KR20160087510A - 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 가공을 수행하던중 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후등의 레이저 비가공모드부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 공백 시간 동안 연기 등의 레이저 가공헤드 주변의 오염물이 노즐내로 역유입되어 보호유리의 하면이 오염되는 것을 미연에 방지함으로써, 포커싱 렌즈가 손상되는 것을 방지하고, 절단 등의 레이저 가공 불량의 발생을 현격하게 줄일 수 있으며, 보호유리의 교체 주기를 대폭 연장할 수 있는 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 관한 것으로,
이를 위한 본 발명은, 종류가 서로 다른 복수의 가공가스를 각각 가공을 위해 일정한 설정 압력으로 레이저 가공헤드의 보호유리 하부측으로 공급하여 보호유리를 통과하는 레이저 빔과 함께 노즐을 통해 가공할 대상물측으로 향하도록 함으로써, 레이저 가공을 할 수 있도록 이루어진 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 있어서, 레이저 가공을 수행하던중 레이저 가공을 수행하지 않는 비가공모드인 경우부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 복수의 가공가스중 어느 한 종류의 가공가스를 설정 압력보다 작은 공급 압력을 유지한 채 보호유리 하부측으로 공급되도록 하여, 보호유리의 오염을 방지하기 위한 오염방지가스 공급수단을 구비하며, 오염방지가스 공급수단의 오염방지가스로 사용되는 가공가스는 질소이며, 비가공모드는 레이저 가공의 일시 정지후, 레이저 가공의 일정 시간 정지후, 레이저 가공의 완전 종료후중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치{APPARATUS FOR SUPPLYING PROCESSING GAS OF LASER PROCESSING HEAD}

본 발명은 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 가공을 수행하던중 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후등의 레이저 비가공모드부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 공백 시간 동안 연기 등의 레이저 가공헤드 주변의 오염물이 노즐내로 역유입되어 보호유리의 하면이 오염되는 것을 미연에 방지함으로써, 포커싱 렌즈가 손상되는 것을 방지하고, 절단 등의 레이저 가공 불량의 발생을 현격하게 줄일 수 있으며, 보호유리의 교체 주기를 대폭 연장할 수 있는 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 관한 것이다.

레이저 가공기(Laser Precessing Machine)는 아연 도금 강판, 마일드 스틸(Mild Steel), 알루미늄, 구리, 스테인리스 스틸(Stainless Steel), 비철재료, 세라믹스, 유리, 플라스틱, 목재 등 다양한 재료(이하, '가공할 대상물'이라 칭한다)의 절단, 구멍뚫기, 표면 가공, 마킹(Marking), 용접(이하, '가공'이라 칭한다)에 사용된다.

잘 알려진 바와 같이, 파이버 레이저 가공기는 대략 1㎛ 내지 2㎛의 파장을 갖는 레이저 빔을 파이버라는 레이저 빔 전송수단을 이용하여 레이저 발진기로부터 콜리메티팅 렌즈, 포커싱 렌즈등의 광학 부재가 내장된 레이저 가공헤드의 노즐을 통해 가공할 대상물을 향해 조사되도록 구성되어 있다.

상기 레이저 빔이 노즐을 통해 조사될 때, 가공할 대상물을 향해 질소 또는 산소, 공기등의 가공가스도 함께 고압으로 노즐을 통해 분출시켜 가공할 대상물이 완전히 절단 가공되도록 한다.

파이버 레이저 가공기를 구성하는 레이저 가공헤드의 내부에는, 레이저 가공중에 발생되는 스패터(Spatter)나 연기 등의 퓸(fume)(이하, '오염물'이라 칭함) 이 노즐을 통해 역유입되어 포커싱 렌즈의 하면에 부착되지 않도록 하기 위해 보호 유리(Protective Glass)가 장착되어 있다.

보호 유리는 포커싱 렌즈의 하부 영역에 장착 및 분리 가능하게 설치되어 있다.

상기와 같은 파이버 레이저 가공기에서, 레이저 가공중 보호 유리의 하면에 이물질이 부착되며, 실질적으로 포커싱 렌즈에는 오염물이 부착되지 않게 된다.

그런데 오염물이 보호유리의 하면에 부착되면, 레이저 빔이 보호유리의 오염물에서 포커싱 렌즈로 역반사되며, 이로 인해 포커싱 렌즈가 열적으로 손상을 입게되어 포커싱 성능이 저하된다. 그 결과 절단 등의 가공불량을 초래하게 된다.

따라서, 작업자는 보호 유리의 오염 여부를 확인하게 되며, 보호 유리가 오염된 경우 신규 보호 유리로 교체하게 된다.

현 상황에서는 포커싱 렌즈가 손상되었는지 확인하는 것은 어렵기 때문에 대부분 보호 유리만 새것으로 교체하는 실정이다.

그런데, 보호 유리를 새것으로 교체하였음에도 불구하고 지속적으로 가공 불량이 발생되는 빈도수가 증가할 뿐만 아니라 보호유리의 교체주기도 빨라지는 등의 악순환이 반복되었다.

이에, 보호유리의 오염정도에 대한 정보를 사전에 알면 보호유리를 세척하여 재사용하는 방안에 대해서 고려해보았으나 이는 보호유리의 오염정도를 알기 위한 모니터링 기술 개발에 대한 장기간의 연구가 필요하게 되어, 본 발명자는 현상황에 대한 해결책을 찾고자 노력한 바, 아래와 같은 현상을 발견하였다.

레이저 가공중에는 노즐로부터 분출되는 가공 가스의 압력으로 인해 보호 유리가 오염될 염려는 특별히 없으나, 레이저 가공을 수행하던 중 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후부터 가공가스가 더 이상 공급되지 않게 된다.

이때, 연기 등의 등이 오염물이 브라운 운동(Brownian motion)에 의해 레이저 가공헤드의 노즐 내부로 역유입되며, 그 결과 연기등의 오염물이 보호 유리의 하면에 부착된다는 것이다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명자가 알아낸 사실에 근거하여, 레이저 가공을 수행하던중 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후등의 레이저 비가공모드부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 공백 시간 동안 연기 등의 레이저 가공헤드 주변의 오염물이 노즐내로 역유입되어 보호유리의 하면이 오염되는 것을 미연에 방지함으로써, 포커싱 렌즈가 손상되는 것을 방지하고, 절단 등의 레이저 가공 불량의 발생을 현격하게 줄일 수 있으며, 보호유리의 교체 주기를 대폭 연장할 수 있는 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 종류가 서로 다른 복수의 가공가스를 각각 가공을 위해 일정한 설정 압력으로 레이저 가공헤드의 보호유리 하부측으로 공급하여 상기 보호유리를 통과하는 레이저 빔과 함께 노즐을 통해 가공할 대상물측으로 향하도록 함으로써, 레이저 가공을 할 수 있도록 이루어진 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 있어서, 상기 레이저 가공을 수행하던중 레이저 가공을 수행하지 않는 비가공모드인 경우부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 상기 복수의 가공가스중 어느 한 종류의 가공가스를 상기 설정 압력보다 작은 공급 압력을 유지한 채 상기 보호유리 하부측으로 공급되도록 하여, 상기 보호유리의 오염을 방지하기 위한 오염방지가스 공급수단을 구비하며, 상기 오염방지가스 공급수단의 오염방지가스로 사용되는 가공가스는 질소이며, 상기 비가공모드는 레이저 가공의 일시 정지후, 레이저 가공의 일정 시간 정지후, 레이저 가공의 완전 종료후중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치는, 상기 오염방지가스로 사용되는 질소의 공급 압력을 P라고 할 때,상기 P는 0bar ＜ P ≤ 0.5bar의 수식을 만족하는 범위내에서 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치는, 상기 레이저 빔은 대략 1㎛ 내지 2㎛인 파장을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치는, 상기 종류가 서로 다른 복수의 가공가스는 적어도 질소와 산소이며, 상기 질소를 이용하여 레이저 가공을 위한 질소 공급수단은, 상기 질소가 저장된 질소 저장부와; 상기 질소 저장부내의 질소가 상기 보호유리의 하부측으로 공급되도록 상기 레이저 가공헤드에 연결되는 유동 배관과; 상기 유동 배관상에 설치되어, 상기 설정 압력으로 상기 질소가 상기 보호유리의 하부측으로 공급되도록 전기적인 제어 신호에 따라 제어되는 제어밸브를 포함하고, 상기 오염방지가스 공급수단은, 상기 제어밸브를 우회하도록, 상기 제어밸브 전단의 유동 배관상에서 분기됨과 아울러 상기 제어밸브 후단의 질소 유동 배관으로 합류되는 우회 배관과; 상기 우회 배관상에 순차적으로 설치되며, 상기 질소 저장부내의 질소 압력보다 압력 감소된 공급 압력을 유지한 채 상기 오염방지가스 공급수단의 오염방지가스로 사용되는 질소가 상기 보호유리 하부측으로 공급되도록 하는 수동 조작 레귤레이터 및 레이저 가공시 유동 배관으로 유동되는 질소가 상기 우회 배관으로 역류되는 것을 방지하는 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치는, 상기 수동 조작 레귤레이터는, 적어도 2개 이상 직렬로 연결 설치되며, 마지막으로 연결 설치되는 수동 조작 레귤레이터에 의해 상기 오염방지가스 공급수단의 오염방지가스로 사용되는 질소의 압력이 상기 공급 압력으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치는, 종류가 서로 다른 복수의 가공가스중 산소를 이용하여 레이저 가공을 실시할 때, 비가공모드인 경우, 가공헤드의 노즐 위치를 현재의 가공 위치로부터 임의의 위치로 변경시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치는, 노즐의 위치 이동은 레이저 가공되지 않는 가공할 대상물의 위치로 가공헤드를 수평 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치는, 노즐의 위치 이동은 가공헤드를 수직 방향으로 일정 높이 상향 이동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 따르면, 레이저 가공을 수행하던중 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후등의 레이저 비가공모드부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 공백 시간 동안 연기 등의 레이저 가공헤드 주변의 오염물이 노즐내로 역유입되어 보호유리의 하면이 오염되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 따르면, 포커싱 렌즈가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 따르면, 절단 등의 레이저 가공 불량의 발생을 현격하게 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 따르면, 보호유리의 교체 주기를 대폭 연장할 수 있으므로, 레이저 가공에 대한 런닝 코스트(RUNNING COST)를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치의 구성을 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 따른 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 종류가 서로 다른 복수의 가공가스를 각각 가공을 위해 일정한 설정 압력으로 레이저 가공헤드(100)의 보호유리(200) 하부측으로 공급하여 상기 보호유리(200)를 통과하는 레이저 빔(LB)과 함께 노즐(150)을 통해 가공할 대상물(W)측으로 향하도록 함으로써, 레이저 가공을 할 수 있도록 이루어진다.

상기 종류가 서로 다른 복수의 가공가스는 적어도 질소와 산소를 포함한다.

상기 질소를 이용하여 레이저 가공을 위한 질소 공급수단(400)은, 질소가 저장된 봄베와 같은 타입의 질소 저장부(410)와, 이 질소 저장부(410)와 연결되는 일정한 길이의 제1 유동배관(420)과, 이 제1 유동배관(420)에 연결되어 상기 설정 압력으로 상기 질소가 보호유리(200)의 하부측으로 공급되도록 제어하는 것으로, 미도시된 제어 컨트롤러에 의해 전기적인 제어 신호에 따라 제어하는 제어밸브(430)를 포함한다.

그리고, 산소를 이용하여 레이저 가공을 위한 산소 공급수단(500)은, 산소가 저장된 봄베와 같은 타입의 산소 저장부(510)와, 이 산소 저장부(510)와 연결되는 일정한 길이의 제2 유동배관(530)과, 이 제2 유동배관(530)에 연결되어 설정 압력으로 상기 산소가 보호유리(200)의 하부측으로 공급되도록 제어하는 것으로, 미도시된 제어 컨트롤러에 의해 전기적으로 제어 신호에 따라 제어하는 제어밸브(530)를 포함한다. 상기 제어밸브(430)(530)는 상기 제어 컨트롤러의 제어신호에 따라 개폐 제어될 수 있으며, 개도량도 조절 제어될 수 있다.

그리고, 질소와 산소의 유동 방향을 전환하는 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)를 구비한다.

그리고, 상기 제어밸브(430)의 출구부는 상기 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 일측 유입구에 연결되고, 상기 제어밸브(530)의 출구부는 상기 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 타측 유입구에 연결되며, 상기 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 출구부는 산소와 질소가 상기 레이저 가공헤드(100)의 보호유리(200) 하부측으로 유동되도록 하는 말단측 유동배관(420A)을 통해 레이저 가공헤드(100)에 연결된다.

좀더 상세하게는 상기 제어밸브(430)의 출구부는 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 일측 유입구에 제1 연결배관(C1)을 통해 연결된다.

상기 제어밸브(530)의 출구부는 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 타측 유입구에 제2 연결배관(C2)을 통해 연결된다.

그리고, 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 출구부(650)는 공용 출구부이며, 이 공용 출구부는 산소와 질소가 공용으로 유동되도록 공용 배관 역할을 하는 말단측 유동배관(420A)을 통해 레이저 가공헤드(100)에 연결되어, 산소 또는 질소가 보호유리(200)의 하부측으로 공급된다.

상기 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)는, 산소를 이용하여 레이저 가공을 실시할 경우 제1 유동 배관(420) 및 제1 연결배관(C1)을 통해 보호유리(200)의 하부측으로 질소가 공급되지 않도록 차단한다.

좀더 상세하게는 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)는 단일의 개폐 볼(610)이 내장된 양방향 체크밸브 타입으로 구성된 것으로, 실선으로 표시된 개폐 볼(610)이 점선으로 표시된 위치로 하강 작동(도면상 기준)하면, 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 출구부와 제2 연결배관(C2)이 상호 연통되어 산소 저장부(510)내의 산소가 말단측 유동배관(420A)를 통해 가공헤드(100)의 보호유리(200) 하부측으로 공급될 수 있다. 이때에 산소가 제어밸브(430)측을 향하여 제1 연결배관(C1)으로 역류되지 않게 된다.

한편, 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)는, 질소를 이용하여 레이저 가공을 실시할 경우 제2 유동 배관(520) 및 제2 연결배관(C2)을 통해 보호유리(200)의 하부측으로 산소가 공급되지 않도록 차단한다.

좀더 상세하게는 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)는 전술한 바와 같이, 단일의 개폐 볼(610)이 내장된 양방향 체크밸브 타입으로 구성된 것으로, 점선으로 표시된 개폐 볼(610)이 실신으로 표시된 위치로 상승 작동(도면상 기준)하면, 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 출구부와 제1 연결배관(C1)이 상호 연통되어 질소 저장부(410)내의 산소가 말단측 유동배관(420A)를 통해 가공헤드(100)의 보호유리(200) 하부측으로 공급될 수 있다. 질소 저장부(410)내의 질소가 가공헤드(100)의 보호유리(200) 하부측으로 공급될 수 있다. 이때에 질소가 제어밸브(530)측을 향하여 제2 연결라인(C2)으로 역류되지 않게 된다.

여기서, 상기 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)로부터의 레이저 가공헤드(100)까지 연결되는 부재 번호 420A에 해당되는 유동 배관은 말단측 유동배관으로, 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 작용에 따라 질소가 유동되는 라인으로 사용될 수 있거나 산소가 유동되는 라인으로 사용될 수 있다.

본 발명은 레이저 가공을 수행하던중 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후중의 어느 하나인 레이저 비가공모드부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 상기 복수의 가공가스중 어느 한 종류의 가공가스를 상기 설정 압력보다 작은 공급 압력을 유지한 채 상기 보호유리 하부측으로 공급되도록 하여, 상기 보호유리의 오염을 방지하기 위한 오염방지가스 공급수단(300)을 구비한다.

상기 오염방지가스 공급수단(300)의 오염방지가스로 사용되는 가공가스는 질소이다. 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예로 오염방지가스로 사용되는 가공가스를 질소로만 사용할 수 있는데, 그 이유는 질소는 불활성 기체이기 때문에 가공헤드의 내부에 역화 현상이 발생되지 않는다.

부언하면, 오염방지가스로 산소를 사용할 경우에는 산소가 활성화 기체이기 때문에 역화 현상이 발생되어 보호유리(200)를 손상시킬 수 있으며, 심지어는 가공헤드(100)의 가공가스 공급통로 내부를 손상시킬 수 있는 등 가공헤드(100)의 내부를 손상시킬 수 있다.

여기서, 질소를 가공가스로 사용하는 경우에는 발생되지 않지만, 산소를 가공가스로 사용하는 경우 레이저 가공을 실시하던 중 일시 정지 등 레이저 가공을 실시하지 않는 비가공모드인 경우, 브라운 운동에 의해 가공할 대상물(W)측에서 연기등의 오염물, 즉 미세입자 상태의 금속기체가 포함된 오염물이 노즐(150)내로 역유입되어 산소와 상기 금속기체가 반응하여 역화 현상이 발생된다.

좀더 상세하게는 상기 노즐(150)내로 역유입되는 금속기체는 레이저 가공 직후인 관계로, 화재로 발전될 수 있을 정도의 열을 가지고 있기 때문에 산소와 반응하여 역화 현상의 발생을 초래하는 것이다.

본 발명에서는 도면상에서 노즐(150)측에 곧바로 가공가스 또는 오염방지 가스가 공급되도록 도시하였으나 이는 오직 본 발명의 원리 및 개념을 설명하는 것일 뿐, 반드시 도면의 실시예로 한정하지 않는다.

본 발명은 상기 오염방지가스로 사용되는 질소의 공급 압력을 P라고 할 때,

상기 P는 0bar ＜ P ≤ 0.5bar의 수식을 만족하는 범위내에서 조절된다.

그리고, 상기 레이저 빔(LB)은 대략 1㎛ 내지 2㎛인 파장을 갖는데, 바람직하게는 상기 레이저 빔(LB)은 1㎛인 파장을 갖는다.

상기에 전술한 파장 범위를 갖는 레이저 빔(LB)을 레이저 가공헤드(100)의 노즐(150)을 통해 가공할 대상물(W)로 향하도록 하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공기를 통상 파이버 레이저 가공기라고 불리우며, 이는 대략 10㎛의 파장을 갖는 레이저를 이용하여 절단 가공 등을 실시하는 레이저(CO2) 가공기와는 다르다는 것을 밝혀둔다.

그리고 이 레이저 빔(LB)은 파이버(110) 라인을 통해 가공헤드(100)의 내부로 유입된다. 이에 본 발명의 레이저 가공헤드는 파이버 레이저 가공헤드이다.

그리고, 가공헤드(100)의 내부로 유입된 레이저 빔(LB)은 가공헤드(100)의 내부에 순차적으로 설치된 콜리메이팅 렌즈(120) 및 포커싱 렌즈(130)를 경유하여 노즐(150)을 통해 가공할 대상물(W)에 조사된다.

전술한 오염방지가스 공급수단(300)은, 제어밸브(430)를 우회하도록, 이 제어밸브(430) 전단의 유동 배관(420)상에서 분기됨과 아울러 제어밸브(430) 후단의 유동 배관(420A)(공용 배관)으로 합류되는 우회 배관(310)과, 이 우회 배관(310)상에 순차적으로 설치되며 질소 저장부(410)내의 질소 압력보다 압력 감소된 공급 압력을 유지한 채 오염방지가스 공급수단(300)의 오염방지가스로 사용되는 질소가 보호유리(200) 하부측으로 공급되도록 하는 수동 조작 레귤레이터(320) 및 레이저 가공시 유동 배관(420A)(공용 배관)으로 유동되는 질소가 우회 배관(310)으로 역류되는 것을 방지하는 체크밸브(330)를 포함한다.

여기서, 지시선 A는 우회 배관(310)이 제어밸브(430) 전단의 제1 유동 배관(420)상에서 분기되는 분기점을 나타내고, 지시선 B는 우회 배관(310)이 제어밸브(430) 후단의 말단측 유동 배관(420A)(공용 배관)상에서 합류되는 합류점을 나타낸다.

상기 수동 조작 레귤레이터(320)는, 적어도 2개 이상 직렬로 연결 설치된다. 일 실시예로, 부재번호 320A로 기재된 수동 조작 레귤레이터, 부재번호 320B로 기재된 수동 조작 레귤레이터가 있다.

본 발명에 의한 수동 조작 레귤레이터(320)는 전기/전자적인 제어방법에 의해 압력을 조절하는 방식이 아닌 기계적인 방법으로 압력을 조절하는 구조로 이루어져 있기 때문에 레이저 가공중 정전등의 비상시에도 노즐을 통해 오염방지가스인 질소가 항상 분출되어 보호유리(200)의 오염을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명은 마지막으로 연결 설치되는 수동 조작 레귤레이터(320B)에 의해 오염방지가스 공급수단(300)의 오염방지가스로 사용되는 질소의 압력이 상기 공급 압력으로 조절된다.

이하, 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

실질적인 레이저 가공을 실시하기에 앞서, 먼저 오염방지가스 공급수단(300)을 구성하는 2개의 수동 조작 레귤레이터(320A,320B)를 수작업을 조절하여 공급 압력이 세팅되도록 한다.

예를 들어, 질소 저장부(410)에서 공급되는 압력은 대략 20bar 정도인데, 첫번째 수동 조작 레귤레이터(320A)를 조작하여, 이를 통과한 후의 공급압력이 5bar 정도가 되도록 압력 조절을 한다. 이후, 두번째 수동 조작 레귤레이터(320B)를 조작하여, 이를 통과한 후의 공급압력(P)이 0bar ＜ P ≤ 0.5bar 범위내가 되도록 조절한다.

본 발명의 바람직한 실시예로 상기 공급압력(P)을 0.1 bar 또는 0.2bar가 되도록 조절할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 오염방지가스 공급수단(300)의 세팅 과정을 완료한 후, 질소를 가공가스로 사용하여 레이저 가공을 진행하는 경우, 레이저 가공을 진행하는 과정중, 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후 등의 레이저 가공을 실시하지 않는 가공모드가 아닌 것으로 미도시된 제어 컨트롤러에 의해 판단되면, 제1 유동 배관(420)상에 설치된 제어밸브(430)가 상기 미도시된 제어 컨트롤러에 의해 전기/전자적으로 자동 오프(OFF) 제어된다.

이렇게 되면 질소는 상기 제어밸브(430) 이후부터는 유동되지 않고, 제어밸브(430) 전단까지는 유동 흐름이 발생되지 않은 정체된 상태가 된다.

이때, 오염방지가스 공급수단(300)의 사전 세팅 완료에 의해 질소 저장부(410)내의 질소는 우회 배관(310)을 통해 제어밸브(430)를 우회한 다음, 제어밸브(430) 후단의 말단측 배관(420A)(공용 배관)을 경유하여 보호유리(200)의 하부측으로 공급된 후, 최종적으로 노즐(150)을 통해 전술한 바와 같이, 공급압력(P)이 0bar ＜ P ≤ 0.5bar 범위내, 바람직하게는 0.1 bar 또는 0.2bar를 유지한채 레이저 가공헤드(100)의 외부로 레이저 비가공모드에서 레이저 가공모드를 수행할 때까지 토출된다.

따라서, 연기 등의 등이 오염물에 대해 브라운 운동(Brownian motion)이 부여되더라도, 레이저 가공헤드(100)의 노즐(150) 내부로 오염물이 역유입지 않게 되며, 그 결과 연기등의 오염물이 보호 유리의 하면에 부착되지 않게 된다.

결국, 보호유리(200)의 교체 주기를 대폭 연장할 수 있으며, 레이저 가공에 대한 런닝 코스트를 절감할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 바와 같이, 질소를 가공가스로 사용하여 레이저 가공을 진행하는 경우가 아닌 산소를 가공가스로 사용하여 레이저 가공을 진행하는 경우, 레이저 가공을 진행하는 과정중, 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후 등의 레이저 가공을 실시하지 않는 비가공모드인 것으로 미도시된 제어 컨트롤러에 의해 판단되면, 제2 유동 배관(520)상에 설치된 제어밸브(530)가 상기 미도시된 제어 컨트롤러에 의해 전기/전자적으로 자동 오프(OFF) 제어된다.

이렇게 되면 상기 제어밸브(530) 이후부터 말단측 유동배관(420A)을 경유하여 가공헤드(100)내에 존재하는 산소는 유동되지 않고, 제어밸브(530) 전단까지는 유동 흐름이 발생되지 않은 정체된 상태가 된다.

이때, 오염방지가스 공급수단(300)의 사전 세팅 완료에 의해 질소 저장부(410)내의 질소는 우회 배관(310)을 통해 제어밸브(430)를 우회한 다음, 제어밸브(430) 후단의 말단측 유동 배관(420A)을 경유하여 보호유리(200)의 하부측으로 공급된 후, 최종적으로 노즐(150)을 통해 레이저 가공헤드(100)의 외부로 토출된다.

한편, 전술한 바와 같이, 산소를 가공가스로 사용하여 레이저 가공을 진행하는 경우, 제어밸브(530)의 후단의 말단측 유동 배관(420A)부터 가공헤드(100)내에는 미량의 잔여 산소가 존재하지만, 이 산소는 오염방지가스로 사용되는 질소의 유동 압력에 의해 밀려 노즐(150)을 통해 외부로 먼저 배출된 후, 질소가 지속적으로 공급 압력(P)을 유지한채 노즐(150)을 통해 외부로 배출된다.

이때, 본 발명은 상기 종류가 서로 다른 복수의 가공가스중 산소를 이용하여 레이저 가공을 실시할 때, 즉, 산소를 가공가스로 사용하여 레이저 가공을 진행하는 경우, 레이저 가공을 진행하는 과정중, 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후 등의 레이저 가공을 실시하지 않는 가공모드가 아닌 비가공모드인 것으로 미도시된 제어 컨트롤러에 의해 판단되면, 가공할 대상물(W)에 대해 제어 컨트롤러에 의해 가공헤드(100)의 위치, 즉 가공헤드(100)의 노즐(150) 위치를 현재의 레이저 가공위치로부터 다른 위치로 이동시키는 제어를 실시하면 상기 잔여 산소로 인한 역화 현상의 발생을 방지할 수 있다.

부언하면, 노즐(150)의 위치를 현재의 가공위치로부터 이동시키게 되면, 브라운 운동에 의해 가공할 대상물(W)측에서 연기등의 오염물, 즉 미세입자 상태의 금속기체가 노즐(150)내로 역유입될 확률이 현저하게 줄어들게 되며, 그에 따라 잔여 산소와의 반응이 생기지 않아 역화 현상을 방지할 수 있게 된다.

상기 노즐(150)의 위치 이동 제어 방법의 일례는 레이저 가공되지 않는 가공할 대상물(W)의 위치로 가공헤드(100)를 수평 이동시키는 것이다.

그리고, 노즐(150)의 위치 이동 제어 방법의 다른 실시예로, 가공헤드(100)를 수직 방향으로 일정 높이 상향 이동시키는 것이다.

한편, 본 발명은 상기 종류가 서로 다른 복수의 가공가스중 질소를 이용하여 레이저 가공을 실시할 때, 상기 비가공모드인 경우, 산소를 이용하여 레이저 가공을 실시할때와는 달리 가공헤드(100)의 위치, 즉 가공헤드(100)의 노즐(150) 위치를 현재의 레이저 가공위치로부터 다른 위치로 이동시키지 않아도 된다.

따라서, 본 발명은 연기 등의 등이 오염물이 레이저 가공헤드(100)의 노즐(150) 내부로 역유입지 않게 되며, 그 결과 연기등의 오염물이 보호 유리의 하면에 부착되지 않게 된다.

이와 같은 본 발명의 작용에 따라, 본 발명은 레이저 가공의 일시 정지후부터 이거나 레이저 가공의 일정 시간 정지후 또는 완전 종료후등의 레이저 비가공모드부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 공백 시간 동안 연기 등의 레이저 가공헤드 주변의 오염물이 노즐내로 역유입되어 보호유리의 하면이 오염되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 포커싱 렌즈가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 절단 등의 레이저 가공 불량의 발생을 현격하게 줄일 수 있다.

또한, 보호유리의 교체 주기를 대폭 연장할 수 있으므로, 레이저 가공에 대한 런닝 코스트(RUNNING COST)를 절감할 수 있다.

본 발명의 권리는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위내에 있는 것으로 본다.

100 : 레이저 가공헤드
150 : 노즐
200 : 보호 유리
300 : 오염방지가스 공급수단
310 : 우회 배관
320 : 수동 조작 레귤레이터
330 : 체크밸브
400 : 질소 공급수단
410 : 질소 저장부
420 : 제1 유동 배관
430 : 제어밸브
510 : 산소 저장부
520 : 제2 유동 배관
530 : 제어밸브
600 : 유동 방향 전환 셔틀밸브

Claims (8)

1. 종류가 서로 다른 복수의 가공가스를 각각 가공을 위해 일정한 설정 압력으로 레이저 가공헤드(100)의 보호유리(200) 하부측으로 공급하여 상기 보호유리(200)를 통과하는 레이저 빔(LB)과 함께 노즐(150)을 통해 가공할 대상물(W)측으로 향하도록 함으로써, 레이저 가공을 할 수 있도록 이루어진 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치에 있어서,
   상기 레이저 가공을 수행하던중 레이저 가공을 수행하지 않는 비가공모드인 경우부터 레이저 가공을 재 시작하는 레이저 가공모드를 수행할 때까지 상기 복수의 가공가스중 어느 한 종류의 가공가스를 상기 설정 압력보다 작은 공급 압력을 유지한 채 상기 보호유리 하부측으로 공급되도록 하여, 상기 보호유리의 오염을 방지하기 위한 오염방지가스 공급수단(300)을 구비하며,
   상기 오염방지가스 공급수단(300)의 오염방지가스로 사용되는 가공가스는 질소이며,
   상기 비가공모드는 레이저 가공의 일시 정지후, 레이저 가공의 일정 시간 정지후, 레이저 가공의 완전 종료후중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 오염방지가스로 사용되는 질소의 공급 압력을 P라고 할 때,
   상기 P는 0bar ＜ P ≤ 0.5bar의 수식을 만족하는 범위내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 레이저 빔은 대략 1㎛ 내지 2㎛인 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 종류가 서로 다른 복수의 가공가스는 적어도 질소와 산소이며,
   상기 질소를 이용하여 레이저 가공을 위한 질소 공급수단(400), 상기 산소를 이용하여 레이저 가공을 위한 산소 공급수단(500), 질소와 산소의 유동 방향을 전환하는 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)를 포함하고,
   상기 질소 공급수단(400)은 질소가 저장된 질소 저장부(410)와, 상기 질소 저장부(410)와 연결되는 일정한 길이의 제1 유동배관(420)과, 상기 제1 유동배관(420)에 연결되어 상기 설정 압력으로 상기 질소가 보호유리(200)의 하부측으로 공급되도록 제어하는 제어밸브(430)를 포함하며,
   상기 산소 공급수단(500)은 산소가 저장된 산소 저장부(510)와, 상기 산소 저장부(510)와 연결되는 일정한 길이의 제2 유동배관(530)과, 상기 제2 유동배관(530)에 연결되어 설정 압력으로 상기 산소가 보호유리(200)의 하부측으로 공급되도록 제어하는 제어밸브(530)를 포함하며,
   상기 제어밸브(430)의 출구부는 상기 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 일측 유입구에 연결되고,
   상기 제어밸브(530)의 출구부는 상기 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 타측 유입구에 연결되며,
   상기 유동 방향 전환 셔틀밸브(600)의 출구부는 산소와 질소가 상기 레이저 가공헤드(100)의 보호유리(200) 하부측으로 유동되도록 하는 말단측 유동배관(420A)을 통해 레이저 가공헤드(100)에 연결되며,
   상기 오염방지가스 공급수단(300)은,
   상기 제어밸브(430)를 우회하도록, 상기 제어밸브(430) 전단의 제1 유동 배관(420)상에서 분기됨과 아울러 상기 제어밸브(430) 후단의 말단측 유동 배관(420A)으로 합류되는 우회 배관(310);
   상기 우회 배관(310)상에 순차적으로 설치되며, 상기 질소 저장부(410)내의 질소 압력보다 압력 감소된 공급 압력을 유지한 채 상기 오염방지가스 공급수단(300)의 오염방지가스로 사용되는 질소가 상기 보호유리(200) 하부측으로 공급되도록 하는 수동 조작 레귤레이터(320); 및 레이저 가공시 말단측 유동 배관(420A)으로 유동되는 질소가 상기 우회 배관(310)으로 역류되는 것을 방지하는 체크밸브(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 수동 조작 레귤레이터(320)는,
   적어도 2개 이상 직렬로 연결 설치되며,
   마지막으로 연결 설치되는 수동 조작 레귤레이터(320B)에 의해 상기 오염방지가스 공급수단(300)의 오염방지가스로 사용되는 질소의 압력이 상기 공급 압력으로 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공헤드의 가공가스 공급장치.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 종류가 서로 다른 복수의 가공가스중 산소를 이용하여 레이저 가공을 실시할 때, 상기 비가공모드인 경우, 가공헤드(100)의 노즐(150) 위치를 현재의 가공 위치로부터 임의의 위치로 변경시키는 것을 특징으로 하는 가공헤드의 가공가스 공급장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 노즐(150)의 위치 이동은 레이저 가공되지 않는 가공할 대상물(W)의 위치로 가공헤드(100)를 수평 이동시키는 것을 특징으로 하는 가공헤드의 가공가스 공급장치.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 노즐(150)의 위치 이동은 가공헤드(100)를 수직 방향으로 일정 높이 상향 이동시키는 것을 특징으로 하는 가공헤드의 가공가스 공급장치.
   

Images