KR20110011544A - 평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치를 위한 저관성 조작기 - Google Patents

평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치를 위한 저관성 조작기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세로방향 무브먼트 축 X, 상기 세로축에 수직하고 시트형 금속의 평면과 평행한 횡단방향 무브먼트 축 Y, 및 상기 축들을 따라 변위가능한 레이저 절단 헤드(14)용 유지 장치(15)를 포함하는 평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치를 위한 저관성 조작기에 관한 것이다. 상기 유지 장치(15)는 가변의 상호 거리에서 축 Y를 따라 이동하기 위해 개별의 독립 구동장치(7 및 8)에 의해서 구동되는 2개의 슬라이딩 블록(5 및 6)과 상기 레이저 절단 헤드(14)에 상기 슬라이딩 블록(5 및 6)의 관절형 연결을 위한 로드(9 및 10)를 포함한다.

Description

평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치를 위한 저관성 조작기{MANIPULATOR AT LOW INERTIA FOR LASER CUTTING MACHINES FOR FLAT SHEET METALS}
본 발명은 평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치를 위한 저관성 조작기에 관한 것이다.
평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치의 가장 일반적인 모델은 이동 광학(moving optics)과 고정 피이스(fixed piece)를 갖는 것이다. 상기 장치 모델에서, 처리될 시트가 평면상에 배열되고, 절단 공구(포커싱 헤드)는 서로 수직이고 시트의 평면과는 평행한 이동축 X-Y를 따라 적당한 CNC 구동장치(actuator)에 의해서 이동한다. 일반적으로, 제1 축(X)은 가장 긴 스트로크(stroke)를 갖는 것이며 캔틸레버를 갖는 2개의 평행한 가이드(guide) 또는 한개의 가이드상의 갠트리(gantry)로 제조된다. 제2 직교축(Y)은 일반적으로 제1 축에 장착된다. 그러므로 표현된 2개의 축을 따라 이동하는 장비의 전체 중량은 태스크(task)와 일직선에 있음에도 불구하고 일반적으로 꽤 상당하다.
평면 레이저 절단 프로파일은 일반적으로 충분한 정확성을 가지고 이동하기 위하여 더 낮은 장치 생산성으로 반영되는 제한된 다이나믹스(dynamics) 채택을 요구하는 다수의 작은 와인딩 무브먼트(winding movements)를 포함한다. 다이나믹스(최대 가속도)는 수반된 중량에 의해서 제한된다. 갠트리와 캔틸레버 솔루션 사이에 중도(middle way)로 사용된 중앙 빔(central beam)을 갖는 구조는 또한 상기 문제에 의해서 영향을 받는다. 즉, 처리 속도에서 작은 곡률 반경을 갖는 외형(contours)을 절단하기 위해 요구되는 가속도와 직교좌표 X-Y의 시스템 전체는 최근 추세에는 반대되는 것이다. 본 발명자들은 구심 가속도(acceleration while bending)가 v2/r인 것을 지적하고, 여기서 "v"는 특정 레이저 절단 처리 속도이고, "r"은 진행시 절단 프로파일의 곡률 반경이다. 만약 "r"이 작으면, 가속도는 높아지고 처리 속도 "v"는 품질 처리(quality processing)를 수득하기 위해 감소되어야 한다.
상술한 한계를 극복하기 위해 채용된 첫번째 해결책은 보조 직교좌표 축 xy를 갖는 제2 시스템을 부가함에 의해서 달성되며, 주축 XY를 갖는 제1 시스템에 장착된 중량과 스트로크를 감소시킨다(미국특허출원 제2004/0025761호). 작업 사이클에서, 수개의 롱-피치 무브먼트(long-pitch movements)는 주축 XY로 만들어 지며, 쇼트 피치(short pitch)와 높은 다이나믹스를 갖는 다수의 로컬 무브먼트(local movements)는 한 쌍의 보조 직교좌표 축 xy로 만들어 진다(솔루션 XY + xy).
선택적 해결책은 EP1366846에서 고안되고 기술되었으며, 이는 메인 갠트리 X에 의해서 교대로 지지되는 횡단축(transversal axis) Y에 장착된 단일 부가의 선형 보조축 x을 사용한다. 대부분의 중량은 메인 갠트리 X의 중량이고, 적은 중량이 횡단축 Y와 보조축 x에 의해서 제공된다. 광범위하고 드문 무브먼트가 메인 갠트리 X에 의해서 실시되고, 높은 다이나믹스를 갖는 국지적이고 빈번한 무브먼트는 한쌍의 축 Yx에 의해서 실시된다(X+Yx 솔루션).
부가의 선택적 해결책은 US 2008/0197118에 제시되었으며, 이는 저관성에서 부가의 직교좌표 시스템 xy를, 축 Y를 따라 슬라이딩가능한 공통의 동력화된 캐리지(common motorized carriage)로부터 절단 헤드를 향해서 연장되는 조절가능한 길이를 갖는 2개의 동력화된 슬라이드(motorized slide)에 의해서 작동하는 극성 위치결정 기구(polar positioning mechanism) "ρσ"로 대체하였다. 광범위하고 드문 무브먼트가 갠트리 축 X에 의해서 실시되고, 높은 다이나믹스를 갖는 국지적이고 빈번한 무브먼트는 3개 축 Yρσ의 조합에 의해서 실시된다(X+Yρσ솔루션).
본 발명의 목적은 상기 2개의 솔루션을 조합하여 장치의 작업 성능을 증가시키고 피이스(piece)의 절단 품질을 보증하는 부가의 선택적 해결책을 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 세로방향 무브먼트 축 X와 상기 세로축에 수직하고 시트형 금속의 평면과 평행한 횡단방향 무브먼트 축 Y 및 상기 축들을 따라 변위가능한 레이저 절단 헤드용 유지 장치를 포함하는, 평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치를 위한 조작기에 의해서 달성되었으며, 상기 유지 장치는 가변의 상호 거리에서 축 Y를 따라 이동하기 위해 개별의 독립 구동장치에 의해서 구동되는 2개의 슬라이딩 블록(sliding blocks)과 상기 레이저 절단 헤드에 상기 슬라이딩 블록의 관절형 연결(articulated connection)을 위한 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제1 구동장치는 축 Y를 따라 횡단 이동하고, 제2 구동장치는 제1 구동장치 및 관절형 연결 로드와 공동으로 일정 반경을 갖는 각 이동성(angular mobility, σ)을 레이저 절단 헤드로 부가하며; 2가지 이동을 조합하여 요구되는 국지 직교좌표 커버리지(local Cartesian coverage)를 제공한다. 광범위하고 드문 무브먼트가 축 X에 의해서 실시되고, 높은 다이나믹스를 갖는 국지적이고 빈번한 무브먼트는 한쌍의 축 Yσ에 의해서 실시된다(X+Yσ 솔루션).
본 발명에 의해서 제공된 이점은 US 2004/0025761 및 US 2008/0197118의 솔루션에 의해서 사용된 3개의 로컬 구동장치 대신에, 2개의 로컬 구동장치만을 사용하여 장치의 작업 성능을 증가시키고 저관성에서 로컬 이동 시스템에 의해서 피이스의 절단 품질이 보장된다는 것이다. 2개의 로컬 구동장치를 갖는 EP 1366846의 솔루션은 선형 및 극성 이동들의 조합으로 작동하는 저관성 위치결정 모드에 의한 본 발명과는 차이가 있다.
저관성 이동 구동장치는 공지된 동력화(motorization), 예를들면 리서큘레이팅 볼(recirculating ball)을 구비한 리드스크류(leadscrew), 피니온-랙 드라이브(pinion-rack drive), 또는 선형 모터를 구비한 슬라이드에 의해서 통상 만들어 질 수 있다.
본 발명의 특징은 저관성 조작기를 구비한 레이저 절단 장치의 하기 상세한 설명으로부터 더 명확하게 될 것이며, 이는 첨부된 도면에서 비(非)제한적 예로 개시되었다,
도 1은 본 발명에 따른 축 X+Yσ을 구비한 조작기를 사용하는 2차원 레이저 절단 장치의 예를 나타낸다.
도 2는 축 Y의 한쪽 단부에서 최대 상호 거리 위치에서 레이저 절단 헤드의 2개의 슬라이딩 유지 블록을 구비한 조작기의 상세확대도이다.
도 3은 축 Y의 동일 단부에서 최소 상호 거리 위치에서 조작기의 상세확대도이다.
도 4는 축 Y의 다른 단부에서 최대 상호 거리 위치에서 조작기의 상세확대도이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 위치에서 상이한 타입의 구동장치를 구비한 조작기의 개별 변형체를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 조작기를 사용하는 장치의 부가 예를 나타낸다.
도 1은 단부 포탈(end portal, 1)과 상기 2개의 포탈을 연결하는 중앙 세로방향 빔(2)을 구비한 타입의 레이저 절단 장치를 나타낸다.
선택적으로 갠트리(도 7) 또는 캔틸레버(도 8) 구조가 제공될 수 있다.
도 1의 예에서, 중앙 빔(2)(축 X)은 메인 구동장치(도시되지 않음)에 의해서 빔(2)을 따라 세로방향으로 슬라이딩할 수 있는 크로스빔(3)을 유지한다. 상기 구동장치는 선형 모터를 구비한 슬라이드, 피니온-랙 드라이브 또는 리서큘레이팅 볼을 구비한 리드스크류를 갖는 타입일 수 있다.
시트(도시되지 않음)의 평면과 평행한 축 Y로 정의되는 크로스빔(3)을 따라서, 2개의 슬라이딩 블록(5 및 6)은 가이드(4)를 따라 가변형 상호 거리에서 슬라이딩할 수 있고, 상기 슬라이딩 블록은 피니온-랙 드라이브 타입을 갖거나(도 2-4) 또는 선형 모터를 구비한 슬라이드(도 5, 상기 모터는 도면을 간단히 하기 위해 실제로 제외되었음) 또는 다시 리서큘레이팅 볼을 구비한 리드스크류(도 6)을 가질 수 있는 각각의 독립 구동장치(7 및 8)에 의해서 이동한다.
축들이 시트형 금속의 평면에 수직인 피봇(11 및 12)을 통과하고, 축들이 시트형 금속의 평면에 수직이고 로드(9)의 다른 단부에 가깝게 배열된 부가의 피봇(13)을 통과하는 각각의 슬라이딩 블록(5 및 6)에 힌지된 각각의 단부를 가지며 V형으로 배열된 2개의 로드(9 및 10)를 구비한 관절형 시스템은 로드(9)의 다른 단부에 완전하게 고정된 레이저 절단 헤드(포커싱 헤드)(14)를 유지한다. 상기 헤드(14)는 세로방향 빔(2) 및 크로스빔(3) 아래 수평면에 놓인 시트형 금속의 절단을 실시한다.
크로스빔(3), 슬라이딩 블록(5 및 6), 구동장치(7 및 8) 및 관절형 로드(9 및 10)로 구성된 조립체는 요구되는 절단 프로파일에 따라 레이저 절단 헤드(14)의 요구되는 무브먼트를 결정하는 이동 장치(moving equipment, 15)이다.
광범위하고 드문 무브먼트가 세로방향 빔(2)에 의해서 정의된 축 X를 따라 실시되고, 국지적이고 빈번한 무브먼트는 크로스빔 Y를 따라 슬라이딩 블록(5 및 6)의 무브먼트로 정의되고 슬라이딩 블록들 자체에 독립 구동장치(7 및 8)에 의해서 상이한 이동이 부여되어 이동이 서로 상호적으로 가까워지고 멀어진다는 사실에 의해서 축들 Yσ을 따라 실시된다. 이들 중 첫번째는 횡단 이동을 제공하고, 두번째는 일정 반경을 갖는 각 이동성을 부가한다. 이들 이동들의 조합은 요구되는 국지 직교좌표 커버리지를 제공한다.
슬라이딩 블록(5 및 6), 구동장치(7 및 8) 및 관절형 로드(9 및 10)로 구성되는 보조 시스템은 저관성 이동 조립체이며, 높은 다이나믹스로 매우 정확하게 절단을 실시하므로, 장치의 작업 성능을 증가시키고 높은 시트형 금속 절단 품질을 보장한다.

Claims (4)

  1. 세로방향 무브먼트 축 X, 상기 세로축에 수직하고 시트형 금속의 평면과 평행한 횡단방향 무브먼트 축 Y, 및 상기 축들을 따라 변위가능한 레이저 절단 헤드(14)용 유지 장치(15)를 포함하는 평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치를 위한 저관성 조작기로서,
    상기 유지 장치(15)는 가변의 상호 거리에서 축 Y를 따라 이동하기 위해 개별의 독립 구동장치(7 및 8)에 의해서 구동되는 2개의 슬라이딩 블록(sliding blocks, 5 및 6)과, 상기 레이저 절단 헤드(14)에 상기 슬라이딩 블록(5 및 6)의 관절형 연결(articulated connection)을 위해 V형으로 배열된 2개의 로드(9 및 10)를 포함하며,
    제1 로드(9)는 시트형 금속의 평면에 수직인 제1 축(11) 주위에서 회전가능하도록 제1 슬라이딩 블록(5)상에 힌지된 제1 단부와, 상기 헤드(14)에 전체적으로 고정된 제2 단부를 가지며,
    제2 로드(10)는 시트형 금속의 평면에 수직인 제2 축(12) 주위에서 회전가능하도록 제2 슬라이딩 블록(6)상에 힌지된 제1 단부와, 시트형 금속의 평면에 수직한 제3 축(13) 주위에서 회전가능하도록 제1 로드(9)의 제2 단부상에 힌지된 제2 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 평면 시트형 금속용 레이저 절단 장치를 위한 저관성 조작기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동장치(7 및 8)는 선형 모터(linear motor)를 구비한 타입인 것을 특징으로 하는 조작기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동장치(7 및 8)는 피니온 랙(pinion and rack)을 구비한 타입인 것을 특징으로 하는 조작기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동장치(7 및 8)는 스크류 타입(screw type)인 것을 특징으로 하는 조작기.
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