KR102572169B1

KR102572169B1 - 이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법

Info

Publication number: KR102572169B1
Application number: KR1020230022778A
Authority: KR
Inventors: 윤영랑; 윤영집
Original assignee: 맥스지오 주식회사
Priority date: 2023-02-21
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2023-09-01

Abstract

본 발명에 따른 이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법은, 레이저 블라스트 장치를 이동수단에 설치하는, 설치 단계; 상기 이동수단의 이동 속도를 설정하는, 이동 속도 설정 단계; 및 상기 설정된 이동 속도로 상기 이동수단을 이동시키며 상기 레이저 블라스트 장치를 매개로 박리대상면을 레이저 블라스트 처리하는, 블라스트 처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법에 따르면, 이동수단에 레이저 블라스트 장치를 장착한 상태에서 이동을 수행하며 레이저 블라스트 처리를 수행할 수 있어, 교량과 같은 대면적 구조물에 대한 레이저 블라스트 처리의 편의성을 극대화하고 및 작업 속도를 높인다.

Description

이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법{Laser blast method that performs surface treatment while mounted on a means of transportation}

본 발명은 이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 이동수단에 레이저 블라스트 장치를 탑재하고 이동을 수행하며 블라스트 처리를 가능케 함으로써 교량과 같은 대면적 구조물에 대한 블라스트 효율을 높인, 신규하고 진보한 레이저 블라스트 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 도장의 성패를 좌우하는 가장 중요한 인자로 표면처리를 꼽을 수 있으며 도막의 조기 파손의 60~80%는 부적절한 표면처리에 기인하다고 할 수 있다. 금속 표면은 변질층이나 산화층이 덮여있고, 기름, 녹, 먼지 등이 부착되어 있기 때문에 도장하기 전에 이러한 이물질들을 완전히 제거하기 위한 전처리 과정을 위해서 블라스트 공법이 활용된다.

이러한 블라스트 표면처리 과정을 통해 소지면을 안정화시켜 내식성을 향상시키고, 이물질을 제거하여 표면조도를 형성시키기 때문에 도료의 밀착성을 높여준다. 또한 도료와의 친화력은 물론이고 습윤성을 높여준다는 효과가 있다.

또한, 시간의 흐름에 따라 환경의 영향을 받아 변질된 금속제품, 석재와 목재 등의 표면에 생긴 녹과 이물질, 도장 등을 제거하여 원상태에 가까운 형태로 복원시키기 위해서도 다양한 방법의 블라스트 세척공법이 활용되고 있다.

블라스트 공법은 연마제의 종류에 따라 다양하게 구분되는데, 대표적으로 샌드, 드라이아이스, 레이저 등이 있다. 샌드 블라스트는 모래가 대상물에 대해 고속으로 충돌하여 부서지도록 하는데 미세한 입자가 된 이후에는 활용이 힘들고 협소한 구간에서의 작업에는 적합하지 않다. 한편, 드라이아이스 블라스트는 대상물의 표면에 높은 압력으로 드라이아이스를 연속 분사 충돌을 일으켜 순간적 승화력과 풍압 등을 이용해 표면 처리하는 방식으로 다른 방식에 비해 타격감이나 박리력이 다소 떨어질 수 있다. 마지막으로 레이저 블라스트는 환경오염을 최소화하며 정확도 높은 박리 효과를 얻을 수 있지만 초기 비용이 상대적으로 많이 들 수 있다.

이렇게 다양한 블라스트 공법 중 종래의 등록특허 제 10-2463625호‘콘크리트 및 강구조물의 표면처리를 위한 레이저 블라스트 시스템’에서 콘크리트 및 강구조물의 표면처리를 위한 레이저 블라스트 시스템이 개시되어있다.

상기 레이저 블라스트 시스템은 레이저 제어부로부터 펄스폭 변조 신호를 전달받아 펄스 신호를 생성하여 레이저건을 통해 레이저를 출력해 블라스트 처리한 후, 소화모듈을 통해 레이저에 의해 발생할 수 있는 화재를 감지 후 처리하고, 블라스트 처리 시 발생하는 연기 등의 비산물을 흡입하여 여과 처리하는 시스템을 포함한다.

그러나 상술한 선행기술은 레이저 블라스트 시스템을 고정된 상태에서 수행할 뿐, 교량과 같은 대면적 구조물에 있어 이동을 수행하며 블라스트 처리를 수행하지는 못한다는 한계가 존재한다.

따라서 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 이동을 수행하면서 블라스트 처리가 가능하여 교량과 같은 대면적 구조물에 대한 블라스트 처리가 가능한, 신규하고 진보한 블라스트 공법을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.

한국 등록특허 제 10-2463625호

본 발명은 이동을 수행하며 레이저 블라스트 처리를 가능케하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 구조물에서 발생한 화재를 진압할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 레이저 블라스트 효율을 높이는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법은, 레이저 블라스트 장치를 이동수단에 설치하는, 설치 단계; 상기 이동수단의 이동 속도를 설정하는, 이동 속도 설정 단계; 및 상기 설정된 이동 속도로 상기 이동수단을 이동시키며 상기 레이저 블라스트 장치를 매개로 박리대상면을 레이저 블라스트 처리하는, 블라스트 처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 레이저 블라스트 장치는, 레이저(laser)를 출력하기 위하여 펄스(pulse)폭 변조 신호를 출력하는 레이저 제어부, 상기 레이저 제어부로부터 펄스폭 변조 신호를 전달받아 소정의 폭을 가진 펄스 신호를 발생시키는 펄스 발생부, 상기 펄스 발생부에서 전달받은 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하는 레이저 출력부 및 상기 레이저 출력부에서 출력되는 레이저를 상기 박리대상면의 소정의 위치로 출력하는 레이저건을 포함하는 레이저 발생 모듈; 상기 레이저건에서 출력되는 레이저에 의해 상기 박리대상면에서 발생하는 화재를 진압하도록 소화제를 분사하는 소화 모듈; 및 상기 레이저건에 장착된 흡입 노즐을 매개로 상기 박리대상면에서 발생한 연기를 포함하는 비산물을 흡입 처리하는 흡입 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 블라스트 처리 단계는, 상기 박리대상면에 5 내지 20 ms(millisecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 100 내지 200 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate)로 조사하여 블라스트 처리하는 1차 처리 단계와, 상기 박리대상면에 10 내지 50 μs(microsecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 10 내지 50 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate)로 조사하여 블라스트 처리하는 2차 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법에 따르면,

1) 이동수단에 레이저 블라스트 장치를 장착한 상태에서 이동을 수행하며 레이저 블라스트 처리를 수행할 수 있어, 교량과 같은 대면적 구조물에 대한 레이저 블라스트 처리의 편의성을 극대화하고 및 작업 속도를 높이고,

2) 소화 모듈을 통해 작업 대상면에서 발생한 화재를 빠르게 진압할 수 있어 구조물의 화재 발생으로 인한 추가적인 사고 발생 우려를 낮추고 열화로 인한 피해를 최소화할 수 있으며,

3) 서로 다른 에너지를 갖는 레이저를 순차 블라스트 처리하여 박리대상면에 대한 블라스트 효율을 높임과 동시에 구조물의 열화를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 레이저 블라스트 장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 레이저 블라스트 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 블라스트 공법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 레이저 블라스트 장치가 이동수단에 탑재된 상태를 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 블라스트 처리 단계의 세부 구성을 나타낸 순서도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 레이저 블라스트 장치의 개념도이며, 도 2는 본 발명의 레이저 블라스트 장치의 구성도이다.

도 1,2를 참조하여 설명하면 본 발명의 레이저 블라스트 장치(10)는 이동수단(400)에 탑재될 수 있는 것으로서 레이저 발생 모듈(100), 소화 모듈(300) 및 흡입 모듈(200)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

먼저 레이저 발생 모듈(100)은 박리대상면의 소정의 위치로 레이저를 발생시키기 위한 것으로, 레이저 발생 모듈(100)은 레이저(laser)를 출력하기 위하여 펄스(pulse)폭 변조 신호를 출력하는 레이저 제어부(110)와, 레이저 제어부(110)로부터 펄스폭 변조 신호를 전달받아 소정의 폭을 가진 펄스 신호를 발생시키는 펄스 발생부(120)와, 펄스 발생부(120)에서 전달받은 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하는 레이저 출력부(130)와, 레이저 출력부(130)에서 출력되는 레이저를 박리대상면의 소정의 위치로 출력하는 레이저건(140)을 포함한다.

이때 이용되는 레이저 매질은 고체 레이저(루비 레이저, YAG 레이저 등) 또는 반도체 레이저(레이저 다이오드) 등 제한을 두지 않으나, 바람직하게는 고체 레이저로서 파이버 레이저를 이용할 수 있다.

더불어 레이저 출력부(130)에서 출력된 레이저는 광섬유(141)를 매개로 레이저에 전달될 수 있는데, 다시 말해 레이저 제어부(110)에서 발생된 펄스폭 변조 신호가 펄스 발생부(120)를 통해 펄스 신호로 발생되며, 레이저 출력부(130)에서는 전달된 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하고, 레이저건(140)은 광섬유(141)를 매개로 레이저 출력부(130)에서 출력된 레이저를 전달받아 박리대상면에 출력하여 블라스트 처리하는 것이다.

이때 출력되는 레이저는 바람직하게 100 내지 500W의 출력을 가지고 800 내지 1100nm의 파장을 갖는 것으로서, 빔 사이즈(beam size)는 바람직하게 20 내지 200μm일 수 있고, 에너지 밀도는 바람직하게 1.25×10^-4내지 5×10^-4 J/μmΩ·μm 인 것이 화재 발생 가능성 및 구조물에 가해지는 열 손상을 최소화하면서도 박리 성능을 높이기 위해 가장 효과적이라 할 수 있다.

나아가 흡입 모듈(200)은 레이저 블라스트 처리에 의해 박리대상면에서 발생한 비산물이 주변으로 비산되지 않기 위해 비산물을 흡입 처리하는 기능을 수행한다.

이러한 흡입 모듈(200)은 바람직하게 레이저건(140)의 일 측에 장착되는 흡입 노즐(210)을 구비하여 박리대상면에서 발생한 연기를 포함하는 비산물을 흡입 처리하는 것이 가능한데, 이를 위해 흡입 모듈(200)은 흡입 노즐(210)과 흡입관(201)을 매개로 흡입 노즐(210)에 흡입력을 제공하는 구동수단(팬, 콤프레셔, 모터) 및 흡입된 비산물을 수용 및 배출하는 배출부(230)를 포함할 수 있다.

나아가 흡입 처리된 비산물은 흡입 모듈(200)에 추가로 구비될 수 있는 필터부(220)를 통해 여과 처리될 수 있으며, 필터부(220)를 통해 여과되어 비산물에 포함된 유해 물질, 그 중에서도 유해 가스가 제거된 상태의 이물질이 배출부(230)를 통해 수용 및 배출될 수 있다.

따라서 이와 같은 흡입 모듈(200)의 구성에 따르면 레이저 블라스트 처리에 의해 발생되는 비산물을 흡입하여 작업 환경을 청결하게 유지할 수 있음은 물론이거니와, 흡입 모듈(200)에 별도의 필터부(220)가 구비되는 경우 비산물에 포함된 유해 물질이나 유해 가스에 대한 제거 역할을 겸비할 수 있어 작업자의 안전을 도모할 수 있음은 물론이다.

더불어 이러한 레이저 블라스트 수행 시에는 좁은 조사 면적에 강한 에너지가 집중됨에 따라 박리대상면에서 발화가 일어날 수 있으므로, 박리대상면의 발화 시 이를 소화시키기 위한 소화 모듈(300)이 포함된다.

이러한 소화 모듈(300)은 소화제 챔버(320)에 저장된 소화제를 분사 노즐(310)을 매개로 박리대상면에 분사하여 박리대상면에 발생한 화재를 진압할 수 있는 것으로서, 이때 바람직하게 분사 노즐(310)의 경우 레이저건(140)의 일 측에 장착되어 박리대상면의 인근에서 소화제를 분사할 수 있다.

이러한 소화 모듈(300)은 소화제 챔버(320)에 저장된 소화제를 분사관(301)을 매개로 분사 노즐(310)에 전달하여 분사 노즐(310)을 매개로 대상면에 분사할 수 있는 것으로, 이때 소화제 챔버(320)에 저장되는 소화제의 종류에 대해서는 제한을 두지 않으나 바람직하게는 염소산 칼륨, 염소산 나트륨, 염소산 스트론튬, 염소산 암모늄, 염소산 마그네슘, 황산 암모늄, 제1인산 암모늄 및 요소와 같은 종래의 소화성 물질을 이용할 수 있다.

이러한 본 발명의 레이저 블라스트 장치(10)를 이용하여 이동수단(400)에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 블라스트 공법을 나타낸 순서도이며, 도 4는 본 발명의 레이저 블라스트 장치가 이동수단에 탑재된 상태를 도시한 개념도이다.

도 3,4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 이동수단(400)에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법은 설치 단계, 이동 속도 설정 단계 및 블라스트 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

설치 단계는 이동수단(400)에 레이저 블라스트 장치(10)를 설치하는 단계로서, 여기서 이동수단(400)은 차량, 바지선, 모노레일, 컨베이어 중 적어도 어느 하나일 수 있으며 여기서 이동수단(400)에 레이저 블라스트 장치(10)를 설치한다는 의미는 이동수단(400)에 구비된 장착공간이나 적재공간에 레이저 블라스트 장치(10)를 수납하거나, 혹은 이동수단(400)과 레이저 블라스트 장치(10)를 별도의 체결수단을 통해 체결 고정하여 이동수단(400)에 레이저 블라스트 장치(10)를 장착하는 것을 의미한다. 이때 바지선이나 차량, 모노레일에는 레이저 블라스트 장치(10)를 별도의 적재공간에 싣는 방식으로 레이저 블라스트 장치(10)를 설치할 수 있으며, 컨베이어에는 컨베이어 벨트 위에 레이저 블라스트 장치(10)를 올려 설치할 수 있다.

이동 속도 설정 단계는 상기 이동수단(400)의 이동 속도를 설정하는 단계로서, 차량, 바지선, 모노레일 인 경우 이동 속도를 주행할 주행 속도를 결정하는 것이라 할 수 있고, 컨베이어의 경우 컨베이어를 구동하는 롤러의 회전 속도를 결정하여 이동수단(400)의 이동 속도를 설정할 수 있다.

블라스트 처리 단계는 상기 설정된 이동 속도로 상기 이동수단(400)을 이동시키며 상기 레이저 블라스트 장치(10)를 매개로 박리대상면을 레이저 블라스트 처리하는 단계이다. 이때 이동수단(400)이 별도의 운전자가 필요 없이 자율주행이 가능한 경우 상술한 이동 속도 설정 단계에서 설정된 이동 속도로 자율주행을 수행하며 레이저 블라스트 처리를 수행하게 되는 것이고, 별도의 운전자가 필요한 경우 정해진 이동 속도로 이동수단(400)을 운전하면서 레이저 블라스트 처리를 수행하게 된다.

나아가 여기서 블라스트 처리 단계는 20 내지 200μm의 빔 사이즈(beam size) 및 800 내지 1100nm의 파장을 가진 레이저로 상기 박리대상면을 블라스트 처리하여 화재 발생 가능성 및 구조물에 가해지는 열 손상을 최소화하면서도 박리 성능을 높일 수 있음은 물론이다.

이와 같은 이동수단(400)에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법에 따르면 레이저 블라스트 장치(10)를 이용한 레이저 블라스트 처리를 수행함에 있어 이동수단(400)에 레이저 블라스트 장치(10)를 장착한 상태에서 이동을 수행하며 레이저 블라스트 처리를 수행할 수 있어, 교량과 같은 대면적 구조물에 대한 레이저 블라스트 처리 편의성을 높이며 작업 속도를 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 블라스트 처리 단계의 세부 구성을 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 블라스트 처리 단계는 레이저 블라스트 처리 효율을 극대화함과 동시에 구조물의 열화를 최소화하기 위해 1차 처리 단계와 2차 처리 단계를 포함할 수 있다.

1차 처리 단계는 상기 박리대상면에 5 내지 20 ms(millisecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 100 내지 200 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 10 내지 40 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate)로 조사하여 블라스트 처리하는 과정이다.

2차 처리 단계는 상기 박리대상면에 10 내지 50 μs(microsecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 10 내지 50 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 10 내지 40 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate)로 조사하여 블라스트 처리하는 과정이다.

여기서 1차 처리 단계 및 2차 처리 단계에서 조사되는 레이저는 펄스 반복 주파수가 동일하나 펄스 지속 시간 및 펄스 에너지가 다른 특성을 가지며, 이때 2차 처리 단계에서 가해지는 레이저는 마이크로초 대역의 펄스 지속 시간을 갖고, 1차 처리 단계에서 가해지는 레이저는 밀리초대역의 펄스 지속 시간을 갖는 만큼 펄스 지속 시간의 차이가 약 1000배 차이라 할 수 있으며, 플루언스를 계산하면 2차 처리 단계의 레이저가 플루언스가 보다 높은 효과를 나타낸다.

따라서 1차 처리 단계 및 2차 처리 단계의 순차 레이저 처리를 통해, 1차 처리 단계에서 기초적인 레이저 블라스트를 수행하고 2차 처리 단계에서 보다 강한 레이저 블라스트를 수행하게 된다.

이때 2차 처리 단계는 강한 레이저를 빠른 시간에 조사하여 박리대상면의 열화를 최소화함과 동시에 블라스트 효율을 높을 수 있음은 물론이며, 에너지의 스패터(spatter)를 최소화할 수 있음은 물론이다. 여기서 스패터라 함은 에너지가 박리대상면의 타겟 부위에서 주변에 퍼져나가며 열화시키는 현상을 의미한다.

따라서 이와 같은 1차 처리 단계 및 2차 처리 단계를 포함하는 레이저 처리 단계에 따르면 서로 다른 에너지를 갖는 레이저를 순차 조사하여 박리대상면에 대한 블라스트 효율을 극대화함과 동시에 박리대상면의 열화를 최소화하여 구조물의 손상을 줄이는 것이 가능하다.

여기에서 더 나아가 상기 블라스트 처리 단계는, 상기 박리대상면에 5 내지 20 ns(nanosecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 1 내지 10 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate)로 조사하여 블라스트 처리하는 3차 처리 단계를 포함할 수 있다.

여기서 1,2,3차 처리 단계에서 조사되는 레이저는 펄스 반복 주파수가 동일하나 펄스 지속 시간 및 펄스 에너지가 서로 다른 특성을 가지며, 이때 3차 처리 단계에서 가해지는 레이저는 나노초 대역의 펄스 지속 시간을 갖고, 2차 처리 단계에서 가해지는 레이저는 마이크로초대역의 펄스 지속 시간을 갖는 만큼 펄스 지속 시간의 차이가 약 1000배 차이라 할 수 있으며, 플루언스를 계산하면 3차 처리 단계의 레이저가 플루언스가 보다 높은 효과를 나타낸다.

따라서 3차 처리 단계에서 조사되는 레이저는 펄스 당 에너지 출력이 가장 강한 것이라 할 수 있으나 조사 시간이 짧아 강한 에너지를 순간적으로 조사하는 것이라 할 수 있으며, 이와 같은 3차 처리 단계를 통해 2차 처리 단계를 수행했음에도 박리되지 않고 남아있는 잔여물을 강하게 블라스트 처리하여 박리대상면에 대한 완벽한 블라스트 처리를 수행할 수 있음은 물론이거니와, 이때 가장 짧은 펄스 지속 시간을 가지는 만큼 박리대상면에 대한 열화 가능성을 최소화할 수 있음은 물론이다.

더 나아가 이때 블라스트 처리의 효율을 극대화하기 위해, 1차 처리 단계에서는 상기 박리대상면에 제 1 조사각으로 레이저를 조사하고, 상기 2차 처리 단계는, 상기 박리대상면에 상기 제 1 조사각보다 큰 제 2 조사각으로 레이저를 조사하며, 3차 처리 단계는 상기 박리대상면에 상기 제 2 조사각보다 큰 제 3 조사각으로 레이저를 조사할 수 있다.

다시 설명하면, 1차 처리 단계는 상기 박리대상면에 5 내지 20 ms(millisecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 100 내지 200 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate) 및 제 1 조사각으로 조사한다.

2차 처리 단계는 상기 박리대상면에 10 내지 50 μs(microsecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 10 내지 50 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate) 및 제 2 조사각으로 조사한다.

나아가 3차 처리 단계는 상기 박리대상면에 5 내지 20 ns(nanosecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 1 내지 10 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate) 및 제 3 조사각으로 조사한다.

따라서 1차 처리 단계의 레이저와 2차 처리 단계의 레이저, 나아가 3차 처리 단계의 레이저의 조사각을 서로 다르게 설정함으로써 서로 다른 방향에서 레이저가 박리대상면에 조사되도록 할 수 있어 보다 다양한 방향에서 블라스트 처리를 수행할 수 있도록 하여 표면에 대한 블라스트 효율을 극대화할 수 있다는 장점을 제공한다.

나아가 보다 바람직하게 1차 처리 단계와 2차 처리 단계 사이에는 중간 처리 단계가 더 포함될 수 있는데, 여기서 중간 처리 단계에서는 1차 처리 단계를 통해 레이저가 조사되어 박리가 수행된 박리대상면에 표면 처리제를 분사하고 건조하는 과정이라 할 수 있다.

이때 표면 처리제는 별도의 분사수단을 통해 분사될 수 있으며, 이러한 분사수단은 표면 처리제가 수용된 챔버와, 챔버에서 연결된 분사관, 그리고 분사관의 말단에 구비된 노즐을 포함하여 노즐을 매개로 표면 처리제를 박리대상면에 분사할 수 있다. 그 외에도 표면 처리제는 액상을 분사할 수 있는 구성을 포함한다면 그 분사 방식에 제한을 두지 않으며, 별도의 기기로 구비될 수도 있으나 본 발명의 레이저 블라스트 장치와 일체로 구비될 수도 있음은 물론이다.

더불어 표면 처리제가 분사된 뒤 박리대상면에 추가적으로 에어를 분사하여 표면 처리제를 건조할 수도 있으나, 표면 처리제를 분사한 뒤 상온에서 박리대상면을 건조하는 것도 가능하다. 즉 표면 처리제를 분사한 뒤 2차 처리 단계를 진행하기 까지 1 내지 30분 간의 휴지 시간을 두어, 휴지 시간 동안 박리대상면에 분사된 표면 처리제가 자연 건조되도록 하는 것 역시 가능하다. 즉 표면 처리제의 건조 방법에 대해서도 제한을 두지 않는다.

이때 분사되는 표면 처리제는 바람직하게 피코시아닌(Phycocyanin) 10 내지 20 중량부, 베타사이클로덱스트린(β-Cyclodextrin) 15 내지 30 중량부, 바륨티타네이트(Barium titanate) 1 내지 10 중량부 및 흰버드나무추출물(Salix Alba Extract) 50 내지 70 중량부를 포함할 수 있다.

피코시아닌은 피코에리드린과 함께 홍조, 남조, 크립토조 등의 조류에 함유되어 있는 물질로 공유결합한 피코시아노빌린(곧은사슬상의 테트라피롤유도체)을 크로모겐이라고 하는 청색소 단백질의 일종이다. 산화방지 효과가 뛰어나 박리대상면의 표면 산화를 방지할 수 있는 기능을 제공한다.

베타사이클로덱스트린은 사이클로덱스트린의 한 형태이며, 일곱 개의 포도당이 고리를 이루는 덱스트린이다. 여기서 고리 구조 가운데는 소수성, 주변은 친수성 성질을 갖는데, 이때 소수성을 갖는 고리 구조 가운데에 박리대상면에 레이저 블라스트 처리가 일어나면서 페인트와 같은 이물질이 기화되어 생성될 수 있는 소수성 기체나 휘발성유기화합물을 중앙에 붙잡아 격리시키는 효과를 가지며, 나아가 격리된 물질은 열이 가해질 때 파괴되는 성질이 있어, 2차 처리 단계에서 수행되는 추가적인 레이저 블라스트 처리 시 발생하는 열에 의해 소수성 기체나 휘발성유기화합물을 제거할 수 있다. 다시 말해 베타사이클로덱스트린 첨가에 따라 박리대상면에서 발생한 소수성 기체 및 휘발성유기화합물에 대한 제거 효과를 제공할 수 있다.

바륨티타네이트는 광촉매 기능을 하는 산화티타늄에 알칼리토금속인 바륨을 부가한 물질로, 기존의 광촉매인 산화티타늄보다 작은 밴드갭(band gap)을 보유하여 광촉매로서의 효과를 강화한 물질이다. 따라서 바륨티타네이트 첨가에 따라 2차 처리 단계에서 조사되는 레이저의 박리대상면에 대한 표면 침투 효과를 강화하는 효과를 제공한다.

흰버드나무추출물은 이 원료는 흰버드나무 Salix alba의 전체에서 추출한 추출물로서, 이때 추출 방법이나 추출 용매에 대해서는 제한을 두지 않는다. 흰버드나무추출물은 표면 처리제의 용매 역할을 수행함과 동시에 피코시아닌을 보조하여 박리대상면에 대한 산화방지 효과를 높임과 더불어, 박리대상면을 포함하는 구조물 표면에 대한 방충 효과를 겸비할 수 있어 야외 작업 현장에서 구조물에 벌레가 꼬이는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

이러한 표면 처리제 분사에 따르면 박리대상면에 대한 산화방지 효과를 제공할 뿐 아니라 박리대상면에서 발생하는 소수성 기체 및 휘발성유기화합물에 대한 포집 및 제거 효과를 기대할 수 있으며, 나아가 2차 처리 단계에서 조사되는 레이저에 대한 효율 증대 효과를 제공할 수 있음과 동시에 구조물에 대한 방충 효과를 더하여 작업 편의성을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.

이러한 본 발명의 표면 처리제의 구성에 따른 물성을 설명하기 위해 실시예 및 비교예의 평가 결과를 비교하여 설명하도록 한다.

<실시예 1>

피코시아닌 15g, 베타사이클로덱스트린 20g, 바륨티타네이트 5g 및 흰버드나무추출물 60g을 혼합하여 제조된 표면 처리제

<비교예 1>

피코시아닌 15g, 바륨티타네이트 5g 및 흰버드나무추출물 60g을 혼합하여 제조된 표면 처리제

정리하자면, 실시예 1은 본 발명의 표면 처리제이며, 비교예 1은 상기 표면 처리제에서 베타사이클로덱스트린을 제거한 물질이다.

실시예 1 및 비교예 1의 조성물에 대한 포름알데히드에 대한 소취 효과를 알아보기 위해, 한국건자재시험연구원에 의뢰하여 목재 표면에 실시예 1의 조성물을 도포한 후, 포름알데히드에 대한 제거력을 측정하였으며, 얻은 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

표 1은 소취 실험 결과를 나타낸 표이다.

	경과시간	blank농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(%)
실시예 1	0	81	81	-
	2	79	11	86
	5	76	9	88
	12	72	6	92
	24	70	4	94
비교예 1	0	80	80	-
	2	79	68	14
	5	75	57	24
	12	70	51	27
	24	69	45	35

표 1을 보면 알 수 있듯이, 실시예 1의 조성물은 비교예 1의 조성물에 비해 휘발성유기화합물인 포름알데히드에 대한 소취 능력이 뛰어난 것을 확인할 수 있다.

<실시예 2>

<비교예 2>

피코시아닌 15g, 베타사이클로덱스트린 20g, 산화티탄 5g 및 흰버드나무추출물 60g을 혼합하여 제조된 표면 처리제

정리하자면, 실시예 2는 본 발명의 표면 처리제이며, 비교예 2는 상기 표면 처리제에서 바륨티타네이트를 산화티탄으로 대체한 물질이다.

실시예 2 및 비교예 2의 조성물에 대한 밴드갭을 Kubelka-Munk 이론 및(F(R)hν)ⁿ vs (hν) Tauc 플롯을 통해 추정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

수학식 1, (1-R_∞)²/2 × R_∞ = F(R)

상기 수학식 1에서 F(R)은 Kubelka-Munk 함수, R_∞는 층(layer)의 반사율, h는 플랑크 상수, ν는 복사(radiation) 주파수이다. n값은 반도체의 직접 허용 및 간접 허용 전환에 대해 0.5 및 2로 간주되었다. 밴드갭 에너지(Eg)는 스펙트럼의 선형 섹션을 hν 축으로 외삽하여 계산되었다.

표 2은 추정된 밴드갭을 나타낸 표이다.

	밴드갭 에너지(eV)
실시예 2	3.05
비교예 2	2.86

표 2를 보면 알 수 있듯이, 실시예 2는 비교예 2에 비해 밴드갭 에너지가 낮아 광촉매로서의 효과를 강화할 수 있음을 확인할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

10 : 레이저 블라스트 장치 100 : 레이저 발생 모듈
110 : 레이저 제어부 120 : 펄스 발생부
130 : 레이저 출력부 140 : 레이저건
141 : 광섬유 200 : 흡입 모듈
201 : 흡입관 210 : 흡입 노즐
220 : 필터부 230 : 배출부
300 : 소화 모듈 301 : 분사관
310 : 분사 노즐 320 : 소화제 챔버
400 : 이동수단

Claims

이동수단에 탑재된 상태에서 표면 처리를 수행하는 레이저 블라스트 공법으로서,
레이저 블라스트 장치를 이동수단에 설치하는, 설치 단계;
상기 이동수단의 이동 속도를 설정하는, 이동 속도 설정 단계; 및
상기 설정된 이동 속도로 상기 이동수단을 이동시키며 상기 레이저 블라스트 장치를 매개로 박리대상면을 레이저 블라스트 처리하는, 블라스트 처리 단계;를 포함하되,
상기 블라스트 처리 단계는,
상기 박리대상면에 5 내지 20 ms(millisecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 100 내지 200 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate)로 조사하여 블라스트 처리하는 1차 처리 단계와, 상기 박리대상면에 10 내지 50 μs(microsecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 10 내지 50 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate)로 조사하여 블라스트 처리하는 2차 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 블라스트 공법.
제 1항에 있어서,
상기 이동수단은,
차량, 바지선, 모노레일, 컨베이어 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 레이저 블라스트 공법.
제 1항에 있어서,
상기 레이저 블라스트 장치는,
레이저(laser)를 출력하기 위하여 펄스(pulse)폭 변조 신호를 출력하는 레이저 제어부, 상기 레이저 제어부로부터 펄스폭 변조 신호를 전달받아 소정의 폭을 가진 펄스 신호를 발생시키는 펄스 발생부, 상기 펄스 발생부에서 전달받은 펄스 신호에 맞춰 레이저를 출력하는 레이저 출력부 및 상기 레이저 출력부에서 출력되는 레이저를 상기 박리대상면의 소정의 위치로 출력하는 레이저건을 포함하는 레이저 발생 모듈;
상기 레이저건에서 출력되는 레이저에 의해 상기 박리대상면에서 발생하는 화재를 진압하도록 소화제를 분사하는 소화 모듈; 및
상기 레이저건에 장착된 흡입 노즐을 매개로 상기 박리대상면에서 발생한 연기를 포함하는 비산물을 흡입 처리하는 흡입 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 블라스트 공법.
제 1항에 있어서,
상기 블라스트 처리 단계는,
상기 박리대상면에 5 내지 20 ns(nanosecond)의 펄스 지속 시간(pulse duration) 및 1 내지 10 mJ의 펄스 에너지를 가진 레이저를 15 내지 50 kHz의 펄스 반복 주파수(repetition rate)로 조사하여 블라스트 처리하는 3차 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 블라스트 공법.
제 4항에 있어서,
상기 1차 처리 단계는,
상기 박리대상면에 제 1 조사각으로 레이저를 조사하고,
상기 2차 처리 단계는,
상기 박리대상면에 상기 제 1 조사각보다 큰 제 2 조사각으로 레이저를 조사하며,
상기 3차 처리 단계는,
상기 박리대상면에 상기 제 2 조사각보다 큰 제 3 조사각으로 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는, 레이저 블라스트 공법.
제 1항에 있어서,
상기 1차 처리 단계와 상기 2차 처리 단계 사이에는,
상기 박리대상면에 표면 처리제를 분사하고 건조하는 중간 처리 단계;가 포함되되,
상기 표면 처리제는,
피코시아닌(Phycocyanin) 10 내지 20 중량부, 베타사이클로덱스트린(β-Cyclodextrin) 15 내지 30 중량부, 바륨티타네이트(Barium titanate) 1 내지 10 중량부 및 흰버드나무추출물(Salix Alba Extract) 50 내지 70 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 블라스트 공법.
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