KR101995889B1 - 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스캔 헤드의 텔레센트릭(telecentric) 렌즈와 가공 대상물 사이에 레이저 광선을 통과시킬 수 있고 내부 공간이 형성되는 차단 박스를 구비하고, 이 차단 박스의 내부 공간으로 에어(air)를 주입하여 주입된 에어가 상기 가공 대상물로 강하게 블로잉되도록 구성함으로써, 잔유물 및 흄의 제거를 용이하게 하고, 더 나아가 상기 차단 박스 하부에 상기 가공 대상물의 가공 부위와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 블로잉 에어가 통과할 수 있는 마스크 통과홀이 형성된 에어 마스크를 배치 구성함으로써, 상기 가공 대상물의 가공 부위에 집중적으로 블로잉 에어가 분사될 수 있도록 하고, 결과적으로 가공 정밀도 및 가공 효율을 향상시킬 수 있는 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
본 발명인 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치를 이루는 구성수단은, 레이저 가공 장치에 있어서, 하부에 텔레센트릭 렌즈를 구비하는 레이저 헤드를 이용하여 가공 대상물의 가공 부위에 레이저 광선을 조사하는 레이저 발생 및 조사 수단 및 상기 텔레센트릭 렌즈 하측에 배치 형성되고 상기 레이저 광선을 통과시키도록 상하부가 개방 형성되며 내부 공간을 형성하는 차단 박스를 포함하여 구성되되, 상기 차단 박스는 그의 개방된 하부가 상기 가공 대상물의 적어도 일부 영역에 오버랩되도록 형성되고, 상기 차단 박스는 외부에서 공급되는 에어가 내부 공간으로 유입되어 상기 가공 대상물의 적어도 일부 영역으로 블로잉 되도록 하는 에어 주입구 및 상기 가공 대상물의 가공 부위에서 발생되어 상기 내부 공간에 수용되는 흄(fume)이 외부로 흡입되어 토출되도록 하는 토출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치{Laser processing equipment with improved machining accuracy}

본 발명은 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스캔 헤드의 텔레센트릭(telecentric) 렌즈와 가공 대상물 사이에 레이저 광선을 통과시킬 수 있고 내부 공간이 형성되는 차단 박스를 구비하고, 이 차단 박스의 내부 공간으로 에어(air)를 주입하여 주입된 에어가 상기 가공 대상물로 강하게 블로잉되도록 구성함으로써, 잔유물 및 흄의 제거를 용이하게 하고, 더 나아가 상기 차단 박스 하부에 상기 가공 대상물의 가공 부위와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 블로잉 에어가 통과할 수 있는 마스크 통과홀이 형성된 에어 마스크를 배치 구성함으로써, 상기 가공 대상물의 가공 부위에 집중적으로 블로잉 에어가 분사될 수 있도록 하고, 결과적으로 가공 정밀도 및 가공 효율을 향상시킬 수 있는 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

일반적인 레이저 가공 장치는 레이저 광선을 이용하여 가공 대상물(연성인쇄회로기판(FPCB), 인쇄회로기판(PCB) 등)에 대하여 특정 작업(커팅, 절단, 홀 가공, 윈도우 오픈 등)을 수행하는 동작을 수행한다.

상기 레이저 가공 장치는 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 이 중 하나가 CW 레이저(Continuous Wave laser) 또는 긴 펄스 레이저(펄스폭 > 10ps)이다. 이와 같은 레이저 장치에서 사용되는 레이저와 가공 대상물의 물질 사이의 상호 작용을 살펴보면, 물질에 흡수된 열은 열확산 시간보다 긴 펄스 시간동안 확산된다.

그런데, 이와 같은 열확산은 레이저 용접에서 적절한 조건일 뿐 레이저 가공, 특히 레이저 커팅(절단)의 경우에서는 부적절하며 열확산이 레이저 커팅 가공의 품질을 저하시킨다. 구체적으로 열확산은 가공 대상물의 가공 부위보다 더 넓은 주변을 녹게하고, 이로 인하여 가공 정확도를 저하시키는 원인이 된다. 또한, 레이저 가공 중에 발생하는 잔유물(debris)로 인하여 가공 대상물의 가공 부위가 오염되고 이로 인하여 가공 정확도가 더욱더 저하되는 문제점을 발생시킨다.

또 다른 레이저 가공 장치로서 극초단 펄스 레이저 가공 장치가 있다. 이와 같은 극초단 펄스 레이저 가공 장치를 이용하여 가공 대상물을 가공하면, 가공 품질 향상, 정교한 가공, 우수한 재현성 등의 장점이 있다. 그러나, 동일 출력의 ns 레이저에 비하여 가공 시간 감소의 효과가 거의 없는 단점을 가진다.

이와 같은 특징을 가지는 레이저 가공 장치는 상술한 바와 같이, 가공 대상물에 대하여 커팅, 절단 등 다양한 작업을 수행한다. 특히 가공 대상물에 대한 정교한 가공이 요청되는 경우에 사용될 수 있다.

예를 들어, 연성인쇄회로기판에 복수의 셀을 형성하고, 각각의 셀에 대하여 SMT 공정을 수행한 후에는 각 셀을 분리하기 위한 커팅 관련 가공이 수행된다. 이때, 프레스 등을 이용하여 해당 커팅 부분을 커팅할 수도 있지만, SMT 공정이 이미 수행된 상태이고, 많은 부품들이 조밀하게 실장된 상태이기 때문에, 정교한 커팅 가공이 용이하기 않고, 부품들에 대하여 손상을 가할 수도 있다.

따라서, 레이저 가공 장치를 이용하여 해당 가공 부위에 대하여 레이저 광선을 조사하여 정교한 커팅 가공을 수행할 필요가 있다. 그런데, 일반적인 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저 가공 과정에서 발생되는 잔유물 및 흄이 효율적으로 제거되지 않아서 레이저 가공의 정밀도를 저하시키고 있다.

또한, 기존 일반적인 레이저 가공 장치는 가공 대상물의 가공 부위에 대한 에어 공급이 담보되지 않고, 특히 가공 대상물의 가공 부위에 대한 집중적인 에어 공급이 이루어지지 않아서 가공 부위의 오염이 확산되고, 이로 인하여 가공 정밀도가 떨어지며, 가공시 발생되는 흄(Fume) 및 잔유물이 용이하게 제거되지 못해서 전체적으로 가공 정밀도 및 가공 효율을 감소시키는 단점을 가진다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0476578호는 레이저 설비 하우징 내부에 부유물을 효율적으로 제거할 수 있는 레이저 가공설비의 보조 집진 장치를 제시하고 있다. 그러나 이 선행기술문헌 역시 가공 대상물의 모든 가공 부위에 대한 확실한 에어 공급이 담보되지 못하고, 가공 부위에 대한 에어의 집중 분사가 이루어지지 않아서 가공 정밀도가 저하되는 단점을 가지고 있다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0476578호(공고일자 : 2015년 03월 11일, 고안의 명칭 : 레이저 가공설비의 보조 집진 장치)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 스캔 헤드의 텔레센트릭(telecentric) 렌즈와 가공 대상물 사이에 레이저 광선을 통과시킬 수 있고 내부 공간이 형성되는 차단 박스를 구비하고, 이 차단 박스의 내부 공간으로 에어(air)를 주입하여 주입된 에어가 상기 가공 대상물로 강하게 블로잉되도록 구성함으로써, 가공 대상물 상의 잔유물 및 흄의 제거를 용이하게 하는 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 차단 박스 하부에 상기 가공 대상물의 가공 부위와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 블로잉 에어가 통과할 수 있는 마스크 통과홀이 형성된 에어 마스크를 배치 구성함으로써, 상기 가공 대상물의 가공 부위에 집중적으로 블로잉 에어가 분사될 수 있도록 하고, 이로 인하여 가공 정밀도 및 가공 효율을 향상시킬 수 있는 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 텔레센트릭 렌즈로부터 조사되는 레이저 광선이 상기 에어 마스크에 형성된 마스크 통과홀만을 통하여 상기 가공 대상물의 가공 부위에만 조사되도록 구성함으로써, 예기치 못한 상기 가공 대상물의 손상을 방지하고 상기 가공 부위에만 조사되도록 하여 가공 정밀도를 더욱더 향상시킬 수 있는 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 에어 마스크가 상기 차단 박스 하부에 부착 형성되는 장착 홀더에 탈착 가능하게 삽입 장착되도록 구성함으로써, 가공 부위가 서로 다른 다양한 가공 대상물에 대응되는 다양한 에어 마스크를 선택적으로 적용할 수 있도록 하고, 이로 인하여 다양한 가공 대상물에 대한 레이저 가공을 위한 시간, 노력 및 비용이 감소될 수 있도록 하는 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 가공 대상물의 가공 부위에서 발생된 흄 및 잔유물이 상기 차단 박스의 내부 공간으로 수집된 후 상기 차단 박스에 구비되는 토출구를 통해 외부로 흡입 배출되도록 구성함으로써, 상기 흄 등에 의한 주변 오염 발생 및 피해를 최소화할 수 있는 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치를 이루는 구성수단은, 레이저 가공 장치에 있어서, 하부에 텔레센트릭 렌즈를 구비하는 레이저 헤드를 이용하여 가공 대상물의 가공 부위에 레이저 광선을 조사하는 레이저 발생 및 조사 수단 및 상기 텔레센트릭 렌즈 하측에 배치 형성되고 상기 레이저 광선을 통과시키도록 상하부가 개방 형성되며 내부 공간을 형성하는 차단 박스를 포함하여 구성되되, 상기 차단 박스는 그의 개방된 하부가 상기 가공 대상물의 적어도 일부 영역에 오버랩되도록 형성되고, 상기 차단 박스는 외부에서 공급되는 에어가 내부 공간으로 유입되어 상기 가공 대상물의 적어도 일부 영역으로 블로잉 되도록 하는 에어 주입구 및 상기 가공 대상물의 가공 부위에서 발생되어 상기 내부 공간에 수용되는 흄(fume)이 외부로 흡입되어 토출되도록 하는 토출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차단 박스 하부에 형성되어, 상기 에어 주입구를 통해 유입되는 블로잉 에어가 가압되어 상기 가공 대상물의 가공 부위에 집중 분사되도록 하는 에어 가압 유도 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 에어 가압 유도 수단은 상기 차단 박스의 개방된 하부에 통하도록 결합 형성되는 장착 홀더 및 상기 장착 홀더에 수평한 방향으로 삽입 장착되는 에어 마스크를 포함하여 구성되되, 상기 에어 마스크는 상기 가공 대상물의 가공 부위와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 상기 블로잉 에어가 통과할 수 있는 마스크 통과홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치에 의하면, 스캔 헤드의 텔레센트릭(telecentric) 렌즈와 가공 대상물 사이에 레이저 광선을 통과시킬 수 있고 내부 공간이 형성되는 차단 박스를 구비하고, 이 차단 박스의 내부 공간으로 에어(air)를 주입하여 주입된 에어가 상기 가공 대상물로 강하게 블로잉되도록 구성하기 때문에, 가공 대상물 상의 잔유물 및 흄의 제거를 용이하게 하는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 차단 박스 하부에 상기 가공 대상물의 가공 부위와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 블로잉 에어가 통과할 수 있는 마스크 통과홀이 형성된 에어 마스크를 배치 구성하기 때문에, 상기 가공 대상물의 가공 부위에 집중적으로 블로잉 에어가 분사될 수 있도록 하고, 이로 인하여 가공 정밀도 및 가공 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 텔레센트릭 렌즈로부터 조사되는 레이저 광선이 상기 에어 마스크에 형성된 마스크 통과홀만을 통하여 상기 가공 대상물의 가공 부위에만 조사되도록 구성하기 때문에, 예기치 못한 상기 가공 대상물의 손상을 방지하고 상기 가공 부위에만 조사되도록 하여 가공 정밀도를 더욱더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 에어 마스크가 상기 차단 박스 하부에 부착 형성되는 장착 홀더에 탈착 가능하게 삽입 장착되도록 구성하기 때문에, 가공 부위가 서로 다른 다양한 가공 대상물에 대응되는 다양한 에어 마스크를 선택적으로 적용할 수 있도록 하고, 이로 인하여 다양한 가공 대상물에 대한 레이저 가공을 위한 시간, 노력 및 비용이 감소될 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 가공 대상물의 가공 부위에서 발생된 흄 등이 상기 차단 박스의 내부 공간으로 수집된 후 상기 차단 박스에 구비되는 토출구를 통해 외부로 흡입 배출되도록 구성하기 때문에, 상기 흄 및 잔유물 등에 의한 주변 오염 발생 및 피해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치의 부분적인 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치의 정면도이고, 도 2는 측면도이고, 도 3은 사시도이며, 도 4는 부분적인 분리 사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치(100)는 레이저 광선(도 5에서 도면 부호 "r"로 표기됨)을 발생하여 하측에 배치되는 가공 대상물(1)에 조사하는 레이저 발생 및 조사 수단(10) 및 상기 레이저 발생 및 조사 수단(10)과 상기 가공 대상물(1) 사이에 배치되어 상기 레이저 광선(r)을 통과시키되, 외부로 차단되는 내부 공간을 형성하는 차단 박스(20)를 포함하여 구성된다.

상기 레이저 발생 및 조사 수단(10)은 레이저 발생기에서 발생된 레이저 광선(r)을 상기 가공 대상물(1)을 향하여 조사하는 스캔 헤드(11)와 상기 스캔 헤드(11)의 하부에 배치되어 상기 조사되는 레이저 광선(r)을 상기 가공 대상물의 가공 부위(도 5에서 도면 부호 "t"로 표기됨)에 정확하게 조사하는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈(13)를 구비하고 있다.

즉, 상기 레이저 발생 및 조사 수단(10)은 하부에 텔레센트릭 렌즈(13)를 구비하는 스캔 헤드(11)를 이용하여 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 상기 레이저 광선(r)을 정확하고 정밀하게 조사한다.

상기 스캔 헤드(11)는 상기 레이저 광선(r)의 정확한 포커싱을 통하여 상기 레이저 광선(r)이 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 정확하고 정밀하게 조사될 수 있도록 높이 조절이 가능하게 형성된다. 이를 위하여 상기 레이저 발생 및 조사 수단(10)은 상기 스캔 헤드(11)의 높이를 조절할 수 있는 높이 조절 수단(15)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치(100)는 상기 텔레센트릭 렌즈(13) 하측에 바로 상기 가공 대상물(1)이 배치되는 것이 아니라, 상기 가공 대상물(1)에 효율적으로 에어를 분사하여 흄(fume) 및 잔유물(debris)이 용이하게 제거되어 수거될 수 있도록 하기 위한 차단 박스(20)가 상기 텔레센트릭 렌즈(13) 하측에 배치 형성된다.

상기 차단 박스(20)는 상기 텔레센트릭 렌즈(13)와 상기 가공 대상물(1) 사이에 배치 형성되기 때문에, 상기 텔레센트릭 렌즈(13)를 통해 조사되는 상기 레이저 광선(r)이 간섭되지 않고 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 조사될 수 있는 구조를 가진다.

따라서, 기본적으로 상기 차단 박스(20)는 상기 레이저 광선(r)이 통과되어 상기 가공 대상물(1)에 조사될 수 있도록 상하부가 개방 형성된다. 즉, 상기 차단 박스(20)는 상하부가 개방 형성된 박스 형태를 가지고, 이를 통해 내부 공간을 형성한다. 결국, 상기 텔레센트릭 렌즈(13)에서 조사되는 레이저 광선(r)은 상기 차단 박스(20)의 개방된 상부를 통해 입사되어 상기 내부 공간을 경유하여 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부를 통해 바로 하측에 배치되는 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 조사된다.

이와 같이, 상기 차단 박스(20)는 상기 텔레센트릭 렌즈(13) 하측에 배치 형성되고 상기 레이저 광선(r)을 통과시키도록 상하부가 개방 형성되며 내부 공간을 형성한다. 상기 차단 박스(20)의 내부 공간은 가능한 외부와 차단되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 차단 박스(20)의 개방된 상부는 상기 텔레센트릭 렌즈(13)와 겹쳐지도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 텔레센트릭 렌즈(13)가 상기 차단 박스(20)의 개방된 상부에 삽입된 상태로 배치되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 스캔 헤드(11)의 높이가 조절될 수 있기 때문에, 상기 텔레센트릭 렌즈(13)는 상기 차단 박스(20)의 개방된 상부에 삽입된 상태로 고정되는 것이 아니라, 수직 이동이 가능하게 배치된다.

상기 차단 박스(20)의 개방된 하부를 통해 상기 레이저 광선(r)이 상기 가공 대상물(1)에 조사되기 때문에, 상기 가공 대상물(1)은 반드시 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부와 오버랩(overlap)되어 배치된다. 즉, 상기 가공 대상물(1)의 크기가 상기 스캔 헤드(11)를 이용하여 레이저 가공을 수행할 수 있는 최대 영역보다 더 크면, 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부는 상기 가공 대상물(1)의 일부 영역과 오버랩되도록 배치된다. 반면, 상기 가공 대상물(1)의 크기가 상기 스캔 헤드(11)를 이용하여 레이저 가공을 수행할 수 있는 최대 영역 이하이면, 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부는 상기 가공 대상물(1)의 전체 영역과 오버랩되도록 배치된다.

정리하면, 상기 차단 박스(20)는 그의 개방된 하부가 상기 가공 대상물(1)의 적어도 일부 영역에 오버랩되도록 형성된다. 상술한 바와 같이, 상기 가공 대상물(1)의 크기가 상기 스캔 헤드(11)를 이용하여 레이저 가공을 수행할 수 있는 최대 영역보다 더 크면, 상기 가공 대상물(1)은 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부와 오버랩된 영역에 대해서 1차적으로 레이저 가공을 수행받고, 순차적으로 상기 가공 대상물(1)의 다른 영역이 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부와 오버랩되도록 조정된 후 레이저 가공을 수행받는다.

상기 가공 대상물(1)은 지그 모듈에 고정 장착된 상태에서 레이저 가공을 수행 받는다. 상기 가공 대상물(1)의 크기가 상기 스캔 헤드(11)를 이용하여 레이저 가공을 수행할 수 있는 최대 영역보다 더 큰 경우를 위하여, 상기 가공 대상물(1)을 고정 장착하는 상기 지그 모듈은 수평 이동되도록 구성된다. 따라서, 최초로, 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부와 오버랩되도록 배치되는 상기 가공 대상물(1)의 제1 영역에 대하여 레이저 가공이 완료되면, 상기 가공 대상물(1)을 고정 장착하는 지그 모듈이 수평 방향으로 이동되도록 구동되어, 상기 가동 대상물(1)의 다른 영역, 즉 제2 영역이 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부와 오버랩되도록 한 후 상기 제2 영역에 대한 레이저 가공이 수행되도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치(100)는 동일한 가공 패턴 즉, 동일한 가공 부위(t)를 가지는 복수개의 영역으로 구성되는 가공 대상물(1)에 대하여 레이저 가공을 수행할 수 있고, 이 경우 스캔 헤드(11)를 이동하지 않고 상기 가공 대상물(1)을 고정 장착하고 있는 지그 모듈을 수평 방향으로 이동함으로써, 상기 동일한 가공 부위를 가지고 있는 복수개의 영역들이 순차적으로 레이저 가공을 받을 수 있다. 이와 같이, 상기 스캔 헤드(11)의 이동을 발생시키지 않음으로써, 스캔 헤드(11)의 이동, 재 포커싱 등에 의해 소요되는 필요 이상의 시간을 절약할 수 있고, 가공 정밀도를 지속적으로 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 차단 박스(20)와 상기 가공 대상물(1)의 적어도 일부 영역과 오버랩된 상태에서 상기 레이저 가공이 수행되는데, 이때 상기 레이저 광선(r)이 조사되는 부분, 즉 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에서는 지속적으로 흄(fume) 및 잔유물(debris)이 발생한다. 상기 잔유물 및 흄이 신속하고 가능한 깔끔하게 제거되지 않으면, 이로 인하여 오염이 증가되고 가공 정밀도가 저하된다.

따라서, 레이저 가공 시, 상기 가공 대상물(1) 상에 강력한 에어가 분사될 필요가 있고, 상기 잔유물과 흄을 효과적으로 제거될 수 있도록 에어를 블로잉할 수 있어야 한다. 이를 위하여, 본 발명에서는 상기 차단 박스(20)의 내부 공간으로 에어를 주입하여 블로잉하고 상기 블로잉 에어가 상기 가공 대상물에 효과적으로 분사될 수 있도록 하며, 상기 블로잉된 에어에 의하여 제거된 상기 흄 및 잔유물이 효과적으로 흡입되어 외부로 토출될 수 있도록 구성한다.

구체적으로, 상기 차단 박스(20)는 외부에서 공급되는 에어가 상기 차단 박스(20)의 내부 공간으로 유입되어 상기 가공 대상물(1)의 적어도 일부 영역으로 블로잉 되도록 하는 에어 주입구(21) 및 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위에서 발생되어 상기 차단 박스(20)의 내부 공간에 수용되는 흄(fume)과 잔유물(debris)이 외부로 흡입되어 토출되도록 하는 토출구(23)를 포함하여 구성된다.

상기 에어 주입구(21)는 수직 방향으로 형성되되, 상기 차단 박스(20)의 상측에 관통 형성되어 에어 주입 라인(미도시)에 연결되도록 구성됨으로써, 상기 에어 주입 라인을 통해 주입되는 에어를 상기 차단 박스(20)의 내부 공간의 하측으로 블로잉한다. 이와 같이 하측으로 블로잉되는 블로잉 에어(도 5에서 도면 분호 "a"로 표기함)는 상기 가공 대상물(1)에 수직 분사되기 때문에, 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에서 발생하는 흄 및 잔유물을 효과적으로 제거할 수 있다.

상기 수직 분사되는 블로잉 에어에 의하여 제거되는 상기 흄 및 잔유물은 상기 차단 박스(20)의 내부 공간으로 대부분 수용되고, 이 흄 및 잔유물은 상기 토출구(23)를 통해 흡입 배출된다. 상기 토출구(23)는 상기 차단 박스(20)의 측면에 관통 형성되어 흡입 라인(미도시)에 연결된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 상기 차단 박스(20)는 그의 개방된 하부가 상기 가공 대상물(1)의 적어도 일부 영역에 오버랩되도록 형성되고, 본 발명에 따른 상기 차단 박스(20)는 외부에서 공급되는 에어가 내부 공간으로 유입되어 상기 가공 대상물(1)의 적어도 일부 영역으로 블로잉 되도록 하는 에어 주입구(21) 및 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위에서 발생되어 상기 내부 공간에 수용되는 흄(fume)이 외부로 흡입되어 토출되도록 하는 토출구(23)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고, 이를 통하여 가공 대상물(1) 상의 흄, 더나아가 잔유물의 제거를 용이하게 하는 장점이 있다.

한편, 상기 에어 주입구(21)를 통해 유입되는 블로잉 에어는 상기 가공 대상물(1)에 가압되어 분사되는 것이 바람직하다. 상기 블로잉 에어를 가압하여 상기 가공 대상물(1)에 분사한다면, 상기 가공 부위(t)에서 발생되는 흄 뿐만 아니라 잔유물의 제거가 더 용이해진다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치(100)는 상기 차단 박스(20) 하부에 형성되어, 상기 에어 주입구(21)를 통해 유입되는 블로잉 에어가 가압되어 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 집중 분사되도록 하는 에어 가압 유도 수단(30)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 에어 가압 유도 수단(30)은 상기 차단 박스(20) 하부에 형성되되, 상기 차단 박스(20)와 통하고 상기 레이저 광선(r)이 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 조사되는 것을 간섭하지 않도록 구성된다. 상기 에어 가압 유도 수단(30)은 상기 조건(레이저 광선 간섭 없도록 형성)을 만족하면서, 상기 블로잉 에어를 가압시켜 상기 가공 대상물(1)에 분사되도록 하되, 특히 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 집중되어 분사되도록 구성된다.

상기와 같이 상기 에어 가압 유도 수단(30)은 상기 에어 주입구(21)를 통해 유입되는 블로잉 에어가 가압되어 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 집중 분사되도록 할 수 있다면 다양하게 구성할 수 있다.

본 발명에서는 상기 에어 가압 유도 수단(30)은 최대한 간단하게 구성되고 상기 가공 부위에 대하여 집중적으로 블로잉 에어가 분사될 수 있도록 하며, 다양한 형태의 가공 대상물에 대해서 효율적으로 대응할 수 있도록 구성된다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치(100)에 적용되는 상기 에어 가압 유도 수단(30)은 상기 차단 박스(10)의 개방된 하부에 통하도록 결합 형성되는 장착 홀더(31) 및 상기 장착 홀더(31)에 수평한 방향으로 삽입 장착되는 에어 마스크(33)를 포함하여 구성되되, 상기 에어 마스크(33)는 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 상기 블로잉 에어가 통과할 수 있는 마스크 통과홀(34)이 형성된다.

상기 장착 홀더(31)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 차단 박스(20)의 개방된 하부에 통할 수 있는 구조(예를 들어 상하부가 개방된 사각 기둥)를 가지고, 발생된 흄이 빠져나갈 간극을 최소화하기 위하여 상기 차단 박스(20)의 하부에 접촉 결합되는 것이 바람직하다.

상기 장착 홀더(31)의 측면에는 상기 에어 마스크(33)를 수평 방향으로 삽입 장착하기 위한 삽입구(32)가 형성된다. 상기 삽입구(32)가 형성된 측면의 반대쪽 측면에는 상기 장착된 에어 마스크(33)의 일단을 지지 또는 거치하는 지지부가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 에어 마스크(33)는 상기 삽입구에 삽입된 상태에서 상기 장착 홀더(31)에 안정적으로 장착될 수 있는 플레이트 형상인 것이 바람직하고, 상기 블로잉 에어가 통과할 수 있는 마스크 통과홀(34)이 형성된다. 따라서, 상기 에어 주입구(21)를 통해 주입되는 상기 블로잉 에어(a)는 미세 구멍에 해당하는 상기 마스크 관통홀(34)을 관통하여 상기 가공 대상물(1)로 분사되기 때문에, 더욱 가압된 상태로 분사될 수 있다.

그런데, 상기 에어 마스크(33)에 형성된 상기 마스크 관통홀(34)은 랜덤하게 또는 특정 패턴으로 형성되는 것이 아니라, 바로 하측에서 지그 모듈에 의하여 고정 장착되는 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 형성된다. 결과적으로, 불필요한 마스크 관통홀(34)의 형성에 의하여 발생될 수 있는 상기 블로잉 에어의 가압력 저하를 방지할 수 있고, 상기 마스크 관통홀(34)은 바로 아래에 배치되되, 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)와 수직 방향으로 대응되어 형성되기 때문에, 상기 마스크 관통홀(34)을 관통하여 가압되는 블로잉 에어는 바로 직접적으로 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 분사된다. 이로 인하여 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에서 발생되는 흄 및 잔유물의 제거 효율이 향상되고, 결과적으로 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 에어 마스크(33)에 형성된 상기 마스크 통과홀(34)은 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 수직 방향으로 대응되는 부분에 형성된다. 따라서, 상기 블로잉 에어(a)는 미세 구멍에 해당하는 상기 마스크 통과홀(34)을 통과하면서 가압되어 바로 아래 수직 방향으로 대응되는 부분에 위치하는 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 분사된다. 이를 통해 레이저 광선(r)이 조사되는 부분, 즉 상기 가공 부위(t)에서 발생되는 흄 및 잔유물의 제거 효율이 매우 향상되고, 이로 인하여 가공 정밀도가 향상된다.

이와 같이, 상기 차단 박스(20) 하부에 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(r)와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 블로잉 에어가 통과할 수 있는 마스크 통과홀(34)이 형성된 에어 마스크(33)를 배치 구성하기 때문에, 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 집중적으로 블로잉 에어가 분사될 수 있도록 하고, 이로 인하여 가공 정밀도 및 가공 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 에어 마스크(33)에 형성된 상기 마스크 통과홀(34)은 상기 가공 부위(t)와 수직한 방향으로 대응되는 부분에만 형성되기 때문에, 결국 상기 레이저 광선(r)이 간섭 없이 통과되는 통과홀에 해당되고, 이로 인하여 상기 레이저 광선(r)은 간섭 없이 상기 마스크 통과홀(34)을 관통하여 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 조사될 수 있다. 결과적으로, 상기 레이저 광선(r)은 반드시 상기 마스트 통과홀(34)을 통해서만 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에 조사되기 때문에, 가공 정밀도를 담보할 수 있고 더 나아가 가공 부위(t) 이외의 부분에 상기 레이저 광선이 조사되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 상기 텔레센트릭 렌즈(13)로부터 조사되는 레이저 광선(r)이 상기 에어 마스크(33)에 형성된 마스크 통과홀(34)만을 통하여 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에만 조사되도록 구성하기 때문에, 예기치 못한 상기 가공 대상물(1)의 손상을 방지하고 상기 가공 부위(t)에만 조사되도록 하여 가공 정밀도를 더욱더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 에어 마스크(33)는 상술한 바와 같이 구조적으로 단순하게 형성되기 때문에 불필요한 비용을 감소시키는 장점이 있고, 상기 에어 마스크(33)는 상기 장착 홀더(31)에 탈부착 가능하게 삽입 장착되는 구조를 가진다. 따라서, 상기 에어 마스크(33)는 상기 장착 홀더(31)에 쉽게 장착할 수 있고, 쉽게 탈착할 수 있으며, 이로 인하여 다양한 형태의 에어 마스크(33)를 상기 장착 홀더(31)에 장착할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 에어 마스크(33)의 마스크 통과홀(34)은 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(r)에 대응되어 형성된다. 따라서, 특정 패턴의 마스크 통과홀(34)이 형성된 상기 에어 마스크(33)는 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(r)의 패턴에 따라 다르게 선택 적용되어야 한다. 즉, 각 가공 대상물에 대응하는 각 에어 마스크(33)가 형성되고, 특정 가공 대상물에 대응하는 특정 에어 마스크를 선택하여 상기 장착 홀더(31)에 장착해야 한다.

본 발명에 따른 에어 마스크(33)는 상기 장착 홀더(31)에 용이하게 장착되고 탈착될 수 있기 때문에, 특정 가공 대상물에 대응하는 특정 에어 마스크(33)를 선택하여 용이하게 적용할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 상기 에어 마스크(33)가 상기 차단 박스(20) 하부에 부착 형성되는 장착 홀더(31)에 탈착 가능하게 삽입 장착되도록 구성하기 때문에, 가공 부위(t)가 서로 다른 다양한 가공 대상물(1)에 대응되는 다양한 에어 마스크(33)를 선택적으로 적용할 수 있도록 하고, 이로 인하여 다양한 가공 대상물(1)에 대한 레이저 가공을 위한 시간, 노력 및 비용이 감소될 수 있도록 하는 효과가 있다.

한편, 본 발명에 의하면, 상기 차단 박스(20)의 내부 공간, 상기 장착 홀더(31)의 내부 공간은 대체적으로 밀폐된 구조를 가진다. 따라서, 상기 가공 부위에서 발생된 흄은 상기 차단 박스(20)의 내부 공간으로 수집되어 상기 토출구(23)를 통해 외부로 흡입 배출될 수 있다.

다만, 상기 장착 홀더(31)와 상기 가공 대상물(1) 사이에 이격 공간이 존재하기 때문에, 이 이격 공간을 통해 측방향으로 상기 흄이 빠져나가서 주변을 오염시킬 수 있다. 이를 위하여, 본 발명에서는 상기 장착 홀더(31)의 하단(개방된 하부의 테두리)을 따라 차단 브러시를 형성하는 것이 바람직하다. 상기 차단 브러시의 하단은 상기 가공 대상물(1)에 접촉된 상태로 형성되기 때문에, 상기 가공 대상물(1)의 상측 이격 공간은 상기 차단 브러시에 의하여 밀폐될 수 있다. 이로 인하여 상기 발생된 흄은 대부분 상기 차단 박스(20)로 수집되어 외부로 토출될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 상기 가공 대상물(1)의 가공 부위(t)에서 발생된 흄 등이 상기 차단 박스(20)의 내부 공간으로 수집된 후 상기 차단 박스(20)에 구비되는 토출구(23)를 통해 외부로 흡입 배출되도록 구성하기 때문에, 상기 흄 등에 의한 주변 오염 발생 및 피해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

a : 블로잉 에어 r : 레어저 광선
t : 가공 부위 1 : 가공 대상물
10 : 레이저 발생 및 조사 수단 11 : 스캔 헤드
13 : 텔레센트릭 렌즈 15 : 높이 조절 수단
20 : 차단 박스 21 : 에어 주입구
23 : 토출구 30 : 에어 가압 유도 수단
31 : 장착 홀더 32 : 삽입구
33 : 에어 마스크 34 : 마스크 통과홀
100 : 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치

Claims (3)

1. 레이저 가공 장치에 있어서,
   하부에 텔레센트릭 렌즈를 구비하는 스캔 헤드를 이용하여 가공 대상물의 가공 부위에 레이저 광선을 조사하는 레이저 발생 및 조사 수단, 상기 텔레센트릭 렌즈 하측에 배치 형성되고 상기 레이저 광선을 통과시키도록 상하부가 개방 형성되며 내부 공간을 형성하는 차단 박스, 상기 차단 박스 하부에 형성되어, 에어 주입구를 통해 유입되는 블로잉 에어가 가압되어 상기 가공 대상물의 가공 부위에 집중 분사되도록 하는 에어 가압 유도 수단을 포함하여 구성되되,
   상기 차단 박스는 그의 개방된 하부가 상기 가공 대상물의 적어도 일부 영역에 오버랩되도록 형성되고, 상기 차단 박스는 외부에서 공급되는 에어가 내부 공간으로 유입되어 상기 가공 대상물의 적어도 일부 영역으로 블로잉 되도록 하는 에어 주입구 및 상기 가공 대상물의 가공 부위에서 발생되어 상기 내부 공간에 수용되는 흄(fume)이 외부로 흡입되어 토출되도록 하는 토출구를 포함하여 구성되고,
   상기 에어 가압 유도 수단은 상기 차단 박스의 개방된 하부에 통하도록 접촉 결합 형성되되, 에어 마스크를 수평 방향으로 삽입 장착하기 위하여 측면에 형성되는 삽입구와, 장착되는 상기 에어 마스크의 일단을 지지하기 위하여 상기 삽입구가 형성된 측면의 반대쪽 측면에 형성되는 지지부를 구비하는 장착 홀더 및 상기 장착 홀더에 수평한 방향으로 탈부착 가능하게 삽입 장착되는 에어 마스크를 포함하여 구성되되, 상기 에어 마스크는 상기 가공 대상물의 가공 부위와 수직 방향으로 대응되는 부분에만 상기 블로잉 에어가 통과할 수 있고 상기 레이저 광선이 통과하여 상기 가공 대상물의 가공 부위에 조사될 수 있도록 하는 마스크 통과홀이 형성되고,
   상기 가공 대상물은 동일한 가공 부위를 가지는 복수 개의 영역으로 구성되고, 상기 동일한 가공 부위를 가지고 있는 복수 개의 영역들은 상기 가공 대상물을 고정 장착하고 있는 지그 모듈을 수평 방향으로 이동함으로써 순차적으로 레이저 가공을 수행 받고,
   상기 텔레센트릭 렌즈는 상기 차단 박스의 개방된 상부에 삽입된 상태로 수직 이동이 가능하게 배치되며,
   상기 장착 홀더의 개방된 하부의 테두리를 따라 차단 브러시가 형성되되, 상기 차단 브러시의 하단은 상기 가공 대상물에 접촉된 상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가공 정밀도가 향상된 레이저 가공 장치.
   
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