KR20230078117A - 레이저 빔 중심 검출 장치 - Google Patents

레이저 빔 중심 검출 장치 Download PDF

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KR20230078117A
KR20230078117A KR1020210165566A KR20210165566A KR20230078117A KR 20230078117 A KR20230078117 A KR 20230078117A KR 1020210165566 A KR1020210165566 A KR 1020210165566A KR 20210165566 A KR20210165566 A KR 20210165566A KR 20230078117 A KR20230078117 A KR 20230078117A
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고영준
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Abstract

본 발명은 레이저 빔을 감광하여 레이저 빔의 중심 방향을 검출하는 레이저 빔 중심 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 핀 홀(2111)을 통과하는 레이저 빔(3)을 감광할 시에 레이저 빔의 실제 조사 방향에 따라 달라지는 감광 영역의 변화 또는 강도 변화를 분석하여 레이저 빔(3)의 광축에 해당되는 중심 방향 또는 그 중심 방향의 조사 위치 좌표를 검출하는 레이저 빔 중심 검출 장치에 관한 것

Description

레이저 빔 중심 검출 장치{DETECTION APPARATUS FOR LASER BEAM CENTER}
본 발명은 레이저 빔을 감광하여 레이저 빔의 중심 방향을 검출하는 레이저 빔 중심 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 핀 홀을 통과하는 레이저 빔을 감광할 시에 레이저 빔의 조사 방향에 따라 달라지는 감광 영역의 변화 또는 강도 변화를 분석하여 레이저 빔의 광축에 해당되는 중심 방향 또는 그 중심 방향의 조사 위치 좌표를 검출하는 레이저 빔 중심 검출 장치에 관한 것이다.
레이저 가공 장치는 용접, 절단, 탈피, 표면 처리, 마킹 등의 다양한 용도로 사용되고 있으며, 가공 위치로 설정된 조사 방향의 좌표를 향해 레이저 빔을 조사하여 정밀하게 공정처리할 수 있다. 이에, 레이저 빔에 의한 빔 스폿(Beam Spot)을 설정된 조사 방향의 좌표 상에 정확하게 형성하도록 장치를 셋팅한다.
그런데, 조사 방향이 실제 빔 스폿이 형성된 방향에 맞추는 보정 과정이 필요하다. 특히, 레이저 가공 장치에서 레이저 빔을 출사하는 레이저 가공 헤드가 스캔 기능을 갖는 경우에는 가공 공정을 처리하는 중에 간헐적으로라도 조사 방향의 보정 과정을 수행하여야 한다.
이를 위한 방법으로서 레이저 빔에 의해 형성된 빔 스폿의 이미지에서 중심 위치를 직접 검출하는 장치를 이용하는 방법이 있다.
하지만, 빔 스폿의 에너지 분포는 대체로 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 갖고 있어서, 그 경계가 뚜렷하지 않다. 또한 탑-햇 분포(top-hat distribution)의 에너지 분포를 갖는 빔 스폿을 형성하는 경우에도 경계 측에서 완만하게 감소하는 분포를 갖게 되면 그 경계가 명확하지 않게 된다. 또한, 빔 스폿이 왜곡된 형상으로 형성되기도 하는 데, 이때에는 그 중심 위치의 검출 오차가 상대적으로 크게 될 수 있다. 여기서, 빔 스폿의 왜곡은 레이저 가공 헤드에 구비된 광학계에 의해서 발생할 수 있으며, 예를 들어, 광학계의 요소로 사용하는 F-Theta Lens는 Lens의 외곽부에서의 색수차에 의해서 빔 스폿의 왜곡이 발생할 수 있다.
이에 따라, 빔 스폿의 이미지에서 직접 중심 좌표를 검출하면, 오차가 크게 발생할 수 있다.
KR 10-2010-0018423 A 2010.02.17.
따라서, 본 발명의 목적은 레이저 빔을 감광하여 레이저 빔의 중심을 보다 정확하게 검출할 수 있는 레이저 빔 중심 검출 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 레이저 빔 중심 검출 장치에 있어서, 레이저 가동 헤드(1)에서 설정 조사 방향에 따라 출사하는 레이저 빔을 여유 있게 통과시킬 핀 홀(2111)과, 핀 홀(2111)을 투과한 후 소정 거리를 진행한 레이저 빔을 감광하게 할 포토 다이오드(212)가 설정 조사 방향의 선상에 정렬되게 구비한 빔 감지부(21); 상기 빔 감지부(21)의 이동으로 상기 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)를 평행 이동시키기 위한 이동 스테이지(22); 및 설정 조사 방향에 포토 다이오드(212)를 정렬한 상태를 기준 좌표로 한 후, 상기 이동 스테이지(22)의 제어에 의해 상기 빔 감지부(21)를 이동시켜 상기 핀 홀(211)에 의해 제한되는 감광 가능 영역의 좌표를 얻고, 감광 가능 영역의 좌표에 따라 검출한 감광 가능 영역의 중심 좌표를 실제 레이저 빔의 중심으로 결정하는 제어부(23);를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부(23)는 적어도 직교하는 2 방향으로 각각 상기 빔 감지부(21)를 이동시켜 얻는 2 방향의 감광 가능 영역의 좌표에 따라 감광 영역의 중심을 검출한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부(23)는 감광 가능 영역의 전체 좌표를 얻어 상기 핀 홀(2111)이 투영된 형태의 이미지를 생성하여 이미지의 중심 좌표를 검출한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 핀 홀(2111)이 레이저 빔의 초점에 맞춰져서, 상기 핀 홀(2111)의 경계를 따라 통과하는 레이저 빔도 확산하여 상기 포토 다이오드(212)에 의해 감광되게 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부(23)는 상기 핀 홀(2111)의 범위 내에서 상기 빔 감지부(21)를 이동시켜 실제 조사 방향이 설정 조사 방향에 일치하지 아니할 시에 나타나는 감광 가능 영역의 형태 또는 감광 강도 분포의 변형에 따라 감광 가능 영역의 중심 좌표를 검출한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 빔 감지부(21)는 스캐닝 기능을 갖는 레이저 가공 헤드(1)에서 설정된 복수의 설정 조사 방향별로 상기 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)를 구비되고, 상기 제어부(23)는 스캐닝 기능을 갖는 레이저 가공 헤드(1)와 연계되어 레이저 가공 헤드(1)에서 알려주는 설정 조사 방향의 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)로 얻는 감광 가능 영역의 중심 좌표를 검출한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부(23)는 레이저 가공 헤드(1)에 연계되어 감광 가능 영역의 중심 좌표로 결정한 실제 레이저 빔의 중심에 따라 설정 조사 방향과 실제 조사 방향의 차이를 산정하여 레이저 가공 헤드(1)에서 보정하게 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 빔 감지부(21)는 빔스플리터(Beamsplitter, 2131)를 이용하여 레이저 빔을 일부 투과시켜 상기 핀 홀(2111)을 향하게 하고, 나머지를 반사시키며, 반사시킨 빔을 레이저 빔 흡수기(2132)에 의해 흡수되게 하거나 또는 상기 핀 홀(2111)를 통과하기 전에 ND 필터(Neutral Density Filter)로 레이저 빔을 감쇄시키게 구성된 감쇄 수단(213)를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 핀 홀에 의해 경계가 보다 뚜렷하여서 레이저 빔 조사 방향의 틀어짐에 따라 변형되는 레이저 빔의 조사 방향 중심 또는 빔 스폿의 중심 방향을 보다 정확하게 검출할 수 있고, 이를 이용하여 레이저 가공 장치의 조사 방향 또는 빔 스폿 좌표도 정밀하게 보정하는 데 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 중심 검출 장치(2)의 구성도.
도 2는 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)가 구비된 부위의 확대도(a)와, 빔 감지부의 이동 위치 좌표별 검출한 감광 강도 프로파일을 보여주는 도면(b)과, 레이저 빔이 예각 각도로 입사되는 위치의 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)의 배치를 보여주는 도면(c).
도 3은 설정 조사 방향이 실제 조사 방향과 일치할 시의 감광 가능 영역을 보여주는 도면(a)과, 설정된 조사 방향에서 틀어진 방향으로 조사된 레이저 빔을 감광할 수 있는 영역을 보여주는 도면(b).
도 4는 빔 감지부(21)의 이동 범위를 핀 홀(2111)의 범위로 제한할 시에 얻는 강도 분포 프로파일을 보여주는 도면.
본 발명에 따른 레이저 빔 중심 검출 장치는 통과하는 레이저 빔의 사이즈보다 큰 핀 홀(2111)을 통해 감광되는 영역이 레이저 빔의 조사 방향에 따라 변동함을 이용하여 레이저 빔의 중심을 검출한다.
이를 위해서, 핀 홀(2111)과 포토 다이오드(212)의 상대적 위치를 고정하고, 레이저 가동 헤드(1)에 설정된 조사 방향을 따라 핀 홀(2111) 중심 및 포토 다이오드(212)를 정렬한 초기 상태에서, 핀 홀(2111) 중심 및 포토 다이오드(212)를 동시에 평행 이동시켜 포토 다이오드(212)로 감광 가능한 영역의 좌표를 얻어, 해당 영역의 중심 좌표를 레이저 빔의 실제 조사 좌표로 결정한다.
이때, 결정한 실제 조사 방향의 좌표에 따라 레이저 가공 헤드(1)의 조사 방향을 보정할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적이고 다양한 예시들을 보여주며 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이나 수정을 통해 실시될 수 있음도 분명하므로, 설명하는 실시 예들에 한정되지는 않는다. 그리고, 본 발명의 실시예들은 잘 알려진 부품, 회로, 기능, 방법, 전형적인 상세한 내용에 대해서는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 추가하여 실시할 수 있으므로, 자세히 기술하지 않기로 한다.
도 1에 도시한 구성도를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 중심 검출 장치(2)는 레이저 가공 장치의 레이저 가공 헤드(1)에서 출사한 레이저 빔을 감광하는 빔 감지부(21)와, 빔 감지부(21)의 위치를 이동시키기 위한 이동 스테이지(22)와, 빔 감지부(21)를 이동시키며 감광한 결과에 따라 레이저 빔의 중심을 검출하는 제어부(23)를 포함한다.
일 실시 예로서, 본 발명이 사용될 레이저 가공 헤드(1)와 본 발명의 사용 방식에 대해서 먼저 설명한다.
레이저 가공 장치를 구성하는 레이저 발진기(미도시) 및 레이저 가공 헤드(1) 중에 레이저 가공 헤드(1)는 레이저 발진기에서 발진한 레이저 빔을 평행광으로 변환한 후 초점 조절하며 가공물에 집속하여 가공처리하는 장치로서, 레이저 빔을 가공물을 향해 집속하며 출사할 렌즈(12)와, 레이저 발진기에서 발진한 레이저 빔을 렌즈(12)를 향해 안내하면서 출사 방향을 조절하는 스캔(Scan) 기능을 위한 갈바노 미러(Galvano-mirror, 11)를 포함하는 광학계를 구비한 것으로 예시하였다.
이러한 레이저 가공 헤드(1)는 가공처리할 가공물 부위의 좌표를 설정하여서 설정된 좌표에 레이저 빔을 집속하게 구성된다. 이때 설정된 좌표는 레이저 빔의 조사 방향 및 초점 거리에 따라 결정되는데, 실제 조사 방향은 광학계의 오차에 따라 설정 조사 방향과 일치하지 않을 수 있으므로 이에 대한 교정이 필요하다. 또한, 렌즈(12)를 F-Theta Lens로 구성한 예들 들면, 갈바노 미러(11)로 스캔하여 F-Theta Lens의 외곽부를 통해 출사한 레이저 빔이 색수차에 의해 왜곡될 수 있으므로, 이러한 왜곡에 따른 실제 조사 방향를 검출하여 보정하여야 한다.
본 발명은 그 설정 조사 방향이 실제 조사 방향과 어느 정도 차이나는지를 판별하는 데 사용되며, 레이저 가공 헤드(1)의 근처에 비치하고, 설정 좌표를 본 발명으로 하여서, 본 발명을 향해 설정 조사 방향의 레이저 빔을 조사하게 한다. 그리고, 레이저 빔의 중심을 검출하여서 설정 조사 방향의 중심과의 차이에 따라 레이저 가공 헤드(1)의 설정 조사 방향을 보정하거나 광학계를 교정할 수 있게 한다.
여기서, 레이저 빔의 중심은 레이저 빔의 광축이라 할 수 있고, 레이저 빔에 의해 형성되는 빔 스폿(Beam Spot)의 관점에서 빔 스폿의 중심이라 할 수 있다.
이와 같이 사용할 수 있는 본 발명의 구체적인 실시 예에 따른 세부 구성요소인 상기 빔 감지부(21), 이동 스테이지(22) 및 제어부(23)에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예에 대해 설명함에 있어서, 레이저 가공 헤드(1)는 가우시안 분포의 강도를 갖는 빔 스폿을 형성하는 것으로 설명한다.
상기 빔 감지부(21)는 레이저 가동 헤드(1)에서 설정 조사 방향에 따라 출사하는 레이저 빔을 감광하기 위한 것으로서, 강도(파워 또는 에너지)를 감쇄시켜 투과되게 하는 감쇄 수단(213)과, 감쇄된 레이저 빔을 여유 있게 통과시킬 핀 홀(2111)이 형성되어 있으며 레이저 빔을 차단하는 재질로 구성한 마스크(211)와, 핀 홀(2111)을 통과한 후 소정 거리를 진행한 레이저 빔을 감광하도록 마스크(211)와 이격 배치한 포토 다이오드(212)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서 상기 감쇄 수단(213)은 일부 파워의 빔을 투과시키고 나머지 파워의 빔을 반사시키는 빔스플리터(Beamsplitter, 2131)를 레이저 빔이 투과되게 하여서, 빔스플리터(2131)에 반사된 빔을 미러(2132a)에 안내되어 레이저 빔 흡수기(2132)로 흡수되게 하고, 빔스플리터(2131)를 투과한 빔이 상기 핀 홀(2111)을 향하게 하여 상기 포토 다이오드(212)로 감광하게 할 수 있다. 이때의 빔스플리터(2131)의 투과율은 상기 포토 다이오드(212)가 손상되지 않는 파워의 레이저 빔을 투과시킬 정도이면 된다.
이에 더하여, 상기 감쇄 수단(213)은 상기 빔스플리터(2131)를 투과한 레이저 빔을 추가 감쇄시킨 후 상기 핀 홀(2111)을 향하게 하는 ND 필터(Neutral Density Filter, 2133)를 포함할 수 있다.
상기 핀 홀(2111)은 도 2(a)에 도시한 바와 같이 레이저 빔(3)을 여유 있게 통과시키는 직경을 갖게 형성하여서, 예를 들어 중심을 지나가는 방향을 따라 직경 크기의 거리만큼 이동시키는 동안 레이저 빔이 투과되게 한다.
구체적인 실시 예에 따르면, 레이저 가공 헤드(1)는 상기 핀 홀(2111)에 초점을 맞춰 레이저 빔을 조사하게 하여서, 상기 핀 홀(2111)을 통과한 레이저 빔이 확산하여 상기 포토 다이오드(212)가 설치된 면 상에 소정 면적의 빔 스폿(Beam Spot)을 형성하게 한다. 이에 따라, 상기 핀 홀(2111)을 통과한 레이저 빔은 가능하면 가우시안 분포의 빔 스폿을 온전히 형성되게 한다.
상기 포토 다이오드(212)는 수광하여 감광되는 레이저 빔의 파워에 대응되는 값을 출력하는 광 검출 소자로서, 상기 핀 홀(2111)의 중심을 지나가는 선상에 배치되게 한다.
구체적으로 도 2(a)를 참조하면서 상기 이동 스테이지(22)로 이동하기 이전의 초기 상태로 설명하면, 상기 핀 홀(2111)의 중심 및 상기 포토 다이오드(212)의 중심이 레이저 가공 헤드(1)의 설정 조사 방향의 선상에 일렬로 정렬되게 한다.
그리고, 상기 포토 다이오드(212)는 상기 핀 홀(2111)의 경계를 따라 통과하는 레이저 빔(3)도 확산하여 감광할 수 있는 위치에 배치되게 하였다. 즉, 상기 핀 홀(2111)을 통과하는 레이저 빔(3)은 통과 위치에 따라 감광 강도의 차이는 있더라도 감광 가능하게 한다.
이에 따라, 상기 빔 감지부(21)을 이동시켜 상기 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)를 평행 이동시키는 중에 얻는 이동 위치 좌표별 상기 포토 다이오드(212)의 감광 강도의 프로파일(4)은 가우시안 분포의 레이저 빔을 감광하는 경우에 도 2(b)에 도시한 바와 같이 중심에서 최대값을 갖고 양측에서 급격히 감소하는 분포를 보인다.
즉, 상기 핀 홀(2111)을 통과하여 상기 포토 다이오드(212)를 향해 형성되는 빔 스폿(31)에 의해서만 감광하게 되므로, 상기 핀 홀(2111)에 의해서 감광 가능 영역의 좌표가 한정된다.
그런데, 도 2b에 도시한 감광 강도의 프로파일(4)은 레이저 빔(3)의 초점을 마스크(211)의 두께 방향 중심에 맞추었을 시에 얻는 것이며, 초점 거리의 오차에 따라 발생한 것으로도 볼 수 있다.
반면에, 레이저 빔(3)의 초점을 마스크(211)의 표면 높이에 정확하게 맞추면, 감광 강도의 프로파일(4)은 양측 부분의 경계를 보다 명확하게 하면서 핀 홀(2111)의 엣지 상에 맞춰지게 할 수 있으므로, 레이저 빔(3)의 초점을 마스크(211)의 표면 높이에 정확하게 맞추는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 스캔 기능을 갖는 레이저 가공 헤드(1)에 적용하기 위해서, 상기 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)를 레이저 가공 헤드(1)에서 설정된 복수의 설정 조사 방향별로 구비된다. 여기서, 핀 홀(2111)을 향한 설정 조사 방향이 90°가 아닌 비스듬한 각도의 방향인 경우에도, 도 2(c)에 예시한 바와 핀 홀(2111) 중심 및 포토 다이오드(212)는 설정 조사 방향의 중심에 정렬되게 하는 것이 좋다.
상기 이동 스테이지(22)는 상기 감지부(21)를 이동시켜 상기 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)를 동시에 평행 이동시키며, 이동 위치를 식별하기 위한 좌표 값이 설정되어서 있어서, 상기 제어부(23)에서 지시한 좌표로 이동시킬 수 있게 한다.
구체적으로 설명하면, 레이저 가공 헤드(1)에서 장착한 렌즈(12)의 FOV(FOV Field of view) 중심(즉, 렌즈의 축)을 지나가는 조사 방향을 Z축이라 할 시에, 상기 이동 스테이지(22)는 상기 빔 감지부(21)를 X-Y 평면 상에서 X축 방향 위치 및 Y축 방향 위치로 정한 지시 좌표로 이동시킬 수 있게 한다. 물론, 상기 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)는 상기 빔 감지부(21)의 이동에 따라 지시 좌표로 평행이동하게 된다. 이러한 이동 스테이지(22)는 예를 들어 XY 스테이지로 알려진 장치이므로 상세 구조 및 작동 방식에 대한 설명은 생략한다.
상기 제어부(23)는 레이저 가공 헤드(1)와 연계되어 레이저 가공 헤드(1)에서 조사하는 레이저 빔에 대한 설정 조사 방향을 전달받아서, 복수의 핀 홀(2111) 중 어느 핀 홀(2111)을 향해 레이저 빔이 조사되는지 알 수 있게 되고, 이에 따라, 레이저 빔이 조사되는 방향의 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)를 이용하여 레이저 빔의 중심 좌표를 검출한다.
이를 위해서, 핀 홀(2111) 중심 및 포토 다이오드(212) 중심이 설정 조사 방향을 따라 일렬로 정렬되는 초기 상태가 되도록 상기 이동 스테이지(22)를 제어하여 상기 빔 감지부(21)를 초기 상태의 좌표로 이동시킨다. 이 상태의 좌표를 기준 좌표로 정한다.
다음으로, 상기 이동 스테이지(22)의 제어에 의해 상기 빔 감지부(21)를 이동시켜 상기 핀 홀(211)에 의해 제한되는 감광 가능 영역의 위치 좌표를 얻고, 감광 가능 영역의 위치 좌표에 따라 감광 가능 영역의 중심 좌표를 검출한다.
이때, 검출한 중심 좌표는 실제 레이저 빔의 광축 방향의 좌표, 즉, 실제 조사된 레이저 빔의 중심에 해당되며, 이를 근거로 기준 좌표와의 차이에 따라 실제 조사 방향과 설정 조사 방향 사이의 각도 차이만큼 레이저 가공 헤드(1)에서 보정하게 한다.
여기서, 감광 가능 영역의 중심 좌표를 검출하는 방식은 다음에 나열한 방식을 사용할 수 있다.
첫째 방식으로서, 적어도 직교하는 2 방향(예를 들어 X축 방향 및 Y축 방향)으로 각각 상기 빔 감지부(21)를 이동시키는 중에 얻는 2 방향의 감광 가능 영역의 좌표를 얻은 후, 선 형태로 얻는 각각의 감광 가능 영역에 직교하는 선을 각각 그어 교차점을 중심 좌표로 얻는다.
도 3은 어느 1 방향(예를 들어 X축 방향)으로 이동할 시에 감광 가능 영역(S)을 보여주는 도면이다.
도 3a에 도시한 바와 같이 설정 조사 방향(L1)이 실제 조사 방향(L2)과 일치하면, 이동하기 전 초기 상태의 포토 다이오드(212)의 위치 좌표로 정해지는 기준 좌표(C1)를 중심으로 하는 감광 가능 영역(S)을 얻게 되고, 감광 가능 영역 내의 감광 강도 프로파일(4)은 기준 좌표(C1)에서 최대값을 갖고 기준 좌표(C1)에서 멀어질수록 감소하되 양 단부측에서는 급격히 감소하는 분포를 갖는다.
그렇지만, 도 3b에 예시한 바와 같이 설정 조사 방향(L1)이 실제 조사 방향(L2)과 일치하지 아니할 때에는 기준 좌표(C1)에서 벗어난 위치(실제 레이저 빔의 중심)의 좌표(C2)를 중심으로 하는 감광 가능 영역(S)의 좌표값을 얻게 된다.
또한, 다른 1 방향(예를 들어 Y축 방향)으로 이동할 시에도 동일하게 감광 가능 영역을 얻을 수 있다.
그리고, 양 방향에서 각각 선 형태로 얻는 감광 가능 영역에서 그 중심점을 지나며 직교하는 선을 그어 교차하는 점을 검출할 수 있다. 이때의 교차점이 검출하려는 레이저 빔의 중심에 대응되는 좌표가 된다.
한편, 도시한 바와 같이 2 방향의 이동은 기준 좌표를 지나가는 것으로 할 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 직교하는 2 방향의 스캔 라인을 위치 바꿔가며 형성하여 감광 가능 영역(S)을 이용하여 레이저 빔의 중심에 대응되는 좌표를 얻을 수도 있다.
둘째 방식으로서, 감광 가능 영역의 전체 좌표를 얻어서 좌표별로 얻는 감광 강도를 표시한 이미지를 생성하고, 생성한 이미지의 중심점을 레이저 빔의 중심으로 결정한다. 예를 들어, 상기 빔 감지부(21)을 X축 방향으로 스윙시키는 과정을 스윙 방향과 직교하는 Y축 방향으로 위치 이동하며 반복하여서, 2차원적인 감광 강도 프로파일을 실질적으로 상기 핀 홀(2111)이 투영된 형태의 이미지로 얻음으로써, 중심점을 보다 정확하게 검출할 수 있다. 물론, 테두리측에서 일부 왜곡된 원형 이미지를 얻더라도 그 원형 이미지의 중심점을 보다 정확하게 얻기 위한 방식으로 정확한 원형 형태과 가장 근접시킨 위치의 중심을 검출하거나 여러 방향에서 얻는 최대 거리의 중간점들을 얻어 중심을 검출하는 등의 공지된 다양한 방식을 채용할 수 있으므로, 원형의 감광 강도 프로파일에서 중심점을 찾는 방식에 대한 상세 설명은 생략한다.
셋째 방식으로서, 감광 가능 영역에서 좌표별로 얻은 감광 강도 프로파일(S)의 분포 형태를 분석하여 감광 가능 영역의 중심을 찾을 수 있다.
구체적인 방식으로서, 감광 강도가 최대인 좌표를 찾아 중심 좌표로 정하거나, 또는 기설정하여 둔 강도 이상의 영역에서 중간점을 찾아 중심 좌표로 정할 수 있다.
넷째 방식으로서, 상기 빔 감지부(21)의 이동 범위를 상기 핀 홀(2111)의 범위 내로 한정하여 얻는 감광 강도 프로파일(4)의 형태 변화에 따라 감광 가능 영역의 중심을 찾을 수 있다.
도 4에 예시한 바와 같이 설정 조사 방향(L1)과 레이저 빔의 실제 조사 방향(L2)이 일치 아니하고, 이동 범위를 상기 핀 홀(2111)의 범위 내로 한정하면, 감광 강도 프로파일(4)은 도 3(b)와 다르게 일부가 잘린 형태로 변형된다. 이에 따라, 실제 조사 방향(L2)의 레이저 빔의 중심 좌표(C2)는 설정 조사 방향(L1)과 실제 조사 방향(L2)이 일치할 시에 얻는 감광 강도 프로파일과의 형상 차이에 따라 레이저 빔의 중심 좌표(C2)를 추정할 수 있다. 예를 들면, 잘린 길이와 중심 좌표(C2) 사이의 상관 데이터를 미리 얻어두어, 그 상관 데이터를 적용하여 중심 좌표(C2)를 결정할 수 있다.
상기한 방식들 중에, 어느 하나의 방식으로 하거나 아니면 둘 이상의 방식으로 검출한 중심 좌표를 비교하여 최종 중심 좌표를 결정하는 방식을 채택할 수 있다.
그리고, 제어부(23)는 검출한 중심 좌표와 기준 좌표 사이의 거리차를 설정 조사 방향과 실제 조사 방향 사이의 각도차로 환산하여서, 레이저 가공 헤드(1)에서 설정 조사 방향과 실제 조사 방향를 일치시키는 보정 과정을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1 : 레이저 가공 헤드
11 : 갈바노 미러(Galvano-mirror) 12 : 렌즈
2 : 레이저 빔 중심 검출 장치
21 : 빔 감지부
211 : 마스크 2111 : 핀 홀
212 : 포토 다이오드
213 : 감쇄 수단
2131 : 빔스플리터(Beamsplitter)
2132 : 레이저 빔 흡수기 2132a : 미러
2133 : ND 필터(Neutral Density Filter)
22 : 이동 스테이지
23 : 제어부
3 : 레이저 빔

Claims (8)

  1. 레이저 가동 헤드(1)에서 설정 조사 방향에 따라 출사하는 레이저 빔을 여유 있게 통과시킬 핀 홀(2111)과, 핀 홀(2111)을 투과한 후 소정 거리를 진행한 레이저 빔을 감광하게 할 포토 다이오드(212)가 설정 조사 방향의 선상에 정렬되게 구비한 빔 감지부(21);
    상기 빔 감지부(21)의 이동으로 상기 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)를 평행 이동시키기 위한 이동 스테이지(22); 및
    설정 조사 방향에 포토 다이오드(212)를 정렬한 상태를 기준 좌표로 한 후, 상기 이동 스테이지(22)의 제어에 의해 상기 빔 감지부(21)를 이동시켜 상기 핀 홀(211)에 의해 제한되는 감광 가능 영역의 좌표를 얻고, 감광 가능 영역의 좌표에 따라 검출한 감광 가능 영역의 중심 좌표를 실제 레이저 빔의 중심으로 결정하는 제어부(23);
    를 포함하는
    레이저 빔 중심 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(23)는
    적어도 직교하는 2 방향으로 각각 상기 빔 감지부(21)를 이동시켜 얻는 2 방향의 감광 가능 영역의 좌표에 따라 감광 영역의 중심을 검출하는
    레이저 빔 중심 검출 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(23)는
    감광 가능 영역의 전체 좌표를 얻어 상기 핀 홀(2111)이 투영된 형태의 이미지를 생성하여 이미지의 중심 좌표를 검출하는
    레이저 빔 중심 검출 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 핀 홀(2111)이 레이저 빔의 초점에 맞춰져서, 상기 핀 홀(2111)의 경계를 따라 통과하는 레이저 빔도 확산하여 상기 포토 다이오드(212)에 의해 감광되게 한
    레이저 빔 중심 검출 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(23)는
    상기 핀 홀(2111)의 범위 내에서 상기 빔 감지부(21)를 이동시켜 실제 조사 방향이 설정 조사 방향에 일치하지 아니할 시에 나타나는 감광 가능 영역의 형태 또는 감광 강도 분포의 변형에 따라 감광 가능 영역의 중심 좌표를 검출하는
    레이저 빔 중심 검출 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 빔 감지부(21)는 스캐닝 기능을 갖는 레이저 가공 헤드(1)에서 설정된 복수의 설정 조사 방향별로 상기 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)를 구비되고,
    상기 제어부(23)는
    스캐닝 기능을 갖는 레이저 가공 헤드(1)와 연계되어 레이저 가공 헤드(1)에서 알려주는 설정 조사 방향의 핀 홀(2111) 및 포토 다이오드(212)로 얻는 감광 가능 영역의 중심 좌표를 검출하는
    레이저 빔 중심 검출 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(23)는
    레이저 가공 헤드(1)에 연계되어 감광 가능 영역의 중심 좌표로 결정한 실제 레이저 빔의 중심에 따라 설정 조사 방향과 실제 조사 방향의 차이를 산정하여 레이저 가공 헤드(1)에서 보정하게 하는
    레이저 빔 중심 검출 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 빔 감지부(21)는
    빔스플리터(Beamsplitter, 2131)를 이용하여 레이저 빔을 일부 투과시켜 상기 핀 홀(2111)을 향하게 하고, 나머지를 반사시키며, 반사시킨 빔을 레이저 빔 흡수기(2132)에 의해 흡수되게 하거나 또는 상기 핀 홀(2111)를 통과하기 전에 ND 필터(Neutral Density Filter)로 레이저 빔을 감쇄시키게 구성된 감쇄 수단(213)를 포함하는
    레이저 빔 중심 검출 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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