KR20190123825A - 레이저 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 레이저 장치 - Google Patents

레이저 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 레이저 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 레이저 노즐 어셈블리에 관한 것으로서, 광원 또는 광학계로부터 공급 광로를 따라 전송된 레이저빔을 가공 대상물에 조사하는 레이저 노즐; 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 미리 정해진 연관 관계를 갖는 복수의 광로들로 분기하는 빔 스플리터; 상기 복수의 광로들 중 미리 정해진 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔을 센싱하여, 상기 센싱 광로와 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센싱 부재; 및 상기 센싱 신호를 이용해 상기 센싱 광로를 도출하고, 상기 센싱 광로를 기초로 상기 복수의 광로들 중 상기 레이저 노즐에 의해 상기 가공 대상물에 조사되는 상기 레이저빔이 진행되는 가공 광로를 도출하는 제어기를 포함한다.

Description

레이저 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 레이저 장치{LASER NOZZLE ASSEMEBLY AND LASER APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 레이저 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 레이저 장치에 관한 것이다.
최근에는, 절단 장치, 마킹 장치 등과 같은 가공 장치 분야에 있어서, 우수한 물리적인 특성을 갖는 레이저빔을 이용한 레이저 장치의 사용량이 증가되고 있다.
일반적으로 레이저 장치는, 레이저빔을 생성하여 발진하는 레이저 발진기와, 레이저 발진기에서 발진된 레이저빔을 미리 정해진 전송 방식에 따라 전송하는 광학계와, 광학계를 통해 전송된 레이저빔을 가공 대상물에 조사하는 레이저 노즐 등을 포함한다.
한편, 외부로부터 인가된 외력, 진동 등으로 인해 광학계의 정렬 상태가 변경되는 경우와 같은 이상 현상이 발생하면, 레이저빔이 미리 정해진 광로로부터 이탈된 상태로 레이저 노즐에 전송된다. 그러면, 레이저 노즐로부터 방출된 레이저빔이 광로가 왜곡된 상태로 가공 대상물에 조사됨으로써, 가공 대상물의 가공 품질에 악 영향을 미치게 된다.
그런데, 종래의 레이저 장치는, 레이저빔의 광로 왜곡에 대한 정보를 제공 가능한 구성을 포함하고 있지 않아, 레이저빔의 광로를 왜곡에 신속하게 대처할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 레이저빔의 광로 왜곡에 관한 정보를 제공 가능하도록 구조를 개선한 레이저 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 레이저 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 노즐 어셈블리는, 광원 또는 광학계로부터 공급 광로를 따라 전송된 레이저빔을 가공 대상물에 조사하는 레이저 노즐; 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 미리 정해진 연관 관계를 갖는 복수의 광로들로 분기하는 빔 스플리터; 상기 복수의 광로들 중 미리 정해진 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔을 센싱하여, 상기 센싱 광로와 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센싱 부재; 및 상기 센싱 신호를 이용해 상기 센싱 광로를 도출하고, 상기 센싱 광로를 기초로 상기 복수의 광로들 중 상기 레이저 노즐에 의해 상기 가공 대상물에 조사되는 상기 레이저빔이 진행되는 가공 광로를 도출하는 제어기를 포함한다.
바람직하게, 상기 제어기는, 상기 센싱 광로와 미리 정해진 기준 센싱 광로의 광로차를 이용해, 상기 가공 광로를 도출한다.
바람직하게, 상기 제어기는, 상기 가공 광로와 미리 정해진 기준 가공 광로의 광로차를 이용해, 상기 레이저빔이 상기 기준 가공 광로를 따라 상기 가공 대상물에 조사되는지 여부를 판별한다.
바람직하게, 상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 빔 스팟의 위치를 센싱 가능하게 마련되며, 상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 빔 스팟의 위치를 이용해, 상기 가공 광로를 도출한다.
바람직하게, 상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 출력을 센싱 가능하게 마련되며, 상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 레이저빔의 출력을 기초로 상기 가공 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 에너지 분포 양상을 도출한다.
바람직하게, 상기 제어기는, 상기 에너지 분포 양상과 미리 정해진 기준 에너지 분포 양상을 비교하여, 상기 레이저빔이 상기 광원 또는 상기 광학계로부터 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부를 판별한다.
바람직하게, 상기 빔 스플리터는, 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 미리 정해진 비율에 따라 반사 및 투과시키도록 마련된다.
바람직하게, 상기 센싱 광로는, 상기 빔 스플리터에 의해 반사된 상기 레이저빔이 진행되는 반사 광로와 상기 빔 스플리터를 투과한 상기 레이저빔이 진행되는 투과 광로 중 어느 하나이고, 상기 가공 광로는, 상기 반사 광로와 상기 투과 광로 중 다른 하나이다.
바람직하게, 상기 빔 스플리터와 부재와 상기 센싱 부재 사이에 설치되며, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔을 미리 정해진 비율만큼 감쇠하여 상기 센싱 부재에 전달하는 감쇠 필터를 더 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 레이저 노즐 어셈블리는, 광원 또는 광학계로부터 공급 광로를 따라 전송된 레이저빔을 가공 대상물을 가공 대상물에 조사하는 레이저 노즐; 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 상기 공급 광로와 미리 정해진 연관 관계를 갖는 센싱 광로를 따라 진행하도록 반사하는 반사 미러와, 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 상기 반사 미러에 선택적으로 입사시킬 수 있도록, 상기 반사 미러를 미리 정해진 이송 경로를 따라 왕복 이송하는 이송 부재를 구비하는 광로 조절 유닛; 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔을 센싱하여, 상기 센싱 광로와 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센싱 부재; 및 상기 센싱 신호를 이용해 상기 센싱 광로를 도출하고, 상기 센싱 광로를 기초로 상기 공급 광로를 도출하는 제어기를 포함한다.
바람직하게, 상기 제어기는, 상기 공급 광로와 미리 정해진 기준 공급 광로를 비교하여, 상기 레이저빔이 상기 기준 공급 광로를 따라 상기 가공 대상물에 조사되는지 여부를 판별한다.
바람직하게, 상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 빔 스팟의 위치를 센싱 가능하게 마련되고, 상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 빔 스팟의 위치를 이용해, 상기 공급 광로를 도출한다.
바람직하게, 상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 출력을 센싱 가능하게 마련되며, 상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 레이저빔의 출력을 기초로 상기 공급 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 에너지 분포 양상을 도출한다.
바람직하게, 상기 제어기는, 상기 에너지 분포 양상과 미리 정해진 기준 에너지 분포 양상을 비교하여, 상기 레이저빔이 상기 광원 또는 상기 광학계로부터 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부를 판별한다.
바람직하게, 서로 다른 파장 및 동일한 광축을 갖는 가공광과 측정광 중 어느 하나의 레이저빔을 선택적으로 발진하는 레이저 발진기; 상기 가공광 또는 상기 측정광이 공급 광로를 따라 전송되도록 마련되는 레이저 노즐과, 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 가공광을 투과시킴과 함께, 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 측정광을 상기 공급 광로와 미리 정해진 연관 관계를 갖는 센싱 광로를 따라 진행되도록 반사하는 이색성 미러와, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 측정광을 센싱하여, 상기 센싱 광로와 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센싱 부재를 구비하는 레이저 노즐 어셈블리; 및 상기 센싱 신호를 이용해 상기 센싱 광로를 도출하고, 상기 센싱 광로를 기초로 상기 공급 광로를 도출한다.
바람직하게, 상기 제어기는, 상기 공급 광로와 미리 정해진 기준 공급 광로를 비교하여, 상기 가공광이 상기 기준 공급 광로를 따라 상기 가공 대상물에 조사되는지 여부를 판별한다.
바람직하게, 상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 빔 스팟의 위치를 센싱 가능하게 마련되고, 상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 빔 스팟의 위치를 이용해, 상기 공급 광로를 도출한다.
바람직하게, 상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 측정광의 출력을 센싱 가능하게 마련되고, 상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 측정광의 출력을 기초로 상기 공급 광로를 따라 진행되는 상기 가공광의 에너지 분포 양상을 도출한다.
바람직하게, 상기 제어기는, 상기 에너지 분포 양상과 미리 정해진 기준 에너지 분포 양상을 비교하여, 상기 가공광이 상기 레이저 발진기로부터 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부를 판별한다.
본 발명은, 레이저 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 레이저 장치에 관한 것으로서, 레이저빔의 광로 왜곡 및 에너지 손실에 대한 정보를 습득 가능하므로, 레이저빔의 광로 왜곡 및 에너지 손실의 발생에 신속하게 대응하여 가공 대상물의 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 레이저 노즐 어셈블리의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 3은 센싱 부재를 이용해 레이저빔의 빔 스팟의 위치를 센싱하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 센싱 광로와 기준 센싱 광로의 광로차를 설명하기 위한 도면.
도 5는 가공 광로와 기준 가공 광로의 광로차를 설명하기 위한 도면.
도 6은 에너지의 손실 없이 정상적으로 전송된 레이저빔의 에너지 분포 양상을 나타내는 도면.
도 7은 에너지 손실이 발생한 상태로 전송된 레이저빔의 에너지 분포 양상을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치에 구비된 레이저 노즐 어셈블리의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 9는 반사 미러에 의해 반사된 레이저빔이 센싱 광로를 따라 진행되는 양상을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 장치에 구비된 레이저 노즐 어셈블리의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 11은 이색성 미러에 의해 반사된 레이저빔이 센싱 광로를 따라 진행되는 양상을 나타내는 도면.
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 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 장치(1)는, 레이저빔(LB)을 발진하는 레이저 발진기(10)와, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저빔(LB)을 미리 정해진 기준 전송 순서를 따라 전송하는 광학계(20)와, 광학계(20)에 의해 전송된 레이저빔(LB2)을 가공 대상물(P)에 조사함과 함께, 레이저빔(LB2)의 광로에 대한 정보를 제공 가능하게 마련되는 레이저 노즐 어셈블리(30)와, 레이저 장치(1)의 전반적인 구동을 제어하는 제어기(40) 등을 포함할 수 있다.
먼저, 레이저 발진기(10)는, 레이저빔(LB)을 생성하여 발진한다. 레이저 발진기(10)가 발진하는 레이저빔(LB)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 레이저 발진기(10)는 가공 대상물(P)의 종류에 따라 다양한 레이저빔들 중 어느 하나를 생성하여 발진할 수 있다.
다음으로, 광학계(20)는, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저빔(LB)을 레이저 노즐 어셈블리(30)에 전달 가능하도록 레이저 발진기(10)와 레이저 노즐 어셈블리(30) 사이에 설치된다. 이러한 광학계(20)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 광학계(20)는, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저빔(LB)을 미리 정해진 기준 전송 순서에 따라 순차적으로 반사하여, 레이저 노즐 어셈블리(30)로 전송하는 복수의 반사 미러들(22)을 구비할 수 있다.
도 2는 레이저 노즐 어셈블리의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이저 노즐 어셈블리(30)는, 광원 또는 광학계(20)로부터 공급 광로(OPi)를 따라 전송된 레이저빔(LB)을 가공 대상물(P)에 조사하는 레이저 노즐(310)과, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 레이저빔(LB)을 미리 정해진 연관 관계를 갖는 복수의 광로들로 분기하는 빔 스플리터(320)와, 복수의 광로들 중 미리 정해진 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)을 감쇠시키는 감쇠 필터(330)와, 감쇠 필터(330)에 의해 감쇠된 레이저빔(LB1)을 미리 정해진 초점 위치를 갖도록 집광하는 집광 렌즈(340)와, 집광 렌즈(340)에 의해 집광된 레이저빔(LB1)을 센싱하여, 센싱 광로(OPs)와 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센싱 부재(350) 등을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 노즐(310)은, 광학계(20)로부터 공급 광로(OPi)를 따라 전송된 레이저빔(LB)이 내부로 진입 가능한 중공 형상을 갖는다. 레이저 노즐(310)은, 내부로 진입된 레이저빔(LB)을 미리 정해진 초점 위치를 갖도록 집광하는 집광 렌즈(312)를 구비할 수 있다. 집광 렌즈(312)는, 후술할 빔 스플리터(320)에 의해 분기된 레이저빔(LB)이 진행되는 복수의 광로들 중 미리 정해진 가공 광로(OPp)를 따라 진행되는 레이저빔(LB2)을 집광 가능하도록, 빔 스플리터(320)와 가공 대상물(P) 사이에 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
레이저 노즐(310)은, 내부로 진입된 레이저빔(LB)의 직경을 미리 정해진 비율로 확대하여 집광 렌즈(312)에 전달 가능하도록 설치되는 빔 익스펜더(미도시), 기타 레이저빔(LB)을 가공 대상물(P)의 가공 목적에 맞게 정형 가능한 다양한 광학 부재(미도시)를 더 구비할 수 있다.
레이저 노즐(310)은, 공급 광로(OPi)를 따라 광학계(20)로부터 전송된 레이저빔(LB)의 광축과 레이저 노즐(310)의 중심축이 일치되도록 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 레이저 노즐(310)은, 집광 렌즈(312)에 의해 집광된 레이저빔(LB2)을 가공 광로(OPp)를 따라 가공 대상물(P)에 조사하여, 가공 대상물(P)을 레이저 가공할 수 있다.
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 빔 스플리터(320)는, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 레이저빔(LB)이 입사될 수 있도록 레이저 노즐(310)의 내부에 설치될 수 있다. 빔 스플리터(320)는, 집광 렌즈(312)에 의해 집광되지 않은 레이저빔(LB)이 입사되도록 집광 렌즈(312)에 비해 광학계(20) 쪽에 가깝게 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 빔 스플리터(320)는, 레이저빔(LB)을 미리 정해진 분기 비율에 따라 반사 및 투과시킴으로써, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 레이저빔(LB)을 복수의 광로들로 분기할 수 있다. 복수의 광로들의 개수는 특별히 한정되는 않는다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 빔 스플리터(320)는, 레이저빔(LB)을 미리 정해진 분기 비율에 따라 반사 및 투과시켜, 빔 스플리터(320)에 의해 반사된 레이저빔(LB1)이 진행되는 반사 광로와, 빔 스플리터(320)를 투과한 레이저빔(LB2)이 진행되는 투과 광로 등 2개의 광로들로 분기할 수 있다. 레이저 노즐(310)의 구조에 따라, 반사 광로와 투과 광로 중 어느 하나는 레이저빔(LB)의 광로 측정에 사용되는 센싱 광로(OPs)로서 활용될 수 있고, 반사 광로와 투과 광로 중 다른 하나는 가공 대상물(P)의 레이저 가공에 사용되는 가공 광로(OPp)로서 활용될 수 있다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 빔 스플리터(320)에 의해 반사된 레이저빔(LB1)이 진행되는 반사 광로를 센싱 광로(OPs)로서 활용하고, 빔 스플리터(320)를 투과한 레이저빔(LB2)이 진행되는 투과 광로를 가공 광로(OPp)로서 활용 가능하게 레이저 장치(1)가 마련된 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하기로 한다.
빔 스플리터(320)는, 센싱 광로(OPs)와 가공 광로(OPp)가 미리 정해진 연관 관계를 갖도록, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 레이저빔(LB)을 분기한다. 예를 들어, 빔 스플리터(320)는, 가공 광로(OPp)와 센싱 광로(OPs)가 수직을 이루도록, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 레이저빔(LB)을 분기할 수 있다.
또한, 빔 스플리터(320)는, 레이저빔(LB)의 광로 측정에 필요한 최소 광량의 레이저빔(LB1)만 센싱 광로(OPs)를 따라 진행될 수 있도록, 대부분의 레이저빔(LB)이 빔 스플리터(320)를 투과하도록 마련되는 것이 바람직한다. 이를 통해, 후술할 센싱 부재(350)가 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)의 고 에너지에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이와 관련하여, 제어기(40)는, 레이저빔(LB)의 광로 측정이 필요한 경우에는, 레이저빔(LB)의 광로 측정에 필요한 최소 광량의 레이저빔(LB)이 레이저 발진기(10)로부터 발진되도록, 레이저 발진기(10)를 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어기(40)는, 센싱 부재(350)가 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)의 고 에너지에 의해 손상되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 감쇠 필터(330)는, 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)이 입사되도록, 빔 스플리터(320)와 집광 렌즈(340) 사이에 설치된다. 이러한 감쇠 필터(330)는, 빔 스플리터(320)에 의해 반사된 레이저빔(LB1)을 미리 정해진 감쇠 비율만큼 감쇠하여 집광 렌즈(340)에 전달함으로써, 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)에 의해 센싱 부재(350)가 손상되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 집광 렌즈(340)는, 감쇠 필터(330)에 의해 감쇠된 레이저빔(LB1)이 입사되도록, 감쇠 필터(330)와 센싱 부재(350) 사이에 설치된다. 집광 렌즈(340)는, 레이저빔(LB1)의 초점 위치가 센싱 부재(350)의 미리 정해진 센싱면(350a)에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 집광 렌즈(340)는, 감쇠 필터(330)에 의해 감쇠된 레이저빔(LB1)을 집광하여 센싱 부재(350)의 센싱면(350a)에 조사할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 센싱 부재를 이용해 레이저빔의 빔 스팟의 위치를 센싱하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 센싱 광로와 기준 센싱 광로의 광로차를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 가공 광로와 기준 가공 광로의 광로차를 설명하기 위한 도면이다.
다음으로, 센싱 부재(350)는, 집광 렌즈(340)에 의해 집광된 레이저빔(LB1)을 센싱하여, 센싱 광로(OPs)와 대응하는 센싱 신호를 출력할 수 있다. 즉, 센싱 부재(350)는, 센싱 광로(OPs)의 형성 양상에 대한 정보를 제공 가능한 센싱 신호를 출력하는 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 센싱 부재(350)는, 센싱 부재(350)의 센싱면(350a)에 형성되는 레이저빔(LB1)의 빔 스팟(BS1)의 위치를 센싱 가능하게 마련될 수 있다. 이를 위하여, 센싱 부재(350)는, 레이저빔(LB1)의 빔 스팟(BS1)의 화상을 촬영하는 카메라(미도시), 레이저빔(LB1)의 빔 스팟(BS1)의 위치에 대응하는 위치 감지 신호를 출력하는 PSD 센서(미도시) 등과 같이 레이저빔(LB1)의 빔 스팟(BS1)의 위치에 대한 정보를 제공 가능한 다양한 센서들 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. 특히, 센싱 부재(350)가 카메라를 구비하는 경우에, 카메라는 CCD 카메라로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제어기(40)는, 이러한 센싱 부재(350)에 의해 센싱된 빔 스팟(BS1)의 위치를 분석하여 센싱 광로(OPs)를 도출한 후, 센싱 광로(OPs)와 미리 정해진 기준 센싱 광로(OPrs)의 광로차(D1)를 산출할 수 있다. 기준 센싱 광로(OPrs)는, 레이저빔(LB)이 광학계(20)에 의해 미리 정해진 기준 공급 광로를 따라 정확하게 레이저 노즐(310)로 전송된 경우에, 빔 스플리터(320)에 의해 반사된 레이저빔(LB1)이 진행되는 광로를 말한다. 또한, 기준 공급 광로는, 레이저빔(LB)이 광학계(20)로부터 광로의 왜곡 없이 레이저 노즐(310)로 정상적으로 공급된 경우에, 레이저빔(LB)이 진행되는 광로를 말한다.
제어기(40)는, 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)의 빔 스팟(BS1)의 위치와 기준 센싱 광로(OPrs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)의 빔 스팟(BSr)의 위치의 차이를 이용해 센싱 광로(OPs)와 기준 센싱 광로(OPrs)의 광로차(D1)를 도출할 수 있다. 예를 들어, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 레이저빔(LB)이 기준 공급 광로를 따라 정확하게 레이저 노즐(310)로 전송되는 경우에, 센싱 광로(OPs)와 기준 센싱 광로(OPrs)는 서로 일치된다. 또한, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 레이저빔(LB)이 미리 정해진 공급 광로로부터 소정의 광로차만큼 이탈된 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)로 전송되는 경우에, 센싱 광로(OPs)와 기준 센싱 광로(OPrs)는 서로 불일치된다.
또한, 제어기(40)는, 전술한 센싱 광로(OPs)와 가공 광로(OPp)의 연관 관계를 이용해, 센싱 광로(OPs)를 기초로 가공 광로(OPp)를 도출할 수 있다. 즉, 제어기(40)는, 센싱 광로(OPs)에 센싱 광로(OPs)와 가공 광로(OPp)의 사이 각도를 더하여, 가공 광로(OPp)를 도출할 수 있다.
또한, 제어기(40)는, 가공 광로(OPp)와 미리 정해진 기준 가공 광로(OPrp)의 광로차(D2)를 산출할 수 있다. 기준 가공 광로(OPrp)는, 레이저빔(LB)이 광학계(20)로부터 기준 공급 광로를 따라 정상적으로 레이저 노즐(310)로 전송된 경우에, 빔 스플리터(320)를 투과한 레이저빔(LB2)이 진행되는 광로를 말한다. 예를 들어, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 레이저빔(LB)이 기준 공급 광로를 따라 정상적으로 레이저 노즐(310)로 전송되는 경우에, 가공 광로(OPp)와 기준 가공 광로(OPrp)는 서로 일치된다. 또한, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 레이저빔(LB)이 기준 공급 광로로부터 소정의 광로차만큼 이탈된 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)로 전송되는 경우에, 가공 광로(OPp)와 기준 가공 광로(OPrp)는 서로 불일치된다.
또한, 제어기(40)는, 레이저빔(LB)이 기준 가공 광로(OPrp)를 따라 정상적으로 가공 대상물(P)에 조사되는지 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 제어기(40)는, 가공 광로(OPp)와 기준 가공 광로(OPrp)가 불일치하면, 레이저 발진기(10) 또는 광학계(20)의 정렬 상태가 변경되는 경우와 같이 레이저빔(LB)의 공급 광로(OPi)에 왜곡을 일으키는 이상 현상의 발생으로 인해, 레이저빔(LB)이 기준 가공 광로(OPrp)를 따라 가공 대상물(P)에 조사되지 못 한다고 판별할 수 있다. 이처럼 레이저 장치(1)에 의하면, 레이저빔(LB)의 광로에 대한 정보를 용이하게 습득 가능하므로, 레이저빔(LB)의 광로 왜곡을 신속하게 보정하여 가공 대상물(P)의 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
도 6은 정상적으로 전송된 레이저빔의 에너지 분포 양상을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 에너지 손실이 발생한 상태로 전송된 레이저빔의 에너지 분포 양상을 설명하기 위한 도면이다.
전술한 센싱 부재(350)는, 센싱 부재(350)의 미리 정해진 센싱면(350a)에 형성된 레이저빔(LB1)의 빔 스팟(BS1)의 위치 및 출력을 함께 센싱 가능하게 마련될 수도 있다. 이를 위하여, 센싱 부재(350)는, 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)의 열을 탐지하여 빔 스팟(BS1)의 위치 및 레이저빔(LB1)의 출력을 센싱하는 적외선 센서(미도시), 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB1)의 열화상을 촬영하는 열화상 카메라(미도시) 등과 같이 레이저빔(LB1)의 빔 스팟(BS1)의 위치 및 레이저빔(LB1)의 출력에 대한 정보를 함께 제공 가능한 다양한 센서들 중 적어도 하나를 구비할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 레이저빔(LB)이 에너지 손실 없이 광학계(20)로부터 정상적으로 레이저 노즐(310)로 전송된 경우에, 레이저빔(LB)은, 동심원을 이루는 에너지 분포 양상을 갖는다. 이에 반해, 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(10) 또는 광학계(20)의 정렬 상태가 변경되는 경우와 같이 레이저빔(LB)의 에너지 손실을 일으키는 이상 현상이 발생하면, 레이저빔(LB)은 에너지 손실로 인해 편심원이나 타원을 이루는 에너지 분포 양상을 갖게 된다. 따라서, 제어기(40)는, 센싱 부재(350)에 의해 센싱된 레이저빔(LB1)의 출력을 이용해 레이저빔(LB1)의 에너지 분포 양상을 도출한 후, 센싱 광로(OPs)와 가공 광로(OPp)의 연관 관계를 이용해, 레이저빔(LB1)의 에너지 분포 양상을 기초로 레이저빔(LB2)의 에너지 분포 양상을 도출할 수 있다.
또한, 제어기(40)는, 레이저빔(LB2)의 에너지 분포 양상과 미리 정해진 기준 양상을 비교하여, 레이저빔(LB)이 레이저 노즐(310)로 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 제어기(40)는, 레이저빔(LB2)의 에너지 분포 양상이 동심원을 이루면 레이저빔(LB)이 에너지 손실 없이 정상적으로 레이저 노즐(310)로 전송된다고 판별할 수 있고, 레이저빔(LB2)의 에너지 분포 양상이 편심원 또는 타원을 이루면 레이저빔(LB)이 에너지가 손실된 상태로 레이저 노즐(310)로 전송된다고 판별할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제어기(40)는, 레이저빔(LB1)의 에너지 분포 양상과 미리 정해진 기준 양상을 비교하여, 레이저빔(LB)이 레이저 노즐(310)로 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부를 판별할 수도 있다.
이처럼 레이저 장치(1)에 의하면, 레이저빔(LB)의 출력에 대한 정보를 용이하게 습득 가능하므로, 레이저빔(LB)의 에너지 손실을 신속하게 보정하여 가공 대상물(P)의 가공 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치에 구비된 레이저 노즐 어셈블리의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 9는 반사 미러에 의해 반사된 레이저빔이 센싱 광로를 따라 진행되는 양상을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치(2)는, 레이저빔(LB)의 광로 및 출력에 대한 정보를 습득하고자 하는 경우에만 레이저빔(LB)을 센싱 부재(350)에 선택적으로 전달할 수 있도록, 레이저 노즐 어셈블리(30)의 구조가 변경되었다는 점에서 전술한 레이저 장치(1)와 차이점을 갖고, 나머지 점에서는 전술한 레이저 장치(1)와 동일하다. 이에, 레이저 장치(1)와의 차이점을 중심으로 레이저 장치(2)에 대해 설명하기로 하고, 레이저 장치(1)와 중복되는 내용은 설명을 생략하거나 간략하게만 언급하기로 한다. 레이저 장치들(1, 2)이 서로 동일하게 포함되는 구성에는 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 레이저 노즐 어셈블리(30)는, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 레이저빔(LB)을 공급 광로(OPi)와 미리 정해진 연관 관계를 갖는 센싱 광로(OPs)를 따라 진행하도록 반사하는 반사 미러(362)와, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 레이저빔(LB)을 반사 미러(362)에 선택적으로 입사 시킬 수 있도록, 반사 미러(362)를 미리 정해진 이송 경로를 따라 왕복 이송하는 이송 부재(364)를 갖는 광로 조절 유닛(360)을 구비할 수 있다.
반사 미러(362)는 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 레이저빔(LB)의 진행 방향을 미리 정해진 각도만큼 전환시킬 수 있도록 설치된다. 예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 반사 미러(362)는 공급 광로(OPi)와 센싱 광로(OPs)가 수직을 이루도록 설치될 수 있다.
이송 부재(364)는, 반사 미러(362)가 공급 광로(OPi) 상에 선택적으로 삽입될 수 있도록 미리 정해진 이송 경로를 따라 반사 미러(362)를 왕복 이송 가능하게 마련된다. 이러한 이송 부재(364)로서 사용 가능한 이송 장치의 종류는 특별히 한정되는 않는다. 예를 들어, 이송 부재(364)는, 실린더 장치로 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이송 부재(364)는, 가공 대상물(P)을 레이저 가공하는 경우에, 반사 미러(362)를 레이저빔(LB)의 공급 광로(OPi)로부터 이탈되도록 이송할 수 있다. 그러면, 레이저빔(LB)은, 집광 렌즈(312)에 의해 집광된 상태로 공급 광로(OPi)를 따라 가공 대상물(P)에 조사될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 이송 부재(364)는, 레이저빔(LB)의 광로 및 출력에 대한 정보의 습득이 필요한 경우에, 반사 미러(362)를 레이저빔(LB)의 공급 광로(OPi) 상에 삽입시킬 수 있다. 그러면, 센싱 부재(350)는 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되도록 반사 미러(362)에 의해 반사된 레이저빔(LB)의 빔 스팟(BS1)의 위치 및 출력을 센싱할 수 있다. 제어기(40)는, 센싱 부재(350)로부터 출력된 센싱 신호를 이용해 센싱 광로(OPs) 및 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB)의 에너지 분포 양상을 도출할 수 있다. 이후에, 제어기(40)는, 센싱 광로(OPs)와 공급 광로(OPi)의 연관 관계를 이용해, 센싱 광로(OPs) 및 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 레이저빔(LB)의 에너지 분포 양상을 기초로 공급 광로(OPi) 및 공급 광로(OPi)를 따라 진행되는 레이저빔(LB)의 에너지 분포 양상을 도출할 수 있다. 또한, 제어기(40)는, 공급 광로(OPi) 및 공급 광로(OPi)를 따라 진행되는 레이저빔(LB)의 에너지 분포 양상을 각각 미리 정해진 기준 공급 광로(OPri) 및 기준 에너지 분포 양상과 비교하여, 레이저빔(LB)이 기준 공급 광로(OPri)를 따라 가공 대상물(P)에 조사되는지 여부와, 레이저빔(LB)이 레이저 노즐(310)로 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부 등을 판별할 수 있다.
한편, 제어기(40)는, 레이저빔(LB)의 광로 및 출력에 대한 정보를 습득하는 경우에, 레이저빔(LB)의 광로 및 출력에 대한 정보의 습득에 필요한 최소한의 광량을 갖는 레이저빔(LB)이 발진되도록 레이저 발진기(10)를 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어기(40)는, 센싱 부재(350)가 레이저빔(LB)에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 레이저 장치(1)는, 일정한 광량의 레이저빔(LB)이 항상 센싱 부재(350) 쪽으로 분산될 수 밖에 없어, 에너지 효율의 측면에서 불리하다. 그런데, 레이저 장치(1)는, 레이저 가공을 진행할 때에는 전체 광량의 레이저빔(LB)을 가공 대상물(P)에 집중적으로 조사할 수 있으므로, 전술한 레이저 장치(1)에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 장치에 구비된 레이저 노즐 어셈블리의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 11은 이색성 미러에 의해 반사된 레이저빔이 센싱 광로를 따라 진행되는 양상을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 장치(3)는, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저빔(LB)의 성질에 따라 레이저빔(LB)의 광로를 선택적으로 전환시킬 수 있도록 레이저 노즐 어셈블리(30)의 구조가 변경되었다는 점에서 전술한 레이저 장치들(1, 2)과 차이점을 갖고, 나머지 점에서는 전술한 레이저 장치들(1, 2)과 동일하다. 이에, 레이저 장치들(1, 2)과의 차이점을 중심으로 레이저 장치(3)에 대해 설명하기로 하고, 레이저 장치들(1, 2)과 중복되는 내용은 설명을 생략하거나 간략하게만 언급하기로 한다. 레이저 장치들(1, 2, 3)이 서로 동일하게 포함되는 구성에는 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
레이저 발진기(10)는, 서로 상이한 파장 대역을 갖는 가공광(LBp)과 측정광(LBm) 중 어느 하나의 레이저빔(LB)을 선택적으로 발진 가능하도록 마련된다. 특히, 레이저 발진기(10)는, 가공광(LBp)과 측정광(LBm)이 서로 광일한 광축을 갖도록 마련된다. 그러면, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 가공광(LBp)과 측정광(LBm)을 서로 동일한 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)로 전송될 수 있다.
가공광(LBp)은, 가공 대상물(P)의 레이저 가공에 사용되는 레이저빔(LB)으로써, 가공 대상물(P)에 미리 정해진 기준 흡수율 이상만큼 흡수되는 파장 대역을 갖는다. 가공광(LBp)으로서 사용 가능한 레이저빔(LB)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 가공 대상물(P)의 종류에 따라 다양한 종류의 레이저빔들 중 적어도 하나를 가공광(LBp)으로서 사용할 수 있다.
측정광(LBm)은, 광학계(20)를 통과하는 레이저빔(LB)의 광로를 측정하기 위한 레이저빔(LB)으로서, 센싱 부재(350)의 센싱면(350a)에 형성된 빔 스팟(BS1)을 육안으로 관찰하거나 카메라로 촬영할 수 있도록 가시광 파장 대역을 갖는다. 특히, 측정광(LBm)은, 측정광(LBm)에 의해 센싱 부재(350)가 손상되지 않도록, 가공광(LBp)에 비해 낮은 출력을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 측정광(LBm)으로서 사용 가능한 레이저빔(LB)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 센싱 부재(350)의 종류에 따라 다양한 종류의 레이저빔들 중 적어도 하나를 측정광(LBm)으로서 사용할 수 있다.
제어기(40)는, 미리 정해진 공정 조건에 따라 가공광(LBp)과 측정광(LBm) 중 어느 하나의 레이저빔을 선택적으로 발진하도록 레이저 발진기(10)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(40)는, 가공 대상물(P)을 레이저 가공하는 경우에는 가공광(LBp)을 발진하도록 레이저 발진기(10)를 제어하고, 레이저빔의 광로 및 출력을 측정하는 경우에는 측정광(LBm)을 발진하도록 레이저 발진기(10)를 제어할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 레이저 노즐 어셈블리(30)는, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 가공광(LBp)을 투과시킴과 함께, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 측정광(LBm)을 공급 광로(OPi)와 미리 정해진 연관 관계를 갖는 센싱 광로(OPs)를 따라 진행하도록 반사하는 이색성 미러(370)와, 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 측정광(LBm)에 포함된 노이즈를 제거하는 노이즈 필터(380) 등을 구비할 수 있다.
이색성 미러(370)는, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 가공광(LBp)을 투과시킴과 함께, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 측정광(LBm)을 반사시킬 수 있도록 광학 코팅된다.
이색성 미러(370)는, 공급 광로(OPi)를 따라 레이저 노즐(310)의 내부를 통과하는 측정광(LBm)의 진행 방향을 미리 정해진 각도만큼 전환시킬 수 있도록 설치된다. 예를 들어, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 이색성 미러(370)는 공급 광로(OPi)와 센싱 광로(OPs)가 수직을 이루도록 설치될 수 있다. 그러면, 공급 광로(OPi)와 센싱 광로(OPs)는 서로 수직을 이루는 연관 관계를 갖게 된다.
노이즈 필터(380)는, 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 측정광(LBm)이 입사되도록, 이색성 미러(370)와 집광 렌즈(340) 사이에 설치된다. 이러한 이색성 미러(370)로부터 전달된 측정광(LBm)으로부터 레이저빔(LB)의 광로 및 출력 측정에 불필요한 노이즈를 제거할 수 있다. 이처럼 노이즈 필터(380)에 의해 노이즈가 제거된 측정광(LBm)은 집광 렌즈(340)에 의해 집광되어 센싱 부재(350)의 센싱면(350a)에 조사될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 레이저 장치(3)를 이용해 가공 대상물(P)을 레이저 가공하는 방법과, 레이저빔(LB)의 광로 및 출력에 대한 정보를 습득하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 가공 대상물(P)을 레이저 가공하는 경우에, 제어기(40)는 가공광(LBp)을 발진하도록 레이저 발진기(10)를 제어할 수 있다. 그러면, 도 10에 도시된 바와 같이, 가공광(LBp)은, 이색성 미러(370)를 투과한 후, 집광 렌즈(312)에 의해 집광된 상태로 공급 광로(OPi)를 따라 가공 대상물(P)에 조사될 수 있다.
다음으로, 레이저빔(LB)을 광로 및 출력에 대한 정보의 습득이 필요한 경우에, 제어기(40)는, 측정광(LBm)을 발진하도록 레이저 발진기(10)를 제어할 수 있다. 그러면, 도 11에 도시된 바와 같이, 측정광(LBm)은, 이색성 미러(370)에 의해 반사되어 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되다가 센싱 부재(350)의 센싱면(350a)에 조사될 수 있다. 이에, 센싱 부재(350)는 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 측정광(LBm)의 빔 스팟(BS1)의 위치 및 출력을 센싱할 수 있다. 제어기(40)는, 센싱 부재(350)로부터 출력된 센싱 신호를 이용해 센싱 광로(OPs) 및 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 측정광(LBm)의 에너지 분포 양상을 도출할 수 있다. 이후에, 제어기(40)는, 센싱 광로(OPs)와 공급 광로(OPi)의 연관 관계를 이용해, 센싱 광로(OPs) 및 센싱 광로(OPs)를 따라 진행되는 측정광(LBm)의 에너지 분포 양상을 기초로 공급 광로(OPi) 및 공급 광로(OPi)를 따라 진행되는 가공광(LBp)의 에너지 분포 양상을 도출할 수 있다. 또한, 제어기(40)는, 공급 광로(OPi) 및 공급 광로(OPi)를 따라 진행되는 가공광(LBp)의 에너지 분포 양상을 각각 미리 정해진 기준 공급 광로(OPri) 및 기준 에너지 분포 양상과 비교하여, 가공광(LBp)이 기준 공급 광로(OPri)를 따라 가공 대상물(P)에 조사되는지 여부와, 가공광(LBp)이 레이저 노즐(310)로 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부 등을 판별할 수 있다.
전술한 레이저 장치(2)는, 반사 미러(362)를 공급 광로(OPi) 상에 선택적으로 삽입하기 위한 이송 부재(364)를 구비하므로, 이송 부재(364)로 인해 레이저 노즐 어셈블리(30)의 용적 및 무게가 증가될 수 밖에 없다. 그런데, 레이저 장치(3)는, 이색성 미러(370)를 이용해 측정광(LBm)의 광로를 선택적으로 전환할 수 있으므로, 이색성 미러(370)를 이송하기 위한 이송 부재(364)가 별도로 요구되지 않는다. 이에, 레이저 장치(3)는, 전술한 레이저 장치(2)에 비해 레이저 노즐 어셈블리(30)를 컴팩트화 시킬 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, 2, 3 : 레이저 장치
10 : 레이저 발진기
20 : 광학계
22 : 반사 미러
30 : 레이저 노즐 어셈블리
40 : 제어기
310 : 레이저 노즐
312 : 집광 렌즈
320 : 빔 스플리터
330 : 감쇠 필터
340 : 집광 렌즈
350 : 센싱 부재
360 : 광로 조절 유닛
362 : 반사 미러
364 : 이송 부재
370 : 이색성 미러
380 : 노이즈 필터
LB, LB1, LB2 : 레이저빔
P : 가공 대상물
OPi : 공급 광로
OPs : 센싱 광로
OPrs : 기준 센싱 광로
OPp : 가공 광로
OPrp : 기준 가공 광로
LBm : 측정광
LBp : 가공광

Claims (19)

  1. 광원 또는 광학계로부터 공급 광로를 따라 전송된 레이저빔을 가공 대상물에 조사하는 레이저 노즐;
    상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 미리 정해진 연관 관계를 갖는 복수의 광로들로 분기하는 빔 스플리터;
    상기 복수의 광로들 중 미리 정해진 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔을 센싱하여, 상기 센싱 광로와 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센싱 부재; 및
    상기 센싱 신호를 이용해 상기 센싱 광로를 도출하고, 상기 센싱 광로를 기초로 상기 복수의 광로들 중 상기 레이저 노즐에 의해 상기 가공 대상물에 조사되는 상기 레이저빔이 진행되는 가공 광로를 도출하는 제어기를 포함하는 것을 레이저 노즐 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 센싱 광로와 미리 정해진 기준 센싱 광로의 광로차를 이용해, 상기 가공 광로를 도출하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 가공 광로와 미리 정해진 기준 가공 광로의 광로차를 이용해, 상기 레이저빔이 상기 기준 가공 광로를 따라 상기 가공 대상물에 조사되는지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 빔 스팟의 위치를 센싱 가능하게 마련되며,
    상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 빔 스팟의 위치를 이용해, 상기 가공 광로를 도출하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 출력을 센싱 가능하게 마련되며,
    상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 레이저빔의 출력을 기초로 상기 가공 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 에너지 분포 양상을 도출하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 에너지 분포 양상과 미리 정해진 기준 에너지 분포 양상을 비교하여, 상기 레이저빔이 상기 광원 또는 상기 광학계로부터 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는, 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 미리 정해진 비율에 따라 반사 및 투과시키도록 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센싱 광로는, 상기 빔 스플리터에 의해 반사된 상기 레이저빔이 진행되는 반사 광로와 상기 빔 스플리터를 투과한 상기 레이저빔이 진행되는 투과 광로 중 어느 하나이고,
    상기 가공 광로는, 상기 반사 광로와 상기 투과 광로 중 다른 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터와 부재와 상기 센싱 부재 사이에 설치되며, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔을 미리 정해진 비율만큼 감쇠하여 상기 센싱 부재에 전달하는 감쇠 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  10. 광원 또는 광학계로부터 공급 광로를 따라 전송된 레이저빔을 가공 대상물을 가공 대상물에 조사하는 레이저 노즐;
    상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 상기 공급 광로와 미리 정해진 연관 관계를 갖는 센싱 광로를 따라 진행하도록 반사하는 반사 미러와, 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 레이저빔을 상기 반사 미러에 선택적으로 입사시킬 수 있도록, 상기 반사 미러를 미리 정해진 이송 경로를 따라 왕복 이송하는 이송 부재를 구비하는 광로 조절 유닛;
    상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔을 센싱하여, 상기 센싱 광로와 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센싱 부재; 및
    상기 센싱 신호를 이용해 상기 센싱 광로를 도출하고, 상기 센싱 광로를 기초로 상기 공급 광로를 도출하는 제어기를 포함하는 레이저 노즐 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 공급 광로와 미리 정해진 기준 공급 광로를 비교하여, 상기 레이저빔이 상기 기준 공급 광로를 따라 상기 가공 대상물에 조사되는지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 빔 스팟의 위치를 센싱 가능하게 마련되고,
    상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 빔 스팟의 위치를 이용해, 상기 공급 광로를 도출하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 출력을 센싱 가능하게 마련되며,
    상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 레이저빔의 출력을 기초로 상기 공급 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 에너지 분포 양상을 도출하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 에너지 분포 양상과 미리 정해진 기준 에너지 분포 양상을 비교하여, 상기 레이저빔이 상기 광원 또는 상기 광학계로부터 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 레이저 노즐 어셈블리.
  15. 서로 다른 파장 및 서로 동일한 광축을 갖는 가공광과 측정광 중 어느 하나의 레이저빔을 선택적으로 발진하는 레이저 발진기;
    상기 가공광 또는 상기 측정광이 공급 광로를 따라 전송되도록 마련되는 레이저 노즐과, 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 가공광을 투과시킴과 함께, 상기 공급 광로를 따라 상기 레이저 노즐을 통과하는 상기 측정광을 상기 공급 광로와 미리 정해진 연관 관계를 갖는 센싱 광로를 따라 진행되도록 반사하는 이색성 미러와, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 측정광을 센싱하여, 상기 센싱 광로와 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센싱 부재를 구비하는 레이저 노즐 어셈블리; 및
    상기 센싱 신호를 이용해 상기 센싱 광로를 도출하고, 상기 센싱 광로를 기초로 상기 공급 광로를 도출하는 레이저 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 공급 광로와 미리 정해진 기준 공급 광로를 비교하여, 상기 가공광이 상기 기준 공급 광로를 따라 상기 가공 대상물에 조사되는지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 레이저빔의 빔 스팟의 위치를 센싱 가능하게 마련되고,
    상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 빔 스팟의 위치를 이용해, 상기 공급 광로를 도출하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 센싱 부재는, 상기 센싱 광로를 따라 진행되는 상기 측정광의 출력을 센싱 가능하게 마련되고,
    상기 제어기는, 상기 센싱 부재에 의해 센싱된 상기 측정광의 출력을 기초로 상기 공급 광로를 따라 진행되는 상기 가공광의 에너지 분포 양상을 도출하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 에너지 분포 양상과 미리 정해진 기준 에너지 분포 양상을 비교하여, 상기 가공광이 상기 레이저 발진기로부터 전송되는 과정에서 에너지 손실이 발생하는지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
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