KR101059370B1 - 레이저 옵틱헤드용 에어노즐 - Google Patents

Abstract

레이저 용접장치의 옵틱헤드 선단에 장착되어 소재의 용접 및 절단 작업시에 발생하는 스패터(Spatter)에 대하여 직접적인 에어젯을 형성하여 스패터를 옵틱헤드의 외측으로 불어냄으로써 상기 스패터(Spatter)로부터 옵틱헤드 내부의 광학계를 보호하고, 레이저 용접품질을 향상시키기 위한 레이저 옵틱헤드용 에어노즐을 제공한다.

레이저 장치, 옵틱헤드, 스패터, 에어노즐, 에어젯

Description

레이저 옵틱헤드용 에어노즐{AIR NOZZLE FOR LASER OPTIC HEAD}

본 발명은 레이저 옵틱헤드용 에어노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 용접 장치를 이용하여 소재의 용접 및 절단 작업시에 발생하는 스패터(Spatter)를 옵틱헤드의 외측으로 불어내어 상기 스패터(Spatter)로부터 옵틱헤드 내부의 광학계를 보호하기 위한 레이저 옵틱헤드용 에어노즐에 관한 것이다.

최근, 산업분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저빔이 적용되고 있는 추세이며, 이러한 레이저빔의 적용에 있어 요구되는 몇 가지 목표는 레이저빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저빔 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화 등을 들 수 있다.

이러한 목표 아래, 레이저 용접을 비롯한 레이저빔 응용가공을 실시하기 위한 레이저 장치는 레이저빔의 에너지 밀도를 높여주기 위한 초점렌즈 등의 광학계로 구성되는 옵틱헤드를 구비하는데, 상기 옵틱헤드는 가공시 발생하는 가공 부산물인 스패터(비산 불티 및 분진)에 의해 옵틱헤드의 광학부품이 손상되는 것을 방 지하기 위하여, 도 1에서 도시한 바와 같이, 옵틱헤드(1)의 하단부에서 반사되는 스패터(S)를 차단하도록 크로스 젯 노즐(3)을 통한 에어커튼을 형성하여 사용하고 있다.

즉, 종래 크로스 젯 노즐(3)이 적용되는 레이저 용접 장치는 레이저 발진기(5)로부터 광 화이버를 통하여 레이저빔(LB)이 전달되는 옵틱헤드(1)가 로봇(7)의 아암(9) 선단에 구비되고, 상기 옵틱헤드(1)의 하단부 일측방에는 상기한 크로스 젯 노즐(3)이 장착된다.

따라서, 상기 옵틱헤드(1)를 통하여 지그(11) 상의 소재(13)의 용접부(W)에 레이저빔(LB)을 조사하여 레이저 용접을 실시하게 되는데, 이때, 상기 소재(13)의 용접부(W)에서 발생되어 비산되는 스패터(S)가 상기 옵틱헤드(1)의 광학계 부품(미도시)에 손상을 입히지 않도록 상기 크로스 젯 노즐(3)에서는 고속의 에어를 분사하여 옵틱헤드(1) 하부에 에어커튼을 형성하며, 상기 비산되는 스패터(S)를 외측으로 불어내게 되는 것이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 크로스 젯 노즐(3)을 통하여 형성되는 에어커튼은 고속으로 비산되는 스패터(S)로부터 옵틱헤드(1)의 광학계 부품을 완전히 보호하지 못하며, 이로 인해 레이저 용접품질을 저하시키거나, 상기 옵틱헤드(1) 선단에 구성되는 보호유리를 자주 교환하여야 하는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레이저 용접장치의 옵틱헤드 선단에 장착되어 소재의 용접 및 절단 작업시에 발생하는 스패터(Spatter)에 대하여 직접적인 에어젯을 형성하여 스패터를 옵틱헤드의 외측으로 불어냄으로써 상기 스패터(Spatter)로부터 옵틱헤드 내부의 광학계를 보호하고, 레이저 용접품질을 향상시키기 위한 레이저 옵틱헤드용 에어노즐을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 레이저 옵틱헤드용 에어노즐은 레이저 옵틱헤드의 하부에 체결되도록 원형의 중공관 형상으로 형성되며, 일측부에는 상하로 외부 에어 공급관과 연결되는 2개의 에어 공급포트가 형성되는 체결부; 하부의 직경이 작아지도록 원추형 중공관 형상으로 형성되어 상기 체결부의 하측에 일체로 형성되며, 그 둘레를 따라 내부에는 길이방향으로 상기 하나의 에어 공급포트와 연결되는 다수개의 에어 분사홀이 형성되는 노즐부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 체결부는 상기 레이저 옵틱헤드의 외주면에 나사 체결되도록 그 내주면에 나사산이 일정구간 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 2개의 에어 공급포트 중, 다른 하나의 에어 공급포트는 상기 체결부의 중공부와 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 2개의 에어 공급포트 중, 상부 에어 공급포트는 상기 체결부의 중공부와 연결되고, 하부 에어 공급포트는 상기 노즐부에 형성되는 에어 분사홀과 에어 연결홀을 통하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 에어 연결홀은 상기 노즐부와 체결부의 경계부에 그 둘레를 따라 내측에 형성되어 상기 노즐부의 각의 에어 분사홀과 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 에어 분사홀은 상기 노즐부의 내부에서 그 길이방향을 따라 직선홀로 형성되는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 에어 분사홀은 상기 노즐부의 내부에서 그 길이방향에 대하여 휘어진 곡선홀로 형성되는 것으로 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 옵틱헤드용 에어노즐에 의하면, 레이저 용접장치의 옵틱헤드 선단에 장착되어 소재의 용접 및 절단 작업시에 발생하는 스패터(Spatter)에 대하여 직접적인 에어젯을 형성하여 스패터를 옵틱헤드의 외측으로 불어냄으로써 상기 스패터(Spatter)로부터 옵틱헤드 내부의 광학계를 보호하고, 레이저 용접품질을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 레이저 옵틱헤드용 에어노즐은 체결부를 통하여 옵틱헤드의 하단에 나사체결되는 방식으로 분해 및 조립이 간편하며, 소재의 재질에 따른 소재의 용접부에 분위기 가스를 분사하여 용접 분위기를 조성할 수도 있는 이점이 있다.

이하, 본 실시예에 따른 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에어노즐이 적용된 레이저 옵틱헤드부의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 옵틱헤드용 에어노즐의 투영 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어노즐의 장착 상태 단면도이다.

단, 본 발명의 구성을 설명함에 있어, 종래 기술의 구성과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

본 실시예에 따른 레이저 옵틱헤드용 에어노즐(20)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 레이저 옵틱헤드(1)의 하부에 체결된 상태로, 외부의 에어 공급관(21)과 연결되어 레이저빔(LB)이 조사되어 용접되는 소재(13)의 용접부(W)를 향하여 직접적으로 에어를 분사하여 에어젯을 형성하게 된다.

이러한 에어노즐(20)의 구성은, 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 체결부(30)와 노즐부(40)로 구분된다.

즉, 상기 체결부(30)는 원형의 중공관 형상으로 형성되며, 그 일측부에는 상하로 상기 외부의 에어 공급관(21)과 연결되는 상부 에어 공급포트(P1)와 하부 에어 공급포트(P2)가 형성된다.

또한, 상기 체결부(30)는 상기 레이저 옵틱헤드(1)의 외주면에 나사 체결되도록 그 내주면에 나사산(N)이 일정구간 형성된다.

그리고 상기 노즐부(40)는 하부의 직경이 작아지도록 원추형 중공관 형상으로 형성되어 상기 체결부(30)의 하측에 일체로 형성된다.

또한, 상기 노즐부(40)는 그 둘레를 따라 내부에 길이방향으로 상기 하부 에어 공급포트(P2)와 연결되는 다수개의 에어 분사홀(H1)이 형성된다.

즉, 상기 2개의 에어 공급포트(P1,P2) 중, 상부 에어 공급포트(P1)는 상기 체결부(30)의 중공부(SP)와 연결되고, 상기 하부 에어 공급포트(P2)는 상기 노즐부(40)에 형성되는 에어 분사홀(H1)과 에어 연결홀(H2)을 통하여 연결된다.

여기서, 상기 에어 연결홀(H2)은 상기 노즐부(40)와 체결부(30)의 경계부에 그 둘레를 따라 내측에 형성되어 상기 노즐부(40)의 각의 에어 분사홀(H1)과 연결되며, 상기 하부 에어 공급포트(P2)를 통하여 공급되는 에어를 각 에어 분사홀(H1)로 분기시켜 공급해주게 된다.

한편, 상기 에어 분사홀(H1)은, 상기 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 노즐부(40)의 내부에서 그 길이방향을 따라 직선홀로 형성되어 상기 소재(13)의 용접부(W)로부터 비산되는 스패터(S)를 집중적으로 불어낼 수 있도록 직선방향으로 에어젯을 형성하며, 도 6에서 도시한 바와 같이, 다른 실시예로 상기 노즐부(40)의 내부에서 그 길이방향에 대하여 휘어진 곡선홀로 형성되어 상기 소재(13)의 용접부(W)로부터 비산되는 스패터(S)를 외측으로 분산하여 불어내도록 나선방향으로 에어젯을 형성할 수 도 있다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 레이저 옵틱헤드용 에어노즐(20)은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 지그(11) 상의 소재(13)에 대하여 상기 옵틱헤드(1)로부터 그 용접부(W)에 레이저빔(LB)을 조사하여 레이저 용접작업을 실시하는 중에 상기 소재(13)의 용접부(W)에서 발생되어 비산되는 스패터(S)가 상기 옵틱헤드(1) 의 광학계 부품에 손상을 입히지 않도록 상기 집중적으로 에어젯을 형성하게 된다.

즉, 상기 에어젯는 상기 에어 공급관(21)으로부터 상부 에어 공급포트(P1)를 통하여 공급되는 에어가 체결부(30)와 노즐부(40)의 중공부(SP)를 통하여 레이저빔(LB)과 함께 소재(13)의 용접부(W)를 향하여 분사되는 경로와, 상기 에어 공급관(21)으로부터 하부 에어 공급포트(P2)를 통하여 공급되는 에어가 상기 노즐부(40)의 각 에어 분사홀(H1)을 통하여 소재(13)의 용접부(W)를 향하여 분사되는 경로로 형성된다.

이와 같이, 2가지 경로로 형성되는 에어젯은 상기 소재(13)의 용접부(W)로부터 비산되는 스패터(S)에 대하여 집중적으로 작용하여 외측으로 불어내게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 레이저 옵틱헤드용 에어노즐(20)은 체결부(30)를 통하여 옵틱헤드(1)의 하단에 나사 체결되는 방식으로 분해 및 조립이 간편하며, 도 6에서 도시한 바와 같은, 다른 실시예에 따른 에어노즐(50)로 교체하여 사용하는 것이 가능하다.

또한, 소재(13)의 재질에 따라, 상기 에어 공급관(21)을 통하여 공급되는 에어 대신 분위기 가스를 공급하여 소재(13)의 용접부(W)에 분위기를 조성할 수도 있다.

도 1은 일반적인 레이저 용접장치의 구성 및 그 사용 상태도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에어노즐이 적용된 레이저 옵틱헤드부의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 옵틱헤드용 에어노즐의 투영 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어노즐의 장착 상태 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 옵틱헤드용 에어노즐의 사용 상태도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 옵틱헤드용 에어노즐의 투영 사시도이다.

Claims (7)

1. 레이저 옵틱헤드의 하부에 체결되도록 내주면에 나사산을 갖는 원형의 중공관 형상으로 형성되며, 일측부에는 외부 에어 공급관과 연결되어 내부 중공부와 연결되는 상측 에어 공급포트 및 외부 에어 공급관과 연결되는 하측 에어 공급포트가 형성되는 체결부;

   하부의 직경이 작아지도록 원추형 중공관 형상으로 형성되어 상기 체결부의 하측에 일체로 형성되며, 둘레를 따라 내부에는 길이방향으로 상기 하측 에어 공급포트와 에어 연결홀을 통하여 연결되는 곡선모양의 다수개의 에어 분사홀이 형성되는 노즐부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 옵틱헤드용 에어노즐.
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