KR100348419B1 - a laser processing device for crystal material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 광선을 이용하여 유리나 크리스탈 소재의 내부를 가공하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 가로방향(X축)과 세로방향(Y축)으로 각각 회동되는 거울에 의하여 레이저 광선을 반사시키고 크리스탈 소재가 놓여진 받침대가 높이방향(Z축)으로 승강되어 그리스탈 소재의 내부에 입체 형상을 가공할 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.The present invention relates to a device for processing the interior of glass or crystal material using a laser beam, in particular, reflects the laser beam by a mirror rotated in the horizontal direction (X axis) and vertical direction (Y axis), respectively, The present invention relates to an invention in which a pedestal placed thereon is elevated in a height direction (Z-axis) so that a three-dimensional shape can be processed into a gretal material.
전술한 본 발명은, 레이저 발생기(10)에서 생성된 레이저 광선이 제1,2거울(11)(12)들에 의하여 반사되면서 매우 간편하게 2차원적인 평면 형상을 가공하고, 받침대(15)를 승강시킴에 따라 크리스탈 소재(14)의 내부에 3차원적인 입체 형상이 가공되는 것이므로 받침대(15) 전체를 3차원 방향으로 이동시키는 작업에 비하여 유동의 발생을 최소화시켜 불량률을 낮출 수 있는 동시에 그 작업속도가 매우 빠르면서도 정확한 작동을 이룰 수 있는 것이므로 작업의 효율을 극대화시킬 수 있는 것으로서 크리스탈의 내부를 3차원의 입체 형상으로 가공하는 레이저 가공장치의 대외 경쟁력을 최대한 높여줄 수 있는 등의 이점이 있다.In the above-described present invention, the laser beam generated by the laser generator 10 is reflected by the first and second mirrors 11 and 12 to process a two-dimensional plane shape very easily, and the pedestal 15 is elevated. As the three-dimensional solid shape is processed inside the crystal material 14 as a result, the work rate can be reduced by minimizing the occurrence of flow as compared to the work of moving the entire pedestal 15 in the three-dimensional direction, and at the same time, the working speed Because it can achieve a very fast and accurate operation, it is possible to maximize the efficiency of the work, there is an advantage such as to maximize the external competitiveness of the laser processing device for processing the inside of the crystal into a three-dimensional solid shape.
Description
본 발명은 레이저 광선을 이용하여 유리나 크리스탈 소재의 내부를 가공하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 가로방향(X축)과 세로방향(Y축)으로 각각 회동되는 거울에 의하여 레이저 광선을 반사시키고 크리스탈 소재가 놓여진 받침대가 높이방향(Z축)으로 승강되어 그리스탈 소재의 내부에 입체 형상을 가공할 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.The present invention relates to a device for processing the interior of glass or crystal material using a laser beam, in particular, reflects the laser beam by a mirror rotated in the horizontal direction (X axis) and vertical direction (Y axis), respectively, The present invention relates to an invention in which a pedestal placed thereon is elevated in a height direction (Z-axis) so that a three-dimensional shape can be processed into a gretal material.
일반적으로 크리스탈은 수정의 일종으로서 경도가 매우 높고 투명하여 고품위를 느낄 수 있는 장식품으로 널리 사용되고 있다.In general, crystal is a kind of crystal and is widely used as an ornament that can feel high quality because of its high hardness and transparency.
이와 같은 크리스탈 장식품은 경도가 매우 높아 그 내부를 가공하기는 매우 어렵기 때문에 주로 크리스탈의 외부를 다양한 형상으로 가공하여 다면체를 이루도록 함으로써 빛이 다양하게 굴절 및 반사되는 형태로 되어 있다.Since such crystal ornaments are very hard to process the inside of the crystal is very high, mainly by processing the outside of the crystal in various shapes to form a polyhedron is a form that the light is variously refracted and reflected.
그러나, 전술한 바와 같이 크리스탈의 외부만을 가공하는 경우에는 그 형태가 극히 제한되어 보다 다양하고 화려한 디자인의 크리스탈 장식물을 얻을 수 없었으므로 그리스탈의 내부에 다양한 입체 문양을 가공할 수 있는 기술의 제안이 절실히 요구되었다.However, in the case of processing only the outside of the crystal as described above, the shape of the crystal is extremely limited, so a crystal decoration with a more diverse and colorful design cannot be obtained. Therefore, there is an urgent need for a technique capable of processing various three-dimensional patterns inside the grease. Was required.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 레이저 광선을 이용하여 크리스탈 소재의 내부에 3차원의 입체 문양을 가공할 수 있는 크리스탈 소재의 레이저 가공장치를 제공함에 있는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a laser processing apparatus of a crystal material which can process a three-dimensional three-dimensional pattern inside the crystal material using a laser beam.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 레이저 발생기(10)에서 조사된 레이저 광선을 반사하며, 가로방향(X축)으로 회동되는 제1거울(11)과; 제1거울(11)에 의하여 반사된 레이저 광선을 반사하며, 세로방향(Y축)으로 회동되는 제2거울(12)과; 제2거울(12)에 반사된 레이저 광선에 초점을 주어 받침대(15)에 놓여진 크리스탈 소재(14)의 내부에 균열이 형성되도록 하는 광학렌즈(13)와; 상기 받침대(15)를 높이방향(Z축)으로 승강시키는 구동부(20)에 의하여 크리스탈 소재(14)의 내부에 3차원의 입체 문양이 형성됨을 특징으로 하는 크리스탈 소재의 레이저 가공장치에 의하여 달성될 수 있는 것이다.Features of the present invention for achieving the above object, the first mirror 11 which reflects the laser beam irradiated from the laser generator 10, and is rotated in the horizontal direction (X axis); A second mirror 12 which reflects the laser beam reflected by the first mirror 11 and rotates in the longitudinal direction (Y axis); An optical lens 13 for focusing the laser beam reflected by the second mirror 12 to form a crack in the crystal material 14 placed on the pedestal 15; The three-dimensional three-dimensional pattern is formed inside the crystal material 14 by the driving unit 20 for elevating the pedestal 15 in the height direction (Z-axis). It can be.
도 1은 본 발명의 일실시예를 예시한 장치도,1 is an apparatus diagram illustrating an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명에 의한 제1,2거울들의 설치 상태를 예시한 사시도,2 is a perspective view illustrating an installation state of the first and second mirrors according to the present invention;
도 3은 본 발명에 의한 제1,2거울들이 코일과 영구자석에 의하여 작동되는 상태를 예시한 사시도.Figure 3 is a perspective view illustrating a state in which the first and second mirrors are operated by the coil and the permanent magnet according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 케이스1 case
10 : 레이저 발생기10: laser generator
11 : 제1거울11: first mirror
11a, 12a : 축11a, 12a: axis
12 : 제2거울12: second mirror
13 : 광학렌즈13: optical lens
14 : 크리스탈 소재14: crystal material
15 : 받침대15: pedestal
16 : 흡입관16: suction pipe
16a : 펌프16a: pump
20 : 구동부20: drive unit
21 : 너트체21: nut body
21a : 볼21a: ball
22 : 스크류22: screw
23 : 스텝모터23: step motor
30 : 코일30: coil
31 : 영구자석31: permanent magnet
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings a preferred embodiment for achieving the above object is as follows.
도 1 내지는 도 3에서 도시한 바와 같이, 레이저 가공기 케이스(1)의 상측에는 레이저 발생기(10)와 레이저 광선을 연속으로 반사하는 제1,2거울(11)(12)들이 각각 장착되어 있다.As shown in FIGS. 1 to 3, the laser generator 10 and the first and second mirrors 11 and 12 that continuously reflect the laser beam are mounted on the upper side of the laser processor case 1, respectively.
상기 제1거울(11)은 레이저 발생기(10)에서 조사된 레이저 광선을 직접 반사하는 거울로서 그 중앙에 세로방향으로 장착된 축의 구동에 의하여 가로방향(X축)으로 회동된다.The first mirror 11 is a mirror that directly reflects the laser beam irradiated from the laser generator 10 and is rotated in the horizontal direction (X axis) by driving an axis mounted vertically in the center thereof.
상기 제2거울(12)은 제1거울(11)에 의하여 반사된 레이저 광선을 다시 반사하여 그 하부에 장착된 광학렌즈(13)로 조사시키는 역할을 수행하며, 세로방향(Y축)으로 회동된다.The second mirror 12 serves to reflect back the laser beam reflected by the first mirror 11 and irradiate it to the optical lens 13 mounted below it, and rotate in the vertical direction (Y axis). do.
상기 광학렌즈(13)는 제2거울(12)에서 반사된 레이저 광선에 초점을 형성시키되 초점이 받침대(15)에 놓여진 크리스탈 소재(14)의 내부에 형성되도록 한다.The optical lens 13 focuses on the laser beam reflected from the second mirror 12 so that the focus is formed inside the crystal material 14 placed on the pedestal 15.
이때 형성된 레이저 광선 초점은 높은 에너지로 말미암아 소재가 국부적으로 녹게되고 이에 따르는 열응력에 의하여 용융점을 중심으로 미세한 균열이 형성된 점을 가공할 수 있다.The laser beam focus formed at this time can be processed to a point where the material is locally melted due to high energy, and a fine crack is formed around the melting point due to the thermal stress.
이와 같은 레이저 광선은 반복하여 연속적으로 조사되므로 크리스탈 소재의 내부에 연속적인 점들을 형성할 수 있고, 이 점들의 위치는 가로방향(X축)과 세로방향(Y축)으로 각각 회동되는 제1,2거울(11)(12)들에 의하여 결정된다.Since the laser beam is repeatedly irradiated continuously, it is possible to form continuous points inside the crystal material, and the positions of the points are rotated in the horizontal direction (X axis) and the vertical direction (Y axis), respectively. Determined by two mirrors (11) (12).
따라서, 레이저 광선을 연속으로 조사하면서 제1,2거울(11)(12)들을 회동시키면 크리스탈 소재(14)의 내부에 2차원적인 평면 형상의 문양을 가공할 수 있는 것이다.Accordingly, when the first and second mirrors 11 and 12 are rotated while continuously irradiating a laser beam, a two-dimensional planar pattern may be processed inside the crystal material 14.
이어서, 2차원적인 평면 형상의 가공이 완료되면 구동부(20)를 작동하여 상기 받침대(15)를 높이방향(Z축)으로 점차적으로 상승시키거나 하강시키면서 2차원적인 평면 형상을 계속하여 가공하면 크리스탈 소재(14)의 내부에 3차원적인 입체 문양을 가공할 수 있는 것이다.Subsequently, when the machining of the two-dimensional plane shape is completed, the driving unit 20 is operated to continuously process the two-dimensional plane shape while gradually raising or lowering the pedestal 15 in the height direction (Z axis). The three-dimensional three-dimensional pattern can be processed inside the material 14.
상기 구동부(20)는 다양하게 구성할 수 있으나 작동의 정확성이 요구되므로 볼 스크류를 이용하는 것이 바람직하다.The drive unit 20 may be configured in various ways, but it is preferable to use a ball screw because accuracy of operation is required.
즉, 상기 받침대(15)는 그 내부에 볼(21a)을 내장한 너트체(21)에 고정되고, 이 너트체(21)는 스텝모터(23)에 의하여 회전되는 스크류(22)에 나사 결합되어 있다. 따라서, 스텝모터(23)를 회전시키면 수직으로 장착된 스크류(22)가 간헐적으로 회전되면서 너트체(21)와 이에 고정된 받침대(15)가 승강된다.That is, the pedestal 15 is fixed to the nut body 21 having the ball 21a therein, and the nut body 21 is screwed to the screw 22 rotated by the step motor 23. It is. Accordingly, when the step motor 23 is rotated, the nut 22 and the pedestal 15 fixed thereto are lifted while the vertically mounted screw 22 is intermittently rotated.
이와 같이 제1,2거울(11)(12)들을 이용하여 2차원적인 평면 형상을 가공하고, 받침대(15)를 승강시켜 3차원적인 입체 형상을 가공하는 본 발명은 받침대(15) 전체를 3차원 방향으로 이동시키는 작업에 비하여 그 작업속도가 매우 빠르면서도 정확한 작동을 이룰 수 있는 것이므로 작업의 효율을 극대화시킬 수 있는 등의 이점이 있다.As described above, the present invention in which the two-dimensional planar shape is processed by using the first and second mirrors 11 and 12, and the three-dimensional three-dimensional shape is processed by lifting and lowering the pedestal 15 is the entire pedestal 15. Compared with the work moving in the dimensional direction, the work speed is very fast and accurate operation can be achieved, so there is an advantage such as maximizing work efficiency.
특히, 전술한 제1,2거울(11)(12)들의 축(11a)(12a)에 코일(30)을 장착하여 강한 영구자석(31)의 자극(磁極) 사이에 위치되도록 구성하고, 미리 입력된 프로그램에 의하여 코일(30)에 미소전류를 흐르게 하면 코일(30) 자체에 힘이 생겨서 코일(30)이 편위(偏位)되면서 제1,2거울(11)(12)들을 신속 정확하게 작동시킬 수 있는 것이므로 기계적으로 받침대(15)를 3차원으로 작동시키는 것에 비하여 진동 및 유동의 발생을 방지할 수 있고 정확성과 신속성을 기할 수 있는 것으로서 생산성을 높여줄 수 있는 것이다.In particular, the coil 30 is mounted on the shafts 11a and 12a of the above-described first and second mirrors 11 and 12 so as to be located between the magnetic poles of the strong permanent magnet 31, and When a small current flows through the coil 30 by the input program, a force is generated in the coil 30 itself, and the coil 30 is biased, thereby quickly and accurately operating the first and second mirrors 11 and 12. Since it is possible to mechanically operate the pedestal 15 in three dimensions, it is possible to prevent the occurrence of vibration and flow, and to increase productivity as it can provide accuracy and speed.
이와 같이 코일(30)과 영구자석(31)을 이용한 기술 구성은 갈바노 미터 원리를 응용한 것으로서 이때에는 회동되는 거울의 관성이 매우 중요한 역할을 하는 것이므로 관성이 매우 적은 규소 거울을 사용하는 것이 바람직하다.As described above, the technical configuration using the coil 30 and the permanent magnet 31 is based on the galvanometer principle. In this case, the inertia of the rotating mirror plays a very important role. Therefore, it is preferable to use a silicon mirror having very low inertia. Do.
한편, 상기 받침대(15)에는 공기 흡입용 펌프(16a)의 흡입관(16)이 접속되어 받침대(15)에 놓여진 크리스탈 소재(14)를 공기의 흡입력에 의하여 고정시킴에 따라 레이저 가공시 유동이 발생되는 등의 문제점을 방지할 수 있도록 되어 있다.On the other hand, the suction pipe 16 of the air suction pump 16a is connected to the pedestal 15 to fix the crystal material 14 placed on the pedestal 15 by the suction force of air, thereby generating flow during laser processing. It is possible to prevent such problems as being.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 레이저 발생기(10)에서 생성된 레이저 광선이 제1,2거울(11)(12)들에 의하여 반사되면서 매우 간편하게 2차원적인 평면 형상을 가공하고, 받침대(15)를 승강시킴에 따라 크리스탈 소재(14)의 내부에 3차원적인 입체 형상이 가공되는 것이므로 받침대(15) 전체를 3차원 방향으로 이동시키는 작업에 비하여 유동의 발생을 최소화시켜 불량률을 낮출 수 있는 동시에 그 작업속도가 매우 빠르면서도 정확한 작동을 이룰 수 있는 것이므로 작업의 효율을 극대화시킬 수 있는 것으로서 크리스탈의 내부를 3차원의 입체 형상으로 가공하는 레이저 가공장치의 대외 경쟁력을 최대한 높여줄 수 있는 등의 이점이 있다.In the present invention as described above, the laser beam generated by the laser generator 10 is reflected by the first and second mirrors 11 and 12, and very easily process a two-dimensional planar shape, and a pedestal ( By raising and lowering 15), the three-dimensional three-dimensional shape is processed inside the crystal material 14, thereby minimizing the occurrence of flow compared to the work to move the entire pedestal 15 in the three-dimensional direction to lower the defective rate At the same time, the operation speed is very fast and accurate operation can be achieved, thus maximizing the efficiency of the work, which can maximize the external competitiveness of the laser processing device that processes the inside of the crystal into three-dimensional solid shape. There is an advantage.
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