KR20130071466A

KR20130071466A - 레이저 가공기

Info

Publication number: KR20130071466A
Application number: KR1020137004678A
Authority: KR
Inventors: 마사미 스즈키; 노리오 니시; 준이치 마츠모토; 노부타카 요네야마; 사토시 도쿠오카; 에츠시 가토
Original assignee: 가부시키가이샤 가타오카 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2013-06-28
Also published as: US9492889B2; KR101429866B1; JP5385356B2; JP2013086173A; EP2769800A4; EP2769800B1; WO2013057998A1; US20130186871A1; EP2769800A1

Abstract

레이저 발진기로부터 발진되는 빔(L)을 피가공물이 배치되는 소정면(4)을 향해서 반사시키는 미러(112, 122)와, 미러(112, 122)의 방향을 변화시킴으로써 빔(L)의 광축을 소망의 목표조사위치로 위치시키는 광축조작기구(111, 121)와, 미러(122)에 비치는 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 촬상하는 카메라 센서와, 카메라 센서에 의해 촬상한 화상을 참조하여 광축조작기구(111, 121)에 지령한 목표조사위치와 소정면(4)에서의 실제의 빔(L)의 광축의 위치와의 오차를 검출하는 오차교정기구를 구비하는 가공기를 구성하고, 상기 오차에 근거하여, 가공시에 빔(L)을 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 광축조작기구(111, 121)에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정하도록 했다.

Description

레이저 가공기 {LASER PROCESSING MACHINE}

본 발명은 레이저 빔을 피가공물의 임의의 개소에 조사하고 가공을 행하는 레이저 가공기에 관한 것이다.

피가공물의 임의의 개소에 레이저 빔을 조사하는 가공기의 일종으로서, 레이저 빔의 광축을 변위시키는 것이 있다. 광축의 방향을 변화시키기 위한 구체적 수단으로서는 갈바노 스캐너(galvano scanner)와 집광(集光)렌즈와의 조합이 채용되는 것이 적지 않다(예를 들면, 하기 특허문헌을 참조).

레이저 빔의 광축을 변위시키는 주사에서는, 갈바노 스캐너 등의 미러의 회전위치결정 오차나 집광렌즈의 광학적 일그러짐 등의 요인에 의해서, 평면 좌표계에 대한 오차가 발생한다. 레이저 가공을 실행할 때에 있어서는 그 오차를 미리 제거해 둘 필요가 있다.

종전에는, 테스트 피스(test piece)에 시험용의 패턴을 레이저 가공하고, 그런 후에 이것을 현미경으로 관찰하여 시험용의 패턴과 실제로 형성된 패턴과의 오차를 계측, 그 오차를 저감하는 보정량을 갈바노 스캐너 등에 대한 지령값으로 가미하고 있었다.

그렇지만, 테스트 피스에 형성된 패턴을 현미경으로 조사하는데 매우 시간이 걸리는데다가, 가공기의 조립조정이나 납품조정에 있어서 반드시 이와 같은 보정작업을 행하므로, 작업현장에 고정밀의 현미경이 필수였다. 또한, 레이저 발진기의 광학조정이나 집광렌즈의 교환시, 초점 변경시에도 보정작업을 행하는 것이 요구되어 번잡했다.

[특허문헌 1] 일본국 특개2008-068270호 공보 [특허문헌 2] 일본국 특개2009-297726호 공보

본 발명은 레이저 빔의 조사위치의 오차를 간편하게 교정할 수 있는 레이저 가공기를 제공하는 것을 소기의 목적으로 한다.

본 발명에 관한 레이저 가공기는, 레이저 빔을 피가공물에 조사하여 가공을 시행하기 위한 것으로서, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 피가공물이 배치되는 소정면을 향하여 반사시키는 미러와, 상기 미러의 방향을 변화시킴으로써 레이저 빔의 광축을 상기 소정면에서의 소망의 목표조사위치로 위치시키는 광축조작기구와, 상기 미러에 비치는, 상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 촬상(撮像)하는 카메라 센서와, 상기 카메라 센서에 의해 촬상한 화상을 참조하여, 상기 소정면에서의 상기 광축조작기구에 지령한 목표조사위치와 실제의 레이저 빔의 광축의 위치와의 오차를 검출하는 오차교정기구를 구비하여 이루어지며, 상기 오차에 근거하여, 가공시에 레이저 빔을 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정할 수 있다.

아울러, 본 발명에 관한 레이저 가공기는, 레이저 빔을 피가공물에 조사하여 가공을 시행하기 위한 레이저 가공기로서, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 피가공물이 배치되는 소정면을 향하여 반사시키는 미러와, 상기 미러의 방향을 변화시킴으로써 레이저 빔의 광축을 상기 소정면에서의 소망의 목표조사위치로 위치시키는 광축조작기구와, 상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역, 아울러 당해 소정면에 조사한 레이저 빔의 광점을 촬상하는 카메라 센서와, 상기 카메라 센서에 의해 촬상한 화상을 참조하고, 상기 소정면에서의 상기 광축조작기구에 지령한 목표조사위치와 실제의 레이저 빔의 광축의 위치와의 오차를 검출하는 오차교정기구를 구비하여 이루어지며, 상기 오차에 근거하여, 가공시에 레이저 빔을 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정할 수 있다.

상기 레이저 발진기와 상기 미러와의 사이의 광로(光路)상에 빔 스플리터(beam splitter)를 배치하고, 상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 상기 미러 및 상기 빔 스플리터를 통하여 상기 카메라 센서로 촬상하는 것으로 하면, 카메라 센서의 광축을 레이저 빔의 광축으로 가능한 한 접근시켜, 양자를 중첩할 수 있게 된다. 또, 카메라 센서를 어디에 설치할지에 대해서, 설계의 자유도가 증가한다.

상기 소정면에 마련되어 당해 소정면의 각 개소의 위치좌표를 시사(示唆)하는 그리드 패턴(grid pattern)을 상기 카메라 센서로 촬상하고, 촬상한 화상에 나타나는 그리드 패턴을 기준으로 하여 상기 오차교정기구가 상기 오차의 검출을 행하는 것으로 하면, 소정면에서의 목표조사위치와 실제로 조사되는 레이저 빔의 광축의 위치와의 오차를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

상기 오차교정기구는, 상세하게는, 상기 광축조작기구에 대해서 레이저 빔의 광축을 상기 소정면에서의 목표조사위치에 위치시키기 위한 지령을 행하는 조사위치 지령부와, 상기 카메라 센서로 촬상한 화상을 참조하여 상기 소정면에서의 목표조사위치와 실제의 레이저 빔의 광축의 위치와의 오차를 산출하는 오차 검출부와, 상기 오차 검출부에서 산출한 오차에 근거하여, 가공시에 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정하여 기억하는 보정량 기억부를 구비한다.

본 발명에 의하면, 레이저 빔의 조사위치의 오차를 간편하게 교정할 수 있는 레이저 가공기를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 레이저 가공기를 나타내는 사시도.
도 2은 동일한 레이저 가공기의 레이저 조사장치를 나타내는 사시도.
도 3은 동일한 레이저 가공기의 하드웨어 자원 구성을 나타내는 도면.
도 4는 동일한 레이저 가공기의 기능 블럭도.
도 5는 동일한 레이저 가공기에서의 오차교정시의 구성을 모식적으로 나타내는 도면.
도 6은 동일한 레이저 가공기에 의한 오차교정의 방법을 나타내는 평면도.
도 7은 동일한 레이저 가공기가 오차교정시에 실행하는 처리의 순서를 나타내는 플로우차트.
도 8은 동일한 레이저 가공기가 가공작업시에 실행하는 처리의 순서를 나타내는 플로우차트.

본 발명의 일실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 레이저 가공기(0)는 가공대상이 되는 피가공물을 지지하는 설치대(4)와, 피가공물을 향해서 레이저 빔(L)을 조사하는 레이저 조사장치(1)를 구비하고, 피가공물의 임의의 개소에 레이저 가공을 할 수 있는 것이다.

설치대(4)는 레이저 가공시에 피가공물을 지지한다. 피가공물이 배치되는 소정면인 설치대(4)의 상면에는 당해 면상의 각 개소의 위치좌표를 시사하는 그리드 패턴을 마련하고 있다. 그리드 패턴의 형태는 일의(一意)에 한정되지 않지만, 도 6에 나타내는 예에서는, X축방향 및 X축에 대해 직교하는 Y축방향을 따라서 소정간격(예를 들면, 1㎜ 간격)으로 무수한 점(예를 들면, 직경 0.5㎜의 원형)(41)을 붙이고 있다. 이외의 형태로서, 그리드 패턴으로서 격자눈 등을 설치대(4)의 상면에 붙이도록 해도 상관없다.

설치대(4)는 레이저 조사장치(1)에 대해서 부동이라도 되고, 레이저 조사장치(1)에 대해서 X축방향 및/또는 Y축방향을 따라서 상대적으로 변위 가능해도 된다. 후자의 경우, 설치대(4)를 XY스테이지에 지지시킨 형태를 취하는 경우가 있다. 단, 교정시에는 설치대(4)를 소정의 기준위치에 고정한다. 교정의 한중간에 설치대(4)를 변위시키지 않는다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 레이저 조사장치(1)는 레이저 발진기(도시생략)와, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔(L)을 주사하는 갈바노 스캐너(11, 12)와, 그 레이저 빔(L)을 집광하는 집광렌즈(13)를 가진다.

갈바노 스캐너(11, 12)는 레이저 빔(L)을 반사하는 미러(112, 122)를 광축조작기구인 써보모터 또는 스텝모터(111, 121) 등에 의해 회동시키는 것이다. 미러(112, 122)의 방향을 변경함으로써, 빔(L)의 광축을 변위시킬 수 있다. 본 실시형태에서는, 빔(L)의 광축을 X축방향으로 변화시키는 X축 갈바노 스캐너(11)와, 빔(L)의 광축을 Y축방향으로 변화시키는 Y축 갈바노 스캐너(12)를 양비(兩備)하고 있으며, 설치대(4)의 상면에서의 빔(L)의 조사위치를 X축방향 및 Y축방향의 이차원으로 제어할 수 있다.

집광렌즈(13)는, 예를 들면 Fθ렌즈로 한다.

설치대(4)의 상면에 조사되는 레이저 빔(L)의 조사위치는 갈바노 스캐너(11, 12)의 회전위치결정 오차의 영향을 받는다. 이에 더하여, 집광렌즈(13)에 의한 광학적 일그러짐도 발생한다. 레이저 빔(L)의 조사위치의 오차는 갈바노 스캐너(11, 12)의 주사범위의 중앙으로부터 거리가 멀어짐에 따라서 커지는 경향이 있다. 도 2 중 부호 A에 그 모습을 모식적으로 나타내고 있다.

갈바노 스캐너(11, 12)를 제어하는 오차교정기구인 제어장치(5)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 프로세서(5a), 메인 메모리(5b), 보조기억 디바이스(5c), I/O인터페이스(5d) 등을 가지고, 이들이 컨트롤러(5e)(시스템 컨트롤러나 I/O컨트롤러 등)에 의해서 제어되어 연휴(連携)동작하는 것이다. 보조기억 디바이스(5c)는 플래쉬 메모리, 하드 디스크 드라이브, 그 외이다. I/O인터페이스(5d)는 서보 드라이버(서보 컨트롤러)를 포함하는 경우가 있다.

제어장치(5)가 실행해야 할 프로그램은 보조기억 디바이스(5c)에 기억되어 있으며, 프로그램 실행할 때에, 메인 메모리(5b)로 읽어 들이고, 프로세서(5a)에 의해서 해독된다. 그리고, 제어장치(5)는 프로그램에 따라, 도 4에 나타내는, 조사위치 지령부(51), 화상 취득부(52), 교정용 위치데이터 기억부(53), 오차 검출부(54), 보정량 기억부(55), 가공용 위치데이터 기억부(56) 및 가공시 제어부(57)로서의 기능을 발휘한다.

조사위치 지령부(51)는 레이저 조사장치(1)에 대해, 레이저 빔(L)을 목표조사위치에 조사시키기 위한 지령을 행한다. 조사위치 지령부(51)는 설치대(4)의 상면에서의 목표조사위치의 (x, y)좌표에 레이저 빔(L)을 조사할 수 있도록, 그 좌표에 대응한 제어신호를 갈바노 스캐너(11, 12)에 입력하여 미러(112, 122)의 각도를 조작한다.

화상 취득부(52)는 카메라 센서(2)에 의해 촬상한 화상을 수신하여 취득하고, 메인 메모리(5b) 또는 보조기억 디바이스(5c)의 필요한 기억영역에 일시 기억한다. 카메라 센서(2)는 설치대(4)의 상면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역 및/또는 설치대(4)의 상면에 실제로 조사된 레이저 빔(L)의 광점을 촬상한다. 카메라 센서(2)의 배치에 관해서는 후술한다.

교정용 위치데이터 기억부(53)는 교정용의 위치데이터를 기억한다. 레이저 빔(L)의 조사위치의 교정에서는 설치대(4)의 상면상의 XY평면 좌표계의 복수 점을 향해서 레이저 빔(L)을 조사하고, 각 점에서의 조사위치의 오차를 검출, 각 점마다의 보정량을 결정한다. 본 실시형태에서는, 설치대(4)의 상면상에 산재(散在)하는 6000점 내지 7000점에 대해서 오차의 검출 및 보정량의 결정을 행하는 것으로 하고 있으며, 그 6000점 내지 7000점의 각각의 (x, y)좌표를 교정용 위치데이터로서 기억하고 있다.

오차 검출부(54)는 레이저 빔(L)의 목표조사위치와 실제의 조사위치와의 오차를 취득한다. 오차 검출부(54)는 교정용 위치데이터를 읽어내어 레이저 빔(L)의 목표조사위치의 (x, y)좌표를 지득(知得)하고, 조사위치 지령부(51)를 통하여, 목표좌표에 대응한 제어신호를 갈바노 스캐너(11, 12)에 입력한다. 그런 다음, 화상 취득부(52)에서 취득한 화상을 참조하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, 교정용 위치데이터의 좌표, 즉 갈바노 스캐너(11, 12)에 지령한 목표조사위치좌표 T(x_T, y_T)와, 그 좌표를 목표로 레이저 빔(L)을 조사했을 때의 실제의 조사위치 L(x_L, y_L) 좌표와의 X축, Y축방향 각각의 차이(Δx,Δy)를 산출한다.

보정량 기억부(55)는 레이저 빔(L)의 목표조사위치와 실제의 조사위치와의 오차에 근거하여, 가공시에 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 레이저 조사장치(1)에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정하여 기억한다. 구체적으로는, 목표조사위치좌표(x_T, y_T) 및 X축방향 오차(Δx), Y축방향 오차(Δy)를 소정의 함수식에 대입하여, 갈바노 스캐너(11, 12)에 부여하는 제어신호의 X축방향 보정량, Y축방향 보정량을 연산하여, 그 보정량을 앞의 목표좌표(x_T, y_T)와 관련지어 메인 메모리(5b) 또는 보조기억 디바이스(5c)에 기억한다.

가공용 위치데이터 기억부(56)는 가공용의 위치데이터를 기억한다. 가공용 위치데이터 기억부(56)는 피가공물의 어느 개소에 레이저 빔(L)을 조사하는지를 규정하는 CAD 데이터 등, 또는 가공시에 레이저 빔(L)을 조사하는 복수 점의 (x, y)좌표를 가공용 위치데이터로서 기억한다.

가공시 제어부(57)는 상기의 가공용 위치데이터에 의해 규정되는 조사위치에 레이저 빔(L)을 조사할 수 있도록 레이저 조사장치(1)를 제어한다. 가공시 제어부(57)는 가공용 위치데이터를 읽어내어 레이저 빔(L)의 목표조사위치의 (x, y)좌표를 지득하고, 또한 그 목표좌표와 관련지어진 보정량을 읽어낸다. 목표좌표에 직결한 보정량이 보정량 기억부(55)에 기억되어 있지 않은 경우에는, 목표좌표에 가까운 복수의 좌표와 관련지어진 복수의 보정량을 읽어내어, 그들 보간에 의해 적당한 보정량을 산정한다. 그리고, 조사위치 지령부(51)를 통하여, 목표좌표에 보정량을 가미한 좌표에 대응하는 제어신호를 갈바노 스캐너(11, 12)에 입력한다. 그 결과, 본래의 목표조사위치에 올바르게 레이저 빔(L)이 조사된다.

카메라 센서(2)는, 예를 들면 CCD 센서 또는 CMOS 센서이다. 카메라 센서(2)는 갈바노 스캐너(11, 12)의 미러(112, 122)에 비치는, 설치대(4)의 상면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 촬상한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 레이저 발진기와 미러(122)와의 사이의 광로상에, 하프 미러(half mirror)로 대표되는 빔 스플리터(3)를 포함하는 광학 모듈을 배치한 후, 설치대(4) 측으로부터 집광렌즈(13) 및 미러(112, 122)를 통하여 유도한 광속(光束)(설치대(4)의 상면에서의 목표조사위치의 주변 영역의 그리드 패턴 및 레이저 빔(L)의 광점이 포함됨)의 일부를 빔 스플리터(3)에서 분리하고, 결상 렌즈(7)를 통하여 카메라 센서(2)로 입사시켜, 광속을 촬상하도록 하고 있다. 빔 스플리터(3)와 미러(122)와의 사이에 개재해 빔(L)을 투과시키는 투과판(6)은 빔 스플리터(3)를 투과하는 레이저 빔(L)의 굴절에 의한 광축의 변위분을 상쇄하는 광로 캔슬용 윈도우이다.

빔 스플리터(3) 및 이것과 쌍을 이루는 윈도우(6)는, 레이저 가공시에는 광로상으로부터 제거될 필요가 있다. 이 때문에, 빔 스플리터(3) 및 윈도우(6)를 유니트화함과 아울러, 이 유니트를 이동시키는 자동 또는 수동의 구동장치를 마련해 두고, 교정시에 유니트를 레이저 발진기와 미러(122)와의 사이의 광로상에 삽입하여, 레이저 가공시에 유니트를 당해 광로상으로부터 퇴피시키는 진퇴동작을 실시하는 것이 바람직하다.

레이저 빔(L)의 조사위치의 교정은 레이저 가공작업 전에 실시한다. 교정시에 제어장치(5)가 실행하는 처리의 순서를 도 7의 플로우차트에 나타낸다. 제어장치(5)는 기억하고 있는 교정용 위치데이터에 포함되는 목표조사위치의 좌표를 읽어내고(스텝 S1), 읽어낸 좌표에 레이저 빔(L)의 광축을 위치시킬 수 있도록 갈바노 스캐너(11, 12)의 미러(112, 122)를 조작한다(스텝 S2).

그런 후, 레이저 발진기로부터 레이저를 발진시켜 레이저 빔(L)을 설치대(4)의 상면에 조사함과 아울러(스텝 S3), 설치대(4)의 상면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역 및 당해 면에 조사한 레이저 빔(L)의 광점(즉, 반사광)을 카메라 센서(2)에 의해 촬상한다(스텝 S4). 스텝 S3 및 S4에서는, 목표조사위치의 주변 영역의 그리드 패턴과 레이저 빔(L)의 광점을 한 번에 촬영하여 1매의 화상에 들어가게 하는 것도 있고, 레이저를 조사하기 전에 우선 목표조사위치의 주변 영역의 그리드 패턴을 촬영하고, 그 후에 (미러(112, 122)를 움직이지 않고) 레이저를 조사하여 설치대(4)의 상면에 나타나는 광점을 촬영하는 것과 같이 시간차이를 두고 두 번의 촬영을 행해 2매의 화상을 얻는 것도 있다.

이어서, 촬영한 한 장 또는 2매의 화상으로부터, 빔 검출센서(2)를 통하여 실제로 레이저 빔(L)을 감지한 XY좌표와 목표 XY좌표와의 오차를 취득한다(스텝 S5). 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 설치대(4) 상면에서의 레이저 빔(L)의 실제의 조사점을 나타내는 광점과 함께, 설치대(4) 상면에 붙어 있는 그리드 패턴(41)을 촬상하고 있다. 그리드 패턴(41)은 설치대(4) 상면에서의 XY좌표를 나타내는 기준이 되는 것이기 때문에, 화상에 비친 광점(L)과, 광점(L)의 주위에 있는(또는, 광점(L)에 근접한) 그리드 패턴(41)과의 사이의 화상상의 거리를 연산하는 것을 통해서, 광점(L)의 위치좌표(x_L, y_L)를 산출할 수 있다. 산출한 광점(L)의 좌표(x_L, y_L)와, 목표조사위치 T의 좌표(x_T, y_T)와의 괴리가 스텝 S5에서 취득해야 할 오차(Δx,Δy)라는 것이 된다.

그리고, 취득한 오차에 근거하여 보정량의 결정을 행하고(스텝 S6), 결정한 보정량과 목표 XY좌표와의 조(組)를 기억한다(스텝 S7). 제어장치(5)는 상술의 스텝 S1 내지 S7를 교정용 위치데이터에 포함되는 모든 XY좌표에 대해서 보정량을 결정할 때까지 반복한다(스텝 S8).

레이저 가공작업시에는 설치대(4)에 피가공물을 설치함과 아울러, XY스테이지를 제어하여 설치대(4)를 원점위치로 복귀시킨다. 가공시에 제어장치(5)가 실행하는 처리의 순서를 도 8의 플로우차트에 나타낸다. 제어장치(5)는 기억하고 있는 가공용 위치데이터에 의해 규정되는 XY좌표를 읽어내고(스텝 S9), 그 목표 XY좌표에 레이저 빔(L)을 조사할 때의 갈바노 스캐너(11, 12)에 대한 지령의 보정량을 읽어내거나, 보간에 의해 취득한다(스텝 S10). 이어서, 목표 XY좌표에 보정량을 가미한 좌표에 대응하는 제어신호를 갈바노 스캐너(11, 12)에 입력하고, 갈바노 스캐너(11, 12)를 조작한다(스텝 S11). 그리고, 레이저 빔(L)을 조사한다(스텝 S12). 제어장치(5)는 상술의 스텝 S9 내지 S12를 가공용 위치데이터에 규정되는 필요한 XY좌표에 대해서 레이저 가공을 할 때까지 반복한다(스텝 S13).

본 실시형태에서는 레이저 빔(L)을 피가공물에 조사하여 가공을 시행하기 위한 레이저 가공기로서, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔(L)을 피가공물이 배치되는 소정면(설치대(4)의 상면)을 향하여 반사시키는 미러(112, 122)와, 상기 미러(112, 122)의 방향을 변화시킴으로써 레이저 빔(L)의 광축을 상기 소정면에서의 소망의 목표조사위치로 위치시키는 광축조작기구(111, 121)와, 상기 미러(112, 122)에 비치는, 상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 촬상하는 카메라 센서(2)와, 상기 카메라 센서(2)에 의해 촬상한 화상을 참조하고, 상기 소정면에서의 상기 광축조작기구(111, 121)에 지령한 목표조사위치와 실제의 레이저 빔(L)의 광축의 위치와의 오차를 검출하는 오차교정기구(5)를 구비하고, 상기 오차에 근거하여, 가공시에 레이저 빔(L)을 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구(111, 121)에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정할 수 있는 레이저 가공기를 구성했다.

아울러, 본 실시형태에서는 레이저 빔(L)을 피가공물에 조사하여 가공을 시행하기 위한 레이저 가공기로서, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔(L)을 피가공물이 배치되는 소정면을 향하여 반사시키는 미러(112, 122)와, 상기 미러(112, 122)의 방향을 변화시킴으로써 레이저 빔(L)의 광축을 상기 소정면에서의 소망의 목표조사위치로 위치시키는 광축조작기구(111, 121)와, 상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역 및 당해 소정면에 조사한 레이저 빔(L)의 광점을 촬상하는 카메라 센서(2)와, 상기 카메라 센서(2)에 의해 촬상한 화상을 참조하고, 상기 소정면에서의 상기 광축조작기구(111, 121)에 지령한 목표조사위치와 실제의 레이저 빔(L)의 광축의 위치와의 오차를 검출하는 오차교정기구(5)를 구비하며, 상기 오차에 근거하여, 가공시에 레이저 빔을 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구(111, 121)에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정할 수 있는 레이저 가공기를 구성했다.

본 실시형태에 의하면, 카메라 센서(2)에 의해서 직접 빔(L)의 조사위치 및 그 오차를 계측할 수 있고, 테스트 피스에 형성한 패턴을 현미경으로 관측한다는 번잡한 수고를 들이지 않아도 간편하게 조사위치의 교정을 할 수 있다. 또, 고정밀도의 현미경을 현장에 준비할 필요도 없다.

상기 레이저 발진기와 상기 미러(122)와의 사이의 광로상에 빔 스플리터(3)를 배치하고, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔(L)을 상기 빔 스플리터(3)를 투과시킨 다음 상기 미러(122, 112)를 통하여 상기 소정면으로 향함과 아울러, 상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 당해 소정면에 조사한 레이저 빔(L)의 광점과 함께 상기 미러(122) 및 상기 빔 스플리터(3)를 통하여 상기 카메라 센서(2)로 촬상하도록 하고 있기 때문에, 레이저 빔(L)의 목표조사위치, 즉 미러(112, 122)의 각도를 어떻게 변화시켰다고 해도, 카메라 센서(2)는 부동으로 유지된다. 따라서, 소정면의 광범위하게 걸쳐 안정적으로 교정을 행할 수 있다.

상기 소정면에 마련되어 당해 소정면의 각 개소의 위치좌표를 시사하는 그리드 패턴을 상기 카메라 센서(2)로 촬상하고, 촬상한 화상에 나타나는 그리드 패턴을 기준으로 하여 상기 오차교정기구(5)가 상기 오차의 검출을 행하기 때문에, 소정면에서의 실제의 빔(L)의 조사위치의 좌표검출 정밀도가 높고, 정확한 교정이 가능하게 된다.

상기 오차교정기구(5)는 상기 광축조작기구(111, 121)에 대해서 레이저 빔(L)의 광축을 상기 소정면에서의 목표조사위치에 위치시키기 위한 지령을 행하는 조사위치 지령부(51)와, 상기 카메라 센서(2)로 촬상한 화상을 참조하여 상기 소정면에서의 목표조사위치와 실제의 레이저 빔(L)의 광축의 위치와의 오차를 산출하는 오차 검출부(54)와, 상기 오차 검출부(54)에서 산출한 오차에 근거하여, 가공시에 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구(111, 121)에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정하여 기억하는 보정량 기억부(55)를 구비하고 있어, 교정을 인력을 통하지 않고 자동으로 단시간에 행하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 이상에 상세히 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에서는, 교정시에 레이저 빔(L)을 조사하여, 그 광점 및 주변 영역의 그리드 패턴(41)을 카메라 센서(2)로 촬영하고 있었다. 한편으로, 미러(112, 122)의 각도에 의하지 않고, 촬영화상(즉, 카메라 센서(2)의 시야) 내에서 레이저 빔(L)이 조사되는 위치(화상 내에서의 화소의 좌표)가 항상적으로 일정한 것이 보증되고 있는, 환언하면, 촬영화상 내의 특정의 위치의 화소를 레이저 빔(L)이 조사되는 위치로 항상 간주될 수 있다면, 레이저 빔(L)을 조사하지 않고도, 그리드 패턴(41)에 근거하여 지득되는 목표조사위치의 화소와 레이저 빔(L)의 조사위치에 해당하는 화소와의 거리로부터, 목표조사위치와 실제의 조사위치와의 오차를 검출하는 것이 가능하다. 요컨대, 교정시에 레이저 빔(L)을 조사하여 광점을 촬영하는 것은 필수 요건은 아니다.

상기 실시형태에서는, 빔 스플리터(3) 및 윈도우(6)를 이용하여, 미러(122)에 비치는 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 촬상하고 있었지만, 빔 스플리터(3) 등을 이용하지 않고, 카메라 센서(2) 자체를 구동장치를 통하여 진퇴동작시켜, 광로에 끼어들게 하도록 해도 상관없다. 이 경우, 교정시에 카메라 센서(2)를 레이저 발진기와 미러(122)와의 사이의 광로상에 삽입하고, 레이저 가공시에 카메라 센서(2)를 당해 광로상으로부터 퇴피시키게 된다.

혹은, 미러(122)를 통하지 않고, 설치대(4) 상면의 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 직접 촬상해도 된다.

그 외 각부의 구체적 구성은 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명은 레이저 빔을 피가공물의 임의의 개소에 조사하고 가공을 행하는 가공기로서 이용할 수 있다.

0 … 레이저 가공기 1 … 레이저 조사장치
111, 121 … 광축조작기구 112, 122 … 미러
2 … 카메라 센서 3 … 빔 스플리터
4 … 소정면 5 … 오차교정기구
L … 레이저 빔

Claims

레이저 빔을 피가공물에 조사하여 가공을 시행하기 위한 레이저 가공기로서,
레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 피가공물이 배치되는 소정면을 향하여 반사시키는 미러와,
상기 미러의 방향을 변화시킴으로써 레이저 빔의 광축을 상기 소정면에서의 소망의 목표조사위치로 위치시키는 광축조작기구와,
상기 미러에 비치는, 상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 촬상(撮像)하는 카메라 센서와,
상기 카메라 센서에 의해 촬상한 화상을 참조하여, 상기 소정면에서의 상기 광축조작기구에 지령한 목표조사위치와 실제의 레이저 빔의 광축의 위치와의 오차를 검출하는 오차교정기구를 구비하고,
상기 오차에 근거하여, 가공시에 레이저 빔을 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정할 수 있는 레이저 가공기.
레이저 빔을 피가공물에 조사하여 가공을 시행하기 위한 레이저 가공기로서,
레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 피가공물이 배치되는 소정면을 향하여 반사시키는 미러와,
상기 미러의 방향을 변화시킴으로써 레이저 빔의 광축을 상기 소정면에서의 소망의 목표조사위치로 위치시키는 광축조작기구와,
상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역, 아울러 당해 소정면에 조사한 레이저 빔의 광점을 촬상하는 카메라 센서와,
상기 카메라 센서에 의해 촬상한 화상을 참조하고, 상기 소정면에서의 상기 광축조작기구에 지령한 목표조사위치와 실제의 레이저 빔의 광축의 위치와의 오차를 검출하는 오차교정기구를 구비하며,
상기 오차에 근거하여, 가공시에 레이저 빔을 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정할 수 있는 레이저 가공기.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 레이저 발진기와 상기 미러와의 사이의 광로상에 빔 스플리터를 배치하고,
상기 소정면에서의 목표조사위치 및 그 주변의 영역을 상기 미러 및 상기 빔 스플리터를 통하여 상기 카메라 센서로 촬상하는 레이저 가공기.
청구항 1, 2 또는 3에 있어서,
상기 소정면에 마련되어 당해 소정면의 각 개소의 위치좌표를 시사(示唆)하는 그리드 패턴(grid pattern)을 상기 카메라 센서로 촬상하고,
촬상한 화상에 나타나는 그리드 패턴을 기준으로 하여 상기 오차교정기구가 상기 오차의 검출을 행하는 레이저 가공기.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서,
상기 오차교정기구가,
상기 광축조작기구에 대해서 레이저 빔의 광축을 상기 소정면에서의 목표조사위치에 위치시키기 위한 지령을 행하는 조사위치 지령부와,
상기 카메라 센서로 촬상한 화상을 참조하여 상기 소정면에서의 목표조사위치와 실제의 레이저 빔의 광축의 위치와의 오차를 산출하는 오차 검출부와,
상기 오차 검출부에서 산출한 오차에 근거하여, 가공시에 그 목표조사위치에 조사하기 위해서 상기 광축조작기구에 부여하여야 할 지령의 보정량을 결정하여 기억하는 보정량 기억부를 구비하고 있는 레이저 가공기.