KR100788438B1

KR100788438B1 - 레이저 가공방법 및 장치

Info

Publication number: KR100788438B1
Application number: KR1020060101289A
Authority: KR
Inventors: 박재현
Original assignee: 박재현
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2007-12-24

Abstract

본 발명의 레이저 가공방법은 레이저 빔을 이용해 판상의 피가공물을 재단하는 레이저 가공방법에 있어서, 예상 재단부를 복수개의 테스트구간으로 분할하는 1단계; 상기 테스트구간 내에 레이저빔을 조사시켜 빔홀을 형성하는 2단계; 상기 빔홀을 촬영하여 이미지를 캡처하는 3단계; 상기 캡처된 이미지 데이터를 측정하여 빔홀의 직경을 구하는 4단계; 상기 측정된 빔홀 직경과 기준값을 비교하는 5단계; 상기 비교 값이 오차범위 이내인지를 판단하는 6단계; 상기 판단결과 비교 값이 오차범위 이내인 경우에는 해당 테스트구간에서의 빔폭을 유지하고, 비교값이 오차범위 이상인 경우에는 해당 테스트구간에서의 레이저 빔폭이 조정되도록 설정하는 7단계; 상기 테스트구간의 다음 테스트구간 내에 레이저빔을 조사시켜 빔홀을 형성하는 8단계; 상기 3단계 내지 8단계의 과정을 마지막 테스트구간이 끝날 때까지 반복하는 9단계; 및 상기 마지막 테스트구간까지의 빔폭이 설정되고 나면, 설정 데이터에 따라 레이저 빔폭을 구간별 가변 제어시켜 피가공물을 재단하는 10단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 가공방법 및 장치{LASER BEAM MACHINING METHOD AND LASERBEAM MACHINE}

도 1은 종래의 레이저 가공장치를 도시한 개략도.

도 2는 종래의 레이저 가공장치로 가공된 가공물을 도시한 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 가공장치를 도시한 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 레이저 가공방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공방법을 설명하기 위한 가공물의 평면도.

도 6은 도 5의 "A"부 상세도.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 레이저 가공장치 120: 카메라모듈

130: 이송장치 140: 디스플레이부

150: 제어부 160: 피가공물

161: 재단부 163: 테스트구간

165: 빔홀

본 발명은 레이저 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피가공물을 재단하기 전에 가공영역을 복수의 테스트 구간으로 나누고, 각 테스트 구간에 형성한 빔홀 사이즈를 샘플링하여 해당 테스트 구간에서의 레이저빔의 세기 및 조사거리를 결정하여 실제 가공작업 시 이를 반영하여 각 테스트구간별 레이저빔의 조사조건(빔 세기 및 조사거리 등)이 자동 조절되도록 하여 균일한 가공정밀도가 유지되도록 하는 레이저 가공방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 레이저 가공장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 종래의 레이저 가공장치로 가공된 가공물을 도시한 평면도로서, 동 도면에서 보여지는 바와 같은 종래의 레이저 가공장치는 판상의 피가공물(60)에 레이저 빔을 조사시켜 재단하도록 된 레이저총(10)과, 상기 레이저총(10)을 탑재한 상태로 상하전후좌우방향으로 구동되도록 한 이송장치(30)와, 상기 이송장치(30) 및 레이저총(10)을 제어하기 위한 제어부(50)로 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래기술의 레이저 가공장치를 판재 가공방법은 피가공물(60)의 특성 상 전체밀도가 불균일함에도 불구하고, 레이저빔의 세기나 조사거리가 동일한 조건하에서 가공이 이루어지기 때문에 밀도를 달리하는 구간에서는 도 2에서 보는 바와 같이 빔에 의한 절삭폭(D1)이 서로 달라지는 문제가 있다.

이에 대해 보다 자세히 설명하면, 상기 피가공물(60)은 목재 또는 금속 판재 가 이용될 수 있는데, 이와 같은 피가공물(160)은 그 특성상 영역별 구간별 밀도 차이가 발생하게 된다. 이는 판재 성형단계에서 영역별, 구간별 온도조건이나, 압력조건, 물성치 등이 달라질 수 있기 때문으로, 목재는 일반 판재의 경우, 나이테 또는 옹이, 나무결 등과 같은 자연적 요소에 의해 구간별 밀도차이가 생길 수 있고, 합판재나 집성목의 경우는 접합재의 배합비 또는 압축강도, 압축 시간 등의 차이로 인한 구간별 밀도 차이가 발생될 수 있고, 금속 판재는 목재 판재에 비해 밀도 차가 덜하기는 하지만, 열처리 공정이나 압연 과정에서 미세한 밀도차가 발생될 수 있기 때문이다.

이로 인한 종래기술은 피가공물(60)의 표면 정밀도가 떨어지게 되고, 경우에 따라서는 피가공물(60)을 별개의 연마수단 등을 이용해 2차 가공하거나, 2차 가공 자체가 어려운 경우 폐기하게 되는데, 이는 가공작업을 복잡하게 하여 생산성을 저하시키는 원인이 될 뿐만 아니라, 재료의 낭비로 인한 경제적 손실을 끼치게 되는 문제가 있다.

또한, 종래기술과 같은 레이저 가공방법을 통해 제작된 피가공물(60)은 가공정밀도가 불규칙하여 소비자는 물론 제조업자들로부터 외면 받게 됨으로써, 시장 경쟁력을 잃게 되는 문제가 있다.

상기 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 피 가공물을 재단하기 전에 가공영역을 복수의 테스트 구간으로 나누고, 각 테스트 구간에 형성한 빔홀 사이즈를 샘플링하여 해당 테스트 구간에서의 레이저빔의 세기 및 조사거리를 결정하여 실제 가공작업 시 이를 반영하여 각 테스트구간별 레이저빔의 조사조건(빔 세기 및 조사거리 등)이 자동 조절되도록 하여 균일한 가공정밀도가 유지되도록 하는 레이저 가공방법 및 장치를 제공함에 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 한 번의 가공작업을 통해 원하는 정밀도의 결과물을 얻을 수 있도록 하여 재료의 낭비요인이나 재가공으로 인한 작업력의 손실요인이 방지되도록 하는 레이저 가공방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 가공방법은 레이저 빔을 이용해 판상의 피가공물을 재단하는 레이저 가공방법에 있어서, 예상 재단부를 복수개의 테스트구간으로 분할하는 1단계; 상기 테스트구간 내에 레이저빔을 조사시켜 빔홀을 형성하는 2단계; 상기 빔홀을 촬영하여 이미지를 캡처하는 3단계; 상기 캡처된 이미지 데이터를 측정하여 빔홀의 직경을 구하는 4단계; 상기 측정된 빔홀 직경과 기준값을 비교하는 5단계; 상기 비교 값이 오차범위 이내인지를 판단하는 6단계; 상기 판단결과 비교 값이 오차범위 이내인 경우에는 해당 테스트구간에서의 빔폭을 유지하고, 비교값이 오차범위 이상인 경우에는 해당 테스트구간에서의 레이저 빔폭이 조정되도록 설정하는 7단계; 상기 테스트구간의 다음 테스트구간 내에 레이저빔을 조사시켜 빔홀을 형성하는 8단계; 상기 3단계 내지 8단계의 과정을 마지막 테스트구간이 끝날 때까지 반복하는 9단계; 및 상기 마지막 테스트구간까지의 빔폭이 설정되고 나면, 설정 데이터에 따라 레이저 빔폭을 구간별 가변 제어시켜 피가공물을 재단하는 10단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 6단계의 레이저 빔폭을 조정하는 방법은 레이저의 파워를 증감시켜 조절하거나, 레이저의 조사거리를 상하방향으로 이동시켜 조절하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 레이저 가공장치는 판상의 피가공물 상에 설정된 특정 테스트구간에 빔을 조사시켜 빔홀을 형성하거나 재단하도록 된 레이저총; 상기 레이저총에 결합되어, 빔홀의 이미지를 캡처하도록 된 카메라모듈; 상기 레이저총과 카메라모듈을 탑재한 상태로 상하전후좌우방향으로 구동되도록 한 이송장치; 상기 카메라모듈에 의해 캡처된 이미지를 화면상에 디스플레이 시키기 위한 디스플레이부; 및 상기 디스플레이 된 캡처 이미지로부터 빔홀의 직경을 측정하여 상기 측정된 빔홀 직경과 기준값을 비교하여 해당 테스트구간에서의 레이저 빔의 빔폭을 제어하도록 된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 가공장치를 도시한 개략도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명에 따른 레이저 가공장치는 크게 레이저총(110), 카메라모듈(120), 이송장치(130), 디스플레이부(140) 및 제어부(150)로 구성된다.

여기서, 상기 레이저총(110)는 판상의 피가공물(160) 상에 설정된 특정 테스 트구간(도 4 참조)에 빔을 조사시켜 빔홀(165)을 형성하거나 재단하게 된다.

이때, 상기 피가공물(160)은 목재 또는 금속 판재가 이용될 수 있는데, 이와 같은 피가공물(160)은 그 특성상 영역별 구간별 밀도 차이가 발생하게 된다. 이는 판재 성형단계에서 영역별, 구간별 온도조건이나, 압력조건, 물성치 등이 달라질 수 있기 때문이다.

목재는 일반 판재의 경우, 나이테 또는 옹이, 나무결 등과 같은 자연적 요소에 의해 구간별 밀도차이가 생길 수 있고, 합판재나 집성목의 경우는 접합재의 배합비 또는 압축강도, 압축 시간 등의 차이로 인한 구간별 밀도 차이가 발생될 수 있다.

금속 판재는 목재 판재에 비해 밀도 차가 덜하기는 하지만, 열처리 공정이나 압연 과정에서 미세한 밀도차가 발생될 수 있다.

상기 레이저총(110)는 피가공물(160)을 절삭하여 재단하는 역할을 수행하게 되는데, 재단공정을 수행하기 전에 미리 가공영역에 복수의 테스트구간(163)을 설정하고, 상기 테스트구간(163)에 한 개씩의 빔홀(165)을 형성시켜 상기 빔홀(165)의 직경을 측정함으로써, 해당 테스트구간(163)의 밀도를 예측할 수 있게 된다.

다음, 상기 카메라모듈(120)은 레이저총(110)에 결합되어, 빔홀의 이미지를 캡처하는 역할을 수행하게 되는데, 레이저총(110)에 결합된 상태로 이송장치(130)에 의해 상하전후좌우방향으로 구동된다.

다음, 상기 이송장치(130)는 상기 레이저총(110)와 카메라모듈(120)을 탑재한 상태로 구동되는데, 상하전후좌우방향으로의 구동을 제어하기 위한 복수의 액츄 에이터로 구성될 수 있다.

다음, 상기 디스플레이부(140)는 카메라모듈(120)에 의해 캡처된 이미지를 화면상에 디스플레이 시키기 위한 역할을 수행하는데, 이와 더불어 제어부(150)의 데이터를 출력하는 역할을 수행하게 된다.

다음, 상기 제어부(150)는 디스플레이부(140) 및 상기 디스플레이 된 캡처 이미지로부터 빔홀(165)의 직경을 측정하여 상기 측정된 빔홀(165) 직경과 기준값을 비교하여 해당 테스트구간(163)에서의 빔의 세기 및 빔 조사거리를 결정하여 절삭폭(D1)을 제어하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 가공방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 레이저 가공방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공방법을 설명하기 위한 가공물의 평면도이며, 도 6은 도 5의 "A"부 상세도이다.

동 도면에서 보여 지는 바와 같은 본 발명에 따른 레이저 가공방법을 설명하면, 우선 피가공물(160)의 예상 재단부(161)를 복수개의 테스트구간(163)으로 분할하는 1단계(S10)를 수행한다. 이때, 상기 테스트구간(163)은 도 5에서 보는 바와 같이 복수의 행(1~10)과 복수의 열(A~J)로 구획될 수 있다. 또한, 상기 재단부(161)는 중심선을 기준으로 좌우 소정간격의 절삭폭(D1)을 형성하게 된다. 이때 상기 절삭폭(D1)의 내측 경계면이 피가공물(160)의 외형치수가 된다.

다음, 상기 테스트구간(163) 내에 레이저빔을 조사시켜 빔홀(165)을 형성하는 2단계(S20)를 수행한다. 이때, 상기 빔홀(165)은 도 6에서 보는 바와 같이 구간별 밀도 차이로 인해 직경이 d1, d2의 경우처럼 절삭폭(D1) 보다 작거나 크게 형성될 수 있다.

다음, 카메라모듈(120)에서는 상기 빔홀(165)을 촬영하여 이미지를 캡처한 다음, 상기 캡처된 이미지 데이터를 측정하여 빔홀(165)의 직경을 구하는 3, 4단계(S30)(S40)를 수행한다.

다음, 상기 측정된 빔홀(165) 직경과 기준값을 비교하는 5단계(S50)를 수행하게 되는데, 이때, 상기 재단부(161)에서의 절삭폭(D1)이 기준 값으로 이용된다.

다음, 상기 비교 값이 오차범위 이내인지를 판단하는 6단계(S60)를 수행하게 되고, 상기 판단결과 비교 값이 오차범위 이내인 경우에는 해당 테스트구간(163)에서의 빔폭을 그대로 유지시키는 한편, 비교값이 오차범위를 벗어나는 경우에는 해당 테스트구간(163)에서의 레이저 빔폭이 조정되도록 레이저 빔의 세기 및 빔조사 거리를 조정하는 7단계(S71)(S72)를 수행한다.

이때, 상기 빔폭을 조정하는 방법은 레이저의 파워를 증감시켜 조절하거나, 레이저의 조사거리를 상하방향으로 이동시켜 조절하는 방법을 사용하게 되는데, 조정값은 기준값에 대한 오차범위의 비례에 따라 정해지게 된다.

다음, 상기 테스트구간(163)의 다음 테스트구간(163) 내에 레이저빔을 조사시켜 빔홀을 형성하는 8단계(S80)를 수행하고, 상기 3단계(S30) 내지 8단계(S80)의 과정을 마지막 테스트구간(163)이 끝날 때까지 반복하는 9단계(S90)를 수행하며, 상기 마지막 테스트구간(163)까지의 빔폭이 설정되고 나면, 설정 데이터에 따라 레이저 빔폭을 구간별 가변 제어시켜 피가공물(160)을 실제로 재단하는 10단계(S100)를 수행하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 진정한 기술적 범위는 발명의 상세한 설명에 기재된 내용으로 제한되는 것이 아니라, 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

상기 본 발명은 피 가공물을 재단하기 전에 가공영역을 복수의 테스트 구간으로 나누고, 각 테스트 구간에 형성한 빔홀 사이즈를 샘플링하여 해당 테스트 구간에서의 레이저빔의 세기 및 조사거리를 결정하여 실제 가공작업 시 이를 반영하여 각 구간별 레이저빔의 조사조건(빔 세기 및 조사거리 등)이 자동 조절되도록 함으로써, 균일한 가공정밀도를 갖는 피가공물을 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 한 번의 가공작업을 통해 원하는 정밀도의 결과물을 얻을 수 있게 됨에 따라서, 재료 낭비요인이나 재가공으로 인한 작업력 손실요인을 제거함으로써, 생산성이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 레이저 가공방법을 이용하게 될 경우, 제작된 피가공물이 항상 균일한 가공품질을 유지하게 됨으로써, 소비자는 물론 제조업자들로부터 신뢰를 얻게 됨과 더불어 시장 경쟁력의 우위를 차지하게 되는 효과를 갖는다.

Claims

레이저 빔을 이용해 판상의 피가공물을 재단하는 레이저 가공방법에 있어서,

예상 재단부를 복수개의 테스트구간으로 분할하는 1단계(S10);

상기 테스트구간 내에 레이저빔을 조사시켜 빔홀을 형성하는 2단계(S20);

상기 빔홀을 촬영하여 이미지를 캡처하는 3단계(S30);

상기 캡처된 이미지 데이터를 측정하여 빔홀의 직경을 구하는 4단계(S40);

상기 측정된 빔홀 직경과 기준값을 비교하는 5단계(S50);

상기 비교 값이 오차범위 이내인지를 판단하는 6단계;

상기 판단결과 비교 값이 오차범위 이내인 경우에는 해당 테스트구간에서의 빔폭을 유지하고, 비교값이 오차범위 이상인 경우에는 해당 테스트구간에서의 레이저 빔폭이 조정되도록 설정하는 7단계(S70);

상기 테스트구간의 다음 테스트구간 내에 레이저빔을 조사시켜 빔홀을 형성하는 8단계(S80);

상기 3단계 내지 8단계의 과정을 마지막 테스트구간이 끝날 때까지 반복하는 9단계(S90); 및

상기 마지막 테스트구간까지의 빔폭이 설정되고 나면, 설정 데이터에 따라 레이저 빔폭을 구간별 가변 제어시켜 피가공물을 재단하는 10단계(S100);

를 포함하는 레이저 가공방법.
제 1항에 있어서,

상기 6단계의 레이저 빔폭을 조정하는 방법은 레이저의 파워를 증감시켜 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제 1항에 있어서,

상기 6단계의 레이저 빔폭을 조정하는 방법은 레이저의 조사거리를 상하방향으로 이동시켜 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
판상의 피가공물 상에 설정된 특정 테스트구간에 빔을 조사시켜 빔홀을 형성하거나 재단하도록 된 레이저총(110);

상기 레이저총(110)에 결합되어, 빔홀의 이미지를 캡처하도록 된 카메라모듈(120);

상기 레이저총(110)과 카메라모듈(120)을 탑재한 상태로 상하전후좌우방향으로 구동되도록 한 이송장치(130);

상기 카메라모듈(120)에 의해 캡처된 이미지를 화면상에 디스플레이 시키기 위한 디스플레이부(140); 및

상기 디스플레이 된 캡처 이미지로부터 빔홀(165)의 직경을 측정하여 상기 측정된 빔홀(165) 직경과 기준값을 비교하고 해당 테스트구간에서의 빔 세기 및 빔 조사거리를 조절시켜 절삭 폭이 제어되도록 하는 제어부(150);

를 포함하는 레이저 가공장치.