KR102050847B1 - 레이저 차광막 및 레이저 차광막을 가지는 레이저 가공 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 차광막 및 레이저 차광막을 가지는 레이저 가공 장치가 개시된다. 레이저 가공 장치는, 조사구를 통해 레이저 빔을 외부로 조사하고, 개방구를 통해 압축 공기를 배출하는 옵틱 헤드; 상기 조사구에 연통하도록 고정되는 체결관과, 조사된 레이저 빔이 진행되는 빔 조사 공간을 둘러싸도록 상기 체결관의 하부에 고정되는 차광막을 포함하는 레이저 차광막을 포함한다.

Description

레이저 차광막 및 레이저 차광막을 가지는 레이저 가공 장치{Laser beam shade and laser machining device having laser beam shade}

본 발명은 레이저 차광막 및 레이저 차광막을 가지는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

레이저 가공 장치는 레이저 빔을 이용하여 작업 대상물을 미리 지정된 크기로 절단하거나, 복수의 모재를 용접하거나, 금속 표면이 부식되어 생성된 파티나(patina)를 제거하는 등 다양한 용도로 이용되고 있다.

참고로, 금속 표면의 파티나를 제거하는 레이저 클리너인 레이저 가공 장치는 자기제어효과(self-limiting nature)로서, 레이저가 가지는 단색성에 기인하여 모재의 손상없이 선택적으로 오염층만을 제거하는 장치이다.

각각의 레이저 가공 장치는 그 용도에 따라 출력, 펄스의 간격, 주파수와 파장 등은 상이할지라도, 레이저 빔을 모재에 조사하도록 동작하는 공통점이 있고, 이때 조사되는 레이저 빔은 작업자의 시력 손상을 야기할 수 있는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 방지하기 위해, 레이저 가공 장치를 이용하여 작업하는 작업자는 보안경을 착용하도록 하고 있다.

그러나, 레이저 가공 장치를 이용한 작업 영역 주변에 위치한 타 작업자들은 보안경을 착용하고 있지 않아, 레이저 빔이나 작업 대상면에서 발생되는 섬광에 의한 시각 손상의 위험에 노출될 우려가 많다.

한국공개특허 제2010-0021969호(레이저 클리닝 장치 및 레이저 클리닝 방법) 한국공개특허 제2011-0097625호(레이저 가공 장치)

본 발명은 레이저 빔을 조사하는 스캐너를 이용한 수작업시 레이저 빛이 주변 작업자들의 안전을 위협하지 않도록 보호할 수 있는 레이저 차광막 및 레이저 차광막을 가지는 레이저 가공 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 스캐너를 이용하여 작업 대상물에 대한 레이저 가공을 실시할 때, 수평면이 아닌 작업 면을 대상으로 하거나, 작업 대상물에 단차를 가지는 돌출물이 존재하더라도 레이저 빛을 효과적으로 차폐할 수 있는 레이저 차광막 및 레이저 차광막을 가지는 레이저 가공 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 조사구를 통해 레이저 빔을 외부로 조사하고, 개방구를 통해 압축 공기를 배출하는 옵틱 헤드; 상기 조사구에 연통하도록 체결되는 체결관과, 조사된 레이저 빔이 진행되는 빔 조사 공간을 둘러싸도록 상기 체결관의 하부에 고정되는 차광막을 포함하는 레이저 차광막을 포함하되, 상기 차광막은 유연성 재질로 형성되는, 레이저 가공 장치가 제공된다.

상기 차광막은 복수의 박막 띠가 한겹 이상으로 배치되어 형성될 수 있다.

상기 차광막은 압축 공기 분사에 따른 주변 압력 변화에 의해 빔 조사 공간의 바깥쪽으로 펼쳐져 원형 막을 형성하도록 자세될 수 있다.

상기 체결관에는 상기 개방구와 연통하도록 형성되어 압축 공기를 외부로 분사하기 위한 공기 분사구가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 레이저 빔을 조사하는 옵틱 헤드의 조사구에 연통하도록 체결되는 체결관; 조사된 레이저 빔이 진행되는 빔 조사 공간을 둘러싸도록 상기 체결관의 하부에 고정되는 차광막을 포함하되, 상기 차광막은 상기 옵틱 헤드에서 제공되는 압축 공기의 외부 분사에 따른 주변 압력 변화에 의해 상기 빔 조사 공간의 바깥쪽으로 펼쳐져 원형 막을 형성하도록 하기 위해 유연성 재질로 형성되는, 레이저 차광막이 제공된다.

상기 차광막은 복수의 박막 띠가 한겹 이상으로 배치되어 형성될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 빔을 조사하는 스캐너를 이용한 수작업시 레이저 빛이 주변 작업자들의 안전을 위협하지 않도록 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한 스캐너를 이용하여 작업 대상물에 대한 레이저 가공을 실시할 때, 수평면이 아닌 작업 면을 대상으로 하거나, 작업 대상물에 단차를 가지는 돌출물이 존재하더라도 레이저 빛을 효과적으로 차폐할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차광막을 가지는 레이저 가공 장치를 예시한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 각 실시예에 따른 레이저 차광막의 형상을 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차광막이 체결된 옵틱 헤드의 동작 상태를 예시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차광막을 가지는 레이저 가공 장치를 예시한 도면을 예시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 각 실시예에 따른 레이저 차광막의 형상을 예시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차광막이 체결된 옵틱 헤드의 동작 상태를 예시한 도면이다.

도 1에는 레이저 가공 장치(100)와 레이저 가공 장치(100)에 고정되는 레이저 차광막(105)이 도시되어 있다.

레이저 가공 장치(100)는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기(119)와, 레이저 발진기(119)에서 발생된 레이저 빔을 옵틱 헤드(112)로 이송하는 이송 수단(118)과, 이송 수단(118)을 통해 레이저 빔을 유입받아 조사구(114)를 통해 작업 대상물에 조사시키는 옵틱 헤드(118)를 포함할 수 있다.

이송 수단(118)은 예를 들어 레이저 빔의 전송 정밀도가 높고, 옵틱 헤드(112)의 정밀한 움직임이 가능하도록 하는 광 파이버를 포함할 수 있다.

또한 이송 수단(118)은 레이저 빔의 조사와 상응하여, 압축 공기 공급기(도시되지 않음)로부터 압축 공기를 옵틱 헤드(112)로 이송하기 위한 공기 이송관이 더 포함될 수 있다.

옵틱 헤드(112)의 일측에는 작업자가 옵틱 헤드(112)을 파지하여 용이하게 조작할 수 있도록 하는 핸들(116)이 형성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 핸들(116)의 내측 공간은 이송 수단(118)의 설치 경로로 활용될 수도 있다.

옵틱 헤드(112)는 이송 수단(118)을 통해 레이저 빔을 입력받는 유입부, 입력된 레이저 빔을 굴절시켜 조사구(114)로 입사시키는 반사 거울, 조사구(114)를 통해 작업 대상면에 조사되는 레이저 빔의 스폿 위치를 변경시키기 위해 반사 거울을 X축과 Y축 각각에 대해 회전시켜 조절하는 액츄에이터를 포함할 수 있다.

또한 작업자의 조작에 의해 액츄에이터의 조작을 제어하고, 레이저 빔의 진폭, 펄스폭 및/또는 출력을 조절하며, 압축 공기의 공급 여부를 제어하는 컨트롤러(도시되지 않음)가 옵틱 헤드(112), 레이저 발진기(119) 또는 압축공기 공급기에 구비될 수 있다. 컨트롤러는 안전한 작업이 가능하도록 하기 위해, 예를 들어 레이저 빔의 조사 개시 시점 또는 그 직전에 압축 공기가 분사되도록 제어할 수 있을 것이다.

작업자는 핸들(116)을 파지한 상태에서 옵틱 헤드(112)의 조사구(114)를 통해 조사되는 레이저 빔을 작업 대상면에 조사하여 지정된 작업을 실시하게 된다.

이때, 작업자는 레이저 빔이나 레이저 빔이 조사된 작업 대상면에서 발생되는 섬광으로부터 눈을 보호하기 위해 보안경을 착용한다.

그러나, 작업자의 주변에 위치한 타 작업자들은 보안경을 착용하지 않은 상태에서 지정된 작업을 실시하게 되고, 타 작업자들은 레이저 빔이나 작업 대상면에서 발생되는 섬광에 의해 시각 손상이 발생될 위험성에 노출될 수 밖에 없다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예는 옵틱 헤드(112)에 고정 장착되는 레이저 차광막(105)을 제시하고 있다.

레이저 차광막(105)은 조사구(114)와 연통하도록 내측에 공동(空洞)이 관통 형성된 관 형상의 체결관(120)과, 체결관(120)의 하측 단부나 하측 둘레면을 전체적으로 둘러 감싸도록 부착되는 차광막(122)을 포함한다.

차광막(122)은 도 1에 예시된 바와 같이 유연한 재질로 개별 형성된 복수의 박막 띠들로 구성될 수 있다.

즉, 각각의 박막 띠들의 일 단부는 체결관(120)의 하부나 둘레면에 각각 부착되어, 한겹 이상씩 차광막(122)의 하부로 연장되도록 배치되어 전체적으로 차광막(122)을 형성한다.

조사구(114)의 둘레에 연속하도록 형성된 고정부를 이용하여 체결관(120)이 고정 장착됨으로써, 조사구(114)의 주변을 전체적으로 둘러싸도록 레이저 차광막(105)이 고정 체결될 수 있다.

고정부는 예를 들어 돌출 형상(도 1의 (a) 참조), 오목 형상 또는 요철 형상 등으로 형성될 수 있으며, 이외에도 체결관(120)의 상부 영역과의 고정 체결이 가능한 형상이면 아무런 제한이 없다.

또한, 도 1에는 체결관(120)의 형상이 원형인 경우가 예시되었으나, 체결관(120)이 조사구(114)에 상응하도록 고정 체결될 수 있는 형상이면 특정의 형상으로 제한되지 않음은 당연하다.

조사구(114)의 둘레에 연속 형성된 고정부에는 이송 수단(118)을 통해 옵틱 헤드(112)로 유입된 압축 공기가 외부로 배출되도록 하는 개방구가 형성되며, 개방구는 후술될 체결관(120)의 공기 분사구(215)와 연통되어 옵틱 헤드(112)로 유입된 압축 공기가 외부로 분사되도록 구성된다.

체결관(120)의 하부 형상이 도시된 도 2의 (a)를 참조하면, 체결관(120)의 하측 단부는 공기 분사구(215)가 형성되는 외측 영역(210)과, 레이저 차광막(105)이 고정되는 내측 영역(220)으로 구분될 수 있다. 본 명세서에서는 조사구(114)의 축 방향을 기준하여 상대적으로 가까운 쪽을 내측 영역, 상대적으로 먼 쪽을 외측 영역이라 편의상 칭하기로 한다.

공기 분사구(215)를 통해 압축 공기가 수직 하방에 비해 상대적으로 바깥쪽으로 분사될 수 있도록 하기 위해, 체결관(120)의 외측 영역(210)은 바깥쪽 단부가 바깥쪽 단부가 상대적으로 높게 형성된 경사진 형상으로 형성될 수도 있다.

이는, 도 2의 (c)에 예시된 바와 같이, 압축 공기가 바깥쪽으로 분사되고, 분사된 압축 공기의 속도에 의해 주변 공기의 기압이 낮아지며, 이로 인해 레이저 차광막(105)을 이루는 각각의 박막 띠가 바깥쪽으로 펼쳐져 조사된 레이저 빔의 주변에 원형 막을 형성하도록 하기 위한 것이다.

이로 인해, 각각의 박막 띠들이 조사구(114)를 통해 조사되는 레이저 빔의 경로를 방해하지 않을 뿐 아니라, 원형으로 펼쳐져 레이저 빔 및 작업면에서의 섬광이 외부 작업자에게 인식되지 않도록 차단하여 안전을 도모할 수 있게 된다.

다른 예로서, 도 3에 예시된 바와 같이, 체결관(120)은 제1 영역(310)과 제1 영역(310)의 하부로 연장 형성된 제2 영역(320)을 가지도록 형성될 수도 있다.

소정의 크기를 가지도록 형성되는 제1 영역(310)의 하측에는 공기 분사구(215)가 형성될 수 있다.

이에 비해, 제1 영역(310)의 하부로 연장 형성된 제2 영역(320)은 상측 단부에 비해 하측 단부의 폭이 상대적으로 큰 깔때기 형상으로 형성될 수 있고, 하측 둘레면 또는 하측면에 복수의 박막 띠가 고정 부착되도록 형성될 수 있다.

이 경우, 하측으로 진행할수록 상대적으로 폭이 커지는 제2 영역(320)의 둘레면 형상이 분사된 압축 공기의 흐름을 형성하는 가이드로서 기능하며, 이로 인해 공기 분사구(215)에서 분사된 압축 공기는 수직 하방에 비해 상대적으로 바깥쪽으로 향하는 경로로 진행하게 된다.

이제까지 도 3 및 도 4를 참조하여, 공기 분사구(215)가 체결관(120)의 일측에 구비된 경우를 각각 설명하였다.

그러나, 공기 분사구(215)는 레이저 차광막(105)이 바깥쪽으로 펼쳐지도록 압축 공기를 분사하기만 하면 되는 것이다. 따라서 공기 분사구(215)는 체결관(120)의 일측이 아닌 옵틱 헤드(112)의 조사구(114)에 인접된 복수 개소에 각각 형성될 수도 있을 것이다.

물론, 레이저 차광막(105)이 효과적으로 펼쳐지도록 하기 위해 공기 분사구(215)가 옵틱 헤트(112)와 체결관(120) 모두에 각각 형성될 수도 있음은 당연하다.

도 4에는 레이저 차광막(105)이 고정 체결된 옵틱 헤드(112)의 동작 상태가 예시되어 있다.

핸들(116)을 파지한 작업자는 옵틱 헤드(112)을 적절한 위치로 이동시키면서 지정된 작업을 실시하게 될 것이다. 이 경우, 레이저 빔이 외부로 조사되는 동안, 압축 공기가 공기 분사구(215)를 통해 외부로 분사되고 주변의 기압 변화로 인해 박막 띠는 바깥쪽으로 펼쳐져 조사된 레이저 빔(즉, 빔 조사 공간)의 주변에 원형 막을 형성하게 된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 박막 띠는 작은 기압의 변화에도 바깥쪽으로 펼쳐질 수 있도록 유연성있는 재질로 형성된다.

따라서 도 4의 (a)에 예시된 바와 같이, 작업 대상면의 일측에 장애물(410)이 존재하거나, 작업 대상면이 전체적으로 동일한 높이를 가지지 않도록 울퉁불퉁하게 형성된 경우에도 유연성있는 재질로 형성된 박막 띠는 레이저 빔의 주변에 형성된 원형 막을 지속적으로 유지할 수 있다.

또한 도 4의 (b)에 예시된 바와 같이, 작업자가 수작업으로 옵틱 헤드(112)를 조작하는 동안, 옵틱 헤드(112)가 임의의 방향으로 기울어지거나 작업 대상면과의 거리가 변화되는 경우에도 유연성있는 재질로 형성된 박막 띠는 레이저 빔의 주변에 형성된 원형 막을 지속적으로 유지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 유연성있는 재질로 형성된 박막 띠는 옵틱 헤드(112)의 각도 변화, 작업 거리의 변화나 장애물(410)의 존재 여부에 관계없이 지속적으로 형상을 변경하면서 레이저 빔의 주변에 형성된 원형 막을 유지하는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 레이저 가공 장치 105 : 레이저 차광막
112 : 옵틱 헤드 114 : 조사구
116 : 핸들 118 : 이송 수단
119 : 레이저 발진기 120 : 체결관
122 : 차광막 210 : 외측 영역
215 : 공기 분사구 220 : 내측 영역
310 : 제1 영역 320 : 제2 영역
410 : 장애물

Claims (6)

1. 조사구를 통해 레이저 빔을 외부로 조사하고, 개방구를 통해 압축 공기를 배출하는 옵틱 헤드;
   상기 조사구에 연통하도록 체결되는 체결관과, 조사된 레이저 빔이 진행되는 빔 조사 공간을 둘러싸도록 상기 체결관의 하부에 고정되는 유연성 재질의 차광막을 포함하는 레이저 차광막을 포함하되,
   상기 체결관에는 상기 개방구와 연통하도록 형성되어 압축 공기가 상기 차광막의 수직 하방에 비해 상대적으로 바깥쪽으로 분사되도록 하는 공기 분사구가 형성되고,
   분사되는 압축 공기의 속도에 의해 상기 차광막의 수직 하방에 비해 상대적으로 바깥쪽에 저기압이 형성되어 상기 차광막은 빔 조사 공간의 바깥쪽으로 펼쳐져 원형 막을 형성하도록 자세되는, 레이저 가공 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 차광막은 복수의 박막 띠가 한겹 이상으로 배치되어 형성된, 레이저 가공 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 레이저 빔을 조사하는 옵틱 헤드의 조사구에 연통하도록 체결되는 체결관;
   유연성 재질로 형성되고, 조사된 레이저 빔이 진행되는 빔 조사 공간을 둘러싸도록 상기 체결관의 하부에 고정되는 차광막을 포함하되,
   상기 체결관에는 상기 옵틱 헤드에서 제공되는 압축 공기가 상기 차광막의 수직 하방에 비해 상대적으로 바깥쪽으로 분사되도록 하는 공기 분사구가 형성되고,
   분사되는 압축 공기의 속도에 의해 상기 차광막의 수직 하방에 비해 상대적으로 바깥쪽에 저기압이 형성되어 상기 차광막은 빔 조사 공간의 바깥쪽으로 펼쳐져 원형 막을 형성하도록 자세되는, 레이저 차광막.
6. 제5항에 있어서,
   상기 차광막은 복수의 박막 띠가 한겹 이상으로 배치되어 형성된, 레이저 차광막.

Images