KR101759843B1 - 레이저 가공기 자동화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판재 형태의 자재를 가공하는 레이저 가공기(Laser Cutting Machine)나 라우터(Router)와 같이 CNC(Computer Numerical Control) 방식으로 가공하는 기계에 판재를 자동으로 공급하는 자동화 시스템과 그 구성방법에 관한 것이다.

Description

레이저 가공기 자동화 시스템{Automation System For Laser Cutting Machine}

본 발명은 판재 형태의 자재를 가공하는 레이저 가공기(Laser Cutting Machine)나 라우터(Router)와 같이 CNC(Computer Numerical Control) 방식으로 가공하는 기계에 판재를 자동으로 공급하는 자동화 시스템과 그 구성방법에 관한 것이다.

레이저 가공기 및 라우터는, 고정된 평탄한 작업대(Flat Bed)에 철이나 비철금속 및 목재는 물론 플라스틱 계열의 화학 자재나 종이재질의 판재 등을 올려놓고, 컴퓨터에서 로딩(Loading)된 도면에 따라 레이저 또는 절삭용 공구를 이용하여 일정한 형상으로 가공하는 것을 말한다.

이와 같은 공작기계를 이용하여 작업하는 기존의 방식은 도면을 작성하는 사람, 기계를 조작하는 사람 및 기계에 자재를 올려놓고 작업이 끝나면 가공물과 스크랩을 치우는 작업을 하는 사람 등으로 여러 명의 작업자가 필요로 하는 공정이다.

게다가 여러 종류의 크기와 상당한 무게를 지닌 다양한 재질의 자재들은 넓은 작업장을 차지하게 되는데, 그 속에서 작업자들의 안전과 작업효율성은 저하될 수 밖에 없는 것이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 기존의 작업방식에 벗어나 공정 전반을 자동화하여 단 한 명의 인원이 원격에서도 일괄적인 가공작업을 24시간 지속적으로 수행할 수 있는 전 자동화된 시스템을 구성하여 작업 효율은 물론 작업 인원과 공간을 줄이는 방안을 마련하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 가공기와 CNC 라우터 자동화 시스템 및 그 구성 방법은 판재를 가공하는 CNC 기반의 공작기계에 그 자재를 자동으로 공급하기 위한 수단과, 공급된 판재를 가공 및 스크랩과 가공품의 분리 후 개별 수거하는 전 공정을 자동화하도록 한 것이다.

본 발명의 자동화 시스템은 공작기계(레이저 가공기 및 라우터 등)의 고정식 작업대(Flat Bed)를 컨베이어 벨트 방식의 베드-컨베이어(Bed-Conveyer)를 구성하고, 공작기계의 양측에는 다양한 자재를 수납할 수 있는 보관대를 설치하여, 공작기계 상부 공간에 설치된 크레인이 특정자재를 이송하여 베드-컨베이어에 배치시키면 가공작업을 자동적으로 수행하도록 한 것이다.

본 발명은 가공작업이 종료되면 베드-컨베이어가 작동하여 스크랩 및 가공품을 후방으로 밀어내게 된다. 이때 CNC 공작기계의 후방에 설치된 스크랩(Scrap) 분리장치를 따라 이동하면 스크랩과 공작물이 분리되고 연속적으로 이동하여 스크랩을 수거함에 자동으로 배출시키는 시스템을 제공하기 위함인 것이다.

본 발명에 따른 레이저 가공기와 CNC 라우터 자동화 시스템 및 그 구성 방법은 기존의 작업방식에 벗어나 공정 전반을 자동화하여 작업 효율은 물론 작업 인원과 공간을 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 좌측면도.
도 4는 본 발명에 따른 우측면도.
도 5는 본 발명에 따른 전체구성도.
도 6은 본 발명에 따른 전체구성도로서 보관대가 양측에 설치된 상태도.
도 7은 본 발명에 따른 전체구성도로서 보관대를 제외한 상태도.
도 8은 본 발명에 따른 가공라인 구성도
도 9는 본 발명에 따른 가공라인 평면도
도 10은 본 발명에 따른 코일과 코일롤러의 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 자재보관대의 구성도.
도 12는 본 발명에 따른 자재보관대의 다른 구성도.
도 13은 본 발명에 따른 CNC 가공 기계구성도.
도 14는 본 발명에 따른 CNC 가공 기계구성도의 단면.
도 15는 본 발명에 따른 CNC 가공 기계구성도의 기준점 정렬장치.
도 16은 본 발명에 따른 CNC 가공 기계구성도의 기준점 정렬장치의 상세도.
도 17은 본 발명에 따른 CNC 가공 기계구성도로서 스크랩, 가공물 분리 이송장치의 구성도.
도 18은 본 발명에 따른 CNC 가공 기계구성도로서 가공물 분리장치.
도 19은 본 발명에 따른 CNC 가공 기계구성도로서 가공물 분리장치의 상세도.
도 20은 본 발명에 따른 CNC 가공 기계구성도로서 가공물 수거함.
도 21은 본 발명에 따른 스크랩 수거장치.
도 22는 본 발명에 따른 스크랩 수거장치의 다른 구성도.
도 23은 본 발명에 따른 스크랩 수거장치의 또 다른 구성도.
도 24은 본 발명에 따른 크레인의 구성도.
도 25는 본 발명에 따른 판재가공의 흐름도.
도 26은 본 발명에 따른 코일가공의 흐름도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 도시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또한 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 평면도, 도 2는 본 발명에 따른 정면도, 도 3은 본 발명에 따른 좌측면도, 도 4는 본 발명에 따른 우측면도, 도 5는 본 발명에 따른 전체구성도, 도 25는 본 발명에 따른 자재가공의 흐름도, 도 26은 본 발명에 따른 코일가공의 흐름도이다.

도 1 내지 도 26에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 가공기와 CNC 라우터 자동화 시스템 및 그 구성 방법은, 자재를 입고하여 종류별로 보관하며 자재 보관대에 보관된 자재를 CNC 기반의 공작기계에 그 자재를 공급하기 위한 공급수단과, 공급된 자재를 가공하기 위한 가공수단 및 가공된 가공품과 스크랩을 분리 후 개별 수거하는 이송수단과, 스크랩 수거장치를 포함한 구성인 것이다.

상기한 CNC 기반의 공작기계는 레이저 가공기와 CNC 라우터의 고정식 평판 작업대(Flat-Bed)를 컨베이어 벨트 방식의 베드-컨베이어(10)(Bed-Conveyer)로 구성하여 자재를 이송 가능하도록 구성하며, 떨어져 있는 두 축에 장치된 풀리와 풀리 사이에 걸려져 순환되는 벨트의 안쪽 공간에는 삼각형 형상의 누락 스크랩 배출장치(14)를 형성하여 스크랩이 벨트 안쪽에 쌓이지 않고 벨트 양 측면으로 배출될 수 있도록 한다.

상기한 베드-컨베이어 양측에는 공기압 또는 유압실린더(20)와 병행하는 지지부(22)를 가지고 지지부 끝에는 베드-컨베이어(10)에 올려져있는 자재의 측면을 밀 수 있는 밀쇠(24)와 전자석(28) 및 누름쇠(26)를 구비하여 자재를 정렬하여 눌러서 일시적으로 고정하여 가공을 위한 기준점을 잡을 수 있는 기준점 정렬장치(2)를 구성한다.

상기한 기준점 정렬장치(2)는 베드-컨베이어의 양 측면에 배치되며 이중 한쪽의 정렬장치는 가공작업 시작 전 컴퓨터에서 세팅하는 기준점 치수에 따라 이동하여 자재의 측면을 일시 고정한 상태로 정지해 있고, 나머지 한 쪽의 정렬장치는 공작기계 상단의 크레인(8)이 베드-컨베이어에 자재를 배치시키고 나면, 그 때 작동하여 이미 세팅된 위치에 정지해 있는 다른 쪽 장치를 향해 자재를 밀어내어 밀착되면 정지하게 되는 것이다.

그런 다음 양 측의 장치 끝단에 구비되어 있는 전자석(28)이 작동하여 누름쇠(26)가 베드-컨베이어에 올려져있는 자재의 가장자리를 아래쪽으로 눌러 정확한 위치에 놓여 진 것을 확인한 후, 다시 전자석(28)을 해제시키고 양측에 설치된 기준점 정렬장치(2) 및 자재 고정 장치는 공기압 또는 유압실린더(20)의 작동으로 원래의 대기 위치로 이동하게 되고, CNC 헤드(Head)가 움직여 가공작업을 시작하는 것이다.

상기한 자재 보관대(4)는 CNC 공작기계와 스크랩 및 가공품 선별 이송수단과 스크랩 수거장치로 이루어진 작업 라인의 양측에 다수의 격자형 공간을 구성하고 각각의 자재를 수납하는 것으로 자재의 종류, 재질, 규격 등에 따라 각기 특정한 주소를 부여하고, 그에 해당하는 자재를 수납하는 구성인 것이다.

상기한 자재 보관대에 입고되는 자재는 스크랩 수거함(6) 측방에 레일과 함께 구성된 자재 입고장치는 보충이 필요한 자재를 입고장치 위에 적재하여 레일을 따라 밀어 넣어 자재 보관대(Storage) 하단의 공간에 위치시키고, 이때 보충할 자재에 해당하는 자재 보관대 주소(Storage Address)에 해당하는 곳에 크레인(8)을 이용하여 이동하여 자재를 이동시킨다.

자재를 이송하는 크레인(8)은 CNC 가공작업 라인의 상단에 설치되어 양 측방에 설치되어 있는 자재 보관대의 각종 자재를 이송하여 CNC 공작기계의 작업대인 베드-컨베이어에 자재를 배치시켜 주는 기능과 함께, 보충해야 할 자재를 해당 위치로 이송하는 역할을 한다.

크레인(8)을 중심으로 양 측방에 있는 자재 보관대 속으로 이동이 가능하고 상, 하 그리고 좌우와 같이 X, Y, Z 축으로 모두 움직일 수 있으며, 자재를 들어올리기 위한 진공 흡착판과 전자석이 설치된 구성인 것이다.

따라서 철판의 경우 전자석을 이용하고 그 밖의 재질의 경우 진공흡착판을 이용하여 자재를 이송하도록 하는 것이다.

상기한 스크랩 및 가공물의 분리 및 선별 이송수단은 공작기계의 베드-컨베이어의 상면과 평행하게 배치되는 스크랩 및 가공품 선별 이송장치(7)와, 상기 이송장치의 하부에 가공물 이송 컨베이어 시스템(5)이 구성되어, 가공이 끝난 후 스크랩과 가공품이 분리되어 가공물 이송 컨베이어로 떨어지도록 구성하고, 스크랩과 가공물이 완전하게 분리되지 않을 경우에 대비하여, 흐름 공정상에 여러 단계에 걸쳐 스크랩 및 가공품 선별 이송장치를 설치하여 스크랩과 가공품을 분리하도록 구성한다.

이때 스크랩 및 가공품 선별 이송장치(7)는 상하 롤러로 구성되며, 상단의 롤러(30)는 신축성을 가진 고무 재질로 롤러의 표면에 돌기와 같이 굴곡이 있도록 구성하여 일정한 압력을 가하면서 구동하여 하단의 롤러와의 사이를 통과할 때 받는 압력으로 가공품이 분리되도록 하는 것이다.

가공품이 분리되고 최종적으로 롤러사이를 통과하는 스크랩 판이 롤러의 구동에 의해 스크랩 수거함 후방에 장착된 스위치 판을 밀게 되면 수거함 상단에 설치되어 스크랩 판을 떠받치고 있던 지지대(42)를 공기압 또는 유압실린더(40)를 작동시켜 90도 각도로 직하방으로 밀어내어 스크랩 판을 하방으로 떨어뜨리게 되어, 순차적으로 쌓아서 수거할 수 있도록 하는 것이다.

한편 레이저 가공기의 경우, 기존의 기술로는 코일 강재로 직접 가공할 수 없어 미리 일정 규격으로 잘라서 가공할 수 밖에 없으나 본 시스템에서는 코일 강재를 설치하고 강재의 한 쪽 가장자리를 기준선으로 설정하고 그에 맞게 기준점 정렬장치(2)에 그 수치를 사전 입력(Setting)하여 일괄작업 및 연속적인 흐름작업으로 자동화하는 것이 가능한 것이다.

이와 같이 연속적인 가공작업을 할 때는 베드-컨베이어의 길이 즉, 작업 가능 길이에 해당하는 수치 만큼 코일 강재를 잘라주도록 사전 세팅하여 후속 작업을 가능하게 하는 동시에 스크랩 판의 수거 및 보관에도 용이하도록 한다.

CNC 공작기계에 장착되어 있는 코일 강재 구동용 롤러(Roller)는 베드-컨베이어의 구동 속도와 동일한 속도로 연동되어 컴퓨터의 제어를 받아 작동되는 것이다.

본 발명의 판재 및 코일형태의 소재를 가공하는 실시예를 설명하면 다음과 같다.

우선 판재(Plate)를 이송하여 가공하는 방법을 설명하면 소재를 가공할 도면을 로딩하여 자재 형태 중 판재(Plate)를 선택하여 세팅한다.

판재를 선택한 후 재질, 규격, 작업수량을 세팅하고, 자재배치 기준점을 세팅(Bed 위의 기준 위치점)한다.

이때 베드-컨베이어와 CNC 공작기계 및 크레인(8)은 대기상태이며 코일 롤러는 종료 상태이다.

준비가 완료되면 크레인(8)이 해당 자재 보관대 주소로 이동하여 베드 콘베이어로 자재를 이송하고 크레인(8)은 대기지점으로 이동하여 대기한다.

베드-컨베이어로 이송된 자재는 기준점 정렬장치(2)가 작동하여 자재를 정렬하고 원위치되고 자재가 정렬되면 CNC 공작기계의 가공이 시작된다.

CNC 가공 후 지정된 작업수량과 일치하면 CNC 공작기계는 종료하고 대기위치로 이동하여 대기한다.

자재의 가공이 종료되면 베드-컨베이어가 회전구동하고 정지한 후 작업수량과 일치여부를 판별하며 일치시 CNC 베드-컨베이어 및 크레인(8)을 종료하여 작업을 정지하는 것이다.

이때 베드-컨베이어의 구동에 의하여 가공된 자재는 스크랩 및 가공품 선별장치로 이동되며 이동되는 도증 가공물은 하방으로 낙하되고 낙하된 가공물은 가공품 이송컨베이어의 구동에 따라 가공품 분리함으로 이동되는 것이다.

스크랩 및 가공품 선별장치로 이동될 때 상하의 롤러 사이를 통과하는 자재는 상단의 신축성을 가진 롤러에 의하여 일정한 압력을 가하게 되므로 스크랩과 가공물이 쉽게 분리되는 것이다.

스크랩 및 가공품을 분리하고 분리된 스크랩은 최종적으로 롤러사이를 통과하는 스크랩 판이 롤러의 구동에 의해 스크랩 수거함 후방에 장착된 스위치 판을 밀게 되면 수거함 상단에 설치되어 스크랩 판을 떠받치고 있던 지지대를 공기압 또는 유압실린더를 작동시켜 90도 각도로 직하방으로 밀어 스크랩 판을 하방으로 떨어뜨리게 되어, 순차적으로 쌓아서 수거할 수 있도록 하는 것이다.

따라서 판재를 연속적으로 가공이 가능하며 원격으로의 제어가 가능한 것이다.

본 발명의 코일 강재를 가공하는 방법은 판재 가공과 마찬가지로 도면을 로딩한 후 자재를 코일을 선택하고 작업수량, 컷팅 위치를 세팅하여 자재배치 기준점을 세팅한다.

이때 베드컨베이어, CNC 및 코일 롤러는 대기 상태이며 판재를 이송하는 크레인(8)은 종료상태이다.

준비가 완료되면 코일 롤러가 작동하여 자재를 베드-컨베이어위에 배치 완료하고 코일 롤러는 정지하고 기준점 정렬장치(2)를 ON하여 기준점을 정렬하고 기준점 정렬 OFF후 CNC 가공을 시작한다.

CNC 가공 후 작업수량과 일 치여부를 비교하여 일치되면 코일을 컷팅 한다.

이와 같이 코일 강재를 이용한 연속적인 가공작업을 할 때는 베드-컨베이어의 길이 즉, 작업 가능 길이에 해당하는 수치만큼 코일 강재를 잘라주도록 사전 세팅하여 후속 작업을 가능하게 하는 동시에 스크랩 판의 수거 및 보관에도 용이하도록 한다.

이때 CNC 공작기계에 장착되어 있는 코일 강재 구동용 롤러(Roller)는 베드-컨베이어의 구동 속도와 동일한 속도로 연동되어 컴퓨터의 제어를 받아 작동되어 정확한 동작을 유도할 수 있는 것이다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

2: 기준점 정렬장치 4: 자재 보관대
5: 가공물 이송 컨베이어 시스템
6: 스크랩 수거함 7: 스크랩 및 가공품 선별 이송장치
8: 크레인 10: 베드-컨베이어

Claims (10)

1. 자재를 입고하여 종류별로 보관하며 레이저 가공기의 작업 라인 양측에 다수의 격자형 공간을 구성하여, 각각의 자재를 수납하도록 구성한 자재 보관대, 상기 레이저 가공기의 작업 라인 중심으로 양 측방에 설치되고, 자재 보관대 속으로 이동이 가능하며 상, 하 그리고 좌우와 같이 X, Y, Z 축으로 모두 움직일 수 있으며, 자재를 들어올리기 위한 진공 흡착판과 전자석이 설치되어 자재 보관대에 보관된 자재를 레이저 가공기에 공급하도록 한 공급수단, 상기 레이저 가공기에 공급된 자재를 가공하여 컨베이어 벨트 방식의 베드-컨베이어(Bed-Conveyer)로 가공된 가공품과 스크랩을 분리 후 개별 수거하는 이송수단과, 스크랩 수거장치를 포함하는 레이저 가공기 자동화 시스템에 있어서,
   상기한 베드-컨베이어(Bed-Conveyer)를 구동하는 풀리와 풀리 사이에 걸려져 순환되는 벨트의 안쪽 공간에 삼각형 형상의 누락 스크랩 배출장치를 형성하여 스크랩이 벨트 상면에 모이지 않고 양 측면으로 배출될 수 있도록 구성하고, 레이저 가공기에서 가공된 가공품과 스크랩을 베드-컨베이어 상면과 평행하게 배치되는 스크랩 및 가공품 선별 이송장치의 상, 하단에 설치된 롤러를 통과하면서 스크랩과 가공품을 분리하도록 구성하고, 스크랩 및 가공품 선별 이송장치에 의하여 이송되는 스크랩은 가공품이 분리되고 최종적으로 롤러사이를 통과하는 스크랩 판이 롤러의 구동에 의해 스크랩 판 수거함 후방에 장착된 스위치 판을 밀게 되면 수거함 상단에 설치되어 스크랩 판을 떠받치고 있던 지지대를 작동시키는 공기압 또는 유압실린더를 작동시켜 스크랩 판을 떠받치고 있던 지지대를 90도 각도로 하방으로 밀어내어 스크랩 판을 하방으로 떨어뜨리게 되어, 스크랩 판을 순차적으로 쌓아서 수거할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공기 자동화 시스템.
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6. 제 1항에 있어서, 상기한 롤러중 상단의 롤러는 신축성을 가진 고무 재질로 롤러의 표면에 돌기와 같이 굴곡이 있도록 구성하여 일정한 압력을 가하면서 구동하여 하단의 롤러와의 사이를 통과할 때 받는 압력으로 가공품이 분리되도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공기 자동화 시스템.
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