KR101654531B1 - 레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

다관절의 로봇의 아암 선단에 장치되어 레이저빔을 방출하는 광학렌즈헤드로부터 금형의 열처리부와의 거리를 쉽게 측정하고 그 거리를 유지할 수 있도록 하며 조사되는 레이저빔의 조사각도를 조절하여 균일한 온도로 가열하여 열처리 할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법 및 장치에 관한 것으로 보다 구체적으로는 광학렌즈헤드의 외측에 일정간격을 띄워 복수의 레이저포인터를 장치하고 복수의 레이저포인터에서 조사되는 조사점을 일치시킴으로서 복수의 레이저포인터에서 조사되는 조사점을 일치여부에 따라 광학렌즈헤드와 피열처리부의 거리를 측정할 수 있도록 하며 조사점의 위치에 따라 피열처리부의 경사도를 측정할수 있도록하여 금형의 열처리부에서 다수의 포인터빔이 일치하면 광학렌즈와의 거리 또한 일정하게 유지되므로 금형 피열처리부의 높낮이에 관계없이 다수의 포인터빔이 일치하도록 하면 광학렌즈의 위치가 결정되므로 광학렌즈와 금형의 열처리부의 조사거리 결정이 편리한 이점이 있고 복수의 레이저포인터에서 조사되는 조사점의 위치에 따라 피열처리부의 경사도를 측정할 수도 있으므로 다관절로봇이 피열처리부의 경사도에 대응하여 피열처리부의 직각방향으로 광학렌즈헤드를 구동하여 레이저빔을 방출할 수 있도록 하므로서 피열처리부의 형상에 따른 제약없이 균일한 열처리를 할 수 있으므로 품질이 우수한 금형을 얻을 수 있는 이점이 있다.

Description

레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법 및 장치{Heat treatment of die laser beam irradiation apparatus using a laser distance measuring method and apparatus}

본 발명은 레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법 및 장치에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 다관절의 로봇의 아암 선단에 장치되어 레이저빔을 방출하는 광학렌즈로부터 금형의 열처리부와의 거리를 쉽게 측정하고 그 거리를 유지할 수 있도록 하며 조사되는 레이저빔의 조사각도를 조절하여 균일한 온도로 가열하여 열처리 할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 금형은 합성수지를 용융하여 금형내에 형성된 형상을 따라 제품을 성형하여 제조하는 사출금형과 평면상태의 금속재 판재를 상형과 하형 사이에 위치시키고 가압하여 원하는 형상대로 성형 가공하는 프레스금형으로 나눌수 있으며 특히 프레스 금형은 먼저 코일소재를 부품패널의 사이즈에 맞게 적당한 크기로 절단하는 블랭킹(BLANKING) 공정의 블랭킹 프레스 금형과, 부품패널의 형태로 가압 성형하는 드로우(DRAW) 공정을 이루는 드로우 프레스 금형 및 부품패널에서 불필요한 부분을 절단하거나 홀 등을 가공하는 트림(TRIM) 또는 피어싱(PIECING) 프레스금형 등으로 세분된다.

상기와 같은 금형은 금속재의 판넬을 전단 및 성형하게 되므로서 금형의 절단부 및 성형부에는 많은 부하와 피로가 누적되므로 금형본래의 재질이 갖는 강도등의 특성보다 높은 강도 및 내마모성을 갖도록 열처리를 하게 된다.

상기와 같은 금형의 강도 및 내마모성등을 보다 우수하게 하는 금형의 열처리 방법으로서 소형 및 분리가 가능한 금형부품은 분리하여 진공열처리로와 같은 열처리 장치를 이용하여 열처리하는 것이 일반적이고 분리가 어려운 대형의 금형 및 주강소재의 주물금형등과 같이 성형부의 형상이 완료된 금형의 열처리는 주로 고주파 열처리로 이루어지는데, 고주파 열처리는 고주파 유도가열의 열원으로 금형의 표면을 가열 및 냉각하여, 금형의 표면층을 오스테나이트 조직에서 마르텐사이트 조직으로 변화시킴으로서, 강도 및 내마모성은 물론 내피로성을 더욱 우수하게 하여 그 기계적 성질을 높이게 된다.

즉 고주파 열처리는 고주파 유도가열의 방법을 이용하여 금형의 표면을 소입온도까지 가열하여 공냉식 혹은 수냉식으로 순간 냉각함으로써 표면층에 소입 경화층을 만든 후, 템퍼링을 거쳐 내마모성을 향상시키게 되는데, 이때 경화 깊이는 주파수와 가열온도와 시간에 따라 달라진다.

그러나 상기의 같은 금형의 고주파 열처리를 위한 종래의 고주파 열처리 장치는 금형을 가열하기 위한 코어가 일정한 넓이를 가지며 금형의 열처리부에 근접하여야 하므로 열처리 대상물의 모서리부와 돌출부 및 함몰부등은 근접하기가 어려워 가열온도를 균일하게 유지하는 것이 어려게 되어 열처리 후 열변형이 발생하는등 열처리 품질이 균일하지 않게 되는 문제점 있었다.

한편, 최근에는 상기 고주파 열처리 장치의 문제점을 해소하고자 특허등록 제 1126911호 및 특허등록 제 1149732호와 같이 레이저빔을 이용하여 금형의 표면을 열처리하는 레이저 열처리장치가 제안되어 사용되고 있다.

상기의 레이저 열처리장치는 레이저빔을 조사하는 광학렌즈로부터 조사되는 레이저빔은 금형의 열처리부로 부터 일정간격 띄워서 금형의 표면을 열처리함에 따라 상기한 고주파 열처리에 비해 범용성이 확대되고 금형의 국부적인 부분까지 열처리가 가능하다는 장점이 있다.

하지만 상기의 레이저열처리 장치는 레이저빔을 조사하는 광학렌즈의 위치를 고정해야 하는 번거로움이 있으며 광학렌즈로 부터 피가공물인 금형의 열처리부와의 레이저빔 조사거리에 따른 가열편차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

즉 레이저열처리장치는 레이저발진장치의 출력에 따라 레이저빔을 조사하는 광학렌즈로 부터 피가공물인 금형의 열처리부의 거리가 항상 일정하게 유지되어야 균일한 열처리물을 얻을 수 있다

따라서 높낮이가 없거나 동일한 규격의 금형은 조사거리 결정 이후의 레이저 빔조사거리 변경이 필요치 않으나 피열처리 형상부 높이가 다른 종류의 금형을 열처리하기 위하여서는 항상 광학렌즈로 부터 금형의 열처리부와의 조사 거리를 측정하여 광학렌즈의 위치를 결정하고 열처리를 수행하게 되는 것이다.

상기 레이저 빔의 조사거리 결정은 레이저 발진장치의 출력에 따른 광학렌즈와 피열처리면의 간격을 결정하는 것으로 일반적으로는 광학렌즈를 피열처리면에 근접시킨 후 다관절로봇을 구동하여 필요수치로 이격하거나 피열처리면으로 부터 계측기를 이용하여 계측된 위치에 광학렌즈를 위치하게 하는 것이며 이는 광학렌즈와 피열처리면과의 간격이 측정방법에 따라 오차가 발생하게 되고 장치되는 금형의 높이 즉 피열처리면의 높이에 따라 항상 수행하여야 하므로 그 과정이 번거롭고 불편하며 조사거리 결정을 위하여 광학렌즈를 피열처리면에 근접시에 기계의 오조작으로 광학렌즈가 피열처리면에 부딪혀 고가의 광학렌즈가 파손되는 등의 문제점이 있었다.

또한 높낮이가 균일한 피열처리부는 균일한 열처리가 가능하지만 높낮이의 편차가 심한 형상으로 피열처리부가 주로 형성되어 입체형상을 성형하는 드로우 프레스 금형의경우 이동하는 광학렌즈로 부터 피가공물부의 거리 및 조사각도를 균일하게 유지하지 못하여 그 사용에 제한이 따르는 문제점이 있었다.

특허등록 제1126911호 특허등록 제1149732호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선코자 안출한 것으로서 레이저빔을 조사하는 광학렌즈가 장치된 광학렌즈헤드로 부터 금형의 열처리부와의 거리를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 함과 동시에 광학렌즈헤드의 레이저빔 조사각도가 열처리부와 직각을 유지할 수 있도록 함으로써 높낮이의 편차가 심한 피열처리부라도 항상 균일한 열처리성능을 유지할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법 및 장치를 제안함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광학렌즈헤드의 외측에 일정간격을 띄워 복수의 레이저포인터를 장치하고 복수의 레이저포인터에서 조사되는 조사점을 일치시킴으로서 복수의 레이저포인터에서 조사되는 조사점을 일치여부에 따라 광학렌즈헤드와 피열처리부의 거리를 측정할 수 있도록 하며 조사점의 위치에 따라 피열처리부의 경사도를 측정하는 것을 그 특징으로 한다.

상기와 같이되는 본 발명은 다관절로봇의 아암 선단에 장치되어 레이저빔을 방출하는 광학렌즈와 함께 복수의 레이저포인터를 장치하여 레이저포인터에서 조사되는 다수의 포인터빔이 일치하게 하므로서 다수의 포인터빔이 일치된 위치와 광학렌즈와의 거리는 항상 일정하게 된다.

따라서 금형의 열처리부에서 다수의 포인터빔이 일치하면 광학렌즈와의 거리 또한 일정하게 유지되므로 금형의 열처리부 높낮이에 관계없이 다수의 포인터빔이 일치하도록 하면 광학렌즈의 위치가 결정되므로 광학렌즈와 금형의 열처리부의 조사거리 결정이 편리한 이점이 있다.

또한 본 발명은 복수의 레이저포인터에서 조사되는 조사점의 위치에 따라 피열처리부의 경사도를 측정할 수도 있으므로 다관절로봇이 피열처리부의 경사도에 대응하여 피열처리부의 직각방향으로 광학렌즈헤드를 구동하여 레이저빔을 방출할 수 있도록 하므로서 피열처리부의 형상에 따른 제약없이 균일한 열처리를 할 수 있으므로 품질이 우수한 금형을 얻을 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 광학렌즈헤드를 나타낸 사시도
도 2와 도3은 본 발명의 광학렌즈헤드에 레이저포인터를 장치한 사시도 및 정면도.
도 4는 본 발명의 레이저포인터장치부를 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 레이저포인터 조사에 다른 거리 및 피열처리물에 레이저포인터의 상이 맺힌것을 나타낸 것으로 (가)는 양측의 레이저포인터에서 조사되는 상이 일치되어 광학렌즈헤드와 피열처리물의 거리가 적절히 유지됨을 나타낸 예시도이며 (나)는 피열처리물의 형상변화에 따라 양측의 레이저포인터에서 조사되는 상이 불일치하여 광학렌즈헤드와 피열처리물의 거리변화됨을 나타낸 예시도이며 (다)는 피열처리물의 형상변화에 따라 광학렌즈헤드의 위치 및 각도를 조정한 것을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 것으로 복수로 장치되는 레이저포인터중 어느하나의 상을 다수의 동심원으로 형성한 것을 나타낸 예시도
도7은 본 발명의 레이저열처리장치의 개략적 구성을 나타낸 예시도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 레이저를 이용한 금형 열처리장치는 다관절로봇의 아암에 장치되어 레이저빔를 방출하는 광학렌즈 및 광학렌즈를 고정하는 광학렌즈헤드와 광학렌즈의 외측에 일정간격을 두고 광학렌즈헤드에 장치되며 각도가 조정되는 복수의 레이저포인터로 구성된다.

본 발명은 상기 복수의 레이저포인터를 이용하여 광학렌즈와 열터리대상물의 열처리부와의 거리를 측정하고 이를 균일하게 유지할수 있도록 하는 레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법 및 장치에 관한 것이다.

먼저 도 3및 도 4에 본발명의 광학렌즈가 장치된 광학렌즈헤드가 도시되어 있다.

본 발명의 광학렌즈헤드는 광학렌즈을 고정함과 동시에 광학렌즈의 외측에 복수의 레이저포인터가 장치된다,

이하 본 발명의 실시예에 있어서는 설명의 편의를 위하여 한쌍의 레이저포인터를 장치한 것을 실시예로 하여 설명하기로 한다.

상기의 레이저포인터는 도2 및 도4에서와 같이 내측에 포인터고정구(36)의 중앙에 고정홈(38)을 형성하고 고정홈(38)은 절개홈(37)로 외측과 연결구성하여 고정홈(38)에 레이저포인터(3)를 끼움하여 고정볼트(39)를 결합하므로서 절개홈(37)의 양단을 조임하여 레이저포인터(3)를 고정홈(38)에 결합하고 광학렌즈헤드(2)에 결합하는 브라켓(33)의 상면에 조정공(34)을 형성하고 고정구(36)하단의 회전축(9)를 끼움하고 조정볼트(35)를 결합하여 고정구(36)가 조정공(34)의 내측에 투입된 회전축(9)에 의해 회전하게 하며 조정볼트(35)를 조임하여 조정볼트(35)가 회전축(9)을 가압하면 고정구(36)가 고정되어 레이저포인터(3)의 조정각도가 고정되는 구성이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 도5에 레이저빔 조사거리측정방법이 제시되어 있다.

즉 도5의(가)에서와 같이 제1 및 제2레이저포인터(31)(31)를 회전하여 제1포이터빔(7)과 제2포인터빔(8)의 조사점이 중첩되게 하되, 제1포이터빔(7)과 제2포인터빔(8)을 레이저발진장치(미도시)의 출력에 따라 결정된 위치에서 조사점이 중첩되게 하므로서 광학렌즈와 중첩된 조사점 사이의 거리는 레이저발진장치의 출력에 의해 결정되는 거리로 고정된다.

따라서 금형의 열처리부에 맺쳐지는 제1포이터빔(7)과 제2포인터빔(8)의 조사점이 이격되면 금형의 열처리부로 부터 광학렌즈의 거리가 멀거나 가깝다는 것을 의미한다.

따라서 금형의 높이 즉 열처리부의 위치에 관계없이 금형의 열처리부에서 제1포이터빔(7)과 제2포인터빔(8)의 조사점이 일치하면 금형의 열처리부와 광학렌즈의 거리는 레이저발진장치의 출력에 따라 결정된 위치(거리)와 동일하게 되므로 위치 결정이 편리하게 되는 것이다.

또한 도 5의 (나)와 같이 금형의 열처리부가 경사로 형성되면 경사부에 맺쳐지는 제1포인터빔(7)과 제2포인터빔(8)의 조사점이 어긋나게 되므로 금형의 열처리부의 형상이 경사면임을 쉽게 인지할 수 있으므로 (다)에서와 같이 광학렌즈헤드(2)의 각도 및 거리를 조정하므로서 항상 일정한 광학렌즈와 금형의 열처리부의 거리를 유지할수 있게 되는 것이다.

또한 도6의 (라)에서와 같이 복수로 장치되는 레이저포인터(3)중 어느하나를 동심원을 가진 다수의 원으로 조사함으로서 동심원이 형상이 변화하는 금형의 열처리부에 위치시에는 (마)에서와 같이 금형의 열처리부의 형상변화 즉 높낮이에 따라 동심원이 등고선모양으로 조사되게 하므로서 금형열처리부의 형상변화를 쉽게 감지할 수도 있다.

상기에 실시예에 있어서 레이저 포인터는 설명의 이해를 돕기위하여 한쌍을 레이저 포인터를 예로하여 설명하였으며 한쌍의 레이저포인터만으로도 그 조사점을 일치시켜 금형의 열처리부와 광학렌즈의 거리 및 레이저발진장치의 출력에 의해 결정되는 거리를 쉽게 셋팅할 수 있으나 다수의 레이저 포인터를 장치하여 조사점을 일치시키면 상기 열처리부와 광학렌즈의 거리 및 레이저발진장치의 출력에 의해 결정되는 거리를 쉽게 세팅함과 동시에 열처리시에 열처리부의 형상변화를 보다 쉽게 인지할 수 있는 것이므로 본 발명은 상기 실시예에 한정하지않고 레이저 포인터의 수량에 제한을 두지 않는다.

1 : 광학렌즈 2 : 광학렌즈헤드
3 : 레이저포인터 31 : 제1레이저포인터
32 : 제2레이저포인터 33 : 브라켓
34 : 조정공 35 : 조정볼트
36 : 포인터고정구 37 : 절개홈
38 : 고정홈 39 : 고정볼트
4 : 다관절로봇 5 : 금형
6 : 레이저빔 7: 제1포인터빔
8 : 제2포인터빔

Claims (3)

1. 복수의 레이저포인터에서 조사하는 조사점을 일치시키고 일치된 조사점이 레이저발진장치의 광학렌즈와 금형의 열처리부와의 거리가 되도록 하는 레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법에 있어서:
   복수로 장치되는 레이저포인터(3)중 어느하나를 동심원을 가진 다수의 원으로 조사되도록 함으로서 동심원의 형상이 변화하는 금형의 열처리부에서 위치 및 형상변화에 따라 동심원을 가진 다수의 원이 등고선모양으로 조사되게 함으로서 금형열처리부의 형상변화를 쉽게 감지하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 금형 열처리장치의 레이저빔 조사거리측정방법.
   
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