KR20020039547A - 레이저 장치용 옵틱 헤드 - Google Patents

Abstract

레이저 장치를 이용하여 소재의 용접 또는 절단 작업시 발생하는 스패터(Spatter)로부터 옵틱 헤드의 선단부 커버 글라스를 보호하여 레이저빔의 투과성을 항상 양호한 상태로 유지할 수 있도록 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드를 제공할 목적으로,

레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 소재의 용접 또는 절단부에 조사하며, 하단에는 내부의 렌즈를 보호하기 위한 커버 글라스를 구성하여 이루어지는 레이저 장치용 옵틱 헤드에서,

상기 옵틱 헤드의 하단부에 상기 커버 글라스를 보호하도록 연결 하우징을 통하여 에어 분사수단이 장착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드를 제공한다.

Description

레이저 장치용 옵틱 헤드{OPTIC HEAD OF LASER SYSTEM}

본 발명은 레이저 장치용 옵틱 헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 장치를 이용하여 소재의 용접 또는 절단 작업시 발생하는 스패터(Spatter)로부터 옵틱 헤드의 선단부 커버 글라스를 보호하여 레이저빔의 투과성을 항상 양호한 상태로 유지할 수 있도록 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드에 관한 것이다.

최근, 산업분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저빔이 적용되고 있는 추세이며, 이러한 레이저빔의 적용에 있어 요구되는 몇 가지 목표는 레이저 빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저 빔 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화등을 들 수 있다.

즉, 이러한 목표들이 충족되어 질 때, 제품 개발에 있어 원가절감 및 품질향상의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.

도 4는 일반적인 용접용 레이저 장치의 기본 구성도로서, 그 구성은 소재 패널(101)의 용접 부위에 레이저빔(103)을 조사하는 레이저 출력장치(105)가 구비되고, 상기 레이저 출력장치(105)는 레이저 빔(103)의 출력모드를 조절하여 공급하는 레이저 발진기(107)와 연결된다.

즉, 상기 레이저 출력장치(105)는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 레이저빔(103)의 스폿 사이즈를 가변할 수 있도록 내부에 다수개의 렌즈(109)를 구성하여 원통형의 하우징으로 이루어지는 옵틱 헤드(111)가 그 상단에서 광 파이버(113)를 통하여 레이저 발진기(107)와 연결된다.

그리고 상기 옵틱 헤드(111)는 그 하단에 투명한 커버 글라스(115)가 설치되어 소재의 용접 또는 절단 작업시 발생하는 스패터(Spatter)로부터 옵틱 헤드(111) 내부의 렌즈(109)들을 보호할 수 있도록 하며, 상기 옵틱 헤드(111)의 하단부 일측에는 소재의 용접 또는 절단부의 작업성을 향상시키기 위한 쉴드 가스(Shield Gas)를 공급하기 위하여 가스 공급관(117)을 부설하여 이루어진다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 레이저 장치용 옵틱 헤드에 의하면, 상기 소재의 용접 또는 절단 작업을 장시간 지속하게 되면, 이때, 발생되는 스패터(Spatter)가 커버 글라스의 표면을 손상시켜, 레이저빔의 투과성을 나쁘게하며, 이에 따라, 양질의 레이저 용접 또는 절단 결과를 얻을 수 없다는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 장치를 이용하여 소재의 용접 또는 절단 작업시 발생하는 스패터(Spatter)로부터 옵틱 헤드의 선단부 커버 글라스를 보호하여 레이저빔의 투과성을 항상 양호한 상태로 유지할 수 있도록 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 장치용 옵틱 헤드의 정면도이다.

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 레이저 장치용 옵틱 헤드의 부분 단면도이다.

도 4는 일반적인 레이저 장치의 기본 구성도이다.

도 5는 종래 기술에 따른 레이저 장치용 옵틱 헤드의 부분 단면도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 장치용 옵틱 헤드는 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 소재의 용접 또는 절단부에 조사하며, 하단에는 내부의 렌즈를 보호하기 위한 커버 글라스를 구성하여 이루어지는 레이저 장치용 옵틱 헤드에서,

상기 옵틱 헤드의 하단부에 상기 커버 글라스를 보호하도록 연결 하우징을 통하여 에어 분사수단이 장착되어 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 연결 하우징은 그 상단이 외측으로 절곡 형성되어 상기 커버 글라스 장착용 캡에 끼워져 커버 글라스와 함께, 옵틱 헤드의 하단에 장착되며, 그 하단 외주면에는 숫나사부가 형성되어 상기 에어 분사수단과 나사 결합되는 것을 특징으로 하며,

상기 에어 분사수단은 상단 내주면에 상기 연결 하우징과 나사 결합되는 암나사부가 형성되며, 하단은 내측으로 오므려져 절곡 형성되며, 일측 외주면에는 숫나사부가 형성되는 내측 에어젯 헤드와; 상기 내측 에어젯 헤드의 외측에서 이의 일측 외주면에 형성되는 숫나사부와 나사 결합되도록 상단 내주면에 암나사부가 형성되고, 하단은 상기 내측 에어젯 헤드의 하단 절곡 형상을 따라 오므려져 절곡 형성되어 이 내측 에어젯 헤드와 함께 에어 분출구를 형성하며, 일측 외주면에는 각각 에어 공급구와 쉴드 가스 공급구가 형성되는 외측 에어젯 헤드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 장치용 옵틱 헤드의 정면도로서, 본 발명에 따른 레이저 장치용 옵틱 헤드(1)는 레이저 발진기(미도시)로부터 발진된 레이저빔(3)의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 소재(5)의 레이저 용접 또는 절단부에 조사하며, 상기 스폿 사이즈에 따라 소재(5)를 용접 또는 절단하게 된다.

이러한 레이저 장치용 옵틱 헤드(1)는 내부에 다수개의 렌즈(7)가 구비되며, 그 하단에는 레이저 용접 또는 절단시 발생되는 스패터(Spatter)로부터 상기 다수개의 렌즈(7)를 보호하기 위하여, 도 2에서와 같이, 커버 글라스(9)를 장착용 캡(11)을 통하여 설치하고 있다.

이러한 옵틱 헤드(1)의 본 발명에 따른 구성은, 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 옵틱 헤드(1)의 하단부에 상기 커버 글라스(9)를 보호하도록 연결 하우징(13)을 통하여 에어 분사수단을 장착하게 되는데, 상기 연결 하우징(13)은 그 상단이 외측으로 절곡 형성되어 상기 커버 글라스(9)를 옵틱 헤드(1)에 장착하기 위한 장착용 캡(11)에 끼워져 커버 글라스(9)와 함께, 옵틱 헤드(1)의 하단에 장착되고, 상기 연결 하우징(13)의 하단 외주면에는 숫나사부(15)가 형성되어 상기 에어 분사수단과 나사 결합된다.

그리고 상기 에어 분사수단은 크게 상기 연결 하우징(13)의 숫나사부(15)에 나사 결합되는 내측 에어젯 헤드(17)와, 이 내측 에어젯 헤드(17)의 외측에서 이에 나사 결합되어 이 내측 에어젯 헤드(17)와 함께 에어 분출구(19)를 형성하는 외측 에어젯 헤드(21)로 이루어진다.

여기서 상기 내측 에어젯 헤드(17)는 그 상단 내주면에 상기 연결 하우징(13)의 하단 외주면에 형성되는 숫나사부(15)와 나사 결합되도록 암나사부(23)가 형성되며, 그 하단에는 내측으로 오므려져 절곡부(25)가 형성된다. 그리고 상기 내측 에어젯 헤드(17)의 일측 외주면에는 다시 숫나사부(27)가 형성되어 이루어진다.

이러한 구성을 갖는 상기 내측 에어젯 헤드(17)의 외측에서, 상기 외측 에어젯 헤드(21)는 그 상단 내주면에 상기 내측 에어젯 헤드(17)의 일측 외주면에 형성되는 상기 숫나사부(27)와 나사 결합되도록 암나사부(29)가 형성되고, 그 하단에는 상기 내측 에어젯 헤드(17)의 하단 절곡부(25)의 형상을 따라 동일하게 오므려져 절곡부(31)가 형성되어 이 내측 에어젯 헤드(17)와 함께 상기 에어 분출구(19)를 형성한다. 그리고 상기 외측 에어젯 헤드(21)의 일측 외주면에는 각각 에어 공급구(33)와 쉴드 가스 공급구(35)가 형성되며, 이에는 각각 연결용 니플(37,39)이 취부된다.

또한, 상기 외측 에어젯 헤드(21)는 그 상단 외주면, 즉, 상기 에어 공급구(33)와 쉴드 가스 공급구(35)가 형성되는 외주면 상에 주름 손잡이부(41)를 형성하여 작업자가 내측 에어젯 헤드(17)에 대하여 외측 에어젯 헤드(21)를 용이하게 돌려 체결할 수 있도록 구성된다.

이에 따라, 상기 내측 에어젯 헤드(17)의 숫나사부(27)와 이에 나사 결합되는 외측 에어젯 헤드(21)의 상단 내주면 암나사부(29)의 체결 정도를 조정하여 에어 분출구(19)의 직경을 가변할 수 있도록 이루어진다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 레이저 장치용 옵틱 헤드(1)에 의하면, 먼저, 소재(5)의 레이저 용접 및 절단시, 소재(5)와의 거리가 가까울수록, 도 2에서와 같이, 상기 외측 에어젯 헤드(21)를 내측 에어젯 헤드(17)에 많이 체결되도록 하여 에어 분출구(19)의 직경(T1)을 좁힌다.

그러면, 상기 좁은 직경(T1)의 에어 분출구(19)를 통하여 분출되는 에어 및 쉴드 가스의 분사 압력이 커져서, 레이저 용접 및 절단시에 상기와 같이 소재(5)와 가까운 거리에서 발생되는 스패터(Spatter)를 고압의 분사 압력으로 불어내어 상기 커버 글라스(9)를 보호함과 동시에, 레이저 용접 및 절단부의 작업성을 향상시키게 된다.

또한, 소재(5)의 레이저 용접 및 절단시, 소재(5)와의 거리가 멀수록, 도 3에서와 같이, 상기 외측 에어젯 헤드(21)를 내측 에어젯 헤드(17)에 대하여 체결 정도를 작게하여 에어 분출구(19)의 직경(T2)을 넓힌다.

그러면, 상기 넓은 직경(T2)의 에어 분출구(19)를 통하여 분출되는 에어 및쉴드 가스의 분사 압력이 낮아져서, 레이저 용접 및 절단시에 상기와 같이 소재(5)와 먼 거리에서 발생되는 스패터(Spatter)를 저압의 분사 압력으로 불어내어 상기 커버 글라스(9)를 보호함과 동시에, 레이저 용접 및 절단부의 작업성을 향상시키게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 장치용 옵틱 헤드에 의하면, 레이저 장치를 이용하여 소재와의 거리에 따라 에어 분출구의 직경을 가변할 수 있도록 옵틱 헤드 하단부에 에어 분사수단을 구성하여 에어 및 쉴드 가스를 분사함으로서, 레이저 용접 또는 절단 작업시 발생하는 스패터(Spatter)로부터 옵틱 헤드의 선단부 커버 글라스를 보호하여 레이저빔의 투과성을 항상 양호한 상태로 유지하며, 이에 따라, 양질의 레이저 용접 또는 절단 결과를 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 소재의 용접 또는 절단부에 조사하며, 하단에는 내부의 렌즈를 보호하기 위한 커버 글라스를 구성하여 이루어지는 레이저 장치용 옵틱 헤드에 있어서,

   상기 옵틱 헤드의 하단부에 상기 커버 글라스를 보호하도록 연결 하우징을 통하여 에어 분사수단이 장착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 연결 하우징은

   그 상단이 외측으로 절곡 형성되어 상기 커버 글라스 장착용 캡에 끼워져 커버 글라스와 함께, 옵틱 헤드의 하단에 장착되며, 그 하단 외주면에는 숫나사부가 형성되어 상기 에어 분사수단과 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 에어 분사수단은

   상단 내주면에 상기 연결 하우징과 나사 결합되는 암나사부가 형성되며, 하단은 내측으로 오므려져 절곡 형성되며, 일측 외주면에는 숫나사부가 형성되는 내측 에어젯 헤드와;

   상기 내측 에어젯 헤드의 외측에서 이의 일측 외주면에 형성되는 숫나사부와나사 결합되도록 상단 내주면에 암나사부가 형성되고, 하단은 상기 내측 에어젯 헤드의 하단 절곡 형상을 따라 오므려져 절곡 형성되어 이 내측 에어젯 헤드와 함께 에어 분출구를 형성하며, 일측 외주면에는 각각 에어 공급구와 쉴드 가스 공급구가 형성되는 외측 에어젯 헤드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드.
4. 청구항 1 또는 3에 있어서, 상기 에어 분사수단은

   상기 내측 에어젯 헤드의 숫나사부와 이에 나사 결합되는 외측 에어젯 헤드의 상단 내주면 암사사부의 체결 정도를 조정하여 에어 분출구의 직경을 가변할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 에어 분사수단의 외측 에어젯 헤드는

   그 상단 외주면에 주름 손잡이부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치용 옵틱 헤드.