KR20190027519A - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190027519A
KR20190027519A KR1020170114399A KR20170114399A KR20190027519A KR 20190027519 A KR20190027519 A KR 20190027519A KR 1020170114399 A KR1020170114399 A KR 1020170114399A KR 20170114399 A KR20170114399 A KR 20170114399A KR 20190027519 A KR20190027519 A KR 20190027519A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
unit
image
work area
laser processing
Prior art date
Application number
KR1020170114399A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102019488B1 (ko
Inventor
김민영
김준범
권기훈
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020170114399A priority Critical patent/KR102019488B1/ko
Publication of KR20190027519A publication Critical patent/KR20190027519A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102019488B1 publication Critical patent/KR102019488B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/359—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by providing a line or line pattern, e.g. a dotted break initiation line
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 작업영역에 레이저를 조사하여 용접, 식각, 마킹 등의 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공 장치로서, 작업영역에 패턴을 투영시키는 투영부; 패턴이 투영된 작업영역의 영상을 획득하는 촬영부; 촬영부로부터 획득된 영상을 분석하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득하는 제어부; 및 획득된 3차원 데이터를 바탕으로 가공 시 작업영역의 높이 또는 깊이변화에 따라 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 투영부 및 촬영부를 통하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득하고 이를 바탕으로 작업영역에 레이저 가공을 수행함으로써, 평면 형태는 물론, 입체적인 표면구조를 가진 다양한 제품에 레이저 가공이 가능할 수 있다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 작업영역에 레이저를 조사하여 용접, 식각, 마킹 등의 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 가공장치는 작업 대상물에 레이저 빔을 조사하여 용접, 식각, 마킹 등과 같은 레이저 가공을 수행하는 장치이다.
이와 같은, 레이저 가공장치는 레이저를 출력하는 레이저 발진기와, 레이저 발진기로부터 출력된 레이저를 소정의 각도로 반사시켜 작업영역에 레이저를 조사하는 가공헤드, 및 작업영역의 영상정보를 취득하는 카메라로 구성된다. 따라서, 카메라를 통해 작업영역의 2차원 데이터를 취득하고, 이를 바탕으로 가공헤드를 제어하여 작업영역에 미리 설정된 레이저 가공을 수행하게 된다.
그러나 종래에는 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저의 초점이 고정되어 있고, 2차원 데이터만을 이용하여 레이저 가공을 수행함에 따라, 입체적인 표면구조를 가진 작업영역에서는 정밀한 가공이 불가능하고, 작업영역의 높이 또는 깊이 변화에 의해 레이저의 초점을 변경하기 위해서는 시스템을 재설정 해야 하는 문제점이 있었다.
한편, 종래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 작업영역의 높이 또는 깊이 변화에 따라 레이저의 초점을 변경할 수 있는 레이저 가공장치가 개발된 바 있다.
그러나, 상술한 레이저 가공장치는 가공영역의 둘레에 복수개의 카메라를 설치하여 작업영역의 높이 및 평면 데이터를 도출해 내야하고, 복수개의 카메라는 가공영역에 대하여 기울어진 구조로 설치됨에 따라, 전체적인 구조가 복잡해짐은 물론, 왜곡된 이미지를 획득하여 정확한 가공영역의 치수를 도출해내기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래의 레이저 가공장치는 레이저의 초점을 조절하기 위해서 작업 대상물이 설치되는 작업베드 또는 레이저를 출력하는 레이저 출력장치를 이동시켜야 함에 따라, 작업베드 또는 레이저 출력장치의 이동 시 발생되는 미세한 오차에 의해 레이저가 설정된 가공위치를 이탈하게 되어 가공품질이 저하되는 문제점이 있었다.
한국등록특허공보 제10-1081538호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 패턴을 이용한 작업영역의 3차원 데이터 측정 및 작업영역의 높이 또는 깊이 변화에 따른 자동 레이저 초점 조절을 통하여 입체적이고 정밀한 레이저 가공을 수행할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 작업영역에 레이저를 조사하여 용접, 식각, 마킹 등의 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공 장치로서, 상기 작업영역에 패턴을 투영시키는 투영부, 상기 패턴이 투영된 작업영역의 영상을 획득하는 촬영부, 상기 촬영부로부터 획득된 상기 영상을 분석하여 상기 작업영역의 3차원 데이터를 획득하는 제어부, 및 상기 획득된 3차원 데이터를 바탕으로 가공 시 상기 작업영역의 높이 또는 깊이 변화에 따라 상기 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절부를 포함한다.
레이저를 출력하는 레이저 출력부, 및 상기 레이저를 반사시켜 상기 작업영역에 레이저 가공을 수행하고, 상기 영상을 상기 촬영부로 반사시키는 스캔부를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 출력부와 상기 스캔부 사이에 배치되고, 상기 레이저 출력부로부터 출력되는 레이저를 반사시켜 상기 스캔부로 전달하는 제1 광학부를 더 포함할 수 있다.
상기 촬영부와 상기 스캔부 사이에 배치되고, 상기 스캔부를 통해 전달된 상기 영상을 반사시켜 상기 촬영부로 전달하는 제2 광학부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부는, 중심축이 동일한 위치에 배치되어 상기 레이저 출력부로부터 출력되는 레이저와, 상기 스캔부를 통해 반사되는 상기 영상의 전달 경로를 일치시킬 수 있다.
상기 제2 광학부는, 상기 제1 광학부에서 반사된 레이저는 투과시키고, 상기 스캔부를 통해 전달되는 상기 영상은 반사시킬 수 있다.
상기 제1 광학부에서 반사되어 상기 제2 광학부를 투과하는 레이저는, 상기 제2 광학부에서 상기 영상이 반사되는 영역의 중심을 통과할 수 있다.
상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부는 하우징에 수납되어 하나의 모듈형태로 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법은 작업영역에 패턴을 투영시키는 단계, 상기 패턴이 투영된 작업영역의 영상을 획득하는 단계, 상기 획득된 영상을 분석하여 상기 작업영역의 3차원 데이터를 획득하는 단계, 및 상기 획득된 3차원 데이터를 바탕으로 레이저 가공을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 가공을 수행하는 단계는, 가공 시 상기 작업영역의 높이 또는 깊이 변화에 따라 상기 레이저의 초점을 조절한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 투영부 및 촬영부를 통하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득하고 이를 바탕으로 작업영역에 레이저 가공을 수행함으로써, 평면 형태는 물론, 입체적인 표면구조를 가진 다양한 제품에 레이저 가공이 가능할 수 있다.
또한, 3차원 데이터를 바탕으로 레이저 가공을 수행함에 따라, 정확한 가공치수를 도출하여 정밀한 가공이 가능하고, 이를 통해 가공 불량률을 낮춰 가공품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 초점 조절부를 통하여 작업영역의 높이 또는 깊이 변화에 따라 레이저의 초점을 자동으로 조절함에 따라, 작업영역에 항상 균일한 가공을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 "A"부분을 확대한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예예 따른 레이저 가공 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 "A"부분을 확대한 확대도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치(이하 '레이저 가공 장치'라 함)는 작업영역(A)에 레이저(L)를 조사하여 용접, 식각, 마킹 등과 같은 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공 장치로서, 투영부(10)를 포함한다.
투영부(10)는 작업영역(A)에 패턴(P)을 투영시킨다. 더 자세하게는, 투영부(10)는 작업영역(A)의 상측에 위치하여 후술할 제어부(30)와 전기적으로 연결되고, 제어부(30)로부터 다양한 패턴정보를 실시간으로 전송받아 작업영역(A)에 패턴(P)을 투사할 수 있다. 여기서, 투영부(10)는 제어부(30)의 제어명령에 따라 패턴의 밝기, 패턴의 크기, 패턴의 색상, 패턴의 점등 주기, 패턴의 투사 방향 등을 설정할 수 있다. 예컨대, 투영부(10)를 통해 작업영역(A)으로 투사되는 패턴(P)은 격자 또는 망(net) 구조로 형성될 수 있다.
또한, 투영부(10)는 작업영역(A)에 사선방향으로 패턴(P)을 투사할 수 있다. 더 자세하게는, 투영부(10)는 작업영역(A)의 상측에 위치하되, 작업영역(A)의 중심으로부터 외측으로 이격된 위치에 배치되어 작업영역(A)에 사선방향으로 패턴(P)을 투사할 수 있다. 이때, 작업영역(A)에 투영된 패턴(P)은 무아레(moire) 현상에 의해 입체적 형상을 갖는 부분에서 계단모양과 같이 단절된 형상으로 표시될 수 있다. 예컨대, 투영부(10)는 빛을 이용하여 사물에 패턴을 투사하는 빔 프로젝터로 구성되고, 투영부(10)에는 투영부(10)를 소정의 높이에서 지지하고 투영부(10)의 회전각도를 조절할 수 있는 지지구조물이 더 구비될 수 있다.
또한, 본 레이저 가공 장치는 촬영부(20)를 포함한다.
촬영부(20)는 패턴(P)이 투영된 작업영역(A)의 영상(I)을 획득한다. 더 자세하게는, 촬영부(20)는 작업영역(A)의 상측에 위치하여 후술할 제어부(30)와 전기적으로 연결되고, 패턴(P)이 투영되기 전과, 패턴(P)이 투영된 후의 작업영역(A)의 영상(I)을 각각 획득하여 제어부(30)로 실시간 전송할 수 있다. 여기서, 촬영부(20)는 작업영역(A)의 상측에 위치하되, 왜곡되지 않은 작업영역(A)의 평면 영상(I)을 획득할 수 있도록 작업영역(A)에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 또한, 촬영부(20)는 레이저 가공이 수행될 경우, 작업영역(A)의 영상(I)을 제어부(30)로 실시간 전송할 수 있다. 예컨대, 촬영부(20)는 렌즈모듈 및 이미지센서를 포함하는 카메라 장치로 구성되고, 촬영부(20)에는 촬영부(20)를 소정의 높이에서 지지할 수 있는 지지구조물이 더 구비될 수 있다. 참고로, 여기서 영상이라 함은 제어부를 통해 처리 가능한 영상정보를 의미할 수 있다.
또한, 본 레이저 가공 장치는 제어부(30)를 포함한다.
제어부(30)는 투영부(10) 및 촬영부(20)와 전기적으로 연결되어 투영부(10)와 촬영부(20)를 제어하고, 촬영부(20)로부터 획득된 영상(I)을 분석하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득한다. 예컨대, 제어부(30)는 촬영부(20)로부터 패턴이 투영된 작업영역에 관한 영상(I)을 전송받고, 상기 영상(I)을 미리 설정된 알고리즘에 적용하여, 작업영역에 대한 2차원 데이터, 높이(깊이)변화 구간 및 상기 구간의 높이(깊이)값에 관한 데이터를 획득한다. 그리고, 제어부(30)는 획득한 작업영역의 2차원 데이터와, 높이변화 구간 및 높이 값에 관한 데이터를 종합하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득한다. 그러나 작업영역의 3차원 데이터를 획득하는 방법은 상술한 방법에 한정되지 않고, 다양한 방법으로 변경될 수 있다.
또한, 제어부(30)는 사용자가 직접적으로 조작 가능한 사용자 인터페이스, 투영부(10) 및 촬영부(20)에 제어부(30)의 제어명령을 전송하는 통신 인터페이스, 초기 설정, 촬영부(20)로부터 획득된 영상 등을 저장하는 저장부, 및 작업영역의 영상, 각 장치의 작동상태 등을 실시간 표시하는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 제어부(30)는 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같이 사용자 인터페이스를 구비하여 네트워크 접속이 가능한 단말장치로 구비될 수 있다.
또한, 제어부(30)에는 머신 러닝 알고리즘(Machine Learning Algorithm)이 적용될 수 있다. 이에 따라, 제어부(30)는 촬영부(20)로부터 획득된 영상을 분석하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득하는 방법, 및 3차원 데이터를 바탕으로 레이저의 초점을 조절하는 방법 등을 머신 러닝 알고리즘에 학습시킬 수 있다. 따라서, 사용자의 제어명령이 입력되지 않은 경우에도, 본 레이저 가공 장치는 머신 러닝 알고리즘에 학습된 내용을 토대로 능동적으로 작업영역에 레이저 가공을 수행할 수 있다. 예컨대, 머신 러닝 알고리즘은 Deep Neural Network(DNN)을 활용한 물체 인식 알고리즘으로 적용될 수 있다.
또한, 본 레이저 가공 장치는 초점 조절부(40)를 포함한다.
초점 조절부(40)는, 레이저(L)가 츨력되는 광원의 하측에 배치되고, 제어부(30)를 통해 획득된 3차원 데이터를 바탕으로 가공 시 작업영역의 높이 또는 깊이변화에 따라 레이저(L)의 초점을 조절한다. 더 자세하게는, 초점 조절부(40)는 렌즈형태로 형성되어 광원으로부터 출력되는 레이저(L)가 내측 중심을 관통할 수 있도록 광원의 하측에 배치될 수 있다. 즉, 초점 조절부(40)는 레이저(L)와 동축위치에 배치될 수 있다. 그리고, 초점 조절부(40)는 제어부(30)와 전기적으로 연결되어 제어부(30)의 제어명령에 따라 축 방향으로 소정의 거리만큼 이동 가능한 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 초점 조절부(40)는, 레이저 가공 중 레이저(L)가 작업영역의 높이 또는 깊이변화 구간으로 진입할 경우, 3차원 데이터를 바탕으로 설정된 제어부(30)의 제어명령에 의하여 자동으로 축 방향을 따라 소정의 거리만큼 직선 이동하여 레이저의 초점을 조절할 수 있다. 예컨대, 초점 조절부(40)는 레이저의 초점을 조절하는 초점조절렌즈, 초점조절렌즈를 지지하는 지지구조물, 지지구조물에 설치되어 광원과 초점조절렌즈 사이의 거리를 측정하는 거리측정센서, 및 제어부(30)의 제어명령에 따라 지지구조물을 이동시키는 구동장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 레이저 가공 장치는 레이저 출력부(50)를 더 포함할 수 있다.
레이저 출력부(50)는, 초점 조절부(40)의 상측에 위치하고, 작업영역(A)에 대하여 수직으로 배치되어 작업영역(A)으로 레이저(L)를 출력할 수 있다. 예컨대, 레이저 출력부(50)로부터 출력되는 레이저(L)는 고체 레이저, 액체 레이저, 기체 레이저 가운데 어느 하나로 적용될 수 있다. 그리고, 레이저 출력부(50)의 외측에는 레이저 출력부(50)를 소정의 높이에서 지지할 수 있는 지지구조물이 더 구비될 수 있다.
또한, 본 레이저 가공 장치는 스캔부(60)를 더 포함할 수 있다.
스캔부(60)는, 레이저 출력부(50)로부터 출력된 레이저(L)를 작업영역(A)으로 반사시켜 작업영역(A)에 레이저 가공을 수행하고, 작업영역의 영상(I)을 촬영부(20)로 반사시킬 수 있다. 더 자세하게는, 스캔부(60)는 초점 조절부(40)와 작업영역(A)의 사이, 그리고 촬영부(20)와 작업영역(A)의 사이에 위치하고, 작업영역(A)에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 또한, 스캔부(60)의 내측에는 복수개의 갈바노미터 미러(Galvanometer Mirror)가 구비될 수 있다. 따라서, 스캔부(60)는 레이저 출력부(50)로부터 출력된 레이저(L)를 반사시켜 작업영역(A)을 향해 조사함과 동시에 레이저의 조사방향을 제어할 수 있고, 이와 함께 레이저가 조사되는 작업영역의 영상(I)을 반사시켜 촬영부(20)로 전달할 수 있다. 여기서, 스캔부(60)에 반사되어 촬영부(20)로 전달되는 작업영역의 영상(I)이라 함은 작업영역(A)에서 반사되어 스캔부(60)로 수광된 후, 복수개의 갈바노미터 미러를 통해 반사되어 촬영부(20) 측으로 전달되는 빛을 의미할 수 있다. 예컨대, 복수개의 갈바노미터 미러는 제어부(30)의 제어명령에 따라 미리 설정된 방향으로 소정의 각도만큼 회전 구동하며 레이저(L) 및 작업영역의 영상(I)을 반사시킬 수 있다. 따라서, 각 갈바노미터 미러에는 제어부(30)와 전기적으로 연결되어 제어부(30)의 제어명령에 따라 갈바노미터 미러를 구동시키는 구동장치(예컨대, 서보 모터(Servo Motor) 등) 및 엔코더 등이 구비될 수 있다. 참고로, 복수개의 갈바노미터 미러는 레이저의 조사 위치를 X축 또는 Y축 방향으로 제어할 수 있다.
또한, 본 레이저 가공 장치는 복수개의 광학부를 더 포함할 수 있다.
복수개의 광학부는 레이저 출력부(50)를 통해 출력된 레이저(L)를 스캔부(60)로 전달하는 제1 광학부(70)와, 스캔부(60)를 통해 전달된 작업영역의 영상(I)을 촬영부(20)로 전달하는 제2 광학부(80)를 포함할 수 있다.
제1 광학부(70)는, 레이저 출력부(50)와 스캔부(60) 사이에 배치되고, 레이저 출력부(50)로부터 출력되는 레이저(L)를 미리 설정된 각도로 반사시켜 스캔부(60)로 전달할 수 있다. 예컨대, 제1 광학부(70)는 레이저(L)를 반사시킬 수 있도록 반사면을 구비한 미러형태로 형성되어 초점 조절부(40)의 하측에 배치되고, 레이저 출력부(50) 및 초점 조절부(40)와 동일한 중심축의 위치에 배치될 수 있다.
제2 광학부(80)는, 촬영부(20)와 스캔부(60) 사이에 배치되고, 스캔부(60)를 통해 전달된 작업영역의 영상(I)을 미리 설정된 각도로 반사시켜 촬영부(20)로 전달할 수 있다. 예컨대, 제2 광학부(80)는 촬영부(20)의 하측에 배치되고, 촬영부(20)와 동일한 중심축의 위치에 배치될 수 있다.
한편, 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)는 동축위치에 배치될 수 있다.
더 자세하게는, 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)는, 도 1에 도시된 바와 같이 중심축이 동일한 위치에 배치되어 레이저 출력부(50)로부터 출력되는 레이저(L)와, 스캔부(60)를 통해 반사되는 작업영역의 영상(I)의 전달 경로를 일치시킬 수 있다. 여기서, 제2 광학부(80)는, 제1 광학부(70)에서 반사된 레이저(L)는 투과시키고, 스캔부(60)를 통해 전달되는 작업영역의 영상(I)은 반사시킬 수 있다. 예컨대, 제2 광학부(80)는 빔 스플리터(beam splitter)로 적용될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 광학부(70)에서 반사되어 제2 광학부(80)를 투과하는 레이저(L)는, 제2 광학부(80)에서 작업영역의 영상(I)이 반사되는 영역(R)의 중심을 통과할 수 있다. 즉, 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)는 영상의 중심과 레이저(L)의 가공 부위를 일치시킬 수 있다.
또한, 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)는 하우징(90)에 수납되어 하나의 모듈형태로 구비될 수 있다. 즉, 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)는, 내부에 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)를 지지하여 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)의 이격거리 및 설치위치를 제한하고, 제어부(30)의 제어명령에 따라 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)의 회전각도를 조절할 수 있는 지지수단이 구비된 한 개의 하우징(90)에 수납되어 모듈형태로 구비될 수 있다. 이에 따라, 전체 레이저 가공 장치의 구조를 단순화 할 수 있고, 제1 광학부(70) 및 제2 광학부(80)의 개별 설치과정을 배제하여 세팅에 소요되는 작업 시간을 최소화할 수 있다. 예컨대, 하우징(90)의 외측에는 하우징(90)의 설치 시 제1 광학부(70)의 중심축과 재2 광학부의 중심축을 각각 레이저 출력부(50)의 중심축과 촬영부(20)의 중심축에 일치시킬 수 있도록 레이저 출력부(50)와 촬영부(20)의 각 설정위치를 검출할 수 있는 센서부재(미도시)가 더 구비될 수 있다.
한편, 본 레이저 가공 장치는 연속적으로 레이저 가공을 수행할 수 있다.
더 자세하게는, 본 레이저 가공 장치는 제어부(30)의 제어명령에 따라 작업 대상물을 미리 설정된 방향으로 이송시키는 이송부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 이송부는 작업 대상물을 지지하는 지지부와, 지지부를 일 방향으로 이송시키는 컨베이어장치를 포함할 수 있다.
따라서, 본 레이저 가공 장치는 가공이 수행될 경우, 투영부(10)가 지속적으로 가공이 수행될 작업 대상물의 표면에 패턴(P)을 투영시키고, 이송부는 제어부(30)의 제어명령에 따라 미리 설정된 속도로 작업 대상물을 일 방향으로 이동시킨다. 그리고, 촬영부(20)는 촬영영역으로 진입한 작업 대상물의 표면 영상(I)을 설정 단위(예컨대, 프레임 등)에 따라 제어부(30)로 실시간 전송한다. 그리고, 제어부(30)는 촬영부(20)로부터 전송된 영상(I)에 대한 3차원 데이터를 실시간 획득하고, 이를 바탕으로 레이저 출력부(50), 스캔부(60) 및 초점 조절부(40)를 제어하여 이동 중인 작업 대상물의 표면에 연속적으로 레이저 가공을 수행하게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 대하여 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 레이저 가공 장치를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예예 따른 레이저 가공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 레이저 가공 장치는, 작업 대상물이 미리 설정된 작업위치에 설치되면, 작업영역(A)에 패턴(P)을 투영시킨다(S100). 여기서, 패턴(P)은 제어명령에 따라 밝기, 크기, 색상, 점등 주기, 투사 방향 등이 변경될 수 있다. 예컨대, 패턴(P)은 격자 또는 망 구조로 형성될 수 있다. 또한, 패턴(P)은 작업영역(A)에 사선방향으로 투사될 수 있다. 따라서, 작업영역(A)에 투영된 패턴(P) 가운데 입체적 형상을 갖는 부분에 투영된 패턴(P)은 무아레 현상에 의해서 계단모양과 같이 단절된 형상으로 표시될 수 있다.
다음으로, 본 레이저 가공 장치는, 패턴이 투영된 작업영역의 영상(I)을 획득한다(S200). 더 자세하게는 본 레이저 가공 장치는 패턴(P)이 투영되기 전과, 패턴(P)이 투영된 후의 작업영역의 평면 영상(I)을 각각 획득한다. 또한, 본 레이저 가공 장치는 레이저 가공이 수행될 경우, 작업영역의 영상(I)을 실시간 획득한다.
다음으로, 본 레이저 가공 장치는, 획득된 영상(I)을 분석하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득한다(S300). 예컨대, 본 레이저 가공 장치는, 패턴이 투영된 작업영역에 관한 영상(I)을 미리 설정된 알고리즘에 적용하고, 이를 통해 작업영역에 대한 2차원 데이터, 높이(깊이)변화 구간 및 상기 구간의 높이(깊이)값에 관한 데이터를 획득한다. 그리고, 본 레이저 가공 장치는 획득한 작업영역의 2차원 데이터와, 높이변화 구간 및 높이 값에 관한 데이터를 종합하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득한다.
다음으로, 본 레이저 가공 장치는, 획득된 3차원 데이터를 바탕으로 레이저 가공을 수행한다(S400). 더 자세하게는, 본 레이저 가공 장치는, 작업영역의 3차원 데이터를 획득한 후, 레이저(L)를 출력하고, 출력된 레이저(L)를 소정의 각도로 반사시켜 작업영역(A)에 레이저(L)를 조사한다.
이때, 본 레이저 가공 장치는, 레이저 가공 시 작업영역의 높이 또는 깊이변화에 따라 레이저의 초점을 조절한다. 즉, 본 레이저 가공 장치는, 레이저 가공 중 레이저의 가공 지점이 작업영역(A)에서 높이(또는 깊이)변화가 있는 지점에 위치할 경우, 작업영역의 3차원 데이터를 바탕으로 초점 조절부(40)를 높이(또는 깊이)변화가 있는 지점의 높이(또는 깊이)만큼 미리 설정된 방향으로 이동시켜 자동으로 레이저의 초점을 조절한다. 예컨대, 초점 조절부(40)는 높이변화가 있는 경우, 레이저의 축방향을 따라 레이저 출력부(50) 측으로 이동하고, 반대로 깊이변화가 있는 경우, 레이저의 축방향을 따라 레이저 출력부(50)로부터 멀어지도록 이동할 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 투영부(10) 및 촬영부(20)를 통하여 작업영역의 3차원 데이터를 획득하고 이를 바탕으로 작업영역(A)에 레이저 가공을 수행함으로써, 평면 형태는 물론, 입체적인 표면구조를 가진 다양한 제품에 레이저 가공이 가능할 수 있다.
또한, 3차원 데이터를 바탕으로 레이저 가공을 수행함에 따라, 정확한 가공치수를 도출하여 정밀한 가공이 가능하고, 이를 통해 가공 불량률을 낮춰 가공품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 초점 조절부(40)를 통하여 작업영역(A)의 높이 또는 깊이변화에 따라 레이저의 초점을 자동으로 조절함에 따라, 작업영역(A)에 항상 균일한 가공을 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
10. 투영부 20. 촬영부
30. 제어부 40. 초점 조절부
50. 레이저 출력부 60. 스캔부
70. 제1 광학부 80. 제2 광학부
90. 하우징
A. 작업영역 P. 패턴
L. 레이저 I. 영상

Claims (9)

  1. 작업영역에 레이저를 조사하여 용접, 식각, 마킹 등의 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 작업영역에 패턴을 투영시키는 투영부;
    상기 패턴이 투영된 작업영역의 영상을 획득하는 촬영부;
    상기 촬영부로부터 획득된 상기 영상을 분석하여 상기 작업영역의 3차원 데이터를 획득하는 제어부; 및
    상기 획득된 3차원 데이터를 바탕으로 가공 시 상기 작업영역의 높이 또는 깊이변화에 따라 상기 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절부;를 포함하는 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    레이저를 출력하는 레이저 출력부; 및
    상기 레이저를 반사시켜 상기 작업영역에 레이저 가공을 수행하고, 상기 영상을 상기 촬영부로 반사시키는 스캔부;
    를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 출력부와 상기 스캔부 사이에 배치되고, 상기 레이저 출력부로부터 출력되는 레이저를 반사시켜 상기 스캔부로 전달하는 제1 광학부;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 촬영부와 상기 스캔부 사이에 배치되고, 상기 스캔부를 통해 전달된 상기 영상을 반사시켜 상기 촬영부로 전달하는 제2 광학부;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부는,
    중심축이 동일한 위치에 배치되어 상기 레이저 출력부로부터 출력되는 레이저와, 상기 스캔부를 통해 반사되는 상기 영상의 전달 경로를 일치시키는 레이저 가공 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 광학부는,
    상기 제1 광학부에서 반사된 레이저는 투과시키고, 상기 스캔부를 통해 전달되는 상기 영상은 반사시키는 레이저 가공 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광학부에서 반사되어 상기 제2 광학부를 투과하는 레이저는,
    상기 제2 광학부에서 상기 영상이 반사되는 영역의 중심을 통과하는 레이저 가공 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부는 하우징에 수납되어 하나의 모듈형태로 구비되는 레이저 가공 장치.
  9. 작업영역에 패턴을 투영시키는 단계;
    상기 패턴이 투영된 작업영역의 영상을 획득하는 단계;
    상기 획득된 영상을 분석하여 상기 작업영역의 3차원 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 3차원 데이터를 바탕으로 레이저 가공을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 레이저 가공을 수행하는 단계는,
    가공 시 상기 작업영역의 높이 또는 깊이변화에 따라 상기 레이저의 초점을 조절하는 레이저 가공 방법.
KR1020170114399A 2017-09-07 2017-09-07 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 KR102019488B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170114399A KR102019488B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170114399A KR102019488B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190027519A true KR20190027519A (ko) 2019-03-15
KR102019488B1 KR102019488B1 (ko) 2019-09-06

Family

ID=65762663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170114399A KR102019488B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102019488B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230081738A (ko) * 2021-11-29 2023-06-08 한국생산기술연구원 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080018518A (ko) * 2006-08-24 2008-02-28 (주)미래컴퍼니 기판 결함 수정장치 및 방법
JP2011504143A (ja) * 2007-11-21 2011-02-03 カールツァイス アーゲー レーザ光機械加工
KR101081538B1 (ko) 2009-02-25 2011-11-08 주식회사 고영테크놀러지 3차원 형상 측정장치 및 측정방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080018518A (ko) * 2006-08-24 2008-02-28 (주)미래컴퍼니 기판 결함 수정장치 및 방법
JP2011504143A (ja) * 2007-11-21 2011-02-03 カールツァイス アーゲー レーザ光機械加工
KR101081538B1 (ko) 2009-02-25 2011-11-08 주식회사 고영테크놀러지 3차원 형상 측정장치 및 측정방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230081738A (ko) * 2021-11-29 2023-06-08 한국생산기술연구원 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102019488B1 (ko) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9492889B2 (en) Laser processing machine
US10281700B1 (en) Variable focal length lens system including a focus state reference subsystem
US7884949B2 (en) Three-dimensional image measuring apparatus
US8599358B2 (en) Maskless exposure apparatuses and frame data processing methods thereof
JP6829772B2 (ja) 直接描画式スクリーン製版装置及びその使用方法
EP3503524B1 (en) Variable focal lentgh lens system including a focus state reference subsystem and associated method
JP2010042441A (ja) レーザー加工装置及びレーザー加工方法
KR101850222B1 (ko) 삼차원 프린터의 축 오차 보정 장치 및 방법
US20140253739A1 (en) Calibration method and apparatus for optical imaging lens system with double optical paths
KR101573681B1 (ko) 카메라 모듈 초점 조정 장치 및 방법
EP3708369A1 (en) Stereolithography apparatus having a detection unit for optical adjustment and image modification
TW201721132A (zh) 用於至少對半導體裝置之側表面檢測之設備、方法及電腦程式產品
KR20120092989A (ko) 레이저 마킹 시스템
KR102019488B1 (ko) 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법
JP2006337873A (ja) 露光装置及び露光方法
JPWO2015122295A1 (ja) タイヤ内面撮像方法及びその装置
JP2006337878A (ja) 露光装置及び露光方法
US20220155065A1 (en) Measurement apparatus, control apparatus, and control method
TW201916961A (zh) 雷射加工機的控制裝置、雷射加工方法及雷射加工機
KR100799500B1 (ko) 폴리곤스캐너와 갈바노미터스캐너를 결합한 드라이에칭장치
KR20130073050A (ko) 레이저 가공 장치 및 그 보정 데이터 생성 방법
KR20180040316A (ko) 광학 3d 스캐너
US20160091794A1 (en) Drawing method
JP2005345872A (ja) アライメント機能を有する露光装置
KR100340013B1 (ko) 가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant