KR20180056846A - 5축 레이저 가공기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전수단이 광 통로 기능을 갖도록 하여 토치의 선회 궤도 정밀도를 현저히 향상시킴과 아울러 제조비용을 절감하고 점유공간을 줄이며, 광 조사유닛의 고장방지 안전성이 확보되도록 하는 5축 레이저 가공기에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은 X축, Y축, Z축의 직선 슬라이더형 3축과, 상기 Z축에 장착되며 발진기로부터 방출된 레이저빔이 통과하는 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축 및 복수의 반사유닛을 포함하는 광 전송부와, 집광렌즈가 내장되어 상기 광 전송부에 의하여 전송된 레이저빔을 워크의 피가공부에 조사하는 광 조사유닛을 포함하여 되는 5축 레이저 가공기에 있어서, 상기 광 전송부의 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축은 중공축을 갖는 서보모터로 되고, 상기 서보모터의 중공축은 회전과 동시에 광 통로로 기능하는 것을 특징으로 한다.

Description

5축 레이저 가공기{FIVE AXIS LASER PROCESSING MACHINE}

본 발명은 회전수단이 광 통로 기능을 갖도록 하여 토치의 선회 궤도 정밀도를 현저히 향상시킴과 아울러 제조비용을 절감하고 점유공간을 줄이며, 광 조사유닛의 고장방지 안전성이 확보되도록 하는 5축 레이저 가공기에 관한 것이다.

레이저 가공은 종래의 가공방법에 비하여 가공 속도 및 정밀도에서 현격한 우위를 보이므로 재료의 절단, 천공, 조각, 용접 및 재료 상에 패턴을 가공하는 작업에 널리 적용되고 있으며 그 이용이 증대되고 있다.

레이저 가공작업은 피가공물인 워크의 피가공부에 레이저를 조사하여 부재를 용융시키고 용융된 부재를 가스 등으로 날려버림으로써 재료의 절단, 천공 등이 이루어지는 것으로서, 레이저광이 집광렌즈에 의해 워크의 피가공부에 집광되는 것에 의하여 구현되며, 레이저 집광점과 워크의 피가공면과의 간격 및 면직상태에 따라 레이저광이 조사되는 면적이 결정된다.

레이저광의 조사면적은 작을수록 레이저광에 의해 용융되는 부분이 작아져 미세한 형상이나 작은 범위의 절단이나 천공 가공이 가능하여 고정밀도의 가공을 수행할 수 있다.

따라서, 가공헤드의 노즐 선단이 워크의 자유곡면을 포함하는 피가공면에 접하도록 함이 바람직하다.

이러한, 레이저 가공은 제어부에 의하여 레이저광의 조사점이 제어되는 5축 레이저 가공기에 의해 실행된다.

일반적으로 5축 레이저 가공기는 X축, Y축, Z축의 직선 슬라이더형 3축과, 상기 Z축에 장착되며 발진기로부터 방출된 레이저빔이 통과하는 R1-z축 → 제1반사유닛 → R2-R1z축 → 제2반사유닛 → 집광렌즈 → 광 조사유닛의 노즐 순으로 경유하여 피가공면에 조사되도록 구성된다(참조: 대한민국 공개특허 제2015-0108922호, 2015.09.30. 공개).

상기 R1-z축은 Z축에 설치되고, 상기 R2-R1z축은 제2반사유닛을 매개로 R1-z축에 대하여 직교방향으로 설치되며, 각각 회전되어 결국 상기 직선 슬라이더형 3축과 함계 광 조사유닛을 3차원 가공이 가능토록 선회시키는 구조이다.

종래기술에서는 상기 R2-R1z축을 회전시키기 위하여 회전수단이 별도 구비됨으로써 광 조사유닛의 선회 궤도 정밀도가 저하되며, 복잡한 구성으로 인하여 제조비용이 상승하고 기기의 크기 및 설치공간이 커지며 취급관리를 어렵게 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

본 발명의 목적은 회전수단이 광 통로 기능을 갖도록 하여 토치의 선회 궤도 정밀도 및 기기의 품질을 현저히 향상토록 하는 5축 레이저 가공기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 회전수단을 배제하여 제조비용을 현저히 절감시켜 주는 한편, 기기의 크기를 줄여 점유공간을 줄이도록 하는 5축 레이저 가공기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광 조사유닛의 노즐이 워크의 피가공면에 대하여 탄력적으로 면직상태를 유지하고, 고장 방지 안전성을 갖도록 하는 5축 레이저 가공기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 5축 레이저 가공기는,

X축, Y축, Z축의 직선 슬라이더형 3축과, 상기 Z축에 장착되며 발진기로부터 방출된 레이저빔이 통과하는 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축 및 복수의 반사유닛을 포함하는 광 전송부와, 집광렌즈가 내장되어 상기 광 전송부에 의하여 전송된 레이저빔을 워크의 피가공부에 조사하는 광 조사유닛을 포함하여 되는 5축 레이저 가공기에 있어서,

상기 광 전송부의 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축은 중공축을 갖는 서보모터로 되고,

상기 서보모터의 중공축은 회전과 동시에 광 통로로 기능하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 광 전송부는,

광 통로로 기능하는 중공축을 가지며 몸체가 고정브래킷에 의하여 Z축에 고정되고, 발진기로부터 전송된 레이저빔이 통과하는 R1-z축 서보모터;

상기 R1-z축 서보모터의 중공축 단부에 일면이 고정되고 R1-z축 서보모터의 중공축을 통하여 전송된 레이저빔을 직교방향으로 유도하는 제1반사유닛;

상기 제1반사유닛에 의하여 유도된 레이저빔의 전송통로로 기능하는 중공축을 가지며, 몸체가 상기 R1-z축 서보모터에 대하여 직교방향으로 배치되어 상기 제1반사유닛에 고정되는 R2-R1z축 서보모터; 및

상기 R2-R1z축 서보모터의 중공축 단부에 일면이 고정되고 R2-R1z축 서보모터의 중공축을 통하여 입사되는 레이저빔을 광 조사유닛으로 유도하는 제2반사유닛을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예로서,

상기 제1반사유닛 및 제2반사유닛은 각각 내부에 두 광 통로가 직교방향으로 관통 형성되고 외곽이 직각삼각형 형태로 되는 브래킷과, 상기 두 광 통로가 수렴하는 위치의 브래킷 빗면에 장착되는 반사경을 포함하고,

상기 제1반사유닛은 상기 브래킷의 일면이 상기 R1-z축 서보모터의 중공축에 고정되고, 상기 일면에 직교하는 다른 일면이 R2-R1z축 서보모터의 몸체에 고정되며,

상기 제2반사유닛은 상기 브래킷의 일면이 R2-R1z축 서보모터의 중공축에 고정되고, 상기 일면에 직교하는 다른 일면이 광 조사유닛에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 광 조사유닛은

상기 제2반사유닛으로부터 레이저빔이 입사되는 집광렌즈;

상기 제2반사유닛에 상부가 고정되고 후술하는 토치를 승강 가능하게 지지하는 고정자;

상부에 상기 집광렌즈가 안착되고 선단에 노즐부가 형성되며 상기 고정자에 안내되어 워크의 피가공면에 접하는 토치 및

상기 고정자와 토치 사이에 설치되는 스프링을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 고정자에는 상기 토치의 상승을 제한하기 위한 센서가 설치될 수 있다.

상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 5축 레이저 가공기에 의하면,

중공축을 갖는 서보모터가 광 통로로 기능함으로써 진동에 의한 오차가 최소화되어 토치의 선회 궤도 정밀도 및 기기의 품질을 향상시키는 현저한 효과가 있다.

또한, 별도의 회전수단이 배제되므로 부품수 및 조립공수가 감축되어 제조비용을 현저히 절감시켜 주는 한편 기기의 크기를 줄여 설치공간을 작게 하는 이점이 있다.

또한, 광 조사유닛에 스프링이 설치되어 자유곡면으로 되는 워크의 피가공면에 대하여 노즐이 탄력적으로 면직상태를 유지토록 하는 이점이 있다.

또한, 센서로 인하여 토치가 설정 한계 이상으로 상승 및 고장 발생을 미연에 방지하여 기기의 안전성이 보장되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 개략적으로 보이는 일부 분해 단면도임.
도 2는 도 1의 제2반사유닛과 광 조사유닛의 분해 단면도임.
도 3은 도 1의 조립 단면도임.
도 4는 도 3에서 광 조사유닛의 부분 확대도로서,
a는 토치가 최저지점까지 내려간 상태, b는 a에서 상승 가변상태를 보이는 도면임.
도 5는 도 1의 일부 발췌 상세도임

이하, 본 발명에 따른 5축 레이저 가공기의 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 일 실시예의 5축 레이저 가공기(1)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, X축, Y축, Z축의 직선 슬라이더형 3축(미도시)과, 상기 Z축에 장착되며 발진기로부터 방출된 레이저빔이 통과하는 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축 및 복수의 반사유닛을 포함하는 광 전송부와, 집광렌즈가 내장되어 상기 광 전송부에 의하여 전송된 레이저빔을 워크의 피가공부에 조사하는 광 조사유닛을 포함하여 되는 5축 레이저 가공기에 있어서, 상기 광 전송부의 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축은 중공축을 갖는 서보모터(10A)(10B)로 되고, 상기 서보모터의 중공축(11a)(11b)은 회전과 동시에 광 통로로 기능하는 것이다.

상기 도 1 내지 도 3에 도시된 중공축을 갖는 서보모터(10A)(10B)는 로터가 중공축으로 되는 공지의 서보모터를 개략적으로 도시되었다.

상기 광 전송부(1A)는, 광 통로로 기능하는 중공축(11a)을 가지며 몸체(12a)가 고정브래킷(30)에 의하여 Z축에 고정되고, 발진기로부터 전송된 레이저빔이 통과하는 R1-z축 서보모터(10A), 상기 R1-z축 서보모터의 중공축(11a) 단부에 일면이 고정되고 R1-z축 서보모터의 중공축(11a)을 통하여 전송된 레이저빔을 직교방향으로 유도하는 제1반사유닛(20A), 상기 제1반사유닛(20A)에 의하여 유도된 레이저빔의 전송통로로 기능하는 중공축(11b)을 가지며, 몸체(12b)가 상기 R1-z축 서보모터에 대하여 직교방향으로 배치되어 상기 제1반사유닛(20A)에 고정되는 R2-R1z축 서보모터(10B) 및 상기 R2-R1z축 서보모터의 중공축(11b) 단부에 일면이 고정되고 R2-R1z축 서보모터의 중공축을 통하여 입사되는 레이저빔을 광 조사유닛(1B)으로 유도하는 제2반사유닛(20B)을 포함할 수 있다.

상기 제1반사유닛(20A) 및 제2반사유닛(20B)은 각각 내부에 두 광 통로(211)(212)가 직교방향으로 관통 형성되고 외곽이 직각삼각형 형태로 되는 브래킷(21a)(21b)과, 상기 두 광 통로(211)(212)가 수렴하는 위치의 브래킷 빗면에 장착되는 반사경(23a)(23b)을 포함하고, 상기 제1반사유닛(20A)은 상기 브래킷(21a)의 일면이 상기 R1-z축 서보모터의 중공축(11a)에 고정되고, 상기 일면에 직교하는 다른 일면이 R2-R1z축 서보모터의 몸체(12b)에 고정되며, 상기 제2반사유닛(20B)은 상기 브래킷(21b)의 일면이 R2-R1z축 서보모터의 중공축(11b)에 고정되고, 상기 일면에 직교하는 다른 일면이 광 조사유닛(10B)에 연결될 수 있다.

상기 광 조사유닛(1B)은 상기 제2반사유닛(20B)으로부터 레이저빔이 입사되는 집광렌즈(50), 상기 제2반사유닛(20B)에 상부가 고정되고 후술하는 토치(70)를 승강 가능하게 지지하는 고정자(60), 상부에 상기 집광렌즈(50)가 안착되고 선단에 노즐부(75)가 형성되며 상기 고정자(60)에 안내되어 워크의 피가공면에 접하는 토치(70) 및 상기 고정자(60)와 토치(70) 사이에 설치되는 스프링(80)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 토치(70)는 외주면 상부에 상기 고정자(60)에 접하는 돌출부(72)가 형성되고, 외주면 중간에 상기 고정자(60)로부터의 이탈을 저지하고 스프링 설치를 위한 돌출테(73)가 형성되며, 상기 고정자(60)는 상기 토치의 돌출테(73) 하방에 위치되어 토치(70)를 지지하기 위한 받침부(61)와 상기 스프링 설치를 위한 내부 단차공간(62)이 형성되고, 상기 토치의 돌출테(73)와 고정자의 내부 단차공간(62) 사이에 스프링(80)이 설치될 수 있다(도 3 및 도 4 참조).

상기 토치(70)의 원활한 슬라이딩 승강을 위하여 토치의 돌출부(72)와 상기 고정자의 받침부(61)는 접점부분(611)(721)이 라운딩 형성되어 해당 접촉면에 선접촉됨이 바람직하다(도 5 참조).

상기 고정자(60)에는 상기 토치(70)의 상승을 제한하기 위한 센서(90)가 설치될 수 있다.

상기 광전송부의 X축, Y축, Z축의 직선 슬라이더형 3축과, 상기 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축은 별도 구비되는 제어부에 의하여 이동 및 회전이 제어된다.

도면 중 미설명 부호 25a, 25b는 각각의 반사유닛(20A)(20B)에 형성되는 중공축 결합공이고, 66은 고정자에 구비되는 제2반사유닛 결합턱, 67은 제2반사유닛 삽입 결합부이며, 74는 토치의 슬라이드 외주면, 76은 가스주입공, 77은 가스 배기공이고, 91은 토치에 설치되고 상기 센서(90)에 대응하는 센서 감응자이다.

이와 같은 구성을 지닌 본 발명에 따른 5축 레이저 가공기(1)의 작용상태를 살펴본다.

5축 레이저 장치에서 광 조사유닛의 기본적인 선회 동작구조는 종래 기술과 동일하다.

X축, Y축, Z축의 복합적인 직선방향 이동에 의하여 상기 광 전송부의 R1-z축 서보모터(10A)가 이동되고, R1-z축 서보모터(10A)의 로터인 중공축(11a)의 회전에 의하여 R1-z축 서보모터(10A)의 중공축(11a)과 제1반사유닛을 매개로 결합된 R2-R1z축 서보모터가 선회되는 동시에 회전되다.

이어서, R2-R1z축 서보모터의 중공축(11b)의 회전에 의하여 R2-R1z축 서보모터의 중공축(11b)과 제2반사유닛을 매개로 결합된 광 조사유닛이 제어부에 의하여 X축, Y축, Z축의 직선방향과 R1-1z축 및 R2-R1z축의 선회가 복합적으로 이루어진다.

이와 같은 구조에서 상기 R1-z축 서보모터 및 R2-R1z축 서보모터의 로터인 중공축(11a)(11b)이 회전과 동시에 광 통로로 기능함으로써, 다시 말하면 광 통로 자체가 회전수단을 겸하여 일체로 형성됨으로써 동력전달 진동에 의한 오차가 최소화되어 토치의 선회 궤도 정밀도가 현저히 향상된다.

또한, 광 통로 자체가 회전수단을 겸하여 일체로 형성됨으로써 광 통로와 회전수단이 별도로 구비되는 종래기술에 비하여 구성이 획기적으로 간단하고 별도의 회전수단이 배제되므로 부품수 및 조립공수가 감축되어 제조비용을 현저히 절감시켜 주는 한편, 기기의 크기를 줄여 설치공간을 작게 한다.

상기 광 조사유닛(1B)은 제2반사유닛에 고정되는 고정자(60)에 토치(70)가 슬라이드 가능하게 결합되고 고정자(60)와 토치(70) 사이에 스프링(80)이 개재됨으로써 특히 자유곡면으로 되는 워크의 피가공면에 대하여 노즐이 탄력적으로 면직상태를 유지할 수 있도록 한다.

또한, 고정자에 센서(90)가 설치되고, 토치(70)의 설정 위치에 센서 감응자(91)가 설치되어 토치가 설정 한계 이상으로 상승시 동작을 중지시켜 기기의 고장발생을 방지하고 안전성을 확보토록 한다(도 4 참조).

이상과 같이, 본 발명에 따른 5축 레이저 가공기(1)는 광 통로와 회전수단이 일체로 구성됨으로써 기기의 정밀도를 향상시킴과 아울러 제조비용을 절감시키고, 광 조사유닛이 워크의 피가공면에 탄력적으로 면직상태를 유지토록 할 뿐만 아니라 안전성을 확보하여 산업상 이용가능성이 양호한 기술이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

1: 본 발명의 5축 레이저 가공기
1A: 광 전송부 1B: 광 조사유닛
10A: R1-z축 서보모터 10B: R2-R1Z축 서보모터 11a,11b: 중공축
20A: 제1반사유닛 20B: 제2반사유닛 23a,23b: 반사경
50: 집광렌즈 60: 고정자 70: 토치
75: 노즐부 80: 스프링 90: 센서

Claims (5)

1. X축, Y축, Z축의 직선 슬라이더형 3축과, 상기 Z축에 장착되며 발진기로부터 방출된 레이저빔이 통과하는 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축 및 복수의 반사유닛을 포함하는 광 전송부와, 집광렌즈가 내장되어 상기 광 전송부에 의하여 전송된 레이저빔을 워크의 피가공부에 조사하는 광 조사유닛을 포함하여 되는 5축 레이저 가공기에 있어서,
   상기 광 전송부의 R1-z축, R2-R1z축의 회전형 2축은 중공축을 갖는 서보모터로 되고,
   상기 서보모터의 중공축은 회전과 동시에 광 통로로 기능하는 것을 특징으로 하는 5축 레이저 가공기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광 전송부(1A)는,
   광 통로로 기능하는 중공축(11a)을 가지며 몸체(12a)가 고정브래킷(30)에 의하여 Z축에 고정되고, 발진기로부터 전송된 레이저빔이 통과하는 R1-z축 서보모터(10A);
   상기 R1-z축 서보모터의 중공축(11a) 단부에 일면이 고정되고 R1-z축 서보모터의 중공축(11a)을 통하여 전송된 레이저빔을 직교방향으로 유도하는 제1반사유닛(20A);
   상기 제1반사유닛(20A)에 의하여 유도된 레이저빔의 전송통로로 기능하는 중공축(11b)을 가지며, 몸체(12b)가 상기 R1-z축 서보모터에 대하여 직교방향으로 배치되어 상기 제1반사유닛(20A)에 고정되는 R2-R1z축 서보모터(10B); 및
   상기 R2-R1z축 서보모터의 중공축(11b) 단부에 일면이 고정되고 R2-R1z축 서보모터의 중공축을 통하여 입사되는 레이저빔을 광 조사유닛(1B)으로 유도하는 제2반사유닛(20B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 레이저 가공기.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1반사유닛(20A) 및 제2반사유닛(20B)은 각각 내부에 두 광 통로(211)(212)가 직교방향으로 관통 형성되고 외곽이 직각삼각형 형태로 되는 브래킷(21a)(21b)과, 상기 두 광 통로(211)(212)가 수렴하는 위치의 브래킷 빗면에 장착되는 반사경(23a)(23b)을 포함하고,
   상기 제1반사유닛(20A)은 상기 브래킷(21a)의 일면이 상기 R1-z축 서보모터의 중공축(11a)에 고정되고, 상기 일면에 직교하는 다른 일면이 R2-R1z축 서보모터의 몸체(12b)에 고정되며,
   상기 제2반사유닛(20bB)은 상기 브래킷(21b)의 일면이 R2-R1z축 서보모터의 중공축(11b)에 고정되고, 상기 일면에 직교하는 다른 일면이 광 조사유닛(10B)에 연결됨을 특징으로 하는 5축 레이저 가공기.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 광 조사유닛(1B)은
   상기 제2반사유닛(20B)으로부터 레이저빔이 입사되는 집광렌즈(50);
   상기 제2반사유닛(20B)에 상부가 고정되고 후술하는 토치(70)를 승강 가능하게 지지하는 고정자(60);
   상부에 상기 집광렌즈(50)가 안착되고 선단에 노즐부(75)가 형성되며 상기 고정자(60)에 안내되어 워크의 피가공면에 접하는 토치(70) 및
   상기 고정자(60)와 토치(70) 사이에 설치되는 스프링(80)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 5축 레이저 가공기.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 고정자(60)에는 상기 토치(70)의 상승을 제한하기 위한 센서(90)가 설치됨을 특징으로 하는 5축 레이저 가공기.

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