KR20200040099A

KR20200040099A - 수중 레이저 절단장치

Info

Publication number: KR20200040099A
Application number: KR1020180119951A
Authority: KR
Inventors: 신재성; 오승용; 박현민; 김택수; 이림; 정진만; 이종환
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2020-04-17
Also published as: KR102109863B1

Abstract

본 발명의 한 실시예는 수중에서도 광섬유 케이블 커넥터를 포함한 레이저 헤드 전체가 방수 가능하고 수중 절단 작업이 용이한 수중 레이저 절단장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치는 중공의 관로를 형성하며, 내부에서 집속된 레이저 빔을 수중 피절단물에 조사하는 집속부를 포함하는 몸체부, 몸체부의 일측에 연결되어 광 케이블이 내측에 구비되며, 냉각수 주입부를 갖는 광 케이블 하우징, 몸체부와 광 케이블 하우징의 사이에 구비되는 광 케이블 홀더부, 몸체부의 타측에 연결되어 타단에 노즐이 구비되어 집속된 레이저 빔을 수중 피절단물에 조사하는 노즐부, 광 케이블 하우징과 광 케이블 홀더부의 사이에 구비되며, 냉각수 주입부로 공급되는 냉각수의 흐름을 안내하여 광 케이블을 냉각하는 냉각부, 그리고 몸체부, 광 케이블 하우징, 광 케이블 홀더부, 노즐부, 그리고 냉각부는 각각의 연결부위에 구비되어 외부의 물이 내부로 유입되는 것을 방지하는 수밀부를 포함한다.

Description

수중 레이저 절단장치{UNDERWATER LASER CUTTING APPARATUS}

본 발명은 수중 레이저 절단장치에 관한 것이다.

레이저 절단 공법은 다른 공법에 비해 커프 폭(kerf width)이 작아 절단 정확도가 높고 재료절감에 효과적이며, 세라믹, 나무, 고무, 금속 등 다양한 재료를 절단할 수 있다. 그리고 절단 속력이 빠르고, 비접촉식 절단이므로 반력이 없고 재료 오염 가능성을 줄이며, 다른 복잡한 전기장치 없이 광섬유 전송 레이저 헤드만 작업공간에 놓이게 되므로 원격 절단에도 매우 유리하다. 또한, 레이저 절단은 수중 절단에 적용 가능하다는 장점이 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다.

다만, 광섬유 전송을 이용한 종래의 수중 레이저 절단 헤드는 광섬유 케이블 커넥터 부위가 방수가 되지 않는 문제로 인해 레이저 헤드의 일부분이 수면 밖으로 나와 있는 상태에서 수중 절단 작업을 수행하였다.

또한, 레이저 헤드는 수중에 잠기지만 레이저 헤드의 내부로 물이 들어가지 않도록 보호하여 수중 절단 작업을 수행하거나 광섬유 케이블을 수면 밖까지 튜빙을 하여 수중 절단 작업을 수행하는데, 이러한 구조는 수중 작업의 깊이에 한계가 있다. 따라서, 수중에서도 광섬유 케이블 커넥터를 포함한 레이저 헤드 전체가 방수 가능하고 수중 절단 작업이 용이한 수중 레이저 절단장치의 개발이 요구되고 있다.

관련 선행문헌으로, 일본공개특허 1999-000786는 "수중 레이저ㅇ워터젯 복합 절단 장치"을 개시하며, 일본공개특허 2016-101594는 "수중 레이저 절단 방법 및 장치"을 개시하며, 한국공개특허 2017-0143119는 "레이저 절단 헤드를 위한 광학 집속 시스템 및 이를 포함하는 레이저 절단 헤드"을 개시한다.

일본공개특허 1999-000786 일본공개특허 2016-101594 한국공개특허 2017-0143119

본 발명의 한 실시예는 수중에서도 광섬유 케이블 커넥터를 포함한 레이저 헤드 전체가 방수 가능하고 수중 절단 작업이 용이한 수중 레이저 절단장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치는 중공의 관로를 형성하며, 내부에서 집속된 레이저 빔을 수중 피절단물에 조사하는 집속부를 포함하는 몸체부, 몸체부의 일측에 연결되어 광 케이블이 내측에 구비되며, 냉각수 주입부를 갖는 광 케이블 하우징, 몸체부와 광 케이블 하우징의 사이에 구비되는 광 케이블 홀더부, 몸체부의 타측에 연결되어 타단에 노즐이 구비되어 집속된 레이저 빔을 수중 피절단물에 조사하는 노즐부, 광 케이블 하우징과 광 케이블 홀더부의 사이에 구비되며, 냉각수 주입부로 공급되는 냉각수의 흐름을 안내하여 광 케이블을 냉각하는 냉각부, 그리고 몸체부, 광 케이블 하우징, 광 케이블 홀더부, 노즐부, 그리고 냉각부는 각각의 연결부위에 구비되어 외부의 물이 내부로 유입되는 것을 방지하는 수밀부를 포함한다.

수밀부는 오링(O-ring)을 포함할 수 있다.

노즐부에 구비되어 레이저 빔의 조사경로에 분사되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하여 수중에 레이저 빔 통로를 형성하는 공동 형성부를 더 포함할 수 있다. 공동 형성부는 노즐부에 일측이 연결되어 노즐이 내측에 구비되며, 타측이 개구되어 레이저 빔 통로를 형성하는 보디부, 보디부에 구비되어 외부로부터 보디부의 내부로 공동 형성 가스의 공급을 안내하는 공동 형성 가스 주입부, 그리고 보디부의 타측에서 개구를 향해 경사지게 형성되어 레이저 빔 주변으로 형성되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하는 가이드부를 포함할 수 있다.

노즐부에 구비되어 외부로부터 보조 가스의 공급을 안내하는 보조 가스 주입부를 더 포함할 수 있다.

집속부는 콜리메이션 렌즈를 통해 평행빔으로 시준되어 전달된 레이저 빔을 미리 설정된 방향으로 반사하는 제1 집속경, 그리고 제1 집속경으로부터 집속된 레이저 빔의 진행방향에 구비되어 레이저 빔을 노즐부로 안내하는 제2 집속경을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 집속경은 구면경, 타원경, 그리고 포물경 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 집속경은 평면경을 포함할 수 있다. 제2 집속경은 레이저 빔이 제1 집속경에 집속되는 집속점보다 하측에 구비될 수 있다.

한편, 집속부는 콜리메이션 렌즈를 통해 평행빔으로 시준되어 전달된 레이저 빔을 집속하여 노즐부로 안내하는 집속 렌즈를 포함할 수 있다. 집속 렌즈는 콜리메이션 렌즈와 평행한 위치에 구비될 수 있다.

한편, 몸체부에서 노즐부와의 연결위치 이전에 구비되어 절단 시 발생하는 오염원들이 제1 집속경과 제2 집속경 또는 집속 렌즈로 입사되는 것을 보호하는 보호 윈도우를 더 포함할 수 있다.

레이저 헤드 전체를 방수 가능하게 개선함으로써 레이저 절단에 대한 수중 작업에 제약이 없으며 수평방향 또는 수직방향의 레이저 절단 가능할 뿐만 아니라 수중 깊은 곳에서도 레이저 절단 작업을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 노즐부에 공동 형성부가 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치를 수평상태로 유지하여 수중 절단하는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 공동 형성부가 결합된 수중 레이저 절단장치를 수평상태로 유지하여 수중 절단하는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치를 수직상태로 유지하여 수중 절단하는 상태를 도시한 도면이다.

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 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치를 도시한 도면이며, 도 2는 도 1의 노즐부에 공동 형성부가 연결된 상태를 도시한 도면이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치는 몸체부(17), 광 케이블 하우징(4), 광 케이블 홀더부(13), 노즐부(20), 냉각부, 그리고 수밀부를 포함하며, 레이저 절단장치를 방수 가능하게 개선함으로써 수중에서도 레이저 절단 작업을 용이하게 할 수 있다.

몸체부(17)는 중공의 관로를 형성하며, 내부에서 집속된 레이저 빔을 수중 피절단물에 조사하는 집속부를 포함하며 레이저 절단 헤드를 형성한다. 몸체부(17)의 초입부에는 시준기가 연결될 수 있다. 몸체부(17)는 콜리메이션 렌즈 홀더(14), 콜리메이션 렌즈(15), 집속부인 제1 집속경(16)과 제2 집속경(18), 그리고 보호 윈도우(19)를 포함한다.

집속부는 제1 집속경(16), 그리고 제2 집속경(18)을 포함하여 레이저 빔이 몸체부(17)에서 'Z'자형 내지는 지그재그 형태의 광경로를 형성하도록 구성할 수 있다. 제1 집속경(16)은 콜리메이션 렌즈(15)를 통해 평행빔으로 시준되어 전달된 레이저 빔을 미리 설정된 방향으로 반사할 수 있다. 여기서, 제1 집속경(16)은 구면경, 타원경, 그리고 포물경 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 집속경(16)은 다양한 형태로 구성될 수 있다. 제1 집속경(16)은 포물경으로 구성할 수 있다. 포물경은 타 형상의 집속경들과 달리 기하학적 광학 수차가 없어 집속된 레이저 빔의 크기를 최소화할 수 있다. 제2 집속경(18)은 제1 집속경(16)으로부터 집속된 레이저 빔의 진행방향에 구비되어 레이저 빔을 노즐부(20)로 안내할 수 있다. 이와 같은 광경로를 통해 집속된 레이저 빔은 노즐부(20)를 지나가고 최종적으로 노즐(24)을 통과하여 피절단물에 조사될 수 있다. 제2 집속경(18)은 평면경을 포함할 수 있다. 제2 집속경(18)은 레이저 빔이 제1 집속경(16)에 집속되는 집속점보다 하측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 수중 레이저 절단장치는 콜리메이션 렌즈(15)를 통해 레이저 빔이 평행빔으로 시준된 후, 제1 집속경(16)을 통해 레이저 빔이 집속된다. 콜리메이션 렌즈(15)는 반사 방지 코팅될 수 있다. 콜리메이션 렌즈(15)는 구면, 비구면으로 구성될 수 있다. 콜리메이션 렌즈(15)를 비구면 렌즈로 사용할 경우 수차가 거의 발생하지 않는다. 그리고 반사형 광학소자인 제1 집속경(16)과 제2 집속경(18)을 조합하여 Z자형 내지는 지그재그 형태의 광경로를 따라 레이저 광원이 초점을 맺도록 구성할 수 있다. Z자형의 레이저 빔 경로를 통해 장초점 레이저 절단 헤드의 전체 길이를 최소화할 수 있다.

한편, 반사율을 높이기 위해 제1 집속경(16)과 제2 집속경(18)은 고반사 코팅처리가 되도록 형성될 수 있고, 고출력 레이저 구동을 위해 열전도율이 높은 구리 등의 물질로 구성될 수 있다. 그리고 제1 집속경(16)과 제2 집속경(18)의 소자 내부에 유로를 만들어 수냉식으로 구동될 수 있다. 제1 집속경(16)과 제2 집속경(18)은 필요에 따라 서로 같은 형태뿐만 아니라 서로 다른 형태의 거울로 조합할 수도 있다. 한편, 제1 집속경(16)은 레이저원으로부터 발생한 레이저 빔의 진행방향에 배치되어 입사된 레이저 빔을 진행방향에 대해 제1 각도로 반사시킬 수 있다. 그리고 제2 집속경(18)은 입사된 레이저 빔과 반사하는 레이저 빔이 제2 각도를 이루며 진행하도록 배치될 수 있다. 여기서, 제1 각도와 제2 각도의 합은 180도보다 작게 형성될 수 있다.

한편, 몸체부(17)에서 노즐부(20)와의 연결위치 이전에 구비되어 절단 시 발생하는 오염원들이 제1 집속경(16)과 제2 집속경(18)으로 입사되는 것을 보호하는 보호 윈도우(19)를 더 포함할 수 있다. 즉, 몸체부(17) 내부에서 제2 집속경(18)과 노즐부(20)의 사이에는 보호 윈도우(19)가 배치될 수 있다. 몸체부(17) 내부에서 노즐부(20)와 미리 설정된 간격을 갖고 이격되어 배치되는 보호 윈도우(19)는 노즐부(20) 전방에 위치하여 절단 시 발생하는 오염원들이 제1 집속경(16)과 제2 집속경(18) 등의 광학소자 측으로 입사되는 것을 방지하여 소자들을 보호할 수 있다. 보호 윈도우(19)는 양면이 반사방지(antireflection) 코팅이 되고, 레이저 빔의 흡수가 적은 유리 재질로 형성됨으로써, 두꺼운 금속체 절단에서 고압의 보조 가스를 견딜 수 있도록 보호 윈도우(19) 두께가 충분히 두껍게 형성될 수 있다. 여기서, 보호 윈도우(19)는 예를 들어, 1um 파장 대역의 레이저 광원 활용 시에는 용융석영(Fused Silica)의 유리 재질로 적용될 수 있다.

광 케이블 하우징(4)은 몸체부(17)의 일측에 경통 형상으로 연결되어 광 케이블(1)이 내측에 구비되며, 외주면에는 냉각수 주입부(5, 6)를 갖는다. 광 케이블 하우징(4)은 광 케이블(1), 광케이블 방수 조립체(2), 광 케이블 경통 방수 조립체(3)를 포함한다. 광 케이블(1)은 QBH(Quartz Block Head) 커넥터를 포함하는 광섬유 케이블로 형성될 수 있다. 광 케이블(1)은 광 케이블 방수 조립체를 통해 광 케이블 하우징(4)에 연결될 수 있다. 그리고 광 케이블 하우징(4) 내측에는 광 케이블 경통 방수 조립체(3)가 더 구비될 수 있다. 광 케이블 방수 조립체(2)는 광 케이블(1)과 광 케이블 하우징(4) 사이에 구비되는 수밀부를 활용하여 실링(sealing)할 수 있다. 여기서, 수밀부는 오링을 포함할 수 있다. 광 케이블 경통 방수 조립체(3)와 광 케이블 하우징(4) 사이에도 수밀부를 활용하여 실링할 수 있다. 한편, 레이저 발생기에 접합되도록 광 케이블(1)의 다른 쪽 끝을 분리하지 않고 작업할 수 있도록 광 케이블 경통 방수 조립체(3)와 광 케이블 하우징(4)은 조립형으로 결합될 수 있다.

광 케이블 홀더부(13)는 몸체부(17)와 광 케이블 하우징(4)의 사이에서 경통 형상으로 구비된다. 광 케이블 홀더부(13)는 광 케이블 홀더(12)를 포함한다.

노즐부(20)는 몸체부(17)의 타측에 경통 형상으로 연결되어 타단에 노즐(24)이 구비되어 집속된 레이저 빔을 수중 피절단물에 조사한다. 노즐부(20)는 노즐(24)이 결합되는 노즐 홀더(23)를 포함한다. 노즐부(20)는 레이저 빔의 출구방향에 배치될 수 있다. 노즐부(20)의 외주면에 구비되어 외부로부터 내부로 보조 가스의 공급을 안내하는 보조 가스 주입부(21, 22)를 더 포함할 수 있다. 레이저 절단에는 용융된 금속을 밀어내기 위한 보조 가스가 필요하며 노즐부(20)의 보조 가스 주입부(21, 22)를 통해 보조 가스가 유입되어 최종적으로 노즐(24)을 통해 분사될 수 있다. 보조 가스는 보조 가스 공급부를 통해 노즐부(20)로 공급된다. 노즐부(20)로 공급된 보조 가스는 피절단물에 분사된다. 피절단물에 분사된 보조 가스는 레이저 빔으로 피절단물과 반응함으로써 레이저 빔에 의한 피절단물의 절단을 촉진할 수 있다. 여기서, 보조 가스로 사용되는 가스는 공기, 아르곤, 헬륨, 질소, 산소 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

냉각부는 광 케이블 하우징(4)과 광 케이블 홀더부(13)의 사이에 구비되며, 냉각수 주입부(5, 6)로 공급되는 냉각수의 흐름을 안내하여 광 케이블(1)을 냉각한다. 냉각부는 냉각수 주입부(5, 6), 냉각수 호스(7, 8), 광 케이블 냉각부 경통(9), 광 케이블 냉각수 주입부(10, 11)를 포함한다.

수밀부는 몸체부(17), 광 케이블 하우징(4), 광 케이블 홀더부(13), 노즐부(20), 그리고 냉각부는 각각의 연결부위에 구비되어 외부의 물이 내부로 유입되는 것을 방지한다. 수밀부는 오링(O-ring)을 포함할 수 있다. 수밀부가 연결되는 각각의 연결부위에는 수밀부가 연결되기 위한 장착홈이 구비될 수 있다.

도 2를 참조하면, 노즐부(20)에 구비되어 레이저 빔의 조사경로에 분사되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하여 수중에 레이저 빔 통로를 형성하는 공동 형성부를 더 포함할 수 있다. 공동 형성부는 보디부(25), 공동 형성 가스 주입부(26, 27), 그리고 가이드부(29)를 포함할 수 있다. 보디부(25)는 노즐부(20)에 일측이 연결되어 노즐(24)이 내측에 구비되며, 타측이 개구(25a)되어 레이저 빔 통로를 형성할 수 있다. 공동 형성 가스 주입부(26, 27)는 보디부(25)에 구비되어 외부로부터 보디부(25)의 내부로 공동 형성 가스의 공급을 안내할 수 있다. 가이드부(29)는 보디부(25)의 타측에서 개구를 향해 경사지게 형성되어 레이저 빔 주변으로 형성되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내할 수 있다. 즉, 공동 형성 가스 주입부(26, 27)는 통형 일단에서 피절단물을 향하여 공급된 공동 형성 가스를 분사함으로써 레이저 빔의 조사경로에 레이저 빔을 따라 수벽을 형성할 수 있다. 따라서, 레이저 빔은 수벽의 내측에 형성될 수 있다. 공동 형성부를 통해 레이저 빔의 조사 경로에 추가적으로 공동이 형성되면 보조 가스 압력이 높지 않아도 수중 절단 능력이 향상될 수 있다. 공동을 형성하는 공동 형성 가스는 공기, 기타 불활성 가스를 이용할 수 있다. 즉, 공동 형성부는 노즐(24)의 주변에 공동을 형성하기 위해 수벽인 워터 커튼을 형성할 수 있다. 워터 커튼은 외부의 물이 레이저 빔 조사부인 노즐(24)로 침입하는 것을 방지하고 워터 커튼 내부의 물은 외부로 배제되고 피절단물 표면의 레이저 빔 조사부에는 기체 공간이 형성되어 워터 커튼을 유지할 수 있다. 공동 형성부에서 분사되는 공동 형성 가스에 의해 레이저 빔의 조사 경로 주변에 워터 커튼을 형성함으로써 피절단물로 물의 침입을 감소시킬 수 있다. 또한, 레이저 빔을 피절단물까지 확실하게 전달할 수 있어 피절단물의 수중 절단이 가능하다. 즉, 공동 형성 가스로 덮인 워터 커튼 내부로 물 또는 물의 미스트가 침입되는 것을 방지할 수 있으므로 피절단물의 수중 절단을 더 용이하게 구현할 수 있다.

한편, 레이저 빔은 물로 산란하기 때문에, 피절단물의 위치와 레이저 헤드 사이가 물로 충족되면 레이저는 피절단물에 도달하기까지 산란되어 정확한 피절단물의 절단을 어렵게 할 수 있다. 따라서, 공동 형성부를 통해 노즐부(20)와 피절단물의 사이에서 공동 형성 가스로 채워진 수벽을 형성하여 레이저 빔의 산란을 방지함으로써 피절단물의 수중 절단을 더 용이하게 구현할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치는 광 케이블 하우징(4)과 몸체부(17)를 포함하여 수중 레이저 절단장치 전체가 방수 가능하여 물속에 넣고 수중 절단 작업이 가능하다. 수중 레이저 절단장치의 각 연결부분들은 수밀부를 활용해 조립하여 방수 가능하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치는 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치의 집속부에서 제1 집속경(16)과 제2 집속경(18) 대신에 집속 렌즈(317)를 구비한 것으로서 그 이외의 구성 및 동작은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치와 유사하게 적용할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치에서 몸체부(17a)는 콜리메이션 렌즈 홀더(14), 콜리메이션 렌즈(15), 집속부인 집속 렌즈(317), 그리고 보호 윈도우(318)를 포함한다. 그리고 콜리메이션 렌즈(15)를 통해 레이저 빔이 평행빔으로 시준된 후, 집속 렌즈(317)를 통해 레이저 빔이 집속된다. 콜리메이션 렌즈(15)와 집속 렌즈(317)는 반사 방지 코팅될 수 있다. 콜리메이션 렌즈(15)와 집속 렌즈(317)는 구면, 비구면으로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치를 수평상태로 유지하여 수중 절단하는 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 공동 형성부가 결합된 수중 레이저 절단장치를 수평상태로 유지하여 수중 절단하는 상태를 도시한 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 레이저 절단장치를 수직상태로 유지하여 피절단물(30)을 수중(40)에서 절단하는 상태를 도시한 도면이다. 도 4 내지 도 5를 참조하면, 수중에서 레이저 절단 헤드를 수평으로 놓고 절단하는 작업을 보여주고 있다. 레이저 절단 헤드를 완전히 물속에 넣고 수중에서 작업할 수 있다. 도 6을 참조하면, 수중(40)에서 레이저 절단 헤드를 수직으로 놓고 피절단물(30)을 절단하는 작업을 보여주고 있다. 마찬가지로 레이저 절단 헤드를 완전히 물속에 넣고 수중에서 작업할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1 ; 광 케이블 2 ; 광케이블 방수 조립체
3 ; 광 케이블 경통 방수 조립체 4 ; 광 케이블 하우징
12 ; 광 케이블 홀더 13 ; 광 케이블 홀더부
14 ; 콜리메이션 렌즈 홀더 15 ; 콜리메이션 렌즈
16 ; 제1 집속경 17 ; 몸체부
18 ; 제2 집속경 19 ; 보호 윈도우
20 ; 노즐부 23 ; 노즐 홀더
24 ; 노즐 25 ; 보디부
29 ; 가이드부

Claims

중공의 관로를 형성하며, 내부에서 집속된 레이저 빔을 수중 피절단물에 조사하는 집속부를 포함하는 몸체부,
상기 몸체부의 일측에 연결되어 광 케이블이 내측에 구비되며, 냉각수 주입부를 갖는 광 케이블 하우징,
상기 몸체부와 상기 광 케이블 하우징의 사이에 구비되는 광 케이블 홀더부,
상기 몸체부의 타측에 연결되어 타단에 노즐이 구비되어 집속된 레이저 빔을 상기 수중 피절단물에 조사하는 노즐부,
상기 광 케이블 하우징과 상기 광 케이블 홀더부의 사이에 구비되며, 상기 냉각수 주입부로 공급되는 냉각수의 흐름을 안내하여 상기 광 케이블을 냉각하는 냉각부, 그리고
상기 몸체부, 상기 광 케이블 하우징, 상기 광 케이블 홀더부, 상기 노즐부, 그리고 상기 냉각부는 각각의 연결부위에 구비되어 외부의 물이 내부로 유입되는 것을 방지하는 수밀부
를 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제1항에서,
상기 수밀부는 오링(O-ring)을 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제1항에서,
상기 노즐부에 구비되어 레이저 빔의 조사경로에 분사되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하여 수중에 레이저 빔 통로를 형성하는 공동 형성부를 더 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제3항에서,
상기 공동 형성부는
상기 노즐부에 일측이 연결되어 상기 노즐이 내측에 구비되며, 타측이 개구되어 레이저 빔 통로를 형성하는 보디부,
상기 보디부에 구비되어 외부로부터 상기 보디부의 내부로 공동 형성 가스의 공급을 안내하는 공동 형성 가스 주입부, 그리고
상기 보디부의 타측에서 상기 개구를 향해 경사지게 형성되어 상기 레이저 빔 주변으로 형성되는 공동 형성 가스의 흐름을 안내하는 가이드부
를 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제1항에서,
상기 노즐부에 구비되어 외부로부터 보조 가스의 공급을 안내하는 보조 가스 주입부를 더 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제1항에서,
상기 집속부는
콜리메이션 렌즈를 통해 평행빔으로 시준되어 전달된 레이저 빔을 미리 설정된 방향으로 반사하는 제1 집속경,
상기 제1 집속경으로부터 집속된 레이저 빔의 진행방향에 구비되어 상기 레이저 빔을 상기 노즐부로 안내하는 제2 집속경을 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제6항에서,
상기 제1 집속경은 구면경, 타원경, 그리고 포물경 중 하나 이상을 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제7항에서,
상기 제2 집속경은 평면경을 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제6항에서,
상기 제2 집속경은 레이저 빔이 상기 제1 집속경에 집속되는 집속점보다 하측에 구비되는 수중 레이저 절단장치.
제1항에서,
상기 집속부는
콜리메이션 렌즈를 통해 평행빔으로 시준되어 전달된 레이저 빔을 집속하여 상기 노즐부로 안내하는 집속 렌즈를 포함하는 수중 레이저 절단장치.
제6항 또는 제10항에서,
상기 몸체부에서 상기 노즐부와의 연결위치 이전에 구비되어 절단 시 발생하는 오염원들이 상기 집속부로 입사되는 것을 보호하는 보호 윈도우를 더 포함하는 수중 레이저 절단장치.