KR20000050098A

KR20000050098A - 레이저 가공기 집진장치

Info

Publication number: KR20000050098A
Application number: KR1020000025904A
Authority: KR
Inventors: 윤충섭
Original assignee: 윤충섭
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2000-08-05

Abstract

본 발명은 레이저 가공기에서, 가공시 발생하는 각종 유해가스를 효과적으로 집진하는 방법을 제공하고자 한다. 본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 거더(6) 아래에 집진 덕트(12)을 설치하고 이동식 집진 통로(13)를 Z축의 몸통(7)에 고정시켜 (7)의 움직임에 따라 같이 움직이게 하였다. 이 결과 가공물의 크기 및 가공물이 놓여있는 위치에 상관없이 같은 세기의 집진 효과를 얻을 수 있도록 하였다. 이를 위하여 집진 덕트(12) 양옆에 홈(21)을 만들어서 자바라(14) 운동이 직선방향으로 만 움직일 수 있도록 구속하였고, 집진통로(13) 이외에는 자바라(14)를 사용하여 밀폐가 이루어 질 수 있도록 하였다. 자바라에서 사용될 판들 앞뒤에 천을 놓아, 판들 사이를 봉합하여 자바라를 구성하였다.

Description

레이저 가공기 집진장치 {Fume Collector of Laser Machines}

레이저빔을 렌즈를 사용하여 집속하면, 물체 표면에서 고밀도 에너지원( 10⁷W/㎠)이 된다. 이 에너지원의 대부분은 물체 표면의 온도를 상승시키는 요인이 되는데, 단위면적당 에너지는 현재 알려진 모든 금속의 융점보다 상당히 높아서 금속을 액체 상태의 중간과정을 생략하고, 기화 상태(금속 증기)로 만들 수 있다.

레이저빔을 10⁸W이상으로 μS 영역의 짧은 빔을 사용하면 금속은 급속히 증발한다. 이러한 원리를 이용하는 것이 레이저 천공이고, 레이저 절단은 에너지원이 집중되는 부분에 절단가스를 불어내어 용융된 부위가 아래로 축출되게 만든 것이다. 재질에 따라 절단하는 과정을 분류할 수 있는데, 연소에 의한 절단(철), 증발에 의한 절단(비금속), 융해나 열충격에 의한 표면의 응력변화(세라믹, 유리)에 의한 절단, 용해에 의한 절단(Al, 특수강)이다. 반면, 물체 내부로 열이 전달이 잘되어 용융된 부위가 확장되게 하여 용접하게 하는 것이 레이저 용접이다. 이 경우에도 가스를 사용하는데 용융된 부위가 외부로부터의 접촉을 막는 보호의 목적으로 사용된다. 그 외에도 레이저 열처리(heat treatment) 및 레이저 표면합금(surface alloying)이 있다. 여기서 레이저 열처리는 표면에 빔이 흡수되어 열에너지로 변환된다. 열전달에 의해 흡수된 열은 내부로 전달되어 일정 깊이까지 임계온도이상으로 가열된다. 빔이 통과된 후 더 이상의 열에너지의 유입이 없을 때 내부로의 열전달로 인해 가열부위는 급속히 냉각된다. 이러한 자체냉각효과(self quenching effect)로 인해 물, 또는 기름 등의 냉매는 필요가 없어진다. 열처리에서는 표면의 레이저빔 흡수율을 높이기 위하여 보통 검정색 실리콘 도포를 입힌다. 반면 표면합금은 다양한 종류의 얇은 표면층을 고출력 레이저빔으로 빠른 속도로 용해시켜 기본금속으로 녹아 들어가게 하는 합금방법이다. 그리고 기본금속으로의 열전달로 인해 빠른 속도로 굳어진다.

위와 같이 레이저 가공시 해로운 많은 종류의 부산물(금속증기, 유해가스, 먼지 등)은 재료의 종류나 사용기체의 종류에 따라 다르게 생성된다. 가장 효과적인 방법은 기체나 증기를 생성직후에 흡입 및 여과시키는 것이 인체에 미치는 영향을 최소화하는 방법이다.

레이저 가공을 하기 위하여, 가공물과 레이저빔이 서로 상대적으로 운동하게끔 하는 가공장치(work station)가 필요하다. 이러한 상대적인 운동에 따라 {1} Fixed type : 레이저빔 고정에 가공물 이동, {2} Hybrid type : 레이저빔 이동(Y, Z축)에 가공물 이동(X 축) {3} Fly optics type[도 1] : 반사거울과 집속렌즈의 운동(X, Y, Z축)을 이용하여 레이저빔을 상대적으로 고정된 가공물을 가공할 수 있다. 이러한 반사거울과 집속렌즈의 구동하는 구조는 거더(6)의 무게를 가장 효과적으로 줄일 수 있게 되어, 고속 고정밀 위치정밀도와 반복도가 요구되는 시스템에 매우 효과적이다. 레이저 절단에서, {1}의 경우를 제외하고는 가공물을 효과적으로 전부 커버하는 집진장치를 구성하는 것은 불가능하다. 현재 {2}의 경우는 Y축의 고정부(거더)아래에 일직선으로 덕트를 설치하여 집진을 하고, {3}의 경우는 가공물 전체를 커버하는 덕트를 가공물 아래에 설치하여 집진한다.

이러한 장치들의 단점은 넓은 범위를 커버할 수 있는 집진 덕트 구조로 되어 있어 가공물의 크기에 따라 효율성이 달라지고, 또한 가공물 아래에 집진 설치가 되어있어 가공물 위에서 발생하는 각종 유해 가스, 금속증기 등에 대하여는 집진을 기대할 수 가 없다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 레이저 가공시 발생하는 각종 유해가스를 효과적으로 집진하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 거더(6) 아래에 이동식 집진 덕트(12)을 설치하고 집진 통로(13)를 Z축의 몸통(7)에 고정시켜 (7)의 움직임에 따라 같이 움직이게 하였다. 이 결과 가공물의 크기 및 가공물이 놓여있는 위치에 상관없이 같은 세기의 집진 효과를 얻을 수 있도록 하였다. 이를 위하여 집진 덕트(12) 양옆에 홈(21)을 만들어서 자바라(14) 운동이 직선방향으로 만 움직일 수 있도록 구속하였고, 집진통로(13) 이외에는 자바라(14)를 사용하여 밀폐가 이루어 질 수 있도록 하였다.

도 1은 본 발명에 집진장치가 설치된 레이저 가공기의 사시도

도 2는 레이저가공기 거더의 단면도(절단: a, 용접: b)

도 3은 도1에서 설치된 집진 장치르 밑에서 본 사시도

도 4는 집진장치에 사용된 자바라의 평면도

본 발명에 따른 집진 장치의 구성 및 작용을 본 발명에 따른 일 실시 예를 통하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공기의 집진장치를 나타낸 사시도를 나타내는데, 도 1은 {3} 유형의 레이저 가공기에 집진장치를 부착 예를 나타낸 것이다. 레이저 발생장치에서 출발한 레이저 빔(1)은 반사거울(2,3)에 반사되어 집속렌즈(8)를 통과하면서 가공물에 집속된다. 각각의 반사거울과 집속렌즈의 운동(X축(5)의 이동방향(9), Y축(6)의 이동방향(10), Z축(4)의 이동방향(11))이 가능하게 되어 고정된 가공물(16)을 가공할 수 있다. 도 2는 거더(6)와 Z축(7)의 단면도를 보여주는데 도 2.a는 레이저절단 경우이고, 도 2.b는 레이저용접 경우이다. 레이저절단 경우는 고정된 가공물(16)은 앞이 뾰쪽한 봉(17) 위에 올려져 있어 가공후의 빔이 잘 통과 될 수 있도록 하였다. 반면 레이저 용접의 경우는 두 가공물(16)의 간극을 최대한 근접시키고, 용접시 열팽창에 의한 추력에 견디기 위하여 푸셔(18)를 사용한다. 이러한 힘은 받을 수 있도록 지그(19)를 사용한다. 이 지그(19)는 홈(20)을 만들어 그 사이로 용접선이 놓여지게 하였다. 레이저 가공시 발생하는 각종 가스는 집진 통로(13)을 통하여 집진 덕트(12)로 이동하는데, 단지 집진통로(13) 만이 움직이게 된다. 이 집진 통로는 (7)의 이동과 같이 움직이게 하기 위하여 (15)를 이용하여 고정시켜다. 집진 덕트(12)에는 자바라(14)가 설치가 되어 국부적으로 집진을 하게 하였다. 이러한 기능은 도 3의 사시도에 나타나 있는데, 도 3은 집진 장치를 뒤집어 놓여 보여준 것이다. 여기서 집진 통로(13)만이 (15)의 움직임에 따라 좌우로 이동하게되는데 자바라(14)에 의하여 집진통로(13)을 제외한 나머지 부분을 막아준다. 도 4는 자바라(14)의 평면도를 보여주는데 양옆 중앙에는 원형 봉(22)이 있는데 이는 집진덕트(12)에 설치된 홈(21)에서만 움직이도록 되어 있다. 자바라(14)에 사용되는 판(23)들을 내구성이 좋은 천(24)을 앞뒤로 놓아 판(23)사이를 봉합(25)을 하면, 집진 통로(13)가 좌우로 움직일 때, 판(23)은 회전 운동하면서 궁극적으로 수축 및 팽창이 가능한 직선운동으로 전환이 된다.

이로서 집진 통로(13)만이 공기 흡착 부분이 되기 때문에 최대의 집진 효과를 낼 수 있다.

상기한 바와 같이 구성되어 작용하는 본 발명에 집진 장치를 이용하면, 레이저 가공시 발생하는 각종 가스를 매우 효과적으로 집진을 할 수 있다.

또한 {3}의 유형의 가공기의 거더(6)는 알루미늄 합금 압출재를 많이 사용하는데 집진덕트(12)의 구성은 압출에서 부가적인 공정 없이 제작이 가능하게 되어 생산단가의 상승의 요인이 되지 않는다.

본 발명의 자바라를 사용하면 기존 자바라의 비닐보다 수명 증대를 꾀할 수 있고 저렴한 가격으로 생산할 수 있는 장점이 있다. 기존 자바라보다 설치가 매우 간략하여 설치비용을 감소할 수 있다.

Claims

거더 아래에 설치된 집진 장치(또는 거더와 같이 압출)
제 1 항에서 집진덕트에 설치된 집진통로를 움직이는 축에 고정하여 레이저빔의 이동에 따라 같이 움직이는 장치.
자바라의 직선운동을 구속하기 위하여 설치된 집진 덕트 양옆에 홈.
판 앞뒤에 천으로 놓아, 판들 사이를 봉합한 자바라.