WO2012005477A2 - 도광판 레이저 가공장치 - Google Patents

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WO2012005477A2
WO2012005477A2 PCT/KR2011/004844 KR2011004844W WO2012005477A2 WO 2012005477 A2 WO2012005477 A2 WO 2012005477A2 KR 2011004844 W KR2011004844 W KR 2011004844W WO 2012005477 A2 WO2012005477 A2 WO 2012005477A2
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laser
light guide
guide plate
joint
laser beam
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Inventor
박해광
이호연
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레이져라이팅(주)
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions

Definitions

  • the present invention relates to the processing of a light guide plate for a liquid crystal display device, and more particularly, to a light guide plate laser processing apparatus capable of providing a high quality light guide plate by maintaining a constant light path in processing a light guide plate with a laser.
  • Liquid crystal displays do not have self-luminous, and thus require a separate light emitting source.
  • a light emitting source is disposed on the rear side of the liquid crystal panel and irradiates light through the liquid crystal panel, so it is commonly referred to as a back light unit (BLU).
  • BLU back light unit
  • the backlight unit functions as a surface light source, but it is technically difficult to realize a surface light source with uniform luminance across the entire surface, so that a backlight source such as a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) or a light emitting diode (LED) or A method of diffusing light irradiated from a light source similar to the point light source to adjust the state close to the surface light source is used.
  • a backlight source such as a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) or a light emitting diode (LED) or A method of diffusing light irradiated from a light source similar to the point light source to adjust the state close to the surface light source is used.
  • the light guide plate (LGP) plays an important role for light diffusion.
  • the light guide plate is a plate material usually made of acrylic resin, and a predetermined pattern is formed so that light emitted from the light source disposed on the side or bottom is uniformly diffused toward the front surface.
  • This pattern achieves the desired purpose by reflecting or refracting light, and the uniformity of the luminance on the entire surface of the light guide plate is determined by the shape of the pattern. Therefore, the pattern of the light guide plate is increasingly required to be complicated and precise, and according to the large area of the display device, it is an urgent problem to shorten the time required for pattern formation.
  • FIG. 1 is a view illustrating an example of a light guide plate processing apparatus for forming a pattern on a light guide plate with a laser according to the prior art.
  • the light guide plate processing apparatus has a relatively fixed Y-axis guide rail 62, an X-axis guide rail 61 moving along the Y-axis guide rail, and a first mirror 58 fixed to the X-axis guide rail. And a second mirror 59 moved along the X-axis guide rail.
  • the laser system 53 irradiates the laser beam toward the first mirror 58
  • the laser beam is reflected from the first mirror 58 toward the second mirror 59 and the second mirror 59.
  • the laser beam reflected back from reaches the light guide plate 41 positioned below the second mirror 59, and a predetermined light guide pattern portion 45 is formed on the light guide plate 41.
  • the X-axis guide rail 61 and the first mirror 58 fixed thereto must move along the Y-axis guide rail 62.
  • the second mirror 59 must move along the X-axis guide rail 61.
  • the optical path of the laser beam from the laser system 53 to the light guide plate 41 changes from time to time.
  • the cross-sectional diameter of the laser beam changes when it reaches the light guide plate 41.
  • the longer the optical path the more the laser beam is diffused, so that the cross-sectional diameter is larger.
  • the change in the cross-sectional diameter of the laser beam changes the size of the light guide pattern portion 45, and on the other hand, the depth of the light guide pattern portion 45 also changes as the energy density decreases.
  • a pattern having a slightly different size and depth from the pattern to be formed is formed on the light guide plate, there is a problem that the quality uniformity of the finished light guide plate is inferior.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a light guide plate laser processing apparatus capable of forming a uniform pattern over the entire surface of the light guide plate by keeping the optical path of the laser beam constant.
  • the laser oscillation unit is fixed and generates a laser beam
  • the laser beam from the laser oscillation unit is irradiated with a linear reciprocating transfer to a predetermined light guide plate to be processed
  • It includes a transfer table for supporting, wherein the laser transmission is a multi-joint body including a plurality of arms connected to the rotatable joint characterized in that for proceeding to the laser irradiation by reflecting the laser beam from each joint. Since the laser beam travels along the articulated body, the length of the laser beam propagation path is kept constant even when the laser irradiation part is transferred.
  • the articulated body includes at least two or more arms arranged in a row while the laser beam travels along each longitudinal direction, and the laser oscillation part among the at least two or more arms. At least three or more are coupled to the end of any adjacent arm, between a pair of neighboring arms, and to the end of the other arm closest to the laser irradiation unit so that each arm can rotate at each coupled point.
  • a laser beam incident from the laser oscillation unit along a longitudinal direction of an adjacent arm transferring the laser beam along a longitudinal direction of each arm between a pair of adjacent arms, and a laser beam incident from an adjacent arm It is preferable to include a plurality of joints for transmitting to the laser irradiation unit.
  • the at least two arms are each hollow tubes, and the laser beam penetrates the hollows of the arms which are the hollow tubes.
  • the path of the laser beam may be blocked from the outside, thereby preventing the laser beam from being attenuated by an external environment such as dust.
  • the plurality of joints are each spaced apart from each other, and are disposed to be rotatable relative to each other about the same axis of rotation, and are arranged at an angle with respect to the axis of rotation so as to be relatively rotated. It is therefore desirable to include a pair of reflectors that can be positioned parallel to each other.
  • each of the plurality of joint bodies further includes a pair of cylinders rotatably coupled to each other about the same rotation axis, and the pair of reflecting mirrors are opposite to the coupling end of the pair of cylindrical bodies.
  • One end is fixed at one end, and a coupling hole is formed in the opposite end of the coupling end of the pair of cylindrical bodies, respectively, in the radial direction, and the at least two arms are preferably fixed to the coupling hole, respectively.
  • the joint preferably includes at least three vertical axis joints, and further preferably includes at least two horizontal axis joints.
  • the support bar for rotatably supporting the joint located between the neighboring arm of the at least two or more arms to the outside may further include.
  • the optical path from the laser oscillation section can be kept constant, and as a result, it becomes possible to form a uniform and accurate pattern over the entire surface of the light guide plate.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a light guide plate laser processing apparatus according to the prior art
  • Figure 2 is a perspective view showing an embodiment of a light guide plate laser processing apparatus according to the present invention
  • FIG. 3 is a plan view showing an operating state of the embodiment of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the joint body of the embodiment of FIG.
  • Figure 2 is a perspective view showing an embodiment of a light guide plate laser processing apparatus according to the present invention
  • Figure 3 is a plan view showing an operating state of the embodiment of Figure 2
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the joint of the embodiment of Figure 2.
  • the laser oscillator 100 is to generate and emit a laser beam. It is fixed to the frame 50.
  • the laser beam irradiated from the laser oscillator 100 is guided to the laser irradiator 300, and the laser beam is irradiated from the laser irradiator 300 toward the light guide plate 400 to be processed to finally remove a part of the light guide plate 400. Cutting to form a pattern.
  • the laser irradiation unit 300 is installed to be transported while reciprocating in one direction with respect to the frame 50, the light guide plate 400 and the transfer direction of the laser irradiation unit 300 It is conveyed in the cross direction. To this end, the light guide plate 400 is supported by the transfer plate 410 which is also transportably installed with respect to the frame 50.
  • the transfer plate 410 is X.
  • the laser irradiation part 300 is operated to be positioned over the entire area of the light guide plate 400.
  • the laser transfer unit 200 is provided to transfer the laser beam from the laser oscillation unit 100 disposed at a relatively fixed position to the relatively irradiating laser irradiation unit 300.
  • the laser delivery unit 200 is mechanically articulated.
  • the articulated body refers to an assembly in which a plurality of arms are coupled to each other by a plurality of joints so as to be rotatable.
  • the laser beam is guided along the length of the arm by changing its direction of travel by reflection at each joint. Since the laser transmitting unit 200 is made of a multi-joint body, the distance measured from one end of the multi-joint body to the other end along each arm does not change in any posture or angle, so long as the length of each arm does not change. The length of is also unchanged.
  • the laser delivery unit 200 is a multi-joint body having two arms 260 and 270 and five joints 210 to 250. These arms and joints have the same structure, except that they differ only in the installation location unless otherwise described.
  • Each of the arms 260 and 270 has a hollow tubular shape, and the hollow inside thereof serves as a path for the laser beam to travel.
  • the arms 260 and 270 need not necessarily be hollow tubes, but may be simple bar bars. When the arms 260 and 270 are formed immediately, the laser beam travels along one side of the outer surface of the bar. In this case, since the laser beam is exposed to the outside, it may be affected by particles that may occur during processing and may damage the worker or other structures, but the structure of the articulated body is simplified and the manufacturing cost is reduced. There is also.
  • Each arm 260, 270 is arranged in a row with the joint 230 therebetween.
  • Each of the joints 210 to 250 connects the arms 260 and 270 to each other in a rotatable manner, and the arms 260 and 270 located at both ends of the articulated body rotatably connect to other structures.
  • the joints 210 to 250 are provided with a pair of reflectors 231 and 232 to reflect the laser beam (see FIG. 4).
  • the pair of reflectors 231 and 232 are spaced apart from each other, but are rotatably installed with respect to each other about one rotation axis. 4 illustrates that the pair of reflectors 231 and 232 are in parallel with each other. As described above, the pair of reflectors 231 and 232 provided in one joint 230 are parallel to each other during relative rotation.
  • the pair of reflecting mirrors 231 and 232 are arranged obliquely with respect to a common axis of rotation.
  • the angles of the reflectors 231 and 232 with respect to the rotation axis are approximately 45 degrees, taking the third joint 230 as an example.
  • the laser beam that enters the upper reflector 231 horizontally with respect to the direction of the drawing is vertically reflected to the lower reflector 232, and is reflected again vertically from the lower reflector 232 to proceed horizontally. .
  • the laser beam which is horizontally incident on the joint is emitted again horizontally.
  • each arm is centered on the joint. Even relatively rotated, the laser beam may travel along the longitudinal direction of each arm (260, 270).
  • the angle of inclination of each of the reflectors 231 and 232 is not 45 degrees, the same effect can be obtained by arranging each reflector such that the path of the laser beam has the same shape as the letter Z.
  • each of the joints 210 to 250 may be configured only by a pair of reflectors that rotate coaxially, and a physical support for allowing each reflector to rotate coaxially may be provided in various forms. It is preferable to have the cylinders 233 and 234 as shown. As in the case where the arms 260 and 270 are hollow tubes, the laser beam may be affected by the external environment or leaked to the outside to damage the operator or the external facility.
  • a pair of cylinders 233 and 234 is provided, and the pair of cylinders 233 and 234 are rotatable relative to each other about the same axis of rotation. Are combined. It is preferable to place the bearing 235 between the cylinders 233 and 234 for smooth rotation.
  • the reflectors 231 and 232 described above are respectively provided at the coupling portion of the cylinders 233 and 234, that is, opposite to the end where the bearing 235 is located, and the laser beam is directed toward the reflectors 231 and 232 at the points where the reflectors 231 and 232 are installed.
  • Coupling holes 233a and 234a penetrate through the cylinders 233 and 234 so as to proceed.
  • the coupling holes 233a and 234a are coupled to one end of the arms 260 and 270 or another structure existing on the path of the laser beam, for example, the fixed block 110 or the laser irradiation unit 300 to be described below.
  • the first arm 260, the second arm 270, the first joint 210, the arms 260 and 270 and the joints 210 to 250 in order from the laser oscillation unit 100 to the nearest The second joint 220, the third joint 230, the fourth joint 240, and the fifth joint 250 are referred to.
  • the laser beam irradiated from the laser oscillator 100 first enters the first joint 210.
  • the first joint 210 rotatably couples the fixed block 110 and the second joint 220 fixed to the frame 50.
  • the fixing block 110 has a through hole formed therein so that the laser beam can pass therethrough, and the through hole communicates with the coupling hole of the first joint 210.
  • the laser beam entering the first joint 210 is firstly reflected by a reflector positioned below the drawing direction of the pair of reflectors of the first joint 210 and proceeds to the upper reflector to be secondarily reflected therefrom.
  • the first joint 210 is separated from the first joint 210 through the coupling hole located at the upper reflector side and proceeds to the second joint 220.
  • the reflected laser beam travels along the first arm 260 coupled to the second joint 220 inside the second joint 220.
  • the upper reflector of the first joint 210 serves as one of the pair of reflectors of the second joint 220. That is, in the case of jointly joining a pair of joints, it is possible to replace two reflectors to be adjacent to one reflector.
  • the laser beam traveling along the first arm 260 is reflected by the third joint 230 and travels along the second arm 270 again. In this process, even if the second arm 270 is rotated with respect to the first arm 260, the laser beam may accurately travel along the longitudinal direction of the first arm 260 and the second arm 270.
  • the laser beam leaving the second arm 270 reaches the laser irradiation part 300 via the fourth joint 240 and the fifth joint 250.
  • the fourth joint 240 and the fifth joint 250 and the first joint 210 and the second joint 220 such as the relationship between the reflector is one of the pair of reflectors of the fourth joint 240 And the function of any one of the pair of reflecting mirrors of the fifth joint 250, and only three reflecting mirrors are arranged in two joints.
  • the first joint 210, the third joint 230, and the fifth joint 250 are vertical axis joints that rotate about a rotation axis in the vertical direction, respectively, and the second joint 220 and the fourth joint 240 are horizontal. It can be said to be a horizontal axis joint that rotates about the rotation axis in the direction. However, in theory, it is possible to construct a multi-joint body using only three vertical axis joints, that is, the first joint 210, the third joint 230, and the fifth joint 250.
  • the multi-joint body consisting of only vertical axis joints reaches the laser irradiation unit 300 due to the inertia change and vibration caused by the linear reciprocating transfer speed of the laser irradiation unit 300 and the dimensional accuracy of each joint according to the machining precision.
  • the uniformity of the position of the laser beam can be reduced. Therefore, it is preferable to additionally arrange two horizontal axis joints, that is, the second joint 220 and the fourth joint 240, so that the laser beam can be stably transmitted even against vibration or incorrect operation.
  • each arm 260, 270
  • the support bar 500 is additionally provided to prepare for this.
  • the support bar 500 is a rod-shaped member, and is rotatably installed between the fixed block 110 and the third joint 230. Therefore, the third joint 230 may be prevented from vibrating while the articulated body moves.
  • the support bar 500 may be sufficient to support the third joint 230 with respect to the frame 50 and other external fixed structures in addition to the fixed block 110.
  • the arms may be installed at joints disposed between neighboring arms, respectively.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 레이저로 도광판을 가공함에 있어 광경로를 일정하게 유지함으로써 고품질의 도광판을 제공할 수 있는 도광판 레이저 가공장치에 관한 것으로, 레이저 발진부와, 직선왕복 이송되면서 레이저 발진부로부터 레이저빔을 전달받아 조사하여 가공대상인 도광판에 조사하는 레이저 조사부와, 레이저 조사부와 레이저 발진부 사이에서 레이저빔의 전달경로를 형성하는 레이저 전달부와, 레이저 조사부의 이송방향과 교차하는 방향으로 직선왕복 이송되며 도광판을 지지하는 이송정반을 포함하며, 레이저 전달부는, 회전가능한 관절로 연결된 복수의 암을 포함하는 다관절체로 된 것을 특징으로 한다.

Description

도광판 레이저 가공장치
본 발명은 액정표시장치용 도광판의 가공에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저로 도광판을 가공함에 있어 광경로를 일정하게 유지함으로써 고품질의 도광판을 제공할 수 있는 도광판 레이저 가공장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 자기발광성이 없으므로 별도로 발광원이 필요하게 된다. 이와 같은 발광원은 액정패널의 후면에 배치되어 액정패널을 투과하여 빛을 조사하므로, 흔히 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)이라고 불린다.
백라이트 유닛은 면광원으로서 기능하는 것이 이상적이지만, 전면에 걸쳐 균일한 휘도를 가진 면광원을 구현하는 것은 기술적으로 어려운 일이므로, 냉음극 형광램프(CCFL)나 발광다이오드(LED)와 같은 선광원 또는 점광원에 유사한 광원으로부터 조사되는 빛을 확산시켜 면광원에 가까운 상태로 조정하는 방식이 사용된다. 여기서 빛의 확산을 위해 중요한 역할을 하는 것이 도광판(Light Guide Plate, LGP)이다.
도광판은 보통 아크릴 수지로 된 판재로서, 측면 또는 저면에 배치된 광원으로부터 조사되는 빛이 전면을 향해 균일하게 확산되도록 소정의 패턴이 형성되어 있다. 이 패턴은 빛을 반사하거나, 굴절시킴으로써 소기의 목적을 달성하게 되는데, 패턴의 형태에 따라 도광판 전면에서의 휘도 균일성이 결정된다. 따라서 도광판의 패턴은 점차 복잡하고 정밀한 것이 요구되고 있으며, 표시장치의 대면적화에 따라 패턴 형성에 소요되는 시간을 단축하는 것도 시급한 과제로 대두되고 이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위해 레이저빔를 이용하여 아크릴 판재에 패턴을 형성하는 기술들이 개발되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 레이저로 도광판에 패턴을 형성하는 도광판 가공장치의 일례로서, 특허 제460790호의 일 도면을 도시한 것이다.
종래 기술에 따른 도광판 가공장치는 상대적으로 고정된 Y축 가이드레일(62)과, Y축 가이드레일을 따라 이동되는 X축 가이드레일(61)과, X축 가이드레일에 고정된 제1 미러(58)와, X축 가이드레일을 따라 이동되는 제2 미러(59)를 포함한다. 이와 같은 구성에서 레이저 시스템(53)이 제1 미러(58)를 향해 레이저빔을 조사하면, 레이저빔은 제1 미러(58)에서 제2 미러(59)를 향해 반사되고, 제2 미러(59)에서 다시 반사된 레이저빔은 제2 미러(59) 하방에 위치한 도광판(41)에 도달하여 도광판(41)에 소정의 도광패턴부(45)가 형성된다.
도광판(41)의 전면에 걸쳐 도광패턴부(45)를 형성하기 위해, X축 가이드레일(61) 및 이에 고정된 제1 미러(58)는 Y축 가이드레일(62)을 따라 이동하여야 하며, 제2 미러(59)는 X축 가이드레일(61)을 따라 이동하여야 한다. 반면, 레이저 시스템(53)과 도광판(41)은 상대적으로 고정적인 위치를 유지하므로, 레이저 시스템(53)으로부터 도광판(41)에 이르는 레이저빔의 광경로는 수시로 변화하게 된다.
이와 같이 레이저빔의 광경로가 바뀌면, 도광판(41)에 도달할 때 레이저빔의 단면 직경이 변화하게 된다. 예컨대 광경로가 길어지면 레이저빔이 더 확산되므로 그 단면 직경 또한 커지게 되는 것이다. 레이저빔의 단면 직경 변화는 도광패턴부(45)의 크기를 변화시키며, 한편으로는 에너지밀도의 감소에 따라 도광패턴부(45)의 깊이마저 변화하게 된다. 결과적으로, 형성하고자 했던 패턴과는 조금씩 다른 크기와 깊이를 가진 패턴이 도광판 상에 형성되므로, 가공이 완료된 도광판의 품질 균일성이 떨어진다는 문제점이 생긴다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저빔의 광경로를 일정하게 유지함으로써 도광판의 전면에 걸쳐 균일한 패턴을 형성할 수 있는 도광판 레이저 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치는, 레이저빔을 생성하며 고정설치된 레이저 발진부와, 직선왕복 이송되면서 상기 레이저 발진부로부터 레이저빔을 전달받아 조사하여 가공대상인 도광판에 미리 정해진 패턴을 형성하기 위한 레이저 조사부와, 상기 레이저 조사부와 레이저 발진부 사이에서 상기 레이저빔의 전달경로를 형성하는 레이저 전달부와, 상기 레이저 조사부의 이송방향과 교차하는 방향으로 직선왕복 이송되며 상기 가공대상인 도광판을 지지하는 이송정반을 포함하며, 상기 레이저 전달부는, 회전가능한 관절로 연결된 복수의 암을 포함하는 다관절체로서 상기 레이저빔을 상기 각 관절에서 반사시킴으로써 상기 레이저 조사부로 진행시키는 것을 특징으로 한다. 다관절체를 따라 레이저빔이 진행하므로 레이저 조사부가 이송되더라도 레이저빔 진행경로의 길이가 일정하게 유지된다.
본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치에 있어서, 상기 다관절체는, 각각의 길이방향을 따라 레이저빔이 진행하며 한 줄로 배치된 적어도 2개 이상의 암과, 상기 적어도 2개 이상의 암 중 상기 레이저 발진부에 가장 인접한 어느 한 암의 끝단과, 서로 이웃하는 한 쌍의 암 사이와, 상기 레이저 조사부에 가장 인접한 다른 한 암의 끝단에 각각 결합되어 각 결합된 지점에서 각 암이 회동할 수 있도록 적어도 3개 이상이 구비되며, 상기 레이저 발진부로부터 입사하는 레이저빔을 인접한 암의 길이방향을 따라 진행시키고, 인접한 한 쌍의 암 사이에서 각 암의 길이방향을 따라 상기 레이저빔을 전달하며, 인접한 암으로부터 입사하는 레이저빔을 상기 레이저 조사부로 전달하는 복수의 관절을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 적어도 2개 이상의 암은 각각 중공관이고, 상기 레이저빔은 상기 중공관인 암의 중공을 관통하는 것이 바람직하다. 이로써 레이저빔의 진행경로를 외부와 차단할 수 있으므로 분진과 같은 외부환경에 의해 레이저빔이 영향을 받아 감쇄되는 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치에 있어서, 상기 복수의 관절은 각각, 서로 이격되어 있고, 동일한 회전축을 중심으로 서로에 대해 상대적으로 회전 가능하게 배치되며, 상기 회전축에 대해 비스듬히 배치되어 상대적인 회전에 따라 서로 평행하게 위치할 수 있는 한 쌍의 반사경을 포함하는 것이 바람직하다. 이때 상기 복수의 관절체는 각각, 동일한 회전축을 중심으로 서로에 대해 상대적으로 회전가능하게 결합된 한 쌍의 통체를 더 포함하고, 상기 한 쌍의 반사경은 상기 한 쌍의 원통체의 결합단의 반대편 끝단에 하나씩 고정되어 있으며, 상기 한 쌍의 원통체의 결합단의 반대편 끝단에는 각각 반경방향으로 결합구멍이 관통 형성되어 있고, 상기 적어도 2개 이상의 암은 각각 상기 결합구멍에 고정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치에 있어서, 상기 관절은 적어도 3개의 수직축 관절을 포함하는 것이 바람직하며, 나아가서 적어도 2개의 수평축 관절을 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치는, 암과 관절의 자중에 의한 처짐을 억제하기 위해, 상기 적어도 2개 이상의 암 중 이웃하는 암 사이에 위치한 관절을 외부에 대해 회전가능하게 지지하는 지지바를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 조사부가 이동하더라도 레이저 발진부로부터의 광경로는 일정하게 유지될 수 있으며, 그 결과 도광판의 전면에 걸쳐 균일하고 정확한 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
도 1은 종래 기술에 따른 도광판 레이저 가공장치의 일례를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 일실시예를 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 실시예의 작동상태를 도시한 평면도,
도 4는 도 2의 실시예의 관절체를 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 도광판 레이저 가공장치의 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 실시예의 작동상태를 도시한 평면도이며, 도 4는 도 2의 실시예의 관절의 단면도이다.
레이저 발진부(100)는 레이저빔을 생성하여 방사하기 위한 것으로. 프레임(50)에 고정설치되어 있다.
레이저 발진부(100)에서 조사된 레이저빔은 레이저 조사부(300)에 이르기까지 안내되며, 레이저 조사부(300)에서 가공대상인 도광판(400)을 향해 레이저빔이 조사되어 최종적으로 도광판(400)의 일부를 커팅(cutting)하여 패턴이 형성되도록 한다. 도광판(400)의 전면에 걸쳐 패턴을 형성하기 위해, 레이저 조사부(300)는 프레임(50)에 대해 일방향으로 직선왕복하면서 이송되도록 설치되며, 도광판(400)은 레이저 조사부(300)의 이송방향과 교차하는 방향으로 이송된다. 이를 위해 도광판(400)은, 역시 프레임(50)에 대해 이송가능하게 설치된 이송정반(410)에 의해 지지되며, 예컨대 레이저 조사부(300)가 X축 방향을 따라 이송된다면 이송정반(410)은 X축에 직교하는 Y축 방향을 따라 이송되도록 함으로써, 도광판(400)의 전체 면적에 걸쳐 레이저 조사부(300)가 위치할 수 있도록 작동된다.
이와 같이 상대적으로 고정된 위치에 배치된 레이저 발진부(100)로부터, 상대적으로 이동하는 레이저 조사부(300)로 레이저빔을 전달하기 위해 레이저 전달부(200)가 구비된다. 레이저 전달부(200)는 기구적으로 다관절체이다. 다관절체란 복수의 암이 복수의 관절에 의해 상호 회동가능하도록 결합된 조립체를 의미한다, 레이저빔은 각 관절에서 반사에 의해 그 진행방향이 변경되어, 암의 길이방향을 따라 안내된다. 레이저 전달부(200)가 다관절체로 이루어져 있으므로 각 암의 길이가 바뀌지 않는 한 어떤 자세나 각도에서도 다관절체의 일단으로부터 각 암을 따라 타단까지 측정한 거리가 변하지 않고, 레이저빔이 진행하는 광경로의 길이 또한 변하지 않는다.
도 2 및 도 3에는 레이저 전달부(200)가 2개의 암(arm)(260,270)과 5개의 관절(210 내지 250)을 가진 다관절체로 이루어진 것으로 예시하고 있다. 이들 암과 관절은 따로 설명하지 않는 한도에서 설치위치만 다를 뿐 각각 동일한 구조를 가지고 있다.
각 암(260,270)은 중공의 관체 형상으로서, 그 내부의 중공이 레이저빔의 진행경로가 된다. 암(260,270)이 반드시 중공관일 필요는 없으며, 단순한 막대 형상의 바(bar)이어도 좋다. 암(260,270)이 바로 형성되어 있을 경우에는 레이저빔이 바의 외면 일측을 따라 진행하게 된다. 이때 레이저빔이 외부로 노출되므로 가공 도중 발생할 수 있는 파티클에 의해 영향을 받을 수 있고 작업자나 외부의 다른 구조에 손상을 줄 가능성이 있다는 단점이 있으나 다관절체의 구조가 간단해지고 제조비용이 절감된다는 장점도 있다. 각 암(260,270)은 관절(230)을 사이에 두고 한 줄로 배치되어 있다.
각 관절(210 내지 250)은 각 암(260,270)이 상호 회동가능하게 연결해주며, 다관절체의 양측 끝단에 위치한 암(260,270)이 다른 구조물에 대해 회동가능하게 연결해주기도 한다. 관절(210 내지 250)에는 레이저빔이 반사되도록 한 쌍의 반사경(231,232)이 구비된다(도 4 참조). 한 쌍의 반사경(231,232)은 서로 이격되어 있으나, 하나의 회전축을 중심으로 서로에 대해 회전가능하게 설치된다. 도 4의 단면도에서는 한 쌍의 반사경(231,232)이 서로 평행한 상태에 있는 것을 예시하고 있는데, 이와 같이 하나의 관절(230) 내에 구비된 한 쌍의 반사경(231,232)은 상대적인 회전 중 서로 평행한 위치에 있을 수 있는 관계를 가진다. 또한 한 쌍의 반사경(231,232)은 공통의 회전축에 대해 비스듬히 배치되어 있다. 도 4에서는 제3관절(230)을 예로 하여, 회전축에 대한 반사경(231,232)의 각도가 대략 45도인 것으로 예시하고 있다. 이 경우 도면의 방향을 기준으로 수평하게 위쪽 반사경(231)에 진입한 레이저빔은 수직하게 반사되어 아래쪽의 반사경(232)으로 향하고, 아래쪽의 반사경(232)에서 다시 수직하게 반사되어 수평하게 진행한다. 결과적으로 관절에 대해 수평하게 입사한 레이저빔은 다시 수평하게 출사되는데, 이 과정에서 한 쌍의 반사경(231,232)이 서로 회전하더라도, 입사되는 레이저빔이나 출사되는 레이저빔은 각각 하나의 평면 상에 존재하며, 이들 평면은 서로 평행한 관계에 있게 된다. 따라서 레이저빔이 입사되는 측에 하나의 암, 예컨대 제1암(260)을, 레이저빔이 출사되는 측에 다른 하나의 암, 예컨대 제2암(270)을 연결하면, 각 암이 관절을 중심으로 상대적으로 회동하더라도 레이저빔이 각 암(260,270)의 길이방향을 따라 진행할 수 있다. 한편, 각 반사경(231,232)이 기울어진 각도가 45도가 아닌 경우에는 레이저빔의 진행경로가 영문자 Z자와 같은 형태를 가지도록 각 반사경을 배치함으로써 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.
이와 같이 각 관절(210 내지 250)은 동축으로 회전하는 한 쌍의 반사경만으로 구성할 수 있으며, 각 반사경이 동축으로 회전할 수 있도록 하는 물리적인 지지체는 다양한 형태로 구비될 수 있지만, 도 4에 도시된 바와 같은 통체(233,234)를 구비하는 것이 바람직하다. 이는 암(260,270)이 중공관인 경우와 마찬가지로 외부 환경에 의해 레이저빔이 영향을 받거나 외부로 유출되어 작업자나 외부 시설에 손상을 주는 것을 차단할 수 있다.
제3관절(230)을 예로 들어 도시한 도 4를 기준으로 설명하자면, 통체(233,234)는 한 쌍이 구비되며, 한 쌍의 통체(233,234)는 동일한 회전축을 중심으로 서로에 대해 상대적으로 회전가능하게 결합되어 있다. 원활한 회전을 위해 통체(233,234) 사이에 베어링(235)을 게재하는 것이 바람직하다. 통체(233,234)의 결합부, 즉 베어링(235)이 위치하는 끝단의 반대편 끝단에 앞서 설명한 반사경(231,232)이 각각 설치되어 있으며, 반사경(231,232)이 설치된 지점에서 반사경(231,232)을 향해 레이저빔이 진행할 수 있도록 결합구멍(233a,234a)이 통체(233,234) 각각에 관통하여 형성되어 있다. 이 결합구멍(233a,234a)에는 암(260,270)의 일단 또는 레이저빔의 경로 상에 존재하는 다른 구조물, 예컨대, 아래에서 설명할 고정블럭(110)이나 레이저 조사부(300)가 결합된다.
설명의 편의를 위해 이하에서는 이들 암(260,270)과 관절(210 내지 250)을 레이저 발진부(100)로부터 가까운 것부터 차례로 제1암(260), 제2암(270), 제1관절(210), 제2관절(220), 제3관절(230), 제4관절(240), 제5관절(250)이라 한다.
레이저 발진부(100)에서 조사된 레이저빔은 먼저 제1관절(210)로 진입한다. 제1관절(210)은 프레임(50)에 고정된 고정블럭(110)과 제2관절(220)을 회전가능하게 결합하고 있다. 당연하게도 고정블럭(110)에는 레이저빔이 통과할 수 있도록 관통구멍이 형성되어 있으며, 이 관통구멍은 제1관절(210)의 결합구멍과 연통된다. 제1관절(210)로 진입한 레이저빔은 제1관절(210)의 한 쌍의 반사경 중 도면방향을 기준으로 아래쪽에 위치한 반사경에서 1차로 반사되며, 위쪽의 반사경으로 진행하여 거기서 2차로 반사되며, 위쪽 반사경 쪽에 위치한 결합구멍을 통해 제1관절(210)로부터 이탈하여 제2관절(220)로 진행한다. 제2관절(220) 내부에서도 마찬가지로 반사된 레이저빔은 제2관절(220)에 결합된 제1암(260)을 따라 진행한다. 여기서 제1관절(210)의 윗쪽 반사경이 제2관절(220)의 한 쌍의 반사경 중 하나를 겸하는 것을 볼 수 있다. 즉, 한 쌍의 관절을 연이어 결합하는 경우, 인접하여 위치하게 될 두 개의 반사경을 하나의 반사경으로 대체하는 것이 가능하다. 제1암(260)을 따라 진행하던 레이저빔은 제3관절(230)에서 반사되어 다시 제2암(270)을 따라 진행한다. 이 과정에서 제2암(270)이 제1암(260)에 대해 회전하더라도 레이저빔은 제1암(260) 및 제2암(270)의 길이방향을 따라 정확히 진행할 수 있다. 제2암(270)을 벗어난 레이저빔은 제4관절(240) 및 제5관절(250)을 거쳐 레이저 조사부(300)에 도달한다. 제4관절(240) 및 제5관절(250) 또한 제1관절(210) 및 제2관절(220)의 관계와 같이, 하나의 반사경이 제4관절(240)의 한 쌍의 반사경 중 어느 하나와, 제5관절(250)의 한 쌍의 반사경 중 어느 하나의 기능을 겸하도록 하여, 2개의 관절에 3개의 반사경만이 배치된 형태를 갖고 있다.
제1관절(210), 제3관절(230), 제5관절(250)은 각각 수직방향의 회전축을 중심으로 회전하는 수직축 관절이고, 제2관절(220), 제4관절(240)은 수평방향의 회전축을 중심으로 회전하는 수평축 관절이라고 할 수 있다. 그런데, 이론적으로는 3개의 수직축 관절, 즉 제1관절(210), 제3관절(230), 제5관절(250)만으로 다관절체를 구성하는 것이 가능하다. 그러나, 레이저 조사부(300)의 직선왕복 이송 속도가 빠르기 때문에 생기는 관성 변화 및 그에 따른 진동, 기계가공의 정밀도에 따른 각 관절의 치수 정밀도 등에 의해 수직축 관절만으로 이루어진 다관절체는 레이저 조사부(300)에 도달하는 레이저빔의 위치의 균일성이 저하될 수 있다. 따라서 2개의 수평축 관절, 즉 제2관절(220) 제4관절(240)을 추가배치함으로써 진동이나 부정확한 작동에 대해서도 레이저빔을 안정적으로 전달하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 각 암(260,270)의 길이가 길어질수록 자체 하중에 의한 처짐이 발생할 수 있는데, 지지바(500)는 이를 대비하기 위해 추가로 구비된 것이다. 지지바(500)는 막대형상의 부재로서, 고정블럭(110)과 제3관절(230) 사이에서 회동가능하게 설치되어 있다. 따라서 다관절체가 움직이는 과정에서 제3관절(230) 부분이 처지면서 진동하는 것을 방지할 수 있다. 지지바(500)는 고정블럭(110) 이외에도 프레임(50), 기타 외부의 고정적인 구조물에 대해 제3관절(230)을 지지할 수 있으면 충분하다. 나아가서 암이 3개 이상 구비된 경우에는 이웃하는 암 사이에 배치된 관절에 각각 설치될 수도 있다.

Claims (8)

  1. 레이저빔을 생성하며 고정설치된 레이저 발진부와,
    직선왕복 이송되면서 상기 레이저 발진부로부터 레이저빔을 전달받아 조사하여 가공대상인 도광판에 미리 정해진 패턴을 형성하기 위한 레이저 조사부와,
    상기 레이저 조사부와 레이저 발진부 사이에서 상기 레이저빔의 전달경로를 형성하는 레이저 전달부와,
    상기 레이저 조사부의 이송방향과 교차하는 방향으로 직선왕복 이송되며 상기 가공대상인 도광판을 지지하는 이송정반을 포함하며,
    상기 레이저 전달부는, 회전가능한 관절로 연결된 복수의 암을 포함하는 다관절체로서 상기 레이저빔을 상기 각 관절에서 반사시킴으로써 상기 레이저 조사부로 진행시키는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다관절체는,
    각각의 길이방향을 따라 레이저빔이 진행하며 한 줄로 배치된 적어도 2개 이상의 암과,
    상기 적어도 2개 이상의 암 중 상기 레이저 발진부에 가장 인접한 어느 한 암의 끝단과, 서로 이웃하는 한 쌍의 암 사이와, 상기 레이저 조사부에 가장 인접한 다른 한 암의 끝단에 각각 결합되어 각 결합된 지점에서 각 암이 회동할 수 있도록 적어도 3개 이상이 구비되며, 상기 레이저 발진부로부터 입사하는 레이저빔을 인접한 암의 길이방향을 따라 진행시키고, 인접한 한 쌍의 암 사이에서 각 암의 길이방향을 따라 상기 레이저빔을 전달하며, 인접한 암으로부터 입사하는 레이저빔을 상기 레이저 조사부로 전달하는 복수의 관절을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 2개 이상의 암은 각각 중공관이고,
    상기 레이저빔은 상기 중공관인 암의 중공을 관통하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 관절은 각각,
    서로 이격되어 있고, 동일한 회전축을 중심으로 서로에 대해 상대적으로 회전 가능하게 배치되며, 상기 회전축에 대해 비스듬히 배치되어 상대적인 회전에 따라 서로 평행하게 위치할 수 있는 한 쌍의 반사경을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 관절체는 각각,
    동일한 회전축을 중심으로 서로에 대해 상대적으로 회전가능하게 결합된 한 쌍의 통체를 더 포함하고,
    상기 한 쌍의 반사경은 상기 한 쌍의 원통체의 결합단의 반대편 끝단에 하나씩 고정되어 있으며,
    상기 한 쌍의 원통체의 결합단의 반대편 끝단에는 각각 반경방향으로 결합구멍이 관통 형성되어 있고,
    상기 적어도 2개 이상의 암은 각각 상기 결합구멍에 고정되는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 관절은 적어도 3개의 수직축 관절을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 관절은 적어도 2개의 수평축 관절을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 2개 이상의 암 중 이웃하는 암 사이에 위치한 관절을 외부에 대해 회전가능하게 지지하는 지지바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판 레이저 가공장치.
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