KR20030020110A - 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치에 관한 것으로, 특히 레이저의 빔을 타겟으로 반사시키는 미러와, 미러에서 반사된 빔이 소정 거리에 도달하면 빔을 수직측 및 수평측으로 분기하는 빔 스플리트와, 빔 스플리트에서 분기된 수직측 빔과 수평측 빔이 각각 설정된 기준 위치에 정렬되는지를 검출하는 감지부와, 미러의 수평 이동과 회전을 제어하는 모터와, 감지부에서 측정된 수직측 빔과 수평측 빔의 위치와 각각의 기준 위치를 비교하고 그 오차에 따라 모터의 구동을 제어하여 수직측 빔과 수평측 빔을 각각의 기준 위치에 정렬시키는 제어부로 구성된다. 그러므로, 본 발명은 하나의 빔 스플리트를 사용하여 타겟으로 조사되는 레이저빔의 수평측 및 수직측 위치를 토대로 입사 각도를 측정하여 빔을 정렬시키기 때문에 미러 구동용 모터를 정밀하게 제어할 수 있고 레이저 빔이 타겟에 정렬되는 시간을 단축시킬 있다.

Description

레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치{APPARATUS FOR MEASURING AND ALIGNING AUTOMATICALLY OF LASER BEAM}
본 발명은 빔을 타겟에 정렬시키는 장치에 관한 것으로서, 특히 레이저 빔을 타겟에 정확하게 조사하고 이를 측정해서 자동으로 정렬하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 빔을 타켓에 정렬하는 것은 레이저 빔을 이용한 어플리케이션 기술 분야에서 매우 중요하다. 도 1은 일반적인 레이저 빔의 정렬 원리를 나타낸 도면이다. 대개 레이저(10) 광원으로부터 레이저 빔이 조사되면, 소정 거리를 두고 위치한 타겟(30)까지 레이저 빔이 도달한다. 이때, 레이저 빔의 방향은 미러(20)에 의해 반사되어 타겟의 위치로 조절된다.
그런데, 레이저 빔은 광원으로부터 작고 왜곡되지 않은 스폿(spot)을 유지하고 평균 입사각을 타켓의 허용치 각도 이내에 유지하면서 타겟에 정렬되어야 한다. 이를 위해서, 레이저 빔을 이용하는 어플리케이션 기기에서는 타겟으로 조사된 레이저 빔을 측정해서 타겟에 빔의 자동으로 정렬시키는 장치가 필요하게 되었다.
도 2는 종래 기술에 의한 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치를 나타낸 회로 블록도이다.
도 2를 참조하면, 종래 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치는 레이저(10)의 빔을 제 1빔 스플리트(30)로 반사시키는 미러(20)와, 제 1빔 스플리트(30)에서 분기된 빔이 조사되고 타겟이 위치한 제 2빔 스플리트(40)와, 제 1빔 스플리트(30)와 제 2빔 스플리트(40)에 각각 조사된 빔이 각각 정렬되었는지를 측정하는 제 1 및 제 2위치센서(50, 60)와, 미러(20)의 수평 이동과 회전을 제어하는 모터(80)와, 제 1 및 제 2위치센서(50, 60)에서 각각 측정된 값이 서로 정렬되는지를 비교하여 오차가 있을 경우 모터(80)의 구동을 제어하여 레이저(10) 빔이 제 2 빔스플리트(40)의 타겟에 정확하게 정렬되도록 하는 제어부(70)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치는 레이저(10)의 빔이 미러(20)를 통해 반사되어 제 1빔 스플리트(30)에서 1차 분기되어 하나는 제 1위치센서(50)를 향하여 진행하고 나머지 한 빔은 제 2빔 스플리트(40)로 향하게 된다. 제 2빔 스플리트(40)에 도달한 빔은 다시 분기되어 제 2위치센서(60)에 조사된다. 그러면, 제 1 및 제 2위치센서(50,60)에서는 각각 측정된 빔의 위치를 측정하고 그 측정된 값을 제어부(70)에 전송한다. 제어부(70)에서는 제 1 및 제 2위치센서(50, 60)에서 측정된 값이 서로 동일한지를 비교한다. 만약 제 1 및 제 2위치센서(50, 60)에서 측정된 값이 서로 동일하다면, 모터(80)의 구동 신호를 발생하지 않는다. 반면에, 제 1 및 제 2위치센서(50, 60)에서 측정된 값이 서로 동일하지 않을 경우에는 모터(80)의 구동을 제어하는 구동 신호를 발생한다. 이에, 모터(80)는 제어부(70)의 구동 신호에 따라 작동하게 되는데, 설정된 방향(x축, y축, z축)의 범위만큼 모터(80)가 작동하게 되고, 빔 스플리트(20)는 모터(80)의 구동에 따라 x축으로 거리가 변경되고 y축 방향으로 수평 이동이 변경되고 z축 방향으로 회전을 하게 된다.
하지만, 종래 기술에 의한 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치는 제 1 및 제 2위치센서(50, 60)에서 측정된 제 1빔 스플리트(30)와 제 2빔 스플리트(40)의 위치값이 서로 동일하지 않을 경우 모터(80)를 구동해서 미러(20)의 위치를 변경시키게 되는데, 이때 모터(80)의 제어는 제 1 및 제 2센서(50, 60)에서 측정된 위치의 오차에 따라 정확하게 제어하는 것이 아니라, 제 1 및 제 2센서(50, 60)의 측정값이서로 동일할 때까지 미러(20)가 x축과 y축과 z축으로 이동하도록 모터의 구동을 설정된 값만큼 조정하고 있다. 이로 인해, 종래 기술에 의한 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치는 센서의 측정 오차에 따라 모터를 정확하게 구동시킬 수 없어 레이저 빔이 타겟에 정확하게 정렬되기까지 다소 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 하나의 빔 스플리트를 사용하고 빔 스플리트에서 분기된 빔의 수평측 위치와 수직측 위치를 측정하는 센서를 구비함으로써 수직 및 수평 위치센서를 통해 측정된 레이저빔의 수직측 위치와 수평측 위치를 토대로 레이저 빔의 입사 각도를 계산할 수 있어 미러 구동용 모터를 정밀하게 제어할 수 있고 레이저 빔이 타겟으로 정렬되는 시간을 단축시킬 있는 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저 빔이 타겟에 정렬되었는지를 측정하고 자동으로 정렬하는 장치에 있어서, 레이저의 빔을 타겟으로 반사시키는 미러와, 미러에서 반사된 빔이 소정 거리에 도달하면 빔을 수직측 및 수평측으로 분기하는 빔 스플리트와, 빔 스플리트에서 분기된 수직측 빔과 수평측 빔이 각각 설정된 기준 위치에 정렬되는지를 검출하는 감지부와, 미러의 수평 이동과 회전을 제어하는 모터와, 감지부에서 측정된 수직측 빔과 수평측 빔의 위치와 각각의 기준 위치를 비교하고 그 오차에 따라 모터의 구동을 제어하여 수직측 빔과 수평측 빔을 각각의 기준 위치에 정렬시키는 제어부를 구비한다.
도 1은 일반적인 레이저 빔의 정렬 원리를 나타낸 도면,
도 2는 종래 기술에 의한 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치를 나타낸 회로 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치를 나타낸 회로 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치에서 수직 및 수평 위치센서를 이용하여 빔을 정렬하는 방법을 상세하게 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 레이저 110 : 미러
120 : 빔 스플리트 130 : 감지부
132 : 수직 위치센서 134 : 수평 위치센서
140 : 제어부 150 : 모터
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치를 나타낸 회로 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치는 레이저(100)의 빔, 미러(110), 빔 스플리트(120), 감지부(130), 제어부(140), 모터(150)로 구성된다. 여기서, 감지부(130)는 수직 위치센서(132)와 수평 위치센서(134)로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 레이저 빔을 다음과 같이 자동 측정하고 정렬한다. 미러(110)에서는 레이저(100)의 빔을 타겟이 위치한 빔 스플리트(120)로 반사시킨다. 미러(110)에서 반사된 빔이 빔 스플리트(120)에 도달하면, 빔 스플리트(120)에서는 입사되는 빔을 수직측 및 수평측으로 분기한다.
빔 스플리트(120)를 통해 분기된 빔 중에서 수평측으로 분기된 빔은 감지부(130)의 수평 위치센서(134)에 도달하게 되고, 수직측으로 분기된 빔은 감지부(130)수직 위치센서(132)에 도달하게 된다.
이에 수직 위치센서(132)에서는 수직측으로 분기된 빔이 해당 센서의 설정된 기준 위치에 정렬되는지를 측정하고, 마찬가지로 수평 위치센서(134)에서는 수평측으로 분기된 빔이 해당 센서의 설정된 기준 위치에 정렬되는지를 측정한다.
이에 제어부(140)에서는 감지부(130)의 수직 위치센서(132)와 수평 위치센서(134)에서 측정된 빔의 위치값과 각각의 기준 위치값을 비교한다. 만약수평 위치센서(134)에서 측정된 값과 설정된 기준값에서 오차가 발생할 경우 수평측 빔이 수평 위치센서(130)의 기준 위치에 정렬되도록 모터(150)의 구동을 제어하는 신호를 발생한다. 그런 다음, 수평 위치센서(134)를 통해 측정된 수평측 빔이 기준 위치에 정렬되었을 경우 제어부(140)는 수직 위치센서(132)를 통해 측정된 수직측 빔이 해당 센서의 기준 위치에 정렬되었는지를 비교하고, 두 개의 위치가 정렬되었을 경우 모터의 구동을 제어하지 않지만, 만역 오차가 발생할 경우 미러(110)의 수평 이동(y)과 회전 각도(θ1)를 제어하기 위한 모터의 구동값을 계산한다. 그리고, 계산된 제어값에 따라 모터(150)의 구동을 y축 방향과 z축의 θ 방향으로 제어한다. 이로 인해, 미러(110)가 y축으로 소정의 거리만큼 수평 이동되고 z축의 θ방향으로 소정 각도만큼 회전된다. 이에 따라, 미러(110)의 변경된 위치에 따라 미러(110)에서 반사된 빔은 빔 스플리트(120)를 통해 분기되어 감지부(130)의 수직 위치센서(132)와 수평 위치센서(134)의 기준 위치에 정확하게 도달하게 되고 빔의 정렬이 완료된다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치에서 수직 및 수평 위치센서를 이용하여 빔을 정렬하는 방법을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 입사되는 빔의 위치를 A라 하고 타겟의 중심 위치를 B라 했을 때 직선상에 있는 미러(110)와 빔 스플리트(120)에서 빔이 입사 각도(예컨대 a', a'')를 갖고 빔 스플리트(120)에 도달하게 된다면, 본 발명에 따른 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치는 먼저 수평 위치센서를 이용하여 빔을 정렬시킨다. 즉, 수평 위치센서(134)에서는 빔 스플리트(120)를 통해 수평측으로 분기된 빔의 위치값을 검출한다. 그러면 제어부(140)에서는 검출된 빔의 위치값이 수평 위치센서의 기준 위치인 B 지점에 위치하도록 모터(150)를 x축, y축 또는 z축으로 이동하게 구동시켜 미러(110)의 위치를 변경시킨다.
그 다음, 본 발명은 수평 위치센서(134)를 통해 빔 스플리트(120)에서 수평측으로 분기된 빔이 기준 위치인 B 지점에 정렬되었을 경우 제어부(140)는 수직 위치센서(132)를 통해 빔 스플리트(120)에서 수직측으로 분기된 빔의 위치값을 검출한다. 그러면 제어부(140)는 검출된 수직측 빔의 위치값이 해당 센서의 기준 위치인 C 지점의 위치값과 동일한지, 아니면 a' 또는 a''와 같이 기준 위치값에서 벗어났는지를 판단한다. 만약 검출된 값이 기준 위치인 C의 위치값과 동일하다면, 제어부(140)는 레이저 빔이 수직 위치센서(132)에 정렬되었다고 판단하고 더 이상 모터(150)를 구동시키지 않는다. 그러나, 검출된 값이 C 지점의 위치값과 동일하지 않다면, 제어부(140)는 빔 스플리트(120)에서 수직측으로 분기된 빔이 수직 위치센서(132)에 정렬되지 않기 때문에 미러(110)에서 반사된 빔이 빔 스플리트(120)에 소정의 입사 각도를 갖고 조사되었음으로 판단한다.
이에 따라, 빔 스플리트(120)에 반사된 빔을 수직 위치센서(134)의 기준 위치인 C 지점에 정렬시키기 위하여 하기 수학식 1, 2에 의해 미러의 수평 이동(y)과 회전 각도(θ1)를 정해서 모터의 구동을 제어한다.
여기서, D는 미러와 빔 스플리트 사이의 거리이며 θ는 빔 스플리트의 입사각 또는 반사각이다.
이에 제어부(140)에서는 계산된 y의 값만큼 모터(150)를 위, 아래로 이동시켜 미러(110)의 수평 이동 값을 조정한다. 그리고, 빔 스플리트(120)의 중앙 B 지점에 소정의 각도(θ)를 갖고 입사되는 빔 a'와 a''의 경우 미러(110)의 회전 각도(θ1)와값은 동일하므로, 제어부(140)에서는 계산된 θ1값만큼 모터(150)를 z축으로 θ1만큼 회전시켜 미러(110)의 회전 위치를 정한다.
그러므로, 제어부(140)에서 계산된 미러의 변경 수평 이동(y)과 회전 각도(θ1)값에 의해 모터(150)가 구동해서 미러(110)의 위치를 변경시킴으로써 소정의 입사 각도를 갖는 a'와 a''의 빔이 직선에 맞추어져 빔 스플리트(120)에 도달하기 때문에 빔 스플리트(120)에서 수직측으로 분기된 빔이 수직 위치센서(134)의 기준인 C 지점에 도달하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 장치에 따르면, 하나의 빔 스플리트를 사용하고 빔 스플리트에서 분기된 빔의 수평측 위치와 수직측 위치를 측정하는 센서를 구비함으로써 수직 및 수평 위치센서를 통해 측정된 레이저빔의 수직측 위치와 수평측 위치를 토대로 레이저 빔의 입사 각도를 계산할 수 있어 미러 구동용 모터를 정밀하게 제어할 수 있고 레이저 빔이 타겟으로 정렬되는 시간을 단축시킬 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (3)

  1. 레이저 빔이 타겟에 정렬되었는지를 측정하고 자동으로 정렬하는 장치에 있어서,
    상기 레이저의 빔을 상기 타겟으로 반사시키는 미러;
    상기 미러에서 반사된 빔이 소정 거리에 도달하면 빔을 수직측 및 수평측으로 분기하는 빔 스플리트;
    상기 빔 스플리트에서 분기된 수직측 빔과 수평측 빔이 각각 설정된 기준 위치에 정렬되는지를 검출하는 감지부;
    상기 미러의 수평 이동과 회전을 제어하는 모터; 및
    상기 감지부에서 측정된 수직측 빔과 수평측 빔의 위치와 각각의 기준 위치를 비교하고 그 오차에 따라 상기 모터의 구동을 제어하여 상기 수직측 빔과 수평측 빔을 각각의 기준 위치에 정렬시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 감지부는 상기 수직측 빔과 수평측 빔이 각각의 기준 위치에 정렬되는지를 검출하는 수직 위치센서와 수평 위치센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치.
  3. 제 1항 및 제 2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 수평 위치센서를 통해 측정된 수평측 빔이 해당 센서의 기준 위치에 정렬되지 않을 경우 상기 수평측 빔이 상기 수평 위치센서의 기준 위치에 정렬되도록 상기 모터의 구동을 제어하고, 상기 수평 위치센서를 통해 측정된 수평측 빔이 상기 기준 위치에 정렬되면 상기 수직 위치센서를 통해 측정된 수직측 빔이 해당 센서의 기준 위치에 정렬되었는지를 비교하고, 정렬되었을 경우 상기 모터의 구동을 제어하지 않는 대신에 오차가 발생하면 하기 수학식에 의해 상기 모터의 구동을 제어하기 위한 미러의 수평 이동(y)과 회전 각도(θ1)를 정하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔의 자동 측정 및 정렬장치.
    여기서, D는 미러와 빔 스플리트 사이의 거리이며 θ는 빔 스플리트의 입사각 또는 반사각임.
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