KR20230081738A - A processing system for friction stir welding tools to which patterning processing technology is applied using an ultrashort pulse laser and a processing method using this - Google Patents

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KR20230081738A
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Abstract

본 발명은 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 가공물의 표면형상을 측정하는 표면형상측정부; 상기 가공물에 레이저 빔을 조사하여 가공과 패터닝하는 레이저가공부; 상기 표면형상측정부에서 측정된 상기 가공물의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물의 가공영역과 패터닝영역을 지정하고, 지정된 상기 가공영역과 상기 패터닝영역에 소정의 형상으로 가공과 패터닝되도록 상기 레이저가공부를 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 레이저 빔은, 극초단 펄스 레이저인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology and a processing method using the same, and more particularly, to a surface shape measurement unit for measuring the surface shape of a workpiece; A laser processing unit for processing and patterning by irradiating a laser beam on the workpiece; The surface shape data of the workpiece measured by the surface shape measuring unit is analyzed, and based on the analyzed surface shape data, a processing area and a patterning area of the workpiece are designated, and predetermined values are assigned to the designated processing area and the patterning area. A controller for controlling the laser processing unit to be processed and patterned into a shape; including, wherein the laser beam is an ultrashort pulse laser.

Description

극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법{A processing system for friction stir welding tools to which patterning processing technology is applied using an ultrashort pulse laser and a processing method using this}A processing system for friction stir welding tools to which patterning processing technology is applied using an ultrashort pulse laser and a processing method using this}

본 발명은 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공구의 팁과 숄더 부에 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공시스템을 적용하여 난삭재인 고강도·고융점 소재의 형상을 가공할 수 있고, 가공 시 발생할 수 있는 공정 오류를 최소화함과 동시에 가공 시간의 단축 및 공구의 가공성과 가공효율을 향상시키기 위한 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology and a processing method using the same, and more particularly, to a tool tip and shoulder by applying an ultrashort pulse laser patterning processing system to difficult-to-cut It is possible to process the shape of high-strength and high-melting-point materials, minimize process errors that may occur during processing, and at the same time reduce processing time and improve tool processability and processing efficiency using ultra-short pulse laser patterning processing technology. It relates to a processing system for a friction stir welding tool and a processing method using the same.

환경과 관련된 규제가 점차 강화되고 있는 추세에 따라 다양한 분야에서 친환경 및 고효율, 경량화 기술이 대두되고 있으며, 이러한 경량 소재의 접합 공정에 있어 비 용융 고상접합인 마찰교반용접(Friction Stir Welding, FSW)이 적용되고 있다. 이 용접 기술은 별도의 열원, 용접봉, 용가제 등이 필요하지 않아 에너지 소비와 비용 측면에서 효율적이며, 용접 과정에서 유해한 물질이나 광선이 발생하지 않으므로 친환경적 용접기술로 평가 받고 있으며, 최근 들어 마찰교반용접 기술이 경량소재 뿐만 아니라 타이타늄, 스틸, 스테인리스, 니켈합금과 같은 고강도·고융점 소재의 접합에도 적용 확대 되어 여러 산업분야에 응용되고 있다.As environment-related regulations are gradually strengthening, eco-friendly, high-efficiency, and lightweight technologies are emerging in various fields, and friction stir welding (FSW), a non-melting solid-state welding, is being applied This welding technology is efficient in terms of energy consumption and cost because it does not require a separate heat source, welding rod, filler, etc., and is evaluated as an eco-friendly welding technology because no harmful substances or rays are generated during the welding process. The technology is applied not only to lightweight materials but also to the bonding of high-strength and high-melting materials such as titanium, steel, stainless steel, and nickel alloy, and is being applied to various industrial fields.

상기한 마찰교반용접용 공구는 주로 열간공구강 소재로 제조되나, 열충격 및 열피로에 강하지만 한계가 명확하며 열처리 시 변형률이 커 고강도 피접합재의 마찰교반용접용 소재로는 부족하다는 단점이 있다. 이러한 고강도의 피접합재의 접합을 위해서 공구의 소재를 고내열·내마모성 및 고내구성 등을 만족시키기 위하여 고강도·고융점의 소재를 사용하여 공구를 제조하는 기술들이 개발 및 연구되고 있다.The friction stir welding tools described above are mainly made of hot tool steel materials, but are resistant to thermal shock and thermal fatigue, but have clear limits and have a large strain during heat treatment, so they are insufficient as materials for friction stir welding of high-strength materials to be joined. In order to join such high-strength materials to be joined, technologies for manufacturing tools using high-strength, high-melting-point materials are being developed and researched in order to satisfy the high heat resistance, wear resistance, and high durability of the tool material.

한편, 마찰교반용접용 공구의 가공 기술뿐만 아니라 금속의 미세 가공에 대한 수요는 계속 늘어나고 있으며, 이에 대한 미세 가공 기술로는 밀링 가공, 방전 가공, 전해 가공 등이 제시되고 있다.On the other hand, the demand for not only processing technology for friction stir welding tools but also fine processing of metal continues to increase, and milling processing, electric discharge machining, electrolytic processing, etc. have been suggested as micro processing technologies for this.

이러한 공정들은 고강도 금속의 3차원 미세 가공에 있어 형상 정밀도를 향상시키는데 제약이 있으며, 고도의 형상 정밀도를 요구하게 되는 경우 가공 속도가 극히 느려지는 단점이 따르는 등의 문제점이 있으므로 이를 해결하기 위한 기술개발이 필요한 실정이다.These processes have limitations in improving the shape accuracy in 3D micro-machining of high-strength metals, and when a high degree of shape accuracy is required, the processing speed is extremely slow, so technology development to solve this problem occurs. This is what is needed.

대한민국 등록특허공보 제10-1801028호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1801028

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 고강도의 피접합재를 접합하기 위한 고강도·고융점의 소재로 제조된 마찰교반용접용 공구의 팁과 숄더 부에 극초단 펄스 레이저 패터닝 미세 가공을 실시함으로써 일반적인 가공에서 발생할 수 있는 공정 오류를 최소화하고 공구의 가공 시간 단축 및 가공성, 가공효율을 높이기 위한 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to apply ultra-short to the tip and shoulder of a friction stir welding tool made of a high-strength, high-melting-point material for joining high-strength materials to be joined. A processing system for friction stir welding tools using ultra-short pulse laser patterning processing technology to minimize process errors that may occur in general processing by performing pulse laser patterning micro-machining, reduce tool processing time, and improve processability and processing efficiency, and this It is to provide a processing method used.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned purposes, and other objects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. .

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명은 가공물의 표면형상을 측정하는 표면형상측정부;According to a feature for achieving the object as described above, the present invention is a surface shape measuring unit for measuring the surface shape of the workpiece;

상기 가공물에 레이저 빔을 조사하여 가공과 패터닝하는 레이저가공부;A laser processing unit for processing and patterning by irradiating a laser beam on the workpiece;

상기 표면형상측정부에서 측정된 상기 가공물의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물의 가공영역과 패터닝영역을 지정하고, 지정된 상기 가공영역과 상기 패터닝영역에 소정의 형상으로 가공과 패터닝되도록 상기 레이저가공부를 제어하는 제어부;The surface shape data of the workpiece measured by the surface shape measuring unit is analyzed, and based on the analyzed surface shape data, a processing area and a patterning area of the workpiece are designated, and predetermined values are assigned to the designated processing area and the patterning area. A controller for controlling the laser processing unit to be processed and patterned into a shape;

를 포함하되,Including,

상기 레이저 빔은, 극초단 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템이 제공될 수 있다.The laser beam may be provided with a processing system for a friction stir welding tool using an ultrashort pulse laser patterning processing technology, characterized in that the laser beam is an ultrashort pulse laser.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면형상측정부는,In addition, according to an embodiment of the present invention, the surface shape measuring unit,

상기 가공물의 위치와 형상을 측정하는 변위센서와,A displacement sensor for measuring the position and shape of the workpiece;

상기 가공물의 형상을 촬영하는 카메라와,A camera for photographing the shape of the workpiece;

상기 변위센서와 상기 카메라의 위치를 조정하는 스테이지를 포함하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템이 제공될 수 있다.A processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology including a stage for adjusting the position of the displacement sensor and the camera may be provided.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는,In addition, according to an embodiment of the present invention, the control unit,

PLC 기반으로 제어되고, 상기 표면형상측정부와 상기 레이저가공부의 전원공급을 제어하며, 상기 가공물의 표면형상의 이미지를 온 더 플라이 방식으로 상시 변환하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템이 제공될 수 있다.Friction stirring using ultra-short pulse laser patterning processing technology that is controlled based on PLC, controls the power supply of the surface shape measurement unit and the laser processing unit, and constantly converts the image of the surface shape of the workpiece in an on-the-fly manner. A processing system of a welding tool may be provided.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저가공부는,In addition, according to an embodiment of the present invention, the laser processing unit,

상기 레이저 빔을 발생시키는 레이저 광원과,a laser light source generating the laser beam;

상기 레이저 광원에서 발생되는 상기 레이저 빔의 단부형상을 가공하는 레이저 빔 가공부와,A laser beam processing unit for processing an end shape of the laser beam generated from the laser light source;

상기 레이저 빔 가공부에서 가공된 레이저 빔의 분할 경로 및 레이저 빔 단부의 크기를 조절하는 레이저 빔 형상 제어부와,A laser beam shape control unit for adjusting the split path of the laser beam processed in the laser beam processing unit and the size of the end of the laser beam;

상기 레이저 빔 형상 제어부에서 조절된 레이저 빔의 초점을 맞추기 위한 포커싱 유니트를 포함하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템이 제공될 수 있다.A processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology including a focusing unit for focusing the laser beam adjusted by the laser beam shape controller may be provided.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저가공부는,In addition, according to an embodiment of the present invention, the laser processing unit,

상기 레이저 광원과 상기 레이저 빔 가공부 사이에 구비되는 레이저 빔 분할기와,A laser beam splitter provided between the laser light source and the laser beam processing unit;

상기 레이저 빔 분할기의 일 측에 구비되어 분할되는 레이저 빔에 육안으로 확인이 가능하도록 색상을 부여하는 가이드 빔을 더 포함하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템이 제공될 수 있다.A processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology further comprising a guide beam provided on one side of the laser beam splitter to give color to the split laser beam so that it can be visually confirmed is provided. can

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저가공부는,In addition, according to an embodiment of the present invention, the laser processing unit,

상기 레이저 빔 형상 제어부를 통해 조사되는 레이저 빔의 경로를 전환하는 반사경과,A reflector for changing the path of the laser beam irradiated through the laser beam shape control unit;

상기 반사경을 통해 경로가 전환된 레이저 빔이 상기 포커싱 유니트에 차단 또는 전달되도록 제어하는 레이저 빔 셔터를 더 포함하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템이 제공될 수 있다.A processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology may further include a laser beam shutter controlling the laser beam whose path has been diverted through the reflector to be blocked or transmitted to the focusing unit.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저가공부는,In addition, according to an embodiment of the present invention, the laser processing unit,

상기 포커싱 유니트의 일 측에 소정거리 떨어져 구비되며, 상기 포커싱 유니트로 조사되는 레이저 빔의 상태를 실시간으로 체크하여 상기 레이저 광원에 수신되는 전기신호를 전달하는 관찰 광학계를 더 포함하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템이 제공될 수 있다.Ultrashort pulse laser patterning further comprising an observation optical system provided at one side of the focusing unit at a predetermined distance from each other and transmitting an electrical signal received to the laser light source by checking a state of the laser beam irradiated to the focusing unit in real time. A processing system for a friction stir welding tool using processing technology may be provided.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법에 있어서,In addition, according to one embodiment of the present invention, in the processing method of the friction stir welding tool using the ultrashort pulse laser patterning processing technology,

가공물의 표면형상을 측정하는 측정단계;A measuring step of measuring the surface shape of the workpiece;

측정된 상기 가공물의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물의 가공영역과 패터닝영역을 지정하는 단계;analyzing the measured surface shape data of the workpiece and designating a processing area and a patterning area of the workpiece based on the analyzed surface shape data;

상기 가공영역을 기반으로 상기 가공물에 레이저 빔을 조사하여 소정의 형상으로 가공하는 가공단계;A processing step of processing the workpiece into a predetermined shape by irradiating a laser beam on the workpiece based on the processing area;

상기 패터닝영역을 기반으로 상기 가공물의 표면에 레이저 빔을 조사하여 소정의 형상으로 패터닝하는 패터닝단계;a patterning step of irradiating a laser beam to the surface of the workpiece based on the patterning area and patterning it into a predetermined shape;

를 포함하되,Including,

상기 레이저 빔은, 극초단 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법이 제공될 수 있다.The laser beam may be provided with a method of processing a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology, characterized in that the laser beam is an ultrashort pulse laser.

본 발명의 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법에 따르면, 가공에 제약이 있는 고강도·고융점 소재를 가공할 수 있으며, 특히, 형상 정밀도와 가공 속도를 레이저 패터닝을 통하여 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the processing system of a friction stir welding tool using the ultrashort pulse laser patterning processing technology of the present invention and the processing method using the same, it is possible to process high-strength and high-melting-point materials that have limitations in processing, in particular, shape accuracy and processing speed. There is an effect that can be greatly improved through laser patterning.

또한, 마찰교반용접용 공구에 극초단 레이저를 통한 패터닝 가공시 공구의 온도 편차를 줄이도 고온 변성을 최소화하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of minimizing high-temperature degeneration even if the temperature deviation of the tool is reduced during patterning processing using the ultrashort laser on the friction stir welding tool.

또한, 가공시 레이저 조사를 고속으로 제어할 수 있는 고속 제어 모듈을 기용함으로써, 제어 컴퓨터와 레이저 제어기 간의 통신속도로 인한 딜레이를 최소화하여 안정적인 패터닝 품질과 높은 생산성을 확보할 수 있으며, 라인 패터닝 방식을 통하여 원하고자 하는 형상으로 패터닝을 수행하는 효과가 있다.In addition, by employing a high-speed control module that can control laser irradiation at high speed during processing, it is possible to secure stable patterning quality and high productivity by minimizing the delay due to the communication speed between the control computer and the laser controller. Through this, there is an effect of performing patterning in a desired shape.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템의 표면형상측정부를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템의 레이저가공부를 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법을 도시한 블록도이다.1 is a perspective view showing a processing system of a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram showing a surface shape measuring unit of a processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram showing a laser processing unit of a processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology according to an embodiment of the present invention;
4 is a flowchart illustrating a method of processing a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology according to an embodiment of the present invention;
5 is a block diagram illustrating a method of processing a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology according to an embodiment of the present invention.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Objects, other objects, features and advantages of the present invention below will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. The terms 'comprise' and/or 'comprising' used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific details have been prepared to more specifically describe the invention and aid understanding. However, those who have knowledge in this field to the extent that they can understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not greatly related to the invention are not described to prevent confusion in describing the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템의 표면형상측정부를 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템의 레이저가공부를 도시한 블록도이다.1 is a perspective view showing a processing system of a friction stir welding tool using an ultrashort pulse laser patterning processing technology according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing an ultrashort pulse laser patterning processing according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is a block diagram showing a surface shape measuring unit of a processing system of a friction stir welding tool using technology, and FIG. 3 is a laser beam of a processing system of a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology according to an embodiment of the present invention It is a block diagram showing the processing part.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명인 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템은 크게, 표면형상측정부(100)와, 레이저가공부(200) 및 제어부(300)를 포함하는 구성이다.As shown in FIGS. 1 to 3, the processing system of the friction stir welding tool using the ultrashort pulse laser patterning processing technology of the present invention largely includes a surface shape measuring unit 100, a laser processing unit 200, and a control unit 300. ) is a composition that includes

더욱 상세하게는, 가공물(10)의 표면형상을 측정하는 표면형상측정부(100)와, 상기 가공물(10)에 레이저 빔을 조사하여 가공과 패터닝하는 레이저가공부(200)와, 상기 표면형상측정부(100)에서 측정된 상기 가공물(10)의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 지정하고, 지정된 상기 가공영역과 상기 패터닝영역에 소정의 형상으로 가공과 패터닝되도록 상기 레이저가공부(200)를 제어하는 제어부(300)를 포함하되, 상기 레이저 빔은, 극초단 펄스 레이저인 구성이다.More specifically, a surface shape measurement unit 100 for measuring the surface shape of the workpiece 10, a laser processing unit 200 for processing and patterning by irradiating a laser beam on the workpiece 10, and the surface shape The surface shape data of the workpiece 10 measured by the measuring unit 100 is analyzed, and based on the analyzed surface shape data, a processing area and a patterning area of the workpiece 10 are designated, and the designated processing area and A controller 300 for controlling the laser processing unit 200 to be processed and patterned into a predetermined shape in the patterning area, wherein the laser beam is an ultrashort pulse laser.

먼저, 표면형상측정부(100)는 가공물(10)의 표면형상을 측정하는 구성이다.First, the surface shape measuring unit 100 is configured to measure the surface shape of the workpiece 10 .

이러한, 표면형상측정부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 가공물(10)의 위치와 형상을 측정하는 변위센서(110)와, 상기 가공물(10)의 형상을 촬영하는 카메라(120)와, 상기 변위센서(110)와 상기 카메라(120)의 위치를 조정하는 스테이지(130)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the surface shape measuring unit 100 includes a displacement sensor 110 for measuring the position and shape of the workpiece 10 and a camera 120 for capturing the shape of the workpiece 10. and a stage 130 for adjusting the positions of the displacement sensor 110 and the camera 120.

변위센서(110)는, 가공물(10)의 위치와 형상 즉, 가공물(10)의 표면을 측정하는 구성이다.The displacement sensor 110 is a component that measures the position and shape of the workpiece 10, that is, the surface of the workpiece 10.

이러한, 변위센서(110)는 이하 설명될 카메라(120)와 더불어 가공물(10)의 위치와 형상을 측정하게 되는데, 가공물(10)의 위치와 형상 등을 측정하고, 측정된 데이터는 이하 설명될 제어부(300)와 유무선 통신을 통해 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 지정하고, 가공물(10)의 가공상태와 가공조건 등을 분석하는 데이터를 제공할 수 있다.The displacement sensor 110 measures the position and shape of the workpiece 10 together with the camera 120 to be described below. The position and shape of the workpiece 10 are measured, and the measured data will be described below Through wired/wireless communication with the control unit 300, it is possible to designate a processing area and a patterning area of the workpiece 10, and provide data for analyzing the processing state and processing conditions of the workpiece 10.

카메라(120)는, 가공물(10)의 형상 즉, 가공부위를 촬영하는 구성이다.The camera 120 is configured to photograph the shape of the workpiece 10, that is, the processing portion.

이러한, 카메라(120)는 상술된 변위센서(110)와 이하 설명될 관찰 광학계(290)와 더불어 가공물(10)의 형상을 촬영하게 되는데, 단일 배율의 관찰이 가능한 카메라로 구현되어 관리자가 가공물(10)의 형상을 육안으로 확인할 수 있고, 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 지정할 수 있으며, 가공물(10)의 가공상태와 가공조건 등을 분석하고 결정할 수 있다.The camera 120 photographs the shape of the workpiece 10 together with the above-described displacement sensor 110 and the observation optical system 290 to be described below. 10) can be checked with the naked eye, the processing area and patterning area of the workpiece 10 can be designated, and the processing state and processing conditions of the workpiece 10 can be analyzed and determined.

스테이지(130)는, 상술된 변위센서(110)와 카메라(120)의 위치를 조정하는 구성이다.The stage 130 is a component for adjusting the positions of the displacement sensor 110 and the camera 120 described above.

즉, 스테이지(130)는 표면형상측정부(100)에 구비된 변위센서(110)와 카메라(120)의 위치를 조정할 수 있는데, 변위센서(110)와 카메라(120)를 상하방향으로 이동시키거나, 좌우방향으로 이동시킬 수 있다.That is, the stage 130 can adjust the positions of the displacement sensor 110 and the camera 120 provided in the surface shape measuring unit 100, by moving the displacement sensor 110 and the camera 120 in the vertical direction. Or, you can move it left or right.

이때, 스테이지(130)는 변위센서(110)와 카메라(120)를 동일한 방향을 향해 이동되도록 제어할 수 있고, 변위센서(110)와 카메라(120)를 서로 다른 방향을 향해 이동되도록 제어할 수 있다.At this time, the stage 130 can control the displacement sensor 110 and the camera 120 to move in the same direction, and can control the displacement sensor 110 and the camera 120 to move in different directions. there is.

레이저가공부(200)는, 가공물(10)에 레이저 빔을 조사하여 가공과 패터닝하는 구성이다.The laser processing unit 200 is configured to process and pattern the workpiece 10 by irradiating a laser beam on the workpiece 10 .

이러한, 레이저가공부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 광원(210)과, 상기 레이저 광원(210)에서 발생되는 상기 레이저 빔의 단부형상을 가공하는 레이저 빔 가공부(220)와, 상기 레이저 빔 가공부(220)에서 가공된 레이저 빔의 분할 경로 및 레이저 빔 단부의 크기를 조절하는 레이저 빔 형상 제어부(230)와, 상기 레이저 빔 형상 제어부(230)에서 조절된 레이저 빔의 초점을 맞추기 위한 포커싱 유니트(240)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the laser processing unit 200 includes a laser light source 210 for generating a laser beam and laser beam processing for processing an end shape of the laser beam generated from the laser light source 210. unit 220, a laser beam shape control unit 230 for adjusting the size of the split path of the laser beam processed in the laser beam processing unit 220 and the end of the laser beam, and the laser beam shape control unit 230 controls and a focusing unit 240 for focusing the laser beam.

레이저 광원(210)은, 레이저 빔을 발생시키기 위한 구성으로, 레이저 빔을 가공물(10)에 조사시키기 위한 기초 구성이다.The laser light source 210 is a component for generating a laser beam and is a basic component for irradiating the workpiece 10 with a laser beam.

여기서, 레이저 광원(210)은 내부에 교환식 f-렌즈가 구비되고, Z축으로 이동하여 Δf값(초점계수: Focal Point)을 보상할 수 있다. Here, the laser light source 210 is provided with an interchangeable f-lens therein, and can compensate for a Δf value (focal point) by moving in the Z-axis.

이러한, 레이저 광원(210)은 제네레이터를 통해 레이저 빔을 발생시킬 수 있다.Such a laser light source 210 may generate a laser beam through a generator.

레이저 빔 가공부(220)는, 레이저 광원(210)에서 발생되는 레이저 빔의 단부형상을 가공하는 구성으로, 레이저 빔의 단부를 다양한 형상으로 구현될 수 있도록 가공할 수 있다.The laser beam processing unit 220 is configured to process the end shape of the laser beam generated from the laser light source 210, and can process the end of the laser beam to be implemented in various shapes.

예를 들어, 레이저 빔 가공부(220)에서 레이저 빔의 단부를 원형으로 가공하면 가공물(10)의 표면에 단부가 원형인 레이저 빔이 조사되고, 레이저 빔 가공부(220)에서 레이저 빔의 단부를 각형으로 가공하면 가공물(10)의 표면에 단부가 각형인 레이저 빔이 조사되는 것이다.For example, when the end of the laser beam is processed into a circle in the laser beam processing unit 220, a laser beam having a circular end is irradiated to the surface of the workpiece 10, and the end of the laser beam in the laser beam processing unit 220 If is processed into a prismatic shape, a laser beam having a prismatic end is irradiated to the surface of the workpiece 10 .

레이저 빔 형상 제어부(230)는, 레이저 빔 가공부(220)에서 가공된 레이저 빔의 분할 경로 및 레이저 빔 단부의 크기를 조절하는 구성이다.The laser beam shape control unit 230 is a component that adjusts the size of the split path of the laser beam processed in the laser beam processing unit 220 and the end of the laser beam.

이러한, 레이저 빔 형상 제어부(230)는 레이저 빔을 분할하고, 분할된 레이저 빔을 설정된 경로로 조사할 수 있다.The laser beam shape control unit 230 may divide the laser beam and irradiate the divided laser beam along a set path.

또한, 레이저 빔 형상 제어부(230)는 레이저 빔 단부의 크기를 조절할 수 있는데, 익스펜더의 설정을 통해 다양한 크기의 레이저 빔을 조사할 수 있다.In addition, the laser beam shape control unit 230 may adjust the size of the end of the laser beam, and through the setting of the expander, laser beams of various sizes may be irradiated.

포커싱 유니트(240)는, 레이저 빔 형상 제어부(230)에서 조절된 레이저 빔의 초점을 맞추는 구성이다.The focusing unit 240 is a component that focuses the laser beam adjusted by the laser beam shape control unit 230 .

이러한, 포커싱 유니트(240)를 통해 레이저 빔의 초점을 맞춰 가공물(10)의 표면에 정확한 레이저 빔을 조사할 수 있다.The laser beam may be accurately irradiated to the surface of the workpiece 10 by focusing the laser beam through the focusing unit 240 .

한편, 레이저가공부(200)는, 레이저 광원(210)과 상기 레이저 빔 가공부(220)의 사이에 구비되는 레이저 빔 분할기(250)와, 상기 레이저 빔 분할기(250)의 일 측에 구비되어 분할되는 레이저 빔에 육안으로 확인이 가능하도록 색상을 부여하는 가이드 빔(260)을 더 포함한다.On the other hand, the laser processing unit 200 is provided on one side of the laser beam splitter 250 provided between the laser light source 210 and the laser beam processing unit 220, and the laser beam splitter 250 It further includes a guide beam 260 for imparting a color to the divided laser beam so that it can be confirmed with the naked eye.

레이저 빔 분할기(250)는, 조사되는 레이저 빔을 분할할 수 있는데, 분할된 레이저 빔을 통해 가공물(10)의 표면을 가공하거나 가공물(10)의 표면을 패터닝하도록 구현할 수 있다.The laser beam splitter 250 may split the irradiated laser beam, and may process the surface of the workpiece 10 or pattern the surface of the workpiece 10 through the split laser beam.

가이드 빔(260)은, 레이저 빔에 다양한 색상을 부여할 수 있는데, 다양한 색상으로 발산하는 전구 등을 레이저 빔을 향해 발산시킴으로써, 레이저 빔의 조사 상태를 사용자가 직접 육안으로 손쉽게 확인할 수 있다.The guide beam 260 may impart various colors to the laser beam, and a user may easily check the irradiation state of the laser beam with the naked eye by emitting light bulbs emitting various colors toward the laser beam.

또한, 레이저가공부(200)는, 상기 레이저 빔 형상 제어부(230)를 통해 조사되는 레이저 빔의 경로를 전환하는 반사경(270)과, 상기 반사경(270)을 통해 방향 전환된 레이저 빔이 상기 포커싱 유니트(240)에 차단 또는 전달되도록 제어하는 레이저 빔 셔터(280)를 더 포함한다. In addition, the laser processing unit 200 includes a reflector 270 for changing the path of the laser beam irradiated through the laser beam shape control unit 230, and the laser beam redirected through the reflector 270 is focused. It further includes a laser beam shutter 280 that controls to be blocked or transmitted to the unit 240 .

반사경(270)은, 레이저 빔의 경로 즉, 방향을 전환하는 구성이다.The reflector 270 is a component that changes the path, that is, the direction of the laser beam.

이러한, 반사경(270)은 단수 또는 복수로 구비되어 레이저 빔의 경로를 전환할 수 있다.These reflectors 270 may be provided in singular or plural to convert the path of the laser beam.

즉, 반사경(270)은 조사되는 레이저 빔을 반사시켜 조사 방향을 전환시킬 수 있어 공간이 협소한 작업공간에서도 용이한 가공시스템으로 구현할 수 있다.That is, the reflector 270 can reflect the irradiated laser beam and change the irradiation direction, so that it can be easily implemented as a processing system even in a narrow work space.

레이저 빔 셔터(280)는, 조사되는 레이저 빔을 포커싱 유니트(240)에 차단 또는 전달되도록 제어하는 구성이다.The laser beam shutter 280 controls the irradiated laser beam to be blocked or transmitted to the focusing unit 240 .

이러한, 레이저 빔 셔터(280)를 폐쇄시켜 조사되는 레이저 빔을 포커싱 유니트(240)으로 전달되지 못하도록 구현할 수 있고, 레이저 빔 셔터(280)를 개방시켜 조사되는 레이저 빔을 포커싱 유니트(240)으로 전달되도록 구현함으로써 레이저 빔을 정렬할 수 있다.The laser beam shutter 280 may be closed to prevent the irradiated laser beam from being transmitted to the focusing unit 240, and the irradiated laser beam may be transmitted to the focusing unit 240 by opening the laser beam shutter 280. It is possible to align the laser beam by implementing it to be.

또한, 레이저가공부(200)는, 상기 포커싱 유니트(240)의 일 측에 소정거리 떨어져 구비되며, 상기 포커싱 유니트(240)로 조사되는 레이저 빔의 상태를 실시간으로 체크하여 상기 레이저 광원(210)에 수신되는 전기신호를 전달하는 관찰 광학계(290)를 더 포함한다.In addition, the laser processing unit 200 is provided on one side of the focusing unit 240 at a predetermined distance from each other, and checks the state of the laser beam irradiated to the focusing unit 240 in real time to obtain the laser light source 210. It further includes an observation optical system 290 that transmits an electrical signal received in the.

관찰 광학계(290)는, 포커싱 유니트(240)로 조사되는 레이저 빔의 조사 상태를 체크하고, 레이저 광원(210)에 수신되는 전기신호를 전달하는 구성이다.The observation optical system 290 is a component that checks the irradiation state of the laser beam irradiated to the focusing unit 240 and transmits an electrical signal received to the laser light source 210 .

이러한, 관찰 광학계(290)는 단일 배율의 관찰이 가능한 카메라로 구현되어 가공물(10)의 가공상태를 확인할 수 있는데, 상술된 카메라(120)와 더불어 가공물(10)의 가공상태를 확인할 수 있다.The observation optical system 290 is implemented as a camera that can observe a single magnification and can check the processing state of the workpiece 10, together with the camera 120 described above. It is possible to check the processing state of the workpiece 10.

제어부(300)는, 상기 표면형상측정부(100)에서 측정된 상기 가공물(10)의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 지정하고, 지정된 상기 가공영역과 상기 패터닝영역에 소정의 형상으로 가공과 패터닝되도록 상기 레이저가공부(200)를 제어하는 구성이다.The control unit 300 analyzes the surface shape data of the workpiece 10 measured by the surface shape measurement unit 100, and the processing area and patterning area of the workpiece 10 based on the analyzed surface shape data. It is a configuration for designating and controlling the laser processing unit 200 to be processed and patterned in a predetermined shape in the designated processing area and the patterning area.

이러한, 제어부(300)는 표면형상측정부(100)에서 측정된 가공물(10)의 표면형상데이터를 분석하게 되는데, 표면형상측정부(100)에서 가공물(10)의 형상을 단층 또는 다층영상 등 다양한 방향의 영상을 측정한 후, 측정된 가공물(10)의 표면형상데이터를 기반으로 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 구분하여 지정할 수 있다.The control unit 300 analyzes the surface shape data of the workpiece 10 measured by the surface shape measurement unit 100. After measuring images in various directions, a processing area and a patterning area of the workpiece 10 may be separately designated based on the measured surface shape data of the workpiece 10 .

또한, 가공물(10)의 표면형상데이터는 별도로 구비되는 분석 프로그램을 통해 가공영역과 패터닝영역을 자동으로 분석할 수 있다.In addition, the surface shape data of the workpiece 10 can be automatically analyzed through a separately provided analysis program for processing and patterning areas.

여기서, 가공영역은, 레이저 빔을 조사하여 마찰교반용접 공구의 팁과 숄더부의 형상을 가공하는 영역이고, 패터닝영역은, 가공된 마찰교반용접 공구의 팁과 숄더부의 표면에 소정의 형상으로 미세 패터닝하는 영역이다.Here, the processing area is an area where the shape of the tip and shoulder of the friction stir welding tool is processed by irradiating a laser beam, and the patterning area is a micro-patterning in a predetermined shape on the surface of the processed tip and shoulder of the friction stir welding tool. is an area to

즉, 레이저가공부(200)를 통해 지정된 가공영역에 레이저 빔을 조사하여 마찰교반용접 공구의 팁과 숄더부의 형상으로 가공할 수 있고, 지정된 패터닝영역에 레이저 빔을 조사하여 마찰교반용접 공구의 팁과 숄더부의 표면에 소정의 형상으로 정밀한 패터닝을 수행할 수 있다.That is, the tip of the friction stir welding tool and the shoulder can be processed by irradiating the laser beam on the designated processing area through the laser processing unit 200, and the tip of the friction stir welding tool by irradiating the laser beam on the designated patterning area. Precise patterning can be performed on the surface of the shoulder portion and the predetermined shape.

또한, 제어부(300)는 PLC 기반으로 제어되고, 상기 표면형상측정부(100)와 상기 레이저가공부(200)에 전원을 공급하거나 차단하도록 제어할 수 있으며, 상기 가공물(10)의 표면형상의 이미지를 온 더 플라이(on the fly) 방식으로 상시 변환할 수 있다.In addition, the control unit 300 is controlled based on PLC, and can control to supply or cut off power to the surface shape measurement unit 100 and the laser processing unit 200, and to control the surface shape of the workpiece 10 Images can be converted at any time on the fly.

여기서, 온 더 플라이(on the fly) 방식은 제어부(300)에 구비되는 하드디스크에 측정된 가공물(10)의 표면형상의 이미지를 저장할 경우, 하드디스크의 저장 공간이 적은 경우에도 화상 파일로 변환하지 않고 데이터를 기록할 수 있다. 이러한 온 더 플라이(on the fly) 방식은 이미 공지된 기술이므로 이하 설명은 생략하도록 한다.Here, in the on-the-fly method, when the image of the measured surface shape of the workpiece 10 is stored in the hard disk provided in the controller 300, it is converted into an image file even when the storage space of the hard disk is small. data can be recorded without Since this on-the-fly method is a known technology, the following description will be omitted.

이하에서는, 본 발명인 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of processing a friction stir welding tool using the ultrashort pulse laser patterning processing technology according to the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법을 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법을 도시한 블록도이다.4 is a flowchart illustrating a method of processing a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an ultrashort pulse laser patterning processing method according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram showing the processing method of the friction stir welding tool using the technology.

도 4, 55에 도시된 바와 같이, 본 발명인 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법은 크게, 측정단계(S10)와, 가공영역 및 패터닝영역 지정단계(S20)와, 가공단계(S30)와, 패터닝단계(S40)를 포함하는 구성이다.As shown in FIGS. 4 and 55, the method of processing a friction stir welding tool using the ultrashort pulse laser patterning processing technology of the present invention includes a measuring step (S10), a processing area and patterning area designation step (S20), It is a configuration including a processing step (S30) and a patterning step (S40).

더욱 상세하게는, 가공물(10)의 표면형상을 측정하는 측정단계(S10)와, 측정된 상기 가공물(10)의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 지정하는 단계(S20)와, 상기 가공영역을 기반으로 상기 가공물(10)에 레이저 빔을 조사하여 소정의 형상으로 가공하는 가공단계(S30)와, 상기 패터닝영역을 기반으로 상기 가공물(10)의 표면에 레이저 빔을 조사하여 소정의 형상으로 패터닝하는 패터닝단계(S40)를 포함하되, 상기 레이저 빔은, 극초단 펄스 레이저인 구성이다.More specifically, in the measuring step (S10) of measuring the surface shape of the workpiece 10, analyzing the measured surface shape data of the workpiece 10, and analyzing the surface shape data, the workpiece 10 ) designating a processing area and a patterning area (S20), a processing step (S30) of irradiating a laser beam to the workpiece 10 based on the processing area and processing it into a predetermined shape, and the patterning area Based on this, a patterning step (S40) of irradiating a laser beam to the surface of the workpiece 10 and patterning it into a predetermined shape is included, but the laser beam is an ultrashort pulse laser.

먼저, 측정단계(S10)는 상술된 표면형상측정부(100)를 통해 가공물(10)의 표면형상을 측정하는 단계이다.First, the measuring step (S10) is a step of measuring the surface shape of the workpiece 10 through the surface shape measuring unit 100 described above.

이러한, 표면형상측정부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 가공물(10)의 위치와 형상을 측정하는 변위센서(110)와, 상기 가공물(10)의 형상을 촬영하는 카메라(120)와, 상기 변위센서(110)와 상기 카메라(120)의 위치를 조정하는 스테이지(130)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the surface shape measuring unit 100 includes a displacement sensor 110 for measuring the position and shape of the workpiece 10 and a camera 120 for capturing the shape of the workpiece 10. and a stage 130 for adjusting the positions of the displacement sensor 110 and the camera 120.

변위센서(110)는, 가공물(10)의 위치와 형상 즉, 가공물(10)의 표면을 측정하는 구성이다.The displacement sensor 110 is a component that measures the position and shape of the workpiece 10, that is, the surface of the workpiece 10.

이러한, 변위센서(110)는 이하 설명될 카메라(120)와 더불어 가공물(10)의 위치와 형상을 측정하게 되는데, 가공물(10)의 위치와 형상 등을 측정하고, 측정된 데이터는 이하 설명될 제어부(300)와 유무선 통신을 통해 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 지정하고, 가공물(10)의 가공상태와 가공조건 등을 분석하는 데이터를 제공할 수 있다.The displacement sensor 110 measures the position and shape of the workpiece 10 together with the camera 120 to be described below. The position and shape of the workpiece 10 are measured, and the measured data will be described below Through wired/wireless communication with the control unit 300, it is possible to designate a processing area and a patterning area of the workpiece 10, and provide data for analyzing the processing state and processing conditions of the workpiece 10.

카메라(120)는, 가공물(10)의 형상을 촬영하는 구성이다.The camera 120 is configured to photograph the shape of the workpiece 10 .

이러한, 카메라(120)는 상술된 변위센서(110)와 이하 설명될 관찰 광학계(290)와 더불어 가공물(10)의 형상을 촬영하게 되는데, 단일 배율의 관찰이 가능한 카메라로 구현되어 관리자가 가공물(10)의 형상을 육안으로 확인할 수 있고, 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 지정할 수 있으며, 가공물(10)의 가공상태와 가공조건 등을 분석하고 결정할 수 있다.The camera 120 photographs the shape of the workpiece 10 together with the above-described displacement sensor 110 and the observation optical system 290 to be described below. 10) can be checked with the naked eye, the processing area and patterning area of the workpiece 10 can be designated, and the processing state and processing conditions of the workpiece 10 can be analyzed and determined.

스테이지(130)는, 상술된 변위센서(110)와 카메라(120)의 위치를 조정하는 구성이다.The stage 130 is a component for adjusting the positions of the displacement sensor 110 and the camera 120 described above.

즉, 스테이지(130)는 표면형상측정부(100)에 구비된 변위센서(110)와 카메라(120)의 위치를 조정할 수 있는데, 변위센서(110)와 카메라(120)를 상하방향으로 이동시키거나, 좌우방향으로 이동시킬 수 있다.That is, the stage 130 can adjust the positions of the displacement sensor 110 and the camera 120 provided in the surface shape measuring unit 100, by moving the displacement sensor 110 and the camera 120 in the vertical direction. Or, you can move it left or right.

이때, 스테이지(130)는 변위센서(110)와 카메라(120)를 동일한 방향을 향해 이동되도록 제어할 수 있고, 변위센서(110)와 카메라(120)를 서로 다른 방향을 향해 이동되도록 제어할 수 있다.At this time, the stage 130 can control the displacement sensor 110 and the camera 120 to move in the same direction, and can control the displacement sensor 110 and the camera 120 to move in different directions. there is.

가공영역 및 패터닝영역 지정단계(S20)는, 상술된 제어부(300)를 통해 상기 표면형상측정부(100)에서 측정된 상기 가공물(10)의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 지정하는 단계이다.In the processing area and patterning area designation step (S20), the surface shape data of the workpiece 10 measured by the surface shape measuring unit 100 is analyzed through the above-described control unit 300, and the analyzed surface shape data This is a step of designating a processing area and a patterning area of the workpiece 10 based on .

이러한, 제어부(300)는 표면형상측정부(100)에서 측정된 가공물(10)의 표면형상데이터를 분석하게 되는데, 표면형상측정부(100)에서 가공물(10)의 형상을 단층 또는 다층영상 등 다양한 방향의 영상을 측정한 후, 측정된 가공물(10)의 표면형상데이터를 기반으로 가공물(10)의 가공영역과 패터닝영역을 구분하여 지정할 수 있다.The control unit 300 analyzes the surface shape data of the workpiece 10 measured by the surface shape measurement unit 100. After measuring images in various directions, a processing area and a patterning area of the workpiece 10 may be separately designated based on the measured surface shape data of the workpiece 10 .

또한, 가공물(10)의 표면형상데이터는 별도로 구비되는 분석 프로그램을 통해 가공영역과 패터닝영역을 자동으로 분석할 수 있다.In addition, the surface shape data of the workpiece 10 can be automatically analyzed through a separately provided analysis program for processing and patterning areas.

여기서, 가공영역은, 레이저 빔을 조사하여 마찰교반용접 공구의 팁과 숄더부의 형상을 가공하는 영역이고, 패터닝영역은, 가공된 마찰교반용접 공구의 팁과 숄더부의 표면에 소정의 형상으로 미세 패터닝하는 영역이다.Here, the processing area is an area where the shape of the tip and shoulder of the friction stir welding tool is processed by irradiating a laser beam, and the patterning area is a micro-patterning in a predetermined shape on the surface of the processed tip and shoulder of the friction stir welding tool. is an area to

즉, 레이저가공부(200)를 통해 지정된 가공영역에 레이저 빔을 조사하여 마찰교반용접 공구의 팁과 숄더부의 형상으로 가공할 수 있고, 지정된 패터닝영역에 레이저 빔을 조사하여 마찰교반용접 공구의 팁과 숄더부의 표면에 소정의 형상으로 정밀한 패터닝을 수행할 수 있다.That is, the tip of the friction stir welding tool and the shoulder can be processed by irradiating the laser beam on the designated processing area through the laser processing unit 200, and the tip of the friction stir welding tool by irradiating the laser beam on the designated patterning area. Precise patterning can be performed on the surface of the shoulder portion and the predetermined shape.

가공단계(S30)는, 상술된 레이저가공부(200)를 통해, 가공물(10)의 가공영역에 레이저 빔을 조사하여 소정의 형상으로 가공하는 단계이다.The processing step (S30) is a step of irradiating a laser beam to the processing area of the workpiece 10 through the above-described laser processing unit 200 and processing it into a predetermined shape.

패터닝단계(S40)는, 상술된 가공단계(S30)가 수행된 후, 상술된 레이저가공부(200)를 통해, 가공물(10)의 패터닝영역에 레이저 빔을 조사하여 소정의 형상으로 패터닝하는 단계이다.In the patterning step (S40), after the above-described processing step (S30) is performed, through the above-described laser processing unit 200, a laser beam is irradiated to the patterning area of the workpiece 10 to pattern it into a predetermined shape. am.

이러한, 레이저가공부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 광원(210)과, 상기 레이저 광원(210)에서 발생되는 상기 레이저 빔의 단부형상을 가공하는 레이저 빔 가공부(220)와, 상기 레이저 빔 가공부(220)에서 가공된 레이저 빔의 분할 경로 및 레이저 빔 단부의 크기를 조절하는 레이저 빔 형상 제어부(230)와, 상기 레이저 빔 형상 제어부(230)에서 조절된 레이저 빔의 초점을 맞추기 위한 포커싱 유니트(240)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the laser processing unit 200 includes a laser light source 210 for generating a laser beam and laser beam processing for processing an end shape of the laser beam generated from the laser light source 210. unit 220, a laser beam shape controller 230 for adjusting the size of the split path of the laser beam processed in the laser beam processing unit 220 and the end of the laser beam, and the laser beam shape control unit 230 controls and a focusing unit 240 for focusing the laser beam.

레이저 광원(210)은, 레이저 빔을 발생시키기 위한 구성으로, 레이저 빔을 가공물(10)에 조사시키기 위한 기초 구성이다.The laser light source 210 is a component for generating a laser beam and is a basic component for irradiating the workpiece 10 with a laser beam.

이러한, 레이저 광원(210)은 제네레이터를 통해 레이저 빔을 발생시킬 수 있다.Such a laser light source 210 may generate a laser beam through a generator.

레이저 빔 가공부(220)는, 레이저 광원(210)에서 발생되는 레이저 빔의 단부형상을 가공하는 구성으로, 레이저 빔의 단부를 다양한 형상으로 구현될 수 있도록 가공할 수 있다.The laser beam processing unit 220 is configured to process the end shape of the laser beam generated from the laser light source 210, and can process the end of the laser beam to be implemented in various shapes.

예를 들어, 레이저 빔 가공부(220)에서 레이저 빔의 단부를 원형으로 가공하면 가공물(10)의 표면에 단부가 원형인 레이저 빔이 조사되고, 레이저 빔 가공부(220)에서 레이저 빔의 단부를 각형으로 가공하면 가공물(10)의 표면에 단부가 각형인 레이저 빔이 조사되는 것이다.For example, when the end of the laser beam is processed into a circle in the laser beam processing unit 220, a laser beam having a circular end is irradiated to the surface of the workpiece 10, and the end of the laser beam in the laser beam processing unit 220 If is processed into a prismatic shape, a laser beam having a prismatic end is irradiated to the surface of the workpiece 10 .

레이저 빔 형상 제어부(230)는, 레이저 빔 가공부(220)에서 가공된 레이저 빔의 분할 경로 및 레이저 빔 단부의 크기를 조절하는 구성이다.The laser beam shape control unit 230 is a component that adjusts the size of the split path of the laser beam processed in the laser beam processing unit 220 and the end of the laser beam.

이러한, 레이저 빔 형상 제어부(230)는 레이저 빔을 분할하고, 분할된 레이저 빔을 설정된 경로로 조사할 수 있다.The laser beam shape control unit 230 may divide the laser beam and irradiate the divided laser beam along a set path.

또한, 레이저 빔 형상 제어부(230)는 레이저 빔 단부의 크기를 조절할 수 있는데, 익스펜더의 설정을 통해 다양한 크기의 레이저 빔을 조사할 수 있다.In addition, the laser beam shape control unit 230 may adjust the size of the end of the laser beam, and through the setting of the expander, laser beams of various sizes may be irradiated.

포커싱 유니트(240)는, 레이저 빔 형상 제어부(230)에서 조절된 레이저 빔의 초점을 맞추는 구성이다.The focusing unit 240 is a component that focuses the laser beam adjusted by the laser beam shape control unit 230 .

이러한, 포커싱 유니트(240)를 통해 레이저 빔의 초점을 맞춰 가공물(10)의 표면에 정확한 레이저 빔을 조사할 수 있다.The laser beam may be accurately irradiated to the surface of the workpiece 10 by focusing the laser beam through the focusing unit 240 .

한편, 레이저가공부(200)는, 레이저 광원(210)과 상기 레이저 빔 가공부(220)의 사이에 구비되는 레이저 빔 분할기(250)와, 상기 레이저 빔 분할기(250)의 일 측에 구비되어 분할되는 레이저 빔에 육안으로 확인이 가능하도록 색상을 부여하는 가이드 빔(260)을 더 포함한다.On the other hand, the laser processing unit 200 is provided on one side of the laser beam splitter 250 provided between the laser light source 210 and the laser beam processing unit 220, and the laser beam splitter 250 It further includes a guide beam 260 for imparting a color to the divided laser beam so that it can be confirmed with the naked eye.

레이저 빔 분할기(250)는, 조사되는 레이저 빔을 분할할 수 있는데, 분할된 레이저 빔을 통해 가공물(10)의 표면을 가공하거나 가공물(10)의 표면을 패터닝하도록 구현할 수 있다.The laser beam splitter 250 may split the irradiated laser beam, and may process the surface of the workpiece 10 or pattern the surface of the workpiece 10 through the split laser beam.

가이드 빔(260)은, 레이저 빔에 다양한 색상을 부여할 수 있는데, 다양한 색상으로 발산하는 전구 등을 레이저 빔을 향해 발산시킴으로써, 레이저 빔의 조사 상태를 사용자가 직접 육안으로 손쉽게 확인할 수 있다.The guide beam 260 may impart various colors to the laser beam, and a user may easily check the irradiation state of the laser beam with the naked eye by emitting light bulbs emitting various colors toward the laser beam.

또한, 레이저가공부(200)는, 상기 레이저 빔 형상 제어부(230)를 통해 조사되는 레이저 빔의 경로를 전환하는 반사경(270)과, 상기 반사경(270)을 통해 방향 전환된 레이저 빔이 상기 포커싱 유니트(240)에 차단 또는 전달되도록 제어하는 레이저 빔 셔터(280)를 더 포함한다. In addition, the laser processing unit 200 includes a reflector 270 for changing the path of the laser beam irradiated through the laser beam shape control unit 230, and the laser beam redirected through the reflector 270 is focused. It further includes a laser beam shutter 280 that controls to be blocked or transmitted to the unit 240 .

반사경(270)은, 레이저 빔의 경로 즉, 방향을 전환하는 구성이다.The reflector 270 is a component that changes the path, that is, the direction of the laser beam.

이러한, 반사경(270)은 단수 또는 복수로 구비되어 레이저 빔의 경로를 전환할 수 있다.These reflectors 270 may be provided in singular or plural to convert the path of the laser beam.

즉, 반사경(270)은 조사되는 레이저 빔을 반사시켜 조사 방향을 전환시킬 수 있어 공간이 협소한 작업공간에서도 용이한 가공시스템으로 구현할 수 있다.That is, the reflector 270 can reflect the irradiated laser beam and change the irradiation direction, so that it can be easily implemented as a processing system even in a narrow work space.

레이저 빔 셔터(280)는, 조사되는 레이저 빔을 포커싱 유니트(240)에 차단 또는 전달되도록 제어하는 구성이다.The laser beam shutter 280 controls the irradiated laser beam to be blocked or transmitted to the focusing unit 240 .

이러한, 레이저 빔 셔터(280)를 폐쇄시켜 조사되는 레이저 빔을 포커싱 유니트(240)으로 전달되지 못하도록 구현할 수 있고, 레이저 빔 셔터(280)를 개방시켜 조사되는 레이저 빔을 포커싱 유니트(240)으로 전달되도록 구현할 수 있다.The laser beam shutter 280 may be closed to prevent the irradiated laser beam from being transmitted to the focusing unit 240, and the irradiated laser beam may be transmitted to the focusing unit 240 by opening the laser beam shutter 280. can be implemented.

또한, 레이저가공부(200)는, 상기 포커싱 유니트(240)의 일 측에 소정거리 떨어져 구비되며, 상기 포커싱 유니트(240)로 조사되는 레이저 빔의 상태를 실시간으로 체크하여 상기 레이저 광원(210)에 수신되는 전기신호를 전달하는 관찰 광학계(290)를 더 포함한다.In addition, the laser processing unit 200 is provided on one side of the focusing unit 240 at a predetermined distance from each other, and checks the state of the laser beam irradiated to the focusing unit 240 in real time to obtain the laser light source 210. It further includes an observation optical system 290 that transmits an electrical signal received in the.

관찰 광학계(290)는, 포커싱 유니트(240)로 조사되는 레이저 빔의 조사 상태를 체크하고, 레이저 광원(210)에 수신되는 전기신호를 전달하는 구성이다.The observation optical system 290 is a component that checks the irradiation state of the laser beam irradiated to the focusing unit 240 and transmits an electrical signal received to the laser light source 210 .

이러한, 관찰 광학계(290)는 단일 배율의 관찰이 가능한 카메라로 구현되어 가공물(10)의 가공상태를 확인할 수 있는데, 상술된 카메라(120)와 더불어 가공물(10)의 가공상태를 확인할 수 있다.The observation optical system 290 is implemented as a camera that can observe a single magnification and can check the processing state of the workpiece 10, together with the camera 120 described above. It is possible to check the processing state of the workpiece 10.

따라서, 본 발명의 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템 및 이를 이용한 가공방법에 따르면, 가공에 제약이 있는 고강도·고융점 소재를 가공할 수 있으며, 특히, 형상 정밀도와 가공 속도를 레이저 패터닝을 통하여 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the processing system of the friction stir welding tool using the ultrashort pulse laser patterning processing technology of the present invention and the processing method using the same, it is possible to process high-strength and high-melting-point materials that have limitations in processing. There is an effect of greatly improving the processing speed through laser patterning.

또한, 마찰교반용접용 공구에 극초단 레이저를 통한 패터닝 가공시 공구의 온도 편차를 줄이도 고온 변성을 최소화하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of minimizing high-temperature degeneration even if the temperature deviation of the tool is reduced during patterning processing using the ultrashort laser on the friction stir welding tool.

또한, 가공시 레이저 조사를 고속으로 제어할 수 있는 고속 제어 모듈을 기용함으로써, 제어 컴퓨터와 레이저 제어기 간의 통신속도로 인한 딜레이를 최소화하여 안정적인 패터닝 품질과 높은 생산성을 확보할 수 있으며, 라인 패터닝 방식을 통하여 원하고자 하는 형상으로 패터닝을 수행하는 효과가 있다.In addition, by employing a high-speed control module that can control laser irradiation at high speed during processing, it is possible to secure stable patterning quality and high productivity by minimizing the delay due to the communication speed between the control computer and the laser controller. Through this, there is an effect of performing patterning in a desired shape.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, various equivalents that can replace them at the time of this application It should be understood that there may be variations and variations.

10 : 가공물 100 : 표면형상측정부
110 : 변위센서 120 : 카메라
130 : 스테이지 200 : 레이저가공부
210 : 레이저 광원 220 : 레이저 빔 가공부
230 : 레이저 빔 형상 제어부 240 : 포커싱 유니트
250 : 레이저 빔 분할기 260 : 가이드 빔
270 : 반사경 280 : 레이저 빔 셔터
290 : 관찰 광학계 300 : 제어부
10: workpiece 100: surface shape measuring unit
110: displacement sensor 120: camera
130: stage 200: laser processing unit
210: laser light source 220: laser beam processing unit
230: laser beam shape controller 240: focusing unit
250: laser beam splitter 260: guide beam
270: reflector 280: laser beam shutter
290: observation optical system 300: control unit

Claims (8)

가공물의 표면형상을 측정하는 표면형상측정부;
상기 가공물에 레이저 빔을 조사하여 가공과 패터닝하는 레이저가공부;
상기 표면형상측정부에서 측정된 상기 가공물의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물의 가공영역과 패터닝영역을 지정하고, 지정된 상기 가공영역과 상기 패터닝영역에 소정의 형상으로 가공과 패터닝되도록 상기 레이저가공부를 제어하는 제어부;
를 포함하되,
상기 레이저 빔은, 극초단 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템.
Surface shape measurement unit for measuring the surface shape of the workpiece;
A laser processing unit for processing and patterning by irradiating a laser beam on the workpiece;
The surface shape data of the workpiece measured by the surface shape measuring unit is analyzed, and based on the analyzed surface shape data, a processing area and a patterning area of the workpiece are designated, and predetermined values are assigned to the designated processing area and the patterning area. A controller for controlling the laser processing unit to be processed and patterned into a shape;
Including,
The laser beam is a processing system of a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology, characterized in that the ultrashort pulse laser.
 청구항 1에 있어서,
상기 표면형상측정부는,
상기 가공물의 위치와 형상을 측정하는 변위센서와,
상기 가공물의 형상을 촬영하는 카메라와,
상기 변위센서와 상기 카메라의 위치를 조정하는 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템.
The method of claim 1,
The surface shape measuring unit,
A displacement sensor for measuring the position and shape of the workpiece;
A camera for photographing the shape of the workpiece;
A processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology, characterized in that it includes a stage for adjusting the position of the displacement sensor and the camera.
 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
PLC 기반으로 제어되고, 상기 표면형상측정부와 상기 레이저가공부의 전원공급을 제어하며, 상기 가공물의 표면형상의 이미지를 온 더 플라이 방식으로 상시 변환하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템.
The method of claim 1,
The control unit,
Ultrashort pulse laser patterning processing technology characterized in that it is controlled based on PLC, controls the power supply of the surface shape measurement unit and the laser processing unit, and constantly converts the image of the surface shape of the workpiece in an on-the-fly manner. Processing system of friction stir welding tools using
 청구항 1에 있어서,
상기 레이저가공부는,
상기 레이저 빔을 발생시키는 레이저 광원과,
상기 레이저 광원에서 발생되는 상기 레이저 빔의 단부형상을 가공하는 레이저 빔 가공부와,
상기 레이저 빔 가공부에서 가공된 레이저 빔의 분할 경로 및 레이저 빔 단부의 크기를 조절하는 레이저 빔 형상 제어부와,
상기 레이저 빔 형상 제어부에서 조절된 레이저 빔의 초점을 맞추기 위한 포커싱 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템.
The method of claim 1,
The laser processing unit,
a laser light source generating the laser beam;
A laser beam processing unit for processing an end shape of the laser beam generated from the laser light source;
A laser beam shape control unit for adjusting the split path of the laser beam processed in the laser beam processing unit and the size of the end of the laser beam;
A processing system for a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology, characterized in that it comprises a focusing unit for focusing the laser beam adjusted by the laser beam shape control unit.
 청구항 4에 있어서,
상기 레이저가공부는,
상기 레이저 광원과 상기 레이저 빔 가공부 사이에 구비되는 레이저 빔 분할기와,
상기 레이저 빔 분할기의 일 측에 구비되어 분할되는 레이저 빔에 육안으로 확인이 가능하도록 색상을 부여하는 가이드 빔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템.
The method of claim 4,
The laser processing unit,
A laser beam splitter provided between the laser light source and the laser beam processing unit;
Processing of a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology, characterized in that it further comprises a guide beam provided on one side of the laser beam splitter to give a color to the divided laser beam so that it can be visually confirmed. system.
 청구항 4에 있어서,
상기 레이저가공부는,
상기 레이저 빔 형상 제어부를 통해 조사되는 레이저 빔의 경로를 전환하는 반사경과,
상기 반사경을 통해 경로가 전환된 레이저 빔이 상기 포커싱 유니트에 차단 또는 전달되도록 제어하는 레이저 빔 셔터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템.
The method of claim 4,
The laser processing unit,
A reflector for changing the path of the laser beam irradiated through the laser beam shape control unit;
The processing system of a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology, characterized in that it further comprises a laser beam shutter for controlling the laser beam whose path has been converted through the reflector to be blocked or transmitted to the focusing unit.
 청구항 4에 있어서,
상기 레이저가공부는,
상기 포커싱 유니트의 일 측에 소정거리 떨어져 구비되며, 상기 포커싱 유니트로 조사되는 레이저 빔의 상태를 실시간으로 체크하여 상기 레이저 광원에 수신되는 전기신호를 전달하는 관찰 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공시스템.
The method of claim 4,
The laser processing unit,
Further comprising an observation optical system provided at one side of the focusing unit at a predetermined distance from each other and checking a state of the laser beam irradiated to the focusing unit in real time and transmitting an electrical signal received to the laser light source. A processing system for friction stir welding tools using short pulse laser patterning processing technology.
 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항으로 구성되는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법에 있어서,
가공물의 표면형상을 측정하는 측정단계;
측정된 상기 가공물의 표면형상데이터를 분석하고, 분석된 상기 표면형상데이터를 기반으로 상기 가공물의 가공영역과 패터닝영역을 지정하는 단계;
상기 가공영역을 기반으로 상기 가공물에 레이저 빔을 조사하여 소정의 형상으로 가공하는 가공단계;
상기 패터닝영역을 기반으로 상기 가공물의 표면에 레이저 빔을 조사하여 소정의 형상으로 패터닝하는 패터닝단계;
를 포함하되,
상기 레이저 빔은, 극초단 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 패터닝 가공 기술을 이용한 마찰교반용접 공구의 가공방법.In the processing method of the friction stir welding tool using the ultrashort pulse laser patterning processing technology composed of any one of claims 1 to 7,
A measuring step of measuring the surface shape of the workpiece;
analyzing the measured surface shape data of the workpiece and designating a processing area and a patterning area of the workpiece based on the analyzed surface shape data;
A processing step of processing the workpiece into a predetermined shape by irradiating a laser beam on the workpiece based on the processing area;
a patterning step of irradiating a laser beam to the surface of the workpiece based on the patterning area and patterning it into a predetermined shape;
Including,
The laser beam is a method of processing a friction stir welding tool using ultrashort pulse laser patterning processing technology, characterized in that the ultrashort pulse laser.
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