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KR-20260061766-A - Real-time Laser Processing Assembly and Jig Center Calibration Method Using It

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Abstract

본 발명에 따른 실시간 레이저 가공 어셈블리 및 이를 이용한 지그 중심 캘리브레이션 방법은 지그가 설정된 각속도로 회전하는 동안 정확하게 공작물을 레이저 가공하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 가공 이전에 지그의 중심과 레이저 가공기의 중심을 캘리브레이션 함으로써, 신뢰성 있는 레이저 가공이 가능하게 하는 실시간 레이저 가공 어셈블리 및 이를 이용한 지그 중심 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.

Inventors

  • 김명진
  • 박명수
  • 하지훈
  • 김석호

Assignees

  • 주식회사 액스비스

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (6)

  1. 시편(1)이 안착되며, 일정한 각속도를 갖는 지그(100); 상기 지그(100)에 의해 회전되는 시편(1)에 소정 형상으로 가공 가능한 레이저 가공장치(200); 및 상기 가공된 형상을 인식하여 길이 계측이 가능한 계측수단(300); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 가능한 실시간 레이저 가공 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지그(100)를 X 및/또는 Y축 방향으로 소정 거리 이동시키기 위하여, 상기 지그(100)의 하부에 결합된 이동수단(400);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 가능한 실시간 레이저 가공 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항의 캘리브레이션 가능한 실시간 레이저 가공 어셈블리를 이용한 지그 중심 캘리브레이션 방법에 있어서, 시편이 안착된 지그(100)를 설정된 위치에 배치하는 지그배치단계; 상기 레이저 가공장치(200)가 상기 시편(1)에 소정 형상을 가공하는 시편가공단계; 상기 계측수단(300)이 시편(1)에 가공된 형상을 인식하여 길이를 계측하는 길이계측단계; 상기 지그(100)의 위치를 변경하면서 상기 지그배치단계부터 길이계측단계를 순차적으로 반복 수행하여 가공된 각각의 형상들의 길이를 계측하는 반복계측단계; 상기 지그(100)의 X축 또는 Y축 이동거리에 대한 상기 형상들의 길이변화량을 산출하는 길이변화량 산출단계; 및 상기 길이변화량 산출단계를 통하여 상기 지그(100) 중심의 오차값을 계산하여 상기 지그(100) 중심을 보정하는 지그보정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 지그 중심 캘리브레이션 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 형상은, 다각형인 것을 특징으로 하는 지그 중심 캘리브레이션 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 길이변화량 산출단계에서는, X좌표를 지그(100)의 X축 또는 Y축 이동거리(ΔX 또는 ΔY)로 설정하고, Y좌표는 계측된 상기 다각형의 각 변들의 길이변화량(ΔL)로 설정하여 각각의 그래프로 출력하는 것을 특징으로 하는 지그 중심 캘리브레이션 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 그래프들의 X절편에서의 교점을 오차값으로 산출하여 지그보정단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 지그 중심 캘리브레이션 방법.

Description

실시간 레이저 가공 어셈블리 및 이를 이용한 지그 중심 캘리브레이션 방법{Real-time Laser Processing Assembly and Jig Center Calibration Method Using It} 본 발명에 따른 실시간 레이저 가공 어셈블리 및 이를 이용한 지그 중심 캘리브레이션 방법은 지그가 설정된 각속도로 회전하는 동안 정확하게 공작물을 레이저 가공하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 가공 이전에 지그의 중심과 레이저 가공기의 중심을 캘리브레이션 함으로써, 신뢰성 있는 레이저 가공이 가능하게 하는 실시간 레이저 가공 어셈블리 및 이를 이용한 지그 중심 캘리브레이션 방법에 관한 것이다. 온 더 플라이(Marking on the fly) 가공은 이동하는 공작물에 비정지 상태로 레이저 가공을 수행하는 기술로서, 상세하게는 공작물이 배치된 작업대(컨베이어벨트 또는 로터리)가 이동하는 과정에서 레이저 가공장치(스캐너)가 공작물의 표면을 가공하는 기술이다. 다양한 공정에서 레이저 가공장치의 온 더 플라이 기술을 활용하여 가공(마킹 또는 용접)을 진행하고 있다. 온 더 플라이가 적용된 가공장치(또는 가공공정)은 공작물이 정지하지 않고, 연속적으로 이동하는 과정에서 가공이 이루어지기 때문에 비적용 가공장치(또는 가공공정)보다 시간 및 비용적인 측면에서 이점이 있다. 특히, 온 더 플라이는 단일 축(컨베이어벨트)으로 가공공정을 진행하는 것보다 로터리로 가공공정을 진행하는 것이 공간적인 측정에서 이점이 있기 때문에 최근에는 이에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있는 실정이다. 단일 축 가공공정에서 공작물이 이송되는 방향을 X축이라 가정하는 경우, 공작물은 컨베이어벨트에 안착된 상태에서 Y축 방향으로는 고정되고, X축 방향으로만 이송되기 때문에 스캐너의 중심이 틀어진 상태에서 컨베이어벨트가 동작되면, 스캐너에의 하부로 유입되어 촬영되는 모든 이미지는 틀어진 상태가 된다. 따라서 촬영된 이미지에서 컨베이어벨트의 표면에 설정한 일정 포인트를 기준점으로 하여 기준점이 어긋난 정도를 추출하거나, 또는 광원을 조사하여 조사된 포인트가 어긋난 정도를 추출하는 즉, 좌표간 차이를 이용하여 공작물의 가공위치를 캘리브레이션 할 수 있다. 하지만 로터리 형태의 가공공정에서는 공작물이 지그에 안착된 상태로 원호의 형태로 이송하기 때문에 지그의 중심이 틀어진 경우, 스캐너의 하부로 유입되는 각각의 공작물들의 가공위치를 쉽게 확인할 수 없다. 따라서 단일 축 가공공정의 캘리브레이션 방법을 로터리 형태의 가공공정에 단순 적용할 수 없다. 로터리 가공공정에서는 레이저 가공장치와 지그의 중심을 캘리브레이션 하지 않으면 정확한 가공이 수행될 수 없기 때문에 최초 동작(가공) 이전에 캘리브레이션 공정을 수행하는 것이 매우 중요한 요소이다. 이에 따라 최근에는 로터리 가공공정의 레이저 가공장치와 지그의 중심을 캘리브레이션 하는 방법에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 이에 대한 기술 중 하나로 중국등록특허공보 제116532788호가 개시되어 있다. 도 1은 본 발명에 따른 실시간 레이저 가공 어셈블리의 계략도. 도 2는 본 발명에 따른 레이저 가공 어셈블리에서 X축방향으로 지그를 이동시켜 가공한 형상을 나타내는 도면. 도 3은 본 발명에 따른 레이저 가공 어셈블리에서 Y축방향으로 지그를 이동시켜 가공한 형상을 나타내는 도면. 도 4는 도 2 및 도 3의 형상을 하나의 그래프로 나타낸 것. 도 5a는 X축에 대한 지그의 어긋난 값을 추출하기 위해 사각형의 형상에서 변 A와 변C의 그래프를 산출하여 하나의 그래프로 나타내는 도면 도 5b는 Y축에 대한 지그의 어긋난 값을 추출하기 위해 사각형의 형상에서 변 B와 변D의 그래프를 산출하여 하나의 그래프로 나타내는 도면 도 6은 본 발명에 적용되는 교정방법에 의해 교정되기 전/후의 가공길이의 대비 그래프. 이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 실시간 레이저 가공 어셈블리는 지그(100)가 설정된 각속도로 연속적으로 회전하는 동안 공작물을 레이저 가공하는 어셈블리를 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 가공 이전에 지그(100)의 중심에 대해 레이저 가공기(200)의 중심을 교정함으로써 신뢰성 있는 레이저 가공이 가능하게 하는 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 레이저 가공 어셈블리는 시편(1)이 안착되며, 일정한 각속도를 갖는 지그(100); 상기 지그(100)에 의해 회전하는 시편(1)에 소정 형상으로 가공 가능한 레이저 가공기(200); 및 상기 가공된 형상을 인식하여 길이 계측이 가능한 계측수단(300);을 포함한다. 지그(100)는 레이저 가공시 공작물이 안착되어 안착된 공작물들을 레이저 가공기(200)로 회전 공급하는 것이다. 본 발명에 따른 캘리브레이션시 지그(100)의 상부에는 시편(1)이 안착되어 고정될 수 있다. 지그(100)의 하부에는 지그(100)를 X축 또는 Y축 방향으로 소정거리 이동시키는 이동수단(400)이 구비된다. 이동수단(400)은 리니어 모터, 리니어 실린더 또는 서보 모터 등 다양한 장치로 구성될 수 있으며, 이는 X축과 Y축 중 선택되는 하나 이상의 축으로 지그(100)를 이송할 수 있게 구성될 수 있다. 지그(100)의 하부에는 엔코더(미도시)가 구비되어, 지그(100)의 회전속도 및 회전방향 등에 따라 레이저 가공을 할 수 있다. 레이저 가공장치(200)는 레이저 조사기 및 레이저의 발진 경로를 조절하기 위한 스캐너를 포함하며, 로터리 지그(100)의 일측에 구비된다. 레이저 가공장치(200)는 시편(1)에 설정된 형상을 가공할 수 있으며, 캘리브레이션 이후 공작물을 지그(100)에 장착된 공작물을 가공할 수 있다. 레이저 가공장치(200)는 이미 공지된 기술에 불과하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 계측수단(300)은 가공된 가공된 형상을 촬영하여 획득하고, 획득한 촬영 이미지를 분석하여 각 변의 길이를 추출할 수 있다. 계측수단(300)은 레이저 가공장치(200)에 설치되어 하나의 시스템을 구축하거나 또는 별도로 구비되어 사용될 수 있다. 하기에서는 상기와 같이 구성된 캘리브레이션 가능한 실시간 레이저 가공 어셈블리를 이용한 지그 중심 캘리브레이션 방법에 대해 설명하기로 한다. 1. 지그배치단계 지그배치단계는 시편(1)이 안착된 지그(100)를 설정된 위치에 배치하는 과정이다. 부연하면, 지그배치단계는 지그(100)에 형상을 가공하기 위한 시편(1)을 고정한 뒤, 지그(100)를 설정된 X축 또는 Y축 위치에 배치하는 과정이다. 2. 시편가공단계 시편가공단계는 레이저 가공기(200)가 시편(1)에 소정의 형상을 가공하는 과정이다. 부연하면, 시편가공단계에서는 다각형으로 이루어진 형상을 지그(100)에 고정된 시편(1)에 가공하며, 이때, 레이저 가공기(200)의 출력을 조절하여 시편(1)이 손상되지 않는 출력으로 레이저를 조사하는 것이 바람직하다. 3. 길이계측단계 길이계측단계는 계측수단(300)이 시편(1)에 가공된 형상을 인식하여 길이를 계측하는 과정이다. 부연하면, 길이계측단계는 계측수단(300)이 시편(1)에 가공된 형상을 촬영하여 촬영 이미지를 획득하고, 획득한 촬영 이미지에서 형상의 각 변들을 추출하여 길이를 산출함으로써 가공된 형상의 각 변에 대한 길이를 계측할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 형상을 사각형인 것으로 한정하여 지그 중심 캘리브레이션 방법에 대한 이해를 돕도록 한다. 길이계측단계에서는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 촬영 이미지를 분석하여 사각형 형상에서 우측 수직선부터 반시계방향으로 각각 변A, 변B, 변C 및 변D로 지정하고, 각 변들에 대한 길이를 계측할 수 있다. 계측된 각 변들의 길이는 저장되어 관리된다. 4. 반복계측단계 반복계측단계는 지그(100)의 위치를 변경하면서 지그배치단계부터 길이계측단계를 순차적으로 반복 수행하여 가공된 각각의 형상들의 길이를 계측하는 과정이다. 부연하면, 반복계측단계에서는 가공된 시편을 새로운 것으로 교체하여 고정한 뒤, ±X축 또는 ±Y축으로 소정거리 지그(100)를 이동시켜 지그배치단계를 재수행한다. 이후, 설정된 위치로 이동한 지그(100)의 시편(1)에 레이저 가공기(200)가 형상을 가공하여 시편가공단계를 재수행한다. 그리고 가공된 시편(1)의 형상을 계측수단(300)이 인식하여 각 변의 길이를 계측함으로써 길이계측단계를 재수행한다. ±X방향으로 지그(100)가 이동된 상태에서 형상을 가공하면, 도 2와 같이, 변A 및 변C의 길이가 변화되면서 변B 및 변D가 기울어진 사다리꼴 형태의 촬영 이미지를 획득할 수 있다. 이를 보면 사각형 형상에서 X축 방향으로 지그(100)를 이동할 시, 변A 및 변C에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 또는, ±Y방향으로 지그(100)가 이동된 상태에서 형상을 가공하면, 도 3과 같이, 변B 및 변D의 길이가 변화되면서 변A 및 변C가 기울어진 사다리꼴 형태의 촬영 이미지를 획득할 수 있다. 이를 보면 Y축 방향으로 지그(100)를 이동할 시, 변A 및 변C에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 도 2와 도 3에서 취득한 촬영 이미지를 과장하여 나타내면 도 4와 같이 표현될 수 있다. 상기와 같이 획득한 이미지에서 변A 내지 변D의 길이를 산출하는 것으로 가공된 각 형상에 대한 각 변들의 길이를 계측할 수 있다. 이후 다시 가공된 시편(1)을 새로운 것으로 교체하여 고정한 뒤, 앞서와 상이한 이동거리로 지그(100)를 이동시켜 상기 과정을 반복수행하면서 각각의 이동거리에 대한 형상의 각 변들의 길이를 계측할 수 있다. 5. 길이변화량 산출단계 길이변화량 산출단계는 지그(100)의 X축 또는 Y축 이동거리에 대한 형상들의 길이변화량을 산출하는 과정이다. 부연하면, 길이변화량 산출단계에서는 지그(100) 중심과 레이저 가공장치(200)의 중심이 일치할 때, 설정된 형상의 각 변들의 길이를 기준길이라 하고, X축 또는 Y축으로 지그(100)가 이동거리(ΔX 또는 ΔY)만큼 이동된 위치에서 계측된 각 변들의 길이를 각각 변화길이라 할 때, 길이