KR20130027391A

KR20130027391A - 레이저 가공용 공구대

Info

Publication number: KR20130027391A
Application number: KR1020110090946A
Authority: KR
Inventors: 김의중; 한정훈
Original assignee: (주) 제이피이
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-03-15
Also published as: KR101296405B1

Abstract

본 발명은 롤 회전하는 물체를 레이저로 가공하기 위한 레이저 가공용 공구대에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간격센서와 압전소자를 이용하여 가공면과 레이저 사이의 간격을 실시간으로 일정하게 유지시키는 레이저 가공용 공구대에 관한 것이다.
본 발명의 레이저 가공용 공구대는 레이저스팟과 가공면의 거리를 정밀도 범위에 만족하도록 유지시키며 실시간으로 보정이 가능하기 때문에 정밀한 레이저 가공이 가능하여 양질의 가공물을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

레이저 가공용 공구대{Tool post for Processing Laser}

본 발명은 롤 회전하는 물체를 레이저로 가공하기 위한 레이저 가공용 공구대에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간격센서와 압전소자를 이용하여 가공면과 레이저 사이의 간격을 실시간으로 일정하게 유지시키는 레이저 가공용 공구대에 관한 것이다.

일반적으로, CNC(Computerized Numerical Control) 공작기계장치는 본체와 NC(Numerical Control)장치로 이루어진다. 본체는 공작물을 가공하기 위한 공구를 장착시키고 이동시키는 공구대(tool post)와, 공작물을 고정시키기 위한 척(chuck), 이동장치(ball screw), 헤드 스톡 등으로 구성되며, NC장치는 각종 서보모터와 위치검출기, 포지션 코더 등으로 구성된다.

근래에는 공작물의 정밀한 가공을 위해 레이저를 이용하며, 도 1에는 종래의 레이저 가공용 공구대가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 레이저 가공용 공구대는 가공물(G)을 고정시키기 위한 척(2)이 가공물(G)의 양단에 위치하며, 상기 가공물(G)을 롤회전 시키기 위한 회전거치대(3)가 상기 척(2)의 양단에 결합되며, 상기 회전거치대(3)는 공구대(1)의 상면에 고정된다. 상기 공구대(1)에는 상기 가공물(G)을 가공하기 위한 레이저가공기(5)가 구성되며, 상기 레이저가공기(5)는 이동부(6)를 통해 상기 가공물(G)의 롤회전 축방향과 평행한 Z축 이동 및 상기 가공물과 레이저의 거리 조절을 위한 X축 이동이 가능하게 된다. 이때 종래의 레이저 가공용 공구대는 이동부(6)의 이동이 레일(7)을 따라 모터의 회전에 의해 구현된다. 또한, 상기 이동부(6)의 이동은 제어부(4)에 의해 제어된다.

이때, 레이저가 집광 조사되는 레이저스팟(Laser Spot)과 가공물(G)의 가공면은 일정 거리를 유지하여야 하며 통상적으로 정밀도 범위 10㎛ 이내이어야 한다. 상기 정밀도 범위를 만족할 때 정밀한 레이저 가공을 통해 양질의 가공물이 생산되게 되는데, 종래의 레이저 가공용 공구대는 가공물(G)의 롤회전에 의한 오차가 최대 0.1mm에 달하며, Z축 이동방향과 회전축과의 얼라인(Align) 오차가 최대 0.1mm 에 달하기 때문에 전체적으로 최대 0.2mm 의 오차가 발생될 수 있다. 상기와 같은 오차 발생 요소로 인해 종래의 레이저 가공용 공구대는 레이저스팟과 가공면의 정밀도 범위를 만족시키기 어렵고, 레이저스팟과 가공면의 거리가 일정하게 유지되지 않아 가공물의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 레이저가공기의 정밀한 가공을 위해 압전소자의 변위를 이용하여 레이저스팟과 가공면의 거리를 미세 조정하며, 레이저스팟과 가공면의 거리를 근접센서를 통해 실시간으로 감지하고, 제어부를 통해 레이저스팟과 가공면의 거리를 실시간으로 제어하게 되는 레이저 가공용 공구대를 제공함에 있다.

본 발명의 공구대는 가공물을 레이저 가공하기 위한 공구대에 있어서, 본체; 상기 가공물을 고정시키기 위해 상기 본체의 상부에 구비되는 고정부; 상기 가공물을 레이저 가공하기 위해 상기 본체의 상측에 구비되는 레이저가공기; 상기 레이저가공기에 연결되는 압전소자; 상기 압전소자에 전계신호를 인가하여 상기 압전소자의 변위를 제어하는 제어부; 를 포함하며, 상기 압전소자의 변위에 의해 상기 레이저가공기의 레이저스팟과 가공면의 거리가 조절되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 공구대는, 상기 레이저가공기 및 상기 압전소자가 거치되며, 이동수단에 의해 상기 가공물의 회전축방향 또는 회전축방향에 직교하는 방향으로 회동 가능한 이동부; 가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동부는, 상기 압전소자에 연결되며, 압전소자의 변위에 의해 상기 레이저가공기를 미세이동시키도록 상기 레이저가공기를 거치하는 미세이동 프레임을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레이저 가공용 공구대는, 상기 이동부에 설치되며, 상기 가공면과의 거리를 측정하기 위한 센싱부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 센싱부는, 감지된 거리를 실시간으로 제어부에 전달하며, 상기 제어부는, 감지된 거리에 따른 전계 신호를 상기 압전소자에 실시간으로 피드백 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 레이저 가공용 공구대는 레이저스팟과 가공면의 거리를 정밀도 범위에 만족하도록 유지시키며 실시간으로 보정이 가능하기 때문에 정밀한 레이저 가공이 가능하여 양질의 가공물을 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 공구대 개략도
도 2는 본 발명의 공구대 평면도
도 3은 본 발명의 공구대 정면도

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 레이저 가공용 공구대는 본체(10), 가공물고정부(11), 레이저가공기(20), 압전소자(30), 센싱부(40), 이동부(50) 및 제어부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 본체(10)는 함체 상으로 이루어진다. 상기 본체(10)의 상측에는 가공물(G) 고정을 위한 고정부(11), 레이저가공기(20), 압전소자(30), 센싱부(40) 및 이동부(50)가 설치될 수 있도록 구성된다.

상기 가공물(G)은 상기 척(11a)에 결합 고정되며, 상기 척(11a)은 고정대(11b)에 회전 가능하도록 고정된다. 상기 가공물(G)을 회전축 방향으로 회전시키는 구성은 모터에 의해 구현되는 통상의 구성이 적용될 수 있다. 상기 고정대(11b)는 하단이 상기 본체(10)의 상측에 고정 결합된다.

이때 상기 가공물(G)의 회전축 방향을 Z축으로 정의하며, 상기 Z축에 수직인 방향을 X축으로 정의하여 설명하기로 한다.

상기 이동부(50)는 Z축레일(51), Z축이동대(52), X축레일(53), X축이동대(54)를 포함하여 구성된다. 상기 Z축레일(51)을 상기 본체(10)의 상측에 고정 설치되며, Z축 방향에 평행하도록 형성된다. 상기 Z축레일(51)은 상기 가공물(G)에서 일정거리 이격되어 형성될 수 있다. 상기 Z축이동대(52)는 상기 Z축레일(51)을 따라 Z축 회동이 가능하도록 상기 본체(10) 상에 설치될 수 있다. 상기 Z축이동대(52)의 회동은 모터에 의해 구현되며, 상기 모터는 상기 제어부(60)와는 다른 별로의 제어장치를 통해 작동할 수 있다. 상기 X축레일(53)은 상기 Z축이동대(52)의 상측에 고정 설치되며, X축 방향에 평행하도록 형성된다. 상기 X축이동대(54)는 X축레일(53)을 따라 X축 회동이 가능하도록 상기 Z축이동대(52)상에 설치될 수 있다. 상기 X축이동대(54)의 회동은 모터에 의해 구현되며, 상기 모터는 상기 제어부(60)와는 다른 별로의 제어장치를 통해 작동할 수 있다.

상기 레이저가공기(20)는 일단부에 레이저를 집광하고 상기 가공물(G)의 가공을 위한 레이저스팟(R)을 생성하는 통상의 레이저가공기(20)가 적용될 수 있다. 상기 레이저가공기(20)는 미세이동 프레임(21)상에 설치되며, 상기 미세이동 프레임(21)은 상기 X축이동대(54)의 상측에 X축 방향으로 미세이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 상기 미세이동 프레임(21)의 미세이동을 위한 X축이동대(54)와의 결합 구조는 통상의 힌지결합 구성이 적용되는 바 이에 대한 상세 구성은 생략하기로 한다.

상기 미세이동 프레임(21)의 후단에는 압전소자(30)가 설치될 수 있다. 상기 압전소자(30)는 일단이 상기 미세이동 프레임(21)의 후단에 결합되며, 타단이 상기 X축이동대(54)의 후단에 고정되는 압전소자프레임(31)에 고정될 수 있다. 상기 압전소자(30)는 전계 신호에 따라 변위를 발생하는 적층형 압전 액추에이터(Piezoelectric Actuator)가 적용되며, 일예로 상기 압전 액추에이터는 적층형PZT(티탄산지르콘납, Plumbum Ziconate Titanate) 소자로 구성될 수 있다. 상기 압전소자(30)는 상기 제어부(60)에 전기적으로 연결되며, 제어부(60)의 전계 신호에 따라 변위를 발생시켜 상기 미세이동 프레임(21)을 X축 방향으로 미소 이동시키게 된다. 상기 미세이동 프레임(21)의 X축 방향 이동에 의해 레이저가공기(20)의 레이저스팟(R)과 가공물(G)의 가공면과의 거리가 미세 조절된다. 따라서 상기 가공물(G)의 롤회전에 의한 오차 및 상기 Z축이동대(52)의 이동방향과 상기 가공물(G)의 회전축과의 얼라인(Align) 오차를 보정하게 된다.

이때, 상기 가공대는 레이저가공기(20)의 레이저스팟(R)과 가공물(G)의 가공면과의 거리를 실시간으로 인지하여 피드백하기 위해 다음과 같은 특징적인 구성을 갖게 된다. 상기 X축이동대(54) 상에는 센싱부(40)가 구비될 수 있다. 상기 센싱부(40)는 목표지점과의 거리를 가늠하기 위한 감지센서(41)와 센서고정프레임(42)으로 구성되며, 본원 발명의 상기 감지센서(41)는 상기 가공물(G)의 가공면을 향하도록 하여 감지센서(41)와 가공면의 거리를 측정할 수 있도록 구성된다. 상기 센싱부(40)의 목적은 레이저가공기(20)의 레이저스팟(R)과 가공물(G)의 가공면과의 거리 오차를 보정하는데 그 목적이 있으므로, 오차 보정 방법에 따라 X축이동대(54)는 물론 미세이동 프레임(21) 상에도 설치될 수 있음은 자명하다.

상기 센싱부(40)는 상기 제어부(60)와 전기적으로 연결되며, 감지센서(41)에서 감지되는 가공물(G)의 가공면과 감지센서(41)의 거리 신호를 실시간으로 제어부(60)에 전달하게 된다.

상기 제어부(60)는 상기 감지센서(41)에서 전송되는 거리 신호를 인지하고, 오차를 계산을 통한 미세 보정 수치를 상기 압전소자(30)에 전계 신호로 피드백하게 된다. 이때 상기 제어부(60)는 상기 거리 신호를 실시간으로 전송받음과 동시에 실시간으로 전계신호를 압전소자(30)에 피드백하여 상기 레이저가공기(20)의 레이저스팟(R)과 가공물(G)의 가공면과의 거리를 실시간으로 일정하게 유지시킴으로써 레이저스팟(R)의 정밀도 범위에 만족하도록 유지시키게 된다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

G : 가공물
10 : 본체 11 : 척
20 : 레이저가공기 21 : 미세이동 프레임
30 : 압전소자 31 : 압전소자프레임
40 : 센싱부 41 : 감지센서
42 : 센서고정프레임
50 : 이동부 51 : Z축레일
52 : Z축이동대 53 : X축레일
54 : X축이동대
60 : 제어부

Claims

가공물을 레이저 가공하기 위한 공구대에 있어서,
본체;
상기 가공물을 고정시키기 위해 상기 본체의 상부에 구비되는 고정부;
상기 가공물을 레이저 가공하기 위해 상기 본체의 상측에 구비되는 레이저가공기;
상기 레이저가공기에 연결되는 압전소자;
상기 압전소자에 전계신호를 인가하여 상기 압전소자의 변위를 제어하는 제어부; 를 포함하며,
상기 압전소자의 변위에 의해 상기 레이저가공기의 레이저스팟과 가공면의 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 공구대.
제 1항에 있어서,
상기 공구대는,
상기 레이저가공기 및 상기 압전소자가 거치되며, 이동수단에 의해 상기 가공물의 회전축방향 또는 회전축방향에 직교하는 방향으로 회동 가능한 이동부; 가 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 공구대.
제 1항에 있어서,
상기 이동부는,
상기 압전소자에 연결되며, 압전소자의 변위에 의해 상기 레이저가공기를 미세이동시키도록 상기 레이저가공기를 거치하는 미세이동 프레임을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 공구대.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 레이저 가공용 공구대는,
상기 이동부에 설치되며, 상기 가공면과의 거리를 측정하기 위한 센싱부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 공구대.
제 4항에 있어서,
상기 센싱부는, 감지된 거리를 실시간으로 제어부에 전달하며,
상기 제어부는, 감지된 거리에 따른 전계 신호를 상기 압전소자에 실시간으로 피드백 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공용 공구대.