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KR102582749B1 - Mct용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치 - Google Patents

Mct용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치 Download PDF

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KR102582749B1
KR102582749B1 KR1020220069652A KR20220069652A KR102582749B1 KR 102582749 B1 KR102582749 B1 KR 102582749B1 KR 1020220069652 A KR1020220069652 A KR 1020220069652A KR 20220069652 A KR20220069652 A KR 20220069652A KR 102582749 B1 KR102582749 B1 KR 102582749B1
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KR
South Korea
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laser beam
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shaping device
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KR1020220069652A
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Inventor
정윤종
신문종
양희준
Original Assignee
신원디앤티 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명의 일 실시례에 따른 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치는, 레이저빔의 출력 형상을 변형시키는 레이저빔 쉐이핑 장치에 있어서, 광투과성으로 마련되고, 레이저빔을 직선으로 진행시키는 본체, 본체 일측에 원뿔 형상으로 마련되고, 레이저빔을 반사하거나, 진행시키는 분광체, 분광체 일측에 마련되고, 분광체에 의해 반사된 레이저빔을 다시 반사시켜, 본체로 진행시키는 반사체, 본체의 타측에 마련되고, 분광체에 의해 진행되는 레이저빔을 굴절시켜 반사체가 반사시킨 레이저빔과 평행하게 진행시키는 굴절체 및 출력되는 레이저빔의 형상을 필터링하는 쉐이핑필터를 포함할 수 있다.

Description

MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치 {A LASER BEAM SHAPING DEVICE THAT IRRADIATES A SQUARE BEAM-SHAPED LASER FOR HEAT TREATMENT OF MCT WORKPIECES}
본 발명은 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치에 관한 것으로 상세하게는, 레이저빔의 형태를 가우시안 분포에서 플랫탑 형태로 분포하도록 변형함으로써, 레이저빔에 조사된 피삭재의 면적 온도를 고르게 하여 목표 온도에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있는 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치에 관한 것이다.
텅스텐, 세라믹 등의 난삭재는 높은 경도와 취성으로 인하여 가공에 많은 어려움이 따른다. 그에 따라 종래에는 가공 전 레이저를 사용하여 열처리를 행하는 레이저 어시스티드 가공(Laser Assisted Machining:LAM) 기술이 개시되었다. 레이저 어시스티드 가공을 하게 되면 공구의 마모 방지, 피삭재의 오염 방지, 진동 및 소음 방지, 가공성 향상 등의 효과를 가질 수 있다.
그러나 레이저빔의 형태가 가우시안 분포로 마련됨으로써, 레이저 빔에 조사된 피삭재의 면적 온도가 고르지 못해 목표 온도에 도달하기까지의 시간이 많이 소요되는 문제점이 발생하였다.
따라서, 레이저빔의 형태를 가우시안 분포에서 플랫탑 형태로 분포하도록 변형함으로써, 레이저빔에 조사된 피삭재의 면적 온도를 고르게 하여 목표 온도에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있는 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치에 관한 연구가 요구된다.
한국등록특허 제10-1367052호
본 발명의 목적은 레이저빔의 형태를 가우시안 분포에서 플랫탑 형태로 분포하도록 변형함으로써, 레이저빔에 조사된 피삭재의 면적 온도를 고르게 하여 목표 온도에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있는 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 발열모니터링부 및 오동작감지부가 마련됨으로써, 발열로 인한 오동작을 방지할 수 있는 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 노이즈제거부가 마련됨으로써, 온도측정부가 측정한 온도의 노이즈를 제거하여 보다 정확하게 발열을 모니터링 할 수 있는 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시례에 따른 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치는, 레이저빔의 출력 형상을 변형시키는 레이저빔 쉐이핑 장치에 있어서, 광투과성으로 마련되고, 레이저빔을 직선으로 진행시키는 본체, 본체 일측에 원뿔 형상으로 마련되고, 레이저빔을 반사하거나, 진행시키는 분광체, 분광체 일측에 마련되고, 분광체에 의해 반사된 레이저빔을 다시 반사시켜, 본체로 진행시키는 반사체, 본체의 타측에 마련되고, 분광체에 의해 진행되는 레이저빔을 굴절시켜 반사체가 반사시킨 레이저빔과 평행하게 진행시키는 굴절체 및 출력되는 레이저빔의 형상을 필터링하는 쉐이핑필터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 쉐이핑필터는, 개별 개폐가 가능하고, 열렸을 때 레이저빔을 진행시키고, 닫혔을 때 레이저빔을 차단하는 다수의 개폐부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치는, 레이저빔의 조사예정영역 외곽선을 촬영하는 비전센서 및 비전센서가 촬영한 외곽선의 경로를 인식하고, 인식한 경로에 따라 개폐부의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치는, 쉐이핑필터의 발열을 모니터링 하기 위한 발열모니터링부를 더 포함하고, 발열모니터링부는, 쉐이핑필터의 표면 온도를 측정하는 온도측정부, 온도측정부에서 측정한 측정값의 노이즈를 제거하는 노이즈제거부 및 온도측정부의 오동작을 감지하는 오동작감지부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 노이즈제거부는, 측정값에 대한 정상범위 및 유효데이터 범위를 산출하되, 정상범위는, 기설정된 기간동안 온도측정부로부터 측정되는 값의 상한값, 하한값 및 평균값을 이용하여 하기 [수학식 1]에 따라 제한값(Lud)을 산출하고,
[수학식 1]
(여기서, Uv는 상한값, Av는 평균값, Lv는 하한값을 의미함)
평균값에서 제한값을 뺀 차이값 내지 평균값에서 제한값을 더한 값까지를 정상범위로 산출하여, 산출된 정상범위를 제외한 데이터를 노이즈 데이터로 판단하되, 상한값 및 하한값은, 하한경계값부터 상한경계값에 이르는 범위로 정의되는 예측범위 내에서 도출하며, 하한경계값은, 기설정된 초기값의 평균값에 평균편차의 N배를 뺀값이고, 상한경계값은, 기설정된 초기값의 평균값에 평균편차의 N배를 더한값일 수 있다.
본 발명의 일 실시례에 따른 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치는, 레이저빔의 형태를 가우시안 분포에서 플래팟 형태로 분포하도록 변형함으로써, 레이저빔에 조사된 피삭재의 면적 온도를 고르게 하여 목표 온도에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치는, 발열모니터링부 및 오동작감지부가 마련됨으로써, 발열로 인한 오동작을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치는, 노이즈제거부가 마련됨으로써, 온도측정부가 측정한 온도의 노이즈를 제거하여 보다 정확하게 발열을 모니터링 할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 제1실시례에 따른 레이저빔 쉐이핑 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 쉐이핑필터를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시례에 따른 레이저빔 쉐이핑 장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 발열모니터링부를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 온도측정부를 통해 측정한 측정값 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 온도센싱부를 통해 측정한 데이터 중 일정한 간격으로 발생한 노이즈값이 포함된 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 온도측정부를 통해 측정한 데이터 중 연속으로 발생한 노이즈값이 포함된 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시례를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시례에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시례를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하, 본 발명인 MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치(100)는 첨부된 도 1 내지 도 7을 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시례에 따른 레이저빔 쉐이핑 장치(100)를 도시한 블록도이다.
본 발명의 제1실시례에 따른 레이저빔 쉐이핑 장치(100)는 본체(110), 분광체(120), 반사체(130), 굴절체(140) 및 쉐이핑필터(150)를 포함할 수 있다.
본체(110)는 광투과성으로 마련되고, 레이저빔을 직선으로 진행시킬 수 있다.
분광체(120)는 상기 본체(110) 일측에 원뿔 형상으로 마련되고, 레이저빔을 반사하거나, 진행시킬 수 있다. 상기 분광체(120)의 표면은 광반사 물질로 마련될 수 있다.
반사체(130)는 상기 분광체(120) 일측에 마련되고, 상기 분광체(120)에 의해 반사된 레이저빔을 다시 반사시켜, 상기 본체로 진행시킬 수 있다. 상기 반사체(130)의 내면은 반사된 레이저빔을 모두 반사할 수 있도록 마련될 수 있다.
굴절체(140)는 상기 본체(110)의 타측에 마련되고, 상기 분광체(120)에 의해 진행되는 레이저빔을 굴절시켜 상기 반사체(130)가 반사시킨 레이저빔과 평행하게 진행시킬 수 있다. 상기 굴절체(140)는 상기 본체(110)를 기준으로 상기 분광체(120)와 대칭되도록 마련될 수 있다.
쉐이핑필터(150)은 출력되는 레이저빔의 형상을 필터링할 수 있다. 상기 쉐이핑필터(150)는 도 2를 참고하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 쉐이핑필터(150)를 도시한 블록도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 쉐이핑필터(150)는 개폐부(151), 비전센서(152) 및 제어부(153)을 포함할 수 있다.
개폐부(151)는 개별 개폐가 가능하고, 열렸을 때 상기 레이저빔을 진행시키고, 닫혔을 때 상기 레이저빔을 차단할 수 있으며, 다수로 마련될 수 있다.
비전센서(152)는 상기 레이저빔의 조사예정영역 외곽선을 촬영할 수 있다.
제어부(153)는 상기 비전센서(152)가 촬영한 외곽선의 경로를 인식하고, 인식한 상기 경로에 따라 상기 개폐부(151)의 개폐를 제어할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참고하여 본 발명의 제2실시례에 따른 레이저빔 쉐이핑 장치(100)를 살펴본다.
도 3은 본 발명의 제2실시례에 따른 레이저빔 쉐이핑 장치(100)를 도시한 블록도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 제2실시례에 따른 레이저빔 쉐이핑 장치(100)는 제1실시례에서 발열모니터링부(160)를 더 포함할 수 있다.
발열모니터링부(160)는 상기 쉐이핑필터(150)의 발열을 모니터링 할 수 있다. 상기 발열모니터링부(160)는 도 4를 참고하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 발열모니터링부(160)를 도시한 블록도이다.
도 4를 참고하면, 상기 발열모니터링부(160)는 온도측정부(161), 노이즈제거부(162) 및 오동작감지부(163)를 포함할 수 있다.
온도측정부(161)는 상기 쉐이핑필터(150)의 표면 온도를 측정할 수 있다.
노이즈제거부(162)는 상기 온도측정부(161)에서 측정한 측정값의 노이즈를 제거할 수 있다. 보다 상세하게는, 온도측정부(161)로부터 측정한 측정값 중 노이즈에 해당하는 값을 제외하고 유효한 값만을 추출할 수 있다. 노이즈 제거를 위해서는 상기 측정값에 대한 정상범위 및 유효데이터 범위를 산출하되, 상기 정상범위는, 기설정된 기간동안 상기 온도측정부(161)로부터 측정되는 값의 상한값, 하한값 및 평균값을 이용하여 하기 [수학식 1]에 따라 제한값(Lud)을 산출하고,
[수학식 1]
(여기서, Uv는 상한값, Av는 평균값, Lv는 하한값을 의미함)
상기 평균값에서 상기 제한값을 뺀 차이값 내지 상기 평균값에서 상기 제한값을 더한 값까지를 정상범위로 산출하여, 상기 산출된 정상범위를 제외한 데이터를 노이즈 데이터로 판단할 수 있다.
일례로, 상기 상한값(Uv)이 38.5℃이고, 상기 평균값(Av)이 36.6℃이며, 상기 하한값(Lv)이 36.1℃인 경우, 상한값과 평균값의 차이가 38.5℃-36.6℃=1.9℃, 평균값과 하한값의 차이는 36.6℃-36.1℃=0.5℃이므로, 더 큰 원소인 1.9℃가 제한값(Lud)으로 산출될 수 있다.
상기와 같이 제한값이 산출되면 정상범위가 결정될 수 있는데, 상기 평균값에서 상기 제한값을 뺀 값부터 상기 평균값에서 상기 제한값을 더한 값까지를 정상범위로 확정할 수 있다.
따라서, 상기 산출된 정상범위의 범위 내 포함되지 않은 데이터는 노이즈 데이터로 판단하는 것이 원칙이다.
다만, 노이즈 데이터를 보다 세분화하기 위해 아래와 같은 기준을 추가 적용할 수 있다. 일례로, 노이즈 데이터는 상기 온도측정부(161)로부터 측정된 측정값이 정상범위를 벗어나고, 상기 정상범위를 벗어난 데이터가 기설정된 횟수이상 연속적으로 발생하지 않는 동시에, 상기 정상범위를 벗어난 직전 데이터값인 종전값과 기설정된 오차범위(이때, 상기 오차범위는 센서의 종류와 민감도에 따라 -5% ~ +5% 내지 -20% ~ +20%사이로 설정할 수 있음) 내 포함되지 않는 값으로 판단된 측정값을 노이즈 데이터로 최종 결정하여, 노이즈 데이터 선별에 보다 정확도를 높일 수 있다.
또한, 상기 기설정된 횟수는, 2회 내지 5회로 설정하여 상기 횟수 범위를 만족하는지 여부에 따라 상기 정상범위를 벗어난 데이터가 연속적인지 불연속적인지를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 노이즈제거부(162)의 전체 측정값을 이용하여 정상범위를 산출하고 노이즈 데이터를 구분하는 과정은 도 5를 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 온도측정부(161)를 통해 측정한 측정값 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 상기 노이즈제거부(162)는 정상범위(240) 내에서 측정된 값들만 유효한 값으로 인식하는데, 상기 정상범위(240)는 기설정된 구간 동안의 초기값들을 입력받은 후, 상기 초기값들의 평균값(230)과 평균편차를 이용하여 산출할 수 있다.
이때, 상기 초기값들 중에서도 무의미한 데이터가 포함될 수 있으므로, 입력받은 전체 초기값들 중 예측범위 내에 있는 초기값들만 상기 정상범위(240) 도출에 이용하며, 상기 예측범위(250)는 아래와 같은 방법으로 산출될 수 있다.
예측범위(250)를 산출하기 위해서는, 기설정된 구간 동안의 전체 초기값들의 평균값(230)에 평균편차의 N배수를 더한값을 예측범위(250)의 상한경계값(210)으로, 기설정된 구간 동안의 전체 초기값들의 평균값(230)에 평균편차의 N배수를 뺀값을 예측범위(250)의 하한경계값(220)으로 결정하여 상기 상한과 하한 사이 값을 예측범위(250)로 산출할 수 있다.
이때, 상기 N배수의 N값은 최소 1.5부터 최대 20까지 센서에 따라 설정될 수 있다.
일례로, 상기 온도측정부(161)를 통해 기설정된 구간 동안 센싱된 측정값의 평균값(230)이 55℃이고, 평균편차가 2℃로 산출되었으며, N배수가 9로 설정된 경우, 예측범위(250)의 상한경계값(210)은 55+2Х9=73℃, 하한경계값(220)은 55-2Х9=37℃로 산출될 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해, 상기 노이즈제거부(162)는, 상기 평균값(230), 평균편차 및 배수를 이용하여 상한경계값(210) 및 하한경계값(220)을 산출하고, 그 사이 범위인 37℃ ~ 73℃를 예측범위(250)로 설정할 수 있다.
상기와 같이, 평균값(230), 상한경계값(210) 및 하한경계값(220)을 이용하여 예측범위(250)를 산출함으로써 정상범위(240)를 확정하기 위한 데이터 선별을 보다 신뢰할 수 있다.
이하에서는 상기 예측범위(250)를 이용하여 정상범위(240)를 산출하기 위한 과정을 설명한다.
우선, 예측범위(250) 내 가장 큰 측정값을 상한값(205), 가장 작은 측정값을 하한값(206)으로 추출하고, 상기 [수학식 1]을 통해 상기 평균값(230), 상한값(205) 및 하한값(206)을 이용하여 제한값을 산출할 수 있다.
상기 [수학식 1]을 통해 제한값이 산출되면, 상기 평균(230)값에서 제한값을 뺀 측정값 내지 상기 평균값(230)에서 제한값을 더한 측정값을 정상범위(240)로 결정하고, 상기 정상범위(240)를 벗어난 측정값을 노이즈 데이터로 판단할 수 있다.
이때, 앞서 결정된 예측범위 37℃ ~ 73℃ 내에서 가장 큰 값인 상한값(205) 및 가장 작은 값인 하한값(206)을 도출하고, 이를 [수학식 1]에 적용하여 제한값을 산출하면 제한값은 max{(64-55), (55-48)}=9℃로 결정될 수 있다.
즉, 상기 예측범위(250)를 벗어나는 데이터인 제1 지점 데이터(201), 제2 지점 데이터(202), 제3 지점 데이터(203) 및 제4 지점 데이터(204)를 상한값 및 하한값 산출에서 제외함으로써, 무의미한 데이터가 정상범위 산출에 사용되는 것을 사전에 방지할 수 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐 상기 정상범위(240)는 평균값(230)과 상기 제한값의 차인 55-9=46℃부터 평균값(230)과 상기 제한값의 합인 55+9=64℃까지로 산출되고 상기 정상범위(240)에 포함되지 않은 측정값인 상기 제1 지점 데이터(201), 제2 지점 데이터(202), 제3 지점 데이터(203) 및 제4 지점 데이터(204)를 노이즈 데이터로 판단할 수 있다.
다시 도 4를 참고하면, 오동작감지부(163)는 상기 온도측정부(161)의 오동작을 감지할 수 있다. 상기 오동작감지부(163)는 노이즈 데이터의 발생 패턴을 이용하여 센서불량 등 특이사항 발생 가능성을 판단할 수 있는데, 그 실시례는 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
일례로, 상기 노이즈 데이터가 상기 종전값과 비교하여 상기 기설정된 오차범위 내에 존재하며, 상기 동일값의 센싱주기가 기설정된 시간 간격으로 다수 개 측정된다면, 이는 상기 온도측정부(161)의 불량으로 인해 발생할 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있다.
즉, 정상범위를 벗어나 노이즈 데이터로 판단된 다수의 측정값과 측정간격이 오차범위 내 포함되어 일정한 간격으로 측정되는 경우, 센서 측정 부위 내 발열 또는 냉각물질 존재, 센서의 전기적 신호 송수신 문제 등 지속적으로 정상범위를 벗어난 측정값이 측정될 가능성이 높을 것으로 판단되므로 온도측정부(161)의 센서 불량 데이터로 인식하여 온도측정부(161)의 센서 수리, 교체 등을 고려할 수 있는 근거로 사용될 수 있다.
일례로, 상기 도 5와 같이 정상범위가 설정되고, 상기 정상범위를 벗어나는 노이즈 데이터를 포함하고 있으나, 상기 센서 불량 데이터 조건에 부합하는 경우, 상기 노이즈 데이터들은 센서 불량으로 인해 발생되는 데이터로 인식할 수 있으며, 구체적인 실시례는 상기 도 6을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 온도측정부(161)를 통해 측정한 데이터 중 일정한 간격으로 발생한 노이즈값이 포함된 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 상기 온도측정부(161)를 통해 데이터를 측정하는 과정에서 상기 정상범위를 벗어난 노이즈 데이터가 다수 회 발생되며, 종전 노이즈 데이터와 비교하여 -10% ~ +10%이내의 오차범위 내에서 연속적으로 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 상기 오차범위 내에서 발생하는 노이즈 데이터가 일정한 주기로 반복되는 경우, 상기 노이즈 데이터들을 통해 센서 불량이 발생한 것으로 예측할 수 있다.
여기서, 상기 노이즈 데이터가 일정한 주기로 반복된다함은 노이즈 데이터가 나타나는 주기가 오차범위 -10% 내지 +10% 인 것을 의미할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 정상범위를 벗어난 제5 지점 데이터(301), 제6 지점 데이터(302) 및 제7 지점 데이터(303)가 측정되되, 상기 제5 지점 데이터(301) 0.5초 시점에 측정되었고, 제6 지점 데이터(302)가 0.75초에 측정되었다면 제5 지점(301)과 제6 지점(302)의 시간간격은 0.25초(t1)이다. 또한, 제7 지점 데이터(303)는 1초에 측정되었으므로, 제6 지점 데이터(302)와 제7 지점 데이터(303)가 측정된 시간간격은 0.25초(t2)이므로, 제5 지점 데이터(301) ~ 제6 지점 데이터(302)의 시간간격과 제6 지점 데이터(302) ~ 제7 지점 데이터(303)의 시간간격은 0초이고, 오차범위 10% 범위인 0.075초를 초과하여 발생하지 않았다.
따라서, 다수의 노이즈 데이터가 정상 범위를 벗어났으며, 발생 주기가 일정한 범위 내에 있는 것으로 판단되므로, 센서에 불량이 발생한 것으로 예측할 수 있다.
이러한 경우에는 상기 온도측정부(161)의 불량 여부를 체크하도록 관리자에게 안내메시지 등을 발송할 수 있으며, 보다 상세하게는, 상기 오동작감지부(163)에서 상기 온도측정부(161)에 측정되는 데이터를 통해 센서 불량으로 예측되는 경우, 관리자에게 알람을 제공하여 상기 온도측정부(161) 내 마련된 센서의 불량여부 점검을 유도할 수 있다.
한편, 상기 온도측정부(161)에서 측정된 다수의 데이터가 일정 시간동안 정상범위를 벗어나되, 유사한 값 범위 내에서 연속적으로 측정되는 경우, 센서불량이 아닌 주변 환경에 따른 오동작이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이는 도 7을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 온도측정부(161)를 통해 측정한 데이터 중 연속으로 발생한 노이즈값이 포함된 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 0.52초부터 0.75초 사이 구간에서 정상범위를 초과한 다수의 노이즈 데이터가 검출되되, 다수의 노이즈 데이터가 일정한 오차범위 내(ex. 구간 내 최초 출현한 노이즈 데이터 값으로부터 10% 범위 내)에 분포되어 있다. 이와 같은 경우, 센서의 불량이 아닌 센서가 측정하는 환경을 제어하는 주변환경으로 인한 오동작으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도측정부(161)의 센서에 이물질이 끼어있는 경우 등이 수신되는 데이터 오류의 원인이 될 수 있다.
이러한 경우, 상기 온도측정부(161)의 환경 점검 요청 알람을 관리자에게 발송하여 온도측정부(161)의 환경 점검을 유도할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따르면, 레이저빔의 형태를 가우시안 분포에서 플래팟 형태로 분포하도록 변형함으로써, 레이저빔에 조사된 피삭재의 면적 온도를 고르게 하여 목표 온도에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 발열모니터링부 및 오동작감지부가 마련됨으로써, 발열로 인한 오동작을 방지할 수 있고, 노이즈제거부가 마련됨으로써, 온도측정부가 측정한 온도의 노이즈를 제거하여 보다 정확하게 발열을 모니터링 할 수 있는 효과를 가진다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일 실시례는 상기 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 일 실시례는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: MCT용 공작물 열처리를 위한 사각빔 형상의 레이저를 조사하는 레이저빔 쉐이핑 장치
110: 본체
120: 분광체
130: 반사체
140: 굴절체
150: 쉐이핑필터
151: 개폐부
152: 비전센서
153: 제어부
160: 발열모니터링부
161: 온도측정부
162: 노이즈제거부
163: 오동작감지부

Claims (5)

  1. 레이저빔의 출력 형상을 변형시키는 레이저빔 쉐이핑 장치에 있어서,
    광투과성으로 마련되고, 레이저빔을 직선으로 진행시키는 본체(110);
    상기 본체(110) 일측에 원뿔 형상으로 마련되고, 레이저빔을 반사하거나, 진행시키는 분광체(120);
    상기 분광체(120) 일측에 마련되고, 상기 분광체(120)에 의해 반사된 레이저빔을 다시 반사시켜, 상기 본체(110)로 진행시키는 반사체(130);
    상기 본체(110)의 타측에 마련되고, 상기 분광체(120)에 의해 진행되는 레이저빔을 굴절시켜 상기 반사체(130)가 반사시킨 레이저빔과 평행하게 진행시키는 굴절체(140);
    출력되는 레이저빔의 형상을 필터링하는 쉐이핑필터(150); 및
    상기 쉐이핑필터(150)의 발열을 모니터링 하기 위한 발열모니터링부(160);
    를 포함하고,
    상기 발열모니터링부(160)는,
    상기 쉐이핑필터(150)의 표면 온도를 측정하는 온도측정부(161);
    상기 온도측정부(161)에서 측정한 측정값의 노이즈를 제거하는 노이즈제거부(162); 및
    상기 온도측정부(161)의 오동작을 감지하는 오동작감지부(163);
    를 포함하는 레이저빔 쉐이핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쉐이핑필터(150)는,
    개별 개폐가 가능하고, 열렸을 때 상기 레이저빔을 진행시키고, 닫혔을 때 상기 레이저빔을 차단하는 다수의 개폐부(151);
    를 포함하는 레이저빔 쉐이핑 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저빔의 조사예정영역 외곽선을 촬영하는 비전센서(152); 및
    상기 비전센서가 촬영한 외곽선의 경로를 인식하고, 인식한 상기 경로에 따라 상기 개폐부의 개폐를 제어하는 제어부(153);
    를 더 포함하는 레이저빔 쉐이핑 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈제거부(162)는,
    상기 측정값에 대한 정상범위 및 유효데이터 범위를 산출하되,
    상기 정상범위는,
    기설정된 기간동안 상기 온도측정부로부터 측정되는 값의 상한값, 하한값 및 평균값을 이용하여 하기 [수학식 1]에 따라 제한값(Lud)을 산출하고,
    [수학식 1]

    (여기서, Uv는 상한값, Av는 평균값, Lv는 하한값을 의미함)
    상기 평균값에서 상기 제한값을 뺀 차이값 내지 상기 평균값에서 상기 제한값을 더한 값까지를 정상범위로 산출하여, 상기 산출된 정상범위를 제외한 데이터를 노이즈 데이터로 판단하되,
    상기 상한값 및 상기 하한값은,
    하한경계값부터 상한경계값에 이르는 범위로 정의되는 예측범위 내에서 도출하며,
    상기 하한경계값은, 기설정된 초기값의 평균값에 평균편차의 N배를 뺀값이고,
    상기 상한경계값은, 기설정된 초기값의 평균값에 평균편차의 N배를 더한값인 것을 특징으로 하는 레이저빔 쉐이핑 장치.
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