KR102350014B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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사토시 마수다
케이수케 나카가와
타쿠미 오모리
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Abstract

피가공재(F)를 재치하는 정반(D); 레일(E); 새들(1), 가터(2), 횡행 캐리지(3) 및 레이저 노즐(5)을 가지며, 새들을 레일에 따라 주행시키고 횡행 캐리지를 가터에 따라 횡행시키면서 레이저 노즐(5)에서 피가공재(F)를 향해 레이저 광을 조하사여 절단 또는 용접하는 가공 대차(A); 가공 대차의 거의 전면을 덮는 커버(B)로 상면 커버체(11), 레이저 노즐측 커버체(12), 가터측 커버체(13) 및 측면 커버체(14, 15)를 가지는 커버; 레이저 노즐측 커버체와 가터측 커버체의 하단측에 상기 하단부와 정반의 상면 사이의 간극에서 레이저 광이 새어 나가는 것을 방지하기 위한 가요성을 가지는 차광 부재(C);가 설치되어 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING DEVICE}
본 발명은 피가공재를 향해 레이저 광을 조사하여 절단 또는 용접을 하기 위한 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 특히 가공 부위로부터 반사된 레이저 광이 장치 외부로 새어 나가는 것을 방지하도록 구성한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
피가공재를 향해 레이저 노즐에서 레이저 광을 조사하여 절단이나 용접을 하는 것이 행해지고 있다. 피가공재가 강판인 경우, 파장이 10.6μm인 탄산 가스 레이저가 일반적으로 사용된다. 또한, 최근에는 YAG 레이저를 포함하는 고체 레이저나 파이버 레이저 등의 탄산 가스 레이저의 파장의 약 1/10의 파장을 가지는 레이저도 강판을 가공하기 위한 수단으로 주목을 받고 있다.
피가공재의 가공 부위에 조사된 레이저 광은 대부분이 피가공재에 흡수되어 모재를 용융시키지만, 일부는 피가공재의 표면 및 용융물의 표면에서 반사된다. 이 때, 레이저 광의 반사 방향은 전혀 관리되지 않고 모든 방향으로 반사된다. 예를 들어, 레이저 가공이 피가공재에 대한 레이저 절단인 경우, 두께 방향으로 관통한 레이저 광은 피가공재를 지지하는 지지판이나 지지판을 설치한 정반의 저면에서도 반사된다.
그리고 반사된 레이저 광은 레이저 가공 장치를 구성하는 프레임 등에 충돌하여 다시 반사되면서 감쇠한다. 그러나 반사된 레이저 광의 일부는 피가공재의 표면과 레이저 가공 장치 사이에 형성되어 있는 간극을 통해 주변으로 산란된다.
레이저 광은 인체에 유해하며, 감쇠한 반사광이라 하더라도 사람에게 악영향을 미칠 우려가 있다. 이 때문에, 전력밀도나 최대허용노광량 등을 포함한 안전기준이 정해져 있다(JIS C6802). 이 안전기준을 만족하기 위해 레이저 가공 장치를 커버로 덮도록 구성하는 일이 행해지고 있다.
그러나 가공해야 하는 피가공재의 두께는 일정하지 않고 미리 설정된 사양의 범위에서 변화하기 때문에 레이저 가공 장치를 커버로 덮었다고 하더라도 커버와 피가공재 사이에는 필연적으로 간극이 생기게 되며, 또한 커버의 정반에 대한 충돌을 피하기 위해 둘 사이에도 간극이 형성된다. 그리고 이러한 간극을 통해 조사된 레이저 광의 반사광이 새어 나갈 우려가 있다.
또한, 레이저 가공 장치가 이동하는 전 영역을 커버로 덮는 것도 행해지고 있다. 이 경우, 피가공재에 조사된 레이저 광의 반사광이 레이저 가공 장치에서 새어 나갔다고 하더라고 커버로부터의 누출을 방지할 수 있다. 그러나 커버로 덮인 영역에 대해 피가공재를 반입 또는 반출하는 구조나 작업이 번잡해진다는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은, 피가공재에 조사된 레이저 광의 반사광이 새어 나가는 것을 방지할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 본건의 발명자는, 레이저 노즐을 탑재한 가공대차 자체를 커버로 덮었을 경우, 커버의 하단부와 정반의 상면 및 피가공재의 상면 사이에 간극이 형성되고 않고 피가공재에 조사된 레이저 광의 반사광이 간극을 통과하지 않으면 된다는 관점에서 레이저 광의 누출을 방지할 수 있는 레이저 가공 장치의 개발을 했다.
그러나 가공해야 하는 피가공재의 두께나 폭 치수는 변화하기 때문에 커버와 피가공재 사이의 간극을 없애는 것은 전혀 불가능하다. 그래서 반사광이 상기 간극을 통과할 가능성에 대해 검토했다. 즉, 레이저 가공을 실시할 때 발생할 수 있는 가장 과혹한 상태인 피가공재의 일부 혹은 정반 상에 존재하는 단재(端材)가 정반의 상면에 대해 45도 각도로 경사져 있는 경우를 가정하여 이 상태에서 레이저 광이 조사되었을 때의 반사광의 방향에 대해 검토했다.
그 결과, 정반 상에 45도 경사진 상태로 존재하는 피가공재 또는 단재에 레이저 광을 조사했을 때, 반사광은 커버의 하단부와 정반의 상면 및 피가공재의 상면 사이에 형성된 간극으로 새어 나가는 것이 판명되었다. 이에 의해 커버의 하단부와 정반의 상면 및 피가공재의 상면 사이에 형성된 간극을 차광할 수 있는 구성으로 할 필요가 있다는 결론을 얻었다.
그러나 상술한 바와 같이 피가공재의 판 두께나 폭 및 길이 치수는 일정하지 않고, 미리 설정된 사양의 범위에서 자유롭게 선택된다. 또한, 피가공재에 대한 가공은 이차원적이며, 가공 대차는 레일을 따라 왕복 이동한다. 이 때문에 커버의 하단부와 정반의 상면 및 피가공재의 상면 사이에 형성된 간극을 차광하기 위해서는 판 두께의 변화에 대응할 수 있는 것이 조건이 되며, 또한 가공 대차의 레일을 따른 왕복 이동에 대응하기 위해서는 가요성을 가지는 것이 조건이 된다.
따라서, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 피가공재를 향해 레이저 광을 조사하여 절단 또는 용접하는 레이저 가공 장치로, 피가공재를 재치하는 정반; 상기 정반을 따라 배치된 레일; 상기 레일에 탑재된 새들, 상기 새들에 연결되고 레일에 대해 직교 방향으로 배치된 가터, 상기 가터에 탑재된 횡행 캐리지, 및 상기 횡행 캐리지에 탑재된 레이저 노즐을 가지며, 상기 새들을 레일에 따라 주행시키고 상기 횡행 캐리지를 가터에 따라 횡행시키면서 상기 레이저 노즐에서 피가공재를 향해 레이저 광을 조사하여 절단 또는 용접하도록 구성된 가공 대차; 상기 가공 대차의 거의 전면을 덮는 커버로 상기 가공 대차의 상면측에 배치된 상면 커버체, 상기 가공 대차의 레이저 노즐측에 배치되고 상단이 상기 상면 커버체에 연결된 레이저 노즐측 커버체, 상기 가공 대차의 레이저 노즐과는 반대측에 배치되어 상단이 상기 상면 커버체에 연결된 가터측 커버체, 및 상단이 상기 상면 커버체에 연결되고 폭방향의 양단이 상기 레이저 노즐측 커버체 및 가터측 커버체에 연결된 측면 커버체를 가지는 커버; 및 상기 커버를 구성하는 레이저 노즐측 커버체와 가터측 커버체의 하단측에 상기 하단부와 정반의 상면과의 사이의 간극에서 레이저 광이 새어 나가는 것을 방지하기 위한 가요성을 가지는 차광 부재가 설치되어 있는 것이다.
상기 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 커버를 구성하는 레이저 노즐측 커버체 또는 가터측 커버체의 하단에는 레일에 따른 방향에 차양 모양으로 형성된 차양형 커버체가 설치되어 있으며, 상기 차양형 커버체의 하단측에, 상기 하단부와 정반의 상면과의 사이의 간극에서 레이저 광이 새어 나가는 것을 방지하기 위한 가요성을 가지는 차광 부재가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 어느 하나의 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 차광 부재는 가요성과 차광성을 가지는 시트를 복수장 겹쳐서 구성되어 있으며, 중첩된 시트의 상단을 상기 레이저 노즐측 커버체 또는 가터측 커버체 혹은 차양형 커버체의 하단측에 설치하여 구성된 것임이 바람직하고, 또한, 상기 차광 부재는 상기 가요성과 차광성을 가지는 시트를 복수장 겹쳐치며 또한 각 시트마다 다른 위치에 절개가 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 어느 하나의 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 레이저 광은 고체 레이저 발진기 또는 파이버 레이저 발진기로부터 출사된 것임이 바람직하다.
또한, 상기 어느 하나의 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 정반은 상기 정반의 저면에 입설되어 상기 정반을 구분하는 복수의 분리판과 상기 분리판 사이에 배치되고 하단이 정반의 저면에 도달하지 못하는 복수의 지지 부재로 구성되어 있으며, 상기 복수의 분리판의 간격은 상기 가공 대차의 레이저 노즐에서, 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치한 차광 부재까지의 거리, 또는 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치된 차양형 커버체의 하단측에 설치한 차광 부재까지의 거리, 혹은 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 차광 부재까지의 거리, 또는 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 차양형 커버체의 하단측에 설치한 차광 부재까지의 거리 중 가장 작은 거리보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 레이저 가공 장치는 레일 상을 주행하는 가공 대차의 전면을 커버로 덮고, 가공 대차의 주행 방향의 양측에 설치한 레이저 노즐측 커버체 및 가터측 노즐체의 하단에 이들 레이저 노즐측 커버체 및 가터측 커버체와 정반의 상면과의 간극에서 레이저 광이 새어 나가는 것을 방지하는 차광 부재를 설치했기 때문에, 피가공재에 조사된 레이저 광이 커버의 외부로 새어 나가는 것을 방지할 수 있다.
특히, 차광 부재가 가요성을 가지기 때문에 정반에 재치된 피가공재의 판두께가 변화하여 간극의 치수가 변화한 경우라도 가공 대차의 주행에 따라 상기 차광 부재의 하단부분이 정반의 상면 및 피가공재의 상면을 문질러서 변형할 수 있다. 이 때문에 정반 및 피가공재의 상면 사이에 간극을 발생시키지 않고 반사된 레이저 광의 커버에서의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 커버를 구성하는 레이저 노즐측 커버체 또는 가터측 커버체의 하단에 레일을 따른 방향에 차양 모양으로 형성된 차양형 커버체를 설치하고 상기 차양형 커버체의 하단측에 차광 부재가 설치되어 있기 때문에, 반사광의 누출을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 차광 부재를 가요성과 차광성을 가지는 시트를 여러 장 겹쳐서 구성하고, 중첩된 시트의 상단을 레이저 노즐측 커버체의 하단측 또는 가터측 커버체의 하단측 혹은 차양형 커버체의 하단측에 설치함으로써 반사된 레이저 광의 누출을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 차광 부재가 가요성 및 차광성을 가지는 복수의 시트를 겹쳐서 구성된 경우, 중첩된 시트마다 다른 위치에 절개를 형성해 둠으로써 휘어야 하는 단위 길이를 짧게 할 수 있어 보다 유연한 휨을 실현할 수 있다. 특히, 겹친 시트마다 다른 위치에 절개가 있기 때문에 중첩된 부분이 동일하게 휜 경우라도 절개의 위치가 다르기 때문에 반사광이 새어 나가지 않는다.
또한, 정반을 상기 정반의 저면에서 입설된 복수의 분리판과 상기 분리판 사이에 배치된 복수의 지지부재로 구성하고, 복수의 분리판의 간격은 레이저 노즐에서 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치한 차광 부재, 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치한 차양형 커버체의 하단측에 설치한 차광 부재, 가터측 커버체의 하단측에 설치한 차광 부재, 가터측 커버체의 하단측에 설치한 차양형 커버체의 하단측에 설치한 차광 부재 중 가장 작은 거리보다도 작기 때문에, 레이저 가공 장치를 절단 장치로 구성한 경우라도 피가공재를 관통한 레이저 광이 정반을 구성하는 분리판이나 지지판에서 반사된다고 하더라고 커버에서 새어 나가지 않는다.
도 1은 레이저 가공 장치의 구성을 설명하는 정면도이다.
도 2는 레이저 가공 장치의 구성을 설명하는 정면 사시도와 배면 사시도이다.
도 3은 레이저 가공 장치를 절단 장치로 했을 때의 구성을 모식적으로 설명하는 도이다.
도 4는 커버의 하단부에 설치한 차광 부재의 구성을 설명하는 도이다.
도 5는 정반의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 6은 차광 부재에 의해 커버의 하단부와 정반과의 간극을 차광하는 상태를 설명하는 도이다.
이하, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 피가공재에 대해 레이저 광을 조사함으로써 절단 가공이나 용접 가공을 실시할 때, 피가공재의 표면 또는 가공 부위의 용융물로부터 반사된 레이저 광이 외부로 새어 나가는 것을 방지할 수 있도록 구성한 것이다. 특히, 레이저 가공 장치를 구성하는 가공 대차 전체를 커버로 덮으면서 주행 방향의 전후에 배치한 레이저 노즐측 커버체, 가터측 커버체의 하단부에 가요성을 가지는 차광 부재를 설치함으로써 커버와 정반과의 사이 및 피가공재와의 사이에 형성된 간극에서 반사광이 새어 나가는 것을 방지하도록 한 것이다.
본 발명에 있어서, 레이저 가공 장치는 레이저 절단 장치 또는 레이저 용접 장치로 구성된다. 특히 레이저 가공 장치를 레이저 절단 장치로 구성한 경우, 피절단재에 조사된 레이저 광은 상기 피절단재를 두께 방향으로 관통하여 정반의 내부에 들어가 이 정반의 내면에서 반사되게 된다. 또한, 레이저 가공 장치를 용접 장치로 구성한 경우, 피용접재에 조사된 레이저 광은 상기 피용접재를 관통하지 않고 용접 부위에서 반사되게 된다. 이 때문에 본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 피가공재에 조사된 레이저 광이 어떠한 방향으로 반사되어도 반사된 레이저 광이 새어 나가는 것을 방지하도록 구성되어 있다.
피가공재에 조사되는 레이저 광은 특별히 한정되지 않으며, 파장이 1.07μm인 YAG 레이저를 포함하는 고체 레이저나 파이버 레이저, 또는 파장이 10.6μm인 탄산 가스 레이저가 모두 대상이 될 수 있다.
차광 부재는 가요성과 차광성을 가지며, 상단 부분은 커버를 구성하는 레이저 노즐측 커버체, 가터측 커버체에 설치되고, 하단 부분이 피가공재의 하면보다 아래에 위치하는 길이를 가진다. 이 때문에 레이저 가공 장치를 구성하는 가공 대차의 주행 방향이 바뀌어도 이 변화에 대응하여 휨 방향이 변화하고 이에 따라 커버와 정반 사이, 커버와 피가공재 사이에 형성된 간극을 차광하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
가요성과 차광성을 가지는 차광 부재로는 고무를 포함하는 가요성을 가지는 합성수지 시트, 인청동이나 스프링강 또는 알루미늄 등을 포함하는 가요성을 가지는 금속 시트 등을 선택적으로 채용할 수 있다.
차광 부재는 가공 대차의 거의 전체 길이에 걸쳐 배치되기 때문에 차광 부재가 한 장의 부재라면 휠 때의 저항이 크고 휨에 따라 간극이 발생할 우려가 있다. 이 때문에 차광 부재를 적당한 폭 치수로 세분화함으로써 세분화된 각각의 차광 부재의 가요성을 향상시키는 것이 바람직하다. 차광 부재를 세분화하기 위해서는 목적으로 하는 치수로 재단한 것을 연속시키면 된다. 그러나 각각의 차광 부재를 레이저 노즐측 커버체, 가터측 커버체에 설치하는 작업이 번잡이며 시트 형상의 차광 부재에 절개를 형성하여 난렴(暖簾)형상으로 세분화하는 것이 바람직하다.
차광 부재의 하단 부분이 정반이나 피가공재의 표면과 접촉하여 휨이 발생했을 때, 절개 부분에 간극이 생겨 레이저 광이 새어 나갈 우려가 있다. 따라서 차광 부재를 가요성과 차광성을 가지는 시트를 여러 장 겹쳐서 구성하는 것이 바람직하다. 특히 중첩된 각 시트에 각각 절개를 형성하고 절개의 위치를 어긋나게 설치해 두는 것이 바람직하다.
차광 부재를 구성할 때 중첩하는 시트의 수는 특히 한정되는 것은 아니며 재질이나 두께에 따라 다르지만 2매 이상이면 된다. 그러나 중첩하는 매수가 너무 증가하면 가소성을 저해할 우려가 있기 때문에 물론 상한은 있다. 본 발명자의 견지로는 약 2mm 두께의 고무 시트를 사용한 조건에서는 2장 ~ 4장을 겹침으로써 반사광의 누출을 방지할 수 있으며, 가요성의 유지 및 교환 빈도를 고려하면 3장을 겹치는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
다음으로, 본 발명을 레이저 절단 장치에 적용한 실시예에 대해서 도 1 내지 도 6을 사용하여 설명한다. 또한, 도 2에 있어서 정반이 기재되어 있지 않은 부분은 정반에 피절단재를 반입 또는 반출할 때 절단 대차를 퇴피시켜 두는 영역이다.
본 실시예에 따른 레이저 절단 장치는, 레이저 노즐을 탑재한 절단 대차(A)를 커버(B)로 덮는 구성이며, 커버(B)의 하단부에는 가요성을 가지는 차광 부재(C)가 설치되어 있다. 그리고 이 차광 부재(C)가 설치됨으로써 레일(E)을 따라 주행하면서 정반(D)에 재치된 피절단재(F)에 대한 레이저 절단을 실시할 때 절단 부위로부터 반사된 반사광이 커버(B)의 외부로 새어 나가는 것을 방지하도록 구성된다.
먼저, 도 3을 참조해 가공 대차가 되는 절단 대차(A)의 구성에 대해 설명한다. 또한, 절단 대차(A)의 기본적인 구성은 일반적으로 사용되는 레이저 절단 장치와 거의 동일하기 때문에 간단히 설명한다.
절단 대차(A)는, 레일(E)에 탑재된 새들(1), 레일(E)의 부설 방향에 대해 직교 방향으로 배치되어 새들(1)에 연결된 가터(2), 가터(2)에 탑재된 횡행 캐리지(3), 및 횡행 캐리지(3)에 승강 부재(4)를 통해 탑재된 레이저 노즐(5)를 가지는다.
절단 대차(A)에는 레이저 발진기(6)가 재치되어 있으며, 상기 레이저 발진기(6) 및 레이저 노즐(5)은 도시하지 않은 광로에 의해 연결되어 있다. 예를 들어, 레이저 발진기(6)가 YAG 레이저를 포함하는 고체 레이저 혹은 파이버 레이저인 경우, 레이저 발진기(6)는 가터(2)에 설치된 브래킷에 고정되고, 레이저 노즐(5)과 광파이버를 통해 연결된다. 또한, 레이저 발진기(6)가 탄산 가스 레이저인 경우, 상기 레이저 발진기(6)는 횡행 캐리지(3)에 고정되고 레이저 노즐(5)과 아코디언 형상의 광로를 통해 연결된다.
새들(1)에는 주행 모터(1a)가 배치되어 있으며, 상기 주행 모터(1a)의 회전 방향과 회전 속도를 제어함으로써 절단 대차(A)는 레일(E)을 따라 원하는 방향으로 원하는 속도로 주행할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 횡행 캐리지(3)에는 횡행 모터(3a)가 배치되어 있으며, 상기 횡행 모터(3a)의 회전 방향과 회전 속도를 제어함으로써 가터(2)에 설치한 횡행 레일(2a)을 따라 횡행할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 횡행 캐리지(3)에는 승강 모터(4a)가 배치되어 있으며, 상기 승강 모터(4a)의 회전을 제어함으로써 레이저 노즐(5)을 승강시킬 수 있다.
새들(1)에는 내부에 수치 제어 장치가 수용되고 표면에는 도시하지 않은 입력부나 표시부를 포함하는 조작반이 설치된 제어반(7)이 배치되어 있다. 따라서, 제어반(7)을 구성하는 조작반을 조작하여 정반(D)에 재치된 피절단재(F)의 재질이나 판두께에 따른 절단 정보나 피절단재(F)로부터 절단해야 하는 형상 정보 등을 수치 제어 장치에 입력할 수 있다.
그리고 피절단재(F)를 절단하기 위해 필요한 정보를 입력한 후, 절단 대차(A)의 동작을 개시함으로써 주행 모터(1a), 횡행 모터(3a)를 동시에 제어하여 횡행 캐리지(3)에 탑재된 레이저 노즐(5)을 이동시키면서 피절단재(F)에 대해 레이저 광을 조사하여 상기 피절단재(F)에서 원하는 제품을 절단할 수 있다.
다음으로 커버(B)의 구성에 대해 설명한다. 커버(B)는 절단 대차(A)의 상면과 레일(E)의 부설 방향에 대해 직교하는 방향(이하 「횡행 방향」이라 함)의 양측 및 레일(E)을 따른 방향(이하 「주행 방향」이라 함)의 양측면을 각각 덮음으로써 레이저 노즐(5)에서 조사된 레이저 광이 피절단재(F) 또는 도시하지 않은 단재로부터 반사된 반사광의 누출을 방지하도록 구성되어 있다.
그러나 커버(B)는 무제한으로 절단 대차(A)의 주위를 덮도록 구성되는 것이 아니라 레이저 노즐(5)의 횡행 방향으로의 이동 가능 범위(정반(D)의 횡행 방향으로의 전체 길이)와, 절단 대차(A)의 주행 방향에 대해 미리 설정된 범위를 덮도록 구성되어 있다. 특히, 절단 대차(A)를 구성하는 가터(2)의 하면으로 정반(D)의 횡행 방향의 양단 부분에서 레일(E)에 재치된 새들(1)까지의 사이도 덮도록 구성되어 있다.
커버(B)는 절단 대차(A)의 상면측에 배치된 상면 커버체(11), 절단 대차(A)의 레이저 노즐(5)측(이하 「전면」이라 함)에 배치된 레이저 노즐측 커버체가 되는 전면 커버체(12), 레이저 노즐(5)의 반대측(이하 「배면」이라 함)에 배치된 가터측 커버체가 되는 배면 커버체(13), 및 주행 방향의 양측에 배치된 측면 커버체(14, 15)로 구성되어 있다.
절단 대차(A)는 새들(1) 및, 또는 가터(2)에 복수의 기둥이 배치되어 있으며, 이들 기둥을 연결하여 보 및 프레임 등으로 이루어지는 구조체(미도시)가 구성되어 있다. 그리고 이 구조체에 커버(B, 각 커버체(11 ~ 15))을 구성하는 부재가 고정되거나 개폐 가능하게 설치되어 있다.
상면 커버체(11)는 상기 구조체에 고정되어 지지되어 있으며, 전면측의 단부는 횡행 캐리지(3)에 탑재된 레이저 노즐(5)의 횡행을 방해하지 않는 위치에 있으며, 배면측 단부는 가터(2)의 배면측에 배치된 레이저 발진기(6)나 새들(1)에 배치된 제어반(7)과 간섭하지 않는 위치에 있다. 또한, 상면 커버체(11)의 횡행 방향의 양단부는 절단 대차(A)의 새들(1)보다 돌출한 위치에 있다. 상면 커버체(11)의 횡행 방향의 양단부의 위치는 한정되는 것은 아니며 새들(1)에 설치한 제어반(7)의 보수 작업이 가능한 정도면 된다. 또한, 상면 커버체(11)의 전면측의 단부에는 횡행 방향의 레일(11a)이 설치되어 있다.
전면 커버체(12)는 상단이 상면 커버체(11)에 고정된 부분을 가지며, 중앙 부분에는 레일(11a)을 따라 횡행 방향으로 이동 가능하게 구성된 문(12a, 12b)이 배치되며, 횡행 방향의 양단부분에는 여닫이 문(12c, 12d)이 배치되어 있다.
전면 커버체(12)의 횡행 방향은 상면 커버체(11)와 동일한 길이를 가지며, 또한 주행 방향의 길이는 조사된 레이저 광이 피절단재(F)의 표면에서 반사된 반사광 및 피절단재(F)를 관통하여 정반(D)에서 반사된 반사광이 커버(B)의 내부에서 반복적으로 반사되어 감쇠하는데 충분한 거리를 유지할 수 있는 치수인 것이 바람직하다.
이 때문에 전면 커버체(12)의 전면측의 단면과 레이저 노즐(5)까지의 거리(L)은 반사광이 충분히 감쇠하는데 필요한 거리로 설정되어 있다. 또한, 이와 같이 구성된 전면 커버체(12)의 하단부에 차광 부재(C)를 설치하는 것이 바람직하다. 그러나 이와 같이 구성된 전면 커버체(12)는 용적이 커질 우려가 있다.
이 때문에, 본 실시예에서 전면 커버체(12)는 횡행 캐리지(3)에 탑재된 레이저 노즐(5)의 횡행을 방해하지 않으며 레이저 노즐(5)의 보수, 점검 작업을 수행하는데 필요한 최소한의 공간을 구성할 수 있도록 형성되어 있다. 그리고 이렇게 용적이 최소화되도록 구성된 전면 커버체(12)에는 피절단재(F)에 조사된 레이저 광의 반사광의 누출을 확실하게 방지하기 위해 전면 커버체(12)의 하단측에 차양형 커버체(12e)가 설치되어 있다. 이 경우, 차양형 커버체(12e)의 하단부에 차광 부재(C)를 설치하는 것은 필수이지만, 전면 커버체(12)의 하단부에도 차광 부재(C)를 설치하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 전면 커버체(12)는, 문(12a, 12b)을 횡행 방향으로 이동시킴으로써 절단 대차(A)의 레이저 노즐(5), 횡행 캐리지(3)를 노출시킬 수 있으며, 이들 부위에 대한 필요한 보수, 점검 작업을 할 수 있다. 또한, 문(12c, 12d)을 개방함으로써 제어반(7)을 노출시켜 필요한 정보를 입력하거나 주행 모터(1a)를 포함하는 기기의 보수 점검을 할 수 있다.
차양형 커버체(12e)는 횡행 방향이 정반(D)의 횡행 방향보다 큰 치수로 형성되어 있으며, 주행 방향은 단면(12f)에서 레이저 노즐(5)까지의 거리(L)가 미리 설정된 치수, 즉 반사광이 충분히 감쇠할 수 있는 치수로 형성되어 있다. 상기 거리(L)는 피절단재(F)에 설정된 최대 두께나 정반(D)의 깊이, 차양형 커버체(12e)의 깊이 등의 조건에 따라 적절히 설정되어 있다. 이 때문에 차양형 커버체(12e)의 하단부에는 횡행 방향과 주행 방향의 양측의 세 방향에 차광 부재(C)가 설치되어 있다.
배면 커버체(13)는 상단이 상면 커버체(11)의 배면측에 연결되어 고정되어 있다. 이 배면 커버체(13)에는 팬(13a)이 배치되어 있으며, 커버(B)로 둘러싸인 공간에 존재하는 공기나 피절단재(F)에 대한 절단의 진행에 따라 발생한 흄 등을 배출할 수 있도록 구성되어 있다.
배면 커버체(13)의 하단측에는 차양형 커버체(13b)가 설치되어 있다. 차양형 커버체(13b)는 상술한 차양형 커버체(12e)와 거의 동일한 형상을 가지며, 횡행 방향의 치수는 정반(D)의 횡행 방향의 치수보다 큰 치수를 가진다. 이 경우, 차양형 커버체(13b)의 하단부에 차광 부재(C)를 설치하는 것은 필수이지만, 배면 커버체(13)의 하단부에도 차광 부재(C)를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 레이저 노즐(5)까지의 거리 등의 조건은 차양형 커버체(12e)와 동일하지만, 배면 커버체(13)의 경우, 레이저 노즐(5)과의 사이에 가터(2)가 존재하여 상기 가터(2)의 치수 및 가터(2)에 재치된 기기류의 치수를 고려한 치수를 가진다.
또한, 본 실시예에서 차양형 커버체(12e, 13b)는 둘 다 전면 커버체(12), 배면 커버체(13)로부터 주행 방향으로 돌출하도록 설치되어 있다. 그러나 이 구성에만 한정되는 것이 아니라 전면 커버체(12), 배면 커버체(13)의 안쪽에 서로 접근하도록 장착하거나 한쪽이 돌출되고 다른 한쪽이 안쪽을 항해 장착되는 경우도 있다.
측면 커버체(14, 15)는 상단이 상면 커버체(11)에 연결되어 고정되며 전면측의 단부가 전면 커버체(12)에, 배면측의 단부가 배면측 커버체(13)에 연결되어 고정되어 있다. 이들 측면 커버체(14, 15)는 절단 대차(A)의 새들(1)보다 횡행 방향으로 돌출한 위치에 있으며 정반(C)과의 사이에는 새들(1)이나 가터(2)의 단부 또는 제어반(7)이 존재하는 것 때문에 이들이 피절단재(F)에 조사된 레이저 광의 반사광을 차광한다. 따라서 측면 커버체(14,15)의 하단부에는 차양형 커버체가 구성되어 있지 않다.
차광 부재(C)는 도 4에 나타낸 바와 같이 3장의 가요성을 가지면서 차광성을 가지는 고무로 이루어진 차광 시트(17)가 겹쳐져 구성되어 있다. 그리고 차광 시트(17)의 상단(17a)이 전면 커버체(12), 배면 커버체(13), 차양형 커버체(12e, 13b, 이하 대표로 차양형 커버체(12e)라 함)의 하단부의 대응하는 부위에 설치되어 있다.
차광 시트(17)는 차양형 커버체(12e)에 설치했을 때, 하단(17b)이 정반(D)의 상면보다 아래가 되도록 충분한 높이 방향의 치수를 가진다. 또한, 차광 시트(17)는 차양형 커버체(12e)의 세 방향에 설치되기 때문에 각각의 차광 시트(17)의 길이(횡행 방향 또는 주행 방향으로의 길이) 치수는 한정되는 것이 아니며 복수의 차광 시트(17)를 각각 길이 방향으로 연속시켜서 설치한다.
상기와 같이 차광 부재(C)를 구성하는 차광 시트(17)는 하단(17b) 부분이 정반(D)의 상면이나 피절단재(F)의 표면과 접촉하여 문지르기 때문에 소모품이 된다. 이 때문에 차양형 커버체(12e)에 대한 교환 작업이 용이하도록 볼트(18)를 이용하여 설치 및 분리할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 중첩한 3장의 차광 시트(17)는 각각 세로 방향으로 절개(17c)가 형성되며 이 절개(17c)에 의해 난렴 모양으로 세분화되어 있다. 상술한 바와 같이, 차광 부재(C)를 세분화할 때의 치수(절개를 형성할 때의 간격 치수)는 특별히 한정되는 것은 아니며 차광 부재(C)를 구성하는 재료의 강성에 따라 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 두께 0.5mm ~ 3mm의 차광 시트(17)에 대해 150mm의 간격으로 절개(17c)를 형성했다. 그리고 3장의 차광 시트(17)를 각각의 절개(17c)가 서로 다르도록 배치하여 중첩시켜서 차광 부재(C)를 구성했다.
정반(D)은 상부에 피절단재(F)를 재치하여 지지하는 것으로, 레일(E) 사이이면서 레일(E)의 부설 길이보다 짧은 범위로 설정되어 있다. 또한, 정반(D)은 레이저 절단 장치의 유효 절단 영역이 되며 부설된 레일(E)과 거의 같은 길이로 구성되는 경우나, 도 2에 나타낸 바와 같이 정반(D)에 피절단재(F)를 반입 또는 반출할 때의 절차를 수행할 때 절단 대차(A)가 퇴피하기 위한 영역을 구성하는 경우도 있다.
정반(D)은 횡행 방향 및 주행 방향 및 깊이 방향으로 각각 미리 설정된 치수를 가지는 탱크(21), 탱크(21)를 미리 설정된 간격(l)을 가지는 작은 공간으로 구분하는 분리판(22), 및 탱크(21)의 상부에 배치된 복수의 지지 부재(23)로 구성되어 있다.
탱크(21)의 횡행 방향의 치수는 미리 설정된 최대폭의 피절단재(F)를 여유를 가지고 지지할 수 있는 치수를 가지며, 주행 방향의 치수도 마찬가지로 지지해야 하는 피절단재(F)의 길이 치수나 지지해야 하는 매수를 여유를 가지고 지지할 수 있는 치수를 가진다. 또한, 탱크(21)의 깊이는 특히 한정되는 것은 아니며, 레이저 절단 장치를 설치하는 공장의 조건에 따라 적절히 설정된다. 따라서 탱크(21)는 바닥판(21a), 레일(E)을 따라 주행 방향에 배치된 측판(21b), 및 주행 방향의 양단에 횡행 방향으로 배치된 단판(21c)으로 구성되어 있다.
분리판(22)은 미리 설정된 간격(l)을 유지하여 복수개 배치되어 있으며, 탱크(21)의 횡행 방향의 전체 길이에 걸쳐서 바닥판(21a)까지 배치되어 있다. 따라서 탱크(21)는 주행 방향의 치수에 관계없이 분리판(22)의 간격(l)을 가지는 복수 개의 독립된 작은 공간으로 구분되어 있다.
특히, 인접한 분리판(22)끼리의 간격(l)은 차양형 커버체(12e)의 단면(12f)에서 레이저 노즐(5)까지의 거리(L)보다 작은 치수로 설정되어 있다. 예를 들어, 차양형 커버체(12e)의 단면(12f)에서 레이저 노즐(5)까지의 거리(L)가 600mm로 설정되어 있는 경우, 분리판(22)의 간격(l)은 500mm로 설정되어 있다. 그러나 이 치수에 한정되는 것이 아니라 피절단재의 두께나 정반(D)의 깊이 등의 조건에 따라 적절히 설정할 수 있는 치수인 것은 물론이다.
지지 부재(23)는 탱크(21)를 구성하는 측판(21b)에 설치된 브래킷(24)에 의해 지지된다. 이 지지 부재(23)는 피절단재(F)에 대한 절단의 진행에 따라 상단 부분이 레이저 광에 의해 손상을 입는다. 이 때문에 지지 부재(23)는 교환 빈도가 높아지며 쉽게 교환할 수 있도록 구성되어 있다. 특히, 지지 부재(23)로는 평강(flat bar)이나 갈망(expand metal)으로 이루어진 금망 형상의 부재 또는 벌집 모양의 부재를 적절히 채용할 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 정반(D)에 피절단재(F)를 재치하고 이 상태에서 절단 작업을 시작했을 때의 차광 부재(C)에 의한 차광 작용에 대해 도 6을 참조해 설명한다. 또한, 피절단재(F)에 대한 절단은 도 6에 나타낸 화살표 방향으로 진행하는 것으로 한다.
피절단재(F)에 대한 절단이 시작되고 절단 대차(A)가 화살표 방향으로 주행하면 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 차광 부재(C)를 구성하는 차광 시트(17)가 피절단재(F)의 횡행 방향에 따른 단면에 접촉하고 그 결과 차광 시트(17)에 휨이 생긴다. 이 상태에서는 차광 시트(17)가 피절단재(F)의 단면과 표면과의 모서리에 접촉하여 전면 커버체(12)를 구성하는 차양형 커버체(12e)의 단면(12f)과 피절단재(F)의 표면 사이의 간극을 차광하는 것이 가능해진다.
또한, 절단 대차(A)가 계속해서 화살표 방향으로 주행함에 따라 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 차광 시트(17)의 하단(17b)은 피절단재(F)의 표면에 대한 접촉 상태를 유지한다. 이 때문에 차양형 커버체(12e)의 단면(12f)과 피절단재(F)의 표면 사이의 간극을 차광하는 것이 가능해진다.
특히, 절단 대차(A)의 주행 방향이 도 6에 나타낸 화살표 방향에서 반대 방향으로 변화했을 때, 차광 부재(C)를 구성하는 차광 시트(17)가 각각 가요성을 가지기 때문에 하단(17b)의 피절단재(F)의 표면에 대한 접촉 상태를 유지하며 휠 수 있다. 이 때문에 절단 대차(A)의 주행 방향의 변화에 대해 차광성을 유지하면서 따라갈 수 있다.
또한, 피절단재(F)의 주행 방향에 따른 단면과 대향하는 차광 시트(17)는 절개(17c)에 의해 세분화되기 때문에 세분화된 차광 시트(17)의 한 측이 피절단재(F)의 표면측에 다른 측이 정반(D)의 상면측에 존재하게 된다. 이 때문에 세분화된 차광 시트(17)는 비스듬하게 휘게 되고, 피절단재(F)의 주행 방향에 따른 단면과 정반(D)의 상면 사이에 삼각형의 간극이 형성되게 된다.
그러나 차광 부재(C)가 3장의 차광 시트를 중첩하여 구성되어 있기 때문에, 상기 간극을 매우 작게 할 수 있으며, 레이저 노즐(5)이 피절단재(F)의 주행 방향에 따른 단면에 접근한 경우에도 반사광의 누출을 최소화할 수 있다.
특히, 차양형 커버체(12e)의 주행 방향에 따른 단면(12f)의 하단에도 차광 부재(C)가 설치되어 있기 때문에 레이저 노즐(5)의 주위에는 위쪽에 커버(B)가 배치되고, 정반(D)의 상면과 커버(B)에 의해 형성된 간극에도 차광 부재(C)가 배치되게 된다. 이 때문에 피절단재(F)에 조사된 레이저 광의 반사광은 커버(B)와 차광 부재(C)에 의해 차광되어 외부로 새어 나가지 않는다.
본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 고체 레이저, 파이버 레이저, 탄산 가스 레이저를 이용한 레이저 절단 장치나 레이저 용접 장치에 이용될 수 있다.
A 절단 대차
B 커버
C 차광 부재
D 정반
E 레일
F 피절단재
1 새들
1a 주행 모터
2 가터
2a 횡행 레일
3 횡행 캐리지
3a 횡행 모터
4 승강 부재
4a 승강 모터
5 레이저 노즐
6 레이저 발진기
7 제어반
11 상면 커버체
11a 레일
12 전면 커버체
12a ~ 12d 문
12e, 13b 차양형 커버체
12f 단면
13 배면 커버체
13a 팬
14,15 측면 커버체
17 차광 시트
17a 상단
17b 하단
17c 절개
18 볼트
21 탱크
21a 바닥판
21b 측판
21c 단판
22 분리판
23 지지 부재
24 브래킷

Claims (11)

  1. 피가공재를 향해 레이저 광을 조사하여 절단 또는 용접하는 레이저 가공 장치로,
    상기 피가공재를 재치하는 정반;
    상기 정반을 따라 배치된 레일;
    상기 레일에 탑재된 새들, 상기 새들에 연결되고 상기 레일에 대해 직교 방향으로 배치된 가터, 상기 가터에 설치된 횡행 레일에 탑재된 횡행 캐리지, 및 상기 횡행 캐리지에 탑재된 레이저 노즐을 가지며, 상기 새들을 상기 레일에 따라 주행시키고 상기 횡행 캐리지를 상기 횡행 레일에 따라 횡행시키면서 상기 레이저 노즐에서 상기 피가공재를 향해 상기 레이저 광을 조사하여 절단 또는 용접하도록 구성된 가공 대차; 및
    상기 가공 대차를 덮는 커버로, 상기 가공 대차의 상면측에 배치된 상면 커버체, 상기 가공 대차의 상기 레이저 노즐 측에 배치되고 상단이 상기 상면 커버체에 연결된 레이저 노즐측 커버체, 상기 가공 대차의 상기 레이저 노즐과는 반대측에 배치되어 상단이 상기 상면 커버체에 연결된 가터측 커버체, 및 상단이 상기 상면 커버체에 연결되고 폭방향의 양단이 상기 레이저 노즐측 커버체 및 상기 가터측 커버체에 연결된 측면 커버체를 가지는 커버를 가지며,
    상기 커버를 구성하는 상기 레이저 노즐측 커버체와 상기 가터측 커버체의 하단측에 상기 하단측과 상기 정반의 상면과의 사이의 간극에서 상기 레이저 광이 새어 나가는 것을 방지하기 위한 가요성을 가지는 제1 차광 부재 및 제2 차광 부재가 각각 설치되고,
    상기 제1 차광 부재 및 상기 제2 차광 부재 각각은 가소성과 차광성을 가진 시트를 상기 가공 대차가 상기 레일을 따라 이동하는 방향으로 복수장 겹쳐서 구성되어 있으며, 중첩된 시트의 상단을 상기 레이저 노즐측 커버체 또는 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치하여 구성되며,
    상기 제1 차광 부재 및 상기 제2 차광 부재 각각은 상기 가요성과 차광성을 가지는 시트가 복수장 겹쳐지며 또한 각 시트마다 다른 위치에 절개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 커버를 구성하는 상기 레이저 노즐측 커버체 또는 상기 가터측 커버체의 하단에는 상기 레일을 따른 방향에 차양 모양으로 형성된 차양형 커버체가 설치되어 있으며, 상기 차양형 커버체의 하단측에, 상기 하단측과 상기 정반의 상면과의 사이의 간극에서 상기 레이저 광이 새어 나가는 것을 방지하기 위한 가요성을 가지는 제3 차광 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제3 차광 부재는 가요성과 차광성을 가지는 시트를 상기 가공 대차가 상기 레일에 따라 이동하는 방향으로 복수장 겹쳐서 구성되어 있으며, 중첩된 시트의 상단을 상기 차양형 커버체의 하단측에 설치하여 구성된 것임을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제3 차광 부재는 상기 가요성과 차광성을 가지는 시트가 복수장 겹쳐지며 또한 각 시트마다 다른 위치에 절개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 레이저 광은 고체 레이저 발진기 또는 파이버 레이저 발진기로부터 출사된 것임을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 레이저 광은 고체 레이저 발진기 또는 파이버 레이저 발진기로부터 출사된 것임을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 레이저 광은 고체 레이저 발진기 또는 파이버 레이저 발진기로부터 출사된 것임을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 정반은 상기 정반의 저면에 입설되어 상기 정반을 구분하는 복수의 분리판과 상기 복수의 분리판 사이에 배치되고 하단이 상기 정반의 저면에 도달하지 못하는 복수의 지지 부재로 구성되어 있으며, 상기 복수의 분리판의 간격은 상기 가공 대차의 상기 레이저 노즐에서, 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치한 상기 제1 차광 부재까지의 제1 거리, 또는 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치된 차양형 커버체의 하단측에 설치한 상기 제3 차광 부재까지의 제2 거리, 혹은 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 상기 제2 차광 부재까지의 제3 거리, 또는 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 차양형 커버체의 하단측에 설치한 상기 제3 차광 부재까지의 제4 거리 중 가장 작은 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 정반은 상기 정반의 저면에 입설되어 상기 정반을 구분하는 복수의 분리판과 상기 복수의 분리판 사이에 배치되고 하단이 상기 정반의 저면에 도달하지 못하는 복수의 지지 부재로 구성되어 있으며, 상기 복수의 분리판의 간격은 상기 가공 대차의 상기 레이저 노즐에서, 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치한 상기 제1 차광 부재까지의 제1 거리, 또는 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치된 차양형 커버체의 하단측에 설치한 상기 제3 차광 부재까지의 제2 거리, 혹은 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 상기 제2 차광 부재까지의 제3 거리, 또는 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 차양형 커버체의 하단측에 설치한 상기 제3 차광 부재까지의 제4 거리 중 가장 작은 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 정반은 상기 정반의 저면에 입설되어 상기 정반을 구분하는 복수의 분리판과 상기 복수의 분리판 사이에 배치되고 하단이 상기 정반의 저면에 도달하지 못하는 복수의 지지 부재로 구성되어 있으며, 상기 복수의 분리판의 간격은 상기 가공 대차의 상기 레이저 노즐에서, 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치한 상기 제1 차광 부재까지의 제1 거리, 또는 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치된 차양형 커버체의 하단측에 설치한 상기 제3 차광 부재까지의 제2 거리, 혹은 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 상기 제2 차광 부재까지의 제3 거리, 또는 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 차양형 커버체의 하단측에 설치한 상기 제3 차광 부재까지의 제4 거리 중 가장 작은 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 정반은 상기 정반의 저면에 입설되어 상기 정반을 구분하는 복수의 분리판과 상기 복수의 분리판 사이에 배치되고 하단이 상기 정반의 저면에 도달하지 못하는 복수의 지지 부재로 구성되어 있으며, 상기 복수의 분리판의 간격은 상기 가공 대차의 상기 레이저 노즐에서, 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치한 상기 제1 차광 부재까지의 제1 거리, 또는 상기 레이저 노즐측 커버체의 하단측에 설치된 차양형 커버체의 하단측에 설치한 상기 제3 차광 부재까지의 제2 거리, 혹은 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 상기 제2 차광 부재까지의 제3 거리, 또는 상기 가터측 커버체의 하단측에 설치한 차양형 커버체의 하단측에 설치한 상기 제3 차광 부재까지의 제4 거리 중 가장 작은 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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