(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-17
(45)【発行日】2024-07-25
(54)【発明の名称】レーザ加工システム及びレーザ加工方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/082 20140101AFI20240718BHJP
B23K 26/00 20140101ALI20240718BHJP
【ＦＩ】
B23K26/082
B23K26/00 Q
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022527834
(86)(22)【出願日】2020-12-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-25
(86)【国際出願番号】 KR2020018695
(87)【国際公開番号】W WO2021137488
(87)【国際公開日】2021-07-08
【審査請求日】2022-05-12
(31)【優先権主張番号】10-2019-0179976
(32)【優先日】2019-12-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】518062668
【氏名又は名称】ミーレ カンパニー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002262
【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】イ ジュンジョン
(72)【発明者】
【氏名】イ デヨン
(72)【発明者】
【氏名】イ ボンドン
(72)【発明者】
【氏名】ソン チャンファン
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１６８６００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１５８７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０９９６７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２６２２５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１５７００６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／０８２
Ｂ２３Ｋ ２６／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザビームを出力するレーザ発振器と、被加工物が取り付けられ、かつ予め設定した方向に移動する加工テーブルと、
前記レーザ発振器と前記加工テーブルとの間に位置し、前記レーザビームを前記被加工物に入射させるレンズと、前記レーザ発振器から出力された前記レーザビームを前記レンズに入射させるミラーとを備える光学ユニットと、
予め記憶された前記被加工物の設計加工座標に応じて前記ミラーを制御し、前記レンズに入射する前記レーザビームの位置を調整する第１のコントローラと、を含むレーザ加工装置を備え、
前記第１のコントローラは、
前記被加工物の被加工面は前記被加工物に形成された被加工領域の最下端から鉛直方向に延びる軸に対して所定の傾きを有するように、前記レンズに入射する前記レーザビームの位置において、前記レンズの中心から前記レンズの径方向に沿う位置を調整し、
前記被加工物のエッジの形状に応じて加工するように、前記レンズに入射する前記レーザビームの位置において、前記レンズの円周方向に沿う位置を調節する前記被加工物に入射する前記レーザビームの角度を調整する、レーザ加工システム。
【請求項2】
前記第１のコントローラは、前記被加工物のエッジの形状に応じて、前記被加工物の被加工面が互いに異なる所定の傾きを有するように、前記レンズの中心から前記レンズに入射する前記レーザビームの距離を異なるように調整しながら前記被加工物のエッジと前記レンズとの間の距離を一定に維持する、請求項１に記載のレーザ加工システム。
【請求項3】
前記第１のコントローラは、前記被加工物のエッジの形状に応じて、前記レンズの中心から、前記レンズに入射する前記レーザビームの距離を一定に保ちながら、前記レンズに入射する前記レーザビームの円周方向に沿う位置を調整する、請求項１に記載のレーザ加工システム。
【請求項4】
前記光学ユニットは、前記加工テーブルとは独立に移動する、請求項１に記載のレーザ加工システム。
【請求項5】
予め設定した方向に移動しながら前記被加工物の画像を撮像する撮像ユニットと、前記撮像した画像に基づいて前記被加工物の実際加工座標を生成する第２のコントローラと、を含む検査装置をさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工システム。
【請求項6】
前記第２のコントローラは、前記設計加工座標と前記実際加工座標との差分値と、予め設定した閾値とを比較し、前記差分値が前記閾値以下である場合、前記実際加工座標を前記第１のコントローラに伝達し、前記差分値が前記閾値を超える場合、加工中断を判定する、請求項５に記載のレーザ加工システム。
【請求項7】
１つ以上の前記検査装置を備え、前記レーザ加工装置を前記検査装置の数の以上に備える、請求項５に記載のレーザ加工システム。
【請求項8】
ミラー及びレンズを備える光学ユニットを用いて、レーザ発振器から出力されたレーザビームを被加工物に入射させるレーザ加工方法であって、前記被加工物の加工座標を取得するステップと、
前記取得した加工座標に応じて前記ミラーを制御し、前記レンズに入射する前記レーザビームの位置を調整するステップと、を含み、
前記レーザビームの位置を調整するステップは、
前記被加工物の被加工面は前記被加工物に形成された被加工領域の最下端から鉛直方向に延びる軸に対して所定の傾きを有するように、前記レンズに入射する前記レーザビームの位置において、前記レンズの中心から前記レンズの径方向に沿う位置を調整し、前記被加工物のエッジの形状に応じて加工するように、前記レンズに入射する前記レーザビームの位置において、前記レンズの円周方向に沿う位置を調節するレーザ加工方法。
【請求項9】
前記レーザビームの位置を調整するステップは、前記被加工物のエッジの形状に応じて、前記被加工物の被加工面が互いに異なる所定の傾きを有するように、前記レンズの中心から前記レンズに入射する前記レーザビームの距離を異なるように調整しながら前記被加工物のエッジと前記レンズとの間の距離を一定に維持する、請求項８に記載のレーザ加工方法。
【請求項10】
前記被加工物の加工座標を取得するステップは、予め設定した方向に移動する撮像ユニットで前記被加工物の画像を撮像するステップと、
前記撮像した画像に基づいて前記被加工物の実際加工座標を取得するステップと、を含む、請求項８に記載のレーザ加工方法。
【請求項11】
前記被加工物の加工座標を取得するステップの後に、予め記憶された設計加工座標と前記実際加工座標との差分値を予め設定した閾値と比較するステップと、
前記差分値が前記閾値以下である場合、前記設計加工座標を前記実際加工座標に置き換えるステップと、
前記差分値が前記閾値を超える場合、加工中断を判定するステップと、をさらに含む、請求項１０に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施例は、レーザ加工システム及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、様々な形状を有するディスプレイパネル又は画素の高集束化に応じてゼロベゼルを実現したディスプレイパネルが開発及び生産されている。 このようなディスプレイパネルは、誘電体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む複数の層が積層されて構成されるが、加工の精度を考慮して従来の接触式の切断方法ではなく、非接触式の切断方法を用いて切断加工を行っている。
【0003】
レーザを用いた従来の非接触式の切断方法の場合、切断の対象となる被加工物のエッジの設計の座標を予め入力した後、入力された座標に応じてそのまま切断を行うことになる。 しかしながら、被加工物の設計の座標と実際の座標との間に誤差が存在することもあり、このような誤差は、一定ではないため、設計の座標に応じて切断加工を行う場合、所望の大きさの被加工物が得られなくなる。
【0004】
また、レーザを用いた従来の非接触式の切断方法は、被加工物の形状に応じてリアルタイムでレーザ加工装置を制御することが困難な問題点がある。
【0005】
前述の背景技術は、発明者が本発明を導出するために保有していたか、本発明を導出する過程で習得した技術情報であり、必ずしも本発明の出願の前に一般公衆に公開された公知の技術とは限らない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の実施例は、切断加工を含む様々な非接触式の加工を高精度で行うことができ、被加工物の形状に応じてリアルタイムでレーザ加工装置を制御することができるレーザ加工システム及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。 ただし、前述の課題は、本発明の実施例に係るものであり、本発明の目的及び解決しようとする課題はこれに限定されない。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムは、レーザビームを出力するレーザ発振器と、被加工物が取り付けられ、かつ予め設定した方向に移動する加工テーブルと、レーザ発振器と加工テーブルとの間に位置し、レーザビームを被加工物に入射させるレンズと、レーザ発振器から出力されたレーザビームをレンズに入射させるミラーとを備える光学ユニットと、予め記憶された被加工物の設計加工座標に応じてミラーを制御し、レンズに入射するレーザビームの位置を調整する第１のコントローラとを含むレーザ加工装置を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係るレーザ加工システム及びレーザ加工方法は、被加工物の設計加工座標と実際加工座標との差を補正することができる。 また、本発明に係るレーザ加工システム及びレーザ加工方法は、被加工物の形状に応じてレーザ加工装置をリアルタイムで制御することにより、様々な形状を有する被加工物の加工を高精度かつ高速で行うことができる。 特に、本発明に係るレーザ加工システム及びレーザ加工方法は、レーザの入射経路を制御して様々な角度で被加工物の被加工面を加工することができる。 また、本発明に係るレーザ加工システム及びレーザ加工方法は、誘電体を含む被加工物を精度よく加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施例に係るレーザ加工システムを示す図である。
【図7】本発明の一実施例に係る検査装置を示す図である。
【図9】本発明の他の実施例に係るレーザ加工システムを示す図である。
【図11】本発明の他の実施例に係るレーザ加工方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムは、レーザビームを出力するレーザ発振器と、被加工物が取り付けられ、かつ予め設定した方向に移動する加工テーブルと、レーザ発振器と加工テーブルとの間に位置し、レーザビームを被加工物に入射させるレンズと、レーザ発振器から出力されたレーザビームをレンズに入射させるミラーとを備える光学ユニットと、予め記憶された被加工物の設計加工座標に応じてミラーを制御し、レンズに入射するレーザビームの位置を調整する第１のコントローラとを含むレーザ加工装置を備える。
【0011】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムにおいて、第１のコントローラは、レンズに入射するレーザビームの位置において、レンズの円周方向に沿うレーザビームの位置及びレンズの径方向に沿うレーザビームの位置の少なくともいずれか１つを調整し、被加工物に入射するレーザビームの角度を調整してもよい。
【0012】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムにおいて、第１のコントローラは、被加工物のエッジの形状に応じて、被加工物の被加工面が所定の傾きを有するように、レンズに入射するレーザビームの位置を調整してもよい。
【0013】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムにおいて、第１のコントローラは、被加工物のエッジの形状に応じて、レンズの中心から、レンズに入射するレーザビームの距離を一定に保ちながら、レンズに入射するレーザビームの円周方向に沿う位置を調整してもよい。
【0014】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムにおいて、光学ユニットは、加工テーブルとは独立に移動してもよい。
【0015】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムにおいて、予め設定した方向に移動しながら、被加工物の画像を撮像する撮像ユニットと、撮像した画像に基づいて被加工物の実際加工座標を生成する第２のコントローラとを含む検査装置をさらに備えてもよい。
【0016】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムにおいて、第２のコントローラは、既設計加工座標と実際加工座標との差分値と、予め設定した閾値とを比較し、差分値が閾値以下である場合、実際加工座標を第１のコントローラに伝達し、差分値が閾値を超える場合、加工中断を判定してもよい。
【0017】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システムにおいて、１つ以上の検査装置を備え、レーザ加工装置を検査装置の数以上に備えてもよい。
【0018】
本発明の他の実施例に係るレーザ加工方法は、ミラー及びレンズを備える光学ユニットを用いて、レーザ発振器から出力されたレーザビームを被加工物に入射させるレーザ加工方法であって、被加工物の加工座標を取得するステップと、取得した加工座標に応じてミラーを制御し、レンズに入射するレーザビームの位置を調整することによってレーザ加工を行うステップとを含む。
【0019】
本発明の他の実施例に係るレーザ加工方法において、レーザ加工を行うステップは、レンズに入射するレーザビームの位置において、レンズの円周方向に沿う位置及びレンズの径方向に沿う位置の少なくともいずれか１つを調整し、被加工物に入射するレーザビームの角度を調整してもよい。
【0020】
本発明の他の実施例に係るレーザ加工方法において、レーザ加工を行うステップは、被加工物のエッジの形状に応じて、被加工物の被加工面が所定の傾きを有するように、レンズに入射するレーザビームの位置を調整してもよい。
【0021】
本発明の他の実施例に係るレーザ加工方法において、レーザ加工を行うステップは、被加工物のエッジの形状に応じて、被加工物の被加工面が所定の傾きを有するように、レンズに入射するレーザビームの位置を調整してもよい。
【0022】
本発明の他の実施例に係るレーザ加工方法において、被加工物の加工座標を取得するステップは、予め設定した方向に移動する撮像ユニットで被加工物の画像を撮像するステップと、撮像した画像に基づいて、被加工物の実際加工座標を取得するステップとを含んでもよい。
【0023】
本発明の他の実施例に係るレーザ加工方法において、被加工物の加工座標を取得するステップの後に、予め記憶された設計加工座標と実際加工座標との差分値を予め設定した閾値と比較するステップと、差分値が閾値以下である場合、設計加工座標を実際加工座標に置き換えるステップと、差分値が閾値を超える場合、加工中断を判定するステップとをさらに含んでもよい。
【0024】
前述したこと以外の他の側面、特徴、及び利点は、以下の発明を実施するための具体的な内容、特許請求の範囲、及び図面より明らかになるだろう。
【0025】
本発明は、様々な変形を加えることができる上に、様々な実施例を有することができ、特定の実施例を図面に例示し、発明の説明に詳細に説明する。 しかしながら、これは本発明を特定の実施例に限定することを意図するものではなく、本発明の精神及び技術の範囲に含まれる全ての変形、等価物ないし代替物を包含することを理解されたい。 本発明の説明において、他の実施例に示されていても、同一の構成要素は同一の符号番号を付する。
【0026】
第１、第２などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用され得るが、構成要素は、用語によって限定されるべきではない。 用語は、ある構成要素を他の構成要素から区別する目的で使用され得る。
【0027】
本出願で使用される用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであり、本発明を限定することを意図するものではない。 本出願において、「含む」又は「有する」などの用語は、本明細書に記載の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はそれらの組み合わせが存在することを指定するものであり、１つ又は複数の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はそれらの組み合わせの存在又は追加の可能性を予め排除しないことで理解されたい。
【0028】
以下に、添付された図面に図示された本発明に係る実施例を参照し、本発明を詳細に説明する。
【0029】
【0030】
本発明の一実施例に係るレーザ加工システム１は、レーザ切断を含むレーザ穿孔、レーザ描画、レーザパターニング、レーザスクライビングなどの様々なレーザ加工に使用してもよい。 ただし、以下では、説明の便宜上、レーザ加工システム１がレーザ切断加工に用いられるものとして説明する。 なお、被加工物Ｗの種類は、特に限定されない。 被加工物Ｗは、誘電体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含むディスプレイパネルに加え、金属シート、セラミック基板などであってもよい。
【0031】
図１に示すように、レーザ発振器１１は、レーザ加工装置１０の一側に配置される。 レーザ発振器１１は、特定の波長を有するレーザビームを生成して出力することができるレーザ源を備えてもよい。 レーザ発振器１１から出力されるレーザビームの種類は特に限定されず、被加工物Ｗの種類や加工方式に応じて適宜選択してもよい。 例えば、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームは、ルビーレーザビーム、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビーム、Ｔｉ：サファイアレーザビームなどを含む固体レーザビームと、色素レーザビームなどを含む液体レーザビームと、ＣＯ2レーザビーム、Ｈｅ‐Ｎｅレーザビーム、Ａｒ+レーザビーム、エキシマレーザビームなどを含む気体レーザビームのいずれかであってもよい。 ただし、以下では説明の便宜上、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームは、ＣＯ2レーザビームであるものとして説明する。 また、ＣＯ2レーザビームの波長、９．３μｍ以上１０．６μｍ以下であってもよい。
【0032】
レーザ発振器１１は、図示しない電源装置に接続されており、電源装置から電源が印加されるとレーザビームを出力することができる。 また、図１に示すように、レーザ発振器１１は、第１のコントローラ１９に接続される。 レーザ発振器１１から出力されるレーザビームの特性、例えば、レーザビームの強度、周期、出力タイミングなどは、第１のコントローラ１９で発生する信号によって制御され得る。
【0033】
図１を参照すると、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置１０は、加工テーブル１３を含む。 加工テーブル１３は、レーザ発振器１１と対向するように配置されてもよい。 加工テーブル１３は、被加工物Ｗが取り付けられる取り付け面を有し、被加工物Ｗが取り付けられた状態で予め設定した方向に移動してもよい。 例えば、加工テーブル１３は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向に移動してもよく、Ｚ軸を中心に回転してもよい。
【0034】
加工テーブル１３は、固定部材（図示せず）を備えてもよい。 上記の固定部材は、加工テーブル１３の一側に形成され、被加工物Ｗを加工テーブル１３の取り付け面に固定する。 これにより、固定部材は、加工工程が行われる間に、被加工物Ｗが取り付け面から離脱することを防止することができる。 上記の固定部材の種類は特に限定されず、加工テーブル１３の上面に形成された複数の吸着孔又は被加工物Ｗを機構的に固定する複数のクランプユニットであってもよい。 図１及び図２に示すように、加工テーブル１３は、第１のコントローラ１９に接続される。
【0035】
加工テーブル１３の動作、例えば、上記の固定部材が被加工物Ｗを固定する動作又は加工テーブル１３の移動速度や回転速度、移動方向、移動距離などは、第１のコントローラ１９によって制御され得る。
【0036】
図１を参照すると、ミラー１５は、レーザ発振器１１と加工テーブル１３との間に配置されてもよい。 ミラー１５は、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームＬａの光路を制御することができる。 レーザ加工装置１０に含まれるミラー１５の個数は特に限定されず、以下では説明の便宜上、レーザ加工装置１０が第１のミラー１５ａと第２のミラー１５ｂとを含むものとして説明する。 本発明の一実施例において、第１のコントローラ１９の制御信号に応じた高速応答速度を実現するために、ミラー１５はガルバノミラー（Ｇａｌｖａｎｏ－ｍｉｒｒｏｒ）であり得る。
【0037】
図１及び図２に示すように、ミラー１５は、第１のコントローラ１９に接続される。 ミラー１５の動作、例えば、ミラー１５の傾斜角度や傾斜速度などは、第１のコントローラ１９によって制御され得る。 より具体的には、図１及び図２を参照すると、レーザ発振器１１から出力されたレーザビームＬａは、まず第１のミラー１５ａによって反射される。 第１のミラー１５ａで反射されたレーザビームＬｂは、第２のミラー１５ｂに入射する。 第２のミラー１５ｂで再反射されたレーザビームＬｃは、後述するレンズ１７の一面に入射し、レンズ１７を通して被加工物Ｗに照射される（レーザビームＬｄ）。
【0038】
図１を参照すると、レンズ１７は、加工テーブル１３とミラー１５との間に配置されてもよい。 レンズ１７は、ミラー１５から反射されたレーザビームＬｃを集光し、被加工物ＷにレーザＬｄを照射する。 本発明の一実施例において、レンズ１７はｆ‐ｔｈｅｔａレンズであってもよい。 図１では、レンズ１７が１つであることが示されているが、これに限定されない。 例えば、レンズ１７は、複数の球面レンズ又は平面レンズで構成されてもよい。 これにより、レンズ１７は、レンズ１７の中心部以外の他の領域にレーザビームＬｃが入射されても、被加工物Ｗ上にレーザビームＬｄの焦点を集めることができる。
【0039】
図１を参照すると、光学ユニット１４は、ミラー１５及びレンズ１７によって構成されてもよい。 光学ユニット１４は、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームＬａの光路を調整し、被加工物Ｗ上の所望の位置にレーザビームＬｄを照射することができる。 また、光学ユニット１４の動作及び位置は、第１のコントローラ１９によって制御され得る。
【0040】
第１のコントローラ１９は、予め記憶された被加工物Ｗの設計加工座標に応じてミラーを制御することで、レンズに入射するレーザビームの位置を調整する。 図１及び図２に示すように、第１のコントローラ１９は、駆動部１９１と、プロセッサ１９３と、メモリ１９５と、入出力インタフェース部１９７とを含んでもよい。 駆動部１９１は、プロセッサ１９３から制御信号の入力を受け、レーザ発振器１１と、加工テーブル１３と、ミラー１５と、レンズ１７とを制御する。 より具体的には、駆動部１９１は、プロセッサ１９３の命令に基づいて、レーザ発振器１１の位置、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームの強度、周期、及び出力タイミングなどを制御する信号を生成して転送してもよい。 また、駆動部１９１は、プロセッサ１９３の命令に基づいて、加工テーブル１３の位置、移動速度、移動方向、移動距離、加工テーブル１３に設けられた固定部材を用いた被加工物Ｗの固定などを制御する信号を生成して転送してもよい。
【0041】
また、駆動部１９１は、プロセッサ１９３の命令に基づいて、ミラー１５の位置、傾斜角度、傾斜速度などを制御する信号を生成して転送してもよい。 また、駆動部１９１は、プロセッサ１９３の命令に基づいて、レンズ１７の位置などを制御する信号を生成して転送してもよい。 また、駆動部１９１は、プロセッサ１９３の命令に基づいて、ミラー１５及びレンズ１７を含む光学ユニット１４を一体的に制御する信号を生成して転送してもよい。
【0042】
また、駆動部１９１は、レーザ発振器１１、加工テーブル１３、ミラー１５、レンズ１７のそれぞれに独立的に信号を転送して制御してもよい。 例えば、駆動部１９１は、被加工物Ｗが取り付けられた加工テーブル１３のみを制御して加工工程を行うか、若しくはミラー１５又はレンズ１７のみを制御して加工工程を行ってもよい。
【0043】
プロセッサ１９３は、メモリ１９５に記憶された被加工物Ｗの加工情報に基づいて駆動部１９１を制御してもよい。 例えば、プロセッサ１９３は、メモリ１９５に記憶され、被加工物Ｗの加工基準値となる設計加工座標に基づいて駆動部１９１を制御してもよい。 これにより、駆動部１９１は、レーザ発振器１１と、加工テーブル１３と、ミラー１５と、レンズ１７とを制御し、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームＬａが予め設定した光路に沿って被加工物Ｗ上の設計加工座標に照射されるように信号を転送して制御してもよい。
【0044】
図３は、図１のレンズに入射するレーザビームＬｃの位置の一例を示す図である。 図４は、図１のレンズに入射するレーザビームＬｃの位置の他の例を示す図である。 図５Ａ～図５Ｅは、図４に示すレーザビームＬｃの位置に応じた被加工物Ｗの加工状態を示す図である。 図６は、図１のレーザ加工システム１を用いて被加工物Ｗを加工する状態を示す図である。
【0045】
前述したように、本発明の一実施例に係るレーザ加工システム１は、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームＬａの光路を制御して被加工物Ｗを加工することができる。 例えば、図３に示すように、レーザ加工システム１は、レンズ１７に入射するレーザビームＬｃの位置を制御し、被加工物Ｗに入射するレーザビームＬｄの位置を制御してもよい。 より具体的には、図１を参照すると、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームＬａは、第１のミラー１５ａと第２のミラー１５ｂとを経て光路が偏向され、偏向されたレーザビームＬｃはレンズ１７の一面に入射され得る。 このとき、第１のコントローラ１９は、第１のミラー１５ａ及び第２のミラー１５ｂの位置、傾斜角度、又は傾斜速度を制御し、レンズ１７上の所望の位置にレーザビームＬｃを入射させてもよい。
【0046】
図３に示すように、レンズ１７の中心点Ｏ’を原点とする座標系（Ｘ’軸及びＹ’軸）を定義してもよい。 また、レンズ１７の上面に入射するレーザビームＬｃの位置は、中心点Ｏ’からの水平距離ｒと、中心点Ｏ’との角度θとで表される極座標で示してもよい。 また、図３を参照すると、レンズ１７を上面から見たとき、すなわち、レーザビームＬｃが入射する方向でレンズ１７を見たとき、レンズ１７の上面の様々な位置にレーザビーム（Ｌｃ）が入射され得る。 各々のレーザビームＬｃは、レンズ１７の円周方向に沿う位置又はレンズ１７の直径方向に沿う位置が互いに同じでもよく、異なってもよい。
【0047】
図４を参照すると、本発明の一実施例に係るレーザ加工システム１は、レンズ１７に入射するレーザビームＬｃの位置において、レンズ１７の中心点Ｏ’からの距離が異なるように制御され得る。 より具体的には、レーザビームＬｃ１は、レンズ１７の中心点Ｏ’に入射してもよい。 このとき、中心点Ｏ’との距離ｒ１は０である。 また、レーザビームＬｃ２は、レンズ１７の中心点Ｏ’からＸ’軸方向に距離ｒ２だけ離隔した位置に入射してもよい。 また、レーザビームＬｃ３は、レンズ１７の中心点Ｏ’からＸ’軸方向に距離ｒ３だけ離隔した位置に入射してもよい。 また、レーザビームＬｃ４は、レンズ１７の中心点Ｏ’からＸ’軸方向に距離ｒ４だけ離隔した位置に入射してもよい。 また、レーザビームＬｃ５は、レンズ１７の中心点Ｏ’からＸ’軸方向に距離ｒ５だけ離隔した位置に入射してもよい。
【0048】
図５Ａ～図５Ｅを参照すると、本発明の一実施例に係るレーザ加工システム１は、レンズ１７の上面に入射するレーザビームＬｃの位置を制御し、被加工物Ｗの被加工面が異なるように加工してもよい。 より具体的には、図５Ａ～図５Ｅにおいて、軸Ａｘ１は、被加工物Ｗに形成された被加工領域の最下端から鉛直方向に延びる軸である。 また、Ｃ１は、被加工物Ｗの上面において、軸Ａｘ１と被加工領域の左端部との間の距離である。 また、Ｃ２は、被加工物Ｗの上面において、軸Ａｘ１と被加工領域の右端部との間の距離である。 また、φは、軸Ａｘ１と被加工物Ｗの右側の被加工面との間の角度である。 このとき、加工しようとする対象は、被加工物Ｗの右側の被加工面であってもよい。
【0049】
図５Ａは、図４のレーザビームＬｃ１がレンズ１７の上面に入射した場合の加工状態を示す図であって、被加工物Ｗの被加工領域が軸Ａｘ１を中心に実質的に対称となることがわかる。 すなわち、図５Ａにおいて、Ｃ１及びＣ２は実質的に同じであってもよい。 また、φ１及びφ２は実質的に同じであってもよい。
【0050】
図５Ｂは、図４のレーザビームＬｃ２がレンズ１７の上面に入射した場合の加工状態を示す図であって、レーザビームＬｃ２の位置は、レンズ１７の中心点Ｏ’からＸ’軸方向にｒ２だけ離隔することにより、図５Ａに比べて軸Ａｘ１が右側にシフトしたことが分かる。 すなわち、Ｃ１はＣ２より大きくなってもよい。 また、φ１がφ２より大きくなってもよい。
【0051】
図５Ｃは、図４のレーザビームＬｃ３がレンズ１７の上面に入射した場合の加工状態を示す図であって、レーザビームＬｃ３の位置は、レンズ１７の中心点Ｏ’からＸ’軸方向にｒ３だけ離隔することにより、図５Ｂに比べて軸Ａｘ１が右側にさらにシフトしたことが分かる。 すなわち、Ｃ１はＣ２より大きくなってもよい。 また、φ１がφ３より大きくなってもよい。
【0052】
図５Ｄは、図４のレーザビームＬｃ４がレンズ１７の上面に入射した場合の加工状態を示す図であって、レーザビームＬｃ４の位置は、レンズ１７の中心点Ｏ’からＸ’軸方向にｒ４だけ離隔することにより、図５Ｃに比べて軸Ａｘ１が右側にさらにシフトしたことが分かる。 特に、被加工物Ｗの上面と右側の被加工面とが実質的に垂直をなすことができる。 すなわち、被加工物Ｗの上面において、被加工領域の端部の間の総距離はＣ１であり、Ｃ２は実質的にゼロであり得る。 また、φ４は実質的にゼロであり得る。
【0053】
図５Ｅは、図４のレーザビームＬｃ５がレンズ１７の上面に入射した場合の加工状態を示す図であって、レーザビームＬｃ５の位置は、レンズ１７の中心点Ｏ’からＸ’軸方向にｒ５だけ離隔することにより、図５Ｄに比べて軸Ａｘ１が右側にさらにシフトしたことが分かる。 特に、被加工物Ｗの右側の被加工面が軸Ａｘ１から左側に突出したオーバーハング（ｏｖｅｒｈａｎｇ）領域を形成する。 これにより、被加工物Ｗの右側の被加工面は、軸Ａｘ１を基準に、左側に傾斜した逆テーパ（ｒｅｖｅｒｓｅｔａｐｅｒ）形状を有してもよい。 すなわち、Ｃ１はＣ２よりも大きく、φ５はマイナス方向であり得る。 ただし、前述の「実質的に対称、垂直、又はゼロ」の意味は、工学における誤差を含む概念であり、数学における厳密な意味の対称、垂直、又はゼロを意味するものではない場合がある。
【0054】
前述のように、本発明の一実施例に係るレーザ加工システム１は、レンズ１７に入射するレーザビームＬｃの位置を制御し、被加工物Ｗの被加工面を様々な形状で加工することができる。 例えば、図６に示すように、被加工物Ｗは、長辺部、短辺部、凹部、凸部などの様々な形状のエッジを含んでもよい。 また、被加工物Ｗのエッジの曲率は、被加工物Ｗの加工座標によって異なってもよい。
【0055】
レーザ加工システム１は、予め記憶された被加工物Ｗの設計加工座標に基づいて、第１のコントローラ１９を通してレーザ発振器１１、加工テーブル１３、ミラー１５、及びレンズ１７の少なくともいずれか１つを制御し、被加工物Ｗの様々な形状に対応することができる。 より具体的に、被加工物Ｗの被加工面の傾きを一定に形成しようとする場合、レーザ加工システム１は、ミラー１５の位置及び傾斜角度を制御し、レンズ１７の中心点Ｏ’とレーザビームＬｃとの距離ｒを一定に保ちながら加工工程を進めることができる。 あるいは、被加工物Ｗの被加工面の傾きを被加工物Ｗの形状又は加工座標によって異なるように形成しようとする場合、レーザ加工システム１は、被加工物Ｗの形状に応じてミラー１５の位置及び傾斜角度を制御し、レンズ１７の中心点Ｏ’とレーザビームＬｃとの間の距離ｒを異なるように設定しながら加工工程を進めることができる。 このとき、被加工物Ｗを平面視すると、被加工物Ｗのエッジとレンズ１７との間の距離を一定に保つことができる。
【0056】
また、レーザ加工システム１は、被加工物Ｗが取り付けられる加工テーブル１３を予め設定した方向に移動させながら加工を行ってもよい。 あるいは、レーザ加工システム１は、加工テーブル１３だけでなく、光学ユニット１４を予め設定した方向に移動させながら加工を行ってもよい。 これにより、被加工物Ｗが加工座標に応じて様々な形状を有する場合、高速加工を容易に行うことができる。
【0057】
このような構成により、本発明の一実施例に係るレーザ加工システム１は、被加工物Ｗの被加工面の形状を多様に加工することができる。 また、レーザ加工システム１は、様々な形状を有する被加工物Ｗに対しても迅速に加工することができる。
【0058】
【0059】
図７を参照すると、本発明の他の実施例に係るレーザ加工システム１は、検査装置２０をさらに含んでもよい。 検査装置２０は、被加工物Ｗの形状を検査し、被加工物Ｗの実際加工座標を取得し、これをレーザ加工装置１０に伝達することができる。 検査装置２０は、検査テーブル２１と、支持台２３と、撮像ユニット２５と、搬送ユニット２７と、第２のコントローラ２９とを含んでもよい。
【0060】
検査テーブル２１は、被加工物Ｗが取り付けられる取り付け面を有する。 図７には、検査テーブル２１が被加工物Ｗを一方向に移動させることを示しているが、これに限定されない。 例えば、前述した加工テーブル１３と同様に、検査テーブル２１自体がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向に水平移動しながら、Ｚ軸を中心に回転してもよい。 検査テーブル２１は、前述した加工テーブル１３と実質的に同一の構成を有してもよく、その詳細な説明は省略する。
【0061】
支持台２３は、検査テーブル２１の一側に設けられ、ガントリー（ｇａｎｔｒｙ） 形状を有してもよい。 支持台２３には、後述する撮像ユニット２５が設けられ、撮像ユニット２５を予め設定した方向に移動させるための構成を含んでもよい。 図７では、検査テーブル２１に対して支持台２３を固定していることが示されているが、これに限定されない。 例えば、支持台２３は、検査テーブル２１及びローラ（図示せず）などを通して連結され、一方向に移動してもよい。
【0062】
撮像ユニット２５は、支持台２３の一側に設けられ、予め設定した方向に移動しながら、被加工物Ｗを撮像する。 より具体的には、被加工物Ｗのエッジに沿って画像を撮像し、これを後述する第２のコントローラ２９に伝達してもよい。 第２のコントローラ２９は、撮像した画像に基づいて、被加工物Ｗの実際加工座標を取得してもよい。 このとき、撮像ユニット２５は、撮像しようとする被加工物Ｗのエッジの特定ポイントを選択的に撮像してもよい。
【0063】
搬送ユニット２７は、検査テーブル２１から離隔して設けられてもよい。 搬送ユニット２７は、検査を終了した被加工物Ｗをレーザ加工装置１０に搬送するか、又は外部に搬出する。 搬送方式は特に限定されない。
【0064】
第２のコントローラ２９は、撮像ユニット２５によって撮像した画像に基づいて被加工物Ｗの実際加工座標を生成する。 図７及び図８を参照すると、第２のコントローラ２９は、駆動部２９１と、プロセッサ２９３と、メモリ２９５と、入出力インタフェース部２９７とを含んでもよい。 駆動部２９１は、プロセッサ２９３から命令を受け、検査テーブル２１と、支持台２３と、撮像ユニット２５と、搬送ユニット２７とを統合又は独立に制御する信号を転送することができる。
【0065】
プロセッサ２９３は、メモリ２９５に記憶された被加工物Ｗの加工情報に基づいて駆動部２９１を制御してもよい。 例えば、プロセッサ２９３は、メモリ２９５に記憶された設計加工座標に基づいて、撮像ユニット２５で被加工物Ｗのエッジに対する画像を撮像するように駆動部２９１を制御してもよい。 このとき、プロセッサ２９３は、撮像対象となる被加工物Ｗの撮像ポイントを設定することができる。 例えば、プロセッサ２９３は、長辺部及び短辺部、又は凹部及び凸部の撮像ポイントの数及び位置を適切に設定することができる。 また、プロセッサ２９３は、撮像ユニット２５が撮像した画像に基づいて、被加工物Ｗのエッジに対する実際加工座標を取得する。 また、プロセッサ２９３は、取得した実際加工座標と記憶された設計加工座標との差分値（オフセット値）を算出することができる。
【0066】
プロセッサ２９３は、実際加工座標と設計加工座標との差分値と、メモリ２９５に記憶された閾値とを比較する演算を行ってもよい。 より具体的に、両座標の差分値が予め設定した閾値以下である場合、プロセッサ２９３は、実際加工座標をレーザ加工装置１０の第１のコントローラ１９に伝達する。 また、プロセッサ２９３は、搬送ユニット２７を制御し、被加工物Ｗをレーザ加工装置１０に搬送する。 一方、両座標の差分値が予め設定した閾値を超える場合、プロセッサ２９３は、被加工物Ｗはレーザ加工に不適切であると判定し、加工中断を判定してもよい。 また、搬送ユニット２７を制御し、被加工物Ｗを外部に搬出してもよい。
【0067】
レーザ加工装置１０の第１のコントローラ１９は、受けた実際加工座標に基づいて、被加工物Ｗに対するレーザ加工を行ってもよい。 レーザ加工装置１０を用いるレーザ加工は、前述したレーザ加工と実質的に同一であり、その詳細な説明は省略する。
【0068】
このように、本発明に係るレーザ加工システム１は、レーザ加工装置１０と検査装置２０の両方を備えることにより、被加工物Ｗの設計加工座標と実際加工座標との誤差を補正することができる。 これにより、レーザ加工システム１は、被加工物Ｗをより精度よく加工することができる。
【0069】
他の実施例において、第２のコントローラ２９は、取得した被加工物Ｗの実際加工座標に補正を行って補正加工座標を取得してもよい。 例えば、被加工物Ｗを実際加工座標よりも縮小又は拡大して加工しようとする場合、取得した実際加工座標を所定の割合で拡大又は縮小することで補正加工座標を取得してもよい。 第２のコントローラ２９は、取得した補正加工座標を第１のコントローラ１９に伝達し、第１のコントローラ１９は、補正加工座標に基づいてレーザ加工を行ってもよい。 ただし、補正加工座標は、実際加工座標を拡大又は縮小したものに限定されず、特定領域の座標のみが補正されたものであってもよい。
【0070】
他の実施例において、本発明に係るレーザ加工システム１は、複数のレーザ加工装置１０と複数の検査装置２０とを備えてもよい。 例えば、レーザ加工装置１０で費やされる工程時間が検査装置２０で費やされる工程時間よりも長い場合、レーザ加工システム１は、１つ以上の検査装置２０と、その検査装置２０の数よりも多くの数のレーザ加工装置１０を備えてもよい。 これにより、検査装置２０による検査を終了した被加工物Ｗをレーザ加工装置１０に伝達し、被加工物Ｗのレーザ加工に要する工程時間を最小化することができる。 ただし、レーザ加工装置１０及び検査装置２０の数は特に限定されず、加工工程に要する時間を考慮して適宜選択してもよい。
【0071】
他の実施例において、本発明に係るレーザ加工システム１は、１つの被加工物Ｗの両面を加工するために用いられてもよい。 例えば、レーザ加工システム１は、２つのレーザ加工装置１０と１つの検査装置２０とを含んでもよい。 また、２つのレーザ加工装置１０のそれぞれを被加工物Ｗの上面及び下面に配置してもよい。 まず、検査装置２０を用いて被加工物Ｗの一面に対して実際加工座標を生成し、被加工物Ｗの一面に配置されたレーザ加工装置１０は、実際加工座標に基づいて被加工物Ｗの一面を加工する。 次に、被加工物Ｗの他面に配置されたレーザ加工装置１０は、実際加工座標を反転させ、反転した加工座標を生成し、これに基づいて被加工物Ｗの他面に対する加工を行ってもよい。 すなわち、取り付けられた被加工物Ｗを反転させる必要なく、生成された実際加工座標のみを反転させ、そのまま加工を行ってもよい。 このような構成により、レーザ加工に要する時間を短縮することができる。
【0072】
【0073】
他の実施例において、本発明に係るレーザ加工システム１は、一体に構成されたレーザ加工装置１０及び検査装置２０を備えてもよい。 図９及び図１０を参照すると、本発明に係るレーザ加工システム１は、レーザ加工装置１０として、レーザ発振器１１と、ミラー１５及びレンズ１７を含む光学ユニット１４と、第１のコントローラ１９とを含んでもよい。 また、検査装置２０は、検査テーブル２１と、支持台２３と、撮像ユニット２５とを含んでもよい。 また、光学ユニット１４及び撮像ユニット２５の両方は、支持台２３に設けられてもよい。 また、第１のコントローラ１９は、レーザ発振器１１と、光学ユニット１４と、検査テーブル２１と、支持台２３と、撮像ユニット２５とを制御することができる。 これにより、本実施例に係るレーザ加工システム１は、検査テーブル２１に取り付けられた被加工物Ｗを撮像ユニット２５で撮像し、実際加工座標を取得することができる。
【0074】
また、レーザ加工システム１は、取得した実際加工座標に基づいて、レーザ発振器１１及び光学ユニット１４で被加工物Ｗに対するレーザ加工を行うことができる。 このような構成により、一つの領域で被加工物Ｗに対するレーザ加工を行うことができ、レーザ加工システム１の総合サイズを小さくすることができ、レーザ加工システム１の構造を簡素化することができる。
【0075】
図１１は、本発明の他の実施例に係るレーザ加工方法を示す図である。
【0076】
図１～図１１を参照すると、本発明に係るレーザ加工方法は、ミラー１５及びレンズ１７を備える光学ユニット１４を用いて、レーザ発振器１１から出力されるレーザビームを被加工物Ｗに入射させるレーザ加工方法であって、被加工物Ｗの加工座標を取得するステップＳ１００と、取得した加工座標に応じてミラー１５を制御し、レンズ１７に入射するレーザビームの位置を調整することによってレーザ加工を行うステップＳ３００とを含む。
【0077】
まず、被加工物Ｗの加工座標を取得する（Ｓ１００）。 ここで、被加工物Ｗの加工座標は、レーザ加工装置１０の第１のコントローラ１９に記憶された設計加工座標であってもよい。 あるいは、被加工物Ｗの加工座標は、検査装置２０を用いて被加工物Ｗを撮像し、これにより取得した実際加工座標であってもよい。 あるいは、取得した実際加工座標に基づいて縮小又は拡大する補正を行った補正加工座標であってもよい。
【0078】
次に、取得した加工座標と記憶された加工座標とを比較し、両座標値の差が予め設定した閾値を超えるか否かを判定してもよい（Ｓ２００）。 具体的には、検査装置２０を用いて被加工物Ｗの実際加工座標を取得した場合、レーザ加工装置１０のメモリ１９５に記憶された設計加工座標と実際加工座標とを比較し、両座標値の差を算出する。 また、両座標値の差が予め設定した閾値を超える場合、検査装置２０は、当該被加工物Ｗはレーザ加工に適していないと判定し、加工中断を判定してもよい（Ｓ３００）。 加工中断を判定するとき、被加工物Ｗは、検査装置２０によって外部に搬出されてもよい。 あるいは、両座標値の差が予め設定した閾値以下である場合、検査装置２０は、実際加工座標をレーザ加工装置１０に伝達する。 また、レーザ加工装置１０は、記憶された設計加工座標を取得した実際加工座標に置き換えてもよい。
【0079】
設計加工座標に基づいてレーザ加工を行ったり、取得した実際加工座標を予め設定した基準に従って補正し、補正した加工座標に基づいて、レーザ加工を行う場合、前述したステップＳ２００は省略してもよい。
【0080】
次に、レンズ１７に入射するレーザビームＬｃの位置を制御してレーザ加工を行う（Ｓ３００）。 具体的に、取得した加工座標に基づいてレーザ加工を行うため、レーザ発振器１１はレーザビームＬａを出力する。 出力されたレーザビームＬａは、ミラー１５を経てレンズ１７に入射する（レーザビームＬｃ）。 このとき、レーザ加工装置１０は、取得した加工座標及び被加工物Ｗの形状に対応してミラー１５を制御することにより、レンズ１７に入射するレーザビームＬｃの位置を制御することができる。 レンズ１７に入射するレーザビームＬｃの位置について、レンズ１７の円周方向に沿うレーザビームの位置及びレンズ１７の直径方向に沿うレーザビームの位置の少なくともいずれか１つは制御されてもよい。 これにより、レンズ１７を経て被加工物Ｗに入射するレーザビームＬｄの位置を制御することができる。 レンズ１７に入射するレーザビームＬｃの位置は、被加工物Ｗのエッジの形状と、形成しようとする被加工面の傾きに応じて制御してもよい。
【0081】
本発明に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、被加工物Ｗの設計加工座標と実際加工座標との差を補正することができる。 また、本発明に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、被加工物Ｗの形状に応じてレーザ加工装置１０をリアルタイムで制御することにより、様々な形状を有する被加工物Ｗの加工を高精度かつ高速で行うことができる。 特に、本発明に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、レーザの入射経路を制御して様々な角度で被加工物Ｗの被加工面を加工することができる。 また、本発明に係るレーザ加工システム１及びレーザ加工方法は、誘電体を含む被加工物Ｗを精度よく加工することができる。
【0082】
本明細書では、限定された実施例を中心に本発明を説明したが、本発明の範囲内には、様々な実施例が含まれることができる。 さらに説明されていないが、均等な手段も本発明にそのまま組み合わされるものとする。 したがって、本発明の真の保護範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0083】
本発明は、レーザ加工システムに関するものであり、様々な形状を有する被加工物の形状に応じてリアルタイム加工が要求されるレーザ加工システムに適用することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
