KR940011923B1 - 연속이송 피가공물의 레이저 가공촛점 추적방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연속이송 피가공물의 레이저 가공촛점 추적방법

제1도는 종래의 레이저 가공촛점 추적방법을 설명하기 위한 연속이송 피가공물의 레이저 가공장치 개략도.

제2도는 본 발명 방법을 설명하기 위한 연속이송 피가공물의 레이저 가공장치 개략도.

제3도는 본 발명 방법을 설명하기 위한 도식 좌표계.

제4도는 본 발명 및 종래의 셔틀 설치 상태에 따른 추적오차 대 비그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전바사경 11 : 집속렌즈부

12 : 다면경 13 : 세그먼트 밀러

14 : 아퍼쳐 15, 16, 17 : 제1 내지 제3로울러부

18 : 셔틀 19 : 피가공물

본 발명은 일정 속도로 연속 진행하는 피가공물에 셔틀을 경사지게 설치하여 레이저 가공촛점의 추적오차를 줄일 수 있도록 하므로서 피가공물의 균일가공은 물론 보다 양호한 튜브제품을 생산하는데 크게 기여할 수 있도록 한 연속이송 피가공물의 레이저 가공촛점 추적방법에 관한 것이다.

종래의 레이저 가공촛점 추적방법은 제1도에 나타낸 연속이송 피가공물의 레이저 가공장치에서와 같이 전 반사경(10)에 의해 입사 레이저비임의 경로를 변환하고, 집속렌즈부(11)를 통해 수평상태로 집속비임을 조사하여 피가공물(19)의 이송속도에 동기회전하는 다면경(12)을 통해 피가공물(19)에 전반사되게 구성하고, 또한 피가공물(19)의 배면(가공하지 않을 부분) 가공을 막기 위해 피가공물(19) 내부로 셔틀(18)을 내장한 상태에서 아퍼쳐(14) 하방의 전, 후단에 설치된 이송로울러부(5)(6)를 지나가도록 하여 이의 이송속도와 동기되게 일정속도로 회전하는 다면경(12)의 세그먼트 밀러마다 직방으로 전반사되는 가공 레이저비임으로 피가공물(19)의 가공포인트가 결정되도록 한 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 레이저 가공촛점 추적방법은 전반사경에서 경로 변환하는 레이저비임 축과 평행하게 피가공물을 진행하도록 하고, 이의 피가공물에 내장된 셔틀을 수평선상으로 설치한 장치구성으로 피가공물의 이동은 선형적이고, 레이저비임의 추적은 비선형적으로 대치되는 것이어서 추적오차 범위가 상대적으로 커지게 될 뿐만 아니라, 이의 추적오차에 따른 가공 사양에 피가공물의 최소 구간만을 선택하여 가공케 하므로서 정밀가공을 행할 수가 없는 문제점을 가지고 있었다. 따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 레이저 가공촛점의 추적오차를 최소화하기 위해 피가공물의 진행방향을 경사지게 구축하여 평행상태에 비하여 수십분의 일의 오차로 피가공물에 레이저 가공촛점을 추적케 하므로서 정밀가공은 물론 가공전체를 골고루 균일화 할 수 있도록 한 연속이송 피가공물의 레이저 가공촛점 추적방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법의 구체적인 수단은 전반사경(10)에 의해 입사 레이저비임의 경로를 변환하고 집속렌즈부(11)를 통해 수평상태로 집속비임을 조사하여 피가공물(19)의 이송속도에 동기회전하는 다면경(12)을 통해 피가공물(19)에 전반사되게 하며, 셔틀(18)이 내장된 피가공물(19)을 가공되도록 레이저 가공촛점을 추적함에 있어서, 상기 다면경(12)의 세그먼트 밀러(13)마다 전반사되는 가공 레이저비임의 하방으로 제1로울러부(15)와, 전후단에 제2및 제3로울러부(16)(17)를 두고 이들 로울러부(15)(16)(17) 사이에 셔틀(18)이 내장된 피가공물(19)을 전반사경(10)에서 출력되는 레이저비임의 수평선상에서 일정 기울기로 경사되게 하여 피가공물(19)의 가공포인트가 설정되도록 함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 제2도 내지 제4도를 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명 방법에 적용되는 연속이송 피가공물의 레이저 가공장치를 나타낸 도면으로서, 도시 생략된 레이저비임 발생기로부터 조사되는 레이저비임의 경로를 변경하는 전반사경(10)과, 이로부터 출력되는 레이저비임을 집속하여 수평선상으로 레이저비임의 가공집속광축을 형성하는 집속렌즈부(11)와, 상기 집속비임을 전반사하여 가공포인트로 설정하기 위해 피가공물의 이송속도와 동기 회전하는 다면경(12)과, 상기 다면경(12)에서 전반사되는 가공 레이저비임의 통로를 형성하고 피가공물(19)의 표면을 협지하는 아퍼쳐(18)와, 상기 아퍼쳐(18) 직방으로 제1로울러부(15)와 제1로울러부(15)의 전, 후단에 제2 및 제3로울러부(16)(17)를 두되 이를 로울러부(15)(16)(17)를 지나는 피가공물(19)의 내부로 셔틀(18)을 상기 레이저비임의 집속광축과 18°정도의 기울기로 경사지게 설치하여서 된 것이다.

이와 같이 구성된 연속이송 피가공물의 레이저 가공장치에 의한 본 발명 방법은 다면경(12)의 중심점(O, O)을 좌표계 원점으로, 설정한 제3도의 도식도에서와 같이, P₁(X₁, Y₁), P₂(X₂, Y₂)를 잇는 직선은 다면경(12)의 세그먼트 밀러(13)의 모서리 끝을 나타내며, P₃(X₃, Y₃)은 집속렌즈부(11)를 통해 조사되는 레이저비임이 다면경(12)의 세그먼트 밀러(13)와 만나는 위치점을 나타내고, P₄(X₄, Y₄)는 다면경(12)의 세그먼트 밀러(13)에서 전반사된 레이저비임이 피가공물(19)의 표면과 만나는 점을 나타낸다.

또한 L₁(X, Y)는 집속렌즈부(11)를 통한 레이저비임의 직선성 방정식, L₂(X, Y)는 다면경(12)에서 전반사된 레이저비임의 방정식, L₃는 피가공물(19)이 진행하는 방향의 방정식을 나타낸다. 또한 θ는 집속렌즈부(11)의 레이저비임과 이 레이저비임이 다면경(12)에서 전반사될때 만나는 중심위치와 다면경(12)의 중심간에 형성되는 각도이며, δθ는 다면경(12)의 세그먼트 밀러(13) 길이와 중심간에 형성되는 각도를 나타낸 것이고, l₁는 세그먼트 밀러(13)의 P₁점과 중심전(O, O)간의 거리, l는 세그먼트 밀러(13)의 중심과 다면경(12)의 중심간의 거리를 나타낸 것이다.

이와 같은 상태에서 전술한 동작으로 회전하는 다면경(12)에 의해 추적되는 레이저비임의 촛점의 좌표 P₄(X₄, Y₄)를 회전각도 θ에 대해 계산하는 방법은 다음과 같다.

1. l₁=1×1/COS(δθ/2),

다면경(12)의 중심(O, O)에서 세그먼트 밀러(13)의 P₁(X₁, Y₁) 위치까지의 거리계산을 하고,

2. X₁=l₁COS(θ-1/2 δθ),

Y₁=l₁sin(θ-1/2 δθ),

세그먼트 밀러(13)의 P₁(X₁, Y₁)의 좌표계산과,

3. X₂=l₁COS(θ+1/2 δθ),

Y₂=l₁sin(θ+1/2 δθ),

세그먼트 밀러(13)의 P₂(X₂, Y₂)의 좌표계산을 한다.

4. 그리고 P₁(X₁, Y₁)과 P₂(X₂, Y₂)를 잇는 직선의 방전식을 구한 다음,

5. 상기 4항에서 얻은 직선의 방정식 값과 L₁(X, Y) 직선의 교점 P₃(X₃, Y₃)을 구한다.

6. 상기 세그먼트 밀러(13)의 P₃교점을 지나고 상기 4항에서 얻은 직선의 수직선의 방정식을 구하고,

7. 집속렌즈부(11)의 레이저비임과 상기 6항에서 얻는 직선의 각도는 세그먼트 밀러(13)의 입사각이므로 같은 각도로 반사되는 전반사광의 방정식 L₂(X, Y)을 구한 다음,

8. L₂직선과 L₃직선의 교점을 구하면, P₄(X₄, Y₄)가 구해지며, 이점이 θ에 대한 레이저비임의 추적위치가 된다.

상기한 공식을 갖고 예르들면, l₁의 길이가 100[mm], δθ=10°, L₁(X, Y) ; Y=-100sin(45°), L₃(X, Y) ; Y-100sin 45°-60인 경우, 40°≤θ≤50°의 범위에서 θ의 등분 0.5°마다 반복계산한 결과가 제4도의 점선곡선과 같이 나타나고 피가공물(19)인 L₃(X, Y)을 일정각도 기울기로 경사져 있을 경우 그 결과는 제4도의 실선곡선과 같이 나타나게 됨을 알 수 있다.

결과적으로 제4도의 대비 그래프에서 대비되는 바와 같이 다면경(12)을 통해 레이저비임을 전반사하는 동일 조건에서 셔틀(18)을 내장한 피가공물(19)을 일정각도 기울기로 경사지게 설치한 결과 추적오차는 -0.55[mm]에서 -0.02[mm]로 줄일 수가 있다. 여기서 셔틀(18)을 내장한 피가공물(19)의 일정각도의 기울기는 집속렌즈부(11)에서 출력되는 레이저비임 축 수평선상에서 18°이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 수십개의 세그먼트 밀러를 갖는 다면경을 통해 레이저비임을 전반사시킬 때 다면경과 동기 이송되는 피가공물을 일정각도로 경사지게 설치하여 가공촛점의 좌표점을 설정케 하므로서 가공레이저 비임의 추적오차를 줄일 수가 있어 보다 피가공물의 정밀가공을 행할 수가 있음은 물론 균일한 제품양산에 이바지할 수 있는 특징이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 전반사경(10)에 의해 입사 레이저비임의 경로를 변환하고 집속렌즈부(11)를 통해 수평상태로 집속비임을 조사하여 피가공물(19)의 이송속도에 동기회전하는 다면경(12)을 통해 피가공물(19)에 전반사되게 하며, 셔틀(18)이 내장된 피가공물(19)을 가공되도록 레이저 가공촛점을 추적함에 있어서, 상기 다면경(12)의 세그먼트 밀러(13)마다 전반사되는 가공 레이저비임의 하방으로 제1로울러부(15)와, 전후단에 제2및 제3로울러부(16)(17)를 두고 이들 로울러부(15)(16)(17) 사이에 셔틀(18)이 내장된 피가공물(19)을 전반사경(10)에서 출력되는 레이저비임의 수평선상에서 일정 기울기로 경사되게 하여 피가공물(19)의 가공포인트가 설정되도록 함을 특징으로 하는 연속이송 피가공물의 레이저 가공촛점 추적방법.
2. 제1항에 있어서, 셔틀(18)이 내장된 피가공물(19)의 기울기 각은 18°임을 특징으로 하는 연속이송 피가공물의 레이저 가공촛점 추적방법.