KR20140071530A

KR20140071530A - 바아형 부재 가공용 레이저 가공기

Info

Publication number: KR20140071530A
Application number: KR1020120130858A
Authority: KR
Inventors: 신양재; 송상윤; 고명진; 전성근
Original assignee: 주식회사 한광
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-06-12

Abstract

본 발명에 의한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기 따르면, 센싱장치인 광센서로 이루어진 거리감지수단을 최적의 설치 위치인 가공헤드의 외측면에 설치함으로써, 이 거리감지수단에 의해 감지된 정보를 기초로 하여 다양하게 활용할 수 있는 이점이 있다.

Description

바아형 부재 가공용 레이저 가공기{LASER MACHINING APPARATUS FOR MACHINING BAR-LIKE WORKPIECES}

본 발명은 바아형 부재 가공용 레이저 가공기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센싱장치인 광센서로 이루어진 거리감지수단을 최적의 설치 위치인 가공헤드의 외측면에 설치함으로써, 이 거리감지수단에 의해 감지된 정보를 기초로 하여 다양하게 활용할 수 있도록 한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 가공기는 레이저 발진기로부터 발진되어 집광된 레이저빔을 가공헤드에 설치된 노즐을 통해 자재를 향해 조사하여 절단가공하는 장치로서, 일례로 평판 가공용 레이저 가공기와, 바아형 부재 가공용 레이저 가공기가 있다.

전술한 두 가지 타입의 레이저 가공기중 후자의 레이저 가공기에 의해 가공되는 바아형 부재는 횡단면보다 훨씬 더 긴 길이를 가지며 실질적으로 유연하지 않은 재료로 제조되는 긴 물체(긴 공작물)를 말한다. 이 바아형 부재는 임의의 방향으로 개방된 횡단면 또는 폐쇄된 횡단면을 가질 수 있고(예를 들면, "L"자형, "T"자형, "U"자형), 둥근(원형/타원형 포함) 및 직사각형/정사각형의 횡단면을 가질 수 있다.

일반적으로 보편화된 바아형 부재 가공용 레이저 가공기를 도 1 및 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

일정한 길이를 갖는 기계 베드(30)와, 이 기계 베드(30)의 프론트측(31)에 인접하여 위치된 가공헤드 서포터(40)에 설치되어 바아형 부재(20)를 향하여 레이저 발진기(미도시)로부터 전송된 레이저 빔을 포커싱하여 조사하는 가공헤드(50)와, 기계 베드(30)의 리어측(32)의 상면에 설치되어 바아형 부재(20)의 일단부(20a)를 클램핑한 상태로 바아형 부재(20)를 정(시계방향)/역(반시계)방향으로 회전시키거나 바아형 부재(20)의 길이 방향(+X,-X좌표축)(또는 양방향 화살표 A방향)으로 이송하는 제1 척수단(60)과, 이 제1 척수단(60)과 마주하는 위치인 기계 베드(30)의 프론트측(31)의 상면에 제1 척수단(60)에 의해 이송되는 바아형 부재(20)의 타단부(20b)를 지지하면서 통과시키는 제2 척수단(70)으로 크게 이루어져 있으며, 가공헤드(50)는 제2 척수단(70)을 통과하여 일정 길이 돌출되는 바아형 부재(20)를 가공하기 위해 제2 척수단(70)에 인접하여 설치된다.

상기 가공헤드(50)는 도면상의 "+Y"좌표축과 "-Y"좌표축 방향으로 일정 거리 직선 이동하도록 설치되어 있고, 도면상의 "+Z"좌표축과 "-Z"좌표축 방향으로 일정 거리 직선 이동하도록 설치되어 있다. 여기서, 도면상의 "+X"좌표축 및 "-X"좌표축 방향은 바아형 부재(20)의 길이 방향으로 제1 척수단(60)이 이동하는 방향이다.

그리고, 상기 가공헤드(50)는 노즐(51) 끝단과 가공할 바아형 부재(20) 외면 사이의 간격을 소정치 유지한 상태에서 노즐(51)을 통해 포커싱된 레이저 빔을 바아형 부재(20)에 조사함으로써, 바아형 부재(20)를 절단 가공할 수 있는 것으로, 가공헤드(50)에는 노즐(51) 끝단과 바아형 부재(20)의 외면 사이의 갭을 검출하는 갭검출수단(미도시)이 장착되어 있는데, 이 갭검출수단은 바아형 부재(20) 이외에 평판 가공장치에도 이미 적용되어 있는 공지기술이다.

이 갭검출수단으로부터의 검출 결과에 근거하여 가공헤드(50)의 노즐(51)과 바아형 부재(20)의 갭이 소정치가 되도록 바아형 부재(20)에 대해 Z축 또는 -Z축 방향으로 이동 제어하여 자재 가공을 한다.

이는 거리에 따라 레이저 빔의 초점 위치가 달라지는 특성에 기인한 것으로 일정한 초점 위치를 유지하기 위해서 노즐과 바아형 부재간의 갭을 일정하게 유지해야 하기 때문이다.

이러한 갭검출수단에는 여러 가지의 방식이 있는데, 예를 들면 가공헤드의 노즐과 바아형 부재 사이의 정전 용량을 검출하는 정전 용량식 갭센서가 있다.

이와 같이 가공헤드(50)를 "+Y"좌표축/"-Y"좌표축 및 "+Z/-Z"좌표축 방향으로 이동시키는 구성은 이 분야에서 통상적으로 알려진 기술이어서 세부 구성 설명은 생략하기로 한다.

제1 척수단(60)은 기계 베드(30)의 상면에 설치되되 모터 등의 구동원에 의해 기계 베드(30)의 길이 방향(+X,-X 좌표축 방향)으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 제2 척수단(70)에 근접하거나 제2 척수단(70)으로부터 멀어지게 된다. 이 제1 척수단(60)에는 바아형 부재(20)의 일단부를 클램핑하는 다수의 죠(Jaw)(64)를 포함하는 클램핑 수단(65)과, 이 클램핑 수단(65)의 죠(Jaw)(64)를 회전시켜 클램핑된 바아형 부재를 정/역방향으로 회전시키는 회전수단(미도시)이 구비되어 있다. 이러한 구성을 갖는 제1 척수단(60)은 바아형 부재 가공용 레이저 가공기 분야에서 통상적으로 알려진 기술이어서 세부 구성 설명은 생략하기로 한다.

제2 척수단(70)은 제1 척수단(60)이 위치된 반대편에 해당되는 기계 베드(30)의 프론트측(31) 상면에 설치되어 있는 것으로, 바아형 부재 통과부(76)가 형성되도록 배치된 다수의 로울러 타입의 죠(Jaw)(74)를 포함하는 클램핑수단(75)과, 이 클램핑 수단(75)의 죠(Jaw)(74)를 회전시키는 회전수단(미도시)이 구비되어 있다.

여기서, 제1 척수단(60)의 회전수단과 제2 척수단(70)의 회전수단은 각각 개별 구동 모터를 이용하는 것으로, 서로 동기화된 상태로 제어 구동되어 죠(64)(74)를 회전시킨다.

한편, 상기 제1 척수단 및 제2 척수단 각각의 클램핑수단에 의해 클램핑되어 있는 바아형 부재(20)는, 클램핑수단을 구성하는 죠(Jaw)에 의해 형성되는 클램핑 센터와 바아형 부재(20)의 단면 센터가 동심이 되는 것으로, 이렇게 하는 이유는 바아형 부재가 클램핑되어 있는 상태에서 클램핑 센터와 바아형 부재의 단면 센터를 동심 상태로 유지하지 않으면 바아형의 부재 가공시 바아형 부재가 편심된 상태로 회전되기 때문에 원하는 가공 정밀도를 얻을 수 없기 때문이다. 클램핑 센터와 바아형 부재 단면 센터가 동심이 되도록 유지하는 것에 대해서는 이 분야에서는 통상적으로 잘 알려진 기술이다.

한편, 전술한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기에서, 바아형 부재(20)중 일례로 원형 단면을 갖는 파이프나, 사각 단면을 갖는 파이프와 같은 바아형 부재를 레이저 가공하기 위해서는 파이프의 사이즈값(원형 파이프의 경우는 외경, 사각 파이프의 경우는 가로변 및 세로변의 길이), 사각 파이프의 모서리 곡률 반경값 등 치수 정보를 작업자(오퍼레이터)가 직접 측정도구(버어니어 캘리퍼스, Radius Guage)를 이용하여 수동으로 측정한 다음, 측정된 치수 정보를 NC장치(제어장치)에 입력하여야 한다.

그러나, 전술한 현재의 측정 방법은 작업자가 측정도구를 이용한 수작업 측정을 통해서 측정이 행해짐에 따라 생산성이 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.

그리고, 단면 형상 및 사이즈 등이 변경된 새로운 바아형 부재를 가공하기 위해서는 작업자가 일일이 다시 측정해야 하는데, 이때, 작업자의 실수로 오측정된 치수정보를 입력할 경우에 가공 불량을 초래하는 문제점도 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 수동측정이 아닌 센서장치를 이용하여 자동으로 바아형 부재의 치수정보를 측정하여 얻을 수 있도록 한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기를 개발하고 있는 추세이다.

또한, 제1 척수단 및 제2 척수단 각각의 클램핑수단에 의해 클램핑되어 있는 바아형 부재(20)가 클램핑수단을 구성하는 죠(Jaw)에 의해 형성되는 클램핑 센터와 바아형 부재(20)의 단면 센터가 동심이 되는 것으로, 이렇게 하는 이유는 바아형 부재가 클램핑되어 있는 상태에서 클램핑 센터와 바아형 부재의 단면 센터를 동심 상태로 유지하지 않으면 바아형 부재 가공시 바아형 부재가 편심된 상태로 회전되기 때문에 원하는 가공 정밀도를 얻을 수 없다. 이에, 클램핑 센터와 바아형 부재 단면 센터가 동심이 되어 있는지 여부를 가공전에 알아야 할 필요성도 있다. 이러한 클램핑 센터와 바아형 부재 단면 센터의 동심 여부 확인이 가능한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기를 개발하고 있는 것도 하나의 추세이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 센싱장치를 최적의 위치에 설치함으로써, 전술한 제반 문제점을 모두 해결할 수 있도록 한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일정한 길이를 갖는 파이프의 외면을 향하여 레이저 빔을 조사하는 가공헤드를 갖는 바아형 부재 가공용 레이저 가공기에 있어서, 상기 파이프 외면으로부터 일정 거리 이격되게 상기 가공헤드의 외측면에 설치되어 그 이격 거리를 감지하는 거리감지수단을 구비하며, 상기 거리감지수단은, 광센서인 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기의 구성을 나타낸 외관 사시도.
도 2는 도 1의 지시선 "K"부를 확대하여 도시한 확대 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기의 구성을 나타낸 외관 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 지시선 "L"부를 확대하여 도시한 확대 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 레이저 가공기에서 바아형 부재중 원형 단면 파이프의 외형 사이즈인 외경 측정 방법을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 의한 레이저 가공기에서 바아형 부재중 사각 단면 파이프의 외형 사이즈인 가로변 세로변의 길이 측정 방법을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 의한 레이저 가공기에서 바아형 부재중 사각 단면 파이프의 모서리부 곡률반경 측정 방법을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의상 종래 기술과 동일한 구성부재에 대해서는 종래기술 설명에서 사용되었던 부재번호를 동일하게 적용한다.

본 발명에 의한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기는, 일정한 길이를 갖는 기계 베드(30)와, 이 기계 베드(30)의 프론트측(31)에 인접하여 위치된 가공헤드 서포터(40)에 설치되어 바아형 부재(20)를 향하여 레이저 발진기(미도시)로부터 전송된 레이저 빔을 포커싱하여 조사하는 가공헤드(50)와, 기계 베드(30)의 리어측(32)의 상면에 설치되어 바아형 부재(20)의 일단부(20a)를 클램핑한 상태로 바아형 부재를 정/역방향으로 회전하거나 바아형 부재를 그 길이 방향으로 이송하는 제1 척수단(60)과, 이 제1 척수단(60)과 마주하는 위치인 기계 베드(30)의 프론트측(31)의 상면에 제1 척수단(60)에 의해 이송되는 바아형 부재의 타단부(20b)를 지지하면서 통과시키는 제2 척수단(70)으로 크게 이루어져 있으며, 가공헤드(50)는 제2 척수단(70)을 통과하여 일정 길이 돌출되는 바아형 부재(20)를 가공하기 위해 제2 척수단(70)에 인접하여 설치된다.

상기 가공헤드(50)는 도면상의 "+Y"좌표축과 "-Y"좌표축 방향으로 일정 거리 직선 이동하도록 설치되고, 도면상의 "+Z"좌표축과 "-Z"좌표축 방향으로 일정 거리 직선 이동하도록 설치된다. 여기서, 도면상의 "+X"좌표축 및 "-X"좌표축 방향은 바아형 부재(20)의 길이 방향으로 제1 척수단(60)이 이동하는 방향이다.

그리고, 상기 가공헤드(50)는 노즐(51) 끝단과 가공할 바아형 부재(20) 외면 사이의 간격을 소정치 유지한 상태에서 노즐(51)을 통해 레이저 빔을 바아형 부재(20)에 조사함으로써, 바아형 부재(20)를 절단 가공할 수 있게 되는 것으로, 가공헤드(50)에는 노즐(51) 끝단과 바아형 부재(20)의 외면 사이의 갭을 검출하는 갭검출수단이 장착되어 있는데, 이 갭검출수단은 바아형 부재 이외에 평판 가공장치에도 이미 적용되어 있는 공지기술이다.

이 갭검출수단으로부터의 검출 결과에 근거하여 가공헤드(50)의 노즐(51)과 바아형 부재(20)간의 갭이 소정치가 되도록 바아형 부재(20)에 대해 Z축 또는 -Z축 방향으로 이동 제어하여 자재 가공을 한다.

이와 같이 가공헤드(50)를 "+Y/-Y"좌표축 및 "+Z/-Z"좌표축 방향으로 이동시키는 구성은 이 분야에서 통상적으로 알려진 기술이어서 세부 구성 설명은 생략하기로 한다.

제1 척수단(60)은 기계 베드(30)의 상면에 설치되되 모터 등의 구동원에 의해 기계 베드(30)의 길이 방향(+X,-X좌표축 방향)으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 제2 척수단(70)에 근접하거나 제2 척수단(70)으로부터 멀어지게 된다. 이 제1 척수단(60)에는 바아형 부재(20)의 일단부를 클램핑하는 다수의 죠(Jaw)(64)를 포함하는 클램핑 수단(65)과, 이 클램핑 수단(65)의 죠(Jaw)(64)를 회전시켜 클램핑된 바아형 부재를 정/역방향으로 회전시키는 회전수단(미도시)이 구비되어 있다. 이러한 구성을 갖는 제1 척수단(60)은 파이프 가공용 레이저 가공기 분야에서 통상적으로 알려진 기술이어서 세부 구성 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 제1 척수단 및 제2 척수단 각각의 클램핑수단에 의해 클램핑되어 있는 바아형 부재(20)는, 클램핑수단을 구성하는 죠(Jaw)에 의해 형성되는 클램핑 센터와 바아형 부재의 단면 센터가 동심이 되는 것으로, 이렇게 하는 이유는 바아형 부재가 클램핑되어 있는 상태에서 클램핑 센터와 바아형 부재의 단면 센터를 동심 상태로 유지하지 않으면 파이프 가공시 바아형 부재가 편심된 상태로 회전되기 때문에 원하는 가공 정밀도를 얻을 수 없기 때문이다. 클램핑 센터와 바아형 부재 단면 센터가 동심이 되도록 유지하는 것에 대해서는 이 분야에서는 통상적으로 잘 알려진 기술이다.

본 발명에 의한 바아형 부재 가공용 레이저 가공기는 종래기술과 동일한 구성으로 이루어져 있으며, 다만, 종래기술과의 차이점은 센싱장치인 광센서로 이루어진 거리감지수단(100)을 최적의 설치위치인 가공헤드(50)의 외측면에 설치하여, 이 거리감지수단(100)에 의해 감지된 정보를 기초로 하여 다양하게 활용할 수 있도록 한 것이다.

바아형 부재중 원형/정사각형/직사각형 단면을 갖는 파이프의 외형 사이즈를 측정할 수 있도록 한 것이며, 앞으로 후술하는 바아형 부재(20)를 "파이프"라는 용어로 통일하여 기술하며, 바아형 부재를 지칭하기 위해 사용된 부재번호와 동일한 부재번호를 파이프에도 부여한다.

상기 가공헤드(50)는 상기 파이프(20)의 길이 방향에 대해 수직 방향으로 일정 거리 위치 이동 제어가 가능하도록 설치되는 것으로, 도면상의 "+Y"좌표축과 "-Y"좌표축 방향으로 일정 거리 직선 이동하도록 설치된다.

그리고, 가공헤드(50)는 제어수단(미도시)에 의해 "+Y"좌표축과 "-Y"좌표축 방향으로 일정 거리 위치 이동 제어된다. 여기서, "+Y"좌표축 및 "-Y"좌표축 방향은, 일정한 길이를 갖는 가공할 파이프(20)의 단면 센터의 Y,Z좌표축중 어느 하나의 좌표축과 평행하게 파이프(20)의 길이 방향에 대해 횡방향으로 가공헤드(50)가 이동하게 되는 방향으로, 본 발명의 실시예에서는 파이프(20)의 단면 센터의 Y,Z 좌표축중 Y좌표축과 평행하게 가공헤드(20)가 이동하게 된다.

거리감지수단(100)은 가공헤드(50)에 설치되어 가공헤드(50)와 파이프(20) 외면간의 거리를 감지하는 역할을 한다. 좀더 상세하게는, 가공헤드(50) 외측에 별도의 연결수단(미도시)을 통해 탈부착 가능하게 설치된다.

이러한 거리감지수단(100)은, 비접촉식 거리 감지기인 광센서로서, 레이저 광을 이용한 것으로, 가공헤드(50)의 외측에 설치되는 감지기 하우징과, 레이저 광을 파이프의 외면을 향해 발생시키는 발광부와, 파이프(20) 외면에 도달후 반사된 레이저 광을 수광하는 수광부로 이루어지며, 발광부와 수광부는 감지기 하우징에 내장 설치되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 바아형 부재 외면으로부터 일정 거리 이격되게 가공헤드의 외측면에 설치되어 그 이격거리를 감지하는 거리감지수단을 구비하여, 거리감지수단에 의해 감지된 상기 이격거리를 기초로 하여 아래와 같은 다수의 실시예로 이루어진 바아형 부재에 대한 정보 측정방법이 있다.

[제1 실시예]

상기 바아형 부재의 종류에 따라 그 단면의 외형 사이즈 측정단계와, 모서리부 곡률반경 측정단계와, 상기 클램핑 센터와 바아형 부재의 단면센터간의 동심여부 측정단계를 수행한다.

[제2 실시예]

상기 바아형 부재의 종류에 따라 그 단면의 외형 사이즈 측정단계와, 모서리부 곡률반경 측정단계를 수행한다.

[제3 실시예]

그리고, 또 다른 실시예로, 상기 바아형 부재의 종류에 따라 그 단면의 모서리부 곡률반경 측정단계와, 상기 클램핑 센터와 바아형 부재의 단면센터간의 동심여부 측정단계를 수행한다.

[제4 실시예]

그리고, 또 다른 실시예로, 상기 바아형 부재의 종류에 따라 그 단면의 외형 사이즈 측정단계와, 상기 클램핑 센터와 바아형 부재의 단면센터간의 동심여부 측정단계를 구비하여 수행한다.

이하, 전술한 제1,제2,제3,제4 실시예에 기술된 각각의 측정단계에 대해 상세하게 설명한다.

[바아형 부재의 종류에 따라 그 단면의 외형 사이즈 측정단계]

본 발명은 일정한 길이를 갖는 기계 베드(30)와; 일정한 길이를 갖는 가공할 바아형 부재(20)를 클램핑한 상태에서 이의 길이 방향으로 이송 가능하도록 기계 베드(30)상에 슬라이드 이동 가능하게 설치되며, 클램핑된 상기 바아형 부재(20)를 클램핑 센터를 중심으로 하여 정역방향으로 회전시키는 척수단과; 상기 클램핑 센터의 축선에 대해 횡방향으로 일정 거리 위치 이동 제어 가능하도록 설치되며, 상기 척수단에 의해 이송되는 바아형 부재를 가공하기 위해 상기 파이프의 외면을 향하여 레이저 빔을 조사하는 가공헤드(50)를 포함하는 바아형 부재 가공용 레이저 가공기의 바아형 부재 외형 사이즈 측정방법을 개시한다.

본 발명에 따른 외형 사이즈 측정방법에 사용되는 바아형 부재로는 원형 단면 파이프와, 사각 단면 파이프(정사각 단면 파이프, 직사각 단면 파이프)를 대상으로 하는 것으로, 클램핑 센터로부터 가공헤드 임의의 위치까지 이격된 기준거리를 설정하여 데이터 저장수단에 저장하는 단계와; 거리감지수단(100)이 상기 클램핑 센터의 축선과 일치하도록 가공헤드의 위치 이동을 제어하는 단계와; 데이터 저장수단에 저장된 기준거리 및 거리감지수단(100)에서 감지된 이격거리를 기초로 클램핑 센터로부터 바아형 부재 외면까지의 거리를 연산하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 클램핑 센터로부터 가공헤드 임의의 위치까지 이격된 기준거리를 설정하여 데이터 저장하는 저장하는 단계에서, 상기 기준거리(RD)는 도 5에 도시된 바와 같이, 클램핑 센터(CL)로부터 가공헤드(50)의 임의의 위치까지의 거리다. 여기서, 가공헤드(50)의 임의의 위치는 예로 들어, 거리감지수단(100)을 구성하는 감지기 하우징의 내부에 설치된 발광부와 수광부까지의 지점으로 설정하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, RD1, RD2로도 기준거리를 설정할 수 있음은 물론이다.

그리고, 거리감지수단(100)이 상기 클램핑 센터(CL)의 축선(AL)과 일치하도록 가공헤드의 위치 이동을 제어하는 단계는, 도 5에 도시된 바와 같이, 클램핑 센터(CC1)의 축선(AL), 즉 Z,Y 직교 좌표축의 Z좌표축과 거리감지수단(100)의 중심축선(AL)이 일치하도록 가공헤드(50)를 Z,Y 직교 좌표축의 +Z좌표축 또는 -Z좌표축 방향으로 위치 이동 제어하는 것이다. 여기서, Z,Y 직교 좌표축의 +Z좌표축 또는 -Z좌표축 방향으로 이동한다는 의미는 클램핑 센터의 축선에 대해 횡방향으로 이동한다는 의미와 동일하다.

다음으로, 클램핑 센터(CC1)로부터 바아형 부재(50) 외면까지의 거리(D)를 연산하는 단계는, 상기 데이터 저장수단에 저장된 기준거리(RD) 및 거리감지수단(100)에서 감지된 이격거리(The standoff distance;SOD)를 기초로 하기의 [수학식1]을 이용하여 연산하게 된다.

D=RD-SOD---------------------------[수학식1]

따라서, 상기 바아형 부재가 원형 단면 파이프일 경우, 상기 연산단계에서 원형 단면 파이프의 외경을 연산하게 되는데, 상기 [수학식1]에 연산된 D는 반지름에 해당되는 값으로, 이 값에 2배수하면 원형 단면 파이프의 외경을 알 수 있게 된다.

그리고, 바아형 부재가 사각 단면 파이프일 경우에는, 도 6에 도시된 바와 가팅, 상기 연산단계에서 사각 단면 파이프(20)의 가로변(H)과 세로변(P)의 길이를 연산하게 되는데, 바람직하게는 상기 연산단계는 사각 단면 파이프의 가로변(H)과 세로변(P)중 어느 한 변의 길이를 먼저 연산한 후, 척수단에 의해 사각 단면 파이프를 90°(도) 회전시킨 후, 나머지 변의 길이를 연산하는 단계로 이루어진다.

좀더 자세하게 설명하면, 원형 단면 파이프(20)의 외경 측정방법과 동일한 방법으로 측정을 하되, 척수단을 이용하여 90°(도) 회전시켜 2회에 걸쳐 사각 단면 파이프의 가로변과 세로변의 길이를 측정하는 것이다.

[모서리부 곡률반경 측정단계]

본 발명은 일정한 길이를 갖는 기계 베드(30)와; 일정한 길이를 갖는 가공할 바아형 부재(20)를 클램핑한 상태에서 이의 길이 방향으로 이송 가능하도록 기계 베드(30)상에 슬라이드 이동 가능하게 설치되며, 클램핑된 상기 바아형 부재(30)를 클램핑 센터를 중심으로 하여 정역방향으로 회전시키는 척수단과; 상기 클램핑 센터의 축선에 대해 횡방향으로 일정 거리 위치 이동 제어 가능하도록 설치되며, 상기 척수단에 의해 이송되는 바아형 부재를 가공하기 위해 상기 파이프의 외면을 향하여 레이저 빔을 조사하는 가공헤드(50)를 포함하는 바아형 부재 가공용 레이저 가공기의 바아형 부재의 모서리부 곡률반경 측정방법을 개시한다.

본 발명에 따른 외형 사이즈 측정방법에 사용되는 바아형 부재로는 사각 단면 파이프(정사각 단면 파이프, 직사각 단면 파이프)를 대상으로 하는 것으로, 상기 가공헤드를 클램핑 센터의 축선에 대해 횡방향으로 일정 거리 위치 이동 제어하면서 상기 거리감지수단에 의해 사각 파이프의 가로변(H)과 세로변(H) 각각의 직선구간거리를 감지(측정)하는 단계와;

사각 파이프의 가로변(H)과 세로변(P)의 기준길이를 설정하여 데이터 저장수단에 저장하는 단계와;

상기 데이터 저장수단에 저장된 기준거리 및 사각 파이프의 가로벽 및 세로벽 각각의 직선구간거리를 기초로 사각 파이프의 모서리 곡률반경을 연산하는 단계를 포함한다.

상기 각 단계에 대해 설명을 하면 다음과 같다.

먼저, 직선구간거리 측정단계는, 도 6에 도시된 바와 같이, 가공헤드(50)를 클램핑 센터(CL1)의 축선(AL)에 대해 횡방향(Z,Y 직교좌표축의 -Y 좌표축에서 +Y 좌표축방향으로 일정 거리 위치 이동 제어한다. 이렇게 되면, 가공헤드(50)는 사각 단면 파이프의 가로변(H)에 대해 평행하게 이동하게 되는데, 이때 거리감지수단(100)에 의해 사각 단면 파이프를 구성하는 모서리부(C1)를 제외한 가로변(H)의 직선구간거리(SD)를 측정할 수 있게 된다.

즉, 거리감지수단(100)이 가로변(H)과 모서리부(C1,C2)간의 경계부를 순간적으로 지나하게 되면, 거리감지수단(100)에서는 상기 경계부를 통과할 때 이격거리가 측정되지 않게 된다.

상기 사각 단면 파이프의 가로변(H)의 폭방향으로의 양쪽에는 각각 모서리부(C1,C2)가 1개씩 존재하기 때문에, 거리감지수단(100)이 가로변(H)의 영역을 통과할 때에는 이격거리가 센싱되지만, 상기 경계부 영역을 순간적으로 통과한 후에는 이격거리가 센싱되지 않게 된다.

따라서, 거리감지수단(100)에 의해 이격거리가 센싱되지 않는 제1, 2지점(P1,P2)간의 거리가 결국에는 사각 단면 파이프의 가로변의 직선구간거리(SD)가 되기 때문에, 결국에는 상기 직선구간거리(SD)는 제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)까지의 가공헤드 위치 이동 거리와 상관 관계를 가지고 있어, 실제 가공헤드 위치 이동 거리를 계산하여, 상기 직선구간거리(SD) 정보로 사용하면 된다.

다음으로, 사각 단면 파이프의 세로변(P)의 직선구간거리(SD)를 측정해야 하는데, 이 세로벽(P)의 직선구간거리(SD) 측정은 척수단을 이용하여 90°(도)로 사각 단면 파이프를 회전시킨 다음, 전술한 가로변(H)의 직선구간거리 측정 방법과 동일하게 수행한다.

이제까지는 사각 단면 파이프의 직선구간거리를 측정하는 방법에 대해 설명하였다.

다음은, 사각 파이프의 가로변과 세로변의 기준길이를 설정하여 방법에 대해 설명한다.

사각 파이프의 가로변과 세로변의 기준길이를 설정하는 방법은 전술한 바아형 부재의 종류에 따라 그 단면의 외형 사이즈 측정단계의 설명 내용중 사각 단면 파이프의 가로변과 세로변의 길이를 측정하는 것과 동일한 바, 설명을 생략한다.

그러나, 사각 파이프의 가로변과 세로변의 기준길이를 설정하는 방법은 위에 설명한 바와 같은 실시예 이외에도, CAD/CAM에서 사용자가 이미 사전에 입력한 정보를 사용할 수도 있다.

마지막으로, 데이터 저장수단에 저장된 기준거리 및 사각 단면 파이의 가로변 및 세로변 각각의 직선구간거리(SD)를 기초로 하여 하기의 [수학식2]를 이용하여사각 단면 파이프의 모서리부(C1) 곡률반경(R)을 연산한다.

R=(H-SD)/2------------------------------[수학식2]

[클램핑 센터와 바아형 부재의 단면센터간의 동심여부 측정단계]

본 발명은 일정한 길이를 갖는 기계 베드(30)와; 일정한 길이를 갖는 가공할 바아형 부재(20)를 클램핑한 상태에서 이의 길이 방향으로 이송 가능하도록 기계 베드(30)상에 슬라이드 이동 가능하게 설치되며, 클램핑된 상기 바아형 부재(20)를 클램핑 센터를 중심으로 하여 정역방향으로 회전시키는 척수단과; 상기 클램핑 센터의 축선에 대해 횡방향으로 일정 거리 위치 이동 제어 가능하도록 설치되며, 상기 척수단에 의해 이송되는 바아형 부재를 가공하기 위해 상기 파이프의 외면을 향하여 레이저 빔을 조사하는 가공헤드(50)를 포함하는 바아형 부재 가공용 레이저 가공기의 바아형 부재와 클램핑 센터의 단면센터간의 동심여부 측정방법을 개시한다.

바아형 부재의 외주면 특정 부위에 대해 상기 거리감지수단(100)으로 상기 이격거리를 측정하는 이격거리 측정단계와; 상기 이격거리 측정단계를 수행한 후, 상기 이격거리의 측정 여부를 기초로 하여 상기 클램핑 센터와 바아형 부재 단면센터간의 동심 여부를 판단하는 동심여부 판단단계를 포함한다.

본 발명에 따른 클램핑 센터와 바아형 부재 단면센터간의 동심 여부 측정방법에 사용되는 바아형 부재로 원형 단면 파이프와, 사각 단면 파이프를 대상으로 한다.

먼저, 바아형 부재가 원형 단면 파이프인 경우, 이격거리 측정단계는 도 5에 도시된 바와 같이, 거리감지수단(100)이 상기 클램핑 센터(CC1)의 축선(AL)과 일치하도록 가공헤드(50)의 위치 이동 제어한 후 수행하고, 상기 동심여부 판단단계는, 상기 이격거리가 측정되면 클램핑 센터(CC1)와 파이프 단면센터(CC2)가 동심인 것으로 판단하고, 이격거리가 측정되지 않으면 클램핑 센터(CC1)와 파이프 단면센터(CC2)가 동심이 아닌 것으로 판단한다. 이때, 상기 특징 부위는 원형 단면 파이프의 외주면을 이용한다.

여기서, 이격거리가 측정되지 않으면 클램핑 센터(CC1)와 파이프 단면센터(CC2)가 동심이 아닌 경우인 것으로, 이와 같이 동심이 아니면 거리감지수단(100)을 구성하는 발광부에서 발생된 레이저 광이 원형 단면 파이프의 외주면에 도달한 후 반사되어 수광부에 수광되지 않게 된다.

그리고, 이격거리가 측정되면 클램핑 센터(CC1)와 파이프 단면 센터(CC2)가 동심인 것으로, 이와 같이 동심이 되면 거리감지수단(100)을 구성하는 발광부에서 발생된 레이저 광이 원형 단면 파이프의 외주면에 도달한 후 반사되어 수광부에 수광된다.

다음으로, 바아형 부재가 사각 단면 파이프인 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 이격거리 측정단계는 상기 가공헤드(100)를 클램핑 센터(CC1)의 축선(AL)에 대해 횡방향으로 일정 거리 위치 이동 제어하면서 상기 사각 단면 파이프의 가로변(H)과 세로변(P)중 어느 하나의 변에 대해 수행하고, 상기 동심여부 판단단계는 상기 사각 단면 파이프의 가로변(H)과 세로변(P)중 측정되는 어느 하나의 변의 이격거리 측정 여부를 기초로 하여 상기 측정되는 벽의 직선구간길이(SD)를 연산한 후 이 연산된 직선구간길이 정보를 이용한다. 이때, 상기 특징 부위는 사각 단면 파이프의 가로변(H)과 세로변(P)중 어느 한변과 모서리의 경계부를 이용하며, 상기 동심여부 판단단계는, 상기 연산된 직선구간길이의 절반에 해당되는 변의 센터 위치(SD_C)와 상기 클램핑 센터 위치(CC1)가 일치하는지를 판단하는 단계를 더 포함한다.

여기서, 상기 직선구간길이(SD)를 측정하는 것은 전술한 사각 단면 파이프의 모서리부 곡률반경 측정방법과 동일하다.

다만, 직선구간거리 측정을 위해 제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)까지의 실제 가공헤드 위치 이동 거리를 계산할 때, 직선구간거리의 센터(SD_C) 위치를 계산하여, 이 직선구간거리의 센터(SD_C) 위치와 클램핑 센터(CC1) 위치가 일치하는지를 판단한다. 즉, 최단 거리 또는 수직 선상(Z좌표축선상)에 있는지를 판단한다.

여기서, 이 직선구간거리의 센터(SD_C) 위치와 클램핑 센터(CC1) 위치가 일치하는지를 판단하여 일치하지 않으면 클램핑 센터(CC1)와 바아형 부재 단면센터(CC2)가 상호 동심이 아닌 상태이며, 이 직선구간거리의 센터(SD_C) 위치와 클램핑 센터(CC1) 위치가 일치하는지를 판단하여 일치하면 클램핑 센터(CC1)와 바아형 부재 단면센터(CC2)가 상호 동심인 상태이다.

20 : 바아형 부재
30 : 기계 베드
60 : 제1 척수단
70 : 제2 척수단
100 : 거리감지수단
CC1 : 클램핑 센터
CC2 : 단면 센터
H : 가로변
P : 세로변
C1 : 모서리부
RD : 기준거리
SOD : 이격거리
D : 반경

Claims

일정한 길이를 갖는 파이프(20)의 외면을 향하여 레이저 빔을 조사하는 가공헤드(50)를 갖는 바아형 부재 가공용 레이저 가공기에 있어서,
상기 파이프(20) 외면으로부터 일정 거리 이격되게 상기 가공헤드(50)의 외측면에 설치되어 그 이격 거리를 감지하는 거리감지수단(100)을 구비하며,
상기 거리감지수단(100)은, 광센서인 것을 특징으로 하는 바아형 부재 가공용 레이저 가공기.