KR101697777B1

KR101697777B1 - 레이저빔을 이용하는 작업편의 하이다이내믹 3ｄ 가공 장치

Info

Publication number: KR101697777B1
Application number: KR1020090135135A
Authority: KR
Inventors: 잔초 알렉스; 도링 토마스; 피에르 베르그만 진; 페트스첼거 안드레아스; 니트너 마이클
Original assignee: 예놉틱 아우토마티지어룽스테히닉 게엠베하
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2017-02-01
Also published as: KR20110078348A

Abstract

본 장치는 로봇 프레임(1) 및 다관절암(2)을 가진 관절 로봇(articulated robot); 그리고 말단에서 상기 다관절암과 결합되는 광섬유 케이블(5)을 포함하며, 상기 광섬유 케이블을 통해 빔 축(10)을 가진 레이저빔(11)은 상기 다관절암(2)의 제1축의 방향에서 상기 다관절암(2)에 주입된다.

광섬유 케이블(5)은 정렬 유닛(6)에 의해 간접적으로 다관절암(2)의 고정 선단과 결합되고, 상기 정렬 유닛은 시준 광학계(13) 및 적어도 2개의 정렬 거울들(12.1, 12.2)을 포함하며, 상기 정렬 거울들은 각각 회전축을 중심으로 선회 가능하고, 병진축(axis of translation)을 따라 이동 가능하며, 이 때 상기 회전축들 및 병진축들은 각각 서로 수직을 이루어서, 상기 레이저 빔(11)의 빔 축(10)이 광학 축(4)에 부합할 수 있다.

관절 로봇, 광섬유 케이블, 고체 레이저, 광섬유 레이저, 용접

Description

레이저빔을 이용하는 작업편의 하이다이내믹 3Ｄ 가공 장치{APPARATUS FOR HIGH DYNAMIC 3D PROCESSING OF WORKPIECE USING LASER BEAM}

본 발명은 광섬유 케이블을 통해 전달된 레이저빔을 로봇의 다관절암으로부터 가공용 작업편으로 안내하는 장치에 관한 것이다. 상기와 같은 기술 분야에 해당하는 장치는 독일 특허 공보 DE 43 35 367 C2에 공지되어 있다.

부품들(이하, 작업편이라 함)의 3차원 가공은, 특히 정형 가공(near net shape) 부품의 용접 또는 변형 공정후의 부품들의 트리밍(trimming) 및 프레임 형성과 같은 제조 과정에서 중요하다.

특히, 레이저빔을 이용하여 가공하게 될 작업편의 면이나 윤곽(contour)이 평면내에 있지 않은 경우(이하, 3D 윤곽이라 함), 관절 로봇을 이용하면 동작 사이클의 프로그래밍이 자유롭기 때문에 적은 투자 비용으로도 허용 가능한 제작 정확도를 가지며 매우 자유롭게 부품을 형성할 수 있다.

관절 로봇 및 레이저빔을 이용하는 작업편의 3D 윤곽 가공은 1 kW가 넘는 출력 범위에서 주로 고체 레이저(YAG, 다이오드 또는 광섬유 레이저)를 통해 수행된다. 유리하게도, 이러한 종류의 레이저빔은 하나 이상의 광섬유들로 구성된 광섬유 케이블을 통해 수 미터가 넘게 안내될 수 있어서, 레이저빔을 광섬유 케이블을 경유하여 로봇암 외부의 로봇 핸드까지 안내할 수 있음이 쉽게 추론된다. 이 때, 상기 로봇 핸드에는 레이저빔을 작업편으로 집속하기 위한 가공 광학계가 있다.

이하, 레이저빔은, 레이저원(laser source)으로부터 출사된 레이저빔이 하나의 광섬유만을 경유하거나, 광섬유 케이블에 집결된 다수의 광섬유들을 경유하여 안내되는 여부와 무관하게, 빔 축을 가진 레이저빔을 의미할 것이다.

독일 특허 공보 DE 43 35 367 C2에는 작업편의 3D 가공을 위한 로봇 핸드가 공지되어 있다. 5축 로봇의 제4축을 나타내는 핸드축에는, 광섬유 케이블의 플러그를 위한 연결부가 구비될 수 있다. 상기 연결부는 플러그 커넥터 또는 스크류 커넥터(screw connector)로 실시될 수 있다.

광섬유 케이블을 기계적 과부하로부터 보호하기 위해, 예컨대 나선형 피복부를 이용할 수 있다. 플러그에 광학 렌즈 장치가 통합될 수 있으며, 상기 광학 렌즈 장치를 이용하여 레이저빔은 공지된 방식으로 시준된다. 시준용 광학적 렌즈 장치가 섬유측 플러그 커넥터의 외부, 즉 플러그의 외부에 배치된 별도의 조립체일 수 있음을 지적해둔다.

당업자에게는, 상기와 같이 레이저빔이 로봇 핸드에 주입할 때, 광섬유 케이블의 광섬유들을 경유하여 안내되는 레이저빔의 축 및 로봇 핸드의 가공 광학계의 광학 축이 부합하지 않고, 플러그 커넥터의 조립 허용 오차에 따라 서로 오프셋(offset)되며 경사를 이룬다는 것이 자명하다.

그러나, 레이저빔은 로봇암내에서 비교적 짧은 구간만을 지나가므로, 즉 섬 유 말단과 가공 광학계 사이의 빔 경로가 짧으므로, 레이저빔의 축이 가공 광학계와 만나는 입사점은 광학 축이 관통하는 지점과 충분히 가까워서, 로봇 핸드의 상기 빔 경로내에서 상기 레이저빔의 쉐이딩(shading)이 발생하지 않는다.

한편, 레이저빔이 작업편에 집속될 때 경유하는 가공 광학계로 상기 레이저빔을 공급하는 이러한 방식의 단점은, 광섬유 케이블이 핸드축의 하이다이내믹 동작을 따라할 필요가 없는 경우에도, 상기 광섬유 케이블이 로봇암의 동작에 따라 지속적으로 기계적 부하를 받는다는 것이다. 상기 부하는 피복을 통해 차단될 수 있으나, 상기 피복이 광섬유의 이동성을 제한한다.

일반적으로, 광섬유는 150 ㎜보다 작은 굽힘 반경(bending radius)으로 휘어지면 안되기 때문에, 윤곽이 선명한 작업편을 로봇 핸드가 주행할 때 꺾임에 의한 섬유 손상이 발생할 수 있다.

또한, 광섬유 케이블은 하이다이내믹 동작 시 제어되지 않은 반동에 대해 더 민감하다.

광섬유가 손상된 경우, 일반적으로 광섬유 케이블이 대체되어야 하므로, 비용 및 휴지 시간(downtime)이 발생한다. 이 때, 가공 위치와 레이저원 사이의 간격이 수 미터에 이를 수 있어서, 광섬유 케이블이 체결형 신속 잠금(quick lock)을 구비한 경우에도 상기 광섬유 케이블의 대체 과정은 상당히 시간 집약적임을 유의해야 한다. 상기 간격은 예컨대 50 m이다.

유럽 특허 문헌 EP 1 579 962 B1에는 레이저빔을 이용하여 개별적 작업을 실시하기 위한 로봇이 공지되어 있는데, 이 때 레이저빔은 로봇의 다관절암 내부에 배치된 광학적 광섬유에 의해 안내된다.

상기와 같이 통합형 광섬유의 안내 방식은 감도 및 낮은 굽힘 반경(100-200 mm)때문에 하이다이내믹 로봇에 적합하지 않다.

상기 열거한 두 개의 종래 기술에 따른 해결 방안에 따르면, 광섬유 케이블이 로봇암과 함께 동작하여 동적으로 부하를 받기 때문에 그 유효 수명이 감소한다. 상기 광섬유는 빔 경로에서 가장 취약한 부분으로서 마모성 부품에 해당한다.

광섬유는 입력된 레이저빔의 전송(transport)을 위한 역할을 하거나, 그 자체가 레이저로서, 말하자면 광섬유 레이저(fiber laser)로 역할할 수 있다.

광섬유 레이저(fiber laser)는 예컨대 이테르븀 또는 에르븀으로 도핑된 유리 섬유와 같은 능동 섬유로 구성되며, 상기 섬유는 전송 섬유와 물질간의 결합 방식으로 결합된다. 능동 섬유의 길이는 예기치 않은 부작용의 발생에 따라 제한되므로, 기본적으로, 레이저빔을 주입 위치에서 빔 경로로 안내하거나 상기 레이저의 작용 위치로 안내하기 위해, 광섬유 케이블의 총 길이는 전송 섬유의 길이 선택에 의해 결정된다. 능동 섬유 및 전송 섬유는 거의 모놀리식 구조를 가지므로, 전송 섬유의 손상 및 그로 인한 전송 섬유의 교체 시, 물질간의 결합 방식으로 이루어진 상기 능동 섬유와의 결합을 완전히 다시 해야 한다. 전송 섬유의 기계적 부하를 방지하기 위해, 사용 시, 상기 전송 섬유는 공정 섬유와 결합되고, 능동 섬유, 전송 섬유 및 공정 섬유로 이루어진 광섬유 케이블의 동작은 공정 섬유의 영역에 한정된다.

공정 섬유는 완제품 섬유로서, 섬유-섬유 결합에 의해 간단히 교체될 수 있으며, 상기 섬유-섬유-결합은 플러그 결합 또는 스크류 결합일 수 있다. 섬유-섬유 결합에 의해 빔 품질이 현저히 불량해지며, 이는 빔 직경의 확대와도 결부된다. 일 예를 들자면 다음과 같다:

전송 섬유는 예컨대 50 ㎛의 직경을 가지며, 불가피한 정렬 오류 및 정렬 허용 오차에 의해 예컨대 100 ㎛로 그보다 큰 직경을 가진 공정 섬유와 섬유-섬유 결합 방식으로 결합한다. 직경이 2배가 되면, 작업편에 입사될 때의 빔 단면에 걸친 빔 밀도가 4배로 줄며, 이는 가공 속도의 감소 및 사이클 시간의 증가를 야기한다. 가공 공정의 총 효율이 감소한다.

따라서, 공정 섬유와의 결합을 생략할 수 있는 것이 필요할 수 있다.

유럽 특허 문헌 EP 0 440 002 B2 및 그 번역 문헌 DE 690 12 307 T3에 공지된 용접 로봇의 경우, 레이저빔은 로봇암 내에서 일련의 내부 거울들을 경유하여 상기 레이저빔을 집속하는 헤드에 안내된다. 상기 문헌에서는, 어떻게 레이저빔이 레이저원으로부터 로봇암에 반드시 존재하는 주입점에 도달하고 상기 레이저빔이 주입되는 가에 대한 정보가 제공되지 않는다. 여기서, 레이저원으로서 CO₂ 레이저를 고려하는 것으로 볼 수 있는데, 상기 레이저는 고체 레이저에 의해 광섬유로 안내되는 레이저빔에 비해 매우 높은 빔 품질을 가진 레이저빔을 방출한다. 광섬유들에서의 공정을 통해 빔 형상 및 화선(caustic)이 변경되되, 빔 세기에 있어서 거의 가우시안 분포(Gaussian distribution)로부터 탑-헤드(top-head) 분포가 획득되도록 변경된다.

본 발명의 과제는 레이저빔을 이용하는 작업편의 3D 가공 장치를 제공하는 것으로, 본 장치는 관절 로봇 및 광섬유를 통한 레이저빔 공급을 이용하여 동작하고, 이 때 상기 광섬유 케이블이 기계적 부하를 받지 않도록 한다.

본 발명에 따른 과제는 레이저빔을 이용한 작업편의 하이다이내믹 3D 가공을 위해 로봇 프레임 및 다관절암을 포함한 관절 로봇; 그리고 광섬유 케이블로 구성되는 장치를 통해 해결되며, 이 때, 상기 다관절암의 고정 선단은 로봇 프레임에 고정되고, 상기 다관절암의 자유 말단에 광학 축을 정의하는 가공 광학계가 구비되며, 상기 광섬유 케이블은 상기 다관절암의 말단과 결합되고, 빔 축을 가진 레이저빔이 상기 광섬유 케이블을 통해 다관절암안으로 결합(couple)된다.

광섬유 케이블은 다관절암의 고정 선단과 결합되되, 레이저빔이 전체의 다관절암을 통해 안내되도록 결합된다. 동일하게 유지되는 빔 품질로 레이저빔이 다관절암을 통해 안내될 수 있도록, 레이저빔이 출사되는 위치인 광섬유 케이블 말단은 다관절암의 고정 말단과 간접적으로 정렬 유닛(alignment unit)에 의해 연결된다. 정렬 유닛은 시준 광학계 및 적어도 2개의 정렬 거울(alignment mirror)들을 포함하고, 상기 정렬 거울들은 각각의 회전축을 중심으로 선회 가능하며, 각각의 병진축을 따라 이동 가능하고, 이 때 상기 회전축들 및 병진축들은 각각 서로 수직을 이루어서, 레이저빔의 빔 축이 광학 축과 부합할 수 있다. 빔 축들이 각각 광학 축에 대해 정렬 가능하고, 광섬유 케이블의 말단이 다관절암과 결합되도록, 당 분야에 일반적인 플러그 커넥터 또는 스크류 커넥터가 사용될 수 있다.

유리하게는, 광섬유 케이블 및 정렬 유닛 사이의 결합은 상기 광섬유 케이블에 구비된 플러그 및 정렬 유닛의 하우징에 구비된 부시(bush)에 의해 이루어진다. 상기 플러그 및 부시가 함께 하나의 체결형 신속 잠금을 형성한다.

광섬유 케이블이 기계적 부하를 받지 않으므로, 유리하게도, 상기 광섬유 케이블은 광섬유 레이저 및 전송 섬유로만 구성되거나, 광섬유 레이저로만 구성될 수 있어서, 일반적으로 기계적 부하를 받는 경우와 같이 마모성 부품으로서 공정 섬유를 더 결합하기 위한 목적으로 빔 품질을 불량하게 만드는 섬유-섬유 결합을 할 필요가 없다.

유리하게는, 정렬 유닛은 편향 거울을 더 포함하고, 상기 편향 거울은 정렬 거울의 회전축과는 상이한 별개의 회전축을 중심으로 선회 가능하며, 정렬 거울의 병진축과는 상이한 별개의 병진축을 중심으로 이동 가능하여, 정렬 유닛은 정렬을 위한 6개의 자유도(degrees of freedom)를 가지며, 부시는 정렬 유닛의 하우징에서 임의의 위치에 설계될 수 있다.

유리하게는, 가공 광학계의 렌즈들 및 시준 광학계의 렌즈들 각각은 서로에 대하여 병진적으로 이동할 수 있다.

가공 광학계의 렌즈들이 이동함으로써, 초점 위치는 가공 광학계와 서로 다른 거리로 조절될 수 있으며, 이는, 작업편 안착부의 간격이 일정하고, 가공될 작업편들의 두께가 서로 다른 경우에 필요하다.

시준 광학계의 렌즈들이 이동함으로써, 상기 렌즈들의 초점 거리가 레이저빔 의 발산(divergence)에 맞춰질 수 있으며, 이러한 발산을 통해 레이저빔이 광섬유 케이블로부터 출사된다.

이하, 본 발명은 도면을 이용하는 실시예들에 의거하여 상세히 설명된다.

도 1에 도시된 장치는 로봇 프레임(1) 및 다관절암(2)을 포함한 관절 로봇을 포함하며, 상기 다관절암은 복수 개의 축을 포함하고, 상기 다관절암의 자유 말단에 가공 광학계(3)가 구비되며, 상기 가공 광학계는 다관절암(2) 내의 빔 경로를 위한 광학 축(4)을 정의한다. 다관절암(2)의 다른 말단은 로봇 프레임(1)에 고정설치된다.

다관절암(2)은 중공체로서 상기 다관절암의 전체 길이 부분에 걸쳐 예컨대 30 mm의 자유 구경(aperture)을 가진다. 다관절암(2)의 내부에 위치한 거울들은 다관절암(2)에서 레이저빔(11)을 편향시키며, 다관절암(2)의 동작 시 거울들간의 간격이 항상 일정하여, 원하지 않는 빔 직경의 편차가 발생하지 않는다. 광학 축(4)은 거울들을 통해 편향되며, 다관절암(2)의 고정 말단에서 상기 다관절암(2)의 동작과 무관한 안정적 공간에, 그리고 상기 고정 말단으로부터 계산하여 다관절암(2)의 제1축의 방향으로 위치한다.

다관절암(2)의 상기 고정 선단은 간접적으로 정렬 유닛(6)에 의해 광섬유 케이블(5)의 말단과 연결된다. 정렬 유닛(6)는, 입사된 후 광섬유 케이블(5)로부터 출사되는 레이저빔(11)을 정렬할 수 있도록 설계되어, 상기 레이저빔의 빔 축(10)이, 상기 다관절암(2)의 제1축의 방향으로 상기 다관절암(2)의 고정 말단의 안정적 공간에 위치한 바와 같은 광학축(4)과 부합하며, 즉 상기 광학축에 정렬된다.

광섬유 케이블(5)과 정렬 유닛(6) 사이의 결합은 광섬유 케이블(5)에 구비된 플러그(7) 및 정렬 유닛(6)의 하우징(8)에 구비된 부시(9)에 의해 이루어지며, 바람직하게는, 상기 플러그 및 부시가 함께 하나의 신속 잠금을 형성한다. 상기 결합의 기계적 허용 오차 조건은 까다롭지 않은데, 이후에 정렬이 이루어지기 때문이다.

광섬유 케이블(5)의 말단이 견고한 커넥터들에 의해 간접적으로 다관절암(2)의 고정 선단과 연결되면서, 광섬유 케이블(5)은 다관절암(2)의 동작과 무관한 안정 상태로 유지되며, 즉 함께 동작하지 않으므로 동적 부하를 받지 않는다.

이를 통해, 광섬유 레이저로만 구성되거나 광섬유 레이저 및 전송 섬유로 구성된 광섬유 케이블(5)이 사용될 수 있다. 광섬유 케이블(5)은 기계적 부하를 받지 않아, 실질적인 마모를 입지 않으므로, 마모성 부품으로 교체 가능한 공정 섬유의 결합이 생략될 수 있다.

광섬유 케이블(5)은 이격되어 배치된 레이저원으로부터의 레이저빔(11)을 관절 로봇에 전송하는 역할만 한다.

광섬유 케이블(5)의 말단으로부터 출사된 레이저빔(11)의 빔 축(10) 위치는 광섬유 케이블(5)의 말단의 특성, 그리고 플러그(7) 및 부시(9)로 형성된 커넥터에 매우 의존한다. 이 때 x-, y- 및 z-방향에서 광학 축(4)에 대한 빔 축(10)의 위치 오차, 그리고 광학 축(4)에 대한 상기 빔 축의 경사도가 반드시 발생하며, 이는 레 이저빔(11)이 직접 다관절암(2)에 주입된 경우 상기 레이저빔이 광학축(4)에 대해 비동심으로(nonconcentric) 다관절암(2)을 통해 안내될 수 있다.

다관절암(2)내의 긴 경로 길이, 및 다관절암(2)에 통합된 거울들에서의 수 회의 편향에 의해 오류가 발생할 수 있다. 레이저빔(11)의 일부가 상기 통합된 거울에 더 이상 입사되지 않고, 다관절암(2)의 다른 부품들에 입사되어 상기 다른 부품들에 흡수되거나 상기 다른 부품들로부터 반사될 수 있다. 예기치 않은 흡수에 의해 다관절암(2)의 가열 및 그로 인한 손상을 초래할 수 있다. 예기치 않은 반사에 의해 레이저빔(11)의 빔 품질이 불량해질 수 있다.

광섬유 케이블(5)의 말단과의 결합이 까다롭지 않으면서 레이저빔(11)을 동일하게 유지되는 빔 품질로 다관절암(2)을 통해 안내할 수 있도록, 상기 레이저빔(11)이 다관절암(2)에 안내되기 전에 빔 축(10)은 정렬 유닛(6)를 이용하여 광학 축(4)에 정렬된다.

정렬 유닛(6)는 2개의 정렬 거울들(12.1, 12.2) 및 시준 광학계(13)로 구성된다. 시준 광학계(13)는 빔 방향에서 광학적으로 광섬유 케이블(5)의 말단 바로 뒤에 배치되며, 그 이후 두 개의 정렬 거울들(12.1, 12.2)이 후속하고, 상기 정렬 거울들 다음에, 빔 경로에서 다관절암(2)의 통합 거울들이 가공 광학계(3)까지 후속한다.

시준 광학계(13)는, 한편으로는, 광섬유 케이블(5)의 말단에서 출사되어 발산된 레이저빔(11)을 시준하여 상기 레이저빔(11)이 일정한 빔 직경을 가진 평행 빔 다발로서 다관절암(2)을 통해 안내되도록 할 수 있고, 다른 한편으로는, 상기 레이저빔(11)이 확산되어, 빔 단면에 걸친 빔 밀도가 통합된 거울들의 굽힘력에 맞춰져서, 상기 빔의 과열 및 그로 인한 변형을 방지하도록 설계된다.

시준된 레이저빔(11)은 두 개의 정렬 거울들(12.1, 12.2)에 의해 편향되고, 상기 정렬 거울들은 각각의 회전축 및 병진축을 중심으로 조절가능하다.

이 때, 두 개의 필수 회전축들 및 두 개의 필수 병진축들은 각각 서로 수직을 이룬다. 정렬 거울(12.1, 12.2)의 적합한 이동 및 회전에 의해, 빔 축(10)은 광학 축(4)에 부합한다.

도 2에 도시된 바와 같이 제2실시예에 따르면, 정렬 유닛은 두 개의 정렬 거울들(12.1, 12.2)에 대해 부가적으로 편향 거울(14)을 더 포함한다. 그러므로, 제1실시예의 경우와 같이, 로봇의 제1축의 방향에서 정렬 유닛(6)의 하우징(8)에 부시(9)가 설치될 필요가 없고, 임의의 위치에 배치될 수 있다. 편향 거울(14)은 광섬유 케이블(5)의 말단으로부터 출사된 레이저빔(11)을 제1정렬 거울(12.1)로 편향시키는 역할을 한다. 두 개의 정렬 거울들(12.1, 12.2) 및 편향 거울(14)에 의해, 정렬 유닛(6)는 빔 축(10)을 광학 축(4)에 정렬하기 위한 6개의 자유도를 가진다.

로봇으로부터의 출사점, 즉 다관절암(2)의 자유 말단에서, 용량적(capacitive)이거나 유도적인 거리 센서 및 목적에 맞는 센서 신호의 처리를 통해 작업편 표면 및 다관절암(2)의 자유 말단간의 거리가 조절된다. 상기 다관절암의 자유 말단은 공정 헤드 또는 절단 노즐(cut nozzle)로 형성된다.

평가 유닛을 통해 처리된 신호는, 로봇 제어부에 일정한 시간으로 전달되어 로봇 위치의 변화를 우선적으로 처리하도록 활용된다.

정렬은 로봇 헤드에 설치된 외부의 축을 이용하지 않고, 로봇에 의해 직접 이루어진다. 상기 외부 축을 이용하면 전체 구성이 어려워진다. 원활한 정렬을 달성하고, 빗맞힘(overshoot)을 방지하기 위해, 정렬 전략은 공정 헤드/절단 노즐 및 작업편 표면사이의 영역을 근거리 및 원거리로 나눈다. 원거리 영역에서, 정렬은 작업편 및 공정 헤드/절단 노즐간의 간격과 관련하여 이루어지고, 근거리 영역에서 공정 헤드/절단 노즐 및 유지해야할 간격(예컨대 0.2-2 mm)간의 차이가 백분율로 환산된 정렬 변수로서 수용된다.

도 1은 제1실시예에 따른 본 발명의 장치에 대한 원리 개략도이다.

도 2는 제2실시예에 따른 본 발명의 정렬 유닛에 대한 원리 개략도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 로봇 프레임 2 다관절암

3 가공 광학계 4 광학 축

5 광섬유 케이블 6 정렬 유닛

7 플러그 8 하우징

9 부시 10 빔 축

11 레이저 빔 12 정렬 거울

13 시준 광학계 14 편향 거울

Claims

레이저빔을 이용한 작업편의 하이다이내믹(high dynamic) 3D 가공 장치이고, 상기 3D 가공장치는, 로봇 프레임(1) 및 다관절암(2)을 가진 관절암 로봇; 및 광섬유 케이블(5)을 포함하고, 상기 다관절암(2)의 상기 다관절암의 고정 선단은 상기 로봇 프레임(1)에 고정되고, 상기 다관절암의 자유단에는 광학 축(4)을 결정하는 가공 광학계(3)가 배치되며, 상기 광섬유 케이블(5)은 상기 다관절암(2)의 고정 선단과 결합하여, 빔 축(10)을 가진 레이저빔(11)이 상기 다관절암(2)안에 주사될 수 있도록 된 3D 가공 장치에 있어서,

상기 광섬유 케이블(5)은 정렬 유닛(6)에 의해 간접적으로 상기 다관절암(2)의 고정 선단과 결합하며, 상기 정렬 유닛(6)는 광학적으로 빔방향을 따라 광섬유 케이블(5)의 말단 하류에 배치된 시준 광학계(13) 및 상기 시준 광학계(13)에 후속하는 적어도 2개의 정렬 거울들(12.1, 12.2)을 포함하고, 상기 정렬 거울(12.1, 12.2)들은 각각의 회전축을 중심으로 선회 가능하고, 각각의 병진축(axis of translation)을 따라 이동 가능하며, 상기 회전축과 병진축은 서로 직각을 이루어, 상기 빔 축(10)이 상기 광학 축(4)에 일치할 수 있게 되어 있고,

상기 정렬 유닛(6)는 광섬유 케이블(5)의 말단으로부터 출사된 레이저빔(11)을 제1 정렬 거울(12.1)로 편향시키는 편향 거울(14)을 더 포함하고, 상기 편향 거울(14)은 상기 정렬 거울(12.1, 12.2)들의 회전축과는 상이한 별개의 회전축을 중심으로 선회 가능하고, 상기 정렬 거울(12.1, 12.2)들의 벙진축과는 상이한 별개의 병진축을 중심으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 3D 가공 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 광섬유 케이블(5)과 상기 정렬 유닛(6) 사이의 결합은 상기 광섬유 케이블(5)에 구비된 플러그(7) 및 상기 정렬 유닛(6)의 하우징(8)에 구비된 부시(9)에 의해 이루어지며, 상기 플러그 및 부시가 함께 하나의 신속 잠금(quick lock)을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 가공 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 광섬유 케이블(5)은 광섬유 레이저 및 전송 섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 가공 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 가공 광학계(3)의 렌즈들 및 상기 시준 광학계(13)의 렌즈들은 각각 서로에 대하여 병진적으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 3D 가공 장치.