KR20010090770A - 레이저 절단기의 피어싱장치 - Google Patents

Abstract

사이드 블로우 가스를 피어싱위치에 안정적으로 공급하고, 또한 절단노즐에 대한 스패터의 부착을 방지한다. 사이드 블로우 가스노즐(10)에 장착된 후드(30)는, 레이저빔(2)과 어시스트 가스(5)를 투과공(30a)을 통해 피절단재(3)에 조사 또는 분사시킴과 동시에, 사이드 블로우 가스노즐(10)로부터 분사된 사이드 블로우 가스(12)를 피어싱위치로 이끌고, 또한 절단노즐(1)에 대한 스패터의 부착을 방지한다.

Description

레이저 절단기의 피어싱장치{Piercing device for laser cutter}

본 발명은 레이저절단기에 관한 것으로서, 특히, 절단개시시에 이루어지는 피어싱작업을 효율적으로 행하기 위한 레이저절단기의 피어싱장치에 관한 것이다.

예컨대, 레이저에 의한 후판(판두께 6mm이상)의 강판의 절단에서는, 피어싱작업을 실시하고나서 원하는 절단작업을 개시하는 것이 일반적이다.

일반적으로 피어싱작업은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 절단노즐(1)로부터 레이저빔(2)을 강판 등의 피절단재(3)에 조사하고, 레이저빔(2)과 동축으로 어시스트가스(4)를 공급하여 피절단재(3)를 가열용융하고, 레이저빔(2)의 조사에 의해 피절단재(3)에 형성되는 피어싱공(5)으로부터 용융금속(6)을 어시스트가스(4)의 운동에너지에 의해 배제함으로써 이루어진다. 피어싱작업을 실시한 경우, 용융금속(6)의 일부는 피어싱공(5)의 주위에 퇴적되고, 또한 일부는 피어싱공(5)으로부터 떨어진 위치로 비산하게 된다.

어시스트가스(4)로는, 통상, 산소가 사용된다. 산소가스를 사용하여 피어싱작업을 실시한 경우, 산소가스에 의한 강판소재의 산화에 의해 높은 에너지가 얻어지므로, 피어싱작업을 효율적으로 행하는 데 효과적이다. 또한, 피어싱시의 레이저빔(2)의 조사조건은, 100Hz이하의 펄스발진이 일반적인데, 연속발진상태로 하여 레이저빔(2)의 출력을 높임으로써, 원하는 피어싱공(5)을 단시간에 형성할 수 있어, 피어싱작업시간이 단축된다.

그런데, 레이저빔(2)의 출력을 올리면,

a) 피어싱공(5) 지름이 증대한다

b) 용융금속(6)의 뿜어올림이 과대해진다

c) b)에 의해, 절단노즐(1)이나 집광렌즈가 손상될 수 있다

d) 피절단재(3)에 부착되는 스패터가 증대한다

e) d)에 의해 원하는 절단의 개시시에 절단불량이 발생한다

라는 문제점이 발생한다.

이 문제를 감안하여 최근에는, 레이저빔의 펄스의 피크출력을 올려 고속으로 피어싱작업을 행하는 것도 시도되고 있는데, 렌즈나 노즐로의 스패터의 부착 등의 문제가 발생하기 때문에, 문제의 근본적인 해결에는 이르지 않았다.

또한, 피어싱작업중에 레이저빔 출력을 제어함으로써, 용융금속의 뿜어올림이나 스패터의 부착을 방지하는 것도 시도되고 있는데, 피어싱속도가 제어속도에 따르게 되어, 속도의 향상에는 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 출원인은, 앞서, 도 8∼도 10에 나타낸 레이저절단기를 개발하였다(일본 특원평9-29380호 공보).

이 레이저 절단기는 절단노즐(1)의 측방에 사이드 블로우 가스노즐(10)을 구비하고 있다. 사이드 블로우 가스노즐(10)은 절단노즐(1)과 별개이며, 절단노즐(1)의 측부에서 이동수단(11)에 의해 지지되고, 피어싱위치(피어싱공(5)의 형성위치)를 향해 사이드 블로우 가스(사이드 어시스트 가스)(12)를 분사한다. 따라서, 이 사이드 블로우 가스노즐(10)이 분사하는 사이드 블로우 가스(12) 분류(噴流)는 레이저빔(2)의 광축에 대하여 경사되어 있다. 레이저빔(2)은 절단노즐(1)을 관통하는 레이저빔공(7)을 통해 피절단재(3)에 조사되므로, 사이드 블로우 가스(12) 분류는 레이저빔공(7)으로부터 분사되는 어시스트 가스(4)에 대하여 경사되어 있게 된다. 상기 이동수단(11)은, 예컨대 도 9나 도 10에 나타낸 구성으로서, 유지한 사이드 블로우 가스노즐(10)을 피어싱위치에 대하여 접근 이간시킨다.

도 9에 있어서, 이동수단(11)은, 절단노즐(1)의 상방(도 9 상방)에 장착된 회전구동부(13)이고, 전동모터 등의 구동력에 의해, 사이드 블로우 가스노즐(10)의 사이드 블로우 가스(12) 공급상류측을 레이저빔(2)의 광축에 수직인 축선을 가지고 회동가능하도록 지지한다. 회전구동부(13)는, 피어싱시에는 사이드 블로우 가스노즐 선단(14)을 절단노즐 선단(15) 근방에 이동하고, 절단작업시에는 사이드 블로우가스노즐(10)을 회전하여 절단노즐선단(15)으로부터 이간시킨다.

도 10에 있어서 이동수단(11)은, 절단노즐(1)의 상방(도 10 상방)에 장착된 승강구동부(16)이고, 전동모터 등의 구동력에 의해, 사이드 블로우 가스노즐(10)의 사이드 블로우 가스(12) 공급상류측을 레이저빔(2)의 광축을 따라 승강가능하도록 지지한다. 이 승강구동부(16)는, 피어싱시에는 사이드 블로우 가스노즐 선단(14)을 절단노즐 선단(15) 근방에 이동하고, 절단작업시에는 사이드 블로우 가스노즐(10)을 회전하여 절단노즐 선단(15)으로부터 이간시킨다.

도 8중 부호 17은 사이드 블로우 가스 제어기구를 나타낸다.

이 사이드 블로우 가스 제어기구(17)는 레이저빔공(7)으로의 어시스트가스 (4)의 공급압을 계측하는 압력센서(18)와, 상기 압력센서(18)의 계측압력에 대응하여 사이드블로우가스(12)의 공급압을 환산하여 설정하는 레벨변환기(19)와, 상기 레벨변환기(19)가 설정한 압력에 따라 사이드 블로우 가스의 공급압을 조정하는 압력조정기(20)를 구비하여 구성되어 있다. 압력센서(18)는 절단노즐(1)에 장착되어, 레이저빔공(7)내의 어시스트가스(4) 압력을 계측한다.

즉, 이 사이드블로우가스 제어기구(17)는, 압력센서(18)가 계측한 어시스트가스(4)의 압력(P1)의 계측신호가 레벨변환기(19)에 입력되면, 레벨변환기(19)가 압력(P1)에 대응하는 적절한 사이드 블로우 가스(12)의 공급압력(P2)을 산출하여 압력조정기(20)에 지시신호를 발신하고, 이에 따라 압력조정기(20)가 사이드 블로우 가스(12)의 공급압을 P2로 조정한다.

사이드 블로우 가스노즐(10)로부터 분사되는 사이드 블로우 가스(12) 유속은어시스트가스(4) 기류의 피어싱위치로의 공급을 방해하지 않고, 또한, 사이드 블로우 가스(12)에 충분한 운동에너지를 확보하여 피어싱공(5)의 형성을 촉진할 수 있는 범위로 조정할 필요가 있다. 사이드 블로우 가스노즐(10) 분사측 선단에 있어서의 가스유로 단면적에 대한 사이드 블로우 가스(12) 공급압(P2)에 의해 결정된다.

이 레이저 절단기에서는, 절단노즐(1)을 도시하지 않은 구동기구에 의해 3차원방향으로 이동하여 피절단재(3)에 원하는 절단가공을 행한다. 이 때, 사이드 블로우 가스노즐(10)도 절단노즐(1)을 따라 이동하여, 항상 절단노즐(1)의 근방에 배치된다.

이 레이저절단기에 의한 후판의 절단에서는, 먼저, 피어싱작업에 의해 피어싱공(5)을 형성한 다음, 원하는 절단작업으로 이행한다. 피어싱작업은, 먼저, 이동수단(11)으로 사이드 블로우 가스노즐(10)을 피어싱위치에 접근시켜 지지하고, 절단노즐(1)로부터 어시스트가스(4)를 분사하고 사이드 블로우 가스노즐(10)로부터 사이드 블로우 가스(12)를 분사하여 용융금속을 제거하면서 레이저빔(2)을 피절단재(3)에 조사하여 피어싱공(5)을 형성한다. 원하는 피어싱공(5)이 형성되었다면, 사이드 블로우 가스노즐(10)로부터의 사이드 블로우 가스(12)의 분사를 정지하여 사이드 블로우 가스노즐(10)을 피어싱위치로부터 후퇴시키고, 절단노즐(1)로부터의 어시스트가스(4)의 분사를 계속하면서 레이저빔(2)에 의해 원하는 절단을 개시한다.

피어싱작업시에는, 어시스트가스(4)의 2배 이상의 유속의 사이드 블로우 가스(12)에 의해, 용융금속(6)이나 스패터가 발생과 동시에 피어싱위치로부터 순차적으로 떨어져 나가므로, 피절단재(3)나 절단노즐(1) 등에 부착하지 않는다. 즉, 이 피어싱작업에서는, 용융금속(6)이나 스패터를 그 발생과 동시에 피절단재(3)로부터 배제하면서 피어싱공(5)을 형성한다. 따라서, 용융금속(6) 등이 피어싱공(5)의 근방에 부착하지 않아, 원하는 형상의 피어싱공(5)이 얻어진다. 피절단재(3), 사이드 블로우 가스노즐(10), 절단노즐(1)에 내장된 집광렌즈 등으로의 용융금속(6)이나 스패터의 부착도 방지되므로, 원하는 절단작업에서는 절단불량이 발생할 우려가 없고, 절단한 제품의 품질이 향상된다.

이와 같이 신규개발의 레이저 절단기에 있어서는, 절단노즐이나 피절단재에 대한 용융금속이나 스패터의 부착을 방지하여 피어싱을 신속하게 행할 수 있다.

그러나, 사이드 블로우 가스가 피어싱위치에 안정적으로 공급되지 않을 수 있으며, 이 때문에, 예컨대 피어싱시에 스패터가 다량으로 발생하는 20mm이상의 후판강판의 피어싱은 곤란하다. 20mm이상의 후판강판을 무리하게 피어싱을 행하였을 경우, 다량의 스패터가 발생하여 절단노즐이나 렌즈에 부착되어, 피어싱후의 절단으로 이행할 수 없다.

본 발명의 과제는 상기 종래의 문제점을 해결하는 것으로서, 사이드 블로우 가스를 피어싱위치에 안정적으로 공급할 수 있는 레이저절단기의 피어싱장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 후판강판 등의 피절단재를, 스패터의 부착을 최대한 방지하여 피어싱할 수 있는 레이저절단기의 피어싱장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 절단기의 피어싱장치의 실시형태를 나타낸 단면도이고,

도 2는 도 1에서의 후드의 평면도이고,

도 3은 마찬가지로, 일부 파단의 정면도이고,

도 4는 다른 후드의 예를 나타낸 외관도이고,

도 5는 도 4의 후드의 일부파단의 정면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 레이저 절단기의 피어싱장치의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이고,

도 7은 종래의 레이저 절단기의 주요부의 도면이고,

도 8은 종래의 다른 레이저 절단기의 도면이고,

도 9는 도 8에서의 이동수단을 나타낸 도면이고,

도 10은 이동수단의 다른 예를 나타낸 도면이다.

<부호의 설명>

1 절단노즐

2 레이저빔

3 피절단재

4 어시스트가스

5 피어싱공

6 용융금속

7 레이저빔공

10 사이드 블로우 가스노즐

12 사이드 블로우 가스

22 사이드 블로우 가스노즐(사이드 블로우 가스공)

30 후드

30a 투과공

30b 가이드

상기 적어도 하나의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 기재된 발명은, 피절단재에 조사하는 레이저빔을 들여보내는 레이저빔공이 관통되어 이루어지며 상기 레이저빔공에 들여보내진 어시스트가스를 피절단재를 향해 레이저빔과 동축으로 분사하는 절단노즐과, 레이저빔공의 측방으로부터 피절단재의 레이저빔 조사위치를 향해 별도 사이드블로우가스를 피절단재 표면에 대하여 경사지게 분사하는 사이드 블로우 가스노즐을 구비한 레이저절단기에 있어서, 상기 절단노즐과 사이드 블로우 가스노즐과의 사이에, 상기 레이저빔과 어시스트가스를 통과하는 투과공을 갖는 후드를 배치한 구성으로 하였다.

이 수단에서는, 레이저빔과 어시스트가스는 후드의 투과공을 통과하여 피절단재에 조사 또는 분사되어, 피절단재를 피어싱한다.

이 때, 후드는, 사이드 블로우 가스노즐로부터 분사된 사이드 블로우 가스를 피어싱위치에 이끌고, 용융금속이나 스패터가 절단노즐에 부착되는 것을 방지한다.

어시스트가스와 사이드 블로우 가스에는, 고순도산소, 공기, 질소, 기타 각종 불활성가스 등이 채용된다. 어시스트가스와 사이드 블로우 가스를 동일종류로 할 수도, 다른 종류로 할 수도 있다. 사이드 블로우 가스노즐의 피절단재 표면에 대한 경사각도는 45도 이하로 하는 것이 바람직하다.

청구항 1에 기재된 장치에 있어서, 후드를 사이드 블로우 가스노즐에 장착하는 것이 바람직하다.(청구항 2)

이 구성에서는, 후드가 사이드 블로우 가스노즐과 함께 움직이게 되어, 작업성이 향상된다.

청구항 1 또는 2에 기재된 레이저 절단기의 피어싱장치에 있어서, 사이드 블로우 가스의 흐름방향을 따르는 후드의 양측부에 가이드를 피절단재측으로 돌출하여 마련하는 것이 바람직하다.(청구항 3)

이러한 구성에서는, 후드의 가이드가, 사이드 블로우 가스노즐로부터 분사된 사이드 블로우 가스가 횡방향으로 비켜 흐르는 것을 방지하여 사이드 블로우 가스를 피어싱위치로 올바르게 이끈다.

발명의 실시의 형태를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3은, 본 발명에 따른 레이저 절단기의 피어싱장치의 실시형태를 나타낸다. 또한, 레이저절단기의 기본적인 구조 등은 도 7 내지 도 10의 종래의 레이저절단기와 동일하므로, 동일한 부재 등에 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 있어서 부호 30은 후드이다. 후드(30)는 열전달이 좋은 Cu나 Al 등에 의해 형성되어 있고, 절단노즐(1)과 사이드 블로우 가스노즐(10)과의 사이에 위치하고, 또한 원형의 투과공(30a)을 절단노즐(1) 바로 아래에 배치하여 비스 등의 장착수단(미도시)에 의해 사이드 블로우 가스노즐(10)에 착탈가능하도록 장착되어 있다.

상기 후드(30)는, 레이저빔(2)과 어시스트가스(4)를 투과공(30a)을 통해 피절단재(3)에 조사 혹은 분사시키고, 사이드 블로우 가스노즐(10)로부터 분사된 사이드 블로우 가스(12)를 피어싱위치로 이끌고, 또한 절단노즐(1)과 피절단재(3)의사이를 차단하여 피어싱에서 발생한 용융금속이나 스패터의 절단노즐(1)에 대한 부착을 방지하는 것이다.

투과공(30a)의 직경은, 피절단재(3)에 대한 레이저 빔(2)과 어시스트 가스(4)의 조사 또는 분사를 양호하게 하기 위해서는 클수록 좋고, 또한 후드(30)의 차단성을 높이기 위해서는 작을수록 좋게 되는데, 이들을 종합적으로 고려하여, 통상은 2mm이하로 된다.

상기 구성으로 된 레이저 절단기의 피어싱장치에 있어서는, 푸드(30)가 사이드 블로우 가스노즐(10)로부터 분사된 사이드 블로우 가스를 피어싱위치로 이끄므로, 사이드 블로우 가스가 보다 좋게 움직여 용융금속이나 스패터를 피어싱공(5)으로부터 배제한다. 이 때문에, 두께가 두꺼운 강판에서도 지장없이 피어싱할 수 있다.

또한, 후드(30)는, 피어싱위치로부터 절단노즐(1)을 차단하고 있으므로, 용융금속이나 스패터의 절단노즐(1), 또는 집광렌즈에 대한 부착이 보다 좋게 방지된다.

도 4와 도 5는 후드(30)의 다른 예를 나타낸다. 이 후드(30)의 경우에는, 사이드 블로우 가스(12)(도 1)의 흐름방향(도 1에서는 좌우방향, 도 5에서는 지면에 수직인 방향)을 따른 양측부에 가이드(30b, 30b)가 피절단재측, 즉 아래로 돌출하여 마련되어 있다.

도 4와 도 5의 후드(30)에 있어서는, 사이드 블로우 가스노즐로부터 분사된 사이드 블로우 가스가 가이드(30b, 30b)에 의해 좌우로의 분산이 방지되어 피어싱위치로 공급된다. 따라서, 사이드 블로우 가스가 한층 양호하게 작용하게 되어, 용융금속이나 스패터를 피어싱공으로부터 배제하여 두꺼운 피절단재의 피어싱을 가능하게 한다.

가이드(30b)는 후드(30)의 변형강도를 강화한다. 또한 가이드(30b)는 도면과 같이 절곡에 관계없이 다른 부재의 장착에 의해 형성될 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 레이저절단기의 피어싱장치의 다른 실시형태를 나타낸다. 이 레이저절단기의 피어싱장치에 있어서는, 절단노즐(1)에는, 레이저빔공(7) 외에 사이드 블로우 가스공(사이드 블로우 가스노즐)(22)이 마련되고, 상기 절단노즐(1)의 밑면에 후드(30)가 레이저빔공(7)과 피절단재(3) 및 사이드 블로우 가스공(22)을 차단하여 배치되어 있다.

이 피어싱장치에 있어서도, 도 1의 피어싱장치와 동일한 효과를 기대할 수 있다. 또한, 도 4와 도 5의 후드(30)를 사용할 수도 있음은 물론이다. 어쨌든, 후드(30)는 절단노즐(1)에 장착될 수도, 다른 장착부재에 장착될 수도 있다. 다른 구조는 도 1의 레이저 절단기의 피어싱장치와 동일하다.

본 발명에 있어서, 사이드 블로우 가스노즐(10, 22)과 후드(30)의 구성이나 구조는 도면의 것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 투과공(30a)의 상방에 위가 넓은 통을 마련하여 어시스트가스(4)가 투과공(30a)에 확실하게 유통하도록 하는 등, 다양하게 설계변경할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 사이드 블로우가스를 피어싱위치로 효과적으로 안정적으로 이끌 수 있다. 따라서, 두께가 두꺼운 피절단재에서도 피어싱을 정확하고 신속하게 행할 수 있다. 또한, 용융금속이나 스패터의 절단노즐이나 집광렌즈 등에 대한 부착이 방지되므로, 항상 최량의 상태에서 피어싱할 수 있다.

청구항 1에 기재된 레이저절단기의 피어싱장치에 있어서, 후드를 사이드 블로우 가스노즐에 장착한 경우에는, 작업성 및 조작성이 좋아진다.

청구항 1 또는 2에 기재된 레이저절단기의 피어싱장치에 있어서, 사이드 블로우 가스의 흐름방향을 따른 후드의 양측부에 가이드를 피절단재측으로 돌출하여 마련한 구성에서는, 사이드 블로우 가스가 옆으로 비켜 흐르는 것이 방지되므로, 사이드 블로우 가스가 보다 정확하게 피어싱위치로 공급되게 된다.

Claims (3)

1. 피절단재에 조사하는 레이저빔을 들여보내는 레이저빔공이 관통되어 이루어지며 상기 레이저빔공에 들여보내진 어시스트가스를 피절단재를 향해 레이저빔과 동축으로 분사하는 절단노즐과, 레이저빔공의 측방으로부터 피절단재의 레이저빔 조사위치를 향해 별도의 사이드 블로우 가스를 피절단재 표면에 대하여 경사지게 분사하는 사이드 블로우 가스노즐을 구비한 레이저 절단기에 있어서,

   상기 절단노즐과 사이드 블로우 가스노즐과의 사이에, 상기 레이저빔과 어시스트가스를 통과하는 투과공을 갖는 후드가 배치된 것을 특징으로 하는 레이저절단기의 피어싱장치.
2. 제1항에 있어서,

   후드는 사이드 블로우 가스노즐에 장착된 것을 특징으로 하는 레이저절단기의 피어싱장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   사이드 블로우 가스의 흐름방향을 따른 후드의 양측부에 가이드가 피절단재측으로 돌출하여 마련된 것을 특징으로 하는 레이저절단기의 피어싱장치.