KR101149099B1

KR101149099B1 - 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101149099B1
Application number: KR1020090057873A
Authority: KR
Inventors: 박영국; 임갑수
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2012-05-29
Also published as: KR20110000406A

Abstract

본 발명은, 코일을 절단하는 속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치로서, 언코일러에 의해서 풀어진 코일의 상부에서, 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔을 이용하여 코일을 절단하는 레이저 절단기; 및 레이저 절단기가 코일을 절단하는 절단속도를 측정하고, 측정된 절단속도에 따라 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티(duty)를 가변시켜 레이저 빔의 출력을 제어하는 제어수단을 구비한다.

레이저, 절단기, 듀티, 출력, 절단속도, 굴절

Description

절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치 및 그 방법{Apparatus for cutting coil using lazer beam and method thereof}

본 발명은 절단속도에 따라 레이져 출력을 제어하는 레이저 절단 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 코일을 절단하는 속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

열간압연을 거친 열연코일 중의 일부는 냉연재로 넘어가지 전에 스킨 패스 밀(SPM:Skin Pass Mill)을 거치면서 한번 더 압연된다. 스킨 패스 압연 공정은 열연 압연 공정에서 생상되는 열연코일의 마지막 공정으로서, 열연코일의 평탄도와 형상을 개선하여 제품으로써의 품질을 향상시키기 위한 매우 중요한 공정이다.

이 공정을 통해 열간압연 중에 발생한 웨이브가 약간 저감되고, 조질이 미려해지게 되며, 코일의 품질을 한번 더 검사할 수 있게 된다. 이때, 스킨 패스 압연 공정을 수행하기 전에, 열연코일에 웨이브가 크게 발생하거나 흠이 있는 부분이 발견되면 해당 부분을 절단을 하게 된다. 그런데, 현재는 나이프를 통한 기계식 절단이기 때문에 절단 속도가 느리고, 절단면도 고르지 못하여 제품의 품질이 저하되는 것은 물론, 나이프의 교체 등 잦은 유지 보수로 인해 제품의 품질과 생산성이 모두 저하되는 결과를 갖게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 레이저 빔을 이용한 열연코일 절단 방안이 제시되고 있다. 열연코일을 절단하기 위해 레이저 빔을 이용하는 경우, 기존 나이프를 이용한 기계식 절단에 비해 절단면을 고르게 할 수 있는 것은 물론, 작업 속도가 빨라져 단위 더 많은 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 종래 레이저 빔을 이용한 코일을 절단 방식은, 열연코일을 절단하는 속도와 관계없이 일정한 레이저 출력으로 열연코일을 절단하기 때문에, 절단 구간에 따라 레이저 출력을 조절하여 절단을 할 필요가 있는 곳에서 과도하거나 부족한 레이저 출력으로 코일을 절단하는 경우가 발생하게 된다. 이러한 경우 보다 고른 절단면이 형성되지 못하는 문제점이 존재한다.

예컨대, 열연코일의 절단하기 위해 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생수단을 이동시키면서 코일을 절단하는 경우, 레이저 발생수단을 이동시키는 구동계의 기계적 특성으로 인해, 일명 사다리꼴 운동을 수행하게 된다. 즉, 절단을 시작할 때에는 일정한 절단속도에 도달할 때까지 가속을 하고, 절단을 종료할 때에는 감속을 수행하게 된다. 이러한 경우 절단 속도에 상응하도록 레이저 출력을 제어해주게 되면 보다 고른 절단면을 갖는 코일을 생산할 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서,

레이저 빔을 이용하여 열간압연을 거친 열연코일을 절단할 때, 열연코일을 절단하는 절단속도에 상응하도록 레이저 빔의 출력을 제어해줌으로써, 보다 깨끗한 절단면을 갖는 코일을 생산할 수 있게 하는 레이저 절단 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치는,언코일러에 의해서 풀어진 코일의 상부에서, 설정된 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔을 이용하여 상기 코일을 절단하는 레이저 절단기; 및 상기 레이저 절단기가 상기 코일을 절단하는 절단속도를 측정하고, 측정된 절단속도에 따라 상기 설정된 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티(duty)를 가변시켜 상기 레이저 빔의 출력을 제어하는 제어수단을 구비한다.

특히, 상기 제어수단은 상기 측정된 절단속도의 증감에 비례하여 상기 레이저 빔의 듀티를 증감시켜 설정하는 듀티 설정부를 포함하고, 상기 듀티 설정부는, 상기 측정된 절단속도가 상한 임계치를 초과하는 경우에는 듀티 상한치로 상기 레이저 빔의 듀티를 설정하고, 상기 측정된 절단속도가 하한 임계치에 미달하는 경우에는 듀티 하한치로 상기 레이저 빔의 듀티를 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레이저 절단기에서 상기 코일을 절단하도록 상기 코일의 단부를 클램프로 집어서 고정하는 고정기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 컨베이어를 통해 이송된 코일의 위치를 감지하는 위치 감지부를 더 구비하고, 상기 제어수단은, 상기 위치 감지부의 감지신호에 근거하여 상기 레이저 절단기로부터의 레이저 빔이 상기 코일의 길이 방향 또는 폭 방향으로 이동하면서 상기 코일을 절단하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어수단은, 중앙 제어부로부터 상기 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 입력받아 이를 근거로 상기 코일의 절단 위치를 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치 감지부는, 상기 레이저 절단기의 전단에 위치하여 상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 길이 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지하는 제1감지센서; 및 상기 레이저 절단기의 후단에 위치하여 상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 폭 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지하는 제2감지센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 코일의 표면과의 거리를 측정하고, 측정된 값을 상기 제어수단에 전달하는 변위센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레이저 절단기는, 상기 제어수단으로부터의 제어신호에 따라 상기 레이저 빔의 듀티를 가변시켜 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진부; 상기 레이저 발진부로부터의 레이저 빔을 굴절 렌즈로 굴절시키고, 상기 굴절된 레이저 빔을 내부의 집광렌즈를 이용해 집광하여 상기 코일의 표면에 조사하는 커팅 헤드; 및 상기 코일의 길이 방향, 폭 방향, 및 높이 방향 중 어느 한 방향으로 상기 커팅 헤드를 이동시키는 커팅 브릿지를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 굴절 렌즈는, 상기 코일의 위치에 따라 상기 레이저 빔의 초점 위치를 가변시켜 상기 커팅 헤드의 집광 렌즈로 굴절시키는 자동 초점 렌즈인 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.

한편, 본 발명에 따른 코일 절단 방법은, 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔을 이용하여 코일을 절단하는 레이저 절단기를 이용한 코일 절단 방법으로서, 상기 레이저 절단기가 상기 코일을 절단하기 시작하면, 상기 코일이 절단되는 절단속도를 측정하는 단계; 상기 측정 단계에서 측정된 절단속도에 상응하도록 상기 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티(duty)를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 듀티로 상기 레이저 빔의 듀티를 가변시켜 상기 레이저 빔의 출력을 제어하는 단계를 포함한다.

특히, 상기 측정 단계에서 측정된 절단속도에 따라 상기 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티를 설정하는 단계는, 상기 측정된 절단속도의 증감에 비례하여 상기 레이저 빔의 듀티를 증감시켜 설정하되, 상기 측정된 절단속도가 상한 임계치를 초과하는 경우에는 듀티 상한치로 상기 레이저 빔의 듀티를 설정하고, 상기 측정된 절단속도가 하한 임계치에 미달하는 경우에는 듀티 하한치로 상기 레이저 빔의 듀티를 설정하는 것으로 특징으로 한다.

또한, 권취된 코일을 절단하기 위하여 언코일러를 통하여 코일을 풀어서 절단 위치로 이송시키는 단계; 상기 언코일러에 의해서 풀어지는 상기 코일의 위치를 위치 감지부를 통하여 감지하는 단계; 및 상기 감지된 코일의 위치를 근거로 코일의 절단 위치를 판단하고, 상기 코일의 단부를 고정기로 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 중앙 제어부로부터 입력받아 이를 근거로 상기 코일의 절단 위치를 설정하고, 상기 레이저 절단기가 상기 코일의 절단 위치를 절단하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다음과 같은 효과가 있다.

열연코일의 절단속도에 따라 레이저 출력을 최적으로 제어하여 보다 깨끗한 절단면을 갖도록 코일을 가공해 줌에 따라, 보다 우수한 품질을 갖는 제품을 생산할 수가 있게 된다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 절단 장치를 이용하는 스킨 패스 압연 시스템을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 스킨 패스 압연 시스템에는 권취된 코일(2)을 절단하기 위하여 언코일링하는 언코일러(10), 언코일러(10)에 의해서 풀어지는 코일(2)의 단부 를 안전하게 가이드하여 이송시키는 컨베이어(미도시), 컨베이어로 이송되는 코일(2)을 상부에서 절단하도록 배치된 레이저 절단 장치(100)와, 레이저 절단 장치(100)에서 코일(2)을 용이하게 절단하도록 코일(2)의 단부를 클램프(220)로 집어서 고정하는 고정 기(210), 레이저 절단 장치(100)의 전후단에 각각 위치하여 컨베이어를 통해 이송되는 코일(2)의 위치를 감지하는 위치 감지부(20), 코일(2)의 평탄도와 형상을 개선하기 위해 열간압연을 수행하는 스킨 패스 밀(30), 코일을 코일링하는 코일러(40), 및 위치 감지부(20)의 감지신호를 근거로 상기 각부의 동작을 제어하는 중앙 제어부(50)를 구비한다.

언코일러(10)는 권취된 코일(2)의 중심에 삽입된 축을 중심으로 코일(2)을 회전시켜 코일(2)의 단부를 레이저 절단 장치(100) 쪽으로 밀어내도록 구성된다. 이러한 언코일러(10)는 공지된 장치이므로, 여기서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

컨베이어는 언코일러(10)와 고정기(210) 사이에 배설되어 언코일러(10)에서 풀려져 이동되는 코일(2)을 안전하게 가이드하여 이송시키게 된다. 본 발명에서 컨베이어는 롤러 테이블을 채용하여 코일(2)의 이송 속도 및 방향을 제어 가능하도록 구성된다. 레이저 절단 장치(100)는 중앙 제어부로부터 코일(2)을 절단하기 필요한 규격 정보를 입력받아 이를 근거로 컨베이어에 의해서 이송되는 코일(2)의 절단 위치를 설정하고, 절단 위치를 따라 레이저 빔을 조사한다.

레이저 절단 장치(100)는 코일(2)을 X축 방향(코일의 길이 방향) 또는 Y축 방향(코일의 폭 방향)으로 절단하게 된다. 레이저 절단 장치(100)는 코일(2)에 조 사되는 레이저 빔을 X축 방향, Y축 방향, 및 Z축 방향으로 각각 이동 가능하도록 구성된다. 레이저 절단 장치(100)에 관한 보다 상세한 설명은 도 2를 통해 보다 상세하게 후술하기로 한다.

여기서, 레이저 절단 장치(100)는 전단에 위치한 위치 감지부(20a)에서 코일(2)의 단부를 감지하여 발생하는 감지신호에 따라 코일(2)의 정해진 위치, 즉, X축 방향으로 코일(2)을 절단하도록 레이저 빔을 조사한다.

또, 레이저 절단 장치(100)는 후단에 위치한 위치 감지부(20b)에서 코일(2)의 단부를 감지하여 발생하는 감지신호에 따라 코일(2)의 정해진 위치, 즉, Y축 방향으로 코일(2)을 절단하도록 레이저 빔을 조사한다.

고정기(210)는 코일(2)을 고정하는 클램프(220), 클램프(220)를 가동하는 실린더를 포함하고, 컨베이어에 의해서 이송되는 코일(2)의 단부를 위치 감지부(20)에서 감지하여 발생되는 신호에 따라 구동되어 코일(2)의 단부를 클램프(220)로 집어서 고정한다. 고정기(210)는 코일(2)의 단부를 고정하고, 레이저 절단 장치(100)가 코일(2)의 정해진 위치를 절단할 때 코일(2)의 뒤틀림이나 이동을 방지하도록 지지하여 고정하게 된다.

위치 감지부(20)는 코일(2)의 선단을 감지하여 감지신호를 발생하는 센서라면 어떠한 것이라도 채용 가능하며, 바람직하게는 포토 센서를 이용하게 된다. 위치 감지부(20)는 레이저 절단장치(100)의 전단에 위치하는 제1감지센서(20a)와 레이저 절단기(100)의 후단에 위치하는 제2감지센서(20b)를 포함하여 구성되며, 제1 및 제2감지센서(20b)의 위치는 규격에 따라 가변시킬 수 있다.

중앙 제어부(50)는 제1 및 제2감지센서(20)로부터의 감지신호를 근거로 상술한 레이저 절단 장치(100), 고정기(210) 및 언코일러(10)의 구동을 전체적으로 제어하는 역할을 수행하게 된다. 본 발명에서 중앙 제어부(50)는 정해진 구동순서에 따라 제어신호(PLC 또는 동작신호 등)를 발생하는 마이컴을 채용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 전술한 고정기(210) 및 위치 감지부(20)가 레이저 절단 장치(100)와 별개의 구성인 것으로 설명하고 도시하였지만, 전술한 구성들은 본 발명에 따른 레이저 절단 장치(100)에 포함되어 구현될 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 레이저 절단 장치(100)의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 레이저 절단 장치(100)는 언코일러(10)에 의해서 풀어진 코일(2)의 상부에서, 설정된 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔을 이용하여 코일(2)을 절단하는 레이저 절단기, 및 레이저 절단기가 코일(2)을 절단하는 절단속도를 측정하고, 측정된 절단속도에 따라 설정된 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티(duty)를 가변시켜 레이저 빔의 출력을 제어하는 제어수단을 구비한다.

도 2를 참조하면, 먼저, 레이저 절단기는 레이저 발진부(130), 커팅 헤드(102), 및 커팅 브릿지(120)을 구비한다.

레이저 발진부(130)는 제어수단(300)으로부터의 제어신호에 따라 레이저 빔의 듀티(duty)를 가변시켜 레이저 빔을 발진시킨다. 레이저 발진부(130)는 발진 파 장(λ)이 약 10.6㎛ 이고 50～250(W) 정도의 고출력을 갖는 야그(YAG) 레이저, CO2 레이저, 다이오드를 이용한 레이저 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

커팅 헤드(102)는 레이저 발진부(130)로부터의 레이저 빔을 하나 이상의 굴절 렌즈(116)로 굴절시키고, 굴절된 레이저 빔을 내부의 집광렌즈(112)를 이용해 집광하여 코일(2)의 표면에 조사한다. 여기서 굴절 렌즈(116)는, 코일(2)의 위치에 따라 레이저 빔의 초점 위치를 가변시켜 커팅 헤드(102)의 집광 렌즈(112)로 굴절시키는 자동 초점 렌즈이다. 이에 관해서는 도 4를 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

또한, 커팅 헤드(102)의 측면에는 코일(2) 표면과의 거리를 실시간으로 측정하고 이 신호를 제어수단(300)에 전달하는 변위센서(160)를 구비하는 것이 바람직하다. 제어수단(300)은 변위센서(160)로부터 입력된 센싱값에 따라 코일(2) 절단시의 최적의 절단 높이를 유지하면서 현재 절단되는 코일(2)의 두께 및 강종에 따라 미리 설정된 출력으로 레이저 빔을 방출하면서 절단 경로를 이동하도록 제어하게 된다.

커팅 브릿지(120)는 제어수단(300)으로부터의 제어신호에 따라 코일(2)의 길이 방향, 폭 방향, 및 높이 방향 중 어느 한 방향으로 커팅 헤드(102)를 이동시킨다.

여기서, 커팅 브리지(120)는 길이 방향(X축), 폭 방향(Y축), 높이 방향(Z축)으로 커팅 헤드(102)를 지지하여 구동력을 전달하는 모터의 회전력을 커팅 헤 드(102)에 전달하여 이동하도록 구성된다.

예를 들어, 커팅 헤드(102)는 X축, Y축 Z축 방향으로 이동 가능하도록 레일 또는 홈이 형성된 플레이트에 지지되고, 모터의 구동력에 의해서 해당 플레이트를 따라 이동되도록 할 수 있다. 이러한 커팅 브리지(120)의 구성은 공지된 사항이므로 더이 상의 상세한 설명은 생략한다.

이러한 레이저 절단기로부터 조사되는 레이저 빔이 코일(2)에 닿으면 강한 열로 바뀌어 코일(2)을 용융시키고, 정해진 방향으로 이동하면서 해당 코일(2)을 절단하게 된다.

또한, 레이저 절단기는 X, Y 평면상에서 2차원 평면 절단을 수행하게 되며 커팅 헤드(102) 이동과 레이저 출력은 제어수단(300)에 의해서 설정 및 제어된다.

한편, 제어수단(300)는 레이저 절단기가 코일(2)을 절단하는 절단속도를 측정하고, 측정된 절단속도에 따라 설정된 레이저 펄스 폭(Pulse Width)을 갖는 레이저 빔의 듀티를 가변시켜 레이저 빔의 출력을 제어한다. 이를 위해 레이저 출력 제어부(310), 듀티 설정부(320), 및 절단속도 측정부(330)를 구비한다.

절단속도 측정부(330)는 레이저 절단기가 코일(2)을 절단하는 속도를 측정하고, 측정된 값을 듀티 설정부(320)에 전달한다.

듀티 설정부(320)는 절단속도 측정부(330)를 통해 측정된 절단속도의 증감에 비례하여 레이저 빔의 듀티를 증감시켜 설정한다.

이하 도 5를 참조하여 설명하면, 전술한 바와 같이 레이저 발진부(130)를 통해 발진되는 레이저 빔은 설정된 레이저 펄스 폭을 갖는다. 레이저 펄스 폭은 레이 저 파워가 지속적으로 온(On)되어 있는 시간을 의미한다. 그리고, 주기(T)는 레이저 펄스가 온(On)되고 난 다음 다시 온(On) 될때 까지 소요되는 시간으로써, 이것은 계속 주기적으로 반복된다. 그리고, 듀티는 한 주기(T)에 대한 레이저 펄스 폭의 비율[%]로 표현된다. 본 발명에서 레이저 가공(절단)시의 출력(power)은 일정한 펄스 폭을 갖는 상태에서 듀티를 제어함으로써 이루어진다.

그리고, 도 6을 참조하면, 듀티 설정부(320)는 측정된 절단속도가 상한 임계치를 초과하는 경우에는 듀티 상한치(DH)로 레이저 빔의 듀티를 설정하고, 측정된 절단속도가 하한 임계치에 미달하는 경우에는 듀티 하한치(DL)로 레이저 빔의 듀티를 설정한다. 본 발명에서는 듀티 상한치와 듀티 하한치를 두어, 구동신호의 잡음(noise) 또는 오류로 인해 절단속도가 지나치게 높게 측정되거나 지나치게 낮게 측정되는 경우, 이에 따라 듀티가 급변하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전술한 구성으로 인해 안정적으로 레이저 절단 장치를 제어 및 운용하는 것이 가능해진다.

레이저 출력 제어부(310)는 듀티 설정부(320)를 통해 설정된 레이저 빔의 듀티에 따라 레이저 발진부(130)를 통해 출력되는 레이저 빔의 듀티를 제어한다.

도 3은 도 2의 커팅 헤드(102)의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 자동 초점 렌즈를 설명하기 위한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 레이저 발진부(도시 생략)에서 증폭되어 커팅 헤드(102)까지 도달한 레이저 빔이 집광렌즈(112)를 통과하여 코일(2)의 표면상에 조사되면, 코일(2)의 표면에 레이저 빔 스팟을 생성하게 되고, 레이저 빔의 에너지는 고온의 열에너지가 되어 코일(2)의 표면에서부터 용융시키게 된다. 이때, 커팅 헤드(102)는 코일(2)의 절단을 위해서 X축 또는 Y축 방향으로 계속적으로 이동을 하면서 절단을 하게 된다.

또한, 커팅 헤드(102)에서 레이저 빔 스팟의 위치로 산소나 질소와 같은 보조 가스를 분출하여 소재의 용융을 촉진하도록 하거나 출력되는 보조가스의 압력으로 인해 코일(2)의 용융된 부분을 아랫 방향으로 흘러내려가도록 할 수 있다.

도 4를 참조하면, 레이저 발진부(미도시)로부터 시작된 레이저 빔은 굴절렌즈(116b)를 거쳐 진행하면서 어느 길이 이상에서는 계속적으로 레이저 빔의 단면의 넓이가 증가를 하게 된다(도 4의 (a) 참조). 그에 따라 절단 대상물의 위치에 따라 각기 다른 초점 위치를 갖게 되고 이는 절단 불량으로 이어지게 된다.

따라서 본 발명에서는 커팅 헤드(102)의 집광렌즈(112)로 최종적으로 레이저 빔을 굴절시키는 굴절렌즈(116a)를 자동 초점 렌즈를 채용한다. 자동 초점 렌즈는 평형렌즈 상태를 기준으로 공압에 의해서 곡률이 변경된다(도 4의 (b) 참조). 커팅 헤드(102)의 위치에 따라 자동으로 굴절렌즈(116a)의 곡률 반경이 변경하게 함으로써 어느 위치에 있든지 항상 일정한 위치에서 레이저 초점이 맺히도록 하여 최적의 절단성을 유지하게 된다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 코일 절단 방법을 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코일 절단 방법은, 일정한 레 이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔을 이용하여 코일을 절단하는 레이저 절단기를 이용한 코일 절단 방법으로서, 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 중앙 제어부로부터 입력받아(S10) 이를 근거로 상기 코일의 절단 위치를 설정한다(S20). 절단 위치가 설정되면 커팅 헤드 구동을 위한 제어신호를 커팅 브릿지에 출력하여 커팅 헤드를 구동시켜 절단 위치로 이동시킨다. 커팅 헤드가 절단 위치로 이동하면 레이저 발진부(130)를 통해 레이저가 발진되도록 레이저 빔 조사 신호를 레이저 발진부(130)에 출력한다(S30).

레이저 절단기가 상기 코일을 절단하기 시작하면, 코일이 절단되는 절단속도를 측정한다(S40).

다음으로, S40 단계에서 측정된 절단속도에 상응하도록 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티(duty)를 설정하고(S50), S50 단계를 통해 설정된 듀티로 상기 레이저 빔의 듀티를 가변시켜 상기 레이저 빔의 출력을 제어한다(S60)

한편, S40 측정 단계에서 측정된 절단속도에 따라 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티를 설정하는 단계는, 측정된 절단속도의 증감에 비례하여 레이저 빔의 듀티를 증감시켜 설정하되, 측정된 절단속도가 상한 임계치를 초과하는 경우에는 듀티 상한치로 레이저 빔의 듀티를 설정하고, 측정된 절단속도가 하한 임계치에 미달하는 경우에는 듀티 하한치로 레이저 빔의 듀티를 설정하는 것이 바람직하다. 듀티 상한치와 듀티 하한치를 두어, 구동신호의 잡음(noise) 또는 오류로 인해 절단속도가 지나치게 높게 측정되거나 지나치게 낮게 측정되는 경우, 이에 따라 듀티가 급변하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전술한 구성으로 인해 안정적으로 레이저 절단 장치를 제어 및 운용하는 것이 가능해진다.

그리고, 본 발명에서는 S10 단계 이전에, 권취된 코일을 절단하기 위하여 언코일러를 통하여 코일을 풀어서 절단 위치로 이송시키고, 언코일러에 의해서 풀어지는 코일의 위치를 위치 감지부를 통하여 감지하여, 감지된 코일의 위치를 근거로 코일의 절단 위치를 판단한다. 그리고, 코일의 단부를 고정기로 고정시키는 단계가 더 수행되는 것이 바람직하다. 전술한 단계를 통해 코일의 정해진 위치를 절단할 때 코일의 뒤틀림이나 이동을 방지할 수가 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 레이저 절단 장치의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 도 2의 커팅 헤드의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 자동 초점 렌즈를 설명하기 위한 예시도이다.

도 5는 레이저 출력 제어를 설명하기 위한 예시도이다.

도 6은 듀티 설정부에서의 레이저 듀티 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코일 절단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 코일 10 : 언코일러

20 : 위치 감지부 30 : 스킨 패스 밀

40 : 코일러 50 : 중앙 제어부

100 : 레이저 절단 장치 102 : 커팅 헤드

112 : 집광렌즈 116 : 굴절렌즈

120 : 커팅 브리지 122, 123, 126 : 모터

130 : 레이저 발진부 160 : 변위 센서

210 : 고정기 220 : 클램프

300 : 제어수단 310 : 레이저 출력 제어부

320 : 듀티 설정부 330 : 절단속도 측정부

Claims

언코일러에 의해서 풀어진 코일의 상부에서, 설정된 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔을 이용하여 상기 코일을 절단하는 레이저 절단기; 및

상기 레이저 절단기가 상기 코일을 절단하는 절단속도를 측정하고, 측정된 절단속도에 따라 상기 설정된 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티(duty)를 가변시켜 상기 레이저 빔의 출력을 제어하는 제어수단을 구비하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제어수단은 상기 측정된 절단속도의 증감에 비례하여 상기 레이저 빔의 듀티를 증감시켜 설정하는 듀티 설정부를 포함하고,

상기 듀티 설정부는,

상기 측정된 절단속도가 상한 임계치를 초과하는 경우에는 듀티 상한치로 상기 레이저 빔의 듀티를 설정하고, 상기 측정된 절단속도가 하한 임계치에 미달하는 경우에는 듀티 하한치로 상기 레이저 빔의 듀티를 설정하는 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 레이저 절단기에서 상기 코일을 절단하도록 상기 코일의 단부를 클램프로 집어서 고정하는 고정기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
청구항 1에 있어서,

컨베이어를 통해 이송된 코일의 위치를 감지하는 위치 감지부를 더 구비하고,

상기 제어수단은,

상기 위치 감지부의 감지신호에 근거하여 상기 레이저 절단기로부터의 레이저 빔이 상기 코일의 길이 방향 또는 폭 방향으로 이동하면서 상기 코일을 절단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 제어수단은,

중앙 제어부로부터 상기 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 입력받아 이를 근거로 상기 코일의 절단 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레 이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 위치 감지부는,

상기 레이저 절단기의 전단에 위치하여 상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 길이 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지하는 제1감지센서; 및

상기 레이저 절단기의 후단에 위치하여 상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 폭 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지하는 제2감지센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 코일의 표면과의 거리를 측정하고, 측정된 값을 상기 제어수단에 전달하는 변위센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 레이저 절단기는,

상기 제어수단으로부터의 제어신호에 따라 상기 레이저 빔의 듀티를 가변시켜 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진부;

상기 레이저 발진부로부터의 레이저 빔을 굴절 렌즈로 굴절시키고, 상기 굴절된 레이저 빔을 내부의 집광렌즈를 이용해 집광하여 상기 코일의 표면에 조사하는 커팅 헤드; 및

상기 코일의 길이 방향, 폭 방향, 및 높이 방향 중 어느 한 방향으로 상기 커팅 헤드를 이동시키는 커팅 브릿지를 구비하는 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
청구항 8에 있어서,

상기 굴절 렌즈는,

상기 코일의 위치에 따라 상기 레이저 빔의 초점 위치를 가변시켜 상기 커팅 헤드의 집광 렌즈로 굴절시키는 자동 초점 렌즈인 것을 특징으로 하는 절단속도에 따라 레이저 출력을 제어하는 레이저 절단 장치.
일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔을 이용하여 코일을 절단하는 레이저 절단기를 이용한 코일 절단 방법으로서,

상기 레이저 절단기가 상기 코일을 절단하기 시작하면, 상기 코일이 절단되 는 절단속도를 측정하는 단계;

상기 측정 단계에서 측정된 절단속도에 상응하도록 상기 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티(duty)를 설정하는 단계; 및

상기 설정된 듀티로 상기 레이저 빔의 듀티를 가변시켜 상기 레이저 빔의 출력을 제어하는 단계를 포함하는 코일 절단 방법.
청구항 10에 있어서,

상기 측정 단계에서 측정된 절단속도에 따라 상기 일정한 레이저 펄스 폭을 갖는 레이저 빔의 듀티를 설정하는 단계는,

상기 측정된 절단속도의 증감에 비례하여 상기 레이저 빔의 듀티를 증감시켜 설정하되,

상기 측정된 절단속도가 상한 임계치를 초과하는 경우에는 듀티 상한치로 상기 레이저 빔의 듀티를 설정하고, 상기 측정된 절단속도가 하한 임계치에 미달하는 경우에는 듀티 하한치로 상기 레이저 빔의 듀티를 설정하는 것으로 특징으로 하는 코일 절단 방법.
청구항 10에 있어서,

권취된 코일을 절단하기 위하여 언코일러를 통하여 코일을 풀어서 절단 위치 로 이송시키는 단계;

상기 언코일러에 의해서 풀어지는 상기 코일의 위치를 위치 감지부를 통하여 감지하는 단계; 및

상기 감지된 코일의 위치를 근거로 코일의 절단 위치를 판단하고, 상기 코일의 단부를 고정기로 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코일 절단 방법.
청구항 10에 있어서,

상기 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 중앙 제어부로부터 입력받아 이를 근거로 상기 코일의 절단 위치를 설정하고, 상기 레이저 절단기가 상기 코일의 절단 위치를 절단하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코일 절단 방법.