KR20240055262A - 실링툴 세정 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

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KR20240055262A
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laser beam
sealing tool
infrared laser
tool cleaning
sealing
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KR1020220135335A
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이종명
이재원
최한섭
최철용
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주식회사 아이엠티
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Abstract

실링툴 표면에 존재하는 오염물질을 제거하기 위한 실링툴 세정 방법이 개시되며, 개시된 실링툴 세정 방법은, 파장이 2um 이상인 적외선 레이저빔을 발생시키는 단계; 발생된 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기를 확대하는 단계; 빔 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 고속 스캐닝시키는 단계; 고속 스캐닝되는 적외선 레이저빔을 집속시키는 단계; 및 집속된 적외선 레이저빔을 대면적의 최종조사미러를 통해 실링툴 표면에 조사하는 단계를 포함한다.

Description

실링툴 세정 방법, 장치 및 시스템{Method, apparatus and system for cleaning of sealing tool}
본 발명은 실링툴 세정 방법, 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 봉지재 밀봉 공정에 사용되는 실링툴의 표면을 적외선 레이저빔으로 세정하는, 실링툴 세정 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 봉지재 밀봉 공정에 일반적으로 통상적으로 이용되고 있는 실링툴을 설명하기 위한 도면이다.
파우치형 배터리의 제조 또는 포장용 봉지재에 음식류를 담아 유통 및 판매하는 식료품 등의 제조에 있어서, 마지막 봉지 공정, 더 구체적으로는, 봉지재 밀봉 공정은 매우 중요하다. 예컨대, 포장지 용도의 봉지재 입구를 밀봉하는 봉지재 밀봉 공정은 포장지, 즉, 봉지재에 담긴 내용물의 성능과 품질을 정해진 기간 유지할 수 있도록 해준다는 점에서 매우 중요하다. 일반적으로, 봉지재의 재료는 비닐, 페트(PET), 폴리이미드(PI), 아크릴 등이 주로 이용된다.
봉지재 밀봉 공정에 있어서, 봉지재(2)는 콘베이어 시스템을 이용해 자동으로 공급된다. 공급된 봉지재(2)의 밀봉(sealing)을 위해, 도 1에 나타낸 것과 같은 압착 방식의 실링툴(13a, 13b)이 사용되다. 봉지재(2)의 입구가 서로 대응하는 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이에 놓인 상태에서, 상, 하 실링툴(13a, 13b)이 도 1의 화살표로 나타낸 것과 같이 상하로 이동하여 봉지재(2)의 입구를 압착하여 밀봉한다. 이때 압착에 의한 밀봉 방법은 열을 이용하는 방법과 고주파를 이용하는 방법이 대표적이다. 두 방법 모두 봉지재(2)를 순간적으로 녹여 용융 접합을 시킨다. 이러한 압착 공정이 반복됨에 따라 용융된 봉지재(2)의 일부분이 실링툴(13a, 13b)의 표면에 오염물질(R)로 잔류하게 되며, 반복적 작업으로 인해, 잔류 오염물질(R)은 실링툴(13a, 13b)의 표면에 단단히 고착된다. 이렇게 고착된 오염물질(R)은 용융 접합에 의한 봉지재 밀봉 공정을 거친 봉지재 밀봉 품질을 저하시키고 불량을 초래한다.
위와 같은 잔류 오염물질(R)에 의한 품질 저하 및 불량을 막기 위해 실링툴(13a, 13b)의 표면, 즉, 가압면을 주기적으로 세정해야 한다. 하지만 표면의 잔류오염물질(R)이 워낙 단단히 부착되어 있어서, 작업자가 칼이나 끌을 이용해 물리적 힘으로 오염물질(R)을 제거하고 있다.
위와 같은 수작업에 의한 세정 공정은 봉지재 밀봉 작업을 오랜 시간 지연시켜 생산성을 떨어뜨린다. 높은 열전도가 요구되는 실링툴은 보통 구리합금으로 되어 있어 있는데, 물리적 힘으로 오염물질을 제거하는 기존 세정 작업은 실링툴 표면의 물리적 손상을 야기한다. 그리고, 이러한 물리적 손상은 봉지재 밀봉 공정의 근원적 불량을 야기한다. 실링툴에 물리적 손상이 생기면, 실링툴을 새것으로 교체해주어야 하는데, 이때 장비의 다운타임 증가에 따른 생산성 저하, 고가 실링툴의 교체 비용과 같은 문제가 발생한다.
EP 2 476 607 (2013. 06. 05) US 2010/0148460 A1 (2010.06.17.)
본 발명은, 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 적외선 레이저빔을 이용해 실링툴에 대한 물리적 손상 없이 실링툴에 잔류하는 오염물질만을 선택적으로 제거하는 실링툴 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 적외선 레이저빔을 이용해 실링툴에 대한 물리적 손상 없이 실링툴에 잔류하는 오염물질만을 선택적으로 제거하는 실링툴 세정 장치 및 이를 포함하는 실링툴 세정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 실링툴 세정 방법은, 실링툴 표면에 존재하는 오염물질을 제거하기 위해, 파장이 2um 이상인 적외선 레이저빔을 발생시키는 단계; 발생된 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기를 확대하는 단계; 빔 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 고속 스캐닝시키는 단계; 고속 스캐닝되는 적외선 레이저빔을 집속시키는 단계; 및 집속된 적외선 레이저빔을 대면적의 최종조사미러를 통해 실링툴 표면에 조사하는 단계를 포함한다.
상기 실링툴 세정 방법은 상, 하 실링툴의 표면을 세정하기 위해, 상기 최종조사미러를 회전시켜, 적외선 레이저빔을 상부측 또는 하부측으로 방향 전환시켜 조사하는 것을 더 포함한다.
상기 실링툴 세정 방법은, 적외선 레이저빔을 상기 실링툴 표면에 조사하기 전에, 가시용 다이오드 레이저를 적외선 레이저빔에 합치시키는 단계를 더 포함한다.
상기 실링툴 세정 방법에 있어서, 상기 최종조사미러는 실링툴 세정헤드 내에 포함한다. 그리고, 상기 실링툴 세정 방법은 상기 최종조사미러를 상, 하 실링툴 사이에 위치시키도록, 상기 실링툴 세정헤드를 상하 이동 및 전후 이동시키는 단계를 더 포함한다.
상기 실링툴 세정 방법에 있어서, 상기 적외선 레이저 발생기는 CO2 적외선 레이저, CO 적외선 레이저 또는 Er:YAG 적외선 레이저를 사용하고, 상기 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기 확대 배율은 2배~5배 범위이고, 적외선 레이저빔을 집속하기 위한 초점렌즈로 초점길이가 300mm 이상인 f-theta 렌즈를 사용하고, 상기 최종조사미러의 길이는 100mm 이상이다.
본 발명의 일측면에 따른 실링툴 세정 장치는, 적외선 레이저 발생기 및 상기 적외선 레이저 발생기에서 발생한 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기를 확대하는 레이저빔 확대기를 포함하는 레이저빔 제어모듈; 및 상기 레이저빔 제어모듈로부터 들어온, 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 고속 스캐닝시키는 고속 갈바노 스캐너와 상기 고속 갈바노 스캐너에 의해 스캐닝되는 레이저빔을 특정 초점거리에서 포커싱하기 위한 초점렌즈와 상기 초점렌즈를 거친 레이저빔을 최종 반사하여 상, 하 실링툴의 표면으로 조사하는 최종조사미러를 포함하는 실링툴 세정헤드를 포함한다.
상기 실링툴 세정헤드는, 상기 최종조사미러를 통해 조사되는 적외선 레이저빔이 상, 하 실링툴의 표면에 조사될 수 있도록, 상기 최종조사미러를 회전시키는 미러 회전 구동부를 더 포함한다.
상기 레이저빔 제어모듈은 빔 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 레이저 다이오드에서 나온 다이오드 레이저와 합치시키는 레이저빔 융합기를 더 포함한다.
본 발명의 일측면에 따른 실링툴 세정 시스템은, 파워서플라이 및 통합제어기를 내부에 포함하는 본체; 상기 본체 상에 설치되는 실링툴 세정 장치를 포함하며, 상기 실링툴 세정 장치는, 적외선 레이저 발생기 및 상기 적외선 레이저 발생기에서 발생한 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기를 확대하는 레이저빔 확대기를 포함하는 레이저빔 제어모듈과, 상기 레이저빔 제어모듈로부터 들어온, 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 고속 스캐닝시키는 고속 갈바노 스캐너와 상기 고속 갈바노 스캐너에 의해 스캐닝되는 적외선 레이저빔을 특정 초점거리에서 포커싱하기 위한 초점렌즈와 상기 초점렌즈를 거친 적외선 레이저빔을 최종 반사하여 상, 하 실링툴의 표면으로 조사하는 최종조사미러를 포함하는 실링툴 세정헤드를 포함한다.
상기 실링툴 세정 시스템은 상기 실링툴 세정헤드를 상, 하 실링툴 사이 높이로 이동시키는 상하 이송수단과, 상기 실링툴 세정헤드를 상, 하 실링툴 사이 공간 밖으로부터 상, 하 실링툴 사이 공간 내로 이동시키는 전후 이송수단을 포함한다.
상기 본체는 100 mm 이상 직경의 바퀴를 구비한다.
상기 본체는 내부에 집진기를 더 포함하고. 상기 실링툴 세정헤드에는 상기 집진기와 연결되어 세정 중 발생한 오염분진을 흡입하는 분진흡입부가 설치된다.
상기 실링툴 세정 시스템은, 상기 본체에 대하여 상승 또는 하강 가능하게 설치되고 상기 레이저 제어 모듈이 설치된 승강 테이블과, 상기 승강 테이블을 상하로 이동시켜, 상기 실링툴 세정헤드의 높이를 조절하는 Z축 높이 조절 장치와, 상기 승강 테이블에 대하여 전후 슬라이딩 가능하게 설치된 슬라이딩 테이블을 더 포함하며, 상기 실링툴 세정헤드는, 상기 슬라이딩 테이블에 대하여 전후 슬라이딩 가능하게 설치되어, 2단 또는 그 이상으로 전진 가능하다.
상기 레이저빔 제어모듈과 상기 실링툴 세정헤드는 다관절에 미러를 포함하는 인공팔(articulated arm)에 의해 연결될 수 있다.
상기 실링툴 세정 시스템은 상기 실링툴 세정헤드에 부착되어 상기 실링툴 세정헤드가 상, 하 실링툴 사이로 인입되었는지 여부를 감지하는 안전센서를 더 포함하며, 상기 통합제어기는 상기 실링툴 세정헤드가 상, 하 실링툴 사이로 인입된 경우에만, 상기 적외선 레이저 발생기로 적외선 레이저빔을 발생시킨다.
상기 본체는 내부에 집진기를 더 포함하고,
상기 실링툴 세정헤드에는 상기 집진기와 연결되어 세정 작업 중 발생한 오염 분진을 흡입하는 분진흡입부가 부착된다.
본 발명은 적외선 레이저빔을 이용해 실링툴에 대한 물리적 손상 없이 실링툴에 잔류하는 오염물질만 선택적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은, 적외선 레이저빔을 고속 자동 스캐닝함으로써, 실링툴 표면에 존재하는 고착성 오염물질에 대하여, 매우 빠른 속도로 그리고 실링툴의 손상 없이, 세정 작업을 수행할 수 있다는 장점을 갖는다. 본 발명에 따른 실링툴 세정 장치 및 시스템은 빠른 시간에 세정 작업을 손쉽게 수행함으로써, 봉지재 밀봉 공정의 생산성 및 품질을 향상시키고, 손상에 의한 실링툴 교체를 막아 소모성 비용을 획기적으로 절감할 수 있다는 장점을 제공한다.
도 1은 일반적인 봉지재 밀봉 공정에 이용되는 실링툴을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실링툴 세정 장치를 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실링툴 세정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실링툴 세정 장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실링툴 세정 장치(100)는 레이저빔 제어모듈(120)과 실링툴 세정헤드(140)를 포함한다.
또한, 상기 레이저빔 제어모듈(120)은 세정을 위한 레이저빔을 발생시키는 적외선 레이저 발생기(121)와, 상기 적외선 레이저 발생기(121)에서 발생한 적외선 레이저빔의 단면 크기, 더 구체적으로는 빔 단면 직경을 크게 확대하는 레이저빔 확대기(laser beam expander; 122)와, 상기 레이저빔 확대기(122)를 통해 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 레이저 다이오드(123)에서 나온 다이오드 레이저와 합치시키는 레이저빔 융합기(laser beam combiner; 124)를 포함하며, 상기 레이저빔 융합기(124)를 통해 합쳐진 2개의 레이저빔, 즉, 다이오드 레이저 및 이와 합쳐진 세정용 적외선 레이저빔은 실링툴 세정헤드(140) 내로 인입된다.
또한, 상기 실링툴 세정헤드(140)는 인입되는 적외선 레이저빔을 내부 진행 방향으로 반사시키도록 배치된 반사미러(141)와, 상기 반사미러(141)를 통해 전송된 레이저빔을 스캔 모터에 장착된 미러를 통해 고속으로 좌우 스캐닝하는 고속 갈바노 스캐너(Galvano scanner; 142)와, 고속 갈바노 스캐너(Galvano scanner; 142)에 의해 스캐닝되는 레이저빔을 특정 초점거리에서 포커싱하기 위한 초점렌즈(143)와, 상기 초점렌즈(143)를 거친 레이저빔을 최종 반사하여 실링툴(13a, 13b; 도 1 및 도 3 참조)의 표면으로 조사하는 최종조사미러(144)와, 상기 최종조사미러(144)를 통해 반사된 레이저빔이 상,하 실링툴(13a, 13b; 도 1 및 도 3 참조)의 표면에 조사될 수 있도록 상기 최종조사미러(144)를 회전시켜 조사되는 레이저빔을 상부측 또는 하부측으로 방향 전환시키는 미러 회전 구동부(145)를 포함한다.
이와 같이 방향 전환되어 조사되는 레이저빔은 세정이 필요한 상, 하 실링툴(13a, 13b; 도 1 및 도 3 참조)의 표면에 도달하게 되어 세정 작업을 수행하게 된다.
상기 적외선 레이저 발생기(121)는, 세정용 레이저로서, 파장이 2um 이상인 적외선 파장의 레이저빔을 발생시킨다. 파장이 2um 이상인 적외선 레이저빔은 실링툴(13a, 13b)의 재료인 금속과는 반응이 거의 일어나지 않고, 비닐, 페트, 폴리이미드, 아크릴과 같은 폴리머 물질과는 반응이 강렬히 일어난다. 이러한 레이저 반응의 선택성을 이용하여 실링툴(13a, 13b)에는 어떠한 손상도 가하지 않고, 예컨대, 비닐, 페트, 폴리이미드, 아크릴과 같은 폴리머 물질 소재의 봉지재로부터 전이된 오염물질만을 선택적으로 제거할 수 있다.
사용 가능한 적외선 레이저로는 예컨대, 10.6um/9.3um 파장의 CO2 레이저, 5.5um 파장의 CO 레이저, 파장 2.9um 파장의 Er:YAG 레이저 등이 있을 수 있다. 레이저빔 확대기(122)는, 초점면에서 작은 스폿을 만들어 효과적인 세정을 가능하게 하며, 2배 ~ 5배율을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 세정에 사용되는 적외선 레이저빔은 적외선 파장 영역이므로 눈에 보이지 않는다. 따라서 세정 위치를 정확히 파악하기 위해서는 눈에 보이는 가시광 파장의 가시용 레이저빔을 가이드로 사용하는 것이 바람직하다. 가시용 레이저빔으로는 가격이 저렴한 레이저 다이오드(123)를 이용하여 발생시킨 가시광 파장대의 다이오드 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 500 ~ 650nm 파장대의 가시광 파장대 레이저빔을 조사하는 레이저 다이오드(123)가 이용될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 가시용 레이저빔과 세정용 적외선 레이저빔을 합치시키기 위해 레이저빔 융합기(124)가 사용되며, 이때 세정용 레이저빔의 투과 효율은 95% 이상인 것이 바람직하다.
한편, 상기 고속 갈바노 스캐너(142)는 초점면에서 직선 스캔닝 속도가 500mm/sec 이상이 바람직하다.
또한, 상기 초점렌즈(143)는 초점길이 300mm 이상, 스캔영역에서 초점이 유지되는 f-theta 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 최종조사미러(144)의 길이는 충분한 스캐닝 폭을 확보하는데 중요하며, 따라서, 적어도 일단으로부터 타단까지의 길이가 100mm 이상인 최종조사미러(144)가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 실링툴(13a, 13b)의 오염부위 전체를 세정하기 위해서는 X축 및 Y축 2차원 스캐닝이 필요하다.
2차원 스캔닝을 하는 2가지 방법이 있다.
하나는 전술한 고속 갈바노 스캐너(142)를 X-Y축 2차원 스캐너로 사용하는 것이고, 나머지 하나는 고속 갈바노 스캐너(142)를 단축 스캐너로 사용하고, 최종조사미러(144)의 각도를 모터를 이용해 바꿔주는 방식이다. 균일한 세정을 위해서는 2차원 고속 갈바노 스캐너(142)를 사용하는 것이 바람직하다. 최종조사미러(144)의 미러 회전 구동부(145)는 모터 또는 실린더를 사용할 수 있다.
도 3은 전술한 실링툴 세정장치를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 실링툴 세정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상, 하 한 쌍의 실링툴(13a, 13b)은 봉지 밀봉 장치(10) 내부에 위치하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 실링툴 세정 시스템은 이하 자세히 설명되는 바와 같이, 상, 하 한 쌍의 실링툴(13a, 13b)을 인라인(in-line)으로 그리고 효과적으로 세정하기 위한 여러 구성들을 포함한다.
본 실시예에 따른 실링툴 세정 시스템은 본체(200)와, 본체(200) 상에 배치되는, 전술한 실링툴 세정 장치(100)와, 상기 실링툴 세정 장치(100)의 실링툴 세정 헤드(140)가 상, 하 실링툴(13a, 13b)을 효과적으로 세정할 수 있는 위치, 즉, 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이 위치로 접근할 수 있도록, 실링툴 세정헤드(140)를 상하 및 전후로 이동시키는 이송 수단들을 포함한다. 보다 구체적으로, 실링툴(140)을 인라인(in-line) 세정하기 위해서는 실링툴 세정헤드(140)가 상,하 실링툴(13a, 13b) 사이에 위치해야 하는데, 실링툴 이송수단은 실링툴 세정헤드(140)를 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이 최적의 높이로 이동시키는 상하 이송수단과, 실링툴 세정헤드(140)를 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이 공간 밖으로부터 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이 공간 내로 이동시키는 전후 이송수단을 포함한다.
상기 본체(200) 상에는 실링툴 세정장치(100)가 탑재된다. 탑재된 실링툴 세정장치(100)를 세정이 요구되는 실링툴(13a, 13b) 부근으로 쉽게 접근시킬 수 있도록, 상기 본체(200)에는 바퀴(202)가 장착된다. 이동의 용이성을 보장하기 위해, 바퀴(202)의 직경은 100 mm 이상인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 실링툴 세정 시스템은 상기 본체(200)의 내부에 설치된 파워서플라이(210), 집진기(220) 및 통합제어기(230) 등을 포함한다. 통합제어기(230)는 본체(200) 내에 설치된 파워서플라이(210) 및 집진기(220)를 제어할 수 있으며, 더 나아가, 실링툴 세정장치(100) 내 여러 구성요소와 실링툴 세정장치(100)를 상하 및 전후로 이송하는 수단들을 제어할 수 있다. 상기 파워서플라이(210)는 상기 통합제어기(230)의 제어에 따라 상기 실링툴 세정장치(100)에 전력을 공급한다. 또한, 상기 집진기(220)는, 상기 실링툴 세정헤드(140)에 설치된 분진흡입부(150)와 관로로 연결되며, 상기 통합제어기(230)의 제어에 따라, 상기 실링툴(13a, 13b) 표면에 대한 레이저 세정 중, 상기 실링툴(13a, 13b)의 표면에서 분리된 오염분진을 흡입, 제거하는 역할을 한다.
본 실시예에 따른 실링툴 세정 시스템은, 실링툴 세정헤드(140)의 상하 이송 수단으로서, 상기 본체(200)에 대하여 상승 또는 하강 가능하게 설치된 승강 테이블(310)과, 상기 승강 테이블(310)을 상하로 구동하여, 실링툴 세정헤드(140)의 높이를 조절하는 Z축 높이 조절 장치(320)를 포함한다.
또한, 본 실시예에 따른 실링툴 세정 시스템은, 실링툴 세정헤드(140)의 전후 이송 수단으로서, 승강 테이블(310)에 대하여 전후 슬라이딩 가능하게 설치된 슬라이딩 테이블(410)을 포함한다. 도시하지 않았지만, 예컨대, 모터 구동 또는 공압 또는 유압 구동을 이용하여 슬라이딩 테이블(410)을 전후로 구동시키는 전후 구동부가 추가로 더 제공될 수 있다. 전후 구동부 대신에 수동으로 슬라이딩 테이블(410)을 전후 슬라이딩 이동시키는 것도 고려될 수 있다. 본 실시예예 따르면, 실링툴 세정헤드(140)가 상기 슬라이딩 테이블(410)에 대하여 전후로 슬라이딩 가능하게 설치된다. 따라서, 실링툴 세정헤드(140)는 2단으로 슬라이딩 이동할 수 있다. 1단의 슬라이딩 이동은 실링툴 세정헤드(140)을 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이에 위치시키는데 이용될 수 있고, 2단의 슬라이딩 이동은 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이에서 실링툴 세정헤드(140)의 위치를 미세하게 조절하는데 이용할 수 있다.
자세히 도시하지 않았지만, 상기 레이저빔 제어모듈(120)과 상기 실링툴 세정헤드(140)는 다관절에 미러가 장착된 인공팔(articulated arm)에 의해 연결되는 것이 바람직하며, 레이저빔 제어모듈(120)에서 나온 레이저빔은 인공팔에 구비된 다관절 미러에 의해 상기 실링툴 세정헤드(140) 내로 인입될 수 있다.
도 2에 잘 도시된 바와 같이, 세정용 레이저빔은 레이저빔 제어모듈(120)에서 적외선 레이저 발생기(121)에서 발생되어 레이저빔 확대기(122)에서 확대되고, 레이저빔 융합기(124)에서 가시광 파장대의 다이오드 레이저와 합치된다. 다이오드 레이저와 합치된 세정용 레이저빔은 다관절 미러를 통해 실링툴 세정헤드(140) 내로 들어가, 반사미러(141), 고속 갈바노 스캐너(142), 초점렌즈(143) 및 최종조사미러(144)를 거친 후, 상, 하 실링툴(13a, 13b)에 조사된다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 실링툴 세정 시스템은, 작업자의 안전을 위해, 상기 실링툴 세정헤드(13a, 13b)에 부착된 안전센서(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 안전센서(510)는 상기 실링툴 세정헤드(140)가 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이로 인입되었을 때, 봉지재 밀봉 장치(10)의 프레임(12)을 인식한다. 보통 프레임(1)은 금속으로 만들어지므로, 금속을 감지하는 센서가 안전센서(160)로 사용될 수 있다. 더 바람직하게는, 안전센서(160)로 유도자기센서가 이용될 수 있다. 상기 안전센서(160)가 프레임(12)을 인식하면, 통합제어기(230)는 레이저빔 조사를 허용하고, 그렇지 않을 경우 레이저빔 조사를 불가하게 소프트웨어적으로 제어함으로써, 레이저빔 오발사에 의한 작업자의 위험을 확실히 피할 수 있다.
위에서 언급한 보아 같이, 상기 실링툴 세정헤드(140)에는 분진흡입부(150)가 장착되는 것이 바람직하다. 분진흡입부(150)는, 전술한 집진기(220)가 작동하면, 실링툴(13a, 13b) 세정 중에 발생하는 오염 분진을 포집하는 역할을 한다. 이와 같은 집진기(220) 및 분진흡입부(150)는 상기 실링툴 세정헤드(140) 내부의 광학계 오염 및 주변 환경의 오염을 막는데 기여한다. 위에서 언급한 바와 같이, 집진기(220)는 본체(200) 내부에 위치하는 것이 바람직하다.
위에서 언급한 바와 같이, 실링툴 세정헤드(140)는 슬라이딩 테이블(410)을 포함하는 전후 슬라이딩 이동수단을 이용하여, 고정된 상태의 본체(200) 및 레이저 제어모듈(120)로부터 전방으로 이동하는 것이 가능하다. 실링툴 세정헤드(140)의 후방에는 레이저빔 제어모듈(120)이 위치하여, 세정용 레이저빔과 가시용 레이저빔을 실링툴 세정헤드(140)로 조사한다. 레이저빔 제어모듈(120)에서 나오는 적외선 레이저빔을 실링툴 세정헤드(140)로 인입시키는 방법으로 위에서 언급한 바와 같이 다관절에 미러가 장착된 인공팔(articulated arm)을 사용할 수도 있다. 레이저빔 제어모듈(120)과 실링툴 세정헤드(140)는 같은 평면상에 존재하며, Z축 높이 조절 장치(320)를 통해 실링툴 세정헤드의 높이를 조정할 수 있다. Z축 높이 조절 장치로 수작업이 아닌 모터를 사용할 수도 있다.
전술한 실링툴 세정 시스템을 이용한 실링툴 세정 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 실링툴 세정 방법은, 적외선 레이저 발생기(121)를 이용하여, 파장이 2um 이상인 적외선 레이저빔을 발생시키고, 발생된 레이저빔의 빔 단면 크기를 레이저빔 확대기(122)를 이용하여 확대하고, 빔 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 고속 갈바노 스캐너(142)를 이용해 고속 스캐닝 시킨 후, 초점렌즈(143)를 이용해 집속시키고, 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이에 위치한 대면적의 최종조사미러를 통해 적외선 레이저빔을 상, 하 실링툴(13a, 13b)의 표면 방향으로 조사한다.
여기에서, 특허청구범위를 포함하는 명세서 전만에 걸쳐, 용어 "대면적"은 최종조사미러(144)가 스캐닝되는 레이저빔을 커버할 수 있을 정도로 큰 면적을 의미하는 것이다.
상기 레이저빔 융합기(124)는 눈에 보이지 않는 적외선 레이저빔에 가시용 다이오드 레이저를 합쳐 조사하게 해줌으로써, 작업자가 실링툴(13a, 13b)에 조사되는 레이저빔을 관찰하면서, 실링툴(13a, 13b)에 대한 레이저 세정 작업을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실링툴 세정 방법은 Z축 높이 조절 장치(320)를 이용하여 실링툴 세정헤드(140)의 높이를 조절하고, 높이 조절된 실링툴 세정헤드(140)를 전후 슬라이딩 이송수단을 이용하여 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이로 인입시킨 후, 실링툴(13a, 13b)에 대한 레이저 세정을 효과적으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실링툴 세정 방법은 실링툴 세정헤드(140) 내부의 오염을 막기 위해 집진기(220)와 연결된 분진흡입부(150)를 실링툴 세정헤드(140)에 결합하여 이용한다.
또한, 본 발명에 따른 실링툴 세정 방법은 실링툴 세정헤드(140)의 외부면에 안전센서(150)를 장착하여, 안전센서(150)가 봉지재 밀봉장치의 프레임(12)을 감지하였을 때, 즉, 실링툴 세정헤드(140)가 봉지재 밀봉 장치(10)의 프레임(12) 안쪽으로 들어가, 더 나아가서는, 상, 하 실링툴(13a, 13b) 사이에 있을 때만, 레이저빔이 조사되도록 하여, 작업자의 안전을 보장한다.
결과적으로, 본 발명에 따르면, 실링툴(13a, 13b)의 봉지재 접촉 표면을 인라인으로 매우 빠르고 효과적으로 세정할 수 있다. 세정 시간 단축으로 생산성을 획기적으로 높이고, 무손상 실링툴 세정 방법으로 봉지재 제품의 밀봉 품질을 높이며, 세정을 위한 실링툴(13a, 13b) 분리 및/또는 교체 장착에 따른 비용을 획기적으로 줄일 수 있다는 장점을 가지고 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
본 발명은 전술한 실시예들에 의해 제한되지 않고 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.
2: 봉지재 13a, 13b: 실링툴
100: 실링툴 세정 장치 120: 레이저빔 제어모듈
121: 적외선 레이저 발생기 122: 레이저빔 확대기
123: 레이저 다이오드 124: 다이오드 레이저
124: 레이저빔 융합기 140: 실링툴 세정헤드
141: 반사미러 142: 고속 갈바노 스캐너
143: 초점렌즈 144: 최종조사미러

Claims (16)

  1. 실링툴 표면에 존재하는 오염물질을 제거하기 위해,
    파장이 2um 이상인 적외선 레이저빔을 발생시키는 단계;
    발생된 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기를 확대하는 단계;
    빔 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 고속 스캐닝시키는 단계;
    고속 스캐닝되는 적외선 레이저빔을 집속시키는 단계; 및
    집속된 적외선 레이저빔을 대면적의 최종조사미러를 통해 실링툴 표면에 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상, 하 실링툴의 표면을 세정하기 위해, 상기 최종조사미러를 회전시켜, 적외선 레이저빔을 상부측 또는 하부측으로 방향 전환시켜 조사하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 적외선 레이저빔을 상기 실링툴 표면에 조사하기 전에, 가시용 다이오드 레이저를 적외선 레이저빔에 합치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 최종조사미러는 실링툴 세정헤드 내에 포함되며,
    상기 최종조사미러를 상, 하 실링툴 사이에 위치시키도록, 상기 실링툴 세정헤드를 상하 이동 및 전후 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 레이저 발생기는 CO2 적외선 레이저, CO 적외선 레이저 또는 Er:YAG 적외선 레이저를 사용하고,
    상기 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기 확대 배율은 2배~5배 범위이고,
    적외선 레이저빔을 집속하기 위한 초점렌즈로 초점길이가 300mm 이상인 f-theta 렌즈를 사용하고,
    상기 최종조사미러의 길이는 100mm 이상인 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 방법.
  6. 적외선 레이저 발생기 및 상기 적외선 레이저 발생기에서 발생한 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기를 확대하는 레이저빔 확대기를 포함하는 레이저빔 제어모듈; 및
    상기 레이저빔 제어모듈로부터 들어온, 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 고속 스캐닝시키는 고속 갈바노 스캐너와 상기 고속 갈바노 스캐너에 의해 스캐닝되는 적외선 레이저빔을 특정 초점거리에서 포커싱하기 위한 초점렌즈와 상기 초점렌즈를 거친 적외선 레이저빔을 최종 반사하여 상, 하 실링툴의 표면으로 조사하는 최종조사미러를 포함하는 실링툴 세정헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실링툴 세정헤드는, 상기 최종조사미러를 통해 조사되는 적외선 레이저빔이 상, 하 실링툴의 표면에 조사될 수 있도록, 상기 최종조사미러를 회전시키는 미러 회전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 레이저빔 제어모듈은 빔 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 레이저 다이오드에서 나온 다이오드 레이저와 합치시키는 레이저빔 융합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정장치.
  9. 파워서플라이 및 통합제어기를 내부에 포함하는 본체;
    상기 본체 상에 설치되는 실링툴 세정 장치를 포함하며,
    상기 실링툴 세정 장치는,
    적외선 레이저 발생기 및 상기 적외선 레이저 발생기에서 발생한 적외선 레이저빔의 빔 단면 크기를 확대하는 레이저빔 확대기를 포함하는 레이저빔 제어모듈과,
    상기 레이저빔 제어모듈로부터 들어온, 단면 크기가 확대된 적외선 레이저빔을 고속 스캐닝시키는 고속 갈바노 스캐너와 상기 고속 갈바노 스캐너에 의해 스캐닝되는 적외선 레이저빔을 특정 초점거리에서 포커싱하기 위한 초점렌즈와 상기 초점렌즈를 거친 적외선 레이저빔을 최종 반사하여 상, 하 실링툴의 표면으로 조사하는 최종조사미러를 포함하는 실링툴 세정헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 실링툴 세정헤드를 상, 하 실링툴 사이 높이로 이동시키는 상하 이송수단과,
    상기 실링툴 세정헤드를 상, 하 실링툴 사이 공간 밖으로부터 상, 하 실링툴 사이 공간 내로 이동시키는 전후 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 본체는 100 mm 이상 직경의 바퀴를 구비하는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 시스템.
  12. 제11항 있이서,
    상기 본체는 내부에 집진기를 더 포함하고.
    상기 실링툴 세정헤드에는 상기 집진기와 연결되어 세정 중 발생한 오염분진을 흡입하는 분진흡입부가 설치된 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 본체에 대하여 상승 또는 하강 가능하게 설치되고 상기 레이저 제어 모듈이 설치된 승강 테이블과,
    상기 승강 테이블을 상하로 이동시켜, 상기 실링툴 세정헤드의 높이를 조절하는 Z축 높이 조절 장치와,
    상기 승강 테이블에 대하여 전후 슬라이딩 가능하게 설치된 슬라이딩 테이블을 더 포함하며,
    상기 실링툴 세정헤드는, 상기 슬라이딩 테이블에 대하여 전후 슬라이딩 가능하게 설치되어, 2단 또는 그 이상으로 전진 가능한 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 레이저빔 제어모듈과 상기 실링툴 세정헤드는 다관절에 미러를 포함하는 인공팔(articulated arm)에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 실링툴 세정헤드에 부착되어 상기 실링툴 세정헤드가 상, 하 실링툴 사이로 인입되었는지 여부를 감지하는 안전센서를 더 포함하며, 상기 통합제어기는 상기 실링툴 세정헤드가 상, 하 실링툴 사이로 인입된 경우에만, 상기 적외선 레이저 발생기로 적외선 레이저빔을 발생시키는 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 본체는 내부에 집진기를 더 포함하고,
    상기 실링툴 세정헤드에는 상기 집진기와 연결되어 세정 작업 중 발생한 오염 분진을 흡입하는 분진흡입부가 부착된 것을 특징으로 하는 실링툴 세정 시스템.
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