KR20190113058A - 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치 - Google Patents

Abstract

높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치가 개시된다. 전송 수단을 통해 레이저 빔을 유입받는 레이저 빔 유입부와, 상기 레이저 빔 유입부를 통해 유입된 레이저 빔이 조사구를 통해 조사되도록 전달하는 레이저 빔 전달부와, 작업 대상면의 작업 영역에 레이저 빔을 조사하도록 상기 레이저 빔 전달부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 레이저 클리닝 장치; 및 상기 레이저 클리닝 장치가 작업 대상면의 상측에 이격하여 위치하도록 상기 레이저 클리닝 장치의 일측을 안착시켜 지지하는 높이 조절용 치구가 포함된다.

Description

높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치{Laser cleaning device having height adjustable tool}

본 발명은 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치에 관한 것이다.

레이저 가공 장치는 레이저 빔을 이용하여 작업 대상물을 미리 지정된 크기로 절단하거나, 복수의 모재를 용접하거나, 금속 표면이 부식되어 생성된 파티나(patina)를 제거하는 등 다양한 용도로 이용되고 있다. 즉, 각각의 레이저 가공 장치는 그 용도에 따라 출력, 펄스의 간격, 주파수와 파장 등은 상이할지라도, 레이저 빔을 모재에 조사하도록 동작하는 공통점이 있다.

참고로, 금속 표면의 파티나를 제거하는 레이저 가공 장치인 레이저 클리너장치는 자기제어효과(self-limiting nature)로서, 레이저가 가지는 단색성에 기인하여 모재의 손상없이 선택적으로 오염층만을 제거하는 장치이다.

작업자는 레이저 클리너 장치를 파지한 상태에서 레이저 클리너 장치를 수평 방향으로 이동시키면서 작업 대상면의 파티나 등 오염층을 제거하게 된다.

그러나, 레이저 클리너 장치에서 조사되는 레이저 빔이 다양한 초점 거리(Focal length)를 가지도록 조절되고 있지만, 레이저 클리너 장치가 작업자에 의해 파지된 상태에서 이동되기 때문에 초점 거리에 부합하는 높이에서 유지되지 못하는 경우가 많으며, 이는 작업 효율의 감소 및 작업 시간을 증가시키는 원인이 된다.

또한, 레이저 클리너 장치 등 레이저 가공 장치에서 조사되는 레이저 빔은 작업자의 시력 손상을 야기할 수 있는 위험성이 있다. 이러한 위험성을 해소하기 위해, 레이저 가공 장치를 이용하여 작업하는 작업자는 보안경을 착용하도록 요구되고 있지만, 레이저 가공 장치를 이용한 작업 영역 주변에 위치한 타 작업자들은 보안경의 착용이 강제되어 있지는 않다.

따라서 레이저 가공 장치를 파지한 상태에서 운용하는 작업자가 갑자기 돌아서거나 넘어지는 등의 자세 변화로 인해 레이저 가공 장치의 자세가 변경되는 경우, 레이저 가공 장치에서 조사된 레이저 빔이 타 작업자 등에게 직간접적으로 조사되어 타 작업자의 안전이 위협될 수 있는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-1089188호 한국등록실용 제20-0309104호

본 발명은 레이저 클리닝을 위해 지정된 작업 높이가 지속적으로 유지되어 효과적인 작업 수행이 가능해질 수 있는 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 레이저 클리닝을 위한 안전 작업 상태인지를 판단하여 비정상 작업 상태이거나 위험 상태인 경우에는 레이저 빔 조사를 즉시 중단하여 안전한 레이저 빔 이용이 가능해지도록 하는 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전송 수단을 통해 레이저 빔을 유입받는 레이저 빔 유입부와, 상기 레이저 빔 유입부를 통해 유입된 레이저 빔이 조사구를 통해 조사되도록 전달하는 레이저 빔 전달부와, 작업 대상면의 작업 영역에 레이저 빔을 조사하도록 상기 레이저 빔 전달부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 레이저 클리닝 장치; 및 상기 레이저 클리닝 장치가 작업 대상면의 상측에 이격하여 위치될 수 있도록 상기 레이저 클리닝 장치의 일측을 안착시켜 지지하는 높이 조절용 치구를 포함하는, 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치가 제공된다.

상기 높이 조절용 치구는 텔레스코픽 구조로 결합되는 지지부와 연장부를 포함하고, 몸체에 하나 이상의 고정홀이 형성된 상기 지지부 및 상기 연장부 중 어느 하나의 공동에 몸체의 길이 방향으로 복수의 조절홀이 이격 형성된 상기 지지부 및 상기 연장부 중 다른 하나가 끼움 결합되며, 고정핀이 상응하는 조절홀과 고정홀을 모두 관통하도록 끼움 결합됨으로써 높이 조절용 치구의 길이가 고정될 수 있다.

상기 조절홀 및 상기 고정홀의 형성 위치는 상기 레이저 클리닝 장치가 조사될 수 있는 레이저 빔의 초점 거리에 각각 부합하는 높이에 위치할 수 있도록 지정될 수 있다.

레이저 클리닝 장치의 일측은 상기 연장부의 일 단부에 안착되어 고정되고, 상기 지지부의 일 단부는 상기 지지부의 몸체에 비해 상대적으로 바깥쪽으로 확장된 받침대 형상으로 형성될 수 있다.

상기 작업 대상면 측으로 위치되는 상기 지지부의 일 단부에는 복수의 바퀴가 구비될 수 있다.

상기 작업 대상면 측으로 위치되는 상기 지지부의 일 단부에는 센서부가 구비되고, 상기 컨트롤러는 상기 센서부로부터 제공되는 센싱 정보를 참조하여 상기 높이 조절용 치구 및 상기 레이저 클리닝 장치가 미리 지정된 작업 자세를 가지지 않는 경우에는 레이저 빔의 조사를 중지하도록 제어할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 클리닝을 위해 지정된 작업 높이가 지속적으로 유지되어 효과적인 작업 수행이 가능해지는 효과가 있다.

또한 레이저 클리닝을 위한 안전 작업 상태인지를 판단하여 비정상 작업 상태이거나 위험 상태인 경우에는 레이저 빔 조사를 즉시 중단하여 안전한 레이저 빔 이용이 가능해지도록 하는 효과도 있다.

도 1은 종래기술에 따른 레이저 클리닝 장치의 구성을 간략히 나타낸 도면.
도 2는 종래기술에 따른 레이저 클리닝 장치를 이용한 작업 형태를 간략히 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 클리닝 장치의 구성을 간략히 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절용 치구의 형상을 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 클리닝 장치의 구성을 간략히 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 레이저 클리닝 장치의 구성을 간략히 나타낸 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 레이저 클리닝 장치를 이용한 작업 형태를 간략히 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 레이저 클리닝 장치는 옵틱 헤드(112), 핸들(116) 및 전송 수단(118)을 포함할 수 있으며, 레이저 발진기(120)에서 발생된 레이저 빔(LB)은 전송 수단(118)을 통해 옵틱 헤드(112)로 제공되어, 조사구(114)를 통해 작업 대상면에 조사된다.

조사구(114)에는 레이저 빔(LB)이 포커싱되는 초점 거리(Focal length)를 조정하기 위한 렌즈인 포커스 렌즈가 장착될 수 있으며, 초점 거리는 예를 들어 250mm, 300mm, 400mm 등으로 다양할 수 있다.

옵틱 헤드(112)에는 레이저 빔 유입부, 레이저 빔 전달부 및 컨트롤러가 포함될 수 있다.

레이저 빔 유입부는 컨트롤러의 제어에 의해 전송 수단(118)을 통해 전달되는 레이저 빔을 옵틱 헤드(112) 내부로 유입시키거나 유입 차단하도록 동작된다.

레이저 빔 전달부는 예를 들어 입력된 레이저 빔을 굴절시켜 조사구(114)를 통해 외부로 조사되도록 하는 반사 거울, 조사구(114)를 통해 작업 대상면에 조사되는 레이저 빔의 스폿 위치를 변경시키기 위해 반사 거울을 X축과 Y축 각각에 대해 회전시키는 액츄에이터 등을 포함할 수 있다. 액츄에이터는 예를 들어 컨트롤러에 의해 동작 제어될 수 있을 것이다.

컨트롤러는 작업자의 조작(예를 들어 미리 구비된 조작 버튼의 누름 등)에 따라 레이저 빔의 조사 개시, 액츄에이터의 조작을 제어, 레이저 빔의 진폭, 펄스폭 및/또는 출력의 조절 등의 제어를 수행할 수 있다.

작업자는 핸들(116)을 파지한 상태에서 도 2에 예시된 바와 같이, 작업 대상물(210)의 상부에 이격하도록 레이저 클리닝 장치를 위치시키고, 예를 들어 사각형 등으로 규정된 작업 한계(220)의 내측 영역인 작업 영역(230)에 대해 레이저 빔(LB)을 조사시켜 오염층을 제거한다.

이때, 반사 거울이 구비된 레이저 빔 전달부를 포함하는 옵틱 헤드(112)가 미리 지정된 범위 내에서는 레이저 빔의 스폿 위치가 변경되도록 처리하지만, 작업 영역(230) 전체에 대한 오염층 제거 작업을 실시하기 위해서는 작업자가 핸들(116)을 파지한 상태에서 레이저 클리닝 장치를 수평 방향으로 이동시켜야 한다.

레이저 클리닝 장치를 이동시킬 때, 작업자가 동일한 높이를 유지하면서 수평 방향으로 레이저 클리닝 장치를 이동시키는 것은 매우 어려운 작업이며, 어느 정도의 상하 방향의 움직임을 가질 수 밖에 없다.

그러나, 레이저 클리닝 장치는 조사되는 레이저 빔의 초점 거리에 상응하지 않는 작업 높이에 위치하는 경우 작업 효율이 급격히 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 작업자가 레이저 클리닝 장치를 이동시키는 과정에서, 레이저 클리닝 장치의 자세가 급격하게 변화되어 레이저 빔이 주변에 위치한 작업자에게 직간접적으로 조사되는 경우에는 시력 손상 등의 위험을 야기하는 문제점도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 클리닝 장치의 구성을 간략히 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절용 치구의 형상을 예시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 클리닝 장치의 구성을 간략히 나타낸 도면이다.

도 3에는 높이 조절용 치구(300)에 의해 지지되는 레이저 클리닝 장치가 도시되어 있으며, 높이 조절용 치구(300)의 구체적인 형상은 도 4에 예시되어 있다.

레이저 클리닝 장치는 옵틱 헤드(112), 핸들(116) 및 전송 수단(118)을 포함할 수 있으며, 레이저 클리닝 장치의 일측(예를 들어 핸들(116)의 일측)은 임의의 높이로 설정된 높이 조절용 치구(300)에 안착되어 지지되도록 고정된다.

전술한 바와 같이, 레이저 발진기(120)에서 발생된 레이저 빔(LB)은 전송 수단(118)을 통해 옵틱 헤드(112)로 제공되어, 조사구(114)를 통해 작업 대상면에 조사된다.

조사구(114)에는 레이저 빔(LB)이 포커싱되는 초점 거리(Focal length)를 조정하기 위한 렌즈인 포커스 렌즈가 장착되며, 레이저 빔의 초점 거리는 예를 들어 250mm, 300mm, 400mm 등으로 다양하게 조정될 수 있다.

높이 조절용 치구(300)는 텔레스코픽 구조로 서로 결합되는 지지부(310)와 연장부(320)를 포함한다. 지지부(310)는 내부에 공동(空洞)을 가지고, 일 단부가 핸들(116)에 결합된 연장부(320)의 몸체가 지지부(310)의 공동에 끼워지도록 서로 결합된다.

지지부(310)에는 몸체의 길이 방향으로 복수의 조절홀(420)이 이격 형성되고, 연장부(320)의 몸체에도 조절홀(420)에 상응하는 고정홀(410)이 하나 이상 형성된다. 지지부(310)로부터 연장부(320)를 필요 길이만큼 슬라이딩 방식으로 인출시킨 상태에서 고정홀(410)과 조절홀(420)을 모두 관통하도록 고정핀(330)을 끼움으로써 높이 조절용 치구(300)의 길이가 고정된다.

이때, 작업자는 조사구(114)에 결합된 포커스 렌즈에 의해 규정된 레이저 빔의 초점 거리에 상응하는 높이를 가지도록 높이 조절용 치구(300)의 길이를 조절할 것임은 당연하다.

높이 조절용 치구(300) 및 높이 조절용 치구(300)에 의해 지지되는 레이저 클리닝 장치가 안정적으로 작업 대상면에 세워질 수 있도록, 지지부(310)의 하측 단부는 지지부(310)의 몸체에 비해 상대적으로 확장된 받침대 형상으로 형성될 수도 있다.

도 3 및 도 4에는 연장부(320)가 지지부(310)의 몸체 내부로 끼워지고, 연장부(320)가 지지부(310)의 외부로 인출되거나 내부로 인입되어 높이 조절용 치구(300)의 전체 길이를 신축(伸縮)하는 형상이 도시되었으나, 연장부(320)의 내측에 공동이 형성되고 연장부(320)의 내주면에 지지부(310)의 외주면이 끼워지도록 상호 결합될 수도 있음은 당연하다.

이 경우, 상대적으로 내측에 위치하는 지지부(310)의 몸체 길이 방향으로 이격된 복수의 조절홀(420)이 형성되고, 상대적으로 외측에 위치하는 연장부(320)의 몸체에 조절홀(420)에 상응하는 하나 이상의 고정홀(410)이 형성될 것이다.

또한 도 4에는 연장부(320)와 지지부(310)의 형상이 사각 형태를 가지는 경우가 예시되었으나, 그 형상이 원형 형상 등으로 다양할 수 있음은 당연하다.

이와 같이, 작업자는 조사되는 레이저 빔의 초점 거리에 상응하는 높이로 높이 조절용 치구(300)의 길이를 설정한 후, 레이저 클리닝 장치를 안착시켜 고정 지지하고, 하부에 받침대 형상을 가지는 높이 조절용 치구(300)를 작업 대상면의 제1 위치에 세워 배치시킴으로써 제1 위치에 해당하는 작업 대상면 영역의 오염층을 제거하도록 할 수 있다. 이후 높이 조절용 치구(300)와 레이저 클리닝 장치를 제2 위치로 밀어 이동시킴으로써 제2 위치에 해당되는 작업 대상면 영역의 오염층을 제거하도록 할 수 있을 것이다.

부가적으로, 도 5에 예시된 바와 같이, 높이 조절용 치구(300)는 이동의 편의를 위해 지지부(310) 하측에 바퀴(510)를 구비할 수도 있다. 구비된 바퀴(510)를 이용하여, 작업자는 초점 거리에 부합하는 레이저 클리닝 장치의 작업 높이를 유지한 상태에서 다른 위치로 레이저 클리닝 장치를 쉽게 이동시킬 수 있을 것이다.

또한, 높이 조절용 치구(300)의 지지부(310)에는 레이저 클리닝을 위한 현재 작업 자세가 안전 작업 상태가 아닌 경우에는 레이저 빔 조사를 즉시 중단할 수 있도록 하기 위해 센서부(520)가 구비될 수 있다.

예를 들어 센서부(520)는 접촉 감지 센서, 거리 감지 센서 등 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 센서부(520)의 센싱 정보는 레이저 클리닝 장치의 컨트롤러로 제공될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 클리닝 장치는 세워진 높이 조절용 치구(300)에 안착된 상태에서 작업이 실시되는 것으로서, 컨트롤러는 이와 같은 작업 자세인 경우 안전 작업 상태인 것으로 판단하여 레이저 빔 조사가 이루어지도록 할 수 있을 것이다.

예를 들어 센서부(520)로부터 제공받은 센싱 정보가 작업 대상면과의 접촉 상태임을 나타내거나, 작업 대상면과의 거리가 미리 지정된 한계 거리 이하인 것으로 해석되는 경우, 컨트롤러는 높이 조절용 치구(300)를 포함하는 레이저 클리닝 장치가 안전 작업 상태인 것으로 판단할 수 있다.

그러나 만일 센서부(520)로부터 제공되는 센싱 정보가 작업 대상면과의 비접촉 상태이거나, 비접촉된 작업 대상면과의 거리가 미리 지정된 한계 거리 이상인 것으로 해석되는 경우, 컨트롤러는 높이 조절용 치구(300)를 포함하는 레이저 클리닝 장치가 비정상 작업 상태이거나 위험 상태인 것으로 판단하여, 레이저 빔 조사가 중지되도록 제어할 수 있다.

이를 통해, 레이저 클리닝 장치를 파지한 상태에서 운용하는 작업자가 갑자기 돌아서거나 넘어지는 등의 자세 변화로 인해 레이저 클리닝 장치의 자세가 변경되는 경우, 레이저 클리닝 장치에서 조사된 레이저 빔이 타 작업자 등에게 직간접적으로 조사되어 타 작업자의 안전이 위협되는 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

112 : 옵틱 헤드 114 : 조사구
116 : 핸들 118 : 전송 수단
120 : 레이저 발진기 210 : 작업 대상물
220 : 작업 한계 230 : 작업 영역
300 : 높이 조절용 치구 310 : 지지부
320 : 연장부 330 : 고정핀
410 : 고정홀 420 : 조절홀
510 : 바퀴 520 : 센서부

Claims (6)

1. 전송 수단을 통해 레이저 빔을 유입받는 레이저 빔 유입부와, 상기 레이저 빔 유입부를 통해 유입된 레이저 빔이 조사구를 통해 조사되도록 전달하는 레이저 빔 전달부와, 작업 대상면의 작업 영역에 레이저 빔을 조사하도록 상기 레이저 빔 전달부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 레이저 클리닝 장치; 및
   상기 레이저 클리닝 장치가 작업 대상면의 상측에 이격하여 위치될 수 있도록 상기 레이저 클리닝 장치의 일측을 안착시켜 지지하는 높이 조절용 치구를 포함하는, 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 높이 조절용 치구는 텔레스코픽 구조로 결합되는 지지부와 연장부를 포함하고,
   몸체에 하나 이상의 고정홀이 형성된 상기 지지부 및 상기 연장부 중 어느 하나의 공동에 몸체의 길이 방향으로 복수의 조절홀이 이격 형성된 상기 지지부 및 상기 연장부 중 다른 하나가 끼움 결합되며,
   고정핀이 상응하는 조절홀과 고정홀을 모두 관통하도록 끼움 결합됨으로써 높이 조절용 치구의 길이가 고정되는, 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 조절홀 및 상기 고정홀의 형성 위치는 상기 레이저 클리닝 장치가 조사될 수 있는 레이저 빔의 초점 거리에 각각 부합하는 높이에 위치할 수 있도록 지정되는, 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치.
4. 제2항에 있어서,
   레이저 클리닝 장치의 일측은 상기 연장부의 일 단부에 안착되어 고정되고,
   상기 지지부의 일 단부는 상기 지지부의 몸체에 비해 상대적으로 바깥쪽으로 확장된 받침대 형상으로 형성되는, 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
   상기 작업 대상면 측으로 위치되는 상기 지지부의 일 단부에는 복수의 바퀴가 구비되는, 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치.
6. 제2항 또는 제4항에 있어서,
   상기 작업 대상면 측으로 위치되는 상기 지지부의 일 단부에는 센서부가 구비되고,
   상기 컨트롤러는 상기 센서부로부터 제공되는 센싱 정보를 참조하여 상기 높이 조절용 치구 및 상기 레이저 클리닝 장치가 미리 지정된 작업 자세를 가지지 않는 경우에는 레이저 빔의 조사를 중지하도록 제어하는, 높이 조절용 치구를 가지는 레이저 클리닝 장치.

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