KR20160131804A - 레이저 가공장치 헤드 - Google Patents

Abstract

분진 등 이물질의 침투를 막고 광학계를 청결하게 보존하여, 장치의 수명을 증가시키고 용접효율을 향상시킨 레이저 가공장치 헤드가 제공된다. 레이저 가공장치 헤드는, 일 측에 레이저 빔이 통과하는 빔토출구가 형성된 중공형의 제1몸체, 제1몸체의 내부에 슬라이딩 가능하게 결합되고 빔토출구와 연통되는 개구부가 형성된 중공형의 제2몸체, 제2몸체에 삽입되며 일단부에 빔토출구 및 개구부와 차례로 중첩되는 렌즈가 고정되는 중공형의 경통부, 경통부와 제2몸체 사이에 경통부를 둘러싸는 원통형 공간으로 이루어진 퍼지가스분배부, 제2몸체에 형성되어 퍼지가스분배부에 퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스공급관, 및 퍼지가스분배부와 연결되어 렌즈의 표면을 향하여 퍼지가스를 분사하는 슬릿 형상의 노즐부를 포함한다.

Description

레이저 가공장치 헤드{Head of laser processing machine}

본 발명은 레이저 조사용 광학계가 내부에 포함된 레이저 가공장치의 헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 레이저 가공 시 발생하는 분진 등 이물질의 침투를 막고 광학계를 청결하게 보존하여, 장치의 수명을 증가시키고 용접효율을 향상시킨 레이저 가공장치 헤드에 관한 것이다.

모재를 가공하기 위해 여러 가지 공작 기계가 사용된다. 선반이나 밀링머신, 드릴링 머신 등 다양한 종류의 공작 기계를 이용하여 모재를 가공할 수 있으며 하나 또는 하나 이상의 공작 기계를 활용하여 보다 다양하고 필요에 적합한 제품을 제작할 수 있다. 공작 기계로는 절삭날 등을 모재에 접촉시켜 가공하는 접촉식 가공장치뿐만 아니라, 고온의 레이저 빔을 모재에 조사하여 가공하는 비접촉식 가공장치도 널리 사용되고 있다.

레이저 가공장치는 레이저 광을 생성하고, 집속하여, 모재의 가공면을 향해 조사하도록 구성된다. 레이저 가공장치는 가공면이 매끄럽고, 작동 시에도 소음이 없고, 미세하고 정밀한 가공이 가능하여 산업현장에서 매우 유용하게 사용되고 있다. 레이저 가공장치의 모재를 향하는 부위에는 광 노즐이 형성된 헤드가 형성되어 있으며, 헤드의 내부에는 다수의 렌즈로 이루어진 광학계가 마련되어 있다. 따라서 집속된 레이저 광이 광학계로부터 노즐을 통해 모재로 조사될 수 있다.

그러나, 이러한 레이저 가공장치의 헤드 내부로 분진이나 직경이 작은 입자성 이물질들이 침투하는 경우, 광학계가 손상되어 장치의 정상적인 작동이 어려운 문제가 발생할 수 있다. 특히, 모재 가공 시에 알곤 가스나 압축공기 등을 분사하여 가공면을 쉴드 처리하나, 고온의 레이저 광에 의해 가공면으로부터 순간적으로 증발하여 생성되는 미세분진(흄, Fume)들은 차단하기가 매우 어려운 문제가 있다. 이로 인해, 미세분진 등이 헤드 내부로 유입되어 유동하거나 렌즈 표면에 부착되어, 렌즈를 손상시키거나, 조사되는 레이저 광을 산란시켜 장치의 효율을 크게 저하시키는 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0235178호, (1999.12.15)

본 발명이 이루고자 하는 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저 가공 시 발생하는 분진 등 이물질의 침투를 막고 광학계를 청결하게 보존하여, 장치의 수명을 증가시키고 용접효율을 향상시킨 레이저 가공장치 헤드를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 레이저 가공장치 헤드는, 일 측에 레이저 빔이 통과하는 빔토출구가 형성된 중공형의 제1몸체; 상기 제1몸체의 내부에 슬라이딩 가능하게 결합되고 상기 빔토출구와 연통되는 개구부가 형성된 중공형의 제2몸체; 상기 제2몸체에 삽입되며 일단부에 상기 빔토출구 및 상기 개구부와 차례로 중첩되는 렌즈가 고정되는 중공형의 경통부; 상기 경통부와 상기 제2몸체 사이에 상기 경통부를 둘러싸는 원통형 공간으로 이루어진 퍼지가스분배부; 상기 제2몸체에 형성되어 상기 퍼지가스분배부에 퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스공급관; 및 상기 퍼지가스분배부와 연결되어 상기 렌즈의 표면을 향하여 퍼지가스를 분사하는 슬릿 형상의 노즐부를 포함한다.

상기 노즐부는, 복수 개로 이루어져 서로 마주보는 위치에 배치되고 상기 렌즈의 중앙을 향하여 상기 퍼지가스를 분사하며, 상기 렌즈의 축과 수직한 방향으로 개구된 슬릿 형상으로 형성되어, 상기 퍼지가스가 상기 렌즈면에 평행하게 분사될 수 있다.

상기 레이저 가공장치 헤드는, 상기 제2몸체를 관통하여 상기 경통부에 연결되며 상기 경통부 내측에 상기 퍼지가스를 공급하는 제2퍼지가스공급관을 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 가공장치 헤드는, 상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이에 설치되어 상기 제2몸체의 슬라이딩 방향으로 탄성력을 가하는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.

상기 제2몸체는 외측으로부터 상기 개구부를 향하여 내측으로 만입되고 상기 개구부와 연결되는 수용부를 더 포함하며, 상기 탄성부재는 코일스프링으로 이루어져 적어도 일부가 상기 수용부에 수용되어, 상기 레이저 빔과 상기 퍼지가스가 상기 코일스프링 중앙을 관통할 수 있다.

상기 레이저 가공장치 헤드는, 상기 제2몸체의 외주면과 상기 제1몸체의 내주면에 접하도록 삽입되어 상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이를 밀폐하며 마찰력을 제공하는 오링을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 헤드 내부의 렌즈 표면을 깨끗하게 유지하여 장치의 수명을 증가시키고, 용접효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 렌즈의 탈부착이 용이하여 헤드의 분해 및 청소 시 발생하는 작업시간도 큰 폭으로 감소시킬 있다. 또한 탈부착 시 발생하는 렌즈의 위치오차를 줄여주어 추가의 렌즈 정렬(align)이 필요 없고, 효과적인 구조 설계로 헤드 내부의 렌즈 표면을 깨끗하게 유지하면서도 초점 조절이 용이한 매우 유용한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공장치 헤드의 사시도 및 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 제2몸체 및 경통부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 경통부가 제2몸체에 결합되는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 레이저 가공장치 헤드를 길이방향으로 절단하여 그 일부를 도시한 종단면도이다.
도 5는 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 퍼지가스 공급구조를 도시한 횡단면도이다.
도 6은 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 퍼지가스 공급과정을 도시한 작동도이다.
도 7은 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 초점 조절과정을 도시한 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공장치 헤드에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공장치 헤드의 사시도 및 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 제2몸체 및 경통부를 확대하여 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 경통부가 제2몸체에 결합되는 과정을 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 레이저 가공장치 헤드를 길이방향으로 절단하여 그 일부를 도시한 종단면도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공장치 헤드(1)는 빔토출구(도 4의 101참조)가 형성된 중공형의 제1몸체(100), 제1몸체(100)의 내부에 슬라이딩 가능하게 결합되고 빔토출구(101)와 연통되는 개구부(도 4의 201참조)가 형성된 중공형의 제2몸체(200), 제2몸체(200) 삽입되며 일단부에 빔토출구(101) 및 개구부(201)와 차례로 중첩되는 렌즈(도 4의 301참조)가 고정되는 중공형의 경통부(300), 경통부(300)와 제2몸체(200) 사이에 경통부(300)를 둘러싸는 원통형 공간으로 이루어진 퍼지가스분배부(도 4의 11참조), 제2몸체(200)에 형성되어 퍼지가스분배부(11)에 퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스공급관(211), 및 퍼지가스분배부(11)와 연결되어 렌즈(301)의 표면을 향하여 퍼지가스를 분사하는 슬릿 형상의 노즐부(도 4의 12참조)를 포함한다.

레이저 가공장치 헤드(1)는 내부에 형성된 원통형의 공간인 퍼지가스분배부(11)를 이용하여 주입된 퍼지가스를 매우 효과적으로 분배할 수 있다. 분배된 퍼지가스는 렌즈(301) 주위의 서로 마주보는 위치에 배치된 복수 개의 노즐부(12)로 공급되며, 노즐부(12)로부터 분사된 서로 마주보는 퍼지가스의 흐름이 렌즈(301) 표면을 거쳐 렌즈(301)로부터 빔토출구(101)의 사이로 제공되어 미세분진 등의 이물질을 매우 용이하게 차단할 수 있다.

특히, 노즐부(12)는 렌즈(301)의 축과 수직한 방향으로 개구된 슬릿 형상으로 형성되고, 서로 마주보는 위치에서 렌즈(301)의 중앙을 향해 퍼지가스를 분사하여 렌즈(301) 표면, 및 렌즈(301)로부터 빔토출구(101)를 향하는 내부공간에 매우 정렬된 유체(퍼지가스)의 흐름을 만들어 낼 수 있다. 이를 통해 작업 간에 발생하는 미세분진 등도 매우 용이하게 차단할 수 있다. 특히, 퍼지가스가 렌즈면에 평행하게 분사되면서, 렌즈표면과 퍼지가스 사이에 와류가 발생하는 것을 방지하여 미세분진이 렌즈 표면을 손상하는 것을 막을 수 있다.

또한, 이러한 퍼지가스 공급구조는 제1몸체(100)와는 독립적으로, 제2몸체(200)와 경통부(300)의 사이에 형성된다. 따라서, 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 슬라이딩 구조에 영향을 주지 않아 퍼지가스가 공급되는 상태에서도 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 위치를 상호 변화시켜 레이저 빔의 초점 등을 매우 용이하게 조절할 수 있다. 아울러, 경통부(300)는 제2몸체(200)와 분리 결합이 용이하게 형성되므로, 유지 및 보수작업도 매우 신속하고 효율적으로 진행할 수 있다.

이하, 이러한 특징을 갖는 레이저 가공장치 헤드(1)의 각 구성부와 작동과정 등에 대해 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

제1몸체(100)는 내부가 빈 중공형의 형상으로 형성되며, 비어 있는 내부의 공간을 통해서 제2몸체(200)를 수용할 수 있다. 제1몸체(100)의 외면은 도 1에 도시된 바와 같은 입체적인 형상으로 형성될 수 있고, 제2몸체(200)와 접촉하는 내면은 매끄러운 곡면을 포함하여 형성될 수 있다. 제1몸체(100)는 외측에 다양한 형태의 결합공이나 홈 등이 형성된 중공형의 매니폴드 형태로 형성될 수 있다.

제1몸체(100)의 일 측에는 도 4에 도시된 바와 같이 레이저 빔(L)이 통과하는 빔토출구(101)가 형성된다. 빔토출구(101)는 제1몸체(100)의 모재를 향하는 방향(도면상의 하방)에 형성될 수 있으며, 빔토출구(101) 및 빔토출구(101)의 둘레에 위치하는 제1몸체(100)의 일부가 레이저 빔(L)이 조사되는 노즐, 즉 광노즐(102)을 형성할 수 있다. 레이저 빔(L)은 경통부(300)를 통과한 후 빔토출구(101)를 통해서 제1몸체(100)의 외부로 조사된다.

제2몸체(200)는 제1몸체(100)의 내부에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 제1몸체(100)의 내부에 제2몸체(200)가 삽입되어 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다. 제2몸체(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 외면이 원통형상으로 형성될 수 있으며, 내부는 제1몸체(100)와 마찬가지로 비어 있어 중공형의 형상으로 형성될 수 있다. 제1몸체(100) 내부에 형성된 빈 공간은 제2몸체(200)의 외형에 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

제2몸체(200)에는 도 4에 도시된 바와 같이 제1몸체(100)의 빔토출구(101)와 연통되는 개구부(201)가 형성된다. 개구부(201)는 빔토출구(101)가 위치하는 방향의 제2몸체(200)의 단부가 개방되어 형성될 수 있으며, 제2몸체(200)의 외측으로부터 개구부(201)를 향해 내측으로 만입되는 수용부(204)와 연결될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 제2몸체(200)의 단부에 수용부(204) 및 수용부(204)에 연결된 개구부(201)가 연속적으로 형성될 수 있다. 수용부(204)에는 코일스프링으로 이루어진 탄성부재(130)의 적어도 일부가 수용될 수 있으며, 수용부(204)를 이용하여 렌즈(301)와 빔토출구(101) 사이에서 퍼지가스(G)가 유동하는 공간도 적절히 확보할 수 있다. 레이저 빔과 퍼지가스는 코일스프링의 중앙을 관통하여 배출된다. 코일스프링은 수용부(204)에서 움직이면서 미세분진을 만들 수 있으나, 퍼지가스가 코일스프링 중앙을 빠르게 통과하면서 미세분진을 빨아들여 외부로 배출시킬 수 있다.

제2몸체(200)의 일 측에는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 결합공(211a, 212a)이 형성될 수 있다. 결합공(211a, 212a)은 하나 이상이 형성될 수 있으며 결합공(211a, 212a)을 통해 제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)이 제2몸체(200)에 결합될 수 있다. 제1퍼지가스공급관(211)은 후술하는 퍼지가스분배부(11)와 연결되며, 제2퍼지가스공급관(212)은 후술하는 접속유로(303)를 통해 경통부(300)의 내부공간과 연결된다. 제2퍼지가스공급관(212)은 제2몸체(200)를 관통하여 경통부(300)와 연결될 수 있다.

제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)은 도 1의 (a) 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1몸체(100)의 가이드홈(110, 120)을 통해서 결합될 수 있다. 즉, 제1몸체(100)에 가이드홈(110, 120)을 형성하고, 제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)이 제1몸체(100)를 통과하여 제2몸체(200)와 연결되도록 구성할 수 있다. 가이드홈(110, 120)은 장홈의 형태로 형성되어 제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)이 내부에서 가이드홈(110, 120)의 길이방향을 따라 유동하도록 형성할 수 있다.

제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)은 내부에 통로가 형성된 원통형상의 블록으로 형성될 수 있으며, 각각에 추가적으로 관로가 연결되어 퍼지가스가 공급될 수 있다. 그러나 이와 같이 한정될 필요는 없으며, 제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)은 퍼지가스의 공급이 용이한 다른 형상으로 다양하게 변형될 수 있다. 각각의 퍼지가스공급관을 통해 공급되는 퍼지가스는 예를 들어, 압축공기와 같은 고압의 유체일 수 있다.

경통부(300)는 제2몸체(200)에 삽입된다. 경통부(300)는 내부가 빈 중공형상으로 형성되며 내부공간에 하나 이상의 렌즈를 포함하는 광학계를 구성할 수 있다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이 경통부(300)의 일단부에 렌즈(301)를 고정 결합하여 상기 렌즈(301)가 빔토출구(101) 및 개구부(201)와 차례로 중첩되도록 할 수 있다. 이 때, 중첩된다는 것은 일 방향에서 바라보았을 때 일직선 상에 놓여 레이저 빔 등이 연속적으로 통과되는 광 경로를 형성할 수 있는 상태로 되는 것을 의미하며 반드시 접촉된 상태를 의미하는 것은 아니다. 레이저 빔(L)은 경통부(300)의 렌즈(301)로부터, 개구부(201), 및 빔토출구(101)를 연속적으로 통과하여 모재에 조사될 수 있다.

경통부(300)는 도 2에 도시된 바와 같은 구조로 제2몸체(200)와 매우 용이하게 결합되거나 분리될 수 있다. 제2몸체(200)의 개구부(201)가 형성된 측의 반대편 단부에는 경통부(300)의 직경에 대응하는 크기로 개방된 삽입구(205)가 형성되고, 삽입구(205)의 둘레에는 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 결속고리부(230)가 결합될 수 있다. 또한, 경통부(300)의 단부에는 경통부(300)의 직경 방향으로 확장되어 결속고리부(230)와 제2몸체(200)의 사이에 삽입되는 걸림돌기부(310)가 형성될 수 있다. 결속고리부(230)와 제2몸체(200) 중 적어도 하나에는 탄지부(320)가 형성되어 걸림돌기부(310)를 탄성적으로 지지하도록 형성할 수 있다.

결속고리부(230)는 일 측이 경통부(300)에 밀착되고 타 측은 경통부(300)로부터 이격되어 이격된 부분에 삽입공간이 형성되도록 구성될 수 있다. 탄지부(320)는 베어링 볼과, 상기 베어링 볼을 탄성적으로 지지하는 탄성부재로 이루어진 볼 플런져 등으로 형성될 수 있다. 걸림돌기부(310)는 경통부(300)의 직경방향으로 확장되되 적어도 일부는 파지가 용이하도록 곡면형태로 형성된 것일 수 있다.

사용자는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 삽입구(205)를 통해서 제2몸체(200) 내부에 경통부(300)를 삽입할 수 있다. 경통부(300)가 완전히 삽입되면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 걸림돌기부(310)를 파지하고 경통부(300) 전체를 회전시키고, 이를 통해 도 3의 (C)에 도시된 바와 같은 상태로 경통부(300)와 제2몸체(200)를 완전히 결합할 수 있다. 결합된 상태에서 걸림돌기부(310)는 탄지부(320)에 의해 탄성적으로 지지된다. 이와 같은 방식으로 경통부(300)를 제2몸체(200)와 매우 용이하게 결합하고, 분리하는 것이 가능하다.

이하, 도 4 및 도 6을 참조하여, 퍼지가스 공급구조 및 퍼지가스 공급과정에 대해 상세히 설명한다. 도 5는 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 퍼지가스 공급구조를 도시한 횡단면도이고, 도 6은 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 퍼지가스 공급과정을 도시한 작동도이다.

퍼지가스분배부(11)는 도 4에 도시된 바와 같이 경통부(300)와 제2몸체(200) 사이에 형성된다. 퍼지가스분배부(11)는 도 5에 도시된 바와 같이 경통부(300)를 둘러싸는 원통형의 공간으로 형성되어 공급된 퍼지가스(G)를 경통부(300)의 둘레로 매우 용이하게 분배할 수 있다. 퍼지가스분배부(11)는 경통부(300)의 외측에 형성되는 외측만입부(302) 및 제2몸체(200)의 내측에 형성되는 내측만입부(202) 사이의 격리된 공간으로 형성될 수 있으며, 경통부(300)의 형상에 대응하는 원통형상의 공간으로 형성될 수 있다.

노즐부(12)는 퍼지가스분배부(11)와 연결되어 퍼지가스(G)를 공급받고 공급된 퍼지가스(G)를 렌즈(301) 표면을 향해 분사한다. 노즐부(12)는 렌즈(301)와 중첩하는 개구부(201)의 둘레에 형성될 수 있으며, 수용부(204)와 연결되고 제2몸체(200)의 내측으로 돌출되는 가이드플랜지(203)와 경통부(300)의 사이에 형성될 수 있다. 노즐부(12)는 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개로 이루어져 각각이 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

서로 마주보는 복수 개의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)는 공급된 퍼지가스(G)를 렌즈(301)의 중앙을 향하여 분사한다. 즉, 렌즈(301) 둘레에 서로 마주보도록 짝을 이루어 배치된 복수 개의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)가 도 5에 도시된 바와 같이 렌즈(301) 중앙을 향해 서로 대향되는 방향으로 퍼지가스(G)를 분사할 수 있다. 퍼지가스(G)는 전술한 바와 같이 원통형상으로 형성되는 퍼지가스분배부(11)를 따라 회전하면서 매우 용이하게 순환되고, 분배되며, 복수 개의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)에 의해 다시 렌즈(301) 중앙으로 집중된다.

이 때, 각각의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)는 렌즈(301)의 축방향(도 4의 세로방향)과 수직한 방향으로 개구된 슬릿 형상으로 형성된다. 따라서, 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)로부터 분사된 퍼지가스(G)는 렌즈(301) 표면을 따라 유동하면서 렌즈(301)와 접촉하되 마찰이 최소화된 상태로 유연한 흐름을 형성하게 된다. 이 때, 퍼지가스분배부(11)를 순환하면서 충분히 분배된 퍼지가스(G)는 각 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)를 통해 서로 동일한 압력으로 분사될 수 있으며, 따라서 퍼지가스(G)의 흐름은 도 4에 도시된 바와 같이 렌즈(301)의 중앙으로부터 개구부(201)를 통해 빔토출구(101)를 향하는 방향으로 굴절될 수 있다.

즉, 슬릿 형상의 노즐부(12a, 12b, 12c, 12d)를 복수 개 형성하여 서로 마주보도록 배치하고, 이를 순환이 용이한 원통형상의 공간인 퍼지가스분배부(11)와 연결하여, 도 4에 도시된 바와 같이 렌즈(301) 표면을 거쳐 렌즈(301)의 중앙으로부터 다시 빔토출구(101)로 향하는 퍼지가스(G)의 흐름을 지속적으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 레이저 가공장치 헤드(1)의 외부에서 생성된 미세분진 등이 내부로 유입되는 경우에도 퍼지가스(G)의 흐름을 이용하여 렌즈(301) 표면을 보호하고, 이를 자연스럽게 배출시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 이와 같은 퍼지가스(G)의 흐름을 균일하게 유지함으로써 레이저 가공장치 헤드(1) 내부에 형성될 수 있는 불규칙한 공기흐름도 제거할 수 있다. 결과적으로, 미세분진 등이 레이저 가공장치 헤드(1) 내부로 유입된다 하여도 퍼지가스(G)의 흐름을 따라 배출될 뿐이며 여타 공기의 불규칙한 흐름에 편승하기 어려워 체류시간도 크게 줄일 수 있다.

한편, 퍼지가스(G)는 도 6에 도시된 바와 같이 경통부(300)의 내부 공간을 통해서도 흐름을 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이 제2퍼지가스공급관(212)은 경통부(300)에 형성된 접속유로(303)를 통해 경통부(300)의 내부공간에 퍼지가스(G)를 주입할 수 있다. 접속유로(303)는 경통부(300)의 적어도 일부를 관통하여 형성될 수 있으며, 경통부(300) 둘레에 복수 개가 형성되어 퍼지가스(G)를 서로 다른 방향에 경통부(300)의 내부로 공급할 수 있다. 이와 같이 경통부(300)의 내부로 공급된 퍼지가스(G)는 도 6에 도시된 바와 같이 경통부(300)의 상부 또는 하부 등으로 내부 공간을 순환하면서, 서로 다른 렌즈(301, 302)의 외부로 노출되지 않은 면에 접촉하여 이를 청결하게 유지할 수 있다.

이와 같이, 제1퍼지가스공급관(211) 및 제2퍼지가스공급관(212)을 통해 레이저가공장치 헤드(1)의 내부에 퍼지가스(G)를 공급하고, 레이저 가공장치 헤드(1)의 서로 다른 내부공간으로 순환하는 퍼지가스(G)의 흐름을 형성할 수 있다. 이 때, 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 사이, 제2몸체(200)와 경통부(300)의 사이 등에 오링(240, 330)을 삽입하여 퍼지가스(G)의 누출을 막을 수 있으며, 밀폐된 구조를 형성할 수 있다.

특히, 제2몸체(200)의 외주면과 제1몸체(100)의 내주면에 접하도록 삽입되는 오링(240)은 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 사이를 밀폐하여 적절한 마찰력을 제공하며, 제1몸체(100)와 제2몸체(200) 사이에 설치되는 탄성부재(130)는 제2몸체(200)의 슬라이딩 방향으로 탄성력으로 가하여 진동을 감쇄시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 레이저 가공장치 헤드(1)의 내부로 퍼지가스(G)가 유동함에 따라 헤드 전체에 진동이 발생할 수 있는 바 도 6에 도시된 바와 같이 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 사이에 설치되는 탄성부재(130)가 이에 대응하여 탄성적으로 진동할 수 있다. 이 때, 제1몸체(100)와 제2몸체(200) 사이에 개재되는 오링(240)이 마찰력으로 이를 감쇄시켜 전체적인 진동을 줄일 수 있다. 이와 같은 방식으로 퍼지가스(G)를 사용함에 따라 기기에 발생할 수 있는 진동도 줄일 수 있다.

도 7은 도 1의 레이저 가공장치 헤드의 초점 조절과정을 도시한 작동도이다.

레이저 가공장치 헤드(1)는 이와 같이 퍼지가스가 분사되는 상태에서도 레이저 빔(L)의 초점을 매우 용이하게 조절할 수 있다. 즉, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 조절손잡이(220) 등을 이용하여 제2몸체(200) 및 경통부(300) 전체를 제1몸체(100)로부터 이격시킬 수 있고, 반대로 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 제2몸체(200) 및 경통부(300) 전체를 제1몸체(100)에 근접시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 퍼지가스 공급구조는 제1몸체(100)와 독립적으로 제2몸체(200)와 경통부(300) 사이에 형성되므로, 이와 같이 제1몸체(100)와 제2몸체(200)의 위치를 상호 조절하는 경우에도 퍼지가스는 매우 원활하게 외부 오염물질을 차단할 수 있다. 따라서, 모재를 절단하거나, 용접하는 등의 가공작업이 진행되는 동안에도 모재의 위치에 따라 초점 등을 조절하여 가공작업을 매우 효율적으로 진행하는 것이 가능하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 레이저 가공장치 헤드 11: 퍼지가스분배부
12, 12a, 12b, 12c, 12d: 노즐부
100: 제1몸체
101: 토출구 102: 광노즐
130: 탄성부재 110, 120: 가이드홈
200: 제2몸체 201: 개구부
202: 내측만입부 203: 가이드플랜지
204: 수용부 205: 삽입구
211: 제1퍼지가스공급관 212: 제2퍼지가스공급관
211a, 212a: 결합공 220: 조절손잡이
230: 결속고리부 240, 330: 오링
300: 경통부 301: 렌즈
302: 외측만입부 303: 접속유로
310: 걸림돌기부 320: 탄지부
G: 퍼지가스 L: 레이저 빔

Claims (6)

1. 일 측에 레이저 빔이 통과하는 빔토출구가 형성된 중공형의 제1몸체;
   상기 제1몸체의 내부에 슬라이딩 가능하게 결합되고 상기 빔토출구와 연통되는 개구부가 형성된 중공형의 제2몸체;
   상기 제2몸체에 삽입되며 일단부에 상기 빔토출구 및 상기 개구부와 차례로 중첩되는 렌즈가 고정되는 중공형의 경통부;
   상기 경통부와 상기 제2몸체 사이에 상기 경통부를 둘러싸는 원통형 공간으로 이루어진 퍼지가스분배부;
   상기 제2몸체에 형성되어 상기 퍼지가스분배부에 퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스공급관; 및
   상기 퍼지가스분배부와 연결되어 상기 렌즈의 표면을 향하여 퍼지가스를 분사하는 슬릿 형상의 노즐부를 포함하는 레이저 가공장치 헤드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 노즐부는, 복수 개로 이루어져 서로 마주보는 위치에 배치되고 상기 렌즈의 중앙을 향하여 상기 퍼지가스를 분사하며, 상기 렌즈의 축과 수직한 방향으로 개구된 슬릿 형상으로 형성되어, 상기 퍼지가스가 상기 렌즈면에 평행하게 분사되는 레이저 가공장치 헤드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2몸체를 관통하여 상기 경통부에 연결되며 상기 경통부 내측에 상기 퍼지가스를 공급하는 제2퍼지가스공급관을 더 포함하는 레이저 가공장치 헤드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이에 설치되어 상기 제2몸체의 슬라이딩 방향으로 탄성력을 가하는 탄성부재를 더 포함하는 레이저 가공장치 헤드.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2몸체는 외측으로부터 상기 개구부를 향하여 내측으로 만입되고 상기 개구부와 연결되는 수용부를 더 포함하며, 상기 탄성부재는 코일스프링으로 이루어져 적어도 일부가 상기 수용부에 수용되어, 상기 레이저 빔과 상기 퍼지가스가 상기 코일스프링 중앙을 관통하는 레이저 가공장치 헤드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2몸체의 외주면과 상기 제1몸체의 내주면에 접하도록 삽입되어 상기 제1몸체와 상기 제2몸체 사이를 밀폐하며 마찰력을 제공하는 오링을 더 포함하는 레이저 가공장치 헤드.

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