KR100325240B1 - 열처리용 레이저의 출력 제어장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

차량용 실린더 블록의 보어 내면 열처리 작업시 레이저 빔 조사와 동시에, 보어 내면의 가공 상태 및 초기 온도 조건에 따른 표면 온도를 실시간으로 측정하여 레이저 출력을 제어할 수 있도록 하는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공할 목적으로,
실린더 보어 내부에서 보어 내면에 레이저 빔을 조사하는 레이저 출력장치와; 상기 레이저 출력장치에 레이저 빔의 출력 모드를 조절하여 공급하는 레이저 발진 수단과; 상기 레이저 출력장치와 타이밍 벨트로 연결되어 상기 레이저 출력장치가 실린더 보어 내면을 회전하면서 레이저 빔을 조사하도록 회전 구동력을 발생시키는 회전 구동 수단과; 상기 실린더 보어 내부에서 레이저 출력장치의 일측에 구성되어 보어 내면의 온도를 실시간 검출하는 온도 검출 수단과; 상기 온도 검출 수단으로부터 신호를 입력받아 온도 비례 아날로그 신호를 출력하는 온도 센서 컨트롤러와; 상기 온도 센서 컨트롤러로부터 신호를 입력받아 상기 레이저 발진 수단을 제어하는 메인 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치를 제공하며,
적외선 온도 감지 센서가 보어 내면의 온도를 검출하고, 레이저 발진기에서는 컨트롤러를 통하여 레이저 출력과 레이저 조사 속도를 검출하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어 내면의 온도에 따른 목표 출력이 같은가를 판단하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어내면의 온도에 따른 목표 출력이 같으면, 레이저 조사 속도가 설정 속도인가를 판단하는 제3단계와; 상기 제2단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어 내면의 온도에 따른 목표 출력이 다를 경우, 상기 레이저 발진기에서 레이저의 출력을 보정 하는 제4단계와; 상기 제3단계에서 레이저 조사 속도가 설정 속도이면, 사이클 횟수가 설정 횟수인가를 판단하는 제5단계와; 상기 제3단계에서 레이저 조사 속도가 설정 속도가 아니면, 상기 레이저 발진기에서 레이저 조사 속도를 보정하는 제6단계와; 상기 제5단계에서 사이클 횟수가 설정 횟수이면, 레이저 출력장치를 원위치로 복귀시키는 제7단계와; 상기 제5단계에서 사이클 횟수가 설정 횟수가 아니면, 다음 사이클로 이동하여 상기 제1단계로 리턴되는 제8단계로 이루어지는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치의 그 제어 방법을 제공한다.

Description

열처리용 레이저의 출력 제어장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING THE OUTPUT FOR LASER FOR HEATING TREATMENT AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 열처리용 레이저의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 실린더 블록의 보어 내면 열처리 작업시 레이저 빔 조사와 동시에, 보어 내면의 가공 상태 및 초기 온도 조건에 따른 표면 온도를 실시간으로 측정하여 레이저 출력을 제어할 수 있도록 하는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고출력 디젤 엔진의 실린더 블록의 보어에는 상사점에서 보어 표면과 피스톤 톱 링(Piston Top Ring) 사이에 발생하는 마모를 극복하기 위하여 표면 경도가 우수한 특수 주물 라이너를 사용하거나, 상기 라이너를 대체하기 위하여상기 보어 표면에 레이저 빔을 조사하여 보어 내면의 표면 경도를 증대시킬 수 있는 표면 열처리 기술을 개발하여 사용하고 있다.
상기 레이저 빔을 이용한 보어 내면의 열처리 방법은 원가절감 및 품질 향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는바. 최근 들어 그 적용에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 레이저 빔을 이용한 표면 열처리 기술에 있어서, 요구되는 몇 가지 목표는 레이저 빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력 제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저 빔 조사 속도, 에너지 흡수율 극대화 등이 있으며, 이러한 목표가 충족되어 질 때, 제품 개발에 있어 원가절감 및 품질 향상의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.
특히, 종래에는 상기한 바와 같이, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력 제어를 위하여 상기 레이저 빔이 조사되는 면의 온도를 이론적 계산 또는 오프 라인(OFF LINE)에서 시편을 이용하여 온도를 측정하여 열처리 패턴수에 상당하는 데이터 베이스를 작성하여 상기 레이저의 출력을 제어하였다.
그러나 종래의 레이저 빔을 이용한 표면 열처리 기술에서, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력 제어는 이론치에 근거한 계산으로 실제 작업 상황에서 발생할 수 있는 많은 변수 조건을 모두 반영하여 계산할 수 없어 실제 열처리 작업이 많은 오차를 발생시킨다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서,본 발명의 목적은 차량용 실린더 블록의 보어 내면 열처리 작업시 레이저 빔 조사와 동시에, 보어 내면의 가공 상태 및 초기 온도 조건에 따른 표면 온도를 실시간으로 측정하여 레이저 출력을 제어할 수 있도록 하는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리용 레이저의 출력 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열처리용 레이저의 출력 제어 장치의 작동 순서도이다.
이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 열처리용 레이저의 출력 제어 장치는 실린더 보어 내부에서 보어 내면에 레이저 빔을 조사하는 레이저 출력장치와; 상기 레이저 출력장치에 레이저 빔의 출력 모드를 조절하여 공급하는 레이저 발진 수단과; 상기 레이저 출력장치와 타이밍 벨트로 연결되어 상기 레이저 출력장치가 실린더 보어 내면을 회전하면서 레이저 빔을 조사하도록 회전 구동력을 발생시키는 회전 구동 수단과; 상기 실린더 보어 내부에서 레이저 출력장치의 일측에 구성되어 보어 내면의 온도를 실시간 검출하는 온도 검출 수단과; 상기 온도 검출 수단으로부터 신호를 입력받아 온도 비례 아날로그 신호를 출력하는 온도 센서 컨트롤러와; 상기 온도 센서 컨트롤러로부터 신호를 입력받아 상기 레이저 발진 수단을 제어하는 메인 컨트롤러를 포함하여 이루어지며,
그리고 본 발명에 따른 열처리용 레이저의 출력 제어 장치의 그 제어 방법은 적외선 온도 감지 센서가 보어 내면의 온도를 검출하고, 레이저 발진기에서는 컨트롤러를 통하여 레이저 출력과 레이저 조사 속도를 검출하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어 내면의 온도에 따른 목표 출력이 같은가를 판단하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어 내면의 온도에 따른 목표 출력이 같으면, 레이저 조사 속도가 설정 속도인가를 판단하는 제3단계와; 상기 제2단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어 내면의 온도에 따른 목표 출력이 다를 경우, 상기 레이저 발진기에서 레이저의 출력을 보정하는 제4단계와; 상기 제3단계에서 레이저 조사 속도가 설정 속도이면, 사이클 횟수가 설정 횟수인가를 판단하는 제5단계와; 상기 제3단계에서 레이저 조사 속도가 설정 속도가 아니면, 상기 레이저 발진기에서 레이저 조사 속도를 보정하는 제6단계와; 상기 제5단계에서 사이클 횟수가 설정 횟수이면, 레이저 출력장치를 원위치로 복귀시키는 제7단계와; 상기 제5단계에서 사이클 횟수가 설정 횟수가 아니면, 다음 사이클로 이동하여 상기 제1단계로 리턴되는 제8단계로 이루어진다.
이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리용 레이저의 출력 제어 장치의 구성도로서, 본 발명에 따른 열처리용 레이저의 출력 제어 장치의 구성은 실린더 보어(1) 내부에서 보어(1) 내면에 레이저 빔(3)을 조사하는 레이저 출력장치(5)가 구비되고, 상기 레이저 출력장치(5)는 레이저 빔(3)의 출력 모드를 조절하여 공급하는 레이저 발진기(7)와 연결된다.
즉, 상기 레이저 출력장치(5)는 고정부(9)와 회전부(11)로 나누어지며, 상기 고정부(9)는 상기 레이저 발진기(7)와 광 케이블(13)로 연결되고, 내부에 광파이버(미도시)와 콜리메이터 렌즈(미도시)를 포함하여 이루어지고, 상기 회전부(11)는 고정부(9) 하부 내측에서 타이밍 벨트 풀리(미도시)를 구성하여 외부에서 서보 모터(15)와 타이밍 벨트(17)로 연결된다.
상기 회전부(11)는 하측에 반사 미러(19)를 구성하여 레이저 빔(3)의 조사각을 90도 전환시켜 레이저 빔(3)이 보어(1) 내면으로 조사되도록 옵틱헤드(21)가 구성되고, 상부의 타이밍 벨트 풀리(미도시)가 타이밍 벨트(17)를 통하여 서보모터(15)로부터 회전 구동력을 전달받아 회전부(11)를 회전시키면, 상기 옵틱헤드(21)가 보어(1) 내면을 회전하면서 레이저 빔(3)을 조사하도록 이루어진다.
그리고 상기 실린더 보어(1) 내부에서 상기 레이저 출력장치(5)의 회전부(11) 하부 옵틱헤드(21) 일측에는 적외선 온도 감지 센서(23)가 구성되고, 이는 보어(1) 내면의 온도를 실시간 검출하여 그 신호를 변환하기 위한 온도 센서 컨트롤러(25)를 구성하여 케이블(27)을 통하여 연결된다.
상기 온도 센서 컨트롤러(25)는 상기 적외선 온도 감지 센서(23)로부터 입력받은 신호를 온도 비례 아날로그 신호를 변환하여, 상기 레이저 발진기(7)의 출력 모드를 제어하기 위하여 구성되는 메인 컨트롤러(29)에 전달하도록 이루어지며, 상기 메인 컨트롤러(29)는 상기 온도 센서 컨트롤러(25)로부터 아날로그 신호를 입력받아 상기 레이저 발진기(7)로부터의 보어(1) 내면의 온도에 따른 레이저 출력 모드를 제어하도록 레이저 발진기(7)와 입,출력이 가능하도록 연결된다.
따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 실린더 보어 내면의 열처리용 레이저의 출력 제어 장치의 제어는 먼저, 레이저 출력장치(5)의 옵틱헤드(21)를 실린더 보어(1) 내부로 이동시키고, 도 2에서 도시한 바와 같이, 적외선 온도 감지 센서(23)가 보어(1) 내면의 온도를 검출하고, 레이저 발진기(7)에서는 컨트롤러(미도시)를 통하여 레이저 출력과 레이저 조사 속도를 검출함으로써 제1단계(S1)를 이루며, 상기 제1단계(S1)에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어(1) 내면의 온도에 따른 목표 출력이 같은가를 판단함으로써 제2단계(S2)를 이룬다.
제3단계(S3)는 상기 제2단계(S2)에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어(1) 내면의 온도에 따른 목표 출력이 같을 경우, 레이저 조사 속도가 설정 속도인가를 판단하게 되고, 제4단계(S4)에서는 상기 제2단계(S2)에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어(1) 내면의 온도에 따른 목표 출력이 다를 경우, 상기 레이저 발진기(7)에서 레이저의 출력을 보정하게 된다.
그리고 상기 제3단계(S3)에서 레이저 조사 속도가 설정 속도일 경우, 사이클 횟수가 설정 횟수인가를 판단하는 제5단계(S5)를 이루며, 상기 제3단계(S3)에서 레이저 조사 속도가 설정 속도가 아닐 경우, 상기 레이저 발진기(7)에서 레이저의 조사 속도를 보정하는 제6단계(S6)를 이룬다.
또한, 상기 제5단계(S5)에서 사이클 횟수가 설정 횟수이면, 레이저 출력장치(5)의 옵틱헤드(21)를 상기 실린더 보어(1) 내부에서 제거하여 원위치로 복귀시켜 종료하는 제7단계(S7)를 이루며, 상기 제5단계(S5)에서 사이클 횟수가 설정 횟수가 아닐 경우, 상기 레이저 출력장치(5)의 옵틱헤드(21)를 1열 아래로 이동시켜 다음 사이클을 실행하도록 상기 제1단계(S1)로 다시 리턴됨으로써 제8단계(S8)를 이루게된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 열처리용 레이저의 출력 제어 장치와 그제어 방법에 의해 차량용 실린더 블록의 실린더 보어 내면 열처리 작업시 레이저 빔 조사와 동시에, 보어 내면의 가공 상태 및 초기 온도 조건에 따른 표면 온도를 실시간으로 측정하여 레이저 출력을 제어할 수 있도록 함으로써 품질의 균일화를 이룰 수 있게 되는 효과를 갖는 발명인 것이다.

Claims (5)

  1. 실린더 보어 내부에서 보어 내면에 레이저 빔을 조사하는 레이저 출력장치와;
    상기 레이저 출력장치에 레이저 빔의 출력 모드를 조절하여 공급하는 레이저 발진 수단과;
    상기 레이저 출력장치와 타이밍 벨트로 연결되어 상기 레이저 출력장치가 실린더 보어 내면을 회전하면서 레이저 빔을 조사하도록 회전 구동력을 발생시키는 회전 구동 수단과;
    상기 실린더 보어 내부에서 레이저 출력장치의 일측에 구성되어 보어 내면의 온도를 실시간 검출하는 온도 검출 수단과;
    상기 온도 검출 수단으로부터 신호를 입력받아 온도 비례 아날로그 신호를 출력하는 온도 센서 컨트롤러와;
    상기 온도 센서 컨트롤러로부터 신호를 입력받아 상기 레이저 발진 수단을 제어하는 메인 컨트롤러와;
    를 포함하여 이루어지는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 출력장치는
    상기 레이저 발진 수단과 광 케이블로 연결되고, 내부에 광파이버와 콜리메이터 렌즈를 포함하는 고정부와;
    상기 고정부 하부 내측에서 타이밍 벨트 풀리를 통하여 회전 구동 수단과 타이밍 벨트로 연결되며, 하측에는 내부에 반사 미러를 구성하여 레이저 빔의 조사각을 전환시키는 옵틱헤드가 구성되는 회전부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 회전 구동 수단은
    상기 타이밍 벨트와 풀리를 통하여 연결되는 서보모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 온도 검출 수단은
    상기 온도 센서 컨트롤러와 케이블을 통하여 연결되는 적외선 온도 감지 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치
  5. 적외선 온도 감지 센서가 보어 내면의 온도를 검출하고, 레이저 발진기에서는 컨트롤러를 통하여 레이저 출력과 레이저 조사 속도를 검출하는 제1단계와;
    상기 제1단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어 내면의 온도에 따른 목표 출력이 같은가를 판단하는 제2단계와;
    상기 제2단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어 내면의 온도에 따른 목표 출력이 같으면, 레이저 조사 속도가 설정 속도인가를 판단하는 제3단계와;
    상기 제2단계에서 검출된 레이저 출력과 상기 보어 내면의 온도에 따른 목표출력이 다를 경우, 상기 레이저 발진기에서 레이저의 출력을 보정하는 제4단계와;
    상기 제3단계에서 레이저 조사 속도가 설정 속도이면, 사이클 횟수가 설정 횟수인가를 판단하는 제5단계와;
    상기 제3단계에서 레이저 조사 속도가 설정 속도가 아니면, 상기 레이저 발진기에서 레이저 조사 속도를 보정하는 제6단계와;
    상기 제5단계에서 사이클 횟수가 설정 횟수이면, 레이저 출력장치를 원위치로 복귀시키는 제7단계와;
    상기 제5단계에서 사이클 횟수가 설정 횟수가 아니면, 다음 사이클로 이동하여 상기 제1단계로 리턴되는 제8단계로 이루어지는 열처리용 레이저의 출력 제어 장치의 제어 방법.
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