KR20020070192A - Device to chase automatically marking-position of laser marking system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 마킹 시스템에 관한 것으로서, 특히 가공 대상물의 마킹위치를 관측하여 판별하는 것을 자동화할 수 있는 레이저 마킹 시스템의 자동 마킹위치 판별장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser marking system, and more particularly, to an automatic marking position determination apparatus of a laser marking system capable of automating observation and discriminating of a marking position of a workpiece.
일반적으로, 레이저 마킹 시스템은 반도체, 자동차, 철강, 프라스틱, 및 목재 등의 재료로 만들어진 가공 대상물의 표면에 레이저 빔을 조사해서 증발시키거나 연소시킴으로써, 제품생산번호, 모델명, 문자 또는 패턴 등을 마킹하는 장비이다. 이러한 레이저 마킹 시스템은 스캔헤드와 판별장치 등을 포함하여 구성된다. 상기 스캔헤드는 가공 대상물 표면의 특정한 영역을 마킹하기 위해 기 설정된 좌표 데이터에 따라 엑스(X) 방향으로 이동이 가능한 엑스 미러와 와이(Y) 방향으로 이동이 가능한 와이 미러를 구동하여 레이저 빔을 가공 대상물 표면에 조사하여 마킹하게 된다. 그리고, 상기 판별장치는 마킹위치를 판별하기 위해 스캔헤드에 의해 마킹된 가공 대상물 표면의 영상 데이터를 취득하고, 좌표 데이터를 추출하여 기 설정된 좌표 데이터와 상호비교하게 된다.In general, the laser marking system irradiates and evaporates or burns a laser beam on the surface of a workpiece made of a material such as semiconductor, automobile, steel, plastic, and wood, thereby marking the product number, model name, letters, or patterns. Equipment. The laser marking system includes a scan head and a discriminating device. The scanhead processes the laser beam by driving an X-mirror that can move in the X (X) direction and a Y-mirror that can move in the Y (Y) direction according to preset coordinate data to mark a specific area of the object to be processed. The surface of the object is irradiated and marked. In addition, the determination device acquires image data of the surface of the workpiece to be marked by the scan head to determine the marking position, extracts coordinate data, and compares the coordinate data with preset coordinate data.
그런데, 종래의 이러한 레이저 마킹 시스템에서는 장착된 판별장치가 스캔헤드에서 가공 대상물로 조사된 레이저 빔에 의해 파손되거나 가공 대상물의 마킹할영역을 가릴 수 있기 때문에 판별장치를 스캔헤드나 가공 대상물에 동축으로 장착할 수 없었으며, 실시간으로 가공 대상물을 관측할 수도 없는 문제점이 있었다.However, in the conventional laser marking system, the discriminating device is mounted coaxially with the scan head or the processing object because the mounted discrimination device may be damaged by the laser beam irradiated from the scan head to the processing object or may cover the area to be marked. It could not be mounted, there was a problem that can not observe the object in real time.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스캔헤드와 동축으로 가공 대상물의 마킹위치를 판별할 수 있는 장치를 장착하여스캔헤드와 판별장치의 기준좌표계를 일치시키며 아울러 실시간으로 가공 대상물을 관측하여 판별할 수 있는 레이저 마킹 시스템의 자동 마킹위치 판별장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and equipped with a device capable of determining the marking position of the object to be processed coaxially with the scan head to match the reference coordinate system of the scan head and the discriminating device while processing in real time It is an object of the present invention to provide an automatic marking position determination apparatus of a laser marking system capable of observing and discriminating an object.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스캔헤드를 이용하여 레이저로부터 출력된 레이저 빔을 가공 대상물에 조사하여 조사된 표면을 마킹하는 레이저 마킹 시스템에서 가공 대상물의 마킹위치를 판별할 수 있는 장치는, 가시광선을 이용하여 가공 대상물의 마킹위치를 관측하고 관측된 가공 대상물에 대한 영상 데이터를 취득하여 마킹위치를 판별할 수 있는 비젼 카메라; 상기 비젼 카메라로부터 입사된 가시광선을 반사시키는 전반사 미러; 및 상기 전반사 미러로부터 입사된 가시광선을 반사시키고 상기 스캔헤드로부터 조사된 레이저 빔을 투과시키는 콜드 미러를 포함하여 구성하되, 상기 스캔헤드와 비젼 카메라의 가공 대상물에 대한 기준좌표계가 일치되도록 상기 전반사 미러와 콜드 미러를 배치하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an apparatus capable of determining a marking position of a processing object in a laser marking system for marking an irradiated surface by irradiating a laser beam output from a laser to a processing object using a scanhead according to the present invention. The vision camera may observe the marking position of the object to be processed using visible light and obtain image data of the observed object to determine the marking position. A total reflection mirror reflecting visible light incident from the vision camera; And a cold mirror that reflects visible light incident from the total reflection mirror and transmits a laser beam radiated from the scan head, wherein the total reflection mirror is aligned so that a reference coordinate system of the scan head and the processing object of the vision camera coincides with each other. And a cold mirror.
이때, 상기 마킹위치 판별장치는, 상기 비젼 카메라가 가공 대상물의 관측위치를 이동시키거나 줌 업/다운시키면서 포커싱할 수 있도록 X-Y 스캐너를 상기 비젼 카메라와 전반사 미러 사이에 더 배치하여 바람직하게 실시할 수 있다.In this case, the marking position determining device may be preferably performed by further placing an XY scanner between the vision camera and the total reflection mirror so that the vision camera can focus while moving or zooming up or down the observation position of the object to be processed. have.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 저해상도 마킹위치 판별장치 개략도,1 is a schematic view of a preferred low resolution marking position determining apparatus according to the present invention;
도 2a는 반사의 원리를 나타내는 개념도,2A is a conceptual diagram illustrating the principle of reflection;
도 2b는 콜드 미러에 입사되는 광선의 입사각이 90°일때의 반사/투과 개념도,2B is a conceptual diagram of reflection / transmission when the incident angle of light rays incident on the cold mirror is 90 °;
도 2c는 콜드 미러에 입사되는 광선의 입사각이 45°일때의 반사/투과 개념도,FIG. 2C is a conceptual diagram of reflection / transmission when the incident angle of light rays incident on the cold mirror is 45 °; FIG.
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 고해상도 마킹위치 판별장치 개략도,3 is a schematic view of a preferred high resolution marking position determining apparatus according to the present invention;
도 4는 본 발명에 적용되는 멀티 태스킹 개념도이다.4 is a conceptual diagram of a multi-tasking applied to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 저해상도 마킹위치 판별장치110,310 : 스캔헤드100: low resolution marking position determination device 110, 310: scan head
120,320 : 비젼 카메라130,340 : 전반사 미러120,320: vision camera 130,340: total reflection mirror
140,350 : 콜드 미러150,360 : 가공 대상물140,350: cold mirror 150,360: object to be processed
300 : 고해상도 마키위치 판별장치330 : X-Y 스캐너300: High-resolution Marquee Positioning Device 330: X-Y Scanner
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 저해상도 마킹위치 판별장치 개략도로서, 비젼 카메라(120), 전반사 미러(130), 및 콜드(Cold) 미러(140)를 포함하여 구성된다. 이러한 판별장치(100)는 스캔헤드(110)에서 레이저 빔을 가공 대상물(150)로 조사하여 가공 대상물(150)을 마킹처리할 때 처리된 마킹위치를 관측하여 판별하게 된다.1 is a schematic view of a preferred low resolution marking position determining apparatus according to the present invention, which includes a vision camera 120, a total reflection mirror 130, and a cold mirror 140. The determination device 100 determines the marking position by observing the processed marking position when the scanning head 110 irradiates a laser beam to the object to be processed 150.
상기 비젼 카메라(120)는 가시광선을 이용하여 상기 가공 대상물(150)의 마킹위치를 관측하고 관측된 가공 대상물(150)에 대한 영상 데이터를 취득하여 마킹위치를 판별하는데, 일반적으로 CCD 카메라와 렌즈로 구성할 수 있다. 상기 가시광선은 전자기파 중에서 사람의 눈에 보이는 범위의 파장을 가지고 있는 것으로, 대체로 380∼770㎚ 범위이다.The vision camera 120 determines the marking position by observing the marking position of the object to be processed 150 using visible light and obtaining image data of the observed object 150. In general, a CCD camera and a lens are used. It can be configured as. The visible light has a wavelength in the visible range of the electromagnetic wave, and is generally in the range of 380 to 770 nm.
상기 전반사 미러(130)는 입사되는 가시광선을 모두 반사시키는 기능을 구비하여 상기 비젼 카메라(120)로부터 입사되는 가시광선을 반사시킬 수 있다. 그리고, 상기 콜드 미러(140)는 입사되는 가시광선은 반사시키고 적외선은 투과시키는 기능을 구비한다. 따라서, 상기 전반사 미러(130)로부터 입사되는 가시광선은 반사시키고, 상기 스캔헤드(110)로부터 입사되는 레이저 빔은 투과시킨다. 이때, 적외선은 가시광선보다 파장이 길며, 0.75μm~ 1mm 범위에 속하는 전자기파이고, 레이저 마킹 시스템에 사용되는 레이저 빔은 적외선 범위내의 파장이 쓰인다. 예컨대, 1,064nm 파장을 가진 Nd-YAG 레이저 빔이 사용될 수 있다.The total reflection mirror 130 may have a function of reflecting all incident visible light to reflect visible light incident from the vision camera 120. The cold mirror 140 has a function of reflecting incident visible light and transmitting infrared light. Accordingly, the visible light incident from the total reflection mirror 130 is reflected and the laser beam incident from the scan head 110 is transmitted. In this case, the infrared light has a longer wavelength than visible light, an electromagnetic wave belonging to a range of 0.75 μm to 1 mm, and a laser beam used in a laser marking system uses a wavelength within the infrared range. For example, an Nd-YAG laser beam with a 1,064 nm wavelength can be used.
한편, 본 발명에서는 상기 스캔헤드(110)와 비젼 카메라(120)의 기준좌표계가 일치되도록 상기 전반사 미러(130)와 콜드 미러(140)를 배치시켜야 한다. 바람직하게는 도 1과 같은 구조로 배치할 수 있는데, 먼저 본 발명의 이해를 돕기위해 도 2a~2c를 참조하여 반사와 관련된 일반적인 원리를 설명하기로 한다.Meanwhile, in the present invention, the total reflection mirror 130 and the cold mirror 140 should be disposed so that the reference coordinate system of the scan head 110 and the vision camera 120 coincide with each other. Preferably, it may be arranged in the same structure as in FIG. 1. First, a general principle related to reflection will be described with reference to FIGS. 2A to 2C to help understanding of the present invention.
도 2a는 반사의 원리를 나타내는 개념도로서, 입사광선의 입사각(θ1)은 반사광선의 반사각(θ2)과 동일함을 알 수 있고, 입사광선, 법선, 및 반사광선이 동일 평면상에 있음을 알 수 있다. 여기서의 법선은 두 물질의 경계면과 수직인 선을 의미하고, 입사각(θ1)은 입사광선과 법선이 이루는 각을 의미하며, 반사각(θ2)은 반사광선과 법선이 이루는 각을 의미한다.2A is a conceptual diagram illustrating the principle of reflection, in which the incident angle θ1 of the incident light beam is the same as the reflection angle θ2 of the reflected light beam, and the incident light, the normal line, and the reflected light beam are on the same plane. have. Here, the normal means a line perpendicular to the boundary between two materials, the incident angle θ1 means an angle formed by the incident light and a normal, and the reflection angle θ2 means an angle formed by the reflected light and the normal.
도 2b는 콜드 미러에 입사되는 광선의 입사각이 90°일때의 반사/투과 개념도로서, 광선의 입사각(θ1)과 반사각(θ2)이 동일함을 알 수 있다. 이때, 가시광선과 적외선이 입사(①)된다면 가시광선은 90°크기로 반사(②)되고, 적외선은 투과(③)됨을 알 수 있다. 도 2c는 콜드 미러에 입사되는 광선의 입사각이 45°일때의 반사/투과 개념도로서, 가시광선과 적외선이 입사(①)된다면 가시광선은 입사각(θ1)과 동일하게 45°크기로 반사(③)되고, 적외선은 투과(②)됨을 알 수있다.2B is a conceptual diagram of reflection / transmission when the incident angle of the light beam incident on the cold mirror is 90 °, and it can be seen that the incident angle θ1 and the reflection angle θ2 of the light beam are the same. In this case, if visible light and infrared rays are incident (①), it can be seen that visible light is reflected (②) at 90 ° size and infrared light is transmitted (③). FIG. 2C is a conceptual diagram of reflection / transmission when the incident angle of the light incident on the cold mirror is 45 °. If visible light and infrared light are incident (①), visible light is reflected (③) with 45 ° size equal to the incident angle (θ1). Infrared rays are transmitted (②).
다른 한편, 이러한 원리를 근거로 도 1을 참조하여 저해상도 마킹위치 판별장치(100)를 설명하기로 한다. 먼저, 상기 전반사 미러(130)가 상기 비젼 카메라(120)로부터 가시광선의 입사각(θ1)이 45°크기로 입사(①)되도록 배치되어, 반사각(θ2)이 45°크기로 반사(②)된다. 또한, 상기 콜드 미러(140)는 전반사 미러(130)로부터 반사(②)된 가시광선의 입사각(θ3)이 45°크기로 입사되고, 콜드 미러(140)를 통해 반사각(θ4)이 45°크기로 반사(③)되는 가시광선이 가상 대상물(150)을 조사하도록 배치된다. 이때, 도면에 나타난 것처럼 상기 스캔헤드(110)로부터 조사되는 레이저 빔은 상기 콜드 미러(140)를 투과(④)하여 가공 대상물(150)에 조사된다. 결과적으로, 이러한 구성을 통해 스캔헤드(110)와 비젼 카메라(120)의 가공 대상물(150)에 대한 기준좌표계가 일치되며, 아울러 가공 대상물(150)에 레이저 빔과 가시광선이 동축으로 조사된다.On the other hand, the low resolution marking position determination apparatus 100 will be described with reference to FIG. 1 based on this principle. First, the total reflection mirror 130 is disposed so that the incident angle θ1 of visible light is incident (①) at a 45 ° size from the vision camera 120, and the reflection angle θ2 is reflected at a 45 ° size (②). In addition, the cold mirror 140 has an incident angle θ3 of the visible light reflected from the total reflection mirror 130 at a angle of 45 ° and a reflection angle θ4 of the cold mirror 140 at a 45 ° size. Visible light reflected by (③) is disposed to irradiate the virtual object 150. At this time, as shown in the figure, the laser beam irradiated from the scan head 110 is transmitted through the cold mirror 140 (④) is irradiated to the processing object 150. As a result, the reference coordinate system for the processing object 150 of the scanhead 110 and the vision camera 120 coincides through this configuration, and the laser beam and the visible light are irradiated coaxially to the processing object 150.
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 고해상도 마킹위치 판별장치 개략도로서, 비젼 카메라(320), X-Y 스캐너(330), 전반사 미러(340), 및 콜드 미러(350)를 포함하여 구성된다. 이러한 판별장치(300)는 비젼 카메라(320)와 전반사 미러(340) 사이에 비젼 카메라(320)가 가공 대상물(360)의 관측위치를 이동시키거나 줌 업/다운시키면서 포커싱 할 수 있는 X-Y 스캐너(330)를 더 구비함으로서 고해상도로 마킹위치를 관측하여 판별할 수 있다.3 is a schematic diagram of a preferred high resolution marking position determining apparatus according to the present invention, which includes a vision camera 320, an X-Y scanner 330, a total reflection mirror 340, and a cold mirror 350. The determination device 300 is an XY scanner which allows the vision camera 320 to focus while moving or zooming up / down the observation position of the object to be processed 360 between the vision camera 320 and the total reflection mirror 340. By further comprising 330 can be determined by observing the marking position in high resolution.
한편, 저해상도, 또는 고해상도 마킹위치 판별장치(100,300)는 콜드미러(140,350)에 광선이 입사되는 것을 방해할 수 있는 먼지나 분진을 제거할 필요성이 있는데 바람을 불어서 먼지나 분진을 없애는 에어 브로우(Air blow) 수단이나 공기에 이온을 주입시켜 먼지나 분진을 정화시킬 수 있는 아이어나이저(Ionizer)를 더 구비하는 것이 바람직하다.On the other hand, the low resolution or high resolution marking position determination device (100,300) need to remove the dust or dust that can interfere with the light incident on the cold mirror (140,350), but blows the air to remove dust or dust (Air It is preferable to further provide an ionizer capable of purifying dust or dust by injecting ions into the blow means or air.
도 4는 본 발명에 적용되는 멀티 태스킹 개념도로서, 가공 대상물 1,2,3과 같이 다수의 가상 대상물이 놓여 있을 경우에 비젼 카메라가 다수의 가공 대상물의 마킹위치를 동시에 관측하여 판별하는 개념을 나타낸다. 즉, 여러개의 가공 대상물을 기 설정된 공정에 따라 순차적으로 동시에 진행한다. 세로축은 동시에 처리하고자 하는 가공 대상물의 수를 의미하고 가로축은 시간별로 처리할 공정을 의미한다. Pre-Vision은 비젼 카메라에서 가공 대상물의 위치를 판별하는 공정이고, Marking Process는 스켄헤드에서 마킹을 실시하는 공정이며, Post-Vision은 이러한 공정을 진행하면서 발생된 에러를 검출하는 공정이다. Pre-Vision, Marking Process, Post-Vision 각각은 하나의 프로세스 단위를 의미하며, 이러한 프로세스가 모두 처리될 때 마킹작업이 완성되게 된다.4 is a conceptual diagram of a multi-tasking applied to the present invention, in which a vision camera observes and discriminates the marking positions of a plurality of processing objects simultaneously when a plurality of virtual objects are placed, such as the processing objects 1, 2 and 3. . That is, the plurality of objects to be processed are sequentially processed simultaneously in accordance with a predetermined process. The vertical axis represents the number of objects to be processed simultaneously and the horizontal axis represents the process to be processed by time. Pre-Vision is the process of determining the position of the object to be processed in the vision camera, Marking Process is the process of marking at the scan head, and Post-Vision is the process of detecting errors generated during this process. Pre-Vision, Marking Process, and Post-Vision each represent one process unit. When all these processes are processed, marking is completed.
도면을 참조하면, 가공 대상물1에 대한 Pre-Vision 공정을 처리한 후에 가공 대상물1에 대한 Marking Process 공정과 가공 대상물2에 대한 Pre-Vision 공정을 동시에 처리한다. 또한, 가공 대상물1에 대한 Post-Vision 공정, 가공 대상물2에 대한 Marking Process 공정, 및 가공 대상물3에 대한 Pre-Vision 공정을 동시에 처리하게 된다.Referring to the drawings, after the pre-vision process for the object 1 is processed, the Marking Process process for the object 1 and the Pre-Vision process for the object 2 is processed at the same time. In addition, the Post-Vision process for the object 1, the Marking Process process for the object 2, and the Pre-Vision process for the object 3 will be processed at the same time.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명은 레이저 마킹 시스템에서 가공 대상물의 마킹위치를 판별할 수 있는 장치에 관련된 분야에 다양하게 활용하거나 응용할 수 있다.The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the present invention can be variously applied or applied to a field related to an apparatus capable of determining a marking position of a workpiece in a laser marking system.
본 발명에 따르면, 스캔헤드와 마킹위치를 관측하는 비젼 카메라의 기준좌표계를 일치시킴으로써 가공 대상물의 마킹할 벡터좌표의 변형(이동, 회전, 확대, 축소 등)을 자동화 시킬 수 있다. 또한, 가공 대상물에 대한 수직방향의 영상 데이터를 취득할 수 있어서 실시간의 화상처리가 가능하다.According to the present invention, it is possible to automate the deformation (movement, rotation, enlargement, reduction, etc.) of the vector coordinate to be marked of the workpiece by matching the reference coordinate system of the vision camera for observing the scanning head and the marking position. In addition, the image data in the vertical direction with respect to the object to be processed can be obtained, thereby enabling real-time image processing.
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