WO2021137488A1 - 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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laser beam
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이준정
이대영
이봉돈
손창환
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(주)미래컴퍼니
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a laser processing system and a laser processing method.
  • Such a display panel is configured by stacking a plurality of layers including a dielectric material, and cutting is performed using a non-contact cutting method rather than a conventional contact cutting method in consideration of processing precision.
  • the design coordinates of the edge of the workpiece to be cut are input in advance, and then the cutting is performed according to the input coordinates.
  • there may be an error between the design coordinates of the workpiece and the actual coordinates and since these errors are not constant, when cutting is performed depending on the design coordinates, it is impossible to obtain a workpiece having a desired size.
  • the conventional non-contact cutting method using a laser has a problem in that it is difficult to control the laser processing apparatus in real time according to the shape of the workpiece.
  • Embodiments of the present invention can perform various non-contact processing including cutting processing with high precision, and provide a laser processing system and a laser processing method that can control the laser processing apparatus in real time according to the shape of the workpiece The purpose.
  • the above-described problems are according to the embodiments of the present invention, and the objects and problems to be solved are not limited thereto.
  • the laser processing system includes a laser oscillator for outputting a laser beam, a processing table on which a workpiece is seated, and a processing table moving in a preset direction, located between the laser oscillator and the processing table, Controlling the mirror according to the pre-stored design and processing coordinates of the optical unit and the optical unit including a lens for injecting a laser beam into the workpiece, a mirror for incident the laser beam output from the laser oscillator to the lens
  • a laser processing apparatus including a first controller for adjusting the position of the laser beam incident on the lens.
  • the laser processing system and the laser processing method according to the present invention can correct the difference between the design processing coordinates and the actual processing coordinates of the workpiece.
  • the laser processing system and the laser processing method according to the present invention control the laser processing apparatus in real time according to the shape of the workpiece, so that workpieces having various shapes can be processed with high precision and high speed.
  • the laser processing system and the laser processing method according to the present invention can process the processing surface of the workpiece at various angles by controlling the incident path of the laser.
  • the laser processing system and the laser processing method according to the present invention can precisely process a workpiece including a dielectric.
  • FIG. 1 is a view showing a laser processing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the first controller of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a position of a laser beam incident on the lens of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a view showing another example of a position of a laser beam incident on the lens of FIG. 1 .
  • 5A to 5E are views illustrating a processing state of a workpiece according to the position of the laser beam shown in FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a view showing a state in which a workpiece is processed using the laser processing system of FIG. 1 .
  • FIG. 7 is a view showing an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a second controller of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a view showing a laser processing system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the first controller of FIG. 10 .
  • FIG. 11 is a view showing a laser processing method according to another embodiment of the present invention.
  • the laser processing system includes a laser oscillator for outputting a laser beam, a processing table on which a workpiece is seated, and a processing table moving in a preset direction, located between the laser oscillator and the processing table, Controlling the mirror according to the pre-stored design and processing coordinates of the optical unit and the optical unit including a lens for injecting a laser beam into the workpiece, a mirror for incident the laser beam output from the laser oscillator to the lens
  • a laser processing apparatus including a first controller for adjusting the position of the laser beam incident on the lens.
  • the first controller in the position of the laser beam incident on the lens, the position in the circumferential direction of the lens and the position in the radial direction of the lens
  • the angle of the laser beam incident on the workpiece may be adjusted.
  • the first controller the laser incident on the lens so that the processing surface of the workpiece has a predetermined inclination according to the shape of the edge of the workpiece
  • the position of the beam can be adjusted.
  • the first controller is, according to the shape of the edge of the workpiece, while maintaining a constant distance of the laser beam incident on the lens from the center of the lens , it is possible to adjust the position in the circumferential direction of the laser beam incident on the lens.
  • the optical unit may move independently of the processing table.
  • an imaging unit that captures an image of the workpiece while moving in a preset direction, and a second controller for generating actual processing coordinates of the workpiece from the captured image It may be further provided with an inspection device comprising.
  • the second controller compares the difference value between the pre-designed processing coordinates and the actual processing coordinates with a preset threshold value, and the difference value is less than or equal to the threshold value
  • the actual machining coordinates are transmitted to the first controller, and when the difference value exceeds the threshold value, it is possible to determine a machining stop.
  • one or more inspection devices may be provided, and the laser processing device may be provided with more than the number of inspection devices.
  • a laser processing method is a laser processing method in which a laser beam output from a laser oscillator is incident on a workpiece using an optical unit including a mirror and a lens, and the processing coordinates of the workpiece are obtained and controlling the mirror according to the obtained processing coordinates to perform laser processing by adjusting the position of the laser beam incident on the lens.
  • the angle of the laser beam incident on the workpiece may be adjusted by adjusting at least any one of the positions of the furnace.
  • the step of performing the laser processing may include incident on the lens so that the processing surface of the processing object has a predetermined inclination according to the shape of the edge of the processing object. It is possible to adjust the position of the laser beam.
  • the step of performing the laser processing may include incident on the lens so that the processing surface of the processing object has a predetermined inclination according to the shape of the edge of the processing object. It is possible to adjust the position of the laser beam.
  • the step of obtaining the processing coordinates of the workpiece includes imaging an image of the workpiece with an imaging unit moving in a preset direction and from the captured image It may include acquiring the actual processing coordinates of the workpiece.
  • the laser processing method after obtaining the processing coordinates of the workpiece, comparing the difference between the previously stored design processing coordinates and the actual processing coordinates with a preset threshold value , When the difference value is less than the threshold value, replacing the design processing coordinates with the actual processing coordinates, and when the difference value exceeds the threshold value, it may further include the step of determining to stop processing.
  • FIG. 1 is a view showing a laser processing system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the first controller 19 of FIG. 1 .
  • the laser processing system 1 may be used in various laser processing such as laser cutting, laser drilling, laser writing, laser patterning, and laser scribing. However, hereinafter, for convenience of description, the laser processing system 1 will be described as being used for laser cutting processing.
  • the kind of to-be-processed object W is not specifically limited.
  • the workpiece W may include a display panel including a dielectric material, a metal sheet, a ceramic substrate, and the like.
  • the laser oscillator 11 is disposed on one side of the laser processing apparatus 10 .
  • the laser oscillator 11 may include a laser source capable of generating and outputting a laser beam having a specific wavelength.
  • the type of the laser beam output from the laser oscillator 11 is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the type or processing method of the workpiece W.
  • the laser beam output from the laser oscillator 11 includes a solid laser beam including a ruby laser beam, an Nd:YAG laser beam, and a Ti:sapphire laser beam, a liquid laser beam including a dye laser beam, and the like; , CO 2 It may be any one of a gas laser beam, including a laser beam, a He-Ne laser beam, an Ar + laser beam, an excimer laser beam, and the like. However, hereinafter, for convenience of description, the laser beam output from the laser oscillator 11 will be described as a CO 2 laser beam.
  • the wavelength of the CO 2 laser beam may be 9.3 ⁇ m or more and 10.6 ⁇ m or less.
  • the laser oscillator 11 is connected to a power supply (not shown), and may output a laser beam as power is applied from the power supply. Also, as shown in FIG. 1 , the laser oscillator 11 is connected to the first controller 19 . Characteristics of the laser beam output from the laser oscillator 11 , for example, intensity, period, and output timing of the laser beam may be controlled by a signal generated from the first controller 19 .
  • a laser processing apparatus 10 includes a processing table 13 .
  • the processing table 13 may be disposed to face the laser oscillator 11 .
  • the processing table 13 has a seating surface on which the workpiece W is seated, and can move in a preset direction while the workpiece W is seated.
  • the processing table 13 may move in each direction of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and may rotate around the Z axis.
  • the processing table 13 may include a fixing member (not shown).
  • the fixing member is formed on one side of the processing table 13 to fix the workpiece W to the seating surface of the processing table 13 . Accordingly, the fixing member may prevent the workpiece W from being separated from the seating surface during the machining process.
  • the type of the fixing member is not particularly limited, and may be a plurality of suction holes formed on the upper surface of the processing table 13 or a plurality of clamping units for mechanically fixing the workpiece W. 1 and 2 , the machining table 13 is connected to the first controller 19 .
  • the operation of the processing table 13, for example, an operation in which the fixing member fixes the workpiece W, or the movement speed or rotation speed, movement direction, and movement distance of the processing table 13 is controlled by the first controller 19 ) can be controlled by
  • the mirror 15 may be disposed between the laser oscillator 11 and the processing table 13 .
  • the mirror 15 may control the optical path of the laser beam La output from the laser oscillator 11 .
  • the number of mirrors 15 included in the laser processing apparatus 10 is not particularly limited, but hereinafter, for convenience of description, the laser processing apparatus 10 includes a first mirror 15a and a second mirror 15b. described as doing In one embodiment of the present invention, in order to implement a fast reaction speed according to the control signal of the first controller 19, the mirror 15 may be a galvano-mirror.
  • the mirror 15 is connected to the first controller 19 .
  • the operation of the mirror 15 for example, a tilting angle and a tilting speed of the mirror 15 may be controlled by the first controller 19 .
  • the laser beam La output from the laser oscillator 11 is first reflected by the first mirror 15a.
  • the laser beam Lb reflected by the first mirror 15a is incident on the second mirror 15b.
  • the laser beam Lc reflected by the second mirror 15b again is incident on one surface of a lens 17 to be described later, and is irradiated to the workpiece W through the lens 17 (laser beam Ld). .
  • the lens 17 may be disposed between the processing table 13 and the mirror 15 .
  • the lens 17 condenses the laser beam Lc reflected from the mirror 15 and irradiates the laser Ld to the workpiece W.
  • the lens 17 may be an f-theta lens.
  • one lens 17 is shown, but the present invention is not limited thereto.
  • the lens 17 may be composed of a plurality of spherical lenses or planar lenses. Accordingly, the lens 17 may focus the laser beam Ld on the workpiece W even if the laser beam Lc is incident on an area other than the center of the lens 17 .
  • a mirror 15 and a lens 17 may constitute an optical unit 14 .
  • the optical unit 14 may adjust the optical path of the laser beam La output from the laser oscillator 11 to irradiate the laser beam Ld to a desired position on the workpiece W. Also, the operation and position of the optical unit 14 may be controlled by the first controller 19 .
  • the first controller 19 adjusts the position of the laser beam incident on the lens by controlling the mirror according to the design and processing coordinates of the workpiece W stored in advance.
  • the first controller 19 may include a driving unit 191 , a processor 193 , a memory 195 , and an input/output interface unit 197 .
  • the driving unit 191 receives a control signal from the processor 193 and controls the laser oscillator 11 , the processing table 13 , the mirror 15 , and the lens 17 . More specifically, the driving unit 191 receives a signal for controlling the position of the laser oscillator 11, the intensity, period, and output timing of the laser beam output from the laser oscillator 11, based on the command of the processor 193.
  • the driving unit 191 based on a command from the processor 193 , the position of the processing table 13 , the movement speed, the movement direction, the movement distance, and the workpiece W using the fixing member provided in the processing table 13 . ) can create and send a signal to control the fixation, etc.
  • the driving unit 191 may generate and transmit a signal for controlling the position of the mirror 15 , the tilting angle, the tilting speed, and the like, based on the command of the processor 193 . Also, the driving unit 191 may generate and transmit a signal for controlling the position of the lens 17 and the like based on the command of the processor 193 . Also, the driving unit 191 may generate and transmit a signal for integrally controlling the optical unit 14 including the mirror 15 and the lens 17 based on a command from the processor 193 .
  • the driving unit 191 can control the laser oscillator 11 , the processing table 13 , the mirror 15 , and the lens 17 by sending signals independently, respectively.
  • the driving unit 191 may perform the machining process by controlling only the machining table 13 on which the workpiece W is seated, or may control only the mirror 15 or the lens 17 to perform the machining process.
  • the processor 193 may control the driving unit 191 based on processing information of the workpiece W stored in the memory 195 .
  • the processor 193 may be stored in the memory 195 , and may control the driving unit 191 based on design processing coordinates that are processing reference values of the workpiece W.
  • the driving unit 191 controls the laser oscillator 11 , the processing table 13 , the mirror 15 , and the lens 17 so that the laser beam La output from the laser oscillator 11 is It is possible to control by sending a signal to be irradiated to the design processing coordinates on the workpiece (W) along a preset optical path.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a position of a laser beam Lc incident on the lens of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a view showing another example of the position of the laser beam Lc incident on the lens of FIG. 1 .
  • 5A to 5E are views showing the processing state of the workpiece W according to the position of the laser beam Lc shown in FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the workpiece W is processed using the laser processing system 1 of FIG. 1 .
  • the laser processing system 1 may control the optical path of the laser beam La output from the laser oscillator 11 to process the workpiece W .
  • the laser processing system 1 controls the position of the laser beam Lc incident on the lens 17, position can be controlled. More specifically, referring to FIG. 1 , the optical path of the laser beam La output from the laser oscillator 11 is deflected through the first mirror 15a and the second mirror 15b, and the deflected laser beam Lc ) may be incident on one surface of the lens 17 .
  • the first controller 19 controls the positions, tilt angles, or tilting speeds of the first mirror 15a and the second mirror 15b to inject the laser beam Lc to a desired position on the lens 17 .
  • coordinate systems (X' and Y' axes) having the center point O' of the lens 17 as the origin may be defined.
  • the position of the laser beam Lc incident on the upper surface of the lens 17 is expressed in polar coordinates expressed by the horizontal distance r from the central point O' and the angle ⁇ with the central point O'.
  • the laser beam is located at various positions on the upper surface of the lens 17 .
  • (Lc) can be incident.
  • the respective laser beams Lc may have the same or different positions in the circumferential direction of the lens 17 or in the radial direction of the lens 17 .
  • the laser processing system 1 in the position of the laser beam (Lc) incident on the lens 17, from the center point (O') of the lens 17 can be controlled differently. More specifically, the laser beam Lc1 may be incident on the central point O' of the lens 17 . At this time, the distance r1 from the center point O' is 0. Also, the laser beam Lc2 may be incident at a position spaced apart from the center point O' of the lens 17 by a distance r2 in the X'-axis direction. Also, the laser beam Lc3 may be incident at a position spaced apart from the center point O' of the lens 17 by a distance r3 in the X'-axis direction.
  • the laser beam Lc4 may be incident at a position spaced apart from the center point O' of the lens 17 by a distance r4 in the X'-axis direction.
  • the laser beam Lc5 may be incident at a position spaced apart from the center point O' of the lens 17 by a distance r5 in the X'-axis direction.
  • the laser processing system 1 controls the position of the laser beam Lc incident on the upper surface of the lens 17,
  • the surface to be machined can be machined differently. More specifically, in FIGS. 5A to 5E , the axis Ax1 is an axis extending in the vertical direction from the lowermost end of the to-be-processed region formed in the to-be-processed object W. As shown in FIG. In addition, C1 is the distance between the axis
  • C2 is the distance between the axis
  • phi is an angle between the axis Ax1 and the right-hand side surface of the workpiece W.
  • the object to be processed may be the right side to be processed of the workpiece (W).
  • FIG. 5A is a view showing a processing state when the laser beam Lc1 of FIG. 4 is incident on the upper surface of the lens 17, wherein the processing area of the workpiece W is substantially symmetrical about the axis Ax1. It can be seen that That is, in FIG. 5A , C1 and C2 may be substantially the same. Also, ?1 and ?2 may be substantially the same.
  • FIG. 5A is a view showing a processing state when the laser beam Lc2 of FIG. 4 is incident on the upper surface of the lens 17, wherein the position of the laser beam Lc2 is X from the center point O' of the lens 17; 'It can be seen that the axis Ax1 is shifted to the right compared to FIG. 5A as it is spaced apart by r2 in the axial direction. That is, C1 may be greater than C2. Also, ?1 may be greater than ?2.
  • FIG. 5C is a view showing a processing state when the laser beam Lc3 of FIG. 4 is incident on the upper surface of the lens 17.
  • the position of the laser beam Lc3 is X from the center point O' of the lens 17.
  • 'It can be seen that the axis Ax1 is shifted more to the right compared to FIG. 5B as it is spaced apart by r3 in the axial direction. That is, C1 may be greater than C2. Also, ?1 may be greater than ?2.
  • FIG. 5D is a view showing a processing state when the laser beam Lc4 of FIG. 4 is incident on the upper surface of the lens 17.
  • the position of the laser beam Lc4 is X from the center point O' of the lens 17. 'As it is spaced apart by r4 in the axial direction, it can be seen that the axis Ax1 is shifted more to the right compared to FIG. 5C .
  • the upper surface of the workpiece W and the right surface to be processed may be substantially perpendicular to each other. That is, in the upper surface of the workpiece W, the total distance between the ends of the regions to be processed is C1, and C2 may be substantially 0. Also, ?2 may be substantially zero.
  • FIG. 5E is a view showing a processing state when the laser beam Lc5 of FIG. 4 is incident on the upper surface of the lens 17.
  • the position of the laser beam Lc5 is X from the center point O' of the lens 17.
  • 'It can be seen that the axis Ax1 is further shifted to the right compared to FIG. 5D as it is spaced apart by r5 in the axial direction.
  • an overhang region in which the right side to be processed of the workpiece W projects to the left from the axis Ax1 is formed.
  • the right surface of the workpiece W may have a reverse taper shape, which is inclined to the left with respect to the axis Ax1.
  • C1 may be greater than C2, and ⁇ 5 may be in a negative direction.
  • substantially symmetrical, vertical, or zero meaning is a concept including an engineering error, and may not mean symmetrical, vertical, or zero in a mathematically strict sense.
  • the laser processing system 1 controls the position of the laser beam Lc incident on the lens 17, thereby changing the processing surface of the workpiece W into various shapes.
  • the workpiece W may include edges having various shapes, such as a long side part, a short side part, a concave part, and a convex part.
  • the curvature of the edge of the workpiece W may be different depending on the processing coordinates of the workpiece W.
  • the laser processing system 1 includes a laser oscillator 11, a processing table 13, and a mirror 15 through the first controller 19 based on the design processing coordinates of the workpiece W stored in advance. , by controlling at least one of the lenses 17, it is possible to respond to various shapes of the workpiece (W). More specifically, when it is desired to form a constant inclination of the processing surface of the workpiece W, the laser processing system 1 controls the position and the tilting angle of the mirror 15 to control the center point of the lens 17 ( O') and the laser beam Lc, the distance r may be kept constant while the machining process may be performed.
  • the laser processing system 1 is configured with a mirror ( 15) by controlling the position and the tilting angle, the processing process can be performed while setting the distance r between the center point O' of the lens 17 and the laser beam Lc differently. At this time, when the workpiece W is viewed in a plan view, the distance between the edge of the workpiece W and the lens 17 may be kept constant.
  • the laser processing system 1 may perform processing while moving the processing table 13 on which the workpiece W is seated in a preset direction.
  • the laser processing system 1 may perform processing while moving not only the processing table 13 but also the optical unit 14 in a preset direction. Accordingly, when the workpiece W has various shapes according to processing coordinates, high-speed processing can be easily performed.
  • the laser processing system 1 can variously process the shape of the processing surface of the workpiece W. Moreover, the laser processing system 1 can process the to-be-processed object W which has various shapes quickly.
  • FIG. 7 is a view showing an inspection apparatus 20 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the second controller 29 of FIG. 7 .
  • the laser processing system 1 may further include an inspection apparatus 20 .
  • the inspection device 20 may inspect the shape of the workpiece W, obtain actual processing coordinates of the workpiece W, and transmit it to the laser processing device 10 .
  • the inspection apparatus 20 may include an inspection table 21 , a support 23 , an imaging unit 25 , a transfer unit 27 , and a second controller 29 .
  • the inspection table 21 has a seating surface on which the workpiece W is seated. 7 shows that the inspection table 21 moves the workpiece W in one direction, but is not limited thereto.
  • the inspection table 21 itself can rotate about the Z axis while horizontally moving in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • the inspection table 21 may have substantially the same configuration as the above-described processing table 13 , and a detailed description thereof will be omitted.
  • the support 23 is installed on one side of the examination table 21 and may have a gantry shape.
  • An imaging unit 25 which will be described later, is installed on the support 23 , and may include a configuration for moving the imaging unit 25 in a preset direction. 7 shows that the support 23 is fixed to the examination table 21, but is not limited thereto.
  • the support 23 is connected to the inspection table 21 and a roller (not shown), etc., and can move in one direction.
  • the imaging unit 25 is installed on one side of the support 23 , and images the workpiece W while moving in a preset direction. More specifically, an image may be captured along the edge of the workpiece W, and the image may be transmitted to the second controller 29 to be described later.
  • the second controller 29 may acquire actual processing coordinates of the workpiece W based on the captured image. In this case, the imaging unit 25 may selectively image a specific point of the edge of the object W to be imaged.
  • the transfer unit 27 may be installed to be spaced apart from the inspection table 21 .
  • the transfer unit 27 transfers the inspected object W to the laser processing apparatus 10 or carries it out.
  • the transfer method is not particularly limited.
  • the second controller 29 generates actual processing coordinates of the workpiece W from the image captured by the imaging unit 25 .
  • the second controller 29 may include a driving unit 291 , a processor 293 , a memory 295 , and an input/output interface unit 297 .
  • the driving unit 291 receives a command from the processor 293, and may send a signal to control the inspection table 21, the support 23, the imaging unit 25, and the transfer unit 27 as a whole or independently. have.
  • the processor 293 may control the driving unit 291 based on processing information of the workpiece W stored in the memory 295 .
  • the processor 293 causes the driving unit 291 to capture an image of the edge of the workpiece W by the imaging unit 25 based on the design processing coordinates of the workpiece W stored in the memory 295 .
  • the processor 293 may set an imaging point of the object W as an imaging target.
  • the processor 293 may appropriately set the number and position of the imaging points of the long and short sides or the concave and convex portions.
  • the processor 293 acquires actual processing coordinates for the edge of the workpiece W based on the image captured by the imaging unit 25 .
  • the processor 293 may calculate a difference value (offset value) between the acquired actual machining coordinates and the stored design machining coordinates.
  • the processor 293 may perform an operation of comparing the difference between the actual machining coordinates and the design machining coordinates with a threshold value stored in the memory 295 . More specifically, when the difference between the two coordinates is less than or equal to a preset threshold, the processor 293 transmits the actual processing coordinates to the first controller 19 of the laser processing apparatus 10 . And the processor 293 controls the transfer unit 27 to transfer the workpiece W to the laser processing apparatus 10 . On the other hand, when the difference between the two coordinates exceeds a preset threshold, the processor 293 may determine that the workpiece W is unsuitable for laser processing, and may decide to stop processing. And by controlling the transfer unit 27, it is possible to take out the workpiece (W) to the outside.
  • the first controller 19 of the laser processing apparatus 10 may perform laser processing on the workpiece W based on the received actual processing coordinates.
  • Laser processing using the laser processing apparatus 10 may be substantially the same as the above-described laser processing, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the laser processing system 1 includes both the laser processing apparatus 10 and the inspection apparatus 20, thereby correcting the error between the design processing coordinates of the workpiece W and the actual processing coordinates. can Thereby, the laser processing system 1 can process the to-be-processed object W more precisely.
  • the second controller 29 may obtain corrected machining coordinates by correcting the obtained actual machining coordinates of the workpiece W. For example, when the workpiece W is reduced or enlarged from the actual processing coordinates to be processed, the obtained actual processing coordinates are enlarged or reduced by a predetermined ratio to obtain corrected processing coordinates.
  • the second controller 29 may transmit the obtained corrected processing coordinates to the first controller 19 , and the first controller 19 may perform laser processing based on the corrected processing coordinates.
  • the corrected processing coordinates are not limited to enlarged or reduced actual processing coordinates, and only coordinates of a specific area may be corrected.
  • the laser processing system 1 may include a plurality of laser processing apparatus 10 and a plurality of inspection apparatus (20).
  • the laser processing system 1 includes one or more inspection apparatuses 20 and an inspection apparatus.
  • a number of laser processing apparatuses 10 greater than the number of (20) may be provided. Accordingly, the processing time required for laser processing of the workpiece W can be minimized by transferring the workpiece W, which has been inspected by the inspection device 20 , to the laser processing device 10 .
  • the number of the laser processing apparatus 10 and the inspection apparatus 20 is not particularly limited, and may be appropriately selected in consideration of the time required for the processing process.
  • the laser processing system 1 may be used to process both surfaces of one workpiece W.
  • the laser processing system 1 may include two laser processing apparatuses 10 and one inspection apparatus 20 .
  • the two laser processing apparatus 10 may be respectively disposed on the upper surface and the lower surface of the workpiece (W).
  • the inspection device 20 to generate actual processing coordinates for one surface of the workpiece (W)
  • the laser processing apparatus 10 disposed on one surface of the workpiece (W) is to be processed based on the actual processing coordinates.
  • One side of the workpiece W is machined.
  • the laser processing apparatus 10 disposed on the other surface of the workpiece W inverts the actual processing coordinates to generate the reversed processing coordinates, and based on this, the processing is performed on the other surface of the workpiece W.
  • the laser processing apparatus 10 disposed on the other surface of the workpiece W inverts the actual processing coordinates to generate the reversed processing coordinates, and based on this, the processing is performed on the other surface of the workpiece W. can That is, without inverting the seated workpiece W, only the generated actual processing coordinates can be inverted to perform processing as it is. Through this configuration, the time required for laser processing can be reduced.
  • FIG. 9 is a view showing a laser processing system 1 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the first controller 19 of FIG. 9 .
  • the laser processing system 1 according to the present invention may include the laser processing apparatus 10 and the inspection apparatus 20 that are integrally configured. 9 and 10 , the laser processing system 1 according to the present invention is a laser processing apparatus 10 , and an optical unit 14 including a laser oscillator 11 , a mirror 15 and a lens 17 . ) and the first controller 19 may be included.
  • the inspection apparatus 20 may include an inspection table 21 , a support 23 , and an imaging unit 25 .
  • both the optical unit 14 and the imaging unit 25 may be installed on the support 23 .
  • the first controller 19 can control the laser oscillator 11 , the optical unit 14 , the inspection table 21 , the support 23 , and the imaging unit 25 . Accordingly, the laser processing system 1 according to the present embodiment may acquire the actual processing coordinates by imaging the workpiece W seated on the inspection table 21 with the imaging unit 25 .
  • the laser processing system 1 may perform laser processing on the workpiece W with the laser oscillator 11 and the optical unit based on the obtained actual processing coordinates. Through such a configuration, it is possible to perform laser processing on the workpiece W in one area, thereby reducing the overall size of the laser processing system 1, and simplifying the structure of the laser processing system 1 can
  • FIG. 11 is a view showing a laser processing method according to another embodiment of the present invention.
  • the laser processing method according to the present invention uses an optical unit 14 including a mirror 15 and a lens 17 to avoid the laser beam output from the laser oscillator 11 .
  • it may include a step (S300) of performing laser processing.
  • the processing coordinates of the workpiece W are acquired (S100).
  • the processing coordinates of the workpiece W may be design processing coordinates stored in the first controller 19 of the laser processing apparatus 10 .
  • the processing coordinates of the workpiece W may be actual processing coordinates obtained by imaging the workpiece W by using the inspection device 20 .
  • it may be the corrected machining coordinates in which reduction or enlargement correction is performed based on the obtained actual machining coordinates.
  • the inspection apparatus 20 may determine that the workpiece W is not suitable for laser processing, and may decide to stop processing (S300) .
  • the processing interruption determination is made, the workpiece W may be taken out by the inspection device 20 .
  • the inspection apparatus 20 transmits the actual processing coordinates to the laser processing apparatus 10 .
  • the laser processing apparatus 10 may replace the stored design processing coordinates with the acquired actual processing coordinates.
  • step (S200) When performing laser processing on the basis of the design processing coordinates, or correcting the obtained actual processing coordinates according to a preset standard, and performing laser processing based on the corrected processing coordinates, the above-described step (S200) may be omitted. have.
  • the laser processing is performed by controlling the position of the laser beam Lc incident on the lens 17 (S300). Specifically, in order to perform laser processing based on the obtained processing coordinates, the laser oscillator 11 outputs a laser beam La.
  • the output laser beam La is incident on the lens 17 via the mirror 15 (laser beam Lc).
  • the laser processing apparatus 10 controls the position of the laser beam Lc incident on the lens 17 by controlling the mirror 15 in response to the obtained processing coordinates and the shape of the workpiece W.
  • At least one of the position of the laser beam Lc incident on the lens 17 in the circumferential direction and the position in the radial direction of the lens 17 may be controlled. Accordingly, the position of the laser beam Ld incident on the workpiece W through the lens 17 may be controlled.
  • the position of the laser beam Lc incident on the lens 17 may be controlled according to the shape of the edge of the workpiece W and the inclination of the processing surface to be formed.
  • the laser processing system 1 and the laser processing method according to the present invention can correct the difference between the design processing coordinates of the workpiece W and the actual processing coordinates.
  • the laser processing system 1 and the laser processing method according to the present invention control the laser processing apparatus 10 in real time according to the shape of the workpiece W, thereby producing the workpiece W having various shapes with high precision. can be machined at high speed.
  • the laser processing system 1 and the laser processing method according to the present invention can process the processing surface of the workpiece W at various angles by controlling the incident path of the laser.
  • the laser processing system 1 and the laser processing method according to the present invention can precisely process the workpiece W including the dielectric.
  • the present invention relates to a laser processing system, and may be applied to a laser processing system requiring real-time processing according to the shape of a workpiece having various shapes.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법을 제공한다. 본 발명은 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기, 피가공물이 안착되며, 기 설정된 방향으로 이동하는 가공 테이블, 상기 레이저 발진기와 상기 가공 테이블의 사이에 위치하며, 상기 레이저 빔을 상기 피가공물로 입사하는 렌즈와, 상기 레이저 발진기로부터 출력된 상기 레이저 빔을 상기 렌즈로 입사하는 미러를 구비하는 광학 유닛 및 사전에 저장된 상기 피가공물의 설계 가공 좌표에 따라 상기 미러를 제어하여, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절하는 제1 컨트롤러를 포함하는 레이저 가공 장치를 구비하는, 레이저 가공 시스템을 제공한다.

Description

레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법
본 발명의 실시예들은 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
최근 들어 다양한 형상을 갖는 디스플레이 패널 또는 픽셀의 고(高)집속화에 따라 제로 베젤이 구현된 디스플레이 패널이 개발 및 생산되고 있다. 이러한 디스플레이 패널은 유전체(dielectric material)를 포함하는 복수개의 층이 적층되어 구성되는데, 가공 정밀도를 고려하여 기존의 접촉식 절단 방법보다는 비접촉식 절단 방법을 이용해 절단 가공을 실시하고 있다.
레이저를 이용한 종래의 비접촉식 절단 방법의 경우, 절단 대상이 되는 피가공물의 에지의 설계 좌표를 미리 입력한 다음, 입력된 좌표에 따라 그대로 절단을 실시하게 된다. 그러나 피가공물의 설계 좌표와 실제 좌표 간의 오차가 있을 수 있고, 이러한 오차는 일정하지 않기 때문에 설계 좌표에 의존하여 절단 가공을 실시할 경우, 원하는 크기의 피가공물을 얻을 수 없게 된다.
또한, 레이저를 이용한 종래의 비접촉식 절단 방법은 피가공물의 형상에 따라 실시간으로 레이저 가공 장치를 제어하기 어려운 문제점이 있다.
전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 실시예들은 절단 가공을 포함하는 다양한 비접촉식 가공을 높은 정밀도로 실시할 수 있으며, 피가공물의 형상에 따라 실시간으로 레이저 가공 장치를 제어할 수 있는 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 다만, 전술한 과제는 본 발명의 실시예들에 따른 것으로, 본 발명의 목적 및 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은, 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기, 피가공물이 안착되며, 기 설정된 방향으로 이동하는 가공테이블, 상기 레이저 발진기와 상기 가공 테이블의 사이에 위치하며, 상기 레이저 빔을 상기 피가공물로 입사하는 렌즈와, 상기 레이저 발진기로부터 출력된 상기 레이저 빔을 상기 렌즈로 입사하는 미러를 구비하는 광학 유닛 및 사전에 저장된 상기 피가공물의 설계 가공 좌표에 따라 상기 미러를 제어하여, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절하는 제1 컨트롤러를 포함하는 레이저 가공 장치를 구비한다.
본 발명에 따른 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법은 피가공물의 설계 가공 좌표와 실제 가공 좌표의 차이를 보정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법은 피가공물의 형상에 따라 레이저 가공 장치를 실시간으로 제어함으로써, 다양한 형상을 갖는 피가공물을 높은 정밀도로 고속 가공할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법은 레이저의 입사 경로를 제어하여, 피가공물의 피가공면을 다양한 각도로 가공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법은 유전체를 포함하는 피가공물을 정밀하게 가공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 제1 컨트롤러를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 렌즈에 입사되는 레이저 빔의 위치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 렌즈에 입사되는 레이저 빔의 위치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5e는 도 4에 나타낸 레이저 빔의 위치에 따른 피가공물의 가공 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 레이저 가공 시스템을 이용하여 피가공물을 가공하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 제2 컨트롤러를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 10의 제1 컨트롤러를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은, 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기, 피가공물이 안착되며, 기 설정된 방향으로 이동하는 가공테이블, 상기 레이저 발진기와 상기 가공 테이블의 사이에 위치하며, 상기 레이저 빔을 상기 피가공물로 입사하는 렌즈와, 상기 레이저 발진기로부터 출력된 상기 레이저 빔을 상기 렌즈로 입사하는 미러를 구비하는 광학 유닛 및 사전에 저장된 상기 피가공물의 설계 가공 좌표에 따라 상기 미러를 제어하여, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절하는 제1 컨트롤러를 포함하는 레이저 가공 장치를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 제1 컨트롤러는, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치에 있어서, 상기 렌즈의 원주 방향으로의 위치 및 상기 렌즈의 지름 방향으로의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하여, 상기 피가공물에 입사되는 상기 레이저 빔의 각도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 제1 컨트롤러는, 상기 피가공물의 에지의 형상에 따라 상기 피가공물의 피가공면이 소정의 기울기를 갖도록, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 제1 컨트롤러는, 상기 피가공물의 에지의 형상에 따라, 상기 렌즈의 중심으로부터 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 거리를 일정하게 유지하면서, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 원주 방향으로의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 광학 유닛은, 상기 가공 테이블과 독립적으로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 있어서, 기 설정된 방향으로 이동하면서 상기 피가공물의 이미지를 촬상하는 촬상 유닛 및 상기 촬상된 이미지로부터 상기 피가공물의 실제 가공 좌표를 생성하는 제2 컨트롤러를 포함하는 검사 장치를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 제2 컨트롤러는, 기 설계 가공 좌표와 상기 실제 가공 좌표의 차이값과 사전에 설정된 임계값을 비교하고, 상기 차이값이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 제1 컨트롤러로 상기 실제 가공 좌표를 전달하고, 상기 차이값이 상기 임계값을 초과하는 경우, 가공 중단 판정을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 검사 장치를 1개 이상 구비하고, 상기 레이저 가공 장치를 상기 검사 장치의 개수 이상 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법은, 미러와 렌즈를 구비하는 광학 유닛을 이용하여, 레이저 발진기에서 출력된 레이저 빔을 피가공물로 입사하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물의 가공 좌표를 획득하는 단계 및 상기 획득한 가공 좌표에 따라 상기 미러를 제어하여, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절함으로써 레이저 가공을 실시하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 레이저 가공을 실시하는 단계는, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치에 있어서, 상기 렌즈의 원주 방향으로의 위치 및 상기 렌즈의 지름 방향으로의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하여, 상기 피가공물에 입사되는 상기 레이저 빔의 각도를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 레이저 가공을 실시하는 단계는, 상기 피가공물의 에지의 형상에 따라 상기 피가공물의 피가공면이 소정의 기울기를 갖도록, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 레이저 가공을 실시하는 단계는, 상기 피가공물의 에지의 형상에 따라 상기 피가공물의 피가공면이 소정의 기울기를 갖도록, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 피가공물의 가공 좌표를 획득하는 단계는, 기 설정된 방향으로 이동하는 촬상 유닛으로 상기 피가공물의 이미지를 촬상하는 단계 및 상기 촬상된 이미지로부터 상기 피가공물의 실제 가공 좌표를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 피가공물의 가공 좌표를 획득하는 단계 후에, 사전에 저장된 설계 가공 좌표와 상기 실제 가공 좌표의 차이값을 사전에 설정된 임계값과 비교하는 단계, 상기 차이값이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 설계 가공 좌표를 상기 실제 가공 좌표로 대체하는 단계 및 상기 차이값이 상기 임계값을 초과하는 경우, 가공 중단 판정을 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)을 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 제1 컨트롤러(19)를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 레이저 절단을 비롯하여, 레이저 천공, 레이저 묘화, 레이저 패터닝, 레이저 스크라이빙 등 다양한 레이저 가공에 이용될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 레이저 가공 시스템(1)이 레이저 절단 가공에 이용되는 것으로 설명한다. 또한, 피가공물(W)의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 피가공물(W)은 유전체(dielectric material)를 포함하는 디스플레이 패널을 비롯하여, 금속 시트, 세라믹 기판 등일 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 레이저 발진기(11)는 레이저 가공 장치(10)의 일측에 배치된다. 레이저 발진기(11)는 특정한 파장을 갖는 레이저 빔을 생성하여 출력할 수 있는 레이저 소스를 구비할 수 있다. 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 빔의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 피가공물(W)의 종류 또는 가공 방식에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 빔은 루비 레이저 빔, Nd:YAG 레이저 빔, Ti:사파이어 레이저 빔 등을 포함하는 고체 레이저 빔과, 색소 레이저 빔 등을 포함하는 액체 레이저 빔과, CO2 레이저 빔, He-Ne 레이저 빔, Ar+레이저 빔, 엑시머(excimer) 레이저 빔 등을 포함하는 기체 레이저 빔 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 빔은 CO2 레이저 빔인 것으로 설명한다. 또한, CO2 레이저 빔의 파장은 9.3 ㎛ 이상 10.6 ㎛ 이하일 수 있다.
레이저 발진기(11)는 도시하지 않은 전원 장치에 연결되며, 전원 장치로부터 전원이 인가됨에 따라 레이저 빔을 출력할 수 있다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 발진기(11)는 제1 컨트롤러(19)와 연결된다. 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 빔의 특성, 예를 들어, 레이저 빔의 강도와, 주기와, 출력 타이밍 등은 제1 컨트롤러(19)에서 발생하는 신호에 의해 제어될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)는 가공 테이블(13)을 포함한다. 가공 테이블(13)은 레이저 발진기(11)와 대향하도록 배치될 수 있다. 가공 테이블(13)은 피가공물(W)이 안착되는 안착면을 가지며, 피가공물(W)이 안착된 상태로 기 설정된 방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어,가공 테이블(13)은 X축, Y축, Z축 각각의 방향으로 이동할 수 있으며, Z축을 중심으로 회전할 수 있다.
가공 테이블(13)은 고정 부재(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 고정부재는 가공 테이블(13)의 일측에 형성되어, 피가공물(W)을 가공 테이블(13)의 안착면에 고정한다. 이에 따라, 상기 고정 부재는 가공 공정이 진행되는 동안 피가공물(W)이 안착면으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 상기 고정 부재의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 가공 테이블(13)의 상면에 형성된 복수개의 흡착홀 또는 피가공물(W)을 기구적으로 고정하는 복수개의 클램핑 유닛일 수 있다. 도 1 및 도2에 나타낸 바와 같이, 가공 테이블(13)은 제1 컨트롤러(19)와 연결된다. 가공 테이블(13)의 동작, 예를 들어, 상기 고정 부재가 피가공물(W)을 고정하는 동작 또는 가공 테이블(13)의 이동 속도나 회전 속도, 이동 방향, 이동 거리 등은 제1 컨트롤러(19)에 의해 제어될 수 있다.
도 1을 참조하면, 미러(15)는 레이저 발진기(11)와 가공 테이블(13)의 사이에 배치될 수 있다. 미러(15)는 레이저 발진기(11)로부터 출력된 레이저빔(La)의 광 경로를 제어할 수 있다. 레이저 가공 장치(10)에 포함되는 미러(15)의 개수는 특별히 한정하지 않으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 레이저 가공 장치(10)가 제1 미러(15a)와 제2 미러(15b)를 포함하는 것으로 설명한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 컨트롤러(19)의 제어 신호에 따른 빠른 반응 속도를 구현하기 위해, 미러(15)는 갈바노 미러(Galvano-mirror)일 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 미러(15)는 제1 컨트롤러(19)와 연결된다. 미러(15)의 동작, 예를 들어, 미러(15)의 틸팅 각도와 틸팅 속도 등은 제1 컨트롤러(19)에 의해 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 발진기(11)로부터 출력된 레이저 빔(La)은 먼저 제1 미러(15a)에 의해 반사된다. 제1 미러(15a)에 의해 반사된 레이저 빔(Lb)은 제2 미러(15b)로 입사된다. 다시 제2 미러(15b)에 의해 반사된 레이저 빔(Lc)은 후술하는 렌즈(17)의 일면에 입사되며, 렌즈(17)를 통해 피가공물(W)에 조사된다(레이저 빔(Ld)).
도 1을 참조하면, 렌즈(17)는 가공 테이블(13)과 미러(15)의 사이에 배치될 수 있다. 렌즈(17)는 미러(15)로부터 반사된 레이저 빔(Lc)을 집광하여, 피가공물(W)에 레이저(Ld)를 조사한다. 본 발명의 일 실시예에서, 렌즈(17)는 f-theta 렌즈일 수 있다. 도 1에는 렌즈(17)가 하나인 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 렌즈(17)는 복수개의 구면 렌즈 또는 평면 렌즈로 구성될 수 있다. 이에 따라, 렌즈(17)는 렌즈(17)의 중심부가 아닌 다른 영역에 레이저 빔(Lc)이 입사되더라도, 피가공물(W) 상에 레이저 빔(Ld)의 초점을 모을 수 있다.
도 1을 참조하면, 미러(15)와 렌즈(17)는 광학 유닛(14)을 구성할 수 있다. 광학 유닛(14)은 레이저 발진기(11)로부터 출력된 레이저 빔(La)의 광 경로를 조절하여, 피가공물(W) 상의 원하는 위치로 레이저 빔(Ld)을 조사할 수 있다. 또한, 광학 유닛(14)의 동작과 위치는 제1 컨트롤러(19)에 의해 제어될 수 있다.
제1 컨트롤러(19)는 사전에 저장된 피가공물(W)의 설계 가공 좌표에 따라 미러를 제어하여, 렌즈에 입사되는 레이저 빔의 위치를 조절한다. 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 컨트롤러(19)는 구동부(191)와, 프로세서(193)와, 메모리(195)와, 입출력 인터페이스부(197)를 포함할 수 있다. 구동부(191)는 프로세서(193)로부터 제어 신호를 입력 받아, 레이저 발진기(11)와, 가공 테이블(13)과, 미러(15)와, 렌즈(17)를 제어한다. 보다 구체적으로, 구동부(191)는 프로세서(193)의 명령에 기초하여, 레이저 발진기(11)의 위치, 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 빔의 강도, 주기 및 출력 타이밍 등을 제어하는 신호를 만들어 보낼 수 있다. 또한, 구동부(191)는 프로세서(193)의 명령에 기초하여, 가공 테이블(13)의 위치, 이동 속도, 이동 방향, 이동 거리, 가공 테이블(13)에 구비된 고정 부재를 이용한 피가공물(W)의 고정 등을 제어하는 신호를 만들어 보낼 수 있다.
또한, 구동부(191)는 프로세서(193)의 명령에 기초하여, 미러(15)의 위치, 틸팅 각도, 틸팅속도 등을 제어하는 신호를 만들어 보낼 수 있다. 또한, 구동부(191)는 프로세서(193)의 명령에 기초하여, 렌즈(17)의 위치 등을 제어하는 신호를 만들어 보낼 수 있다. 또한, 구동부(191)는 프로세서(193)의 명령에 기초하여, 미러(15)와 렌즈(17)를 포함하는 광학 유닛(14)을 일체로 제어하는 신호를 만들어 보낼 수 있다.
또한, 구동부(191)는 레이저 발진기(11)와, 가공 테이블(13)과, 미러(15)와, 렌즈(17)를 각각 독립적으로 신호를 보내어 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동부(191)는 피가공물(W)이 안착된 가공 테이블(13)만을 제어하여 가공 공정을 진행하거나, 미러(15) 또는 렌즈(17)만을 제어하여 가공 공정을 진행할 수 있다.
프로세서(193)는 메모리(195)에 저장된 피가공물(W)의 가공 정보에 기초하여, 구동부(191)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(193)는 메모리(195)에 저장되며, 피가공물(W)의 가공 기준값이 되는 설계 가공 좌표에 기초하여 구동부(191)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 구동부(191)는 레이저 발진기(11)와, 가공 테이블(13)과, 미러(15)와, 렌즈(17)를 제어하여, 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 빔(La)이 사전에 설정된 광 경로를 따라 피가공물(W) 상의 설계 가공 좌표에 조사되도록 신호를 보내어 제어할 수 있다.
도 3은 도 1의 렌즈에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 1의 렌즈에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 5a 내지 도 5e는 도 4에 나타낸 레이저 빔(Lc)의 위치에 따른 피가공물(W)의 가공 상태를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 1의 레이저 가공 시스템(1)을 이용하여 피가공물(W)을 가공하는 상태를 나타내는 도면이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 레이저 발진기(11)로부터 출력된 레이저 빔(La)의 광 경로를 제어하여, 피가공물(W)을 가공할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 레이저 가공 시스템(1)은 렌즈(17)에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치를 제어하여, 피가공물(W)에 입사되는 레이저 빔(Ld)의 위치를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 빔(La)은 제1 미러(15a)와 제2 미러(15b)를 거쳐 광 경로가 편향되며, 편향된 레이저 빔(Lc)은 렌즈(17)의 일면에 입사될 수 있다. 이때, 제1 컨트롤러(19)가 제1 미러(15a)와 제2 미러(15b)의 위치, 틸팅 각도 또는 틸팅 속도를 제어하여, 렌즈(17) 상의 원하는 위치에 레이저 빔(Lc)을 입사시킬 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 렌즈(17)의 중심점(O')을 원점으로 하는 좌표계(X'축과 Y'축)가 정의될 수 있다. 또한, 렌즈(17)의 상면에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치는 중심점(O')으로부터의 수평 거리(r)와, 중심점(O')과의 각도(θ)로 표현되는 극좌표로 나타낼 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 렌즈(17)를 상면에서 보았을 때, 즉, 레이저 빔(Lc)이 입사되는 방향에서 렌즈(17)를 보았을 때, 렌즈(17)의 상면의 다양한 위치에 레이저 빔(Lc)이 입사될 수 있다. 각각의 레이저 빔(Lc)은 렌즈(17)의 원주 방향으로의 위치 또는 렌즈(17)의 지름 방향으로의 위치가 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은, 렌즈(17)에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치에 있어서, 렌즈(17)의 중심점(O')으로부터의 거리를 다르게 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 레이저 빔(Lc1)은 렌즈(17)의 중심점(O')에 입사될 수 있다. 이때, 중심점(O')과의 거리 r1은 0이다. 또한, 레이저 빔(Lc2)은 렌즈(17)의 중심점(O')으로부터 X'축 방향으로 거리 r2만큼 이격된 위치에 입사될 수 있다. 또한, 레이저 빔(Lc3)은 렌즈(17)의 중심점 (O')으로부터 X'축 방향으로 거리 r3만큼 이격된 위치에 입사될 수 있다. 또한, 레이저 빔(Lc4)은 렌즈(17)의 중심점(O')으로부터 X'축 방향으로 거리 r4만큼 이격된 위치에 입사될 수 있다. 또한, 레이저 빔(Lc5)은 렌즈(17)의 중심점(O')으로부터 X'축 방향으로 거리 r5만큼 이격된 위치에 입사될 수 있다.
도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 렌즈(17)의 상면에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치를 제어하여, 피가공물(W)의 피가공면을 다르게 가공할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5a 내지 도 5e에 있어서, 축 Ax1은 피가공물(W)에 형성된 피가공 영역의 최하단으로부터 연직 방향으로 연장되는 축이다. 또한, C1은 피가공물(W)의 상면에 있어서, 축 Ax1과 피가공 영역의 좌측 단부 사이의 거리이다. 또한, C2는 피가공물(W)의 상면에 있어서, 축 Ax1과 피가공 영역의 우측 단부 사이의 거리이다. 또한, φ는 축 Ax1과 피가공물(W)의 우측 피가공면 사이의 각도이다. 이때, 가공하고자 하는 대상은 피가공물(W)의 우측 피가공면일 수 있다.
도 5a는 도 4의 레이저 빔(Lc1)이 렌즈(17)의 상면에 입사된 경우의 가공 상태를 나타내는 도면으로서, 피가공물(W)의 피가공 영역이 축 Ax1을 중심으로 실질적으로 대칭을 이루는 것을 알 수 있다. 즉, 도 5a에 있어서, C1과 C2는 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, φ1과 φ2는 실질적으로 동일할 수 있다.
도 5a는 도 4의 레이저 빔(Lc2)이 렌즈(17)의 상면에 입사된 경우의 가공 상태를 나타내는 도면으로서, 레이저 빔(Lc2)의 위치가 렌즈(17)의 중심점(O')으로부터 X'축 방향으로 r2만큼 이격됨에 따라, 도 5a에 비해 축 Ax1이 우측으로 시프트된 것을 알 수 있다. 즉, C1이 C2보다 클 수 있다. 또한, φ1이 φ2보다 클 수 있다.
도 5c는 도 4의 레이저 빔(Lc3)이 렌즈(17)의 상면에 입사된 경우의 가공 상태를 나타내는 도면으로서, 레이저 빔(Lc3)의 위치가 렌즈(17)의 중심점(O')으로부터 X'축 방향으로 r3만큼 이격됨에 따라, 도 5b에 비해 축 Ax1이 우측으로 더 시프트된 것을 알 수 있다. 즉, C1이 C2보다 클 수 있다. 또한, φ1이 φ2보다 클 수 있다.
도 5d는 도 4의 레이저 빔(Lc4)이 렌즈(17)의 상면에 입사된 경우의 가공 상태를 나타내는 도면으로서, 레이저 빔(Lc4)의 위치가 렌즈(17)의 중심점(O')으로부터 X'축 방향으로 r4만큼 이격됨에 따라, 도 5c에 비해 축 Ax1이 우측으로 더 시프트된 것을 알 수 있다. 특히, 피가공물(W)의 상면과 우측 피가공면이 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 즉, 피가공물(W)의 상면에 있어서, 피가공 영역의 단부 사이의 전체 거리는 C1이며, C2는 실질적으로 0일 수 있다. 또한, φ2는 실질적으로 0일 수 있다.
도 5e는 도 4의 레이저 빔(Lc5)이 렌즈(17)의 상면에 입사된 경우의 가공 상태를 나타내는 도면으로서, 레이저 빔(Lc5)의 위치가 렌즈(17)의 중심점(O')으로부터 X'축 방향으로 r5만큼 이격됨에 따라, 도 5d에 비해 축 Ax1이 우측으로 더 시프트된 것을 알 수 있다. 특히, 피가공물(W)의 우측 피가공면이 축 Ax1으로부터 좌측으로 돌출된 오버행(overhang) 영역이 형성된다. 이에 따라, 피가공물(W)의 우측 피가공면은 축 Ax1을 기준으로 좌측으로 기울어진, 역테이퍼(reversetaper) 형상을 가질 수 있다. 즉, C1은 C2보다 크며, φ5는 마이너스 방향일 수 있다. 다만, 전술한 "실질적으로 대칭, 수직 또는 0"의 의미는 공학적 오차를 포함하는 개념으로서, 수학적으로 엄밀한 의미의 대칭, 수직 또는 0을 의미하는 것은 아닐 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 렌즈(17)에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치를 제어하여, 피가공물(W)의 피가공면을 다양한 형상으로 가공할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 피가공물(W)은 장변부, 단변부, 오목부 및 볼록부 등 다양한 형상의 에지를 포함할 수 있다. 또한 피가공물(W)의 에지의 곡률은 피가공물(W)의 가공 좌표에 따라 상이할 수 있다.
레이저 가공 시스템(1)은 사전에 저장된 피가공물(W)의 설계 가공 좌표에 기초하여, 제1 컨트롤러(19)를 통해 레이저 발진기(11)와, 가공 테이블(13)과, 미러(15)와, 렌즈(17) 중 적어도 어느 하나를 제어하여, 피가공물(W)의 다양한 형상에 대응할 수 있다. 보다 구체적으로, 피가공물(W)의 피가공면의 기울기를 일정하게 형성하고자 하는 경우, 레이저 가공 시스템(1)은 미러(15)의 위치와 틸팅각도를 제어하여, 렌즈(17)의 중심점(O')과 레이저 빔(Lc)의 거리 r을 일정하게 유지하면서 가공 공정을 진행할 수 있다. 또는, 피가공물(W)의 피가공면의 기울기를 피가공물(W)의 형상 또는 가공 좌표에 따라 다르게 형성하고자 하는 경우, 레이저 가공 시스템(1)은 피가공물(W)의 형상에 따라 미러(15)의 위치와 틸팅 각도를 제어하여, 렌즈(17)의 중심점(O')과 레이저 빔(Lc)의 거리 r을 다르게 설정하면서 가공 공정을 진행할 수 있다. 이때, 피가공물(W)을 평면에서 보았을 때, 피가공물(W)의 에지와 렌즈(17)의 거리는 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 레이저 가공 시스템(1)은 피가공물(W)이 안착되는 가공 테이블(13)을 기 설정된 방향으로 이동시키면서 가공을 실시할 수 있다. 또는, 레이저 가공 시스템(1)은 가공 테이블(13)뿐만 아니라 광학 유닛(14)을 기 설정된 방향으로 이동시키면서 가공을 실시할 수 있다. 이에 따라, 피가공물(W)이 가공 좌표에 따라 다양한 형상을 갖는 경우, 고속 가공을 용이하게 실시할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 피가공물(W)의 피가공면의 형상을 다양하게 가공할 수 있다. 또한, 레이저 가공 시스템(1)은 다양한 형상을 갖는 피가공물(W)에 대해서도 신속하게 가공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(20)를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 7의 제2 컨트롤러(29)를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 검사 장치(20)를 더 포함할 수 있다. 검사 장치(20)는 피가공물(W)의 형상을 검사하고, 피가공물(W)의 실제 가공 좌표를 획득하여, 이를 레이저 가공 장치(10)로 전달할 수 있다. 검사 장치(20)는 검사 테이블(21)과, 지지대(23)와, 촬상유닛(25)과, 이송 유닛(27)과, 제2 컨트롤러(29)를 포함할 수 있다.
검사 테이블(21)은 피가공물(W)이 안착되는 안착면을 갖는다. 도 7에는 검사 테이블(21)이 피가공물(W)을 일 방향으로 이동시키는 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지는 않는다. 예를 들어, 전술한 가공 테이블(13)과 같이, 검사 테이블(21) 자체가 X축, Y축, Z축 방향으로 수평 이동하면서, Z축을 중심으로 회전할 수 있다. 검사 테이블(21)은 전술한 가공 테이블(13)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
지지대(23)는 검사 테이블(21)의 일측에 설치되며, 겐트리(gantry) 형상을 가질 수 있다. 지지대(23)에는 후술하는 촬상 유닛(25)이 설치되며, 촬상유닛(25)을 사전에 설정된 방향으로 이동시키기 위한 구성을 포함할 수 있다. 도 7에는 지지대(23)가 검사 테이블(21)에 대해 고정된 것으로 나타냈으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 지지대(23)는 검사 테이블(21)과 롤러(미도시) 등을 통해 연결되어, 일 방향으로 이동할 수 있다.
촬상 유닛(25)은 지지대(23)의 일측에 설치되어, 사전에 설정된 방향으로 이동하면서 피가공물(W)을 촬상한다. 보다 구체적으로, 피가공물(W)의 에지를 따라 이미지를 촬상하고, 이를 후술하는 제2 컨트롤러(29)로 전달할 수 있다. 제2 컨트롤러(29)는 촬상된 이미지에 기초하여 피가공물(W)의 실제 가공 좌표를 획득할 수 있다. 이때, 촬상 유닛(25)은 촬상하고자 하는 피가공물(W)의 에지의 특정포인트를 선택적으로 촬상할 수 있다.
이송 유닛(27)은 검사 테이블(21)로부터 이격되어 설치될 수 있다. 이송 유닛(27)은 검사가 완료된 피가공물(W)을 레이저 가공 장치(10)로 이송하거나, 외부로 반출한다. 이송 방식은 특별히 한정하지 않는다.
제2 컨트롤러(29)는 촬상 유닛(25)에 의해 촬상된 이미지로부터 피가공물(W)의 실제 가공 좌표를 생성한다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 컨트롤러(29)는 구동부(291)와, 프로세서(293)와, 메모리(295)와, 입출력 인터페이스부(297)를 포함할 수 있다. 구동부(291)는 프로세서(293)로부터 명령을 받아, 검사테이블(21)과, 지지대(23)와, 촬상 유닛(25)과, 이송 유닛(27)을 전체적으로 또는 독립적으로 제어하는 신호를 보낼 수 있다.
프로세서(293)는 메모리(295)에 저장된 피가공물(W)의 가공 정보에 기초하여, 구동부(291)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(293)는 메모리(295)에 저장된 피가공물(W)의 설계 가공 좌표에 기초하여, 촬상 유닛(25)이 피가공물(W)의 에지에 대한 이미지를 촬상하도록 구동부(291)를 제어할 수 있다. 이때, 프로세서(293)는 촬상 대상이 되는 피가공물(W)의 촬상 포인트를 설정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(293)는 장변부와 단변부 또는 오목부와 볼록부의 촬상 포인트의 개수와 위치를 적절히 설정할 수 있다. 또한, 프로세서(293)는 촬상 유닛(25)이 촬상한 이미지에 기초하여, 피가공물(W)의 에지에 대한 실제 가공 좌표를 획득한다. 그리고 프로세서(293)는 획득된 실제 가공 좌표와 저장된 설계 가공 좌표의 차이값(오프셋값)을 산출할 수 있다.
프로세서(293)는 실제 가공 좌표와 설계 가공 좌표의 차이값과, 메모리(295)에 저장된 임계값을 비교하는 연산을 실시할 수 있다. 보다 구체적으로, 양 좌표의 차이값이 사전에 설정된 임계값 이하인 경우, 프로세서(293)는 실제 가공 좌표를 레이저 가공 장치(10)의 제1 컨트롤러(19)로 전달한다. 그리고 프로세서(293)는 이송 유닛(27)을 제어하여, 피가공물(W)을 레이저 가공 장치(10)로 이송한다. 반면, 양 좌표의 차이값이 사전에 설정된 임계값을 초과하는 경우, 프로세서(293)는 피가공물(W)이 레이저 가공에 부적합한 것으로 판정하고, 가공 중단 판정을 할 수 있다. 그리고 이송 유닛(27)을 제어하여, 피가공물(W)을 외부로 반출할 수 있다.
레이저 가공 장치(10)의 제1 컨트롤러(19)는 전달받은 실제 가공 좌표에 기초하여, 피가공물(W)에 대한 레이저 가공을 실시할 수 있다. 레이저 가공 장치(10)를 이용한 레이저 가공은 전술한 레이저 가공과 실질적으로 동일할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 레이저 가공 장치(10)와 검사 장치(20)를 모두 구비함으로써, 피가공물(W)의 설계 가공 좌표와 실제 가공 좌표 사이의 오차를 보정할 수 있다. 이에 따라, 레이저 가공 시스템(1)은 피가공물(W)을 보다 정밀하게 가공할 수 있다.
다른 실시예로, 제2 컨트롤러(29)는 획득한 피가공물(W)의 실제 가공 좌표에 보정을 실시하여 보정 가공 좌표를 획득할 수 있다. 예를 들어, 피가공물(W)을 실제 가공 좌표보다 축소하거나 확대하여 가공하고자 하는 경우, 획득한 실제 가공 좌표를 소정의 비율로 확대 또는 축소하여, 보정 가공 좌표를 획득할 수 있다. 제2 컨트롤러(29)는 획득한 보정 가공 좌표를 제1 컨트롤러(19)에 전달하고, 제1 컨트롤러(19)는 보정 가공 좌표에 기초하여 레이저 가공을 실시할 수 있다. 다만, 보정 가공 좌표는 실제 가공 좌표를 확대 또는 축소한 것에 한정하지 않으며, 특정 영역의 좌표만이 보정된 것일 수 있다.
다른 실시예로, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 복수개의 레이저 가공 장치(10)와 복수개의 검사 장치(20)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 레이저 가공 장치(10)에서 소요되는 공정 시간이 검사 장치(20)에서 소요되는 공정 시간보다 더 긴 경우, 레이저 가공 시스템(1)은 1개 이상의 검사 장치(20)와, 검사 장치(20)의 개수보다 많은 개수의 레이저 가공 장치(10)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 검사 장치(20)에서 검사가 완료된 피가공물(W)을 레이저 가공 장치(10)로 전달하여, 피가공물(W)의 레이저 가공에 소요되는 공정 시간을 최소화할 수 있다. 다만, 레이저 가공 장치(10)와 검사 장치(20)의 개수는 특별히 한정하지 않으며, 가공 공정에 소요되는 시간을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
다른 실시예로, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 하나의 피가공물(W)의 양면을 가공하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 레이저 가공 시스템(1)은 2개의 레이저 가공 장치(10)와 1개의 검사 장치(20)를 포함할 수 있다. 또한, 2개의 레이저 가공 장치(10)는 피가공물(W)의 상면과 하면에 각각 배치될 수 있다. 먼저, 검사 장치(20)를 이용하여 피가공물(W)의 일면에 대해 실제 가공 좌표를 생성하고, 피가공물(W)의 일면에 배치된 레이저 가공 장치(10)는 실제 가공 좌표에 기초하여 피가공물(W)의 일면을 가공한다. 다음, 피가공물(W)의 타면에 배치된 레이저 가공 장치(10)는 실제 가공 좌표를 반전시켜, 반전된 가공 좌표를 생성하고, 이에 기초하여 피가공물(W)의 타면에 대해 가공을 실시할 수 있다. 즉, 안착된 피가공물(W)을 반전시킬 필요 없이, 생성된 실제 가공 좌표만을 반전시켜 그대로 가공을 실시할 수 있다. 이러한 구성을 통해, 레이저 가공에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)을 나타내는 도면이다. 도 10은 도 9의 제1 컨트롤러(19)를 나타내는 도면이다.
다른 실시예로, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 일체로 구성된 레이저 가공 장치(10)와 검사 장치(20)를 구비할 수 있다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 레이저 가공 장치(10)로서 레이저 발진기(11)와, 미러(15) 및 렌즈(17)를 포함하는 광학 유닛(14)과, 제1 컨트롤러(19)를 포함할 수 있다. 또한, 검사 장치(20)는 검사 테이블(21)과, 지지대(23)와, 촬상 유닛(25)을 포함할 수 있다. 또한, 광학 유닛(14)과 촬상 유닛(25)은 모두 지지대(23)에 설치될 수 있다. 또한, 제1 컨트롤러(19)는 레이저 발진기(11)와, 광학 유닛(14)과, 검사 테이블(21)과, 지지대(23)와, 촬상 유닛(25)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 검사 테이블(21)에 안착된 피가공물(W)을 촬상 유닛(25)으로 촬상하여 실제 가공 좌표를 획득할 수 있다.
그리고 레이저 가공 시스템(1)은 획득한 실제 가공 좌표에 기초하여 레이저 발진기(11)와 광학 유닛으로 피가공물(W)에 대한 레이저 가공을 실시할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 하나의 영역에서 피가공물(W)에 대한 레이저 가공을 실시할 수 있어, 레이저 가공 시스템(1)의 전체 크기를 줄일 수 있으며, 레이저 가공 시스템(1)의 구조를 간소화할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 미러(15)와 렌즈(17)를 구비하는 광학 유닛(14)을 이용하여, 레이저 발진기(11)에서 출력된 레이저 빔을 피가공물(W)로 입사하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물(W)의 가공 좌표를 획득하는 단계(S100)와, 획득한 가공 좌표에 따라 미러(15)를 제어하여, 렌즈(17)에 입사되는 레이저 빔의 위치를 조절함으로써, 레이저 가공을 실시하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
먼저, 피가공물(W)의 가공 좌표를 획득한다(S100). 여기서, 피가공물(W)의 가공 좌표는 레이저 가공 장치(10)의 제1 컨트롤러(19)에 저장된 설계 가공 좌표일 수 있다. 또는, 피가공물(W)의 가공 좌표는 검사 장치(20)를 이용하여 피가공물(W)을 촬상하고, 이에 따라 획득한 실제 가공 좌표일 수 있다. 또는, 획득한 실제 가공 좌표에 기초하여 축소 또는 확대 보정을 실시한 보정 가공 좌표일 수 있다.
다음, 획득한 가공 좌표와 저장된 가공 좌표를 비교하여, 양 좌표값의 차이가 사전에 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 판정할 수 있다(S200). 구체적으로, 검사 장치(20)를 이용하여 피가공물(W)의 실제 가공 좌표를 획득한 경우, 레이저 가공 장치(10)의 메모리(195)에 저장된 설계 가공 좌표와 실제 가공 좌표를 비교하고, 양 좌표값의 차이를 산출한다. 그리고 양 좌표값의 차이가 사전에 설정된 임계값을 초과하는 경우, 검사 장치(20)는 해당 피가공물(W)은 레이저 가공에 적합하지 않은 것으로 판정하고, 가공 중단 판정을 내릴 수 있다(S300). 가공 중단 판정 시, 피가공물(W)은 검사 장치(20)에 의해 외부로 반출될 수 있다. 또는, 양좌표값의 차이가 사전에 설정된 임계값 이하인 경우, 검사 장치(20)는 실제 가공 좌표를 레이저 가공 장치(10)로 전달한다. 그리고 레이저 가공 장치(10)는 저장된 설계 가공 좌표를 획득한 실제 가공 좌표로 대체할 수 있다.
설계 가공 좌표에 기초하여 레이저 가공을 실시하거나, 획득한 실제 가공 좌표를 사전에 설정된 기준에 따라 보정하고, 보정 가공 좌표에 기초하여 레이저 가공을 실시하는 경우, 전술한 단계(S200)는 생략될 수 있다.
다음, 렌즈(17)에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치를 제어하여, 레이저 가공을 실시한다(S300). 구체적으로, 획득한 가공 좌표에 기초하여 레이저 가공을 실시하기 위해, 레이저 발진기(11)가 레이저 빔(La)을 출력한다. 출력된 레이저빔(La)은 미러(15)를 거쳐 렌즈(17)에 입사된다(레이저 빔(Lc)). 이때, 레이저 가공 장치(10)는 획득한 가공 좌표와 피가공물(W)의 형상에 대응하여, 미러(15)를 제어함으로써, 렌즈(17)에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치를 제어할 수 있다. 렌즈(17)에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치는, 렌즈(17)의 원주 방향으로의 위치 및 렌즈(17)의 지름 방향으로의 위치 중 적어도 어느 하나가 제어될 수 있다. 이에 따라, 렌즈(17)를 거쳐 피가공물(W)로 입사되는 레이저 빔(Ld)의 위치가 제어될 수 있다. 렌즈(17)에 입사되는 레이저 빔(Lc)의 위치는 피가공물(W)의 에지의 형상과, 형성하고자 하는 피가공면의 기울기에 따라 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1) 및 레이저 가공 방법은 피가공물(W)의 설계 가공 좌표와 실제 가공 좌표의 차이를 보정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1) 및 레이저 가공 방법은 피가공물(W)의 형상에 따라 레이저 가공 장치(10)를 실시간으로 제어함으로써, 다양한 형상을 갖는 피가공물(W)을 높은 정밀도로 고속 가공할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1) 및 레이저 가공 방법은 레이저의 입사 경로를 제어하여, 피가공물(W)의 피가공면을 다양한 각도로 가공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 가공 시스템(1) 및 레이저 가공 방법은 유전체를 포함하는 피가공물(W)을 정밀하게 가공할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 레이저 가공 시스템에 관한 것으로, 다양한 형상을 갖는 피가공물의 형상에 따라 실시간 가공이 요구되는 레이저 가공 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기;
    피가공물이 안착되며, 기 설정된 방향으로 이동하는 가공 테이블;
    상기 레이저 발진기와 상기 가공 테이블의 사이에 위치하며, 상기 레이저 빔을 상기 피가공물로 입사하는 렌즈와, 상기 레이저 발진기로부터 출력된 상기 레이저 빔을 상기 렌즈로 입사하는 미러를 구비하는 광학 유닛; 및
    사전에 저장된 상기 피가공물의 설계 가공 좌표에 따라 상기 미러를 제어하여, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절하는 제1 컨트롤러;를 포함하는 레이저 가공 장치를 구비하는, 레이저 가공 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 컨트롤러는,
    상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치에 있어서, 상기 렌즈의 원주 방향으로의 위치 및 상기 렌즈의 지름 방향으로의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하여, 상기 피가공물에 입사되는 상기 레이저 빔의 각도를 조절하는, 레이저 가공 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 컨트롤러는,
    상기 피가공물의 에지의 형상에 따라 상기 피가공물의 피가공면이 소정의 기울기를 갖도록, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절하는, 레이저 가공 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 컨트롤러는,
    상기 피가공물의 에지의 형상에 따라, 상기 렌즈의 중심으로부터 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 거리를 일정하게 유지하면서, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 원주 방향으로의 위치를 조절하는, 레이저 가공 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 유닛은,
    상기 가공 테이블과 독립적으로 이동하는, 레이저 가공 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    기 설정된 방향으로 이동하면서 상기 피가공물의 이미지를 촬상하는 촬상 유닛; 및
    상기 촬상된 이미지로부터 상기 피가공물의 실제 가공 좌표를 생성하는 제2 컨트롤러;를 포함하는 검사 장치를 더 구비하는, 레이저 가공 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 컨트롤러는,
    상기 설계 가공 좌표와 상기 실제 가공 좌표의 차이값과 사전에 설정된 임계값을 비교하고, 상기 차이값이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 제1 컨트롤러로 상기 실제 가공 좌표를 전달하고, 상기 차이값이 상기 임계값을 초과하는 경우, 가공 중단 판정을 하는, 레이저 가공 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 검사 장치를 1개 이상 구비하고, 상기 레이저 가공 장치를 상기 검사 장치의 개수 이상 구비하는, 레이저 가공 시스템.
  9. 미러와 렌즈를 구비하는 광학 유닛을 이용하여, 레이저 발진기에서 출력된 레이저 빔을 피가공물로 입사하는 레이저 가공 방법으로서,
    피가공물의 가공 좌표를 획득하는 단계; 및
    상기 획득한 가공 좌표에 따라 상기 미러를 제어하여, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절하는 단계;를 포함하는, 레이저 가공 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 위치를 조절하는 단계는,
    상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치에 있어서, 상기 렌즈의 원주 방향으로의 위치 및 상기 렌즈의 지름 방향으로의 위치 중 적어도 어느 하나를 조절하여, 상기 피가공물에 입사되는 상기 레이저 빔의 각도를 조절하는, 레이저 가공 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 위치를 조절하는 단계는,
    상기 피가공물의 에지의 형상에 따라 상기 피가공물의 피가공면이 소정의 기울기를 갖도록, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절하는, 레이저 가공 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 위치를 조절하는 단계는,
    상기 피가공물의 에지의 형상에 따라 상기 피가공물의 피가공면이 소정의 기울기를 갖도록, 상기 렌즈에 입사되는 상기 레이저 빔의 위치를 조절하는, 레이저 가공 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 피가공물의 가공 좌표를 획득하는 단계는,
    기 설정된 방향으로 이동하는 촬상 유닛으로 상기 피가공물의 이미지를 촬상하는 단계; 및
    상기 촬상된 이미지로부터 상기 피가공물의 실제 가공 좌표를 획득하는 단계;를 포함하는, 레이저 가공 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 피가공물의 가공 좌표를 획득하는 단계 후에,
    사전에 저장된 설계 가공 좌표와 상기 실제 가공 좌표의 차이값을 사전에 설정된 임계값과 비교하는 단계;
    상기 차이값이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 설계 가공 좌표를 상기 실제 가공 좌표로 대체하는 단계; 및
    상기 차이값이 상기 임계값을 초과하는 경우, 가공 중단 판정을 하는 단계;를 더 포함하는, 레이저 가공 방법.
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