KR20060088276A - Laser machining apparatus including optical sensor unit and beam controller - Google Patents

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KR20060088276A
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Abstract

광센서부 및 빔 제어수단을 구비한 레이저 가공장치가 개시된다. Disclosed is a laser processing apparatus including an optical sensor unit and beam control means.

본 발명에 따른 레이저 가공장치는, 레이저 발진기와, 레이저빔을 집속시켜 가공 대상물에 조사하는 레이저 헤드와, 가공 대상물에서 반사되어 레이저 헤드로 다시 유입되는 레이저빔의 광량을 측정하는 광센서부와, 광센서부에서 측정된 광량이 소정값 이하가 되도록 레이저 발진기 및 레이저 헤드를 제어하는 빔 제어수단을 포함하여, 비전헤드의 광축이 레이저빔과 동일축 선상에 일치되며 빔 제어수단에 의하여 비전의 초점 및 레이저빔의 광량이 조절되므로 가공오차를 줄일 수 있고, 가공장치로 유입되는 레이저빔의 광량을 측정/제어하는 광센서부와 빔 제어수단을 구비하여 가공장치 자체의 손상과 오동작이 방지된다. The laser processing apparatus according to the present invention includes a laser oscillator, a laser head that focuses a laser beam and irradiates the object to be processed, and an optical sensor unit for measuring the amount of light reflected from the object to be returned to the laser head; Including the beam control means for controlling the laser oscillator and the laser head so that the amount of light measured by the optical sensor unit is less than a predetermined value, the optical axis of the vision head coincides in line with the laser beam and the focus of the vision by the beam control means And because the amount of light of the laser beam is controlled to reduce the processing error, and equipped with an optical sensor unit and beam control means for measuring / controlling the light amount of the laser beam flowing into the processing device to prevent damage and malfunction of the processing device itself.

광센서부, 포토다이오드, 빔 제어수단, 레이저 가공장치, 비전헤드Optical sensor, photodiode, beam control means, laser processing equipment, vision head

Description

광센서부 및 빔 제어수단을 구비한 레이저 가공장치{LASER machining apparatus including optical sensor unit and beam controller}LASER machining apparatus including optical sensor unit and beam controller

도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 제1실시예를 도시한 측단면도.1 is a side cross-sectional view showing a first embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 제2실시예를 도시한 측단면도.Figure 2 is a side cross-sectional view showing a second embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 제3실시예를 도시한 측단면도.Figure 3 is a side cross-sectional view showing a third embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 레이저 가공장치가 가공대상물을 가공하는 상태를 도시한 사시도.4 is a perspective view illustrating a state in which a laser processing apparatus according to the present invention processes an object.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10...레이저 발진기 20...볼록렌즈10 ... laser oscillator 20 ... convex lens

30...오목렌즈 40...빔 익스팬더(beam expander)30 ... concave lens 40 ... beam expander

60...비전헤드(vision head) 70...제1미러부재60 vision head 70 first mirror member

80...조명수단 100...집속렌즈80 Lighting means 100 Focusing lens

103...전극 110...가공 대상물103 electrode 110 object to be processed

111...이송테이블 120...레이저 헤드111 Transfer table 120 Laser head

140...광섬유 170...제2미러부재140 ... fiber optics 170 ... second mirror member

180...제3미러부재 200...레이저빔180 ... 3rd mirror member 200 ... laser beam

210...가공장치로 유입된 레이저빔 300...조명을 위한 가시광210.Laser beam entering processing equipment 300 ... Visible light for lighting

400...비전영상 500...포토다이오드400 ... Vision 500 ... Photodiode

510...광센서용 미러 600...빔 제어수단510 ... light sensor mirror 600 ... beam control means

본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공 대상물에 의하여 반사된 레이저빔이 내부로 유입됨으로써 장치가 파손되는 것을 방지할 수 있는 레이저 가공장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly, to a laser processing apparatus that can prevent the device from being damaged by the inflow of the laser beam reflected by the object to be processed.

레이저 가공장치는 세라믹이나 유리 등의 고경도 취성 재료의 가공이 용이하고, 비 접촉 가공이므로 가공 중 소재의 반발력에 의한 변형량이 적고, 극히 얇은 판 등을 형상에 상관없이 고정밀도로 가공 가능하며, 좁은 스폿점에 집속된 레이저빔에 의하여 가공부 크기를 최소화할 수 있고, 열에 의한 영향을 줄여서 가공 소재의 열 안정성이 확보되며, 가공 영역의 크기에 제약을 받지 않고, 레이저 발진기와 레이저 헤드를 광섬유로 연결하여 레이저 헤드의 소형경량화가 가능하므로 레이저 헤드의 초정밀제어가 용이한 장점을 가진다.Laser processing equipment is easy to process hard brittle materials such as ceramics and glass, and is non-contact, so there is little deformation due to repulsion of the material during processing, and extremely thin plates can be processed with high precision regardless of the shape. The size of the processed part can be minimized by the laser beam focused at the spot point, the thermal stability of the processed material is secured by reducing the influence of heat, and the laser oscillator and the laser head are connected to the optical fiber without being restricted by the size of the processing area. It is possible to reduce the size and weight of the laser head by connecting, so the precision control of the laser head is easy.

가공 대상물이 가공되는 상태를 실시간으로 감시하기 위하여 비전(vision)장비 등이 레이저 가공장치와 함께 설치되는데, 레이저빔의 스폿 초점이 가공 대상물에 조사되는 지점과 비전장비의 광초점이 일치하지 않으면 정확한 비전 처리 데이타를 획득할 수 없다. 따라서, 레이저빔의 스폿 초점과 비전장비의 광초점을 일치시키는 캘리브레이션(calibration) 과정이 요구되며, 이러한 캘리브레이션에 소요 되는 시간과 노력을 절감하고 가공오차를 줄이기 위하여, 레이저빔의 광축과 비전장비의 광축이 동일축 선상에 일치될 필요가 있다.Vision equipment, etc., is installed together with the laser processing equipment to monitor the processing state of the object in real time.If the spot focus of the laser beam does not coincide with the point where the object is irradiated with the optical focus of the vision equipment, Vision processing data could not be obtained. Therefore, a calibration process is required to match the spot focus of the laser beam with the optical focus of the vision equipment. In order to reduce the time and effort required for such calibration and to reduce processing errors, the optical axis of the laser beam and the vision equipment The optical axis needs to coincide on the same axis line.

한편, 레이저 가공시 레이저빔은 매우 높은 에너지 강도를 가지며 가공 대상물에 입사하게 되는데, 가공 대상물 표면에 입사된 레이저빔은 가공 대상물의 반사율에 따라 일부가 반사되고, 반사되지 않은 나머지 레이저빔은 가공 대상물 표면에서부터 광의 강도가 지수적으로 감소하면서 가공 대상물에 흡수된다. 이 때 흡수된 레이저빔은 열 에너지로 변환되면서 가공 대상물의 급속한 온도 상승과 함께 가공 대상물의 열 변형이 일어나 절단, 용접 등의 레이저 가공이 가능하게 된다.On the other hand, during laser processing, the laser beam has a very high energy intensity and is incident on the object to be processed. Part of the laser beam incident on the surface of the object is reflected according to the reflectance of the object, and the remaining unbeamed laser beam is the object to be processed. The intensity of light from the surface decreases exponentially and is absorbed by the object. At this time, the absorbed laser beam is converted into thermal energy and a rapid temperature rise of the object to be processed causes thermal deformation of the object to be processed, thereby enabling laser processing such as cutting and welding.

이 때, 가공 대상물의 반사율이 높은 경우에는 고출력의 레이저빔이 가공 대상물에 흡수되지 않고, 다시 반사되어 레이저 가공장치 내부로 유입됨으로써, 장치의 파손과 오동작을 일으킬 우려가 있다.At this time, when the reflectance of the object to be processed is high, the laser beam of high power is not absorbed by the object to be processed, but is reflected back into the laser processing apparatus, which may cause damage and malfunction of the device.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 비전 장비로 가공상태를 감시하는 경우 레이저빔의 광축과 비전 장비의 광축을 동일축 선상에 일치시켜 캘리브레이션에 소요되는 시간과 노력을 절감하고 가공오차를 감소시키며, 가공 대상물에서 재반사된 레이저빔에 의한 레이저 가공장치의 파손과 오동작을 방지할 수 있는 레이저 가공장치를 제공함에 그 목적이 있다. The present invention is to improve the above-described problems, when monitoring the processing state with vision equipment by matching the optical axis of the laser beam and the optical axis of the vision equipment on the same axis to reduce the time and effort required for calibration and processing errors It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus which can reduce and prevent breakage and malfunction of the laser processing apparatus due to the laser beam reflected back from the object to be processed.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 가공장치는,Laser processing apparatus of the present invention for achieving the above object,

레이저빔을 출사하는 레이저 발진기;A laser oscillator for emitting a laser beam;

상기 레이저 발진기에서 출사된 레이저빔을 집속시켜 가공 대상물에 조사하는 레이저 헤드;A laser head which focuses a laser beam emitted from the laser oscillator and irradiates the object to be processed;

가공 대상물에서 반사되어 상기 레이저 헤드로 다시 유입되는 레이저빔의 광량을 측정하는 광센서부;An optical sensor unit for measuring an amount of light of a laser beam reflected from an object to be processed and introduced into the laser head;

상기 광센서부가 연결되며, 상기 레이저 헤드로 다시 유입되는 레이저빔의 광량을 제어하는 빔 제어수단; 을 포함한다.Beam control means connected to the optical sensor unit and controlling the amount of light of the laser beam flowing back into the laser head; It includes.

상기 레이저 헤드의 제1실시예는,The first embodiment of the laser head,

볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어지며, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빔의 광폭을 조절하여 초점이 맺히는 거리를 변화시키는 빔 익스팬더(beam expander);A beam expander made of a combination of a convex lens and a concave lens, the beam expander changing a focal length by adjusting the width of the laser beam emitted from the laser oscillator;

상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저빔을 소정 직경의 스폿에 집속시키는 집속렌즈; 를 포함한다.A focusing lens for focusing the laser beam passing through the beam expander into a spot having a predetermined diameter; It includes.

상기 레이저 헤드의 제2실시예는,The second embodiment of the laser head,

볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어지며, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빔의 광폭을 조절하여 초점이 맺히는 거리를 변화시키는 빔 익스팬더(beam expander);A beam expander made of a combination of a convex lens and a concave lens, the beam expander changing a focal length by adjusting the width of the laser beam emitted from the laser oscillator;

가공 대상물을 포착한 비전영상이 인식되는 비전헤드(vision head);A vision head to recognize a vision image capturing an object;

가공 대상물의 조명을 위하여 가시광을 출사하는 조명수단;Illumination means for emitting visible light for illumination of the object to be processed;

가시광 반사막이 코팅되고, 상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저빔을 투과시키며, 상기 조명수단에서 출사된 가시광을 반사하여 상기 레이저빔의 광축에 일치시 키고, 상기 비전영상을 반사하여 상기 비전헤드로 유입시키는 적어도 하나의 미러부재; A visible light reflecting film is coated, and transmits a laser beam passing through the beam expander, reflects the visible light emitted from the lighting means to match the optical axis of the laser beam, and reflects the vision image into the vision head At least one mirror member;

상기 비전영상 및 조명을 위한 가시광이 통과되고, 상기 레이저빔을 소정 직경의 스폿에 집속시키는 집속렌즈; 를 포함한다.A focusing lens configured to pass visible light for the vision image and illumination and to focus the laser beam on a spot having a predetermined diameter; It includes.

상기 레이저 헤드의 제3실시예는,The third embodiment of the laser head,

볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어지며, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빔의 광폭을 조절하여 초점이 맺히는 거리를 변화시키는 빔 익스팬더(beam expander);A beam expander made of a combination of a convex lens and a concave lens, the beam expander changing a focal length by adjusting the width of the laser beam emitted from the laser oscillator;

가공 대상물을 포착한 비전영상이 인식되는 비전헤드(vision head);A vision head to recognize a vision image capturing an object;

가공 대상물의 조명을 위하여 가시광을 출사하는 조명수단;Illumination means for emitting visible light for illumination of the object to be processed;

레이저 반사막이 코팅되고, 상기 비전영상을 투과시키며, 상기 조명수단에서 출사된 가시광을 반사하여 상기 비전영상의 광축에 일치시키고, 상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저빔을 반사하여 상기 비전영상의 광축에 일치시키는 적어도 하나의 미러부재; A laser reflecting film is coated, and transmits the vision image, reflects visible light emitted from the lighting means to match the optical axis of the vision image, and reflects the laser beam passing through the beam expander to match the optical axis of the vision image. At least one mirror member;

상기 비전영상 및 조명을 위한 가시광이 통과되고, 상기 레이저빔을 소정 직경의 스폿에 집속시키는 집속렌즈; 를 포함한다.A focusing lens configured to pass visible light for the vision image and illumination and to focus the laser beam on a spot having a predetermined diameter; It includes.

상기 빔 제어수단은, 상기 광센서부에서 측정된 광량에 따라, 상기 레이저 발진기의 동작을 온/오프(on/off) 시키는 것이 바람직하다.Preferably, the beam control means turns on / off an operation of the laser oscillator according to the amount of light measured by the optical sensor unit.

아울러, 상기 광센서부는, 상기 레이저 헤드의 내부에 설치되는 적어도 하나의 포토다이오드(photo-diode)를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the optical sensor unit preferably includes at least one photodiode installed in the laser head.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 제1실시예를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 레이저 가공장치는, 레이저빔(200)을 출사하는 레이저 발진기(10)와, 레이저 헤드(120)를 포함한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; 1 is a side sectional view schematically showing a first embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention. Referring to this, the laser processing apparatus of the present invention includes a laser oscillator 10 for emitting a laser beam 200 and a laser head 120.

레이저 헤드(120)의 제1실시예는, 레이저 발진기(10)에서 출사된 레이저빔(200)의 광폭 크기를 조절하여 초점이 맺히는 거리를 변화시키는 빔 익스팬더(40)(beam expander)와, 빔 익스팬더(40)를 통과한 레이저빔(200)을 소정 직경의 스폿에 집속시키고, 이를 가공 대상물(110)에 조사하는 집속렌즈(100)를 구비한다.The first embodiment of the laser head 120, the beam expander 40 (beam expander) for changing the focal length by adjusting the width of the laser beam 200 emitted from the laser oscillator 10 and the beam, A focusing lens 100 for focusing the laser beam 200 passing through the expander 40 to a spot having a predetermined diameter and irradiating it to the object to be processed 110 is provided.

집속렌즈(100)의 상방향에는, 가공 대상물(110)에서 반사되어 레이저 헤드(120)으로 다시 유입되는 레이저빔(200)의 광량을 측정하는 광센서부가 설치된다. In the upward direction of the focusing lens 100, an optical sensor unit for measuring an amount of light of the laser beam 200 reflected from the object 110 and flowing back into the laser head 120 is installed.

광센서부는 광량을 측정하기 위한 적어도 하나의 포토다이오드(500)(photo diode)와, 집속렌즈(100)를 통하여 유입된 레이저빔(200)의 광경로를 포토다이오드(500) 방향으로 변경하는 적어도 하나의 광센서용 미러(510)를 포함한다. The optical sensor unit may change at least one photodiode 500 for measuring the amount of light and a light path of the laser beam 200 introduced through the focusing lens 100 in the direction of the photodiode 500. One optical sensor mirror 510 is included.

광센서부에서 측정된 광량이 레이저 가공장치의 보호를 위하여 허용되는 소정값보다 크면, 가공 대상물(110)에 조사되는 레이저빔(200)의 광량을 줄여서, 결과적으로 가공 대상물(110)의 표면 반사에 의하여 레이저 헤드(120)로 다시 유입되는 레이저빔(200)의 광량을 줄일 수 있다. 이를 위하여, 빔 제어수단(600)이 구비되어, 레이저 발진기(10)의 동작을 중지시키거나, 레이저 헤드(120)를 조절하여 가공 대상물(110)에 조사되는 레이저빔(200)의 광량을 줄인다. 빔 제어수단(600)의 입력부(미도시)에는 광센서부의 포토다이오드(500)가 연결되고, 출력부(미도시)에 는 레이저 발진기(10) 및 레이저 헤드(120)가 연결되는 것이 바람직하다.If the amount of light measured by the optical sensor unit is larger than a predetermined value allowed for the protection of the laser processing apparatus, the amount of light of the laser beam 200 irradiated to the object to be processed 110 is reduced, and as a result, the surface reflection of the object 110 is processed. The amount of light of the laser beam 200 flowing back into the laser head 120 can be reduced. To this end, the beam control means 600 is provided to stop the operation of the laser oscillator 10, or to adjust the laser head 120 to reduce the amount of light of the laser beam 200 irradiated to the object to be processed (110). . The photodiode 500 of the optical sensor unit is connected to an input unit (not shown) of the beam control unit 600, and the laser oscillator 10 and the laser head 120 are connected to the output unit (not shown). .

가공 대상물(110)은 어떠한 것이든 무방하나, 상술한 바와 같이 취성재료나 넓은 가공영역에서 수 마이크로 미터 단위의 초정밀 가공을 할 경우에는 레이저 가공이 매우 효과적이다. 예를 들면, 수 십인치의 크기로 대형화된 PDP, LCD 등의 평판 디스플레이 패널에 형성된 수 마이크로 미터의 전극(103)을 절단하는 경우이다. 평판 디스플레이 패널의 전극(103)은 반도체 식각 공정을 이용하여 패널 상에 미소 박막을 형성하여 제조되므로, 이 전극(103)들을 절단 가공하기 위하여 마이크로 미터 단위의 미세 가공이 수행되어야 한다. The object to be processed 110 may be any type, but as described above, laser processing is very effective in the case of performing ultra-precision processing of a few micrometers in a brittle material or a wide processing area. For example, this is a case where the electrode 103 of several micrometers formed in a flat panel display panel such as PDP, LCD, etc., enlarged to a size of several tens of inches is cut. Since the electrode 103 of the flat panel display panel is manufactured by forming a micro thin film on the panel using a semiconductor etching process, micro-machining in micrometers should be performed to cut the electrodes 103.

따라서, 레이저 가공장치를 사용하여 전극(103)들을 절단하되, 미세 가공과 가공오차 감소를 위하여 CCD 카메라와 비전영상(400) 처리용 디지탈 신호처리 방식(DSP) 구동칩을 포함하는 비전헤드(60)로 평판 디스플레이 패널의 가공상태를 실시간 감시하는 것이 바람직하다. Therefore, the cutting of the electrodes 103 by using a laser processing device, the vision head 60 including a CCD camera and a digital signal processing (DSP) driving chip for processing the vision image 400 to reduce the fine processing and processing errors It is desirable to monitor the processing status of the flat panel display panel in real time.

레이저빔(200)의 조사 지점과 비전영상(400)의 초점이 일치되도록 레이저 가공장치를 구성하면 가공오차가 효과적으로 감소된다. 이를 위하여, 레이저빔(200)의 고정된 광축에 대하여 비전헤드(60)의 광축을 미러부재로 반사시켜 일치시키는 도 2의 제2실시예나, 비전헤드(60)의 고정된 광축에 대하여 레이저빔(200)의 광축을 미러부재로 반사시켜 일치시키는 도 3의 제3실시예가 가능하다.If the laser processing apparatus is configured such that the irradiation point of the laser beam 200 coincides with the focal point of the vision image 400, the processing error is effectively reduced. To this end, the second embodiment of FIG. 2 in which the optical axis of the vision head 60 is reflected by the mirror member with respect to the fixed optical axis of the laser beam 200 or the laser beam with respect to the fixed optical axis of the vision head 60 A third embodiment of FIG. 3 is possible in which the optical axis of 200 is reflected by the mirror member to coincide.

도 2를 참조하면, 비전헤드(60)로 유입되는 비전영상(400)과 조명수단(80)에서 출사되는 가시광(300)을, 레이저 발진기(10)에서 출사되는 레이저빔(200)의 광축에 일치시킨 레이저 헤드(120)가 도시된다. Referring to FIG. 2, the vision image 400 flowing into the vision head 60 and the visible light 300 emitted from the luminaire 80 are directed to the optical axis of the laser beam 200 emitted from the laser oscillator 10. The matched laser head 120 is shown.

빔 익스팬더(40)는 레이저 발진기(10)에서 출사된 레이저빔(200)의 광폭을 조절하여 초점이 맺히는 거리를 조절한다. 빔 익스팬더(40)에서 광폭이 조절된 레이저빔(200)은 가시광 반사막이 코팅된 제3미러부재(180)에서 대부분 투과되어 집속렌즈(100) 방향으로 향한다.The beam expander 40 adjusts the distance at which focus is achieved by adjusting the width of the laser beam 200 emitted from the laser oscillator 10. The laser beam 200 whose width is controlled by the beam expander 40 is mostly transmitted from the third mirror member 180 coated with the visible light reflecting layer and is directed toward the focusing lens 100.

선명한 비전영상(400)을 포착하기 위하여 가공 대상물(110)을 조명하는 가시광(300)을 출사하는 조명수단(80)이 구비된다. 조명수단(80)에 구비된 광섬유(140)에 의하여 가시광(300)이 전송되며, 광섬유(140)의 단부에서 출사된 가시광(300)은 광투과성이 좋은 재질로 된 제1미러부재(70)의 하면에서 일 부분만 반사되어 제2미러부재(170) 방향으로 광경로가 변경된다. 제1미러부재(70)의 일 례로는 유리판 등이 가능하다. 제2미러부재(170)는 가시광 반사막이 코팅되어 제1미러부재(70)의 하면에서 일부 반사된 가시광(300)을 반사하여 제3미러부재(180) 방향으로 향하게 한다. 가시광 반사막이 코팅된 제3미러부재(180)에서 반사된 가시광(300)은 레이저빔(200)과 동일축 선상에 일치되어 집속렌즈(100)로 향한다.In order to capture the clear vision image 400 is provided with a lighting means 80 for emitting visible light 300 for illuminating the object to be processed (110). Visible light 300 is transmitted by the optical fiber 140 provided in the lighting means 80, the visible light 300 emitted from the end of the optical fiber 140 is the first mirror member 70 made of a good light transmission material Only a portion of the bottom surface is reflected to change the optical path toward the second mirror member 170. An example of the first mirror member 70 may be a glass plate or the like. The second mirror member 170 is coated with a visible light reflecting film to reflect the visible light 300 partially reflected from the lower surface of the first mirror member 70 to be directed toward the third mirror member 180. The visible light 300 reflected from the third mirror member 180 coated with the visible light reflecting film is aligned with the laser beam 200 on the same axis line and directed toward the focusing lens 100.

가공 대상물(110)의 가공상태를 실시간 감시하기 위하여 비전헤드(60)가 구비된다. 가공 대상물(110)을 촬영한 비전영상(400)은 레이저빔(200)과 동일축 선상에서 집속렌즈(100)를 통과하고, 가시광 반사막이 코팅된 제3미러부재(180)에서 반사되어 가시광 반사막이 코팅된 제2미러부재(170) 방향으로 향한다. 비전영상(400)은 제2미러부재(170)에서 반사되어 제1미러부재(70) 방향으로 향하고, 광투과성이 좋은 재질로 된 제1미러부재(70)에서 대부분 투과되어 비전헤드(60)로 유입된다. 제1미러부재(70)에서 비전영상(400)의 일부가 반사되어 손실되나, 그 양은 크지 않 다. 이에 한정되지 않고, 광축을 일치시키기 위한 미러부재의 다양한 실시예가 가능함은 물론이다.The vision head 60 is provided to monitor the processing state of the object 110 in real time. The vision image 400 photographing the object 110 passes through the focusing lens 100 on the same axis line as the laser beam 200 and is reflected from the third mirror member 180 coated with the visible light reflecting film to reflect the visible light. The coating is directed toward the second mirror member 170. The vision image 400 is reflected from the second mirror member 170 and is directed toward the first mirror member 70, and is mostly transmitted from the first mirror member 70 made of a material having good light transmittance, and thus the vision head 60. Flows into. A portion of the vision image 400 is reflected from the first mirror member 70 and lost, but the amount is not large. Not limited to this, various embodiments of the mirror member for matching the optical axis is possible, of course.

가공 대상물(110)에서 반사되고 집속렌즈(100)를 통과하여 레이저 헤드(120)의 내부로 유입된 레이저빔(200)은, 광센서용 미러(510)에서 반사되어 포토다이오드(500)로 향하며, 포토다이오드(500)에서 광량이 측정된다. 포토다이오드(500)는 빔 제어수단(600)의 입력부(미도시)에 측정된 광량값을 넘겨준다. 빔 제어수단(600)은 이를 소정의 기준값과 비교하여 레이저 발진기(10) 동작의 온/오프(on/off) 여부와 레이저 헤드(120)의 광조사량을 결정한다.The laser beam 200 reflected from the object 110 and passed through the focusing lens 100 and introduced into the laser head 120 is reflected by the optical sensor mirror 510 and directed to the photodiode 500. In the photodiode 500, the amount of light is measured. The photodiode 500 passes the measured light quantity value to an input unit (not shown) of the beam control means 600. The beam control unit 600 compares this with a predetermined reference value to determine whether the operation of the laser oscillator 10 is on / off and the amount of light irradiation of the laser head 120.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 제3실시예를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 이를 참조하면, 고정된 광축을 가지는 비전헤드(60)의 광축에 대하여, 조명수단(80)의 가시광(300), 및 레이저빔(200)을 반사시켜 광축을 일치시키는 실시예가 도시된다.3 is a side cross-sectional view schematically showing a third embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention. Referring to this, an embodiment is shown in which an optical axis of the vision head 60 having a fixed optical axis is reflected to reflect the visible light 300 of the luminaire 80 and the laser beam 200 to coincide with the optical axis.

가공 대상물(110)을 촬영한 비전영상(400)은 집속렌즈(100)를 그대로 투과하고, 레이저 반사막이 코팅된 제2미러부재(170)에서 대부분 투과되며, 광투과성이 좋은 재질로 된 제1미러부재(70)를 통과하여 비전헤드(60)로 유입된다.The vision image 400 photographing the object 110 is transmitted through the focusing lens 100 as it is, and is mostly transmitted from the second mirror member 170 coated with a laser reflective film, and is made of a material having good light transmittance. Pass through the mirror member 70 is introduced into the vision head (60).

조명수단(80)에 구비된 광섬유(140)에서 출사된 가시광(300)은, 광투과성이 좋은 재질로 된 제1미러부재(70)에서 일부분만 반사되어 제2미러부재(170) 방향으로 향하며, 레이저 반사막이 코팅된 제2미러부재(170)에서 대부분 투과되어 집속렌즈(100)방향으로 향한다.The visible light 300 emitted from the optical fiber 140 provided in the luminaire 80 reflects only a part of the first mirror member 70 made of a material having good light transmission and is directed toward the second mirror member 170. Most of the light is transmitted from the second mirror member 170 coated with the laser reflecting film and directed toward the focusing lens 100.

광폭을 조절하는 빔 익스팬더(40)를 통과한 레이저빔(200)은, 레이저 반사막 이 코팅된 제3미러부재(180)에서 반사되며, 역시 레이저 반사막이 코팅된 제2미러부재(170)에서 반사되어 집속렌즈(100) 방향으로 광경로가 변경된다. 이로써, 고정된 광축을 가지는 비전영상(400)의 광축에 대하여 레이저빔(200), 및 조명을 위한 가시광(300)이 동일축 선상에 일치된다.The laser beam 200 passing through the beam expander 40 for adjusting the width is reflected by the third mirror member 180 coated with the laser reflection film, and also reflected by the second mirror member 170 coated with the laser reflection film. The optical path is changed in the direction of the focusing lens 100. Thus, the laser beam 200 and the visible light 300 for illumination coincide on the same axis line with respect to the optical axis of the vision image 400 having a fixed optical axis.

도 3에 도시된 포토다이오드(500), 및 빔 제어수단(600)의 실시예는 도 2에 도시된 바와 동일하다.The embodiment of the photodiode 500 and the beam control means 600 shown in FIG. 3 is the same as that shown in FIG.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치가 가공 대상물을 가공하는 상태를 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 가공 대상물(110)을 지지하는 이송테이블(111)이 구비되고, 이송테이블(111)과 상기 레이저 헤드(120)의 상대 운동은 빔 제어수단(600)에 의하여 제어되며 가공 대상물(110)이 가공위치로 이송된다.4 is a perspective view illustrating a state in which a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention processes an object to be processed. 1 to 4, a transfer table 111 supporting the object to be processed 110 is provided, and the relative motion of the transfer table 111 and the laser head 120 is controlled by the beam control means 600. The controlled object 110 is transferred to the machining position.

레이저 발진기(10)의 동작을 온/오프(on/off)시키거나 레이저 헤드(120)의 광 조사량을 조절하는 빔 제어수단(600)은, 디지털 신호 처리방식(Digital Signal Processor ; DSP)으로 된 구동칩을 포함하여 이송테이블(111)과 기타 미도시된 구동원 등을 제어한다.The beam control means 600 for turning on / off the operation of the laser oscillator 10 or adjusting the light irradiation amount of the laser head 120 is a digital signal processor (DSP). Including a driving chip to control the transfer table 111 and other non-shown drive source.

레이저빔(200)으로는 파장이 200㎚ 내지 2,000㎚인 비교적 고출력의 레이저빔(200)이 사용될 수 있다. 가공 대상물(110)의 재질에 따라 Nd:YAG 펄스 레이저, CO2 레이저 또는 자외선(UV) 레이저 등이 사용된다. Nd:YAG 펄스 레이저는 장파장 레이저로 가공 대상물(110) 재질이 SUS 계열에 이용되고, UV 레이저는 단파장 레이 저로 가공 대상물(110)이 폴리이미드(Polyimide) 필름인 경우에 이용된다. 그리고, CO2 레이저는 원적외선 레이저로 가공 대상물(110)이 SUS 계열인 경우에 이용되거나 가공 대상물(110)을 용접하는데 이용된다. 본 발명의 전극(103) 절단용으로는 고체 레이저인 네오디윰 야그(Nd:YAG) 레이저와 기체 레이저인 이산화탄소(CO2) 레이저가 바람직하다. As the laser beam 200, a relatively high power laser beam 200 having a wavelength of 200 nm to 2,000 nm may be used. Nd: YAG pulse laser, CO 2 laser or ultraviolet (UV) laser or the like is used depending on the material of the object to be processed 110. The Nd: YAG pulse laser is a long wavelength laser, and the material to be processed 110 is used for the SUS series, and the UV laser is a short wavelength laser, and is used when the object to be processed 110 is a polyimide film. In addition, the CO 2 laser is a far-infrared laser used when the object to be processed 110 is a SUS series or used to weld the object to be processed 110. For cutting the electrode 103 of the present invention, a neodymium yag (Nd: YAG) laser as a solid laser and a carbon dioxide (CO 2 ) laser as a gas laser are preferable.

조사되는 레이저빔(200)은 그 에너지가 전극(103)의 절단부위에 집중될 수 있도록 빔 익스팬더(40)를 조절하여 초점이 맺히는 거리가 조절되거나, 레이저 헤드(120)를 수직이동시켜 가공대상물(100)에 조사되는 레이저빔(200)의 광폭 크기와 에너지 강도를 조절할 수 있다. 이를 통하여, 레이저빔(200)이 조사된 전극(103)의 일부분만 완전히 제거되고 기판 자체는 거의 손상이 없도록 가공 단면은 사다리꼴 형상으로 가공된다. The irradiated laser beam 200 adjusts the distance to focus by adjusting the beam expander 40 so that the energy can be concentrated at the cutting portion of the electrode 103, or vertically moves the laser head 120 to be processed. The width and energy intensity of the laser beam 200 irradiated to 100 may be adjusted. Through this, the processing cross section is processed into a trapezoidal shape so that only a part of the electrode 103 to which the laser beam 200 is irradiated is completely removed and the substrate itself is hardly damaged.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광센서부 및 빔 제어수단을 구비한 레이저 가공장치는, 가공상태를 감지하는 비전헤드의 광축이 레이저빔과 동일축 선상에 일치되며 빔 제어수단에 의하여 비전의 초점 및 레이저빔의 광량이 조절되므로 가공오차를 줄일 수 있고, 가공장치로 유입되는 레이저빔의 광량을 측정/제어하는 광센서부와 빔 제어수단을 구비하여 가공장치 자체의 손상과 오동작이 방지된다.  As described above, in the laser processing apparatus including the optical sensor unit and the beam control unit according to the present invention, the optical axis of the vision head for detecting the processing state coincides with the laser beam on the same axis line, and the vision is controlled by the beam control unit. The focus of the laser beam and the light quantity of the laser beam can be adjusted to reduce the processing error, and the optical sensor unit and beam control means for measuring / controlling the light quantity of the laser beam flowing into the processing device are prevented to prevent damage and malfunction of the processing device itself. do.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적 인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.

Claims (6)

레이저빔을 출사하는 레이저 발진기;A laser oscillator for emitting a laser beam; 상기 레이저 발진기에서 출사된 레이저빔을 집속시켜 가공 대상물에 조사하는 레이저 헤드;A laser head which focuses a laser beam emitted from the laser oscillator and irradiates the object to be processed; 가공 대상물에서 반사되어 상기 레이저 헤드로 다시 유입되는 레이저빔의 광량을 측정하는 광센서부;An optical sensor unit for measuring an amount of light of a laser beam reflected from an object to be processed and introduced into the laser head; 상기 광센서부가 연결되며, 상기 레이저 헤드로 다시 유입되는 레이저빔의 광량을 제어하는 빔 제어수단; 을 포함하는 레이저 가공장치.Beam control means connected to the optical sensor unit and controlling the amount of light of the laser beam flowing back into the laser head; Laser processing apparatus comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 헤드는,The laser head, 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어지며, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빔의 광폭을 조절하여 초점이 맺히는 거리를 변화시키는 빔 익스팬더(beam expander);A beam expander made of a combination of a convex lens and a concave lens, the beam expander changing a focal length by adjusting the width of the laser beam emitted from the laser oscillator; 상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저빔을 소정 직경의 스폿에 집속시키는 집속 렌즈; 를 포함하는 레이저 가공장치.A focusing lens for focusing the laser beam passing through the beam expander into a spot having a predetermined diameter; Laser processing apparatus comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 헤드는,The laser head, 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어지며, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빔의 광폭을 조절하여 초점이 맺히는 거리를 변화시키는 빔 익스팬더(beam expander);A beam expander made of a combination of a convex lens and a concave lens, the beam expander changing a focal length by adjusting the width of the laser beam emitted from the laser oscillator; 가공 대상물을 포착한 비전영상이 인식되는 비전헤드(vision head);A vision head to recognize a vision image capturing an object; 가공 대상물의 조명을 위하여 가시광을 출사하는 조명수단;Illumination means for emitting visible light for illumination of the object to be processed; 가시광 반사막이 코팅되고, 상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저빔을 투과시키며, 상기 조명수단에서 출사된 가시광을 반사하여 상기 레이저빔의 광축에 일치시키고, 상기 비전영상을 반사하여 상기 비전헤드로 유입시키는 적어도 하나의 미러부재; A visible light reflecting film is coated, and transmits the laser beam passing through the beam expander, reflects the visible light emitted from the lighting means to match the optical axis of the laser beam, reflecting the vision image to the vision head at least One mirror member; 상기 비전영상 및 조명을 위한 가시광이 통과되고, 상기 레이저빔을 소정 직경의 스폿에 집속시키는 집속렌즈; 를 포함하는 레이저 가공장치.A focusing lens configured to pass visible light for the vision image and illumination and to focus the laser beam on a spot having a predetermined diameter; Laser processing apparatus comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 헤드는,The laser head, 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 이루어지며, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빔의 광폭을 조절하여 초점이 맺히는 거리를 변화시키는 빔 익스팬더 (beam expander);A beam expander made of a combination of a convex lens and a concave lens, the beam expander changing a focal length by adjusting the width of the laser beam emitted from the laser oscillator; 가공 대상물을 포착한 비전영상이 인식되는 비전헤드(vision head);A vision head to recognize a vision image capturing an object; 가공 대상물의 조명을 위하여 가시광을 출사하는 조명수단;Illumination means for emitting visible light for illumination of the object to be processed; 레이저 반사막이 코팅되고, 상기 비전영상을 투과시키며, 상기 조명수단에서 출사된 가시광을 반사하여 상기 비전영상의 광축에 일치시키고, 상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저빔을 반사하여 상기 비전영상의 광축에 일치시키는 적어도 하나의 미러부재; A laser reflecting film is coated, and transmits the vision image, reflects visible light emitted from the lighting means to match the optical axis of the vision image, and reflects the laser beam passing through the beam expander to match the optical axis of the vision image. At least one mirror member; 상기 비전영상 및 조명을 위한 가시광이 통과되고, 상기 레이저빔을 소정 직경의 스폿에 집속시키는 집속렌즈; 를 포함하는 레이저 가공장치.A focusing lens configured to pass visible light for the vision image and illumination and to focus the laser beam on a spot having a predetermined diameter; Laser processing apparatus comprising a. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 빔 제어수단은,The beam control means, 상기 광센서부에서 측정된 광량에 따라, 상기 레이저 발진기의 동작을 온/오프(on/off) 시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.Laser processing apparatus, characterized in that to turn on / off the operation of the laser oscillator in accordance with the amount of light measured by the optical sensor unit. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 광센서부는, The optical sensor unit, 상기 레이저 헤드의 내부에 설치되는 적어도 하나의 포토다이오드(photo-diode)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치. And at least one photodiode installed in the laser head.
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