KR100870854B1 - 복합 열절단 장치, 복합 열절단 방법 및 이를 컴퓨터에 실행시키는 가공 프로그램 작성 프로그램을 포함하는 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각각 독립적으로 제어 가능한 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비하고, 레이저 가공과 플라즈마 가공의 양방을 실행할 수 있는 복합 열절단 장치로서, 양방의 열절단 헤드를 적절하게 구분하여 사용할 수 있도록 하여, 러닝 코스트를 저감시킨다. 복합 절단 장치는, 레이저 헤드와 플라즈마 토치를 구비한다. 각 판재로부터 여러가지 제품을 절단하기 위한 다수의 절단 라인은 절단 길이, 제품의 외주인지 구명인지, 제품이나 구멍의 사이즈, 요구된 가공 정밀도, 판 두께 등에 따라, 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입으로 분류된다. 레이저 절단 타입의 라인은 레이저 가공으로, 플라즈마 절단 타입의 라인은 플라즈마 가공에 의해 각각 절단된다.

Description

복합 열절단 장치, 복합 열절단 방법 및 이를 컴퓨터에 실행시키는 가공 프로그램 작성 프로그램을 포함하는 기록매체{MULTIPLE THERMAL CUTTING DEVICE, MULTIPLE THERMAL CUTTING METHOD AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM STORING A PROCESSING PROGRAM CREATION COMPUTER PROGRAM TO IMPLEMENT THE SAME}

본 발명은 레이저와 플라즈마의 2 종류의 열절단 헤드를 갖는 복합 열절단 장치 및 복합 열절단 방법에 관한 것이다.

특허 문헌 1 에는 터릿 펀치 프레스에 플라즈마와 레이저의 2 개의 열절단 헤드를 나열하여 장착한 장치가 개시되어 있다. 플라즈마 절단 헤드나 레이저 절단 헤드 중 어느 일방의 절단 헤드가 선택되어 절단 위치에 가지고 올 수 있도록되어 있다.

특허 문헌 2 에는, 테이블을 횡단하여 종방향으로 이동 가능한 1 기의 갠트리에, 횡방향으로 이동 가능한 1 또는 2 개의 캐리지가 탑재되고, 각 캐리지에, 플라즈마와 레이저의 2 개의 열절단 헤드가 나열되어 장착된 장치가 개시되어 있다. 1 개의 캐리지에서는, 플라즈마 절단 헤드나 레이저 절단 헤드 중 어느 일방의 절단 헤드가 선택되어 사용된다. 1 기의 갠트리에 탑재된 2 개의 캐리지를 사용하는 경우에는, 2 개의 동일 패턴 또는 경상(鏡像) 관계에 있는 패턴을 동시에 절단할 수 있다.

특허 문헌 3 에는, 테이블 상을 횡단하여 종방향으로 이동 가능한 1 기의 X 축 이동체 (갠트리) 에, 횡방향으로 이동 가능한 1 개의 가공 헤드 (캐리지) 가 탑재되고, 그 가공 헤드에 플라즈마 토치와 레이저 헤드를 나열하여 장착된 장치가 개시되어 있다. 피어스 가공인지 절단 가공인지에 따라 레이저 헤드와 플라즈마 토치가 나뉘어 사용된다. 예컨대, 피어스 가공은 레이저 헤드로 행해지고, 절단 가공은 플라즈마 토치로 행해진다.

특허 문헌 1 : 미국특허 제5350897호

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 평9-108875호

특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 2001-25873호

발명이 해결하고자 하는 과제

일반적으로, 열절단 장치에 있어서, 러닝 코스트 (예컨대, 레이저 빔을 생성하기 위한 전력 소비나 플라즈마 토치의 전극의 소모 등에 의한 비용) 의 저감은 매우 중요한 과제이다. 그러나, 상기 기술한 특허 문헌에는, 러닝 코스트를 저감시키기 위한 각별한 기술은 개시되어 있지 않다.

또, 레이저 및 플라즈마의 2 종류의 열절단 헤드를 탑재하는 경우, 각 헤드가 서로 영향을 미친다는 것을 생각해 볼 수 있지만, 상기 문헌에서는 2 종류의 상이한 열절단 헤드가 서로 주는 영향에 대하여 충분히 고려되어 있지 않다. 예컨대, 일방의 열절단 헤드에 의한 가공이, 타방의 열절단 헤드에 의한 가공에 정밀도나 내구성 등의 점에서 영향을 미친다는 것도 생각해 볼 수 있지만, 종래 기술에서는, 상호 관계에 대하여 충분한 대책이 세워져 있지 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은, 레이저와 플라즈마의 열절단 헤드를 갖는 복합 열절단 장치에서 러닝 코스트를 저감시키는 데에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 레이저와 플라즈마의 상이한 열절단 헤드를 구비한 복합 열절단 장치에 있어서, 일방의 열절단 헤드가 타방의 열절단 헤드에 미치는 영향을 저감시킬 수 있도록 하는 데에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 따른, 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치와 레이저 빔을 발생시키는 레이저 헤드를 구비한 복합 열절단 장치는, 판재를 유지하기 위한 테이블과, 이 테이블 상의 작업 공간 내에서, 상기 플라즈마 토치 및 상기 레이저 헤드를 이동시키는 이동 기구와, 상기 테이블 상의 상기 판재가 소정의 절단 라인을 따라 절단되도록 상기 플라즈마 토치, 상기 레이저 헤드 및 상기 이동 기구를 제어하는 제어 수단을 구비한다. 그리고, 상기 제어 수단이, 상기 절단 라인을 정의하고, 또한 상기 절단 라인의 기하학적 특성 혹은 가공 정밀도 또는 상기 판재의 특성을 포함하는 가공 조건에 따라, 상기 절단 라인을 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 분류한 가공 지시 정보를 갖는 상위 제어 장치와, 상기 가공 지시 정보에 기초하여 상기 플라즈마 토치를 제어하고, 상기 플라즈마 절단 타입의 절단 라인을 따라 절단하게 하는 플라즈마 제어 장치와, 상기 가공 지시 정보에 기초하여 상기 레이저 헤드를 제어하고, 상기 레이저 절단 타입의 절단 라인을 따른 절단을 행하는 레이저 제어 장치를 갖는다.

이 복합 절단 장치에 의하면, 1 이상의 절단 라인을 따라 판재를 절단하는 경우에, 절단 라인의 기하학적 특성, 가공 정밀도, 또는 판재의 특성 등의 절단 조건에 따라, 플라즈마 토치와 레이저 헤드의 사용 구분이 이루어진다. 이에 따라, 비용적으로 플라즈마 토치에 의해 절단하는 쪽이 유리한 조건을 갖는 절단 라인은 플라즈마 토치에 의해 절단하고, 또 레이저 헤드에 의해 절단하는 쪽이 유리한 조건을 갖는 절단 라인은 레이저 헤드에 의해 절단하는 것이 가능해져, 따라서, 절단의 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

상기 절단 라인을 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 분류하기 위한 방법으로는,

(1) 절단 라인의 연속 길이에 따라, 예컨대, 소정 기준보다 길면 플라즈마 절단 타입, 짧으면 레이저 절단 타입과 같이 분류하는 방법,

(2) 절단 라인이 제품의 외주와 구멍 중 어느 하나에 해당하는지에 따라, 예컨대, 외주라면 플라즈마 절단 타입, 구멍이라면 레이저 절단 타입과 같이 분류하는 방법,

(3) 판재의 두께에 따라, 예컨대, 소정 기준보다 두꺼우면 플라즈마 절단 타입, 얇으면 레이저 절단 타입과 같이 분류하는 방법,

(4) 가공 정밀도에 따라, 예컨대, 소정 기준보다 정밀도가 낮으면 플라즈마 절단 타입, 높으면 레이저 절단 타입과 같이 분류하는 방법,

(5) 제품의 구멍의 수에 따라, 예컨대, 소정 기준보다 구멍의 수가 적은 제품의 절단 라인은 플라즈마 절단 타입, 소정 기준보다 구멍의 수가 많은 제품의 절단 라인은 레이저 절단 타입과 같이 분류하는 방법, 또는

(6) 제품 또는 구멍의 사이즈 (직경) 에 따라, 예컨대, 소정 기준보다 큰 사이즈의 제품 또는 구멍의 절단 라인은 플라즈마 절단 타입, 소정 기준보다 작은 사이즈의 제품 또는 구멍의 절단 라인은 레이저 절단 타입과 같이 분류하는 방법,

등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 측면을 따르는, 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치와 레이저 빔을 발생시키는 레이저 헤드를 구비한 복합 열절단 장치는, 판재를 유지하기 위한 테이블과, 상기 테이블 상의 작업 공간 내에서, 상기 플라즈마 토치 및 상기 레이저 헤드를 이동시키는 이동 기구와, 상기 테이블 상의 상기 판재를 절단 라인을 따라 절단하도록 상기 플라즈마 토치, 상기 레이저 헤드 및 상기 이동 기구를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 그리고, 상기 이동 기구가, 상기 플라즈마 토치를 이동시키는 플라즈마 토치 이동 기구와, 상기 레이저 헤드를 이동시키는 레이저 헤드 이동 기구를 갖고, 상기 제어 수단이, 상기 플라즈마 토치 이동 기구를 독립적으로 제어하는 플라즈마 제어 장치와, 상기 레이저 헤드 이동 기구를 독립적으로 제어하는 레이저 제어 장치를 갖는다.

이 복합 열절단 장치에 의하면, 플라즈마 토치와 레이저 헤드를, 서로 상이한 장소에서 서로 독립된 방향으로 서로 독립된 변위량만큼 이동시키면서, 동시 병행적으로 플라즈마 절단과 레이저 절단을 실시할 수 있다. 이에 따라, 비용적으로 플라즈마 토치에 의해 절단하는 쪽이 유리한 조건을 갖는 절단 라인은 플라즈마 토치에 의해 절단하고, 또 레이저 헤드에 의해 절단하는 쪽이 유리한 조건을 갖는 절단 라인은 레이저 헤드에 의해 플라즈마 토치에 의해 절단하는 것이 가능해져, 따라서, 절단의 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

바람직한 실시 형태에서는, 상기 플라즈마 토치 이동 기구와 상기 레이저 헤드 이동 기구의 각각이 상기 작업 공간에서 벗어난 장소에 퇴피 장소를 구비하고 있다. 이 구성에 의하면, 레이저 헤드 이동 기구 또는 플라즈마 토치 이동 기구의 일방을 퇴피 장소로 퇴피시켜 두고, 타방을 자유롭게 이동시켜, 상기 작업 공간의 전역에서 플라즈마 절단만 또는 레이저 절단만을 행하는 것도 가능하다.

본 발명의 또 다른 측면을 따르는, 판재를 절단 라인을 따라 플라즈마 아크와 레이저 빔을 사용하여 절단하는 복합 열절단 방법은, 상기 절단 라인을 정의하는 단계와, 상기 절단 라인의 기하학적 특성 혹은 가공 정밀도 또는 상기 판재의 특성을 포함하는 가공 조건에 따라, 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 상기 절단 라인을 분류하는 단계와, 상기 플라즈마 절단 타입의 절단 라인을 상기 플라즈마 토치를 사용하여 절단하고, 상기 레이저 절단 타입의 절단 라인을 상기 레이저 빔을 사용하여 절단하는 단계를 구비한다.

본 발명의 또 다른 측면을 따르는, 판재를 절단 라인을 따라 플라즈마 토치와 레이저 헤드를 사용하여 절단하는 복합 열절단 장치를 제어하기 위한 가공 프로그램을, 컴퓨터에 작성시키는 컴퓨터 프로그램은, 상기 절단 라인의 기하학적 특성 혹은 가공 정밀도 또는 상기 판재의 특성을 포함하는 가공 조건에 따라, 상기 절단 라인을 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 분류하는 단계와, 상기 플라즈마 절단 타입의 절단 라인을 상기 플라즈마 토치에 의해 절단하는 순서를 상기 복합 열절단 장치에 지시하는 플라즈마 가공 프로그램을 작성하는 단계와, 상기 레이저 절단 타입의 절단 라인을 상기 레이저 헤드에 의해 절단하는 순서를 상기 복합 열절단 장치에 지시하는 레이저 가공 프로그램을 작성하는 단계를 컴퓨터에 실행시킨다.

본 발명의 또 다른 측면을 따르는, 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치와 레이저 빔을 발생시키는 레이저 헤드를 구비한 복합 열절단 장치는, 판재를 유지하기 위한 테이블과, 상기 테이블 상에서 상기 플라즈마 토치를 이동시키는 플라즈마 토치 이동 기구와, 상기 테이블 상에서 상기 레이저 헤드를 이동시키는 레이저 헤드 이동 기구와, 상기 테이블 상의 상기 판재가 소정의 절단 라인을 따라 절단되도록 상기 플라즈마 토치, 상기 레이저 헤드, 상기 플라즈마 토치 이동 기구 및 상기 레이저 헤드 이동 기구를 제어하는 제어 수단을 구비한다.

바람직한 실시 형태에서는, 상기 제어 수단은, 상기 플라즈마 토치 이동 기구와 상기 레이저 헤드 이동 기구를 제어하여 상기 플라즈마 토치와 상기 레이저 헤드를 독립적으로 이동시키고, 상기 플라즈마 토치를 제어하여 상기 판재의 어느 절단 라인을 절단하게 하고, 또한 상기 레이저 헤드를 제어하여 상기 판재의 다른 절단 라인을 절단하게 한다.

본 발명의 다른 측면을 따르는, 플라즈마 가공 및 레이저 가공의 양방을 실시할 수 있는 복합 열절단 장치는, 판재를 유지하기 위한 테이블과, 테이블의 일측의 근방에 형성되며, 테이블을 따라 이동 가능한 지지부와, 기단측이 지지부에 지지되고, 선단측이 테이블에 걸쳐 있도록 하여, 테이블의 상방에 형성된 작업 공간을 일측에서 타측으로 연장하여 형성된 아암부와, 아암부의 기단측 근처에 위치하여, 아암부를 이동 가능하게 형성된 레이저 헤드와, 아암부의 선단측 근처에 위치하여, 아암부를 이동 가능하게 형성된 플라즈마 토치와, 아암부의 기단측에 형성되고, 아암부를 따라 연장되는 광로부를 개재하여, 레이저 헤드에 레이저 광선을 공급하는 레이저 광선 공급부와, 플라즈마 토치와 레이저 헤드 및 레이저 광선 공급부의 동작을 각각 제어하는 제어 수단을 구비한다. 그리고, 플라즈마 헤드는 아암부의 선단측 근처에, 레이저 헤드는 아암부의 기단측 근처에 각각 위치하여, 아암부를 이동 가능하게 형성되어 있고, 아암부의 선단측에는 플라즈마 헤드를 퇴피시키기 위한 플라즈마 헤드 퇴피 영역이 형성되어 있으며, 아암부의 기단측에는 레이저 헤드를 퇴피시키기 위한 레이저 헤드 퇴피 영역이 형성되어 있다. 제어 수단은, 플라즈마 토치에 의해 판재를 가공하는 경우에는, 레이저 헤드를 레이저 헤드 퇴피 영역으로 퇴피시키고, 레이저 헤드에 의해 판재를 가공하는 경우에는, 플라즈마 토치를 플라즈마 토치 퇴피 영역으로 퇴피시키도록 제어한다.

이와 같이 구성되는 복합 열절단 장치에서는, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 각각 독립적으로 동작시킬 수 있으며, 일방의 헤드가 작동 중에 타방의 헤드를 퇴피시킬 수 있다. 이에 따라, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치가 각각 상대방의 헤드에 줄 수 있는 영향을 저감시킬 수 있어, 신뢰성을 높일 수 있다.

다른 바람직한 실시 형태에서는, 작업 공간과 레이저 헤드 퇴피 영역 사이를 적어도 부분적으로 차폐하기 위한 차폐부를 구비한다. 이에 따라, 플라즈마 절단에 의한 스퍼터가 레이저 헤드에 영향을 주는 것을 저감시킬 수 있다.

다른 바람직한 실시 형태에서는, 레이저 헤드의 위치에 따라, 레이저 광선 공급부로부터 레이저 헤드에 공급되는 레이저 광선의 광축을 조정하는 조정 수단을 추가로 구비한다. 이에 따라, 예컨대, 레이저 헤드의 자중(自重)에 의해 레이저 헤드의 위치에 어긋남이 발생한 경우에도, 이 위치 어긋남에 의한 영향을 없애기 위해 광축을 조정할 수 있다.

다른 바람직한 실시 형태에서는, 제어 수단은, 판재를 절단하기 위한 절단 라인을 정의하고, 또한 절단 라인의 기하학적 특성 혹은 가공 정밀도 또는 판재의 특성을 포함하는 가공 조건에 따라, 절단 라인을 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 분류한 가공 지시 정보를 갖는 상위 제어 장치와, 가공 지시 정보에 기초하여 레이저 헤드를 제어하고, 레이저 절단 타입의 절단 라인을 따라 절단하게 하는 레이저 제어 장치와, 가공 지시 정보에 기초하여 플라즈마 토치를 제어하고, 플라즈마 절단 타입의 절단 라인을 따라 절단하게 하는 플라즈마 제어 장치를 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 레이저 제어 장치는, 레이저 가공이 실시되는 경우에, 레이저 광선 공급부를 웨이크 업(wake-up) 상태로 이행시키고, 플라즈마 가공이 실시되는 경우에, 레이저 광선 공급부를 슬립(sleep) 상태로 이행시킨다. 이에 따라, 레이저 가공이 실시되는 경우에만, 레이저 광선 공급부를 즉시 사용할 수 있는 상태 (웨이크 업 상태) 로 하게 할 수 있어, 전력 소비량을 저감시킬 수 있다.

다른 바람직한 실시 형태에서는, 제어 수단은, 플라즈마 가공 또는 레이저 가공 중 어느 일방의 가공시에 계측된 소정의 측정 데이터를 타방의 가공에도 이용한다. 이에 따라, 예컨대, 양방의 가공에서 동일한 측정이 각각 행해지는 것을 방지하여, 플라즈마 가공과 레이저 가공의 전환 시간을 단축할 수 있어, 복합 열절단 장치의 가공 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 관점을 따르는, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비한 복합 열절단 장치는, 판재를 유지하기 위한 테이블과, 테이블의 상방에서, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치를 각각 이동시키기 위한 이동 수단과, 플라즈마 토치 및 레이저 헤드의 동작을 각각 제어하는 제어 수단을 구비한다. 그리고, 레이저 가공 또는 플라즈마 가공을 실시하기 위한 작업 공간의 외측에는, 플라즈마 헤드를 퇴피시키기 위한 플라즈마 헤드 퇴피 영역 및 레이저 헤드를 퇴피시키기 위한 레이저 헤드 퇴피 영역이 각각 형성되어 있으며, 제어 수단은, 플라즈마 토치에 의해 판재를 가공하는 경우에는, 레이저 헤드를 레이저 헤드 퇴피 영역으로 퇴피시키고, 레이저 헤드에 의해 판재를 가공하는 경우에는, 플라즈마 토치를 플라즈마 토치 퇴피 영역으로 퇴피시키도록 제어한다.

본 발명의 또 다른 관점을 따르는, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비한 복합 열절단 장치는, 판재를 유지하기 위한 테이블과, 테이블의 상방에서, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치를 각각 이동시키기 위한 이동 수단과, 레이저 헤드에 레이저 광선을 공급하는 레이저 광선 공급부와, 플라즈마 토치와 레이저 헤드 및 레이저 광선 공급부의 동작을 각각 제어하는 제어 수단을 구비한다. 그리고, 제어 수단은, 레이저 가공이 실시되는 경우에, 레이저 광선 공급부에 작동개시 지령을 주고, 플라즈마 가공이 실시되는 경우에, 레이저 광선 공급부에 작동중단 지령을 준다.

본 발명의 다른 관점을 따르는, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비한 복합 열절단 장치는, 판재를 유지하기 위한 테이블과, 테이블의 상방에서, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치를 각각 이동시키기 위한 이동 수단과, 레이저 헤드와 판재 사이의 거리를 검출하는 거리 검출 수단과, 플라즈마 토치 및 레이저 헤드의 동작을 각각 제어하는 제어 수단을 구비한다. 그리고, 제어 수단은, 레이저 가공시에 거리 검출 수단에 의해 측정된 거리 데이터에 기초하여, 당해 판재와 플라즈마 토치 사이의 거리 데이터를 산출하고, 이 산출된 거리 데이터에 기초하여 당해 판재에 대한 플라즈마 가공을 실시하게 한다. 이에 따라, 레이저 가공시에 측정된 거리 데이터를 보정함으로써, 플라즈마 가공에도 이용할 수 있어, 플라즈마 가공을 실시할 때의 거리 측정을 생략할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점을 따르는, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비한 복합 열절단 장치는, 판재를 유지하기 위한 테이블과, 테이블의 상방에서, 레이저 헤드 및 플라즈마 토치를 각각 이동시키기 위한 이동 수단과, 레이저 헤드에 레이저 광선을 공급하는 레이저 광선 공급부와, 레이저 광선 공급부로부터 레이저 헤드에 공급되는 광선의 광축을 조정하는 조정 수단을 구비한다. 그리고, 조정 수단은, 레이저 광선을 반사시키기 위한 거울부와, 거울부의 자세를 소정 방향으로 변화시키기 위한 자세 변화부와, 자세 변화부에 제어 신호를 입력하여 동작시키기 위한 자세 제어부를 구비하고 있다. 자세 제어부는, 레이저 헤드의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 레이저 헤드의 위치 변화에 따라 거울부에 발생하는 위치 어긋남을 없애기 위한 보정량을 기억하는 보정량 기억부와, 위치 검출부로부터의 검출 신호에 기초하여 보정량 기억부를 참조함으로써, 자세 변화부를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성부를 구비한다. 이에 따라, 레이저 헤드의 위치 어긋남에 의한 가공 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 복합 열절단 장치에서 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 일방의 열절단 헤드가 타방의 열절단 헤드에 주는 영향을 저감시킬 수 있어, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 복합 열절단 장치의 전체 구성을 나타내는 평면도이다.

도 2 는 동 복합 열절단 장치에 있어서 판재의 두께에 따라 레이저 헤드와 플라즈마 토치를 구분하여 사용하는 상태를 나타내는 사시도이다.

도 3 은 동 복합 열절단 장치에 있어서 절단 라인의 기하학적 특성 또는 가공 정도(精度)에 따라 레이저 헤드와 플라즈마 토치를 구분하여 사용하는 상태를 나타내는 사시도이다.

도 4 는 동 복합 열절단 장치에 있어서 절단 라인의 기하학적 특성 또는 가공 정도에 따라 레이저 헤드와 플라즈마 토치를 구분하여 사용하는 상태를 나타내는 사시도이다.

도 5 는 동 복합 열절단 장치에 있어서 두꺼운 판재를 플라즈마 토치만을 사용하여 절단하는 상태를 나타내는 사시도이다.

도 6 은 레이저 제어 장치 (60), 플라즈마 제어 장치 (62) 및 상위 제어 장치 (64) 의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 7 은 가공 프로그램 작성 장치가 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 작성하는 순서를 나타내는 플로우차트이다.

도 8 은 1 장의 판재 (50) 를 레이저 절단과 플라즈마 절단을 조합하여 절단하는 예를 나타내는 평면도이다.

도 9 는 절단 조건의 차이에 의한 레이저 절단과 플라즈마 절단의 러닝 코스트의 개략 변화를 나타내는 도면이다.

도 10 은 본 발명의 다른 실시 형태에 관련된 복합 열절단 장치의 전체 구성을 나타내는 설명도이다.

도 11 은 복합 열절단 장치의 사시도이다.

도 12 는 플라즈마 토치를 퇴피시킨 상태에서, 레이저 가공을 실시하는 상태를 나타내는 정면도이다.

도 13 은 레이저 헤드를 퇴피시킨 상태에서, 플라즈마 가공을 실시하는 상태를 나타내는 정면도이다.

도 14 는 가공의 종류에 따라 플라즈마 토치와 레이저 헤드를 퇴피시키기 위한 처리 개요를 나타내는 플로우차트이다.

도 15 는 레이저 가공과 플라즈마 가공에 있어서의 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 위치를 모식적으로 나타내는 설명도로서, (A) 는 레이저 가공 중의 상태를, (B) 는 플라즈마 가공 중의 상태를 각각 나타낸다.

도 16 은 레이저 가공에 사용하는 전력을 저감시킬 수 있도록 한 레이저 가공 프로그램을 작성하는 처리의 개요를 나타내는 플로우차트이다.

도 17 은 레이저 가공 프로그램에 기초하여 레이저 가공을 실시하는 처리의 개요를 나타내는 플로우차트이다.

도 18 은 레이저 헤드에 관하여 측정된 거리 데이터를 이용하여, 플라즈마 가공을 실시하는 처리의 개요를 나타내는 플로우차트이다.

도 19 는 플라즈마 토치에 관하여 측정된 거리 데이터를 이용하여, 레이저 가공을 실시하는 처리의 개요를 나타내는 플로우차트이다.

도 20 은 레이저 헤드의 위치에 따라, 레이저 헤드에 공급하는 레이저 광선의 광축을 조정하는 구성의 개요를 나타내는 설명도이다.

도 21 은 광축을 조정하기 위한 처리 개요를 나타내는 플로우차트이다.

도 22 는 광축을 조정하는 상태를 나타내는 모식도로서, (A) 는 레이저 헤드에 위치 어긋남이 발생하지 않는다고 가정했을 경우의 출사 광선을, (B) 는 레이저 헤드에 위치 어긋남이 발생했을 경우의 출사 광선을, (C) 는 레이저 헤드의 위치 어긋남을 해소시키도록 입사 광선의 광축을 조정했을 경우를 각각 나타낸다.

도 23 은 레이저 헤드에 레이저 광선을 입력하기 위한 광학계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

도 24 는 레이저 광선의 광축을 조정하기 위한 기구를 나타내는 사시도이다.

*부호의 설명*

10…복합 열절단 장치, 12…테이블, 14…X 축 궤도, 16…레이저 셔틀, 18… 플라즈마 셔틀, 20, 26…이동대차, 22, 28…Y 축 궤도, 24, 30…캐리지, 32…작업 공간, 34, 36…퇴피 장소, 40…레이저 헤드, 42…플라즈마 토치, 44…박판재, 46…후판재, 47…레이저 가공 영역, 48…플라즈마 가공 영역, 49…조합 가공 영역, 50…판재, 52, 54…제품, 56…후판재, 60…레이저 제어 장치, 62…플라즈마 제어 장치, 64…상위 제어 장치, 70…레이저 가공 프로그램, 72…플라즈마 가공 프로그램, 80…프로그램 작성 장치, 94, 100, 102…제품의 외주, 92…구멍, 200…테이블, 210…판재, 300…대좌부, 301…X 축 궤도, 310…이동 지지부, 320…아암부, 330…Y 축 궤도, 340…차폐부, 410…레이저 발진 장치, 411…레이저 광원, 420…광학계 박스, 421…출사 거울, 421A…거울 지지부, 421B…거울, 421C…지점, 421D…피에조 소자, 422, 423, 424…거울, 430…가이드통, 500…레이저 헤드, 510…접속부, 511…접힘 거울, 520…레이저 헤드 캐리지, 600…플라즈마 토치, 610…플라즈마 토치 캐리지, 700…상위 제어 장치, 701, 702…신호 전송로, 710…연산 처리 장치, 720…기억부, 721…레이저 가공 프로그램, 722…플라즈마 가공 프로그램, 723…퇴피 제어 프로그램, 724…전력 절약 프로그램, 725…헤드 높이 조절 프로그램, 726…광축 조절 프로그램, 730…입력 장치, 810…레이저 제어 장치, 811…높이 센서, 820…플라즈마 제어 장치, 821…높이 센서, 830…거울 각도 조절 장치, 831…피에조 소자 구동 회로, 832…피에조 소자 구동 전압 연산부, 833…레이저 헤드 Y 축 위치 검출부, 834…보정 데이터 맵

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태의 복합 열절단 장치는, 후술하는 바와 같이, 복수 종류의 열절단 헤드를 동시에 또는 전환하여 사용할 수 있도록 되어 있다.

실시예 1

도 1 은 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 복합 열절단 장치의 전체 구성을 나타내는 평면도이다. 도 2 내지 도 5 는 다양한 작업 상태에 있을 때의 이 복합 열절단 장치를 나타내는 사시도이다.

도 1 내지 도 5 에 나타내는 바와 같이, 복합 절단 장치 (10) 는, 바닥에 설치된 박스 형상의 테이블 (12) 을 갖는다. 이 테이블 (12) 의 직사각형의 상면은 대발 형상 또는 격자 형상으로 되어 있으며, 그 위에 피절단재인 판재 (44, 46, 50 또는 56) 가 탑재된다. 테이블 (12) 상의 판재의 절단 위치를 제어하기 위한 수치 연산 처리 상, X-Y-Z 직교 좌표계가 정의된다. 이 X-Y-Z 직교 좌표계의 X 축은 테이블의 상면의 장변에 평행하고 (도 1 중의 횡방향), Y 축은 테이블 (12) 의 상면의 단변에 평행하고 (도 1 중의 종방향), Z 축은 테이블 (12) 의 상면에 수직하다 (도 1 중의 지면을 관통하는 방향).

테이블 (12) 의 장변측 옆의 바닥 상에, 테이블 (12) 의 장변 (X 축) 과 평행하게 X 축 궤도 (14) 가 설치된다. X 축 궤도 (14) 상에, 2 기의 절단 셔틀, 즉, 레이저 빔을 사용한 레이저 절단을 하기 위한 레이저 셔틀 (16) (레이저 헤드 이동 기구에 상당함) 과, 플라즈마 아크를 사용한 플라즈마 절단을 하기 위한 플라즈마 셔틀 (18) (플라즈마 토치 이동 기구에 상당함) 이 탑재된다. 레이저 셔틀 (16) 과 플라즈마 셔틀 (18) 은 모두 X 축 궤도 (14) 를 따라 X 축 방향으로 이동 가능하다.

레이저 셔틀 (16) 은, X 축 궤도 (14) 상을 X 축 방향으로 주행할 수 있는 이동대차 (20) 를 갖는다. 이 이동대차 (20) 에, 테이블 (12) 의 상방을 Y 축 방향으로 횡단하는 암 형상의 Y 축 궤도 (22) 가 고정된다. 이 Y 축 궤도 (22) 에 캐리지 (24) 가 탑재되고, 이 캐리지 (24) 는 Y 축 궤도 (22) 를 따라 Y 축 방향으로 이동 가능하다. 이 캐리지 (24) 에, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 헤드 (40) 가 테이블 (12) 쪽을 향하여 (하방을 향하여) 장착되어 있다. 캐리지 (24) 는 레이저 헤드 (40) 를 Z 축 방향으로 이동시키는 것이 가능하다.

또, 플라즈마 셔틀 (18) 은, X 축 궤도 (14) 상을 X 축 방향으로 주행할 수 있는 이동대차 (26) 를 갖는다. 이 이동대차 (26) 에, 테이블 (12) 의 상방을 Y 축 방향으로 횡단하는 암 형상의 Y 축 궤도 (28) 가 고정된다. 이 Y 축 궤도 (28) 에 캐리지 (30) 가 탑재되고, 이 캐리지 (30) 는 Y 축 궤도 (28) 를 따라 Y 축 방향으로 이동 가능하다. 이 캐리지 (30) 에, 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치 (42) 가 테이블 (12) 쪽을 향하여 (하방을 향하여) 장착되어 있다. 캐리지 (30) 는 플라즈마 토치 (42) 를 Z 축 방향으로 이동시키는 것이 가능하다.

상기 기술한 레이저 셔틀 (16) 과 플라즈마 셔틀 (18) 은, 레이저 헤드 (40) 와 플라즈마 토치 (42) 를 이동시키기 위한 이동 장치로서 기능한다. 레이저 셔틀 (16) 과 플라즈마 셔틀 (18) 은 각각 레이저 헤드 (40) 와 플라즈마 토치 (42) 를, 테이블 (12) 상에 탑재되는 판재의 표면을 향하는 작업 공간 (32) 내에서 X, Y, Z 방향으로 이동시키는 것이 가능하다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 레이저 셔틀 (16) 과 플라즈마 셔틀 (18) 이 X 축 궤도 (14) 상에서 충돌하지 않는 한, 레이저 헤드 (40) 와 플라즈마 토치 (42) 는, 작업 공간 (32) 내의 상이한 장소에서 동시에, 서로 독립된 방향으로 독립된 변위량만큼 자유롭게 이동 가능하다. 이것은, 레이저 절단과 플라즈마 절단이 서로 독립적으로 동시 병행적으로 실시할 수 있는 것을 의미한다.

X 축 궤도 (14) 의 양 단부에는, 레이저 셔틀 퇴피 장소 (34) 와 플라즈마 셔틀 퇴피 장소 (36) 가 형성된다. 레이저 셔틀 (16) 이 레이저 셔틀 퇴피 장소 (34) 에 위치하면, 레이저 셔틀 (16) 은 테이블 (12) 에서 벗어난 위치에 위치하게된다. 이에 따라, 플라즈마 셔틀 (18) 이 테이블 (12) 의 장변 범위의 전역에 걸쳐 이동 가능해지고, 플라즈마 토치 (42) 는 테이블 (12) 상의 작업 공간 (32) 의 전역으로 자유롭게 이동할 수 있다. 한편, 플라즈마 셔틀 (18) 이 플라즈마 퇴피 장소 (36) 에 위치하면, 플라즈마 셔틀 (18) 은 테이블 (12) 에서 벗어난 위치에 위치하게 된다. 이에 따라, 레이저 셔틀 (16) 이 테이블 (12) 의 장변 범위의 전역에 걸쳐 이동 가능해지고, 레이저 헤드 (40) 은 테이블 (12) 상의 작업 공간 (32) 의 전역으로 자유롭게 이동할 수 있다.

레이저 셔틀 (16) 에는 레이저 제어 장치 (60) 가 탑재되어 있으며, 또 플라즈마 셔틀 (18) 에는 플라즈마 제어 장치 (62) 가 탑재되어 있다. 레이저 제어 장치 (60) 및 플라즈마 제어 장치 (62) 에는 상위 제어 장치 (64) 가 접속되어 있다.

도 6 은 레이저 제어 장치 (60), 플라즈마 제어 장치 (62) 및 상위 제어 장 치 (64) 의 구성을 나타내는 블록도이다.

레이저 제어 장치 (60) 는, 레이저 셔틀 (16) 에 있어서의 레이저 헤드 (40) 를 X, Y, Z 축 방향으로 이동시키는 동작과, 레이저 헤드 (40) 로부터 레이저 빔을 발생시키는 동작을 제어한다. 또, 플라즈마 셔틀 (18) 에는, 플라즈마 제어 장치 (62) 가 탑재되어 있으며, 이 플라즈마 제어 장치 (62) 는, 플라즈마 셔틀 (18) 에 있어서의 플라즈마 토치 (42) 를 X, Y, Z 축 방향으로 이동시키는 동작과, 플라즈마 토치 (42) 로부터 플라즈마 아크를 발생시키는 동작을 제어한다. 상위 제어 장치 (64) 는, 레이저 절단의 작업 순서를 지시한 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 절단의 작업 순서를 지시한 플라즈마 가공 프로그램 (72) (레이저 가공 프로그램 (70) 과 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 합한 것이 가공 지시 정보에 상당함) 을 입력 장치 (69) 에 의해 입력하여 기억 장치 (68) 에 기억시키고, 그리고, 레이저 가공 프로그램에 따라 레이저 셔틀 (16) 에 의해 테이블 (12) 상의 판재에 대해 레이저 절단이 실행되도록 레이저 제어 장치 (60) 를 제어하고, 또 플라즈마 가공 프로그램에 따라 플라즈마 셔틀 (18) 에 의해 테이블 (12) 상의 판재에 대해 플라즈마 절단이 실행되도록 플라즈마 제어 장치 (62) 를 제어한다.

또, 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 작성하기 위해, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 가 형성된다. 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는 예컨대, 퍼스널 컴퓨터이며, 거기에는, 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 작성하기 위한 응용 프로그램이 설치되어 있으며, 그 응용 프로그램을 실행시킨다.

도 7 은 가공 프로그램 작성 장치가 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 작성하는 순서를 나타낸 플로우차트이다.

도 7 의 단계 S1 에서, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 판재로부터 절단되어야 하는 1 또는 복수의 제품의 형상 (외주의 형상이나 구멍의 형상) 을 정의한 제품 형상 데이터 (82), 판재의 두께나 재질을 지정한 판재 데이터 (84), 및 제품의 가공 정밀도 (치수 정밀도) 를 지정한 가공 정밀도 데이터 (86) 를 입력한다. 그리고, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 이들 입력 데이터 (82, 84, 86) 에 기초하여, 단계 S2 부터 S5 의 처리를 실시하여, 제품 형상 데이터 (82) 에 의해 정의된 형상의 제품을, 판재 데이터 (84) 에 의해 지정된 두께와 재질의 판재로부터 절단하기 위한 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 작성한다. 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 가공 프로그램 (72) 은, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 로부터 온라인으로 또는 오프라인에서 상위 제어 장치 (64) 에 입력된다.

그런데, 판재로부터 어느 제품을 절단하기 위해서는, 당연히 그 제품의 형상에 따른 절단 라인을 따라 판재가 절단된다. 1 개의 제품을 절단하기 위한 절단 라인으로서 적어도 그 제품의 외주 (윤곽) 에 해당하는 절단 라인이 있으며, 게다가, 그 제품이 내측에 구멍을 갖는 경우에는, 그 구멍의 내주에 해당하는 절단 라인도 있다. 구멍이 다수 있으면, 각각의 구멍에 해당하는 복수의 절단 라인이 있다. 이와 같이, 각 제품은, 그 형상에 따른 1 이상의 절단 라인을 갖는다. 통상적으로, 1 장의 판재로부터 복수의 제품이 절단되게 되기 때문에, 1 장의 판재에 대해 다수의 절단 라인이 설정된다.

그런데, 상기 기술한 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 도 7 의 단계 S2 에서, 제품 형상 데이터 (82) 에 의해 정의된 1 또는 복수의 제품의 형상에 기초하여, 그 1 또는 복수의 제품의 네스팅 (즉, 이들 제품을 판재의 어느 장소로부터 절단할지라는 제품의 판재 상에서의 배치의 설계) 을 실시하고, 그리고, 네스팅의 결과에 기초하여, 이들 제품의 절단 라인을 판재 상의 좌표값을 사용하여 결정한다. 그 후, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 단계 S3 에서, 이들의 절단 라인을, 레이저 헤드 (40) 에 의해 절단되어야 하는 레이저 절단 타입과, 플라즈마 토치 (42) 에 의해 절단되어야 하는 플라즈마 절단 타입으로 분류한다. 이 절단 라인의 분류는, 각각의 절단 라인의 기하학적 특성 (예컨대, 절단 라인의 길이, 절단 라인이 제품의 외주에 해당하는지 구멍에 해당하는지의 종별, 절단 라인이 해당하는 제품 또는 구멍의 사이즈 또는 직경 길이 등), 가공 정밀도 또는 판재의 두께 등에 기초하여 행해진다. 예컨대, 다음의 분류 방법 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기초하여 또는 2 이상의 분류 방법의 조합에 기초하여 이 분류가 행해진다.

(1) 판재의 두께에 따라, 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입의 분류를 실시한다. 예컨대, 레이저 절단에 적합한 또는 플라즈마 절단에 적합하지 않은 소정의 문턱값 (예컨대, 6㎜) 보다 얇은 판재인 경우, 그 판재의 절단 라인은 모두 레이저 절단 타입으로 분류한다. 또, 플라즈마 절단에 적합한 또는 레이저 절단에 적합하지 않은 소정의 문턱값 (예컨대, 20㎜) 보다 두꺼운 경우, 그 판재의 절단 라인은 모두 플라즈마 절단 타입으로 분류한다.

(2) 요구되는 가공 정밀도에 따라, 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입 의 분류를 실시한다. 예컨대, 레이저 절단에 적합한 또는 플라즈마 절단에 적합하지 않은, 치수 오차가 소정의 문턱값 (예컨대, ±0.3㎜ 또는 ±0.1mm) 미만이라는 높은 가공 정도(精度)가 요구되는 절단 라인은 레이저 절단 타입으로 분류한다. 또, 플라즈마 절단에 적합한 또는 레이저 절단에 적합하지 않은, 치수 오차가 소정의 문턱값 (예컨대, ±0.3㎜) 이상이라는 높지 않은 가공 정도가 요구되는 절단 라인은 플라즈마 절단 타입으로 분류한다.

(3) 절단 라인의 길이에 따라, 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입의 분류를 실시한다. 예컨대, 절단 개시 위치부터 절단 종료 위치까지의 연속 절단 길이가 소정의 문턱값 미만인 짧은 절단 라인은 레이저 절단 타입으로 분류한다. 또, 연속 절단 길이가 소정의 문턱값 이상인 긴 절단 라인은 플라즈마 절단 타입으로 분류한다.

(4) 절단 라인이 제품의 외주에 해당하는지 구멍에 해당하는지에 따라, 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입의 분류를 실시한다. 예컨대, 제품의 외주에 해당하는 절단 라인은 플라즈마 절단 타입으로 분류하고, 구멍에 해당하는 절단 라인은 레이저 절단 타입으로 분류한다.

(5) 절단 라인이 둘러싸는 영역의 직경 혹은 면적, 또는 절단 라인의 곡률에 따라, 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입의 분류를 실시한다. 즉, 제품의 외주 또는 구멍에 해당하는 절단 라인의 경우, 그 제품 또는 구멍의 직경 (원형이 아닌 경우에는, 최장 직경, 최단 직경 또는 평균 직경 등), 혹은, 그 제품 또는 구멍의 면적이 소정의 문턱값 미만인 경우 (요컨대, 제품 또는 구멍의 사이즈가 소정 의 문턱값보다 작은 경우), 그 절단 라인은 레이저 절단 타입으로 분류하고, 소정문턱값 이상인 경우 (요컨대, 제품 또는 구멍의 사이즈가 소정 문턱값 이상인 경우) 에는, 그 절단 라인은 플라즈마 절단 타입으로 분류한다. 혹은, 절단 라인의 최대, 최소 또는 평균의 곡률 반경이 소정 문턱값 미만인 경우, 그 절단 라인은 레이저 절단 타입으로 분류하고, 소정 문턱값 이상인 경우, 그 절단 라인은 플라즈마 절단 타입으로 분류한다.

(6) 제품의 구멍의 수에 따라, 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입의 분류를 실시한다. 즉, 구멍의 수가 소정 문턱값 이상인 구멍이 많은 제품의 외주 및 구멍에 해당하는 절단 라인은 레이저 절단 타입으로 분류하고, 구멍의 수가 소정 문턱값 미만인 구멍이 적은 제품의 외주 및 구멍에 해당하는 절단 라인은 플라즈마 절단 타입으로 분류한다.

이와 같이 하여, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 도 7 의 단계 S3 에서, 판재 상에 네스팅된 제품의 절단 라인을, 그 판재의 두께, 가공 정밀도 또는 각각의 절단 라인의 기하학적인 특성에 따라 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입으로 분류한다. 그 후, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 도 7 의 단계 S4 에서, 레이저 절단 타입으로 분류된 절단 라인과 판재 데이터 (84) 와 가공 정밀도 데이터 (86) 에 기초하여 레이저 가공 프로그램 (70) 를 작성하고, 또 단계 S5 에서, 플라즈마 절단 타입으로 분류된 절단 라인과 판재 데이터 (84) 와 가공 정밀도 데이터 (86) 에 기초하여 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 작성한다. 레이저 가공 프로그램 (70) 은, 레이저 절단 타입의 절단 라인만을 따라 레이저 헤드 (40) 에 의해 판재를 절단하기 위한 순서의 지시를 기술한 것이며, 한편 플라즈마 가공 프로그램 (72) 은, 플라즈마 절단 타입의 절단 라인만을 따라 플라즈마 토치 (42) 에 의해 판재를 절단하기 위한 순서의 지시를 기술한 것이다. 따라서, 이 복합 절단 장치 (10) 에서는, 1 장의 판재로부터 1 또는 복수의 제품을 절단하는 경우, 그 판재의 두께, 가공 정밀도, 또는 각각의 절단 라인의 기하학적인 특성에 따라 레이저 헤드 (40) 와 플라즈마 토치 (42) 를 구분하여 사용할 수 있게 된다.

도 2 내지 도 5 는 레이저 헤드 (40) 와 플라즈마 토치 (42) 를 구분하여 사용하는 몇 가지 예를 나타내고 있다.

도 2 에는, 판재의 두께에 따라 레이저 헤드 (40) 와 플라즈마 토치 (42) 가 구분되어 사용되는 예가 나타나 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 테이블 (12) 의 상면의 도면 중 좌측의 영역 (47) 에, 상기 기술한 분류 방법에 의해 의해 레이저 절단을 적용해야 한다고 판단된 소정 문턱값보다 얇은 판재 (44, 44, 44) 가 놓여져 있다. 그리고, 레이저 셔틀 (16) 이, 레이저 가공 프로그램 (70) (도 6) 에 따라, 작업 공간 (32) (도 1) 중의 상기 영역 (47) 에 대응하는 공간 내를 이동하면서, 박판재 (44, 44, 44) 의 절단을 실시한다. 또, 테이블 (12) 의 상면의 도면 중 우측의 영역 (48) 에, 상기 기술한 분류 방법에 의해 플라즈마 절단을 적용해야 한다고 판단된 소정 문턱값보다 두꺼운 판재 (46) 가 놓여져 있다. 그리고, 플라즈마 셔틀 (18) 이, 플라즈마 가공 프로그램 (72) (도 6) 에 따라, 작업 공간 (32) (도 1) 중의 상기 영역 (48) 에 대응하는 공간 내를 이동하면서, 두꺼운 판재 (46) 의 절단을 실시한 다.

판재 (44, 44, 44, 46) 를 위한 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 가공 프로그램 (72) 의 작성 공정에서는, 이미 설명한 바와 같이, 프로그램 작성 장치 (80) 가, 박판재 (44, 44, 44) 의 두께로부터, 박판재 (44, 44, 44) 의 절단 라인을 모두 레이저 절단 타입으로 분류하여 레이저 가공 프로그램 (70) 을 작성하고, 한편, 후판재 (46) 의 두께로부터, 후판재 (46) 의 절단 라인을 모두 플라즈마 절단 타입으로 분류하여 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 작성한다. 작업원이 박판재 (44, 44, 44) 를 테이블 (12) 의 상면의 좌측 영역 (47) 에 배치하고, 후판재 (46) 를 우측 영역 (48) 에 배치하고, 그리고 레이저 가공 프로그램 (70) 및 플라즈마 가공 프로그램 (72) 을 상위 제어 장치 (64) (도 6) 에 입력하여 가공을 지시하면, 레이저 가공 프로그램 (70) 에 의해 레이저 셔틀 (16) 이 제어되고, 플라즈마 가공 프로그램 (72) 에 의해 플라즈마 셔틀 (18) 이 제어되고, 이에 따라, 레이저 셔틀 (16) 에 의한 박판재 (44, 44, 44) 의 절단과, 플라즈마 셔틀 (18) 에 의한 후판재 (46) 의 절단이 서로 독립적으로 동시 병행적으로 행해진다.

상기의 예와 같이, 테이블 (12) 상의 좌측 영역을 레이저 절단용 가공 영역 (47) 으로서, 또 우측 영역을 플라즈마 절단용 가공 영역 (48) 으로서 구분하여 사용하는 것이 가능하다. 또, 예컨대, 중앙의 영역을, 레이저 절단과 플라즈마 절단을 조합하여 동일한 판재를 절단하기 위한 조합 가공 영역 (49) 으로서 사용할 수도 있다. 이러한 영역의 사용 구분은 작업자에 있어 편리한 경우가 많다.

도 3 과 도 4 에는, 레이저 절단과 플라즈마 절단을 조합하여 동일한 판재를 절단하는 예가 나타나 있다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 테이블 (12) 상에 레이저 절단과 플라즈마 절단의 쌍방을 적용할 수 있는 두께를 가진 복수장의 판재 (50, 50, …) 가 탑재되어 있다. 이들 판재 (50, 50, …) 의 각각으로부터는, 예컨대, 도 8a 에 나타내는 바와 같이, 구멍 (92) 를 가진 제품 (90, 90, …) 이나, 사이즈나 형상이 상이한 제품 (90, 90, …, 96, 96, 96, …, 98) 등 복수의 제품 (90, 90, …, 96, 96, 96, …, 98) 이 절단될 예정으로 되어 있다. 이들 제품 (90, 90, …, 96, 96, 96, …, 98) 의 절단 라인은, 이미 설명한 바와 같이, 상기 기술한 분류 방법에 의해, 그 기하학 특성이나 가공 정밀도 등에 따라 레이저 절단 타입과 플라즈마 절단 타입으로 분류되고, 그리고, 레이저 절단 타입의 절단 라인에 기초하여 레이저 가공 프로그램 (70) 이, 또 플라즈마 절단 타입의 절단 라인에 기초하여 플라즈마 가공 프로그램 (77) 이 작성되어, 상위 제어 장치 (64) 에 입력된다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 레이저 셔틀 (16) 이, 레이저 가공 프로그램 (70) 에 기초하여, 테이블 (12) 상의 작업 공간 (32) (도 1) 을 도면 중 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하면서, 판재 (50, 50, …) 의 레이저 절단 타입의 절단 라인만을 절단해 나간다. 예컨대, 도 8b 에 나타내는 바와 같이, 제품 (90, 90, …) 의 작은 구멍의 내주 (92, 92, …) 나, 작은 제품 (96, 96, …) 의 외주 (100, 100, …) 등에 해당하는 절단 라인이 레이저 절단에 의해 절단된다.

계속해서, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 셔틀 (18) 이, 레이저 셔틀 (16) 의 뒤부터, 작업 공간 (32) (도 1) 를 도면 중 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하면서, 판재 (50, 50, …) 의 플라즈마 절단 타입의 절단 라인만을 절단해 나간다. 예컨대, 도 8c 에 나타내는 바와 같이, 큰 제품 (90, 90, …, 98) 의 외주 (94, 94, …, 102) 에 해당하는 절단 라인이 플라즈마 절단에 의해 절단된다.

레이저 셔틀 (16) 과 플라즈마 셔틀 (18) 은 양자가 충돌하지 않는 한, 서로 독립적으로 X, Y 및 Z 축 방향의 이동을 하면서 레이저 절단과 플라즈마 절단을 동시 병행적으로 진행해 나간다. 각 제품에 대한 레이저 절단과 플라즈마 절단의 실행 순서는, 상기와 같이 레이저 절단이 먼저이고 플라즈마 절단이 뒤라는 순서에 한정되지 않고, 그 반대이어도 되고, 상호 복수회의 반복이어도 되지만, 상기의 분류 방법에 기초하면, 구멍이나 작은 제품을 절단하는 레이저 절단을 선행시키고, 외주나 큰 제품을 절단하는 플라즈마 절단을 나중에 실시하는 순서가, 절단된 제품의 테이블 상에서의 위치 어긋남 등을 방지하는 데에 있어서 편리한 경우가 많다.

도 5 는 레이저 절단에서는 어려운 두꺼운 판재를 플라즈마 절단만으로 절단하는 예를 나타낸다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 레이저 셔틀 (16) 은 퇴피 장소 (34) 에 들어가 있으며, 플라즈마 셔틀 (18) 이 작업 공간 (32) (도 1) 의 전역을 자유롭게 이동하면서, 테이블 (12) 상의 후판재 (56) 를 절단한다. 또, 이 예와는 반대로, 레이저 절단만으로 절단 판재만이 테이블 (12) 상에 있는 경우에는, 플라즈마 셔틀 (18) 을 퇴피 장소 (36) 에 넣어 두고, 레이저 셔틀 (16) 을 작업 공간 (32) (도 1) 의 전역으로 자유롭게 이동시켜 절단을 하게 할 수도 있다.

이상 설명한 복합 절단 장치 (10) 에 의하면, 이하에 설명하는 바와 같이, 절단의 러닝 코스트를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 9 는 절단 조건의 차이에 따른 레이저 절단과 플라즈마 절단의 러닝 코스트의 개략 변화를 나타낸다.

도 9 에 있어서, 그래프 (110) 는 플라즈마 절단의 1개 제품당 러닝 코스트의 변화를 나타내고, 그래프 (112) 는 레이저 절단의 1개 제품당 러닝 코스트의 변화를 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 1 개의 제품에 포함되는 구멍의 수에 대하여 검토하면, 구멍의 수가 어느 정도보다 적은 경우, 그 제품을 절단하기 위한 러닝 코스트는 플라즈마 절단쪽이 레이저 절단보다 저렴하다. 반대로, 구멍의 수가 어느 정도보다 많으면, 그 제품의 절단 러닝 코스트는 레이저 절단쪽이 플라즈마 절단보다 저렴하다. 또, 1 개의 제품에 포함되는 1 이상의 절단 라인 (외주나 구멍의 내주 등) 의 연속하는 길이의 평균값에 대하여 검토하면, 그 연속 절단 길이의 평균값이 어느 정도보다 긴 경우, 그 제품의 절단 러닝 코스트는 플라즈마 절단쪽이 레이저 절단보다 저렴하고, 반대로, 그 연속 절단 길이의 평균값이 어느 정도보다 짧으면, 그 제품의 절단 러닝 코스트는 레이저 절단쪽이 플라즈마 절단보다 저렴하다.

이와 같이 레이저 절단과 플라즈마 절단의 러닝 코스트의 대소 관계가 절단 조건에 따라 변화하는 이유는, 레이저 절단과 플라즈마 절단에서는 러닝 코스트의 원인이 상이하기 때문이다. 레이저 절단의 러닝 코스트의 대부분은 전기와 가스의 비용이다. 레이저 절단의 전기와 가스의 비용은, 플라즈마 절단의 그것보다 크다. 한편, 플라즈마 절단의 러닝 코스트에서는, 전기와 가스의 비용에 추 가하여 전극 등의 소모품의 비용이 있고, 이 소모 물건의 비용은 전체 비용의 2/3 정도를 차지한다. 전극 등의 소모품의 소모는, 플라즈마 아크의 점화시에 가장 크기 때문에, 플라즈마 절단의 비용은 점화 횟수에 가장 크게 영향받는다. 그 결과, 연속해서 긴 거리를 절단하는 경우에는, 플라즈마 절단쪽이 레이저 절단보다 비용이 저렴하지만, 짧은 거리를 다수회 절단하는 경우 (점화 횟수가 많은) 에는, 레이저 절단쪽이 플라즈마 절단보다 비용이 저렴하다.

또한, 레이저 절단은 플라즈마 절단보다 높은 가공 정밀도에 대응할 수 있다는 이점이 있으며, 한편, 플라즈마 절단은 레이저 절단보다 두꺼운 판재를 절단할 수 있다는 이점이 있다. 일반적으로, 높은 가공 정밀도가 요구되는 것에는, 작은 제품이나 얇은 판재로부터 절단하는 제품이 많다는 경향이 있다.

이러한 사정으로부터, 레이저 절단쪽이 플라즈마 절단보다 비용적으로 유리한 경우로서, 구멍이 많은 제품의 구멍, 연속하는 절단 길이가 짧은 절단 라인, 작은 (고정밀도의) 제품, 박판 (고정밀도) 의 제품, 피어싱만의 가공 등을 들 수 있다. 반대로, 플라즈마 절단쪽이 레이저 절단보다 비용적으로 유리한 경우로서, 큰 제품의 외주, 연속하는 절단 길이가 긴 절단 라인, 후판의 제품 등을 들 수 있다.

상기 기술한 복합 절단 장치 (10) 에서는, 이미 설명한 바와 같은 분류 방법으로 절단 라인을 분류하고 있으며, 그 분류 방법에 의하면, 상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이저 절단과 플라즈마 절단 중, 가능한 한 러닝 코스트가 저렴한 쪽의 절단 방법이 각 절단 라인에 적용되게 된다. 분류 방법을 적절히 설정함 으로써, 도 9 의 그래프 (110 과 112) 가 교차한 점, 즉, 절단의 러닝 코스트가 최소가 되는 점에서 절단 가공을 실시하도록 레이저 절단과 플라즈마 절단을 구분하여 사용하는 것이 가능하다.

또, 상기 기술한 복합 절단 장치 (10) 에서는, 레이저 셔틀 (16) 과 플라즈마 셔틀 (18) 이 각각 독립적으로 이동하면서 동시 병행적으로 절단 가공을 실시할 수 있기 때문에, 절단 가공의 효율을 향상시키는 것도 용이하다.

실시예 2

다음으로, 도 10∼도 24 에 기초하여 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 본 실시예에서는, 후술하는 바와 같이, 대략 C 자 형상의 프레임의 동일면측에 레이저 헤드 및 플라즈마 토치를 각각 이동 가능하게 부착시키고 있으며, 이른바 캔틸레버(cantilever) 방식으로 각 열절단 헤드를 지지하고 있다. 본 실시예에서는, 상기 제 1 실시예의 설명을 적당히 원용할 수 있기 때문에, 이하의 설명에서는, 주로 차이점을 중심으로 서술한다.

도 10 은 본 실시예에 의한 복합 열절단 장치 (10A) 의 구성 개요를 나타내는 설명도이다. 도 11 은 복합 열절단 장치 (10A) 의 사시도이다. 본 실시예의 복합 열절단 장치 (10A) 는, 예컨대, 각각 후술하는 바와 같이, 가공 장치 본체와, 가공 장치 본체를 제어하기 위한 제어 장치 (700, 810, 820) 를 구비하여 구성할 수 있다.

먼저 가공 장치 본체의 구성을 간단히 설명한다. 가공 장치 본체의 보다 상세한 구성은 다른 도면을 참조하면서 후술한다. 테이블 (200) 은, 제 1 실시 예에서 서술한 테이블 (12) 과 동일하게, 바닥 상에 설치되어 있으며, 박스 형상으로 형성되어 있다. 테이블 (200) 의 상면은, 대발 형상 또는 격자 형상으로 형성되어 있으며, 판재 (210) 가 탑재된다.

테이블 (200) 에 놓여진 판재 (210) 를 절단하기 위해, 본 실시예에서도, X-Y-Z 직교 좌표계가 정의된다. 도 11 에도 나타내는 바와 같이, X 축은 테이블 (200) 의 장변에 평행하고 (도 10 중의 지면을 가로지르는 방향), Y 축은 테이블 (200) 의 단변에 평행하고 (도 10 중의 횡방향), Z 축은 테이블 (200) 에 수직이다.

테이블 (200) 의 일방의 장변을 따르도록 하여 (즉, X 축 방향과 평행하게), 테이블 (200) 의 근방에 대좌부 (300) 가 설치된다. 이 대좌 (300) 에는, X 축 궤도 (301, 301) 가 형성되어 있다. 대좌 (300) 상에는, 이동 지지부 (310) 가 X 축 방향으로 이동 가능하게 장착되어 있다.

이동 지지부 (310) 는 대좌 (300) 로부터 상방으로 돌출되도록 하여 형성되어 있다. 도 11 에도 나타내는 바와 같이, 이동 지지부 (310) 에는, 테이블 (200) 의 상방을 Y 축 방향에 걸쳐 있도록 하여 아암부 (320) 가 일체적으로 형성되어 있다. 아암부 (320) 의 기단측 (P1) 은 이동 지지부 (310) 에 고정되어 있으며, 아암부 (320) 의 선단측 (P2) 은, 테이블 (200) 의 상방을 횡단하도록 하여 형성되어 있다. 아암부 (320) 가 갖는 X 축 방향의 양면 중 일방의 면에는, Y 축 궤도 (330, 330) 가 형성되어 있다. 이 Y 축 궤도 (330, 330) 에는, 레이저 헤드 (500) 및 플라즈마 토치 (600) 가 각각 Y 축 방향으로 이동 가능하게 부착 되어 있다. 레이저 헤드 (500) 및 플라즈마 토치 (600) 는, 테이블 (200) 쪽을 향하도록 하여 아암부 (320) 에 부착되어 있다.

레이저 헤드 (500) 는, 레이저 발진 장치 (410) 로부터 광학계 박스 (420) 및 가이드통 (430) 을 개재하여 입사된 레이저 광선을, 판재 (210) 를 향하여 출사 등 함으로써, 판재 (210) 를 절단한다. 레이저 헤드 (500) 는, 캐리지 (520) (도 12 참조) 에 탑재되어 있으며, 캐리지 (520) 는 Y 축 궤도 (330, 330) 를 따라 Y 축 방향으로 이동 가능하게 부착되어 있다. 캐리지 (520) 는 레이저 헤드 (500) 를 Z 축 방향으로 이동시킬 수 있도록 되어 있다. 따라서, 레이저 헤드 (500) 는 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향으로 각각 이동 가능하다.

레이저 헤드 (500) 는 플라즈마 가공이 실시되고 있는 경우에, 아암부 (320) 의 뿌리 근방에 설치된 퇴피 영역 (A3) 으로 퇴피한다 (도 13 참조). 퇴피 영역 (A3) 에는 차폐부 (340) 가 형성되어 있다. 차폐부 (340) 는 작업 공간 (A1) 과 퇴피 영역 (A3) 사이를 적어도 부분적으로 차폐함으로써, 플라즈마 가공시의 열 등이 레이저 헤드 (500) 에 영향을 주는 것을 억제한다.

플라즈마 토치 (600) 는 플라즈마 아크를 발생시킴으로써 판재 (210) 를 절단하는 것이다. 플라즈마 토치 (600) 는 캐리지 (610) (도 12 참조) 에 탑재되어 있다 (이동 지지부 (310), 아암부 (320), 캐리지 (520) 및 캐리지 (610) 를 합한 것이 이동 수단에 상당함). 이 캐리지 (610) 는 Y 축 궤도 (330, 330) 를 따라 Y 축 방향으로 이동 가능하게 부착되어 있다. 캐리지 (610) 는 플라즈마 토치 (600) 를 Z 축 방향으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마 토치 (600) 는 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향으로 각각 이동 가능하다. 플라즈마 토치 (600) 는 레이저 가공이 실시되고 있는 경우에, 아암부 (320) 의 선단 근방에 형성된 퇴피 영역 (A2) 으로 퇴피한다 (도 12 참조).

상세한 것은 더 후술하겠지만, 본 실시예의 복합 열절단 장치 (10A) 는, 레이저 헤드 (500) 또는 플라즈마 토치 (600) 중 어느 일방을 작업 공간 (A1) 에 배치시킴으로써, 레이저 가공 또는 플라즈마 가공 중 어느 하나를 실행시킨다. 레이저 가공이 실시되고 있는 동안, 플라즈마 토치 (600) 는, 플라즈마 토치 퇴피 영역 (A2) 으로 퇴피된다. 이에 따라, 레이저 헤드 (500) 는, 플라즈마 토치 (600) 에 방해받지 않고, 전체 작업 공간 (A1) 을 자유롭게 이동하여 판재 (210) 를 가공할 수 있다. 이와는 반대로, 플라즈마 가공이 실시되고 있는 동안, 레이저 헤드 (500) 는 레이저 헤드 퇴피 영역 (A3) 으로 퇴피되기 때문에, 플라즈마 토치 (600) 는, 레이저 헤드 (500) 에 방해받지 않고, 작업 공간 (A1) 전체를 자유롭게 이동 가능하다.

이동 지지부 (310) 에는, 레이저 발진 장치 (410) (레이저 광선 공급부에 상당함) 및 광학계 박스 (420) 가 각각 형성되어 있다. 레이저 발진 장치 (410) 는, 레이저 광원 (411) 으로부터 소정 출력의 레이저 광선을 출력시키는 것이다. 광학계 박스 (420) 는, 레이저 발진 장치 (410) 로부터 출력된 레이저 광선의 광로를 절곡하여, 레이저 헤드 (500) 를 향하여 공급하는 것이다.

레이저 헤드 (500) 의 상부에는 접속부 (510) 가 형성되어 있으며, 이 접속부 (510) 에는 가이드통 (430) 이 접속되어 있다. 이 가이드통 (430) 은, 예컨대, 아코디언 구조와 같이 신축이 자유롭게 구성되어 있다. 가이드통 (430) 은, 그 일단측이 광학계 박스 (420) 의 출사부에 접속되어 있으며, 그 타단측이 레이저 헤드 (500) 의 접속부 (510) 에 접속되어 있다. 접속부 (510) 에는, 가이드통 (430) 으로부터 화살표 R2 방향으로 입사된 레이저 광선을 화살표 R3 방향으로 반사시키기 위한 접힘 거울 (511) 이 형성되어 있다.

다음으로, 제어 장치의 구성을 설명한다. 본 실시예의 제어 장치는, 상기 실시예와 동일하게, 예컨대, 상위 제어 장치 (700) 와, 레이저 제어 장치 (810) 와, 플라즈마 제어 장치 (820) 를 구비할 수 있다.

상위 제어 장치 (700) 는, 상기 실시예와 동일하게, 예컨대, 연산 처리 장치 (710) 와, 기억 장치 (720) 와, 입력 장치 (730) 를 구비하여 구성할 수 있다. 이들 각 장치 (710, 720, 730) 는 신호 전송로 (701) 를 개재하여 서로 접속되어 있다. 또, 연산 처리 장치 (710) 와 레이저 제어 장치 (810) 및 플라즈마 제어 장치 (820) 는, 다른 신호 전송로 (702) 를 개재하여 접속되어 있다.

기억 장치 (720) 에는 레이저 가공 프로그램 (721) 과, 플라즈마 가공 프로그램 (722) 과, 퇴피 제어 프로그램 (723) 과, 전력 절약 프로그램 (724) 과, 헤드 높이 조절 프로그램 (725) 과, 광축 조정 프로그램 (726) 이 각각 기억되어 있다. 레이저 가공 프로그램 (721), 플라즈마 가공 프로그램 (722) 은, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 에 의해 작성되는 것으로서, 입력 장치 (730) 를 통해 기억 장치 (720) 에 기억된다.

퇴피 제어 프로그램 (723) 은, 가공의 종류에 따라, 레이저 헤드 (500) 및 플라즈마 토치 (600) 를 소정의 장소 (A2, A3) 로 각각 퇴피시키는 프로그램이다. 전력 절약 프로그램 (724) 은 레이저 가공에 관한 전력을 저감시키는 프로그램이다. 헤드 높이 조절 프로그램 (725) 은, 레이저 헤드 (500) 또는/및 플라즈마 토치 (600) 와 판재 (210) 사이의 높이를 조절하기 위한 프로그램이다. 광축 조절 프로그램 (726) 은, 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 방향 위치에 따라, 레이저 헤드 (500) 에 입사시키는 레이저 광선의 광축을 미세조정시키기 위한 프로그램이다. 이들 각 프로그램 (723∼726) 의 상세한 것은 각각 후술한다.

레이저 제어 장치 (810) 는, 레이저 헤드 (500) 의 X 축, Y 축 및 Z 축의 각각에 있어서의 위치 제어와, 레이저 빔의 작동을 각각 제어한다. 레이저 제어 장치 (810) 는 높이 센서 (811) 를 구비할 수 있다. 이 높이 센서 (811) 는 예컨대, 레이저 광선 등을 사용한 비접촉식 감지기로서 구성할 수 있다. 레이저 제어 장치 (810) 는, 헤드 높이 조절 프로그램 (725) 에 따라, 레이저 가공을 실시하기 전에 레이저 헤드 (500) 와 판재 (210) 의 높이를 계측하여 조정한다. 그 후, 레이저 제어 장치 (810) 는, 레이저 가공 프로그램 (721) 에 따라 레이저 헤드 (500) 를 제어한다. 또, 레이저 제어 장치 (810) 는, 전력 절약 프로그램 (724) 에 따라 레이저 발진 장치 (410) 의 작동을 제어한다. 또한, 레이저 제어 장치 (810) 는, 광축 조절 프로그램 (726) 에 따라, 레이저 헤드 (500) 에 공급하는 레이저 광선의 광축을 미세조정한다. 이들의 각 제어는, 상위 제어 장치 (700) 로부터의 지시에 의해 각각 실행된다.

플라즈마 제어 장치 (820) 는, 플라즈마 토치 (600) 의 X 축, Y 축 및 Z 축 각각에 있어서의 위치 제어와, 플라즈마 아크의 작동을 각각 제어한다. 플라즈 마 제어 장치 (820) 는 높이 센서 (821) 를 구비할 수 있다. 이 높이 센서 (821) 는 예컨대, 기계식 리밋 스위치 등을 사용한 접촉식 감지기로서 구성 가능할 수 있다. 플라즈마 제어 장치 (820) 는, 헤드 높이 조정 프로그램 (725) 에 따라, 플라즈마 가공을 실시하기 전에, 플라즈마 토치 (600) 와 판재 (210) 사이의 거리를 조정한다. 후술하는 바와 같이, 레이저 가공시에 계측된 데이터를 플라즈마 가공에 이용할 수 있다. 플라즈마 제어 장치 (820) 도, 상위 제어 장치 (700) 로부터의 지시에 기초하여, 플라즈마 가공에 관한 제어를 실시하도록 되어 있다.

도 12 는 복합 열절단 장치 (10A) 를 X 축 방향의 정면에서 본 도면이다. 또한, 도 11, 도 12 및 도 13 은, 설명의 편의상, 복합 열절단 장치 (10A) 의 개략을 각각 나타내고 있기 때문에, 각 도면의 세부는 일치하지 않는다. 도 12 는 레이저 가공을 실시하는 경우를 나타낸다. 레이저 가공을 실시하는 경우, 레이저 헤드 (500) 는 테이블 (200) 상의 작업 공간 (A1) 에 위치하고, 플라즈마 토치 (600) 는 도면 중의 좌측에 형성된 퇴피 영역 (A2) 으로 퇴피한다. 레이저 헤드 (500) 는 작업 공간 (A1) 을 자유롭게 이동할 수 있다.

도 13 은 플라즈마 가공을 실시하는 경우를 나타내는 정면도이다. 플라즈마 가공을 실시하는 경우, 플라즈마 토치 (600) 는 작업 공간 (A1) 에 위치하고, 레이저 헤드 (500) 는 도면 중의 우측에 형성된 퇴피 영역 (A3) 으로 퇴피한다. 플라즈마 토치 (600) 는 작업 공간 (A1) 을 자유롭게 이동할 수 있다.

도 14 는 퇴피 제어 처리를 나타내는 플로우차트이다. 이 퇴피 제어 처 리는 예컨대, 연산 처리 장치 (710) 가 기억 장치 (720) 에 기억되어 있는 퇴피 제어 프로그램 (723) 을 판독하여 실행시키고, 소정의 지시를 레이저 제어 장치 (810), 플라즈마 제어 장치 (820) 에 각각 주어 실현된다.

상위 제어 장치 (700) 는 기억 장치 (720) 에 기억된 가공 프로그램 (721, 722) 을 해석하고 (S11), 이것으로부터 실시하려고 하는 가공의 종류가 레이저 가공인지 플라즈마 가공인지를 판정한다 (S12). 레이저 가공이라고 판정했을 경우, 상위 제어 장치 (700) 는 플라즈마 제어 장치 (820) 에 퇴피 지령을 준다. 이에 따라, 도 15(A) 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 토치 (600) 는 플라즈마 토치 퇴피 영역 (A2) 으로 퇴피한다 (S13).

플라즈마 토치 (600) 를 퇴피 영역 (A2) 으로 퇴피시킨 후, 상위 제어 장치 (700) 가, 레이저 가공 프로그램 (721) 에 기초한 지령을 레이저 제어 장치 (810) 에 주면, 레이저 가공이 개시된다 (S14). 레이저 가공이 종료되면 (S15), 상위 제어 장치 (700) 는, 판재 (210) 에 관한 모든 가공이 종료되었는지 여부를 판정한다 (S16). 다른 가공 프로그램이 존재하는 경우 (S16 : YES), 다시 S11 로 되돌아와 가공 종류가 판정된다.

한편, 플라즈마 가공이라고 판정되었을 경우, 상위 제어 장치 (700) 는, 레이저 제어 장치 (810) 에 퇴피 지령을 준다. 이에 따라, 도 15(B) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 헤드 (500) 는 레이저 헤드 퇴피 영역 (A3) 으로 퇴피한다 (S17). 레이저 헤드 (500) 를 퇴피시킨 후, 상위 제어 장치 (700) 는, 플라즈마 가공 프로그램 (722) 에 기초한 지령을 플라즈마 제어 장치 (820) 에 주어 플라 즈마 가공을 실시하게 한다 (S18). 플라즈마 가공이 종료되면 (S19), 판재 (210) 에 관한 모든 가공이 종료되었는지 여부를 판정한다 (S16).

여기에서, 레이저 헤드 퇴피 영역 (A3) 과 작업 공간 (A1) 사이의 경계에는 차폐부 (340) 가 형성되어 있다. 차폐부 (340) 는 플라즈마 가공시에 생기는 고온이나 가스 등으로부터 레이저 헤드 (500) 를 보호하는 것이다.

본 실시예는 상기 기술한 바와 같이 구성되기 때문에, 이하의 효과를 나타낸다. 본 실시예에서는, 이른바 캔틸레버 방식을 채용하고, 테이블 (200) 에 걸쳐 있는 아암부 (320) 에 레이저 헤드 (500) 및 플라즈마 토치 (600) 를 각각 부착시키는 구성으로 하였다. 따라서, 테이블 (200) 의 양측으로부터 가동 아암을 지지한다는, 이른바 양 캔틸레버 방식과 비교하여 구조를 간소화할 수 있어, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 레이저 가공 중에는 플라즈마 토치 (600) 를 작업 공간 (A1) 의 외부로 퇴피시키고, 또 플라즈마 가공 중에는 레이저 헤드 (500) 를 작업 공간 (A1) 의 외부로 퇴피시키는 구성으로 하였다. 따라서, 레이저 헤드 (500) 는, 플라즈마 토치 (600) 의 제약을 받지 않고, 작업 공간 (A1) 내를 자유롭게 이동하여 레이저 가공을 실시할 수 있으며, 한편 플라즈마 토치 (600) 는, 레이저 헤드 (500) 의 제약을 받지 않고, 작업 공간 (A1) 내를 자유롭게 이동하여 플라즈마 가공을 실시할 수 있다.

본 실시예에서는, 아암부 (320) 의 뿌리측에 레이저 헤드 퇴피 영역 (A3) 을, 아암부 (32) 의 선단측에 플라즈마 토치 퇴피 영역 (A2) 을 각각 형성하고, 레 이저 헤드 (500) 는 아암부 (320) 의 뿌리측 근처에, 플라즈마 토치 (600) 는 아암부 (320) 의 선단측 근처에 각각 형성하는 구성으로 하였다. 이 결과, 레이저 헤드 (500) 가 레이저 헤드 퇴피 영역 (A3) 으로 퇴피하고 있는 경우, 신축이 자유로운 가이드통 (430) 의 길이를 최단으로 할 수 있으며, 레이저 헤드 (500) 및 가이드통 (430) 양방을, 예컨대, 플라즈마 가공시의 열이나 가스 등으로부터 보호할 수 있다. 또한, 이와는 반대로, 레이저 헤드 퇴피 영역을 아암부 (320) 의 선단측 근처에 형성하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 레이저 헤드 (500) 가 퇴피하면, 가이드통 (430) 의 길이는 최대가 되고, 최대 길이로 작업 공간 (A1) 상에 노출된다. 따라서, 가이드통 (430) 이 외부의 영향을 받을 가능성이 높아진다.

본 실시예에서는, 레이저 헤드 퇴피 영역 (A3) 과 작업 공간 (A1) 사이에 차폐부 (320) 를 형성하는 구성으로 하였다. 따라서, 레이저 헤드 (500) 를 작업 공간 (A1) 에서 실시되고 있는 플라즈마 가공으로부터 보호할 수 있어, 신뢰성이 향상된다.

실시예 3

다음으로, 도 16, 도 17 에 기초하여 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다. 본 실시예에서는, 레이저 가공시의 전력 소비량을 저감시킨다. 도 16 은 레이저 가공 프로그램을 생성하는 처리의 개요를 나타내는 플로우차트이다. 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 제품 형상 데이터 (82) 와 (S21), 판재 데이터 (84) 와 (S22), 가공 정도 데이터 (86) (S23) 가 각각 주어지면, 제품의 배치 (네스팅) 를 실시하여 (S24), 절단 라인 데이터를 생성한다 (S25).

가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 상기 제 1 실시예에서 서술한 바와 같이, 절단 라인 데이터를, 레이저 가공 또는 플라즈마 가공 중 어느 하나로 분류한다 (S26). 레이저 가공에 적합한 절단 라인 데이터인 경우, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는 레이저 가공 프로그램을 생성한다 (S28). 플라즈마 가공에 적합한 절단 라인 데이터인 경우, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는 플라즈마 가공 프로그램을 작성한다 (S29).

그리고, 가공 프로그램 작성 장치 (80) 는, 작성된 가공 프로그램을 해석하여, 예컨대, 레이저 발진 장치 (410) 를 제어하기 위한 명령을 삽입한다 (S30). 이 추가되는 명령으로는, 예컨대, 레이저 발진 장치 (410) 의 작동개시 지령 및 작동중단 지령을 들 수 있다. 작동개시 지령이란, 레이저 광선을 공급할 수 있도록 웜 업시키는 명령이다. 레이저 가공이 개시되는 타이밍에 시간이 맞도록, 작동중단 지령이 추가된다. 작동중단 지령이란, 레이저 발진 장치 (410) 를 휴지시키는 명령이다. 휴지 상태에 놓여지면, 레이저 발진 장치 (410) 의 소비 전력은 저하된다.

절단 라인 데이터의 처리에 걸리는 시간은, 예컨대, 절단 라인의 길이나 판재 (210) 의 두께 등에 기초하여 구할 수 있다. 따라서, 레이저 가공이 개시될 때까지의 대기 시간도 추정할 수 있다. 이 대기 시간이 소정 시간 이상인 경우, 작동중단 지령을 가공 프로그램에 추가함으로써, 레이저 발진 장치 (410) 의 대기 전력을 저감시킬 수 있다. 여기에서, 소정 시간이란 레이저 발진 장치 (410) 의 가동 시간과 거의 동일하다. 대기 시간쪽이 안정된 레이저 발진을 실시하기 위해 필요한 시간보다 긴 경우에, 레이저 발진 장치 (410) 를 휴지시킨다. 이와 같이, 가공 프로그램을 작성하는 단계에서, 레이저 발진 장치 (410) 를 작동 시킬지 휴지시키는지를 명시할 수 있다.

도 17 에 기초하여, 레이저 가공시의 전력 절약 운전을 실현시키는 다른 예를 설명한다. 도 17 은, 레이저 가공시의 전력을 절약하는 전력 절약 가공 처리의 개요를 나타내는 플로우차트이다.

상위 제어 장치 (700) 는, 기억 장치 (720) 에 기억된 가공 프로그램을 판독하고 (S41), 가공 프로그램 중에 레이저 가공이 포함되어 있는지 여부를 판정한다 (S42). 레이저 가공이 포함되어 있는 경우 (S42 : YES), 상위 제어 장치 (700) 는 레이저 발진 장치 (410) 의 가동을 지령한다 (S43). 레이저 발진 장치 (410) 가 가동되어, 레이저 광선을 안정적으로 출력할 수 있도록 되면, 레이저 가공이 개시된다 (S44). 레이저 가공이 종료되면 (S45), 상위 제어 장치 (700) 는, 판재 (210) 에 관한 전체 가공이 종료되었는지 여부를 판정한다 (S46). 미처리의 가공 프로그램이 존재하는 경우, S41 로 되돌아온다.

한편, 다음으로 실행해야 하는 가공 프로그램에 레이저 가공이 포함되어 있지 않은 경우 (S42 : NO), 상위 제어 장치 (700) 는 레이저 발진 장치 (410) 의 작동중단 지령을 내린다 (S47). 이에 따라, 레이저 발진 장치 (410) 는 필요 최저한의 전력 소비로 대기한다. 그리고, 플라즈마 가공이 행해지고 (S44), 얼마 안 있어 플라즈마 가공이 종료된다 (S46).

이와 같이 구성되는 본 실시예에서는, 상기 제 2 실시예에서 서술한 작용 효과에 추가하여, 레이저 가공시의 전력 소비량을 저감시킬 수 있다. 따라서, 복합 열절단 장치 (10A) 의 운전 비용을 저감시킬 수 있다.

실시예 4

다음으로, 도 18, 도 19 에 기초하여 본 발명의 제 4 실시예를 설명한다. 본 실시예에서는, 레이저 헤드 (500) 와 플라즈마 토치 (600) 사이에서, 헤드 높이의 측정에 관하여 데이터를 공용한다.

도 18 은 레이저 가공시에 측정된 데이터를 플라즈마 가공에도 이용하는 상태를 나타내는 가공 처리의 플로우차트이다. 레이저 가공을 실시할 때에, 상위 제어 장치 (700) 는, 레이저 헤드 (500) 에서 판재 (210) 까지의 거리 (H1) 를 측정하게 한다 (S51). 이 거리 측정은 비접촉식의 높이 센서 (811)(거리 검출 수단에 상당함) 에 의해 실시할 수 있다.

레이저 제어 장치 (810) 는, 측정된 거리 (H1) 에 기초하여, 레이저 헤드 (500) 의 높이를 미세조정하고 (S52), 레이저 가공을 개시한다 (S53). 레이저 가공이 종료되면 (S54), 다음으로 플라즈마 가공이 실시된다.

플라즈마 제어 장치 (820) 가 높이 센서 (821) 를 구비하고 있는 경우, 이 플라즈마용 높이 센서 (822) 를 사용하여, 플라즈마 토치 (600) 와 판재 (210) 사이의 거리 (H2) 를 다시 계측할 수도 있다. 그러나, 이 경우, 거리 (H2) 를 다시 계측할 시간을 필요로 하고, 레이저 가공에서 플라즈마 가공으로의 전환 시간이 걸린다. 특히, 플라즈마용 높이 센서 (821) 가 접촉식 감지기인 경우에는, 측 정 시간이 길어지기 때문에, 전환 시간도 증가한다.

그래서, 본 실시예에서는, 동일한 가공 대상인 판재 (210) 에 대하여, 레이저 가공이 먼저 행해지고 있는 경우, 그 레이저 가공시에 계측된 거리 (H1) 를 이용한다. 즉, 상위 제어 장치 (700) 는, 레이저 헤드 (500) 와 판재 (210) 사이의 거리 (H1) 에 기초하여, 이 판재 (210) 와 플라즈마 토치 (600) 사이의 거리 (H2) 를 산출한다 (S55). X-Y-Z 좌표계에 있어서의 플라즈마 토치 (600) 및 레이저 헤드 (500) 각각의 부착 위치는 이미 공지되어 있기 때문에, 양자의 높이 위치의 차분 (ΔH) 과 거리 (H1) 에 기초하여, 플라즈마 토치 (600) 와 판재 (210) 사이의 거리 (H2) 를 산출할 수 있다 (H2=H1+ΔH).

상위 제어 장치 (700) 는, 산출된 거리 (H2) 에 기초하여, 플라즈마 토치 (600) 의 높이를 미세조정시킨 후, 플라즈마 가공을 개시하게 한다 (S56). 플라즈마 가공이 종료되면 (S57), 다른 판재에 대하여 다음의 가공을 실시할지 여부를 판정하고 (S58), 다른 판재에 대하여 가공을 실시하는 경우 (S58 : YES), S51 로 되돌아온다.

도 19 는 도 18 의 예와는 반대로, 플라즈마 가공시에 계측된 데이터를 레이저 가공에도 이용하는 경우를 나타내는 플로우차트이다. 상위 제어 장치 (700) 는, 플라즈마 토치 (600) 와 판재 (210) 사이의 거리 (H2) 를 측정하게 하고 (S61), 플라즈마 가공을 실행시킨다 (S62, S63, S64).

플라즈마 가공에서 레이저 가공으로 전환하는 경우, 이미 계측이 끝난 거리 (H2) 에 기초하여, 레이저 헤드 (500) 와 판재 사이의 거리 (H1) 를 산출하고 (S65), 레이저 가공을 실행시킨다 (S66, S67). 예컨대, 판재가 변경되어 다른 가공을 실시하는 경우 (S68 : NO), S61 로 되돌아온다.

이와 같이 구성되는 본 실시예도, 제 2 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘한다. 이에 추가하여, 본 실시예에서는, 선행하여 실시된 가공에서 계측된 거리 데이터를, 후속하는 다른 종류의 가공에서 이용하는 구성으로 하였다. 따라서, 동일한 판재에 대한 레이저 가공과 플라즈마 가공의 전환 시간을 단축할 수 있어, 효율을 높일 수 있다.

특히, 비접촉에 의한 고정밀의 거리 측정을 실시하는 레이저 가공이 선행하는 경우, 이 고정밀도 또한 단시간의 거리 데이터에 기초하여, 플라즈마 가공시의 거리 (H2) 를 고정밀도 또한 단시간에 산출할 수 있다. 이에 대해, 만약 플라즈마 가공이 레이저 가공에 선행하는 경우, 접촉식 높이 센서 (821) 에 의한 거리 (H2) 의 측정이 최초로 실시된다. 그러나, 접촉식 높이 센서 (821) 는, 비접촉식 높이 센서 (811) 에 비해 일반적으로 정밀도가 떨어져, 측정 시간도 길어진다. 본 실시예에서는, 플라즈마 가공시에 측정된 거리 (H2) 에 기초하여, 레이저 헤드 (500) 와 판재의 거리 (H1) 를 산출하는 경우도 나타냈는데 (도 19), 도 18 과 함께 서술한 바와 같이, 레이저 가공시에 측정된 거리 (H1) 에 기초하여, 플라즈마 토치 (600) 와 판재의 거리 (H2) 를 산출하는 편이 유리하다.

실시예 5

도 20∼도 24 에 기초하여 본 발명의 제 5 실시예를 설명한다. 본 실시예에서는, 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 방향의 위치에 따라, 광학계 박스 (420) 로 부터 출사되는 레이저 광선의 광축을 미세조정시킨다. 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 위치에 따라 광축 조절이 필요한 이유는, 도 22 과 함께 후술하기로 하고, 먼저 구성을 설명한다.

도 20 은 거울 각도를 조절하기 위한 기구를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 거울 각도를 조절하는 기구는, 예컨대, 거울 각도 조절 장치 (830) 와, 광학계 박스 (420) 의 출사 거울 (421) 을 포함하여 구성할 수 있다.

먼저, 거울 (421) 의 구성을 설명한다. 거울 (421) 은, 광학계 박스 (420) 의 레이저 광선 출사부에 형성되기 때문에, 예컨대, 거울 지지부 (421A) 와, 거울 (421B) (거울부에 상당함) 과, 지점 (421C) 과, 피에조 소자 (421D) (거울 지지부 (421A), 지점 (421C) 및 피에조 소자 (421D) 를 합한 것이 자세 변화부에 상당함) 를 구비하여 구성할 수 있다. 거울 지지부 (421A) 는 지점 (421C) 을 회전 운동 중심으로 하여, 화살표 F1, F2 중 어느 하나로 미소 각도만큼 회전 운동 가능하게 되어 있다.

거울 지지부 (421A) 의 일방의 면에는 거울 (421B) 가 형성되어 있으며, 거울 지지부 (421A) 의 타방의 면에는 피에조 소자 (421D) 가 형성되어 있다. 피에조 소자 (421D) 는, 피에조 소자 구동 회로 (831) 로부터 입력된 신호에 따라 신축함으로써, 거울 지지부 (421A) 의 자세를 변화시킨다. 피에조 소자 (421D) 가 신장되면, 거울 지지부 (421A) 는 지점 (421C) 을 중심으로 하여 화살표 F1 방향으로 미소 각도 회전 운동한다. 이에 따라, 광학계 박스 (420) 로부터 출사되는 레이저 광선 (R2) 의 각도는, 도면 중 하향으로 변화한다. 이에 대해, 피에조 소자 (421D) 가 축소되면, 거울 지지부 (421A) 는 지점 (421C) 을 중심으로 하여 화살표 F2 방향으로 미소 각도만큼 회전 운동한다. 이에 따라, 레이저 광 선 (R2) 의 출사 각도는 도면 중 상향으로 변화한다. 또한, 피에조 소자 (421D) 는 하나의 예시로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 외부로부터의 제어 신호에 따라 미소 변위 가능한 소자라면 사용할 수 있다.

거울 각도 조절 장치 (830) 의 구성을 설명한다. 거울 각도 조절 장치 (830) (자세 제어부에 상당함) 는 피에조 소자 드라이버 회로 (831) 와, 피에조 소자 구동 전압 연산부 (832) (피에조 소자 드라이버 회로 (831) 및 피에조 소자 구동 전압 연산부 (832) 를 합한 것이 신호 생성부에 상당함) 와, 레이저 헤드 Y 축 위치 검출부 (833) (위치 검출부에 상당함) 와, 보정 데이터 맵 (834) (보정량 기억부에 상당함) 을 구비하여 구성할 수 있다. 레이저 헤드 Y 축 위치 검출부 (833) 는 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 위치를 검출하여 출력한다. 보정 데이터 맵 (834) 에는, 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 위치에 따라 생기는 휨량을 보정하기 위한 피에조 소자 구동 전압이 기억되어 있다.

피에조 소자 구동 전압 연산부 (832) 는, 레이저 헤드 Y 축 위치 검출부 (833) 로부터의 검출 신호에 기초하여 보정 데이터 맵 (834) 을 참조함으로써, 레이저 헤드 (500) 의 현재의 Y 축 위치에 적절한 피에조 소자 구동 전압의 값을 판독한다. 연산부 (832) 는, 이 판독한 전압의 값을 피에조 소자 구동 회로 (831) 에 입력한다. 피에조 소자 구동 회로 (831) 는 입력된 전압값을 피에조 소자 (421D) 에 입력한다. 이에 따라, 피에조 소자 (421D) 는, 도면 중 좌우 방향으로 신장 또는 축소되고, 거울 (421B) 의 각도가 미세조정되어, 레이저 광선 (R2) 의 출사 각도가 변화한다.

도 21 은 광축을 조정하기 위한 처리의 개요를 나타내는 플로우차트이다. 이 처리는, 상위 제어 장치 (700) 또는 레이저 제어 장치 (810) 중 하나 또는 양방 에서 실시할 수 있다. 여기에서는, 상위 제어 장치 (700) 가 레이저 제어 장치 (810) 를 개재하여 실행시키는 경우를 예로 든다. 레이저 가공이 개시되면 (S71 : YES), 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 위치가 변화했는지 여부를 감시한다 (S72).

레이저 헤드 (500) 는 레이저 가공 개시 전에, 퇴피 영역 (A3) 으로 퇴피하고 있다. 레이저 가공을 실시하는 경우, 레이저 헤드 (500) 는 퇴피 영역 (A3) 으로부터 작업 공간 (A1) 으로 이동한다. 이 이동이 검출되면 (S72 : YES), 상위 제어 장치 (700) 는, 레이저 헤드 (500) 의 위치를 검출하고 (S73), 검출된 값으로 보정 데이터 맵 (834) 을 참조한다 (S74).

상위 제어 장치 (700) 는, 레이저 헤드 (500) 의 현재의 Y 축 위치에 따른 구동 전압의 값을 결정하고 (S75), 이 전압을 피에조 소자 (421D) 에 인가시킨다 (S76). 레이저 가공이 종료될 때까지 (S77), S72∼S76 의 단계가 반복된다.

도 22 는 광축 조정의 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 22(A) 는 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 위치가 변화된 경우에도, 레이저 헤드 (500) 에 위치 어긋남이 생기지 않는 경우를 나타낸다. 레이저 헤드의 초기 위치를 L1, 중간 위치를 L2, 최대 위치를 L3 으로 한다. 레이저 헤드 (500) 는 L1 부터 L3 까지의 범위 내에서 자유롭게 Y 축 방향으로 이동 가능하다. 레이저 헤드 (500) 가 L1 부터 L2 로, L2 부터 L3 으로 Y 축 위치를 변화시켜도, 레이저 헤드 (500) 의 위치 (접힘 거울 (511) 의 위치) 에 변화가 없는 경우, 광축 조정을 실시할 필요는 없다. 거울 (511) 에 의해 Z 축 방향으로 반사된 레이저 광선 (R3) 은 정확하게 목표점에 조사된다.

도 22(B) 는 레이저 헤드 (500) 에 위치 어긋남이 생긴 경우를 나타낸다. 상기 기술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 일측으로부터 타측을 향하여 테이블 (200) 의 상방을 횡단하는 아암부 (320) 에 의해, 레이저 헤드 (500) 및 플라즈마 토치 (600) 를 각각 지지한다. 또한, 플라즈마 토치 (600) 의 퇴피 영역 (A2) 을 아암부 (320) 의 선단 (P2) 측에 형성한다. 따라서, 레이저 헤드 (500) 가, 아암부 (320) 의 뿌리로부터 멀어지도록 Y 축 방향으로 이동하면, 레이저 헤드 (500) 의 중량에 의해 아암부 (320) 가 약간 휘어진다. 이 휨에 의해, 접힘 거울 (511) 의 위치가 미소 변화된다. 접힘 거울 (511) 의 위치가 어긋나면, 도 22(B) 에 나타내는 바와 같이, 판재 (210) 를 향하여 출사되는 레이저 광선 (R3e) 의 조사 점이 ΔY 변화하게 된다. 여기에서, 도면 중의 ΔX 는, 휨에 의한 거울 위치의 변화량을, R3e 는 변화된 광축 위치를, R3 은 본래의 광축 위치를 각각 나타낸다.

그래서, 본 실시예에서는, 도 22(C) 에 나타내는 바와 같이, 아암부 (320) 의 휨을 고려하여, 광학계 박스 (420) 로부터 출사되는 레이저 광선 (R2r) 의 광축을 기준 각도 (수평) 로부터 각도 θ 만큼 미세조정시킨다. R2r 은 보정된 광축을 나타낸다. 즉, 접힘 거울 (511) 가 위치가 어긋난 경우에도, 판재로의 조사 점이 변화되지 않도록 광축을 미세조정하여, 접힘 거울에 레이저 광선 (R2r) 을 입사 시키도록 되어 있다. 예컨대, 지점 (421C) 을 중심으로 하여 거울 (421B) 를 약간 회전 운동시킴으로써, 레이저 광선의 광축을 R2 에서 R2r 로 수정할 수 있 다.

이 때문에, 도 20 에 나타내는 보정 데이터 맵 (834) 에는, 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 위치 (L1∼L3) 에 있어서의 접힘 거울 (511) 의 위치 어긋남을 없애기 위한, 피에조 소자 구동 전압값이 미리 기억되어 있다. 구체적으로는, 예컨대, 레이저 헤드 (500) 가 아암부 (320) 의 뿌리측 (P1) 에 위치하는 경우를 기준 위치로 하여 광축을 맞추고, 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 위치에 따라 생기는 위치 어긋남을 소정 간격마다 각각 실측하여 보정 데이터 맵을 작성한다. 또한, 실측점과 실측점 사이에 위치하는 경우에는, 근방의 값으로부터 보간 연산함으로써 필요한 구동 전압값을 산출할 수 있다.

도 23, 도 24 에 기초하여 광학계 박스 (420) 의 일례를 설명한다. 도 23 은 광학계 박스 (420) 의 내부를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 레이저 발진 장치 (410) 로부터의 레이저 광선 (R1) 은 입사 거울 (422) 에 입사되어 반사된다. 반사된 레이저 광선 (R11) 은, 다음의 거울 (423) 에 의해 다시 반사되어 R12 가 되고, 또 다른 거울 (424) 에 입사된다. 거울 (424) 에 의해 반사된 레이저 광선 (R13) 은 출사 거울 (421) 에 입사되어 Y 축 방향으로 되접혀 꺽인다. 되접혀 꺽인 레이저 광선 (R2) 은 가이드통 (430) 을 통해 레이저 헤드 (500) 의 접힘 거울 (511) 에 입사된다.

도 24 는 출사 거울 (421) 의 일례를 나타내는 사시도이다. 이와 같이, 레이저 광선 (R13) 은 거울 (421) 에 의해 Y 축 방향에 되접혀 꺽여 레이저 광선 (R2) 이 되고, 레이저 헤드 (500) 를 향하여 출사된다. 피에조 소자 (421D) 는 거울 (421) 의 자세를 변화시킴으로써, 레이저 광선 (R2) 의 광축을 미세조정시킨다.

이와 같이 구성되는 본 실시예도 상기 제 2 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘한다. 이에 추가하여, 본 실시예에서는, 레이저 헤드 (500) 의 Y 축 위치에 따라, 레이저 헤드 (500) 에 공급하는 레이저 광선 (R2) 의 광축을 미세조정하는 구성으로 했기 때문에, 레이저 가공의 위치가 어긋나는 것을 억제하여 가공 정밀도를 유지할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는, 이른바 캔틸레버 방식을 채용하고 있으며, 또한 플라즈마 토치 (600) 는 레이저 가공 중에 아암부 (320) 의 선단측으로 퇴피하고 있다. 따라서, 레이저 헤드 (500) 가 아암부 (320) 의 선단 부근으로 이동하면, 레이저 헤드 (500) 및 플라즈마 토치 (600) 의 중량에 의해, 아암부 (320) 가 약간 휘어질 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 이 휨을 고려하여 레이저 광선의 광축을 조절할 수 있기 때문에, 가공 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 광축 조정은 출사 거울 (421) 에 한정되지 않고, 예컨대, 입사 거울 (422) 등의 다른 개소에서 실시하도록 해도 된다.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했는데, 이 실시 형태는 본 발명을 설명하기 위한 예시에 지나지 않고, 본 발명의 범위를 이 실시 형태만으로 한정하는 취지는 아니다. 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않고, 기타 여러가지 형태에서도 실시할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 원리에 따라 플라즈마 절단 타입으로 분류된 절단 라인을 절단하는 경우에, 절단 개시 위치에서의 피어싱은 레이저 빔을 사용하여 실시하도록 해도 된다. 또, 상기 기술한 실시 형태에서는, 가공 프로그램 작성 장치가, 절단 라인을 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 분류하여, 플라즈마 가공 프로그램과 레이저 가공 프로그램을 생성하였다. 그러나, 변형예로서, 가공 프로그램 작성 장치에서는, 제품을 네스팅하여 절단 라인을 정의했는데, 아직 상기 분류는 실시하지 않은 단계의 가공 프로그램을 작성하고, 그리고, 복합 열절단 장치측에서, 그 가공 프로그램을 받아, 거기에 정의된 절단 라인을 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 분류하여, 플라즈마 가공 프로그램과 레이저 가공 프로그램을 생성하도록 되어 있어도 된다.

Claims (19)

1. 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치와 레이저 빔을 발생시키는 레이저 헤드를 구비한 복합 열절단 장치에 있어서,

   판재를 유지하기 위한 테이블과,

   상기 테이블 상의 작업 공간 내에서, 상기 플라즈마 토치 및 상기 레이저 헤드를 이동시키는 이동 기구와,

   상기 테이블 상의 상기 판재가 소정의 절단 라인을 따라 절단되도록 상기 플라즈마 토치, 상기 레이저 헤드 및 상기 이동 기구를 제어하는 제어 수단을 구비하고,

   상기 제어 수단은,

   상기 절단 라인을 정의하고, 또한 상기 절단 라인의 기하학적 특성 혹은 가공 정도(精度) 또는 상기 판재의 특성을 포함하는 가공 조건에 따라, 상기 절단 라인을 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 분류한 가공 지시 정보를 갖는 상위 제어 장치와,

   상기 가공 지시 정보에 기초하여 상기 플라즈마 토치를 제어하고, 상기 플라즈마 절단 타입의 절단 라인을 따라 절단하게 하는 플라즈마 제어 장치와,

   상기 가공 지시 정보에 기초하여 상기 레이저 헤드를 제어하고, 상기 레이저 절단 타입의 절단 라인을 따라 절단하게 하는 레이저 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가공 지시 정보에서는, 상기 절단 라인의 연속 길이에 따라, 상기 절단 라인이 상기 플라즈마 절단 타입과 상기 레이저 절단 타입으로 분류되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가공 지시 정보에서는, 상기 절단 라인이 제품의 외주와 구멍 중 어느 하나에 해당하는지에 따라, 상기 절단 라인이 상기 플라즈마 절단 타입과 상기 레이저 절단 타입으로 분류되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가공 지시 정보에서는, 상기 판재의 두께에 따라, 상기 절단 라인이 상기 플라즈마 절단 타입과 상기 레이저 절단 타입으로 분류되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
5. 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치와 레이저 빔을 발생시키는 레이저 헤드를 구비한 복합 열절단 장치에 있어서,

   판재를 유지하기 위한 테이블과,

   상기 테이블 상의 작업 공간 내에서, 상기 플라즈마 토치 및 상기 레이저 헤드를 이동시키는 이동 기구와,

   상기 테이블 상의 상기 판재를 절단 라인을 따라 절단하도록 상기 플라즈마 토치, 상기 레이저 헤드 및 상기 이동 기구를 제어하는 제어 수단을 구비하고,

   상기 이동 기구는,

   상기 플라즈마 토치를 이동시키는 플라즈마 토치 이동 기구와,

   상기 레이저 헤드를 이동시키는 레이저 헤드 이동 기구를 갖고,

   상기 제어 수단은,

   상기 플라즈마 토치 이동 기구를 독립적으로 제어하는 플라즈마 제어 장치 와,

   상기 레이저 헤드 이동 기구를 독립적으로 제어하는 레이저 제어 장치를 갖고,

   상기 플라즈마 토치 이동 기구와 상기 레이저 헤드 이동 기구 각각이, 상기 작업 공간에서 벗어난 위치에 퇴피 장소를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
6. 삭제
7. 판재를 절단 라인을 따라 플라즈마 토치와 레이저 헤드를 사용하여 절단하는 복합 열절단 방법에 있어서,

   상기 절단 라인을 정의하는 단계와,

   상기 절단 라인의 기하학적 특성 혹은 가공 정도 또는 상기 판재의 특성을 포함하는 가공 조건에 따라, 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 상기 절단 라인을 분류하는 단계와,

   상기 플라즈마 절단 타입의 절단 라인은 상기 플라즈마 토치를 사용하여 절단하고, 상기 레이저 절단 타입의 절단 라인은 상기 레이저 빔을 사용하여 절단하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 복합 열절단 방법.
8. 판재를 절단 라인을 따라 플라즈마 토치와 레이저 헤드를 사용하여 절단하는 복합 열절단 장치를 제어하기 위한 가공 프로그램을 컴퓨터에 작성시키는 컴퓨터 프로그램을 기억하는 기록매체에 있어서,

   상기 절단 라인의 기하학적 특성 혹은 가공 정도 또는 상기 판재의 특성을 포함하는 가공 조건에 따라, 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 상기 절단 라인을 분류하는 단계와,

   상기 플라즈마 절단 타입의 절단 라인을 상기 플라즈마 토치를 사용하여 절단하는 순서를 상기 복합 열절단 장치에 지시하는 플라즈마 가공 프로그램을 작성하는 단계와,

   상기 레이저 절단 타입의 절단 라인을 상기 레이저 헤드를 사용하여 절단하는 순서를 상기 복합 열절단 장치에 지시하는 레이저 가공 프로그램을 작성하는 단계를 컴퓨터에 실행시키는 가공 프로그램 작성 프로그램을 기억하는 기록매체.
9. 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치와 레이저 빔을 발생시키는 레이저 헤드를 구비한 복합 열절단 장치에 있어서,

   판재를 유지하기 위한 테이블과,

   상기 테이블 상에서, 상기 플라즈마 토치를 이동시키는 플라즈마 토치 이동 기구와,

   상기 테이블 상에서, 상기 레이저 헤드를 이동시키는 레이저 헤드 이동 기구와,

   상기 테이블 상의 상기 판재가 소정의 절단 라인을 따라 절단되도록 상기 플라즈마 토치, 상기 레이저 헤드, 상기 플라즈마 토치 이동 기구 및 상기 레이저 헤드 이동 기구를 제어하는 제어 수단을 구비하고,

   상기 제어 수단은, 상기 플라즈마 토치 이동 기구와 상기 레이저 헤드 이동 기구를 제어하여 상기 플라즈마 토치와 상기 레이저 헤드를 독립적으로 이동시키고, 상기 플라즈마 토치를 제어하여 상기 판재의 어느 절단 라인을 절단하게 하고, 또한 상기 레이저 헤드를 제어하여 상기 판재의 다른 절단 라인을 절단하게 하는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
10. 삭제
11. 플라즈마 가공 및 레이저 가공의 양방을 실시할 수 있는 복합 열절단 장치 에 있어서,

    판재를 유지하기 위한 테이블과,

    상기 테이블의 일측의 근방에 형성되고, 상기 테이블을 따라 이동 가능한 지지부와,

    기단측이 상기 지지부에 지지되고, 선단측이 상기 테이블에 걸쳐 있도록 하여, 상기 테이블의 상방에 형성된 작업 공간을 일측에서 타측으로 연장하여 형성된 아암부와,

    상기 아암부의 기단측 근처에 위치하여, 상기 아암부를 이동 가능하게 형성된 레이저 헤드와,

    상기 아암부의 선단측 근처에 위치하여, 상기 아암부를 이동 가능하게 형성된 플라즈마 토치와,

    상기 아암부의 기단측에 형성되고, 상기 아암부를 따라 연장되는 광로부를 개재하여, 상기 레이저 헤드에 레이저 광선을 공급하는 레이저 광선 공급부와,

    상기 플라즈마 토치와 상기 레이저 헤드 및 상기 레이저 광선 공급부의 동작을 각각 제어하는 제어 수단을 구비하고,

    상기 플라즈마 헤드는 상기 아암부의 선단측 근처에, 상기 레이저 헤드는 상기 아암부의 기단측 근처에 각각 위치하여, 상기 아암부를 이동 가능하게 형성되어 있고,

    상기 아암부의 선단측에는 상기 플라즈마 헤드를 퇴피시키기 위한 플라즈마 헤드 퇴피 영역이 형성되어 있으며,

    상기 아암부의 기단측에는 상기 레이저 헤드를 퇴피시키기 위한 레이저 헤드 퇴피 영역이 형성되어 있으며,

    상기 제어 수단은, 상기 플라즈마 토치에 의해 상기 판재를 가공하는 경우에는, 상기 레이저 헤드를 상기 레이저 헤드 퇴피 영역으로 퇴피시키고, 상기 레이저 헤드에 의해 상기 판재를 가공하는 경우에는, 상기 플라즈마 토치를 상기 플라즈마 토치 퇴피 영역으로 퇴피시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 작업 공간과 상기 레이저 헤드 퇴피 영역 사이를 적어도 부분적으로 차폐하기 위한 차폐부를 구비한 복합 열절단 장치.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 레이저 헤드의 위치에 따라, 상기 레이저 광선 공급부로부터 상기 레이저 헤드에 공급되는 레이저 광선의 광축을 조정하는 조정 수단을 추가로 구비한 복합 열절단 장치.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 제어 수단은,

    상기 판재를 절단하기 위한 절단 라인을 정의하고, 또한 상기 절단 라인의 기하학적 특성 또는 가공 정도 또는 상기 판재의 특성을 포함하는 가공 조건에 따라, 상기 절단 라인을 플라즈마 절단 타입과 레이저 절단 타입으로 분류한 가공 지시 정보를 갖는 상위 제어 장치와,

    상기 가공 지시 정보에 기초하여 상기 레이저 헤드를 제어하고, 상기 레이저 절단 타입의 절단 라인을 따라 절단하게 하는 레이저 제어 장치와,

    상기 가공 지시 정보에 기초하여 상기 플라즈마 토치를 제어하고, 상기 플라즈마 절단 타입의 절단 라인을 따라 절단하게 하는 플라즈마 제어 장치를 구비하여 구성되어 있으며,

    상기 레이저 제어 장치는, 상기 레이저 가공이 실시되는 경우에, 상기 레이저 광선 공급부를 웨이크 업 상태로 이행시키고, 상기 플라즈마 가공이 실시되는 경우에, 상기 레이저 광선 공급부를 슬립 상태로 이행시키는 복합 열절단 장치.
15. 제 11 항에 있어서,

    상기 제어 수단은, 상기 플라즈마 가공 또는 상기 레이저 가공 중 어느 일방 의 가공시에 계측된 소정의 측정 데이터를 타방의 가공에도 이용하는 복합 열절단 장치.
16. 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비한 복합 열절단 장치에 있어서,

    판재를 유지하기 위한 테이블과,

    상기 테이블의 상방에서, 상기 레이저 헤드 및 상기 플라즈마 토치를 각각 이동시키기 위한 이동 수단과,

    상기 플라즈마 토치 및 상기 레이저 헤드의 동작을 각각 제어하는 제어 수단을 구비하고,

    레이저 가공 또는 플라즈마 가공을 실시하기 위한 작업 공간의 외측에는, 상기 플라즈마 헤드를 퇴피시키기 위한 플라즈마 헤드 퇴피 영역 및 상기 레이저 헤드를 퇴피시키기 위한 레이저 헤드 퇴피 영역이 각각 형성되어 있으며,

    상기 제어 수단은,

    상기 플라즈마 토치에 의해 상기 판재를 가공하는 경우에는, 상기 레이저 헤드를 상기 레이저 헤드 퇴피 영역으로 퇴피시키고, 상기 레이저 헤드에 의해 상기 판재를 가공하는 경우에는, 상기 플라즈마 토치를 상기 플라즈마 토치 퇴피 영역으로 퇴피시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
17. 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비한 복합 열절단 장치에 있어서,

    판재를 유지하기 위한 테이블과,

    상기 테이블의 상방에서, 상기 레이저 헤드 및 상기 플라즈마 토치를 각각 이동시키기 위한 이동 수단과,

    상기 레이저 헤드에 레이저 광선을 공급하는 레이저 광선 공급부와,

    상기 플라즈마 토치와 상기 레이저 헤드 및 상기 레이저 광선 공급부의 동작을 각각 제어하는 제어 수단을 구비하고,

    상기 제어 수단은,

    상기 레이저 가공이 실시되는 경우에, 상기 레이저 광선 공급부에 작동개시 지령을 주고, 상기 플라즈마 가공이 실시되는 경우에, 상기 레이저 광선 공급부에 작동중단 지령을 주는 복합 열절단 장치.
18. 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비한 복합 열절단 장치에 있어서,

    판재를 유지하기 위한 테이블과,

    상기 테이블의 상방에서, 상기 레이저 헤드 및 상기 플라즈마 토치를 각각 이동시키기 위한 이동 수단과,

    상기 레이저 헤드와 상기 판재 사이의 거리를 검출하는 거리 검출 수단과,

    상기 플라즈마 토치 및 상기 레이저 헤드의 동작을 각각 제어하는 제어 수단을 구비하고,

    상기 제어 수단은,

    레이저 가공시에 상기 거리 검출 수단에 의해 측정된 거리 데이터에 기초하여, 당해 판재와 상기 플라즈마 토치 사이의 거리 데이터를 산출하고, 이 산출된 거리 데이터에 기초하여 당해 판재에 대한 플라즈마 가공을 실시하게 하는 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.
19. 레이저 헤드 및 플라즈마 토치의 양방을 구비한 복합 열절단 장치에 있어서,

    판재를 유지하기 위한 테이블과,

    상기 테이블의 상방에서, 상기 레이저 헤드 및 상기 플라즈마 토치를 각각 이동시키기 위한 이동 수단과,

    상기 레이저 헤드에 레이저 광선을 공급하는 레이저 광선 공급부와,

    상기 레이저 광선 공급부로부터 상기 레이저 헤드에 공급되는 광선의 광축을 조정하는 조정 수단을 구비하고,

    상기 조정 수단은,

    상기 레이저 광선을 반사시키기 위한 거울부와,

    상기 거울부의 자세를 소정 방향으로 변화시키기 위한 자세 변화부와,

    상기 자세 변화부에 제어 신호를 입력하여 동작시키기 위한 자세 제어부를 구비하고 있으며,

    상기 자세 제어부는,

    상기 레이저 헤드의 위치를 검출하는 위치 검출부와,

    상기 레이저 헤드의 위치 변화에 따라 상기 거울부에 발생하는 위치 어긋남을 없애기 위한 보정량을 기억하는 보정량 기억부와,

    상기 위치 검출부로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 보정량 기억부를 참조해서, 상기 자세 변화부를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성부를 구비한 것을 특징으로 하는 복합 열절단 장치.

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