KR20130001562A - 레이저 출력 제어 방법, 레이저 출력 제어 장치 및 이를 포함하는 레이저 가공 시스템 - Google Patents

레이저 출력 제어 방법, 레이저 출력 제어 장치 및 이를 포함하는 레이저 가공 시스템 Download PDF

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KR20130001562A
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pulse width
duty ratio
width modulated
modulated signal
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KR1020110062405A
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김종구
이성재
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(주)델타타우코리아
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Abstract

레이저 출력 제어 방법은 펄스폭 변조 신호를 기초로 동작하는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화를 검출하고, 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 기초하여 조절하며, 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 기초하여 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어한다. 이에, 레이저 출력 제어 방법은 레이저 가공 시스템으로 하여금 레이저 출력 장치의 이동 속도가 실시간으로 변하는 경우에도 가공 품질이 저하되는 것을 방지시킬 수 있다.

Description

레이저 출력 제어 방법, 레이저 출력 제어 장치 및 이를 포함하는 레이저 가공 시스템 {METHOD OF ADJUSTING A LASER OUTPUT, LASER OUTPUT ADJUSTMENT DEVICE, AND LASER MACHINING SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 레이저 가공 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 기초하여 레이저를 출력하는 레이저 출력 제어 방법, 레이저 출력 제어 장치 및 이를 포함하는 레이저 가공 시스템에 관한 것이다.
레이저 가공 시스템은 레이저를 출력하여 대상물(예를 들어, 금속, 플라스틱, 실리콘 웨이퍼, 유리 등)을 가공하는 소정의 제조 장비로서, 상기 대상물을 요구되는 형상으로 절단하거나 또는 상기 대상물에 다양한 패턴(pattern)을 제공하려는 목적으로 사용되고 있다. 최근에는, 레이저 가공 시스템을 구동함에 있어서 펄스폭 변조(PWM) 신호에 기초하여 레이저를 출력하는 방식을 많이 이용하고 있다. 이 경우, 레이저 가공 시스템의 레이저 출력의 세기는 PWM 신호의 듀티비(duty ratio)에 따라 결정된다. 예를 들어, PWM 신호의 듀티비가 커지면 레이저 출력의 세기가 커지고, PWM 신호의 듀티비가 작아지면 레이저 출력의 세기는 작아질 수 있다.
그러나, 종래의 레이저 가공 시스템은 레이저 출력의 세기를 제어함에 있어서 레이저 출력 장치의 이동에 따른 이동 속도를 적절하게 반영할 수 없었다. 그 결과, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 실시간으로 변함에도 불구하고, 레이저 출력의 세기가 제어되지 않아 대상물(즉, 가공물)의 형상이 왜곡되거나 패턴이 불균일하게 형성되는 등 가공 품질이 크게 저하되고 있다. 이를 위하여, 종래의 레이저 가공 시스템은 레이저 출력 장치의 이동 속도를 일정하게 유지하기 위한 급격한 가감속 동작을 수행하고 있는데, 이는 기계에 물리적인 과부하를 초래할 수밖에 없어 레이저 가공 시스템의 수명은 단축되고, 레이저 가공 시스템이 고강성 프레임으로 설계되어야 한다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 목적은 레이저 가공 시스템에서 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 레이저 출력의 세기를 제어할 수 있는 레이저 출력 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저 가공 시스템에서 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 레이저 출력의 세기를 제어할 수 있는 레이저 출력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 레이저 출력 제어 장치를 구비함으로써 가공 품질을 크게 향상시킬 수 있는 레이저 가공 시스템을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 출력 제어 방법은 펄스폭 변조(pulse width modulation; PWM) 신호를 기초로 동작하는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화를 검출하는 단계, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비(duty ratio)를 상기 이동 속도 변화에 기초하여 조절하는 단계, 및 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 기초하여 상기 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 상기 펄스폭 변조 신호의 오프(off) 구간에 대한 온(on) 구간의 비율에 상응할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 펄스폭 변조 신호의 주기(period) 및 주파수(frequency)는 유지될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 펄스폭 변조 신호의 주기 및 주파수는 변경될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 이동 속도 변화를 검출하는 단계는 상기 레이저 출력 장치의 이동 경로(moving path)를 제어하는 적어도 하나 이상의 모터(motor)에 구비되는 엔코더(encoder)로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호를 수신하는 단계, 및 상기 모터 정보 신호에 기초하여 상기 이동 속도 변화를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 이동 속도 변화를 계산하는 단계는 상기 모터 정보 신호에 기초하여 X축(X-axis) 속도와 Y축(Y-axis) 속도를 각각 계산하는 단계, 상기 X축 속도 및 상기 Y축 속도에 기초하여 선속도(linear velocity)를 계산하는 단계, 및 상기 선속도를 미분(differential)한 가속도를 상기 이동 속도 변화로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절하는 단계는 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려지면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시키는 단계, 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라지면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 증가시키는 단계, 및 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 유지되면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 레이저 출력의 세기를 제어하는 단계는 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 감소되면 상기 레이저 출력의 세기를 감소시키는 단계, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 증가되면 상기 레이저 출력의 세기를 증가시키는 단계, 및 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 유지되면 상기 레이저 출력의 세기를 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 출력 제어 장치는 레이저 출력 장치의 적어도 하나 이상의 모터에 구비되는 엔코더로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호를 수신하고, 상기 모터 정보 신호에 기초하여 적어도 하나 이상의 평면 속도 신호를 생성하는 이동 속도 검출부, 상기 평면 속도 신호에 기초하여 선속도를 계산하고, 상기 선속도를 미분한 가속도를 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화로 판단하는 이동 속도 변화 검출부, 및 상기 이동 속도 변화를 기초로 상기 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절하여 상기 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어하는 듀티비 조절부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 평면 속도 신호는 X축 속도와 Y축 속도에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 상기 펄스폭 변조 신호의 오프 구간에 대한 온 구간의 비율에 상응할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 듀티비 조절부는 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려지면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시켜 상기 레이저 출력의 세기를 감소시키고, 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라지면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 증가시켜 상기 레이저 출력의 세기를 증가시키며, 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 유지되면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 유지시켜 상기 레이저 출력의 세기를 유지시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 가공 시스템은 펄스폭 변조 신호에 기초하여 동작하는 레이저 출력 장치, 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 기초하여 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절함으로써 상기 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어하는 레이저 출력 제어 장치, 및 상기 레이저 출력 장치 및 상기 레이저 출력 제어 장치를 제어하는 메인 제어 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 레이저 출력 제어 장치는 상기 레이저 출력 장치의 적어도 하나 이상의 모터에 구비된 엔코더로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호를 수신하고, 상기 모터 정보 신호에 기초하여 적어도 하나 이상의 평면 속도 신호를 생성하는 이동 속도 검출부, 상기 평면 속도 신호에 기초하여 선속도를 계산하고, 상기 선속도를 미분한 가속도를 상기 이동 속도 변화로 결정하는 이동 속도 변화 검출부, 및 상기 이동 속도 변화를 기초로 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절하여 상기 레이저 출력의 세기를 제어하는 듀티비 조절부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 레이저 출력 제어 방법 및 장치는 레이저 가공 시스템에서 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 펄스폭 변조(PWM) 신호의 듀티비를 적응적으로(adaptively) 조절함으로써 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 실시간으로 제어할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 가공 시스템은 레이저 출력 장치의 이동 속도가 실시간으로 변하는 경우에도, 가공 품질이 저하(예를 들어, 대상물의 형상이 왜곡되거나 패턴이 불균일하게 형성되는 등)되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 출력 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 조절되는 펄스폭 변조(PWM) 신호의 듀티비를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 조절되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 조절되는 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 조절되는 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 조절되는 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 도 1의 레이저 출력 제어 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 출력 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8의 레이저 출력 제어 장치를 구비하는 레이저 가공 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 레이저 가공 시스템을 복수로 구비하는 자동화 시스템을 나타내는 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 출력 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 펄스폭 변조(pulse width modulation; PWM) 신호를 기초로 동작하는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화를 검출(Step S120)하고, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비(duty ratio)를 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 기초하여 조절(Step S140)하며, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 기초하여 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어(Step S160)할 수 있다.
일반적으로, 레이저 가공 시스템에 이용되는 레이저 출력 장치에서 레이저 출력의 세기는 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 따라 결정된다. 이 때, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 상기 펄스폭 변조 신호의 오프(off) 구간에 대한 온(on) 구간의 비율에 상응할 수 있다. 다만, 이것은 하나의 예시로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 크면 레이저 출력의 세기가 크고, 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 작으면 레이저 출력의 세기도 작다. 그러나, 레이저 가공 시스템에 이용되는 레이저 출력 장치는 대상물(즉, 가공물)을 가공(예를 들어, 형상 형성, 패턴 형성 등)함에 있어서 미리 프로그램(program)된 이동 경로를 따라 이동하게 되는데, 기술적인 한계에 의하여 이동 경로의 모양(shape)에 따라 이동 속도 즉, 선속도(linear velocity)가 변하게 된다. 즉, 2차원 평면에서 X축 또는 Y축에 수평하게 진행하는 이동 경로에서의 선속도는 X축과 Y축 사이로 진행하는 이동 경로에서의 선속도와 상이할 수밖에 없다. 그럼에도 불구하고, 종래의 레이저 가공 시스템은 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 제어할 수가 없어, 대상물의 형상이 왜곡되거나 패턴이 불균일하게 형성되는 등 높은 가공 품질을 확보할 수가 없다. 이에, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 가공 시스템에서 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 적응적으로(adaptively) 조절함으로써 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 적절하게 제어할 수 있다.
이를 위하여, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 먼저 펄스폭 변조 신호를 기초로 동작하는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화를 검출(Step S120)할 수 있다. 일 실시예에서, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치의 이동 경로를 제어하는 적어도 하나 이상의 모터(motor)에 구비되는 엔코더(encoder)로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호를 수신하고, 이러한 모터 정보 신호에 기초하여 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화를 계산할 수 있다. 이 때, 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화는 상기 모터 정보 신호에 기초하여 X축(X-axis) 속도와 Y축(Y-axis) 속도를 각각 계산하고, 계산된 X축 속도 및 Y축 속도에 기초하여 선속도를 계산하며, 계산된 선속도를 미분(differential)한 가속도를 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화로 판단함으로써 계산될 수 있다. 일반적으로, 레이저 출력 장치는 적어도 하나 이상의 모터를 포함할 수 있고, 각각의 모터는 모터축의 회전수, 회전방향, 기울기 등에 대한 모터 정보 신호를 생성하는 엔코더를 구비할 수 있다. 따라서, 모터축의 회전수, 회전방향, 기울기 등에 대한 모터 정보 신호가 분석되면 2차원 평면상에서의 X축 속도와 Y축 속도가 계산될 수 있고, 2차원 평면상에서의 X축 속도와 Y축 속도가 계산되면 변위를 시간으로 나눈 값인 선속도가 계산될 수 있으며, 선속도가 계산되면 미분에 의하여 가속도가 계산될 수 있다. 그 결과, 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화는 선속도의 미분 값에 상응하는 가속도로 판단될 수 있다.
이후, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 기초하여 조절(Step S140)할 수 있다. 일 실시예에서, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려지면 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시키고, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라지면 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 증가시키며, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 유지되면 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 유지시킬 수 있다. 이것은 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 펄스폭 변조 신호의 오프 구간에 대한 온 구간의 비율로 정의되었기 때문이며, 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 펄스폭 변조 신호의 온 구간에 대한 오프 구간의 비율로 정의된다면, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려지는 경우 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 증가되고, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라지는 경우 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 감소될 수 있다. 이와 같이, 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 실시간으로 조절될 수 있다. 한편, 도 1의 레이저 출력 제어 방법이 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 증가시키거나 또는 감소시킬 때, 듀티비 증감의 크기는 이동 속도 변화량(즉, 가속도의 크기)에 비례하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 듀티비 증감의 크기는 수치적으로 연속적(continuous)으로 변경될 수 있고, 이산적(discrete)으로 변경될 수도 있다.
상기 단계(Step S140)에서 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 조절되면, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 기초하여 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어(Step S160)할 수 있다. 일 실시예에서, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려짐에 따라 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 감소되면 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 감소시키고, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라짐에 따라 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 증가되면 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 증가시키며, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 유지됨에 따라 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 유지되면 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 유지시킬 수 있다. 이와 같이, 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 실시간으로 조절되기 때문에, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기도 실시간으로 제어될 수 있다. 한편, 도 1의 레이저 출력 제어 방법에서 듀티비 증감의 크기가 수치적으로 연속적으로 또는 이산적으로 변경될 수 있으므로, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기도 수치적으로 연속적으로 또는 이산적으로 변경될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 가공 시스템에서 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 적응적으로 조절함으로써 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 적절하게 제어할 수 있다. 그 결과, 도 1의 레이저 출력 제어 방법을 채용한 레이저 가공 시스템은 레이저 출력 장치의 이동 속도가 실시간으로 변하는 경우에도, 가공 품질이 저하(예를 들어, 대상물의 형상이 왜곡되거나 패턴이 불균일하게 형성되는 등)되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 상기에서는 도 1의 레이저 출력 제어 방법이 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절함에 있어서 펄스폭 변조 신호의 주기(period) 및 주파수(frequency)는 유지하는 것으로 설명되었다. 그러나, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 요구되는 조건(예를 들어, 레이저의 종류, 대상물의 재질 등과 같은 변수)에 따라, 상술한 효과를 보다 극대화하기 위하여 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절할 때 펄스폭 변조 신호의 주기 및 주파수를 함께 변경할 수도 있다.
도 2는 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 조절되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이저 가공 시스템에서 레이저 출력 장치에 공급되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 조절될 수 있다. 이에, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기가 실시간으로 제어될 수 있다. 도 2에서, 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)는 제 1 온 구간(H1) 및 제 1 오프 구간(L1)을 포함하고, 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)는 제 2 온 구간(H2) 및 제 2 오프 구간(L2)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이 때, 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)의 듀티비는 제 1 오프 구간(L1)에 대한 제 1 온 구간(H1)의 비율로 정의될 수 있고, 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)의 듀티비는 제 2 오프 구간(L2)에 대한 제 2 온 구간(H2)의 비율로 정의될 수 있다. 다만, 이것은 하나의 예시로서 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)의 듀티비는 일 구간(T)에 대한 제 1 온 구간(H1)의 비율로 정의될 수 있고, 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)의 듀티비도 일 구간(T)에 대한 제 2 온 구간(H2)의 비율로 정의될 수 있다.
상술한 바와 같이, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기는 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 의해 결정된다. 예를 들어, 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)에서는 제 1 온 구간(H1)이 레이저가 출력되는 구간에 해당하고, 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)에서는 제 2 온 구간(H2)이 레이저가 출력되는 구간에 해당할 수 있다. 따라서, 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)에 기초하여 생성되는 레이저 출력의 세기가 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)에 기초하여 생성되는 레이저 출력의 세기보다 크다. 한편, 도 2에서는 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)와 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)가 서로 다른 신호인 것처럼 도시되어 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 서로 듀티비만 상이한 동일 신호로 이해하여야 할 것이다. 즉, 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 레이저 출력 장치에 공급되는 펄스폭 변조 신호는 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)에서 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)로 변경되거나 또는 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)에서 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)로 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려지면 레이저 출력 장치에 공급되는 펄스폭 변조 신호를 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)에서 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)로 변경하고, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라지면 레이저 출력 장치에 공급되는 펄스폭 변조 신호를 제 2 펄스폭 변조 신호(DS2)에서 제 1 펄스폭 변조 신호(DS1)로 변경할 수 있다.
도 3 내지 도 4는 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 조절되는 예를 나타내는 도면들이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 가공 시스템에서 레이저 출력 장치의 선속도가 변하게 되면, 선속도의 변화에 기초하여 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절할 수 있다. 그 결과, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기는 실시간으로 제어될 수 있다. 구체적으로, 도 3은 레이저 출력 장치의 선속도가 작아지는 일 예를 보여준다. 이 때, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 B 구간에서 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시킬 수 있다. 즉, A 구간에서의 듀티비가 가장 크고, C 구간에서의 듀티비가 가장 작다. 일 실시예에서, 선속도의 변화(즉, 선속도를 미분한 가속도)가 일정하므로 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 일정한 폭으로 감소할 수 있다. 이와 같이, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치가 동일한 변위를 이동함에 있어서 상대적으로 긴 시간이 걸리더라도, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 감소시키기 때문에, 대상물에 패턴 등을 형성함에 있어서 균일한 가공을 수행할 수 있다. 반면에, 도 4는 레이저 출력 장치의 선속도가 커지는 일 예를 보여준다. 이 때, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 B 구간에서 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 증가시킬 수 있다. 즉, A 구간에서의 듀티비가 가장 작고, C 구간에서의 듀티비가 가장 크다. 일 실시예에서, 선속도의 변화(즉, 선속도를 미분한 가속도)가 일정하므로 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 일정한 폭으로 증가할 수 있다. 이와 같이, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치가 동일한 변위를 이동함에 있어서 상대적으로 짧은 시간이 걸리더라도, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 증가시키기 때문에, 대상물에 패턴 등을 형성함에 있어서 균일한 가공을 수행할 수 있다.
도 5 내지 도 6은 도 1의 레이저 출력 제어 방법에 의하여 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 조절되는 예를 나타내는 도면들이다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 가공 시스템에서 레이저 출력 장치의 선속도가 변하게 되면, 선속도의 변화에 기초하여 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절할 수 있다. 그 결과, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기는 실시간으로 제어될 수 있다. 구체적으로, 도 5는 레이저 출력 장치의 선속도가 작아지다가 다시 커지는 일 예를 보여준다. 이 때, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 B1 구간에서 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시키다가, B2 구간에서 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 증가시킬 수 있다. 즉, A 구간 및 C 구간에서의 듀티비는 서로 동일하고, A 구간 및 C 구간에서의 듀티비는 B1 구간 및 B2 구간에서의 듀티비보다 크다. 일 실시예에서, 선속도의 변화(즉, 선속도를 미분한 가속도)가 일정하므로, 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 B1 구간에서 일정한 폭으로 감소되다가 B2 구간에서 일정한 폭으로 증가할 수 있다. 나아가, 도 6은 레이저 출력 장치의 선속도가 작아지다가 다시 커지는 다른 예를 보여준다. 이 때, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 B 구간에서 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시킨 후 다시 증가시킬 수 있다. 즉, A 구간 및 C 구간에서의 듀티비는 서로 동일하고, A 구간 및 C 구간에서의 듀티비는 B 구간에서의 듀티비보다 크다. 일 실시예에서, 선속도의 변화(즉, 선속도를 미분한 가속도)가 B 구간에서 가변하므로, B 구간에서는 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 가변적인 폭을 가지고 감소한 후 다시 증가할 수 있다. 이와 같이, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치가 동일한 변위를 이동하는 시간이 가변하더라도, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 증감시키기 때문에, 대상물에 패턴 등을 형성함에 있어서 균일한 가공을 수행할 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 도 1의 레이저 출력 제어 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 내지 도 7b를 참조하면, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치의 이동 경로를 제어하는 적어도 하나 이상의 모터에 구비되는 엔코더로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호를 수신하고, 이러한 모터 정보 신호에 기초하여 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화를 계산할 수 있다. 구체적으로, 레이저 출력 장치에 구비된 적어도 하나 이상의 모터의 엔코더로부터 수신되는 모터 정보 신호(예를 들어, 모터축의 회전수, 회전방향, 기울기 등에 대한 정보를 포함)로부터 2차원 평면상의 이동 경로(moving path)가 분석될 수 있다. 따라서, 2차원 평면상의 이동 경로가 분석됨에 따라 X축 속도와 Y축 속도가 각각 계산될 수 있고, 계산된 X축 속도 및 Y축 속도에 기초하여 선속도가 계산될 수 있으며, 계산된 선속도를 미분한 가속도가 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화로 판단될 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 레이저 출력 장치는 Y축에 수평한 이동 경로로 진행하다가, 방향 전환점(CR)에서 진행 방향을 변경하여 X축과 Y축 사이의 이동 경로로 진행하고 있다. 이에, 도 7b에 도시된 바와 같이, X축 속도와 Y축 속도가 각각 계산될 수 있고, X축 속도 및 Y축 속도에 기초하여 선속도가 계산될 수 있으며, 선속도에 기초하여 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화가 판단될 수 있다. 한편, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 방향 전환점(CR) 부근에서 레이저 출력 장치의 선속도가 작아지다가 다시 커지기 때문에, 방향 전환점(CR) 부근에 상응하는 B 구간에서 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시킨 후 다시 증가시킬 수 있다. 즉, A 구간 및 C 구간에서의 듀티비는 서로 동일하고, A 구간 및 C 구간에서의 듀티비는 B 구간에서의 듀티비보다 크다. 일 실시예에서, 선속도의 변화(즉, 선속도를 미분한 가속도)가 B 구간에서 가변하므로, B 구간에서는 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 가변적인 폭을 가지고 감소한 후 다시 증가할 수 있다. 이와 같이, 도 1의 레이저 출력 제어 방법은 레이저 출력 장치가 동일한 변위를 이동하는 시간이 가변하더라도, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 증감시키기 때문에, 대상물에 패턴 등을 형성함에 있어서 균일한 가공을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 출력 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 레이저 출력 제어 장치(100)는 이동 속도 검출부(120), 이동 속도 변화 검출부(140) 및 듀티비 조절부(160)를 포함할 수 있다. 이 때, 이동 속도 검출부(120)는 제 1 내지 제 n(단, n은 자연수) 이동 속도 검출부(120_1, ..., 120_n)로 구성될 수 있다.
이동 속도 검출부(120)는 레이저 출력 장치의 제 1 내지 제 n 모터에 구비되는 엔코더로부터 제 1 내지 제 n 모터 정보 신호(INP_1, ..., INP_n)를 수신하고, 제 1 내지 제 n 모터 정보 신호(INP_1, ..., INP_n)에 기초하여 제 1 내지 제 n 평면 속도 신호(EVS_1, ..., EVS_n)를 생성할 수 있다. 이 때, 제 1 내지 제 n 평면 속도 신호(EVS_1, ..., EVS_n)는 각각 2차원 평면상의 X축 속도와 Y축 속도에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일반적으로, 레이저 출력 장치는 적어도 하나 이상의 모터를 포함할 수 있고, 각각의 모터는 모터축의 회전수, 회전방향, 기울기 등에 대한 모터 정보 신호를 생성하는 엔코더를 구비할 수 있다. 따라서, 이동 속도 검출부(120)는 레이저 출력 장치의 적어도 하나 이상의 모터에 구비된 엔코더로부터 수신되는 모터축의 회전수, 회전방향, 기울기 등에 대한 모터 정보 신호를 분석함으로써 2차원 평면상에서의 X축 속도와 Y축 속도를 각각 계산할 수 있다.
이동 속도 변화 검출부(140)는 2차원 평면상에서의 X축 속도와 Y축 속도에 대한 정보를 포함하는 제 1 내지 제 n 평면 속도 신호(EVS_1, ..., EVS_n)에 기초하여 선속도를 계산하고, 상기 선속도를 미분한 가속도를 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화(2VS)로 판단할 수 있다. 이 때, 선속도는 변위를 시간으로 나눈 값에 상응하며, 2차원 평면상에서의 X축 속도와 Y축 속도에 기초하여 계산될 수 있다. 이와 관련하여, 2차원 평면상에서의 X축 속도와 Y축 속도에 기초하여 선속도를 계산하는 것은 일반적인 것이므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 이와 같이, 이동 속도 변화 검출부(140)는 이동 속도 검출부(120)에 의하여 2차원 평면상에서의 X축 속도와 Y축 속도가 계산되면, X축 속도와 Y축 속도에 기초하여 선속도를 계산할 수 있고, 이러한 선속도를 미분한 가속도를 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화(2VS)로 판단할 수 있다.
듀티비 조절부(160)는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화(2VS)를 기초로 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 조절하여 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 제어할 수 있다. 이 때, 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비는 펄스폭 변조 신호(CDS)의 오프 구간에 대한 온 구간의 비율에 상응할 수 있으나, 그에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 듀티비 조절부(160)는 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려지면 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 감소시켜 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 감소시키고, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라지면 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 증가시켜 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 증가시키며, 레이저 출력 장치의 이동 속도가 유지되면 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 유지시켜 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 유지시킬 수 있다.
이와 같이, 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 적응적으로 조절될 수 있기 때문에, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기는 실시간으로 제어될 수 있다. 한편, 레이저 출력 제어 장치(100)의 듀티비 조절부(160)는 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 증가시키거나 또는 감소시킬 때, 듀티비 증감의 크기가 이동 속도 변화량(즉, 가속도의 크기)에 비례하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 듀티비 증감의 크기는 수치적으로 연속적으로 변경될 수 있고, 이산적으로 변경될 수도 있다. 그 결과, 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기도 수치적으로 연속적으로 변경될 수 있고, 이산적으로 변경될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 레이저 출력 제어 장치(100)는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 따라 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 적응적으로 조절함으로써 레이저 출력 장치에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 실시간으로 제어할 수 있다. 그 결과, 레이저 출력 제어 장치(100)를 구비하는 레이저 가공 시스템은 레이저 출력 장치의 이동 속도가 실시간으로 변하는 경우에도, 가공 품질이 저하(예를 들어, 대상물의 형상이 왜곡되거나 패턴이 불균일하게 형성되는 등)되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 상기에서는 레이저 출력 제어 장치(100)의 듀티비 조절부(160)가 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 조절함에 있어서 펄스폭 변조 신호(CDS)의 주기 및 주파수는 유지하는 것으로 설명되었다. 그러나, 듀티비 조절부(160)는 요구되는 조건(예를 들어, 레이저의 종류, 대상물의 재질 등과 같은 변수)에 따라, 상술한 효과를 보다 극대화하기 위하여 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 조절할 때 펄스폭 변조 신호(CDS)의 주기 및 주파수를 함께 변경할 수도 있다.
도 9는 도 8의 레이저 출력 제어 장치를 구비하는 레이저 가공 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 레이저 가공 시스템(1000)은 레이저 출력 제어 장치(100), 레이저 출력 장치(200) 및 메인 제어 장치(300)를 포함할 수 있다. 레이저 출력 장치(200)는 펄스폭 변조 신호(CDS)에 기초하여 동작할 수 있다. 이 때, 레이저 출력 장치(200)는 대상물(즉, 가공물)을 가공(예를 들어, 형상 형성, 패턴 형성 등)함에 있어서 미리 프로그램된 이동 경로를 따라 움직일 수 있다. 레이저 출력 제어 장치(100)는 레이저 출력 장치(200)의 이동 속도 변화에 기초하여 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 조절함으로써 레이저 출력 장치(200)에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 제어할 수 있다. 이를 위하여, 레이저 출력 제어 장치(100)는 레이저 출력 장치(200)의 적어도 하나 이상의 모터에 구비된 엔코더로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호(INP)를 수신하고 모터 정보 신호(INP)에 기초하여 적어도 하나 이상의 평면 속도 신호(EVS)를 생성하는 이동 속도 검출부(120), 이동 속도 검출부(120)로부터 수신되는 평면 속도 신호(EVS)에 기초하여 선속도를 계산하고 상기 선속도를 미분한 가속도를 레이저 출력 장치(200)의 이동 속도 변화(2VS)로 결정하는 이동 속도 변화 검출부(140), 및 레이저 출력 장치(200)의 이동 속도 변화를 기초로 펄스폭 변조 신호(CDS)의 듀티비를 조절하여 레이저 출력 장치(200)에서 출력되는 레이저 출력의 세기를 제어하는 듀티비 조절부(160)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 메인 제어 장치(300)는 제 1 및 제 2 제어 신호(CTL1, CTL2)를 생성하여 레이저 출력 제어 장치(100) 및 레이저 출력 장치(200)를 각각 제어할 수 있다. 이와 같이, 레이저 가공 시스템(1000)은 레이저 출력 제어 장치(100)를 구비함으로써, 레이저 출력 장치(200)의 이동 속도가 실시간으로 변하는 경우에도, 가공 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 10은 도 9의 레이저 가공 시스템을 복수로 구비하는 자동화 시스템을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 자동화 시스템(2000)은 제 1 내지 제 n 레이저 가공 시스템(1000_1, ..., 1000_n) 및 자동화 제어 시스템(1500)을 포함할 수 있다. 자동화 시스템(2000)은 자동화 제어 시스템(1500)을 통하여 제 1 내지 제 n 레이저 가공 시스템(1000_1, ..., 1000_n) 사이에 소정의 데이터들이 실시간으로 공유되게 함으로서 공동 작업을 수행할 수 있다. 이 때, 자동화 시스템(2000)은 제 1 내지 제 n 레이저 가공 시스템(1000_1, ..., 1000_n)이 동등(equivalent) 장비로서 개별 작업을 수행하는 분산형 시스템일 수도 있고, 마스터(master) 장비에 의하여 제어되는 슬레이브(slave) 장비로서 개별 작업을 수행하는 집중형 시스템일 수도 있다. 이 때, 제 1 내지 제 n 레이저 가공 시스템(1000_1, ..., 1000_n)은 유선 또는 무선의 통신 네트워크를 구성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 내지 제 n 레이저 가공 시스템(1000_1, ..., 1000_n) 각각은 고품질의 대상물(즉, 가공물)을 제조하기 위하여 레이저 출력 제어 장치(100), 레이저 출력 장치(200) 및 메인 제어 장치(300)를 포함할 수 있고, 레이저 출력 제어 장치(100)는 이동 속도 검출부(120), 이동 속도 변화 검출부(140) 및 듀티비 조절부(160)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호에 기초하여 동작하는 레이저 가공 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 레이저 가공 장치를 구비하는 금속 가공 시스템, 플라스틱 가공 시스템, 실리콘 웨이퍼 가공 시스템, 유리 가공 시스템 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 레이저 출력 제어 장치 120: 이동 속도 검출부
140: 이동 속도 변화 검출부 160: 듀티비 조절부
200: 레이저 출력 장치 300: 메인 제어 장치
1000: 레이저 가공 시스템 1500: 자동화 제어 시스템
2000: 자동화 시스템

Claims (14)

  1. 펄스폭 변조(pulse width modulation; PWM) 신호를 기초로 동작하는 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화를 검출하는 단계;
    상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비(duty ratio)를 상기 이동 속도 변화에 기초하여 조절하는 단계; 및
    상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 기초하여 상기 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어하는 단계를 포함하는 레이저 출력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 상기 펄스폭 변조 신호의 오프(off) 구간에 대한 온(on) 구간의 비율에 상응하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호의 주기(period) 및 주파수(frequency)는 유지되는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호의 주기 및 주파수가 변경되는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 속도 변화를 검출하는 단계는
    상기 레이저 출력 장치의 이동 경로(moving path)를 제어하는 적어도 하나 이상의 모터(motor)에 구비되는 엔코더(encoder)로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 모터 정보 신호에 기초하여 상기 이동 속도 변화를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 이동 속도 변화를 계산하는 단계는
    상기 모터 정보 신호에 기초하여 X축(X-axis) 속도와 Y축(Y-axis) 속도를 각각 계산하는 단계;
    상기 X축 속도 및 상기 Y축 속도에 기초하여 선속도(linear velocity)를 계산하는 단계; 및
    상기 선속도를 미분(differential)한 가속도를 상기 이동 속도 변화로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절하는 단계는
    상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려지면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시키는 단계;
    상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라지면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 증가시키는 단계; 및
    상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 유지되면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 출력의 세기를 제어하는 단계는
    상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 감소되면 상기 레이저 출력의 세기를 감소시키는 단계;
    상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 증가되면 상기 레이저 출력의 세기를 증가시키는 단계; 및
    상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 유지되면 상기 레이저 출력의 세기를 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 방법.
  9. 레이저 출력 장치의 적어도 하나 이상의 모터에 구비되는 엔코더로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호를 수신하고, 상기 모터 정보 신호에 기초하여 적어도 하나 이상의 평면 속도 신호를 생성하는 이동 속도 검출부;
    상기 평면 속도 신호에 기초하여 선속도를 계산하고, 상기 선속도를 미분한 가속도를 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화로 판단하는 이동 속도 변화 검출부; 및
    상기 이동 속도 변화를 기초로 상기 레이저 출력 장치에 제공되는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절하여 상기 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어하는 듀티비 조절부를 포함하는 레이저 출력 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 평면 속도 신호는 X축 속도와 Y축 속도에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 상기 펄스폭 변조 신호의 오프 구간에 대한 온 구간의 비율에 상응하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 듀티비 조절부는 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 느려지면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 감소시켜 상기 레이저 출력의 세기를 감소시키고, 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 빨라지면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 증가시켜 상기 레이저 출력의 세기를 증가시키며, 상기 레이저 출력 장치의 이동 속도가 유지되면 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 유지시켜 상기 레이저 출력의 세기를 유지시키는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어 장치.
  13. 펄스폭 변조 신호에 기초하여 동작하는 레이저 출력 장치;
    상기 레이저 출력 장치의 이동 속도 변화에 기초하여 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절함으로써 상기 레이저 출력 장치의 레이저 출력의 세기를 제어하는 레이저 출력 제어 장치; 및
    상기 레이저 출력 장치 및 상기 레이저 출력 제어 장치를 제어하는 메인 제어 장치를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 레이저 출력 제어 장치는
    상기 레이저 출력 장치의 적어도 하나 이상의 모터에 구비된 엔코더로부터 적어도 하나 이상의 모터 정보 신호를 수신하고, 상기 모터 정보 신호에 기초하여 적어도 하나 이상의 평면 속도 신호를 생성하는 이동 속도 검출부;
    상기 평면 속도 신호에 기초하여 선속도를 계산하고, 상기 선속도를 미분한 가속도를 상기 이동 속도 변화로 결정하는 이동 속도 변화 검출부; 및
    상기 이동 속도 변화를 기초로 상기 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절하여 상기 레이저 출력의 세기를 제어하는 듀티비 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20150360394A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 Canon Kabushiki Kaisha Imprint apparatus, imprint method, method of manufacturing article, and supply apparatus
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