KR100974530B1

KR100974530B1 - 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR100974530B1
Application number: KR1020090106954A
Authority: KR
Inventors: 신인승; 권경업; 김경수
Original assignee: 에스아이에스 주식회사
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2010-08-10

Abstract

본 발명은, 프레임, 프레임에 설치되는 레이저 발생기, 프레임에 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되는 2축 이동부, 2축 이동부에 설치되는 레이저 헤드, 레이저 발생기와 레이저 헤드를 연결하여, 레이저 발생기에서 발생되는 레이저빔을 2축 이동부에 의해 이동되는 레이저 헤드로 반사 전달시키는 빔이송전달부, 레이저 헤드 하방에 배치되며, 일 측부에는 가공대상소재를 파지한 상태로 고정하는 치구가 장착되어, 2축 이동부의 이동에 따라 치구가 6축방향 회전에 동작자유도를 가지면서 동기구동하여, 레이저 헤드에서 조사되는 레이저빔이 가공대상소재의 가공대상위치에 조사되게 하는 다관절 로보트를 포함하는 레이저 가공장치를 제공한다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치는, 가공대상소재를 다관절 로보트에 고정 파지한 상태에서 1차적으로 가공위치를 조절한 후, 레이저 헤드가 2축 이동부에 의해 X축이나 Y축방향으로 이동하면서 레이저빔을 조사하며 가공대상소재를 가공하게 된다. 이같이, 가공대상소재가 다관절 로보트와 2축 이동부의 동기구동에 의해 가공되면서 가공작업의 속도가 개선됨과 더불어 다관절 로보트가 가공대상소재를 파지한 상태로 가공위치를 조절함으로서 설비의 설치공간을 적게 차지하게 된다.

Description

레이저 가공장치{Laser processing system}

본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 빔을 이용하여 소재를 가공하는 레이저 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 가공 및 레이저 조각 등의 작업에 주로 사용하는 레이저 빔은 CO₂ 레이저와, ND:YAG레이저가 대표적이다. 이와 같은 레이저를 사용하여 물체를 가공하는 장치는, 레이저 발생기로부터 발생되는 레이저 빔을 복수의 반사거울과 확대 조준경, 스플리터 등을 사용하여 레이저 헤드로 전달하면, 상기 레이저 헤드가 소재에 상기 레이저 빔을 조사시키면서 가공하게 된다.

그리고, 상기와 같이 레이저 빔을 이용하여 소재에 가공하고자 하는 특정 모양이 2차원 또는 3차원적일 경우에는, 상기 소재를 테이블 위에 고정한 후, 이 테이블을 가로방향과 세로방향 및 수직방향으로 연속 이동시키므로써 입체적인 모양을 가공하게 된다.

그러나 종래의 레이저 가공장치는, 2차원 또는 3차원의 모양을 가공하고자 할 때, 상기 테이블의 위치를 이동시켜 가공하기 때문에 상기 테이블의 이동한계에 따른 정밀작업이 용이하지 못하며, 작업속도도 느려질 뿐만 아니라 그 장치가 차지하는 공간이 커지는 문제점이 있다. 또한, 상기 테이블로 상기 소재를 이송시키는 장치를 추가 설치해야 하는 불편함이 있다.

따라서, 근래에는 레이저 가공장치를 레이저 지그 상에 설치하여, 상기 레이저 가공장치가 상기 레이저 지그에 의해 자유롭게 회동하면서 고정상태의 상기 소재를 가공하는 것이 사용되는 추세이다. 그러나, 이러한 레이저 가공장치는 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드가 자유회동함에 따라 상기 레이저 발생기로부터 상기 레이저 헤드로 레이저 빔을 전달하기가 용이하지 못하여 사용 가능한 레이저 빔이 한정됨과 더불어 상기 레이저 가공장치를 자유회동시키는 상기 레이저 지그가 고가임에 따라 전체 설치비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은, 가공작업의 속도가 개선됨과 더불어 설치공간을 적게 차지하는 레이저 가공장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 프레임과, 상기 프레임에 설치되는 레이저 발생기와, 상기 프레임에 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되는 2축 이동부와, 상기 2축 이동부에 설치되는 레이저 헤드와, 상기 레이저 발생기와 상기 레이저 헤드를 연결하여, 상기 레이저 발생기에서 발생되는 레이저빔을 상기 2축 이동부에 의해 이동되는 상기 레이저 헤드로 반사 전달시키는 빔이송전달부와, 상기 레이저 헤드 하방에 배치되며, 일 측부에는 가공대상소재를 파지한 상태로 고정하는 치구가 장착되어, 상기 2축 이동부의 이동에 따라 상기 치구가 6축방향 회전에 동작자유도를 가지면서 동기구동하여, 상기 레이저 헤드에서 조사되는 상기 레이저빔이 상기 가공대상소재의 가공대상위치에 조사되게 하는 다관절 로보트를 포함하는 레이저 가공장치를 제공한다.

또한, 상기 프레임은 복수의 가로부재 및 세로부재가 상호 결합된 2층 구조의 사각틀 형상일 수 있다.

또한, 상기 2축 이동부는, 상기 프레임 상부에 X축 방향으로 서로 나란하게 설치되는 한 쌍의 제1가이드부재와, 상기 제1가이드부재에 수직상태로 양 단부가 슬라이딩 가능하게 설치되며, 일 측부에는 상기 레이저 헤드가 Y축 방향으로 슬라 이딩되게 장착된 제2가이드부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 빔이송전달부는, 상기 레이저 발생기에서 발생된 상기 레이저빔이 상기 레이저 헤드로 전달되도록 가이드하는 연결관과, 상기 연결관의 양 단부에 각각 결합되어, 상기 연결관이 상기 레이저 발생기 및 상기 레이저 헤드에 각각 자유회전 가능한 상태로 연결 장착되게 하는 스위벨조인트 및, 상기 스위벨조인트 내부에 장착되어, 상기 레이저빔이 상기 연결관을 통해 상기 레이저 헤드로 유도되도록 반사시키는 반사거울을 포함할 수 있다.

또한, 상기 프레임의 일 측부에는, 상기 레이저 헤드에서 조사되는 상기 레이저 빔에 의해 상기 가공대상소재가 가공되면서 발생되는 칩을 포집 배출시키는 자동 활송운반기 및, 상기 가공대상소재가 가공되면서 발생되는 흄을 포집 배출시키는 포집덕트를 더 포함할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기 로 한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공장치의 사시도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면 상기 레이저 가공장치는, 프레임(100), 레이저발생기(200), 2축 이동부(300), 레이저 헤드(400), 빔이송전달부(500), 다관절로보트(600)를 구비한다.

상기 프레임(100)은 상기 레이저발생기(200) 및 상기 2축 이동부(300)를 지지상태로 설치할 수 있도록 하는 구조물이다. 이러한, 상기 프레임(100)은 상기 2축 이동부(300)를 지면보다 상방에 배치되게 설치할 수 있도록 복수의 가로부재(110) 및 세로부재(120)가 상호 결합된 2층 구조의 사각틀 형상을 가진다.

그리고, 상기 프레임(100)의 일 측부에는 이후 설명될 상기 레이저 헤드(400)에서 조사되는 레이저 빔에 의해 가공하고자하는 가공대상소재(10)를 가공하면서 발생되는 칩을 포집 배출시키는 자동활송운반기(140)를 구비할 수 있다. 더불어, 상기 프레임(100)의 일 측부에는 이후 설명될 상기 레이저 헤드(400)에서 조사되는 레이저 빔에 의해 상기 가공대상소재(10)를 가공하면서 발생되는 흄을 흡입하여 포집 배출시키는 포집덕트(150)를 구비할 수 있다. 여기서, 도면부호 130번은, 상기 프레임(100)의 2층으로 작업자가 이동을 용이하게 할 수 있도록 지면과 상기 프레임(100)의 상 단부를 연결하는 사다리이다.

상기 레이저발생기(200)는 이후 설명될 상기 레이저 헤드(400)를 통해 조사되는 상기 레이저 빔을 발생시킨다. 이러한, 상기 레이저발생기(200)는 상기 프레임(100)의 상부, 즉 2층 부분에 장착된다. 여기서, 레이저발생기(200)는 공지의 레 이저 발생장치로서, 레이저 빔의 파워소스, 조작박스, 컴퓨터, 냉각시스템 등으로 구성된다.

상기 2축 이동부(300)는 상기 레이저발생기(200)로부터 발생된 상기 레이저 빔의 X축 방향 및 Y축 방향에 대한 조사위치를 조절한다. 이러한, 상기 2축 이동부(300)는 상기 프레임(100) 상에 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 여기서, 상기 2축 이동부(300)는 제1가이드부재(310), 제2가이드부재(320)를 포함한다.

상기 제1가이드부재(310)는 상기 제2가이드부재(320)를 X축 방향으로 이동되게 가이드하는 부재이다. 이러한, 상기 제1가이드부재(310)는 상기 프레임(100) 상부의 좌측 및 우측에 서로 평행한 상태, 즉 상호 나란한 상태로 설치된다. 여기서, 상기 제1가이드부재(310)는 상기 제2가이드부재(320)를 X축 방향으로 자유롭게 이동시키기 위한 X축 리니어 가이드(도면미도시)를 포함한다.

상기 제2가이드부재(320)는 상기 제1가이드부재(310)를 따라 X축 방향으로 이동되는 부재이다. 이러한, 상기 제2가이드부재(320)는 상기 제1가이드부재(310)에 수직상태로 양 단부를 각각 상기 제1가이드부재(310)에 슬라이딩되게 설치한다. 그리고, 상기 제2가이드부재(320)의 일 측부에는 이후 설명될 상기 레이저 헤드(400)를 상기 X축 방향에 수직인 Y축 방향으로 슬라이딩되게 장착한다. 여기서, 상기 제2가이드부재(320)는 상기 레이저 헤드(400)를 Y축 방향으로 자유롭게 이동시키기 위한 Y축 리니어 가이드(도면미도시)를 포함한다.

상기 레이저 헤드(400)는 상기 레이저 발생기(200)로부터 발생된 상기 레이 저빔을 조사한다. 이러한, 상기 레이저 헤드(400)는 상기 2축 이동부(200)의 제2가이드(320) 상에 Y축 방향으로 자유롭게 이동되게 장착된다. 따라서, 상기 레이저 헤드(400)는 상기 제2축 이동부(200)의 작동에 따라 X축 및 Y축 방향으로 위치가 이동된다.

상기 빔이송전달부(500)는 상기 레이저 발생기(200)와 상기 레이저 헤드(400)를 연결하여, 상기 레이저 발생기(200)에서 발생되는 상기 레이저빔을 상기 레이저 헤드(400)로 반사 전달시킨다. 즉, 상기 빔이송전달부(500)는 상기 2축 이동부(300)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이동하면서 위치가 변화하는 상기 레이저 헤드(400)로 상기 레이저 발생기(200)의 레이저빔을 정확하게 이송 가이드한다. 도 5를 참조하면, 상기 빔이송전달부(500)는 연결관(510), 스위벨조인트(520), 반사거울(530)을 포함한다.

상기 연결관(510)은 상기 레이저 발생기(200)에서 발생된 상기 레이저빔을 상기 레이저 헤드(400)로 전달되도록 가이드하는 통 형상 부재이다. 즉, 상기 연결관(510)은 상기 레이저 발생기(200)와 상기 레이저 헤드(400) 사이를 연결하여, 상기 레이저빔이 외부로 노출되지 않도록 하여 안전사고 발생을 방지한다.

상기 스위벨조인트(520)는 상기 연결관(520)을 상기 레이저 발생기(200) 및 상기 레이저 헤드(400)에 각각 자유회전 가능한 상태로 연결 장착되게 한다. 이러한, 상기 스위벨조인트(520)는 상기 연결관(520)의 길이방향 양 단부에 각각 결합 설치된 상태로 상기 레이저 발생기(200) 및 상기 레이저 헤드(400)와 연결된다.

상기 반사거울(530)은 상기 레이저 발생기(200)에서 발생된 상기 레이저빔이 상기 연결관(510)을 통해 상기 레이저 헤드(400)로 유도되게 반사시킨다. 이러한, 상기 반사거울(530)은 상기 스위벨조인트(520) 내부에 장착된다.

이같이, 상기 2축 이동부(300)에 의한 상기 레이저 헤드(400)의 X축 및 Y축 방향으로 위치가 변경되더라도 상기 빔이송전달부(500)의 스위벨조인트(520)가 상기 연결관(510)의 회동을 용이하게 하면서, 상기 레이저빔을 상기 레이저 헤드(400)로 오차없이 정확하게 전달할 수 있도록 항상 상기 반사거울(530)을 배치되게 한다.

상기 다관절 로보트(600)는 상기 가공대상소재(10)를 고정 파지한 상태로, 상기 2축 이동부(300)에 의한 상기 레이저 헤드(400)의 이동에 따라 동기구동하면서, 상기 레이저 헤드(400)에서 조사되는 상기 레이저빔이 상기 가공대상소재(10)의 가공대상위치에 정확하게 조사되게 한다. 이러한, 상기 다관절 로보트(600)의 일 측부에는 상기 가공대상소재(10)를 파지한 상태로 고정하는 치구(610)를 장착 구비한다. 그리고, 상기 다관절 로보트(600)는 상기 레이저 헤드(400)의 X축 및 Y축 위치에 따라 상기 치구(610)에 고정된 상기 가공대상소재(10)를 이동 또는 회전할 수 있도록 공지의 6축방향 회전에 동작자유도를 가지는 로보트이다.

여기서, 상기 다관절 로보트(600)과 상기 2축 이동부(300)의 상호 동기구동은 제어부(도면미도시)에 의해 제어되며, 이러한, 상기 제어부의 공지의 기술에 해당하는 바 설명을 생략한다.

이와 같이 구성되는 일실시예에 따른 상기 레이저 가공장치의 동작을 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 다관절 로보트(600)의 치구(610)에 상기 가공대상소재(10)를 고정 설치한다. 이후, 상기 레이저 발생기(200), 상기 2축 이동부(300), 상기 레이저 헤드(400), 상기 다관절 로보트(600)에 전원을 인가하여 작동되게 한다.

그러면, 먼저 상기 다관절 로보트(600)에 의해 상기 치구(610)에 고정된 상기 가공대상소재(10)의 가공위치가 결정된다. 그리고, 상기 레이저 발생기(200)가 작동하면서 발생되는 상기 레이저빔은 상기 빔이송전달부(500)를 통해 상기 레이저 헤드(400)로 전달되면서 조사된다. 이때, 상기 2축 이동부(300)에 의해 상기 레이저 헤드(400)가 X축 또는 Y축 방향으로 이동하면서 상기 레이저빔이 상기 다관절 로보트(600)의 치구(610) 상에 고정된 상기 가공대상소재(10)의 가공위치에 조사되게 하면서, 상기 가공대상소재(10)의 가공작업이 이루어지게 된다.

이후, 상기 가공대상소재(10)의 가공위치를 변경하고자 할 경우에는, 상기 레이저 발생기(200)에서의 레이저 발생이 중지됨과 동시에, 다시 상기 다관절 로보트(600)에 의한 상기 가공대상소재(10)의 가공위치를 변경하게 된다. 그리고, 이전에 설명한 바와 같이, 상기 레이저 발생기(200)에 의한 상기 레이저빔이 발생하면서, 상기 2축 이동부(300)에 의해 이동하는 상기 레이저 헤드(400)에 의한 상기 레이저빔의 조사에 의해 재설정된 위치에서의 가공작업이 이루어지게 된다.

이와 같이, 일실시예의 상기 레이저 가공장치는, 상기 가공대상소재(10)를 상기 다관절 로보트(600)에 고정 파지한 상태에서 1차적으로 가공위치를 조절한 후, 상기 레이저 헤드(400)가 상기 2축 이동부(300)에 의해 X축이나 Y축방향으로 이동하면서 레이저빔을 조사하며 상기 가공대상소재(10)를 가공하게 된다. 이같이, 상기 가공대상소재(10)가 상기 다관절 로보트(600)와 상기 2축 이동부(300)의 동기구동에 의해 가공되면서 가공작업의 속도가 개선됨과 더불어 상기 다관절 로보트(600)가 상기 가공대상소재(10)를 파지한 상태로 가공위치를 조절함으로서 설비의 설치공간을 적게 차지하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공장치의 사시도이다.

도 5는 도 1에 나타낸 빔이송전달부의 확대단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

100: 프레임 200: 레이저 발생기

300: 2축 이동부 400: 레이저 헤드

500: 빔이송전달부 600: 다관절 로보트

Claims

복수의 가로부재 및 세로부재가 상호 결합된 2층 구조의 사각틀 형상인 프레임과;

상기 프레임에 설치되는 레이저 발생기와;

상기 프레임에 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되는 2축 이동부와;

상기 2축 이동부에 설치되는 레이저 헤드와;

상기 레이저 발생기와 상기 레이저 헤드를 연결하여, 상기 레이저 발생기에서 발생되는 레이저빔을 상기 2축 이동부에 의해 이동되는 상기 레이저 헤드로 반사 전달시키는 빔이송전달부와;

상기 레이저 헤드 하방에 배치되며, 일 측부에는 가공대상소재를 파지한 상태로 고정하는 치구가 장착되어, 상기 2축 이동부의 이동에 따라 상기 치구가 6축방향 회전에 동작자유도를 가지면서 동기구동하여, 상기 레이저 헤드에서 조사되는 상기 레이저빔이 상기 가공대상소재의 가공대상위치에 조사되게 하는 다관절 로보트를 포함하며,

상기 빔이송전달부는,

상기 레이저 발생기에서 발생된 상기 레이저빔이 상기 레이저 헤드로 전달되도록 가이드하는 연결관과,

상기 연결관의 양 단부에 각각 결합되어, 상기 연결관이 상기 레이저 발생기 및 상기 레이저 헤드에 각각 자유회전 가능한 상태로 연결 장착되게 하는 스위벨조인트 및,

상기 스위벨조인트 내부에 장착되어, 상기 레이저빔이 상기 연결관을 통해 상기 레이저 헤드로 유도되도록 반사시키는 반사거울을 포함하는 레이저 가공장치.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 2축 이동부는,

상기 프레임 상부에 X축 방향으로 서로 나란하게 설치되는 한 쌍의 제1가이드부재와,

상기 제1가이드부재에 수직상태로 양 단부가 슬라이딩 가능하게 설치되며, 일 측부에는 상기 레이저 헤드가 Y축 방향으로 슬라이딩되게 장착된 제2가이드부재를 포함하는 레이저 가공장치.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 프레임의 일 측부에는, 상기 레이저 헤드에서 조사되는 상기 레이저 빔에 의해 상기 가공대상소재가 가공되면서 발생되는 칩을 포집 배출시키는 자동 활송운반기 및, 상기 가공대상소재가 가공되면서 발생되는 흄을 포집 배출시키는 포집덕트를 더 포함하는 레이저 가공장치.