KR20030084408A - 레이저 마킹시스템의 파워보상방법 및 레이저 마킹시스템 - Google Patents

레이저 마킹시스템의 파워보상방법 및 레이저 마킹시스템 Download PDF

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KR20030084408A
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박상영
이정구
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주식회사 이오테크닉스
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters

Abstract

본 발명은 레이저 마킹시스템의 파워보상방법에 관하여 개시한다. 개시된 레이저 마킹시스템의 파워보상방법은 레이저 마킹시스템의 파워보상방법은, 레이저 마킹시스템의 파워보상방법에 있어서, 레이저 빔의 경로 상에서 레이저 빔 파워를 측정하여 실시간으로 레이저 빔을 보상하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 실시간으로 레이저 파워를 측정하여 보정하므로 피드백이 빠르고 정밀한 마킹작업을 이룰 수 있다.

Description

레이저 마킹시스템의 파워보상방법 및 레이저 마킹시스템{Power regulating method of laser marking system and laser marking system}
본 발명은 레이저 마킹시스템의 파워보상방법 및 레이저 마킹시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실시간으로 레이저 출력을 측정하여서 소망하는 레이저 출력을 조절하는 레이저 마킹시스템과 그 파워보상방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 레이저 마킹시스템의 개략 구성도이다. 도 1을 참조하면, 레이저 발진기(10)로부터의 레이저 빔은 갈바노 스캐너(20) 및 f-세타렌즈(30)를 거쳐서 마킹대상물(40)의 표면을 마킹한다. 일정한 마킹 품질을 유지하기 위해서는 레이저 빔의 파워가 일정하게 유지되어야 한다.
그러나 레이저 발진기(10) 내부의 레이저 봉(12)은 시간 경과에 따라서 수명이 점차 감소되어서 동일한 파워가 입력되어도 레이저 발진기(10)의 출력 파워가 감소되는 문제점이 있다.
한편, 참조번호 50은 상기 레이저 봉(12)에 공급되는 파워를 조절하는 콘트롤러(50)이다.
종래에는 레이저 빔의 파워를 보상하기 위해서 레이저 마킹 작업을 중단하고 레이저빔의 경로를 꺽어서 레이저 빔의 세기를 측정하는 검출기(미도시)로 측정하고, 측정된 결과를 반영하여 레이저 발진기(10)에 공급되는 레이저 파워를 조절하는 방법을 사용하였다.
그러나 이 방법은 레이저 빔의 세기를 측정하기 위해서 마킹 작업을 중지하여야 하며, 또한, 레이저 발진기(10)에 공급되는 파워의 변동이 심한 경우에는 적용하지 못하게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실시간으로 레이저 마킹시스템의 파워보상방법 및 레이저 마킹시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 레이저 마킹시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 마킹시스템의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명에 에 따른 레이저 마킹시스템의 파워보상방법을 설명하는 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 마킹시스템의 파워보상방법의 다른 예를 설명하는 개략적인 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
10: 레이저 발진기 12: 레이저 봉
20: 갈바노 스캐너 30: f-세타 렌즈
40: 마킹 대상물 50, 150: 콘트롤러
160: 스프리터 170: 포커싱 렌즈
180: 센서 181: 반전기
182: 합산기 183: 스케일 팩터
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 마킹시스템의 파워보상방법은,
레이저 마킹시스템의 파워보상방법에 있어서,
레이저 빔의 경로 상에서 레이저 빔 파워를 측정하여 실시간으로 레이저 빔을 보상하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은,
(a) 레이저 발진기 및 갈바노 스캐너 사이의 레이저 빔의 경로상에 설치된 빔 스프리터로 레이저빔을 분할하는 단계;
(b) 분할된 레이저 빔의 세기를 측정하는 단계;
(c) 측정된 레이저 빔의 세기로부터 상기 레이저 발진기의 파워를 보정하는 단계;를 포함한다.
상기 (b)단계는, 분할된 레이저 빔을 포커싱 렌즈로 집속하고, 집속된 레이저 빔의 세기를 센서로 측정하는 단계이다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 마킹 시스템은,
레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔을 갈바노 스캐너 및 f-세타렌즈를 통해서 마킹 대상물에 조사하는 레이저 마킹시스템에 있어서,
상기 레이저 발진기 및 갈바노 스캐너 사이의 레이저 빔의 경로상에 설치된 빔 스프리터;
상기 빔 스프리터를로 분할된 레이저 빔을 집속하는 포커싱 렌즈;
상기 포커싱 렌즈로부터의 레이저 빔의 세기를 측정하는 센서;
상기 센서로부터 측정된 상기 레이저 빔의 세기를 입력받아서 상기 레이저 빔의 세기를 조절하는 콘트롤러;를 구비한다.
상기 빔 스프리터는, 상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 중 5% 이내의 소정의 파워를 분할하는 것이 바람직하다.
또한 상기 센서는, 조사된 광의 세기에 따른 저항치를 출력하는 저항측정기인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 마킹시스템의 파워보상방법을 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 마킹시스템의 개략 구성도를 나타낸 것이고, 종래의 발명과 동일한 구조의 물건에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 레이저 마킹시스템은 레이저 발진기(10)와 갈바노 스캐너(20) 및 f-세타렌즈(30)와, 상기 레이저 발진기(10) 및 갈바노 스캐너(20)사이의 레이저 빔의 경로 상에서 레이저 발진기(10)로부터의 레이저 빔의 일부를 반사하는 빔 스프리터(160)와, 상기 반사된 레이저 빔을 집속하는 포커싱 렌즈(170)와, 상기 포커싱 렌즈(170)로부터의 레이저 빔을 받아서 전기적 신호로 변환하여 출력하는 센서(180)와, 상기 센서(180)로부터의 레이저 빔 파워에 따라서 상기 레이저 발진기 내의 레이저 봉(12)에 공급되는 파워를 조절하는 콘트롤러(150)가 마련된다.
상기 레이저 발진기(10)는 그 내부에 레이저 봉(12)이 마련되며 외부로부터 이 레이저 봉(12)에 입력된 레이저 전압에 의해서 출력되는 레이저 빔의 파워가 결정된다.
상기 갈바노 스캐너(20)는 X 미러(21) 및 Y 미러(22)와 이들을 각각 구동시키는 모터(미도시)를 구비하며, 이들 미러의 위치를 조정하여 레이저 빔을 소정 영역에 X-Y 방향으로 주사시킨다.
상기 f-세타렌즈(30)는 입사된 레이저 빔이 마킹 대상물(40)의 전체에 대해 동일한 크기의 초점을 형성하게 한다.
상기 빔 스프리터(160)는 입사되는 레이저 빔의 대부분을 통과시키고 5% 이내의 소정의 레이저 빔을 반사시킨다.
빔 스프리터(160)로 분할된 레이저 빔은 포커싱 렌즈(170)를 통해서 집속된 후 레이저 빔의 세기를 측정하는 센서(180)로 입사된다. 이 센서(180)는 레이저 빔을 전기적인 신호로 변환하는 것으로서 레이저 빔의 세기에 따라 전기적인 신호의 크기를 변경하여 출력하는 저항측정기, 예컨대 열전대쌍(thermocouple)이 사용되며, 또한, 포토 다이오드가 이용될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 마킹시스템의 파워보상방법을 설명하는 개략적인 회로도이다. 도 3을 참조하면, 센서(180)로 측정된 전압(VDET)은 반전기(181)에서 그 부호가 반전된다. 이어서 빔 스프리터(160)에서 반사되는 값이 저장된 레퍼런스 전압(VREF)과 합산기(182)에서 합산된다. 합산된 전압은 스케일 팩터(183)에 의해서 레이저 빔의 측정된 값으로 콘트롤러(150)에 입력된다. 이 스케일 팩터(183)는 빔 스프리터(160)에서 반사되는 값에 대응된 입사값으로 전환하는 비율이다. 이 측정된 레이저 파워 전압(IN)이 목표로 하는 레이저 빔의 파워와의 비교를 통해서 보정된 파워(PLASER)가 레이저 발진기(10)의 레이저 봉(12)으로 공급된다. 상기 과정은 실시간으로 측정 및 보정이 되어서 신속하게 피드백(feedback)이 계속된다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 마킹시스템의 파워보상방법의 다른 예를 설명하는 개략적인 회로도이다. 도 4를 참조하면, 센서(180)로 측정된 전압(VDET)은 반전기(181)에서 그 부호가 반전된다. 이어서 빔 스프리터(160)에서 반사되는 값이 저장된 레퍼런스 전압(VREF)과 합산기(182)에서 합산된다. 합산된 전압은 콘트롤러(150)에 입력된다. 이 입력된 전압(IN)은 목표로 하는 레이저 파워 전압과 합산되거나, 또는 측정될 때의 레이저 파워 전압과 합산된다. 이 합산된 파워 전압이 레이저 발진기(10)의 레이저 봉(12)으로 공급되어서 보정된 파워(PLASER)가 레이저 발진기(10)의 레이저 봉(12)으로 공급된다 이와 같이 상기 실시예와 같은 스케일 팩터(183)를 사용하지 않는 이유는 스케일 팩터(183)가 20 ~ 100 정도로 크므로 센서(180)로 측정된 값에서 조금의 오차가 발생되어도 레이저 발진기(10)의 출력에서는 수십배의 오차가 발생되기 때문이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 마킹시스템의 파워보상방법은 실시간으로 레이저 파워를 측정하여 보정하므로 피드백이 빠르고 정밀한 마킹작업을 이룰 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 레이저 마킹시스템의 파워보상방법에 있어서,
    레이저 빔의 경로 상에서 레이저 빔 파워를 측정하여 실시간으로 레이저 빔을 보상하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템의 파워보상방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (a) 레이저 발진기 및 갈바노 스캐너 사이의 레이저 빔의 경로상에 설치된 빔 스프리터로 레이저빔을 분할하는 단계;
    (b) 분할된 레이저 빔의 세기를 측정하는 단계;
    (c) 측정된 레이저 빔의 세기로부터 상기 레이저 발진기의 파워를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템의 파워보상방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 빔 스프리터는,
    상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 중 5% 이내의 소정의 파워를 분할하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템의 파워보상방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    분할된 레이저 빔을 렌즈로 집속하고, 집속된 레이저 빔의 세기를 센서로 측정하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템의 파워보상방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 센서는,
    조사된 광의 세기에 따른 저항치를 출력하는 저항측정기인 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템의 파워보상방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 (c)단계는,
    (c1) 출력된 전압을 반전하는 단계;
    (c2) 반전된 전압을 레퍼런스 전압과 가산하는 단계;
    (c3) 가산된 전압을 스케일 팩터로 곱한 값하여 측정값으로 하여 상기 레이저 발진기 파워를 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템의 파워보상방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 (c)단계는,
    (c1) 출력된 전압을 반전하는 단계;
    (c2) 반전된 전압을 레퍼런스 전압과 가산하는 단계;
    (c3) 가산된 전압을 목표로 하는 레이저 출력값과 합산한 보정된 출력값으로 레이저빔을 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템의 파워보상방법.
  8. 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔을 갈바노 스캐너 및 f-세타렌즈를 통해서 마킹 대상물에 조사하는 레이저 마킹시스템에 있어서,
    상기 레이저 발진기 및 갈바노 스캐너 사이의 레이저 빔의 경로상에 설치된 빔 스프리터;
    상기 빔 스프리터를로 분할된 레이저 빔을 집속하는 포커싱 렌즈;
    상기 포커싱 렌즈로부터의 레이저 빔의 세기를 측정하는 센서;
    상기 센서로부터 측정된 상기 레이저 빔의 세기를 입력받아서 상기 레이저 빔의 세기를 조절하는 콘트롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 빔 스프리터는,
    상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 중 5% 이내의 소정의 파워를 분할하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 센서는,
    조사된 광의 세기에 따른 저항치를 출력하는 저항측정기인 것을 특징으로 하는 레이저 마킹시스템.
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