KR20170096415A - 레이저 클리닝 방법과, 이를 이용한 레이저 가공방법 및 장치 - Google Patents

레이저 클리닝 방법과, 이를 이용한 레이저 가공방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 클리닝 방법과, 이를 이용한 레이저 가공방법 및 장치가 개시된다. 개시된 레이저 클리닝 방법은, 레이저 빔을 이용하여 가공대상물의 절단선 주위에 생성된 입자들 및 상기 가공대상물에 도포된 코팅물질을 제거하는 것으로, 상기 레이저 빔을 디포커싱(defocusing)하여 상기 가공대상물의 절단선 주위에 조사하는 단계; 및 상기 디포커싱된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사하여, 상기 입자들 및 상기 코팅물질을 동시에 제거하는 단계;를 포함한다.

Description

레이저 클리닝 방법과, 이를 이용한 레이저 가공방법 및 장치{Laser cleaning method and laser processing method and apparatus using the laser cleaning method}
본 발명은 레이저 디플래쉬 기술에 관한 것으로, 상세하게는 레이저를 이용하여 가공대상물을 절단하는 경우 발생하는 입자들 및 가공대상물을 보호하기 위한 코팅물질을 레이저를 이용하여 동시에 제거하는 레이저 클리닝 장치 및 이를 이용한 레이저 클리닝 방법에 관한 것이다.
자재의 표면에 남아 있는 불순물을 제거하기 위한 방안으로, 종래에는 전기 분해를 이용하는 방법, 화학 약품을 사용하여 화학적으로 제거하는 방법, 고압의 물을 분사하여 기계적으로 제거하는 방법 등이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 방법들은 인체에 유해한 약품을 사용하여야 하며, 불순물을 제거하는 과정에서 제품이 손상될 염려가 있으며, 불순물의 완벽한 제거가 어렵다는 문제점이 있다.
최근에는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 레이저를 이용하여 자재의 표면에 남아 있는 불순물을 제거하는 레이저 디플래쉬(de-flash) 기술이 각광을 받고 있다. 이러한 레이저 디플래쉬 기술은 레이저를 이용하여 불순물을 제거하게 되므로 자연 친화적이고 가공 속도도 빠르며, 유지 비용이 적다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 레이저를 이용하여 가공대상물을 절단하는 경우, 발생하는 입자들 및 가공대상물을 보호하기 위한 코팅물질을 레이저를 이용하여 동시에 제거할 수 있는 레이저 클리닝 장치 및 이를 이용한 레이저 클리닝 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 레이저 클리닝 방법은 레이저 빔을 이용하여 가공대상물의 절단선 주위에 생성된 입자들 및 상기 가공대상물에 도포된 코팅물질을 제거하는 레이저 클리닝 방법에 있어서, 상기 레이저 빔을 디포커싱(defocusing)하여 상기 가공대상물의 절단선 주위에 조사하는 단계; 및 상기 디포커싱된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사하여, 상기 입자들 및 상기 코팅물질을 동시에 제거하는 단계;를 포함한다.
상기 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 입자들은 절단용 레이저 빔을 이용하여 상기 가공대상물을 절단함으로써 생성될 수 있다.
상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단용 레이저 빔과 동일한 파장을 가질 수 있다.
상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단용 레이저 빔보다 낮은 주파수를 갖도록 조절될 수 있다.
상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 가공대상물의 절단선 주위를 상기 절단선을 따라 복수회 라인 주사될 수 있다.
일 실시예에 따른 레이저 가공방법은 가공대상물 상에 코팅물질을 도포하는 단계; 제1 레이저 빔을 이용하여 상기 가공대상물을 절단하는 단계; 제2 레이저 빔을 디포커싱하여 상기 가공대상물의 절단선 주위에 조사하는 단계; 및 상기 디포커싱된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사하여, 상기 가공대상물의 절단선 주위에 생성된 입자들 및 상기 코팅물질을 동시에 제거하는 단계;를 포함한다.
상기 제2 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 가공대상물은 상기 제1 레이저 빔을 상기 가공대상물에 포커싱한 다음, 절단 예정선을 따라 이동시킴으로써 절단될 수 있다.
상기 제1 및 제2 레이저 빔은 동일한 레이저 광원으로부터 방출되며, 동일한 파장을 가질 수 있다.
상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔보다 낮은 주파수를 갖도록 조절될 수 있다.
상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 가공대상물의 절단선 주위를 상기 절단선을 따라 복수회 라인 주사될 수 있다.
레이저를 이용하여 가공대상물을 가공하는 경우, 가공대상물의 보호를 위해 절단 영역 주위에 코팅물질을 도포하게 된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 코팅물질이 도포된 가공대상물의 절단 시 발생하는 입자들 및 코팅물질을 레이저를 이용하여 동시에 제거함으로써, 가공대상물의 손상을 방지하고 공정 속도도 빠르게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 클리닝 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 레이저 가공장치(100)는 후술하는 바와 같이 가공대상물(W)을 절단하는 공정과, 가공대상물(W)의 절단과정에서 생성된 입자들 및 코팅물질을 제거하는 공정을 수행할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 레이저 광원(110), 미러(120), 집속 렌즈(140) 및 제어부(150)을 포함한다. 여기서, 레이저 광원(110)은 절단용 레이저 빔 또는 후술하는 디플래쉬용 레이저 빔을 방출한다. 구체적으로, 레이저 광원(110)은 가공대상물(W)을 절단하는 공정에서는 제1 레이저 빔(L1), 즉 절단용 레이저 빔을 방출한다. 여기서, 가공대상물(W)로는 예를 들면, 구리 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 다른 다양한 금속 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 레이저 광원(110)은 가공대상물(W)의 절단과정에서 생성된 입자들 및 코팅물질을 제거하는 공정, 즉 레이저 디플래쉬 공정에서는 제2 레이저 빔(L2), 즉 디플래쉬용 레이저 빔을 방출할 수 있다.
제1 및 제2 레이저 빔(L1, L2)으로는 예를 들면, 비교적 짧은 펄스폭을 가지는 펄스형 레이저 빔이 사용될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에 연속파형 레이저 빔이 사용될 수도 있다. 가공대상물(W)이 구리를 포함하는 경우에 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 및 제2 레이저 빔(L1, L2)은 예를 들면 대략 532nm의 파장을 가지는 펄스형 레이저 빔이 될 수 있다.
레이저 광원(110)으로부터 방출된 레이저 빔(L1, L2)은 미러(120)에 의해 원하는 위치로 그 진행 경로가 변경될 수 있다. 그리고, 미러(120)에서 반사된 레이저 빔은 집속 렌즈(140)를 경유하여 스테이지(S)에 적재된 가공대상물(W)의 가공하고자 하는 위치에 조사된다. 여기서, 미러(120)와 집속 렌즈(140) 사이의 광경로 상에는 레이저 빔의 크기를 확대시키는 빔 확대기(BET: Beam Expanding Telescope, 130)가 더 마련될 수 있다.
레이저 절단 공정에서 집속 렌즈(140)는 레이저 광원(110)으로부터 방출된 제1 레이저 빔(L1)을 가공대상물(W)의 표면에 포커싱하여 조사하는 역할을 한다. 이와 같이, 제1 레이저 빔(L1)이 집속 렌즈(140)에 의해 포커싱되어 가공대상물(W)의 표면에 조사된 다음, 절단 예정선을 따라 이동함으로써 가공대상물(W)을 절단하는 공정을 수행하게 된다.
한편, 가공대상물(W)의 절단과정에서 생성된 입자들 및 코팅물질을 제거하는 공정, 즉 레이저 디플래쉬 공정에서 집속 렌즈(140)는 레이저 광원(110)으로부터 방출된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱(defocusing)하여 가공대상물(W)에 도포된 코팅물질 및 절단과정에서 생성된 입자들 주위에 조사하는 역할을 한다. 이러한 제2 레이저 빔(L2)의 디포커싱은 집속 렌즈(140)를 이동함으로써 수행될 수 있다. 즉, 제2 레이저 빔(L2)의 디포커싱은 집속 렌즈(140)를 가공대상물(W)과 반대되는 방향으로 일정 거리만큼 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 이와 같이, 제2 레이저 빔(L2)이 집속 렌즈(140)에 의해 디포커싱되어 가공대상물(W)의 절단과정에서 생성된 입자들 및 코팅물질 주위에 조사된 다음, 절단선을 따라 라인 주사됨으로써 가공대상물(W)의 절단선 주위에 생성된 입자들 및 코팅물질을 제거하는 공정을 수행하게 된다.
본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 레이저 빔(L1,L2)을 제어하기 위한 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제어부(150)는 레이저 빔(L1,L2)의 파장, 주파수 등을 원하는 값으로 제어할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 클리닝 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 가공대상물(W) 상에 코팅물질(210)을 도포한다. 가공대상물(W)로는 예를 들면, 구리 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 다른 다양한 금속 물질을 포함할 수 있다. 코팅물질(210)은 가공대상물(W) 절단 시, 절단 영역이 아닌 부분이 가공되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
코팅물질(210)을 가공대상물(W)에 도포할 시에는 스탬프 코팅(stamp coating) 방식을 이용할 수 있다. 스탬프 코팅이란 코팅물질(210)을 가공대상물(W)의 도포하고자 하는 부분에 찍어내는 방식으로, 스탬프 코팅을 통해 코팅물질(210)을 가공대상물의 선택영역에만 도포할 수 있다. 따라서, 도포되는 코팅물질(210)의 불필요한 소모를 방지할 수 있으며, 레이저 클리닝 시에도 선택 영역에 도포된 코팅물질(210)만을 제거하면 되므로 레이저 클리닝 시간을 단축시킬 수 있다.
다음, 도 2c를 참조하면, 코팅물질(210)이 도포된 가공대상물(W)의 절단 영역에 도 1에 도시된 레이저 가공장치(100)로부터 제1 레이저빔(L1), 즉 절단용 레이저 빔을 집속 렌즈(140)를 이용하여 포커싱한다. 다음, 가공대상물(W)의 절단 예정선을 따라 제1 레이저 빔(L1)을 주사하게 되면, 가공대상물(W)이 절단될 수 있다. 이러한 레이저 절단 과정에서 레이저 플라즈마 현상으로 인해 절단선(230) 주위의 코팅물질(210) 상에는 입자(220)들이 증착되어 있을 수 있다. 이러한 입자(220)들은 제품의 품질을 떨어뜨릴 수 있으므로 제거되어야 할 필요가 있다.
다음, 도 2d 및 도 2e를 참조하면, 절단선(230) 주위의 코팅물질(210) 상에 증착된 입자(220)들을 제거하기 위해 도 1에 도시된 레이저 가공장치(100)로부터 제2 레이저 빔(L2), 즉 디플래쉬용 레이저 빔을 가공대상물(W)의 절단선(230) 주위에 조사한다. 이 과정에서, 제2 레이저 빔(L2)은 집속 렌즈(140)에 의해 디포커싱(defocusing)되어 가공대상물(W)의 절단선(230) 주위에 조사될 수 있다. 제2 레이저 빔(L2)의 디포커싱은 집속 렌즈(140)를 가공대상물(W)과 멀어지는 방향으로 소정 거리만큼 이동(shift)시킴으로써 수행될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 레이저 디플래쉬 공정에서 디플래쉬용 레이저 빔인 제2 레이저 빔(L2)은 제어부(150)에 의해 그 주파수가 조절되어 사용될 수 있다. 구체적으로, 제2 레이저 빔(L2)은 제1 레이저 빔(L1)에 비해 낮은 주파수를 가지도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 가공대상물(W)이 구리를 포함하는 경우 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)은 대략 532nm의 파장을 가지는 펄스형 레이저 빔이 될 수 있다. 또 다른 실시예로, 가공대상물(W)의 종류 및 특성에 따라서, 제1 레이저 빔(L1)과 제2 레이저 빔(L2)은 같은 주파수를 가질 수도 있다. 또는 제1 레이저 빔(L1)과 제2 레이저 빔(L2)는 같은 주파수를 사용하되, 서로 다른 파장의 레이저 빔을 사용할 수 있으며, 이때, 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔일 수도 있다.
주파수가 조절되어 가공대상물(W)의 절단선(230) 주위에 디포커싱된 제2 레이저 빔(L2)을 절단선(230)을 따라 라인 주사하게 되면, 절단선(230) 주위의 코팅물질(210) 상에 증착된 입자(220)들 및 코팅물질(210)이 동시에 감소하거나 제거될 수 있다.
한편, 절단선(230) 주위의 코팅물질(210) 상에 증착된 입자(220)들은 주파수가 조절되어 가공대상물(W)의 절단선(230) 주위에 디포커싱된 제2 레이저 빔(L2)을 절단선(230)을 따라 1회 라인 주사하거나 또는 복수회 라인 주사함으로써 제거될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 레이저를 이용하여 가공대상물을 절단하게 되면 절단선 주위의 코팅물질 상에는 입자들이 증착될 수 있다. 그러나, 이러한 입자들 및 코팅 물질은 주파수가 조절된 디플래쉬용 레이저 빔을 절단선 주위에 디포커싱한 다음, 1회 이상 라인 주사를 함으로써 동시에 제거될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 레이저 디플래쉬 공정에서는 가공대상물이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 공정 속도가 빠르고 비용도 절감할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 … 레이저 가공장치
110 … 레이저 광원
120 … 미러
130 … 빔 확대기
140 … 집속 렌즈
150 … 제어부
210 … 코팅 물질
220 … 입자
230 … 절단선
L1 … 제1 레이저 빔
L2 … 제2 레이저 빔
W … 가공대상물
S … 스테이지

Claims (10)

  1. 레이저 빔을 이용하여 가공대상물의 절단선 주위에 생성된 입자들 및 상기 가공대상물에 도포된 코팅물질을 제거하는 레이저 클리닝 방법에 있어서,
    상기 레이저 빔을 디포커싱(defocusing)하여 상기 가공대상물의 절단선 주위에 조사하는 단계; 및
    상기 디포커싱된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사하여, 상기 입자들 및 상기 코팅물질을 동시에 제거하는 단계;를 포함하는 레이저 클리닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계;를 더 포함하는 레이저 클리닝 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입자들은 절단용 레이저 빔을 이용하여 상기 가공대상물을 절단함으로써 생성되는 레이저 클리닝 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단용 레이저 빔과 동일한 파장을 갖는 레이저 클리닝 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 가공대상물의 절단선 주위를 상기 절단선을 따라 복수회 라인 주사되는 레이저 클리닝 방법.
  6. 가공대상물 상에 코팅물질을 도포하는 단계;
    제1 레이저 빔을 이용하여 상기 가공대상물을 절단하는 단계;
    제2 레이저 빔을 디포커싱하여 상기 가공대상물의 절단선 주위에 조사하는 단계; 및
    상기 디포커싱된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사하여, 상기 가공대상물의 절단선 주위에 생성된 입자들 및 상기 코팅물질을 동시에 제거하는 단계;를 포함하는 레이저 가공방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계;를 더 포함하는 레이저 가공방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가공대상물은 상기 제1 레이저 빔을 상기 가공대상물에 포커싱한 다음, 절단 예정선을 따라 이동시킴으로써 절단되는 레이저 가공방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 레이저 빔은 동일한 레이저 광원으로부터 방출되며, 동일한 파장을 가지는 레이저 가공방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 가공대상물의 절단선 주위를 상기 절단선을 따라 복수회 라인 주사되는 레이저 가공방법.
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