KR101225783B1 - 레이저 절단기 - Google Patents

Abstract

레이저 절단기 및 이를 구비하는 절단장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 발명은: 레이저를 발진시키는 발진유닛과; 발진유닛에서 발진되는 레이저를 반사시키며, 반사되는 레이저의 경로 길이를 조절하는 반사유닛; 및 반사유닛에서 반사되는 레이저를 조사하여 소재를 절단하는 절단유닛을 포함한다.

본 발명에 의하면, 레이저를 이용하여 소재에 대한 절단 작업을 수행함으로써, 칼날이 절단할 수 없는 강도를 갖는 소재도 충분히 절단 가능하므로, 재질, 두께, 강도 등과 같은 소재의 특성에 영향받지 않고 소재에 형성된 크롭을 효과적으로 절단하여 제거할 수 있다.

레이저, 절단, 반사

Description

레이저 절단기{LASER CUTTER}

본 발명은 절단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 소재를 절단하는 레이저 절단기에 관한 것이다.

일반적으로 열간 압연 공정이란, 가열로에서 일정온도로 가열된 슬라브(Slab) 형태의 소재를 조압연공정을 거치게 하여 일정한 두께의 바(Bar) 형태로 가공하고, 이어서 이 바를 다시 사상압연공정으로 투입하여 수요자가 요구하는 두께의 스트립으로 가공한 다음 코일의 형태로 권취함으로써 열간제품을 완성하는 공정이다.

상기한 열간 압연 공정 중에, 조압연공정에서 일정한 두께로 가공된 소재를 사상압연공정을 통하여 스트립의 형태로 가공하기 위해서는, 크롭이 형성된 소재의 선단부와 후단부의 일부분이 미리 절단된 상태로 사상압연공정으로 공급되어야 한다.

통상적으로 길이 방향으로 늘어나는 압연작업의 특성상 조압연공정을 거친 소재의 선단부는 만곡의 라운드 형상으로 이루어지며, 그 후단부는 피쉬 테일(Fish tail) 형상을 갖는 라운드 형상으로 이루어지는 등 소재의 선단부와 후단부에는 크롭이 형성된다.

이러한 소재는 그 선단부와 후단부의 크롭이 제거되지 않은 상태로, 사상압연공정으로 투입되면, 사상압연 과정에서, 그 선단부와 후단부의 크롭 부분이 더욱 길게 늘어나 공정 이후, 스트립의 폭 부족현상을 야기하며, 이는 상기 스트립의 선단부와 후단부 전량을 절단해야 하는 문제로 이어질 수 있을 뿐 아니라, 특히 피쉬 테일 형상으로 갈라진 소재의 후단부에서는 판 꼬임 현상을 일으킬 수도 있다.

따라서, 열연공장에서는, 사상압연공정 전방에 절단기를 구비하여 조압연공정에서 생산된 소재가 사상압연공정에 진입하기 전에, 반드시 소재의 선단부와 후단부를 일정량 절단하도록 하고 있다.

열연공장에서 일반적으로 구비되는 절단기는 금속체의 칼날을 구비하며, 이 칼날은 회전 가능하게 구비되는 드럼을 중심으로 회전되면서 소재의 선단부와 후단부의 일부분에 대한 절단 작업을 수행한다.

상기와 같은 절단기는 금속체의 칼날을 이용하여 절단 작업을 수행하므로, 칼날이 절단할 수 없는 일정 강도 이상의 강도를 갖는 소재에 대해서는 절단 작업을 제대로 수행하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로, 소재의 강도에 영향받지 않고 절단 작업을 효과적으로 수행할 수 있도록 구조를 개선한 레이저 절단기 및 이를 구비하는 절단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 절단기는: 레이저를 발진시키는 발진유닛과; 상기 발진유닛에서 발진되는 레이저를 반사시키며, 반사되는 레이저의 경로 길이를 조절하는 반사유닛; 및 상기 반사유닛에서 반사되는 레이저를 조사하여 소재를 절단하는 절단유닛을 포함한다.

또한, 상기 반사유닛은 반사되는 레이저의 경로 길이를 설정된 경로 길이로 유지시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 반사유닛은, 레이저를 반사시키는 반사부; 및 상기 반사부를 이동시키는 반사이동부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 반사부는, 상기 발진유닛에서 발진되는 레이저를 반사시키는 제1 반사부와; 상기 제1반사부에서 반사되는 레이저를 반사시키며, 상기 반사이동부에 의해 제1방향으로 이동되는 제2반사부; 및 상기 제2반사부에서 반사되는 레이저를 상기 절단유닛으로 반사시키며, 상기 절단유닛과 연동되는 제3반사부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절단유닛은, 본체부와; 상기 본체부에 설치되며, 상기 반사유닛에서 반사되는 레이저를 집광하여 조사하는 절단부; 및 상기 절단부를 제2방향으로 이동시키는 절단이동부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절단부는, 상기 반사유닛에서 반사되는 레이저를 반사시키는 집광반사부; 및 상기 집광반사부에서 반사되는 레이저를 집광하는 집광부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절단부는 상기 집광부를 제3방향으로 이동시키는 집광이동부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절단유닛은 상기 본체부를 제1방향으로 이동시키는 본체이동부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절단부는 레이저의 조사 위치를 향해 가스를 분사하는 분사부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따른 절단장치는: 레이저를 발진하는 발진유닛과, 상기 발진유닛에서 발진되는 레이저를 반사시키며 신축 가능하게 구비되어 반사되는 레이저의 이동 거리를 조절하는 반사유닛 및 이동 가능하게 구비되며 상기 반사유닛에서 반사되는 레이저를 집광하여 소재를 절단하는 절단유닛을 구비하는 레이저 절단기; 및 나이프부를 구비하여 상기 소재를 절단하는 기계식 절단기를 포함한다.

또한, 상기 기계식 절단기는 상기 소재의 상부와 하부 중 적어도 어느 하나의 위치에 회전 가능하게 배치되는 드럼부를 더 구비하며; 상기 나이프부는 상기 드럼부에 설치되어 상기 드럼부 회전시 상기 소재와 접촉하여 상기 소재를 절단하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 레이저 절단기와 상기 기계식 절단기 중 선택된 어느 하나를 작동시키는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 레이저 절단기 및 이를 구비하는 절단장치에 따르면, 레이저를 이용하여 소재에 대한 절단 작업을 수행함으로써, 칼날이 절단할 수 없는 강도를 갖는 소재도 충분히 절단 가능하므로, 재질, 두께, 강도 등과 같은 소재의 특성에 영향받지 않고 소재에 형성된 크롭을 효과적으로 절단하여 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 절단부 및 집광부의 위치에 구애받지 않고 레이저의 초점을 소재의 절단될 부위의 표면에 정확하게 일치시킴으로써, 절단 작업을 효과적으로 수행할 수 있고, 불량 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 레이저 절단기와 기계식 절단기를 하나의 장치에 포함하고, 이 중 어느 하나를 소재의 특성에 따라 선택적으로 작동시켜 크롭이 형성된 소재의 일부분에 대한 절단 작업을 수행하므로, 유지 및 가동에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 크롭이 형성된 소재의 일부분에 대한 절단 작업을 효과적으로 수행할 수 있 다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 절단기 및 이를 구비하는 절단장치의 일 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이저 절단기를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 절단유닛을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절단장치(300)는 레이저 절단기(100)와 기계식 절단기(200)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 레이저 절단기(100)는 발진유닛(110)과, 반사유닛(120) 및 절단유닛(130)을 포함한다.

발진유닛(110)은 레이저를 발진시키도록 구비된다. 이러한 발진유닛(110)은 소재(10)를 절단하기 위한 레이저를 빔 형태로 발진시켜 반사유닛(120)을 향해 조 사한다.

반사유닛(120)은 발진유닛(110)에서 발진되는 레이저를 반사시키며, 반사되는 레이저의 경로 길이를 조절한다. 이러한 반사유닛(120)은 반사부(121)와 반사이동부(125)를 포함한다.

반사부(121)는 레이저를 반사시키며, 제1반사부(122)와, 제2반사부(123) 및 제3반사부(124)를 포함한다.

제1반사부(122)는 반사부(121) 중 발진유닛(110)에 가장 근접한 위치에 배치된다. 발진유닛(110)에서 발진되는 레이저는 제1반사부(122)로 조사되어 제1반사부(122)에 의해 반사된다. 이러한 제1반사부(122)와, 후술할 제2 및 제3반사부(123,124)는 레이저를 반사시키기 위한 반사경을 포함하여 이루어질 수 있다.

제1반사부(122)에 의해, 레이저는 제2반사부(123) 측으로 반사된다. 제2반사부(123)는 제1반사부(122)에서 반사되는 레이저를 제3반사부(124) 측으로 반사시킨다. 제2반사부(123)는 이동 가능하게 구비되어 반사이동부(125)에 의해 이동될 수 있다. 제1반사부(122)와 제2반사부(123) 사이는 신축 가능한 주름관(부호생략)에 의해 연결될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제2반사부(123)는 다수의 반사경을 포함하여 이루어질 수 있다. 제2반사부(123)에 포함되는 반사경들은 일체로 이동될 수 있도록 구비된다. 제1반사부(122)로부터 제2반사부(123)로 반사되는 레이저는, 제2반사부(123)를 이루는 다수의 반사경에 의해 반사 방향이 조절되어 제3반사부(124)를 향해 반사된다.

제3반사부(124)는 제2반사부(123)에서 반사되는 레이저를 절단유닛(130)을 향해 반사시킨다. 이러한 제3반사부(124)는 절단유닛(130)과 연동되게 구비된다. 본 실시예에 따르면, 제3반사부(124)는 절단유닛(130)에 설치되어 절단유닛(130)과 함께 이동된다. 제2반사부(123)와 제3반사부(124) 사이는 신축 가능한 주름관(부호생략)에 의해 연결될 수 있다.

반사이동부(125)는 반사부(121)를 이동시킨다. 구체적으로, 반사이동부(125)는 제2반사부(123)를 제1방향으로 이동시키도록 구비된다. 일례로서, 반사이동부(125)는 엘엠 가이드(LM Guide; 미도시) 및 구동모터(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 제2반사부(123)는 엘엠 가이드에 설치될 수 있다.

이에 따르면, 제2반사부(123)는 엘엠 가이드에 의해 그 이동 방향이 가이드되며, 구동모터에 구동력에 의해 이동되되, 엘엠 가이드를 따라 제1방향으로 이동될 수 있다. 여기서, 제1방향은 소재(10)의 이동 방향과 나란한 방향으로서, 소재(10)의 이동 방향 및 그 역방향(y축 방향)을 포함하는 것으로 정의된다.

절단유닛(130)은 반사유닛(120)에서 반사되는 레이저를 조사하여 소재를 절단한다. 이러한 절단유닛(130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 본체부(131)와 절단부(135)를 포함한다.

본체부(131)는 소재(10)의 상부에 배치되되, 소재(10)의 폭 방향으로 소재(10)를 가로지르도록 배치된다. 이러한 본체부(131)는 소재(10)의 상부 상에서 제1방향으로 이동 가능하게 구비된다.

본 실시예의 절단유닛(130)은 본체이동부(133)를 더 포함할 수 있다. 본체이 동부(133)는 본체부(131)를 제1방향으로 이동시키도록 구비된다. 본체이동부(133)는, 반사이동부(125)와 마찬가지로 엘엠 가이드(미도시) 및 구동모터(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이에 따르면, 본체부(131)는 엘엠 가이드에 의해 그 이동 방향이 가이드되며, 구동모터의 구동력에 의해 이동되되, 엘엠 가이드를 따라 제1방향으로 이동될 수 있다.

절단부(135)는 본체부(131)에 설치되며, 반사유닛(120)에서 반사되는 레이저를 집광하여 소재(10)에 조사한다. 이러한 절단부(135)는 집광반사부(136) 및 집광부(137)를 포함한다.

집광반사부(136)는 반사유닛(120)의 제3반사부(124)에서 반사되는 레이저를 반사시킨다. 집광반사부(136)에 의해, 레이저는 집광부(137) 측으로 반사된다. 집광반사부(136)는, 제1 내지 제3반사부(122,123,124)와 마찬가지로, 레이저를 반사시키기 위한 반사경을 포함하여 이루어질 수 있다.

집광부(137)는 집광반사부(136)에 의해 반사되는 레이저를 집광하여 소재(10)에 조사함으로써 소재(10)를 절단한다. 집광부(137)는 레이저를 집광하기 위한 집광렌즈를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 절단부(135) 및 이 절단부(135)에 구비되는 집광부(137)는 각각 이동 가능하게 구비된다. 아울러, 절단유닛(130)은 본체부(131)를 이동시키는 절단이동부(134)를 더 포함하며, 절단부(135)는 집광부(137)를 이동시키는 집광이동부(138)를 더 포함한다.

절단이동부(134)는 절단부(135)를 제2방향으로 이동시키도록 구비되며, 집광이동부(138)는 집광부(137)를 제3방향으로 이동시키도록 구비된다. 절단이동부(134)와 집광이동부(138)는 각각 엘엠 가이드 및 구동모터를 포함하여 이루어질 수 있다.

이에 따르면, 절단부(135) 및 집광부(137)는 각각 엘엠 가이드에 의해 그 이동 방향이 가이드되며, 각각 구동모터에 의해 이동되되, 엘엠 가이드를 따라 각각 제2방향과 제3방향으로 이동될 수 있다.

여기서, 제2방향은 제1방향과 가로 방향으로 직교하는 방향(x축 방향)인 것으로, 제3방향은 제1 및 제2방향과 세로 방향으로 직교하는 방향(z축 방향)인 것으로 정의된다.

한편, 절단부(135)는 분사부(139)를 더 포함할 수 있다. 분사부(139)는 소재(10)를 향해 가스를 분사하되, 레이저의 조사 위치를 향해 가스를 분사한다. 일례로서, 분사부(139)에서 분사되는 가스는 공업용의 순수 산소일 수 있다.

소재(10)의 절단될 부위에 레이저가 조사되는 동시에 가스가 분사되면, 레이저의 입열과 가스와 소재(10)의 산화 반응열이 소재(10)를 용융시키는 에너지로서 작용하며, 이러한 레이저의 입열과 가스와 소재(10)의 산화 반응열로 인한 소재(10)의 용융으로 인해 소재(10)가 절단될 수 있다. 그리고 용융된 금속은 분사부(139)에서 분사되는 가스에 의해 제거된다.

도 4는 도 2에 도시된 레이저 절단기의 구성을 보여주는 구성도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 레이저 절단기(100)는 거리 측정부(140) 및 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 거리측정부(140)는 절단부(135)에 설치된다. 거리측정부(140)는 절단하고자 하는 소재(10)의 표면과 집광부(137) 간의 거리를 실시간으로 측정한다. 이러한 거리측정부(140)는 통상의 거리감지센서를 포함하여 이루어질 수 있다.

제어부(150)는 발진유닛(110)과 반사유닛(120) 및 절단유닛(130)을 포함한 절단장치(300; 도 1 참조) 전체의 작동을 제어하며, 거리측정부(140)와 연결된다. 거리측정부(140)에서 측정되는 소재(10)의 표면과 집광부(137) 간의 거리 정보는 전기신호의 형태로 실시간으로 제어부(150)로 전송된다.

이하, 본 실시예에 따른 레이저 절단기의 작동관계에 대하여 상세히 설명한다.

발진유닛(110)에서 발진되는 레이저는 반사유닛(120)을 향해 조사된다. 제어부(150)는 재질, 두께, 강도 등과 같은 절단하고자 하는 소재(10)의 특성에 따라 레이저의 출력을 지정하고, 발진유닛(110)은 제어부(150)에 의해 지정된 출력으로 레이저를 발진시킨다.

반사유닛(120)을 향해 조사되는 레이저는, 반사부(121)에 의해 절단유닛(130)을 향해 반사된다. 반사유닛(120)을 향해 조사되는 레이저는 반사부(121)에 구비되는 제1 내지 제3반사부(122,123,124)에 의해 반사되면서 그 반사 방향이 조절되어 최종적으로 절단유닛(130) 측으로 반사된다.

반사유닛(120)에 의해 절단유닛(130)의 절단부(135) 측으로 반사되는 레이저는, 먼저 집광반사부(136)에 의해 집광부(137) 측으로 반사된 후, 집광부(137)에 의해 집광된다. 집광부(137)는 집광반사부(136)에 의해 반사되는 레이저를 집광하여 소재(10)의 절단될 부위, 즉 크롭이 형성된 부위에 조사한다.

이때, 분사부(139)에서는 레이저의 조사 위치를 향해 가스가 분사되며, 이에 따라 소재(10)의 절단될 부위에서는 레이저의 입열과 가스와 소재(10)의 산화 반응열로 인한 소재(10)의 용융이 일어나게 된다. 이처럼 소재(10)는 레이저 조사 및 가스 분사시 레이저의 입열과 가스와 소재(10)의 산화 반응으로 인한 용융에 의해 절단되며, 용융된 금속은 분사부(139)에서 분사되는 가스에 의해 제거된다.

한편, 상기와 같은 경로를 통해 소재(10)를 향해 조사되는 레이저는, 반사유닛(120)에 의해 그 경로 길이가 조절된다.

이하, 본 실시예에 따른 레이저 절단기의 작동관계에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 레이저 절단기(100)는, 최초 소재(10)의 일측으로부터 소재(10)의 절단을 시작하여 제2방향, 즉 소재(10)의 폭 방향으로 이동하면서 소재(10)의 절단을 수행하고, 최종적으로 소재(10)의 타측에서 소재(10)의 절단을 완료한다.

이러한 레이저 절단기(100)의 절단부(135)는 제2방향으로 이동하면서 소재(10)의 절단을 수행하게 된다. 이때 절단부(135)는 절단이동부(134)의 작동에 의해 이동되며, 절단이동부(134)는 제어부(150)에 의해 그 작동이 제어된다.

제어부(150)는 제어부(150)에 입력된 소재(10)의 폭에 따라 절단이동부(134)의 작동을 제어함으로써, 절단부(135)가 소재(10)의 폭만큼 이동되면서 크롭이 형 성된 소재(10)의 일부분에 대한 절단 작업을 수행할 수 있도록 한다.

또한, 본 실시예의 레이저 절단기(100)는 이송되고 있는 소재(10)에 대한 절단 작업을 일정 시간에 걸쳐 소재(10)의 일측으로부터 타측으로 순차적으로 수행하므로, 소재(10)를 그 폭 방향으로 나란하게 절단하기 위하여 절단부(135)는 소재(10)의 이동 방향 및 속도를 고려하여 제1방향으로 이동될 수 있다. 이때 절단부(135)는 본체이동부(133)의 작동에 의한 본체부(131)의 이동에 의해 이동되며, 본체이동부(133)는 제어부(150)에 의해 그 작동이 제어된다.

제어부(150)는 제어부(150)에 입력된 소재(10)의 이동 속도에 따라 본체이동부(133)의 작동을 제어함으로써, 절단부(135)가 소재(10)의 이동 방향 및 속도에 따라 이동되면서 소재(10)를 폭 방향으로 나란하게 절단할 수 있도록 한다.

상기와 구성을 갖는 본 실시예의 레이저 절단기(100)는, 상술한 바와 같이 레이저를 이용하여 소재(10)에 대한 절단 작업을 수행함으로써, 칼날이 절단할 수 없는 강도를 갖는 소재(10)도 충분히 절단 가능하므로, 재질, 두께, 강도 등과 같은 소재(10)의 특성에 영향받지 않고 크롭이 형성된 소재(10)의 일부분을 효과적으로 절단하여 제거할 수 있다.

한편, 본 실시예의 레이저 절단기(100)에 따르면, 절단부(135)가 이동하면서 절단 작업을 수행함에 따라, 절단부(135)로 이동되는 레이저의 경로 길이는 절단부(135)의 위치에 따라 변화할 수 있다.

레이저는 기본적으로 폭의 변화가 거의 없이 직진하는 특성이 있으나, 반사부(121)를 통해 반사, 이동되는 동안 그 폭에 어느 정도 변화가 발생된다. 예를 들 어, 레이저는 그 경로 길이가 증가할수록 그 폭이 확장된다.

이처럼 절단부(135)의 위치에 따라 레이저의 폭에 변화가 발생되면 집광부(137)에서 집광되는 레이저의 초점에 변화가 생기게 되고, 레이저의 초점에 변화가 생기게 되면 레이저의 초점이 소재(10)의 절단될 부위의 표면에 정확하게 일치되지 못하게 되어 레이저의 입열이 소재(10)에 제대로 전달되지 못하게 되므로, 소재(10)의 절단 작업이 제대로 이루어지지 못하고 불량이 발생된다.

본 실시예에 따르면, 반사유닛(120)은 레이저의 경로 길이를 조절하되, 반사부(121)에 의해 반사되는 레이저의 경로 길이를 설정된 경로 길이로 유지시킨다. 여기서, 레이저의 설정된 경로 길이란, 집광부(137)에서 집광되는 레이저의 초점이 소재(10)의 절단될 부위의 표면에 정확하게 일치될 수 있도록 미리 설정되는 레이저의 경로 길이인 것으로 정의된다.

도 5 내지 도 7은 도 2에 도시된 레이저 절단기의 작동상태를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 본 실시예의 절단부(135)는 소재(10)의 일측으로부터 절단 작업을 시작하는 것으로 예시된다.

절단부(135)가 절단 작업을 시작하여 P1(x1,y1) 지점에 위치되어 소재(10)에 대한 절단 작업을 수행할 때, 제2반사부(123)가 m1 지점에 위치된다고 가정하면, 제1반사부(122)에서 제2반사부(123)로 반사되는 레이저의 경로 길이는 L11 만큼이 된다. 또한, 제2반사부(123)에서 제3반사부(124)로 반사되는 레이저의 경로 길이는 L12 만큼이 되며, 제3반사부(124)에서 절단부(135)로 이동되는 레이저의 경로 길이 는 L13 만큼이 된다.

레이저의 설정된 경로 길이(L)는, 제1반사부(122)에서 제2반사부(123)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L11)와, 제2반사부(123)에서 제3반사부(124)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L12) 및 제3반사부(124)에서 절단부(135)로 이동되는 레이저의 경로 길이(L13)를 합한 길이가 된다.

이를 식으로 표현하면,

L11+L12+L13=L

이 된다.

발진유닛(110)에서 발진된 레이저가 설정된 경로 길이(L) 만큼 이동하여 절단부(135)에 도달하게 되면, 집광부(137)에서 집광되는 레이저의 초점이 소재(10)의 절단될 부위의 표면에 정확하게 일치되어 소재(10)에 대한 절단 작업이 효과적으로 수행될 수 있다.

절단부(135)의 절단 작업이 계속되는 동안, 절단부(135)는 소재(10)의 폭 방향을 따라 제2방향으로 이동됨과 동시에, 소재(10)의 이동 방향 및 속도에 따라 제1방향으로 이동된다.

즉, 절단부(135)는 제1방향의 이동과 제2방향의 이동이 동시에 이루어지면서 소재(10)의 폭 방향으로 이동되되, 소재(10)의 폭 방향과 경사진 방향으로 이동됨으로써, 소재(10)를 폭 방향으로 나란하게 절단할 수 있도록 절단 작업을 수행한다.

도 6에 도시된 바와 같이 절단부(135)가 제1방향 및 제2방향으로 이동되어 P2(x2,y2) 지점에 위치될 때를 살펴보면, 절단부(135)가 P2(x2,y2) 지점으로 이동되는 동안, 제어부(150)는 절단부(135)의 이동 정도를 고려하여 반사이동부(125)의 작동을 제어한다. 이에 따라 제2반사부(123)는 절단부(135)가 P2(x2,y2) 지점으로 이동되는 동안 이동을 계속하여 m2 지점까지 이동된다.

이에 따라, 제1반사부(122)에서 제2반사부(123)로 반사되는 레이저의 경로 길이는 제2반사부(123)가 m1 지점에 위치될 때보다 짧아져서 L21 만큼이 되며, 제2반사부(123)에서 제3반사부(124)로 반사되는 레이저의 경로 길이 또한 제2반사부(123)가 m1 지점에 위치될 때보다 짧아져서 L22 만큼이 된다. 또한, 제3반사부(124)에서 절단부(135)로 이동되는 레이저의 경로 길이는 절단부(135)가 제2방향으로 이동한 만큼 길어지게 되므로, L23 만큼이 된다.

본 실시예에 따르면, 절단부(135)가 P2(x2,y2) 지점에 위치될 때, 제1반사부(122)에서 제2반사부(123)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L21)와 제2반사부(123)에서 제3반사부(124)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L22)의 합(L21+L22)은, 절단부(135)가 P1(x1,y1) 지점에 위치될 때의 제1반사부(122)와 제3반사부(124) 사이에서의 레이저의 경로 길이의 합(L11+L12)보다 짧아지되, 그 짧아지는 길이는 절단부(135)가 P1(x1,y1) 지점에서 P2(x2,y2) 지점으로 이동함에 따라 늘어나는 레이저의 경로 길이(L23-L13) 만큼이 된다.

이를 식으로 표현하면,

(L11+L12)-(L21+L22)=L23-L13

이 되고, 이를 수학식 1에 대입하면,

L21+L22+L23=L

이 된다.

즉, 절단부(135)가 P2(x2,y2) 지점에 위치될 때, 제1반사부(122)에서 제2반사부(123)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L21)와, 제2반사부(123)에서 제3반사부(124)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L22) 및 제3반사부(124)에서 절단부(135)로 이동되는 레이저의 경로 길이(L23)를 합한 길이는 레이저의 설정된 경로 길이(L)가 되므로, 절단부(135)가 P1(x1,y1) 지점에서 P2(x2,y2) 지점으로 이동되더라도 레이저의 전체 경로 길이는 설정된 경로 길이(L)로 일정하게 유지된다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 절단부(135)가 제1방향 및 제2방향으로 이동되어 P3(x3,y3) 지점에 위치될 때를 살펴보면, 절단부(135)가 P3(x3,y3) 지점으로 이동되는 동안, 제어부(150)는 절단부(135)의 이동 정도를 고려하여 반사이동부(125)의 작동을 제어한다. 이에 따라 제2반사부(123)는 절단부(135)가 P3(x3,y3) 지점으로 이동되는 동안 이동을 계속하여 m3 지점까지 이동된다.

이에 따라, 제1반사부(122)에서 제2반사부(123)로 반사되는 레이저의 경로 길이는 제2반사부(123)가 m2 지점에 위치될 때보다 짧아져서 L31 만큼이 되며, 제2반사부(123)에서 제3반사부(124)로 반사되는 레이저의 경로 길이 또한 제2반사부(123)가 m2 지점에 위치될 때보다 짧아져서 L32 만큼이 된다. 또한, 제3반사 부(124)에서 절단부(135)로 이동되는 레이저의 경로 길이는 절단부(135)가 제2방향으로 이동한 만큼 길어지게 되므로, L33 만큼이 된다.

본 실시예에 따르면, 절단부(135)가 P3(x3,y3) 지점에 위치될 때, 제1반사부(122)에서 제2반사부(123)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L31)와 제2반사부(123)에서 제3반사부(124)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L32)의 합(L31+L32)은, 절단부(135)가 P2(x2,y2) 지점에 위치될 때의 제1반사부(122)와 제3반사부(124) 사이에서의 레이저의 경로 길이의 합(L21+L22)보다 짧아지되, 그 짧아지는 길이는 절단부(135)가 P2(x2,y2) 지점에서 P3(x3,y3) 지점으로 이동함에 따라 늘어나는 레이저의 경로 길이(L33-L23) 만큼이 된다.

이를 식으로 표현하면,

(L21+L22)-(L31+L32)=L33-L23

이 되고, 이를 수학식 3에 대입하면,

L31+L32+L33=L

이 된다.

즉, 절단부(135)가 P3(x3,y3) 지점에 위치될 때, 제1반사부(122)에서 제2반사부(123)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L31)와, 제2반사부(123)에서 제3반사부(124)로 반사되는 레이저의 경로 길이(L32) 및 제3반사부(124)에서 절단부(135)로 이동되는 레이저의 경로 길이(L33)를 합한 길이는 레이저의 설정된 경로 길 이(L)가 되므로, 절단부(135)가 P2(x2,y2) 지점에서 P3(x3,y3) 지점으로 이동되더라도 레이저의 전체 경로 길이는 설정된 경로 길이(L)로 일정하게 유지된다.

이처럼, 반사유닛(120)은 절단 작업 수행시 절단부(135)가 어느 위치로 이동되더라도 레이저의 전체 경로 길이를 설정된 경로 길이(L)로 일정하게 유지시킬 수 있다.

한편, 상기와 같은 과정에 의해 레이저의 전체 경로 길이가 설정된 경로 길이(L)로 유지되더라도, 소재(10)의 표면이 불균일하게 형성되는 등 소재(10)의 절단될 부분의 표면에 높낮이 차가 존재할 경우, 집광부(137)에 의해 집광되어 조사되는 레이저의 초점이 소재(10)의 절단될 부위의 표면에 정확하게 일치되지 않을 수 있다.

본 실시예에 따르면, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 절단부(135)에 의해 절단 작업이 수행되는 동안, 거리측정부(140)는 절단부(135)와 함께 제1방향 및 제2방향으로 이동하며 소재(10)의 절단될 부위의 표면과 집광부(137) 간의 거리를 실시간으로 측정하고, 측정된 거리의 변화값을 전기신호의 형태로 제어부(150)로 전송한다.

이러한 전기신호를 전송받은 제어부(150)는 소재(10)의 절단될 부위의 표면과 집광부(137) 간의 거리 변화값에 따라 집광부(137)의 이동 거리를 실시간으로 산출하고, 산출된 이동거리만큼 집광이동부(138)가 집광부(137)를 제3방향으로 이동시키도록 집광이동부(138)의 작동을 실시간으로 제어한다.

이에 따라 집광부(137)는 소재(10)의 절단될 부위의 표면과 설정된 거리, 즉 집광부(137)에서 집광되어 조사되는 레이저의 초점이 소재(10)의 절단될 부위의 표면에 정확하게 일치되는 최적의 거리를 유지할 수 있다.

이러한 반사유닛(120) 및 거리측정부(140)를 구비하는 본 실시예의 레이저 절단기(100)는, 절단부(135) 및 집광부(137)의 위치에 구애받지 않고 레이저의 초점을 소재(10)의 절단될 부위의 표면에 정확하게 일치시킴으로써, 절단 작업을 효과적으로 수행할 수 있고, 불량 발생을 억제할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단장치에 의한 소재의 절단상태를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 8을 참조하면, 기계식 절단기(200)는 소재(10)의 이동 방향으로 레이저(100) 절단기와 나란하게 배치된다. 이러한 기계식 절단기(200)는 드럼부(210)와 나이프부(220)를 포함한다.

드럼부(210)는 소재(10)의 상부와 하부 중 적어도 어느 하나의 위치에 회전 가능하게 배치된다. 본 실시예에 따르면, 드럼부(210)는 한 쌍이 구비되어 소재(10)를 중심으로 소재(10)의 상부와 하부에 배치되는 것으로 예시된다.

나이프부(220)는 드럼부(210)에 설치된다. 나이프부(220)는 금속 재질로 형성되며, 소재(10)와 접촉되는 일측에는 칼날이 형성된다. 이러한 나이프부(220)는 각 드럼부(210)의 외주면에 다수가 설치되며, 드럼부(210)의 회전시 드럼부(210)를 중심으로 회전되면서 소재(10)와 접촉하여 크롭이 형성된 소재(10)의 일부분을 절단함으로써 크롭을 제거한다.

레이저 절단기(100)는 이송되고 있는 소재(10)에 대한 절단 작업을 일정 시 간에 걸쳐 소재(10)의 일측으로부터 타측으로 순차적으로 수행하므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 소재(10)를 폭 방향으로 나란하게 절단하기 위하여 소재(10)의 이동 방향 및 속도를 고려하여 소재(10)의 폭 방향과 경사진 방향으로 절단 작업을 수행함으로써 크롭을 제거한다.

이에 비해 기계식 절단기(200)는 이송되고 있는 소재(10)에 대한 절단 작업을 수행하는 것은 레이저 절단기(100)의 경우와 같으나, 크롭이 형성된 소재(10)의 일부분에 대한 절단 작업을 소재(10)의 일측부터 타측까지 단번에 수행한다.

이러한 기계식 절단기(200)는 레이저 절단기(100)에 비해 그 작동이 단순하고, 유지 및 가동에 따른 비용이 적게 드는 장점이 있다.

본 실시예의 절단장치(300)에 따르면, 레이저 절단기(100)와 기계식 절단기(200)는 필요에 따라 둘 중 어느 하나가 작동됨이 바람직하다.

제어부(150)에 절단하고자 하는 소재(10)의 특성, 예를 들어 소재(10)의 재질, 두께, 강도 등에 대한 정보가 입력되면, 제어부(150)는 미리 입력된 소재(10)의 특성에 대한 기준값을 기준으로 레이저 절단기(100)를 작동시켜 절단 작업을 수행시킬 것인지, 기계식 절단기(200)를 작동시켜 절단 작업을 수행시킬 것인지를 선택하고, 레이저 절단기(100)와 기계식 절단기(200) 중 선택된 어느 하나를 작동시켜 소재(10)에 대한 절단 작업을 수행시킨다.

예를 들어, 제어부(150)에 미리 입력된 소재(10)의 특성에 대한 기준값이 에이피아이(API; American Petroleum Institute) 등급 X-80 규격의 강재(이하 "API X-80 규격의 강재"라고 함)가 갖는 강도라고 하면, 절단하고자 하는 소재(10)가 API X-80 규격의 강재보다 낮은 강도를 갖는 강재인 것으로 소재(10)의 특성에 대한 정보가 제어부(150)에 입력되면, 제어부(150)는 기계식 절단기(200)를 작동시켜 소재(10)에 대한 절단 작업을 수행시킨다.

이와 달리, 절단하고자 하는 소재(10)가 API X-80 규격의 강재 이상의 강도를 갖는 강재인 것으로 소재(10)의 특성에 대한 정보가 제어부(150)에 입력되면, 제어부(150)는 레이저 절단기(100)를 작동시켜 소재(10)에 대한 절단 작업을 수행시킨다.

이처럼 본 실시예의 절단장치(300)는, 레이저 절단기(100)와 기계식 절단기(200)를 하나의 장치에 포함하고, 이 중 어느 하나를 소재(10)의 특성에 따라 선택적으로 작동시켜 소재(10)에 대한 절단 작업을 수행하므로, 절단하고자 하는 소재(10)가 기계식 절단기(200)로 절단 가능한 비교적 낮은 강도를 갖는 소재(10)인 경우 기계식 절단기(200)로 소재(10)에 대한 절단 작업을 수행하여 유지 및 가동에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 절단하고자 하는 소재(10)가 비교적 높은 강도를 갖는 소재(10)인 경우 레이저 절단기(100)로 소재(10)에 대한 절단 작업을 효과적으로 수행할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 기계식 절단기(200)가 소재(10)의 이동 방향에 대하여 레이저 절단기(100)보다 후방에 배치되는 것으로 예시되나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기계식 절단기(200)와 레이저 절단기(100)는 기계식 절단기(200)가 레이저 절단기(100)보다 전방에 배치될 수도 있고, 필요에 따라 위치 변경 가능하도록 구비될 수도 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 레이저 절단기를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 절단유닛을 나타낸 도면이다.

도 4는 도 2에 도시된 레이저 절단기의 구성을 보여주는 구성도이다.

도 5 내지 도 7은 도 2에 도시된 레이저 절단기의 작동상태를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단장치에 의한 소재의 절단상태를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 레이저 절단기 110 : 발진유닛

120 : 반사유닛 121 : 반사부

122 : 제1반사부 123 : 제2반사부

124 : 제3반사부 125 : 반사이동부

130 : 절단유닛 131 : 본체부

133 : 본체이동부 134 : 절단이동부

135 : 절단부 136 : 집광반사부

137 : 집광부 138 : 집광이동부

139 : 분사부 140 : 거리측정부

150 : 제어부 200 : 기계식 절단기

210 : 드럼부 220 : 나이프부

300: 절단장치

Claims (12)

1. 레이저를 발진시키는 발진유닛;

   상기 발진유닛에서 발진되는 레이저를 반사시키며, 반사되는 레이저의 경로 길이를 조절하는 반사유닛; 및

   상기 반사유닛에서 반사되는 레이저를 조사하여 이송 중인 소재를 절단하는 절단유닛;을 포함하며,

   상기 반사유닛은,

   레이저를 반사시키는 반사부; 및

   상기 반사부를 이동시키되, 상기 반사부에 의해 반사되어 형성되는 레이저의 경로 길이를 설정된 경로 길이로 유지하는 반사이동부;를 포함하며,

   상기 반사부는,

   상기 발진유닛에서 발진되는 레이저를 반사시키는 제1반사부;

   상기 제1반사부에서 반사되는 레이저를 반사시키며, 상기 제1반사부와의 사이가 신축 가능한 주름관에 의해 연결되고, 상기 반사이동부에 의해 상기 소재의 이동 방향과 나란한 제1방향으로 이동되는 제2반사부; 및

   상기 제2반사부에서 반사되는 레이저를 상기 절단유닛으로 반사시키며, 상기 제2반사부와의 사이가 신축 가능한 주름관에 의해 연결되고, 상기 절단유닛과 연동되는 제3반사부;를 포함하고,

   상기 반사이동부는, 상기 제2반사부가 설치되는 엘엠 가이드와, 구동모터를 포함하며,

   상기 제2반사부는, 상기 엘엠 가이드에 의해 상기 제1방향으로 가이드되며, 상기 구동모터의 구동력에 의해 이동되고,

   상기 절단유닛은,

   상기 소재를 폭방향으로 가로질러 배치되는 본체부;

   상기 본체부를 상기 제1방향으로 이동시키는 본체이동부;

   상기 본체부에 설치되어 상기 본체이동부에 의해 상기 제1방향으로 이동되며, 상기 반사유닛에서 반사되는 레이저를 집광하여 상기 소재로 조사하는 절단부; 및

   상기 절단부를 상기 소재의 폭방향에 해당되는 제2방향으로 이동시키는 절단이동부;를 포함하여,

   이송 중인 상기 소재를 폭방향 일측으로부터 타측으로 순차적으로 절단하되, 상기 소재의 폭방향에 대해 경사진 방향으로 절단을 수행하면서 이송 중인 상기 소재를 폭방향으로 나란하게 절단하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 절단부는,

   상기 반사유닛에서 반사되는 레이저를 반사시키는 집광반사부; 및

   상기 집광반사부에서 반사되는 레이저를 집광하는 집광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 절단부는 상기 집광부를 제3방향으로 이동시키는 집광이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단기.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,

   상기 절단부는 레이저의 조사 위치를 향해 가스를 분사하는 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단기.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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