KR870001302B1

KR870001302B1 - CO_2레이저 빔 프로파일(Laser Beam Profile) 측정장치

Info

Publication number: KR870001302B1
Application number: KR1019840007248A
Authority: KR
Inventors: 권영기; 이용인; 이용기
Original assignee: 대우중공업 주식회사; 윤영석
Priority date: 1984-11-20
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1987-07-11
Also published as: US4745280A; JPS61215939A; KR860004320A

Abstract

내용 없음.

Description

CO2레이저 빔 프로파일(Laser Beam Profile)측정장치

제1도는 본 발명의 전체적 구성을 나타낸 블록다이어 그램.

제2도는 본 발명의 스캐너(scanner) 제어회로.

제3도는 본 발명에 의한 스캐너의 동작선도.

제4도는 제3도를 수행하는 스캐너의 장치로서,

(a)는 평면도.

(b)는 정면도.

제5도는 빔의 프로파일 형태를 예시하는 파형도.

제6도는 제5도에 대한 타임챠트의 샘플링(Sampling)

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : CO₂레이저 발생기 2 : 약화기

3 : 스캐너 4 : 적외선감지기

5 : A/D 변환기 6 : 인터페이스

7 : 컴퓨터 시스템 8 : 스캐너콘트롤러

9 : 그래픽 디스플레이 10 : 그래픽 프린터

S,S′ : 스뎁모우터 T : 제어용 테이블

P : 슬라이드봉

본 발명은 CO₂레이저 발진기에서 발생되는 빔의 프로파일(profile)을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다. 더 상세히는, 피가공물을 우수하게 가공할 수 있도록 하기 위하여 레이저 발진기의 발진모드(Oscillation Mode)를 최적하게 조절하려는 선행조치의 하나로서 빔의 상태를 신속하고 정확히 알아보려는 장치를 제공하려는 것이다.

잘아는 사실이지만, 레이저에 의한 가공성능은 발진상태에 따라서 효력있게 나타나게 된다.

그러므로 최적한 발진상태를 유지하려면 우선 빔의 프로파일부터 측정해본후 발진기를 조정해야 한다는 사실이 알려져 있다.

이러한 빔의 프로파일을 측정하려는 노력은 레이저 발진기의 운용에 있어서 당연히, 그리고 매번 수행되어야 하는 과정인 것이다.

하지만, CO₂레이저 빔은 육안으로 판별할 수 없기 때문에 종래에는 시편(두꺼운 아크릴팔)을 작업대상에 놓고 일정한 시간동안 레이저 빔을 조사한 후 이를 께내어 시편면에 스크라이빙(Scribing)되어 있는 형태를 관찰하여 프로파일의 값을 추정 하였었다.

이러한 방법이 안고있는 문제점은, 작업자가 시편에 여러번 되풀이하여 얻어진 스크라이빙 상태의 프로파일 값을 평균값으로 나누어 판단하게 되는 것이므로 측정시간이 상당히 소요된다는 것이며, 또한 육안에 의한 관찰을 요하게 되어 주의력과 정성이 따라야하는 등 비능률적인 결함이 내재되는 것이다.

더욱 중요한 것은, 측정의 정도에 대한 정밀성을 완벽하게 보장할 수 없어서 발진기를 최상으로 조정하기에는 미흡하다는 점이 지적되고 있다.

본 발명은 상기의 제반결점을 해소시키기 위한 것으로서 인위적인 수단에 의존하지 않고 컴퓨터 시스템이 갖춰진 검출장치에 의하여 레이저빔의 프로파일을 정확하고 편리하게 측정하려는데 그 목적이 있는 것이다.

상기의 목적 달성을 결과적으로 발진기의 최적한 조정을 가능케하고 피가공물에 대한 품질조사에 정량 분석의 기초를 제공할 수 있는 효과를 가져오게 되는 것으로 이하, 본 발명을 구체적으로 이해할 수 있도록 첨보된 도면과 함께 설명하면 명백해질 것이다.

도면 제1도는 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 블록도로서 이들의 연결관계를 설명하면,

CO₂레이저 발진기(1)에 약화기(Attenuator) (2)를 연결하되 약화기(2)는 히트싱크와 스캐너(scanner)(3)로 각각 연결시키며 여기에 스캐너 콘트롤러(8)와 컴퓨터시스템(7) 및 적외선 감지기(4)를 각각 연결한다.

적외선 감지기(4)로 부터는 차례로 증폭기(14)를 각각 연결한다.

적외선감지기(4)로 부터는 차례로 증폭기(14), A/D 변환기 (5), 인터페이스 (6) 및 상기의 컴퓨터시스템 (7)으로 연결하고 컴퓨터시스템(7)은 상기의 스캐너 콘트롤러(8)에 신호하도록 연결하고 피드백 되어진 수체가 나타나도록 그래펙디스플레이 (9)와 그래픽 프린터(10)로 연결 구성한 것이다.

이들의 상호 연결 관계를 단위별로 구분하여 나열하면,

*CO₂레이저 발진기(1)→약화기(2)→스캐너(3)→적외선감지기(4)→증폭기(1 4)→A/D 변화기 (5)→인터페이스(6)→컴퓨터시스템(7)

* 컴퓨터시스템(7)→스캐너콘트롤러(8)→스캐너(3)→컴퓨터시스템(7)

*컴퓨터시스템(7)

로 구분된다.

제4도의 (a)(b)는 스캐너(3)의 적외선 감지기(4)의 기계적 구성을 평면도 및 정면도로 표현한 것으로서 스캐너에 관련된 동작상태의 원리를 이해할 수 있도록 개략 도시한 것이다.

이에 따르면, 테이블(T)을 승, 하강시키는 수직이동용 스텝모우터(S)가 설치되고 테이블(T)을 회전및 기울어짐을 방지하는 슬라이드봉(P)이 사방에 세워져 있다.

테이블(T)의 일측에는 스캐너(3)가 설치되고 그 중심측의 하단에 스캐너 회전용 스텝모우터(S′)가 장착되며 그 건너편에는 스캐너(3)를 향하여 적외선 감지기(4)가 설치되어 있다.

그러므로, 수직이동용 스텝모우터(S)가 회전하면 테이블(T)이 승강하게 되어 레이저빔이 스캐너(3)에 조사될 수 있는 범위에 대한 수직이동 변화를 갖을 수 있다.

또한 회전스텝모우터(3)가 회전하면 스캐너(4)가 회전되므로 레이저빔의 스캐너(3)에 조사될 수 있는 각도의 범위가 수평으로 이동하게 되므로 결국, 스캐너에 조준되어 있는 적외선 감지기(4)는 스캐너에 비춰진 레이저빔의 윤곽(profile)을 세밀히 읽어 볼수가 있게 된다.

이를 제3도에 의거하여 상세히 설명하면, 바닥면을 스캐너의 반사경이라할 때 레이저빔의 윤곽은 원형으로 표현한 부분을 가리킨다.

이때, 부호 14번은 적외선 감지기(4)가 조준하고 있는 지점으로 동작 초기상태에서 먼저 횡방향으로 읽어나가기 시작한다.

즉, 스캐너(3)가 회전스텝모우터(S′)에 의하여 수평으로 회전하게 되면 적외선감지기(4)의 조준점(14)은 횡방향으로 이동하면서 부호 11′범위까지 이동하게 되고난 후 수직스텝모용터(S)가 동작하여 1스텝 회전하면 테이블(T)이 하강하게 되므로 스캐너(3) 및 적외선 감지기(4) 전체가 부호 11만큼 하강하므로 레이저빔의 윤곽에 점차적으로 접근하게 되면서 연속된 동작으로 빔의 프로파일을 읽어 나가게되는 것이다.

이러한 원리와 동작으로 적외선 감지기(4)가 스캐너(3)의 반사경에 조사된 레이저빔의 프로파일을 읽은 후 다음과 같은 과정으로 그 값을 컴퓨터의 화면에 영상시키거나 인쇄(printing)해 주게 되는데 이 과정은 상술한 제1도 및 제2도의 연결구성과 제어회로에 의하여 달성되는 것이다.

도면을 참조하여 실시예를 들면,

먼저, 레이저 발진기(1)를 가동하여 빔을 발생시킨다. 이 상태의 레이저빔은 파괴력이 높기 때문에 적외선 감지기(4)를 손상시킬 우려가 있으므로 약화기(2)를 사용하여 약화된 출력으로 투과되게한 빔이 스캐너(3)의 반사경에 조사되게 하는 것이다.

스캐너(3)의 반사경에 빔의 프로파일상이 나타나면 적외선 감지기(4)가 조준하고 있는 프로파일의 부분을 받아드리게 되므로 이 프로파일에 해당하는 아날로그 전압을 발생시키게 되고 그 출력이 증폭기(14)에서 증폭되어 A/D 변환기(5)로 전달된다.

A/D변환기(5)에서는 증폭된 아날로그전압을 디지털신호로 바꾸어 인터페이 스(6)를 거친후 컴퓨터시스템(7)으로 보내게 된다.

컴퓨터시스템에서는 상기의 신호량을 분석한후 그 값을 그래픽디스플레이(9)나 그래픽프린터(10)로 표현해 주는 동시에 계속적인 측정작업이 진행되도록 스캐너콘트롤러(8)에 신호하게 된다.

즉, 저외선감지기(4)가 현재 스캐너(3)의 어느지점을 읽고 있는지, 앞으로 어떠한 경로로 읽어내려가야 하는지 여부를 신호해 주게되므로서 스캐너콘트롤러(8)는 이정보를 입수하여 수직이동용 스텝모우터(S)나 회전스텝모우터(S′)에 구동원용전을 인가시키게 되므로서 스캐너(3)가 콘트롤되는 것이다.

더불어, 스캐너(3)는 그 이동값을 항시 컴퓨터시스템(7)은 빔의 프로파일 값을 받고 이를 표시문으로 공개시키는 역할도하고, 스캐너의 연속 진행을 지시하는 관제역할도 하게 되는 것이다.

상술한 본발명의 동작과정에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 내용을 명백히 이해할 수 있을 것이다.

빔의 전체적인 프로파일을 발진선의 강도를 나타내는 것이므로 제6도의 A와 같이 이에 해당하는 아날로그 전압이 적외선 감지기(4)에 검출된다.

이 검출된 신호 A는 4각 다면체(Polygon mirror)가 회전하면서 한면에 검출할 수 있는 신호로서 (B)에서 나타낸 바와 같이 최초의 설정치(off set)를 정했을때 엔코오더가 1회전하며 발생되는 신호를 의미한다.

이때, 엔코오더의 클럭은 +5000펄스가 발생되고 따라서 4각 다면체의 한면만을 생각한다면 중심에서 10.8°에 해당하는 곳에서 150개의 데이타를 추출하게 되며 나머지의 각도에서는 추출하지 않는다.

이 추출된 신호(약 150포인트)는 마이크로 볼트단위(10^-6volt)의 적은 값이므로 증폭기(14)에서 충분한 크기로 증폭된 후 A/D 변환기(5)에서 변환 스타아트 신호로 쓰이게 되어 컴퓨터와 동기를 맞춰가며 위치에 따라서 데이타를 얻게된다.

A/D변환기(5)에 입력된 데이타가 컴퓨터시스템(7)에 입력될 수 있는 디지털 신호로 바뀐후 인터페이스(6)를 경유하여 컴퓨터시스템(7)에 입력되는바, 제2도에서와 같이 A/D 변환된 시호가 콘트롤러에서 이네블된 후 중앙처리장치(CPU)의 데이터 단자(D0-D7)에 입력시키게 된다.

상기의 데이터는 중앙처리장치(CPU)에 이미 입력되어져 있는 프로그램에 의하여 I/0파트를 설정하게 되고 설정된 파트신호(#FF, #FE)가 어드레스 단자(A0-A7)를 통해 출력된다.

이 출력된 #FF, #FE의 신호는 낸드게이트(NAND GATE)와 노어게이트를 거쳐 콘트롤러에서 이네블(ENABLE)되어 스텝모우터를 구동하게 되며 이는 제3도에 표현한 바와 같다. 스텝모우터(S)(S′)가 구동함에 따라 그 상태가 검출된 데이타 신호는 상기에서와 같이 A/D변환되어 중앙처리장치(CPU)에 입력되고 파트 넘버 #FE를 통하여 피드백(Feed Back)되어진 신호도 동시에 입력 되어진다.

이러한 과정은 제4도의 (a)와 같이 정상적인 빔 프로파일이 나타나는 싯점까지 연속 반복하게 되는것이며 (b)(c)는 바람직하지 못한 예를 든 것이다.

따라서 사용자는 도시된 레이저빔의 프로파일 값을 보면서 정확하게 레이저 발생기(1)를 조절하여 가공성이 우수한 프로파일이 나오는 상태를 유지시키게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 종래의 아크릴판에 의한 측정방법에 비하여 월등히 신속, 정확, 간편하게 프로파일의 형태를 알 수 있어서 발진기의 효율이 가장높은 상태로 조정할 수 있고,

따라서 피가공물에 대한 품질조사에 정량분석의 기초를 제공하게 되므로 각종의 레이저 장치에 널리 사용될 수 있는 효과가 제공되는 것이다.

Claims

CO₂레이저 발생기(1)의 주사지점에 약화기(2)를 개재시키고, 스캐너(3)의 대향 위치에는 적외선 감지기(4)를 설치하여 이의 출력선에 증폭기(14) 및 A/D 변환기(5)를 연결시키고, 이어서 인터페이스(6)를 거쳐 컴퓨터시스템(7)에는 스캐너콘트롤러(8)를 연결하여 상기의 스캐너를 제어하도록 스텝모우터(S)(S′)로 연결구성함과 아울러 측정값을 표시하는 그래픽디스풀레이(9)와 그래픽 프린터(10)를 병설함을 특징으로 하는 CO₂레이저 빔 프로파일의 측정장치.
제1항에 있어서, 스캐너(3)가 승강 또는 회전동작되도록 구성하기 위하여 테이블(T)상에 스캐너를 안착하여 회전스뎁 모우터(S′)를 동일 측으로 설치하며, 테이블 (T)전체는 슬라이드봉(P)에 자유지지시키고 테이블(T)을 승, 하강시키는 수직이동용 스텝모우터(S)를 중심부의 스크류에 장착하여서 구성된 CO₂레이저 빔프로파일의 측정장치.