KR101955002B1

KR101955002B1 - 레이저 식각 장치

Info

Publication number: KR101955002B1
Application number: KR1020160154038A
Authority: KR
Inventors: 오시민
Original assignee: (주)레전스
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2019-03-12
Also published as: KR20180056154A

Abstract

레이저를 이용하여 가공 대상물에 홈 또는 구멍을 형성하는 레이저 식각 장치가 개시된다. 개시된 레이저 식각 장치는, 다수의 가공 대상물을 일 방향으로 이송하는 것으로, 순환 주행하는 컨베이어 벨트(conveyor belt)를 구비한 컨베이어(conveyor), 다수의 가공 대상물을 컨베이어 벨트 상에 투입하는 피더(feeder), 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 다수의 가공 대상물 중에서 컨베이어 벨트에 직접 지지된 가공 대상물은 통과시키고 다른 가공 대상물 위에 겹쳐진 가공 대상물은 통과시키지 않는 분산판, 및 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 표면에 홈(groove) 또는 구멍을 형성하는 레이저 마커(laser marker)를 구비한다.

Description

레이저 식각 장치{Laser etching apparatus}

본 발명은 레이저를 이용하여 가공 대상물에 홈 또는 구멍을 형성하는 레이저 식각 장치에 관한 것이다.

곡물 또는 콩 등과 같이 곡물은 충분히 불린 후에 조리를 하여야 딱딱하지 않고 소화도 잘되며, 먹기 좋은 식감을 느낄 수 있다. 따라서, 곡물을 조리하거나 식품으로 가공할 때 불리는 과정을 거치게 되는데, 곡물의 껍질이 곡물 내부로 수분이 침투하는 것을 방해하여 불림 시간이 많이 소요되고, 결국 조리 또는 식품 가공 시간이 오래 걸리고 생산성이 저하된다.

그러므로, 곡물의 껍질을 레이저로 식각 가공하는 장치가 대한민국 등록특허공보 제10-1302502호에 개시되어 있다. 그런데, 상기 장치의 곡물 공급기에서 곡물이 컨베이어 벨트로 투하되면 통상적으로 곡물은 컨베이어 벨트 상에서 단일 층으로 고르게 분산되지 않고 뭉쳐지고 적층되어 이송된다. 따라서, 레이저 빔이 컨베이어 벨트를 향해 조사되더라도 식각되지 않는 곡물이 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1302502호

본 발명은 곡물과 같은 가공 대상물의 건조 시간이나 불림 시간이 단축되도록, 레이저 빔(laser beam)을 이용하여 가공 대상물에 구멍(hole)을 뚫거나 가공 대상물의 껍질에 홈(groove)을 내는 레이저 식각 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 다수의 가공 대상물을 뭉쳐지지 않게 단일 층으로 고르게 펼치고 분산시키는 수단을 구비하여 가공 대상물이 식각되지 않는 가공 불량이 방지되는 레이저 식각 장치를 제공한다.

본 발명은, 다수의 가공 대상물을 일 방향으로 이송하는 것으로, 순환 주행하는 컨베이어 벨트(conveyor belt)를 구비한 컨베이어(conveyor), 상기 다수의 가공 대상물을 상기 컨베이어 벨트 상에 투입하는 피더(feeder), 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 다수의 가공 대상물 중에서 상기 컨베이어 벨트에 직접 지지된 가공 대상물은 통과시키고 다른 가공 대상물 위에 겹쳐진 가공 대상물은 통과시키지 않는 분산판, 및 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 상기 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 표면에 홈(groove) 또는 구멍을 형성하는 레이저 마커(laser marker)를 구비하는 레이저 식각 장치를 제공한다.

상기 컨베이어 벨트는 금속 재질로 된 금속 와이어(metal wire)를 평면 형태로 엮어서 구부러지도록 짠 금속 컨베이어 벨트일 수 있다.

상기 금속 컨베이어 벨트에 메쉬(mesh)가 형성되고, 상기 메쉬의 크기(mesh size)는 상기 가공 대상물의 크기보다 작을 수 있다.

상기 분산판의 하단과 상기 컨베이어 벨트 사이의 간격은 상기 가공 대상물 한 개의 두께보다 크고 두 개의 두께보다 작을 수 있다.

본 발명의 레이저 식각 장치는, 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 다수의 가공 대상물을 상기 컨베이어 벨트의 폭 방향으로 분산시키는 것으로, 상기 컨베이어 벨트 아래에서 상기 컨베이어 벨트의 폭 방향으로 왕복하며 상기 컨베이어 벨트를 위로 가압하는 왕복 부재를 구비하는 분산 자극기를 더 구비할 수 있다.

상기 왕복 부재는 롤러(roller) 및 휠(wheel) 중의 하나일 수 있다.

상기 레이저 마커는, 복수의 레이저 발진기, 및 상기 복수의 레이저 발진기에서 각각 투사된 복수의 레이저 빔을 합쳐지지 않고 분리된 상태로 상기 가공 대상물의 이송 방향에 교차하는 방향으로 스캔(scan)하여 조사(照射)하는 빔 스캐너(beam scanner)를 구비할 수 있다.

상기 레이저 마커는, 상기 복수의 레이저 발진기 중 하나의 레이저 발진기에서 투사된 레이저 빔은 투과시키고, 상기 하나의 레이저 발진기 외의 다른 레이저 발진기에서 투사된 레이저 빔은 반사시키는 빔 결합기(beam combiner)를 더 구비하고, 상기 빔 결합기를 투과한 레이저 빔과 상기 빔 결합기에서 반사된 레이저 빔은 합쳐지지 않고 서로 이격되어 진행할 수 있다.

상기 레이저 마커는, 상기 하나의 레이저 발진기 외의 다른 레이저 발진기에서 투사된 레이저 빔을 상기 빔 결합기로 향하도록 반사시키는 미러(mirror)를 더 구비하고, 상기 미러는 자신에 의해 반사된 레이저 빔의 경로를 변경하도록 미세 조정될 수 있다.

상기 하나의 레이저 발진기와, 상기 빔 결합기와, 상기 빔 스캐너는 일렬로 배열되고, 상기 미러의 개수는 상기 복수의 레이저 발진기의 개수에서 하나를 뺀 개수일 수 있다.

상기 빔 결합기를 투과한 레이저 빔과 상기 빔 결합기에서 반사된 레이저 빔 사이의 간격은 1 내지 5mm 일 수 있다.

상기 가공 대상물은 곡물일 수 있다.

본 발명에 의하면, 레이저 빔을 이용하여 곡물과 같은 가공 대상물에 구멍(hole)을 뚫거나 가공 대상물의 껍질에 홈(groove)을 내는 가공을 자동으로 수행하여 가공 대상물의 건조 시간이나 불림 시간이 단축되도록 한다.

또한 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 다수의 가공 대상물을 뭉쳐지지 않게 단일 층으로 고르게 펼치고 분산시켜 줌으로써 가공 대상물이 식각되지 않는 가공 불량이 방지되고, 가공 작업의 신뢰성이 향상된다.

또한, 복수의 레이저 빔을 합쳐지지 않게 스캔(scan)하여 조사(照射)하는 레이저 마커를 구비한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 레이저 빔의 개수에 비례하여 컨베이어의 이송 속도를 높여서 식각 작업의 속도 및 작업 효율을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 식각 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 가공 대상물이 분산판을 통과하는 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 분산 자극기를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 컨베이어 벨트의 실사 사진이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 레이저 마커를 상세하게 도시한 구성도로서, 도 5는 측면에서 본 도면이고, 도 6은 정면에서 본 도면이다.
도 7은 레이저 빔에 의해 가공된 곡물을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 식각 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 식각 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 가공 대상물이 분산판을 통과하는 모습을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1의 분산 자극기를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1의 컨베이어 벨트의 실사 사진이며, 도 5 및 도 6은 도 1의 레이저 마커를 상세하게 도시한 구성도로서, 도 5는 측면에서 본 도면이고, 도 6은 정면에서 본 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 식각 장치(10)는 예컨대, 곡물(100)을 컨베이어(80)를 통하여 이송하고, 컨베이어(80)의 컨베이어 벨트(85) 상에서 이송되는 곡물(100)을 레이저 마커(60)를 이용하여 레이저 빔(L1, L2)을 조사하여 식각(etching)함으로써 곡물(100)의 껍질(103)(도 7 참조)에 홈(groove)(105)을 형성하는 장치이다. 여기서, 곡물(100)은 본 발명에 따른 레이저 식각 장치(10)를 이용하여 표면에 미세한 홈(groove) 또는 구멍을 형성할 수 있는 가공 대상물의 일 예에 불과하며, 예컨대, 고추, 콩 등과 같은 다른 가공 대상물을 가공하는데 적용되거나, 수산물을 가공하는데 적용될 수도 있다.

레이저 식각 장치(10)는 컨베이어(conveyor)(80)와, 피더(feeder)(40)와, 분산판(42)과, 분산 자극기(45)와, 레이저 마커(60)를 구비한다. 상기 컨베이어(80)는 다수의 곡물(100)을 제1 화살표(AR1)로 표시된 방향, 즉 X축과 평행한 방향으로 이송하는 것으로, X축 양(+)의 방향과 평행한 방향을 따라 이격되게 배치된 제1 및 제2 풀리(pulley)(81, 82)와, 상기 제1 및 제2 풀리(81, 82)를 감아서 지지되고 상기 제1 및 제2 풀리(81, 82) 중 적어도 하나가 동력 회전함에 따라 무한 순환 주행하는 컨베이어 벨트(85)와, 상기 컨베이어 벨트(85)가 쳐지지 않도록 지지하는 지지 롤러(83)를 구비한다.

도 4를 참조하면, 상기 컨베이어 벨트(85)는 금속 재질로 된 금속 와이어(metal wire)(86)를 평면 형태가 되도록 엮어서 구부러질 수 있게 짠 금속 컨베이어 벨트이다. 상기 금속 와이어(86)는 예컨대, 스테인레스스틸(stainless steel) 재질로 된 것일 수 있다. 상기 금속 와이어(86)로 짜인 컨베이어 벨트(85)는 표면이 거칠기 때문에 곡물(100)이 컨베이어 벨트(85) 표면상에서 의도하지 않는 방향으로 미끄러지거나 구르지 않게 된다. 따라서, 다수의 곡물(100)이 컨베이어 벨트(85) 상에서 이송되는 경우에도 컨베이어 벨트(85)의 순환 주행 속도와 같은 일정한 속도로 이송되어 이송 신뢰성이 향상된다. 한편, 도 4에 도시된 컨베이어 벨트(85)에는 메쉬(mesh)가 형성되어 있지 않으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 메쉬가 형성될 수도 있다. 이때 상기 메쉬의 크기(mesh size)는 가공 대상물(100)이 통과하여 빠져나가지 않도록 가공 대상물(100) 한 개의 크기보다 작다.

도 1을 다시 참조하면, 컨베이어 벨트 구동부(90)는 제1 및 제2 풀리(81, 82) 중에서 적어도 하나를 회전시켜 컨베이어 벨트(85)를 순환 주행시키기 위한 구동 메커니즘(mechanism)을 포함한다. 제어부(11)의 제어에 따라 컨베이어 벨트 구동부(90)는 컨베이어 벨트(85)를 순환 주행시켜 가공 대상물(100)이 제1 화살표(AR1) 방향으로 이송되도록 한다.

피더(40)는 다수의 가공 대상물(100)을 컨베이어 벨트(85) 상에 투입한다. 피더(40)는 일반적으로 다수의 가공 대상물(100)을 수용하고 아래로 투하하는 호퍼(hopper)를 구비한다. 피더(40)는 컨베이어 벨트(85)의 순환 주행 속도에 대응되는 적절한 공급 유량으로 가공 대상물(100)을 컨베이어 벨트(85) 상에 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다. 그러나, 특히 곡물(100)과 같은 가공 대상물의 경우에는, 컨베이어 벨트(85) 상에서 가공 대상물(100)이 한 겹으로 분산되어 이송되도록 가공 대상물(100)의 공급 유량을 정밀하게 제어하기 어렵고, 컨베이어 벨트(85) 상의 일부 영역에 집중 분포되고 쌓여진 상태로 이송되는 경우가 많다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 분산판(42)은 피더(40)에서 투하되어 컨베이어 벨트(85) 상에서 제1 화살표(AR1) 방향으로 이송되는 다수의 가공 대상물(100) 중에서 컨베이어 벨트(85)에 직접 지지된 가공 대상물(100)은 통과시키고, 다른 가공 대상물(100)의 위에 겹쳐진 가공 대상물(100)은 통과시키지 않는다. 부연하면, 상기 분산판(42)은 피더(40)와 레이저 마커(60) 사이에서 컨베이어 벨트(85)의 상측에 배치되고, 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 연장된다.

제1 화살표(AR1) 방향으로 주행하는 컨베이어 벨트(85)의 부분과 분산판(42)의 하단(43) 사이의 수직 방향 간격(GD)은 가공 대상물(100) 한 개의 두께보다 크고, 두 개의 두께보다는 작다. 따라서, 컨베이어 벨트(85) 상에서 복수 층으로 쌓여서 이동하는 다수의 가공 대상물(100) 중에서 컨베이어 벨트(85)에 직접 지지되는 제1 층의 가공 대상물(100)은 상기 컨베이어 벨트(85)와 상기 분산판 하단(43) 사이를 통과하여 진행하지만, 제1 층보다 높은 층의 가공 대상물(100)은 분산판(42)에 막혀서 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 분산되고 컨베이어 벨트(85)에 직접 지지되는 제1 층 가공 대상물(100)이 된 후에 상기 컨베이어 벨트(85)와 상기 분산판 하단(43) 사이를 통과하여 진행하게 된다. 즉, 다수의 가공 대상물(100)이 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 분산되고, 복수 층으로 겹쳐지지 않게 된다.

도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 분산 자극기(45)는 분산판(42)을 통과하여 이송되는 다수의 가공 대상물(100)을 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 다시 한번 분산시킨다. 분산 자극기(45)는 제1 화살표(AR1) 방향으로 주행하는 컨베이어 벨트(85) 부분의 아래에서 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 왕복하며 컨베이어 벨트(85)를 위로 가압하는 복수의 왕복 부재(54)를 구비한다. 상기 왕복 부재(54)는 상측이 개방된 상자 형상의 홀더(holder)(51)에 수용된다.

상기 홀더(51)가 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 왕복하면 왕복 부재(54)의 외주면에 가압된 컨베이어 벨트(85)의 부분이 약간 위로 올려지고, 이렇게 올려진 부분이 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 이동한다. 따라서, 분산판(42)을 통과한 이후에도 뭉쳐진 채로 남아 있는 복수의 가공 대상물(100)이나 부분적으로 다시 겹쳐진 복수의 가공 대상물(100)이 자극되어 단층으로 분산되고, 가공 대상물(100)이 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 더욱 폭 넓게 확산된다.

왕복 부재(54)와 컨베이어 벨트(85)의 마찰로 인한 손상과 마모를 줄이기 위하여, 왕복 부재(54)는 핀(pin)(55)에 의해 무동력 회전 가능하게 지지되는 롤러(roller) 또는 휠(wheel) 일 수 있다. 왕복 부재 구동부(46)는 왕복 부재(54)를 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 왕복 구동하는 것으로, 전동 모터(47)와, 전동 모터(47)의 회전 샤프트(48)에 고정 체결되는 제1 링크(link)(51)와, 상기 제1 링크(51)의 말단에 핀(49)에 의해 체결되는 제2 링크(52)를 구비한다. 상기 홀더(51)는 일체로 형성된 홀더 연결부(52)를 구비하고, 상기 홀더 연결부(52)와 제2 링크(52)의 말단이 핀(50)에 의해 체결된다. 한편, 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향으로 연장된 왕복 가이드(56)는 상기 홀더 연결부(52)에 형성된 가이드 슬롯(guide slot)(53)에 끼워져서, 홀더(51) 및 이에 수용된 왕복 부재(54)를 컨베이어 벨트(85)의 폭 방향, 즉 제3 화살표(AR3) 방향으로만 이동 가능하게 안내한다. 이에 따라, 상기 전동 모터 회전 샤프트(48)가 제2 화살표(AR2) 방향을 따라 회전하면, 회전 운동이 직선 왕복 운동으로 변환되어 홀더(51) 및 이에 수용된 왕복 부재(54)가 제3 화살표(AR3) 방향으로 직선 왕복 운동하게 된다. 한편, 상기 왕복 부재 구동부(46)는 도 3을 참조하여 설명한 구성에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형 예가 가능하다.

도 1, 도 5, 및 도 6을 함께 참조하면, 레이저 마커(60)는 컨베이어 벨트(85) 상에서 이송되는 가공 대상물(100)에 레이저 빔(L1, L2)을 조사(照射)하여 표면에 홈(105)(groove)(도 7 참조) 또는 구멍(hole)을 형성한다. 레이저 마커 구동부(59)는 제어부(11)의 제어에 따라 레이저 마커(60)를 구동하여 가공 대상물(100)에 레이저 빔(L1, L2)이 조사되도록 한다. 상기 제어부(11)는 작업자가 입력부(20)를 통하여 입력 설정한 설정값에 따라 컨베이어 벨트 구동부(90) 및 레이저 마커 구동부(59)를 제어한다. 상기 입력부(20)에서는 컨베이어 벨트(85)의 주행 속도, 복수의 레이저 빔(L1, L2) 사이의 간격(BG), 복수의 레이저 빔(L1, L2)의 스캔 피치(scan pitch), 및 복수의 레이저 빔(L1, L2)의 파워 등을 설정할 수 있다.

레이저 마커(60)는 제1 및 제2 레이저 발진기(61, 63)와, 빔 스캐너(beam scanner)(75)와, 빔 결합기(beam combiner)(70)와, 미러(mirror)(65)를 구비한다. 제1 및 제2 레이저 발진기(61, 63)는 동일한 출력의 동종의 레이저를 아래로 투사하는 레이저 발진기로서, 예를 들면 탄산가스(CO₂) 레이저 발진기일 수 있다. 도 5 도 6에 도시된 실시예에서는 제1 및 제2 레이저 발진기(61, 63)가 Y축과 평행하게 일렬로 배열되지 않고 기울어진 가상의 직선을 따라 배열되어 있으나, Y축과 평행하게 일렬로 배열될 수 있다.

빔 스캐너(75)는 제1 및 제2 레이저 발진기(61, 63)에서 각각 투사된 한 쌍의 레이저 빔(L1, L2)을 합쳐지지 않고 분리된 상태로 가공 대상물인 곡물(100)의 이송 방향에 교차하는 방향으로 스캔(scan)하여 조사(照射)한다. 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서 빔 스캐너(75)는 컨베이어(80)의 폭 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 레이저 빔(L1, L2)을 스캔(scan)하여 아래로 조사한다. 빔 스캐너(75)는 내부에 회전하는 스캔 미러(scan mirror)(미도시)를 구비하는데, 빔 스캐너(75)에 수광(收光)되는 레이저 빔(L1, L2)의 개수와 무관하게 하나의 스캔 미러를 구비한다. 상기 하나의 스캔 미러에 한 쌍의 레이저 빔(L1, L2)이 입사하여 반사됨으로써 한 쌍의 레이저 빔(L1, L2)이 미리 정한 간격(BG)만큼 이격된 채 동일한 경로, 동일한 속도로 스캔 조사된다. 컨베이어 벨트(85)에 스캔되는 레이저 빔(L1, L2)의 스캔 폭(SP)은 예컨대, 100mm 내지 300mm 일 수 있다. 상기 스캔 미러의 회전 속도와 레이저 빔(L1, L2)의 스캔 피치(pitch)는 비례하며, 상술한 바와 같이 입력부(20)에 의해 스캔 피치를 설정하면 그에 대응하여 스캔 미러의 회전 속도가 조정된다.

빔 결합기(70)는 제1 레이저 발진기(61)와 빔 스캐너(75) 사이에 배치된다. 구체적으로, 제1 레이저 발진기(61)와, 빔 결합기(70)와, 빔 스캐너(75)는 Z축과 평행한 가상의 선을 따라 일렬로 배열된다. 빔 결합기(70)는 제1 레이저 발진기(61)에서 투사된 레이저 빔(L1)은 투과시키고, 제2 레이저 발진기(63)에서 투사된 레이저 빔(L2)은 반사시킨다. 빔 결합기(70)는 특정 파장의 빛은 투과시키고 다른 파장의 빛은 반사시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함하여 구성될 수 있다.

미러(65)는 제2 레이저 발진기(63)의 아래에 배치되어, 제2 레이저 발진기(63)에서 투사된 레이저 빔(L2)을 빔 결합기(70)로 향하도록 반사시킨다. 제1 레이저 발진기(61)에서 투사된 레이저 빔(L1)은 빔 결합기(70)의 다이크로익 미러의 상측면(71)으로 입사하여 하측면(72)으로 투사되어 빔 스캐너(75)로 향한다. 제2 레이저 발진기(63)에서 투사된 레이저 빔(L2)은 미러(65)의 상측면(66)에서 반사되어 빔 결합기(70)로 향하고, 다시 빔 결합기(70) 다이크로익 미러의 하측면(72)에서 반사되어 빔 스캐너(75)로 향한다. 빔 결합기(70)를 투과한 레이저 빔(L1)과 빔 결합기(70)에서 반사된 레이저 빔(L2)은 도 6에 도시된 바와 같이 합쳐지지 않고 서로 이격되어 빔 스캐너(75)로 진행하며, 상술한 바와 같이 빔 스캐너(75) 내부의 회전하는 하나의 스캔 미러를 통해 미리 정한 간격(BG)만큼 이격된 채 동일한 경로, 동일한 속도로 스캔 조사된다.

빔 스캐너(75)에 의해 스캔 조사되는 한 쌍의 레이저 빔(L1, L2) 사이의 간격(BG)은 1 내지 5mm 일 수 있다. 미러(65)에 의해 반사된 레이저 빔(L2)의 경로가 미세 변경될 수 있도록 상기 미러(65)는 그 위치 및 경사각이 미세 조정될 수 있다. 부연하면, 상기 미러(65)의 위치 및 경사각을 미세 조정하여 빔 스캐너(75)를 통해 스캔 조사되는 레이저 빔(L2)을 레이저 빔(L1)과 평행 진행하도록 조정할 수 있고, 한 쌍의 레이저 빔(L1, L2) 사이의 간격을 조정할 수 도 있다. 상기 미러(65) 위치 및 경사각의 미세 조정은 입력부(20)에 설정값을 입력하여 진행할 수도 있고, 상기 미러(65)를 미세 조정하는 다이얼(dial), 스크류(screw) 등을 작업자가 손으로 잡고 움직여 미세 조정을 진행할 수도 있다.

컨베이어 벨트(85) 상에 놓여진 가공 대상물(100)에 레이저 빔(L1, L2)이 스캔 조사되는 순간에 컨베이어 벨트(85)는 멈추기 않고 가공 대상물(100)을 이송하여, 연속적인 작업이 진행된다. 상기 레이저 마커(60)는 한 쌍의 레이저 발진기(61, 63)를 구비하여 두 개의 레이저 빔(L1, L2)으로 가공 대상물(100)을 스캔 조사하게 되므로, 하나의 레이저 빔만으로 가공 대상물을 스캔 조사하는 경우보다 식각 작업, 즉 홈(105)(도 7 참조) 또는 구멍을 형상하는 작업의 효율성이 향상된다.

부연하면, 하나의 레이저 빔으로 가공 대상물(100)를 스캔하는 경우는 레이저 빔이 한 라인을 스캔하고 난 뒤에, 컨베이어를 조금만 움직이고, 다시 반대로 스캔하는 작업이 필요하다. 이렇게 되면 컨베이어의 속도를 변화시키기 용이하지 않다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 컨베이어 속도를 늦도록 할 수 밖에 없다. 따라서 하나의 레이저 빔으로 하나의 곡물에 두 줄 이상의 홈을 내는 것은 실질적으로 어렵다.

또한, 하나의 레이저 빔을 이용할 때의 컨베이어 벨트(85) 주행 속도보다, 한 쌍의 레이저 빔(L1, L2)으로 가공 대상물(100)을 스캔하는 경우의 컨베이어 벨트(85)의 주행 속도를 2 내지 2.5 배 빠르게 이송하면서 작업을 진행할 수 있으므로, 식각 작업의 속도 및 작업 효율이 증대된다. 컨베이어 벨트(85) 상에서 이송 진행하여 레이저 마커(60)를 통과한 가공 대상물(100)은 컨베이어 벨트(85)에서 낙하하여 트레이(58)에 수집된다.

곡물 중에서 특히, 현미는 쌀겨층인 강층과 내부의 전분층 그리고 쌀눈인 배아부로 이루어져있다. 강층에는 지방성분이 많아 물이 투과하기 어려우므로 현미를 취반할려면 오랫동안 물에 불리거나 또는 압력솥에 취반하여야 하는데, 물에 오랫동안 불리는 방법은 불편하며, 압력솥에 취반하면 고온이므로 영양소가 파괴되는 단점이 있고, 취반 후에도 역시 강층이 전분층을 그대로 둘러 싸고 있으므로 현미를 씹을 때 백미보다 단단하고 미끄러운 느낌이 드는 등 식감이 백미에 비하여 매우 떨어진다. 본 발명에 따르면, 레이저 식각 방법을 이용하여서, 강층 일부를 제거할 수 있고, 이를 통하여 전분층 일부를 외부로 노출시켜 수분의 침투가 용이하도록 하여서 백미와 동일한 방법으로 취반될 수 있게 된다.

특히, 현미 표면에 동시에 두 개 이상의 홈을 식각할 수 있음으로써, 보다 취반 시간이 단축되고, 소화력이 향상될 수 있다. 이와 더불어, 본 발명에 의하여 하나의 현미 낱알에 복수의 홈들을 동시에 식각할 수 있음으로써, 레이저 식각 작업의 시간이 단축된다.

한편, 도 5 및 도 6의 레이저 마커(60)는 한 쌍의 레이저 발진기(61, 63)를 구비하여 두 개의 레이저 빔(L1, L2)이 가공 대상물에 스캔 조사되도록 구성되나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 3개 이상의 레이저 발진기를 구비하고 레이저 발진기의 개수와 동수(同數)인 레이저 빔이 가공 대상물에 스캔 조사될 수도 있다. 이 경우에 빔 결합기와 빔 스캐너는 하나씩 구비되고, 레이저 발진기에서 투사된 레이저 빔을 상기 빔 결합기로 향하도록 반사시키는 미러는 레이저 발진기의 총 개수에서 하나를 뺀 개수만큼 구비될 수 있다. 본 발명의 레이저 식각 장치에 구비된 레이저 발진기의 개수와 컨베이어 벨트의 이송 속도는 비례할 수 있으므로, 3개 이상의 레이저 발진기를 구비한 레이저 식각 장치는 한 쌍의 레이저 발진기를 구비한 경우보다 컨베이어 벨트의 이송 속도를 더욱 빠르게 설정하여, 홈 또는 구멍 형성 작업의 속도 및 작업 효율이 더욱 증대된다.

도 7은 레이저 빔에 의해 가공된 곡물, 구체적으로 현미를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 7을 함께 참조하면, 도 가공 대상물이 현미(100)인 경우에, 레이저 마커(60)에서 아래로 스캔 조사되는 레이저 빔(L1, L2)(도 5 및 도 6 참조)을 이용하여 컨베이어 벨트(85) 상에서 이송되는 현미(100)를 식각하면, 쌀겨(103)에 홈(105)이 형성된다. 홈(105)의 폭은 레이저 빔(L1, L2)의 폭에 대응되며, 레이저 빔(L1, L2)의 폭은 레이저 빔(L1, L2)의 출력에 비례한다. 레이저 빔(L1, L2)의 폭은 1.5 내지 2mm 일 수 있다. 홈(105) 사이의 간격은 레이저 빔(L1, L2)의 스캔 피치에 대응된다.

이렇게 쌀겨(103)에 미세 홈(105)이 형성된 현미(100)로 밥을 지으면 수분이 미세 홈(105)을 통하여 내부의 백미(101)로 쉽게 침투하게 되므로, 현미(100)를 불리는 불림 시간이 단축되고, 심지어 불리지 않고도 밥을 지어도 소화에 무리가 없게 된다. 따라서, 완전 도정된 쌀보다 영양이 풍부하지만, 소화의 어려움과 식감 때문에 현미(100)를 꺼려하는 사람들도 현미(100)를 쉽게 섭취할 수 있다.

도 7에 도시된 현미(100)는 본 발명에 따른 레이저 식각 장치(10)에 적용 가능한 가공 대상물의 예시에 불과하며, 상술한 바와 같이 다른 농산물, 임산물, 수산물, 기타 산물의 가공에도 적용 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 레이저 식각 장치 40: 피더
42: 분산판 45: 분산 자극기
60: 레이저 마커 61, 63: 레이저 발진기
70: 빔 결합기 75: 빔 스캐너
80: 컨베이어 85: 컨베이어 벨트
86: 금속 와이어 100: 곡물

Claims

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다수의 가공 대상물을 일 방향으로 이송하는 것으로, 순환 주행하는 컨베이어 벨트(conveyor belt)를 구비한 컨베이어(conveyor);
상기 다수의 가공 대상물을 상기 컨베이어 벨트 상에 투입하는 피더(feeder);
상기 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 다수의 가공 대상물 중에서 상기 컨베이어 벨트에 직접 지지된 가공 대상물은 통과시키고 다른 가공 대상물 위에 겹쳐진 가공 대상물은 통과시키지 않는 분산판; 및,
상기 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 상기 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 표면에 홈(groove) 또는 구멍을 형성하는 레이저 마커(laser marker);를 구비하고,
상기 컨베이어 벨트는 금속 재질로 된 금속 와이어(metal wire)를 평면 형태로 엮어서 구부러지도록 짠 금속 컨베이어 벨트이며,
상기 금속 컨베이어 벨트에 메쉬(mesh)가 형성되고, 상기 메쉬의 크기(mesh size)는 상기 가공 대상물의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제3 항에 있어서,
상기 분산판의 하단과 상기 컨베이어 벨트 사이의 간격은 상기 가공 대상물 한 개의 두께보다 크고 두 개의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제3 항에 있어서,
상기 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 다수의 가공 대상물을 상기 컨베이어 벨트의 폭 방향으로 분산시키는 것으로, 상기 컨베이어 벨트 아래에서 상기 컨베이어 벨트의 폭 방향으로 왕복하며 상기 컨베이어 벨트를 위로 가압하는 왕복 부재를 구비하는 분산 자극기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제5 항에 있어서,
상기 왕복 부재는 롤러(roller) 및 휠(wheel) 중의 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제3 항에 있어서,
상기 레이저 마커는, 복수의 레이저 발진기, 및 상기 복수의 레이저 발진기에서 각각 투사된 복수의 레이저 빔을 합쳐지지 않고 분리된 상태로 상기 가공 대상물의 이송 방향에 교차하는 방향으로 스캔(scan)하여 조사(照射)하는 빔 스캐너(beam scanner)를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제7 항에 있어서,
상기 레이저 마커는, 상기 복수의 레이저 발진기 중 하나의 레이저 발진기에서 투사된 레이저 빔은 투과시키고, 상기 하나의 레이저 발진기 외의 다른 레이저 발진기에서 투사된 레이저 빔은 반사시키는 빔 결합기(beam combiner)를 더 구비하고,
상기 빔 결합기를 투과한 레이저 빔과 상기 빔 결합기에서 반사된 레이저 빔은 합쳐지지 않고 서로 이격되어 진행하는 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제8 항에 있어서,
상기 레이저 마커는, 상기 하나의 레이저 발진기 외의 다른 레이저 발진기에서 투사된 레이저 빔을 상기 빔 결합기로 향하도록 반사시키는 미러(mirror)를 더 구비하고,
상기 미러는 자신에 의해 반사된 레이저 빔의 경로를 변경하도록 미세 조정되는 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제9 항에 있어서,
상기 하나의 레이저 발진기와, 상기 빔 결합기와, 상기 빔 스캐너는 일렬로 배열되고, 상기 미러의 개수는 상기 복수의 레이저 발진기의 개수에서 하나를 뺀 개수인 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제8 항에 있어서,
상기 빔 결합기를 투과한 레이저 빔과 상기 빔 결합기에서 반사된 레이저 빔 사이의 간격은 1 내지 5mm 인 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.
제3 항에 있어서,
상기 가공 대상물은 곡물인 것을 특징으로 하는 레이저 식각 장치.