KR20190011470A

KR20190011470A - 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치

Info

Publication number: KR20190011470A
Application number: KR1020170094045A
Authority: KR
Inventors: 장인구
Original assignee: (주)에스엠텍
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-02-07
Also published as: KR101973636B1

Abstract

본 발명은 레이저 가공기와 방전가공기의 두 공정을 혼합하여 가공대상물의 가공부위의 정밀도를 향상시킬 수 있는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공대상물의 상면과 하면을 각각 가공함에 따라 가공대상물의 표면가공이 매끄럽게 가공될 수 있어 불량률을 최소화할 수 있고, 동시에 방전가공으로 제거되는 가공대상물의 재료량을 최소화시키면서 방전가공기의 공구 마모율을 감소시킬 수 있는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치를 제공한다.

Description

초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치 {Cemented carbide, high-quality laser micro-discharge complex processing device}

최근 산업에서 초소형 부품, 고정밀 가공기에 대한 수요가 증가하여 상기의 가공 기술에 대한 연구가 지속적으로 이루어지며, 특히, 잉크젯 및 디젤 엔진 노즐 등의 기계부품, 초정밀 미세금형, 의료기구 등의 전반적인 산업분야에 미세 구멍과 미세 형상 가공의 수요가 증가하고 있는 추세이다.

이처럼 증가하는 수요로 인해 다양한 방법의 금속표면 가공이 수행되는데, 대표적으로는 기계적 밀링가공(예, 다이아몬드 밀링, 래핑, 연삭, 거친 절삭), 화학적 밀링(예, 화학적 에칭, 광화학적 에칭), 고에너지 밀링(예, 플라즈마, 엑시머 레이저, 레이저 다이오드와 같은 고에너지 비임을 사용한 삭마 또는 에칭), 및 디자인 또는 패턴화된 영역에서 재료를 제거할 수 있는 기타 처리방법에 의해 표면 가공이 이루어진다.

상기의 다양한 방법 중 높은 경도와 강도를 갖는 피대상물을 가공하는 방법은 주로 레이저를 사용하는 방법과 전기방전 가공이 주로 사용된다.

전기 방전 가공(EDM : electrical discharge machining )은 피공작물 표면 위에 정확히 이동되는 전극 절삭장치를 가지며 가열된 전극은 피공작물을 선택적으로 용융-에칭 또는 삭마 시킬 수 있으며, 공구 전극을 이송시킬 수 있어 복잡한 3차원 형상도 가공할 수 있는 이점이 있었다.

그러나, 방전 가공은 가공물뿐만 아니라 공구전극도 함께 마모가 발생하는 단점과, 느린 가공속도, 가공깊이의 한계 및 정밀도가 현저하게 떨어지는 단점이 있다.

또한, 상기 레이저 가공방법은 광범위한 가공물에 사용이 가능함은 물론 빠른 가공 속도를 장점으로 하고 있으나, 가공되는 형상의 크기 등의 제어가 어렵고, 제한된 폭과 깊이만 가공할 수 있었으며, 표면의 거칠기가 높아 결과물의 작업 신뢰도가 저하되는 단점이 있다.

따라서, 레이저 가공시 공작물에 부착된 이물질의 제거가 용이하게 이루어질 수 있으며, 미세구멍과 미세 형상의 표면가공이 정밀하게 이루어져 작업신뢰도를 향상시킬 수 있는 레이저 가공장치의 개발이 필요한 실정이다.

1. 미국등록특허공보 US 제06624382호 'Configured-hole high-speed drilling system for micro-via pattern formation, and resulting structure ' (출원일자 2001.06.16) 2. 일본공개특허공보 JP 제01234577호 '레이저 가공(laser material processing)의 바리의 제거 방법' (출원일자 1988.03.15) 3. 한국공개특허공보 제10-2014-0043346호 '미세방전 기반 계측 시스템' (출원일자 2012.05.02) 4. 한국등록특허공보 제10-1341117호 '기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치 및 절삭가공방법' (출원일자 2011.10.24)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 동일한 레이저 가공기를 사용하여 가공대상물의 상면과 하면을 각각 가공함에 따라 가공대상물의 표면을 매끄럽게 가공할 수 있으며, 가공시 발생하는 가공부스러기의 배출이 원활하게 이루어질 수 있는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 레이저 가공기와 방전가공기의 두 공정을 혼합하여 사용함에 따라, 가공시간 및 가공 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 방전가공으로 제거되는 가공대상물의 재료량을 최소화시키면서 방전가공기의 공구 마모율을 저하시킬 수 있는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치를 제공한다.

본 발명의 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치는 지면과 수평을 이루는 바닥판(110)과 상기 바닥판(110)에 세워지는 지지프레임(120)을 포함하는 메인프레임(100); 소정의 두께를 가지며, 상면에 가공대상물(S)이 안착되고, 상하방향으로 관통되는 가공홀(201)이 형성되는 테이블(200); 상기 테이블(200)과 일정간격이격된 상태를 유지하며 상기 테이블(200)을 X축으로 수평이동시키도록 상기 테이블(200)의 하면에 고정되는 X축이동모듈(300); 상기 X축이동모듈(300)을 Y축으로 수평이동시키기 위해 상기 X축이동모듈(300)이 상단에 고정되며 상기 바닥판(110)에 안착되는 Y축이동모듈(400); 상기 가공대상물(S)의 표면에 전달받은 레이저 빔을 조사하는 레이저가공기(500); 외부로부터 전압을 인가받아 상기 레이저가공기(500)로부터 가공된 상기 가공대상물(S)의 표면과 동일한 위치에 스파크를 방전시켜 상기 가공대상물을 가공하는 방전가공기(600); 상기 레이저가공기(500) 및 방전 가공기(600)가 체결되며, 상기 레이저 빔의 초점 또는 상기 방전되는 스파크의 초점을 조절하도록 상기 지지프레임(120)에 체결되어 상하방향으로 이동하는 Z축 이동모듈(700); 상기 레이저가공기(500)에 상기 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진부(800); 상기 레이저가공기(500)로부터 출사되는 레이저 빔을 반사시켜 상기 가공대상물(S)의 후면을 선택적으로 가공하도록 상기 X축이동모듈(300)과 동일한 방향으로 수평이동하는 레이저반사부(900); 상기 가공대상물의 가공위치와 상기 레이저가공기(500), 방전 가공기(600) 및 레이저반사부(900)의 작동을 제어하는 제어부(1000);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 테이블(200)에 고정되어 내부에 상기 가공대상물(S)이 안착되는 방전수조(1100)가 구비되되, 상기 가공대상물(S)의 상면과 하면에 각각 제1 가공홀(S-1) 및 제2 가공홀(S-2)을 형성하도록 상기 방전수조(1100)의 바닥면은 레이저빔을 투과하는 재질로 이루어지고, 상기 방전수조(1100)에 전해액이 공급되면, 상기 방전가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전되어 제1 가공홀(S-1)의 직경과 깊이보다 더 큰 제3 가공홀(S-3)을 형성하고, 레이저가공시 발생한 버(Burr)가 전해액을 따라 가공대상물의 상측과 하측으로 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로는 상기 X축이동모듈(300)에 안착되며 상면이 개방된 방전수조(1100')를 포함하는 제2 테이블(1200); 상기 테이블(200)에서 레이저가공이 완료된 가공대상물(S)을 파지하여 상기 방전수조(1000')에 안착시키는 대상물이동수단(1300);을 더 포함하되, 상기 방전수조(1100')에 전해액이 공급되면, 상기 방전가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전되어 제1 가공홀(S-1)의 직경과 깊이보다 더 큰 제3 가공홀(S-3)을 형성하고, 레이저가공시 발생한 버(Burr)가 전해액을 따라 가공대상물의 상측과 하측으로 배출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 레이저반사부(900)는 상기 가공대상물(S)의 상면으로 조사되는 레이저빔이 상기 가공홀(210)을 통과하여 상기 가공대상물(S)의 하면으로 조사되도록 레이저빔의 이동경로를 변경하는 레이저반사모듈(910); 상기 가공대상물(S)의 하면을 가공하는 경우 상기 레이저가공기(500)에서 출사되는 레이저빔을 상기 레이저반사모듈(910)이 전달받도록 상기 레이저반사모듈(910)을 X축 방향으로 수평이동시키도록 상기 레이저반사모듈(910)과 연결되는 구동수단(920);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 레이저반사모듈(910)은 내부가 중공되며 상기 X축방향으로 연장형성되는 상부안내관(911); 상기 상부안내관(911)의 일측에 장착되어 상기 레이저가공기(500)로부터 레이저 빔을 전달받아 반사시키는 제1 반사렌즈(912); 상기 상부안내관(911)의 타측에 장착되어 상기 제1 반사렌즈(912)로부터 반사된 레이저 빔을 반사시키는 제2 반사렌즈(913); 내부가 중공되며, 일측에 상기 제2 반사렌즈(913)가 장착되고, 상기 구동수단(920)과 연결되는 연결관(914); 상기 연결관(914)의 타측에 장착되어 상기 제2 반사렌즈(913)로부터 반사된 레이저빔을 반사시키는 제3 반사렌즈(915); 상기 상부안내관(911)과 대칭을 이루며 일측에 상기 제3 반사렌즈(915)가 장착되되, 상기 테이블(200)과 X축이동모듈(300) 사이의 이격된 공간으로 삽입되는 하부안내관(916); 상기 하부안내관(916)의 타측에 장착되어 상기 제3 반사렌즈(915)로부터 반사된 레이저빔을 상기 가공대상물(S)의 하면에 조사하는 제4 반사렌즈(917);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 상기 제1 반사렌즈(911)는 상기 가공대상물(S)의 상면과 하면을 동시에 가공하도록 전달되는 상기 레이저 빔의 일부는 반사시키고, 일부는 투과시키는 빔 스플리터(beam splitter)인 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치.

본 발명은 레이저 가공기에서 발진되는 레이저의 방향을 선택적으로 조절하여 가공대상물의 상면과 하면을 각각 가공할 수 있으며, 이에 따라 가공대상물의 표면이 매끄럽게 가공될 수 있어 가공제품의 불량률을 최소화 시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 방전가공기가 가공하는 면적이 작아져 신속한 가공이 이루어질 수 있고, 가공대상물을 관통하는 경우 방전가공이 수행될 때 가공홀에 부착된 가공부스러기의 배출이 용이하게 이루어져 정밀한 가공이 수행될 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 본 발명의 전체적인 모습을 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명의 X축이동모듈의 주요구성을 나타낸 사시도.
도 3 은 본 발명의 Y축이동모듈과 Z축이동모듈의 주요구성을 나타낸 사시도.
도 4 는 본 발명의 레이저반사부의 작동 실시예를 나타낸 측면도.
도 5 는 본 발명의 테이블에 방전수조가 안착된 실시예를 나타낸 사시도.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 7 은 본 발명의 가공대상물의 가공순서 및 가공방법을 나타낸 단면도.
도 8 은 본 발명의 레이저가공기 및 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진.
도 9 는 본 발명의 레이저가공기 및 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 초경합금 고품질 레이저 복합가공장치의 일실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 전체적인 모습을 나타낸 사시도, 도 2 는 본 발명의 X축이동모듈의 주요구성을 나타낸 사시도, 도 3 은 본 발명의 Y축이동모듈과 Z축이동모듈의 주요구성을 나타낸 사시도, 도 4 는 본 발명의 레이저반사부의 작동 실시예를 나타낸 측면도, 도 5 는 본 발명의 테이블에 방전수조가 안착된 실시예를 나타낸 사시도, 도 6 은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 사시도, 도 7 은 본 발명의 가공대상물의 가공순서 및 가공방법을 나타낸 단면도, 도 8 은 본 발명의 레이저가공기 및 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진, 도 9 는 본 발명의 레이저가공기 및 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진에 관한 것이다.

도 1 을 참조하면 본 발명의 초경합금 고품질 레이저 복합가공장치는 메인프레임(100)을 갖는다. 메인프레임(100)은 지면과 수평을 이루는 바닥판(110)과 바닥판(110)에 상하방향으로 세워지는 지지프레임(120)을 포함한다. 바닥판(110)의 하단에는 메인프레임(100)의 이동을 편리하게 하기 위해 이동바퀴 등의 이동수단이 구비될 수 있다.

도 1 을 참조하면 소정의 두께를 갖는 테이블(200)이 형성된다. 테이블(200)의 상면에는 가공하고자 하는 가공대상물(S)이 안착된다. 이때, 테이블(200)의 중앙에는 테이블(200)을 상하방향으로 관통하는 가공홀(201)이 형성된다. 가공홀(201)은 바람직하게 가공대상물(S)의 크기보다 작은 직경을 갖는다.

그리고, 도 1 및 도 2 를 참조하면 상기 테이블(200)이 상단에 안착되는 X축이동모듈(300)이 구비되는데, X축이동모듈(300)은 가공대상물(S)의 가공위치에 따라 테이블(200)을 X축으로 수평이동시킬 수 있다. 테이블(200)과 X축이동모듈(300)은 일정간격 이격된 상태를 유지하는 것이 바람직하다.

X축이동모듈(300)은 상면에 테이블(200)이 안착 고정되는 X축이동판(310)과 X축이동판(310)과 테이블(200)의 사이에 구비되어 테이블(200)의 X축 수평이동을 안내하는 X축레일(320)이 구비된다. 그리고 X축이동판(310)의 하단과 결합되어 테이블(200)을 X축으로 반복하여 수평이동시키는 X축구동수단(330)이 더 구비될 수 있다. X축구동수단(330)은 유압실린더, 공압실린더 또는 모터와 볼스크류 등으로 이루어질 수 있다.

도 1 및 도 3 을 참조하면 바닥판(110)에 안착되어 X축이동모듈(300)을 Y축으로 수평이동시키기 위한 Y축이동모듈(400)이 형성된다. 즉, Y축이동모듈(400)은 가공대상물(S)의 가공위치에 따라 X축이동모듈(300)을 가공하기 위해 X축이동모듈(300)이 상단에 고정된다.

보다 상세히 설명하면, Y축이동모듈(400)은 상면에 X축이동모듈(300)이 안착고정되는 Y축이동판(410)과 Y축이동판(410)을 Y축방향으로 안내하기 위한 Y축레일(420)이 추가로 구비될 수 있다. Y축레일(420)은 바닥판(110)에 안착고정되며, 내부에 Y축이동판(410)을 Y축으로 이동시키기 위해 Y축이동판(410)의 하단과 고정되는 Y축구동수단(430)이 구비된다. Y축구동수단(430) 또한 X축구동수단(330)과 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.

도 1 을 참조하면 메인프레임(100)의 측면에는 가공대상물(S)의 표면을 가공하기 한 레이저가공기(500)가 구비된다. 레이저가공기(500)는 레이저 가공(laser beam machining)을 수행하기 위한 장치로써, 레이저 빔을 전달받아 레이저 빔이 포함하고 있는 에너지를 열에너지로 변환시켜 공작물을 국부적으로 가열하여 미세한 가공을 행한다.

이와 같은 레이저가공기(500)는 외부에서 레이저 빔을 전달받은 후 반사경을 통해 출력의 일부가 입력측에 되돌아오고 동시에 출력이 증대되어 가공대상물(S)로 조사된다. 이때 레이저 빔이 집광렌즈를 통과하면서 한 점으로 모아지고 모아진 레이저 빔이 공작물의 표면을 국부적으로 가열하여 용융시켜 가공이 이루어진다. 이로써, 가공대상물(S)의 표면에는 제1 가공홀(S-1)이 형성되며, 상기의 레이저가공기(500)는 직접적으로 접촉하지 않아 정밀한 가공이 이루어질 수 있다.

도 1 을 참조하면 메인프레임(100)의 일측에는 레이저가공기(500)에 고출력의 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진부(800)가 구비될 수 있다. 레이저 발진부(800)에서 발진되는 레이저 빔은 펄스 레이저 빔(pulsed laser) 또는 초단 펄스 레이저 빔(ultrashort(light) pulse)일 수 있다.

즉, 가공대상물(S)의 표면에 형성되는 제1 가공홀(S-1)은 미세홈(Groove)일 수 있기 때문에 펄스 레이저 빔(pulsed laser) 또는 초단 펄스 레이저 빔(ultrashort(light) pulse) 등으로 발진 될 수 있다. 그리고, 제1 가공홀(S-1)은 X축이동모듈(300) 및 Y축이동모듈(400)의 작동으로 인해 일정간격 이격되며 가공대상물(S)의 표면에 다수개 형성될 수 있다.

도 1 을 참조하면 외부로부터 전압을 인가받아 가공대상물(S)의 표면에 스파크를 방전시켜 2차로 방전가공(EDM : electric discharge machining)하는 방전 가공기(600)가 구비된다. 방전 가공기(600)는 가공대상물(S)의 표면에 레이저 빔이 조사되어 제1 가공홀(S-1)을 가공한 후 제1 가공홀(S-1)과 동일한 위치에 스파크를 방전시켜 가공대상물(S)에 제2 가공홀(S-2)을 가공하는 것이다. 상기 방전 가공기(600)는 방전의 종류에 따라 스파크가공·아크가공·코로나가공으로 분류될 수 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면 레이저가공기(500) 및 방전 가공기(600)가 체결 고정되며, 고정된 레이저가공기(500) 및 방전가공기(600)를 상하방향으로 이동시키기 위한 Z축이동모듈(700)이 구비된다. 즉, Z축이동모듈(700)은 지지프레임(120)에 고정되어 상하방향으로 이동하는데, 이때 레이저가공기(500)로부터 출사되는 레이저 빔의 초점을 조절하기 위해 이동하거나, 방전 가공기(600)에서 방전되는 스파크의 초점(접점)을 조절하기 위해 상하방향으로 이동하는 것이다.

도 3 을 참조하면 Z축이동모듈(700)은 지지프레임(120)에 고정되는 레일몸체(710), 레일(720), 수직이동판(730), 스크류(740), 구동모터(750)를 포함한다. 레일몸체(710)는 지지프레임(120)에 고정되며, 내부가 중공된 형상을 이룬다.

레일(720)은 레일몸체(710)의 일측에 고정되며, 레일몸체(710)을 따라 상하방향으로 연장되어 형성된다.

수직이동판(730)은 레일(720)을 따라 상하방향으로 이동할 수 있으며, 일측에 레이저가공기(500)와 방전 가공기(600)가 고정 설치된다. 즉, 레이저가공기(500)와 방전 가공기(600)는 수직이동판(730)과 일체로 이동할 수 있는 것이다.

그리고 스크류(740)는 레일몸체(710)의 내부에 구비될 수 있는데, 일측이 레일몸체(710)의 내측면에 회전 가능하도록 고정된다. 그리고 스크류(740)가 회전하는 방향에 따라 수직이동판(730)이 상하방향 이동되도록 수직이동판(730)과 체결된다.

이때 스크류(740)의 외측면에는 암나사산이 형성될 수 있고, 수직이동판(730)에는 상기 나사산과 대응하는 수나사산이 형성되어 스크류(740)가 회전함에 따라 수직이동판(730)은 레일(720)에 안내되어 이동되는 것이다.

구동모터(750)는 스크류(740)의 타측에 체결되어 스크류(740)에 회전력을 제공하며, 수직이동판(730)이 상하방향으로 이동할 수 있도록 일측 또는 타측방향으로 회전하는 서보모터(servo-motor) 또는 스텝모터(stepper motor)일 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면 레이저가공기(500)로부터 출사되는 레이저 빔을 반사시켜 가공대상물(S)의 후면을 사용자의 선택적으로 가공할 수 있는 레이저반사부(900)가 더 구비된다. 레이저반사부(900)는 X축이동모듈(300)과 동일한 방향으로 수평이동한다. 즉, 레이저반사부(900)는 가공대상물(S)의 후면가공이 수행되어야 하는 경우 레이저가공기(500)에서 출사되는 레이저빔의 이동경로를 가공대상물(S)의 상면에서 후면으로 변경할 수 있다.

도 1 을 참조하면 가공대상물(S)의 가공위치와 레이저가공기(500), 방전 가공기(600) 및 레이저반사부(900)의 작동을 제어하는 제어부(1000)가 구비된다.

도 5 를 참조하면 테이블(200)에 안착되어 테이블(200)과 일체를 이루도록 고정되는 방전수조(1100)가 더 구비된다. 방전수조(1100)는 상면이 개방된 형상을 이루고 내부에 가공대상물(S)이 안착될 수 있다. 그리고, 방전수조(1100)의 내부에는 방전가공기(600)의 방전가공을 위해 전해액이 공급될 수 있다.

방전수조(1100)의 하면은 레이저빔을 투과하는 투명재질로 형성된다. 즉, 레이저가공기(500)를 통해 가공대상물(S)의 상면과 하면에 각각 제1 가공홀(S-1) 및 제2 가공홀(S-2)을 형성한 후 레이저반사부(900)가 수평이동하여 레이저빔을 가공대상물(S)의 하면으로 반사시킨다. 이후 반사되는 레이저빔이 방전수조(1100)를 통과하여 가공대상물(S)의 하면을 가공할 수 있다.

도 7을 참조하면 가공대상물(S)에 제1 가공홀(S-1)을 형성한 후 방전수조(1100)에 전해액을 공급한다. 이후 방전가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)과 동일한 위치에 방전되면 제1 가공홀(S-1)의 직경과 깊이보다 더 큰 제3 가공홀(S-3)을 형성한다. 그러면 레이저가공기(500)를 통해 레이저 가공시 발생한 버(Burr)가 전해액을 따라 가공대상물의 상측으로 배출된다.

한편, 가공대상물(S)에 제1 및 제2 가공홀(S-1,S-2)을 형성한 후 방전가공기(600)를 통해 제3 가공홀(S-3)을 가공한다. 이후 제1 가공홀(S-1)과 제2 가공홀(S-2)이 상호 연통되며, 동시에 제1 가공홀(S-1) 및 제2 가공홀(S-2)에 잔존하는 버(Burr)가 전해액을 따라 가공대상물의 상측과 하측으로 배출된다. 따라서, 방전가공시 가공 영역이 줄어들어 방전가공기(600)의 마모를 최소화 시킬 수 있으며, 버(Burr)가 제거되어 정밀한 가공이 이루어질 수 있는 이점이 있다.

도 6 을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해 상세히 설명한다.

X축이동모듈(300)과 일체로 이동하는 제2 테이블(1200)이 구비된다. 제2 테이블(1200)에는 제2 테이블(1200)을 상하로 관통하는 제2 가공홀(1201)이 형성된다. 제2 테이블(1200)에는 상면이 개방된 방전수조(1100')를 포함한다.

그리고, 메인프레임(100)의 일측에는 가공대상물(S)을 파지하여 가공대상물(S)을 이동시키는 대상물이동수단(1300)이 더 구비된다. 즉, 제2 가공홀(1201)이 형성된 제2 테이블(1200)의 해당영역에서 가공대상물(S)에 레이저가공을 수행한다. 이후, 대상물이동수단(1300)이 가공대상물(S)을 파지하여 방전수조(1100')로 이동시키고 방전수조(1100')에 전해액을 공급하여 방전가공을 수행한다. 따라서, 상기의 레이저반사부(900)를 통해 가공대상물(S)의 상면과 하면에 레이저가공을 수행할 수 있다. 레이저가공 후 방전가공을 수행하는 이점은 상기의 상세한 설명에 준한다.

도 1 내지 도 4 를 참조하면 레이저반사부(900)는 레이저반사모듈(910) 및 구동수단(920)을 포함한다. 레이저반사부(900)는 가공대상물(S)의 상면으로 조사되는 레이저빔이 가공홀(210), 제2 가공홀(1201)을 통과하여 가공대상물(S)의 하면으로 조사되도록 레이저빔의 이동경로를 변경한다.

구동수단(920)은 상기 제어부(1000)에 의해 제어되며, 레이저반사모듈(910)을 X축 방향으로 수평 이동시킨다. 이후 레이저반사모듈(910)이 레이저가공기(500)에서 출사되는 레이저빔을 전달받아 가공대상물(S)의 하면을 가공할 수 있다.

도 1 내지 도 4 를 참조하면 레이저반사모듈(910)은 상부안내관(911), 제1 반사렌즈(912), 제2 반사렌즈(913), 제2 반사렌즈(913), 연결관(914), 제3 반사렌즈(915), 하부안내관(916) 및 제4 반사렌즈(917)를 포함한다.

상부안내관(911)은 내부가 중공된 관 형상으로 X축방향으로 연장형성되며, 중공된 내부를 레이저빔이 통과한다.

제1 반사렌즈(912)는 상부안내관(911)의 일측에 장착된다. 그리고, 레이저가공기(500)로부터 레이저 빔을 전달받아 상부안내관(911)의 일측에서 타측방향으로 전달받은 레이저빔을 반사시킨다.

제2 반사렌즈(912)는 상부안내관(911)의 타측에 장착되며, 제1 반사렌즈(912)로부터 반사된 레이저 빔을 수직방향으로 반사시킨다.

연결관(914)는 내부가 중공되며, 수직방향으로 연장형성된다. 연결관(914)의 일측에 제2 반사렌즈(913)가 장착되고, 중공된 내부로 레이저빔이 통과한다. 그리고, 구동수단(920)과 연결된다.

제3 반사렌즈(915)는 연결관(914)의 타측에 장착된다. 그리고, 제2 반사렌즈(913)로부터 반사된 레이저빔을 수평방향으로 반사시킨다.

하부안내관(916)은 상부안내관(911)과 대칭을이루며, 내부가 중공된 관 형상을 갖는다. 이때, 하부안내관(916)의 일측은 제3 반사렌즈(915)와 연결되어 중공된 내부로 반사된 레이저빔이 통과한다. 이때, 하부안내관(916)은 테이블(200) 및 제2 테이블(1200)과 X축이동모듈(300) 사이의 이격된 공간으로 삽입된다.

제4 반사렌즈(917)는 하부안내관(916)의 타측에 장착되어 제3 반사렌즈(915)로부터 반사된 레이저빔이 가공대상물(S)의 하면에 조사되도록 레이저빔을 상방향으로 반사시킨다.

이때, 가공대상물(S)의 상면과 하면을 동시에 가공하도록 제1 반사렌즈(911)는 전달되는 레이저 빔의 일부는 반사시키고, 일부는 투과시키는 빔 스플리터(beam splitter)로 이루어질 수 있다.

도 1 을 참조하면 Z축이동모듈(700)에는 가공대상물(S)의 가공영역을 스캔하는 위치보정스캐너(760)가 더 구비된다. 보다 상세히 설명하면 위치보정스캐너(760)는 가공대상물(S)에 레이저 빔이 조사되어 1차로 가공된 가공대상물(S)의 표면을 일정간격으로 분할하여 스캔한다. 이는 가공대상물(S)의 표면을 특정한 좌표값으로 나누기 위함이다. 이후, 가공대상물(S)에 레이저 빔으로 가공된 가공영역을 식별한 후 이를 제어부(1000)로 전달하면 제어부(1000)가 X 및 Y축이동모듈(300,400)을 작동시켜 방전 가공기(600)의 스파크 도달지점이 레이저 빔으로 가공된 가공영역과 동일한 수직선상에 위치하도록 테이블(200)을 이동하는 것이다.

또한, 위치보정스캐너(760)는 최초의 가공대상물(S)의 가공영역을 스캔하고, 스캔한 좌표값을 제어부(1000)로 전송하여 가공하고자 하는 위치를 선정한 후 동일한 좌표지점을 1차 및 2차로 가공할 수 있다. 그리고, 위치보정스캐너(760)는 가공대상물(S)의 표면이 아닌 테이블(200), 제2 테이블(1200) 또는 상기의 방전수조(1100,1100')의 상면을 스캔할 수 있다.

그리고, 레이저 발진부(800)와 위치보정스캐너(760) 사이에는 반사렌즈(770)가 더 구비될 수 있는데, 반사렌즈(770)는 레이저 발진부(800)로부터 발진되는 레이저 빔을 선택적으로 레이저가공기(500) 또는 위치보정스캐너(760)가 위치한 방향으로 반사시키는 역할을 수행한다. 이때 반사렌즈(770)를 통과여 위치보정스캐너(760)로 레이저 빔이 반사될 때 레이저 빔의 특정한 파장이 위치보정스캐너(760)에 도달하도록 반사렌즈(770)와 위치보정스캐너(760) 사이에는 필터(미도시)가 추가로 구비될 수 있다. 위치보정스캐너(770)에 도달한 레이저 빔은 테이블(200), 제2 테이블(1200) 또는 상기의 방전수조(1100,1100')의 상면이 위치한 방향으로 조사된다.

즉, 레이저가공기(500)가 가공대상물을 가공하기 전 반사렌즈(770)는 위치보정스캐너(760)로 레이저 빔을 발진시키고, 위치보정스캐너(760)에 도달한 레이저 빔은 가공대상물(S)이 안착된 가공대상물(S)의 표면 또는 테이블(200), 제2 테이블(1200) 또는 상기의 방전수조(1100,1100')(이하, 테이블(200))의 어느 한 지점에 도달한다. 이때 위치보정스캐너(760)는 어느 한 지점에 도달한 위치를 스캔하여 식별된 데이터를 제어부(1000)로 전송한다.

이후 반사렌즈(770)는 레이저 빔을 레이저가공기(500)로 반사시켜 테이블(200)에 위치한 가공대상물(S)을 가공한다. 이때 가공대상물(S)의 표면을 가공하기 위해 테이블(200)이 X축 및 Y축 방향으로 이동하게 된다. 이후 레이저가공기(500)의 가공이 완료되면 상기 반사렌즈(770)는 레이저 빔을 위치보정스캐너(760)로 반사시킨다. 이후 위치보정스캐너(760)는 최초 위치보정스캐너(760)가 식별한 레이저 빔의 도달 위치와 레이저 가공이 완료되어 위치보정스캐너(760)로부터 발진된 레이저 빔의 도달 위치를 식별하여 식별된 데이터를 제어부(1000)로 전송한다.

이때 제어부(1000)는 위치보정스캐너(760)로부터 발진된 최초의 레이저 빔이 도달한 위치와 레이저 가공이 완료된 후의 테이블(200)에 조사된 레이저 빔 도달위치를 분석한 후 위치보정스캐너(760)에서 발진되는 레이저 빔의 위치와 최초의 테이블(200)에 도달한 레이저 빔의 위치가 일치하도록 테이블(200)을 이동시킨다.

이후, 테이블(200)이 최초의 시작지점과 동일한 위치로 정렬되면 방전 가공기(600)가 레이저가공기(500)가 가공한 가공대상물(S)의 동일한 위치를 2차로 가공할 수 있게 된다.

[실시예]

도 8의 (a)는 가공대상물(S)에 레이저 빔이 조사되어 제1 가공홀(S-1)이 형성된 것을 나타낸 것이고, 도 8 의 (b)는 제1 가공홀(S-1)에 방전 가공기가 작동하여 가공대상물(S)에 제2 가공홀(S-2)이 형성된 것을 나타낸 실시예이다. 제2 가공홀(S-2)의 단면 및 가공면의 표면이 균일하여 정밀한 가공이 이루어지는 것을 알 수 있다.

도 9 의 (a)는 가공대상물(S)에 레이저 빔이 지속적으로 조사됨과 동시에 테이블(200)이 X축 또는 Y축으로 이동하여 제1 가공홀(S-1)이 연장되어 형성되어 있고, 도 9 의 (b)는 방전 가공기가 지속적으로 작동하여 가공대상물(S)에 제2 가공홀(S-2)이 형성된 것을 나타낸 실시예이다.

100 : 메인프레임 110 : 바닥판
120 : 지지프레임 200 : 테이블
300 : X축이동모듈 400 : Y축이동모듈
500 : 레이저가공기 600 : 방전 가공기
700 : Z축이동모듈 710 : 레일 몸체
720 : 레일 730 : 수직이동판
740 : 스크류 750 : 구동모터
760 : 위치보정스캐너 770 : 반사렌즈
800 : 레이저발진부 900 : 레이저반사부
910 : 레이저반사모듈 911 : 상부안내관
912 : 제1 반사렌즈 913 : 제2 반사렌즈
914 : 연결관 915 : 제3 반사렌즈
916 : 하부안내관 917 : 제4 반사렌즈
920 : 구동수단 1000 : 제어부
1100 : 방전수조 1200 : 제2 테이블
1300 : 대상물이동수단

Claims

지면과 수평을 이루는 바닥판(110)과 상기 바닥판(110)에 세워지는 지지프레임(120)을 포함하는 메인프레임(100);
소정의 두께를 가지며, 상면에 가공대상물(S)이 안착되고, 상하방향으로 관통되는 가공홀(201)이 형성되는 테이블(200);
상기 테이블(200)과 일정간격이격된 상태를 유지하며 상기 테이블(200)을 X축으로 수평이동시키도록 상기 테이블(200)의 하면에 고정되는 X축이동모듈(300);
상기 X축이동모듈(300)을 Y축으로 수평이동시키기 위해 상기 X축이동모듈(300)이 상단에 고정되며 상기 바닥판(110)에 안착되는 Y축이동모듈(400);
상기 가공대상물(S)의 표면에 전달받은 레이저 빔을 조사하는 레이저가공기(500);
외부로부터 전압을 인가받아 상기 레이저가공기(500)로부터 가공된 상기 가공대상물(S)의 표면과 동일한 위치에 스파크를 방전시켜 상기 가공대상물을 가공하는 방전가공기(600);
상기 레이저가공기(500) 및 방전 가공기(600)가 체결되며, 상기 레이저 빔의 초점 또는 상기 방전되는 스파크의 초점을 조절하도록 상기 지지프레임(120)에 체결되어 상하방향으로 이동하는 Z축 이동모듈(700);
상기 레이저가공기(500)에 상기 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진부(800);
상기 레이저가공기(500)로부터 출사되는 레이저 빔을 반사시켜 상기 가공대상물(S)의 후면을 선택적으로 가공하도록 상기 X축이동모듈(300)과 동일한 방향으로 수평이동하는 레이저반사부(900);
상기 가공대상물의 가공위치와 상기 레이저가공기(500), 방전 가공기(600) 및 레이저반사부(900)의 작동을 제어하는 제어부(1000);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 테이블(200)에 고정되어 내부에 상기 가공대상물(S)이 안착되는 방전수조(1100)가 구비되되,
상기 가공대상물(S)의 상면과 하면에 각각 제1 가공홀(S-1) 및 제2 가공홀(S-2)을 형성하도록 상기 방전수조(1100)의 바닥면은 레이저빔을 투과하는 재질로 이루어지고,
상기 방전수조(1100)에 전해액이 공급되면, 상기 방전가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전되어 제1 가공홀(S-1)의 직경과 깊이보다 더 큰 제3 가공홀(S-3)을 형성하고, 레이저가공시 발생한 버(Burr)가 전해액을 따라 가공대상물의 상측과 하측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 복합가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 X축이동모듈(300)에 안착되며 상면이 개방된 방전수조(1100')를 포함하는 제2 테이블(1200);
상기 테이블(200)에서 레이저가공이 완료된 가공대상물(S)을 파지하여 상기 방전수조(1000')에 안착시키는 대상물이동수단(1300);을 더 포함하되,
상기 방전수조(1100')에 전해액이 공급되면, 상기 방전가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전되어 제1 가공홀(S-1)의 직경과 깊이보다 더 큰 제3 가공홀(S-3)을 형성하고, 레이저가공시 발생한 버(Burr)가 전해액을 따라 가공대상물의 상측과 하측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 복합가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저반사부(900)는
상기 가공대상물(S)의 상면으로 조사되는 레이저빔이 상기 가공홀(210)을 통과하여 상기 가공대상물(S)의 하면으로 조사되도록 레이저빔의 이동경로를 변경하는 레이저반사모듈(910);
상기 가공대상물(S)의 하면을 가공하는 경우 상기 레이저가공기(500)에서 출사되는 레이저빔을 상기 레이저반사모듈(910)이 전달받도록 상기 레이저반사모듈(910)을 X축 방향으로 수평이동시키도록 상기 레이저반사모듈(910)과 연결되는 구동수단(920);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 레이저반사모듈(910)은
내부가 중공되며 상기 X축방향으로 연장형성되는 상부안내관(911);
상기 상부안내관(911)의 일측에 장착되어 상기 레이저가공기(500)로부터 레이저 빔을 전달받아 반사시키는 제1 반사렌즈(912);
상기 상부안내관(911)의 타측에 장착되어 상기 제1 반사렌즈(912)로부터 반사된 레이저 빔을 반사시키는 제2 반사렌즈(913);
내부가 중공되며, 일측에 상기 제2 반사렌즈(913)가 장착되고, 상기 구동수단(920)과 연결되는 연결관(914);
상기 연결관(914)의 타측에 장착되어 상기 제2 반사렌즈(913)로부터 반사된 레이저빔을 반사시키는 제3 반사렌즈(915);
상기 상부안내관(911)과 대칭을 이루며 일측에 상기 제3 반사렌즈(915)가 장착되되, 상기 테이블(200)과 X축이동모듈(300) 사이의 이격된 공간으로 삽입되는 하부안내관(916);
상기 하부안내관(916)의 타측에 장착되어 상기 제3 반사렌즈(915)로부터 반사된 레이저빔을 상기 가공대상물(S)의 하면에 조사하는 제4 반사렌즈(917);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 반사렌즈(911)는 상기 가공대상물(S)의 상면과 하면을 동시에 가공하도록 전달되는 상기 레이저 빔의 일부는 반사시키고, 일부는 투과시키는 빔 스플리터(beam splitter)인 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치.