KR100187986B1 - 레이저빔 가공헤드를 갖는 공작기계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

레이저빔 가공헤드를 갖는 공작기계

제1도는 본 발명에 따른 가공헤드로 구성된 레이저빔 공작기계를 보인개략구성도.

제2도는 본 발명에 따른 레이저빔 가공헤드를 보인 분해사시도.

제3도는 본 발명에 따른 헤드의 작동부를 위한 지지부재의 저면을 보인사시도.

제4도는 가공헤드가 노즐과 공작물사이의 측방향 충격에 의하여 편향된 위치에 놓인 것을 보인 본 발명에 따른 헤드의 사시도.

제5도는 본 발명의 작동부와 지지부재사이의 한 연결구성을 보인 부분사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

2 : 프레임 6 : 작동부

10 : 공작물 16 : 가공헤드

19 : 수렴렌즈 26 : 가공노즐

34a, 34b, 34c : 스터드 36a, 36b, 36c : 요구

37 : 상부면 38 : 지지부재

39a, 39b, 39c : 직선요구 42 : 마이크로스위치

본 발명은 가공되거나 검사될 공작물과 접촉함이 없이 수직위치에서 작동하는 공작기계에 관한 것이다. 특히 본 발명은 기계프로그래밍 에러의 결과로서 장애를 받게될 때 손상의 위험없이 편향될 수 있는 레이저빔 가공헤드를 갖는 공작기계에 관한 것이다.

레이저빔 가공헤드와 같이 공작물과 접촉없이 이를 가공하거나 검사하기 위한 공작기계는 충격으로부터 보호되어야 하는 취약한 작동부를 갖는다.

레이저빔 가공헤드의 경우에 있어서 이러한 작동부는 헤드에 배치되어 가공노즐과 함께 사용되는 하나 이상의 렌즈로 구성되는 초점수단(focussing means)이다.

만약 이러한 형태의 헤드가 효율적인 가공을 수행하기 위하여 정확히 작동하는 경우, 한편으로는 공작물에 대하여, 그리고 다른 한편으로는 노즐공에 대하여 빔(beam)의 수렴점(收斂点)을 조절하여야 하는 것이 알려져 있다.

이러한 조절은 섬세한 작동으로 이루어지며 헤드가 어떠한 장애물에 부딪치는 경우 그 안정성은 크게 경감된다. 예를 들어 만약 기계조작 또는 그 프로그래밍의 에러 때문에 노즐이 공작물에 부딪치는 경우, 이는 레이저빔의 축선이 노즐공(이 노즐공의 지경은 수 밀리미터에 지나지 않는다)에 대하여 오정렬되는 원인이 되며, 노즐이 초점수단에 대하여 재조절될 때까지 헤드를 사용할 수 없도록 하거나 필요한 경우 노즐을 교체할 필요가 있다.

상기 언급된 바와 같이, 노즐에 대하여 초점수단을 재조절하는 작업은 복잡하고 고도로 숙련된 사람에 의하여 수행되어야 한다.

따라서, 헤드와장애물사이에 최소의 충격이라 하여도 고비용의 인적 또는 물질적인 비용이 소요된다.

이들 문제점을 해소하기 위하여 충격이 있는 경우 공작물이나 프레임에 대한 헤드의 운동을 정지시킬 수 있도록 설계된 충격검출기를 이용하는 시스템이 알려져 있다.

이러한 형태의 시스템은 공작물 또는 프레임에 대한 헤드의 운동이 느린 경우에는 효과적이나, 헤드가 고속으로 장애물에 부딪치는 경우에는 신속이 반응하지 못하므로 지지체에 견고히 결합된 헤드가 크게 손상을 입게 되는 위험이 있다.

EP-A-0 030 754에는 충격으로부터 레이저빔 가공헤드를 보호하기 위한 기게적인 수단이 기술되어 있다. 이 특허문헌에서 헤드는 지지부재상에서 헤드의 축선을 따라 연장된 다수의 스프링으로 회전가능하게 착설된다. 이러한 회전연결형의 헤드/지지체는 헤드가 장애물에 부딪칠 때에 헤드와 외부구성요소인 이러한 장애물사이의 심한 충격을 피하기 위하여 헤드가 경사지게 될 수 있으며 기계자체가 정지할 수 있게 되어 있다.

그러나, 이러한 가공헤드는 구조가 복잡하고 비숙련자가 이용하기에는 쉽지 않은 결점을 갖는다.

상이한 형탱의 가공을 수행하기 위하여 집광렌즈와/또는 노즐이 교환되어야 하는 경우, 또는 가공헤드의 작동부가 잠시 현미경과 같은 관측장치로 교체되어야 하는 경우, 헤드를 분해하고, 렌즈와/또는 노즐을 교환하며, 노즐에 대하여 렌즈를 재조립하여 조절하며, 지지부재에 모든 것을 재조립하는 것이 필요하다. 더욱이, 이들 모든 작업은 숙련된 사람에 의하여 수행되어야하므로 실질적인 작업비용이 소용된다.

아울러, EP-A-0 116 807에는 청구항 제1항의 서두에 해당하는 장치가 기술되어 있다. 그러나, 스터드가 삽입되는 요구가 좁고 깊게 형성되어 있어 심한 충격의 경우 스터드가 요구로부터 신속하고 효과적으로 빠져나오지 못한다. 이는 특히 충격이 장치의 축선에 대하여 수ㅈ기방향으로 가하여지는 경우에 문제가 된다.

따라서 본 발명의 주요목적은 공작물에 접촉함이 없이 수직위치에서 작동할 수 있게 되어 있고 특별히 조절할 필요없이 작업자 한 사람만으로도 교환할 수 있는 간단하고 효율적인 충격방지장치로 구성되는 공작기계를 제공하므로서 상기 언급된 종래기술의 결점을 해소하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 공작물에 접촉함이 없이 수직위치에서 작동할 수 있게 되어 있으며 적어도 부분적으로 하나의 작동부를 구성하는 헤드와 이러한 헤드를 지지하기 위하여 기계프레임에 견고히 착설된 지지체로 구성되는 공작기계를 제공하는데 있다. 공작물은 헤드의 축선에 수직인 평면에서 헤드의 이동을 방해하도록 지지체에 형성된 3개의 V자형 요구내에 놓이는 3개의 스터드(stud)로 구성된다.

본 발명에 따라서, V자형 요구는 축을 따라 방사상으로 연장되고 지지체의 상부면부근으로 개방되어 있다.

이러한 특성으로 공작기계의 헤드는 지지쳉에 견고히 연결되지 않고도 항시 지지체상에 서 정확한 위치에 놓인다. 따라서 헤드가 장애물에 부딪칠 때 그 충격의 힘이나 충격의 방향에 관계없이 헤드가 용이하게 편향되거나 경사지게될 수 있다.

헤드와 지지체사이에는 어떠한 고정적인 연결부분이 없고 헤드가 지지체상의 정확한 위치에 자동적으로 재배치되므로 헤드를 조절없이(헤드는 이미 조절되었다) 신속하게 교체할 수 있는 잇점이 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 공작기계의 상세한 설명은 레이저빔 가공헤드에 적용하여 설명될 것이다.

그러나, 본 발명은 이러한 적용과 이에 따른 실시형태에 국한되지 아니한다. 예를 들어 본 발명에 따른 공작기계는 그 작동부에 초음파방출제어장치가 결합될 수도 있다.

제1도에서, 이는 레이저빔 공작기계(1)를 보이고 있다.

이 공작기계는 레이저소오스(4)가 구비된 통상적인 프레임(2), 작동부(6)와, 공작물(10)이 놓이는 테이블(8)을 갖는다. 테이블과 작동부는 상대측에 대하여 이동가능하게 되어 있으며 이러한 운동은 예를 들어 제어프로그램에 응답하여 전기모우터(도시하지 않았음)에 의하여 제어된다.

테이블(8)은 X 및 Y방향을 따라 수평평면에서 이동할 수 있으며 작동부(6)는 수직방향인 Z방향으로 이동할 수 있다.

레이저소오스(4)는 빔(12)을 방출하고 이 빔은 거울(14)에 반사되어 작동부(6)측으로 향한다. 이러한 빔(12)은 유입공(18)을 통하여 작동부로 유입되며 여기에서 통상적인 방식으로, 예를 들어 수렴렌즈(19)에 의하여 집속되어 작동부의 유출공(20)의 부근에서 공작물(10)상에 작업포인트(22)를 형성한다.

특히 제2도 및 제3도에서, 본 발명에 따른 작동부(6)는 가공헤드(16)로 구성된다. 이 가공헤드(16)는 레이저빔의 초점수단인 수렴렌즈(19)를 수용하기 위한 하향경사형의 원통형 동체(24)로 구성된다. 이 동체(24)는 최상측부에 레이저빔의 유입고(18)을 가지고 중간에 가공가스를 위한 조절노즐(27)을 가지며 최하측단에 가공노즐(26)로 형성되는 유출공(20)을 갖는다. 이 실시형태에서 가공노즐(26)은 나선을 갖는 나선형 부싱(28)에 의하여 착설된다. 그러나, 이 가공노즐(26)은 가공헤드(16)의 동체(24)와 일체로 구성될 수 있다.

제2도에서 보인 바와 같이, 유입공(18)이 형성된 상측부는 벨로우즈(30)를 통하여 거울(14)(제2도에는 도시하지 않았음)이 수용된 하우징(32)에 연결된다.

또한 동체(24)는 본 발명에 따라서 취부수단을 형성하는 3개의 스터드 (34a)(34b)(34c)(도면에서는 두 개만을 보임)를 갖는다. 예를 들어 원통형의 롯드로 구성되는 이들 3개의 스터드는 이들 스터드가 방사상으로 연장되게 동체(24)에 형성된 고정부에 고정된다. 이들 스터드는 120°의 간격을 두고 배열되는 것이 좋으며 빔의 작업방향 W, W'에 대하여 수직인 평면으로 연장된다.

스터드(34a)(34b)(34c)는 지지부재(38)의 상부명(37)에 120°의 간격을 두고 방사상으로 연장되게 형성된 요구(36a)(36b)(36c)에 놓인다. 지지부재(38)는 빔의 축선에 수직인 평면에 놓이고 가공헤드의 동체(24)에 대하여 평행하게 연장된 두 개의 칼럼(40)으로 프레임에 견고히 연결된다. 도시된 실시형태에서, 지지부재는 가공헤드의 하측부를 용이하게 배치시킬 수 있도록 U자형태의 말굽형으로 되어 있다. 물론 이러한 지지부재는 링형의 형태와 같이 상이한 형태의 것이 사용될 수 있다.

스터드가 요구(36a)(36b)(38c)에 놓일 때 가공헤드의 중간부분은 지지부재(38)의 두 지부(38a)(38b)사이에 배치된다. 이에 관련하여 헤드는 자신의 무게로 지지부재상에 놓이므로 헤드조립체의 중심(重心)은 헤드에 보다 큰 안정성을 부여하기 위하여 지지부재(38)의 중간평면 높이의 아래에 배치되는 것이 좋다.

제2도와 제3도에서 보인 바와같이 요구(36a)(36b)(36c)는 지지부재의 상부면(37)에 직접 형성되지 않고 이 상부면(37)에 절삭형성된 직선요구(39a)(39b)(39c)의 기부에 형성되어 있다.

요구(36a)(36b)(36c)의 측부는 직선요구(39a)(39b)(39c)의 하측면에 각각 연결된다. 직선요구(39a)(39b)(39c)의 깊이는 스터드(34a)(34b)(34c)의 직경과 같거나 작고 이들의 폭은 스터드가 요구에 결합될 때 스터드가 충분히 삽입 될 수 있게 되어 있으며 직선요구(39a)(39b)(39c)의 측벽에 의하여 직접 방해받지 아니하고 지지될 수있게되어 있다. 물론 간단한 실시형태(도시하지 않았음)에서는 직선요구의 측부가 지지부재의 상부면에 직접 연결될 수도 있다.

지지부재에 헤드를 정확히 배치하고 지지부재의 평면에서 헤드를 고정하기 위하여, 요구는 스터드가 그 측부에 안치되는 V자형의 요구형태로 구성되는 것이 좋다.

이 경우에 있어서, 전형적으로 60°인 V자형 요구의 개방각도는 이들 요구로부터 스터드가 상측으로 분리되는데 요구되는 힘을 결정하며 이러한 힘은 개방각도의 크기에 반비례한다.

또한 가공헤드에는 공작물이나 기계의 테이블과 같은 외부요소에 부딪치는 것을 검출하기 위한 충격검출수단이 구성되어 있다. 이들 검출수단은 필요한 경우 기계를 멈추도록하는 신호를 공급할 수 있는 두 개의 기계적인 마이크로스위치(42)로 구성된다. 제2도와 제3도에서 보인 바와 같이 이들 마이크로스위치는 지지부재(38)의 각 지부(38a)(38b)에 착설된다.

이들 마이크로스위치는 요구(36a)(36b)(36c)사이에 배열되고 서로 120°의 간격을 두고 배치되어 있다. 따라서 작업중에 헤드(16)의 위치 또는 변위의 모든 변화가 검출된다.

지지부재(38)에 배치된 이들 마이크로스위치는 기계의 제어회로(도시하지 않았음)에 연결되고 이들 마이크로스위치의 선단에는 헤드의 동체에 대향되게 배치된 접촉블럭(44)과 접촉하는 작동단부(43)가 형성되어 있다.

본 발명의 작동은 공작물에 의하여 가공헤드에 가하여지는 측방향 충격에 관하여 제4도에서 상세히 설명될 것이다.

작동위치(수직위치)의 헤드(16)는 단순히 그 자체의 무게로 지지부재(38)상에얹히며 공작물(10)은 헤드에 대하여 예를 들어 수평평면에서 이동한다. 만약 기계프로그래밍 에러 또는 조작자에 의한 조작상 에러와 같이 어떠한 이유에서 노즐(26)이 공작물(10)에 부딪치는 경우 헤드는 경사지게 되어 충격을 흡수하고자 할 것이다. 제4도에서 점선으로 보인 바와 같이 스터드(34a)는 이 스터드가 놓인 요구로부터 분리되는 반면에 다른 두 스터드(34b)(34c)가 지지부재상에 그대로 지지되는 2점 지지현상이 일어나고 이들 두 지점을 연결하는 축선 P-P'를 중심으로 하여 헤드가 흔들리게 될 것이다. 헤드의 이러한 이동으로 마이크로스위치(42)의 하나 또는 모두가 개방(또는 폐쇄)되어 제어회로는 즉사차단신호를 수신하게될 것이다. 이때에 조작자는 장애물을 제거하므로서 간단히 조정할 수 있으며 헤드를 작업위치로 복귀배치시킬 수 있다.

급격한 충격의 경우 3개의 스터드 모두가 각각의 요구에서 동시에 이탈될 수 있으나 이들 스터드가 이탈되어도 요구의 양측에 형성된 직선요구(39a)(39b)(39c)에 놓이게 되므로 헤드가 지지부재로부터 완전히 탈락하지는 않는다.

헤드가 수직방향으로 충격을 받는 경우 헤드가 상측으로 이동하여 스터드가 요구로부터 벗어나고 마이크로스위치가 작동하는 결과를 가져올 것이다.

끝으로, 회전수단의 한 실시형태와 헤드지지체의 일부를 보인 제5도를 참조하여 설명한다. 이 실시형태에서 지지체는 제2도-제4도에 관련하여 설명한바와 같은 형태와 동일한 지지부재(38)로 구성된다. 3개의 스터드 (34a)(34b)(34c)가 방사상으로 연장되고 지지부재(38)의 내측벽으로부터빔의 축선에 수직인 평면에 연장된다. 역시 이들 3개의 스터드도 서로 120°의 간격을 두고 배열되어 있다.

헤드의 취부수단은 이 헤드가 3개의 스터드상에 안치될 수 있는 부가적인 구조를 구성한다. 특히, 헤드에는 3개의 요구(36a)(36b)(36c)가 형성된 환상의 안치면(50)을 갖는 링형의칼라(48)가 형성되어 있다. 이들 요구는 헤드를 중심으로 하여 방사상으로 연장되고 V자형의 요구형태를 갖는다.

도시된 실시형태에서 가공헤드는 수직으로 배열되어 있으나 본 발명에 따른 헤드는 작업축선(W,W')이 수직축선으로부터 약간 경사진 상태, 전형적으로 약 30°의 각도로 경사진 상태에서도 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 공작물(10)에 접촉함이 없이 수직위치에서 작동가능하며 초점수단과 하단에 가공노즐(26)을 갖는 작동부(6)를 구성하는 헤드(16)와, 이 헤드를 프레임(2)에 견고히 연결하고 충격검출수단을 갖는 지지부재(38)로 구성되며, 상기 헤드(16)가 축선(W,W')에 수직인 평면에서 헤드(16)가 이동되는 것을 방지하기 위하여 지지부재(38)에 형성된 3개의 요구(36a,36b,36c)에 안치되는 3개의 스터드(34a,34b,34c)를 갖는 것에 있어서, 초점수단과 가공노즐(26)을 갖는 헤드(16)의 스터드(34a,34b,34c)가 안치되는 요구(36a,36b,36c)가 지지부재(38)의 상부면(37)에서 바사상으로 연장된 V자형의 요구임을 특징으로 하는 레이저빔 가공헤드를 갖는 공작기계.
2. 제1항에 있어서, 요구(36a,36b,36c)의 측부가 지지부재(38)의 상부면(37)에 직접연결됨을 특징으로 하는 공작기계.
3. 제1항에 있어서, 요구(36a,36b,36c)의 측부가 지지부재의 상부면에 형성된 직선요구(39a,39b,39c)의 기부면에 각각 연결되고, 그 깊이는 스터드(34a,34b,34c)의 직경보다는 작으며 그 폭은 헤드에 충격이 가하여지는 경우 스터드가 요구의 측벽에 부딪치지 아니하고 요구로부터 분리될 수 있는 크기임을 특징으로 하는 공작기계.
4. 제1항에 있어서, 지지부재(38)가 말굽형으로 구성됨을 특징으로 하는 공작기계.
5. 제1항에 있어서, 스터드(34a,34b,34c)와 요구(36a,36b,36c)가 각각 서로 120°의 간격을 두고 동일평면상에 교대로 배열됨을 특징으로 하는 공작기계.
6. 제1항에 있어서, 지지부재에 구비된 충격검출수단이 공작기계에 정지신호를 보낼 수 있는 외부의 작동단부를 가짐을 특징으로 하는 공작기계.
7. 제6항에 있어서, 충격검출수단이 두 개의 마이크로스위치(42)로 구성됨을 특징으로 하는 공작기계.
8. 제1항에 있어서, 헤드(16)가 레이저빔 헤드이고 레이저빔을 위한 초점수단으로서 수렴렌즈(19)로 구성됨을 특징으로 하는 공작기계.

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