KR20190071425A - 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어 시스템 및 그 제어방법을 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 용착대상인 모재들에 대한 레이저 용착온도를 설정시, 설정되는 용착온도에 모재들이 가지는 고유 방사율이 반영되도록 구성한 것이고, 이에따라 레이저 용착시 실시간 측정되는 용착온도를 방사율이 반영된 기준이 되는 레이저 용착온도와 비교하고, 그 비교결과에 따라 레이저 빔의 출력레벨을 가감시키면서 온도 노이즈(temperature noise), 최소 테스트 온도값에 영향을 주면서 잘못된 온도 계산으로 인해 레이저 용착시 모재들의 용착부위 파손을 방지하면서, 용착 제품에 대한 품질 만족도를 높이는 것이다.

Description

레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어 시스템 및 그 제어방법{Welding temperature control system reflecting emissivity of base material of laser welding machine and control method thereof}
본 발명은 레이저 용착기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모재들에 대한 레이저 용착온도를 설정시, 설정되는 용착온도에 모재들이 가지는 고유 방사율이 반영되도록 하고, 방사율이 반영된 레이저 용착온도를 레이저 용착시 실시간 측정되는 용착온도와 비교하여 레이저 빔의 출력레벨을 가감시킬 수 있도록 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어시스템과 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 용착기는 레이저를 이용한 플라스틱을 용접할 수 있도록 한 것으로, 이는 일정한 파장을 가지는 레이저 빔의 플라스틱 재질에 대한 투과성과 흡수성을 이용하는 것이다.
즉, 상기 레이저 용착기는 투과성을 가지는 하나의 모재에 레이저 빔이 투과될 때, 흡수성을 가지는 다른 하나의 모재에서 레이저 빔에 의해 활성화된 분자들이 진동하여 열을 발생시키게 되며, 이에따라 상기와 같은 열에 의해 흡수성을 가지는 다른 하나의 모재가 용융하게 되면서, 상기 모재들의 레이저 용착이 가능하게 되는 것이며, 이러한 레이저 용착기는 공개특허공보 제10-2006-0045335호와 공개특허공보 제10-2011-0002415호(2011.01.07)에 개시되어 있다.
상기와 같은 레이저 용착기는 용착 제품에 맞는 출력레벨을 정한 상태에서 이를 출력시키는 고정방식이며, 일예로, 플라스틱을 용착하기 위한 출력레벨이 40와트(Watt)인 경우 일정한 속도를 유지하면서 40와트의 출력으로 레이저 빔을 조사하도록 한 것이다.
그러나, 상기와 같이 제품에 맞는 출력레벨이 정해져 있는 상태에서, 제품 자체에 불량요소(예; 균열, 제품 굴곡, 제품 파손)가 존재하는 경우, 종래에는 레이저 용착 작업이 종료되었을 때, 제품 자체의 불량요소를 확인하지 못하는 문제가 있으며, 이에 종래에는 제품 자체의 불량요소를 확인하기 위해 방사선(X-ray)으로 확인할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.
이에따라, 종래에는 일본특허공보 특허 제5042013호(2012.07.20)의 "레이저 가열장치"가 개시되기에 이르렀으며, 이는 급격한 온도 변화가 검출되었을 때 레이저 파워를 저하시키거나 레이저 발진을 정지시키고, 피가열 대상물의 온도가 미리 설정된 설정온도가 되도록 레이저 파워를 제어하도록 한 것이다.
즉, 상기 선행특허는 측정된 용착 온도에 따라 레이저 출력을 제어하여 모재들을 레이저 용착하는 것이다.
그러나, 레이저 용착이 이루어지는 모재들의 경우 각기 다른 투과성과 흡수성을 가진 플라스틱 제품에 레이저 빔을 조사하여 흡수층에서 분자들을 활성화시켜 그 운동에너지에 의해 발생한 열이 간접적으로 투과층 재질을 용융시켜 두 모재를 접합시키도록 한 것인데, 이 경우 첨부된 도 1에서와 같이, 용착 온도 측정이 이루어질 때 가장 중요한 요소 중 하나가 온도 측정 대상인 모재들이 가지는 고유한 고유방사율이다.
즉, 방사율이란 물질에서 에너지가 방사되는 비율로, 블랙바디(Black Body)는 외부에서 100%의 에너지를 받으면 100%의 에너지를 모두 흡수하여 100%의 에너지를 그대로 방출하는 이상적인 물체이나 현실에서는 만들기 어렵고, 비슷하게 만들어 검교정의 표준으로 쓰이나, 모든 물체들은 블랙바디(black body) 성질을 가지고 있지 않으며, 특히 레이저 용착이 필요로 하는 모재들은 완벽한 블랙바디(black body)의 성질을 거의 지니고 있지 않는다.
이에따라, 종래에는 모재들을 레이저 용착시, 각 모재들이 가지는 방사율에 대한 온도를 보정하지 못하였다.
일예로, 방사율이 '0.8' 이고, 용착온도가 100℃로 설정된 모재를 레이저 용착하고 그 용착온도를 측정시, 측정되는 용착온도는 상기 방사율 0.8로 인해 80℃로 측정되면서 20℃의 온도편차가 발생하게 된다.
이에, 종래에는 상기와 같은 방사율이 반영된 온도 편차를 보정하지 않은 상태에서, 방사율이 반영된 상기 80℃의 온도를 기준이 되는 설정온도로 사용하지 않고, 방사율이 반영되지 않은 상기 100℃의 온도를 기준이 되는 설정온도로 사용하여 레이저 출력레벨을 제어하게 되므로, 온도 노이즈(temperature noise), 최소 테스트 온도값에 영향을 주면서 잘못된 온도 계산이 이루어져 레이저 용착기의 최대 출력을 유도하게 되고, 이에따라 모재의 용착부위가 파손되는 문제점이 있었다.
공개특허공보 제10-2006-0045335호(2006.05.17)
공개특허공보 제10-2011-0002415호(2011.01.07)
일본특허공보 특허 제5042013호(2012.07.20)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로 본 발명의 목적은, 모재들에 대한 레이저 용착온도를 설정시, 설정되는 용착온도에 모재들이 가지는 고유 방사율이 반영되도록 구성함으로써, 레이저 용착시 실시간 측정되는 용착온도를 방사율이 반영된 기준이 되는 레이저 용착온도와 비교할 수 있도록 하고, 그 비교결과에 따라 레이저 빔의 출력레벨을 가감시키면서 레이저 용착시 모재들의 용착부위가 파손되는 문제를 개선할 수 있도록 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어시스템과 그 제어방법을 제공하려는 것이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어시스템은, 레이저 생성부와 광섬유 케이블로 연결되면서 레이저 빔을 용착하고자 하는 모재로 조사하는 레이저 헤드를 제 1,2 헤드부로 분할 구성하되, 상기 제 1 헤드부에는 상기 광섬유 케이블을 통해 가이드되는 레이저 빔을 평행하게 조정하는 콜리메이션 렌즈; 및, 상기 콜리메이션 렌즈로부터 평행하게 조정된 레이저 빔을 제 1 방향으로 반사시키는 제 1 반사렌즈; 를 구성하고, 상기 제 2 헤드부에는 상기 제 1 반사렌즈로부터 제 1 방향으로 반사되는 레이저 빔을 상기 제 1 방향과 직교되는 제 2 방향으로 반사시키는 제 2 반사렌즈; 상기 제 2 반사렌즈로부터 제 2 방향으로 반사되는 레이저 빔의 초점을 모은 후 이를 레이저 용착을 위한 모재들에 조사하는 제 1 포커스 렌즈; 상기 제 1 포커스 렌즈를 통해 모재들에 조사되는 레이저 빔에 의해 레이저 용착 진행시, 상기 모재들로부터 방사되는 특정파장대의 방사 빔만을 통과시키는 필터렌즈; 상기 필터렌즈를 통과하는 특정파장대 방사 빔의 초점을 모으는 제 2 포커스 렌즈; 상기 제 2 포커스 렌즈로부터 초점이 모아진 방사 빔으로부터 모재들의 용착부위에 대한 레이저 용착온도를 측정하는 적외선 온도센서; 를 구성하며, 상기 제 2 헤드부에는 상기 적외선 온도센서로부터 측정되는 아날로그의 레이저 용착 온도를 디지털 신호로 변환 출력하는 데이터 변환부; 및, 상기 데이터 변환부로부터 변환 출력되는 측정된 레이저 용착 온도의 디지털 신호를 기준이 되는 용착온도와 비교하여 상기 레이저 생성부의 레이저 빔 출력레벨을 제어하는 제어단말; 연결 구성하고, 상기 제어단말에는 용착대상인 모재들의 방사율 정보를 반영하여 기준이 되는 용착온도를 보정하는 온도보정부; 및, 상기 적외선 온도센서로부터 측정되는 레이저 용착온도를 상기 온도보정부로부터 보정된 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도와 비교하여, 상기 레이저 생성부의 레이저 빔 출력레벨을 업(UP)/다운(DOWN)시키는 레이저 출력제어부; 를 포함하여 구성하는 것이다.
또한, 상기 제어단말에는 모재들의 방사율에 대한 정보를 리스트화하여 저장하는 메모리부를 더 포함하여 구성하고, 상기 온도보정부는 용착 대상인 모재들의 정보 입력시, 입력되는 모재들에 해당하는 방사율 정보를 상기 메모리부에 저장되는 방사율 정보를 탐색하여 추출하고, 추출된 방사율 정보가 반영된 기준이 되는 용착온도를 설정하는 온도설정 프로그램을 탑재 구성하는 것이다.
또한, 상기 레이저 출력제어부에는 용착 대상인 모재들의 기준이 되는 용착온도를 설정하는 입력부를 디스플레이하는 제어프로그램을 탑재하되, 상기 입력부는 용착 온도의 최대 및 최소 범위를 설정하는 제 1,2 입력창; 상기 레이저 생성부에 의한 레이저 빔의 최소 신호세기를 설정하는 제 3 입력창; 모재에 대한 방사율 정보를 입력하기 위한 제 4 입력창; 및, 상기 제 4 입력창에 입력되는 모재의 방사율 정보에 따라 기준이 되는 용착온도 보정값을 표시하는 제 5 입력창; 을 포함하여 구성되는 것이다.
또한, 상기 모재에 대한 방사율 정보는 작업자가 직접 입력하는 모재가 가지는 고유의 방사율 정보인 것이다.
다른 일면에 따라, 본 발명 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어방법은, (a) 제어단말의 화면상에 디스플레이되는 입력부를 통해 레이저 용착의 최대 및 최소 온도범위를 설정하고, 용착대상인 모재가 가지는 고유한 방사율이 반영되는 기준이 되는 용착온도를 설정하는 공정; (b) 상기 (a)공정의 기준이 되는 용착온도가 설정된 이후에, 레이저 생성부를 통해 생성되는 레이저 빔을 레이저 헤드에서 용착대상인 모재들에 조사하는 공정; (c) 상기 (b)공정으로부터 모재들에 레이저 빔 조사시, 상기 레이저 헤드에 마련되는 적외선 온도센서는 상기 모재들로부터 방사되는 레이저 빔의 방사에 따른 용착온도를 실시간 측정하는 공정; (d) 상기 (c)공정으로부터 실시간 측정되는 모재들의 용착온도를 상기 (a)공정으로부터 방사율이 반영되어 설정된 기준이 되는 용착온도와 비교하는 공정; (e) 상기 (d)공정으로부터 레이저 출력제어부(92)는 실시간 측정되는 용착온도가 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도보다 크면 레이저 생성부의 레이저 출력레벨을 다운 제어하고, 실시간 측정되는 용착온도가 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도와 같거나 작으면 레이저 생성부의 레이저 출력레벨을 업 제어하는 공정; 을 포함하여 진행하는 것이다.
또한, 상기 (a)공정에서 기준이 되는 용착온도 설정은, 용착 대상인 모재 종류가 입력시 그 입력되는 모재에 해당하는 방사율 정보를 메모리부에서 검색한 후 추출하여 온도보상부에 제공하는 공정; 및, 상기 온도보상부는 상기 공정으로부터 추출되는 모재의 방사율 정보를 반영하여 기준이 되는 용착온도를 설정하는 공정; 을 포함하는 것이다.
또한, 상기 (a)공정에서 기준이 되는 용착온도 설정은, 용착대상인 모재가 가지는 고유한 방사율 정보를 제어단말의 화면상에 표시되는 입력부를 통해 입력하는 공정; 및, 상기 입력부에 입력되는 방사율 정보에 따라 온도보상부는 모재의 방사율 정보를 반영하여 기준이 되는 용착온도를 설정하는 공정; 을 포함하여 진행하는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 용착대상인 모재들에 대한 레이저 용착온도를 설정시, 설정되는 용착온도에 모재들이 가지는 고유 방사율이 반영되도록 구성한 것이며, 이를 통해 레이저 용착시 실시간 측정되는 용착온도를 방사율이 반영된 기준이 되는 레이저 용착온도와 비교하고, 그 비교결과에 따라 레이저 빔의 출력레벨을 가감시키면서 온도 노이즈(temperature noise), 최소 테스트 온도값에 영향을 주면서 잘못된 온도 계산으로 인해 레이저 용착시 모재들의 용착부위가 파손되는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예로 방사율에 대한 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예로 방사율을 반영하여 기준이 되는 용착온도를 보정하는 레이저 용착기의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예로 모재들이 가지는 고유한 방사율표의 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예로 방사율값 입력(Emission1)으로부터 기준이 되는 용착온도(Terperature offset)의 보정값을 표시한 화면도.
도 5는 본 발명의 실시예로 모재들이 가지는 고유한 방사율이 적용된 기준이 되는 용착온도와 실시간 측정의 용착온도 및 레이저 빔 출력 상태에 대한 측정 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예로 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어방법의 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예로 방사율에 대한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예로 방사율을 반영하여 기준이 되는 용착온도를 보정하는 레이저 용착기의 개략적인 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예로 모재들이 가지는 고유한 방사율표의 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예로 방사율값 입력(Emission1)으로부터 기준이 되는 용착온도(Terperature offset)의 보정값을 표시한 화면도를 보인 도면이다.
첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어 시스템은, 레이저 생성부(10)와 광섬유 케이블(100)로 연결되는 레이저 헤드(20), 그리고 상기 레이저 헤드(20)와 연결되는 데이터변환부(30) 및 제어단말(40)을 포함하여 구성하는 것이다.
상기 레이저 생성부(10)는 도면에는 도시하지 않았지만 레이저 발진기와 레이저 다이오드를 포함하는 것으로, 모재들의 레이저 용착을 위해 레이저 빔 에너지를 상기 광섬유 케이블(100)을 통해 상기 레이저 헤드(20)에 출력하도록 구성하여둔 것이다.
즉, 상기 레이저 생성부(10)에 포함되는 레이저 발진기는 상기 제어단말(40)의 제어신호에 따라 전기적 에너지를 공급하도록 구성되고, 상기 레이저 다이오드는 상기 레이저 발진기로부터 공급되는 전기적 에너지를 레이저 빔 에너지로 변환 출력하는 통상적인 것으로, 이하에서는 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 레이저 헤드(20)는 상기 광섬유 케이블(100)을 통해 출력되는 레이저 빔 에너지의 초점을 모은 후 이를 레이저 용착을 위한 모재에 조사하고, 상기 모재로부터 방사되는 레이저 빔의 방사 에너지로부터 용착온도를 실시간 측정하는 것으로서, 상기 광섬유 케이블(100)과 연결되는 제 1 헤드부(H1), 그리고 상기 제 1 헤드부(H1)의 측부에 형성되는 제 2 헤드부(H2)로 분할 구성되는 것이다.
이때, 상기 제 1 헤드부(H1)에는 상기 광섬유 케이블(100)을 통해 가이드되는 레이저 빔을 평행하게 조정하는 콜리메이션 렌즈(Collimation Lens)(21), 그리고 상기 콜리메이션 렌즈(21)로부터 평행하게 조정된 레이저 빔을 제 1 방향(P1, 수평방향)으로 반사시키는 제 1 반사렌즈(Reflex Lens)(22)를 구성하여둔 것이다.
상기 제 2 헤드부(H2)에는 상기 제 1 반사렌즈(22)로부터 제 1 방향(P1)으로 반사되는 레이저 빔을 상기 제 1 방향(P1)과 직교되는 제 2 방향(P2, 수직방향)으로 반사시키는 제 2 반사렌즈(23)와, 상기 제 2 반사렌즈(23)로부터 제 2 방향(P2)으로 반사되는 레이저 빔(C1)의 초점을 모은 후 이를 레이저 용착을 위한 모재들에 조사하는 제 1 포커스 렌즈(Foucs Lens)(24)와, 상기 포커스 렌즈(24)를 통해 모재들에 조사되는 레이저 빔(C1)에 의해 레이저 용착 진행시 상기 모재들로부터 방사되는 특정파장대의 방사 빔(C2)만을 통과시키는 필터렌즈(Filter Lens)(25)와, 상기 필터렌즈(25)를 통과하는 특정파장대 방사 빔(C2)의 초점을 모으는 제 2 포커스 렌즈(26), 그리고 상기 제 2 포커스 렌즈(26)로부터 초점이 모아진 방사 빔으로부터 모재들의 용착부위에 대한 레이저 용착온도를 측정하는 적외선 온도센서(27)를 구성하여둔 것이다.
여기서, 상기 적외선 온도센서(27)는 상기 제 2 포커스 렌즈(26)로부터 굴절되는 방사 빔(C2)의 파장대를 검출한 후 그 검출된 방사 빔(C2)의 온도를 측정한 후 이를 상기 데이터 변환부(30)에 출력하는 것이다.
상기 데이터 변환부(30)는 상기 제 2 헤드부(H2)와 연결되는 것으로서, 상기 적외선 온도센서(27)로부터 측정되는 아날로그의 레이저 용착 온도를 디지털 신호로 상기 제어단말(40)에 변환 출력하도록 구성하여둔 것이다.
상기 제어단말(40)은 상기 데이터 변환부(30)로부터 변환 출력되는 측정된 레이저 용착온도의 디지털 신호를 기준이 되는 용착온도와 비교하여 상기 레이저 생성부의 레이저 빔 출력레벨을 제어하도록 구성하여둔 것이다.
이때, 상기 제어단말(40)에는 첨부된 도 3에서와 같이, 용착대상인 모재들의 방사율 정보를 반영하여 기준이 되는 용착온도를 보정하는 온도보정부(41), 그리고 상기 적외선 온도센서(27)로부터 측정되는 레이저 용착온도를 상기 온도보정부(41)로부터 보정된 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도와 비교하여 상기 레이저 생성부의 레이저 빔 출력레벨을 업(UP)/다운(DOWN)시키는 레이저 출력제어부(42)를 포함하여 구성한 것이고, 이에 더하여 모재들의 방사율에 대한 정보를 리스트화하여 저장하는 메모리부(43)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 온도보정부(41)는 용착 대상인 모재들의 정보 입력시, 입력되는 모재들에 해당하는 방사율 정보를 상기 메모리부(43)에 저장되는 방사율 정보를 탐색하여 추출하고, 추출된 방사율 정보가 반영된 기준이 되는 용착온도를 설정하는 온도설정 프로그램을 탑재 구성하여둔 것이다.
한편, 상기 레이저 출력제어부(42)에는 용착 대상인 모재들의 기준이 되는 용착온도를 설정하는 입력부(421)를 디스플레이하는 제어프로그램을 탑재하여둔 것으로서, 상기 입력부(421)는 첨부된 도 4에서와 같이 용착온도의 최대 및 최소 범위를 설정하는 제 1,2 입력창(421a)(421b)과, 상기 레이저 생성부에 의한 레이저 빔의 최소 신호세기를 설정하는 제 3 입력창(421c)과, 모재에 대한 방사율 정보를 입력하기 위한 제 4 입력창(421d), 그리고 상기 제 4 입력창(421d)에 입력되는 모재의 방사율 정보에 따라 기준이 되는 용착온도 보정값을 표시하는 제 5 입력창(421e)이 표시되도록 구성하여둔 것이다.
여기서, 상기 모재에 대한 방사율 정보는 작업자가 직접 입력하는 모재가 가지는 고유의 방사율 정보일 수도 있는 것이다.
일예로, 용착대상 모재가 선택되고, 첨부된 도 4에서와 같이 제어단말(40)의 화면상에 입력부(421)가 표출되면, 작업자는 상기 입력부(421)의 제 1,2 입력창(421a)(421b)에 선택된 모재의 용착 온도에 대한 최대 및 최소 범위를 입력하는 한편, 제 3 입력창(421c)에는 상기 레이저 생성부에 의한 레이저 빔의 최소 신호세기를 입력하여둔다.
다음으로, 작업자는 선택된 모재가 가지는 고유한 방사율 정보를 상기 입력부(421)의 제 4 입력창(Emission1)(421d)에 입력한다.
그러면, 상기 입력부(421)의 제 5 입력창(421e)에는 상기 방사율 정보에 의해 모재에 대한 기준이 되는 용착온도를 보정하기 위한 온도 보정값(예; Terperature offset=1℃)이 표시되고, 이렇게 표시된 온도 보정값이 기준이 되는 모재의 용착 온도에 반영되면서, 모재의 용착 진행시, 실시간 측정되는 용착온도와 비교되는 기준이 되는 용착온도를 재설정할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어 시스템으로 구현되는 용착 온도 제어방법에 대하여 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다.
우선, 용착하고자 하는 모재를 선정하고 그 선정된 모재를 제어단말(40)에 입력시킨다.
그러면, 상기 제어단말(40)에 구성되는 온도보정부(41)의 온도 설정 프로그램은 상기와 같이 입력되는 모재에 해당하는 방사율 정보를 메모리부(43)로부터 탐색하여 추출하고 그 추출된 방사율 정보가 반영된 기준이 되는 용착온도를 설정하게 되는 것이다.
여기서, 상기의 설명은 용착대상인 모재의 종류를 입력하는 것으로 설명된 것이지만, 상기 메모리부(43)에 방사율 정보를 리스트화하지 않고 작업자가 직접 제어단말(40)의 입력수단(예; 키보드, 마우스)을 통해 모재의 방사율 정보를 입력부(421)의 제 4 입력창(421d)에 입력할 수도 있는 것이다.
즉, 작업자는 우선 융착하고자 하는 모재를 선정하고 그 선정된 모재들의 재질 특성 및 선정된 모재들이 고유하게 가지는 방사율 정보를 첨부된 도 3의 방사율표를 참고하여 첨부된 도 4에서와 같은 입력부(421)의 제 4 입력창(421d)을 통해 직접 수동 입력할 수 있는 것이다.
그러면, 상기 제 4 입력창(421d)을 통해 입력되는 방사율 정보에 따라 상기 제어단말(40)에 구성되는 온도 보상부(41)는 기준이 되는 용착온도를 입력된 상기 방사율 정보가 반영되도록 보정하고 이를 상기 입력부(421)의 제 5 입력창(421d)에 표시하게 되는 것이다.
다음으로, 상기와 같이 방사율 정보가 반영된 기준이 되는 용착온도가 설정된 상태에서, 레이저 헤드의 제 1,2 헤드부(H1,H2)를 용착대상인 모재에 근접시킨 후, 상기 제어단말(40)에 구성되는 레이저 출력제어부(42)를 통해 레이저 생성부의 레이저 빔 출력이 이루어지도록 한다.
그러면, 상기 레이저 생성부를 통해 출력되는 레이저 빔은 광섬유 케이블(100)을 통해 상기 제 1 헤드부(H1)내의 콜리메이션 렌즈(21)를 통과하게 되고, 이때 상기 콜리메이션 렌즈(21)는 상기 광섬유 케이블(100)을 통해 가이드되는 레이저 빔을 평행하게 조정한 후 이를 제 1 반사렌즈(22)로 가이드한다.
그러면, 상기 제 1 반사렌즈(22)는 상기 콜리메이션 렌즈(21)로부터 평행하게 조정된 레이저 빔을 제 1 방향(P1) 즉, 제 2 헤드부(H2)의 방향으로 반사시킬 수 있는 것이다.
다음으로, 상기 제 2 헤드부(H2)내의 제 2 반사렌즈(23)는 상기 제 1 반사렌즈(22)로부터 제 1 방향(P1)으로 반사되는 레이저 빔을 상기 제 1 방향과 직교되는 제 2 방향(P2)으로 반사시키게 되면서, 상기 제 2 반사렌즈(23)의 하단에 위치하는 제 1 포커스 렌즈(24)는 상기 제 2 반사렌즈(23)로부터 제 2 방향(P2)으로 반사되는 레이저 빔(C1)의 초점을 모은 후 이를 레이저 용착대상인 모재에 조사할 수 있는 것이다.
이때, 상기 제 1 포커스 렌즈(24)를 통해 모재에 조사되는 레이저 빔(C1)에 의해 레이저 용착이 진행되는 상태에서, 상기 모재에서는 방사 빔(C2)이 방사되며, 이렇게 방사되는 빔(C2)은 상기 제 1 포커스 렌즈(24)와 상기 제 2 반사렌즈(23)를 통해 필터렌즈(25)로 유입되므로, 상기 필터렌즈(25)는 상기 방사 빔(C2)에서 특정파장대의 방사 빔만을 제 2 포커스 렌즈(26)로 통과시키게 된다.
그러면, 상기 제 2 포커스 렌즈(26)는 상기 필터렌즈(25)를 통과하는 특정파장대 방사 빔의 초점을 모은 후 이를 적외선 온도센서(27)에 제공하게 되면서, 상기 적외선 온도센서(27)는 상기 제 2 포커스 렌즈(26)로부터 초점이 모아진 방사 빔으로부터 모재들의 용착부위에 대한 아날로그의 레이저 용착온도를 측정한 후 이를 데이터 변환부(30)에 제공하는 것이다.
그리고, 상기 데이터 변환부(30)는 상기 적외선 온도센서(27)로부터 실시간 측정되는 아날로그의 방사 빔 온도를 디지털 신호로 변환한 후 이를 상기 제어단말(40)의 레이저 출력제어부(42)에 출력하게 된다.
이때, 상기 레이저 출력제어부(42)에는 상기 온도보상부(41)에 의해 방사율 정보가 반영된 기준이 되는 용착온도 정보가 제공되고 있으므로, 상기 레이저 출력제어부(42)는 상기 적외선 온도센서(27)로부터 측정되는 레이저 용착온도를 상기 온도보정부(41)로부터 보정된 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도와 비교하여, 상기 레이저 생성부의 레이저 빔 출력레벨을 업(UP) 또는 다운(DOWN)시키는 제어프로그램을 작동시키게 되는 것이다.
즉, 상기 레이저 출력제어부(42)는 실시간 측정되는 용착온도가 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도보다 큰 경우, 상기 레이저 생성부의 레이저 출력레벨을 다운 제어하지만, 실시간 측정되는 용착온도가 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도와 같거나 작을 경우에는 상기 레이저 생성부의 레이저 출력레벨을 업 제어하게 되면서, 상기 모재의 용착부위는 모재의 특성에 따른 최소 및 최대의 온도범위내에서 파손없이 그 용착이 가능하게 되는 것이다.
일예로, 100℃의 용착온도와 방사율이 '0.8'인 모재를 용착대상으로 선정하고, 레이저 생성부의 레이저 출력레벨은 50W로 제어한다고 가정한다.
그러면, 100℃의 용착온도에 상기 방사율 '0.8' 이 반영되지 않은 경우, 방사율이 반영된 80℃의 온도를 기준 용착온도로 설정하는 것이 아니라, 방사율이 반영되지 않은 상기 100℃의 온도를 기준이 되는 설정온도로 사용하는 관계로, 상기 적외선 온도센서(27)에서 실시간 측정되는 용착온도는 상기 100℃의 기준 용착온도와 비교하게 된다.
이때, 상기 레이저 생성부의 레이저 출력레벨은 상기 적외선 온도센서(27)에서 실시간 측정하는 100℃의 용착온도에 도달하기까지 최대 50W로 출력되는 것이지만, 실제적으로는 방사율이 반영된 80℃의 온도가 기준 용착온도이므로, 상기 레이저 생성부의 레이저 출력레벨은 상기 80℃의 기준 용착온도에 따라 50W가 아니라 그 보다 더 낮은 40W로 출력되어야 하는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에서는, 100℃의 용착온도에 상기 방사율 '0.8' 이 반영된 경우, 방사율이 반영된 80℃의 온도를 기준 용착온도로 설정하여 사용하게 되므로, 상기 적외선 온도센서(27)에서 실시간 측정되는 용착온도는 상기 80℃의 기준 용착온도와 비교하게 된다.
이때, 상기 레이저 생성부의 레이저 출력레벨은 상기 적외선 온도센서(27)에서 실시간 측정하는 100℃의 용착온도에 도달하기까지 최대 50W로 출력되는 것이지만, 실제적으로는 방사율이 반영된 80℃의 온도가 기준 용착온도이므로, 상기 레이저 생성부의 레이저 출력레벨은 상기 80℃의 기준 용착온도에 따라 50W가 아니라 그 보다 더 낮은 40W로 다운되어 출력 제어될 수 있으며, 이에따라 본 발명의 실시예에서는 온도 노이즈(temperature noise), 최소 테스트 온도값에 영향을 주면서 잘못된 온도 계산으로 인해 레이저 용착기의 최대 출력을 유도하는 문제가 개선될 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어 시스템 및 그 제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
10; 레이저 생성부 20; 레이저 헤드
21; 콜리메이션 렌즈 22; 제 1 반사렌즈
23; 제 2 반사렌즈 24; 제 1 포커스 렌즈
25; 필터렌즈 26; 제 2 포커스 렌즈
27; 적외선 온도센서 30; 데이터 변환부
40; 제어단말 41; 온도보정부
42; 레이저 출력제어부 421; 입력부
421a; 제 1 입력창 421b; 제 2 입력창
421c; 제 3 입력창 421d; 제 4 입력창
421e; 제 5 입력창 43; 메모리부
100; 광섬유 케이블

Claims (7)

  1. 레이저 생성부와 광섬유 케이블로 연결되면서 레이저 빔을 용착하고자 하는 모재로 조사하는 레이저 헤드를 제 1,2 헤드부로 분할 구성하되, 상기 제 1 헤드부에는 상기 광섬유 케이블을 통해 가이드되는 레이저 빔을 평행하게 조정하는 콜리메이션 렌즈; 및, 상기 콜리메이션 렌즈로부터 평행하게 조정된 레이저 빔을 제 1 방향으로 반사시키는 제 1 반사렌즈; 를 구성하고, 상기 제 2 헤드부에는 상기 제 1 반사렌즈로부터 제 1 방향으로 반사되는 레이저 빔을 상기 제 1 방향과 직교되는 제 2 방향으로 반사시키는 제 2 반사렌즈; 상기 제 2 반사렌즈로부터 제 2 방향으로 반사되는 레이저 빔의 초점을 모은 후 이를 레이저 용착을 위한 모재들에 조사하는 제 1 포커스 렌즈; 상기 제 1 포커스 렌즈를 통해 모재들에 조사되는 레이저 빔에 의해 레이저 용착 진행시, 상기 모재들로부터 방사되는 특정파장대의 방사 빔만을 통과시키는 필터렌즈; 상기 필터렌즈를 통과하는 특정파장대 방사 빔의 초점을 모으는 제 2 포커스 렌즈; 상기 제 2 포커스 렌즈로부터 초점이 모아진 방사 빔으로부터 모재들의 용착부위에 대한 레이저 용착온도를 측정하는 적외선 온도센서; 를 구성하며,
    상기 제 2 헤드부에는 상기 적외선 온도센서로부터 측정되는 아날로그의 레이저 용착 온도를 디지털 신호로 변환 출력하는 데이터 변환부; 및, 상기 데이터 변환부로부터 변환 출력되는 측정된 레이저 용착 온도의 디지털 신호를 기준이 되는 용착온도와 비교하여 상기 레이저 생성부의 레이저 빔 출력레벨을 제어하는 제어단말; 연결 구성하고,
    상기 제어단말에는 용착대상인 모재들의 방사율 정보를 반영하여 기준이 되는 용착온도를 보정하는 온도보정부; 및, 상기 적외선 온도센서로부터 측정되는 레이저 용착온도를 상기 온도보정부로부터 보정된 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도와 비교하여, 상기 레이저 생성부의 레이저 빔 출력레벨을 업(UP)/다운(DOWN)시키는 레이저 출력제어부; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어단말에는 모재들의 방사율에 대한 정보를 리스트화하여 저장하는 메모리부를 더 포함하여 구성하고,
    상기 온도보정부는 용착 대상인 모재들의 정보 입력시, 입력되는 모재들에 해당하는 방사율 정보를 상기 메모리부에 저장되는 방사율 정보를 탐색하여 추출하고, 추출된 방사율 정보가 반영된 기준이 되는 용착온도를 설정하는 온도설정 프로그램을 탑재 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 출력제어부에는 용착 대상인 모재들의 기준이 되는 용착온도를 설정하는 입력부를 디스플레이하는 제어프로그램을 탑재하되,
    상기 입력부는 용착 온도의 최대 및 최소 범위를 설정하는 제 1,2 입력창; 상기 레이저 생성부에 의한 레이저 빔의 최소 신호세기를 설정하는 제 3 입력창; 모재에 대한 방사율 정보를 입력하기 위한 제 4 입력창; 및, 상기 제 4 입력창에 입력되는 모재의 방사율 정보에 따라 기준이 되는 용착온도 보정값을 표시하는 제 5 입력창; 을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모재에 대한 방사율 정보는 작업자가 직접 입력하는 모재가 가지는 고유의 방사율 정보인 것을 특징으로 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어시스템.
  5. (a) 제어단말의 화면상에 디스플레이되는 입력부를 통해 레이저 용착의 최대 및 최소 온도범위를 설정하고, 용착대상인 모재가 가지는 고유한 방사율이 반영되는 기준이 되는 용착온도를 설정하는 공정;
    (b) 상기 (a)공정의 기준이 되는 용착온도가 설정된 이후에, 레이저 생성부를 통해 생성되는 레이저 빔을 레이저 헤드에서 용착대상인 모재들에 조사하는 공정;
    (c) 상기 (b)공정으로부터 모재들에 레이저 빔 조사시, 상기 레이저 헤드에 마련되는 적외선 온도센서는 상기 모재들로부터 방사되는 레이저 빔의 방사에 따른 용착온도를 실시간 측정하는 공정;
    (d) 상기 (c)공정으로부터 실시간 측정되는 모재들의 용착온도를 상기 (a)공정으로부터 방사율이 반영되어 설정된 기준이 되는 용착온도와 비교하는 공정;
    (e) 상기 (d)공정으로부터 레이저 출력제어부(92)는 실시간 측정되는 용착온도가 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도보다 크면 레이저 생성부의 레이저 출력레벨을 다운 제어하고, 실시간 측정되는 용착온도가 방사율이 반영된 기준이 되는 용착온도와 같거나 작으면 레이저 생성부의 레이저 출력레벨을 업 제어하는 공정; 을 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a)공정에서 기준이 되는 용착온도 설정은, 용착 대상인 모재 종류가 입력시 그 입력되는 모재에 해당하는 방사율 정보를 메모리부에서 검색한 후 추출하여 온도보상부에 제공하는 공정; 및,
    상기 온도보상부는 상기 공정으로부터 추출되는 모재의 방사율 정보를 반영하여 기준이 되는 용착온도를 설정하는 공정; 을 더 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a)공정에서 기준이 되는 용착온도 설정은, 용착대상인 모재가 가지는 고유한 방사율 정보를 제어단말의 화면상에 표시되는 입력부를 통해 입력하는 공정; 및,
    상기 입력부에 입력되는 방사율 정보에 따라 온도보상부는 모재의 방사율 정보를 반영하여 기준이 되는 용착온도를 설정하는 공정; 을 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 레이저 용착기의 모재 방사율이 반영되는 용착 온도 제어방법.
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