KR102598029B1 - Laser head module for cutting in casting method and non-ferrous metal casting laser cutting method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로봇팔(R)에 의해 이동되어 피가공물(A)의 스크랩(S)을 레이저 커팅하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈(20)에 관련되며, 이때 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈(20)은 가스젯니들에 의해 공정가스가 노즐바디와 이격된 레이저 연소점 위치까지 압송 출력되도록 구조 개선되어 가스젯니들이 피가공물에 간섭없이 스크랩 커팅지점으로 공정가스를 압송하여 주조방안의 절단할 수 있도록 헤드케이스(21), 광출력부(22), 노즐바디(23), 가스포트(24), 가스젯니들(25)을 포함하여 주요 구성으로 한다.The present invention relates to a laser head module 20 for cutting in a casting method that is moved by a robot arm (R) and laser cuts the scrap (S) of the workpiece (A). In this case, the laser head module for cutting in the casting method (20) has an improved structure so that the process gas is output by pressure to the laser combustion point located away from the nozzle body by the gas jet needle, so that the gas jet needle can be used to cut the casting by pumping the process gas to the scrap cutting point without interfering with the workpiece. The main components include a head case (21), an optical output unit (22), a nozzle body (23), a gas port (24), and a gas jet needle (25).
Description
본 발명은 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈 및 이를 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법에 관련되며, 보다 상세하게는 가스젯니들에 의해 공정가스가 노즐바디와 이격된 레이저 연소점 위치까지 압송 출력되도록 구조 개선되어 가스젯니들이 피가공물에 간섭없이 스크랩 커팅지점으로 공정가스를 압송하여 주조방안의 절단할 수 있고, 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안에 따른 절단 경로로 절단이 수행되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있으며, 특히, 다이캐스팅(Diecasting) 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단경로에 반영됨에 따라 노후 금형의 사용 수명이 연장되면서 수작업에 의한 타발, 사상 등의 후공정이 생략되므로 불필요한 공정 단축 및 인건비를 대폭 절감할 수 있는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈 및 이를 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser head module for cutting casting and a laser cutting method for non-ferrous metal casting using the same, and more specifically, to improve the structure so that the process gas is output by pressure to the laser combustion point located away from the nozzle body by a gas jet needle. The gas jet needle can cut the casting plan by pumping process gas to the scrap cutting point without interfering with the workpiece, and the laser head module is numerically controlled by the robot arm to cut along the cutting path according to the casting plan by laser cutting. As this is done, deformation and damage to the workpiece due to cutting in the non-impact casting method are prevented, and it is possible to flexibly respond to changes in the workpiece specification by simply correcting the cutting path in the casting method. In particular, diecasting molds As anomalous scraps formed on the workpiece due to aging are detected through vision inspection and reflected in the cutting path of the casting method, the service life of the old mold is extended and post-processes such as manual punching and polishing are omitted, thereby reducing unnecessary processes. and a laser head module for cutting in a casting method that can significantly reduce labor costs, and a non-ferrous metal casting laser cutting method using the same.
일반적으로 자동차, 전자제품을 비롯한 산업전반에 걸쳐 주조품이 널리 사용되고, 이때 주조품의 경우 주물사를 이용한 거친 제품은 물론 금형을 이용한 금형 주조법 또는 다이캐스팅(Diecasting)을 이용하는바, 이러한 금형 주조법에 의해 성형품을 성형할 경우, 금형으로부터 성형 완료되어 탈형되는 1차 성형품에는 용융금속이 유입 및 유출되는 경로인 러너(runner), 게이트(gate), 스프루(sprue), 오버 플로(overflow), 버(burr)등에 따른 부분 즉, 스크랩(S)(scrap)도 필연적으로 성형품에 함께 부착된 상태로 성형된다.In general, casting products are widely used throughout the industry, including automobiles and electronic products. In the case of casting products, rough products using molding sand as well as mold casting or die casting are used. Molded products are formed using this mold casting method. In this case, the primary molded product that is completed and demolded from the mold has runners, gates, sprues, overflows, burrs, etc., which are the paths through which molten metal flows in and out. The following part, that is, the scrap (S), is also inevitably molded while attached to the molded product.
그리고, 성형품을 성형한 후 타발을 거쳐 스크랩(S)을 제거하고 있지만, 특히, 다이캐스팅(Diecasting)의 다품종 주조품 생산시 고가의 금형이 제작으로 인한 제조 원가 비용이 상승 및 변칙성 스크랩이 발생되어 잦은 트러블로 인해 작업자가 타발하고 있는 실정이다. 다이캐스팅(Diecasting)의 타발공정이 수작업에 의해 망치를 포함하는 수공구 타격력을 가하여 제거되므로, 타격력에 의한 진동이 작업자의 근골격계와 피로도가 심하고 생산성 향상에 한계가 있는 실정이다.In addition, scrap (S) is removed through punching after molding the molded product, but especially when producing a variety of die-casting products, manufacturing costs increase due to the production of expensive molds and anomalous scrap is generated, causing frequent trouble. Due to this, workers are suffering. Since the punching process of diecasting is removed manually by applying striking force with a hand tool, including a hammer, the vibration caused by the striking force causes severe musculoskeletal and fatigue of workers, and there is a limit to productivity improvement.
이에 종래에 개시된 등록특허 10-0845818호에서, 지지체, 상기 지지체 상에 승강 가능하도록 설치되고 상면부에 가공물이 안착되는 하부 금형이 결합되는 하부 테이블, 상기 하부 테이블의 상부에 승강 가능하도록 설치되고 하면부에 상기 하부 금형과 결합하여 상기 가공물에 일체로 부착된 런너를 제거하는 상부 금형이 결합되고, 상기 상부 금형이 런너가 제거된 가공물을 파지한 상태에서 원위치로 재상승하는 상부 테이블 및 상기 가공물로부터 런너가 제거된 후 하부 테이블이 상승할 때 상기 하부 테이블을 회전시켜 제거된 런너를 하방으로 낙하시키는 기어장치부를 포함하되, 상기 기어장치부는 상기 하부 테이블의 양측에 설치된 피니언 및 상기 피니언과 동일 수직선 상에 위치하도록 상기 지지체 상에 설치되어 상기 피니언이 상기 하부 테이블의 상승에 따라 동반 상승할 때 상기 피니언과 치형결합되어 상기 하부 테이블을 회전시키는 랙을 포함하는 기술이 선 제시된 바 있다.Accordingly, in the previously disclosed registered patent No. 10-0845818, there is a support body, a lower table installed to be able to be lifted on the support body and coupled to a lower mold on which a workpiece is seated on the upper surface, and a lower table installed to be lifted up and down on the upper part of the lower table. An upper mold is coupled to the lower mold to remove the runner integrally attached to the workpiece, and the upper mold rises back to its original position while holding the workpiece from which the runner has been removed, and the runner is removed from the workpiece. After the lower table is removed, it includes a gear unit that rotates the lower table to drop the removed runner downward when the lower table rises, wherein the gear unit includes a pinion installed on both sides of the lower table and on the same vertical line as the pinion. A technology has previously been proposed that includes a rack that is installed on the support body and engages the pinion to rotate the lower table when the pinion rises along with the rise of the lower table.
그러나, 상기 종래기술은 제거된 런너가 하부로 수거될 수 있도록 하여 공간 효율성을 극대화하려는 것이나, 성형품 규격이 변경되면 금형을 모두 교체해야 하므로 비용부담이 크고, 다이캐스팅(Diecasting) 성형품이 취출되는 시점에 300~320˚ 의 고온 상태이므로 프레스 압력에 의해 성형품이 긁히거나 변형되는 문제점이 따랐다.However, the prior art is intended to maximize space efficiency by allowing the removed runner to be collected to the bottom, but when the molded product specifications are changed, the entire mold must be replaced, resulting in a high cost burden, and at the time the diecast molded product is taken out. Because it was at a high temperature of 300~320˚, there were problems with the molded product being scratched or deformed by the press pressure.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 가스젯니들에 의해 공정가스가 노즐바디와 이격된 레이저 연소점 위치까지 압송 출력되도록 구조 개선되어 가스젯니들이 피가공물에 간섭없이 스크랩 커팅지점으로 공정가스를 압송하여 주조방안의 절단할 수 있고, 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안에 따른 절단 경로로 절단이 수행되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있으며, 특히, 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단경로에 반영됨에 따라 노후 금형의 사용 수명이 연장되면서 수작업에 의한 타발, 사상 등의 후공정이 생략되므로 불필요한 공정 단축 및 인건비를 대폭 절감할 수 있는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈 및 이를 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention was conceived to solve the above problems, and the structure was improved so that the process gas is output by pressure to the laser combustion point located away from the nozzle body by the gas jet needle, so that the gas jet needle cuts scrap without interfering with the workpiece. The casting method can be cut by pumping the process gas to the point, and since the laser head module is numerically controlled by the robot arm and cutting is performed according to the cutting path according to the casting method by laser cutting, cutting of the non-impact casting method is possible. In addition to preventing deformation and damage to the workpiece, it is possible to flexibly respond to changes in workpiece specifications by simply correcting the cutting path of the casting method. In particular, anomalous scraps formed on the workpiece due to aging of the mold can be detected through vision inspection. As it is detected and reflected in the cutting path of the casting method, the usable life of the old mold is extended and post-processes such as manual punching and sanding are omitted, thereby shortening unnecessary processes and significantly reducing labor costs. The purpose is to provide a module and a non-ferrous metal casting laser cutting method using the same.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 로봇팔(R)에 의해 이동되어 피가공물(A)의 스크랩(S)을 레이저 커팅하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈(20)에 있어서, 상기 레이저헤드모듈(20)은, 헤드케이스(21) 내부에 설치되고, 포커싱렌즈(22a)에 의해 레이저를 포커싱하여 출력하는 광출력부(22)와, 헤드케이스(21) 선단에 장착되고, 내부에 레이저 출력방향 갈수록 지름이 축소되는 원추형 경사유로(23a)가 형성되는 노즐바디(23)와, 원추형 경사유로(23a) 내부로 공정가스를 주입하는 가스포트(24)와, 노즐바디(23)에 장착되고, 원추형 경사유로(23a)와 일직선상에 일치되도록 가스젯유로(25a)가 관통되어 레이저 및 공정가스를 노즐바디(23)와 이격된 위치까지 압송 출력하는 가스젯니들(25)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve this object, a feature of the present invention is the laser head module 20 for cutting in a casting method that is moved by a robot arm (R) to laser cut the scrap (S) of the workpiece (A), The laser head module 20 is installed inside the head case 21, has an optical output unit 22 that focuses and outputs a laser using a focusing lens 22a, is mounted on the tip of the head case 21, and has an internal A nozzle body 23 in which a conical inclined passage 23a whose diameter decreases in the laser output direction is formed, a gas port 24 for injecting process gas into the conical inclined passage 23a, and a nozzle body 23. A gas jet needle (25) is mounted on the gas jet passage (25a) and passes through the gas jet passage (25a) so as to align with the conical inclined passage (23a) and pressurizes and outputs the laser and process gas to a position spaced apart from the nozzle body (23). It is characterized by including.
이때, 상기 노즐바디(23)에 냉각모듈(26)이 설치되고, 상기 가스젯니들(25)은 노즐바디(23)와 열교환되면서 냉각되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.At this time, a cooling module 26 is installed on the nozzle body 23, and the gas jet needle 25 is cooled while exchanging heat with the nozzle body 23.
또한, 상기 냉각모듈(26)에 의해 냉각되는 노즐바디(23)의 온도를 검출하는 제 1온도센서(27a)가 설치되고, 상기 노즐바디(23) 주변 온도를 검출하는 제 2온도센서(27b)가 구비되며, 제 1, 2온도센서(27a)(27b) 검출 값을 모니터링하여 제 2온도센서(27b) 검출 값을 기준으로 제 1온도센서(27a) 검출 값이 설정된 편차 범위내에 유지되도록 제어하는 결로방지모듈(27)이 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, a first temperature sensor 27a is installed to detect the temperature of the nozzle body 23 cooled by the cooling module 26, and a second temperature sensor 27b is installed to detect the temperature around the nozzle body 23. ) is provided, and monitors the detected values of the first and second temperature sensors (27a) and (27b) so that the detected value of the first temperature sensor (27a) is maintained within the set deviation range based on the detected value of the second temperature sensor (27b). It is characterized by being provided with a condensation prevention module (27) that controls it.
또한, 상기 제 1온도센서(27a) 검출 값이 설정된 값을 초과하면 레이저 출력오류로 판단하고 알림신호를 출력하는 레이저 출력감시모듈(28)이 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, a laser output monitoring module 28 is provided that determines a laser output error and outputs a notification signal when the detection value of the first temperature sensor 27a exceeds a set value.
또한, 상기 광출력부(22)의 포커싱 렌즈(22a) 전방에 보호글라스(22b)가 설치되고, 상기 가스포트(24)를 통하여 투입되는 공정가스는 보호글라스(22c) 전방에 이격된 위치에서 분사되어 에어커튼을 형성하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, a protective glass 22b is installed in front of the focusing lens 22a of the optical output unit 22, and the process gas introduced through the gas port 24 is located at a distance in front of the protective glass 22c. It is characterized by being sprayed to form an air curtain.
또한, 상기 광출력부(22)의 포커싱 렌즈(22a)에서 레이저 연소점(P) 사이 구간(L)에 노즐바디(23)와 가스젯니들(25)이 배치되고, 상기 가스젯니들(25)에 의해 노즐바디(23)의 경사유로(23a)가 차지하는 용적이 비교적 축소되면서, 경사유로(23a) 내에 머무르는 공정가스량이 비교적 감소되어, 가스포트(24)를 통한 공정가스 투입 압력에 대응하여 가스젯니들(25)을 통한 공정가스 분사압력이 조절되기까지 반응시간이 비교적 단축되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, a nozzle body 23 and a gas jet needle 25 are disposed in the section L between the focusing lens 22a of the optical output unit 22 and the laser combustion point P, and the gas jet needle 25 ), the volume occupied by the inclined passage (23a) of the nozzle body (23) is relatively reduced, and the amount of process gas remaining in the inclined passage (23a) is relatively reduced, corresponding to the pressure of process gas input through the gas port (24). It is characterized in that the reaction time until the process gas injection pressure through the gas jet needle 25 is adjusted is relatively short.
그리고, 상기 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈을 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법에 있어서, 피가공물(A)의 스크랩(S)이 형성되는 위치를 기반으로 기본 주조방안의 절단경로 값을 산출하는 경로설정단계(S10); 피가공물(A)을 주조방안의 절단지그(10) 상으로 투입하는 로딩단계(S20); 상기 경로설정단계(S10)에서 설정된 주조방안의 절단경로 값을 기반으로 로봇팔(R)에 의해 레이저헤드모듈(20)이 이송되면서 레이저를 출력하여, 피가공물(A)에 형성되는 스크랩(S)을 커팅 제거하는 주조방안 레이저 절단단계(S30); 및 상기 스크랩(S)이 제거된 피가공물(A)을 배출하는 언로딩단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.And, in the non-ferrous metal casting laser cutting method using the cutting laser head module of the casting method, path setting for calculating the cutting path value of the basic casting method based on the position where the scrap (S) of the workpiece (A) is formed. Step (S10); A loading step (S20) of injecting the workpiece (A) onto the cutting jig (10) of the casting method; Based on the cutting path value of the casting method set in the path setting step (S10), the laser head module 20 is transported by the robot arm (R) and outputs a laser, forming scrap (S) on the workpiece (A). ) Laser cutting step (S30) of the casting method for cutting and removing; And an unloading step (S40) of discharging the workpiece (A) from which the scrap (S) has been removed.
이때, 상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안의 절단지그(10) 상에 로딩된 피가공물(A)을 비전검사하여 로딩 위치 값을 검출하고, 로딩 위치 값을 설정된 기준 로딩 위치 값과 대비하여 로딩 오차 값을 산출하며, 로딩 오차 값을 기준으로 경로설정단계(S10)에서 설정된 주조방안의 절단경로 값을 보정하는 로봇팔 위치보정단계(S20-1)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, after the loading step (S20), the loading position value is detected by vision inspection of the workpiece (A) loaded on the cutting jig 10 of the casting method, and the loading position value is compared with the set reference loading position value. It further includes a robot arm position correction step (S20-1) that calculates the loading error value and corrects the cutting path value of the casting method set in the path setting step (S10) based on the loading error value.
또한, 상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안의 절단지그(10) 상에 로딩된 피가공물(A)을 비전검사하여 경로설정단계(S10)에서 설정된 기본 주조방안의 절단경로 값 외의 영역에 존재하는 변칙성 스크랩(S1)에 대한 변칙성 주조방안의 절단경로 값을 검출하고, 변칙성 주조방안의 절단경로 값을 경로설정단계(S10)에서 설정된 기본 주조방안의 절단경로 값에 포함시켜 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 변칙성 스크랩(S1)을 포함하여 주조방안의 절단하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, after the loading step (S20), the workpiece (A) loaded on the cutting jig (10) of the casting method is visually inspected to determine if it exists in an area other than the cutting path value of the basic casting method set in the path setting step (S10). Detect the cutting path value of the anomalous casting method for the anomalous scrap (S1), and include the cutting path value of the anomalous casting method in the cutting path value of the basic casting method set in the path setting step (S10) to create a laser cutting step for the casting method. (S30) is characterized in that it is provided for cutting the casting method, including the anomalous scrap (S1).
또한, 상기 레이저헤드모듈(20)은 로봇팔(R)에 설치되는 로테이트모듈(30)에 의해 주조방안의 절단경로가 제어되도록 구비되고, 상기 로테이트모듈(30)은, 로봇팔(R)에 설치되어 회전각도가 조절되는 센터축(31)과, 센터축(31)을 중심으로 양방향으로 연장되는 더블가이드붐(32)과, 더블가이드붐(32)에 한 쌍으로 설치되고, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)을 각각 독립적으로 직선 이송하는 한 쌍의 셔틀(33)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the laser head module 20 is provided so that the cutting path of the casting method is controlled by the rotation module 30 installed on the robot arm (R), and the rotation module 30 is installed on the robot arm (R). A center shaft 31 whose rotation angle is adjusted, a double guide boom 32 extending in both directions around the center shaft 31, and a pair of double guide booms 32 are installed on the double guide boom 32. It is characterized by including a pair of shuttles (33) that linearly transport the laser head module (20) each independently.
또한, 상기 로테이트모듈(30)은 사각형 피가공물(A)에 대응하여, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 피가공물(A)의 양측 변을 타고 이송되는 중에 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되면서 레이저를 출력하여 피가공물(A)의 양측 변에 형성되는 스크랩(S)을 동시에 제거한 후, 더블가이드붐(32)이 센터축(31)을 중심으로 회전각도가 변경된 상태로 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 피가공물의 다른 양측 변을 타고 이송되면서 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되어 피가공물(A)의 다른 양측 변에 형성되는 스크랩(S)을 동시에 커팅하도록 구비되며, 상기 로테이트모듈(30)은 원형 피가공물에 대응하여, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 센터축(31)을 중심으로 원호운동되는 중에 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되면서 각각 180˚ 회전반경 내에 스크랩(S)을 제거하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the rotation module 30 corresponds to the square workpiece A, and a pair of laser head modules 20 ride on the double guide boom 32 while being transported on both sides of the workpiece A. After independently removing the scrap (S) formed on both sides of the workpiece (A) by outputting a laser while being linearly transported, the double guide boom (32) is rotated around the center axis (31) with its rotation angle changed. A pair of laser head modules (20) are transported along the other two sides of the workpiece and are independently transported linearly through the double guide boom (32) to scrap the scrap (S) formed on the other two sides of the workpiece (A). It is equipped to cut simultaneously, and the rotation module (30) corresponds to a circular workpiece, and a pair of laser head modules (20) ride on the double guide boom (32) while moving in an arc around the center axis (31). It is characterized in that it is provided to remove scrap (S) within a 180° rotation radius while being independently linearly transported.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 가스젯니들에 의해 공정가스가 노즐바디와 이격된 레이저 연소점 위치까지 압송 출력되도록 구조 개선되어 가스젯니들이 피가공물에 간섭없이 스크랩 커팅지점으로 공정가스를 압송하여 주조방안의 절단할 수 있고, 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안에 따른 절단 경로로 절단이 수행되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있으며, 특히, 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단경로에 반영됨에 따라 노후 금형의 사용 수명이 연장되면서 수작업에 의한 타발, 사상 등의 후공정이 생략되므로 불필요한 공정 단축 및 인건비를 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.According to the above configuration and operation, the present invention has an improved structure so that the process gas is output by pressure to the laser combustion point located away from the nozzle body by the gas jet needle, so that the gas jet needle pressures the process gas to the scrap cutting point without interfering with the workpiece. Therefore, the casting plan can be cut, and since the laser head module is numerically controlled by the robot arm and cutting is performed according to the cutting path according to the casting plan by laser cutting, there is no deformation or damage to the workpiece due to cutting in the non-impact casting method. In addition, it is possible to flexibly respond to changes in workpiece specifications by simply correcting the cutting path of the casting method. In particular, anomalous scraps formed on the workpiece due to aging of the mold are detected through vision inspection, allowing cutting of the casting method. As it is reflected in the route, the service life of old molds is extended and post-processes such as manual punching and sanding are omitted, which has the effect of shortening unnecessary processes and significantly reducing labor costs.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈의 냉각모듈 및 출력감시모듈을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈의 노즐바디와 가스젯니들 배치상태를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법을 개략적으로 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법을 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법에 의한 주조방안의 절단 전, 후 상태를 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법의 변칙성 스크랩을 나타내는 구성도.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법의 로테이트모듈을 나타내는 구성도.1 is a configuration diagram showing a laser head module for cutting in a casting method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a configuration diagram showing a cooling module and an output monitoring module of a laser head module for cutting in a casting method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a configuration diagram showing the arrangement of the nozzle body and gas jet needle of the laser head module for cutting in the casting method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flow chart schematically showing a cutting method for a casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a configuration diagram showing a cutting method of a casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a configuration diagram showing the state before and after cutting the casting method by the cutting method of the casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a configuration diagram showing anomalous scrap from the cutting method of the casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention.
Figures 8 and 9 are diagrams showing the configuration of a rotation module for a cutting method of a casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈의 냉각모듈 및 출력감시모듈을 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈의 노즐바디와 가스젯니들 배치상태를 나타내는 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram showing a laser head module for cutting in a casting method according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a cooling module and output monitoring of a laser head module for cutting in a casting method according to an embodiment of the present invention. This is a configuration diagram showing the module, and Figure 3 is a configuration diagram showing the arrangement of the nozzle body and gas jet needle of the laser head module for cutting in the casting method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 고강도 알루미늄 및 알루미늄 합금, 구리 및 구리 합금, 아연 및 아연 합금은 물론 마그네슘 및 마그네슘 합금, 그리고 이들의 합금을 포함하는 금속에 적용될 수 있다.The invention can be applied to metals including high-strength aluminum and aluminum alloys, copper and copper alloys, zinc and zinc alloys, as well as magnesium and magnesium alloys, and alloys thereof.
본 발명은 로봇팔(R)에 의해 이동되어 피가공물(A)의 스크랩(S)을 레이저 커팅하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈(20)에 관련되며, 이때 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈(20)은 가스젯니들에 의해 공정가스가 노즐바디와 이격된 레이저 연소점 위치까지 압송 출력되도록 구조 개선되어 가스젯니들이 피가공물에 간섭없이 스크랩 커팅지점으로 공정가스를 압송하여 주조방안의 절단할 수 있도록 헤드케이스(21), 광출력부(22), 노즐바디(23), 가스포트(24), 가스젯니들(25)을 포함하여 주요 구성으로 한다.The present invention relates to a laser head module 20 for cutting in a casting method that is moved by a robot arm (R) and laser cuts the scrap (S) of the workpiece (A). In this case, the laser head module for cutting in the casting method (20) has an improved structure so that the process gas is output by pressure to the laser combustion point located away from the nozzle body by the gas jet needle, so that the gas jet needle can be used to cut the casting by pumping the process gas to the scrap cutting point without interfering with the workpiece. The main components include a head case (21), an optical output unit (22), a nozzle body (23), a gas port (24), and a gas jet needle (25).
본 발명에 따른 광출력부(22)는 헤드케이스(21) 내부에 설치되고, 포커싱렌즈(22a)에 의해 레이저를 포커싱하여 출력하도록 구비된다.The optical output unit 22 according to the present invention is installed inside the head case 21 and is equipped to focus and output a laser using a focusing lens 22a.
상기 광출력부(22)는 통상의 레이저를 출력하는 장치로서, 제어부에 의해 출력이 조절되도록 구비된다.The optical output unit 22 is a device that outputs a conventional laser, and is provided so that the output is adjusted by a control unit.
또한, 본 발명에 따른 노즐바디(23)는 헤드케이스(21) 선단에 장착되고, 내부에 레이저 출력방향 갈수록 지름이 축소되는 원추형 경사유로(23a)가 형성된다.In addition, the nozzle body 23 according to the present invention is mounted on the tip of the head case 21, and a conical inclined passage 23a whose diameter decreases in the direction of laser output is formed therein.
상기 노즐바디(23)는 후술하는 가스젯니들(25)과 헤드케이스(21) 사이에 배치되는 중간부재로서, 후술하는 가스포트(24)를 통하여 주입되는 공정가스가 원추형 경사유로(23a)에 의해 압력이 높아진 상태로 가스젯니들(25)을 타고 압송된다.The nozzle body 23 is an intermediate member disposed between the gas jet needle 25, which will be described later, and the head case 21, and the process gas injected through the gas port 24, which will be described later, flows into the conical inclined passage 23a. It is transported via gas jet needle (25) with the pressure increased.
또한, 본 발명에 따른 가스포트(24)는 원추형 경사유로(23a) 내부로 공정가스를 주입하도록 구비된다.Additionally, the gas port 24 according to the present invention is provided to inject process gas into the conical inclined flow path 23a.
상기 가스포트(24)는 헤드케이스(21) 또는 노즐바디(23) 일측에 연결된다.The gas port 24 is connected to one side of the head case 21 or the nozzle body 23.
또한, 본 발명에 따른 가스젯니들(25)은 노즐바디(23)에 장착되고, 원추형 경사유로(23a)와 일직선상에 일치되도록 가스젯유로(25a)가 관통되어 레이저 및 공정가스를 노즐바디(23)와 이격된 위치까지 압송 출력하도록 구비된다.In addition, the gas jet needle 25 according to the present invention is mounted on the nozzle body 23, and the gas jet passage 25a penetrates so as to be aligned with the conical inclined passage 23a, thereby sending the laser and process gas to the nozzle body. It is equipped to output by pressure to a location spaced apart from (23).
상기 가스젯니들(25)은 외경이 2~5mm이고, 내경은 1~1.5mm로 형성되는 관체(예컨대, 사각 또는 원형관체)로 형성된다.The gas jet needle 25 is formed as a tube (for example, a square or circular tube) with an outer diameter of 2 to 5 mm and an inner diameter of 1 to 1.5 mm.
그리고, 상기 광출력부(22)의 포커싱 렌즈(22a)에서 레이저 연소점(P) 사이 구간(L)에 노즐바디(23)와 가스젯니들(25)이 배치되고, 가스젯니들(25) 외경이 2~5mm인 비교적 소형 관체로 형성되며, 가스젯니들(25)에 의해 공정가스가 노즐바디(23)와 이격된 위치(예컨대, 레이저 연소점(P))까지 압송 출력되도록 구비됨에 따라 도 1과 같이 가스젯니들(25)이 피가공물(A)에 간섭없이 스크랩(S) 및 후술하는 변칙성 스크랩(S1) 커팅지점으로 공정가스를 압송하여 주조방안을 절단할 수 있다.In addition, a nozzle body 23 and a gas jet needle 25 are disposed in the section L between the focusing lens 22a of the optical output unit 22 and the laser combustion point P, and the gas jet needle 25 It is formed as a relatively small pipe body with an outer diameter of 2 to 5 mm, and is equipped to output the process gas by pressure to a location spaced apart from the nozzle body 23 (for example, the laser combustion point (P)) by the gas jet needle 25. As shown in FIG. 1, the gas jet needle 25 can cut the casting plan by pumping the process gas to the cutting point of the scrap S and the anomalous scrap S1 described later without interfering with the workpiece A.
도 2에서, 상기 노즐바디(23)에 냉각모듈(26)이 설치되고, 상기 가스젯니들(25)은 노즐바디(23)와 열교환되면서 냉각되도록 구비된다.In FIG. 2, a cooling module 26 is installed on the nozzle body 23, and the gas jet needle 25 is cooled while exchanging heat with the nozzle body 23.
일예로서, 상기 냉각모듈(26)은 노즐바디(23)에 냉각라인을 설치하여 구성되고, 냉각라인을 통하여 냉각수 순환되면서 노즐바디(23)을 냉각하며, 이때 노즐바디(23)와 가스젯니들(25)이 열교환되어, 가스젯니들(25)이 냉각되므로, 가스젯니들(25)이 고온에 레이저 연소점(P)에서 발생되는 열에 노출되더라도 변형 및 열손상이 방지된다.As an example, the cooling module 26 is configured by installing a cooling line on the nozzle body 23, and cools the nozzle body 23 by circulating coolant through the cooling line. At this time, the nozzle body 23 and the gas jet needle Since the gas jet needle 25 is cooled by heat exchange (25), deformation and thermal damage are prevented even if the gas jet needle 25 is exposed to high temperature and heat generated from the laser combustion point P.
또한, 상기 냉각모듈(26)에 의해 냉각되는 노즐바디(23)의 온도를 검출하는 제 1온도센서(27a)가 설치되고, 상기 노즐바디(23) 주변 온도를 검출하는 제 2온도센서(27b)가 구비된다.In addition, a first temperature sensor 27a is installed to detect the temperature of the nozzle body 23 cooled by the cooling module 26, and a second temperature sensor 27b is installed to detect the temperature around the nozzle body 23. ) is provided.
그리고, 상기 제 1, 2온도센서(27a)(27b) 검출 값을 모니터링하여 제 2온도센서(27b) 검출 값을 기준으로 제 1온도센서(27a) 검출 값이 설정된 편차 범위내에 유지되도록 제어하는 결로방지모듈(27)이 구비된다.In addition, the detection values of the first and second temperature sensors 27a and 27b are monitored and controlled so that the detection value of the first temperature sensor 27a is maintained within a set deviation range based on the detection value of the second temperature sensor 27b. A condensation prevention module (27) is provided.
이에 상기 냉각모듈(26)을 이용한 냉각과정 중에 결로방지모듈(27)이 주변 온도를 고려하여 냉각온도를 제어하므로 급격한 온도차로 인한 노즐바디(23) 내부 결로현상을 방지할 수 있다.Accordingly, during the cooling process using the cooling module 26, the condensation prevention module 27 controls the cooling temperature in consideration of the surrounding temperature, thereby preventing condensation inside the nozzle body 23 due to a sudden temperature difference.
또한, 상기 제 1온도센서(27a) 검출 값이 설정된 값을 초과하면 레이저 출력오류로 판단하고 알림신호를 출력하는 레이저 출력감시모듈(28)이 구비된다.In addition, a laser output monitoring module 28 is provided that determines a laser output error and outputs a notification signal when the detection value of the first temperature sensor 27a exceeds a set value.
이처럼 상기 레이저 출력감시모듈(28)에 의해 레이저 출력 오류를 실시간으로 감지하여 고가의 장비 손상을 방지할 수 있다.In this way, damage to expensive equipment can be prevented by detecting laser output errors in real time using the laser output monitoring module 28.
도 3에서, 상기 광출력부(22)의 포커싱 렌즈(22a) 전방에 보호글라스(22b)가 설치되고, 상기 가스포트(24)를 통하여 투입되는 공정가스는 보호글라스(22c) 전방에 이격된 위치에서 분사되어 에어커튼을 형성하도록 구비된다.In FIG. 3, a protective glass 22b is installed in front of the focusing lens 22a of the optical output unit 22, and the process gas introduced through the gas port 24 is spaced in front of the protective glass 22c. It is provided to form an air curtain by being sprayed at a certain location.
이처럼, 상기 가스포트(24)에서 출력되는 공정가스에 의해 보호글라스(22b) 표면이 클리닝됨과 더불어 에어커튼 보호막을 형성하여 이물질에 의해 오염이 방지되는 이점이 있다. In this way, the surface of the protective glass 22b is cleaned by the process gas output from the gas port 24 and an air curtain protective film is formed, thereby preventing contamination by foreign substances.
또한, 상기 광출력부(22)의 포커싱 렌즈(22a)에서 레이저 연소점(P) 사이 구간(L)에 노즐바디(23)와 가스젯니들(25)이 배치되고, 상기 가스젯니들(25)에 의해 노즐바디(23)의 경사유로(23a)가 차지하는 용적이 비교적 축소되면서, 경사유로(23a) 내에 머무르는 공정가스량이 비교적 감소되도록 구성된다.In addition, a nozzle body 23 and a gas jet needle 25 are disposed in the section L between the focusing lens 22a of the optical output unit 22 and the laser combustion point P, and the gas jet needle 25 ), the volume occupied by the inclined passage 23a of the nozzle body 23 is relatively reduced, and the amount of process gas remaining in the inclined passage 23a is relatively reduced.
이에 상기 가스포트(24)를 통한 공정가스 투입 압력에 대응하여 가스젯니들(25)을 통한 공정가스 분사압력이 조절되기까지 반응시간이 비교적 단축되도록 구비됨에 따라 주조방안의 절단 공정에서 레이저 커팅 두께에 대응하여 공정가스 분사압력이 정밀하게 제어되므로 주조방안의 절단효율이 향상됨과 더불어 다양한 두께의 스크랩(S) 및 변칙성 스크랩(S1)을 효과적으로 커팅할 수 있다.Accordingly, the reaction time is relatively short until the process gas injection pressure through the gas jet needle 25 is adjusted in response to the process gas input pressure through the gas port 24, thereby reducing the laser cutting thickness in the cutting process of the casting method. In response, the process gas injection pressure is precisely controlled, so the cutting efficiency of the casting method is improved and scrap (S) and irregular scrap (S1) of various thicknesses can be effectively cut.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법을 나타내는 구성도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법에 의한 주조방안의 절단 전, 후 상태를 나타내는 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법의 변칙성 스크랩을 나타내는 구성도이며, 도 8 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 커팅을 이용한 주조방안의 절단공법의 로테이트모듈을 나타내는 구성도이다.Figure 4 is a flow chart schematically showing a cutting method of a casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a configuration showing a cutting method of a casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention. Figure 6 is a configuration diagram showing the state before and after cutting the casting method by the cutting method of the casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention, and Figure 7 is a configuration diagram showing the state before and after cutting the casting method according to an embodiment of the present invention. It is a configuration diagram showing anomalous scrap of the cutting method of the casting method using laser cutting, and Figures 8 and 9 are diagrams showing the rotation module of the cutting method of the casting method using laser cutting according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈을 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법은, 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안에 따른 절단 경로로 절단이 수행되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있으며, 특히, 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단경로에 반영됨에 따라 노후 금형의 사용 수명이 연장되면서 수작업에 의한 타발, 사상 등의 후공정이 생략되므로 불필요한 공정 단축 및 인건비를 대폭 절감할 수 있도록 경로설정단계(S10), 로딩단계(S20), 주조방안 레이저 절단단계(S30), 언로딩단계(S40)를 포함하여 주요 구성으로 한다.The non-ferrous metal casting laser cutting method using the laser head module for cutting in the casting method according to the present invention is shock-free because the laser head module is numerically controlled by a robot arm and cutting is performed along the cutting path according to the casting method by laser cutting. In addition to preventing deformation and damage to the workpiece due to cutting of the casting method, it is possible to flexibly respond to changes in the specifications of the workpiece by simply correcting the cutting path of the casting method. In particular, anomalies formed in the workpiece due to mold aging are prevented. As scrap is detected through vision inspection and reflected in the cutting path of the casting method, the service life of old molds is extended and post-processes such as manual punching and sanding are omitted, thereby shortening unnecessary processes and significantly reducing labor costs. The main components include a setting step (S10), a loading step (S20), a casting plan laser cutting step (S30), and an unloading step (S40).
1. 경로설정단계(S10)1. Route setting step (S10)
본 발명에 따른 경로설정단계(S10)는, 피가공물(A)의 스크랩(S)이 형성되는 위치를 기반으로 기본 주조방안의 절단경로 값을 산출하는 단계이다.The path setting step (S10) according to the present invention is a step of calculating the cutting path value of the basic casting method based on the position where the scrap (S) of the workpiece (A) is formed.
상기 경로설정단계(S10)는 컴퓨터(예컨대, 3D CAD/CAM 프로그램)를 이용해 피가공물(A)을 설계를 하고, 그 설계 데이터를 토대로 로봇팔(R)을 작동시키는 NC(수치제어) 프로그램을 작성하여, 자동으로 스크랩(S) 위치를 주조방안의 절단할 수 있도록 기본 주조방안의 절단경로 값을 산출하게 된다.The path setting step (S10) designs the workpiece (A) using a computer (e.g., 3D CAD/CAM program) and uses an NC (numerical control) program to operate the robot arm (R) based on the design data. By writing this, the cutting path value of the basic casting method is calculated so that the scrap (S) location can be automatically cut in the casting method.
여기서, 상기 스크랩(S)은 런너, 오버플로우를 포함하는 다이캐스팅(Diecasting) 제품에서는 주조시 필연적으로 형성되는 부분을 일컫는다. Here, the scrap (S) refers to a part that is inevitably formed during casting in diecasting products including runners and overflows.
2. 로딩단계(S20)2. Loading step (S20)
본 발명에 따른 로딩단계(S20)는, 피가공물(A)을 주조방안의 절단지그(10) 상으로 투입하는 단계이다.The loading step (S20) according to the present invention is a step of putting the workpiece (A) onto the cutting jig (10) of the casting method.
상기 로딩단계(S20)는 주조 금형이 형개 작동되면, 도 2처럼 별도의 로봇팔이 피가공물(A)을 클램핑한 상태로 취출하여 주조방안의 절단지그(10) 상으로 로딩하고, 이때 로봇팔과 주조방안의 절단지그(10)는 피가공물(A)이 특정 지점을 기준으로 항상 설정된 위치에 안착되도록 설정된다. In the loading step (S20), when the casting mold is opened, a separate robot arm takes out the workpiece (A) in a clamped state as shown in Figure 2 and loads it onto the cutting jig (10) in the casting room. At this time, the robot arm The cutting jig 10 in the casting method is set so that the workpiece A is always seated at a set position based on a specific point.
3. 로봇팔 위치보정단계(S20-1)3. Robot arm position correction step (S20-1)
본 발명에 따른 로봇팔 위치보정단계(S20-1)는, 상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안의 절단지그(10) 상에 로딩된 피가공물(A)을 비전검사하여 로딩 위치 값을 검출하고, 로딩 위치 값을 설정된 기준 로딩 위치 값과 대비하여 로딩 오차 값을 산출하며, 로딩 오차 값을 기준으로 경로설정단계(S10)에서 설정된 주조방안의 절단경로 값을 보정하는 단계이다.In the robot arm position correction step (S20-1) according to the present invention, after the loading step (S20), the loading position value is detected by vision inspection of the workpiece (A) loaded on the cutting jig (10) of the casting method. In this step, the loading position value is compared with the set standard loading position value to calculate the loading error value, and the cutting path value of the casting plan set in the path setting step (S10) is corrected based on the loading error value.
즉, 상기 주조방안의 절단지그(10) 상에 로딩된 피가공물(A)을 비전검사 시, 피가공물(A)의 외곽라인 또는 특정 부위를 기준으로 로딩 위치 값을 검출하고, 로딩 위치 값을 기준으로 기본 주조방안의 절단경로 값을 실시간으로 보정된다.That is, when performing a vision inspection of the workpiece (A) loaded on the cutting jig (10) of the casting method, the loading position value is detected based on the outer line or specific area of the workpiece (A), and the loading position value is As a standard, the cutting path value of the basic casting method is corrected in real time.
이처럼 상기 피가공물(A)이 로딩되는 중에 오차가 발생되더라도 오차에 대응하여 기본 주조방안의 절단경로 값이 보정됨에 따라 후술하는 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 레이저 커팅이 정밀하면서 커팅불량이 방지된다.In this way, even if an error occurs while loading the workpiece (A), the cutting path value of the basic casting method is corrected in response to the error, so that laser cutting is precise and cutting defects are prevented in the laser cutting step (S30) of the casting method described later. do.
또한, 상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안의 절단지그(10) 상에 로딩된 피가공물(A)을 비전검사하여 경로설정단계(S10)에서 설정된 기본 주조방안의 절단경로 값 외의 영역에 존재하는 변칙성 스크랩(S1)에 대한 변칙성 주조방안의 절단경로 값을 검출하도록 구비된다.In addition, after the loading step (S20), the workpiece (A) loaded on the cutting jig (10) of the casting method is visually inspected to determine if it exists in an area other than the cutting path value of the basic casting method set in the path setting step (S10). It is equipped to detect the cutting path value of the anomalous casting method for the anomalous scrap (S1).
일예로서, 도 7처럼 다이캐스팅(Diecasting) 금형의 노후로 인해 의도치 않게 형성되는 플래쉬, 버어를 포함하는 변칙성 스크랩(S1)이 발생시, 비전검사를 통하여 변칙성 스크랩(S1)에 대한 변칙성 주조방안의 절단경로 값을 산출하도록 구비된다.As an example, when anomalous scrap (S1) including flash and burrs that are unintentionally formed due to aging of the diecasting mold as shown in Figure 7 occurs, the anomalous casting method for the anomalous scrap (S1) is cut through vision inspection. It is provided to calculate the path value.
그리고, 변칙성 주조방안의 절단경로 값을 경로설정단계(S10)에서 산출된 기본 주조방안의 절단경로 값에 포함시켜 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 변칙성 스크랩(S1)을 포함하여 주조방안의 절단(레이저 커팅)하도록 구비된다.Then, the cutting path value of the anomalous casting method is included in the cutting path value of the basic casting method calculated in the path setting step (S10), and the casting method is cut including the anomalous scrap (S1) in the casting method laser cutting step (S30). It is equipped for (laser cutting).
이처럼 금형 노후로 인해 피가공물(A)에 형성되는 변칙성 스크랩(S1)이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 스크랩(S)과 함께 주조방안이 절단되도록 구성되므로, 금형이 일부 손상되더라도 유지보수 없이 지속적으로 사용할 수 있고, 수작업에 의한 후처리공정이 생략되므로 불필요한 공정 및 인건비를 대폭 절감할 수 있는 이점이 있다. In this way, the anomalous scrap (S1) formed on the workpiece (A) due to mold aging is detected through vision inspection and the casting plan is cut along with the scrap (S) in the casting plan laser cutting step (S30), so the mold is Even if it is partially damaged, it can be used continuously without maintenance, and since manual post-processing is omitted, unnecessary processes and labor costs can be significantly reduced.
4. 주조방안 레이저 절단단계(S30)4. Casting method laser cutting step (S30)
본 발명에 따른 주조방안 레이저 절단단계(S30)는, 상기 경로설정단계(S10)에서 설정된 주조방안의 절단경로 값을 기반으로 로봇팔(R)에 의해 레이저헤드모듈(20)이 이송되면서 레이저를 출력하여, 피가공물(A)에 형성되는 스크랩(S)을 커팅 제거하는 단계이다.In the casting method laser cutting step (S30) according to the present invention, the laser head module 20 is transported by the robot arm (R) based on the cutting path value of the casting method set in the path setting step (S10) and the laser is used. This is the step of cutting and removing the scrap (S) formed on the workpiece (A) by printing.
상기 주조방안 레이저 절단단계(S30)는 레이저헤드모듈(20)이 주조방안의 절단경로 값을 기반으로 이송되고, 도 6과 같이 스크랩(S)이 형성되는 구간에서 레이저를 출력하여 주조방안의 절단공정이 수행된다.In the casting plan laser cutting step (S30), the laser head module 20 is transported based on the cutting path value of the casting plan, and the laser is output in the section where scrap (S) is formed as shown in FIG. 6 to cut the casting plan. The process is carried out.
이처럼 레이저헤드모듈(20)이 로봇팔(R)에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안에 따른 절단 경로로 절단이 수행되므로, 무충격 스크랩 커팅으로 인한 피가공물(A) 변형 및 손상이 방지되고, 특히, 피가공물(A) 규격 변경에 대응하여 주조방안의 절단경로를 변경하는 방식으로 유연하게 대응할 수 있는 이점이 있다.In this way, the laser head module 20 is numerically controlled by the robot arm (R) and laser cutting is performed along the cutting path according to the casting method, preventing deformation and damage to the workpiece (A) due to non-impact scrap cutting. In particular, there is an advantage of being able to respond flexibly by changing the cutting path of the casting method in response to changes in the specifications of the workpiece (A).
도 8 내지 도 9에서, 상기 레이저헤드모듈(20)은 로봇팔(R)에 설치되는 로테이트모듈(30)에 의해 주조방안의 절단경로가 제어되도록 구비된다.8 to 9, the laser head module 20 is provided so that the cutting path of the casting method is controlled by the rotation module 30 installed on the robot arm (R).
상기 로테이트모듈(30)은, 로봇팔(R)에 설치되어 회전각도가 조절되는 센터축(31)과, 센터축(31)을 중심으로 양방향으로 연장되는 더블가이드붐(32)과, 더블가이드붐(32)에 한 쌍으로 설치되고, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)을 각각 독립적으로 직선 이송하는 한 쌍의 셔틀(33)을 포함한다.The rotation module 30 includes a center axis 31 installed on the robot arm (R) whose rotation angle is adjusted, a double guide boom 32 extending in both directions around the center axis 31, and a double guide It is installed as a pair on the boom 32 and includes a pair of shuttles 33 that independently linearly transport a pair of laser head modules 20.
일예로서, 도 8처럼 상기 로테이트모듈(30)은 사각형 피가공물(A)에 대응하여, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 피가공물(A)의 양측 변을 타고 이송되는 중에 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되면서 레이저를 출력하여 피가공물(A)의 양측 변에 형성되는 스크랩(S)을 동시에 제거한 후, 더블가이드붐(32)이 센터축(31)을 중심으로 회전각도가 변경된 상태로 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 피가공물의 다른 양측 변을 타고 이송되면서 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되어 피가공물(A)의 다른 양측 변에 형성되는 스크랩(S)을 동시에 커팅하도록 구비된다.As an example, as shown in Figure 8, the rotation module 30 corresponds to a square workpiece (A), and while a pair of laser head modules (20) are transported on both sides of the workpiece (A), a double guide boom ( 32), the scrap (S) formed on both sides of the workpiece (A) is simultaneously removed by outputting a laser while being transported independently in a straight line, and then the double guide boom (32) rotates around the center axis (31). In a changed state, a pair of laser head modules (20) are transported along the other two sides of the workpiece and are independently transported linearly through the double guide boom (32), forming scrap on the other two sides of the workpiece (A). It is equipped to cut (S) simultaneously.
도 9에서, 상기 로테이트모듈(30)은 원형 피가공물에 대응하여, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 센터축(31)을 중심으로 원호운동되는 중에 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되면서 각각 180˚ 회전반경 내에 스크랩(S)을 제거하도록 구비된다.In FIG. 9, the rotation module 30 independently rides on the double guide boom 32 while a pair of laser head modules 20 move in an arc around the center axis 31, corresponding to a circular workpiece. It is provided to remove scrap (S) within a 180° rotation radius while being transported in a straight line.
이처럼 상기 레이저헤드모듈(20)이 한 쌍으로 구비되어 180˚ 영역에서 각각 주조방안의 절단공정을 수행함에 따라 주조방안의 절단공정의 사이클타임이 50% 단축되는 이점이 있다.In this way, the laser head module 20 is provided as a pair and each performs the cutting process of the casting method in an area of 180°, so there is an advantage that the cycle time of the cutting process of the casting method is reduced by 50%.
5. 언로딩단계(S40)5. Unloading step (S40)
본 발명에 따른 언로딩단계(S40)는, 상기 스크랩(S)이 제거된 피가공물(A)을 배출하는 단계이다.The unloading step (S40) according to the present invention is a step of discharging the workpiece (A) from which the scrap (S) has been removed.
상기 언로딩단계(S40)는 상기 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 스크랩(S) 및 변칙성 스크랩(S1)이 제거되면, 별도의 로봇팔이 피가공물(A)을 클램핑한 상태로 이송하여 배출하고, 이어서 피가공물(A) 신규로 투입하게 된다.In the unloading step (S40), when the scrap (S) and anomalous scrap (S1) are removed in the casting method laser cutting step (S30), a separate robot arm transports and discharges the workpiece (A) in a clamped state. Then, a new workpiece (A) is introduced.
한편, 상기 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 제거된 스크랩(S) 및 변칙성 스크랩(S1)은 별도의 컨베이어를 타고 주조장치의 용해로 측으로 수거 이송되도록 구비된다.Meanwhile, the scrap (S) and anomalous scrap (S1) removed in the laser cutting step (S30) of the casting method are provided to be collected and transported to the melting furnace side of the casting device on a separate conveyor.
10: 주조방안의 절단지그 20: 레이저헤드모듈
30: 로테이트모듈 10: Cutting jig in the casting room 20: Laser head module
30: Rotate module
Claims (10)
상기 레이저헤드모듈(20)은, 헤드케이스(21) 내부에 설치되고, 포커싱렌즈(22a)에 의해 레이저를 포커싱하여 출력하는 광출력부(22)와, 헤드케이스(21) 선단에 장착되고, 내부에 레이저 출력방향 갈수록 지름이 축소되는 원추형 경사유로(23a)가 형성되는 노즐바디(23)와, 원추형 경사유로(23a) 내부로 공정가스를 주입하는 가스포트(24)와, 노즐바디(23)에 장착되고, 원추형 경사유로(23a)와 일직선상에 일치되도록 가스젯유로(25a)가 관통되어 레이저 및 공정가스를 노즐바디(23)와 이격된 위치까지 압송 출력하는 가스젯니들(25)을 포함하고,
상기 광출력부(22)의 포커싱 렌즈(22a)에서 레이저 연소점(P) 사이 구간(L)에 노즐바디(23)와 가스젯니들(25)이 배치되고, 상기 가스젯니들(25)에 의해 노즐바디(23)의 경사유로(23a)가 차지하는 용적이 비교적 축소되면서, 경사유로(23a) 내에 머무르는 공정가스량이 비교적 감소되어, 가스포트(24)를 통한 공정가스 투입 압력에 대응하여 가스젯니들(25)을 통한 공정가스 분사압력이 조절되기까지 반응시간이 비교적 단축되도록 구비되며,
상기 노즐바디(23)에 냉각모듈(26)이 설치되고, 상기 가스젯니들(25)은 노즐바디(23)와 열교환되면서 냉각되도록 구비되고,
상기 냉각모듈(26)에 의해 냉각되는 노즐바디(23)의 온도를 검출하는 제 1온도센서(27a)가 설치되고, 상기 노즐바디(23) 주변 온도를 검출하는 제 2온도센서(27b)가 구비되며, 제 1, 2온도센서(27a)(27b) 검출 값을 모니터링하여 제 2온도센서(27b) 검출 값을 기준으로 제 1온도센서(27a) 검출 값이 설정된 편차 범위내에 유지되도록 제어하는 결로방지모듈(27)이 구비되며,
상기 제 1온도센서(27a) 검출 값이 설정된 값을 초과하면 레이저 출력오류로 판단하고 알림신호를 출력하는 레이저 출력감시모듈(28)이 구비되는 것을 특징으로 하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈.In the cutting laser head module 20 of the casting method that is moved by the robot arm (R) to laser cut the scrap (S) of the workpiece (A),
The laser head module 20 is installed inside the head case 21, has an optical output unit 22 that focuses and outputs a laser using a focusing lens 22a, and is mounted on the tip of the head case 21, A nozzle body 23 in which a conical inclined passage 23a whose diameter decreases in the laser output direction is formed inside, a gas port 24 for injecting process gas into the conical inclined passage 23a, and a nozzle body 23 ), and the gas jet passage (25a) penetrates so as to be in line with the conical inclined passage (23a), thereby pressurizing and outputting the laser and process gas to a position spaced apart from the nozzle body (23). Including,
A nozzle body 23 and a gas jet needle 25 are disposed in the section L between the focusing lens 22a of the optical output unit 22 and the laser combustion point P, and the gas jet needle 25 As the volume occupied by the inclined passage 23a of the nozzle body 23 is relatively reduced, the amount of process gas remaining in the inclined passage 23a is relatively reduced, and the gas jet is discharged in response to the process gas input pressure through the gas port 24. It is provided so that the reaction time is relatively short until the process gas injection pressure through the needle 25 is adjusted,
A cooling module 26 is installed in the nozzle body 23, and the gas jet needle 25 is provided to cool while exchanging heat with the nozzle body 23,
A first temperature sensor 27a is installed to detect the temperature of the nozzle body 23 cooled by the cooling module 26, and a second temperature sensor 27b is installed to detect the temperature around the nozzle body 23. It is provided and monitors the detection values of the first and second temperature sensors (27a) and (27b) and controls the detection value of the first temperature sensor (27a) to be maintained within a set deviation range based on the detection value of the second temperature sensor (27b). A condensation prevention module (27) is provided,
A laser head module for cutting in a casting method, characterized in that it is provided with a laser output monitoring module (28) that determines a laser output error and outputs a notification signal when the detection value of the first temperature sensor (27a) exceeds a set value.
상기 광출력부(22)의 포커싱 렌즈(22a) 전방에 보호글라스(22b)가 설치되고, 상기 가스포트(24)를 통하여 투입되는 공정가스는 보호글라스(22c) 전방에 이격된 위치에서 분사되어 에어커튼을 형성하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈.According to clause 1,
A protective glass 22b is installed in front of the focusing lens 22a of the optical output unit 22, and the process gas injected through the gas port 24 is sprayed at a spaced location in front of the protective glass 22c. A laser head module for cutting in a casting method, characterized in that it is provided to form an air curtain.
피가공물(A)의 스크랩(S)이 형성되는 위치를 기반으로 기본 주조방안의 절단경로 값을 산출하는 경로설정단계(S10);
피가공물(A)을 주조방안의 절단지그(10) 상으로 투입하는 로딩단계(S20);
상기 경로설정단계(S10)에서 설정된 주조방안의 절단경로 값을 기반으로 로봇팔(R)에 의해 레이저헤드모듈(20)이 이송되면서 레이저를 출력하여, 피가공물(A)에 형성되는 스크랩(S)을 커팅 제거하는 주조방안 레이저 절단단계(S30); 및
상기 스크랩(S)이 제거된 피가공물(A)을 배출하는 언로딩단계(S40);를 포함하고,
상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안의 절단지그(10) 상에 로딩된 피가공물(A)을 비전검사하여 로딩 위치 값을 검출하고, 로딩 위치 값을 설정된 기준 로딩 위치 값과 대비하여 로딩 오차 값을 산출하며, 로딩 오차 값을 기준으로 경로설정단계(S10)에서 설정된 주조방안의 절단경로 값을 보정하는 로봇팔 위치보정단계(S20-1)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈을 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법.In the non-ferrous metal casting laser cutting method using the cutting laser head module of the casting method of claim 1 or 5,
A path setting step (S10) of calculating the cutting path value of the basic casting method based on the position where the scrap (S) of the workpiece (A) is formed;
A loading step (S20) of injecting the workpiece (A) onto the cutting jig (10) of the casting method;
Based on the cutting path value of the casting method set in the path setting step (S10), the laser head module 20 is transported by the robot arm (R) and outputs a laser, forming scrap (S) on the workpiece (A). ) Laser cutting step (S30) of the casting method for cutting and removing; and
An unloading step (S40) of discharging the workpiece (A) from which the scrap (S) has been removed,
After the loading step (S20), the loading position value is detected by vision inspection of the workpiece (A) loaded on the cutting jig 10 of the casting method, and the loading position value is compared with the set reference loading position value to determine the loading error. Cutting of the casting plan, further comprising a robot arm position correction step (S20-1) that calculates the value and corrects the cutting path value of the casting plan set in the path setting step (S10) based on the loading error value. Non-ferrous metal casting laser cutting method using a laser head module.
상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안의 절단지그(10) 상에 로딩된 피가공물(A)을 비전검사하여 경로설정단계(S10)에서 설정된 기본 주조방안의 절단경로 값 외의 영역에 존재하는 변칙성 스크랩(S1)에 대한 변칙성 주조방안의 절단경로 값을 검출하고, 변칙성 주조방안의 절단경로 값을 경로설정단계(S10)에서 설정된 기본 주조방안의 절단경로 값에 포함시켜 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 변칙성 스크랩(S1)을 포함하여 주조방안의 절단하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈을 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법.According to clause 6,
After the loading step (S20), the workpiece (A) loaded on the cutting jig (10) of the casting method is visually inspected to check for irregularities existing in areas other than the cutting path value of the basic casting method set in the path setting step (S10). The cutting path value of the anomalous casting method for the scrap (S1) is detected, and the cutting path value of the anomalous casting method is included in the cutting path value of the basic casting method set in the path setting step (S10) to create a casting method laser cutting step (S30). ) A non-ferrous metal casting laser cutting method using a laser head module for cutting a casting, characterized in that it is provided for cutting the casting, including anomalous scrap (S1).
상기 레이저헤드모듈(20)은 로봇팔(R)에 설치되는 로테이트모듈(30)에 의해 주조방안의 절단경로가 제어되도록 구비되고,
상기 로테이트모듈(30)은,
로봇팔(R)에 설치되어 회전각도가 조절되는 센터축(31)과,
센터축(31)을 중심으로 양방향으로 연장되는 더블가이드붐(32)과,
더블가이드붐(32)에 한 쌍으로 설치되고, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)을 각각 독립적으로 직선 이송하는 한 쌍의 셔틀(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈을 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법.According to clause 6,
The laser head module 20 is provided so that the cutting path of the casting method is controlled by the rotation module 30 installed on the robot arm (R),
The rotation module 30,
A center axis (31) installed on the robot arm (R) whose rotation angle is adjusted,
A double guide boom (32) extending in both directions around the center axis (31),
A laser head for cutting in a casting method, which is installed as a pair on the double guide boom (32) and includes a pair of shuttles (33) that independently linearly transport the pair of laser head modules (20). Non-ferrous metal casting laser cutting method using a module.
상기 로테이트모듈(30)은 사각형 피가공물(A)에 대응하여, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 피가공물(A)의 양측 변을 타고 이송되는 중에 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되면서 레이저를 출력하여 피가공물(A)의 양측 변에 형성되는 스크랩(S)을 동시에 제거한 후, 더블가이드붐(32)이 센터축(31)을 중심으로 회전각도가 변경된 상태로 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 피가공물의 다른 양측 변을 타고 이송되면서 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되어 피가공물(A)의 다른 양측 변에 형성되는 스크랩(S)을 동시에 커팅하도록 구비되며,
상기 로테이트모듈(30)은 원형 피가공물에 대응하여, 한 쌍의 레이저헤드모듈(20)이 센터축(31)을 중심으로 원호운동되는 중에 더블가이드붐(32)을 타고 독립적으로 직선 이송되면서 각각 180˚ 회전반경 내에 스크랩(S)을 제거하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 주조방안의 절단용 레이저 헤드 모듈을 이용한 비철금속 주조 레이저 절단방법.According to clause 9,
The rotation module 30 corresponds to a square workpiece (A), and while a pair of laser head modules (20) are transported along both sides of the workpiece (A), they independently ride on the double guide boom (32). After the scrap (S) formed on both sides of the workpiece (A) is simultaneously removed by outputting a laser while being transported in a straight line, the double guide boom (32) is paired with the rotation angle changed around the center axis (31). The laser head module (20) is transported along the other two sides of the workpiece and is independently linearly transported along the double guide boom (32), simultaneously cutting the scrap (S) formed on the other two sides of the workpiece (A). It is equipped to do so,
The rotation module 30 corresponds to a circular workpiece, and while a pair of laser head modules 20 move in an arc around the center axis 31, they are independently conveyed in a straight line on the double guide boom 32, respectively. A non-ferrous metal casting laser cutting method using a laser head module for cutting in a casting method, characterized in that it is provided to remove scrap (S) within a 180˚ rotation radius.
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