KR102649840B1 - 스웹 레이저 소스를 이용한 레이저 용접부 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스웹 레이저 소스(Swept Laser Source)를 사용하는 SS-OCT(Swept Source Optical Coherence Tomography)를 이용하여 레이저 용접중인 부위를 모니터링하기 위한 파장 가변 레이저 소스를 이용한 레이저 용접부 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 용접을 위해 레이저빔을 집속하는 가공물(1)에서 발생하는 키 홀의 깊이를 SS-OCT로 측정하여 용입 깊이의 프로파일을 얻으며, 키 홀을 스캔하여 최대 깊이 위치를 얻음으로써 보다 정확한 용입 깊이의 프로파일을 얻고, 용접선을 따라 형성되는 용입 깊이의 변동을 최소화하도록 제어할 수도 있다.

Description

스웹 레이저 소스를 이용한 레이저 용접부 모니터링 시스템{LASER WELDING PORTION MONITORING SYSTEM USING SWEPT LASER SOURCE}

본 발명은 스웹 레이저 소스(Swept Laser Source)를 사용하는 SS-OCT(Swept Source Optical Coherence Tomography)를 이용하여 레이저 용접중인 부위를 모니터링하기 위한 파장 가변 레이저 소스를 이용한 레이저 용접부 모니터링 시스템에 관한 것이다.

레이저 용접의 품질은 용접에 의해 형성된 비드(bead)의 형상에 따라 평가할 수 있다. 여기서, 비드의 표면 형상은 용접 후 검사하여 평가할 수 있으나, 비드의 두께는 용입 깊이에 의해 결정되므로 용접 중에 용입 깊이를 실시간 모니터링하여 평가할 수 있다.

도 1은 공개특허 제10-2020-0097994호에서 개시한 레이저 용접부 모니터링 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 레이저 발진기(10)에서 발진한 레이저빔(B1)을 콜리메이터(Collimator, 21), 다이크로익 미러(Dichroic Mirror, 22) 및 초점 조절 광학계(23)를 통해 가공물(1)에 조사할 시에, 레이저빔(B1)에 의해 용융되어 형성되는 키 홀(Key, Hole, 2)의 깊이를 OCT(30)로 측정한다.

OCT(30)에 구비된 간섭 광학계(32)는 광원(31)에서 출사되는 광을 분기 검사광과 기준광을 얻고, 검사광(B2)이 레이저빔(B1)과 동일 광축으로 가공물(1)에 조사된 후 반사되어 분광계(33)에 입사되게 하고, 기준광이 기준 미러(33b)에 반사되어 분광계(33)에 입사되게 하여서, 분광계(33)에서 기준광과 검사광에 의한 간섭광을 분석하게 한다.

레이저빔(B1)이 조사되는 위치를 용접선을 따라 이동시키면, 레이저빔(B1)이 조사되는 부위가 용융하여 용융지(3)가 형성되고, 용융지(3)에 키 홀(2)이 형성되므로, OCT(30)에서 출사하는 검사광(B2)을 레이저빔(B1)과 동일 광축으로 조사하여 키 홀(2)의 깊이를 측정할 수 있다. 그리고, 레이저빔(B1)이 지나간 부위에서는 용융지(3)가 응고되어 비드(4)가 형성되므로, 비드(4)의 두께를 결정하는 용입 깊이(D)를 키 홀(2)의 깊이 값으로 측정한다.

또한, 컨트롤러(40)는 기준 미러(32b)의 위치를 조절하는 선형 구동기(32c)를 이용하여 측정 기준점을 맞추고, 간섭 광학계(32)에 구비된 갈바노 미러(Galvano-mirror, 32a)를 이용하여 검사광(B2)을 용접 전후 부위로 조사되게 함으로써, 용접 전후 부위도 검사한다.

이에 따라, 키 홀(2)의 깊이를 측정하여 얻는 용입 깊이(D)와, 용접 전후의 표면 형상에 따라 용접 품질을 평가할 수 있다. 여기서, OCT(30)는 광대역 파장의 광원(31)과, 빛의 파장에 따른 간섭 스펙트럼을 분석하는 분광계(34)를 이용하는 SD-OCT(Spectral Domain Optical Coherence Tomography)로 구성된다.

그런데, 용접 중에 실시간으로 키 홀(2)을 측정하여야 하므로, 용접선을 따라 용접함에 따라 나타나는 키 홀(2)의 변동을 보다 정확하게 측정하기 위해서는 보다 높은 측정 속도가 요구되고, 더욱이, 용접 중에 가스가 발생하더라도 좀더 침투성이 좋은 빔으로 깊이 측정하는 것이 좋다.

또한, 용융지(3)는 유동성이 있는 용융물이므로, 용융지(3)에 형성되는 키 홀(2) 중에 최대 깊이의 위치가 레이저빔(B1)이 조사되는 위치와 일치하지 않을 수 있고, 그 상대적 위치도 용접선을 따라 용접하는 중에 일정하지 아니하고 변동할 수 있으므로, 도 1의 구성으로 측정한 키 홀(2) 깊이와 실제 용입 깊이의 오차가 크게 나올 수 있다.

KR 10-2020-0097994 A 2020.08.20.

따라서, 본 발명의 목적은 키 홀 깊이를 보다 정확하게 측정하고, 키 홀의 최대 깊이 위치가 가변적이더라도 최대 깊이를 측정할 수 있는 스웹 소스를 이용한 레이저 용접부 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 레이저 발진기(10)에서 발진한 레이저빔을 가공물(1)에 집속하는 광학계를 구비한 레이저 가공 헤드(20)와 결합하여 용접 부위를 모니터링하는 스웹 소스를 이용한 레이저 용접부 모니터링 시스템에 있어서, 스웹 레이저 소스(Swept Laser Source, 110)와, 레이저 가공 헤드(20)의 광학계의 광축 상에 정렬시킨 헤드 결합 광학계(120)와, 스웹 레이저 소스(110)에서 출사되는 스웹 레이저빔을 검사광과 기준광으로 분기하여 헤드 결합 광학계(130)를 통해 출사 후 입사되게 한 검사광과 기준 암(134)으로 반사시킨 기준광을 간섭시켜 간섭광을 생성하게 한 간섭 광학계(130) 및 간섭광을 검출하는 밸런스드 디텍터(140)를 포함한 SS-OCT(100); 및 용접 중에 발생하는 키 홀(2)의 깊이를 상기 밸런스드 디텍터(140)로 검출한 간섭광으로 얻어 모니터링하는 컨트롤러(200);를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 헤드 결합 광학계(120)는 검사광의 출사 방향을 조절하며, 상기 컨트롤러(200)는 상기 헤드 결합 광학계(120)를 제어하여 키 홀(2)을 검사광으로 스캔하여 얻는 최대 깊이를 키 홀(2)의 깊이로 결정한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(200)는 용접선을 따라 용접할 시에 키 홀(2)을 스캔하여 얻는 프로파일을 용접선 상의 좌표에 맞춰 도시하여서 부분 중첩시켜 나타나는 최대 깊이로 용입 깊이의 프로파일을 얻는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(200)는 키 홀(2)의 최대 깊이 위치를 검사광의 출사 방향으로 얻어 기억함으로써, 용접선을 따라 형성되는 용입 깊이의 프로파일을 최대 깊이 위치를 이어 얻는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(200)는 용접선을 따라 용접할 시에 키 홀 깊이가 일정하게 유지되도록 레이저 가공 헤드(20)를 제어한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러(200)는 검사광의 스캔 범위를 키 홀(2)의 전방으로 확장하여 용접 전의 부위에 대한 프로파일을 얻고, 용접 전의 부위을 기준으로 키 홀(2) 최대 깊이가 일정하게 유지되도록 레이저 가공 헤드(20)를 제어한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 간섭 광학계(130)는 상기 기준 암(134)에서 기준광을 반사시킬 기준 미러(134c)의 위치를 조절하여 기준광의 진행 거리를 조절할 수 있고, 상기 컨트롤러(200)는 용접 전에 가공물(1)의 표면으로 검출된 깊이 값을 기준으로 측정할 키 홀(2)의 깊이의 범위가 상기 SS-OCT(100)의 깊이 측정 범위에 들어가도록 상기 기준 미러(32b)의 위치를 조절한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 이미지화 속도와 깊이 해상도에 있어 장점을 갖는 SS-OCT(100)를 사용하여 키 홀(2)의 깊이를 보다 정확하게 측정할 수 있고, 고속처리의 장점을 활용하여 키 홀(2)을 스캔한 후 최대 깊이를 탐색하므로, 실제 용입 깊이에 근접한 프로파일을 얻으면서, 용접 중에 키 홀(2)의 깊이를 일정하게 유지하도록 용접 공정을 제어할 수도 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저 용접부 모티터링 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접부 모니터링 시스템의 구성도.
도 3은 컨트롤러(200)의 블록구성도.
도 4는 키 홀(2)을 스캔하여 키 홀(2)의 최저점에 해당되는 최대 깊이 위치(Dmax)을 탐색함을 보여주는 도면.
도 5는 키 홀(2)의 프로파일을 용접 진행 방향을 축으로 하는 그래프 상에 도시하여 용입 깊이를 결정하는 방식을 보여주는 도면.

본 발명에 따른 레이저 용접부 모니터링 시스템은 SS-OCT(Swept Source Optical Coherence Tomography, 100)를 레이저 가공 헤드(20)에 결합하여 실시간 측정한 키 홀(Key Hole, 2)로 용입 깊이의 프로파일을 얻는다.

이에 따라, 축(깊이) 프로파일(A-스캔)을 고품질 및 고속으로 획득하는 SS-OCT(100)의 장점을 활용하여, 측정한 키 홀(2)의 깊이에 따라 추정한 용입 깊이의 프로파일을 더욱 정확하게 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적이고 다양한 예시들을 보여주며 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이나 수정을 통해 실시될 수 있음도 분명하므로, 설명하는 실시 예들에 한정되지는 않는다. 그리고, 본 발명의 실시예들은 잘 알려진 부품, 회로, 기능, 방법, 전형적인 상세한 내용에 대해서는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 추가하여 실시할 수 있으므로, 자세히 기술하지 않기로 한다. 본 발명의 실시 예는 소프트웨어와 하드웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있고, 소프트웨어와 하드웨어 형태는 부품, 모듈, 부 등으로 기술될 수 있고, 기록매체에 구현된 컴퓨터에서 읽을 수 있는 프로그램 코드의 형태로 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 용접부 모니터링 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 레이저 용접부 모니터링 시스템은 레이저 용접하는 레이저 가공 헤드(20)에 결합하는 SS-OCT(Swept Source Optical Coherence Tomography, 100)와 SS-OCT(100)을 통해 키 홀(2)의 깊이를 측정하여 용입 깊이의 프로파일을 얻는 컨트롤러(200)를 포함한다.

먼저, 상기 SS-OCT(100)가 결합되는 레이저 가공 헤드(20)를 도 2에 예시한 구성으로 설명하면, 레이저 가공 헤드(20)는 레이저 발진기(10)에서 레이저 용접을 위해 발진한 레이저빔이 광섬유를 통해 입사되는 부분에 설치하여 레이저빔을 평행광으로 변환하는 콜리메이터(Collimator, 21), 평행광으로 변환된 레이저빔을 출사 방향을 향해 안내하는 다이크로익 미러(Dichroic Mirror, 22) 및 다이크로익 미러(22)에 의해 안내된 레이저빔을 가공물(1)을 향해 집속하며 초점 조절할 수 있게 구성된 초점 조절 광하계(23)를 구비하여, 가공물(1)을 레이저 용접할 수 있다. 여기서, 다이크로익 미리(22)는 용접을 위한 레이저빔을 선택적으로 반사시키고 상기 SS-OCT(100)에 의한 검사광을 투과시키는 미러로 구성되어서, 상기 SS-OCT(100)와 광학적으로 결합시킨다. 이러한 레이저 가공 헤드(20)의 구성은 하나의 예시로서 도 2에서 보여준 구성으로 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속한 기술분야에서 다양한 변형이 가능함은 당연하므로, 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 레이저 가공 헤드(20)에 광학적으로 결합하는 상기 SS-OCT(100)와, 키 홀(2) 깊이를 측정하는 상기 컨트롤러(200)에 대해서 상세하게 설명한다.

상기 SS-OCT(100)는 스웹 레이저 소스(Swept Laser Source, 110), 헤드 결합 광학계(120), 간섭 광학계(130) 및 밸런스드 디텍터(Balanced Detector, 140)를 포함한다.

상기 스웹 레이저 소스(110)는 SS-OCT(100)의 사양에 따라 설정된 파장 가변폭 내에서 파장 가변하는 협대역의 간섭성 광을 일정 주기로 출사한다.

상기 헤드 결합 광학계(120)는 레이저 가공 헤드(20)에 구비되는 광학계로서 레이저 가공 헤드(20)의 광학계의 출사 광축에 정렬되도록 광학적으로 결합되어서, 후술하는 간섭 광학계(130)에 의해 입사되는 검사광을 레이저빔의 집속 방향으로 조사되게 하고, 조사된 검사광이 반사되어 입사된 후 간섭 광학계(130)로 진행되게 한다.

구체적인 실시 예에 따르면, 상기 헤드 결합 광학계(120)는 입사되는 검사광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터(121)와, 평행광으로 변환된 검사광을 방향 전환하여 다이크로익 미러(22)를 투과한 후 초점 조절 광학계(23)로 향하도록 초점 조절 광학계(23)의 광축 상에 정렬시키며 초점 조절 광학계(23)를 향한 조사 방향을 조절할 수 있게 한 갈바노 미러(Galvano-mirror, 122)를 포함한다.

이에 따라, 검사광은 용접을 위해 레이저빔이 집속되는 방향으로 검사광도 집속하며 조사되고, 조사된 가공물(1)에 반사되어 상기 헤드 결합 광학계(120)로 입사되어서 상기 간섭 광학계(130)로 진행한다.

상기 간섭 광학계(130)는 상기 스웹 레이저 소스(110)에서 출사되는 스웹 레이저빔을 검사광과 기준광으로 분기하고, 검사광은 상기 헤드 결합 광학계(130)에 입사되어 가공물(1)에 반사된 후 입사될 시에 밸런스드 디텍터(140)로 향하게 하고, 기준광은 소정의 진행 거리를 진행한 후 밸런스드 디텍터(140)로 향하게 하는 기준 암(134)을 구비하여서, 검사광과 기준광을 간섭시켜 간섭광을 생성하게 한다.

구체적인 실시 예에 따라면, 상기 스웹 레이저 소스(110)에서 출사되는 스웹 레이저빔이 CIR(Circulator, 131)을 통해 FC(Fiber Coupler, 132)로 진행하여 기준광과 검사광으로 분기되게 하고, 검사광은 상기 헤드 결합 광학계(120)를 향하게 하여 가공물(1)에 반사된 후 입사될 시에 FC(132)를 통해 상기 밸런스드 디텍터(140)로 진행되게 한다. 그리고, 기준광은 편광상태를 조정하는 PC(Polarization Controller, 133)을 통해 상기 기준암(134)에 반사되어 돌아온 후 FC(132)에서 검사광과 커플링된 후 CIR(131)을 통해 상기 밸런스드 디텍터(140)로 진행되게 한다. 여기서, CIR(131)은 상기한 바와 같이 스웹 레이저빔 및 검사광을 일정한 방향으로 진행되게 한다.

상기 기준암(134)은 PC(133)를 경유하여 입사된 기준광을 콜리메이터(134a) 및 VA(variable optical attenuator, 134b)를 경유하여 기준 미러(134c)에 반사된 후 VA(134b) 및 콜리메이터(134a)를 통해 돌아가게 하며, 여기서, 기준 미러(134c)는 VA(134b)와의 거리를 조절하는 선형 구동기(134d)에 의해 위치 조절되어서, 기준광의 진행 거리를 조절할 수 있다.

하지만, 상기 간섭 광학계(130)는 기준광과 검사광을 간섭시키기 위한 광학계라면 공지된 다양한 기술에 의해 변형될 수도 있다.

상기 밸런스드 디텍터(140)는 기준광과 검사광에 의한 간섭광을 검출하여 기준광과 검사광의 진행 경로의 거리 차이에 따른 전기적 신호를 출력한다.

상기 컨트롤러(200)는 상기한 바와 같이 레이저 가공 헤드(20)에 결합한 상기 SS-OCT(100)를 이용하여 용입 깊이의 프로파일을 가공물(1)의 표면을 기준으로 얻고, 용입 깊이를 모니터링하여 용입 깊이를 용접선을 따라 일정하게 유지되도록 레이저 가공 헤드(20)를 제어하며, 이를 위해서, 도 3의 블록 구성도에 도시한 바와 같이 기준암 셋팅부(210), 용입 프로파일 생성부(220) 및 레이저 가공 헤드 연계부(230)를 포함한다.

상기 기준암 셋팅부(210)는 레이저빔을 가공물(1)에 조사하지 아니하고 상기 SS-OCT(100)에 의한 검사광만 용접 전 가공물(1)의 표면에 조사되게 하고, 상기 밸런스드 디텍터(140)로 검출되는 깊이 값에 따라 상기 기준 암(134)의 선형 구동기(134d)를 제어하여서, 용접 중에 측정할 키 홀(2)의 깊이의 범위가 상기 SS-OCT(100)의 깊이 측정 범위에 들어가게 한다. 즉, 상기 SS-OCT(100)의 유효한 깊이 측정 범위는 정해지므로, 그 깊이 측정 범위 내에서 키 홀(2)의 깊이를 측정하도록 선형 구동기(134d)의 위치를 조절하여서 깊이를 정확하게 측정할 수 있게 한다. 예를 들어, 용접 전 가공물(1)의 표면의 깊이 값이 '0'이 되게 하거나 아니면 가공물(1) 표면의 굴곡 또는 용접 후 돌출되는 비드(4)를 고려하여 가공물(1)의 표면보다 약간 높은 위치의 깊이 값이 '0'이 되게 할 수 있다.

상기 레이저 가공 헤드 연계부(230)는 레이저 가공 헤드(20)에 연결되어서, 레이저 가공 헤드(20)의 제어에 의해 용접선을 따라 진행하는 용접 진행 속도에 따라 레이저빔의 집속 위치 좌표를 얻고, 후술하는 바와 같이 용입 깊이를 조절하기 위해 레이저빔의 강도, 용접 진행 속도 등을 레이저 가공 헤드(20)에서 조절하도록 제어할 수 있게 한다.

상기 용입 프로파일 생성부(220)는 상기 기준암 셋팅부(210)에 의해서 깊이 측정의 기준이 정해진 후 레이저 가공 헤드(20)에 의해 용접선을 따라 용접하는 중에 발생하는 키 홀(2)의 깊이를 상기 밸런스드 디텍터(140)로 검출한 간섭광으로 얻고, 용접 중에 용접선을 따라 진행하는 키 홀(2)의 깊이 변화를 모니터링하며, 키 홀(2)의 최대 깊이를 용입 깊이(또는 응고되 비드의 깊이)로 결정하여, 용접선을 따라 용입 깊이의 변화를 보여주는 프로파일을 얻는다.

본 발명의 구체적인 실시 예에서는 갈바노 미러(122)을 제어하여 검사광이 키 홀(2)을 스캔하게 함으로써, 키 홀(2)의 프로파일을 얻는다.

도 4에 도시한 바와 같이, 검사광(B2)은 용접선 상을 따라 스캔하여, 용접 진향 방향의 키 홀(2) 단면 형상에 대한 프로파일을 얻는다. 또한, 검사광(B2)의 스캔 범위를 키 홀(2)의 전방으로 확장하여 용접선 상의 용접 전의 부위에 대한 프로파일도 얻어서, 용접 전 부위를 표면 깊이도 얻는다.

그리고, 키 홀(2)의 프로파일에서 최대 깊이 위치(Dmax)를 찾아 키 홀(2)의 깊이로 결정한다. 즉, 도 4에 예시한 바와 같이 최대 깊이 위치(Dmax)는 용융지(3)의 유동성에 의해서 레이저빔(B1)의 광축선에서 발생하지 않을 수 있고, 키 홀(2)이 용접 중에 용접선 상을 따라 이동하는 것으로 검출되는 데 이때 레이저빔(B1) 광축선과의 상대적 위치도 변동할 수 있으므로, 키 홀(2)을 스캔하여 얻는 프로파일에서 최대 깊이 위치(Dmax)을 키 홀(2)의 깊이로 결정한다. 이에 따라 용입 깊이(D)에 보다 근접한 깊이 값을 얻을 수 있다. 또한, 용접선 상을 따라 얻는 최대 깊이 위치(Dmax) 사이의 간격도 불규칙해질 수 있다.

여기서, 키 홀(2)의 단면 형상으로 깊이를 나타내는 프로파일을 이용하여 용입 깊이를 나타내는 프로파일, 즉, 용접 후 비드(4)의 두께를 나타내는 프로파일을 결정하는 방식은 다음 2가지 방식 중에 어느 하나로 할 수 있다.

첫째 방식으로서, 용접선을 따라 연속으로 얻는 키 홀(2) 프로파일을 중첩시켜 나타나는 최대 깊이로 용입 깊이의 프로파일을 결정할 수 있다.

도 5를 참조하며 설명하면, 일정 주기로 연속적으로 얻는 키 홀(2) 프로파일(S1, S2, S3)은 용접 진행 속도에 따라 얻는 용전선 상의 좌표에 맞춰 부분 중첩되게 한다. 그리고, 중첩된 구간에 대해 최대 깊이 위치(Dmax)의 깊이 값을 용입 깊이(D)로 결정한 프로파일을 얻는다.

둘째 방식으로서, 도 4에 예시한 바와 같이 각각의 키 홀(2) 프로파일(S1, S2, S3)에서 얻는 최대 깊이 위치(Dmax)를 이어지게 하여 용입 깊이의 프로파일을 얻는다. 즉, 각각의 키 홀(2) 프로파일(S1, S2, S3)에서 최대 깊이 위치(Dmax)는 갈바노 미러(122)에 의해서 가공물(1)을 출사되는 검사광의 방향에 따라 얻을 수 있으므로 갈바노 미러(122)의 제어값에 따라 획득하여 기억하여 둠으로써, 누적된 최대 깊이 위치를 선으로 이어서 용입 깊이의 프로파일을 얻을 수 있다. 둘째 방식은 첫재 방식에 비에 간단하지만 메모리(미도시)에 기억하는 데이터량을 줄이면서도 실제 용입 깊이에 근접한 프로파일을 얻을 수 있다.

또한, 상기 용입 프로파일 생성부(220)는 용접 진행에 따라 연속으로 측정되는 키 홀(2) 깊이의 변동을 최소화하도록 레이저 가공 헤드(20)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 용접 진행의 속도를 조절하거나, 레이저 가공 헤드(20)를 통해 레이서 발전기(10)의 출력 파워를 조절하게 할 수 있다.

아울러, 도 4에서 보여준 바와 같이 검사광의 스캔 범위를 키 홀(2)의 전방으로 확장하여 용접선 상의 용접 전 부위에 대한 프로파일도 얻으므로, 상기 용입 프로파일 생성부(220)는 용접 전의 부위를 기준으로 키 홀(2) 최대 깊이의 변동이 최소화하도록 레이저 가공 헤드(20)를 제어할 수 있다. 이러한 제어 방식은 가공물(1)의 표면이 평탄하지 않을 때에 유용하다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1 : 가공물 2 : 키 홀(Key Hole)
3 : 용융지(Weld Pool) 4 : 비드(bead)
10 : 레이저 발진기
20 : 레이저 가공 헤드
21 : 콜리메이터(Collimator)
22 : 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)
23 : 초점 조절 광학계
30 : OCT
31 : 광원
32 : 간섭 광학계 32a : 갈바노 미러(Galvano-mirror)
32b : 기준 미러 32c : 선형 구동기
33 : 분광계
40 : 컨트롤러
100 : SS-OCT(Swept Source Optical Coherence Tomography)
110 : 스웹 레이저 소스(Swept Laser Source)
120 : 헤드 결합 광학계
121 : 콜리메이터(Collimator) 122 : 갈바노 미러(Galvano-mirror)
130 : 간섭 광학계
131 : CIR(Circulator)
132 : FC(Fiber Coupler)
133 : PC(Polarization Controller)
134 : 기준 암(Reference Arm)
134a : 콜리메이터(Collimator)
134b : VA(variable optical attenuator)
134c : 기준 미러 134d : 선형 구동기
140 : 밸런스드 디텍터(Balanced Detector)
200 : 컨트롤러
210 : 기준암 셋팅부 220 : 용입 프로파일 생성부
230 : 레이저 가공 헤드 연계부

Claims (7)

1. 레이저 발진기(10)에서 발진한 레이저빔을 가공물(1)에 집속하는 광학계를 구비한 레이저 가공 헤드(20)와 결합하여 용접 부위를 모니터링하는 스웹 소스를 이용한 레이저 용접부 모니터링 시스템에 있어서,
   스웹 레이저 소스(Swept Laser Source, 110)와, 레이저 가공 헤드(20)의 광학계의 광축 상에 정렬시킨 헤드 결합 광학계(120)와, 스웹 레이저 소스(110)에서 출사되는 스웹 레이저빔을 검사광과 기준광으로 분기하여 헤드 결합 광학계(120)를 통해 출사 후 입사되게 한 검사광과 기준 암(134)으로 반사시킨 기준광을 간섭시켜 간섭광을 생성하게 한 간섭 광학계(130) 및 간섭광을 검출하는 밸런스드 디텍터(140)를 포함한 SS-OCT(100); 및
   용접 중에 발생하는 키 홀(2)의 깊이를 상기 밸런스드 디텍터(140)로 검출한 간섭광으로 얻어 모니터링하는 컨트롤러(200);
   를 포함하되,
   상기 헤드 결합 광학계(120)는 검사광의 출사 방향을 조절하고,
   상기 간섭 광학계(130)는 상기 기준 암(134)에서 기준광을 반사시킬 기준 미러(134c)의 위치를 조절하여 기준광의 진행 거리를 조절할 수 있으며,
   상기 컨트롤러(200)는 용접선을 따라 용접할 시에 상기 헤드 결합 광학계(120)를 제어하여 키 홀(2)을 스캔하여 얻는 프로파일을 용접선 상의 좌표에 맞춰 도시하여서 부분 중첩시켜 나타나는 최대 깊이로 용입 깊이의 프로파일을 얻고, 검사광의 스캔 범위를 키 홀(2)의 전방으로 확장하여 용접 전의 부위에 대한 프로파일을 얻고, 용접선을 따라 용접할 시에 용접 전의 부위를 기준으로 키 홀(2) 최대 깊이가 일정하게 유지되도록 레이저 가공 헤드(20)를 제어하고, 용접 전에 가공물(1)의 표면으로 검출된 깊이 값을 기준으로 측정할 키 홀(2)의 깊이의 범위가 상기 SS-OCT(100)의 깊이 측정 범위에 들어가도록 상기 기준 미러(134c)의 위치를 조절하는
   스웹 레이저 소스를 이용한 레이저 용접부 모니터링 시스템.
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