KR102592154B1 - 분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분광기를 이용한 레이저 절단 모니터링 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 방법은, 레이저빔 입사면 측에 설치된 광섬유 헤드에 의해 레이저 절단 시 레이저 절단 부위 또는 상기 레이저 절단 부위에서 발생하는 용융 풀에서 나오는 빛과 상기 레이저 절단 부위에서 반사되는 레이저빔이 광섬유에 수광되는 제1 단계; 수광된 상기 빛과 레이저빔이 분광기로 전송되며, 상기 분광기에 의해 상기 전송된 빛과 레이저빔이 파장 별로 분광되면 상기 빛과 레이저빔의 파장 별 신호 세기가 측정되는 제2 단계; 및 상기 빛과 레이저빔의 측정된 파장 별 신호 세기와 상기 신호 세기 간의 비율을 실시간으로 출력하고, 상기 출력을 이용하여 레이저 절단 상태를 실시간 모니터링하는 제3 단계;를 포함하며, 상기 제3 단계는, 상기 출력이 기설정된 일정 범위 내에 유지되면 레이저 절단 상태가 양호 하다고 판단하고, 일정 범위를 초과하면 레이저 절단 상태에 이상이 생겼다고 판단하고 알람을 제공할 수 있다.

Description

분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 방법 및 장치{LASER CUTTING MONITROING METHOD AND DEVICE USING A SPECTROMETER}
본 발명은 분광기를 이용한 레이저 절단 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다.
레이저 절단 기술은 비접촉식 절단으로 환경의 제약이 적고, 2차폐기물 발생량이 적은데다가 절단 시 반탄력이 없어 자동 이송 장치 등에 부착하여 사용하기 용이한 바, 그 기술 사용이 계속 늘어나고 있다.
레이저 절단 작업의 경제성을 확보하기 위해서는 작업 중 절단이 잘 이루어지고 있는지를 감시하는 장치가 필요하며, 레이저빔이 절단 시편을 뚫고 나가면 절단이 된 것이므로, 시편의 후면에 카메라나 광센서 등의 센서를 설치하면 간단히 절단 가부를 판별할 수 있다.
하지만, 절단가공 시편 뒤에 공간이 없거나 별도의 장치가 배치되어 센서를 설치하기 어려운 경우에는 이러한 방법은 사용이 어려우며 레이저 조사 방향에 따라 특정 위치에 센서를 배치해야 해서 공간적 제약이 크게 따랐다. 또한, 이러한 공간적 제약을 회피하기 위해 종래 특허에서는 공간의 제약을 회피하기 위해 고체매개 음향센서, 공기매개 음향센서, 포토다이오드, 카메라 등 여러 종류의 센서를 사용하여 레이저 가공 상태를 모니터링 하였다.
그러나, 여러 종류의 센서를 복합적으로 사용하려면 각 센서에서 확보한 데이터를 융합하는 별도의 처리 공정이 필요하며, 각 센서를 설치하고 운용하는 측면에서 비용이 상승하고 작업 효율이 떨어져 문제가 되었다.
따라서, 레이저 조사 방향에 구애 받지 않고 시편 앞면에만 센서를 설치하면 절단이 이루어지고 있는지를 모니터링 할 수 있는 동시에, 여러 종류의 센서를 복잡하게 사용하지 않는 간편한 레이저 절단 감시 장치가 필요하게 되었다.
(특허문헌 1) KR 10-1700896 B1
본 발명은 레이저 조사 방향이나 센서 위치에 제한되지 않고 레이저 절단 중 레이저 절단 부위에서 발생하는 빛을 분광시켜 실시간으로 레이저 절단 상태를 모니터링 할 수 있는 분광기를 이용한 레이저 절단 모니터링 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 방법은, 레이저빔 입사면 측에 설치된 광섬유 헤드에 의해 레이저 절단 시 레이저 절단 부위 또는 상기 레이저 절단 부위에서 발생하는 용융 풀에서 나오는 빛과 상기 레이저 절단 부위에서 반사되는 레이저빔이 광섬유에 수광되는 제1 단계; 수광된 상기 빛과 레이저빔이 분광기로 전송되며, 상기 분광기에 의해 상기 전송된 빛과 레이저빔이 파장 별로 분광되면 상기 빛과 레이저빔의 파장 별 신호 세기가 측정되는 제2 단계; 및 상기 빛과 레이저빔의 측정된 파장 별 신호 세기와 상기 신호 세기 간의 비율을 실시간으로 출력하고, 상기 출력을 이용하여 레이저 절단 상태를 실시간 모니터링하는 제3 단계; 를 포함하며, 상기 제3 단계는, 상기 출력이 기설정된 일정 범위 내에 유지되면 레이저 절단 상태가 양호 하다고 판단하고, 일정 범위를 초과하면 레이저 절단 상태에 이상이 생겼다고 판단하고 알람을 제공할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제2 단계는 수광된 빛의 파장 전체에 대해 파장 별 신호 세기를 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 양태로서 분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 장치를 제공하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 장치는 레이저빔을 출력하는 레이저 조사 수단; 상기 레이저빔 입사면 측에 설치되며, 상기 레이저빔에 의해 레이저 절단 시 레이저 절단 부위 또는 상기 레이저 절단 부위에서 발생하는 용융 풀에서 나오는 빛과 상기 레이저 절단 부위에서 반사되는 레이저빔을 수광하는 광섬유 헤드; 수광된 상기 빛과 레이저빔을 분광기로 전송하는 광섬유; 전송된 빛과 레이저빔을 파장 별로 분광시키고 상기 빛과 레이저빔의 파장별 신호 세기를 측정하는 분광기; 및 상기 빛과 레이저빔의 측정된 파장별 신호 세기와 상기 신호 세기 간의 비율을 실시간으로 출력하고, 상기 출력을 이용하여 레이저 절단 상태를 실시간 모니터링하는 파장 분석기;를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분광기는 수광된 빛의 파장 전체에 대해 파장 별 세기를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 조사 수단에 의해 조사되는 레이저빔의 방향을 변경시키는 미러와 상기 레이저빔의 초점을 맞추는 포커싱 렌즈를 포함하는 레이저 절단 광학 헤드; 및 레이저빔 조사 방향에 따라 보조 가스를 분사하는 가스 노즐을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파장 분석기는 상기 출력이 기설정된 일정 범위 내에 유지되면 레이저 절단 상태가 양호 하다고 판단하고, 상기 출력이 일정 범위를 초과하면 레이저 절단 상태에 이상이 생겼다고 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광섬유를 이용함으로써 레이저 조사 방향에 상관 없이 분광기를 설치할 수 있어 분광기 설치 위치에 제약을 받지 않으며, 광섬유 헤드를 레이저 조사 수단이 위치한 방향에 설치하여 시편 후면에 장비를 설치할 수 없는 경우에도 레이저 절단 모니터링을 수행할 수 있다.
또한, 레이저 절단을 수행하면서 용융풀에서 발생하는 빛(radiation)과 반사되는 레이저빔의 파장과 세기를 분광기로 분석하여 실시간으로 레이저 절단 진행을 모니터링할 수 있고, 공간 또는 구조 상 제약 받지 않고 절단 전면부에만 장치를 설치하더라도 절단 상태를 모두 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저 절단 모니터링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기 내부에서 수광된 빛에 대한 처리 과정을 도시한 것이다.
도 3은 수중 레이저 절단 상황에서 (a)는 수중 레이저 절단하기 전의 시편 모습이며, (b)는 시편에 공기 노즐이 공기를 분사한 모습을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 이용하여 (a)는 수중 레이저 절단이 잘 수행될 때의 모습이며, (b)는 수중 레이저 절단이 잘 수행되지 않을 때의 모습이다.
도 5는 레이저 절단 수행이 잘 될 때 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기가 출력하는 파장에 따른 신호 세기를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저 절단 모니터링 방법의 플로우 차트를 도시한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저 절단 모니터링 장치를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기 내부에서 수광된 빛에 대한 처리 과정을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 장치는, 레이저빔을 출력하는 레이저 조사 수단(140), 상기 레이저빔 입사면 측에 설치되며, 상기 레이저빔에 의해 레이저 절단 시 레이저 절단 부위 또는 상기 레이저 절단 부위에서 발생하는 용융 풀에서 나오는 빛(411)과 상기 레이저 절단 부위에서 반사되는 레이저빔(412)을 수광하는 광섬유 헤드(110), 수광된 상기 빛과 레이저빔을 분광기로 전송하는 광섬유(111), 전송된 빛과 레이저빔을 파장 별로 분광시키고 상기 빛과 레이저빔의 파장별 신호 세기를 측정하는 분광기(120), 및 상기 빛과 레이저빔의 측정된 파장별 신호 세기와 상기 신호 세기 간의 비율을 실시간으로 출력하고, 상기 출력을 이용하여 레이저 절단 상태를 실시간 모니터링하는 파장 분석기(130)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 조사 수단(140)은 특정 파장대의 레이저광 또는 레이저빔을 시편(10)에 대해 조사하여 상기 시편(10)을 가공할 수 있다.
레이저 조사 수단(140)은 시편(10)을 향한 방향으로 직접 레이저빔을 조사할 수 있으며, 또는 상기 레이저 조사 수단(140)에 의해 조사되는 레이저빔의 방향을 변경시키는 미러(210)와 상기 레이저빔의 초점을 맞추는 포커싱 렌즈(220)를 포함하는 레이저 절단 광학 헤드(200) 및 레이저빔 조사 방향에 따라 보조 가스(240)를 분사하는 가스 노즐(미도시)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 레이저 조사 수단(140)에 의해 조사된 레이저빔이 시편(10)에 정확하게 도달하지 않을 경우, 레이저 절단 광학 헤드(200)를 통해 레이저빔의 위치를 정밀하게 제어하여 레이저 절단이 원활하게 수행되도록 할 수 있으며, 가스 노즐에 의해 보조 가스(240)을 분사하여 레이저빔의 절삭력을 높이고 더 원활하게 시편(10)이 절단되도록 보조할 수 있다.
또한, 레이저 절단 광학 헤드(200)는 작업자의 안전을 위해 특정 파장대의 레이저를 흡수하는 보호 윈도우(protection window, 230)를 더 포함할 수 있다. 본 발명을 실시하는 작업자의 안전을 위협하지 않도록 강한 레이저빔을 조사할 경우 보호 윈도우를 추가 설치하여 이를 방지할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 광섬유 전송 분광기(100)는 광섬유 헤드(110), 광섬유(111), 분광기(spectrometer, 120)을 포함하며, 레이저빔에 의해 절단된 시편(10)에서 반사된 레이저빔(412) 또는 절단된 시편(10)에서 레이저빔의 열에 의해 녹아 형성된 용융풀(11)에서 복사(radiation)된 빛(411)을 광섬유 헤드(110)가 수광하고, 광섬유(111)가 이를 분광기(120)에 전달할 수 있다.
광섬유 헤드(110) 및 광섬유(111)가 빛(411) 및 레이저빔(412)을 분광기까지 전달할 수 있어 레이저 조사 수단(140)이 어디에 있는지 불문하고 분광기(120)를 설치할 수 있다. 레이저빔 방향에 구애 받지 않을 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 분광기(120)에 곧장 빛(411) 및 레이저빔(412)을 수광하려면, 분광기(120)는 시편(10)에 의해 반사된 레이저빔(412)이 반사되는 출사면에 위치해야 하며, 절단 부위나 절단 부위에 형성된 용융풀(11)에서 복사된 빛(411)이 이동하는 방향에 설치되어야 한다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저빔 입사면 측에 설치된 광섬유 헤드(110), 즉, 시편(10)의 전면에 설치된 광섬유 헤드(110)와, 광섬유 헤드(110) 및 분광기(120)를 연결하는 광섬유(111)가 있어 분광기(120)의 설치 위치가 제한되지 않고, 공간 상의 제약이 감소된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 분광기(120)는 레이저 절단 시편(10) 또는 용융풀(11)에서 복사(radiation)된 빛의 모든 파장에 대해 측정을 수행한다.
광섬유(111)를 통해 전송된 빛(411) 및 레이저빔(412)는 분광기(120) 내부의 미러(121)에 의해 방향이 조절되어 회절격자(grating) 또는 프리즘과 같은 분광소자(123)에 입사될 수 있다.
또한, 또 다른 내부 미러(122)는 어레이 디텍터(array detector, 124)에 대해 분광된 빛(411) 및 레이저빔(412)이 입사되도록 배치되며, 분광된 빛(411) 및 레이저빔(412)은 어레이 디텍터(124)를 통해 전체 파장에 대한 각 파장 별 세기를 측정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분광기(120)는 상기 빛의 파장을 필터링하지 않고 수광된 빛의 파장 전체에 대해 파장 별 세기를 측정할 수 있고, 파장 분석기(130)는 상기 어레이 디텍터(124)로부터 분광된 빛(411) 및 레이저빔(412)의 전체 파장에 대한 상기 파장 별 세기 출력 값을 출력할 수 있다.
구체적으로, 레이저 절단이 양호하게 수행되는 경우, 분광된 빛(411) 및 레이저빔(412)의 전체 파장에 대한 각 파장 별 세기의 비율이 일정하게 유지되지만, 레이저 절단이 제대로 수행되지 않을 경우 시편(10)에 조사된 레이저빔이 시편(10)의 후면으로 빠져나가지 못하므로 레이저 절단 부위에서 복사된 빛(411)이나 레이저 빔(412)의 세기가 아주 큰 폭으로 강해지고, 각 파장 별 세기가 무작위로 달라지며 각 파장 별 세기의 비율도 일정 범위를 벗어나게 된다.
따라서, 분광기(120)로부터 획득한 각 파장 별 세기를 파장 분석기(130)가 기설정된 범위와 비교하거나, 각 파장 별 세기 간의 비율을 분석하여 출력할 수 있으며, 상기 출력은 상기 레이저빔과 상기 빛의 파장 별 신호 세기 및 상기 신호 세기 간의 비율을 포함하고, 상기 출력이 기설정된 일정 범위 내에 유지되면 레이저 절단 상태가 양호 하다고 판단하고, 일정 범위를 초과하면 레이저 절단 상태에 이상이 생겼다고 판단할 수 있다.
한편, 상기 파장 분석기(130)는 PC나 노트북, 태블릿과 같은 컴퓨팅 장치, 모바일 폰, 스마트 폰 등과 같은 핸드핼드 장치, 또는 무선 모뎀에 연결된 기타 처리 장치 등일 수 있다.
또는, 상기 파장 분석기(130)는 프로세서와 메모리를 포함하는 장치일 수 있으며, 상기 프로세서는 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP, Digital Signal Processor), 응용 주문형 집적 회로(ASIC, Application Specific Integrated Circuit), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA, Field-Programmable Gate Array) 또는 기타 프로그램가능 논리 소자, 개별 게이트 또는 트랜지스터 논리 소자, 개별 하드웨어 컴포넌트 등일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파장 분석기(130)는 상기 출력이 기설정된 일정 범위 내에 유지되면 레이저 절단 상태가 양호 하다고 판단하고, 상기 출력이 일정 범위를 초과하면 레이저 절단 상태에 이상이 생겼다고 판단하고, 상기 판단된 상태를 모니터링할 수 있다.
또는, 파장 분석기(130)의 출력에 따라 판단된 레이저 절단 상태를 실시간으로 디스플레이하는 디스플레이 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다,
일 실시예로서, 파장 분석기(130)와 디스플레이 모듈은 하나의 장치에 집적될 수 있으며, 또는 각각 다른 별개의 장치에 구비될 수 있다.
도 3은 수중 레이저 절단 상황에서 (a)는 수중 레이저 절단하기 전의 시편 모습이며, (b)는 시편에 공기 노즐이 공기를 분사한 모습을 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 이용하여 (a)는 수중 레이저 절단이 잘 수행될 때의 모습이며, (b)는 수중 레이저 절단이 잘 수행되지 않을 때의 모습이다.
도 3은 수중 레이저 절단을 원활하게 수행하고 복사된 빛(411)과 레이저빔(412)가 원활하게 관측되도록 준비한 것이다. 도 3(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 시편(10)을 준비하고, 시편(10)에 대해 레이저 절단을 수행하기 전 공기 노즐(140)을 통해 공기를 공급할 수 있다.
이 상태에서 레이저 절단을 수행할 경우, 도 4(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 레이저 절단이 양호하게 수행되는 경우와 잘 수행되지 않는 경우에 상이하게 레이저빔(412)의 반사와 빛(411)의 복사가 일어나는 것을 알 수 있다.
구체적으로 레이저 절단이 잘 수행 되는 경우, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 시편(10)의 앞면과 뒷면 모두 빛(410)이 발생하는 것을 볼 수 있다. 즉, 시편의 뒷면(도 4(a)의 우측)에도 빛(410)의 복사가 크게 발생할 수 있다. 레이저 절단이 잘 수행되면 좌측에서 우측으로 가는 레이저빔과 용융물들은 시편(10)을 뚫고 우측으로 나오며 복사된 빛(411)과 레이저빔(412)도 시편(10)의 후면에 발생하게 되기 때문이다.
반면, 레이저 절단이 잘 수행되지 않는 경우, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 시편(10)의 앞면에만 빛(420)이 발생하고, 뒷면에는 빛이 발생하지 않는다. 즉, 시편(10)의 앞면(도 4(b)의 좌측)에만 빛(420)의 복사가 발생하고, 뒷면에는 빛의 복사가 전혀 일어나지 않거나 작게 발생할 수 있다. 좌측에서 우측으로 가는 레이저빔과 용융물들이 시편(10)을 뚫고 시편(10)의 후면으로 이동하지 못하며, 좌측으로 반사되기 때문이다.
따라서, 시편(10)의 후면에 레이저 절단 감지 센서를 설치하면 시편 후면의 빛(410)의 복사 유무로 손쉽게 레이저 절단 상태를 감지할 수 있으나, 시편(10)의 후면에 센서를 설치하지 못할 경우 레이저 절단 상태를 감지하기 어렵다.
하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4(a)와 (b)에 도시된 바와 같이 시편(10)의 전면부(도 4의 좌측)에서 발생하는 복사된 빛(411) 및 반사된 레이저빔(412)를 이용하여 분광기(120)를 통해 분광 분석을 수행함으로써 레이저 절단 상태를 실시간 모니터링할 수 있다.
도 5는 레이저 절단 수행이 잘 될 때 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기가 출력하는 파장에 따른 신호 세기를 도시한 그래프로서, 시편(10)의 전면부(도 4의 좌측)에서 발생하는 복사된 빛(411) 및 반사된 레이저빔(412)를 이용하여 분광기(120)를 통해 분광 분석하여 도 5에 도시된 바와 같은 그래프를 획득할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 절단을 시편(10) 앞면에서 감시하기 위한 분광기(120)는 레이저 절단 부위 또는 용융풀(11)에서 복사된 빛(411)과 레이저 절단 부위에서 반사된 레이저빔(412)을 분석하여 파장 별 신호 세기를 출력할 수 있다.
상기 빛(411)는 용융풀(11)에서 발생하는 열복사와 플룸에서 발생하는 복사를 합한 것일 수 있다.
또한, 레이저빔(412)에 의한 분광신호는 레이저 절단 부위 또는 용융풀(11)에서 복사된 빛(411)의 분광신호보다 강하고 파장이 일정하므로, 일정한 파장 영역에서 강한 신호를 출력할 수 있다.
레이저 절단 부위 또는 용융풀에서 복사된 빛(411)은 가시광 전 영역에서 발생하여 파장 범위가 넓으며, 레이저빔(412)에 비해 세기가 약한 신호를 출력할 수 있다.
도 5는 레이저 절단이 양호하게 수행될 때의 그래프로, 분광된 빛(411)의 각 파장 별 신호 세기와 분광된 레이저빔(412)의 신호 세기가 일정한 범위 내로 유지되며, 상기 일정한 범위를 기설정하여 모니터링하면 레이저 절단이 양호하게 수행됨을 알 수 있다.
반면, 레이저 절단이 잘 수행되지 않으면, 레이저빔이 시편(10)의 후면으로 빠져나가지 못하고 부딪혀 큰 폭으로 신호 세기가 커지고 빛(411)과 레이저빔(412)의 파장 및 그에 따른 영역 별 세기도 무작위로 달라져서 분광된 빛(411)의 각 파장 별 신호 세기와 분광된 레이저빔(412)의 신호 세기가 기설정된 범위를 초과하게 된다.
따라서, 상기 레이저빔(412)과 상기 빛(411)의 파장 별 신호 세기 및 상기 신호 세기 간의 비율이 기설정된 범위를 큰 폭으로 벗어나면 레이저 절단이 불량하게 수행됨을 알 수 있다.
파장 분석기(130) 또는 별도의 디스플레이 모듈을 이용하여 실시간으로 레이저 절단 상태를 디스플레이할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저 절단 모니터링 방법의 플로우 차트를 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 방법은, 레이저빔 입사면 측에 설치된 광섬유 헤드(110)에 의해 레이저 절단 시 레이저 절단 부위 또는 상기 레이저 절단 부위에서 발생하는 용융 풀에서 나오는 빛(411)과 상기 레이저 절단 부위에서 반사되는 레이저빔(412)이 광섬유(111)에 수광되는 단계(S601), 광섬유(111)에 의해 수광된 상기 빛(411)과 레이저빔(412)이 분광기(120)로 전송되며, 상기 분광기(120)에 의해 상기 전송된 빛과 레이저빔이 파장 별로 분광되면 상기 빛(411)과 레이저빔(412)의 파장 별 신호 세기가 측정되는 단계(S602), 및 상기 빛(411)과 레이저빔(412)의 측정된 파장 별 신호 세기와 상기 신호 세기 간의 비율을 실시간으로 출력하고, 상기 출력을 이용하여 레이저 절단 상태를 실시간 모니터링하는 단계(S603)를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 S602는 상기 빛(411)의 파장을 필터링하지 않고 수광된 빛(411)의 파장 전체에 대해 파장 별 신호 세기를 측정할 수 있다.
별도의 필터를 통해 필터링하지 않고 파장 전체에 대한 영역 별 세기를 측정하고 상기 파장 별 영역별 신호 세기에 대한 비율을 분석하여 상기 비율이 일정 범위 내에 있는지에 따라 레이저 절단 양부를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 S603에서 상기 출력은 상기 레이저빔(412)과 상기 빛(411)의 파장 별 신호 세기 및 상기 신호 세기 간의 비율을 포함하며, 상기 출력이 기설정된 일정 범위 내에 유지되면 레이저 절단 상태가 양호 하다고 판단하고, 일정 범위를 초과하면 레이저 절단 상태에 이상이 생겼다고 판단하고 알람을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
레이저 절단이 원활하게 수행되지 않는다면, 작업자가 이를 교환하거나 상태를 확인할 수 있도록 추가적인 알람을 제공할 수 있으며, 디스플레이에 제공하는 시각적 알람 또는 스피커 등을 이용한 청각적 알람을 모두 포함할 수 있다.
상술한 내용과 중복되는 내용은 명세서의 명료함을 위해 생략하기로 한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 광섬유 전송 분광기 110: 광섬유 헤드
111: 광섬유 120: 분광기
121, 122: 거울 123: 분광소자
124: 어레이 디텍터 130: 파장 분석기
140: 레이저 조사 수단 200: 레이저 절단 광학 헤드
210: 미러 220: 포커싱 렌즈
230: 보호 윈도우 240: 보조 가스
410: 시편을 투과해 나오는 빛 420: 시편 앞면에서 나오는 빛
411: 복사된 빛 412: 반사된 레이저빔
10: 시편 11: 용융풀

Claims (6)

  1. 레이저빔 입사면 측이며 레이저 절단 시 레이저 절단 부위의 전면에 설치된 광섬유 헤드에 의해 상기 레이저 절단 부위 또는 상기 레이저 절단 부위에서 발생하는 용융 풀에서 나오는 빛과 상기 레이저 절단 부위에서 반사되는 레이저빔이 광섬유에 직접 수광되는 제1 단계;
    수광된 상기 빛과 레이저빔이 분광기로 전송되며, 상기 분광기에 의해 상기 전송된 빛과 레이저빔이 파장 별로 분광되면 상기 빛과 레이저빔의 파장 별 신호 세기가 측정되는 제2 단계; 및
    상기 빛과 레이저빔의 측정된 파장 별 신호 세기와 상기 빛과 상기 레이저빔의 신호 세기 간의 비율을 실시간으로 출력하고, 상기 출력을 이용하여 레이저 절단 상태를 실시간 모니터링하는 제3 단계;를 포함하며,
    상기 제3 단계는, 상기 출력이 기설정된 일정 범위 내에 유지되면 레이저 절단 상태가 양호 하다고 판단하고, 일정 범위를 초과하면 레이저 절단 상태에 이상이 생겼다고 판단하고 알람을 제공하는
    분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 단계는 수광된 빛의 파장 전체에 대해 파장 별 신호 세기를 측정하는,
    분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 방법.
  3. 레이저빔을 출력하는 레이저 조사 수단;
    상기 레이저빔 입사면 측이며 레이저 절단 시 레이저 절단 부위의 전면에 설치되며, 상기 레이저빔에 의해 상기 레이저 절단 부위 또는 상기 레이저 절단 부위에서 발생하는 용융 풀에서 나오는 빛과 상기 레이저 절단 부위에서 반사되는 레이저빔을 직접 수광하는 광섬유 헤드; 수광된 상기 빛과 레이저빔을 분광기로 전송하는 광섬유; 전송된 빛과 레이저빔을 파장 별로 분광시키고 상기 빛과 레이저빔의 파장별 신호 세기를 측정하는 분광기; 및
    상기 빛과 레이저빔의 측정된 파장 별 신호 세기와 상기 빛과 상기 레이저빔의 신호 세기 간의 비율을 실시간으로 출력하고, 상기 출력을 이용하여 레이저 절단 상태를 실시간 모니터링하는 파장 분석기;
    를 포함하는 분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 분광기는 수광된 빛의 파장 전체에 대해 파장 별 세기를 측정하는,
    분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 수단에 의해 조사되는 레이저빔의 방향을 변경시키는 미러와 상기 레이저빔의 초점을 맞추는 포커싱 렌즈를 포함하는 레이저 절단 광학 헤드; 및
    레이저빔 조사 방향에 따라 보조 가스를 분사하는 가스 노즐을 더 포함하는
    분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 파장 분석기는 상기 출력이 기설정된 일정 범위 내에 유지되면 레이저 절단 상태가 양호 하다고 판단하고, 상기 출력이 일정 범위를 초과하면 레이저 절단 상태에 이상이 생겼다고 판단하는,
    분광기를 이용한 레이저절단 모니터링 장치.
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