레이저 빔 제어 방법 특허

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Abstract

레이저 피닝 위치와 레이저 출력 제어 방법 및 장치를 제공한다. 레이저 출력 제어 장치는 레이저 발생장치로부터 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시키는 부분반사 미러, 상기 반사된 레이저 빔을 검출하는 포지션 센시티브 디텍터, 및 상기 검출된 레이저 빔을 이용하여 상기 레이저 발생장치와 X/Y 스캐너를 제어하는 제어 컴퓨터를 포함한다. 특히, 상기 제어컴퓨터는 상기 검출된 레이저 빔으로부터 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 상기 레이저 빔에 대한 출력과 레이저 피닝 위치를 산출하고, 상기 산출된 데이터에 따라 상기 레이저 발생장치와 X/Y 스캐너를 제어함으로써, 상기 레이저 빔의 출력과 레이저 피닝 위치를 조절할 수 있다.

레이저, 부분반사 미러, PSD, 레이저 피닝, 출력 제어

Description

레이저 피닝 위치와 레이저 출력 제어 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING LASER POWER AND LASER PEENING POSITION}

본 발명의 일실시예들은 레이저 피닝 위치와 레이저 출력 제어 방법 및 장치에 관련한 것이다.

기존의 강구를 이용한 숏 피닝(Shot Peening)은 대상물의 표면이나 예리한 부위를 손상시키지만, 레이저 피닝(Laser Peening)은 대상물의 표면 손상이 전혀 없이 원하는 부위만 피닝 처리할 수 있기 때문에, 국부적 또는 미세한 부위의 피닝 처리에 널리 활용되고 있다.

이러한, 레이저 피닝은 기존의 숏 피닝보다 최대 10배 깊이까지 압축 잔류 응력을 생성시킬 수 있어 대상물의 피로강도를 현저히 상승시킬 수 있다. 현재, 레이저 피닝은 항공기 터빈 엔진의 일부 부품 또는 자동차의 샤프트 및 기어 부품 등에 적용이 가능하다.

또한, 레이저 피닝은 금속 표면에 망치나 금속 구슬 등으로 충격을 가하는 대신 수중에서 레이저 충격파를 이용하여 금속표면의 기계적 성질을 개선하는데 이용하거나, 원자력발전소 등의 수명 연장에 활용되고 있다.

이때, 레이저 피닝은 대상물에서의 피닝 위치를 제어하거나, 레이저 출력을 제어하기 위해 여러가지 방법이 사용된다. 일반적으로, 카메라와 에너지메터로 레이저 피닝의 위치를 인식하거나, 레이저 출력을 측정하고 있지만, 고가의 이미지 처리장치를 구성하고 동시에 레이저 출력 측정을 위한 부가적인 광학 및 전자장치를 구성해야 한다는 단점이 있다.

본 발명의 일실시예는 부분반사 미러를 통해 레이저 빔의 일부를 반사시켜, 상기 반사된 레이저 빔을 포지션 센시티브 디텍터(PSD)로 검출함으로써, 용이하게 레이저 빔에 대한 출력을 조절하거나, 레이저 피닝 위치를 조절할 수 있는 레이저 출력 제어 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 레이저 출력 제어 장치는 레이저 발생장치로부터 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시키는 부분반사 미러, 상기 반사된 레이저 빔을 검출하는 포지션 센시티브 디텍터, 및 상기 검출된 레이저 빔을 이용하여 상기 레이저 발생장치를 제어하는 제어 컴퓨터를 포함한다.

이때, 상기 레이저 출력 제어 장치는 상기 검출된 레이저 빔을 복수의 출력신호로 생성하는 PSD 신호처리회로를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제어 컴퓨터는 상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 상기 레이저 빔에 대한 출력을 산출하고, 상기 산출된 출력에 따라 상기 레이저 발생장치를 제어함으로써, 상기 레이저 발생장치로부터 출력되는 레이저 빔의 출력을 조절할 수 있다.

또는, 상기 제어 컴퓨터는 상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 레이저 피닝 위치를 인식할 수 있다.

이때, 상기 레이저 출력 제어 장치는 상기 레이저 발생장치로부터 출력된 레이저 빔을 레이저 피닝 위치로 스캔하는 X/Y 스캐너를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어 컴퓨터는 상기 X/Y 스캐너를 제어하여 상기 레이저 피닝 위치를 조절할 수 있다. 또한, 상기 부분반사 미러는 상기 레이저 발생장치에서 상기 X/Y 스캐너을 거쳐 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 레이저 출력 제어 방법은 부분반사 미러를 이용하여 레이저 발생장치로부터 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시키는 단계, 포지션 센시티브 디텍터를 통해 상기 반사된 레이저 빔을 검출하는 단계, 및 상기 검출된 레이저 빔을 이용하여 상기 레이저 발생장치를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 1개의 2차원 포지션 센시티브 디텍터(PSD)만으로 레이저 발생장치로부터 출력되는 레이저 빔에 대한 출력을 실시간으로 제어할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 2차원 포지션 센시티브 디텍터(PSD)를 이용하여 대상물에 대한 레이저 피닝 위치를 용이하게 제어할 수 있다.

이하, 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 출력 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1을 참고하면, 레이저 출력 제어 장치(100)는 레이저 발생장치(110), X/Y 스캐너(120), 제어 컴퓨터(130), PSD 신호처리회로(140), 포지션 센시티브 디텍터(150), 및 부분반사 미러(160)를 포함할 수 있다.

레이저 발생장치(110)는 레이저 빔을 X/Y 스캐너(120)로 출력한다. 여기서, 레이저 발생장치(110)는 필요에 따라 레이저 빔의 세기를 조절하여 출력할 수 있다. 실시예로, 레이저 발생장치(110)는 제어 컴퓨터(130)의 레이저 출력 제어명령에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다.

X/Y 스캐너(120)는 상기 출력된 레이저 빔을 레이저 피닝 위치로 스캔한다. 레이저 피닝(Laser peening) 위치는 대상물에 레이저 빔을 쏘는 위치이다. X/Y 스캐너(120)로부터 출력된 레이저 빔은 부분반사 미러(160)를 통해 일부분이 반사된다.

부분반사 미러(160)는 레이저 발생장치(110)로부터 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시킨다. 예컨대, 부분반사 미러(160)는 레이저 발생장치(110)에서 X/Y 스캐너(120)을 거쳐 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시킬 수 있다. 즉, 부분반사 미러(160)는 99.9%의 레이저 빔을 투과하고, 나머지 0.1%의 레이저 빔만 반사시킬 수 있다.

상기 반사된 레이저 빔은 이미지 포커싱 렌즈(170)를 통해 포지션 센시티브 디텍터(150)로 입사된다. 포지션 센시티브 디텍터(PSD: Position Sensitive Detector, 150)는 상기 반사된 레이저 빔을 검출한다. 이때, 포지션 센시티브 디텍터(150)는 2차원일 수 있다.

PSD 신호처리회로(140)는 포지션 센시티브 디텍터(150)에서 검출된 레이저 빔을 이용하여 복수의 출력신호를 생성한다. 상기 복수의 출력신호는 4개의 X1, X2, Y1, Y2일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포지션 센시티브 디텍터와 PSD 신호처리회로의 내부구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 포지션 센시티브 디텍터(210)는 부분반사 미러(160)를 통해 반사된 레이저 빔을 검출하여, 검출된 레이저 빔을 PSD 신호처리회로(220)로 입사시킬 수 있다. PSD 신호처리회로(220)는 상기 검출된 레이저 빔을 X1, X2, Y1, Y2를 포함하는 복수의 출력신호로 생성할 수 있다.

제어 컴퓨터(130)는 상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 상기 레이저 빔에 대한 출력을 산출한다. 예컨대, 제어 컴퓨터(130)는 상기 생성된 복수의 출력신호(X1, X2, Y1, Y2)를 모두 합산하여 상기 출력을 산출할 수 있다.

실시예로, 제어 컴퓨터(130)는 상기 산출된 출력에 따라, 레이저 발생장치(110)를 제어함으로써, 레이저 발생장치(110)로부터 출력되는 레이저 빔의 출력을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어 컴퓨터(130)는 상기 산출된 출력에 따라, 레이저 발생장치(110)로 레이저 빔의 세기를 증가시키거나, 감소시키기 위한 레이저 출력 제어명령을 내릴 수 있다. 이에 따라, 레이저 발생장치(110)는 상기 레이저 출력 제어명령에 따라 레이저 빔의 세기를 증가시키거나, 감소시켜 출력할 수 있다.

다른 실시예로, 제어 컴퓨터(130)는 상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 상기 레이저 피닝 위치를 인식하고, X/Y 스캐너(120)를 제어함으로써, 상기 레 이저 피닝 위치를 조절할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포지션 센시티브 디텍터를 이용하여 레이저 피닝 위치를 산출하는 일례를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 제어 컴퓨터(130)는 생성된 복수의 출력신호(X1, X2, Y1, Y2)를 수학식 1 및 2에 적용하여 레이저 피닝 위치를 산출할 수 있다.

따라서, 제어 컴퓨터(130)는 상기 산출된 레이저 피닝 위치가 적절하지 않거나, 상기 산출된 레이저 피닝 위치의 조절이 필요한 경우, X/Y 스캐너(120)를 제어함으로써, 대상물에 레이저 빔을 쏘는 위치를 조절할 수 있다.

이로써, 본 발명의 레이저 출력 제어 장치(100)는 포지션 센시티브 디텍터(PSD)를 이용하여 용이하게 레이저 빔에 대한 출력을 조절하거나, 레이저 피닝 위치를 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 출력 제어 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.

상기 레이저 출력 제어 방법은 도 1의 레이저 출력 제어 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는, 도 1의 레이저 출력 제어 장치(100)를 참조하여 설명함으로써, 본 발명의 이해를 도모한다.

레이저 출력 제어 방법은 레이저 발생장치(110)에서 레이저 빔을 출력한다(410). 실시예로, 레이저 발생장치(110)는 레이저 빔의 세기를 조절하여 출력할 수 있다. 이때, 레이저 발생장치(110)는 제어 컴퓨터(130)의 레이저 출력 제어명령에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다.

또한, 레이저 발생장치(110)에서 출력된 레이저 빔은 X/Y 스캐너(120)로 입사되어, 레이저 피닝 위치로 스캔되고, 부분반사 미러(160)로 일부분이 반사된다.

레이저 출력 제어 방법은 부분반사 미러(160)를 통해 상기 출력된 레이저 빔의 일부를 반사한다(420). 이때, 부분반사 미러(160)는 99.9%의 레이저 빔을 투과하고, 나머지 0.1%의 레이저 빔만 반사시킬 수 있다. 또는, 부분반사 미러(160)는 레이저 발생장치(110)에서 X/Y 스캐너(120)을 거쳐 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시킬 수 있다.

레이저 출력 제어 방법은 포지션 센시티브 디텍터(PSD)를 통해 상기 반사된 레이저 빔을 검출하여 복수의 출력신호를 생성한다(430). 복수의 출력신호는 PSD 신호처리회로(140)에서 생성하며, 예컨대, X1, X2, Y1, Y2를 포함할 수 있다.

레이저 출력 제어 방법은 상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 상기 레이저 빔에 대한 출력을 산출한다(440). 상기에서 설명한 바와 같이, 레이저 출력 제어 방법은 상기 복수의 출력신호를 모두 합산하여 상기 레이저 빔에 대한 출력을 산출할 수 있다.

레이저 출력 제어 방법은 상기 산출된 출력에 따라, 레이저 발생장치(110)를 제어한다(450). 즉, 레이저 출력 제어 방법은 상기 산출된 출력에 따라, 레이저 발생장치(110)로 레이저 빔의 세기를 증가시키거나, 감소시키기 위한 레이저 출력 제어명령을 내릴 수 있다. 이에 따라, 레이저 발생장치(110)는 상기 레이저 출력 제어명령에 따라 레이저 빔의 세기를 증가시키거나, 감소시켜 출력할 수 있다.

또는, 레이저 출력 제어 방법은 상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 상기 레이저 피닝 위치를 인식하고, X/Y 스캐너(120)를 제어하여 상기 레이저 피닝 위치를 조절할 수 있다. 즉, 레이저 출력 제어 방법은 상기 인식된 레이저 피닝 위치가 적절하지 않거나, 레이저 피닝 위치의 조절이 필요한 경우, X/Y 스캐너(120)를 제어하여 대상물에 레이저 빔을 쏘는 위치를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로 그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 출력 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포지션 센시티브 디텍터와 PSD 신호처리회로의 내부구성을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포지션 센시티브 디텍터를 이용하여 레이저 피닝 위치를 산출하는 일례를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 출력 제어 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 레이저 출력 제어 장치

110: 레이저 발생장치

120: X/Y 스캐너

130: 제어 컴퓨터

140: PSD 신호처리회로

150: PSD(포지션 센시티브 디텍터)

160: 부분반사 미러

Claims (11)

1. 레이저 발생장치로부터 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시키는 부분반사 미러;

   상기 반사된 레이저 빔을 검출하는 포지션 센시티브 디텍터;

   상기 검출된 레이저 빔을 이용하여 복수의 출력신호를 생성하는 PSD 신호처리회로; 및

   상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 상기 출력된 레이저 빔에 대한 출력을 산출하고, 상기 산출된 출력에 따라, 상기 레이저 발생장치를 제어하여 상기 레이저 발생장치로부터 출력되는 레이저 빔의 출력을 조절하는 제어 컴퓨터

   를 포함하는 레이저 출력 제어 장치.

4. 제1항에 있어서,

   상기 제어 컴퓨터는,

   상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 레이저 피닝 위치를 인식하는, 레이저 출력 제어 장치.

5. 제1항에 있어서,

   상기 레이저 발생장치로부터 출력된 레이저 빔을 레이저 피닝 위치로 스캔하는 X/Y 스캐너

   를 더 포함하고,

   상기 제어 컴퓨터는,

   상기 X/Y 스캐너를 제어하여 상기 레이저 피닝 위치를 조절하는, 레이저 출력 제어 장치.

6. 제5항에 있어서,

   상기 부분반사 미러는,

   상기 레이저 발생장치에서 상기 X/Y 스캐너를 거쳐 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시키는, 레이저 출력 제어 장치.

7. 부분반사 미러를 이용하여 레이저 발생장치로부터 출력된 레이저 빔의 일부를 반사시키는 단계;

   포지션 센시티브 디텍터를 통해 상기 반사된 레이저 빔을 검출하는 단계;

   PSD 신호처리회로에서 상기 검출된 레이저 빔을 이용하여 복수의 출력신호를 생성하는 단계;

   상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 상기 출력된 레이저 빔에 대한 출력을 산출하는 단계; 및

   상기 산출된 출력에 따라, 상기 레이저 발생장치를 제어하여 상기 레이저 발생장치로부터 출력되는 레이저 빔의 출력을 조절하는 단계

   를 포함하는 레이저 출력 제어 방법.

10. 제7항에 있어서,

    PSD 신호처리회로에서 상기 검출된 레이저 빔을 복수의 출력신호로 생성하 는 단계; 및

    상기 생성된 복수의 출력신호를 이용하여 레이저 피닝 위치를 인식하는 단계

    를 더 포함하는, 레이저 출력 제어 방법.

11. 제7항에 있어서,

    X/Y 스캐너에서 상기 레이저 발생장치로부터 출력된 레이저 빔을 레이저 피닝 위치로 스캔하는 단계; 및

    상기 X/Y 스캐너를 제어하여 상기 레이저 피닝 위치를 조절하는 단계

    를 더 포함하는, 레이저 출력 제어 방법.

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