KR0165906B1 - 레이저 빔 진동장치 및 그것을 구비한 레이저 가공장치 - Google Patents

레이저 빔 진동장치 및 그것을 구비한 레이저 가공장치 Download PDF

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Abstract

제어가 용이하고, 소형이며, 집광이 용이하고, 고출력 레이저에 대응할 수 있고, 운전비용이 적게 드는 왕복진동형의 레이저 빔 진동장치를 제공한다.
요동축심(B)에 직교하는 면내에 위치하는 회전축심(A) 주위로 회전 가능하게 설치된 회전 지지부재(62)에 의해 가동 반사경(38) 및 전자 발진기(66)가 지지되어 있고, 제2모터(70)가 그 회전지지부재(62)를 회전 구동시킴으로써 가동 반사경(38)이 회전축심(A) 주위로 회전된다. 전자 발진기(66)에 의해 가동 반사경(38)이 요동축심(B) 주위로 진동되면 피가공물(14)상에 있는 레이저 광(L)의 조사점이 소정의 주파수로서 왕복 이동되며 동시에 제2모터(70)에 의해 가동 반사경(38)이 회전축심(A) 주위로 회전되면 피가공물(14)상에 있는 레이저광(L)의 조사점이 왕복 이동 방향이 필요한 방향으로 변화된다.

Description

레이저 빔 진동 장치 및 그것을 구비한 레이저 가공 장치
제1도는 본 발명의 한 실시예인 레이저 빔 진동 장치를 구비한 레이저 가공장치의 구성을 설명하는 블록선도.
제2도는 제1도의 레이저 빔 진동 장치를 확대하여 도시하며 그 작동을 설명하는 도면.
제3도는 제1도의 피가공물에 실시되는 패딩 용접 형상을 설명하는 도면.
제4도는 제1도의 레이저 가공 장치에 의한 레이저 광의 조사점의 궤적과 그 레이저 광의 피조사면을 설정하는 도면.
제5도는 제1도의 레이저 가공 장치의 작동을 설명하는 흐름도.
제6도는 제1도의 레이저 가공 장치에 의한 패닝 용접 과정에서 용접 분말 공급 위치 및 불활성 가스의 공급 위치를 설명하는 도면.
제7도는 제5도에 도시한 실시예에서 제1도의 가공 제어 장치에 의해 제어되는 레이저 빔 진동 장치의 작동을 설명하는 도면.
제8도는 제5도의 실시예에 의해 얻어지는 효과의 일부를 설명하는 도면.
제9도는 본 발명의 다른 실시예로서 레이저 빔 진동 장치 및 그 작동을 설명하는 도면.
제10도는 제9도의 실시예에서의 작동을 설명하는 흐름도.
제11도는 본 발명의 다른 실시예로서 제9도에 해당하는 도면.
제12도는 본 발명의 다른 실시예로서 제10도에 해당하는 도면.
제13도는 본 발명의 다른 실시예로서 제8도에 해당하는 도면.
제14도는 본 발명의 다른 실시예로서 레이저 헤드의 구성을 설명하는 도면.
제15도는 본 발명의 다른 실시예로서 제14도에 해당하는 도면.
제16도는 종래의 레이저 빔 진동 장치의 구성을 설명하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 레이저 가공장치 14 : 피가공물
32 : 레이저 광원 36 : 레이저 빔 진동 장치
38 : 가동 반사경 62 : 회전 지지부재
[산업상의 이용분야]
본 발명은 레이저 빔 진동 장치 및 이것을 구비한 레이저 가공장치에 관한 것이다.
[종래기술]
레이저 빔을 피가공물에 조사(照射)함으로써 용접, 절단, 담금질, 표면처리, 표층제거 등의 가공을 행하는 형식의 레이저 가공장치가 알려져 있다. 이와 같은 형식의 레이저 가공장치에서는 고출력의 레이저 빔을 일정한 피조사면에 조사함으로써 고에너지를 국부적으로 집중시킬 수가 있기 때문에 비교적 정확도가 높고 미세한 가공을 할 수 있는 이점이 있다. 또 피조사면이 일정한 폭을 구비한 경우에는 레이저 빔의 조사점을 일정한 주파수에서 폭방향을 왕복 이동 또는 원주 방향으로 돌아가며 이동시키면서 길이 방향으로 이동시키게 된다. 이때 조사면이 곡선상, 원호상, 환상인 경우에는 피조사면의 폭방향이 일정하지 않기 때문에 레이저 빔의 조사점을 모든 방향으로 왕복 진동시킬 수 있는 레이저 빔 진동 장치를 필요로 한다.
여기에 대하여 예를 들면 제16도에 도시하는 레이저 빔 진동 장치(200)가 제안되어 있다. 이 레이저 빔 진동 장치(200)는 하나의 축 주위를 회전 가능하게 지지된 가동 반사경(202,204)을 전자 액추에이터(206,208)를 이용하여 일정한 주기로 진동시키는 X축 방향 발진기(210) 및 Y축 방향 발진기(212)가 서로의 가동 반사경(202,204)의 회전 축심을 서로 교차시킨 상태에서 조합함으로써 구성된다. 또한, 예를 들면 일본 공개 특허 평 3-285785호 공보에 기재된 바와 같이, 레이저 빔에 대하여 빗나간 광축을 갖는 집광렌즈를 그 광축 주위로 회전시키는 것에 의하여 레이저 빔의 조사점을 주위로 돌아가게 하는 레이저 빔 진동 장치가 제안되어 있다.
[발명이 해결해야 하는 과제]
그런데 상기 종래의 레이저 빔 진동 장치에서는 아래에 설명하는 여러가지 단점이 있었다. 즉, 전자의 레이저 빔 장치에서는 복수의 발진기의 작동을 조합시키는 것에 의하여 왕복 진동 방향을 결정하기 때문에 제어가 복잡해지는 점, 복수의 발진기를 입체적으로 조합시키는 것에 의하여 구성되기 때문에 커다란 점유 공간을 필요로 하는 점, 집광렌즈 뒤에 복수의 발진기를 배치할 필요가 있기 때문에 초점이 긴 볼록렌즈가 필요하게 되어 집광성을 충분히 얻을 수 없는 점이 있었다. 또한 후자의 레이저 빔 진동 장치에서는 조사점을 주위로 돌아가게 하는 것이 효과적인 사용으로 한정되는 점, 고속 회전 부분에 배치된 렌즈의 냉각이 곤란하기 때문에 고출력 렌즈로서는 적절하지 않은 점, 및 집광 장치가 렌즈에 한정되기 때문에 금속 거울로써 집광하는 경우에 비하여 수명이 짧고 운전비용이 높다는 점이 있었다.
본 발명은 이상의 사정을 배경으로 한 것이며, 그 목적은 제어가 용이하고, 소형이며, 집광이 용이하고, 고출력 렌즈에 대응할 수 있고, 운전비용이 낮은 왕복 진동형 레이저 빔 진동 장치를 제공하는 것에 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 요지로 하는 것은 제1축심 주위에 요동 가능하게 설치된 가동 반사경과, 이 가동 반사경에 소정 주파수의 왕복 요동을 부여하는 진동 구동 장치를 가지고, 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔을 그 가동 반사경에서 일정한 방향으로 반사시키는 것에 의해 그 레이저 빔의 조사점을 일정한 방향으로 왕복 진동시키는 레이저 빔 진동 장치에 있어서, (a) 상기 제1축심에 직교하는 면내에 위치하는 제2축심 주위에 회전 가능하게 설치되어 가동 반사경 및 진동 구동 장치를 지지하는 회전 지지부재와, (b) 그 회전 지지부재를 회전 구동함으로써 가동 반사경을 제2축심 주위로 회전시키는 회전구동 장치를 포함하는 것에 있다.
[작용]
이와 같은 구성에 의하면, 제1축심에 직교하는 면내에 위치하는 제2축심 주위로 회전 가능하게 설치된 회전 지지부재에 의하여 가동 반사경 및 진동 구동장치가 지지되어 있고, 회전 구동 장치가 그 회전 지지부재를 회전 구동하는 것에 의하여 가동 반사경이 제2축심 주위로 회전된다. 따라서 진동 구동 장치에 의해 가동 반사경이 제1축심 주위로 진동되면 피조사부재상에서 레이저 빔의 조사점이 일정한 주파수로서 왕복 이동되며 동시에 회전 구동 장치에 의해 가동 반사경이 제2축심 주위로 회전되면 피조사부재상에서 레이저 빔의 조사점의 왕복 이동 방향이 원하는 방향으로 변화된다.
[발명의 효과]
그러므로, 본 발명의 레이저 빔 진동 장치에 의하면 진동 방향의 제어가 용이할 뿐 아니라 단일 가동 반사경을 이용하기 때문에 소형으로 됨과 동시에 초점이 짧은 집광용 광학 소자를 이용할 수가 있으므로 집광이 용이해진다. 또한, 레이저 빔 진동용 볼록렌즈를 이용하지 않기 때문에 고출력 렌즈에 대응할 수 있고, 집광용 광학 소자로서 오목 거울을 이용할 수 있으며, 운전비용이 낮은 이점이 있다.
여기서 상기 제1발명의 레이저 빔 진동 장치를 구비한 레이저 가공 장치에서는, 양호하게도, (c) 피가공물상에 형성된 소정폭의 선형 피조사면을 조사하기 위해서 레이저 빔의 조사점이 그 선형 피조사면을 따라 이동하도록 그 피가공물을 레이저 빔 진동장치에 대하여 상대적으로 평행 이동시키는 피가공물 상대 이동장치와, (d) 상기 상대 이동 장치에 의한 피가공물의 상대적 평행 이동에 관련하여 가동 반사경의 제2축심 주위의 회전각을 변화시킴으로써 레이저 빔의 조사점을 그 피조사면의 폭방향으로 왕복 진동시키는 회전 제어 수단이 설치되어 있다. 이러한 형태에 의하면 비교적 단순한 제어로써 피조사면의 어느 장소에도 그 폭 전체에 조사점이 왕복 이동된다.
또한, 상기 제1발명의 레이저 빔 진동장치를 구비한 레이저 가공장치에는 양호하게도, (e) 피가공물상에 형성된 소정폭의 선형 피조사면을 조사하기 위해서 가동 반사경의 제2축심 주위의 회전각에 관련하여 레이저 빔의 조사점이 그 선형 피조사면의 길이 방향으로 이동하고 또 그 선형 피조사면의 폭과 일치하도록 진동 구동장치를 제어하는 진폭 제어 수단이 설치되어 있다. 이러한 형태에 의하면 피가공물 상대 이동장치나 오프셋 장치를 이용하지 않고 피조사면의 어느 장소에도 그 폭 전체에 조사점이 왕복 이동된다.
또, 제1발명의 레이저 빔 진동장치를 구비한 레이저 가공 장치에는 양호하게도, (f) 레이저 빔 진동 장치와 피가공물 사이에 설치되어 그 레이저 빔 진동 장치로부터 출력되는 레이저 빔을 입사하여 그 레이저 빔의 광축과 직각 방향으로 소정의 오프셋량만큼 벗어난 출력 위치에서 그 레이저 빔의 광축에 평행한 레이저 빔을 출력시킴과 동시에 그 레이저 빔의 출력 위치를 입사 위치 주위로 회전시키는 오프셋 장치와, (g) 피가공물상에 형성된 소정폭의 선형 피조사면을 조사하기 위해서 상기 오프셋 장치의 회전 위치에 관련하여 가동 반사경의 제2축심 주위의 회전각을 변화시킴으로써 레이저 빔의 조사점을 그 선형 피조사면의 폭방향으로 왕복 진동시키는 회전 제어 수단이 설치되어 있다. 이러한 형태에 의하면 비교적 단순한 제어에 의해 피조사면의 어느 장소에도 그 폭 전체에 조사점이 왕복 이동된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 일실시예인 패딩(padding) 용접용 레이저 가공장치(10)의 구성을 도시하는 도면이다. 이 도면에서 프레임(12)에는 피가공물(14)을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키는 X-Y 테이블 장치(16)가 고정되어 있으며 한편, 레이저 헤드(18)가 그 X-Y 테이블 장치(16)의 상부에 위치하여 고정되어 있다.
X-Y 테이블 장치(16)는 Y축 구동 모터(20)에 의해 Y 방향에 위치가 정해지는 Y축 테이블(22)과, 상기 Y축 테이블(22)에 지지되어 X축 구동 모터(24)에 의해 X 방향에 위치가 정해지는 X축 테이블(26)로서 구성되어 있다. 이 X축 테이블(26)상에는 위치 결정 지그(28)를 거쳐서 피가공물(14)이 고정된다.
상기 레이저 헤드(18)는 하우징(30)에 고정된 레이저 광원(32), 이 레이저 광원(32)에서 출력된 레이저 광(L)을 반사하는 고정 반사경(34), 이 고정 반사경(34)에서 반사된 레이저 광(L)을 레이저 빔 진동장치(36)의 가동 반사경(38)을 향하여 반사하는 집광용 오목거울(40)을 구비한다. 이 가동 반사경(38)에 의해 반사된 레이저 광(L)은 하우징(30)의 사출통(42)을 통하여 피가공물(14)에 조사된다. 이 사출통(42)에는 환상부재(44)가 수직축 주위로 회전 가능하게 베어링(46)을 거쳐서 지지되고, 그 환상부재(44)에는 불활성가스 공급통(48)과, 분말 정량 공급 장치(50)에 의해 패딩용 용접 금속 분말이 도입되는 용접 금속 분말 공급통(52)이 설치되어 있다. 상기 환상부재(44)는 제1벨트(54)를 거쳐서 제1모터(56)와 연결되고 용접 과정에서 불활성 가스 공급통(48) 및 용접 금속 분말 공급통(52)이 레이저 광(L)의 조사점과 동시에 이동되도록 되어 있다.
상기 레이저 빔 진동장치(36)는 베어링(60)을 거쳐서 하우징(30)에 설치됨으로써 수직선에 대하여 약 45도 경사진 회전 축심(A) 주위로 회전 가능하게 지지된 회전 지지부재(62)와, 이 회전 지지부재(62)에 있는 회전 축심(A)과 직교하는 요동 축심(A) 주위로 회전 가능하게 설치되어서 가동 반사경(38)이 고정된 거울 홀더(64)와, 회전 지지부재(62)에 설치되어 거울 홀더(64)에 진동을 가하는 진동 구동 장치로서의 기능을 하는 1쌍의 전자발진기(66)와, 제2벨트(68)를 거쳐서 회전 지지부재(62)와 연결됨으로써 가동 반사경(38)을 회전 축심(A) 주위로 회전시키는 제2모터(70)와, 회전 지지부재(62)와 연결됨으로써 그 회전 축심(A) 주위의 각도를 검출하는 회전각 센서(72)를 구비한다.
상기 거울 홀더(64) 및 전자 발진기(66)는 일본 공개 특허 평 4-170511호 공보에 기재된 진동 미러 장치와 동일한 구성이고, 제2도에 도시한 바와 같이 1쌍의 전자 발진기(66)를 종단하는 샤프트(74)의 선단이 거울 홀더(64)에 각각 연결됨과 동시에 1쌍의 전자 발진기(66)와 거울 홀더(64) 사이에는 상기 샤프트(74)를 포위하는 모양으로서 스프링(76)이 장착되어 있다.
상기 레이저 빔 진동 장치(36)에 의하면 요동 축심(B)에 직교하는 면내에 위치하는 회전 축심(A) 주위로 회전 가능하게 설치된 회전 지지부재(62)에 의하여 가동 반사경(38) 및 전자 발진기(66)가 지지되어 있고, 제2모터(70)가 그 회전 지지부재(62)를 회전 구동시킴으로써 가동 반사경(38)이 회전 축심(A) 주위로 회전된다. 그 때문에 전자 발진기(66)에 의해 가동 반사경(38)이 요동 축심(B) 주위로 진동되면 제2도의 화살표로 도시한 바와 같이 피가공물(14) 상에 있는 레이저광(L)의 조사점이 소정의 주파수로서 왕복 이동됨과 동시에 제2모터(70)에 의해 가동 반사경(38)이 회전 축심(B) 주위로 회전되면 피가공물(14) 상에 있는 레이저 광(L)의 조사점의 왕복 이동 방향이 요구 방향으로 변화된다. 따라서 레이저 빔 진동 장치(36)에 의하면 진동 방향의 제어가 용이할 뿐만 아니라 단일 가동 반사경(38)을 이용하기 때문에 소형으로 됨과 동시에 초점이 짧은 집광용 광학소자를 이용할 수 있으므로 집광이 용이하게 된다. 또한 레이저광(L)을 진동시키기 위한 볼록렌즈를 이용하지 않기 때문에 고출력 레이저에 대응할 수 있고, 집광용 광학 소자로서 집광용 오목거울(40)을 이용할 수가 있게 되어서 운전비용이 낮은 이점이 있다.
상기와 같이 구성된 레이저 헤드(18)는 제1도의 저면에 수직인 방향에서 필요에 따라 여러 대가 배치되어 있다. 그 배치 간격은 피가공물(14) 상의 가공부위의 간격에 맞추어 미리 설정된다. 그 가공 부위의 간격이 여러 종류가 있는 경우에는 다수의 레이저 헤드(18)는 상호 간격을 조절할 수 있도록 이동 가능하게 지지되며 동시에 그 상호 간격을 설정하는 설정 기구가 설치된다.
가공 제어 장치(90)는 도시하지 않은 CPU, RAM, ROM 등을 포함하는 소위 마이크로 컴퓨터를 구비하고, CPU는 RAM의 일시기억 기능을 이용하면서 미리 ROM에 기억된 프로그램을 따라 입력 신호를 처리하고, X-Y 테이블 장치(16) 상의 피가공물(14)의 위치를 제어함과 동시에 레이저광(L)의 조사 과정에서 제1모터(56)를 구동함으로써 불활성가스 공급통(48) 및 용접 금속분말 공급통(52)을 회전시키고, 레이저 빔 진동 장치(36)에 의한 레이저 광(L)의 반사 방향을 제어함으로써 피가공물(14)상의 소정 영역에 패딩 용접을 실시한다.
상기 피가공물(14) 상에 형성된 패딩 용접 부위는 예를 들어 실린더 헤드에 있는 개폐 밸브의 착석 부위이며, 제3도의 사선의 단면 형상으로 도시한 바와 같이 환상의 패딩(N)이 불활성 가스 분위기에서 용접 금속 분말이 용해됨으로써 형성된다. 이 때문에 레이저광(L)이 조사되는 피조사면(84)은 제4도에 도시한 바와 같이 소정폭(W)을 구비한 곡선이 이어지는 형상 즉 환상의 형상을 이루며, 용접 금속 분말을 용해시키기 위해서 레이저 광(L)의 조사점은 그 피조사면(84)의 폭(W) 예컨대 6 내지 7㎜ 정도만큼 왕복하면서 원주 방향으로 이동시킬 필요가 있다.
이하, 상기 가공 제어 장치(80)의 작동을 제5도의 흐름도를 이용하여 설명한다. 제5도의 스텝 SA1에서 피가공물(14)이 예정된 초기 위치에 배치된다. 이 초기 위치는 사출통(42)의 회전 중심과 피가공물(14) 상의 피조사면(84)의 중심점(C)이 일치하는 우치이다. 다음에 스텝 SA2에서, 레이저 광(L)의 조사가 개시되고 또 용접 금속 분말 공급통(52)으로부터 피조사면(84) 상에 용접금속의 분말이 공급되기 시작한다. 다음에 스텝 SA3에서 제2모터(70)에 의해 레이저 빔 진동장치(36)가 회전 축심(A) 주위로 소정량 즉 대단히 작은 일정한 각도 ΔθA만큼 회전되며 동시에 제1모터(56)도 거기에 동기하여 구동된다.
그 다음에 스텝 SA4에서 미리 기억된 관계[=fBO(θA)]로부터 레이저 빔 진동 장치(36)의 회전 축심(A) 주위의 실제 회전각 θA를 기초로 하여 진동각 θBO가 산출된다. 이 관계 [=fBO(θA)]는 함수 또는 데이타 맵의 형태로서 미리 기억되어 있고, 레이저 광(L)의 조사점의 왕복 진동에 따라 피조사면(84)의 폭(W)과 동일한 폭을 구비하도록 미리 구해진 것이다. 또한, 계속해서 스텝 SA5에서, 미리 기억된 관계[=fB(θA)]로부터 레이저 빔 진동 장치(36)의 회전 축심(A) 주위에서의 실제 회전각 θA를 기초로 하여 요동각 θB를 산출한다. 이 관계 [=fB(θA)]는 함수 또는 데이타 맵의 형태로서 미리 기억되고, 레이저 광(L)의 조사점이 피조사면(84)의 길이 방향을 따라서 이동되도록 미리 구해진 것이다. 그래서 스텝 SA6에서 상기와 같이 하여 결정된 진동각 θBO또는 요동각 θB이 출력된다. 이에 의하여 레이저 빔 진동장치(36)의 요동 축심(B) 주위의 가동 반사경(38)의 경사각이 제어되며 동시에 가동 반사경(38)이 진동각 θBO만큼 소정의 주파수 예컨대 수백 ㎐의 진동수로서 진동한다.
스텝 SA7에서, 레이저 광(L)의 조사 위치가 예정된 조사 완료 위치, 즉 본 실시예에서 원래의 조사 개시 위치로 복귀하였는가 아닌가를 판단한다. 처음은 이 스텝 SA7의 판단이 부정되기 때문에 스텝 SA3 이하가 반복하여 실행되고, 레이저 광(L)의 조사점이 폭방향으로 왕복되면서 제4도의 피조사면(84)내를 시계 방향으로 이동된다. 이와 같은 조사 과정에서 제1모터(56)에 의해 레이저 광(L)의 조사점의 이동에 동기하여 환상부재(44)가 회전 구동됨으로써 불활성가스 공급통(48) 및 용접 금속 분말 공급통(52)이 회전하기 때문에 제6도에 도시한 바와 같이 피가공물(14) 상에 형성된 소정폭의 환상의 피조사면(84) 중에서 레이저 광(L)의 조사 부위(LL)의 상류측 부근 위치(PF)에 용접 금속 분말 공급통(52)으로부터 용접 금속의 분말이 공급되며 동시에 그 피조사면(84) 중에서 레이저 광(L)의 조사부위(LL)의 하류측 부근 위치에서 그 조사부위(PF)를 향하여 불활성가스가 불활성가스 공급통(48)으로부터 방출되도록 되어 있다.
그래서 이상의 작동이 계속되는 동안, 스텝 SA7의 판단이 긍정으로 되면, 스텝 SA8에서 레이저 광원(32)으로부터 레이저 광(L)의 출력이 정지되며 동시에 용접 금속 분말 공급통(52)으로부터 용접 금속의 분말 공급이 중지되고, 한 사이클의 패딩 용접을 완료한다. 제7도는 상기 작동에 따른 레이저 광(L)의 조사 상태를 도시하고 있다. 즉, 본 실시예에서는 가동 반사경(38)이 회전 축심(A) 주위로 회전되는 과정에서 그 요동각 θB및 진동각 θBO이 제어됨으로써 레이저 광(L)의 조사점이 피조사면(84)내를 폭 방향으로 진동되면서 원주 방향으로 차례대로 이동되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 레이저 가공중에 피가공물(14)을 이동시키는 장치나 레이저광(L)을 오프셋시키는 장치를 이용하지 않고 피조사면(84)의 어느 장소에도 그 폭 전체에 레이저 광(L)의 조사점이 왕복 이동되는 이점이 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 가공중인 피가공물(14)은 정지 상태로 유지되기 때문에 예를 들어 제8도에 도시한 바와 같이 피가공물(14)의 상부면에 다수의 환상의 피조사면(84)이 배열되어 있는 경우에는 레이저 헤드(18)를 다수 배치함으로써 여러 장소의 가공이 동시에 행해질 수 있다. 이와 같이 하면 높은 가공능률을 얻을 수 있는 이점이 있다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 또 이하의 설명에서는 전술한 실시예와 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
제9도 및 제10도에 도시한 실시예에서, 레이저 빔 진동장치(36)의 가동 반사경(38)은 회전 축심(A)에 수직인 면에 대하여 소정각도 θA1만큼 미리 경사져 있다. 이 소정 각도 θA1는 스프링(76) 등의 기구적인 요소에 의해 설정되어 있고, 가동 반사경(38)에서 반사된 레이저 광(L)이 피조사면(84)과 동일한 모양의 원을 그리도록 결정되어 있다.
본 실시예의 가공 제어 장치(80)는 제10도의 흐름도로 도시한 바와 같이 작동하는데, 제10도의 흐름도는 전술한 제5도에 도시한 흐름도에서 스텝 SA5이 제외된 것과 동일한 모양으로 구성되어 있다. 즉, 본 실시예에서 가동 반사경(38)의 요동각 θB의 산출 및 출력이 행해지지 않는 점이 특징이고, 그외의 점은 제5도에 도시한 것과 동일한 작동이다. 본 실시예에서도, 레이저 광(L)의 조사점은 환상의 피조사면(84)의 폭 방향으로 진동되면서 환상의 피조사면(84)의 원주 방향으로 차례로 이동됨으로써 패딩 용접이 실행된다. 본 실시예에서도 전술한 실시예와 동일한 효과가 얻어지며 동시에 가동 반사경(38)의 요동각 θB의 제어가 불필요하게 되는 이점이 있다. 또 본 실시예의 레이저 광(L)의 조사점의 궤적은 환상의 피조사면(84)과 같이 진원(right circle)으로는 되지 않고, 거의 타원으로 되지만, 가공상 문제가 되지 않는 범위에서 실용 가치가 있다.
제11도 및 제12도에 도시한 실시예에서, X-Y 테이블 장치(16)에 의하여 피가공물(14)을 평행 이동시키면서 레이저 광(L)이 피조사면(84)에 조사된다. 즉, 제12도의 스텝 SC1 및 SC2에서, 상기 스텝 SA1 및 SA2와 같이, 피가공물(14)의 초기 위치가 정해진 후, 레이저 광(L)의 조사가 개시되며 동시에 용접 금속의 분말 공급이 개시된다. 이때 가동 반사경(38)에는 소정의 진동각 θBO1이 부여되고, 레이저 광(L)의 조사점은 피조사면(84)의 폭이 되도록 소정의 주파수로서 왕복 진동된다. 다음에 스텝 SC3에서 X축 구동 모터(24) 및 Y축 구동 모터(20)에 의해 피가공물(14)이 예정된 궤적을 따라 소정량으로 평행 이동된다. 즉, 레이저광(L)의 조사점이 피조사면(84)의 길이 방향을 따라 이동되듯이 피가공물(14)이 원호를 보완하는 것에 의해 구해진 다음의 X-Y 좌표점까지 미소하게 변위된다.
이어서 스텝 SC4에서, 이미 기억된 관계 [θA=fA(Pxy)]에서 피가공물(14)의 실제의 이동 위치 Pxy를 기초로 하여 가동 반사경(38)의 회전 축심(A) 주위에서의 회전각도 θA가 산출된다. 이 관계 [θA=fA(Pxy)]는 함수 또는 데이타 맵의 형태로서 미리 기억되고, 레이저 광(L)의 조사점의 진동 방향이 피조사면(84)의 폭방향으로 되도록 그 피조사면(84)에 대한 조사 위치에 따라서 변경시키기 위해 미리 구해진 것이다.
다음에, 스텝 SC5에서는 상기 스텝 SC4에서 결정된 가동 반사경(38)의 회전 축심(A) 주위의 회전 각도 θA가 출력되어서 가동 반사경(38)이 회전된 후, 스텝 SC6에서 레이저 광(L)의 조사 위치가 예정된 조사 완료 위치 즉, 본 실시예에서 원래의 조사 개시 위치로 복귀하였는가 아닌가를 판단한다. 처음에는 이 스텝 SC6의 판단이 부정이 되기 때문에 상기 스텝 SC3 이하가 반복하여 실행되고, 레이저 광(L)의 조사점이 폭 방향으로 왕복하면서 제11도의 피조사면(84)내를 시계방향으로 이동하게 된다. 이와 같은 조사 과정에서 제1모터(56)에 의해 레이저 광(L)의 조사점의 이동에 동기하여 환상부재(44)가 회전 구동됨으로써 피가공물(14) 상에 형성된 소정 폭의 환상의 피조사면(84) 중에서 레이저 광(L)의 조사 부위(LL)의 상류측 부근 위치(PF)에 용접 금속 분말 공급통(52)으로부터 용접 금속 분말이 공급되며 동시에 그 피조사면(84) 중에서 레이저 광(L)의 조사부위(LL)의 하류측 부근 위치에서 그 조사 부위(PF)를 향하여 불활성가스가 불활성가스 공급통(48)으로부터 방출되도록 되어 있다.
그래서, 이상의 작동이 계속되는 동안, 스텝 SC6의 판단이 긍정으로 되면, 스텝 SC7에서 레이저 광원(32)으로부터 레이저 광(L)의 출력이 정지되며 동시에 용접 금속 분말 공급통(52)으로부터 용접 금속의 분말 공급이 중지되고, 한 사이클의 패딩 용접을 완료한다. 본 실시예에서 피가공물(14)이 거기에 조사되는 레이저 광(L)을 중심으로 하고 또 환상의 피조사면(84)의 평균 반경 D를 갖는 원을 따라서 평행 이동되는 과정에서 그 회전각 θA가 제어됨으로써 레이저 광(L)의 조사점이 피조사면(84)내를 폭방향으로 진동되면서 원주 방향으로 차례대로 이동되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 레이저 가공중에 X-Y 테이블 장치(16)에 의해 피가공물(14)을 이동시킴으로써 레이저 광(L)의 조사점을 환상의 피조사면(84)의 길이 방향으로 이동시키기 때문에 가동 반사경(38)은 오로지 그 회전 축심(A) 주위의 회전각 θA가 피가공물(14)의 이동 위치 Pxy에 따라서 제어되는 정도이면 적당하다. 따라서, 제5도의 실시예와 비교하여 제어가 간단하게 된다고 하는 이점이 있다.
또한, 본 실시예에서는 가공중인 피가공물(14)이 평행 이동되기 때문에, 예컨대 제13도에 도시한 바와 같이 피가공물(14)의 상부면에 복수의 환상의 피조사면(84)이 배열되어 있는 경우에는 레이저 헤드(18)를 복수개 배치함으로써 여러 장소의 가공이 동시에 행해질 수 있다. 이와 같이하면 높은 가공 능률이 얻어지는 이점이 있다.
제14도에서는 피가공물(14)을 향하는 레이저 광(L)을 소정량 E만큼 수평 방향으로 오프셋시키기 위한 오프셋 장치(90)가 이용된 예를 도시하고 있다. 즉, 오프셋 장치(90)는 레이저 빔 진동 장치(36)로부터 피가공물(14)을 향하여 레이저 광(L)과 대략 일치하는 수직인 축심(F) 주위로 회전 가능하게 설치된 회전 하우징(92)과, 이 회전 하우징(92)내에 고정된 제1반사판(94), 제2반사판(96), 제3반사판(98) 및 제4반사판(100)을 구비한다. 제1반사판(94)은 레이저 빔 진동 장치(36)로부터 피가공물(14)을 향하는 레이저 광(L)을 수평 방향으로 반사하고, 제2반사판(96)은 그 레이저 광(L)을 하향으로 반사하고, 제3반사판(98)은 그 레이저광(L)을 회전 축심(F)을 향하여 반사하고, 제4반사판(100)은 그 레이저 광(L)을 회전 축심(F)에 평행이며 또 그 회전 축심(F) 혹은 레이저 빔 진동 장치(36)로부터 피가공물(14)로 향하는 레이저 광(L)에서 소정량 E만큼 수평 방향으로 오프셋한 레이저 광(L)을 피가공물(14)을 향해 반사한다.
본 실시예에 의하면 상기 회전 하우징(92)을 환상의 피조사면(84)의 중심(C)과 일치하도록 피가공물(14)을 배치하고, 상기 오프셋량 E를 환상의 피조사면(84)의 평균반경 D와 일치하도록 설정함으로써 제12도와 동일한 모양으로 작동함으로써 패딩 용접을 실시할 수 있다. 본 실시예에서도 제12도의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제15도의 오프셋 장치(90)는 수직인 레이저 광(L)과 대략 일치하는 수직인 축심(G) 주위로 회전 가능하게 설치된 회전 하우징(92)과, 이 회전 하우징(92)내에 고정된 집광용 오목 거울(106)과, 이 회전 하우징(92)내에 고정된 레이저 빔 진동 장치(36)를 구비한다. 본 실시예에서도 제14도의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 도면을 기초로 하여 설명하였는데 본 발명은 기타의 형태에도 적용된다.
예를 들어 전술한 실시예의 레이저 빔 진동 장치(36)에서는 회전 축심(A)과 직교하는 요동 축심(B) 주위로 거울 홀더(64)가 회전 가능하게 설치되어 있는데, 완전한 직각이 아니어도 좋으며, 가동 반사경(38)의 반사면 상에 요동 축심(B)이 위치하도록 거울 홀더(64)를 지지하여도 좋다.
또한, 전술한 실시예에서 레이저 가공중인 피가공물(14)을 레이저 헤드(18)에 대하여 이동시키는 X-Y 테이블 장치(16)를 이용하고 있는데, 그에 대체하여 피가공물(14)에 대하여 레이저 헤드(18)를 X-Y 방향으로 이동시켜서 위치 결정하는 장치를 설정하여도 좋다. 필요에 따라 피가공물(14)과 레이저 헤드(18)를 상대적인 위치에 결정하는 장치이어도 좋다.
또 전술한 실시예의 피조사면(84)은 소정폭(W)을 갖는 환상선인데, 원호상의 선, 직선, 갈짓자선도 금지하는 것은 아니다.
또한 전술한 실시예에서 집광용 오목거울(40)이 이용되었는데, 거기에 대체하여 집광용 볼록렌즈를 설치하여도 좋다.
기타, 본 발명은 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변경을 더할 수 있다.

Claims (4)

  1. 제1축심 주위로 요동 가능하게 설치된 가동 반사경(38)과, 이 가동 반사경에 소정 주파수의 왕복 요동을 부여하는 진동 구동 장치(66)를 가지고, 레이저 광원(32)에서 출력된 레이저 빔을 그 가동 반사경(38)에서 반사시킴으로써 그 레이저 빔의 조사점을 일정한 방향으로 왕복 진동시키는 레이저 빔 진동 장치(36)에 있어서, 상기 제1축심에 직교하는 면내에 위치하는 제2축심 주위에 회전 가능하게 설치되어서 상기 가동 반사경(38) 및 진동 구동 장치(66)를 지지하는 회전 지지부재(62)와, 상기 회전 지지부재(62)를 회전 구동함으로써 가동 반사경(38)을 제2축심 주위로 회전시키는 회전 구동 장치(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 진동 장치.
  2. 제1항의 레이저 빔 진동 장치를 구비한 레이저 가공 장치에 있어서, 피가공물상에 형성된 소정폭의 선형 피조사면을 조사(照射)하기 위해서 레이저 빔의 조사점이 그 선형 피조사면을 따라 이동하도록 그 피가공물을 레이저 빔 진동 장치에 대하여 상대적으로 평행 이동시키는 피가공물 상대 이동 장치(16)와, 상기 상대 이동 장치(16)에 의한 피가공물의 상대적 평행 이동에 관련하여 가공 반사경(38)의 제2축심 주위의 회전각을 변화시킴으로써 레이저 빔의 조사점을 그 피조사면의 폭 방향으로 왕복 진동시키는 회전 제어 수단(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  3. 제1항에 레이저 빔 진동 장치를 구비한 레이저 가공 장치에 있어서, 피가공물상에 형성된 소정폭의 선형 피조사면을 조사하기 위해서 가동반사경(38)의 제2축심 주위의 회전각에 관련하여 레이저 빔의 조사점이 그 선형 피조사면의 길이 방향으로 이동하고 또 그 선형 피조사면의 폭과 일치하도록 진동 구동 장치를 제어하는 진폭 제어 수단(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 제1항의 레이저 빔 진동 장치를 구비한 레이저 가공 장치에 있어서, 레이저 빔 진동 장치(36)와 피가공물(14) 사이에 설치되어 그 레이저 빔 진동 장치(36)로부터 출력되는 레이저 빔을 입사하여 그 레이저 빔의 광축과 직각 방향으로 소정의 오프셋량만큼 벗어난 출력 위치에서 그 레이저 빔의 광축에 평행한 레이저 빔을 출력시킴과 동시에 그 레이저 빔의 출력 위치를 입사 위치 주위로 회전시키는 오프셋 장치(90)와, 피가공물상에 형성된 소정폭의 선형 피조사면을 조사하기 위해서 상기 오프셋 장치의 회전 위치에 관련하여 가동 반사경(38)의 제2축심 주위의 회전각을 변화시킴으로써 레이저 빔의 조사점을 그 선형 피조사면의 폭 방향으로 왕복 진동시키는 회전 제어 수단(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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