WO2017209411A1 - 펄스 레이저를 이용한 각인 장치 - Google Patents

펄스 레이저를 이용한 각인 장치 Download PDF

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WO2017209411A1
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laser beam
imprinting
pulse laser
subject
unique
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김정묵
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주식회사 한빛레이저
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Definitions

  • the present invention relates to a stamping device using a high-energy pulsed laser beam that is several times higher than the pulse energy of the Q-switched laser.
  • the chassis number associated with the vehicle includes a manufacturer, a vehicle classification, a model, a detailed model, Numerals and letters including information on the shape of the body, type of safety device, displacement, driver's seat position, year of manufacture, and production plant are included.
  • the laser is generated and the laser beam is transmitted to the irradiation unit.
  • a head protection cover for imprinting a unique ID that can be identified on a corresponding subject by using a pulsed laser beam having a coupler optical unit connected to the optical transmission device of a multi-mode optical cable device for minimizing optical transmission loss. It relates to a marking device using a pulsed laser beam.
  • VIN vehicle identification number
  • the chassis number is the country of origin, the manufacturer, vehicle classification, type of vehicle, detailed model, body shape, safety It consists of alphabets and numbers indicating the type of equipment, displacement, driver's seat position, year of manufacture, production plant and serial number.
  • the chassis number imprinted on the vehicle body is marked in a BIW (Body in White) state, which is a state before painting of the vehicle body.
  • BIW Body in White
  • the marking device for this purpose is composed of a robot (robot) 10 and a marking tool 30 mounted on the arm end of the robot via a mounting bracket 20, as shown in FIG. 30 is a main body 31 fixed to the mounting bracket 20, the marking cylinder 32 and the marking pin 33 provided in the main body 31, the main body of the 32 A clamping cylinder 34 mounted on the outside and a clamper 35 which is operated forward and backward by the clamping cylinder 34, and a clamp pad 36 at a position corresponding to the marking pin 33 of the clamper 35. Is attached.
  • the robot 10 is not only to be automatically controlled according to the process program by the electronic control unit, but also has a manual control panel linked to the electronic control unit to enable manual operation by a user.
  • the arm of the robot 10 is manufactured to be rotatable about its central axis, and includes a pneumatic supply system for supplying pneumatic pressure for operation to the marking cylinder 32 and the clamping cylinder 34. It is composed.
  • the marking cylinder 32 has a piston formed integrally with the marking pin 33 therein, and supplies the pneumatic pressure to the rear of the piston through the control of the pneumatic supply system by the electronic control unit.
  • the tip of the hitting the surface of the body (BIW) is configured so that the vehicle identification number is marked.
  • Korean Patent Application Publication No. 10-1256573 filed and filed by the applicant of the present invention, uses a pulse laser beam that imprints a unique ID that can be identified to a subject using a pulse laser beam generated from a pulse laser generator.
  • the stamper head is exposed to the outside, so that the spatter generated during the stamping using the pulsed laser beam splashes, damaging various types of sensors and components constituting the head of the stamper, thereby deteriorating durability and reliability. There was a problem acting as a factor.
  • a laser beam loss is generated due to failure to efficiently connect a multi-mode optical cable for transmitting a laser and an optical transmission for transmitting a laser beam to an irradiation unit, or is focused according to an optical alignment state.
  • the intensity of the laser beam exceeds the damage threshold value of the multimode optical fiber to damage the transmission multimode optical cable.
  • the pulse laser beam generated from the pulse laser generator is generated through the laser-generated optical fiber, and transmitting it to the irradiation unit is a multi-mode optical fiber
  • the laser beam is focused on the coupler optics by using one or more lenses to transmit light while minimizing light loss during transmission.
  • the present invention provides an imprinting device using a pulsed laser beam.
  • Another problem to be solved by the present invention is to install a head protection cover on the front of the imprinter head to expose the conventional imprinting system head to the outside is necessary to splash the spatter generated during imprinting using a pulsed laser beam to move the imprinter head By preventing damage to various types of sensors and components, the durability and reliability of the stamping system head are greatly improved.
  • Another problem to be solved by the present invention is to use a laser beam generated by inputting a peak pulse signal to uniformly stamp without deformation of the subject to a deep depth within 100 to 900 micrometers rather than a depth of about 10 to 90 micrometers
  • the purpose is to effectively prevent forgery and alteration.
  • the conventional technology solves the difficulty that can not be carved deep depth.
  • Another problem to be solved by the present invention is to imprint the unique ID on the subject in a pen type or raster scan method, the raster scan method improves the productivity of the fast stamping speed, so that duplicate areas are not generated when the letters or numbers are imprinted. This is to significantly reduce the defective rate.
  • the last scan method requires a specially designed sliding cover to prevent spatter, but is more effective in increasing the engraving speed.
  • the present invention includes a robot 10; A marking device head 230 installed at one side of an arm 20 configured in the robot to move the laser beam irradiation unit within a predetermined laser beam irradiation area under control of a controller; Coupler optics comprising one or more lenses between the pulse laser generator and the optical cable 210 for minimizing the loss of the laser beam and for focusing and transmitting the laser beam within the damage threshold of the surface of the multimode optical cable for transmission; ; A laser beam irradiation unit 220 for imprinting a unique ID by irradiating a laser beam generated by the pulse laser generator to a subject; A pulse laser generator 200 generating a pulse laser beam; The pulse is composed of a controller 100 for storing a pattern of a unique ID that is imprinted on the subject, and moves the marking device head into the laser beam irradiation zone in order to imprint the unique ID, and transmits a laser beam to the pulse laser generator.
  • the present invention provides a marking device using a laser
  • Another solution of the present invention is to install a head protection cover having a fixed cover fixed to the left and right on the front of the imprinter head and a central cover made to move in accordance with the movement of the laser irradiation unit of the conventional imprinting system head Using pulsed laser which greatly improves the durability and reliability of the stamping system head by preventing the damage of various sensors and components constituting the stamping device by splashing the spatter generated when the stamping using the pulsed laser beam is exposed to the outside To provide a device.
  • the protective cover of this structure is an important component in the last scan method for high speed engraving.
  • Another solution of the present invention is to use a pulse laser having a small amount of heat input, so that the thermal deformation of the subject is small, deep stamping is possible, and processing at a high peak output far exceeding the processing threshold energy of the subject metal material It is to provide an imprinting device using a pulse laser that can be difficult to forgery because the thermal deformation of the subject is less than the case of using the oscillation laser and deep processing is possible.
  • Another solution of the present invention is to imprint the unique ID to the subject in the pen type or raster scan method, the raster scan method is faster the engraving speed to improve productivity, and do not generate a duplicate area when engraving letters or numbers It is to provide an imprinting device using a pulse laser that can significantly reduce the failure rate.
  • a pulse laser beam generated from a pulse laser generator is generated through an optical fiber, and the transmitting of the pulse laser beam to an irradiation unit uses a multimode optical fiber for optical transmission to obtain a laser beam shape having excellent visibility in a subject. It has an easy structure. If the optical cable generating the laser beam is connected to the irradiation unit as it is, and the optical cable or the surface is damaged, it takes a long time to replace and the operation of the equipment is stopped for a long time.
  • the use of a multimode fiber optic cable for optical transmission with the appropriate refractive index allows the desired shape to be obtained from the subject and is easy to replace in the field.
  • the object is imprinted with a high quality pulsed laser beam, thereby achieving high quality imprinting and greatly reducing the defective rate.
  • Another effect of the present invention is to install a head protection cover on the front of the imprinter head to expose the outside of the conventional imprinting system head to the various types required to move the imprinter head by spatter generated when stamping using a pulsed laser beam
  • a head protection cover on the front of the imprinter head to expose the outside of the conventional imprinting system head to the various types required to move the imprinter head by spatter generated when stamping using a pulsed laser beam
  • Another effect of the present invention is to mark the unique ID to the subject using a pulse laser transmitted to the optical cable, so that no cutting tools called marking pins are used, thus eliminating frequent replacement of the marking pins. To reduce serious noise.
  • Another effect of the present invention is to control the output of a stable pulse laser to be stamped uniformly to a deep depth within 100 to 900 micrometers rather than the depth of the conventional 10 to 90 micrometers to effectively prevent forgery modulation have.
  • stamping on a high-strength steel sheet has solved the difficulty of implementing a high-depth stamping with a conventional mechanical engraving method.
  • Another effect of the present invention is to imprint the unique ID on the subject in the pen type or raster scan method, the raster scan method is faster the engraving speed to improve the productivity, the duplicate area does not occur when the letters or numbers are imprinted defective rate Is to greatly reduce.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a conventional vehicle identification number marking apparatus.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a marking device using a pulse laser beam according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an overall block diagram of a marking device using a pulsed laser beam according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a controller block diagram of a marking device using a pulsed laser beam according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a view showing the output form of the pulse laser of the marking device using a pulse laser beam according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a beam focusing unit for transmitting a laser beam emitted through a laser generating optical fiber to a multimode optical fiber for optical transmission according to the present invention.
  • FIG. 7 illustrates the shape of a step index optical fiber for generating a laser beam, refractivity, and a beam transmission shape in the optical fiber.
  • FIG. 9 is a view illustrating a shape in which a head protection cover of the marking device according to the present invention is installed.
  • FIG. 10 illustrates a fastening structure of the side sliding panel and the center sliding panel of the head protection cover.
  • Figure 11 shows a rotary bearing installed on the upper and lower base plate.
  • a pulse laser beam generated from a pulse laser generator is generated through an optical fiber, and the transmitting of the pulse laser beam to an irradiation unit uses a multimode optical fiber for optical transmission to obtain a laser beam shape having excellent visibility in a subject.
  • the multimode optical cable for easy optical transmission and having the proper refractive index shape the desired processing shape can be obtained from the subject, and it is easy to replace in the field, and the laser light focused on the surface of the multimode optical cable If any part of the damage threshold of the mode optical cable is exceeded, damage occurs, so the laser beam is focused on the coupler optics by using one or more lenses to control the spatial distribution of the laser light and simultaneously transmit the laser light with minimal loss.
  • the controller 100 stores a pattern of a unique ID imprinted on the subject, and moves the imprinter head into the laser beam irradiation area to imprint the unique ID, and controls the laser beam transmission to the pulse laser generator. It is.
  • the present invention uses a pulsed laser with a small amount of heat input, processing at a high peak output far exceeding the processing threshold energy of the subject metal material, so that the thermal deformation of the subject is less than that of a continuous oscillation laser and deeper than that of a cue switch laser. Machining is possible, making it difficult to forge.
  • the high peak output generates a peak pulse laser beam by injecting electrical energy higher than the rear part from the pulse electric signal supplied to the pulse laser generator to generate the pulse laser beam, irradiates the subject to preheat the subject, and then processes it. This is advantageous in that the thermal deformation of the subject to be processed is small and can be processed deeply.
  • an electrical signal is supplied to the laser generator to supply high energy for 0.03 ms and low energy for 0.07 ms.
  • the laser beam is irradiated during movement, it will theoretically be slightly elliptical in the moving direction, but the pulse width is sufficiently small compared to the moving speed of the imprinting device head, which can be practically solved.
  • the moving speed of the laser beam irradiation unit is 60 m / min (corresponding to a high speed) and the pulse width is 0.1 ms when the size of the laser focus is 0.8 mm
  • the width of the hole generated by laser processing The ratio was only about 10%, and the experiment showed that there was no difficulty in visual recognition.
  • the specification of the present invention includes all of the contents disclosed in the Patent Application No. 10-1256573 to which the applicant of the present invention is filed and registered, and the technical configuration and the improved technical configuration not adopted at the time.
  • laser and “laser beam” are shortened to “pulse laser” and “pulse laser beam”, and have the same meaning.
  • fiber and “optical fiber” are the same meaning as the fiber for transmitting the laser beam generated in the pulse laser generation unit to the irradiation unit.
  • the technical configuration which is not disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1256573, is a conventional method of simply using one beam focusing lens in order to minimize transmission loss when transmitting a laser beam generated by a pulse laser generator to an optical cable.
  • a 'coupler optical unit' By focusing the furnace beam and focusing the laser beam, it transmits the beam output by minimizing the transmission loss and to obtain a more uniform laser beam, which is called a 'coupler optical unit'.
  • a 'coupler optical unit' Detailed technical configuration thereof will be described later in detail.
  • the front of the imprinter head to protect the imprinter head consisting of a base plate fixed to the left and right to protect the imprinter head, and a side sliding panel and a center sliding panel made to move according to the movement of the imprinter head
  • the cover is installed.
  • the center sliding panel has an irradiation unit through hole through which a laser beam irradiation unit for irradiating a subject to a pulsed laser beam transmitted through an optical cable is formed, and the formed irradiation unit through hole has sparks generated when imprinted. It is configured to move according to the irradiation position of the beam in order to effectively prevent the head from being damaged.
  • the head protection cover of the stamping device comprising a side slide panel and a center slide panel configured to move along the base plate and the upper and lower portions of the base plate on the front of the marking device head, the durability and reliability of the marking device head can be greatly improved. It is configured to.
  • the present invention is configured to transmit a laser beam generated by a pulse laser generator to a laser beam irradiation unit using a stamping head through a narrow optical cable to irradiate a laser beam to a subject.
  • a two-axis laser engraver head is used when the object is a seat cross member of the vehicle body (side of the passenger, which is a flat structure), and the object is a cowl (at the rear of the engine room, vertical).
  • a three-axis laser engraving device head is used in the case of a curved structure of a shape.
  • the two-axis imprinter head may be configured so as not to use the Z-axis of the three-axis imprinter head, but each may be manufactured separately because the manufacturing costs are different.
  • the imprinter head is fixedly equipped with a focal length sensor and / or a distance measuring sensor for measuring the focal length.
  • control program stored in the memory of the pulse laser controller according to the present invention is also mounted to optimize the technical configuration disclosed in the above-mentioned Patent Publication No. 10-1256573.
  • the present invention is installed on any one side of the arm 20 configured in the robot to stamp the unique ID to the subject 50, the imprinter head for moving the laser beam irradiation unit within the laser beam irradiation zone determined under the control of the controller ( 230 is provided.
  • the controller of the marking device is configured to cause a unique ID formed of vector data or dot data to be imprinted on the subject by a pen type or a raster scan method when the chassis number is imprinted on the subject using the marking head. .
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a marking device using a pulse laser beam according to an embodiment of the present invention.
  • the marking device using the pulse laser beam includes a robot, a marking device head connected to an arm of the robot, a laser beam irradiation unit coupled to the marking device head, a pulse laser generating device, and a controller. It is composed.
  • the process time for imprinting itself is significantly reduced compared to the above-described prior art, thereby reducing labor cost and manufacturing cost.
  • the marking can only be performed at a depth of about 10 to 90 micrometers on the subject, so that when the subject, for example, the vehicle's chassis number is cut or erased, is marked.
  • the present invention is to use a high-energy pulse laser generating device of pulse energy is not more than a few 100mJ than a normal laser.
  • the pulse laser generator manufactured according to the present invention is imprinted with a depth of between 100 and 900 micrometers, it is possible to prevent forgery, and since the pulse control is possible in the controller during imprinting, the precision of the precisely imprinted at the imprinted position And the beneficial effect of reducing the defective rate.
  • FIG. 6 illustrates a coupler optical unit for transmitting a laser beam emitted through an optical fiber according to the present invention to a multimode optical fiber for optical transmission.
  • the laser beam generated by the pulse laser generator according to the present invention is transmitted to the optical fiber without loss as much as possible, and has a coupler optical unit that can control the spatial distribution of the laser beam.
  • the coupler optical unit 400 transmits a pulsed laser beam emitted from the laser generating optical fiber 410 to the multimode fiber 420 while transmitting a low loss while damaging the lens and the optical fiber. It is minimized to increase durability.
  • the collimation lens group 430 is a meniscus so that the high-power laser beam generated in the optical fiber is transmitted along the optical axis and the reflected light can be returned to the laser-generated optical fiber to prevent surface breakage and reduce aberration. Designed with a combination of lenses and convex lenses.
  • the beam focusing lens group 440 is designed as a combination of flat convex lenses and meniscus lenses to safely and safely focus a high energy pulsed laser beam on a multimode fiber (GI type).
  • GI type multimode fiber
  • the size of the laser beam output from the single mode fiber is formed to be about 80 to 90% of the surface area of the multimode fiber. It is designed to have a NA (numerical aperture) value of 1/2 of the original laser beam.
  • Multimode fibers for beam transmission include GI fibers and SI (step index) fibers.
  • the SI fiber has a spatially homogeneous refractive index of the core (center) so that the transmitted laser beam has a hat top shape. It is easy to handle because of high power transmission and high damage threshold value of the surface of the optical fiber, but the imprinted shape is U-shaped hat top shape, so the imprinting visibility is not good.
  • the structure of the SI fiber, the beam transmission pattern, and the like are shown in FIG. 7.
  • the GI (graded index) fiber has a lower damage threshold value than the SI-type optical cable, the price is relatively higher, but the stamping depth is deeper and the shape is closer to the V-shape. There is this.
  • the structure of the GI fiber, the beam transmission pattern, and the like are shown in FIG. 8.
  • the controller is connected to the robot, the imprinter head and the pulse laser generator to control the robot, the imprinter head and the pulse laser generator.
  • the controller stores a pattern of a unique ID imprinted on a subject, and simultaneously moves the robot near the laser beam irradiation area to imprint the unique ID, and moves the imprinter head quickly within the laser beam irradiation area, and simultaneously pulses the pulse.
  • the irradiation signal for generating the laser beam is transmitted to the laser generator.
  • the laser beam irradiation area refers to a specific part of the subject to be imprinted, and more specifically, a part of the vehicle body to be imprinted with a chassis number.
  • the imprinter head is configured to move quickly within a predetermined irradiation range for the actual imprinting, the laser beam irradiation unit is coupled to the imprinter head and the imprinter head is moved while irradiating the laser.
  • the imprinter head receives the set coordinates (X, Y, Z) and moves by the coordinate values to transmit the irradiation signal from the controller to the laser beam irradiation unit to imprint.
  • the imprinter since the robot is imprinted while moving, it is almost impossible to perform rapid imprinting.
  • the imprinter when imprinting using the imprinter head, the imprinter is capable of rapid imprinting because only the imprinter head is moved to the desired position.
  • the conventional laser marking uses a Q-switch or a seedable laser (CW) laser marking device, which can be easily forged because it is processed with a thin marking, as mentioned in the prior art. I had a serious problem.
  • CW seedable laser
  • the present invention uses a pulse laser generator for generating a high energy pulsed laser beam, which enables deep engraving by using pulses with integrated energy.
  • the pulse laser beam according to the present invention can be configured to have a high peak output, and supplies an electrical signal having a high peak output to the pulse laser generator in order to generate a laser beam having a peak output.
  • the laser beam with high energy is used.
  • the peak pulse laser beam can be processed deeply while the thermal deformation of the object to be processed is small, a laser beam obtained by inputting a normal pulse signal can also be used.
  • the unique ID formed of vector data or dot data can be easily imprinted on the subject by a pen type or a raster scan method while the imprinter head moves quickly.
  • the laser beam irradiation unit is connected to any one side of the imprinter head through a connecting member (not shown), and is connected to the pulse laser generator by an optical cable to irradiate the subject with a pulse laser beam generated from the pulse laser generator
  • the unique ID will be imprinted.
  • the unique ID described in the present invention means that a number, a letter, or a pattern is formed to identify a subject, and more specifically, a chassis number.
  • FIG. 4 is a controller block diagram of a marking device using a pulsed laser beam according to an embodiment of the present invention.
  • the pattern storage unit 110 stores vector data or dot data of a unique ID imprinted on a subject.
  • the coordinate calculation unit 120 processes the vector data or the dot data stored in the pattern storage unit to calculate the coordinates of the moving head of the marking device.
  • the movement completion signal is transmitted from the marking device head to the controller, and the controller controls the pulse output indicating unit so that the pulse output generating unit 140 controls the pulse laser generating unit.
  • the laser irradiation signal is transmitted.
  • the pulse laser generation unit generates a laser beam is to be irradiated to the subject through the laser beam irradiation unit to imprint the unique ID.
  • FIG 5 is a view showing the output form of the pulse laser of the marking device using a pulse laser beam according to an embodiment of the present invention.
  • the controller transmits the irradiation signal only to the pulse output indicating unit only when the dot 300 is photographed, the dot is photographed when the laser is turned on, and moves without taking the dot when the laser is turned off.
  • the above example shows that a unique ID formed of dot data is imprinted on the subject in a raster scan method.
  • the subject may be imprinted in a pen type method.
  • marking is performed at a depth of about 10 to 90 micrometers on a subject, so that a forgery can be easily executed by cutting or erasing a marked portion or by painting.
  • the pulse laser generator of the present invention is imprinted with a fairly deep depth within 100 to 900 micrometers, it is very difficult to cut or erase the stamped portion, so there is an advantageous effect that can not be easily forged, especially, high When stamping on a rigid steel sheet, high depth stamping is possible.
  • the present invention is provided with a laser marking device head protection cover for protecting the laser marking device head.
  • the laser engraver head protection cover is for protecting the inside of the imprinter head from a spatter generated during laser processing.
  • the laser engraving device head is equipped with various sensors for precisely moving the head, various components such as guide grooves, guide rails, etc. to keep the precision, and prevent them from being damaged by the spatter generated during the engraving. It is to play a role.
  • FIG. 9 is a view illustrating a shape in which a head protection cover of the marking device according to the present invention is installed.
  • 'Center sliding panel 550' which is moved to the left and right by receiving the force that the irradiation unit 560 is moved, and the base plate to cover the empty space when the center sliding panel 550 moves to the left or right edge ( 'Side sliding panels 530 and 540' installed on the left and right sides between the 520 and the center sliding panel 550, the moving center sliding panel and the left and right side sliding panels of the 'base plate 520'.
  • There is a guide rail configured to guide by installing the rotary bearing 590 on the top and bottom.
  • the left and right side sliding panels are installed on the left and right edges of the head with a screen 510 to prevent the left and right side sliding panels from protruding out of the base plate.
  • Rotating bearings installed on the upper and lower guide rails of the base plate may move by a small force when the irradiation unit 560 moves, and has an advantageous effect of increasing durability.
  • the center sliding panel 550 is projected through the irradiation unit through hole 570 protruding out of the head protection cover of the laser engraving device to receive the force to move the irradiation unit 560 moving to the left and right It is configured to move from side to side.
  • the irradiation unit passage opening 570 has a short Y-axis relative to the X axis, and is opened up and down to allow the irradiation unit 560 to move freely.
  • the center sliding panel is moved by the force that the irradiation unit moves on the X axis, and protects the inside of the imprinter head from the spatter generated during processing. There are irregularities inside to transfer the moving force to the side sliding panel.
  • the side sliding panels 530 and 540 receive the force moving from the center sliding panel 550 by external concavities and convexities.
  • the side sliding panels 530 and 540 move within the section of the base plate 520 and move along the center sliding panel 550 to cover the space (the blind portion) because the center sliding panel 550 does not cover the cover. It is.
  • the center sliding panel without the side sliding panel 530 does not cover the entire area in the left and right moving range in structure, so that an empty space is generated between the base plate and the center sliding panel.
  • the base plate 520 is fixed to the left and right edges in a planar direction.
  • the base plate 520 serves as a guide rail or guide structure so that the center sliding panel and the side slide panels moving along the irradiation unit moving for imprinting are smoothly moved.
  • Bearings are attached along the guide rails and guide structures formed on the upper and lower portions of the base plate 520 (see FIG. 11) to minimize the load generated when the side sliding panel and / or the center sliding panel are moved to provide excellent durability. It is.
  • the screen 510 is fixed to the left and right edges of the imprinter head and is configured to prevent the side sliding panel from coming out of the imprinter head. That is, when the side sliding panel is no longer moved by being blocked by the screen, the center sliding panel is configured to move overlapping to the outside of the side sliding panel.
  • the position of the base plate, the side slide panel and the center sliding panel is configured so that the base plate is located at the innermost side, the side slide panel is next, and the outer part is located at the center sliding panel.
  • Sliding panel cleansing material uses appropriate cleansing material such as copper plate or stainless steel plate depending on the shape of the spatter. In the case of copper plate, there is almost no sputter fusion. Because stainless steel is excellent in wear resistance, it is used in places where spatters of relatively small size occur.
  • the present invention relates to a stamping device using a high-energy pulsed laser beam, and more particularly, the chassis number is associated with the vehicle manufacturer, vehicle classification, type of vehicle, detailed model, body shape, safety device type, displacement, driver's seat position, manufacturing It includes numbers and letters including information about the year, production plant, etc., and a coupler optical unit connected to the transmission-mode multimode optical cable for transmitting the laser beam and the laser beam to the irradiation unit to minimize the loss. It is possible to provide an imprinting device using a pulsed laser beam having a head protection cover for preventing damage to the imprinting device head by imprinting a unique ID that can be identified on the subject by using a pulsed laser beam.
  • the availability is very high. In particular, in the case of the automobile body in consideration of the safety of the occupant is increasing the use of the vehicle body material as a high rigid steel sheet, the industrial availability is very high.

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Abstract

본 발명은 고에너지 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량과 관련한 차대번호에는 제작사, 차량구분, 차종, 세부차종, 차체형상, 안전장치 형식, 배기량, 운전석 위치, 제작년도, 생산공장 등의 정보를 포함하는 숫자 및 문자가 포함되는데, 이를 각인하기 위하여 레이저가 발생되는 광섬유와 레이저 빔을 조사유닛까지 전송하는 광전송용 멀티모드 광케이블에서의 광손실을 최소화하면서 접속되는 빔 집속부를 구비한 펄스 레이저 빔을 이용하여 강판 혹은 고강성 강판의 해당 피사체에 식별할 수 있는 고유 아이디를 각인시키되, 각인 장치 헤드의 손상을 방지하기 위한 헤드보호커버를 구비한 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치에 관한 것이다.

Description

펄스 레이저를 이용한 각인 장치
본 발명은 큐 스위치 레이저의 펄스에너지 보다 수100배 이상 월등히 높은 고에너지의 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량과 관련한 차대번호에는 제작사, 차량구분, 차종, 세부차종, 차체형상, 안전장치 형식, 배기량, 운전석 위치, 제작년도, 생산공장 등의 정보를 포함하는 숫자 및 문자가 포함되는데, 이를 각인하기 위하여 레이저가 발생되는 광섬유와, 이 레이저 빔을 조사유닛까지 전송하는 광전송용 멀티모드 광케이블장치의 광전송 손실을 최소화하면서 접속되는 커플러 광학부를 구비한 펄스 레이저 빔을 이용하여 해당 피사체에 식별할 수 있는 고유 아이디를 각인시키되, 각인 장치 헤드의 손상을 방지하기 위한 헤드 보호커버를 구비한, 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치에 관한 것이다.
일반적으로 피사체에 식별할 수 있는 고유 아이디를 각인시키는 시스템을 설명하기 위하여 모든 자동차에 의무적으로 마킹되는 차대번호를 예를 들어 구체적으로 설명한다.
종래의 자동차 차체에는 제품의 생산관리 및 이력 관리를 위하여 차대번호(VIN ; Vehicle Identification Number)를 각인하도록 법제화되어 있는데, 차대번호는 생산국가, 제작사, 차량구분, 차종, 세부차종, 차체형상, 안전장치 형식, 배기량, 운전석 위치, 제작년도, 생산 공장 및 생산일련번호를 나타내는 알파벳 및 숫자로 구성되어 있다.
상기 차체에 각인되는 차대번호는 차체의 도장 전 상태인 BIW(Body in White) 상태에서 마킹되도록 되어 있다.
이를 위한 마킹 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 로봇(robot ; 10)과, 상기 로봇의 아암 단부에 마운팅 브라켓(20)을 매개로 장착된 마킹툴(30)로 구성되어 있으며, 상기 마킹툴(30)은 상기 마운팅 브라켓(20)에 고정되는 메인 바디(31)와, 상기 메인바디(31)의 내부에 구비된 마킹실린더(32) 및 마킹핀(33), 상기 메인바디(32)의 외측에 장착되는 클램핑실린더(34), 상기 클램핑실린더(34)에 의해 전후진 작동되는 클램퍼(35)로 이루어지고, 상기 클램퍼(35)의 상기 마킹핀(33) 대응위치에는 클램프패드(36)가 부착되어 있다.
상기 로봇(10)은 전자제어유니트에 의해 공정 프로그램에 따라 자동 제어되도록 되어 있을 뿐만 아니라, 사용자에 의한 수동조작이 가능하도록 상기 전자제어유니트에 연계된 수동 제어반을 갖추고 있다. 또한, 상기 로봇(10)의 아암은 자신의 중심축을 중심으로 회전 가능하도록 제작되어 있고, 상기 마킹실린더(32)와 상기 클램핑실린더(34)에 작동을 위한 공압을 공급하는 공압공급시스템을 포함하여 구성된다.
상기 마킹실린더(32)는 내부에 상기 마킹핀(33)과 일체로 형성된 피스톤이 내장되어 있어 전자제어 유니트에 의한 공압 공급시스템의 제어를 통해 상기 피스톤의 후방으로 공압을 공급함으로써 마킹핀(33)의 선단이 차체(BIW)의 표면을 타격하여 차대번호가 마킹되도록 구성되어 있다.
상기와 같은 종래의 차대번호 마킹장치를 이용한 공정의 진행은 먼저 작업대상이 되는 차체(BIW)를 탑재한 대차가 작업위치로 진입되어 오면 차체의 위치를 결정한 뒤 로봇이 작동되어 마킹툴(30)의 위치가 결정되며, 이어 클램퍼(35)가 작동되어 차체를 고정하고, 공압제어에 따라 마킹핀(33)이 작동하여 차대번호를 타각하게 된다.
그러나, 갈수록 차체를 이루는 소재의 강도가 높아지면서 상기한 종래의 차대번호 마킹 기술에 이용되는 마킹핀을 고강도의 소재에 적용하는데 한계가 발생하며, 이에 따라 마킹핀의 마모가 심해져 마킹핀을 자주 교체해야 하는 문제점이 발생할 수밖에 없었으며, 소재의 강도가 높은 관계로 해당 소재에 마킹 시 심각한 소음이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 상기한 종래 기술은 10 내지 90 마이크로미터() 정도의 깊이로 마킹이 수행되어 차대번호가 마킹된 부위를 깎거나 지우게 되면 위변조가 가능한 문제점을 가지고 있었으며, 한정된 공간 내에서 사용해야 하므로 자유로운 이동이 불가능한 문제점이 있다.
또한 본 발명의 출원인이 출원하여 특허 등록된 등록특허공보 제10-1256573호에는 펄스 레이저 발생장치로부터 발생되는 펄스 레이저 빔을 이용하여 피사체에 식별할 수 있는 고유 아이디를 각인시키는 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치가 개시되어 있으나, 각인장치 헤드가 외부에 노출되어 있어서 펄스레이저 빔을 이용한 각인 시 발생하는 스패터가 튀어서 각인장치의 헤드를 구성하는 다양한 종류의 센서 및 부품이 손상되어 내구성 및 신뢰성을 저하시키는 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.
상기 등록특허공보 제10-1256573호에는 레이저를 발생하는 광섬유와 레이저 빔을 조사유닛까지 전송하는 광전송용 멀티모드 광케이블의 접속을 효율적으로 이루지 못하여 레이저 빔 손실이 발생하거나, 광정렬 상태에 따라 집속되는 레이저빔의 세기가 멀티모드 광섬유의 손상 임계(damage threshold)값을 초과하여 전송용 멀티모드 광케이블을 손상시키는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하려는 과제는 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 펄스 레이저 발생장치로부터 발생되는 펄스 레이저 빔이 레이저 발생 광섬유를 통해서 발생되고, 이를 조사유닛까지 전송하는 것은 멀티모드 광섬유을 이용함으로 전송 시 광 손실을 최소화면서 전송하기 위하여, 하나 이상의 렌즈를 사용하여 레이저 빔을 커플러 광학부로 집속 전송하여 고품질의 펄스 레이저 빔으로 피사체를 각인함으로써 고품질의 각인을 수행하고, 불량률을 크게 줄일 수 있는 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 각인장치 헤드의 전면에 헤드 보호커버를 설치하여 종래의 각인 시스템 헤드가 외부에 노출되어 펄스레이저 빔을 이용한 각인 시 발생하는 스패터가 튀어서 각인장치 헤드를 움직이는데 필요한 다양한 종류의 센서 및 부품의 손상을 방지함으로써 각인 시스템 헤드의 내구성 및 신뢰성을 크게 향상시키는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 첨두 펄스신호를 입력하여 발생한 레이저 빔을 이용하여 종래의 10 내지 90 마이크로미터 정도의 깊이가 아닌 100 내지 900마이크로미터 내의 깊은 깊이로 피사체의 변형없이 균일하게 각인하여 효율적으로 위변조를 방지할 수 있도록 하는데 있다. 그리고 자동차의 경우에 탑승자의 안전을 고려하여 차체의 재질을 고강성 강판으로 사용하면서 종래의 기술로는 깊은 심도의 각인이 불가능한 난제를 해결하고 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 고유 아이디를 펜 타입 혹은 래스트 스캔 방식으로 피사체에 각인시키되, 래스트 스캔 방식은 각인 속도가 빨라 생산성을 향상시키고, 문자나 숫자 각인 시 중복 영역이 발생하지 않게 되어 불량률을 크게 줄이는데 있다. 특히 래스트 스캔 방식은 스패터 방지에 특별히 고안된 슬라이딩 커버가 필요한 반면 각인속도를 높이는데 더욱 효과적이다.
본 발명 과제의 해결 수단은 로봇(10)과; 상기 로봇에 구성된 아암(20)의 어느 일측에 설치되어 컨트롤러의 제어에 따라 정해진 레이저 빔 조사구역 내에서 레이저빔조사유닛을 이동시키는 각인장치 헤드(230)와; 펄스 레이저 발생장치와 광케이블(210)사이에는 레이저 빔을 손실을 최소화하며 전송용 멀티모드 광케이블 표면의 손상 임계(damage threshold) 범위 이내로 레이저빔을 집속하여 전송하기 위한 하나 이상의 렌즈로 구성된 커플러 광학부와; 상기 펄스레이저발생부에 의해 발생된 레이저 빔을 피사체에 조사시켜 고유 아이디를 각인하는 레이저빔조사유닛(220)과; 펄스 레이저 빔을 발생시키는 펄스레이저발생부(200)와; 상기 피사체에 각인되는 고유 아이디의 패턴을 저장하고 있으며, 고유 아이디를 각인시키기 위하여 각인장치 헤드를 레이저 빔 조사구역 내로 이동시키고, 상기 펄스레이저발생부에 레이저 빔을 전송하는 컨트롤러(100)로 구성된 펄스 레이저를 이용한 각인 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 각인장치 헤드의 전면에 좌측 및 우측에 고정된 고정 커버와 레이저 조사부의 움직임에 따라 이동하도록 제작된 중앙 커버를 가진 헤드 보호커버를 설치하여 종래의 각인 시스템 헤드가 외부에 노출되어 펄스레이저 빔을 이용한 각인 시 발생하는 스패터가 튀어서 각인장치 헤드를 구성하고 있는 다양한 센서와 부품의 손상을 방지함으로써 각인 시스템 헤드의 내구성 및 신뢰성을 크게 향상시킨 펄스 레이저를 이용한 각인 장치를 제공하는데 있다. 특히, 이러한 구조의 보호 커버는 고속 각인을 위한 래스트 스캔 방식에 중요한 구성요소이다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 입열량이 적은 펄스레이저를 사용함으로, 피사체의 열변형이 적고 깊은 각인이 가능하고, 피사체 금속재료의 가공 문턱에너지를 훨씬 초과하는 높은 첨두 출력으로 가공하므로 연속발진 레이저를 사용하는 경우보다 피사체의 열 변형이 적고 깊은 가공이 가능하여 위변조를 어렵게 할 수 있는 펄스 레이저를 이용한 각인 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 고유 아이디를 펜 타입 혹은 래스트 스캔 방식으로 피사체에 각인시키되, 래스트 스캔 방식은 각인 속도가 빨라 생산성을 향상시키고, 문자나 숫자 각인 시 중복 영역이 발생하지 않게 되어 불량율을 크게 줄일 수 있는 펄스 레이저를 이용한 각인 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 펄스 레이저 발생장치로부터 발생되는 펄스 레이저 빔이 광섬유를 통해서 발생되고, 이를 조사유닛까지 전송하는 것은 광전송용 멀티모드 광섬유를 사용함으로 피사체에서 시인성이 우수한 레이저 빔 형상을 얻을 수 있고, 교체가 용이한 구조를 가지고 있다. 레이저빔을 발생시키는 광케이블을 그대로 조사유닛에 접속하여 사용하다가 광케이블 혹은 표면이 손상되면 교체에 많은 시간이 소요되며 설비 가동이 장시간 중단된다. 적절한 굴절율 형상을 가진 광전송용 멀티모드 광케이블을 사용하면 피사체에서 원하는 가공형상을 얻을 수 있으며 현장에서 교체가 쉬운 장점들이 있다. 그런데, 멀티모드 광케이블의 표면에 집속되는 레이저광이 해당 멀티모드 광케이블의 손상임계 범위를 어느 한 부분이라도 초과하게 되면 손상이 발생되므로 레이저광의 공간 분포를 조절하며, 동시에 레이저광의 광 손실을 최소화면서 전송하기 위하여 하나 이상의 렌즈를 사용하여 레이저 빔을 커플러 광학부로 집속 전송하여 고품질의 펄스 레이저 빔으로 피사체를 각인함으로써 고품질의 각인을 수행하고, 불량률을 크게 줄일 수 있는 유리한 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 각인장치 헤드의 전면에 헤드보호 커버를 설치하여 종래의 각인 시스템 헤드가 외부에 노출되어 펄스레이저 빔을 이용한 각인 시 발생하는 스패터가 튀어서 각인장치 헤드를 움직이는데 필요한 다양한 종류의 센서 및 부품의 손상을 방지함으로써 각인 시스템 헤드의 내구성 및 신뢰성을 크게 향상시키는데 있다. 특히, 고속 타각을 위한 아이디어로 래스트 스캔 방식을 사용할 경우 조사유닛에서 스패터가 유입될 공간이 넓어지는 문제를 해결하는 중요한 수단의 하나이다.
본 발명의 또 다른 효과는 광케이블로 전송되는 펄스 레이저를 이용하여 피사체에 식별할 수 있는 고유 아이디를 각인함으로써, 마킹핀이라는 절삭 공구를 사용하지 않게 되므로 이에 따른 마킹핀의 잦은 교체를 없애고 마킹 시 발생되는 심각한 소음을 줄이는데 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 안정된 펄스 레이저의 출력을 제어하여 종래의 10 내지 90 마이크로미터 정도의 깊이가 아닌 100 내지 900마이크로미터 내의 깊은 깊이로 균일하게 각인이 되므로 효율적으로 위변조를 방지할 수 있도록 하는데 있다. 특히, 고강성 강판에 각인하고자 할 때는 종래의 기계식 타각 방식으로는 고심도 각인 구현이 불가능한 난제를 해결하고 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 고유 아이디를 펜 타입 혹은 래스트 스캔 방식으로 피사체에 각인시키되, 래스트 스캔 방식은 각인 속도가 빨라 생산성을 향상시키고, 문자나 숫자 각인 시 중복 영역이 발생하지 않게 되어 불량율을 크게 줄이는데 있다.
도 1는 종래의 차대번호 마킹 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치의 전체 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치의 컨트롤러 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치의 펄스 레이저의 출력 형태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 발생 광섬유를 통해서 나온 레이저 빔을 광전송용 멀티모드 광섬유로 전송하기 위한 빔 집속부를 도시한 것이다.
도 7은 레이저빔을 발생시키는 step index 광섬유의 형상, 반사력(refractivity) 및 광섬유에서의 빔 전송 형상을 도시한 것이다.
도 8은 Graded index 멀티모드 광섬유의 형상, 반사력(refractivity) 및 광섬유에서의 빔 전송 형상을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 각인 장치의 헤드보호커버가 설치된 형상을 도시한 것이다.
도 10은 헤드보호커버의 사이드 슬라이딩 판넬과 센터 슬라이딩 판넬의 체결 구조를 도시한 것이다.
도 11은 베이스 플레이트 상부 및 하부에 설치된 회전 베어링을 도시한 것이다.
도 12는 베이스 플레이트, 사이드 슬라이딩 판넬 및 센터 슬라이딩 판넬의 체결 형상을 도시한 것이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.
본 발명은 펄스 레이저 발생장치로부터 발생되는 펄스 레이저 빔이 광섬유를 통해서 발생되고, 이를 조사유닛까지 전송하는 것은 광전송용 멀티모드 광섬유를 사용함으로 피사체에서 시인성이 우수한 레이저 빔 형상을 얻을 수 있고, 교체가 용이한 구조를 가지고, 적절한 굴절율 형상을 가진 광전송용 멀티모드 광케이블을 사용하면 피사체에서 원하는 가공형상을 얻을 수 있으며 현장에서 교체가 쉬운 장점들이 있으며, 멀티모드 광케이블의 표면에 집속되는 레이저광이 해당 멀티모드 광케이블의 손상임계 범위를 어느 한 부분이라도 초과하게 되면 손상이 발생되므로 레이저광의 공간 분포를 조절하며, 동시에 레이저광의 광 손실을 최소화면서 전송하기 위하여 하나 이상의 렌즈를 사용하여 레이저 빔을 커플러 광학부로 집속 전송하여 고품질의 펄스 레이저 빔으로 피사체를 각인함으로써 고품질의 각인을 수행하고, 불량률을 크게 줄일 수 있는 레이저 각인장치를 제공하는데 있다.
상기 펄스 레이저 발생장치에 의해 발생된 레이저 빔을 피사체에 조사시켜 고유 아이디를 각인하는 레이저빔조사유닛(220)과; 펄스 레이저 빔을 발생시키는 펄스 레이저 발생장치(200)와; 상기 피사체에 각인되는 고유 아이디의 패턴을 저장하고 있으며, 고유 아이디를 각인시키기 위하여 각인장치 헤드를 레이저 빔 조사구역 내로 이동시키고, 상기 펄스 레이저 발생장치에 레이저 빔 전송을 제어하는 컨트롤러(100)로 구성되어 있다.
본 발명은 입열량이 적은 펄스레이저를 사용함으로서, 피사체 금속재료의 가공 문턱 에너지를 훨씬 초과하는 높은 첨두 출력으로 가공하므로 연속발진 레이저를 사용하는 경우보다 피사체의 열 변형이 적고 큐스위치 레이저에 비하여 깊은 가공이 가능하여 위변조를 어렵게 할 수 있다.
높은 첨두 출력은 펄스 레이저 빔을 발생하기 위하여 펄스 레이저 발생장치로 공급되는 펄스 전기 신호에서 앞부분이 뒷부분보다 높은 전기 에너지를 주입하여 첨두 펄스 레이저 빔을 발생하여 피사체에 조사하여 피사체를 예열한 후 가공하는 것으로 가공 대상 피사체의 열변형이 적고 깊게 가공할 수 있는 유리한 효과가 있다.
보다 구체적으로, 하나의 실시 예로 펄스폭이 0.1 ms 일 때, 0.03 ms동안은 높은 에너지를 공급하고, 0.07ms 동안은 낮은 에너지를 공급하도록 전기 신호를 레이저 발생장치에 공급하는 것이다.
또한, 펄스레이저를 이동 중에 조사하면 이론상으로 약간이나마 이동방향으로 타원형의 가공이 될 것이지만 펄스폭이 각인 장치 헤드의 이동속도에 비하여 충분히 적게 하여 실용적으로 해결이 가능하다.
좀 더 구체적으로, 레이저 초점의 크기가 0.8mm 일 때 레이저빔조사유닛의 이동속도가 분당 60m이고(상당히 고속인 상태에 해당함) 펄스폭이 0.1ms라고 가정하면 레이저 가공으로 생성되는 구멍의 가로세로의 비율이 약 10%에 불과하여 육안으로 인식하는데 어려움이 전혀 없음을 실험을 통해 확인할 수 있었다.
<실시 예>
본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다.
먼저, 본 발명의 명세서 상에는 본 발명 출원인이 출원하여 특허 등록된 등록특허공보 제10-1256573호에 개시된 내용, 그 당시에 채용되지 아니한 기술적 구성 및 개선된 기술적 구성을 모두 포함하고 있다.
이러한 기술적 구성 중에서 상기 등록된 특허와 중복되지 아니한 기술적 구성을 바탕으로 각각의 특허 청구항을 기재한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명인 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명 명세서 상에서, "레이저"와 "레이저 빔"은 "펄스 레이저"와 "펄스 레이저 빔"을 줄여서 기재한 것으로 이는 동일한 의미이다.
본 발명 명세서 상에서, "섬유(fiber)"와 "광섬유(optical fiber)"는 펄스레이저발생부에서 발생한 레이저 빔을 조사유닛으로 전송하기 위한 섬유로 동일한 의미이다.
동일한 부품에 대하여서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
상세한 설명에 기재되지 아니한 도면 부호는 부호의 설명에 기재된 명칭과 도면을 대비하여 용이하게 이해할 수 있으므로 별도의 표기를 하지 아니한다.
상기 등록특허공보 제10-1256573호에 개시되어 있지 아니한 기술적 구성은 펄스 레이저 발생장치에서 발생한 레이저 빔을 광케이블로 전송할 때, 전송손실을 최소화하기 위하여 종래에는 단순히 빔 집속 렌즈 하나를 사용한 것을 복수의 렌즈로 빔을 집속하여 레이저 빔의 집속하여 전송하므로 전송손실을 최소화하여 빔의 출력을 높이고, 보다 균일한 레이저 빔을 얻을 수 있었으며, 이를 '커플러(coupler) 광학부'라 한다. 이에 대한 구체적인 기술적 구성은 자세하게 후술될 것이다.
또한, 상기 각인장치 헤드의 전면에는 각인장치 헤드를 보호하기 위하여 좌측 및 우측에 고정된 베이스 플레이트와, 각인장치 헤드의 움직임에 따라 이동하도록 제작된 사이드 슬라이딩 판넬 및 센터 슬라이딩 판넬로 구성된 각인장치 헤드 보호커버가 설치되어 있다.
상기 센터 슬라이딩 판넬에는 광케이블을 통해서 전송된 펄스 레이저 빔을 피사체에 조사하기 위한 레이저 빔 조사 유닛이 통과하는 조사 유닛 통과구가 형성되어 있고, 형성된 조사 유닛 통과구는 각인 시 발생하는 불꽃(spatter)이 튀어서 헤드가 손상되는 것을 효율적으로 방지하기 위하여 빔의 조사 위치에 따라 이동하도록 구성되어 있다.
각인장치 헤드 보호커버의 구체적인 기술적 구성에 대하여서는 후술될 것이다.
상기 베이스 플레이트와 베이스 플레이트의 상부와 하부를 따라 이동하도록 구성된 사이드 슬라이드 판넬과 센터 슬라이드 판넬로 구성된 각인장치의 헤드 보호커버를 각인장치 헤드 전면에 설치함으로써 각인장치 헤드의 내구성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.
본 발명은 펄스 레이저 발생장치에서 생성된 레이저 빔을 직경이 좁은 광케이블을 통해서 각인헤드의 이용하여 레이저빔조사유닛으로 전송하여 레이저 빔을 피사체에 조사하도록 구성되어 있다.
통상적으로, 광전송 시 상당한 손실이 발생하며, 이를 최소화하는 것은 매우 중요하다. 그래서 초기 모델에서는 단순하게 하나의 집속렌즈를 사용하였으나, 이 경우에 전송 손실이 심하거나, 광케이블 표면에 집속된 레이저 빔 세기의 분포가 임의로 제어하기 어려워 광케이블을 손상시키기도 하였다. 이를 개선하기 위하여 렌즈 통과 시 손실이 적은 재질과 전송 시 전송손실을 최소화하기 위하여 복수의 렌즈를 사용한 커플러(coupler) 광학부를 설계 제작하여 채용한다.
또 다른 개선된 기술적 구성으로, 가공 대상이 자동차 차체의 시트크로스 멤버(탑승자 옆 부분, 평면 구조임)일 경우에는 2축 레이저 각인장치 헤드를 사용하고, 가공 대상이 카울(엔진룸의 뒷부분, 수직형태의 골곡이 있는 구조임)일 경우에는 3축 레이저 각인장치 헤드를 사용한다.
상기 2축 각인장치 헤드는 3축 각인장치 헤드의 Z-축을 사용하지 않도록 하여 구성할 수 있으나, 각각의 제작비용이 차이가 있으므로 각각 별도로 제작할 수도 있다.
각인장치 헤드에는 초점거리를 측정하기 위한 초점거리 측정센서 및/또는 거리측정센서가 고정 설치되어 있다.
본 발명에 따른 펄스레이저 컨트롤러의 메모리에 저장된 제어프로그램 역시 상기 등록특허공보 제10-1256573호 개시된 기술적 구성보다 최적화하여 탑재되어 있다.
본 발명의 전체적인 기술적 구성에 대하여 살펴본다.
본 발명은 피사체(50)에 고유 아이디를 각인하기 위하여 로봇에 구성된 아암(20)의 어느 일측에 설치되어 컨트롤러의 제어에 따라 정해진 레이저 빔 조사구역 내에서 레이저빔조사유닛을 이동시키는 각인장치 헤드(230)를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 각인장치의 컨트롤러는, 각인장치 헤드를 이용하여 피사체에 차대번호를 각인할 때 벡터 데이터 혹은 도트 데이터로 형성된 고유 아이디를 펜 타입 혹은 래스트 스캔 방식으로 피사체에 각인시키도록 구성되어 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치의 개념도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치는 로봇, 로봇의 아암에 연결되어 있는 각인장치 헤드, 각인장치 헤드에 결합되어 있는 레이저빔조사유닛, 펄스 레이저 발생장치, 컨트롤러를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성함으로써, 로봇을 이용하여 레이저 조사 영역에 신속 정확하게 이동할 수 있으며, 마킹핀 방식이 아닌 펄스 레이저 방식을 이용함으로써 깊은 마킹(각인)이 가능한 효과를 제공하게 된다.
본 발명은 도트 패턴을 이용하여 한 줄을 각인한 후 이동하여 다음 줄을 각인하게 되므로 각인하기 위한 공정 시간 자체가 앞서 설명한 종래 기술보다 현저하게 줄어들어 인건비와 제조단가를 줄일 수 있는 유리한 효과가 있다.
본 발명에서는 해당 기술 분야의 장기간 미해결 과제인 위변조 방지와 고강도의 소재를 사용하는 피사체에 고유 아이디를 각인시킬 수 있는 기능 및 수단 모두를 해결할 수 있게 된다.
즉, 종래의 마킹핀이나 큐스위치 레이저를 이용한 마킹 방식은 피사체에 10 내지 90 마이크로미터 정도의 깊이로 마킹을 수행할 수밖에 없어서 피사체 예를 들어 차량의 차대번호가 마킹된 부위를 깎거나 지우게 되면 위변조가 가능한 단점을 가지고 있지만 본 발명에서는 일반 레이저가 아닌 펄스에너지가 수100mJ 이상의 고에너지 펄스 레이저 발생장치를 사용하게 된다.
본 발명에 따라 제작된 펄스 레이저 발생장치는 100 내지 900마이크로미터 사이의 깊이로 각인이 되므로 위변조를 방지할 수 있게 되며, 각인 시 컨트롤러에서 펄스 제어가 가능하므로 각인되는 위치에 정확하게 각인이 되는 정밀성이 있고 불량률을 줄이는 유리한 효과가 있다.
도 6은 본 발명에 따른 광섬유를 통해서 나온 레이저 빔을 광전송용 멀티모드 광섬유로 전송하기 위한 커플러 광학부를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 펄스 레이저 발생기에서 발생한 레이저 빔을 최대한 손실 없이 광 섬유로 전송시키며 레이저빔의 공간분포를 제어할 수 있는 커플러 광학부를 구비하고 있다.
즉, 상기 커플러 광학부(400)는 레이저 발생 광섬유(410)에서 나오는 펄스 레이저 빔을 멀티모드 섬유(420, GI 형 Multimode Fiber(GI Fiber))로 전송할 때 저손실로 전송하면서 렌즈 및 광섬유의 손상을 최소화하여 내구성을 높인 것이다.
이를 구현하기 위한 구성을 살펴보면, 레이저 빔의 광축을 따라서 광섬유(410)에서 나오는 펄스 레이저 빔을 멀티모드 섬유(420)로 전송하기 위하여 레이저 빔의 경로를 굴절시켜 평행광으로 만드는 콜리매이션(Collimation) 렌즈 군(430)과, 평행 광을 굴절시켜 멀티모드 섬유 속으로 들어가도록 빔 집속시키는 빔 집속(focusing) 렌즈 군(440)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로, 콜리매이션 렌즈군(430)은 광섬유에서 발생한 고출력 레이저 빔이 광축을 따라 전송되면서 반사된 광이 레이저 발생 광섬유로 되돌아가 표면 파손을 방지할 수 있고 수차를 줄일 수 있도록 메니스커스 렌즈와 볼록 렌즈의 조합으로 설계되어 있다.
빔 집속(Focusing) 렌즈군(440)은 고에너지의 펄스 레이저 빔을 멀티모드 섬유(GI형 Multimode Fiber)에 저손실로 안전하게 집속시키기 위해 평볼록 렌즈와 메니스커스 렌즈의 조합으로 설계되어 있다.
또한, 고에너지 펄스 레이저 빔의 집속으로 인한 멀티모드 섬유(GI형 multimode Fiber)의 표면 파손을 방지하기 위해 단일모드 섬유에서 출력된 레이저 빔 사이즈는 멀티모드 광섬유 표면적의 80~90% 정도가 되도록 형성하면서 원래의 레이저빔의 1/2배의 NA(numerical aperture)값을 가지도록 설계되어 있다.
빔 전송용 멀티모드섬유에는 GI 섬유와 SI(step index) 섬유가 있다. SI 섬유는 코어(중심부)의 굴절률이 공간적으로 균질하여 전송된 레이저 빔은 햇 톱(hat top)형상을 가지게 된다. 고출력 전송이 용이하고 광섬유 표면의 손상 임계(damage threshold) 값이 높아서 취급하기는 용이하나 각인된 형상이 U자형의 햇 톱(hat top)형상이어서 각인 시인성이 좋지 않다. SI 섬유의 구조 및 빔 전송 패턴 등에 대한 것은 도 7에 도시되어 있다.
반면에, GI(graded index) 섬유는 광케이블 표면의 손상 임계(damage threshold) 값이 SI형 광케이블에 비하여 낮고 가격도 상대적으로 고가이나 각인 깊이가 깊고 형상이 V자형에 가까운 형태로 각인 시인성이 우수한 장점이 있다. GI 섬유의 구조 및 빔 전송 패턴 등에 대한 것은 도 8에 도시되어 있다.
상기 컨트롤러는 로봇, 각인장치 헤드 및 펄스레이저발생부와 연계되어 로봇, 각인장치 헤드와 펄스 레이저 발생장치를 제어하게 된다.
구체적으로, 컨트롤러는 피사체에 각인되는 고유 아이디의 패턴을 저장하고 있으며, 고유 아이디를 각인시킬 레이저 빔 조사구역 근처로 로봇을 이동시키고 레이저 빔 조사구역 범위 내에서 각인장치 헤드를 신속히 이동시키면서 동시에 상기 펄스 레이저 발생장치에 레이저 빔 발생을 위한 조사 신호를 전송하게 된다.
상기 레이저 빔 조사구역은 각인될 피사체의 특정 부위를 의미하며, 보다 구체적으로 차대번호가 각인될 차체의 부위이다.
상기 각인장치 헤드는 실제 각인을 위하여 정해진 조사 범위 내에서 신속히 움직이도록 설치 구성한 것이며, 각인장치 헤드에 레이저빔 조사유닛이 결합되어 있어서 각인장치 헤드가 이동하면서 레이저를 조사하게 된다.
각인장치 헤드는 설정된 좌표(X,Y,Z)를 수신해서 좌표 값대로 이동하면서 컨트롤러에서 레이저빔 조사유닛에 조사 신호를 전송하여 각인하는 것이다.
종래에는 로봇의 이동하면서 각인이 되므로 신속한 각인이 거의 불가능하였지만 상기한 각인장치 헤드를 이용하여 각인할 경우에는 각인장치 헤드만 원하는 위치로 이동하면서 각인하므로 신속한 각인이 가능하다.
또한, 종래의 레이저 마킹은 큐스위치 혹은 씨더블유(CW) 레이저 마킹 장치를 사용하고 있는데 이는 종래 기술에서 언급하였듯이 얇은 마킹으로 처리하므로 쉽게 위변조가 가능하며, 만약 도장 작업을 수행한다면 고유 아이디를 인식할 수 없는 심각한 문제점을 가지고 있었다.
반면에, 본 발명은 고에너지 펄스 레이저 빔을 발생시키는 펄스 레이저 발생장치를 이용하는데, 이는 집적된 에너지를 가진 펄스로 사용함으로 깊은 각인(Deep Engraving)이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 펄스 레이저 빔은 높은 첨두 출력을 가지도록 구성할 수 있으며, 첨두 출력을 가진 레이저 빔을 발생하기 위하여 높은 첨두 출력을 가진 전기신호를 펄스 레이저 발생장치에 공급한다.
이와 같은 경우에 첨두 펄스 레이저 빔을 발생하기 위하여 펄스 레이저 발생장치로 공급되는 펄스 전기 신호에서 앞부분이 뒷부분보다 높은 전기 에너지를 주입하여 첨두 펄스 레이저 빔을 발생시켜 사용할 경우에는 높은 에너지를 가진 레이저 빔으로 피사체를 예열한 후 가공하는 것으로 가공 대상 피사체의 열변형이 적고 깊게 가공할 수 있는 유리한 효과가 있다.
첨두 펄스 레이저 빔은 가공 대상 피사체의 열변형이 적으면서 깊게 가공할 수 있으나, 통상의 펄스 신호를 입력하여 얻은 레이저 빔을 사용할 수도 있다.
또한, 광케이블(광섬유)을 이용하여 광케이블의 유연성을 이용하여 각인장치 헤드가 신속히 움직이면서 벡터 데이터 혹은 도트 데이터로 형성된 고유아이디를 펜 타입 혹은 래스트 스캔 방식으로 피사체에 용이하게 각인시킬 수 있다.
한편, 레이저빔조사유닛은 각인장치 헤드의 어느 일측에 연결부재(미도시)를 통해 연결되어 있으며, 광케이블에 의해 펄스레이저발생부와 연결되어 펄스레이저발생부에서 발생된 펄스 레이저 빔을 피사체에 조사시켜 고유 아이디를 각인시키게 된다.
본 발명에서 설명하고 있는 고유 아이디는 피사체를 식별하기 위하여 숫자, 문자, 문양 등으로 이루어진 것을 의미하며, 보다 구체적으로, 차대번호를 들 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치의 컨트롤러 블록도이다.
상기 패턴 저장부(110)는 피사체에 각인되는 고유 아이디의 벡터 데이터 혹은 도트 데이터를 저장하고 있다.
즉, 펄스 레이저 발생시 1 펄스 당 1도트를 피사체에 찍기 위한 패턴이 저장되어 있게 된다.
상기 좌표연산부(120)는 패턴저장부에 저장된 벡터 데이터 혹은 도트 데이터를 가공하여 각인장치 헤드가 움직이는 좌표로 연산하게 된다.
또한, 로봇이 움직이는 좌표의 연산은 본 발명 출원이 출원하여 등록된 등록특허공보 제10-1256573호에 자세하게 개시되어 있고, 본 발명의 주요 기술적 구성이 아니므로 생략한다.
상기 좌표설정부에 의해 각인장치 헤드가 해당 좌표로 이동하면 이동 완료 신호를 각인장치 헤드에서 컨트롤러로 송출하게 되며 컨트롤러에서는 펄스출력지시부를 제어하게 되머 펄스출력지시부(140)에 의해 펄스레이저발생부에 레이저 조사 신호를 전송하게 된다.
이때, 상기 펄스레이저발생부는 레이저 빔을 발생시키게 되며 레이저빔 조사유닛을 통해 피사체에 조사시켜 고유아이디를 각인하게 되는 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치의 펄스 레이저의 출력 형태를 나타낸 도면이다.
컨트롤러에서는 도트(300)를 찍을 경우에 한해 펄스출력지시부에 조사 신호를 전송하도록 하게 되며, 레이저 온 시 도트가 찍히며, 레이저 오프 시 도트를 찍지 않고 이동하게 된다.
좌표의 연산하고, 해당 좌표에 각인하는 구체적인 방법은 본 발명 출원이 출원하여 등록된 등록특허공보 제10-1256573호의 명세서에 구체적으로 기재되어 있다.
상기 예는 도트 데이터로 형성된 고유 아이디를 피사체에 래스트 스캔 방식으로 각인시키는 것을 나타낸 것이며, 벡터 데이터로 형성된 고유 아이디의 경우에는 피사체를 펜 타입 방식으로 각인시킬 수도 있다.
한편, 고유 아이디를 래스트 스캔 방식으로 피사체에 각인시킴으로써, 각인 속도가 빨라지는 더 나은 효과와 문자나 숫자 마킹시 중복 영역이 발생하지 않게 되어 불량율을 제거할 수 있는 보다 유리한 효과를 얻을 수 있다.
종래의 마킹핀이나 큐스위치 혹은 CW 레이저를 이용한 마킹 방식은 피사체에 10 내지 90 마이크로미터 정도의 깊이로 마킹을 수행하게 되어 마킹된 부위를 깎거나 지우거나 도장을 통해 위변조를 쉽게 실행할 수 있는 문제점이 있지만, 본 발명의 펄스 레이저 발생장치를 사용하게 되면 100 내지 900마이크로미터 내의 상당히 깊은 깊이로 각인이 되므로 각인된 부위를 깎거나 지우기란 상당히 어려우므로 위변조를 쉽게 실행할 수 없는 유리한 효과가 있으며 특히, 고강성 강판에 각인하는 경우 고심도 각인이 가능한 방법이다.
상기와 같은 구성 및 동작을 통해 고에너지 펄스레이저발생부로부터 발생되는 펄스 레이저 빔을 이용하여 피사체에 식별할 수 있는 고유 아이디를 각인함으로써, 고강도의 차체에 고유 아이디를 각인시킬 수 있으며, 마킹핀이라는 절삭 공구를 사용하지 않게 되므로 이에 따른 마킹핀의 잦은 교체와 마킹시 발생되는 심각한 소음을 제거할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이 본 발명은 레이저 각인장치 헤드를 보호하기 위한 레이저 각인장치 헤드 보호커버가 설치되어 있다.
레이저 각인장치 헤드 보호커버는 레이저 가공 시 발생하는 스패터(spatter)로부터 각인기 헤드의 내부를 보호하기 위한 것이다.
즉, 레이저 각인장치 헤드에는 헤드를 정확하게 움직이기 위한 각종 센서와, 가이드 홈, 가이드 레일 등 정밀을 유지할 수 있는 각종 부품들이 설치되어 있으며, 이들이 각인 시 발생하는 스패터에 의하여 손상을 받지 않도록 막아주는 역할을 하는 것이다.
펄스레이저 각인장치의 헤드 보호커버의 기술적 구성을 살펴본다.
도 9는 본 발명에 따른 각인 장치의 헤드보호커버가 설치된 형상을 도시한 것이다.
조사 유닛(560)이 이동하는 힘을 전달받아서 좌우로 이동하는 '센터 슬라이딩 판넬(550)'과, 센터 슬라이딩 판넬(550)이 좌측 또는 우측 가장자리로 이동 시 비어있는 공간을 커버하기 위하여 베이스 플레이트(520)와 센터 슬라이딩 판넬(550)사이 좌측 및 우측에 설치되는 '사이드 슬라이딩 판넬(530, 540)'과, 이동하는 센터 슬라이딩 판넬과 상기 좌측 및 우측 사이드 슬라이딩 판넬을 '베이스 플레이트(520)'의 상부와 하부에 회전 베어링(590)을 설치하여 가이드하도록 구성된 가이드 레일이 있다. 상기 좌측 및 우측 사이드 슬라이딩 판넬이 베이스 플레이트 외부로 돌출되지 않도록 막아주도록 '가림막(510)'으로 헤드의 좌측 및 우측 가장자리에 설치되어 있다.
베이스 플레이트의 상부와 하부 가이드 레일에 설치된 회전 베어링은 조사 유닛(560)이 이동할 때 작은 힘에 의하여 이동할 수 있고, 내구성을 높일 수 있는 유리한 효과가 있다.
보다 구체적으로, 센터 슬라이딩 판넬(550)은 레이저 각인장치의 헤드 보호커버 밖으로 돌출되는 조사 유닛 통과구(570)를 통하여 돌출되어 좌측과 우측으로 이동하는 조사유닛(560)이 이동하는 힘을 전달받아서 좌우로 이동하도록 구성되어 있다. 조사 유닛 통과구(570)는 X축에 비하여 상대적으로 이동거리가 짧은 Y축은 조사유닛(560)이 자유롭게 이동할 수 있도록 상하로 개방되어 있다. 조사유닛이 X축으로 이동하는 힘에 의하여 센터 슬라이딩 판넬이 움직이며, 가공 시 발생하는 스패터(spatter)로부터 각인기 헤드 내부를 보호한다. 내부에 요철이 있어 이동하는 힘을 사이드 슬라이딩 판넬에 전달된다.
사이드 슬라이딩 판넬(530, 540)은 외부 요철에 의하여 센터 슬라이딩 판넬(550)로부터 이동하는 힘을 전달받는다. 사이드 슬라이딩 판넬(530, 540)은 베이스 플레이트(520) 구간 내에서 움직이며, 센터 슬라이딩 판넬(550)을 따라 이동하면서 센터 슬라이딩 판넬(550)이 커버하지 못하여 공간(가리지 못하는 부분)을 커버하도록 구성되어 있다. 사이드 슬라이딩 판넬(530)이 없는 센터 슬라이딩 판넬은 좌우 이동범위를 구조상으로 전 영역을 커버하지 못하여 베이스 플레이트와 센터 슬라이딩 판넬사이에 빈공간이 발생한다.
베이스 플레이트(520)는 좌측 및 우측 가장자리에 평면 방향으로 고정 설치되어 있다. 베이스 플레이트(520)는 각인을 위하여 이동하는 조사유닛에 따라 이동하는 센터 슬라이딩 판넬 및 사이드 슬라이드 판넬들이 가이드되어 부드럽게 이동하도록 가이드 레일 또는 가이드 구조물 역할을 한다.
베이스 플레이트(520)의 상부와 하부에 형성된 가이드 레일 및 가이드 구조물을 따라 베어링이 부착되어(도 11 참조) 사이드 슬라이딩 판넬 및/또는 센터 슬라이딩 판넬이 이동할 때 발생하는 부하를 최소화하면서 내구성이 우수하도록 구성되어 있다.
가림막(510)은 각인장치 헤드의 좌측 및 우측 가장자리에 고정 설치되어 사이드 슬라이딩 판넬이 각인기 헤드 외부로 벗어나지 않도록 막아주도록 구성되어 있다. 즉, 가림막에 막혀서 사이드 슬라이딩 판넬이 더 이상 이동하지 않을 경우에 센터 슬라이딩 판넬은 사이드 슬라이딩 판넬의 외측으로 겹쳐서 이동하도록 구성되어 있다.
베이스 플레이트, 사이드 슬라이드 판넬 및 센터 슬라이딩 판넬의 위치는 베이스 플레이트가 가장 내측에 위치하고, 그 다음은 사이드 슬라이드 판넬이 위치하며, 바깥 부분은 센터 슬라이딩 판넬이 위치하도록 구성되어 있다.
슬라이딩 판넬의 소제는 스패터의 형태에 따라 구리판이나 스테인리스 스틸판 등 적절한 소제를 사용하는데, 구리판의 경우는 스페터의 융착이 거의 없어 융착성이 높은 알갱이의 크기가 큰 스페터가 발생되는 장소에 사용하고, 스테인리스스틸은 내마모성이 우수하므로 상대적으로 작은 크기의 스패터가 생기는 장소에 사용한다.
본 발명과 관련된 구체적인 실시 예에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야의 통상의 지식과 기술을 가진 자가 용이하게 변형 가능한 균등물의 경우에 변형된 모두는 본 발명의 권리범위에 속한다.
본 발명은 고에너지 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량과 관련하여 차대번호에는 제작사, 차량구분, 차종, 세부차종, 차체형상, 안전장치 형식, 배기량, 운전석 위치, 제작년도, 생산공장 등의 정보를 포함하는 숫자 및 문자가 포함되며, 이를 각인하기 위하여 레이저가 발생되는 광섬유와 레이저 빔을 조사유닛까지 전송하는 전송용 멀티모드 광케이블을 손실을 최소화하면서 접속되는 커플러 광학부를 구비하여 펄스 레이저 빔을 이용하여 해당 피사체에 식별할 수 있는 고유아이디를 각인시키되, 각인 장치 헤드의 손상을 방지하기 위한 헤드 보호커버를 구비한 펄스 레이저 빔을 이용한 각인 장치를 제공할 수 있으므로 산업상 이용 가능성이 매우 높다. 특히, 자동차 차체의 경우 탑승자의 안전을 고려하여 차체소재를 고강성 강판으로 사용하는 경우가 증가하고 있어 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims (10)

  1. 피사체에 고유아이디를 각인하는 각인 장치에 있어서,
    상기 로봇에 설치된 아암의 어느 일측에 설치되어 컨트롤러의 제어에 따라 정해진 레이저 빔 조사구역 내에서 레이저빔 조사유닛을 이동시키는 각인장치 헤드와, 상기 펄스레이저발생부와 광케이블로 연결되어 상기 펄스레이저발생부에서 발생된 레이저 빔을 피사체에 조사시켜 고유 아이디를 각인하는 레이저빔 조사유닛과, 펄스 레이저 빔을 발생시키는 펄스레이저발생부와, 상기 각인을 위한 펄스 신호를 생성시켜 펄스레이저발생부에 전송하는 컨트롤러를 포함하되,
    펄스레이저발생부에서 발생된 펄스 레이저 빔은 레이저 발생용 광섬유를 통해서 레이저빔 조사유닛으로 전송하기 위한 광전송용 멀티모드 섬유로 전송할 때 손실을 줄이면서 각인 품질을 높이기 위하여 둘 이상의 렌즈로 구성된 커플러 광학부를 구비함을 특징으로 하는 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커플러 광학부는 레이저 빔 광축을 따라서 레이저 발생용 광섬유를 통해서 펄스 레이저 빔을 광전송용 멀티모드 섬유로 전송하기 위하여 레이저 빔의 경로를 굴절시켜 평행광으로 만드는 콜리매이션 렌즈 군; 및
    콜리매이션 렌즈 군으로 만든 평행 광을 굴절시켜 광전송용 멀티모드 섬유 속으로 들어가도록 집속시키는 빔 집속 렌즈 군으로 구성됨을 특징으로 하는 피사체에 고유아이디를 각인하는 각인 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 콜리매이션 렌즈군의 전단 렌즈는 수차를 줄일 수 있도록 메니스커스 렌즈와 볼록 렌즈의 조합으로 구성되고,
    빔 집속 렌즈군은 고출력 레이저광을 광전송용 멀티모드 섬유 내로 낮은 손실로 안정되게 집속시키기 위해 평볼록 렌즈와 메니스커스 렌즈의 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 피사체에 고유아이디를 각인하는 각인 장치.
  4. 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치에 있어서,
    상기 로봇에 설치된 아암의 어느 일측에 설치되어 컨트롤러의 제어에 따라 정해진 레이저 빔 조사구역 내에서 레이저빔 조사유닛을 이동시키는 각인장치 헤드와, 상기 펄스레이저발생부와 광케이블로 연결되어 상기 펄스레이저발생부에서 발생된 레이저 빔을 피사체에 조사시켜 고유 아이디를 각인하는 레이저빔 조사유닛과, 펄스 레이저 빔을 발생시키는 펄스레이저발생부와, 상기 각인을 위한 펄스 신호를 생성하여 펄스레이저발생부에 전송하는 컨트롤러를 포함하되,
    상기 각인장치 헤드 전면에 설치되어, 펄스 레이저 빔으로 각인 시 피사체 표면에서 스패터가 튀어나와 각인장치 헤드를 손상시키는 것을 방지하여 내구성을 높이기 위하여 각인 헤드 보호커버를 구비한 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    스패터의 성질이 융착성인 환경에서는 각인헤드 보호커버의 재질을 구리판을 사용하여 스패터의 융착을 방지하고, 미세한 분말성의 스패터가 발생되는 환경에서는 내구성을 높이기 위하여 스테인리스스틸 재질의 보호커버를 사용함을 특징으로 하는 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 각인헤드 보호커버는 레이저 각인장치 헤드 보호커버 밖으로 돌출되는 조사 유닛 통과구를 통하여 돌출되어 좌측과 우측으로 이동하는 조사유닛이 이동하는 힘을 전달받아서 좌우로 이동하도록 구성된 센터 슬라이딩 판넬;
    베이스 플레이트 상부와 하부에 설치된 가이드 레일을 따라 이동하며, 센터 슬라이딩 판넬을 따라 이동하면서 센터 슬라이딩 판넬이 커버하지 못하여 공간을 커버하도록 구성된 사이드 슬라이딩 판넬; 및
    좌측 및 우측 가장자리에 고정 설치되며, 센터 슬라이딩 판넬 및 사이드 슬라이드 판넬이 가이드 레일을 따라 안내되어 이동하도록 상부 및 하부에 가이드 레일 또는 가이드 구조물이 설치된 베이스 플레이트로 구성된 피사체에 고유아이디를 각인하는 각인 장치.
  7. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    센터 슬라이딩 판넬에는 조사 유닛 통과구가 형성되며, X축에 비하여 상대적으로 이동거리가 짧은 Y축은 레이저 빔 조사유닛이 이동할 수 있도록 상하로 개방되고,
    사이드 슬라이딩 판넬과 센터 슬라이딩 판넬은 레이저 빔 조사유닛이 좌측과 우측으로 이동할 때 빔 조사유닛이 이동하는 힘에 의하여 이동하도록 구성됨을 특징으로 하는 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치.
  8. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 좌측 및 우측 사이드 슬라이딩 판넬이 베이스 플레이트 외부로 돌출되지 않도록 막아주기 위한 가림막이 더 설치된 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치.
  9. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    베이스 플레이트의 상부와 하부 가이드 레일에는 조사 유닛이 이동할 때 작은 힘에 의하여 이동할 수 있고, 내구성을 높일 수 있도록 회전 베어링이 더 설치됨을 특징으로 하는 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치.
  10. 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치에 있어서,
    상기 로봇에 설치된 아암의 어느 일측에 설치되어 컨트롤러의 제어에 따라 정해진 레이저 빔 조사구역 내에서 레이저빔 조사유닛을 이동시키는 각인장치 헤드와, 상기 펄스레이저발생부와 광케이블로 연결되어 상기 펄스레이저발생부에서 발생된 레이저 빔을 피사체에 조사시켜 고유 아이디를 각인하는 레이저빔 조사유닛과, 펄스 레이저 빔을 발생시키는 펄스레이저발생부와, 상기 각인을 위한 펄스 신호를 생성하여 펄스레이저발생부에 전송하는 컨트롤러를 포함하되,
    펄스레이저발생부에서 발생된 펄스 레이저 빔은 레이저 발생용 광섬유를 통해서 나오고, 이를 레이저빔 조사유닛으로 전송하기 위한 광전송용 멀티모드 섬유로 전송할 때 손실을 줄이면서 각인 시인성의 품질을 높이기 위하여 둘 이상의 렌즈로 구성된 커플러 광학부; 및
    상기 각인장치 헤드 전면에 설치되어, 펄스 레이저 빔으로 각인 시 피사체 표면에서 스패터가 튀어나와 각인장치 헤드를 손상시키는 것을 방지하여 내구성을 높이기 위하여 각인 헤드 보호커버를 구비한 피사체에 고유 아이디를 각인하는 각인 장치.
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