KR20110096699A

KR20110096699A - Laser slotting apparatus with an auto-focusing laser beam

Info

Publication number: KR20110096699A
Application number: KR1020100016075A
Authority: KR
Inventors: 이세용
Original assignee: 이세용
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-08-31
Also published as: KR101209360B1

Abstract

본 발명은 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치에 관한 것으로, 지지 골격으로서 외부 몸체를 이루는 프레임; 상기 프레임의 피절단재 입출력측 및 그 사이에 연속으로 장착되어 상기 입력측에서 투입된 상기 피절단재를 절단측으로 이송하여 절단한 뒤 상기 출력측으로 배출하도록 되어 있는 출납이송기; 상기 프레임의 일측에 장착되어 상기 피절단재의 절단에 사용되는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기; 상기 입력측에서 투입되는 상기 피절단재에 인접하도록 상기 프레임 상에 설치되어 상기 레이저빔 발생기로부터 전달되는 상기 레이저빔에 의해 상기 피절단재를 절단하는 집광헤드; 및 상기 집광헤드에 대한 상기 피절단재의 수직방향 변위에 따라 상기 집광헤드를 수직하게 동작시킴으로써 상기 피절단재의 변위를 실시간으로 보상하도록 되어 있는 자동초점조절기;로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이러한 구성에 따르면 피절단재의 수직방향 변위를 변위센서에 의해 감지하고, 감지된 변위값에 따라 작동부에 의해 레이저 집광헤드 수직방향으로 동작시키는 자동초점조절기를 통하여 피절단재의 변위값을 실시간으로 자동 보상할 수 있게 되므로 레이저빔에 의해 절단되는 피절단재의 절단 품질을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.The present invention relates to a laser cutting device in which the focus of a laser beam is automatically adjusted, the frame comprising an outer body as a support skeleton; A cashier / conveyor, which is continuously mounted between the input and output sides of the cut material of the frame, and is configured to transfer the cut material introduced from the input side to the cutting side, cut it, and discharge it to the output side; A laser beam generator mounted on one side of the frame to generate a laser beam used to cut the cut material; A condensing head installed on the frame so as to be adjacent to the cut material introduced from the input side and cutting the cut material by the laser beam transmitted from the laser beam generator; And an autofocus controller configured to compensate the displacement of the cutting material in real time by operating the light collecting head vertically according to the vertical displacement of the cutting material with respect to the light collecting head. The displacement sensor detects the vertical displacement of the cutting material by the displacement sensor and automatically compensates the displacement value of the cutting material in real time through an auto focus controller that operates the laser focusing head in the vertical direction according to the detected displacement value. Therefore, the cutting quality of the cutting material cut by the laser beam can be greatly improved.

Description

레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치{laser slotting apparatus with an auto-focusing laser beam}Laser slotting apparatus with an auto-focusing laser beam

본 발명은 레이저 절단장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LCD 편광필름과 같은 피절단재를 레이저빔을 이용해 절단함에 있어 레이저빔이 조사되는 집광헤드의 위치를 진동 등으로 인해 발생하는 피절단재의 수직방향 변위에 따라 실시간으로 조절할 수 있도록 한 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser cutting device, and more particularly, in the cutting of a cutting material such as an LCD polarizing film using a laser beam, the vertical cutting of the cutting material generated due to vibration, etc. The present invention relates to a laser cutting device in which the focus of a laser beam is automatically adjusted to be adjusted in real time according to a direction displacement.

일반적으로, 레이저를 이용한 가공장치는 레이저 공급원에서 발생된 레이저 빔을 집광하여 금속재료 등 가공 대상물을 가공하도록 되어 있으며, 특히 필름 등 열에 약하고 정밀 가공이 필요한 필름 등과 같은 재료를 절단하는데 널리 이용된다.In general, a processing apparatus using a laser is to collect a laser beam generated from a laser source to process a processing object such as a metal material, and is widely used to cut a material such as a film that is weak to heat such as a film and requires precise processing.

최근 들어 이와 같이 레이저빔을 이용하여 LCD 편광필름을 절단하는 장치가 속속 개발되고 있는 바, 이 장치는 보호필름, 보호층(TAC), 편광자(PVA), 보호층(TAC), 접착제, 릴리스필름을 조합하여 구성되는 LCD 편광필름을 절단하는 데 널리 사용되는데, 이러한 LCD 편광필름 절단공정은 종전에는 목형 절단방식이 적용되어 왔던 바, 이 방식은 정해진 절단 공간의 틀 안에 다양한 종류의 칼날을 배치하여 이용하는 절단방식으로서, 고속 가공을 할 수 있다는 장점으로 인해 소형 LCD패널을 다량으로 제작하는데 적합한 방식으로 알려져 있다.Recently, a device for cutting an LCD polarizing film using a laser beam has been developed one after another. The device includes a protective film, a protective layer (TAC), a polarizer (PVA), a protective layer (TAC), an adhesive, and a release film. It is widely used to cut the LCD polarizing film composed of a combination of these, the LCD polarizing film cutting process has been applied to the wooden cutting method in the past, this method is to place a variety of blades in the frame of a predetermined cutting space As a cutting method to be used, it is known as a suitable method for manufacturing a large amount of small LCD panel due to the advantage of high speed processing.

그러나, LCD가 점차 대형화되고, 단가 경쟁이 가속화되면서 대형의 목형을 제작하는데 따른 어려움, 고분자 필름의 이종접합구조로 인해 절단면에 버나 크랙이 발생하는 절단면 품질저하, 연삭 및 세정공정 등의 추가로 인한 생산 비용의 증가 등 기계적 가공방식의 한계상황이 나타나고 있었다. However, due to the increasing size of LCDs and the increasing price competition, it is difficult to produce large wooden dies, due to the deterioration of the quality of the cutting surface where burrs or cracks occur due to the heterojunction of polymer film, and the addition of grinding and cleaning processes. Limitations of mechanical processing methods, such as increased production costs, have emerged.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 대안으로 비접촉, 클린 가공이 가능한 레이저를 이용하는 LCD 편광필름 커팅 및 슬리팅 장비가 제안된 바 있으나, 그런데 이와 같은 레이저 커팅장비들은 이송 중 발생하는 진동 등으로 인해 피절단재인 필름이 상하로 수직하게 요동칠 때 필름 표면에 조사되는 레이저빔의 초점이 어긋나는 것을 막을 수 없으므로 필름의 절단면 품질이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.Therefore, LCD polarizing film cutting and slitting equipment using a laser capable of non-contact and clean processing has been proposed as an alternative to solve this problem. However, such laser cutting equipment is a cutting material due to vibration generated during transfer. When the film is vertically oscillated vertically and downward, the laser beam irradiated onto the surface of the film cannot be prevented from being shifted out of focus. Therefore, the quality of the cut surface of the film is greatly reduced.

한편, 도 1에 도시된 것처럼 레이저빔 발생기(101)에서 발생된 레이저빔을 광학계(103)에 의해 균일화하여 절단 가공에 필요한 최적의 레이저빔(105)을 형성함으로써, 필름과 같은 피절단재(107)의 열손상을 줄이고, 절단면의 형상을 평탄하고 균일하게 하여 단면 품질을 높일 수 있는 레이저 절단장치가 국내 출원 제10-2008-68437호로 제안된 바 있으나, 이때의 광학계(103)에 의한 레이저빔 초점 조절은 진동 등으로 인한 피절단재(107)의 수직방향 변위를 실시간으로 보상하는 동작은 아닌 바, 이 절단장치는 여전히 피절단재(107)가 상하로 진동할 때 피절단재(107) 표면에 조사되는 레이저빔의 초점을 실시간으로 자동 조절할 수 없으므로, 진동 변위로 인해 피절단재(107)의 가공 즉, 절단 품질이 저하되는 것을 피할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the laser beam generated by the laser beam generator 101 is homogenized by the optical system 103 to form an optimal laser beam 105 necessary for cutting, thereby forming a cut material such as a film ( 107) has been proposed in the domestic application No. 10-2008-68437 to reduce the thermal damage, to improve the cross-sectional quality by making the shape of the cutting plane flat and uniform, the laser by the optical system 103 at this time The beam focusing adjustment is not an operation of compensating the vertical displacement of the cutting material 107 due to vibration in real time, and the cutting device still has the cutting material 107 when the cutting material 107 vibrates up and down. Since the focus of the laser beam irradiated onto the surface cannot be automatically adjusted in real time, the machining of the cutting material 107 due to the vibration displacement, that is, the cutting quality has a problem that cannot be avoided.

본 발명은 위와 같은 종래의 레이저 절단장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, LCD 편광필름과 같은 피절단재를 레이저빔에 의해 절단하고자 할 때 레이저빔이 조사되는 집광헤드를 연속적으로 이송되어 오는 피절단재의 수직방향 변위와 연동시켜 실시간으로 이동시킴으로써, 이송 중 발생하는 진동 등으로 인해 피절단재가 상하로 요동하더라도 피절단재 표면에 조사되는 레이저빔의 초점이 자동적으로 조절되도록 하여 피절단재의 절단 품질을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems of the conventional laser cutting device as described above, when the cutting material such as LCD polarizing film to be cut by the laser beam is continuously conveyed to the light collecting head irradiated with the laser beam By moving in real time in conjunction with the vertical displacement of the cutting material, the focus of the laser beam irradiated on the surface of the cutting material is automatically adjusted even if the cutting material fluctuates up and down due to vibration generated during transfer. The aim is to improve quality.

위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 지지 골격으로서 외부 몸체를 이루는 프레임; 상기 프레임의 피절단재 입출력측 및 그 사이에 연속으로 장착되어 상기 입력측에서 투입된 상기 피절단재를 절단측으로 이송하여 절단한 뒤 상기 출력측으로 배출하도록 되어 있는 출납이송기; 상기 프레임의 일측에 장착되어 상기 피절단재의 절단에 사용되는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기; 상기 입력측에서 투입되는 상기 피절단재에 인접하도록 상기 프레임 상에 설치되어 상기 레이저빔 발생기로부터 전달되는 상기 레이저빔에 의해 상기 피절단재를 절단하는 집광헤드; 및 상기 집광헤드에 대한 상기 피절단재의 수직방향 변위에 따라 상기 집광헤드를 수직하게 동작시킴으로써 상기 피절단재의 변위를 실시간으로 보상하도록 되어 있는 자동초점조절기;로 이루어지는 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치를 제공한다.The present invention to achieve the above object is a frame forming an outer body as a support skeleton; A cashier / conveyor, which is continuously mounted between the input and output sides of the cut material of the frame, and is configured to transfer the cut material introduced from the input side to the cutting side, cut it, and discharge it to the output side; A laser beam generator mounted on one side of the frame to generate a laser beam used to cut the cut material; A condensing head installed on the frame so as to be adjacent to the cut material introduced from the input side and cutting the cut material by the laser beam transmitted from the laser beam generator; And an automatic focus controller configured to compensate the displacement of the cutting material in real time by operating the light collecting head vertically according to the vertical displacement of the cutting material with respect to the light collecting head. Provided is a laser cutting device.

또한, 상기 자동초점조절기는, 상기 집광헤드에 일체로 형성되어 상기 집광헤드에 대한 상기 피절단재의 수직방향 변위를 실시간으로 감지하도록 되어 있는 변위센서; 상기 변위센서에 의해 감지되는 상기 피절단재의 변위에 따라 상기 집광헤드의 동작을 실시간으로 제어하는 동작제어부; 및 상기 프레임과 상기 집광헤드 사이에 장착되어 상기 동작제어부에서 전달되는 제어 명령에 따라 동작됨으로써 상기 집광헤드를 수직방향으로 이동시키도록 되어 있는 작동부;로 이루어지는 것이 바람직하다.The automatic focus controller may include: a displacement sensor formed integrally with the condensing head and configured to detect a vertical displacement of the cutting material with respect to the condensing head in real time; An operation control unit for controlling the operation of the condensing head in real time according to the displacement of the cutting material detected by the displacement sensor; And an operating unit mounted between the frame and the light collecting head and operated according to a control command transmitted from the operation control unit to move the light collecting head in a vertical direction.

또한, 상기 작동부는 초음파모터, AC서보모터, 리니어모터, 또는 스텝모터 중 어느 하나를 구동수단으로 포함하고 있는 것이 바람직하다.In addition, the operation unit preferably includes any one of an ultrasonic motor, an AC servo motor, a linear motor, or a step motor as a driving means.

본 발명에 따른 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치에 의하면, 집광헤드에서 조사된 레이저빔에 의해 절단되는 피절단재의 수직방향 변위를 변위센서에 의해 감지하고, 그 감지된 변위값에 따라 실시간으로 집광헤드를 연동시킬 수 있게 되므로, 절단을 위해 이송되는 피절단재가 이송 중 발생하는 진동 등으로 인해 수직방향으로 즉, 상하로 요동하더라도 요동으로 인한 피절단재의 변위값이 즉각 보상되고 이에 따라 피절단재 표면에 조사되는 레이저빔의 초점이 자동적으로 조절되기 때문에, 집광헤드와 피절단재 사이의 거리가 항상 일정하게 유지되어 레이저빔의 초점 이탈로 인한 절단 불량 없이 피절단재를 절단할 수 있게 되며, 따라서 피절단재의 절단 품질을 대폭적으로 향상시킬 수 있게 된다.According to the laser cutting device in which the focus of the laser beam is automatically adjusted according to the present invention, the vertical displacement of the cutting material cut by the laser beam irradiated from the focusing head is detected by a displacement sensor, Therefore, the light collecting head can be interlocked in real time, so that the displacement value of the cutting material due to rocking is compensated immediately even if the cutting material being transported for cutting is oscillated vertically, i.e., up and down due to vibration generated during transport. Therefore, since the focus of the laser beam irradiated onto the surface of the cutting material is automatically adjusted, the distance between the condensing head and the cutting material is always kept constant so that the cutting material can be cut without cutting defects caused by the laser beam being out of focus. Thus, the cutting quality of the cutting material can be greatly improved.

또한, 피절단재의 변위값에 연동하여 집광헤드를 수직방향으로 이동시키는 작동부로서 초음파모터 등을 이용하므로, 피절단재의 변위에 따라 연동하는 집광헤드의 이동 응답성을 높일 수 있게 되어 집광헤드의 동작지연으로 인한 절단 품질 저하를 최소화할 수 있게 된다.In addition, since an ultrasonic motor or the like is used as an operation unit for moving the light collecting head in the vertical direction in association with the displacement value of the cutting material, the moving responsiveness of the light collecting head to be interlocked according to the displacement of the cutting material can be improved. It is possible to minimize the deterioration of cutting quality due to the operation delay.

도 1은 종래의 레이저 절단장치의 절단팁 부분을 개략 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치의 개략 정면도.
도 3은 도 2에 도시된 출납이송기의 절단측을 상세 도시한 측면도.
도 4는 본 발명의 자동초점조절기에 의한 레이저빔 자동초점조절 과정을 보인 블록도.
도 5는 본 발명의 집광헤드가 피절단재의 변위에 따라 자동초점조절기에 의해 자동으로 레이저빔의 초점을 조절하게 되는 상태를 보인 개략도.
도 6은 도 5에 도시된 집광헤드와 자동초점조절기 부분을 상세 도시한 사시도.
도 7은 200㎛의 피절단재 변위에 대해 집광헤드를 10단계로 나누어 조작할 때 조작값이 목표값에 추종하는 반응속도를 보이기 위한 그래프.
도 8은 도 7의 상단값을 상세 도시한 그래프.1 is a view schematically showing a cutting tip portion of a conventional laser cutting device.
2 is a schematic front view of a laser cutting device in which the focus of the laser is automatically adjusted according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 3 is a side view showing in detail the cutting side of the cashier and the transfer machine shown in FIG.
Figure 4 is a block diagram showing a laser beam autofocus control process by the autofocus controller of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram showing a state in which the focusing head of the present invention to automatically adjust the focus of the laser beam by the autofocus controller in accordance with the displacement of the cutting material.
6 is a perspective view showing in detail the light collecting head and the autofocus regulator shown in FIG.
FIG. 7 is a graph for showing a reaction rate at which an operation value follows a target value when the light collecting head is operated by dividing the cutting head into 10 steps for a displacement of the cutting material of 200 μm. FIG.
8 is a graph showing the upper value of FIG. 7 in detail.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, a laser cutting apparatus for automatically adjusting the focus of a laser according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 레이저 절단장치는 도 2에 도면부호 1로 개략적으로 도시된 바와 같이, 크게 프레임(3), 출납이송기(5), 레이저빔 발생기(7), 집광헤드(9), 및 자동초점조절기(11)로 이루어지는 바, 이들 구성요소를 아래에 상세히 설명한다.The laser cutting device of the present invention, as schematically shown by reference numeral 1 in Fig. 2, is largely frame 3, cashier 5, laser beam generator 7, condensing head 9, and autofocus. Consists of a regulator 11, these components are described in detail below.

상기 프레임(3)은 도 2 및 도 3에 부분적으로 도시된 것처럼 본 발명에 따른 레이저 절단장치(1)의 외부 몸체를 이루는 부분으로서 지지 골격을 형성하고 있는 바, 절단 대상물인 예컨대, LCD 편광필름과 같은 피절단재(10)를 가공하는 전체 공정의 일부분으로서 공정라인 상에 배치된다.The frame 3 forms a supporting skeleton as a part of the outer body of the laser cutting device 1 according to the present invention, as shown in part in FIGS. 2 and 3. It is disposed on the process line as part of the overall process for processing the cutting material 10, such as.

상기 출납이송기(5)는 피절단재(10)를 투입, 이송, 배출하는 부분으로서, 프레임(3)의 입력측(21)에 절단할 피절단재(10)를 예컨대, 롤 형태로 배치하는 한편, 프레임(3) 출력측(22)에 절단된 피절단재(10)를 마찬가지로 롤 형태로 배치하며, 이렇게 배치된 피절단재(10)를 입력측(21)에서 절단용 집광헤드(9)와 인접한 절단측(23)을 거쳐 출력측(22)으로 배출시킨다.The cashier and feeder 5 is a part for inserting, transporting, and discharging the cutting material 10, and disposing the cutting material 10 to be cut on the input side 21 of the frame 3, for example, in a roll shape. On the other hand, the cutting material 10 cut | disconnected on the output side 22 of the frame 3 is similarly arrange | positioned in roll shape, and the cutting material 10 arrange | positioned in this way is carried out at the input side 21, and the condensing head 9 for cutting is carried out. It is discharged to the output side 22 via the adjacent cutting side 23.

이를 위해, 출납이송기(5)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 입력측(21)으로부터 절단측(23)을 거쳐 출력측(22)까지 피절단재(10)의 이송경로를 따라 프레임(3) 상 임의의 위치에 복수의 이송롤(25)이 설치되는 바, 도 2에 도시된 전체 이송롤(25)은 단순화된 하나의 예로서, 도시된 이외에도 다양한 형태로 배열될 수 있다. 이에 따라 투입롤(27)에 감겨 있는 피절단재(10)는 차례로 풀려 절단측(23)의 집광헤드(9)를 통과하면서 길이방향으로 절단된 뒤 수납릴(28)에 감겨 다시 롤 형태로 보관되는데 이때, 피절단재(10)의 절단부위가 한 줄일 경우 수납릴(28)은 두 개가 필요하게 된다. To this end, the cashier and feeder 5 is framed along the transport path of the cutting material 10 from the input side 21 to the output side 22 via the cutting side 23, as shown in Figs. (3) As a plurality of feed rolls 25 are installed at any position on the bar, the entire feed roll 25 shown in FIG. 2 may be arranged in various forms in addition to the illustrated one as a simplified example. Accordingly, the to-be-cut material 10 wound on the feed roll 27 is unwound in turn and cut in the longitudinal direction while passing through the condensing head 9 on the cutting side 23, and then wound on the storage reel 28 to be rolled again. In this case, when the cut portion of the cutting material 10 is reduced by one, two storage reels 28 are required.

상기 레이저빔 발생기(7)는 피절단재(10)의 절단에 사용되는 레이저빔을 발생시켜 집광헤드(9)에 공급하는 부분으로, 도 2, 도 3, 및 도 5에 도시된 바와 같이 가동테이블(31)의 상단 일측에 장착되는 바, 도 2에 도시된 것처럼 한 쌍의 레일(29)을 따라 횡방향으로 즉, 피절단재(10)의 이송방향과 직각으로 이동하는 가동테이블(31)을 통해 프레임(3) 위에 이동 가능하게 장착되며, 그 내부 구성은 일반적인 레이저빔 발생기와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. The laser beam generator 7 generates a laser beam used to cut the cutting material 10 and supplies the laser beam generator to the condensing head 9, which is movable as shown in FIGS. 2, 3, and 5. As shown in FIG. 2, the movable table 31 moves horizontally along the pair of rails 29, that is, at right angles to the conveying direction of the cutting material 10, as shown in FIG. 2. It is mounted on the frame 3 so as to be movable, and its internal configuration is the same as that of a general laser beam generator, and thus a detailed description thereof will be omitted.

상기 집광헤드(9)는 레이저빔 발생기(7)에서 공급된 레이저빔을 피절단재(10)에 조사하여 이를 절단하는 수단으로, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 가동테이블(31)을 통해 프레임(3) 일측에 장착되는 바, 가동브래킷(49)을 통해 가동테이블(31) 상류측 단에 피절단재(10)를 횡단하는 방향으로 이동 가능하게 설치됨으로써, 가동테이블(31)에 대해 상대 이동이 가능할 뿐 아니라, 다른 집광헤드(9)에 대해서도 상대 이동이 가능하도록 되어 있다. 또한, 도 3에 도시된 것처럼 프레임(3)의 피절단재(10) 절단측(23)에서 피절단재(10) 위쪽에 인접하도록 배치되므로, 레이저빔 발생기(7)에서 발생해 반사경(33)에 의해 반사된 레이저빔을 집광하여 피절단재(10)에 조사함으로써 피절단재(10)를 절단하게 된다.The condensing head 9 is a means for irradiating the cutting material 10 with the laser beam supplied from the laser beam generator 7 and cutting it. The movable table 31 is shown in FIGS. 3 and 5. Bar is mounted on one side of the frame 3, the movable bracket 49 is installed on the movable table 31 at an upstream end of the movable table 31 so as to be movable in a direction crossing the cutting material 10, thereby allowing the movable table 31 to move. Relative movement is possible, and relative movement is also possible with respect to the other condensing head 9. Further, as shown in FIG. 3, since the cutting member 10 of the frame 3 is disposed adjacent to the upper portion of the cutting member 10, the laser beam generator 7 generates the reflector 33. The to-be-cut material 10 is cut | disconnected by concentrating and irradiating the to-be-cut material 10 by the laser beam reflected by the ().

이때, 집광헤드(9)는 도 3에서 알 수 있듯이 하나 이상 복수개로 구비될 수 있는 바, 이는 절단측(23)으로 이송되어 오는 피절단재(10)를 길이방향으로 즉, 피절단재(10)의 이송방향과 같은 방향으로 길게 절단하여 한 번의 공정으로 한 줄의 피절단재(10)를 두 줄로 가르기 위함이며, 이때 도 3에 도시된 3개의 집광헤드(9) 중 좌우 양단의 집광헤드(9)는 중간에 있는 집광헤드(9)에 의해 둘로 나누어지는 피절단재(10)의 좌우변을 트리밍하는 데 사용된다. At this time, as shown in FIG. 3, the light collecting head 9 may be provided in one or more pieces, which means that the cutting material 10 which is transferred to the cutting side 23 in the longitudinal direction, that is, the cutting material ( In order to cut the cutting material 10 of one row into two lines in one process by cutting in the same direction as the conveying direction of 10), in which case the two light collecting heads 9 shown in FIG. The head 9 is used to trim the left and right sides of the cutting material 10 divided in two by the condensing head 9 in the middle.

상기 자동초점조절기(11)는 가동테이블(31) 즉, 가동브래킷(49)에 대해 집광헤드(9)를 수직방향으로 즉, 상하로 상대 이동시키는 부분으로서, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 프레임(3) 즉, 가동테이블(31)과 집광헤드(9) 사이에 구비되는 바, 피절단재(10)가 내외적인 요인으로 인해 수직방향으로 변위를 일으킨 때 이 변위에 따라 실시간으로 집광헤드(9)의 수직방향 위치 즉, 높이를 변화시킴으로써 집광헤드(9)에서 피절단재(10) 위로 조사되는 레이저빔의 초점을 자동적으로 맞추는 역할을 한다.The auto focus controller 11 is a portion for moving the light collecting head 9 vertically, that is, up and down relative to the movable table 31, that is, the movable bracket 49, as shown in FIGS. 3 and 5. Likewise, the frame 3, that is, provided between the movable table 31 and the light collecting head 9, when the cutting material 10 causes displacement in the vertical direction due to internal and external factors, condensing in real time according to this displacement. By changing the vertical position of the head 9, that is, the height, it serves to automatically focus the laser beam irradiated from the light collecting head 9 onto the cutting material 10.

이를 위해 자동초점조절기(11)는 다시 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 변위센서(13), 동작제어부(15), 및 작동부(17)로 이루어지는 바, 이들 각 구성을 보다 상세히 설명하면 아래와 같다.To this end, as shown in FIGS. 5 and 6, the autofocus controller 11 is composed of a displacement sensor 13, an operation control unit 15, and an operation unit 17, which will be described in more detail. If it is as follows.

상기 변위센서(13)는 집광헤드(9)에 대한 피절단재(10)의 수직방향 변위를 실시간으로 감지하는 수단으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 집광헤드(9)와 연동하도록 집광헤드(9) 표면 일측에 부착되는 바, 현재 피절단재(10)까지의 거리를 측정하여 기측정된 기준위치(P)까지의 표준거리와 비교함으로써 피절단재(10)의 변위를 실시간으로 감지하도록 되어 있다. 즉, 변위센서(13)에 의해 도 5에 도시된 것처럼 피절단재(10)까지의 거리가 기준위치(P)까지의 거리보다 짧아진 것으로 감지되면 동작제어부(15)는 그 짧아진 거리만큼 피절단재(10)가 위로 올라온 것으로 판단하고, 반대로 길어진 것으로 감지되면 그 길어진 거리만큼 피절단재(10)가 아래로 내려간 것으로 판단한다.The displacement sensor 13 is a means for detecting the vertical displacement of the cutting material 10 with respect to the light collecting head 9 in real time, and as shown in FIGS. 5 and 6 to interlock with the light collecting head 9. It is attached to one side of the condensing head 9, and measures the distance to the current cutting material 10 and compares it with the standard distance to the measured reference position P to measure the displacement of the cutting material 10 in real time. It is supposed to detect. That is, when it is detected by the displacement sensor 13 that the distance to the cutting material 10 is shorter than the distance to the reference position P, as shown in FIG. 5, the operation control unit 15 performs the shorter distance. It is determined that the cutting material 10 is raised upwards, and if it is detected that the cutting material 10 is longer, the cutting material 10 is determined to be lowered by the length of the cutting material 10.

상기 동작제어부(15)는 위와 같이 변위센서(13)에 의해 감지된 피절단재(10)의 수직방향 변위에 따라 실시간으로 집광헤드(9)를 상하 동작하도록 제어하는 부분으로, 프레임(3) 위 임의의 임치에 설치되는 바, 집광헤드(9)의 수직방향 동작을 제어하는 일종의 모션 컨트롤러 역할을 한다. 이를 위해, 도 4에 도시된 것처럼 집광헤드(9)의 동작명령을 발생시키는 신호발생부(35)와 변위센서(13)에서 전달된 거리보상 신호의 응답성을 높이는 PID제어부(37)를 포함하고 있으며, 제어패널 등과 같은 유저인터페이스(39)를 통해 입력되는 제어값에 따라 집광헤드(9)의 초기위치 및 대기위치 설정, 집광헤드(9)에 대한 자동보상의 시작과 정지, 집광헤드(9)의 동작에러와 임계위치 감지 등의 역할을 한다.The motion controller 15 is a part for controlling the light collecting head 9 to be operated up and down in real time according to the vertical displacement of the cutting material 10 detected by the displacement sensor 13 as described above. The bar is installed in any of the above, it serves as a kind of motion controller for controlling the vertical operation of the light collecting head (9). To this end, as illustrated in FIG. 4, a signal generator 35 generating an operation command of the light collecting head 9 and a PID controller 37 for increasing the responsiveness of the distance compensation signal transmitted from the displacement sensor 13 are included. In accordance with the control value input through the user interface 39, such as a control panel, setting the initial position and the standby position of the condensing head 9, the start and stop of automatic compensation for the condensing head 9, the condensing head ( 9) It acts as an operation error and critical position detection.

상기 작동부(17)는 위와 같이 동작제어부(15)의 명령에 따라 집광헤드(9)를 수직방향으로 이동시키는 부분으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 프레임(3) 즉, 가동테이블(31)의 가동브래킷(49)과 집광헤드(9) 사이에 장착되어 집광헤드(9)를 가동테이블(31) 일측 즉, 상류측 모서리 부분에 수직 이동 가능하게 장착되도록 한다. 따라서, 작동부(17)는 상기 동작제어부(15)로부터의 제어 명령에 따라 집광헤드(9)를 실시간으로 수직하게 이동시키게 되는 바, 이때 작동부(17)로는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 초음파모터를 포함한 다양한 형태의 구동수단이 채용될 수 있을 뿐 아니라, 초음파모터 이외에도 집광헤드(9)의 변위에 대한 피드백이 가능한 AC서보모터, 리니어모터, 또는 스텝모터 등이 작동부(17)의 구동수단으로 채용될 수 있다.The operation unit 17 is a portion for moving the light collecting head 9 in the vertical direction according to the command of the operation control unit 15 as described above, as shown in Figs. It is mounted between the movable bracket 49 and the condensing head 9 of 31 so as to allow the condensing head 9 to be vertically movable on one side of the movable table 31, that is, the upstream edge portion. Therefore, the operating unit 17 moves the light collecting head 9 vertically in real time according to a control command from the operation control unit 15, in which case the operating unit 17 is illustrated in FIGS. 5 and 6. As described above, various types of driving means, including an ultrasonic motor, may be employed. In addition to the ultrasonic motor, an AC servo motor, a linear motor, a step motor, or the like, capable of feeding back the displacement of the condensing head 9, may be operated. Can be employed as a driving means.

한편, 초음파모터를 구동수단으로 채용하고 있는 본 실시예에 따른 작동부(17)는 도 6에 보다 상세히 도시된 것처럼 기판(41), 고정판(43), 이동판(45), 그리고 상하 한 쌍의 초음파모터(47)로 이루어지는 바, 여기에서 기판(41)은 도 5에 도시된 바와 같이 가동브래킷(49)을 통해 가동테이블(31)의 일단에 고정되어 작동부(17)가 피절단재(10)를 횡단하는 방향으로 이동할 수 있도록 한다. 또한, 고정판(43)은 기판(41)의 일측에 부착되어 이동판(45)의 수직방향운동을 안내하는 역할을 하며, 고정판(43) 위쪽에 포개져 안내되는 이동판(45)은 초음파모터(47)에 의해 수직방향으로 이동하면서 외측면에 파지블록(51)에 의해 고정된 집광헤드(9)를 수직방향으로 이동시키는 역할을 한다. 또한, 상하로 쌍을 이루고 있는 초음파모터(47)는 각각 선형운동 타입의 일반적인 초음파모터로서, 선단에 돌출된 핑거팁(미도시)에 의해 이동판(45)을 상하 수직하게 이동시키도록 되어 있다.On the other hand, the operating unit 17 according to the present embodiment employing the ultrasonic motor as a driving means is a substrate 41, a fixed plate 43, a moving plate 45, and a pair of upper and lower, as shown in more detail in FIG. Of the ultrasonic motor 47, wherein the substrate 41 is fixed to one end of the movable table 31 through the movable bracket 49 as shown in FIG. 5 so that the operating portion 17 is cut. Allow movement in the direction crossing (10). In addition, the fixed plate 43 is attached to one side of the substrate 41 serves to guide the vertical movement of the moving plate 45, the moving plate 45 is superimposed and guided above the fixed plate 43 is an ultrasonic motor While moving in the vertical direction by the (47) to serve to move the light collecting head (9) fixed by the holding block 51 on the outer surface in the vertical direction. In addition, the ultrasonic motors 47, which are paired up and down, are general ultrasonic motors of linear motion type, respectively, and move the moving plate 45 vertically and vertically by fingertips (not shown) protruding from the tip. .

이제, 위와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치의 작동을 설명한다.Now, the operation of the laser cutting device in which the focus of the laser beam is automatically adjusted according to the preferred embodiment of the present invention configured as described above will be described.

본 발명의 절단장치에 의해 LCD 편광필름과 같은 피절단재(10)를 절단하기 위해서는 먼저 도 2에 도시된 바와 같이 출납이송기(5)의 입력측(21)에 롤 형태로 감겨 있는 피절단재(10)를 회전 가능하게 배치하고, 그 선단부를 풀어 복수의 이송롤(25)을 거쳐 출력측(22)에 배치된 수납릴(28)에 감아 고정한다.In order to cut the cutting material 10 such as an LCD polarizing film by the cutting device of the present invention, the cutting material wound in a roll form on the input side 21 of the cashier and feeder 5 as shown in FIG. 10 is rotatably arrange | positioned, the front-end | tip part is unwound, and it winds around the storage reel 28 arrange | positioned at the output side 22 via several feed rolls 25, and is fixed.

그리고 나서, 가동테이블(31)과 가동브래킷(49)을 차례로 이동시켜 집광헤드(9)를 원점 정렬한 뒤 피절단재(10)의 이송과 동시에 레이저빔의 조사를 개시하면, 이송롤(25)들을 따라 출납이송기(5)의 절단측(23)으로 이송되어 오는 피절단재(10)가 집광헤드(9)에서 조사되는 레이저빔에 의해 횡방향으로 연속해서 절단된다.Then, the movable table 31 and the movable bracket 49 are moved in order to align the light collecting head 9 at the origin, and then the irradiation of the laser beam is started simultaneously with the transfer of the cutting material 10. The to-be-cut material 10, which is conveyed to the cutting side 23 of the cashier and feeder 5, is continuously cut in the lateral direction by the laser beam irradiated from the light collecting head 9.

이와 같이 절단된 상태로 계속해서 이송롤(25)에 의해 출납이송기(5)의 출력측(22)으로 이송된 두 가닥의 피절단재(10)는 각각 대응하는 수납릴(28)에 따로 감겨 수납되며, 이렇게 해서 일련의 절단 작업이 종료된다.The two strands of cutting material 10 continuously conveyed to the output side 22 of the cashier and feeder 5 by the feed roll 25 while being cut in this way are wound separately on the corresponding storage reels 28, respectively. And the series of cutting operations is completed in this way.

그런데, 이와 같이 피절단재(10)를 절단하는 과정에서 출납이송기(5)에 발생하는 기계적인 진동이나 이송롤(25) 간의 속도동기 차이로 인한 피절단재(10)의 장력변화 등으로 인해 절단측(23)을 진행하는 피절단재(10)에 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같은 수직방향 변위가 발생하는 바, 이러한 피절단재(10)의 변위는 자동초점조절기(11)에 의해 실시간으로 자동 보상되는데, 먼저 피절단재(10)의 변위값은 변위센서(13)에 의해 감지되어 동작제어부(15)로 전달된다.By the way, in the process of cutting the cutting material 10 as described above, due to mechanical vibration occurring in the cashier and feeder 5 or the tension change of the cutting material 10 due to the speed synchronous difference between the feed rolls 25. Due to the vertical displacement as shown schematically in FIG. 5 in the cutting material 10 traveling through the cutting side 23, the displacement of the cutting material 10 is applied to the autofocus controller 11. It is automatically compensated in real time by, first, the displacement value of the to-be-cut material 10 is detected by the displacement sensor 13 is transmitted to the operation control unit 15.

동작제어부(15)로 전달된 변위값은 PID제어부(37)를 거치면서 응답성이 크게 높아진 다음 신호발생부(35)로 전달되어 작동부(17)에 수직방향 동작을 실시간으로 지시하게 되는데, 이와 같이 동작제어부(15)에 의해 작동부(17)에 가해지는 조작량은 PID제어부(37)에 의해 즉각적으로 목표값에 접근하도록 제어되는 바, 예컨대 도 7에 도시된 그래프에서와 같이 전체 진폭이 약 200㎛인 변위에 대해 조작량을 10단계로 나누어 가할 때 도 8에 상세 도시된 것처럼 조작값의 목표값에 대한 응답시간이 약 9.2㎳가 될 정도로 조작값이 신속하게 목표값 즉, 피절단재(10)의 변위값에 추종하므로, 피절단재(10)에 변위가 발생한 때 지체없이 집광헤드(9)를 상하로 이동시킬 수 있게 된다.The displacement value transmitted to the operation control unit 15 is greatly increased in response after passing through the PID control unit 37 and then transmitted to the signal generation unit 35 to instruct the operation unit 17 in a vertical direction in real time. In this way, the operation amount applied to the operation unit 17 by the operation control unit 15 is controlled by the PID control unit 37 to immediately approach the target value, for example, as shown in the graph shown in FIG. When the manipulated variable is divided into 10 steps for a displacement of about 200 μm, as shown in detail in FIG. Since it follows the displacement value of (10), it is possible to move the light collecting head 9 up and down without delay when a displacement occurs in the cutting material 10.

1 : 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치
3 : 프레임 5 : 출납이송기
7 : 레이저빔 발생기 9 : 집광헤드
10 : 피절단재 11 : 자동초점조절기
13 : 변위센서 15 : 동작제어부
17 : 작동부 21 : 입력측
22 : 출력측 23 : 절단측
25 : 이송롤 27 : 투입롤
28 : 수납릴 29 : 레일
31 : 가동테이블 33 : 반사경
35 : 신호발생부 37 : PID제어부
39 : 유저인터페이스 41 : 기판
43 : 고정판 45 : 이동판
47 : 초음파모터 49 : 가동브래킷
51 : 파지블록 1: Laser cutting device that the laser beam focus is automatically adjusted
3: frame 5: cashier
7: laser beam generator 9: condensing head
10: material to be cut 11: auto focus controller
13: displacement sensor 15: motion control unit
17: operating part 21: input side
22: output side 23: cutting side
25: feed roll 27: feed roll
28: storage reel 29: rail
31: movable table 33: reflector
35: signal generator 37: PID control unit
39: user interface 41: substrate
43: fixed plate 45: moving plate
47: ultrasonic motor 49: movable bracket
51: Gripping block

Claims

지지 골격으로서 외부 몸체를 이루는 프레임(3);
상기 프레임(3)의 피절단재(10) 입출력측(21,22) 및 그 사이에 연속으로 장착되어 상기 입력측(21)에서 투입된 상기 피절단재(10)를 절단측(23)으로 이송하여 절단한 뒤 상기 출력측(22)으로 배출하도록 되어 있는 출납이송기(5);
상기 프레임(3)의 일측에 장착되어 상기 피절단재(10)의 절단에 사용되는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기(7);
상기 입력측(21)에서 투입되는 상기 피절단재(10)에 인접하도록 상기 프레임(3) 상에 설치되어 상기 레이저빔 발생기(7)로부터 전달되는 상기 레이저빔에 의해 상기 피절단재(10)를 절단하는 집광헤드(9); 및
상기 집광헤드(9)에 대한 상기 피절단재(10)의 수직방향 변위에 따라 상기 집광헤드(9)를 수직하게 동작시킴으로써 상기 피절단재(10)의 변위를 실시간으로 보상하도록 되어 있는 자동초점조절기(11);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치.A frame 3 constituting an outer body as a support skeleton;
The cutting material 10 of the frame 3 is continuously mounted between the input and output sides 21 and 22 and the cutting material 10 fed from the input side 21 to the cutting side 23. A cashier and feeder 5 which is cut and discharged to the output side 22;
A laser beam generator (7) mounted on one side of the frame (3) to generate a laser beam used for cutting the cut material (10);
The cutting material 10 is mounted on the frame 3 so as to be adjacent to the cutting material 10 introduced from the input side 21 by the laser beam transmitted from the laser beam generator 7. A condensing head 9 for cutting; And
Automatic focusing to compensate for the displacement of the cutting material 10 in real time by operating the light collecting head 9 vertically according to the vertical displacement of the cutting material 10 with respect to the light collecting head 9. Adjuster (11); characterized in that consisting of a laser cutting device that is automatically adjusted the focus of the laser beam.

제1 항에 있어서,
상기 자동초점조절기(11)는,
상기 집광헤드(9)에 일체로 형성되어 상기 집광헤드(9)에 대한 상기 피절단재(10)의 수직방향 변위를 실시간으로 감지하도록 되어 있는 변위센서(13);
상기 변위센서(13)에 의해 감지되는 상기 피절단재(10)의 변위에 따라 상기 집광헤드(9)의 동작을 실시간으로 제어하는 동작제어부(15); 및
상기 프레임(3)과 상기 집광헤드(9) 사이에 장착되어 상기 동작제어부(15)에서 전달되는 제어 명령에 따라 동작됨으로써 상기 집광헤드(9)를 수직방향으로 이동시키도록 되어 있는 작동부(17);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치.The method according to claim 1,
The auto focus controller 11,
A displacement sensor (13) formed integrally with the condensing head (9) to detect in real time a vertical displacement of the cutting material (10) with respect to the condensing head (9);
An operation control unit 15 for controlling the operation of the condensing head 9 in real time according to the displacement of the cutting member 10 sensed by the displacement sensor 13; And
An operating unit 17 mounted between the frame 3 and the light collecting head 9 and operated according to a control command transmitted from the operation control unit 15 to move the light collecting head 9 in the vertical direction. Laser cutting device that is automatically adjusted the focus of the laser beam, characterized in that consisting of.

제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 작동부(17)는 초음파모터, AC서보모터, 리니어모터, 또는 스텝모터 중 어느 하나를 구동수단으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 레이저빔의 초점이 자동으로 조절되는 레이저 절단장치.
The method according to claim 1 or 2,
The operating unit (17) is a laser cutting device that automatically adjusts the focus of the laser beam, characterized in that it comprises any one of an ultrasonic motor, AC servo motor, linear motor, or step motor as a drive means.