KR200365481Y1

KR200365481Y1 - 레이저 마킹 로봇

Info

Publication number: KR200365481Y1
Application number: KR20-2004-0022815U
Authority: KR
Inventors: 지성우; 지승호
Original assignee: 지성우; 지승호
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2004-10-25

Abstract

본 고안은 각종 금속, 플라스틱, 유리 및 반도체 패키지 상에 소망하는 형상이나 문자를 각인하는데에 사용되는 레이저마킹 로봇에 관한 것으로, 특히 로봇의 작업공간을 최소화시킴과 아울러 마킹 작업의 자동화를 제공하면서 마킹 스피드를 증가시킬 수 있도록 한 것이다.

레이저마킹 로봇의 구성의 제 1 실시예는 레이저마킹 유닛(100)과 데스크탑 로봇(200)과 퍼스널 컴퓨터(400)로 구성되고, 상기 레이저마킹 유닛(100)은 레이저마킹 헤드(110)와 레이저 발진기(120)와 광화이버 다발(130)과 하네스(140)로 구성되며, 상기 데스크탑 로봇(200)은 본체(210)와 서보드라이브 시스템(800)과 티치-펜던트(805)로 구성되며, 상기 본체(210)는 베이스(211)와, 상기 베이스(211)후방에 설치된 지지부재(212)와, 상기 지지부재(212)의 상단에 고정되는 제 1 슬라이드 부재(213)와 상기 제 1 슬라이드 부재(213)에 위치 이동 가능하게 설치되는 제 2 슬라이드 부재(214)와, 상기 제 2 슬라이드 부재(214)에 직선방향으로 승강 가능하게 설치되는 작업 헤드(215)와 상기 베이스(211)에는 슬라이드홈(216)을 따라 이동되게 설치되는 작업대(217, 217-2)로 구성되고, 상기 레이저마킹 헤드(110)는 작업헤드(215)에 연결 고정되고,상기 서보드라이브 시스템(800)은 서보드라이브(801)와 상위제어기(802)로 구성되고, 상기 퍼스널컴퓨터(400)는 저장매체와 작도용 소프트웨어를 포함하는 것으로 이루어진 구성이다.

제 2 실시예로써, 제 1 실시예의 레이저마킹 헤드(110)는 갈보 메터(111)와렌즈(112)를 포함한다.

제 3 실시예로써, 제 1 실시예의 레이저 발진기(120)는 레이저 광원으로써 CO2 레이저와 이트륨 알루미늄 가닛(Yttrium Aluminum Garnet: YAG) 레이저 중의 하나를 포함한다.

제 4 실시예로써, 레이저마킹 유닛(100)과 데스크탑 로봇(300)과 퍼스널 컴퓨터(400)로 구성되어 있으며, 상기 레이저마킹 유닛(100)은 마킹헤드(110)와 레이저 발진기(120)와 광화이버 다발(130)과 하네스(140)로 구성되며, 상기 데스크탑 로봇(300)은 본체(310)와 서보드라이브 시스템(800)과 티치-펜던트(805)로 구성되며, 상기 본체(310)는 베이스(311)와, 상기 베이스(311) 후방 양측에 상향으로 한쌍의 지지부재(312)와, 상기 각 지지부재(312)의 상단에 고정된 제 1 슬라이드 부재(313)와, 상기 제 1 슬라이드 부재(313)의 일측면에서 좌우 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 설치된 제 2 슬라이드 부재(314)와, 상기 제 2 슬라이드 부재(314)의 일측면에서 전후 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 설치된 제 3 슬라이드 부재(315)와, 상기 제 3 슬라이드 부재(315)의 일측면에서 상하 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 설치된 작업 헤드(316)와, 상기 베이스(311)에 설치된 작업 회전 수단(317)으로 구성되며, 상기 레이저마킹 헤드(110)는 작업 헤드(316)에 연결고정되고,상기 서보드라이브 시스템(800)은 서보드라이브(801)와 상위제어기(802)로 구성되고, 상기 퍼스널컴퓨터(400)는 저장매체와 작도용 소프트웨어를 포함하는 것으로 이루어진 구성이다.

제 5 실시예로써, 제 4 실시예의 레이저마킹 헤드(110)는 갈보 메터(111)와렌즈(112)를 포함한다.

제 6 실시예로써, 제 4 실시예의 레이저 발진기(120)는 레이저 광원으로써 CO2 레이저와 이트륨 알루미늄 가닛(Yttrium Aluminum Garnet: YAG) 레이저 중의 하나를 포함한다.

Description

레이저 마킹 로봇{Laser marking robot operating with desk-top robot}

본 고안은 레이저 마킹 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 것과 같이 레이저 마킹 장치는 각종 금속, 플라스틱, 유리 및 반도체 패키지 상에 소망하는 형상이나 문자를 각인하는데에 주로 사용되고 있다.

종래의 레이저 마킹 장치는 도 1 에서 도시한 바와 같이 갈보 타입의 레이저 마킹 헤드(110)를 선반에 고정시키고 콘베어 시스템(600)에 의해서 이동하는 마킹 대상물(500)을 갈보 타입의 레이저마킹 헤드(110)의 아래를 지나는 순간에 일렬로 배열된 마킹 대상물(500)의 표면에 작업을 하는 것이다.

도 2 는 종래의 알려진 레이저마킹 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2와 같이, 종래의 레이저 마킹 장치는 레이저 매질으로써 CO2, 또는 이트륨 알루미늄 가닛(Yttrium Aluminum Garnet : YAG) 레이저를 사용한다.

도 2에서 광변조회로를 구동하기 위한 광변조기(150) 및 x, y축 레이저빔 스캐너(160, 170)를 구동하기 위한 구동회로가 설치되어 있으며, 이러한 모든 구동회로는 퍼스널 컴퓨터(400)에 연결되어 제어된다.

예를 들어 Nd:YAG 레이저를 사용하는 경우에는 먼저 광변조기(150)를 오프(OFF)한 상태에서 레이저 전원(미도시)을 가동하여 할로겐 램프(180)를 온(ON)시키면 램프의 에너지에 의해 레이저 매질(190)이 여기되지만 발진은 이루어지지 않게 된다.

이러한 상태에서 광변조기(150)를 온으로 하면 레이저빔(LB)을 마킹 대상물(500)에 조사하게 된다.

YAG 레이저로부터 출력된 레이저빔(LB)은 콜리메이터(collimator) 렌즈(121)로 평행광이 된다.

일정 영역이 마킹되도록 하는 갈보메터(111)는 스캐너(160, 170)와 미러(160-1, 170-1)로 구성되어 있으며, 스캐너(160, 170)는 미러를 구동하는 회로와 모터로 구성되어 있다.

이와 같이 평행광이 된 레이저빔(LB)은 갈보메터의 스캐너(160)와 이 스캐너(160)에 부착된 미러(160-1)에 의해서 X축 방향으로 주사하도록 편향된다.

X축 방향으로 주사하도록 편향된 레이저빔(LB)은 또한 다른 스캐너(170)와 이 스캐너(170)에 부착된 미러(170-1)에 의해서 Y축 방향으로 주사하도록 편향된다.

X축과 Y축 양방향으로 주사하도록 편향된 레이저빔(LB)은 렌즈 길이가 빛의 입사각과 렌즈의 초점 길이에 비례하는 이미지를 발생시키는 렌즈에 의해 마킹 대상물(500)에 집광되고 조사되어 마킹 대상물(500)에 마킹한다.

퍼스널 컴퓨터(400)에 내장된 제어기는 YAG 레이저의 발진과 갈보메터(111)의 스캐너(160, 170)의 주사를 제어한다.

제어기는 갈보메터의 스캐너(160, 170)를 사유하여 렌즈(112)에서 레이저빔(LB)으로의 입사각을 변화시키고, 마킹 대상물(500)상의 레이저빔(LB)의 조사위치를 변화시킴으로써 마킹 대상물(500)에 문자와 패턴을 마킹한다.

그리고 도 1에서 마킹 대상물(500)을 이동시키는 컨베어 시스템(600) 상에는 마킹 대상물(500)을 일정한 간격으로 적치시킬 수 있는 트레이(510)가 설치되어 있고, 트레이(510) 상에 마킹 대상물(500)을 안착시킨다.

상기 마킹 대상물(500)이 컨베어 시스템(600)에 의해 일측에서 다른 일측으로 이동하는 동안, 컨베어 시스템(600)와 별도로 설치된 레이저마킹 헤드(110) 축의 하부에 수직하게 위치하면 물체 근접감지 센서 및 센서 구동회로에 의해서 콘베어의 동작이 정지한후 레이저 마킹 헤드(110)에서 소망하는 작업이 이루어 진다.

그리고 상기 작업이 이루어진 후에 컨베어 시스템(600)의 동작이 재개되고, 다음의 마킹 대상물(500)에 대해서 연속적인 작업이 이루어 지게 된다.

도 4에서와 같이 종래의 또 다른 레이저 마킹 시스템에서 마킹 대상물(500)을 안착하는 X-Y 테이블(700)은 직교방향으로 이동하는 효과를 주는 스테핑모터(SM)와 타이밍 벨트(720)와 레이저 다이오드(LD)로 구성되며, X-Y 테이블(700) 상의 레이저 다이오드(LD)는 타이밍 벨트(720)와 조합되어 있다.

X-Y 테이블(700) 상의 레이저 다이오드(LD)는 NC 제어회로(710)로부터 출력되는 수치신호가 스테핑 모터(SM)에 입력되는 것에 따라서 이동하여, 타이밍 벨트(720)에 부착된 레이저 다이오드(LD)로부터 출력된 레이저빔(LB)의 빔 스폿을 이동시키고 마킹 대상물(500)의 표면에 조사한다.

X-Y 테이블(700) 상에서 레이저 다이오드(LD)를 마킹 위치까지 이동시키기 위하여 NC 제어회로(710)는 퍼스널 컴퓨터 또는 외부 장치(730)로부터 입력되는 입력지시 및 마킹패턴에 따라서 레이저 다이오드(LD)를 이동시키기 위한 수치신호를 출력한다.

또한, NC 제어회로(710)는 레이저 다이오드 제어기(740)내의 제어회로에 레이저 다이오드(LD)에 의한 레이저빔(LB)의 출력을 개시 또는 정지시키기 위한 레이저 출력신호를 출력한다.

외부 장치(730)는 개인용 컴퓨터 또는 시퀀서로 구성되어, NC 제어회로(710)에 마킹동작을 실행시키기 위한 지시 또는 마킹패턴을 출력한다.

이제 레이저마킹 시스템의 동작을 설명한다.

외부 장치(730)로부터 마킹을 실행하기 위한 지시와 마킹패턴이 입력되면, NC 제어회로(710)는 입력된 마킹패턴에 따라 레이저 다이오드(LD)를 소정의 위치에 이동시켜, 레이저 다이오드의 제어기내(740)에 설치된 레이저 다이오드 제어회로(750)에 레이저 다이오드(LD)로부터 레이저빔(LB)을 출력시키기 위한 레이저 출력신호를 출력한다.

NC 제어회로(710)로부터 출력되는 레이저 출력신호에 따라서, 레이저 다이오드의 제어회로(750)는 광파이버(760)를 통해 레이저 다이오드(LD)에 레이저빔(LB)을 출력시킨다.

레이저 다이오드(LD)는 광파이버(760)를 통해 입력된 레이저빔(LB)을 렌즈를 사용해 집광하여, 마킹 대상물(500)의 표면에 이와 같이 집광된 레이저빔(LB)을 조사한다.

이어서, NC 제어회로(710)는 외부 장치(730)로부터 입력된 마킹패턴에 따라서 레이저 다이오드(LD)를 이동시키고, 레이저 다이오드(LD)로부터 출력되는 레이저빔(LB)에 의해 마킹 대상물(500)의 표면에 마킹을 한다.

패턴에 따라 레이저 다이오드(LD)의 이동이 종료한 후, 레이저 다이오드 제어기(740)내에 설치된 레이저 다이오드 제어회로(750)에 레이저빔(LB)의 출력을 정지하기 위한 레이저 출력신호를 출력한다.

레이저 출력신호에 따라서, 레이저 다이오드 제어회로(750)는 레이저 다이오드(LD)에 레이저빔(LB)의 출력을 정지시킨다.

이상에서 설명한 레이저마킹 시스템은 레이저마킹 헤드가 고정되어 있기 때문에 별도의 컨베어를 설치해야 하므로 설치 공간이 넓어지고 일렬로 작업이 수행되므로 작업 공간이 효율적이지 못하는 문제점이 있다.

또한 상기한 다른 종래의 레이저 마킹 시스템에서 마킹의 속도가 떨어지고 스테핑 모터와 레이저다이오드와 조합된 타이밍 벨트의 장시간의 연속적인 운동 때문에 설정된 위치가 벗어나서 오차범위가 증가하는 단점이 있다.

본 고안은 상기한 문제점을 시정하여, 레이저마킹 로봇의 작업공간을 최소화시킴과 동시에 마킹 스피드를 증가시키고 위치제어의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 레이저 마킹 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 레이저마킹 시스템의 구성도

도 2는 본 고안의 레이저마킹 유닛의 구성도

도 3은 도 2, 도 6, 도 11의 레이저마킹 헤드의 외형도

도 4는 종래의 다른 레이저마킹 시스템의 구성도

도 5는 본 고안의 양호한 실시예의 배치도

도 6은 본 고안의 양호한 실시예의 구성도

도 7은 본 고안을 구성하는 데스크탑 로봇의 사시도

도 8은 본 고안을 구성하는 데스크탑 로봇의 정면도

도 9는 본 고안을 구성하는 데스크탑 로봇의 측면도

도 10은 본 고안을 구성하는 데스크탑 로봇의 상면도

도 11은 본 고안의 다른 실시예의 구성도

도 12는 본 고안의 다른 실시예를 구성하는 데스크탑 로봇의 사시도

도 13은 본 고안의 다른 실시예를 구성하는 데스크탑 로봇의 정면도

도 14는 본 고안의 다른 실시예를 구성하는 데스크탑 로봇의 다른 정면도

도 15은 본 고안의 다른 실시예를 구성하는 데스크탑 로봇의 측면도

도 16은 본 고안의 다른 실시예를 구성하는 데스크탑 로봇의 상면도

도 17은 본 고안을 구성하는 서보드라이브 시스템의 블록도

도 18은 본 고안을 구성하는 서보드라이브 시스템의 부분 상세도

도 19은 본 고안을 구성하는 서보드라이브의 부분 상세도

도 20는 도 17, 도 18, 도 19의 제어지령 전달 및 제어지령 실행 및 제어지령 해석을 도시한 플로우차트

＜도면의 중요 부분에 대한 부호의 설명＞

110: 레이저마킹 헤드

LB: 레이저 빔 LD: 레이저 다이오드

111: 갈보메터 112: 렌즈

120: 레이저 발진기 121: 콜리메이터 렌즈

122: 서포트 123: 브라켓

124: 케이스 125: 커넥터

130: 광화이버 다발 140: 하네스

160: 레이저빔 스캐너 170: 레이저빔 스캐너

160-1: 미러 170-1: 미러

150: 광변조기 180: 할로겐 램프

190: 레이저 매질 200: 데스크탑 로봇

210: 본체 211: 베이스

212: 지지부재 213: 제 1 슬라이드 부재

214: 제 2 슬라이드 부재 215: 작업헤드

216: 슬라이드 홈 217: 제 1 작업대

217-2: 제 2 작업대 218: 모터

219: 벨트 231: 연결체

241: 스크류 샤프트 242: 모터

243: 스크류 샤프트 244: 연결체

245: 모터 245-2: 모터

246: 스크류 샤프트 246-2: 스크류 샤프트

247: 연결체 247-2: 연결체

313: 제 1 슬라이드 부재 314: 제 2 슬라이드 부재

315: 제3슬라이드부재 317: 작업회전수단

318: 모터 319: 벨트

320: 스크류 샤프트

321: 연결체 322: 모터

323: 스크류 샤프트 324: 연결체

325: 모터 326: 스크류 샤프트

327: 연결체 328: 엑츄에이터

329: 회전 작업대 330: 제 1 기판

331: 제 2 기판 400: 퍼스널 컴퓨터

500: 마킹 대상물 510: 트레이

600: 컨베어 시스템 700: X-Y 테이블

SM: 스테핑 모터 710: NC 제어회로

720: 타이밍 벨트 730: 외부장치

740: 레이저 다이오드제어기 750: 레이저 다이오드 제어회로

760: 광화이버 800: 서보드라이브 시스템

801: 서보드라이브 802: 상위 제어기

803: 인버터 모듈 M: 모터

804: PLC 805: 티치-펜던트

806: 티칭 처리부 807: 접속 인식부

이하에서 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 도 3과 도 12과 도 5에서 도시한 바와 같이, 레이저마킹 유닛(100)과 데스크탑 로봇(200)과 퍼스널 컴퓨터(400)로 구성되어 있다.

상기 레이저마킹 유닛(100)과 상기 데스크탑로봇(200)와 상기 퍼스널 컴퓨터(400)는 RS-232나 RS-422와 같은 통신방식을 이용하여 시리얼 라인으로 연결되어 있다.

레이저마킹 유닛(100)은 레이저빔(LB)을 조사하는 레이저마킹 헤드(110)와 레이저빔(LB)을 생성시키는 레이저 발진기(120)와 상기 레이저 발진기(120)로 부터 레이저빔(LB)을 레이저마킹 헤드(110)까지 전달하는 광화이버 다발(130)과 상기 레이저 발진기(120)의 제어신호를 레이저마킹 헤드(110)까지 전달하는 하네스(140)로 구성되어 있다.

상기 레이저 발진기(120)는 레이저 오실레이터를 포함하며, YAG 레이저와 이산화탄소 레이저 중의 하나를 발생 시킨다.

도 2와 도 5에서 상기 레이저마킹 헤드(110)는 상기 광화이버 다발(130)과 렌즈(112) 사이에 위치되어, 입사되는 레이저빔(LB)을 미러(160-1, 170-1)에 소정의 각도로 반사시킴으로써, 상기 마킹 대상물(500)의 일정 영역이 마킹되도록 하는 갈보메터(111)와 갈보메터(111)에서 반사된 일정 파장의 레이저빔(LB)을 제공 받아서 이를 마킹 대상물(500)의 일정 영역에 입사시키는 렌즈(112)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 광화이버 다발(130)은 다수의 광화이버로 구성되어 있으며, 광화이버의 내경을 지나는 레이저빔(LB)은 산란이나 에너지의 손실이 없이 광화이버 다발(130)을 통해서 레이저 발진기(120)에서 레이저마킹 헤드(110)에 도달하게 된다.

상기 하네스(140)는 레이저 발진기(120)와 레이저마킹 헤드(110) 사이의 신호전달의 통로가 되며, 특히 레이저마킹 헤드(110) 내부의 갈보메터(111)를 제어하는 시리얼 신호를 갈보메터(111)에 전송한다.

여기서 상기 렌즈부는 단일 플래노 컨벡스 렌즈 또는 다수의 카메라용 소형렌즈일 수 있다.

이하 도 2와 도 3에서와 같이, 레이저마킹 유닛(100)을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 레이저 발진기(120)로부터의 레이저마킹 헤드(110)까지 레이저빔(LB)이 통과할 수 있도록 광화이버 다발(130)이 구비되어 있고, 상기 레이저마킹 헤드(110)의 베이스 서포트(122)의 일측에는 케이스 브라켓(123)을 통하여 내측에 소정 공간을 갖는 케이스(124)가 부착되어 있다.

계속해서 상기 케이스(124)의 내측에는 갈보 메터(111)가 부착되어 있고, 상기 갈보 메터(111)의 상부에는 커넥터(125)가 설치되어 갈보메터 콘트롤을 위한 하네스(140)가 상기 광화이버 다발(130)과 근접한 상태로 레이저 발진기(120)에 연결되고, 소정의 컴퓨터 소프트웨어에 의해 상기 갈보 메터(111)가 제어되도록 되어있다.

즉, 주지된 바와 같이 상기 갈보메터(111)는 두개의 미러(160-1, 170-1)와 이를 제어하는 레이저빔 스캐너(160, 170)로 이루어져 있으며, 이러한 구조에 의해 미러(160-1, 170-1)를 통과하는 레이저빔(LB)을 레이저 발진기(120)의 제어 명령에 따라 X-Y 방향으로 반사시킴으로써, 마킹 대상물(500)의 표면에 일정한 형태로 마킹 작업이 수행되도록 한다.

더불어 상기 갈보 메터(111)의 하부에는 렌즈 홀더를 통해 렌즈(112)가 설치되어 있으며, 상기 렌즈(112)의 하부에는 실제 마킹 작업이 수행되는 마킹 대상물(500)이 위치되어 있다.

즉, 상기 렌즈(112)는 마킹 대상물(500)까지의 레이저빔(LB)의 초점 거리를 정확하게 조정하는 역할을 한다.

따라서, 상기 갈보 메터(111)에 의해 소정 각도로 반사되는 레이저빔(LB)은 상기 렌즈(112)를 통과하여 상기 마킹 대상물(500)의 소정 영역에 문자 및 문양 등을 음각하게 된다.

상기에서 상세하게 설명한 레이저 마킹 유닛은 이미 이태리의 SEI 사에서 개발하여 "Giotto Nd;Yag Fiber"라는 모델로 시판하고 있으며, 상기 제품의 레이저마킹헤드가 고정된 상태에서 최대 180X180 제곱 미리미터의 면적에 마킹의 능력을 갖추고 있다.

도 6과 도 7에서와 같이 데스크탑 로봇(200)은 본체(210)와 서보드라이브 시스템(800)과 티치-펜던트(Teach-Pendant)(805)로 구성된다.

데스크탑 로봇(200)의 본체(210)의 구조는 도 7에 도시한 바와 같이,

베이스(211)와, 상기 베이스(211) 후방에 설치된 지지부재(212)와, 상기 지지부재(212)의 상단에 고정되는 제 1 슬라이드 부재(213)와 상기 제 1 슬라이드 부재(213)에 위치 이동 가능하게 설치되는 제 2 슬라이드 부재(214)와, 상기 제 2 슬라이드 부재(214)에 승강 가능하게 레이저마킹 헤드(110)가 설치되는 작업 헤드(215)와, 상기 베이스(211)의 양측에는 슬라이드홈(216)을 따라 이동되게 설치되는 작업대(217, 217-2)로 구성된다.

도 9와 도 10에서와 같이 상기 제 1 슬라이드 부재(213)의 내부에 있는 모터(218)가 벨트(219)에 의해 스크류 샤프트(241)와 결합되고, 상기 제 2 슬라이드 부재(214)는 상기 스크류 샤프트(241)에 조립된 연결체(231)에 의해서 결합된다.

그리고 상기 제 2 슬라이드 부재(214)의 내부에 있는 모터(242)가 스크류 샤프트(243)와 결합되고, 상기 레이저마킹 헤드(110)가 설치되는 작업 헤드(215)는 상기 스크류 샤프트(243)에 조립된 연결체(244)에 의해서 결합된다.

도 8과 도 9와 도 10에서와 같이 또한 상기 작업대(217, 217-2)가 베이스(211)의 양측에 일정 간격으로 배치되는 제 1 작업대(217)와 제 2작업대(217-2)를 구비하여, 상기 제 1, 2 작업대(217, 217-2)가 위치할 베이스(211)는 상면에 길이 방향으로 슬라이드 홈(216)을 구비한다.

도 8과 도 9에서와 같이 상기 베이스(211) 내부에 있는 모터(245, 245-2)가 각 스크류 샤프트(246, 246-2)와 결합되고, 상기 제 1, 2 작업대(217, 217-2)는 상기 스크류 샤프트(246, 246-2)에 조립된 연결체(247, 247-2)에 의해 결합된다.

상기와 같이 구성된 상태에서, 작업자는 상기 제 1 작업대(217)의 상면에 작업물을 안착시킨 후, 작동 스위 치(미도시)를 누른다.

그리고 상기 작동 스위치(미도시)에 의해 제어부(미도시)는 제어신호(미도시)를 발생하며, 상기 제어신호에 의해 상기 베이스(211) 내부의 모터(245)가 정방향으로 가동됨으로써 스크류 샤프트(246)를 정방향으로 회전시킨다.

그리고 상기 스크류 샤프트(246)의 회전과 동시에 연결체(247)가 스크류 샤프트(246)의 나선을 따라 미끄러지는 것이고, 상기 연결체가 이동되면서 제 1 작업대(217)를 작업위치까지 이동시킨다.

이어서 제 1 슬라이드 부재(213)와 제 2 슬라이드 부재(214)의 내부에 있는 모터(218, 242)가 각 스크류 샤프트(241, 243)를 동시에 정역 방향으로 회전시킨다.

이에 따라 각 연결체(231, 244)가 상기 스크류 샤프트(241, 243)를 따라 왕복 이동됨으로써 작업 헤드(215)의 레이저마킹 헤드(110)가 설정된 궤적을 따라 소요작업을 수행하게 된다.

이와 동시에 작업자는 상기 제 2 작업대(217-2)의 상면에 후속하는 마킹 대상물을 안착하는 것이다.

다음 제 1 작업대(217)의 안착된 작업물에 대한 작업이 완료되면, 작업자는 상기 작동 스위치(미도시)를 누른다.

그리고 상기 작동 스위치(미도시)에 의해 제어부(미도시)는 제어 신호를 발생하며, 상기 제어 신호에 의해 상기 베이스(211) 내부의 모터(245)가 역방향으로 가동됨으로써 스크류 샤프트(246)를 역방향으로 회전시킨다.

그리고 상기 스크류 샤프트(246)의 회전과 동시에 연결체(247)가 스크류 샤프트(246)의 나선을 따라 미끄러지면서 제 1 작업대(217)를 초기 위치까지 후진시킨다.

그리고 상기 제 2 작업대(217-2)를 작업위치까지 이동시킨다.

또 다른 실시예로써, 데스크탑 로봇(300)의 구조는 도 12, 도 13, 도 14, 도 15 및 도 16에서와 같이 도시한 바와 같이, 적정 크기의 베이스(311) 후방 양측에 상향으로 한 쌍의 지지부재(312)와, 상기 각 지지부재(312)의 상단에 고정된 제 1 슬라이드 부재(313)와, 상기 제 1 슬라이드 부재(313)의 일측면에서 좌우 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 설치된 제 2 슬라이드 부재(314)와, 상기 제 2 슬라이드 부재(314)의 일측면에서 전후 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 설치된 제 3 슬라이드 부재(315)와, 상기 제 3 슬라이드 부재(315)의 일측면에서 상하 방향으로 직선 왕복 이동 기능하게 레이저마킹 헤드(110)가 설치되는 작업헤드(316)와, 상기 베이스(311)에 설치된 작업 회전 수단(317)으로 구성되어 있다.

상기 제 1 슬라이드 부재(313)의 내부에 있는 모터(318)는 벨트(319)에 의해스크류 샤프트(320)와 결합되고, 상기 제 2 슬라이드 부재(314)는 상기 스크류 샤프트(320)에 조립된 연결체(321)에 의해서 결합된다.

그리고 도 15에서와 같이 상기 제 2 슬라이드 부재(314)의 내부에 있는 모터(322)는 스크류 샤프트(323)와 결합되고, 상기 제 3 슬라이드 부재(315)는 상기 스크류 샤프트(323)에 조립된 연결체(324)에 의해서 결합된다.

그리고 상기 제 3 슬라이드 부재(315)의 내부에 있는 모터(325)는 스크류 샤프트(326)와 결합되고, 상기 레이저마킹 헤드(110)가 설치되는 작업 헤드(316)는 상기 스크류 샤프트(326)에 조립된 연결체(327)에 의해서 결합된다.

또한 도 14과 도 15에서와 같이 상기 작업 회전 수단(317)은 베이스(311) 내부에 설치되는 액츄에이터(328)와, 상기 액츄에이터(328)에 결합됨과 아울러 베어스 상측으로 돌출되는 회전 작업대(329)로 구성되는 것이다.

그리고 상기 회전 작업대(329)는 양측에 마킹 대상물이 로딩될 수 있는 제 1, 2 기판(330, 331)을 구비한다.

상기와 같이 구성된 상태에서, 작업자는 상기 제 1 기판(330)의 상면에 마킹대상물을 안착시킨 후, 작동 스위치(미도시)를 누른다.

그리고 상기 작동 스위치(미도시)에 의해 제어부(미도시)의 제어 신호가 발생하며, 상기 제어 신호는 상기 베이스(311) 내부의 액츄에이터(328)를 가동시킴으로써 상기 액츄에이터(328)와 축방향으로 연결된 회전 작업대(329)를 정방향으로 180도 회전시켜서 마킹 대상물을 작업위치까지 이동시킨다.

그리고 제 1, 2, 3 슬라이드 부재(313, 314, 315) 내부에 있는 모터(318,322, 325)가 각 스크류 샤프트(320, 323, 326)를 동시에 정역 방향으로 회전시킨다.

이에 따라 상기 각 연결체(321, 324, 327)가 상기 각 스크류 샤프트(320, 323, 326)를 따라 왕복 이동됨과 동시에 상기 연결체(327)에 연결된 작업헤드(316)가 설정된 궤적을 따라 소요 작업을 수행하게 된다.

그리고 작업자는 상기 제 2 기판(331)의 상면에 후속하는 마킹 대상물(500)을 안착한다.

또한 제 1 기판(330)의 안착된 마킹 대상물(500)에 대한 작업이 완료되면, 작업자는 작동 스위치를 누른다.

그리고 상기 작동 스위치에 의해 제어부는 제어 신호를 발생하며, 상기 제어신호에 의해 상기 베이스(311) 내부의 액츄에이터(328)는 가동됨으로써 상기 액츄에이터(328)와 축방향으로 연결된 회전 작업대(329)를 정방향으로 180도 다시 회전시켜서 마킹 대상물을 초기 위치까지 이동시킨다.

이와 동시에 상기 제 2 기판(331)의 상면에 안착된 마킹 대상물(500)도 작업위치까지 회전 이송된다.

데스크탑 로봇의 모터를 구동제어하기 위한 서보드라이브 시스템은 각종 공작기계, 반도체 장비, 각종로봇 등 산업용 기계장치에 있어서 이들을 구동하고 제어하기 위한 구동제어부로서 널리 사용되고 있다.

도 17은 서보드라이브 시스템(800)의 블록도이고, 도 18과 도 19는 도 17의 부분상세도이다.

도시된 바와 같이, 서보드라이브 시스템(800)은, 본 고안을 구성하는 데스크탑 로봇(200)의 축에 장착되어 상기 로봇을 구동시키기 위한 구동동력원의 역할을 하는 모터(218, 242, 245, 245-2, 318, 322, 325)와, 상기 모터(218, 242, 245, 245-2, 318, 322, 325)에 전류를 공급함과 동시에 공급된 전류량 및 위상을 조정함으로써 상기 모터(218, 242, 245, 245-2, 318, 322, 325)를 구동제어하기 위한 서보드라이브(801), 서보드라이브(801)에 제어지령을 내보내는 상위제어기(802)를 포함한다.

일반적으로 구동제어하고자 하는 데스크탑 로봇이 다축을 가질 경우, 도 17과 도 19에 도시된 바와 같이 각 축마다 모터(M)가 장착되고 모터(M)를 구동제어하기 위한 서보드라이브(801)가 각 각 마련됨으로써 상위제어기(802)에 복수의 서보드라이브(801)가 접속되게 된다.

도 19에서와 같이 서보드라이브(801)는, 상위제어기(802)로부터의 제어지령에 따라 인버터모듈(803)을 제어하며 모터(M)로부터의 피드백신호를 수령하여 상위제어기(802)에 피드백하는 PLC(804) 및 PLC(804)의 제어에 따라 상위제어기(802)로부터의 제어지령에 기초하여 모터(M)에 공급될 전류를 생성하는 인버터모듈(803)을 구비한다.

도 17과 도 18과 도 19에서와 같이, 상위제어기(802)와 서보드라이브(801)는 동축케이블을 통해 상호 연결되어 있다.

상기와 같은 구성에 따라, 상위제어기(802)는 현재의 위치값을 서보드라이브(801)로부터의 피드백신호를 통해 파악하고, 목표위치값을 계산한다.

목표위치값은 펄스지령 혹은 전압지령으로 변환되어 서보드라이브(801)로 제공된다.

도 19의 서보드라이브(801)의 PLC(804)는 제공된 제어지령을 분석하여 제어주기마다 발생되는 인터럽트에 따라 제어루프를 수행하여 인버터모듈(803)을 제어하고, 인버터모듈(803)은 PLC(804)의 제어에 따라 모터(M)에 소정 전류를 공급한다.

도 20는 서보드라이브(801)와 상위제어기(802) 사이의 제어지령 전달 및 제어지령 실행 및 제어지령 해석을 도시한 플로우차트이다.

예를 들면, 도 20에서 서보드라이브(801)가 상위제어기(802)로부터 전달받는 제어지령은 각 축을 이동시키기 위한 제어지령 프로파일과 운전시작 운전정지와 같은 간단한 I/O 지령이며, 현재의 레이저마킹 헤드(110)의 위치를 인식하고, 제어루프를 실행하여 제어지령을 서보드라이브(801)에 전달하면 서보드라이브(801)에서 제어지령이 해석되어서 제어루프의 실행을 종료하고 그 결과를 다시 상위제어기에 피드백 시켜서 레이저마킹 헤드(110)를 지정한 위치까지 이동시키는 동작을 완료한다.

레이저마킹 헤드(110)를 데스크탑 로봇(200, 300)의 작업대 상의 소망하는 위치로 이동시키는 모터의 실제 구동은 서보드라이브(801)의 PLC(804)에 내장된 동작프로그램에 의해 이루어 진다.

이에, 서보드라이브(801)가 모터(M)를 구동제어하기 위해서는 사용자가 서보드라이브(801)의 PLC(804)에 내장된 동작프로그램의 각종 파라미터를 각각 설정입력해주어야 한다.

또한, 상위제어기(802)는 서보드라이브(801)로 제어지령을 제공하고 에러발생정보 내용 및 현재 모터(M)의 운전상태에 대한 정보는 제공받는다.

도 5와 도 7와 도 7과 도 11 및 도 12에서와 같이 상기한 레이저 마킹 로봇의 위치와 동작을 입력하는 입력장치인 티치-펜던트(805)에 의해서 작업자는 레이저마킹 로봇의 동작 파라미터를 PLC(804)에 저장하며, 레이저마킹 유닛(100)의 레이저 마킹 헤드(110)를 작업하기 원하는 위치로 교시를 하기 위한 기능이나 기타 시스템에 관계되는 일을 하는 인터페이스 역할을 한다.

레이저마킹 로봇에서 입력장치로서 티치-펜던트(805)가 티칭한 파라미터에 따라 서보 드라이브(801)가 데스크탑 로봇을 구성하는 모터(M)를 구동시켜서 레이저마킹 헤드(110) 및 마킹 대상물(500) 등의 공작물 반송을 제어한다.

도 6와 도 7과 도 11과 도 12에서와 같이 접속 인식부(807)는 상기 티치-펜던트(805)가 서보드라이브(801)에 접속되어 있다고 인식한 경우, 레이저마킹 로봇을 정지하고 반송제어 상태로부터 티칭처리 상태로 이행한다.

그리고, 이 레이저마킹 로봇의 반송 동작은 미리 키보드 등의 티칭 수단 및 티칭 처리부(806)를 이용하여 티칭되고, 이 티칭된 파라미터에 따라 레이저마킹 헤드(110)와 작업대가 X축, Y축, Z축 및 회전 운동 및 정지 동작을 하게 되며, 티칭된 로봇의 동작 예정 좌표는 PLC(804)에 저장한다.

따라서, 레이저마킹 로봇에 소정의 반송 동작을 티칭하는 경우, 키보드 등의 티칭 수단은 서보드라이브(801)에 직결되어 있으며, 레이저마킹 로봇(1000)에 대하여 확실하게 티칭할 수 있다

그러나, 티치-펜던트(805)는 일반 로봇에서만 이용되도록 특수 제작되어 있기 때문에 , 이용자 인터페이스가 용이한 퍼스널 컴퓨터(400)가 로봇 시스템을 구성하는데 점점 중요한 요소가 되어 가고 있다.

도 5와 도 6과 도 11에 나타난 바와 같이, 퍼스널 컴퓨터(400)를 사용하므로서 사용자 인터페이스는 매우 편해졌으며 로봇제어와 같은 응용부분에 있어서 상당한 편리해졌다.

데스크탑 로봇(200, 300)와 레이저마킹 유닛(100)과 퍼스널 컴퓨터(400)는 RS-232나 RS-422와 같은 통신방식을 이용하여 시리얼 라인으로 연결된다.

티치-펜던트(805)와 동일한 역할을 퍼스널 컴퓨터(400)가 할 수도 있다.

레이저마킹 로봇의 동작 순서는 다음자 같은 순서로 진행된다.

레이저마킹 로봇의 패널상이나 퍼스널 컴퓨터의 키보드 중의 하나에서 "시작" 버튼(미도시)을 누르면 작업대(217, 217-2) 또는 회전 작업대(329)와 레이저마킹 헤드(110)가 동시에 초기상태의 위치로 이동하기 시작한다.

다음 동작으로서 상기 작업대(217, 217-2) 또는 회전 작업대(329)와 레이저마킹 헤드(110)가 티치-펜던트(805)를 사용하여 서보드라이브(801)의 PLC(804)에 저장한 파라미터에 따라서 이동, 정지, 방향전환과 같은 동작을 하기 시작한다.

그리고 레이저마킹 헤드(110)가 작업대 상에 안착된 소망하는 마킹 대상물(500)상에 위치하고 정지한후 레이저빔(LB)을 조사하여 마킹 대상물(500)의 표면에 마킹을 한후 레이저빔(LB)의 조사를 중지한다.

그리고 또 다시 작업대(217, 217-2) 또는 회전 작업대(329) 및 레이저마킹 헤드(110)가 동작을 하고, 레이저마킹 헤드(110)가 작업대 상에 안착된 소망하는 다음 순서의 마킹 대상물(500)의 표면에 위치하고 정지한후 레이저빔(LB)을 조사하는 동작을 반복한다.

상기 티치-펜던트(805)로 입력한 파라메타와 퍼스널 컴퓨터(400)의 명령에 의하여 다수의 마킹 대상물 표면에 마킹 작업을 완료한 후에 레이저마킹 헤드(110)와 작업대(217, 217-2) 또는 회전 작업대(329)는 서보드라이브(801)가 정하는 초기의 위치로 이동하여서 레이저 마킹 작업을 종료하게 되는 것이다.

한편, 퍼스널 컴퓨터(400)에서 오토캐드나 다른 드로잉 소프트웨어 (예를 들면 기존의 "코렐"이나 "이카로" 등)을 이용하여 작성한 문자, 도형, 그림 등을 저장매체에 저장하고, 레이저마킹 인테페이스 소프트웨어(미도시) 상에서 레이저빔(LB)의 출력과 이동속도와 축소확대율 등을 지정하고 퍼스널 컴퓨터(400)의 저장매체에 저장한 후, 퍼스널 컴퓨터(400)와 티치 펜던트(805) 중의 하나에서 작업의 실행을 명령하면 마킹 대상물(500)에 소망하는 레이저 마킹 작업을 수행한다.

퍼스널 컴퓨터(400)에서는 서보드라이브 시스템(800)의 일부 상위제어기(802)처럼 서보드라이브(801)에 동작시작 및 완료 명령을 보낼 수 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 고안은 X-Y-Z축 방향으로 동작하는 데스크탑 로봇에 레이저마킹 유닛 및 퍼스널 컴퓨터를 구성함으로써, 레이저마킹 로봇의작업공간을 최소화 시킴과 동시에 마킹 스피드를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims

레이저마킹 유닛(100)과 데스크탑 로봇(200)과 퍼스널 컴퓨터(400)로 구성되며, 상기 레이저마킹 유닛(100)은 레이저마킹 헤드(110)와 레이저 발진기(120))와 광화이버 다발(130)과 하네스(140))로 구성되며, 상기 데스크탑 로봇(200)은 본체(210)와 서브드라이브 시스템(800)과 티치-펜던트(805)로 구성되며, 상기 본체는 베이스(210)와, 상기 베이스(211) 후방에 설치된 지지부재(212)와, 상기 지지부재(212)의 상단에 고정되는 제 1 슬라이드 부재(213)와 상기 제 1 슬라이드 부재에 위치 이동 가능하게 설치되는 제 2 슬라이드 부재(214)와, 상기 제 2 슬라이드 부재(214)에 직선방향으로 승강 가능하게 설치되는 작업 헤드(215)와 상기 베이스(211)에는 슬라이드홈(216)을 따라 이동되게 설치되는 작업대(217, 217-2)로 구성되고, 상기 레이저마킹 헤드(110)는 작업헤드(215)에 연결 고정되고, 상기 서보드라이브 시스템(800)은 서보드라이브(801)와 상위제어기(802)로 구성되고, 상기 퍼스널컴퓨터(400)는 저장매체와 작도용 소프트웨어를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 마킹 로봇
제 1 항에 있어서, 레이저마킹 헤드(110)는 갈보 메터(111)와 렌즈(112)를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 마킹 로봇
제 1 항에 있어서, 레이저 발진기(120)는 레이저 광원으로써 CO2 레이저와이트륨 알루미늄 가닛(Yttrium Aluminum Garnet: YAC) 레이저 중의 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 마킹 로봇
레이저마킹 유닛(100)과 데스크탑 로봇(300)과 퍼스널 컴퓨터(400)로 구성되며, 상기 레이저마킹 유닛(100)은 레이저마킹 헤드(110)와 레이저 발진기(120)와 광화이버 다발(130)과 하네스(140)로 구성되며, 상기 데스크탑 로봇(300)은 본체(310)와 서보드라이브 시스템(800)과 티치-펜던트(805)로 구성되며, 상기 본체(310)는 베이스(311)와, 상기 베이스(311) 후방 양측에 상향으로 한 쌍의 지지부재(312)와, 상기 각 지지부재(312)의 상단에 고정된 제 1 슬라이드 부재(313)와, 상기 제 1 슬라이드 부재(313)의 일측면에서 좌우 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 설치된 제 2 슬라이드 부재(314)와, 상기 제 2 슬라이드 부재(314)의 일측면에서 전후 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 설치된 제 3 슬라이드 부재(315)와, 상기 제 3 슬라이드 부재(315)의 일측면에서 상하 방향으로 직선 왕복 이동 기능하게 설치된 작업헤드(316)와, 상기 베이스(311)에 설치된 작업 회전 수단(317)으로 구성되며, 상기 레이저마킹 헤드(110)는 작업헤드(316)에 연결 고정되고, 상기 서보드라이브 시스템(800)은 서보드라이브(801)와 상위제어기(802)로 구성되고, 상기 퍼스널컴퓨터(400)는 저장매체와 작도용 소프트웨어를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 마킹 로봇
제 4 항에 있어서 레이저마킹 헤드(110)는 갈보 메터(111)와 렌즈(112)를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 마킹 로봇
제 4 항에 있어서 레이저 발진기(120)는 레이저 광원으로써 CO2 레이저와 이트륨 알루미늄 가닛(Yttrium Aluminum Garnet: YAG) 레이저 중의 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 마킹 로봇