KR102532703B1

KR102532703B1 - 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치

Info

Publication number: KR102532703B1
Application number: KR1020220033867A
Authority: KR
Inventors: 문동원
Original assignee: 문동원
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2023-05-15
Anticipated expiration: 2042-03-18

Abstract

본 발명은 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치에 관한 것으로, 식품 포장재의 일부인 마킹과 비젼검사를 동시 수행하여 마킹 불량 또는 오류를 신속하게 검출하여 불필요한 재료의 소진을 방지하고 시간 및 인력 낭비를 줄이기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 마킹용 레이저빔을 출사하는 제1레이저 광원, 제1레이저 광원와 스캔헤드 사이에서 마킹용 레이저빔의 초점거리를 조절하는 레이저 초점거리 조절렌즈, 레이저 초점거리 조절렌즈와 스캔헤드 사이에서 제1레이저 광원의 광축에 광결합되게 가이드용 레이저빔을 출사하는 제2레이저 광원, 레이저 초점거리 조절렌즈와 스캔헤드 사이에서 가이드용 레이저빔을 제1레이저 광원의 광축에 광결합시키는 제1빔스플리터, OCR용 비젼광을 출사하고 피드백되는 OCR용 비젼광으로부터 마킹 영상을 취득하여 마킹 품질을 판독, 저장 또는 표출하며 판독 결과에 따라 생산라인의 동작을 제어하는 OCR 비젼검사모듈, 제1빔스플리터와 스캔헤드 사이에서 OCR용 비젼광을 제1레이저 광원의 광축 또는 제2레이저 광원의 광축에 광결합시키는 제2빔스플리터, 제2빔스플리터와 타겟 사이에서 가이드용 레이저빔 또는 마킹용 레이저빔의 회전 각도와 방향을 조절하는 스캔헤드를 포함하여, 일부인 마킹과 비젼검사를 실시간으로 동시에 수행할 수 있게 한다.

Description

일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치{Laser marking device for food packaging that simultaneously processes date stamping and vision inspection}

본 발명은 레이저에 의한 일부인(日附印) 마킹 및 광학적 문자 판독(Optical Character Reading; 이하는 'OCR'이라 약칭하기로 함)에 의한 비젼검사를 동시에 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹(Laser Marking) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스캔헤드의 내측으로 OCR 비젼검사모듈을 일체로 설치하고 초점거리가 비교적 긴 300 내지 1200 mm f-θ 렌즈를 이용하여 식품 포장재의 광촉매 함유잉크 코팅 마킹영역에 일부인 마킹을 실시하면서 그와 동시에 상(像) 전환없는 일부인 마킹 영상 촬영으로 비젼검사를 실시간 수행할 수 있도록 함으로써 특히 2열 또는 그 이상으로 이루어지는 다열 작업 공정의 단축 및 설비 공간 축소에 의한 투자비용 절감, 및 마킹 불량 또는 오류의 신속 검출에 의한 불필요한 재료의 낭비를 방지할 수 있고, 또한 가이드용 레이저빔을 출사하는 광원을 추가로 구비하여 마킹용 레이저빔과 OCR용 비젼광의 광축을 가이드용 레이저빔의 광축과 일치시킴으로써 가이드용 레이저빔에 의한 위치 조정만으로 마킹용 레이저빔 및 OCR용 비젼광이 조정될 수 있도록 하여 타겟의 종류 또는 위치 차이에 따른 마킹용 레이저빔 및 OCR용 비젼광의 개별적인 위치조정 또는 포커스조정이 불필요하여 시간 및 인력 낭비를 줄일 수 있으면서도 타겟의 종류 또는 위치 차이에 의한 인식오류 발생 방지, 검사 신뢰성, 및 생산성 향상에 기여할 수 있는 식품 포장재용 레이저 마킹장치에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 마킹은 레이저 빔을 광원으로 사용하여 피가공물의 표면 일부를 용융 및 식각하거나 변색시킴으로써 원하는 문자나 도형 등을 각인하는 기술로서, 레이저 빔을 직접적인 가공수단으로 사용하기 때문에 비접촉식이며 영구적인 마킹이 가능하여 지워질 염려가 없고 기존의 잉크젯 프린터나 실크 인쇄 등에 의한 마킹에 비하여 고정밀도의 선명한 마킹이 가능하게 되는 등의 여러가지 장점이 있어 다양한 제품의 표면에 제품 명칭, 제조 번호, 제조 일자, 로고 등의 제품 정보를 인쇄하는 등 많은 산업 분야에서 널리 사용되고 있다.

이와 관련된 종래의 레이저 마킹장치는 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이 레이저 빔의 출사가 이루어지는 레이저 광원(11), 레이저 광원으로부터 출사된 레이저 빔을 반사하여 정렬시키는 하나 이상의 빔 익스펜더(12), 및 빔 익스펜더에 의해 정렬된 레이저 빔을 타겟(10)의 마킹영역(10a) 내에 조사하는 스캔헤드(13)로 구성되며, 마킹 결과를 판독하기 위한 리딩장치(14)가 별도로 구비되어, 도 1a에 예시된 바와 같이 리딩장치(14)로 직접 타겟(10)의 마킹영역(10a)을 판독하거나 또는 도 1b에 예시된 바와 같이 타겟(10)을 다른 장소로 위치이동시킨 후 위치 이동된 장소에서 리딩장치(14)로 타겟(10)의 마킹영역(10a)을 판독하게 된다. 여기서 스캔헤드(13)는 X 방향 이동이 가능한 X방향 미러와 Y 방향 이동이 가능한 Y방향 미러 및 F-θ 렌즈를 구비하여, 마킹을 위해 기설정된 좌표 데이터에 따라 X방향 미러와 Y방향 미러 및 F-θ 렌즈를 제어함으로써 각 미러의 반사와 렌즈의 굴절을 이용하여 레이저 빔이 타겟의 마킹영역 내에 조사되게 하여 제품 생산번호, 모델명, 제조일자 또는 유효기간 등의 문자 또는 패턴을 마킹하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 레이저 마킹장치에서는 레이저 빔을 굴절 및 회절시켜 감광체 상의 주-주사방향으로 초점을 맺도록 하여 타겟의 표면 일부를 용융 및 식각하거나 변색시킴으로써 문자나 패턴 등을 마킹하게 되므로, 선명도와 시인성이 낮은 마킹이 이루어질 수 밖에 없으며, 특히 식품 포장재 등에 일부인 마킹을 실시하는 경우 레이저 빔의 에너지 강도 및 조사 거리 등이 매우 민감한 요소로 작용하게 된다. 만약 예를 들어 레이저 빔의 에너지가 과도해지는 경우 타겟 표면이 과도하게 용융 및 식각되어 포장재의 표면 손상 또는 천공 등이 발생하게 되면 식품 포장재의 경우 포장된 식품의 산화 또는 부패 등에 의해 치명적인 제품 불량을 유발할 우려가 있다.

또한 상기와 같은 종래의 레이저 마킹장치에서는 스캔헤드에 초점거리(f)가 비교적 짧은 254 mm 이내의 F-θ 렌즈를 사용하게 되므로 F-θ 렌즈의 초점거리(f)와 굴절각도(θ)의 탄젠트 값의 곱으로 결정되는 스캔거리(y), 즉 F-θ 렌즈에 의해 스캔될 수 있는 타겟의 스캔거리(y)도 y=f*tanθ로서 역시 짧아지게 되어 F-θ 렌즈에 의한 타겟의 스캔거리(y)가 타겟의 마킹 영역으로 국한될 수 밖에 없고, 따라서 주변의 환경 등에 의해 타겟이 흔들리거나 마킹영역이 약간만 위치 변경되어도 정위치 마킹이 불가능하게 되어 마킹 불량이 발생하게 되는 단점이 있었다.

또한 이러한 종래의 레이저 마킹장치에는 마킹 불량 검사를 위한 리딩장치(14)가 별도로 구비되어, 이러한 리딩장치를 통해 타겟의 마킹 영상을 판독하고 그 마킹 불량 또는 오류를 판단하여 다음 공정의 레이저 마킹작업을 제어하도록 구성된다. 그러나 이와 같은 리딩장치는 상(像)이 뒤집힌 상태의 마킹 영상을 취득하게 되므로 취득된 마킹영상으로부터 마킹 불량 또는 오류 여부를 판단하기 위해서는 뒤집힌 마킹 영상을 원상복구시키기 위한 소프트웨어 처리 등의 프로그램을 추가로 필요로 하게 되며, 따라서 소프트웨어 처리 프로그램의 구동에 의한 시간 지연 발생 등으로 인해 빠른 생산라인에 대응이 어려워질 수 있고 또한 소프트웨어 처리 프로그램의 오동작 또는 고장 등이 발생할 우려가 있었다.

또한, 2열 또는 다열 공정의 경우 하나의 스캔헤드로 레이저 빔의 회전각도와 방향을 조절하여 2열 또는 다열 작업이 이루어진다고 하더라도 2열 또는 다열 공정의 마킹 결과 판독을 위해서는 도 2에 예시된 바와 같이 리딩장치를 X축 또는 Y축으로 직접 이동시켜 각 열에 배열된 타겟의 마킹 영상을 판독하여야 하므로 리딩장치의 위치 이동시간, 및 이동된 위치에서의 거리 또는 포커스 조정시간이 반드시 필요하게 되며, 이러한 경우 마킹 불량 또는 오류를 판단한 다음 생산라인에 적용하더라도 개선점이 적용된 생산라인에 대한 오류 발생 또는 마킹 불량을 알기 전까지는 마킹 품질이 불량인 상태로 제품 생산이 계속적으로 이루어진다는 문제가 있었다.

KR

10-1216684

B1 2012.12.21. 등록

KR

10-1245804

B1 2013.03.14. 등록

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스캔헤드의 내측으로 OCR 비젼검사모듈을 일체로 설치하고 초점거리가 비교적 긴 300 내지 1200 mm f-θ 렌즈를 이용하여 식품 포장재의 광촉매 함유잉크 코팅 마킹영역에 일부인 마킹을 실시하면서 그와 동시에 상(像) 전환없는 일부인 마킹 영상 촬영으로 비젼검사를 실시간 수행할 수 있도록 함으로써 특히 2열 또는 그 이상으로 이루어지는 다열 작업 공정의 단축 및 설비 공간 축소에 의한 투자비용 절감, 및 마킹 불량 또는 오류의 신속 검출에 의한 불필요한 재료의 낭비를 방지할 수 있고, 또한 마킹용 레이저빔과 OCR용 비젼광의 광축이 동일하게 구성하여 가이드용 레이저빔에 의한 마킹 위치 조정만으로 마킹용 레이저빔 및 OCR용 비젼광을 동시에 위치조정할 수 있도록 함으로써 타겟의 종류 또는 위치 차이에 따른 마킹용 레이저빔 및 OCR용 비젼광의 개별적인 위치조정 또는 포커스조정이 불필요하여 시간 및 인력 낭비를 줄일 수 있으면서도 타겟의 종류 또는 위치 차이에 의한 인식오류 발생 방지, 검사 신뢰성, 및 생산성 향상에 기여할 수 있는 식품 포장재용 레이저 마킹장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 마킹용 레이저빔을 출사하는 제1레이저 광원, 제1레이저 광원와 스캔헤드 사이에서 마킹용 레이저빔의 초점거리를 조절하는 레이저 초점거리 조절렌즈, 레이저 초점거리 조절렌즈와 스캔헤드 사이에서 제1레이저 광원의 광축에 광결합되게 가이드용 레이저빔을 출사하는 제2레이저 광원, 레이저 초점거리 조절렌즈와 스캔헤드 사이에서 가이드용 레이저빔을 제1레이저 광원의 광축에 광결합시키는 제1빔스플리터, OCR용 비젼광을 출사하고 피드백되는 OCR용 비젼광으로부터 마킹 영상을 취득하여 마킹 품질을 판독, 저장 또는 표출하며 판독 결과에 따라 생산라인의 동작을 제어하는 OCR 비젼검사모듈, 제1빔스플리터와 스캔헤드 사이에서 OCR용 비젼광을 제1레이저 광원의 광축 또는 제2레이저 광원의 광축에 광결합시키는 제2빔스플리터, 제2빔스플리터와 타겟 사이에서 가이드용 레이저빔 또는 마킹용 레이저빔의 회전 각도와 방향을 조절하는 스캔헤드를 포함하는, 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치이다.

본 발명에 의하면, 스캔헤드의 내측으로 OCR 비젼검사모듈을 일체로 설치하고 초점거리가 비교적 긴 300 내지 1200 mm f-θ 렌즈를 이용하여 식품 포장재의 광촉매 함유잉크 코팅 마킹영역에 레이저 일부인 마킹을 실시하면서 그와 동시에 상(像) 전환없는 일부인 마킹 영상을 촬영하여 비젼검사를 실시간 수행할 수 있게 되므로 특히 2열 또는 그 이상으로 이루어지는 다열 작업 공정의 단축 및 설비 공간 축소에 의한 투자비용 절감, 및 마킹 불량 또는 오류의 신속 검출에 의한 불필요한 재료, 시간, 및 인력 낭비를 줄이는 이점을 제공할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 마킹용 레이저빔과 OCR용 비젼광의 광축이 동일하게 구성하여 가이드용 레이저빔에 의한 마킹 위치 조정만으로 마킹용 레이저빔 및 OCR용 비젼광을 동시에 위치조정할 수 있도록 함으로써 타겟의 종류 또는 위치 차이에 따른 마킹용 레이저빔 및 OCR 비젼검사모듈의 개별적인 위치조정 또는 포커스조정이 불필요하여 시간 및 인력 낭비를 줄일 수 있으면서도 타겟의 종류 또는 위치 차이에 의한 인식오류 발생 방지, 검사 신뢰성, 및 생산성 향상에 기여할 수 있는 이점을 제공할 수 있게 된다.

도 1a와 도 1b는 종래의 레이저 마킹장치를 예시한 개략도이다.
도 2는 종래의 레이저 마킹장치에서 이루어지는 다열 공정의 레이저 마킹 및 리딩동작을 설명하기 위하여 예시한 참고도이다.
도 3은 본 발명에 의한 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치를 예시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 의한 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치가 다열 공정에 적용된 경우의 레이저 마킹 및 리딩동작을 설명하기 위하여 예시한 참고도이다.

이하, 본 발명에 따른 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치의 구성과 동작 및 그에 의한 작용 효과를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명에 의한 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치를 예시한 개략도이고, 도 4는 본 발명에 의한 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치가 다열 공정에 적용된 경우의 레이저 마킹 및 리딩동작을 설명하기 위하여 예시한 참고도로서, 본 발명에 따른 식품 포장재용 레이저 마킹장치는 제1레이저 광원(110), 제1레이저 초점거리 조절렌즈(120), 제2레이저 광원(130), 제1빔스플리터(140), OCR 비젼검사모듈(150), 제2빔스플리터(160), 및 스캔헤드(170)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1레이저 광원(110)은 일부인 마킹을 위한 제1파장대역의 마킹용 레이저빔을 출사한다. 이때 제1레이저 광원(110)에서 출사되는 마킹용 레이저빔은 350 내지 380 nm 파장대역의 자외선광으로서 광촉매 함유잉크가 코팅된 식품 포장재의 마킹영역에 조사되는 경우 레이저빔의 고에너지에 의해 마킹영역에 코팅된 잉크 내의 광촉매가 촉매반응을 일으켜 잉크를 변성시킴으로써 식품 포장재의 마킹영역에 일부인 마킹이 이루어지게 한다.

레이저 초점거리 조절렌즈(120)는 제1레이저 광원(110)와 스캔헤드(170) 사이의 광경로 상에 설치되되 제1레이저 광원(110)에서 출사된 마킹용 레이저빔의 광축에 일치되게 설치되며 마킹용 레이저빔의 광폭을 원하는 크기로 확대 또는 축소시키는 확장 렌즈(121)와 축소 렌즈(122)를 구비하여 제1레이저 광원(110)에서 출사된 마킹용 레이저빔의 초점거리를 조절한다.

제2레이저 광원(130)은 레이저 초점거리 조절렌즈(120)와 스캔헤드(170) 사이에 설치되되 제1빔스플리터(140)에 의해 제1레이저 광원(110)의 광축에 광결합되게 설치되어 타겟(10)의 마킹영역(10a) 내 레이저 마킹위치를 가시적으로 지목하기 위한 제2파장대역의 가이드용 레이저빔을 출사한다. 이때 제2레이저 광원(130)에서 출사되는 가이드용 레이저빔은 육안으로 식별할 수 있으면서도 광촉매 함유잉크 내 광촉매와 촉매반응을 일으키지 않는 450 내지 495 nm 파장대역의 저전력 청색광으로서 광촉매 함유잉크가 코팅된 식품 포장재의 마킹영역에 조사되는 경우 광촉매 함유잉크 내 광촉매와 촉매반응을 일으키지 않기 때문에 일부인 마킹은 이루어지지 않고 레이저빔의 타겟 도달 위치만을 가시적으로 표시하게 되어 타겟(10)의 마킹영역(10a) 내에서 마킹 지점을 정확하게 인식할 수 있게 한다.

제1빔스플리터(140)는 제2레이저 광원(130)에서 출사된 가이드용 레이저빔을 제1레이저 광원(110)의 광축에 광결합시키기 위해, 레이저 초점거리 조절렌즈(120)와 스캔헤드(170) 사이의 광경로 상에 설치되되 제1레이저 광원(110)의 광축에 일치되게 설치되며, 레이저 초점거리 조절렌즈(120)에 의해 확대 또는 축소되어 포커싱된 350 내지 380 nm 파장대역의 자외선광인 마킹용 레이저빔을 투과시키고 제2레이저 광원(130)에서 출사된 450 내지 495 nm 파장대역의 청색광인 가이드용 레이저빔을 반사시킨다.

OCR 비젼검사모듈(150)은 스캔헤드(10)의 내측, 즉 제1빔스플리터(140)와 스캔헤드(170) 사이에 설치되되 제2빔스플리터(160)에 의해 제1레이저 광원(110)의 광축 또는 제2레이저 광원(130)의 광축에 광결합되게 설치되어 타겟(10)의 마킹영역(10a)을 촬영하기 위한 OCR용 비젼광을 출사하고 타겟(10)의 마킹영역(10a)에서 반사된 후 스캔헤드(170) 및 제2빔스플리터(160)를 통해 피드백되는 OCR용 비젼광으로부터 타겟의 마킹영역(10a) 영상을 촬영하게 된다. 따라서 이러한 OCR 비젼검사모듈(150)은 스캔헤드(170)의 내측에서 스캔헤드(170)에 의해 조절된 각도와 방향에서의 타겟(10)의 마킹영역(10a) 영상을 취득하게 되므로 마킹용 레이저빔에 의해 일부인 마킹되고 있는 마킹영역(10a)을 OCR 비젼광에 의해 실시간으로 취득하여 판독하고 그 판독 결과를 저장 또는 표출하게 된다. 이로써 본 발명의 OCR 비젼검사모듈(150)은 도 4에 예시된 바와 같이 2열 또는 그 이상의 다열로 이루어진 마킹 공정의 경우에도 각 열의 마킹을 위해 스캔헤드(170)에 의해 조절된 각도와 방향에서 각 열의 타겟 영상을 실시간 취득할 수 있게 되므로 2열 또는 그 이상의 다열 공정의 마킹 결과 판독을 위해서 별도의 위치 이동없이 마킹용 레이저빔에 의해 일부인 마킹되고 있는 마킹영역(10a)의 마킹결과를 OCR 비젼광에 의해 실시간 취득하여 판독할 수 있으며, 비젼 검사를 위한 위치 이동이나 거리 또는 포커스 조정시간 등을 생략할 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있게 된다.

또한 이러한 OCR 비젼검사모듈(150)은 판독 결과에 따라 생산라인의 동작을 제어하도록 제어선을 통해 생산라인과 직접 연결될 수 있다. 이를 위하여 OCR 비젼검사모듈(150)은 비젼 카메라(151), 비젼영상 초점거리 조절렌즈(152), 및 영상 복원용 미러(153)를 포함하여 구성될 수 있다.

비젼 카메라(151)는 OCR용 비젼영상을 촬영하기 위한 제3파장대역의 OCR용 비젼광을 출사하고 비젼영상 초점거리 조절렌즈(152)를 통해 광량 조절되거나 포커싱 또는 구면수차 보상된 빛(피사체의 형상)을 촬상소자로 받아들여 타겟의 마킹영역 영상을 촬영하며 이를 디지털 데이터로 변환하여 마이크로프로세서의 메모리에 저장하고 뷰파인더를 통해 시각적으로 보이도록 외부로 표출한다. 이를 위하여 비젼 카메라(151)에는 제3파장대역의 OCR용 비젼광을 출사하는 광원, CCD 또는 CMOS 중의 어느 하나로 구성되는 촬상 소자인 이미지 센서, 마이크로프로세서 및 뷰파인더가 탑재되어 구성될 수 있으며, OCR용 비젼광으로는 635 내지 650 nm 파장대역의 적색광이 사용될 수 있다. 또한 이러한 비젼 카메라(151)에는 취득된 영상을 분석하여 마킹 품질을 판독하고 품질 불량으로 판단되는 경우 경보를 울리거나 생산라인의 동작을 정지시킬 수 있는 통상의 OCR 비젼검사 프로그램이 마이크로 프로세서 등에 의해 탑재 및 운용될 수 있다.

비젼영상 초점거리 조절렌즈(152)는 비젼 카메라(151)와 영상 복원용 미러(153) 사이에 설치되며 OCR용 비젼광의 광폭을 원하는 크기로 확대 또는 축소시키는 확장 렌즈(152a)와 축소 렌즈(152b)를 구비하여 비젼 카메라(151)에서 출사된 635 내지 650 nm 파장대역의 OCR용 비젼광 또는 제2빔스플리터(160) 및 영상 복원용 미러(153)를 통해 반사되어 들어오는 635 내지 650 nm 파장대역의 OCR용 비젼광의 광폭을 원하는 크기로 확대 또는 축소시켜 OCR용 비젼광의 초점거리를 조절함으로써 스캔헤드(170)의 F-θ 렌즈(173)에 의해 발생된 OCR용 비젼영상의 구면수차를 보상한다.

영상 복원용 미러(153)는 635 내지 650 nm 파장대역의 OCR용 비젼광을 반사시키는 미러로서, 비젼영상 초점거리 조절렌즈(152)와 제2빔스플리터(160) 사이에 설치되되 OCR용 비젼광의 광축에 일치되게 설치되어 비젼영상 초점거리 조절렌즈(152)를 통해 포커싱된 635 내지 650 nm 파장대역의 OCR용 비젼광 또는 스캔헤드(170)를 통해 피드백된 후 제2빔스플리터(160)에 의해 반사되어 들어오는 635 내지 650 nm 파장대역의 OCR용 비젼광을 재반사시켜 역상(reverse image)의 비젼용 영상을 복원시킨다. 이로써 본 발명에 의한 레이저 마킹장치는 스캔헤드(170)에 의해 각도와 방향이 조절되고 영상 복원용 미러(153)에 의해 상이 복원된 마킹영역(10a)의 영상(즉, 상이 뒤집히지 않은 타겟 영상)을 취득할 수 있게 되므로, 취득된 마킹영역의 영상으로부터 마킹 불량 또는 오류 여부를 판단하기 위해 뒤집힌 영상을 원상복구시키는 등의 소프트웨어 처리 프로그램이 불필요하게 되며, 이로써 소프트웨어 처리 프로그램의 구동에 의한 시간 지연 등의 문제점이 발생되지 않게 되므로 빠른 생산라인에 신속하게 대응할 수 있게 되며, 또한 소프트웨어 처리 프로그램의 오동작 또는 고장 등의 발생할 우려를 원천적으로 배제할 수 있게 된다.

제2빔스플리터(160)는 OCR용 비젼검사모듈(150)에서 출사된 OCR용 비젼광을 제1레이저 광원(110)의 광축 또는 제2레이저 광원(130)의 광축에 광결합시키기 위해, 제1빔스플리터(140)와 스캔헤드(170) 사이의 광경로 상에 설치되되 제1레이저 광원(110)의 광축 또는 제2레이저 광원(130)의 광축에 일치되게 설치되며, 제1레이저 광원(110)의 마킹용 레이저빔 또는 제2레이저 광원(130)의 가이드용 레이저빔은 투과시키고 OCR용 비젼광은 반사시킨다. 이로써 본 발명에 의한 레이저 마킹장치에서는 제2빔스플리터(160)에 의해 마킹용 레이저빔 또는 가이드용 레이저빔과 OCR용 비젼광의 광축이 일치될 수 있게 되므로 마킹 위치나 회전각도 또는 포커스 조정 등을 위한 조정시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 마킹 검사 결과의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되며, 따라서 생산성도 향상시킬 수 있게 된다.

스캔헤드(170)는 제2빔스플리터(160)와 타겟(10) 사이의 광경로 상에 설치되되 제1레이저 광원(110) 또는 제2레이저 광원(130) 또는 OCR 비젼검사모듈(150)의 광축에 일치되게 설치되며, 갈바노 미터에 의해 각각 X방향 이동 및 Y방향 이동이 가능한 X방향 미러(171)와 Y방향 미러(172) 및, F-θ 렌즈(173)를 구비한다. 이러한 스캔헤드(170)는 X방향 미러(171)와 Y방향 미러(172)에 의한 반사 및 F-θ 렌즈(173)에 의한 굴절을 통해 가이드용 레이저빔 또는 마킹용 레이저빔의 회전 각도와 방향을 조절하여 타겟(10)의마킹영역(10a) 내 어느 한 지점 위치를 가이드하거나 2차원 형상의 도형이나 문자를 마킹하며, OCR용 비젼광을 타겟(10)에 조사하거나 타겟(10)에서 반사되는 OCR용 비젼광을 제2빔스플리터(160) 측으로 피드백시킨다. 이를 위하여 본 발명의 레이저 마킹장치에서는 초점거리(f)가 비교적 긴 300 내지 1200 mm 범위의 F-θ 렌즈(173)가 탑재된 스캔헤드(170)를 사용하여 스캔헤드(170)와 타겟(10)과의 거리를 비교적 길게 설치할 수 있도록 한다. 이와 같이 초점거리(f)가 비교적 긴 300 내지 1200mm 범위의 F-θ 렌즈(173)를 사용하게 되는 경우 F-θ 렌즈(173)의 초점거리(f)와 굴절각도(θ)의 탄젠트 값의 곱으로 결정되는 스캔거리(y), 즉 F-θ 렌즈(173)에 의해 스캔될 수 있는 타겟의 스캔거리(y)도 y=f*tanθ로서 역시 길어지게 되므로 F-θ 렌즈(173)에 의한 타겟의 스캔거리(y)가 타겟(10)의 마킹 영역 뿐만 아니라 타겟의 표면 전체로 확장될 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의한 레이저 마킹장치에서는 생산라인에서 주변의 환경 등에 의해 타겟(10)이 흔들리거나 마킹 영역의 위치가 변경되어도 타겟(10) 내에서 마킹영역(10a)을 정확하게 찾아 정위치 마킹이 가능하게 되어 마킹 불량을 줄일 수 있게 된다. 또한 이러한 본 발명의 레이저 마킹장치에서는 F-θ 렌즈(173)의 초점거리(f)가 300 내지 1200mm 범위로 길어지게 되므로 X-Y 갈바노미터에 의해 이동이 제어되는 X방향 미러(171)와 Y방향 미러(172)의 회전각도를 줄일 수 있어 X-Y 갈바노미터의 회전각 조정용 모터의 회전속도를 줄일 수 있게 되어 회전각 조정용 모터의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 레이저 마킹장치는 일부인 마킹을 위한 타겟(10)으로 식품 포장재가 사용될 수 있으며, 식품 포장재로서는 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low-Density Polyethylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate), 폴리에틸렌(Polyethylene), 알루미늄(Aluminium), 종이 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어진 포장재일 수 있다.

또한 이러한 본 발명의 레이저 마킹장치는 식품 포장재의 한쪽 표면 전체를 스캔헤드(170)가 스캔할 수 있도록 초점거리 300 내지 1200mm 범위 내에 설치되는 것이 바람직하며, 타겟(10)으로 사용되는 식품 포장재의 마킹영역(10a)은 제품 생산번호, 모델명, 제조일자 또는 유효기간 등 일부인 마킹을 위해 광촉매가 함유된 특수잉크가 코팅되어 형성되되 이때 특수잉크에 함유되는 광촉매로서는 이산화티타늄(TiO₂), 텅스텐산(WO₃) 등이 사용될 수 있다. 이로써 광촉매 함유잉크가 코팅된 식품 포장재의 마킹영역에 본 발명의 레이저 마킹장치에서 레이저빔이 조사되는 경우 마킹영역에 코팅된 특수잉크 내의 광촉매가 레이저빔의 고에너지에 의해 촉매반응을 일으키게 되면서 열을 수반하지 않고 단지 광촉매작용에 의한 잉크 변성만으로 문자 또는 패턴 등의 마킹이 이루어질 수 있게 한다.

이러한 본 발명의 레이저 마킹장치에 의하면 기존의 CO2 레이저 마킹장치에서 레이저 빔으로 타겟의 표면을 용융 또는 식각시키는 등의 열을 수반하는 방법으로 마킹을 실시하는 것과는 다르게 단지 광촉매작용에 의한 잉크 변성만으로 열을 수반하지 않는 콜드 마킹(cold marking)을 실시할 수 있게 되므로, 일부인 마킹시 발생되는 포장재의 표면 손상 또는 천공 등에 의해 내용물의 산화 또는 부패 등 치명적인 제품 불량을 유발시킬 수 있는 식품 포장재의 경우 타겟의 표면 손상 또는 천공 등의 발생 우려가 전혀없는 안전한 일부인 마킹을 실시할 수 있게 되어 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있게 하는 이점을 제공하게 된다.

이상의 본 발명에 의하면, 식품 포장재의 레이저 마킹장치 내에 상 전환없는 마킹 영상 촬상이 가능한 OCR 비젼검사모듈을 탑재하여 일부인 마킹 결과를 영상으로 실시간 판독하고 불량 여부를 즉시 판별할 있게 되므로 마킹 불량 또는 오류를 신속하게 검출할 수 있어, 마킹 불량 또는 오류가 발생된 상태로 제조 공정이 계속해서 가동되는 것을 신속하게 차단함으로써 불필요한 재료의 소진을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 시간 및 인력 낭비를 줄일 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 마킹 공정과 OCR 비젼검사가 하나의 레이저 마킹장치에서 동시에 이루어질 수 있게 되므로 공정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 설비 공간을 축소할 수 있게 되어 투자비용의 절감이 가능하게 하는 이점을 제공할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 가이드용 레이저빔을 출사하는 광원을 설치하여 가이드용 레이저빔에 의한 위치 조정만으로 마킹용 레이저빔 및 OCR용 비젼광의 위치조정이 가능하게 되므로, 타겟의 종류나 위치 차이에 따라 반드시 수행하여야만 하던 기존의 마킹용 레이저빔 및 OCR용 비젼광의 개별적인 위치조정 또는 포커스조정 과정을 생략할 수 있게 되어 위치조정 또는 포커스조정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 또한 타겟의 종류 또는 위치 차이에 의한 OCR 비젼검사모듈의 인식오류 발생을 방지수 있는 등의 이점을 제공할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 단독 또는 별개의 공급관 및 유압만을 사용하는 것으로 한정되는 것도 아니고, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허 청구 범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 타겟 10a : 마킹영역
110 : 제1레이저광원 120 : 레이저 초점거리 조절렌즈
121,192a : 확장렌즈 122,152b : 축소렌즈
130 : 제2레이저광원 140 : 제1빔스플리터
150 : OCR용 비젼검사모듈 151 : 비젼 카메라
152 : 비젼영상 초점거리 조절렌즈 153 : 영상 복원용 미러
160 : 제2빔스플리터 170 : 스캔헤드
171 : X방향 미러 172 : Y방향 미러
173 : F-θ 렌즈

Claims

일부인 마킹을 위한 마킹용 레이저빔을 출사하는 제1레이저 광원(110);
상기 제1레이저 광원(110)와 스캔헤드(170) 사이에 설치되어 제1레이저 광원(110)에서 출사된 마킹용 레이저빔의 초점거리를 조절하는 레이저 초점거리 조절렌즈(120);
상기 레이저 초점거리 조절렌즈(120)와 스캔헤드(170) 사이에 설치되되 제1빔스플리터(140)에 의해 제1레이저 광원(110)의 광축에 광결합되게 설치되어 타겟(10)의 마킹영역(10a) 내 레이저 마킹위치를 가시적으로 지목하기 위한 가이드용 레이저빔을 출사하는 제2레이저 광원(130);
상기 제2레이저 광원(130)에서 출사된 가이드용 레이저빔을 제1레이저 광원(110)의 광축에 광결합시키기 위해 레이저 초점거리 조절렌즈(120)와 스캔헤드(170) 사이에 설치되어 레이저 초점거리 조절렌즈(120)에 의해 조정 및 포커싱된 마킹용 레이저빔은 투과시키고 제2레이저 광원(130)에서 출사된 가이드용 레이저빔은 반사시키는 제1빔스플리터(140);
상기 제1빔스플리터(140)와 스캔헤드(170) 사이에 설치되되 제2빔스플리터(160)에 의해 제1레이저 광원(110)의 광축 또는 제2레이저 광원(130)의 광축에 광결합되도록 스캔헤드(170)의 내측에 설치되어 마킹 영상 촬영을 위한 OCR용 비젼광을 출사하고 스캔헤드(170) 및 제2빔스플리터(160)를 통해 피드백되는 OCR용 비젼광으로부터 마킹 영상을 취득하여 일부인 마킹 품질을 판독, 저장 또는 표출하며, 판독 결과에 따라 생산라인의 동작을 제어하는 OCR 비젼검사모듈(150);
상기 OCR 비젼검사모듈(150)에서 출사된 OCR용 비젼광을 제1레이저 광원(110)의 광축 또는 제2레이저 광원(130)의 광축에 광결합시키기 위해, 제1빔스플리터(140)와 스캔헤드(170) 사이에 설치되어 제1레이저 광원(110)의 마킹용 레이저빔 또는 제2레이저 광원(130)의 가이드용 레이저빔은 투과시키고 OCR용 비젼광은 반사시키는 제2빔스플리터(160); 및
상기 제2빔스플리터(160)와 타겟(10) 사이에 설치되어 가이드용 레이저빔 또는 마킹용 레이저빔의 회전 각도와 방향을 조절하여 타겟(10)의 마킹영역(10a) 내 어느 한 지점 위치를 가이드하거나 도형 또는 문자를 마킹하고, OCR용 비젼광을 타겟(10)에 조사하거나 타겟(10)에서 반사되는 OCR용 비젼광을 제2빔스플리터(160) 측으로 피드백시키는 스캔헤드(170);를 포함하며,
상기 OCR 비젼검사모듈(150)은,
OCR용 비젼영상 촬영을 위한 OCR용 비젼광을 출사하고 비젼영상 초점거리 조절렌즈(152)를 통해 피드백되는 OCR용 비젼광으로부터 타겟(10)의 마킹 영상을 촬상하여 마킹 결과를 판독, 저장 또는 표출하고 판독 결과에 따라 생산라인의 동작을 제어하는 비젼 카메라(151);
상기 비젼 카메라(151)와 영상 복원용 미러(153) 사이에 설치되어 비젼 카메라(151)에서 출사된 OCR용 비젼광 또는 제2빔스플리터(160) 및 영상 복원용 미러(153)를 통해 반사되어 들어오는 OCR용 비젼영상의 구면수차를 보상하는 비젼영상 초점거리 조절렌즈(152); 및
상기 비젼영상 초점거리 조절렌즈(152)와 제2빔스플리터(160) 사이에 설치되어 비젼영상 초점거리 조절렌즈(152)를 통해 포커싱된 OCR용 비젼광 또는 스캔헤드(170) 및 제2빔스플리터(160)를 통해 반사되어 들어오는 OCR용 비젼광을 재반사시켜 역상의 비젼용 영상을 복원시키는 영상 복원용 미러(153);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치.
제1항에 있어서, 상기 타겟(10)은,
선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low-Density Polyethylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate), 폴리에틸렌(Polyethylene), 알루미늄(Aluminium), 종이 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어진 식품 포장재인 것을 특징으로 하는 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치.
제1항에 있어서, 상기 타겟(10)은,
제품 생산번호, 모델명, 제조일자 또는 유효기간 중의 적어도 어느 하나의 일부인 마킹을 위한 마킹영역(10a)을 포함하며,
상기 마킹영역(10a)은,
이산화티타늄(TiO₂), 텅스텐산(WO₃) 중의 어느 하나로 이루어지는 광촉매가 함유된 특수잉크가 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치.
제1항에 있어서, 상기 마킹용 레이저빔은,
350 내지 380 nm 파장대역의 자외선광으로서 광촉매 함유잉크가 코팅된 마킹영역에 조사되는 경우 광촉매 함유잉크 내 광촉매와 촉매반응을 일으켜 잉크 변성으로 일부인 마킹이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치.
제1항에 있어서, 상기 가이드용 레이저빔은,
450 내지 495 nm 파장대역의 저전력 청색광으로서 육안으로 식별할 수 있으면서도 광촉매 함유잉크 내 광촉매와 촉매반응을 일으키지 않고 레이저빔의 도달 위치만을 가시적으로 표시하여 타겟(10)의 마킹영역(10a) 내에서 마킹 지점을 인식할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치.
제1항에 있어서, 상기 스캔헤드(170)는,
타겟(10)의 한쪽 표면 전체를 스캔할 수 있도록 초점거리(f)가 300 내지 1200mm 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 영상 복원용 미러(153)는,
635~650 nm 파장대역의 OCR용 비젼광을 반사시키는 미러인 것을 특징으로 하는 일부인 마킹 및 비젼검사를 동시 처리하는 식품 포장재용 레이저 마킹장치.