KR101193616B1 - 다관절형 레이저 광전송장치 경통 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고출력 레이저를 장거리까지 정밀하게 전송시킬 수 있는 다관절형 레이저 광전송장치 경통에 관한 것으로서, 슬립링을 내통과 외통의 틈새 경로에 설치 구성하여 광경로에 이물질(먼지, 냄새 입자, 수분, 분진, 오일 미스트 등)이 유입되지 못하도록 하며, 동시에 고출력 레이저 빔을 장거리까지 정밀하게 전송시킬 수 있도록 베어링 2개를 상하로 배열하여 일정 간격 이격시켜 2조로 배치하여 기계적 오차를 현저히 줄일 수 있는 다관절형 레이저 광전송장치 경통에 관한 것이다.
본 발명을 통해 슬립링을 내통과 외통의 틈새 경로에 설치 구성하여 광경로에 이물질(먼지, 냄새 입자, 수분, 분진, 오일 미스트 등)이 유입되지 못하도록 함으로써, 고가의 광학계들의 수명 단축 및 손상을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

Description

다관절형 레이저 광전송장치 경통{body tube of Articulated beam transfer device.}

본 발명은 고출력 레이저를 장거리까지 정밀하게 전송시킬 수 있는 다관절형 레이저 광전송장치 경통에 관한 것으로서, 슬립링을 내통과 외통의 틈새 경로에 설치 구성하여 광경로에 이물질(먼지, 냄새 입자, 수분, 분진, 오일 미스트 등)이 유입되지 못하도록 하며, 동시에 고출력 레이저 빔을 장거리까지 정밀하게 전송시킬 수 있도록 베어링 2개를 상하로 배열하여 일정 간격 이격시켜 2조로 배치하여 기계적 오차를 현저히 줄일 수 있는 다관절형 레이저 광전송장치 경통에 관한 것이다.

레이저 빔은 우수한 직진성을 가지고 있는데, 이러한 특성을 가진 레이저 빔을 렌즈에 집광시키면 초점 위치에서는 아주 작은 빔 크기로 되어 에너지 밀도를 극단적으로 키울 수 있게 된다.

그러나, 레이저 빔은 얼마 간의 발산 특성을 가지고 있어 레이저 발생장치에서 거리가 달라지면 빔의 크기가 다르게 된다.

한편, 레이저 빔을 렌즈로 집광시킬 때, 초점에서의 빔크기는 레이저 빔의 발산각, 파장, 빔의 집광각도 등이 주요한 변수가 되며, 다음과 같은 수식으로 정의된다.

초점에서의 빔 크기 = 4/πㆍλㆍF#ㆍM²

λ : 파장

F# : 집광각도(F# = 초점거리/빔의 지름)

M² : 발산각 변수

상기 발산각 변수의 M이 크면 발산각이 크다.

즉, 레이저 발생장치에서 거리가 다르면 초점거리가 같은 렌즈로 집광시켜도 F# 값이 바뀌므로 초점에서의 빔 크기가 다르게 된다.

일반적으로 도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 발생장치(10)에서 출사된 레이저 빔을 표적까지 전송시키는 방법으로는 반사거울(20)을 움직여서 1차원 혹은 2차원으로 레이저 빔을 전송시키게 된다.

상기한 방식을 flying optic 방식이라 하며, 고출력 레이저 빔 전송에 주력적으로 사용되는 것이다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 레이저 발생장치(10)에서 표적까지 거리를 일정하게 유지시키는 빔 전송 기술로는 다관절 팔 구조의 빔 전송장치가 있으며, 이를 Articulated Arm 방식이라 한다.

상기 Articulated Arm 방식 중에서 일반적으로 고정 거울 쌍 회전식을 많이 사용하고 있으며, 특히 의료용 CO₂ 레이저에서 대부분 사용되고 있었다.

상기한 방식들 중에서 다관절 팔 구조의 경우에는 반사거울(20)을 움직이게 되는데 이럴 경우에 거리가 틀려지므로 파장이 긴 레이저는 거리 차이가 크게 발생할 수 밖에 없었다.

이때, 상기 반사거울(10)이 설치 구성된 연결부재(50)에 다관절형 레이저 광전송장치 경통(30)이 각각 결합되어 있게 된다.

또한, 광경로상에 먼지 혹은 냄새 입자와 같은 이물질들이 유입되어 광학면을 손상시키는 문제점을 야기시키고 있었다.

특히 산업용으로 사용되는 레이저 발생장치의 경우에는 고출력을 사용하게 되므로 이물들에 대해서는 완벽하게 차단해야 한다.

그러나, 상기한 종래의 다관절 팔 구조의 경우에는 이물질들의 유입을 차단할 수 있는 기술이 존재하지 않아 고가의 광학계들의 수명 단축 및 손상을 야기시킬 수 밖에 없었다.

부연 설명하자면, 광경로에 유입되는 먼지나 냄새 입자와 같은 이물질들이 문제가 되며, 특히 저출력에서는 크게 지장이 없으나 고출력에서는 광에 의해 이물질들이 광학면에 부착되어 수명 단축 및 손상을 일으키게 된다.

따라서, 종래에는 고출력이 필요한 산업용 레이저 발생장치에서는 사용할 수 없었다.

본 발명은 고출력 레이저를 장거리까지 정밀하게 전송시킬 수 있는 레이저 빔 전송장치에 관한 것으로서, 본 발명을 통해 상기한 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

즉, 베어링 2개를 상하로 배열하여 일정 간격 이격시켜 2조로 배치하여 기계적 오차를 현저히 줄일 수 있었으며, 광경로에 이물질(먼지, 냄새 입자, 수분, 분진, 오일 미스트 등)이 유입되지 못하게 슬립링을 설치 구성하여 문제점을 해결할 수 있게 되었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 슬립링을 내통과 외통의 틈새 경로에 설치 구성하여 광경로에 이물질(먼지, 냄새 입자, 수분, 분진, 오일 미스트 등)이 유입되지 못하도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고출력 레이저 빔을 장거리까지 정밀하게 전송시킬 수 있도록 베어링 2개를 상하로 배열하여 일정 간격 이격시켜 2조로 배치하여 기계적 오차를 현저히 줄일 수 있도록 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 다관절형 레이저 광전송장치 경통은,

내통(120)과 외통(110)의 틈새 경로에 테프론 슬립링(200)을 구성한 것을 특징으로 하며,

상기 틈새 경로에 마찰력을 줄이기 위하여 적어도 한 개 이상의 베어링을 구성하는 것을 특징으로 하고 있다.

이때 상기 베어링은,

2개를 상하로 배열시켜 광경로 경통의 양쪽 끝단부에 각각 설치 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

본 발명인 다관절형 레이저 광전송장치 경통은,

슬립링을 내통과 외통의 틈새 경로에 설치 구성하여 광경로에 이물질(먼지, 냄새 입자, 수분, 분진, 오일 미스트 등)이 유입되지 못하도록 함으로써, 고가의 광학계들의 수명 단축 및 손상을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

또한, 내통에 베어링 2개를 상하로 배열하여, 일정 간격 이격시켜 2조로 배치하여 기계적 오차를 현저히 줄일 수 있도록 함으로써, 고출력 레이저 빔을 장거리까지 정밀하게 전송시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

도 1은 종래의 레이저 빔을 반사거울을 움직여서 표적까지 전송시키는 예를 나타낸 예시도이다.
도 2는 종래의 다관절 팔 구조의 빔 전송장치를 나타낸 예시도이다.
도 3a는 종래의 다관절 팔 구조의 빔 전송장치를 나타낸 다른 예시도이다.
도 3b는 종래의 다관절 팔 구조의 빔 전송장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다관절형 레이저 광전송장치 경통의 배면사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다관절형 레이저 광전송장치 경통의 절삭도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다관절형 레이저 광전송장치 경통의 단면도이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 일실시예에 따른 다관절형 레이저 광전송장치 경통의 테프론 슬립링을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다관절형 레이저 광전송장치 경통의 분해사시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명인 다관절형 레이저 광전송장치 경통에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

본 발명인 다관절형 레이저 광전송장치 경통은,

내통과 외통을 구성한 다관절형 레이저 광전송장치 경통에 있어서,

내통(120)과 외통(110)의 틈새 경로에 테프론 슬립링(200)을 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 틈새 경로에 마찰력을 줄이기 위하여 적어도 한 개 이상의 베어링을 구성하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베어링은,

2개를 상하로 배열시켜 광경로 경통의 양쪽 끝단부에 각각 설치 구성하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 테프론 슬립링(200)은,

어느 일측에 다수의 제1돌출부(211)이 형성되며, 타측에 제2테프론슬립링의 제2안착부에 안착되도록 제1안착부(212)가 형성된 제1테프론슬립링(210)과,

상기 제1테프론슬립링의 제1안착부가 안착되도록 어느 일측에 제2안착부(222)가 형성되며, 타측에는 다수의 제2돌출부(221)가 형성된 제2테프론슬립링(220)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1안착부의,

제1수직면(212b)이 다수의 제2돌출부(221)의 끝단에 접촉되며, 제1돌출부의 끝단은 제2안착부의 제2수직면(222a)에 접촉되는 것을 특징으로 한다.

다만, 이하 본 발명의 바람직한 실시예에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니고, 당업자 수준에서 쉽게 변형 가능한 어떠한 구조라도 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 일반적인 다관절형 레이저 광전송장치 경통의 경우에는 반사거울(20)이 설치 구성된 연결부재(50)에 다관절형 레이저 광전송장치 경통(30)이 각각 결합되어 있게 된다.

이때, 상기 다관절형 레이저 광전송장치 경통은 도 3b에 도시한 바와 같이, 외통(31)에 내통(32)이 결합되어 내통이 좌우로 회전하는 것이다.

상기 내통에는 레이저 빔이 통과할 수 있는 광경로(33)가 형성되어 있으며, 내통과 외통의 틈새 경로(35)에 이물질(먼지, 냄새 입자, 수분, 분진, 오일 미스트 등)이 유입되어 고가의 광학계들의 수명 단축 및 손상을 야기시킬 수 밖에 없었다.

즉, 광경로에 유입되는 먼지나 냄새 입자와 같은 이물질들이 문제가 되며, 특히 저출력에서는 크게 지장이 없으나 고출력에서는 광에 의해 이물질들이 광학면에 부착되어 수명 단축 및 손상을 일으키게 된다.

따라서, 종래에는 고출력이 필요한 산업용 레이저 발생장치에서는 사용할 수 없었다.

결국에는 고출력용 레이저 발생장치를 사용하기 위해서는 광경로에 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있는 구조가 필요하게 된 것이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다관절형 레이저 광전송장치 경통의 배면사시도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다관절형 레이저 광전송장치 경통은,

내통과 외통을 구성한 다관절형 레이저 광전송장치 경통에 있어서,

내통(120)과 외통(110)의 틈새 경로에 테프론 슬립링(200)을 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 외통에 내통이 결합될 경우에 종래에서 언급하였듯이, 틈새경로가 발생할 수 밖에 없다.

이때, 내통의 외주면에 삽입되는 테프론 슬립링(200)을 설치 구성하게 된다.

상기 테프론 슬립링(200)은 어느 일측에 다수의 제1돌출부(211)이 형성되며, 타측에 제2테프론슬립링의 제2안착부에 안착되도록 제1안착부(212)가 형성된 제1테프론슬립링(210)과,

상기 제1테프론슬립링의 제1안착부가 안착되도록 어느 일측에 제2안착부(222)가 형성되며, 타측에는 다수의 제2돌출부(221)가 형성된 제2테프론슬립링(220)을 포함하여 구성된다.

도 7a 내지 7d에 도시한 바와 같이, 상기 제2테프론슬립링의 둘레가 제1테프론슬립링의 둘레보다 커야 하며, 제1안착부의 제1하면(212a)이 제2안착부의 제2상면(222a)에 접촉되어 안착되어 진다.

(도 7a는 제1테프론슬립링의 사시도, 도 7b는 제1테프론슬립링의 단면도, 도 7c는 제2테프론슬립링의 사시도, 도 7d는 제2테프론슬립링의 단면도이다.)

이때, 상기 제1안착부의 제1수직면(212b)이 상기 다수의 제2돌출부(221)의 끝단에 접촉되어 진다.

또한, 슬립링에 다수의 돌출부를 두는 이유는 이물질의 차단을 효과적으로 하면서 기계적인 저항을 줄이기 위한 것이다.

그러면 이물질의 이동 방향(70)을 따라 움직이는 이물질이 제1수직면과 제2돌출부가 접촉되어 있으므로 1차적으로 광경로로 이동되는 것을 차단하게 되며 혹시 접촉부위를 통과한 이물질은 다수의 제2돌출부를 통과하여야만 광경로로 이물질이 이동할 수 있게 된다.

또한, 상기 제1돌출부의 끝단은 제2안착부의 제2수직면(222a)에 접촉되어 진다.

이때, 이물질의 이동 방향을 따라 움직이는 이물질이 제1수직면과 제2돌출부가 접촉되어 있는 부위를 통과하게 되면 2차적으로 제2수직면에 접촉된 제1돌출부를 통과하여야만 광경로로 이물질이 이동할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 제1돌출부 및 제2돌출부를 형성하게 되면 이물질의 이동 경로가 꼬불꼬불하게 되어 쉽게 꼬불꼬불한 이동 경로를 이물질이 통과할 수는 없게 되는 것이다.

또한, 돌출부를 두 영역에 걸쳐 다수개를 형성시키게 되므로 하나의 영역을 통과한다 하더라도 다른 영역을 다시 통과하기에는 쉽지 않을 것이다.

결국에는 상기한 슬립링을 내통과 외통의 틈새 경로에 설치 구성하여 광경로에 이물질(먼지, 냄새 입자, 수분, 분진, 오일 미스트 등)이 유입되지 못하도록 하는 목적을 달성하게 되는 것이다.

도 5 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 내통의 외주면에 한 개 이상의 베이링을 삽입하고 어느 일측에 상기 테프론 슬립링(200)을 삽입시켜 설치 구성하게 되는 것이다.

이때, 상기 베어링은,

2개를 상하로 배열시켜 광경로 경통의 양쪽 끝단부에 각각 설치 구성하는 것을 특징으로 하고 있다.

도면을 참조하여 설명하자면, 내통의 하측에 제1베어링(310)과 제2베어링(320)을 상하로 배열시킨 후, 제2베어링 상측에 중간보조링(510)을 삽입하고 링의 상측에 제3베어링(330)과 제4베어링(340)을 상하로 배열시켜 광경로 경통의 양쪽 끝단부에 각각 한 조로 설치 구성하게 되는 것이다.

또한, 상기 제4베어링 상측에 본 발명에서 가장 중요한 테프론 슬립링(200)을 삽입시켜 구성하게 된다.

즉, 고출력 레이저 빔을 장거리까지 정밀하게 전송시킬 수 있도록 베어링 2개를 상하로 배열하여 일정 간격 이격시켜 2조로 배치하여 기계적 오차를 현저히 줄일 수 있게 되는 것이다.

만약, 테프론 슬립링만 어느 한 부위에 설치 구성하게 된다면 외통에 삽입되는 내통의 테프론 슬립링이 설치 구성되어 있지 않은 하측 부위는 외통의 내주면과 내통의 외주면 사이에 상당한 틈이 발생하여 좌측 혹은 우측으로 경통을 회전시킬 경우에 내통으로 유입되는 레이저 빔이 원하는 방향으로 출사되지 않는 심각한 문제점을 야기시키게 된다.

이를 해결하기 위하여 상하로 2개의 베어링을 한조로 하여 배치시키게 되며 이를 통해 기계적 오차를 현저하게 줄일 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 내통의 하측에 하측보조링(500)을 삽입한 후, 제1베어링(310)과 제2베어링(320)을 상하로 배열시키고, 다시 중간보조링(510)을 삽입한 후 제3베어링(330)과 제4베어링(340)을 상하로 배열시키고, 다시 테프론 슬립을 삽입한 후 상측보조링(520)을 삽입하고 최종적으로 외통 내부에 상기 베어링 및 테프론 슬립링과 보조링들이 삽입된 내통을 삽입하여 다관절형 레이저 광전송장치 경통을 완성하게 되는 것이다.

상기와 같은 구성을 가지게 되면, 이물질들이 광경로상에 유입되는 문제점과 경통 내부에서의 기계적 오차를 현저히 줄이게 되어 레이저 빔이 원하는 위치에 정확하게 출사될 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 상기 보조링의 갯수와 길이는 경통의 크기에 따라 가변적으로 조절할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 의의는, 다관절형 레이저 광전송장치 경통 내부에 테프론 슬립링을 설치 구성함으로써 그동안 고출력용에서는 사용할 수 없는 장기간 미해결 과제를 일거에 해결할 수 있게 되어 고출력용에서 사용이 가능하게 되어 고출력을 요구하는 산업용 레이저 발생장치에 적용이 가능한 효과를 제공할 수 있게 되며, 본 발명은 고출력용 레이저 발생장치에 관해서 독자적인 기술 보유가 되지 않은 국내 현실을 고려해 볼 때, 매우 획기적인 장치라고 할 수 있을 것이다.

본 발명과 관련된 구체적인 실시예에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야의 통상의 지식과 기술을 가진 자 수준에서 용이하게 변형 가능한 발명으로서 균등 수준인 것은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.

100 : 다관절형 레이저 광전송장치 경통
110 : 외통
120 : 내통
130 : 광경로
200 : 테프론 슬립링
210 : 제1테프론슬립링
220 : 제2테프론슬립링
310 : 제1베어링
320 : 제2베어링
330 : 제3베어링
340 : 제4베어링
500 : 하측보조링
510 : 중간보조링
520 : 상측보조링

Claims (5)

1. 내통과 외통을 구성한 다관절형 레이저 광전송장치 경통에 있어서,
   내통(120)과 외통(110)의 틈새 경로에 테프론 슬립링(200)을 구성하되,
   상기 테프론 슬립링(200)은,
   어느 일측에 다수의 제1돌출부(211)가 형성되며, 타측에 제2테프론슬립링의 제2안착부에 안착되도록 제1안착부(212)가 형성된 제1테프론슬립링(210)과,
   상기 제1테프론슬립링의 제1안착부가 안착되도록 어느 일측에 제2안착부(222)가 형성되며, 타측에는 다수의 제2돌출부(221)가 형성된 제2테프론슬립링(220)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
   상기 제1안착부의,
   제1수직면(212b)이 다수의 제2돌출부(221)의 끝단에 접촉되며, 제1돌출부의 끝단은 제2안착부의 제2수직면(222a)에 접촉되는 것을 특징으로 하는 다관절형 레이저 광전송장치 경통.
   
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