KR20230141857A - 레이저 가공장치 - Google Patents

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KR20230141857A
KR20230141857A KR1020237030305A KR20237030305A KR20230141857A KR 20230141857 A KR20230141857 A KR 20230141857A KR 1020237030305 A KR1020237030305 A KR 1020237030305A KR 20237030305 A KR20237030305 A KR 20237030305A KR 20230141857 A KR20230141857 A KR 20230141857A
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laser
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light
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KR1020237030305A
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나오야 야마자키
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파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
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Abstract

제어장치(21)는 주사부(37) 및 구동부(39)를 제어하여 레이저광(LW)을 주사한다. 또한, 제어장치(21)는 초점 조정부(36) 및 구동부(38)를 제어하여 레이저광(LW)의 초점 위치를 조정한다. 가공 대상물(W)에 대하여 가시광(LH)을 조사하는 표시 모드에서, 제어장치(21)는 주사부(37) 및 구동부(39)를 제어하여 가시광(LH)을 주사한다. 그리고 제어장치(21)는 초점 조정부(36)의 렌즈(36a~36b)의 렌즈간 거리를 변경하지 않는다.

Description

레이저 가공장치
본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것이다.
레이저 가공장치는, 불가시광인 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 가시광인 가이드광을 출사하는 가시 광원을 구비한다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 레이저 가공장치는, 가공 대상물에 레이저광을 조사하고 그 레이저광에 의해 가공 대상물을 가공한다. 또한, 레이저 가공장치는 가공 대상물에 대하여 가공용 레이저광이 조사되는 위치와 동일한 위치에 가시광인 가이드광을 조사한다. 이 가이드광에 의해, 작업자는 가공 대상물에서의 레이저광의 조사 위치의 확인, 조사 위치의 조정 등을 행할 수 있다.
일본 특개2007-61843호 공보
그런데, 만곡(彎曲)한 가공 면 등과 같이, 3차원의 가공 면을 갖는 가공 대상물 등과 같이, 3차원적인 가공을 실시하는 경우 가공 면에 맞추어 레이저광 및 가이드광의 초점 위치를 조정할 필요가 있다. 레이저광 및 가이드광의 조정에 대해 개선의 여지가 있다.
본 발명의 하나의 태양에 따른 레이저 가공장치는, 가공 대상물을 가공하기 위한 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 가시광을 출사하는 가시 광원과, 상기 레이저광 및 상기 가시광을 주사하는 주사부와, 상기 레이저광 및 상기 가시광이 투과하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 레이저광 및 상기 가시광의 경로 방향으로 상기 렌즈를 이동시키는 이동기구를 갖는 렌즈 이동부와, 상기 렌즈 이동부 및 상기 주사부를 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 제어장치는, 상기 렌즈를 상기 레이저광이 투과할 때는, 상기 주사부를 제어하여 상기 레이저광을 주사함과 동시에 상기 렌즈 이동부를 제어하여 상기 렌즈를 이동시켜 상기 레이저광의 초점 위치를 변경하고, 상기 렌즈를 상기 가시광이 투과할 때는, 상기 주사부를 제어하여 상기 가시광을 주사하고 상기 렌즈를 고정 위치에서 이동시키지 않는다.
본 발명의 하나의 태양에 의하면, 레이저광 및 가시광의 용이한 조정이 가능한 레이저 가공장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 제1 실시형태의 레이저 가공장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2a는, 초점 조정부에서의 렌즈 위치와 레이저광의 초점 위치의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 2b는, 초점 조정부에서의 렌즈 위치와 레이저광의 초점 위치의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 2c는, 초점 조정부에서의 렌즈 위치와 레이저광의 초점 위치의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 3은, 가시 광원 및 가시광의 설명도이다.
도 4는, 제2 실시형태의 레이저 가공장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는, 제3 실시형태의 레이저 가공장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
(제1 실시형태)
이하, 제1 실시형태를 도 1, 도 2a~도 2c, 도 3에 따라 설명한다.
도 1에 도시한 레이저 가공장치(10)는, 가공 대상물(W)에 대하여 레이저광(LW)을 조사하여 가공 대상물(W)를 가공한다. 이 레이저 가공장치(10)는, 예를 들어 가공 대상물(W)에 마킹을 실시하는 레이저 마킹장치이다. 가공 대상물(W)은 3차원 형상의 가공 면(Wa)을 가지고 있다. 레이저 가공장치는, 가공 면(Wa)에 대하여 레이저광(LW)을 주사함과 동시에, 레이저광(LW)의 초점 위치를 가공 면(Wa)에 따라 조정한다. 레이저광(LW)에 의한 가공은 가공 대상물(W)의 일부를 제거(절삭, 구멍뚫기 등)하는 처리, 레이저광(LW)의 열에 의해 가공 대상물(W)의 일부를 변색, 변질시키는 처리 등을 포함한다.
또한, 레이저 가공장치(10)는 가공 대상물(W)에 대해 가시광(LH)을 조사한다. 가시광(LH)은 가공 대상물(W)을 가공하지 않을 정도의 광 강도를 갖는다. 이 가시광(LH)을 가공 대상물(W)에 조사함으로써, 작업자는 가공 대상물(W)에 대한 레이저광(LW)의 조사 위치 등을 확인할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 가공장치(10)는 레이저 출사유닛(11), 레이저 헤드(12), 광섬유 케이블(13)을 구비하고 있다.
레이저 출사유닛(11)은, 제어장치(21), 레이저 광원(22)을 가지고 있다. 제어장치(21)는, 레이저 가공장치(10)의 전체 가동을 제어한다. 제어장치(21)는, 레이저 광원(22)과 전기적으로 접속되어 레이저 광원(22)의 구동을 제어한다.
레이저 광원(22)은, 소정 파장의 레이저광을 출사한다. 이 레이저광은 가공대상물(W)을 가공하기 위한 것이다. 이 레이저광(LW)은 불가시광이며, 그 파장은 예를 들어 1060nm, 1064nm, 9.3μm, 10.6μm 등으로 할 수 있다.
광섬유 케이블(13)은, 레이저 광원(22)으로부터 출사되는 레이저광을 레이저 헤드(12)로 전달한다. 광섬유 케이블(13)은 헤드 커넥터(13a)를 가지고 있다. 헤드 커넥터(13a)는 레이저 헤드(12)에 대해 착탈 가능하게 구성되어 있다. 헤드 커넥터(13a)는 나사 등의 고정 부재에 의해 레이저 헤드(12)에 고정된다.
레이저 헤드(12)는, 레이저 광원(22)으로부터 출사되는 레이저광(LW)을 가공 대상물(W)에 조사한다.
레이저 헤드(12)는, 미러(31), 모니터부(32), 빔 익스팬더(33), 미러(34), 가시 광원(35), 초점 조정부(36), 주사부(37), 구동부(38, 39), 보호 유리(40)를 가지고 있다.
광섬유 케이블(13)에 의해 전달된 레이저광(LW)은 미러(31), 빔 익스팬더(33), 미러(34), 초점 조정부(36), 주사부(37) 및 보호 유리(40)를 통해 레이저 헤드(12)의 외부로 출사된다. 출사되는 레이저광(LW)은 가공 대상물(W)에 조사된다.
미러(31)는, 광섬유 케이블(13)에서 출사되는 레이저광(LW)의 일부를 투과하도록 구성되어 있다. 미러(31)를 투과한 레이저광(LW)은 모니터광(LM)으로서 모니터부(32)의 수광소자(32a)에 수광된다. 수광소자(32a)는, 수광한 모니터광(LM)에 따른 전기신호를 출력한다. 제어장치(21)는, 수광소자(32a)로부터 출력되는 전기 신호에 의해 레이저광(LW)의 강도를 검출한다. 그리고 제어장치(21)는, 광섬유 케이블(13)로부터 출사되는 레이저광(LW)의 강도를 일정하게 하도록 레이저 광원(22)을 제어한다.
미러(31)에 의해 반사된 레이저광(LW)은 빔 익스팬더(33)에 입사된다. 빔 익스팬더(33)는, 입사되는 레이저광의 빔 직경을 소정의 배율로 확대하여 확대된 빔 직경을 갖는 레이저광을 출사한다.
미러(34)는, 빔 익스팬더(33)에서 출사되는 레이저광(LW)을 반사하도록 구성되어 있다. 또한 미러(34)는, 가시 광원(35)에서 출사되는 가시광(LH)을 투과하도록 구성되어 있다. 즉 미러(34)는, 레이저광(LW)을 반사해 가시광(LH)을 투과하는 다이크로익 미러이다. 미러(34)는, 반사하는 레이저광(LW)과 투과하는 가시광(LH)을 동축상(同軸狀)으로 한다.
가시 광원(35)은, 발광소자(35a)와 렌즈(35b)를 가지고 있다. 발광소자(35a)는, 레이저광(LW)의 파장(제1 파장)과 다른 파장(제2 파장)의 가시광(LH)을 출사한다. 가시광(LH)의 파장은, 예를 들어 640nm 이상 660nm 이하, 또는 650nm 이상 660nm 이하이다. 상기 상한 및 하한을 임의로 조합한 범위도 상정된다.
초점 조정부(36)에는, 미러(34)에 의해 반사된 레이저광(LW), 미러(34)를 투과한 가시광(LH)이 입사된다.
본 실시형태의 초점 조정부(36)는, 렌즈 36a, 36b, 36c를 가지고 있다. 렌즈(36a~36c)는, 레이저광(LW) 및 가시광(LH)의 통과 경로를 따라 배치되어 있다. 본 실시형태에서 렌즈 36a는 오목 렌즈이고, 렌즈 36b, 36c는 볼록 렌즈이다. 렌즈 36a는, 리니어 슬라이더 등의 도시하지 않은 지지 부재에 의해 통과 경로를 따라 위치를 변경 가능하게 지지되고 있다. 구동부(38)는, 렌즈 36a를 통과 경로를 따라 이동시킨다. 본 실시 형태에서, 렌즈 36a는 제1 렌즈에 해당하고, 렌즈 36b는 제2 렌즈에 해당한다. 지지 부재와 구동부(38)는 경로 방향으로 렌즈 36a를 이동시키는 이동기구에 해당한다. 초점 조정부(36)와 구동부(38)는 렌즈 이동부에 해당한다.
제어장치(21)는, 구동부(38)를 제어하고 렌즈 36a를 원하는 위치로 이동시킨다. 제어장치(21)는 기억부(21a)를 가지고 있다. 기억부(21a)는 레이저광(LW)을 조사하기 위한 가공 데이터를 포함한다. 가공 데이터는 레이저광(LW)을 조사하는 가공 대상물(W)에 따라 설정되어 기억부(21a)에 기억된다.
가공 데이터는, 레이저광(LW)을 조사하는 좌표값, 레이저광(LW)의 강도, 레이저광(LW)을 주사하는 주사속도 등을 포함한다. 좌표값은 3차원의 좌표값을 포함한다. 좌표값은, 레이저광(LW)을 주사하는 2차원의 좌표값(X 좌표값 및 Y 좌표값)과 레이저광(LW)의 초점 위치를 나타내는 좌표값(Z 좌표값)을 포함한다.
또한, 기억부(21a)에는 가시광(LH)을 위한 위치 정보가 기억되어 있다. 이 위치 정보는 가시광(LH)을 가공 대상물(W)에 조사할 때 이용된다. 제어장치(21)는, 가시광(LH)을 가공 대상물(W)에 조사할 때, 기억부(21a)에서 판독한 위치 정보에 의해 표시되는 위치로 렌즈 36a를 이동시키도록 구동부(38)를 제어한다. 그리고 제어장치(21)는 렌즈 36a의 위치를 유지한다.
본 실시형태에서 가시광(LH)을 위한 위치 정보는 레이저광(LW)의 초점 위치의 조정 범위 내의 좌표값으로 설정되어 있다. 조정 범위는, Z 좌표값의 최대값과 최소값에 의해 규정된다. 위치 정보는, 예를 들어 조정 범위의 중앙 좌표값으로 설정된다.
또한, 위치 정보는 상기 조정 범위에서 가시광(LH)의 빔 직경이 실질적으로 평행광이 되도록 설정되어도 좋다. 실질적인 평행광이란, 조정 범위 내에서의 빔 직경이 거의 동일한 빛을 나타낸다.
주사부(37)는, 갈바노 미러 37X, 37Y를 포함한다. 구동부(39)는 구동부 39X, 39Y를 포함한다. 갈바노 미러 37X, 37Y는 레이저광(LW)을 반사한다. 구동부 39X, 39Y는 갈바노 미러 37X, 37Y를 회동한다. 구동부 39X, 39Y는 예를 들어 모터이며, 제어장치(21)에 의해 제어된다. 갈바노 미러 37X, 37Y 및 구동부 39X, 39Y는, 레이저광(LW)을 2차원 방향으로 주사하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 갈바노 미러 37X 및 구동부 39X는 레이저광(LW)을 X축 방향으로 주사하고, 갈바노 미러 37Y 및 구동부 39Y는 레이저광(LW)을 Y축 방향으로 주사한다.
레이저 헤드(12)는, 레이저광(LW)이 통과하는 개구부를 갖는다. 보호 유리(40)는 그 개구부를 폐색한다.
[초점 거리의 조정]
도 2a에 도시한 바와 같이, 초점 조정부(36)는 렌즈 36a, 36b, 36c를 가지고 있다. 예를 들어, 렌즈 36a는 오목 렌즈이고, 렌즈 36b 및 렌즈 36c는 볼록 렌즈이다. 렌즈 36a와 렌즈 36b는 입사하는 레이저광의 빔 직경을 확대하여 평행광이 되는 레이저광(LW)을 출력한다. 렌즈 36c는 평행광인 레이저광(LW)을 집광한다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 렌즈 36a를 렌즈 36b에 가깝게 하면, 렌즈 36b를 투과한 레이저광(LW)은 퍼진다. 즉, 빔 직경이 서서히 커진다. 이 레이저광(LW)에 의해, 렌즈 36c에 의해 집광된 레이저광(LW)의 초점 위치는 도 2a에 도시한 초점 위치보다도 렌즈 36c로부터 멀어진다. 즉, 레이저광(LW)의 초점 거리가 길어진다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 렌즈 36a를 렌즈 36b로부터 멀리하면, 렌즈 36b를 투과한 레이저광(LW)은 좁혀진다. 즉, 빔 직경이 서서히 작아진다. 이 레이저광(LW)에, 의해 렌즈 36c에 의해 집광된 레이저광(LW)의 초점 위치는 도 2b에 도시한 초점 위치보다도 렌즈 36c에 가까워진다. 즉, 레이저광(LW)의 초점 거리가 짧아진다.
도 1에 도시한 제어장치(21)는, 구동부(38)를 제어하고 초점 조정부(36)의 렌즈 36a의 위치를 제어한다. 이 렌즈 36a의 이동에 따라 렌즈 36a~36b 사이의 렌즈간 거리가 변경된다. 즉, 제어장치(21)는 초점 조정부(36) 및 구동부(38)를 제어하여 렌즈간 거리를 조정한다.
도 2a는, 렌즈 36a를 기준 위치로 이동시켰을 때의 상태를 나타낸다. 기준 위치는, 렌즈 36a를 이동시키는 이동기구에서의 이동 범위의 중간 위치이다. 이때의 레이저광(LW)의 초점 위치를 포함하고, 광축에 대하여 직교하는 평면을 기준면(BP)으로 한다. 광축에 대하여 직교하는 평면은 X축(X 좌표값) 및 Y축(Y 좌표값)에 의해 규정된다(2차원의 좌표값). 그리고 광축을 따른 방향은 Z축(Z 좌표값)에 의해 규정된다(1차원의 좌표값).
도 2b 및 도 2c는, 렌즈 36a의 이동에 따른 초점 위치의 조정 범위를 나타낸다.
도 2b에서, 도 2a에 도시한 기준 위치에 있는 렌즈 36a를, 그 제1 렌즈의 이동 범위에서 가장 렌즈 36b에 가깝게 한 상태를 나타낸다. 이때의 레이저광(LW)의 초점 위치를 Z축 방향에 있어서의 최원점 위치로 하고, 최원점 위치를 포함하며 광축에 대하여 직교하는 평면을 최원점 면(FP)으로 한다. 또한, 엄밀하게는 2차원 평면 상에서의 사각 형상의 가공 영역(인자(印字) 에어리어)의 각 대각선 점이 가공 영역을 포함한 최원점 위치가 되는데, 여기에서는 2차원 평면 상의 원점 위치에 있어서 광축 방향(Z축 방향)에서의 최원점 위치를 설명하고 있다.
도 2c에서, 도 2a에 도시한 기준 위치에 있는 렌즈 36a를, 그 제1 렌즈의 이동 범위에서 가장 렌즈 36b로부터 이격시킨 상태를 나타낸다. 이때의 레이저광(LW)의 초점 위치를 Z축 방향에 있어서의 최근접점 위치로 하고, 최근접점 위치를 포함하며 광축에 대하여 직교하는 평면을 최근접점 면(NP)으로 한다.
[가시광]
도 3은, 가시 광원(35) 및 가시광(LH)의 상태를 나타낸다.
가시 광원(35)은, 발광소자(35a) 및 렌즈(35b)를 포함한다. 가시 광원(35)은 가시광(LH)을 평행광으로 출사하도록 구성되어 있다. 평행광은, 상술한 레이저광(LW)의 조정 범위, 즉 도 2b에 도시한 최원점 면(FP)으로부터 도 2c에 도시한 최근접점 면(NP)까지의 범위에서 빔 직경이 동일하고, 실질적으로 빔 직경이 동일한 광을 포함한다. 실질적으로 빔 직경이 동일하다는 것은, 조정 범위에 있어서의 최대 빔 직경과 최소 빔 직경과의 차이가 최대 빔 지름의 10% 이하인 것을 의도하고 있다. 이와 같이 빔 직경에 차이가 있는 광을 실질적으로 평행광이라고 한다.
또한, 도 3에서는 초점 조정부(36), 주사부(37) 등을 생략하고 있다. 도 1에 도시한 초점 조정부(36)에 있어서, 렌즈 36a를 소정의 고정 위치에 배치했을 때, 조정 범위에서 평행광이 되도록 구성되어 있다. 렌즈 36a의 고정 위치는 최원점 위치에서 최근접점 위치 사이의 임의의 위치이며, 예를 들어 기준 위치이다.
(작용)
제어장치(21)는, 복수의 동작 모드를 가지고 있다. 동작 모드는, 가공 모드, 표시 모드를 포함한다. 제어장치(21)는, 레이저 광원(22)과 레이저 헤드(12)의 구성요소를 제어함으로써, 가공 모드, 표시 모드를 실시한다. 가공 모드는, 가공 대상물(W)에 레이저광(LW)을 조사하고, 그 레이저광(LW)에 의해 가공 대상물(W)을 가공하는 모드이다. 표시 모드는, 가공 대상물(W)에 가시광(LH)을 조사하여 가공 대상물(W)에 대한 레이저광(LW)의 주사를 가시화하는 모드이다. 모드 절환은, 제어장치(21)에 마련된 도시하지 않은 조작부의 조작, 제어장치(21)가 접속된 상위의 컨트롤러 등에 의해 이루어진다.
제어장치(21)는, 가공 모드에 있어서 레이저 광원(22)으로부터 레이저광(LW)을 출사시킨다. 제어장치(21)는, 모니터부(32)에 있어서의 수광량에 의한 피드백 제어에 의해 레이저광(LW)의 강도를 조정한다. 이때, 제어장치(21)는 가시광(LH)을 출사하지 않도록 가시 광원(35)을 제어한다. 레이저광(LW)은, 빔 익스팬더(33), 초점 조정부(36), 주사부(37)를 거쳐 가공 대상물(W)에 조사된다. 제어장치(21)는, 기억부(21a)에 기억된 가공 정보에 포함되는 3차원의 좌표값 중에서 2차원의 좌표값(X 좌표값, Y 좌표값)에 의해 주사부(37) 및 구동부(39)를 제어하고 레이저광(LW)을 주사한다. 또한 제어장치(21)는, 3차원의 좌표값 중에서 1차원의 좌표값(Z 좌표값)에 의해 레이저광(LW)의 초점 위치를 조정한다. 이것에 의해, 3차원의 가공 면(Wa)을 갖는 가공 대상물(W)에 대하여, 가공 면(Wa)에 레이저광(LW)의 초점을 맞추어 그 가공 대상물(W)을 가공할 수 있다.
제어장치(21)는, 표시 모드에서 가시 광원(35)으로부터 가시광(LH)을 출사시킨다. 이때, 제어장치(21)는, 레이저광(LW)을 가공 대상물(W)을 향해 출사하지 않도록, 예를 들어 레이저 광원(22)을 제어한다. 가시광(LH)은, 초점 조정부(36), 주사부(37)를 거쳐 가공 대상물(W)에 조사된다. 제어장치(21)는, 기억부(21a)에 기억된 위치 정보에 의해 초점 조정부(36) 및 구동부(38)를 제어하고 렌즈 36a를 고정위치에 배치한다. 이때, 렌즈 36a가 고정 위치 이외에 위치하고 있는 경우에는, 제어장치(21)는 렌즈 36a를 고정 위치로 이동시킨다(복귀시킨다). 또한, 렌즈 36a가 고정 위치에 위치하고 있는 경우에는, 제어장치(21)는 렌즈 36a를 이동시키지 않고 고정 위치의 상태를 유지한다. 그리고 제어장치(21)는, 기억부(21a)에 기억된 가공 정보에 포함되는 3차원의 좌표값 중에서 2차원의 좌표값(X 좌표값, Y 좌표값)으로 주사부(37) 및 구동부(39)를 제어하여 가시광(LH)을 주사한다.
가공 대상물(W)의 3차원 가공 면(Wa)에 대해 가시광(LH)이 주사된다. 그리고 가시광(LH)은 평행광으로 출사된다. 따라서, 가공 면(Wa)에 있어서 가시광(LH)의 빔 직경은 가공 면(Wa)의 형상에 관계 없이 원하는 크기가 된다. 이 가시광(LH)에 의해, 작업자는 레이저광(LW)의 조사 위치의 확인, 조사 위치의 조정 등을 수행할 수 있다.
가공 대상물(W)에 대해 가시광(LH)을 조사함에 있어, 제어장치(21)는 2차원의 좌표값(X 좌표값, Y 좌표값)에 의해 주사부(37) 및 구동부(39)를 제어할 뿐이다. 그리고 제어장치(21)는 1차원의 좌표값(Z 좌표값)을 이용하지 않는다. 바꾸어 말하면, 표시 모드에서 제어장치(21)는 초점 조정부(36)에 있어서 렌즈 36a의 위치를 제어하지 않는다. 따라서 표시 모드에 있어서 제어 대상이 가공 모드와 비교하여 적고, 제어를 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 초점 조정부(36) 및 구동부(38)를 구동 제어하지 않으므로, 그만큼 초점 조정부(36)의 이동기구의 가동시간을 짧게 할 수 있고, 이동기구의 수명을 길게 할 수 있다.
(효과)
이상에서 기술한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 이하의 효과를 나타낸다.
(1-1) 제어장치(21)는, 주사부(37) 및 구동부(39)를 제어하고, 레이저광(LW)을 주사한다. 또한, 제어장치(21)는, 초점 조정부(36) 및 구동부(38)를 제어하고, 레이저광(LW)의 초점 위치를 조정한다. 이것에 의해, 3차원의 가공 면(Wa)을 갖는 가공 대상물(W)에 대하여, 가공 면(Wa)에 레이저광(LW)의 초점을 맞추어 그 가공 대상물(W)을 가공할 수 있다.
(1-2) 제어장치(21)는, 가공 대상물(W)에 대하여 가시광(LH)을 조사하는 표시 모드에서 주사부(37) 및 구동부(39)를 제어하고, 가시광(LH)을 주사한다. 그리고 제어장치(21)는, 초점 조정부(36)의 렌즈 36a~36b의 렌즈간 거리를 변경하지 않는다. 따라서, 표시 모드에 있어서 제어 대상이 가공 모드와 비교하여 적고, 제어를 용이하게 수행할 수 있다.
(1-3) 제어장치(21)는, 가공 대상물(W)에 대해 가시광(LH)을 조사함에 있어 2차원의 좌표값(X 좌표값, Y 좌표값)에 의해 주사부(37)를 제어할 뿐이다. 그리고 제어장치(21)는, 1차원의 좌표값(Z 좌표값)을 이용하지 않는다. 바꾸어 말하면, 표시 모드에서 제어장치(21)는 초점 조정부(36)에 있어서 렌즈 36a의 위치를 제어하지 않는다. 따라서 표시 모드에 있어서 제어 대상이 가공 모드와 비교하여 적고, 제어를 용이하게 수행할 수 있다.
(1-4) 가공 대상물(W)의 3차원 가공 면(Wa)에 대해 가시광(LH)이 주사된다. 그리고 가시광(LH)은 평행광으로 출사된다. 따라서 가공 면(Wa)에 있어서 가시광(LH)의 빔 직경은 가공 면(Wa)의 형상에 관계 없이 원하는 크기가 된다. 이 가시광(LH)에 의해, 작업자는 레이저광(LW)의 조사 위치의 확인, 조사 위치의 조정 등을 수행할 수 있다.
(1-5) 제어장치(21)는, 가시광(LH)을 가공 대상물(W)에 조사하는 표시 모드에 있어서 초점 조정부(36)를 구동 제어하지 않으므로, 그만큼 초점 조정부(36)의 이동기구의 가동시간을 짧게 할 수 있고, 이동기구의 수명을 길게 할 수 있다.
(1-6) 레이저 가공장치(10)는, 레이저 출사유닛(11)과 레이저 헤드(12)와 광섬유 케이블(13)을 구비한다. 레이저 출사유닛(11)은, 광섬유 케이블(13)에 의해 레이저 헤드(12)에 접속된다. 따라서 레이저 출사유닛(11)과 레이저 헤드(12) 중 적어도 한쪽을 용이하게 교체할 수 있다.
(1-7) 레이저 가공장치(10)는, 레이저 출사유닛(11)과 레이저 헤드(12)와 광섬유 케이블(13)을 구비한다. 따라서 레이저 출사유닛(11)과 레이저 헤드(12)를 일체화한 레이저 가공장치와 비교하여 레이저 헤드(12)를 소형화할 수 있다. 따라서 레이저 헤드(12)를 용이하게 배치할 수 있다.
(제2 실시형태)
이하, 제2 실시형태를 도 4에 따라 설명한다.
또한, 이 실시형태에 있어서 상기 실시형태와 동일한 구성 부재에 대해서는 같은 부호를 붙이고 그 설명의 일부 또는 전부를 생략한다.
제2 실시형태의 레이저 가공장치(110)는, 레이저 출사유닛(111), 레이저 헤드(112), 광섬유 케이블(13)을 구비하고 있다.
레이저 출사유닛(111)은, 제어장치(121), 레이저 광원(22)을 가지고 있다.
레이저 헤드(112)는, 미러(31), 모니터부(32), 빔 익스팬더(33), 미러(34), 가시 광원(35), 초점 조정부(36), 주사부(37), 구동부(38, 39), 렌즈(131)를 가지고 있다. 렌즈(131)는, 수렴 렌즈, fθ 렌즈 등의 광학 부재이다. 레이저광(LW)은, 렌즈(131)를 투과한 후, 가공 대상물(W)에 조사된다. 레이저 헤드(112)는 렌즈(131)와 제1 실시형태의 보호 유리(40)가 설치된 구성으로 할 수도 있다.
또한, 제2 실시형태의 레이저 가공장치(110)는, 제어장치(121)에서의 제어가 제1 실시형태와 다르다. 제어장치(121)의 기억부(121a)에는 보정 데이터가 기억되어 있다. 제어장치(121)는, 표시 모드에서 가공 정보에 포함되는 3차원의 좌표값 중에서 2차원의 좌표값(X 좌표값, Y 좌표값)과 보정 데이터에 의해 주사부(37), 구동부(39)를 제어하고 레이저광(LW)을 가공 대상물(W)에 조사한다.
보정 데이터는, 레이저광(LW)의 파장과 가시광(LH)의 파장을 기반으로 레이저광(LW)의 조사 위치에 대해 가시광(LH)의 조사 위치를 보정하기 위한 데이터이다.
가시광(LH)의 파장(제2 파장)은, 레이저광(LW)의 파장(제1 파장)과 다르다. 가공 정보의 3차원의 좌표값은, 레이저광(LW)을 조사하는 가공 대상물(W)의 위치이다. 레이저 가공장치(110)를 구성하는 광학 부재는 파장에 대한 의존성을 가지고 있다. 이 때문에 가시광(LH)의 조사 위치는 레이저광(LW)의 조사 위치에 대해 어긋날 수 있다. 이 어긋남의 양을 적게 하도록 보정 데이터가 설정된다. 이 보정 데이터는, 예를 들어 조사 위치의 어긋남의 양(좌표값), 조사 위치의 어긋남에 대한 갈바노 미러 37X, 37Y의 각도가 설정된다. 하나의 예로서, 제어장치(121)는 가시광(LH)을 가공 대상물(W)에 조사할 때에는 가공 정보에 포함된 2차원의 좌표값(X 좌표값, Y 좌표값)을 보정 데이터에 따라 보정하고, 보정된 2차원의 좌표값에 기초하여 주사부(37)를 제어해도 된다. 다른 예로서, 제어장치(121)는 가시광(LH)을 가공 대상물(W)에 조사할 때에는 가공 정보에 포함된 2차원의 좌표값(X 좌표값, Y 좌표값)에 대응하는 갈바노 미러 37X, 37Y의 각도를 보정 데이터에 따라 보정하고, 보정된 갈바노 미러 37X, 37Y의 각도에 기초하여 주사부(37)를 제어해도 무방하다.
(효과)
이상에서 기술한 바와 같이, 제2 실시형태에 의하면, 상기 제1 실시형태의 효과에 더하여 이하와 같은 효과를 나타낸다.
(2-1) 제2 실시형태의 제어장치(121)는, 표시 모드에서 가공 정보에 포함되는 3차원의 좌표값 중에서 2차원의 좌표값(X 좌표값, Y 좌표값)과 보정 데이터에 의해 주사부(37)를 제어하고, 레이저광(LW)을 가공 대상물(W)에 조사한다. 보정 데이터는 레이저광(LW)의 파장과 가시광(LH)의 파장을 기반으로 레이저광(LW)의 조사 위치에 대해 가시광(LH)의 조사 위치를 보정하기 위한 데이터이다. 따라서 레이저광(LW)의 파장과 다른 파장의 가시광(LH)을 이용하여 가시광(LH)의 조사 위치를 레이저광(LW)의 조사 위치에 가깝게 할 수 있다. 이것에 의해, 레이저광(LW)의 조사 위치의 확인, 조사 위치의 조정 등을 보다 정확하게 행할 수 있다.
(제3실시형태)
이하, 제3 실시형태를 도 5에 따라 설명한다.
또한, 제3 실시형태에 있어서, 상기 실시형태와 동일한 구성 부재에 대해서는 같은 부호를 붙이고 그 설명의 일부 또는 전부를 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 레이저 가공장치(210)는 레이저 출사유닛(11), 레이저 헤드(212), 광섬유 케이블(13)을 구비하고 있다.
레이저 헤드(212)는, 미러(231), 모니터부(32), 빔 익스팬더(33), 가시 광원(35), 초점 조정부(36), 주사부(37), 구동부(38, 39), 보호 유리(40)를 가지고 있다.
빔 익스팬더(33)는, 입사되는 레이저광의 빔 직경을 소정의 배율로 확대하고, 확대된 빔 직경을 갖는 레이저광을 출사한다. 또한, 빔 익스팬더(33)는 광섬유 케이블(13)에 접속된 구성으로 해도 무방하다.
미러(231)는, 빔 익스팬더(33)에서 출사되는 레이저광(LW)의 일부를 반사하도록 구성되어 있다. 일부의 레이저광(LW)은 모니터광(LM)으로서 모니터부(32)의 수광소자(32a)에 수광된다.
또한, 미러(231)는, 가시 광원(35)에서 출사되는 가시광(LH)을 반사하도록 구성되어 있다. 미러(231)는, 반사하는 레이저광(LW)과 투과하는 가시광(LH)을 동축상으로 한다.
초점 조정부(36)에는 미러(231)를 투과한 레이저광(LW), 미러(231)에 의해 반사된 가시광(LH)이 입사된다.
(효과)
이상에서 기술한 바와 같이, 제3 실시형태에 의하면 상기 제1 실시형태의 효과에 더하여 이하와 같은 효과를 나타낸다.
(3-1) 제3 실시형태의 레이저 가공장치(210)는, 미러(231)에 의해 레이저광(LW)의 일부를 모니터광(LM)으로 함과 동시에, 가시광(LH)을 반사하여 레이저광(LW)과 동축상으로 할 수 있다. 따라서 광학 부재의 부품 수를 저감할 수 있다.
[변형 예]
상기 실시형태에 관한 설명은 본 발명에 관한 레이저 가공장치가 취할 수 있는 형태의 예시이며, 그 형태를 제한하는 것을 의도하고 있지 않다. 본 발명은 실시형태 이외에, 예를 들면 이하에 제시되는 실시형태의 변형 예 및 상호 모순되지 않는 적어도 2개의 변형 예가 조합된 형태를 취할 수 있다.
· 상기 실시형태에 대하여, 렌즈 36a의 고정 위치는 적절히 변경되어도 무방하다. 예를 들어, 표시 모드로 전환했을 때의 렌즈 36a의 위치(표시 모드 전환시점의 위치)를 고정 위치로 하고, 그 고정 위치에 렌즈 36a를 배치한다. 즉, 렌즈 36a를 고정 위치로 유지하도록 해도 무방하다. 또한, 가령 외부로부터의 조작에 의해 이동시킨 렌즈 36a의 위치를 고정 위치로 기억하고, 그 고정 위치에 렌즈 36a를 배치하도록 해도 무방하다. 즉, 미리 설정된 기준 위치를 고정 위치로 하는 것이든, 외부 조작에 의해 결정되는 위치를 고정 위치로 하는 것이든, 표시 모드 절환시의 위치를 고정 위치로 하는 것이든 무방하다.
· 상기 각 실시형태에서 가공 대상물(W)을 향해 출사하는 레이저광(LW)의 초점 위치를 조정할 수 있으면 되고, 렌즈 등 광학 부재의 위치 등은 적절히 변경되어도 무방하다. 예를 들어, 초점 조정부(36)에 포함된 렌즈 36c의 위치를 초점 조정부(36)로부터 보호 유리(40)까지의 사이의 임의 위치에 배치해도 무방하다. 또한, 보호 유리(40)를 대신하여 렌즈 36c를 배치해도 무방하다. 각 실시형태에 있어서, fθ 렌즈 등의 렌즈를 부가하는(구체적으로는 보호 유리(40)의 전단측) 구성, 혹은 보호 유리(40)를 대신하여 fθ 렌즈를 구비하는 구성으로 해도 무방하다.
· 상기 실시형태에 대하여, 레이저 광원(22)으부터 가시광(LH)을 동축상으로 하는 광학 부재(제1 실시형태에서는 미러(34))까지의 경로 중에 셔터를 구비하고, 그 셔터에 의해 표시 모드에서 레이저광(LW)을 가공 대상물(W)을 향해 출사하지 않도록 해도 무방하다.
· 제1, 제2 실시형태에 대하여, 레이저 헤드(12)에 레이저 광원(22)과 제어장치(21) 중 적어도 한쪽을 일체로 구성한 레이저 가공장치(10, 110)로 해도 무방하다. 마찬가지로, 제3 실시형태에 대하여 레이저 헤드(12)에 레이저 광원(22)과 제어장치(21) 중 적어도 한쪽을 일체로 구성한 레이저 가공장치(210)로 해도 무방하다.
· 제3 실시형태의 레이저 가공장치(210)에서는, 광섬유 케이블(13)에 의해 전달된 레이저 광(LW)이 빔 익스팬더(33)에 입사된다. 따라서 빔 익스팬더(33)를 광섬유 케이블(13)과 일체화함으로써 레이저 헤드(212)의 크기를 저감할 수 있다.
명세서 및/또는 특허청구범위에 개시된 모든 특징은, 당초의 개시 목적을 위해서, 그리고 실시형태 및/또는 특허청구범위에서의 특징의 조합으로부터 독립하여 특허청구범위에 기재된 발명을 한정할 목적을 위해서, 서로 별개로 그리고 독립하여 개시되는 것을 의도한 것이다. 모든 수치범위 또는 구성요소의 집합을 나타내는 기재는, 당초의 개시 목적을 위해서, 그리고 특허청구범위에 기재된 발명을 한정할 목적을 위해서, 특히 수치범위의 한정으로서 모든 가능한 중간값 또는 중간적인 구성요소를 개시하는 것이다.
10 레이저 가공장치
11 레이저 출사유닛
12 레이저 헤드
13 광섬유 케이블
13a 헤드 커넥터
21 제어장치
21a 기억부
22 레이저 광원
31 미러
32 모니터부
32a 수광소자
33 빔 익스팬더
34 미러
35 가시 광원
35a 발광소자
35b 렌즈
36 초점 조정부
36a~36c 렌즈
37 주사부
37X 갈바노 미러
37Y 갈바노 미러
38 구동부
39 구동부
39X 구동부
39Y 구동부
40 보호 유리
110 레이저 가공장치
111 레이저 출사유닛
112 레이저 헤드
121 제어장치
121a 기억부
131 렌즈
210 레이저 가공장치
212 레이저 헤드
231 미러
BP 기준 면
FP 최원점 면
LH 가시광
LM 모니터광
LW 레이저광
NP 최근접점 면
W 가공 대상물
Wa 가공 면

Claims (8)

  1. 가공 대상물을 가공하기 위한 레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    가시광을 출사하는 가시 광원과,
    상기 레이저광 및 상기 가시광을 주사하는 주사부와,
    상기 레이저광 및 상기 가시광이 투과하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 레이저광 및 상기 가시광의 경로 방향으로 상기 렌즈를 이동시키는 이동기구를 갖는 렌즈 이동부와,
    상기 렌즈 이동부 및 상기 주사부를 제어하는 제어장치와,
    를 구비하고,
    상기 제어장치는,
    상기 렌즈를 상기 레이저광이 투과할 때는, 상기 주사부를 제어하여 상기 레이저광을 주사함과 동시에 상기 렌즈 이동부를 제어하여 상기 렌즈를 이동시켜 상기 레이저광의 초점 위치를 변경하고,
    상기 렌즈를 상기 가시광이 투과할 때는, 상기 주사부를 제어하여 상기 가시광을 주사하고 상기 렌즈를 고정 위치에서 이동시키지 않는,
    레이저 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 이동부는, 상기 레이저광 및 상기 가시광이 입사하는 제1 렌즈와, 상기 제1 렌즈를 투과한 상기 레이저광 및 상기 가시광이 입사하는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈 중 적어도 하나이며,
    상기 주사부는 상기 제2 렌즈를 투과한 상기 레이저광 및 상기 가시광을 주사하는,
    레이저 가공장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동기구는, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 렌즈간 거리를 변경 가능하게 구성되며,
    상기 제어장치는,
    상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈를 상기 레이저광이 투과할 때는, 상기 렌즈간 거리를 변경하여 상기 레이저광의 초점 위치를 조정하고,
    상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈를 상기 가시광이 투과할 때는, 상기 렌즈간 거리를 변경하지 않는,
    레이저 가공장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 위치는, 상기 렌즈 이동부에서의 상기 렌즈의 이동에 따라 상기 레이저광의 초점 위치가 변경되는 조정 범위에서, 상기 조정 범위의 중간 위치를 초점 위치로 할 때의 위치로 설정되어 있는,
    레이저 가공장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 위치는, 상기 렌즈 이동부에서의 상기 렌즈 이동에 따라 상기 레이저광의 초점 위치가 변경되는 조정 범위에서, 상기 렌즈를 투과한 상기 가시광이 평행광이 되는 위치로 설정되어 있는,
    레이저 가공장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 가시광을 주사하는 표시 모드를 실시할 때의 상기 렌즈의 위치를 상기 고정 위치로 하고, 상기 고정 위치에 상기 렌즈를 유지하는,
    레이저 가공장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 레이저광을 조사하는 좌표값을 포함하는 가공 정보와 상기 좌표값에 대한 보정 데이터를 기억하고,
    상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 조사할 때는, 상기 좌표값에 따라 상기 주사부 및 상기 렌즈 이동부를 제어하여 상기 레이저광의 주사와 상기 레이저광의 초점 위치를 조정하고,
    상기 가시광을 상기 가공 대상물에 조사할 때는, 상기 좌표값 및 상기 보정 데이터에 따라 상기 주사부를 제어하여 상기 가시광을 주사하는,
    레이저 가공장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 좌표값은 상기 3차원의 좌표값으로서, 상기 주사부를 제어하기 위한 2차원의 좌표값과, 상기 렌즈 이동부를 제어하기 위한 1차원의 좌표값을 포함하며,
    상기 제어장치는,
    상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 조사할 때는, 상기 2차원의 좌표값에 기초하여 상기 주사부를 제어함과 동시에 상기 1차원의 좌표값에 기초하여 상기 렌즈 이동부를 제어하며,
    상기 가시광을 상기 가공 대상물에 조사할 때는, 상기 2차원의 좌표값 및 상기 보정 데이터에 기초하여 상기 주사부를 제어하고, 상기 1차원의 좌표값을 사용하지 않는,
    레이저 가공장치.
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