KR101710314B1 - 레이저 재료 가공 기계의 광학 요소，광학 요소를 갖는 레이저 가공 헤드 및 레이저 가공 기계를 작동하기 위한 방법 - Google Patents

레이저 재료 가공 기계의 광학 요소，광학 요소를 갖는 레이저 가공 헤드 및 레이저 가공 기계를 작동하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 재료 가공 기계에 설치를 위해 의도되고 레이저 가공 기계의 작동시에 광학적으로 미사용되고 그리고/또는 레이저 빔이 조사되지 않는 표면을 갖고, 표면의 영역 내에는 광학 요소(2)에 관한 판독가능한 정보를 포함하는 트랜스폰더(7)가 배치되어 있는 광학 요소(2)에 관한 것이다.

Description

레이저 재료 가공 기계의 광학 요소，광학 요소를 갖는 레이저 가공 헤드 및 레이저 가공 기계를 작동하기 위한 방법 {OPTICAL ELEMENT OF A LASER MATERIAL MACHINING TOOL，LASER MACHINING HEAD HAVING AN OPTICAL ELEMENT，AND METHOD FOR OPERATING A LASER MACHINING TOOL}
본 발명은 레이저 재료 가공 기계에 설치되는 광학 요소에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 광학 요소를 갖는 레이저 가공 헤드 및 레이저 재료 가공 기계를 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.
레이저 재료 가공 기계는 광학 요소로서, 특히 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있는, 또는 YAG 레이저 재료 가공 기계의 경우에 광학 요소로서 렌즈에 추가하여 광학 요소로서 보호 윈도우를 또한 포함할 수 있는 레이저 가공 헤드를 갖는다. 레이저 재료 가공의 분야에서, 광학 요소는 레이저 마킹된 재료 번호 및 제조일 이외의 어떠한 식별도 갖지 않는다. 그러나, 고파워 범위에서 레이저 재료 가공에서 특정 문제점에 부닥치게 된다. 특히, 광학 요소는 오염되고 그리고/또는 마모될 수 있고, 시효될 수도 있다. 이와 관련하여 정보가 얻어지고 이 정보가 적합하게 사용되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은 레이저 재료 가공 기계에 의해 고려될 수도 있는 상이한 정보 항목이 광학 요소와 연계되게 하는 레이저 재료 가공 기계용 광학 요소를 제공하는 것이다.
이런 목적은 본 발명에 따른 레이저 재료 가공 기계에 설치되는 광학 요소에 의해 달성되는데, 본 발명의 광학 요소는 레이저 가공 기계의 작동시 광학적으로 미사용되고 그리고/또는 레이저 빔이 조사되지 않는 표면을 가지며, 광학 요소에 관한 판독가능한 정보를 포함하는 트랜스폰더가 표면의 영역에 배치된다.
이러한 광학 요소에 의해, 광학 요소의 설치 상태에서 데이터뿐만 아니라 광학 요소의 사용 중에 변화하는 특성을 저장하고, 레이저 재료 가공 작업에 이들 데이터 및 특성을 고려하는 것이 가능하다. 이는 특히 고파워 범위, 즉 ≥1 kW의 파워에서 레이저 가공의 경우에 유리하다. 따라서, 광학 요소는 ≥1 kW의 레이저 파워에서 사용을 위해 바람직하게 적합하다.
광학 요소는 투과성 또는 반사성 광학 요소일 수 있다. 특히, 광학 요소는 자체의, 즉 장착부, 홀더, 하우징 등이 없는 광학 요소일 수 있다. 따라서, 예를 들어 렌즈, 보호 윈도우, 빔 스플리터, 반사기, 미러, 필터 등과 같은 광학적 능동 요소의 개념에서 광학 요소일 수 있다. 그러나, 본 발명의 의도 내에서, 광학 요소는 장착부, 홀더, 하우징 등과 같은 부착부를 갖는 광학적 능동 요소인 것으로서 또한 이해될 수도 있다.
투과성 광학 요소의 경우에, 예를 들어 단지 중앙 영역이 광학적으로 사용되고 또는 작동 중에 레이저 빔이 조사되는 것이 가능하고, 반면에 에지 영역은 레이저 빔이 조사되지 않거나 광학적으로 사용되지 않는다. 트랜스폰더는 이어서 작동시에 광학 요소의 광학 특성을 방해하지 않고 에지 영역 내에 배치될 수 있다.
반사성 광학 요소의 경우에, 예를 들어 반사측으로부터 광학 요소의 대향면이 광학적으로 미사용되고 레이저 빔이 조사되지 않는 것이 가능하다. 트랜스폰더는 이어서 특히 광학 요소의 후방측에서 그 표면 상에 배치될 수 있다.
트랜스폰더가 특히 광학적으로 사용 가능한 표면 영역의 부분을 덮거나 차폐하는 이러한 방식으로 광학 요소 상에 배치되는 것이 또한 인식 가능하다. 이 방식으로, 표면의 그 커버된 또는 차폐된 부분은 본 발명의 개념에서, 레이저 가공 기계의 작동시에 광학적으로 미사용되고 그리고/또는 레이저 빔이 조사되지 않은 표면이 된다.
트랜스폰더가 기록가능하면 특히 장점이 얻어진다. 이 방식으로, 이력에 관한 정보, 특히 오염의 정도에 관한 광학 요소의 서비스 수명 연대, 즉 특히 광학 요소의 사용의 기간 동안 변화하는 정보가 이에 의해 트랜스폰더의 메모리에 저장될 수 있다. 레이저 재료 가공 기계의 제어 시스템은 이에 의해, 설치된 렌즈가 레이저 가공 헤드가 변경될 때에도 항상 명백하게 인식될 수 있기 때문에, 예를 들어 광학 요소의 절삭 시간을 정합하는 것이 가능하다. 동등하게, 세척 사이클 및 흡수 이력이 이에 따라 저장되고 표시될 수 있다. 사용자는 그의 레이저 재료 가공 기계의 중요한 마모부에 관한 투명성을 얻는다. 특히 마모를 촉진하는(예를 들어, 압축 공기에 의한 절삭) 프로세스는 따라서 사용 기간에 걸친 흡수의 증가의 정합에 의해 사용 이력에서 발견될 수 있다. 이 방식으로, 예를 들어 광학 요소의 잔여 수명에 관한 진술을 행하는 것을 가능하게 하기 위해, 광학 요소가 경험하는 마모 촉진 프로세스를 식별하는 것이 가능하다. 다른 한편으로, 프로세스가 광학 요소에 대한 마모 촉진 효과를 갖는지 여부를 인식하는 것이 가능하다.
광학 요소의 주연면의 영역에 트랜스폰더를 배열하는 것은, 광학 요소가 트랜스폰더에 의해 거의 방해받지 않아, 예를 들어 광학 요소의 광학적으로 사용 가능한 표면적의 크기와 같은 광학 요소의 광학 특성이 단지 트랜스폰더에 의해 별로 손상되지 않게 되는 장점을 갖는다. 게다가, 적절한 판독/기록 장치가 특히 간단한 방식으로 광학 요소의 주연면의 영역에서 레이저 가공 헤드 내에 배치될 수도 있다. 이에 의해 트랜스폰더 및 판독/기록 장치를 서로 밀접하게 배열하여, 단지 낮은 전송 파워만이 트랜스폰더로부터 판독/기록 장치로 또는 반대 방향으로 정보의 무선 전송을 위해 필요하게 되는 것이 가능하다.
트랜스폰더가 주연면 상에 배치되면 특히 유리하다. 이에 의해 광학 요소의 반경방향에서, 트랜스폰더로부터 판독/기록 장치로 또는 반대 방향으로 정보를 전달하는 것이 가능하다. 그 결과, 통신 경로는 특히 짧다. 게다가, 이 방식으로, 광학 요소의 어떠한 표면도 광학 요소의 전송의 방향에서 트랜스폰더에 의해 커버되지 않는다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 표면, 특히 주연면은 그 위에 트랜스폰더가 배치되는 편평부, 특히 평면 연삭면 또는 절삭면을 갖는다. 트랜스폰더는 편평부에 특히 양호하고 신뢰적으로 체결될 수 있는 데, 예를 들어 만곡된 부분보다 편평한 부분에 더 양호하게 접착식으로 접합될 수 있다. 더욱이, 주연면의 편평부는 예를 들어 장착부가 대응 편평부를 갖거나 또는 이에 따라 다른 방식으로 구성되는 사실에 의해, 광학 요소가 정확한 위치에 설치되게 강요하는 것을 가능하게 한다.
전술된 바와 같이, 고파워 범위에서의 레이저 재료 가공의 분야에서, 광학 요소의 이력 및/또는 조건에 관한 정보가 트랜스폰더 내에 저장되면 특히 유리하다.
트랜스폰더는 RFID 트랜스폰더의 형태일 수 있다. RFID 트랜스폰더가 사용될 때, 정보는 트랜스폰더와 판독/기록 장치 사이에 무선 방식으로 교환될 수 있다. 게다가, RFID 트랜스폰더는 그 자신의 에너지 공급부를 필요로 하지 않는다. 폴리머로 제조되면 트랜스폰더의 특히 소형 구성이 얻어진다. 판독 장치로의 결합은 단거리 교번 자기장에 의해 또는 고주파수 무선파에 의해 실행될 수 있다. 이 방식으로, 데이터를 전달할 뿐만 아니라 또한 트랜스폰더에 에너지를 공급하는 것이 가능하다.
관련된 RFID 트랜스폰더가 기록가능 RFID 트랜스폰더이면, 이는 EEPROM 메모리 또는 FRAM 메모리를 가질 수 있다. SRAM 메모리가 또한 원리적으로 인식 가능하다. 그러나, SRAM 메모리는 그 자신의 전원을 필요로 할 것이다.
레이저 가공 헤드, 특히 레이저 절삭 헤드가 광학 요소용 장착부를 갖는 것이 또한 본 발명의 범주 내에 포함되고, 여기서 본 발명에 따른 광학 요소가 제공된다. 더욱이, 레이저 가공 헤드는 광학 요소의 트랜스폰더와 연계된 판독/기록 장치를 갖는다. 광학 요소가 설치될 때, 트랜스폰더 및 판독/기록 장치는 바람직하게는 대향 관계로 배치되어, 이들이 서로 밀접하게 배치되게 된다. 이 방식으로, 정보가 용이하게 간섭 없이 판독되는 것이 가능하다. 광학 요소의 재료 번호에 의해, 특히 렌즈인 경우에, 정확한 초점 길이를 점검하는 것이 가능하다. 그러나, 초점 길이는 독립적인 값으로서 또한 저장될 수 있고, 또는 다른 특성 데이터에 연결될 때, 간접적으로 유도 가능할 수도 있다. 이 방식으로, 부정확한 초점 길이를 설치함으로써 발생된 손상을 방지하는 것이 가능하다. 트랜스폰더로부터 판독될 수 있는 고유 시리얼 번호에 의해, 관련된 광학 요소는 승인된 광학 요소인 것을 보장하는 것이 가능하다. 여기서도, 승인과 관련하는 데이터는 직접적으로 저장되고 직접적으로 검색 가능할 수 있다.
레이저 센서 시스템이 기능하게 하기 위해, 500 nm에서 투과가 중요하다. 광학 요소의 원재료의 소스에 관한 정보가 트랜스폰더 내에 저장되면, 정확도의 개량이 인식 가능하다. 이는 CO2 센서 시스템에 특히 적용된다. YAG 레이저의 경우에, 대신에 광학 요소의 방사율이 트랜스폰더 내에 저장될 수 있고, 전달될 파라미터일 수 있다.
광학 요소용 장착부에는, 광학 요소를 정확한 위치에 설치하기 위한 배향 보조부가 제공될 수 있다. 특히, 배향 보조부는 광학 요소의 주연부 상의 편평부와 협동할 수 있다. 따라서, 장착부 및 광학 요소에 제공된 형상에 의해 정확한 위치에 설치를 강요하는 것이 가능하다.
판독/기록 장치에 대한 손상을 방지하기 위해, 광학 요소는 레이저 가공 헤드의 작동시 고압 하의 가스가 내부에 배치되는 고압 챔버 내에 배치되고, 판독/기록 장치는 레이저 가공 헤드의 작동시 고압 챔버 내에서보다 낮은 압력의 가스가 내부에 배치되는 저압 챔버 내에 배치되며, 고압 챔버 및 저압 챔버는 적어도 하나의 영역에서 비금속 재료를 갖는 벽에 의해 분리되는 제공이 이루어질 수도 있다. 비금속 재료, 특히 하나의 영역에 제공되어 있는 유전성 재료에 의해, 정보가 트랜스폰더와 판독/기록 장치 사이에서 교환될 수 있는 것을 보장하는 것이 가능하다. 현재 일반적으로 공지되어 있는 한, 이러한 것은 벽이 전적으로 금속 재료로 구성되어 있으면 가능하지 않을 것이다.
이 목적으로, 벽은 비금속 재료로 구성된 요소에 의해 폐쇄되는 통로 개구를 가질 수 있다. 예를 들어, 통로 개구는 석영 윈도우에 의해 폐쇄될 수도 있다.
특히, 광학 요소는 렌즈 카트리지 내에 배치될 수 있고, 렌즈 카트리지의 벽은 비금속 재료로 구성된 요소에 의해 폐쇄되는 통로 개구를 갖는다. 통로 개구는 예를 들어, 렌즈 카트리지의 벽 내의 드릴-구멍일 수 있다. 바람직하게는, 통로 개구의 직경은 트랜스폰더의 안테나 직경에 대략적으로 대응해야 한다. 6 mm의 통로 개구에 대한 직경이 특히 유리한 것으로 입증되었다.
통로 개구는 요소가 그 내부에 접착식으로 부착되는 경우에 특히 간단한 방식으로 비금속 재료로 구성된 요소에 의해 폐쇄될 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저 재료 가공 기계를 작동하기 위한 방법으로서,
a. 트랜스폰더를 갖는 광학 요소를 레이저 재료 가공 기계의 레이저 가공 헤드 내에 설치하는 단계와,
b. 트랜스폰더 내에 저장된 광학 요소에 관한 정보의 적어도 일부를 판독하는 단계와,
c. 레이저 재료 가공 기계의 제어 시스템을 이용하여 판독 정보를 분석하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
이 방식으로, 한편으로는 설치된 광학 요소가 다가오는 레이저 재료 가공 작업을 위해 모두 적합한지 여부 및 설치된 광학 요소가 대응 레이저 재료 가공 기계에 대해 모두 승인되어 있는지 여부를 레이저 재료 가공 기계가 판정하는 것이 가능하다. 게다가, 최적화된 재료 가공이 수행될 수 있는 이러한 방식으로 레이저 재료 가공 기계가 레이저 재료 가공 프로세스를 조정하는 것을 허용하는 트랜스폰더 정보 내에 저장되는 것이 가능하다.
광학 요소에 관한 정보로서, 다음의 정보 항목, 즉 재료 번호, 시리얼 번호, 제조업자, 제조일, 배치 번호(batch number), 원재료, 방사율, 사용 개시일, 테스트 파장에 대한 투과도 중 적어도 하나가 판독될 수도 있다. 이들 파라미터를 얻음으로써, 예를 들어 제조 결함에 기인하는 문제점을 갖는 광학 요소의 배치(batch)를 인식하는 것이 가능하다. 레이저 재료 가공 기계는 이에 의해 결함 있는 광학 요소를 특히 인식하고 레이저 재료 가공 작업이 이들 결함 있는 광학 요소로 수행되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 레이저 재료 가공 기계는 예를 들어 광학 요소가 결함 있다는 것을 웹 서비스를 경유하여 통보받을 수 있고, 광학 요소는 예를 들어 재료 번호, 제조업자 또는 제조일에 의해 식별 가능하다.
광학 요소의 사용에 관한 정보가 트랜스폰더에 기록되면 특히 유리하다. 전술된 바와 같이, 광학 요소의 사용의 기간이 저장될 수 있다. 세척 사이클 또는 세척 작업의 수, 흡수 이력, 작동 시간, 특히 레이저 "온" 시간, 레이저 파워 및 레이저 파워 밀도 및/또는 레이저의 작동 모드, 즉 cw(연속파) 또는 펄스형 중 적어도 하나가 저장되고 이어서 재차 판독되게 하고, 요구된다면 표시되게 하는 것이 또한 가능하다.
예를 들어 절삭 헤드 전자 기기를 경유하여 직접 및/또는 레이저 제어 시스템을 경유하여 간접 레이저 가공 기계에 관하여 얻어진 대응 데이터는 판독/기록 장치에 연결에 의해 트랜스폰더에 전달될 수 있다. 링크는 라인에 의해 그리고 물리적 접속 없이 데이터 전송을 위한 다른 수단에 의해 이루어질 수 있다.
일 방법 변형예에 따르면, 광학 요소를 정확한 위치에 설치하는 것이 트랜스폰더를 이용하여 확인될 수도 있다. 예를 들어, 광학 요소가 상하 전복되어 설치되면, 트랜스폰더는 판독가능하지 않을 수 있다. 이에 의해 광학 요소가 정확하게 설치되지 않다는 것을 인식하는 것이 가능하다.
다른 방법 변형예에 따르면, 관련된 광학 요소가 레이저 가공 헤드에 대해 또는 수행될 프로세스에 대해 승인된 광학 요소인지 여부가 트랜스폰더를 이용하여 확인될 수 있다. 이는 트랜스폰더로부터 대응 정보를 판독함으로써 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 본 발명의 예시적인 실시예의 이하의 설명으로부터, 본 발명에 본질적인 상세를 도시하고 있는 도면을 참조하여, 그리고 청구범위로부터 명백해질 것이다. 개별 특징은 개별적으로 구현될 수 있고 또는 복수의 특징들은 본 발명의 변형예에서 임의의 원하는 조합으로 구현될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 예시적인 실시예가 도면에 개략적으로 도시되어 있고, 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광학 요소가 설치되어 있는 레이저 재료 가공 기계의 레이저 가공 헤드의 종방향 섹션을 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 헤드의 확대 상세도를 도시하고 있다.
도 3은 광학 요소의 영역에서 레이저 가공 헤드의 확대 단면도를 도시하고 있다.
도 1은 레이저 절삭 헤드의 형태의 레이저 가공 기계의 레이저 가공 헤드(1)의 종방향 섹션을 도시하고 있다. 레이저 가공 헤드(1)는 렌즈의 형태의 광학 요소(2)를 갖는다. 광학 요소(2)는 렌즈 카트리지(3) 내에 배치되고, 렌즈 카트리지(3)는 교체 가능한 데, 특히 레이저 가공 헤드(1)로부터 취출되는 것이 가능하다. 렌즈 카트리지(3)의 상단부에는, 레이저 가공 헤드(1) 내에 렌즈 카트리지(3)를 유지하는 나사산 형성 링(4)이 도시되어 있다. 나사산 형성 링(5)은 스페이서(6)에 의해, 렌즈 카트리지(3) 내에, 따라서 레이저 가공 헤드(1) 내에 광학 요소(2)를 유지한다.
광학 요소(2) 상에는 RFID 태그의 형태의 트랜스폰더(7)가 배치되어 있다. 트랜스폰더는 판독/기록 장치(8)에 대향하여 위치된다. 판독/기록 장치(8)에 의해, 정보가 트랜스폰더(7)로부터 판독될 수 있고, 몇몇 경우에 정보는 또한 트랜스폰더(7)에 기록될 수 있다. 판독/기록 장치(8)는 레이저 재료 가공 기계의 도시되지 않은 제어 시스템과 통신한다.
렌즈 카트리지(3)의 벽(9)은 비금속 재료로 구성된 요소(11)에 의해 폐쇄된 통로 개구(10)를 갖는다. 비금속 재료로 구성된 요소(11)는 광학 요소가 배치되어 있는 고압 챔버(12)를, 판독/기록 장치(8)가 배치되어 있는 저압 챔버(13)로부터 분리한다. 벽(9)은 금속 재료로 제조되는 반면에, 요소(11)는 비금속 재료, 특허 예를 들어 석영, 플라스틱 재료 또는 세라믹과 같은 유전 재료로 제조된다. 이는 트랜스폰더(7)와 판독/기록 장치(8) 사이의 정보의 교환을 가능하게 하는 데, 이러한 것은 벽(9)이 금속 재료로 전적으로 구성되면 가능하지 않을 것이다.
요소(11)의 직경은 통로 개구(10)의 직경보다 크다는 것이 도 2의 상세도로부터 명백하다. 특히, 요소(11)는 대략 8 mm의 직경을 가질 수 있고, 반면 통로 개구(10)는 바람직하게는 6 mm의 직경을 갖는다. 통로 개구(10)의 크기는 트랜스폰더(7)의 안테나의 크기에 의해 지배된다.
도 3은 도 2의 라인 III-III을 따른 단면도를 도시하고 있다. 광학 요소(2)는 편평부(15) 내의 편평한 주연면을 갖는다는 것이 특히 여기서 명백하게 보여질 것이다. 트랜스폰더(7)는 편평부(15) 내의 그 편평한 주연면 상에 배치된다. 특히, 트랜스폰더(7)는 광학 요소(2)를 위한 장착부(17)의 리세스(16) 내에 제공된다. 이 방식으로, 리세스(16)는 광학 요소(2)의 설치를 위한 배향 보조부를 구성한다. 도 3에서, 통로 개구(10), 요소(11) 및 판독/기록 장치(8)를 보는 것이 또한 가능하다.
1: 레이저 가공 헤드 2: 광학 요소
3: 렌즈 카트리지 5: 나사산 형성 링
6: 스페이서 7: 트랜스폰더
8: 판독/기록 장치 9: 벽
10: 개구 11: 요소
16: 리세스 17: 장착부

Claims (5)

  1. 레이저 가공 헤드(1)에 있어서,
    광학 요소(2); 및
    광학 요소(2)용 장착부(17)
    를 가지고,
    상기 광학 요소(2)는 레이저 가공 기계의 작동시 광학적으로 미사용되거나 레이저 빔이 조사되지 않는 표면을 가지며, 상기 광학 요소(2)에 관한 판독가능한 정보를 가진 트랜스폰더(7)가 상기 표면의 영역에 배치되고,
    상기 레이저 가공 헤드(1)는 광학 요소(2)의 트랜스폰더(7)와 연계된 판독/기록 장치(8)를 가지며,
    상기 광학 요소(2)는, 레이저 가공 헤드(1)의 작동시 고압 하의 가스가 내부에 배치되는, 고압 챔버(12) 내에 배치되고,
    상기 판독/기록 장치(8)는, 레이저 가공 헤드(1)의 작동시 고압 챔버(12) 내에서보다 낮은 압력의 가스가 내부에 배치되는, 저압 챔버(13) 내에 배치되며,
    상기 고압 챔버(12) 및 저압 챔버(13)는 벽(9)에 의해 분리되고,
    비금속 재료가 상기 벽(9)의 적어도 하나의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소(2)를 정확한 위치에 설치하기 위한 배향 보조부가 광학 요소(2)용 장착부(17)에 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 벽(9)은 비금속 재료로 구성된 요소(11)에 의해 폐쇄되는 통로 개구(10)를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소(2)는 렌즈 카트리지(3) 내에 배치되며, 상기 렌즈 카트리지의 벽(9)은 비금속 재료로 구성된 요소(11)에 의해 폐쇄되는 통로 개구(10)를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 비금속 재료로 구성된 요소(11)는 통로 개구(10) 내에 접착식으로 부착되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 헤드.
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