TW202333878A - 雷射加工裝置及雷射加工方法 - Google Patents

雷射加工裝置及雷射加工方法 Download PDF

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Abstract

本發明涉及雷射加工裝置及其方法，雷射加工裝置包括：移送部，從供應部向回收部移送加工對象；雷射產生器，產生雷射光束；掃描器，與加工對象的位置及速度聯動來向加工對象照射從雷射產生器輸出的雷射光束，而對加工對象的一部分加工；移動模組，使掃描器向X軸及Y軸方向移動；及控制部，基於加工對象的移動速度來控制調節雷射光束的照射條件及掃描器、移動模組及移送部的速度，可藉由向高速移動的加工對象照射雷射光束來對加工對象的一部分進行加工，可將掃描器的照射區域最小化並藉由精密地控制雷射光束的尺寸來防止加工對象受損。

Description

雷射加工裝置及雷射加工方法
本發明關於雷射加工裝置及其方法，更詳細地，關於向藉由高速輥裝置移送的加工對象照射雷射光束來進行加工的雷射加工裝置及雷射加工方法。
二次電池為可將化學能轉換為電能來向外部電路供應電源，在放電後接收外部電源來將電能轉換為化學能並儲電的電池，分為鎳-鎘、鋰離子、鎳-氫及鋰聚合物等多個種類。
這種二次電池藉由在電極集電體的表面塗敷活性物質來構成正極和負極，在它們之間形成分離膜來製作電極組裝體後，安裝在圓筒形或方形的金屬罐或鋁層壓板的袋形外殼內部，在上述電極組裝體主要注入或浸漬液體電解質，或者使用固體電解質來製備。
因此，二次電池藉由使投入到由分離膜絕緣的正極與負極之間的電解質的離子在正極與負極之間移動來實現充電和放電。
這種二次電池的正極及負極所使用的電極包含構成電極的電極體以及塗敷在電極體上的電極活性物質。
通常，上述電極體可以將鋁（Al）、銅（Cu）等導電性優秀的金屬加工成片（Sheet）、薄板（Thin plate）、箔（Foil）形態。
用於形成電極組裝體的電極薄膜被製備成在一部分塗敷活性物質，在剩餘部分露出電極體的形態。
露出上述電極體的露出部被加工成在構成電極組裝體（正極、負極及分離膜）時起到用於使正極和負極與外部連接的電極端子的功能。
這種電極薄膜經過切削過程形成正極及負極的端子部，被切割並分割成適合電極組裝體尺寸的長度。
上述電極薄膜的切削作業使用刻槽裝置。
上述刻槽裝置為切削電極薄膜來形成端子部的裝置，利用衝壓機或雷射切削電極薄膜的露出部和塗敷有活性物質的部分的一部分。
以往主要使用了利用衝壓的刻槽裝置，但最近開始為了刻槽而使用了利用雷射的裝置，與衝壓相比，電極受損小，可以實現有效生產，因此利用雷射的刻槽裝置的使用比重日益增加。
例如，在下述專利文獻1及專利文獻2中公開了利用先前技術的雷射的雷射刻槽裝置的結構。
與現有的衝壓裝置不同，上述雷射刻槽裝置應考慮雷射的路徑來有效安排作業，但以往的雷射刻槽裝置尚未考慮這種問題，因此具有雷射效率低下的問題。
並且，除作業對象外，頻繁產生露出雷射的情況，因此作業機器頻繁產生故障，從而具有不必要地增加用於管理這部分的費用的問題。
為了解決這種問題，下述專利文獻3中公開了以垂直移動方式配置雷射與作為刻槽對象的電極薄膜來形成藉由雷射刻槽的刻槽裝置的結構。
另一方面，電極薄膜等加工對象在以卷繞在供應輥的狀態朝向設置在另一側的卷繞輥移動的過程中藉由雷射光束來加工。
近來，為了提高電極薄膜的加工速度，每分鐘以數米至數百米高速移動電極薄膜並進行加工。
為了向如上高速移動的加工對象照射雷射光束來進行加工，應在雷射加工裝置中適用高性能的掃描器。
然而，為了提高掃描器的性能，隨著在掃描器內部適用高倍率的透鏡，具有掃描器的製造成本上升的問題。
並且，在為了高速加工而提高雷射光束的輸出的情況下，隨著向電極薄膜等加工對象照射的雷射光束的尺寸變得過大，具有因雷射光束而導致加工面不均勻，或者在嚴重時引起加工對象受損的問題。
因此，需要開發可以藉由適用用於移動向加工對象照射雷射光束的掃描器的位置的移動模組來將掃描器的照射區域最小化並精密地控制雷射光束的尺寸來防止加工對象受損的技術。
[先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：韓國專利授權號10-1761973號（2017年07月26日公告）。 專利文獻2：韓國專利授權號10-1958881號（2019年03月15日公告）。 專利文獻3：韓國專利授權號10-2270797號（2021年06月30日公告）。
[發明所欲解決之問題]
本發明的目的用於解決上述問題，本發明的目的在於，提供向高速移動的加工對象照射雷射光束來對其一部分進行切削加工的雷射加工裝置及方法。
本發明的另一目的在於，提供如下的雷射加工裝置及方法，即，可以藉由硬體調節向高速移動的加工對象照射雷射光束的掃描器的位置來將掃描器的照射區域最小化並精密地控制雷射光束的尺寸以防止加工對象受損。 [解決問題之技術手段]
為了實現上述目的，本發明的雷射加工裝置的特徵在於，包括：移送部，從供應部向回收部移送加工對象；雷射產生器，產生雷射光束；掃描器，與加工對象的位置及速度聯動來向加工對象照射從上述雷射產生器輸出的雷射光束，從而對加工對象的一部分進行加工；移動模組，使上述掃描器向X軸及Y軸方向移動；以及控制部，基於加工對象的移動速度來控制調節雷射光束的照射條件以及上述掃描器、移動模組及移送部的速度。
並且，為了實現上述目的，本發明的雷射加工方法的特徵在於，包括：步驟（a），利用移送部從供應部向回收部移送加工對象；步驟（b），在雷射產生器中產生雷射光束；步驟（c），在掃描器中與加工對象的位置及速度聯動來向加工對象照射從上述雷射產生器輸出的雷射光束，從而對加工對象的一部分進行加工；步驟（d），利用移動模組來使上述掃描器向X軸及Y軸方向移動來調節雷射光束的照射位置；以及步驟（e），在控制部中基於加工對象的移動速度來控制調節雷射光束的照射條件以及上述掃描器、移動模組及移送部的速度。 [對照先前技術之功效]
如上所述，根據本發明的雷射加工裝置及方法，本發明具有如下效果，可以藉由向高速移動的加工對象照射雷射光束來對其一部分進行切削加工。
而且，根據本發明，本發明具有如下效果，可以利用移動模組來調節向高速移動的加工對象照射雷射光束的掃描器的位置。
即，根據本發明，本發明具有如下效果，在雷射光束移動的全部移動量中大部分利用移動模組來實現，在接近最終位置時可以利用掃描器來移動雷射光束。
因此，根據本發明，本發明具有如下效果，可將掃描器的照射區域最小化並精密地控制雷射光束的尺寸來防止加工對象受損。
以下，參照圖式詳細說明本發明較佳實施例的雷射加工裝置及方法。
圖1為本發明優先實施例的雷射加工裝置的框結構圖，圖2為圖1所示雷射加工裝置的詳細結構圖，圖3為示出藉由雷射光束加工的電極薄膜的例示圖。而且，圖4為說明照射在電極薄膜的聚光點大小和焦點深度的圖。
在以下內容中，“左側”、“右側”、“前方”、“後方”、“上方”及“下方”等指示方向的術語為以各圖示出的狀態為基準的各個方向。
如圖1及圖2所示，本發明較佳實施例的雷射加工裝置10包括：移送部15，從供應部11向回收部12移送加工對象16；雷射產生器20，產生雷射光束；掃描器30，與加工對象16的位置及速度聯動來向加工對象16照射從雷射產生器20輸出的雷射光束，從而對加工對象16的一部分進行切削加工；以及移動模組40，使掃描器30向X軸及Y軸方向移動。
而且，本發明較佳實施例的雷射加工裝置10還可以包括控制部50，控制各裝置的驅動；以及電源供應部60，向各裝置供電。
在本實施例中，欲進行雷射加工的加工對象16可以為電極薄膜16。
移送部15可以向回收部12側移送卷繞在設置於供應部11的供應輥13外周面的電極薄膜，電極薄膜的一部分可以在移送過程中藉由雷射光束被切削加工後，卷繞在設置於回收部12的回收輥14的外周面。
在供應部11與回收部12之間可以設置用於支撐移動的電極薄膜16的支撐輥（未圖示），為了使供應輥13與回收輥14旋轉，控制部50可以控制設置於移送部15的電機等產生驅動力的驅動模組（未圖示）的驅動。
雷射產生器20根據控制部50的信號產生雷射光束，從雷射產生器20中輸出的雷射光束藉由包括配置在雷射產生器20與掃描器30之間並用於形成光束傳輸路徑的光學鏡、束流收集器以及雷射擴束器中的一種以上的光學部件（未圖示）來向掃描器30傳輸。
掃描器30可以藉由驅動設置在內部的透鏡和反射鏡來調節雷射光束的形狀和大小。
電極薄膜16可以向圖1及圖2中示出的箭頭方向，從左側向右側以高速，例如，以約90m/min的移動速度移動。
移動模組40可以包括使掃描器30向圖3所示的X軸方向移動的X軸台41以及使X軸台41向Y軸方向移動的Y軸台42。
雷射光束可以藉由移動模組40及掃描器30向X軸及Y軸方向移動並向電極薄膜16照射，在電極薄膜16的一側，即圖3所示的下端部，可以藉由雷射光束形成大約呈四邊形的加工區域17。
在圖3中，隨著電極薄膜16從左側向右側移動，如圖3的（a）部分所示，在電極薄膜16的下端部，可以藉由下述數學式1及數學式2形成的大致呈梯形形狀的加工區域17。
數學式1 數學式2 其中，X軸方向最終位移以綠色實線示出，電極薄膜16的X軸方向移動量、X軸台41的位移及雷射光束藉由掃描器30的X軸方向位移分別以藍色虛線、黃色一點鎖線以及紅色兩點鎖線。
即，在電極薄膜16中形成的加工區域17的X軸方向最終位移等於電極薄膜16的X軸方向移動量與X軸台41的位移以及雷射光束藉由掃描器30的X軸方向位移之和。
而且，在電極薄膜16中形成的加工區域17的Y軸方向最終位移（綠色實線）等於電極薄膜16的Y軸方向移動量（藍色虛線）與Y軸台42的位移（黃色一點鎖線）及雷射光束藉由掃描器30的Y軸方向位移（紅色兩點鎖線）之和。
而且，加工區域17可以藉由電極薄膜16的移動而形成為兩側邊分別向供應部11側傾斜的梯形形狀。
另一方面，在電極薄膜16中形成的加工區域17不僅可以形成為梯形，如圖3的（b）部分和圖3的（c）部分所示，還可以大致形成為倒梯形或矩形形狀。
即，與電極薄膜16的移動速度相比，雷射光束向X軸及Y軸方向移動的速度越快，加工區域17的兩側邊相對於圖3中的X軸的傾斜角越大。
因此，在將電極薄膜16的移動速度變慢，使雷射光束向X軸及Y軸方向移動的速度比電極薄膜16的移動速度更快的情況下，如圖3的（b）部分所示，加工區域17的兩側邊可以向反方向傾斜而成。由此，加工區域17可以大致形成為倒梯形的形狀。
而且，當電極薄膜的移動速度與雷射光束向X軸及Y軸方向移動的速度相同時，如圖3的（c）部分所示，加工區域的兩側邊可以幾乎與上邊及下邊呈直角。由此，加工區域17可以大致形成為矩形的形狀。
其中，控制部50藉由移動X軸台41、Y軸台42來使得加工區域17幾乎接近X軸及Y軸方向最終位置，當到達與上述最終位置隔開預設距離的設定位置時，可以藉由利用掃描器30來使雷射光束向X軸及Y軸方向移動。
上述設定位置為與最終位置隔開預設距離的位置，例如可以設定為約0.1mm至2mm。
當然，本發明不限定於此，上述設定位置可以根據電極薄膜16的規格、加工區域17的大小及形狀來以多種方式變更設定。
控制部50可以基於電極薄膜16的移動速度來控制調節雷射光束的照射條件、掃描器30、移動模組40及移送部15的速度。其中，上述雷射光束的照射條件可以包括雷射光束的輸出、光束形狀及焦點位置中的一種以上。
為此，控制部50可以包括：位置計算部51，基於移動模組40的X軸及Y軸方向的位置與從掃描器30中照射的雷射光束的位置來計算出照射雷射光束的位置；以及信號產生部52，產生控制信號以向計算出的位置照射雷射光束。
位置計算部51可以即時測量移動模組40的X軸及Y軸方向的位置以及從掃描器30中照射的雷射光束的位置，基於所測量的位置來計算出向高速移動的電極薄膜16照射的位置。
信號產生部52可以產生控制信號以調節從掃描器30向電極薄膜16照射的雷射光束的輸出、光束形狀及焦點位置中的一種以上。
在此情況下，根據按加工對象16的材質而改變的雷射光束的吸收率，信號產生部52可以考慮被雷射光束熔融的加工對象16的雷射光束吸收率來調節雷射光束的輸出、光束形狀及焦點位置中的一種以上。
參照圖4說明聚光點的大小和焦點深度。 聚光點的大小為 。 其中，λ為雷射光束的波長，d為雷射光束的直徑，f為透鏡的焦距。 焦點深度（Depth of Focus，DOF）為 。 其中，λ為雷射光束的波長，ρ為密度，d為雷射光束的直徑，f為透鏡的焦距。
如上所述，本發明可以藉由向高速移動的加工對象照射雷射光束來對其一部分進行切削加工。
而且，本發明可以利用移動模組來調節向高速移動的加工對象照射雷射光束的掃描器的位置。
即，在雷射光束移動的全部移動量中，本發明可以利用移動模組來實現大部分移動，當接近最終位置時，可以利用掃描器來移動雷射光束。
由此，本發明可以將掃描器的照射區域最小化且藉由精密地控制雷射光束的尺寸來防止加工對象受損。
接下來，參照圖5詳細說明本發明較佳實施例的利用雷射加工裝置的雷射加工方法。
圖5為按步驟說明本發明較佳實施例的利用雷射加工裝置的雷射加工方法的流程圖。
在圖5的步驟S10中，當電源開關（未圖示）開啟（ON）時，電源供應部60藉由改變從外部供應的商用電源的電壓水準來向各裝置供應驅動電源。因此，控制部50將設置在雷射加工裝置10的各裝置初始化，準備好用於在高速移動加工對象16，即，在高速移動電極薄膜的同時藉由照射雷射光束來進行加工的操作。
在步驟S12中，移送部15根據控制部50的控制信號驅動來使供應輥13及回收輥14旋轉。因此，卷繞在供應輥13的電極薄膜16從供應部11朝向回收部12，從左側向右側移動。
在步驟S14中，雷射產生器20根據控制部50的控制信號來產生雷射光束，掃描器30向電極薄膜16照射藉由光學部件傳輸的雷射光束。
在此情況下，控制部50基於移動模組40的X軸及Y軸方向的位置與掃描器30中照射的雷射光束的位置來計算出雷射光束照射的位置。即，位置計算部51即時測量X軸台41及Y軸台42的X軸及Y軸方向的位置與從掃描器30中照射的雷射光束的位置，基於所測量的各位置來計算出向高速移動的電極薄膜16照射的位置（步驟S16）。
即，如圖3的（a）部分所示，在形成大致梯形形狀的加工區域17的情況下，位置計算部51計算雷射光束照射的位置，以僅使X軸台41向X軸方向或相反方向移動來形成大致梯形形狀的加工區域17。
而且，如圖3的（b）部分所示，在形成大致倒梯形形狀的加工區域17的情況下，位置計算部51計算雷射光束照射的位置，以在將電極薄膜16的移動速度調慢的狀態下使X軸台41向X軸方向或相反方向移動的同時使Y軸台42向Y軸方向移動來形成大致倒梯形形狀的加工區域17。
並且，如圖3的（c）部分所示，在形成大致矩形形狀的加工區域17的情況下，位置計算部51計算雷射光束照射的位置，以按與電極薄膜16的移動速度相對應的速度使X軸台41及Y軸台42傾斜移動來形成大致矩形形狀的加工區域17。
另一方面，信號產生部52以調節雷射光束的照射條件，即，雷射光束的輸出、光束形狀及焦點位置中的一種以上的方式產生控制信號，以基於所計算的位置來向電極薄膜16照射雷射光束。在此情況下，根據按加工對象16的材質而改變的雷射光束的吸收率，信號產生部52也可以考慮被雷射光束熔融的加工對象16的雷射光束吸收率來調節雷射光束的照射條件。
因此，掃描器30在藉由移動模組40向X軸及Y軸方向移動的同時根據從信號產生部52中接收的控制信號來向高速移動的電極薄膜16照射雷射光束。
據此，雷射光束藉由移動模組40及掃描器30向X軸及Y軸方向移動並照射在電極薄膜16，在電極薄膜16的一側，藉由從掃描器30照射的雷射光束形成大致四邊形形狀的加工區域17（步驟S18）。
在步驟S20中，控制部50檢查全部電極薄膜16的加工是否完成，重複進行步驟S14至步驟20直至完成全部電極薄膜16的加工。
若步驟S20的檢查結果為完成全部電極薄膜16的加工，則控制部50終止並結束各裝置的驅動。
藉由上述過程，本發明可以藉由向高速移動的加工對象照射雷射光束來對其一部分進行切削加工。
而且，本發明可以利用移動模組來調節向高速移動的加工對象照射雷射光束的掃描器的位置。
即，在本發明中，在雷射光束移動的全部移動量中大部分利用移動模組來實現，在接近最終位置時可以利用掃描器移動雷射光束。
據此，本發明可以將掃描器的照射區域最小化並精密地控制雷射光束的尺寸來防止加工對象受損。
以上，根據上述實施例具體說明了藉由本發明人實現的本發明，但本發明不限定於上述實施例，在不脫離其要旨的範圍內可以變更為多種形式是當然的。 [產業上的可利用性]
本發明適用於藉由向高速移動的加工對象照射雷射光束來對加工對象的一部分進行切削加工的雷射加工裝置及方法技術。
10:雷射加工裝置 11:供應部 12:回收部 13:供應輥 14:回收輥 15:移送部 16:電極薄膜（加工對象） 17:加工區域 20:雷射產生器 30:掃描器 40:移動模組 41:X軸台 42:Y軸台 50:控制部 51:位置計算部 52:信號產生部 60:電源供應部 S10、S12、S14、S16、S18、S20:步驟
圖1為本發明優先實施例的雷射加工裝置的框結構圖。
圖2為圖1所示雷射加工裝置的詳細結構圖。
圖3為示出藉由雷射光束加工的電極薄膜的例示圖。
圖4為說明照射在電極薄膜的聚光點大小和焦點深度的圖。
圖5為按步驟說明本發明較佳實施例的利用雷射加工裝置的雷射加工方法的流程圖。
10:雷射加工裝置
11:供應部
12:回收部
15:移送部
20:雷射產生器
30:掃描器
40:移動模組
50:控制部
51:位置計算部
52:信號產生部
60:電源供應部

Claims (4)

  1. 一種雷射加工裝置，其包括： 移送部（15），從供應部（11）向回收部（12）移送加工對象（16）； 雷射產生器（20），產生雷射光束； 掃描器（30），與所述加工對象（16）的位置及速度聯動來向所述加工對象（16）照射從所述雷射產生器（20）輸出的雷射光束，從而對所述加工對象（16）的一部分進行加工； 移動模組（40），使所述掃描器（30）向X軸及Y軸方向移動；以及 控制部（50），基於所述加工對象（16）的移動速度來控制調節雷射光束的照射條件以及所述掃描器（30）、所述移動模組（40）及所述移送部（15）的速度， 所述移動模組（40）包括： X軸台（41），使所述掃描器（30）向X軸方向移動；以及 Y軸台（42），使所述X軸台（41）向Y軸方向移動， 所述控制部（50）即時測量所述移動模組（40）的X軸及Y軸方向的位置以及從所述掃描器（30）照射的雷射光束的位置，基於所測量的各個位置來計算出雷射光束照射在移動的所述加工對象（16）的位置，從而使得所述X軸台（41）及所述Y軸台（42）移動以接近藉由加工所述加工對象（16）形成的加工區域（17）的X軸及Y軸方向最終位置， 當從所述最終位置到達隔開預設距離的設定位置時，藉由利用所述掃描器（30）使雷射光束向X軸及Y軸方向移動，以將所述掃描器（30）的照射區域最小化並控制雷射光束的尺寸以防止所述加工對象（16）受損。
  2. 如請求項1所述之雷射加工裝置，其中，所述雷射光束的照射條件包括雷射光束的輸出、光束形狀及焦點位置中的一種以上。
  3. 一種雷射加工方法，其係利用如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其包括以下步驟： 步驟（a），利用移送部（15）從供應部（11）向回收部（12）移送加工對象（16）； 步驟（b），在雷射產生器（20）中產生雷射光束； 步驟（c），在掃描器（30）中與所述加工對象（16）的位置及速度聯動來向所述加工對象（16）照射從所述雷射產生器（20）輸出的雷射光束，從而對所述加工對象（16）的一部分進行加工； 步驟（d），利用移動模組（40）來使所述掃描器（30）向X軸及Y軸方向移動來調節雷射光束的照射位置；以及 步驟（e），在控制部（50）中基於所述加工對象（16）的移動速度來控制調節雷射光束的照射條件以及所述掃描器（30）、所述移動模組（40）及所述移送部（15）的速度， 在所述步驟（c）和所述步驟（d）中，所述控制部（50）即時測量所述移動模組（40）的X軸及Y軸方向的位置以及從所述掃描器（30）照射的雷射光束的位置，基於所測量的各個位置來計算出雷射光束照射在移動的所述加工對象（16）的位置，從而調節雷射光束的照射位置， 所述步驟（d）包括以下步驟： 步驟（d1），利用所述移動模組（40）來使所述掃描器（30）向X軸及Y軸方向移動以接近藉由加工所述加工對象（16）形成的加工區域（17）的X軸及Y軸方向最終位置；以及 步驟（d2），當從所述最終位置到達隔開預設距離的設定位置時，利用所述掃描器（30）來使雷射光束向X軸及Y軸方向移動，以將所述掃描器（30）的照射區域最小化並控制雷射光束的尺寸以防止所述加工對象（16）受損。
  4. 如請求項3所述之雷射加工方法，其中，所述雷射光束的照射條件包括雷射光束的輸出、光束形狀及焦點位置中的一種以上。
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