KR20140040323A - 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법 - Google Patents

선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법 Download PDF

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KR20140040323A
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Abstract

선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법에 관한 발명이 개시된다. 개시된 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치는 레이저빔을 발진시키는 발진부; 발진부에서 발진되는 레이저빔의 선폭을 조절하는 선폭조절부; 및 대상물의 가공에 필요한 선폭에 따라 선폭조절부의 동작을 단속하는 제어부; 를 포함하고, 선폭조절부는, 회전 가능하게 구비되는 조절판; 대상물의 가공에 필요한 선폭에 따라 복수 개가 구비되어 조절판의 원주 방향을 따라 상호 이격 배치는 조절렌즈부; 및 제어부의 단속에 따라 조절판을 기설정된 회전각으로 회전시키는 조절구동부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법{LASER IRRADIATION DEVICE AND THE METHOD FOR CONTROLING LASER CUTTING LINEWIDTH}
본 발명은 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 하나의 발진부에서 발진되는 레이저빔을 다양한 선폭으로 변경하여 대상물을 가공함으로써, 대상물의 가공시간을 단축시키고, 선폭 변경에 따른 발진부의 재가동시간을 단축시킬 수 있는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산업용 고출력 레이저 장치의 활용 범위는 그 응용에 따라 광범위하나 일반적으로 전자, 반도체, 태양전지, 자동차, 정밀가공 등 여러 분야에서 크게 절단과 용접 분야로 구분되고 그에 따라 적절한 가공용 레이저빔 전송 장치를 사용하게 된다. 레이저 가공기술은 광섬유 전송에 의한 가공이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
레이저 가공은 레이저 전송 광케이블을 사용하여 레이저 발진부에서 나오는 레이저빔을 실제 가공 작업 공간으로 전송하여 대상물을 가공한다.
이때, 레이저빔의 선폭에 따라 대상물의 가공량과 가공시간을 조절할 수 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-01047599호 (2011. 07. 01. 등록, 발명의 명칭 : 레이저 조사 장치 및 이를 이용한 레이저 가공선폭 조절 방법) 가 있다.
본 발명의 목적은 하나의 발진부에서 발진되는 레이저빔을 다양한 선폭으로 변경하여 대상물을 가공함으로써, 대상물의 가공시간을 단축시키고, 선폭 변경에 따른 발진부의 재가동시간을 단축시킬 수 있는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치는 레이저빔을 발진시키는 발진부; 상기 발진부에서 발진되는 상기 레이저빔의 선폭을 조절하는 선폭조절부; 및 대상물의 가공에 필요한 선폭에 따라 상기 선폭조절부의 동작을 단속하는 제어부; 를 포함하고, 상기 선폭조절부는, 회전 가능하게 구비되는 조절판; 상기 대상물의 가공에 필요한 선폭에 따라 복수 개가 구비되어 상기 조절판의 원주 방향을 따라 상호 이격 배치는 조절렌즈부; 및 상기 제어부의 단속에 따라 상기 조절판을 기설정된 회전각으로 회전시키는 조절구동부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 선폭조절부는, 상기 조절판의 단부에 구비되어 상기 조절판에 구비되는 상기 조절렌즈부의 위치를 감지하는 조절감지부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 조절감지부에서 감지되는 상기 조절렌즈부의 위치를 통해 현재 배치된 상기 조절렌즈부 또는 상기 대상물의 가공에 필요한 선폭을 갖는 상기 조절렌즈부의 위치를 확인하거나 상기 두 조절렌즈부 사이의 회전각을 결정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 조절판의 회전에 따라 상기 대상물이 안착된 스테이지를 상기 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시키는 초점조절부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 대상물의 가공에 필요한 선폭을 갖는 상기 조절렌즈부에 대하여 상기 선폭에 대응되는 상기 조절렌즈부의 초점거리를 조절하도록 상기 스테이지의 왕복 이동을 단속하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 조절구동부는, 상기 조절판의 회전에 따라 상기 조절판을 상기 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 대상물의 가공에 필요한 선폭을 갖는 상기 조절렌즈부에 대하여 상기 선폭에 대응되는 상기 조절렌즈부의 초점거리를 조절하도록 상기 조절판의 왕복 이동을 단속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 방법은 대상물의 가공에 필요한 선폭에 따라 복수 개의 조절렌즈부가 원주 방향을 따라 상호 이격 배치된 조절판을 기설정된 회전각으로 회전시키는 선폭조절단계; 상기 선폭조절단계를 거쳐 선택된 상기 조절렌즈부에 대응하여 상기 대상물이 안착되는 스테이지 또는 상기 조절판을 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시키는 초점거리조절단계; 및 상기 레이저빔이 상기 조절판의 조절렌즈부를 투과하여 상기 대상물을 가공하도록 상기 레이저빔을 발진시키는 빔조사단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법은 하나의 발진부에서 발진되는 레이저빔을 다양한 선폭으로 변경하여 대상물을 가공함으로써, 대상물의 가공시간을 단축시키고, 선폭 변경에 따른 발진부의 재가동시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 방법을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법은 대상물(60)은 태양전지로 구성되고, 태양전지에 레이저를 조사함에 따라, 다양한 선폭으로 변경되는 레이저로 태양전지를 가공함으로써, 태양전지의 가공시간을 단축시킬 수 있고, 선폭 변경에 따른 발진부(10)의 재가동시간을 단축시킬 수 있다.
지금부터는 본 발명의 제1실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치를 도시한 도면으로써, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치는 발진부(10)와, 선폭조절부(20)와, 제어부(30)를 포함한다.
발진부(10)는 레이저빔을 발진시킨다. 본 발명의 제1실시예에 따른 발진부(10)는 공지된 다양한 형태를 통해 레이저빔을 발진시킬 수 있다.
선폭조절부(20)는 발진부(10)에서 발진되는 레이저빔의 선폭을 조절한다. 선폭조절부(20)는 조절판(21)과, 조절렌즈부(22)와, 조절구동부(23)를 포함한다.
조절판(21)은 원판 형상으로 회전 가능하게 구비된다.
조절판(21)에는 원주 방향을 따라 조절렌즈부(22)가 구비된다. 조절렌즈부(22)는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭에 따라 복수 개가 구비되어 조절판(21)의 원주 방향을 따라 상호 이격 배치된다.
일예로, 조절렌즈부(22)는 상호 선폭이 다른 복수의 렌즈(A1~An)로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 렌즈(A1~An)는 각각 10um, 20um, 30um, 50um, 70um, 110um의 선폭을 가질 수 있다. 본 발명의 제1실시예에서 상술한 수치를 갖는 복수의 렌즈(A1~An)는 여기에 한정하는 것은 아니고, 공지된 다양한 선폭 조건에 따라 선폭의 수치는 변경될 수 있다.
조절구동부(23)는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭에 따라 기설정된 회전각으로 조절판(21)을 회전시킨다. 조절구동부(23)는 조절판(21)을 기설정된 회전각으로 회전시킴으로써, 발진부(10)와 대상물(60) 사이로 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭을 갖는 조절렌즈부(22)가 배치될 수 있다.
일예로, 조절구동부(23)는 스테핑모터(stepping motor)로 구성되어 조절판(21)을 기설정된 회전각으로 회전시킬 수 있다.
선폭조절부(20)는 조절감지부(26)를 더 포함할 수 있다.
조절감지부(26)는 조절판(21)의 단부에 구비되어 조절판(21)에 구비되는 선폭별 조절렌즈부(22)의 위치를 감지한다.
제어부(30)는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭에 따라 선폭조절부(20)의 조절구동부(23)를 단속한다. 제어부(30)는 현재 배치된 조절렌즈부(22)와 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭을 갖는 조절렌즈부(22)에 따라 기설정된 회전각으로 조절구동부(23)의 회전을 단속함으로써, 조절렌즈부(22)를 정확하게 변경하여 레이저빔의 선폭을 변경할 수 있다.
제어부(30)는 조절감지부(26)에서 감지되는 조절렌즈부(22)의 위치를 통해 현재 배치된 조절렌즈부(22) 또는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭을 갖는 조절렌즈부(22)의 위치를 확인하거나 두 조절렌즈부(22) 사이의 회전각을 결정할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치는 초점조절부(40)를 더 포함할 수 있다.
초점조절부(40)는 조절판(21)의 회전에 따라 대상물(60)이 안착된 스테이지(50)를 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시킨다. 이때, 제어부(30)는 초점조절부(40)의 왕복 이동을 단속할 수 있다.
초점조절부(40)는 레이저빔의 조사 방향으로 스테이지(50)를 왕복 이동시킴으로써, 각각의 조절렌즈부(22)에 따른 초점거리(l)를 조절할 수 있고, 레이저빔이 정위치된 조절렌즈부(22)를 투과함에 따라 정확한 선폭으로 대상물(60)을 가공할 수 있다.
제어부(30)는 스테이지(50)의 왕복 이동을 단속함으로써, 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭을 갖는 조절렌즈부(22)에 대하여 이 선폭에 대응되는 조절렌즈부(22)의 초점거리(l)를 조절할 수 있고, 레이저빔이 투과되는 조절렌즈부(22)에 대응하여 정확한 선폭으로 대상물(60)을 가공할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 제2실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치를 도시한 도면으로써, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치는 발진부(10)와, 선폭조절부(20)와, 제어부(30)를 포함한다.
발진부(10)는 레이저빔을 발진시킨다. 본 발명의 제2실시예에 따른 발진부(10)는 공지된 다양한 형태를 통해 레이저빔을 발진시킬 수 있다.
선폭조절부(20)는 발진부(10)에서 발진되는 레이저빔의 선폭을 조절한다. 선폭조절부(20)는 조절판(21)과, 조절렌즈부(22)와, 조절구동부(23)를 포함한다.
조절판(21)은 원판 형상으로 회전 가능하게 구비된다.
조절판(21)에는 원주 방향을 따라 조절렌즈부(22)가 구비된다. 조절렌즈부(22)는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭에 따라 복수 개가 구비되어 조절판(21)의 원주 방향을 따라 상호 이격 배치된다.
일예로, 조절렌즈부(22)는 상호 선폭이 다른 복수의 렌즈(A1~An)로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 렌즈(A1~An)는 각각 10um, 20um, 30um, 50um, 70um, 110um의 선폭을 가질 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서 상술한 수치를 갖는 복수의 렌즈(A1~An)는 여기에 한정하는 것은 아니고, 공지된 다양한 선폭 조건에 따라 선폭의 수치는 변경될 수 있다.
조절구동부(23)는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭에 따라 기설정된 회전각으로 조절판(21)을 회전시킨다. 조절구동부(23)는 조절판(21)을 기설정된 회전각으로 회전시킴으로써, 발진부(10)와 대상물(60) 사이로 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭을 갖는 조절렌즈부(22)가 배치될 수 있다.
일예로, 조절구동부(23)는 스테핑모터(stepping motor)로 구성되어 조절판(21)을 기설정된 회전각으로 회전시킬 수 있다.
여기서 조절구동부(23)는 조절판(21)의 회전에 따라 조절판(21)을 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시킬 수 있다. 이때, 제어부(30)는 변경되는 조절렌즈부(22)에 대응하여 조절구동부(23)의 왕복 이동을 단속한다.
조절구동부(23)는 레이저빔의 조사 방향으로 조절판(21)을 왕복 이동시킴으로써, 각각의 조절렌즈부(22)에 따른 초점거리(l)를 조절할 수 있고, 레이저빔이 정위치된 조절렌즈부(22)를 투과함에 따라 정확한 선폭으로 대상물(60)을 가공할 수 있다.
선폭조절부(20)는 조절감지부(26)를 더 포함할 수 있다.
조절감지부(26)는 조절판(21)의 단부에 구비되어 조절판(21)에 구비되는 선폭별 조절렌즈부(22)의 위치를 감지한다.
제어부(30)는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭에 따라 선폭조절부(20)의 조절구동부(23)를 단속한다.
제어부(30)는 현재 배치된 조절렌즈부(22)와 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭을 갖는 조절렌즈부(22)에 따라 기설정된 회전각으로 조절구동부(23)의 회전을 단속함으로써, 조절렌즈부(22)를 정확하게 변경하여 레이저빔의 선폭을 변경할 수 있다.
제어부(30)는 조절감지부(26)에서 감지되는 조절렌즈부(22)의 위치를 통해 현재 배치된 조절렌즈부(22) 또는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭을 갖는 조절렌즈부(22)의 위치를 확인하거나 두 조절렌즈부(22) 사이의 회전각을 결정할 수 있다.
또한, 제어부(30)는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭에 대응되는 초점거리(l)에 따라 조절구동부(23)를 단속할 수 있다.
제어부(30)는 조절구동부(23)의 왕복 이동을 단속함으로써, 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭을 갖는 조절렌즈부(22)에 대하여 이 선폭에 대응되는 조절렌즈부(22)의 초점거리(l)를 조절할 수 있고, 레이저빔이 투과되는 조절렌즈부(22)에 대응하여 정확한 선폭으로 대상물(60)을 가공할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 방법을 도시한 도면으로써, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 방법은 선폭조절단계(S1)와, 초점조절단계(S2)와, 빔조사단계(S3)를 포함한다.
선폭조절단계(S1)는 대상물(60)의 가공에 필요한 선폭에 따라 복수 개의 조절렌즈부(22)가 원주 방향을 따라 상호 이격 배치된 조절판(21)을 기설정된 회전각으로 회전시킨다.
일예로, 선폭조절단계(S1)는 제어부(30)의 단속에 따라 조절구동부(23)가 기설정된 회전각으로 조절판(21)을 회전시킨다.
초점조절단계(S2)는 선폭조절단계(S1)를 거쳐 선택된 조절렌즈부(22)에 대응하여 대상물(60)이 안착되는 스테이지(50) 또는 조절판(21)을 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시킨다.
일예로, 초점조절단계(S2)는 제어부(30)의 단속에 따라 조절렌즈부(22)에 대응하여 초점조절부(40)가 스테이지(50)를 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시킬 수 있다.
또한, 초점조절단계(S2)는 제어부(30)의 단속에 따라 조절렌즈부(22)에 대응하여 조절구동부(23)가 조절판(21)을 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시킬 수 있다.
빔조사단계(S3)는 레이저빔이 조절판(21)의 조절렌즈부(22)를 투과하여 대상물(60)을 가공하도록 발진부(10)에서 레이저빔을 발진시킨다.
빔조사단계(S3)는 발진부(10)에서 발진된 레이저빔이 조절판(21)의 조절렌즈부(22)를 투과할 때, 선폭조절단계(S1)와 초점조절단계(S2)를 거쳐 선폭과 초점거리가 조절됨으로써, 대상물(60)을 정밀하게 가공할 수 있다.
상술한 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치와 레이저 조사 방법에 따르면, 하나의 발진부(10)에서 발진되는 레이저빔을 다양한 선폭으로 변경하여 대상물(60)을 가공함으로써, 대상물(60)의 가공시간을 단축시키고, 선폭 변경에 따른 발진부(10)의 재가동시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 발진부 20: 선폭조절부
21: 조절판 22: 조절렌즈부
23: 조절구동부 26: 조절감지부
30: 제어부 40: 초점조절부
50: 스테이지 60: 대상물
S1: 선폭조절단계 S2: 초점조절단계
S3: 빔조사단계

Claims (8)

  1. 레이저빔을 발진시키는 발진부;
    상기 발진부에서 발진되는 상기 레이저빔의 선폭을 조절하는 선폭조절부; 및
    대상물의 가공에 필요한 선폭에 따라 상기 선폭조절부의 동작을 단속하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 선폭조절부는,
    회전 가능하게 구비되는 조절판;
    상기 대상물의 가공에 필요한 선폭에 따라 복수 개가 구비되어 상기 조절판의 원주 방향을 따라 상호 이격 배치는 조절렌즈부;
    상기 제어부의 단속에 따라 상기 조절판을 기설정된 회전각으로 회전시키는 조절구동부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선폭조절부는,
    상기 조절판의 단부에 구비되어 상기 조절판에 구비되는 상기 조절렌즈부의 위치를 감지하는 조절감지부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조절감지부에서 감지되는 상기 조절렌즈부의 위치를 통해 현재 배치된 상기 조절렌즈부 또는 상기 대상물의 가공에 필요한 선폭을 갖는 상기 조절렌즈부의 위치를 확인하거나 상기 두 조절렌즈부 사이의 회전각을 결정하는 것을 특징으로 하는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절판의 회전에 따라 상기 대상물이 안착된 스테이지를 상기 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시키는 초점조절부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 대상물의 가공에 필요한 선폭을 갖는 상기 조절렌즈부에 대하여 상기 선폭에 대응되는 상기 조절렌즈부의 초점거리를 조절하도록 상기 스테이지의 왕복 이동을 단속하는 것을 특징으로 하는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절구동부는,
    상기 조절판의 회전에 따라 상기 조절판을 상기 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 대상물의 가공에 필요한 선폭을 갖는 상기 조절렌즈부에 대하여 상기 선폭에 대응되는 상기 조절렌즈부의 초점거리를 조절하도록 상기 조절판의 왕복 이동을 단속하는 것을 특징으로 하는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 장치.
  8. 대상물의 가공에 필요한 선폭에 따라 복수 개의 조절렌즈부가 원주 방향을 따라 상호 이격 배치된 조절판을 기설정된 회전각으로 회전시키는 선폭조절단계;
    상기 선폭조절단계를 거쳐 선택된 상기 조절렌즈부에 대응하여 상기 대상물이 안착되는 스테이지 또는 상기 조절판을 레이저빔의 조사 방향으로 왕복 이동시키는 초점조절단계; 및
    상기 레이저빔이 상기 조절판의 조절렌즈부를 투과하여 상기 대상물을 가공하도록 상기 레이저빔을 발진시키는 빔조사단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 조절이 가능한 레이저 조사 방법.
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