KR101608821B1 - CFRP supporting apparatus for laser system - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 가공대상인 시료가 적재되는 베이스와, 상기 시료에 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공부로 구성되는 레이저 가공기에 있어서, 상기 베이스 상에 상기 시료를 적재하는 복수 개의 시료대와, 상기 시료대가 상하 좌우로 이동하는 통로인 레일부와, 상기 시료를 상기 시료대 상부에 소정 거리를 두고 진공 흡착하게 하는 진공펌프와, 상기 시료의 크기에 맞게 상기 레일부를 따라 상기 시료대의 위치를 상하 좌우로 이동시키는 구동모터와, 상기 진공펌프 및 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하는 시료 고정 장치를 제공한다.The present invention relates to a laser machining apparatus comprising a base on which a sample to be machined is mounted and a laser machining section for performing laser machining on the sample, the laser machining apparatus comprising: a plurality of sample stages for loading the sample on the base; A vacuum pump for causing the sample to be vacuum-adsorbed with a predetermined distance to the upper portion of the sample table; and a vacuum pump for moving the position of the sample table vertically and horizontally along the rail portion in accordance with the size of the sample And a controller for controlling the vacuum pump and the driving motor.
Description
본 발명은 레이저 가공기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유강화복합소재의 레이저 가공시의 시료고정장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a laser processing machine, and more particularly, to a sample fixing device for laser processing a fiber reinforced composite material.
신소재섬유로 대표적인 것이 탄소섬유와 합성수지를 결합한 탄소섬유강화플라스틱(이하, CFRP[Carbon Fiber Reinforced Plastic]이라 한다)으로 철에 비해 25%의 무게지만 강도는 열 배가 넘으므로, 비행기와 자동차에 적용되어 경량에 따른 연비 개선에 크게 기여하고 있다.A new material fiber is a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) which combines a carbon fiber and a synthetic resin. It is 25% in weight compared with iron, but its strength is more than ten times. Therefore, it is applied to airplanes and automobiles. It contributes greatly to the improvement of fuel efficiency by light weight.
게다가, 경도와 항장력 강화, 경량화, 내화학성 및 온도저항성 향상, 열팽창률 저하 등의 우수한 특징 때문에 풍력 에너지, 항공우주 및 방위 업계, 해저 유전 및 가스전과 복합재 압력용기에 대한 적용에 있어 그 활용이 증대될 것으로 예상된다.In addition, due to its excellent properties such as hardness and tensile strength, light weight, improved chemical resistance and temperature resistance, and lower thermal expansion rate, its application in application to wind energy, aerospace and defense industry, subsea oil field and gas field and composite pressure vessel .
특히, 자동차 산업의 최근 경향은 경량에 따른 연비의 향상도모가 최대의 화두이므로, 이를 위해 자동차 산업에 CFRP를 활용하고자 하는 시도가 가장 활발하게 대두되고 있는데, 최근에 발표한 모기업의 콘셉트카의 경우는 무게가 800kg 정도이며, 연비는 111.1km/ℓ이다. 현재 CFRP가 자동차에 적용되는 가장 큰 예로서는 자동차 변속기 톱니바퀴와, 자동차 헤드 가스켓을 예로 들 수 있다. In particular, the recent trend of the automobile industry is to increase the fuel efficiency according to the light weight. Therefore, the attempt to utilize the CFRP in the automobile industry is becoming the most active, and recently the concept car of the parent company It weighs about 800kg and the fuel consumption is 111.1km / ℓ. The most common examples of CFRPs currently applied to automobiles are automotive transmission gears and automotive head gaskets.
먼저, 자동차 변속기에는 많은 톱니바퀴가 연결되어 있는데, 수천 RPM 회전하는 톱니바퀴의 경우 많은 열이 발생하게 되고 마모를 방지하기 위해서 오일을 넣게 되지만, 그럼에도 불구하고 톱니바퀴의 마모가 발생하게 되고 수명을 단축시킨다. 이럴 경우 톱니바퀴와 톱니바퀴 사이에 오일 대신 CFRP를 적용하면 마모를 줄이고 수명을 연장할 수 있다.First, there are many toothed wheels in the automotive transmission. Thousands of revolving toothed wheels generate a lot of heat and oil to prevent wear. Nonetheless, gear wheels wear out, . In this case, CFRP instead of oil between the gear wheel and the gear wheel can reduce wear and prolong life.
또한, 자동차 엔진 헤드와 피스톤 블록 사이에 틈을 밀봉하는 역할을 하는 가스켓이라는 부품이 있는데, 기존에는 가스켓의 재질로 금속을 사용하였으나, 최근에는 경도, 경량, 온도저항성이 우수한 CFRP를 적용하여 엔진 출력저하의 원인을 줄이고 내구성을 확보하려는 노력을 하고 있다. In the past, metal was used as a gasket material. In recent years, CFRP, which is excellent in hardness, light weight, and temperature resistance, has been applied to the engine output We are trying to reduce the cause of degradation and ensure durability.
이러한 CFRP를 자동차 변속기 톱니바퀴나 자동차 헤드 가스켓에 적용하려면 적당한 크기로 커팅(cutting)을 해야 하는데, 기존에는 물과 연마제를 이용하여 커팅하는 워터 제트(Water Jet) 방식이 주로 사용되었다. In order to apply such CFRP to automobile transmission gears or automobile head gaskets, it is necessary to cut to a suitable size. In the past, water jet method which cuts using water and abrasive was mainly used.
하지만, 종래의 워터 제트 방식을 적용할 경우에도 작은 반경을 갖는 곡선 절단이나 코너 가공 등은 매우 곤란한 문제점이 있다. 가령, 도 1a 및 도 1b와 같이, CFRP의 가공 절단면의 최소 크기가 0.8mm 이하라면, 도 1c와 같이, 원하는 형상을 얻기가 어렵거나 소재 손실이 발생할 수 있다. 반면에, 한국공개특허 10-2012-0006021호와 같이 레이저를 이용할 경우에는 이러한 문제를 해결할 수 있으며, 도 1d와 같이, 종래의 워터 제트 커팅(도 1c 참조)에 비해 훨씬 우수한 형상을 획득할 수 있다.However, even when the conventional water jet method is applied, it is very difficult to cut curves or corners having a small radius. For example, as shown in Figs. 1A and 1B, if the minimum size of the CFRP processing cut surface is 0.8 mm or less, it is difficult to obtain a desired shape or material loss as shown in Fig. 1C. On the other hand, in the case of using a laser as in Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0006021, such a problem can be solved, and as shown in FIG. 1D, a much better shape can be obtained than the conventional water jet cutting have.
도 2 및 도 3을 참조하여 레이저 가공을 살펴 보면, 일반적인 레이저 가공기는, 크게, 가공대상인 CFRP 시료(40)가 적재되는 처리대(20)와, 상기 처리대(20) 상의 CFRP 시료(40)에 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공부(10)를 구비한다. 2 and 3, a general laser processing machine generally includes a processing table 20 on which a
여기서, 상기 레이저 가공부(10)에서 레이저 광(11)은 별도의 다관절 로봇의 선단부에 부착된 레이저 헤드(15)로부터 조사되고, 레이저 헤드(15)는 광 파이버(16)로부터 레이저광(11)이 도광된다. 또한, 레이저광(11)을 조사하는 레이저 헤드(15) 내에, 광 파이버(16)를 통해 레이저광(11)을 도광함과 동시에, 보조 가스 공급라인(17)을 통해서 질소 가스 등의 불활성 가스(13)를 레이저 헤드(15) 내에 유도하여, 레이저광(11)을 처리대(20) 상의 CFRP 시료(40)을 향하여 조사할 때에, 불활성 가스(13)도 동시에 시료(40)의 절단 위치로 향하여 분사하여 헤드(15) 내의 막힘을 방지한다.The
이때, 가공 대상인 CFRP 시료의 두께가 매우 작거나 크기가 매우 작은 형상인 경우에는, 레이저 가공에 의하더라도 상기 보조가스나 에어(air)로 인해 떨림이 발생할 수 있어, 원하는 형상을 얻는 데 제약이 따를 뿐만 아니라 CFRP 표면의 단차가 발생하여 가공이 어려운 문제점이 있다.At this time, when the CFRP sample to be processed has a very small thickness or a very small size, it may be shaken due to the auxiliary gas or air even by the laser processing, so that there is a restriction on obtaining a desired shape In addition, there is a problem that steps are generated on the surface of CFRP and processing is difficult.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 가공시의 열영향부를 제거하거나 완화시켜 가공품질을 향상시킬 수 있는 레이저 가공장치 및 이를 위한 시료 고정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus and a sample fixing apparatus therefor which can improve processing quality by eliminating or mitigating heat affected portions during laser machining .
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는, 가공대상인 시료가 적재되는 베이스와, 상기 시료에 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공부로 구성되는 레이저 가공기에 있어서, 상기 베이스 상에 상기 시료를 적재하는 복수 개의 시료대와, 상기 시료대가 상하 좌우로 이동하는 통로인 레일부와, 상기 시료를 상기 시료대 상부에 소정 거리를 두고 진공 흡착하게 하는 진공펌프와, 상기 시료의 크기에 맞게 상기 레일부를 따라 상기 시료대의 위치를 상하 좌우로 이동시키는 구동모터와, 상기 진공펌프 및 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하는 시료 고정 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, a preferred embodiment of the present invention is a laser processing machine comprising a base on which a sample to be processed is mounted, and a laser machining portion for performing laser machining on the sample, A vacuum pump for causing the sample to be vacuum-adsorbed with a predetermined distance from the upper portion of the sample table; and a vacuum pump for sucking the sample, And a controller for controlling the vacuum pump and the driving motor. The sample holding device includes: a sample holder;
또한, 상기 시료대 상에 제1 가스분사공 또는 제1 가스분사 노즐을 형성하고, 상기 제1 가스분사공 또는 제1 가스분사 노즐을 통해 상기 시료의 하부면에 보조가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.Further, a first gas injection hole or a first gas injection nozzle is formed on the sample stage, and an auxiliary gas is injected onto the lower surface of the sample through the first gas injection hole or the first gas injection nozzle do.
또한, 상기 레이저 가공부 내에 제2 가스분사공 또는 제2 가스분사 노즐을 형성하고, 상기 제2 가스분사공 또는 제2 가스분사 노즐을 통해 상기 시료의 상부면에 보조가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.A second gas injection hole or a second gas injection nozzle is formed in the laser processing portion and an auxiliary gas is injected onto the upper surface of the sample through the second gas injection hole or the second gas injection nozzle do.
또한, 상기 제어부는, 상기 진공펌프의 석션의 세기를 제어하여 진공흡착의 정도를 제어하거나 석션의 온/오프를 제어할 수 있으며, 상기 제1 가스분사공 또는 제1 가스분사노즐로의 보조가스의 공급여부를 제어하거나 상기 제1 가스분사노즐의 방향을 조작할 수 있으며, 상기 구동모터를 통해 상기 시료대의 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit may control the degree of vacuum suction or control on / off of the suction by controlling the intensity of the suction of the vacuum pump, and the auxiliary gas to the first gas injection hole or the first gas injection nozzle Or the direction of the first gas injection nozzle can be controlled, and the position of the sample stage can be controlled through the driving motor.
또한, 상기 시료는 CFRP 소재이고, 상기 레이저 가공부는 펨토초 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the sample is a CFRP material, and the laser processing unit uses a femtosecond laser.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는, 가공대상인 시료와, 상기 시료에 레이저 가공을 수행하는 제1 레이저 가공부로 구성되는 레이저 가공기에 있어서, 상기 시료를 적재하는 중공의 시료대와, 상기 시료대를 지지하는 회전축과, 상기 시료대와 상기 회전축에 연결되어 상기 시료대의 기울기를 변화시키는 기울기축과, 상기 시료를 상기 시료대 상부에 소정 거리를 두고 진공 흡착하게 하는 진공펌프와, 상기 시료대를 상기 회전축을 따라 회전시키는 제1구동모터 및 상기 시료대를 상기 기울기축을 따라 경사각을 구현하는 제2구동모터와, 상기 진공펌프 및 상기 제1 구동모터 및 제2구동모터를 제어하는 제어부를 포함하는 시료 고정 장치를 제공한다.In another preferred embodiment of the present invention, there is provided a laser machining apparatus comprising a sample to be machined and a first laser machining section for performing laser machining on the sample, the laser machining apparatus comprising: a hollow sample stage for loading the sample; A tilt shaft connected to the sample table and the rotating shaft for changing a tilt of the sample table, a vacuum pump for vacuum-adsorbing the sample at a predetermined distance from the sample table, And a controller for controlling the vacuum pump and the first driving motor and the second driving motor, and a controller for controlling the vacuum pump, the first driving motor and the second driving motor, Device.
또한, 상기 기울기축은 다단의 길이 조절식 레바 형태로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the inclination axis is preferably formed in a multi-stage length-adjustable lever shape.
또한, 상기 시료대 상에 제1 가스분사공 또는 제1 가스분사 노즐을 형성하고, 상기 제1 가스분사공 또는 제1 가스분사 노즐을 통해 상기 시료의 하부면에 보조가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.Further, a first gas injection hole or a first gas injection nozzle is formed on the sample stage, and an auxiliary gas is injected onto the lower surface of the sample through the first gas injection hole or the first gas injection nozzle do.
또한, 상기 레이저 가공부 내에 제2 가스분사공 또는 제2 가스분사 노즐을 형성하고, 상기 제2 가스분사공 또는 제2 가스분사 노즐을 통해 상기 시료의 상부면에 보조가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.A second gas injection hole or a second gas injection nozzle is formed in the laser processing portion and an auxiliary gas is injected onto the upper surface of the sample through the second gas injection hole or the second gas injection nozzle do.
또한, 상기 제어부는, 상기 진공펌프의 석션의 세기를 제어하여 진공흡착의 정도를 제어하거나 석션의 온/오프를 제어할 수 있으며, 상기 제1 가스분사공 또는 제1 가스분사노즐로의 보조가스의 공급여부를 제어하거나 상기 제1 가스분사노즐의 방향을 조작할 수 있으며, 상기 제1 및 제2구동모터를 통해 상기 시료대의 회전 및 기울기를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit may control the degree of vacuum suction or control on / off of the suction by controlling the intensity of the suction of the vacuum pump, and the auxiliary gas to the first gas injection hole or the first gas injection nozzle Or the direction of the first gas injection nozzle can be controlled and the rotation and tilt of the sample stage can be controlled through the first and second driving motors.
또한, 상기 시료대의 하부에 제2 레이저 가공부를 형성하여 듀얼 레이저 시스템을 구현하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a dual laser system is implemented by forming a second laser processing unit below the sample stage.
또한, 상기 시료는 CFRP 소재이고, 상기 레이저 가공부는 펨토초 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the sample is a CFRP material, and the laser processing unit uses a femtosecond laser.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 레이저 가공 대상인 시료가 직접 시료대 등의 처리대에 직접 부착되거나 적재되지 않도록 하여 기존 레이저 가공시에 레이저 빔이 시료에 직접 접촉하여 시료의 하부에 열영향을 제공하는 문제점을 개선하거나, 보조가스 분사를 통해 냉각시켜 열영향부를 제거하여 가공품질을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the laser beam is directly contacted to the sample during the conventional laser processing, so that the sample to be laser-processed is not directly attached or stacked on the processing table such as the sample table, Or by cooling through the auxiliary gas injection to remove the heat affected portion, thereby improving the processing quality.
도 1a 내지 도 1d는 CFRP 가공면을 나타낸 광학 현미경 사진이며, 각각 도 1a는 CFRP 가공면을 나타낸 사진, 도 1b는 도 1a의 외주 패턴에서 원 표시부분의 확대 사진으로 0.8mm 이하 패턴을 나타낸 사진, 도 1c는 도 1b의 CFRP에 대한 워터 제트 가공을 나타낸 사진, 도 1d는 도 1b의 CFRP에 대한 레이저 가공을 나타낸 사진,
도 2는 일반적인 레이저 가공기를 나타낸 도면,
도 3은 도 2의 레이저 가공기를 이용한 레이저 공정을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치를 나타낸 도면,
도 5는 열영향부 효과를 나타낸 도면,
도 6a 및 도 6b는 보조 가스의 유무에 따른 어블레이션을 예시한 광학 현미경 사진으로, 각각 도 6a는 보조 가스가 없는 경우, 도 6b는 보조 가스를 제공한 경우를 나타낸 광학 현미경 사진,
도 7은 도 4의 제1실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치에서 흡착공 및 가스분사공의 연결라인을 나타낸 도면,
도 8은 도 4의 제1실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치에서 시료의 크기에 맞게 조정되는 것을 나타낸 도면,
도 9a 및 도 9b는 각각, 1T 두께의 동일한 CFRP 시편에 대해 피코초레이저를 이용한 실험 및 펨토초레이저를 이용한 실험을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치를 나타낸 도면,
도 11은 도 10의 제2실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치에서 시료를 원하는 각도에서 가공하는 것을 나타낸 도면이다.1A is a photograph showing a CFRP machined surface, FIG. 1B is an enlarged view of a circular display portion in the outer circumferential pattern of FIG. 1A, and FIG. Fig. 1C is a photograph showing water jet processing for CFRP in Fig. 1B, Fig. 1D is a photograph showing laser processing for CFRP in Fig. 1B,
2 is a view showing a general laser processing machine,
FIG. 3 is a schematic view of a laser process using the laser processor of FIG. 2,
4 is a view showing a CFRP sample fixing apparatus according to a first embodiment of the present invention,
5 is a view showing a heat affected zone effect,
FIGS. 6A and 6B are optical microscope photographs illustrating ablation with and without auxiliary gas, respectively. FIG. 6A shows an optical microscope photograph showing the case where the auxiliary gas is absent, FIG.
FIG. 7 is a view illustrating a connection line between a suction hole and a gas injection hole in the CFRP sample fixing device according to the first embodiment of FIG. 4;
FIG. 8 is a view showing that the CFRP sample fixing apparatus according to the first embodiment of FIG. 4 is adjusted to the size of the sample,
9A and 9B are graphs showing experiments using a picosecond laser and experiments using a femtosecond laser with respect to the same CFRP specimen of 1T thickness,
10 is a view showing a CFRP sample fixing apparatus according to a second embodiment of the present invention,
FIG. 11 is a view showing a sample to be processed at a desired angle in the CFRP sample fixing apparatus according to the second embodiment of FIG.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.In the drawings, embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown and are exaggerated for clarity. Also, the same reference numerals denote the same components throughout the specification.
본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
The singular forms herein include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, components, steps, operations and elements referred to in the specification as " comprises "or" comprising " refer to the presence or addition of one or more other components, steps, operations, elements, and / or devices.
일반적으로 레이저 가공기는, 크게, 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이, 가공대상인 CFRP 시료(40)가 적재되는 처리대(20)와, 상기 처리대(20) 상의 CFRP 시료(40)에 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공부(10)를 구비하는데, 본 발명은 상기 CFRP 시료(40)가 적재되는 처리대(20)와 관련된 시료 고정 장치에 관한 것이며, 차이점 위주로 설명한다. 2 and 3, the laser processing machine generally includes a processing table 20 on which a
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공기에서의 시료 고정 장치(100)를 나타낸 도면이다. 4 is a view showing a
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치(100)는, 레이저 가공부(10)와, 가공 대상 CFRP 시료(40)가 적재되는 4개의 시료대(110)와, 상기 4개의 시료대(110)가 상하 좌우로 이동하는 통로인 레일부(150)와, 상기 CFRP 시료(40)를 시료대(110) 상부에 소정 거리를 두고 진공 흡착하게 하는 진공펌프(130)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 시료대(10)의 개수는 가장 안정적인 형태로 4개를 도시하였으며 4개에 한정되는 것은 아니므로 가장 적합한 형태로 다수개 형성될 수 있고, 상기 4개의 시료대(110)와 레일부(150)는 기존 처리대(20)로서 베이스 또는 스테이지(120) 상에 형성될 수 있다.4, the CFRP
또한, 각 시료대(110)의 상부에 다수개의 흡착공(111)을 형성하고, 상기 흡착공(111)을 통해 진공펌프(130)의 석션(suction) 동작시에 CFRP 시료(40)가 시료대(110) 상에 고정된다. 이때, CFRP 시료(40)는 진공펌프(130)의 석션에 따라 CFRP 시료(40)와 이를 지지하는 시료대(110)는 직접 접촉하지 않고 소정 거리를 유지한 채로 지지할 수 있는데, CFRP 시료(40)와 시료대(110) 간에 유지되는 거리는 진공펌프(130)의 석션의 강도에 따르므로, 상기 진공펌프(130)의 석션 세기를 제어부에 최적화하여 제어할 수 있다. A plurality of
또한, 시료대(110)의 일측면에는 다수개의 가스 분사공(112)을 형성하고, 상기 가스 분사공(112)을 통해 보조가스를 분사하여 레이저 가공시 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다.In addition, a plurality of gas injection holes 112 may be formed on one side of the
이처럼, 레이저 가공 대상인 시료가 직접 시료대 등의 처리대에 직접 부착되거나 적재되지 않도록 하여 기존 레이저 가공시에 레이저 빔이 시료에 직접 접촉하여 시료의 하부에 열영향을 제공하는 문제점을 개선하거나, 보조가스 분사를 통해 냉각시켜 이러한 열영향부(Heat affected zone)를 제거하여 가공품질을 향상시킬 수 있다.As described above, since the sample to be laser-processed is not directly attached to or stacked on the processing table of the sample stand, it is possible to improve the problem that the laser beam directly contacts the sample during the conventional laser processing, By cooling the gas through the gas injection, the heat affected zone can be removed, thereby improving the processing quality.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어 금속이나 CFRP 등을 절단하기 위해 상기 시료에 레이저를 조사할 경우, 시료의 표면에서는 첫 번째로 레이저의 높은 에너지에 의해 용융되며 물질이 기화된다. 이때, 플라즈마가 발생하게 되는데, 이러한 플라즈마의 효율적인 제거 여부가 가공품질을 결정하게 된다. 또한, 순간적으로 매우 높은 열이 발생하게 되며, 이 열로 인하여 주변에 열영향을 받게 되는 데, 이를 열영향부라 하며, 이와 같이 가공되는 면에 원치 않는 열로 인하여 영향을 받으면 물질의 변형이 생기게 되며, 가공의 품질이 매우 떨어지는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는, 시료대(110) 상에 다수개의 흡착공으로 비접촉을 통한 열영향부 효과를 제거하거나, 다수개의 가스 분사공으로 질소 또는 산소 등의 보조 가스를 분사하여 열영향부 효과를 완화시키거나 제거할 수 있다. That is, as shown in FIG. 5, when a laser is irradiated on the sample to cut a metal or CFRP, for example, the surface is first melted by the high energy of the laser and the material is vaporized. At this time, a plasma is generated. Whether the plasma is efficiently removed determines the processing quality. In addition, very high heat is instantaneously generated, and the heat is affected by the heat, which is called a heat-affected part. If the surface to be processed is affected by unwanted heat, the material is deformed, There arises a problem that the quality of the machining is very poor. Accordingly, in the present invention, the effect of the heat-affected portion through non-contact with a plurality of adsorption holes on the
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 보조 가스의 유무에 따른 어블레이션을 예시한 것으로, 도 6a의 보조 가스가 없는 경우와 비교하여, 도 6b의 보조 가스를 제공한 경우에서 열영향부가 현저히 완화되었음을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 6A and 6B, the ablation according to the presence or absence of the auxiliary gas is illustrated. Compared with the case where the auxiliary gas shown in FIG. 6A is not provided, It can be confirmed that it has been relaxed.
도 7은 도 4의 제1실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치에서 흡착공 및 가스분사공의 연결라인을 나타낸 도면이다. FIG. 7 is a view showing a connection line between a suction hole and a gas injection hole in the CFRP sample fixing device according to the first embodiment of FIG.
도 7을 참조하면, 진공 흡착 라인과 보조 가스를 투입하는 라인이 별도로 연결되며, 상기 각 시료대(110) 내부에는 진공 흡착을 위한 다수의 흡착공(111)과 연결되는 내부흡착채널(132)과, 다수의 가스 분사공(112)과 연결되는 보조가스의 내부 이동통로로서 내부가스채널(162)을 구비한다. 또한, 이들 내부흡착채널(132)는 외부흡착채널(131)을 통해 진공펌프(130)와 연결되고, 내부가스채널(162)은 외부 가스채널(161)을 통해 가스공급부(160)와 연결된다. 이때, 내부가스채널(162)과 연결되는 가스분사공(112)는, 일정한 방향으로 보조가스를 조절하는 별도의 노즐이 구비될 수 있다. 즉, 가스분사공(112)을 레이저 가공부위를 향하여 분사되도록 상기 시료대(110)의 측면에 형성하거나, 시료대(110)의 일측에 상기 내부가스채널(162)과 연결되는 별도의 보조가스노즐을 형성하여, 시료의 형상에 맞게 가스의 종류를 선택하여 투입이 가능하며, 노즐의 방향의 조작이 가능하게 구성할 수 있다. 따라서, 별도의 가스분사노즐을 사용하여, 일정한 방향으로 가스 분사의 조절이 가능하므로, 레이저 가공부위로 보조가스를 손쉽게 분사할 수 있다.7, a vacuum adsorption line and a line for supplying an auxiliary gas are separately connected. Inside each of the
한편, 시료대(110) 상에 보조가스 공급라인(162)을 설치할 뿐만 아니라 제2 보조가스 공급라인을 레이저 가공부(10)내에 유도할 수 있는데, 가령, 레이저 헤드 (15)내에 형성할 수 있다. 즉, 레이저 가공부(10)에 레이저빔이 분사되는 분사공 또는 별도의 제2 가스분사공을 형성하거나 제2 가스분사노즐을 형성하여, 상기 제2 보조가스 공급라인에서 유도된 보조가스가 상기 제2 가스분사공 또는 제2 가스분사노즐을 통해 레이저광을 CFRP 시료(40)을 향하여 조사할 때에, 상기 보조 가스도 동시에 시료(40)의 절단 위치로 향하여 분사하여 가공시 발생하는 열을 냉각시키거나, 레이저 헤드 내의 막힘을 방지할 수 있다.The auxiliary
이에 따라, 1차적으로 레이저 가공부 내에 형성된 가스분사공 또는 가스분사 노즐을 통해 보조가스를 레이저 가공부위로 분사하여 가공시 발생하는 열을 냉각시키고, 2차적으로 시료대(110) 상의 가스분사공 또는 가스분사 노즐(162)을 통해 가공대상인 CFRP의 하부면을 냉각시켜서, 열영향부 효과를 제거하거나 완화시킬 수 있다. Accordingly, the auxiliary gas is primarily injected through the gas injection hole or the gas injection nozzle formed in the laser processing part to the laser processing part to cool the heat generated during the processing, and the gas sprayed on the
도 8은 도 4의 제1실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치에서 시료의 크기에 맞게 조정되는 것을 나타낸 도면이다. FIG. 8 is a view showing that the CFRP sample fixing device according to the first embodiment of FIG. 4 is adjusted to the size of the sample.
도 8에 도시된 바와 같이, 가공 대상 CFRP 시료(40)는 다양한 크기(size)를 가지므로, 가공할 CFRP 시료(40)의 크기에 맞게 상기 4개의 시료대(110)의 위치를 상기 레일부(150)를 따라 상하 좌우로 이동시킬 수 있다.As shown in FIG. 8, since the
가령, 각 시료대(110)가 레일부(150)를 따라 상하 좌우로 이동할 수 있게 각 시료대(110)를 이동시키는 구동모터(미도시)를 구비하며, 도면상으로는 각 시료대 (110)에 연결되고 각각을 이동시키므로 4개의 구동모터가 필요할 수 있다. 이에 따라, 각 시료대(110)를 이동시키는 구동모터와, 상기 구동모터를 설정된 제어프로그램에 따라 제어하는 제어부(미도시)가 더 포함될 수 있다.And a driving motor (not shown) for moving each
이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치에서 제어부는, 진공펌프(130), 가스공급부(160) 및 구동모터를 제어하는데, 각각 진공펌프(130)의 석션의 세기를 제어하여 진공흡착의 정도를 제어하거나 석션의 온/오프를 제어할 수 있으며, 가스공급부(160)를 통한 보조가스의 공급여부 및 노즐의 방향을 조작할 수 있으며, 구동모터를 통해 시료대(110)의 위치를 제어할 수 있다.Accordingly, in the CFRP sample fixing apparatus according to the first embodiment of the present invention, the control unit controls the
이때, 상기 제어부는, 시료의 크기를 알고 진공 흡착을 통해서 시료를 고정했다고 할지라도 진행과정에서 불가피하게 위치를 옮겨야하는 경우가 발생하며 이럴 경우 기존의 가공 셋팅 조건, 특히 얼라인(Align)을 재조정할 필요가 발생하며, 이를 위해 레이점 빔의 포커스 영역(focus area)이 중요하므로, 레이저 가공 결과에 상당한 영향을 미칠 수 있다.At this time, even if the sample is fixed through the vacuum adsorption process by knowing the size of the sample, the control unit may inevitably shift its position during the process. In this case, the existing process setting conditions, especially the alignment, And the focus area of the ray spot beam is important for this, which may have a considerable influence on the laser processing result.
예를 들어, 상기 제어부는 4개의 시료대(110)의 진공의 흡착을 모두 푸는 것이 아니라 일부의 흡착 기능을 순간적으로 멈추게 한 다음, 프로그램을 통해서 흡착 기능이 정지된 시료대(110)와 해당 시료대의 구동모터를 제어하고 제어된 구동 모터가 레일의 위치를 바꾸게 함으로써, 시료대(110)의 위치를 제어할 수 있다.For example, the control unit temporarily stops some of the adsorption functions of the four
또한, 시료대(110)의 측면 또는 하부에 진공 흡인라인이 연결되어, 레이저 가공시에 발생하는 그을음 또는 시료(40)의 파편 등을 흡인하거나 제거하는 집진 장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 이때, 진공 펌프에 의한 흡인 라인이 상기 레이저 가공부로서, 레이저 헤드(15)에 접속되는 형태로 더 구비될 수 있다.Further, a dust collecting device (not shown) may be further provided to suction or remove soot generated in laser processing or fragments of the
또한, CFRP 제조공정에서는 극초단파 펄스레이저로서 피코초레이저 또는 펨토초레이저가 이용될 수 있는데, 특히, 본 발명에서는 피코초레이저 보다 더 짧은 펄스폭을 갖는 펨토초 레이저가 더 바람직하다.In the CFRP manufacturing process, a picosecond laser or a femtosecond laser may be used as the microwave pulse laser. In the present invention, a femtosecond laser having a shorter pulse width than the picosecond laser is more preferable.
즉, 본 발명에서 펨토초 레이저는 100fs의 펄스폭을 가지며, 기본적인 파장은 800nm이고, 펄스 반복율(Rep.Rates)은 1kHz이며, 최대 출력은 10W이다.That is, in the present invention, the femtosecond laser has a pulse width of 100 fs, the fundamental wavelength is 800 nm, the pulse repetition rate is 1 kHz, and the maximum output is 10 W.
도 9a 및 도 9b는 각각, 1T 두께의 동일한 CFRP 시편에 대해 피코초레이저를 이용한 실험 및 펨토초레이저를 이용한 실험을 나타낸 도면으로, 피코초 레이저는 355nm, 532nm, 1064nm 파장 선택 가능하며, 펄스 반복율 50kHz ~ 8.2MHz이다.FIGS. 9A and 9B are graphs showing experiments using a picosecond laser and experiments using a femtosecond laser for the same CFRP specimen of 1T thickness, respectively. The picosecond laser has wavelengths of 355 nm, 532 nm and 1064 nm, To 8.2 MHz.
도 9a를 참조하면, 피코초레이저의 펄스(12ps)로 가공을 할 경우 초단파 펄스의 레이저이기는 하나, 열영향부가 크게 형성되고 절단면 역시 깔끔한 형상을 획득하기 어렵다.Referring to FIG. 9A, when the laser beam is machined with a pulse (12 ps) of a picosecond laser, it is difficult to obtain a shape having a large heat affected zone and a clean cut surface.
반면에, 도 9b와 같이, 펨토초레이저의 더 짧은 펄스 폭(100fs)으로 가공을 할 경우, 열영향부가 편측 최대 100um이며, 절단면의 좋은 가공면을 얻을 수 있다.On the other hand, when the femtosecond laser is processed with a shorter pulse width (100 fs) as shown in FIG. 9B, the heat affected part has a maximum of 100 mu m on one side, and a good machined surface of the cut surface can be obtained.
이처럼, 100 피코초에서 50 나노초 범위의 펄스폭을 갖는 초단 펄스 레이저를 이용한 가공 실험에서 커팅은 가능하지만 열영향부가 펨토초레이저를 이용한 가공보다 크게 형성되는 현상을 확인하였으며, 그로 인해 추가적인 후처리가 필요하며, 열영향으로 인해 가공면의 손실이 크게 되는 단점도 있으므로, 피코초 레이저보다 더 짧은 펄스를 갖는 레이저인 펨토초레이저를 이용하는 것이 더 좋은 결과를 가질 수 있다.In this way, although it is possible to cut in a processing experiment using a short pulse laser having a pulse width in the range of 100 picoseconds to 50 nanoseconds, it has been confirmed that the heat affected part is formed larger than the processing using the femtosecond laser, In addition, there is a disadvantage in that the loss of the processed surface is increased due to the thermal effect. Therefore, it is more preferable to use a femtosecond laser, which is a laser having a shorter pulse than the picosecond laser.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공기의 시료 고정 장치(200)를 나타낸 도면으로, 제1실시예에 따른 레이저 가공기의 시료 고정 장치(100)와 비교하여, 차이점 위주로 설명한다.FIG. 10 is a view showing a
도 10을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치(200)는, 레이저 가공부(10)와, 가공 대상 CFRP 시료(40)가 적재되는 중공의 사각형 시료대(210)와, 상기 시료대(210)를 지지하며 회전시키는 회전축(220)과, 상기 CRFP 시료(40)를 시료대(210) 상부에 소정 거리를 두고 진공 흡착하게 하는 진공펌프(230)로 구성될 수 있다. 10, a CFRP
또한, 각 시료대(210)의 사각 외주면의 상부에 다수개의 흡착공(211)을 형성하고, 상기 흡착공(211)을 통해 진공펌프(230)의 석션(suction) 동작시에 CFRP 시료(40)가 시료대 상에 고정된다. 이때, CFRP 시료(40)는 진공펌프(230)의 석션에 따라 CFRP 시료(40)와 이를 지지하는 시료대(210)는 직접 접촉하지 않고 소정 거리를 유지한 채로 지지할 수 있는데, CFRP 시료(40)와 시료대(210) 간에 유지되는 거리는 진공펌프(230)의 석션의 강도에 따르므로, 상기 진공펌프(230)의 석션 세기를 제어부에 최적화하여 제어할 수 있다. 여기서, 상기 흡착공(211)외에 진공을 흡착하는 노즐이 구비될 수 있으며, 이를 통해 방향 전환이 가능하여 유동적으로 노즐의 위치를 조절 가능하다. A plurality of
또한, 시료대(210)의 일측면에는 다수개의 가스 분사공(212)을 형성하고, 상기 가스 분사공(212)을 통해 보조가스를 분사하여 레이저 가공시 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다.In addition, a plurality of gas injection holes 212 may be formed on one side of the
또한, 진공 흡착 라인과 보조 가스를 투입하는 라인이 별도로 연결되며, 상기 각 시료대(210) 내부에는 진공 흡착을 위한 다수의 흡착공(211)과 연결되는 내부흡착채널(232)과, 다수의 가스 분사공(212)과 연결되는 보조가스의 내부 이동통로로서 내부가스채널(262)을 구비한다. 또한, 이들 내부흡착채널(232)는 외부흡착채널(231)을 통해 진공펌프(2130)와 연결되고, 내부가스채널(262)은 외부 가스채널(261)을 통해 가스공급부(260)와 연결된다. 이때, 내부가스채널(262)과 연결되는 가스분사공(212)은, 일정한 방향으로 보조가스를 조절하는 별도의 노즐이 구비될 수 있다. 즉, 가스분사공(212)을 레이저 가공부위를 향하여 분사되도록 상기 시료대(210)의 측면에 형성하거나, 시료대(210)의 일측에 상기 내부가스채널(262)과 연결되는 별도의 보조가스노즐을 형성하여, 시료의 형상에 맞게 가스의 종류를 선택하여 투입이 가능하며, 노즐의 방향의 조작이 가능하게 구성할 수 있다. 따라서, 별도의 가스분사노즐을 사용하여, 일정한 방향으로 가스 분사의 조절이 가능하므로, 레이저 가공부위로 보조가스를 손쉽게 분사할 수 있다.In addition, the vacuum adsorption line and the line for supplying the auxiliary gas are separately connected. Inside each of the
한편, 시료대(210) 상에 보조가스 공급라인(262)을 설치할 뿐만 아니라 제2 보조가스 공급라인을 레이저 가공부(10) 내에 유도할 수 있는데, 가령, 레이저 헤드 (15)내에 형성할 수 있다. 즉, 즉, 레이저 가공부(10)에 레이저빔이 분사되는 분사공 또는 별도의 제2 가스분사공을 형성하거나 제2 가스분사노즐을 형성하여, 상기 제2 보조가스 공급라인에서 유도된 보조가스가 상기 제2 가스분사공 또는 제2 가스분사노즐을 통해 레이저광을 CFRP 시료(40)을 향하여 조사할 때에, 상기 보조 가스도 동시에 시료(40)의 절단 위치로 향하여 분사하여 가공시 발생하는 열을 냉각시키거나, 레이저 헤드 내의 막힘을 방지할 수 있다.The auxiliary
이에 따라, 1차적으로 레이저 가공부 내에 형성된 가스분사공 또는 가스분사 노즐을 통해 보조가스를 레이저 가공부위로 분사하여 가공시 발생하는 열을 냉각시키고, 2차적으로 시료대(210) 상의 가스분사공 또는 가스분사 노즐(262)을 통해 가공대상인 CFRP의 하부면을 냉각시켜서, 열영향부 효과를 제거하거나 완화시킬 수 있다. Accordingly, the auxiliary gas is injected into the laser processing site through the gas injection hole or the gas injection nozzle formed in the laser processing unit to cool the heat generated during the processing, and the gas sprayed on the
도 11은 도 10의 제2실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치에서 시료대의 경사조정되는 것을 나타낸 도면이다. FIG. 11 is a view showing that the slope of the sample bed is adjusted in the CFRP sample fixing apparatus according to the second embodiment of FIG.
도 11에 도시된 바와 같이, 원하는 각도에서 레이저 가공을 위해 시료대(210)를 지지하는 회전축(220)을 회전시키거나 상기 시료대(210)의 상하 기울기를 조절하여 경사각을 줄 수 있다.As shown in FIG. 11, it is possible to rotate the
이를 위해, 시료대(210)와, 상기 시료대(210)를 지지하는 양측의 삼각 지지대(250)와, 상기 삼각 지지대(250)와 연결되는 회전축(220)으로 형성될 수 있다.For this, a
상기 삼각 지지대(250)는 다단형태의 길이 조절식 레바(251) 형태로 구성되어 내부에 2단 또는 그 이상의 다단형태로 길이를 조절할 수 있게 하여, 상/하의 기울기를 결정할 수 있고 이를 통해 시료대가 경사각을 가지게 할 수 있다.게하여 균형을 맞출 수 있는 가 존재하며 모터의 컨트롤로 인하여 이 길이를 조작함으로써 전체의 기울기와 평형을 조절이 가능합니다.The
시료대(210)가 회전축(220)을 따라 360도 수평회전할 수 있게 회전축(220)와 연결되어 시료대(210)를 회전시키는 제1구동모터(미도시)와, 상기 시료대(210)의 삼각 지지대와 연결되어 조절식 레바(21)의 길이를 조절하는 제2구동모터(미도시)를 구비하며, 시료대(210)를 회전/기울기를 조절하는 제1 및 제2구동모터와, 상기 구동모터를 설정된 제어프로그램에 따라 제어하는 제어부(미도시)가 더 포함될 수 있다.A first driving motor (not shown) connected to the
이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 CFRP 시료 고정 장치에서 제어부는, 진공펌프(230), 가스공급부(260) 및 제1 및 제2구동모터를 제어하는데, 각각 진공펌프(230)의 석션의 세기를 제어하여 진공흡착의 정도를 제어하거나 석션의 온/오프를 제어할 수 있으며, 가스공급부(260)를 통한 보조가스의 공급여부 및 노즐의 방향을 조작할 수 있으며, 제1 및 제2구동모터를 통해 시료대(110)의 회전/기울기를 제어할 수 있다.Accordingly, in the CFRP sample fixing apparatus according to the second embodiment of the present invention, the control unit controls the
또한, 상부의 레이저 가공부(10)와 하부의 레이저 가공부(10a)를 통해, 중공의 시료대(210)상에 진공 흡착된 시료를 상하부에서 가공할 수 있는 듀얼 레이저 시스템으로 구성된다.A dual laser system capable of processing a sample vacuum-adsorbed on a
기존에는 시료의 상부에서 레이저빔과 보조가스를 흘려서 가공하는 방식이나, 이럴 경우 두꺼운 소재나 매우 단단한 소재의 경우는 레이저를 이용하여 1회 스캔 방식으로는 한계가 있다. 이럴 경우 1회 가공을 하고 Z축을 조금 내려서 다시 가공하고 하는 방식으로 진행을 하게 되면, 상부에는 가공이 잘되지만 진공척 또는 시료대와 닿아있는 부분은 가공이 잘 되지 않는 경우도 생길 수 있습니다. 이에 따라 듀얼 레이저 시스템으로 이러한 문제를 해결할 수 있다.Conventionally, laser beam and auxiliary gas are flowed from the upper part of the sample to process it. However, in case of thick material or very hard material, there is a limit to a single scan method using laser. In this case, if the processing is done in a way that the processing is done once and the Z-axis is lowered and processed again, the upper part is processed well, but the part which is in contact with the vacuum chuck or sample stand may not be processed well. As a result, dual laser systems can solve this problem.
또한, 상부 및 하부에서 보조가스를 주입하여 가공의 품질을 높일 수 있다.
Further, auxiliary gas can be injected in the upper part and the lower part to improve the quality of the processing.
이상과 같이 본 발명에서는, 적어도 탄소 섬유를 포함하는 소재로 CFRP를 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 실질적으로 탄소 섬유를 함유하는 탄소 섬유를 기재를 모두 포함할 수 있으며, 복합소재로서 기능성 강화 섬유소재로 확장될 수 있다.As described above, in the present invention, CFRP is exemplified as a material containing at least carbon fibers. However, the present invention is not limited to this, and carbon fibers containing substantially carbon fibers may be used as the base material. It can be expanded to material.
또한, 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 사상은 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구범위뿐 아니라 특허 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Also, while the present invention has been described with reference to specific embodiments thereof and the like, it should be understood that the same is by way of illustration and example only, and is not for the purpose of limiting the same. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention belongs. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed to be limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the claims of the following claims belong to the scope of the present invention.
40: CFRP 시료
100, 200: 시료고정장치
110, 210: 시료대
111, 211: 흡착공
112, 212: 가스분사공 또는 가스분사노즐
130, 230: 진공펌프
160, 260: 가스공급부40: CFRP sample
100, 200: sample fixing device
110 and 210:
111, 211: Adsorption balls
112, 212: gas injection hole or gas injection nozzle
130, 230: Vacuum pump
160, 260: gas supply part
Claims (14)
상기 베이스 상에 상기 CFRP 시료를 적재하는 복수 개의 시료대와, 상기 시료대의 상부에 형성된 복수 개의 흡착공과; 상기 시료대의 일측면에 형성된 복수 개의 제1 가스분사공 또는 제1 가스분사 노즐과; 상기 시료대가 상하 좌우로 이동하는 통로인 레일부와; 상기 CFRP 시료를 상기 시료대 상부에 소정 거리를 두고 진공 흡착하게 하는 진공펌프와; 상기 CFRP 시료의 크기에 맞게 상기 레일부를 따라 상기 시료대의 위치를 상하 좌우로 이동시키는 구동모터와; 상기 흡착공을 통해 상기 진공펌프의 석션의 세기를 제어하여 상기 CFRP 시료가 상기 시료대에 고정되게 하거나, 상기 제1 가스분사공 또는 상기 제1 가스분사노즐을 통해 보조가스의 공급여부를 제어하거나 상기 제1 가스분사노즐의 방향을 조작하여 상기 CFRP 시료의 하부면에 보조가스를 분사하거나, 상기 구동모터를 통해 상기 시료대의 위치를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 고정 장치.1. A laser processing machine comprising a base on which a CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) sample is mounted, and a laser processing unit for performing laser processing on the CFRP sample,
A plurality of sample beds for loading the CFRP sample on the base; a plurality of adsorption holes formed on the sample chamber; A plurality of first gas injection holes or first gas injection nozzles formed on one side of the sample stage; A reamer that is a passage through which the sample chamber moves up and down and left and right; A vacuum pump for vacuum-adsorbing the CFRP sample at a predetermined distance from the upper portion of the sample; A driving motor for moving the position of the specimen stage up, down, left, and right along the rail portion according to the size of the CFRP specimen; The suction force of the vacuum pump is controlled through the suction holes to fix the CFRP sample to the sample bed or to control whether the auxiliary gas is supplied through the first gas injection hole or the first gas injection nozzle And a controller for controlling the position of the sample stage through the driving motor by spraying an auxiliary gas to the lower surface of the CFRP sample by operating the direction of the first gas injection nozzle.
상기 레이저 가공부 내에 제2 보조가스 공급라인을 유도하여 상기 레이저 가공부의 제2 가스분사공 또는 제2 가스분사노즐을 통해 상기 CFRP 시료의 상부면에 보조가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 시료 고정 장치.The method according to claim 1,
Wherein a second auxiliary gas supply line is guided into the laser processing unit and an auxiliary gas is injected onto the upper surface of the CFRP sample through a second gas injection hole or a second gas injection nozzle of the laser processing unit, .
상기 레이저 가공부는 펨토초 레이저를 이용하는 것을 특징으로 하는 시료 고정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the laser processing unit uses a femtosecond laser.
상기 CFRP 시료를 적재하는 중공의 시료대와; 상기 시료대의 상부에 형성된 복수 개의 흡착공과; 상기 시료대의 일측면에 형성된 복수 개의 제1 가스분사공 또는 제1 가스분사 노즐과; 상기 시료대를 지지하는 회전축과; 상기 시료대와 상기 회전축에 연결되어 상기 시료대의 기울기를 변화시키는 기울기축과; 상기 CFRP 시료를 상기 시료대 상부에 소정 거리를 두고 진공 흡착하게 하는 진공펌프와; 상기 시료대를 상기 회전축을 따라 회전시키는 제1구동모터 및 상기 시료대를 상기 기울기축을 따라 경사각을 구현하는 제2구동모터와; 상기 흡착공을 통해 상기 진공펌프의 석션의 세기를 제어하여 상기 CFRP 시료가 상기 시료대에 고정되게 하거나, 상기 제1 가스분사공 또는 상기 제1 가스분사노즐을 통해 보조가스의 공급여부를 제어하거나 상기 제1 가스분사노즐의 방향을 조작하여 상기 CFRP 시료의 하부면에 보조가스를 분사하거나, 상기 제1 및 제2구동모터를 통해 상기 시료대의 회전 및 기울기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 고정 장치.A laser processing machine comprising a CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) sample to be processed and a first laser processing part for performing laser processing on the CFRP sample,
A hollow sample stage for loading the CFRP sample; A plurality of adsorption holes formed on an upper portion of the sample stage; A plurality of first gas injection holes or first gas injection nozzles formed on one side of the sample stage; A rotating shaft for supporting the sample stage; A tilting axis connected to the sample table and the rotating shaft to change a tilt of the sample table; A vacuum pump for vacuum-adsorbing the CFRP sample at a predetermined distance from the upper portion of the sample; A first driving motor for rotating the sample table along the rotation axis, and a second driving motor for implementing the inclination angle of the sample table along the inclination axis; The suction force of the vacuum pump is controlled through the suction holes to fix the CFRP sample to the sample bed or to control whether the auxiliary gas is supplied through the first gas injection hole or the first gas injection nozzle And a control unit for operating the direction of the first gas injection nozzle to inject auxiliary gas onto the lower surface of the CFRP sample or to control the rotation and inclination of the sample bed through the first and second driving motors .
상기 기울기축은 다단의 길이 조절식 레바 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 시료 고정 장치. 5. The method of claim 4,
Wherein the tilt axis is formed in a multi-stage length adjustable lever type.
상기 레이저 가공부 내에 제2 보조가스 공급라인을 유도하여 상기 레이저 가공부에 형성된 제2 가스분사공 또는 제2 가스분사노즐을 통해 상기 CFRP 시료의 상부면에 보조가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 시료 고정 장치..5. The method of claim 4,
And a second auxiliary gas supply line is introduced into the laser processing unit to spray the auxiliary gas onto the upper surface of the CFRP sample through a second gas injection hole or a second gas injection nozzle formed in the laser processing unit. Fixing device ..
상기 시료대의 하부에 제2 레이저 가공부를 형성하는 것을 특징으로 하는 시료 고정 장치.5. The method of claim 4,
And a second laser machining portion is formed on a lower portion of the sample stage.
상기 제1 레이저 가공부 또는 제2 레이저 가공부는 펨토초 레이저를 이용하는 것을 특징으로 하는 시료 고정 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the first laser processing unit or the second laser processing unit uses a femtosecond laser.
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---|---|---|---|---|
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KR101409214B1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-07-03 | 에스아이에스 주식회사 | Laser welding monitoring system in real time and laser welding apparatus |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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