KR20100116432A - 갈바노미터 보정 장치 - Google Patents

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KR20100116432A KR1020090035124A KR20090035124A KR20100116432A KR 20100116432 A KR20100116432 A KR 20100116432A KR 1020090035124 A KR1020090035124 A KR 1020090035124A KR 20090035124 A KR20090035124 A KR 20090035124A KR 20100116432 A KR20100116432 A KR 20100116432A
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Abstract

본 발명은 갈바노미터 보정 장치에 관한 것으로, 레이저빔을 일정 평면상의 특정 위치에 조사하는 갈바노미터가 장시간 사용됨에 따라 열적 변형이 발생하여 갈바노미터에 작동 오차가 발생하는 경우 갈바노미터의 작동 상태를 보정하여 레이저빔이 정확한 위치에 조사되도록 제어하고, 레이저빔의 조사 위치를 직접 측정하여 갈바노미터를 보정하므로 오차에 따른 보정 작업이 더욱 정밀하게 수행되며, 정밀도 향상을 위한 별도의 냉각 장치가 불필요하므로 구조가 단순하고 제작 비용이 절감되며 사용자의 유지 관리가 용이한 갈바노미터 보정 장치를 제공한다.
갈바노미터, 레이저 마킹, 레이저빔, 피에스디 센서

Description

갈바노미터 보정 장치{System for Correcting Aberration of Galvanometer}
본 발명은 갈바노미터 보정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 레이저빔을 일정 평면상의 특정 위치에 조사하는 갈바노미터가 장시간 사용됨에 따라 열적 변형이 발생하여 갈바노미터에 작동 오차가 발생하는 경우 갈바노미터의 작동 상태를 보정하여 레이저빔이 정확한 위치에 조사되도록 제어하고, 레이저빔의 조사 위치를 직접 측정하여 갈바노미터를 보정하므로 오차에 따른 보정 작업이 더욱 정밀하게 수행되며, 정밀도 향상을 위한 별도의 냉각 장치가 불필요하므로 구조가 단순하고 제작 비용이 절감되며 사용자의 유지 관리가 용이한 갈바노미터 보정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 평판 디스플레이 또는 반도체 등과 같은 자동화된 공장의 경우 효율적인 공장 관리를 위해 생산되는 제품마다 고유 번호를 부여하는 것이 필요하며, 이를 위해 레이저빔을 이용하여 특정 정보를 제품의 표면에 문자, 그림, 코드 등의 형태로 표시하고 있다.
이와 같이 레이저빔을 이용하여 제품에 특정 정보를 표시하는 장비를 통칭하 여 레이저 마킹 장비라고 하는데, 이러한 레이저 마킹 장비는 레이저 발생기로부터 발생된 레이저빔을 스테이지 상에 안착된 제품의 특정 부위에 조사하여 레이저빔의 열을 통해 제품에 코드 등이 마킹되는 방식으로 동작한다. 이러한 레이저 마킹 장비는 공정 효율 및 생산성 향상을 위해 일반적으로 마킹 속도가 중요한 성능으로 요구되고 있는데, 이를 위해 레이저 마킹 장비에는 레이저빔의 조사 위치를 평면상의 임의의 위치로 고속으로 이동시킬 수 있는 갈바노미터가 장착되고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 갈바노미터가 장착된 레이저 마킹 장비의 구성을 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 레이저 마킹 장비는 레이저빔(L)을 발생하는 레이저 발생기(100)와, 레이저 발생기(100)로부터 발생된 레이저빔(L)의 경로를 변경 및 조절하는 반사 미러(200)와, 레이저빔(L)의 크기를 조절하는 빔 익스팬더(300)와, 레이저빔(L)의 조사 각도를 조절하는 갈바노미터(400)와, 레이저빔(L)을 일정 평면상에 포커싱하는 스캔 렌즈(500)와, 마킹 대상 제품(M)이 안착되는 워크 테이블(700) 및 스테이지(600)로 구성된다. 이때, 레이저 발생기(100), 반사 미러(200), 빔 익스팬더(300), 갈바노미터(400) 및 스캔 렌즈(500)는 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 광학 헤드(10)에 고정 장착되어 상호 간에 상대위치가 고정되도록 구성되며, 워크 테이블(600)은 광학 헤드(10)의 하부에 일정 간격 이격되도록 고정 배치되고 마킹 대상 제품(M)이 안착되는 워크 테이블(700)은 스테이지(600)에 의해 이동 가능하도록 스테이지(600) 상에 배치된다.
이러한 구성에 따라 마킹 대상 제품(M)의 특정 부위에 코드(M1) 등이 마킹될 수 있도록 워크 테이블(700)이 스테이지(600)에 의해 특정 위치로 이동된 상태에서 레이저빔(L)이 제품(M)에 조사되는데, 레이저 발생기(100)로부터 발생된 레이저빔(L)은 반사 미러(200) 및 빔 익스팬더(300)를 통해 경로 및 크기가 조절된 상태로 스캔 렌즈(500)를 통해 포커싱되어 제품(M)의 특정 부위에 조사된다. 이때, 반사 미러(200) 및 빔 익스팬더(300)를 통과한 레이저빔(L)은 갈바노미터(400)를 통해 제품(M)에 대한 조사 각도가 일정 범위 내에서 조절되기 때문에, 광학 헤드(10) 또는 스테이지(700)의 이동 없이 갈바노미터(400)의 작동에 의해 신속하게 제품(M)에 코드(M1) 등이 마킹된다.
즉, 갈바노미터(400)가 장착된 레이저 마킹 장비는 갈바노미터(400)를 통해 레이저빔(L)을 일정 평면 상의 원하는 위치에 신속하게 조사할 수 있기 때문에, 마킹 대상 제품(M)이 안착되는 스테이지(700) 또는 스캔 렌즈(500) 등이 고정 장착된 광학 헤드(10)를 이동하며 마킹 작업을 수행하는 경우와 비교하여 상대적으로 매우 신속하게 마킹 작업을 수행할 수 있다.
이와 같이 신속한 마킹 작업을 가능하게 하는 갈바노미터(400)는 일반적으로 내부 2개의 조절 미러(미도시)가 회전 가능하게 장착된 형태로 구성되며, 2개의 조절 미러의 회전 각도 조절을 통해 갈바노미터(400)로 입사되는 레이저빔(L)을 반사하여 일정 평면상에 레이저빔(L)을 조사한다. 2개의 조절 미러는 각각 별도의 구동 모터(미도시)에 의해 독립적으로 회전 가능하도록 장착되며, 2개의 조절 미러에 대한 각각의 회전 각도를 다양하게 조합함으로써 도 1에 도시된 바와 같이 일정 평면상에 레이저빔(L)이 조사될 수 있는 스캔 영역(S)이 형성된다. 따라서, 스캔 영 역(S)은 광학 헤드(10)가 위치 고정된 상태에서, 보다 구체적으로는 갈바노미터(400)가 위치 고정된 상태에서 갈바노미터(400)의 작동에 따라 레이저빔(L)이 조사될 수 있는 최대 영역에 해당되며, 이러한 스캔 영역(S) 내에서 제품(M)에 마킹 작업이 수행된다.
그러나 이러한 갈바노미터(400)는 장시간 사용됨에 따라 조절 미러를 회전 구동하는 구동 모터에 열이 발생하게 되는데, 이러한 열 발생에 따라 구동 모터의 코일 저항이 변화하며 출력 토크가 변화되고, 구동 모터의 회전 각도를 측정하는 엔코더의 스케일이 변화되며, 구동 모터 내부의 전자 회로에 신호의 왜곡이 발생되는 등의 현상이 발생하게 되며, 이에 따라 구동 모터가 조절 미러를 정밀하게 구동 제어할 수 없게 된다. 따라서, 조절 미러의 회전 각도에 오차가 발생되어 레이저빔(L)의 조사 위치가 변경되고 제품(M)에 대한 마킹 작업의 불량률이 증가하게 되는 문제가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 갈바노미터 내부의 온도 상승을 방지할 수 있도록 차가운 물을 갈바노미터에 공급하는 별도의 수냉 장치 등이 장착되고 있으나, 이러한 구성은 별도의 수냉 장치에 의해 레이저 마킹 장비의 구성이 복잡해지고 제조 비용이 증가하며 장비의 유지 관리가 용이하지 못하다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 레이저빔을 일정 평면상의 특정 위치에 조사하는 갈바노미터가 장시간 사용됨에 따라 열적 변형이 발생하여 갈바노미터에 작동 오차가 발생하는 경우 갈바노미터의 작동 상태를 보정하여 레이저빔이 정확한 위치에 조사되도록 제어하고, 레이저빔의 조사 위치를 직접 측정하여 갈바노미터를 보정하므로 오차에 따른 보정 작업이 더욱 정밀하게 수행되며, 정밀도 향상을 위한 별도의 냉각 장치가 불필요하므로 구조가 단순하고 제작 비용이 절감되며 사용자의 유지 관리가 용이한 갈바노미터 보정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 레이저 발생기로부터 발생된 레이저빔을 반사하여 워크 테이블에 안착된 제품의 특정 위치에 조사하는 갈바노미터의 작동 오차를 보정하는 갈바노미터 보정 장치에 있어서, 상기 갈바노미터가 위치 고정된 상태에서 상기 갈바노미터의 작동에 따라 형성되는 레이저빔의 스캔 영역 내에 위치하도록 상기 워크 테이블 상의 기준 위치에 적어도 하나 이상 장착되어 레이저빔이 조사되는 위치를 측정하는 피에스디 센서; 및 상기 피에스디 센서에 의해 측정된 레이저빔의 측정 위치를 기준 위치와 비교하여 계산된 차이값에 따라 레이저빔의 조사되는 위치가 조절되도록 상기 갈바노미터의 동작을 제어하는 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하 는 갈바노미터 보정 장치를 제공한다.
이때, 상기 갈바노미터는 레이저빔에 대한 반사각도를 조절하도록 회전 가능하게 배치된 제 1 및 제 2 조절 미러를 포함하고, 상기 피에스디 센서는 상기 제 1 및 2 조절 미러가 회전하지 않은 중립 상태에서 레이저빔이 반사되어 조사되는 지점에 배치될 수 있다.
또한, 상기 피에스디 센서는 다수개 배치되며, 상기 피에스디 센서 중 일부는 상기 제 2 조절 미러를 고정하고 상기 제 1 조절 미러를 최대 반사각도로 양 방향으로 각각 회전한 상태에서 레이저빔이 조사되는 양 지점 중 적어도 하나 이상의 지점에 배치되며, 나머지 일부는 상기 제 1 조절 미러를 고정하고 상기 제 2 조절 미러를 최대 반사각도로 양 방향으로 각각 회전한 상태에서 레이저빔이 조사되는 양 지점 중 적어도 하나 이상의 지점에 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 갈바노미터를 통해 레이저빔이 조사되는 워크 테이블 상에 레이저빔의 조사 위치를 측정할 수 있는 피에스디 센서를 장착하고 피에스디 센서에 의해 측정된 값에 따라 레이저빔의 조사 위치를 보정할 수 있도록 갈바노미터의 동작을 제어함으로써, 갈바노미터에 열적 변형이 발생하더라도 레이저빔을 정확한 위치에 조사할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피에스디 센서를 통해 레이저빔이 조사되는 위치를 직접 측정함으로써, 오차에 따른 갈바노미터의 보정 작업을 더욱 정밀하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피에스디 센서 및 구동 제어부를 통해 갈바노미터의 동작을 보정함으로써, 별도의 냉각 장치 없이도 레이저빔의 조사 위치를 정확하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 시스템의 구조가 단순하고 제작 비용이 절감되며, 사용자의 유지 관리가 용이한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치가 구비된 레이저 마킹 장비의 구성을 개념적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터에 의한 레이저빔의 스캔 영역 형태를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치에 대한 동작 상태의 흐름을 도시한 동작 상태도이고, 도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치에 대한 동작 상태의 흐름을 도시한 동 작 상태도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 레이저 마킹 장비에 사용되는 갈바노미터에 대한 작동 오차 보정을 위해 사용될 수 있으며, 레이저 마킹 장비 이외에도 갈바노미터가 사용되는 다양한 장비들에 대해 갈바노미터의 작동 오차 보정을 위해 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 마킹 장비에 사용되는 갈바노미터에 대한 보정 장치에 대해 설명한다.
먼저, 갈바노미터가 구비된 레이저 마킹 장비의 구성을 간략히 살펴보면, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 일반적으로 레이저 마킹 장비는 레이저빔(L)을 발생하는 레이저 발생기(100)와, 레이저빔(L)의 경로 및 크기를 조절하는 반사 미러(200) 및 빔 익스팬더(300)와, 레이저빔(L)의 조사 각도를 조절하는 갈바노미터(400)와, 레이저빔(L)을 일정 평면상에 포커싱하는 스캔 렌즈(500)와, 마킹 대상 제품(M)이 안착되는 스테이지(700) 및 워크 테이블(600)로 구성된다. 이때, 레이저 발생기(100), 반사 미러(200), 빔 익스팬더(300), 갈바노미터(400) 및 스캔 렌즈(500)는 별도의 광학 헤드(10)에 고정 장착되며, 스테이지(700)는 상면에 마킹 대상 제품(M)이 안착되는 워크 테이블(700)이 스테이지(600)에 의해 이동 가능하게 배치된 상태로 광학 헤드(10)의 하부에 이격되게 배치된다. 이러한 구성에 따라 마킹 대상 제품(M)의 특정 부위에 코드(M1) 등이 마킹될 수 있도록 워크 테이블(700)이 스테이지(600)에 의해 특정 위치로 이동된 상태에서 레이저빔(L)이 제품(M)에 조사되는데, 레이저 발생기(100)로부터 발생되어 반사 미러(200) 및 빔 익스팬 더(300)를 통과한 레이저빔(L)은 갈바노미터(400)를 통해 조사 각도가 일정 범위 내에서 신속하게 조절되며 제품(M)의 특정 위치에 조사된다.
갈바노미터(400)는 입사되는 레이저빔(L)을 다양한 각도로 반사하여 특정 위치에 조사할 수 있도록 구성되며, 이에 따라 제품(M) 또는 스테이지(600)의 일정 표면상에는 갈바노미터(400)를 통과한 레이저빔(L)이 조사될 수 있는 영역인 스캔 영역(S)이 형성된다. 따라서, 스캔 영역(S)은 광학 헤드(10)가 위치 고정된 상태에서, 보다 구체적으로는 갈바노미터(400)가 위치 고정된 상태에서 갈바노미터(400)의 작동에 따라 레이저빔(L)이 조사될 수 있는 최대 영역에 해당되며, 이러한 스캔 영역(S) 내에서 제품(M)에 마킹 작업이 수행된다. 이러한 갈바노미터(400)는 종래 기술에서 설명한 바와 같이 장기간의 사용에 따라 열적 변형이 발생되어 레이저빔(L)의 조사 위치가 변경되는데, 이러한 현상을 써멀 드리프트(thermal drift)라고 한다. 써멀 드리프트는 스캔 영역(S)의 크기 및 형상이 동일하게 유지된 상태로 스캔 영역(S)의 중심 위치가 변화되는 옵셋 드리프트(offset drift)와, 스캔 영역(S)의 크기 및 형상 자체가 변화되는 게인 드리프트(gain drift)로 분리할 수 있으며, 이러한 옵셋 드리프트 및 게인 드리프트는 일반적으로 동시에 발생된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치는 이와 같은 갈바노미터의 열적 변형에 의한 써멀 드리프트 현상을 보정하기 위한 장치로서, 도 2에 도시된 바와 같이 스테이지(600) 상에 장착되어 레이저빔(L)의 조사 위치를 측정하는 피에스디(PSD: Position Sensing Device) 센서(900)와, 피에스디 센서(900)에 의한 측정값에 따라 갈바노미터(400)의 동작을 제어하는 구동 제어부(800)를 포함하여 구성된다.
피에스디 센서(900)는 입사되는 레이저빔(L)의 위치에 따라 전기적 신호를 생성하여 레이저빔(L)이 조사되는 위치를 검출할 수 있는 위치 검출 센서로서 공지된 기술에 해당하므로 구조에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치는 이러한 피에스디 센서(900)가 스테이지(600) 상의 기준 위치에 적어도 하나 이상 장착된다. 이때, 피에스디 센서(900)가 장착되는 위치는 갈바노미터(400)가 고정된 상태에서 갈바노미터(400)의 작동에 따라 형성되는 레이저빔(L)의 스캔 영역(S) 내에 위치하도록 장착된다.
구동 제어부(800)는 피에스디 센서(900)에 의해 측정된 레이저빔(L)의 측정 위치를 기준 위치와 비교하여 차이값을 계산하고, 계산된 차이값에 따라 레이저빔(L)의 조사 위치가 조절되도록 갈바노미터(400)의 동작을 제어한다. 따라서, 이러한 구동 제어부(800)는 피에스디 센서(900)에 의해 측정된 레이저빔(L)의 측정 위치와 기준 위치를 비교하여 차이값을 연산하는 기능을 수행할 뿐만 아니라, 이러한 차이값에 따라 갈바노미터(400)의 동작을 제어하는 기능도 수행한다.
이러한 피에스디 센서(900)와 구동 제어부(800)의 구성을 좀 더 자세히 살펴보면, 레이저 마킹 장비에서 레이저빔(L)은 미리 설정된 갈바노미터(400)의 동작에 따라 스캔 영역(S) 내의 특정 위치에 조사되도록 구성되는데, 이때 갈바노미터(400)에 전술한 바와 같이 열적 변형이 발생하여 레이저빔(L)에 써멀 드리프트 현상이 발생하게 되면, 레이저빔(L)이 실제 조사되는 위치는 미리 설정된 특정 위치로부터 벗어난 지점에 형성되게 된다. 이러한 오차를 보정하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치는 스테이지(600) 상의 미리 설정된 특정 위치에 즉, 기준 위치에 피에스디 센서(900)가 장착되고, 이를 통해 레이저빔(L)의 실제 조사되는 지점이 기준 위치로부터 얼마나 벗어난 지점인지 차이값이 측정되며, 이러한 차이값에 따라 구동 제어부(800)가 갈바노미터(400)의 동작을 조정하여 차이값이 보정될 수 있도록 구성된다.
이때, 피에스디 센서(900)는 그 형태상 하나의 지점이 아니라 면을 이루는 센싱 영역을 갖도록 구성되는 것이 당연하므로, 피에스디 센서(900)가 기준 위치에 장착된다는 의미는 피에스디 센서(900)의 센싱 영역이 기준 위치를 포함하도록 장착된다는 것을 의미한다. 따라서, 레이저빔(L)이 조사되는 위치가 기준 위치로부터 일정 거리 벗어나더라도 피에스디 센서(900)의 센싱 영역 내에 포함되는 한 피에스디 센서(900)에 의해 측정될 수 있으며, 이에 따라 피에스디 센서(900)의 센싱 영역은 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 피에스디 센서(900)는 전술한 바와 같이 하나 또는 다수개 구비될 수 있는데, 다수개 구비되는 경우 다수개의 피에스디 센서(900)는 모두 레이저빔(L)의 스캔 영역(S) 내에 위치하도록 배치되며, 이를 통해 광학 헤드(10)의 이동 없이 갈바노미터(400)의 동작만을 통해 다수개의 기준 위치에서 레이저빔(L)의 써멀 드리프트 정도가 용이하게 측정될 수 있을 것이다.
이러한 구성에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치는 갈바노미터(400)에 열적 변형이 발생하더라도 단순한 방식으로 레이저빔(L)의 써멀 드리프트를 측정하여 써멀 드리프트 정도에 따라 갈바노미터(400)의 동작을 보정 제어함으로써, 갈바노미터(400)의 장시간 사용에도 레이저빔(L)이 조사되는 위치가 정확하게 유지되어 정밀한 레이저 마킹 작업을 수행할 수 있으며, 써멀 드리프트 방지를 위한 별도의 냉각 장치를 사용하지 않아도 되므로 구조가 단순하고 제작 비용이 절감되며 유지 관리가 용이한 구조이다.
한편, 이러한 갈바노미터 보정 장치를 통해 수행되는 써멀 드리프트의 보정 작업은 본 발명의 일 실시예에 따라 마킹 대상 제품(M)에 레이저 마킹 공정을 수행할 때마다 매번 수행되도록 구성될 수 있으며, 또한 레이저 마킹 장비의 가동 중지 후 재가동시마다 수행되도록 구성될 수도 있으며, 이외에도 사용자의 필요에 따라 특정 시기에 수행되도록 구성될 수도 있는 등 다양한 방식으로 구성될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터에 의한 레이저빔의 스캔 영역 형태를 개념적으로 도시한 도면으로, 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터(400)는 입사되는 레이저빔(L)에 대한 반사각도를 조절할 수 있도록 회전 가능하게 배치된 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)는 각각 제 1 및 제 2 액츄에이터(411,412)에 의해 독립적으로 회전 구동될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 액츄에이터(411,412)는 전기 모터 등을 이용하여 구성될 수 있으며, 별도의 전기 회로를 통해 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)를 일정 위치로 회전 구동하도록 구성될 수 있다. 한편, 전술한 구동 제어부(800)는 본 실시예에서 제 1 및 제 2 액츄에이 터(411,412)를 구동 제어함으로써, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)의 회전 각도를 변경하여 레이저빔(L)이 조사되는 위치를 변경하도록 구성될 수 있다.
이러한 갈바노미터(400)에 입사되는 레이저빔(L)은 제 1 조절 미러(410)에 의해 제 2 조절 미러(420)로 반사되며 다시 제 2 조절 미러(420)에 의해 스테이지(600) 또는 제품(M) 상의 표면으로 반사된다. 따라서, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)의 회전 각도를 변경함에 따라 레이저빔(L)의 조사되는 위치가 변경되고 이에 따라 스테이지(600) 상에 일정 범위의 스캔 영역(S)이 형성된다. 즉, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제 2 조절 미러(420)를 고정한 상태에서 제 1 조절 미러(410)를 회전축을 중심으로 양방향으로 최대 회전하면, 레이저빔(L)은 제 1 조절 미러(410)의 회전에 의해 반사 각도가 변화되며 고정된 제 2 조절 미러(420)를 통해 Y축 방향을 따라 조사되는 위치가 변화하게 된다. 반면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제 1 조절 미러(410)를 고정한 상태에서 제 2 조절 미러(420)를 회전축을 중심으로 양방향으로 최대 회전하면, 레이저빔(L)은 고정된 제 1 조절 미러(410)를 통해 일정한 방향으로 반사되어 제 2 조절 미러(420)로 입사되며, 제 2 조절 미러(420)로 입사된 레이저빔(L)은 제 2 조절 미러(420)의 회전에 의해 X축 방향을 따라 조사되는 위치가 변화하게 된다.
다시 말해서, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)가 중립 상태로 회전하지 않고 고정된 상태에서 레이저빔(L)은 X축과 Y축의 중심 교차점인 C지점에 조사되고, 이 상태에서 제 1 조절 미러(410)를 양방향으로 최대 회전하게 되면 레이저빔(L)은 C지점을 중심으로 Y축 방향을 따라 양측으로 각각 Y1, Y2지점까지 변화하며 조사되 고, 제 2 조절 미러(420)를 양방향으로 최대 회전하게 되면 레이저빔(L)은 C지점을 중심으로 X축 방향을 따라 양측으로 각각 X1, X2지점까지 변화하며 조사된다. 따라서, 레이저빔(L)의 최대 조사 영역인 스캔 영역(S)은 도 3에 도시된 바와 같이 이들 각각의 지점을 연결한 사각형 형태로 형성될 수 있다. 이때, 사각형은 직사각형 형태로서 Y1,Y2지점은 각각 C지점을 중심으로 서로 대칭되게 위치하고 X1,X2지점 또한 각각 C지점을 중심으로 서로 대칭되게 위치될 것이다. 그러나 이러한 스캔 영역(S)은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 예시로서, 스캔 영역의 형태는 매우 다양하게 형성될 수 있다.
이러한 갈바노미터의 구성에 따라 레이저빔(L)의 써멀 드리프트 정도를 측정하는 방법은 본 발명의 일 실시예에 따라 스캔 영역(S)의 중심인 C지점에서 옵셋 드리프트 정도를 측정하고 X축 방향의 X1,X2지점 및 Y축 방향의 Y1,Y2지점에서 게인 드리프트 정도를 측정하는 방식으로 수행될 수 있다. 즉, 각 지점(C,X1,X2,Y1,Y2)에 피에스디 센서(900)를 장착하고 각 지점에서 피에스디 센서(900)를 통해 레이저빔(L)의 실제 조사되는 위치를 측정하는 방식으로 수행될 수 있는데, 이때 각각의 지점(C,X1,X2,Y1,Y2)은 전술한 기준 위치에 해당되는 것으로 피에스디 센서(900)가 이러한 지점에 장착된다는 의미는 전술한 바와 같이 피에스디 센서(900)의 센싱 영역이 해당 기준 위치를 각각 포함하도록 장착되는 것을 의미한다.
따라서, 기준 위치인 스캔 영역(S)의 중심 C지점에서는 피에스디 센서(900)에 의해 측정된 레이저빔(L)의 측정 위치와 C지점과의 차이값이 옵셋 드리프트에 해당하며, 기준 위치인 X1,X2지점 및 Y1,Y2지점에서는 피에스디 센서(900)에 의해 측정된 레이저빔(L)의 측정 위치와 각 지점과의 차이값이 각각 X축 및 Y축 방향에 대한 게인 드리프트에 해당된다. 이때, 갈바노미터(400)는 2개의 조절 미러의 회전에 의해 레이저빔(L)의 조사 위치가 변화되므로, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420) 각각에 의해 발생되는 레이저빔(L)의 게인 드리프트는 일반적으로 좌우 대칭의 형태로 발생되며, 따라서 X1,X2지점 중 어느 하나의 지점에만 피에스디 센서(900)가 장착되고, Y1,Y2지점 중 어느 하나의 지점에만 피에스디 센서(900)가 장착되는 방식으로 구성될 수도 있으며, 이는 도 4a 내지 도 4c에 도시된다.
도 4a 내지 도 4c는 피에스디 센서(900)가 각각 C지점, X1지점, Y2지점에 장착된 형태를 도시한 것으로, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)가 중립으로 고정된 상태에서 레이저빔(L)이 조사되는 위치를 측정하고, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)를 각각 일방향으로 최대 회전한 상태에서 레이저빔(L)이 조사되는 위치를 측정하는 방식으로 옵셋 드리프트 및 게인 드리프트가 측정될 수 있다.
예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이 C지점에서 실제 조사되는 레이저빔(L)의 측정 위치가 기준 위치인 C지점으로부터 X축 방향으로 +XC, Y축 방향으로 -YC 거리만큼 이격되게 발생하였다면, 이러한 차이값이 X축, Y축에 대한 각각의 옵셋 드리프트에 해당된다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이 Y2지점에서 실제 조사되는 레이저빔(L)의 측정 위치가 기준 위치인 Y2지점으로부터 Y축 방향으로 -YP 거리만큼 이격되게 발생하였다면, -YP의 거리는 옵셋 드리프트인 -YC의 거리가 포함되어 나타난 값이므로, 결국 -YP와 -YC의 차이값인 -(YP-YC)의 값이 Y2지점에서 Y축 방 향에 대한 게인 드리프트에 해당된다. 따라서, Y축 방향에 대한 게인 드리프트는 C지점을 중심으로 대칭으로 형성되므로 Y1,Y2지점에서 각각 ±(YP-YC)로 나타날 것이다. 이때, 도 4b에 도시된 XC의 거리는 X축 방향에 대한 옵셋 드리프트에 따라 발생되는 거리이다. 또한, 도 4c에 도시된 바와 같이 X1지점에서 실제 조사되는 레이저빔(L)의 측정 위치가 기준 위치인 X1지점으로부터 X축 방향으로 -XQ 거리만큼 이격되게 발생하였다면, -XQ의 거리는 옵셋 드리프트인 XC의 거리가 포함되어 나타난 값이므로, 결국 -XQ와 XC의 차이값인 -(XQ+XC)의 값이 X1 지점에서 X축 방향에 대한 게인 드리프트에 해당된다. 따라서, X축 방향에 대한 게인 드리프트는 C지점을 중심으로 대칭으로 형성되므로 X1,X2지점에서 각각 ±(XQ+XC)로 나타날 것이다. 이때, 도 4c에 도시된 -YC의 거리는 Y축 방향에 대한 옵셋 드리프트에 따라 발생되는 거리이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치는 이와 같이 측정된 레이저빔(L)의 써멀 드리프트가 보정될 수 있도록 구동 제어부(800)가 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)의 회전 각도를 조절하며, 이에 따라 레이저빔(L)이 오차 없이 기준 위치에 정확하게 조사될 수 있도록 함으로써, 갈바노미터(400)에 열적 변형이 발생하더라도 정밀한 레이저 마킹 작업이 가능하도록 하는 구조이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치는 전술한 바와 같이 3개의 피에스디 센서(900)가 장착된 형태로 구성될 수도 있으나, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 도 5a 내지 도 5e에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)가 회전하지 않은 중립 상태에서 레이저빔(L)이 조사되도록 미리 설 정된 지점에 하나 배치되는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 구성을 갖는 갈바노미터 보정 장치의 동작 상태를 살펴보면, 먼저 도 5a에 도시된 바와 같이 레이저빔(L)이 스캔 영역(S)의 중심에 조사될 수 있도록 갈바노미터(400)의 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)를 중립 상태로 회전시킨 상태에서 레이저빔(L)을 조사한다.
이후 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 갈바노미터(400)를 Y축 방향으로 각각 Y1,Y2 거리만큼 이동시킨 상태에서 각각 레이저빔(L)이 스캔 영역(S)의 중심에 조사될 수 있도록 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)의 회전 각도를 조절한 상태에서 레이저빔(L)을 조사한다. 이때, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)의 회전 상태는 도 3에 도시된 바와 같이 제 2 조절 미러(420)가 중립으로 고정된 상태에서 제 1 조절 미러(410)가 양방향으로 최대 회전된 상태로 구성될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 갈바노미터(400)의 위치가 스캔 영역(S)의 중심인 C지점을 통과하는 수직선상에 위치한 상태에서 제 1 조절 미러(410)가 양방향으로 최대 회전하면 레이저빔(L)은 각각 Y1,Y2 지점에 조사되므로, 갈바노미터(400)의 위치가 도5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 각각 Y1,Y2 지점을 통과하는 수직선상에 위치하도록 이동된 상태에서 제 1 조절 미러(410)가 각각 일방향으로 최대 회전하면 레이저빔(L)은 각각 스캔 영역(S)의 중심인 C지점에 조사될 수 있다.
이후 도 5d 및 도 5e에 도시된 바와 같이 갈바노미터(400)를 X축 방향으로 각각 X1,X2 거리만큼 이동시킨 상태에서 각각 레이저빔(L)이 스캔 영역(S)의 중심에 조사될 수 있도록 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)의 회전 각도를 조절한 상태에서 레이저빔(L)을 조사한다. 이때, 제 1 및 제 2 조절 미러(410,420)의 회전 상 태는 제 1 조절 미러(410)가 중립으로 고정된 상태에서 제 2 조절 미러(420)가 양방향으로 최대 회전된 상태로 구성될 수 있다. 이에 따라 전술한 도 5b 및 도 5c에서 설명한 방식과 마찬가지로 갈바노미터(400)가 X축 방향으로 각각 X1,X2 거리만큼 이동된 상태에서 제 2 조절 미러(420)가 각각 일방향으로 최대 회전하면 레이저빔(L)은 각각 스캔 영역(S)의 중심인 C지점에 조사될 수 있다.
이와 같이 레이저빔(L)이 하나의 기준 위치에 각각 조사된 상태에서 피에스디 센서(900)에 의해 실제 조사된 레이저빔(L)의 위치가 측정되는데, 이때 각각 측정되는 레이저빔(L)의 측정 위치와 기준 위치와의 차이값에 의해 갈바노미터(400)의 써멀 드리프트의 정도를 알 수 있다. 즉, 도 5a에서는 갈바노미터(400)의 위치가 기준 위치인 스캔 영역(S)의 중심 C지점의 수직선상에 위치하기 때문에, 이때 측정되는 측정 위치와 기준 위치와의 차이값은 레이저빔(L)의 옵셋 드리프트의 정도를 나타낸다. 또한, 도 5b 및 도 5c에서는 제 1 조절 미러(410)가 최대 회전한 상태로 측정되기 때문에 이때 측정되는 측정 위치와 기준 위치와의 차이값은 레이저빔(L)의 Y축 방향에 대한 게인 드리프트의 정도를 나타내며, 이때, 갈바노미터(400)의 상대 이동 위치를 고려하여 판단하면, 도 5b에서는 실질적으로 Y2지점에서의 게인 드리프트가 나타나며 도 5c에서는 반대로 Y1지점에서의 게인 드리프트가 나타난다. 또한, 도 5d 및 도 5e에서는 제 2 조절 미러(420)가 최대 회전한 상태로 측정되기 때문에 이때 측정되는 측정 위치와 기준 위치와의 차이값은 레이저빔(L)의 X축 방향에 대한 게인 드리프트의 정도를 나타내며, 마찬가지로 갈바노미터(400)의 상대 이동 위치를 고려하여 판단하면, 도 5d에서는 실질적으로 X2지점에 서의 게인 드리프트가 나타나며 도 5e에서는 반대로 X1지점에서의 게인 드리프트가 나타난다.
이때, 도 5b 및 도 5c는 C지점을 중심으로 Y축 방향을 따라 대칭되므로, 게인 드리프트가 Y축 방향을 따라 대칭으로 발생되는 일반적인 경우에는 도 5b 및 도 5c 중 어느 하나만 수행될 수 있을 것이다. 마찬가지로 도 5d 및 도 5e 또한 서로 대칭되므로 어느 하나만 수행될 수 있을 것이다.
이러한 측정 결과에 따른 종합적인 써멀 드리프트의 정도를 도 5a 내지 도 5e에 도시된 바에 따라 살펴보면, 예를 들어, 도 5a에 도시된 상태에서 실제 조사되는 레이저빔(L)의 측정 위치가 기준 위치인 C지점으로부터 X축 방향으로 +XC, Y축 방향으로 -YC 거리만큼 이격되게 발생하였다면, 이러한 차이값이 X축, Y축에 대한 각각의 옵셋 드리프트에 해당된다.
또한, 도 5b에 도시된 상태에서 실제 조사되는 레이저빔(L)의 측정 위치가 기준 위치인 C지점으로부터 Y축 방향으로 -YP 거리만큼 이격되게 발생하였다면, -YP의 거리는 옵셋 드리프트인 -YC의 거리가 포함되어 나타난 값이므로, 결국 -YP와 -YC의 차이값인 -(YP-YC)의 값이 Y2지점에서 Y축 방향에 대한 게인 드리프트에 해당된다. 마찬가지 방식으로 도 5c에 도시된 상태에서는 Y축 방향으로 이격된 거리 YQ와 옵셋 드리프트 -YC의 차이값인 (YQ+YC)의 값이 Y1지점에서 Y축 방향에 대한 게인 드리프트에 해당되며, 게인 드리프트가 Y축 방향에 대해 대칭으로 발생하는 경우에는 Y1지점과 Y2지점에서의 값은 그 크기가 동일하게 형성될 것이다. 이때, 도 5b 및 도 5c에 도시된 XC의 거리는 X축 방향에 대한 옵셋 드리프트에 따라 발생되는 거리이다.
또한, 마찬가지 방식으로 도 5d 및 도 5e에서는 X2지점에서 (XP-XC)의 값과, X1지점에서 -(XQ+XC)의 값이 각각 X축 방향에 대한 게인 드리프트에 해당되며, 게인 드리프트가 X축 방향에 대해 대칭으로 발생하는 경우에는 X1지점과 X2지점에서의 값은 그 크기가 동일하게 형성될 것이다. 이때, 도 5d 및 도 5e에 도시된 -YC의 거리는 Y축 방향에 대한 옵셋 드리프트에 따라 발생되는 거리이다.
이와 같이 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정장치는 스캔 영역(S)의 중심에 하나의 피에스디 센서(900)를 장착하고 갈바노미터(400)의 위치를 이동시켜가는 방식으로 레이저빔(L)의 써멀 드리프트를 측정할 수 있으며, 이러한 써멀 드리프트에 따라 구동 제어부(800)가 갈바노미터(400)의 동작을 제어함으로써, 갈바노미터(400)에 열적 변형이 발생하더라도 레이저빔(L)이 오차없이 정확한 위치에 조사될 수 있도록 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 갈바노미터가 장착된 레이저 마킹 장비의 구성을 개념적으로 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치가 구비된 레이저 마킹 장비의 구성을 개념적으로 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터에 의한 레이저빔의 스캔 영역 형태를 개념적으로 도시한 도면,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치에 대한 동작 상태의 흐름을 도시한 동작 상태도,
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 갈바노미터 보정 장치에 대한 동작 상태의 흐름을 도시한 동작 상태도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 레이저 발생기 200: 반사 미러
300: 빔 익스팬더 400: 갈바노미터
410: 제 1 조절 미러 420: 제 2 조절 미러
500: 스캔 렌즈 600: 스테이지
700: 워크 테이블 800: 구동 제어부
900: 피에스디 센서 S: 스캔 영역

Claims (3)

  1. 레이저 발생기로부터 발생된 레이저빔을 반사하여 스테이지에 공급된 제품의 특정 위치에 조사하는 갈바노미터의 작동 오차를 보정하는 갈바노미터 보정 장치에 있어서,
    상기 갈바노미터가 위치 고정된 상태에서 상기 갈바노미터의 작동에 따라 형성되는 레이저빔의 스캔 영역 내에 위치하도록 상기 스테이지 상의 기준 위치에 적어도 하나 이상 장착되어 레이저빔이 조사되는 위치를 측정하는 피에스디 센서; 및
    상기 피에스디 센서에 의해 측정된 레이저빔의 측정 위치를 기준 위치와 비교하여 계산된 차이값에 따라 레이저빔의 조사되는 위치가 조절되도록 상기 갈바노미터의 동작을 제어하는 구동 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 갈바노미터 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 갈바노미터는 레이저빔에 대한 반사각도를 조절하도록 회전 가능하게 배치된 제 1 및 제 2 조절 미러를 포함하고, 상기 피에스디 센서는 상기 제 1 및 2 조절 미러가 회전하지 않은 중립 상태에서 레이저빔이 반사되어 조사되는 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 갈바노미터 보정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 피에스디 센서는 다수개 배치되며,
    상기 피에스디 센서 중 일부는 상기 제 2 조절 미러를 고정하고 상기 제 1 조절 미러를 최대 반사각도로 양 방향으로 각각 회전한 상태에서 레이저빔이 조사되는 양 지점 중 적어도 하나 이상의 지점에 배치되며, 나머지 일부는 상기 제 1 조절 미러를 고정하고 상기 제 2 조절 미러를 최대 반사각도로 양 방향으로 각각 회전한 상태에서 레이저빔이 조사되는 양 지점 중 적어도 하나 이상의 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 갈바노미터 보정 장치.
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