KR20150033994A - 레이저 커팅 장치 및 그 커팅 방법 - Google Patents

레이저 커팅 장치 및 그 커팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 기술은 커팅 대상물의 특성(흡수계수) 차이에 따라 레이저의 커팅 속도를 달리함으로써 커팅 대상물에 입력되는 레이저의 에너지가 전체적으로 균일하게 되도록 하여 불완전 커팅이 발생되지 않도록 하는 레이저 커팅 장치 및 그 커팅 방법에 관한 것이다. 본 기술의 레이저 커팅 장치는 커팅 패턴에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스, 커팅 대상물에 대한 레이저빔의 조사 위치를 변화시키는 이동부, 사용자로부터 상기 커팅 패턴의 위치별 속도정보를 입력받는 특성값 입력부 및 상기 특성값 입력부로부터의 속도정보 및 상기 데이터베이스의 커팅 패턴에 대한 정보에 따라 상기 이동부를 제어하여 상기 레이저빔의 이동속도를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

레이저 커팅 장치 및 그 커팅 방법{Laser Cutting apparatus and cutting method of the same}
본 발명은 레이저를 이용한 커팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커팅 대상물의 특성(흡수계수) 차이에 따라 레이저의 커팅 속도를 달리함으로써 커팅 대상물에 입력되는 레이저의 에너지가 전체적으로 균일하게 되도록 하여 불완전 커팅이 발생되지 않도록 하는 레이저 커팅 장치 및 그 커팅 방법에 관한 것이다.
레이져는 절단, 형상가공, 용접 등의 일반 산업분야 뿐만 아니라 의료기기, 광통신, 컴퓨터 산업 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 레이저를 이용한 커팅 장치는 유리 또는 금속을 절단하는 용도로 많이 사용되고 있다.
그런데 종래의 레이저 커팅 장치는 커팅 대상물의 특성이 영역별로 다른 경우에도 그러한 특성차를 고려하지 않고 동일한 레이저빔을 동일한 속도로 조사하기 때문에 일부 영역에서 정상적으로 커팅이 되지 않는 불완전 커팅이 이루어지는 문제가 발생하고 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는 동일한 커팅 대상물 내에 서로 다른 특성을 갖는 영역이 포함된 경우 그러한 특성값을 고려하여 완전한 커팅이 이루어질 수 있도록 하는 방안의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는 동일한 커팅 대상물에 서로 다른 특성을 갖는 영역이 포함된 경우에도 완전한 커팅이 이루어질 수 있도록 하는 커팅 장치 및 커팅 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 커팅 장치는 커팅 패턴에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스, 커팅 대상물에 대한 레이저빔의 조사 위치를 변화시키는 이동부, 사용자로부터 상기 커팅 패턴의 위치별 속도정보를 입력받는 특성값 입력부 및 상기 특성값 입력부로부터의 속도정보 및 상기 데이터베이스의 커팅 패턴에 대한 정보에 따라 상기 이동부를 제어하여 상기 레이저빔의 이동속도를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 커팅 장치는 커팅 패턴에 대한 정보 및 커팅 대상물의 각 특성값에 대한 속도정보를 저장하는 데이터베이스, 상기 커팅 대상물에 대한 레이저빔의 조사 위치를 변화시키는 이동부, 상기 커팅 패턴의 위치별 상기 커팅 대상물의 특성값을 측정하는 특성값 측정부 및 상기 특성값 측정부에서 측정된 특성값을 상기 데이터베이스에 저장된 속도정보와 매칭시켜 상기 커팅 패턴의 위치별 이동속도를 판단하고 그 위치별 이동속도에 따라 상기 이동부를 제어하여 상기 레이저빔의 이동속도를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 커팅 장치의 커팅 방법은 기 설정된 커팅 패턴의 위치별 속도정보를 제공받는 단계 및 상기 속도정보에 따라 커팅 대상물에 조사되는 레이저빔의 이동속도를 가변시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 동일한 커팅 대상물에 서로 다른 특성을 갖는 영역이 포함된 경우에도 완전한 커팅이 이루어질 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 커팅 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커팅 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 커팅 장치의 구성을 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 커팅 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 1의 레이저 커팅 장치는 이동부(110), 특성값 입력부(120), 데이터베이스(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
이동부(110)는 제어부(130)의 제어에 따라 레이저(4)를 이동시킴으로써 커팅 대상물(2)에 조사되는 레이저빔의 위치를 변화(이동)시킨다. 특히, 이동부(110)는 레이저빔의 위치를 변화시키되 제어부(130)의 제어에 따라 레이저빔의 이동속도를 증가시키거나 감소시킨다.
특성값 입력부(120)는 다수의 입력키를 포함하는 사용자 인터페이스 장치로서, 기 설정된 커팅 패턴의 각 위치별로 사용자로부터 속도정보를 입력받아 제어부(140)에 전달한다.
데이터베이스(130)는 기 설정된 커팅 패턴에 대한 정보를 저장한다. 커팅 패턴은 형성하고자 하는 대상(예컨대, 2차 전지의 전극)에 대한 설계 패턴으로, 이러한 커팅 패턴에 따라 레이저빔이 커팅 대상물(2)을 커팅하게 된다. 또한 데이터베이스는 커팅 패턴의 각 위치별 커팅 대상물(2)의 특성정보를 저장한다. 예컨대, 커팅 패턴의 위치별로 커팅 대상물(2)이 코팅이 되어 있는지 여부, 되어 있다면 어떤 색상으로 되어 있는지 여부를 저장할 수 있다. 특히, 데이터베이스(130)는 이러한 특성정보로서 커팅 패턴의 각 위치별 커팅 대상물(2)의 흡수계수(absorption coefficient)에 대한 정보를 저장할 수 있다.
제어부(140)는 특성값 입력부(120)로부터 제공받은 속도정보 및 데이터베이스(130)에 저장된 커팅 패턴에 대한 정보에 따라 이동부(110)를 제어하여 레이저빔의 이동속도를 조절한다. 즉, 제어부(140)는 커팅 패턴에 따라 레이저빔이 조사되도록 이동부(110)를 제어하되 커팅 패턴 전체에 대해 레이저빔이 동일한 속도로 이동하도록 하지 않고 특성값 입력부(120)로부터 제공받은 속도정보에 따라 커팅 패턴의 위치별로 레이저빔의 이동속도를 조절한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커팅 방법을 설명하기 위한 도면이다.
커팅 대상물(2)은 2차 전지의 전극을 형성하기 위한 물질막으로서, 금속박막으로 이루어진 제 1 영역(2a)과 금속박막 및 활물질로 이루어졌으며 그 표면이 특정 색상으로 코팅된 제 2 영역(2b)으로 구분된다. 따라서, 제 1 영역(2a)의 표면과 제 2 영역(2b)의 표면은 흡수계수(absorption coefficient)가 서로 다르다. 즉, 제 1 영역(2a)이 제 2 영역(2b) 보다 흡수계수가 낮다. 이러한 정보는 데이터베이스(130)에 저장될 수 있다.
이때, 설계 단계에서 기 설정된 커팅 패턴은 도 2에서 점선으로 표시된 바와 같이 위치에 따라 일부(①, ③)는 제 1 영역(2a)에 위치하며 일부(②)는 제 2 영역(2b)에 위치하게 된다. 따라서, 동일한 조건으로 커팅 패턴 전체를 커팅하게 되면, 흡수계수가 높은 제 2 영역(2b)에 위치하는 ① 및 ③ 구간에서는 정상적으로 커팅이 이루어졌으나 흡수계수가 낮은 제 1 영역(2a)에 위치하는 ② 구간은 커팅 대상물에 흡수된 레이저빔의 에너지가 적어 정상적인 커팅이 이루어지지 않을 수 있다. 즉, 불완전 커팅이 발생될 수 있다.
따라서 사용자는 데이터베이스(130)에 저장된 커팅 패턴에 대한 정보 및 커팅 패턴의 각 위치별 커팅 대상물(20)의 특성정보를 이용하여 커팅 패턴에서 제 1 영역(2a)에 위치하는 구간과 제 2 영역(2b)에 위치하는 구간이 어디인지 그리고 해당 구간들에서의 흡수계수의 차이가 어느 정도인지를 파악한 후 특성값 입력부(120)를 이용하여 제 1 영역(2a)과 제 2 영역(2b)의 흡수계수의 차이에 대응되게 커팅 패턴의 각 위치에 서로 다른 속도값을 설정해준다.
제어부(140)는 사용자가 설정한 속도정보에 따라 이동부(110)를 제어하여 레이저빔이 제 1 영역(2a)에 위치하는 커팅 패턴을 지나갈 때는 그 이동속도를 제 2 영역(2b)에 위치하는 커팅 패턴을 지나갈 때보다 낮춰줌으로써, 제 1 영역(2a)에 위치하는 커팅 패턴과 제 2 영역(2b)에 위치하는 커팅 패턴에 균일한 에너지가 흡수될 수 있도록 해준다.
이에 따라, 커팅 패턴의 모든 영역이 완전하게 커팅될 수 있게 된다.
상술한 실시예에서는 제 2 영역(2b)만 코팅된 경우를 설명하였으나 제 1 영역(2a)과 제 2 영역(2b)이 각각 흡수계수가 서로 다른 색상으로 코팅된 경우에도 동일한 방법을 적용할 수 있음은 자명하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 커팅 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
상술한 도 1의 실시예에서는 속도정보를 사용자가 직접 입력하였으나, 도 3에서는 커팅 패턴의 위치별 커팅 대상물의 흡수계수를 자동으로 계산하고 계산된 흡수계수에 따라 레이저빔의 이동속도를 자동으로 설정하는 차이가 있다.
도 3의 레이저 커팅 장치는 이동부(210), 특성값 측정부(220), 데이터베이스(230) 및 제어부(240)를 포함한다.
이동부(210)는 도 1에서와 같이 제어부(240)의 제어에 따라 레이저(4)를 이동시킴으로써 커팅 대상물(2)에 조사되는 레이저빔의 위치를 변화(이동)시킨다.
특성값 측정부(220)는 커팅 패턴의 위치별 커팅 대상물(2)의 특성값을 측정하고 측정된 값을 제어부(240)에 전달한다. 이때, 특성값 측정부(220)는 특성값으로서 흡수계수를 측정할 수 있다.
예컨대, 특성값 측정부(220)는 커팅 공정을 수행하기 전에 먼저 커팅 패턴을 따라 커팅 대상물(2)에 스캔용 레이저빔을 조사하고 그에 따라 커팅 대상물(2)에서 반사되는 레이저빔을 수신한 후 커팅 패턴의 위치별로 조사된 레이저빔의 광량과 수신된 레이저빔의 광량을 비교함으로써 커팅 패턴의 위치별 커팅 대상물(2)의 흡수계수를 측정할 수 있다. 또는, 특성값 측정부(220)는 커팅 공정을 수행하기 전에 먼저 커팅 패턴을 따라 커팅 대상물(2)에 스캔용 레이저빔을 조사하고 그에 따라 커팅 대상물(2)을 투과한 레이저빔을 수신한 후 조사된 레이저빔의 광강도와 투과된 레이저빔의 광강도를 비교함으로써 커팅 패턴의 위치별 커팅 대상물(2)의 흡수계수를 측정할 수 있다. 일반적으로 빛이 대상물을 투과할 때 대상물의 흡수계수를 α(cm-1), 전파 거리를 x(cm), 거리 x를 전파하는 전후의 광강도를 각각 I0, I라 했을 때 대상물 표면의 프레넬 반사를 무시하면 I= I0ㅇe-αx 의 관계가 성립된다. 따라서, 조사된 레이저빔의 광강도와 대상물을 투과한 레이저빔의 광강도를 알면 대상물의 흡수계수를 구할 수 있다.
데이터베이스(230)는 커팅 패턴에 대한 정보 및 흡수계수별 속도정보를 저장한다. 예컨대, 데이터베이스(230)는 각각의 흡수계수 별로 그에 대응되는 속도정보를 테이블화하여 저장할 수 있다. 이러한 속도정보는 사용되는 레이저빔의 파장별로 구분되어 저장될 수도 있다.
도 2 및 도 3을 이용하여 커팅 방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
특성값 측정부(220)는 레이저 커팅에 앞서 스캔용 레이저빔을 도 2에서 점선으로 표시된 커팅 패턴을 따라 조사하고 커팅 패턴을 따라 커팅 대상물(2)에서 반사되는 레이저빔 또는 커팅 대상물(2)을 투과한 레이저빔을 수신한다.
다음에, 특성값 측정부(220)는 조사된 레이저빔과 수신된 레이저빔을 이용하여 커팅 패턴의 위치별 커팅 대상물의 흡수계수를 계산한다. 예컨대, 특성값 측정부(220)는 조사된 레이저빔의 광량과 수신된 레이저빔의 광량을 비교하거나 조사된 레이저빔의 광강도와 투과된 레이저빔의 광강도를 비교함으로써 커팅 패턴의 위치별 커팅 대상물(2)의 흡수계수를 측정한다. 이렇게 측정된 흡수계수는 제어부(240)에 전달된다. 즉, 커팅 패턴의 ①, ②, ③ 구간에 대한 흡수계수가 제어부(240)에 전달된다.
제어부(240)는 특성값 측정부(220)로부터 제공받은 커팅 패턴의 위치별 흡수계수를 이용하여 데이터베이스(230)에서 해당 흡수계수에 대응되는 속도정보를 검색한다. 이에 따라, 커팅 패턴의 ①, ②, ③ 구간에 대한 속도값이 정해진다.
제어부(240)는 이렇게 정해진 속도값에 따라 이동부(210)를 제어하여 레이저빔이 제 1 영역(2a)에 위치하는 커팅 패턴을 지나갈 때는 그 이동속도를 제 2 영역(2b)에 위치하는 커팅 패턴을 지나갈 때보다 낮춰줌으로써, 제 1 영역(2a)에 위치하는 커팅 패턴과 제 2 영역(2b)에 위치하는 커팅 패턴에 균일한 에너지가 흡수될 수 있도록 해준다.
이에 따라, 커팅 패턴의 모든 영역이 완전하게 커팅될 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
예컨대, 도 1 및 도 3에서는 이동부(110, 210)가 레이저(4)를 이동시킴으로써 커팅 대상물(2) 상에 조사되는 레이저빔의 위치를 변화시키는 경우를 설명하였으나, 이동부(110, 210)가 레이저(4)를 이동시키지 않고 커팅 대상물(2)이 놓여진 선반을 이동시킴으로써 커팅 대상물(2) 상에서 레이저빔이 조사되는 위치를 변화시킬 수 있다.
110, 210 : 이동부 120 : 특성값 입력부
130, 230 : 데이터베이스 140, 240 : 제어부
220 : 특성값 측정부

Claims (15)

  1. 커팅 패턴에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스;
    커팅 대상물에 대한 레이저빔의 조사 위치를 변화시키는 이동부;
    사용자로부터 상기 커팅 패턴의 위치별 속도정보를 입력받는 특성값 입력부; 및
    상기 특성값 입력부로부터의 속도정보 및 상기 데이터베이스의 커팅 패턴에 대한 정보에 따라 상기 이동부를 제어하여 상기 레이저빔의 이동속도를 조절하는 제어부를 포함하는 레이저 커팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 데이터베이스는
    상기 커팅 패턴의 각 위치별 상기 커팅 대상물의 특성정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 데이터베이스는
    상기 커팅 패턴의 각 위치별 상기 커팅 대상물의 흡수계수(absorption coefficient)에 대한 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 이동부는
    상기 레이저빔을 조사하는 레이저를 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 이동부는
    상기 커팅 대상물이 놓여진 선반을 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  6. 커팅 패턴에 대한 정보 및 커팅 대상물의 각 특성값에 대한 속도정보를 저장하는 데이터베이스;
    상기 커팅 대상물에 대한 레이저빔의 조사 위치를 변화시키는 이동부;
    상기 커팅 패턴의 위치별 상기 커팅 대상물의 특성값을 측정하는 특성값 측정부; 및
    상기 특성값 측정부에서 측정된 특성값을 상기 데이터베이스에 저장된 속도정보와 매칭시켜 상기 커팅 패턴의 위치별 이동속도를 판단하고 그 위치별 이동속도에 따라 상기 이동부를 제어하여 상기 레이저빔의 이동속도를 조절하는 제어부를 포함하는 레이저 커팅 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 특성값 측정부는
    상기 커팅 패턴의 위치별 상기 커팅 대상물의 흡수계수(absorption coefficient)를 측정하는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 특성값 측정부는
    상기 커팅 패턴을 따라 상기 커팅 대상물에 스캔용 레이저빔을 조사한 후 상기 커팅 패턴의 위치별로 반사된 레이저빔의 광량을 비교하여 상기 커팅 패턴의 위치별 상기 커팅 대상물의 흡수계수를 측정하는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 특성값 측정부는
    상기 커팅 패턴을 따라 상기 커팅 대상물에 스캔용 레이저빔을 조사한 후 조사된 레이저빔과 상기 커팅 대상물을 투과한 레이저빔의 광강도를 이용하여 상기 커팅 패턴의 위치별 상기 커팅 대상물의 흡수계수를 측정하는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 이동부는
    상기 레이저빔을 조사하는 레이저를 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  11. 제 6항에 있어서, 상기 이동부는
    상기 커팅 대상물이 놓여진 선반을 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 장치.
  12. 레이저 커팅 장치의 커팅 방법에 있어서,
    기 설정된 커팅 패턴의 위치별 속도정보를 제공받는 단계; 및
    상기 속도정보에 따라 커팅 대상물에 조사되는 레이저빔의 이동속도를 가변시키는 단계를 포함하는 레이저 커팅 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 커팅 패턴의 위치별 속도정보는
    상기 커팅 패턴의 위치별 상기 커팅 대상물의 흡수계수(absorption coefficient)에 따라 서로 다른 속도값을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 흡수계수는
    상기 커팅 패턴을 따라 상기 커팅 대상물에 스캔용 레이저빔을 조사한 후 상기 커팅 패턴의 위치별로 반사된 레이저빔의 광량을 비교함으로써 측정되는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 방법.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 흡수계수는
    상기 커팅 패턴을 따라 상기 커팅 대상물에 스캔용 레이저빔을 조사한 후 조사된 레이저빔과 상기 커팅 대상물을 투과한 레이저빔의 광강도를 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 레이저 커팅 방법.
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