KR20190083800A

KR20190083800A - 레이저 가공 장치 및 이에 사용되는 에어 나이프 유닛

Info

Publication number: KR20190083800A
Application number: KR1020180001684A
Authority: KR
Inventors: 김용덕; 조승운
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2019-07-15
Also published as: KR102161208B1

Abstract

레이저 가공 장치 및 그 에어 나이프 유닛이 개시된다. 개시된 에어 나이프유닛은, 소정의 길이를 가지는 몸체와, 상기 몸체의 일 측부에 마련되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장되며, 상기 몸체의 외부로 공기를 분사하는 슬릿(slit)과 상기 몸체의 내부로 공기를 주입하며, 상기 몸체의 타 측부에 마련되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 이격 배열된 복수의 공기 주입 구멍과 상기 몸체의 내부에서 상기 공기 주입 구멍과 상기 슬릿 사이에 배치되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장된 적어도 하나의 배플을 포함하며, 상기 복수의 공기 주입 구멍을 통해 주입된 공기는, 상기 배플을 우회하여 상기 슬릿으로 이동할 수 있다.

Description

레이저 가공 장치 및 이에 사용되는 에어 나이프 유닛{Laser processing system and air knife unit}

본 발명은 레이저 가공 장치 및 이에 사용되는 에어 나이프 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 가공이란 집광렌즈를 이용하여 레이저 빔을 하나의 초점 형태로 집광시키고 그 초점을 가공 대상물의 표면 또는 내부에 조사하여 가공하는 방식을 말한다.

이러한 레이저 가공 과정에서 가공 대상물에 레이저 빔이 조사될 때, 레이저 빔이 조사되는 가공대상물의 부위에서 분진이나 흄(fume) 등 이물질이 발생하게 된다. 이러한 이물질은 레이저 빔을 산란 또는 반사시키는 원인으로 작용하게 되며, 이는 가공 제품, 특히 정교한 가공이 요구되는 제품의 품질에 치명적인 영향을 미치게 된다.

이러한 제품 품질에 치명적인 영향을 미치는 이물질을 제거하기 위하여, 레이저 가공 장치는, 가공 대상물에 공기를 분사하는 에어 나이프 유닛과, 이물질을 포함한 공기를 흡입하는 흡입 유닛을 포함할 수 있다.

그러나, 이러한 에어 나이프 유닛에서 가공 대상물을 향해 분사되는 공기의 속도가 그 위치마다 다르게 나타났으며, 그로 인해 가공 대상물의 위치마다 이물질이 제거되는 양상이 다르게 나타났다.

그에 따라, 레이저 가공 장치가 에어 나이프 유닛과 흡입 유닛을 포함하더라도, 목적하는 균일한 가공 품질 확보가 어려웠다.

본 발명은 가공 대상물에 분사되는 공기의 속도 차이를 줄임으로써, 균일한 가공 품질을 구현할 수 있는 레이저 가공 장치 및 이에 사용되는 에어 나이프 유닛을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치는,

가공 대상물을 지지하는 지지대;

상기 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부;

상기 레이저 빔의 조사 방향과 교차하는 방향으로 상기 가공 대상물에 공기를 분사하는 에어 나이프 유닛(air knife unit); 및

상기 가공 대상물을 사이에 두고 상기 에어 나이프 유닛과 마주 보도록 배치되며, 공기를 흡입하는 흡입 유닛;을 포함하며,

상기 에어 나이프 유닛은,

소정의 길이를 가지는 몸체와,

상기 몸체의 일 측부에 마련되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장되며, 상기 몸체의 외부로 공기를 분사하는 슬릿(slit)과,

상기 몸체의 내부로 공기를 주입하며, 상기 몸체의 타 측부에 마련되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 이격 배열된 복수의 공기 주입 구멍과,

상기 몸체의 내부에서 상기 공기 주입 구멍과 상기 슬릿 사이에 배치되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장된 적어도 하나의 배플을 포함하며,

상기 복수의 공기 주입 구멍을 통해 주입된 공기는, 상기 배플을 우회하여 상기 슬릿으로 이동할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배플의 높이는 상기 몸체 내부에 형성된 공간의 높이보다 작으며, 상기 배플의 단부와 상기 몸체의 내벽에 의해 내부 슬릿이 정의되며, 상기 내부 슬릿과 상기 슬릿은 서로 다른 높이로 배치될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 배플은, 상기 몸체의 내벽 상부로부터 돌출된 상부 배플과, 상기 몸체의 내벽 하부로부터 돌출된 하부 배플을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 슬릿을 통해 분사된 공기가 상기 몸체의 외벽을 따라 흐르도록, 상기 몸체의 상기 슬릿 주변의 벽면이 곡면 형상을 가질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 슬릿을 통해 분사되는 공기의 분사 속도는 상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다르며, 상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다른 상기 공기의 분사 속도의 차이는, 상기 공기의 최대 분사 속도의 20% 이하일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다른 상기 공기의 분사 속도의 차이는, 2 m/s 이하일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다른 상기 공기의 분사 속도의 차이는, 상기 공기의 최대 분사 속도의 5 % 이하일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 슬릿을 통해 분사되는 공기의 분사 속도는 상기 몸체의 길이 방향과 수직인 방향에 따른 위치마다 다르며, 상기 몸체의 길이 방향과 수직인 방향에 따른 위치마다 다른 상기 분사 속도의 차이를 고려하여, 상기 지지대와 상기 흡입 유닛 사이의 거리를 조절하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 지지대와 상기 흡입 유닛 사이의 거리가 좁아지도록, 상기 흡입 유닛 및 상기 지지대 중 어느 하나를 다른 하나에 접근시킬 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 레이저 조사부는, 상기 지지대와 상기 흡입 유닛 사이의 거리가 좁혀지기 전에, 상기 가공 대상물에서 상기 흡입 유닛에 가까운 영역에 레이저 빔을 조사하고, 상기 지지대와 상기 흡입 유닛 사이의 거리가 좁혀진 후에, 상기 가공 대상물에서 상기 에어 나이프 유닛에 가까운 영역에 레이저 빔을 조사할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 몸체는 상기 몸체의 길이 방향으로 양 단부에 배치된 회동축을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 에어 나이프 유닛은,

소정의 길이를 가지는 몸체와,

본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 이에 사용되는 에어 나이프 유닛은, 가공 대상물에 분사되는 공기의 속도 차이를 줄임으로써, 균일한 가공 품질을 구현할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 나타낸 도면이며,
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치의 지지대, 에어 나이프 유닛 및 흡입 유닛을 위에서 바라본 도면이다.
도 3a는 비교예에 따른 에어 나이프 유닛의 일 예를 설명하기 위한 평면도이며, 도 3b는 도 3a의 에어 나이프 유닛의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 에어 나이프 유닛의 분리 사시도이며,
도 5는 도 4의 에어 나이프 유닛이 조립된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 에어 나이프 유닛 및 그 주변의 공기의 유동을 측정한 결과이다.
도 7a 및 도 7b는 도 1의 에어 나이프 유닛의 변형 실시예를 나타낸 조립 단면도 및 분리 사시도이다.
도 8은 슬릿을 통해 분사된 공기의 속도를 측정하기 위한 측정 영역들을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 비교예에 따른 에어 나이프 유닛에 의해 분사된 공기의 속도를, 몸체의 길이 방향에 따른 위치에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프이며,
도 10은 실시예 1에 따른 에어 나이프 유닛에 의해 분사된 공기의 속도를, 몸체의 길이 방향에 따른 위치에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프이며,
도 11은 실시예 2에 따른 에어 나이프 유닛에 의해 분사된 공기의 속도를, 몸체의 길이 방향에 따른 위치에 따라 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 도 1의 레이저 가공 장치에서 지지대를 이동시킨 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 도 1의 레이저 가공 장치에서 흡입 유닛을 이동시킨 모습을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

“제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.

도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 레이저 가공 장치(1)의 지지대(20), 에어 나이프 유닛(100) 및 흡입 유닛(30)을 위에서 바라본 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는 가공 대상물(T)을 지지하는 지지대(20)와, 가공 대상물(T)에 레이저 빔(L)을 조사하는 레이저 조사부(10)를 포함한다.

지지대(20)는 가공 대상물(T)의 하면을 지지할 수 있다. 지지대(20)는, 가공 대상물(T)의 하중에 의해, 가공 대상물(T)을 지지할 수 있다. 다만, 가공 대상물(T)의 지지 방식은 이에 한정되지 아니하며, 다양한 방식에 의해 지지될 수 있다. 예를 들어, 도면상 도시되지 않았으나, 지지대(20)는 복수의 흡입 구멍을 가지며, 이러한 흡입 구멍에 의해 제공되는 음(-)압에 의해 가공 대상물(T)이 지지될 수 있다.

레이저 조사부(10)는 지지대(20)의 상부에 배치될 수 있다. 레이저 조사부(10)는 지지대(20)에 배치된 가공 대상물(T)에 레이저 빔(L)을 조사한다. 레이저 조사부(10)는 복수 개일 수 있으며, 지지대(20)의 길이 방향을 따라 배열될 수 있다. 레이저 조사부(10)는 레이저 빔(L)의 조사 각도를 조절할 수 있다.

레이저 조사부(10)에 의해 가공 대상물(T)에 레이저 빔(L)을 조사하는 과정에서, 가공 대상물(T)로부터 분진 또는 흄(fume)과 같은 이물질이 발생할 수 있다.

이러한 이물질은 레이저 빔(L)을 산란 또는 반사시키는 원인으로 작용하게 되며, 그로 인해 가공 대상물(T)에 대한 가공 품질이 저하될 수 있다. 예를 들어, 레이저 가공 작업이 마킹 작업일 경우, 레이저 빔(L)이 산란 또는 반사된 부분은, 그렇지 않은 부분에 비해, 마킹 두께가 얇게 나타나는 등의 문제가 발생할 수 있다.

실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 이러한 이물질을 제거하기 위하여, 에어 나이프 유닛(100)과 흡입 유닛(30)을 더 포함한다.

에어 나이프 유닛(100)은 가공 대상물(T)의 조사 방향과 교차하는 방향으로 가공 대상물(T)에 공기를 분사한다. 분사된 공기에 의해, 가공 대상물(T) 주변에 발생한 이물질이 가공 대상물(T)로부터 멀어지도록 이동하게 된다.

에어 나이프 유닛(100)은, 소정의 길이를 가지는 몸체(110)와, 몸체(110)의 일 측부에 마련된 슬릿(130)을 포함한다. 슬릿(130)은 몸체(110)의 길이 방향을 따라 연장된 구조를 가진다. 몸체(110)의 길이 방향은 지지대(20)의 길이 방향과 평행할 수 있다.

에어 나이프 유닛(100)은, 이러한 슬릿(130)을 통해, 가공 대상물(T)을 향해 공기를 분사한다.

흡입 유닛(30)은 가공 대상물(T) 주변의 공기를 흡입하며, 가공 대상물(T)을 사이에 두고 에어 나이프 유닛(100)과 마주 보도록 배치된다. 흡입 유닛(30)은 분사된 공기와 함께 이물질을 흡입한다.

상기와 같이, 에어 나이프 유닛(100)에 의해 이물질이 가공 대상물(T)로부터 멀어지며, 흡입 유닛(30)에 의해 이물질이 흡입 제거됨에 따라, 가공 대상물(T)에 대한 가공 품질이 개선될 수 있다.

그러나, 실제 현장에서는, 에어 나이프 유닛(1000; 도 3a 참조)과 흡입 유닛(30)을 포함하는 레이저 가공 장치(1)를 사용하더라도, 이물질에 의한 영향을 피할 수 없었으며, 특히, 이물질에 의해 가공 대상물(T)이 국부적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 그로 인해, 가공 대상물(T)에 대한 가공 품질이 국부적으로 다르게 나타나는, 이른바 가공 품질의 신뢰성이 저하되는 현상이 나타났다.

일 예로서, 에어 나이프 유닛(1000)에 의해 분사되는 공기의 분사 속도가 그 위치에 따라 다르게 나타날 수 있으며, 그로 인해 이물질이 가공 대상물(T)의 일부 영역 상에 잔류하여, 가공 품질이 균일하게 나타나지 않을 수 있다.

도 3a는 비교예에 따른 에어 나이프 유닛(1000)의 일 예를 설명하기 위한 평면도이며, 도 3b는 도 3a의 에어 나이프 유닛(1000)의 단면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 비교예에 따른 에어 나이프 유닛(1000)은, 소정의 길이를 가지는 몸체(1100)와, 몸체(1100)의 일 측부에 형성된 슬릿(1300)과, 몸체(1100)의 내부로 공기가 주입되도록 몸체(1100)의 길이 방향으로 양 단부에 배치된 공기 주입 구멍(1500)을 포함한다.

이러한 에어 나이프 유닛(1000)에서는, 슬릿(1300)을 통해 분사된 공기의 분사 속도가 몸체(1100)의 길이 방향을 따라 현저히 다르게 나타난다. 양 단부에서 주입된 공기가 몸체(1100)의 길이 방향으로 중심 부분에서 만나게 됨에 따라, 슬릿(1300)의 중심 부분에서 분사된 공기의 분사 속도는 슬릿(1300)의 다른 부분에서 분사된 공기의 분사 속도에 비해 현저히 크게 나타난다. 예를 들어, 슬릿(1300)의 중심 부분에서의 공기의 분사 속도가 슬릿(1300)의 양 단부에서의 공기의 분사 속도에 비해 약 3.9 m/s 이상 크게 나타날 수 있다.

이러한 공기의 분사 속도 차이로 인해, 가공 대상물(T)의 중심 부분에서는 이물질이 쉽게 제거되는 반면에, 가공 대상물(T)의 양 단부에서는 이물질이 제거되지 않고 잔류하는 현상이 나타날 수 있다. 그로 인해, 레이저 가공 장치가 에어 나이프 유닛(1000)과 흡입 유닛(30)을 포함하더라도, 가공 대상물(T)의 영역 별로 가공 품질이 달라지는 문제가 나타나게 된다.

이러한 점을 고려하여, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에서는, 슬릿(130)을 통해 분사된 공기의 분사 속도 차이를 감소시킬 수 있는 에어 나이프 유닛(100)의 개선된 구조를 제공한다.

도 4는 일 실시예에 따른 에어 나이프 유닛(100)의 분리 사시도이며, 도 5는 도 4의 에어 나이프 유닛(100)이 조립된 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 1의 에어 나이프 유닛(100) 및 그 주변의 공기의 유동을 측정한 결과이다.

도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 에어 나이프 유닛(100)은, 소정의 길이를 가지는 몸체(110)와, 몸체(110)의 일 측부에 마련된 슬릿(130)과, 몸체(110)의 타 측부에 마련된 복수의 공기 주입 구멍(150)과, 슬릿(130)과 복수의 공기 주입 구멍(150) 사이에 배치된 배플(170)(baffle)을 포함할 수 있다. 복수의 공기 주입 구멍(150)은, 몸체(110)의 길이 방향을 따라 이격 배열될 수 있다. 복수의 공기 주입 구멍(150)에는, 압축 공기를 전달하기 위한 공기 주입 파이프(40)가 연결될 수 있다.

도 6을 참조하면, 몸체(110)의 타 측부에 마련된 공기 주입 구멍(150)을 통해 공기가 주입되며, 주입된 공기는 몸체(110)의 내부에서 배플(170)을 우회하여 이동하며, 몸체(110)의 일 측부에 마련된 슬릿(130)을 통해 배출된다. 이와 같이, 슬릿(130)과 반대 측에 마련된 공기 주입 구멍(150)을 통해 주입된 공기가 배플(170)을 우회하며 이동하는 과정에서, 몸체(110)의 길이 방향에 따른 위치 별 공기의 속도 편차가 감소하게 된다.

도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 몸체(110)는 하부 몸체부(112)와, 하부 몸체부(112)에 조립된 상부 몸체부(111)를 포함할 수 있다. 하부 몸체부(112)는 복수의 공기 주입 구멍(150)을 포함하며, 상부 몸체부(111)는 배플(170)을 포함할 수 있다. 몸체(110)의 슬릿(130)은, 상부 몸체부(111)의 하부 표면(1110)과 하부 몸체부(112)의 상부 표면(1120)에 의해 정의될 수 있다.

배플(170)의 높이(h1)는 몸체(110) 내부에 형성된 공간의 높이(H)보다 작다. 그에 따라, 배플(170)의 단부와 몸체(110)의 내벽에 의해 내부 슬릿(140)이 정의될 수 있다.

내부 슬릿(140)과 슬릿(130)은 서로 다른 높이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 내부 슬릿(140)은 슬릿(130)보다 하부에 위치할 수 있다. 그에 따라, 공기 주입 구멍(150)을 통해 주입된 공기는, 배플(170)을 우회하는 과정에서 하부에 위치한 내부 슬릿(140)을 통과한 후, 상부에 위치한 슬릿(130)에 도달하게 된다. 복수의 공기 주입 구멍(150)을 통해 주입된 공기가 내부 슬릿(140)을 통과하여 배플(170)을 우회하는 과정에서, 몸체(110)의 길이 방향에 따른 위치 별 공기의 속도 편차가 감소하게 된다.

슬릿(130)을 통해 분사되는 공기의 분사 속도는, 비록 몸체(110)의 길이 방향에 따른 위치마다 다소 다르게 나타나지만, 그 차이는 공기의 최대 분사 속도의 20 % 이하로 감소할 수 있다. 몸체(110)의 길이 방향에 따른 공기의 분사 속도의 차이는 2 m/s 이하일 수 있다.

슬릿(130)에 도달한 공기는 몸체(110)의 외부로 분사된다. 몸체(110)는 슬릿(130)을 통해 분사된 공기가 몸체(110)의 외벽을 따라 흐르도록 구성될 수 있다. 일 예로서, 몸체(110)에서 슬릿(130) 주변의 벽면이 곡면 형상을 가질 수 있다. 하부 몸체부(112)에서 슬릿(130)의 하부 라인을 정의하는 벽면(1121)이 곡면 형상을 가질 수 있다. 그에 따라, 도 6과 같이, 슬릿(130)을 통해 분사된 공기는 코안다 효과(coanda effect)에 의해 하부 몸체부(112)의 외벽을 따라 흐를 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는, 몸체(110) 내부에 배플(170)이 하나인 예를 중심으로 설명하였으나, 몸체(110) 내부의 배플(170)의 개수는 이에 한정되지 아니한다. 오히려, 몸체(110)의 길이 방향에 따른 공기의 분사 속도의 차이를 더 낮추기 위하여, 배플(170)을 복수 개로 형성할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 도 1의 에어 나이프 유닛(100)의 변형 실시예를 나타낸 조립 단면도 및 분리 사시도이다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 실시예에 따른 에어 나이프 유닛(100A)은 몸체(110A), 슬릿(130), 복수의 공기 주입 구멍(150) 및 복수의 배플(171, 172)을 포함한다.

복수의 배플(171, 172)은 몸체(110)의 내벽 상부로부터 돌출된 상부 배플(171)과 몸체(110)의 내벽 하부로부터 돌출된 하부 배플(172)을 포함한다. 상부 배플(171)은 상부 몸체부(111)에 배치되며, 하부 배플(172)은 하부 몸체부(112)에 배치될 수 있다.

상부 배플(171)의 단부와 몸체(110)의 내벽 하부에 의해 제1 내부 슬릿(141)이 정의되며, 하부 배플(172)의 단부와 몸체(110)의 내벽 상부에 의해 제2 내부 슬릿(142)이 정의된다. 제1 내부 슬릿(141)과 제2 내부 슬릿(142)은 서로 다른 높이에 배치된다.

복수의 공기 주입 구멍(150)을 통해 주입된 공기가 슬릿(130)에 도달하기 위하여, 상부 배플(171), 하부 배플(172) 및 상부 배플(171)을 우회하게 되며, 이 과정에서 몸체(110)의 길이 방향에 따른 위치마다 다른 공기의 속도 차이가 감소하게 된다. 슬릿(130)을 통해 분사되는 공기의 분사 속도는, 비록 몸체(110)의 길이 방향에 따른 위치마다 다소 다르게 나타나지만, 그 차이는 공기의 최대 분사 속도의 5 % 이하로 나타날 수 있다.

다시 도 4 및 도 6을 참조하면, 몸체(110)는 길이 방향으로 양 단부에 배치된 회동축(180)을 포함할 수 있다. 그에 따라, 가공 대상물(T)에 대한 가공 전후 또는 가공 과정에서, 몸체(110)의 각도를 조절할 수 있다. 그에 따라, 슬릿(130)을 통해 분사된 공기가 몸체(110)의 일부 외벽을 따라 흐른 후 가공 대상물(T)을 향해 분사되도록, 몸체(110)의 각도를 조절할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

비교예

비교예로서, 도 3a에 개시된 에어 나이프 유닛(1000)을 사용하였으며, 그에 따라, 몸체(110)의 길이 방향으로 양 단부에 마련된 공기 주입 구멍(1500)을 통해 몸체(1100)의 내부로 공기가 주입되었으며, 몸체(1100)의 일 측에 마련된 슬릿(1300)을 통해 공기가 분사되었다. 분사된 공기는 흡입 유닛(30)을 통해 흡입되었다.

실시예 1

본 발명의 실시예 1로서, 도 1에 개시된 에어 나이프 유닛(100)을 사용하였으며, 그에 따라 몸체(110)의 타 측에 마련된 공기 주입 구멍(150)을 통해 몸체(110)의 내부로 공기가 주입되었으며, 주입된 공기는 하나의 배플(170)을 우회하여 몸체(110)의 일 측에 마련된 슬릿(130)을 통해 공기가 분사되었다. 분사된 공기는 비교예와 동일한 흡입 유닛(30)을 통해 흡입되었다.

실시예 2

본 발명의 실시예 2로서, 실시예 1과 대부분 동일하되, 몸체(110A) 내부에 마련된 배플(171, 172)로서 도 7a에 개시된 복수의 배플(171, 172)들을 사용하였다. 그에 따라 몸체(110A)의 타 측에 마련된 공기 주입 구멍(150)을 통해 몸체(110A)의 내부로 공기가 주입되었으며, 주입된 공기는 상부 배플(171), 하부 배플(172) 및 상부 배플(171)을 우회하여 몸체(110)의 일 측에 마련된 슬릿(130)을 통해 공기가 분사되었다. 분사된 공기는 비교예와 동일한 흡입 유닛(30)을 통해 흡입되었다.

측정 조건 및 측정 위치

비교예, 실시예 1, 2에서 공기 주입 구멍(1500, 150)을 통해 주입된 공기는 동일한 압력으로 주입되었으며, 흡입 유닛(30)은 동일한 압력으로 주변 공기를 흡입하였다.

도 8은 슬릿(1300, 130)을 통해 분사된 공기의 속도를 측정하기 위한 측정 영역들을 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 비교예, 실시예 1, 2의 슬릿(1300, 130)을 통해 분사된 공기의 속도를 측정하기 위하여, 지지대(20)에서 길이 방향을 따라 연장된 측정 영역에서 공기의 속도를 측정하였다. 또한, 지지대(20)에서 에어 나이프 유닛(1000, 100, 100A)에서 흡입 유닛(30)을 향하는 방향으로 이격된 3개의 측정 영역(R1, R2, R3)에서 공기의 속도를 측정하였다. 제1 측정 영역(R1)이 에어 나이프 유닛(1000, 100, 100A)에 가장 가까우며, 제3 측정 영역(R3)이 흡입 유닛(30)에 가장 가까우며, 제2 측정 영역(R2)은 제1 측정 영역(R1)과 제3 측정 영역(R3) 사이에 배치된다.

비교예의 지지대(20)에서 측정된 공기의 속도는 도 9 및 표 1에 나타냈으며,

실시예 1의 지지대(20)에서 측정된 공기의 속도는 도 10 및 표 2에 나타냈으며,

실시예 2의 지지대(20)에서 측정된 공기의 속도는 도 11 및 표 3에 나타냈다.

구 분	비교예
구 분	최소속도 (m/s)	최대속도 (m/s)	속도 차 (m/s)	평균속도 (m/s)
제1 측정 영역	0.15	4.40	4.26	1.27
제2 측정 영역	0.46	4.93	4.48	1.97
제3 측정 영역	2.57	6.50	3.93	3.87

구 분	실시예 1
구 분	최소속도 (m/s)	최대속도 (m/s)	속도 차 (m/s)	평균속도 (m/s)
제1 측정 영역	4.80	5.85	1.05	5.19
제2 측정 영역	6.02	7.05	1.03	6.44
제3 측정 영역	5.79	7.08	1.30	6.42

구 분	실시예 2
구 분	최소속도 (m/s)	최대속도 (m/s)	속도 차 (m/s)	평균속도 (m/s)
제1 측정 영역	3.87	4.03	0.16	3.87
제2 측정 영역	4.93	5.13	0.19	4.93
제3 측정 영역	4.76	4.99	0.23	4.88

도 9 및 표 1을 참조하면, 비교예에 따른 에어 나이프 유닛(1000)을 통해 분사된 공기의 속도는, 제1 측정 영역(R1)에서 최대 속도와 최소 속도의 차이가 4.26 m/s으로 나타났다. 이러한 속도 차이는, 최대 속도와의 비율로 보면, 약 96 % (=4.26/4.40)에 해당할 만큼 굉장히 큰 점을 알 수 있다.

그에 반해, 도 10 및 표 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 에어 나이프 유닛(100)을 통해 분사된 공기의 속도는, 제1 측정 영역(R1)에서 최대 속도와 최소 속도의 차이가 1.05 m/s로 감소한 점을 알 수 있다. 이러한 속도 차이는, 최대 속도와의 비율로 보면, 약 18 % 에 해당한다. 이로부터, 실시예 1에서 나타난 속도 차이는, 비교예에서 나타난 속도 차이의 1/5 이하로 감소한 점을 알 수 있다.

또한, 도 11 및 표 3을 참조하면, 실시예 2에 따른 에어 나이프 유닛(100A)을 통해 분사된 공기의 속도는, 제1 측정 영역(R1)에서 최대 속도와 최소 속도의 차이가 0.16 m/s로 감소한 점을 알 수 있다. 이러한 속도 차이는, 최대 속도와의 비율로 보면, 약 4 % 에 해당한다. 이로부터, 실시예 2에서 나타난 속도 차이는, 비교예에서 나타난 속도 차이의 1/20 이하로 감소한 점을 알 수 있다.

한편, 도 10 및 도 11을 참조하면, 실시예 1, 2 모두에서, 제1 측정 영역(R1)에서의 측정 결과와 제2, 제3 측정 영역(R2, R3)에서의 측정 결과는, 그 속도 분포 자체는 유사한 모습을 보였으나, 제1 측정 영역(R1)에서 측정된 속도가 제2, 제3 측정 영역(R2, R3)에서 측정된 속도보다 상대적으로 작게 나타난 점을 알 수 있었다.

즉, 제1, 제2 실시예에 따른 레이저 가공 장치에서는, 길이 방향으로 속도 분포가 어느 정도 범위 내에 유지되었으나, 길이 방향과 수직인 폭 방향으로 속도가 다소 상이하게 나타난 점을 알 수 있었다.

이러한 폭 방향으로 속도 차이는, 에어 나이프 유닛(100) 뿐만 아니라, 다른 구성, 예를 들어, 흡입 유닛(30)과 지지대(20) 사이의 거리에 따라 나타날 수 있다.

실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에서는, 이러한 폭 방향으로의 속도 분포 차이, 즉, 지지대(20)의 제2, 제3 측정 영역(R2, R3)과 제1 측정 영역(R1)에서의 공기의 속도 차이를 보완하기 위하여, 지지대(20)와 흡입 유닛(30) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

예를 들어, 슬릿(130)을 통해 분사된 공기의 분사 속도는 몸체(110)의 길이 방향과 수직인 방향에 따른 위치에 따라 다르게 나타날 수 있는 점을 고려하여, 지지대(20)와 흡입 유닛(30) 사이의 거리가 좁아지도록 지지대(20) 또는 흡입 유닛(30)을 이동시킬 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 도 1의 레이저 가공 장치(1)에서 지지대(20)를 이동시킨 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 13a 및 도 13b는 도 1의 레이저 가공 장치(1)에서 흡입 유닛(30)을 이동시킨 모습을 설명하기 위한 도면이다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에서는, 지지대(20) 상에 분사된 공기가 몸체(110)의 길이 방향과 수직인 방향에 따른 위치에 따라 다른 분사 속도가 나타날 수 있는 점을 고려하여, 지지대(20)와 흡입 유닛(30) 사이의 거리가 좁아지도록 지지대(20)를 흡입 유닛(30)에 접근시킬 수 있다.

도 12a와 같이 지지대(20)와 흡입 유닛(30) 사이의 거리가 좁아지기 전에, 가공 대상물(T)에서 흡입 유닛(30)에 가까운 영역에 레이저 빔(L)을 1차적으로 조사하고, 도 12b와 같이 지지대(20)와 흡입 유닛(30) 사이의 거리가 좁혀진 후에, 가공 대상물(T)에서 에어 나이프 유닛(100)에 가까운 영역에 2차적으로 레이저 빔(L)을 조사할 수 있다.

그에 따라, 가공 대상물(T)에 레이저 빔(L)이 조사될 때, 레이저 빔(L)이 조사되는 영역 부근에 분사된 공기의 속도를 소정 범위 내에서 일정하게 유지할 수 있다.

한편, 도 12a 및 도 12b에서는, 지지대(20)와 흡입 유닛(30) 사이의 거리를 조절하기 위하여 지지대(20)를 이동시킨 예가 도시되어 있으나, 이동 주체는 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 도 13a 및 도 13b와 같이, 지지대(20)를 이동시키지 않고, 흡입 유닛(30)을 이동시킬 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

1 : 레이저 가공 장치 10 : 레이저 조사부
20 : 지지대 30 : 흡입 유닛
40 : 공기 주입 파이프 100 : 에어 나이프 유닛
110 : 몸체 111 : 상부 몸체부
112 : 하부 몸체부 130 : 슬릿
140 : 내부 슬릿 141 : 제1 내부 슬릿
142 : 제2 내부 슬릿 150 : 공기 주입 구멍
170 : 배플 171 : 상부 배플
172 : 하부 배플 180 : 회동축

Claims

가공 대상물을 지지하는 지지대;
상기 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부;
상기 레이저 빔의 조사 방향과 교차하는 방향으로 상기 가공 대상물에 공기를 분사하는 에어 나이프 유닛(air knife unit); 및
상기 가공 대상물을 사이에 두고 상기 에어 나이프 유닛과 마주 보도록 배치되며, 공기를 흡입하는 흡입 유닛;을 포함하며,
상기 에어 나이프 유닛은,
소정의 길이를 가지는 몸체와,
상기 몸체의 일 측부에 마련되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장되며, 상기 몸체의 외부로 공기를 분사하는 슬릿(slit)과,
상기 몸체의 내부로 공기를 주입하며, 상기 몸체의 타 측부에 마련되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 이격 배열된 복수의 공기 주입 구멍과,
상기 몸체의 내부에서 상기 공기 주입 구멍과 상기 슬릿 사이에 배치되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장된 적어도 하나의 배플을 포함하며,
상기 복수의 공기 주입 구멍을 통해 주입된 공기는, 상기 배플을 우회하여 상기 슬릿으로 이동하는, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 배플의 높이는 상기 몸체 내부에 형성된 공간의 높이보다 작으며,
상기 배플의 단부와 상기 몸체의 내벽에 의해 내부 슬릿이 정의되며,
상기 내부 슬릿과 상기 슬릿은 서로 다른 높이로 배치된, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 배플은, 상기 몸체의 내벽 상부로부터 돌출된 상부 배플과, 상기 몸체의 내벽 하부로부터 돌출된 하부 배플을 포함하는, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 슬릿을 통해 분사된 공기가 상기 몸체의 외벽을 따라 흐르도록, 상기 몸체의 상기 슬릿 주변의 벽면이 곡면 형상을 가지는, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 슬릿을 통해 분사되는 공기의 분사 속도는 상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다르며,
상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다른 상기 공기의 분사 속도의 차이는, 상기 공기의 최대 분사 속도의 20% 이하인, 레이저 가공 장치.
제5항에 있어서,
상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다른 상기 공기의 분사 속도의 차이는, 상기 공기의 최대 분사 속도의 5 % 이하인, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 슬릿을 통해 분사되는 공기의 분사 속도는 상기 몸체의 길이 방향과 수직인 방향에 따른 위치마다 다르며,
상기 몸체의 길이 방향과 수직인 방향에 따른 위치마다 다른 상기 분사 속도의 차이를 고려하여, 상기 지지대와 상기 흡입 유닛 사이의 거리를 조절하도록 구성된, 레이저 가공 장치.
제7항에 있어서,
상기 지지대와 상기 흡입 유닛 사이의 거리가 좁아지도록, 상기 흡입 유닛 및 상기 지지대 중 어느 하나를 다른 하나에 접근시키는, 레이저 가공 장치.
제8항에 있어서,
상기 레이저 조사부는,
상기 지지대와 상기 흡입 유닛 사이의 거리가 좁혀지기 전에, 상기 가공 대상물에서 상기 흡입 유닛에 가까운 영역에 레이저 빔을 조사하고,
상기 지지대와 상기 흡입 유닛 사이의 거리가 좁혀진 후에, 상기 가공 대상물에서 상기 에어 나이프 유닛에 가까운 영역에 레이저 빔을 조사하는, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체는 상기 몸체의 길이 방향으로 양 단부에 배치된 회동축을 포함하는, 레이저 가공 장치.
소정의 길이를 가지는 몸체와,
상기 몸체의 일 측부에 마련되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장되며, 상기 몸체의 외부로 공기를 분사하는 슬릿(slit)과,
상기 몸체의 내부로 공기를 주입하며, 상기 몸체의 타 측부에 마련되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 이격 배열된 복수의 공기 주입 구멍과,
상기 몸체의 내부에서 상기 공기 주입 구멍과 상기 슬릿 사이에 배치되며, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장된 적어도 하나의 배플을 포함하며,
상기 복수의 공기 주입 구멍을 통해 주입된 공기는, 상기 배플을 우회하여 상기 슬릿으로 이동하는, 에어 나이프 유닛.
제11항에 있어서,
상기 배플의 높이는 상기 몸체 내부에 형성된 공간의 높이보다 작으며,
상기 배플의 단부와 상기 몸체의 내벽에 의해 내부 슬릿이 정의되며,
상기 내부 슬릿과 상기 슬릿은 서로 다른 높이로 배치된, 에어 나이프 유닛
제11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 배플은, 상기 몸체의 내벽 상부로부터 돌출된 상부 배플과, 상기 몸체의 내벽 하부로부터 돌출된 하부 배플을 포함하는, 에어 나이프 유닛.
제11항에 있어서,
상기 슬릿을 통해 분사된 공기가 상기 몸체의 외벽을 따라 흐르도록, 상기 몸체의 상기 슬릿 주변의 벽면이 곡면 형상을 가지는, 에어 나이프 유닛.
제11항에 있어서,
상기 슬릿을 통해 분사되는 공기의 분사 속도는 상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다르며,
상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다른 상기 공기의 분사 속도의 차이는, 상기 공기의 최대 분사 속도의 20% 이하인, 에어 나이프 유닛.
제15항에 있어서,
상기 몸체의 길이 방향에 따른 위치마다 다른 상기 공기의 분사 속도의 차이는, 상기 공기의 최대 분사 속도의 5 % 이하인, 에어 나이프 유닛.
제11항에 있어서,
상기 몸체는 상기 몸체의 길이 방향으로 양 단부에 배치된 회동축을 포함하는, 에어 나이프 유닛.