KR101942170B1 - 레이저 빔을 이용한 가공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 빔을 이용한 가공 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 레이저 빔을 이용한 가공 장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기; 상기 레이저 발생기로부터 송출된 빔을 타겟 측으로 포커싱하여 줄 수 있도록, 상기 레이저 발생기와 타켓 사이에 위치되고 상기 빔이 통과되는 렌즈 유닛과, 상기 렌즈 유닛을 감싸는 형태로 배치되는 프레임과, 상기 렌즈 유닛에 진동을 인가시켜 줄 수 있도록 상기 렌즈 유닛과 프레임 사이에 위치되는 진동자를 포함하는 포커싱 유닛; 및 상기 렌즈 유닛이 상기 진동자에 의해 인가된 진동에 의해 XY평면 상에서 원활하게 이동될 수 있도록, 일측은 상기 프레임에 슬립 가능하게 연결되고 타측은 상기 진동자를 수용시키는 슬립 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 빔을 이용한 가공 장치{Laser processing apparatus}

본 발명은 레이저 빔을 이용한 가공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집광렌즈에 진동을 가하여 그 집광렌즈를 XY 평면 상에서 이동시켜 레이저 빔의 타겟에 대한 조사영역을 다양하게 조절시키고자 하는 경우에, 그 집광렌즈의 원활한 이동이 가능하도록 구조가 개선된 레이저 빔을 이용한 가공 장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 빔을 이용한 가공 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기와, 그 레이저 발생기로부터 송출된 빔의 경로를 조절하여 주기 위한 반사판과, 상기 반사판과 타켓 사이에 위치되어서 상기 빔의 타켓에 대한 초점을 형성시키는 집광렌즈를 포함하여 이루어진다.

레이저 빔을 이용한 가공 장치는, 레이저의 특성 때문에 산업계에서 그 활용도가 높아 다양한 기능을 가진 장치들이 개발되고 있는 실정이다.

예컨대, 레이저 빔의 타켓에 대한 조사영역을 다양하게 변화시켜 주거나 펄스 형태의 조사를 가능하게 하기 위하여, 상기 반사판 또는 집광렌즈에 진동을 가해 주는 가공 장치가 출시된 바 있다.

그러나, 이러한 진동 기능이 부가된 가공 장치의 경우, 단순히 반사판이나 집광렌즈와 같은 진동 대상체에 진동을 가해줄 뿐, 그 진동 대상체의 정밀한 슬립 동작을 구현시킬 수 없게 됨으로써, 레이저 빔을 이용한 정밀한 가공을 하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 레이저 빔의 타겟에 대한 초점을 형성시키는 렌즈 유닛을 XY 평면 상에서 정밀하게 슬립되게 하여 레이저 빔의 타겟에 대한 조사영역을 다양하게 형성시킬 수 있게 하는 레이저 빔을 이용한 가공 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 레이저 빔을 이용한 가공 장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기; 상기 레이저 발생기로부터 송출된 빔을 타겟 측으로 포커싱하여 줄 수 있도록, 상기 레이저 발생기와 타켓 사이에 위치되고 상기 빔이 통과되는 렌즈 유닛과, 상기 렌즈 유닛을 감싸는 형태로 배치되는 프레임과, 상기 렌즈 유닛에 진동을 인가시켜 줄 수 있도록 상기 렌즈 유닛과 프레임 사이에 위치되는 진동자를 포함하는 포커싱 유닛; 및 상기 렌즈 유닛이 상기 진동자에 의해 인가된 진동에 의해 XY평면 상에서 원활하게 이동될 수 있도록, 일측은 상기 프레임에 슬립 가능하게 연결되고 타측은 상기 진동자를 수용시키는 슬립 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 슬립 유닛은, 상기 XY 평면 상의 어느 하나의 축 방향을 따라 마주하게 배치되는 적어도 한 쌍의 슬립부재들을 포함하여 이루어지고, 상기 슬립부재들 중 어느 하나는, 상기 프레임의 제1레일홈에 끼워지고 그 제1레일홈을 따라 이동되는 슬립부와, 상기 슬립부와 연결되고 탄성을 가진 재질로 형성되며 상기 제1진동자를 수용시키는 수용부를 포함하여 이루어지며, 상기 슬립부재들 중 다른 하나는, 상기 렌즈 유닛을 사이에 두고 상기 어느 하나의 슬립부재의 반대측에 위치되고, 상기 렌즈 유닛을 탄성 가압시키는 가압부와 그 가압부에 연결되고 상기 프레임의 제2레일홈을 따라 이동되는 슬립부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 슬립 유닛은, 상기 XY 평면 상의 상기 어느 하나의 축 방향과 직교하는 다른 하나의 축 방향을 따라 마주하게 배치되는 다른 한 쌍의 슬립부재들을 포함하여 이루어지고, 상기 다른 한 쌍의 슬립부재들 중 어느 하나는, 상기 프레임의 제3레일홈에 끼워지고 그 제3레일홈을 따라 이동되는 슬립부와, 상기 슬립부와 연결되고 탄성을 가진 재질로 형성되며 상기 제1진동자와 직교하게 배치되는 제2진동자를 수용시키는 수용부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 렌즈 유닛은, 상기 빔이 경유하는 집광 렌즈와 상기 집광 렌즈의 가장자리를 둘러서 그 집광 렌즈를 감싸는 형태로 결합되는 렌즈 커버를 포함하여 이루어지고, 상기 각 슬립부재의 수용부는, 상기 렌즈 커버를 탄성 가압시킬 수 있도록, 그 렌즈 커버에 접촉되는 접촉면을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 레이저 빔을 이용한 가공 장치는, 타켓에 대한 초점을 형성시키는 렌즈 유닛에 XY 평면 상에서 슬립(이동)이 될 수 있도록 진동을 가해 줄 수 있도록 구성됨은 물론, 슬립 유닛이 렌즈 유닛의 진동에 따른 슬립 동작을 원활하게 구현할 수 있도록 마련됨으로써, 사용자의 필요에 따라 타켓에 조사되는 빔의 조사영역 또는 형상을 다양하게 구현시킬 수 있을 뿐만 아니라, 요구되는 사양에 맞는 정밀한 빔 조사를 가능하게 하여 결국 제품의 정밀 가공을 가능하게 하는 장점을 가진다.

도 1은 일반적인 레이저 가공 장치의 개략적인 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명 일실시예의 기본 구성을 설명하기 위한 개략적인 도면.
도 3은 본 발명 일실시예에 채용된 포커싱 유닛과 슬립 유닛이 상호 결합된 상태를 보인 사시도.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 가공 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명 일실시예의 기본 구성을 설명하기 위한 개략적인 개념도이고, 도 3은 본 발명 일실시예에 채용된 포커싱 유닛과 슬립 유닛이 상호 결합된 상태를 보인 사시도이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다.

도 2에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 가공 장치는, 레이저 발생기(10)와 포커싱 유닛(20)과 슬립 유닛(30)을 포함하여 이루어진다.

상기 레이저 발생기(10)는 레이저 빔을 발생시키는 역할을 하고, 상기 포커싱 유닛(20)은 상기 레이저 빔의 타겟에 대한 초점을 형성시켜 주는 역할을 하며, 상기 슬립 유닛(30)은 상기 포커싱 유닛(20)에 마련된 렌즈 유닛(22)의 정밀한 슬립 동작 구현을 가능하게 하는 역할을 한다.

상기 포커싱 유닛(20)은, 도 3 및 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 렌즈 유닛(22)과 프레임(24)과 진동자(26)를 포함하여 이루어진다.

상기 렌즈 유닛(22)은, 상기 레이저 발생기(10)와 타켓(T) 사이에 위치되고 상기 레이저 발생기(10)로부터 송출된 빔이 통과되는 것으로, 상기 레이저 발생기(10)로부터 송출된 빔을 타겟 측으로 포커싱하여 주는 역할을 한다.

상기 프레임(24)은 상기 렌즈 유닛(22)의 가장자리를 둘러서 그 렌즈 유닛(22)을 감싸는 행태로 배치되고, 상기 진동자(26)는 상기 렌즈 유닛(22)과 프레임(24) 사이에 위치되는 것으로, 상기 렌즈 유닛(22)에 진동을 인가시켜 주는 역할을 한다.

상기 슬립 유닛(30)은, 상기 진동자(26)를 내측에 수용한 상태로 상기 프레임(24)과 렌즈 유닛(22) 사이에 배치되는 것으로, 일측은 상기 프레임(24)에 슬립 가능하게 연결되고 타측은 상기 진동자(26)를 수용시킨다. 이러한 슬립 유닛(30)은, 도 4에 잘 도시된 바와 같이,상기 진동자(26)가 XY 평면 상에서 렌즈 유닛(22)에 진동을 인가하는 경우에 그 렌즈 유닛(22)이 진동자(26)의 진동에 의해 원활하게 슬립되게 함으로써, 렌즈 유닛(22)의 XY 평면에서의 슬립에 따른 다양한 초점 형성(타겟에 대한 조사영역 형성)을 가능하게 한다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 가공 장치는, 타켓(T)에 대한 초점을 형성시키는 렌즈 유닛(22)에 XY 평면 상에서 슬립(이동)이 될 수 있도록 진동을 가해 줄 수 있도록 구성됨은 물론, 슬립 유닛(30)이 상기 렌즈 유닛(22)의 진동에 따른 슬립 동작을 원활하게 구현할 수 있도록 마련됨으로써, 사용자의 필요에 따라 타켓(T)에 조사되는 빔의 조사영역 또는 형상을 다양하게 구현시킬 수 있을 뿐만 아니라, 요구되는 사양에 맞는 정밀한 빔 조사를 가능하게 하여 결국 제품의 정밀 가공을 가능하게 하는 장점을 도출한다.

상기 슬립 유닛(30)은 다양한 구조와 형상으로 구현시킬 수 있으나, 본 실시예에 채용된 슬립 유닛(30)은, 상기 XY 평면 상의 어느 하나의 축 방향을 따라 마주하게 배치되는 적어도 한 쌍의 슬립부재들(이하 '제1슬립부재(31)'라 함)을 포함하여 이루어진다.

상기 제1슬립부재(31)들 중 어느 하나는, 슬립부(31a)와 수용부(31b)를 구비하고, 다른 하나는 가압부(31c)와 슬립부(31d)로 이루어져서 상기 어느 하나의 제1슬립부재(31)와 유사한 구조이기는 하나 차이점이 있는 구조를 가진다.

즉, 상기 어느 하나의 제1슬립부재(31)에 마련된 슬립부(31a)는, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 프레임(24)의 제1레일홈(24a)에 끼워지고, 이러한 끼워진 상태에서 상기 제1레일홈(24a)을 따라 이동되고, 상기 수용부(31b)는, 상기 슬립부(31a)와 연결되고 탄성을 가지는 재질로 형성되며 상기 제1진동자(26)를 수용시키는 수용공간을 가진다.

상기 어느 하나의 제1슬립부재(31)의 슬립부(31a)와 수용부(31b)는, 하나의 재질에 의해 일체로 형성되는 것도 가능하나, 본 실시예에서는 각각의 기능이 원활하게 구현될 수 있도록, 상기 슬립부(31a)는 제1레일홈(24a)과의 마찰 저항이 작은 재질로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 수용부(31b)는 상기 제1진동자(26)의 진동을 완충할 수 있는 탄성을 가진 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 다른 하나의 제1슬립부재(31)는, 상기 렌즈 유닛(22)을 사이에 두고 상기 어느 하나의 슬립부재의 반대측에 위치되는 것으로, 가압부(31c)와 슬립부(31d)를 포함하여 이루어진다.

상기 다른 하나의 제1슬립부재(31)에 마련된 가압부(31c)는, 상기 렌즈 유닛(22)의 외면에 접촉되어서 그 렌즈 유닛(22)을 탄성 가압시키는 역할을 하고, 상기 슬립부(31d)는, 상기 어느 하나의 제1슬립부재(31)에 마련된 슬립부(31a)와 마찬가지의 기능을 발휘하는 것으로, 상기 프레임(24)에 형성된 제2레일홈(24b)을 따라 이동된다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 레이저 빔을 타겟에 조사시키는 경우에 렌즈 유닛(22)을 XY 평면 상에서 적어도 하나의 축을 따라 슬립되게 하여 타겟에 조사되는 레이저 빔의 조사영역을 다양하게 변화시켜 줄 수 있게 됨에 따라, 하나의 레이저를 이용한 다양한 방법의 정밀 가공을 가능하게 하는 장점을 기대할 수 있게 한다.

한편, 본 실시예에 채용된 슬립 유닛(30)은, 상기 XY 평면 상의 상기 어느 하나의 축 방향과 직교하는 다른 하나의 축 방향을 따라 마주하게 배치되는 다른 한 쌍의 슬립부재(이하 '제2슬립부재(32)'라 함)들을 포함하여 이루어진다.

상기 제2슬립부재들 중 어느 하나(32)는, 상기 제1슬립부재(31)들 중 어느 하나와 마찬가지로 슬립부(32a)와 수용부(32b)를 포함하여 이루어진다. 상기 어느 하나의 제2슬립부재(32)에 마련된 슬립부(32a)는, 상기 프레임(24)의 제3레일홈(24c)에 끼워지고 이와 같이 끼워진 상태로 상기 제3레일홈(24c)을 따라 이동되고, 상기 수용부(32b)는, 상기 슬립부((32a)와 연결되고 탄성을 가진 재질로 형성되며 상기 제1진동자(26)와 직교하게 배치되는 제2진동자(26)를 수용시킬 수 있는 수용공간을 가진다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 레이저 빔을 타겟에 조사시키는 경우에 렌즈 유닛(22)을 XY 평면 상의 X축 및 Y축을 따라 슬립되게 하여 타겟에 조사되는 레이저 빔의 조사영역을 XY 평면 상에서 다양하게 변화시켜 줄 수 있게 됨에 따라, 사용자가 하나의 레이저를 이용하여 타켓(T)의 요구되는 다양한 성형 조건에 맞게 정밀 가공을 수행할 수 있게 하는 장점을 도출한다.

예컨대, 본 실시예에 의하면, XY 평면 상에서의 2방향 움직임을 조합하여 상기 렌즈 유닛의 좌우 진동을 선택할 수 있도록 구성됨으로써, 선, 8자, 타원, 눈사람 등 다양한 형태의 빔을 타켓 측에 형성시켜 줄 수 있는 장점이 기대된다.

특히, 본 실시예는, 이러한 빔의 다양한 모양을 전기적인 신호에 기초하여 자유자재로 형성시킬 수 있도록 할 수 있도록 구성됨으로써, 정밀한 동작 구현 및 사용자 편리성을 향상시킬 수 있게 한다.

본 실시예에 채용된 렌즈 유닛(22)은, 상기 빔이 경유하는 집광 렌즈(22a)와 상기 집광 렌즈(22a)의 가장자리를 둘러서 그 집광 렌즈(22a)를 감싸는 형태로 결합되는 렌즈 커버(22b)를 포함하여 이루어지고, 상기 각 슬립부재(31)(32)의 수용부(31b)(32b)는, 상기 렌즈 커버(22b)를 탄성 가압시킬 수 있도록, 그 렌즈 커버(22b)에 접촉되는 접촉면을 포함하여 이루어진다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상기 슬립부재(31)(32)의 수용부(31b)(32b)에 마련된 접촉면이 상기 렌즈 유닛(22)의 렌즈 커버(22b)를 탄성 가압시키도록 구성됨으로써, 상기 슬립부재(31)(32)와 렌즈 유닛(22) 간의 견고한 고정을 가능하게 한다.

그리고, 상기 레이저 발생기(10)와 포커싱 유닛(20) 사이에는, 그 레이저 발생기(10)로부터 송출된 빔의 경로를 상기 포커싱 유닛(20) 측으로 반사시켜 주기 위한 반사판(40)이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

예컨대, 본 실시예에서 렌즈 유닛은, 레이저를 타켓 측으로 집광시켜 주기 위하여 좌우 평면 상에서 틸팅되는 집광 렌즈가 채용되었으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않고, 레이저의 경로를 변경하여 주기 위한 것으로 상기 좌우 평면과 각도를 형성시키는 다른 평면을 따라 틸팅되는 미러가 채용될 수 있음은 물론, 집광 기능을 발휘하기는 하나, 광 투과 방식이 아니라 광 반사 방식으로 집광 기능을 발휘하는 집광 미러가 채용될 수 있음은 물론이다.

10:레이저 발생기 20:포커싱 유닛
22:렌즈 유닛 22a:집광 렌즈
22b:렌즈 커버 24:프레임
24a:제1레일홈 24b:제2레일홈
24c:제3레일홈 26:진동자
30:슬립 유닛 31:제1슬립부재
31a,31d:슬립부 31b:수용부
31c:가압부 32:제2슬립부재
32a:슬립부 32b:수용부
40:반사판 T:타켓

Claims (4)

1. 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기;
   상기 레이저 발생기로부터 송출된 레이저 빔을 타겟 측으로 포커싱하여 줄 수 있도록, 상기 레이저 발생기와 타켓 사이에 위치되고 상기 레이저 빔이 통과되는 렌즈 유닛과, 상기 렌즈 유닛을 감싸는 형태로 배치되는 프레임과, 상기 렌즈 유닛에 진동을 인가시켜 줄 수 있도록 상기 렌즈 유닛과 프레임 사이에 위치되는 진동자를 포함하는 포커싱 유닛; 및
   상기 렌즈 유닛이 상기 진동자에 의해 인가된 진동에 의해 XY평면 상에서 원활하게 이동될 수 있도록, 일측은 상기 프레임에 슬립 가능하게 연결되고 타측은 상기 진동자를 수용시키는 슬립 유닛;을 포함하여 이루어지고,
   상기 슬립 유닛은, 상기 XY 평면 상의 어느 하나의 축 방향을 따라 마주하게 배치되는 적어도 한 쌍의 슬립부재들을 포함하여 이루어지고,
   상기 슬립부재들 중 어느 하나는, 상기 프레임의 제1레일홈에 끼워지고 그 제1레일홈을 따라 이동되는 슬립부와, 상기 슬립부와 연결되고 탄성을 가진 재질로 형성되며 제1진동자를 수용시키는 수용부를 포함하여 이루어지며,
   상기 슬립부재들 중 다른 하나는, 상기 렌즈 유닛을 사이에 두고 상기 어느 하나의 슬립부재의 반대측에 위치되고, 상기 렌즈 유닛을 탄성 가압시키는 가압부와 그 가압부에 연결되고 상기 프레임의 제2레일홈을 따라 이동되는 슬립부를 포함하여 이루어지고,
   상기 수용부는, 상기 제1진동자의 진동을 완충할 수 있도록, 이동을 위한 슬립부와 개별적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 가공 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 슬립 유닛은, 상기 XY 평면 상의 상기 어느 하나의 축 방향과 직교하는 다른 하나의 축 방향을 따라 마주하게 배치되는 다른 한 쌍의 슬립부재들을 포함하여 이루어지고,
   상기 다른 한 쌍의 슬립부재들 중 어느 하나는, 상기 프레임의 제3레일홈에 끼워지고 그 제3레일홈을 따라 이동되는 슬립부와, 상기 슬립부와 연결되고 탄성을 가진 재질로 형성되며 상기 제1진동자와 직교하게 배치되는 제2진동자를 수용시키는 수용부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 가공 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 렌즈 유닛은, 상기 레이저 빔이 경유하는 집광 렌즈와 상기 집광 렌즈의 가장자리를 둘러서 그 집광 렌즈를 감싸는 형태로 결합되는 렌즈 커버를 포함하여 이루어지고,
   상기 각 슬립부재의 수용부는, 상기 렌즈 커버를 탄성 가압시킬 수 있도록, 그 렌즈 커버에 접촉되는 접촉면을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 가공 장치.

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