KR101225287B1

KR101225287B1 - 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101225287B1
Application number: KR1020090046045A
Authority: KR
Inventors: 박영국; 임갑수
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2013-01-22
Also published as: KR20100127552A

Abstract

본 발명은 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히, 시편을 제작하기 위해 기존의 수동 가스 절단기 대신에 레이저 절단기를 통해 요구되는 가변 크기로 제품을 절단하여 시편을 제작하는 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위한 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법은 권취된 코일을 절단하기 위하여 언코일러를 통하여 코일을 풀어서 절단 위치로 이송시키는 이송 단계; 언코일러에 의해서 풀어지는 코일의 위치를 감지센서를 통하여 감지하는 감지 단계; 감지 단계에서 감지된 코일의 위치를 근거로 코일의 절단 위치 여부를 판단하고, 코일의 단부를 고정기로 고정시키는 고정 단계; 및 고정 단계에서 고정된 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 코일의 표면을 기준으로 X축 또는 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하는 절단 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

레이저, 시편, 절단기

Description

레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법 및 그 장치{Method for cutting for lazer Equipment for piece test of strip and apparatus thereof}

본 발명은 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히, 시편을 제작하기 위해 기존의 수동 가스 절단기 대신에 레이저 절단기를 통해 요구되는 가변 크기로 제품을 절단하여 시편을 제작하는 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 압연공정에서 생산된 제품의 일부를 채취하여 분석용 시편(specimen)으로 제작한 후에, 제작된 시편을 분석실에서 분석을 수행하고 있다. 이러한 시편의 정확한 분석은 요구되는 품질의 제품생산을 위해 매우 중요한 작업이다.

이러한 시편의 분석에는 여러가지 종류의 분석이 있으며, 예를 들어, 금속내 합금원소나 불순물로 존재하는 질소와 산소는 금속의 강도에 큰 영향을 미치므로 이에 대한 분석작업이 자주 행하여지고 있다.

상기한 분석작업은 분석대상 금속을 정해진 크기의 시편으로 제작한 후에, 이를 소정의 처리과정을 거쳐 검사분석하는 과정으로 이루어진다. 이때 사용되는 시편은 작업자에 의해서 일정 길이로 수작업으로 제작되었다.

특히, 열간압연에서 생산되어 권취된 코일 중의 일부를 선별하고, 선별된 코일의 미단부를 절단하여 시편을 제작한다. 분석실에서는 시편을 분석함으로써 치수 및 표면 품질 등 코일 제품의 품질을 확인하게 된다. 통상 이 과정에서 검사자가 가스 절단기를 이용하여 코일의 미단부를 절단하게 되는데, 이러한 경우 사람에 의해서 일일이 절단을 해야 하므로 많은 시간이 소요된다.

따라서, 종래와 같이 수작업으로 시편 제작을 위한 절단 작업을 하는 경우에는 정확한 치수 및 일정한 형태로 절단을 할 수 없기 때문에 측정 샘플 역시 정형화된 형태로 만들어 질 수 없으므로 치수 및 품질 측정에 있어서 일관성을 확보할 수 없었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 , 본 발명의 목적은 기존의 수동 가스 절단기 대신에 레이저 시편 절단기를 이용하여 자동적으로 원하는 크기의 시편을 제작하는 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법은 권취된 코일을 절단하기 위하여 언코일러를 통하여 코일을 풀어서 절단 위치로 이송시키는 이송 단계; 언코일러에 의해서 풀어지는 코일의 위치를 감지센서를 통하여 감지하는 감지 단계; 감지 단계에서 감지된 코일의 위치를 근거로 코일의 절단 위치 여부를 판단하고, 코일의 단부를 고정기로 고정시키는 고정 단계; 및 고정 단계에서 고정된 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 코일의 표면을 기준으로 X축 또는 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하는 절단 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 근거로 코일의 절단 위치 또는 코일의 X축 또는 Y축 절단 방향을 설정하는 규격 정보 설정 단계; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또, 감지 단계는, 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 X축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지센서를 통해서 감지하는 제1 감지 단계; 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지센서를 통해서 감지하는 제2 감지 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 고정 단계는, 코일의 단부가 제2 감지 단계에서 감지된 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면 고정기로 코일을 고정시키는 것이 바람직하다.

또, 절단 단계는, 코일의 단부가 제1 감지 단계에서 감지된 X축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면, 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 코일의 표면을 기준으로 X축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하는 것이 바람직하다.

또, 절단 단계는, 코일의 단부가 제2 감지 단계에서 감지된 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면, 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단 기로부터의 레이저 빔을 코일의 표면을 기준으로 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 시편 제장 장치는 권취된 코일을 절단하기 위하여 언코일링하는 언코일러, 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 상부에서 절단하도록 배치된 레이저 절단기, 레이저 절단기에서 코일을 용이하게 절단하도록 코일의 단부를 클램프로 집어서 고정하는 고정기, 레이저 절단기의 전후단에 각각 위치하여 컨베이어를 통해 이송되는 코일의 위치를 감지하는 감지센서, 감지센서의 감지신호를 근거로 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 코일의 표면을 기준으로 X축 또는 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하도록 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 제어수단은 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 근거로 코일의 절단 위치 또는 코일의 X축 또는 Y축 절단 방향을 설정하는 규격 정보 설정하는 것이 바람직하다.

또, 감지센서는, 레이저 절단기의 전단에 위치하여 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 X축 방향으로 절단하기 위한 위치를 감지하는 제1 감지센서; 및 레이저 절단기의 후단에 위치하여 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 Y축 방향으로 절단하기 위한 위치를 감지하는 제2 감지센서;를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 제어수단은, 코일의 단부가 제2 감지센서에서 감지된 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면 고정기로 코일을 고정시키도록 제어하는 것이 바람직하다.

또, 제어수단은, 코일의 단부가 제2 감지 센서에서 감지된 X축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면, 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 코일의 표면을 기준으로 X축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하도록 제어하는 것이 바람직하다.

또, 제어수단은, 코일의 단부가 제2 감지센서에서 감지된 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면, 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 코일의 표면을 기준으로 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하도록 제어하는 것이 바람직하다.

또, 레이저 절단기는, 코일의 절단 방향을 따라 레이저 빔을 조사하는 레이저, 레이저의 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진부, 레이저의 이동방향을 제어하는 콘트롤러를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 레이저는 코일의 상부면을 기준으로 X, Y, Z축 세 방향으로 이동 가능하도록 구성된 커팅 브리지, 커팅 브리지에 부착되어 레이저 발진부로부터의 레이저 빔을 굴절렌즈로 굴절시키고, 그 굴절된 레이저 빔을 내부의 집광렌즈로 모아서 코일(coil)의 표면으로 조사하는 커팅 헤드를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 커팅 헤드의 옆면에 구비되어 코일 표면과의 거리를 실시간으로 측정하야 컨트롤러에 전달하는 변위 센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또, 굴절렌즈는, 코일의 위치에 따라 레이저 빔의 초점 위치를 가변시켜 커팅 헤드의 집광렌즈로 굴절시키는 자동 초점 렌즈인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 사람이 수동으로 가스 절단기를 이용하는 것 보다 훨씬 빠르고 일정한 형태의 시편으로 샘플을 가공하게 함으로써 검사 샘플을 채취하는데 소요되는 시간적 물질적 비용을 높일 수 있을 뿐만 아니라 정밀하게 가공되어 샘플링된 시편을 검사함으로써 검사 품질의 정확도도 한층 높일 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

또한, 레이저 절단기의 경우에는 비상시 이외에는 완전 자동으로 동작을 하기 때문에 가공 처리 속도가 가스 절단기에 비해 10 배 이상 빠르고 안전하기 때문에 생산성을 획기적으로 올릴 수 있다.

이에 따라 본 발명에서는 정교하게 정형화된 형태의 샘플을 채취함으로써 검사 품질의 정확도도 한층 높일 수 있는 효과가 있다.

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 발명의 실시예에 따른 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이저 절단기의 구성을 예시한 도면이고, 도 3은 커팅 헤드 구성을 예시한 도면이고, 도 4는 자동 초점 조절 렌즈를 설명하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법의 순서를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법이 적용되는 시편 제작 장치는 압연공정 등에서 생산된 코일(2) 중 일부를 채취하여 분석용 시편(specimen)을 제작하도록 구성된다.

도 1(a)를 참조하면, 시편 제작 장치는 권취된 코일(2)을 절단하기 위하여 언코일링하는 언코일러(10), 언코일러(10)에 의해서 풀어지는 코일(2)의 단부를 안전하게 가이드하여 이송시키는 컨베이어(15), 컨베이어(15)로 이송되는 코일(2)을 상부에서 절단하도록 배치된 레이저 절단기(100)와, 레이저 절단기(100)에서 코일(2)을 용이하게 절단하도록 코일(2)의 단부를 클램프(220)로 집어서 고정하는 고정기(200), 레이저 절단기(100)의 전후단에 각각 위치하여 컨베이어(15)를 통해 이송되는 코일(2)의 위치를 감지하는 감지센서(20), 감지센서(20)의 감지신호를 근거로 시편 제작 장치의 동작을 제어하는 제어수단(300)을 포함하여 구성된다.

언코일러(10)는 권취된 코일(2)의 중심에 삽입된 축을 중심으로 코일(2)을 회전시켜 코일(2)의 단부를 레이저 절단기(100) 위치로 밀어내도록 구성된다. 이러한 언코일러(10)는 공지된 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.

컨베이어(15)는 언코일러(10)와 고정기(200) 사이에 배설되어 언코일러(10) 에서 풀려져 이동되는 코일(2)을 안전하게 가이드하여 이송시키게 된다. 본 발명에서 컨베이어(15)는 롤러 테이블을 채용하여 코일(2)의 이송 속도 및 방향을 제어 가능하도록 구성된다. 이러한 컨베이어(15)는 공지된 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.

레이저 절단기(100)는 시편을 제작하기 위하여 컨베이어(15)에 의해서 이송되는 코일(2)의 절단 위치를 따라 레이저 빔을 조사하도록 구성된다. 도 1(b)를 참조하면, 레이저 절단기(100)는 코일(2)을 X축 방향(코일(2)이 컨베이어(15)에 의해서 이송되는 방향) 또는 Y축 방향(코일(2)이 컨베이어(15) 의해서 이송되는 방향의 수직방향)으로 절단하게 된다. 레이저 절단기(100)는 조사되는 레이저 빔을 X축 방향, Y축 방향 및 X축 방향 및 Y축 방향에 수직 방향(Z방향)으로 이동 가능하도록 구성된다. 이러한 레이저 절단기(100)는 당업계에 종사하는 자라면 공지된 기술로부터 용이하게 이해될 수 있으며 보다 상세한 설명은 후술하도록 한다.

여기서, 레이저 절단기(100)는 선단에 위치한 감지센서(20)에서 코일(2)의 단부를 감지하여 발생하는 감지신호에 따라 코일(2)의 정해진 위치, 즉 Y축 방향으로 코일(2)을 절단하도록 레이저 빔을 조사한다.

또, 레이저 절단기(100)는 후단에 위치한 감지센서(20)에서 코일(2)의 단부를 감지하여 발생하는 감지신호에 따라 코일(2)의 정해진 위치, 즉, X축 방향으로 코일(2)을 절단하도록 레이저 빔을 조사한다.

고정기(200)는 코일(2)을 고정하는 클램프(220), 클램프(220)를 가동하는 실린더(210)를 포함하고, 컨베이어(15)에 의해서 이송되는 코일(2)의 단부를 감지센 서(20)에서 감지하여 발생되는 신호에 따라 구동되어 코일(2)의 단부를 클램프(220)로 집어서 고정한다. 고정기(200)는 시편으로 제작될 코일(2)의 단부를 고정하고, 레이저 절단기(100)가 코일(2)의 정해지 위치를 절단할 때 코일(2)의 뒤틀림이나 이동을 방지하도록 지지하여 고정하게 된다.

감지센서(20)는 코일(2)의 선단을 감지하여 감지신호를 발생하는 센서라면 어떠한 것이라도 채용 가능하며, 바람직하게는 포토 센서를 이용하게 된다. 감지센서(20)는 레이저 절단기(100)의 전단에 위치하는 제1 감지센서(20a)와 레이저 절단기(100)의 후단에 위치하는 제2 감지센서(20b)를 포함하여 구성되며, 제1 및 제2 감지센서(20b)의 위치는 시편을 제작하기 위한 규격에 따라 가변시킬 수 있을 것이다.

제어수단(300)은 제1 및 제2 감지센서(20b)로부터의 감지신호를 근거로 상술한 레이저 절단기(100), 고정기(200) 및 언코일러(10)의 구동을 전체적으로 제어하는 역할을 수행하게 된다. 본 발명에서 제어수단(300)은 정해진 구동순서에 따라 제어신호(PLC 또는 동작신호 등)를 발생하는 마이컴을 채용하는 것이 바람직하다.

여기서, 제어수단(300)은 시편을 제작하기 위한 규격정보를 수신하고, 그에 따라 코일(2)을 절단할 방향 및 절단 위치 등을 설정한다 즉, 압연 공정에서 생산된 권취된 코일(2)에 대한 검사를 위해 코일(2)을 기중기 또는 다른 이동 수단을 이용하여 언코일러(10)에 로딩시킨다. 이때, 제어수단(300)은 키입력부 또는 통신라인 등을 통해 규격정보를 수신한다. 그리고, 제어수단(300)은 규격정보를 근거로 제작하고자하는 시편에 대한 절단 방향, 절단 위치 등을 산정한다.

그리고, 제어수단(300)은 코일(2)이 언코일러(10)에 로딩된 상태에서 언코일러(10)를 구동시켜 고정기(200) 방향으로 코일(2)을 풀게 되고, 언코일러(10)에 의해서 풀리는 코일(2)을 컨베이어(15)는 가이드하여 이송시키게 된다. 제어수단(300)은 제1 및 제2 감지센서(20b)로부터 컨베이어(15)에 의해서 이송되는 코일(2)의 단부를 감지한 신호를 입력받고, 코일(2)의 강종 및 치수에 맞는 최적의 레이저 가공 조건에 따라 시편을 절단하도록 제어하게 된다.

도 2를 참조하면, 레이저 절단기(100)는 코일(2)의 정해진 위치(도 1(b)에 도시된 X 또는 Y축 방향)를 따라 레이저 빔을 조사하는 레이저, 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진부(미도시)를 포함하고 레이저의 이동방향을 제어하는 콘트롤러(130)를 포함하여 구성된다.

여기서, 레이저는 콘트롤러(130)의 제어에 따라 레이저 발진부에서 증폭된 레이저 빔이 나오면 내부에 여러 개의 굴절렌즈(116)를 통해 레이저 빔을 안내하도록 구성되고, 코일(2)의 상부면을 기준으로 X, Y, Z의 세 방향으로 이동 가능하도록 구성된 커팅 브리지(120), 커팅 브리지(120)에 부착되어 커팅브리지로부터 굴절 된 레이저 빔을 내부의 집광렌즈(112)로 모아서 코일(2)(coil)의 표면으로 조사하는 커팅 헤드(102)를 포함하여 구성된다. 이러한 레이저 절단기(100)로부터 조사되는 레이저 빔이 코일(2)에 닿으면 강한 열로 바뀌어 코일(2)을 용융시키고, 정해진 방향으로 이동하면서 해당 코일(2)을 절단하게 된다.

여기서, 커팅 브리지(120)는 X, Y, Z 방향으로 커팅헤드를 지지하여 구동력을 전달하는 모터의 회전력을 커팅헤드에 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 상세한 설명은 생략한다. 레이저 절단기(100)는 X, Y, Z의 세 방향에 대해 모두 이동이 가능하다면 어떠한 구성이라도 가능할 것이다.

또, 레이저 절단기(100)는 X, Y 평면상에서 2차원 평면 가공을 수행하게 되며 커팅헤드 이동과 레이저 출력은 컨트롤러에 의해서 설정 및 제어된다.

여기서, 콘트롤러(130)에 내장된 레이저 발진부는 발진 파장(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.

도 3을 참조하면, 레이저 발진부(미도시)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 열 에너지가 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.

또, 커팅 헤드(102)의 옆면에는 코일(2) 표면과의 거리를 실시간으로 측정하고 이 신호를 컨트롤러에 전달하는 변위센서(160)를 구비하는 것이 바람직하다. 콘트롤러(130)는 변위센서(160)로부터 입력된 센싱값에 따라 코일(2) 절단시의 최적의 절단 높이를 유지하면서 현재 가공되는 코일(2)의 두께 및 강종에 따라 미리 설정된 출력으로 레이저 빔을 방출하면서 절단 경로를 이동하도록 콘트롤 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 4(a) 참조). 그에 따라 가공대상물의 위치에 따라 각기 다른 초점 위치를 갖게 되고 이는 가공 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 4(b) 참조). 커팅 헤드(102)의 위치에 따라 자동으로 굴절렌즈(116a)의 곡률 반경이 변경하게 함으로써 어느 위치에 있든 지 항상 일정한 위치에서 레이저 초점이 맺히도록 하여 최적의 가공성을 유지하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단기(100)를 이용한 시편 제작 방법의 흐름을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 5를 참조하면, 먼저 제어수단(300)은 시편을 제작하기 위한 규격정보를 수신하고, 그에 따라 코일(2)을 절단할 방향 및 위치 등을 설정한다(S10). 즉, 압연 공정에서 생산된 권취된 코일(2)에 대한 검사를 위해 코일(2)을 기중기 또는 다른 이동 수단을 이용하여 언코일러(10)에 로딩시킨다. 이때, 제어수단(300)은 키입력부 또는 통신라인 등을 통해 규격정보를 수신한다. 그리고, 제어수단(300)은 규격정보를 근거로 제작하고자하는 시편에 대한 절단 방향, 절단 위치 등을 산정한다.

이어, 제어수단(300)은 코일(2)이 언코일러(10)에 로딩된 상태에서 언코일러(10)를 구동시켜 고정기(200) 방향으로 코일(2)을 풀게 되고, 언코일러(10)에 의해서 풀리는 코일(2)을 컨베이어(15)는 가이드하여 이송시키게 된다(S20).

이때, 제1 감지센서(20a)는 컨베이어(15)에 의해서 이송되는 코일(2)의 단부가 X축 방향 절단 위치에 오게 되면 이를 감지하여 제어수단(300)에 감지신호를 송출하게 된다(S30).

그러면, 제어수단(300)은 단계 S10에서 수신된 규격정보를 근거로 코일(2)에 대한 X축 방향으로의 절단 여부를 판단한다(S40). 이때, 제어수단(300)은 판단결과 코일(2)을 X축 방향으로 절단할 경우, 언코일러(10)의 구동을 정지함과 동시에 컨베이어(15)도 함께 정지시킨다. 그리고, 제어수단(300)은 레이저 절단기(100)에 동작신호를 송출하여 해당 위치, 즉, X축방향으로의 절단을 개시하게 한다(S50).

만약, 단계 S30에서 판단결과 X축 방향으로 절단하지 않을 경우, 코일(2)을 계속 진행시킨다.

이어, 제2 감지센서(20b)는 컨베이어(15)에 의해서 이송되는 코일(2)의 단부가 Y축 방향 절단 위치 오게 되면 이를 감지하여 제어수단(300)에 감지신호를 송출하게 된다(S60).

이때, 제어수단(300)은 언코일러(10)의 구동을 정지함과 동시에 컨베이어(15)도 함께 정지시킨다. 그리고, 제어수단(300)은 언코일러(10)의 코일(2) 언코일(2)링이 중지된 후 고정기(200)의 클램프(220)를 상하 방향으로 동작하는 실린더(210)를 동작시켜 코일(2)의 단부를 고정시키게 된다. 그리고 제어수단(300)의 제어신호에 따라 레이저 절단기(100)의 커팅 헤드(102)가 정해진 위치로 움직여서 Y축방향으로 코일(2)을 절단하게 된다.

즉, 코일(2)의 강종 및 치수에 맞는 최적의 레이저 가공 조건에 따라 시편을 절단하게 된다. 시편이 절단되면, 절단 된 시편은 검사자에 의해서 검사실로 가져가게 되고, 남아 있는 코일(2)은 언코일러(10)에 의해서 다시 감겨져서 코일(2) 야드로 옮겨지게 된다.

한편, 본 발명의 시편 제작 방법의 단계 S30~ 내지 S60에서, 제1 감지센 서(20a)는 컨베이어(15)에 의해서 이송되는 코일(2)의 단부가 X축 방향 절단 위치에 오게 되면 이를 감지하여 제어수단(300)에 감지신호를 송출하게 된다(S30). 그러면, 제어수단(300)은 단계 S10에서 수신된 규격정보를 근거로 코일(2)에 대한 X축 방향으로의 절단 여부를 판단한다(S40). 이때, 제어수단(300)은 판단결과 코일(2)을 X축 방향으로 절단할 경우, 제2 감지센서(20b)에서 코일(2)을 감지할 때까지 컨베이어(15)를 통해 계속 이송시키고, 컨베이어(15)에 의해서 이송되는 코일(2)의 단부가 Y축 방향 절단 위치 오게 되면 이를 감지하여 제어수단(300)에 감지신호를 송출하게 된다(S60).

이때, 제어수단(300)은 언코일러(10)의 구동을 정지함과 동시에 컨베이어(15)도 함께 정지시킨다. 그리고, 제어수단(300)은 언코일러(10)의 코일(2) 언코일(2)링이 중지된 후 고정기(200)의 클램프(220)를 상하 방향으로 동작하는 실린더(210)를 동작시켜 코일(2)의 단부를 고정시키게 된다.

그리고 제어수단(300)은 레이저 절단기(100)에 동작신호를 송출하여 해당 위치, 즉, X축방향으로의 절단하게 한다(S50).

또한, 제어수단(300)은 수신된 규격정보를 근거로 X, Y축 방향으로 절단하여야 할경우에는 코일(2)의 강종 및 치수에 맞는 최적의 레이저 가공 조건에 따라 시편을 절단하도록 제어하게 된다. 시편이 절단되면, 절단 된 시편은 검사자에 의해서 검사실로 가져가게 되고, 남아 있는 코일(2)은 언코일러(10)에 의해서 다시 감겨져서 코일(2) 야드로 옮겨지게 된다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 레이저 절단기의 구성을 예시한 도면.

도 3은 커팅 헤드 구성을 예시한 도면.

도 4는 자동 초점 조절 렌즈를 설명하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법의 순서를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 코일 10 : 언코일러

15 : 컨베이어 20 : 감지센서

20a : 제1 감지센서 20b : 제2 감지센서

100 : 레이저 절단기 102 : 커팅 헤드

112 : 집광렌즈 116 : 굴절렌즈

120 : 커팅 브리지 122, 123, 126 : 모터

130 : 콘트롤러 160 : 변위 센서

200 : 고정기 210 : 실린더

220 : 클램프 300 : 제어수단

Claims

권취된 코일을 절단하기 위하여 언코일러를 통하여 코일을 풀어서 절단 위치로 이송시키는 이송 단계;

상기 언코일러에 의해서 풀어지는 상기 코일의 위치를 감지센서를 통하여 감지하는 감지 단계;

상기 감지 단계에서 감지된 코일의 위치를 근거로 코일의 절단 위치 여부를 판단하고, 상기 코일의 단부를 고정기로 고정시키는 고정 단계; 및

상기 고정 단계에서 고정된 상기 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 상기 코일의 표면을 기준으로 X축 또는 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하는 절단 단계를 포함하며,

상기 레이저 절단기는,

상기 코일의 절단 방향을 따라 레이저 빔을 조사하는 레이저,

상기 레이저의 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진부, 및

상기 레이저의 이동방향을 제어하는 콘트롤러를 포함하되,

상기 레이저는,

상기 코일의 상부면을 기준으로 X, Y, Z축 세 방향으로 이동 가능하도록 구성된 커팅 브리지; 및

상기 커팅 브리지에 부착되어 상기 레이저 발진부로부터의 레이저 빔을 굴절렌즈로 굴절시키고, 그 굴절된 레이저 빔을 내부의 집광렌즈로 모아서 코일(coil)의 표면으로 조사하는 커팅 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 근거로 상기 코일의 절단 위치 또는 상기 코일의 X축 또는 Y축 절단 방향을 설정하는 규격 정보 설정 단계;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단기를 이용한 시편 제작 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 감지 단계는,

상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 X축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지센서를 통해서 감지하는 제1 감지 단계;

상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지센서를 통해서 감지하는 제2 감지 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 방법.
청구항 3에 있어서,

상기 고정 단계는,

상기 코일의 단부가 상기 제2 감지 단계에서 감지된 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면 상기 고정기로 상기 코일을 고정시키는 것을 특징으로 하는 시편 제작 방법.
청구항 3에 있어서,

상기 절단 단계는,

상기 코일의 단부가 상기 제1 감지 단계에서 감지된 X축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면, 상기 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 상기 코일의 표면을 기준으로 X축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 방법.
청구항 3에 있어서,

상기 절단 단계는,

상기 코일의 단부가 상기 제2 감지 단계에서 감지된 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면, 상기 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 상기 코일의 표면을 기준으로 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 방법.
권취된 코일을 절단하기 위하여 언코일링하는 언코일러,

상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 상부에서 절단하도록 배치된 레이저 절단기,

상기 레이저 절단기에서 코일을 용이하게 절단하도록 코일의 단부를 클램프로 집어서 고정하는 고정기,

상기 레이저 절단기의 전후단에 각각 위치하여 컨베이어를 통해 이송되는 코일의 위치를 감지하는 감지센서,

상기 감지센서의 감지신호를 근거로 상기 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 상기 코일의 표면을 기준으로 X축 또는 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하도록 제어하는 제어수단을 포함하며,

상기 레이저 절단기는,

상기 코일의 절단 방향을 따라 레이저 빔을 조사하는 레이저,

상기 레이저의 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진부, 및

상기 레이저의 이동방향을 제어하는 콘트롤러를 포함하되,

상기 레이저는,

상기 코일의 상부면을 기준으로 X, Y, Z축 세 방향으로 이동 가능하도록 구성된 커팅 브리지; 및

상기 커팅 브리지에 부착되어 상기 레이저 발진부로부터의 레이저 빔을 굴절렌즈로 굴절시키고, 그 굴절된 레이저 빔을 내부의 집광렌즈로 모아서 코일(coil)의 표면으로 조사하는 커팅 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 장치.
청구항 7에 있어서,

상기 제어수단은 상기 코일을 절단하기 위한 규격 정보를 근거로 상기 코일의 절단 위치 또는 상기 코일의 X축 또는 Y축 절단 방향을 설정하는 규격 정보 설정하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 장치.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,

상기 감지센서는,

상기 레이저 절단기의 전단에 위치하여 상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 X축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지하는 제1 감지센서; 및

상기 레이저 절단기의 후단에 위치하여 상기 언코일러에 의해서 풀어지는 코일을 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치를 감지하는 제2 감지센서;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 장치.
청구항 9에 있어서,

상기 제어수단은,

상기 코일의 단부가 상기 제2 감지센서에서 감지된 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면 상기 고정기로 상기 코일을 고정시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 장치.
청구항 9에 있어서,

상기 제어수단은,

상기 코일의 단부가 상기 제2 감지 센서에서 감지된 X축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면, 상기 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 상기 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 상기 코일의 표면을 기준으로 X축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 장치.
청구항 9에 있어서,

상기 제어수단은,

상기 코일의 단부가 상기 제2 감지센서에서 감지된 Y축 방향으로 절단하기 위한 절단 위치에 이르면, 상기 코일의 진행방향에 수직하게 배설된 레이저 절단기로부터의 레이저 빔을 상기 코일의 표면을 기준으로 Y축 방향으로 이동하면서 절단하도록 조사하여 시편을 제작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 장치.
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청구항 7에 있어서,

상기 커팅 헤드의 옆면에 구비되어 상기 코일 표면과의 거리를 실시간으로 측정하야 상기 콘트롤러에 전달하는 변위 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시편 제작 장치.
청구항 7에 있어서,

상기 굴절렌즈는,

상기 코일의 위치에 따라 레이저 빔의 초점 위치를 가변시켜 커팅 헤드의 집광렌즈로 굴절시키는 자동 초점 렌즈인 것을 특징으로 하는 시편 제작 장치.