KR102018613B1

KR102018613B1 - 음향 광학 편향 시스템, 이를 포함하는 레이저 가공 장치 및 빔 차단 방법

Info

Publication number: KR102018613B1
Application number: KR1020180039335A
Authority: KR
Inventors: 조성용; 장재경; 김동은
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2019-09-06

Abstract

음향 광학 편향 시스템이 개시된다. 개시된 음향 광학 편향 시스템는, 음향 광학 효과를 이용하여, 레이저 빔의 출사 각도를 편향시키는 음향 광학 편향 시스템으로서, 입사된 레이저 빔의 일부를 그 입사각과 다른 각도로 편향시켜 출사하며, 입사된 레이저 빔의 다른 일부를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사하는, 적어도 하나의 음향 광학 편향기; 상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔의 적어도 일부를 통과시키는 제1 개구를 가지며, 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔을 차단하는 제1 덤퍼; 상기 제1 덤퍼의 상기 제1 개구를 통과한 레이저 빔을 집광시키는 집광 렌즈; 및 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 빔 중 일부를 차단하는 제2 덤퍼;를 포함할 수 있다.

Description

음향 광학 편향 시스템, 이를 포함하는 레이저 가공 장치 및 빔 차단 방법{Acoustic-optic deflection system, laser processing apparatus including the same and method for blocking beams of acoustic-optic deflection system}

본 발명은 음향 광학 편향 시스템, 이를 포함하는 레이저 가공 장치 및 빔 차단 방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 가공이란 집광렌즈를 이용하여 레이저 빔을 하나의 초점 형태로 집광시키고 그 초점을 가공 대상물의 표면 또는 내부에 조사하여 가공하는 방식을 말한다.

레이저 가공을 위하여, 레이저 가공 장치는 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔을 2차원으로 스윙시키는 2차원 스캔 헤드를 포함할 수 있다. 2차원 스캔 헤드의 예로서, 갈바노미터 스캐너가 사용될 수 있다.

다만, 이러한 2차원 스캔 헤드 만으로는, 레이저 가공 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 위치 정밀도가 다소 떨어질 수 있다.

레이저 가공 시간을 줄이고 위치 정밀도를 개선하기 위하여, 레이저 가공 장치는 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔을 음향 광학 효과를 이용하여 편향시키는 음향 광학 편향 시스템을 더 포함할 수 있다.

이러한 음향 광학 편향 시스템에서 레이저 빔을 편향시키는 과정에서, 레이저 가공에 실제로 사용되는 빔 외에 편향되지 않거나 편향되더라도 파워가 약한 불필요한 빔이 발생하게 된다.

그에 따라, 음향 광학 편향 시스템에서는 레이저 가공에 실제로 사용되는 빔은 출사시키고, 레이저 가공에 실제로 사용되지 않는 불필요한 빔을 차단하는 단일의 덤퍼를 포함할 수 있다.

그러나, 이러한 덤퍼에 의해 차단되는 빔 중에는, 인체에 영향을 미치지 않는 정도의 약한 파워를 가지는 빔은 물론 인체에 심각한 부상을 초래하는 정도의 강한 파워를 가지는 빔도 포함된다.

음향 광학 편향 시스템에서 덤퍼를 광 경로에 맞도록 정렬(align)시키는 과정에서 작업자가 이러한 강한 파워를 가지는 빔에 노출될 경우 작업자는 부상을 입을 수 있다. 이러한 부상 위험으로 인해, 작업자의 작업 시간이 증가하게 된다.

본 발명은 작업자가 강한 파워를 가지는 빔에 노출되는 것을 근본적으로 차단함으로써, 작업자의 작업 시간을 줄일 수 있는 음향 광학 편향 시스템, 이를 포함하는 레이저 가공 장치 및 이에 사용되는 빔 차단 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

음향 광학 효과를 이용하여, 레이저 빔의 출사 각도를 편향시키는 음향 광학 편향 시스템으로서,

입사된 레이저 빔의 일부를 그 입사각과 다른 각도로 편향시켜 출사하며, 입사된 레이저 빔의 다른 일부를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사하는, 적어도 하나의 음향 광학 편향기;

상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔의 적어도 일부를 통과시키는 제1 개구를 가지며, 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔을 차단하는 제1 덤퍼;

상기 제1 덤퍼의 상기 제1 개구를 통과한 레이저 빔을 집광시키는 집광 렌즈; 및

상기 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 빔 중 일부를 차단하는 제2 덤퍼;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향 광학 편향기는, 입사된 레이저 빔의 일부를 제1 방향으로 편향시켜 출사하며, 입사된 레이저 빔의 다른 일부를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사하는 제1 음향 광학 편향기와, 상기 제1 음향 광학 편향기에서 출사된 레이저 빔의 일부를 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 편향시켜 출사하며, 상기 제1 음향 광학 편향기에서 출사된 레이저 빔의 다른 일부를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사하는 제2 음향 광학 편향기를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 덤퍼는, 상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔과 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔이 이격된 위치에 배치될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔과 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔이 상기 제1 덤퍼에 도달할 때, 상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔과 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔 사이의 간격은 1 mm ~ 2 mm 일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 개구는 직사각형 형태를 가질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 덤퍼의 외곽에는, 상기 제1 개구의 일변과 평행한 적어도 하나의 설치부가 마련될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 덤퍼는 물에 의해 냉각되도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔은, 메인 레이저 빔과 상기 메인 레이저 빔의 파워보다 작은 파워를 가지는 더미 레이저 빔을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 개구는 상기 더미 레이저 빔의 일부와 상기 메인 레이저 빔이 통과시키며, 상기 집광 렌즈는 상기 제1 개구를 통과한 더미 레이저 빔의 일부와 상기 메인 레이저 빔을 다른 위치에 집광시킬 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 덤퍼는 집광된 상기 메인 레이저 빔을 통과시키는 제2 개구를 가지며, 집광된 상기 더미 레이저 빔의 일부를 차단할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 개구의 형상은 사각형일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 덤퍼의 위치를 레이저 빔의 이동 방향과 수직인 방향으로 이동시키는 적어도 하나의 위치 조정부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 덤퍼와 상기 제2 덤퍼의 재질이 다를 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔이 상기 제1 덤퍼에 도달할 때, 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔의 크기는 1 mm 보다 클 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면,

레이저 가공 장치는,

레이저 빔을 생성하는 레이저 광원; 및

상술한 음향 광학 편향 시스템;을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면,

음향 광학 효과를 이용하여, 상기 레이저 빔의 출사 각도를 편향시키는 음향 광학 편향 시스템의 빔 차단 방법으로서,

적어도 하나의 음향 광학 편향기에 의해, 입사된 레이저 빔의 일부가 그 입사각과 다른 각도로 편향되어 출사되며, 입사된 레이저 빔의 다른 일부가 그 입사각과 동일한 각도로 투과되어 출사되는 단계;

제1 덤퍼에 의해, 편향되어 출사된 레이저 빔의 적어도 일부가 통과되며, 투과되어 출사된 레이저 빔이 차단되는 단계;

집광 렌즈에 의해, 상기 제1 덤퍼를 통과한 레이저 빔이 집광되는 단계;

제2 덤퍼에 의해, 집광된 레이저 빔 중 일부가 차단되는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔은, 메인 레이저 빔과 상기 메인 레이저 빔의 파워보다 작은 파워를 가지는 더미 레이저 빔을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 덤퍼에 의해 상기 더미 레이저 빔의 일부와 상기 메인 레이저 빔이 통과되며, 상기 집광 렌즈에 의해 상기 더미 레이저 빔의 일부와 상기 메인 레이저 빔이 다른 위치에 집광될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 덤퍼에 의해, 집광된 상기 메인 레이저 빔이 통과되며, 집광된 상기 더미 레이저 빔의 일부가 차단될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 음향 광학 편향 시스템, 이를 포함하는 레이저 가공 장치 및 이에 사용되는 빔 차단 방법은, 입사된 레이저 빔을 편향시키는 과정에서 사용되지 않는 빔을 효율적으로 제거할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이며,
도 2는 실시예에 따른 음향 광학 편향 시스템의 일부를 설명하기 위한 도면이며,
도 3 및 도 4는 실시예에 따른 제1 및 제2 음향 광학 편향기를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 음향 광학 편향 시스템에서 출사된 레이저 빔을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 음향 광학 편향 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 7은 실시예에 따른 제1 덤퍼의 기능을 설명하기 위한 도면이며,
도 8은 실시예에 따른 제1 덤퍼의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 집광 렌즈의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제2 덤퍼의 기능을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

“제1””, ““제2”” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. ““및/또는”” 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.

도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)를 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 2는 실시예에 따른 음향 광학 편향 시스템의 일부를 설명하기 위한 도면이며, 도 3 및 도 4는 실시예에 따른 제1 및 제2 음향 광학 편향기를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 2의 음향 광학 편향 시스템에서 출사된 레이저 빔을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는 레이저 광원(10), 음향 광학 편향 시스템(30) 및 스캔 헤드(50)를 포함한다. 음향 광학 편향 시스템(30)와 스캔 헤드(50) 사이에는, 레이저 빔(L1/1)을 반사시키는 반사 미러들(61, 62)이 배치될 수 있다.

레이저 광원(10)은 레이저 빔(L)을 생성한다. 생성된 레이저 빔(L)은 음향 광학 편향 시스템(30)에 입사된다.

음향 광학 편향 시스템(30)(Acousto-optic deflection system)은 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔(L1/1)의 출사 각도를 편향시킬 수 있다. 음향 광학 편향 시스템(30)는 브래그 셀(Bragg cell)이라 불릴 수 있다.

음향 광학 편향 시스템(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1/1)은 스캔 헤드(50)로 전달된다. 스캔 헤드(50)로 전달된 레이저 빔(L1/1)은 스캔 헤드(50)에 의해, 가공 대상물(T)의 임의의 위치로 조사된다.

도면상 도시되지 않았으나, 스캔 헤드(50)는, 레이저 빔(L1/1)의 광축을 X축 방향으로 변화시키는 제1 갈바노 스캐너와, 레이저 빔(L1/1)의 광축을 Y축 방향으로 변화시키는 제2 갈바노 스캐너를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 음향 광학 편향 시스템(30)은 입사된 레이저 빔(L)의 일부를 그 입사각과 다른 각도로 편향시켜 출사하며, 입사된 레이저 빔(L)의 다른 일부를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사하는 적어도 하나의 음향 광학 편향기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 음향 광학 편향기는 제1 음향 광학 편향기(110)와 제2 음향 광학 편향기(120)를 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 음향 광학 편향기(110)는 입사된 레이저 빔(L)의 일부(L-1, L1, L2)를 제1 방향(X)으로 편향시켜 출사하며, 입사된 레이저 빔(L)의 다른 일부(L0)를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사한다.

제1 음향 광학 편향기(110)는, 인가된 전기 신호에 따라 소정의 음파가 생성된다. 생성된 음파에 의해 입사된 레이저 빔(L)의 일부(L-1, L1, L2)는 제1 방향(X)으로 편향되며, 입사된 레이저 빔(L)의 다른 일부(L0)는 편향되지 않고 투과된다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 제2 음향 광학 편향기(120)는 제1 음향 광학 편향기(110)에서 출사된 레이저 빔(L)의 일부(L-1, L1, L2)를 제1 방향(X)과 수직인 제2 방향(Z)으로 편향시켜 출사하며, 제1 음향 광학 편향기(110)에서 출사된 레이저 빔(L)의 다른 일부(L0)를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사한다.

제2 음향 광학 편향기(120)는, 인가된 전기 신호에 따라 소정의 음파가 생성된다. 입사된 레이저 빔(L)의 일부(L-1, L1, L2)는 생성된 음파에 의해 제2 방향(Z)으로 편향되며, 입사된 레이저 빔(L)의 다른 일부(L0)는 편향되지 않고 투과된다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 음향 광학 편향기(110)에 인가된 전기 신호의 변화에 따라, 편향된 레이저 빔(L-1, L1, L2)은 제1 방향(X)으로 소정 범위 내에서 스윙(swing)될 수 있다. 제2 음향 광학 편향기(120)에 인가된 전기 신호의 변화에 따라, 편향된 레이저 빔(L-1, L1, L2)은 제2 방향(Z)으로 소정 범위 내에서 스윙(swing)될 수 있다.

한편, 제1, 제2 음향 광학 편향기(110, 120) 각각에 의해 편향된 빔은, 이상적으로는 하나인 것이 바람직하지만, 실제로 복수 개일 수 있다.

예를 들어, 제1 음향 광학 편향기(110)에 의해 편향된 빔은, 메인 레이저 빔(L1)과, 메인 레이저 빔(L1)의 파워보다 작은 파워를 가지는 적어도 하나의 더미 레이저 빔(L-1, L2)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 더미 레이저 빔(L-1, L2)은, 메인 레이저 빔(L1)의 외곽에 나타나거나, 편향되지 않은 레이저 빔(L0)의 외곽에 나타날 수 있다. 메인 레이저 빔(L1)의 파워는 더미 레이저 빔(L-1, L2)의 파워보다 2배 이상 클 수 있다.

제2 음향 광학 편향기(120)에 의해 편향된 빔은, 메인 레이저 빔(L1)과, 메인 레이저 빔(L1)의 파워보다 작은 파워를 가지는 적어도 하나의 더미 레이저 빔(L-1, L2)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 더미 레이저 빔(L-1, L2)은, 메인 레이저 빔(L1)의 외곽에 나타나거나, 편향되지 않은 레이저 빔(L0)의 외곽에 나타날 수 있다. 메인 레이저 빔의 파워(L1)는 더미 레이저 빔(L-1, L2)의 파워보다 2배 이상 클 수 있다.

이하에서는, 편의상, 제1 음향 광학 편향기(110)에 의해 편향되지 않고 투과한 레이저 빔(L0)은 0차 레이저 빔(L0)으로 지칭하며. 메인 레이저 빔(L1)은 1차 레이저 빔(L1)으로 지칭하며, 메인 레이저 빔(L1)의 외곽에 나타난 더미 레이저 빔(L2)은 2차 레이저 빔(L2)으로 지칭하며, 편향되지 않은 레이저 빔(L0)의 외곽에 나타나는 더미 레이저 빔(L-1)은 -1차 레이저 빔(L-1)으로 지칭한다.

도 2를 다시 참조하면, 상술한 제1 음향 광학 편향기(110)에 의해, 입사된 레이저 빔(L)의 일부(L-1, L1, L2)는 제1 방향(X)으로 편향되며 다른 일부(L0)는 편향되지 않고 투과하여 출사되며, 제1 음향 광학 편향기(110)에 의해 출사된 레이저 빔의 일부는 제2 음향 광학 편향기(120)에 의해 제1 방향(X)과 수직인 제2 방향(Z)으로 편향되며 다른 일부는 편향되지 않고 투과하여 출사될 수 있다.

레이저 빔(L)이 제1 음향 광학 편향기(110)를 통과하는 과정에서, 도 3과 같이, 제1 방향(X)을 따라, -1차 레이저 빔(L-1), 0차 레이저 빔(L0), 1차 레이저 빔(L1) 및 2차 레이저 빔(L2)으로 분기된다.

제1 음향 광학 편향기(110)에서 출력된 레이저 빔이 제2 음향 광학 편향기(120)를 통과하는 과정에서, 제2 방향(Z)을 따라, -1차 레이저 빔(L-1), 0차 레이저 빔(L0), 1차 레이저 빔(L1) 및 2차 레이저 빔(L2)으로 분기된다.

예를 들어, 제1 방향(X)으로 분기된 -1차 레이저 빔(L-1)은 제2 음향 광학 편향기(120)를 통과하는 과정에서, 제2 방향(Z)으로 -1차 레이저 빔(L-1/-1), 0차 레이저 빔(L-1/0), 1차 레이저 빔(L-1/1) 및 2차 레이저 빔(L-1/2)으로 분기된다.

예를 들어, 제1 방향(X)으로 분기된 0차 레이저 빔(L0)은 제2 음향 광학 편향기(120)를 통과하는 과정에서, 제2 방향(Z)으로 -1차 레이저 빔(L0/-1), 0차 레이저 빔(L0/0), 1차 레이저 빔(L0/1) 및 2차 레이저 빔(L0/2)으로 분기된다.

예를 들어, 제1 방향(X)으로 분기된 1차 레이저 빔(L1)은 제2 음향 광학 편향기(120)를 통과하는 과정에서, 제2 방향(Z)으로 -1차 레이저 빔(L1/-1), 0차 레이저 빔(L1/0), 1차 레이저 빔(L1/1) 및 2차 레이저 빔(L1/2)으로 분기된다.

예를 들어, 제1 방향(X)으로 분기된 2차 레이저 빔(L2)은 제2 음향 광학 편향기(120)를 통과하는 과정에서, 제2 방향(Z)으로 -1차 레이저 빔(L2/-1), 0차 레이저 빔(L2/0), 1차 레이저 빔(L2/1) 및 2차 레이저 빔(L2/2)으로 분기된다.

제1 음향 광학 편향기(110)와 제2 음향 광학 편향기(120)는, 레이저 빔의 이동 방향을 따라 배열된다. 그에 따라, 제1 음향 광학 편향기(110)에 의해 제1 방향(X)으로 출사된 레이저 빔의 조사 영역의 길이(LE1)는 제2 음향 광학 편향기(120)에 의해 제2 방향(Z)으로 출사된 레이저 빔의 조사 영역의 길이(LE2)보다 짧을 수 있다. 제1, 제2 음향 광학 편향기(110, 120)를 거친 레이저 빔(L-1/-1, L-1/0, L-1/1, L-1/2, L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/1, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)이 조사되는 영역은 직사각형일 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 음향 광학 편향 시스템(30)에 가해진 전기 신호에 따라, -1차 레이저 빔(L-1), 1차 레이저 빔(L1) 및 2차 레이저 빔(L2)은 소정의 범위 내에서 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Z)으로 스윙하는 반면, 0차 레이저 빔(L0)은 스윙하지 않는다.

스윙하는 1차 레이저 빔(L1)과 2차 레이저 빔(L2)은 부분적으로 중첩될 수 있다. 1차 레이저 빔(L1)의 스윙 범위와 2차 레이저 빔(L2)의 스윙 범위는 서로 다를 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z)으로 -1차 레이저 빔(L-1), 1차 레이저 빔(L1/1) 및 2차 레이저 빔(L2/2)은 소정의 범위 내에서 스윙하는 반면, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z)으로 0차 레이저 빔(L0/0)은 스윙하지 않을 수 있다.

상기와 같이, 입사된 레이저 빔(L)이 제1 및 제2 음향 광학 편향기(110, 120)를 통과하는 과정에서 출력되는 레이저 빔(L-1/-1, L-1/0, L-1/1, L-1/2, L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/1, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)은 적어도 16개일 수 있다. 이들 중 가공에 실제로 사용되는 레이저 빔은, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z)으로 편향되는 1차 레이저 빔(L1/1) 하나에 불과하다. 다시 말해서, 16개의 레이저 빔들 중에서 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Z)으로 편향되거나 편향되지 않는 나머지 레이저 빔들(L-1/-1, L-1/0, L-1/1, L-1/2, L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)은 실제 가공 과정에서 사용되지 않는다. 그에 따라, 음향 광학 편향 시스템(30)에서는 실제 가공 과정에서 사용되지 않는 레이저 빔들(L-1/-1, L-1/0, L-1/1, L-1/2, L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)이 외부로 출사되지 않도록 차단할 수 있다.

다만, 사용되지 않는 레이저 빔들(L-1/-1, L-1/0, L-1/1, L-1/2, L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)의 특성이 서로 다르게 나타난다. 제1 방향(X)을 기준으로 설명하면, 0차 레이저 빔(L0/0)의 파워는 -1차 레이저 빔(L-1/-1) 및 2차 레이저 빔(L2/2)의 파워보다 크며, 2차 레이저 빔(L2/2)은 0차 레이저 빔(L0/0)과 달리 스윙할 수 있다.

도 6은 실시예에 따른 음향 광학 편향 시스템(30)을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 7은 실시예에 따른 제1 덤퍼의 기능을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 실시예에 따른 제1 덤퍼의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 실시예에 따른 집광 렌즈의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 제2 덤퍼의 기능을 설명하기 위한 도면이다.

실시예에 따른 음향 광학 편향 시스템(30)에서는, 사용되지 않는 레이저 빔들(L-1/-1, L-1/0, L-1/1, L-1/2, L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)의 서로 다른 특성을 고려하여, 제1 덤퍼(130), 집광 렌즈(140) 및 제2 덤퍼(150)를 더 포함한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 덤퍼(130)는 제1, 제2 음향 광학 편향기(110, 120)에 의해 편향된 레이저 빔(L-1/1, L-1/2, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/1, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)의 적어도 일부를 통과시키고, 제1, 제2 음향 광학 편향기(110, 120)에 의해 편향되지 않고 투과되어 출사된 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)을 차단할 수 있다.

제1 덤퍼(130)는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z)으로 편향된 1차 레이저 빔(L1/1)을 통과시키고, 제1 방향(X)으로 편향되지 않거나 제2 방향(Z)으로 편향되지 않은 0 차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)을 차단할 수 있다. 0 차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)은, -1차 레이저 빔(L-1/-1) 또는 2차 레이저 빔(L2/2)에 비해, 파워가 상당히 크다. 예를 들어, 0 차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)의 파워는 -1차 레이저 빔(L-1/-1) 또는 2차 레이저 빔(L2/2)의 파워의 2배 이상일 수 있다.

만일, 제1 덤퍼(130)에 의해 0차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)이 차단되지 않고 집광 렌즈(140)에 의해 집광될 경우, 집광된 0차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)은 단위 면적당 파워가 증가한다. 이러한 단위 면적당 파워가 증가한 0차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)에 작업자가 노출될 경우, 작업자에게 심각한 데미지를 입힐 수 있다.

그에 반해, 실시예에 따른 음향 광학 편향 시스템(30)에서는, 파워가 상당히 큰 0차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)이 집광 렌즈(140)에 의해 집광되기 전에 제1 덤퍼(130)에 의해 차단되기 때문에, 작업자가 집광된 0차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)으로 인해 심각한 데미지를 입는 것을 차단할 수 있다. 그에 따라, 작업자는 음향 광학 편향 시스템(30)에 대한 제조, 설치 또는 수리 과정에서 광경로 정렬 과정에서, 부상에 대한 우려 없이 신속하게 작업을 수행할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 덤퍼(130)에는 제1, 제2 음향 광학 편향기(110, 120)에 의해 편향된 레이저 빔(L-1/1, L-1/2, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/1, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)의 적어도 일부를 통과시키는 제1 개구(131)가 마련될 수 있다. 제1 개구(131)는, 제1 음향 광학 편향기(110)와 제2 음향 광학 편향기(120)가 광축을 따라 배열된 점을 고려하여, 직사각형 형태를 가질 수 있다.

상술한 것처럼, 편향된 레이저 빔(L-1/1, L-1/2, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/1, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z)으로 편향된 1차 레이저 빔(L1/1) 외에도, 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Z)으로 편향된 레이저 빔(L-1/1, L-1/2, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)을 포함할 수 있다. 제1 개구(131)는, 편향된 레이저 빔(L-1/1, L-1/2, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/1, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2) 중 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z)으로 편향된 1차 레이저 빔(L1/1)을 통과시킬 수 있다.

제1 방향(X) 또는 제2 방향(Z)으로 편향되지 않은 0차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)은, 제1 덤퍼(130)의 표면(133)에 조사되어 차단될 수 있다. 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z) 중 한 방향으로 편향된 레이저 빔(L-1/1, L-1/2, L0/1, L0/2, L1/-1, L1/0, L1/2, L2/-1, L2/0, L2/1, L2/2)은 제1 덤퍼(130)의 표면(133)에 조사되어 차단될 수 있다.

제1 덤퍼(130)의 외곽에는, 제1 개구(131)의 일변과 평행한 적어도 하나의 설치부(135)가 마련될 수 있다. 설치부(135)를 기준으로 제1 덤퍼(130)를 고정시킴으로써, 제1 덤퍼(130)의 제1 개구(131)를 제1 및 제2 음향 광학 편향기(110, 120)에 맞도록 쉽게 정렬할 수 있다.

한편, 도 3, 4에서는 레이저 빔의 편향을 설명하기 위하여, 레이저 빔 사이의 간격을 크게 도시하였으나, 실제 0차 레이저 빔(L0)과 1차 레이저 빔(L1) 사이의 간격은 매우 작을 수 있다. 0차 레이저 빔(L0)에 대한 1차 레이저 빔(L1)의 각도는 10 도 미만일 수 있다.

도 6 및 도 8을 참조하면, 이러한 점을 고려하여, 제1 덤퍼(130)가 제1 개구(131)를 통해 1차 레이저 빔(L1)을 통과시키되, 0차 레이저 빔(L0)을 차단하기 위하여, 제1 덤퍼(130)는 제2 음향 광학 편향기(120)와 집광 렌즈(140) 사이에서 0차 레이저 빔(L0)과 1차 레이저 빔(L1)이 이격되는 위치에 배치될 수 있다.

제1 덤퍼(130)에 0차 레이저 빔(L0)과 1차 레이저 빔(L1)이 도달할 때, 0차 레이저 빔(L0)과 1차 레이저 빔(L1) 사이의 간격(G)은 1 mm ~ 2 mm일 수 있다.

0차 레이저 빔(L0)이 제1 덤퍼(130)에 도달할 때, 0차 레이저 빔(L0)은 집광 렌즈(140)에 의해 집광되지 않은 상태이기 때문에 소정 크기 이상일 수 있다. 예를 들어, 0차 레이저 빔(L0)이 제1 덤퍼(130)에 도달할 때, 0차 레이저 빔(L0)의 크기는 1 mm보다 클 수 있다. 다만, 0차 레이저 빔(L0)의 크기는 50 mm 이하일 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 제1 개구(131)를 통과한 레이저 빔은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z)으로 편향된 1차 레이저 빔(L1/1)과 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Z)으로 편향된 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)의 일부를 포함할 수 있다. 제1 개구(131)를 통과한 레이저 빔에 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)의 일부가 포함된 이유는, 스윙하는 과정에서 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)의 일부가 1차 레이저 빔(L1/1)과 중첩될 수 있기 때문이다.

도 6 및 도 9를 참조하면, 제1 덤퍼(130)의 제1 개구(131)를 통과한 레이저 빔(L1/1, L1/2, L2/1, L2/2)은 집광 렌즈(140)로 전달된다. 집광 렌즈(140)는 제1 개구(131)를 통과한 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)의 일부와 1차 레이저 빔(L1/1)을 다른 위치에 집광시킨다.

그에 따라, 1차 레이저 빔(L1/1과 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)이 스윙하는 과정에서 일부 중첩되더라도, 집광 렌즈(140)를 통해 1차 레이저 빔(L1/1)과 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)의 일부를 이격시킬 수 있다.

도 6 및 도 10을 참조하면, 제2 덤퍼(150)는 집광된 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)을 차단하고 집광된 1차 레이저 빔(L1/1)을 통과시킨다. 제2 덤퍼(150)에는 집광된 1차 레이저 빔(L1/1)을 통과시키는 제2 개구(151)가 마련된다. 제2 개구(151)는 사각형일 수 있다.

제2 덤퍼(150)는 레이저 빔의 진행 경로와 수직인 방향으로 이동시키는 적어도 하나의 위치 조정부(153)를 더 포함할 수 있다. 위치 조정부(153)를 통해, 제2 덤퍼(150)의 제2 개구(151)의 위치를 상하 방향 및/또는 좌우 방향으로 조정할 수 있다.

상술한 것처럼, 실시예에 따른 음향 광학 편향 시스템(30)에서는, 제1 덤퍼(130)에 의해 편향되지 않은 0차 레이저 빔(L0/-1, L0/0, L0/1, L0/2, L-1/0, L1/0, L2/0)이 차단되며, 제1 덤퍼(130)를 통과한 편향된 레이저 빔(L1/1, L1/2, L2/1, L2/2)은 집광 렌즈(140)에 의해 집광된 후, 제2 덤퍼(150)에 의해 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)이 차단된다. 그에 따라, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Z)으로 편향된 1차 레이저 빔(L1/1)만이 음향 광학 편향 시스템(30)으로부터 출사된다.

제1 덤퍼(130)는 파워가 상대적으로 큰 0차 레이저 빔(L0)을 차단하는 기능을 가지기 때문에, 0차 레이저 빔(L0)을 차단하는 과정에서 가열될 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 제1 덤퍼(130)는 물에 의해 냉각되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 덤퍼(130)의 표면(133)으로 물이 공급되며, 제1 덤퍼(130)는 열전도성이 높은 재질을 포함할 수 있다.

제1 덤퍼(130)의 재질은 황동을 포함할 수 있다. 다만, 제1 덤퍼(130)의 재질은 이에 한정되지 아니하며, 열전도율이 좋은 다른 재질로 변경될 수도 있다.

제2 덤퍼(150)는 파워가 상대적으로 작은 2차 레이저 빔(L1/2, L2/1, L2/2)을 차단하는 기능을 가지기 때문에, 제1 덤퍼(130)와 같이 물에 의해 냉각될 필요가 없다. 이러한 점을 고려하여, 제1 덤퍼(130)와 제2 덤퍼(150)의 재질이 상이할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

1 : 레이저 가공 장치
10 : 레이저 광원
30 : 음향 광학 편향기
50 : 스캔 헤드
110 : 제1 음향 광학 편향기
120 : 제2 음향 광학 편향기
130 : 제1 덤퍼
131 : 제1 개구
133 : 표면
135 : 설치부
140 : 집광 렌즈
150 : 제2 덤퍼
151 : 제2 개구
153 : 위치 조정부

Claims

음향 광학 효과를 이용하여, 레이저 빔의 출사 각도를 편향시키는 음향 광학 편향 시스템으로서,
입사된 레이저 빔의 일부를 그 입사각과 다른 각도로 편향시켜 출사하며, 입사된 레이저 빔의 다른 일부를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사하는, 적어도 하나의 음향 광학 편향기;
상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔의 적어도 일부를 통과시키는 제1 개구를 가지며, 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔을 차단하는 제1 덤퍼;
상기 음향 광학 편향기에서 출사된 레이저 빔 중에서 상기 제1 덤퍼의 상기 제1 개구를 통과한 레이저 빔을 집광시키는 집광 렌즈; 및
상기 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 빔 중 일부를 차단하는 제2 덤퍼;를 포함하며,
상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔은, 메인 레이저 빔과 상기 메인 레이저 빔의 파워보다 작은 파워를 가지는 더미 레이저 빔을 포함하며,
상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔은 상기 더미 레이저 빔의 파워보다 크며,
상기 집광 렌즈는 상기 메인 레이저 빔과 상기 더미 레이저 빔을 다른 위치에 집광시키는, 음향 광학 편향 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 음향 광학 편향기는,
입사된 레이저 빔의 일부를 제1 방향으로 편향시켜 출사하며, 입사된 레이저 빔의 다른 일부를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사하는 제1 음향 광학 편향기와,
상기 제1 음향 광학 편향기에서 출사된 레이저 빔의 일부를 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 편향시켜 출사하며, 상기 제1 음향 광학 편향기에서 출사된 레이저 빔의 다른 일부를 그 입사각과 동일한 각도로 투과시켜 출사하는 제2 음향 광학 편향기를 포함하는, 음향 광학 편향 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 덤퍼는,
상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔과 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔이 이격된 위치에 배치된, 음향 광학 편향 시스템.
제3항에 있어서,
상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔과 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔이 상기 제1 덤퍼에 도달할 때, 상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔과 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔 사이의 간격은 1 mm ~ 2 mm 인, 음향 광학 편향 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 개구는 직사각형 형태를 가지는, 음향 광학 편향 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 덤퍼의 외곽에는, 상기 제1 개구의 일변과 평행한 적어도 하나의 설치부가 마련된, 음향 광학 편향 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 덤퍼는 물에 의해 냉각되도록 구성된, 음향 광학 편향 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 개구는 상기 더미 레이저 빔의 일부와 상기 메인 레이저 빔을 통과시키는, 음향 광학 편향 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제2 덤퍼는 집광된 상기 메인 레이저 빔을 통과시키는 제2 개구를 가지며, 집광된 상기 더미 레이저 빔의 일부를 차단하는, 음향 광학 편향 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제2 개구의 형상은 사각형인, 음향 광학 편향 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 덤퍼의 위치를 레이저 빔의 이동 방향과 수직인 방향으로 이동시키는 적어도 하나의 위치 조정부를 더 포함하는, 음향 광학 편향 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 덤퍼와 상기 제2 덤퍼의 재질이 다른, 음향 광학 편향 시스템.
제4항에 있어서,
상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔이 상기 제1 덤퍼에 도달할 때, 상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔의 크기는 1 mm 보다 큰, 음향 광학 편향 시스템.
레이저 빔을 생성하는 레이저 광원; 및
제1항 내지 제7항 및 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 음향 광학 편향 시스템;을 포함하는, 레이저 가공 장치.
음향 광학 효과를 이용하여, 레이저 빔의 출사 각도를 편향시키는 음향 광학 편향 시스템의 빔 차단 방법으로서,
적어도 하나의 음향 광학 편향기에 의해, 입사된 레이저 빔의 일부가 그 입사각과 다른 각도로 편향되어 출사되며, 입사된 레이저 빔의 다른 일부가 그 입사각과 동일한 각도로 투과되어 출사되는 단계;
제1 덤퍼에 의해, 편향되어 출사된 레이저 빔의 적어도 일부가 통과되며, 투과되어 출사된 레이저 빔이 차단되는 단계;
집광 렌즈에 의해, 상기 음향 광학 편향기에서 출사된 레이저 빔 중에서 상기 제1 덤퍼를 통과한 레이저 빔이 집광되는 단계;
제2 덤퍼에 의해, 집광된 레이저 빔 중 일부가 차단되는 단계;를 포함하며,
상기 음향 광학 편향기에 의해 편향되어 출사된 레이저 빔은, 메인 레이저 빔과 상기 메인 레이저 빔의 파워보다 작은 파워를 가지는 더미 레이저 빔을 포함하며,
상기 음향 광학 편향기에 의해 투과되어 출사된 레이저 빔은 상기 더미 레이저 빔의 파워보다 크며,
상기 집광 렌즈는 상기 메인 레이저 빔과 상기 더미 레이저 빔을 다른 위치에 집광시키는, 음향 광학 편향 시스템의 빔 차단 방법.
삭제
제16항에 있어서,
상기 제1 덤퍼에 의해 상기 더미 레이저 빔의 일부와 상기 메인 레이저 빔이 통과되는, 음향 광학 편향 시스템의 빔 차단 방법.
제18항에 있어서,
상기 제2 덤퍼에 의해, 집광된 상기 메인 레이저 빔이 통과되며, 집광된 상기 더미 레이저 빔의 일부가 차단되는, 음향 광학 편향 시스템의 빔 차단 방법.