KR100347956B1

KR100347956B1 - 레이저빔을 이용한 유리 절단장치

Info

Publication number: KR100347956B1
Application number: KR1019990065267A
Authority: KR
Inventors: 강형식; 홍순국; 최종윤
Original assignee: 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2002-08-09
Also published as: KR20010065390A

Abstract

본 발명은 레이저빔을 이용하여 평판 유리의 절단 부분을 가열시킨 후에 이를 냉각시켜 절단되도록 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 관한 것으로서,

유리 절단시 필요한 절단 열을 제공하는 레이저 절단기구 앞쪽에 예열기구가 설치되어 예열용 레이저빔을 생성 출력시키거나, 상기 레이저 절단기구 후방 쪽에 보조 레이저기구가 설치되어 인장응력을 가중시키는 보조 레이저빔을 생성 출력시킴으로써 유리의 절단 속도 및 진직도를 월등히 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

레이저빔을 이용한 유리 절단장치{A apparatus for cut-off of glass by laser beam}

본 발명은 레이저빔을 이용하여 평판 유리의 절단 부분을 가열시킨 후에 이를 냉각시켜 절단되도록 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 관한 것으로서, 특히 예열용 레이저와 절단용 레이저를 별도로 설치하여 유리의 절단 부위를 국부적으로 예열시킴으로써 인장응력이 가중되어 진직도 및 절단 속도를 향상시킬 수 있는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 관한 것이다.

최근, 유리의 가공 기술이 발전하면서 전자 제품이나 생활 용품을 비롯한 장식품에 다양한 크기와 모양의 유리가 제공되고 있다. 이런 유리의 가공 기술 중에서 기본 공정이면서도 가공 품질을 결정하는 절단 공정은 다양한 방식으로 수행되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 구성이 도시된 도면인데, 도 1의 (a)는 레이저빔의 출사 형태 및 냉각제의 분사 형태가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 일부 구성요소인 레이저 가열부의 단면이 도시된 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 평판 유리(1)의 절단 부위를 가열시키기 위해 레이저빔을 출사시키는 레이저 가열부(2)와, 상기 레이저 가열부(2)에 의해 가열된 평판 유리(1)를 격심하게 냉각시킴으로써 절단되도록 냉각수나 냉각 가스를 냉각노즐(3)을 통해 분사하는 냉각분사기(미도시)가 포함된다.

특히, 상기 레이저 가열부(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 출사되는 레이저빔의 에너지 밀도를 상기 평판 유리(1)의 가열 부위에 집중시킬 수 있는 스피어로-실린드리컬 렌즈(Sphero-Cylindrical Lens)(2')가 내장되어 있다.

따라서, 상기 평판 유리(1)를 절단할 경우에는 절단 부위를 레이저 가열부(2)를 이용하여 가열시킨 후에 상기 냉각분사기는 냉각노즐(3)을 통해 냉각수나 냉각가스를 분사시키면서 상기 레이저 가열부(2)와 동축으로 이동되어 상기 평판 유리(1)의 가열부위를 격심하게 냉각시켜 절단되도록 하게 된다.

그런데, 레이저빔의 열 분포 특성은 가우시안(Gaussian) 특성을 갖게 되므로 상기 레이저 가열부(2)에서 레이저빔이 상기 평판 유리(1)의 절단 부위에 타원 형태로 출사되어 특히, 도 1의 (a)의 좌측에 도시된 바와 같이 타원 형태의 중앙부에 열이 집중되게 된다.

한편, 종래 경우에는 상기 평판 유리(1)를 절단하기 전에 별도의 예열 공정 없이 바로 레이저 가열부(2)를 이용하여 평판 유리(1)를 절단하거나, 경우에 따라서는 평판 유리(1) 전체를 100℃ 정도로 가열시킨 후에 레이저 가열부(2)를 이용하여 평판 유리(1)를 절단하고 있다.

따라서, 종래에는 예열 공정이 전혀 없는 경우에 상기 레이저 가열부(2)의 레이저빔에 의해서만 평판 유리(1)를 절단하기 위한 열이 제공되므로 평판 유리(1)의 절단 부위가 충분히 가열되기 위해서는 어느 정도 시간이 소모되게 된다는 문제점이 있고, 상기 평판 유리(1) 전체를 100℃ 정도로 가열시키는 경우에 상기 평판 유리(1)를 절단하기 위한 예열 공정이 별도로 추가되면서 불필요한 에너지가 소모된다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 유리 절단시 필요한 절단 열을 제공하는 레이저 절단기구 앞쪽에 예열을 위한 레이저 예열기구를 설치하거나, 상기 레이저 절단기구 후방 쪽에 인장응력을 가중시키는 보조 레이저기구를 설치함으로써 유리의 절단 속도 및 진직도를 향상시킬 수 있는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 구성이 도시된 것으로서, 도 1의 (a)는 레이저빔의 출사 형태 및 냉각제의 분사 형태가 도시된 도면,

도 2는 도 1의 일부 구성요소인 레이저 가열부의 단면이 도시된 도면,

도 3a는 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 제1 실시예 구성이 도시된 사시도,

도 3b는 도 3a의 일부 구성요소인 평판유리에 나타나는 레이저 절단기구, 레이저 예열기구, 냉각기구에 의한 레이저빔 및 냉각제 분사 형태가 도시된 평면도,

도 4는 도 3a 및 도 3b에 의한 평판유리의 온도 대비 절단속도가 도시된 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 제2 실시예 구성이 도시된 사시도,

도 6a는 도 5의 일부 구성요소인 평판유리에 나타나는 레이저 절단기구, 보조 레이저기구, 냉각기구에 의한 레이저빔 및 냉각제 분사 형태의 일 실시예가 도시된 평면도,

도 6b는 도 5의 일부 구성요소인 평판유리에 나타나는 레이저 절단기구, 보조 레이저기구, 냉각기구에 의한 레이저빔 및 냉각제 분사 형태의 다른 실시예가 도시된 평면도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

11 : 레이저 예열기구 12, 21 : 레이저 절단기구

13, 23 : 냉각노즐 22a, 22b : 보조 레이저기구

G1, G2 : 평판유리 T1, T2 : 작업대

S11∼S23 : 각 실시예에 따른 레이저빔, 냉각제의 분포형태

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 제1 특징에 따르면, 절단하고자 하는 유리를 고정시켜 절단 위치로 이동시키는 작업대와, 상기 유리의 위쪽에서 일정 간격을 두고 위치되어 상기 유리의 절단 부위를 국부적으로 예열시키는 예열용 레이저빔을 생성 출력시키는 레이저 예열기구와, 상기 레이저 예열기구의 후방 쪽에 위치되어 상기 예열용 레이저빔에 의해 예열된 상기 유리의 절단 부위로 절단용 레이저빔을 생성 출력시키는 레이저 절단기구와, 상기 레이저 절단기구의 후방 쪽에 위치되어 냉각노즐을 통해 냉각제를 분사하여 상기 가열된 유리가 급랭 절단시키는 냉각기구를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 절단하고자 하는 유리를 고정시켜 절단 위치로 이동시키는 작업대와, 상기 유리의 위쪽에서 일정 간격을 두고 위치되어 상기 유리의 절단 부위로 절단용 레이저빔을 생성 출력시키는 레이저 절단기구와, 상기 레이저 절단기구의 후방 쪽에 위치되어 절단용 레이저빔에 의해 가열된 유리의 절단 부위에 인장응력을 가중시키기 위해 보조 레이저빔을 생성 출력시키는 레이저 보조기구와, 상기 레이저 보조기구의 후방 쪽에 위치되어 냉각노즐을 통해 냉각제를 분사하여 상기 가열된 유리가 급랭 절단시키는 냉각기구를 포함하여 구성된다.

상기한 제2 특징의 부가적인 특징에 따르면, 상기 레이저 보조기구는 상기 레이저 절단기구의 후방 양측 부분에 각각 형성된다.

게다가, 상기 레이저 절단기구 및 레이저 보조기구에 의해 형성되는 레이저빔의 형상은 Ｙ자 형태 또는 삼각형 형태 중에서 어느 하나로 형성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3a 및 도 3b, 도 4에는 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 제1 실시예가 도시된 도면으로서 이를 참고하면 본 발명은; 절단하고자 하는 평판 유리(G1)를 고정시킨 후에 절단 위치로 이동시키는 작업대(T1)와, 상기 평판 유리(G1)의 위쪽에서 일정 간격을 두고 위치되어 상기 평판유리(G1)의 절단 부위를 국부적으로 예열시키는 예열용 레이저빔(S11)을 생성 출력시키는 레이저 예열기구(11)와, 상기 레이저 예열기구(11)의 후방 쪽에 위치되어 상기 예열용 레이저빔(S11)에 의해 예열된 상기 평판유리(G1)의 절단 부위로 절단용 레이저빔(S12)을 생성 출력시키는 레이저 절단기구(12)와, 상기 레이저 절단기구(12)의 후방 쪽에 위치되어 냉각노즐(13)을 통해 냉각제(S13)를 분사하여 상기 가열된 유리가 급랭 절단되는 냉각기구(미도시)로 구성된다.

특히, 상기 예열용 레이저빔(S11)의 온도는 절단용 레이저빔의(S12) 온도와 거의 동일한 것이 바람직하다. 그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 예열용 레이저빔(S11)은 평판유리(G1)의 절단 부위를 국부적으로 예열시키는 것이고, 상기 절단용 레이저빔(S12)은 평판유리(G1)의 절단 부위에 집중적으로 절단을 위한 열을 제공하게 되므로 평판유리(G1)의 절단 선에 수직 길이가 절단용 레이저빔(S12)이 예열용 레이저빔(S11)보다 훨씬 작음을 알 수 있다.

또한, 상기 평판유리(G1)는 레이저 예열기구(11)에 의해 미리 예열된 후에 절단되게 되면 그 절단 속도가 도 4에 도시된 바와 같이 월등히 향상됨을 알 수 있다.

이때, 상기 레이저 예열기구(11)와 레이저 절단기구(12), 냉각기구는 평판유리(G1)의 절단방향인 'A' 방향으로 순차적으로 동축 이동되면서 평판유리(G1)를 절단하게 된다.

상기한 제1 실시예의 동작은, 먼저 작업대(T1)에 의해 고정되어 있는 평판유리(G1)가 작업 위치로 이동되게 되면 레이저 예열기구(11)가 평판유리(G1)의 절단 부위에 예열용 레이저빔(S11)을 생성 출력하게 된다. 그후, 상기 레이저 예열기구(11)에 의해 미리 국부적으로 예열된 평판유리(G1)의 절단 부위에 레이저 절단기구(12)를 통해 절단용 레이저빔(S12)을 생성 출력시키게 되고, 그로 인해 상기 평판유리(G1)의 절단 부위는 신속하게 절단시 적절한 온도로 가열되게 된다.

상기 레이저 절단기구(12)의 후방 쪽에서 동축 이동되고 있는 냉각기구는 일정 온도로 가열된 평판유리(G1)의 절단 부위에 냉각노즐(13)을 통해 냉각제(S13)를 분사함으로써 상기 평판유리(G1)의 절단 부위가 급격하게 냉각되어 절단되게 된다.

다음, 도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제2 실시예는 작업대(T2) 위에 고정되어 있는 평판유리(G2)를 절단하기 위해 레이저 절단기구(21)를 보조하는 보조 레이저기구(22a, 22b)가 상기 레이저 절단기구(21) 후방에 위치되어 있는 동시에 상기 레이저 절단기구(21)를 중심으로 후방 양측부에 2개가 설치되어 있다는 점이 상기한 제1 실시예와 달라진다.

즉, 상기 평판유리(G2)의 절단 부위는 레이저 절단기구(21)에서 생성 출력되는 절단용 레이저빔(S21)에 의해 가열되고, 상기 레이저 절단기구(21)의 후방에 위치되어 있으면서 상기 레이저 절단기구(21)와 동축 이동되는 보조 레이저기구(22a,22b)에서 생성 출력되는 보조 레이저빔(S22a, S22a', S22b, S22b')에 의해 상기 평판유리(G2)의 절단 끝단에 인장응력이 더욱 가중되게 된다.

이렇게, 상기 인장응력을 높이기 위한 보조 레이저빔(S22a, S22a', S22b, S22b')의 형태는 도 6a에 도시된 바와 같이 절단용 레이저빔(S21)의 후단부를 중심으로 보조 레이저빔(S22a, S22b)의 양선단부가 모이도록 하여 절단용 레이저빔()과 보조 레이저빔(S22a, S22b)이 전체적으로 'Ｙ' 형태를 갖도록 형성될 수 있다.

한편, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 보조 레이저빔(S22a', S22b')은 절단용 레이저빔(S21)과 근접하여 서로 평행하게 나열되도록 하여 절단용 레이저빔(S21)과 보조 레이저빔(S22a', S22b')이 전체적으로 '△' 형태를 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 레이저 절단기구(21) 및 보조 레이저기구(22a, 22b)에 의해 가열된 평판유리(G2)의 절단 부위는 상기 보조 레이저기구(22a, 22b)의 후방에서 동축 이동되고 있는 냉각기구(미도시)의 냉각노즐(23)을 통해 분사되고 있는 냉각제(S23)에 의해 급랭되어 절단되게 된다.

결국, 본 발명은 상기 평판유리(G1, G2)의 절단 속도 및 진직도를 향상시키기 위해 레이저 예열기구(11)를 통해 상기 평판유리(G1, G2)의 절단 부위를 미리 예열한 후에 레이저 절단기구(12)로 절단에 필요한 열을 제공하거나, 또는 레이저 절단기구(21)를 통해 상기 평판유리(G1, G2)의 절단 부위에 절단에 필요한 열을 제공한 후에 그 절단 끝단에서 인장응력이 가중되도록 보조 레이저기구(22a, 22b)에서 보조 열을 제공하고 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 레이저빔을 이용한 유리 절단장치는 유리 절단시 필요한 절단 열을 제공하는 레이저 절단기구 앞쪽에 예열기구가 설치되어 예열용 레이저빔을 생성 출력시키거나, 상기 레이저 절단기구 후방 쪽에 보조 레이저기구가 설치되어 인장응력을 가중시키는 보조 레이저빔을 생성 출력시킴으로써 유리의 절단 속도 및 진직도를 월등히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

절단하고자 하는 유리를 고정시켜 절단 위치로 이동시키는 작업대와, 상기 유리의 위쪽에서 일정 간격을 두고 위치되어 상기 유리의 절단 부위에 선행하여 상기 절단부위를 국부적으로 예열시키는 예열용 레이저 기구의 후방쪽에 위치되어 상기 예열용 레이저빔에 의해 예열된 상기 유리의 절단 부위로 절단용 레이저빔을 생성 출력시키는 레이저 절단기구와, 상기 레이저 절단기구의 후방 쪽에 위치되어 냉각노즐을 통해 냉각제를 분사하여 상기 가열된 유리가 급랭 절단시키는 냉각기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치.
절단하고자 하는 유리를 고정시켜 절단 위치로 이동시키는 작업대와, 상기 유리의 위쪽에서 일정 간격을 두고 위치되어 상기 유리의 절단 부위로 절단용 레이저빔을 생성 출력시키는 레이저 절단기구와, 상기 레이저 절단기구의 후방 쪽에 위치되어 절단용 레이저빔에 의해 가열된 유리의 절단 부위에 인장응력을 가중시키기 위해 보조 레이저빔을 생성 출력시키는 보조 레이저기구의 후방 쪽에 위치되어 냉각노즐을 통해 냉각제를 분사하여 상기 가열된 유리가 급랭 절단시키는 냉각기구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 유리 절단장치.
제 2 항에 있어서,

상기 레이저 절단기구의 후방 양측 부분에 배치된 보조 레이저기구에서 조사되는 레이저빔은 상기 레이저 절단기구에서 조사되는 레이저빔과 함께 상기 유리에 Y자 형태 또는 삼각형 형태 중 하나의 형태로 조사됨에 따라 상기 유리의 인장응력이 증가되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 유리 절단장치.
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