KR20180109280A

KR20180109280A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20180109280A
Application number: KR1020170038644A
Authority: KR
Inventors: 이세용; 배성호
Original assignee: (주)엔에스
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-10-08
Also published as: KR102085229B1

Abstract

본 발명은, 가공 대상물의 미리 정해진 절단 부위를 레이저 절단하기 위한 레이저 가공 장치에 관한 것으로서, 미리 정해진 발진 주기 동안에, 상기 절단 부위를 예열 가능한 보조 펄스 레이저빔과, 상기 보조 펄스 레이저빔에 의해 예열된 절단 부위를 절단 가능한 메인 펄스 레이저빔을 미리 정해진 순서에 따라 발진하는 레이저 발진기; 및 상기 보조 펄스 레이저빔의 빔 스팟과 상기 메인 펄스 레이저빔의 빔 스팟이 미리 정해진 비율로 중첩되도록 상기 보조 펄스 레이저빔과 상기 메인 펄스 레이저빔을 상기 절단 부위를 따라 조사하는 레이저 헤드를 포함한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING DEVICE}

본 발명은 가공 대상물을 절단 내지는 천공하기 위한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

레이저 가공 장치는, 가공 대상물에 레이저빔을 조사하여 가공 대상물을 절단하거나 천공하는 장치이다.

도 1은 종래의 레이저 가공 장치에 의해 발진된 펄스 레이저빔의 파형을 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 펄스 레이저빔의 에너지 분포 양상을 나타내는 도면이다.

종래의 레이저 가공 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(미도시)로부터 미리 정해진 주기(P)마다 한 발씩 발진된 펄스 레이저빔(L)을 가공 대상물(미도시)에 조사하여, 가공 대상물을 레이저 가공한다. 일반적으로 펄스 레이저빔(L)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 광축(X) 부근에 에너지가 집중적으로 분포되는 가우스형의 에너지 분포 양상을 갖는다. 이러한 펄스 레이저빔(L)의 전체 영역 중 에너지 레벨이 소정의 기준 에너지 레벨(R) 이상인 광축 인접 영역(A)만 레이저 가공에 실질적으로 기여할 수 있고, 펄스 레이저빔(L)의 전체 영역 중 에너지 레벨이 기준 에너지 레벨(R) 미만인 외곽 영역(S)은 레이저 가공에 실질적으로 기여하기 어렵다.

이러한 펄스 레이저빔(L)을 이용해 가공 대상물을 원활하고 신속하게 레이저 가공하기 위해서는, 펄스 레이저빔(L)의 에너지를 가공 대상물의 깊은 곳까지 인가하는 것이 바람직하다. 일반적으로 펄스 레이저빔(L)의 에너지 인가 깊이는 펄스 레이저빔(L)의 출력과 비례하므로, 펄스 레이저빔(L)을 가공 대상물의 깊은 곳까지 인가하기 위해서는 펄스 레이저빔(L)의 에너지 출력을 증가시켜야 한다.

펄스 레이저빔(L)은 가우스형의 에너지 분포 양상을 가지므로, 펄스 레이저빔(L)의 에너지 출력을 증가시킬 경우에는 광축 인접 영역(A)의 면적뿐만 아니라 외곽 영역(S)의 면적도 함께 증가될 수밖에 없다. 그런데, 외곽 영역(S)은 레이저 가공에 실질적으로 기여하기 어렵지만 가공 대상물을 열 변형시킬 수 있다. 이로 인해, 외곽 영역(S)은 가공 대상물의 가공 부위(절단면, 천공면 등)의 단면 품질에 악 영향(가공면의 부품, Taper의 증가 등)을 주거나 가공 부위의 인접 부위의 표면 품질에 악 영향(표면의 부품, 이물 발생의 증가 등)을 줄 수 있다. 따라서, 종래의 레이저 가공 장치는 펄스 에너지빔(L)의 고 에너지로 인해 가공 품질이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은, 펄스 레이저빔의 고 에너지에 인해 가공 품질이 떨어지지 않도록 구조를 개선한 레이저 가공 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 레이저 가공 장치는, 가공 대상물의 미리 정해진 절단 부위를 레이저 절단하기 위한 레이저 가공 장치에 있어서, 미리 정해진 발진 주기 동안에, 상기 절단 부위를 예열 가능한 보조 펄스 레이저빔과, 상기 보조 펄스 레이저빔에 의해 예열된 절단 부위를 절단 가능한 메인 펄스 레이저빔을 미리 정해진 순서에 따라 발진하는 레이저 발진기; 및 상기 보조 펄스 레이저빔의 빔 스팟과 상기 메인 펄스 레이저빔의 빔 스팟이 미리 정해진 비율로 중첩되도록 상기 보조 펄스 레이저빔과 상기 메인 펄스 레이저빔을 상기 절단 부위를 따라 조사하는 레이저 헤드를 포함한다.

바람직하게, 상기 보조 펄스 레이저빔은 상기 메인 펄스 레이저빔에 비해 미리 정해진 비율만큼 짧은 펄스 폭을 갖는다.

바람직하게, 상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 적어도 한 발의 보조 펄스 레이저빔을 발진한 후 상기 메인 펄스 레이저빔을 발진한다.

바람직하게, 상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 상기 보조 펄스 레이저빔과 상기 메인 펄스 레이저빔을 미리 정해진 시간 간격을 두고 발진한다.

바람직하게, 상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 여러 발의 보조 펄스 레이저빔들을 미리 정해진 시간 간격을 두고 발진한다.

바람직하게, 어느 발진 주기에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들 사이의 시간 간격과 상기 어느 발진 주기에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔과 메인 펄스 레이저빔 사이의 시간 간격을 합산한 총 합은, 상기 어느 발진 주기에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들과 메인 펄스 레이저빔의 펄스 폭을 합산한 총 합에 비해 미리 정해진 비율만큼 길다.

바람직하게, 어느 발진 주기에서 발진된 메인 펄스 레이저빔과 상기 어느 발진 주기의 다음 발진 주기에서 처음으로 발진된 보조 펄스 레이저빔 사이의 시간 간격은, 상기 어느 발진 주기에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔과 메인 펄스 레이저빔 사이의 간격에 비해 미리 정해진 비율만큼 길다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 레이저 가공 장치는, 가공 대상물의 미리 정해진 천공 부위를 레이저 천공하기 위한 레이저 가공 장치에 있어서, 미리 정해진 발진 주기 동안에, 상기 천공 부위를 예열 가능한 보조 펄스 레이저빔과, 상기 보조 펄스 레이저빔에 의해 예열된 천공 부위를 천공 가능한 메인 펄스 레이저빔을 미리 정해진 순서에 따라 발진하는 레이저 발진기; 및 상기 보조 펄스 레이저빔의 빔 스팟과 상기 메인 펄스 레이저빔의 빔 스팟이 중첩되도록 상기 보조 펄스 레이저빔과 상기 메인 펄스 레이저빔을 상기 천공 부위에 조사하는 레이저 헤드를 포함한다.

바람직하게, 상기 레이저 발진기는, 미리 정해진 마지막 발진 주기 동안에, 상기 보조 펄스 레이저빔만 선택적으로 발진한다.

바람직하게, 상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 여러 발의 보조 펄스 레이저빔을 미리 정해진 시간 간격을 두고 발진한다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치는, 보조 펄스 레이저빔과 메인 펄스 레이저빔을 통해 가공 대상물에 에너지를 소정의 시간 간격을 두고 분할하여 인가 가능하므로, 펄스 레이저빔의 고 에너지로 인해 가공 부위 및 그 인접 부위에 열 변형이 발생하는 것을 방지하여 가공 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 레이저 전달 장치에 의해 발진된 펄스 레이저빔의 파형을 나타내는 그래프.
도 2은 도 1에 도시된 펄스 레이저빔의 에너지 분포 양상을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 레이저 헤드가 펄스 레이저빔을 가공 대상물에 조사하는 양상을 나타내는 도면.
도 5는 도 3에 도시된 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저빔의 파형을 타내는 그래프.
도 6은 도 5에 도시된 펄스 레이저빔의 에너지 분포 양상을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 레이저 헤드가 펄스 레이저빔을 가공 대상물에 조사하는 양상을 나타내는 도면.
도 9는 도 7에 도시된 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저빔의 파형을 나타내는 그래프.
도 10은 도 9에 도시된 펄스 레이저빔의 에너지 분포 양상을 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 레이저 헤드가 펄스 레이저빔을 가공 대상물에 조사하는 양상을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 가공 대상물(F)이 안착되는 메인 프레임(10)과, 가공 대상물(F)을 이송하는 가공 대상물 이송 유닛(20)과, 펄스 레이저빔(L1, L2)을 발진하는 레이저 발진기(30)와, 레이저 발진기(30)로부터 발진된 펄스 레이저빔(L1, L2)을 가공 대상물(F)에 조사하여 가공 대상물(F)을 절단하는 레이저 헤드(40)와, 레이저 헤드(40)를 이송하는 헤드 이송 유닛(50) 등을 포함할 수 있다. 이러한 레이저 가공 장치(1)를 이용해 절단 가능한 가공 대상물(F)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 가공 대상물(F)은, 스트립 형상을 갖도록 길게 연장된 편광 필름 원단일 수 있다.

메인 프레임(10)은 가공 대상물 이송 유닛(20)에 의해 이송된 가공 대상물(F)을 미리 정해진 가공 위치에 안착시킬 수 있도록 마련된다.

가공 대상물 이송 유닛(20)은 공급원으로부터 공급된 가공 대상물(F)을 메인 프레임(10) 상의 가공 위치로 이송하거나 펄스 레이저빔(L1, L2)에 의해 절단된 가공 대상물(F)을 배출원으로 이송하도록 마련된다. 가공 대상물 이송 유닛(20)은 가공 대상물(F)을 길이 방향을 따라 이송 가능하도록 마련되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

레이저 발진기(30)는, 메인 프레임(10)의 일측에 설치되며, 가공 대상물(F)을 절단하기 위한 펄스 레이저빔(L1, L2)을 생성하여 발진한다.

레이저 헤드(40)는, 레이저 발진기(30)에서 발진된 펄스 레이저빔(L1, L2)이 입사될 수 있도록 후술할 헤드 이송 유닛(50)에 설치된다. 레이저 발진기(30)와 레이저 헤드(40) 사이에는 펄스 레이저빔(L1, L2)의 경로를 조절 가능한 적어도 하나의 리플렉터(60)가 설치될 수 있다. 이러한 레이저 헤드(40)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 헤드 이송 유닛(50)에 의해 미리 정해진 이송 경로를 따라 이송되면서, 펄스 레이저빔들(L1, L2)을 가공 대상물(F)의 미리 정해진 절단 부위(C)를 따라 빔 스팟들(BS1, BS2)이 미리 정해진 중첩률로 중첩되도록 조사하여, 가공 대상물(F)을 절단할 수 있다. 여기서, 빔 스팟들(BS1, BS2)의 중첩률은, 펄스 레이저빔들(L1, L2)의 빔 스팟들(BS1, BS2)이 가공 대상물(F)의 절단 방향을 따라 상호 중첩되는 비율을 말하며, 펄스 레이저빔들(L1, L2)의 시간 간격(T1, T2)과, 펄스 레이저빔들(L1, L2)의 펄스 폭(W1, W2)과, 레이저 헤드(40)의 이송 속도 등에 따라 결정될 수 있다.

헤드 이송 유닛(50)은, 레이저 헤드(40)를 미리 정해진 이송 경로를 따라 왕복 이송 가능하도록 메인 프레임(10)에 설치된다. 이러한 헤드 이송 유닛(50)은 레이저 헤드(40)를 가공 대상물(F)의 폭 방향을 따라 이송 가능하도록 마련되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 도 3에 도시된 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저빔의 파형을 타내는 그래프이고, 도 6은 도 5에 도시된 펄스 레이저빔의 에너지 분포 양상을 나타내는 그래프이다.

전술한 레이저 발진기(30)는 절단 부위(C)를 예열 가능한 보조 펄스 레이저빔(L1)과, 보조 펄스 레이저빔(L1)에 의해 예열된 절단 부위(C)를 절단 가능한 메인 펄스 레이저빔(L2)을 미리 정해진 순서에 따라 발진할 수 있다.

보조 펄스 레이저빔(L1)과 메인 펄스 레이저빔(L2)은 서로 상이한 펄스 폭(W1, W2)을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 보조 펄스 레이저빔(L1)은 메인 펄스 레이저빔(L2)에 비해 짧은 펄스 폭(W1)을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 보조 펄스 레이저빔(L1)은 최대 에너지 레벨(광축(X1)의 에너지 레벨)이 절단 부위(C)를 절단하는데 필요한 기준 에너지 레벨(R)에 비해 낮도록 미리 정해진 펄스 폭(W1)을 가질 수 있다. 이에 대응하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 펄스 레이저빔(L2)은 최대 에너지 레벨(광축(X2)의 에너지 레벨)이 기준 에너지 레벨(R)과 같거나 기준 에너지 레벨(R)에 비해 다소 높도록 보조 펄스 레이저빔(L1)에 비해 미리 정해진 비율만큼 긴 펄스 폭(W2)을 가질 수 있다.

레이저 발진기(30)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 미리 정해진 발진 주기(P1) 동안에, 적어도 한 발의 보조 펄스 레이저빔들(L1)과, 메인 펄스 레이저빔(L2)을 발진할 수 있다. 바람직하게, 레이저 발진기(30)는, 각각의 발진 주기(P1) 동안에, 적어도 한 발의 보조 펄스 레이저빔들(L1)을 발진한 후 메인 펄스 레이저빔(L2)을 발진할 수 있다.

레이저 발진기(30)는, 각각의 발진 주기(P1) 동안에, 여러 발의 보조 펄스 레이저빔(L1)을 발진하는 경우에는, 여러 발의 보조 펄스 레이저빔들(L1)을 미리 정해진 시간 간격(T1)을 두고 발진할 수 있다. 또한, 레이저 발진기(30)는, 각각의 발진 주기(P1) 동안에, 보조 펄스 레이저빔(L1)과 메인 펄스 레이저빔(L2)을 미리 정해진 시간 간격(T2)을 두고 발진할 수 있다. 예를 들어, 어느 발진 주기(P1)에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들(L1) 사이의 시간 간격(T1)과 상기 어느 발진 주기(P1)에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔(L1)과 메인 펄스 레이저빔(L2) 사이의 시간 간격(T2)을 합산한 총 합(T1+T2)은, 상기 어느 발진 주기(P1)에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들(L1)과 메인 펄스 레이저빔(L2)의 펄스 폭(W1, W2)을 합산한 총 합(2W1+W2)에 비해 미리 정해진 비율만큼 길 수 있다. 이를 통해, 레이저 가공 장치(1)는, 상기 어느 발진 주기(P1)에서 발진된 펄스 레이저빔(L1, L2)들의 빔 스팟들(BS1, BS2)의 중첩률을 조절하고, 절단 부위(C)에 짧은 시간 동안 과도한 에너지가 인가되어 절단 부위(C) 및 절단 부위(C)와 인접한 인접 부위가 열 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 레이저 발진기(30)는, 어느 발진 주기(P1)에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔(L1)과 상기 어느 발진 주기(P1)에서 발진된 메인 펄스 레이저빔(L2) 사이의 시간 간격(T2)과, 상기 어느 발진 주기(P1)에서 발진된 메인 펄스 레이저빔(L2)과 상기 어느 발진 주기(P1)의 다음 발진 주기(P1)에서 처음으로 발진된 보조 펄스 레이저빔(L1) 사이의 시간 간격(T3)이 서로 상이하도록 펄스 레이저빔들(L1, L2)을 발진할 수 있다. 예를 들어, 레이저 발진기(30)는 상기 시간 간격(T3)이 상기 시간 간격(T2)에 비해 미리 정해진 비율만큼 크도록 펄스 레이저빔들(L1, L2)을 발진할 수 있다. 이를 통해, 레이저 가공 장치(1)는, 상기 어느 발진 주기(P1)에서 발진된 펄스 레이저빔들(L1, L2)의 빔 스팟들(BS1, BS2)과 상기 다음 발진 주기(P1)에서 발진된 펄스 레이저빔들(L1, L2)의 빔 스팟들(BS1, BS2)의 중첩률을 조절하고, 절단 부위(C)에 짧은 시간 동안 과도한 에너지가 인가되어 절단 부위(C) 및 절단 부위(C)와 인접한 인접 부위가 열 변형되는 것을 방지할 수 있다.

레이저 헤드(40)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 보조 펄스 레이저빔(L1)의 빔 스팟(BS1)과 메인 펄스 레이저빔(L2)의 빔 스팟(BS2)이 미리 정해진 중첩률로 중첩되도록 보조 펄스 레이저빔(L1)과 메인 펄스 레이저빔(L2)을 절단 부위(C)를 따라 조사하여, 가공 대상물(F)의 절단 부위(C)를 따라 레이저 절단할 수 있다. 이를 위하여, 헤드 이송 유닛(50)은, 레이저 헤드(40)를 미리 정해진 속도로 이송할 수 있다.

종래의 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저빔의 에너지를 가공 대상물의 깊은 곳까지 인가하여 원활하고 신속하게 가공 대상물을 절단하기 위해서는 펄스 레이저빔의 최대 에너지 레벨이 기준 에너지 레벨에 비해 월등하게 높을 수밖에 없었다. 이로 인해 종래의 레이저 가공 장치는, 가공 대상물의 열 변형의 원인이 되는 펄스 레이저빔의 외곽 영역의 면적이 클 수밖에 없다. 따라서, 종래의 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저빔의 고 에너지로 인해 절단 부위 및 그 인접 부위에 열 변형이 발생하여 절단 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.

그런데, 레이저 가공 장치(1)는, 절단 부위(C)의 소정 구간을 보조 펄스 레이저빔(L1)을 이용해 예열한 후 메인 펄스 레이저빔(L2)을 이용해 상기 소정 구간을 절단하기를 반복하여, 가공 대상물(F)을 절단 부위(C)를 따라 레이저 절단할 수 있다. 레이저빔의 특성 상, 예열된 가동 대상물을 레이저 절단할 경우에는 예열되지 않은 가공 대상물을 레이저 절단할 경우에 비해 낮은 에너지 레벨의 펄스 레이저빔을 사용하여도 가공 대상물의 깊은 곳까지 에너지를 용이하게 인가시킬 수 있다. 이로 인해, 레이저 가공 장치(1)는, 메인 펄스 레이저빔(L2)이 기준 에너지 레벨(R)에 상당하는 에너지 레벨만 가져도 메인 펄스 레이저빔(L2)의 에너지를 보조 펄스 레이저빔(L1)에 의해 예열된 가공 대상물(F)의 깊은 곳까지 원활하게 인가할 수 있다.

또한, 에너지의 측면에서 살펴 보았을 때, 종래의 레이저 가공 장치는, 각각의 발진 주기 동안에, 한 발의 고 에너지 펄스 레이저빔을 통해 가공 대상물에 고 에너지를 일시에 인가한다. 이에 반해, 레이저 가공 장치(1)는, 각각의 발진 주기(P1) 동안에, 보조 펄스 레이저빔(L1)과 메인 펄스 레이저빔(L2)을 통해 에너지를 가공 대상물(F)에 소정의 시간 간격(T1, T2)을 두고 분할하여 인가한다. 이러한 레이저 가공 장치(1)는, 고 에너지의 펄스 레이저빔을 사용하지 않아도 가공 대상물(F)을 원활하고 신속하게 절단 가능하므로, 펄스 레이저빔들(L1, L2)의 에너지 중 가공 대상물(F)의 절단에는 실질적으로 기여하지 못 한 채 가공 대상물(F)의 열 변형의 원인이 되는 에너지의 비율을 줄일 수 있다. 따라서, 레이저 가공 장치(1)는, 펄스 레이저빔(L1, L2)의 고 에너지로 인해 절단 부위(C) 및 그 인접 부위에 열 변형이 발생하는 것을 방지하여 절단 품질을 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 레이저 헤드가 펄스 레이저빔을 가공 대상물에 조사하는 양상을 나타내는 도면이다.

도 9는 도 7에 도시된 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저빔의 파형을 나타내는 그래프이고, 도 10은 도 9에 도시된 펄스 레이저빔의 에너지 분포 양상을 나타내는 그래프이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는, 메인 프레임(110)과, 가공 대상물 이송 유닛(120)과, 레이저 발진기(130)와, 레이저 헤드(140)와, 헤드 이송 유닛(150), 리플렉터(160) 등을 포함할 수 있다. 레이저 가공 장치(100)는, 가공 대상물(F)을 천공하기 위한 장치로서, 가공 대상물(F)에 펄스 레이저빔(L3, L4)을 조사하는 방법에 있어서 가공 대상물(F)을 절단하기 위한 전술한 레이저 가공 장치(1)와 상이하고 나머지 구성은 전술한 레이저 가공 장치(1)와 동일하다. 이러한 레이저 가공 장치(1)를 이용해 천공 가능한 가공 대상물(F)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 가공 대상물(F)은, 스트립 형상을 갖도록 길게 연장된 편광 필름 원단일 수 있다. 이하에서는 레이저 발진기(130)와 레이저 헤드(140)를 이용해 가공 대상물(F)에 펄스 레이저빔들(L3, L4)을 조사하여 가공 대상물(F)을 천공하는 방법을 중심으로 레이저 가공 장치(100)에 대하여 설명하기로 한다.

레이저 발진기(130)는 천공 부위(D)를 예열 가능한 보조 펄스 레이저빔(L3)과, 보조 펄스 레이저빔(L3)에 의해 예열된 천공 부위(D)를 천공 가능한 메인 펄스 레이저빔(L4)을 미리 정해진 순서에 따라 발진할 수 있다.

보조 펄스 레이저빔(L3)과 메인 펄스 레이저빔(L4)은 서로 상이한 펄스 폭(W3, W4)을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 보조 펄스 레이저빔(L3)은 메인 펄스 레이저빔(L4)에 비해 짧은 펄스 폭(W3)을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 보조 펄스 레이저빔(L3)은 최대 에너지 레벨(광축(X3)의 에너지 레벨)이 천공 부위(D)를 천공하는데 필요한 기준 에너지 레벨(R)에 비해 낮도록 미리 정해진 펄스 폭(W3)을 가질 수 있다. 이에 대응하여, 도 10에 도시된 바와 같이, 메인 펄스 레이저빔(L4)은 최대 에너지 레벨(광축(X4)의 에너지 레벨)이 기준 에너지 레벨(R)과 같거나 기준 에너지 레벨(R)에 비해 다소 높도록 보조 펄스 레이저빔(L3)에 비해 미리 정해진 비율만큼 긴 펄스 폭(W4)을 가질 수 있다.

레이저 발진기(130)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 미리 정해진 발진 주기(P2) 동안에, 적어도 한 발의 보조 펄스 레이저빔들(L3)과, 메인 펄스 레이저빔(L4)을 발진할 수 있다. 바람직하게, 레이저 발진기(130)는, 각각의 발진 주기(P2) 동안에, 적어도 한 발의 보조 펄스 레이저빔들(L3)을 발진한 후 메인 펄스 레이저빔(L4)을 발진할 수 있다.

레이저 발진기(130)는, 각각의 발진 주기(P2) 동안에, 여러 발의 보조 펄스 레이저빔들(L3)을 발진하는 경우에는, 여러 발의 보조 펄스 레이저빔들(L3)을 미리 정해진 시간 간격(T4)을 두고 발진할 수 있다. 또한, 레이저 발진기(130)는, 각각의 발진 주기(P2) 동안에, 보조 펄스 레이저빔(L3)과 메인 펄스 레이저빔(L4)을 미리 정해진 시간 간격(T5)을 두고 발진할 수 있다. 예를 들어, 어느 발진 주기(P2)에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들(L3) 사이의 시간 간격(T4)과 상기 어느 발진 주기(P2)에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔(L3)과 메인 펄스 레이저빔(L4) 사이의 시간 간격(T5)을 합산한 총 합(T4+T5)은, 상기 어느 발진 주기(P2)에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들(L3)과 메인 펄스 레이저빔(L4)의 펄스 폭(W3, W4)을 합산한 총 합(2W3+W4)에 비해 미리 정해진 비율만큼 길 수 있다. 이를 통해, 레이저 가공 장치(2)는, 천공 부위(D)에 짧은 시간 동안 과도한 에너지가 인가되어 천공 부위(D) 및 천공 부위(D)와 인접합 인접 부위가 열 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 레이저 발진기(130)는, 어느 발진 주기(P2)에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔(L3)과 상기 어느 발진 주기(P2)에서 발진된 메인 펄스 레이저빔(L4) 사이의 시간 간격(T5)과, 상기 어느 발진 주기(P2)에서 발진된 메인 펄스 레이저빔(L4)과 상기 어느 발진 주기(P2)의 다음 발진 주기(P2)에서 처음으로 발진된 보조 펄스 레이저빔(L3) 사이의 시간 간격(T6)이 서로 상이하도록 펄스 레이저빔들(L3, L4)을 발진할 수 있다. 예를 들어, 레이저 발진기(130)는 상기 시간 간격(T6)이 상기 시간 간격(T5)에 비해 미리 정해진 비율만큼 크도록 펄스 레이저빔들(L3, L4)을 발진할 수 있다. 이를 통해, 레이저 가공 장치(2)는, 천공 부위(D)에 짧은 시간 동안 과도한 에너지가 인가되어 천공 부위(D) 및 천공 부위(D)와 인접한 인접 부위가 열 변형되는 것을 방지할 수 있다.

레이저 헤드(140)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 보조 펄스 레이저빔(L3)의 빔 스팟(BS3)과 메인 펄스 레이저빔(L4)의 빔 스팟(BS4)이 서로 중첩되도록 보조 펄스 레이저빔(L3)과 메인 펄스 레이저빔(L4)을 천공 부위(D)에 미리 정해진 순서에 따라 반복적으로 조사하여, 가공 대상물(F)의 천공 부위(D)를 레이저 천공한다.

헤드 이송 유닛(150)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 어느 천공 부위(D)의 천공이 완료되면 다음 천공 부위(D)를 천공할 수 있도록 가공 대상물(F)을 미리 정해진 길이만큼씩 가공 대상물(F)의 길이 방향을 따라 단계적으로 이송할 수 있다. 한편, 도 7에서 미 설명된 도면 부호 'H'는 펄스 레이저빔들(L3, L4)에 의해 천공된 구멍을 나타낸다.

레이저 가공 장치(100)는, 천공 부위(D)의 소정 두께 부분을 보조 펄스 레이저빔(L3)을 이용해 예열한 후 메인 펄스 레이저빔(L4)을 이용해 상기 소정 두께 부분을 천공하기를 반복하여, 가공 대상물(F)의 천공 부위(D)를 상기 소정 두께만큼 씩 단계적으로 레이저 천공할 수 있다. 이러한 레이저 가공 장치(100)는, 고 에너지의 펄스 레이저빔을 사용하지 않아도 가공 대상물(F)을 원활하고 신속하게 천공 가능하고, 펄스 레이저빔의 고 에너지로 인해 천공 부위(D) 및 인접 부위에 열 변형이 발생하는 것을 방지하여 천공 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 레이저 발진기(130)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 마지막 발진 주기(P2')에는 보조 펄스 레이저빔(L3)만 선택적으로 발진할 수 있다. 일반적으로 레이저 가공 장치는 천공 부위를 소정의 두께만큼 씩 단계적으로 레이저 천공하는데, 천공 부위의 마지막 두께 부분에 고 에너지를 갖는 펄스 레이저빔이 조사될 경우에는 마지막 두께 부분이 가공 대상물로부터 강하게 분리되면서 가공 대상물이 손상될 수 있다. 그런데, 레이저 발진기(130)는, 마지막 발진 주기(P2)에는 저 에너지를 갖는 보조 펄스 레이저빔(L3)만 선택적으로 발진하므로, 천공 부위(D)의 마지막 두께 부분을 가공 대상물(F)로부터 약하게 분리시킬 수 있다. 이를 통해, 레이저 가공 장치(100)는, 가공 대상물(F)의 천공 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 100 : 레이저 가공 장치
10, 110 : 메인 프레임
20, 120 : 가공 대상물 이송 유닛
30, 130 : 레이저 발진기
40, 140 : 레이저 헤드
50, 150 : 헤드 이송 유닛
60, 160 : 리플렉터

Claims

가공 대상물의 미리 정해진 절단 부위를 레이저 절단하기 위한 레이저 가공 장치에 있어서,
미리 정해진 발진 주기 동안에, 상기 절단 부위를 예열 가능한 보조 펄스 레이저빔과, 상기 보조 펄스 레이저빔에 의해 예열된 절단 부위를 절단 가능한 메인 펄스 레이저빔을 미리 정해진 순서에 따라 발진하는 레이저 발진기; 및
상기 보조 펄스 레이저빔의 빔 스팟과 상기 메인 펄스 레이저빔의 빔 스팟이 미리 정해진 비율로 중첩되도록 상기 보조 펄스 레이저빔과 상기 메인 펄스 레이저빔을 상기 절단 부위를 따라 조사하는 레이저 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 보조 펄스 레이저빔은 상기 메인 펄스 레이저빔에 비해 미리 정해진 비율만큼 짧은 펄스 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 적어도 한 발의 보조 펄스 레이저빔을 발진한 후 상기 메인 펄스 레이저빔을 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제3항에 있어서,
상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 상기 보조 펄스 레이저빔과 상기 메인 펄스 레이저빔을 미리 정해진 시간 간격을 두고 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제4항에 있어서,
상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 여러 발의 보조 펄스 레이저빔들을 미리 정해진 시간 간격을 두고 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제5항에 있어서,
어느 발진 주기에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들 사이의 시간 간격과 상기 어느 발진 주기에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔과 메인 펄스 레이저빔 사이의 시간 간격을 합산한 총 합은, 상기 어느 발진 주기에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들과 메인 펄스 레이저빔의 펄스 폭을 합산한 총 합에 비해 미리 정해진 비율만큼 긴 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제5항에 있어서,
어느 발진 주기에서 발진된 메인 펄스 레이저빔과 상기 어느 발진 주기의 다음 발진 주기에서 처음으로 발진된 보조 펄스 레이저빔 사이의 시간 간격은, 상기 어느 발진 주기에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔과 메인 펄스 레이저빔 사이의 간격에 비해 미리 정해진 비율만큼 긴 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
가공 대상물의 미리 정해진 천공 부위를 레이저 천공하기 위한 레이저 가공 장치에 있어서,
미리 정해진 발진 주기 동안에, 상기 천공 부위를 예열 가능한 보조 펄스 레이저빔과, 상기 보조 펄스 레이저빔에 의해 예열된 천공 부위를 천공 가능한 메인 펄스 레이저빔을 미리 정해진 순서에 따라 발진하는 레이저 발진기; 및
상기 보조 펄스 레이저빔의 빔 스팟과 상기 메인 펄스 레이저빔의 빔 스팟이 중첩되도록 상기 보조 펄스 레이저빔과 상기 메인 펄스 레이저빔을 상기 천공 부위에 조사하는 레이저 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제8항에 있어서,
상기 보조 펄스 레이저빔은 상기 메인 펄스 레이저빔에 비해 미리 정해진 비율만큼 짧은 펄스 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제9항에 있어서,
상기 레이저 발진기는, 미리 정해진 마지막 발진 주기 동안에, 상기 보조 펄스 레이저빔만 선택적으로 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제8항에 있어서,
상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 적어도 한 발의 보조 펄스 레이저빔을 발진한 후 상기 메인 펄스 레이저빔을 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제11항에 있어서,
상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 여러 발의 보조 펄스 레이저빔을 미리 정해진 시간 간격을 두고 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제12항에 있어서,
상기 레이저 발진기는, 상기 발진 주기 동안에, 상기 보조 펄스 레이저빔과 상기 메인 펄스 레이저빔을 미리 정해진 시간 간격을 두고 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제13항에 있어서,
어느 발진 주기에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들 사이의 시간 간격과 상기 어느 발진 주기에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔과 메인 펄스 레이저빔 사이의 시간 간격을 합산한 총 합은, 상기 어느 발진 주기에서 발진된 보조 펄스 레이저빔들과 메인 펄스 레이저빔의 펄스 폭을 합산한 총 합에 비해 미리 정해진 비율만큼 긴 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제14항에 있어서,
어느 발진 주기에서 발진된 메인 펄스 레이저빔과 상기 어느 발진 주기의 다음 발진 주기에서 처음으로 발진된 보조 펄스 레이저빔 사이의 시간 간격은, 상기 어느 발진 주기에서 마지막으로 발진된 보조 펄스 레이저빔과 메인 펄스 레이저빔 사이의 간격에 비해 미리 정해진 비율만큼 긴 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.