KR101302502B1 - 고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용하여 곡물에 홈이나 구멍을 형성하는 곡물가공장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고속으로 회전하는 양면 미러에 의하여 일정 각도 범위에서 곡물에 복수개의 홈이나 구멍을 형성하는 곡물가공장치에 관한 것이다.
상기의 곡물가공장치를 이용하여 처리된 곡물은 표면에 홈이나 구멍이 형성되므로, 곡물의 건조가 용이하고, 나아가 표면에 수분의 침투가 원활하게 이루어져 현미나 콩과 같은 곡물의 불림성을 개선시킬 수 있게 된다.

Description

고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치{Laser treatment apparatus for a grain using high speed moving mirror}

본 발명은 레이저를 이용하여 곡물에 홈이나 구멍을 형성하는 곡물가공장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고속으로 회전하는 양면 미러에 의하여 일정 각도 범위에서 곡물에 복수개의 홈이나 구멍을 형성하는 곡물가공장치에 관한 것이다.

상기의 곡물가공장치를 이용하여 처리된 곡물은 표면에 홈이나 구멍이 형성되게 되므로, 곡물의 건조가 용이하고, 나아가 표면에 수분의 침투가 원활하게 이루어져 현미나 콩과 같은 곡물의 불림성을 개선시킬 수 있게 된다.

일반적으로, 고추 등과 같은 작물은 그 내부에 수분을 많이 함유하고 있기 때문에 건조에 시간이 많이 소요되며, 콩이나 현미와 같은 곡물은 껍질이 존재하므로 껍질 내측으로의 수분 침투가 어려워 불림성이 좋지 않다.

그러므로, 고추나 콩 또는 콩과 같이 건조성이나 불림성이 양호하지 않은 곡물을 대상으로 곡물의 표면에 홈이나 구멍을 천공하여 곡물의 건조를 용이하게 하고, 표면에 수분에 침투가 용이하도록 하여 불림성을 개선시킬 수 있는 고추천공장치가 대한민국공개특허공보 제10-2007-72468 호의 고추천공장치가 개시되어 있다.

상기의 고추천공장치는 천공 바늘이 설치된 롤러를 컨베이어상에 설치하고, 이 컨베이어에서 이송되는 고추에 구멍을 내는 천공장치의 구성이나, 천공 바늘이 설치된 롤러의 세척을 자주 수행하지 않으면 천공 바늘에 균과 세균이 서식하게 되므로 장치의 세척을 자주 해주어야 하는 관리상의 번거로움이 있었다.

또한, 대한민국특허공보 제 561903 호의 기능성현미가공방법 및 가공장치는 천공 바늘이 아닌 레이저를 이용하여 곡물의 표피층에 홈이나 구멍을 형성하는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 상기의 기능성현미가공장치는 가공속도가 느리고 레이저 구동시의 가감속 구간에서의 속도 저하가 발생하여 곡물 처리의 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 이와 같이 레이저를 이용하는 곡물가공장치는 레이저와 곡물의 장시간 접촉으로 인하여 곡물의 열변형이 발생할 뿐만 아니라 가공시 다량의 연기와 먼지가 발생하여 곡물처리의 수율이 감소되고, 레이저 조사계통에 심각한 영향을 미쳐 장비 양산상의 문제점을 노출하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 창안된 것으로서, 레이저의 구동속도를 향상시켜 곡물처리의 효율성을 향상시키고, 레이저 조사기의 발진 장치에 펄스 에너지 펌핑 회로를 부가하여 레이저의 조사 전력의 극대화를 달성할 수 있는 고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치를 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치의 구성은, 중앙제어부; 상기 중앙제어부에 레이저빔의 설정치를 입력시키는 입력부; 상기 중앙제어부의 제어에 따라서 곡물공급기 내부에 수용된 곡물을 컨베이어상에 공급하는 곡물공급기구동부; 상기 중앙제어부의 제어에 따라서 레이저조사기를 구동시키되 모터에 의하여 회전되는 미러의 회전속도와 위치를 검출하여 레이저 빔의 조사를 제어하는 레이저구동부; 상기 레이저구동부의 제어에 따라서 상기 컨베이어 상에서 이송되는 곡물에 레이저 빔을 조사하여 곡물에 구멍 또는 홈을 형성하는 레이저조사기; 상기 중앙제어부의 제어에 따라서 상기 컨베이어를 구동시키는 컨베이어 구동부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치는 고속으로 회전되는 양면 미러를 이용하여 레이저를 곡물에 조사함으로써 최대 연속 가공 속도를 20 m/sec 이상으로 향상시켜 곡물처리의 효율성을 향상시킬 수 있게 된 효과가 있다.

또한, 레이저 발진 장치에 에너지 펌핑 회로를 부가하여 레이저 조사시 피크 에너지를 불연속적으로 형성함으로써 곡물 처리의 생산성을 2-8 배까지 증가시킬 수 있다.

나아가, 곡물과 레이저 빔과의 접촉 시간을 최소화시켜 레이저 가공시 생성되는 연기와 먼지의 발생량을 감소시키고, 곡물처리의 수율을 향상시키며, 레이저 조사계통에 악영향도 최소화할 수 있게 되었다.

도 1 은 본 발명 곡물가공장치의 구성도,
도 2 는 본 발명 곡물가공장치에 의하여 가공된 곡물의 가공상태도,
도 3 은 본 발명 레이저구동부의 구성도,
도 4 는 본 발명 펌핑회로의 출력신호를 나타내는 도면,
도 5 는 본 발명 미러의 구성도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 고속회전 레이저빔을 이용한 곡물가공장치의 구성을 상세하게 설명한다.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 본 발명 곡물가공장치의 구성도, 도 2 는 본 발명 곡물가공장치에 의하여 가공된 곡물의 가공상태도이다.

본 발명의 곡물가공장치는, 컨베이어(70)상에서 이송되는 곡물(G)에 레이저조사기(60)에 의하여 생성된 레이저를 조사하여 곡물(G)의 표면(S)에 구멍(h)이나 홈(h)(도 2 참조)을 형성시키는 장치이다.

본 발명의 곡물가공장치를 이용하여 처리된 곡물(G)은 표면(S)에 홈(h)이나 구멍(h)이 형성되므로, 곡물의 건조가 용이함은 물론 표면(S)에 수분의 침투를 원활하게 조성하여 현미나 콩과 같은 곡물의 불림성을 개선시킬 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명의 곡물가공장치는 중앙제어부(10)와, 상기 중앙제어부(10)에 컨베이어(70)의 이송속도, 레이저빔의 조사 간격(pitch) 및 레이저빔의 전력량 등의 곡물가공장치의 설정치를 상기 중앙제어부(10)로 입력시키는 입력부(20)를 가진다.

그리고, 상기 중앙제어부(10)의 제어에 따라서 곡물공급기(40) 내부에 수용된 곡물(G)을 곡물공급기(40)의 배출구(41)를 통하여 컨베이어(70)상으로 공급하되, 컨베이어(70)상으로 공급된 곡물(S)이 서로 겹치지 않고 한겹으로 이송될 수 있도록 컨베이어(70)의 구동을 제어하는 곡물공급기 구동부(30)를 포함한다. 이때, 상기 곡물공급기 구동부(30)는 곡물(G)을 한겹으로 정렬시키는 바(bar)나 봉 형상의 정렬수단을 구비할 수 있다.

상기 곡물공급기(40)는 내부에 형성된 일정한 부피의 공간에 곡물(G)을 수용하며, 상기 곡물공급기 구동부(30)의 제어에 따라서 기기 하부에 구비된 배출구(41)를 개방하여 컨베이어(70) 상으로 곡물(G)을 공급하는 기기이다.

또한, 상기 중앙제어부(10)의 제어에 따라서 레이저조사기(60)를 구동시키는 레이저구동부(50)를 포함하고, 상기 레이저구동부(50)의 제어에 따라서 상기 컨베이어(70) 상에서 이송되는 곡물(G)에 레이저 빔을 조사홀(61)를 통하여 곡물(G)에 조사하여 곡물(G)에 구멍 또는 홈을 형성하는 레이저조사기(60)를 포함한다.

아울러, 상기 중앙제어부(10)의 제어에 따라서 컨베이어(70)를 구동시키는 컨베이어 구동부(80)와, 컨베이어 구동부(80)의 제어에 따라서 컨베이어(70)를 작동시키기위한 동력을 제공하는 모터 등의 동력수단과 동력수단에 결합된 기어나 풀리 등의 동력전달부품으로 이루어진 구동계(90)를 포함한다. 이때, 곡물(G)에 형성되는 구멍이나 홀의 간격은 컨베이어(70)의 이송속도에 대응하게 된다.

또한, 상기 레이저조사기(60)에 의한 레이저 조사가 완료되어 구멍이나 홈이 형성된 곡물(G)은 컨베이어(70)에 의한 이송이 계속 진행되어 용기 형상의 곡물수납부(100)로 수납되고, 사용자는 곡물수납부(100)에 수납된 레이저 가공 처리가 완료된 곡물(S)을 포장하여 유통을 위한 준비과정을 수행할 수 있다.

도 3 은 본 발명 레이저구동부의 구성도로서, 도면을 참조하여 이들의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

상기 레이저구동부(50)는 PWM(펄스폭변조)제어 등의 주파수 제어에 의하여 구동되는 발진회로(52)로부터 입력되는 발진신호에 의하여 곡물가공에 필요한 레이저의 강도를 조절하고, 곡물(G)에 가공되는 홀의 크기를 조절하며, 레이저 조사의 간격을 조절하는 레이저제어모듈(51)를 포함한다.

또한, 가공되는 곡물(G)에 대한 레이저 접촉시간을 최소화하면서도 고 에너지의 레이저 빔을 조사시키기 위하여, 레이저 빔의 최대 출력에 3-4 배에 해당하는 에너지를 부여하는 펌핑(pumping)회로(53)가 상기 발진회로(52) 상에 부가된다.

상기 펌핑회로(53)는 발진회로(52) 상에 펄스에너지펌핑(Pulse Energy Pumping) 회로를 부가하여 고출력의 펄스를 생성하는 회로이다.

예를 들어, 도 4 에 도시된 바와 같이, 레이저 빔을 생성하기 위한 전력을 100W 로 설정하여 일정 시간 구간에서 연속적으로 출력하는 것 보다는, 펌핑 회로(53)에 의하여 순간적으로 200W 의 전력을 상기 일정 시간 구간의 1/8 에 해당하는 시간 구간에서 4 번을 불연속적으로 조사하여 준다면, 해당 구간인 1/8 구간에서는 레이저 빔을 생성하기 위한 전력이 순간적으로 증가되며, 이러한 순간적으로 증가된 전력을 레이저조사기(60)에 인가하여 레이저를 곡물(G)에 조사시키는 것이다.

이때, 펌핑회로(53)에 의하여 전력의 펌핑을 수행하더라도, 펌핑회로(53)에 의하여 정하여지는 전체 전력은 200W x 1/8 x 4 번(time) = 100 W 이 되어, 일정 시간 구간에서 100W 의 전력을 연속적으로 출력하는 것과 동일한 전력량을 보유하는 것이다.

따라서, 본 발명의 레이저제어모듈(51)은 위와 같이 일정한 시간 구간에서 고전력의 레이저 빔을 순간적으로 조사하여 줌으로써 곡물(G)의 열변형을 최소화하고, 곡물(G)과 레이저 빔과의 접촉 시간을 감소시켜 종래 문제점으로 지적되어왔던

레이저 가공시 생성되는 연기와 먼지의 발생량을 감소시켜 곡물처리의 수율을 향상시키며, 레이저 조사계통에 미치는 영향도 최소화할 수 있게 되었다.

상기와 같이 레이저 빔의 조사를 위한 전력량을 펌핑하는 펌핑회로(53)는 PWM(펄스폭변조)회로 등의 공지된 회로를 이용하여 실시 가능하므로 해당 회로의 상세한 구성 설명은 생략한다.

한편, 레이저구동부(50)는 레이저 빔의 조사영역인 빔 사이즈를 제어하는 빔사이즈 제어모듈(54) 및 레이저 빔의 촛점을 보정하는 촛점보정모듈(55)를 포함한다.

도 3 에 도시된 실시예는 3축의 레이저조사기를 이용한 실시예로서, 레이저제어모듈(51)의 제어에 의하여 빔사이즈제어모듈(54)에 장착된 빔사이즈제어용오목렌즈(541)와 빔사이즈제어용볼록렌즈(542)와의 조합으로써 레이저조사기(60)에서 조사된 레이저 빔의 조사영역을 조절한다. 이때, 상기 빔사이즈제어용오목렌즈(541)가 볼록렌즈(542) 방향 또는 그 반대 방향으로 회동됨으로써 조사영역의 조절이 수행된다.

또한, 상기 빔사이즈제어모듈(54)을 통과한 레이저빔은 촛점보정모듈(55)에 입사되어 레이저빔의 촛점이 조절되는데 이러한 촛점의 조절은 레이저제어모듈(51)의 제어에 의하여 촛점보정모듈(55)에 장착된 촛점보정용오목렌즈(551) 및 촛점조절용볼록렌즈(552)의 조합으로써 수행된다. 즉, 상기 촛점보정용오목렌즈(551)가 볼록렌즈(552) 방향 또는 그 반대방향으로 회동됨으로써 촛점의 조절이 수행된다.

이어서, 미러제어모듈(56)의 구성을 도 5 를 참조하여 설명한다.

상기 미러제어모듈(56)은 레이저제어모듈(51)에 제어에 따라서 모터(57)에 의하여 회전되는 미러(58)의 속도를 제어하고, 모터(57)에 부설된 엔코더(encoder)(미도시) 등의 센서소자로부터 모터(57)의 축(571)의 위치 상태를 검출하여 모터축의 위치 제어를 수행한다.

상기 미러(58)는 본 발명의 실시예에 의하면, 분당 3000 RPM 이상의 고속 회전을 수행하는 모터(57)의 축(571)에 일측미러면(58a) 및 타측미러면(58b) 공히 전반사 코팅된 미러(58)로서, 상기 미러(58)가 일정한 방향으로 회전하면 미러(58)의 1 회전당 두번의 레이저 빔의 입사가 가능한 지점이 발생하는데, 이를 모터(57)에 장치된 엔코더(미도시) 등의 센서에 의하여 모터축의 위치신호를 검출하고, 검출된 모터축의 위치신호에 의하여 레이저 빔의 시작점과 끝점을 인식함으로써 미러(58)의 회전이 제어된다.

또한, 상기 미러(58)의 바람직한 회전각도(α)는 18도에서 40도 사이이다.

한편, 도시된 바와 같이 레이저 빔과 곡물의 표면까지의 거리는 중심으로부터 멀어질수록 길어지는데, 양끝점 A-A'와 B-B' 만큼의 거리차가 발생하게되면서, 레이저 빔의 촛점이 맞지 않게 된다. 그러므로, 이러한 레이저 빔의 촛점을 보정하기 위하여 상기 레이저제어모듈(51)이 촛점보정모듈(55)을 제어하여 레이저 빔의 초점거리를 제어한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명 곡물처리장치의 작동을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사용자에 의하여 입력부(20)를 통한 레이저 빔의 파워와 조사 간격의 설정치가 중앙제어부(10)로 입력되면, 중앙제어부(10)는 컨베이어구동부(80)을 제어하여 컨베이어(70)의 정속 이동을 제어한다.

이어서, 상기 중앙제어부(10)는 컨베이어(70)의 정속 이동속도에 대응하여 곡물공급기 구동부(30)를 제어하여 컨베이어(70) 상에서 곡물(G)이 한겹으로 이동될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 중앙제어부(10)는 레이저구동부(50)를 제어하여 컨베이어(70)의 정속 이송속도에 대응하여 레이저 빔이 반복적으로 조사되도록 제어한다.

또한, 상기 중앙제어부(10)의 제어에 의하여 레이저구동부(50)의 레이저제어모듈(51)은 연동된 발진회로(52) 및 펌핑회로(53)에 의한 레이저 빔을 생성하기 위한 전력을 순간적으로 증가시켜 레이저조사기(60)에 전력을 인가한다.

아울러, 레이저제어모듈(51)은 빔사이즈제어모듈(54)를 구동시켜 레이저 빔의 조사영역을 조절하고, 촛점보정모듈(55)을 구동시켜 레이저빔의 촛점을 조절한다.

나아가, 레이저제어모듈(51)은 상기 미러제어모듈(56)을 구동시켜 모터(57)에 의하여 회전되는 미러(58)의 속도를 제어하고, 모터(57)에 부설된 엔코더(encoder)(미도시) 등의 센서소자로부터 모터(57)의 축(571)의 위치 상태를 검출하여 모터축의 위치 제어를 수행한다.

그리고, 분당 3000 RPM 이상의 고속 회전을 수행하는 모터(57)의 축(571)에 결합된 일측미러면(58a) 및 타측미러면(58b)을 가진 미러(58)가 일정한 방향으로 회전하면서 미러(58)의 1 회전당 두번의 레이저 빔의 입사가 가능한 지점이 발생하며, 이를 모터(57)에 장치된 엔코더(미도시) 등의 센서에 의하여 모터축의 위치신호를 검출하고, 검출된 모터축의 위치신호에 의하여 레이저 빔의 시작점과 끝점을 인식함으로써 미러(58)의 회전을 제어하면서 컨베이어(70) 상의 곡물(G)에 대한 레이저 조사가 실시된다.

상술한 바와 같은 작동에 의하여 본 발명 곡물가공장치에 의한 곡물(G)의 가공이 실시되면, 곡물(G)의 표면(S)에 홈(h)이나 구멍(h)이 형성되므로 곡물의 건조성이 향상되고, 표면(S)에 수분의 침투를 원활하게 조성하여 현미나 콩과 같은 곡물의 불림성도 개선시킬 수 있게 되는 것이다.

그러므로, 본 발명 곡물가공장치는 고속으로 회전되는 양면 미러를 이용하여 레이저를 조사함으로써 최대 연속 가공 속도를 20 m/sec 이상으로 향상시켜 곡물처리의 효율성을 향상시킬 수 있게 된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10; 중앙제어부
20; 입력부
30; 곡물공급기 구동부
40; 곡물공급기
41; 배출구
50; 레이저 구동부
51; 레이저 제어모듈
52; 발진회로
53; 펌핑회로
54; 빔사이즈제어모듈
541; 빔사이즈제어용 오목렌즈
542; 빔사이즈제어용 볼록렌즈
55; 촛점보정모듈
551; 촛점보정용 오목렌즈
552; 촛점보정용 볼록렌즈
56; 미러제어모듈
57; 모터
571; 축
58; 미러
58a; 일측 미러면
58b; 타측 미러면
60; 레이저 조사기
61; 조사홀
70; 컨베이어
80; 컨베이어 구동부
90; 구동계
100; 곡물수납부
G; 곡물 S; 껍질 h; 구멍

Claims (5)

1. 레이저를 이용하는 곡물가공장치에 있어서,
   중앙제어부(10);
   상기 중앙제어부(10)에 레이저빔의 설정치를 입력시키는 입력부(20);
   상기 중앙제어부(10)의 제어에 따라서 곡물공급기(40) 내부에 수용된 곡물(G)을 컨베이어(70)상에 공급하는 곡물공급기구동부(30);
   상기 중앙제어부(10)의 제어에 따라서 레이저조사기(60)를 구동시키되 모터(57)에 의하여 회전되는 미러(58)의 회전속도와 위치를 검출하여 레이저 빔의 조사를 제어하는 레이저구동부(50);
   상기 레이저구동부(50)의 제어에 따라서 상기 컨베이어(70) 상에서 이송되는 곡물(G)에 레이저 빔을 조사하여 곡물(G)에 구멍 또는 홈을 형성하는 레이저조사기(60);
   상기 중앙제어부(10)의 제어에 따라서 상기 컨베이어(70)를 구동시키는 컨베이어 구동부(80); 를 포함하여 구성되고,
   상기 미러(58)는 일측미러면(58a) 및 타측미러면(58b)이 전반사 코팅된 양면 미러(58)이고,
   상기 레이저구동부(50)는,
   빔사이즈제어용오목렌즈(541)와 빔사이즈제어용볼록렌즈(542)와의 조합을 이용하여 상기 레이저조사기(60)에서 조사된 레이저 빔의 조사영역을 조절하는 빔사이즈 제어모듈(54); 및
   촛점보정용오목렌즈(551) 및 촛점조절용볼록렌즈(552)와의 조합을 이용하여 상기 빔사이즈제어모듈(54)을 통과한 레이저빔의 촛점을 보정하는 촛점보정모듈(55); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저구동부(50)는,
   순간적으로 증가된 전력을 상기 레이저조사기(60)에 인가하는 펌핑 회로(53)가 부가된 발진회로(52)를 가진 레이저제어모듈(51)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치.
   
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 레이저구동부(50)는,
   상기 미러(58)의 1 회전당 두번의 레이저 빔의 입사가 가능한 지점이 발생하며, 이를 모터(57)에 장치된 엔코더에 의하여 모터축의 위치신호를 검출하고, 검출된 모터축의 위치신호에 의하여 레이저 빔의 시작점과 끝점을 인식함으로써 미러(58)의 회전을 제어하는 미러제어모듈(56);
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 미러(58)의 회전각도(α)는 18도에서 40도 사이인 것을 특징으로 하는 고속회전 미러를 이용한 레이저 곡물가공장치.

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