KR20230057987A - 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 롤 패터닝에 관한 것으로, 상세하게는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치에 관한 것이다. 이를 위해, 롤(150) 표면에 레이저 패터닝을 하는 레이저 롤 패터닝 장치에 있어서, 복수개의 등치선으로 구성된 가공패턴(180)을 3D 레이어 방식의 데이터로 출력하는 제어부(100); 롤(150)의 일단을 지지하며, 제어부(100)와 연동하여 롤(150)의 회전을 제어하는 모터(120); 제어부(100)의 출력신호에 따라 레이저(160)를 출력하는 레이저 발생장치(110); 레이저(160)의 빔 형태와 조사 위치를 변경하여 롤(150)에 조사하는 조사수단; 및 롤(150)의 처짐을 방지하기 위해 롤(150)의 하부를 지지하는 롤 지지대(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치가 제공된다.

Description

정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치{Laser roll patterning device for precision patterning}
본 발명은 레이저 롤 패터닝에 관한 것으로, 상세하게는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치에 관한 것이다.
종래에는 다이아몬드 등을 이용한 기계적인 방식으로 롤 또는 롤 사이를 통과하는 강판의 표면에 패턴을 가공하였다. 이러한 기계적인 방식은 가공에 사용되는 소재의 마모적 특성상 가공품의 일정한 품질을 유지하기가 어렵고, 기계적 마찰로 가공하는 방식 때문에 가공 속도와 생산성이 현저히 떨어져 생산에 많은 비용이 발생하는 문제점이 있었다.
이와 같은 종래의 기계적 가공의 단점을 해결하고자 방전 가공 및 레이저 가공의 시도가 있었으나, 가공해야 하는 패턴이 복잡해질수록 방대한 양의 데이터를 처리해야 하는 어려움이 있었으며, 일반적인 컴퓨터 연산 방식으로는 복잡한 패턴을 가공물 위에 새기는 것이 난해한 문제점으로 대두되었다.
또한 기존 레이저 롤 패터닝 시스템에서는 고정식 광학계를 사용하여 레이저 빔의 위치를 자유자재로 제어하는 것에 한계가 있었고, 이로 인해 기본적인 패턴 위에 복잡한 패턴을 간단히 입히는 것이 어려웠으며, 롤의 구동 축과 레이저를 제어하는 컴퓨터가 각각 따로 제어되어 패턴의 형상이 균일하지 못하게 가공되는 문제점이 있었다.
또한 기존 레이저 롤 패터닝 시스템에서 심압대와 척으로만 롤을 고정하는 경우, 롤 자체의 무게로 인한 처짐이 발생할 수 있으며, 롤의 사이즈가 커질수록 롤의 무게를 견디지 못해 처짐이 더 크게 발생하여, 레이저 가공 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
1. 대한민국 특허공개 제 10-2015-0057522 호 (연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공방법), 2. 대한민국 특허등록 제 10-2153240 호 (레이저 롤 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법).
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 복잡한 패턴을 기본적인 패턴을 조합하여 구현가능하도록 하고, 패턴 및 파라미터 데이터를 압축하여 방대한 양의 데이터를 효율적으로 관리하고 제어할 수 있도록 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 롤의 처짐을 측정하여 롤의 처짐을 방지할 수 있는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 제 3 목적은 가공 중 잠시 가공이 중단되더라도 다시 정확한 가공중단 위치부터 가공이 이어질 수 있도록 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 롤(150) 표면에 레이저 패터닝을 하는 레이저 롤 패터닝 장치에 있어서, 복수개의 등치선으로 구성된 가공패턴(180)을 3D 레이어 방식의 데이터로 출력하는 제어부(100); 롤(150)의 일단을 지지하며, 제어부(100)와 연동하여 상기 롤(150)의 회전을 제어하는 모터(120); 제어부(100)의 출력신호에 따라 레이저(160)를 출력하는 레이저 발생장치(110); 레이저(160)의 빔 형태와 조사 위치를 변경하여 상기 롤(150)에 조사하는 조사수단; 및 롤(150)의 처짐을 방지하기 위해 상기 롤(150)의 하부를 지지하는 롤 지지대(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치가 제공된다.
또한, 조사수단은 레이저 발생장치(110)와 연결된 적어도 하나의 제 1 갈바노 스캐너(190)이다.
선택적으로 조사수단은, 제어부(100)에 의해 제어되는 폴리곤모터(270); 폴리곤모터(270)에 의해 회전하고, 레이저(160)를 분할하여 롤(150)을 향해 반사하는 폴리곤 광학계(260); 및 분할된 각각의 레이저(160)의 출력과 빔단면을 변형하여 롤(150)에 조사하는 분할광학계(280);를 포함한다.
또한, 롤 지지대(200)는 롤(150)의 하부를 지지하는 롤 지지부(210); 롤 지지부(210)를 지지하는 적어도 하나의 승강컬럼(220); 승강컬럼(220)의 높이를 조정하는 조정다이얼(240)과 기어박스(230); 및 기어박스(230)를 지지하는 베이스(250);를 포함한다.
또한, 롤(150)의 길이 방향을 따라 평행하게 설치되는 센서축(380); 및 센서축(380) 상에서 슬라이딩 가능하게 설치되고, 롤(150)과의 거리를 측정하는 복수개의 거리센서(370, 372, 374);를 더 포함함으로써, 측정된 거리를 제어부(100)가 수신하여 표시한다.
또한, 가공선(170)의 가공중단점(340) 영역을 촬영하는 카메라(300)를 더 포함하고, 제어부(100)는, 카메라(300)의 이미지로부터 가공중단점(340)에 대응하는 중단픽셀(360)의 좌표값을 독출하는 좌표독출수단을 더 포함함으로써, 제어부(100)가 중단된 패터닝 공정을 좌표값부터 재개할 수 있다.
또한, 롤(150)을 향해 쉴드가스(410)를 분사하는 가스배출기(400); 및 제어부(100)의 제어명령에 따라 가스배출기(400)를 제어하는 가스유량조절기(390);를 더 포함한다.
또한, 가공패턴(180)의 데이터 및 패터닝을 위한 파라미터는 스크립트 언어로 구성된다.
또한, 가공패턴(180)의 데이터 및 파라미터를 압축하는 데이터 압축수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 데이터 압축수단은, 런 렝스 인코딩(Run-Length Encoding RLE), 허프만 인코딩(Huffman coding), 산술 인코딩(Arithmetic Coding) 및 이들의 응용 인코딩으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복잡하고 난해했던 패턴, 특히 종래 패터닝 기술에서는 구현이 어려웠던 자연무늬, 그림 명화, 사진뿐만 아니라 3차원적 입체 음영 패턴의 표현(예 : 계조(그라데이션), 명암) 등의 방대한 데이터의 패턴의 데이터를 압축으로 경량화하고 가공지연이나 데이터 전송 지연을 방지할 수 있고, 장치의 하드웨어적인 사양을 낮출 수 있다.
또한, 롤의 처짐을 방지할 수 있어 롤의 규격(예 : 길이, 직경, 중량 등)과 상관없이 정밀한 패터닝이 가능하다.
또한, 레이저 및 관련 파라미터를 롤의 구동 모터와 동기화함으로서 균일하고 정밀한 패턴의 가공이 가능하여, 실제 산업 양산에 사용될 수 있는 품질을 얻는 것이 가능하다.
또한, 패터닝 가공중 시스템 운영이 중단되어도 카메라의 비전 정렬시스템을 이용하여, 가공 중단위치부터 다시 가공을 시작할 수 있어, 생산 중 작업 중단으로 인해 버려지는 롤을 원천적으로 방지할 수 있다.
그리고, 롤 표면에 레이저를 조사할 때, 유량이 조절되는 쉴드가스를 분사함으로써 표면의 산화를 방지하여 고품질의 롤을 생산할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 롤 지지대(200)의 사시도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치의 구성도,
도 4는 도 3 중 폴리곤 광학계(260)와 분할광학계(280)의 부분 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예 중 가공중단점(340)을 파악할 수 있는 비전 정렬 시스템의 구성도,
도 6은 도 5 중 촬영영역(330)의 확대도,
도 7은 도 1 또는 도 2에서 롤(150)의 무게로 인한 처짐을 보정할 수 있는 센서 측정 시스템의 구성도,
도 8은 롤(150) 표면에 쉴드가스(410)를 분사하는 시스템의 구성도,
도 9는 본 발명에서 가공 패턴(180)으로부터 롤(150)에 가공되는 입체 패턴(182)의 상관관계를 나타내는 일예이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
제 1 실시예의 구성
이하, 첨부된 도면을 참조하여 제 1 실시예의 구성과 동작을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 롤(150)은 금속의 원통형 중량부재이다. 롤(150)의 일단은 척(130)에 고정되고, 척(130)은 모터(120)에 의해 회전한다. 모터(120)는 제어부(100)에 의해 회전이 제어될 수 있는 서보모터, 스테핑모터, 정속모터, 정역회전모터 등이 될 수 있다. 모터(120)와 척(130)은 수치제어공작기계(CNC)의 일부일 수 있다. 롤(150)의 타단은 심압대(140)에 의해 자유 회전 상태로 지지된다.
제어부(100)는 실행 프로그램과 패턴 데이터가 저장된 컴퓨터, PLC, 중앙연산장치 등이 될 수 있다. 제어부(100)는 패턴 데이터와 파라미터를 저장하고 있어, 모터(120)의 동작, 갈바노스캐너(190, 192, 194) 및 폴리곤 모터(270)의 동작, 레이저발생장치(110)의 레이저 발진 동작, 센서 측정 시스템, 쉴드가스 분사 시스템 등을 제어할 수 있다. 제어부(100)는 컴퓨터가 될 수 있고, 컴퓨터 내부에 입체패턴(182)을 압축된 가공패턴(180) 데이터(레시피 데이터)로 저장하는 데이터베이스를 포함한다. 제어부(100)는 패턴 데이터의 압축 및 신장 프로그램을 포함한다.
선택적으로 제어부(100)는 중앙컴퓨터와 임베디드 모듈을 포함할 수 있다. 중앙컴퓨터는 PC, PLC, CNC 등으로 구현될 수 있는 컴퓨팅 장치이고, 패턴 데이터, 가공을 위한 파라미터(예 : G-코드와 같은 방식의 레이저 가공 데이터)와 가공 스케쥴을 저장하고 출력한다. 중앙컴퓨터는 이미지, 도면 등을 가공에 적합한 파라미터와 패턴 데이터로 변환하여 저장한다. 중앙컴퓨터와 제어부(100) 사이에 설치된 임베디드 모듈은 패턴 데이터와 파라미터에 따른 고속 가공을 지령한다. 임베디드 모듈은 압축된 파라미터와 가공 스케쥴을 제어부(100)에 전송하고, 제어부(100)는 수신된 압축 파일을 신장하여 가공과 제어에 사용할 수 있다.
레이저 발생장치(110)는 제어부(100)의 지령에 따라 연속적 또는 간헐적으로 레이저(160)를 발생시킨다.
발생된 레이저(160)는 제 1, 2, 3 갈바노(Galvano) 스캐너(194)로 전달된다. 제 1, 2, 3 갈바노 스캐너(194)는 각각 독립적으로 롤(150) 표면에 레이저(160)를 포커싱하여 조사함으로써 식각한다. 제 1, 2, 3 갈바노 스캐너(194)는 가공선(170) 또는 가공패턴(180)을 패터닝 할 수 있다.
도 9는 본 발명에서 가공 패턴(180)으로부터 롤(150)에 가공되는 입체 패턴(182)의 상관관계를 나타내는 일예이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 입체패턴(182)은 패턴의 깊이에 따라 n개의 등치선으로 나누어지는 가공패턴(180)이 되며, 여기서 n은 2 이상의 자연수로서, 패턴(예 : 구, 원기둥, 삼각형, 사각형, 타원 등)의 깊이 및 형상에 따라 결정된다. 이러한 가공패턴(180)은 패턴 데이터 셋트를 형성하여 하나의 파일을 형성할 수 있으며, 스크립트 형 데이터 파일로 변환하여 장치 사용자가 손쉽게 패턴 데이터 및 파라미터를 수정 가능하다. 제어부(100)는 이러한 가공패턴(180)을 3D 레이어 방식의 데이터로 출력함으로써 입체적인 음영을 표현할 수 있다.
이러한 패턴 데이터와 파라미터의 방대한 데이터 크기를 갖게 되므로 이를 그대로 저장, 판독, 전송, 및 수신하는 경우 통신 지연, 작업 지연등을 일으킬 수 있다. 따라서, 패턴 데이터와 파라미터는 패턴 데이터와 파라미터 데이터의 규칙성을 수식화하여 압축함으로써 파일 크기를 줄일 수 있다. 이때 압축 방식은 런 렝스 부호화(Run-Length Encoding RLE), 허프만 인코딩(Huffman coding), 산술 인코딩(Arithmetic Coding) 및 이들의 응용 인코딩으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
도 2는 도 1에 도시된 롤 지지대(200)의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 롤 지지대(200)는 롤(150)의 하부에서 1 ~ 4개가 등간격으로 배치된다. 롤 지지부(210)는 회전하는 롤(150)의 하부 외면과 접하고, 마찰을 줄이기 위해 베어링이나 윤활유를 포함할 수 있다.
한쌍의 승강컬럼(220)은 롤 지지부(210)와 기어박스(230) 사이에서 상하 간격을 조정한다.
기어박스(230)의 내부에는 복수의 기어(워엄기어와 평기어 등)가 구비되며, 장치 사용자가 조정 다이얼(240)을 돌리면 승강컬럼(220)이 상하로 승강(예 : 1 mm ~ 10 mm)된다. 기어박스(230)의 내부 구성은 공지의 구성이 될 수 있다. 기어박스(230)의 하부에는 안정적인 지지를 위한 베이스(250)가 설치된다.
도 7은 도 1 또는 도 2에서 롤(150)의 무게로 인한 처짐 또는 가공에 따른 오차를 보정할 수 있는 센서 측정 시스템의 구성도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 센서축(380)은 롤(150)의 최상부에서 길이 방향을 따라 평행하게 설치된다. 그리고, 제 1, 2, 3 거리센서(370, 372, 374)는 센서축(380) 상에서 슬라이딩 가능하게 설치되고, 변형롤(155)과의 거리를 측정한 뒤, 측정값을 제어부(100)로 전송한다. 제어부(100)는 측정값을 표시함으로써 장치 사용자가 표시된 측정값을 보면서 롤 지지대(200)의 조정다이얼(240)을 돌린다. 이로서 롤(150)의 처짐이나 변형을 최소화할 수 있다. 선택적으로 제어부(100)는 측정값만큼 패터닝 가공시 간격을 보정하여 가공품질이 일정하도록 한다.
제 1, 2, 3 거리센서(370, 372, 374)는 초음파 센서, 적외선 센서, 레이저 센서, 마그네틱 센서 등이 될 수 있다.
제 1 실시예의 동작은 다음과 같다. 먼저, 설치 또는 교체된 롤(150)에 대해 제 1, 2, 3 거리센서(370, 372, 374)가 롤(150)과의 거리를 측정함으로써 최대 변형(예 : 중간 지점)을 알 수 있다. 장치 사용자는 복수의 롤 지지대(200)를 롤(150)에 하부에 적절히 분산 배치하고 조정다이얼(240)을 돌려 변형이 허용범위 내에 들도록 한다. 선택적으로 롤(150) 자체의 형상 오차가 있는 경우 제어부(100)는 측정값만큼 패터닝 가공시 간격을 보정하여 가공품질이 일정하도록 한다.
그 다음, 모터(120)는 제어부(100)의 지령에 따라 일정속도 또는 간헐적으로 회전한다. 제어부(100)는 모터(120)의 회전과 연동하여 가공패턴(180) 데이터에 따라 레이저 발생장치(110)를 제어한다. 발생된 레이저(160)는 제 1, 2, 3 갈바노 스캐너(190, 192, 194)에 각각 분지되어 조사된다. 제 1, 2, 3 갈바노 스캐너(190, 192, 194)는 각각의 위치에서 레이저(160)의 빔 단면형상 및 조사 위치를 실시간으로 바꿔가면서 가공선(170)이나 가공패턴(180)을 가공하게 된다.
제 2 실시예
이하, 첨부된 도면을 참조하여 제 2 실시예의 구성과 동작을 상세히 설명하기로 한다. 제 2 실시예의 구성 중 제 1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 그대로 인용키로 한다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치의 구성도이고, 도 4는 도 3 중 폴리곤 광학계(260)와 분할광학계(280)의 부분 사시도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예의 조사수단은 폴리콘 스캐너가 될 수 있다. 폴리곤 스캐너의 폴리곤모터(270)는 제어부(100)에 의해 회전이 제어된다. 폴리곤 광학계(260)는 폴리곤모터(270)에 의해 회전하고, 레이저(160)를 분할하여 롤(150)을 향해 반사하는 6각 또는 그 이상의 면을 가진 거울이다. 폴리곤 스캐너를 통해 하나의 레이저(160)는 고속으로 위치를 바꿀 수 있다.
분할광학계(280)는 폴리곤 광학계(280)와 롤(150) 사이에 위치한다. 분할광학계(280)는 단독으로 사용될 수도 있고, 제 1 실시예의 갈바노 스캐너와 함께 사용될 수도 있다. 분할광학계(280)는 분할된 각각의 레이저(160)의 출력과 빔단면을 전기적 및/또는 기계적으로 변형하여 롤(150)에 조사한다. 분할광학계(280)는 사각 형상이거나, 복수 광학계(예 : 제 1, 2, 3, 4 광학계(282, 284, 286, 288))의 조합으로 구성된다. 분할광학계(280)를 사용함으로써 복수의 조사빔(예 : 제 1, 2, 3 조사빔(290, 292, 294))을 생성할 수 있어 동시에 대면적의 패터닝이 가능하다. 이러한 분할 광학계(280)는 공지의 광학 부품이 될 수 있다.
비전 정렬 시스템
도 5는 본 발명의 실시예 중 가공중단점(340)을 파악할 수 있는 비전 정렬 시스템의 구성도이고, 도 6은 도 5 중 촬영영역(330)의 확대도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 카메라(300)는 롤(150)의 일부 영역을 촬영영역(330)으로 촬영하여 이미지를 출력하는 디지털 카메라이다. 촬영된 이미지는 제어부(100)로 전송된다.
정렬장치(310)는 복수의 반사경(320)을 포함하며, 패터닝이 진행됨에 따라 반사경(320)을 축방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해 정렬장치(310)는 제어부(100)와 연동할 수 있고, 서보모터와 리드스크류를 포함할 수 있다. 정렬장치(310)는 카메라(300)가 가공선(170)의 가공중단점(340) 및 그 주변 영역을 촬영하도록 한다.
제어부(100)의 좌표독출수단은 카메라(300)의 이미지로부터 가공중단점(340)에 대응하는 중단픽셀(360)의 좌표값을 독출한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 나선형으로 진행하던 가공선(170)이 가공중단점(340)에서 일시적으로 멈출 수 있다.
카메라(300)는 촬영영역을 촬영하여 이미지를 제어부(100)로 전송한다. 제어부(100)의 좌표독출 프로그램은 픽셀 매칭 기법을 통해 가공중단점(340)이 위치하는 중단픽셀(360)의 x, y 좌표값을 독출한다. 독출한 x, y 좌표값은 가공이 재개될 때 갈바노 스캐너(190) 또는 폴리곤 광학계(260)의 가공시작점으로 활용된다. 따라서, 패터닝 가공 중 일시적으로 가공이 중단되더라도 연속적인 패터닝이 이루어질 수 있다.
쉴드가스 분사 시스템
도 8은 롤(150) 표면에 쉴드가스(410)를 분사하는 시스템의 구성도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가스배출기(400)는 롤(150)을 향해 쉴드가스(410)를 분사할 수 있도록 배향되고 롤(150)에 근접한다. 쉴드가스(410)는 헬륨, 아르곤, 질소 가스 등이 될 수 있고, 공기와의 접촉을 차단하여 패터닝 중인 국부의 산화를 방지한다.
가스유량조절기(390)는 별도의 가스탱크(미도시)로부터 공급되는 쉴드가스(410)의 유량을 조절한다. 이를 통해, 패터닝 공정 중 일정한 쉴드가스(410)가 공급될 수 있다. 가스유량조절기(390)는 제어부(100)와 연동됨으로써 패턴의 유무와 깊이 등에 따라 쉴드가스(410)의 공급/공급차단, 유량 조절이 가능하도록 한다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
100 : 제어부,
110 : 레이저 발생장치,
120 : 모터,
130 : 척,
140 : 심압대,
150 : 롤,
155 : 변형롤,
160 : 레이저,
162 : 입사빔,
170 : 가공선,
180 : 가공패턴,
182 : 입체패턴,
190, 192, 194, 296 : 제 1, 2, 3, 4 갈바노 스캐너,
200 : 롤 지지대,
210 : 롤 지지부,
220 : 승강컬럼,
230 : 기어박스,
240 : 조정 다이얼,
250 : 베이스,
260 : 폴리곤 광학계,
270 : 폴리곤 모터,
280 : 분할광학계,
282, 284, 286, 288 : 제 1, 2, 3, 4 광학계,
290, 292, 294 : 제 1, 2, 3 조사빔,
300 : 카메라,
310 : 정렬장치,
320 : 반사경,
330 : 촬영영역,
340 : 가공중단점,
350 : 픽셀,
360 : 중단픽셀,
370, 372, 374 : 제 1, 2, 3 거리센서,
380 : 센서축,
390 : 가스 유량조절기,
400 : 가스배출기,
410 : 쉴드가스.

Claims (10)

  1. 롤(150) 표면에 레이저 패터닝을 하는 레이저 롤 패터닝 장치에 있어서,
    복수개의 등치선으로 구성된 가공패턴(180)을 3D 레이어 방식의 데이터로 출력하는 제어부(100);
    상기 롤(150)의 일단을 지지하며, 상기 제어부(100)와 연동하여 상기 롤(150)의 회전을 제어하는 모터(120);
    상기 제어부(100)의 출력신호에 따라 레이저(160)를 출력하는 레이저 발생장치(110);
    상기 레이저(160)의 빔 형태와 조사 위치를 변경하여 상기 롤(150)에 조사하는 조사수단; 및
    상기 롤(150)의 처짐을 방지하기 위해 상기 롤(150)의 하부를 지지하는 롤 지지대(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사수단은 상기 레이저 발생장치(110)와 연결된 적어도 하나의 제 1 갈바노 스캐너(190)인 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사수단은,
    상기 제어부(100)에 의해 제어되는 폴리곤모터(270);
    상기 폴리곤모터(270)에 의해 회전하고, 상기 레이저(160)를 분할하여 상기 롤(150)을 향해 반사하는 폴리곤 광학계(260); 및
    분할된 각각의 상기 레이저(160)의 출력과 빔단면을 변형하여 상기 롤(150)에 조사하는 분할광학계(280);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤 지지대(200)는
    상기 롤(150)의 하부를 지지하는 롤 지지부(210);
    상기 롤 지지부(210)를 지지하는 적어도 하나의 승강컬럼(220);
    상기 승강컬럼(220)의 높이를 조정하는 조정다이얼(240)과 기어박스(230); 및
    상기 기어박스(230)를 지지하는 베이스(250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 롤(150)의 길이 방향을 따라 평행하게 설치되는 센서축(380); 및
    상기 센서축(380) 상에서 슬라이딩 가능하게 설치되고, 상기 롤(150)과의 거리를 측정하는 복수개의 거리센서(370, 372, 374);를 더 포함함으로써,
    측정된 상기 거리를 상기 제어부(100)가 수신하여 표시하는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공선(170)의 가공중단점(340) 영역을 촬영하는 카메라(300)를 더 포함하고,
    상기 제어부(100)는, 상기 카메라(300)의 이미지로부터 상기 가공중단점(340)에 대응하는 중단픽셀(360)의 좌표값을 독출하는 좌표독출수단을 더 포함함으로써,
    상기 제어부(100)가 중단된 패터닝 공정을 상기 좌표값부터 재개할 수 있는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤(150)을 향해 쉴드가스(410)를 분사하는 가스배출기(400); 및
    상기 제어부(100)의 제어명령에 따라 상기 가스배출기(400)를 제어하는 가스유량조절기(390);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공패턴(180)의 데이터 및 패터닝을 위한 파라미터는 스크립트 언어로 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가공패턴(180)의 데이터 및 상기 파라미터를 압축하는 데이터 압축수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 데이터 압축수단은, 런 렝스 인코딩(Run-Length Encoding RLE), 허프만 인코딩(Huffman coding), 산술 인코딩(Arithmetic Coding) 및 이들의 응용 인코딩으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치.
KR1020220136709A 2021-10-22 2022-10-21 정밀 패터닝을 위한 레이저 롤 패터닝 장치 KR102703790B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150057522A (ko) 2013-11-19 2015-05-28 한국기계연구원 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템 및 레이저 가공방법
KR102153240B1 (ko) 2019-11-29 2020-09-07 김찬삼 레이저 롤 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법

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