KR102090420B1

KR102090420B1 - 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102090420B1
Application number: KR1020190028816A
Authority: KR
Inventors: 김찬삼
Original assignee: 김찬삼
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-03-17

Abstract

본 발명은 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 발생장치; 절단대상이 되는 강판의 하부면의 양단 각각에 한 쌍씩 접촉되는 하단 프로세스 롤러와, 상기 강판의 상부면 양단 각각에 한 쌍씩 접촉되며 상기 하단 프로세스 롤러와의 간격조절에 의해 상기 강판에 상하 텐션을 주면서 구동되어 상기 강판을 이송시키는 상단 프로세스 롤러를 갖는 프로세스 롤러; 상기 한 쌍의 상단 프로세스 롤러 사이 공간 측에 상기 레이저 발생장치에서 발생된 레이저를 상기 강판에 집광하여 상기 강판을 절단하며, 상기 강판과의 거리를 가변시키는 액츄에이터를 갖는 적어도 2개 이상의 레이저 절단헤드; 상기 레이저 절단헤드 끝단과 상기 강판 사이 거리를 측정하여 상기 액츄에이터에 전송하는 자동초점조절장치; 상기 보조기체를 상기 레이저 절단헤드에 의해 절단되는 강판측으로 분사시키는 보조기체분사장치; 레이저 가공 중 발생되는 퓸을 제거하기 위한 석션유니트; 상기 강판의 진행속도를 감지하는 감지유니트; 및 상기 감지유니트에서 감지한 진행속도에 기반하여 레이저 출력을 제어하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치에 관한 것이다.

Description

강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법{LASER SIDE TRIMMING DEVICE OF STEEL PLATE AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법에 관한 것이다.

강판의 사이드 트리밍 공정은 강판의 연속 냉간 압연 공정에서 압연 전 강판의 사이드 부분을 트리밍(trimming)하는 공정을 말하며, 이는 압연시 판파단의 원인이 되는 열연판의 에지부의 크랙 및 기타 결함을 제거하기 위해 수행된다. 도 1은 통상적인 강판 사이드 트리밍 장치의 역할에 대한 모식도를 도시한 것이다.

PCT 국제공개특허 WO2015093675에 따른 강판의 사이드 트리밍 장치 및 방법은 강판에 홈(Groove)을 형성 또는 레이저 빔으로 예열하여 회전 나이프로 절단하는 것을 원활하게 하며 그 수명을 연장하는 것을 목적으로 하고 있다.

그러나 홈을 형성할 때 발생되는 스퍼터(sputter)와 홈 주위의 버(burr)충에 의하여 홈형성 주위가 거칠고 리멜팅(remelting)된 금속이 됨에 따라 오히려 나이프의 절단에 문제를 야기시킬 수 있거나 나이프의 수명을 단축시킬 수 있는 문제점이 있다. 그리고 최종적으로 트리밍된 절단면의 품질이 좋지 않게 된다.

따라서 이러한 단점을 보완하고 기계식 나이프(원형나이프 포함) 없이 순수히 레이저 빔으로만 고품질 절단을 할 수 있는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법의 개발이 요구되었다.

PCT 국제공개특허 WO2015093675 A1 대한민국 등록특허 제1655320호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 기계식 나이프(원형나이프 포함)없이 순수히 레이저 빔으로만 고품질 절단을 할 수 있는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 한대 또는 복수의 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저빔을 빔전송계를 통하여 레이저 빔을 에너지 쉐어하여 두 레이저 절단헤드(집광헤드)로 보내는 빔쉐어 유니트, 또는 레이저발생장치를 여러대 사용할 경우 한 레이저발생장치가 문제가 생겼을 경우, 레이저 빔을 분할하여 생산을 가능하게 하는 레이점 빔 스위칭 및 쉐어 유니트가 연결되고 자동초점조절장치와 보조기체분사장치를 부착한 2개 또는 그 이상의 레이저 절단헤드와 이러한 레이저 절단헤드를 강판(코일)의 진행방향과 직각으로 구동하는 헤드이송유니트, 그리고 퓸을 제거하는 석션 유니트와 집진장치를 갖는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 레이저빔에 의한 강판(코일)의 사이드 트리밍은 강판의 진행속도를 감지하는 감지유니트로부터의 신호로 레이저 출력을 제어하며 스크랩 초핑 기능와 노치 기능을 갖는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은, 강판 레이저 사이드 트리밍 장치에 있어서, 레이저 발생장치; 절단대상이 되는 강판의 하부면의 양단 각각에 한 쌍씩 접촉되는 하단 프로세스 롤러와, 상기 강판의 상부면 양단 각각에 한 쌍씩 접촉되며 상기 하단 프로세스 롤러와의 간격조절에 의해 상기 강판에 상하 텐션을 주면서 구동되어 상기 강판을 이송시키는 상단 프로세스 롤러를 갖는 프로세스 롤러; 상기 한 쌍의 상단 프로세스 롤러 사이 공간 측에 상기 레이저 발생장치에서 발생된 레이저를 상기 강판에 집광하여 상기 강판을 절단하며, 상기 강판과의 거리를 가변시키는 액츄에이터를 갖는 적어도 2개 이상의 레이저 절단헤드; 상기 레이저 절단헤드 끝단과 상기 강판 사이 거리를 측정하여 상기 액츄에이터에 전송하는 자동초점조절장치; 상기 보조기체를 상기 레이저 절단헤드에 의해 절단되는 강판측으로 분사시키는 보조기체분사장치; 레이저 가공중 발생되는 퓸을 제거하기 위한 석션유니트; 상기 강판의 진행속도를 감지하는 감지유니트; 및 상기 감지유니트에서 감지한 진행속도에 기반하여 레이저 출력을 제어하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치로서 달성될 수 있다.

그리고 레이저 발생장치 한대로 복수의 상기 레이저 절단헤드 각각으로 레이저 빔을 쉐어하여 보내는 빔쉐어유니트;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 복수의 레이저 발생장치 중 적어도 하나의 레이저 발생장치에 문제가 발생된 경우, 트리밍 공정을 정지하지 않고 사용 가능한 레이저 발생장치에서 발생된 레이저 빔을 분할하여 상기 레이저 절단헤드로 상기 레이저 빔을 보내도록 구성된 빔스위칭 및 쉐어 유니트;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 레이저 절단헤드 각각은, 레이저 빔 익스펜더와 집광렌즈와 상기 보조기체분사장치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 제어장치는 상기 자동초점조절장치의 신호에 따라 상기 강판과 상기 레이저 절단헤드와의 거리가 트리밍하는 동안 세팅값에 일정하게 유지되도록 상기 액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 보조기체분사장치는 상기 진행속도와 상기 강판의 품질에 따라 노즐에서 분사되는 보조기체의 압력을 조절하는 조절장치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 석션유니트는 상기 보조기체의 분사방향과 대칭되는 위치에 구비되며, 외부의 집진장치와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 제어장치에 의해 제어되어 상기 프로세스 롤러의 회전속도를 조절하는 롤러구동부; 및 상기 프로세스 롤러는 상단 프로세스 롤러와 하단 프로세스 롤러 간의 간격을 가변시키고, 한 쌍의 상단 프로세스 롤러 사이 간격 및 한 쌍의 하단 프로세스 롤러 사이 간격을 가변시키는 롤러 조절장치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 강판과 접촉되는 상기 프로세스 롤러의 접촉면은 평평면, 곡률면, 또는 테이퍼면으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 레이저절단헤드를 상기 강판의 평면방향과 평행하는 방향으로 이송시키는 헤드이송유니트를 포함하고, 레이저 빔에 의해 절단된 강판 양측면의 스크랩을 제거하기 위한 스크랩 초핑장치를 포함하며, 상기 스크랩 초핑장치는, 상기 스크랩을 절단하고자 하는 위치에서 트리밍을 중지하고 상기 헤드이송유니트에 의해 상기 레이저 절단헤드를 강판진행방향과 외측 직각으로 이송시켜 상기 스크랩을 절단 후 원위치로 이송시켜 트리밍을 다시 시작하거나, 상기 강판의 진행속도를 줄이고, 상기 헤드이송유니트에 의해 상기 진행속도보다 빠르게 상기 레이저 절단헤드를 강판진행방향과 외측 직각으로 이송시켜 상기 스크랩을 절단 후 내측 직각으로 이송시킨 후, 상기 강판 진행방향과 반대방향으로 이송시켜 원위치로 복귀하거나, 또는 트리밍을 진행하면서, 상기 스크랩을 기계식 절단기를 통해 독립적으로 절단시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법에 따르면, 기계식 나이프(원형나이프 포함) 없이 순수히 레이저 빔으로만 고품질 절단을 할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법에 따르면, 빔쉐어 유니트를 통해 한대 또는 복수의 레이저발생장치로부터 발생되는 레이저빔을 빔전송계를 통하여 레이저 빔을 에너지 쉐어하여 두 레이저 절단헤드(집광헤드)로 보내거나, 또는 레이점 빔 스위칭 및 쉐어 유니트를 통해 레이저발생장치를 여러대 사용할 경우 한 레이저발생장치가 문제가 생겼을 경우, 레이저 빔을 분할하여 생산을 가능하게 할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치 및 방법에 따르면, 자동초점조절장치와 보조기체분사장치를 부착한 2개 또는 그 이상의 레이저 절단헤드와 이러한 레이저 절단헤드를 강판(코일)의 진행방향과 직각으로 구동하는 헤드이송유니트, 그리고 퓸을 제거하는 석션 유니트와 집진장치를 갖고, 레이저빔에 의한 강판(코일)의 사이드 트리밍은 강판의 진행속도를 감지하는 감지유니트로부터의 신호로 레이저 출력을 제어하며 스크랩 초핑 기능와 노치 기능을 갖는 장점이 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 통상적인 강판 사이드 트리밍 장치 역할에 대한 모식도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 하나의 레이저 발생장치의 레이저가 빔쉐어 유니트에 의해 에너지 쉐어되어 2개의 레이저 절단헤드로 레이저 빔이 쉐어되는 구성도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 2개의 레이저 발생장치의 레이저가 빔 스위칭 및 쉐어 유니트에 연결된 상태의 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 및 쉐어 유니트 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 부분 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단헤드와 상단 프로세스 롤러 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 부분 사시도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보조기체분사장치와 석션유니트와 자동초점조절장치 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 부분 사시도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 셕션유니트와, 프로세스 롤러, 롤러 조절장치 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 부분 사시도,
도 10은 트리밍 중인, 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 사시도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 롤러, 롤러 조절장치 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 부분 사시도,
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 사다리꼴 측단면을 갖는 상단 프로세스 롤러와 레이저 절단헤드 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 부분 사시도,
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 직사각형 측단면을 갖는 상단 프로세스 롤러와 레이저 절단헤드 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 부분 사시도,
도 12c는 본 발명의 실시예에 따른 타원형 측단면을 갖는 상단 프로세스 롤러와 레이저 절단헤드 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 부분 사시도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스크랩 초핑 유니트를 갖는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 사시도,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 두번째 방법에 의한 스크랩 초핑방법을 나타낸 레이저 빔의 경로를 나타낸 도면,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 제어장치의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 노치기능을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치의 사시도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 구성, 기능 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 사시도를 도시한 것이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)는 레이저발생장치(10), 빔전송계(11), 냉각기, 압축공기정화장치, 빔쉐어유니트(12) 또는 빔스위칭 및 쉐어 유니트(13), 레이저 절단헤드(20), 자동초점조절장치(30), 보조기체분사장치(22), 석션유니트(40)와 집진장치(41), 감지유니트(50) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 각 구성에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저발생장치(10)는 레이저 빔을 발생시켜 빔전송계(11)를 통해 복수의 레이저 절단헤드(20)측으로 전송하게 된다. 레이저는 CW 또는 펄스 모드, 그리고 두 모드를 합하여 사용한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 하나의 레이저발생장치(10)의 레이저가 빔쉐어유니트(12)에 의해 에너지 쉐어되어 2개의 레이저 절단헤드(20)로 레이저 빔이 쉐어되는 구성도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 빔쉐어유니트(12)를 통해 레이저발생장치(10) 한대로 레이저 절단헤드(20) 2개 각각에 레이저 빔을 에너지 쉐어하여 전송시킬 수 있음을 알 수 있다.

즉, 한 개의 레이저발생장치(10)로 두개의 레이저절단헤드(20)(집광헤드)에 레이저 빔을 에너지 분할하여 트리밍을 하고자 하는 경우에는 레이저발생장치(10)에서 나오는 레이저 빔을 두개로 분할하여 분배하는 빔쉐어유니트(12)를 장착한다. 이때는 전체 라인을 정지시키고 트리밍 파라미터를 빔쉐어유니트(12) 부착모드로 변경하여 생산속도가 기존의 50%가 되도록 작동시킨다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 2개의 레이저 발생장치(10)의 레이저가 빔 스위칭 및 쉐어 유니트(13)에 연결된 상태의 구성도를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 및 쉐어 유니트(13) 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 부분 사시도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 빔스위칭 및 쉐어 유니트(13)는, 레이저발생장치(10)를 여러대 사용할 경우 하나의 레이저가 문제가 생겼을 경우, 트리밍 라인을 정지하지 않고 생산속도를 줄여서라도 가동을 계속하기 위하여 사용 가능한 레이저 빔을 분할하여 문제가 생긴 레이저빔 대신 레이저 절단헤드(20)로 레이저빔을 보내도록 구성된다.

즉, 예를 들어, 두대의 레이저발생장치(10)를 사용하여 레이저 트리밍을 하는 경우, 하나의 레이저가 고장이 난 경우에는 빔스위칭 및 쉐어 유니트(13)를 작동하여 레이저 트리밍 작업을 할 수 있다. 이때는 전체 라인을 정지시키고 수동으로 동작가능한 하나의 레이저발생장치(10)에서 나오는 레이저빔을 빔을 빔스위칭 및 쉐어 유니트(13)를 연결한 후 빔스위칭 및 쉐어 유니트(13) 부착모드로 변경하여 생산속도가 기존의 50%가 되도록 작동시키게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단헤드(20)와 상단 프로세스 롤러(62) 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 부분 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보조기체분사장치(22)와 석션유니트(40)와 자동초점조절장치(30) 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 부분 사시도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단헤드(20)는 2개 또는 그 이상을 사용한다. 레이저 절단헤드(20)에는 레이저빔 익스펜더와, 집광렌즈와, 보조기체분사장치(22)로 구성된다. 또한, 액츄에이터(21)는 레이저 절단헤드(20)를 수직방향으로 이송시켜 절단헤드(20) 끝단과 강판(2)과의 사이거리를 조절하도록 구성될 수 있다. 즉, 자동초점조절장치(30)의 신호를 기반으로 강판(2)과 절단헤드(20) 끝단과의 거리가 트리밍하는 동안 세팅값에 일정하게 유지되도록 액츄에이터(21)에 연동하여 구성된다.

또한, 이러한 레이저 절단헤드(20)를 강판(2)의 평면방향과 평행하며 강판(2)의 진행방향과 수직되는 방향으로 이송시킬 수 있는 헤드이송유니트(23)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자동초점조절장치(30)는 레이저 절단헤드(20) 끝단과 상기 강판(2) 사이 거리를 측정하여 액츄에이터(21)에 전송하도록 구성된다. 이러한 자동초점조절장치(30)는 비접촉 또는 접촉방식이 적용될 수 있다. 비접촉의 경우 강판(2)과의 거리를 커패시터 센서 또는 비접촉 거리측정센서로부터 위치 변동신호를 받아서 레이저 절단헤드(20)의 액츄에이터(21)에 신호를 보내도록 구성된다. 접촉식의 경우에는 노루발 형태 또는 접촉볼의 형태인 센서로부터 측정되는 강판(2)과의 거리에 따른 가변신호를 레이저 절단헤드(20)의 액츄에이터(21)로 보내도록 구성된다.

본 발명의 실시예에 따르면 도 8에 도시된 바와 같이, 보조기체를 레이저 절단헤드(20)에 의해 절단되는 강판(2)측으로 분사시키는 보조기체분사장치(22)를 포함하여 구성될 수 있다. 보조기체분사장치(22)는 절단속도 및 요구품질에 따라서 선택적으로 보조기체(예를 들어, O2, N2, Air, Ar 등)를 사용할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 압력조절장치에 의해 노즐에서 분사되는 기체의 압력을 조절할 수 있다. 즉, 보조기체분사장치(22)는 진행속도와 강판(2)의 품질에 따라 노즐에서 분사되는 보조기체의 압력을 조절하는 조절장치를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 가공중 발생되는 퓸을 제거하기 위한 석션유니트(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 셕션유니트(40)와, 프로세스 롤러(60), 롤러조절장치(64) 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 부분 사시도를 도시한 것이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 가공중 발생하는 퓸을 효과적으로 제거하기 위하여 석션유니트(40)를 레이저 절단헤드(20)의 보조기체 분사방향과 미러 대칭되는 위치에 설치하여 분진을 제거하게 된다. 이 분진은 장치 외부에 설치되는 집진장치(41)와 연결하여 구성된다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 강판(2)의 진행속도를 감지하는 감지유니트(50)와, 감지유니트(50)에서 감지한 진행속도에 기반하여 레이저 출력을 제어하는 제어장치(80)를 포함하여 구성된다. 또한 제어장치(80)는 자동초점조절장치(30)의 신호에 따라 강판(2)과 레이저 절단헤드(20)와의 거리가 트리밍하는 동안 세팅값에 일정하게 유지되도록 상기 액츄에이터(21)를 제어한다. 도 10은 트리밍 중인, 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 사시도를 도시한 것이다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 롤러(60), 롤러조절장치(64) 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 부분 사시도를 도시한 것이다. 프로세스롤러(60)는 강판(2)의 상단면에 접촉되는 상단 프로세스 롤러(62)와 하단면에 접촉되는 하단 프로세스 롤러(61)를 포함하여 구성된다.

하단 프로세스 롤러(61)는 절단대상이 되는 강판(2)의 하부면의 접촉되도록 한 쌍으로 구성된다. 또한 상단 프로세스 롤러(62)는 강판(2)의 상부면 양단 각각에 한 쌍씩 접촉되며 하단 프로세스 롤러(61)와의 간격조절에 의해 강판(2)에 상하 텐션을 주면서 구동되어 강판(2)을 이송시키도록 구성된다.

이러한 프로세스 롤러(60)의 기능은 강판(2)에 적절한 상하텐션을 주는 것으로 절단용 보조기체의 압력에 의한 철판의 상하요동을 최소화시키는 역할을 한다.

또한, 롤러구동부(63)는 제어장치(80)에 의해 제어되어 프로세스 롤러(60)의 회전속도를 조절하도록 구성된다. 그리고 프로세스 롤러(60)에는 롤러조절장치(64)를 포함하여, 상단 프로세스 롤러(62)와 하단 프로세스 롤러(61) 간의 간격을 가변시키고, 한 쌍의 상단 프로세스 롤러 사이 간격과, 한 쌍의 하단 프로세스 롤러 사이 간격을 가변시키도록 구성될 수(62) 있다. 즉 강판(2)의 두께 또는 보조기체의 압력에 따라 상대 위치가 가변가능하도록 구성되며, 상단 프로세스 롤러(62)는 레이저 절단헤드(20)에 연동되어 강판(2)의 두께에 따라 자동으로 하단 프로세스 롤러(61)와 일정한 간격을 유지하게 할 수 있다.

또한, 강판(2)과 접촉되는 상단 프로세스 롤러(62)의 접촉면은 평평면, 곡률면, 또는 테이퍼면으로 구성될 수 있다. 즉 상단 프로세스 롤러(62)가 강판(2)에 접촉하는 표면은 평평하거나 곡률을 주거나 테이퍼를 주어 레이저 초점의 위치가 가공 도중 흔들리지 않고 하단 프로세스 롤러(61)와 텐션을 적절히 줄 수 있도록 구성될 수 있다.

도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 사다리꼴 측단면을 갖는 상단 프로세스 롤러(62)와 레이저 절단헤드(20) 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 부분 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 직사각형 측단면을 갖는 상단 프로세스 롤러(62)와 레이저 절단헤드(20) 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 부분 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 12c는 본 발명의 실시예에 따른 타원형 측단면을 갖는 상단 프로세스 롤러(62)와 레이저 절단헤드(20) 측을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 부분 사시도를 도시한 것이다.

상단 프로세스 롤러(62)는 레이저 트리밍 재료의 종류 또는 추가 필요기능에 따라 도 12a에 도시된 바와 같이, 각도를 주거나, 도 12b에 도시된 바와 같이, 평평하게 하거나, 도 12c에 도시된 바와 같이 곡률(타원 포함)을 주도록 구성될 수 있음을 알 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스크랩 초핑 유니트(70, Scrap Chopper)를 갖는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 사시도를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)는 앞서 언급한 바와 같이, 레이저절단헤드(20)를 상기 강판(2)의 평면방향과 평행하는 방향으로 이송시키는 헤드이송유니트(23)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 레이저 빔에 의해 절단된 강판(2) 양측면의 스크랩을 제거하기 위한 스크랩 초핑유니트(70)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 스크랩을 초핑하는 방법은 3가지 일 수 있다.

첫째, 스크랩을 절단하고자 하는 위치에서 트리밍을 중지하고 헤드이송유니트(23)에 의해 레이저 절단헤드(20)를 강판(2)진행방향과 외측 직각으로 이송시켜 스크랩을 절단 후 원위치로 이송시켜 다시 강판(2)의 트리밍을 시작하는 경우이다.

둘째는, 강판(2)의 진행속도를 줄이고, 상기 헤드이송유니트(23)에 의해 상기 진행속도보다 빠르게 상기 레이저 절단헤드(20)를 강판(2)진행방향과 외측 직각으로 이송시켜 상기 스크랩을 절단 후 내측 직각으로 이송시킨 후, 상기 강판(2) 진행방향과 반대방향으로 이송시켜 원위치로 복귀하는 경우이다. 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 두번째 방법에 의한 스크랩 초핑방법을 나타낸 레이저 빔의 경로를 나타낸 도면을 도시한 것이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 트리밍을 중단하지 않고 강판(2)의 진행속도를 줄인 상태에서 강판(2)의 진행속도보다 상대적으로 빠르게 레이저 절단헤드(20)를 진행방향과 직각외측으로 이송시켜 스크랩을 절단하고, 다시 직각 외측으로 이송시킨 후, 진행방향과 반대방향으로 복귀시키는 방식으로 스크랩을 제거할 수 있음을 알 수 있다.

그리고 세번째는 트리밍을 진행하면서, 도 13에 도시된 바와 같이, 스크랩을 별도의 기계식 절단기를 통해 독립적으로 절단시키는 방법이다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 제어장치(80)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 그리고 도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 노치기능을 나타낸 강판 레이저 사이드 트리밍 장치(1)의 사시도를 도시한 것이다.

레이저 트리밍 중 선행강판(코일)과 후행강판(코일)의 폭이 일정하지 않을 경우 강판(2)이 진행하는 동안 레이저 절단헤드(20)가 좌우로 이동함으로써 노칭(notching)시키도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 제어장치(80)는 감지유니트(50)에 이해 감지된 강판(2)의 진행속도를 기반으로 자동으로 레이저 출력을 제어함으로써 강판(2)의 진행속도에 따른 트리밍품질을 일정하게 유지할 수 있다. 그리고 강판(2)의 진행속도에 따른 보조기체의 유량과 압력을 자동으로 제어할 수 있으며, 레이저 절단헤드(20)의 액츄에이터(21)를 제어하여 자동초점조절장치(30)에서 측정된 값을 기반으로 강판(2) 표면과 설정한 초점의 위치를 자동으로 유지하도록 구성될 수 있다.

[제어 시퀀스의 실시예]

1. 동작 파라미터 수동입력

(1) 강판번호 자동리딩여부 off

(2) 강판 트리밍 폭

(3) 강판의 두께

(4) 강판의 종류

(5) 트리밍 시작점

(6) 강판의 길이 및 트리밍 종료점

(7) 노치기능을 위한 노치 파라미터 입력

1) 노치 시작점

2) 노치 반경

3) 노치 속도

4) 노치 출력

5) 필요시 노치 중 출력 조정(두께가 다른 강판이 들어오는 경우)

(8) 보조기체 종류, 유량, 압력

(9) 트리밍 품질 모니터링 불량 감지 파라미터 선택적 작동 유무 입력

2. 강판 번호 자동 리딩시 : 위의 1. 동작 파라미터 수동입력 (1) 내지 (8) 자동 불러오기

3. 강판 번호 리딩(숫자 또는 바코드)

4. 레이저 절단헤드(집광장치) 홈위치

5. 레이저 절단헤드 초점거리로 이동

6. 보조기체 스탠바이

7. 레이저 빔 스탠바이

8. 레이저 발생장치 on

9. 보조기체분사장치 on

10. 석션 유니트 on

11. 프로세스 롤러 동작

12. 강판의 진입속도 감지

13. 강판 진행속도에 따른 레이저 출력조정

14. 강판의 표면에 따라 초점 자동제어

15. 레이저 트리밍된 스크랩의 초핑

16. 강판 파라미터 수동 입력시 트리밍 강판 후단 위치(종점)에서 자동 트리밍 종료

17. 다시 동작시 노치 기능 작동 여부 확인 및 필요시 동작

18. 강판 파라미터 자동 입력시(위의 2.) 노치 기능 자동 동작

19. 트리밍 동작 완료

20. 레이저 발생장치 off

21. 보조기체분사장치 off

22. 석션 유니트 off

23. 레이저 절단헤드(집광장치) 호밍

24. 프로세스 롤러 호밍

25. 작동완료

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 필요시 트리밍 품질 관리 모니터링 장치를 부착하여 피드백 할 수 있다. 이때 모니터링하는 항목으로는 1) 트리밍된 강판의 측면 절단면 2) 트리밍 폭의 길이 3) 트리밍 중 관리 구간 간격 내 트리밍 굴곡 4) 레이저 출력의 입력치를 벗어나는 변화 5) 보조기체의 입력범위를 벗어난 변화 6) 레이저 절단헤드(집광장치)의 초점을 벗어난 움직임 등이 필요한 품질관리 변수이다.

또한, 이때 제어는 관리자의 우선 순위 결정에 따라 위의 항목에 대한 이상 신호가 감지되는 경우 전체 라인을 우선정지시킬 수 있다. 이는 위의 제어 시퀀스 [1. 동작 파라미터 수동입력 (9) 트리밍 품질 모니터링 불량 감지 파라미터 선택적 작동 유무 입력] 에 명령어를 입력하여 수행하게 할 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:강판 레이저 사이드 트리밍 장치
2:강판
10:레이저발생장치
11:빔전송계
12:빔쉐어유니트
13:빔스위칭 및 쉐어 유니트
20:레이저 절단헤드
21:액츄에이터
22:보조기체분사장치
23:헤드이송유니트
30:자동초점조절장치
40:석션유니트
41:집진장치
50:감지유니트
60:프로세스 롤러
61:하단 프로세스 롤러
62:상단 프로세스 롤러
63:롤러구동부
64:롤러조절장치
70:스크랩 초핑 유니트
80:제어장치

Claims

강판 레이저 사이드 트리밍 장치에 있어서,
레이저 발생장치;
절단대상이 되는 강판의 하부면의 양단 각각에 한 쌍씩 접촉되는 하단 프로세스 롤러와, 상기 강판의 상부면 양단 각각에 한 쌍씩 접촉되며 상기 하단 프로세스 롤러와의 간격조절에 의해 상기 강판에 상하 텐션을 주면서 구동되어 상기 강판을 이송시키는 상단 프로세스 롤러를 갖는 프로세스 롤러;
상기 한 쌍의 상단 프로세스 롤러 사이 공간 측에 상기 레이저 발생장치에서 발생된 레이저를 상기 강판에 집광하여 상기 강판을 절단하며, 상기 강판과의 거리를 가변시키는 액츄에이터를 갖는 적어도 2개 이상의 레이저 절단헤드;
상기 레이저 절단헤드 끝단과 상기 강판 사이 거리를 측정하여 상기 액츄에이터에 전송하는 자동초점조절장치;
보조기체를 상기 레이저 절단헤드에 의해 절단되는 강판측으로 분사시키는 보조기체분사장치;
레이저 가공 중 발생되는 퓸을 제거하기 위한 석션유니트;
상기 강판의 진행속도를 감지하는 감지유니트;
상기 감지유니트에서 감지한 진행속도에 기반하여 레이저 출력을 제어하는 제어장치;
복수의 레이저 발생장치 중 적어도 하나의 레이저 발생장치에 문제가 발생된 경우, 트리밍 공정을 정지하지 않고 사용 가능한 레이저 발생장치에서 발생된 레이저 빔을 분할하여 상기 레이저 절단헤드로 상기 레이저 빔을 보내도록 구성된 빔스위칭 및 쉐어 유니트; 및
상기 레이저 절단헤드 각각은, 레이저 빔 익스펜더와 집광렌즈와 상기 보조기체분사장치; 및
상기 보조기체분사장치는 상기 진행속도와 상기 강판의 품질에 따라 노즐에서 분사되는 보조기체의 압력을 조절하는 조절장치;
상기 제어장치에 의해 제어되어 상기 프로세스 롤러의 회전속도를 조절하는 롤러구동부; 및 상기 프로세스 롤러는 상단 프로세스 롤러와 하단 프로세스 롤러 간의 간격을 가변시키고, 한 쌍의 상단 프로세스 롤러 사이 간격 및 한 쌍의 하단 프로세스 롤러 사이 간격을 가변시키는 롤러 조절장치;
상기 레이저절단헤드를 상기 강판의 평면방향과 평행하는 방향으로 이송시키는 헤드이송유니트; 및
레이저 빔에 의해 절단된 강판 양측면의 스크랩을 제거하기 위한 스크랩 초핑장치를 포함하고,
상기 제어장치는 상기 자동초점조절장치의 신호에 따라 상기 강판과 상기 레이저 절단헤드와의 거리가 트리밍하는 동안 세팅값에 일정하게 유지되도록 상기 액츄에이터를 제어하며, 상기 석션유니트는 상기 보조기체의 분사방향과 대칭되는 위치에 구비되며, 외부의 집진장치와 연결되고,
상기 강판과 접촉되는 상기 상단 프로세스 롤러의 접촉면은 곡률면, 또는 테이퍼면으로 구성되며,
상기 스크랩 초핑장치는,
상기 스크랩을 절단하고자 하는 위치에서 트리밍을 중지하고 상기 헤드이송유니트에 의해 상기 레이저 절단헤드를 강판진행방향과 외측 직각으로 이송시켜 상기 스크랩을 절단 후 원위치로 이송시켜 트리밍을 다시 시작하거나,
상기 강판의 진행속도를 줄이고, 상기 헤드이송유니트에 의해 상기 진행속도보다 빠르게 상기 레이저 절단헤드를 강판진행방향과 외측 직각으로 이송시켜 상기 스크랩을 절단 후 내측 직각으로 이송시킨 후, 상기 강판 진행방향과 반대방향으로 이송시켜 원위치로 복귀하는 것을 특징으로 하는 강판 레이저 사이드 트리밍 장치.
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