KR20090027319A - 오토튠 스캔헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오토튠 기능을 탑재한 스캔헤드에 관한 것으로, 회전가능하게 장착되어 광원에서 출사한 광을 반사하는 미러부(10)와, 상기 미러부(10)를 회동하여 상기 미러부(10)로 입사한 광경로를 조정하는 구동부(20)를 포함하여 구성된 스캔헤드에 있어서, 상기 미러부(10)의 구동상태를 측정하는 측정부(100)와, 상기 미러부(10)의 미리 설정된 초기 정보와 상기 측정부(100)에서 측정한 미러부(10)의 구동상태를 대비하여 편차 발생시 이를 반영한 보정데이터를 상기 구동부(20)를 조정하는 PC로 송신하는 보정부(200)를 구비하는 것을 특징으로 하여, 실시간으로 미러부의 위치 오차를 보상함으로써 작업의 정밀성과 생산성을 향상시키는 오토튠 스캔헤드에 관한 발명이다

레이저, 스캔헤드, 오토튠

Description

오토튠 스캔헤드 {Autotune Scanhead}

본 발명은 오토튠(Auto-tune) 기능을 가지는 스캔헤드에 관한 것으로, 스캔헤드내부에 측정부를 장착하여 미러부의 위치 정보를 측정하고, 측정된 미러부의 위치 정보와 미리 설정된 미러부의 구동상태를 비교하여 편차 발생시 이를 실시간으로 보정할 수 있는 보정부를 구비하여 미러부의 위치 오차를 보상함으로써 스캔헤드의 신속하고 정밀한 작동을 가능하게 하여 작업의 정밀성과 생산성을 향상시키는 오토튠 스캔헤드에 관한 발명이다.

산업 기술의 발달로 인하여 정밀가공 수요는 점차 증가하고 레이저와 광학 기술의 발달은 이러한 산업 현장의 요구를 충족시킬 수 있는 기술로 부상되어 각종 레이저 장비가 반도체, LCD 등의 마킹 및 패턴공정 등 광범위한 분야에 적용되고 있다.

이러한 레이저를 이용한 정밀 가공을 위한 조건으로는 광원자체의 파워, 빔 모드, 빔 포인팅의 안정도의 중요성과 더불어 기계적인 정밀도를 빼놓을 수 없는데, 신속하고 정밀한 레이저 가공에 적합한 갈바노 스캐너가 널리 사용된다.

이하 첨부한 도면에 의하여 일반적으로 사용되고 있는 스캐헤드의 구조를 살펴보고, 구동시 발생하는 문제점을 알아본다.

도 1은 종래기술에 의한 스캔헤드의 구성을 나타내는 사시도이다.

상기 도면을 참조하면, 종래의 갈바노 스캐너를 사용한 스캔헤드의 경우, 회전가능하게 장착되어 광원에서 출사한 광을 반사하는 미러부(10)와, 상기 미러부(10)를 회동하여 상기 미러부(10)로 입사한 광경로를 조정하는 구동부(20)를 포함하여 구성되는데, 미러부(10)가 PC 등에 의해 연동된 제어장치에 의해 작동하는 구동부(20)에 의해 회동하여 광원에서 입사되는 광을 미리 설정된 경로로 반사하게 된다.

스캔헤드의 미러부(10)는 PC에서 내려오는 디지털 정보에 의해서 작동하는 구동부(20)에 의해 그 구동위치가 결정되는데, 구동부(20)는 일반적으로 모터 등을 사용하고, 모터라는 기기의 특성상 드리프트(Drift)에 의한 게인(Gain) 변화와 오프셋(Off-set)변화가 발생하게 된다.

따라서 작업이 진행함에 따라 본래 설정된 구동과는 편차가 발생하고 이는 고속으로 제어되어 정밀성이 요구되는 마킹, 커팅, 드릴링 등의 적용되는 스캐너의 가공 정밀도와 반복성을 저하시켜 품질 불량을 일으키게 되는 문제점을 내재하고 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스캐너 내부에 실시간으로 미러부의 위치 정보를 알아낼 수 있는 측정부를 장착하고, 미리 설정된 미러부의 구동상태와 편차 발생시 보정할 수 있는 보정부를 구비하여 실시간으로 미러부의 위치 오차를 보상함으로써 보다 정밀하고 오차 없는 동작을 가능하게 하여 작업의 편의성과 생산성을 향상시키는 오토튠 스캔헤드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 회전가능하게 장착되어 광원에서 출사한 광을 반사하는 미러부와, 상기 미러부를 회동하여 상기 미러부로 입사한 광경로를 조정하는 구동부를 포함하여 구성된 스캔헤드에 있어서, 상기 미러부의 구동상태를 측정하는 측정부와, 미리 설정된 상기 미러부의 초기 정보와 상기 측정부에서 측정한 미러부의 구동상태를 대비하여 편차발생시 이를 실시간으로 보정하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스캐너 내부에 실시간으로 미러부의 위치 정보를 알아낼 수 있는 측정부를 장착하고, 미리 설정된 미러부의 구동상태와 실제 작동중인 미러부의 위치정보를 비교하여, 편차가 있는 경우, 이를 보정할 수 있는 보정부를 구비하여 실시간으로 미러부의 위치 오차를 보상함으로써 보다 정밀하고 오차 없는 동작을 가능하게 하여 작업의 편의성과 생산성을 향상시키는 탁월한 효력을 발휘하는 발명이다.

이하 첨부한 도면에 따라 본 발명의 실시예에 대한 하이브리드 마킹방법을 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 오토튠 스캔헤드의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 오토튠 스캔헤드의 작동로직을 나타내는 플로우차트이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 회전가능하게 장착되어 광원에서 출사한 광을 반사하는 미러부(10)와, 상기 미러부(10)를 회동하여 상기 미러부(10)로 입사한 광경로를 조정하는 구동부(20)를 포함하여 구성된 스캔헤드에 있어서, 상기 미러부(10)의 구동상태를 측정하는 측정부(100)와, 상기 미러부(10)의 미리 설정된 초기 정보와 상기 측정부(100)에서 측정한 미러부(10)의 구동상태를 대비하여 편차 발생시 이를 반영한 보정데이터를 상기 구동부(20)를 조정하는 PC로 송신하는 보정부(200)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

스캔헤드의 미러부(10)는 PC에서 내려오는 디지털 정보에 의해서 작동하는 구동부(20)에 의해 그 구동위치가 결정된다. 그러나 PC에 의해서 제어된 위치는 외부환경 및 전자신호의 동요에 의해 초기에 설정된 위치에서 벗어나는 경우도 발생하게 된다.

그 원인으로는 외부 환경의 온도 변화에 따른 아날로그 IC들의 특성변화에 따른 드리프트(Drift)에 의한 게인(Gain) 및 오프셋(Off-set)변화, 외부 노이즈에 의한 순간적인 충격변화, 오랜 사용에 의한 구동부(20)에 장착된 모터의 특성 변화 등 다양한 원인들이 있으며, 이로인해 미세하게라도 원래의 위치와는 다른 곳에 위치하는 경우가 발생하는 것이다.

이러한 위치 변화 발생시 작업상의 오차가 발생하게 되므로, 본 발명에서는 이를 방지하기 위해, 미러부(10)의 구동시 본래 설정된 위치와 변경되어 구동하는지 여부를 측정하는 측정부(100)와, 상기 측정부(100)에서 측정한 미러부(10)의 구동상태와 PC에 저장되어 미리 설정된 상기 미러부(10)의 초기상태를 대비하여 편차가 발생하는 경우 이를 실시간으로 보정하여 보정신호를 상기 미러부(10)를 구동하는 PC로 송신함으로써 오차를 보완하는 보정부(200)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 측정부(100)는 일반적으로 공지된 위치 추적센서 등을 이용할 수 있으며, 특히 본 실시예에서는 상기 광원에서 출사한 광이 입사하는 미러부(10)의 뒷면에 형성된 후면코팅부(110)와, 상기 미러부(10)에 입사한 광과 다른 파장을 가지는 측정용 광을 상기 후면코팅부(110)로 입사시키는 측정광원부(120)와, 상기 후면코팅부에서 반사되는 측정용 광 신호를 수광하는 디텍팅센서부(130)로 구성하여 실시할 수 있다.

일반적인 스캔헤드의 미러부(10)는 가공 빔이 입사되는 면에 한하여 반사 코팅이 되어 있는데, 본 실시예에서는 광원에서 출사한 광이 입사하는 미러부(10)의 뒷면에도 반사 코팅을 하여 후면코팅부(110)를 형성하여 상기 후면코팅부(110)는 가공 빔의 파장은 반사하지 않고 다른 파장대의 광원만을 반사하도록 형성하여 실시함이 타당하다.

상기 측정광원부(120)의 일 예로는 레이저 다이오드 포인터(Laser diode pointer)를 사용하여 실시할 수 있는데, 측정용 광원을 출사하도록 구비된 측정광원부(120)에서 측정빔이 상기 후면코팅부(110)로 주사되고 미러부(10)의 뒷면에서 반사되는 측정빔을 수광하는 디텍팅센서부(130)를 장착하여 실시함이 타당하고, 상기 측정광원부(120)에서 반사되는 광신호를 수광하는 디텍팅센서부(130)는 여러 개로 구성된 디텍터센서를 사용하는데, 특히 1024픽셀의 라인시시디(Line CCD)를 선정하여 사용할 수 있다.

빔은 면적을 가지고 있어 센서에 맞는 위치에 해당하는 픽셀이 출력되므로 디텍터의 출력값을 가지고 미러부(20)의 위치 값을 정확하게 측정할 수 있는데, 이를 위해 광원으로 사용되는 레이저 다이오드 포인터(Laser diode pointer)의 전방에는 빔 사이즈를 최소화 할 수 있는 조정렌즈를 부착하여, 미러부(20)의 후면부에 형성된 후면코팅부(110)에 의해 반사되어 최소한의 사이즈로 1024픽셀의 라인시시디(Line CCD) 등을 사용한 디텍팅센서부(130)에 맺히도록 구성함이 타당하다.

또한 하나의 광원에 의해 반사된 양쪽 위치에서 디텍팅센서부(130)를 설치하여 위치를 판단하게 되는데, 일반적인 스캔헤드의 경우, X축, Y축 경로 조정을 위한 복수의 갈바노스케너가 구비되어 미러부(10)도 2개가 되어 한개의 미러부(10)의 양쪽위치에 설치함이 타당하므로 총 4개의 Line CCD로 구성된 디텍팅센서부(130)를 구비하고, 빔의 반사각에 따라 용이하게 반사빔을 수광할 수 있도록 반사빔의 경로를 조정할 수 있는 반사거울(131)을 설치하여 실시할 수도 있다.

상기 보정부(200)는 CPU 및 FPGA를 구비하여 측정부(100)에서 측정한 미러부(10)의 구동정보와 상기 미러부(10)의 미리 설정된 초기 정보를 비교하여 편차를 측정하는 연산부와, 상기 연산부에서 수신된 정보값에 편차가 발생시 이를 반영하여 상기 구동부(20)를 조정하는 PC로 보정데이터를 송신하는 전송부로 형성된다.

디텍팅센서부(130)에 의해 측정된 광원은 CPU, FPGA 등이 구비된 보정 부(200)를 통하여 미러부(10)의 위치를 실시간으로 판단하여 분석하고 분석된 데이터를 바탕으로 이전에 측정된 레퍼런스 데이터와 비교하여 늘어나거나 줄어든 게인(Gain) 및 오프셋(Off-set)의 변화 값을 계산하여 이를 PC로 전송하게 되는데, PC에서는 이 데이터를 바탕으로 스캐너 헤드의 구동부(10)로 내려보내는 값에 보정을 하여 다시금 그 위치를 제어하도록 한다.

상기 측정부(100)에서 측정된 미러부(10)의 위치값은 FPGA 등이 구비된 연산부에 입력되어 미러부(10)의 위치를 해석하고 초기 설정값과 비교하여 분석된 정보값에 편차가 발생시 전송부에서 이를 반영하여 보정할 데이터 값을 PC로 전송하면 PC에서 편차값과 함께 각 픽셀의 간격과 측정부(100)를 구성하는 디텍터와 미러부(10)와의 거리, 빔 사이즈 등을 반영하여 상기 구동부(20)를 조정함으로써 미러부(10)의 위치 오차를 보상한다.

상기의 구성에 의하여 스캔헤드의 구동중 발생하는 드리프트(Drift)에 의한 게인(Gain) 변화와 오프셋(Off-set)변화를 실시간으로 측정, 보상하여 작업의 정밀도와 완성도를 향상시키는 효과를 발휘하게 된다.

도 1은 종래기술에 의한 스캔헤드의 구성을 나타내는 사시도.

도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 오토튠 스캔헤드의 구성을 나타내는 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 오토튠 스캔헤드의 작동로직을 나타내는 플로우차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 미러부 20 : 구동부

100 : 측정부 110 : 후면코팅부

120 : 측정광원부 130 : 디텍팅센서부

200 : 보정부

Claims (4)

1. 회전가능하게 장착되어 광원에서 출사한 광을 반사하는 미러부와, 상기 미러부를 회동하여 상기 미러부로 입사한 광경로를 조정하는 구동부를 포함하여 구성된 스캔헤드에 있어서,

   상기 미러부의 구동상태를 측정하는 측정부와,

   상기 미러부의 미리 설정된 초기 정보와 상기 측정부에서 측정한 미러부의 구동상태를 대비하여 편차 발생시 이를 반영한 보정데이터를 상기 구동부를 조정하는 PC로 송신하는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 오토튠 스캔헤드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 측정부는 상기 광원에서 출사한 광이 입사하는 미러부의 뒷면에 형성된 후면코팅부와,

   상기 미러부에 입사한 광과 다른 파장을 가지는 측정용 광을 상기 후면코팅부로 입사시키는 측정광원부와,

   상기 후면코팅부에서 반사되는 측정용 광신호를 수광하는 디텍팅센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토튠 스캔헤드.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 측정광원부는 레이저 다이오드 포인터(Laser diode pointer)를 사용하는 것을 특징으로 하는 오토튠 스캔헤드.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 디텍팅센서부는 1024픽셀의 라인시시디(Line CCD)를 사용하는 것을 특징으로 하는 오토튠 스캔헤드.

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