KR102636420B1 - 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법에 관련되며, 이때 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법은 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안 레이저 절단공정이 수행되도록 구조 개선되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단 경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있고, 특히, 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단 경로에 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.
Description
본 발명은 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법에 관련되며, 보다 상세하게는 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안 레이저 절단공정이 수행되도록 구조 개선되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단 경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있고, 특히, 다이캐스팅(Diecasting) 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단 경로에 반영됨에 따라 노후 금형의 사용 수명이 연장되면서 수작업에 의한 타발, 사상 등의 후공정이 생략되므로 불필요한 공정 단축 및 인건비를 대폭 절감할 수 있는 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안 레이저 절단공정이 수행되도록 구조 개선되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단 경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있고, 특히, 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단 경로에 반영됨에 따라 노후 금형의 사용 수명이 연장되면서 수작업에 의한 타발, 사상 등의 후공정이 생략되므로 재고비용 감소와 레이저 주조방안 절단으로 인한 일괄 주조로 생산라인 구축으로 인한 생산성 향상 인건비를 대폭 절감할 수 있는 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 피가공물(A)의 스크랩(S)이 형성되는 위치를 기반으로 기본 주조방안의 절단경로 값을 산출하는 경로설정단계(S10); 피가공물(A)을 주조방안 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.
이때, 상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안 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.
또한, 상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안 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 주조방안을 절단하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
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.
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.
또한, 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.
또한, 상기 노즐바디(23)에 냉각모듈(26)이 설치되고, 상기 가스젯니들(25)은 노즐바디(23)와 열교환되면서 냉각되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
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.
또한, 상기 제 1온도센서(27a) 검출 값이 설정된 값을 초과하면 레이저 출력오류로 판단하고 알림신호를 출력하는 레이저 출력감시모듈(28)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
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.
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.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안 레이저 절단공정이 수행되도록 구조 개선되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단 경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있고, 특히, 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단 경로에 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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법을 개략적으로 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 주조방안 절단지그 및 레이저헤드모듈을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법에 의한 주조방안의 절단 전, 후 상태를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 변칙성 스크랩을 나타내는 구성도.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 로테이트모듈을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 레이저헤드모듈을 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 냉각모듈 및 출력감시모듈을 나타내는 구성도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 노즐바디와 가스젯니들 배치상태를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 주조방안 절단지그 및 레이저헤드모듈을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법에 의한 주조방안의 절단 전, 후 상태를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 변칙성 스크랩을 나타내는 구성도.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 로테이트모듈을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 레이저헤드모듈을 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 냉각모듈 및 출력감시모듈을 나타내는 구성도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 노즐바디와 가스젯니들 배치상태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 주조방안 절단지그 및 레이저헤드모듈을 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법에 의한 주조방안의 절단 전, 후 상태를 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 변칙성 스크랩을 나타내는 구성도이며, 도 5 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 로테이트모듈을 나타내는 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 레이저헤드모듈을 나타내는 구성도이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 냉각모듈 및 출력감시모듈을 나타내는 구성도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법의 노즐바디와 가스젯니들 배치상태를 나타내는 구성도이다.
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.
본 발명은 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법에 관련되며, 이때 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법은 레이저헤드모듈이 로봇팔에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안 레이저 절단공정이 수행되도록 구조 개선되므로, 무충격 주조방안의 절단으로 인해 피가공물 변형 및 손상이 방지됨과 더불어 주조방안의 절단 경로를 간단하게 보정하는 방식으로 피가공물 규격 변경에 유연하게 대응할 수 있고, 특히, 금형 노후로 인해 피가공물에 형성되는 변칙성 스크랩이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안의 절단 경로에 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.
1. 경로설정단계(S10)
본 발명에 따른 경로설정단계(S10)는, 피가공물(A)의 스크랩(S)이 형성되는 위치를 기반으로 기본 주조방안의 절단경로 값을 산출하는 단계이다.
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.
여기서, 상기 스크랩(S)은 런너, 오버플로우를 포함하는 다이캐스팅(Diecasting)제품에서는 주조시 필연적으로 형성되는 부분을 일컫는다.
2. 로딩단계(S20)
본 발명에 따른 로딩단계(S20)는, 피가공물(A)을 주조방안 절단지그(10) 상으로 투입하는 단계이다.
상기 로딩단계(S20)는 주조 금형이 형개 작동되면, 도 2처럼 별도의 로봇팔이 피가공물(A)을 클램핑한 상태로 취출하여 주조방안 절단지그(10) 상으로 로딩하고, 이때 로봇팔과 주조방안 절단지그(10)는 피가공물(A)이 특정 지점을 기준으로 항상 설정된 위치에 안착되도록 설정된다.
3. 로봇팔 위치보정단계(S20-1)
본 발명에 따른 로봇팔 위치보정단계(S20-1)는, 상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안 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.
즉, 상기 주조방안 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.
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.
또한, 상기 로딩단계(S20) 이후, 주조방안 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.
일예로서, 도 4처럼 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.
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.
이처럼 금형 노후로 인해 피가공물(A)에 형성되는 변칙성 스크랩(S1)이 비전검사를 통하여 검출되어 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 스크랩(S)과 함께 주조방안의 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.
4. 주조방안 레이저 절단단계(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.
상기 주조방안 레이저 절단단계(S30)는 레이저헤드모듈(20)이 주조방안의 절단경로 값을 기반으로 이송되고, 도 3과 같이 스크랩(S)이 형성되는 구간에서 레이저를 출력하여 주조방안의 절단경로로 절단공정이 수행된다.
이처럼 레이저헤드모듈(20)이 로봇팔(R)에 의해 수치제어되어 레이저 커팅에 의해 주조방안 레이저 절단공정이 수행되므로, 무충격 스크랩 커팅으로 인한 피가공물(A) 변형 및 손상이 방지되고, 특히, 피가공물(A) 규격 변경에 대응하여 주조방안의 절단 경로를 변경하는 방식으로 유연하게 대응할 수 있는 이점이 있다.
도 5 내지 도 6에서, 상기 레이저헤드모듈(20)은 로봇팔(R)에 설치되는 로테이트모듈(30)에 의해 주조방안의 절단경로가 제어되도록 구비된다.
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.
일예로서, 도 5처럼 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.
도 6에서, 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.
이처럼 상기 레이저헤드모듈(20)이 한 쌍으로 구비되어 180˚ 영역에서 각각 주조방안의 절단경로로 절단공정을 수행함에 따라 주조방안의 절단공정 사이클타임이 50% 단축되는 이점이 있다.
도 7에서, 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 포함한다.
즉, 상기 광출력부(22)의 포커싱 렌즈(22a)에서 레이저 연소점(P) 사이 구간(L)에 노즐바디(23)와 가스젯니들(25)이 배치되고, 이때 가스젯니들(25)은 외경이 2~5mm이고, 내경은 1~1.5mm로 형성되는 관체(예컨대, 사각 또는 원형관체)로 형성된다.
이처럼 상기 가스젯니들(25) 외경이 2~5mm인 비교적 소형 관체로 형성되고, 가스젯니들(25)에 의해 공정가스가 노즐바디(23)와 이격된 위치(예컨대, 레이저 연소점(P))까지 압송 출력되도록 구비됨에 따라 도 7과 같이 가스젯니들(25)이 피가공물(A)에 간섭없이 스크랩(S) 및 변칙성 스크랩(S1) 커팅지점으로 공정가스를 압송하여 주조방안을 절단할 수 있는 이점이 있다.
도 8에서, 상기 노즐바디(23)에 냉각모듈(26)이 설치되고, 상기 가스젯니들(25)은 노즐바디(23)와 열교환되면서 냉각되도록 구비된다.
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.
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.
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.
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.
또한, 상기 제 1온도센서(27a) 검출 값이 설정된 값을 초과하면 레이저 출력오류로 판단하고 알림신호를 출력하는 레이저 출력감시모듈(28)이 구비된다.
이처럼 상기 레이저 출력감시모듈(28)에 의해 레이저 출력 오류를 실시간으로 감지하여 고가의 장비 손상을 방지할 수 있다.
도 9에서, 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.
이처럼, 상기 가스포트(24)에서 출력되는 공정가스에 의해 보호글라스(22b) 표면이 클리닝됨과 더불어 에어커튼 보호막을 형성하여 이물질에 의해 오염이 방지되는 이점이 있다.
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.
이에 상기 가스포트(24)를 통한 공정가스 투입 압력에 대응하여 가스젯니들(25)을 통한 공정가스 분사압력이 조절되기까지 반응시간이 비교적 단축되도록 구비됨에 따라 주조방안 레이저 절단공정에서 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.
5. 언로딩단계(S40)
본 발명에 따른 언로딩단계(S40)는, 상기 스크랩(S)이 제거된 피가공물(A)을 배출하는 단계이다.
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.
한편, 상기 주조방안 레이저 절단단계(S30)에서 제거된 스크랩(S) 및 변칙성 스크랩(S1)은 별도의 컨베이어를 타고 주조장치의 용해로 측으로 수거 이송되도록 구비된다.
10: 주조방안 절단지그 20: 레이저헤드모듈
30: 로테이트모듈
30: 로테이트모듈
Claims (11)
- 피가공물(A)의 스크랩(S)이 형성되는 위치를 기반으로 기본 주조방안의 절단경로 값을 산출하는 경로설정단계(S10); 피가공물(A)을 주조방안 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, 주조방안 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 포함하며,
상기 주조방안 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 주조방안을 절단하도록 구비되고,
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 가스젯니들(25)은 외경이 2~5mm이고, 내경은 1~1.5mm로 형성되는 관체이고,
상기 가스젯니들(25)에 의해 공정가스가 노즐바디(23)와 이격된 레이저 연소점(P)까지 압송 출력되도록 구비되어, 가스젯니들(25)이 피가공물(A)에 간섭없이 스크랩(S) 및 변칙성 스크랩(S1) 커팅지점으로 공정가스를 압송하여 주조방안을 절단할 수 있으며,
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 구비되고,
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 구비되며,
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 포함하고,
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 레이저를 이용한 비철금속 주조방안의 절단공법. - 삭제
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