KR100670940B1 - 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 사용하여 피가공물체를 절단, 용접, 구멍 뚫기 및 열처리를 할 때에 레이저빔의 초점위치를 고속으로 이동시켜 레이저 가공 시간을 단축시키거나 가공품질을 개선시킬 수 있는 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치에 관한 것이다.

본 발명인 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치는,

서보모터 혹은 리니어모터 혹은 압전소자로 이루어지는 구동장치와;

볼스크류 혹은 LM가이드로 이루어지는 기계장치부와;

엔코더 혹은 리니어 스케일로 이루어지는 위치 인식 장치부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 레이저를 사용하여 피가공물체를 절단, 용접, 구멍 뚫기 및 열처리를 할 때에 레이저빔의 초점위치를 미세한 영역에서 가장 빠른 초점위치 이동을 구동할 수 있어 레이저 가공 시간을 단축시키거나 가공품질을 개선시킬 수 있는 효과를 제공한다.

레이저빔, 초점위치, 고속이동, 집속장치, 레이저 가공

Description

레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치{High speed laser beam focus positioning system }

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치의 구성도이다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치의 2축용의 집속광학계 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입사광과 집속광학계 이동에 따른 초점위치 변화도이다.

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* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
1: 레이저빔, 2: 집속광학계
3: 초점위치, 4: 레이저빔 발생장치
5: 집속광학계 고속이동장치 6: 피가공물체
7: 레이저빔, 8: X축 렌즈이동장치
9: X축 집속용 원통면 광학렌즈 10: X축이 가변된 레이저빔
11: Y축 집속용 원통면 광학렌즈 12: Y축 렌즈이동장치
13: X축과 Y축이 가변된 레이저빔 초점
14: 레이저빔, 15: 집속광학계
16: 위치가 이동된 집속광학계 17: 집속광학계(15)일 때 초점위치
18: 위치가 이동된 집속광학계(16)일 때의 초점위치
19: 레이저빔 20: 위치가 평행 이동된 레이저빔
21: 집속광학계 22: 초점위치

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본 발명은 레이저를 사용하여 피가공물체를 절단, 용접, 구멍 뚫기 및 열처리를 할 때에 레이저빔의 초점위치를 고속으로 이동시켜 레이저 가공 시간을 단축시키거나 가공품질을 개선시킬 수 있는 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치에 관한 것이다.
종래에는 피가공물체를 고정시키고 레이저빔 발생장치, 집속광학계를 동시에 이동시켜 초점위치를 원하는 지점으로 이동시키는 방법이나 레이저빔 발생장치와 집속광학계를 고정시키고 피가공물체를 이동시키는 방법과 상기 방법들을 조합한 방법들을 사용하였다. 이러한 방법들은 피가공물체의 초점위치 이동시 집속광학계만을 이동하는 것보다 질량이 큰 레이저빔 발생장치와 집속광학계 혹은 피가공물들을 움직여야 하므로 상대적으로 고속이동과 정밀한 초점위치 이동이 어렵다.

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따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로
레이저빔의 초점위치를 고속으로 이동시켜 집속하기 위하여 레이저빔 발생장치에서 발생되어 전송된 평평한 레이저빔을 집속하는 질량이 적은 집속광학계를 고속으로 전·후, 좌·우 및 상·하로 이동시킬 수 있는 집속광학계 고속이동장치를 제공하는데 있다.

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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치는,
서보모터 혹은 리니어모터 혹은 압전소자로 이루어지는 구동장치와;
볼스크류 혹은 LM가이드로 이루어지는 기계장치부와;
엔코더 혹은 리니어 스케일로 이루어지는 위치 인식 장치부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, 집속광학계(2)의 크기 범위 이내의 좁은 영역에서 고속으로 초점위치를 이동시킬 수 있는 방법으로 레이저빔 발생장치(4)에서 발생된 평행한 레이저빔(1)을 고정시키고 질량이 레이저빔 발생장치(4)나 피가공물체(6)에 비하여 상대적으로 현저히 적은 집속광학계(2)만을 집속광학계 고속이동장치(5)를 이용하여 전·후, 좌·우, 상·하로 고속 이동시켜 피가공물체(6)에서 초점위치(3)를 고속으로 이동시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
여기서 상기 집속광학계는 광학계와 같은 의미로서 빛의 반사나 굴절을 이용해서 물체의 상(像)을 만들거나 빛에너지를 전송(傳送)하기 위해 반사경·렌즈·프리즘 등으로 구성된다.
상기한 집속광학계 고속이동장치(5)의 구체적인 구성으로는
가. 서보모터, 리니어모터, 압전소자와 같은 구동장치와

나. 볼스크류, LM가이드와 같은 기계장치부와

다. 엔코더, 리니어 스케일과 같은 위치 인식 장치들을 조합하여 구성할 수 있다. 미세한 영역에서 가장 빠른 초점위치 이동을 위하여 압전소자를 구동장치로 사용한다. 한축의 이동을 위한 집속광학계(2)는 구면광학렌즈들을 사용하면 되고 2축 이상(X축,Y축)의 구동을 구현하기 위하여 원통면 광학렌즈들을 사용한다.

도 2와 같이 레이저빔(7)을 X축으로 집속하는 원통면 광학렌즈(9)을 통과하면 X축으로만 집속되고 Y축은 평행광이다. 이 X축 집속용 원통면 광학렌즈(9)를 X축 렌즈 이동장치(8)로 이동시키면 초점위치(13)에서 X축방향으로 초점이 이동된다. 마찬가지로 X축으로 집속 및 이동된 레이저빔(10)을 Y축으로 집속하는 원통면 광학렌즈(11)를 통과하면 X축으로 집속 및 이동된 레이저빔(10)을 Y축으로도 집속 하는 원통면 광학렌즈(11)를 통과하면 Y축으로도 이동된 레이저빔을 얻을 수 있으며 이 결과로 X축과 Y축에 가변된 레이저빔 초점(13)이 얻어진다.

이때 X축 집속용 원통면 광학렌즈(9)와 Y축 집속용 원통면 광학렌즈(11)의 초점거리는 각 렌즈가 있는 위치에 따라 다르다.
도 3과 같이 평행한 레이저빔(19)과 평행 이동한 레이저빔(20)의 초점위치(22)는 집속광학계(21)가 고정되어 있으면 입사각도는 변하지만 그 위치는 변함이 없다. 그런데 레이저빔(14)이 고정되어 있더라도 집속광학계(15)를 위치가 이동된 집속광학계(16)의 위치로 이동시키면 초점위치에서 입사각도는 변하지만 원래위치의 집속광학계(15)일 때의 초점위치(17)가 위치가 이동된 집속광학계(21)일 때의 초점위치(18)로 이동하는 원리이다. 이 원리는 집광렌즈들이나 포물면경들을 이용한 초점 조절에 공통으로 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치는,

레이저를 사용하여 피가공물체를 절단, 용접, 구멍 뚫기 및 열처리를 할 때에 레이저빔의 초점위치를 미세한 영역에서 가장 빠른 초점위치 이동을 구동할 수 있어 레이저 가공 시간을 단축시키거나 가공품질을 개선시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 평행한 레이저빔을 집속시키기 위한 집광렌즈 또는 거울로 구성된 집속광학계로 집속되는 레이저빔의 초점위치를 전·후, 좌·우, 상·하로 가변시키는 장치에 있어서,

   피가공물체는 고정되고 집속광학계 고속이동장치를 이용하여 집속광학계를 이동시킴에 따라 집속광학계의 초점위치가 전·후, 좌·우, 상·하로 가변되는 것을 특징으로 하는 레이저빔의 초점위치 고속이동형 집속장치.
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