KR20030086040A

KR20030086040A - 레이저가공기의 빔직경 유지 장치

Info

Publication number: KR20030086040A
Application number: KR1020020024391A
Authority: KR
Inventors: 이차열; 신흥철
Original assignee: 주식회사 한광
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-11-07

Abstract

본 발명은 레이저가공기에서 발산되는 빔의 직경을 일정하게 유지시키는 콜리메터에 관한 것으로, 레이저빔(L)을 발생시키는 레이저발진기(110)와, 레이저발진기(110)로부터 발산되는 빔을 굴절시키는 반사경(120), 반사경(120)으로부터 굴절되는 빔이 집속되는 렌즈(130) 및, 렌즈(130)로부터 집속되어 발산되는 빔에 의해 가공되는 가공물(140)로 이루어진 통상적인 레이저가공기에 있어서, 레이저발진기(110)와 반사경(120)의 사이에, 레이저빔(L)의 직경을 일정하게 유지하는 콜리메터(10)가 장착되되, 콜리메터(10)에 레이저발진기(110)로부터 발산되는 빔이 유입되는 제1미러(11)와, 제1미러(11)로부터 반사되는 빔을 반사경(120)으로 유도하는 제2미러(12) 및, 제1,2미러(11,12)의 작동과정에서 발산되는 열을 냉각시키는 냉각수라인(13,13')이 각각 장착되어, 가공품을 넓은 범위로 가공하려는 경우 정밀도가 향상되어 제품품질이 향상될 뿐만 아니라, 레이저가공기의 수명이 증대됨은 물론 작동효율이 향상되어 레이저가공기의 유지보수에 따른 각종 부대비용이 절감되는 효과가 있는 것이다.

Description

레이저가공기의 빔직경 유지 장치 {Device for setting the beam diameter of laser beam machine}

본 발명은 레이저가공기에서 발산되는 빔의 직경을 일정하게 유지시키는 콜리메터에 관한 것으로, 특히 콜리메터를 구성하는 미러들의 거리 및 높이를 필요에 따라 적절하게 조절하여 빔직경을 일정하게 유지시킬 수 있도록 된 레이저가공기의 빔직경 유지 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저빔은, 반사경의 사이공간을 왕복이동하는 고에너지를 갖는 물질의 유도방출에 의해 빛의 형태로 방출되는 것으로서, 특히 CO2레이저빔을 적용하는 경우 주파수의 폭이 비교적 좁고 지향성이 예리한 특징이 있어 통신분야는 물론 조각이나 가공분야에도 널리 적용되고 있다.

그러나, 레이저빔은, 레이저발진기의 반사경과 가공헤드부의 렌즈 사이와의 거리가 멀어지면 멀어질수록 도 1에서와 같이, 레이저발진지로부터 발산되는 빔직경이 점차적으로 커지게 되며, 이때 레이저빔의 발산각은 2mrad 정도로서, 이는 1m 당 2mm씩 발산하는 것으로 알려져 있다.

예컨대, 도 2에서와 같이, 레이저가공기(100)는, 레이저빔(L)을 생성시키는 레이저발진기(110)와, 빔의 이동경로에 장착되어 레이저발진기(110)로부터 발산되는 빔을 굴절시키는 반사경(120), 빔의 굴절경로에 장착되어 반사경(120)의 빔을 집속시키는 렌즈(130) 및, 빔의 집속경로에 장착되어 렌즈(130)의 빔에 의해 가공되는 가공물(140)로 구성되어 있다.

따라서, 레이저발진기(110)에서 발산되는 레이저빔(L)이 반사경(120)을 통해 일정각도로 굴절된 상태에서 렌즈(130)에 의해 집속되어 가공물(140)로 조사되는 경우, 레이저가공기(100)의 세팅값에 따라 가공물이 원하는 크기 및 형상으로 가공되어 최종제품이 완성되는 것이다.

그런데, 레이저가공기(100)는 반사경(120)과 렌즈(130)의 거리가 점점 멀어질수록 레이저빔의 초점거리가, 도 1에서와 같이 달라지는데, 레이저가공기(100)에 빔직경을 유지시킬만한 세팅수단이 구비되지 않아, 가공물(140)의 정밀도가 저하되어 제품품질을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 콜리메터를 구성하는 미러들의 거리 및 높이를 필요에 따라 조절하여 레이저빔 직경을 일정하게 유지시킬 수 있도록 된 레이저가공기의 빔직경 유지 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저발진기와 반사경의 사이에, 레이저빔의 직경을 일정하게 유지시키는 콜리메터가 장착되되, 콜리메터에 레이저발진기로부터 발산되는 빔이 유입되는 제1미러와, 제1미러로부터 반사되는 빔을 반사경으로 유도하는 제2미러 및, 제1,2미러의 작동과정에서 발산되는 열을 냉각하는 냉각수라인이 장착된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저빔의 발산성질을 도시한 그래프도,

도 2는 종래 기술에 따른 레이저빔의 발산경로를 도시한 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 레이저빔의 발산경로를 도시한 개념도,

도 4는 본 발명에 따른 레이저빔의 발산성질을 도시한 그래프도,

도 5는 본 발명에 따른 빔직경 유지장치의 개념도,

도 6은 본 발명에 따른 빔직경 유지장치의 사시도 및 부분확대도이다.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 레이저가공기 110 : 레이저발진기

120 : 반사경 130 : 렌즈

140 ; 가공물 10 : 콜리메터

11,12 : 제1,2미러 13,13' : 냉각수라인

14 : 레일홈 15,15' : 지지판

16,16' : 고정판 17,17' : 조절보울트

18 : 바닥판 19,19' : 측벽

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부된 예시도면을 참고로하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저빔의 발산경로를 도시한 개념도이며, 도 4는 본 발명에 따른 레이저빔의 발산성질을 도시한 그래프도이고, 도 5는 본 발명에 따른 빔직경 유지장치를 도시한 개념도이며, 도 6은 본 발명에 따른 레이저가공기의 빔직경 유지장치를 도시한 사시도 및 부분확대도로서,

레이저빔(L)을 발생시키는 레이저발진기(110)와, 레이저발진기(110)로부터 발산되는 빔을 굴절시키는 반사경(120), 반사경(120)으로부터 굴절되는 빔이 집속되는 렌즈(130) 및, 렌즈(130)로부터 집속되어 발산되는 빔에 의해 가공되는 가공물(140)로 이루어진 통상적인 레이저가공기(100)에 있어서, 레이저발진기(110)와 반사경(120)의 사이에, 레이저빔(L)의 직경을 일정하게 유지하는 콜리메터(10)가 장착되되, 콜리메터(10)에 레이저발진기(110)로부터 발산되는 빔이 유입되는 제1미러(11), 제1미러(11)로부터 반사되는 빔을 반사경(120)으로 유도하는 제2미러(12) 및, 제1,2미러(11,12)의 작동과정에서 발산되는 열을 냉각하는 냉각수라인(13,13')이 각각 장착된 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 레이저가공기(100)의 레이저발진기(110)와 반사경 (120)과 렌즈(130)와 가공물(140)은 공지 기술과 기능상 동일하므로 자세한 설명은 생략하고, 다만 레이저빔(L)의 이동경로상에 콜리메터(10)가 장착되어 빔직경을 일정하게 유지시키는 것에 특징이 있음을 첨언한다.

그리고, 콜리메터(10)는, 도 6에서와 같이, 바닥판(18)의 양단부에 한 쌍의 측벽(19,19')이 결합되어 대략 "ㄷ"자 형상을 이루는 함체로서, 바닥판(18)의 상부면에 길이방향으로 레일홈(14)이 형성되면서, 측벽(19,19')에 레이저빔(L)이 통과하는 각각의 통과공(19a,19a')이 형성되어 있다.

물론, 바닥판(18)의 상면에 다수줄의 레일홈(14)을 형성하여, 이후에 설명하게 되는 제1,2미러(11,12)의 이동경로를 서로 다르게 유지함은 당연하다.

또한, 콜리메터(10)의 내부공간에, 레일홈(14)을 따라 미끄럼이동하는 슬라이딩부재(11a,12a)가 장착되면서, 슬라이딩부재(11a.12b)에 고정판(16,16')과 지지판(15,15')을 통해 제1,2미러(11,12)가 장착되며, 제1,2미러(11,12)는 조절보울트 (17,17')의 회전과정에서 각도조정된다.

또한, 지지판(15,15')의 후방측에, 제1,2미러(11,12)의 작동과정에서 발생하는 열을 냉각하여 레이저가공기(100)의 수명을 증대시킴은 물론 작동효율을 향상시키는 각각의 냉각수라인(13,13')이 장착되어 있다.

물론, 슬라이딩부재(11a,12a)의 몸체 하면에 도 6에서와 같이, 레일홈(14)으로 끼워져 미끄럼이동하는 가이드돌기(11b,12b)가 형성되며, 가이드돌기(11b,12b)에 걸림돌기를 형성하여 이탈을 방지시킴이 바람직하다.

따라서, 제1,2미러(11,12)는, 바닥판(18)에 형성된 레일홈(14)을 슬라이딩식으로 이동하면서 거리조정됨은 물론 지지판(15,15')에 체결된 조절보울트(17)를 통해 회전하면서 각도조정되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 레이저발진기(110)에서 발산되는 레이저빔(L)의 빔직경을 일정하게 유지하기 위해서는, 레이저발진기(110)와 반사경(120)의 사이공간에 콜리메터(10)를 장착하는 과정이 선결되어야 한다.

이어서, 가공물(140)의 가공범위에 따라 제1.2미러(11,12)를 슬라이딩시켜가면서 레일홈(14)을 따라 이동시켜 즉, 제1.2미러(11,12)간의 거리를 조정하여, 도 3에서와 같이, 레이저빔의 경로를 세팅시킨다.

그런 다음, 지지판(15,15')에 체결되어있던 조절보울트(17,17')를 정회전 또는 역회전시켜가면서, 도 6의 부분확대도에서와 같이, 제1.2미러(11,12)의 각도를 조정하여, 레이저빔의 경로를 세팅시킨다.

이렇게 하면, 레이저발진기(110)에서 발산되는 레이저빔(L)이, 콜리메터(10)의 제1미러(11)와 제2미러(12)를 통해 반사경(120)으로 유도된 후, 반사경(12)에 의해 일정각도로 굴절되고 렌즈(130)로 집속된 상태에서, 가공물(140)로 조사되어 가공물을 원하는 형태로 가공하는 것이다.

예컨대, 가공물(140)의 가공범위가 5∼10m의 범위내에 속하는 경우, 도 4의 그래프도와 같이, 레이저발진기(110)로부터 발산되는 빔의 직경이 거의 변하지 않은 상태에서 가공물(140)로 조사되므로, 가공물(140)의 정밀도가 현저하게 향상될 것으로 추측된다.

물론, 지지판(15,15')의 냉각수라인(13,13')에 호스를 연결하여 냉각수를 공급하는 경우, 제1,2미러(11,12)의 작동과정에서 발생되는 열이 냉각되므로, 레이저가공기(100)의 수명이 연장됨은 물론 작동효율이 향상되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저가공기의 빔직경 유지 장치에 의하면, 레이저빔의 이동경로상에 콜리메터를 장착하여 빔직경을 항상 일정하게 유지시키므로 가공품을 넓은 범위로 가공하려는 경우에 가공정밀도가 향상되어 제품품질이 향상될 뿐만 아니라, 레이저가공기의 작동과정에서 발생하는 열이 냉각수에 의해 냉각되므로 레이저가공기의 수명이 증대됨은 물론 작동효율이 향상되어 레이저가공기의 유지보수에 따른 각종 부대비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims

레이저빔(L)을 발생시키는 레이저발진기(110)와, 레이저발진기(110)로부터 발산되는 빔을 굴절시키는 반사경(120), 반사경(120)으로부터 굴절되는 빔이 집속되는 렌즈(130) 및, 렌즈(130)로부터 집속되어 발산되는 빔에 의해 가공되는 가공물(140)로 이루어진 레이저가공기(100)에 있어서,

레이저발진기(110)와 반사경(120)의 사이에, 레이저빔(L)의 직경을 일정하게 유지하는 콜리메터(10)가 장착되되, 콜리메터(10)에 레이저발진기(110)로부터 발산되는 빔이 유입되는 제1미러(11)와, 제1미러(11)로부터 반사되는 빔을 반사경(120)으로 유도하는 제2미러(12) 및, 제1,2미러(11,12)의 작동과정에서 발산되는 열을 냉각시키는 냉각수라인(13,13')이 각각 장착된 것을 특징으로 하는 레이저가공기의 빔직경 유지 장치.
제 1항에 있어서, 제1,2미러(11,12)는, 콜리메터(10)의 바닥면에 형성된 레일홈(14)을 슬라이딩식으로 이동하면서 거리조정됨은 물론 그 몸체후방측에 장착된 지지판(15,15')의 조절보울트(17,17')를 통해 각도조정되는 것을 특징으로 하는 레이저가공기의 빔직경 유지 장치.