KR20110132090A - 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치 및 그 가공 방법에 관한 것으로, 판 형상의 절삭 커터를 장착하는 스테이지와; 레이저광에 의해 상기 스테이지에 장착된 상기 절삭 커터의 외주면에 모서리를 갖는 홈을 형성하도록 상기 레이저광을 출력하는 레이저 광원과; 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 입사되는 상기 레이저광의 경로 방향으로 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 상기 절삭 커터의 판면을 향하는 촬영 모듈을 구비하여, 상기 절삭 커터의 가공 상태를 확인하는 검사 유닛을;포함하여 구성되어, 홈 가공에 의해 큰 응력이 원판 형상의 절삭 커터에 야기되는 기계적인 절삭 방식으로 원주면에 홈을 가공하지 아니하고, 홈 가공 중에 주변으로 응력이 거의 전달되지 아니하는 레이저 절삭 방식으로 원판 형상의 절삭 커터의 원주면에 홈을 가공함에 따라, 기판 절삭용 얇은 판 형상의 절삭 커터에 기계적인 강도를 충분히 유지하면서 종래보다 많은 4개 내지 8개의 많은 절삭용 홈을 형성하여, 보다 매끄러운 단면으로 기판을 절단하는 고가의 절삭 커터의 사용 연한을 증대시킬 수 있는 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치 및 그 가공 방법을 제공한다.

Description

기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치 및 그 방법 {LASER MACHINING APPARATUS OF CUTTING CUTTER FOR CUTTING SUBSTRATE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유리 등의 기판을 절삭하는 절삭 커터를 광 반사없이 시각적으로 확인하면서 레이저로 정확하게 가공할 수 있도록 하여, 절삭 커터의 가공 효율을 높일 수 있는 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 디스플레이 장치로 널리 사용되고 있는 엘씨디(LCD) 또는 LED(엘이디) 등은 커다란 유리 기판을 성형한 후, 성형된 유리 기판을 절단하여 디스플레이 장치의 소재로 사용한다.

따라서, 디스플레이 장치를 제조하는 데에는 성형된 커다란 유리 기판을 다수의 작은 유리 기판으로 절단하는 절삭 커터를 필요로 한다. 종래에는 대한민국 등록특허공보 제10-602956호에 개시된 도1의 원판형 절삭 커터(10)가 사용되었다. 이는, 원주면이 날카로운 2개의 면(11, 12)을 갖도록 가공되어, 날카로운 원주면의 날(edge)로 유리 기판을 절단하였다. 그러나, 유리 소재가 점점더 얇아지고 정밀한 절단 품질을 필요로 함에 따라 절단면이 깔끔하고 주변의 유리 조직에 악영향을 미치지 않는 커터의 필요성이 대두되었다.

이에 따라, 도2에 도시된 바와 같이, 도1의 절삭 커터(10)의 외주면에 홈(15)을 요입 형성하여, 홈(15)의 모서리(15a)로 유리 기판 소재를 절단함으로써, 절삭에 필요한 응력이 주변으로 전파되지 않아 보다 큰 절삭력을 가지면서 깨끗한 절단면을 갖도록 절단할 수 있게 되었다.

그러나, 도2에 도시된 절삭 커터(10)의 원주면에 홈(15)을 형성하는 데에는 또 다른 절삭 커터(미도시)를 이용하여 기계적인 힘을 이용하여 홈(15)을 형성하였는데, 절삭 커터(10)의 직경(D)이 불과 1~2mm 보다 큰 아주 작은 치수로도 형성됨에 따라, 절삭 커터(10)의 원주면에 기껏해야 수개의 홈(15)만을 가공할 수 있을 뿐이었고, 이는 절삭 커터(10)의 4개의 모서리(15a)를 절단에 사용한 이후에는 고가의 절삭 커터(10)를 폐기해야 하는 문제점이 있음을 의미하였다.

즉, 절삭 커터(10)에 보다 많은 홈(15)을 형성할 수 있다면, 보다 많은 모서리(15a)를 구비한 하나의 절삭 커터(10)를 이용하여 유리 등 소재의 기판을 보다 많이 깨끗하게 절단할 수 있으므로, 고가인 절삭 커터(10)의 사용 기한을 보다 연장시킬 필요성이 높아지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 유리 등의 기판을 절삭하는 절삭 커터를 광 반사없이 시각적으로 확인하면서 레이저로 정확하게 다수의 홈을 형성하는 가공을 가능하게 하여, 절삭 커터의 가공 효율을 높일 수 있는 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 절삭 커터에 홈을 가공하는 과정에서 레이저 광이 절삭 커터를 향하는 입사 방향과 절삭 커터의 절삭 상태를 시각적으로 확인하는 검사 유닛의 촬영 방향이 평행하게 유지됨으로써, 시각적으로 절삭 상태를 보다 정확히 확인하면서 다수의 홈을 절삭 커터의 외주면에 요입 형성할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 절삭 커터의 외주면에 홈을 형성하기 위하여 스테이지를 상하 좌우 전후로 이동시킴에 있어서, 절삭 커터가 외력에 쉽게 요동하지 않고 안정적으로 자세를 유지할 수 있도록 함으로써, 정교한 홈 가공을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 절삭 커터의 외주면에 홈을 가공하는 촛점의 크기를 최소화하여 정교한 홈가공을 가능하게 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 과제을 달성하기 위하여, 판 형상의 절삭 커터를 장착하는 스테이지와; 레이저광에 의해 상기 스테이지에 장착된 상기 절삭 커터의 외주면에 모서리를 갖는 홈을 형성하도록 상기 레이저광을 출력하는 레이저 광원과; 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 입사되는 상기 레이저광의 경로 방향으로 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 상기 절삭 커터의 판면을 향하는 촬영 모듈을 구비하여, 상기 절삭 커터의 가공 상태를 확인하는 검사 유닛을;포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치를 제공한다.

즉, 본 발명은, 홈 가공에 의해 큰 응력이 원판 형상의 절삭 커터에 야기되는 기계적인 절삭 방식으로 외주면에 홈을 가공하지 아니하고, 홈 가공 중에 주변으로 응력이 거의 전달되지 아니하는 레이저 절삭 방식으로 원판 형상의 절삭 커터의 외주면에 홈을 가공함에 따라, 기판 절삭용 얇은 판 형상의 절삭 커터에 기계적인 강도를 충분히 유지하면서 직경이 1~2mm정도의 작은 직경을 갖는 절삭 커터에 종래보다 훨씬 많은 대략 360/500도 간격으로 500등분까지 조밀하고 많은 절삭용 홈을 형성할 수 있게 된다.

무엇보다도, 본 발명은 레이저 광에 의해 절삭 커터에 홈을 요입 성형하는 과정에서 카메라 모듈을 구비한 검사 유닛을 이용하여 시각적으로 절삭 커터의 홈 가공 상태를 실시간으로 확인할 수 있으며, 무엇보다도 검사 유닛의 촬영 방향이 절삭 커터의 판면에 수직한 레이저 광의 방향과 일치시킴으로써, 레이저 광에 의한 절삭 커터의 홈 가공 상태를 시각적으로 정확히 확인하면서 절삭 커터의 홈 가공을 행할 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.

그리고, 본 발명은 상기 홈을 형성하고자 하는 상기 절삭 커터의 외주면에는 경사면이 형성되고; 상기 절삭 커터를 향하여 출사된 빛이 상기 절삭 커터의 상기 경사면에서 반사되어 상기 검사 유닛을 향하도록 상기 절삭 커터의 주변에서 상기 경사면을 향하여 빛을 출사시키는 조명 유닛을 추가적으로 포함하여 구성되어, 절삭 커터의 홈 가공 상태를 백색 반사광없이 선명하고 또렷하게 실시간으로 확인할 수 있다.

여기서, 절삭 커터의 홈 가공 공정은 절삭 커터를 이동시켜가며 절삭 커터의 외주면에 홈을 가공할 수도 있고, 레이저 광을 이동시켜가며 절삭 커터의 외주면에 홈을 가공할 수도 있다. 레이저 광의 광경로의 굴절없이 직접 절삭 커터의 판면에 입사하는 경우에는 레이저 광의 위치를 조절하는 것이 용이할 수도 있다. 그러나, 레이저 광의 광경로의 굴절이 있는 경우에는, 광경로를 변경하는 렌즈의 회전각에 따라 절삭 커터의 판면에 수직하게 입사하도록 제어하는 것이 매우 까다로와지므로, 절삭 커터를 이동시켜가면서 홈 가공을 행하는 것이 좋다.

절삭 커터를 이동시키면서 레이저 광에 의해 외주면에 홈 가공을 행하는 경우에는, 홈 가공 중에 절삭 커터에 미세한 요동이 발생되면 절삭 커터의 홈 가공 품질이 저하되어 유리 등의 기판이 절단하는 절단면의 품질이 악화될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는, 절삭 커터의 홈의 가공 공정 중에는 절삭 커터가 흔들림없이 안정적으로 고정된 상태를 유지해야 한다.

이를 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 절삭 커터를 고정하는 스테이지는 상기 절삭 커터의 판면 방향으로 이동시키는 평면 이동 유닛과, 상기 스테이지를 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 이동시키는 상하 이동 유닛을 구비하되, 상기 상하 이동 유닛은, 상기 스테이지에 연결 고정되고 하부에 제1경사면이 형성된 제1블록과; 상기 제1블록의 상기 제1경사면과 맞닿는 제2경사면이 형성된 제2블록과; 상기 제2블록을 수평 방향으로 이동하도록 구동하는 제1구동모터를; 포함하여 상기 제1블록과 상기 제2블록의 수평 방향의 상대 이동에 의해 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 밀어 올리는 것에 의해 상기 스테이지가 상하로 이동하도록 구성된다.

이를 통해, 절삭 커터를 고정하는 스테이지는 제1블록의 경사면과 제2블록의 경사면이 서로 맞닿는 것에 의하여 상하 이동되므로, 스테이지는 제1블록과 제2블록의 넓은 제1경사면과 제2경사면에 의해 지지되면서 상하로 이동 가능하게 지지되므로, 스테이지의 미세한 불균형력이 작용하더라도 중력이 작용하는 상하 방향으로의 요동을 최대한 억제할 수 있으며, 맞닿는 경사면의 기울기를 낮게 형성하는 것에 의해 제2블록의 수평 이동에 의해 스테이지의 높이를 상하 방향으로 미세하게 조절할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 상기 스테이지는 X, Y축의 평면 방향으로 제2구동모터 및 제3구동모터에 의해 각각 이동되도록 구동되고; 상기 제1구동모터, 상기 제2구동모터, 상기 제3구동모터 중 어느 하나 이상은, 그 구동축 및 피동축이 각각 원주 방향을 따라 N극 자석과 S극 자석이 교번하여 위치한 연동 플레이트와 각각 결합되어, 상기 한 쌍의 연동 플레이트가 서로 마주보도록 배열되어 구동축의 회전 구동력이 자력에 의해 전달된다. 이는, 상하 이동 유닛과 수평 이동 유닛(즉, 전후 이동 유닛 및 좌우 이동 유닛)의 스테이지 측에 연결된 피동축을 상기 구동모터의 구동축으로 회전 구동시키는 데 있어서, 구동 모터를 일일히 피동축과 정밀하게 정렬시켜 연결시키지 않더라도, 상기 구동축과 피동축을 육안으로만 정렬시킨 상태에서 수십㎛ 내지 수mm 만큼 이격시키는 것에 의해, 간단히 스테이지를 이동 구동시킬 수 있도록 하기 위함이다.

그리고, 상기 레이저광은 대략 355nm 내지 1064nm의 파장과 4nm 내지 20nm인 펄스폭으로 정해진다. 상기와 같이 제한된 범위의 펄스폭과 파장을 갖는 레이저 광을 출력함으로써, 작은 크기를 갖는 절삭 커터의 외주면에 홈을 가공할 때 사용되는 레이저 광의 절삭 커터 상에 생성되는 초점(spot)은 가능한 작은 크기로 유지될 수 있으며, 레이저 광의 열에 의하여 절삭 커터에 열손상되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 레이저 광원은 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향에 직각 방향으로 상기 레이저광을 출력하여, 상기 레이저 광이 상기 직각 방향으로 이동하면서 빔 익스팬더를 통과한 후, 상기 레이저 광의 경로를 직각 방향으로 굴절시키는 미러에 의해 상기 레이저광이 상기 절삭 커터의 판면 방향에 수직한 방향으로 향하도록 구성된다. 이에 의하여, 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 레이저 광입사 방향과 검사 유닛의 촬영 방향이 일치하는 구성을 보다 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 레이저 광이 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 굴절되기 이전에 빔 익스팬더 등의 구성에 의해 광의 초점(spot)크기를 더 작게 형성하는 것이 가능해진다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은 기판 절삭용 커터의 레이저 가공 방법으로서, 판 형상의 절삭 커터를 스테이지에 장착하는 단계와; 레이저 광원으로부터 발진된 레이저 광이 굴절되어 상기 스테이지에 장착된 상기 절삭 커터의 외주면에 도달하도록 상기 절삭 커터의 판면에 수직하게 상기 레이저 광을 입사시키는 단계와; 상기 레이저 광이 상기 절삭 커터의 외주면에 도달하여 상기 레이저 광에 의하여 상기 절삭 커터의 외주면에 2개 이상의 홈이 형성되도록 상기 스테이지를 이동시키는 단계와; 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 입사되는 상기 레이저광의 경로 방향으로 검사 유닛이 시각적으로 상기 절삭 커터의 판면을 바라보면서 상기 절삭 커터의 가공 상태를 확인하는 검사 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 방법을 제공한다.

이와 같이, 절삭 커터의 위치를 시각적으로 확인하면서 절삭 커터의 원주면에 절삭용 모서리를 갖는 홈을 형성함에 따라, 절삭 커터의 형상이 완전한 원형이 아니더라도 파손되어 울퉁불퉁한 형상인 경우나 그 밖의 다른 어떠한 형상이더라도 절삭 커터의 외주면에 기판 절삭용 홈을 형성하는 것이 가능해진다.

이를 위하여, 상기 검사 유닛을 통해 시각적으로 확인되는 절삭 커터의 형상은 수동으로 인지할 수도 있지만, 형상 인지를 통해 절삭 커터의 형상을 자동으로 인지하여 절삭 커터의 형상과 무관하게 절삭 커터의 외주면에 기판 절삭용 홈을 형성할 수 있다.

이상에서 기재된 바와 같이, 본 발명은, 홈 가공에 의해 큰 응력이 원판 형상의 절삭 커터에 야기되는 기계적인 절삭 방식으로 외주면에 홈을 가공하지 아니하고, 홈 가공 중에 주변으로 응력이 거의 전달되지 아니하는 레이저 절삭 방식으로 원판 형상의 절삭 커터의 외주면에 홈을 가공함에 따라, 기판 절삭용 얇은 판 형상의 절삭 커터에 기계적인 강도를 충분히 유지하면서 종래보다 많은 4개 내지 8개의 많은 절삭용 홈을 형성하여, 고가의 절삭 커터의 사용 기간을 증대시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 절삭 커터의 외주면에 홈 가공 공정 중에 레이저 광이 절삭 커터를 향하는 입사 방향과 절삭 커터의 절삭 상태를 시각적으로 확인하는 검사 유닛의 촬영 방향이 평행하게 유지됨으로써, 시각적으로 절삭 상태를 보다 정확히 확인하면서 다수의 홈을 절삭 커터의 외주면에 요입 형성할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 절삭 커터의 원주 방향을 따라 측면에 배열된 조명 유닛이 절삭 커터를 향하여 빛을 출력하여 상기 절삭 커터의 측면 경사면에 반사된 이후에 카메라 모듈을 구비한 검사 유닛을 향하도록 조명 유닛의 발광 방향을 정함으로써, 절삭 커터의 홈 가공 상태를 백색 반사광이 없는 상태로 선명하고 또렷하게 실시간으로 확인할 수 있는 장점이 얻어진다.

이를 통해, 본 발명은 유리 등의 기판의 외주면에 기판 절삭용 모서리를 형성하는 홈을 가공하는 공정이 광 반사 없이 선명하고 또렷하게 시각적으로 확인하면서 행해지므로, 절삭 커터의 홈 가공 효율을 높일 수 있는 잇점이 얻어진다.

그리고, 본 발명은 절삭 커터의 홈 가공을 위하여 절삭 커터를 고정하는 스테이지를 상하로 이동시키는 데 있어서, 제1블록과 제2블록의 경사면이 서로 맞닿은 상태에서 제1블록과 제2블록의 수평 방향으로의 상대 이동에 의해 상측 경사면이 하측 경사면을 타고 상하 이동하도록 구성됨에 따라, 스테이지의 미세한 불균형력이 작용하더라도 중력이 작용하는 상하 방향으로의 요동을 최대한 억제할 수 있으며, 맞닿는 경사면의 기울기를 낮게 형성하는 것에 의해 제2블록의 수평 이동에 의해 스테이지의 높이를 상하 방향으로 미세하게 조절할 수 있는 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 스테이지를 상하 좌우 전후로 이동시키는 이동 유닛에 의해 스테이지 측에 연결된 피동축을 상기 구동모터의 구동축으로 회전 구동시키는 데 있어서, 구동 모터를 일일히 피동축과 정밀하게 정렬시켜 연결시키지 않더라도, N극 자석과 S극 자석이 교번하여 위치한 연동 플레이트와 각각 결합되어, 상기 한 쌍의 연동 플레이트가 서로 마주보도록 배열되어 구동축의 회전 구동력이 자력에 의해 전달됨으로써, 상기 구동축과 피동축을 육안으로만 정렬시킨 상태에서 수십㎛ 내지 수mm 만큼 이격시키는 것에 의해, 간단히 스테이지를 이동 구동시키도록 설치하는 잇점이 얻어진다.

그리고, 본 발명은 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 레이저 광입사 방향과 검사 유닛의 촬영 방향이 일치하는 구성을 보다 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 레이저 광이 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 굴절되기 이전에 빔 익스팬더 등의 구성에 의해 광의 초점 크기(divergency, 다이버전시)을 더 작게 형성할 수 있게 된다.

도1은 기판 절살용 절삭 커터의 구성을 도시한 도면
도2는 도1의 절삭 커터의 모서리에 홈가공한 형상을 도시한 평면도
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치의 정면도
도4는 도3의 좌측면도
도5는 도3의 스테이지 이동유닛의 평면도
도6은 도3의 스테이지의 수직 이동 유닛의 측면도
도7a 및 도7b는 도6의 이동 유닛의 구동축과 피동축을 연결하는 연동 플레이트의 마주보는 면의 형상을 도시한 도면
도8은 레이저 광원으로부터의 레이저 광의 경로를 도시한 도면
도9는 가공 중인 절삭 커터를 밝히는 조명 유닛의 구성을 도시한 도면
도10a 내지 도10d는 도3의 가공 장치를 이용하여 절삭 커터의 원주면에 홈을 가공하는 구성을 순차적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치(100)를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치(100)는, 절삭 커터(10)의 원주 경사면(11, 12)에 절삭용 모서리(15a)를 갖는 홈(15)을 레이저 광으로 가공하기 위한 것으로, 절삭 커터(10)의 원주에 홈을 형성하도록 레이저 광을 발생시켜 절삭 커터(10)로 공급하는 레이저 공급유닛(110)과, 절삭 커터(10)의 홈 가공 상태를 시각적으로 관찰하는 검사 유닛(120)과, 가공하고자 하는 원판 형상의 절삭 커터(10)를 고정하는 스테이지(130)와, 스테이지(130)의 상하 방향으로의 위치를 조절하는 상하 이동 유닛(140)과, 스테이지(130)의 좌우 및 전후 방향으로의 위치를 조절하는 수평 이동 유닛(150, 160)과, 절삭 커터(10)의 원주 경사면(12)에 빛을 출력하여 검사 유닛(120)의 카메라 모듈(121)로 반사되도록 절삭 커터(10)의 원주 바깥 방향에 배열되어 빛을 출력하는 조명 유닛(170)을 포함하여 구성된다.

상기 레이저 공급유닛(110)은 도8에 도시된 바와 같이 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원(111)과, 레이저 광원(111)으로부터 출력된 레이저 광을 선택적으로 차단하는 셔터(112)와, 레이저 광의 다이버젼시를 줄이는 빔 익스팬더(113)와, 수평 방향의 레이저 광이 미리 정해진 위치의 절삭 커터(10)의 외주면(12)에 도달하도록 광경로를 절삭 커터(10)의 판면에 수직 방향으로 90도만큼 굴절시키는 굴절 미러(114)와, 레이저 광을 외부로부터 차단하도록 감싸는 커버(115)로 구성된다. 이에 따라, 레이저 광원(111)으로부터의 레이저 광은 도면부호 77로 표시된 광경로를 따라 셔터(112), 빔 익스팬더(113) 및 굴절 미러(114)를 거쳐 절삭 커터(10)의 원주면(12)에 수직한 방향으로 도달된다.

이 때, 수직 방향의 광경로(77) 상에는 레이저 광을 조절하는 어떠한 수단을 배치하지 않음으로써, 수직 방향의 광경로(77)를 카메라 모듈(121)의 촬영 경로(78)와 실질적으로 일치(적어도 평행)시켜, 절삭 커터(10)의 홈 가공 공정 중에도 시각적으로 충분한 시야를 확보하여 실시간으로 정확히 살펴볼 수 있게 되어, 절삭 커터(10)의 홈 가공 공정의 효율과 정확성을 향상시킨다.

그리고, 레이저 광을 조절하는 수단(112, 113)은 모두 수평 방향의 광경로(77)상에 배치시킴으로써, 전체적으로 컴팩트하면서도 효율적인 배치를 가능하게 한다. 이 때, 빔 익스팬더(113)는 고정 빔 익스팬더로 설치될 수도 있고, 가변 빔 익스팬더로 설치될 수도 있으며, 고정 빔 익스팬더와 가변 빔 익스팬더를 직렬로 배열되게 설치되어, 레이저 광원(111)으로부터 출력된 레이저 광의 초점 크기를 절삭 커터(10)에 원하는 크기와 궤적의 홈(15)을 형성할 수 있도록 작게 조절한다.

이를 위하여, 레이저 광은 빔 익스팬더(113)를 거치면서 절삭 커터(10)의 외주면에 미리 정해진 크기의 홈(15)을 가공할 정도로 작은 크기의 초점(spot)을 형성할 수 있게 된다.

상기 검사 유닛(120)은 레이저 광의 광경로(77)와 실질적으로 동일한 지점에 입사되는 경로(78)로 절삭 커터(10)의 홈 가공 상태를 촬영하는 카메라 모듈(121)과, 절삭 커터(10)의 위치 등을 셋팅하도록 조작자의 나안으로 절삭 커터(10)를 살펴보는 검시 스코프(122)와, 레이저 광이 원하는 위치를 통과하도록 스테이지(130)의 근처에 형성된 광출구 노즐(123)로 구성된다.

도8에서는, 레이저 광의 광경로(77)와, 카메라 모듈(121)의 촬영 경로(78) 및 검시 스코프(122)의 관찰 경로(79)는 약간씩 편차를 두고 서로 평행한 경로로 절삭 커터(10)에 도달하는 것으로 도시되었으나, 실질적으로 이들 경로(77-79)는 하나의 일치하는 경로를 형성하여 모두 광출구 노즐(123)을 통해 절삭 커터(10)에 도달한다. 그리고, 광출구 노즐(123)은 레이저 광의 광경로(77)의 최종 위치를 정확하게 제어하는 것을 보조한다.

카메라 모듈(121)에 의해 촬영되는 절삭 커터(10)의 형상은 수동으로 작업자에 의해 감시될 수도 있지만, 카메라 모듈(121)에 의해 촬영되는 절삭 커터의 형상은 유무선 통신으로 연결된 디스플레이트를 통해 절삭 커터의 가공 상태를 감시할 수도 있다. 또한, 카메라 모듈(121)을 통해 촬영되는 절삭 커터(10)의 형상을 자동으로 인식하여, 절삭 커터(10)의 홈 가공에 필요한 스테이지(130)의 이동과 레이저 광을 선택적으로 차단하는 셔터(112)를 작동시켜, 절삭 커터(10)의 홈 가공 공정을 전부 자동화할 수도 있다.

상기 스테이지(130)는 절삭 커터(10)의 중앙공(13)을 관통하여 고정함으로써 절삭 커터(10)를 탑재하는 고정구(131)와, 고정구(131)의 위치를 고정하는 스테이지 본체(132)와, 스테이지 본체(132)와 결합된 스테이지 지지플레이트(133)로 구성된다.

상기 상하 이동 유닛(140)은 절삭 커터(10)를 고정하는 스테이지(130)의 높이를 조절하는 것으로서, 도4 내지 도6에 도시된 바와 같이, 회전 구동력을 발생시켜 제1구동축(141s)을 회전시키는 제1구동모터(M1, 141)와, 제1구동모터(141)를 하부에서 지지하는 지지 플레이트(142)와, 지지 플레이트(142)의 상부에서 제1구동축(141s)의 회전 구동력을 한 쌍의 연동 플레이트(141c, 143c)에 의해 전달받아 회전하는 스크류봉인 제1피동축(143s)을 수용하는 케이싱(143)과, 제1피동축(143s)의 나사산(미도시)과 맞물려 제1피동축(143)의 정 역 방향의 회전에 따라 리드스크류 방식으로 도면부호 144d 방향으로 이동하는 제2블록(144)과, 제2블록(144)의 제2경사면(144s)과 동일한 경사도(144a)를 갖는 제1경사면(145s)이 제2경사면(144s)과 맞닿아 지지되는 제2블록(145)으로 구성된다. 이 때, 스테이지(130)의 높이는 상하로 크게 조절되지 않으므로 경사면(144s, 145s)의 경사도(144a)는 대략 5도 내지 40도의 낮은 경사도로 유지되는 것이 좋다.

여기서, 제1구동축(141s)의 회전 구동력은 상호간 미세한 간격을 두고 이격된 한 쌍의 연동 플레이트(141c, 143c)에 의하여 제1피동축(143s)에 전달된다. 제1구동축(141s)의 끝단에 결합 설치된 연동 플레이트(141c)는 원주 방향을 따라 N극 자석과 S극 자석(141m)이 각도 간격으로 배열된다. 마찬가지로, 제1피동축(143s)의 끝단에 결합 설치된 연동 플레이트(143c)는 원주 방향을 따라 N극 자석과 S극 자석(143m)이 각도 간격으로 배열된다. 이를 통해, 제1구동축(141s)과 제1피동축(143s)은 서로 직접 연결되어 있지 않더라도, 그리고 제1구동축(141s)과 제1피동축(143s)이 서로 정밀하게 정렬되어 있지 않더라도, 연동 플레이트(141c, 143c)의 자력에 의해 회전 구동력이 제1구동력(141s)으로부터 제1피동축(143s)으로 전달될 수 있다.

도면 중 미설명 부호인 143b는 제1피동축(143s)을 회전 가능하게 지지하도록 지지 플레이트(142)에 고정된 베어링이다.

상기 수평 이동 유닛(150, 160)은 절삭 커터(10)를 고정한 스테이지(130)를 전후 방향 및 좌우 방향으로 이동시켜 평면 방향으로 절삭 커터(10)의 위치를 이동시키기 위한 것이다. 여기서, 도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 전후 이동 유닛(150)은 회전 구동력을 발생시켜 제2구동축(151s)을 회전시키는 제2구동모터(M2, 151)와, 제2구동모터(151)를 하부에서 지지하는 지지 플레이트(152)와, 지지 플레이트(152)의 상부에서 제2구동축(151s)의 회전 구동력을 한 쌍의 연동 플레이트(151c, 153c)에 의해 전달받아 회전하는 스크류봉인 제2피동축(153s)을 수용하는 케이싱(153)과, 제2피동축(153s)의 나사산(미도시)과 맞물려 제2피동축(153)의 정 역 방향의 회전에 따라 리드스크류 방식으로 도면부호 154d 방향(지면에 수직한 방향)으로 이동하는 이동 블록(154)으로 구성된다. 여기서 연동플레이트(151c, 153c)는 상하이동유닛(140)의 연동플레이트(141c, 143c)의 구성과 동일하다.

그리고, 전후 이동 유닛(150)의 이동 블록(154)은 상하 이동 유닛(140)의 지지 플레이트(142)와 결합되어, 전후 이동 유닛(150)에 의해 이동 블록(154)을 도면부호 154d로 표시된 방향으로 이동시키면, 상하 이동 유닛(140)도 이동 블록(154)과 함께 이동한다.

한편, 좌우 이동 유닛(160)은 회전 구동력을 발생시켜 제3구동축(161s)을 회전시키는 제3구동모터(M3, 161)와, 제3구동모터(161)를 하부에서 지지하는 지지 플레이트(162)와, 지지 플레이트(162)의 상부에서 제3구동축(161s)의 회전 구동력을 한 쌍의 연동 플레이트에 의해 전달받아 회전하는 스크류봉인 제3피동축(163s)을 수용하는 케이싱(163)과, 제3피동축(163s)의 나사산(미도시)과 맞물려 제3피동축(153)의 정,역 방향의 회전에 따라 리드스크류 방식으로 도면부호 164d 방향으로 이동하는 이동 블록(164)으로 구성된다. 여기서 좌우 이동 유닛(160)의 연동플레이트는 상하이동유닛(140)의 연동플레이트(141c, 143c)의 구성과 동일하다.

그리고, 좌우 이동 유닛(160)의 이동 블록(164)은 전후 이동 유닛(150)의 지지 플레이트(152)와 결합되어, 좌우 이동 유닛(160)에 의해 이동 블록(164)을 도면부호 164d로 표시된 방향으로 이동시키면, 전후 이동 유닛(150)과 상하 이동 유닛(140)은 이동 블록(164)과 함께 이동한다.

즉, 도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 좌우 이동 유닛(160)의 상측에 전후 이동 유닛(150)이 설치되고, 전후 이동 유닛(150)의 상측에 상하 이동 유닛(140)이 설치된다. 따라서, 좌우 이동 유닛(160)을 이동시키면 상하 이동 유닛(140)과 전후 이동 유닛(150)이 함께 이동하며, 전후 이동 유닛(150)을 이동시키면 상하 이동 유닛(140)이 함께 이동한다.

상기 조명 유닛(170)은 도8에 도시된 바와 같이 절삭 커터(10)의 원주의 주변 상측에 설치되어, 절삭 커터(10)의 측면 경사면(12)에 빛을 조사하여, 조사된 빛이 절삭 커터(10)의 측면 경사면(12)에 반사되어 검사 유닛(120)의 카메라 모듈(121)로 향하는 방향(99)으로 유도되도록 조명 유닛(170)의 조사면(170a)의 방향이 결정된다. 이 때, 광을 출력하는 조명 유닛(170)의 조사면(170a)은 절삭 커터(10)의 원주 방향에 서로 이격되어 배열될 수도 있고, 원주 방향에 연속한 링 형태로 배열될 수도 있다. 이와 같이, 홈 가공 상태를 비춰주는 빛이 촬영 모듈(121)측으로부터 조사되지 아니하고, 원주방향으로 이격된 위치에서 홈 가공 상태를 조사하여 그 반사광이 촬영 모듈로 향하도록 배열함으로써, 조명 유닛(170)에 의해 조사된 빛은 백색 반사광을 형성하지 않으면서 절삭 커터(10)의 홈 가공되는 영역을 카메라 모듈(121)에 의해 선명하게 촬영 가능하게 유지시킴으로써, 절삭 커터(10)의 홈 가공 공정을 선명하고 또렷하게 감시하면서 홈 가공을 행할 수 있도록 보조한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치(100)는 절삭 커터(10)의 외주면에 유리 등 소재의 기판을 절단하는 모서리를 형성하는 홈(15)을 성형하는 데 있어서, 기계적인 절삭 방식으로 성형하지 아니하고 레이저 절삭 방식으로 성형함에 따라, 기판 절삭용 얇은 판 형상의 절삭 커터(10)에 기계적인 강도를 충분히 유지하면서 종래보다 많은 4개 내지 8개의 많은 절삭용 홈(15)을 형성할 수 있게 되어 고가의 절삭 커터(10)의 사용 기간을 증대시킬 수 있으며, 절삭 커터(10)에 홈 가공 공정 중에 레이저 광이 절삭 커터(10)를 향하는 입사 방향(77)과 절삭 커터(10)의 가공 상태를 시각적으로 확인하는 검사 유닛(120)의 촬영 방향(78,79)이 평행하게 유지됨으로써, 시각적으로 절삭 상태를 보다 정확히 확인하면서 다수의 홈을 절삭 커터의 외주면에 홈 가공을 할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 방법을 상술한다.

먼저, 스테이지(130)의 고정구(131)에 가공하고자 하는 절삭 커터(10)를 장착한 후, 검시 스코프(122)를 통해 절삭 커터(10)가 제 위치에 위치하도록 확인하면서, 이동 유닛(140-160)을 조작하여 스테이지(130)를 홈 가공 위치로 이동시킨다. 이 때, 상하 이동 유닛(140)은 홈 가공에 필요한 위치로 세팅된다.

이를 통해, 도10a에 도시된 바와 같이 레이저 광원(111)으로부터 출력된 레이저 광이 절삭 커터(10)의 외주면에 위치한 상태가 된다. 이 상태에서는, 레이저 광원(111)으로부터 출력된 레이저 광은 빔 익스팬더에 의하여 충분히 작은 초점으로 제어된 상태로 절삭 커터(10)의 외주면에 도달하게 되고, 절삭 커터(10)의 외주면에 절삭용 모서리(15a)가 형성된 홈(15)이 레이저 광에 의해 절삭 커터(10)의 일부를 절단하면서 가공한다. 이 때, 절삭 커터(10)의 외주면에 홈(15)을 형성하는 것은 레이저 광의 초점(77f)의 크기가 충분히 커서 초점(77f)에 의해 홈(15)을 가공할 수도 있고, 홈(15)의 경계를 따라 궤적을 그리며 레이저 광의 초점(77f)이 이동하면서 홈(15)을 가공할 수도 있다.

그리고 나서, 레이저 광은 셔터(112)에 의해 차단된 상태로, 도10b에 도시된 바와 같이, 수평 이동 유닛(150, 160)은 스테이지(130)를 도면부호 55로 표시된 방향으로 이동시키는 것에 의해 절삭 커터(10)의 원주면에 또 다른 홈이 가공되는 위치로 이동시킨다. 그리고, 셔터(112)의 개방에 의해 절삭 커터(10)의 그 다음 홈(15)이 가공된다.

이와 같은 과정에 의해 도10a 내지 도10d에 도시된 바와 같이, 레이저 광의 경로(77)는 고정된 상태로 절삭 커터(10)를 고정하는 스테이지(130)를 도면부호 55로 표시된 방향으로 이동시키면서, 절삭 커터(10)의 외주면에 일정 거리 간격으로 또는 일정 각도 간격으로 절삭용 홈(15)을 조밀하게 매우 많이 형성한다. 참고로, 도면에는 이해를 돕기 위하여 45도 간격으로 8개의 홈이 가공되는 것을 예로 들었지만, 상기와 같은 방법에 의하여 원주상에 0.72도 간격으로 500개까지 홈가공하는 것이 가능하다.

이 때, 도면부호 55로 표시된 방향으로 절삭 커터(10)를 이동시키는 것은 수동으로 스테이지(130)를 이동시키는 것에 의해 행해질 수도 있지만, 고정된 레이저 광의 초점 위치(77f)에 대하여 절삭 커터(10)의 외주면 경로가 통과하는 궤적으로 일정 거리만큼 이동하도록 제어하는 것을 통해 절삭 커터(10)의 홈 가공 공정을 자동화할 수도 있다.

이와 같이, 절삭 커터(10)의 홈 가공 공정 중에 (절삭 커터(10)의 외주면이 레이저 초점 위치가 아니더라도) 미리 정해진 지점을 절삭 커터(10)의 외주면이 통과하도록 절삭 커터(10)를 위치 제어함으로써, 도11에 도시된 바와 같이, 절삭 커터(10)의 형상이 미리 정해진 형상이 아닌 절삭 커터(10')이더라도 (예를 들어, 절삭 커터의 형상이 원형이 아니라 일부 파손되거나 불량이 발생되어 울퉁불퉁한 면이 포함되더라도), 절삭 커터(10)의 외주면에는 미리 정해진 거리 간격이나 미리 정해진 각도 간격마다 기판 절삭용 홈(15, 15')을 가공하는 것이 가능해지는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해, 종래에는 불량이어서 폐기될 수 밖에 없는 절삭 커터(10)도 유리 등 소재의 기판을 절삭하는 용도로 사용될 수 있도록 함으로써, 고가의 절삭 커터(10)를 낭비없이 활용할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 절삭 커터 12: 원주 경사면
15: 홈 15a: 절삭부
55: 절삭커터 이동경로 77: 레이저광 경로
78: 카메라 촬영경로 79: 스코프 관찰경로
100: 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치
110: 레이저 공급유닛 111: 레이저 광원
120: 검사 유닛 121: 카메라 모듈
122: 검시 스코프 130: 절삭커터 스테이지
140: 상하 이동 유닛 150 : 전후 이동 유닛
160: 좌우 이동 유닛 170: 조명 기구

Claims (6)

1. 판 형상의 절삭 커터를 장착하는 스테이지와;
   레이저광에 의해 상기 스테이지에 장착된 상기 절삭 커터의 외주면에 홈을 형성하도록 상기 레이저광을 출력하는 레이저 광원과;
   상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 입사되는 상기 레이저광의 경로 방향으로 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 상기 절삭 커터의 판면을 향하는 촬영 모듈을 구비하여, 상기 절삭 커터의 가공 상태를 확인하는 검사 유닛을;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 홈을 형성하고자 하는 상기 절삭 커터의 외주면에는 경사면이 형성되고;
   상기 절삭 커터를 향하여 출사된 빛이 상기 절삭 커터의 상기 경사면에서 반사되어 상기 검사 유닛을 향하도록 상기 절삭 커터의 주변에서 상기 경사면을 향하여 빛을 출사시키는 조명 유닛을;
   추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 절삭용 커터의 레이저 가공 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 스테이지는 상기 절삭 커터의 판면 방향으로 이동시키는 평면 이동 유닛과, 상기 스테이지를 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 이동시키는 상하 이동 유닛을 구비하되,
   상기 상하 이동 유닛은,
   상기 스테이지에 연결 고정되고 하부에 제1경사면이 형성된 제1블록과;
   상기 제1블록의 상기 제1경사면과 맞닿는 제2경사면이 형성된 제2블록과;
   상기 제2블록을 수평 방향으로 이동하도록 구동하는 제1구동모터를;
   포함하여 상기 제1블록과 상기 제2블록의 수평 방향의 상대 이동에 의해 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 밀어 올리는 것에 의해 상기 스테이지가 상하로 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 절삭용 커터의 레이저 가공 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 스테이지는 X, Y축의 평면 방향으로 제2구동모터 및 제3구동모터에 의해 각각 이동되도록 구동되고,
   상기 제1구동모터, 상기 제2구동모터, 상기 제3구동모터 중 어느 하나 이상은, 그 구동축 및 피동축이 각각 원주 방향을 따라 N극 자석과 S극 자석이 교번하여 위치한 연동 플레이트와 각각 결합되어, 상기 한 쌍의 연동 플레이트가 서로 마주보도록 배열되어 구동축의 회전 구동력이 자력에 의해 전달되는 것을 특징으로 하는 기판 절삭용 커터의 레이저 가공 장치.
   
5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 광원은 상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향에 직각 방향으로 상기 레이저광을 출력하여, 상기 레이저 광이 상기 직각 방향으로 이동하면서 빔 익스팬더를 통과한 후, 상기 레이저 광의 경로를 직각 방향으로 굴절시키는 미러에 의해 상기 레이저광이 상기 절삭 커터의 판면 방향에 수직한 방향으로 향하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 절삭용 커터의 레이저 가공 장치.
   
6. 기판 절삭용 커터의 레이저 가공 방법으로서,
   판 형상의 절삭 커터를 스테이지에 장착하는 단계와;
   레이저 광원으로부터 발진된 레이저 광이 굴절되어 상기 스테이지에 장착된 상기 절삭 커터의 외주면에 도달하도록 상기 절삭 커터의 판면에 수직하게 상기 레이저 광을 입사시키는 단계와;
   상기 레이저 광이 상기 절삭 커터의 외주면에 도달하여 상기 레이저 광에 의하여 상기 절삭 커터의 외주면에 2개 이상의 홈이 형성되도록 상기 스테이지를 이동시키는 단계와;
   상기 절삭 커터의 판면에 수직한 방향으로 입사되는 상기 레이저광의 경로 방향으로 검사 유닛이 시각적으로 상기 절삭 커터의 판면을 바라보면서 상기 절삭 커터의 가공 상태를 확인하는 검사 단계를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 절삭용 절삭 커터의 레이저 가공 방법.

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