KR101714855B1 - 광학 요소의 위치 결정 동작용의 전달 요소, 위치 결정 장치 및 레이저 가공 기계용 가공 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 위치 결정 동작시에 동작 구동부(41)의 발생 출력 동작을 광학 요소(15)에 전달하기 위한 전달 요소(52)로서, 조절 동작의 이동 경로에 대한 접선 방향인, 제1 동작 방향(53)에서는 기계적으로 강성을 띠는 방식으로 구현되어 있으며, 제1 동작 방향에 대해 직각을 이루는 제2 동작 방향(54)에서는 저레벨의 강성을 갖는 적어도 하나의 휨 받침부(65, 66)를 구비하고, 전달 요소(52)는, 제1 휨 받침부(65)의 제1 동작 방향(53)에서는 기계적으로 강성을 띠고, 제1 및 제2 동작 방향(53, 54)에 대해 직각을 이루는 방향에서는 탄성을 띠도록 형성되어 있는 제2 휨 받침부(66)를 구비하는 것인 전달 요소에 관한 것이다.

Description

광학 요소의 위치 결정 동작용의 전달 요소, 위치 결정 장치 및 레이저 가공 기계용 가공 헤드{TRANSMISSION ELEMENT FOR A SETTING MOTION OF AN OPTICAL ELEMENT, POSITIONING DEVICE, AND PROCESSING HEAD FOR A LASER PROCESSING MACHINE HAVING SUCH A TRANSMISSION ELEMENT}

본 발명은, 위치 결정 동작시에 동작 구동부에서 발생되는 출력 동작을 광학 요소에 전달하는 전달 요소와, 위치 결정 장치, 그리고 상기 전달 요소를 구비하는 레이저 가공 기계용 가공 헤드에 관한 것이다.

DE 10 2008 030 783 B1호에는, 절단 가스 노즐로부터의 초음파 절단 가스 스트림이 가공 대상물 표면에 경사 절단 각도를 이루며 향하게 하는, 가공 대상물의 레이저 빔 앵글 커팅을 위한 방법과, 이 방법의 구현을 위한 레이저 가공 기계가 공지되어 있다. 여기서, 가공 대상물과 레이저 절단 빔은 서로에 대하여 상대 이동하며, 경사 절단 각도는 급송 방향에 대해 직각을 이루며 뻗어 있다. 상기 상대 운동 과정에서는, 초음파 절단 가스 스트림 내에 형성된 고압 영역에 있어서, 레이저 절단 빔이 가공 대상물의 표면에 부딪치도록, 가공 대상물의 표면에서의 레이저 절단 빔의 위치를 조절한다. 이러한 목적으로, 레이저 빔의 초점은, 적어도 하나의 광학 요소를 이용하여, 절단 노즐 내에서 노즐 축에 대해 편심 관계로 세팅된다. 여기서, 레이저 빔의 조절 범위는 십분의 수 밀리미터에 이르며, 적어도 하나의 광학 요소의 위치 결정 정확도는 수 마이크로미터의 범위 내에 있다. 레이저 빔의 위치 결정은, 예컨대 결상 광학계의 전방에 배치된 빔 편향 미러를 그 빔 반사축을 중심으로 회전시킴으로써 유발될 수 있다.

US 6,414,785 B1에는, 2개의 휨 받침부를 구비하며, 이를 통해 광학 요소가 레버 아암에 의해 이동되어, 그 광축에 수직한 평면에서 변위되고, 상기 레버 아암은 각각의 편심부를 이용하여 이동되는 것인 광학 요소용 위치 결정 장치가 공지되어 있다. 여기서, 조절 동작은 레버 아암의 축의 방향으로 진행된다. 편심부의 레버 아암은 편심부의 회전축에 직각을 이루는 방향으로 연장되어 있다. 이러한 배치 구성은, 레버 아암에의 연장선에서 구동 토크가 도입되고 휨 받침부가 배치되기 때문에, 저수준의 토크 강성이 제공되고, 그 결과 구동 동작을 광학 요소의 조절 동작에 정확하게 직접 전달하는 것은 불가능하다고 하는 단점이 있다. 실제로, 휨 받침부에서의 토크 지지로 인하여 편심부에서 각도 오차가 발생할 수 있다.

US 4,767,188A에는, XY 평면에서의 조절 동작을 달성하기 위해, 제1 및 제2 휨 받침부를 구비하는 위치 결정 장치가 공지되어 있다. 제1 휨 받침부는 제1 동작 방향- 예컨대 X 방향에서는 기계적으로 강성을 띠고, 제2 동작 방향-예컨대 Y 방향에서는 탄성을 띤다. 제2 휨 받침부는 제1 동작 방향에서는 탄성을 띠고 제2 동작 방향에서는 강성을 띤다. 두 휨 받침부 모두, XY 평면에서 제1 및 제2 동작 방향에 대해 직각을 이루는 방향으로 배열되어 있는 제3 동작 방향에서는 강성을 띤다.

추가적으로, 기계적으로도 열적으로도 안정적이고 정확한 조절 기구를 제공하는 데 이용 가능한 구성 공간이 소규모인, 레이저 빔의 빔 가이드, 레이저 가공 기계 내에서, 상기한 바와 같이 광학 요소를 배치 및 조절하는 데에도 또한 문제가 존재한다.

본 발명의 과제는, 레이저 가공 기계용의 전달 요소, 위치 결정 장치 및 가공 헤드를 제공하는 것으로, 본 발명에서는, 동작 구동부로부터 발생한 출력 동작을 광학 요소에 정확하게 전달하는 것이, 위치 결정 동작시에, 선형 열 팽창의 영향을 낮은 수준으로 받으면서 가능해진다.

이러한 과제는, 제1 및 제2 휨 받침부를 구비하는 전달 요소로서, 제1 휨 받침부는, 전달 요소의 이동 경로에 대한 접선 방향인, 제1 동작 방향에서는 기계적으로 강성을 띠도록 형성되어 있으며, 제1 동작 방향에 대해 직각을 이루는 제2 동작 방향에서는 저레벨의 강성을 갖고, 제2 휨 받침부는, 제1 휨 받침부의 제1 동작 방향에서는 기계적으로 강성을 띠고, 제1 및 제2 동작 방향에 대해 직각을 이루는 방향에서는 탄성을 띠도록 구성되어 있는 것인 전달 요소에 의해 달성된다. 이 전달 요소는, 광학 요소의 정확한 조절 동작을 가능하게 하고, 전달 요소에 도입된 구동 토크 또는 도입된 조절 동작이 제1 휨 받침부로부터, 가능한 한 기계적 강성으로 인한 반응을 최소화하면서, 제2 휨 받침부에 직접 전달되어, 광학 요소에 도입되게 하며, 적어도 제2 휨 받침부가, 열에 기인하는 동작 구동부 또는 광학 요소의 길이의 변화를 최소화 또는 보상하게 한다. 따라서, 연속 작동 조건 하에서 높은 수준의 정확성이 제공된다고 하는, 즉 휨 받침부에 다수의 응력 사이클이 로딩될 수 있고 광학 요소의 조절 동작의 재현이 가능하다고 하는 요건이 충족될 수 있다.

전달 요소는, 동작 구동부로부터 도입된 위치 결정 동작을 광학 요소에 전달할 수 있고, 제1 휨 받침부의 동작 경로는, 제1 휨 받침부의 제1 동작 방향과 이 제1 동작 방향에 직각을 이루는 제2 동작 방향에 의해 형성되는 동작 평면에 위치한다. 바람직하게는, 공간 방향 또는 동작 방향을 따른 구동 토크 또는 위치 결정 동작의 도입은, 제1 휨 받침부의 변위 동작이 동작 평면 내에서, 소위 2차원적으로 일어나도록 이루어진다.

제1 휨 받침부는, 적어도 하나의 굴곡 설형부를 구비할 수 있는데, 이 굴곡 설형부는, 제1 동작 방향에서는 강성을 띠고 사용 방향을 전달하며 제1 동작 방향을 가로지르는 제2 동작 방향에서는 가요성을 띠며 소위 기생(奇生) 동작을 감소시키는 것인데, 상기 기생 동작은 소기의 사용 동작의 방향에서는 유효하지 않은 구동부 및 전달 요소의 동작의 일부분에 기인하는 것이다. 이러한 구성 수단으로 인하여, 간단한 방식으로 정확한 조절 동작이 발생될 수 있다.

제1 휨 받침부와 제2 휨 받침부의 사이에는 강성 연결 요소가 마련될 수 있다. 이 연결 요소는 바람직하게는 제1 및 제2 동작 방향과 이들 방향에 직각을 이루는 방향에서 비가요성, 즉 변형에 대한 저항성을 띠도록 형성된다. 따라서, 동작 구동부를 통해 휨 받침부에 직접 도입된 조절 동작의 방향은, 제1 동작시에, 가능한 한 반응을 최소화하여 바로 제2 휨 받침부에 다시 전달된다. 따라서, 조절 동작의 정확성이 향상될 수 있다.

연결 요소는 바람직하게는 L자 형상으로 형성되고, 제1 휨 받침부의 적어도 하나의 굴곡 설형부는 제1 아암에 결합되며, 제2 휨 받침부는 제2 아암에 배치된다. 따라서, 서로 다른 두 동작 방향으로의 열의 영향, 구체적으로는 길이방향의 팽창을 보상하는 컴팩트한 구성의 전달 요소가 형성될 수 있다.

제1 휨 받침부는 일단부가 지지 요소 상에 배치될 수 있고, 동작 구동부로부터의 구동 토크가 제1 휨 받침부에 도입될 수 있으며, 특히 지지 요소와 굴곡 설형부 사이의 전달 영역은 동작 구동부의 구동 동작의 전달을 위해 고수준의 강성을 갖는다. 따라서, 구동 지점에서의 구동 토크는, 탄성의 영향으로 발생 가능한 휨 받침부의 회피의 발생 없이, 제1 휨 받침부에 직접 전달된다. 따라서, 동작 구동부의 구동 동작 또는 위치 결정 동작은, 직접 전달될 수 있고, 그 결과 고수준의 재현성을 갖는다.

제1 휨 받침부는, 서로 거리를 두고 평행하게 배치된 2개의 굴곡 설형부를 구비할 수 있고, 이들 굴곡 설형부에는 지지 요소가 결합되며, 그 양단부에서는 연결 요소 또는 연결 요소의 아암을 받친다. 따라서, 이러한 목적으로 굴곡 설형부 상에 배치된 지지 요소와 연결 요소의 사이에 평행사변형 타입의 가이드가 형성되는데, 상기 평행사변형 타입의 가이드는, 전달 요소에 도입되는 동작 구동부의 회전 구동 동작시와 병진 구동 동작시 모두에, 사용 동작 또는 제1 동작 방향으로의 직접 전달을 가능하게 한다. 추가적으로, 열의 영향, 특히 길이의 변화와, 기생적이며, 상당히 지장을 주는 위치 결정 동작의 오버레이가 특히 감소될 수 있다.

동작 구동부가 결합되는 지지 요소는, 굴곡 설형부의 사이에 대칭으로 배치될 수 있다. 따라서, 결과적으로 컴팩트하고 공간 절약적인 배치 구성이 이루어진다.

지지 요소는 바람직하게는 동작 구동부의 구동축에 결합되는 클램핑 요소로서 형성되고, 지지 요소의 클램핑력은 바람직하게는 조절 가능하다. 이러한 목적으로, 지지 요소는 슬롯형 구성을 갖고, 구동축에의 고정을 가능하게 하기 위해, 슬롯의 갭은 고정 요소를 이용해 축소될 수 있다. 예를 들어, 동작 구동부의 구동축 상에서의 편심 베어링의 작동 중에, 편심 베어링의 무(無)클리어런스 수용은, 지지 요소에 의해 조절될 수 있다.

제2 휨 받침부는 적어도 하나의 고정 브래킷을 포함할 수 있고, 이 고정 브래킷에 있어서 연결 요소로부터 분리되어 있는 영역 또는 단부에는, 광학 요소가 고정 브래킷에 대해 회전 불가능하게 배치될 수 있다. 제2 휨 받침부 또는 고정 브래킷은, 제1 및 제2 동작 방향에 대해 직각을 이루는 방향으로 탄력적으로 가이드되므로, 광학 요소를 클리어런스 없이 수용하도록 제2 휨 받침부에 사전에 응력을 가함으로써, 광학 요소를 전달 요소에 대해 사전에 응력을 인가하여 장착하는 것이 가능해진다. 따라서, 위치 결정 동작을 광학 요소에 고수준의 동작 정확도로 전달할 수 있게 된다. 여기서, 사전 응력 인가는, 바람직하게는, 구성 요소의 길이가 열로 인해 변화할 가능성이 있음에도 불구하고, 광학 요소를 위치 결정 장치에 또는 레이저 가공 기계의 가공 헤드에, 클리어런스 없이 배치하기 위한, 최소한의 사전 응력 인가가 유지되고 있는 방식으로 마련된다.

제1 및 제2 휨 받침부와, 지지 요소 및 연결 요소로 구성되는 전달 요소는, 일체로 또는 부분적으로 일체로 형성될 수 있다. 이는, 특히 선형 열 팽창에 의해 야기되는 방해 동작을 감소시키기에 유익한 것으로 판명되었다.

또한, 본 발명의 과제는, 이전 섹션에서 설명한 전달 요소가 사용되는, 광학 요소의 동작용 위치 결정 장치에 의해 달성되는데, 상기 동작 구동부는 전달 요소에 연결되는 구동축을 갖는 것이다. 따라서, 광학 요소의 조절 동작, 예를 들어 레이저 빔의 빔 형상 및/또는 빔 위치의 조절을 위해, 구동 토크 또는 발생 출력 동작을 정확히 구현하는 것이 가능해진다.

이러한 위치 결정 장치에서, 전달 요소의 제2 휨 받침부는, 동작 구동부, 예컨대, 구동축 및/또는 광학 요소의 베어링 중 하나 이상에 힘을 가하는 방식으로, 사전에 응력이 인가되게 배치될 수 있다. 이러한 힘의 인가로 인해, 구동 요소 및 광학 요소가 클리어런스 없이 장착되는데, 이는 정확한 조절 동작에 필요한 것이다.

위치 결정 장치는, 별법으로서 또는 추가적으로 클리어런스가 없이 장착되는 구동축을 갖는 동작 구동부를 구비할 수 있다. 따라서, 원(原) 동작을 광학 요소에 대한 위치 결정 동작 또는 제어 동작에 매우 정확하게 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 광학 요소의 위치 결정 동작을 제어하기 위해, 구동축의 각 위치를 측정 시스템으로 또는 동작 구동부에서 검출할 수 있다.

위치 결정 장치의 동작 구동부는 병진 동작용 선형 구동부로서 형성될 수 있다. 별법으로서, 회전 동작이 나타나는 회전 구동부도 또한 마련될 수 있다. 바람직하게는, 동작 구동부는 편심 구동부로서 형성되고, 전달 요소의 지지 요소는 전달 요소의 동작 방향에 직각을 이루는 구동축을 받는다. 바람직하게는, 정밀 제어 가능한 서보 모터가 사용된다. 그러나, 별법으로서, 예를 들어 수동으로 이동 가능한 샤프트를 통해 동작 구동부를 구현하기 위해, 빔 가이드에서 광학 요소를 비정기적으로 조절하는 것도 상정 가능하다.

또한, 본 발명의 과제는, 가공 대상물의 레이저 절단 또는 레이저 용접용의 레이저 가공 기계용 가공 헤드로서, 광학 요소의 빔 형상 및/또는 빔 위치의 조절을 위한 위치 결정 장치를 사용하고, 전달 요소를 구비하는 동작 구동부의 출력 동작이 광학 요소에 대한 위치 결정 동작에 전달되며, 전달 요소는 제1 및 제2 휨 받침부를 구비하는 것인 가공 헤드에 의해 달성된다. 이러한 가공 헤드 내에서는, 위치 결정 장치를 이용하여, 절단 가스 노즐 내에서의 레이저 절단 빔의 위치 변경을 행할 수 있다. 특히, 레이저 빔 앵글 커팅 과정에서 레이저 절단 빔의 위치를 맞추는 것은, 초음파 절단 가스 스트림 내에 형성된 고압 영역에 있어서, 레이저 절단 빔이 가공 대상물의 표면에 부딪치도록 이루어질 수 있다. 이와 같이 레이저 절단 빔의 위치를 빔 가이드 구성 요소 내에서 변경하는 것은, 또한 다른 용례에서도 유익할 수 있다. 예를 들어, 광학 요소는 미러 또는 출력 커플러 미러로서 형성될 수 있고, 이러한 미러는 반사 빔의 제어를 위한 위치에 세팅될 수 있다. 추가적으로, 소위 포인팅 조절도 또한 이루어질 수 있다.

본 발명과, 다른 유익한 실시형태 및 그 양태에 대해, 도면에 도시된 예를 통하여 이하에 더 상세히 설명 및 예시한다. 이하의 상세한 설명과 도면으로부터 얻어지는 특징들은, 본 발명에 따라 개별적으로 또는 임의의 조합으로 함께 적용될 수 있다. 본원의 도면에서:

도 1은 본 발명에 따른 위치 결정 장치를 구비하는 가공 헤드의 사시도이다.
도 2는 가공 헤드의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 가공 헤드의 개략적인 부분 단면도이다.
도 4는 도 3의 교차선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 개략도이다.
도 5a~도 5c는 본 발명에 따른 전달 요소의 개략도이다.
도 6은 가공 헤드의 변형례를 도 4의 시점에 따라 보여주는 도면이다.

상세히 도시되어 있지는 않은 레이저 가공 기계의 가공 헤드(11)의 사시도가 도 1에 도시되어 있다. 도 2는 빔 가이드(12)가 배치되어 있는 가공 헤드(11)로서, 적어도 하나의 광학 요소(15)를 구비하고 이 적어도 하나의 광학 요소를 통해 레이저 빔(13)이 편향되며 포커싱 렌즈(16)를 통해 초점이 맞춰지는 것인 가공 헤드의 개략적인 단면도이다. 가공 대상물(18)에 절결부를 형성하기 위해, 레이저 빔(13)이 절단 가스 노즐(17)을 통해 빠져나간다. 가공 대상물(18)과 절단 가스 노즐(17)의 사이에는, 절단 가스 노즐(17)의 금속 노즐 본체와, 마찬가지로 금속인 가공 대상물(18) 간에 전위차를 발생시키는 거리 측정 장치(19)가 마련되어 있다. 가공 헤드(11)에는 위치 결정 장치(21)가 마련되어 있는데, 이 위치 결정 장치는 적어도 하나의 동작 구동부(41)를 포함하고, 이 동작 구동부(41)를 제어 및 모니터링하는 측정 장치(23)를 구비할 수 있다. 가공 헤드(11)에 배치된 적어도 하나의 광학 요소(15), 구체적으로는 편향 미러와, 이에 더하여 상기 적어도 하나의 광학 요소에 가까워질 가능성이 있는 구성 요소를 냉각시키기 위해, 가공 헤드(11)의 상부 영역에는 냉각액 공급부(25)가 마련되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(18)은 관 모양으로 형성될 수 있다. 가공 과정에서, 관형 가공 대상물(18)은 화살표 22의 방향을 따라 회전될 수 있다. 또한, 본원에서 참조로 인용하고 있는 DE 10 2008 030 783 B3를 통해 알려진 바와 같이, 이러한 회전은 레이저 빔 앵글 커팅 과정에서 일어난다. 별법으로서, 가공 대상물(18)은 또한 평판 모양으로 형성될 수 있고, 레이저 가공 기계의 베이스 프레임의 가공 대상물 지지부 상에 높이거나 혹은 이 지지부를 따라 이동될 수 있다.

도 3에는, 도 1에 따른 가공 헤드(11)의 상측 부분의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 가공 헤드(11)는, 도 3에는 상세히 도시되어 있지 않은 빔 가이드(12)에 대한 연결부(27)를 구비한다. 광학 요소(15)는 가공 헤드(11)의 하우징(28) 내에 편향 미러로서 배치되어 있다. 빔 입사축(31)이 광학 요소(15)의 편향면(32)에 부딪치고 빔 반사축(33)을 발생시키며, 상기 빔 반사축을 따라 레이저 빔(13)이 절단 가스 노즐(17)을 통해 빠져나간다. 광학 요소(15)는 리시버(35)에 고정되어 있고, 그 결과 베어링(36) 상에서 하우징(28)에 대해 위치 결정되어 있다. 바람직하게는, 레이저 빔(13)의 빔 반사축(33)과 합치하는 관계로 혹은 약간 오프셋되어 평행한 관계로 뻗어 있으며, 광학 요소(15)의 회전축에 상당하는 수직축(37) 둘레로, 광학 요소(15)를 회전 가능하게 배치 구성하기 위해 구름 베어링이 마련되어 있다. 하우징(28)에 있어서 연결부(27)의 반대편에 위치해 있는 섹션에는, 동작 구동부(41)가 고정되어 있다. 이러한 동작 구동부(41)는 측정 장치(23)를 구비한 서보 모터를 포함한다. 서보 모터는, 하나 이상의 베어링(45)에 의해 하우징(28) 내에 회전 가능하게 장착되어 있는 구동축(44)을 구동한다. 바람직하게는, 특히 구동축(44)의 구름 베어링이 하우징(28)에 대해 클리어런스 없이 장착된다.

다른 베어링(48), 특히 구름 베어링이 배치되어 있는 구동축(44)의 자유 단부에는, 편심부(47)가 직접 안착되어 있다. 예를 들어, 편심부(47)에는, 하우징(28) 내의 두 단부 위치에서 구동축(44)의 회전 동작을 제한하는 단부 위치 정지부(50)가 마련되어 있다.

서보 모터에 의해 발생된 회전 동작을, 광학 요소(15)의 조절 동작의 발생을 위한 출력 동작으로서 구동축(44)에 전달하기 위해, 동작 구동부(41)를 광학 요소(15)에 연결하는 전달 요소(52)가 마련되어 있다. 이 전달 요소(52)는 그 일측에서는 광학 요소(15)의 리시버(35)와 결합되어 있고, 그 타측에서는 구동축(44) 또는 구동축(44)에 부착된 편심부(47)와 결합되어 있다. 조절 동작의 발생을 위해 전달 요소(52)에 전달된 출력 동작이 편심부(47)를 통하여 발생시킨 편심량 e가 도 3에 도시되어 있다.

위치 결정 장치(21)는 적어도 하나의 전달 요소(52)뿐만 아니라 동작 구동부(41)를 포함한다. 도 3에 도시된 실시형태에서, 베어링(45, 48)과, 예를 들어 이에 더하여 편심부(47)는 위치 결정 장치(21)에 포함되어 있다.

도 4는, 도 3의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 단면을 위에서 바라본 모습을 보여준다. 구동축(44)의 회전 동작을 이용함으로써, 편심량 e를 갖는 편심부(47)를 통해 편향 a가 발생되고, 그 결과 전달 요소(52)는 동작 평면에서 화살표 53을 따르는 제1 동작 방향으로 구동된다. 따라서, 화살표 56을 따르는 위치 결정 동작은, 광학 요소(15)에 수직축(37)을 중심으로 한 회전 동작으로서 도입된다. 따라서, 회전 동작 구동부(41)를 갖는 상기한 예시적인 실시형태에서, 회전 구동 동작은, 위치 결정 동작 또는 제어 동작으로서의 회전 동작을 일으키는 출력 동작으로서, 광학 요소(15)에 전달된다. 수직축(37)을 중심으로 화살표 56을 따라 광학 요소(15)를 회전시키는 것을 이용함으로써, 레이저 빔(13)의 소정의 빔 경사가 정확하게 달성되거나, 또는 레이저 빔의 초점을 렌즈(16) 밑에 정확히 이동시키는 것이 달성된다.

도 3과 도 4에 따른 전달 요소(52)의 예시적인 실시형태를, 측면도와 평면도뿐만 아니라 단면도를 보여주는 도 5a, 도 5b 및 도 5c를 이용하여 더 상세히 설명한다. 전달 요소(52)는, 동작 구동부(41)의 구동축(44)과 연결 가능한 지지 요소(61)를 포함한다. 이러한 목적으로, 지지 요소(61)는 슬롯(62)을 포함하는 클램핑 요소로서 형성되는데, 구동축(44)에의 고정 배치를 가능하게 하기 위해, 슬롯의 갭은 고정 요소(63)를 이용해 변경될 수 있다. 편심부(47) 상에 구름 베어링(48)이 배치되어 있는, 도 3에 따른 예시적인 실시형태에서, 소정의 클램핑력을 인가함으로써, 구름 베어링(48)을 통하여 편심부(47)와 지지 요소(61) 사이에 클리어런스가 없는 배치 구성이 가능해지는 것은, 클램핑 요소로서 형성된 지지 요소(61)를 통해 가능해진 것이다.

전달 요소(52)는, 도 4 또는 도 5b에서의 XY 평면에 상당하는 동작 평면에서 구동축(44)을 통해 구동된다.

동작 구동부(41)의 출력 동작을 광학 요소(15)용 위치 결정 동작에 정확히 전달하기 위해, 전달 요소(52)는 제1 휨 받침부(65)와 제2 휨 받침부(66)를 구비하고, 이들 휨 받침부는 서로에 대해 견고히 연결되어 있다. 제1 휨 받침부(65)는, 예를 들어 화살표 53을 따르는 제1 동작 방향으로는 동작 평면에서 변형되기 어려울 수 있고 제1 동작 방향(53)에 수직한 제2 동작 방향(54)으로는 동작 평면 내에서 탄력적으로 변형될 수 있는, 2개의 굴곡 설형부(67)를 포함한다. 또한, 동작 평면에 수직하며 화살표 55로 도시되어 있는 제3 동작 방향으로는, 굴곡 설형부(67)가 강성을 띠도록 형성되어 있다. 이러한 목적으로, 굴곡 설형부(67)는, 예를 들어 직각 단면(도 5c)을 갖는데, 이 직각 단면은 제2 동작 방향(54)으로는 구부러질 수 있지만, 제1 동작 방향(53)과 제3 동작 방향(55)으로는 잘 구부러지지 않는다. 바람직하게는, 상기 2개의 굴곡 설형부(67)는 지지 요소(61)에 대해 대칭으로 배치되어 있다. 구동축(44)을 통해 도입되는 구동 토크를 굴곡 설형부(67)에 직접 도입시키기 위해, 이들 굴곡 설형부(67)는 지지 요소(61)에 있어서 강성을 지닌 전달 영역(68)에 가담한다. 이들 굴곡 설형부(67)는 지지 요소(61)와 병렬 관계로 배열되어, 지지 요소(61)의 반대편에 위치해 있는 단부에서 연결 요소(71)를 받친다. 이 연결 요소(71)는 바람직하게는 L자 형상으로 형성되고, 제1 아암(72)을 구비하는데, 굴곡 설형부(67)는 제1 아암에 고정되거나 혹은 제1 아암 위로 지나간다. 따라서, 평행사변형 타입의 가이드가, 지지 요소(61)와의 사이에 굴곡 설형부(67)를 통하여 연결 요소(71)의 제1 아암(72)에 대해 형성된다. 화살표 53의 방향으로, 편심부(47)의 출력 동작이 사용 동작에 직접 전달되는 반면에, 화살표 54를 따르는 동작 방향으로는, 소위 기생(奇生) 동작을 보상하기 위해, 탄력적으로 휘는 특성이 제공된다. 본 예에서는, 동작 방향(54)의 동작 성분이 있는데, 이는 편심부(47) 및 전달 요소(52)의 회전 동작에 기인한 것이다.

연결 요소(71)는, 적어도 동작 평면에서, 즉 제1 동작 방향(53)과 제2 동작 방향(54)에서 기계적으로 강성을 띠도록 형성되어 있는 제1 아암(72)과 제2 아암(73)을 구비한다. 추가적으로, 연결 요소(71)는 또한 화살표 55를 따르는 동작 방향으로 강성을 띠도록 형성될 수도 있다. 따라서, 제1 휨 받침부(65)에 도입된 구동 토크 또는 구동 운동은, 연결 요소(71)를 통해 제2 휨 받침부(66)에 직접 전달될 수 있다.

제2 휨 받침부(66)는 적어도 하나의 고정 브래킷(75)을 포함하는데, 이 고정 브래킷은 화살표 53, 54를 따르는 제1 및 제2 동작 방향으로는 기계적으로 강성을 띠지만, 화살표 55를 따르는 다른 동작 방향으로는 탄력적으로 휠 수 있도록 형성되어 있는 것이다. 이러한 목적으로, 고정 브래킷(75)은 탄력적으로 휠 수 있는 특성을 형성하기 위해 연결 요소(71)에 비해 그 두께가 크게 감소되어 있다. 고정 브래킷(75)은, 예컨대 U자형 윤곽을 갖고, 그 자유 단부가 연결 요소(71)에 결합되어 있다. 고정 브래킷(75)의 아암 섹션(77)에는 3개의 구멍이 마련되어 있는데, 이들 구멍은 서로 거리를 두고 떨어져 있고 서로에 대해 오프셋되어 있으며, 이 구멍을 통해 리시버(35)에의 고정이 이루어진다. 이러한 배치 구성으로 인해, 리시버(35)가 회전할 수 없도록, 리시버(35)를 동시에 위치 결정하는 것이 가능해진다. 추가적으로, 고정 브래킷(75)을 리시버(35)에 정확하게 핀 고정하는 것이 이루어질 수 있다. 제2 휨 받침부(66)는, 동작 구동부(41) 또는 구동축(44) 중의 어느 하나 뿐만 아니라 편향 미러(15) 또는 리시버(35)의 선형 열 팽창을 보상하고, 이러한 식으로 조절 동작의 정확성을 보장한다.

도 6에는, 도 3 내지 도 5c에 도시된 실시형태에 대한 전달 요소(52)의 변형례가 도시되어 있다. 이 전달 요소(52)의 실시형태에서는, 제1 휨 받침부(65)가, 지지 요소(61)와 연결 요소(71)의 사이에 배치되어 있는 하나의 굴곡 설형부만을 포함하는 것으로 되어 있다. 이 실시형태에서는, 동작 구동부(41)가, 화살표 53을 따르는 동작 방향으로 이동 가능한 선형 구동부로서 형성되어 있는 것으로 되어 있다. 굴곡 설형부(67)의 종축에 위치해 있는 동작 방향으로 인해, 결과적으로 직접적인 힘 도입 및 동작 전달이 뒤따를 수 있고, 그 결과 정확한 제어가 이루어진다. 연결 요소(71)와 제2 휨 받침부(66)는 이전 도면들에 기재된 실시형태에 상당한다.

이 실시형태에서는, 또한 원 동작 또는 출력 동작이, 광학 요소(15)에 대한 회전 조절 동작에서 수행되는 선형 동작인 것으로 되어 있다.

Claims (15)

1. XY 평면에서 전달 요소(52)에 도입되는 동작 구동부(41)의 출력 동작을, 전달 요소(52)에 연결 가능한 광학 요소(15)용 리시버(35)의 조절 동작에 전달하기 위한, 전달 요소(52)로서, 적어도 제1 및 제2 휨 받침부(65, 66)를 구비하고,
   - 제1 휨 받침부(65)는, 상기 XY 평면 내의 제1 동작 방향(53)에서는 기계적으로 강성을 띠는 방식으로 형성되어 있으며, 제1 동작 방향에 대해 직각을 이루는 상기 XY 평면에서의 제2 동작 방향(54)에서는 저레벨의 강성을 갖고,
   - 제2 휨 받침부(66)는, 제1 휨 받침부(65)의 제1 동작 방향(53)에서는 기계적으로 강성을 띠고, 제1 휨 받침부(65)의 제1 및 제2 동작 방향(53, 54)에 대해 그리고 광학 요소(15)의 XY 평면에 대해 직각을 이루는 제3 동작 방향(55)에서는 탄성을 띠도록 형성되어 있고,
   제1 휨 받침부(65)는 적어도 하나의 굴곡 설형부(67)를 구비하며, 이 굴곡 설형부는, 제1 동작 방향(53)에서는 강성을 띠고 사용 방향을 전달하며 제1 동작 방향(53)을 가로지르는 동작 방향(54)에서는 가요성을 띠는 것을 특징으로 하는 전달 요소.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 제1 휨 받침부(65)와 제2 휨 받침부(66)의 사이에는 연결 요소(71)가 마련되어 있고, 이 연결 요소는 제1 및 제2 동작 방향(53, 54)과 이들 방향에 직각을 이루는 방향에서 변형에 대한 저항성을 띠는 것을 특징으로 하는 전달 요소.
4. 제3항에 있어서, 연결 요소(71)는 L자 형상으로 형성되고, 제1 휨 받침부(65)의 적어도 하나의 굴곡 설형부는 제1 아암(72)에 결합되며, 제2 휨 받침부(66)는 제2 아암(73)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전달 요소.
5. 제3항에 있어서, 제1 휨 받침부(65)는 일단부가 지지 요소(61) 상에 배치되어 있고, 동작 구동부(41)에 의한 구동 토크가 제1 휨 받침부에 도입될 수 있는 것을 특징으로 하는 전달 요소.
6. 제5항에 있어서, 제1 휨 받침부(65)는 서로 거리를 두고 평행하게 배치된 2개의 굴곡 설형부(67)를 구비하며, 이들 굴곡 설형부의 사이에는 지지 요소(61)가 배치되고, 동작 구동부(41)가 상기 굴곡 설형부에 결합되는 것을 특징으로 하는 전달 요소.
7. 제5항에 있어서, 지지 요소(61)는, 동작 구동부(41)의 구동축(44)에 결합되는 클램핑 요소로서 형성되고, 그 클램핑 파워를 조절 가능한 것을 특징으로 하는 전달 요소.
8. 제1항에 있어서, 제2 휨 받침부(66)는 적어도 하나의 고정 브래킷(75)을 구비하고, 이 고정 브래킷에는 광학 요소(15) 또는 광학 요소(15)의 리시버(35)가 회전 불가능하게 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 전달 요소.
9. 제5항에 있어서, 제1 및 제2 휨 받침부(65, 66), 지지 요소(61) 및 연결 요소(71)는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전달 요소.
10. 동작 구동부(41)와 제1항에 따른 전달 요소(52)를 구비하는 광학 요소(15)의 동작용 위치 결정 장치(21)로서, 동작 구동부(41)는 전달 요소(52)에 연결되는 구동축(44)을 갖는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
11. 제10항에 있어서, 전달 요소(52)의 제2 휨 받침부(66)는, 동작 구동부(41)와 광학 요소(14) 중 어느 하나 또는 양자 모두의 적어도 하나의 베어링(45, 48, 36) 상에 힘을 가하는 방식으로 사전에 응력이 인가되게 배치되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 동작 구동부(41)는, 클리어런스가 없이 장착되어 있는 구동축(44)을 갖는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 동작 구동부(41)는 편심 구동부로서 형성되고, 전달 요소(52)의 지지 요소(61)는 전달 요소(52)의 동작 평면에 직각을 이루는 구동축(44)을 받는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 동작 구동부(41)는 선형 구동부로서 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
15. 가공 대상물(18)의 레이저 절단 또는 용접용의 레이저 가공 기계용 가공 헤드로서, 제10항에 따른 위치 결정 장치(21)를 포함하고, 레이저 빔(13)의 빔 형상과 빔 위치 중 어느 하나 또는 양자 모두를 세팅하기 위해 가공 헤드의 광학 요소(15)를 조절하는 동작은, 제1항에 따른 전달 요소(52)로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 가공 헤드.

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