KR102137215B1

KR102137215B1 - 레이저 빔과 레이저 툴과 레이저 장치와 제어 장치를 이용한 피가공물 가공 방법 및 툴

Info

Publication number: KR102137215B1
Application number: KR1020187016395A
Authority: KR
Inventors: 피터 힐데브란트; 고트프리트 라이니케
Original assignee: 자우어 게엠바하 레이저텍
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2020-07-23
Also published as: US10376992B2; CN105658372A; KR101939801B1; CN109079328A; KR20180079445A; US20160193698A1; DE102013217783A1; CN109079328B; WO2015032926A1; KR20160040707A; JP2016533906A; EP3041637A1; CN105658372B; JP6560678B2

Abstract

툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔을 이용하여 피가공물을 가공하는 방법으로서, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서, 펄스 레이저 빔은 기가공물 표면을 가로질러 가이드 되고, 피가공물은 제1 및 제2 상대 위치에서 연속적으로 가공된다. 제2 상대 위치에서 작동 파라미터는 제2 상대 위치에서 발생 되는 하나 또는 복수의 레이저 펄스 타격이 제1 상대 위치로부터 발생 되는 하나 또는 복수의 레이저 펄스 위치와 관련된 정의를 갖도록 제어되고, 특히 제1 상대 위치로부터 만들어지는 피가공물 표면의 복수의 레이저 펄스 타격 위치에 의해 정의되는 1차원 또는 2차원 그리드에 있다.

Description

레이저 빔과 레이저 툴과 레이저 장치와 제어 장치를 이용한 피가공물 가공 방법 및 툴 {Method for machining a workpiece by a laser beam, laser tool, laser machine, machine controller and tool}

본 발명은 독립 청구항들의 전문에 관련된 레이저 빔과 레이저 툴과 레이저 장치와 제어 장치를 이용한 피가공물의 가공 방법에 관한 것이다.

종래 기술로는 DE　1017322A, WO2000/18535, DE　10324439A, DE10352402A, DE102004013475A, EP1613447A1, DE1021007012816, DE102007012815A, DE102007016056A이 있다.

도 1은 공지된 가공 툴(1)을 개략적으로 나타낸다. 이 가공 툴(1)은 장치 프레임(16)을 포함한다. 여기에는 작업 테이블(14)이 조정 가능하게 장착되고, 이것은 작동 중에 단단하게 장착된 피가공물(11)을 잡는다. 장치 프레임(16)과 관련된 피가공물 테이블(14)의 조절은 하나 그 이상의 변형 및/또는 회전축을 따라서 및/또는 주위에 변형 및/또는 회전 가능하다. 이런 축들은 도면부호 15로 표시된다. 또한 장치 프레임(16)에는 레이저 툴 헤드(13)가 장착된다. 이것은 표준된 커플링(HSK, cone, ...)을 따라서 교체되거나 삽입 및 인출될 수 있다. 또한 툴 헤드(13)는 장치 프레임(16)과 관련된 하나 또는 그 이상의 변형 및/또는 회전축들(17)을 따라서 또는 주변에 조절될 수 있다.

레이저 툴 헤드(13)는 피가공물 표면(10)을 타격하여 그 물질을 액화시키거나 기화시키는 레이저 빔(12)을 방출한다. 이 레이저 빔(12)은 보통 연속된 레이저 빔이 아니라 다소 진동하는 레이저 빛이다. 그 충격 파워는 보통 하나의 충격만으로도 물질을 증발시킬 수 있도록 충분히 높다. 스캐너와 적당한 광학을 이용하여 레이저 빔은 요구된 공간을 통과하여 특히 초점으로 가이드 된다.

컨트롤러(18)는 헤드(13)에 있는 액추에이터 수단에 의해 레이저 빔(12) 특히 공간에서 레이저 빔(12)의 초점 위치를 제어한다. 이것은 또한 축들(15,17)과 다른 구성을 제어한다. 센서 수단(19)은 예들 들어 미리 3차원으로 가공된 홀을 측정하거나 피가공물에서 레이저 빔의 순간 위치를 발견하여 이것을 적당한 포맷으로 컨트롤러(18)로 공급한다. 저장부(18a)는 CNC 장치의 가공 프로그램을 위한 프로그램 데이터를 구성하는 가공 데이터를 저장한다.

피가공물(11)은 금속 물질이거나 세라믹이나 레진일 수 있다. 다만 이것은 캐리어의 페인트 커버일 수도 있다. 가공되는 구조는 볼륨있는 홀이거나 홀의 깊이까지 어렵게 도달하는 어떤 종류의 표면 처리일 수도 있다.

예를 들어, 차량 대시 보드 에 대한 다이 캐스트 형태로 다음과 같은 가공으로 가정한다. 큰 형상은 이미 다른 방법으로 가공된 것으로 가정하고, 그 장치는 적절한 표면 구조를 형성하는 것으로 설명된다. 캐스팅 몰드는 기계 가공될 것이기 때문에, 네거티브 형상이 만들어질 수 있다. 피가공물은 상대적으로 크고 적어도 0.1　m² 또는 1　m²의 표면을 가질 수 있다. 사각형 형상으로 이것은 피가공물 표면의 모서리 길이의 적어도 31　cm 또는 1　m에 대응한다.

레이저 헤드(13)는 보통 이러한 높은 편향을 발생할 수 없거나, 품질에 중요한 로스를 생성할 수 있다. 이런 이유로 잦은 접근은 피가공물 표면은 부분으로 분리되고, 각 부분은 피가공물(11)과 툴 헤드(13) 사이에서 상대적으로 일정한 관련 포지션으로 가공되어 이루어진다. 부분의 가공이 끝나면 피가공물은 축들(15,17)을 이용하여 툴 헤드와 관련된 위치로 이동되어 새로운 관련 위치에서 새로운 부분이 가공된다.

도 2는 공지된 방법으로 피가공물의 분할을 나타낸다. 도시된 피가공물은 4개의 홀을 가진 버튼의 캐스트 몰드이고, 여기에서 몰드에는 원형 형태로 있는 4개의 컬럼(columns)이 있다. 도면부호 10은 피가공물 표면에 있는 홀이다. 가공물 표면의 전체 크기는 툴 헤드(13)와 피가공물(11) 사이의 하나의 상대 위치에서 가공할 정도로 큰 것으로 가정한다. 이와 같이, 피가공물 표면은 부분(21a, 21b, 21c, 21d)으로 분리되고, 여기서 분리는 논리적인 분리가 아닌 실제적인 분리이다. 상대적인 부분을 위해 피가공물과 툴 헤드 사이의 특별히 상대적인 관련 위치가 조정되고, 이것으로부터 부분이 가공된다. 분할과 상대적인 관련 위치 모두 다양한 기준하에서 이루어진다. 하나는 입사각을 최적화할 수 있다. 다른 하나는 명암이나 충돌을 회피할 수 있다.

부분의 가공이 끝나면 피가공물 및/또는 툴 헤드는 다른 부분에 대한 좋은 상대 위치를 확보하기 위해 서로에 대해 상대적으로 변위 되고, 이것으로부터 다른 부분은 가공될 수 있다. 피가공물 표면은 10 또는 20 또는 50 또는 더 많은 부분으로 분리될 수 있다. 게다가, 홀이 깊은 위치까지 형성된 경우 부분의 경계는 층간 물질이 사용될 때 도 2에 도시된 그리드(21,22,23)에 도시된 다른 층에 다르게 위치될 수 있다. 그 각각의 그리드는 다른 층(Z 위치)에서 부분 경계를 나타낸다. 바람직하게는, 경계에서 그들은 서로 반대되게 배치되고, 이러한 효과는 지저분하기(smeared) 때문에 불연속을 나타내고, 측벽 빌드 업(build up)에서 인공물이 구축되지 않는다.

도 3은 분할된 피가공물의 표면에서 일어날 수 있는 하나의 문제를 나타낸다. 도 3a에는 피가공물 표면이 2개의 부분(21a, 21b)으로 분리된 것이 도시되어 있다. 각각의 부분을 위해 레이저 헤드(103)의 위치는 동시적인 피가공물 표면과 관련된 상대적인 위치가 좋거나 최적일 때 선택될 수 있다. 최적은 평균적으로 레이저가 수직으로 피가공물 표면에 충돌하고, 파워는 가능한 균일하게 가공이 이루어지도록 하는 것을 의미한다. 이것은 도 3a에 도시된 피가공물 표면이 고르지 않을 때 헤드(13)의 개별적인 위치를 리드 한다. 도면부호 13-1과 13-2는 헤드(13)의 다른 위치를 나타낸다.

그 효과는 자체에 대한 각 부분에서 최적의 작업이 될 수 있다는 것이다. 그러나, 이러한 접근의 단점은 도 3b와 3c에 나타난다. 부분 21a와 21b의 경계에서 2개의 위치(13-1,13-2)에서 나오는 레이저 빔은 다른 각도와 β로 피가공물 표면을 타격한다. 레이저 빔(12)의 직경(d)이 상대적으로 같을 때 다른 각도와 β는 다른 관련된 위치에서 나오는 이웃하는 충격 스팟에 피가공물 표면 상에 다른 투사 대책 P1과 P2를 리드 한다. 이것은 피가공물 표면(형상 오류)에 레이저 빔 직경의 고르지 못한 돌기를 리드 하고, 결과적으로 불평등한 전력 밀도와 다른 절제 특성(절제 오류)을 리드 한다.

단일 레이저 충격의 입사 얼룩에 해당하는 개개의 포인트가 형성되었을 때, 부분 경계에서, 그들은 놓여진 위치에 따라 체계적으로 동일한 형상 편차를 가진다. 부분 21b의 수직 입사에서 그 형상은 실질적으로 원형이고, 반면에, 경사 입사에서 하나는 타원형 왜곡을 얻는다. 아무런 기능적인 결과가 없는 경우에도 부분 경계를 따른 형상 전환은 명확하게 광학적으로 인식될 수 있다. 이것은 매우 원치 않는 것이다. 또한 이러한 효과는 부분 사이에서 트랙 경계를 교차하는 하나의 층 안에서 지저분해질 수 있다. 그러나, 그렇다 하더라도 불균형이 보이거나 기능적인 결과를 초래할 수 있다.

도 4는 부분 경계에서 더 문제를 나타낸다. 각각의 관련된 위치에서 레이저는 복수의 트랙을 따라서 가이드 되고, 이런 방법으로 가이드 스피드와 충격 주파수(fp = 1/T)에 따라서 단일 입사 지점의 시퀀스를 생성한다. 그 후에 다른 부분을 가공할 때 관련된 위치는 변경되고, 이것은 연결 에러에 이르고, 두 번째 내에서 제어 이후 후자의 관련된 위치는 바르고, 그 자체로 균일하고, 하지만 첫번째 상대 위치로부터 가공되어 찾아낸 위치와 관계하지 않는다.

도 4는 서로 간에 규칙적으로 따르지 않는 단독 포인트를 나타낸다. 보여진 것은 드로잉 평면상의 수직 방향에서 연결 에러 뿐이다. 그러나, 드로잉 평면상에서 수평 방향 연결 에러가 또한 있을 수 있고, 이것은 서로 간에 관련된 트랙의 변형을 리드 한다. 또 이러한 효과가 기능적 결과가 없더라도 그들은 종종 적어도 부분 경계를 따라 인공물로 광학적으로 인식할 수 있고, 이것은 매우 원치 않는 것이다.

도 5는 타임 라인을 따른 전형적인 레이스 펄스(50a, 50b, 50c)를 나타낸다. 도면부호 51은 매우 규칙적인 방법으로 시간 주기(T)를 따르는 단독 펄스 또는 펄스 그룹을 상징한다. 대부분의 레이저 타입에서 시간 주기(T)의 기간은 잘 및 신속하게 제어될 수 있고, 다만 어떤 레이저 타입에서는 단지 천천히 또는 어렵게 제어될 수 있다. 그러나, 어떤 경우에 그들은 상대적으로 균일하고 예상할 수 있다. 펄스 50a에는 서로 간에 따르면 주기 T를 갖는 단독 펄스가 있다. 펄스 50b에는 서로 간에 균일하게 따르며 펄스(52,53)으로부터 나오는 이중 펄스가 있고, 여기서 상대적으로 첫번째 펄스는 두번째 펄스보다 약하다. 또한 이러한 이중 펄스는 서로 간에 상대적인 주기(T)을 갖는다. 펄스 50c에는 서로 간에 동일하고 펄스(52,53)로부터 나오는 이중 펄스가 있다.

모든 도시된 펄스는 또한 스위치-온에 따라 현상을 보여준다. 만약 상대적인 왼쪽 펄스/ 이중 펄스가 스위치-온 후에 첫번째 이면, 하나는 종종 첫번째 펄스가 상대적으로 강하고, 뒤따르는 펄스는 그들이 일정한 레벨에 도달할 때까지 약한 것을 알 수 있다. 이와 같이 시작 편경사 때문에 절제 파워는 스위치 온 후에 곧 변한다. 레이저 펄스의 타격을 직경으로 나타내면, 첫번째 타격의 직경은 뒤따르는 타격보다 크다.

피가공물 표면에서 파워 밀도(면적당 파워)가 고르지 못할 때, 또한 절제 파워가 고르지 못할 때, 이러한 절제 불균일과 절제 실수가 일어날 수 있다. 고르지 못한 파워 밀도는 전술한 지형 에러 또는 시작 편경사로부터 나올 수 있다.

요약하면 알려진 레이저 빔을 이용한 분할된 피가공물 가공 방법은 각각의 부분 안에서 합리적인 정밀도를 가지고 있고, 부분 경계면에서의 인공물은 어떤 방법으로 지저분해질 수 있으나 인접하는 부분의 경계에서 지형 에러의 형태로 불연속, 연결 에러 또는 절제 오류가 일어날 수 있고, 이는 광학적으로 인식할 수 있고/또는 기능적인 불연속이 일어날 수 있다. 모두 원하지 않는 것이다.

독일공개특허공보 DE　1017322A

본 발명의 목적은 레이저 빔과 적절한 레이저 툴을 이용하여 피가공물을 가공하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 독립 청구항들의 특징부에 의해 달성될 수 있다.

펄스 레이저 빔을 이용한 가공 방법으로, 펄스 레이저 빔은 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서가공물 표면을 가로질러 가이드 된다. 피가공물은 제1 및 제2 상대 위치에서 연속적으로 가공된다. 제2 상대 위치에서 작동 파라미터는 제2 상대 위치에서 발생 되는 하나 또는 복수의 레이저 펄스 타격이 제1 상대 위치로부터 발생 되는 하나 또는 복수의 레이저 펄스 위치와 관련된 정의를 갖도록 제어되고, 특히 제1 상대 위치로부터 만들어지는 피가공물 표면의 복수의 레이저 펄스 타격 위치에 의해 정의되는 1차원 또는 2차원 그리드에 있다.

이 방법은 상대 위치로부터 가공에 의해 주어지는 그리드는 가능한 한 정확하고 대칭적으로 이후의 상대 위치로부터 가공함에 있어서 계속될 수 있고, 그래서, 최고의 케이스에서, 차이점과 분할물 경계는 인식되지 않는 효과가 있다.

툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 다른 방법으로서, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 된다. 연속하여, 제1 피가공물 표면 분할물의 제1 피가공물 위치와 제2 피가공물 표면 분할물에 인접된 제2 피가공물 위치는 제1 상대 위치와 다른 제2 상대 위치로부터 가공되고, 각각의 분할물은 중복되거나 비 중복된다. 제1 및 제2 분할물과 제1 및 제2 상대 위치는 2개의 기준에 의해 정해지고, 그 중 하나는 각각의 상대 위치에서 입사 각도를 최적화하는 것이고, 나머지는 입사 각도를 바람직하게는 평행한 단면 평면에서 보여지도록 세팅하는 것이고, 하나의 상대 위치에서 피가공물 표면과 관련하여 고려된 레이저 빔의 입사 각도는 다른 상대 위치에서 피가공물 표면과 관련하여 근접된 레이저 빔의 입사 각도에 따라 선택되고, 바람직하게는 고려된 입사 각도 사이에서의 이러한 차이점은 감소되거나 미리 결정된 값 아래로 떨어진다.

이런 방법으로, 다른 상대 위치(다른 분할물)로부터 나오는 피가공물 표면에서 레이저 펄스 타격의 입사 형상은 서로 가까워지거나 근접되고, 같아져서 경계 출구에서 피가공물 표면의 레이저 빔의 투영 형상은 낮은 변동을 갖고, 이와 같이, 급속히 변하지 않는다. 또한 이런 방법으로, 분할물 경계에서 갑작스런 기능 또는 인식의 차이는 감소 될 수 있다.

피가공물 위치와 상대 위치는 피가공물 표면과 관련된 레이저 빔의 평균 입사각으로부터 선택될 수 있고, 이 상대 위치는 90°±3°이다.

툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로서, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되고, 연속하여, 제1 피가공물 표면 분할물의 제1 피가공물 위치와 제2 피가공물 표면 분할물에 인접된 제2 피가공물 위치는 제1 상대 위치와 다른 제2 상대 위치로부터 가공되고, 각각의 분할물은 중복되거나 비 중복될 수 있다. 분할물은 레이저 헤드의 가능한 작업 윈도우 보다 작고 특히 예비 분할물을 분할함으로써 결정되고, 분할은 예비 분할물 또한 선택적으로 인접 분할물에서 피가공물 표면에 따른 레이저 빔의 입사 각도의 고려에 따라 이루어질 수 있다.

이러한 방법은, 분할물 안에서, 레이저 빔의 입사 각도가 매우 강하게 변해서 분할물 안에서 인식할 수 있는 경우 도움이 된다. 예비된 분할물이 복수의 작은 분할물로 분리되었을 때, 이런 더 작은 분할물 중 하나에서 변동은 더 작고 전술한 바와 같이 분할물 경계를 가로질러 같아질 수 있다.

입사 각도가 고려될수록, 이것은 레이저 빔이 타격하기 전에 순간의 지역 피가공물 표면과 관련된 레이저 광 축의 각도일 수 있고, 여기서 구조적 특징은 20 또는 10 또는 5 ㎛ 보다 작거나 같아질 수 있다.

툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로서, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되고, 피가공물은 하나 또는 복수로 자동(피드백)으로 제어되는 축과 관련하여 조절된다. 레이저 헤드로부터 나오는 하나 또는 복수의 축과 펄스 레이저 빔은 같이 작동되거나 상호 관련된 방법으로 작동된다.

이런 방법으로, 적어도 나의 기계적인 축과 레이저 빔의 동시 작동에 의해, 적어도 하나의 차원에서 다른 상대 위치/분할물의 차별된 적용에 의해 기인되는 인공물을 피할 수 있고, 큰 피가공물의 큰 면적은 "논-스톱 "으로 스캔 된다.

툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로서, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서, 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되고, 연속하여, 제1 피가공물 표면 분할물의 제1 피가공물 위치와 제2 피가공물 표면 분할물에 인접된 제2 피가공물 위치는 제1 상대 위치와 다른 제2 상대 위치로부터 가공된다. 각각의 분할물은 중복되거나 비 중복되고, 경계 영역에서, 레이저 빔은 제2 상대 위치로부터 하는 것보다 다른 각도 아래에서 하나의 상대 위치로부터 타격한다. 제1 상대 위치에서 레이저 펄스 타격 위치는 언급된 입사 각도의 차이점과 관련하여 정해지거나 특히 다른 세팅과 비교하여 이동된다.

이와 함께, 피가공물 표면에서 레이저 빔 직경의 다른 투사 크기는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 비 중첩 방식으로 배열되는 이점을 얻을 수 있다.

레이어-와이즈(layer-wise) 소재에서 층의 제거는 평면 또는 평평할 필요없고, 그들은 또한 굽거나 비 평탄할 수 있다. 그들은 오리지널(피 평탄) 피가공물 표면을 따르거나 형성된 최종 홀의 외주 형상을 따르거나 기준에 따라 비 평탄하게 마련될 수 있다. 그 평탄하지 않음은 분할물에서 스캔 경계의 적절한 선택을 통하여 얻어지거나 및/또는 z-방향에서 해당되는 초점 제어에 의해 얻어질 수 있다.

툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로서, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서, 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 된다. 서로 간에 구분되는 피가공물 영역은 그 후 제1 및 다른 제2 상대 위치에서 가공된다. 복수의 라운드에서 소재의 복수의 층은 절제 된다. 하나의 층에서 피가공물 표면의 경계는 바로 위 또는 바로 아래의 층의 것과는 다른 것으로 선택되고, 특히 질적으로 다르거나 한쪽 층의 경계는 언급된 층의 바로 위 또는 바로 층의 경계에 대항하여 이동되지 않는다.

예를 들어, 하나의 층에서 분할된 경계는 사각형 패턴, 후속 층에서 육각형 패턴, 다시 후속 층에서 임의의 패턴을 따를 수 있다. 분할 경계의 규칙성의 피함 때문에, 다시, 최종 가공에서 인공물의 발생은 줄어든다.

툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로서, 레이저 빔은 툴 헤드에 있는 광학 빔 가이던스에 의해 초점이 맞춰지거나 안내된다. 초점 위치는 피가공물 표면의 레이저 빔의 입사 각도에 따른 깊이 방향으로 제어된다.

피가공물 표면에서 의도적으로 디 포커싱을 제어함으로써 레이저 펄스당 절제 성능은 제어될 수 있다. 이 파라미터는 입사 각도와 같은 절제 성능에 영향을 미치는 다른 양을 보상하는 데 사용될 수 있다. 의존도는, 실질적인 직각 입사 각도에서 그리고, 이와 같이, 높은 파워 밀도, 어떤 포커싱(초점 위치는 일시적인 피가공물 표면의 위 또는 아래)이 선택되고, 반면에, 경사 입사에서, 초점은 피가공물 표면 안에 위치된다. 기하학적 관계에 따른 절제 성능의 다양함은 초점 위치의 다양함에 의해 같아질 수 있다.

레이저 툴은 툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하며, 레이저 광원, 레이저 광을 형성하는 광학과 레이저 광을 가이드 하는 빔 가이던스를 포함한다. 광학은 방사선 경로로 조정 가능한 광학 부재와, 레이저 빔을 운반하기 위해 평면에서 서로 꼬여지게 보여지는 다른 광학 특성을 포함한다.

다른 층에서 다른 광학 특성을 갖는 광학 부재는 작업 기하학에 의해 기인되는 차이점을 보상하기 위해 사용된다. 그들은 난시를 바로 잡는 렌즈와 유사한 효과를 갖거나 난시를 갖는 레즈 자체일 수 있다. 난시 및/또는 방향의 양은 조정될 수 있다. 마찬가지로, 타원 홀이 공급될 수 있고, 이것의 방향은 예를 들어 분할물 경계에서 다른 타원형을 같게 하기 위해 조정될 수 있다.

일반적으로 언급하면, 일정한 상대 위치에서 가공은 레이저 광의 빔 타격 위치가 레이저 빔을 편향시킴으로써 일시적으로 가공된 표면 분할물을 가로질러 가이드 될 수 있고, 특히 그것의 초점 영역, 갈바노(galvano)-거울을 통한 2차원 x와 y(또는 구형 단면을 가로질러 일정한 초점 거리), 편향(z-시프터에 의해)에 의존하여 초점 위치를 제어하고 광 밸브를 스위칭함으로써 가이드 될 수 있다.

전술한 몇몇 방법과 스텝은 앞서서 계획될 수 있고 장치 안에 저장된 미리 설정된 장치 프로그램에 대응하여 구현될 수 있고 피가공물 가공 동안 사용될 수 있다. 그러나, 몇몇 스텝은 실시간으로 제어되거나 되야 하고 센서 신호에 의존하여 제어된다.

설명된 방법은 완전히 덮는 레이어-와이즈(layer-wise) 소재 제거를 갖는 부피 있는 홀의 형성이나 광학을 위한 표면 처리나 다른 목적이나 절제에 의해 시간을 지키는 표면 텍스처링(texturing)이나 단지 하나 또는 몇몇 층에서 연속 구조를 위해 사용될 수 있다.

공간에서 레이저 빔의 초점 위치는 적합하게 예상 가능하도록 제어될 수 있다. 간단한 설명으로(진동 거울에 의해 발생되는 기하학 형상의 투사를 무시함) 영역에서 초점의 편향은 가로지르는 진동 축(x-y 평면에서 실질적으로 제어, 도 1의 좌표 정의 참고)에 의해 형성될 수 있고, 반면에 깊이 방향(z-방향, 툴로부터 떨어짐)에서 초점은 빠른 광학 부재(x-시프터)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 구성은 연속 아래에 있거나 장치 컨트롤러로부터 빨리 제어될 수 있다.

이하, 도면을 참조로 본 발명의 특징과 실시예에 대해 설명한다.

본 발명의 실시예들은, 분할된 피가공물에서의 레이저 컨트롤의 정확성을 높일 수 있고, 특히 광학적으로 인식할 수 있는 차이점을 피할 수 있다.

도 1은 종래의 방법과 툴이 사용된 장치의 일반적인 개략도,
도 2는 피가공물 표면을 분할, 또한 복수의 층으로 하는 것을 도시한 도,
도 3은 충돌하는 레이저 빔의 문제를 설명하는 스케치 된 도,
도 4는 분할된 경계면의 문제를 설명하는 스케치 된 도,
도 5는 전형적인 레이저 펄스를 도시한 도,
도 6은 레이저 빔의 입사 각도를 세팅하는 설명을 스케치로 도시한 도,
도 7은 레이저 툴을 개략적으로 도시한 도,
도 8은 분할 경계에서 연결을 향상시키는 방법을 도시한 도,
도 9는 도 8에 도시된 방법의 결과를 도시한 도,
도 10은 각도에 의존하는 초점 제어를 개략적으로 스케치한 도이다.

대체로 이 설명서에서, 형상은 그러한 조합이 명백히 언급되지 않더라도, 지금까지의 조합이 기술적으로 가능하면 서로 조합 가능하다. 방법 단계와 방법에 대한 설명은 장치 구성이나 장치로 이해될 수 있거나 각각의 방법 단계 또는 방법 및 그 반대를 구현하는 기구 구성과 기구로 이해될 수 있다.

대체로 이 설명에서, 좌표 시스템은 도 1에 도시된 것을 사용한다. z-방향은 수직이고 구멍의 깊이 방향일 수 있고, 반면에 x-좌표와 y-좌표는 수평으로 누워 있다. 이것은 설명의 목적으로 이해되어야 한다. 실질적인 사용에서 다양한 회전축과 복잡한 형상 때문에, 이것은 일반적으로 할 수 없다. 예를 들어, (순간 또는 원래의) 피가공물 표면은 x-y-z 면에 누워 있거나 홀의 깊이 방향은 언제나 수직으로 향하게 할 수 없다.

도 6은 방법을 나타내고, 여기서 도 3c와 관련되어 설명된 효과는 감소되거나 회피될 수 있다. 여기서, 툴(13)과 피가공물 분할물(21a,21b) 사이의 상대 위치는 각각의 개별 최적화뿐만 아니라 상호 배려, 특히 분할물 21a와 21b가 같아지는 경계 영역에서의 입사 각도인 α과 β의 각도, 분할물 21a와 21b가 다소 차이 나는 경계 영역에 있는 피가공물 표면상의 레이저 교차 구역, 그리고 최상의 경우와 동일하다.

툴 헤드(13)와 분할물(21a,21b) 사이에서 다양한 분할물 각각의 상대적 위치를 세팅하기 위해서...각각의 표면 분할물을 가공하기 위해서, 각기 적어도 두 개의 기준이 적용된다. 하나는 각각의 분할물을 위해 필요한 기준이나 최적화 기준에 따른 개개의 세팅이고, 반면에 나머지는 경계 영역에서 같거나 적어도 다소 다르게 입사 각도인 α와 β의 세팅의 동등화 이다. 특히 하나의 기준으로부터 얻어지는 결과는 다른 기준을 이용해서 수정될 수 있다.

첫째, 상대적인 위치는 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 분할물 자체만을 고려하여 정해질 수 있고, 각각의 분할물(21a,21b) 안에서 그 관련은 가장 가능하고, 예를 들어 입사 평균 각도는 실질적으로 직사각형일 수 있다. 이것을 위해 레이저 헤드(13)의 위치 13-1과 13-2는 각각 분할물 21a와 21b를 가공하도록 정해질 수 있다. 또한 음영 또는 기계적 충돌을 피하기 위해 다른 기준이 여기에 적용될 수 있다.

그 다음에, 이런 다른 상대적인 위치로부터, 레이저 빔의 다른 입사 각도인 α와 β는 분할물 21a와 21b의 경계 영역에서 일어난다. 이것은 특히 피가공물이 고르지 못할 때 케이스이다. 그 특별한 세팅은, 도 6에 도시된 바와 같이, 수정되어, 위치 13-1과 13-2 모두 각각 13-3과 13-4를 향해 오른쪽 방향으로 이동된다. 이것을 통해, 각각의 분할물 내의 세팅은 더 이상 완전한 최적이 아니고, 그러나 입사 각도 α와 β(바람직하게는 단일로 보이거나 평행한 단면 평면에서 서로 같아져 또한 레이저 직경의 타격 형상은 서로 같아져 언급된 인공물은 감소 되거나 피할 수 있다.

반대의 경우도 마찬가지로, 하나는 그와 같이 진행할 수 있고, 첫째, 같은 입사 각도인 α와 β는 경계 영역에서 확립될 수 있고, 이러한 세팅은 각각의 분할물의 가공을 위해 각각의 분할물 자체와 최적화에 따라 수정될 수 있다.

그 다음에, 서로에 대항하여 다양한 두 가지 기준의 효과의 균형을 위한 추가 평가가 만들어질 수 있고 이것은 얼마나 얻거나 얼마가 손실되는지에 따라 평가될 수 있고, 만약 하나 또는 다른 기준에 따라, 세팅 또는 세팅의 수정은 전체적으로 만족스러운 결과를 얻기 위해 이루어진다.

이러한 스텝은 작업 계획 전에 이루어진다. 그 결과는 가공 프로그램에 반영되어 피가공물 가공 동안 개별적인 기준을 정한다.

인접한 분할물의 경계 영역에서 입사 각도를 같게 한 결과, 적어도 하나의 분할물에서, 평균 입사 각도는, 흔히 일반적으로 원하는 최적의 직각이 아닌 수직에 대항하여 최적의 아래, 예를 들어 적어도 3° 또는 적어도 6°에 있다.

입사 각도가 고려될수록 이것은, 다르게 정의되지 않는 경우, 각각의 경계 영역에 있는 피가공물 표면의 입사 각도 또는 전체 분할물에서 평균 입사 각도일 수 있다. 180°와 - 180°는 같은 것으로 고려될 수 있다.

도 8은 분할물 경계에서,도 4에 도시된 바와 같이, 실수를 줄이거나 피하는 방법을 나타내고, 얻어진 결과는 도 9에 도시된다. 그것은 드로잉 평면에 수직으로 실행 흔적을 따라 각각의 분할물 접근 방식을 보여준다. 여기서, 첫번째, 분할물 21a에서 모든 흔적은 레이저와 스캐너를 같이 제어해서 레이저 스캐너에 의해 스캔 된다. 그 후에, 각각의 위치는 가공축(15,17)을 이용하여 변하고, 근접된 분할물은 거기에서 흔적을 스캔함으로써 가공된다.

제어는 이와 같이 이루어지고, 이후(두번째)의 상대 위치에서, 기계 파라미터는(상대 위치, 레이저 제어, ...) 정해지고 두번째 분할물에서 레이저 펄스 타격 위치는 첫번째 레이저 펄스 타격 위치와 관련하여 정의된 위치에서 정해지고, 특히 그들은 그리드에 정의된 관계가 있거나 첫번째 분할물의 가공 동안 타격 위치로 정의된 그리드에 누워 있다. 미리 결정된 그리드와 그 연결은 일차원 또는 이차원에서 고려될 수 있다.

여기서, 첫번째 상대 위치로부터 피가공물 가공이 종료되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 진행이 이루어질 수 있다. 801 단계에서 레이저 작동이 시작되어 레이저 펄스가 생성된다. 그러나, 그것들은 여전히 셔터(광 밸브)에 의해 가리워질 수 있다. 전에 또는 그 이후, 802 단계에서 이전 기계 분할물에 근접된 새로운 분할물을 가공하기 위한 레이저 헤드와 피가공물의 상대적인 위치는 만들어지고 센서에 의해 제어될 수 있다. 803 단계에서 레이저 펄스 타이밍은 레이저 펄스의 주기 T 내에서 정확하게 검출될 수 있다.

804 단계에서 기계적 파라미터는 새로운 분할물 내의 레이저 펄스의 시작을 정의 및 빈도를 얻기 위해 설정된다. 이러한 세팅은 스캐너 작동의 시작 시간, 스캐너의 가속, 레이저의 최종 스피드(각속도)를 포함한다. 마찬가지로, 셔터의 개방 시간은 여기서 정해질 수 있다. 805 단계에서, 스캐너는 정해진 수량에 따라 시작된다. 설정된 타겟 값에 도달하면, 셔트는 806 단계에서 개방되고 레이저 펄스는 피가공물의 표면을 타격한다.

특히 레이저 펄스 주파수가 빈약하게 제어되면, 각각의 주어진 펄스 타이밍은 레이저의 스위치 온 후에 804 단계에서 값을 결정하기 위해 입력 데이터로서 위상을 정하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 주파수 및/또는 레이저 펄스의 상 조절이 될 때, 이것은 804 단계에서 판정의 결과를 정하고 후에 대응 조절될 수 있다.

그 세팅은 요구된 결과가 얻어질 때 이루어지고, 즉 인접한 새 분할물에 대한 새로운 상대 위치에서 레이저 펄스의 타격 위치는 하나의 그리드 영역에서 이전의 분할물의 가공에 의해서 얻어진 그리드 또는 가능한 한 정확하게 두 그리드 치수를 계속한다.

804 단계에서 얻기 위해, 원하는 설정, 이전의 가공과 관련된 데이터는 센서를 통하거나 센서의 사용 후에 획득될 수 있고, 예를 들어, 이전 가공의 타격 위치를 광학적으로 측정하거나, 또는, 지금까지 입수 가능한, 선행 분할물에서 작업이나 레이저 제어의 가공 동안 이미 저장된 값이 사용될 수 있다. 이런 방식으로, 이미 존재하는 그리드에 관한 정보는 생성될 수 있다. 그러나, 만약 가공이 기계적으로 정의되면 이론적인 가공 위치(피가공물 표면에서의 레이저 펄스의 타격 위치)는 충분한 정밀도로 실제 것에 해당되고, 804 단계에서 결정은 선행 분할물에서 이론값과 관련되어 이루어질 수 있다.

이러한 방식으로, 레이저 펄스가 타격하는 새로운 상대 위치로부터 새로운 분할물(21b)을 가공함에 있어서, 하나 또는 두 영역 차원에서, 도 4에 도시된 에러와 같은 피가공물 표면에서의 그리드는 가능한 한 정확하게 피할 수 있고 그 결과는 도 9에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다.

또한 새로운 상대 위치에서 가공 효과 없이 약하거나 감쇠 된 레이저 광으로 하나 또는 그 이상의 테스트를 할 수 있고, 그 결과(레이저 펄스의 타격 위치)는 센서에 의해 검출되고, 검출 결과에 따라, 세팅된 파라미터는 변하거나 피가공물의 가공을 위해 이러한 파라미터를 사용해서 정할 수 있다.

일반적으로 지적한 바와 같이 센서(19)는 제공될 수 있고 가공 동안 순간적으로 제공된 홀(가공의 중간 결과)과 전술한 테스트 동안의 타격 위치는 2차원 또는 3차원 영역에서 높은 정밀성을 가지고 실시간으로 측정될 수 있고, 이러한 측정값은 저장 수단(18a)에 실시간으로 (피가공물 가공 동안) 저장되고, 그들은 판독될 수 있다. 측정은 x, y, z 축에서 고화질로 이루어져 가공된 홀의 맵은 정확하게 저장되어 그리드는 알 수 있고 결정될 수 있다.

센서(19)는 2 또는 3차원에서 피가공물 표면에 레이저 펄스의 타격 위치를 정확하게 형성한다. 센서(19)는 진행 광을 평가하는 광학 센서이거나, 평가된 이미지를 가져오는 카메라와 유사할 수 있다.

802 단계에서 상대 위치의 세팅은 미리 정의되거나/프로그램된 파라미터에 따라 이루어질 수 있고, 반면에 804 단계의 결정과 선행 검출은 피가공물의 가공 동안 실시간으로 이루어질 수 있다.

분할 경계를 가능한 피하기 위해, 레이저 헤드(13)와 가공축(15,17)은 동시에 작동될 수 있고 서로 간에 조정될 수 있다. 예를 들어, 간단한 케이스에서, 피가공물 테이블(14)의 병진축은, 예를 들어, 천천히 일정하게 한 방향을 따라 운전될 수 있고 , 동시에 레이저 툴(13)은 적절히 스캐너와 레이저를 구동함으로써 작동된다. 이런 방법으로, 또한 큰 피가공물은 일 차원에서 분할 경계 없이 연속적으로 스캔되어 분할 경계의 수는 감소된다.

분할물은 전체 피가공물 표면 또는 적어도 하나의 파트를 따라 실행되어 직선 또는 구부러진 "가공 스트립"일 수 있다. 스트립 방향을 따라서는 가공 경계가 없다. 경계는 그때 단지 인접 스트립으로 고려될 필요가 있고 전술한 바와 같이 고려될 수 있다. 고려 사항 및 가공은 도 6과 8를 참조하여 설명될 수 있다. 첫번째와 두번째 피가공물 표면 분할물의 첫번째와 두번째 피가공물 위치는 연속하여 첫번째와 두번째 상대 위치로부터 가공되고, 경계 영역에서 레이저 빔은 두번째 상대 위치로부터 하는 것처럼 다른 각도 아래서 첫번째 상대 위치로부터 피가공물을 타격하고, 상대 위치 중 하나에서 레이저 펄스 타격 위치는 전술한 각도의 차이점에 따라 위치되고 특히 다른 설정(e.g., 오프셋)에 비해 이동될 수 있다.

특히 타원형 타격은 작은 타원형 타격 및/또는 더 타원형 타격을 향해 이동되는 작은 타원형 타격에 의해 상쇄될 수 있다. 이것을 위한 정량적 측정은 중복 각도 또는 인접한 레이저 펄스 타격의 거리일 수 있다. 이런 방법으로, 경계 영역에서 중복 또는 거리는 동등화되거나(더 작아지거나) 같아질 수 있다. 타격 포지션은 그렇게 위치되거나 다른 결정과 비교하여 이동될 수 있고 그렇게, 분할물 경계에서, 바람직하게는, 또한 두번째 분할물의 경계 영역안에서, 펄스 타격의 중복은 첫번째 분할물의 경계 영역이거나 만약 다른 기준이 이미 세팅되면 이에 동등화 될 수 있다.

타원형 ov는 피가공물 표면(대략 타원)에 투영된 레이저 빔의 수직 최소 직경과 관련하여 최대 직경의 비율인 ov　=　dmax/dmin으로 표시될 수 있다. 마찬가지로, 원형의 레이저 빔 단면의 가정하에, 또한 ov　=　1/sin()를 이용하여 로컬 피가공물 표면의 레이저 빔의 입사 각도로부터 계산될 수 있다. 일반적으로, 가능한 수직 입사 각도(90°)와 이것 주변에 "상대적으로 작은 편차" ±30°가 바람직하고, 1과 1.5의 타원형에 해당한다. 그러나, 피가공물에 미세로 구조되거나 강하게 높낮이가 있는 홀이나 구조가 있는 경우, 스캐너에 의해 레이저 빔의 각도 편형과 함께 또한 비스듬한 교차로까지 입사 경사 각도 (　<　45°, 　<　30°) 로 같이 하여 타원형 ov　>　1.4 또는 ov　>　2가 일어날 수 있다.

오프셋 방향은 큰 타원의 큰 축 방향일 수 있고, 타원의 긴 축에 근접된 그리드의 방향일 수 있다.

이것을 통해, 도시 된 바와 같이 표면에 레이저 빔의 직경이 상이한 투영 크기는 , 예를 들어 도 3c 에서 , 겹치지 않는 방식으로 배열되는 효과를 얻는다. 도 3c 의 경우 왼쪽 분할물 21a에서 타원형 타격, 예를 들어, 좌측으로 이동되어 경계 영역이 겹쳐지지 않는다.

도 4와 도 9는 가공 흔적에 수직 되거나 교차 되는 분할물 경계를 나타낸다. 하지만, 동일한 고려가 가공 흔적에 평행한 분할물 경계에 적용될 수 있다. 경계 흔적에서 흔적 거리, 흔적 방향과 타격 위치는 적절하게 정해져서 새로운 상대 위치에서의 가공은 앞선 가공에서 정의된 그리드와 가능한 정확하게 매치 된다.

분할물 경계는 직선 으로 늘어설 수 있으나 반드시 그렇지는 않다. 어떤 경우, 그들은 이론적인 경계일 수 있다. 레이저 펄스 타격이 구별된 타격의 그리드를 정의할 때, 분할물 경계는, 작업 계획과 프로그래밍 및/또는 피가공물의 실제 가공 동안, 선택되거나 수정되어 각각의 타격은 하나 또는 다른 분할물에 명확하게 할당될 수 있다.

이 내용에서 설명된 방법은 개별적으로 사용될 뿐만 아니라 서로 간에 조인 및 결합되어 사용될 수 있다.

소재는 복수의 층으로 절제될 수 있다. 하나의 층은 레이저 펄스 타격의 흔적으로 형성된다. 흔적 안에서, 레이저 펄스 타격은 연속/중복될 수 있고, 그러나 이는 필수적이지 않고, 인접한 흔적은 연속/중복될 수 있고, 그러나 이는 필수적이지 않고, 층은 시간대로 절제되거나 스트립 형이거나 영역을 커버링하는 방법으로 마련될 수 있다. 하나의 층 안에서 레이저 헤드와 피가공물의 사이에서 하나의 상대 위치에 있을 때 절제는 전술한 대로 완전히 마련될 수 있거나 추적 현명 또는 제 시간에, 하나는 서로 새로운 상대 위치를 진행할 수 있고, 하나는 같은 상대 위치에서, 더-낮은-놓여 있는-층에서 소재를 절제할 수 있다. 그 층은 전술한 바와 같이 필수적이지 않지만 평면일 수 있다. z-시프터를 이용하여 초점 위치는 또한 z에서 레이저의 순간 편향(각도 또는 x-y로 정의 되는)에 의존하여 제어되어 고르지 못한 층이 만들어진다.

복수의 층이 절제될 때, 각각의 층에서 분할된 접근이 일어나고, 각각의 층에서 분할물 경계는 서로 간에 질적으로 다르게 선택될 수 있다. 예를 들어, 이것은 하나의 층에서 사각형 형상일 수 있고 이후 층에서 육각형일 수 있고, 더 따르는 랜덤 층에서는, 예를 들어 보로노이 패턴, 다음 층에서는 삼각형 등 일 수 있다. 분할물 경계는, 모든 층에서, 랜덤일 수 있고, 예를 들어 모조 랜덤 포인트 선택 사이에서 보로노이 라인 패턴일 수 있다.

이것은 도 2에서 다른 층의 분할물 경계는 홀의 벽에서의 인공물의 빌드 업을 피하기 위해 서로에 대해 이동되는 도 2의 알려진 접근과 다르다. 전술한 인접한 층에서의 질적으로 다른 분할물 경계는 또한 절제 동안 인공물이 빌드 업 되지 않아 같지 않은 절제 특성을 갖는 효과가 있다.

만약 같지 않은 입사 각도를 분할물 경계에서 피할 수 없다면, 하나 또는 그 이상의 보상 전략 또는 보상 스텝이 이루어지고, 특히 더 작은 입사 각도를 위해 :

- 흔적의 시작에서 오프셋을 소개하고, 바람직하게는 각도에 의존하여, 다른 타원형으로부터의 중첩은 당겨지는 파트에 의해 피해지고,

- 큰 타원 타격 영역에서 일정함을 유지하기 위해 레이저 파워를 증가시키고, 그 파워는 영역 마다 소개되고,

- 흔적 방향에서 실질적으로 면적당 전력 입력을 일정하게 유지하기 위해 타격 위치로부터 떨어져 당기는 방향으로 스캐닝 속도를 증가시키고,

- 경계 영역에서 다른 타격 형상과 같은 빔 형상은 빔 형상에 의해 보상되고, 특히 예를 들어 난시 렌즈, 타원형 개구 등에 의해 빔 교차 구역을 형성하고, 면적당 도입 전력을 제어하는 또 다른 가능성은, 예를 들어, 도 10a와 10b에 도시된 바와 같이, 피가공물 표면에 비해 레이저의 제어인 디 포커스이다. 도 10a는 (진동하는 )레이저 빔(12)을 방출하는 레이저 근원(71)이다. 다른 것 사이에서, 이것은 광학의 초점 길이와 이와 같은 초점 위치를 빠르게 조정할 수 있는 조정 포커싱 73(z-시프터)을 지난다. 도 10a는 12a에서 피가공물 표면 위의 높이에서 변경되는 초점 위치를 나타낸다. 도면부호 77은 진동 거울(galvo-mirrors)을 사용하는 스캐너를 나타낸다.

거울(77)의 다른 각도 위치에 따라, 빔(12)은 다른 각도 아래서 피가공물의 표면을 타격하고, 도 3b와 3c에 관련하여 전술한 바와 같이 피가공물 표면에서 빔 직경이 다른 돌출물이 생성된다. 상응하여, 면적당 파워도 변한다. 이것은 각도에 의존하는 피가공물 표면의 위나 아래의 초점 위치를 제어하여 보상될 수 있다.

특히, 제어는 피가공물 표면의 위 또는 아래 포커스(12a)의 최대 높이 h_max 대략 수직 입사(=　90°=　π/2) 를 조절한다. 이것은 광 확산에 의해 주어지지 않은 기하학적 왜곡을 보상한다. 더 작은 입사 각도에서, 기하학적 왜곡은 더 커진다. 상응하여, 광 확산은 더 작은 높이 h를 만듦으로써 선택된 각도 위치, 예를 들어 90°에서 -30, 가 제로로 되거나 이와 같이 될 때까지 더 작아지도록 선택될 수 있다. 이런 방법으로, 기하학적 왜곡은 광학 빔 확산 또는 빔 수축에 의해 대략 보상될 수 있다.

도 10b는 해당 특성을 나타낸다. 피가공물(11)의 표면 위 또는 아래에 있는 초점(12a)의 높이(h)는 최대 수직 입사이고 왼쪽과 오른쪽으로 떨어진다. 특성의 다른 파라미터 뿐만 아니라 높이 h_max 모두가 선택되어 각도의 전체 범위에 걸쳐 가장 가능한 타원 분배가 이루어질 수 있다. 높이 차이 h는 미리 결정된 가공 프로그램에 의해 구현되거나 각도에 의존하여 실시간으로 정해지거나 중첩 방식으로 다른 제어 파라미터를 통해 설정될 수 있다.

도 7은 레이저 툴 헤드를 나타낸다. 이것은 도 1의 툴 헤드(13)일 수 있다. 그러나, 어떤 구성은, 예를 들어, 레이저 광원(71)과 상응되는 광(72)은 장치에 사용되는 실제 툴 헤드(13)로부터 분리될 수 있다. 이들은 장치 헤드(13)로부터 분리되는 광원(70)을 형성할 수 있고 장치 헤드(13)로부터 가이드 되거나 방사되어 진동되는 레이저 광을 생성할 수 있고, 이후 광원으로 사용될 수 있다.

장치 헤드(13)는 빔 형상을 위한 구성과 빔 안내를 위한 구성을 포함한다. 일반적으로 말하면, 장치 헤드(13)는 컨트롤러(18)에 연결된다. 특히, 장치 헤드(13)에서 액추에이터는 컨트롤러(18)로부터 나오는 명령에 의해 제어될 수 있다. 도면 부호 77은 영역을 가로지르는 레이저 빔의 안내를 위해 교차 되는 진동축을 가진 진동 거울일 수 있다. 이들은 "스캐너" 또는 "galvo-거울" 일 수 있다. 도면부호 73은 레이저의 조정 가능한 초점을 나타내고, z-시프터로 불린다. 이것은 광학의 초점 폭을 결정하고, 이와 같이, 방사 방향의 초점(12a) 위치는, 간단한 방법으로, z-방향으로 보여 진다. z-시프터는 컨트롤러의 제어 아래 신속하고 실시간으로 변할 수 있는, 예를 들어, x와 y, 초점 위치를 조정 할 수 있는 빠른 광학 구성이다.

도면부호 74는 또한 난시 효과를 갖는 조정 가능한 광학 렌즈이고, 즉 공간에서 다른 면을 가지고, 그럼에도 불구하고 레이저 빔을 다른 초점 길이로 가이드 한다. 그 난시는, 수량 및 위치에서, 예를 들어 감압을 사용하거나 변형 가능한 광학 소재인 압전 소자 또는 다른 액추에이터로부터 신속하면서 실시간으로 자동 조정되고, 컨트롤러와 이와 같은 것으로부터 제어된다. 다른 포커싱은 양방향에서 조절될 수 있고 다른 양이나, 특히 도 3b에 도시된 표면에서 전술한 투영 형상을 제어하기 위해 장치의 컨트롤러(18)에 의해 사용될 있다.

도면부호 75는 레이저 교차 구역보다 작은 개구를 갖는 홀이고, 원형은 아니고 이에 따라 레이저 빔의 부분적인 음영을 이룬다. 그것은 또한 컨트롤러(18)로부터 이방성을 조정하거나 제어 활동과 관련된다.

도면부호 76은 레이저 파워의 빠른 감소를 허용하는 조정 가능한 감쇠이다. 이것은 컨트롤러(18)에 연결된다.

z-시프터(73)는 초점 포인트의 위치를 신속히 제어하기 위해 모든 스캐너와 레이저 헤드에 수직 되게 제공된다. 전술한 하나 또는 이상의 광학 요소, 난시 렌즈(74), 조리개 또는 모드 조리개(75)와 감쇠(76)는 추가적으로 제공될 수 있다. 모든 구성요소는 컨트롤러(18)에 연결되고 일시적인 피가공물 표면에서 레이저 단면의 불평등한 기하학적 전망으로 발생되는 불균형을 맞추기 위해 사용될 수 있다.

그 보상은 실시간(피가공물의 가공 동안)으로 이루어질 수 있고 다양하게 정해질 수 있다. 또한 여기서, 앞서 저장된 값 또는 센서(19)로부터의 값은 요구된 결정을 위한 입력 양으로 사용될 수 있다. 조정은 흔적 안에서 보상하기 위해 레이저 빔의 각각의 순간 위치를 만들어 충분히 빠르게 할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔이 분할물의 일단부로부터 타단부로 가이드 될 때, 입사 각도는 70°에서 90°, 110°로 변하고 이와 같이 레이저 빔 단면의 투영은 타원에서 원형으로 변하고, 이때 다시 타원; 대응하여 렌즈의 난시는 가이드 되고 변하는 타원형은 조정 난시로 레이저 단면의 타원 보상된 세팅에 의해 균형을 맞춘다. 유사한 고려가 전술한 조리개 또는 모드 조리개와 전술한 감쇠에 적용될 수 있다.

전술한 많은 특징은 CNC 장치의 컨트롤러 또는 프로그램된 장치 툴의 설계에 나타난다. 또한 전술한 장치 툴을 제어하거나 실행하기 위해 채용되는 장치 컨트롤러도 본 발명의 일 실시예이다. 전술한 다양한 특징은 CNC 장치나 프로그램된 장치 툴의 컨트롤러에서 작동되는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 또한, 컴퓨터 해독 가능한 코드를 갖는 데이터 캐리어는 실행 시 CNC 장치에서 구현되고, 전술한 방법 또는 장치 또는 장치 컨트롤러는 본 발명의 일 실시예이다.

일반적인 특정 값은 :

레이저 타입 : 섬유 레이저 또는 초단 펄스 레이저

파장 : 100 에서 2,000　nm, 특히 300 to 1,100　nm

레이저 펄스 주파수 : >　20　kHz, >　50　kHz, >　500　kHz, >　1　MHz, >　2　MHz, >　5　MHz

펄스 주파수 및 / 또는 진폭의 조절 : "느린 " trace-wise 또는 "빠른 " pulse-wise

분할물 크기 >　10　mm, >　20　mm, >　50　mm, >　100　mm

피가공물의 분할물 수 >　10, >　50, >　100

수직으로 초점 된 입사에서 펄스 타격의 직경에 해당되는 초점에서 레이저 직경 : 10 ㎛ - 100 ㎛

타원형 ov = d_max/d_min >　1.1, >　1.4, >　2

펄스의 절제 깊이에 해당되는 층 두께 d : 하한 1 ㎛ 또는 2 ㎛, 상한 5 ㎛ 또는 10 ㎛레이저 펄스 파워 : 하한 0.1　mJ or 0.2　mJ or 0.5　mJ, 상한 : 2　mJ or 5　mJ or 10　mJ

레이저 빔의 편향 : 최대 ±30°

지역 피가공물 표면과 관련된 레이저 빔의 입사 각도 : 90°+　30°에서 90°+　70°

레이저 빔의 경로 스피드 >　500　mm/s, >　1000　mm/s, >　2000　mm/s, >　5000　mm/s

피가공물 크기 >　0.1　m² or >　1　m² or >　30　cm or >　1　m.

13 : 툴 헤드
15,17 : 가공축
21a,21b : 피가공물 분할물

Claims

툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로, 레이저 빔은 툴 헤드에 있는 광학과 빔 가이던스에 의해 초점이 맞춰지거나 안내되어지고,
초점 위치는 상기 피가공물 표면의 레이저 빔의 입사 각도에 따른 깊이 방향으로 제어 되어 상기 피가공물의 표면 위 또는 아래에 있는 초점의 높이는 수직 입사에서 최대이고 경사 입사에서 좌측과 우측으로 감소되고,
상기 광학은 상기 레이저 빔의 초점 거리를 방사선 경로로 조정 가능한 조정 포커싱 및 난시 잡는 렌즈를 포함하는 복수의 광학 부재를 포함하고,
상기 난시 잡는 렌즈는 서로 다른 광학 특성을 갖고,
빔 교차 구역을 형성하는 상기 다른 광학 특성은 상기 조정 포커싱에 의해 이루어지는 상기 난시 잡는 렌즈의 초점거리이고,
상기 빔 교차 구역은 상기 조정 포커싱을 통과한 레이저 빔을 안내하는 진동 거울에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 피가공물은 제1 및 제2 상대 위치에서 연속적으로 가공되고,
상기 제2 상대 위치에서 작동 파라미터는 상기 제2 상대 위치에서 발생 되는 하나 또는 복수의 레이저 펄스 타격이 상기 제1 상대 위치로부터 발생 되는 하나 또는 복수의 레이저 펄스 위치와 관련된 정의를 갖도록 제어되고, 제1 상대 위치로부터 만들어지는 피가공물 표면의 복수의 레이저 펄스 타격 위치에 의해 정의되는 1차원 또는 2차원 그리드에 있는 것을 특징으로 하는 피가공물 가공 방법.
청구항 2에 있어서,
제어된 작동 파라미터들은,
- 상기 제2 상대 위치,
- 펄스 레이저 빔의 스위치-온 타이밍,
- 광 밸브의 개방 타이밍,
- 스위치-온 타이밍에서 레이저 빔의 편향,
- 레이저 빔의 펄스 주파수,
- 피가공물 표면에서 레이저 빔의 경로 스피드,
중 하나 또는 복수를 포함하는 피가공물 가공 방법.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제2 상대 위치로부터 만들어지는 타격 위치의 제어는 또한 상기 제1 상대 위치에서 피가공물 가공 동안 센서의 측정 결과에 따르거나 및/또는 저장부 또는 저장수단에 저장된 값에 따르는 피가공물 가공 방법.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제2 상대 위치에서 하나 또는 복수의 상기 작동 파라미터들에 따라 제어되는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 따른 툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되고, 연속하여, 제1 피가공물 표면 분할물의 제1 피가공물 위치와 제2 피가공물 표면 분할물에 인접된 제2 피가공물 위치는 제1 상대 위치와 다른 제2 상대 위치로부터 가공되고, 각각의 분할물은 중복되거나 비 중복되는 피가공물 가공 방법에 있어서,
제1 및 제2 분할물과 제1 및 제2 상대 위치는 2개의 기준에 의해 정해지고,
그 중 하나의 기준은 각각의 상대 위치에서 입사 각도를 제어하는 것이고,
다른 기준은 입사 각도를 평행한 단면 평면에서 보여지도록 세팅하는 것이고, 하나의 상대 위치에서 피가공물 표면과 관련하여 고려된 레이저 빔의 입사 각도는 다른 상대 위치에서 피가공물 표면과 관련하여 근접된 레이저 빔의 입사 각도에 따라 선택되고, 고려된 입사 각도 사이에서의 이러한 차이점은 감소되거나 미리 결정된 값 아래로 떨어지는 것을 특징으로 하는 피가공물 가공 방법.
청구항 6에 있어서,
적어도 하나의 상대 위치를 위해 고려된 입사 각도는 이 상대 위치에서 평균 입사 각도이거나 분할물의 경계 영역에서 상기 제1,2 피가공물 위치의 입사 각도인 피가공물 가공 방법.
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청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
먼저 상기 하나의 기준이 사용되고 획득된 기준은 상기 다른 기준에 따라 수정되고, 또는 먼저 상기 다른 기준이 사용되고 획득된 기준은 상기 하나의 기준에 따라 수정되는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 따른 툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되는 피가공물 가공 방법에 있어서,
피가공물 위치와 상대 위치는 상대 위치에서 피가공물 표면과 관련된 레이저 빔의 평균 입사 각도는 90°±3°의 범위에 있는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 따른 툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되고, 연속하여, 제1 피가공물 표면 분할물의 제1 피가공물 위치와 제2 피가공물 표면 분할물에 인접된 제2 피가공물 위치는 제1 상대 위치와 다른 제2 상대 위치로부터 가공되는 피가공물 가공 방법에 있어서,
분할물은 레이저 헤드의 가능한 작업 윈도우 보다 작고 예비 분할물을 분할함으로써 결정되고, 분할은 예비 분할물 또한 선택적으로 인접 분할물에서 피가공물 표면에 따른 레이저 빔의 입사 각도의 고려에 따라 이루어지는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 따른 툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로, 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되고 피가공물은 하나 또는 복수의 자동으로 제어되는 제어축과 관련하여 상대적으로 조정되는 피가공물 가공 방법에 있어서,
하나 또는 복수의 가공축과 툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔은 동시에 작동될 수 있고 서로 간에 조정될 수 있는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 따른 툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서, 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되고, 연속하여, 제1 피가공물 표면 분할물의 제1 피가공물 위치와 제2 피가공물 표면 분할물에 인접된 제2 피가공물 위치는 제1 상대 위치와 다른 제2 상대 위치로부터 가공되는 피가공물 가공 방법에 있어서,
제1 상대 위치에서 레이저 펄스 타격 위치는 입사 각도의 차이점과 관련하여 정해지는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 따른 피가공물을 가공하는 방법으로서, 피가공물의 복수의 실행, 복수의 층은 피가공물 표면의 같은 위치에서 절제되는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 따른 툴 헤드로부터 나오는 펄스 레이저 빔에 의해 피가공물을 가공하는 방법으로, 피가공물과 툴 헤드의 사이의 일정한 상대 위치에서, 펄스 레이저 빔은 피가공물 표면상의 위치에서 가로질러 가이드 되고, 정의된 피가공물 영역은 제1 및 제2 상대 위치로부터 후속 가공되고, 피가공물의 복수의 실행, 복수의 층은 절제되는 피가공물 가공 방법에 있어서,
하나의 층에서 피가공물 표면의 경계는 바로 위 또는 바로 아래의 층의 것과는 다른 것으로 선택되는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 있어서,
레이저 초점과 피가공물 표면 사이의 거리는 입사 각도가 90°에 접근하도록 증가되는 피가공물 가공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 초점 위치는 레이저 근원과 상기 진동 거울의 사이에 위치되는 가변 초점거리 부재 수단에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 피가공물 가공 방법.
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