KR100586497B1 - Laser rotating multiple focus coaxial vision system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광 분할 프리즘과 집광렌즈 사이에 레이저광과 영상신호를 분리시키는 빔분할 거울을 장착하여 이 빔분할 거울 뒤쪽에서 동축 영상감시 장치를 부착하여 광분할 프리즘을 사용한 다초점 레이저 가공장치에서도 실시간으로 동축영상 신호를 얻는 것과 프리즘을 회전장치를 장착하여 표적에서 원 궤적을 얻을 수 있는 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치에 관한 것이다.The present invention relates to a rotating multifocal coaxial image surveillance type laser processing apparatus, and more particularly, a beam split mirror for separating a laser beam and an image signal between a light splitting prism and a condenser lens and coaxially behind the beam split mirror. Rotating multifocal coaxial laser processing device that obtains coaxial video signal in real time even with multi-view laser processing device using optical split prism by attaching video surveillance device and circular trajectory to target by equipping prism with rotating device It is about.

본 발명인 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치는,Rotating multifocal coaxial video surveillance laser processing apparatus of the present invention,

레이저 용접이나 절단에 사용되는 레이저 가공장치에 있어서,In the laser processing apparatus used for laser welding or cutting,

광섬유(10)에서 출사되는 레이저 빔을 투과시키는 콜리메이팅렌즈(2)와;A collimating lens 2 for transmitting a laser beam emitted from the optical fiber 10;

상기 콜리메이팅렌즈(2)를 투과한 레이저 빔을 반사시키는 전반사거울(3)과;A total reflection mirror (3) for reflecting the laser beam transmitted through the collimating lens (2);

상기 전반사거울(3)을 통해 반사된 레이저 빔을 분할하는 광분할프리즘(5)과;A light splitting prism (5) for dividing the laser beam reflected through the total reflection mirror (3);

상기 광분할프리즘(5)을 회전시키는 프리즘 회전장치(14)와;A prism rotating device (14) for rotating the light splitting prism (5);

상기 광분할프리즘(5)과 집광렌즈(8) 사이에 위치하여 레이저 빔과 표적(9)의 영상을 분리시키는 빔분할거울(4)과;A beam splitting mirror (4) positioned between the light splitting prism (5) and the condenser lens (8) to separate an image of the laser beam and the target (9);

영상광학계(6) 및 간섭필터(13)와 레이저광차단필터(10)포함하여 구성하되, 상기 빔분할거울(4) 일측에 설치하여 표적(9)의 실시간 가공 상태를 동축에서 영상신호로 획득하는 CCD카메라부(7)와;It comprises an image optical system (6), an interference filter (13) and a laser light blocking filter (10), and installed on one side of the beam splitting mirror (4) to obtain a real-time processing state of the target (9) as an image signal in coaxial A CCD camera unit 7;

상기 빔분할거울(4)을 통해 반사된 레이저 빔을 집광하는 집광렌즈(8)와;A condenser lens 8 for condensing the laser beam reflected through the beam splitting mirror 4;

상기 빔분할거울(4)과 집광렌즈(8) 사이에 설치 구성하여 표적에 조명 빛을 조사하는 단일파장조명부(11)를 포함하여 구성하는 것을 특징을 한다.It is installed between the beam splitting mirror 4 and the condenser lens 8, characterized in that it comprises a single wavelength illumination unit 11 for irradiating the illumination light to the target.

본 발명을 통해 회전 다초점 레이저 가공의 실시간 감시 및 자동 초점 조절 기능을 동시에 수행할 수 있도록 광 분할 프리즘과 집광렌즈 사이에 레이저광과 영상신호를 분리시키는 빔분할 거울을 장착하여 빔분할 거울 일측에 동축 영상 감시 장치를 부착하여 프리즘을 사용한 다초점 레이저 가공장치에서 실시간으로 동축영상 신호를 얻을 수 있게 함으로써 작업자가 작업물의 가공 상태를 쉽게, 그리고 실시간으로 파악 또는 감시할 수 있어 가공물의 질과 생산성을 크게 향상시키는 효과가 있을 뿐만 아니라 레이저 용접, 절단 분야는 물론 레이저빔을 이용한 가공 장치에 그 응용 효과가 크다고 할 수 있다.According to the present invention, a beam splitting mirror separating a laser light and an image signal between a light splitting prism and a condenser lens may be mounted on one side of the beam splitting mirror to simultaneously perform real-time monitoring and autofocus control of rotating multifocal laser processing. By attaching a coaxial video monitoring device to obtain a coaxial video signal in real time from a multifocal laser processing device using a prism, the operator can easily and in real time recognize or monitor the processing status of the workpiece, thereby improving the quality and productivity of the workpiece. Not only does it greatly improve the effect, but also in the field of laser welding and cutting, as well as its application to the processing device using a laser beam is great.

다초점 레이저, 레이저 빔 전송감시, 영상감시장치, 레이저 가공용 헤드, 가공상태 감시, 자동 초점 조절 장치, 광 분할 프리즘, 프리즘 회전장치.Multifocal laser, laser beam transmission monitoring, video surveillance, laser processing head, processing status monitoring, auto focusing device, light splitting prism, prism rotating device.

Description

회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치. {Laser rotating multiple focus coaxial vision system}Rotating multifocal coaxial video surveillance laser processing machine. {Laser rotating multiple focus coaxial vision system}

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a rotating multifocal coaxial video surveillance laser processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : 광섬유(Optical Fiber)1: Optical Fiber

2 : 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens)2: Collimating Lens

3 : 전반사 거울3: total reflection mirror

4 : 빔분할 거울4: beam split mirror

5 : 광 분할 프리즘5: light splitting prism

6 : 영상광학계6: Image Optical System

7 : CCD 카메라7: CCD camera

8 : 집광렌즈(Focusing Lens)8: Focusing Lens

9 : 표적9: target

10: 레이저광 차단 필터10: laser light cut filter

11: 단일파장조명부11: single wavelength lighting

12: 플라즈마12: plasma

13: 간섭필터13: interference filter

14: 프리즘 회전장치14: Prism Rotator

본 발명은 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광 분할 프리즘과 집광렌즈 사이에 레이저광과 영상신호를 분리시키는 빔분할 거울을 장착하여 이 빔분할 거울 뒤쪽에서 동축 영상감시 장치를 부착하여 광분할 프리즘을 사용한 다초점 레이저 가공장치에서도 실시간으로 동축영상 신호를 얻는 것과 프리즘을 회전장치를 장착하여 표적에서 원 궤적을 얻을 수 있는 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치에 관한 것이다.
산업용 고출력 레이저 장치의 활용 범위는 그 응용에 따라 광범위하나 일반적으로 전자, 반도체, 자동차, 정밀가공 등 여러 분야에서 크게 절단용과 용접용으로 분류할 수 있고 그에 따라 적절한 가공용 레이저 빔 전송 장치를 사용하게 된다. 회전 다초점 레이저 가공장치는 특히 재료의 열비틀림의 정도가 심할 경우 그 사용율이 높다. 최근의 자동차 및 전자산업에서 제품의 경량화는 효율의 극대화에 가장 중요한 과제로 인식되어 있어 비철금속의 사용이 증가함에 따라 광 분할 프리즘을 사용하여 다초점으로 가공하는 방법이 크게 늘고 있다. 그러나 레이저 가공장치 내부에 여러 가지 형태의 광 분할 프리즘을 설치하였을때 프리즘 때문에 동축으로 실시간 영상신호를 얻기가 어려워 작업자로 하여금 레이저 빔 전송상태 및 가공 상태를 실시간 감시하는데 불편을 초래하고 있다.The present invention relates to a rotating multifocal coaxial image surveillance type laser processing apparatus, and more particularly, a beam split mirror for separating a laser beam and an image signal between a light splitting prism and a condenser lens and coaxially behind the beam split mirror. Rotating multifocal coaxial laser processing device that obtains coaxial video signal in real time even with multi-view laser processing device using optical split prism by attaching video surveillance device and circular trajectory to target by equipping prism with rotating device It is about.
The application range of industrial high power laser device is wide depending on its application, but it can be classified into cutting and welding in many fields such as electronic, semiconductor, automobile, precision processing, etc., and therefore, suitable laser beam transmission device for processing is used. . Rotating multifocal laser processing equipment has high utilization rate, especially when the degree of thermal distortion of the material is severe. In recent automobile and electronics industry, the weight reduction of products is recognized as the most important task for maximizing efficiency. As the use of nonferrous metal increases, the method of multifocal processing using light splitting prism is increasing. However, when various types of light splitting prisms are installed inside the laser processing apparatus, it is difficult to obtain a real-time video signal coaxially because of the prism, which causes an inconvenience for the operator to monitor the laser beam transmission state and the processing state in real time.

본 발명의 목적은 광 분할 프리즘과 집광렌즈 사이에 레이저광 레이저광과 영상신호를 분리시키는 빔분할 거울을 장착하여 이 빔분할 거울 뒤쪽에서 동축 영상감시 장치를 부착하여 프리즘을 사용한 다초점 레이저 가공장치에서도 실시간으로 동축 영상신호를 얻을 수 있게 함으로써 실제 레이저광이 조사되는 지점의 영상을 실시간으로 감시하거나 모니터링하는데 있다.An object of the present invention is a multifocal laser processing apparatus using a prism by attaching a beam splitting mirror separating a laser beam laser light and an image signal between a light splitting prism and a condenser lens, and attaching a coaxial image surveillance apparatus behind the beam splitting mirror. Even in real time, it is possible to obtain a coaxial video signal to monitor or monitor the image of the point where the actual laser light is irradiated.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치는,
레이저 용접이나 절단에 사용되는 레이저 가공장치에 있어서,
광섬유(10)에서 출사되는 레이저 빔을 투과시키는 콜리메이팅렌즈(2)와;
상기 콜리메이팅렌즈(2)를 투과한 레이저 빔을 반사시키는 전반사거울(3)과;
상기 전반사거울(3)을 통해 반사된 레이저 빔을 분할하는 광분할프리즘(5)과;
상기 광분할프리즘(5)을 회전시키는 프리즘 회전장치(14)와;
상기 광분할프리즘(5)과 집광렌즈(8) 사이에 위치하여 레이저 빔과 표적(9)의 영상을 분리시키는 빔분할거울(4)과;
영상광학계(6) 및 투과대역폭이 좁고 투과중심파장이 조명용 광원의 파장을 사용하여 가공시 발생하는 플라즈마광을 차단하는 간섭필터(13)와 레이저 파장을 선택적으로 반사 혹은 흡수하는 레이저광차단필터(10)를 포함하여 구성하되, 상기 빔분할거울(4) 일측에 설치하여 표적(9)의 실시간 가공 상태를 동축에서 영상신호로 획득하는 CCD카메라부(7)와;
상기 빔분할거울(4)을 통해 반사된 레이저 빔을 집광하는 집광렌즈(8)와;
상기 빔분할거울(4)과 집광렌즈(8) 사이에 설치 구성하여 표적에 조명 빛을 조사하는 단일파장조명부(11)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 상세히 설명하자면, 광섬유(1)에서 출사되는 레이저 빔은 콜리메이팅 렌즈(2)를 투과하여 고출력 전반사 거울(3)에 반사되어 레이저 광과 영상신호를 분리시키는 빔분할 거울(4)에서 반사된다. 이 레이저 빔은 집광 렌즈(8)을 통과하여 작업물에 집속된다. 이 때 다초점을 얻기 위해서 기존에는 집광렌즈 아래에 여러 가지 형태의 광 분할 프리즘(5)을 설치하였다. 그러나 프리즘 때문에 동축으로 실시간 영상 신호를 얻기가 어려워 본 발명에서는 도 1에서처럼 광 분할 프리즘(5)과 집광렌즈(8) 사이에 레이저광과 영상신호를 분리시키는 빔분할 거울(4)을 장착하여 이 빔분할 거울 뒤쪽에서 작업물의 실시간 상태를 감시할 수 있게 영상광학계(6) 및 광 필터조합(10)(13)과 연합된 CCD 카메라(7)를 장착하여 모니터로 그 영상을 전송할 수 있게 하였고 표적에서 원궤적을 얻기 위해 프리즘 회전장치(14)를 장착하여 프리즘을 회전하도록 한 것이다.
감시 장치(Vision)에서 나오는 신호는 Laser Controller, CNC, 로봇 등의 주변 장치에서 자동 초점 조절 기능을 수행하거나 자동화에 필요한 신호로 활용될 수 있다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention is a rotating multifocal coaxial video surveillance laser processing apparatus,
In the laser processing apparatus used for laser welding or cutting,
A collimating lens 2 for transmitting a laser beam emitted from the optical fiber 10;
A total reflection mirror (3) for reflecting the laser beam transmitted through the collimating lens (2);
A light splitting prism (5) for dividing the laser beam reflected through the total reflection mirror (3);
A prism rotating device (14) for rotating the light splitting prism (5);
A beam splitting mirror (4) positioned between the light splitting prism (5) and the condenser lens (8) to separate an image of the laser beam and the target (9);
The imaging optical system 6, an interference filter 13 having a narrow transmission bandwidth, and a transmission center wavelength blocking the plasma light generated during processing using the wavelength of the illumination light source, and a laser light blocking filter selectively reflecting or absorbing the laser wavelength ( 10) comprising a CCD camera unit (7) installed at one side of the beam splitting mirror (4) to obtain a real-time processing state of the target (9) as an image signal at the same axis;
A condenser lens 8 for condensing the laser beam reflected through the beam splitting mirror 4;
It is installed between the beam splitting mirror 4 and the condenser lens 8, characterized in that it comprises a single wavelength illumination unit 11 for irradiating illumination light to the target.
In more detail, the laser beam emitted from the optical fiber 1 is reflected by the beam splitting mirror 4 which penetrates the collimating lens 2 and is reflected by the high power total reflection mirror 3 to separate the laser light and the image signal. do. This laser beam passes through the condenser lens 8 and is focused on the workpiece. In this case, in order to obtain multifocal, various types of light splitting prisms 5 have been installed under the condenser lens. However, because of the prism, it is difficult to obtain a real-time video signal coaxially. In the present invention, as shown in FIG. 1, a beam splitting mirror 4 is provided between the light splitting prism 5 and the condenser lens 8 to separate the laser light and the video signal. Behind the beam splitting mirror, the CCD camera (7) associated with the imaging optical system (6) and the optical filter combinations (10) and (13) can be mounted to monitor the real-time status of the workpiece, allowing the image to be transmitted to the monitor. In order to obtain a circular locus at the prism rotating device 14 is to rotate the prism.
The signal from Vision can be used as a signal for auto focusing or automation in peripheral devices such as Laser Controller, CNC, and robot.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치는,
회전 다초점 레이저 가공의 실시간 감시 및 자동 초점 조절 기능을 동시에 수행할 수 있도록 광 분할 프리즘과 집광렌즈 사이에 레이저광과 영상신호를 분리시키는 빔분할 거울을 장착하여 빔분할 거울 일측에 동축 영상 감시 장치를 부착하여 프리즘을 사용한 다초점 레이저 가공장치에서 실시간으로 동축영상 신호를 얻을 수 있게 함으로써 작업자가 작업물의 가공 상태를 쉽게, 그리고 실시간으로 파악 또는 감시할 수 있어 가공물의 질과 생산성을 크게 향상시키는 효과가 있을 뿐만 아니라 레이저 용접, 절단 분야는 물론 레이저빔을 이용한 가공 장치에 그 응용 효과가 크다고 할 수 있다.As described above, the rotating multifocal coaxial video surveillance laser processing apparatus according to the present invention,
Coaxial video surveillance on one side of the beam splitting mirror with a beam splitting mirror separating the laser light and the image signal between the splitting prism and the condenser lens for simultaneous real-time monitoring and automatic focusing of rotating multifocal laser processing It is possible to obtain coaxial video signal in real time from multi-focus laser processing device using prism by attaching the device so that the operator can easily and in real time recognize or monitor the processing status of the workpiece, thereby greatly improving the quality and productivity of the workpiece. In addition to the laser welding, the cutting field, as well as the processing effect of the laser beam can be said that the application effect is great.

Claims (2)

레이저 용접이나 절단에 사용되는 레이저 가공장치에 있어서,In the laser processing apparatus used for laser welding or cutting, 광섬유(10)에서 출사되는 레이저 빔을 투과시키는 콜리메이팅렌즈(2)와;A collimating lens 2 for transmitting a laser beam emitted from the optical fiber 10; 상기 콜리메이팅렌즈(2)를 투과한 레이저 빔을 반사시키는 전반사거울(3)과;A total reflection mirror (3) for reflecting the laser beam transmitted through the collimating lens (2); 상기 전반사거울(3)을 통해 반사된 레이저 빔을 분할하는 광분할프리즘(5)과;A light splitting prism (5) for dividing the laser beam reflected through the total reflection mirror (3); 상기 광분할프리즘(5)을 회전시키는 프리즘 회전장치(14)와;A prism rotating device (14) for rotating the light splitting prism (5); 상기 광분할프리즘(5)과 집광렌즈(8) 사이에 위치하여 레이저 빔과 표적(9)의 영상을 분리시키는 빔분할거울(4)과;A beam splitting mirror (4) positioned between the light splitting prism (5) and the condenser lens (8) to separate an image of the laser beam and the target (9); 영상광학계(6) 및 투과대역폭이 좁고 투과중심파장이 조명용 광원의 파장을 사용하여 가공시 발생하는 플라즈마광을 차단하는 간섭필터(13)와 레이저 파장을 선택적으로 반사 혹은 흡수하는 레이저광차단필터(10)를 포함하여 구성하되, 상기 빔분할거울(4) 일측에 설치하여 표적(9)의 실시간 가공 상태를 동축에서 영상신호로 획득하는 CCD카메라부(7)와;The imaging optical system 6, an interference filter 13 having a narrow transmission bandwidth, and a transmission center wavelength blocking the plasma light generated during processing using the wavelength of the illumination light source, and a laser light blocking filter selectively reflecting or absorbing the laser wavelength ( 10) comprising a CCD camera unit (7) installed at one side of the beam splitting mirror (4) to obtain a real-time processing state of the target (9) as an image signal at the same axis; 상기 빔분할거울(4)을 통해 반사된 레이저 빔을 집광하는 집광렌즈(8)와;A condenser lens 8 for condensing the laser beam reflected through the beam splitting mirror 4; 상기 빔분할거울(4)과 집광렌즈(8) 사이에 설치 구성하여 표적에 조명 빛을 조사하는 단일파장조명부(11)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 회전 다초점 동축 영상감시형 레이저 가공장치.A rotating multifocal coaxial video surveillance laser processing apparatus, comprising a single wavelength illumination unit 11 installed between the beam splitting mirror 4 and the condenser lens 8 and irradiating illumination light to a target. . 삭제delete
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