KR20040011096A - 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법 - Google Patents

레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법에 관하여 개시한다. 개시된 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법은 레이저 발진기로부터의 레이저 빔을 갈바노 스캐너 및 f-세타 렌즈를 통하여 가공 플레이트 상에 놓이는 가공물에 조사하며, 상기 f-세타 렌즈 및 가공물 사이에서 레이저빔을 통과시키며 가시광선을 반사시키는 디크로익 미러와 상기 디크로익 미러를 통하여 상기 가공물을 촬상하는 CCD 카메라를 구비하는 레이저 시스템의 갈바노 스캐너의 왜곡을 보정하는 방법에 있어서, (a)상기 카메라의 왜곡을 측정하는 단계; (b)상기 가공물 상에 미리 저장된 조절값으로 상기 갈바노 스캐너의 x-y 미러를 조절하면서 표준 이미지를 조사하는 단계; (c)상기 조사된 이미지를 상기 (a)단계에서 왜곡이 측정된 카메라로 촬상하는 단계; (d)상기 촬상된 이미지를 상기 카메라의 왜곡인 제1편차로 보정한 후, 상기 표준 이미지와의 제2편차를 측정하는 단계; 및 (e)상기 제2편차에 따라서 상기 갈바노 스캐너의 x-y 미러의 조절변수를 변경하여 저장하는 단계;를 구비한다.

Description

레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법{Calibrating method of galvano scanner for lazer system}
본 발명은 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표준 이미지를 사용하여 1차적으로 카메라의 왜곡을 보정하고, 보정된 카메라로 가공 이미지 및 표준 이미지 사이의 편차를 보정하도록 갈바노 스캐너의 왜곡을 보정하는 방법에 관한 것이다.
레이저 장치를 이용하여 미세 가공시 정밀한 가공을 필요로 하는 경우, 미세 가공이 잘 되었는 지를 파악하고, 잘 되지 않은 경우에는 그 편차를 보정하여 정밀가공을 하여야 한다.
도 1은 종래의 레이저 가공 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저 빔은 빔익스팬더(12)를 거쳐서 갈바노 스캐너(20)의 x 미러(21) 및 y 미러(22)와 f-세타 렌즈(30)를 거쳐서 가공 플레이트(40) 상에 놓이는 가공물에 조사된다. 그리고 가공물에 조사된 가공상태는 갈바노 스캐너(20)와, 빔 익스팬더(12) 및 갈바노 스캐너(20) 사이의 디크로익 미러(50)에 의해서 반사되어서 CCD 카메라(60)로 입사된다. 카메라(60)로 촬상된 이미지는 제어유니트(70)에 저장된 표준 이미지와 비교되어서 그 편차를 보정하도록 갈바노 스캐너(20)를 조절하여 출력하게 된다.
도 2a 내지 도 2c는 이미지를 촬상하는 카메라의 왜곡현상을 설명하는 도면이며, 도면에서 점선으로 표시된 그리드는 실제의 그리드이고, 실선으로 표시된 그리드는 카메라로 촬상된 그리드를 스케일 없이 나타낸 것이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 화면내 수직선이 휘거나 모서리 부분 화면이 휘어지는 핀큐션 왜곡(pincushion distortion) 현상이 나타나며, 도 2b에 도시된 바와 같이 카메라 렌즈가 만드는 상이 시야 가장자리에서 축소되는 선형 왜곡(linear distortion) 현상이 나타나며, 이들이 합성되면 도 2c와 같은 카메라 왜곡현상이 나타난다.
따라서, 카메라(60)로 촬상된 이미지는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같은 카메라의 왜곡현상으로 왜곡된 정보가 제어유니트(70)로 입력되므로 제어유니트(70)로부터 갈바노 스캐너(20)로 출력되는 x 미러(21) 및 y 미러(22) 조절값도 왜곡되는 문제가 있다. 즉, 이러한 왜곡된 정보에 근거한 제어유니트(70)의 콘트롤은 갈바노 스캐너(20)의 왜곡을 불러 일으킨다.
또한, 디크로익 미러(50)가 f-세타렌즈(30) 및 레이저 발진기(10) 사이에 있는 경우, f-세타렌즈(30)에서 가공면에서의 이미지의 가시광선과 레이저 빔의 굴절률 차이로 인하여 가공면의 이미지의 위치가 왜곡되게 카메라로 입사되는 문제점도 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 카메라로부터의 1차적 편차와 갈바노 스캐너로부터의 2차적 편차를 단계적으로 보정하는 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 레이저 가공 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 이미지를 촬상하는 카메라의 왜곡현상을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 적용된 레이저 가공장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법의 흐름도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
10: 레이저 발진기 12: 빔 익스팬더
20: 갈바노 스캐너 21: x 미러
22: y 미러 30: f-세타 렌즈
40: 가공 플레이트 50, 150: 디크로익 미러
60, 160: CCD 카메라 70, 170: 제어 유니트
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법은, 레이저 발진기로부터의 레이저 빔을 갈바노 스캐너 및 f-세타 렌즈를 통하여 가공 플레이트 상에 놓이는 가공물에 조사하며, 상기 f-세타 렌즈 및 가공물 사이에서 레이저빔을 통과시키며 가시광선을 반사시키는 디크로익 미러와 상기 디크로익 미러를 통하여 상기 가공물을 촬상하는 CCD 카메라를 구비하는 레이저 시스템의 갈바노 스캐너의 왜곡을 보정하는 방법에 있어서,
(a)상기 카메라의 왜곡을 측정하는 단계;
(b)상기 가공물 상에 미리 저장된 조절값으로 상기 갈바노 스캐너의 x-y 미러를 조절하면서 표준 이미지를 조사하는 단계;
(c)상기 조사된 이미지를 상기 (a)단계에서 왜곡이 측정된 카메라로 촬상하는 단계;
(d)상기 촬상된 이미지를 상기 카메라의 왜곡인 제1편차로 보정한 후, 상기 표준 이미지와의 제2편차를 측정하는 단계; 및
(e)상기 제2편차에 따라서 상기 갈바노 스캐너의 x-y 미러의 조절변수를 변경하여 콘트롤 유니트에 저장하는 단계;를 구비한다.
상기 (a)단계는, (a1)상기 가공 플레이트 상에 표준 그리드를 올려놓고, 상기 카메라로 상기 표준 그리드를 촬상하는 단계;
(a2)상기 표준 그리드 및 상기 촬상된 그리드 사이의 제1편차를 계산하는 단계; 및
(a3)상기 제1편차를 상기 갈바노 스캐너를 콘트롤하는 제어유니트에 저장하는 단계;를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표준 이미지는 가공물의 전영역을 커버하는 그리드 이미지인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법을 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 적용된 레이저 가공장치의 구성을 도시한 도면이며, 종래의 발명과 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 레이저 가공장치는, 레이저 발진장치(10)와, 상기 레이저 발진장치(10)로부터 발진된 레이저 빔을 확대하는 빔 익스팬더(12)와, 상기 확대된 레이저 빔을 소정 영역에 X-Y 방향으로 주사시키는 갈바노 스캐너(20)와, 입사된 레이저 빔이 가공 영역의 전체에 대해 동일한 크기의 초점을 형성시키는 f-세타렌즈(30)를 구비한다. 참조번호 21 및 22는 각각 x 및 y 미러로서 입사되는 레이저 빔을 반사시키며, 각각의 미러는 구동드라이버(미도시)에 연결되어서 입력되는 명령에 따라서 그 각도를 변경한다.
상기 f-세타 렌즈(30) 및 가공 플레이트(40) 사이에는 입사되는 레이저 빔은 투과시키고, 가시광선은 반사시키는 디크로익 미러(150)가 배치된다. 상기 디크로익 미러(150)로부터 반사된 가시광선은 반사 미러(152)를 통해서 CCD 카메라(160)로 입사된다. 그리고 상기 CCD 카메라(160)는 가공 플레이트(40) 상의 가공물로부터 광을 수광하여 전기적 영상신호를 발생한다. 상기 카메라(160)로 촬상된 영상신호는 제어 유니트(170)로 전송된다. 또한, 카메라의 화각의 제한에 의해서 가공물의 이미지의 손실 및 정확성이 결여되는 경우에는 복수, 예를 들어 4대의 카메라로 가공물 전체의 이미지를 분할하여 촬상한 다음 재합성하는 방법도 있다.
상기 CCD 카메라(160)의 CCD(charge coupled device)는 빛을 전기 신호로 변환하는 광전변환 센서이다. 카메라(160) 전단의 렌즈(미도시)로 들어온 빛의 세기는 먼저 CCD에 기록된다. 이 때 촬영된 영상의 빛은 CCD에 붙어 있는 RGB색필터에 의해 각기 다른 색으로 분리된다. 분리된 색은 CCD를 구성하는 수십 만 개의 광센서(화소에 대응하는)에서 전기적 신호로 변환된다. CCD에서 나온 아날로그 신호는 0과 1의 디지털 신호로 변환되어 영상 신호가 만들어져서 출력된다.
상기 제어 유니트(170)는 소정의 소프트웨어에 저장된 데이터에 의해 상기 갈바노 스캐너(20)의 x-y 미러(21, 22)의 반사각도를 제어한다.
상기 레이저 장치를 사용하여 본 발명에 따른 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법의 흐름도이다.
먼저, 카메라의 왜곡을 측정하는 방법을 도 4를 참조하여 설명한다. 이미지를 촬상하는 CCD 카메라(160)의 왜곡을 측정할 것인 지를 판단한다(제10단계).
카메라(160)의 왜곡을 측정하는 경우, 가공 플레이트(40) 상에 표준그리드를 올려놓고 CCD 카메라(160)로 표준그리드의 이미지를 촬상한다(제11 단계). 이때 표준그리드는 가공영역의 전영역을 커버하는 그리드로서 다수의 교차 직선으로 이루어져 교차점이 x,y 좌표로 표시되는 것이 바람직하다.
다음에, 상기 표준 그리드를 촬상한 카메라(160)의 그리드와 표준 그리드와의 각 교차점에서의 제1편차(dx1,dy1)를 측정한다(제12 단계). 이 편차(dx1,dy1)는 카메라(160)의 왜곡현상이 크게 일어나는 가장자리에서 크고, 중앙부에서 적게 나타난다. 그리고 교차점 사이의 포인트에서의 편차는 두 교차점에 의한 이진 내삽법(bilinear interpolation)으로 구한다. 이 제1편차(dx1,dy1)는 제어유니트(170)에 저장된다(제12단계).
다음에는 왜곡현상이 측정된 카메라(160)로 갈바노 스캐너(20)의 가공 왜곡을 보정하는 방법을 설명한다.
먼저, 레이저 가공장치의 갈바노 스캐너(20)를 저장된 조절변수값으로 x-y 미러(21, 22)를 조절하면서 가공 플레이트(40) 상의 가공면에 소정의 표준그리드 이미지를 가공한다(제13 단계). 이 표준그리드 이미지는 제11 단계에서의 표준그리드와 동일하여도 된다.
이어서 가공면에 조사된 그리드 이미지를 상기 단계에서 왜곡 정도가 측정된 카메라(160)로 촬상한다. 이렇게 측정된 그리드 각각의 좌표(x,y)는 상기 단계에서의 카메라의 왜곡을 반영한 제1편차(dx1,dy1)를 적용하여 수정된 좌표(x,y)로 변환된다. 이어서 이 변환된 좌표 값과 표준 그리드의 대응하는 격자의 위치(x,y)와의 제2편차(dx2,dy2)를 계산한다(제14단계).
다음에 상기 제2편차(dx2,dy2)를 반영하여 상기 갈바노 스캐너(20)의 x 미러(21) 및 y 미러(22)의 반사각도를 변경하는 출력값을 제어유니트(170)에 저장한다(제15 단계).
이어서 갈바노 스캐너의 보정 완료 여부를 판단하여, 다시 보정을 하여야 하는 경우에는 제13 단계를 다시 수행한다. 보정이 완료된 것으로 판단되면 갈바노 스캐너의 보정 단계를 종료한다(제16 단계).
상기 제10 단계에서 카메라 왜곡측정을 하지 않을 경우에는 제13 단계를 수행한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법에 따르면, 레이저로 가공된 이미지를 촬상하고 촬상된 이미지에 카메라의 왜곡편차를 고려하여 표준 이미지와의 편차를 구함으로써 카메라의 왜곡현상을 제외한 순수 갈바노 스캐너의 왜곡을 측정함으로써, 갈바노 스캐너의 보정이 정확하게 이루어지는 이점이 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 (3)

  1. 레이저 발진기로부터의 레이저 빔을 갈바노 스캐너 및 f-세타 렌즈를 통하여 가공 플레이트 상에 놓이는 가공물에 조사하며, 상기 f-세타 렌즈 및 가공물 사이에서 레이저빔을 통과시키며 가시광선을 반사시키는 디크로익 미러와 상기 디크로익 미러를 통하여 상기 가공물을 촬상하는 CCD 카메라를 구비하는 레이저 시스템의 갈바노 스캐너의 왜곡을 보정하는 방법에 있어서,
    (a)상기 카메라의 왜곡을 측정하는 단계;
    (b)상기 가공물 상에 미리 저장된 조절값으로 상기 갈바노 스캐너의 x-y 미러를 조절하면서 표준 이미지를 조사하는 단계;
    (c)상기 조사된 이미지를 상기 (a)단계에서 왜곡이 측정된 카메라로 촬상하는 단계;
    (d)상기 촬상된 이미지를 상기 카메라의 왜곡인 제1편차로 보정한 후, 상기 표준 이미지와의 제2편차를 측정하는 단계; 및
    (e)상기 제2편차에 따라서 상기 갈바노 스캐너의 x-y 미러의 조절변수를 변경하여 저장하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    (a1)상기 가공 플레이트 상에 표준 그리드를 올려놓고, 상기 카메라로 상기 표준 그리드를 촬상하는 단계;
    (a2)상기 표준 그리드 및 상기 촬상된 그리드 사이의 제1편차를 계산하는 단계; 및
    (a3)상기 제1편차를 상기 갈바노 스캐너를 콘트롤하는 제어유니트에 저장하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표준 이미지는 가공물의 전영역을 커버하는 그리드 이미지인 것을 특징으로 하는 레이저 장치의 갈바노 스캐너의 왜곡 보정방법.
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