 도함수 중 적어도 하나에 기반하여 상기 제2 시점을 산출하기 위한 수단으로서, 상기 제2 레이저 스폿의 위치가 상기 경로를 따라 상기 제1 레이저 스폿의 위치에 대해 소기의 거리를 포함하는, 상기 제2 시점을 산출하기 위한 수단
을 포함하는 레이저빔 위치 결정 시스템.
제 18 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 편향 부재는 적어도 하나의 회전 가능 거울인, 레이저빔 위치 결정 시스템.
제 18 항에 있어서,
적어도 하나의 편향 부재를 조절하는 것은 적어도 하나의 편향 부재를 연속적으로 조절하는 것인, 레이저빔 위치 결정 시스템.
제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 레이저빔 위치결정 시스템; 및
레이저
를 포함하는, 레이저 가공 장치.