KR100495329B1 - 슬릿 가공용 레이저 가공기 - Google Patents

Abstract

레이저 가공시 레이저광을 통해 보드에 가공되는 슬릿의 상/하폭 가공오차를 최소화할 수 있는 슬릿 가공용 레이저 가공기가 개시되어 있다. 본 발명은 레이저광을 보드에 조사하여 일정형태의 슬릿을 가공하는 레이저 가공기에 있어서, 상기 보드상에 가공된 슬릿의 형상을 촬영하는 카메라 및 상기 슬릿의 상/하면을 촬영할 수 있도록 상기 카메라를 승강시키는 카메라승강유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 상기한 본 발명에 의하면 레이저 가공시 한대의 카메라를 이용하여 보드상에 가공된 슬릿의 상면 및 하면 폭을 연속적으로 촬영할 수 있으므로 종래에 비하여 보다 간단한 장치구성을 구현할 수 있다.

Description

슬릿 가공용 레이저 가공기{Laser Machine for processing slits}

본 발명은 레이저 가공기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 가공시 보드에 가공되는 슬릿의 상면 및 하면의 가공오차를 최소화시켜 절단날의 장착성을 향상시킬 수 있는 슬릿 가공용 레이저 가공기에 관한 것이다.

일반적으로, 내용물을 포장하는 종이박스는 두꺼운 판상의 종이를 접어서 제작하게 되는데, 이러한 종이판을 접기 위해서는 종이판의 내측부분을 일정깊이로 가압하여 접는선을 형성한 후, 요구되는 박스형태에 맞도록 외곽을 절단해야 한다.

이와 같이, 종이판에 박스형태의 외곽을 절단하거나 또는 종이판에 일정형상의 접는선을 형성하기 위해서는, 통상 합판 등과 같은 목형재질로 이루어진 다이보드(Die board)에 박스의 외곽 또는 접는선의 형상과 부합되는 일련의 슬릿(Slit)을 가공하여 이 슬릿에 절단날을 착설한 다음, 이 절단날이 장착된 다이보드로 박스형 종이판을 가압하여 제작하게 된다.

한편, 다이보드상에 절단날 장착을 위한 슬릿 형성시, 다양한 슬릿 가공방법이 채용될 수 있지만 보편적으로 레이저 가공기를 이용한 가공방법이 널리 행해지고 있다.

하지만, 이와 같이 레이저 가공기를 사용하여 슬릿을 가공할 경우, 다이보드상에 조사되는 레이저광의 초점거리 및 다이보드의 이송속도 등에 기인하여 가공된 슬릿의 상면 및 하면 폭이 일정치 못한 경우가 빈번히 발생되며, 이와 같은 경우에는 상기 가공된 슬릿에 절단날을 끼워 장착하기가 매우 어렵게 된다.

이 때문에, 레이저 가공시 레이저광에 의해 가공된 슬릿의 상/하면의 폭을 실시간으로 감지할 수 있는 별도의 광학감지센서를 구비하여, 이 광학감지센서에 의해 감지된 영상 데이터를 제어부에서 판독 비교하여 레이저광의 초점거리를 조절하거나 또는 보드의 이송속도를 적절하게 조절함으로써 슬릿의 상/하면 폭이 거의 일정하게 유지될 수 있도록 하고 있다.(대한민국 공개특허공보 제 95-23480호 참조)

그러나, 상기와 같은 종래의 레이저 가공기는 가공 대상물인 다이보드의 상/하부에 슬릿의 상면 및 하면을 촬영할 수 있는 각각의 광학 감지센서가 마련되어야 했기 때문에 이에 따른 레이저 가공기의 장치 구성이 매우 복잡해지는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 보드의 상부에 레이저 발생유닛의 노즐과 연동되는 한대의 카메라를 배치하고, 이 카메라의 초점거리 조절을 가능토록 하여 슬릿의 상면폭 및 하면폭을 각각 촬영할 수 있도록 함으로써, 구조적으로 보다 간단한 장치구성을 갖는 슬릿 가공용 레이저 가공기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬릿 가공용 레이저 가공기는, 레이저광을 보드에 조사하여 일정형태의 슬릿을 가공하는 레이저 가공기에 있어서, 상기 보드상에 가공된 슬릿의 형상을 촬영하는 카메라 및 상기 슬릿의 상/하면을 촬영할 수 있도록 상기 카메라를 승강시키는 카메라승강유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레이저 가공기는 베드와; 상기 베드에 설치되며 보드를 클램핑하는 클램핑 유닛과; 상기 클램핑 유닛을 상기 베드의 Y축 방향으로 이송시키는 Y축이송유닛과; 상기 베드 상부에 설치되는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기로부터 발생된 레이저광을 편향시켜 하방으로 유도하는 제1광유도부, 상기 레이저광을 집광하는 집광렌즈가 구비된 제2광유도부를 포함하여 이루어진 레이저 발생유닛과; 상기 레이저 발생유닛을 상기 베드의 X축 방향으로 이송시키는 X축이송유닛과; 상기 레이저 발생유닛과 연동하며 상기 집광렌즈의 초점거리를 조절하는 집광렌즈승강유닛 및 상기 카메라를 통해 촬영된 영상을 제공 받아 상기 슬릿의 상면폭과 하면폭이 서로 다른 경우 상기 집광렌즈승강유닛 또는 상기 Y축이송유닛을 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성된다.

한편, 상기 제2광유도부에는 레이저 가공시 상기 보드의 표면 굴곡에 따라 변동되는 집광렌즈 초점거리 및 카메라 초점거리의 위치변위를 전압값으로 변환하여 상기 제어부에 송출하는 포텐셔미터(Potentiometer)가 구비된다.

상기 제2광유도부는, 상기 제1광유도부 하부에 승강 가능하게 결합된 제1광유도관과; 상기 집광렌즈가 수납되며 상기 제1광유도관 하부에 연통된 렌즈 하우징과; 내부에 노즐이 장착되며 상기 렌즈 하우징의 하부에 연통된 제2광유도관 및 외면에 외측로 돌출된 수평단을 가지며 상기 제2광유도관의 외면을 따라 승강 가능하게 설치되는 노즐캡을 포함하고, 상기 포텐셔미터는 본체와 상기 본체로부터 승강되는 탐침을 포함하며, 상기 탐침은 상기 수평단에 집적적인 접촉을 유지하고 상기 본체는 렌즈 하우징의 외면에 고정된다.

또한, 상기 클램핑 유닛은, 상기 보드의 Y축 방향과 평행한 양측벽면을 각각 클램핑하는 고정측 플레이트 및 가동측 플레이트와; 상기 베드상에서 상기 보드의 이송방향과 수직한 방향으로 배치되는 크로스 레일부와; 상기 크로스 레일부의 양단에 각각 회전 가능하게 지지된 구동풀리 및 종동풀리와; 상기 구동풀리의 중심부에 결합되는 풀리 구동축과; 상기 풀리 구동축을 회전시키는 풀리 구동모터와; 상기 구동풀리와 종동풀리를 상호 연결하는 벨트 및 상기 가동측 플레이트의 양단에 결합되고 상기 벨트에 맞물려 상기 크로스 레일부의 저면에 X축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된 슬라이드 블록을 포함한다.

한편, 상기 베드상에는 상기 카메라에 의한 슬릿 촬영시 상기 보드의 하부로부터 상기 카메라의 직하방에 위치한 슬릿 주변부를 조명할 수 있도록 상기 카메라의 이동궤적을 따라 조명장치가 설치된다.

또한, 상기 베드상에는 상기 노즐의 이동궤적에 대응하여 길게 천공된 가스배출구가 형성되고, 상기 가스배출구의 하부에는 일정 수용공간을 형성하며 외부의 압입송풍기와 연통된 덕트가 설치된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공기를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공기에 있어서, 레이저 발생유닛의 일부를 상세하게 도시한 확대 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 베드(100)의 상부에는 보드(110)를 클램핑하는 클램핑 유닛(200)이 설치되고, 상기 클램핑 유닛(200)은 Y축이송유닛(600)을 통해 상기 베드(100)의 Y축 방향(이하, 전후방향이라 한다)으로 이송된다.

베드(100)의 후방 상측에는 클램핑 유닛(200)과 직접적인 간섭을 유발하지 않는 소정 이격거리를 두고서 X축이송프레임(120)이 설치되고, 이 X축이송프레임(120)의 상면에는 X축 방향(이하, 좌우방향이라 한다)을 따라 길게 배치된 한 쌍의 레일(122)이 고정되어 있다.

또한, 상기 X축이송프레임(120)에는 후술되는 레이저 발생유닛(400)을 상기 베드(100)의 좌우방향으로 이송시키는 X축이송유닛(500)이 구비되어 있다. 상기 X축이송유닛(500)은 베드(100)의 좌우방향으로 배치된 스크류축(520)과, 상기 스크류축(520)을 일정속도로 회전시키는 X축이송모터(540)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 X축이송프레임(120)의 상면 일측에는 좌우방향으로 상호 일정 이격거리를 고정된 한 쌍의 슬리브(124)가 마련되어 있으며, 상기 각 슬리브(124) 내에는 스크류축(520)의 양 단부가 회전 가능하게 지지되어 있다.

그리고, 상기 스크류축(520)의 일단에는 도시되지 않은 제어부와 연결되어 상기 제어부의 명령에 따라 상기 스크류축(520)을 일정속도로 회전시키도록 하는 정방향 및 역방향 회전이 가능한 X축이송모터(540)가 연결되어 있다.

한편, 레이저 발생유닛(400)은 레이저광을 생성하는 레이저 발진기(420)와, 상기 레이저 발진기(420)로부터 생성된 레이저광을 편향시켜 하방으로 유도하는 제1광유도부(440) 및 상기 제1광유도부(440)로부터 유도된 레이저광을 집광하는 제2광유도부(460)를 포함한다.

레이저 발진기(420)의 저면에는 레일 가이드(422)를 하면에 구비한 지지대(424)가 고정되어 있으며, 상기 레일 가이드(422)는 X축이송프레임(120) 위의 레일(122)과 상호 맞물려 베드(100)의 좌우방향으로 슬라이딩 가능토록 되어 있다.

그리고, 도면상에 도시되지는 않았지만, 상기 레이저 발진기(420)의 저면부 중앙에는 스크류축(520)의 외주부에 나사체결 되도록 중앙부에 나사공이 형성된 너트블록이 고정되어 있다.

이에 따라, 제어부를 통해 X축이송모터(540)의 구동이 이루어지면, 스크류축(520)이 정방향 또는 역방향으로 회전되면서 상기 스크류축(520)과 맞물린 상기 너트블록이 상기 스크류축(520)을 따라 좌우방향으로 상대 이송되기 때문에 레이저 발진기(420)가 X축이송프레임(120) 위에서 레일(122)을 따라 좌우방향으로 왕복 이송될 수 있는 것이다.

한편, 제1광유도부(440)는 레이저 발진기(420)의 전면부에 하방으로 절곡을 이루며 연통되고, 상기 제1광유도부(440)의 하부에는 상기 제1광유도부(440)에 대하여 베드(100)의 Z축 방향(이하, 상하방향이라 한다)으로 이동 가능하게 연통되도록 제2광유도부(460)가 마련되어 있다.

이때, 상기 제1광유도부(440)와 상기 제2광유도부(460) 사이에는 이들을 지지하는 플레이트(426)가 개재되고, 상기 플레이트(426)는 레이저 발진기(420)의 전방으로 일정거리 돌출하여 상기 레이저 발진기(420)의 저면부에 취부된 지지 프레임(428) 위에 고정되어 단일 유닛을 형성하게 된다.

구체적으로, 제1광유도부(440)는 레이저 발진기(420)로부터 발생되는 레이저광을 수직 하방으로 편향시키는 편향미러(442)가 구비되어 있으며, 상기 편향미러(442)를 통해 편향된 레이저광은 중공형의 이동 통로인 실린더(444)를 통과하여 하방으로 유도된다.

상기 제2광유도부(460)는 상기 제1광유도부(440)의 실린더(444) 하부에 승강 가능하게 장착된 제1광유도관(462)과, 상기 제1광유도관(462) 하단에 결합되고 내부에는 편향미러(442)에 의해 하방으로 편향된 레이저광을 집광시키는 집광렌즈가 구비된 렌즈 하우징(464), 그리고 상기 렌즈 하우징(464)의 하단에 결합되며 내측에 상기 집광렌즈를 거친 레이저광이 외부로 출사되는 노즐이 구비된 제2광유도관(466)을 포함하여 이루어져 있다.

또한, 상기 제2광유도관(466)의 하단에는 상기 제2광유도관(466)의 외면을 따라 승강 가능하게 장착된 노즐캡(468)이 구비되고, 이 노즐캡(468)의 외면 상단에는 상기 노즐캡(468)의 반경방향으로 소정 길이 돌출된 수평단(469)이 일체로 형성되어 있다.

한편, 레이저 발생유닛(400)은 집광렌즈의 위치를 변경시켜 보드(110)에 직접적으로 조사(照射)되는 레이저광의 초점거리를 조절하는 집광렌즈 승강유닛(480)을 포함한다.

상기 집광렌즈 승강유닛(480)은 스크류축(482)과, 상기 스크류축(482)을 회전시키는 구동모터(483) 및 상기 스크류축(482)의 외주상에 나사결합된 너트블록(484)을 포함한다.

상기 구동모터(483)는 플레이트(426)의 상면에 직립하여 지지된 지지 브래킷(481)의 상면에 고정되고, 도시되지 않은 제어부와 연결되어 상기 제어부의 지령에 따라 스크류축(482)을 정/역 방향으로 회전시킨다.

이때, 상기 구동모터(483)와 상기 스크류축(482) 사이에는 상기 구동모터(483)의 구동력이 상기 스크류축(482)에 전달되도록 상기 구동모터(483)의 축과 상기 스크류축(482)을 이어주는 커플링(485a)이 구비되고, 또한, 상기 스크류축(482)의 회전시 좌우로 유동되지 않도록 지지해주는 베어링(485b)이 설치되어 있다.

상기 너트블록(484)은 내부에 상기 스크류축(482)과의 결합을 위한 나사공(미도시)이 형성되어 상기 스크류축(482)을 따라 승강 가능하게 되어 있으며, 상기 나사공의 좌우에는 가이드봉(486)이 결합되고, 상기 가이드봉(486)의 하단에는 수평부재(487)가 결합되어 상기 너트블록(484)의 승강시 상기 수평부재(487)가 함께 연동되도록 되어 있다.

또한, 상기 수평부재(487)의 하면에는 수직링크(488a)가 결합되고, 상기 수직링크(488a)의 하단에는 렌즈 하우징(464)의 상단에 결합된 수평링크(488b)가 결합되어 상기 수평부재(487)의 승강시 역시 연동되도록 되어 있다.

한편, 상기 수평부재(487) 위에 위치한 지지 브래킷(481)의 내측면에는 상기 스크류축(482) 및 가이드봉(486)을 지지함과 아울러 상기 수평부재(487)의 상승 폭을 제한해주는 하는 역할을 수행하는 가이드 블록(489)이 고정된다.

이를 위해, 도면상에 표현되지는 않았지만, 상기 가이드 블록(489) 내에는 스크류축(482)이 상기 가이드 블록(489) 내에서 회전 가능하게 지지될 수 있도록 스크류축 수용홈이 형성되어 있으며, 또한, 상기 스크류축(482)의 좌우에는 가이드봉(486)이 상하로 관통되기 위한 관통공이 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 따라, 제어부를 통해 구동모터(483)가 작동되면, 스크류축(482)이 정방향 또는 역방향으로 회전되면서 상기 스크류축(482)을 따라 너트블록(484)의 승강작용이 이루어지게 된다.

이때, 상기 너트블록(484)이 승강됨에 따라 제1광유도관(462)이 연동하여 실린더(444) 내외로 승강되면서 렌즈 하우징(464) 내에 구비된 집광렌즈의 위치변동에 따른 레이저광의 초점거리의 조절이 수행되는 것이다. 이에 따라, 상기 레이저광을 통해 보드(110)에 가공되는 슬릿의 상면폭 및 하면폭의 크기를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.

한편, 렌즈 하우징(464)의 외면에는 가공된 슬릿의 형상을 감지하는 감지수단인 카메라(700)가 지지 브래킷(491)을 통해 고정되어 있다. 상기 카메라(700)는 제어부와 전기적으로 연결되어 있으며, 레이저광을 통해 가공된 슬릿의 상/하면을 각각 촬영하여 상기 촬영된 슬릿의 상/하면 영상 데이터를 상기 제어부로 실시간 송출한다.

상기 카메라(700)는 카메라 승강유닛(490)을 통해 승강작용이 이루어진다. 구체적으로, 상기 카메라 승강유닛(490)은 스크류축(493)과, 상기 스크류축(493)을 회전시키는 구동모터(494) 및 카메라(700)가 고정되며 상기 스크류축(493)의 외주부와 맞물려 결합된 가이드 블록(492)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 구동모터(494)는 지지 브래킷(491)의 상면에 고정되고, 도시되지 않은 제어부와 연결되어 상기 제어부의 지령에 따라 스크류축(493)을 정/역 방향으로 회전시킨다.

이때, 상기 구동모터(494)와 상기 스크류축(493) 사이에는 전술된 집광렌즈 승강유닛(480)에서와 같이, 커플링(496) 및 베어링(497)이 구비되어 있다.

또한, 상기 가이드 블록(492)은 내부에 스크류축(493)의 외주부에 나사 결합될 수 있도록 나사공(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 나사공의 좌우에는 상기 베어링(497)과 지지 브래킷(491) 사이에 지지되는 가이드봉(495)을 수용하기 위한 관통공(미도시)을 갖는다. 상기 가이드봉(495)은 가이드 블록(492)의 승강시 좌우로 유동되지 않도록 위치를 가이드 해준다.

이와 같은 구성에 따라, 제어부를 통해 구동모터(494)가 작동되면, 스크류축(493)이 정방향 또는 역방향으로 회전됨에 따라 카메라(700)가 고정된 가이드 블록(492)의 승강작용이 이루어지면서 보드(110) 상면에 가공된 슬릿의 상면 및 하면을 용이하게 촬영할 수 있도록 해준다.

한편, 노즐캡(468)은 레이저 가공시 보드(110)의 표면과 집적적인 접촉상태를 유지하며, 노즐의 보호기능을 수행함과 동시에 레이저광이 작업자에게 직접적으로 노출되는 것을 방지하도록 한다.

상기 노즐캡(468)의 수평단(469)에는 이에 직립하도록 제1수직봉(471)이 고정되고, 상기 제1수직봉(471)의 상단은 도시되지 않은 판상의 연결부재를 매개로 슬라이드 블록(477)과 결합되어 있다.

또한, 상기 슬라이드 블록(477)은 일측에 레일홈(미도시)이 형성되고, 이 레일홈은 지지 브래킷(475)의 내측면에 구비된 가이드 레일(476)의 외면과 맞물리도록 되어, 상기 가이드 레일(476)을 따라 상하방향으로 슬라이딩 가능하도록 설치되어 있다.

이에 따라, 레이저 가공시 노즐캡(468)이 보드(110) 표면과 접촉되며 보드(110) 표면의 불규칙한 굴곡에 의해 제2광유도관(466)의 외면을 따라 승강되면, 상기 노즐캡(468)으로부터 수평단(469), 제1수직봉(471) 및 슬라이드 블록(477)까지 이어지는 하나의 결합체가 연동하며 상하방향으로의 승강작용을 수행하게 되고, 또한, 이 과정에서 상기 슬라이드 블록(477)과 상기 가이드 레일(476) 사이의 상대 직선이동을 통해 좌우방향의 흔들림 없이 매끄러운 승강작용을 수행할 수 있게 된다.

한편, 제1수직봉(471)과 슬라이드 블록(477)을 연결하는 연결부재는 평상시 플레이트(426) 상면에 단순히 걸쳐진 상태로 유지되기 때문에, 상기 제1수직봉(471)이 하방으로 이동되는 것이 제한된다. 하지만, 레이저 가공 시에는 노즐캡(468)이 보드(110)의 표면과 접촉을 이룬 후 상기 연결부재가 플레이트(426)의 상면으로부터 일정간격 상측으로 이격된 상태에서 작업이 수행되기 때문에 노즐캡(468)이 어느정도의 제한적인 범위 내에서는 승강이동이 자유롭게 수행될 수 있다.

또한, 지지 브래킷(475)의 절곡된 상면에는 실린더(474)가 고정 설치되고, 이 실린더(474) 하부에는 상단에 상기 실린더(474) 내부를 왕복이동하는 피스톤(미도시)을 구비한 제3수직봉(473)이 장착된다.

그리고, 도시되지는 않았지만, 상기 실린더(474)는 제어부와 연결된 외부의 유체(流體)공급수단과 연결되고, 상기 유체공급수단으로부터 유체 압력을 제공 받아 내부의 피스톤을 상/하부로 이동시켜 제3수직봉(473)이 실린더(474)를 중심으로 승강작용을 수행할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 제3수직봉(473)의 하단에는 제2수직봉(472)이 연결되고, 상기 제2수직봉(472)의 하단에는 연결부재의 저면부 일측에 걸려 지지될 수 있도록 대략 'ㄴ'자 형상으로 절곡된 후크(미도시)가 일체로 형성되어 있다.

이에 따라, 실린더(474) 내에서 피스톤이 상승방향으로 이동되면 제2수직봉(472)의 후크는 연결부재의 저면부에 걸쳐져 상승되기 때문에 상기 연결부재와 연동되는 노즐캡(468)의 상승작용이 이루어진다.

마찬가지로, 피스톤이 하강방향으로 이동되면 슬라이드 블록(477), 제1수직봉(471) 및 노즐캡(468)으로 이어지는 결합체의 자중을 받으며 연결부재가 후크 위에 걸쳐진 상태에서 하강되므로 노즐캡(468)의 하강작용이 이루어진다.

물론, 레이저 가공시에는 연결부재의 저면부가 후크의 상면부로부터 일정거리 이격되도록 세팅하여 노즐캡(468)이 보드(110)의 표면을 따라 자유롭게 승강작용을 수행할 수 있도록 해야만 한다.

이와 같은 구성에 의하여, 노즐캡(468)이 보드(110)의 표면과 접촉을 이룬 상태에서 레이저 가공이 진행되는 경우에는 상기 보드(110)의 표면굴곡에 따른 노즐캡(468)의 자중에 의한 자발적인 승강작용이 이루어진다.

반면, 레이저 가공시 보드(110)상에서 가공영역을 옮기기 위해 노즐캡(468)을 일시적으로 들어올리거나, 혹은 다른 보드(110)로 교체하기 위하여 노즐캡(468)을 위로 들어 올려야 할 경우에는 제어부를 통한 실린더(474)의 구동으로 노즐캡(468)의 강제적인 승/하강 작용을 수행할 수 있게 된다. 이렇게 되면, 레이저 가공 과정에서 제어부에 프로그램화된 알고리즘에 따라 적절한 타이밍에 맞추어 노즐캡(468)의 승강작용을 유도할 수 있기 때문에 장치의 자동화를 보다 용이하게 구현할 수 있다.

한편, 제2광유도부(460)에는 레이저 가공시 보드(110)의 미세한 표면 굴곡에 따른 노즐캡(468)의 상하 이동변위를 감지하여 집광렌즈의 초점거리 및 카메라의 초점거리를 적절하게 보상해주도록 하는 포텐셔미터(Potentiometer;720)가 구비되어 있다.

이때, 본 발명에서 채용하고 있는 포텐셔미터는 일종의 가변 저항기로서, 위치변동에 따른 저항 값의 변화를 그에 상응하는 소정의 전압 값으로 변환해주는 통상적인 포텐셔미터를 채택하고 있다.

포텐셔미터(720)는 본체(722)와 상기 본체(722)로부터 승강 되는 탐침(724)을 포함하여 구성되고, 도시되지 않은 제어부와 전기적으로 연결되어 있다. 이때, 상기 본체(722)는 렌즈 하우징(464)의 외면상에 고정되고, 상기 탐침(724)은 가이드 부재(726)를 통해 제1수직봉(471)상에 지지되면서 노즐캡(468)의 수평단(469) 상면에 직접적인 접촉상태를 유지한다.

이와 같은 구조에 의해, 레이저 가공시 보드(110)의 표면 굴곡에 따른 노즐캡(468)의 반복적인 승강작용이 이루어지면, 상기 노즐캡(468)과 연동하여 상기 수평단(469) 위에 접촉된 탐침(724)이 반복적으로 승강되면서 노즐캡(468)의 상하 이동변위를 실시간으로 제어부에 송출하게 된다.

그리고, 상기 포텐셔미터(720)를 통해 감지된 신호 값에 따라 상기 제어부에서는 집광렌즈 승강유닛(480) 및 카메라 승강유닛(490) 내에 구비된 각각의 구동모터(483)(494)를 작동시켜 레이저광의 초점거리 및 카메라의 초점거리를 실시간으로 적절히 조절함으로써 보드(110)의 미세한 표면굴곡에 따른 슬릿의 상/하면 측정오차 및 가공오차를 최소화 시키도록 하고 있다.

한편, 도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공기(1000)에 있어서, 특히, 클램핑 유닛(200)의 구조를 보다 구체적으로 보여주는 사시도이다. 또한, 도 4a는 도 3의 정면도로서, 고정측 플레이트 주변부를 확대 도시한 도면이고, 도 4b는 가동측 플레이트 주변부를 확대 도시한 도면이다.

도 3과 도 4a 및 도4b를 참조하면, 클램핑 유닛(200)은 보드(110)의 Y축방향과 평행을 이루는 일측벽면을 지지하는 고정측 플레이트(210)와, 베드(100)의 X축방향을 따라 이송되며 상기 고정측 플레이트(210)와 대향하는 상기 보드(110)의 타 측벽면을 지지하는 가동측 플레이트(220)를 포함한다.

구체적으로 설명하면, 고정측 플레이트(210)는 베드(100) 위에 슬라이딩 가능하게 안착된 이송판(130)의 상면부에 고정되어 있으며, 상기 이송판(130)의 단부에는 후술되는 하측 지지판(234)에 수직으로 연결된 수직 연결판(238)이 직립 고정되고, 상기 수직 연결판(238) 내측으로는 보강부재(239)가 결합되어 있다.

또한, 베드(100)의 상부에는 보드(110)의 이송방향과 수직한 방향으로 배치된 한 쌍의 크로스 레일부(230)가 마련된다. 상기 크로스 레일부(230)에는 가이드빔(231)과, 상기 가이드빔(231)의 양단에 각각 결합되는 풀리 하우징(232)이 구비되어 있다.

그리고, 상기 가이드빔(231)의 저면부 일측에는 상측 지지판(233)과, 하측 지지판(234) 및 레일 가이드(235)가 순차적으로 결합되고, 상기 레일 가이드(235)는 베드(100) 상면에 Y축 방향과 평행을 이루는 레일 베이스(140)에 고정된 레일(150) 위에 안착되어 베드(100)의 전후방향으로 슬라이딩 가능하도록 되어 있다.

한편, 가동측 플레이트(220)의 양 단부에는 각각 소정 형태를 이루는 슬라이드 블록(240)이 결합되어 있으며, 상기 슬라이드 블록(240)의 상면에는 레일부(미도시)를 형성하고 가이드빔(231)의 저면부에는 상기 레일부가 맞물리는 레일홈(미도시)을 형성하여 슬라이드 블록(240)이 가이드빔(231)의 저면부에서 X축 방향을 따라 직선 왕복운동이 가능하도록 되어있다.

또한, 상기 가이드빔(231) 양단에 결합된 풀리 하우징(232)은 상기 가이드빔(231)과의 구조적인 결합강성을 향상시킬 수 있도록 수평 보강판(237) 및 수직 보강판(236)에 의해 보강된 2차적인 보강구조를 취하고 있다.

그리고, 도면상에 도시되지는 않았지만, 크로스 레일부(230)의 양단에 구비된 풀리 하우징(232) 내에는 외주상에 다수의 톱니가 형성된 구동 풀리와 종동 풀리가 각각 회전 가능하게 지지되어 있으며, 상기 구동 풀리 및 종동 풀리는 타이밍 벨트(250)를 통해 상호 연결되어 구동 풀리가 회전되면 종동 풀리는 자연적으로 연동되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 타이밍 벨트(250)에는 상기 가이드빔(231) 저면에 취부된 슬라이드 블록(240)이 좌우로 유동되지 않도록 상호 맞물려 고정되고, 더불어, 각 크로스 레일부(230)에 구비된 구동 풀리의 중심부에는 풀리 구동축(260)이 상호 결합되어 있으며, 이 풀리 구동축(260)의 일단에는 제어부와 연결된 풀리 구동모터(270)가 연설되어 있다.

이와 같은 구성에 따라, 상기 제어부를 통해 풀리 구동모터(270)가 작동되면, 풀리 구동축(260)과 결합된 각 구동 풀리가 회전되면서 타이밍 벨트(250)를 통해 연결된 종동 풀리의 회전이 이루어진다. 그리고, 상기 타이밍 벨트(250)가 X축방향으로 이동되면 이와 결합된 슬라이드 블록(240)이 연동하여 이송되고, 상기 슬라이드 블록(240)과 결합된 가동측 플레이트(220)를 고정측 플레이트(210)측으로 강제적으로 이송시킴으로서 보드(110)의 클램핑 작업이 이루어지게 된다.

이러한 가변적인 클램핑 구조는 피가공물인 보드(110)의 크기에 영향을 받지 않으며 다양한 크기의 보드(110)를 자유롭게 클램핑시킬 수 있으므로, 종래와 같이 보드(110)의 크기에 따라 클램핑 수단을 일일이 교체하여 사용해야 하는 번거로움을 해소할 수 있다.

이상의 실시 예에서는 가동측 플레이트(220)를 고정측 플레이트(210)측으로 이송시키는 수단으로, 풀리 구동축(260)의 회전에 따라 구동 풀리와 종동 풀리에 연결된 벨트(250)의 이동에 의하여 가동측 플레이트(220)가 강제적으로 이송되는 구조를 채용하고 있지만, 이 외에 모터의 구동력으로 작동되는 공압 또는 유압 실린더 등을 장착하여 피스톤의 직선 왕복운동에 의해 가동측 플레이트(220)를 고정측 플레이트(210) 방향으로 강제적으로 이송시키는 방법을 채택할 수도 있다.

한편, 본 발명의 레이저 가공기(1000)는 클램핑 유닛(200)을 베드(100)의 전후방향으로 이송시키는 Y축이송유닛(600)을 포함한다.

상기 Y축이송유닛(600)은 Y축방향과 평행을 이루며 배치되는 스크류축(620)과, 상기 스크류축(620)을 구동시키는 Y축이송모터(640) 및 상기 스크류축(620)의 외주부에 결합되는 너트블럭(660)을 포함하여 이루어진다.

구체적으로, 상기 스크류축(620)의 일단은 베드(100)상에 고정된 브래킷(160)에, 타단은 지지블럭(170) 위에 고정된 슬리브(180)에 각각 회전 가능하게 지지되고, 상기 브래킷(160)의 배면에는 제어부의 지령에 따라 상기 스크류축(620)을 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 Y축이송모터(640)가 결합되어 있다. 또한, 너트블록(660)은 스크류축(620)의 외주부와 나사결합을 이루도록 나사공(미도시)을 가지며, 일단은 후방에 위치한 크로스 레일부(230)의 일단에 고정되어 있다.

이와 같은 구조에 따라, 상기 제어부를 통해 Y축이송모터(640)가 구동되면, 스크류축(620)이 정/역방향으로 회전되면서 상기 스크류축(620)과 맞물린 너트블록(660)이 상기 스크류축(620)을 따라 상대 이송되고, 상기 너트블록(660)과 결합된 크로스 레일부(230)가 연동되며 레일(150) 위를 왕복 이송하게 된다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공기(1000)에 있어서, 특히, 조명장치의 설치구조 및 가스배출구조를 예시한 도면이고, 도 6은 도 5에서 A-A섹션 방향의 단면구조를 보여주는 부분 단면도이다. 또한, 도 7은 도 5의 배면구조를 보여주는 배면도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 베드(100)상에는 카메라(700)에 의한 슬릿 촬영시 보드(110)의 하부에서 광을 발생시켜 상기 슬릿 주변부로 투사하는 조명장치(800)가 구비되어 있다.

상기 조명장치(800)는 광을 발생하는 램프 유닛(830)과, 상기 램프 유닛(830)으로부터 발생된 광을 반사시키는 반사판(850)을 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 상기 램프 유닛(830)은 램프와, 외부의 전원수단과 연결되어 상기 램프에 전원을 인가하는 전극으로 이루어져 있다.

구체적으로, 카메라(700)의 직하방에 위치한 수평 플레이트(190)상에는 상기 카메라(700)의 이동궤적에 대응하며 X축방향을 따라 길게 천공된 개구부(810)가 형성되고, 이 개구부(810) 하부에는 램프 유닛(830)이 수납되는 램프 수용부(840)가 수평 플레이트(190)의 전면부에 취부되어 있다.

또한, 상기 램프 유닛(830)의 하부에는 상기 램프 유닛(830)으로부터 발생된 광을 상기 개구부(810) 측으로 반사시켜 광의 효율을 향상시켜주는 반사판(850)이 구비되어 있으며, 상기 개구부(810)는 램프 유닛(830)이 상기 램프 수용부(840)에 수납된 상태에서 램프커버(820)를 통해 폐쇄된다.

이에 따라, 상기 램프 유닛(830)으로부터 발생된 광이 상기 보드(110)의 하부에서 카메라(700)의 직하방에 위치한 슬릿 주변부를 집중적으로 비춰주기 때문에, 카메라(700)를 통해 촬영된 슬릿의 형상이 명확하고, 이로 인해 상기 슬릿 상/하면 간의 가공오차 판독 및 비교가 용이해진다.

특히, 어두운 주변환경 하에서 레이저 가공 작업이 수행될 경우, 상기 램프가 카메라의 플래쉬(Flash)와 같은 기능을 수행하므로 촬영된 슬릿의 영상 데이터 판독이 명확해져 보다 효과적인 촬영효율을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 레이저 가공기(1000)는 레이저 가공 과정에서 발생되는 유해가스를 외부로 배출시키기 위한 가스배출구조를 갖는다.

즉, 제2광유도관(466)에 구비된 노즐의 직하방에 위치한 수평 플레이트(190)상에는 소정 폭과 길이를 가지며 상기 노즐의 이동궤적에 대응하며 X축방향을 따라 길게 천공된 가스배출구(900)가 형성된다.

또한, 상기 가스배출구(900) 하부에는 소정의 밀폐공간을 형성하며 수평 플레이트(190)의 저면부에 취부되는 덕트(910)가 구비되어 있으며, 이 덕트(910)의 일측에는 외부의 압입송풍기(미도시)와 연통된 연통관(920)이 마련되어 있다.

이에 따라, 레이저 가공시 발생되는 유해가스는 압입송풍기를 통한 흡인력에 의해 가스배출구(900)로 강제적으로 유입되어 덕트(910)에 일시적으로 머문 후에 연통관(920)을 통해 외부로 배출된다.

이와 함께, 렌즈 하우징(464)의 외면상에도 일정 직경을 갖는 가스배출구(미도시)를 형성하여 호스 등의 연결수단을 통해 압입송풍기와 연통될 수 있도록 구성함으로써, 레이저 가공시 발생되는 유해가스가 보드(110)의 상부 및 하부에 있는 각각의 가스배출구를 통해 외부로 배출되도록 하여 가스배출 효율을 배가 시킬 수 있다.

이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명의 레이저 가공기(1000)에 의한 전체적인 슬릿가공 과정을 보여주는 블록도이다.

도 8 및 전술된 도면 들을 참조하여 설명하면, 레이저 가공 이전의 예비 단계로서, 먼저, 보드(110)를 베드(100)의 수평 플레이트(190) 위에 안착시켜 보드(110)의 일측벽면이 고정측 플레이트(210)에 밀착되도록 한 상태에서, 풀리 구동모터(270)를 통해 가동측 플레이트(220)를 상기 고정측 플레이트(210)측으로 이송시켜 보드(110)를 완전하게 클램핑한다.

이후, 제어부(300)에 미리 세팅되어진 알고리즘에 따라 상기 보드(110)는 Y축이송유닛(600)을 통해 베드(100)의 전후방향(Y축방향)으로 일정속도로 이송되고, 동시에 레이저 발생유닛(400)는 X축이송유닛(500)을 통해 베드(100)의 좌우방향(X축방향)으로 일정속도로 이송되면서 노즐로부터 출사되는 레이저광을 통해 보드(110)상에 일정형태의 연속적인 슬릿 가공이 이루어진다.

이와 동시에, 상기 레이저 발생유닛(400)과 연동되는 카메라(700)는 카메라 승강유닛(490)을 통해 상하방향(Z축방향)을 따라 적절한 거리 만큼 이동되면서 레이저광을 통해 가공된 슬릿의 상면 및 하면 형상을 순차적으로 촬영하여 이 촬영된 영상 데이터를 제어부(300)로 실시간으로 송출하게 된다.

그리고, 상기 제어부(300)에서는 상기 카메라(700)를 통해 촬영된 슬릿의 각 영상 데이터를 판독 비교하여 슬릿의 상면폭(P1)과 하면폭(P2)이 일치하는 경우에는 현 가공조건을 유지토록 하고, 슬릿의 상면폭(P1)과 하면폭(P2)이 서로 다른 경우에는 집광렌즈 승강유닛(480) 내의 구동모터(483)를 작동시켜 레이저광의 초점거리를 조절하거나, 또는 Y축이송유닛(600) 내의 Y축이송모터(640)를 작동시켜 보드(110)의 이송속도를 적절히 제어함으로써 슬릿의 상면과 하면 폭(P1,P2)이 거의 일정하게 유지되도록 한다.

또한, 보드(110)의 이송에 따라 노즐캡(468)이 보드(110)의 표면과 계속적인 접촉을 이루며 가공이 진행되는 과정에서, 포텐셔미터(720)는 상기 보드(110)의 미세한 표면 굴곡에 따른 노즐캡(468)의 상하 변위 폭을 실시간으로 감지하여 제어부(300)로 송출하게 된다.

이렇게 되면, 상기 제어부(300)에서는 상기 노즐캡(468)의 상하 변위폭에 대응하는 값 만큼 집광렌즈 승강유닛(480) 내의 구동모터(483) 및 카메라 승강유닛(490) 내의 구동모터(494)를 작동시켜 레이저광의 초점거리 및 카메라(700)의 초점거리를 적절하게 조절함으로써, 보드(110) 표면의 미세한 굴곡에 의한 측정오차 및 가공오차까지도 실시간으로 수정하며 진행할 수 있다.

상술한 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 레이저 가공시, 카메라 승강유닛을 이용하여 카메라의 상하 이동 폭을 적절히 조절하면서 레이저광에 의해 가공된 슬릿의 상면 및 하면의 폭을 순차적으로 촬영할 수 있도록 구성함으로써, 종래에 슬릿 촬영을 위해 보드의 상/하부에 각각 마련된 2대의 카메라에 의해 수행되던 작업을 1대의 카메라로 대체할 수 있기 때문에 레이저 가공기의 장치구성을 보다 콤팩트하게 구형할 수 있다.

둘째, 슬릿 가공 과정에서, 보드의 표면 굴곡에 따른 노즐캡의 상하 변동 변위를 포텐셔미터를 통해 실시간으로 감지하고, 이에 따라 레이저광의 초점거리 및 카메라의 초점거리를 적절하게 조절함으로써 보드 표면의 미세한 굴곡에 의한 측정오차 및 가공오차까지도 실시간으로 수정하면서 가공작업을 진행할 수 있다.

셋째, 보드의 클램핑시, 풀리 구동모터를 통해 가동측 플레이트를 이동시켜 고정측 플레이트와 더불어 보드를 클램핑할 수 있도록 구성함으로써, 보드의 크기에 영향을 받지 않고서도 원활한 보드의 클램핑이 가능하고, 사용되는 보드의 크기에 따라 클램프를 일일이 교체하여 사용해야 하는 번거로움을 해소시킬 수 있다.

넷째, 레이저광에 의해 가공된 슬릿을 카메라로 촬영할 경우, 보드의 하부에 위치한 조명장치에서 발생되는 광원에 의해 상기 슬릿부위의 밝기가 집중적으로 높아지기 때문에 카메라에 의해 촬영된 슬릿의 영상이 보다 명확해지고, 이에 따른 슬릿 상,하면 간의 가공오차 판독 및 비교가 용이해진다.

다섯째, 레이저 가공 과정에서 발생되는 유해가스를 압입 송풍기에 의한 강제적인 흡인력으로 가스배출구 및 덕트를 거쳐 외부로 용이하게 배출시킬 수 때문에 보다 쾌적한 작업환경을 유지할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공기를 도시한 사시도.

도 2는 도 1에서 레이저 헤드부를 확대 도시한 사시도.

도 3은 도 1에서 클램핑 유닛의 구조를 보다 구체적으로 도시한 사시도.

도 4a는 도 3의 정면도로서, 고정측 플레이트 주변부를 확대 도시한 도면.

도 4b는 도 3의 정면도로서, 가동측 플레이트 주변부를 확대 도시한 도면.

도 5는 도 1에서 조명장치 설치구조 및 가스배출구조를 보여주는 도면.

도 6은 도 5에서 A-A섹션 방향의 단면구조를 보인 부분 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 레이저 가공기의 배면구조를 도시한 배면도.

도 8은 본 발명에 따른 레이저 가공기를 이용한 슬릿 가공 과정을 보여주는 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 베드 110 : 보드

200 : 클램핑 유닛 210 : 고정측 플레이트

220 : 가동측 플레이트 230 : 크로스 레일부

240 : 슬라이드 블록 250 : 타이밍 벨트

260 : 풀리 구동축 270 : 풀리 구동모터

300 : 제어부 400 : 레이저 발생유닛

420 : 발진기 440,460 : 제1,2광유도부

462,466 : 제1,2광유도관 464 : 렌즈 하우징

468 : 노즐캡 469 : 수평단

480 : 집광렌즈 승강유닛 481,491 : 지지 브래킷

482,493 : 스크류축 483,494 : 구동모터

484 : 너트블록 486,495 : 가이드봉

488a,488b : 수직,수평링크 489,492 : 가이드 블록

490 : 카메라 승강유닛 500 : X축이송유닛

600 : Y축이송유닛 700 : 카메라

720 : 포텐셔미터 800 : 조명장치

900 : 가스배출구 1000 : 레이저 가공기

Claims (8)

1. 레이저광을 보드에 조사하여 슬릿을 가공하는 레이저 가공기에 있어서,

   상기 보드상에 레이저 가공된 슬릿을 촬영하는 카메라; 및

   상기 슬릿의 상면폭 및 하면폭을 각각 촬영할 수 있도록 상기 카메라를 승강시키는 카메라 승강유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 슬릿 가공용 레이저 가공기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보드가 안착되는 베드와;

   상기 베드에 설치되며 상기 보드를 클램핑하는 클램핑 유닛과;

   상기 클램핑 유닛을 상기 베드의 Y축 방향으로 이송시키는 Y축이송유닛과;

   상기 베드 상부에 설치되는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기로부터 발생된 레이저광을 편향시켜 하방으로 유도하는 제1광유도부, 상기 레이저광을 집광하는 집광렌즈가 구비된 제2광유도부를 포함하여 이루어진 레이저 발생유닛과;

   상기 레이저 발생유닛을 상기 베드의 X축 방향으로 이송시키는 X축이송유닛과;

   상기 레이저 발생유닛과 연동하며 상기 집광렌즈의 초점거리를 조절하는 집광렌즈승강유닛; 및

   상기 카메라를 통해 촬영된 영상을 제공 받아 상기 슬릿의 상면폭과 하면폭이 서로 다른 경우 상기 집광렌즈승강유닛 또는 상기 Y축이송유닛을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬릿 가공용 레이저 가공기.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2광유도부에는 레이저 가공시 상기 보드의 표면 굴곡에 따라 변동되는 집광렌즈 초점거리 및 카메라 초점거리의 위치변위를 전압값으로 변환하여 상기 제어부에 송출하는 포텐셔미터(Potentiometer)가 구비된 것을 특징으로 하는 슬릿 가공용 레이저 가공기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2광유도부는,

   상기 제1광유도부 하부에 승강 가능하게 결합된 제1광유도관과;

   상기 집광렌즈가 수납되며 상기 제1광유도관 하부에 연통된 렌즈 하우징과;

   내부에 노즐이 장착되며 상기 렌즈 하우징의 하부에 연통된 제2광유도관; 및

   외면에 외측로 돌출된 수평단을 가지며 상기 제2광유도관의 외면을 따라 승강 가능하게 설치되는 노즐캡을 포함하고,

   상기 포텐셔미터는 본체와 상기 본체로부터 승강되는 탐침을 포함하며, 상기 탐침은 상기 수평단에 집적적인 접촉을 유지하고 상기 본체는 렌즈 하우징의 외면에 고정되는 것을 특징으로 하는 슬릿 가공용 레이저 가공기.
5. 제4항에 있어서, 상기 클램핑 유닛은,

   상기 보드의 Y축 방향과 평행한 양측벽면을 각각 클램핑하는 고정측 플레이트 및 가동측 플레이트와;

   상기 베드상에서 상기 보드의 이송방향과 수직한 방향으로 배치되는 크로스 레일부와;

   상기 크로스 레일부의 양단에 각각 회전 가능하게 지지된 구동풀리 및 종동풀리와;

   상기 구동풀리의 중심부에 결합되는 풀리 구동축과;

   상기 풀리 구동축을 회전시키는 풀리 구동모터와;

   상기 구동풀리와 종동풀리를 상호 연결하는 벨트; 및

   상기 가동측 플레이트의 양단에 결합되고 상기 벨트에 맞물려 상기 크로스 레일부의 저면에 X축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된 슬라이드 블록을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬릿 가공용 레이저 가공기.
6. 제2항 또는 제5항에 있어서, 상기 베드상에는 상기 카메라에 의한 슬릿 촬영시 상기 보드의 하부로부터 상기 카메라의 직하방에 위치한 슬릿 주변부를 조명할 수 있도록 상기 카메라의 이동궤적을 따라 조명장치가 설치된 것을 특징으로 하는 슬릿 가공용 레이저 가공기.
7. 제6항에 있어서, 상기 베드상에는 상기 노즐의 이동궤적에 대응하여 길게 천공된 가스배출구가 형성되고, 상기 가스배출구의 하부에는 일정 수용공간을 형성하며 외부의 압입송풍기와 연통된 덕트가 설치된 것을 특징으로 하는 슬릿 가공용 레이저 가공기.
8. 제4항에 있어서, 상기 카메라는 상기 레이저 발생유닛과 연동되며 상기 슬릿을 촬영할 수 있도록 상기 렌즈 하우징상에 고정되는 것을 특징으로 하는 슬릿 가공용 레이저 가공기.