KR20000017732A - Method for making a shape in a crystal and crystal product therefrom - Google Patents

Abstract

PURPOSE: A method for processing the inside of crystal and glass by forming a shape or form to be desired in the inside of crystal using a laser and product thereby are provided which can be done without dividing the objects into more than two pieces. CONSTITUTION: A process is disclosed for processing the inside of crystal and glass which comprises: (a)concentrating a high energy laser beam having a wavelength of 632.8 nm generated from a laser generator to a spot of the inside of a crystal to make a bubble(a star-shaped dot) by the thermal collapse action of a laser in the shape of a star; (b)forming the bubble(the star-shaped dot) on the crystal continuously in the three dimensional direction shape by moving a worktable(T) in the direction of X,Y,Z. The crystal is containing lead oxide(PbO) of above 22%.

Description

크리스탈의 내부 가공방법과 그 방법에 의한 크리스탈 제품{METHOD FOR MAKING A SHAPE IN A CRYSTAL AND CRYSTAL PRODUCT THEREFROM}METHOD FOR MAKING A SHAPE IN A CRYSTAL AND CRYSTAL PRODUCT THEREFROM}

본 발명은 크리스탈 내부에 원하는 형상 및 모양을 가공할 수 있는 크리스탈 내부 가공방법과 그 방법에 의한 크리스탈 제품에 관한 것이다.The present invention relates to a crystal internal processing method capable of processing a desired shape and shape inside the crystal and a crystal product by the method.

레이저에서 나오는 빛은 대단히 밀도가 높은 단색광이기 때문에, 적당한 광학계를 사용하여 매우 평행도가 높은 광속(光束)으로 만들거나, 또는 빛의 파장정도로 매우 작게 죄일 수 있다.Since the light from the laser is a very dense monochromatic light, it can be made into a highly parallel beam of light using a suitable optical system, or it can be clamped very small at the wavelength of light.

이러한 레이저 빛의 특성이 매우 광범위한 산업분야에서 이용되고 있다. 예를 들면 표준 스펙트럼 광원, 레이저 간섭계, 레이저 홀로그래피, 정밀측정, 정밀위치맞춤, 속도측정, 레이저 통신, 레이저 기록, 표시장치, 레이저 의료등 이다.These laser light characteristics are used in a wide range of industries. Examples include standard spectral light sources, laser interferometers, laser holography, precision measurements, precision positioning, speed measurements, laser communications, laser recording, display devices, and laser medical.

위에 열거한 이용분야 이외에 레이저가 가진 에너지를 열에너지로 변환하여 물체의 표면을 가공하는 기술로 사용되고 있다.In addition to the applications listed above, it is used as a technology for processing the surface of an object by converting the energy of the laser into thermal energy.

레이저의 출력이 크지 않더라도 그것을 작게 죄이면 밀도를 크게 할 수 있으므로 어떤 물질이라도 용융하거나 증발시킬 수 있다.Even if the laser output is not large, clamping it small can increase the density, so that any material can melt or evaporate.

이와 같이 레이저를 이용하는 가공방법은, 레이저 가공장치로부터 나오는 레이저 빛을 물체에 조사시킴으로서 국부적인 가열로 그 부위를 용융시켜 절단이나 홈 또는 구멍파기들을 행할 수 있으므로 비접촉에 의해 물체를 가공할 수 있다는 것이 가장 큰 장점일 수 있다. 이러한 레이저 가공장치는 레이저 헤드, 빔 집속 광학계, 전원, 광학계 모니터, 그리고 3차원 방향(X,Y,Z방향)으로 왕복운동이 가능한 가공 테이블등으로 이루어진다.The processing method using a laser in this way is that by irradiating an object with laser light emitted from a laser processing apparatus, the part can be melted by local heating to perform cutting, grooves or holes, so that the object can be processed by non-contact. It may be the biggest advantage. The laser processing apparatus includes a laser head, a beam focusing optical system, a power supply, an optical system monitor, and a processing table capable of reciprocating in three-dimensional directions (X, Y, and Z directions).

상기 레이저 헤드는 레이저 로드, 공진기, 빛을 레이저 로드에 모으기 위한 광학계등으로 이루어져 레이저 재료중의 활성입자에 펌핑을 하여 광공진기를 형성한다.The laser head comprises a laser rod, a resonator, an optical system for collecting light into the laser rod, and pumps active particles in the laser material to form an optical resonator.

그러나 위에서 설명한 바와 같이, 레이저는 매우 다양한 산업분야에 이용되고 있지만, 특히 가공분야에서는 물체의 표면을 가공하는 방법만이 알려져 있다.However, as described above, lasers are used in a wide variety of industries, but only in the machining field are known methods for processing the surface of an object.

따라서 현재까지의 레이저 가공기술로서는 물체의 표면을 가공하지 않고는 물체의 내부만을 가공할 수 없으므로 내부에 어떠한 형상이나 모양을 표현하기 위해서는 물체를 2조각 이상으로 분할하여 가공을 한 후 이들 조각을 접착하는 방법일 수 밖에 없다.Therefore, the laser processing technology to date cannot process only the inside of the object without processing the surface of the object. Therefore, in order to express any shape or shape inside, the object is divided into two or more pieces, and the pieces are bonded together. It can only be done.

이와 같은 방법은 어떠한 면에서는 매우 번거로운 것이므로 물체의 표면부터 물체의 내부까지 가공하는 방법만이 이용되고 있다.Since this method is very cumbersome in some respects, only a method of processing from the surface of the object to the interior of the object is used.

따라서 이와 같은 가공방법으로 가공된 작업물은 그 표면이 가공되었기 때문에 특히 관광상품과 같이 진열을 하는 경우에는 작업물의 가공된 표면을 통하여 물체의 내부까지 먼지나 이물질들이 침투하여 필요시 씻어내야 하며 그 오염정도가 심한 경우에는 상품으로서 가치를 잃게 된다.Therefore, the workpiece processed by such a processing method is processed on the surface, so especially when displaying such as tourist goods, dust or foreign matter penetrates into the inside of the object through the processed surface of the workpiece and should be washed off if necessary. In the case of severe pollution, the product loses its value.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 레이저 가공기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 물체의 표면을 가공하지 않고도 물체의 내부만을 원하는 형상으로 가공할 수 있는 레이저를 이용한 크리스탈 가공방법과 그 방법에 의한 크리스탈을 제공하는 것이다.The present invention has been invented to solve the problems of the conventional laser processing technology as described above, an object of the present invention is to use a crystal that can process only the inside of the object to a desired shape without processing the surface of the object To provide a processing method and a crystal by the method.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빛을 2개로 분할하여 작업물을 향하여 입사시키면서 입사되는 레이저 빛이 작업물의 내부에서 집속되도록 하여 작업물의 내부가 열적붕괴 작용으로 별모양의 도트를 형성하도록 하면서 동시에 작업물을 X,Y,Z 방향으로 이동시켜 상기 별모양의 도트(이하 버블이라 칭함)가 3차원 형상으로 이어지도록 하는 크리스탈의 내부 가공방법을 제공한다.In order to realize the above object of the present invention, the laser light emitted from the laser oscillator is divided into two and the incident laser light is focused on the inside of the work while being incident toward the work so that the inside of the work is subjected to thermal collapse. The present invention provides an internal processing method of a crystal in which a dot of a star (hereinafter referred to as a bubble) is connected to a three-dimensional shape by simultaneously moving a workpiece in the X, Y, and Z directions while forming a dot of a shape.

도1은 본 발명에 관련하는 크리스탈 내부에 버블처럼 보이는 형상을 만드는 공정을 설명하는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure explaining the process which makes the shape which looks like a bubble inside the crystal which concerns on this invention.

도2는 본 발명의 크리스탈 내부에 버블처럼 보이는 형상을 만드는 레이저 가공기의 레이저 빛과 크리스탈의 위치관계를 나타내는 도면.Figure 2 is a view showing the positional relationship between the laser light and the laser of the laser processing machine to create a bubble-like shape inside the crystal of the present invention.

도3은 본 발명의 방법에 의해 가공된 크리스탈 제품을 표시한 것으로서, 3a)는 제품 사진이고 3b)는 도면이다.Figure 3 shows a crystal product processed by the method of the present invention, where 3a) is a product photograph and 3b) is a drawing.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명에 관련하는 크리스탈 내부에 버블처럼 보이는 형상을 만드는 공정을 설명하는 도면이고, 도2는 본 발명의 크리스탈 내부에 버블과 같은 형상을 만드는 레이저 가공기의 레이저 빛과 크리스탈의 위치관계를 나타내는 도면이다.1 is a view for explaining a process of making a bubble-like shape inside the crystal according to the present invention, Figure 2 is a position of the laser light and the crystal of the laser processing machine to create a bubble-like shape inside the crystal of the present invention It is a figure which shows.

본 발명의 작업물로서 사용될 수 있는 재질은 레이저 빛을 잘 흡수할 수 있는 산화 납이 22% 이상 함유된 투명한 크리스탈이다. 산화 납이 22% 이하로 함유된 크리스탈은 레이저 빛을 만족할 만큼 흡수하지 못하며, 또 투명하지 못하면 내부에 가공된 형상이 외부로 투시되지 못하므로 적합하지 않다.A material that can be used as the workpiece of the present invention is a transparent crystal containing 22% or more of lead oxide capable of absorbing laser light well. Crystals containing less than 22% of lead oxide are not suitable because they do not absorb laser light satisfactorily, and if they are not transparent, the internally processed shapes are not visible to the outside.

먼저 아이템을 선정하고, 선정된 아이템을 크리스탈의 내부에 가공하기 위한 3차원 디자인을 시뮬레이션을 통하여 결정한다.First, the item is selected, and then a three-dimensional design for processing the selected item inside the crystal is determined through simulation.

3차원 디자인이 결정되면, 이 디자인을 가공하기 위한 레이저 가공장치의 제어부에 가공 데이터를 입력한다. 이러한 방법은 통상적으로 행하여지는 방법을 사용할 수 있다.Once the three-dimensional design is determined, the processing data is input to the control unit of the laser processing apparatus for processing the design. This method can use the method normally performed.

그리고 크리스탈을 원하는 형상으로 외형을 가공하여 레이저 가공장치의 가공테이블에 클램핑시키고 레이저를 발진시킨다.The crystal is processed into a desired shape, clamped to a processing table of the laser processing apparatus, and the laser is oscillated.

도2는 레이저 가공장치의 레이저 헤드(2)로부터 레이저 빛이 발진되어 최종 작업물(크리스탈)(W)에 도달하기 까지의 과정을 나타낸다.Fig. 2 shows a process from when the laser light is oscillated from the laser head 2 of the laser processing apparatus to reach the final work (crystal) W.

레이저 헤드(2)의 레이저 빛 경로상에는 레이저 빛의 진로를 변환시키기 위한 첫번째 반사거울(4)이 배치되며, 이 첫번째 반사거울(4)에서 그 진로가 변환된 레이저 빛은 확대 조준경(6)을 통과하면서 가공위치를 정확하게 조준할 수 있게 된다.On the laser light path of the laser head 2, a first reflecting mirror 4 for displacing the path of the laser light is disposed, and in this first reflecting mirror 4, the laser light whose path has been converted is directed to the magnifying scope 6 As it passes, the machining position can be accurately aimed at.

상기 확대 조준경(6)을 통과한 레이저 빛은 두번째 반사거울(8)에서 다시 그 진로가 변환되면서 분할되도록 빔 스플리터(10)가 레이저 빛의 진로에 설치된다.The beam splitter 10 is installed in the path of the laser light so that the laser light passing through the magnifying collimator 6 is split while the path is converted again in the second reflection mirror 8.

분할된 첫번째 레이저 빛과 두번째 레이저 빛은 각각 가공테이블(T) 상에 클램핑된 각각의 작업물(W1)(W2)로 입사된다. 이 작업물들은 위에서 설명한 산화납을 함유하는 크리스탈이다.The divided first laser light and the second laser light are respectively incident on the respective workpieces W1 and W2 clamped on the machining table T. These workpieces are the crystals containing lead oxide described above.

상기한 반사거울들의 적절한 배치관계는 본 발명에 관련하는 가공시스템의 점유공간을 줄이는데 효과적이다.The proper arrangement of the reflecting mirrors described above is effective in reducing the space occupied by the processing system according to the present invention.

이들 2줄의 레이저 빛은, 상기 크리스탈에 함유된 이물질들로 흡수되어 이 이물질들을 열적변화시킴으로서 크리스탈 내부의 한 지점의 조직을 붕괴시켜 마치 버블 처럼보이도록 만드는 것이다. 이 버블 처럼보이는 부분의 형상은 별과 같은 형상을 갖는데, 도시하고 있지 않지만 레이저 헤드에는 레이저 빛을 모으기 위한 통상의 광학계를 갖는 것이 사용된다.These two lines of laser light are absorbed by the foreign matter contained in the crystal and thermally change the foreign matter to collapse the tissue at one point inside the crystal so that it looks like a bubble. The shape of the portion that looks like a bubble has a star-like shape. Although not shown, a laser head having a conventional optical system for collecting laser light is used.

이와 같이 작업물의 내부로 3줄의 레이저 빛이 입사되어 크리스탈 내부에 버블을 형성하기 위해서는 크리스탈의 외면 평탄도가 높아야 하며, 레이저의 파장은 632.8nm인 경우 가장 확실하게 버블이 형성된 다는 것을 알 수 있었는데, 그것은 이 파장대의 레이저 빛이 산화 납과 같은 이물질에 가장 흡수가 잘되어 이물질을 열적작용으로 붕괴시키기 때문이다.In this way, in order to form a bubble inside the crystal by injecting three lines of laser light into the workpiece, the outer surface flatness of the crystal must be high. When the wavelength of the laser is 632.8 nm, the bubble is most reliably formed. This is because the laser light in this wavelength band is most absorbed by foreign materials such as lead oxide, which causes them to thermally decay.

Nd를 활성입자로 사용하는 야그(YAG) 레이저는 1065nm의 파장대를 갖는 레이저 빛을 발진하지만, 이 파장대의 레이저 빛은 Q - 스위칭을 통하여 632.8nm로 변환시켜 크리스탈의 내부 가공에 사용된다.Yag lasers using Nd as active particles emit laser light with a wavelength band of 1065 nm, but the laser light is converted to 632.8 nm through Q-switching and used for internal processing of the crystal.

이러한 방법으로 크리스탈 내부에 버블을 형성하면서 가공 테이블(T)를 X,Y,Z 방향으로 이동시키게 되면 레이저 빛은 일정한 위치로만 조사되기 때문에 작업물에는 버블이 3차원 방향으로 연속하여 형성될 수 있다.When the processing table T is moved in the X, Y, and Z directions while forming bubbles in the crystal in this way, bubbles may be continuously formed in the three-dimensional direction because the laser light is irradiated only at a predetermined position. .

이때 레이저 빛의 집속이 작업물의 내부에서 이루어질 수 있도록 레이저 가공장치를 제어하는 것이 필요하다. 이러한 레이저 빛의 집속은 통상의 방법이 사용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.At this time, it is necessary to control the laser processing apparatus so that the focusing of the laser light can be made inside the workpiece. The focusing of such laser light may be omitted since a conventional method may be used.

도4 a)는 이와 같은 방법으로 육면체의 크리스탈 내부에, 거미가 거미줄을 만들고 있는 형상을 가공한 작업물을 사진 촬영한 것이다.Figure 4a) is a photo of the workpiece processed in the shape of the spider making a spider web inside the crystal of the cube in this manner.

이 실물사진에서 알 수 있듯이 투명한 크리스탈의 외부에는 아무런 손상을 가하지 않고 크리스탈의 내부에만 원하는 형상을 가공할 수 있으므로 도4 b)에 도시한 바와 같이 가공물의 내부에 버블(B)들이 인접하여 원하는 형상을 만들게 된다.As can be seen from the real picture, since the desired shape can be processed only inside the crystal without any damage to the outside of the transparent crystal, bubbles B are adjacent to the inside of the workpiece as shown in FIG. Will make

물론 사진에서는 크리스탈을 6면체로 만들고 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 원형이나 타원형, 산형상등 어떠한 형상일 수 있다. 그리고 내부에 가공되는 형상도 초기 디자인의 설계에 따라 그 어떠한 것도 3차원 가공이 가능하다. 즉 다시 말하면 형상과 내부 가공형상은 시각화가 가능한 것이면 어느 것도 가능하다.Of course, in the picture is made of a hexahedron crystal, but is not limited to this may be any shape such as round, oval, mountain shape. Also, any shape processed inside can be three-dimensionally processed according to the design of the initial design. In other words, the shape and the internal machining shape can be anything as long as it can be visualized.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 크리스탈 내부 가공방법은 고 에너지의 레이저 빔을 작업물인 크리스탈 내부의 한 지점에 집속시켜 레이저의 열적붕괴 작용으로 버블을 만들면서 작업물을 X,Y,Z 방향으로 이동시켜 이들 미세한 버블들이 3차원 형상으로 연결되거나 인접하도록 할 수 있으므로 크리스탈의 외부를 전혀 손상시키지 않고 내부만을 가공할 수 있어 종래에 크리스탈의 외부로부터 가공되는 방법이 갖는 제반 문제점을 해소할 수 있다.As described above, in the crystal processing method according to the present invention, the laser beam of high energy is focused at a point inside the crystal, which is the workpiece, and the workpiece is moved in the X, Y, and Z directions while making bubbles by the thermal decay action of the laser. Since these fine bubbles can be connected or adjacent to each other in a three-dimensional shape, the inside of the crystal can be processed without damaging the outside of the crystal at all, thus eliminating the problems associated with conventional methods of processing from the outside of the crystal.

Claims (5)

레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빛을 작업물 내부의 한 지점에 집속시켜 레이저의 열적붕괴 작용으로 버블을 형성시키면서 작업물이 클램핑된 가공 테이블을 X,Y,Z 방향으로 이동시켜 상기 버블이 3차원 형상으로 이어지도록 하는 크리스탈의 내부 가공방법.The laser beam oscillated from the laser oscillator is focused at a point inside the workpiece to form a bubble by the thermal decay of the laser, and the workpiece is clamped to the processing table in the X, Y, and Z directions, and the bubble is three-dimensional. The internal processing of the crystal to lead to. 청구항 1에 있어서, 작업물은 산화 납이 22% 이상 함유된 크리스탈 인 것을 특징으로 하는 크리스탈의 내부 가공방법.The internal processing method of a crystal according to claim 1, wherein the workpiece is a crystal containing at least 22% of lead oxide. 청구항 1에 있어서, 레이저 빛의 파장은 632.8nm인 것을 특징으로 하는 크리스탈 내부 가공방법.The method of claim 1, wherein the wavelength of the laser light is 632.8 nm. 청구항 1에 있어서, 작업물의 한 부분 조직이 붕괴되는 형상은 별과 같은 형상인 것을 특징으로 하는 크리스탈 내부 가공방법.The method of claim 1, wherein the shape in which the partial tissue of the workpiece collapses is shaped like a star. 높은 표면 정밀도를 갖으며 산화납이 22% 이상 함유된 크리스탈의 내부에 버블들이 인접하여 3차원 형상으로 위치하여 그 내부의 버블들이 시각화되는 크리스탈 제품.Crystal product that has high surface precision and bubbles are located in the three-dimensional shape adjacent to the inside of the crystal containing 22% or more of lead oxide.