KR890003651B1 - Beam removal laser processor - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 이 발명의 전체구성도.1 is an overall configuration diagram of the present invention.
제2도는 일부를 단면으로 도시한 X축 이송기구의 정면도.2 is a front view of the X-axis feed mechanism showing a portion in cross section.
제3도는 X축 이송기구의 측면도.3 is a side view of the X-axis feed mechanism.
제4도는 레이저 빔의 X·Y축 전송 상태를 보여주는 부분평면도.4 is a partial plan view showing the X-Y-axis transmission state of the laser beam.
제5도는 X축 이송 서보모터 및 랙의 조립상세도.5 is an assembly detail of the X-axis feed servo motor and rack.
제6도는 Y축 이송기구의 평면도.6 is a plan view of the Y-axis feed mechanism.
제7도는 일부를 절개한 Y축 이송기구의 평면도.7 is a plan view of the Y-axis feed mechanism with a part cut away.
제8도는 Z축 이송기구의 정면도.8 is a front view of the Z-axis feed mechanism.
제9도는 Z축 이송기구의 측면도.9 is a side view of the Z-axis feed mechanism.
제10도는 Z축 이송기구의 횡단면도.10 is a cross-sectional view of the Z-axis feed mechanism.
제11(a)도, 제11(b)도는 레이저 빔 반송경로의 사시도.11 (a) and 11 (b) are perspective views of the laser beam transport path.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 레이저 발진기 2 : 레이저 빔1: laser oscillator 2: laser beam
3,4,5 : 빔 밴더 5 : 포지셔너3,4,5: Beam Bender 5: Positioner
7 : 포커스렌즈 8 : 노즐 앗세이7: Focus lens 8: Nozzle assembly
9,9' : 랙 10.10' : 피니언9,9 ': rack 10.10': pinion
11.11' : 서보모터 12,12' : LM 가이드11.11 ':
13 : 서보모터 14 : 피니언13: servomotor 14: pinion
15 : 랙 16.16' : LM가이드15: Rack 16.16 ': LM Guide
17 : 서보모터 18 : 볼스크류17: servo motor 18: ball screw
18' : 볼너트 20,20' : LM 가이드18 ':
30 : 베드 31 : X축 이송부재30: bed 31: X axis transfer member
31' : 슬라이딩부재 32 : 수직평면31 ': sliding member 32: vertical plane
33 : Y축 이송부재 33' : 슬라이딩부재33: Y-axis feed member 33 ': sliding member
34 : Z축 이송부재 34' : 슬라이딩부재34: Z-axis feed member 34 ': sliding member
35 : 지지판35: support plate
이 발명은 빔 이동식(Beam Moving)레이저 가공기에 관한 것이다.The present invention relates to a beam moving laser machine.
주지하다시피 레이저 가공기는 그 구성이 레이저 빔을 방출하는 레이저 발진기, 워크스테이션(workststion), 수치제어장치(NC), 레이저 빔의 반송 경로를 구성하는 빔 밴더(Beam Bender) 그리고 레이저 광속을 이동시키는 무빙 시스텝(Moving System)으로 되어있다. 종래 레이저 가공기를 보면, 테블무빙(Table Moving)형은 소형 가공기에 적용되는 형태로서 대형화 자동차에 그 적용이 어렵고, 홀더(Holder Moving)형은 사이즈에 제한이 있으며, 소재가 빠르게 움직여도 홀더의 기능에 의해 위치, 정도가 보장 되기는 하나 레이저 빔이 고정된 상태에서 소재가 움직이면서 가공작업을 행하기 때문에 자동화의 일관된 작업라인에 적용할 수 없고 넓은 설치공간이 필요하게 되는 것이다. 또, 홀더무비형에 빔무빙형을 조합한 형태도 있으며, 테이블무빙형과 빔 무빙형의 조합형도 있다.As is well known, a laser processor is used to move a laser oscillator, a workstation (workststion), a numerical controller (NC), a beam bender, and a laser beam, which constitute a conveyance path of the laser beam. It is a moving system. In the conventional laser processing machine, the table moving type is applied to a small processing machine, and it is difficult to apply it to a large-sized car, and the holder moving type has a limitation in size, and even if the material moves quickly, Although the position and accuracy are guaranteed, the machining work is performed while the material moves while the laser beam is fixed. Therefore, it is not applicable to a consistent work line of automation and requires a large installation space. In addition, there may be a combination of a holder moving type and a beam moving type, and there may be a combination of a table moving type and a beam moving type.
테이블-빔 무빙형은 설치 공간이 비교적 적게들어 부분적인 자동화 라인에 쓸 수 있다. 이와 같은 레이저 가공기의 빔 무빙에 있어서는 1축 또는 2축 무빙에 그치고 있으며 그나마도 레이저 반송경로의 정도 유지에 만족할 만한 성과를 얻을 수 없는 것이 었다. 이와 같은 레이저 가공기에 있어서, 빔무빙형은 자동 가공라인의 설치가 쉽고 작업능률을 크게 제고할 수 있음은 물론 대형화 설비에 적합함에도 불구하고 완전한 3축 빔무빙형 가공기가 제공되고 있지 못한 이유는 레이저 빔의 정밀한 반송경로 정렬(Alignmint)이 어렵고 그 조절이 힘들기 때문이다. 예컨데, 머시닝세터에서의 3축 구성은 축 이동이 직접 금속부재간의 넓은 접속면에 의해서 이루어지고 있으나 레이저 가공기에서는 레이저 빔이 빔 밴더의 거울면에서 반사되어 축방향으로 정밀하게 반사되며, 이와 같은 레이저 빔의 경로는 X.Y.Z축의 다이나믹한 변동에도 불구하고 고도의 정밀도를 유지해야 하는 점에서 그 어려움이 있는 것이다.The table-beam moving type requires relatively little installation space and can be used for partial automation lines. In the beam moving of such a laser processing machine, it is only one axis or two axis moving, but it cannot achieve satisfactory results in maintaining the accuracy of the laser carrier path. In such a laser processing machine, the beam moving type is easy to install an automatic processing line, greatly improves the work efficiency, and is suitable for a large-scale installation. Precise alignment of beams is difficult and adjustment is difficult. For example, in the three-axis configuration of the machining setter, the axial movement is directly made by the wide connection surface between the metal members, but in the laser processing machine, the laser beam is reflected from the mirror surface of the beam bander and precisely reflected in the axial direction. The path of the beam is difficult in that it must maintain a high degree of precision despite the dynamic variation of the XYZ axis.
이 발명을 첨부 도면에 따라서 상세하게 설명하면 다음과 같다.This invention is demonstrated in detail according to an accompanying drawing as follows.
제1도는 이 발명의 전체 구성도이다. 레이저 발진기(1)에서 발생한 레이저 빔(2)은 제1, 제2, 제3빔 밴더(3)(4)(6)에 의하여 X.Y.Z축으로 반송되며 Z축 말단에서 포커스렌즈(7)에서 접속되고 노즐 앗세이(8)를 통해 소재에 투사되어 소재를 가공한다. 이와 같은 레이저 빔 반송경로 정렬을 제11도에 보였다. 여기에서 빔밴더(3)(4)(6)들의 대응 자세를 정밀하게 유지할때 이들 X.Y.Z축의 이송은 레이저 빔의 정렬상태에 변동을 주지 아니하는 것이다. 또, 빔 밴더(3)(4)(6)은, 빔반사용 거울, 냉각장치, 자세조절 장치들의 조합으로 이루어져 있으며, 3축 이송기구상에 장착되었다.1 is an overall configuration diagram of the present invention. The
이제 축이송 기구들의 구성 및 동작을 보자Now let's look at the configuration and operation of the axis feed mechanisms.
제1도, 제2도, 제3도 및 제5도에 X축 이송기구들이 도시되었다. X축을 이송은 베드(30)상에서 양각 교량형 X축 이송부재(31)에 의해 행해진다. 이를 위해 수평면 베드(30)에 X축 LM 가이드(12)(12')가 평행하게 고정되고 이동부재(31)의 양각부 저부 슬라이딩부재(31')가 X축 이동 가능하게 접속되었으며, 다시, 양각부에 부착된 서보모터(11)(11')의 피니어(10)(10')은 베드에 고정된 X축 방향의 랙(9)(9')에 접속되었다. 그리하여 X축의 이송은 수치제어유니트(NC)에서 서보모터(11)(11')에 이송 지령을 보내면 그와 연결된 일련의 내부 기어군을 거쳐 피니언(10)(10')을 회전시킨다. 이 피니언이 랙(9)(')을 따라 움직이는데 정밀한 X축 행정은 LM 가이드(12)(12')가 지배하게 된다. 또, X축의 이송은 서보모터(11)(11')에 내장된 리졸버에 의해 폐쇄루프 위치 제어가 가능하며 이를 더 정밀하게 피드백(feed back) 시키기 위해 리니어 스케일을 사용할 수 있다. 경제성을 생각하여, 이것을 생략해도 0.025mm/300mm의 정밀도 유지는 가능하다.X-axis transport mechanisms are shown in FIGS. 1, 2, 3 and 5. The X-axis is conveyed by the embossed bridge type
x축의 이송은 상기한 위치 제어 이외에 두개의 서보모터(11)(11')를 동기(Cyncronizing) 시키므로써 정밀도 유지를 보장할 수 있다. 이를 위해 하나의 서보모터는 주서보모터(11)로, 다른하나는 종서보모터(11')를 정하고 NC의 지령이 주어졌을때 주서보모터(11)가 움직인 량과 종서보모터(11')가 움진인량을 비교회로에서 비교한 후 지령치와의 차이값을 주서보모터(11)에 보내 지령치와 일치 시킨다. 종서보모터(11')에는 주서보모터와 지령치의 차이값 및 종서보모터의 차이값을 피드백시켜 주·종서보모터를 동기 시킴으로써 X축 이송자세를 정밀하게 유지할 수 있는 것이다.The x-axis feed can ensure accuracy maintenance by synchronizing the two
제6도 및 제7도에 Y축 이송기구가 도시 되었다. Y축 이송은 X축 이송부재(30)상에서 이루어진다. X축 이송부재 보디의 수직평면(32)에 두개의 수평 Y축 LM 가이드(16)(16')가 평행 상태로 고정되었고, Y축 이송부재의 슬라이딩 부재(33')가 가이드에 접속되어 Y축 이송자세를 지배하며, X축 이송부재에 고정된 랙(15)과 Y축 이송부재에 부착된 서보모터(13)의 피니언(14)이 접속되어 Y축 이송부재는 NC의 지령에 따라 Y축으로 이송되고 피드백 신호에 의해 위치 보상이 이루어진다.Y-axis feed mechanisms are shown in FIGS. 6 and 7. Y-axis feed is performed on the X-axis feed member (30). Two horizontal Y-
제8도, 제9도, 제10도에 Z축 이송기구가 도시되어 있다. Z축 이송은 Y축 이송부재(33)상에서 이루어진다. Y축 이송부재(33)의 수직 평면에 두개의 수직 Z축 LM 가이드(20)(20')가 평행 상태로 부착 되었고 Z축 이송부재(34)의 슬라이딩부재(34')가 가이드에 접속되어 Z축 이송자세를 지배하며, Y축 이송부재(33)에 고정된 서보모터(17)축단의 볼스크류(18)가 Z축 이송부재의 볼너트(18')에 결합되어 NC의 지령에 따라 서보모터(17)가 볼스크류(18)를 회전시킴으로써 Z축 이송부재(34)가 Z축상에서 이송되고 피드백신호에 의하여 위치의 보상이 이루어진다.8, 9 and 10 show the Z-axis feed mechanism. The Z axis feed is performed on the Y
이제, 빔 밴더(3)(4)(6)들과 축 이송기구의 결합을 설명한다.Now, the combination of the
제1빔 밴더(3)는 레이저 발진기(1)상에 장착되었다. 이 빔 밴더는 레이저 발진기로부터 방출하는 레이저 빔(2)을 X축 방향으로 회절시킨다. 제2빔 밴더(4)는 X축 이송부재(33)의 지지판(35)에 장착된다. 이 빔 밴더는 X축을 진행하는 레이저 빔을 직각으로 회절시켜 Y축 방향으로 진행시킨다. 제3빔 밴더(6)는 Z축 이송부재(34)에 장착되며 제2빔 밴더에서 Y축 방향으로 진행하는 레이저 빔을 Z축 방향으로 회절시킨다.The
이와 같이 빔 밴더들은 이송기구상에 장착되어 정밀한 3축 이송이 자유로우면서 대응의 자세를 한결같이 유지할 수 있어 빔 밴더들의 거리가 가깝고 멀게 연속적으로 변동되는 상태하에서 정밀한 레이저 빔 반송경로의 정렬 상태를 유지할 수 있는 것이다.As such, the beam benders can be mounted on the transfer mechanism to maintain precise posture of the three axes freely and maintain the corresponding posture, so that the precise alignment of the laser beam carrier path can be maintained under the condition that the distance between the beam banders is close and far and continuously. It is.
위와 같이 빔 밴더에 의하여 얻는 X.Y.Z축의 반송경로 정령이 이루어지기 위해서는 이송기구들의 정밀한 제작 또 빔 밴더들에 의한 레이저 빔의 점밀한 축방향 회절이 필요하다. 이와 같이 레이저 빔을 축 방향에 일치시키기 위해서는 제1빔 밴더에서 회절된 레이저 빔이 제2빔 밴더에 입사되는 위치가 최단거리와 최장거리의 두 위치에서 일치해야 한다. 또 제2빔 밴더에서 회절된 레이저 빔은 제3빔 밴더에 입사되는 위치가 최단거리와 최장거리의 두 위치에서 일치되어야 한다. 마찬가지로 제3밴더에서 회절된 레이저 빔은 노즐 앗세이(8)에 입사되는 위치가 최단거리와 최장거리에서 일치해야 한다. 이러한 레이저 빔의 회절각 조절에 의한 반송경로 정렬은 레이저 가공기에서 정밀도를 결정하는 중요한 기능의 하나이며, 빔 밴더 내부 거울면의 자세 조절로서 이루워진다.As described above, in order to achieve the carrier path element of the X.Y.Z axis obtained by the beam bender, precise manufacturing of the transfer mechanisms and the detailed axial diffraction of the laser beam by the beam benders are required. As such, in order to coincide the laser beam in the axial direction, the position where the laser beam diffracted in the first beam vendor is incident on the second beam vendor must coincide at two positions, the shortest distance and the longest distance. In addition, the laser beam diffracted in the second beam bender has to coincide in two positions, the shortest distance and the longest distance, which is incident on the third beam bender. Similarly, the laser beam diffracted in the third vendor should coincide in the shortest distance and the longest distance to the incident position of the nozzle assembly 8. The carrier path alignment by adjusting the diffraction angle of the laser beam is one of the important functions for determining the accuracy in the laser processing machine, and is performed as the attitude adjustment of the mirror surface inside the mirror.
빔 밴더들에는 X.Y.Z축 미세조절 포지셔너(5)가 장착되어 있어 이를 조작하여 회절각의 조절을 행한다. 조절요령을 소개하면, 제2빔 밴더에 석면판을 부착하고, 최단거리와 최장거리에서 레이저 빔을 방출하면서 두 경우 입사되는 레이저 빔의 위치가 일치되게 제1빔 밴더를 조작한다. 조절이 끝난후 제2빔 밴더상의 석면판이 제거된다. 다음은 제3빔 밴더에 석면판을 부착하고 역시 최단거리와 최장거리에서 레이저 빔을 방출하면 제2빔 밴더를 조작하여 석면판에 입사되는 레이저 빔의 위치가 일치되게 한다. 마찬가지 요령으로 노즐 앗세이에 석면판을 부착하고 제3빔 밴더의 자세를 조절한다. 이러한 조작이 성공적으로 끝나면 레이저 빔은 이송기구의 다이나믹한 3축 이송중에도 Z축의 전송경로에서 언제든지 정확한 위치에서 노즐에 입사된다.The beam banders are equipped with an X.Y.Z-axis
노즐 앗세이에는 포커스렌(7)가 장착되어 있어 노즐 앗세이에서 접속광속이 주사될 때에는 미세한 직경의 광속이되어 막대한 에너지 빔이 되는 것이며 이것이 소재에 입사되면 입사부누이 순간적으로 증발되어 절단을 행할 수 있는 것이다. 이로써 이 발명의 전체구성이 설명되었으며, 레이저 빔을 포위하기 위한 신축류브, 렌즈를 보호하기 위한 노즐의 개스분사, 렌즈 및 노즐의 냉각에 관한 구성등 일반적으로 알려져 있는 구성에 대하여 설명을 생략했음을 부연해 둔다.The nozzle assembly is equipped with a focus lens 7 so that when the connection beam is scanned from the nozzle assembly, it becomes a beam of fine diameter and becomes an enormous energy beam. It can be. As a result, the overall configuration of the present invention has been described, and descriptions of generally known configurations, such as expansion valves for enclosing the laser beam, gas injection of nozzles for protecting the lens, and configuration for cooling the lens and the nozzle, have been omitted. Do it.
이와 같이 발명은 빔 밴더를 탑재한 3축 이송기구를 구성함에 있어 가장 기본이 되었던 X축 이송에 두개의 서보모터를 사용하며 이들을 동기시켜 미세위치 보상이 이루어지고 레이저 빔의 반송경로 정렬이 정밀하고 쉽게 이루어져 레이저 빔의 3축 이송가공기를 제공할 수 있게 된 것이며, 이로써 자동 작업라인에서의 신속한 레이저 가공작업을 행할 수 있고 대형 레이저 가공기를 제공할 수 있는 것이다.As described above, the invention uses two servomotors for X-axis transfer, which is the most basic in constructing a three-axis transfer mechanism equipped with a beam bender, by synchronizing them to achieve fine position compensation, and precisely aligning the transport path of the laser beam. This makes it easy to provide a three-axis feed machine of the laser beam, thereby enabling rapid laser machining on an automatic work line and providing a large laser machine.
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- 1986-12-30 KR KR1019860011530A patent/KR890003651B1/en active IP Right Grant
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