KR101913481B1 - 공작기계용 레이저 커팅 헤드 - Google Patents

Abstract

본 명세서에는 광학적 전송 수단을 통해 레이저 방출 장치에 의해서 작동되고 커팅 공작기계와 연합할 수 있는 레이저 커팅 헤드가 개시되었으며, 이것은 레이저 방출 장치로부터 오는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단(2); 시준 수단(2)으로부터 오는 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단(5); 포커싱 수단(5)을 수신하고 담기 위한 케이싱(4); 케이싱(4)의 공동(21) 내에 포커싱 수단(5)을 수신하고 유지하며 포커싱 수단(5)으로부터 나오는 레이저 빔의 초점을 변경하도록 조정 방향(X)에 따라서 이동가능한 지지 수단(6)을 포함하고, 레이저 커팅 헤드(1)는 적어도 하나의 펠티에 셀(12) 및 열 소멸 요소(13)를 포함하는 냉각 유닛(10); 지지 수단(6) 및 냉각 수단(10)을 단단하게 연결하고 지지 수단(6) 및 포커싱 수단(5)으로부터 열 전도에 의해 포커싱 수단(5)을 통과하는 레이저 빔에 의해 발생된 열을 추출하기 위해 지지 수단(6)을 냉각 유닛(10)에 접속시키도록 구성된 열 전도성 접속 수단(31, 41; 32, 42) - 지지 수단(6)은 열 전도성 재료로 제작됨- ; 열 전도성 접속 수단(31, 41; 32, 42) 및/또는 냉각 유닛(10)을 지지하고 케이싱(4)의 외부 벽(4a)에 슬라이드가능하게 연결되며 지지 수단(6) 및 포커싱 수단(5)을 이동시키도록 조정 방향(X)을 따라서 이동가능한 이동 요소(37; 47)를 더 포함한다.

Description

공작기계용 레이저 커팅 헤드{LASER CUTTING HEAD FOR MACHINE TOOL}

본 발명은 커팅 공작기계용 레이저 커팅 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시트 금속을 위한 커팅/펀칭 공작기계 내의 광섬유 레이저 커팅 시스템에서 사용되기 위한 레이저 커팅 헤드에 관한 것이다.

부품들을 커팅, 인그레이빙(engraving) 및 용접하기 위한 레이저 시스템의 사용이 잘 알려져 있으며 금속 시트 및 플레이트를 프로세싱하기 위한 공작기계 분야에서 널리 확산되었다.

레이저 디바이스는 유도 방출 프로세스에 의해 극도로 높은 광도(휘도)를 갖는 직선 빔 내에 집중된 코히런트한(coherent) 단색 광선을 방출한다. 커다란 양의 에너지를 매우 작은 포인트 내에 집중시키는 가능성은 레이저 디바이스가 금속을 커팅, 인그레이빙 및 용접하는 것을 가능하게 한다. 금속성 재료의 커팅은 전형적으로 증발 및 특히 결합에 의해 발생한다. 이러한 마지막 경우에서 레이저 빔은 작은 포인트의 금속을 녹여서 녹은 금속(드로스(dross))이 강한 바람 또는 기체의 분사에 의해 제거된다.

서로 다른 유형의 레이저 소스가 금속을 커팅하기에 적합한 광 빔을 생성하도록 사용될 수 있다. 전형적으로, 기체(이산화물, 탄소 일산화물, CO2) 및 고체 상태(다이오드, 도핑된 유리, 섬유) 레이저들이 사용된다.

공작기계에서, 시트 금속 및 특히 두꺼운 시트 금속을 절단하기 위해 요구되는 높은 에너지 레벨로 인해, 레이저 방출 장치의 치수 및 무게는 이들이 기계 상에 위치되는 것을 방지하도록 하는 치수 및 무게이다. 레이저 빔은 (CO2 레이저 내의) 광학 체인 또는 전송 섬유(transmission fiber)(예컨대 YAG 다이오드 레이저 내의 광섬유)에 의해 방출 장치에 접속되는 레이저 커팅 헤드 또는 포커싱 헤드에 의해서 워크피스(workpiece) 상에 포커싱된다. 그 감소된 치수 및 무게로 인해, 레이저 커팅 헤드는 실제로 워크피스를 커팅하기 위해서 공작기계에 의해 정확하고 신속하게 이동될 수 있다.

광섬유 케이블이 레이저 빔을 커팅 헤드로 수송하도록 사용되는 소위 섬유 레이저 커팅 시스템에서, 후자는 전형적으로 광섬유를 떠나는 광 빔을 커팅될 워크피스 상에 시준되는 레이저 빔을 포커싱할 수 있는 포커싱 유닛 상에 수렴시키는 광학 시준기를 포함한다.

포커싱된 레이저 빔은 금속의 결합에 의해 발생되는 드로스를 제거하기 위해 사용되는 강한 바람 또는 기체의 분사를 집중시키는 커팅 노즐을 통해 포커싱 헤드를 떠나고 드로스가 포커싱 유닛에 도달할 확률을 제한한다. 포커싱 유닛은 레이저 빔의 집중을 가능하게 하며, 즉 커팅될 워크피스의 표면 상의 주어진 포인트 상에 또는 이러한 표면 바로 아래의 주어진 포인트 상에 초점 또는 포커스를 위치시키는 것을 가능하게 한다.

레이저 빔의 풀 파워를 집중시켜 재료를 올바르게 커팅하기 위해서 초점의 올바른 포지셔닝이 필요하다.

포커싱 유닛은 전형적으로 후자가 포커싱될 수 있도록 레이저 빔의 방향에 평행한 조정 방향을 따라 이동가능한 렌즈-홀더 슬라이드 또는 캐리지 상에 장착된 포커싱 렌즈를 포함한다. 보다 정확하게, 렌즈-홀더 슬라이드가 워크피스의 표면과 커팅 헤드 사이의 커리에 따라 제어되는 개별 액추에이터에 의해서 이동되며, 이러한 거리는 커팅 헤드 상에 장착된 적합한 센서에 의해 측정된다. 워크피스(예를 들어, 넓은 금속 시트)의 표면은 사실 일반적으로 불규칙하고, 편평하지 않으며, 구부러져 있다.

포커싱 렌즈 및 관련된 렌즈-홀더 슬라이드는 렌즈를 더럽힐 수 있고 그에 따라 렌즈의 광학적 특징을 변화시킬 수 있는 오염시키는 외부 요소의 진입을 방지하도록 밀폐된 컨테이너 또는 케이싱(casing) 내부에 하우징된다.

냉각 시스템이 커팅 헤드 및 특히 포커싱 렌즈를 냉각시키도록 제공된다. 렌즈를 가로지르는 레이저 빔의 에너지의 작은 부분이 흡수되어 서로 다른 원인들, 주로 옵틱(코팅 및 기판)의 비절대적 투명성으로 인해, 열로 변형된다. 장기적인 사용에 의해 발생된 열은 전체 헤드 및 특히 포커싱 렌즈의 온도 상승을 발생시킨다. 이러한 온도 증가는 렌즈 자체의 굴절률에서의 변화를 발생시키며 따라서 포커스의 이동(shift)을 발생시킨다. 이러한 현상은 흔히 "열적 포커스 이동"으로 지칭되고, 이는 커팅 시스템이 워크피스의 표면 상의 원하는 최적의 포인트 내에 레이저 빔을 포커싱하는 것을 불가능하게 하며, 컷이 전혀 불가능한 워크피스의 포인트에 대한 커팅 특징의 결과적인 악화를 결정한다.

온도 증가는 또한 일반적으로 렌즈의 표면 상에 제공되는 보호층을 손상시킬 수 있으며 따라서 렌즈의 광학적 특징의 추가적인 변화를 발생시킬 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 기체가 포커싱 렌즈를 가로질러 흐르고 그에 따라 렌즈를 냉각시키도록 제어된 온도에서 기체(전형적으로 질소)를 포커싱 헤드 내에 도입하는 알려진 냉각 시스템이 존재한다.

사실, 포커싱 유닛을 담고 있는 케이싱의 외부 냉각은 포커싱 렌즈의 적절한 냉각을 보장하기에 충분하지 않다.

그러나 기체 흐름을 사용하는 냉각 시스템은 오염 요소가 전혀 없는 값비싼 기체의 사용을 요구한다는 단점을 가진다. 기체 내에 함유된 오염 또는 외부 입자 또는 요소가 포커싱 렌즈 상에 침착될 수 있으며, 이는 옵틱의 굴절률 변화를 발생시킬 뿐 아니라, 레이저 빔의 에너지 흡수 변화도 발생시키며, 그러므로 커팅을 위해 이용가능한 파워의 감소를 발생시킨다.

또한, 이러한 시스템은 상당히 복잡하고 제작 비용이 높으며 주기적인 유지보수를 필요로 한다.

JP 2012091191은 레이저 빔을 발생시키기 위한 레이저 발생 수단이 제공된 레이저 방출 유닛, 레이저 방출 유닛으로부터 워크피스로 출력되는 레이저 빔을 방출하기 위한 갈바노 스캐너(galvano scanner)가 제공된 레이저 헤드 및 레이저 방출 유닛으로부터 레이저 헤드로의 레이저 빔의 전송을 위한 광섬유 케이블을 포함하는 레이저 기계 장치를 개시한다. 광섬유 케이블에는 레이저 헤드 상에 탈착가능하게 부착된 헤드 커넥터가 제공된다. 헤드 커넥터에는 광섬유 케이블로부터 방출된 레이저 빔을 확산시키기 위한 확산 렌즈 및 확산 렌즈로부터 방출된 레이저 빔이 평행한 빔으로서 수렴하게 만들기 위한 수렴 렌즈를 포함하는 빔 익스팬더(beam expander)가 제공된다.

US 20080030823은 레이저 오실레이터로부터 렌즈를 통해 출력되어 물체를 조사하는 레이저 빔을 포커싱하기 위한 방법 및 디바이스를 개시한다. 이러한 디바이스는 레이저 오실레이터로부터 출력된 레이저 빔을 반사시키기 위한 미러 및 레이저 빔을 포커싱하고 물체를 조사하기 위한 집광 렌즈를 포함한다. 집광 렌즈의 초점 거리가 온도의 변화로 인해 변화할 수 있기 때문에, 레이저 빔의 조사가 중단된 후에 재시작될 때, 집광 렌즈를 담고 있는 렌즈 튜브가 펠티에 소자(Peltier device)가 제공된 온도 제어 디바이스에 의해 가열되거나 냉각된다.

US 6198579는 광학 소자, 특히 반도체 마이크로리소그래피에서 사용되는 프로젝션 노출 디바이스를 위한 렌즈를 갖는 대물렌즈(objective)를 개시한다. 대물렌즈에는 광학 소자 내의 가열 효과로 인한, 특히 광학 소자 내의 비-순환적-대칭 온도 분포로 인한 이미지 오류의 보정을 위한 냉각 디바이스가 제공된다. 냉각 디바이스는 자신의 주변부에 분포된 광학 소자들 중 적어도 하나 상에 배치되며 광학 소자 내의 온도 분포에 대해 작용하도록 전기적으로 서로 다르게 구동되는 몇몇 펠티에 소자를 포함한다.

본 발명의 목적은 커팅 공작기계를 위한 현존하는 레이저 커팅 헤드, 특히 광섬유 레이저 커팅 시스템을 위한 커팅 헤드를 향상시키는 것이다.

다른 목적은 포커싱 수단의 효율적이고 적절한 냉각을 보장할 수 있는 냉각 시스템이 제공된 레이저 커팅 헤드를 제공하는 것이다.

추가의 목적은 단순하고 경제적인 구성과 효율적이고 신뢰가능한 동작을 갖는 냉각 시스템이 제공된 레이저 커팅 헤드를 획득하는 것이다.

또 다른 목적은 장기적이고 집중적인 사용 후에도 레이저 빔의 포커스를 고정된 위치에 유지시키는 것을 가능하게 하는 레이저 커팅 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에서 레이저 커팅 헤드가 제공된다.

본 발명의 이러한 양태에 따른 레이저 커팅 헤드가 광학적 전송 수단을 사용하는 레이저 방출 장치에 의해 공급될 수 있고 커팅 공작기계와 연관될 수 있다. 레이저 커팅 헤드는 레이저 방출 장치에 의해 생성되는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단, 시준 수단을 떠나 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단 및 포커싱 렌즈 및 포커싱 렌즈를 하우징하기 위한 지지 수단이 제공된 포커싱 수단을 내장하고 담기 위한 케이싱을 포함하며, 방출된 레이저 빔의 초점을 변경하도록 조정 방향을 따라 후자를 이동시킨다. 레이저 커팅 헤드는 케이싱에 외부적으로 연관되고 하나 이상의 펠티에 셀이 제공된 냉각 유닛 및 열 소멸 요소와 포커싱 렌즈를 통과할 때 레이저 빔에 의해 발생된 열을 지지 수단 및 포커싱 렌즈로부터 열 전도에 의해 추출하고 지지 수단과 냉각 유닛을 단단하게 연결하도록 냉각 유닛에 지지 수단을 접속시키도록 구성된 열 전도성 접속 수단을 포함한다. 지지 수단 및 열 전도성 접속 수단이 열 전도성 재료, 바람직하게는 높은 열전도성 재료로 제조된다.

레이저 커팅 헤드는 열 전도성 접속 수단 및 냉각 유닛을 지지하고 케이싱의 외부 벽에 슬라이드가능하게 연결되며 레이저 빔의 초점을 조정하기 위해 지지 수단 및 포커싱 수단을 이동시키도록 조정 방향을 따라서 이동가능한 이동 요소를 더 포함한다.

열 전도성 접속 수단이 열 전도성 재료로 제작된 제 1 접속 요소 및 제 2 접속 요소를 포함하고, 제 1 접속 요소는 지지 수단에 고정되고 이를 유지하는 제 1 단부 및 제 2 접속 요소에 고정되는 제 2 단부를 구비하며, 제 2 접속 요소는 펠티에 셀에 접속된다. 펠티에 셀의 온측(hot side)은 열 소멸 요소에 접속된다.

레이저 커팅 헤드의 동작 동안에, 레이저 빔의 통로에 의해 포커싱 렌즈 내에서 발생된 열이 지지 수단 및 열전도성 접속 수단에 의해서 펠티에 셀로 전송 및 전달되며, 이것은 직류 또는 PWM(펄스 폭 변조) 전류에 의해 적절하게 작동되고 제어되며 이러한 열을 열 소멸 요소로 전달한다. 열을 제거함으로써 펠티에 셀은 포커싱 렌즈의 온도를 제어하여 특히 렌즈 굴절률의 변화를 발생시킬 수 있고 그에 따라 제어되지 않은 초점 이동을 발생시킬 수 있는 과열을 방지하는 것을 가능하게 한다.

열 전도성 접속 수단 및 이동 요소가 (펠티에 셀에 의해) 포커싱 렌즈의 온도를 제어하고 레이저 빔의 초점을 조정하도록 조정 방향을 따라서 (냉각 유닛과 함께) 지지 수단 및 포커싱 렌즈를 이동시키는 것 모두를 가능하게 함이 인지된다.

본 발명의 제 2 양태에서 레이저 커팅 헤드가 제공된다.

본 발명의 이러한 양태에 따른 레이저 커팅 헤드는 광학적 전송 수단을 이용하여 레이저 방출 장치에 의해서 공급될 수 있고 커팅 공작기계와 연합될 수 있다. 레이저 커팅 헤드는 레이저 방출 장치에 의해 생성된 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단, 시준 수단을 떠나 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단 및 포커싱 렌즈 및 포커싱 렌즈를 하우징하기 위한 지지 수단이 제공된 포커싱 수단을 내장하고 담기 위한 케이싱을 포함하며, 방출된 레이저 빔의 초점을 변경하도록 조정 방향을 따라 후자를 이동시킨다. 레이저 커팅 헤드는 케이싱에 외부적으로 고정되고 하나 이상의 펠티에 셀이 제공된 냉각 유닛 및 열 소멸 요소와 포커싱 렌즈를 통과할 때 레이저 빔에 의해 발생된 열을 지지 수단 및 포커싱 렌즈로부터 열 전도에 의해 추출하도록 냉각 유닛에 지지 수단을 접속시키도록 구성된 열 전도성 접속 수단을 포함한다. 이러한 목적을 위해서 지지 수단 및 열 전도성 접속 수단이 열 전도성 재료, 바람직하게는 높은 열전도성 재료로 제조된다. 열 전도성 접속 수단은 펠티에 셀의 냉측(cold side)에 접속된 적어도 하나의 가요성 열 전도성 요소를 포함하는 반면, 열 소멸 요소는 펠티에 셀의 온측에 접속된다.

레이저 커팅 헤드의 동작 동안에, 레이저 빔의 통로에 의해 포커싱 렌즈 내에서 발생된 열이 지지 수단 및 열전도성 접속 수단에 의해서 펠티에 셀로 전송 및 전달되며, 이것은 직류 또는 PWM(펄스 폭 변조) 전류에 의해 적절하게 작동되고 제어되며 이러한 열을 열 소멸 요소로 전달한다. 열을 제거함으로써 열 펌프로서 작동하는 펠티에 셀은 포커싱 렌즈의 온도를 제어하여 특히 렌즈 굴절률의 변화를 발생시킬 수 있고 그에 따라 제어되지 않은 초점 이동을 발생시킬 수 있는 과열을 방지하는 것을 가능하게 한다.

열 전도성 접속 요소의 가요성 덕분에 동작 중에 지지 수단 및 포커싱 렌즈가 펠티에 셀에 의해서 효율적으로 냉각될 수 있는 동시에 레이저 빔의 초점을 조정하기 위한 케이싱 내부의 조정 방향을 따라서 이동한다는 점이 인지된다.

본 발명에 개시된 레이저 커팅 헤드의 냉각 시스템(냉각 유닛, 열 전도성 접속 수단 및 지지 수단)의 열 효율성이 대류에 의해서 렌즈로부터 열을 제거하는 알려진 기체 냉각 시스템과 유사하다.

특별한 냉각 시스템 덕분에, 본 발명의 레이저 커팅 헤드는 길고 집중적인 동작 동안에도 포커싱 렌즈의 "열적 포커스 이동(thermal focus shift)" 현상을 방지하고, 레이저 빔이 워크피스의 표면에 대해 원하는 최적의 포인트 내에 레이저 빔을 포커싱하는 것을 가능하게 하여 효율적이고 정확한 커팅을 보장한다. 온도 제어 및 조정은 또한 포커싱 렌즈의 보호성 아표층(superficial layer)의 손상을 방지한다.

본 발명은 비제한적인 예시의 방식으로 본 발명의 실시예들을 설명하는 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 잘 이해되고 구현될 수 있다:
도 1은 본 발명의 레이저 커팅 헤드의 제 1 실시예의 사시도;
도 2는 포커싱 수단을 더욱 잘 나타내기 위한, 냉각 유닛이 없는 도 1의 레이저 커팅 헤드를 도시한 도면;
도 3은 도 1의 레이저 커팅 헤드의 확대도;
도 4는 도 1의 레이저 커팅 헤드의 포커싱 수단 및 지지 수단과 연관된 냉각 유닛의 사시도;
도 5는 도 4의 냉각 유닛, 포커싱 수단 및 지지 수단의 전면도;
도 6은 도 4의 냉각 유닛, 포커싱 수단 및 지지 수단의 측면도;
도 7은 도 4의 냉각 유닛, 포커싱 수단 및 지지 수단의 상면도;
도 8은 포커싱 수단 및 지지 수단과 연관된 본 발명의 레이저 커팅 헤드의 냉각 수단의 변형물의 사시도;
도 9는 도 8의 냉각 유닛, 포커싱 수단 및 지지 수단의 전면도;
도 10은 도 8의 냉각 유닛, 포커싱 수단 및 지지 수단의 측면도;
도 11은 도 8의 냉각 유닛, 포커싱 수단 및 지지 수단의 상면도;
도 12는 본 발명의 레이저 커팅 헤드의 제 2 실시예의 사시도;
도 13은 도 12의 레이저 커팅 헤드의 확대도;
도 14는 도 12의 레이저 커팅 헤드의 다른 확대도;
도 15는 도 12의 레이저 커팅 헤드의 변형물의 사시도;
도 16은 도 15의 레이저 커팅 헤드의 확대도;
도 17은 도 15의 레이저 커팅 헤드의 포커싱 수단 및 지지 수단과 연관된 냉각 수단의 사시도;
도 18은 도 15의 레이저 커팅 헤드의 포커싱 수단 및 지지 수단과 연관된 냉각 수단의 변형물의 상면도.

도 1 내지 7을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저 커팅 헤드(1)가 도시되었으며, 이것은 광학적 전송 수단을 통해 도면에 도시되지 않은 알려진 타입의 레이저 방출 장치에 의해서 작동되고 커팅 공작 기계와 연합할 수 있도록 구성된다. 특히, 방출 장치는 고체 상태 레이저 자극 방출 타입이고 광학적 전송 수단은 레이저 커팅 헤드(1)에 방출 장치에 의해서 생성된 레이저 빔을 전달하기에 적합한 광섬유 케이블을 포함한다.

레이저 커팅 헤드(1)는 레이저 방출 장치에 의해 생성되는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단(2); 시준 수단(2)을 떠나 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단(5); 포커싱 수단(5)을 담고 내장하기 위한 케이싱(4)을 포함한다.

레이저 커팅 헤드(1)는 또한 광학적 중심화 링-넛(19)에 의해 케이싱(4)에 고정되는 커팅 노즐(18)을 포함하고, 이것에 의해서 포커싱된 레이저 빔이 밖으로 나온다. 커팅 노즐(18)은 워크피스의 융합에 의해서 생성된 드로스(dross)를 제거하기 위해 강한 바람 또는 기체의 분사를 집중시키는 동시에 케이싱(4) 및 포커싱 수단(5)의 내부에 이러한 드로스가 도달할 확률을 제한한다.

시준 수단(2)은 알려진 타입이며 직선의 레이저 빔 내의 광섬유로부터 나와서 포커싱 수단(5)을 향하는 레이저 빔을 수렴하고 시준할 수 있는 렌즈와 거울의 세트를 포함한다.

포커싱 수단은 적어도 하나의 포커싱 렌즈(5)를 포함한다.

레이저 커팅 헤드(1)는 포커싱 렌즈(5)를 수신하고 고정하도록 구성되며 포커싱 렌즈(5)로부터 나오는 레이저 빔의 포커스 또는 초점을 조정하는 것을 가능하게 하도록 케이싱(4) 내부의 조정 방향(X)을 따라 이동가능한 지지 수단(6)을 더 포함한다.

지지 수단은 실질적으로 캐리지로서 작용하거나 또는 포커싱 렌즈(5)에 대해 슬라이드하고 구동 수단(9)에 의해 조정 방향(X)을 따라서 슬라이드식으로 이동되는 케이싱(4)의 공동(21) 내부에 하우징되는 지지 요소(6)를 포함한다.

구동 수단(9)은 예를 들어 회전식 전기 모터에 의해 동작되고 지지 요소(6)에 접속된 상대적 리드 나사(lead screw)에 연결된 재순환 볼 나사(recirculating ball screw) 또는 선형 전기 액추에이터를 포함한다. 구동 수단(9)은 케이싱(4)에 고정되고 케이싱(4)의 측벽(4b) 내에서 수행되는 개방을 통해 지지 요소(6)에 접속된다.

지지 요소(6)는 포커싱 렌즈(5)를 수신하고 잠그기에 적합한 시트(7)를 포함한다.

레이저 커팅 헤드(1)는 케이싱(4)의 외부에 고정된 냉각 유닛(10) 및 지지 요소(6) 및 포커싱 렌즈(5)로부터의 열 전도에 의해 후자가 포커싱 렌즈(5)를 통과할 때 레이저 빔에 의해 생성된 열이 추출되도록 지지 수단(6)을 냉각 유닛(10)에 접속시키도록 구성된 열 전도성 접속 수단(11)을 더 포함한다. 이러한 목적을 위해서, 지지 요소(6)는 열 전도성 재료로 제조되고, 바람직하게는 포커싱 렌즈(5)로부터 열이 전달되도록 알루미늄 합금 또는 황동과 같은 높은 열 전도성 재료로 제조된다.

열 전도성 접속 수단(11)은 예를 들어 땋은 구리 테이프 및/또는 흑연 코팅된 테이프와 같은 높은 열 전도성 재료로 제조된 적어도 하나의 가요성 열 전도성 요소를 포함한다.

도면에 도시된 실시예에서, 가요성 열 전도성 요소(11)는 냉각 유닛(10)에 고정된 주요 부분(11a)을 포함하며, 이것으로부터 지지 요소(6)의 대향하는 측들에 고정된 두 개의 연장된 부분들(11b)이 출발한다.

도시되지 않은 실시예서, 가요성 열 전도성 요소(11)는 주요 부분(11a)에 더하여 단일의 연장된 부분(11b)을 포함할 수 있다.

열 전도성 요소(11)의 가요성은 레이저 커팅 헤드(1)의 동작 중에 조정 방향(X)을 따르는 지지 요소(6)의 이동을 전혀 저해하지 않는 동시에 열 전도성 요소(11)의 열 전도성 재료가 포커싱 렌즈(5)로부터의 최적의 열 추출을 보장한다는 것이 인지된다.

냉각 유닛(10)은 적어도 하나의 펠티에 셀(Peltier cell)(12) 및 열 소멸 요소(13)를 포함한다. 가요성 열 전도성 디바이스(11)가 펠티에 셀(12)의 냉측(12a)에 접속되는 반면, 열 소멸 요소(13)가 펠티에 셀(12)의 온측(12b)에 접속된다.

펠티에 셀은 고체 상태 열 펌프로서 작용하고 전형적으로 얇은 플레이트의 외형을 갖는 열전기 디바이스이며: 플레이트의 두 측면들 또는 면들 중 하나는 열을 흡수하는 반면에 다른 하나는 열을 방출한다. 열이 전달되는 방향은 이러한 플레이트 단부에 인가되는 직류의 방향에 의존한다. 보다 정확하게, 펠티에 셀은 얇은 플레이트를 형성하도록 직렬로 구성된 복수의 펠티에 접합들로 구성된다. 이러한 접합은 플레이트의 외부 면 또는 측면을 형성하는 두 개의 대향하는 구리 시트들에 의해 함께 접속되는 하나는 N-형이고 하나는 P-형인 두 개의 도핑된 반도체로 형성된다. 반도체 재료에 반대 전압의 직류를 인가함으로써 플레이트의 일 측면 또는 면을 냉각시키는 동시에 반대편 측면을 가열하는 것이 가능하고, 따라서 플레이트의 두 측면들 사이에서 열 에너지를 전달한다. 반도체 재료에 공급되는 전류의 전압을 인버트함으로써 열 에너지 전달을 인버트하는 것이 가능하다.

냉각 유닛(10)에 사용된 펠티에 셀(12)은 알려진 타입이다.

레이저 헤드(1)는 요소(6) 및 포커싱 렌즈(5)가 이동하는 공동(21)으로의 접근을 제공하는 케이싱(4)의 개구(17)를 닫기 위해서 열 전도성 재료, 바람직하게는 알루미늄 합금 또는 황동과 같은 높은 열 전도성 재료로 제조된 커버(16)를 포함한다.

도 3에 도시된 실시예에서, 펠티에 셀(12)의 냉측(12a)이 커버(16)의 외부 벽에 고정되고 가요성 열 전도성 요소(11)가 커버(16)의 내부 벽에 고정된다.

이와 달리, 가요성 열 전도성 요소(11)는 커버(16) 내에 제공된 상응하는 개구를 통해 펠티에 셀의 냉측(12a)에 직접 고정될 수 있다(도 4 내지 7).

여전히 대안적으로, 펠티에 셀(12)의 냉측(12a)이 케이싱(4)의 외부 벽(4a), 예를 들어 전면 벽에 고정될 수 있으며 가요성 열 전도성 요소(11)가 케이싱(4) 내에 제공된 상응하는 개구를 통해 냉측(12a)에 직접 고정될 수 있고 공동(21)으로의 접근을 제공한다.

도시되지 않은 커팅 헤드의 버전에서, 냉각 유닛(10)이 직렬 및/또는 병렬로 구성된 복수의 펠티에 셀(12)을 포함한다.

열 소멸 요소(13)는 바디 자체를 냉각시키기 위해서 특히 대류를 통한 공기의 통로를 허용하는 복수의 냉각 덕트(14)가 제공된 알루미늄 합금과 같은 높은 열 전도성 재료로 제조된 바디를 포함한다. 도시된 실시예에서, 열 소멸 요소(13)는 패러럴파이프(parallelpiped) 형태를 가지며 예를 들어 조정 방향(X)에 평행한 세로 방향을 따라 연장하고 나란히 배치되는 복수의 냉각 덕트(14)를 구비한다.

펠티에 셀(12)의 온측(12b)이 열 소멸 요소(13)의 후방 벽에 고정된다.

열적으로 전도성인 접착제가 지지 수단(6) 및 펠티에 셀(12)에 열 전도성 접속 수단(11)을 고정시키도록 사용될 수 있다. 보다 정확하게, 열적으로 전도성인 접착제가 열 전도성 접속 수단(11)을 지지 요소(6) 및 커버(16)에 및/또는 펠티에 셀의 냉측(12a)에 고정시키고 펠티에 셀의 대향하는 측면들(12a, 12b)을 커버(16) 및 열 소멸 요소(13)에 고정시키도록 사용된다.

도 8 내지 11은 열 교환(가제 대류)을 증가시키고 펠티에 셀의 온측(12b)을 더욱 신속하고 효율적으로 냉각시키기 위해 냉각 유체를 냉각 덕트(14) 내에 도입하도록 구성된 흡입 수단(15)을 포함하는 냉각 유닛(10)의 버전을 도시한다. 흡입 수단(15)은 예를 들어 압축된 공기가 공급되고 이러한 압축된 공기를 냉각 덕트(14) 내에 도입할 수 있는 한 쌍의 노즐들을 포함한다. 디버터 요소(20)는 노즐(15)로부터 나오는 압축된 공기의 흐름이 냉각 덕트(14) 내로 향하게 하며 그에 따라 냉각 유체, 즉 압축된 공기가 열 교환 요소(13)를 떠나 워크피스를 향한다.

본 발명의 레이저 커팅 헤드(1)의 동작 동안에, 시준 수단(3)으로부터 나오는 레이저 빔의 통로에 의해 포커싱 렌즈(5) 내에 발생된 열(렌즈의 비-절대 투명도에 의해 발생된 열)이 지지 요소(6), 열 전도성 접속 수단(11) 및 펠티에 셀(12)의 냉측(12a)으로 전달되고 전송된다. 이러한 방식으로, 레이저 커팅 헤드(1)의 동작 동안 열이 포커싱 렌즈(5)로부터 펠티에 셀(12)로 전달되며, 이것은 열을 (펠티에 셀(12)의 온측(12b)에 고정된) 열 소멸 요소(13)로 전달한다.

레이저 커팅 헤드(1)의 동작 동안에 포커싱 렌즈(5)가 가요성 열 전도성 요소(11)에 열을 전달하는 지지 요소(6)로 열을 전달한다는 것이 인지된다. 열 펌프로서 작동하는 펠티에 셀(12)에 의해 동작되는 열 추출은 포커싱 렌즈(5)의 온도를 제어하는 것을 가능하게 하며 특히 렌즈 굴절률의 결과적인 변화를 갖는 렌즈(5)의 과열을 방지하고 그에 따라 포커스 이동을 방지한다.

펠티에 셀(12)을 작동시키는 직류의 세기 및 전압을 조정함으로써, 정확하고 신뢰가능한 방식으로 동작 중에 포커싱 렌즈(5)의 온도를 제어하는 것이 가능하다.

특별한 냉각 시스템 덕분에, 본 발명의 레이저 커팅 헤드(1)는 길고 집중적인 동작 동안에도 포커싱 렌즈(5)의 열적 포커스 이동을 방지하는 것을 가능하게 하며 따라서 커팅 정확도 및 효율성을 가지고 워크피스의 표면에 대해 원하는 최적의 포인트 내에 레이저 빔을 포커싱하는 것을 가능하게 한다.

온도 제어 및 조정은 포커싱 렌즈(5)의 보호성 아표층(superficial layer)의 손상을 방지하는 것을 가능하게 한다.

열 전도성 접속 요소의 가요성 덕분에 지지 수단 및 포커싱 렌즈가 펠티에 셀에 의해서 효율적으로 냉각될 수 있는 동시에 레이저 빔의 초점을 조정하기 위한 케이싱 내부의 조정 방향을 따라서 이동한다는 점이 인지된다.

본 발명에 개시된 레이저 커팅 헤드의 냉각 시스템(냉각 유닛, 열 전도성 접속 수단 및 지지 수단)의 열 효율성이 대류에 의해서 렌즈로부터 열을 제거하는 알려진 기체 냉각 시스템과 유사하다.

도 12 내지 14를 참조하면, 레이저 냉각 헤드(1)가 본 발명의 제 2 실시예에 따라 도시되고, 이것은 광학적 전달 수단을 통해 레이저 방출 장치에 의해서 작동되고 커팅 공장기계와 연합가능하도록 구성된다.

레이저 커팅 헤드(1)는 레이저 방출 장치에 의해 생성되는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단(2); 시준 수단(2)을 떠나 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단(5); 포커싱 수단(5)을 담고 내장하기 위한 케이싱(4)을 포함한다.

레이저 커팅 헤드(1)는 또한 예를 들어 링-넛(19)에 의해 케이싱(4)에 고정되는 커팅 노즐(18)을 포함하고, 이것을 통해서 포커싱된 레이저 빔이 밖으로 나온다.

시준 수단(2)은 알려진 타입이며 직선의 레이저 빔 내의 광학적 전달 수단으로부터 나와서 레이저 빔을 수렴하고 시준할 수 있는 렌즈들의 세트를 포함할 수 있다. 거울은 적어도 하나의 포커싱 렌즈(5)를 포함하는 포커싱 수단(5)을 향해 레이저 빔을 재다이렉팅하도록 제공될 수 있다.

레이저 커팅 헤드(1)는 포커싱 수단(5)으로부터 나오는 레이저 빔의 초점 또는 포커스를 변경하도록 조정 방향(X)을 따라 이동가능하고 케이싱(4)의 공동(21) 내의 포커싱 렌즈(5)를 수신 및 고정하도록 구성된 지지 수단(6)을 포함한다.

공동(21)에는 접근 개구(17)가 제공된다.

지지 수단은 포커싱 렌즈(5)를 수신하고 고정하기에 적합한 시트(7)가 제공된 지지 요소(6)를 포함한다.

레이저 커팅 헤드(1)는 케이싱(4)에 외부적으로 연관된 냉각 유닛(10)을 더 포함하고 적어도 하나의 펠티에 셀(12) 및 열 소멸 요소(13) 및 열 전도성 접속 수단(31)이 제공되고, 이것은 지지 수단(6) 및 냉각 유닛(10)을 단단하게 링크하고 포커싱 렌즈(5)를 통과하는 레이저 빔에 의해 생성되는 열을 포커싱 렌즈(5) 및 지지 요소(6)로부터의 열 전달에 의해서 추출하도록 냉각 유닛(10)에 지지 수단(6)을 접속시키도록 구성된다. 이러한 목적을 위해서, 지지 요소(6)는 열 전도성 재료로 제조되고, 바람직하게는 알루미늄 합금 또는 황동과 같은 높은 열 전도성 재료로 제조된다.

펠티에 셀(12)은 열 전도성 접속 수단(31, 32)에 접속된 냉측(12a) 및 열 소멸 요소(13)에 접속된 온측(12b)을 포함한다. 열 소멸 요소(13)는 알루미늄 합금과 같은 높은 열 전도성 재료로 제조된 바디를 구비하며 바디 자체의 냉각을 위해서 특히 자연 또는 강제 대류에 의한 공기의 통과를 가능하게 하는 복수의 냉각 덕트(14)가 제공된다.

냉각 유닛(10)은 또한 병렬 및/또는 직렬로 배치된 복수의 펠티에 셀(12)을 포함할 수 있다.

레이저 커팅 헤드(1)는 지지 수단(6) 및 포커싱 수단(5)을 이동시키기 위해 조정 방향(X)을 따라 이동가능하고 케이싱(4)의 외부 벽(4a), 예를 들어 전면 벽에 슬라이드 가능하게 연결되며 열 전도성 접속 수단(31) 및/또는 냉각 유닛(10)을 지지하는 이동 요소(37)를 포함한다.

구동 수단(9)이 케이싱(4)에 고정되고 조정 방향(X)을 따라 후자를 이동시키도록 이동 요소(37)에 커플링된다.

열 전도성 접속 수단은 열 전도성 재료로 제조된 제 1 접속 요소(31) 및 제 2 접속 요소(32)를 포함하고, 바람직하게는 알루미늄 합금 또는 황동과 같은 높은 열 전도성 재료로 제조된다. 제 1 접속 요소(31)에는 지지 수단(6)에 고정되고 이를 유지하는 제 1 단부 및 제 2 접속 요소(32)에 고정된 제 2 단부가 제공되며, 후자는 펠티에 셀(12), 특히 이것의 냉측(12a)에 접속된다.

제 1 접속 요소(31)가 실질적으로 예를 들어 적절한 고정 수단에 의해 탈착가능한 제 2 접속 요소(32)에 접속된 연장된 브라켓 또는 암으로서의 형태를 가진다. 제 1 접속 요소(31) 및 제 2 접속 요소(32)는 또한 통합적으로 제조될 수 있다.

제 2 접속 요소(32)는 제 1 접속 요소(31)가 고정되는 내부 표면 및 펠티에 셀(12)의 냉측(12a)에 접속된 외부 표면을 갖는 편평한 형태를 가진다. 제 2 접속 요소(32)의 편평한 형태 및 치수는 (지지 수단(6) 및 포커싱 렌즈(5)와 함께) 열 전도성 접속 수단(31, 32)과 펠티에 셀(12) 사이의 효율적이고 높은 열 교환을 가능하게 한다.

열적으로 전도성인 접착제가 펠티에 셀(12)의 냉측(12a) 및 제 2 접속 요소(32)의 외부 표면을 서로 고정시키도록 사용될 수 있다.

이동 요소(37)는 제 1 접속 요소(31), 지지 요소(6) 및 포커싱 렌즈(5)와 냉각 유닛(10)과 함께 후자를 이동시키도록 제 2 접속 요소(32)에 커플링된다.

이와 다르게, 이동 요소(37)는 냉각 유닛(10)을 직접 지원할 수 있고 후자는 접속 요소(31, 32)에 의해 지지 요소(6) 및 포커싱 렌즈(5)를 지지할 수 있다.

도시된 실시예에서, 이동 요소(37)가 케이싱(4)의 외부 벽(4a), 즉 전면 벽에 슬라이드 가능하게 연결된 편평한 요소를 포함하고 케이싱(4)의 공동(21)으로의 접근이 주어진 개별 개구(37a)가 제공된다. 보다 정확하게, 이동 요소(37)의 개구(37a)는 접속 요소(31, 32)가 냉각 유닛(10)을 지지 요소(6)에 단단하게 접속시키는 것을 가능하게 한다.

이동 요소(37)는 구동 수단(9)에 연결된 링크 암(38)을 구비한다. 후자는 케이싱(4)의 측벽(4b)에 고정되고 예를 들어 링크 암(38)에 고정된 상대적인 리드 나사에 접속되고 회전 전기 모터에 의해 동작되는 재순환 볼 나사 또는 선형 전기 액추에이터를 포함한다.

본 발명의 레이저 커팅 헤드(1)의 동작 동안에, 시준 수단(2)으로부터 나오는 레이저 빔의 통로에 의해 포커싱 렌즈(5) 내에 생성된 열(렌즈의 비-절대적 투명성에 의해 생성된 열)이 지지 요소(6), 열 전도성 접속 수단(31, 32) 및 펠티에 셀(12)의 냉측(12a)에 전달되고 전송된다. 그 다음 펠티에 셀(12)은 온측(12b)에 고정된 열 소멸 요소(13)에 포커싱 렌즈의 열을 전달한다.

그러므로 펠티에 셀(12)은 포커싱 렌즈(5)의 온도를 제어하여 특히 렌즈 굴절률의 결과적인 변화를 갖는 포커싱 렌즈(5)의 과열을 방지하고 그에 따라 포커스 이동을 방지하는 것을 가능하게 한다. 펠티에 셀(12)을 구동하는 직접 또는 PWM(펄스폭 변조) 전류의 전압 및 세기를 조정함으로써, 포커싱 렌즈(5)의 온도를 정확하고 신뢰가능한 방식으로 제어하는 것이 가능하다.

특별한 냉각 시스템 덕분에, 본 발명의 레이저 커팅 헤드(1)는 길고 집중적인 동작 동안에도 포커싱 렌즈(5)의 열적 포커스 이동을 방지하는 것을 가능하게 하며 따라서 커팅 정확도 및 효율성을 가지고 워크피스의 표면에 대해 원하는 최적의 포인트 내에 레이저 빔을 포커싱하는 것을 가능하게 한다.

온도 제어 및 조정은 포커싱 렌즈(5)의 보호성 아표층의 손상을 방지하는 것을 도울 수 있다.

열 전도성 접속 수단 및 이동 요소가 (펠티에 셀에 의해서) 포커싱 렌즈의 온도를 제어하고 레이저 빔의 초점을 조정하기 위해서 조정 방향을 따라 지지 수단 및 포커싱 렌즈를 이동시키는 것 모두를 가능하게 한다는 점을 인지해야만 한다.

또한 접속 요소(31, 32)는 이동 요소(37)로부터 접속해제될 수 있으며, 이것은 유지 및/또는 제어를 위해서, 포커싱 렌즈(5)와 냉각 유닛(10) 및 지지 요소(6) 모두를 레이저 커팅 헤드(1)로부터 쉽고 빠르게 제거하는 것을 가능하게 한다.

도 15 내지 17은 서로 다른 열 전도성 접속 수단(41, 42) 및 이동 요소(47)에 대해 전술된 것과 도 12 내지 14의 제 2 실시예로부터 상이한 레이저 커팅 헤드(1)의 변형을 도시한다.

이러한 변형에서 열 전도성 접속 수단 및 이동 요소(47)의 제 2 접속 요소(42)가 내부 표면이 열 전도성 접속 수단의 제 1 접속 요소(41)에 연결되고 외부 표면이 펠티에 셀의 냉측(12a)에 접속되는 편평한 형태의 요소를 형성하도록 서로 고정된다. 제 2 접속 요소(42) 및 이동 요소(47)는 또한 통합적으로 제조되며 높은 열 전도성 재료로 제조될 수 있다.

이동 요소(47)는 구동 수단(9)에 연결된 링크 암(48)을 구비한다.

도 18은 본 발명의 레이저 커팅 헤드(1)의 다른 변형예를 도시하며, 여기에서 냉각 유닛(10)이 열 교환(가제 대류)를 증가시키고 펠티에 셀의 온측(12b)을 더욱 신속하고 효율적으로 냉각시키기 위해 냉각 유체를 열 소멸 요소(13)의 냉각 덕트(14) 내에 도입하도록 구성된 흡입 수단(15)을 더 포함한다. 흡입 수단(15)은 예를 들어 압축된 공기가 공급되고 이러한 압축된 공기를 냉각 덕트(14) 내에 도입할 수 있는 한 쌍의 노즐들을 포함한다. 디버터 요소(20)는 노즐(15)로부터 나오는 압축된 공기의 흐름이 냉각 덕트(14) 내로 향하게 하며 그에 따라 냉각 유체, 즉 압축된 공기가 열 교환 요소(13)를 떠난다.

Claims (28)

1. 광학적 전송 수단을 통해 레이저 방출 장치에 의해서 작동되고 커팅 공작기계와 연합할 수 있는 레이저 커팅 헤드(1)로서,
   상기 레이저 방출 장치로부터 나오는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단(2);
   상기 시준 수단(2)으로부터 나오는 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단(5);
   상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 담기 위한 케이싱(4);
   상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 유지하며 상기 포커싱 수단(5)으로부터 나오는 상기 레이저 빔의 초점을 변경하도록 상기 케이싱(4)의 공동(21) 내에서 조정 방향(X)을 따라서 이동가능한 지지 수단(6)을 포함하되;
   상기 레이저 커팅 헤드(1)가,
   상기 케이싱(4)에 외부적으로 접속되고 적어도 하나의 펠티에 셀(12) 및 열 소멸 요소(13)를 포함하는 냉각 유닛(10);
   상기 지지 수단(6) 및 상기 포커싱 수단(5)으로부터 열 전도에 의해 상기 포커싱 수단(5)을 통과하는 상기 레이저 빔에 의해 발생된 열을 추출하기 위해 상기 지지 수단(6)을 상기 냉각 유닛(10)에 접속시키기 위한 열 전도성 접속 수단(11)을 더 포함하며, 상기 지지 수단(6)은 상기 공동(21) 내에 포함되고 상기 공동(21) 내에서 슬라이드하는 지지 요소를 포함하고 열 전도성 재료로 제작되며, 상기 열 전도성 접속 수단(11)은 상기 지지 수단(6)이 상기 조정 방향(X)을 따라서 이동하는 것을 가능하게 하도록 적어도 하나의 가요성 열 전도성 요소를 포함하며, 상기 펠티에 셀(12)은 상기 열 전도성 접속 수단(11)에 접속된 냉측(12a) 및 상기 열 소멸 요소(13)에 접속된 온측(12b)을 포함하고,
   상기 가요성 열 전도성 요소가 땋은(braided) 구리 테이프 및/또는 흑연 코팅된 테이프를 포함하는, 레이저 커팅 헤드(1).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 포커싱 수단(5)이 적어도 하나의 포커싱 렌즈를 포함하는, 레이저 커팅 헤드(1).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 케이싱(4)의 측벽의 개구를 통해 상기 지지 수단(6)에 접속되고 상기 조정 방향(X)을 따라서 상기 지지 수단(6)을 이동하도록 구성된 구동 수단(9)을 포함하는, 레이저 커팅 헤드(1).
4. 광학적 전송 수단을 통해 레이저 방출 장치에 의해서 작동되고 커팅 공작기계와 연합할 수 있는 레이저 커팅 헤드(1)로서,
   상기 레이저 방출 장치로부터 나오는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단(2);
   상기 시준 수단(2)으로부터 나오는 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단(5);
   상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 담기 위한 케이싱(4);
   상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 유지하며 상기 포커싱 수단(5)으로부터 나오는 상기 레이저 빔의 초점을 변경하도록 상기 케이싱(4)의 공동(21) 내에서 조정 방향(X)을 따라서 이동가능한 지지 수단(6)을 포함하되;
   상기 레이저 커팅 헤드(1)가,
   상기 케이싱(4)에 외부적으로 접속되고 적어도 하나의 펠티에 셀(12) 및 열 소멸 요소(13)를 포함하는 냉각 유닛(10);
   상기 지지 수단(6) 및 상기 포커싱 수단(5)으로부터 열 전도에 의해 상기 포커싱 수단(5)을 통과하는 상기 레이저 빔에 의해 발생된 열을 추출하기 위해 상기 지지 수단(6)을 상기 냉각 유닛(10)에 접속시키기 위한 열 전도성 접속 수단(11)을 더 포함하며, 상기 지지 수단(6)은 상기 공동(21) 내에 포함되고 상기 공동(21) 내에서 슬라이드하는 지지 요소를 포함하고 열 전도성 재료로 제작되며, 상기 열 전도성 접속 수단(11)은 상기 지지 수단(6)이 상기 조정 방향(X)을 따라서 이동하는 것을 가능하게 하도록 적어도 하나의 가요성 열 전도성 요소를 포함하며, 상기 펠티에 셀(12)은 상기 열 전도성 접속 수단(11)에 접속된 냉측(12a) 및 상기 열 소멸 요소(13)에 접속된 온측(12b)을 포함하고,
   상기 가요성 열 전도성 요소가 상기 냉각 유닛(10)에 고정되도록 구성된 주요 부분(11a)을 포함하고, 이로부터 상기 지지 수단(6)의 대향하는 측면들에 고정되도록 구성된 두 개의 연장된 부분들(11b)이 거리를 두고 있는, 레이저 커팅 헤드(1).
5. 광학적 전송 수단을 통해 레이저 방출 장치에 의해서 작동되고 커팅 공작기계와 연합할 수 있는 레이저 커팅 헤드(1)로서,
   상기 레이저 방출 장치로부터 나오는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단(2);
   상기 시준 수단(2)으로부터 나오는 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단(5);
   상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 담기 위한 케이싱(4);
   상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 유지하며 상기 포커싱 수단(5)으로부터 나오는 상기 레이저 빔의 초점을 변경하도록 상기 케이싱(4)의 공동(21) 내에서 조정 방향(X)을 따라서 이동가능한 지지 수단(6)을 포함하되;
   상기 레이저 커팅 헤드(1)가,
   상기 케이싱(4)에 외부적으로 접속되고 적어도 하나의 펠티에 셀(12) 및 열 소멸 요소(13)를 포함하는 냉각 유닛(10);
   상기 지지 수단(6) 및 상기 포커싱 수단(5)으로부터 열 전도에 의해 상기 포커싱 수단(5)을 통과하는 상기 레이저 빔에 의해 발생된 열을 추출하기 위해 상기 지지 수단(6)을 상기 냉각 유닛(10)에 접속시키기 위한 열 전도성 접속 수단(11)을 더 포함하며, 상기 지지 수단(6)은 상기 공동(21) 내에 포함되고 상기 공동(21) 내에서 슬라이드하는 지지 요소를 포함하고 열 전도성 재료로 제작되며, 상기 열 전도성 접속 수단(11)은 상기 지지 수단(6)이 상기 조정 방향(X)을 따라서 이동하는 것을 가능하게 하도록 적어도 하나의 가요성 열 전도성 요소를 포함하며, 상기 펠티에 셀(12)은 상기 열 전도성 접속 수단(11)에 접속된 냉측(12a) 및 상기 열 소멸 요소(13)에 접속된 온측(12b)을 포함하고,
   열 전도성 재료로 제작되고 상기 공동(21) 및 상기 지지 수단(6)으로의 접근을 제공하는 상기 케이싱(4)의 개구(17)를 닫도록 구성된 커버(16)를 포함하며, 상기 펠티에 셀(12)의 상기 냉측(12a)이 상기 커버(16)의 외부 벽에 고정되는, 레이저 커팅 헤드(1).
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 열 전도성 접속 수단(11)이 상기 커버(16)의 내부 벽에 고정되는, 레이저 커팅 헤드(1).
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 열 전도성 접속 수단(11)이 상기 커버(16)의 각각의 개구를 통해서 상기 펠티에 셀(12)의 상기 냉측(12a)에 직접 고정되는, 레이저 커팅 헤드(1).
8. 광학적 전송 수단을 통해 레이저 방출 장치에 의해서 작동되고 커팅 공작기계와 연합할 수 있는 레이저 커팅 헤드(1)로서,
   상기 레이저 방출 장치로부터 나오는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단(2);
   상기 시준 수단(2)으로부터 나오는 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단(5);
   상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 담기 위한 케이싱(4);
   상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 유지하며 상기 포커싱 수단(5)으로부터 나오는 상기 레이저 빔의 초점을 변경하도록 상기 케이싱(4)의 공동(21) 내에서 조정 방향(X)을 따라서 이동가능한 지지 수단(6)을 포함하되;
   상기 레이저 커팅 헤드(1)가,
   상기 케이싱(4)에 외부적으로 접속되고 적어도 하나의 펠티에 셀(12) 및 열 소멸 요소(13)를 포함하는 냉각 유닛(10);
   상기 지지 수단(6) 및 상기 포커싱 수단(5)으로부터 열 전도에 의해 상기 포커싱 수단(5)을 통과하는 상기 레이저 빔에 의해 발생된 열을 추출하기 위해 상기 지지 수단(6)을 상기 냉각 유닛(10)에 접속시키기 위한 열 전도성 접속 수단(11)을 더 포함하며, 상기 지지 수단(6)은 상기 공동(21) 내에 포함되고 상기 공동(21) 내에서 슬라이드하는 지지 요소를 포함하고 열 전도성 재료로 제작되며, 상기 열 전도성 접속 수단(11)은 상기 지지 수단(6)이 상기 조정 방향(X)을 따라서 이동하는 것을 가능하게 하도록 적어도 하나의 가요성 열 전도성 요소를 포함하며, 상기 펠티에 셀(12)은 상기 열 전도성 접속 수단(11)에 접속된 냉측(12a) 및 상기 열 소멸 요소(13)에 접속된 온측(12b)을 포함하고,
   상기 펠티에 셀(12)의 상기 냉측(12a)이 상기 케이싱(4)의 외부 벽(4a)에 고정되고 상기 가요성 열 전도성 요소가 상기 케이싱(4) 내에 제공된 각각의 개구를 통해서 상기 펠티에 셀(12)의 상기 냉측(12a)에 직접 고정되며 상기 공동(21)에 대한 접근을 제공하는, 레이저 커팅 헤드(1).
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각 유닛(10)이 병렬 및/또는 직렬로 구성된 복수의 펠티에 셀(12)을 포함하는, 레이저 커팅 헤드(1).
10. 광학적 전송 수단을 통해 레이저 방출 장치에 의해서 작동되고 커팅 공작기계와 연합할 수 있는 레이저 커팅 헤드(1)로서,
    상기 레이저 방출 장치로부터 나오는 레이저 빔을 시준하기 위한 시준 수단(2);
    상기 시준 수단(2)으로부터 나오는 시준된 레이저 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 수단(5);
    상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 담기 위한 케이싱(4);
    상기 포커싱 수단(5)을 내장하고 유지하며 상기 포커싱 수단(5)으로부터 나오는 상기 레이저 빔의 초점을 변경하도록 상기 케이싱(4)의 공동(21) 내에서 조정 방향(X)을 따라서 이동가능한 지지 수단(6)을 포함하되;
    상기 레이저 커팅 헤드(1)가,
    상기 케이싱(4)에 외부적으로 접속되고 적어도 하나의 펠티에 셀(12) 및 열 소멸 요소(13)를 포함하는 냉각 유닛(10);
    상기 지지 수단(6) 및 상기 포커싱 수단(5)으로부터 열 전도에 의해 상기 포커싱 수단(5)을 통과하는 상기 레이저 빔에 의해 발생된 열을 추출하기 위해 상기 지지 수단(6)을 상기 냉각 유닛(10)에 접속시키기 위한 열 전도성 접속 수단(11)을 더 포함하며, 상기 지지 수단(6)은 상기 공동(21) 내에 포함되고 상기 공동(21) 내에서 슬라이드하는 지지 요소를 포함하고 열 전도성 재료로 제작되며, 상기 열 전도성 접속 수단(11)은 상기 지지 수단(6)이 상기 조정 방향(X)을 따라서 이동하는 것을 가능하게 하도록 적어도 하나의 가요성 열 전도성 요소를 포함하며, 상기 펠티에 셀(12)은 상기 열 전도성 접속 수단(11)에 접속된 냉측(12a) 및 상기 열 소멸 요소(13)에 접속된 온측(12b)을 포함하고,
    상기 열 전도성 접속 수단(11)이 열 전도성 접착제에 의해서 상기 지지 수단(6) 및 상기 펠티에 셀(12)에 고정되는, 레이저 커팅 헤드(1).
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 소멸 요소(13)가 열대류에 의한 공기의 통로를 위한 복수의 냉각 덕트(14)를 포함하는, 레이저 커팅 헤드(1).
12. 제 11 항에 있어서,
    냉각 유체를 상기 냉각 덕트(14) 내부에 도입하기 위한 흡입 수단(15)을 포함하는, 레이저 커팅 헤드(1).
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 하나의 레이저 커팅 헤드(1)를 포함하는 커팅 공작기계.
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