KR102140466B1 - Large-area laser working apparatus for making patterned glass - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광모듈용 패턴유리 제조를 위한 대면적 레이저 가공장치에 관한 것이다. 본 발명은 극초단 UV 레이저가 조사되는 광원; 가공 대상물의 베이스 또는 좌우 패턴 모션이 가능한 X-Y축 스테이지; 상기 광원에서부터 조사되는 레이저가 대상물에 조사될 때 가공 대상물에 맺히는 포커스를 조절하기 위하여 상하 방향으로 이동하는 Z 축 스테이지; 상기 조사되는 레이저의 초점을 자동적으로 조절하기 위하여 구비되는 오토 포커싱 센서; 및 레이저의 가공위치 및 가공부를 확인하기 위하여 구비되며, 적외선 오브젝티브 렌즈, 레이저용 다이크로닉 미러를 포함하는 동축 비전; 을 포함한다.The present invention relates to a large area laser processing device for manufacturing pattern glass for a solar module. The present invention is a light source irradiated with an ultra-short UV laser; X-Y axis stage capable of base or left and right pattern motion of the object to be processed; A Z-axis stage that moves in the vertical direction to adjust the focus of the laser beam irradiated from the light source to the object to be processed; An auto focusing sensor provided to automatically adjust the focus of the irradiated laser; And a coaxial vision, which is provided to confirm the processing position and processing part of the laser, and includes an infrared objective lens and a dichroic mirror for laser; It includes.

Figure 112019021975581-pat00001
Figure 112019021975581-pat00001

Description

대면적 레이저 가공 장치{Large-area laser working apparatus for making patterned glass}Large-area laser working apparatus for making patterned glass

본 발명은 대면적 레이저 가공장치에 관한 것이다. 보다 바람직하게는 적어도 500mm*500mm 이상의 면적을 갖는 대상물 예를 들면, 태양광 모듈 등에 천공 또는 홈 등을 가공하기 위한 대면적 레이저 가공장치에 관한 것이다.The present invention relates to a large area laser processing apparatus. More preferably, it relates to an object having an area of at least 500 mm*500 mm or more, for example, a large-area laser processing device for processing perforations or grooves in a solar module or the like.

일반적으로 사용되는 AR 코팅법(Anti-Reflection Coating)은 좋은 초기특성과 가격에 비해 낮은 내구성 및 내마모성을 가지므로 모듈제작시 30%이상 증가한 유리단가에 비해 실질적으로 얻을 수 있는 특성향상은 미미하다. 따라서 일본 Asahi Glass, 프랑스 Saint-Gobain, 중국 Hangzhou Puyang Glass 등에서는 저철분 모듈용 패턴 유리를 몰드(Mold) 또는 Mechanical Scribing 방법으로 평면 유리대비 1 ~ 2% 향상된 투과도 특성의 제품을 생산하고 있지만 ITRPV 기준에는 1 ~ 2% 미치지 못하고 있는 상황이다.Generally used AR coating method (Anti-Reflection Coating) has good initial characteristics and low durability and abrasion resistance compared to the price, so the characteristic improvement that can be obtained is substantially negligible compared to the glass unit price increased by more than 30% when manufacturing modules. Therefore, Asahi Glass in Japan, Saint-Gobain in France, Hangzhou Puyang Glass in China, etc., are producing products with 1~2% improved transmittance characteristics compared to flat glass by using mold or mechanical scribing pattern glass for low iron module. The situation is less than 1 to 2%.

현재 시판되는 기존 모듈용 패턴유리는 전면의 표면형상이 수 mm의 Macro 패턴으로 광회절 및 광이용률 증가에는 유리할 수 있으나 먼지 및 이물질이 표면 패턴에 부착되어 그에 따른 shadow loss를 야기함으로써 장기적인 모듈특성을 저하시킬 수 있다. The pattern glass for existing modules on the market today is a macro pattern with a front surface shape of several mm, which may be advantageous for light diffraction and light utilization, but dust and foreign substances adhere to the surface pattern, resulting in shadow loss, resulting in long-term module characteristics. It can decrease.

이러한 단점을 고려하여 본 발명은 레이저를 이용하여 태양광 모듈에 주기적, 규칙적 마이크로 미세 패턴을 형성시켜 먼지 및 이물질 흡착을 방지하고 비와 같은 물의 표면장력을 유지시켜 유리표면에 맺히지 않고 흘러내리는 자기세척(Self-Cleaning)기능을 가질 수 있도록 하였다.In consideration of these shortcomings, the present invention uses a laser to form periodic and regular micro fine patterns on the solar module to prevent adsorption of dust and foreign substances and to maintain the surface tension of water such as rain and self-cleaning flowing without condensation on the glass surface. (Self-Cleaning) function.

또한 본 발명은 장펄스의 기존 레이저(CO2, CW, Pulse, Nano, Pico) 가공기술과는 다르게 2차적인 후가공(세척)이 필요없는 극초단 레이저 가공기술로서 펄스폭이 재료의 열 전파시간보다 짧기 때문에 재료의 열적손상이나 구조변화를 야기하지 않아 2차적인 후가공이 필요하지 않으므로 공정단순화 및 원가절감을 이룰 수 있도록 하였다.Also, unlike the conventional laser (CO 2 , CW, Pulse, Nano, Pico) processing technology of the long pulse, the present invention is an ultra-short laser processing technology that does not require secondary post-processing (cleaning). Because it is shorter, it does not cause thermal damage or structural change of the material, so secondary post-processing is not necessary, so that it is possible to achieve process simplification and cost reduction.

한국등록특허 제10-1846012호(명칭 : 태양전지 패턴 가공 방법 및 태양전지 패턴 가공 장치; 폭스브레인 주식회사)Korean Registered Patent No. 10-1846012 (Name: Solar cell pattern processing method and solar cell pattern processing device; Foxbrain Co., Ltd.)

본 발명은 대면적 대상물을 효율적으로 가공하기 위한 대면적 레이저 가공장치를 제공하기 위함이다. 보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 대면적 레이저 가공장치를 활용하여 태양광 모듈을 가공할 경우 태양전지 셀 효율 대비 2%이상의 태양전지 모듈효율 하락문제를 개선하기 위한 것이다. 모듈용 유리기판의 성능을 향상시키고자, 내구성 및 내마모성 문제가 있는 일반적인 AR 코팅법(Anti-Reflection Coating)과는 다르게 레이저를 이용한 모듈용 유리표면 패턴 가공을 통하여 반영구적으로, 패턴유리보다 표면반사 및 오염 등의 한계를 극복하고자 하기 위함이다.The present invention is to provide a large area laser processing device for efficiently processing a large area object. More preferably, when processing a solar module using the large-area laser processing apparatus according to the present invention, it is intended to improve a problem of solar cell module efficiency drop of more than 2% compared to solar cell efficiency. In order to improve the performance of the glass substrate for modules, unlike the general AR coating method (Anti-Reflection Coating), which has a problem of durability and abrasion resistance, it is semi-permanent through the glass surface pattern processing for the module using a laser. This is to overcome the limitations of pollution.

본 발명은 레이저가 조사되는 광원(1000); 상기 레이저를 전달받아 대상물(P)에 조사시키는 레이저 스캐너(S); 상기 대상물(P)이 안착되며, Y축 방향으로 이동 가능한 스테이지(2000); 상기 스테이지(2000)가 고정되는 베이스(3000); X축 방향으로 이동되는 제1테이블(4100); 및 일측은 상기 제1테이블(4100)에 결합되며, 타측은 상기 레이저 스캐너(S)가 Z축 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 제2테이블(4200);를 포함하는 크로스테이블(4000); 및 상기 광원(1000)에서부터 대상물(P)에 이르는 전체 레이저 이동거리(L)를 일정하기 유지시키기 위하여, 상기 광원(1000)과 상기 크로스테이블(4000)사이에 구비되는 길이보상부(5000);를 포함한다.The present invention is a light source 1000 to which the laser is irradiated; A laser scanner S that receives the laser and irradiates the object P; A stage 2000 on which the object P is seated and movable in the Y-axis direction; A base 3000 to which the stage 2000 is fixed; A first table 4100 moved in the X-axis direction; And one side is coupled to the first table 4100, the other side is a second table 4200 coupled to the laser scanner (S) is movable to move in the Z-axis direction; including a cross table (4000); And a length compensator 5000 provided between the light source 1000 and the cross table 4000 to keep the total laser travel distance L from the light source 1000 to the object P constant. It includes.

본 발명의 상기 길이보상부(5000)는 상기 광원(1000)에서 조사되는 레이저를 입사되는 방향으로 되돌려 반사시키는 미러(5100); 및 상기 크로스테이블(4000)의 X축 또는 Z축 방향 이동 거리 중 적어도 하나의 길이차이만큼 보상시키기 위하여 상기 미러(5100)를 이동시키는 길이조절부(5200);를 더 포함한다. The length compensator 5000 of the present invention includes a mirror 5100 that reflects the laser beam irradiated from the light source 1000 back to the incident direction; And a length adjusting unit 5200 for moving the mirror 5100 to compensate for at least one length difference among X-axis or Z-axis movement distances of the cross table 4000.

본 발명의 상기 스테이지(2000)는 상기 대상물(P)의 평탄도를 조절하기 위하여 상기 베이스(3000)의 상부측에 적어도 하나 구비되어 승하강됨으로써 높이가 조절되는 틸팅부(2200)를 더 포함한다. The stage 2000 of the present invention further includes a tilting unit 2200 whose height is adjusted by being provided at least one on the upper side of the base 3000 to adjust the flatness of the object P. .

본 발명의 상기 스테이지(2000)는 상기 베이스(3000)의 상부측에 구비되어 상기 대상물(P)을 회전시키는 로테이션부(2200)를 더 포함한다.The stage 2000 of the present invention further includes a rotation part 2200 provided on an upper side of the base 3000 to rotate the object P.

본 발명의 상기 스테이지(2000)는 가공시 상기 대상물(P)을 고정하며, 오작동시 안정적 고정을 위하여 구비되는 진공 발생기(2310)를 포함하는 진공척(2300); 을 더 포함한다.The stage 2000 of the present invention includes a vacuum chuck 2300 including a vacuum generator 2310 provided for fixing the object P during processing, and for stable fixing in the event of malfunction; It further includes.

본 발명은 기존 레이저 방식과는 다르게 다중 스캐너 방식의 대면적 고속 및 고정밀 레이저 시스템을 이용하므로 양산성 확보가 가능하며, 스캐너 헤드 유닛(Scanner Head Unit)에 장착한 변위센서를 통한 레이저 빔과 가공 위치를 실시간으로 제어하는 모션 제어시스템 구축으로 품질 안정성까지 담보하여 시장경쟁력을 확보가 가능하다.Unlike the conventional laser method, the present invention uses a large-area high-speed and high-precision laser system of a multi-scanner method, so that mass production can be secured, and the laser beam and processing position through a displacement sensor mounted on the scanner head unit It is possible to secure market competitiveness by guaranteeing quality stability by establishing a motion control system that controls the real time.

도 1은 본 발명에 따른 대면적 레이저 가공장치의 개념도임.
도 2는 본 발명에 따른 대면적 레이저 가공장치 중 레이저 딜리버리 길이관련 개념도임
도 3은 본 발명에 따른 대면적 레이저 가공장치의 개념도임.
도 4는 본 발명에 따른 대면적 레이저 가공장치 중 틸팅 및 로테이션 관련 개념도임.
도 5는 본 발명에 따른 대면적 레이저 가공장치 중 틸팅부관련 배치도임.
도 6은 본 발명에 따른 대면적 레이저 가공장치 중 틸팅 및 로테이션 관련 개념도임.
도 7은 본 발명에 따른 대면적 레이저 가공장치 중 진공척 관련 개념도임.1 is a conceptual diagram of a large area laser processing apparatus according to the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram related to the laser delivery length of the large area laser processing apparatus according to the present invention
3 is a conceptual diagram of a large area laser processing apparatus according to the present invention.
4 is a conceptual diagram related to tilting and rotation of a large area laser processing apparatus according to the present invention.
5 is a layout view of a tilting unit in a large area laser processing apparatus according to the present invention.
6 is a conceptual diagram related to tilting and rotation of a large area laser processing apparatus according to the present invention.
7 is a conceptual diagram related to a vacuum chuck of a large area laser processing apparatus according to the present invention.

본 발명은 레이저를 이용한 대면적을 갖는 대상물을 가공하기 위한 대면적 레이저 가공장치에 관한 것이다.The present invention relates to a large area laser processing apparatus for processing an object having a large area using a laser.

본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 3 등을 참고하면, 본 발명은 레이저가 조사되는 광원(1000), 광원(1000)으로부터 레이저를 전달받아 대상물(P)에 조사시키는 레이저 스캐너(S), 및 대상물(P)이 안착되며, X축 방향으로 이동 가능한 스테이지(2000)가 고정 안착되는 베이스(3000)를 포함한다. 1 and 3, according to the present invention, the laser is irradiated with a laser light source 1000, a laser scanner S that receives the laser from the light source 1000 and irradiates the object P, and the object P is seated. And a base 3000 on which the stage 2000 movable in the X-axis direction is fixedly seated.

또한, 도 1을 참고하면, 효율적인 레이저 조사를 통한 대상물(P) 가공을 위하여 X축 방향으로 이동되는 제1테이블(4100) 및 일측은 제1테이블(4100)에 결합되며, 타측은 레이저 스캐너(S)가 Z축 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 제2테이블(4200)을 포함하는 크로스테이블(4000)을 포함한다.In addition, referring to FIG. 1, the first table 4100 and one side which are moved in the X-axis direction for processing the object P through efficient laser irradiation are coupled to the first table 4100, and the other side is a laser scanner ( S) includes a cross table 4000 including a second table 4200 coupled to be movable in the Z-axis direction.

한편, 도 1을 참고하면, 광원(1000)에서부터 대상물(P)에 이르는 전체 레이저 이동거리(L)를 일정하기 유지시키기 위하여, 광원(1000)과 크로스테이블(4000)사이에 구비되는 길이보상부(5000)를 포함한다.On the other hand, referring to Figure 1, in order to keep the entire laser travel distance (L) from the light source 1000 to the object (P) constant, a length compensation unit provided between the light source 1000 and the cross table (4000) (5000).

광원으로는 극초단 레이저를 활용하는 것이 바람직하다. 극초단 레이저는 다음과 같은 장점이 있다. 유전물질(dielectric material)에서는 가공부 주위의 부수적인 손상(collateral damage)을 줄일 수 있고, 금속물질(metallic material)에서는 열영향부(heat affect zone)를 최소화하여 초정밀 가공이 가능하다. 극초단 레이저는 순강정점파워밀도가 아주 높다. 특히 펨토초 레이저의 경우 고밀도 레이저 에너지의 물질내의 투입속도가 전자와 격자이온(lattice-ion) 시스템의 평형화 시간보다 빨라서 이웃격자와의 열전도 현상이 거의 무시될 수 있게 에너지를 전달할 수 있다. 또한 극히 짧은 레이저빔의 상호작용은 나노초레이저에서 흔히 발생하는 유체유동학적 현상들이 저하됨에 따라 정밀가공에 많은 장점을 가질 수 있다. 한편, 극초단 레이저는 고반복률과 긴펄스에서 흔히 발생하는 이전 펄스에 의한 플라즈마 레이저빔 산란현상을 현저히 줄일 수 있다. It is preferable to use an ultra-short laser as a light source. The ultra-short laser has the following advantages. In the dielectric material, collateral damage around the processing part can be reduced, and in the metal material, the heat affect zone is minimized to perform ultra-precision processing. The ultra-short laser has a very high peak power density. In particular, in the case of the femtosecond laser, the input speed of the material of the high-density laser energy is faster than the equilibration time of the electron and the lattice-ion system, so that the heat conduction with the neighboring lattice can be almost neglected. In addition, the interaction of the extremely short laser beam may have many advantages in precision processing as the hydrodynamic phenomena commonly occurring in nanosecond lasers are reduced. On the other hand, the ultra-short laser can significantly reduce the plasma laser beam scattering phenomenon due to the previous pulse, which is frequently generated in high repetition rates and long pulses.

본 발명에 따른, 극초단 레이저의 경우 비선형 효과에 의한 대광자 흡수(multi-photon absorption), 매우 낮은 열 효과, 낮은 스레숄드(Threshold), 투명 재질에 초점 깊이에 따른 3차원 가공 가능 및 매우 정밀한 가공이 가능(1um)하기 때문에 극초단 레이저를 활용하여 태양광 모듈용 패턴유리를 가공할 수 있다.According to the present invention, in the case of an ultra-short laser, multi-photon absorption by a non-linear effect, very low thermal effect, low threshold, three-dimensional processing according to the depth of focus on a transparent material, and very precise processing Because this is possible (1um), it is possible to process pattern glass for solar modules by using an ultra-short laser.

후술하는 스테이지(2000) 위에 레이저 스캐너(S) 바람직하게는, 갈바노 스캐너(galvano scanner)를 구비하였다. 갈바노 스캐너는 2개의 미러를 이용하여 광원을 보냄으로 원하는 패턴 가공이 용이하며 집속 렌즈를 최종 투과 하여 가공대상물에 형상을 나타내는 장치이다.The laser scanner S is preferably provided on the stage 2000 to be described later, preferably a galvano scanner. The galvano scanner is a device that shows the shape of the object to be processed by transmitting the light source using two mirrors to facilitate the desired pattern processing and finally passing through the focusing lens.

레이저 스캐너(S)는 거의 모든 산업용 레이저 재료 가공 응용 분야에서 유연한 사용성을 제공하여 컴팩트하고 다양한 기능을 제공할 수 있다. 레이저 스캐너 헤드는 다양한 수준의 다이내믹 및 7mm ~ 30mm의 어퍼쳐(aperture)로 제작 할 수 있다. 갈바노 모터 시스템은 정밀도가 뛰어나 뛰어난 동적 특성을 제공하여 최대 1,000CPS의 레이저 가공 속도를 지원하며, 더 큰 어퍼쳐(aperture) 가진 스캔 헤드는 멀티 킬로와트 범위의 레이저 출력에서 고속으로 설계되고 작은 스폿 크기를 레이저 가공을 할 수 있다. 고속 가공 및 작은 스폿 크기의 레이저 가공 특징을 이용하여 대면적 가공의 미세한 패턴의 가공을 실현 가능하다할 수 있다.The laser scanner (S) can provide a compact and versatile function by providing flexible usability in almost all industrial laser material processing applications. The laser scanner head can be manufactured with various levels of dynamics and apertures from 7mm to 30mm. The galvano motor system is highly accurate, providing outstanding dynamic characteristics to support laser processing speeds of up to 1,000 CPS, and the scan head with larger apertures is designed at high speeds in a multi-kilowatt laser power range and small spot size. Can be laser processed. It may be possible to realize fine pattern processing of large-area processing by using high-speed processing and laser processing features of small spot size.

도 3을 참고하면, 베이스(3000)는 소정의 넓이와 두께를 갖는다. 베이스(3000)의 상부에 후술하는 스테이지(2000)를 포함하여 광원(1000), 크로스테이블(4000) 및 길이보상부(5000) 등이 구비될 수 있다.Referring to FIG. 3, the base 3000 has a predetermined width and thickness. A light source 1000, a cross table 4000, a length compensator 5000, etc. may be provided on the upper part of the base 3000, including the stage 2000, which will be described later.

베이스(3000)는 정확하며, 평활하게 다듬질된 평면을 갖는 튼튼한 블록 또는 테이블인 정반을 사용하는 것이 바람직하다. 더 나아가, 온도와 습도가 관리된 공간안에서 내구성 및 정도 유지에 유리한 석정반을 사용하는 것이 바람직하다.The base 3000 is accurate, and it is preferable to use a plate, which is a sturdy block or table having a smoothly finished plane. Furthermore, it is preferable to use a quartz plate which is advantageous for maintaining durability and accuracy in a space where temperature and humidity are controlled.

도 1 등을 참고하면, 스테이지(2100)는 틸팅기능 및 자체 회전기능이 있으며, 베이스(2000)를 기초하여 Y축 방향으로 이동될 수 있다.Referring to FIG. 1 and the like, the stage 2100 has a tilting function and a self-rotating function, and may be moved in the Y-axis direction based on the base 2000.

고속가공을 위한 스테이지(2000) 설계를 위하여, 스테이지 구성 및 구동 안정성과 성능을 위해서는 정밀급 석정반 위에 고정될 수 있다. 스테이지의 구성은 리니어 모터 드라이버, 브러시 또는 브러시리스 로터리 모터로 구동되는 볼스크류 방식의 기계적 구동면을 정밀한 이송을 하며 리니어 직접 구동 서보모터를 사용할수 있다.For the design of the stage 2000 for high-speed processing, it can be fixed on a precision grade stone plate for stage configuration and driving stability and performance. The stage consists of a linear motor driver, a brush or a brushless rotary motor driven by a ball screw type mechanical driving surface, and a linear direct drive servo motor can be used.

태양광 모듈용 패턴 유리 면적인 1000mm x 1000mm 의 가공 면적을 일정한 평탄면과 레이저 가공 직선면과 일치를 위하여 가공부 척 하부에 평탄도를 맞추기 위한 수평 조절이 가능한 축을 구성하여 레이저 가공면의 평탄도 향상과 동시에 회전 스테이지를 구성하여 태양광 모듈용 패턴 유리의 가공척에 항상 동일한 위치에 있도록 하여 항상 일정한 패턴이 구현 될 수 있도록 하였다.The flatness of the laser processing surface by configuring the axis that can be horizontally adjusted to match the flatness at the lower part of the chuck of the processing part in order to match the processing area of the pattern glass area of 1000mm x 1000mm for the solar module with the constant flat surface and the laser processing straight surface. At the same time as the improvement, a rotating stage was constructed so that the pattern chuck for the photovoltaic module was always in the same position on the processing chuck so that a constant pattern could always be realized.

도 3 및 4를 참고하면, 베이스(3000)의 상부측에 가이드 레일(2410)이 구비된다. 가이드 레일(2410)을 따라 Y축 방향으로 이동되며, 상부측에 후술하는 틸팅부(2100) 등이 고정 안착되는 이동대(2420)가 구비된다. 이동을 위한 동력원으로 모터(미도시) 등이 사용될 수 있다. 이동을 위한 구성요소 등은 종래 시판되는 구성으로 구현 가능하므로 생략하도록 한다. 예를 들면 Standa 사의 8MTL220 - Direct Drive Linear Translation Stage 또는 등록특허 제10-1778088호 등 이와 유사한 구성 등으로 구현가능할 것이다.3 and 4, a guide rail 2410 is provided on an upper side of the base 3000. It is moved in the Y-axis direction along the guide rail 2410, and a moving table 2420 to which the tilting part 2100, which will be described later, is fixedly mounted is provided on the upper side. A motor (not shown) may be used as a power source for movement. The components for movement, etc. can be implemented in a conventionally available configuration, and thus will be omitted. For example, it may be implemented with a similar configuration such as Standa's 8MTL220-Direct Drive Linear Translation Stage or Patent No. 10-1778088.

도 6을 참고하여, Y축 방향으로 이동되는 이동대(2420)의 상부측에 구비되며, 대상물(P)이 고정 배치되는 진공척(2300)을 틸팅시키기 위한 틸팅기능에 대하여 설명한다.Referring to FIG. 6, a tilting function for tilting the vacuum chuck 2300 provided on the upper side of the moving table 2420 moved in the Y-axis direction and in which the object P is fixed is described.

틸팅기능을 위하여 틸팅부(2100)는 액추에이터(2110), 좌우이동부(2120), 상하이동부(2130) 및 진공척고정부(2140) 등이 구비된다. 액추에이터(2110)에 구비된 축의 좌우이동에 따라 자체 구비된 슬라이딩 레일을 따라 좌우이동되는 좌우이동부(2120)가 구비된다. 좌우이동부(2120)의 좌우이동을 상하이동으로 변환시키기 위하여 좌우이동부의 형상은 도 6에 도시된 바와 같이, 사다리꼴 형상일 수 있다. 좌우이동부(2120)의 어느 한 면이 경사면을 갖음에 따라 상하이동부(2130)가 상하 이동이 가능해진다. 상하이동부(2130)는 이동대(2420)의 일측에 고정된 고정부(2150)에 의하여 고정되어 있다. 상하이동부(2130)는 고정부(2150)를 기준으로 상하이동이 가능하다. 상하이동부(2130)의 일측단부측에는 진공척 고정부(2140)이 구비된다. 결국, 액추에이터(2110)에 구비된 축의 좌우이동이 좌우이동부(2120) 및 상하이동부(2130)을 거치면서 진공척(2300)이 상하운동이 가능하다. For the tilting function, the tilting unit 2100 is provided with an actuator 2110, a left and right moving unit 2120, a shanghai moving unit 2130, and a vacuum chucking unit 2140. The left and right moving parts 2120 are moved to the left and right along a sliding rail provided in accordance with the left and right movement of the shaft provided in the actuator 2110. In order to convert the left and right movements of the left and right movement units 2120 to shanghai movements, the shape of the left and right movement units may be a trapezoidal shape, as shown in FIG. 6. As either side of the left and right moving parts 2120 has an inclined surface, the Shanghai East 2130 can move up and down. The eastern part of Shanghai 2130 is fixed by a fixing part 2150 fixed to one side of the mobile table 2420. The eastern part of Shanghai 2130 is possible based on the fixed part 2150. A vacuum chuck fixing part 2140 is provided at one end end side of the shanghai east part 2130. As a result, the left and right movement of the shaft provided in the actuator 2110 passes through the left and right moving parts 2120 and the shanghai moving parts 2130, so that the vacuum chuck 2300 can move up and down.

도 5에 도시된 바와 같이 진공척(2300) 및 이의 상부에 고정되는 대상물(P)의 안정적 고정을 위하여 틸팅부(2100)는 다수개 구비될 수 있다. 본 발명에서는 진공척(2300) 등을 삼점지지시키기 위하여 3개를 구비하였다. 틸팅부(2100)는 동일한 구성요소를 갖으며 배치만 달리할 뿐이므로 구체적인 설명은 생략한다. 또한 상측의 진공척(2300)을 지지하기 위하여 별도의 액추에이터(A)를 4개 구비하였다.As shown in FIG. 5, a plurality of tilting parts 2100 may be provided for stable fixing of the vacuum chuck 2300 and the object P fixed thereon. In the present invention, three were provided to support the vacuum chuck 2300 and the like in three points. The tilting part 2100 has the same components and only the arrangement is different, so a detailed description is omitted. In addition, four separate actuators A were provided to support the upper vacuum chuck 2300.

도 4를 참고하여, 진공척(2300)의 회전 즉, 로테이팅 기능에 대하여 설명한다. 로테이션부(2200)의 로테이팅 기능을 위하여 진공척(2300)의 바닥면 중심부 측에 회전부(2220)를 구비한다. 회전부(2220)의 회전을 지지하기 위한 지지부(2210)를 구비한다. 지지부(2210)는 전술한 상하이동부(2130)의 단부측과 연결된다. 회전부(2220)의 주요구성은 전술한 바와 같이 종래 시판되는 구성으로 구현 가능하므로 생략하도록 한다. Referring to Figure 4, the rotation of the vacuum chuck 2300, that is, the rotating function will be described. For the rotation function of the rotation part 2200, a rotating part 2220 is provided at the center of the bottom surface of the vacuum chuck 2300. A support part 2210 for supporting rotation of the rotation part 2220 is provided. The support part 2210 is connected to the end side of the above-mentioned shanghai east part 2130. The main configuration of the rotating part 2220 can be implemented as a conventional commercially available configuration as described above, and thus will be omitted.

종합적으로 보면, 이동대(2420)의 상부측에 틸팅부(2100)가 구비된다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 경우 틸팅부(2100)가 3개 구비되었다. 틸팅부(2100) 중 상하이동부(2130)의 단부측에는 진공척(2300) 등을 고정하기 위한 지지부(2210)가 구비된다. 지지부(2210)의 일측에는 지지부(2210)에 의하여 지지되며, 진공척(2300)의 배면 중심부측과 연결된 회전부(2220)와 결합된다. 이로 인하여 진공척(2300)의 틸팅 및 로테이션 기능이 구현 가능하다. 이의 배치는 도 5에 도시된 바와 같다.Overall, the tilting portion 2100 is provided on the upper side of the mobile table 2420. As described above, in the case of the present invention, three tilting parts 2100 were provided. A support portion 2210 for fixing a vacuum chuck 2300 or the like is provided at an end side of the tilting portion 2100 of the shanghai east portion 2130. One side of the support portion 2210 is supported by the support portion 2210, and is coupled to a rotating portion 2220 connected to the central portion of the rear surface of the vacuum chuck 2300. Due to this, the tilting and rotation functions of the vacuum chuck 2300 can be implemented. Its arrangement is as shown in FIG. 5.

대면적 판넬 유리의 가공은 평탄면 유지와 가공 편리성 위해 진공 발생기에 의한 진공척(2300)을 구비하였다. 대응 면적은 최대 1050mm x 1050mm 이며 각 모서리에는 갑작서는 오동작을 대비한 스토퍼 마운트를 구비하였다.The processing of the large-area panel glass is provided with a vacuum chuck 2300 by a vacuum generator for maintaining flat surfaces and processing convenience. The corresponding area is up to 1050mm x 1050mm and each corner is equipped with a stopper mount to prevent malfunction.

도 7을 참고하면, 대상물(P)는 진공 고정된다. 진공발생기(2310)의 공기 흡입에 따라 상측에 다수 구비된 홀(2320)에 의하여 공압이 발생되어 대상물(P)가 진공 고정 가능하다. Referring to FIG. 7, the object P is fixed in vacuum. Air pressure is generated by a plurality of holes 2320 provided on the upper side according to the air intake of the vacuum generator 2310 so that the object P can be fixed in a vacuum.

도 1 및 3을 참고하여 크로스테이블(4000)에 대하여 설명한다. 크로스테이블(4000)는 레이저 스캐너(S)를 X 및 Z 축으로 이동시키기 위한 구성요소이다.The cross table 4000 will be described with reference to FIGS. 1 and 3. The cross table 4000 is a component for moving the laser scanner S in the X and Z axes.

이를 위하여 제1 및 제2테이블(4100, 4200)을 구비하였다. 제1테이블(4100)은 베이스(3000)의 상부 일측에 구비된 서브베이스(3100)의 일측면에 고정된다. 제1테이블(4100)은 서브베이스(3100)의 측면에 결합되어 X축 방향으로 이동될 수 있다. 제2테이블(4200)은 제1테이블(4100)의 전면측에 결합되며, 전면측에 레이저 스캐너(S)가 결합된다. 제2에티블(4200)을 기초하여 스캐너(S)가 Z축 방향으로 이동될 수 있다. X 및 Z 축 이동을 위한 구체적 구성은 시중에 시판되는 테이블을 통하여 구현 가능하거나, 등록특허 제10-1778088호의 도 4 등을 참고하여도 무방할 것이다. For this, first and second tables 4100 and 4200 are provided. The first table 4100 is fixed to one side of the sub-base 3100 provided on the upper side of the base 3000. The first table 4100 is coupled to the side surface of the sub-base 3100 and can be moved in the X-axis direction. The second table 4200 is coupled to the front side of the first table 4100, and the laser scanner S is coupled to the front side. The scanner S may be moved in the Z-axis direction based on the second etiquette 4200. The specific configuration for the X and Z axis movement may be implemented through a commercially available table, or may be referred to by referring to FIG. 4 of Patent No. 10-1778088.

광원(1000)을 떠난 레이저는 빔이 포커싱되어 대상물(P)에 조사되어 대상물을 가공한다. 효율적이고 고품질 가공을 위하여 빔 포커싱 정도가 일정한 것이 바람직하다. 광원(1000)을 떠나 대상물(P)에 조사되기 레이저 딜리버리(delivery) 거리가 일정하여야 고품질 가공이 구현될 수 있다.The laser leaving the light source 1000 is focused on a beam and irradiated to the object P to process the object. For efficient and high quality processing, it is desirable that the beam focusing degree is constant. High-quality processing can be realized only when the laser delivery distance from the light source 1000 and irradiated to the object P is constant.

도 1 내지 3를 참고하여, 광원(1000)에서 출발된 레이저가 레이저 스캐너(S)를 통과하여 대상물(P)에 조사된다. 레이저 가공을 위하여 선결적으로 대상물(P)의 면적 및 높이정보 즉, 형상정보를 스캔한다. 스캔이 완료됨에 따라 대상물(P)의 면적 즉, X 및 Y축 좌표가 인식될 뿐만 아니라, 대상물(P)의 두께 즉, 높이 정보까지 인식된다. 이를 기초하여 가공이 시작되면, X, Y축 뿐만 아니라 Z 축 방향으로 온더플라이(on-the-fly) 방식으로 연동한다.1 to 3, the laser, which is started from the light source 1000, passes through the laser scanner S and is irradiated to the object P. For laser processing, the area and height information of the object P, that is, shape information, is preemptively scanned. As the scan is completed, not only the area of the object P, that is, X and Y-axis coordinates is recognized, but also the thickness of the object P, that is, height information. When machining starts based on this, it interlocks in an on-the-fly manner in the X and Y axes as well as the Z axis.

광원(1000)에서 출발된 레이저가 대상물의 위치 및 가공될 패턴 정보 등에 따라 크로스테이블(4000)에서 레이저스캐너(S)가 X 및 Z 축으로 이동되며, 스테이지(2000)에서 대상물(P)이 Y축 방향으로 이동된다. 이동되는 레이저스캐너(S) 및 대상물(P)에 의하여 레이저 딜리버리 거리가 변하게 된다.The laser scanner S in the cross table 4000 moves in the X and Z axes according to the position of the object, the pattern information to be processed, and the like, the laser starting from the light source 1000, and the object P in the stage 2000 is Y It is moved in the axial direction. The laser delivery distance is changed by the moved laser scanner S and the object P.

도 2를 참고하여, 특정점 P1에 레이저가 조사된다고 가정할 때, 총 이동거리를 L이라고 하면, L은 길이 x1, y1, z1의 합이다. 또 다른 특정점 P2에 레이저를 조사시키기 위해서는 y2-y1만큼의 길이차와 함께 z2-z1만큼의 높이차만큼 보상하여야 한다. 이를 위하여 길이보상부(5000)를 구비하였다. 즉 L = x1 + y1 + z1 = x2 + y2 + z2가 되도록 하기 위하여 길이보상부(5000)가 이동된다. 길이보상부(5000)의 이동은 앞서 전술한 스테이지(2000)의 Y축 이동을 위한 구성 또는 크로스테이블(4000)의 X축 또는 Z축 이동을 위한 구성을 사용하여도 무방하다. 구체적인 설명은 생략한다.Referring to Fig. 2, assuming that the laser is irradiated to the specific point P1, if the total travel distance is L, L is the sum of the lengths x1, y1, and z1. In order to irradiate the laser to another specific point P2, it is necessary to compensate for a length difference of y2-y1 and a height difference of z2-z1. To this end, a length compensation unit 5000 was provided. That is, the length compensation unit 5000 is moved so that L = x1 + y1 + z1 = x2 + y2 + z2. The length compensation unit 5000 may be moved using the configuration for moving the Y-axis of the stage 2000 described above or the configuration for moving the X-axis or Z-axis of the cross table 4000. The detailed description is omitted.

효율적인 길이보상을 위하여 길이보상부(5000)는 미러(5100) 및 미러(5100)를 이동시키는 길이조절부(5200)를 포함한다. 미러(5100)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 입사된 레이저가 방향을 전환하여 다시 회귀할 수 있도록 코너 큐브 미러를 사용하는 것이 바람직하다. 길이조절부(5200)는 전술한 바와 같이 종래 기술을 활용할 수 있다.For efficient length compensation, the length compensation unit 5000 includes a mirror 5100 and a length adjustment unit 5200 for moving the mirror 5100. As shown in FIGS. 1 and 2, the mirror 5100 preferably uses a corner cube mirror so that the incident laser can change direction and return again. The length adjusting unit 5200 may utilize a conventional technique as described above.

본 발명은 광부품 및 빔 전송계 설계를 위하여, 레이저 가공, 공정시스템의 초미세, 초고속화를 위한 가공시스템의 스캐너 스테이지(scanner-stage) 연동과 레이저 빔 쉐이핑(shaping)을 제공할 수 있다.The present invention may provide laser beam shaping and scanner-stage interworking of a processing system for laser processing, ultra-fine processing, and high-speed processing for optical components and beam transmission systems.

본 발명의 스캐너 스테이지 연동의 경우, 레이저 빔 집속기구(scanner)와 이송기구(stage)를 온더플라이(on-the-fly) 방식으로 연동하기 위한 다축 제어방식으로써, 각 시스템의 정밀도를 최대로 높임으로써 가공공정과 장비의 전체 시스템을 최적화할 수 있다. 레이저 빔 쉐이핑은 레이저 빔의 프로파일을 점, 선 및 면 등 공간적으로 조정과 레이저 빔의 에너지 강도를 다양한 형태로 조정하기 위한 광학적 설계 방식이라 할 수 있다.In the case of interlocking the scanner stage of the present invention, as a multi-axis control method for interlocking the laser beam scanner and the stage in an on-the-fly manner, the accuracy of each system is maximized. By doing so, the entire system of processing and equipment can be optimized. Laser beam shaping can be said to be an optical design method for spatially adjusting the profile of the laser beam, such as points, lines, and surfaces, and adjusting the energy intensity of the laser beam in various forms.

부가적으로, 레이저의 오토 포커싱을 위하여 일반적인 센서로 고정밀도의 측정을 하기 위해서는 주위 기기에서 발생하는 전자 노이즈의 영향을 받지 않기 위한 대책이 필요하다. 오토포커싱에 사용된 센서 헤드는 노이즈의 영향을 받는 전자 부품이 없기 때문에 동력부 주변에 설치해도 안정적으로 측정할 수 있다. 또한 센서 헤드와 컨트롤러를 연결하는 화이버 케이블은 동력선 등과 같이 노이즈가 발생하기 쉬운 케이블 주변에 배선해도 영향 받지 않는다.Additionally, in order to perform high-precision measurement with a general sensor for auto-focusing of a laser, a measure is required to avoid being affected by electronic noise generated in peripheral devices. Since the sensor head used in autofocusing has no electronic components affected by noise, it can be stably measured even when installed around the power unit. In addition, the fiber cable connecting the sensor head and the controller is not affected by wiring around cables that are prone to noise, such as power lines.

장치를 고정밀도 제어할 경우 센서 헤드가 발산하는 열은 주변 기기에 영향을 주어 오차를 발생시키는 요인의 하나가 된다. 파이버 광원 사용한 센서 헤드에는 발열원이 없기 때문에 주변 기기에 영향을 주지 않는다. 또한 센서 헤드를 복수 근접 설치하는 용도로도 안심하고 사용할 수 있다.When the device is controlled with high precision, the heat emitted by the sensor head affects peripheral devices and is one of the factors causing errors. Since the sensor head using the fiber light source has no heat source, it does not affect peripheral devices. In addition, it can be used with confidence even when installing multiple sensor heads in close proximity.

가동부 등의 진동이 가해지는 장소에 설치하는 경우가 많은 변위 센서는 파손되지 않는 것도 중요한 포인트이다. 렌즈와 화이버만으로 구성되어 있고 전자 부품이나 기판은 포함되어 있지 않다. 구성 부품이 기존의 삼각 측거에 비해 대폭 작아지고 고장이 잘 나지 않는 센서 헤드 구조이기 때문에 유지 보수 횟수도 현격히 줄어 든다.It is also an important point that the displacement sensor, which is often installed in a place where vibrations such as moving parts are applied, does not break. It consists only of a lens and fiber, and does not contain electronic components or substrates. Since the component parts are significantly smaller than conventional triangulation and have a sensor head structure that is less prone to failure, the number of maintenance is also significantly reduced.

오토 포커싱은 항상 동일한 레이저 포커스 지점을 유지 하기 위해서 X,Y축 이동과 동시에 레이저 스캐너 이동시 주기적인 시간 간격으로 거리를 측정하여 미리 설정된 가공 거리와 동일하게 항상 Z축을 동일하게 유지 시켜준다. 센서의 거리를 인식하여 기준 값 이하면 Z축은 상승하고 기준값 이상이면 Z축을 하강하여 스테이지의 축을 동시 제어하여 오토 포커싱을 구현한다.In order to maintain the same laser focus point, auto focusing always measures the distance at regular time intervals when moving the laser scanner while moving the X and Y axes, and keeps the Z axis the same as the preset processing distance. By recognizing the distance of the sensor, the Z-axis rises below the reference value, and if it is above the reference value, the Z-axis descends to simultaneously control the axis of the stage to realize auto-focusing.

태양광 모듈용 고투과 패턴유리 제조를 위한 대면적 레이저 시스템 시스템의 동축 비젼은 보다 정밀한 레이저의 가공 위치를 확인 및 가공부의 실시간으로 확인함으로써 가공의 신뢰도를 확보함과 동시에 본 시스템의 정밀가공 성능에 기여 한다.The coaxial vision of a large-area laser system system for manufacturing high-permeability pattern glass for photovoltaic modules confirms the machining position of a more precise laser and checks the machining part in real time to secure machining reliability and contribute to the precision processing performance of this system. do.

동축 비전의 구성은 IR (infra red wavelength) 오브젝티브 렌즈와 레이저 입사부와 CCD 카메라 경로에 레이저용 다이크로닉 미러, 대상 오브젝트의 광원인 LED 광원 CCD 카메라에 영상이 형성 할수 있게 카메라용 튜브 렌즈로 구성 되어 진다. The coaxial vision consists of an IR (infra red wavelength) objective lens, a laser dichroic mirror for the laser incidence and CCD camera path, and a tube lens for the camera so that the image can be formed on the LED light source CCD camera, which is the light source of the target object. It becomes.

Claims (5)

레이저가 조사되는 광원(1000);
상기 레이저를 전달받아 대상물(P)에 조사시키는 레이저 스캐너(S);
상기 대상물(P)이 안착되며, Y축 방향으로 이동 가능하고, 상기 대상물(P)의 평탄도를 조절하기 위하여 베이스(3000)의 상부측에 적어도 하나 구비되어 승하강됨으로써 높이를 조절하기 위하여 별도 마련된 액추에이터(2110)에 구비된 축의 좌우이동에 따라 좌우이동되는 좌우이동부(2120); 일측은 고정부(2150)에 의하여 고정되며 상기 좌우이동부(2120)의 일면에 형성된 경사면과 맞물려 상기 좌우이동되는 좌우이동부(2120)의 이동에 따라 상하 이동되는 상하이동부(2130); 및 상기 상하이동부(2130)의 일측에 구비되는 진공척 고정부(2140);가 구비되는 틸팅부(2100)를 포함하는 스테이지(2000);
상기 스테이지(2000)가 고정되는 베이스(3000);
X축 방향으로 이동되는 제1테이블(4100); 및 일측은 상기 제1테이블(4100)에 결합되며, 타측은 상기 레이저 스캐너(S)가 Z축 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 제2테이블(4200);를 포함하는 크로스테이블(4000); 및
상기 광원(1000)에서부터 대상물(P)에 이르는 전체 레이저 이동거리(L)를 일정하기 유지시키기 위하여, 상기 광원(1000)과 상기 크로스테이블(4000)사이에 구비되는 길이보상부(5000);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 레이저 가공 장치.
A light source 1000 irradiated with a laser;
A laser scanner S that receives the laser and irradiates the object P;
The object (P) is seated, movable in the Y-axis direction, at least one is provided on the upper side of the base (3000) to adjust the flatness of the object (P) separately to adjust the height by elevating Left and right moving parts 2120 moved left and right according to the left and right movement of the axis provided in the provided actuator 2110; One side is fixed by the fixing part 2150 and the shank moving part 2130 moving up and down according to the movement of the left and right moving part 2120 which is moved left and right by being engaged with an inclined surface formed on one surface of the left and right moving part 2120; And a vacuum chuck fixing part 2140 provided on one side of the shanghai east part 2130; a stage 2000 including a tilting part 2100 provided;
A base 3000 to which the stage 2000 is fixed;
A first table 4100 moved in the X-axis direction; And one side is coupled to the first table 4100, the other side is a second table 4200 coupled to the laser scanner (S) is movable to move in the Z-axis direction; including a cross table (4000); And
A length compensator 5000 provided between the light source 1000 and the cross table 4000 to keep the total laser travel distance L from the light source 1000 to the object P constant;
Large area laser processing apparatus comprising a.
제 1 항에 있어서, 상기 길이보상부(5000)는,
상기 광원(1000)에서 조사되는 레이저를 입사되는 방향으로 되돌려 반사시키는 미러(5100); 및
상기 크로스테이블(4000)의 X축 또는 Z축 방향 이동 거리 중 적어도 하나의 길이차이만큼 보상시키기 위하여 상기 미러(5100)를 이동시키는 길이조절부(5200);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 레이저 가공 장치.
The method of claim 1, wherein the length compensation section (5000),
A mirror 5100 for reflecting the laser beam irradiated from the light source 1000 back to the incident direction; And
Large area, characterized in that it further comprises a length adjustment unit (5200) for moving the mirror (5100) to compensate for at least one length difference among the X-axis or Z-axis movement distance of the cross table (4000). Laser processing equipment.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 스테이지(2000)는,
상기 베이스(3000)의 상부측에 구비되어 상기 대상물(P)을 회전시키는 로테이션부(2200)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 레이저 가공 장치.
The method of claim 1, wherein the stage (2000),
The large area laser processing apparatus further comprises a rotation part 2200 provided on an upper side of the base 3000 to rotate the object P.
제 1 항에 있어서, 상기 스테이지(2000)는,
가공시 상기 대상물(P)을 고정하며, 오작동시 안정적 고정을 위하여 구비되는 진공 발생기(2310)를 포함하는 진공척(2300); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 레이저 가공 장치.The method of claim 1, wherein the stage (2000),
A vacuum chuck (2300) including a vacuum generator (2310) provided for fixing the object (P) during processing, and for stable fixing during malfunction; Large area laser processing apparatus further comprising a.
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