KR102570759B1 - Laser processing apparatus and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 절삭 가공장치 및 이의 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 가공시에 특정한 레이저 패턴으로 조사되도록 하여 피가공물을 가공하는 레이저 절삭 가공장치 및 이의 가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser cutting processing apparatus and a processing method thereof, and more particularly, to a laser cutting processing apparatus and a processing method thereof for processing a workpiece by irradiating a specific laser pattern during laser processing.
최근 반도체·디스플레이·에너지·자동차·의료 산업 등에서도 복합재, 세라믹, 난삭재 등 다양한 기능성 소재의 채용이 증가하고 있어 제품 품질을 향상시킬 수 있는 정밀 가공 요구가 증가하고 있다. 특히, 반도체 및 디스플레이 분야의 고가의 공정장비들은 지속적인 유지보수 및 관리가 필요하며, CVD, ALD, Sputter, Dry Etch 등 고온, 고압 환경의 건식 공정 장비는 고온, 부식, 화학적 작용에 대한 내성이 매우 뛰어난 난삭재 부품의 사용이 확대되고 있어 이에 대한 정밀 가공 요구가 크다. 또한, 자율주행자동차 및 반도체 검사용 적외선 렌즈 소재, E-Mobility용 섬유강화복합재(CFRP) 등 경량복합소재의 개발이 증가하고 있어, 이를 정밀 가공할 수 있는 솔루션을 필요로 하고 있다.Recently, the demand for precision processing to improve product quality is increasing as the adoption of various functional materials such as composite materials, ceramics, and difficult-to-cut materials is increasing in the semiconductor, display, energy, automobile, and medical industries. In particular, expensive process equipment in the semiconductor and display fields requires continuous maintenance and management, and dry process equipment in high-temperature and high-pressure environments such as CVD, ALD, Sputter, and Dry Etch is very resistant to high temperature, corrosion, and chemical action. As the use of excellent difficult-to-cut parts is expanding, the demand for precision machining is high. In addition, as the development of lightweight composite materials such as infrared lens materials for self-driving cars and semiconductor inspections and fiber-reinforced composites (CFRP) for E-Mobility is increasing, solutions that can precisely process them are needed.
그리고, 발전용 엔진, 항공기 엔진, 산업장비의 터빈 엔진, 선박용 터빈 엔진 등의 난삭재 소재의 주요 부품에 대한 정밀 가공이 필요한 상황이다. 에너지 및 항공 우주 산업의 핵심 부품인 터빈 블레이드의 냉각 홀뿐만 아니라, 임펠러와 같은 구조적으로 복잡한 부품에 대한 정밀 가공 요구가 증가하고 있다.In addition, there is a need for precision processing of major parts of difficult-to-cut materials such as engines for power generation, aircraft engines, turbine engines for industrial equipment, and turbine engines for ships. Demand for precision machining is increasing for structurally complex components such as impellers as well as cooling holes for turbine blades, which are key components in the energy and aerospace industries.
이러한 정밀 가공을 위하여 레이저 절삭 가공장치가 개발되고 있다. 종래의 레이저 절삭 가공장치의 경우에는 레이저 빔을 집속시키기 위하여 광학 렌즈를 사용하는데, 레이저 빔의 발산 성질 때문에 유효한 작업 거리가 불과 수 mm 정도밖에 되지 않는다. 따라서, 피가공물이 두꺼울 경우에는 이를 절단하기 어렵고, 작업 거리를 늘리기 위하여 레이저의 출력을 높이게 되면 열 손상 영역(heat affected zone)이 커지게 된다. 또한, 종래의 레이저 절삭 가공장치는 레이저 가공 과정에서 피가공물의 가공면에서 발생하는 찌꺼기가 가공면 주위에 남아서 가공물에 대한 오염 및 인체에 유해한 물질이 발생하게 된다. 또한, 종래의 레이저 절삭 가공장치는 피가공물의 가공 테이퍼 각도나 가공 폭(종횡비) 등을 조절하는 것이 제한되어 있으며, 있으며, 가공부 내부에 녹은 부산물 또는 분진물에 의해 깊이 있는 가공이 어려웠다.For such precision processing, a laser cutting processing device is being developed. In the case of a conventional laser cutting machine, an optical lens is used to focus a laser beam, but an effective working distance is only a few mm due to the divergent nature of the laser beam. Therefore, when the workpiece is thick, it is difficult to cut it, and when the power of the laser is increased to increase the working distance, the heat affected zone becomes large. In addition, in the conventional laser cutting processing apparatus, debris generated on the processing surface of the workpiece during laser processing remains around the processing surface, resulting in contamination of the workpiece and harmful substances to the human body. In addition, the conventional laser cutting processing apparatus is limited in adjusting the processing taper angle or processing width (aspect ratio) of the workpiece, and in-depth processing is difficult due to by-products or dust melted inside the processing unit.
본 발명이 해결하려는 과제는, 레이저 절삭 가공장치에서 조사되는 레이저의 가공 형상을 특정 패턴으로 구성함으로써, 레이저 가공시에 가공면이 보다 안정적이고 균일한 형상으로 가공이 가능할 뿐만 아니라 깊이 있는 가공이 가능한 레이저 절삭 가공장치 및 이의 가공방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to configure the processing shape of the laser irradiated from the laser cutting machine into a specific pattern, so that the processing surface can be processed into a more stable and uniform shape during laser processing, and depth processing is possible. It is to provide a laser cutting processing device and its processing method.
또, 본 발명은, 레이저 가공시에 고온가열에 의한 가공면에서 발생될 수 있는 분진 및 녹은 부산물 등의 이물질 등이 축적되지 않고 효과적으로 원하는 형상으로 가공할 수 있는 레이저 절삭 가공장치 및 이의 가공방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a laser cutting processing apparatus and a processing method thereof capable of effectively processing into a desired shape without accumulation of foreign substances such as dust and melted by-products that may be generated on the processing surface due to high temperature heating during laser processing. is to provide
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치는,In order to achieve the above object, the laser cutting apparatus according to the present invention,
피가공체의 가공면에 대해 레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생기 및 상기 레이저 빔을 조절하여 조사되는 궤적을 결정하는 제어부를 포함하고,A laser beam generator for generating a laser beam on a processing surface of a workpiece and a control unit for controlling the laser beam to determine a trajectory to be irradiated,
상기 제어부는, 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 궤적 방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 형성되도록 제어될 수 있다.The control unit may be controlled to form a pattern in which at least one laser spot is irradiated in a predetermined angular direction with respect to the trajectory direction in which the laser beam is irradiated, and at least some of them overlap each other.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 스팟은,In one embodiment of the present invention, the laser spot,
상기 레이저 빔이 조사되어 최초 형성되는 제1 레이저 스팟; 및a first laser spot initially formed by irradiation of the laser beam; and
상기 제1 레이저 스팟에 대해서 적어도 일부가 중첩되되, 상기 제1 레이저 스팟의 중심점에 대해서 소정의 각도 방향으로 형성되는 제2 레이저 스팟;을 포함할 수 있다.A second laser spot overlapping at least a portion of the first laser spot and formed in a predetermined angular direction with respect to the center point of the first laser spot.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔의 패턴은, 적어도 일부가 직선, 절곡선 및 만곡선 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, at least a portion of the pattern of the laser beam may include at least one of a straight line, a curved line, and a curved line.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔은 상기 가공면의 조사방향에 대해, 일방향으로 연속적으로 형성되는 구조를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the laser beam may include a structure continuously formed in one direction with respect to the irradiation direction of the processing surface.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔은, 주파수 형태로 기 설정된 레이저 출력파워, 레이저 주파수, 레이저 스폿 크기, 가공속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 파장(오실레이션 주파수) 중 적어도 하나 이상이 조절되어 조사될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the laser beam is selected from among laser output power, laser frequency, laser spot size, processing speed, radius curvature, oscillation amplitude and wavelength (oscillation frequency) preset in the form of a frequency. At least one or more may be controlled and irradiated.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔의 조사로 형성되는 상기 패턴은 상호 적어도 일부가 중첩되되, 인접하는 레이저 빔의 패턴 간의 중첩율(%)이 30% 내지 100%의 범위로 형성되는 구조를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the patterns formed by the irradiation of the laser beam overlap each other at least partially, and the overlapping rate (%) between patterns of adjacent laser beams is formed in the range of 30% to 100%. can include
상기의 중첩율은 가우시안 빔, 플랫탑 원형 빔, 플랫탑 사각형빔, 플랫탑 라인빔 등의 레이저 빔의 형상에 따라서도 다르게 조절될 수 있음은 물론이다.It goes without saying that the overlapping ratio may be differently adjusted depending on the shape of a laser beam such as a Gaussian beam, a flat top circular beam, a flat top square beam, or a flat top line beam.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 패턴은 일방향으로 원형, 타원형, 나선형, 8자형, ∞형 또는 지그재그(zig-zag) 형상을 포함하여 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the pattern may be formed including a circular shape, an elliptical shape, a spiral shape, a figure 8 shape, an ∞ shape, or a zig-zag shape in one direction.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔의 주위에 보조 가스를 분사하는 가스 생성부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a gas generating unit for injecting an auxiliary gas around the laser beam may be further included.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔 발생기는,In one embodiment of the present invention, the laser beam generator,
제1 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 빔 발생기; 및A first laser beam generator for irradiating a first laser beam; and
상기 제1 레이저 빔의 조사 방향으로 소정의 위상차로 조사되는 상기 제2 레이저 빔을 포함하는 제2 레이저 빔 발생기;를 포함할 수 있다.A second laser beam generator including the second laser beam irradiated with a predetermined phase difference in the irradiation direction of the first laser beam; may include.
여기서, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2 레이저 빔은 제1 레이저 빔의 조사 방향에 대해 1 내지 180도 범위의 위상차로 조사될 수 있다.Here, in one embodiment of the present invention, the second laser beam may be irradiated with a phase difference in the range of 1 to 180 degrees with respect to the irradiation direction of the first laser beam.
또, 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치는,In addition, the laser cutting apparatus according to the present invention,
레이저 빔을 발생시키는 적어도 하나 이상의 레이저 빔 발생기;At least one laser beam generator for generating a laser beam;
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔의 조사방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 형성되도록 제어하는 제어부;A control unit for controlling the formation of a pattern in which at least one laser spot is irradiated in a predetermined angular direction with respect to the irradiation direction of the laser beam irradiated from the laser beam generator, but at least a part overlaps with each other;
상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하되, 상기 제어부에 의하여 조사방향에 대해서 소정의 패턴이 상호 적어도 일부가 중첩되는 형태로 조사하는 포커싱 렌즈 유닛; 및a focusing lens unit that irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface, and irradiates predetermined patterns in a form in which at least a portion overlaps each other in the irradiation direction by the control unit; and
상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 포커싱 렌즈 유닛으로 반사하여, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절하는 초점조절 미러 유닛;을 포함할 수 있다.A laser beam incident in a direction parallel to the processing surface is reflected by the focusing lens unit, and among coordinates of a focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, coordinates of directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other It may include; a focusing mirror unit for adjusting the x and y coordinates.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 다이나믹 포커싱 유닛;을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the laser beam generated from the laser beam generator is radiated to the focusing mirror unit, and the coordinates of the focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit are orthogonal to the processing surface. It may further include a dynamic focusing unit that adjusts the z-coordinate, which is the coordinate of the direction.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 Z축 스테이지;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the laser beam generated from the laser beam generator is radiated to the focusing mirror unit, and the coordinates of the focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit are orthogonal to the processing surface. A Z-axis stage for adjusting the z-coordinate of the direction; may be further included.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 초점조절 미러 유닛은,In one embodiment of the present invention, the focusing mirror unit,
상기 다이나믹 포커싱 유닛으로부터 상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 경사진 방향으로 조사하는 제1 초점조절 미러; 및a first focusing mirror for irradiating the laser beam incident from the dynamic focusing unit in a direction parallel to the processing surface in a direction inclined with respect to the processing surface; and
상기 제1 초점조절 미러로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하는 제2 초점조절 미러;를 포함할 수 있다.A second focusing mirror for irradiating the laser beam incident from the first focusing mirror in a direction orthogonal to the processing surface.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔 발생기에서 생성한 상기 레이저 빔의 단면을 확장시켜 상기 다이나믹 포커싱 유닛으로 조사하는 빔 익스팬더;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a beam expander for expanding a cross section of the laser beam generated by the laser beam generator and irradiating the dynamic focusing unit; may be further included.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 다이나믹 포커싱 유닛으로부터 조사되는 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 반사하는 반사 미러 유닛;을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a reflection mirror unit for reflecting the laser beam irradiated from the dynamic focusing unit to the focusing mirror unit; may further include.
여기서, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 반사 미러 유닛은,Here, in one embodiment of the present invention, the reflective mirror unit,
상기 다이나믹 포커싱 유닛으로부터 상기 가공면에 대해 수평방향으로 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하는 제1 반사 미러와,a first reflection mirror for irradiating the laser beam incident in a horizontal direction with respect to the processing surface from the dynamic focusing unit in a direction orthogonal to the processing surface;
상기 제1 반사 미러로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 반사하는 제2 반사 미러를 포함할 수 있다.A second reflection mirror for reflecting the laser beam incident from the first reflection mirror to the focusing mirror unit may be included.
한편, 본 발명은, 전술한 레이저 절삭 가공장치를 이용한 가공방법을 제공하는 바, On the other hand, the present invention provides a processing method using the above-described laser cutting processing device,
레이저 빔을 발생시키는 적어도 하나 이상의 레이저 빔 발생기;At least one laser beam generator for generating a laser beam;
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔을 제어하는 제어부;a control unit controlling the laser beam emitted from the laser beam generator;
상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하되, 상기 제어부에 의하여 조사방향에 대해서 소정의 패턴이 상호 적어도 일부가 중첩되는 형태로 조사하는 포커싱 렌즈 유닛;a focusing lens unit that irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface, and irradiates predetermined patterns in a form in which at least a portion overlaps each other in the irradiation direction by the control unit;
상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 포커싱 렌즈 유닛으로 반사하여, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절하는 초점조절 미러 유닛; 및A laser beam incident in a direction parallel to the processing surface is reflected by the focusing lens unit, and among coordinates of a focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, coordinates of directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other a focusing mirror unit for adjusting the x and y coordinates of the inductor; and
상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 다이나믹 포커싱 유닛;을 포함하는 레이저 절삭 가공장치를 이용한 레이저 가공방법으로,The laser beam generated from the laser beam generator is radiated to the focusing mirror unit, and among the focal coordinates of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, the z-coordinate, which is a coordinate in a direction orthogonal to the processing surface, is adjusted. A laser processing method using a laser cutting processing device comprising a; dynamic focusing unit to
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔의 조사방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 형성되도록 상기 제어부에 의해 조절될 수 있다.Regarding the irradiation direction of the laser beam irradiated from the laser beam generator, at least one or more laser spots are irradiated in a predetermined angular direction, but at least partially controlled by the control unit to form a pattern of a shape overlapping each other. can
또한, 본 발명에 따른 레이저 가공방법은, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생기;In addition, the laser processing method according to the present invention, a laser beam generator for generating a laser beam;
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔을 제어하는 제어부;a control unit controlling the laser beam emitted from the laser beam generator;
상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하되, 상기 제어부에 의하여 조사방향에 대해서 소정의 패턴이 상호 적어도 일부가 중첩되는 형태로 조사하는 포커싱 렌즈 유닛;a focusing lens unit that irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface, and irradiates predetermined patterns in a form in which at least a portion overlaps each other in the irradiation direction by the control unit;
상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 포커싱 렌즈 유닛으로 반사하여, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절하는 초점조절 미러 유닛; 및A laser beam incident in a direction parallel to the processing surface is reflected by the focusing lens unit, and among coordinates of a focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, coordinates of directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other a focusing mirror unit for adjusting the x and y coordinates of the inductor; and
상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 다이나믹 포커싱 유닛;을 포함하는 레이저 절삭 가공장치를 이용한 레이저 가공방법으로,The laser beam generated from the laser beam generator is radiated to the focusing mirror unit, and among the focal coordinates of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, the z-coordinate, which is a coordinate in a direction orthogonal to the processing surface, is adjusted. A laser processing method using a laser cutting processing device comprising a; dynamic focusing unit to
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔의 조사방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 형성되도록 상기 제어부에 의해 조절될 수 있다.Regarding the irradiation direction of the laser beam irradiated from the laser beam generator, at least one or more laser spots are irradiated in a predetermined angular direction, but at least partially controlled by the control unit to form a pattern of a shape overlapping each other. can
또한, 본 발명에 따른 레이저 가공방법은, In addition, the laser processing method according to the present invention,
레이저 빔을 발생시키는 적어도 하나 이상의 레이저 빔 발생기;At least one laser beam generator for generating a laser beam;
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔을 제어하는 제어부;a control unit controlling the laser beam emitted from the laser beam generator;
상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하되, 상기 제어부에 의하여 조사방향에 대해서 소정의 패턴이 상호 적어도 일부가 중첩되는 형태로 조사하는 포커싱 렌즈 유닛;a focusing lens unit that irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface, and irradiates predetermined patterns in a form in which at least a portion overlaps each other in the irradiation direction by the control unit;
상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 포커싱 렌즈 유닛으로 반사하여, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절하는 초점조절 미러 유닛; 및A laser beam incident in a direction parallel to the processing surface is reflected by the focusing lens unit, and among coordinates of a focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, coordinates of directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other a focusing mirror unit for adjusting the x and y coordinates of the inductor; and
상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 Z축 스테이지;을 포함하는 레이저 절삭 가공장치를 이용한 레이저 가공방법으로,The laser beam generated from the laser beam generator is radiated to the focusing mirror unit, and among the focal coordinates of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, the z-coordinate, which is a coordinate in a direction orthogonal to the processing surface, is adjusted. A laser processing method using a laser cutting processing apparatus comprising a; Z-axis stage to do,
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔의 조사방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 형성되도록 상기 제어부에 의해 조절될 수 있다.Regarding the irradiation direction of the laser beam irradiated from the laser beam generator, at least one or more laser spots are irradiated in a predetermined angular direction, but at least partially controlled by the control unit to form a pattern of a shape overlapping each other. can
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔은 소정의 레이저 출력파워, 레이저 주파수, 레이저 스폿 크기, 가공속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 파장(오실레이션 주파수) 중 적어도 하나 이상이 조절되며 가공면에 조사될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the laser beam is at least one of a predetermined laser output power, laser frequency, laser spot size, processing speed, radius curvature, oscillation amplitude and wavelength (oscillation frequency) It is controlled and can be irradiated on the machined surface.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가공면의 가공 깊이(depth) 및 가공 폭(width)은, 기 설정된 레이저 출력파워, 레이저 주파수, 레이저 스폿 크기, 가공속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 파장(오실레이션 주파수) 중 적어도 하나 이상으로 조절될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the processing depth and processing width of the processing surface are preset laser output power, laser frequency, laser spot size, processing speed, radius curvature, oscillation It may be adjusted to at least one of an amplitude and a wavelength (oscillation frequency).
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 빔은 진행방향으로 가공면에 대해서 연속적으로 조사될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the laser beam may be continuously irradiated with respect to the processing surface in a traveling direction.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other embodiment specifics are included in the detailed description and drawings.
본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치 및 이의 가공방법에 따르면, 레이저 절삭 가공장치에서 조사되는 레이저의 가공 형상을 특정 패턴으로 구성함으로써, 레이저 가공시에 가공면이 보다 안정적이고 균일한 형상으로 가공이 가능할 뿐만 아니라 깊이 있는 가공이 가능한 효과가 있다.According to the laser cutting processing device and its processing method according to the present invention, by configuring the processing shape of the laser irradiated from the laser cutting processing device into a specific pattern, the processing surface can be processed into a more stable and uniform shape during laser processing. In addition, it has the effect of enabling in-depth processing.
또, 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치 및 이의 가공방법에 따르면, 레이저 가공시에 고온가열에 의한 가공면에서 발생될 수 있는 분진 및 녹은 부산물 등의 이물질 등이 축적되지 않고 효과적으로 원하는 형상으로 가공할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the laser cutting processing apparatus and its processing method according to the present invention, foreign substances such as dust and melted by-products, which may be generated on the processing surface due to high temperature heating during laser processing, are not accumulated and can be effectively processed into a desired shape. There are possible effects.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치를 나타내는 개략적인 구성도이고,
도 2는 도 1에 도시된 레이저 절삭 가공장치의 일부를 확대하여 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공 형상을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공패턴에 대한 예시들을 나타내는 도면이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공 예시를 나타내는 도면들이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절삭 가공장치에 의한 다양한 레이저 빔의 굴절 경로를 나타낸 구성도이고,
도 9는 도 8의 굴절렌즈를 통해 입사되는 하나의 레이저를 분할하고 분할된 각각의 레이저 빔을 집속렌즈를 통해 집속하여 가공대상물로 방출하는 것을 나타낸 도면이며,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공결과를 비교하는 사진이고,
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공과정을 나타내는 흐름도들이고,
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치를 구조를 나타내는 예시도들이고,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 듀얼 빔(dual beam) 사용예를 나타내는 도면들이고,
도 16은 종래의 단일 레이저 빔으로 높은 레이저 출력을 사용한 가공예를 나타내는 사진들이다.1 is a schematic configuration diagram showing a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is an enlarged view of a part of the laser cutting apparatus shown in FIG. 1;
Figure 3 is a view showing the processing shape of the laser cutting processing apparatus according to an embodiment of the present invention,
4 is a diagram showing examples of processing patterns of a laser cutting processing apparatus according to various embodiments of the present invention;
5 to 7 are views showing examples of processing of a laser cutting processing apparatus according to an embodiment of the present invention,
8 is a configuration diagram showing the refraction paths of various laser beams by a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention;
9 is a view showing splitting one laser incident through the refracting lens of FIG. 8, concentrating each of the split laser beams through a focusing lens, and emitting them to an object to be processed;
10 is a photograph comparing processing results of a laser cutting processing apparatus according to an embodiment of the present invention;
11 and 12 are flowcharts showing a processing process of a laser cutting machine according to an embodiment of the present invention,
13 and 14 are exemplary views showing the structure of a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention,
15 is a diagram showing an example of using a dual beam of a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention;
16 are photographs showing examples of processing using high laser power with a conventional single laser beam.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치 및 그것의 제어방법을 도면들을 참고하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a laser cutting processing apparatus and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 도는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing an embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function hinders understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. In addition, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
본 발명은 레이저를 통해 대상물을 가공하는 장치로서, 상기 가공은 레이저 빔을 전달하여 상기 대상물에 마킹, 패터닝, 절단, 드릴링, 절삭 등의 공정을 수행하는 것을 의미한다. 상기 가공의 종류(마킹, 패터닝, 절단, 드릴링, 절삭 등) 중에서 도 1 내지 도 14를 참조하여 이하에서는 음각의 패터닝과 절삭, 절단을 중심으로 설명한다. 시편(10)에 열영향을 가하여 변색 또는 용융점까지의 가열을 통해 형성시킬 수 있고, 마킹(M) 또는 패터닝(P)에 의해 시편(10)으로부터 음각으로 형성할 수도 있다.The present invention is an apparatus for processing an object using a laser, and the processing means performing processes such as marking, patterning, cutting, drilling, and cutting on the object by transmitting a laser beam. Among the types of processing (marking, patterning, cutting, drilling, cutting, etc.), hereinafter, intaglio patterning, cutting, and cutting will be mainly described with reference to FIGS. 1 to 14 . It may be formed by applying a heat effect to the specimen 10 to discolor or heat to a melting point, or may be formed into a negative shape from the specimen 10 by marking (M) or patterning (P).
또, 본 발명에 따른 상기 레이저 빔의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 플랫탑 모드, 링 모드 또는 가우시안 모드를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 레이저 빔은 가우시안 모드가 적합하다. 이러한 가우시안 모드에서는 레이저의 에너지 분포가 가우시안 분포를 나타낼 수 있다. 가우시안 모드는 피가공물에 대한 가공 중 절삭, 드릴링, 절단 가공에 유리하게 사용될 수 있다. 또한 링 모드에서는 레이저의 에너지 분포가 다른 부분보다 중심에서 낮거나 높게 될 수 있다. 링 모드는 피가공물에 대한 마킹, 패턴, 열처리를 형성하는데 유리할 수 있다.In addition, the type of the laser beam according to the present invention is not particularly limited, and may include, for example, a flat top mode, a ring mode, or a Gaussian mode. Preferably, the laser beam has a Gaussian mode. In this Gaussian mode, the energy distribution of the laser may represent a Gaussian distribution. The Gaussian mode can be advantageously used for cutting, drilling, and cutting during processing of a workpiece. Also, in the ring mode, the energy distribution of the laser may be lower or higher in the center than in other parts. The ring mode may be advantageous for forming markings, patterns, and heat treatment on workpieces.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치를 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이저 절삭 가공장치의 일부를 확대하여 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공 형상을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공패턴에 대한 예시들을 나타내는 도면이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공 예시를 나타내는 도면들이다.Figure 1 is a schematic configuration diagram showing a laser cutting processing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an enlarged view showing a part of the laser cutting processing apparatus shown in Figure 1, Figure 3 is a view of the present invention It is a view showing the processing shape of a laser cutting processing apparatus according to an embodiment, Figure 4 is a view showing examples of the processing pattern of the laser cutting processing apparatus according to various embodiments of the present invention, Figures 5 to 7 are this These are drawings showing examples of processing of a laser cutting processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치는, 레이저 빔 발생기(10), 빔 익스팬더(20), 다이나믹 포커싱 유닛(30), 반사 미러 유닛(40), 초점조절 미러 유닛(50), 포커싱 렌즈 유닛(60) 및 상기 레이저 빔을 조절하여 조사되는 오실레이션 궤적을 결정하는 제어부(93)을 포함할 수 있다.Referring to these drawings, a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser beam generator 10, a beam expander 20, a dynamic focusing unit 30, a reflection mirror unit 40, and a focusing mirror unit. (50), a focusing lens unit (60), and a control unit (93) for determining an oscillation trajectory to be irradiated by controlling the laser beam.
레이저 빔 발생기(10)는 레이저 빔을 발생시킬 수 있다. 레이저 빔 발생기(10)는 발생시킨 레이저 빔을 빔 익스팬더(20)로 조사할 수 있다. 레이저 빔 발생기(10)는 발생시킨 레이저 빔을 피가공물의 가공면에 대해 평행한 방향으로 조사할 수 있다. 레이저 빔 발생기(10)는 발생시킨 레이저 빔을 도면상 수평방향으로 조사하여서 빔 익스팬더(20)로 조사할 수 있다. 상기 피가공물의 가공면은 도 1의 도면 상 포커싱 렌즈 유닛(60)의 방향에 대해 직교되는 방향인 수평방향으로 배치된다.The laser beam generator 10 may generate a laser beam. The laser beam generator 10 may irradiate the generated laser beam to the beam expander 20 . The laser beam generator 10 may irradiate the generated laser beam in a direction parallel to the processing surface of the workpiece. The laser beam generator 10 may irradiate the generated laser beam in a horizontal direction on the drawing to the beam expander 20 . The processing surface of the workpiece is disposed in a horizontal direction that is orthogonal to the direction of the focusing lens unit 60 on the drawing of FIG. 1 .
제어부(93)는, 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 궤적 방향에 대해서, 적어도 일부가 중첩되는 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되어 연속적으로 패턴(Pattern)이 형성되도록 제어할 수 있다. 본 발명에 따르면, 제어부(93)는 상기 레이저 빔이 조사되는 궤적을 따라 상기 레이저 스팟의 중심점으로부터 소정의 각도를 갖도록 제공하는 각도 설정부(미도시)와 상기 레이저 빔에 의하여 절삭되는 절삭부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.The control unit 93 may control laser spots overlapping at least partially with respect to the trajectory direction in which the laser beam is irradiated to be irradiated in a preset angular direction to continuously form a pattern. According to the present invention, the controller 93 includes an angle setting unit (not shown) provided to have a predetermined angle from the center point of the laser spot along the trajectory on which the laser beam is irradiated and a cutting unit cut by the laser beam ( Not shown) may be configured to include.
이하, 설명에서 수평방향은 상기 가공면에 대해 평행한 방향을 의미할 수 있고, 수직방향은 상기 가공면에 대해 직교되는 방향을 의미할 수 있다. 또, 하기에서 설명하는 상기 레이저 빔으로 형성되는 패턴은, 소정의 스폿 크기를 갖고 일방향으로 반복되어 형성되는 동일 또는 유사한 형상의 단위를 의미할 수 있다.Hereinafter, in the description, a horizontal direction may mean a direction parallel to the processing surface, and a vertical direction may mean a direction orthogonal to the processing surface. In addition, a pattern formed by the laser beam described below may mean a unit having the same or similar shape that has a predetermined spot size and is repeatedly formed in one direction.
구체적으로, 본 발명에 따른 상기 레이저 절삭 가공장치(100)는, 레이저 빔 발생기(10)을 통하여 조사되는 상기 레이저 빔은 빔 익스팬더(20), 다이나믹 포커싱 유닛(30) 및 초점조절 미러 유닛(50)로 전달되어 포커싱 렌즈 유닛(60)을 통하여 상기 피가공물의 가공면에 조사될 수 있다. 이 때, 레이저 빔 발생기(10)에 조사되는 상기 레이저 빔은, 포커싱 렌즈 유닛(60), 다이나믹 포커싱 유닛(30) 및 초점조절 미러 유닛(50)의 위치 또는 방향이 회전되면서 조사위치가 조절될 수 있다.Specifically, in the laser cutting apparatus 100 according to the present invention, the laser beam irradiated through the laser beam generator 10 includes a beam expander 20, a dynamic focusing unit 30, and a focusing mirror unit 50 ) and can be irradiated to the processing surface of the workpiece through the focusing lens unit 60. At this time, the irradiation position of the laser beam irradiated to the laser beam generator 10 is adjusted while the positions or directions of the focusing lens unit 60, the dynamic focusing unit 30, and the focusing mirror unit 50 are rotated. can
상기 레이저 빔은, 전술한 제어부(93)의 상기 각도 조절부를 통하여 상기 레이저 스팟(spot)이 소정의 각도로 연속적으로 조사되어 형성되는 패턴(pattern)이 일방향으로 형성될 수 있다. 상기 패턴에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명한다.In the laser beam, a pattern formed by continuously irradiating the laser spot at a predetermined angle through the angle adjusting unit of the aforementioned controller 93 may be formed in one direction. The pattern will be described in more detail below.
하나의 예에서, 제어부(93)을 통하여 조사되는 복수의 상기 레이저 스팟(spot)은 상기 레이저 빔이 조사되어 최초 형성되는 제1 레이저 스팟(미도시) 및 상기 제1 레이저 스팟에 대해서 적어도 일부가 중첩되도록 형성되되, 상기 제1 레이저 스팟의 중심점에 대해서 소정의 각도 방향으로 중심점의 배치되도록 형성되는 제2 레이저 스팟(미도시)을 포함할 수 있다. In one example, a plurality of the laser spots irradiated through the control unit 93 include a first laser spot (not shown) initially formed by irradiation of the laser beam and at least a portion of the first laser spot. It may include a second laser spot (not shown) that is formed to overlap and is formed so that the center point is disposed in a predetermined angular direction with respect to the center point of the first laser spot.
레이저 빔 발생기(10)를 통하여 조사되는 상기 레이저 빔은 소정의 스폿 크기를 갖고 상기 피가공물의 가공면에 반복되며 소정의 형태를 갖는 패턴(pattern)이 연속적으로 조사되며 가공될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 패턴은 가공면의 조사방향으로 연속적으로 형성되되, 인접한 상기 패턴이 서로 소정의 중첩률(%)을 갖고 와블링(wobbling) 또는 오실레이션(oscillation)되며 형성될 수 있다.The laser beam irradiated through the laser beam generator 10 has a predetermined spot size and is repeated on the processing surface of the workpiece, and a pattern having a predetermined shape can be continuously irradiated and processed. According to the present invention, the pattern may be continuously formed in the irradiation direction of the processing surface, and the adjacent patterns may be formed by wobbling or oscillating with each other with a predetermined overlapping rate (%).
즉, 상기 레이저 빔은 가공면에 형성되는 패턴(pattern)은 가공이 진행되는 조사방향에 대해서 나선형의 스프링(spring) 형상으로 조사될 수 있다. 이러한 레이저 빔에 의하여 형성되는 가공면의 상기 패턴, 즉 가공되어 제거되는 재료양은 기 설정된 레이저 출력파워, 레이저 주파수, 레이저 스폿 크기(spot size), 레이저 조사속도(velocity), 상기 패턴의 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭(amplitude) 및 파장(오실레이션 주파수) 등에 의하여 패턴의 깊이(depth) 및 폭(width)이 조절되어 가공될 수 있다. 상기 패턴의 소정의 깊이(depth) 및 폭(width)을 갖고, 예를 들어, 단면상 대략 '∨' 또는 '∪' 형상 등으로 하측방향으로 폭이 좁아지거나 동일하게 형성되는 형상일 수 있다. That is, the pattern formed on the processing surface of the laser beam may be irradiated in a spiral spring shape with respect to the irradiation direction in which processing is performed. The pattern of the processing surface formed by the laser beam, that is, the amount of material to be processed and removed is determined by the preset laser output power, laser frequency, laser spot size, laser irradiation speed, and the radius of curvature of the pattern ( Radius curvature), oscillation amplitude (amplitude) and wavelength (oscillation frequency), etc., the depth and width of the pattern may be adjusted and processed. It has a predetermined depth and width of the pattern, and may have, for example, a substantially '∨' or '∪' shape in cross section, such that the width is narrowed downward or formed the same.
상기 레이저 빔은, 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어 레이저 조사방향으로 복수의 직선, 절곡선, 원형 또는 타원형 형태 등의 패턴이 상호 소정의 중첩률(%)을 갖고 연속적으로 형성되는 나선형의 스프링 형상, 원형, 타원형, 8자형, ∞형 또는 지그재그(zig-zag) 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 레이저 빔의 조사방향으로 상기 패턴의 중심부위가 수렴되고 양측 단부 또는 상부와 하부 단부가 소정의 곡률 반경으로 만곡되는 표주박 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 바람직하게는 상기 레이저 빔으로 형성되는 상기 패턴은 중첩률(%)이 30% 내지 100%의 범위로 형성되는 것이 적합하다. 더욱 바람직하게는 상기 패턴은 중첩률(%)이 60% 내지 95%의 범위로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the laser beam is a spiral in which, for example, a plurality of straight lines, bending lines, circular or elliptical patterns are continuously formed with a predetermined overlapping rate (%) in the laser irradiation direction. It may be formed in a spring shape, circular, elliptical, 8-shaped, ∞-shaped or zig-zag shape. Alternatively, it may be formed in a gourd shape in which the central portion of the pattern converges in the irradiation direction of the laser beam and both ends or upper and lower ends are curved with a predetermined radius of curvature. According to the present invention, it is preferable that the pattern formed by the laser beam has an overlapping rate (%) in the range of 30% to 100%. More preferably, the overlapping rate (%) of the pattern may be formed in the range of 60% to 95%.
따라서, 상기 레이저 빔은 가우시안 펄스 형태로 소정의 가공조건으로 상기 패턴이 상호 소정의 중첩률(%)을 갖고 일방향으로 형성되도록 함으로써, 고온의 가공과정에서 발생되는 분진이나 녹은 부산물이 패턴 상에 잔존하지 않고 외부로 배출이 용이하도록 할 수 있다. 즉, 이러한 가공과정에서 상기 분진이나 녹은 부산물이 축적되거나 유착되는 현상을 근본적으로 방지할 수 있으므로, 보다 매끈하고 깊은 깊이의 패턴 형성은 물론이고 이로 인한 높은 레이저 에너지 전달이 가능한 효과가 있다.Therefore, the laser beam is formed in one direction with a predetermined overlapping rate (%) of each other under predetermined processing conditions in the form of a Gaussian pulse, so that dust or melted by-products generated during high-temperature processing remain on the pattern It can be easily discharged to the outside without doing so. That is, since the accumulation or adhesion of the dust or melted by-products can be fundamentally prevented during this processing process, there is an effect of enabling high laser energy transmission as well as smoother and deeper pattern formation.
경우에 따라, 상기 레이저 빔으로 형성되는 상기 패턴은 복수의 층으로 형성되고, 상하 방향으로 상호 일부가 중첩되는 형상으로 형성될 수도 있다. 본 발병에 따른 상기 레이저 빔의 패턴은 복합재, 유리, 세라믹, 난삭재와 같은 표면 경도가 높은 소재에 바람직하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 세라믹 소재의 피가공물 가공시에 가공 시작점(S)으로부터 가공 완료점(F)으로 상기 레이저 빔이 일방향으로 복수의 행('X' 방향)으로 가공될 수 있다. 이 때, 각각의 행('X' 방향) 방향으로 형성되는 패턴들의 상부 또는 하부는 상호 소정의 범위로 중첩되는 형상으로 형성될 수 있다.In some cases, the pattern formed by the laser beam may be formed of a plurality of layers and partially overlap each other in the vertical direction. The pattern of the laser beam according to the present invention can be preferably applied to materials having high surface hardness, such as composite materials, glass, ceramics, and difficult-to-cut materials. For example, as shown in FIG. 5, the laser beam is processed in a plurality of rows ('X' direction) in one direction from the machining start point S to the machining end point F when processing a workpiece of a ceramic material. It can be. At this time, the top or bottom of the patterns formed in each row ('X' direction) may be formed in a shape overlapping each other in a predetermined range.
또, 상기 레이저 절삭 가공장치(100)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 레이저 빔 발생기(10)의 제1 레이저와 제2 레이저로부터 조사되는 듀얼 빔(dual beams)으로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 고강도 세라믹, 예를 들어 SiC 등의 경우에 절삭량을 증대시키기 위하여 하나의 스폿에 높은 레이저 출력에 의한 레이저 빔이 집중되게 되면 과도한 열로 인하여 피가공물에서 손상(Crack, Chipping 등)이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 제1 레이저와 제2 레이저로부터 조사되는 듀얼 빔(dual beams)을 통하여 두(2) 지점에서 레이저 빔을 조사하거나 광섬유로 전달하는 방식으로 가공할 경우에 열분포 분산 및 절삭량 증대 효과를 획득할 수 있으므로 과도한 열에 의한 가공품질 저하를 개선시킬 수 있다. In addition, as shown in FIG. 15, the laser cutting apparatus 100 may be composed of dual beams irradiated from a first laser and a second laser of a pair of laser beam generators 10. there is. That is, according to the present invention, in the case of high-strength ceramics, for example, SiC, when a laser beam with high laser power is concentrated on one spot in order to increase the amount of cutting, the workpiece is damaged (crack, chipping, etc.) due to excessive heat. ) can occur. Therefore, when processing is performed by irradiating a laser beam at two (2) points through dual beams irradiated from the first laser and the second laser or transmitting the laser beam to an optical fiber, the effect of dispersing heat and increasing the amount of cutting is obtained. Therefore, it is possible to improve processing quality deterioration caused by excessive heat.
나아가, 상기 제1 레이저와 제2 레이저로부터 조사되는 듀얼 빔(dual beams)의 간격과 각도를 상이하게 구성하여 열분포도를 분산시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 레이저와 제2 레이저로부터 조사되는 듀얼 빔(dual beams)의 간격은 상기 레이저 빔의 스폿 크기 이상으로 하고, 피가공물의 소재에 따라 상기 레이저 빔의 흡수율, 열전도율이 다르므로 피가공물의 소재 종류에 따라 간격을 상이하게 설정할 수 있다. 이 때, 상기 제1 레이저와 제2 레이저로부터 조사되는 듀얼 빔(dual beams) 상호간의 각도는 1~180도 각도로 배치되도록 구성될 수 있다.Furthermore, the thermal distribution may be dispersed by configuring the interval and angle of the dual beams irradiated from the first laser and the second laser to be different. For example, the distance between the dual beams irradiated from the first laser and the second laser is greater than the spot size of the laser beam, and the absorption rate and thermal conductivity of the laser beam are different depending on the material of the workpiece. The interval can be set differently according to the material type of the workpiece. At this time, the angle between the dual beams irradiated from the first laser and the second laser may be configured to be disposed at an angle of 1 to 180 degrees.
만약, 단일 레이저 발진기를 사용하여 높은 레이저 출력으로 가공하는 경우에, 도 16에 도시된 바와 같이, 가공에 의한 분진물 등이 다량 발생되고, 이러한 가공 분진물이 가공홈으로부터 제대로 배출되지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 또, 레이저 빔의 에너지 일부가 이러한 가공 분진물에 흡수 및 반응되게 되어 피가공물의 깊이 방향으로 레이저 빔의 에너지 흡수가 급격히 감소되어 깊이 있는 가공이 어려워져 가공효율이 크게 감소된다.If, in the case of processing with high laser power using a single laser oscillator, as shown in FIG. 16, a large amount of dust from processing is generated, and the processing dust is not properly discharged from the processing groove. may occur. In addition, since some of the energy of the laser beam is absorbed and reacted with such processing dust, the energy absorption of the laser beam is rapidly reduced in the depth direction of the workpiece, making it difficult to process at a depth and greatly reducing the processing efficiency.
한편, 빔 익스팬더(20)는 레이저 빔 발생기(10)로부터 조사되어 입력되는 레이저 빔의 단면을 확장시킬 수 있다. 빔 익스팬더(20)는 레이저 빔 발생기(10)에서 생성한 상기 레이저 빔의 단면을 확장시켜 다이나믹 포커싱 유닛(30)으로 조사할 수 있다. 빔 익스팬더(20)는 레이저 빔 발생기(10)로부터 수평방향으로 입사되는 상기 레이저 빔의 단면을 확장시킬 수 있다. 여기서, 레이저 빔의 단면은 레이저 빔의 스폿 폭, 스폿 크기을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 빔의 원형 단면일 경우, 빔 익스팬더(20)는 상기 레이저 빔의 직경을 확장시킬 수 있다.Meanwhile, the beam expander 20 may expand a cross section of a laser beam irradiated and input from the laser beam generator 10 . The beam expander 20 may expand a cross section of the laser beam generated by the laser beam generator 10 and irradiate the laser beam to the dynamic focusing unit 30 . The beam expander 20 may expand a cross section of the laser beam incident from the laser beam generator 10 in a horizontal direction. Here, the cross section of the laser beam may mean a spot width and a spot size of the laser beam. For example, in the case of a circular cross-section of the laser beam, the beam expander 20 may expand the diameter of the laser beam.
포커싱 렌즈 유닛(60)은 복수개의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 렌즈는 상기 레이저 빔의 진행방향으로 순차 배치될 수 있다.The focusing lens unit 60 may include a plurality of lenses. The plurality of lenses may be sequentially arranged in a traveling direction of the laser beam.
포커싱 렌즈 유닛(60)은 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사할 수 있다. 만약, 포커싱 렌즈 유닛(60)의 중심에서만 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하고, 포커싱 렌즈 유닛(60)의 중심의 외측에서는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 경사진 방향으로 조사하는 경우, 상기 가공면의 중심에서는 상기 레이저 빔의 초점이 정확한 위치에 형성되어서 정밀한 가공이 가능하지만, 상기 가공면의 중심의 외측에서는 상기 레이저 빔의 초점이 상기 가공면의 외측에 위치되어서 정밀한 가공이 불가능할 수 있다. 따라서, 포커싱 렌즈 유닛(60)은 상기 레이저 빔이 입사되는 각도 또는 방향에 따라, 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하여서, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치는 상기 가공면 전체를 정밀 가공할 수 있는 이점을 가질 수 있다.The focusing lens unit 60 may irradiate the incident laser beam in a direction perpendicular to the processing surface. If the laser beam is irradiated only in the center of the focusing lens unit 60 in a direction orthogonal to the processing surface, and the outside of the center of the focusing lens unit 60, the laser beam is directed in an inclined direction with respect to the processing surface. In the case of irradiation, the focus of the laser beam is formed at an accurate position at the center of the processing surface, enabling precise processing, but outside the center of the processing surface, the focus of the laser beam is located outside the processing surface Precise processing may not be possible. Therefore, the focusing lens unit 60 irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface according to the incident angle or direction of the laser beam, so that the laser cutting apparatus according to the embodiment of the present invention It can have the advantage of being able to precisely machine the entire machined surface.
초점조절 미러 유닛(50)은 상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 포커싱 렌즈 유닛(60)으로 반사할 수 있다. 초점조절 미러 유닛(50)은 포커싱 렌즈 유닛(60)의 상측에 배치될 수 있다. 초점조절 미러 유닛(50)은 상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 수직한 방향으로 조사하여서, 포커싱 렌즈 유닛(60)으로 반사할 수 있다. 포커싱 렌즈 유닛(60)은 초점조절 미러 유닛(50)으로부터 반사되어 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사할 수 있다.The focusing mirror unit 50 may reflect a laser beam incident in a direction parallel to the processing surface to the focusing lens unit 60 . The focusing mirror unit 50 may be disposed above the focusing lens unit 60 . The focusing mirror unit 50 may irradiate a laser beam incident in a direction parallel to the processing surface in a direction perpendicular to the processing surface, and reflect the laser beam to the focusing lens unit 60 . The focusing lens unit 60 may irradiate the laser beam reflected and incident from the focusing mirror unit 50 in a direction orthogonal to the processing surface.
초점조절 미러 유닛(50)은 포커싱 렌즈 유닛(60)이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절시킬 수 있다. 여기서, 상기 x, y 좌표는, 도 1의 도면 상 수평방향의 평면을 의미할 수 있다.The focusing mirror unit 50 may adjust x and y coordinates, which are coordinates in directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other, among coordinates of the focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit 60. Here, the x and y coordinates may mean a plane in a horizontal direction on the drawing of FIG. 1 .
다이나믹 포커싱 유닛(30)은 레이저 빔 발생기(10)로부터 발생된 상기 레이저 빔을 초점조절 미러 유닛(50)으로 조사할 수 있다. 레이저 빔 발생기(10) 및 다이나믹 포커싱 유닛(30) 사이에 빔 익스팬더(20)가 구비되는 경우, 빔 익스팬더(20)는 레이저 빔 발생기(10)로부터 입사되는 레이저 빔을 다이나믹 포커싱 유닛(30)으로 조사할 수 있다. 다이나믹 포커싱 유닛(30)은 빔 익스팬더(20)로부터 입사되는 레이저 빔의 조사 방향을 조절할 수 있다.The dynamic focusing unit 30 may irradiate the laser beam generated from the laser beam generator 10 to the focusing mirror unit 50 . When the beam expander 20 is provided between the laser beam generator 10 and the dynamic focusing unit 30, the beam expander 20 converts the laser beam incident from the laser beam generator 10 into the dynamic focusing unit 30. can be investigated The dynamic focusing unit 30 may adjust the irradiation direction of the laser beam incident from the beam expander 20 .
다이나믹 포커싱 유닛(30)은 포커싱 렌즈 유닛(60)이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절시킬 수 있다. 여기서, 상기 z 좌표는 도 1의 도면 상 수직방향의 높이를 의미할 수 있다.The dynamic focusing unit 30 may adjust the z-coordinate, which is a coordinate in a direction orthogonal to the processing surface, among the focal coordinates of the laser beam irradiated by the focusing lens unit 60 . Here, the z coordinate may mean a height in a vertical direction on the drawing of FIG. 1 .
초점조절 미러 유닛(50)은 제1 초점조절 미러(51) 및 제2 초점조절 미러(52)를 포함할 수 있다.The focusing mirror unit 50 may include a first focusing mirror 51 and a second focusing mirror 52 .
제1 초점조절 미러(51)는 다이나믹 포커싱 유닛(30)으로부터 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 경사진 방향으로 조사할 수 있다. 제2 초점조절 미러(52)는 제1 초점조절 미러(51)로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사할 수 있다.The first focusing mirror 51 may irradiate the laser beam incident from the dynamic focusing unit 30 in a direction parallel to the processing surface in a direction inclined with respect to the processing surface. The second focusing mirror 52 may irradiate the laser beam incident from the first focusing mirror 51 in a direction perpendicular to the processing surface.
다이나믹 포커싱 유닛(30) 및 초점조절 미러 유닛(50) 사이에는 반사 미러 유닛(40)이 배치될 수 있다. 반사 미러 유닛(40)은 다이나믹 포커싱 유닛(30)으로부터 조사되는 레이저 빔을 초점조절 미러 유닛(50)으로 조사할 수 있다.A reflection mirror unit 40 may be disposed between the dynamic focusing unit 30 and the focusing mirror unit 50 . The reflection mirror unit 40 may radiate the laser beam emitted from the dynamic focusing unit 30 to the focusing mirror unit 50 .
다이나믹 포커싱 유닛(30)은 빔 익스팬더(20)로부터 입사되는 레이저 빔을 반사 미러 유닛(40)으로 조사할 수 있고, 반사 미러 유닛(40)은 다이나믹 포커싱 유닛(30)으로부터 입사되는 레이저 빔을 초점조절 미러 유닛(50)으로 조사할 수 있으며, 초점조절 미러 유닛(50)은 반사 미러 유닛(40)으로부터 입사되는 레이저 빔을 포커싱 렌즈 유닛(60)으로 조사할 수 있다.The dynamic focusing unit 30 may irradiate the laser beam incident from the beam expander 20 to the reflective mirror unit 40, and the reflective mirror unit 40 may focus the laser beam incident from the dynamic focusing unit 30. It can be irradiated with the adjusting mirror unit 50, and the focusing mirror unit 50 can irradiate the laser beam incident from the reflective mirror unit 40 to the focusing lens unit 60.
반사 미러 유닛(40)은 제1 반사 미러(41) 및 제2 반사 미러(42)를 포함할 수 있다. 제1 반사 미러(41)는 다이나믹 포커싱 유닛(30)으로부터 상기 가공면에 대해 수평방향으로 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사할 수 있다. 제1 반사 미러(41)는 다이나믹 포커싱 유닛(30)으로부터 수평방향으로 입사되는 레이저 빔을 수직방향으로 조사할 수 있다.The reflection mirror unit 40 may include a first reflection mirror 41 and a second reflection mirror 42 . The first reflection mirror 41 may irradiate the laser beam incident from the dynamic focusing unit 30 in a horizontal direction with respect to the processing surface in a direction orthogonal to the processing surface. The first reflection mirror 41 may irradiate a laser beam incident in a horizontal direction from the dynamic focusing unit 30 in a vertical direction.
제2 반사 미러(42)는 제1 반사 미러(41)로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 초점조절 미러 유닛(50)으로 반사할 수 있다. 제2 반사 미러(42)는 제1 반사 미러(41)로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 제1 초점조절 미러(51)로 반사할 수 있다. 제2 반사 미러(42)는 제1 반사 미러(41)로부터 수직방향으로 입사되는 레이저 빔을 수평방향으로 조사할 수 있다.The second reflection mirror 42 may reflect the laser beam incident from the first reflection mirror 41 to the focusing mirror unit 50 . The second reflection mirror 42 may reflect the laser beam incident from the first reflection mirror 41 to the first focusing mirror 51 . The second reflection mirror 42 may irradiate a laser beam incident in a vertical direction from the first reflection mirror 41 in a horizontal direction.
반사 미러 유닛(40)의 제1 반사 미러(41) 및 제2 반사미러(42)는 전기 및 전자 제어가 가능한 모터가 결합된 모듈일 수 있다. 상기 전기&전자 제어가 가능한 모터는 갈바노미터 모터, 저피에조 모터, 리니어 모터 등의 하나일 수 있다. 상기 전기 및 전자 제어가 가능한 모터로 구성된 반사 미러 유닛(40)을 사용할 경우, 초점조절 미러 유닛(50)을 사용하지 않고 x, y 방향으로의 상기 레이저 빔의 초점 위치를 제어할 수 있다.The first reflection mirror 41 and the second reflection mirror 42 of the reflection mirror unit 40 may be a module coupled with a motor capable of electrical and electronic control. The electric & electronically controllable motor may be one of a galvanometer motor, a low piezo motor, and a linear motor. In the case of using the reflection mirror unit 40 composed of the electrically and electronically controllable motor, the focus position of the laser beam in the x and y directions can be controlled without using the focusing mirror unit 50 .
제1 초점조절 미러(51)는 사방향으로 회전 가능하게 배치되어, 제2 초점조절 미러(52)로 조사되는 레이저 빔의 방향을 조절함으로써, 상기 x, y 좌표를 조절할 수 있다. 제1 초점조절 미러(51)는 적어도 하나의 모터와 연결되어서, 상기 적어도 하나의 모터가 후술할 제어부(93)에 의해 제어되어 구동됨으로써, 상기 제1 초점조절 미러(51)는 사방향으로 회전될 수 있다.The first focusing mirror 51 is rotatably disposed in four directions, and the x and y coordinates can be adjusted by adjusting the direction of the laser beam irradiated to the second focusing mirror 52 . The first focusing mirror 51 is connected to at least one motor, and the at least one motor is controlled and driven by a controller 93 to be described later, so that the first focusing mirror 51 rotates in four directions. It can be.
제2 초점조절 미러(52)는 고정 배치될 수 있다. 제2 초점조절 미러(52)는 제1 초점조절 미러(51)로부터 입사되는 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하여서 포커싱 렌즈 유닛(60)으로부터 조사할 수 있다.The second focusing mirror 52 may be fixedly disposed. The second focusing mirror 52 may irradiate the laser beam incident from the first focusing mirror 51 in a direction orthogonal to the processing surface from the focusing lens unit 60 .
다이나믹 포커싱 유닛(30)은 제1 반사 미러(41)로 조사하는 레이저 빔의 수직방향 위치를 조절함으로써, 상기 z 좌표를 조절할 수 있다.The dynamic focusing unit 30 may adjust the z-coordinate by adjusting the vertical position of the laser beam irradiated to the first reflection mirror 41 .
초점조절 미러 유닛(50)의 일측에는 센서(91, 92)가 배치될 수 있다. 센서부(91)는 초점조절 미러 유닛(50)으로 조사되는 레이저 빔의 방향을 감지할 수 있다. 또, 다이나믹 포커싱 유닛(30)으로부터 조사되는 상기 레이저 빔과 동축 상에는 추가 센서부(92)가 배치될 수 있다. 센서부(92)는 다이나믹 포커싱 유닛(30)이 제1 반사 미러(41)로 조사하는 레이저 빔과 동축 상에 배치될 수 있다.Sensors 91 and 92 may be disposed on one side of the focusing mirror unit 50 . The sensor unit 91 may detect a direction of a laser beam irradiated to the focusing mirror unit 50 . In addition, an additional sensor unit 92 may be disposed coaxially with the laser beam emitted from the dynamic focusing unit 30 . The sensor unit 92 may be disposed coaxially with the laser beam irradiated by the dynamic focusing unit 30 to the first reflection mirror 41 .
제어부(93)는 센서부(91,92)로부터 입력되는 감지값을 이용하여 상기 레이저 빔의 초점의 좌표인 상기 x, y, z 좌표를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(93)는 센서부(91)로부터 입력되는 감지값에 따라 제1 초점조절 미러(51)에 연결된 하나의 모터를 제어하고, 센서부(92)로부터 입력되는 감지값에 따라 다이나믹 포커싱 유닛(30)을 제어하여, 상기 레이저 빔의 상기 x, y, z 좌표를 조절시킬 수 있다.The control unit 93 may determine the x, y, and z coordinates of the focal point of the laser beam using detected values input from the sensor units 91 and 92. That is, the controller 93 controls one motor connected to the first focusing mirror 51 according to the detection value input from the sensor unit 91, and performs dynamic focusing according to the detection value input from the sensor unit 92. By controlling the unit 30, the x, y, z coordinates of the laser beam can be adjusted.
한편, 도 13 및 도 14에는 전술한 본 발명의 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 구조를 개략적으로 보여주는 다양한 예시도들이 도시되어 있다.Meanwhile, FIGS. 13 and 14 show various exemplary views schematically showing the structure of a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention described above.
먼저 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치는, 펄스 광섬유 레이저(200), 아이솔레이터, 콜리메이터, 반사미러를 포함하여 오실레이션 패턴 조절을 위한 광학 장치(210), 제어부(미도시), 가공 분진물을 효과적으로 제거하기 위한 동축 노즐(미도시), 상기 피가공물의 위치 인식을 위한 카메라(미도시) 및 X축 스테이지(220), Y축 스테이지(230), Z축 스테이지(240)를 포함하여 구성될 수 있다.First, as shown in FIG. 13, the laser cutting apparatus according to the present invention includes a pulsed fiber laser 200, an isolator, a collimator, and an optical device 210 for adjusting an oscillation pattern including a reflective mirror, and a controller (not shown). Si), a coaxial nozzle (not shown) for effectively removing processing dust, a camera (not shown) for recognizing the position of the workpiece, and an X-axis stage 220, a Y-axis stage 230, and a Z-axis stage ( 240) may be configured.
또는, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치는, 다이오드 펌핑 고체 레이저(200), 빔익스펜더, 반사미러를 포함하여 오실레이션 패턴 조절을 위한 광학 장치(210), 제어부(미도시), 가공 분진물을 효과적으로 제거하기 위한 동축 노즐(미도시) 또는 측부 노즐(미도시), 피가공물의 위치 인식을 위한 카메라(미도시) 및 X축 스테이지(220), Y축 스테이지(230), Z축 스테이지(240)를 포함하여 구성될 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 14, the laser cutting apparatus according to the present invention includes a diode-pumped solid-state laser 200, a beam expander, and an optical device 210 for adjusting an oscillation pattern including a reflective mirror, a controller ( (not shown), a coaxial nozzle (not shown) or a side nozzle (not shown) for effectively removing processing dust, a camera (not shown) and an X-axis stage 220, a Y-axis stage (not shown) for recognizing the position of a workpiece 230) and a Z-axis stage 240.
본 발명에 따르면, 상기 레이저 절삭 가공장치는, 가공 분진물을 효과적으로 제거하기 위하여, 가공부와 수직으로 배치되는 상기 동축 노즐(미도시) 또는 가공부와 경사지게 배치되는 측부 노즐(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.According to the present invention, the laser cutting processing apparatus includes the coaxial nozzle (not shown) disposed perpendicularly to the processing unit or the side nozzle (not shown) disposed obliquely to the processing unit in order to effectively remove processing dust. can be configured.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절삭 가공장치에 의한 다양한 레이저 빔의 굴절 경로를 나타낸 구성도이고, 도 9는 도 8의 굴절렌즈를 통해 입사되는 하나의 레이저를 분할하고 분할된 각각의 레이저 빔을 집속렌즈를 통해 집속하여 가공대상물로 방출하는 것을 나타낸 도면이다.Figure 8 is a configuration diagram showing the refractive path of various laser beams by the laser cutting processing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 9 is a single laser incident through the refractive lens of Figure 8 is divided and divided, respectively It is a view showing that the laser beam of is focused through a focusing lens and emitted to the object to be processed.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치의 광학계는, 오실레이션(oscillation) 패턴 조절 수단은 프리즘(Prism), 지옵틱(Wedge optic), 렌즈(Lens) 등의 광학계 회전을 이용한 광학 헤드를 이용할 수도 있다.Referring to these drawings, in the optical system of the laser cutting apparatus according to the present invention, the oscillation pattern adjusting means rotates the optical system such as a prism, a wedge optic, and a lens. A used optical head may also be used.
이러한 광학계는 굴절 및 집광 등의 기능을 하는 구성을 포함하며, 상기 구성은 회전중심으로부터 각도편향 배치가 되어 회전각도에 따라 굴절 및 집광 결과가 달라질 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다.This optical system includes components that perform functions such as refraction and condensation, and the configuration is angularly deflected from the center of rotation, so that the result of refraction and condensation may vary depending on the rotation angle. An embodiment of the present invention can be implemented using this principle.
상기 오실레이션 패턴을 조절하는 상기 광학 헤드인 초점조절 유닛 장치는 복수 개의 렌즈(100; 110, 120, 130, 140, 150)를 각각 수용하는 보조헤드부 및 각 보조헤드부가 개별적인 회전이 가능하도록 연결된 메인헤드부를 포함할 수 있다. 레이저발생부(10)로부터 생성된 레이저를 굴절시켜 피가공물(1)의 표면에 도달하는 레이저 빔의 각도를 기 결정된 각도로 조절할 수 있다.The focusing unit device, which is the optical head that adjusts the oscillation pattern, includes a plurality of lenses (100; 110, 120, 130, 140, 150) and an auxiliary head unit respectively accommodating, and each auxiliary head unit is individually rotatable. It may include a main head unit. The angle of the laser beam reaching the surface of the workpiece 1 may be adjusted to a predetermined angle by refracting the laser generated from the laser generator 10 .
도 8(a)는 4개 이상의 렌즈를 포함하고 있는 실시예이며, 이를 통해 보다 상세히 설명한다. 상기 복수 개의 렌즈는, 레이저 빔이 통과되는 순서로 제1렌즈(110), 제2렌즈(120), 제3렌즈(130) 및 제4렌즈(140)를 포함한다. 다이나믹 포커싱 유닛(30)을 통해 조절된 레이저 빔은 제1렌즈(110)를 통해 1차적으로 굴절될 수 있다. 굴절된 레이저 빔은 제2렌즈(120) 내지 제4렌즈(140)를 더 통과하며 기 결정된 굴절값으로 굴절되어 피가공물(1)의 표면에 도달하는 각도를 형성할 수 있다. 피가공물(1)의 표면에 도달하는 각도는 상기 표면으로부터 수직방향인 90도가 될 수 있고, 수직방향으로부터 일정각도 이격된 각도가 될 수도 있다.Figure 8 (a) is an embodiment including four or more lenses, which will be described in more detail. The plurality of lenses include a first lens 110, a second lens 120, a third lens 130, and a fourth lens 140 in the order in which the laser beam passes. The laser beam adjusted through the dynamic focusing unit 30 may be primarily refracted through the first lens 110 . The refracted laser beam may further pass through the second lens 120 to the fourth lens 140 and be refracted with a predetermined refraction value to form an angle reaching the surface of the workpiece 1 . The angle reaching the surface of the workpiece 1 may be 90 degrees perpendicular to the surface, or may be an angle spaced apart from the vertical direction by a predetermined angle.
상기 기 결정된 각도는, 본 실시예의 다른 구현인 도 8(b)의 예시와 같이, 복수 개의 렌즈 중 어느 하나 이상이 제거되거나, 또 다른 렌즈가 새로 추가되어 형성될 수 있고, 기 장착된 어느 하나의 렌즈가 새로운 렌즈로 교체되어 구현될 수 있다. 이는 굴절율을 결정하기 위한 방법 중 하나이고 요구되는 굴절율에 따라, 요구에 만족할 수 있는 경사면이 마련된 렌즈를 선택적으로 채용(렌즈의 위치 및 렌즈의 수)할 수 있다. 또한, 복수 개의 렌즈는 각각이 회전 가능하여 렌즈 굴절율을 조절하기 위해 기 결정된 각도 회전이 될 수 있다. 여기서 상기 회전은 보조헤드부 각각이 메인 헤드부의 내경과 회전 가능하도록 연결됨으로써, 피가공물(1)에 도달할 레이저 빔의 기 결정된 각도를 형성할 수 있다.The predetermined angle may be formed by removing one or more of the plurality of lenses or by newly adding another lens, as in the example of FIG. 8 (b), which is another implementation of the present embodiment. The lens of can be implemented by replacing with a new lens. This is one of the methods for determining the refractive index, and according to the required refractive index, a lens provided with a slope that can satisfy the requirement can be selectively employed (position of the lens and number of lenses). In addition, each of the plurality of lenses is rotatable, so that a predetermined angular rotation may be performed to adjust the refractive index of the lens. Here, each of the auxiliary head parts is rotatably connected to the inner diameter of the main head part, so that a predetermined angle of the laser beam reaching the workpiece 1 can be formed.
상기 피가공물(1)의 표면에 도달하는 각도가 복수 개의 렌즈에 의해 형성되면, 메인 헤드부는 각각의 보조헤드부와 고정된 상태로 회전될 수 있다. 물론, 앞서 설명한 원뿔대형의 홀을 가공하기 위해 각각의 보조헤드부는 메인 헤드부에 고정되어 회전될 수 있다. 즉, 피가공물(1)의 표면에 대하여 기 결정된 각도로 방출되는 레이저 빔이 상기 기 결정된 각도를 유지하면서 메인 헤드부의 원심을 회전축 삼아 회전될 수 있다. 물론 기 결정된 각도를 유지하기 위해서는 피가공물(1)의 표면과 메인 헤드부의 회전축방향이 서로 수직이 되도록 배치되어야 하므로, 상술한 설명은 일 실시예에 불과하며, 가공될 홀의 통공 방향에 따라 달리 결정될 수도 있다.If the angle reaching the surface of the workpiece 1 is formed by a plurality of lenses, the main head may be rotated in a fixed state with each auxiliary head. Of course, in order to process the aforementioned truncated conical hole, each of the auxiliary heads may be fixed to the main head and rotated. That is, the laser beam emitted at a predetermined angle with respect to the surface of the workpiece 1 may be rotated using the centrifugal axis of the main head as a rotation axis while maintaining the predetermined angle. Of course, in order to maintain the predetermined angle, the surface of the workpiece 1 and the direction of the rotational axis of the main head must be arranged perpendicular to each other, so the above description is only one embodiment, and may be determined differently depending on the through-hole direction of the hole to be machined. may be
아울러, 본 발명에 따른 오실레이션(oscillation) 패턴 조절을 위한 상기 광학 헤드인 초점조절 유닛 장치의 일 실시예는, 도 9에 참조된 바와 같이, 굴절렌즈(160, 170)를 통해 입사되는 하나의 레이저를 분할하고 분할된 각각의 레이저 빔을 집속렌즈(180)를 통해 집속하여 피가공물(1)로 방출하는 실시예로 구현될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 굴절율을 굴절렌즈(160, 170)의 회전, 제거 및 추가 중 하나 이상의 선택사항을 채용하여 결정할 수 있다.In addition, one embodiment of the focus control unit device, which is the optical head for adjusting the oscillation pattern according to the present invention, as referred to in FIG. It may be implemented as an embodiment in which the laser is divided and each of the divided laser beams is focused through the focusing lens 180 and emitted to the workpiece 1 . That is, in this embodiment, the refractive index may be determined by employing one or more options among rotation, removal, and addition of the refractive lenses 160 and 170 .
이하, 전술한 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치의 가공과정에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 11 및 도 12에는 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 절삭 가공장치의 가공과정을 나타내는 흐름도들이 도시되어 있다.Hereinafter, the processing process of the laser cutting apparatus according to the present invention described above will be described with reference to the drawings. 11 and 12 are flow charts showing the processing of the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 11을 참조하면, 준비된 피가공물(1)을 기계적인 'Z'축 조절 또는 다이나믹 포커싱 유닛(30)을 통하여 가공면 상의 초점 위치를 설정하고 레이저 빔 발생부(10)를 통하여 레이저 빔이 조사된다. 이 때, 초점조절 미러 유닛(50)을 통하여 피가공물(1)의 가공면 상의 오실레이션(oscillation) 패턴 및 가공 경로가 제어될 수 있다.First, referring to FIG. 11, the prepared workpiece 1 is mechanically 'Z'-axis controlled or the dynamic focusing unit 30 sets the focal position on the processing surface, and the laser beam generator 10 uses the laser beam. this is investigated At this time, an oscillation pattern and a machining path on the processing surface of the workpiece 1 may be controlled through the focusing mirror unit 50 .
이어서, 피가공물(1)을 기계적인 'X'축 및 'Y'축 조절을 통하여 가공면 상의 가공 경로가 조절 및 제어되면서, 상기 가공면 상의 절삭된 가공 깊이가 확인된 후에 가공이 종료된다. 이 때, 상기 가공 깊이는 기계적인 'Z'축 조절 또는 다이나믹 포커싱 유닛(30)을 통하여 초점위치가 기 설정값에 도달할 때까지 절삭가공 과정은 반복적으로 수행되게 되게 된다. 따라서, 피가공물(1)의 두께, 기 설정된 가공 깊이, 가공 파라미터에 따른 1회의 가공량(절삭량)을 확인하고, 반복 가공에 의해 부분 절삭, Groove(홈 가공) 또는 Fully Cutting(완전 절단)이 가능하다. Then, while the machining path on the machined surface is adjusted and controlled by mechanically adjusting the 'X' and 'Y' axes of the workpiece 1, the machining is terminated after the cutting depth on the machined surface is confirmed. At this time, the cutting process is repeatedly performed until the focus position reaches a preset value through the mechanical 'Z' axis adjustment or the dynamic focusing unit 30 for the processing depth. Therefore, the thickness of the workpiece 1, the preset processing depth, and the processing amount (cutting amount) per one time according to the processing parameters are checked, and partial cutting, groove processing, or full cutting is performed by repetitive processing. possible.
도 10에 도시된 바와 같이, 반복 가공시 깊이 있는 가공을 위해 Z축 방향으로의 초점조절 수단이 기계적인 Z축 또는 다이나믹 포커싱 모듈일 될 수 있다. 또, 기 설정된 가공 모양과 크기는 기계적인 X축 및 Y축 조절에 의하여 결정될 수도 있음은 물론이다. 또, 도 10의 좌측 가공실시예와 같이 종래의 직선형태의 반복가공 방법으로는 형성된 그루브 형태가 깊이방향으로 균일한 폭과 균일한 가공품질을 얻을 수 없으나, 본 발명에 따른 오실레이션 패턴 조절 및 초점조절 수단은 도 10의 우측 가공실시예와 같이 일정한 폭으로 깊이 있는 형상가공이 가능한 공정을 제공한다.As shown in FIG. 10 , a focus adjustment unit in the Z-axis direction may be a mechanical Z-axis or a dynamic focusing module for deep machining during repeated machining. In addition, it goes without saying that the preset processing shape and size may be determined by mechanical X-axis and Y-axis control. In addition, as in the left processing embodiment of FIG. 10, it is impossible to obtain a uniform width and uniform processing quality in the depth direction of the groove shape formed by the conventional rectilinear repeated processing method, but the oscillation pattern adjustment and The focus control means provides a process capable of deep shape processing with a constant width, as shown in the right processing embodiment of FIG. 10 .
한편, 도 12를 참조하면, 준비된 피가공물(1)을 기계적인 'Z'축 조절 또는 다이나믹 포커싱 유닛(30)을 통하여 가공면 상의 초점 위치를 설정하고 레이저 빔 발생부(10)를 통하여 레이저 빔이 조사된다. 이어서, 초점조절 미러 유닛(50)을 통하여 피가공물(1)의 가공면 상의 오실레이션 패턴 및 가공 경로가 제어되고 최종적으로 상기 가공면 상의 절삭된 가공 깊이가 확인된 후에 가공이 종료된다.On the other hand, referring to FIG. 12, the prepared workpiece 1 is mechanically 'Z'-axis adjusted or the dynamic focusing unit 30 sets the focal position on the processing surface, and the laser beam generator 10 uses the laser beam. this is investigated Subsequently, the oscillation pattern and the machining path on the machining surface of the workpiece 1 are controlled through the focusing mirror unit 50, and the machining is finished after the cutting depth on the machining surface is finally confirmed.
마찬가지로, 상기의 도 12에서, 반복 가공시 깊이 있는 가공을 위해 Z축 방향으로의 초점조절 수단이 기계적인 Z축 또는 다이나믹 포커싱 모듈일 될 수 있다. 또, 기 설정된 가공 모양과 크기는 초점조절 미러 유닛(X축 미러 및 Y축 미러)의 조절에 의하여 결정될 수 있다.Similarly, in FIG. 12 above, the focus adjustment means in the Z-axis direction for depth machining during repeated machining may be a mechanical Z-axis or dynamic focusing module. In addition, the preset processing shape and size may be determined by adjusting the focusing mirror unit (X-axis mirror and Y-axis mirror).
피가공물(1)의 두께, 기 설정된 가공 깊이, 가공 파라미터에 따른 1회의 가공량(절삭량)을 확인하고, 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이, 반복 가공에 의해 부분 절삭, Groove(홈 가공) 또는 Fully Cutting(완전 절단)이 가능하다.The thickness of the workpiece 1, the preset processing depth, and the processing amount (cutting amount) of one time according to the processing parameters are checked, and as shown in FIGS. 5 and 9, partial cutting and groove processing by repeated processing ) or Fully Cutting is possible.
따라서, 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치에 의하여 패턴이 형성되는 경우에, 도 10에 도시된 바와 같이, 종래의 방식과 대비하여 레이저 절삭시에 절삭면이 보다 균일한 형상으로 절삭이 가능할 뿐만 아니라 깊이 있는 절삭이 가능할 수 있다.Therefore, when a pattern is formed by the laser cutting apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 10, compared to the conventional method, not only can the cutting surface be cut in a more uniform shape during laser cutting, but also Deep cuts may be possible.
또한 본 발명에 따른 레이저 절삭 가공장치는, 가공 효율 또는 생산성을 증대시키기 위하여, 가공면의 레이저 조사부에 가열(Pre-heating)을 위한 레이저 빔, 플라즈마, 적외선 램프 등의 가열장치를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는 오실레이션 패턴 조절을 위한 광학 장치(210)에 의해 조사된 레이저 빔에 의해 가공되기 시작하기 전에 가열할 수 있도록 배치되어 피가공물(1)의 표면온도를 상승시켜 가공 효율을 증대시킬 수 있다.In addition, the laser cutting processing apparatus according to the present invention may further include a heating device such as a laser beam, plasma, or infrared lamp for pre-heating the laser irradiation part of the processing surface in order to increase processing efficiency or productivity. can Preferably, it is arranged so that it can be heated before processing begins by the laser beam irradiated by the optical device 210 for adjusting the oscillation pattern, thereby increasing the surface temperature of the workpiece 1 to increase processing efficiency. there is.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 레이저 빔 발생기 20: 빔 익스팬더
30: 다이나믹 포커싱 유닛 40: 반사 미러 유닛
41: 제1 반사 미러 42: 제2 반사 미러
50: 초점조절 미러 유닛 51: 제1 초점조절 미러
52: 제2 초점조절 미러 60: 포커싱 렌즈 유닛
71: 노즐 91, 92: 센서부
93: 제어부 100~180: 복수의 렌즈10: laser beam generator 20: beam expander
30: dynamic focusing unit 40: reflection mirror unit
41: first reflection mirror 42: second reflection mirror
50: focusing mirror unit 51: first focusing mirror
52: second focusing mirror 60: focusing lens unit
71: nozzle 91, 92: sensor unit
93: control unit 100 to 180: a plurality of lenses
Claims (26)
상기 제어부(93)는, 상기 레이저 빔이 조사되는 궤적 방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 와블링 (wobbling) 또는 오실레이션(oscillation) 되며 형성되도록 제어하고,
상기 레이저 빔은, 주파수 형태로 기설정된 레이저 파워, 레이저 주파수, 레이저 조사크기, 속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 오실레이션 주파수 중 적어도 하나 이상이 조절되어 조사되고,
상기 레이저 빔의 조사로 형성되는 상기 패턴은 상호 적어도 일부가 중첩되되, 인접하는 레이저 빔의 패턴 간의 중첩율(%)이 30% 내지 100%의 범위로 형성되는 구조를 포함하여 절삭과정에서 발생하는 분진이나 부산물이 패턴상에 잔존하여 축적되거나 유착되는 현상을 방지하며 절삭하는, 레이저 절삭 가공장치.
At least one laser beam generator 10 for generating a laser beam on the processing surface of the workpiece and a control unit 93 for controlling the laser beam to determine a trajectory to be irradiated,
The control unit 93 is configured to irradiate at least one laser spot in a predetermined angular direction with respect to the trajectory direction in which the laser beam is irradiated, but a pattern in which at least a part overlaps with each other causes wobbling or wobbling. oscillation (oscillation) and control to form,
The laser beam is irradiated by adjusting at least one of laser power, laser frequency, laser irradiation size, speed, radius curvature, oscillation amplitude, and oscillation frequency, which are preset in the form of frequency,
The patterns formed by the irradiation of the laser beam overlap each other at least partially, including a structure in which the overlap rate (%) between patterns of adjacent laser beams is formed in the range of 30% to 100%, resulting in A laser cutting processing device that cuts while preventing accumulation or adhesion of dust or by-products remaining on the pattern.
상기 레이저 스팟은,
상기 레이저 빔이 조사되어 최초 형성되는 제1 레이저 스팟; 및
상기 제1 레이저 스팟에 대해서 적어도 일부가 중첩되되, 상기 제1 레이저 스팟의 중심점에 대해서 소정의 각도 방향으로 형성되는 제2 레이저 스팟;을 포함하는, 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 1,
The laser spot,
a first laser spot initially formed by irradiation of the laser beam; and
A laser cutting apparatus comprising: a second laser spot overlapping at least a portion of the first laser spot and formed in a predetermined angular direction with respect to the center point of the first laser spot.
상기 레이저 빔의 패턴은, 적어도 일부가 직선, 절곡선 및 만곡선 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 1,
The pattern of the laser beam, at least a portion of which includes at least one or more of a straight line, a curved line and a curved line, laser cutting processing apparatus.
상기 레이저 빔은 상기 가공면의 조사방향에 대해, 일방향으로 연속적으로 형성되는 구조를 포함하는, 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 1,
The laser beam includes a structure formed continuously in one direction with respect to the irradiation direction of the processing surface, laser cutting processing apparatus.
상기 패턴은 일방향으로 상기 패턴은 일방향으로 원형, 타원형, 나선형, 8자형, ∞형 또는 지그재그(zig-zag) 형상을 포함하여 형성되는, 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 1,
The pattern is formed in one direction and the pattern includes a circular, elliptical, spiral, 8-shaped, ∞-shaped or zig-zag shape in one direction.
상기 레이저 빔의 주위에 보조 가스를 분사하는 가스 생성부를 더 포함하는, 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 1,
Further comprising a gas generating unit for injecting an auxiliary gas around the laser beam, the laser cutting apparatus.
상기 레이저 빔 발생기는,
제1 레이저 스팟을 조사하는 제1 레이저 빔 발생기; 및
상기 제1 레이저 스팟의 조사 방향으로 소정의 위상차로 조사되는 상기 제2 레이저 스팟을 포함하는 제2 레이저 빔 발생기;를 포함하는, 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 2,
The laser beam generator,
A first laser beam generator for irradiating a first laser spot; and
A laser cutting apparatus comprising a; second laser beam generator including the second laser spot irradiated with a predetermined phase difference in the irradiation direction of the first laser spot.
상기 제2 레이저 스팟은 제1 레이저 스팟의 조사 방향에 대해 1 내지 180도 범위의 위상차로 조사되는, 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 9,
The second laser spot is irradiated with a phase difference in the range of 1 to 180 degrees with respect to the irradiation direction of the first laser spot, laser cutting processing apparatus.
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔의 조사방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 형성되도록 제어하는 제어부;
상기 레이저 빔을 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하되, 상기 제어부에 의하여 조사방향에 대해서 소정의 패턴이 상호 적어도 일부가 중첩되는 형태로 조사하는 포커싱 렌즈 유닛; 및
상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 포커싱 렌즈 유닛으로 반사하여, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절하는 초점조절 미러 유닛;을 포함하고,
상기 레이저 빔의 조사로 형성되는 상기 패턴은 상호 적어도 일부가 중첩되되, 인접하는 레이저 빔의 패턴 간의 중첩율(%)이 30% 내지 100%의 범위로 형성되는 구조를 포함하여 절삭과정에서 발생하는 분진이나 부산물이 패턴상에 잔존하여 축적되거나 유착되는 현상을 방지하며 절삭하는, 레이저 절삭 가공장치.
At least one laser beam generator for generating a laser beam;
A control unit for controlling the formation of a pattern in which at least one laser spot is irradiated in a predetermined angular direction with respect to the irradiation direction of the laser beam irradiated from the laser beam generator, but at least a part overlaps with each other;
a focusing lens unit that irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface, and irradiates predetermined patterns in a form in which at least a portion overlaps each other in the irradiation direction by the control unit; and
A laser beam incident in a direction parallel to the processing surface is reflected by the focusing lens unit, and among coordinates of a focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, coordinates of directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other A focusing mirror unit for adjusting the x and y coordinates;
The patterns formed by the irradiation of the laser beam overlap each other at least partially, including a structure in which the overlap rate (%) between patterns of adjacent laser beams is formed in the range of 30% to 100%, resulting in A laser cutting processing device that cuts while preventing accumulation or adhesion of dust or by-products remaining on the pattern.
상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 다이나믹 포커싱 유닛;을 더 포함하는 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 11,
The laser beam generated from the laser beam generator is radiated to the focusing mirror unit, and among the focal coordinates of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, the z-coordinate, which is a coordinate in a direction orthogonal to the processing surface, is adjusted. A laser cutting processing apparatus further comprising a; dynamic focusing unit to do.
상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 Z축 스테이지;를 더 포함하는 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 11,
The laser beam generated from the laser beam generator is radiated to the focusing mirror unit, and among the focal coordinates of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, the z-coordinate, which is a coordinate in a direction orthogonal to the processing surface, is adjusted. A laser cutting apparatus further comprising a; Z-axis stage to do.
상기 초점조절 미러 유닛은,
다이나믹 포커싱 유닛으로부터 상기 가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 경사진 방향으로 조사하는 제1 초점조절 미러; 및
상기 제1 초점조절 미러로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하는 제2 초점조절 미러;를 포함하는 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 11,
The focusing mirror unit,
a first focusing mirror for irradiating the laser beam incident in a direction parallel to the processing surface from a dynamic focusing unit in a direction inclined with respect to the processing surface; and
A laser cutting apparatus including a second focusing mirror for irradiating the laser beam incident from the first focusing mirror in a direction orthogonal to the processing surface.
상기 레이저 빔 발생기에서 생성한 상기 레이저 빔의 단면을 확장시켜 상기 다이나믹 포커싱 유닛으로 조사하는 빔 익스팬더(20);를 더 포함하는 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 12,
A laser cutting apparatus further comprising a beam expander 20 that expands a cross-section of the laser beam generated by the laser beam generator and irradiates it to the dynamic focusing unit.
상기 다이나믹 포커싱 유닛으로부터 조사되는 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 반사하는 반사 미러 유닛(40);을 더 포함하는 레이저 절삭 가공장치.
According to claim 12,
The laser cutting apparatus further includes a reflection mirror unit 40 for reflecting the laser beam irradiated from the dynamic focusing unit to the focusing mirror unit.
상기 반사 미러 유닛은,
상기 다이나믹 포커싱 유닛으로부터 상기 가공면에 대해 수평방향으로 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하는 제1 반사 미러와,
상기 제1 반사 미러로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 반사하는 제2 반사 미러를 포함하는 레이저 절삭 가공장치.
17. The method of claim 16,
The reflective mirror unit,
a first reflection mirror for irradiating the laser beam incident in a horizontal direction with respect to the processing surface from the dynamic focusing unit in a direction orthogonal to the processing surface;
and a second reflection mirror for reflecting the laser beam incident from the first reflection mirror to the focusing mirror unit.
상기 레이저 빔은, 주파수 형태로 기설정된 레이저 파워, 레이저 주파수, 레이저 조사크기, 속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 오실레이션 주파수 중 적어도 하나 이상이 조절되며 가공면에 조사되는, 레이저 절삭 가공장치.
17. The method of claim 16,
The laser beam is irradiated to the processing surface by controlling at least one of laser power, laser frequency, laser irradiation size, speed, radius curvature, oscillation amplitude, and oscillation frequency, which are preset in the form of a frequency. cutting machine.
상기 가공면의 가공 깊이(depth) 및 가공 폭(width)은, 기설정된 레이저 파워, 레이저 주파수, 레이저 조사크기, 속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 오실레이션 주파수 중 적어도 하나 이상으로 조절되는, 레이저 절삭 가공장치.
17. The method of claim 16,
The processing depth and processing width of the processing surface are at least one or more of preset laser power, laser frequency, laser irradiation size, speed, radius curvature, oscillation amplitude, and oscillation frequency. Controlled, laser cutting machine.
상기 레이저 빔은 진행방향으로 가공면에 대해서 연속적으로 조사되는, 레이저 절삭 가공장치.
17. The method of claim 16,
The laser beam is continuously irradiated with respect to the processing surface in the traveling direction, laser cutting processing apparatus.
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔을 제어하는 제어부(93);
상기 레이저 빔을 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하되, 상기 제 어부에 의하여 조사방향에 대해서 소정의 패턴이 상호 적어도 일부가 중첩되는 형태로 조사하는 포커싱 렌즈 유닛(60); 및
가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 포커싱 렌즈 유닛으로 반사하여, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절하는 초점조절 미러 유닛(50);을 포함하는 레이저 절삭 가공장치를 이용한 레이저 가공방법으로,
상기 레이저 빔 발생기(10)로부터 조사되는 상기 레이저 빔의 조사방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 와블링 (wobbling) 또는 오실레이션(oscillation) 되며 형성되도록 상기 제어부에 의해 조절되고,
상기 레이저 빔은, 주파수 형태로 기설정된 레이저 파워, 레이저 주파수, 레이저 조사크기, 속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 오실레이션 주파수 중 적어도 하나 이상이 조절되어 조사되고,
상기 레이저 빔의 조사로 형성되는 상기 패턴은 상호 적어도 일부가 중첩되되, 인접하는 레이저 빔의 패턴 간의 중첩율(%)이 30% 내지 100%의 범위로 형성되는 구조를 포함하여 절삭과정에서 발생하는 분진이나 부산물이 패턴상에 잔존하여 축적되거나 유착되는 현상을 방지하며 절삭하는, 레이저 가공방법.
At least one laser beam generator 10 generating a laser beam;
a controller 93 controlling the laser beam emitted from the laser beam generator;
a focusing lens unit 60 that irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface, and irradiates predetermined patterns in a form in which at least a portion overlaps each other in the irradiation direction by the control unit; and
A laser beam incident in a direction parallel to the processing surface is reflected to the focusing lens unit, and among coordinates of a focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, coordinates in directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other are A laser processing method using a laser cutting processing device including; a focusing mirror unit 50 for adjusting x and y coordinates,
With respect to the irradiation direction of the laser beam irradiated from the laser beam generator 10, at least one or more laser spots are irradiated in a preset angular direction, but at least some overlapping patterns wobble Or it is controlled by the controller so that it is formed with oscillation,
The laser beam is irradiated by adjusting at least one of laser power, laser frequency, laser irradiation size, speed, radius curvature, oscillation amplitude, and oscillation frequency, which are preset in the form of frequency,
The patterns formed by the irradiation of the laser beam overlap each other at least partially, including a structure in which the overlap rate (%) between patterns of adjacent laser beams is formed in the range of 30% to 100%, resulting in A laser processing method that cuts while preventing accumulation or adhesion of dust or by-products remaining on the pattern.
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔을 제어하는 제어부(93);
상기 레이저 빔을 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하되, 상기 제어부에 의하여 조사방향에 대해서 소정의 패턴이 상호 적어도 일부가 중첩되는 형태로 조사하는 포커싱 렌즈 유닛(60);
가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 포커싱 렌즈 유닛으로 반사하여, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절하는 초점조절 미러 유닛(50); 및
상기 레이저 빔 발생기(10)로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 다이나믹 포커싱 유닛(30);을 포함하는 레이저 절삭 가공장치를 이용한 레이저 가공방법으로,
상기 레이저 빔 발생기(10) 로부터 조사되는 상기 레이저 빔의 조사방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 와블링 (wobbling) 또는 오실레이 션 (oscillation)형성되도록 상기 제어부에 의해 조절되고, 상기 레이저 빔은, 주파수 형태로 기설정된 레이저 파워, 레이저 주파수, 레이저 조사크기, 속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 오실레이션 주파수 중 적어도 하나 이상이 조절되어 조사되고,
상기 레이저 빔의 조사로 형성되는 상기 패턴은 상호 적어도 일부가 중첩되되, 인접하는 레이저 빔의 패턴 간의 중첩율(%)이 30% 내지 100%의 범위로 형성되는 구조를 포함하여 절삭과정에서 발생하는 분진이나 부산물이 패턴상에 잔존하여 축적되거나 유착되는 현상을 방지하며 절삭하는, 레이저 가공방법.
At least one laser beam generator 10 generating a laser beam;
a controller 93 controlling the laser beam emitted from the laser beam generator;
a focusing lens unit 60 that irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface, and irradiates the laser beam in a form in which at least a portion of predetermined patterns overlap with each other with respect to the irradiation direction by the control unit;
A laser beam incident in a direction parallel to the processing surface is reflected to the focusing lens unit, and among coordinates of a focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, coordinates in directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other are a focusing mirror unit 50 for adjusting x and y coordinates; and
The laser beam generated from the laser beam generator 10 is radiated to the focusing mirror unit, and among coordinates of the focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, z is a coordinate in a direction orthogonal to the processing surface. A laser processing method using a laser cutting processing device including; a dynamic focusing unit 30 for adjusting coordinates,
With respect to the irradiation direction of the laser beam irradiated from the laser beam generator 10, at least one laser spot is irradiated in a preset angular direction, but at least a part overlapping with each other A pattern wobbling Alternatively, it is controlled by the control unit to form oscillation, and the laser beam includes laser power preset in the form of frequency, laser frequency, laser irradiation size, speed, radius curvature, oscillation amplitude and oscillation. At least one of the radiation frequencies is adjusted and irradiated,
The patterns formed by the irradiation of the laser beam overlap each other at least partially, including a structure in which the overlap rate (%) between patterns of adjacent laser beams is formed in the range of 30% to 100%, resulting in A laser processing method that cuts while preventing accumulation or adhesion of dust or by-products remaining on the pattern.
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔을 제어하는 제어부;
상기 레이저 빔을 가공면에 대해 직교되는 방향으로 조사하되, 상기 제어부에 의하여 조사방향에 대해서 소정의 패턴이 상호 적어도 일부가 중첩되는 형태로 조사하는 포커싱 렌즈 유닛;
가공면에 대해 평행한 방향으로 입사되는 레이저 빔을 상기 포커싱 렌즈 유닛으로 반사하여, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 평행하고 서로 직교되는 방향의 좌표인 x, y 좌표를 조절하는 초점조절 미러 유닛; 및
상기 레이저 빔 발생기로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 초점조절 미러 유닛으로 조사하고, 상기 포커싱 렌즈 유닛이 조사하는 상기 레이저 빔의 초점의 좌표 중 상기 가공면에 대해 직교되는 방향의 좌표인 z 좌표를 조절하는 Z축 스테이지;을 포함하는 레이저 절삭 가공장치를 이용한 레이저 가공방법으로,
상기 레이저 빔 발생기로부터 조사되는 상기 레이저 빔의 조사방향에 대해서, 적어도 하나 이상의 레이저 스팟(spot)이 기 설정된 각도 방향으로 조사되되 적어도 일부가 상호 중첩되는 형상의 패턴이 와블링 (wobbling) 또는 오실레이션 (oscillation)형성되도록 상기 제어부에 의해 조절되고,
상기 레이저 빔의 조사로 형성되는 상기 패턴은 상호 적어도 일부가 중첩되되, 인접하는 레이저 빔의 패턴 간의 중첩율(%)이 30% 내지 100%의 범위로 형성되는 구조를 포함하여 절삭과정에서 발생하는 분진이나 부산물이 패턴상에 잔존하여 축적되거나 유착되는 현상을 방지하며 절삭하는, 레이저 가공방법.
a laser beam generator for generating a laser beam;
a control unit controlling the laser beam emitted from the laser beam generator;
a focusing lens unit that irradiates the laser beam in a direction orthogonal to the processing surface, and irradiates predetermined patterns in a form in which at least a portion overlaps each other in the irradiation direction by the control unit;
A laser beam incident in a direction parallel to the processing surface is reflected to the focusing lens unit, and among coordinates of a focal point of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, coordinates in directions parallel to the processing surface and orthogonal to each other are a focusing mirror unit for adjusting x and y coordinates; and
The laser beam generated from the laser beam generator is radiated to the focusing mirror unit, and among the focal coordinates of the laser beam irradiated by the focusing lens unit, the z-coordinate, which is a coordinate in a direction orthogonal to the processing surface, is adjusted. A laser processing method using a laser cutting processing apparatus comprising a; Z-axis stage to do,
Regarding the irradiation direction of the laser beam irradiated from the laser beam generator, at least one laser spot is irradiated in a predetermined angular direction, but at least a portion of the overlapping pattern is wobbling or oscillation (oscillation) is controlled by the control unit to form,
The patterns formed by the irradiation of the laser beam overlap each other at least partially, including a structure in which the overlap rate (%) between patterns of adjacent laser beams is formed in the range of 30% to 100%, resulting in A laser processing method that cuts while preventing accumulation or adhesion of dust or by-products remaining on the pattern.
상기 레이저 빔은, 주파수 형태로 기설정된 레이저 파워, 레이저 주파수, 레이저 조사크기, 속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 오실레이션 주파수 중 적어도 하나 이상이 조절되며 가공면에 조사되는, 레이저 가공방법.
According to claim 21,
The laser beam is irradiated to the processing surface by controlling at least one of laser power, laser frequency, laser irradiation size, speed, radius curvature, oscillation amplitude, and oscillation frequency, which are preset in the form of a frequency. processing method.
상기 가공면의 가공 깊이(depth) 및 가공 폭(width)은, 기설정된 레이저 파워, 레이저 주파수, 레이저 스폿 크기, 속도, 곡률반경(radius curvature), 오실레이션 진폭 및 오실레이션 주파수 중 적어도 하나 이상으로 조절되는, 레이저 가공방법.
According to claim 21,
The processing depth and processing width of the processing surface are determined by at least one of preset laser power, laser frequency, laser spot size, speed, radius curvature, oscillation amplitude, and oscillation frequency. A controlled, laser processing method.
상기 레이저 빔은 진행방향으로 가공면에 대해서 연속적으로 조사되는, 레이저 가공방법.
According to claim 21,
The laser beam is continuously irradiated with respect to the processing surface in the traveling direction, the laser processing method.
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- 2022-06-30 KR KR1020220080394A patent/KR102570759B1/en active IP Right Grant
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