KR102616288B1 - 레이저 가공장치와 이를 포함하는 방법 및 그에 의하여 가공된 가공대상체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지능형 광학 헤드를 포함하는 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 레이저 발생부, 상기 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔의 크기 또는 형상을 조절하는 빔변환장치, 상기 빔변환장치를 경유한 상기 레이저 빔의 초점위치를 조절하는 빔 조절부, 가공대상체의 표면온도 및 용융온도 중 하나 이상을 측정하는 열분포 측정부, 상기 가공대상체의 상기 측정된 온도로 상기 레이저 빔의 강도를 조절 또는 제어하는 제어부 및 상기 빔변환장치를 경유한 상기 레이저 빔을 상기 가공대상체에 집속하여 전달하는 빔 포커싱부를 포함하는 레이저 가공장치와 이를 포함하는 방법 및 그에 의하여 가공된 가공대상체를 제공한다.
Description
본 발명은 레이저 가공장치와 이를 포함하는 방법 및 그에 의하여 가공된 가공대상체에 관한 것이다.
레이저 가공은 레이저 빔을 이용하여 대상체를 가공하는 것을 의미하고, 최근에는 가공대상체의 피가공면에 일정한 패턴 등을 형성하기 위한 목적으로 레이저 가공이 사용되기도 한다. 이러한 레이저 가공에 사용되는 레이저 장치는 레이저를 이용하여 가공대상체에 소정의 패턴 등을 형성하는 장치이다.
하지만, 종래의 레이저 장치는 직접적으로 가공대상체의 가열 온도를 측정하는 구성이 전무하였다. 예를 들어, 종래의 레이저 장치는 간접적으로 조사되는 레이저의 출력을 조절하여 간접적으로 가공대상체의 표면을 가공하는 구조일 뿐 가공대상체의 피가공면 온도를 직접 측정할 수 없으므로 가공 효율이 떨어질 수밖에 없었다.
본 발명의 실시예들은, 가공대상체의 레이저 가공장치에 있어서, 솔더링, 용접, 패터닝 등의 가공 과정에서 가공대상물의 표면온도 및 용융온도를 실시간으로 직접적으로 측정 및 보정 가능하도록 함으로써, 가공 효율이 크게 향상될 수 있는 레이저 가공장치와 이를 포함하는 방법 및 그에 의하여 가공된 가공대상체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 레이저 가공장치의 일 실시예는,
레이저 발생부;
상기 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔의 크기 또는 형상을 조절하는 빔변환장치;
상기 빔변환장치를 경유한 상기 레이저 빔의 초점위치를 조절하는 빔 조절부;
가공대상체의 표면온도 및 용융온도 중 하나 이상을 측정하는 열분포 측정부;
상기 가공대상체의 상기 측정된 온도로 상기 레이저 빔의 강도를 조절 또는 제어하는 제어부; 및
상기 빔변환장치를 경유한 상기 레이저 빔을 상기 가공대상체에 집속하여 전달하는 빔 포커싱부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 빔 포커싱부는, 상기 레이저의 출력을 측정 및 조절하는 레이저 출력 감지부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 빔 포커싱부로부터 전달된 상기 레이저가 조사될 위치 및 정렬상태 정보를 획득하여 상기 가공대상체에 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열분포 측정부의 측정지점 면적은 상기 가공대상체의 면적보다 작은 범위로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열분포 측정부는, 상기 가공대상체의 표면온도 또는 용융온도가 1 ~ 500도 온도 범위에서 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열분포 측정부는, 적외선 카메라, 파이로미터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열분포 측정부는, 상기 집광부의 상단부에 결합되어 상기 가공대상체의 상기 표면온도 및 용융온도 중 하나 이상의 측정 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 조사부에서 조사되는 상기 레이저 출력은 1 ~ 4,000 Watt 범위에서 조사되는 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 조사부의 상기 레이저 빔의 출력파워는 상기 열분포 측정부의 상기 가공대상체의 표면온도 및 용융온도 중 적어도 하나에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 발생부에는 상기 레이저의 배율을 보정하는 적어도 하나의 광학렌즈가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 발생부의 일측에는 조명부가 배치되는 구조 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저의 조사위치 및 정렬상태 정보는 CCD 및 CMOS 중 하나 이상을 포함하는 촬상 장치로 획득될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 발생부로부터 조사되는 상기 레이저는 상기 빔 포커싱부와 레이저 조사부를 순차적으로 경유한 후 하나의 동일한 중심축을 갖고 조사되는 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 가공장치의 제어부는, 상기 열분포 측정부의 측정온도에 따라 상기 레이저의 출력, 전류, 전압 중 적어도 하나를 조절하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 레이저 가공장치를 이용한 가공방법을 제공하는 바, 가공대상체를 레이저 가공장치에 로딩(Loading)시키는 가공대상체 로딩 단계;
상기 가공대상체의 레이저 가공을 위해 레이저 출력을 포함하는 가공 데이터를 입력하는 단계;
상기 가공대상체의 레이저 가공을 위해, 열분포 측정부(Infrared camera 또는 Pyrometer)로부터 실시간 측정되는 표면온도 또는 용융온도 정보를 획득하는 단계; 및
상기 열분포 측정부로부터 획득된 정보를 반영하여 상기 가공대상체에 조사되는 상기 레이저 출력을 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저 가공장치에 의하여 가공된 가공대상체를 제공한다.
본 발명에 따른 레이저 가공장치와 이를 포함하는 방법 및 그에 의하여 가공된 가공대상체는, 솔더링, 용접, 패터닝 등의 가공 과정에서 가공대상물의 표면온도 및 용융온도를 실시간으로 직접적으로 측정 및 보정 가능하도록 함으로써, 가공 효율이 크게 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 개략적인 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체의 가공영역을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공방법을 나타내는 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 예시를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체의 가공영역을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공방법을 나타내는 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 예시를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 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 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 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.
본 발명은 레이저를 통해 대상물을 가공하는 장치로서, 가공대상체의 온도를 직접적으로 측정 및 반영하여 가공 과정이 수행됨으로써, 보다 효과적으로 가공이 가능하도록 할 수 있다. 이러한 가공은 레이저 빔을 전달하여 상기 대상물에 마킹, 커팅, 스크라이빙, 패터닝 및 솔더링, 용접 등의 공정을 수행하는 것을 의미한다.
이하에서는 이러한 가공대상체의 레이저 가공장치 및 방법을 각각 구분하여 설명하되, 장치의 설명에서 기재가 생략되고, 방법의 설명에만 기재된 구체적인 단계들도 본 발명의 실시예에 따른 장치를 통해 수행될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체의 가공영역을 나타내는 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는, 레이저 발생부(10), 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔의 크기 또는 형상을 조절하는 빔변환장치(20), 빔변환장치(20)를 경유한 상기 레이저 빔의 초점위치를 조절하고 가공대상체의 온도를 측정하는 빔 조절부(30), 가공대상체의 표면온도 및 용융온도 중 하나 이상을 측정하는 열분포 측정부(310), 상기 가공대상체의 측정온도를 반영하여 상기 레이저 빔의 강도를 조절 또는 제어하는 제어부(70) 및 빔변환장치를 경유한 상기 레이저 빔을 상기 가공대상체에 집속하여 전달하는 빔 포커싱부(320)를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 빔 조절부(30)에는 본 발명에 따른 광학 헤드 모듈(300)을 포함하여 구성될 수도 있다. 즉, 빔 조절부(30)의 광학 헤드 모듈(300)은, 빔변환장치(20)를 경유한 상기 레이저 빔을 상기 가공대상체에 집속하여 전달하는 빔 포커싱부(320), 빔 포커싱부(320)로부터 조절된 상기 레이저가 조사될 위치 및 정렬 상태 정보를 획득하여 상기 가공대상체에 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부(330) 및 상기 가공대상체의 가공지점에 대한 표면온도 및 용융온도를 측정하는 열분포 측정부(310)를 포함하여 구성될 수 있다.
레이저 발생부(10)는, 가공대상체인 샘플(1)의 가공을 위한 레이저 빔을 생성할 수 있다. 구체적으로, 연속파 레이저 또는 펄스화된 레이저를 사용할 수 있다. 레이저 빔의 파장은 적외선 영역에서부터 자외선 영역 내에 위치하는 레이저 파장 전부를 사용할 수 있다. 예를 들어, 자외선 파장, 그린 파장, 적외선 파장 등을 포함할 수 있다. 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔은, 빔변환장치(20) 및 빔 조절부(30)를 경유할 수 있다.
빔변환장치(20)는 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔의 크기 또는 형상을 조절할 수 있다. 구체적으로, 빔변환장치(20)는 레이저 빔을 확대 또는 축소시킬 수 있다. 또한, 빔변환장치(20)는 레이저 빔을 분산이나 집중이 적은 평행한 콜리메이트 빔(collimated beam)으로 생성시켜 줄 수 있다. 이로써, 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔은 빔변환장치(20)를 경유하며 확대 또는 축소되어 크기 조절되면서, 콜리메이트 빔으로 생성될 수 있다.
빔변환장치(20)에 의하여 변경된 레이저 빔의 크기는 레이저 가공장치(100)의 마지막 단의 렌즈로 입사되는 레이저 빔의 크기일 수 있다. 빔변환장치(20)는 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔의 직경을 변경하고, 변경된 레이저 빔을 출력할 수 있다. 빔변환장치(20)는 수동 또는 자동으로 조절이 가능할 수 있다. 여기서, 빔변환장치(20)는 가우시안 빔의 형상을 플랫탑 빔 또는 멀티 스폿의 형상으로 변환하여 출력할 수 있다. 플랫탑 빔의 형태는 원형, 다각형, 링형 중의 하나일 수 있다.
이 밖에도, 빔 어테뉴에이터(attenuator), 편광판, 반파장판, 스플리터, 필터, 셔터 등의 다양한 광학소자가 더 배치될 수 있다.
빔 조절부(30)는 다이나믹 포커싱 모듈(31)을 통하여 상기 레이저 빔의 초점 높이 등의 위치를 조절될 수 있다. 조절된 상기 레이저 빔은 빔 조절부(30)의 광학 헤드 모듈(300)을 경유하여 가공대상체인 샘플(1)에 소정의 레이저 파워로 조사될 수 있다.
제어부(70)는 가공대상체인 샘플(1)의 표면온도 또는 용융온도에 따라 가공대상체인 샘플(1)을 가공하기 위해, 기입력된 레이저 출력 데이터를 결정할 수 있다. 이 데이터를 기반으로 가공대상체인 샘플(1)의 표면을 솔더링할 수 있다. 경우에 따라서, 가공대상체 표면에 마이크로 단위에서 나노 단위의 폭과 깊이를 갖는 미세 패턴, 마킹, 스크라이빙 및 커팅을 수행할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 헤드 모듈(300)은, 전술한 바와 같이, 빔변환장치(20)를 경유한 상기 레이저 빔을 상기 가공대상체에 집속하여 전달하는 빔 포커싱부(320), 빔 포커싱부(320)로부터 조절된 상기 레이저가 조사될 위치 및 정렬 상태 정보를 획득하여 상기 가공대상체에 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부(330) 및 상기 가공대상체의 가공지점에 대한 표면온도 및 용융온도 등을 측정하는 열분포 측정부(310)로 구성될 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 광학 헤드 모듈(300)의 열분포 측정부(310)는 가공대상체인 샘플(1)의 표면온도 및 용융온도를 측정할 수 있다. 열분포 측정부(310)는 비접촉식 방사온도계로써 가공대상체인 샘플(1)의 표면 온도를 실시간으로 측정 및 측정된 결과가 제어부(70)로 전송될 수 있다. 이러한 측정결과에 따라 제어부(70)는 레이저 빔의 출력을 조절할 수 있다. 열분포 측정부(310)는, 예를 들어 적외선 카메라 또는 파이로미터(Pyrometer) 일 수 있다.
광학 헤드 모듈(300)의 빔 포커싱부(320)는 상기 레이저 빔의 초점 높이 등의 위치를 조절할 수 있으며, 광학 헤드 모듈(300)의 레이저 조사부(330)는 상기 가공대상체인 샘플(1)을 따라 레이저 빔의 초점 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 빔 포커싱부(320)는, 가공대상체인 샘플(1)의 위치 정보와의 매칭을 통해 설정된 가공 높이에 따라, 집광부(50)를 통과하는 레이저 빔의 초점 위치를 조절할 수 있다.
빔 포커싱부(320)는 수평 왕복 이동을 하는 모터(미도시)의 구동에 의해, 레이저 조사부(330)로 전달되는 레이저 빔의 초점거리를 조절하여 조사할 수 있다. 예를 들어, 빔 포커싱부(320) 내부에 하나의 렌즈가 우측으로 이동하게 되면, 레이저 빔의 초점이 가공대상체인 샘플(1)로부터 멀어지게 되므로, 레이저 빔이 지면의 상측으로 이동하여 레이저 빔의 초점 높이가 짧아질 수 있다. 반대로, 빔 포커싱부(320) 내부 하나의 렌즈가 좌측으로 이동하게 되면, 레이저 빔이 가공대상체인 샘플(1)로 가까워지므로, 레이저 빔의 초점이 지면의 하측으로 이동할 수 있다.
빔 포커싱부(320)의 일측 단부에는 레이저 빔의 출력을 감지하는 레이저 출력 감지부(321)이 배치될 수 있다. 이러한 레이저 출력 감지부(321)는 레이저 발생부(10)에서 조사되는 상기 레이저 빔의 출력을 감지하고 열분포 측정부(310)에서 측정되는 가공대상체인 샘플(1)의 표면온도 등 정보와 함께 제어부(70)로 전송될 수 있다.
광학 헤드 모듈(300)의 레이저 조사부(330)의 하부에는, 빔 포커싱부(320)를 통과한 상기 레이저 빔을 가공대상체인 샘플(1)로 집속하기 위한 집광부(50)가 배치될 수 있다.
집광부(50)는 레이저 빔을 집속시킬 수 있다. 이와 같은 집광부(50)는 레이저 조사부(330)를 통과한 레이저 빔을 집광시켜서, 가공대상체인 샘플(1)에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 집광부(50)는 한 개 이상의 렌즈로 구성될 수 있으며, 텔레센트릭 렌즈를 포함할 수 있다.
이러한 구성들을 통해, 레이저 빔의 조사 위치, 초점 거리, 출력되는 레이저 빔의 펄스 파형, 파워, 조사 시간, 가공 속도, 발산 및 수렴 특성, 빔의 형상 등 다양한 파라미터 중 적어도 하나 이상을 조절할 수 있다.
제어부(70)는 가공대상체인 샘플(1)의 표면을 가공하기 위해, 레이저 빔이 조사되는 초점 위치 데이터를 추출할 수 있다. 이 데이터를 기반으로 초점 위치 데이터는 레이저 조사부(330)가 제어할 수 있다. 또한, 초점 위치 데이터는 빔 포커싱부(320)가 제어함으로써 가공 데이터를 실시간으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체의 레이저 가공장치(100)는 정밀 스테이지(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 가공대상체인 샘플(1)이 가공을 위해 스테이지에 장착되었을 때, 광학계의 유효 초점거리를 벗어나는 변형이 발생할 개연성이 있다. 따라서, 정밀 스테이지를 통해 정의된 좌표계 안에서 다량의 축의 조합에 따라 빔 포커싱부(320)과 레이저 조사부(320)의 유효 가공영역과 유효 초점거리 내에 가공대상체인 샘플(1)이 위치하도록 제어할 수 있다.
이하에서는 전술한 본 발명에 따른 레이저 가공장치(100)를 사용하여 가공대상체를 가공하는 과정에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공방법을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 예시를 나타내는 그래프이다.
이들 도면을 참조하면, 가공대상체인 샘플(1)을 레이저 가공장치에 로딩(Loading)시키는 가공대상체 로딩 단계(S100), 가공대상체인 샘플(1)의 레이저 가공을 위해 레이저 출력을 포함하는 가공 데이터를 입력하는 단계(S200), 가공대상체인 샘플(1)의 레이저 가공을 위해, 열분포 측정부(310)로부터 실시간 측정되는 표면온도 또는 용융온도 정보를 획득하는 단계(S300) 및 열분포 측정부(310)로부터 획득된 정보를 반영하여 가공대상체인 샘플(1)에 조사되는 상기 레이저 빔의 출력, 파워를 조절하고 가공하는 단계(S500, S600))를 포함할 수 있다.
필요한 경우, 열분포 측정부(310)으로부터 측정된 가공대상체인 샘플(10)의 온도정보에 따라 레이저 빔의 가공위치를 보정하는 단계(S400)가 더 포함될 수 있다. 즉, 가공대상체인 샘플(1)의 가공지점의 온도가 기 입력된 임계값과 비교하여 고온으로 판단되는 경우에는 가공지점을 변경시켜 우선적으로 솔더링(soldering)을 수행할 수 있다.
전술한 레이저 가공장치(100)를 이용한 가공과정은, 도 4에 도시된 바와 같이, 예열(preheating) 및 솔더링(soldering) 과정이 각각 소정의 온도로 수행될 수 있다. 이 때, 상기 상기 예열과정과 솔더링 과정에서 측정되는 온도는 전술한 고온 측정계(310)에 의하여 측정될 수 있다. 바람직하게는 상기 예열과정과 솔더링 과정에서 가공대상체인 샘플(1)의 표면온도 또는 용융온도가 대략 1 내지 500도 온도 범위에서 측정이 이루어질 수 있다.
먼저, 가공대상체인 샘플(1)을 정밀 스테이지와 같은 가공 스테이지에 로딩한다(S100). 상기 가공 스테이지에 가공대상체인 샘플(1)의 로딩이 완료되면 검사를 수행할 수 있다. 이때, 검사로 확인되는 위치, 정렬상태 등의 정보는 CCD, CMOS로 구비된 카메라(미도시)를 이용하여 비접촉 방식에 의해 가공대상체인 샘플(1)로부터 획득될 수 있다.
검사가 완료된 가공대상체인 샘플(1)의 외형 등에 따라 솔더링(soldering)을 수행할 레이저 빔의 출력, 전류, 전압 등의 데이터가 결정 및 입력될 수 있다(S200). 입력되는 레이저 빔의 출력, 전류 또는 전압은 기 결정된 설정값에 따라 결정될 수 있으나, 이러한 설정값은 후술할 가공대상체인 샘플(1)의 표면온도 또는 용융온도에 따라 조절될 수 있다.
가공대상체인 샘플(1)의 가공 정보가 입력되는 단계(S200) 수행 후에는 열분포 측정부(310)로부터 실시간 측정되는 표면온도 또는 용융온도 정보를 획득하는 단계(S300)가 수행될 수 있다. 여기서, 가공대상체인 샘플(1)의 가공 정보가 입력되는 단계(S200)는 가공대상체인 샘플(1)의 외형이나 가공면적에 따라 1차적으로 설정되는 레이저 빔의 출력 또는 파워일 수 있다. 또, 열분포 측정부(310)으로부터 측정되는 가공대상체인 샘플(1)의 표면온도에 따라 2차적으로 설정되는 상기 레이저 빔의 출력일 수 있다. 바람직하게는, 상기 레이저 빔의 출력은 대략 1 내지 4,000W 범위의 크기로 조사될 수 있다.
가공대상체인 샘플(1)의 표면온도에 따른 상기 레이저 빔의 출력 조절 이후에는 레이저 조사부(330)에서 조사되는 상기 레이저 빔의 출력이 조절되는 단계가 진행될 수 있다(S500). 상기 레이저 빔의 출력 조절은 열분포 측정부(310)로부터 측정되는 가공대상체인 샘플(1)의 표면온도 정보 또는 솔더 용융온도 정보에 따라 제어부(70)에 의하여 조절되도록 제어될 수 있다.
여기서, 레이저 조사부(330)에서 조사되는 상기 레이저 빔의 출력은 가공대상체인 샘플(1)의 표면 온도 이외에도 가공 과정에서의 용융 온도에 따라 조절될 수도 있다.
마지막으로, 가공대상체인 샘플(1)을 최종 가공하는 단계(S600)가 진행될 수 있다. 이러한 가공 단계(S600)는 빔 포커싱부(320) 및 레이저 조사부(330)로부터 조사되는 레이저 빔에 의하여 솔더링 등의 가공 처리를 수행하는 단계로 정의될 수 있다. 여기서 레이저 가공의 의미는, 상기 솔더링의 정보에 따라 레이저에 의해 가공대상체인 샘플(1)이 가공되는 것을 의미한다. 이때 제어부(70)는 상기 레이저의 파장, 출력, 펄스폭, 빔의 형상, 스폿사이즈, 포커스 위치 등의 레이저 가공 파라미터 정보와 패턴, 마킹, 커팅 또는 스카이빙인 경우에 이들의 폭 및 간격, 가공속도 정보를 포함하여 레이저가 조사될 수 있도록 할 수 있다.
구체적인 예에서, 레이저 조사부(330)로부터 조사되는 상기 레이저 빔은, 도 2에 도시된 바와 같이, 고온 측정계(310)의 측정영역(C)에 따라서 소정의 가공영역(B)으로 조절되어 조사될 수 있다. 본 발명에 따르면, 가공대상체인 샘플(1)의 표면온도 측정영역으로 정의되는 'C'는 상기 레이저 빔이 조사되는 가공영역(B) 보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 가공대상체인 샘플(1)의 측정영역(C) 표면온도 또는 융융온도에 따라 가공영역(B)을 미세하게 이동 또는 조절하며 보다 효과적이고 세밀한 가공이 가능할 수 있다.
여기서, 전술한 CCD, CMOS로 구비된 카메라(미도시)의 촬상영역(A)은 가공영역(B)과 고온 측정계(310)의 측정영역(C) 보다 넓게 설정됨으로써, 가공과정에서 가공상태는 물론 가공 후에도 품질 분석 및 확인이 가능할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 가공대상체(샘플) 10: 레이저 발생부
20: 빔 변환장치 30: 빔 조절부
50: 집광부 70: 제어부
300: 광학 헤드 모듈 310: 열분포 측정부
320: 빔 포커싱부 321: 레이저 출력 감지부
330: 레이저 조사부
20: 빔 변환장치 30: 빔 조절부
50: 집광부 70: 제어부
300: 광학 헤드 모듈 310: 열분포 측정부
320: 빔 포커싱부 321: 레이저 출력 감지부
330: 레이저 조사부
Claims (16)
- 레이저 발생부;
상기 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔의 크기 또는 형상을 조절하는 빔변환장치;
상기 빔변환장치를 경유한 상기 레이저 빔의 초점위치를 조절하는 빔 조절부;
가공대상체의 표면온도 및 용융온도 중 하나 이상을 측정하는 열분포 측정부;
상기 가공대상체의 상기 측정된 온도로 상기 레이저 빔의 강도를 조절 또는 제어하는 제어부; 및
상기 빔변환장치를 경유한 상기 레이저 빔을 상기 가공대상체에 집속하여 전달하는 빔 포커싱부;를 포함하고,
상기 열분포 측정부의 측정영역은 상기 레이저 빔이 조사되는 가공영역보다 작게 형성되는, 레이저 가공장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 빔 포커싱부는,
상기 레이저의 출력을 측정 및 조절하는 레이저 출력 감지부;를 더 포함하는, 레이저 가공장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 빔 포커싱부로부터 전달된 상기 레이저가 조사될 위치 및 정렬상태 정보를 획득하여 상기 가공대상체에 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부;를 더 포함하는, 레이저 가공장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 열분포 측정부는, 상기 가공대상체의 표면온도 또는 용융온도가 1 ~ 500도 온도 범위에서 측정되는, 레이저 가공장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 열분포 측정부는, 적외선 카메라 및 파이로미터 중 하나 이상을 포함하는, 레이저 가공장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 열분포 측정부는, 상기 레이저 조사부의 하부에 포함되어 상기 레이저 빔을 상기 가공대상체에 집속시키는 집광부의 상단부에 결합되어 상기 가공대상체의 상기 표면온도 및 용융온도 중 하나 이상의 측정 효율을 증대시킬 수 있는, 레이저 가공장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 레이저 조사부에서 조사되는 레이저 출력은 1 ~ 4,000W 범위에서 조사되는, 레이저 가공장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 레이저 조사부의 상기 레이저 빔의 출력파워는 상기 열분포 측정부의 상기 가공대상체의 표면온도 및 용융온도 중 적어도 하나에 따라 조절되는, 레이저 가공장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 발생부에는 상기 레이저의 배율을 보정하는 적어도 하나의 광학렌즈가 배치되는, 레이저 가공장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 발생부의 일측에는 조명부가 배치되는 구조 포함하는, 레이저 가공장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저의 조사위치 및 정렬상태 정보는 CCD 및 CMOS 중 하나 이상을 포함하는 촬상 장치로 획득되는, 레이저 가공장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 레이저 발생부로부터 조사되는 상기 레이저는 상기 빔 포커싱부와 레이저 조사부를 순차적으로 경유한 후 하나의 동일한 중심축을 갖고 조사되는, 레이저 가공장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 가공장치의 제어부는, 상기 열분포 측정부의 측정온도에 따라 상기 레이저의 출력, 전류, 전압 중 적어도 하나를 조절하도록 제어하는, 레이저 가공장치.
- 가공대상체를 레이저 가공장치에 로딩(Loading)시키는 가공대상체 로딩 단계;
상기 가공대상체의 레이저 가공을 위해 레이저 출력을 포함하는 가공 데이터를 입력하는 단계;
상기 가공대상체의 레이저 가공을 위해, 열분포 측정부로부터 실시간 측정되는 표면온도 또는 용융온도 정보를 획득하는 단계; 및
상기 열분포 측정부로부터 획득된 정보를 반영하여 상기 가공대상체에 조사되는 상기 레이저 출력을 조절하는 단계;를 포함하고,
상기 열분포 측정부의 측정영역은 레이저 빔이 조사되는 가공영역보다 작게 형성되는, 레이저 가공방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 내지 제 14 항의 가공장치 및 제 15 항의 가공방법 중 어느 하나에 따라 가공된 가공대상체.
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