KR20210141063A - A laser processing apparatus using infinite focus optical system - Google Patents

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Abstract

In accordance with an embodiment of the present invention, a laser processing device using an infinite focus optical system comprises: a laser generation unit for outputting a first laser beam; a pre-optical system for condensing the first laser beam to an infinite focus optical system; the infinite focus optical system for reflecting or transmitting the focused first laser beam to a processing target; and a control unit for controlling the laser generation unit, the pre-optical system and/or the infinite focus optical system. The infinite focus optical system includes: an optics having a symmetrical shape having a predetermined curvature and reflecting or transmitting the focused first laser beam to the processing target as a second laser beam having a focal length greater than or equal to a predetermined distance; and a moving unit which rotates and/or moves the optics so that the focused first laser beam is not emitted to the same area of the infinite focus optics. In accordance with the present invention, the degree of freedom of laser processing is very high.

Description

무한 초점 광학계를 이용한 레이저 가공 장치{A laser processing apparatus using infinite focus optical system}A laser processing apparatus using infinite focus optical system

본 명세서는 무한 초점 또는 유사 무한 초점 광학계를 이용한 레이저 가공 장치를 제안한다. The present specification proposes a laser processing apparatus using an infinity focus or a pseudo infinity focus optical system.

산업 현장에서 다양한 재료에 대하여 용접, 절단, 천공 등 다양한 가공을 제공하는 레이저 가공 장치가 제공되고 있다. A laser processing apparatus that provides various processing such as welding, cutting, and drilling for various materials in an industrial field has been provided.

레이저 가공 장치는, 높은 열에너지를 사용하면서도 재료의 손상을 최소화하여, 가공 품질을 정밀하고 높은 수준으로 유지시킨다. 특히, 최근 IR 레이저, 파이버 발진 방식을 중심으로 수십 kW급의 높은 출력을 생성하는 레이저 출력 장치가 제공되고 있다.The laser processing apparatus uses high thermal energy while minimizing damage to the material, thereby maintaining the processing quality at a precise and high level. In particular, a laser output device that generates a high output of several tens of kW has been recently provided with a focus on IR laser and fiber oscillation methods.

이 같은 고출력 레이저 출력 장치는, 대면적에 대한 장시간 가공이 필요한 조선 분야와, 고온, 수증기, 분진 등 열악한 환경으로 인하여 긴 공정 거리가 필요한 철강 분야에서 특히 수요가 증가하고 있다. Such high-power laser output devices are particularly in demand in the shipbuilding field, which requires long-term processing over a large area, and in the steel field, which requires a long process distance due to harsh environments such as high temperature, steam, and dust.

그러나, 이와 같은 고출력 레이저 출력 장치를 기존과 같이 유한한 초점 거리를 갖는 광학계에 적용하는 경우, 다음과 같은 다양한 문제점들이 존재하였다. However, when such a high-power laser output device is applied to an optical system having a finite focal length as in the prior art, various problems exist as follows.

예를 들어, 두꺼운 금속을 절단(예를 들어, 후판 절단)하는 경우, 종래의 광학계는, 유한한 초점 거리로 인해 에너지 밀도가 초점 영역에 집중되고 비초점 영역에는 에너지 밀도가 낮게 형성되는 초점 거리별 에너지 밀도 불균형이 발생한다. 이로 인해, 유한 초점 광학계를 이용한 종래의 레이저 가공 장치의 경우, 금속을 균일하게 절단하지 못하고, 테이퍼 형상 등과 같이 불균일하게 절단한다는 문제점이 존재하였다.For example, when cutting thick metal (eg, cutting a thick plate), a conventional optical system has a focal length in which energy density is concentrated in a focal area and low energy density is formed in a non-focus area due to a finite focal length. A star energy density imbalance occurs. For this reason, in the case of a conventional laser processing apparatus using a finite focus optical system, there is a problem in that the metal cannot be cut uniformly, and the metal is cut non-uniformly, such as a tapered shape.

또한, 불균일한 표면을 갖는 가공 대상을 가공하는 경우, 종래에는 레이저 빔의 초점이 불균일한 가공 대상의 표면을 따라 이동하도록 제어해야 하기 때문에, 제어 복잡도 및 난이도가 매우 증가한다는 문제점이 존재하였다. 복잡한 구조/형상의 가공 대상을 가공하는 경우에도, 종래에는 이와 같은 문제점이 동일하게 존재하였다.In addition, in the case of processing an object to be processed having a non-uniform surface, conventionally, since the focus of the laser beam must be controlled to move along the surface of the object to be processed, there is a problem in that control complexity and difficulty are greatly increased. Even in the case of processing an object to be processed with a complex structure/shape, the same problem has existed in the prior art.

따라서, 본 명세서에서는 상술한 문제점들을 모두 해결할 수 있을 뿐 아니라, 가공 효율이 높은 레이저 가공 장치에 대해 제안하고자 한다.Therefore, in the present specification, not only can all of the above-described problems be solved, but also a laser processing apparatus with high processing efficiency is proposed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 레이저 빔을 출력하는, 레이저 발생부; 상기 제1 레이저 빔을 무한 초점 광학계로 집광시키는, 사전 광학계; 상기 집광된 제1 레이저 빔을 가공 대상으로 반사 또는 투과하는, 상기 무한 초점 광학계; 및 상기 레이저 발생부, 상기 사전 광학계 및/또는 상기 무한 초점 광학계를 제어하는 제어부; 를 포함하되, 상기 무한 초점 광학계는, 소정의 곡률을 갖는 대칭 형상이며, 상기 집광된 제1 레이저 빔을 기설정된 거리 이상의 초점 거리를 갖는 제2 레이저 빔으로서 상기 가공 대상으로 반사 또는 투과시키는, 옵틱스; 및 상기 집광된 제1 레이저 빔이 상기 무한 초점 옵틱스의 동일한 영역에만 집중 조사되지 않도록 상기 옵틱스를 회전 및/또는 이동시키는, 이동부; 를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, for outputting a first laser beam, a laser generator; a pre-optical system for condensing the first laser beam to an infinite focus optical system; The infinity-focus optical system for reflecting or transmitting the focused first laser beam to a processing target; and a controller for controlling the laser generator, the pre-optical system, and/or the infinity-focusing optical system. Including, wherein the infinite focus optical system has a symmetrical shape having a predetermined curvature, and reflects or transmits the focused first laser beam to the processing target as a second laser beam having a focal length greater than or equal to a preset distance, optics ; and a moving unit which rotates and/or moves the optics so that the focused first laser beam is not irradiated to the same area of the infinite focus optics. may include.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무한 초점 레이저 빔의 출력이 가능하기 때문에, 가공 대상물의 형태, 크기, 두께, 표면 상태 등에 구애받지 않고 사용자가 원하는 형태의 자유로운 가공이 가능하므로, 레이저 가공의 자유도가 매우 높다는 효과를 갖는다. According to an embodiment of the present invention, since the output of the infinitely focused laser beam is possible, the user can freely process the desired shape regardless of the shape, size, thickness, surface condition, etc. of the object to be processed, so the degree of freedom of laser processing has a very high effect.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 대면적 및 고속 가공이 가능하다는 효과를 갖는다. In addition, according to an embodiment of the present invention, it has the effect that large-area and high-speed processing is possible.

본 발명의 효과는 이에 한정되지 않으며, 이외에 다양한 효과는 이하 각 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 후술하기로 한다. Effects of the present invention are not limited thereto, and various other effects will be described in more detail below with reference to each drawing below.

도 1은 종래의 레이저 가공 장치에 사용되던 광학 렌즈를 예시한 도면이다.
도 2는 두꺼운 두께를 갖는 가공 대상을 절단하는 레이저 가공 장치의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 3은 불균일한 표면을 갖는 가공 대상을 가공하는 레이저 가공 장치의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 4는 복잡한 구조를 갖는 가공 대상을 가공하는 레이저 가공 장치의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 (유사) 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 (유사) 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 초점 옵틱스를 이용하여 구현된 무한 초점 광학계를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스를 도시한 도면이다.
도 9(a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스의 단면도, 도 9(b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스의 입체도를 각각 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 (유사) 무한 초점 광학계에 적용 가능한 옵틱스의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치로부터 출력된 레이저 빔의 단면을 촬영한 이미지이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 회전하는 무한 초점 옵틱스를 예시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 유사 무한 초점 옵틱스의 회전/이동에 따라 유사 무한 초점 옵틱스 상에 형성된 레이저 빔의 조사 패턴을 예시한 도면이다.
1 is a view illustrating an optical lens used in a conventional laser processing apparatus.
2 is a view showing embodiments of a laser processing apparatus for cutting a processing object having a thick thickness.
3 is a view showing embodiments of a laser processing apparatus for processing a processing object having a non-uniform surface.
4 is a diagram illustrating embodiments of a laser processing apparatus for processing a processing target having a complex structure.
5 is a block diagram of a laser processing apparatus to which a (similar) infinity focus optical system is applied according to an embodiment of the present invention.
6 is a configuration diagram of a laser processing apparatus to which a (similar) infinity-focus optical system is applied according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an infinity-focus optical system implemented using infinity-focus optics according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a pseudo infinity focus optic according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 9 (a) is a cross-sectional view of a pseudo infinity focus optic according to a second embodiment of the present invention, and Fig. 9 (b) is a three-dimensional view of the pseudo infinity focus optic according to a second embodiment of the present invention. .
10 is a diagram illustrating examples of optics applicable to a (pseudo) infinite focus optical system according to an embodiment of the present invention.
11 is an image of a cross-section of a laser beam output from a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a rotating infinite focus optics according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating an irradiation pattern of a laser beam formed on a pseudo-infinite focus optic according to rotation/movement of the pseudo-infinite focus optic according to an embodiment of the present invention.

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the technology to be described below may have various changes and may have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the technology described below to specific embodiments, and it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the technology described below.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components are not limited by the above terms, and only for the purpose of distinguishing one component from other components. used only as For example, a first component may be named as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component without departing from the scope of the technology to be described below. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In terms of the terms used herein, the singular expression should be understood to include a plural expression unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprises" refer to the described feature, number, step, operation, and element. , parts or combinations thereof are to be understood, but not to exclude the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, step operation components, parts or combinations thereof.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.Prior to a detailed description of the drawings, it is intended to clarify that the classification of the constituent parts in the present specification is merely a division according to the main function that each constituent unit is responsible for. That is, two or more components to be described below may be combined into one component, or one component may be divided into two or more for each more subdivided function. In addition, each of the constituent units to be described below may additionally perform some or all of the functions of other constituent units in addition to the main function it is responsible for. Of course, it may be carried out by being dedicated to it.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In addition, in performing the method or the method of operation, each process constituting the method may occur differently from the specified order unless a specific order is clearly described in context. That is, each process may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

도 1은 종래의 레이저 가공 장치에 사용되던 광학 렌즈를 예시한 도면이다.1 is a view illustrating an optical lens used in a conventional laser processing apparatus.

레이저 빔(101)을 가공용으로 사용하기 위해서는 임계 이상의 집적된 에너지가 필요하다. 이를 위해, 레이저 빔(101)을 집광하기 위한 광학 렌즈가 필요한데, 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이, 유한한 초점 거리를 갖는 광학 렌즈(예를 들어, 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈)(100)가 사용되었다. 이러한 광학 렌즈(100)를 통과한 레이저 빔(101)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 광학 렌즈(100)의 초점(f)에 집광되었다가 퍼져나가는 배광 패턴을 보인다. 즉, 해당 광학 렌즈(100)를 통과한 레이저 빔(101)의 에너지 밀도는, 초점(f)에 집중되며, 초점(f)에서 멀어질수록 낮아지는 분포를 보인다. In order to use the laser beam 101 for processing, more than a critical level of integrated energy is required. To this end, an optical lens for condensing the laser beam 101 is required. Conventionally, as shown in FIG. 1, an optical lens (for example, a convex lens or a Fresnel lens) 100 having a finite focal length. was used As shown in FIG. 1 , the laser beam 101 passing through the optical lens 100 shows a light distribution pattern that is focused on the focus f of the optical lens 100 and then spreads out. That is, the energy density of the laser beam 101 passing through the optical lens 100 is concentrated on the focus f, and shows a distribution that decreases as the distance from the focus f is increased.

광학 렌즈(100)를 통과한 레이저 빔(101)은, 육안으로는 직선빔(또는 평행빔)으로 보이나, 실제로는 초점에서의 두께가 가장 얇은 쌍곡선 형태(101-1)를 갖는다. 즉, 유한 초점을 갖는 광학 렌즈(100)를 통과한 레이저 빔(101)은 초점(f)에 에너지 밀도가 집중된 쌍곡선 형태(101-1)의 불균형한 에너지 밀도 분포를 갖게 된다. The laser beam 101 passing through the optical lens 100 is seen as a straight beam (or parallel beam) with the naked eye, but actually has a hyperbolic shape 101-1 having the thinnest thickness at the focal point. That is, the laser beam 101 passing through the optical lens 100 having a finite focus has an unbalanced energy density distribution in the hyperbola form 101-1 in which the energy density is concentrated at the focal point f.

이렇듯 불균형한 에너지 밀도 분포를 갖는 레이저 빔(101)으로 가공을 하게 되면 여러 가지 가공 상의 문제가 발생하게 되는데, 이에 대해서는 이하의 각 도면을 참조하여 상세히 후술한다.When processing is performed with the laser beam 101 having such an unbalanced energy density distribution, various processing problems occur, which will be described in detail with reference to each drawing below.

도 2 내지 4는 유한 초점 광학계와 무한 초점 광학계의 가공 실시예를 도시한 도면이다. 2 to 4 are views showing processing examples of a finite focus optical system and an infinite focus optical system.

우선, 도 2는 두꺼운 두께를 갖는 가공 대상(21)을 절단하는 레이저 가공 장치의 실시예들을 도시한 도면이다. 특히, 도 2(a)는 유한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치가 가공 대상(21)을 절단하는 실시예, 도 2(b)는 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치가 가공 대상(21)을 절단하는 실시예에 해당한다. First, Figure 2 is a view showing embodiments of the laser processing apparatus for cutting the processing object 21 having a thick thickness. In particular, Figure 2 (a) is an embodiment in which the laser processing device to which the finite focus optical system is applied cuts the processing target 21, Figure 2 (b) is the laser processing device to which the infinity focus optical system is applied cuts the processing target 21 It corresponds to an embodiment that

조선, 제철 업종에서 100mm 이상의 두꺼운 금속의 절단은 매우 어려운 난제이다. 특히, 콘크리트 선별 절단, 원전 해체 등 오염 물질과 격리가 필요한 후판 절단은 기계적인 방법으로는 불가능하며, 레이저 빔을 이용한 절단이 필수적이다. 최근에는, 20kW 이상의 고출력 레이저 적용이 가능해지면서 레이저 빔을 이용한 직접 절단 방법/장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 유한 초점 광학계를 이용한 종래의 레이저 가공 장치의 경우, 불균형한 에너지 밀도 분포로 인해 다음과 같은 문제점이 존재하였다.Cutting metals thicker than 100mm in shipbuilding and steelmaking is a very difficult task. In particular, heavy plate cutting that requires isolation from contaminants such as concrete sorting and dismantling of nuclear power plants cannot be done by mechanical methods, and cutting using a laser beam is essential. Recently, as a high-power laser of 20 kW or more can be applied, research on a direct cutting method/device using a laser beam is being actively conducted. However, in the case of a conventional laser processing apparatus using a finite focus optical system, the following problems exist due to an unbalanced energy density distribution.

도 2(a)를 참조하면, 유한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 경우, 앞서 상술한 바와 같이 출력 레이저 빔(101)이 쌍곡선 형태의 불균형한 에너지 밀도 분포를 가지기 때문에, 초점 영역(f)에서만 실질적인 절단이 가능하며, 비초점 영역(20)은 에너지 밀도가 높지 않아 절단이 되지 않는다는 문제점이 존재하였다. 그 결과, 초점(f) 이동 없이 레이저 빔(101)을 조사하는 경우, 테이퍼 형상 등과 같이 불균형한 형태로 가공 대상(21)이 절단된다는 문제점이 발생하였다. 이를 해결하기 위해, 초점(f)을 절단 방향으로 이동시키면서 절단하거나, 초점 영역(f)의 레이저 빔(101)의 너비(즉, 빔 허리, depth of focus)를 수 mm로 늘려 낮은 집광도로 절단을 수행하는 방식 등을 적용할 수 있으나, 용융 영역이 많아져 판재의 손실이 발생하게 되며, 매우 큰 인입 에너지가 필요할 뿐 아니라, 가공 프로세스가 복잡해진다는 등의 다양한 문제점이 발생하였다. Referring to FIG. 2( a ), in the case of a laser processing apparatus to which a finite focus optical system is applied, as described above, since the output laser beam 101 has an unbalanced energy density distribution in a hyperbola form, only in the focal region f Substantial cutting is possible, and there is a problem that the non-focus region 20 is not cut because the energy density is not high. As a result, when the laser beam 101 is irradiated without moving the focus f, there is a problem that the processing object 21 is cut in an unbalanced shape such as a tapered shape. To solve this, cutting while moving the focal point f in the cutting direction, or increasing the width (ie, beam waist, depth of focus) of the laser beam 101 in the focal region f to several mm to cut with a low light concentration can be applied, but a large number of molten regions causes loss of plate material, requires very large pulling energy, and various problems such as complicated machining process have occurred.

이에 비해, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 무한 초점 광학계 혹은 유사 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 경우, 광학 렌즈의 초점이 존재하지 않거나 매우 먼 거리(예를 들어, 수~수백 m)에 존재하여 (실질적으로) 균형한 에너지 밀도 분포를 갖는 평행빔(혹은 직선빔)(102)이 출력되기 때문에, 상술한 문제점들은 발생하지 않는다. On the other hand, as shown in FIG. 2(b), in the case of a laser processing apparatus to which an infinite-focus optical system or a similar infinite-focus optical system is applied, the focus of the optical lens does not exist or a very long distance (eg, several to several hundred m) ) and a parallel beam (or straight beam) 102 having a (substantially) balanced energy density distribution is output, so the above-mentioned problems do not occur.

본 명세서에서, 무한 초점 광학계는 초점 거리가 무한인(즉, 초점이 존재하지 않음) 무한 초점 옵틱스가 포함된 광학계를 의미하며, 유사 무한 초점 광학계는 초점 거리가 유한하지만, 기설정된 거리(예를 들어, 수~수백m) 이상인 유사 무한 초점 옵틱스가 포함된 광학계를 의미한다. 이러한 무한 초점 광학계와 유사 무한 초점 광학계는 기설정된 거리 이상의 초점 거리를 갖는 광학계로서 ‘무한 초점 광학계’로 통칭될 수 있다.In the present specification, an infinity-focus optical system means an optical system including infinite-focus optics having an infinite focal length (ie, no focus), and a pseudo-infinite focal length optical system has a finite focal length, but a predetermined distance (eg, For example, it refers to an optical system that includes pseudo-infinite focus optics of several to hundreds of meters) or more. Such an infinite-focus optical system and a similar infinite-focus optical system are optical systems having a focal length greater than or equal to a predetermined distance, and may be collectively referred to as an 'infinite-focus optical system'.

도 3은 불균일한 표면(31-2)을 갖는 가공 대상을 가공(예를 들어, 표면 레이저 클리닝 가공)하는 레이저 가공 장치의 실시예들을 도시한 도면이다. 특히, 도 3(a)는 유한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치가 가공 대상의 표면(31-2)을 가공하는 실시예, 도 3(b)는 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치가 가공 대상의 표면(31-2)을 가공하는 실시예에 해당한다.3 is a diagram illustrating embodiments of a laser processing apparatus for processing a processing object having a non-uniform surface 31 - 2 (eg, surface laser cleaning processing). In particular, Figure 3 (a) is an embodiment in which the laser processing apparatus to which the finite focus optical system is applied processes the surface 31-2 of the processing object, Figure 3 (b) is the laser processing apparatus to which the infinity focus optical system is applied of the processing object It corresponds to an embodiment in which the surface 31 - 2 is processed.

도 3(a)를 참조하면, 유한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 경우, 앞서 상술한 바와 같이 출력 레이저 빔(101)이 쌍곡선 형태의 불균형한 에너지 밀도 분포를 가지기 때문에, 가공 대상의 표면에 초점(f)이 지속적으로 위치할 수 있도록 유한 초점 광학계가 가공 대상의 표면 굴곡(31-2)을 따라 상하 이동(31-1)을 해야 한다. 이를 위해, 레이저 가공 장치는 가공 대상의 표면 굴곡(31-2)을 센서로 인식해야 하고, 인식한 표면 굴곡(31-2)을 따라 유한 초점 광학계를 상하 이동(31-1)시키는 구성을 별도로 갖춰야 하므로, 레이저 가공 장치의 제조 단가가 높아지며, 제어 복잡도 및 난이도가 증가한다는 문제점이 존재하였다. 특히, 가공 대상의 광량과 온도가 높은 경우엔 표면 굴곡(31-2)의 센싱 정확도가 떨어지므로, 가공 복잡도 및 난이도가 더욱 증가한다는 문제점이 존재하였다. Referring to FIG. 3( a ), in the case of a laser processing apparatus to which a finite focus optical system is applied, as described above, the output laser beam 101 has an unbalanced energy density distribution in the form of a hyperbola, so that the focus is on the surface of the object to be processed. In order for (f) to be continuously positioned, the finite focus optical system must move up and down (31-1) along the surface curvature (31-2) of the object to be processed. To this end, the laser processing apparatus must recognize the surface curvature 31-2 of the object to be processed with a sensor, and separate the configuration for vertically moving the finite focus optical system 31-1 along the recognized surface curvature 31-2. Therefore, there was a problem that the manufacturing cost of the laser processing apparatus increases, and the control complexity and difficulty increase. In particular, when the amount of light and the temperature of the object to be processed are high, since the sensing accuracy of the surface curvature 31 - 2 is lowered, there is a problem that processing complexity and difficulty are further increased.

이에 반해, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 무한 초점 광학계 혹은 유사 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 경우, (실질적으로) 균형한 에너지 밀도 분포를 갖는 직선빔(혹은 평행빔)(102)이 출력되기 때문에, 표면의 굴곡(31-2)을 따라 광학계/초점이 이동할 필요가 없어 상술한 문제점들이 발생하지 않는다. 특히, 레이저 클리닝 가공의 경우, 대부분의 가공 대상이 평면 구조가 아니므로(즉, 표면이 불균일함), (유사) 무한 초점 광학계의 효용성이 매우 커진다. 또한, 조선 분야의 대면적 클리닝 가공의 경우 선박의 표면을 따라 유사 무한 초점 광학계를 이동시키기 위해 레이저 가공 장치가 대형화되어야 하므로 실제 현장으로의 적용이 매우 어려웠으나, 무한 초점 광학계를 적용하면 먼 거리에서 작은 각도의 빔 스캔만으로도 대면적 클리닝 가공이 가능하다.On the other hand, as shown in FIG. 2(b), in the case of a laser processing apparatus to which an infinity-focus optical system or a pseudo-infinite-focus optical system is applied, a straight beam (or parallel beam) 102 having a (substantially) balanced energy density distribution. ) is output, there is no need to move the optical system/focus along the curvature 31-2 of the surface, so that the above-mentioned problems do not occur. In particular, in the case of laser cleaning processing, since most processing objects do not have a planar structure (that is, the surface is non-uniform), the utility of the (quasi) infinite focus optical system becomes very large. In addition, in the case of large-area cleaning processing in the shipbuilding field, it was very difficult to apply to the actual field because the laser processing device had to be enlarged to move the pseudo infinity-focused optical system along the surface of the ship. A large-area cleaning process is possible only with a small-angle beam scan.

도 4는 복잡한 구조를 갖는 가공 대상(41)을 가공(예를 들어, 건물 해체, 원전 해체, 복잡한 구조물 내부 선별 가공 등)하는 레이저 가공 장치의 실시예들을 도시한 도면이다. 특히, 도 4(a)는 유한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치가 복잡한 구조의 가공 대상(41)을 가공하는 실시예, 도 4(b)는 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치가 복잡한 구조의 가공 대상(41)을 가공하는 실시예에 해당한다.4 is a view illustrating embodiments of a laser processing apparatus for processing a processing target 41 having a complex structure (eg, dismantling a building, dismantling a nuclear power plant, sorting processing inside a complex structure, etc.). In particular, Fig. 4 (a) is an embodiment in which the laser processing apparatus to which the finite focus optical system is applied processes the processing target 41 of a complex structure, Fig. 4 (b) is the processing of the complex structure of the laser processing apparatus to which the infinity focus optical system is applied It corresponds to an embodiment in which the object 41 is processed.

최근 원전 해체가 새로운 이슈로 대두되고 있으며, 내부 구조의 복잡성, 방사능 오염 등의 문제로 레이저 가공 장치를 이용하여 원전 해체가 수행되고 있다. 그러나, 유한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 경우, 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 초점(f)이 파이프(41) 면을 따라 이동(44)해야 하기 때문에, 제어 복잡도 및 난이도가 매우 높다는 문제점이 존재한다. 이에 반해, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 무한 초점 광학계 혹은 유사 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 경우, (실질적으로) 균형한 에너지 밀도 분포를 갖는 직선빔(혹은 평행빔)(102)이 출력되기 때문에, 파이프(41) 면(즉, 가공 대상의 형상/구조)을 따라 광학계/초점을 복잡하게 이동시킬 필요가 없어(기설정된/고정 방향(43)으로 단순 이동) 상술한 문제점들이 발생하지 않는다. 특히, (유사) 무한 초점 광학계의 경우, 다양한 방향 및 먼 거리에서도 가공이 가능하기 때문에, 구조가 복잡하거나 위험한 가공 대상도 가공이 가능하다는 효과를 갖는다. The dismantling of nuclear power plants has recently emerged as a new issue, and the dismantling of nuclear power plants is being performed using laser processing equipment due to problems such as the complexity of the internal structure and radioactive contamination. However, in the case of a laser processing apparatus to which a finite focus optical system is applied, as shown in FIG. There is a problem of high. On the other hand, as shown in FIG. 4(b), in the case of a laser processing apparatus to which an infinity-focus optical system or a pseudo-infinite-focus optical system is applied, a straight beam (or parallel beam) 102 having a (substantially) balanced energy density distribution. ) is output, there is no need to move the optical system/focus in a complicated manner along the pipe 41 surface (that is, the shape/structure of the object to be processed) (simple movement in the preset/fixed direction 43). do not occur In particular, in the case of a (quasi) infinite focus optical system, since processing is possible in various directions and from a long distance, it has the effect that processing is possible even with a complicated structure or a dangerous object.

(유사) 무한 초점 광학계는, 상술한 장점/효과 외에도, 위치와 거리의 제약을 받지 않으면서도 일정한 에너지 밀도의 레이저 빔 출력이 가능하므로, 레이저 피닝 등의 표면 처리 공정, 리모트 웰딩을 비롯한 대면적 고속 가공 등에 매우 유용하게 적용될 수 있다. (Pseudo) Infinite focus optical system, in addition to the above-mentioned advantages/effects, can output a laser beam with a constant energy density without being constrained by position and distance. It can be very usefully applied to processing, etc.

이러한 (유사) 무한 초점 광학계는 무한 초점 옵틱스를 중축으로 구성/설계될 수 있으며, (유사) 무한 초점 옵틱스는 소정의 곡률을 갖는 대칭 형상의 미러, 반사 미러(예를 들어, SiC, 금속 등) 또는 광학 렌즈로 구현될 수 있다. (유사) 무한 초점 옵틱스의 구체적인 실시예는 도 7 내지 9를 참조하여 이하에서 상세히 후술하기로 하며, (유사) 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치에 대해 우선 살펴보기로 한다. Such (pseudo) infinite focus optical system may be configured/designed with infinite focus optics as a central axis, and (pseudo) infinite focus optics are symmetrical mirrors and reflective mirrors (eg, SiC, metal, etc.) having a predetermined curvature. Alternatively, it may be implemented as an optical lens. A specific embodiment of the (similar) infinity focus optics will be described in detail below with reference to FIGS. 7 to 9, and a laser processing apparatus to which the (similar) infinity focus optical system is applied will be first looked at.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 (유사) 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 블록도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 (유사) 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 구성도이다.5 is a block diagram of a laser processing apparatus to which a (similar) infinite focus optical system is applied according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a laser processing apparatus to which a (similar) infinite focus optical system is applied according to an embodiment of the present invention It is a configuration diagram.

도 5 및 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(500)는, 레이저 발생부(501), 사전 광학계 (502), (유사) 무한 초점 광학계(503) 및/또는 제어부(504)를 포함한다. 5 and 6, the laser processing apparatus 500 according to an embodiment of the present invention, a laser generating unit 501, a pre-optical system 502, (similar) infinite focus optical system 503 and / or control unit (504).

레이저 발생부(501)는, 연속파 또는 펄스파 레이저 빔(103)을 발생시킬 수 있으며, 특히, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발생부(501)는 고출력의 레이저 빔(103)을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 발생부(501)는 수W 내지 100 kW 범위의 레이저 빔(103)을 발생시킬 수 있다.The laser generating unit 501 may generate a continuous wave or pulsed wave laser beam 103 . In particular, the laser generating unit 501 according to an embodiment of the present invention may generate a high-power laser beam 103 . have. For example, the laser generator 501 may generate the laser beam 103 in the range of several W to 100 kW.

레이저 발생부(501)에서 출력되는 레이저 빔(103)은, 탄산 가스 레이저, 파이버(Fiber) 레이저, 디스크(Disk) 레이저, 다이오드(Diode) 레이저, 다이오드 펌핑 고체 레이저(DPSSL·Diode Pumped Solid State Laser Systems), 초단 펄스 레이저(Ultra short pulse laser), 엑시머 레이저 (Eximer Laser) 중 어느 하나일 수 있다. 특히, 본 발명과 같이 (유사) 무한 초점 광학계(503)가 적용된 레이저 가공 장치(500)의 경우, 레이저 발생부(501)에서 출력되는 레이저 빔(103)은 파장 범위 및 파이버 빔 전달(delivery) 여부에 제한이 없다. 다시 말하면, (유사) 무한 초점 광학계(503)는 레이저 발생부와 동일한 구성 원리를 적용하여, 레이저 발생부의 레이저의 파장에 따라/맞게 옵틱스의 재질과 코팅의 자유로운 변경이 가능하므로, 모든 파장의 레이저 빔에 파이버 빔 전달 여부에 관계없이 적용될 수 있다. The laser beam 103 output from the laser generator 501 is a carbon dioxide laser, a fiber laser, a disk laser, a diode laser, and a diode pumped solid state laser (DPSSL, Diode Pumped Solid State Laser). Systems), an ultra short pulse laser, and an eximer laser. In particular, in the case of the laser processing apparatus 500 to which the (similar) infinite focus optical system 503 is applied as in the present invention, the laser beam 103 output from the laser generator 501 has a wavelength range and fiber beam delivery. There is no limit on whether In other words, the (pseudo) infinite focus optical system 503 applies the same construction principle as that of the laser generator, so that the material and coating of the optics can be freely changed according to / according to the wavelength of the laser of the laser generator, so the laser of all wavelengths It can be applied regardless of whether or not a fiber beam is transmitted to the beam.

레이저 발생부(501)는 그린(Green) 레이저, 블루(Blue) 레이저, UV 레이저 중 어느 하나일 수도 있으나, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 즉, 레이저 발생부(501)는 수십 Kw 급의 고출력 레이저 빔(103)을 발생시키는, 본 발명이 속한 기술 분야에서 널리 알려진 다양한 레이저 발생 장치 중 어느 하나일 수 있다.The laser generator 501 may be any one of a green laser, a blue laser, and a UV laser, but the embodiment of the present invention is not limited thereto. That is, the laser generating unit 501 may be any one of various laser generating devices widely known in the art to which the present invention pertains, generating a high-power laser beam 103 of several tens of Kw.

사전 광학계(502)는 레이저 가공 장치가 임계 이상의 레이저 빔을 출력할 수 있도록 레이저 빔을 집광(101)하는 기능을 수행하며, 이를 위해 적어도 하나 이상의 집광 옵틱스(502-1)를 포함할 수 있다. 집광 옵틱스(502-1)로는, 예를 들어, 볼록 렌즈 및/또는 프레넬 렌즈가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 집광(101) 기능을 수행할 수 있는 다양한 렌즈 또는 미러가 사용될 수 있다. 특히, 사전 광학계(502)는 레이저 발생부(501)로부터 출력된 레이저 빔(103)을 집광 옵틱스 (502-1)를 이용하여 무한 초점 광학계(503)로 집광(101)하는 역할을 수행할 수 있다. The pre-optical system 502 performs a function of condensing the laser beam 101 so that the laser processing apparatus can output a laser beam greater than or equal to a threshold, and for this purpose, it may include at least one or more focusing optics 502-1. As the condensing optics 502-1, for example, a convex lens and/or a Fresnel lens may be used, but is not limited thereto, and various lenses or mirrors capable of performing the function of condensing 101 may be used. In particular, the pre-optical system 502 may serve to focus 101 the laser beam 103 output from the laser generator 501 to the infinite focus optical system 503 using the condensing optics 502-1. have.

(유사) 무한 초점 광학계(503)는 사전 광학계(502)에 의해 집광 조사된 레이저 빔(101)을 가공 대상(21)으로 반사 또는 투과(102)하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, (유사) 무한 초점 광학계(503)로부터 반사 또는 투과된 레이저 빔(102)의 초점 거리는 무한하거나(즉, 무초점인 평행빔) 혹은 유한하되 기설정된 거리 이상(예를 들어, 수m~수백m의 거리)으로 길(즉, 장초점) 수 있다. 다만, 일반적인 광학계의 장초점 경우와는 달리, 광학계 표면에 조사되는 빔의 지름과 초점이 형성되는 위치의 빔 지름이 크게 차이가 나지 않는다. 따라서, (유사) 무한 초점 광학계(503)로부터 반사 또는 투과되어 가공 대상(21)으로 조사되는 레이저 빔(102)은 경계선이 (실질적으로) 평행한 평행 빔 혹은 일정한 두께를 갖는 (유사) 직선 빔에 해당할 수 있다. (Similar) The infinite focus optical system 503 may perform a function of reflecting or transmitting 102 the laser beam 101 condensed and irradiated by the pre-optical system 502 to the processing target 21 . At this time, the focal length of the laser beam 102 reflected or transmitted from the (similar) infinity-focusing optical system 503 is infinite (ie, a non-focused parallel beam) or finite, but more than a predetermined distance (eg, several m to distances of several hundred meters) (ie long focus). However, unlike the long focus case of a general optical system, the diameter of the beam irradiated to the surface of the optical system and the beam diameter at the position where the focus is formed do not differ significantly. Accordingly, the laser beam 102 reflected or transmitted from the (pseudo) infinite focus optical system 503 and irradiated to the processing object 21 is a parallel beam with (substantially) parallel boundaries or a (pseudo) straight beam having a constant thickness. may correspond to

이를 위해, (유사) 무한 초점 광학계(503)는, 소정의 곡률을 갖는 대칭 형상의 옵틱스 (503-1)를 포함할 수 있다. 옵틱스 (503-1)로는, 초점 거리가 무한인 무한 초점 옵틱스, 또는 초점 거리가 유한하나 기설정된 거리 이상으로 길게 형성되는 유사 무한 초점 옵틱스가 사용될 수 있다. 옵틱스(503-1)의 실시예에 관한 보다 상세한 설명은 도 7 내지 9를 참조하여 이하에서 후술한다. To this end, the (pseudo) infinite focus optical system 503 may include optics 503 - 1 having a symmetrical shape having a predetermined curvature. As the optics 503 - 1 , infinity-focus optics having an infinite focal length or pseudo-infinite-focus optics having a finite focal length but longer than a preset distance may be used. A more detailed description of an embodiment of the optics 503 - 1 will be described below with reference to FIGS. 7 to 9 .

이러한 (유사) 무한 초점 광학계(503)에서 옵틱스 (503-1)의 동일한 영역에 집광된 레이저 빔(102)이 지속적으로 조사되는 경우, 해당 영역에 높은 밀도의 에너지가 집중 조사되어 결국 영구적 열 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 이는 결국, (유사) 무한 초점 옵틱스 (503-1) 교체에 따른 추가 비용 발생으로 이어지게 된다. 따라서, 본 발명의 (유사) 무한 초점 광학계(503)는 한 영역에 레이저 빔(102)이 지속적으로 조사되는 것을 방지하기 위한 이동부(미도시)를 구비할 수 있다. When the focused laser beam 102 is continuously irradiated to the same area of the optics 503-1 in the (pseudo) infinite focus optical system 503, high-density energy is concentrated in the area, resulting in permanent thermal damage. problems may arise. This, in turn, leads to incurring additional costs for replacing the (pseudo) infinite focus optics 503-1. Accordingly, the (similar) infinite focus optical system 503 of the present invention may include a moving part (not shown) for preventing the laser beam 102 from being continuously irradiated to one area.

이동부는 집광된 레이저 빔(102)이 옵틱스 (503-1)의 동일한 영역에만 집중 조사됨에 따라 발생할 수 있는 부분적 열 손상을 방지하기 위해, 옵틱스 (503-1)를 (고속) 회전 및/또는 이동시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 이동부는 적어도 하나의 하드웨어적인 구성 요소(예를 들어, 모터, 회로 등)를 포함할 수 있으며, 후술하는 제어부(504)의 제어에 따라 옵틱스 (503-1)를 (고속) 회전 및/또는 이동시킬 수 있다. The moving unit rotates and/or moves the optics 503-1 (high speed) to prevent partial thermal damage that may occur as the focused laser beam 102 is irradiated to the same area of the optics 503-1. function can be performed. To this end, the moving unit may include at least one hardware component (eg, a motor, a circuit, etc.), and (high-speed) rotation and / or can be moved.

이외에도, (유사) 무한 초점 광학계(503)는 상술한 옵틱스 (503-1)의 영구적 열 손상을 방지하기 위해, 옵틱스 (503-1)의 열기를 냉각시키기 위한 수냉부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the (similar) infinite focus optical system 503 further includes a water cooling unit (not shown) for cooling the heat of the optics 503 - 1 in order to prevent permanent thermal damage to the optics 503 - 1 described above. may include

상술한 구성 요소들의 구비로 인해, 본 발명의 (유사) 무한 초점 광학계(503)는 부분적 열 손상이 발생하지 않기 때문에, 옵틱스 (503-1)의 교체 주기가 길게 보장된다. Due to the provision of the above-described components, in the (quasi) infinite focus optical system 503 of the present invention, partial thermal damage does not occur, so that the replacement cycle of the optics 503-1 is guaranteed to be long.

제어부(504)는 본 명세서에서 제안된 실시예들을 구현하기 위해 레이저 가공 장치(500)에 포함된 적어도 하나의 구성 유닛과 통신할 수 있으며, 이들을 제어할 수 있다. 따라서, 레이저 가공 장치(500)는 제어부(504)와 동일시 되어 설명될 수 있다. 제어부(504)는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), AP(Application Processor), AP(Application Processor) 또는 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 임의의 형태의 프로세서를 적어도 하나 포함하여 구성될 수 있다. The control unit 504 may communicate with at least one component unit included in the laser processing apparatus 500 to implement the embodiments proposed in the present specification, and may control them. Accordingly, the laser processing apparatus 500 may be described as being identical to the control unit 504 . The control unit 504 is a central processing unit (CPU), a micro processor unit (MPU), a micro controller unit (MCU), an application processor (AP), an application processor (AP), or any form well known in the art. It may be configured to include at least one processor.

한편, 본 도면에는 도시하지 않았으나, 레이저 가공 장치(500)는 사용자 설정을 입력받기 위한 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력부는 다양한 사용자의 설정을 입력받기 위한 적어도 하나의 하드웨어적인 구성 요소를 포함할 수 있으며, 수신한 사용자의 설정을 제어부로 전송할 수 있다. 특히, 입력부는 레이저 빔의 형상, 크기, 높이, 지름, 반지름, 넓이, 및/또는 너비 정보 등과 같은 레이저 빔 설정 정보와, 가공 대상 및/또는 가공 대상의 가공 방식/형태 등과 같은 가공 설정 정보를 사용자로부터 입력받을 수 있다. Meanwhile, although not shown in this figure, the laser processing apparatus 500 may further include an input unit (not shown) for receiving user settings. The input unit may include at least one hardware component for receiving various user settings, and may transmit the received user settings to the control unit. In particular, the input unit receives laser beam setting information such as shape, size, height, diameter, radius, width, and/or width information of the laser beam, and processing setting information such as processing method/form of the processing target and/or processing target. You can get input from the user.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 초점 옵틱스를 이용하여 구현된 무한 초점 광학계를 도시한 도면이다. 7 is a diagram illustrating an infinite-focus optical system implemented using infinite-focus optics according to an embodiment of the present invention.

레이저 빔이 무한 초점 광학계에 입사하면, 레이저 빔은 무한 초점 옵틱스(503-1)의 초점(f) 위치에 집광된다. 역으로, 레이저 빔(101)이 초점(f)을 통과하면서 무한 초점 옵틱스(503-1)에 입사하는 경우, 평행빔(혹은 직선빔)(102)과 같이 초점 거리가 무한대(혹은 초점이 없는) 레이저 빔으로 전파/반사/투과된다. 이러한 원리에 기초하여, 사전 광학계는, 본 도면에 도시한 바와 같이, 무한 초점 옵틱스 (503-1)의 초점(f)을 통과하여 무한 초점 옵틱스 (503-1)에 입사하도록 레이저 빔(101)을 조사할 수 있다. 이를 위해, 사전 광학계는 집광된 레이저 빔(101)이 초점을 통과한 후 무한 초점 옵틱스 (503-1)에 입사하도록 기설정된 각도로 틸팅되어 레이저 가공 장치에 구비될 수 있다. 혹은, 사전 광학계의 각도 및 거리를 조절하기 위한 이동부가 레이저 가공 장치에 별도로 구비될 수 있으며, 제어부는 이동부를 제어함으로써 집광된 레이저 빔(101)이 초점(f)을 지나 무한 초점 옵틱스(503-1)에 입사되도록 입사각과 거리를 조절할 수 있다. 정리하자면, 레이저 가공 장치 내에서, 사전 광학계와 무한 초점 옵틱스(503-1)(또는 무한 초점 광학계) 사이에는 기설정된 각도와 거리가 설정되어 있을 수 있다. When the laser beam is incident on the infinite focus optical system, the laser beam is focused at the focal point f of the infinite focus optics 503 - 1 . Conversely, when the laser beam 101 is incident on the infinite focus optics 503-1 while passing through the focal point f, the focal length is infinite (or has no focal point) like the parallel beam (or straight beam) 102 . ) is propagated/reflected/transmitted by a laser beam. Based on this principle, the pre-optical system, as shown in this figure, passes through the focus f of the infinity-focused optics 503-1 and enters the infinity-focused optics 503-1 through the laser beam 101. can be investigated. To this end, the pre-optical system may be tilted at a preset angle so that the focused laser beam 101 passes through the focus and then enters the infinite focus optics 503 - 1 to be provided in the laser processing apparatus. Alternatively, a moving unit for adjusting the angle and distance of the pre-optical system may be separately provided in the laser processing apparatus, and the controller controls the moving unit so that the focused laser beam 101 passes through the focus point f and the infinite focus optics 503- 1) Incident angle and distance can be adjusted so that it is incident on. In summary, in the laser processing apparatus, a preset angle and distance may be set between the pre-optical system and the infinity-focused optics 503-1 (or the infinity-focused optical system).

본 실시예에 따른 무한 초점 광학계의 경우, 레이저 빔이 무한 초점 옵틱스의 광학면에 입사하는 위치/지점이 광축(71) 상(On)에 위치하지 않으므로, ‘Off axis’ 방법에 해당한다. 만일, 레이저 빔(101, 102)이 무한 초점 옵틱스의 광학면에 입사되는 위치가 광학계의 광축(71) 상에 위치하는 경우에는, ‘On axis’ 방법에 해당한다. 이러한 On axis 방법은 도 9의 유사 무한 초점 광학계의 실시예에 해당하며, 이에 대해서는 이하에서 후술한다.In the case of the infinite focus optical system according to the present embodiment, since the position/point at which the laser beam is incident on the optical surface of the infinite focus optics is not located on the optical axis 71, it corresponds to the 'Off axis' method. If the position at which the laser beams 101 and 102 are incident on the optical surface of the infinite focus optics is located on the optical axis 71 of the optical system, it corresponds to the 'On axis' method. This on-axis method corresponds to the embodiment of the pseudo-infinite focus optical system of FIG. 9, which will be described later.

무한 초점 옵틱스 (503-1)는 소정의 곡률 및 축 대칭성을 가지며, 수차 영향이 최소화된 비구면 옵틱스로 구현될 수 있다. 예를 들어, 비구면 옵틱스로는, 파라볼릭 형상, 타원 형상, 쌍곡면 형상, 또는 이에 준하는 몇 가지 곡면이 결합된 자유형 표면(free form surface) 광학 렌즈/미러 등이 사용될 수 있다. The infinity focus optics 503 - 1 may be implemented as aspherical optics having predetermined curvature and axial symmetry, and having minimized aberration effects. For example, as the aspherical optics, a parabolic shape, an elliptical shape, a hyperbolic shape, or a free form surface optical lens/mirror in which several similar curved surfaces are combined may be used.

이동부는 제어부의 제어에 따라 무한 초점 옵틱스(503-1) 형상의 대칭축을 회전축으로 하여 무한 초점 옵틱스(503-1)를 고속 회전(또는 이동)시킬 수 있다. 이는, 앞서 상술한 바와 같이, 레이저 빔(101)이 한 영역에 집중 조사됨에 따라 발생할 수 있는 열 손상을 방지하기 위함이다. The moving unit may rotate (or move) the infinite-focus optics 503-1 at high speed by using the axis of symmetry of the shape of the infinite-focus optics 503-1 as a rotation axis under the control of the controller. This is to prevent thermal damage that may occur as the laser beam 101 is intensively irradiated to one area, as described above.

본 실시예에 따른 무한 초점 광학계를 적용하는 경우, 매우 긴 거리까지 평행빔(또는 직선빔)의 도달이 가능하기 때문에, 매우 긴 거리(예를 들어, 수m~수백m의 거리)에 위치하는 가공 대상도 효율적으로 가공할 수 있다는 이점을 갖는다.When the infinite focus optical system according to this embodiment is applied, the parallel beam (or straight beam) can reach a very long distance, so it is located at a very long distance (for example, a distance of several m to several hundred m). It has the advantage that the processing object can also be processed efficiently.

이하에서는, 유사 무한 초점 광학계에 대해 설명한다. 유사 무한 초점 광학계의 경우, 무한 초점 광학계만큼 긴 거리까지 평행빔(또는 직선빔)이 도달하지 않지만, 종래의 유한 초점 광학계보다는 훨씬 긴 거리(예를 들어, 수 m ~ 수십 m)(즉, 장초점)까지 도달한다는 효과를 갖는다. 다만, 본 명세서에서 제안된 유사 무한 초점 광학계가 형성하는 장초점은 일반적인 유한 초점 광학계가 형성하는 장초점(약 수m)과는 확연한 차별점을 갖는다. 예를 들어, 일반적인 유한 초점 광학계에 멀티모드 10kW 빔이 조사된다고 가정할 경우, 열적인 문제로 인해 큰 입사빔(수십 mm)을 사용해야만 하고, 수 m의 거리에 초점을 형성한다 하더라도 1mm 미만의 집광 빔을 얻을 수 없다. 특히, 일반적인 유한 초점 광학계의 경우, 고출력 멀티모드 빔 모드를 나타내는 M^2 값은 10 ~ 80 범위로 크며, 입사빔을 20mm, 초점 거리를 5m로 가정하고 수차 등 요인을 감안하지 않더라도 초점 크기는 대략 7mm에 달해 실제 사용이 어렵다. 이에 비해 본 발명의 유사 무한 초점 광학계의 경우, 입사 빔의 크기와 초점 위치의 빔 크기가 큰 차이가 없고 입사 빔을 1mm 보다 작게 할 수 있다는 점에서 확연한 차이를 보인다. Hereinafter, a pseudo-infinite focus optical system will be described. In the case of pseudo-infinite focus optics, parallel beams (or straight beams) do not reach as long distances as in infinity optics, but at much longer distances (e.g., several m to several tens of m) (i.e., long distances) than in conventional finite focus optics. It has the effect of reaching the focal point). However, the long focus formed by the pseudo-infinite-focus optical system proposed in the present specification has a distinct difference from the long-focus (about several meters) formed by the general finite-focus optical system. For example, if it is assumed that a multimode 10kW beam is irradiated to a general finite focus optical system, a large incident beam (tens of mm) must be used due to thermal problems, and even if the focus is formed at a distance of several m, it is less than 1mm. The condensed beam cannot be obtained. In particular, in the case of a general finite-focus optical system, the M^2 value representing the high-power multimode beam mode is large in the range of 10 to 80, and the focal size is small even if the incident beam is assumed to be 20 mm and the focal length is 5 m, and factors such as aberration are not taken into account. It is about 7mm, so it is difficult to use in practice. On the other hand, in the case of the pseudo-infinite focus optical system of the present invention, there is no significant difference between the size of the incident beam and the size of the beam at the focal point, and there is a clear difference in that the incident beam can be made smaller than 1 mm.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스를 도시한 도면이다. 8 is a diagram illustrating a pseudo infinity focus optic according to a first embodiment of the present invention.

제1 실시예에 따른 유사 무한 초점 광학계는, 다른 옵틱스가 사용된다는 점을 제외하면, 도 7에 예시한 무한 초점 광학계의 경우와 동일한 원리가 적용된다. 따라서, 도 7의 설명이 본 실시예에도 동일/유사하게 적용될 수 있다. 제1 실시예에 따른 유사 무한 초점 광학계의 경우, 사전 광학계가 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)의 초점(f)을 통과하여 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)에 입사하도록 레이저 빔(101)을 조사하는 구조를 개시한다. 즉, 제1 실시예의 경우, 도 7의 실시예와 다르게 유사 무한 초점 옵틱스가 사용되며, 이러한 유사 무한 초점 옵틱스는 무한 초점 옵틱스와 달리 일정한 수차가 생길 수 있는 광학면(503-2)도 적용이 가능해 장치 구성의 자유도를 높일 수 있다. The same principle as the case of the infinite focus optical system illustrated in FIG. 7 is applied to the pseudo-infinite focus optical system according to the first embodiment, except that other optics are used. Accordingly, the description of FIG. 7 may be applied in the same/similar manner to the present embodiment. In the case of the pseudo-infinite-focus optical system according to the first embodiment, the laser beam 101 passes through the focal point f of the pseudo-infinite-focus optics 503-2 and enters the pseudo-infinite-focus optics 503-2. A structure to investigate is disclosed. That is, in the case of the first embodiment, the pseudo-infinite focus optics are used differently from the embodiment of FIG. 7 , and unlike the infinity-focus optics, the pseudo-infinite focus optics can also be applied to the optical surface 503-2 where a certain aberration may occur. It is possible to increase the degree of freedom in device configuration.

본 실시예에 따른 유사 무한 초점 광학계의 경우에도, 유사 무한 초점 옵틱스의 광학면에 조사되는 레이저 빔(101, 102)의 위치(즉, 레이저 빔(101, 102)과 유사 무한 초점 옵틱스의 광학면이 만나는 위치)가 광학계의 광축(71) 상에 위치하지 않으므로, ‘Off axis’ 방법에 해당하게 된다. Even in the case of the pseudo-infinite-focus optical system according to the present embodiment, the positions of the laser beams 101 and 102 irradiated to the optical surface of the pseudo-infinite-focus optics (that is, the laser beams 101 and 102 and the optical surface of the pseudo-infinite-focus optics) Since the location where they meet) is not located on the optical axis 71 of the optical system, it corresponds to the 'Off axis' method.

유사 무한 초점 옵틱스(503-2)는 소정의 곡률 및 축 대칭성을 갖는 형상을 갖는 옵틱스로 구현될 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)는 대칭축 설정이 자유로운 구면 옵틱스로 구현될 수 있다. 예를 들어, 구면 옵틱스로는, 반구 형상 또는 이에 준하는 몇 가지 곡면이 결합된 자유형 표면 렌즈/미러 등이 사용될 수 있다. 이러한 구면 옵틱스의 경우, 회전 또는 왕복 이송 운동의 축이 구의 중심을 지나도록만 하면, 자유로운 회전 또는 왕복 이송 운동의 설정이 가능하다. 따라서, 본 실시예의 경우, 회전 또는 왕복 이송 운동을 위한 축이 매우 자유롭고 편리하게 선정될 수 있고, 실시예에 따라서는 몇 개의 회전축을 조합하여 사용할 수도 있어 장치 구성의 자유도가 매우 높다. The pseudo-infinite focus optics 503 - 2 may be implemented as optics having a shape having a predetermined curvature and axial symmetry. In particular, the pseudo-infinite focus optics 503 - 2 according to the present embodiment may be implemented as spherical optics in which the axis of symmetry can be freely set. For example, as the spherical optics, a freeform surface lens/mirror in which a hemispherical shape or several curved surfaces equivalent thereto are combined may be used. In the case of such spherical optics, as long as the axis of rotation or reciprocating motion passes through the center of the sphere, free rotation or reciprocating motion can be set. Therefore, in the case of this embodiment, the axis for rotation or reciprocating movement can be selected very freely and conveniently, and depending on the embodiment, several rotation shafts can be used in combination, so that the degree of freedom of the device configuration is very high.

이동부는 제어부의 제어에 따라 유사 무한 초점 옵틱스(503-2) 형상의 대칭축(또는 미리 설정된 운동/회전 축)을 회전/운동축으로 하여 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)를 고속 회전 또는 운동시킬 수 있다. 이는, 앞서 상술한 바와 같이, 레이저 빔(101)이 한 영역에 집중 조사됨에 따라 발생할 수 있는 열 손상을 방지하기 위함이다. The moving unit rotates or moves the pseudo-infinite-focus optics 503-2 at high speed using the axis of symmetry (or preset motion/rotation axis) of the shape of the pseudo-infinite focus optics 503-2 as the rotation/movement axis under the control of the controller. can This is to prevent thermal damage that may occur as the laser beam 101 is intensively irradiated to one area, as described above.

유사 무한 초점 옵틱스(503-2)의 경우 대칭적인 구조로 인해 대칭축/회전축 설정의 자유도가 높으므로, 회전 운동하는 동안 회전 축에 수직한 방향으로 병진 운동의 추가가 가능하다. 즉, 무한 초점 옵틱스의 경우보다 레이저 빔이 조사되는 면적의 범위가 더 넓어, 열적 안정성을 향상시킬 수 있고, 열 손상에 의한 교체 주기가 더 길다는 장점을 갖는다. 이렇듯 자유로운 회전 또는 이동이 가능하므로, 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)의 모든 면에 골고루 레이저 빔(101)이 입사될 수 있도록 일정한 이동 경로가 설정될 수 있는데, 이에 관한 보다 상세한 설명은 도 12 및 13을 참조하여 이하에서 후술하기로 한다.In the case of the pseudo-infinite focus optics 503 - 2 , since the degree of freedom of setting the symmetry axis/rotation axis is high due to the symmetrical structure, it is possible to add translational motion in a direction perpendicular to the rotational axis during the rotational motion. That is, the range of the area to which the laser beam is irradiated is wider than in the case of infinite focus optics, so that thermal stability can be improved, and the replacement cycle due to thermal damage is longer. As such free rotation or movement is possible, a certain movement path can be set so that the laser beam 101 can be uniformly incident on all surfaces of the pseudo-infinite focus optics 503-2. and 13 will be described below.

도 9(a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스의 단면도, 도 9(b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스의 입체도를 각각 도시한 도면이다. Fig. 9 (a) is a cross-sectional view of a pseudo infinity focus optic according to a second embodiment of the present invention, and Fig. 9 (b) is a three-dimensional view of the pseudo infinity focus optic according to a second embodiment of the present invention. .

제2 실시예에 따른 유사 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치에서, 유사 무한 초점 광학계는 기설정된 각도로 기울어진 상태로 구비될 수 있다(즉, 광학계 또는 광축이 기설정된 각도로 기울어짐). 이는, 유사 무한 초점 광학계로 진입한 레이저 빔(101, 102)이 유사 무한 초점 옵틱스(503-3)의 광축(71) 상에 위치하는 ‘On axis’ 방법을 적용하기 위함이며, 이를 위해 유사 무한 초점 옵틱스 (503-3)는 기설정된 각도로 기울어진 상태로 레이저 가공 장치에 구비될 수 있다. In the laser processing apparatus to which the pseudo-infinite-focus optical system is applied according to the second embodiment, the pseudo-infinite-focus optical system may be provided in a state inclined at a preset angle (ie, the optical system or optical axis is inclined at a preset angle). This is to apply the 'On axis' method in which the laser beams 101 and 102 entering the pseudo-infinite focus optical system are positioned on the optical axis 71 of the pseudo-infinite focus optics 503-3. The focus optics 503 - 3 may be provided in the laser processing apparatus in a state inclined at a predetermined angle.

‘On axis’ 방법의 경우 회전축을 광학계의 광축으로 설정하면, 광학계가 회전을 해도 레이저 빔이 맞는 위치가 변하지 않아, 해당 위치에 열적 손상이 발생하게 된다. 따라서, On axis 방법이 적용된 본 광학계의 경우, Off axis 방법이 적용된 광학계와 상이하게 회전/이동 축을 설정할 필요가 있다. In the case of the ‘On axis’ method, if the rotation axis is set as the optical axis of the optical system, the position where the laser beam hits does not change even if the optical system rotates, causing thermal damage to the corresponding position. Therefore, in the case of the present optical system to which the on axis method is applied, it is necessary to set the rotation/movement axis differently from the optical system to which the off axis method is applied.

도 9(a)를 참조하면, 제2 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스의 경우, 집광되어 입사하는 레이저 빔(101)이 유사 무한 초점 옵틱스(503-3)의 광축(71)에 대하여 일정한 각도로 입사하지만, 유사 무한 초점 옵틱스의 광학면과 만나는 위치는 정확히 광축 상에 위치할 수 있다(즉, ‘On axis’ 방법). 이러한 ‘on axis’ 방법은 레이저 빔이 광학계의 광축으로 입사되기 때문에, ‘off axis’ 경우보다 각도 선택과 조정에 많이 유리하다. 레이저 빔(101)의 초점(f’) 형성 위치로부터 유사 무한 초점 옵틱스 광학면(503-3)과 레이저 빔(101)이 만나는 위치까지의 거리(fd1)은 유사 무한 초점 옵틱스의 초점(f) 거리와 거의/실질적으로 같도록 설정될 수 있다. 이에 반해, off axis 방법의 경우, 두 초점 거리가 정확히 일치되어야 하는데 비해, 입사 레이저 빔(101)이 광축 상에 있지 않으므로 수 % 범위에서 차이가 나도 무방하며, 이 거리 차이를 조정 인자로 하여 옵틱스에서 반사 또는 투과되어 출력되는 레이저 빔(102)의 퍼짐각을 미세하게 조정할 수도 있다. Referring to FIG. 9A , in the case of the pseudo-infinite focus optics according to the second embodiment, the focused and incident laser beam 101 is at a constant angle with respect to the optical axis 71 of the pseudo-infinite-focus optics 503-3. , but the location where it meets the optical surface of the pseudo-infinite focus optics can be exactly on the optical axis (ie, 'On axis' method). This ‘on axis’ method is more advantageous for angle selection and adjustment than the ‘off axis’ case because the laser beam is incident on the optical axis of the optical system. The distance fd1 from the formation position of the focal point f' of the laser beam 101 to the point where the pseudo-infinite focus optics optical surface 503-3 and the laser beam 101 meet is the focal point f of the pseudo-infinite focus optics. It may be set to be approximately/substantially equal to the distance. On the other hand, in the case of the off-axis method, the two focal lengths should be exactly the same, but since the incident laser beam 101 is not on the optical axis, a difference in the range of several % is acceptable. It is also possible to finely adjust the spreading angle of the laser beam 102 that is reflected or transmitted from and output.

제2 실시예에 적용될 수 있는 유사 무한 초점 옵틱스로는 x 방향(수평/가로 방향)과 y 방향(수직/세로 방향)의 곡률이 다른 트로이드(Troid) 형상의 광학면을 갖는 렌즈/미러가 사용될 수 있으며, 이는 도 9(b)에 예시한 바와 같다. X 방향의 광학면은 회전 대칭성을 가지는 곡면이어야 하며 대표적으로 구면이 용이하게 적용될 수 있다. 이때, 유사 무한 초점 옵틱스의 회전/이동 축(81)은 x 방향 곡면의 곡률 중심 축으로 설정될 수 있다. Y 방향의 광학면은 대칭성을 고려할 필요가 없이 다양한 곡면이 선택될 수 있으며, 예를 들어, 파라볼릭, 타원구면, 쌍곡면, 구면, 또는 이에 준하거나 이들을 조합한 자유 곡면(free surface)이 선택될 수 있다. As pseudo-infinite focus optics that can be applied to the second embodiment, a lens/mirror having a Troid-shaped optical surface with different curvatures in the x-direction (horizontal/horizontal direction) and the y-direction (vertical/vertical direction) may be used. can be, as illustrated in FIG. 9(b). The optical surface in the X direction should be a curved surface having rotational symmetry, and a representative spherical surface may be easily applied. In this case, the rotation/movement axis 81 of the pseudo-infinite focus optics may be set as the central axis of curvature of the curved surface in the x direction. The optical surface in the Y direction may be selected from various curved surfaces without considering symmetry. For example, a parabolic, elliptical, hyperbolic, spherical, or free surface equivalent thereto or a combination thereof may be selected. can be

이동부는 제어부의 제어에 따라 유사 무한 초점 옵틱스(503-3) 형상의 대칭축을 회전축으로 하여 유사 무한 초점 옵틱스 (503-3)를 고속 회전 또는 이동시킬 수 있다. 이는, 앞서 상술한 바와 같이, 레이저 빔(101)이 한 영역에 집중 조사됨에 따라 발생할 수 있는 열 손상을 방지하기 위함이다. The moving unit may rotate or move the pseudo-infinite-focus optics 503-3 at high speed using the axis of symmetry of the shape of the pseudo-infinite-focus optics 503-3 as a rotation axis under the control of the controller. This is to prevent thermal damage that may occur as the laser beam 101 is intensively irradiated to one area, as described above.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 (유사) 무한 초점 광학계에 적용 가능한 옵틱스의 실시예들을 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating embodiments of optics applicable to a (pseudo) infinite focus optical system according to an embodiment of the present invention.

특히, 도 10(a)는 파라볼릭 형상의 옵틱스, 도 10(b)는 도 10(a)의 파라볼릭 형상에서 중앙에 관통홀이 형성된 옵틱스, 도 10(c)는 사각 기둥 형상에서 일면에 소정의 곡률이 형성된 옵틱스를 예시한다. 사전 광학계로부터 집광된 레이저 빔은 이러한 옵틱스에 입사된 후 반사 또는 투과되어 가공 대상으로 전파될 수 있다. In particular, FIG. 10(a) is a parabolic-shaped optic, FIG. 10(b) is an optic with a through hole formed in the center in the parabolic shape of FIG. 10(a), and FIG. An example is optics in which a predetermined curvature is formed. The laser beam condensed from the pre-optical system may be reflected or transmitted after being incident on the optics and then propagated to the object to be processed.

이외에도, 소정의 곡률의 대칭 형상을 갖는 다양한 형상의 옵틱스가 (유사) 무한 초점 광학계의 옵틱스로서 적용/사용될 수 있으며, 상술한 실시예의 형상에 한정되는 것은 아니다. 설치되는 옵틱스의 종류 및 위치에 따라, 설치되는 사전 광학계의 (유사) 무한 초점 광학계에 대한 상대적인 위치/각도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 레이저 가공 장치에 구비되는 광학계가 무한 초점 광학계이고, 파라볼릭 형상을 갖는 무한 초점 옵틱스가 구비되는 경우, 사전 광학계 는 레이저 빔이 무한 초점 옵틱스의 초점을 통과하여 무한 초점 옵틱스로 입사시킬 수 있는 위치 및 각도로 레이저 가공 장치 상에 구비될 수 있다. In addition, various shapes of optics having a symmetric shape of a predetermined curvature may be applied/used as optics of a (pseudo) infinite focus optical system, and are not limited to the shape of the above-described embodiment. According to the type and position of the installed optics, the relative position/angle of the installed pre-optical system with respect to the (pseudo) infinite focus optical system may be determined. For example, when the optical system provided in the laser processing apparatus is an infinity-focused optical system and an infinity-focused optic having a parabolic shape is provided, the pre-optical system causes the laser beam to pass through the focus of the infinity-focused optics and enter the infinity-focused optics. It may be provided on the laser processing apparatus at a possible position and angle.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치로부터 출력된 레이저 빔의 단면을 시뮬레이션 한 결과 이미지이다. 11 is an image as a result of simulating a cross-section of a laser beam output from a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

특히, 본 도면은 광학계에서 5m 떨어진 위치를 기준점으로 설정하고, 기준점으로부터 -2m에서 2m, 총 4m 거리 범위(즉, 광학계로부터 3m 내지 7m 거리 범위)의 레이저 빔 단면을 시뮬레이션한 이미지로서, 도 11(a)는 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 출력 레이저 빔, 도 11(b)는 유사 무한 초점 광학계가 적용된 레이저 가공 장치의 출력 레이저 빔의 단면을 나타낸다.In particular, this figure is an image that simulates a laser beam cross-section in a position 5 m away from the optical system as a reference point, -2 m to 2 m from the reference point, and a total distance of 4 m (ie, 3 m to 7 m distance from the optical system). (a) shows the output laser beam of the laser processing apparatus to which the infinite focus optical system is applied, and FIG.

도 11(a)을 참조하면, 레이저 빔 단면의 형상, 크기 및 단면 내 균일한 에너지 밀도 분포가 거리와 상관없이 모두 동일하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11( a ), it can be seen that the shape, size, and uniform energy density distribution in the cross-section of the laser beam remain the same regardless of the distance.

도 11(b)를 참조하면, 도 11(a)만큼은 아니지만, 레이저 빔 단면의 형상, 크기 및 단면 내 균일한 에너지 밀도 분포가 거리와 상관없이 모두 거의 균일하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11(b), although not as much as FIG. 11(a), it can be confirmed that the shape, size, and uniform energy density distribution in the cross-section of the laser beam are all maintained almost uniformly regardless of the distance.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 회전하는 무한 초점 옵틱스를 예시한 도면이다. 12 is a diagram illustrating a rotating infinite focus optics according to an embodiment of the present invention.

앞서 상술한 바와 같이, 지속적인 레이저 빔 조사로 인한 열 손상 방지를 위해, (유사) 무한 초점 옵틱스 (503-1)는 함께 구비된 이동부에 의해 회전 또는 이동할 수 있다. 본 도면의 경우, 무한 초점 옵틱스(503-1)가 이동부에 의해 대칭축(c)을 회전축으로 하여 시계 방향으로 회전하는 실시예를 예시한 도면이다. 이 경우, 무한 초점 옵틱스(503-1)로 입사되는 레이저 빔은, 레이저 장치 내에서 실제로는 고정되지만, 본 도면에 도시한 바와 같이, 무한 초점 옵틱스가 회전/운동함에 따라 무한 초점 옵틱스 상에서 무한 초점 옵틱스의 회전 방향과 반대 방향인 반시계 방향으로 회전하는 패턴/형상(101-1)으로 조사되는 것처럼 보이게 된다.As described above, in order to prevent thermal damage due to continuous laser beam irradiation, the (similar) infinite focus optics 503 - 1 may be rotated or moved by a moving unit provided together. In the case of this figure, the infinite focus optics 503 - 1 is a diagram illustrating an embodiment in which the infinity focus optics 503 - 1 rotate clockwise with the axis of symmetry c as the rotation axis by the moving part. In this case, the laser beam incident on the infinity optics 503 - 1 is actually fixed in the laser device, but as shown in this figure, as the infinity optics rotate/moves, as the infinity focus optics rotate/move, the laser beam is infinity focus on the infinity focus optics. It appears to be irradiated with the pattern/shape 101-1 rotating in a counterclockwise direction, which is opposite to the rotation direction of the optics.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 유사 무한 초점 옵틱스의 회전/이동에 따라 유사 무한 초점 옵틱스 상에 형성된 레이저 빔의 조사 패턴을 예시한 도면이다. 13 is a diagram illustrating an irradiation pattern of a laser beam formed on a pseudo-infinite focus optic according to rotation/movement of the pseudo-infinite focus optic according to an embodiment of the present invention.

앞서 상술한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)의 경우, 대칭적인 형상으로 인해 자유로운 대칭축의 설정이 가능하다. 이는, 결국 유사 무한 초점 옵틱스의 다양한/자유로운 회전/이동 운동이 가능함을 의미한다. As described above, in the case of the pseudo-infinite focus optics 503 - 2 according to the first embodiment, it is possible to freely set the axis of symmetry due to the symmetrical shape. This means that various/free rotation/movement movements of the pseudo-infinite focus optics are possible.

따라서, 제어부는 레이저 빔 조사에 따른 열 손상을 방지하기 위해, 레이저 빔(131)이 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)의 전체 면에 골고루 조사될 수 있도록, 레이저 빔(131)이 유사 무한 초점 옵틱스(503-2) 상에서 이동할 경로(132-1, 132-2)를 미리 설정하고, 설정한 이동 경로(132-1, 132-2)에 따라 레이저 빔(131)이 유사 무한 초점 옵틱스(503-2) 상에서 이동할 수 있도록 이동부를 제어할 수 있다. 도 13(a) 및 13(b)는 이러한 이동 경로(132-1, 132-2)에 관한 실시예들을 예시한 도면이다. 특히, 도 13(b)는 유사 무한 초점 옵틱스를 중심선(133)을 기준으로 두 영역으로 나누고, 각 영역별 이동 경로(132-2)를 구분하여 설정한 실시예를 예시한 도면이다. 이동 경로는 이외에도 다양한 패턴/형상/경로로 자유롭게 설정될 수 있으며, 본 도면의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특히, 제어부는 한 번의 주기(또는 기설정된 시간)동안 레이저 빔(131)이 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)의 전체 면(또는 기설정된 비율 이상의 면적)을 골고루 훑을 수 있도록 경로를 설정할 수 있다. Accordingly, in order to prevent thermal damage due to laser beam irradiation, the controller controls the laser beam 131 to be uniformly irradiated to the entire surface of the pseudo-infinite focus optics 503 - 2 . Paths 132-1 and 132-2 to move on the optics 503-2 are preset, and the laser beam 131 moves to the pseudo-infinite focus optics 503 according to the set movement paths 132-1 and 132-2. -2) The moving part can be controlled so that it can move on the top. 13(a) and 13(b) are diagrams illustrating embodiments of the movement paths 132-1 and 132-2. In particular, FIG. 13B is a diagram illustrating an embodiment in which the pseudo infinite focus optics is divided into two regions based on the center line 133 and the movement path 132-2 for each region is set separately. In addition, the movement path may be freely set in various patterns/shapes/paths, and is not limited to the embodiment of the present drawing. In particular, the controller may set a path so that the laser beam 131 can evenly sweep the entire surface (or an area greater than or equal to a preset ratio) of the pseudo-infinite focus optics 503-2 during one cycle (or a preset time). have.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는, 이동 경로(132-1, 132-2) 설정 시, 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)로 입사되는 레이저 빔(131)의 특성을 고려할 수 있다. 이를 위해, 레이저 가공 장치는 레이저 빔(131)에 관한 설정을 사용자로부터 입력받기 위한 입력부를 더 포함할 수 있음은 앞서 상술한 바와 같다. 사용자는 이러한 입력부를 통해 가공 대상에 사용할 레이저 빔(131)의 형상, 크기, 높이, 지름, 반지름, 넓이, 및/또는 너비 정보 등의 다양한 레이저 빔 설정을 입력할 수 있다. 제어부는 이러한 레이저 빔(131)의 설정에 기초하여 레이저 빔(131)을 조사하게 되며, 레이저 빔(131)이 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)의 전체 면에 골고루 조사될 수 있도록 하기 위한 이동 경로(132-1, 132-2)를 보다 구체적이고 효율적으로 설정할 수 있다.In particular, when setting the movement paths 132-1 and 132-2, the controller according to an embodiment of the present invention may consider the characteristics of the laser beam 131 incident to the pseudo-infinite focus optics 503-2. . To this end, as described above, the laser processing apparatus may further include an input unit for receiving a setting related to the laser beam 131 from the user. The user may input various laser beam settings such as shape, size, height, diameter, radius, width, and/or width information of the laser beam 131 to be used for processing through the input unit. The control unit irradiates the laser beam 131 based on the setting of the laser beam 131 , and moves the laser beam 131 to evenly irradiate the entire surface of the pseudo-infinite focus optics 503 - 2 . The paths 132-1 and 132-2 may be set more specifically and efficiently.

예를 들어, 제어부는 레이저 빔(131)이 입사되는 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)의 전체 면적을 레이저 빔(131)의 단면적으로 나눔으로써 구체적인 레이저 빔(131)이 왕복 이동하는 횟수, 수평/수직 이동 거리 등을 산출하여 이동 경로를 설정할 수 있다. 따라서, 레이저 빔(131)의 특성에 따라 유사 무한 초점 옵틱스(503-2) 상에서 이동하는 경로/거리는 다를 수 있다. 단편적인 예로, 제어부가 원형의 유사 무한 초점 옵틱스(503-2)를 대상으로 도 13(a)에 도시한 바와 같은 이동 경로(132-1)를 기초로 레이저 빔(131)의 이동 경로를 설정하는 경우, 단면 지름이 1mm인 제1 레이저 빔의 수평/수직 방향의 이동 경로/거리는 단면 지름이 2mm인 제2 레이저 빔보다 더 길게 설정할 수 있다. 이때, 레이저 빔(131)이 기설정된 이동 경로를 완주하기까지의 시간이 미리 지정되어 있는 경우(즉, 주기가 특정 시간으로 미리 설정되어 있는 경우), 동일한 주기동안 이동이 완료되어야 하므로, 제1 레이저 빔의 이동 속도는 제2 레이저 빔의 이동 속도보다 더 빠르게 된다.For example, the controller divides the total area of the pseudo-infinite focus optics 503 - 2 to which the laser beam 131 is incident by the cross-sectional area of the laser beam 131 , so that the specific number of times the laser beam 131 reciprocates, the horizontal /You can set the movement path by calculating the vertical movement distance. Accordingly, the path/distance moving on the pseudo-infinite focus optics 503 - 2 may be different according to the characteristics of the laser beam 131 . As a fragmentary example, the controller sets the movement path of the laser beam 131 based on the movement path 132-1 as shown in FIG. 13(a) for the circular pseudo-infinite focus optics 503-2. In this case, the horizontal/vertical movement path/distance of the first laser beam having a cross-sectional diameter of 1 mm may be set longer than that of the second laser beam having a cross-sectional diameter of 2 mm. At this time, if the time until the laser beam 131 completes the preset movement path is previously specified (ie, when the period is preset to a specific time), the movement must be completed during the same period, so that the first The moving speed of the laser beam becomes faster than the moving speed of the second laser beam.

일반적으로 시간 t초(s)동안 출력 P와트(W)의 레이저 빔이 반지름 r의 면적으로 광학계에 입사할 경우, 광학계 면이 받는 에너지 밀도(즉, 단위 면적당 입사하는 평균 인입 에너지)(ED1)는 수학식 1을 통해 도출될 수 있다.In general, when a laser beam with output P watts (W) is incident on an optical system with an area of radius r for time t seconds (s), the energy density (ie, average incoming energy incident per unit area) on the optical system surface (ED1) can be derived through Equation 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

실제 고출력 레이저 장치에 적용한 종래 방식의 유한 초점 광학계의 경우, 5kW 출력의 레이저를 지름 10mm (반지름 r= 5mm) 원형의 빔이 고정된 유한 초점 광학계에 입사하는 형태이며, 이 경우 단위 시간 1초 동안 인입된 에너지 밀도는 수학식 1에 따를 때 약 64 W/mm^2 이다. 즉 이 정도의 에너지 밀도는 기존 장치에 적용이 검증된 수치라 볼 수 있다. In the case of a conventional finite-focus optical system applied to an actual high-power laser device, a 5kW output laser is incident on a fixed finite-focus optical system in which a circular beam with a diameter of 10 mm (radius r = 5 mm) is incident on the fixed finite-focus optical system, in this case for 1 second per unit time. The incoming energy density is about 64 W/mm^2 according to Equation 1. That is, this level of energy density can be seen as a value that has been verified to be applied to existing devices.

본 발명의 (유사) 무한 초점 광학계를 적용하는 경우 광학계의 회전/이동을 통해 광학계가 받는 에너지 밀도(ED2)는 수학식 2를 통해 도출될 수 있다.When the (similar) infinite focus optical system of the present invention is applied, the energy density (ED2) received by the optical system through rotation/movement of the optical system may be derived through Equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 v는 레이저 빔이 맞는/조사되는/입사되는 위치의 광학면의 회전/이동 선속력이다. where v is the rotational/moving linear speed of the optical surface at the position where the laser beam is hit/irradiated/incident.

레이저 가공이 충분히 가능한 지름 0.5mm, 즉 반지름 r=0.25mm 의 무한 초점을 형성시키는 경우 광학계가 350 mm/s 정도의 속력으로만 이동/회전해도 광학계 면이 받는 에너지 밀도는 약 57 W/mm^2으로 종래 유한 초점 광학계의 에너지 밀도(ED1=약 64W/mm^2)보다 낮다. 즉, 본 발명의 (유사) 무한 초점 광학계의 경우, 종래보다 열손상에 대한 내구성이 매우 높다고 볼 수 있다. (유사) 무한 초점 광학계의 이송 속력을 더 빠르게 하면 더 작은 지름의 빔 적용도 가능하며, 사용하는 레이저 빔의 출력 에너지가 낮은 경우에도 역시, 더 작은 지름의 빔을 사용할 수 있다. In the case of forming an infinity focus with a diameter of 0.5mm, that is, a radius of r=0.25mm, which is sufficient for laser processing, even if the optical system moves/rotates only at a speed of about 350 mm/s, the energy density received by the optical system surface is about 57 W/mm^ 2, which is lower than the energy density of the conventional finite focus optical system (ED1 = about 64W/mm^2). That is, in the case of the (similar) infinite focus optical system of the present invention, it can be seen that the durability against thermal damage is very high compared to the conventional one. If the feed speed of the (pseudo) infinity-focusing optical system is made faster, it is possible to apply a smaller diameter beam, and even if the output energy of the laser beam used is low, a smaller diameter beam can be used.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.Embodiments according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof. In the case of implementation by hardware, an embodiment of the present invention provides one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), FPGAs ( field programmable gate arrays), a processor, a controller, a microcontroller, a microprocessor, and the like.

또한, 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현되어, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, in the case of implementation by firmware or software, an embodiment of the present invention is implemented in the form of a module, procedure, function, etc. that performs the functions or operations described above, and is stored in a recording medium readable through various computer means. can be recorded. Here, the recording medium may include a program command, a data file, a data structure, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. For example, the recording medium includes a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk, and a magnetic tape, an optical recording medium such as a compact disk read only memory (CD-ROM), a digital video disk (DVD), and a floppy disk. magneto-optical media, such as a disk, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions may include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those generated by a compiler. Such hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

아울러, 본 발명에 따른 장치나 단말은 하나 이상의 프로세서로 하여금 앞서 설명한 기능들과 프로세스를 수행하도록 하는 명령에 의하여 구동될 수 있다. 예를 들어 그러한 명령으로는, 예컨대 JavaScript나 ECMAScript 명령 등의 스크립트 명령과 같은 해석되는 명령이나 실행 가능한 코드 혹은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장되는 기타의 명령이 포함될 수 있다. 나아가 본 발명에 따른 장치는 서버 팜(Server Farm)과 같이 네트워크에 걸쳐서 분산형으로 구현될 수 있으며, 혹은 단일의 컴퓨터 장치에서 구현될 수도 있다.In addition, the device or terminal according to the present invention may be driven by a command that causes one or more processors to perform the functions and processes described above. For example, such instructions may include interpreted instructions, such as script instructions, such as JavaScript or ECMAScript instructions, or executable code or other instructions stored on a computer-readable medium. Furthermore, the device according to the present invention may be implemented in a distributed manner over a network, such as a server farm, or may be implemented in a single computer device.

또한, 본 발명에 따른 장치에 탑재되고 본 발명에 따른 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트 혹은 코드로도 알려져 있음)은 컴파일 되거나 해석된 언어나 선험적 혹은 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 혹은 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 파일 시스템의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 요청된 프로그램에 제공되는 단일 파일 내에, 혹은 다중의 상호 작용하는 파일(예컨대, 하나 이상의 모듈, 하위 프로그램 혹은 코드의 일부를 저장하는 파일) 내에, 혹은 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장되는 하나 이상의 스크립트) 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치하거나 복수의 사이트에 걸쳐서 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속된 다중 컴퓨터나 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.Furthermore, a computer program (also known as a program, software, software application, script or code) mounted on the device according to the invention and executing the method according to the invention includes compiled or interpreted language or a priori or procedural language. It can be written in any form of programming language, and can be deployed in any form, including stand-alone programs, modules, components, subroutines, or other units suitable for use in a computer environment. A computer program does not necessarily correspond to a file in a file system. A program may be in a single file provided to the requested program, or in multiple interacting files (eg, files that store one or more modules, subprograms, or portions of code), or portions of files that hold other programs or data. (eg, one or more scripts stored within a markup language document). The computer program may be deployed to be executed on a single computer or multiple computers located at one site or distributed over a plurality of sites and interconnected by a communication network.

설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시예들을 병합하여 새로운 실시예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상술한 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.Although each drawing has been described separately for convenience of description, it is also possible to design to implement a new embodiment by merging the embodiments described in each drawing. In addition, the present invention is not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, but the above-described embodiments are configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made. could be

또한, 이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 요지를 벗어남이 없이 당해 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 명세서의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments have been illustrated and described above, the present specification is not limited to the specific embodiments described above, and those of ordinary skill in the art to which the specification pertains without departing from the gist of the claims Various modifications are possible by the person, of course, these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present specification.

500: 레이저 가공 장치
501: 레이저 발생부
502: 사전 광학계
503: 무한 초점 광학계
504: 제어부
21: 가공 대상
500: laser processing device
501: laser generating unit
502: pre-optics
503: infinite focus optical system
504: control
21: processing target

Claims (19)

제1 레이저 빔을 출력하는, 레이저 발생부;
상기 제1 레이저 빔을 무한 초점 광학계로 집광시키는, 사전 광학계;
상기 집광된 제1 레이저 빔을 가공 대상으로 반사 또는 투과하는, 상기 무한 초점 광학계; 및
상기 레이저 발생부, 상기 사전 광학계 및/또는 상기 무한 초점 광학계를 제어하는 제어부; 를 포함하되,
상기 무한 초점 광학계는,
소정의 곡률을 갖는 대칭 형상이며, 상기 집광된 제1 레이저 빔을 기설정된 거리 이상의 초점 거리를 갖는 제2 레이저 빔으로서 상기 가공 대상으로 반사 또는 투과시키는, 옵틱스; 및
상기 집광된 제1 레이저 빔이 상기 무한 초점 옵틱스의 동일한 영역에만 집중 조사되지 않도록 상기 옵틱스를 회전 및/또는 이동시키는, 이동부; 를 포함하는, 레이저 가공 장치.
a laser generator for outputting a first laser beam;
a pre-optical system for condensing the first laser beam to an infinite focus optical system;
The infinite focus optical system for reflecting or transmitting the focused first laser beam to a processing target; and
a control unit for controlling the laser generator, the pre-optical system, and/or the infinity-focusing optical system; including,
The infinity focus optical system,
an optic that has a symmetrical shape having a predetermined curvature and reflects or transmits the focused first laser beam to the processing target as a second laser beam having a focal length greater than or equal to a predetermined distance; and
a moving unit which rotates and/or moves the optics so that the focused first laser beam is not irradiated to the same area of the infinity-focused optics; Including, laser processing apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 집광된 제1 레이저 빔은 상기 옵틱스의 초점으로 조사되어 상기 가공 대상으로 반사 또는 투과되는, 레이저 가공 장치.
The method of claim 1,
The focused first laser beam is irradiated to the focus of the optics and is reflected or transmitted to the processing target, laser processing apparatus.
제 2 항에 있어서,
상기 옵틱스는,
상기 초점 거리가 무한인 무한 초점 옵틱스에 해당하는, 레이저 가공 장치.
3. The method of claim 2,
The optics are
Corresponding to infinite focus optics in which the focal length is infinite, laser processing apparatus.
제 3 항에 있어서,
상기 무한 초점 옵틱스는, 파라볼릭 형상, 타원 형상, 쌍곡면 형상, 비구면 형상, 또는 상기 형상들 중 적어도 2가지 형상들의 조합으로 이루어진 자유 곡면 형상의 미러 또는 렌즈인, 레이저 가공 장치.
4. The method of claim 3,
The infinity focus optics is a parabolic shape, an elliptical shape, a hyperbolic shape, an aspherical shape, or a free-form mirror or lens made of a combination of at least two of the shapes.
제 3 항에 있어서,
상기 이동부는,
상기 집광된 제1 레이저 빔이 상기 무한 초점 옵틱스로 조사되는 동안 상기 무한 초점 옵틱스를, 상기 무한 초점 옵틱스 형상의 대칭축을 회전축으로 회전시키는, 레이저 가공 장치.
4. The method of claim 3,
The moving unit,
While the focused first laser beam is irradiated to the infinity focus optics, the infinity focus optics rotates the axis of symmetry of the infinity focus optics shape as a rotation axis.
제 2 항에 있어서,
상기 옵틱스는 상기 초점 거리가 유한하되 상기 기설정된 거리 이상인 유사 무한 초점 옵틱스에 해당하는, 레이저 가공 장치.
3. The method of claim 2,
The optics correspond to pseudo-infinite focus optics in which the focal length is finite, but greater than or equal to the preset distance, laser processing apparatus.
제 6 항에 있어서,
상기 유사 무한 초점 옵틱스는,
상기 유사 무한 초점 옵틱스는, 반구 형상의 구면 미러 또는 렌즈인, 레이저 가공 장치.
7. The method of claim 6,
The pseudo-infinite focus optics,
The pseudo-infinite focus optics is a hemispherical spherical mirror or lens, a laser processing apparatus.
제 6 항에 있어서,
상기 이동부는,
상기 집광된 제1 레이저 빔이 상기 유사 무한 초점 옵틱스로 조사되는 동안 상기 유사 무한 초점 옵틱스를, 상기 유사 무한 초점 옵틱스 형상의 대칭축을 회전축으로 회전시키거나, 및/또는 상기 대칭축에 수직한 방향으로 이동시키는, 레이저 가공 장치.
7. The method of claim 6,
The moving unit,
While the focused first laser beam is irradiated to the pseudo-infinite focus optics, the pseudo-infinite focus optics rotates the axis of symmetry of the pseudo-infinite focus optics shape to a rotation axis, and/or moves in a direction perpendicular to the symmetry axis Let the laser processing equipment.
제 8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 집광된 제1 레이저 빔이 한 번의 주기 동안 상기 유사 무한 초점 옵틱스 상에서 기설정된 이동 경로를 따라 조사되도록 상기 이동부를 제어하는, 레이저 가공 장치.
9. The method of claim 8,
The control unit is
and controlling the moving part so that the focused first laser beam is irradiated along a preset movement path on the pseudo-infinite focus optics for one cycle.
제 9 항에 있어서,
상기 기설정된 이동 경로는,
상기 집광된 제1 레이저 빔이 상기 한 번의 주기 동안 상기 유사 무한 초점 옵틱스의 기설정된 비율 이상의 면적에 조사될 수 있는 경로로 설정되는, 레이저 가공 장치.
10. The method of claim 9,
The preset movement path is,
The first focused laser beam is set to a path that can be irradiated to an area equal to or greater than a predetermined ratio of the pseudo-infinite focus optics during the one cycle.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 레이저 빔에 관한 설정을 사용자로부터 입력받기 위한, 입력부; 를 더 포함하는, 레이저 가공 장치.
11. The method of claim 10,
an input unit for receiving a setting related to the first laser beam from a user; Further comprising a, laser processing apparatus.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 입력부로부터 상기 제1 레이저 빔에 관한 설정을 수신하고, 상기 수신한 설정에 기초하여 상기 기설정된 경로를 설정하는, 레이저 가공 장치.
12. The method of claim 11,
The control unit is
Receives a setting related to the first laser beam from the input unit, and sets the preset path based on the received setting, a laser processing apparatus.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 레이저 빔에 관한 설정은,
상기 제1 레이저 빔의 형상, 크기, 높이, 지름, 반지름, 넓이, 및/또는 너비 정보를 포함하는, 레이저 가공 장치.
13. The method of claim 12,
The setting for the first laser beam is,
Containing the shape, size, height, diameter, radius, width, and / or width information of the first laser beam, laser processing apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 집광된 제1 레이저 빔은, 상기 옵틱스의 광학면과 상기 옵틱스의 광축이 만나는 지점으로 조사되어 상기 가공 대상으로 반사 또는 투과되는, 레이저 가공 장치.
The method of claim 1,
The focused first laser beam is irradiated to a point where the optical surface of the optics and the optical axis of the optics meet and is reflected or transmitted to the processing target.
제 14 항에 있어서,
상기 옵틱스는 상기 초점 거리가 유한하되 상기 기설정된 거리 이상인 유사 무한 초점 옵틱스에 해당하는, 레이저 가공 장치.
15. The method of claim 14,
The optics correspond to pseudo-infinite focus optics in which the focal length is finite, but greater than or equal to the preset distance, laser processing apparatus.
제 15 항에 있어서,
상기 유사 무한 초점 옵틱스는,
수평 및 수직 방향으로 서로 다른 곡률을 갖는 토로이드(Troid) 형상의 광학면을 갖는 미러 또는 렌즈인, 레이저 가공 장치.
16. The method of claim 15,
The pseudo-infinite focus optics,
A mirror or lens having an optical surface in the shape of a toroid having different curvatures in the horizontal and vertical directions, a laser processing apparatus.
제 16 항에 있어서,
상기 유사 무한 초점 옵틱스는,
상기 수평 방향으로는 구형 형상을,
상기 수직 방향으로는 파라볼릭 형상, 타원 형상, 쌍곡면 형상, 비구면 형상, 또는 상기 형상들 중 적어도 2가지 형상들의 조합으로 이루어진 자유 곡면 형상의 미러 또는 렌즈인, 레이저 가공 장치.
17. The method of claim 16,
The pseudo-infinite focus optics,
A spherical shape in the horizontal direction,
In the vertical direction, a parabolic shape, an elliptical shape, a hyperbolic shape, an aspherical shape, or a mirror or a lens of a freeform shape made of a combination of at least two of the shapes.
제 16 항에 있어서,
상기 이동부는,
상기 집광된 제1 레이저 빔이 상기 유사 무한 초점 옵틱스로 조사되는 동안 상기 유사 무한 초점 옵틱스를 기설정된 회전축을 중심으로 회전시키는, 레이저 가공 장치.
17. The method of claim 16,
The moving unit,
and rotating the pseudo-infinite focus optics about a preset rotation axis while the focused first laser beam is irradiated to the pseudo-infinite focus optics.
제 18 항에 있어서,
상기 기설정된 회전축은,
상기 유사 무한 초점 옵틱스의 광학면 중 상기 수평 방향으로 형성된 곡면의 곡률 중심 축으로 설정되는, 레이저 가공 장치.
19. The method of claim 18,
The preset rotation axis is
The laser processing apparatus, which is set as the central axis of curvature of the curved surface formed in the horizontal direction among the optical surfaces of the pseudo-infinite focus optics.
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