KR890002379Y1 - 레이저 가공처리기계의 광축편차 탐지장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

레이저 가공처리기계의 광축편차 탐지장치

제1도는 본 고안의 실시예를 보여주는 레이저 가공 처리기계의 측면도.

제2도는 본 고안 레이저 가공 처리기계의 평면도.

제3도는 편차 탐지 장치의 설명도.

제4도 및 제5도는 편차량 탐지의 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 가공처리기계 3 : 레이저 공진기

9 : 베이스 11 : 오버헤드빔

17 : Y축 캐리지 23 : X축 캐리지

33a, 33b, 33c : 빔 밴더 35 : 집광렌즈

39 : 기준판 41 : 영상감지기

43 : 표시장치

본 고안은 레이저 광선을 사용하여 판형재를 절삭하는 레이저 가공처리기계에 관한 것으로, 특히 광축 위치의 정확한 탐지를 통한 가공작업의 정확도 향상에 관한 것이다.

레이저 가공처리 기계에 있어서, 작업은 수치제어장치나 컴퓨터의 조절하에 행해지게 된다. 그러한 레이저 처리기계에서는 피가공될 판형재의 위치와 레이저 광선의 광축 위치간에 정확한 위치관계 설정이 요구되어진다.

피가공재가 놓일 위치는 레이저 광선의 광축과 연관하여 설정되어지며, 그 위치를 수치제어장치와 같은 조절장치에 입력시키게 되면 그 입력 위치로 부터 레이저 광선의 광축 위치가 설정되게 된다. 그 후에, 작업에 따른 피가공재의 위치가 조절장치에 입력된 수치에 따라 결정된다.

피가공재를 위치시킨후, 용삭과 같은 레이저 가공작업이 실시될때 피가공재의 위치와 레이저 광선의 광축 위치가 정확히 유지되면 아무문제가 발생하지 않는다. 그러나 레이저 가공처리 기계내에서 집광렌즈의 교환이나 혹은 작업중 광로체계의 에러(error)로 레이저 광선의 광축 위치에 작은 편차가 발생할 수 있으며 이로 인해 정확한 작업에 바람직하지 못한 결과가 발생할 수 있다.

더우기 불가시 광선인 CO₂-레이저가 일반적으로 사용 되므로 레이저 광선의 광축편차를 탐지하기가 비교적 어렵게 된다.

본 고안은 전술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 고안의 제1의 목적은 일반적으로 사용되는 CO₂레이저공진기를 사용하는 레이저 가공처리기계에서 레이저 광선의 광축 편차량을 용이하게 탐지할 수 있는 탐지장치를 제공하는 것이고, 제2의 목적은 레이저 광선의 광축 편차량을 탐지할 수 있고, 편차량을 조정시킴으로 높은 정확도로 레이저 가공작업을 수행할 수 있는 레이저 처리 기계를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적과 장점은 도면을 참고로 하는 실시예의 설명을 통해 보다 명백해 질 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 고안에서는, 다수의 영상감지기가 특정 중심점 주위에 방사상으로 배설되는데, 레이저 가공처리기계로 부터 각 영상감지기로 조사되는 레이저 광선의 광축위치는 최소한 세 위치의 영상 감지기를 근거로 하여 계산되고 배치된다.

제1도 및 제2도에서, 레이저 가공처리기계(1)는 CO₂-레이저 공진기와 같은 레이저 공진기(3) 및 C-형 구조로된 본체프레임(5)를 구비한다.

레이저 공진기(3)는 쉽게 구입할 수 있는 것이므로 세부구조에 대한 상세한 설명을 생략한다.

본체프레임(5)은 판형 피가공재(W)가 놓이게될 테이블(7)을 지지하는 베이스(9), 베이스(9)의 위에 배설되는 오버헤드빔(11) 그리고 베이스(9)의 오버헤드빔(11)을 C자형 구조로 연결시켜 주는 수직지주(13)로 이루어진다.

테이블(7)의 윗면에는 피가공재(W)를 부드럽게 지지해주기 위해 회전가능한 강철 불을 장착한 다수의 마찰 감소장치(7a)가 착설된다. 베이스(9)의 양축에는 (제3도에서는 전, 후면) 수평으로(제1도의 좌, 우로) 연장가능한 한쌍의 Y-축 가이드바(15)가 착설되고, 상기Y-축 가이바에는 Y-축 가이드바와 함께 좌우로 유동하는 한쌍의 Y-축 캐리지(17)가 장착된다.

양 Y-축 캐리지(17)는, 테이블(7)의 윗면과 작은 틈을 유지한채 X-축 방향(Y-축 가이드바(15)와 수평, 수직 방향)으로 연장된 연결부재(19)에 의해 서로 연결되어 있다. 따라서 양Y-축 캐리지(17)는 총체적으로, Y-축 방향(제1도의 좌우방향)으로 유동한다.

연결부재(19)에는 Y-축 가이드바(15)와 직각을 이루는 X-축 방향으로 연결된 X-축 가이드바(21)가 착설되고, X-축 가이드바(21)에는 X-축 가이드바와 함께 유동하는 X-축 캐리지(23)가 장착되며, X-축 캐리지(23)에는, 테이블(7)의 윗면에 유동가능하게 지지되는 피가공재(W)의 하부를 죄어 주는 다수의 클램프(25)가 착설된다.

따라서, X-축 가이드바(21)와 함께 X-캐리지(23)를 적절히 유동시키면 피가공재(W)는 클램프(25)에 죄어진 상태로 X-축 방향으로 유동하게 된다.

마찬가지 방법으로, X-축 캐리지(23)를 X-축 방향으로, Y-축 캐리지(17)를 Y-축 방향으로 유동시킴으로써 피가공재(W)를 X-축 및 Y-축 방향으로 유동시켜 위치를 설정시킬수 있게 된다.

Y-축 가이드바(15)와 평행하여 연장된 암(27)은 연결부재(19)의 일단(제2도에서는 상단)에 장착되었으며, 한쌍의 가동테이블(29a)(29b)은 테이블(7)의 양측면에 장착된다.

암(27)의 표면과 테이블(7) 및 가동테이블(29a)(29b)의 표면은 같은 높이로 평면을 유지하며, X-축 방향으로의 멈춤장치(31)는 표면에 대해 돌설되거나 내장될 수 있도록 암(27)의 상단 부근에 착설된다. 따라서, 피가공재(W)의 모서리가 돌설된 상태의 멈춤장치(31)에 고정되면 피가공재(W)는 X-축 방향의 위치가 결정되며, Y-축 캐리지(17)가 제1도 및 제2도에서 가장 좌측에 위치하고, 클램프(25)가 개방된 상태에서 클램프(25)에 장착된 멈춤장치(도면에는 나타나지 않음)에 피가공재(W)가 고정될 때 Y-축 방향의 위치가 결정된다.

전술한 설명에서 알수 있듯이, 원위치(X=0, Y=0인 위치)는, Y-축 캐리지(17)가 제1도 및 제2도에서 가장 좌측에 위치했을때, 멈춤장치(31)의 접촉면을 통과하는 Y-축방향의 직선과 클램프(25)의 멈춤장치(도면에 나타나지 않음)의 접촉면을 통과하는 X-축 방향의 직선과의 교차점과 일치하게 된다. 따라서 피가공재(W)의 중심부는 Y-축 캐리지가 제1도 및 제2도에서 가장 좌측에 있을 때 원위치(X=0, Y=0)와 일치한다. 이런 상태에서, 피가공재(W)는 피가공재(W)를 클램프(25)에 죄어주고 그것을 원위치와 연관하여 X-축 및 Y-축 방향으로 유동시킴으로 정확한 위치를 잡게 된다.

상기 구조에서, Y-축 캐리지(17)와 X-축캐리지(23)는 피가공제(W)의 정확한 위치를 잡아주기 위해 수치제어장치나 컴퓨터와 같은 조절장치의 조절로 X-축 및 Y-축 방향으로 유동할 수 있게 된다.

레이저 공진기(3)로 부터 전달되는 레이저 광선을 적절하게 반사시켜 주기 위해 다수의 빔 밴더(반사거울)(33a)(33b)(33c)가 오버헤드 빔(11)에 장착되었으며, 레이저 광선은 도버헤드 빔(11)의 전단부에 장착된 빔 밴더(33c)에 의해 테이블(7)의 표면에 수직으로 반사된다.

또한, 레이저 광선을 피가공재(W)의 표면에 미세한 직경의 촛점으로 집광시켜 주는 집광렌즈(35)가 수직으로 조절가능하게 오버헤드 빔(11)의 전단부에 장착되어 있다.

도면에는 나타나지 않지만, 피가공재(W)의 가공부위에 보조개스를 분출시켜 주는 노즐이 오버헤드 빔(11)의 전단부의 아래에 착설되며, 그 아래도 작업중 발생하는 가공찌끼나 가스를 처리하는 집진장치가 베이스(9)에 착설된다.

상기 구조에서, 피가공재(W)는, 레이저 공진기(3)로 부터 전달된 레이저 광선을 테이블(7)위의 피가공재(W)에 조사시키고, 노즐로 부터 보조개스를 분출시키며 피가공재(W)를 X-축 및 Y-축 방향으로 적절히 유동시킴으로써 원하는 형태로 가공처리 된다.

그러나, 레이저 광선의 광축위치와, 피가공재(W)를 X-축 및 Y-축 방향으로 유동시키면서 가공작업을 수행하는에 기준이 되는 원위치(X=0, Y=0)와의 상관관계에 편차나 오차가 발생하게 되면 가공정확도는 떨어지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 고안에서는 레이저 광선의 광축 편차량을 탐지하는 편차 탐지 장치가 배설된다.

제2도 및 제3도에서, 편차 탐지장치(37)는 다수의 영상감지기(41)가 장착된 표시장치(43)를 구비하는데, 위치감지기(43)는 각기 수직으로 배설된 측판(39a)(39b)을 구비한 기준판(39)에 착설된다.

각 영상 감지기(41)는 광감응부와 전자주사부를 구비하는데 광감응부내에는 반도체로 이루어진 광감용 소자들이 직선상으로 배설되고, 전자 주사부는 치수변환기로 이루어진다. 상기 영상 감지기(41)는 광감응부에 전자가 주사 될때 광감응부내에 조사된 광선량에 따름 출력을 탐지할 수 있도록 개조된 것이다.

그러므로 광감응부에 조사되는 광전자량은 광감응부의 출력을 탐지함으로써 알 수 있다.

제4도에서, 영상감지기(41)는 중앙부인A점 주위에 방사상으로 배설되며, A점으로 부터 각 영상감지기(41)까지의 거리는 동일하게 된다.

제3도에서, A는 X-축 방향의 거리 a와 Y-축방향의 거리b가 동일한 곳에 위치하는데 이곳에서 기준판(39)의 가로, 세로 중심전의 교차점과 원위치가 일치하게 된다. 따라서, A는, X-축으로 c만큼 그리고 Y-축으로 d만큼 유동시킴으로B(X=a+c, Y=b+d)에 놓이게 되는 레이저 광선의 광축과 일치하게 된다. A가 유동하여 B와 일치 할때 레이저 광선이 제4도 및 제5도에서 나타난 대로 영상감지기(41)에 조사된다면 각 영상감지기(41)는 그 조사량에 따라 감응하게 된다.

레이저 광선이 영상감지기에 조사될때는 반거울과 같은 적절한 장치로 레이저 광선의 에너지를 감소시키는 것이 바람직하다. A와 B가 일치하게 되면 영상감지기내에서 레이저 광선을 받는 부분과, 받지 않는 부분의 경계점인 P₁, P₂, P₃, P₄와 A까지의 거리는 동일하게 된다. 그러나 레이저 광선의 광축이 위치를 벗어나면 A와 각 경계점 P1, P2, P3, P4의 거리는 동일하지 않게 된다.

따라서, A에 대한 레이저 광선의 광축편차량(Q)은 적절한 세점, 예를 들어 P₁, P₂, P₃의 위치를 탐지하거나 혹은 선분의 수직 이등분선과 선분의 수직이등분선의 교차점(B')을 탐지함으로써 알아낼수 있다. 그러므로, 레이저 광선의 광축편파가 발생했을 경우에도 광축편차량(Q)만큼 수정을 가함으로써 높은 정확도로 레이저 가공작업을 수행할 수 있게 된다.

기준판(39)을 B에 일치시키는 절차는 전술한 바와 같이, 첫째 Y-축 캐리지를 제1도 및 제2도의 가장 좌측에 위치시키고, 둘째 기준판(39)을 피가공재(W)에서와 같은 방법으로 X-축 및 Y-축 방향으로 조절하여, 셋째 기준판(39)을 피가공재에서와 같이 클램프(25)에 죄어진 상태로 X-축 및 Y-축방향으로 유동시킴으로 이루어진다.

표시장치(43)는 편차탐지기(37)에 장착된다. 상기 표시장치(43)는 각 영상감지기(41)와 전기적 장치로 연결되어 있으며, 각 경계점 P₁, P₂, P₃, P₄에 따른 각 영상감지기(41)로 부터의 입력을 바탕으로B'의 위치를 탐지, 계측하여 편차량(Q)을 표시할 수 있도록 개조된 것이다.

따라서 레이저 광선의 광축 중심에 대한 편차량은 표시장치(43)에 나타난 수치를 판독하여 알 수 있으며, 그에 의해 편차량 만큼 쉽게 전향시킬 수 있다.

전술한 바에서 알수 있듯이, 본 고안에 따르면 레이저 광선의 광축 중심에 대한 전향량(편차량)을 쉽게 탐자할 수 있기 때문에 편차량만큼 전향시킴으로 레이저 가공의 정확도가 향상되어 진다. 아울러, 집광렌즈의 교환이나 레이저 광선의 광로체계내에서의 에러(error)로 인해 광축편차가 발생했을 경우에도 레이저 가공은 아무 문제없이 높은 정확도로 수행될 수 있다.

전술한 본 고안의 실시예 외에도 본 고안의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정이 가능할 것이다.

따라서 본 고안의 범위는 후술한 청구범위에 의해서만 제한될 것이다.

Claims (3)

1. 기준판(39)이 레이저 가공처리 기계(1)에 X-축 및 Y-축 방향으로 유동 가능하게 착설된 캐리지(17),(23)에 이격자재하게 장착되고, 다수의 영상감지기(41)가 기준판(39)의 표면 중앙점을 중심으로 방사상으로 배설됨과 동시에 레이저 공진기(3)로부터 각 영상감지기(41)로 전달된 레이저 광선의 조사에 따라 최소한 3개 위치의 영상감지기(41)를 근거로 계측된 레이저 광선의 광축 중심을 표시하도록 구성된 표시장치(43)가 장착됨을 특징으로 하는 레이저 가공 처리기계의 광축 편차 탐지장치.
2. 제1항에 있어서, 다수의 영상감지기(41)는 기준판(39)에 장착도며, 각 영상감지기(41)는 반도체로 이루어진 다수의 광감응 소자가 직선상으로 배설된 광감응부를 구비함을 특징으로 하는 광축 편차 탐지 장치.
3. 제1항에 또는 제2항에 있어서, 레이저 가공처리기계(1)는 기준판(39)을 베이스(9), 집광렌즈(35)를 상하로 조절가능하게 지지하는 오버헤드빔(11) 그리고 레이저 공진기(3)로 부터 전달된 레이저 광선을 기준판(39)의 표면에 수직으로 전향 조사 시키는 다수의 빔 밴더(33a)(33b)(33c)를 구비함을 특징으로 하는 광축 편차 탐지장치.