KR20050014128A - 레이저 가공 시스템의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

레이저 가공 시스템의 제어장치 및 제어방법

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KR20050014128A
KR20050014128A KR1020030052609A KR20030052609A KR20050014128A KR 20050014128 A KR20050014128 A KR 20050014128A KR 1020030052609 A KR1020030052609 A KR 1020030052609A KR 20030052609 A KR20030052609 A KR 20030052609A KR 20050014128 A KR20050014128 A KR 20050014128A
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Abstract

피가공물을 지지하는 테이블과, 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저를 가진 레이저 가공 시스템의 제어장치 및 제어방법이 개시된다. 개시된 제어장치는, 상기 테이블과 레이저 중 적어도 하나를 이동시키는 모터를 구동시키기 위한 모터 드라이버와, 모터 드라이버를 제어하여 테이블과 레이저를 상대적으로 이동시키는 제1 제어부와, 모터 드라이버로부터 테이블과 레이저의 상대적인 위치 정보를 수신하여 그 위치 정보에 따라 레이저의 전원을 온/오프시키는 제2 제어부를 구비한다. 그리고, 상기 제2 제어부는 테이블과 레이저가 상대적으로 정속 이동 중인 상태에서 레이저의 전원을 온/오프 제어하게 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 빠른 응답 속도로 레이저의 온/오프 제어가 가능하게 되어 테이블과 레이저가 상대적으로 정속 이동 중인 상태에서 레이저 가공이 행해질 수 있으므로, 가공 속도가 빨라질 뿐만 아니라 가공 정밀도가 향상된다.

Description

레이저 가공 시스템의 제어장치 및 제어방법{Apparatus and method for controlling laser machining system}
본 발명은 레이저 가공 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 보다 정밀하고 빠른 속도의 레이저 가공을 가능하게 하는 레이저 가공 시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
최근에는 레이저 빔을 이용하여 소재를 가공하는 레이저 가공 시스템이 널리 이용되고 있다. 특히, 이러한 레이저 가공 시스템은 반도체 소자 제조용 기판이나 평면 표시 장치, 즉 LCD 또는 PDP 등의 기판을 미세하고 정밀하게 가공하는 용도로 많이 이용되고 있다.
도 1에는 종래의 레이저 가공 시스템의 전체적인 구성이 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 레이저 빔을 이용한 소재의 미세 가공 시스템은, 피가공물(10)을 지지하며 X축 및 Y축 방향으로 이동시키기 위한 테이블(20)과, 상기 테이블(20) 상에 로딩된 피가공물(10)을 향해 레이저 빔을 출사하여 피가공물(10)을 가공하는 레이저(30)와, 상기 레이저(30)에 전력을 공급하는 전원(40)과, 상기 테이블(20)을 이동시키는 모터(미도시)를 구동하기 위한 모터 드라이버(motor driver, 50)와, 상기 시스템 전체를 제어하는 제어장치로서 모션 컨트롤러(60)를 구비하고 있다.
상기 모션 컨트롤러(60)는 상기 테이블(20)을 원하는 방향과 속도로 이동시키도록 상기 모터 드라이브(50)를 제어하는 기능을 하는 것이다. 그리고, 상기 모션 컨트롤러(60)는 모터 드라이버(50)로부터 테이블(20)의 위치 정보, 즉피가공물(10)의 가공 시점과 가공 종료점에 관한 정보를 수신하며, 이 위치 정보에 따라 레이저(30)의 전원(40)을 제어하여 레이저(30)를 온(on)/오프(off)시키는 기능도 하게 된다. 다시 설명하면, 모션 컨트롤러(60)는 모터 드라이버(50)를 제어하여 테이블(20)을 소정 방향으로 이동시키고, 그 테이블(20)의 위치 정보를 수신한다. 테이블(20)의 위치 정보에 따라 피가공물(10)이 가공 시점에 위치한 경우에는 레이저(30)를 온(on)시켜 레이저 빔이 피가공물(10)의 가공 시점에 조사되도록 하고, 가공 종료점에 도달한 경우에는 레이저(30)를 오프(off)시켜 가공을 종료하게 된다.
그런데, 종래의 레이저 가공 시스템에 있어서, 모션 컨트롤러(60)의 응답 속도, 즉 테이블(20)의 위치 정보를 수신하여 이에 따른 레이저(30)의 온/오프 제어까지에 소요되는 시간이 대략 2ms~10ms 정도로 비교적 많이 소요되며, 또한 이 응답 속도는 조건에 따라 편차가 심한 단점이 있었다. 이는, 종래의 모션 컨트롤러(60)는 상기한 모터 드라이버(50)의 제어와 레이저(30)의 온/오프 제어 뿐만 아니라 시스템 전체의 제어를 위해 다양한 정보를 저장하고 처리하는 기능을 겸하고 있으므로, 정보의 처리 속도가 떨어지며 조건에 따라 정보의 처리 속도가 변하기 때문이다. 이에 따라, 테이블(20)이 이동 중인 상태에서 레이저(30)의 온/오프 제어를 하게 되면, 피가공물(10) 상에 설정된 레이저 가공 시점 및 종료점과 실제 레이저 빔의 조사 위치 사이에 차이가 발생하게 되어 정밀한 가공이 불가능하게 된다. 예를 들어, 테이블(20)이 500mm/s의 속도로 이동할 때, 모션 컨트롤러(60)의 응답 시간이 2ms~10ms 지연될 경우, 피가공물(10) 상에 설정된 레이저 가공 시점과실제로 레이저 빔이 조사되는 위치는 1mm~5mm의 차이가 생기게 된다. 따라서, 종래의 레이저 가공 시스템에 있어서는 테이블(20)이 정지한 상태에서 레이저(30)의 온/오프 제어를 하고 있다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 제어장치에 의한 직선 가공에서의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 예를 들어 동일 직선상에 두 개의 서로 끊어진 직선을 가공하고자 할 때, 모션 컨트롤러(60)는 테이블(20)이 정지한 상태에서 레이저(30)를 온시켜 피가공물(10)의 가공 시점에 레이저 빔을 조사하기 시작한다. 이와 동시에 모터 드라이버(50)를 제어하여 테이블(20)을 이동시키며 직선 가공을 진행한다. 이 때, 테이블(20)이 정격 이동 속도에 도달하기까지 가속 구간이 존재하게 되고, 이에 따라 테이블(20)의 이동 속도가 변하게 되어 단위 면적당 레이저 빔의 조사량이 달라지게 되므로 레이저 빔에 의한 가공 선폭이 변하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 그리고, 가공 종료점에 도달하기 전에 테이블(20)의 이동 속도를 감속시켜 가공 종료점에서 테이블(20)을 정지시킨 상태에서 레이저(30)를 오프시킨다. 이 때에도, 감속 구간에서 테이블(20)의 이동 속도가 변하게 되어 가공 선폭이 변하게 되는 문제점이 발생한다. 이와 같이 하나의 직선 가공 후에 다른 직선 가공을 위해 소정 거리를 이동하게 되고, 다시 전술한 바와 같은 방법으로 직선 가공이 진행된다.
상기한 바와 같이, 종래의 제어장치와 그 제어방법에 따르면, 테이블(20)의 이동 속도에 있어서 가속과 감속이 반복되므로, 전체적인 가공 속도가 느려지는 단점이 발생하게 된다. 또한, 테이블(20)의 감속 구간과 가속 구간에서는 테이블(20)의 정격 이동 속도에 비해 이동 속도가 느리게 되므로, 이 구간에서는 좁은 면적에 상대적으로 많은 양의 레이저 빔이 조사되어 피가공물(10)이 국부적으로 과열되어 버닝되거나 변형되는 등의 문제점이 발생하게 되며, 또한 전술한 바와 같이 가공 정밀도가 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 특히 레이저의 온/오프를 제어하는 별도의 제어부를 구비함으로써 테이블이 이동 중인 상태에서도 정밀하고 빠른 속도의 가공을 가능하게 하는 레이저 가공 시스템의 제어장치와 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 레이저 가공 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 제어장치에 의한 직선 가공에서의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 제어장치가 구비된 레이저 가공 시스템의 전체적인 구성을 도시한 시스템 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 제어장치에 의한 직선 가공에서의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...피가공물 120...테이블
130...레이저 140...레이저 전원
150...모터 드라이버 160...제1 제어부
170...제2 제어부
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
피가공물을 지지하는 테이블과, 상기 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저를 가진 레이저 가공 시스템의 제어장치에 있어서,
상기 테이블과 레이저 중 적어도 하나를 이동시키는 모터를 구동시키기 위한 모터 드라이버;
상기 모터 드라이버를 제어하여 상기 테이블과 레이저를 상대적으로 이동시키는 제1 제어부; 및
상기 모터 드라이버로부터 상기 테이블과 레이저의 상대적인 위치 정보를 수신하여 그 위치 정보에 따라 상기 레이저의 전원을 온/오프시키는 제2 제어부;를구비하는 레이저 가공 시스템의 제어장치를 제공한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
피가공물을 지지하는 테이블과, 상기 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저를 가진 레이저 가공 시스템의 제어방법에 있어서,
상기 테이블과 레이저가 상대적으로 정속 이동 중인 상태에서, 상기 피가공물의 가공 시점에 상기 레이저가 위치할 때 상기 레이저를 온시키고, 상기 피가공물의 가공 완료점에 상기 레이저가 위치할 때 상기 레이저를 오프시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템의 제어방법을 제공한다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면, 빠른 응답 속도로 레이저의 온/오프 제어가 가능하게 되어 테이블과 레이저가 상대적으로 정속 이동 중인 상태에서 모든 레이저 가공이 행해질 수 있으므로, 가공 속도가 빨라질 뿐만 아니라 가공 정밀도가 향상되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 제어장치를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 제어장치가 구비된 레이저 가공 시스템의 전체적인 구성을 도시한 시스템 구성도이다.
도 3을 참조하면, 레이저 가공 시스템에는 피가공물(110), 예컨대 LCD 기판을 지지하는 테이블(120)과, 상기 테이블(120) 상에 로딩된 피가공물(110)을 향해 레이저 빔을 출사하여 피가공물(110)을 가공하는 레이저(130)와, 상기 레이저(130)에 전력을 공급하는 전원(140)과, 시스템을 제어하기 위한 제어장치가 구비되어 있다.
상기 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 테이블(120)과 레이저(130)는 상대적으로 이동 가능하도록 설치된다. 예를 들어, 상기 테이블(120)만 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하도록 설치될 수도 있고, 상기 레이저(130)만 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하도록 설치될 수도 있으며, 상기 레이저(130)는 X축 방향으로 이동 가능하도록 설치되고 테이블은 Y축 방향으로 이동 가능하도록 설치될 수도 있다. 상기한 세 가지 경우에 따라 테이블(120) 및/또는 레이저(130)에는 이들을 이동시키기 위한 모터(미도시)가 마련된다.
이하에서는, 설명이 복잡하게 되는 것을 피하기 위하여 상기 테이블(120)만 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하도록 설치된 경우를 기준으로 본 발명에 따른 제어장치를 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 레이저 가공 시스템의 제어장치는, 모터 드라이버(150)와 제1 제어부(160)와 제2 제어부(170)를 구비한다.
상기 모터 드라이버(150)는 레이저 가공 시스템의 테이블(120)을 이동시키기 위한 모터(미도시)를 구동시키는 기능을 하게 된다. 한편, 테이블(120)과 레이저(130)가 모두 이동할 수 있도록 된 경우에는, 상기 모터 드라이버(150)는 테이블(120) 이동용 모터와 레이저(130) 이동용 모터를 각각 구동시키는 기능을 하게 되며, 이 경우 모터 드라이버(150)는 두 개가 마련될 수도 있다.
상기 제1 제어부(160)는 상기 모터 드라이버(150)를 제어하여 상기 테이블(120)을 이동시키는 기능을 하게 된다. 그리고, 상기 제1 제어부(160)는 모터 드라이버(150)로부터 테이블(120)과 레이저(130)의 상대적인 위치 정보를 수신하여 그 정보에 따라 테이블(130)의 이동 방향 및 이동 속도 등을 제어하는 기능도 하게 되며, 또한 시스템 전체의 제어 기능도 하게 된다. 이러한 기능을 하는 상기 제1 제어부(160)로는 레이저(130) 온/오프 제어 기능이 제거된 종래의 모션 컨트롤러가 사용될 수 있다.
상기 제2 제어부(170)는 상기 레이저(130)의 전원(140)을 온/오프 제어하는 기능을 하게 된다. 구체적으로, 상기 제2 제어부(170)는 상기 모터 드라이버(150)로부터 테이블(120)과 레이저(130)의 상대적인 위치 정보, 즉 피가공물(110)의 가공 시점과 가공 종료점에 관한 정보를 수신하여 그 위치 정보에 따라 상기 레이저(130)의 전원(140)을 온/오프시키게 된다. 다시 설명하면, 상기 제2 제어부(170)는 상기 위치 정보에 따라 레이저(130)가 피가공물(110)이 가공 시점에 위치한 경우에는 레이저(130)의 전원(140)를 온(on)시켜 레이저 빔이 피가공물(110)의 가공 시점에 조사되도록 하고, 레이저(130)가 피가공물(110)이 가공 종료점에 위치한 경우에는 레이저(130)의 전원(140)을 오프시켜 레이저 빔의 조사를 중단시킨다. 이러한 제2 제어부(170)는, 알려진 여러 가지 회로로 구성될 수 있으나, 바람직하게는 모터 드라이버(150)로부터 수신되는 위치 정보 신호 중 노이즈를 제거하는 노이즈 필터 회로와, 상기 위치 정보 신호를 계수하는 카운터 회로와, 계수된 값으로부터 테이블(120)의 위치를 산출하여 레이저(130)의 전원(140)의 온/오프를 제어하는 제어 신호를 전송하는 온/오프 제어 회로를 포함하여 구성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템의 제어장치는 제1 제어부(160) 외에 별도의 제2 제어부(170)를 구비하며, 상기 제1 및 제2 제어부(160, 170)는 종래의 모션 컨트롤러의 제어 기능들을 나누어 가지게 된다. 즉, 상기 제2 제어부(170)에서는 레이저(130)의 온/오프 제어 기능만 가지고 있으며, 테이블(120)의 이동 제어 기능을 포함한 나머지 제어 기능들은 제1 제어부(160)에서 가지고 있다. 이와 같이, 본 발명의 제어장치에 있어서, 상기 제2 제어부(170)가 가진 기능은 매우 한정되어 정보 처리 속도가 빨라지게 되므로, 상기 제2 제어부(170)는 매우 빠른 응답 속도, 즉 위치 정보를 수신하여 레이저(30)의 온/오프 제어까지 소요되는 시간이 매우 짧아지게 된다. 예컨대, 상기 제2 제어부(170)의 응답 시간은 바람직하게는 대략 50㎲ 정도로 짧아질 수 있다. 또한, 단순한 기능과 짧은 응답 시간에 비례하여 응답 시간의 편차도 매우 작아지게 된다.
상기한 바와 같이, 매우 빠른 응답 속도를 가진 상기 제2 제어부(170)에 의하면, 테이블(120)이 이동 중인 상태에서도 레이저(130)의 온/오프 제어를 할 수 있게 된다. 예를 들어, 테이블(120)이 500mm/s의 속도로 이동할 때, 제2 제어부(170)의 응답 시간이 50㎲일 경우, 피가공물(110) 상에 설정된 레이저 가공 시점과 실제로 레이저 빔이 조사되는 위치 사이의 차이는 대략 25㎛ 정도로 매우 작다. 따라서, 상기 제2 제어부(120)에 의하면 테이블(120)이 정속으로 이동 중인 상태에서도 매우 정밀한 레이저 가공이 이루어질 수 있다.
이하에서는, 상기한 구성을 가진 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템의 제어장치에 의한 제어방법을 설명하기로 한다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 제어장치에 의한 직선 가공에서의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3과 도 4를 함께 참조하면, 예를 들어 동일 직선상에 두 개의 서로 끊어진 직선을 가공하고자 할 때, 제1 제어부(160)는 모터 드라이브(150)로 구동 제어 신호를 전송하고, 모터 드라이브(150)는 구동 제어 신호에 따라 테이블(120) 이동용 모터(미도시)를 구동시켜 테이블(120)을 소정 방향, 예컨대 Y축 방향으로 이동시킨다. 그리고, 상기 제1 제어부(160)는 모터 드라이버(150)로부터 수신된 테이블(120)의 위치 정보에 따라 테이블(120)의 이동 방향과 이동 속도 등을 제어하게 된다.
상기 제2 제어부(170)는, 상기 테이블(120)의 이동 속도가 미리 설정된 정격 이동 속도에 도달한 상태에서, 모터 드라이버(160)로부터 수신된 테이블(120)과 레이저(130)의 상대적인 위치 정보에 따라 레이저(130) 전원(140)의 온/오프 제어를 하게 된다. 구체적으로, 상기 제2 제어부(170)는 상기 피가공물(110)의 가공 시점에 레이저(130)가 위치할 때 레이저(130)를 온시켜 레이저(130)로부터 피가공물(110)의 가공 시점에 레이저 빔이 조사되도록 한다. 그리고, 테이블(120)이 계속 이동하여 상기 피가공물(110)의 가공 완료점에 레이저(130)가 위치할 때에는 상기 레이저(130)를 오프시킨다. 이와 같이 하나의 직선 가공 후에 다른 직선 가공을 위해 테이블(120)이 소정 거리 이동하게 되면, 다시 전술한 바와 같은 방법으로 직선 가공이 진행된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 제어방법에 의하면 테이블(120)이 정격이동 속도로 이동하는 중에 모든 레이저 가공이 수행된다. 따라서, 피가공물(110)의 단위 면적당 레이저 빔의 조사량이 균일하여 가공 선폭이 일정하여 가공 정밀도가 향상되며, 피가공물(110)의 국부적인 과열로 인한 버닝이나 변형 등의 종래의 문제점이 발생하지 않는다. 또한, 레이저 가공 중 테이블(120)의 감속 구간과 가속 구간이 없으므로 가공 속도가 빨라지게 된다.
본 발명은 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 의하면, 테이블의 이동을 제어하는 제1 제어부와는 별도로 레이저의 온/오프를 제어하는 제2 제어부를 구비함으로써, 테이블이 이동 중인 상태에서도 50㎲ 정도의 빠른 응답 속도로 레이저의 온/오프 제어가 가능하게 된다. 이에 따라, 테이블이 정속으로 이동중인 상태에서 모든 레이저 가공이 행해질 수 있으므로, 가공 속도가 빨라질 뿐만 아니라 가공 정밀도가 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 피가공물을 지지하는 테이블과, 상기 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저를 가진 레이저 가공 시스템의 제어장치에 있어서,
    상기 테이블과 레이저 중 적어도 하나를 이동시키는 모터를 구동시키기 위한 모터 드라이버;
    상기 모터 드라이버를 제어하여 상기 테이블과 레이저를 상대적으로 이동시키는 제1 제어부; 및
    상기 모터 드라이버로부터 상기 테이블과 레이저의 상대적인 위치 정보를 수신하여 그 위치 정보에 따라 상기 레이저의 전원을 온/오프시키는 제2 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템의 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 제어부는, 상기 테이블과 레이저가 상대적으로 정속 이동 중인 상태에서 상기 레이저의 전원을 온/오프 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템의 제어장치.
  3. 피가공물을 지지하는 테이블과, 상기 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저를 가진 레이저 가공 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 테이블과 레이저가 상대적으로 정속 이동 중인 상태에서, 상기 피가공물의 가공 시점에 상기 레이저가 위치할 때 상기 레이저를 온시키고, 상기 피가공물의 가공 완료점에 상기 레이저가 위치할 때 상기 레이저를 오프시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템의 제어방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 테이블과 레이저의 상대적인 이동에 대한 제어와 상기 레이저의 온/오프 제어는 각각 다른 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템의 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 레이저의 온/오프를 제어하는 제어부는, 상기 테이블과 레이저의 상대적인 위치 정보를 수신하여 그 위치 정보에 따라 상기 레이저의 전원을 온/오프시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템의 제어방법.
KR1020030052609A 2003-07-30 2003-07-30 레이저 가공 시스템의 제어장치 및 제어방법 KR20050014128A (ko)

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