KR100900466B1

KR100900466B1 - 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치및 그 표면처리방법

Info

Publication number: KR100900466B1
Application number: KR1020080048446A
Authority: KR
Inventors: 김도열
Original assignee: 하나기술(주)
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-06-02
Also published as: WO2009145542A2; CN102046323B; DE112009001247T5; WO2009145542A3; CN102046323A

Abstract

본 발명은 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치 및 그 표면처리방법에 관한 것으로, 특히 빔쉐이핑수단을 이용하여 레이저빔의 단면 형상을 변형시켜, 폴리곤미러에 조사시 손실로 없어지는 감쇄레이저빔을 최소화할 수 있고, 또한 복수의 표면처리키트를 장착하여 장비를 구성하는 경우 각 표면처리키트의 레이저발생수단이 동일평면상에 위치하도록 구성함으로써, 장비의 컴팩트화 및 이로 인한 장비의 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치 및 그 표면처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치는, 소정의 구경을 갖는 제1레이저빔(21)을 생성하는 레이저발생수단(20); 제1레이저빔(21)의 단면을 변형시켜 제2레이저빔(22)을 얻는 제1빔쉐이핑수단(30); 제2레이저빔(22)의 단면을 변형시켜 제3레이저빔(23)을 얻는 제2빔쉐이핑수단(40); 일정속도로 회전하면서 제3레이저빔(23)을 조사받는 폴리곤미러(50); 폴리곤미러(50)로부터 반사된 제3레이저빔(23)을 집광하여 가공대상물(100)에 스팟을 생성시켜주는 제4레이저빔(24)을 조사하는 집광미러(60); 및 가공대상물(100)의 이송속도, 레이저발생수단(20)의 출력 및 폴리곤미러(50)의 회전속도를 연동하여 제어하는 제어수단;을 포함하는 표면처리키트(300)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

표면처리, 컴팩트, 레이저빔 변형 감쇄레이저빔, 폴리곤미러, 빔단면 변형

Description

빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치 및 그 표면처리방법{Laser Surface Treatment using Beam Section Shaping and Polygon Mirror and the Method therewith}

본 발명은 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치 및 그 표면처리방법에 관한 것으로, 특히 레이저빔의 단면 형상을 변형시켜 폴리곤미러의 반사면에서 손실되는 감쇄레이저빔을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 장비의 컴팩트화를 할 수 있는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치 및 그 표면처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저빔을 이용한 표면처리장치는 레이저빔을 가공대상물에 조사하여 일정한 간격으로 홈을 파는 공정이라든가 강판 등의 내부 구조를 균일하게 분포하게 하는 공정이라든가 표면 처리 공정 등의 다양한 작업에 이용되고 있다. 이러한 레이저빔을 이용한 표면처리장치의 일예로서 자구미세화장치를 들 수 있다.

자구미세화장치는, 도 1에서와 같이, 레이저빔을 생성하는 복수의 레이저빔 생성장치(200,200')와, 각 레이저빔 생성장치(200,200')로부터 발생된 레이저빔을 일정한 방향으로 유도하기 위한 복수의 미러(210,210')와, 이들 미러(210,210')로 부터 반사된 레이저빔을 일정한 방향으로 분배시켜 주기 위한 복수의 빔분배미러(240,240')와, 각 빔분배미러(240,240')로부터 반사된 레이저빔을 이송수단(10')에 의해 이송되는 가공대상물(100)에 조사해 주는 복수의 미러(250,250',260,260')를 포함한다. 뿐만 아니라 이들 미러(250,250',260,260')로부터 반사된 레이저빔을 가공대상물(100)의 폭방향으로 조사할 수 있도록 집광미러(220)를 더 포함하여 구성된다.

이러한 종래의 자구미세화장치는, 특히 빔분배미러(240,240')를 적용하는 경우, 조사 영역을 더 넓게 형성하기 위해 미러(250,250',260,260')가 요동운동을 할 수 있도록 설치하기도 한다.

또한, 자구미세화장치는 빔분배미러(240,240')와 미러(250,250',260,260')를 채용하는 경우 그 갯수 및 배치가 복잡해지기 때문에, 이들 미러의 기능을 대체할 수 있는 폴리곤미러를 채용하고 있다. 폴리곤미러는 레이저빔이 폴리곤미러의 회전에 의해 달라지는 반사면의 위치에 따라 자동으로 레이저빔의 반사 영역을 가변시켜 주게 된다.

그러나, 종래의 자구미세화장치는 다음과 같은 문제가 있다.

1) 미러의 반사 범위가 한정되어 있기 때문에 가공대상물의 폭이 넓고 이송속도가 빠른 경우 그만큼 멀리서 레이저빔을 조사해야 하기 때문에 그만큼 넓은 공간을 필요로 한다. 이는 유지보수에도 큰 어려움이 있다.

2) 미러가 요동하는 구조인 경우 양끝단에서 가감속 구간이 포함되기 때문에 양끝단에서 에너지 집중 현상이 일어나게 되고, 이는 품질의 불균일을 초래하는 원 인이 된다.

3) 종래의 미러는 사이즈가 작기 때문에 고출력의 레이저빔에 대응하기가 어려운 문제점이 있다.

4) 종래의 폴리곤미러는 구조가 복잡하다. 특히, 각 반사면에서 반사된 레이저빔이 작업영역에 들어올 수 있도록 복수의 렌즈를 구비해야 한다.

5) 또한, 종래의 폴리곤미러를 채용하는 경우, 레이저빔의 단면이 원형인 경우 폴리곤미러의 반사면에서 벗어나는 손실되는 감쇄레이저빔이 많이 발생하게 되어 효율이 떨어지게 되는 문제가 발생한다.

6) 레이저생성수단이 수직으로 장착되어 생성된 레이저를 광학기구를 이용하여 평면화하기 때문에 그 구성이 복잡할 뿐만 아니라 장비가 거대화되는 문제가 발생한다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 빔쉐이핑수단을 이용하여 레이저빔의 단면 형상을 변형시켜, 폴리곤미러에 조사시 손실로 없어지는 감쇄레이저빔을 최소화할 수 있고, 또한 복수의 표면처리키트를 장착하여 장비를 구성하는 경우 각 표면처리키트의 레이저발생수단이 동일평면상에 위치하도록 구성함으로써, 장비의 컴팩트화 및 이로 인한 장비의 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치 및 그 표면처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치는,

소정의 구경을 갖는 제1레이저빔(21)을 생성하는 레이저발생수단(20);

제1레이저빔(21)의 단면을 변형시켜 제2레이저빔(22)을 얻는 제1빔쉐이핑수단(30);

제2레이저빔(22)의 단면을 변형시켜 제3레이저빔(23)을 얻는 제2빔쉐이핑수단(40);

일정속도로 회전하면서 제3레이저빔(23)을 조사받는 폴리곤미러(50);

폴리곤미러(50)로부터 반사된 제3레이저빔(23)을 집광하여 가공대상물(100)에 스팟을 생성시켜주는 제4레이저빔(24)을 조사하는 집광미러(60); 및

가공대상물(100)의 이송속도와, 이송속도와 연동되는 폴리곤미러(50)의 회전속도와, 레이저발생수단(20)의 출력을 제어하는 제어수단;을 포함하는 표면처리키트(300)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 이송수단(10)은 80~200m/min의 속도로 가공대상물(100)을 이송시켜 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1빔쉐이핑수단(30)는 오목미러 또는 볼록렌즈이고, 제2빔쉐이핑수단(40)는 볼록미러 또는 오목렌즈인 것을 특징으로 한다. 특히, 제1빔쉐이핑수단(30) 및 제2빔쉐이핑수단(40)은 반경(R)이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

또한, 폴리곤미러(50)는 회전속도가 1000~2000rpm인 것을 특징으로 한다.

또한, 가공대상물(100)은 섬유원단, 유리, 목재, 가죽, 강판, 알루미늄판, 구리판, 스테인레스판, 세라믹, 플라스틱, 또는 고무인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 스캔폭을 조절할 수 있는 빔덤퍼(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제3레이저빔(23)은 그 단면이 타원형상으로 이루어지고, 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)을 벗어나지 않으며, 반사면(51a)과 인접한 반사면(51b)과 걸쳐지지 않도록 변형된 것을 특징으로 한다.

또한, 제4레이저빔(24)은 폭이 0.4㎜이고 길이가 5㎜의 슬롯단면 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 제2레이저빔(22) 내지 제4레이저빔(24)은 가공대상물(100)의 종류 및 가공 형태에 따라 장축 및 단축의 길이가 조절되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따르는 또 다른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치는 상술한 다양한 구성의 표면처리키트(300)를 가공대상물(100)의 폭방향에 대하여 적어도 2셋트 이상 구비되어 이루어지고, 각 표면처리키트(300)의 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)는 동일평면상에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 가공대상물(100)이 권취되어 있는 경우, 이 가공대상물(100)을 일정한 속도로 이송시켜 주는 이송수단(10)을 더 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명에 따르는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리방법은,

가공대상물(100)을 이송수단(10)에 거치하는 제1단계(S100);

폴리곤미러(50)의 회전속도와, 회전속도와 연동되는 가공대상물(100)의 이송속도, 및 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)의 출력을 포함하는 제어변수를 설정하는 제2단계(S200);

폴리곤미러(50) 및 가공대상물(100)을 설정된 속도로 구동시켜 주는 제3단계(S300);

표면처리키트(300)의 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)으로부터 소정의 구경을 갖는 제1레이지빔(21)을 생성하는 제4단계(S400);

적어도 2개의 쉐이핑수단(30,40)을 이용하여 제1레이저빔(21)의 단면 형태를 조절하여 제3레이저빔(23)을 얻는 제5단계(S500);

제3레이저빔(23)을 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)에 조사하는 제6단계(S600);

반사면(51a)에서 분할되어 얻어진 제4레이저빔(24)을 집광하여 가공대상물(100)에 조사하는 제7단계(S700);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 폴리곤미러(50)는 가공대상물(100)의 회전속도와 연동하여 1000~2000rpm의 회전속도로 회전하고, 가공대상물(100)은 80~200m/min의 속도로 이송되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제3레이저빔(23)은 그 단면이 타원형상으로 이루어지고, 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)을 벗어나지 않으며, 반사면(51a)과 인접한 반사면(51b)과 걸쳐지지 않도록 변형된 단면을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1) 다수의 표면처리키트를 이용하는 경우, 각 표면처리키트의 레이저발생수단을 평면상에 구성하는 것이 가능하기 때문에 장비 전체를 슬림화할 수 있다.

2) 빔쉐이핑수단을 이용하여 레이저빔의 형상을 타원으로 변형시켜 폴리곤미러에 조사되는 레이저빔의 손실율을 최소화함으로써 레이저빔의 이용효율을 극대화할 수 있다.

3) 빔쉐이핑수단을 오목 또는 볼록의 미러 또는 렌즈를 이용함으로써, 표면처리키트를 용이하게 구성하는 것이 가능하다.

4) 집광미러를 이용하여 가공대상물에 조사되는 스팟의 단축을 더 얇게 집광할 수 있기 때문에 미세가공을 할 수 있게 된다

이하, 본 발명의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.

( 제1실시예 )

도 2a는 본 발명에 따른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치는 표면처리키트(300)를 포함하여 이루어진다.

표면처리키트(300)는 레이저발생수단(20), 제1빔 및 제2빔 쉐이핑수단(30,40), 폴리곤미러(50), 집광미러(60), 및 제어수단을 포함하여 이루어진다. 특히, 표면처리키트(300)는 가공대상물(100)이 권취되거나 길이가 길 경우 이송수단(10)을 더 포함하여 구성한다.

이송수단(10)은 가공대상물(100)을 이송시켜 주기 위한 것으로 컨베이어와 같은 이송수단을 포함한다. 이러한 이송수단(10)은 후술하게 될 제어수단의 제어로 가공대상물(100)을 80~200m/min의 속도로 이송시켜 준다. 이러한 이송속도는 가공대상물(100)의 종류 및 가공 형태에 따라 결정된다.

레이저발생수단(20)은 지정된 규정을 갖는 제1레이저빔(21)을 생성한다. 통상적으로 제1레이저빔(21)은 그 단면이 정확한 원이 아닌 정원에 근사한 것이나, 여기서는 설명의 편의를 위해 정원으로 설명한다. 이때의 제1레이저빔(21)은 도 3 의 (a)와 같이 정원인 형태이다. 이러한 레이저발생수단(20)으로는 CO₂ 레이저, Nd:YAG 레이저, 반도체 레이저, 또는 광섬유 레이저 발생기를 이용할 수 있다.

제1빔쉐이핑수단(30)은 제1레이저빔(21)을 조사받아 그 단면 형태를 변형시켜 제2레이저빔(22)으로 변형시켜준다. 이러한 제1빔쉐이핑수단(30)으로는, 도 2b에 도시한 바와 같은 오목미러 또는 볼록렌즈를 이용할 수 있다. 변형된 제2레이저빔(22)의 단면은 일예로, 도 3의 (b)와 같다. 여기서, 점선으로 표시된 원은 제1레이저빔(21)의 단면궤적을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1빔쉐이핑수단(30)은 오목미러 또는 볼록렌즈를 이용하는 것으로 설명하고 있으나, 볼록인 미러 또는 오목렌즈를 이용하는 것도 가능하다.

제2빔쉐이핑수단(40)은 제2레이저빔(22)을 조사받아 단축이 보다 짧고 장축이 보다 긴 타원 형상으로 변형시켜 주게 된다. 이러한 제2빔쉐이핑수단(40)으로는, 도 2c에서와 같은 볼록미러 또는 오목렌즈를 이용할 수 있다. 변형된 제3레이저빔(23)의 단면은 일예로, 도 3의 (c)와 같다. 여기서, 점선으로 표시된 원은 제1레이저빔(21)의 단면궤적을 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제3레이저빔(23)의 단면은, 도 4a에서 도시한 바와 같이, 제3레이저빔(23)은 실질적으로 반사가 이루어지는 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)을 벗어나지 않게 하여 손실되는 감쇄레이저빔을 최소화하는 것이 바람 직하다. 또한, 이때의 제3레이저빔(23)은 반사면(51a)과 인접한 다른 반사면(51b)과 겹쳐지지 않는 크기로 변형시켜 감쇄레이저빔을 최소화한다. 이는 종래의 원형 단면을 갖는 레이저빔을 도시한 도 4b와 비교해 보면 쉽게 알 수 있다. 도 4b에서 은선으로 표시된 반원부분이 감쇄레이저빔에 해당한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제2빔쉐이핑수단(40)은 볼록인 미러 또는 오목렌즈를 이용하는 것으로 설명하고 있으나, 오목인 미러 또는 볼록렌즈를 이용하는 것도 가능하다.

또한, 제1빔쉐이핑수단(30)과 제2빔쉐이핑수단(40)은 서로 다른 반경(R)으로 제작하여 레이저빔의 단면이 제1빔쉐이핑수단(30)과 제2빔쉐이핑수단(40)을 통과함에 따라 보다 장축이 길어지고 단축이 짧아지도록 하는 것이 바람직하다. 일예로, 제1빔쉐이핑수단(30)은 반경(R)이 1~3m인 볼록렌즈를 채택하고, 제2빔쉐이핑수단(40)은 반경(R)이 30~80cm인 오목렌즈를 채택하여 제작할 수 있다.

폴리곤미러(50)는 소정의 속도로 회전하면서 입사되는 제3레이저빔(23)을 반사시켜 준다. 특히, 폴리곤미러(50)는 회전에 의해 제3레이저빔(23)이 일정한 방향으로 조사되더라도 그 반사 범위를 항상 일정 범위 내에서 유동적으로 조절해 주게 된다. 이러한 폴리곤미러(50)는 가공물(100)의 이송 속력에 따라 연동될 수 있도록 제어수단의 제어를 받게 된다. 즉, 제어수단은 폴리곤미러(50)를 정지상태에서 2000rpm까지 범위 내에서 회전속도를 제어하게 된다. 특히, 제어수단은 많이 사용되는 1000~2000rpm 범위 내에서 폴리곤미러(50)의 회전속도를 제어하게 된다. 이러 한 폴리곤미러(50)의 회전속도는 가공대상물(100)의 종류라든가 레이저빔이 가공대상물(100)에 머무는 시간 등을 고려하여 연동되는 가공대상물(100)의 속도에 따라 결정하는 것이 바람직하다.

집광미러(60)는 제3레이저빔(23)을 집광하여 얻은 제4레이저빔(24)을 가공대상물(100)의 표면에 조사하여 필요한 작업을 하게 된다. 즉, 제4레이저빔(24)의 세기에 따라 가공대상물(100)의 표면을 가공한다든가 문양 등을 새긴다든가 가공대상물(100)의 내부 분자 구조를 안정화시키는 등 다양한 작업이 이루어지게 된다. 이때의 제4레이저빔(24)은 장축에 비해 단축이 상대적으로 긴 타원 형상으로 이루어지게 되는데, 일예로 단축이 0.4㎜이고 장축이 4㎜인 슬릿 형상의 제4레이저빔(24)을 이용할 수 있다.

제어수단은 가공대상물(100)의 종류와 작업 내용에 따라 레이저발생수단(20)에서 발생되는 제1레이저빔(21)의 세기, 폴리곤미러(50)의 회전 등을 제어한다. 첨부도면 도 2에서는 제어수단은 미도시되었다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 표면처리키트는 폴리곤미러(50)와 집광미러(60) 사이에 빔덤퍼(80)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 빔덤퍼(80)는 제4레이저빔(24)의 조사폭을 조절하는데 이용된다. 즉, 빔덤퍼(80)는 원하는 범위 내를 벗어나는 레이저빔을 흡수하여 항상 정해진 범위 내에서만 조사가 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 가공대상물(100)은 섬유원단, 유리, 목재, 가죽, 강판, 알루미늄판, 구리판, 스테인레스판, 세라믹, 플라스틱, 또는 고무 등 다양한 강판이라든가 플라스틱류 그리고 원단일 수 있다.

뿐만 아니라 제2 내지 제4레이저빔(22~24)은 가공대상물(100)의 종류 및 가공 형태에 따라 장축 및 단축의 길이를 달리할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 제1빔쉐이핑수단(30) 및 제2빔쉐이핑수단(40)을 광학모듈 형태로 제작하여 촛점 조절이 가능하도록 구성함으로써 장축과 단축의 길이비를 임의로 조절할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

( 제2실시예 )

도 5는 본 발명에 따른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도. 여기서, 상술한 구성과 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

본 발명의 다른 실시예는 가공대상물(100)의 폭이 넓어 하나의 표면처리키트로 폭 전체를 커버하지 못하는 경우, 적어도 2개의 표면처리키트를 가공대상물(100)의 폭방향으로 설치하여 이용한다.

도 5에서는 4개의 표면처리키트(300a,300b,300c,300d)가 장착된 예를 보여주고 있다. 특히, 각 표면처리키트(300a,300b,300c,300d)의 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)은 도 6에서 보는 바와 같이, 동일 평면상에서 서로 교차되도록 설치한다. 이는 종래와 달리 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)을 한 평면상에 설치하는 것이 가능하기 때문에 본 발명의 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치를 컴팩트하게 제조하는 것이 가능하게 된다.

(표면처리방법)

도 7은 본 발명에 따른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 여기서는 이송수단(10)을 이용하여 가공대상물(100)을 이송시켜 주는 것을 예로 들어 설명한다.

제1단계(S100)는 가공대상물(100)을 이송수단(10)에 거치한다. 이때, 가공대상물(100)은 컨베이어 위에 거치하는 것도 가능하다.

제2단계(S200)는 제어변수를 설정한다. 제어변수의 설정은 미도시된 제어수단에서 이루어진다. 변수로는 폴리곤미러(50)의 회전속도와 가공대상물(100)의 이송속도 그리고, 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)의 출력 세기를 포함한다. 또한, 이들 변수들은 적정한 비율로 연동하여 제어할 수 있으며, 이러한 연동 제어의 설정은 가공대상물(100)의 종류 및 작업의 종류에 따라 달라진다.

제3단계(S300)는 폴리곤미러(50) 및 가공대상물(100)을 설정된 속도로 구동시켜 준다. 이때의 속도는 상술한 제어변수의 설정에 따른다.

제4단계(S400)는 제1레이저빔(21)을 생성하는 단계이다. 제1레이저빔(21)은 표면처리키트(300)의 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)으로부터 지정된 구경으로 생성한다. 이때의 출력 세기는 제어변수의 설정에 따른다.

제5단계(S500)는 제1레이저빔(21)의 단면 형상을 조절하는 단계이다. 이러한 형상조절은 오목미러 또는 볼록렌즈인 제1빔쉐이핑수단(30) 및 볼록미러 또는 오목렌즈인 제2빔쉐이핑수단(40)을 통해 이루어진다. 즉, 제1빔쉐이핑수단(30)은 단면이 원형인 제1레이저빔(21)을 입사받아 타원 형상의 단면을 갖는 제2레이저빔(22)으로 형상을 변환시킨다. 제2빔쉐이핑수단(40)은 제2레이저빔(22)을 조사받아 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)을 벗어나지 않는 크기이며 장축이 단축에 비해 상대적으로 긴 타원 형상의 제3레이저빔(23)을 생성한다.

제6단계(S600)는 이렇게 생성된 제3레이저빔(23)을 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)에 조사한다. 특히, 제3레이저빔(23)은 연속적으로 조사가 이루어지고 폴리곤미러(50)가 회전하기 때문에 회전하는 만큼 작업 영역이 요동하게 된다.

제7단계(S700)는 제3레이저빔(23)이 반사면(51a)으로부터 반사된 제4레이저빔(24)을 집광하여 가공하고자 하는 가공대상물(100)에 조사한다.

이와 같이 제4레이저빔(24)의 조사로 가공대상물(100)의 표면 가공이라든가 내부 분자 구조의 균일화 또는 홈 등을 깍는 작업이 가능하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 자구미세화장치를 나타내는 평면도.

도 2a는 본 발명에 따른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도.

도 2b는 본 발명에 따르는 빔쉐이핑수단의 제1실시예를 나타내는 사시도.

도 2c는 본 발명에 따르는 빔쉐이핑수단의 제2실시예를 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치의 레이저빔의 단면 변화를 보여주는 흐름도.

도 4a는 본 발명에 따른 제3레이저빔이 폴리곤미러에 조사된 상태의 단면을 보여주기 위한 도면.

도 4b는 종래의 폴리곤미러에 조사된 레이저빔의 단면을 보여주기 위한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에서 레이저발생수단의 장착 상태의 일부를 보여주는 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리방법을 설명하기 위한 플로우챠트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 이송수단

20 : 레이저발생수단

21~24 : 제1 내지 제4레이저빔

30 : 제1빔쉐이핑수단

40 : 제2빔쉐이핑수단

50 : 폴리곤미러

51a, 51b : 반사면

60 : 집광미러

80 : 빔덤퍼

100 : 가공대상물

300 : 표면처리키트

Claims

가공대상물(100)을 80~200m/min의 속도로 이송시켜 주는 이송수단(10);

소정의 구경을 갖는 제1레이저빔(21)을 생성하는 레이저발생수단(20);

상기 제1레이저빔(21)의 단면을 변형시켜 제2레이저빔(22)을 얻는 오목미러 또는 볼록렌즈인 제1빔쉐이핑수단(30);

상기 제2레이저빔(22)의 단면을 변형시켜 그 단면이 타원형상으로 이루어지고, 입사될 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)을 벗어나지 않으며, 상기 반사면(51a)과 인접한 반사면(51b)과 걸쳐지지 않도록 변형된 제3레이저빔(23)을 얻는 볼록미러 또는 오목렌즈이고, 상기 제1빔쉐이핑수단(30)과 서로 다른 반경(R)인 제2빔쉐이핑수단(40);

회전속도가 1000~2000rpm로 회전하면서 상기 제3레이저빔(23)을 조사받는 폴리곤미러(50);

상기 폴리곤미러(50)로부터 반사된 상기 제3레이저빔(23)을 집광하여 가공대상물(100)에 스팟을 생성시켜주는 제4레이저빔(24)을 조사하는 집광미러(60);

상기 폴리곤미러(50)와 집광미러(60) 사이에 스캔폭을 조절할 수 있는 빔덤퍼(80); 및

상기 가공대상물(100)의 이송속도와, 상기 이송속도와 연동되는 상기 폴리곤미러(50)의 회전속도와, 상기 레이저발생수단(20)의 출력을 제어하는 제어수단;을 포함하는 표면처리키트(300)로 이루어지고,

상기 표면처리키트(300)를 하나 이상 구비한 것을 특징으로 하는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 가공대상물(100)은 섬유원단, 유리, 목재, 가죽, 강판, 알루미늄판, 구리판, 스테인레스판, 세라믹, 플라스틱, 또는 고무인 것을 특징으로 하는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 제4레이저빔(24)은 단축이 0.4㎜이고 장축이 5㎜인 슬롯단면 형상인 것을 특징으로 하는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2레이저빔(22) 내지 제4레이저빔(24)은 상기 가공대상물(100)의 종류 및 가공 형태에 따라 장축 및 단축의 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리장치.
삭제
삭제
가공대상물(100)을 이송수단(10)에 거치하는 제1단계(S100);

폴리곤미러(50)의 회전속도와, 상기 회전속도와 연동되는 상기 가공대상물(100)의 이송속도, 및 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)의 출력을 포함하는 제어변수를 설정하는 제2단계(S200);

상기 폴리곤미러(50)는 상기 가공대상물(100)의 회전속도와 연동하여 1000~2000rpm의 회전속도로 회전하고, 상기 가공대상물(100)은 80~200m/min의 속도로 이송되게 설정된 속도로 구동시켜 주는 제3단계(S300);

표면처리키트(300)의 상기 레이저발생수단(20a,20b,20c,20d)으로부터 소정의 구경을 갖는 제1레이지빔(21)을 생성하는 제4단계(S400);

2개의 오목미러 또는 볼록렌즈인 제1쉐이핑수단(30)과 볼록미러 또는 오목렌즈인 제2쉐이핑수단(40)을 이용하여 상기 제1레이저빔(21)의 단면 형태를 조절하여 제3레이저빔(23)을 얻는 제5단계(S500);

상기 제3레이저빔(23)은 그 단면이 타원형상으로 이루어지고, 상기 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)을 벗어나지 않으며, 상기 반사면(51a)과 인접한 반사면(51b)과 걸쳐지지 않도록 변형된 단면을 갖도록 상기 폴리곤미러(50)의 반사면(51a)에 조사하는 제6단계(S600);

상기 반사면(51a)에서 분할되어 얻어진 제4레이저빔(24)을 집광하여 상기 가공대상물(100)에 조사하는 제7단계(S700);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 빔단면 변형과 폴리곤미러를 이용한 레이저 표면처리방법.
삭제
삭제