KR20190122515A - Apparatus for automatically correcting the position of laser scanning system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 스캐닝 장비의 자동 위치 보정 장치에 관한 것으로, 레이저 스캐닝 장비 장비에서 기구, 열 및 노이즈의 영향에 의해 레이저, 스캐너 및 광학부에서 발생되는 복합적인 오프셋(offset) 또는 게인(gain)의 틀어짐(drift)을 개선하기 위하여 최소한의 레이저 빔 조사 위치를 검출하는 위치 측정 모듈을 사용한 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic position correcting apparatus for laser scanning equipment, wherein the complex offset or gain generated in the laser, scanner, and optics by the influence of instruments, heat, and noise in the laser scanning equipment. An automatic position correcting apparatus for laser scanning equipment using a position measuring module for detecting a minimum laser beam irradiation position to improve drift.
일반적으로 레이저 스캐닝 장비는 다양한 목적, 특히 마킹(marking), 라벨링(labeling), 절단, 드릴링(drilling), 소결 또는 용접 등에 사용된다. 레이저 재료 가공의 다양한 응용에 있어서 가공 대상물(workpiece) 상으로 레이저 빈 입사각을 스캐너를 통해 고속으로 제어하는 것이 유리하다. In general, laser scanning equipment is used for a variety of purposes, in particular marking, labeling, cutting, drilling, sintering or welding. In various applications of laser material processing, it is advantageous to control the laser bin incidence angle on the workpiece at high speed through a scanner.
이러한 장점으로 인하여 레이저 빔을 이용하여 소재를 가공하거나 소재의 표면에 마킹하는 미세 가공 시스템이 널리 이용되고 있으며, 특히 마이크로 단위 또는 나노 단위의 미세 가공에 있어서, 가공의 정밀도를 높이기 위해서는 레이저 편향 장치인 레이저 스캐너의 제어 정밀도가 고도로 요구된다.Due to these advantages, a micromachining system for processing a material or marking a surface of the material by using a laser beam is widely used. In particular, in the micro or nano-machining process, in order to increase the precision of processing, The control precision of the laser scanner is highly required.
이러한 레이저 빔 스캐너에는 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔을 X축 및 Y축 방향으로 편향시킬 필요가 있을 때에는 X축 스캐너와 Y축 스캐너가 마련되며, 이에 따라 X축 스캐너와 Y축 스캐너를 각각을 구동시키기 위해 X축 드라이버와 Y축 드라이버가 마련되며, X축 스캐너와 Y축 스캐너는 레이저 빔의 틀어짐과 광학적인 요소에 의한 틀어짐 및 레이저 빔 스캐너를 구성하는 미러의 틀어짐 등에 의한 오프셋(offset)과 게인(gain)의 틀어짐(drift)이 발생된다는 문제점이 있다.Such a laser beam scanner is provided with an X-axis scanner and a Y-axis scanner when it is necessary to deflect the laser beam emitted from the laser oscillator in the X-axis and Y-axis directions, thereby driving the X-axis scanner and the Y-axis scanner, respectively. X-axis driver and Y-axis driver are provided for the purpose, and the X-axis scanner and Y-axis scanner are offset and gain due to the distortion of the laser beam and the optical element and the mirror of the laser beam scanner. There is a problem that a drift of gain occurs.
그러나, 레이저 빔 스캐너를 구성하는 레이저 빔을 소정 각도로 반사시키는 반사미러와 반사미러를 회전시켜 반사미러의 각도를 조절하는 스캐너 모터(갈바노 모터)로 구성되어 있으며, 외부 환경 요인중 하나인 온도의 변화에 따른 반사 미러의 변형은 극히 미소한 모터의 코일에 흐르는 전류에 영향을 미치는 주요한 요소 중의 하나인 저항이 온도가 변함에 따라 그 값이 변하게 되어 레이저 빔 스캐너의 반사 미러의 정확한 각도를 제어하는데 오차를 발생시키게 되어 레이저 빔 스캐너의 제어 정밀도가 저하되는 문제점이 발생된다.However, it is composed of a reflection mirror reflecting the laser beam constituting the laser beam scanner at a predetermined angle and a scanner motor (galvano motor) which rotates the reflection mirror to adjust the angle of the reflection mirror. The variation of the reflection mirror due to the change of the resistance is one of the main factors affecting the current flowing in the coil of the micro motor, the value of which changes as the temperature changes, thereby controlling the exact angle of the reflection mirror of the laser beam scanner. This causes an error in the control accuracy of the laser beam scanner.
이를 해결하기 위한 종래의 기술로서는 단위 온도 변화에 따른 코일 저항의 변동율(온도계수)을 안다면 온도 변화에 따라 저항값을 보상해 주면 되나, 실제 저항값의 보상은 보상 방법이나 저항 변동율의 측정에서부터 오차가 있으므로 제어 정밀도가 떨어진다는 단점을 보완하기 위하여, 대한민국 공개특허 제2005-0106664호의 '레이저 헤드'에서는 온도에 따른 저항 변동율을 보상하는 방법을 사용하기 보다는 레이저 빔 스캐너 모터의 온도를 적정하게 유지시키는 방법을 제안하였다.As a conventional technique for solving this problem, if the change rate (temperature coefficient) of the coil resistance according to the unit temperature change is known, the resistance value may be compensated according to the temperature change, but the compensation of the actual resistance value is an error from the compensation method or the measurement of the resistance change rate. In order to compensate for the disadvantage of poor control accuracy, the 'laser head' of Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0106664 maintains the temperature of the laser beam scanner motor appropriately rather than using a method of compensating the resistance variation rate according to temperature. A method was proposed.
이를 도 1을 참조하여 설명하며, 레이저 헤드(10)의 케이싱(11) 내에는 스캐너 블록(20)이 고정되게 설치되어 있으며, 스캐너 블록(20)에는 X축 스캐너(21)와 Y축 스캐너(22)의 몸체가 고정되게 설치되어 있다. This will be described with reference to FIG. 1, and the scanner block 20 is fixedly installed in the
스캐너(21, 22)의 스캐너 모터(21, 22)를 포함하는 몸체의 대부분은 스캐너 블록(20) 내에 고정되게 배치되며, 레이저 헤드(10) 내에는 일측에 레이저 헤드(10) 내의 온도를 조절하는 온도조절부(30)가 설치되어 있다. 이러한 레이저 헤드(10)는 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔을 소정 방향으로 조사하는 시스템으로서, X-Y 스테이지에 의해서 이동되는 가공 대상면에 레이저 가공작업을 수행한다. 여기서, 참조번호 13은 레이저 빔이 입사되는 홀, 14는 입사된 레이저빔이 반사되는 반사미러이며, 15는 스캐너 블록(20)을 통과한 레이저 빔이 레이저 헤드로부터 나아가서 작업 대상물로 가는 경로 상의 홀이다Most of the body including the
그러나, 이러한 종래의 기술은 레이저 빔 스캐너의 내부에서 온도에 의해 레이저 조사의 영향을 받는 레이저 빔 스캐너 모터의 온도가 일정하게 유지되도록 제어하여 레이저 빔 스캐너 모터의 온도를 빠르고 정밀하며 신뢰성 있게 제어할 수 있으며, 주위 온도의 영향을 받지 않고 가열과 냉각이 가능하도록 함으로써 레이저 빔 스캐너의 반사 미러 제어 정밀도가 높아지게 되므로 마이크로 단위 또는 나노 단위의 가공에 대한 신뢰성 및 레이저 빔 스캐너를 구성하는 부품들의 수명을 증가시킬 수 있는 효과가 있으나, 단순한 레이저 빔 스캐너의 내부의 온도를 안정적으로 유지하기 위한 것으로 이러한 개선만으로는 기구, 열 및 노이즈의 영향에 의해 발생되는 복합적인 오프셋 또는 게인의 틀어짐을 개선하기에는 한계가 있으며, 이로 인하여 레이저 가공에 요구되는 정밀도를 확보하기에는 다소 한계가 있다.However, this conventional technique controls the temperature of the laser beam scanner motor, which is affected by laser irradiation by the temperature inside the laser beam scanner, to be kept constant so that the temperature of the laser beam scanner motor can be controlled quickly, precisely and reliably. In addition, by allowing heating and cooling without being influenced by the ambient temperature, the reflection mirror control accuracy of the laser beam scanner is increased, thereby increasing the reliability of processing in the micro or nano unit and increasing the life of the components constituting the laser beam scanner. Although it is possible to achieve the effect of maintaining a stable temperature inside a simple laser beam scanner, this improvement alone is limited to improve the distortion of the complex offset or gain caused by the influence of the instrument, heat and noise. Due to laser There are some limitations to ensure the precision required for the ball.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 최소한의 위치 측정 모듈을 사용하면서도 레이저 빔 스캐너의 환경요소중 기구, 열 및 노이즈의 영향에 의해 발생되는 복합적인 오프셋 또는 게인의 틀어짐을 개선하기 위한 목적이 있다.The present invention devised to solve the problems of the prior art as described above is a complex offset or gain distortion caused by the influence of the instrument, heat and noise among the environmental elements of the laser beam scanner while using a minimum position measurement module. The purpose is to improve.
본 발명의 상기 목적은 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치에 있어서, 가공 대상물의 가공표면이 위치하는 X-Y 평면에 대해 수직인 제1 방향으로 레이저 빔을 송출하는 레이저 빔 소스; 상기 제1 방향에 대해 소정 각도를 유지하는 제2 방향의 평면 방향의 소정 각도 범위로 상기 레이저 빔 소스로부터의 레이저 빔을 조사시키는 제1 미러; 상기 제1 미러로부터 반사된 상기 레이저 빔을 직사각형 형상의 가공표면에 조사시키는 제2 미러; 상기 제1 미러와 상기 제2 미러를 각각 회전시키는 제1 모터 및 제2 모터; 상기 가공 대상물에 레이저 빔이 조사되어야 하는 상기 가공표면의 네 개의 독립적인 위치 파라미터 및 네 개의 독립적인 위치 파라미터에 의해 결정된 레이저 빔의 실제 조사 위치에 배치되어 레이저 빔 조사위치를 검출하는 한 개 이상의 위치 측정 모듈; 및 상기 위치 파라미터 및 실제 위치의 오프셋 또는 게인 틀어짐을 중 어느 하나 이상을 보정하기 위하여 제1 모터 또는 제2 모터중 어느 하나 이상을 구동하기 위한 신호를 발생시키는 보정부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치에 의해 달성된다.An object of the present invention is an automatic position correction device for laser scanning equipment, comprising: a laser beam source for transmitting a laser beam in a first direction perpendicular to an X-Y plane in which a processing surface of a workpiece is located; A first mirror for irradiating a laser beam from the laser beam source in a predetermined angle range in a planar direction of a second direction maintaining a predetermined angle with respect to the first direction; A second mirror for irradiating the laser beam reflected from the first mirror onto a machining surface having a rectangular shape; A first motor and a second motor for rotating the first mirror and the second mirror, respectively; One or more positions disposed at actual irradiation positions of the laser beam determined by four independent position parameters and four independent position parameters of the machining surface on which the laser beam is to be irradiated to the workpiece. A measurement module; And a correction unit generating a signal for driving any one or more of the first motor and the second motor to correct any one or more of the position parameter and the offset or gain misalignment of the actual position. It is achieved by an automatic position correction device for laser scanning equipment.
따라서, 본 발명의 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치는 레이저 빔 스캐너의 환경요소인 레이저 빔 스캐너에서 발생되는 기구, 열 및 노이즈의 영향에 의해 발생되는 복합적인 오프셋(offset) 또는 게인(gain)의 틀어짐(drift)을 최소한의 위치 측정 모듈을 사용하면서도 개선할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the automatic position correction device for laser scanning equipment of the present invention is a combination of offsets or gains generated by the influence of the mechanism, heat and noise generated in the laser beam scanner, which is an environmental element of the laser beam scanner. There is an effect to improve the drift while using a minimum position measuring module.
도 1은 종래의 기술에 따른 온도제어장치를 포함하는 레이저 헤드의 전체 구성도,
도 2는 오프셋 및 게인의 틀어짐 발생을 설명하기 위한 본 발명의 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치의 기본 설명도,
도 3은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장비의 자동 위치 보정 장치의 오프셋 및 게인의 틀어짐 및 보정을 위한 설명도,
도 4는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장비의 자동 위치 보정 장치의 보정을 위한 구성도, 및
도 5은 본 발명의 위치 측정 모듈 예시도이다.1 is an overall configuration diagram of a laser head including a temperature control device according to the prior art,
2 is a basic explanatory diagram of an automatic position correction device for laser scanning equipment of the present invention for explaining the occurrence of offset and gain distortion;
3 is an explanatory diagram for the offset and gain of the offset and gain of the automatic position correction device of the laser scanning device according to the present invention;
4 is a configuration diagram for the correction of the automatic position correction device of the laser scanning apparatus according to the present invention, and
5 is an exemplary view of the position measurement module of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 오프셋 및 게인의 틀어짐 발생을 설명하기 위한 본 발명의 레이저 스캐닝 장비의 자동 위치 보정 장치의 기본 설명도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 스캐닝 장비의 자동 위치 보정 장치는 마킹(marking), 라벨링(labeling), 절단, 드릴링(drilling), 소결 또는 용접 등의 대상인 가공대상물의 가공표면이 위치하는 X-Y 평면(310)에 대해 수직인 제1 방향으로 레이저 빔 소스(100)에서 레이저 빔을 조사하며, 레이저 빔 자체의 틀어짐(d1)이 발생된다.2 is a basic explanatory diagram of an automatic position correcting apparatus of the laser scanning apparatus of the present invention for explaining the occurrence of offset and gain misalignment. As shown in Figure 2, the automatic position correction device of the laser scanning device of the present invention is the machining surface of the object to be processed, such as marking (marking), labeling (cutting), cutting (drilling), sintering or welding is located The laser beam is irradiated from the
레이저 빔 소스(100)에서 조사된 레이저 빔은 집광렌즈(110)과 같은 광학렌즈에 의한 광학적인 틀어짐(d2)이 발생되며, 이후 집광렌즈(110)을 거친 레이저 빔은 제1 방향에 대해 소정 각도를 유지하는 제2 방향의 평면 방향의 소정 각도 범위로 레이저 빔을 제1 미러(210)에서 틀어짐(d3)이 발생되며, 이후 제1 미러(210)로부터 반사된 레이저 빔을 X-Y 평면의 가공물의 가공표면의 소정 영역(310) 및 위치 측정 모듈(400)로 조사하는 제2 미러(220)에서도 틀어짐(d4)이 발생된다.The laser beam irradiated from the
여기서, 제1 미러(210)는 직립된 상태의 레이저 빔 소스(100)로부터의 레이저 빔을 수평방향 또는 수평방향에 약간 경사진 횡방향으로 반사시키되 제1 미러(210)의 회전축에 의해 소정각도 범위 내에서 회전됨으로써 제2 미러(220)의 회전 중심축 상에 위치하는 제2 미러(220)의 반사 라인, 즉 조사라인을 따라 조사시키며, 제2 미러(220)는 그 회전축을 따라 형성되는 조사라인 상의 레이저 빔을 수직 하부로 반사하여 가공대상물의 표면에 가공영역 즉 조사영역을 형성한다.Here, the
이러한 제1 미러(210)와 제2 미러(220)에는 소정 각도 범위로 레이저 빔을 조사하기 위하여 제1 미러(210)와 제2 미러(220)를 각각 회전시키는 제1 모터(미도시) 및 제2 모터(미도시)가 구비된다.A first motor (not shown) which rotates the
이를 통하여 레이저 빔 소스(100)에서 송출된 레이저 빔은 가공물의 가공표면에 대하여 P1(x1, y1), P2(x2, y2), P3(x3, y3) 및 P4(x4, y4)의 네 개의 독립적인 위치 파라미터인 꼭지점 좌표를 갖는 사각형 형상의 레이저 빔 조사 영역을 형성한다.Through this, the laser beam sent from the
이중 본 발명에서는 최소한의 위치 측정 모듈을 사용하여 레이저 빔 조사위치를 검출하기 위하여 네 개의 독립적인 위치 파라미터중 어느 하나 이상에 위치 측정 모듈을 배치한다.In the present invention, the position measuring module is disposed at any one or more of four independent position parameters in order to detect the laser beam irradiation position using the minimum position measuring module.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치의 오프셋 및 게인의 틀어짐 및 보정을 위한 설명도이다. 도 3에 도시한 바와 같이 정상적인 동작 상태에서는 가공물의 가공표면에 대하여 P1(x1, y1), P2(x2, y2), P3(x3, y3) 및 P4(x4, y4)의 네 개의 독립적인 위치 파라미터인 꼭지점 좌표를 갖는 직사각형 형상의 레이저 빔 조사 영역을 형성하지만, 레이저 스캐닝 장비 내부에서의 기구, 열 및 노이즈의 영향에 의하여 정상적인 동작 상태에서 레이저 빔이 조사되어야 하는 조사 영역이 아닌 가공물의 가공표면에 대하여 P'(x1', y1'), P2'(x2', y2'), P3'(x3', y3') 및 P4'(x4', y4')를 꼭지점으로하는 네 개의 독립적인 위치 파라미터인 꼭지점 좌표와 상이한 영역에 오프셋과 게인의 틀어짐에 의한 조사 영역이 형성된다.3 is an explanatory diagram for the offset and gain of the offset and gain of the automatic position correction device for laser scanning equipment according to the present invention. As shown in FIG. 3, four independent positions of P1 (x1, y1), P2 (x2, y2), P3 (x3, y3) and P4 (x4, y4) with respect to the machined surface of the workpiece in the normal operating state. Forming a rectangular laser beam irradiation area with parameter vertex coordinates, but not the irradiation area to which the laser beam should be irradiated under normal operating conditions due to the influence of mechanisms, heat and noise inside the laser scanning equipment. Four independent positions with P '(x1', y1 '), P2' (x2 ', y2'), P3 '(x3', y3 ') and P4' (x4 ', y4') as vertices with respect to An irradiation area is formed in the area different from the parameter vertex coordinates by the offset and the gain.
이러한 오프셋과 게인의 틀어짐을 검출하기 위해서는 가공 대상물에 레이저 빔이 조사되어야 하는 가공표면의 네 개의 독립적인 위치 파라미터 및 네 개의 독립적인 위치 파라미터에 의해 결정된 레이저 빔의 실제 조사 위치중 하나 이상의 위치 측정 모듈(400)에 의하여 레이저 빔 조사 위치를 검출하도록 함으로써 위치 측정 모듈(400)의 최소화가 가능하도록 한다.One or more of the position measuring modules of the actual irradiation position of the laser beam determined by four independent position parameters and four independent position parameters of the machining surface on which the laser beam is to be irradiated to the object to detect such offset and gain distortion By detecting the laser beam irradiation position by the (400) it is possible to minimize the
여기서, 하나 이상의 위치 측정 모듈(400)은 제2 미러(220)와 가공표면 사이에 배치된다.Here, at least one position measuring
또한, P1 및 P1'점의 측정 및 P4 및 P4'의 측정이 각각 가능하도록 두 개의 위치 측정 모듈(400)을 배치한 것은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서 이러한 배치에 한정되는 것은 아님은 물론이다.In addition, the arrangement of the two
여기서, 네 개의 독립적인 위치 파라미터에 의해 결정된 레이저 빔의 실제 조사 위치는 위치 측정 모듈(400)에 의하여 검출되며, 이는 촬상 센서(440)로서는 정밀한 광센서인 이미지 센서 또는 포토 다이오드를 사용한다.Here, the actual irradiation position of the laser beam determined by the four independent position parameters is detected by the
여기서, 실제 레이저 빔이 조사된 조사 영역의 오프셋과 게인의 틀어짐은 계산은 다음과 같이 이루어진다.Here, the offset and gain of the irradiation area irradiated with the actual laser beam are calculated as follows.
오프셋 틀어짐은 하나의 위치 파라미터인 P1 및 P1'점에 대응되는 레이저 빔의 실제 위치점과의 차이에 의하여 연산되며, 게인 틀어짐은 네개의 독립적인 위치 파라미터에 의해 결정된 레이저 빔의 조사 영역(310)에서의 x축 및 y축의 길이와 레이저 빔 실제 조사 영역(320)의 x축 및 y축 길이의 비율에 의하여 x축 게인과 y축 게인을 연산하며, 이러한 레이저 빔 조사 영역(310)과 레이저 빔 실제 조사 영역(320)을 표현하는 꼭지점 좌표를 사용하여 오프셋 및 게인의 연산 방법을 P1'점을 기준점으로 계산하면 다음과 같다.The offset skew is calculated by the difference between the actual position of the laser beam corresponding to one position parameter P1 and P1 ', and the gain skew is the irradiation area 310 of the laser beam determined by four independent position parameters. The x-axis gain and the y-axis gain are calculated based on the ratio of the length of the x-axis and the y-axis and the length of the x-axis and the y-axis of the laser beam
오프셋 x1 = x1 - x1'Offset x1 = x1-x1 '
오프셋 y1 = y1 - y1'Offset y1 = y1-y1 '
오프셋 x4 = x4 - x4'Offset x4 = x4-x4 '
오프셋 y4 = y4 - y4'Offset y4 = y4-y4 '
게인 x1 = (x1 - x4)/(x1'- x4')Gain x1 = (x1-x4) / (x1'- x4 ')
게인 y1 = (y1 - y4)/(y1' - y4')Gain y1 = (y1-y4) / (y1 '-y4')
여기서, 오프셋 값은 위치 측정 모듈(400)을 하나만 사용하는 경우에는 오프셋 x1, 오프셋 y1을 이용하여 연산되며, 위치 측정 모듈(400)을 두 개 사용하는 경우에는 오프셋 x1과 오프셋 x2의 평균값을 x 방향 오프셋으로 사용하고 오프셋 y1과 오프셋 y2의 평균값을 y 방향 오프셋으로 사용한다.Here, the offset value is calculated using the offset x1 and the offset y1 when only one
또한, 두 개 이상의 위치 측정 모듈(400)을 사용하는 경우에는 두 개 이상의 위치 측정 모듈(400)사이에 존재하는 각각의 대각선에 의한 오프셋 또는 게인들의 평균을 계산하여 사용한다.In addition, when using two or more
이와 같이 오프셋 또는 게인의 틀어짐이 연산되면, 이를 정상적인 동작 상태의 레이저 빔 조사 영역(310)에 부합하도록 제1 미러(210)에 부착된 제1 모터 또는 제2 미러(220)에 부착된 제2 모터중 어느 하나 이상을 구동함으로써 오프셋 또는 게인의 틀어짐중 어느 하나 이사을 보정하도록 한다.When the offset or the gain of the gain is calculated as described above, the second motor attached to the first motor or the
이러한 과정은 레이저 스캐너 장비의 구동시 지속적으로 반복하여 수행됨으로써, 레이저 스캐너 장비 내부에서 복합적으로 오프셋 또는 게인중 어느 하나 이상의 틀어짐을 실시간으로 보정함으로써 레이저 가공시의 정밀도 및 가공의 재현성을 높일 수 있도록 한다.This process is repeatedly performed during the operation of the laser scanner equipment, thereby increasing the accuracy and reproducibility of the laser processing by correcting any misalignment of one or more of offset or gain in real time in the laser scanner equipment. .
도 4는 본 발명에 따른 레이저 스캐너 장비용 자동 위치 보정 장치의 보정을 위한 구성도이다. 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 레이저 스캐너 장비용 자동 위치 보정 장치는 위치 측정 모듈(400), 보정부(500) 및 제1 미러(210)에 부착된 제1 모터 및 제2 미러(220)에 부착된 제2 모터를 포함하여 구성된다.4 is a configuration diagram for the correction of the automatic position correction device for laser scanner equipment according to the present invention. As shown in FIG. 4, the automatic position correction device for laser scanner equipment of the present invention includes a first motor and a
여기서, 위치 측정 모듈(400)은 정밀한 광센서인 이미지 센서 또는 포토 다이오드를 사용하여 레이저 빔 실제 조사 영역(320)을 촬상하여 이미지를 취득하고, 취득된 이미지로부터 가공 대상물에 레이저 빔이 조사되어야 하는 가공표면의 네 개의 독립적인 위치 파라미터 및 네 개의 독립적인 위치 파라미터에 의해 결정된 레이저 빔의 실제 조사 위치에서 하나 이상의 위치 측정 모듈(400)에 의하여 레이저 빔 조사 위치를 검출하여 보정부(500)에서 보정되어야 할 오프셋 또는 게인 틀어짐중 어느 하나 이상을 도출한다. Here, the
이후, 보정부(500)에서 도출된 오프셋 및 게인 틀어짐이 정상적인 동작상태의 꼭지점 좌표와 일치되도록 제1 미러(210)에 부착된 제1 모터 및 제2 미러(220)에 부착된 제2 모터를 구동하여 제1 미러(210)와 제2 미러(220)의 레이저 빔 조사 각도를 보정함으로써 오프셋 및 게인 틀어짐을 해소시킬 수 있도록 한다.Subsequently, the first motor attached to the
여기서, 위치 측정 모듈(400)의 검출 및 보정부(500)의 보정신호 발생은 레이저 스캐닝 장비의 가공 대상물 가공 허용 오차내를 유지하는 시간 간격으로 실시간으로 수행되며, 이는 단기간(short term)에 발생되는 틀어짐은 비교적 적으나, 시간이 경과하여 장기간(long term)에 걸쳐 틀어짐이 누적되는 경우에는 단기간에 발생되는 틀어짐에 비하여 수 배 내지 수십 배의 틀어짐 누적에 의하여 레이저 가공의 정밀도가 현저히 저하되는 경우가 발생되므로, 가공 대상물의 가공 허용 오차내를 유지하는 시간 간격으로 실시간으로 수행함으로써 오프셋 및 게인의 틀어짐이 단기간에 발생되는 틀어짐 범위 내로 유지시킬 수 있도록 한다.Here, the detection of the
도 5는 본 발명의 위치 측정 모듈 예시도이다. 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 위치 측정 모듈(400)은 레이저 빔 소스(100)에서 발생된 레이저 빔이 레이저 스캐닝 장비를 통과한 레이저 빔의 입사가 이루어지며 입사된 레이저 빔만 투과시키고 다른 광들을 차단시키는 광 필터부(410), 광 필터부(410)에 의해 투과된 레이저 빔을 확대, 축소, 형상 변경 및 파장을 변화시키는 광 변형 광학부(420), 광 변형 광학부(420)를 투과한 레이저 빔의 출력을 감소시키는 광 출력 변환부(430) 및 광 출력 변환부(430)을 통과한 레이저 빔을 인식하는 광 센서부(440)로 구성된다.5 is an exemplary view of the position measurement module of the present invention. As shown in FIG. 5, the
여기서, 상기 광 센서부(440)은 이미지 센서, 포토 다이오드 등의 광센서를 사용하는 것이 바람직하며, 또한 광 변형 광학부(420)와 광 출력 변환부(430)는 서로 위치를 바꾸어 배치하는 것도 가능하다.Here, the
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
100 : 레이저 빔 소스 110 : 광학렌즈
210 : 제1 미러 220 : 제2 미러
310 : 레이저 빔 조사 영역 320 : 레이저 빔 실제 조사 영역
400 : 위치 측정 모듈 410 : 광 필터부
420 : 광 변형 광학부 430 : 광 출력 변환부
440 : 광 센서부
500 : 보정부100: laser beam source 110: optical lens
210: first mirror 220: second mirror
310: laser beam irradiation area 320: laser beam actual irradiation area
400: position measuring module 410: optical filter unit
420: optical deformation optical unit 430: light output conversion unit
440: light sensor
500: correction unit
Claims (8)
가공 대상물의 가공표면이 위치하는 X-Y 평면에 대해 수직인 제1 방향으로 레이저 빔을 송출하는 레이저 빔 소스;
상기 제1 방향에 대해 소정 각도를 유지하는 제2 방향의 평면 방향의 소정 각도 범위로 상기 레이저 빔 소스로부터의 레이저 빔을 조사시키는 제1 미러;
상기 제1 미러로부터 반사된 상기 레이저 빔을 직사각형 형상의 가공표면에 조사시키는 제2 미러;
상기 제1 미러와 상기 제2 미러를 각각 회전시키는 제1 모터 및 제2 모터;
상기 가공 대상물에 레이저 빔이 조사되어야 하는 상기 가공표면의 네 개의 독립적인 위치 파라미터 및 네 개의 독립적인 위치 파라미터에 의해 결정된 레이저 빔의 실제 조사 위치에 배치되어 레이저 빔 조사위치를 검출하는 한 개 이상의 위치 측정 모듈; 및
상기 위치 파라미터 및 실제 위치의 오프셋 또는 게인 틀어짐을 중 어느 하나 이상을 보정하기 위하여 제1 모터 또는 제2 모터중 어느 하나 이상을 구동하기 위한 신호를 발생시키는 보정부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치.
In the automatic position correction device for laser scanning equipment,
A laser beam source for transmitting a laser beam in a first direction perpendicular to the XY plane in which the processing surface of the object to be processed is located;
A first mirror for irradiating a laser beam from the laser beam source in a predetermined angle range in a planar direction of a second direction maintaining a predetermined angle with respect to the first direction;
A second mirror for irradiating the laser beam reflected from the first mirror onto a machining surface having a rectangular shape;
A first motor and a second motor for rotating the first mirror and the second mirror, respectively;
One or more positions disposed at actual irradiation positions of the laser beam determined by four independent position parameters and four independent position parameters of the machining surface to which the laser beam is to be irradiated to the object to be processed. A measurement module; And
And a correction unit generating a signal for driving any one or more of the first motor and the second motor to correct any one or more of the position parameter and the offset or gain misalignment of the actual position. Automatic position correction device for scanning equipment.
한 개 이상의 상기 위치 측정 모듈은 상기 제2 미러와 상기 가공표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치.
The method of claim 1,
At least one position measuring module is disposed between the second mirror and the processing surface, automatic position correction apparatus for laser scanning equipment.
상기 위치 측정 모듈은 광 필터부, 광 변형 광학부, 광 출력 변환부을 통과한 레이저 빔이 광 센서부에 조사되어 상기 제2 미러를 통과한 레이저 빔의 입사가 직접 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치.
The method of claim 2,
The position measuring module is a laser scanning field, characterized in that the laser beam passing through the optical filter unit, the optical modification optical unit, the light output conversion unit is irradiated to the optical sensor unit and the incident of the laser beam passing through the second mirror directly. Cost automatic position correction device.
상기 광 센서부는 이미지 센서 또는 포토 다이오드중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치.
The method of claim 3,
And the optical sensor unit is any one of an image sensor and a photodiode.
상기 오프셋 틀어짐은 한 개의 위치 측정 모듈을 이용하여 연산하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치.
The method of claim 1,
The offset misalignment is calculated using a single position measuring module automatic position correction apparatus for laser scanning equipment.
상기 오프셋 및 게인 틀어짐을 측정할 경우에 두 개 이상의 위치 측정 모듈을 이용하여 평균값을 도출해서 연산하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치.
The method of claim 1,
In the case of measuring the offset and the gain skew, the automatic position correction device for laser scanning equipment, characterized in that for calculating the average value using two or more position measurement modules.
상기 게인 틀어짐은 네 개의 독립적인 위치 파라미터중 대각선으로 배치된 상기 위치 측정 모듈에 의해 측정되어 연산되는 상기 레이저 빔 조사 영역의 x축 및 y축의 길이와 상기 레이저 빔 실제 조사 영역의 x축 및 y축 길이의 비율에 의하여 x축 게인과 y축 게인 틀어짐을 연산하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치.
The method of claim 1,
The gain skew is the length of the x and y axes of the laser beam irradiation area and is measured and calculated by the positioning module arranged diagonally among four independent position parameters and the x and y axes of the laser beam actual irradiation area. An automatic position correction device for laser scanning equipment, comprising calculating the x-axis gain and the y-axis gain skew by the ratio of the lengths.
두 개의 상기 위치 측정 모듈의 검출 및 상기 보정부의 보정신호 발생은 상기 가공 대상물의 가공 허용 오차내를 유지하는 시간간격으로 실시간으로 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 장비용 자동 위치 보정 장치.The method of claim 1,
The detection of the two position measuring modules and the generation of the correction signal of the correction unit is automatic position correction device for laser scanning equipment, characterized in that performed in real time at a time interval to maintain within the processing tolerance of the processing object.
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