KR102117402B1 - 레이저 노칭 장치 - Google Patents

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KR102117402B1
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Abstract

레이저 노칭 장치는 레이저 빔을 이용해 노칭 영역을 절단하는 커팅 헤드, 상기 커팅 헤드와 이웃하며 상기 노칭 영역의 열을 회수하는 열 회수부, 및 상기 열 회수부와 이웃하며 상기 노칭 영역을 설정된 온도로 유지하는 항온부를 포함한다.

Description

레이저 노칭 장치{LASER NOTCHING APPARATUS}
본 기재는 레이저 노칭 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 노칭 장치는 용접 연결된 2개의 스트립(strip)들 사이의 용접부의 에지(edge)에 위치하는 노칭 영역을 절단하여 용접부에 발생되는 집중 응력을 감소시키는 장치이다.
종래의 노칭 장치는 커터(cutter)를 포함하는 쉐어(shear)로 스트립들의 노칭 영역을 절단하였다.
그런데, 종래의 노칭 장치는 쉐어로 노칭 영역을 절단할 때, 노칭 영역이 절단된 스트립들에 발생되는 버(burr) 등의 변형으로 인해 스트립들의 표면 또는 스트립들을 취급하는 롤(roll) 등의 설비에 간섭이 발생되는 문제점이 있었다.
일 실시예는, 노칭 영역이 절단된 스트립들에 변형이 발생되는 것을 억제하는 레이저 노칭 장치를 제공하고자 한다.
또한, 노칭 영역이 절단된 스트립들에 마르텐사이트(martensite)가 생성되는 것을 억제하는 레이저 노칭 장치를 제공하고자 한다.
일 측면은 서로 용접된 제1 스트립 및 제2 스트립 중 적어도 하나의 코너(corner)를 포함하는 노칭 영역을 절단하는 레이저 노칭 장치에 있어서, 레이저 빔을 이용해 상기 노칭 영역을 절단하는 커팅 헤드, 상기 커팅 헤드와 이웃하며, 상기 노칭 영역의 열을 회수하는 열 회수부, 및 상기 열 회수부와 이웃하며, 상기 노칭 영역을 설정된 온도로 유지하는 항온부를 포함하는 레이저 노칭 장치를 제공한다.
상기 항온부는 상기 열 회수부와 연결되며, 상기 항온부는 상기 열 회수부가 회수한 회수 열을 이용해 상기 노칭 영역을 설정된 온도로 유지할 수 있다.
상기 항온부는, 상기 노칭 영역을 가열하는 히터(heater), 및 상기 노칭 영역을 냉각하는 칠러(chiller)를 포함할 수 있다.
상기 항온부는 상기 회수 열 및 상기 히터를 이용해 상기 노칭 영역을 상기 설정된 온도로 가열하며, 상기 칠러를 이용해 상기 노칭 영역을 상기 설정된 온도로 냉각할 수 있다.
상기 커팅 헤드, 상기 열 회수부, 및 상기 항온부를 포함하는 커팅 유닛, 상기 커팅 유닛과 연결되며, 상기 레이저 빔을 발진하는 발진부, 상기 커팅 유닛을 지지하며, 상기 커팅 유닛을 이동시키는 구동부, 상기 노칭 영역과 이웃하며, 상기 노칭 영역의 온도를 센싱하는 온도 센싱부, 및 상기 커팅 유닛, 상기 구동부, 상기 온도 센싱부와 연결되며, 상기 노칭 영역의 온도에 기초하여 상기 커팅 유닛 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도 센싱부가 센싱한 상기 노칭 영역의 온도가 상기 설정된 온도로 유지되도록 상기 항온부를 제어하며, 상기 설정된 온도는 상기 제1 스트립 및 상기 제2 스트립에 포함된 재료에 따라 상기 노칭 영역, 상기 제1 스트립, 및 상기 제2 스트립에 마르텐사이트(martensite)가 비생성되는 온도일 수 있다.
상기 제1 스트립의 양 테두리 및 상기 제2 스트립의 양 테두리를 지지하는 스트립 지지부, 및 상기 커팅 유닛, 상기 구동부, 상기 온도 센싱부, 및 상기 스트립 지지부를 수용하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스트립 및 상기 제2 스트립은 서로 다른 너비를 가지며, 상기 노칭 영역은 상기 제1 스트립과 상기 제2 스트립 사이의 용접부의 양 단부에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 노칭 영역이 절단된 스트립들에 변형이 발생되는 것을 억제하는 레이저 노칭 장치가 제공된다.
또한, 노칭 영역이 절단된 스트립들에 마르텐사이트(martensite)가 생성되는 것을 억제하는 레이저 노칭 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이저 노칭 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 커팅 유닛, 발진부, 구동부, 온도 센싱부, 제어부를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 커팅 유닛, 온도 센싱부, 제어부를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 일 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 레이저 노칭 장치를 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이저 노칭 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 노칭 장치는 레이저 빔을 이용해 서로 용접된 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20) 중 적어도 하나의 코너(corner)를 포함하는 노칭 영역(NA)을 절단한다. 레이저 노칭 장치는 용접 연결된 제1 스트립(10)과 제2 스트립(20) 사이의 용접부(30)의 양 단부에 위치하는 노칭 영역(NA)을 절단하여 용접부(30)에 발생되는 집중 응력을 감소시킨다.
제1 스트립(10)은 제1 너비(W1)를 가지며, 제2 스트립(20)은 제1 너비(W1) 대비 큰 제2 너비(W2)를 가진다. 즉, 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)은 서로 다른 너비를 가진다. 서로 용접된 제1 스트립(10)과 제2 스트립(20)은 벨트 컨베이어 또는 롤 등의 이송 수단에 의해 일 방향으로 연속으로 이동하는 스트립 연결체일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
노칭 영역(NA)은 제1 스트립(10)과 제2 스트립(20) 사이를 용접한 용접 부분인 용접부(30)의 양 단부(edge)에 위치한다. 노칭 영역(NA)은 제1 스트립(10)의 코너, 제2 스트립(20)의 코너, 또는 제1 스트립(10)의 코너와 제2 스트립(20)의 코너가 합친 영역일 수 있다. 노칭 영역(NA)의 테두리는 곡선일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 직선일 수 있다.
일 실시예에 따른 레이저 노칭 장치는 커팅 유닛(100), 발진부(200), 구동부(300), 온도 센싱부(400), 제어부(500), 스트립 지지부(600), 하우징(700)을 포함한다.
커팅 유닛(100)은 레이저 빔을 이용해 노칭 영역(NA)을 절단한다. 커팅 유닛(100)은 레이저 빔을 이용해 노칭 영역(NA)을 절단할 때, 노칭 영역(NA)의 열을 회수하는 동시에 노칭 영역(NA)을 설정된 온도로 유지한다. 즉, 커팅 유닛(100)은 절단되기 전 또는 절단된 후의 노칭 영역(NA), 노칭 영역(NA)과 이웃하는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)을 설정된 온도로 유지한다.
도 2는 도 1에 도시된 커팅 유닛, 발진부, 구동부, 온도 센싱부, 제어부를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 커팅 유닛(100)은 커팅 헤드(110), 열 회수부(120), 및 항온부(130)를 포함한다. 커팅 유닛(100)은 하나의 유닛으로 구성되나, 이에 한정되지 않는다.
일례로, 커팅 헤드(110), 열 회수부(120), 및 항온부(130) 각각은 서로 이격된 장치로 구성될 수 있다.
커팅 유닛(100)은 구동부(300)에 의해 이동하여 노칭 영역(NA)을 절단할 수 있으며, 구동부(300)는 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다. 구동부(300)는 3축 구동 수단일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일례로, 구동부(300)는 로봇 암(robot arm)일 수 있으며, 커팅 유닛(100)은 엔드 이펙터(end effector)로서 구동부(300)의 단부에 장착될 수 있다.
커팅 헤드(110)는 레이저 빔을 발진하는 발진부(200)와 연결된다. 커팅 헤드(110)는 레이저 빔(LB)을 이용해 노칭 영역(NA)을 절단한다. 커팅 헤드(110)는 발진부(200)로부터 발진된 레이저 빔(LB)을 변형하는 광학계를 포함할 수 있다. 레이저 빔(LB)은 공지된 다양한 레이저 빔을 포함할 수 있다.
열 회수부(120)는 커팅 헤드(110)와 이웃한다. 열 회수부(120)는 레이저 빔(LB)을 이용해 노칭 영역(NA)을 절단할 때, 노칭 영역(NA)에서 발생되는 열을 회수한다. 열 회수부(120)는 열을 석션(suction)하는 석션부를 포함할 수 있다. 열 회수부(120)에 포함된 석션부는 열을 석션할 수 있다면 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다.
항온부(130)는 열 회수부(120)와 이웃한다. 항온부(130)는 열 회수부(120)를 사이에 두고 커팅 헤드(110)와 이격될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 커팅 헤드(110)와 열 회수부(120) 사이에 위치할 수 있다. 항온부(130)는 노칭 영역(NA)을 설정된 온도로 유지한다.
즉, 항온부(130)는 절단되기 전 또는 절단된 후의 노칭 영역(NA), 노칭 영역(NA)과 이웃하는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)을 설정된 온도로 유지한다.
항온부(130)는 온도 센싱부(400)가 센싱한 노칭 영역(NA)의 온도가 설정된 온도로 유지되도록 노칭 영역(NA)을 가열 또는 냉각할 수 있다. 항온부(130)의 구동은 제어부(500)에 의해 수행될 수 있으며, 온도 센싱부(400)가 센싱한 노칭 영역(NA)의 온도는 제어부(500)로 전달될 수 있다. 상술한 설정된 온도는 제어부(500)에 표(table)로서 저장될 수 있다. 일례로, 설정된 온도는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 포함된 재료에 따라 절단되기 전 또는 절단된 후의 노칭 영역(NA), 노칭 영역(NA)과 이웃하는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 마르텐사이트(martensite)가 비생성되는 온도일 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 커팅 유닛, 온도 센싱부, 제어부를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 온도 센싱부(400)는 노칭 영역(NA)의 온도를 센싱(TS)하여 노칭 영역(NA)의 온도를 제어부(500)로 전달한다. 온도 센싱부(400)에 의한 노칭 영역(NA)의 온도 센싱은 연속적으로 수행될 수 있다.
커팅 유닛(100)의 커팅 헤드(110)는 레이저 빔을 이용하여 노칭 영역(NA)을 절단(LC)한다.
커팅 유닛(100)의 열 회수부(120)는 레이저 빔을 이용한 절단에 의해 노칭 영역(NA)에서 발생되는 열을 회수(HA)한다. 열 회수부(120)가 회수한 회수 열은 항온부(130)로 전달될 수 있다.
한편, 열 회수부(120)가 회수한 회수 열은 다시 노칭 영역(NA)에 공급될 수 있다.
커팅 유닛(100)의 항온부(130)는 열 회수부(120)와 연결되며, 히터(131) 및 칠러(132)를 포함한다.
히터(131)는 노칭 영역(NA)을 가열할 수 있다면 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다. 칠러(132)는 노칭 영역(NA)을 냉각할 수 있다면 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다.
항온부(130)는 열 회수부(120)가 회수한 회수 열을 이용해 노칭 영역(NA)을 설정된 온도로 유지할 수 있다.
일례로, 레이저 빔에 의해 절단되기 전 또는 절단된 후의 노칭 영역(NA)의 일 부분이 설정된 온도보다 낮을 경우, 항온부(130)는 열 회수부(120)가 회수한 회수 열을 이용해 노칭 영역(NA)을 제1 가열(HE1)하여 노칭 영역(NA)을 설정된 온도로 유지할 수 있다.
다른 예로, 레이저 빔에 의해 절단되기 전 또는 절단된 후의 노칭 영역(NA)의 일 부분이 설정된 온도보다 낮을 경우, 항온부(130)는 열 회수부(120)가 회수한 회수 열을 이용해 노칭 영역(NA)을 제1 가열(HE1)하고, 이어서 히터(131)를 이용해 노칭 영역(NA)을 제2 가열(HE2)하여 노칭 영역(NA)을 설정된 온도로 유지할 수 있다.
또 다른 예로, 레이저 빔에 의해 절단되기 전 또는 절단된 후의 노칭 영역(NA)의 일 부분이 설정된 온도보다 높을 경우, 항온부(130)는 칠러(132)를 이용해 노칭 영역(NA)을 냉각(CO)하여 노칭 영역(NA)을 설정된 온도로 유지할 수 있다.
상술한 항온부(130)에 의한 노칭 영역(NA)의 설정된 온도로의 유지는 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다. 노칭 영역(NA)의 설정된 온도는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 포함된 재료에 따라 노칭 영역(NA), 제1 스트립(10), 및 제2 스트립(20)에 마르텐사이트(martensite)가 비생성되는 온도이며, 이 설정된 온도는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 포함된 재료에 따라 표(table)로서 제어부(500)에 저장될 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 발진부(200)는 광 케이블 등의 연결 부재를 통해 커팅 유닛(100)과 연결된다. 발진부(200)는 레이저 빔을 발진하여 커팅 유닛(100)으로 전달한다. 발진부(200)는 다이오드 형태의 레이저 빔 발진기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
구동부(300)는 커팅 유닛(100)을 지지하며, 커팅 유닛(100)이 노칭 영역(NA)을 절단할 수 있도록 커팅 유닛(100)을 이동시킨다. 구동부(300)의 구동은 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다. 구동부(300)는 3축 구동 수단일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일례로, 구동부(300)는 로봇 암(robot arm)일 수 있으며, 커팅 유닛(100)은 엔드 이펙터(end effector)로서 구동부(300)의 단부에 장착될 수 있다.
온도 센싱부(400)는 노칭 영역(NA)과 이웃하며, 노칭 영역(NA)의 온도를 센싱한다. 온도 센싱부(400)는 커팅 유닛(100)에 장착될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 커팅 유닛(100)과 이격되어 노칭 영역(NA)의 온도를 센싱할 수 있다.
온도 센싱부(400)는 파이로미터(pyrometer)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 노칭 영역(NA)의 온도를 센싱할 수 있다면 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다.
제어부(500)는 커팅 유닛(100), 구동부(300), 온도 센싱부(400)와 연결된다. 제어부(500)는 노칭 영역(NA)의 온도에 기초하여 커팅 유닛(100) 및 구동부(300)를 제어한다.
제어부(500)는 온도 센싱부(400)가 센싱한 노칭 영역(NA)의 온도가 제어부(500)에 저장된 설정된 온도로 유지되도록 항온부(130)를 제어한다. 제어부(500)에 저장된 설정된 온도는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 포함된 재료에 따라 노칭 영역(NA), 제1 스트립(10), 및 제2 스트립(20)에 마르텐사이트(martensite)가 비생성되는 온도이며, 이 설정된 온도는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 포함된 재료에 따라 표(table)로서 제어부(500)에 저장될 수 있다.
제어부(500)는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)의 형태 및 크기에 따라 노칭 영역(NA)을 절단할 수 있는 위치 정보를 저장 및 계산하여 커팅 유닛(100)을 지지하는 구동부(300)를 제어할 수 있다.
스트립 지지부(600)는 제1 스트립(10)의 양 테두리 및 제2 스트립(20)의 양 테두리를 지지한다. 스트립 지지부(600)는 내열 소재를 포함할 수 있으며, 공지된 다양한 방열 구조를 가질 수 있다.
하우징(700)은 커팅 유닛(100), 구동부(300), 온도 센싱부(400), 스트립 지지부(600)를 수용한다. 하우징(700)은 양 통로(710)를 포함하며, 양 통로(710)를 통해 서로 용접된 제1 스트립(10)과 제2 스트립(20)의 용접부(30)가 하우징(700) 내부로 반입 및 반출될 수 있다.
이상과 같이, 일 실시예에 따른 레이저 노칭 장치는 커팅 헤드(110)가 레이저 빔을 이용해 노칭 영역(NA)을 절단함으로써, 노칭 영역(NA)이 절단된 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 버(burr) 등의 변형이 발생되는 것을 억제하기 때문에, 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)의 표면 또는 서로 용접된 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)을 취급하는 롤(roll) 등의 설비에 간섭이 발생되는 것을 억제한다.
즉, 노칭 영역(NA)이 절단된 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 변형이 발생되는 것을 억제하는 레이저 노칭 장치가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 레이저 노칭 장치는 열 회수부(120)가 노칭 영역(NA)이 절단될 때 발생되는 열을 회수하고, 항온부(130)가 회수된 열 또는 히터(131)를 이용해 절단되기 전 또는 절단된 후의 노칭 영역(NA), 노칭 영역(NA)과 이웃하는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)을 가열하거나, 칠러(132)를 이용해 절단되기 전 또는 절단된 후의 노칭 영역(NA), 노칭 영역(NA)과 이웃하는 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)을 냉각하여 노칭 영역(NA), 제1 스트립(10), 및 제2 스트립(20)을 설정된 온도로 유지함으로써, 급냉에 의해 노칭 영역(NA), 제1 스트립(10), 및 제2 스트립(20)에 마르텐사이트(martensite)가 생성되는 것을 억제한다.
즉, 노칭 영역(NA)이 절단된 제1 스트립(10) 및 제2 스트립(20)에 마르텐사이트(martensite)가 생성되는 것을 억제하는 레이저 노칭 장치가 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
노칭 영역(NA), 커팅 헤드(110), 열 회수부(120), 항온부(130)

Claims (8)

  1. 서로 용접된 제1 스트립 및 제2 스트립 중 적어도 하나의 코너(corner)를 포함하는 노칭 영역을 절단하는 레이저 노칭 장치에 있어서,
    레이저 빔을 이용해 상기 노칭 영역을 절단하는 커팅 헤드;
    상기 커팅 헤드와 이격되며, 상기 노칭 영역의 열을 회수하며, 상기 노칭 영역의 열을 석션(suction)하는 석션부를 포함하는 열 회수부; 및
    상기 열 회수부와 연결되며, 상기 열 회수부가 회수한 회수 열을 전달받는 항온부
    를 포함하며,
    상기 항온부는,
    상기 상기 노칭 영역을 가열하는 히터(heater); 및
    상기 노칭 영역을 냉각하는 칠러(chiller)
    를 포함하며,
    상기 항온부는 상기 회수 열 및 상기 히터를 이용해 상기 노칭 영역을 설정된 온도로 가열하며, 상기 칠러를 이용해 상기 노칭 영역을 상기 설정된 온도로 냉각하는 레이저 노칭 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 커팅 헤드, 상기 열 회수부, 및 상기 항온부를 포함하는 커팅 유닛;
    상기 커팅 유닛과 연결되며, 상기 레이저 빔을 발진하는 발진부;
    상기 커팅 유닛을 지지하며, 상기 커팅 유닛을 이동시키는 구동부;
    상기 노칭 영역과 이웃하며, 상기 노칭 영역의 온도를 센싱하는 온도 센싱부; 및
    상기 커팅 유닛, 상기 구동부, 상기 온도 센싱부와 연결되며, 상기 노칭 영역의 온도에 기초하여 상기 커팅 유닛 및 상기 구동부를 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 레이저 노칭 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제어부는 상기 온도 센싱부가 센싱한 상기 노칭 영역의 온도가 상기 설정된 온도로 유지되도록 상기 항온부를 제어하며,
    상기 설정된 온도는 상기 제1 스트립 및 상기 제2 스트립에 포함된 재료에 따라 상기 노칭 영역, 상기 제1 스트립, 및 상기 제2 스트립에 마르텐사이트(martensite)가 비생성되는 온도인 레이저 노칭 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 제1 스트립의 양 테두리 및 상기 제2 스트립의 양 테두리를 지지하는 스트립 지지부; 및
    상기 커팅 유닛, 상기 구동부, 상기 온도 센싱부, 및 상기 스트립 지지부를 수용하는 하우징
    을 더 포함하는 레이저 노칭 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 스트립 및 상기 제2 스트립은 서로 다른 너비를 가지며,
    상기 노칭 영역은 상기 제1 스트립과 상기 제2 스트립 사이의 용접부의 양 단부에 위치하는 레이저 노칭 장치.
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