KR20200032534A - 레이저 절단 헤드 - Google Patents

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KR20200032534A
KR20200032534A KR1020180111679A KR20180111679A KR20200032534A KR 20200032534 A KR20200032534 A KR 20200032534A KR 1020180111679 A KR1020180111679 A KR 1020180111679A KR 20180111679 A KR20180111679 A KR 20180111679A KR 20200032534 A KR20200032534 A KR 20200032534A
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오승용
김택수
이림
이종환
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Abstract

레이저 절단 헤드는 레이저빔이 입사되어 내부를 통과하고 절단체에 조사되는 제1 본체부, 제1 본체부의 내부에 위치하고 레이저빔을 제1 빔과 제2 빔으로 분할하는 분할부, 그리고 레이저빔이 입사되는 방향과 교차하는 방향으로 제1 본체부와 연결되고, 분할부에서 분할된 제2 빔이 내부를 통과하고 절단체에 조사되는 제2 본체부를 포함하고, 분할부에서 분할된 제1 빔은 제1 본체부를 통과하고 절단체의 표면에 집속되고, 분할부에서 분할된 제2 빔은 제2 본체부를 통과하고 절단체의 내부에 집속될 수 있다.

Description

레이저 절단 헤드{LASER CUTTING HEAD}
레이저 절단 헤드가 제공된다.
일반적으로 레이저 절단법은 세라믹, 나무, 고무, 금속 등 다양한 재료를 절단할 수 있으며, 절단 속력이 빠르다는 점에서 다양한 분야에서 활용되고 있다. 레이저 절단법을 이용하여 두꺼운 금속재를 절단하는 경우, 수십 kW이상의 고출력 레이저와 고도의 절단 기술이 요구된다.
이에, 절단 효율이 높으며 두꺼운 금속재를 절단할 수 있는 개선된 레이저 헤드가 연구되고 있다. 관련 선행문헌으로 한국공개특허 2017-0143119　는 "레이저 절단 헤드를 위한 광학 집속 시스템 및 이를 포함하는 레이저 절단 헤드"를 개시한다.
한국공개특허 2017-0143119
본 발명의 한 실시예는 레이저 출력 밀도를 절단체 두께 방향에 대해 고르게 분포하여 두꺼운 절단체를 효과적으로 절단하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 레이저 초점 거리를 달리하여 절단체의 앞부분과 중앙부분에 레이저 출력 밀도를 분산시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드는 레이저빔이 입사되어 내부를 통과하고 절단체에 조사되는 제1 본체부, 제1 본체부의 내부에 위치하고 레이저빔을 제1 빔과 제2 빔으로 분할하는 분할부, 그리고 레이저빔이 입사되는 방향과 교차하는 방향으로 제1 본체부와 연결되고, 분할부에서 분할된 제2 빔이 내부를 통과하고 절단체에 조사되는 제2 본체부를 포함하고, 분할부에서 분할된 제1 빔은 제1 본체부를 통과하고 절단체의 표면에 집속되고, 분할부에서 분할된 제2 빔은 제2 본체부를 통과하고 절단체의 내부에 집속될 수 있다.
본 발명의 한 실시예는 레이저 출력 밀도를 절단체 두께 방향에 대해 분산시켜 두꺼운 절단체를 효율적으로 절단할 수 있다.
본 발명의 한 실시예는 두꺼운 금속 절단이 요구되는 원자력 시설 등의 각종 시설 해체 또는 조선 산업 분야 등에서 유용하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드를 나타내는 단면도이다.
도 2은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드의 레이저빔을 나타내는 사시도이다.
도3은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드의 레이저빔을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드를 나타내는 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 절단 헤드에 대하여 설명한다.
도1은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드를 위에서 본 평면 단면도를 나타내며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드의 레이저빔을 나타내는 사시도이며, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 절단 헤드를 위에서 본 평면 단면도를 나타낸다.
도 1을 참고하면, 레이저 절단 헤드(1)는 제1 본체부(10), 분할부(11) 그리고 제2 본체부(20)를 포함할 수 있다. 제1 본체부(10)는 제1 콜리메이션부(12), 제1 집속부(13), 제1 보호부(14), 노즐부(15) 그리고 가스공급부(16)를 포함할 수 있다.
제1 본체부(10)는 레이저 발진기(L)과 연결될 수 있다. 레이저 발진기(L)에서 전송된 레이저빔(B)은 제1 본체부(10)에 입사될 수 있다. 제1 본체부(10)는 내부에 관통공간을 포함할 수 있다. 레이저빔(B)은 제1 본체부(10)의 관통공간을 통해서 제1 본체부(10)의 일측에서 제1 본체부(10)의 타측으로 통과할 수 있다.
제1 콜리메이션부(12)는 제1 본체부(10)의 내부에 위치할 수 있다. 제1 콜리메이션부(12)는 렌즈형 형상을 가질 수 있다. 제1 콜리메이션부(12)는 레이저빔(B)이 입사되는 방향인 z축 방향으로 단부가 라운드 된 형상을 가질 수 있다. 제1 콜리메이션부(12)는 레이저빔(B)을 평행화 할 수 있다.
분할부(11)는 제1 본체부(10)의 내부에 위치할 수 있다. 분할부(11)는 제1 콜리메이션부(12)와 제1 집속부(13)의 사이에 위치할 수 있다. 분할부(11)는 제1 본체부(10)의 내부에서 대각선 방향으로 각도를 가지며 위치할 수 있다. 분할부(11)는 사각형 형상을 가질 수 있다. 분할부(11)는 제1 콜리메이션부(12)를 통과한 평행빔을 제1 빔(b1)과 제2 빔(b2)으로 분할할 수 있다. 제1 빔(b1)과 제2 빔(b2)은 평행빔 일 수 있다.
제1 집속부(13)는 제1 본체부(10)의 내부에 위치할 수 있다. 제1 집속부(13)는 분할부(11)와 제1 보호부(14)의 사이에 위치할 수 있다. 제1 집속부(13)는 렌즈형 형상을 가질 수 있다. 제1 집속부(13)는 레이저빔(B)이 입사되는 방향과 반대 방향인 -z축 방향으로 단부가 라운드 된 형상을 가질 수 있다. 제1 집속부(13)는 제1 빔(b1)을 집속 할 수 있다.
제1 보호부(14)는 제1 본체부(10)의 내부에 위치할 수 있다. 제1 보호부(14)는 제1 본체부(10)의 일측 단부에 위치할 수 있다. 제1 보호부(14)는 레이저 절단 헤드(1)가 절단체(M)를 절단할 경우, 발생될 수 있는 분진 또는 파편 등으로부터 제1 본체부(10)의 내부를 보호할 수 있다.
노즐부(15)는 제1 본체부(10)의 일측 단부와 연결될 수 있다. 노즐부(15)는 레이저빔(B)이 입사되는 방향인 z축 방향으로 단부가 모아지는 형상을 가질 수 있다. 제1 빔(b1)은 노즐부(15)을 통해서 절단체(M)에 조사될 수 있다.
가스공급부(16)는 노즐부(15)와 연결될 수 있다. 가스공급부(16)는 노즐부(15)의 측면 단부와 연결될 수 있다. 가스공급부(16)는 공기, 산소 또는 질소 등의 보조가스를 노즐부(15)에 주입할 수 있다. 가스공급부(16)가 공급한 보조가스는 노즐부(15)에 유입되어 노즐부(15)를 통해 분사될 수 있다. 가스공급부(16)는 보조가스를 통해서 레이저빔(B)에 의해 공급된 열로 용융, 증발 또는 승화 되는 물질을 밀어낼 수 있다.
제2 본체부(20)는 반사부(22), 굴절부(23), 제2 집속부(24) 그리고 제2 보호부(25)를 포함할 수 있다. 제2 본체부(20)는 제1 본체부(10)와 연결될 수 있다. 제2 본체부(20)는 레이저빔(B)이 입사되는 방향인 z축 방향과 수직인 x축 방향으로 제1 본체부(10)와 상호 연결될 수 있다.
제2 본체부(20)는 내부에 관통공간을 포함할 수 있다. 제2 본체부(20)에는 분할부(11)에서 분할된 제2 빔(b2)이 입사될 수 있다. 제2 본체부(20)는 내부에 관통공간을 포함하여 입사된 제2 빔(b2)이 제2 본체부(20)를 통과할 수 있다.
반사부(22)는 제2 본체부(20)의 내부에 위치할 수 있다. 반사부(22)는 제2 본체부(20)의 내부에서 대각선 방향으로 각도를 가지며 위치할 수 있다. 반사부(22)는 사각형 형상을 가질 수 있다. 반사부(22)는 분할부(11)와 대향하는 방향으로 위치할 수 있다. 반사부(22)는 분할부(11)로부터 x축 방향으로 입사된 제2 빔(b2)을 z축 방향으로 반사시킬 수 있다.
굴절부(23)는 반사부(22)와 제2 집속부(24)의 사이에 위치할 수 있다. 굴절부(23)의 일측면은 x축 방향을 따라 위치하고 타측면은 제1 본체부(10)를 향한 방향으로 경사지며 위치할 수 있다. 굴절부(23)는 사각기둥형 형상을 가질 수 있다. 굴절부(23)는 제2 빔(b2)을 제1 본체부(10)를 향한 방향으로 기 설정된 각도를 가지며 굴절시킬 수 있다.
제2 집속부(24)는 제2 본체부(20)의 내부에 위치할 수 있다. 제2 집속부(24)는 굴절부(23)와 제2 보호부(25)의 사이에 위치할 수 있다. 제2 집속부(24)는 렌즈형 형상을 가질 수 있다. 제2 집속부(24)는 -z축 방향으로 단부가 라운드 된 형상을 가질 수 있다. 제2 집속부(24)는 제2 빔(b2)을 집속 할 수 있다.
제2 보호부(25)는 제2 본체부(20)의 내부에 위치할 수 있다. 제2 보호부(25)는 제2 본체부(20)의 일측 단부에 위치할 수 있다. 제2 보호부(25)는 레이저 절단 헤드(1)가 절단체(M)를 절단할 경우, 발생될 수 있는 분진 또는 파편 등으로부터 제2 본체부(20)의 내부를 보호할 수 있다.
레이저 발진기(L)에서 전송되어온 레이저빔(B)은 제1 콜리메이션부(12)를 통과하면서 평행빔으로 시준될 수 있다. 평행화된 레이저빔(B)은 분할부(11)를 통과하면서 제1 빔(b1)과 제2 빔(b2)으로 분할될 수 있다. 제1 빔(b1)은 z축 방향을 따라 제1 집속부(13)를 통과하면서 집속되어 노즐부(15)를 지나 절단체(M)로 조사될 수 있다.
제1 집속부(13)는 수평 방향인 x축 방향의 초점거리와 수직 방향인 y축 방향의 초점거리가 동일할 수 있다. 이 경우, 제1 빔(b1)은 제1 집속부(13)를 통과하여 수평 방향과 수직 방향의 초점이 모두 절단체(M)의 표면(m1)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다.
분할부(11)에서 분할된 제2 빔(b2)은 반사부(22)에 의해 반사되어 z축 방향을 따라 굴절부(23)를 통과할 수 있다. 제2 빔(b2)은 굴절부(23)에서 굴절되고 제2 집속부(24)를 통과하면서 집속되어 절단체(M)로 조사될 수 있다.
제2 집속부(24)는 수평 방향인 x축 방향의 초점거리와 수직 방향인 y축 방향의 초점거리가 상호 다를 수 있다. 제2 집속부(24)의 수평 방향인 x축 방향의 초점거리는 제1 집속부(13)의 수평 방향인 x축 방향의 초점거리보다 클 수 있다. 제1 집속부(13)의 x축 방향의 초점거리는 절단체(M)의 두께보다 작을 수 있다. 제2 집속부(24)의 수직 방향인 y축 방향의 초점거리는 제1 집속부(13)의 수직 방향인 y축 방향의 초점 거리와 동일할 수 있다.
제2 빔(b2)은 제2 집속부(24)를 통과하면서 수평 방향과 수직 방향의 초점거리가 상호 다를 수 있으므로, 각각 절단체(M)의 내부(m2)와 표면(m1)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다. 이 경우, 제2 집속부(24)를 통과한 제2 빔(b2)의 수평 방향인 x축 방향의 초점은 절단체(M)의 내부(m2)에 조사될 수 있고, 수직 방향인 y축 방향의 초점은 절단체(M)의 표면(m1)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다.
제2 집속부(24)는 수평 방향인 x축 방향에 대해서 제1 집속부(13)보다 초점거리가 크고, 수직 방향인 y축에 대해서 제1 집속부(13)와 동일한 초점거리를 가질 수 있다. 이에, 제1 빔(b1)은 절단체(M)의 표면(m1)에 조사되고, 제2 빔(b2)은 절단체(M)의 표면(m1)과 내부(m2)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다.
종래의 절단 레이저는 절단체의 앞쪽 표면에만 빔이 집속되므로 절단 레이저의 출력 밀도를 절단체의 두께 방향에 대해서 고르게 분포하기 어려웠다.
반면에, 레이저 절단 헤드(1)는 제1 본체부(10)에서 분사된 제1 빔(b1)이 절단체(M)의 표면(m1)에 집속되고, 제2 본체부(20)에서 분사된 제2 빔(b2)은 절단체(M)의 표면(m1)과 내부(m2)에 집속될 수 있으므로 레이저 출력 밀도를 절단체(M)의 두께 방향에 대해 고르게 분포시킬 수 있다. 이에, 레이저 절단 헤드(1)는 다초점으로 두꺼운 절단체를 효율적으로 절단할 수 있으며, 두꺼운 금속 절단이 요구되는 원자력 시설 등의 각종 시설 해체 또는 조선 산업 분야 등에서 유용하게 활용될 수 있다.
레이저 절단 헤드(1)는 일방향으로 움직이면서 절단체(M)를 절단할 수 있다. 이 경우, 모터 등의 구동 장치(미도시)를 이용하여 레이저 절단 헤드(1)의 움직임을 조정할 수 있다. 사용자가 레이저 절단 헤드(1)를 직접 일방향으로 움직일 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 레이저 절단 헤드(1)는 레이저빔(B)이 입사되어 제1 본체부(10)를 통과하는 제1 빔(b1)과 제2 본체부(20)를 통과하는 제2 빔(b2)으로 분할되어 각각 절단체(M)에 조사될 수 있다. 제1 빔(b1)은 제1 집속부(13)를 통과하여 절단체(M)의 표면(m1)에 조사되고, 제2 빔(b2)은 제2 집속부(24)를 통과하여 절단체(M)의 표면(m1)과 내부(m2)의 중앙부에 조사될 수 있다.
제2 빔(b2)은 굴절부(23)를 통과하면서 제1 빔(b1)의 연장축과 동일한 축에 집속될 수 있으므로, 제2 빔(b2)은 절단체(M)의 절단 커프 폭(d1) 내를 장애 없이 통과할 수 있다. 레이저 절단 헤드(1)는 절단체(M)의 표면(m1)과 내부(m2)를 동시에 조사할 수 있으므로, 절단체(M)의 후측의 절단 불량 발생을 미연에 방지할 수 있으며, 절단의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
굴절부(23)는 투과면(231)과 굴절면(232)을 포함할 수 있다. 제2 빔(b2)은 굴절부(23)를 통과하면서 기 설정된 각도를 가지며 굴절될 수 있다. 굴절부(23)는 xz단면의 단면적이 -x축 방향을 따라 커지는 사각기둥형 형상을 가질 수 있다.
투과면(231)은 x축 방향을 따라 위치하고 제2 빔(b2)과 가장 먼저 맞닿을 수 있다. 굴절면(232)은 제2 빔(b2)이 굴절하는 방향으로 경사지며 위치할 수 있다. 제2 빔(b2)은 투과면을 지나고 굴절부(23)를 통과하면서 기 설정된 각도로 굴절될 수 있다.
굴절부(23)는 제2 빔(b2)을 굴절시켜 제1 빔(b1)과 동일한 축에 위치시킬 수 있다. 이에, 레이저 절단 헤드(1)는 레이저빔(B)의 출력 밀도를 절단체(M)의 두께 방향에 대해 고르게 분포할 수 있으며 효과적으로 절단체(M)를 절단할 수 있다.
도 4 에서는 레이저빔(B)을 제외하고는 도 1의 레이저 절단 헤드(1)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 도 4를 참고하면, 레이저빔(B)은 제1 본체부(10)에 입사될 수 있다. 레이저빔(B)은 시준 된 평행빔 상태로 자유 공간을 통해 제1 본체부(10)에 입사될 수 있다.
평행빔 상태로 제1 본체부(10)에 입사된 레이저빔(B)은 분할부(11)를 통과하면서 제1 빔(b1)과 제2 빔(b2)으로 분할될 수 있다. 제1 빔(b1)은 z축 방향을 따라 제1 집속부(13)를 통과하면서 집속되어 노즐부(15)를 지나 절단체(M)의 표면(m1)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다.
분할부(11)에서 분할된 제2 빔(b2)은 반사부(22)에 의해 반사되어 z축 방향을 따라 굴절부(23)를 통과할 수 있다. 제2 빔(b2)은 굴절부(23)에서 굴절되고 제2 집속부(24)를 통과하면서 집속되어 절단체(M)의 내부(m2)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다.
레이저빔(B)이 평행빔 상태로 제1 본체부(10)에 입사될 경우, 제1 본체부(10)와 제2 본체부(20)의 크기를 소형화 할 수 있으므로, 레이저 절단 헤드(1)의 전체적인 크기가 작아질 수 있다.
도 5를 참고하면, 레이저 절단 헤드(1)는 제1 본체부(10) 및 제2 본체부(20)를 포함할 수 있다. 제1 본체부(10)는 제1 콜리메이션부(12), 제1 집속부(13), 제1 보호부(14), 노즐부(15) 그리고 가스공급부(16)를 포함할 수 있다.
제1 본체부(10)는 레이저 발진기(L1)와 연결될 수 있다. 레이저 발진기(L1)에서 전송된 제1 빔(b1)은 제1 본체부(10)에 입사될 수 있다. 제1 본체부(10)는 내부에 관통공간을 포함할 수 있다. 제1 빔(b1)은 제1 본체부(10)의 관통공간을 통해서 제1 본체부(10)의 일측에서 제1 본체부(10)의 타측으로 통과할 수 있다.
제1 콜리메이션부(12)는 제1 본체부(10)의 내부에 위치할 수 있다. 제1 콜리메이션부(12)는 렌즈형 형상을 가질 수 있다. 제1 콜리메이션부(12)는 레이저빔(B)이 입사되는 방향인 z축 방향으로 단부가 라운드 된 형상을 가질 수 있다. 제1 콜리메이션부(12)는 제1 빔(b1)을 평행화 할 수 있다.
제1 집속부(13)는 제1 본체부(10)의 내부에 위치할 수 있다. 제1 집속부(13)는 제1 콜리메이션부(12)와 제1 보호부(14)의 사이에 위치할 수 있다. 제1 집속부(13)는 렌즈형 형상을 가질 수 있다. 제1 집속부(13)는 제1 빔(b1)이 입사되는 방향과 반대 방향인 -z축 방향으로 단부가 라운드 된 형상을 가질 수 있다. 제1 집속부(13)는 제1 빔(b1)을 집속 할 수 있다.
제1 보호부(14)는 제1 본체부(10)의 내부에 위치할 수 있다. 제1 보호부(14)는 제1 본체부(10)의 일측 단부에 위치할 수 있다. 제1 보호부(14)는 레이저 절단 헤드(1)가 절단체(M)를 절단할 경우, 발생될 수 있는 분진 또는 파편 등으로부터 제1 본체부(10)의 내부를 보호할 수 있다.
노즐부(15)는 제1 본체부(10)의 일측 단부와 연결될 수 있다. 노즐부(15)는 제1 빔(b1)이 입사되는 방향인 z축 방향으로 단부가 모아지는 형상을 가질 수 있다. 제1 빔(b1)은 노즐부(15)을 통해서 절단체(M)에 조사될 수 있다.
가스공급부(16)는 노즐부(15)와 연결될 수 있다. 가스공급부(16)는 노즐부(15)의 측면 단부와 연결될 수 있다. 가스공급부(16)는 공기, 산소 또는 질소 등의 보조가스를 노즐부(15)에 주입할 수 있다. 가스공급부(16)가 공급한 보조가스는 노즐부(15)에 유입되어 노즐부(15)를 통해 분사될 수 있다. 가스공급부(16)는 보조가스를 통해서 레이저빔(B)에 의해 공급된 열로 용융, 증발 또는 승화 되는 물질을 밀어낼 수 있다.
제2 본체부(20)는 레이저 발진기(L2)와 연결될 수 있다. 레이저 발진기(L2)에서 전송된 제2 빔(b2)은 제2 본체부(20)에 입사될 수 있다. 제2 본체부(20)는 내부에 관통공간을 포함할 수 있다. 제2 빔(b2)은 제2 본체부(20)의 관통공간을 통해서 제2 본체부(20)의 일측에서 제2 본체부(20)의 타측으로 통과할 수 있다.
제2 본체부(20)는 제2 콜리메이션부(21), 굴절부(23), 제2 집속부(24) 그리고 제2 보호부(25)를 포함할 수 있다. 제2 콜리메이션부(21)는 제2 본체부(20)의 내부에 위치할 수 있다. 제2 콜리메이션부(21)는 렌즈형 형상을 가질 수 있다. 제2 콜리메이션부(21)는 제2 빔(b2)이 입사되는 방향인 z축 방향으로 단부가 라운드 된 형상을 가질 수 있다. 제2 콜리메이션부(21)는 제2 빔(b2)을 평행화 할 수 있다.
굴절부(23)는 제2 콜리메이션부(21)와 제2 집속부(24)의 사이에 위치할 수 있다. 굴절부(23)의 일측면은 x축 방향을 따라 위치하고 타측면은 제1 본체부(10)를 향한 방향으로 경사지며 위치할 수 있다. 굴절부(23)는 사각기둥형 형상을 가질 수 있다. 굴절부(23)는 제2 빔(b2)을 제1 본체부(10)를 향한 방향으로 기 설정된 각도를 가지며 굴절시킬 수 있다.
제2 집속부(24)는 제2 본체부(20)의 내부에 위치할 수 있다. 제2 집속부(24)는 굴절부(23)와 제2 보호부(25)의 사이에 위치할 수 있다. 제2 집속부(24)는 렌즈형 형상을 가질 수 있다. 제2 집속부(24)는 -z축 방향으로 단부가 라운드 된 형상을 가질 수 있다. 제2 집속부(24)는 제2 빔(b2)을 집속 할 수 있다.
제2 보호부(25)는 제2 본체부(20)의 내부에 위치할 수 있다. 제2 보호부(25)는 제2 본체부(20)의 일측 단부에 위치할 수 있다. 제2 보호부(25)는 레이저 절단 헤드(1)가 절단체(M)를 절단할 경우, 발생될 수 있는 분진 또는 파편 등으로부터 제2 본체부(20)의 내부를 보호할 수 있다.
레이저 발진기(L)에서 전송되어온 제1 빔(b1)은 제1 콜리메이션부(12)를 통과하면서 평행빔으로 시준될 수 있다. 평행화된 제1 빔(b1)은 z축 방향을 따라 제1 집속부(13)를 통과하면서 집속되어 노즐부(15)를 지나 절단체(M)의 표면(m1)에 조사될 수 있다.
제1 집속부(13)는 수평 방향인 x축 방향의 초점거리와 수직 방향인 y축 방향의 초점거리가 동일할 수 있다. 이 경우, 제1 빔(b1)은 제1 집속부(13)를 통과하여 수평 방향과 수직 방향의 초점이 모두 절단체(M)의 표면(m1)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다.
레이저 발진기(L)에서 전송되어온 제2 빔(b2)은 z축 방향을 따라 굴절부(23)를 통과할 수 있다. 제2 빔(b2)은 굴절부(23)에서 굴절되고 제2 집속부(24)를 통과하면서 집속될 수 있다.
제2 집속부(24)는 수평 방향인 x축 방향의 초점거리와 수직 방향인 y축 방향의 초점거리가 상호 다를 수 있다. 제2 집속부(24)의 수평 방향인 x축 방향의 초점거리는 제1 집속부(13)의 수평 방향인 x축 방향의 초점거리보다 클 수 있다. 제1 집속부(13)의 x축 방향의 초점거리는 절단체(M)의 두께보다 작을 수 있다. 제2 집속부(24)의 수직 방향인 y축 방향의 초점거리는 제1 집속부(13)의 수직 방향인 y축 방향의 초점 거리와 동일할 수 있다.
제2 빔(b2)은 제2 집속부(24)를 통과하면서 수평 방향과 수직 방향의 초점거리가 상호 다를 수 있으므로, 각각 절단체(M)의 내부(m2)와 표면(m1)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다. 이 경우, 제2 집속부(24)를 통과한 제2 빔(b2)의 수평 방향인 x축 방향의 초점은 절단체(M)의 내부(m2)에 조사될 수 있고, 수직 방향인 y축 방향의 초점은 절단체(M)의 표면(m1)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다.
제2 집속부(24)는 수평 방향x축 방향에 대해서 제1 집속부(13)보다 초점거리가 크고, 수직 방향인 y축에 대해서 제1 집속부(13)와 동일한 초점거리를 가질 수 있으므로 제2 빔(b2)은 절단체(M)의 내부(m2)에 조사되면서 절단체(M)를 절단할 수 있다.
이에, 레이저 절단 헤드(1)는 다초점으로 제1 빔(b1)을 절단체(M)의 표면(m1)에 집속시키고, 제2 빔(b2)은 절단체(M)의 표면(m1)과 내부(m2)에 집속 시킬 수 있으므로 두꺼운 절단체(M)를 효율적으로 절단할 수 있으며, 절단체(M)의 앞쪽 표면에만 빔이 집속되는 현상을 미연에 방지 할 수 있다.
도 6에서는 제1 빔(b1)과 제2 빔(b2)를 제외하고는 도 5의 레이저 절단 헤드(1)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 도 6를 참고하면, 제1 빔(b1)은 제1 본체부(10)에 입사될 수 있다. 제2 빔(b2)은 제2 본체부(20)에 입사될 수 있다. 제1 빔(b1)과 제2 빔(b2)은 시준 된 평행빔 상태로 자유 공간을 통해 각각 제1 본체부(10)와 제2 본체부(20)에 입사될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 레이저 절단 헤드 10: 제1 본체부
11. 분할부 12. 제1 콜리메이션부
13. 제1 집속부 14. 제1 보호부
15. 노즐부 16. 가스공급부
20. 제2 본체부 21. 제2 콜리메이션부
22. 반사부 23. 굴절부
24. 제2 집속부 25. 제2 보호부
231. 투과면 232. 굴절면
L. 레이저 발진기 B. 레이저빔
b1. 제1 빔 b2. 제2 빔
M. 절단체

Claims (14)

  1. 레이저빔이 입사되어 내부를 통과하고 절단체에 조사되는 제1 본체부,
    상기 제1 본체부의 내부에 위치하고 상기 레이저빔을 제1 빔과 제2 빔으로 분할하는 분할부, 그리고
    상기 레이저빔이 입사되는 방향과 교차하는 방향으로 상기 제1 본체부와 연결되고, 상기 분할부에서 분할된 제2 빔이 내부를 통과하고 상기 절단체에 조사되는 제2 본체부,
    를 포함하고,
    상기 분할부에서 분할된 제1 빔은 상기 제1 본체부를 통과하고 상기 절단체의 표면에 집속되고, 상기 분할부에서 분할된 제2 빔은 상기 제2 본체부를 통과하고 상기 절단체의 내부에 집속되는 레이저 절단 헤드.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 본체부는 상기 제1 본체부의 내부에 위치하고 상기 제1 빔을 집속하는 제1 집속부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 본체부는 상기 제2 본체부의 내부에 위치하고 상기 분할부에서 분할된 상기 제2 빔을 반사하는 반사부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 본체부는 상기 제2 본체부의 내부에 위치하고 상기 반사부에서 반사된 상기 제2 빔을 상기 제1 빔과 동일한 축으로 굴절시키는 굴절부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  5. 제1항에서,
    상기 제2 본체부는 상기 제2 본체부의 내부에 위치하고 상기 제2 빔을 집속하는 제2 집속부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 본체부는 상기 본체부의 내부에 위치하고 상기 레이저빔을 평행화하는 제1 콜리메이션부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 본체부는 상기 제1 본체부의 일측 단부와 연결되고 내부에 가스가 주입되고 상기 제1 빔을 상기 절단체에 조사하는 노즐부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  8. 제1 빔이 입사되어 내부를 통과하고 절단체에 조사되는 제1 본체부, 그리고
    상기 제1 빔이 입사되는 방향과 교차하는 방향으로 상기 제1 본체부와 연결되고 제2 빔이 입사되어 내부를 통과하고 상기 절단체에 조사되는 제2 본체부,
    를 포함하고,
    상기 제1 빔은 상기 제1 본체부를 통과하고 상기 절단체의 표면에 집속되고, 상기 제2 빔은 상기 제2 본체부를 통과하고 상기 절단체의 내부에 집속되는 레이저 절단 헤드.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 본체부는 상기 제1 본체부의 내부에 위치하고 상기 제1 빔을 집속하는 제1 집속부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  10. 제8항에서,
    상기 제2 본체부는 상기 제2 본체부의 내부에 위치하고 상기 제2 빔을 상기 제1 빔과 동일한 축으로 굴절시키는 굴절부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  11. 제8항에서,
    상기 제2 본체부는 상기 제2 본체부의 내부에 위치하고 상기 제2 빔을 집속하는 제2 집속부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  12. 제8항에서,
    상기 제1 본체부는 상기 제1 본체부의 내부에 위치하고 상기 제1 빔을 평행화하는 제1 콜리메이션부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  13. 제8항에서,
    상기 제1 본체부는 상기 제1 본체부의 일측 단부와 연결되고 내부에 가스가 주입되고 상기 제1 빔을 상기 절단체에 조사하는 노즐부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
  14. 제8항에서,
    상기 제2 본체부는 상기 제2 본체부의 내부에 위치하고 상기 제2 빔을 평행화하는 제2 콜리메이션부를 포함하는 레이저 절단 헤드.
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