KR20190115977A - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법

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Abstract

레이저 가공 장치가 개시된다. 개시된 레이저 가공 장치는, 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔이 입사되며, 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔의 각도를 제1 방향 및 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 편향시키는 음향 광학 변조기; 및 상기 음향 광학 변조기로부터 편향된 레이저 빔이 입사되며, 입사된 레이저 빔이 가공 대상물에 조사되는 위치를 2차원으로 제어하는 것으로서, 수평 방향과 평행한 제1 축을 중심으로 회전 가능한 제1 미러를 가지는 제1 갈바노 스캐너와, 수직 방향과 소정 각도로 경사진 제2 축을 중심으로 회전 가능한 제2 미러를 가지는 제2 갈바노 스캐너를 포함하는 스캔 헤드;를 포함하며, 상기 음향 광학 변조기는 상기 제2 축의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어질 수 있다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{Laser processing apparatus and laser processing method}
본 발명은 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 가공이란 집광렌즈를 이용하여 레이저 빔을 하나의 초점 형태로 집광시키고 그 초점을 가공 대상물의 표면 또는 내부에 조사하여 가공하는 방식을 말한다.
레이저 가공을 위하여, 레이저 가공 장치는 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔을 2차원으로 스윙시키는 2차원 스캔 헤드를 포함할 수 있다. 2차원 스캔 헤드의 예로서, 갈바노미터 스캐너가 사용될 수 있다.
다만, 이러한 2차원 스캔 헤드 만으로는, 레이저 가공 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 위치 정밀도가 다소 떨어질 수 있다.
레이저 가공 시간을 줄이고 위치 정밀도를 개선하기 위하여, 레이저 가공 장치는 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔을 음향 광학 효과를 이용하여 편향시키는 음향 광학 변조기를 더 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 음향 광학 변조기를 2차원 스캔 헤드와 함께 사용하는 과정에서, 예상치 못한 레이저 빔의 왜곡이 발생하였다.
본 발명은 2차원 스캔 헤드와 음향 광학 변조기를 함께 사용하더라도, 레이저 빔의 왜곡을 방지할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치는,
레이저 빔을 생성하는 레이저 광원;
상기 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔이 입사되며, 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔의 각도를 제1 방향 및 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 편향시키는 음향 광학 변조기; 및
상기 음향 광학 변조기로부터 편향된 레이저 빔이 입사되며, 입사된 레이저 빔이 가공 대상물에 조사되는 위치를 2차원으로 제어하는 것으로서, 수평 방향과 평행한 제1축을 중심으로 회전 가능한 제1 미러를 가지는 제1 갈바노 스캐너와, 수직 방향과 소정 각도로 경사진 제2축을 중심으로 회전 가능한 제2 미러를 가지는 제2 갈바노 스캐너를 포함하는 스캔 헤드;를 포함하며,
상기 음향 광학 변조기는 상기 제2축의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2축이 상기 수직 방향에 대하여 경사진 각도는, 8 도 ~ 35 도일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 방향이 상기 수직 방향에 대하여 경사진 각도는, 8 도 ~ 35 도일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 방향이 상기 수평 방향에 대하여 경사진 각도는, 8 도 ~ 35 도일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역(filed)은, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물에 조사 가능한 스캔 영역의 50 % 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역은 일변의 길이가 0.1 mm ~ 10 mm 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 변조기를 고정 지지하는 고정부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 변조기의 각도를 조정 가능하도록 지지하는 각도 조절부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 가공 장치는,
레이저 빔을 생성하는 레이저 광원;
상기 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔이 입사되며, 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔의 각도를 제1 방향 및 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 편향시키는 음향 광학 변조기; 및
상기 음향 광학 변조기로부터 출사된 레이저 빔이 입사되며, 입사된 레이저 빔이 가공 대상물에 조사되는 위치를 2차원으로 제어하는 것으로서, 수평 방향과 평행한 제1축을 중심으로 회전 가능한 제1 미러를 가지는 제1 갈바노 스캐너와, 수직 방향과 평행한 제2축을 중심으로 회전 가능한 제2 미러를 가지는 제2 갈바노 스캐너를 포함하는 스캔 헤드;를 포함하며,
상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역은, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물에 조사 가능한 스캔 영역의 50 % 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역(filed)은, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물에 조사 가능한 스캔 영역의 90 % 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역은 일변의 길이가 0.1 mm ~ 10 mm 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러 각각은 35 mm 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러 각각은 2 mm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 방법은,
입사된 레이저 빔을, 음향 광학 변조기를 이용하여, 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향 중 적어도 일 방향으로 편향시키는 단계;
상기 편향된 레이저 빔을 수직 방향과 소정 각도로 경사진 제2 축을 중심으로 회전 가능한 제2 미러에 반사시키는 단계; 및
상기 제2 미러에 반사된 레이저 빔을 수평 방향과 평행한 제1 축을 중심으로 회전 가능한 제1 미러에 반사시키는 단계;를 포함하며,
상기 음향 광학 변조기는 상기 제2 축의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법은, 스캔 헤드와 음향 광학 변조기를 함께 사용하더라도, 레이저 빔의 왜곡을 방지할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이며,
도 2는 도 1의 음향 광학 변조기를 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 도 1의 2차원 스캔 헤드를 나타낸 사시도이며,
도 4a 및 도 4b는 도 3의 2차원 스캔 헤드를 다른 각도에서 나타낸 도면이다.
도 5는 비교예에 따른 레이저 가공 장치에 의해 가공 대상물에 가공된 구멍을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 실시예에 따른 음향 광학 변조기의 배치를 설명하기 위한 도면으로서, 음향 광학 변조기의 사시도 및 정면도이다.
도 7은 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 의해 가공 대상물에 가공된 구멍을 나타낸다.
도 8은 실시예에 따른 각도 조절부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이며,
도 10은 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 스캔 헤드를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
“제1””, ““제2”” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. ““및/또는”” 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)를 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 2는 도 1의 음향 광학 변조기(30)의 제2 음향 광학 변조기(42)를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 1의 2차원 스캔 헤드(50)를 나타낸 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 2차원 스캔 헤드(50)를 다른 각도에서 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는 레이저 광원(10), 음향 광학 변조기(30) 및 스캔 헤드(50)를 포함한다. 음향 광학 변조기(30)와 스캔 헤드(50) 사이에는, 레이저 빔(L2)을 반사시키는 반사 미러들(61, 62)이 배치될 수 있다.
레이저 광원(10)은 레이저 빔(L)을 생성한다. 생성된 레이저 빔(L)은 음향 광학 변조기(30)에 입사될 수 있다.
음향 광학 변조기(30)(AOM; Acousto-optic modulator)는 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔(L)을 변조할 수 있다. 음향 광학 변조기(30)는 브래그 셀(Bragg cell)이라 불릴 수 있다.
음향 광학 변조기(30)는, 입사된 레이저 빔(L)을 제1 방향(D1) 및 제1 방향(D1)과 수직인 제2 방향(D2)으로 편향시킬 수 있다.
음향 광학 변조기(30)는 제1 음향 광학 변조기(41)와 제2 음향 광학 변조기(42)를 포함할 수 있다. 제1 음향 광학 변조기(41)는 레이저 빔(L)을 제1 방향(D1)으로 편향시키며, 제2 음향 광학 변조기(42)는 레이저 빔(L)을 제1 방향(D1)과 수직인 제2 방향(D2)으로 편향시킬 수 있다. 그에 따라, 편향된 레이저 빔(L)이 조사되는 영역은 사각 형상일 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 음향 광학 변조기(41) 및 제2 음향 광학 변조기(42) 각각은, 크리스탈층(310)과, 이러한 크리스탈층(310)의 일측에 연결되며 진동을 제공하는 압전 변환기(320)를 포함한다. 크리스탈층(310)의 타측에는 음향을 흡수하는 흡수부(330)가 배치될 수 있다.
크리스탈층(310)은 진동에 의해 음파를 생성할 수 있는 재질일 수 있다. 예를 들어, 크리스탈층(310)은 유리 또는 석영(Quarz)일 수 있다.
압전 변환기(320)가 전기 신호에 의해 진동함에 따라, 크리스탈층(310)에서 소정의 음파가 생성된다. 생성된 음파에 의해, 입사된 레이저 빔(L)의 일부(L1)는 크리스탈층(310)에서 회절(또는 편향)되며, 레이저 빔(L)의 다른 일부(L2)는 크리스탈층(310)에서 회절되지 않고 투과한다. 도면상 도시되지 않았으나, 크리스탈층(310)에서 회절된 일부 레이저 빔(L1)은 스캔 헤드(50)로 전달되며, 크리스탈층(310)을 투과한 다른 일부 레이저 빔(L2)은 덤퍼 등에 의해 흡수될 수 있다.
레이저 빔(L1)의 회절 각도는 생성된 음파의 주파수에 따라 달라지며, 생성된 음파는 압전 변환기(320)에 의해 가해진 진동에 따라 달라진다.
이와 같이, 음향 광학 변조기(30)는 음향 광학 효과를 이용함으로써, 모터의 회전과 같은 기구적인 동작 없이 레이저 빔(L1)을 편향시킬 수 있기 때문에, 가공 속도 및 레이저 빔(L1)의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)은 스캔 헤드(50)로 전달된다. 스캔 헤드(50)로 전달된 레이저 빔(L1)은 스캔 헤드(50)에 의해, 가공 대상물(T)의 임의의 위치로 조사된다.
스캔 헤드(50)는, 레이저 빔(L1)의 광축을 X축 방향으로 변화시키는 제1 갈바노 스캐너(51)와, 레이저 빔(L1)의 광축을 Y축 방향으로 변화시키는 제2 갈바노 스캐너(52)를 포함한다.
도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 갈바노 스캐너(51)는 수평 방향(H)과 평행한 제1축(A1)을 중심으로 회전 가능한 제1 미러(511)와, 제1 미러(511)를 회전시키는 제1 구동부(513)를 포함한다. 제2 갈바노 스캐너(52)는 수직 방향(V)과 소정 각도로 경사진 제2축(A2)을 중심으로 회전 가능한 제2 미러(521)와, 제2 미러(521)를 회전시키는 제2 구동부(523)를 포함한다. 여기서, 수직 방향(V)은 중력 방향과 평행한 방향이며, 수평 방향(H)은 중력 방향과 수직인 방향일 수 있다.
음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)은 제2 미러(521)에 의해 반사되며, 제2 미러(521)에 반사된 레이저 빔(L1)은 제1 미러(511)에 의해 반사된다. 제1 미러(511)에 의해 반사된 레이저 빔(L1)은 가공 대상물(T)의 임의의 위치로 조사된다.
제1 미러(511)와 제2 미러(521)는 서로 충돌하지 않도록 이격된다. 제1 미러(511)와 제2 미러(521)는 멀리 떨어질수록 충돌을 방지할 수 있겠지만, 스캔 헤드(50)에 요구되는 특성에 따라 제1 미러(511)와 제2 미러(521) 사이의 거리는 소정 범위 내로 제한될 수 있다.
제1 미러(511)와 제2 미러(521) 사이의 거리가 소정 범위 내로 제한되더라도, 제1 미러(511)와 제2 미러(521)의 크기가 작을 경우 특별히 문제되지 않지만, 제1 미러(511)와 제2 미러(521)의 크기가 커질 경우에는 제1 미러(511)와 제2 미러(521)가 충돌할 수 있다.
이와 같이, 제1 미러(511)와 제2 미러(521)의 충돌을 방지하면서도, 제1 미러(511)와 제2 미러(521) 사이의 거리를 소정 범위 이내로 설계하기 위하여, 제1 미러(511)의 제1축(A1)과 제2 미러(521)의 제2축(A2)이 소정 각도로 틀어지게 배치될 수 있다.
일 예로서, 제1축(A1)은 수평 방향(H)과 평행하며, 제2축(A2)은 수직 방향(V)과 소정 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 제2축(A2)은 수직 방향(V)에 대해 8도 ~ 35도 각도를 가질 수 있다.
스캔 헤드(50)를 통해 가공 대상물(T)에 대한 레이저 빔(L1)의 가공 방향을 XY 방향으로 제어하고, 음향 광학 변조기(30)를 통해 레이저 빔(L1)을 소정 범위 내에서 XY 방향으로 편향시킬 수 있다.
그러나, 스캔 헤드(50)와 음향 광학 변조기(30)를 함께 사용하는 과정에서, 레이저 빔(L1)이 예상치 않게 왜곡되는 현상이 나타났다. 예를 들어, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 스캔 헤드(50)를 거치는 과정에서 가공 대상물(T)에 비틀어져 조사되는 현상이 나타났다. 음향 광학 변조기(30)를 사용하지 않고 스캔 헤드(50)만 사용한 경우에는, 레이저 빔(L1) 자체의 형상이 원형이기 때문에, 레이저 빔(L1)이 틀어져 조사되는 현상을 인식하지 못하였다.
도 5는 비교예에 따른 레이저 가공 장치(1)에 의해 가공 대상물(T)에 가공된 구멍(h)을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 가공 대상물(T)에 가공된 구멍(h)이 배열된 형태를 살펴보면, 음향 광학 변조기(30)에 의해 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 편향된 레이저 빔(L1)은, X축 방향 및 Y축 방향으로 조사되지 않고, X축 및 Y축 방향과 소정 각도만큼 틀어져 조사되는 현상이 나타났다.
이와 같은 현상으로 인해, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)을 그대로 사용하지 못하고, X축 방향과 Y축 방향으로 사용 가능한 부분만 한정하여 사용하게 되었다. 예를 들어, 상기 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 상기 가공 대상물(T)에 실제로 조사되는 유효 영역(EF)은, 상기 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 상기 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)의 50 % 미만일 수 있다.
이러한 레이저 빔(L1)의 왜곡 현상은, 편향된 레이저 빔(L1)이 수직 방향(V)과 경사지게 배치된 제2축(A2)을 중심으로 회전하는 제2 미러(521)에 의해 반사되는 과정에서 틀어진 것으로 추정된다.
도 6a 및 도 6b는 실시예에 따른 음향 광학 변조기(30)의 배치를 설명하기 위한 도면으로서, 음향 광학 변조기(30)의 사시도 및 정면도이다. 도 7은 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에 의해 가공 대상물(T)에 가공된 구멍을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에서는, 스캔 헤드(50)와 음향 광학 변조기(30)를 함께 사용하는 경우에 나타나는 레이저 빔(L1)의 왜곡되는 현상을 해결하기 위하여, 음향 광학 변조기(30)를 스캔 헤드(50)의 제2축(A2)의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어지도록 배치할 수 있다.
음향 광학 변조기(30)를 제2축(A2)의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어진 경우, 제2축(A2)에 반사되는 과정에서 레이저 빔(L1)이 틀어지는 것을 방지할 수 있다. 그에 따라, 제1 미러(511)에 반사되어 가공 대상물(T)에 조사된 레이저 빔(L1) 역시 틀어지지 않고 조사될 수 있다.
예를 들어, 음향 광학 변조기(30)는, 제2 음향 광학 변조기(42)의 제2 방향(D2)이 수직 방향(V)에 대하여 제2축(A2)의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 방향(D2)이 상기 수직 방향(V)에 대하여 경사진 각도는, 8 도 ~ 35 도일 수 있다. 이 때, 제1 음향 광학 변조기(41)의 제1 방향(D1)은 수평 방향(H)에 대하여 제2축(A2)의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(D1)이 수평 방향(H)에 대하여 경사진 각도는, 8 도 ~ 35 도일 수 있다.
레이저 가공 장치(1)는, 음향 광학 변조기(30)를 고정 지지하는 고정부(70)를 더 포함한다. 고정부(70)는, 음향 광학 변조기(30)의 적어도 일측에 고정되며, 음향 광학 변조기(30)가 수직 방향(V)에 대해 제2축(A2)의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어지도록 지지한다.
도 7을 참조하면, 스캔 헤드(50)의 제2축(A2)의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어지게 배치한 음향 광학 변조기(30)에 의해 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 편향된 레이저 빔(L1)은, 스캔 헤드(50)를 거치더라도, X축 방향 및 Y 축 방향과 틀어지지 않고, 조사됨을 알 수 있다. 그에 따라, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)의 50 % 이상일 수 있다. 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)의 90 % 이상일 수 있다. 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)의 95 % 이상일 수 있다. 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)과 일치할 수 있다.
음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은 일변의 길이(l)가 0.1 mm ~ 10 mm 일 수 있다.
한편, 도 6a 및 도 6b에서는 음향 광학 변조기(30)가 소정 각도로 고정된 예를 중심으로 설명하였으나, 음향 광학 변조기(30)를 지지하는 구성은 이에 한정되지 아니하고, 변형될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 각도 조절부(80)를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 레이저 가공 장치(1)는, 고정부(70) 대신에, 음향 광학 변조기(30)의 각도를 조정 가능하도록 지지하는 각도 조절부(80)를 더 포함할 수 있다.
각도 조절부(80)는 수직 방향(V)에 대한 음향 광학 변조기(30)의 각도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 각도 조절부(80)는 수직 방향(V)에 대한 음향 광학 변조기(30)의 각도를 8도 ~ 35 도 내에서 조절할 수 있다.
이러한 각도 조절부(80)를 이용함으로써, 스캔 헤드(50)가 교체되더라도, 음향 광학 변조기(30)를 분리 및 재설치하는 작업 없이, 음향 광학 변조기(30)의 각도를 용이하게 변경할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1A)를 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 10은 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1A)의 스캔 헤드(50A)를 나타낸 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1A)는, 레이저 광원(10), 음향 광학 변조기(30A) 및 스캔 헤드(50A)를 포함한다.
다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에서는, 음향 광학 변조기(30A)와 스캔 헤드(50A)를 함께 사용하는 경우에 나타나는 레이저 빔(L1)의 왜곡을 방지하기 위하여, 음향 광학 변조기(30A)를 수직 방향(V)과 평행하게 배치하고, 스캔 헤드(50A)의 제2축(A2)을 수직 방향(V)과 평행하도록 배치할 수 있다. 즉, 스캔 헤드(50A)의 제2축(A2)을 수직 방향(V)과 틀어지지 않고 평행하도록 배치함으로써, 수직 방향(V)에 대한 음향 광학 변조기(30A)의 각도를 평행하도록 배치하더라도, 레이저 빔(L1)의 왜곡을 방지할 수 있다.
스캔 헤드(50A)의 제2축(A2)을 수직 방향(V)과 틀어지지 않고 평행하도록 배치함에도 불구하고, 제1 미러(511)와 제2 미러(521)의 충돌을 방지하기 위하여, 제1 미러(511)와 제2 미러(521)는 소정 크기 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 미러(511) 및 제2 미러(521) 각각은 35 mm 이하일 수 있다. 제1 미러(511) 및 제2 미러(521)는 2 mm 이상일 수 있다.
도 7을 참조하면, 음향 광학 변조기(30A)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)의 50 % 이상일 수 있다. 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)의 90 % 이상일 수 있다. 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)의 95 % 이상일 수 있다. 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은, 음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)에 조사 가능한 스캔 영역(SF)과 일치할 수 있다.
음향 광학 변조기(30)에 의해 편향된 레이저 빔(L1)이 가공 대상물(T)의 가공에 사용 가능한 유효 영역(EF)은 일변의 길이(l)가 0.1 mm ~ 10 mm 일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
1, 1A : 레이저 가공 장치 10 : 레이저 광원
30, 30A : 음향 광학 변조기 41 : 제1 음향 광학 변조기
42 : 제2 음향 광학 변조기 310 : 크리스탈층
320 : 압전 변환기 330 : 흡수부
50, 50A : 스캔 헤드 51 : 제1 갈바노 스캐너
A1 : 제1축 511 : 제1 미러
513 : 제1 구동부 52 : 제2 갈바노 스캐너
A2 : 제2축 521 : 제2 미러
523 : 제2 구동부 61, 62 : 반사 미러
70 : 고정부 80 : 각도 조절부
SF : 스캔 영역 EF : 유효 영역

Claims (14)

  1. 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원;
    상기 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔이 입사되며, 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔의 각도를 제1 방향 및 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 편향시키는 음향 광학 변조기; 및
    상기 음향 광학 변조기로부터 편향된 레이저 빔이 입사되며, 입사된 레이저 빔이 가공 대상물에 조사되는 위치를 2차원으로 제어하는 것으로서, 수평 방향과 평행한 제1 축을 중심으로 회전 가능한 제1 미러를 가지는 제1 갈바노 스캐너와, 수직 방향과 소정 각도로 경사진 제2 축을 중심으로 회전 가능한 제2 미러를 가지는 제2 갈바노 스캐너를 포함하는 스캔 헤드;를 포함하며,
    상기 음향 광학 변조기는 상기 제2 축의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어진, 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 축이 상기 수직 방향에 대하여 경사진 각도는, 8 도 ~ 35 도인, 레이저 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 방향이 상기 수직 방향에 대하여 경사진 각도는, 8 도 ~ 35 도인, 레이저 가공 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 방향이 상기 수평 방향에 대하여 경사진 각도는, 8 도 ~ 35 도인, 레이저 가공 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역(filed)은, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물에 조사 가능한 스캔 영역의 50 % 이상인, 레이저 가공 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역은 일변의 길이가 0.1 mm ~ 10 mm 인, 레이저 가공 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 음향 광학 변조기를 고정 지지하는 고정부;를 더 포함하는, 레이저 가공 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 음향 광학 변조기의 각도를 조정 가능하도록 지지하는 각도 조절부;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
  9. 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원;
    상기 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔이 입사되며, 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔의 각도를 제1 방향 및 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 편향시키는 음향 광학 변조기; 및
    상기 음향 광학 변조기로부터 출사된 레이저 빔이 입사되며, 입사된 레이저 빔이 가공 대상물에 조사되는 위치를 2차원으로 제어하는 것으로서, 수평 방향과 평행한 제1 축을 중심으로 회전 가능한 제1 미러를 가지는 제1 갈바노 스캐너와, 수직 방향과 평행한 제2 축을 중심으로 회전 가능한 제2 미러를 가지는 제2 갈바노 스캐너를 포함하는 스캔 헤드;를 포함하며,
    상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역은, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물에 조사 가능한 스캔 영역의 50 % 이상인, 레이저 가공 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역(filed)은, 상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물에 조사 가능한 스캔 영역의 90 % 이상인, 레이저 가공 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 음향 광학 변조기에 의해 편향된 레이저 빔이 상기 가공 대상물의 가공에 사용 가능한 유효 영역은 일변의 길이가 0.1 mm ~ 10 mm 인, 레이저 가공 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 미러 및 상기 제2 미러 각각은 35 mm 이하인, 레이저 가공 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 미러 및 상기 제2 미러 각각은 2 mm 이상인, 레이저 가공 장치.
  14. 입사된 레이저 빔을, 음향 광학 변조기를 이용하여, 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향 중 적어도 일 방향으로 편향시키는 단계;
    상기 편향된 레이저 빔을 수직 방향과 소정 각도로 경사진 제2 축을 중심으로 회전 가능한 제2 미러에 반사시키는 단계; 및
    상기 제2 미러에 반사된 레이저 빔을 수평 방향과 평행한 제1 축을 중심으로 회전 가능한 제1 미러에 반사시키는 단계;를 포함하며,
    상기 음향 광학 변조기는 상기 제2 축의 경사 각도와 동일한 각도로 틀어진, 레이저 가공 방법.
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