KR101669251B1 - 자동제어형 레이저 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 종래의 CO2레이저가공장치가 정밀한 가공을 행하는 경우의 가공속도가 가동스테이지의 이동속도에 의해서 제한되는 문제점과, 가동스테이지에 안착된 가공소재가 동박판과 같이 구겨지기나 휘기 쉬운 재질의 경우에, 편평하게 펼쳐서 탄력성있게 지지해주는 장치가 없어, CO2레이저를 통한 가공소재의 정밀한 절단 및 용접이 어려운 문제점과, 자동으로 가공소재를 공급시켜주고, 정위치시켜주며, 완성형 가공소재를 자동으로 취출해주는 자동화장치가 없어, 대량생산이 어려운 문제점을 개선하고자, 가공소재공급부(100), 스마트 레이저가공모듈(200), 비젼카메라센싱부(300), 진공형 취출로봇부(400), PLC 컨트롤러모듈(500)로 구성됨으로서, 가공소재공급, 레이저가공, 비젼카메라센싱, 진공취출로 이루어져 전체 레이저가공공정을 자동화시킬 수 있어, 작업시간과 작업인력을 현저히 줄일 수 있고, 가공소재의 가공속도를 기존에 비해 80% 향상시킬 수가 있으며, 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 PLC 컨트롤러모듈로 전달시킬 수 있어, 불량 또는 양품의 제품을 현장에서 바로 체크할 수 있어, 절단 및 용접된 양품의 완성형 가공소재를 대량생산시킬 수 있고, 구겨지기나 휘기 쉬운 재질의 동박판과 같은 가공소재을 좍펴서 편평하게 유지되도록 잡아줄 수 있어, 기존에 비해 제품불량율을 80% 이하로 낮출 수 있고, 무엇보다 10~50um, 100um의 동박판, 알루미늄박판, 금, 은, 스텐레스, 니티놀, 티타늄, 니켈을 용접 및 절단시킬 수 있어, 가공소재의 가공범위를 90% 향상시킬 수 있는 자동제어형 레이저 가공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

자동제어형 레이저 가공장치{THE APPARATUS OF SMART LASER}

본 발명에서는 가공소재공급, 레이저가공, 비젼카메라센싱, 진공취출로 이루어져 전체 레이저가공공정을 자동화시킬 수 있는 자동제어형 레이저 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 가공에 사용되는 레이저발진기는, CO2레이저발진기, 및 Nd:YAG 레이저발진기의 2종류가 그 태반을 점유하고 있다.

그리고, CO2레이저발진기는, 구리(銅)재의 절단, 용접과 같은 용도에 사용되고, Nd:YAG 레이저발진기는 주로 정밀가공에 사용되고 있다.

상기 CO2레이저발진기는 10Kw 이상의 레이저출력을 얻을 수 있기 때문에 구리재의 가공 등에 적합한 특성을 가진다.

하지만, 종래의 CO2레이저가공장치는, 정밀한 가공을 행하는 경우의 가공속도가 가동스테이지의 이동속도에 의해서 제한되는 문제점이 있었다.

또한, 가동스테이지에 안착된 가공소재이 동박판과 같이 구겨지기나 휘기 쉬운 재질의 경우에, 편평하게 펼쳐서 탄력성있게 지지해주는 장치가 없어, CO2레이저를 통한 가공소재의 정밀한 절단 및 용접이 어려운 문제점이 있었다.

그리고, 자동으로 가공소재를 공급시켜주고, 정위치시켜주며, 완성형 가공소재를 자동으로 취출해주는 자동화장치가 없어, 대량생산이 어려운 문제점이 있었다.

국내특허등록공보 제101549363호

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 가공소재공급, 레이저가공, 비젼카메라센싱, 진공취출로 이루어져 전체 레이저가공공정을 자동화시킬 수 있고, 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 PLC 컨트롤러모듈로 전달시킬 수 있으며, 구겨지기나 휘기 쉬운 재질의 동박판과 같은 가공소재을 좍펴서 편평하게 유지되도록 잡아줄 수 있고, 무엇보다 10~50um, 100um의 동박판, 알루미늄박판, 금, 은, 스텐레스, 니티놀, 티타늄, 니켈을 용접 및 절단시킬 수 있는 자동제어형 레이저 가공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치는

레이저로 용접 또는 절단할 가공소재를 안착시킨 후, PLC제어모듈의 제어신호에 따라 순차적으로 이웃하는 레이저가공모듈로 이송시키는 가공소재공급부(100)와,

가공소재공급부와 이웃하는 공정상에 위치되어, 가공소재공급부로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시키는 스마트 레이저가공모듈(200)과,

스마트 레이저가공모듈과 이웃하는 공정상에 위치되어, 스마트 레이저가공모듈을 통해 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 PLC 컨트롤러모듈로 전달시키는 비젼카메라센싱부(300)와,

비젼카메라센싱부와 이웃하는 공정상에 위치되어, PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 완성형 가공소재 중 1차로 불량가공된 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시킨 후, 2차로 양품의 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시키는 진공형 취출로봇부(400)와,

가공소재공급부, 스마트 레이저가공모듈, 비젼카메라센싱부, 진공형 취출로봇부와 연결되어, 각 기기의 구동을 순차적으로 제어하는 PLC 컨트롤러모듈(500)로 구성됨으로서 달성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는

첫째, 가공소재공급, 레이저가공, 비젼카메라센싱, 진공취출로 이루어져 전체 레이저가공공정을 자동화시킬 수 있어, 작업시간과 작업인력을 현저히 줄일 수 있고, 가공소재의 가공속도를 기존에 비해 80% 향상시킬 수가 있다

둘째, 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 PLC 컨트롤러모듈로 전달시킬 수 있고, 불량 또는 양품의 제품을 현장에서 바로 체크할 수 있어, 절단 및 용접된 양품의 완성형 가공소재를 대량생산시킬 수 있다.

셋째, 구겨지기나 휘기 쉬운 재질의 동박판과 같은 가공소재을 좍펴서 편평하게 유지되도록 잡아줄 수 있어, 기존에 비해 제품불량율을 80% 이하로 낮출 수 있다.

넷째, 10~50um, 100um의 동박판, 알루미늄박판, 금, 은, 스텐레스, 니티놀, 티타늄, 니켈을 용접 및 절단시킬 수 있어, 가공소재의 가공범위를 90% 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 가공소재공급부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 안착용 하부지그(121)와 고정용 상부지그(122)사이의 측면일측에 힌지구조(123)가 서로 결합되어 구성된 것을 도시한 일실시예도,
도 5는 본 발명에 따른 소재고정용 지그부의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 6은 본 발명에 따른 소재고정용 지그부의 개구부에 노출된 가공소재에 레이저를 쏴주어 레이저가공시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 스마트 레이저가공모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 스마트 레이저가공모듈의 구성요소를 도시한 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 갈바노 스캐너의 구성요소를 도시한 정단면도,
도 10은 본 발명에 따른 레이저가공부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 비젼카메라센싱부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 12는 본 발명에 따른 비젼카메라센싱부의 구성 중 카메라부를 통해 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치한 완성형 가공소재를 영상촬영시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 진공형 취출로봇부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 14는 본 발명에 따른 진공형 취출로봇부의 구성중 진공흡착부의 구성요소를 도시한 사시도,
도 15는 본 발명에 따른 PLC 컨트롤러모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 16은 본 발명에 따른 마이크로프로세서부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 17은 본 발명에 따른 스마트 레이저가공모듈을 통해 가공소재공급부로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 18은 본 발명에 따른 스마트 레이저가공모듈을 통해 가공소재공급부로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 19는 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치를 통해 10~30㎛로 정밀하게 절단시킨 것을 도시한 일실시예도,
도 20은 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치를 통해 100㎛ 이상의 가공소재와, 10~50㎛ 가공소재를 "L"자형으로 용접하여, 하나로 형성시킨 것을 도시한 일실시예도,
도 21은 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치의 구성 중 비젼카메라센싱부(300) 일측에 용접된 가공소재의 (+)단자,(-)단자에 전류를 인가시킨 후, 저항부재를 접촉시켜 통전되는지 여부를 센싱시키는 통전측정모듈(700)이 포함되어 구성된 것을 도시한 일실시예도.

먼저, 본 발명에서 설명되는 상기 가공소재는 10~50um, 100um의 동박판, 알루미늄박판, 금, 은, 스텐레스, 니티놀, 티타늄, 니켈 중 어느 하나로 구성된다.

또한, 본 발명에서 설명되는 제1,2,3,4 지그이송용 LM가이드부는 일렬로 하나의 장치로 이루어진 것으로서, 각 리미트센서별로 해당 기기에 정위치되면서, 다음공정으로 순차적으로 이동되도록 각 공정구역별로 나뉘어져 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 가공소재공급부(100), 스마트 레이저가공모듈(200), 비젼카메라센싱부(300), 진공형 취출로봇부(400), PLC 컨트롤러모듈(500)로 구성된다.

먼저, 본 발명에 따른 가공소재공급부(100)에 관해 설명한다.

상기 가공소재공급부(100)는 레이저로 용접 또는 절단할 가공소재를 안착시킨 후, PLC제어모듈의 제어신호에 따라 순차적으로 이웃하는 레이저가공모듈로 이송시키는 역할을 한다.

이는 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 지그이송용 LM가이드부(110), 소재고정용 지그부(120), 제1 지그용 스톱퍼(130)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 제1 지그이송용 LM가이드부(110)에 관해 설명한다.

상기 제1 지그이송용 LM가이드부(110)는 바닥면에 위치되어 상단에 얹어진 소재고정용 지그부를 PLC제어모듈의 제어신호에 따라 순차적으로 이웃하는 레이저가공모듈로 직선운동시켜 이송시키는 역할을 한다.

이는 도 2에 도시한 바와 같이, 정교하게 가공된 직선형 레일을 접촉점이 한점으로 된 볼이 구르면서 블럭을 직선으로 이송시키도록 구성된다.

즉, 볼의 직경이 클 수록 큰 힘을 견디고 내충격성도 강한 특성을 가진다.

상기 제1 지그이송용 LM가이드부(110)는 가공소재공급용 로봇암 위치에 정위치시키는 제1 리미트센서와, 제2 지그이송용 LM가이드부(210)까지 이송시키는 제2 리미트센서가 포함되어 구성된다.

둘째, 본 발명에 따른 소재고정용 지그부(120)에 관해 설명한다.

상기 소재고정용 지그부(120)는 제1 지그이송용 LM가이드부 상단에 위치하면서, 가공소재를 하부면에 안착시킨 후, 상부면에 복수개의 개구부를 형성시켜 가공소재 중 용접 및 절단시킬 부분만을 복수개의 개구부를 통해 노출시키는 역할을 한다.

이는 도 5에 도시한 바와 같이, 안착용 하부지그(121)와 고정용 상부지그(122)로 구성된다.

상기 안착용 하부지그(121)는 표면상에 흡입공기홀(121a)이 복수개로 형성되어, 10~50um, 100um의 가공소재를 흡착시켜 좍펴서 편평하게 유지되도록 잡아주는 역할을 한다.

이는 도 5에 도시한 바와 같이, 복수개의 흡입공기홀(121a)이 형성되고, 흡입공기홀 하단부에 진공흡입펌프(121b)가 포함되어 구성된다.

이처럼, 진공흡입펌프(121b)를 통해 진공흡입력을 생성시킨 후, 흡입공기홀을 통해 진공흡입력을 통해 10~50um, 100um의 가공소재를 흡착시켜 좍펴서 편평하게 유지되도록 잡아줄 수가 있다.

상기 고정용 상부지그(122)는 상부면에 복수개의 개구부(122a)를 형성시켜 가공소재 중 용접 및 절단시킬 부분만을 복수개의 개구부를 통해 노출시키는 역할을 한다.

또한, 상기 안착용 하부지그(121)와 고정용 상부지그(122)는 도 4에 도시한 바와 같이, 측면일측이 힌지구조(123)로 서로 결합되어 구성되어, 고정용 상부지그를 측면으로 펼친 후, 안착용 하부지그에 10~50um, 100um의 가공소재를 얹은 후, 고정용 상부지그를 닫아서 안착용 하부지그에 설치된 10~50um, 100um의 가공소재가 외부로 이탈되지 않도록 지지해준다.

이처럼, 안착용 하부지그와 고정용 상부지그로 이루어진 소재고정용 지그부가 구성됨으로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 소재고정용 지그부의 개구부에 노출된 가공소재에 레이저를 쏴주어 정밀 용접 또는 정밀 절단시킬 수가 있다.

셋째, 본 발명에 따른 지그용 스톱퍼(130)에 관해 설명한다.

상기 제1 지그용 스톱퍼(130)는 제1 지그이송용 LM가이드부 전단 일측에 위치되어, PLC컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 돌출되면서, 소재고정용 지그부의 이송을 스톱 및 해제시키는 역할을 한다.

또한, 본 발명에 따른 가공소재공급부(100)는 일측에 안착용 하부지그에 10~50um, 100um의 가공소재를 자동으로 공급시켜 주는 가공소재공급용 로봇암(140)이 형성된다.

상기 가공소재공급용 로봇암(140)은 X축,Y축의 길이방향으로 직선운동하면서, 360도 회전하면서 10~50um, 100um의 가공소재를 진공흡착한 상태에서 소재고정용 지그부의 안착용 하부지그에 공급시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 스마트 레이저가공모듈(200)에 관해 설명한다.

상기 스마트 레이저가공모듈(200)은 가공소재공급부와 이웃하는 공정상에 위치되어, 가공소재공급부로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시키는 역할을 한다.

이는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 지그이송용 LM가이드부(210), 레이저가공부(220), 제2 지그용 스톱퍼(230)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 제2 지그이송용 LM가이드부(210)에 관해 설명한다.

상기 제2 지그이송용 LM가이드부(210)는 바닥면에 위치되어 제1 지그이송용 LM가이드부를 통해 이송된 소재고정용 지그부를 전달받아, 레이저가공부에 정위치시킨 후, 레이저 가공이 완료되면, 이웃하는 비젼카메라센싱부로 직선운동시켜 이송시키는 역할을 한다.

이는 정교하게 가공된 직선형 레일을 접촉점이 한점으로 된 볼이 구르면서 블럭을 직선으로 이송시키도록 구성된다.

즉, 볼의 직경이 클수록 큰 힘을 견디고 내충격성도 강한 특성을 가진다.

상기 제2 지그이송용 LM가이드부(210)는 레이저가공부 위치에 정위치시키는 제3 리미트센서와, 제3 지그이송용 LM가이드부(310)까지 이송시키는 제4 리미트센서가 포함되어 구성된다.

둘째, 본 발명에 따른 레이저가공부(220)에 관해 설명한다.

상기 레이저가공부(220)는 제2 지그이송용 LM가이드부와 동일선상의 직립구조로 형성되어, 소재고정용 지그부의 개구부에 노출된 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시키는 역할을 한다.

이는 도 10에 도시한 바와 같이, 레이저 발진기(221), 갈바노 스캐너(222), 레이저제어부(223), Z축 구동용 액츄에이터부(224)로 구성된다.

상기 레이저 발진기(221)는 500nm~1,080nm의 파장영역을 갖는 레이저빔을 생성시키는 역할을 한다.

이는 파이버레이저로 구성된다.

즉, 광학 섬유를 공진기로 이용한 레이저로서, 네오딤 이온 Nd3+을 유리에 도프한 연속 발진 레이저로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 발진기(221)는 정밀 용접 및 정밀 절단을 위해, 532nm의 파장영역을 갖는 레이저빔을 생성시킬 수가 있다.

상기 갈바노 스캐너(222)는 도 9에 도시한 바와 같이, 헤드부상에 위치되어, 레이저발진기로부터 생성된 레이저빔을 전달받아, 몸체는 고정된 채, 레이저위치만을 X축, Y축으로 이동시키면서 재고정용 지그부의 개구부에 노출된 가공소재에 레이저를 쏴주어, 절단 또는 용접시키는 역할을 한다.

이는 내부에 레이저위치만을 X축, Y축으로 이동시키는 XY미러(222a)와, XY미러를 구동시키는 전동모터(222b)가 포함되어 구성된다.

그리고, 주사범위가 110*110mm, 200*200mm, 300*300mm 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

상기 레이저제어부(223)는 갈바노 스캐너의 XY미러를 제어하여, 프로그램설정된 형상에 맞게 가공소재에 레이저를 쏴주어 프로그램설정된 형상대로 절단 또는 용접시키도록 제어시키는 역할을 한다.

상기 Z축 구동용 액츄에이터모듈(224)은 레이저발진기, 갈바노 스캐너를 Z축 상하방향으로 이동시켜 높이조절시키는 역할을 한다.

셋째, 본 발명에 따른 제2 지그용 스톱퍼(230)에 관해 설명한다.

상기 제2 지그용 스톱퍼(230)는 제2 지그이송용 LM가이드부의 전단 일측에 위치되어, PLC컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 돌출되면서, 소재고정용 지그부의 이송을 스톱 및 해제시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 비젼카메라센싱부(300)에 관해 설명한다.

상기 비젼카메라센싱부(300)는 스마트 레이저가공모듈과 이웃하는 공정상에 위치되어, 스마트 레이저가공모듈을 통해 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 PLC 컨트롤러모듈로 전달시키는 역할을 한다.

이는 도 11에 도시한 바와 같이, 제3 지그이송용 LM가이드부(310), 센싱몸체(320), 카메라부(330), 기준위치영역설정부(340), 왜곡보정부(350), 위치검출부(360), 비젼카메라제어부(370)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 제3 지그이송용 LM가이드부(310)에 관해 설명한다.

상기 제3 지그이송용 LM가이드부(310)는 바닥면에 위치되어 제2 지그이송용 LM가이드부를 통해 이송된 소재고정용 지그부를 전달받아, 센싱몸체에 정위치시킨 후, 비젼카메라센싱이 완료되면, 이웃하는 진공형 취출로봇부(400)로 직선운동시켜 이송시키는 역할을 한다.

이는 카메라부 위치에 정위치시키는 제5 리미트센서와, 제4 지그이송용 LM가이드부(410)까지 이송시키는 제6리미트센서가 포함되어 구성된다.

둘째, 본 발명에 따른 센싱몸체(320)에 관해 설명한다.

상기 센싱몸체(320)는 박스형상으로 이루어져 각 기기를 외부로부터 보호하고 하단헤드부의 카메라부를 이송되는 완성형 가공부재를 바라보도록 위치시키는 역할을 한다.

이는 하단헤드부 상에 카메라부가 형성되고, 내부공간 일측에 기준위치영역설정부, 왜곡보정부, 위치검출부, 제1 정위치셋팅보정부가 PCB기판상에 형성된다.

상단 일측에 두개의 통신케이블이 형성되고, 일측이 PLC컨트롤러모듈과 연결되어, PLC컨트롤러모듈로 불량신호 또는 양품신호를 전송시킨다.

셋째, 본 발명에 따른 카메라부(330)에 관해 설명한다.

상기 카메라부(330)는 도 12에 도시한 바와 같이, 센싱몸체의 하단헤드부 일측에 위치되어, 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치한 완성형 가공소재를 영상촬영시키는 역할을 한다.

이는 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치한 완성형 가공소재 중 왼쪽에 위치한 완성형 가공소재를 촬영하는 레프트카메라와, 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치한 완성형 가공소재 중 오른쪽에 위치한 완성형 가공소재를 촬영하는 라이트카메라로 구성된다.

넷째, 본 발명에 따른 기준위치영역설정부(340)에 관해 설명한다.

상기 기준위치영역설정부(340)는 카메라부의 렌즈상에 적외선형태의 십자형상을 갖는 기준위치영역을 설정시키는 역할을 한다.

여기서, 적외선형태의 십자형상을 갖는 기준위치영역은 사용자의 설정에 따라 위치가 X축, Y축으로 가변되어 설정되도록 구성된다.

본 발명에서 적외선형태의 십자형상을 갖는 기준위치영역이 설정됨으로서, 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치한 완성형 가공소재의 위치를 정확하게 검출할 수가 있다.

다섯째, 본 발명에 따른 왜곡보정부(350)에 관해 설명한다.

상기 왜곡보정부(350)는 카메라부에서 촬영된 이미지영상을 입력받아 영상의 왜곡을 보정시키는 역할을 한다.

여섯째, 본 발명에 따른 위치검출부(360)에 관해 설명한다.

상기 위치검출부(360)는 왜곡보정부를 통해 왜곡보정된 십자형상의 기준위치영역에 위치한 완성형 가공소재의 이미지를 미리 설정한 십자형상의 기준위치모델과 비교분석한 후, 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 검출하는 역할을 한다.

일곱째, 본 발명에 따른 비젼카메라제어부(370)에 관해 설명한다.

상기 비젼카메라제어부(370)는 위치검출부에서 검출된 완성형 가공소재의 이미지의 위치가 십자형상의 기준위치영역에 해당하는 정위치셋팅값(0.4mm~0.8mm)의 범위를 벗어난 경우에, PLC 컨트롤러로 불량신호(-)를 전송시키고, 위치검출부에서 검출된 페라이트 시트 원단부재이미지의 위치가 십자형상의 기준위치영역에 해당하는 정위치셋팅값(0.1mm~0.4mm)의 범위 이내인 경우에, PLC 컨트롤러로 양품신호(+)를 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 진공형 취출로봇부(400)에 관해 설명한다.

상기 진공형 취출로봇부(400)는 비젼카메라센싱부와 이웃하는 공정상에 위치되어, PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 완성형 가공소재 중 1차로 불량가공된 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시킨 후, 2차로 양품의 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시키는 역할을 한다.

이는 도 13에 도시한 바와 같이, 제4 지그이송용 LM가이드부(410), 취출로봇몸체(420), Z축 이송전기실린더(430), Y축 이송전기실린더(440), 회전구동부(450), 진공흡착부(460)로 구성된다.

상기 제4 지그이송용 LM가이드부(410)는 바닥면에 위치되어 제3 지그이송용 LM가이드부를 통해 이송된 소재고정용 지그부를 전달받아, 취출로봇몸체에 정위치시킨 후, 비젼카메라센싱이 완료되면, 이웃하는 진공형 취출로봇부(400)로 직선운동시켜 이송시키는 역할을 한다.

이는 취출로봇몸체 위치에 정위치시키는 제7 리미트센서가 포함되어 구성된다.

상기 취출로봇몸체(420)는 "ㅑ"자 형상으로 이루어져 각 기기를 지지하는 역할을 한다.

상기 Z축 이송전기실린더(430)는 취출로봇몸체의 전단 일측에 수직길이방향으로 형성되어 진공집게부를 (±)Z축으로 이송시키는 역할을 한다.

이는 F(x)하중이 최대 38 KN이고, 스트로크가 2,000mm이며, 백래쉬가 0.11mm이고, 속도가 2.0m/s인 특성을 가진 정밀 리니어 액츄에이터로 구성된다.

상기 Y축 이송전기실린더(440)는 취출로봇몸체의 선단 일측에 위치되고, Z축 이송전기실린더를 기준으로 90°방향에 형성되어 Z축 이송전기실린더와 진공집게부를 (±)Y축으로 이송시키는 역할을 한다.

이는 F(x)하중이 최대 38 KN이고, 스트로크가 2,000mm이며, 백래쉬가 0.11mm이고, 속도가 2.0m/s인 특성을 가진 정밀 리니어 액츄에이터로 구성된다.

상기 회전구동부(450)는 취출로봇몸체 자체를 360도 회전시키는 역할을 한다.

상기 진공흡착부(460)는 헤드부상에 위치되어, 소재고정용 지그부와 정위치되면서, 소재고정용 지그부에 형성된 완성형 가공소재 중 불량난 완성형 가공소재 또는 양품의 완성형 가공소재를 진공의 힘으로 흡착시킨 후, 취출시키는 역할을 한다.

이는 소재고정용 지그부와 동일한 형상과 크기로 이루어져, 소재고정용 지그부에 형성된 완성형 가공소재 중 불량난 완성형 가공소재를 1차로 진공흡착시키고, 양품의 완성형 가공소재를 2차로 진공흡착시킨다.

이때, 진공흡착부는 도 14에 도시한 바와 같이, 직사각형 몸체(461)와, 직사각형 몸체의 하단부인 소재고정용 지그부와 접촉되는 부위에 복수개의 진공흡입홀(462)이 형성되고, 진공흡입홀에 1:1로 진공흡입파이프(463)가 연결되고, 진공흡입파이프에 진공흡입력을 분배시키는 진공흡입분배기(464)가 연결되어 구성된다.

그리고, 진공흡입분배기에 진공흡입력을 생성시키는 진공흡착펌프(465)가 형성되어 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 PLC 컨트롤러모듈(500)에 관해 설명한다.

상기 PLC 컨트롤러모듈(500)은 가공소재공급부, 스마트 레이저가공모듈, 비젼카메라센싱부, 진공형 취출로봇부와 연결되어, 각 기기의 구동을 순차적으로 제어하는 역할을 한다.

이는 도 15에 도시한 바와 같이, 입력부(510), 메모리부(520), 마이크로프로세서부(530), 출력부(540)로 구성된다.

상기 입력부(510)는 입력단자 일측에 제1,2,3,4,5,6,7 리미트 센서부가 연결되어, 제1,2,3,4 지그이송용 LM가이드부의 이동상태를 입력받고, 비젼카메라센싱부에서 센싱한 데이터를 입력받는 역할을 한다.

상기 메모리부(520)는 자동제어형 레이저 가공장치의 전체적인 구동에 관한 프로그램 및 데이터를 저장시키는 역할을 한다.

상기 마이크로프로세서부(530)는 메모리부에 저장되어 있는 프로그램을 해독하여 연산시켜 출력부쪽으로 출력신호를 순차적으로 출력시키는 역할을 한다.

이는 도 16에 도시한 바와 같이, 가공소재공급부 구동모드(531), 스마트 레이저가공모듈 구동모드(532), 비젼카메라센싱부 구동모드(533), 진공형 취출로봇부 구동모드(534)로 구성된다.

상기 가공소재공급부 구동모드(531)는 레이저로 용접 또는 절단할 가공소재를 안착시킨 후, 순차적으로 이웃하는 레이저가공모듈로 이송시키도록 제어한다.

상기 스마트 레이저가공모듈 구동모드(532)는 가공소재공급부로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시키도록 제어한다.

상기 비젼카메라센싱부 구동모드(533)는 스마트 레이저가공모듈을 통해 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 입력부로 전달시키도록 제어한다.

상기 진공형 취출로봇부 구동모드(534)는 완성형 가공소재 중 1차로 불량가공된 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시킨 후, 2차로 양품의 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시키도록 제어한다.

상기 출력부(540)는 가공소재공급부, 스마트 레이저가공모듈, 비젼카메라센싱부, 진공형 취출로봇부 쪽으로 순차적으로 출력신호를 출력시키는 역할을 한다.

본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치는 가공소재공급부(100), 스마트 레이저가공모듈(200), 비젼카메라센싱부(300), 진공형 취출로봇부(400), PLC 컨트롤러모듈(500)에다가, 레이저가공 모니터링부(600)가 포함되어 구성된다.

상기 레이저가공 모니터링부(600)는 가공소재 설정프로그램을 활성화시키면서, 비젼카메라제어부에서 촬영된 완성형 가공소재의 이미지를 실시간 표출시키고, 불량신호와, 양품신호를 표출시키는 역할을 한다.

이는 PLC컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동된다.

또한, 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치는 비젼카메라센싱부(300) 의 일측에 통전측정모듈(700)이 포함되어 구성된다.

상기 통전측정모듈(700)은 용접된 가공소재의 (+)단자,(-)단자에 전류를 인가시킨 후, 저항부재를 접촉시켜 통전되는지 여부 및 저항치를 센싱시키는 역할을 한다.

이는 4채널~20채널로 구성된다.

그리고, 측정범위 1μΩ~30㏀으로 이루어진다.

상기 통전측정모듈(700)은 도 21에 도시한 바와 같이, 용접된 가공소재와 접촉되어 저항역할을 수행하는 프로브핀(710)과, 프로브핀과 통전측정몸체 사이를 연결시키는 연결라인(720)과, 통전상태 및 전류상태를 표출시키는 디스플레이부(730)와, 프로브핀, 연결라인, 디스플레이부와 연결되어 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 연결라인의 채널별로 전류를 인가시켜 용접된 가공소재의 도통여부를 제어시키는 통전제어부(740)로 구성된다.

상기 통전측정모듈을 통한 용접된 가공소재의 통전측정 과정은 다음과 같다.

먼저, 소재고정용 지그부의 개구부에 위치한 용접된 가공소재의 (+)단자와, (-)단자에 전류를 인가시킨다.

다음으로, 프로브핀을 소재고정용 지그부의 개구부에 위치한 용접된 가공소재에 접촉시킨다.

이때, 프로브핀은 용접된 가공소재의 (+)단자와, (-)단자에 접촉되면서 저항역할을 한다.

여기서, 가공소재 용접이 제대로 되어 있다면, 프로브핀을 통하여 전류가 도통되어, 전선라인을 통해 통전제어부로 전달된다.

반대로, 가공소재 용접이 불량일 경우에, 프로브핀으로 전류가 도통되지 않아, 전선라인을 통해 통전제어부쪽으로 아무런 신호도 전달되지 않게 된다.

상기 통전제어부에서는 프로브핀을 통하여 전류가 도통되면, 양품의 가공소재로 설정하여, PLC컨트롤러모듈로 (+)신호를 전달시키고, 프로브핀을 통하여 아무런 신호가 입력되지 않으면, 불량의 가공소재로 설정하여, PLC컨트롤로모듈로 (-)신호를 전달시킨다.

이하, 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.

먼저, 가공소재공급부에서 레이저로 용접 또는 절단할 가공소재를 안착시킨 후, PLC제어모듈의 제어신호에 따라 순차적으로 이웃하는 레이저가공모듈로 이송시킨다.

이는 제1 지그이송용 LM가이드부에서 상단에 얹어진 소재고정용 지그부를 PLC제어모듈의 제어신호에 따라 순차적으로 이웃하는 레이저가공모듈로 직선운동시킨다.

다음으로, 스마트 레이저가공모듈을 통해 가공소재공급부로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시킨다.

즉, 레이저 발진기(221)에서 1,060~1,080um의 파장영역을 갖는 레이저빔을 생성시킨다.

이어서, 갈바노 스캐너(222)에서 레이저발진기로부터 생성된 레이저빔을 전달받아, 몸체는 고정된 채, 레이저위치만을 X축, Y축으로 이동시키면서 재고정용 지그부의 개구부에 노출된 가공소재에 레이저를 쏴주어, 절단 또는 용접시킨다.

이어서, 레이저제어부(223)에서 갈바노 스캐너의 XY미러를 제어하여, 프로그램설정된 형상에 맞게 가공소재에 레이저를 쏴주어 프로그램설정된 형상대로 절단 또는 용접시키도록 제어시킨다.

이어서, Z축 구동용 액츄에이터모듈(224)에서 레이저발진기, 갈바노 스캐너를 Z축 상하방향으로 이동시켜 높이조절시킨다.

도 17은 본 발명에 따른 스마트 레이저가공모듈을 통해 가공소재공급부로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이고, 도 18은 본 발명에 따른 스마트 레이저가공모듈을 통해 가공소재공급부로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.

다음으로, 비젼카메라센싱부에서 스마트 레이저가공모듈을 통해 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 PLC 컨트롤러모듈로 전달시킨다.

끝으로, 진공형 취출로봇부에서 PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 완성형 가공소재 중 1차로 불량가공된 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시킨 후, 2차로 양품의 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시킨다.

이처럼, 본 발명에서는 도 19에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치를 통해 10~30㎛로 정밀하게 절단할 수가 있고, 도 20에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치를 통해 100㎛ 이상의 가공소재와, 10~50㎛ 가공소재를 "L"자형으로 용접하여, 하나로 형성시킬 수가 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동제어형 레이저 가공장치를 통해 100㎛ 이상의 가공소재와, 10~50㎛ 가공소재를 "L"자형 이외에도, "-"자형, "="자형 및 자유로운 형상으로 용접하여, 하나로 형성시킬 수가 있다.

1 : 자동제어형 레이저 가공장치
100 : 가공소재공급부 200 : 스마트 레이저가공모듈
300 : 비젼카메라센싱부 400 : 진공형 취출로봇부
500 : PLC 컨트롤러모듈

Claims (8)

1. 레이저로 용접 또는 절단할 가공소재를 안착시킨 후, PLC 컨트롤러모듈(500)의 제어신호에 따라 순차적으로 이웃하는 스마트 레이저가공모듈(200)로 이송시키는 가공소재공급부(100)와,
   가공소재공급부(100)와 이웃하는 공정상에 위치되어, 가공소재공급부(100)로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시키는 스마트 레이저가공모듈(200)과,
   스마트 레이저가공모듈(200)과 이웃하는 공정상에 위치되어, 스마트 레이저가공모듈(200)을 통해 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 PLC 컨트롤러모듈(500)로 전달시키는 비젼카메라센싱부(300)와,
   비젼카메라센싱부(300)와 이웃하는 공정상에 위치되어, PLC 컨트롤러모듈(500)의 제어신호에 따라 완성형 가공소재 중 1차로 불량가공된 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시킨 후, 2차로 양품의 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시키는 진공형 취출로봇부(400)와,
   가공소재공급부(100), 스마트 레이저가공모듈(200), 비젼카메라센싱부(300), 진공형 취출로봇부(400)와 연결되어, 각 기기의 구동을 순차적으로 제어하는 PLC 컨트롤러모듈(500)로 구성되되;,
   상기 PLC 컨트롤러모듈(500)은
   입력부(510), 메모리부(520), 마이크로프로세서부(530), 출력부(540)로 이루어지고,
   상기 마이크로프로세서부(530)는
   레이저로 용접 또는 절단할 가공소재를 안착시킨 후, 순차적으로 이웃하는 스마트 레이저가공모듈(200)로 이송시키도록 제어하는 가공소재공급부 구동모드(531)와,
   가공소재공급부(100)로부터 이송된 가공소재를 정위치시킨 후, 가공소재에 레이저를 쏴주어 용접 및 절단시키도록 제어하는 스마트 레이저가공모듈 구동모드(532)와,
   스마트 레이저가공모듈(200)을 통해 용접 및 절단된 완성형 가공소재를 영상촬영한 후, 영상촬영한 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱한 후, 센싱데이터를 입력부로 전달시키도록 제어하는 비젼카메라센싱부 구동모드(533)와,
   완성형 가공소재 중 1차로 불량가공된 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시킨 후, 2차로 양품의 완성형 가공소재를 진공으로 흡입하여 취출시키도록 제어하는 진공형 취출로봇부 구동모드(534)로 구성되는 자동제어형 레이저 가공장치에 있어서,
   상기 비젼카메라센싱부(300)는
   바닥면에 위치되어 제2 지그이송용 LM가이드부(210)를 통해 이송된 소재고정용 지그부(120)를 전달받아, 센싱몸체(320)에 정위치시킨 후, 비젼카메라센싱이 완료되면, 이웃하는 진공형 취출로봇부(400)로 직선운동시켜 이송시키는 제3 지그이송용 LM가이드부(310)와,
   박스형상으로 이루어져 각 기기를 외부로부터 보호하고 하단헤드부의 카메라부(330)를 이송되는 완성형 가공부재를 바라보도록 위치시키는 센싱몸체(320)와,
   센싱몸체(320)의 하단헤드부 일측에 위치되어, 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치한 완성형 가공소재를 영상촬영시키는 카메라부(330)와,
   카메라부(330)의 렌즈상에 적외선형태의 십자형상을 갖는 기준위치영역을 설정시키는 기준위치영역설정부(340)와,
   카메라부(330)에서 촬영된 이미지영상을 입력받아 영상의 왜곡을 보정시키는 왜곡보정부(350)와,
   왜곡보정부(350)를 통해 왜곡보정된 십자형상의 기준위치영역에 위치한 완성형 가공소재의 이미지를 미리 설정한 십자형상의 기준위치모델과 비교분석한 후, 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 검출하는 위치검출부(360)와,
   위치검출부(360)에서 검출된 완성형 가공소재의 이미지의 위치가 십자형상의 기준위치영역에 해당하는 정위치셋팅값(0.4mm~0.8mm)의 범위를 벗어난 경우에, PLC 컨트롤러모듈(500)로 불량신호(-)를 전송시키고, 위치검출부(360)에서 검출된 완성형 가공소재의 이미지의 위치가 십자형상의 기준위치영역에 해당하는 정위치셋팅값(0.1mm~0.4mm)의 범위 이내인 경우에, PLC 컨트롤러모듈(500)로 양품신호(+)를 전송시키도록 제어하는 비젼카메라제어부(370)로 구성되어, 비젼카메라센싱부 구동모드(533)의 제어신호에 따라 완성형 가공소재의 용접위치 및 절단위치가 중심홀을 기준으로 십자형상의 기준위치영역에 위치해 있는지 여부를 센싱시키는 것을 특징으로 하는 자동제어형 레이저 가공장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images