KR20150126810A - 자동 초점 조절 기능을 가진 레이저 마킹 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 초점 조절 기능을 가진 레이저 마킹 장치에 관한 것이고, 구체적으로 탐지된 마킹 대상물의 위치에 기초하여 자동으로 초점 조절이 될 수 있도록 하는 레이저 마킹 장치에 관한 것이다. 발생기(12), 발생기(12)에서 발생된 빔의 집속을 조절하는 익스팬더(15), 익스팬더(15)로부터 전송되는 빔을 반사하는 X-방향 및 Y-방향 미러, X-방향 및 Y-방향 미러(L1, L2)에서 전송된 빔의 초점이 작업 소재(W)에 위치하도록 하는 F-세타 렌즈(L3) 및 제어장치(11)를 포함하는 레이저 마킹 장치는 작업 소재(W)로부터 F-세타 렌즈(L3) 사이의 거리를 측정하여 제어장치(11)로 전달하여 초점이 작업 소재(W)의 정해진 위치에 형성되도록 하는 거리 측정 장치(16)를 포함한다.

Description

자동 초점 조절 기능을 가진 레이저 마킹 장치{Apparatus for Laser Marking with Function of Automatic Regulation of Focus}

본 발명은 자동 초점 조절 기능을 가진 레이저 마킹 장치에 관한 것이고, 구체적으로 탐지된 마킹 대상물의 위치에 기초하여 자동으로 초점 조절이 될 수 있도록 하는 레이저 마킹 장치에 관한 것이다.

레이저 마킹 장치는 목재, 플라스틱, 금속, 코팅 금속, 석재 또는 유리와 같은 소재의 표면에 레이저 빔으로 문자, 기호, 문양 또는 그림을 각인하는 장치를 말한다. 일반적으로 레이저 마킹 장치는 각인을 위한 빔을 발생시키는 레이저, 레이저 빔의 방향, 강도, 이동 속도 및 분포와 같은 것을 제어하는 제어장치를 포함할 수 있다. 이와 같은 레이저 마킹 장치는 X-Y 테이블에서 작업 소재가 고정되어 있고 레이저 광학 기기가 X-Y 방향으로 움직여 작업 소재에 각인을 하는 형태가 일반적이다. 다른 한편으로 레이저 마킹 장치가 Y 방향으로 이동을 하고 레이저가 X 방향으로 이동을 하면서 각인이 될 수 있다.

레이저 마킹과 관련된 선행기술로 특허등록번호 제0520899호 ‘레이저 마킹시스템의 마킹 보정방법’이 있다. 상기 선행기술은 트레이의 각 셀 내에 적재된 칩들을 적어도 하나의 비젼 카메라로 관찰하면서 마킹을 하는 레이저 마커와, 마킹된 오차를 검출하는 포스트 비젼 카메라를 구비하는 레이저 마킹 시스템의 마킹 보정방법에 있어서, 상기 각 비젼 카메라에 관찰 대상 칩들을 할당하는 단계, 상기 각 비젼 카메라 및 레이저 마커의 좌표를 일치시키는 단계, 상기 각 칩 또는 각 칩에 해당되는 위치에 소정의 제1 심볼을 마킹하고 해당 비젼 카메라로 선택된 제1 심볼을 관찰하고 그 심볼의 일점을 기준점으로 티칭하는 단계, 해당 비전 카메라로 상기 칩의 제1 심볼 및 기준점을 관찰하여 각 칩에 상기 기준점을 기준으로 제2 심볼을 마킹하는 단계, 선택된 칩 상의 제2 심볼을 관찰하여 그 심볼의 비교점을 티칭하는 단계 및 각 칩상의 상기 기준점으로부터 상기 비교점의 위치를 검출하여 각 셀에서의 마킹 오차를 검출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 마킹 방법에 대하여 개시하고 있다.

레이저 마킹과 관련된 다른 선행기술로 특허등록번호 제0771496호 ‘레이저 마킹 시스템의 보정 장치 및 방법’이 있다. 상기 선행기술은 트레이가 이동할 때 트레이 내의 칩의 높이에 갭이 발생하는 경우에 발생된 갭의 크기가 일정 범위 내에 속하면 이를 보정하여 마킹을 행하고 그 범위를 초과하는 경우에 마킹을 중지하여 칩 및 트레이의 손상을 방지할 수 있는 레이저 마킹 시스템의 보정 장치 및 방법에 관한 것으로 트레이에서의 칩들의 높이를 측정하도록 트레이에 탑재된 칩들의 측면에 레이저 빔을 투사하는 레이저 빔 발진기와, 트레이에 탑재된 칩들의 X, Y 위치를 촬상하며, 상기 레이저 빔 발진기로부터 칩들의 측면으로 투사된 레이저 빔을 검출하는 비젼 카메라를 포함하는 레이저 마킹 시스템의 보정 장치에 대하여 개시하고 있다.

제시된 선행기술 또는 공지된 레이저 마킹 장치에서 개시된 레이저 마킹 과정에서 발생되는 오차를 보정하는 방법은 복잡한 장치를 포함하는 한편 오차의 발생을 실시간으로 교정하기 어렵다는 단점을 가진다.

본 발명은 공지된 레이저 마킹의 보정을 위한 방법이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

선행기술1: 특허등록번호 제0771496호: 레이저 마킹 시스템

본 발명의 목적은 마킹 과정에서 발생하는 오차를 실시간으로 발견하여 적용시킬 수 있는 자동 초점 조절 기능을 가진 레이저 마킹 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 발생기, 발생기에서 발생된 빔의 집속을 조절하는 익스팬더, 익스팬더로부터 전송되는 빔을 반사하는 X-방향 및 Y-방향 미러, X-방향 및 Y-방향 미러에서 전송된 빔의 초점이 작업 소재에 위치하도록 하는 F-세타 렌즈 및 제어장치를 포함하는 레이저 마킹 장치는 작업 소재로부터 F-세타 렌즈 사이의 거리를 측정하여 제어장치로 전달하여 초점이 작업 소재의 정해진 위치에 형성되도록 하는 거리 측정 장치를 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 거리 측정 장치는 포토 센서가 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제어장치는 거리 측정 장치로부터 전달된 값에 기초하여 익스팬더를 제어하여 초점 형성 위치를 조절한다.

본 발명에 따른 레이저 마킹 장치는 간단하게 오차를 발견하여 실시간으로 자동으로 오차 보정이 가능하도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치는 작동 방법에 관계없이 모든 레이저 마킹 장치에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 이미 제조된 장치에 추가하여 적용하는 것이 가능하다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치의 실시 예의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치에 적용될 수 있는 초점 조절 수단의 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치의 실시 예의 개략적인 구성을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치는 레이저 빔의 발생을 위한 발생기(12), 발생기(12)에서 발생된 빔의 집속을 조절하는 익스팬더(15), 익스팬더(15)로부터 전송되는 빔을 반사하는 X-방향 및 Y-방향 미러(L1, L2), X-방향 및 Y-방향 미러(L1, L2)에서 전송된 빔의 초점이 작업 소재(W)에 위치하도록 하는 F-세타 렌즈(L3), 제어장치(11) 및 작업 소재(W)로부터 F-세타 렌즈(L3) 사이의 거리를 측정하여 제어장치(11)로 전달하여 초점이 작업 소재(W)의 정해진 위치에 형성되도록 하는 거리 측정 장치(16)를 포함한다.

발생기(12)는 이 분야에서 공지된 임의의 레이저 빔 발생기가 될 수 있고 예를 들어 이산화탄소 레이저(carbon dioxide laser), 파이버 레이저(fiber laser) 또는 Q-스위치 YAG 레이저와 같은 것이 될 수 있고 본 발명은 특정한 형태의 레이저 또는 마킹 방법에 의하여 제한되지 않는다.

발생기(12)에서 발생된 레이저는 제어장치(11)에 의하여 제어되어 익스팬더(15)로 전달될 수 있다. 익스팬더(15)는 통과되는 레이저의 단면적을 조절하기 위하여 일정 거리만큼 이격된 오목렌즈와 볼록렌즈로 이루어질 수 있다. 익스팬더(15)를 통과하면서 초점이 조절된 레이저는 X-방향 미러(L1) 및 Y-방향 미러(L2)에서 주사 방향이 결정되고 다시 F-세타 렌즈(L3)를 통과하여 정해진 작업 소재(W)의 표면에 초점을 형성하게 된다. 정해진 작업 소재(W)의 표면에 초점이 형성되면서 원하는 형태로 각인이 될 수 있고 그리고 분리 장치(isolator)(13)는 작업 소재(W)의 표면으로부터 반사된 레이저 광이 다시 레이저 발생기(12) 또는 레이저 오실레이터로 유입되는 것을 차단하게 된다.

레이저 마킹 과정에서 작업 소재(W)는 이송 장치(도시되지 않음)에 의하여 이송되어 일정 위치에 고정될 수 있다. 작업 소재(W)는 일반적으로 균일한 X-Y 평면 위에 존재하지만 다양한 원인으로 인하여 높이 차이가 발생할 수 있다. 구체적으로 F-세타 렌즈(L3)와 작업 소재(W)의 표면 사이의 거리가 미리 결정된 거리와 차이가 생길 수 있고 이로 인하여 초점이 정확하게 작업 소재(W)의 표면에 형성되지 않을 수 있다. 이와 같은 높이 차이의 발생과 초점 형성의 어긋남은 레이저 마킹의 품질을 저하시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, F-세타 렌즈(L3)와 작업 소재(W)의 표면 사이의 거리를 실시간으로 측정을 하기 위한 거리 측정 장치(16)가 설치될 수 있다. 거리 측정 장치(16)는 예를 들어 발광 소자 및 수광 소자로 이루어진 포토 센서(photo sensor), 레이저 센서 또는 초음파 근접 각 센서와 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 포토 센서가 거리 측정 장치(16)로 사용되는 경우 필요에 따라 거리와 함께 표면의 경사도가 측정될 수 있다.

거리 측정 장치(16)에서 측정된 값은 미리 결정되어 예를 들어 메모리 장치에 위치 또는 좌표에 따른 값이 저장될 수 있다. 거리 측정 장치(16)는 독립된 구동 장치(도시되지 않음)에 의하여 이동되거나 또는 작업 소재(W)의 표면에서 형성되는 초점의 위치에 연계되어 이동될 수 있다. 예를 들어 거리 측정 장치(16)는 현재 초점의 위치로부터 다음 초점이 형성될 위치의 사이의 일정 지점에서 거리를 측정할 수 있다. 거리 측정 장치(16)에 의하여 측정된 값이 미리 저장되는 경우 작업 소재(w) 표면에서 측정된 위치로 레이저 마킹 장치가 이동되면 그에 따라 제어장치(11)가 측정된 거리에 따라 초점을 조절하게 된다. 다른 한편으로 레이저의 초점이 이동하기 이전에 거리가 측정되는 경우 레이저의 이동과 동시에 제어장치(11)에 의하여 초점이 조절될 수 있다.

이와 같이 측정된 거리는 미리 메모리 장치에 저장이 되거나 또는 레이저 초점이 이동이 되기 직전에 측정이 되어 제어장치(11)로 전달될 수 있다. 미리 메모리 장치에 저장이 되면 레이저 초점이 해당 위치로 이동되면서 제어장치(11)는 저장된 값을 불러오고 이에 따라 레이저 빔의 초점을 조절하게 된다. 그리고 초점이 이동이 되기 직전에 측정이 되면 현재 위치에서 각인이 끝나고 만약 다음 위치에서 초점이 조절될 필요가 있다면 그에 따라 제어장치(11)는 레이저 빔의 초점을 조절하게 된다.

각인이 되는 작업 소재(W)의 위치에 따라 초점 조절이 필요한 경우 제어장치는 익스팬더(15)를 조절하여 초점 위치를 조절하게 된다. 초점 위치의 조절을 위하여 모터(M)에 의하여 구동되는 초점 조절 수단(14)이 설치될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치에 적용될 수 있는 초점 조절 수단의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 초점 조절 수단(14)은 모터(M)의 축에 연결된 구동 수단(141), 익스팬더의 제1 렌즈 수용 부분(21)과 제2 렌즈 수용 부분(22) 사이에 연결된 종동 수단(142), 구동 수단(141)과 종동 수단(142)을 연결하는 회전 벨트(143)를 포함할 수 있다.

모터(M)는 제어장치에 의하여 회전이 제어되고 모터(M)의 회전에 따라 종동 수단(142)이 회전하게 된다. 그리고 종동 수단(142)의 회전 방향에 따라 제1 렌즈 수용 부분(21)과 제2 렌즈 수용 부분(22) 사이의 거리가 조절될 수 있고 이에 따라 작업 소재에서 초점 형성 높이가 제어될 수 있다. 모터(M) 및 구동 수단(141)은 각각 베이스(B)에 고정된 고정 수단(23a, 23b)에 의하여 일정 위치에 고정될 수 있다. 익스팬더의 입구(IN)를 따라 유입된 레이저 빔은 익스팬더의 내부에 설치된 렌즈 사이의 거리에 의하여 초점이 조절될 수 있고 렌즈 사이의 거리는 위에서 설명을 한 것처럼, 모터(M)의 회전에 의하여 제어될 수 있다.

작업 소재 위에서 초점의 조절은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

본 발명에 따르면, 레이저 빔에 의하여 작업이 이루어지는 과정에서 작업 소재의 각인이 이루어지는 위치에 정확하게 레이저 빔의 초점이 맞추어지도록 조절이 된다. 이와 같은 과정은 작업 소재가 위치하면 별도로 거리 측정 수단을 이용하여 X-Y 좌표에 따른 거리가 측정이 되어 저장 수단에 저장이 되거나 각인과 동시에 거리 측정 수단에 의하여 거리가 측정될 수 있다. 저장되거나 또는 측정된 거리 값은 제어장치로 전달될 수 있다. 제어장치는 전달된 거리 값에 기초하여 레이저 빔이 해당 위치로 이동하면 모터를 회전시켜 익스팬더 내부에 설치된 렌즈 사이의 거리를 조절하는 것에 의하여 초점을 조절하게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치는 실시간으로 초점이 조절되도록 하는 것에 의하여 레이저 마킹 제품의 품질이 향상될 수 있도록 한다는 이점을 가진다.

본 발명에 따른 레이저 마킹 장치는 간단하게 오차를 발견하여 실시간으로 자동으로 오차 보정이 가능하도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치는 작동 방법에 관계없이 모든 레이저 마킹 장치에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 이미 제조된 장치에 추가하여 적용하는 것이 가능하다는 장점을 가진다.

11: 제어장치 12: 발생기
13: 분리 장치 14: 초점 조절 수단
15: 익스팬더 16: 거리 측정 장치
21: 제1 렌즈 수용 부분 22: 제2 렌즈 수용 부분
23a, 23b: 고정 수단
141: 구동 수단 142: 종동 수단
143: 회전 벨트
B: 베이스 L1: X-방향 미러
L2: Y-방향 미러 L3: F-세타 렌즈
M: 모터 W:작업 소재

Claims (1)

1. 발생기(12), 발생기(12)에서 발생된 빔의 집속을 조절하는 익스팬더(15), 익스팬더(15)로부터 전송되는 빔을 반사하는 X-방향 및 Y-방향 미러, X-방향 및 Y-방향 미러(L1, L2)에서 전송된 빔의 초점이 작업 소재(W)에 위치하도록 하는 F-세타 렌즈(L3) 및 제어장치(11)를 포함하는 레이저 마킹 장치에 있어서,
   작업 소재(W)의 표면에서 형성되는 초점의 위치에 연계되어 이동되면서 F-세타 렌즈(L3) 사이의 거리를 실시간으로 측정하여 제어장치(11)로 전달하여 초점이 작업 소재(W)의 정해진 위치에 형성되도록 하는 거리 측정 장치(16)를 포함하고,
   상기 거리 측정 장치(16)는 초음파 근접 각 센서가 되고, 미리 결정된 F-세타 렌즈(L3)와 작업 소재(W)의 표면 사이의 거리를 차이를 측정하여 F-세타 렌즈(13)와 함께 또는 F-세타 렌즈(13)의 이동 이전에 현재 초점의 위치로부터 다음 초점이 형성되는 위치로 이동되어 실시간으로 초점 거리를 측정하여 제어 장치(11)로 전송하고, 제어 장치(11)는 전송된 초점 거리에 기초하여 초점 조절 수단(14)에 의하여 상기 다음 초점 거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹 장치.

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