KR20210081738A - 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치에 관한 것으로서, 가공대상물에 레이저빔을 조사하고 상하 방향으로 이동하는 레이저 가공헤드에 연결된다. 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치는 내부 공간에 제1영구자석이 장착되는 챔버와, 제2영구자석이 장착되고, 챔버에 대해 신축 가능하게 이동하며, 일단부가 레이저 가공헤드에 연결되어 레이저 가공헤드의 이동에 따라 함께 이동하는 로드부재를 구비하는 자석 스프링을 포함한다. 자석 스프링은, 레이저 가공헤드가 상하 방향으로 이동 가능한 스트로크 범위 내에서, 레이저 가공헤드의 무게의 방향과 반대 방향으로 균일한 크기의 보상력을 작용함으로써 레이저 가공헤드의 무게를 보상한다.
Description
본 발명은 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 상세하게는 가공대상물에 레이저빔을 조사하는 레이저 가공헤드에 연결되고, 레이저 가공헤드의 무게의 방향과 반대 방향으로 균일한 보상력을 작용하는 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치에 관한 것이다.
금속을 절단하기 위한 레이저 가공장치는 일반적으로 지지 프레임과, 브릿지 프레임과, 레이저 가공헤드 등을 포함한다.
지지 프레임은 절단하고자 하는 가공대상물을 지지하고, 브릿지 프레임은 직선구동부에 의해 지지 프레임 상에서 X 방향을 따라 이동 가능하게 설치된다. 가공대상물에 레이저빔을 조사하는 레이저 가공헤드는 브릿지 프레임의 일측에 설치되고, 직선구동부에 의해 X 방향과 교차하는 Y 방향을 따라 이동 가능하게 설치된다.
또한, 레이저 가공헤드는 직선구동부에 의해 Y 방향과 교차하는 Z 방향, 즉 상하 방향을 따라 이동 가능하게 설치되어, 가공대상물의 두께나 가공 공정에 따라 상승 또는 하강하면서 가공대상물에 레이저빔을 조사한다.
이와 같이 레이저 가공헤드는 가공대상물을 가공하기 위한 가공 공정에 따라 상승 또는 하강하는 과정을 반복하는데, 상승 또는 하강하는 동안 레이저 가공헤드의 무게로 인해 레이저 가공헤드의 상하 방향으로의 운동을 제어하는 과정이 복잡하게 된다.
즉, 일정 질량을 가지는 레이저 가공헤드가 목표 가속도로 이동하도록 제어하는 과정에서, 레이저 가공헤드의 질량과 목표 가속도에 대한 변수 이외에 항상 레이저 가공헤드의 무게에 의한 영향을 고려하여야 하므로, 레이저 가공헤드의 운동 제어가 복잡하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저 가공헤드가 상하 방향으로 운동하는 과정에서 레이저 가공헤드의 무게에 의한 영향을 제거함으로써, 레이저 가공헤드의 운동 제어를 단순화시킬 수 있는 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치는, 가공대상물에 레이저빔을 조사하고 상하 방향으로 이동하는 레이저 가공헤드에 연결되고, 내부 공간에 제1영구자석이 장착되는 챔버와, 제2영구자석이 장착되고, 상기 챔버에 대해 신축 가능하게 이동하며, 일단부가 상기 레이저 가공헤드에 연결되어 상기 레이저 가공헤드의 이동에 따라 함께 이동하는 로드부재를 구비하는 자석 스프링을 포함하고, 상기 자석 스프링은, 상기 레이저 가공헤드가 상하 방향으로 이동 가능한 스트로크 범위 내에서, 상기 레이저 가공헤드의 무게의 방향과 반대 방향으로 균일한 크기의 보상력을 작용함으로써 상기 레이저 가공헤드의 무게를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치에 있어서, 상기 자석 스프링은 상기 레이저 가공헤드의 양측에 각각 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치에 있어서, 상기 로드부재와 상기 레이저 가공헤드 사이에 결합되고, 상기 레이저 가공헤드의 상하 방향의 이동 경로와 상기 로드부재의 상하 방향의 이동 경로의 평행도의 틀어짐을 교정하기 위한 플로팅 조인트;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치에 있어서, 상기 플로팅 조인트는, 상기 로드부재의 일단부가 결합되는 제1연결부재와, 상기 레이저 가공헤드 측에 결합되는 제2연결부재와, 상기 제1연결부재와 상기 제2연결부재가 회동 가능하게 결합될 수 있도록 상기 제1연결부재와 상기 제2연결부재 사이에 배치되는 스피어부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 레이저 가공장치는, 본 발명의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치를 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치에 따르면, 레이저 가공헤드의 운동 제어를 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치에 따르면, 가공대상물에 대하여 레이저 가공헤드가 수직을 유지하면서 상하 방향으로 이동할 수 있고, 이를 통해 상하 방향을 따라 레이저 가공헤드의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치에 따르면, 장기적인 사용으로 인한 부품의 파손을 방지할 수 있고, 상하 방향을 따라 레이저 가공헤드의 위치 정밀도 역시 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치가 설치된 레이저 가공헤드를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 정면도이고,
도 3은 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 자석 스프링을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 자석 스프링의 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 플로팅 조인트의 단면도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 정면도이고,
도 3은 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 자석 스프링을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 자석 스프링의 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 플로팅 조인트의 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치가 설치된 레이저 가공헤드를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 정면도이고, 도 3은 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 자석 스프링을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 자석 스프링의 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 1의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치의 플로팅 조인트의 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치(100)는, 가공대상물에 레이저빔을 조사하고 상하 방향으로 이동하는 레이저 가공헤드에 연결되고, 레이저 가공헤드의 무게의 방향과 반대 방향으로 균일한 보상력을 작용하는 것으로서, 자석 스프링(110)과, 플로팅 조인트(120)를 포함한다.
상기 자석 스프링(110)은 챔버(111)와, 로드부재(112)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 챔버(111)에는 내부 공간이 마련되며, 챔버(111)의 내부 공간에 제1영구자석(116)이 장착된다.
로드부재(112)는 제2영구자석(117)이 장착되고, 챔버(111)에 대해 신축 가능하게 이동한다. 로드부재(112)의 일단부는 레이저 가공헤드(10)에 연결되어 레이저 가공헤드(10)의 이동에 따라 함께 이동할 수 있다.
로드부재(112)와 제1영구자석(116) 사이에는 베어링(118)이 설치되어 로드부재(112)의 직선왕복 이동을 가이드할 수 있다.
본 발명의 자석 스프링(110)은, 레이저 가공헤드(10)가 상하 방향으로 이동 가능한 스트로크 범위 내에서, 레이저 가공헤드(10)의 무게의 방향과 반대 방향으로 균일한 크기의 보상력을 작용함으로써 레이저 가공헤드(10)의 무게를 보상하는 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 만약 레이저 가공헤드(10)의 카운터웨이트 장치로 일반적인 탄성 스프링을 이용할 경우, 레이저 가공헤드(10)와 함께 이동하는 탄성 스프링의 스트로크의 변화에 따라 복원력이 선형적으로 변하게 된다(도 4의 (a) 참조).
이와 같이 보상력이 선형적으로 변하게 되면, 레이저 가공헤드(10)의 상하 방향의 위치에 따라 레이저 가공헤드(10)의 무게와 보상력(=복원력)의 합력이 변하게 되므로, 레이저 가공헤드의 운동 제어가 복잡하게 된다.
반면에, 레이저 가공헤드(10)의 카운터웨이트 장치로 본 실시예의 자석 스프링(110)을 이용할 경우, 레이저 가공헤드(10)와 함께 이동하는 자석 스프링(110)의 스트로크의 변화에 관계 없이 복원력이 균일하게 유지된다(도 4의 (b) 참조).
제1영구자석(116)과 제2영구자석(117)의 척력으로 인해 복원력이 균일하게 유지되도록 자석 스프링(110)을 구성할 수 있으며, 본 실시예의 자석 스프링(110)은 LinMot 사의 자석 스프링을 활용하였으나, 자석 스프링(110)은 특정 회사의 특정 제품에 한정되지는 않는다.
이와 같이 레이저 가공헤드(10)가 상하 방향으로 이동 가능한 스트로크 범위 내에서 보상력(=복원력)이 균일하게 유지되고, 특히 바람직하게 이러한 보상력의 크기가 레이저 가공헤드(10)의 무게와 동일하다면, 레이저 가공헤드(10)의 상하 방향의 임의의 위치에서 레이저 가공헤드(10)의 무게의 영향을 무시하고 레이저 가공헤드(10)의 질량과 목표 가속도만을 고려하여 레이저 가공헤드(10)의 운동을 제어할 수 있으므로, 레이저 가공헤드의 운동 제어를 단순화시킬 수 있다.
또한, 자석 스프링(110)은 레이저 가공헤드(10)의 양측에 각각 배치되는 것이 바람직하다. 자석 스프링(110)이 레이저 가공헤드(10)의 일측에 배치될 수도 있으나, 이러한 경우 레이저 가공헤드(10)가 이동하는 과정에서 편심이 발생할 위험이 있다.
따라서, 자석 스프링(110)을 레이저 가공헤드(10)의 양측에 각각 배치함으로써, 가공대상물에 대하여 레이저 가공헤드(10)가 수직을 유지하면서 상하 방향으로 이동할 수 있고, 이를 통해 상하 방향을 따라 레이저 가공헤드(10)의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 플로팅 조인트(120)는 레이저 가공헤드(10)의 상하 방향의 이동 경로와 로드부재(112)의 상하 방향의 이동 경로의 평행도의 틀어짐을 교정하기 위한 것으로서, 로드부재(112)와 레이저 가공헤드(10) 사이에 결합된다.
직선구동부에 의해 레이저 가공헤드(10)는 상하 방향으로 이동하고, 로드부재(112) 역시 일단부가 레이저 가공헤드(10)에 연결되어 레이저 가공헤드(10)와 함께 상하 방향으로 이동한다. 이때, 가공 또는 조립 등의 오차에 의해 레이저 가공헤드(10)의 상하 방향의 이동 경로와 로드부재(112)의 상하 방향의 이동 경로의 평행도가 틀어지는 문제가 발생할 수 있다.
플로팅 조인트(120) 없이 로드부재(112)와 레이저 가공헤드(10)가 바로 결합될 경우, 평행도가 틀어지는 문제로 인해 로드부재(112) 측에 반복되는 피로하중이 집중되어 자석 스프링(110)이 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 레이저 가공헤드(10)의 상하 방향의 이동 경로와 로드부재(112)의 상하 방향의 이동 경로의 평행도의 틀어짐을 교정하기 위한 플로팅 조인트(120)를 설치함으로써, 장기적인 사용으로 인한 부품의 파손을 방지할 수 있고, 상하 방향을 따라 레이저 가공헤드(10)의 위치 정밀도 역시 향상시킬 수 있다.
레이저 가공헤드(10)를 상하 방향으로 이동되도록 하는 직선구동부는 일례로 모터, 모터의 구동을 전달받아 레이저 가공헤드(10)를 승강시키는 볼스크류 등을 적용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 플로팅 조인트(120)는 로드부재(112)의 일단부가 결합되는 제1연결부재(121)와, 레이저 가공헤드(10) 측에 결합되는 제2연결부재(122)와, 제1연결부재(121)와 제2연결부재(122)가 회동 가능하게 결합될 수 있도록 제1연결부재(121)와 제2연결부재(122) 사이에 배치되는 스피어부재(123)로 구성될 수 있다.
제1연결부재(121)에는 로드부재(112)의 일단부가 나사결합되는 나사공이 형성될 수 있고, 제2연결부재(122)에는 제2연결부재(122)를 레이저 가공헤드(10) 측에 결합시키는 체결볼트가 삽입되는 결합공 등이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치는, 레이저 가공헤드가 상하 방향으로 이동 가능한 스트로크 범위 내에서, 레이저 가공헤드의 무게의 방향과 반대 방향으로 균일한 크기의 보상력을 작용하는 자석 스프링을 활용함으로써, 레이저 가공헤드의 운동 제어를 단순화시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치는, 자석 스프링을 레이저 가공헤드의 양측에 각각 배치함으로써, 가공대상물에 대하여 레이저 가공헤드가 수직을 유지하면서 상하 방향으로 이동할 수 있고, 이를 통해 상하 방향을 따라 레이저 가공헤드의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치는, 레이저 가공헤드의 상하 방향의 이동 경로와 로드부재의 상하 방향의 이동 경로의 평행도의 틀어짐을 교정하기 위한 플로팅 조인트를 설치함으로써, 장기적인 사용으로 인한 부품의 파손을 방지할 수 있고, 상하 방향을 따라 레이저 가공헤드의 위치 정밀도 역시 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
10 : 레이저 가공헤드
100 : 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치
110 : 자석 스프링
111 : 챔버
112 : 로드부재
120 : 플로팅 조인트
100 : 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치
110 : 자석 스프링
111 : 챔버
112 : 로드부재
120 : 플로팅 조인트
Claims (5)
- 가공대상물에 레이저빔을 조사하고 상하 방향으로 이동하는 레이저 가공헤드에 연결되고,
내부 공간에 제1영구자석이 장착되는 챔버와, 제2영구자석이 장착되고, 상기 챔버에 대해 신축 가능하게 이동하며, 일단부가 상기 레이저 가공헤드에 연결되어 상기 레이저 가공헤드의 이동에 따라 함께 이동하는 로드부재를 구비하는 자석 스프링을 포함하고,
상기 자석 스프링은, 상기 레이저 가공헤드가 상하 방향으로 이동 가능한 스트로크 범위 내에서, 상기 레이저 가공헤드의 무게의 방향과 반대 방향으로 균일한 크기의 보상력을 작용함으로써 상기 레이저 가공헤드의 무게를 보상하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치. - 제1항에 있어서,
상기 자석 스프링은 상기 레이저 가공헤드의 양측에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치. - 제1항에 있어서,
상기 로드부재와 상기 레이저 가공헤드 사이에 결합되고, 상기 레이저 가공헤드의 상하 방향의 이동 경로와 상기 로드부재의 상하 방향의 이동 경로의 평행도의 틀어짐을 교정하기 위한 플로팅 조인트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치. - 제3항에 있어서,
상기 플로팅 조인트는, 상기 로드부재의 일단부가 결합되는 제1연결부재와, 상기 레이저 가공헤드 측에 결합되는 제2연결부재와, 상기 제1연결부재와 상기 제2연결부재가 회동 가능하게 결합될 수 있도록 상기 제1연결부재와 상기 제2연결부재 사이에 배치되는 스피어부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
Priority Applications (1)
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| KR1020190173988A KR102293275B1 (ko) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190173988A KR102293275B1 (ko) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치 |
Publications (2)
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| KR1020190173988A KR102293275B1 (ko) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 레이저 가공헤드의 카운터웨이트 장치 및 이를 이용하는 레이저 가공장치 |
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Citations (4)
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2019
- 2019-12-24 KR KR1020190173988A patent/KR102293275B1/ko active IP Right Grant
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| KR102293275B1 (ko) | 2021-08-25 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |