KR900001674B1

KR900001674B1 - 레이저 빔 절단기의 포커싱 헤드

Info

Publication number: KR900001674B1
Application number: KR1019850003526A
Authority: KR
Inventors: 길리 루이기; 페이레티 도메니코
Original assignee: 프리마 인더스트리어 에스.피.에이; 프랑코 살토리오
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1990-03-19
Also published as: IT8467512A0; IT8467512A1; EP0163207A1; KR850008123A; EP0163207B1; JPS611494A; IT1179924B; US4618758A; DE3572318D1; ATE45523T1

Abstract

내용 없음.

Description

레이저 빔 절단기의 포커싱 헤드

제1도는 본 발명의 절단헤드 종단면도.

제2도는 제1도에 있어서의 본 발명 요부 확대 종단면도.

제3도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도.

제4도는 제3도의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 포커싱 헤드부 2 : 빔

4 : 컬럼부 5 : 반사경

6 : 코오너피스 7 : 튜브상부품

9 : 튜브상부품 12 : 피니온

13 : 기어 15 : 튜브체

16 : 반사경 24 : U형 중공체

40 : 튜브상의 부재 42 : 포커싱 렌즈

43 : 노즐 44 : 원통형 엔드피이스

46 : 감지수단 47 : 필라멘트

46' : 감지기 48 : 측정기구

49 : 서어보기구 50 : 로직유니트

53 : 출력롯드 54 : 나선단

본 발명은 금속판 또는 이와 유사한 판상물질을 절단하기 위한 레이저 빔 절단기의 포커싱 헤드(Focusing Head)에 관한 것이다. 일반적으로 어떠한 형태의 금속판의 평면상 또는 어떠한 소정의 형태로 절단하기 위한 포커싱 헤드가 3차원 상의 복잡한 기계상에 주어진 경로를 따라 이동할 수 있도록 굴절자재하게 구동하는 지지구조에 연결되어 있는 것은 잘 알려져 있다. 그러나 상기와 같은 레이저 절단기는 이에 사용되어지는 레이저가 아주 두꺼운 금속판이나 이와 유사한 판상의 물질도 절단할 수 있는 완벽한 정도로 양질의 것이라 하다러도 많은 경우에 있어서 요구되는 정교하고 정밀한 상태로 절단할 수 없는 결함이 나타나고 있다. 이와 같은 결함은 항상 포커싱 헤드에 의하여서만 기인하는 것이 아니고 헤드를 작동하는 프로그램이 완벽하지 않을 때 금속판상에 리플(ripples)이 자주 발생하게 되는 직접적인 원인이 발생하게 되고 이는 상당한 결점으로 지적되고 있다. 실제로 리플의 발생은 레이저 헤드상의 단부 노즐로 부터의 빔이 절단될 금속판상의 초점이 정확히 잡히지 않게 되어 레이저 빔 에너지의 일부만이 금속판에 전달되기 때문이다.

본 발명의 목적은 절단 되어지는 판상에서 촛점이 잘 맞지 않아 발생하는 결함을 정확한 촛점 이동에 의해 완벽하게 제거할 수 있는 포커싱 헤드를 제공하는 것이다. 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동구조를 구비하고 있는 레이저 빔 절단기의 포커싱 헤드에 관련된 것으로서 상기 포커싱 헤드가 포커싱 렌즈와 출력 노즐을 각각 일체로 구비하고 있으며 이동할 수 있도록 상기 이동구조의 연결될 수 있다.

동시에 작동시 절단 되어지는 판상의 물질 특히 금속판의 표면으로부터 일정하게 주어진 이론상 거리에서 포커싱 렌즈를 유지시켜 주고 어떠한 경로를 노즐을 이동시켜 주기 위해 하나의 각을 이루도록 결합된 2개의 축을 구비하고 있으며, 또한 본 발명은 상기 헤드가 노즐의 축과 렌즈의 광합적 축상으로 평행하게 이동하는 제1, 제2부분을 포함한다는 사실로 특정지워 지는데 두부분중의 제2부분은 판상의 물질 표면으로부터 렌즈의 거리를 감지하기 위한 감지수단과 렌즈 및 노즐을 구비하고 있으며, 감지수단에 의하여 제어되는 서어보기구는 작동시 금속판의 표면으로부터 일정하게 주어진 실제거리상에 렌즈를 유지시켜 주도록 축방향으로 제1, 제2부분을 이동시켜 주기 위하여 제1, 제2부분 사이에 설치되어 있다.

본 발명의 바람직한 배치로서, 감지수단은 노즐로부터 돌출되고 노즐의 출력단상에서 동축상으로 슬라이도 접촉하게 설치된 위치검출감지기를 구비하여 작동시 금속판과 슬라이드하게 접촉하게 하며, 슬라이드 접촉하는 위치검출 감지기는 튜브상으로 형성되고 작동시 노즐로부터 분출되는 가스를 안내할 수 있게 함과 동시 절단되어질 금속판의 표면과 계속 접촉한 상태를 유지하게 됨으로서 노즐 외부로 분출되는 가스 흐름의 간섭으로부터 노즐과 금속판 표면과의 아주 미소한 거리변동의 발생도 방지하여, 정밀하고 완벽하게 절단작업을 수행할 수 있도록 한 것으로, 이를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 제1도에서 1은 레이저 파워 제네레이터(도시없음)로부터 빔(2)을 받아들이도록 설계된 포커싱 헤드 및 컷팅헤드부를 나타낸 것으로 헤드부(1) 하방에 수평으로 설치된 작업대(도시없음) 상에 배치된 판상의 피절단제(3)표면에 빔(2)의 촛점을 맞추게 되는 것이다.

헤드부(1)와 작업대는 X, Y축을 따라 서로 수직방향으로 움직일 수 있고, 작업대 상부를 평행이동할 수 있게 설계되어 있다. 제1도에서, 헤드부(1)는 X축과 Y축에 수직방향으로 설치된 칼럼부(4)하단부에 부설되어 있고, (상기 축방향을 이하 Z축방향이라 함) 헤드부(1)가 도면에는 도시되지 않은 제어장치에 의하여 칼럼부(4)를 따라 움직이도록 되어 있다. 칼럼부(4)하부에는 반사경(5)이 있어서, Z축 방향으로부터 조사되는 빔(2)을 헤드부(1) 쪽으로 보내게 된다. 반사경(5)은 칼럼부(4)의 코오너피이스(6) 내에 장치되어 있고, 코오너피이스(6)는 제1튜브상부품(7)과 함께 Z축에 평행을 유지하고 있다.

제1튜브상부품(7)은 칼럼부(4)하단부에 회전가능하게 연결되어 있어서 모우터(도시생략됨)와 연결된 구동장치(8)에 의하여 Z축을 중심으로 회전하게 된다. 코오너피이스(6)역시 제2튜브상 부품(9)과 함께 X, Y평면상에 평행하게 설치되어 있고, 제2튜브상 부품(9)은 관상의 부품(10)과 회전가능하게 연결되어 있으며, 관상의 부품(10)은 제2튜브상의 부품(9)과 동축상에 있으며 헤드부(1)로부터 방사상으로 뻗어있다. 관상의 부품(10)은 모우터(11)에 의하여 제2튜브상 부품(9)의 축을 회동시키고, 출력피니온(12)이 헤드부(1)의 기어(13)와 맞물려 돌아가게 된다. 피절단재(3)에 주어진 절단선에 따라 움직이는 헤드부(1)의 구동은 항상 피절단재(3)의 절단지점에 대하여 헤드부(1)과 수직의 유지할 수 있도록 조정하는 컴퓨터(도시생략)에 의하여 제어된다.

제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 부품(10)은 상단부가 잘려진 튜브체(15)로부터 방사상으로 나와 있고, 연결된 부품(10)의 반대편은 라디에이터(19)가 설치된 프레임(18)상에 스크류(17)에 의하여 고정된 반사경(16)에 의하여 막혀져 있다. 튜브상의 튜브체(15)는 4개의 평평한 측면(20) (21)(22)(23)에 의하여 구분되는 정사각형의 외형을 가지고 있다. 부품(10)은 표면부(21,23)과 반대쪽 표면부(22) 사이에 있는 표면부(20)로부터 뻗어나와 있다. 또한 튜브체(15)는 두 개의 측벽(26)과 아래쪽 방향으로 가운데 부분이 오목하게 굴곡된 상부(25)를 갖는 U형 중공체(24) 내부에 미끄러질 수 있도록 설치되어 있다. 이때에 각각의 측벽은 모두 통공(27)을 가지므로, 표면부(21) 및 (23)에 연결된 평평한 표면부(28)에 의하여 내부가 막히게 되는 것이다. 또한 코오너피이스(6)상의 각 통공부(27)는 외부표면이 표면부(20)와 일평면상에 놓여지고 세로방향의 오목부(30)를 갖는 벽체(29)에 의하여 막혀지게 된다. 또한 세로방향의 오목부(30)는 제4도에서 도시된 바와같이 볼가이드(31)가 있는데 그것의 제1쐐기(32)는 스크류(33)에 의하여 벽체(29)에 연결되고 제2쐐기(34)는 스크류(35)에 의하여 기어(13)의 단부 표면부(36)에 연결되며 또한 표면부(36)에 있고, 튜브체(15)의 축과 평행상태를 이루고 있는 접촉리브(37)에도 연결되어 있다.

U형 중공체(24)는 정사각형의 외부단면을 갖는 링(38)을 포함하고 있으며 벽체(25)로부터의 간격을 튜브체(15)의 길이 보다 크다. 또한 링(38)은 벽체(26)의 하단에 일체로 형성되어 있으며 튜브체(15)의 아래쪽에 위치한다. 또한 링(38)은 튜브상의 부재(40)로부터 축방향으로 위로 뻗어나온 튜브상의 부품(39)에 연결되어 있는데, 튜브상의 부재(40)는 튜브체(15)의 하단부 및 일체로 연결된 링(38)의 상단부 사이에 있는 외부 프렌지(41)위에 설치되어 있다. 그리고 튜브상의 부재(40)는 포커싱 렌즈(42)를 내부적으로 지지하며, 출력노즐(43)과 함께 그 하단에서 고정되어 있다. 출력노즐(43)은 원뿔모양의 형상을 하고 있으며, 그 개방단에서 원주형의 통공부(45)를 갖는 원주형의 엔드피이스(44)와 고정되어 있으며, 지극히 작고 미끄럼 접촉을 할 수 있는 관형감지기(46')와 축방향으로 미끌어질 수 있도록 고정되어 있다.

또한 어떤형태의 미끄럼 접촉형이나, 근접 위치감지기로 대체할 수 있는 감지기(46')는 원주형의 엔드피이스(44)보다 조금 길어야 하고, 또 구멍(45)를 통하여 출력노즐(43) 밖으로 개스가 분출될 수 있게 하며, 위치감지의 역할을 동시에 하기 위하여 그 끝이 약간 돌출되어야 한다. 제2도에서 감지기(46')는 분사노즐(43)에 따라 뻗어나온 필라멘트(47)에 의하여 강도측정기(48)에 연결되어 있다. 또한 강도측정기(48)로부터 출력 신호는 감지기(46')의 일단이 피절단재(3)에 접촉될 때 엔드피이스(44)의 중간부에 있는 감지기(46')에 의하여 감지된 위치에 따르며, 도면에는 도시되지 않았으나, 통공(27) 내부에 있는 전자회로에 의하여 서어보기구(49)를 제어하게 된다. 전술한 서어보기구(49)는 벽체(25)위에 있는 부라켓(51)에 의하여 지지되고 기어(13)에 앵커된(anchored) 로직(losic)유닛트(50)로 구성된다. 한편, 로직 유닛트(50)는 전술한 전자회로(도면에는 생락됨)와 주어진 각각의 위치에서 감지기(46')와 원주형의 엔드피이스(44)사이에서 발생하는 신호에 비례하여 전기신호를 받도록 설계되어 있다. 즉, 원주형의 엔드피이스(44)와 감지기(46')가 균형을 이루어 0을 이룰때는 공급되는 전기신호 역시 0이다.

서어보기구(49)는 브라켓(51)에 의하여 지지되고 튜브상의 튜브체(15)의 축방향과 평행한 출력롯드(53)가 설치된 리니어 액츄에이터(linear actuator)(52)를 포함하고 있다. 출력롯드(53)는 견고한 몸체(24), 튜브상의 부품(39), 튜브상의 부재(40), 렌즈(42) 및 노즐(43)등을 고정하는 나선단(54)를 가지고 있는데 그것들은 플랜지(41)가 튜브체(15)의 하단과 접촉하는 위치로부터 제2도에 도시된 것과 같이 낮아진 위치로 튜브체(15)의 축방향으로 이동될 수 있는데 그 이동은 튜브체 길이와 벽체(25)와 링(38)의 거리사이의 차이와 거의 동일한 몇밀리미터이다.

이와 같이 구성된 본 발명 레이저 빔 절단기의 포커싱 헤드가 작동을 하게 되면 헤드부(1)는 컴퓨터(도시되지 않음)의 도움으로 칼럼부(4)에 의하여 주어진 경로를 따라 이동하게 되어 주어진 절단선을 따라 피절단재(3)를 어떤 형태로든지 절단하게 된다. 절단가공중 헤드부(1)는 피절단재(3)와 접촉하는 감지기(46') 및 렌즈(42)의 초점이 피절단재(3)의 주어진 참고면을 따라 이동하여 0위치에 있는 노즐(43)을 유지시킨다. 이것은 어떤 경우이든 컴퓨터(도시 생략됨)에 의하여 제어되는 이동을 방해받지 않고 피절단재(3)와 미끄럼 접촉을 하는 감지기(46')에 의하여 피절단재의 표면과 렌즈(42)와의 거리를 포착하는 서어보기구(49)에 의하여 가능하다. 감지기(46)가 위에서 설명한 0지점으로 이동할 때 이 거리는 정확히 렌즈(42)의 초점거리와 상기 피절단재의 표면과 절단될 피절단재(3)의 참고면(일반적으로 피절단재의 중앙면)사이의 거리와 동일한 어떤 일정한 값 더한 거리와 일치한다. 또한 칼럼부(4)가 정확하게 안내되어 헤드부(1)가 앞서 말한 컴퓨터에 의하여 올바르게 위치 하였을때에 감지기(46')가 0지점을 이탈한다는 것은 절단될 피절단재(3)에 결함이 있거나, 컴퓨터의 프로그램 입력이 되지 않았을 경우이다.

앞에서 말한 모든 결합은 피절단재(3)의 절단되는 중간 참고면으로부터 렌즈(42)의 촛점이 멀어져 가게 되는 경우를 동반하게 된다. 그러나 이와 같은 경우는 유닛트(50)가 구동 액츄에이터(52)에 의하여 렌즈(42)를 축방향으로 이동시켜 절단하고자 하는 판상의 피절단재에 최적의 렌즈 초점거리를 유지하게하면 곧 없어지게 되는 것이다. 감지기(46')의 주목할 점은 그 크기가 실질적으로 0에 가깝기 때문에 피절단재(3)의 미끄럼 접촉상태를 항상 양호하게 할 수 있고, 또한 그와같은 미미한 접촉압력으로는 실질적으로 운동을 느리게하게 하는 위험이 발생하리라는 것을 실질적으로 무시할 수 있는 것이다. 피절단재(3)에 미끄럼 접촉을 하므로써, 감지기(46')는 항상 보호 개스가 누출될 수 있는 간격부의 크기를 최소한으로 하고, 판상의 절단재에 접촉되는 개스의 흐름을 최적의 조건을 갖는 유선형의 흐름을 형성하게 한다. 따라서, 절단성능을 향상시킬뿐 아니라, 이와 같은 유선형의 흐름은 감지기(46')를 정역학적으로 유지시키며, 느리게 움직이게 하는 위험마저 없애주는 역할을 하게되는 것이다.

Claims

포커싱 헤드가 서로 일체로 있는 포커싱 렌즈와 출력 노즐을 가지며, 이동할 수 있도록 이동구조에 연결될 수 있고 두 개의 축이 작동시 절단되어지는 판상의 물질 특히 금속판의 표면으로부터 일정하게 주어진 거리에서 상기 렌즈를 유지시켜주고 어떠한 경로를 따라 이동시켜 주기 위해 하나의 각을 이루도록 결합된 레이저 빔 절단기의 포커싱 헤드에 있어서, 노즐(43)의 축 및 렌즈(42)의 광학적인 축과 공축상으로 평행하게 이동하는 제1, 제2부분(15)(24)를 구비한 포커싱 헤드(1)와, 금속판(3)표면으로부터 렌즈(42)의 거리를 검출하는 감지수단(46)과 렌즈(42) 및 노즐(43)을 구비한 제2부분, 작동시 금속판(3)의 표면으로부터 일정하게 주어진 실제거리상에 렌즈(42)를 유지시켜 주도록 축방향으로 상호 결합 되고, 제1, 제2부분(15)(24)를 이동 시키기 위하여 제1, 제2부분(15)(24)사이에 설치되어, 감지수단(46)에 의하여 제어되는 서어보기구(49)를 구비함을 특징으로 하는 레이저 빔 절단기의 포커싱 헤드.
제1항에 있어서, 감지수단(46)이 슬라이드 접촉형탱의 위치검출감지기(46')을 포함하는데, 상기 감지기가 상기 노즐(43)의 출력단상위에 동축상으로 슬라이드하게 설치되고 작동시에 금속판과 접촉하여 미끌어지게 하기 위해 노즐로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 포커싱 헤드.
제2항에 있어서, 슬라이드 접촉하는 위치검출감지기(46')가 튜브상으로 형성되고 작동시 노즐(43)로부터 분출되는 가스를 안내함을 특징으로 하는 포커싱 헤드.
제3항에 있어서, 노즐(43)이 원통형 피이스(44)의 출력단부에 구비되고, 위치검출감지기(46')가 상기 원통형 피이스(44)의 표면 외부에 슬라이도하는 형태로 접촉됨을 특징으로 하는 포커싱 헤드.
제4항에 있어서, 위치검출감지기(46')가 원통형 피이스(44)보다 길게 형성함을 특징으로하는 포커싱 헤드.
제1항에 있어서, 상기 두 개의 부분이 노즐(43)과 동축상으로 있는 튜브체(15)로 구비하고 있는데 제2부분(24)이 가이드(31)를 튜브체(15)상에서 미끄러질 수 있도록 설치됨을 특징으로 하는 포커싱 헤드.
제6항에 있어서, 튜브체(15)가 2개의 축중 하나의 주위를 회전하기 위하여 기어(13)와 연결되며 상기가이드(31)가 기어상에 단부 표면과 일체로 되는 것을 특징으로 하는 포커싱 헤드.