KR20080079115A - Noncontact scanner using a magnetic actuator - Google Patents

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KR20080079115A
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Abstract

A noncontact scanner is provided to prevent mechanical erosion inside the scanner by adjusting an angle of a platform using a magnetic force instead of a steel wire rod. A mirror(1) is attached to one surface of a planar platform(10), while a bump is formed on the other side thereof. A hinge is formed in the center of the other side of the platform, such that the platform is supported. A magnetic actuator(30) is con-centrically arranged around the hinge and contactlessly coupled with the bump. The magnetic actuator generates the magnetic force for driving the platform according to a control voltage. A frame(40) supports the hinge. The actuator is installed on the frame. A housing(50) protects the magnetic actuator. A controller provides the control voltage to the magnetic actuator and controls the platform during a scanning process.

Description

자기구동기를 이용한 비접촉식 스캐너{NONCONTACT SCANNER USING A MAGNETIC ACTUATOR}Non-contact scanner using magnetic driver {NONCONTACT SCANNER USING A MAGNETIC ACTUATOR}

도 1은 본 발명에 따른 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너를 도시한 절개 사시도,1 is a perspective view showing a non-contact scanner using a magnetic drive according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 스캐너의 구동 매커니즘을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a driving mechanism of the scanner according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 자기 구동기의 구조를 설명하기 위한 도면,3 is a view for explaining the structure of a magnetic driver according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 자기 구동기의 동작을 설명하기 위한 도면,4 is a view for explaining the operation of the magnetic driver according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 플런저 타입의 자기 구동기를 도시한 개략도,5 is a schematic view showing a plunger type magnetic driver according to the present invention;

도 6은 본 발명에 사용되는 구형 탄성 힌지를 도시한 도면,6 is a view showing a spherical elastic hinge used in the present invention,

도 7은 본 발명에 사용되는 굴곡탄성을 갖는 플랫폼을 도시한 도면,7 is a view showing a platform having a flexural elasticity used in the present invention,

도 8은 본 발명에 따른 구동기와 플랫폼을 도시한 도면,8 shows a driver and a platform according to the invention,

도 9는 레이저 가공기에 사용되는 종래의 스캐너를 도시한 예이다.9 shows an example of a conventional scanner used in a laser processing machine.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1: 거울 10: 플랫폼1: mirror 10: platform

12: 원판 14-1~14-3: 돌기12: disc 14-1-14-3: protrusion

20: 탄성힌지 30: 자기 구동기20: elastic hinge 30: magnetic drive

31: 자기변형재료 32-1,32-2: 피에조31: magnetostrictive material 32-1, 32-2: piezo

33-1,33-2: 전극 34-1,34-2: 요크33-1,33-2: electrode 34-1,34-2: yoke

35: 영구자석 40: 프레임35: permanent magnet 40: frame

50: 하우징 P1,P2: 자기경로50: housing P1, P2: magnetic path

본 발명은 레이저 가공기 등에서 거울의 각도를 변화시켜줌으로써 레이저의 초점 위치를 x,y 평면에 스캔해 주는 스캐너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기구동을 이용하여 비접촉식으로 구동할 수 있는 자기 구동기를 이용한 비접촉식 스캐너에 관한 것이다.The present invention relates to a scanner that scans the focal position of the laser in the x, y plane by changing the angle of the mirror in a laser processing machine, and more particularly, using a magnetic driver that can be driven in a non-contact manner using magnetic drive It relates to a contactless scanner.

일반적으로, 거울의 각도를 변화시켜줌으로써 레이저의 초점 위치를 x,y 평면에 스캔해 주는 시스템은 여러 가지 방법으로 연구되어 왔고, 실제로 다양한 제품으로 상품화되어 레이저 가공기에 적용되고 있다. 통상, 무빙 코일 타입(Moving coil type)의 갈바노 미러가 가장 널리 사용되어지고 있고, 초정밀 제어를 위해 피에조 구동기를 이용한 스캐너에 대한 연구도 많이 이루어지고 있다.In general, a system for scanning the focal position of the laser on the x, y plane by changing the angle of the mirror has been studied in various ways, and actually commercialized in various products and applied to the laser processing machine. In general, a moving coil type galvano mirror is most widely used, and a lot of researches on a scanner using a piezo driver for ultra-precision control have been made.

도 9는 종래의 갈바노 스캐너를 채택한 레이저 가공장치를 도시한 개략도로서, 레이저 가공장치는 제어장치(110)와, 레이저 발생기(120), 광학전달계통(130), 갈바노 스캐너(140), 작업대(150)로 이루어진다.9 is a schematic diagram showing a laser processing apparatus employing a conventional galvano scanner, the laser processing apparatus comprising a control device 110, a laser generator 120, an optical transmission system 130, a galvano scanner 140, It consists of a work bench 150.

제어장치(110)는 전체 가공과정을 제어하는 NC 보드가 내장된 PC로 구현될 수 있고, 레이저 발생기(120)는 예컨대 CO2 레이저 발생기로 구현될 수 있다. 광학전달계통(130)은 콜리메이터(132) 등 광학기구로 이루어져 레이저 발생기(120)에서 발생된 레이저를 가공을 위한 레이저 빔(102)으로 형성한다. The controller 110 may be implemented as a PC with a built-in NC board to control the entire machining process, the laser generator 120 is, for example, CO 2 It can be implemented with a laser generator. The optical transmission system 130 is formed of an optical instrument such as a collimator 132 to form a laser generated by the laser generator 120 as a laser beam 102 for processing.

갈바노 스캐너(140)는 X축 갈바노 모터(142-1)와 갈바노 미러(144-1), Y축 갈바노 모터(142-2)와 갈바노 미러(144-2)로 이루어져 광학전달계통(130)을 통해 전달되는 레이저 빔(102)을 제어장치(110)의 제어에 따라 공작물(160)의 원하는 위치로 조사하여 신속한 가공이 이루어지게 한다. 즉, 레이저 빔(102)을 편향 주사하는 레이저 스캐너에 이용되는 갈바노 스캐너(140)는 자계 중에 배치된 가동 코일에 전류를 흐르게 하면, 전류와 자속에 관련하여 전자력이 발생하고 전류에 비례한 회전력(토크)가 발생하는 것을 이용한 것으로서, 가동 코일을 통하여 반사경을 움직여 레이저 빔을 조사시킨다. 이러한 종래의 갈바노 스캐너(140)로서는 예를 들면, 자계 중에 배치하는 가동 코일 대신에 가동 철편을 이용하고, 그 주위에 2개의 영구 자석과 4개의 자극을 설치한 자성체로 자로를 구성하며, 자성체에 권회(券回)한 구동 코일에 흐르는 전류의 대소 및 방향에 따라 자극간의 자속을 변화시킴으로써 가동 철편을 통하여 반사경을 움직여 레이저 빔을 편광 주사하도록 한 것이다The galvano scanner 140 consists of an X-axis galvano motor 142-1 and a galvano mirror 144-1, a Y-axis galvano motor 142-2 and a galvano mirror 144-2 for optical transmission. The laser beam 102 transmitted through the system 130 is irradiated to a desired position of the work piece 160 under the control of the control device 110 so that rapid processing is performed. That is, when the galvano scanner 140 used for the laser scanner deflecting the laser beam 102 causes current to flow through the movable coil disposed in the magnetic field, an electromagnetic force is generated in relation to the current and the magnetic flux, and a rotational force proportional to the current. (Torque) is generated and the laser beam is irradiated by moving the reflector through the movable coil. As the conventional galvano scanner 140, for example, a moving iron is used in place of a moving coil arranged in a magnetic field, and a magnetic path is formed of a magnetic body provided with two permanent magnets and four magnetic poles around it. By varying the magnetic flux between magnetic poles according to the magnitude and direction of the current flowing in the drive coil wound around the coil, the reflector is moved through the movable iron to polarize the laser beam.

작업대(150)는 공작물(160)을 X축 방향과 Y축 방향으로 이송하기 위한 작업 테이블(152)과, 레이저 빔 초점을 잡기 위한 스캔 렌즈(154), 실제의 가공 상황을 모니터하기 위한 카메라(156) 등으로 이루어져 갈바노 스캐너(140)를 통해 조사된 레이저 빔에 의해 공작물을 가공한다.The work table 150 includes a work table 152 for transporting the workpiece 160 in the X-axis direction and the Y-axis direction, a scan lens 154 for focusing the laser beam, and a camera for monitoring the actual machining situation. 156) and the like to process the workpiece by the laser beam irradiated through the galvano scanner 140.

그런데 이러한 종래의 스캐너는 전자석을 사용하므로 물체가 어떤 동작을 하지 않아도 코일 내부에 계속 전류가 흐르고, 또한 열에 의한 에너지 손실이 발생하게 되며 이러한 열 발생은 전자석의 사용 범위를 제한하게 된다. 또한 정밀 자기력 제어를 위해서는 3차원 코일의 권선(winding) 문제를 극복해야하는 어려움이 있다.However, since the conventional scanner uses an electromagnet, the current continues to flow in the coil even if the object does not perform any operation, and energy loss due to heat is generated. This heat generation limits the use range of the electromagnet. In addition, there is a difficulty in overcoming the winding problem of the three-dimensional coil for precise magnetic force control.

즉, 코일로 이루어진 기존의 전자석의 경우, 코일에 전류를 흘려줌으로써 자기장을 발생하고 최종 자기력을 제어함으로 에너지를 계속 소모해야 하고 코일에서 열이 발생하는 것에 따른 에너지 손실 및 적용 분야에 대한 제한 문제가 추가로 발생한다. 또한 정밀한 제어를 위해서 복잡한 코일 구조를 필요하게 됨에 따라 제작이 매우 어렵고 소형화하기 매우 힘들다는 문제점이 있다. That is, in the case of the conventional electromagnet made of coils, it is necessary to continuously generate energy by generating a magnetic field by controlling current and to control the final magnetic force, and there is a problem of energy loss and limitations due to heat generated in the coil. Occurs in addition. In addition, as a complicated coil structure is required for precise control, there is a problem in that it is very difficult to manufacture and very difficult to miniaturize.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 코일이 없는 자기력 제어 장치를 이용함으로써 코일에 의한 에너지 손실과 열 발생을 없애고 구조적으로 간단하면서도 정밀 제어가 가능하도록 하는 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너를 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to use a coil-less magnetic force control device to eliminate the energy loss and heat generated by the coil and to enable a simple and precise control of the structure It is to provide a non-contact scanner using a drive.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 일면에 거울이 부착되고 타 면에 돌기가 형성된 판형의 플랫폼; 상기 플랫폼을 지지하기 위해 상기 플랫폼의 타면 중앙에 형성된 힌지; 상기 힌지를 중심으로 동심원상에 균등하게 배치되고 상기 돌기와 비접촉식으로 결합되며 제어전압에 따라 상기 플랫폼을 구동하기 위한 자기력을 발생하는 자기 구동기; 상기 힌지를 지지하고, 상기 자기 구동기를 설치하기 위한 프레임; 상기 프레임에 부착된 자기 구동기를 보호하기 위한 하우징; 및 상기 자기 구동기에 제어전압을 제공하여 상기 플랫폼이 스캔 동작을 하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a plate-shaped platform is attached to the mirror and the projection formed on the other surface; A hinge formed at the center of the other surface of the platform to support the platform; A magnetic driver disposed evenly on the concentric circle about the hinge and coupled to the protrusion in a non-contact manner and generating a magnetic force for driving the platform according to a control voltage; A frame for supporting the hinge and for installing the magnetic driver; A housing for protecting a magnetic driver attached to the frame; And a controller configured to provide a control voltage to the magnetic driver to control the platform to perform a scan operation.

상기 자기 구동기는 영구자석을 중심으로 양측에 자기가 흐르도록 하는 한 쌍의 요크가 결합되어 있고, 상기 한 쌍의 요크의 일단에는 자기변형재료를 사이에 두고 한 쌍의 피에조가 위치하고 있으며, 상기 한 쌍의 피에조와 상기 자기변형재료 사이에는 제어전압을 인가할 수 있도록 구성되며, 상기 한 쌍의 요크의 타단에는 갭(G)이 형성되어 상기 플랫폼의 돌기가 삽입될 수 있도록 된 것이다.The magnetic driver has a pair of yokes coupled to both sides of the permanent magnet to allow the magnetic to flow, and a pair of piezos are positioned at one end of the pair of yokes with a magnetostrictive material therebetween. It is configured to apply a control voltage between the pair of piezo and the magnetostrictive material, the gap (G) is formed at the other end of the pair of yoke to be inserted into the projection of the platform.

또한 상기 자기 구동기는 플런저 타입으로 되어 있고, 상기 제어전압에 따라 상기 한 쌍의 피에조가 변형되어 상기 자기변형재료에 스트레스를 인가하고, 상기 자기변형재료는 상기 피에조의 스트레스에 따라 자기력이 가변되어 상기 갭을 통해 흐르는 자기력의 세기를 가변시키는 것이다.In addition, the magnetic driver is of a plunger type, the pair of piezos are deformed according to the control voltage to apply stress to the magnetostrictive material, the magnetic strain material is a magnetic force is variable according to the stress of the piezo It is to change the strength of the magnetic force flowing through the gap.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너를 도시한 절개 사시도이다.1 is a perspective view showing a non-contact scanner using a magnetic drive according to the present invention.

본 발명에 따른 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너는 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 빔을 반사하기 위한 거울(1)이 부착된 원판형의 플랫폼(10)과, 상기 플랫폼을 지지하기 위한 탄성힌지(도 7의 20)와, 상기 탄성힌지(20)를 중심으로 동심원상에서 균등하게 배치되어 제어전압에 따라 상기 플랫폼(10)을 구동하기 위한 자기력을 발생하는 자기 구동기(30)와, 상기 자기 구동기를 설치하기 위한 프레임(40)과, 상기 프레임에 부착된 자기 구동기를 보호하기 위한 하우징(50)으로 구성된다. 그리고 도면에는 도시되지 않았으나 본 발명의 스캐너는 제어부가 구비되어 자기 구동기(30)에 제어전압(V)을 제공하여 상기 플랫폼이 스캔 동작을 하도록 제어한다.The non-contact scanner using the magnetic drive according to the present invention has a disk-like platform 10 having a mirror 1 attached thereto for reflecting a laser beam as shown in FIG. 1, and an elastic hinge for supporting the platform (FIG. 7 of 20) and the magnetic driver 30 is arranged evenly on the concentric circle around the elastic hinge 20 to generate a magnetic force for driving the platform 10 in accordance with a control voltage, and the magnetic driver Frame 40 and a housing 50 for protecting the magnetic driver attached to the frame. Although not shown in the drawing, the scanner of the present invention is provided with a control unit to control the platform to perform a scan operation by providing a control voltage V to the magnetic driver 30.

도 2는 본 발명에 따른 스캐너의 구동 동작기구를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 개략적인 단면도이고 (b)는 자기 구동기의 배치 도면이다. 2 is a view for explaining a driving operation mechanism of the scanner according to the present invention, where (a) is a schematic cross-sectional view and (b) is a layout view of a magnetic driver.

자기 구동기(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 스캐너 거울(1)의 2축에 대한 각도 제어를 위해서 3개가 동심원상에 120°간격으로 동일하게 플랫폼(10)의 저면에 배치되어 있다. 그리고 플랫폼(10)의 저면 중앙에 존재하는 탄성 힌지(20)는 3개 자기 구동기(30)가 당기는 자기력을 거울(1)의 각도 움직임으로 변환해주고, 실제로 자기력을 선형적인 변위로 바꿔주는 스프링 역할을 한다. 이러한 3개의 자기 구동기(30)가 내는 자기력의 조합에 따라 거울(1)의 각도 방향과 각도 크기가 결정되는데, 역자왜효과(Inverse magnetostrictive effect)를 이용한 자기 구동기(30)는 코일을 사용한 기존의 전자석과 달리 코일이 없으므로 코일에 의한 에너지 손실과 열 발생을 없애고, 구조적으로 간단한 장치에서 정밀 제어가 가능하도 록 한다.As shown in FIG. 2, three magnetic actuators 30 are arranged at the bottom of the platform 10 equally at 120 ° intervals on the concentric circles for angle control with respect to two axes of the scanner mirror 1. In addition, the elastic hinge 20 existing at the center of the bottom surface of the platform 10 converts the magnetic force pulled by the three magnetic actuators 30 into the angular movement of the mirror 1 and actually acts as a spring to change the magnetic force into a linear displacement. Do it. The angular direction and the angular size of the mirror 1 are determined according to the combination of the magnetic forces generated by the three magnetic drivers 30. The magnetic driver 30 using the inverse magnetostrictive effect is conventionally made using a coil. Unlike electromagnets, there is no coil, which eliminates energy loss and heat generation by the coil, enabling precise control in a structurally simple device.

도 3은 본 발명에 따른 자기 구동기의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 자기변형재료의 양측에 피에조를 부가한 구조를 도시한 것이고, (b)는 (a)에서 양측에 요크를 부가하고 병렬로 영구자석을 부가한 구조를 도시한 도면이다.Figure 3 is a view for explaining the structure of the magnetic drive according to the present invention, (a) is a structure showing a piezo on both sides of the magnetostrictive material, (b) is a yoke on both sides in (a) The figure which shows the structure which added and added the permanent magnet in parallel.

이러한 본 발명의 자기 구동기(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 자기변형재료(31)의 위와 아래에 각각 피에조(32-1,32-2)가 붙어있고, 각 피에조(32-1,32-2)의 바깥쪽에 전극(33-1,33-2)이 위치하고 있다. 또한 자기변형재료(31)의 자구 방향은 x 방향으로 구성되고, 자기변형재료(31)와 병렬로 영구자석(35)이 위치하고 있으며, 자속이 흐를 수 있는 철 요크(iron yokes)(34-1,34-2)가 결합되어 자기회로를 구성하고 있다.As shown in FIG. 3, the magnetic driver 30 of the present invention has piezoelectrics 32-1 and 32-2 attached to the upper and lower portions of the magnetostrictive material 31, respectively. The electrodes 33-1 and 33-2 are located outside the 32-2. In addition, the magnetostriction direction of the magnetostrictive material 31 is configured in the x direction, the permanent magnet 35 is located in parallel with the magnetostrictive material 31, iron yokes (34-1) through which magnetic flux can flow 34-2) are combined to form a magnetic circuit.

자기변형 재료(31)는 역 자왜효과(inverse magnetostrictive effect)로 인해 외부에서 가해지는 스트레스(stress)에 따라 자화 성질이 크게 변하여 자기회로에서 가변자기저항의 역할을 한다. The magnetostrictive material 31 has a large magnetization property due to the stress applied from the outside due to an inverse magnetostrictive effect, thereby acting as a variable magnetoresistance in the magnetic circuit.

피에조(32-1,32-2)는 자기변형재료(31)에 스트레스(stress)를 가해주는 역할을 담당하는데, 각 피에조(32-1,32-2)의 바깥쪽에 있는 전극(electrode)(33-1,33-2)과 접지역할을 하고 있는 자기변형재료(31) 사이에 제어전압(V)을 걸어주면 피에조(32-1,32-2)가 z 방향으로 편극(polarize)되어 늘어나고 x 방향으로 줄어들어 자기변형재료(31)에 스트레스(stress)를 가해주게 된다.Piezos 32-1 and 32-2 play a role of applying stress to the magnetostrictive material 31. Electrodes (outside of each piezo 32-1 and 32-2) Applying a control voltage (V) between 33-1 and 33-2 and the magnetostrictive material 31 acting as a ground, the piezos 32-1 and 32-2 are polarized in the z direction and stretched. It is reduced in the x direction to stress the magnetostrictive material (31).

도 4는 본 발명에 따른 자기 구동기의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 피에조 양단 전극에 전압을 인가하기 전으로서 자기경로 p1과 자기경로 p2의 자속이 각각 자기저항 비에 따라 일정하게 흐르는 경우이고, (b)는 피에조 양단에 제어전압(V)을 인가하여 p2경로의 자기저항이 증가함에 따라 p1경로의 자속량이 증가한 경우이다.4 is a view for explaining the operation of the magnetic driver according to the present invention, (a) is a magnetic flux of the magnetic path p1 and the magnetic path p2 before the voltage is applied to the piezoelectric both ends of the electrode according to the magnetoresistance ratio, respectively In the case of flowing, (b) is a case where the magnetic flux of the p2 path increases as the magnetoresistance of the p2 path increases by applying the control voltage (V) to both ends of the piezo.

자기회로는 도 4에 도시된 바와 같이, 병렬자기회로로 구성하여 영구자석(35)에서 갭(gap)으로 흐르는 경로(path) 1(P1)과, 영구자석(35)에서 자기변형재료(31)로 흐르는 경로(path) 2(P2)로 나누어지며, 자기변형재료(31)의 자화정도에 따라 이동요크(movable yoke)에 미치는 자기력이 변하게 된다. 이와 같이 제어전압(V)에 의한 피에조(32-1,32-2)의 수축은 자기변형재료(31)의 x 방향으로 압력을 주게 되고, 자기변형재료(31)는 역자왜효과(inverse magnetostrictive effect)에 따라 자화정도가 줄어들어 자기저항이 커지게 된다. As shown in FIG. 4, the magnetic circuit is configured as a parallel magnetic circuit and includes a path 1 (P1) flowing from a permanent magnet 35 to a gap and a magnetostrictive material 31 at the permanent magnet 35. It is divided into path 2 (P2) flowing in the), and the magnetic force on the movable yoke (movable yoke) changes according to the magnetization degree of the magnetostrictive material (31). As such, the shrinkage of the piezos 32-1 and 32-2 due to the control voltage V causes pressure in the x direction of the magnetostrictive material 31, and the magnetostrictive material 31 is inverse magnetostrictive. According to the effect), the degree of magnetization decreases and the magnetoresistance increases.

그런데 자속(Flux)의 합은 보존되므로 자기변형재료(31)의 자기저항이 커짐에 따라 갭(gap)에 흐르는 자속(Flux)의 양이 증가하고 그에 따라 자기력이 증가하게 된다. However, since the sum of the magnetic flux Flux is preserved, as the magnetic resistance of the magnetostrictive material 31 increases, the amount of magnetic flux Flux flowing in the gap increases, thereby increasing the magnetic force.

특히, 본 발명에 따른 자기 구동기(30)는 도 5에 도시된 바와 같이, 플런저 타입의 구조로 설계하여 안정된 변위제어를 가능하게 한다. 도 5를 참조하면, 영구자석(35)을 중심으로 양측에 자기가 흐르도록 하는 요크(34-1,34-2)가 있고, 요크(34-1,34-2)의 일단에는 자기변형재료(31)를 사이에 두고 한 쌍의 피에조(32-1,32-2)가 위치하고 있으며, 양 피에조(32-1,32-2)는 전극을 통해 +제어전압(V)을 인가하고 자기변형재료(31)에는 접지가 연결된다. 그리고 요크(34-1,34-2)의 타단은 갭(gap)이 형성되어 있고, 갭 사이에 플랫폼의 돌기(14-1,14-2,14-3)가 위치하 여 플랫폼(10)을 당기는 힘(F)이 발생하도록 되어 있다. In particular, the magnetic driver 30 according to the present invention is designed in a plunger type structure, as shown in Figure 5 to enable a stable displacement control. Referring to FIG. 5, there are yokes 34-1 and 34-2 for allowing magnets to flow on both sides of the permanent magnet 35, and at one end of the yokes 34-1 and 34-2, the magnetostrictive material. A pair of piezos 32-1 and 32-2 are positioned with the 31 sandwiched therebetween, and both piezos 32-1 and 32-2 apply a + control voltage (V) through the electrode and are subjected to magnetostriction. Ground 31 is connected to the material 31. And the other end of the yoke (34-1, 34-2) has a gap (gap) is formed, the platform projections (14-1, 14-2, 14-3) between the gap is located platform 10 The pulling force F is generated.

도 6은 본 발명에 사용되는 구형 탄성 힌지를 도시한 도면이다.6 is a view showing a spherical elastic hinge used in the present invention.

도 6을 참조하면, 탄성힌지(Flexure)(20)는 플랫폼(10)이 2축 360° 방향으로 회전하여 기울기 각도를 구현할 수 있도록 하는 것으로서, 3개의 자기 구동기(30)의 자기력과 상호 작용하여 변위를 내기 위한 스프링 상수의 역할과 자기 구동기(30)의 직진 운동을 2축 방향에 대한 각도변위로 바꾸는 가이드 역할을 담당한다.Referring to Figure 6, the elastic hinge (Flexure) 20 is to enable the platform 10 to rotate in the two-axis 360 ° direction to implement the inclination angle, by interacting with the magnetic force of the three magnetic drivers 30 It serves as a spring constant for the displacement and the guide to change the linear movement of the magnetic drive 30 to the angular displacement in the two axis direction.

따라서 본 발명에서 탄성힌지(Flexure)(20)는 스캐너 거울(1)을 포함한 플랫폼(10)을 2축 360°방향으로 기울기를 가져야 하므로 구형 굴곡 힌지(Spherical Flexure Hinge)를 사용한다.Therefore, in the present invention, the elastic hinge 20 uses a spherical flexure hinge because the platform 10 including the scanner mirror 1 must have an inclination in two directions of 360 °.

도 7은 본 발명에 사용되는 굴곡 탄성을 갖는 플랫폼을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 자기 구동기와 플랫폼을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 플랫폼(10)은 도 7에 도시된 바와 같이 거울(1)이 부착된 원판(12)의 반대면에 자기 구동기의 갭(gap)에 삽입되기 위한 3개의 돌기(14-1~14-3)가 형성되어 있고, 중앙에는 탄성 힌지(20)가 형성되어 있다. 7 is a view showing a platform having a bending elasticity used in the present invention, Figure 8 is a view showing a magnetic driver and platform according to the present invention. The platform 10 according to the present invention has three projections 14-1-1 to be inserted into a gap of the magnetic driver on the opposite side of the disc 12 to which the mirror 1 is attached as shown in FIG. 7. 14-3) is formed, and the elastic hinge 20 is formed in the center.

이와 같은 플랫폼(10)과 자기 구동기(30)의 결합구조는 도 8에 도시된 바와 같이, 플랫폼(10)의 각 돌기(14-1~14-3)가 120°간격으로 배치된 자기 구동기(30)의 요크 사이 갭(G)에 위치하도록 결합된다. 이때 플랫폼의 돌기(14-1~14-3)와 자기 구동기의 요크(34-1,34-2)는 접촉이 되지 않는 상태로 결합된다.As shown in FIG. 8, the coupling structure of the platform 10 and the magnetic driver 30 includes a magnetic driver in which the protrusions 14-1 to 14-3 of the platform 10 are disposed at 120 ° intervals. And to be positioned in the gap G between the yokes of 30). At this time, the projections 14-1 to 14-3 of the platform and the yokes 34-1 and 34-2 of the magnetic driver are coupled in a state where they do not come into contact with each other.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the non-contact scanner using the magnetic drive according to the present invention configured as described above is as follows.

먼저, 미 도시된 제어부(예컨대, 레이저 가공기의 제어부)의 제어전압이 3개의 자기 구동기(30)로 각각 인가된다. 각 자기 구동기(30)는 자신에게 인가된 제어전압에 따라 상기 한 쌍의 피에조(32-1,32-2)가 변형을 일으키게 되고, 이에 따라 자기변형재료(31)에 스트레스를 인가하게 된다. 자기변형재료(31)는 스트레스 정도에 따라 역자왜효과(inverse magnetostrictive effect)에 의해 자화정도가 변화된다. 그런데 영구자석(35)에 의한 자속(Flux)의 합은 보존되어야 하므로 자기변형재료(31)의 자기저항의 변화에 따라 갭(gap)에 흐르는 자속의 양이 변화되고, 이에 따라 플랫폼(10)을 당기는 자기력이 변화되고 각 자기 구동기의 자기력 조합에 따라 플랫폼(10)을 원하는 방향, 각도로 기울어지게 한다. 플랫폼(10)이 기울어지면 플랫폼에 부착된 거울(1)이 기울어지게 되고, 이에 따라 레이저 빔이 거울(1)에서 반사되어 원하는 방식으로의 스캔이 이루어지게 된다.First, a control voltage of a controller (eg, a controller of a laser processing machine) not shown is applied to each of the three magnetic drivers 30. Each magnetic driver 30 causes the pair of piezos 32-1 and 32-2 to deform in accordance with the control voltage applied thereto, thereby applying stress to the magnetostrictive material 31. The magnetostrictive material 31 is changed in magnetization by an inverse magnetostrictive effect depending on the degree of stress. However, since the sum of the fluxes by the permanent magnets 35 must be preserved, the amount of the magnetic flux flowing in the gap is changed according to the change of the magnetoresistance of the magnetostrictive material 31, and thus, the platform 10. The magnetic force that pulls is changed and tilts the platform 10 in the desired direction and angle according to the magnetic force combination of each magnetic driver. If the platform 10 is inclined, the mirror 1 attached to the platform is inclined, whereby the laser beam is reflected from the mirror 1 so as to scan in a desired manner.

이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 기술적 사상이 허용되는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.Although the present invention has been described in detail through specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes may be made by those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention. It may be changed and implemented.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 비 접촉식 스캐너는 자기력으로 거울의 각도를 제어함으로써 자기 구동기와 플랫폼이 접촉하지 않는 비접촉식이다. 따 라서 종래와 같이 피에조나 전자석의 선형 움직임을 이용한 종래의 스캐너의 경우, 선형 움직임을 각 운동으로 변화시켜주기 위해 볼 베어링이나 금속 지지선(steel wire rods)등의 구조가 필요한 데 반해, 본 발명의 비접촉식 스캐너는 자기력을 이용해 플랫폼의 각도를 조정하므로 경사구동을 위한 구조가 따로 필요하지 않고, 접촉에 의한 마찰, 마모 및 피로 등의 기계적인 문제가 없으며, 구조의 조립 시에 생기는 오차의 발생이 없이 정밀 구동이 가능하다. As described above, the non-contact scanner of the present invention is a non-contact type in which the magnetic driver and the platform do not contact by controlling the angle of the mirror with magnetic force. Therefore, in the case of the conventional scanner using the linear movement of the piezo or electromagnet as in the prior art, a structure such as a ball bearing or steel wire rods is required to convert the linear movement into an angular movement. The non-contact scanner uses magnetic force to adjust the angle of the platform, eliminating the need for inclined driving, no mechanical problems such as friction, abrasion, and fatigue due to contact, and no errors in assembly of the structure. Precise drive is possible.

또한 본 발명의 스캐너는 코일이 없는 자기 구동기이다. 즉, 코일로 이루어진 종래의 스캐너의 경우 코일에 전류를 흘려줌으로써 자기장을 발생하고 최종 자기력을 제어함으로 에너지를 계속 소모해야 하고 코일 내부의 열 발생에 따른 에너지 손실 및 적용 분야에 대한 제한 문제가 추가로 발생한다. 뿐만 아니라 종래의 스캐너는 정밀한 제어를 위해서 복잡한 코일 구조를 필요하게 됨에 따라 제작이 어렵고 소형화하기 매우 힘들다. The scanner of the present invention is also a coilless magnetic driver. That is, in the case of a conventional scanner made of coils, a magnetic field must be generated by flowing a current through the coil, and energy must be continuously consumed by controlling the final magnetic force. Occurs. In addition, the conventional scanner requires a complicated coil structure for precise control, making it difficult to manufacture and very difficult to miniaturize.

그러나 본 발명은 자기변형재료의 역자왜효과(inverse magnetostrictive effect)를 이용한 자기 구동기를 사용하므로 피에조의 커패시터 특성에 따라 단지 전압을 걸어주고 전류는 거의 흐르지 않기 때문에 전류에 대한 에너지 소모가 없고, 코일에 따른 열 발생 및 에너지 소모가 없다. 또한 복잡한 코일구조 대신 피에조와 자기변형재료의 적층구조를 이용함으로써 구동기의 구조가 매우 간단하고, 소형화가 가능하다는 장점이 있다. However, since the present invention uses a magnetic driver using the inverse magnetostrictive effect of the magnetostrictive material, only a voltage is applied according to the characteristics of the capacitor of the piezo, and since the current hardly flows, there is no energy consumption for the current and the coil There is no heat generation and energy consumption. In addition, by using a laminated structure of piezo and magnetostrictive materials instead of a complicated coil structure, the structure of the driver is very simple and can be miniaturized.

Claims (6)

일면에 거울이 부착되고 타면에 돌기가 형성된 판형의 플랫폼;A plate-shaped platform having a mirror attached to one side and a protrusion formed on the other side thereof; 상기 플랫폼을 지지하기 위해 상기 플랫폼의 타면 중앙에 형성된 힌지;A hinge formed at the center of the other surface of the platform to support the platform; 상기 힌지를 중심으로 동심원상에 균등하게 배치되고 상기 돌기와 비접촉식으로 결합되며 제어전압에 따라 상기 플랫폼을 구동하기 위한 자기력을 발생하는 자기 구동기;A magnetic driver disposed evenly on the concentric circle about the hinge and coupled to the protrusion in a non-contact manner and generating a magnetic force for driving the platform according to a control voltage; 상기 힌지를 지지하고, 상기 자기 구동기를 설치하기 위한 프레임;A frame for supporting the hinge and for installing the magnetic driver; 상기 프레임에 부착된 자기 구동기를 보호하기 위한 하우징; 및A housing for protecting a magnetic driver attached to the frame; And 상기 자기 구동기에 제어전압을 제공하여 상기 플랫폼이 스캔 동작을 하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너.And a control unit for controlling the platform to perform a scan operation by providing a control voltage to the magnetic driver. 제1항에 있어서, 상기 자기 구동기는The magnetic drive device of claim 1, wherein the magnetic driver 영구자석을 중심으로 양측에 자기가 흐르도록 하는 한 쌍의 요크가 결합되어 있고, 상기 한 쌍의 요크의 일단에는 자기변형재료를 사이에 두고 한 쌍의 피에조가 위치하고 있으며, 상기 한쌍의 피에조와 상기 자기변형재료 사이에는 제어전압을 인가할 수 있도록 구성되며, 상기 한쌍의 요크의 타단에는 갭이 형성되어 상기 플랫폼의 돌기가 삽입될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너.A pair of yokes are coupled to both sides of the permanent magnet to allow magnetic flow. A pair of piezos are disposed at one end of the pair of yokes with a magnetostrictive material interposed therebetween. The magnetic contact material is configured to apply a control voltage, and a gap is formed at the other end of the pair of yoke, the contactless scanner using a magnetic drive, characterized in that the projection of the platform can be inserted. 제2항에 있어서, 상기 자기 구동기는The magnetic drive device of claim 2, wherein the magnetic driver 플런저 타입으로 되어 있고, 상기 제어전압에 따라 상기 한 쌍의 피에조가 변형되어 상기 자기변형재료에 스트레스를 인가하고, 상기 자기변형재료는 상기 피에조의 스트레스에 따라 자기력이 가변되어 상기 갭을 통해 흐르는 자기력의 세기를 가변시키는 것을 특징으로 하는 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너.It is of a plunger type, the pair of piezos are deformed according to the control voltage to apply stress to the magnetostrictive material, and the magnetic force of the magnetostrictive material is variable according to the stress of the piezoelectric force flowing through the gap Non-contact scanner using a magnetic drive, characterized in that the intensity of the variable. 제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 자기 구동기는 동심원상에 120°간격으로 3개가 동일하게 배치된 것을 특징으로 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너.The non-contact scanner according to claim 1, wherein three magnetic actuators are equally arranged at a concentric circle at 120 ° intervals. 제4항에 있어서, 상기 플랫폼은 거울이 부착된 반대면에 3개의 돌기가 동심원상에 120°간격으로 3개가 동일하게 배치된 것을 특징으로 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너.5. The non-contact scanner according to claim 4, wherein the platform has three projections on the opposite side to which the mirror is attached, the three projections being disposed equally at intervals of 120 ° on the concentric circle. 제1항에 있어서, 상기 힌지는The method of claim 1, wherein the hinge 거울을 포함한 플랫폼을 2축 360°방향으로 기울일 수 있도록 구형 굴곡 힌지(Spherical Flexure Hinge)인 것을 특징으로 하는 자기구동을 이용한 비접촉식 스캐너.Non-contact scanner using a magnetic drive, characterized in that the spherical flexure hinge to tilt the platform including the mirror in a two-axis 360 ° direction.
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