KR20120080392A - Apparatus patterning groove on 3 dimension curved surface - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A groove patterning system for three-dimensional curves is provided to facilitate the alignment of an objective lens and a laser head for workpieces by lifting the objective lens through a step motor at a Z-stage. CONSTITUTION: A groove patterning system for three-dimensional curves comprises an XY-stage(10), a Z-stage, a step motor(32), a laser head(40), first and second beam splitters(41,42), a confocal optics(50) and a controller. An object(11) having a three-dimensional curve is mounted on the XY-stage and the XY-stage is driven to a X-axial and a Y-axial direction. The Z-stage is driven to a Z-axial direction above the XY-stage. The step motor moves an objective lens(31) to the Z-axial direction. The laser head is mounted on the Z-stage and irradiates a laser beam to the objective lens. The first beam splitter is installed between the laser head and the objective lens. The second beam splitter is installed between the confocal optics and the objective lens. The confocal optics are installed in the Z-stage and measures the shape of three-dimensional curves. The controller controls the XY-stage, the Z-stage, and the step motor according to the data of the three-dimensional curves measured in the confocal optics and controls the output of the laser head.

Description

3차원 곡면의 홈 패터닝 장치 {APPARATUS PATTERNING GROOVE ON 3 DIMENSION CURVED SURFACE}3D curved groove patterning device {APPARATUS PATTERNING GROOVE ON 3 DIMENSION CURVED SURFACE}

본 발명은 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3차원 곡면의 실제 형상 데이터를 이용하여 3차원 곡면에 홈을 패터닝하는 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional curved groove patterning apparatus, and more particularly, to a three-dimensional curved groove patterning apparatus for patterning a groove on the three-dimensional curved surface using the actual shape data of the three-dimensional curved surface.

알려진 바에 따르면, 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치는 3차원 곡면을 가지는 피가공 대상물을 장착하고 리니어 모터에 의하여 x, y축 방향으로 구동되는 XY스테이지 및 XY스테이지 상방에서 스탭 모터에 의하여 z축 방향으로 구동되는 Z스테이지를 포함한다.As is known, a three-dimensional curved groove patterning device is mounted on a workpiece having a three-dimensional curved surface and driven in the x and y axis directions by a linear motor and in the z axis direction by a step motor above the XY stage. It includes a Z stage to be driven.

또한 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치는, Z스테이지에 고정 장착되는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라, 광역 광학계, 레이저 헤드, 대물렌즈, 및 3차원 곡면에 대한 가공 데이터(예를 들면, CAD 데이터)를 이용하여 XY스테이지 및 Z스테이지를 제어하여 3차원 곡면을 레이저 가공하는 제어부를 포함한다.In addition, the three-dimensional curved groove patterning device includes a CCD (Charge Coupled Device) camera, a wide-area optical system, a laser head, an objective lens, and processing data (for example, CAD data) fixed to the Z stage. And a control unit for laser processing the three-dimensional curved surface by controlling the XY stage and the Z stage.

3차원 곡면의 홈 패터닝 장치는, 3차원 곡면의 실제 형상과 내장 데이터 사이에 가공 오차를 가짐에도 불구하고, 내장 데이터를 사용하여 3차원 곡면에 홈을 패터닝 한다. 따라서 3차원 곡면에 대한 홈의 가공 정확도가 낮아진다.Although the groove patterning apparatus of a three-dimensional curved surface has a machining error between the actual shape of the three-dimensional curved surface and the embedded data, the groove is patterned on the three-dimensional curved surface using the embedded data. Therefore, the machining accuracy of the groove on the three-dimensional curved surface is lowered.

또한, 내장 데이터와 3차원 곡면의 실제 형상의 일치하는 경우에도, 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치에서, 피가공 대상물의 3차원 곡면에 대한 레이저 헤드 및 대물렌즈의 정확한 얼라인이 어렵다.Further, even when the embedded data coincides with the actual shape of the three-dimensional curved surface, in the three-dimensional curved groove patterning device, accurate alignment of the laser head and the objective lens with respect to the three-dimensional curved surface of the object to be processed is difficult.

본 발명의 목적은 3차원 곡면의 실제 형상 데이터를 이용하여 3차원 곡면에 홈을 패터닝 하여, 3차원 곡면에 대한 홈의 가공 정확도를 높이는 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional curved groove patterning apparatus for patterning grooves on a three-dimensional curved surface using the actual shape data of the three-dimensional curved surface, thereby increasing the accuracy of processing the groove on the three-dimensional curved surface.

또한, 본 발명의 목적은 피가공 대상물의 3차원 곡면에 대한 레이저 헤드 및 대물렌즈의 정확한 얼라인을 용이하게 하는 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a three-dimensional curved groove patterning device that facilitates accurate alignment of the laser head and the objective lens with respect to the three-dimensional curved surface of the workpiece.

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치는, 3차원 곡면의 피가공 대상물을 장착하고 x축 및 y축 방향으로 구동되는 XY스테이지, 상기 XY스테이지의 상방에서 z축 방향으로 구동되는 Z스테이지, 상기 피가공 대상물을 향하는 대물렌즈를 z축 방향으로 이동시키도록 상기 Z스테이지에 장착되는 스탭 모터, 상기 Z스테이지에 장착되어 상기 대물렌즈로 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드, 상기 레이저 헤드와 상기 대물렌즈 사이에 설치되는 제1 빔 스플리터, 상기 Z스테이지에 장착되어 상기 3차원 곡면의 형상을 측정하는 공초점 광학계, 상기 공초첨 광학계와 상기 대물렌즈 사이에 설치되는 제2 빔 스플리터, 및 상기 공초점 광학계에서 측정한 상기 3차원 곡면의 데이터에 따라 상기 XY스테이지, Z스테이지 및 스탭 모터를 제어하고, 상기 레이저 헤드의 출력을 제어하는 제어부를 포함한다.The three-dimensional curved groove patterning device according to an embodiment of the present invention includes an XY stage mounted on a three-dimensional curved object and driven in the x-axis and y-axis directions, and driven in the z-axis direction from above the XY stage. A Z stage, a step motor mounted to the Z stage to move the objective lens facing the object in the z-axis direction, a laser head mounted to the Z stage to irradiate a laser beam to the objective lens, and the laser head And a first beam splitter installed between the objective lens, a confocal optical system mounted on the Z stage to measure the shape of the three-dimensional curved surface, a second beam splitter installed between the confocal optical system and the objective lens, and The XY stage, Z stage and step motor is controlled in accordance with the data of the three-dimensional curved surface measured by the confocal optical system, And a control unit for controlling the output of the low head.

상기 스탭 모터는, 상기 대물렌즈의 z축 방향 이동을 측정하여 상기 제어부에 신호를 인가하는 광학 스케일을 구비할 수 있다.The step motor may include an optical scale that measures a z-axis movement of the objective lens and applies a signal to the controller.

상기 제1 빔 스플리터는 상기 대물렌즈의 상방에 배치되고, 상기 제2 빔 스플리터는 상기 제1 빔 스플리터의 상방에 배치될 수 있다.The first beam splitter may be disposed above the objective lens, and the second beam splitter may be disposed above the first beam splitter.

상기 공초점 광학계는, 상기 제2 빔 스플리터로부터 반사되는 측정 레이저 빔의 초점을 형성하는 공초점 렌즈, 상기 공초점 렌즈를 진행하는 레이저 빔을 핀홀로 통과시키는 디스크, 및 상기 핀홀을 통과하는 레이저 빔을 감지하여 상기 제어부에 인가하는 광센서를 포함할 수 있다.The confocal optical system includes a confocal lens forming a focal point of a measurement laser beam reflected from the second beam splitter, a disk passing a laser beam traveling through the confocal lens through a pinhole, and a laser beam passing through the pinhole. It may include an optical sensor to detect the and apply to the controller.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치는, 상기 대물렌즈, 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터의 수직 연장선 상에 설치되는 광역 광학계, 및 상기 광역 광학계의 수직 연장선 상에 설치되어 상기 레이저 빔의 초점을 확인하여 상기 제어부에 인가하는 CCD 카메라를 더 포함할 수 있다.In addition, the three-dimensional curved groove patterning device according to an embodiment of the present invention, a wide area optical system provided on the vertical extension line of the objective lens, the first beam splitter and the second beam splitter, and the vertical extension line of the wide area optical system It may further include a CCD camera installed in the check to apply to the control unit to check the focus of the laser beam.

본 발명의 일 실시예는, 공초점 광학계를 적용하여 3차원 곡면의 실제 형상 데이터를 측정하고, 이를 근거로 스탭 모터에 장착되는 대물렌즈를 승강하면서 3차원 곡면에 홈을 패터닝 할 수 있다. 따라서 피가공 대상물의 3차원 곡면에 대한 홈의 가공 정확도가 높아진다.In one embodiment of the present invention, by applying a confocal optical system to measure the actual shape data of the three-dimensional curved surface, it is possible to pattern the groove on the three-dimensional curved surface while lifting the objective lens mounted on the step motor based on this. Therefore, the machining accuracy of the groove on the three-dimensional curved surface of the workpiece is increased.

또한, 본 발명의 일 실시예는, Z스테이지에 레이저 헤드를 장착하고, Z스테이지에서 스탭 모터를 개재하여 대물렌즈를 승강 가능하게 장착하므로 XY스테이지에 장착되는 피가공 대상물에 대한 대물렌즈 및 레이저 헤드의 얼라인을 용이하게 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the laser head is mounted on the Z stage, and the objective lens is mounted on the Z stage via a step motor so that the objective lens can be lifted and lifted. This can facilitate alignment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치의 개념도이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 도 1의 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치를 이용하여 3차원 곡면에 레이저로 홈을 가공한 일 실시예의 사진이다.1 is a perspective view of a three-dimensional curved groove patterning device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a three-dimensional curved groove patterning apparatus shown in FIG. 1.
3, 4 and 5 are photographs of one embodiment in which grooves are processed on a three-dimensional curved surface by using the three-dimensional curved groove patterning apparatus of FIG. 1.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치의 개념도이다.1 is a perspective view of a three-dimensional curved groove patterning apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a conceptual diagram of a three-dimensional curved groove patterning apparatus shown in FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예의 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치(이하, "홈 패터닝 장치"라 한다)는 XY스테이지(10), Z스테이지(20), 대물렌즈(31), 스탭 모터(32), 레이저 헤드(40), 제1, 제2 빔 스플리터(41, 42), 공초점 광학계(50), 및 제어부(60)를 포함한다.1 and 2, the groove patterning device (hereinafter, referred to as a “home patterning device”) of a three-dimensional curved surface according to an exemplary embodiment is an XY stage 10, a Z stage 20, an objective lens 31, and a staff. The motor 32, the laser head 40, the first and second beam splitters 41 and 42, the confocal optical system 50, and the controller 60 are included.

XY스테이지(10)는 베이스(미도시)에 장착되어 x축 방향 및 y축 방향으로 구동되도록 구성된다. 즉 XY스테이지(10)는 3차원 곡면을 가지는 피가공 대상물(11)을 장착하여, 피가공 대상물(11)을 x축 방향 및 y축 방향으로 이동시킬 수 있다. The XY stage 10 is mounted on a base (not shown) and configured to be driven in the x-axis direction and the y-axis direction. That is, the XY stage 10 may mount the workpiece 11 having a three-dimensional curved surface to move the workpiece 11 in the x-axis direction and the y-axis direction.

XY스테이지는 공지의 스테이지들 중에서 선택적으로 적용될 수 있으며, 예를 들면, x축 방향으로 배치되는 리니어 모터(미도시)와 y축 방향으로 배치되는 리니어 모터(미도시)에 의하여, 상판에 장착되는 피가공 대상물을 x축 및 y축 방향으로 이동시키는 구성으로 형성될 수도 있다.The XY stage may be selectively applied among known stages, and is mounted on the upper plate by, for example, a linear motor (not shown) arranged in the x-axis direction and a linear motor (not shown) arranged in the y-axis direction. It may be formed in a configuration for moving the object to be processed in the x- and y-axis directions.

Z스테이지(20)는 XY스테이지(10)의 상방에 위치하도록 베이스(미도시)에 장착되어, XY스테이지(10)의 x, y축 방향 구동에 독립하여, z축 방향으로 구동되도록 구성된다. 즉 Z스테이지(20)는 XY스테이지(10)의 구동에 의하여 x축 및 y축 방향으로 이동된 피가공 대상물(11)에 대하여, z축 방향으로 구동되어, Z스테이지(20)에 장착된 구성 요소들 전체를 z축 방향으로 이동시킨다. Z스테이지(20)는 피가공 대상물(11)에 대한 대물렌즈(31)의 대략적인 초점을 설정한다.The Z stage 20 is mounted on a base (not shown) so as to be positioned above the XY stage 10, and is configured to be driven in the z-axis direction independently of the x and y-axis directions of the XY stage 10. That is, the Z stage 20 is driven in the z-axis direction with respect to the workpiece 11 moved in the x-axis and y-axis directions by the drive of the XY stage 10 and is mounted on the Z-stage 20. Move all of the elements in the z-axis direction. The Z stage 20 sets an approximate focus of the objective lens 31 on the object to be processed 11.

이하에서 Z스테이지(20)에 장착된 구성 요소들에 대하여 설명한다. 대물렌즈(31)는 피가공 대상물(11)을 향하도록 Z스테이지(20)의 측면 하단에 장착되어, 피가공 대상물(11)에 측정용 레이저 빔 또는 가공용 레이저 빔을 조사한다.Hereinafter, the components mounted on the Z stage 20 will be described. The objective lens 31 is mounted on the lower side of the side of the Z stage 20 so as to face the object 11 to be irradiated, and irradiates the object 11 with a measuring laser beam or a processing laser beam.

이때, 대물렌즈(31)는 z축 방향으로 승강 가능한 구조로 장착된다. 예를 들면, 대물렌즈(31)는 스탭 모터(32)를 개재하여 Z스테이지(20)에 장착되므로 스탭 모터(32)의 작동에 따라 z축 방향으로 이동된다. 스탭 모터(32)는 피가공 대상물(11)에 대한 대물렌즈(31)의 초점을 더욱 정밀하게 설정한다.At this time, the objective lens 31 is mounted in a structure capable of lifting in the z-axis direction. For example, since the objective lens 31 is mounted on the Z stage 20 via the step motor 32, the objective lens 31 is moved in the z-axis direction according to the operation of the step motor 32. The step motor 32 sets the focus of the objective lens 31 on the object to be processed 11 more precisely.

스탭 모터(32)는 대물렌즈(31)의 z축 방향 이동을 측정하는 광학 스케일(33)을 구비한다. 광학 스케일(33)은 대물렌즈(31)의 z축 방향 이동을 감지하여 그 신호를 제어부(60)에 인가한다. 따라서 제어부(60)는 피가공 대상물(11)의 3차원 곡면에 대한 측정용 레이저 빔의 초점이나, 가공용 레이저 빔의 초점을 자동으로 설정할 수 있게 한다.The step motor 32 has an optical scale 33 for measuring the z-axis movement of the objective lens 31. The optical scale 33 detects the movement in the z-axis direction of the objective lens 31 and applies the signal to the controller 60. Therefore, the controller 60 can automatically set the focus of the laser beam for measurement or the focus of the laser beam for processing on the three-dimensional curved surface of the object to be processed 11.

레이저 헤드(40)는 Z스테이지(20)에 장착되어 대물렌즈(31)로 레이저 빔을 조사한다. 레이저 헤드(40)는 1개로 형성되어 피가공 대상물(11)에 형성된 3차원 곡면의 형상을 측정하는 측정용 레이저 빔 및 3차원 곡면에 홈을 가공하는 가공용 레이저 빔을 조사한다.The laser head 40 is mounted on the Z stage 20 to irradiate the laser beam to the objective lens 31. The laser head 40 is formed of one and irradiates a laser beam for measuring the shape of the three-dimensional curved surface formed on the object to be processed 11 and a laser beam for processing the groove on the three-dimensional curved surface.

이때, 측정용 레이저 빔은 상대적으로 약한 출력을 가지고, 가공용 레이저 빔은 강한 출력을 가진다. 따라서 일 실시예의 홈 패터닝 장치는 측정용 레이저 빔과 가공용 레이저 빔을 적용하면서 하나의 레이저 헤드(40)를 사용함으로써, 장치의 구성을 단순하게 한다.At this time, the measuring laser beam has a relatively weak output, and the processing laser beam has a strong output. Therefore, the home patterning device of one embodiment uses a single laser head 40 while applying the measuring laser beam and the processing laser beam, thereby simplifying the configuration of the device.

제1 빔 스플리터(41)는 레이저 헤드(40)와 대물렌즈(31) 사이에 설치되어, 레이저 헤드(40)에서 조사되는 레이저 빔을 반사하여, 대물렌즈(31)를 통하여 피가공 대상물(11)에 이르게 한다. 또한, 제1 빔 스플리터(41)는 피가공 대상물(11)에서 반사되는 측정용 레이저 빔을 대물렌즈(31)의 반대측으로 투과시켜 제2 빔 스플리터(42)에 이르게 한다.The first beam splitter 41 is installed between the laser head 40 and the objective lens 31 to reflect the laser beam irradiated from the laser head 40 and to be processed 11 through the objective lens 31. To). In addition, the first beam splitter 41 transmits the laser beam for measurement reflected from the object 11 to the opposite side of the objective lens 31 to reach the second beam splitter 42.

공초점 광학계(50)는 Z스테이지(20)에 장착되어 피가공 대상물(11)에 형성된 3차원 곡면의 형상을 측정할 수 있도록 구성된다. 제2 빔 스플리터(42)는 공초첨 광학계(50)와 대물렌즈(31) 사이에 설치되어, 제1 빔 스플리터(41)를 투과한 측정용 레이저 빔을 반사하여 공초점 광학계(50)에 이르게 한다.The confocal optical system 50 is mounted on the Z stage 20 and configured to measure the shape of the three-dimensional curved surface formed on the object to be processed 11. The second beam splitter 42 is installed between the confocal optical system 50 and the objective lens 31 to reflect the measuring laser beam transmitted through the first beam splitter 41 to reach the confocal optical system 50. do.

이를 위하여, 제1 빔 스플리터(41)는 대물렌즈(31)의 수직 상방에 배치되고, 제2 빔 스플리터(42)는 제1 빔 스플리터(41)의 수직 상방에 배치된다. 따라서 레이저 헤드(40)에서 조사된 측정용 레이저 빔은 제1 빔 스플리터(41)와 대물렌즈(31)를 경유하여, 피가공 대상물(11)에 초점을 형성하고, 3차원 곡면에서 반사되어 제1 빔 스플리터(41)를 투과하고 제2 빔 스플리터(42)에서 반사되어 공초점 광학계(50)로 진행된다.For this purpose, the first beam splitter 41 is disposed vertically above the objective lens 31, and the second beam splitter 42 is disposed vertically above the first beam splitter 41. Therefore, the measuring laser beam irradiated from the laser head 40 forms a focal point on the object to be processed 11 via the first beam splitter 41 and the objective lens 31, and is reflected on a three-dimensional curved surface. The light is transmitted through the first beam splitter 41 and reflected by the second beam splitter 42 to proceed to the confocal optical system 50.

예를 들면, 공초점 광학계(50)는 제2 빔 스플리터(42)로부터 반사되는 측정 레이저 빔의 초점을 형성하는 공초점 렌즈(51), 공초점 렌즈(51)를 진행하는 레이저 빔을 핀홀(521)로 통과시키도록 핀홀(521)을 형성한 디스크(52) 및 핀홀(521)을 통과하는 레이저 빔을 감지하는 광센서(53)를 포함한다.For example, the confocal optical system 50 pinholes the laser beam traveling through the confocal lens 51 and the confocal lens 51 to form the focal point of the measurement laser beam reflected from the second beam splitter 42. And a disk 52 in which the pinholes 521 are formed to pass through the 521, and an optical sensor 53 for sensing the laser beam passing through the pinholes 521.

공초점 광학계(50)는 공초점 렌즈(51)의 전방에 ND(neutral density) 필터(54)를 더 구비할 수 있다. ND 필터(54)는 제2 빔 스플리트(42)에서 공초점 렌즈(51)로 입사되는 측정용 레이저 빔의 광량을 감소시킨다.The confocal optical system 50 may further include a neutral density (ND) filter 54 in front of the confocal lens 51. The ND filter 54 reduces the amount of light of the measuring laser beam incident on the confocal lens 51 from the second beam split 42.

따라서 공초점 광학계(50)로 진행되는 측정용 레이저 빔은 ND 필터(54), 공초점 렌즈(51) 및 핀홀(521)을 경유하여, 광센서(53)에서 감지된다. 광센서(53)는 측정용 레이저 빔의 감지 신호를 제어부(60)에 인가한다. 따라서 제어부(60)는 광센서(53)의 감지 신호에 따라 피가공 대상물(11)의 3차원 곡면 형상을 측정 및 판단할 수 있다.Therefore, the laser beam for measurement that passes through the confocal optical system 50 is detected by the optical sensor 53 via the ND filter 54, the confocal lens 51, and the pinhole 521. The optical sensor 53 applies a detection signal of the laser beam for measurement to the controller 60. Therefore, the controller 60 may measure and determine the three-dimensional curved shape of the object to be processed 11 according to the detection signal of the optical sensor 53.

제어부(60)는 공초점 광학계(50)에서 측정한 피가공 대상물(11)의 3차원 곡면에 대한 데이터에 따라 XY스테이지(10)를 Z스테이지(20)를 제어하고, 이에 더하여 스탭 모터(32)를 제어함으로써, 측정용 레이저 빔으로 피가공 대상물(11)의 실제 형상을 정확하게 측정할 수 있다.The control unit 60 controls the XY stage 10 and the Z stage 20 in accordance with the data on the three-dimensional curved surface of the workpiece 11 measured by the confocal optical system 50, and in addition, the step motor 32. ), It is possible to accurately measure the actual shape of the object to be processed 11 with the laser beam for measurement.

제어부(60)는 측정한 실제 형상 데이터를 이용하여 3차원 곡면에 대한 대물렌즈(31)의 위치를 정확하게 제어할 수 있다. 즉 대물렌즈(31)에서 조사되는 가공용 레이저 빔은 피가공 대상물(11)의 정확한 위치에 홈을 가공한다.The controller 60 may accurately control the position of the objective lens 31 with respect to the three-dimensional curved surface using the measured actual shape data. That is, the processing laser beam irradiated from the objective lens 31 processes the groove at the correct position of the object to be processed 11.

또한, 제어부(60)는 3차원 곡면의 형상 측정 및 홈 가공에 따라 레이저 헤드(40)의 출력을 제어할 수 있다. 즉 제어부(60)는 3차원 곡면의 형상 측정시, 레이저 빔의 출력을 낮게 제어하고, 3차원 곡면에 홈 가공시 레이저 빔의 출력을 높게 제어한다.In addition, the controller 60 may control the output of the laser head 40 according to the shape measurement and groove processing of the three-dimensional curved surface. That is, the controller 60 controls the output of the laser beam to be low when measuring the shape of the 3D curved surface, and to control the output of the laser beam to be high when the groove is processed to the 3D curved surface.

한편, 피가공 대상물(11)에 대한 측정용 레이저 빔 및 가공용 레이저 빔은 제1, 제2 빔 스플리터(41, 42)를 투과하여 광역 광학계(70)를 투과하여 CCD 카메라(80)에 초점을 형성한다.On the other hand, the measuring laser beam and the processing laser beam for the object 11 are transmitted through the first and second beam splitters 41 and 42 and transmitted through the wide-area optical system 70 to focus the CCD camera 80. Form.

CCD 카메라(80)는 제어부(60)에 연결되어 측정용 레이저 빔 및 가공용 레이저 빔의 초점에 대한 관찰 신호를 제어부(60)에 인가함으로써, 제어부(60)에 연결되는 디스플레이(미도시)를 통하여, 3차원 곡면 상에서 레이저 빔의 초점 위치를 관찰할 수 있게 한다.The CCD camera 80 is connected to the control unit 60 to apply the observation signal for the focus of the measuring laser beam and the processing laser beam to the control unit 60, through a display (not shown) connected to the control unit 60. In addition, the focus position of the laser beam can be observed on a three-dimensional curved surface.

광역 광학계(70)는 Z스테이지(20)에서, 대물렌즈(31), 제1, 제2 빔 스플리터(41, 42)의 중심을 연결하는 수직 연장선 상에 설치되고, CCD 카메라(80)는 수직 연장선에서 광역 광학계(70)의 상방에 설치된다.The wide-area optical system 70 is installed on a vertical extension line connecting the centers of the objective lens 31, the first and second beam splitters 41 and 42 in the Z stage 20, and the CCD camera 80 is vertical. The extension line is provided above the wide area optical system 70.

광역 광학계(70)는 스플리터(71)와 튜브 렌즈(72)를 포함한다. 스플리터(71)는 광원에서 조사되는 광을 반사시켜 제2 빔 스플리터(42) 측으로 반사시키고, 제2 빔 스플리터(42)를 투과하는 측정용 레이저 빔 및 가공용 레이저 빔을 CCD 카메라(80)로 투과시킨다. 튜브 렌즈(72)는 스플리터(71)를 투과하는 레이저 빔의 초점을 CCD 카메라(80)에 형성한다.The wide area optical system 70 includes a splitter 71 and a tube lens 72. The splitter 71 reflects the light irradiated from the light source to the second beam splitter 42 and transmits the measuring laser beam and the processing laser beam passing through the second beam splitter 42 to the CCD camera 80. Let's do it. The tube lens 72 forms the focal point of the laser beam passing through the splitter 71 in the CCD camera 80.

도 3, 도 4 및 도 5는 도 1의 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치를 이용하여 3차원 곡면에 레이저로 홈을 가공한 일 실시예의 사진이다. 도 3은 도 1에 도시된 피가공 대상물(11)에 형성된 3차원 곡면의 대응부(A)에 레이저로 형성한 홈들(G1, G2)을 나타낸다.3, 4 and 5 are photographs of one embodiment in which grooves are processed on a three-dimensional curved surface by using the three-dimensional curved groove patterning apparatus of FIG. 1. FIG. 3 shows grooves G1 and G2 formed with a laser in the corresponding portion A of the three-dimensional curved surface formed on the object 11 shown in FIG. 1.

도 4는 3차원 곡면의 대응부(A) 중 최상부에 최대 선폭으로 형성되는 홈(G1)을 도시하며, 예를 들면 홈(g1)은 14㎛의 선폭을 가진다. 도 5는 3차원 곡면의 대응부(A) 중 측부에 최소 선폭으로 형성되는 홈(G2)을 도시하며, 예를 들면 7㎛의 선폭을 가진다. 3차원 곡면에 형성되는 홈(G1, G2)은 최대 선폭과 최소 선폭에서 7㎛의 차이를 가진다.FIG. 4 shows the groove G1 formed with the maximum line width at the top of the corresponding portion A of the three-dimensional curved surface. For example, the groove g1 has a line width of 14 μm. FIG. 5 shows a groove G2 formed at a minimum line width at the side of the corresponding portion A of the three-dimensional curved surface, for example, having a line width of 7 μm. The grooves G1 and G2 formed on the three-dimensional curved surface have a difference of 7 μm at the maximum line width and the minimum line width.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

10 : XY스테이지 11 : 피가공 대상물
20 : Z스테이지 31 : 대물렌즈
32 : 스탭 모터 33 : 광학 스케일
40 : 레이저 헤드 41, 42 : 제1, 제2 빔 스플리터
50 : 공초점 광학계 52 : 디스크
521 : 핀홀 53 : 광센서
60 : 제어부 70 : 광역 광학계
71 : 스플리터 72 : 튜브 렌즈
80 : CCD 카메라 G1, G2 : 홈10: XY stage 11: object to be processed
20: Z stage 31: objective lens
32: step motor 33: optical scale
40: laser head 41, 42: first and second beam splitter
50: confocal optical system 52: disk
521 pinhole 53 light sensor
60 control part 70 wide optical system
71: splitter 72: tube lens
80: CCD camera G1, G2: home

Claims (5)

3차원 곡면의 피가공 대상물을 장착하고 x축 및 y축 방향으로 구동되는 XY스테이지;
상기 XY스테이지의 상방에서 z축 방향으로 구동되는 Z스테이지;
상기 피가공 대상물을 향하는 대물렌즈를 z축 방향으로 이동시키도록 상기 Z스테이지에 장착되는 스탭 모터;
상기 Z스테이지에 장착되어 상기 대물렌즈로 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드;
상기 레이저 헤드와 상기 대물렌즈 사이에 설치되는 제1 빔 스플리터;
상기 Z스테이지에 장착되어 상기 3차원 곡면의 형상을 측정하는 공초점 광학계;
상기 공초첨 광학계와 상기 대물렌즈 사이에 설치되는 제2 빔 스플리터; 및
상기 공초점 광학계에서 측정한 상기 3차원 곡면의 데이터에 따라 상기 XY스테이지, Z스테이지 및 스탭 모터를 제어하고, 상기 레이저 헤드의 출력을 제어하는 제어부
를 포함하는 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치.An XY stage mounted on a three-dimensional curved object to be driven and driven in the x-axis and y-axis directions;
A Z stage driven in a z axis direction above the XY stage;
A step motor mounted to the Z stage to move the objective lens toward the object to be processed in the z-axis direction;
A laser head mounted to the Z stage to irradiate a laser beam to the objective lens;
A first beam splitter disposed between the laser head and the objective lens;
A confocal optical system mounted on the Z stage to measure the shape of the three-dimensional curved surface;
A second beam splitter disposed between the confocal optical system and the objective lens; And
Control unit for controlling the XY stage, Z stage and step motor according to the data of the three-dimensional curved surface measured by the confocal optical system, and controls the output of the laser head
3D curved groove patterning apparatus comprising a. 제1 항에 있어서,
상기 스탭 모터는,
상기 대물렌즈의 z축 방향 이동을 측정하여 상기 제어부에 신호를 인가하는 광학 스케일을 구비하는
3차원 곡면의 홈 패터닝 장치.The method according to claim 1,
The step motor,
An optical scale measuring a z-axis movement of the objective lens and applying a signal to the controller;
Three-dimensional curved groove patterning device. 제1 항에 있어서,
상기 제1 빔 스플리터는 상기 대물렌즈의 상방에 배치되고,
상기 제2 빔 스플리터는 상기 제1 빔 스플리터의 상방에 배치되는
3차원 곡면의 홈 패터닝 장치.The method according to claim 1,
The first beam splitter is disposed above the objective lens,
The second beam splitter is disposed above the first beam splitter.
Three-dimensional curved groove patterning device. 제1 항에 있어서,
상기 공초점 광학계는,
상기 제2 빔 스플리터로부터 반사되는 측정 레이저 빔의 초점을 형성하는 공초점 렌즈,
상기 공초점 렌즈를 진행하는 레이저 빔을 핀홀로 통과시키는 디스크, 및
상기 핀홀을 통과하는 레이저 빔을 감지하여 상기 제어부에 인가하는 광센서
를 포함하는 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치.The method according to claim 1,
The confocal optical system,
A confocal lens forming a focal point of the measuring laser beam reflected from the second beam splitter,
A disk through which the laser beam traveling through the confocal lens passes through the pinhole, and
An optical sensor that detects the laser beam passing through the pinhole and applies it to the controller
3D curved groove patterning apparatus comprising a. 제1 항에 있어서,
상기 대물렌즈, 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터의 수직 연장선 상에 설치되는 광역 광학계, 및
상기 광역 광학계의 수직 연장선 상에 설치되어 상기 레이저 빔의 초점을 확인하여 상기 제어부에 인가하는 CCD 카메라
를 더 포함하는 3차원 곡면의 홈 패터닝 장치.The method according to claim 1,
A wide-range optical system provided on a vertical extension line of the objective lens, the first beam splitter, and the second beam splitter, and
A CCD camera installed on a vertical extension line of the wide-area optical system to check the focus of the laser beam and apply it to the controller;
3D curved groove patterning device further comprising.
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