KR102140355B1 - 레이저 기계가공 장치 - Google Patents

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트룸프 슈바이츠 아게
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Abstract

레이저 빔 소스 및 작업편을 기계가공하기 위한 레이저 빔 소스의 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장비(4)를 가지는 레이저 빔 기계가공 장치(1)가 제공된다. 상기 장비는 장착 몸체(3), 반사 표면(15)을 가지는 구조 부재(12), 상기 구조 부재(12)가 편향 각 정도의 임의의 공간 축 주위에서 편향가능한 유연 소자(13), 제1강제 구성요소(17) 및 적어도 하나의 제2강제 구성요소(14)를 포함하고, 상기 강제 구성요소들(14, 17) 중 적어도 하나는 2개의 강제 구성요소들(14, 17)이 트리거링에 종속하여 서로를 향해 또는 밀치면서 중력 작용하도록 제어가능하다. 상기 강제 구성요소들(14, 17) 중 하나는 상기 구조 부재(12)에 결합되고, 상기 2개의 강제 구성요소들(14, 17)은 상기 구조 부재(12)는 미리 정해진 편향 각 정도의 임의의 공간 축 주위에서 편향가능하도록 배치 및 협력된다. 이 장치에 의해, 값싼 방식으로 제조되고 동작할 수 있고 또한 작은 공간 요구조건을 가지고 영역을 스캔하는 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비가 제공될 수 있다.

Description

레이저 기계가공 장치{LASER MACHINING DEVICE}
본 발명은 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비를 가지는 작업편을 기계가공하기 위한 레이저 기계가공 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특히 작업편을 마킹하기 위해 사용되는 레이저 기계가공 장치에 관한 것이다.
작업편들을 마킹하기 위해, 적용되는 요청 마킹에 따라, 레이저 빔이 스캐너 광학을 이용해 편향되고 레이저 빔이 작업편에 포커싱되는 레이저 기계가공 장치들이 알려져 있다.
스캐너 광학은 2 방향들로 레이저 빔을 편향시키는 2개의 이동가능한 미러들을 포함한다. 작업편의 표면 상에 충돌하는 레이저 빔은 그후 표면에 마킹한다. 마크, 예를 들어 소외 "벡터-라벨링"에 의해 달성되는 마크는, 점들에 의해 형성되는 많은 단일선들로 이루어지고, 또는 면적이 가려지는 "비트맵-라벨링"에 의해 달성될 때는, 단일 점들에 의해 형성되는 면적들로 이루어진다. 덧붙여, 레이저 빔은 초고속으로 작업편을 가로질러 안내된다. 이 미러들은 보통 소위 검류계들(Galvos), 즉 그 각각이 자기적으로 구동되는 축 상에 제공되는 미러를 포함하는 검류계들(galvanometers)을 이용해 이동된다. 코일들에 전압을 적용하는 것에 의해, 자기장이 생성되고 영구 자석을 포함하는 축이 스프링에 대하여 전류 세기에 따라 회전되고, 이로써 미러가 편향된다(이동 자석). 또한 자석이 고정적으로 부착되고 코일이 움직이는 옵션이 있다(이동 코일).
미러의 방향, 즉 미러의 회전 각의 검출은 검출기, 예를 들어 광센서(photo sensor)를 이용하여 수행될 수 있다.
검류계들의 원리 구조로부터, 각각 하나의 미러를 가지는 적어도 2개의 검류계들은 작업편의 평면 기계가공가 필요하기 마련이다. 이것은 수 개의 소자들이 필요하고 검류계들의 전력 요구가 높고 적절한 제어를 필요로 하기 때문에 더 많은 공간 및 더 높은 비용을 필요로 하는 것과 연관된다.
다른 단점은 각각의 검류계에 대한 개별적인 축에 대한 분리된 위치 검출 시스템이 필요하다는 것이다.
본 발명의 목적은 상기의 단점들을 제거하고 또한 값싼 방식으로 제조되고 동작할 수 있고 또한 작은 공간 요구조건을 가지고 영역을 스캔하는 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비를 가지는 레이저 기계가공 장치를 제공하는 데 있다.
이 목적은 제 1 항에 따른 레이저 기계가공 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 개선들은 종속항들의 요지이다.
본 발명의 측면에 따른 레이저 기계가공 장치의 형성에 의해, 편향 유닛은 장착 몸체, 제1강제 구성요소 및 반사 표면을 포함하는 구조 부재, 및 제1강제 구성요소와 상호작용하는 적어도 하나의 제2강제 구성요소로 간결하고 저렴한 방식으로 생성될 수 있어 구조 부재는 임의의 공간 축 주위로 편향가능하다. 이로써, 반사 표면은 반사 표면에 의해 편향되는 레이저 빔이 영역을 스캔할 수 있도록 편향가능하다. 결과적으로, 2차원 방식으로 장비에 대하여 정지된 작업편을 마크하는 것이 가능하다. 적은 이동 질량으로 인해, 낮은 전류만이 작동을 위해 필요하다.
본 발명은 첨부된 도면들의 도움과 함께 실시예들을 이용해 설명된다.
도 1은 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비의 제1실시예를 가지는 레이저 기계가공 장치의 대략도이다.
도 2는 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비를 가지는 레이저 기계가공 장치의 다른 실시예의 대략도이다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비의 확대 단면도이다.
도 4는 레이저 공진기 및 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비가 공동 장착 판 상에 배치된, 레이저 기계가공 장치의 다른 실시예의 대략도이다.
도 5는 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비의 제2실시예를 가지는 레이저 기계가공 장치의 또 다른 실시예의 대략도이다.
도 6은 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비의 제3실시예의 일부의 대략도이다.
도 7a는 선-보상 없이 구동 신호에 대한 스캐너의 단계 응답의 결과를 보여준다.
도 7b는 선-보상을 가지는 구동 신호에 대한 스캐너의 단계 응답의 결과를 보여준다.
도 1은 레이저 빔 소스(22) 및 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장비(4)의 제1실시예를 가지는 레이저 기계가공 장치(1)의 대략도이다. 레이저 빔 소스(22)는 여기서 섬유 레이저(fiber laser)의 형태인 고체 레이저(solid-state laser)이지만, 예를 들어 디스크 레이저(disc laser) 또는 로드 레이저(rod laser)일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 레이저 빔 소스(22)는 가스 레이저로 형성된다.
도 1의 레이저 기계가공 장치(1)는 결합해제 광학(decoupling optics)을 거쳐 레이저 빔을 편향 장비(4)로 안내하는 전달 섬유(25)를 포함한다. 편향 장비(4) 및 결합해제 광학(26), 예를 들어 시준 광학(collination optics)은 공동 장착 판(3) 상에 배치된다. 또는, 상기 결합해제 광학(26)은 또한 분리된 장착 판 상에 배치될 수 있다.
도 1에는, 레이저 광 전송을 위한 전달 섬유(25)가 도시되어 있다. 또는, 레이저 빔 소스(22)와 편향 장비(4) 사이에 자유 빔 커플링 또한 제공된다.
도 2는 레이저 기계가공 장치(1)의 다른 실시예를 보여준다. 여기서, 도 1의 레이저 기계가공 장치(1)와 달리, 편향 장비(4)는 레이저 빔 소스(22)로부터 공간적으로 분리되어 있지 않지만, 편향 장비(4)의 장착 판(3)은 레이저 빔 소스(22)에 부착, 예를 들어 나사결합 또는 접착(bonding)되어 있다. 이로써, 결합해제 광학은 레이저 빔 소스에 통합될 수 있다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장비(4)의 확대 단면도이다. 장비(4)는 장착 몸체(3)를 포함한다. 간결한 편향 유닛(11)은 구조 부재(12), 유연 소자(13) 및 전류-전달 소자들로서, 2 쌍의 코일들(14)을 포함한다.
장착 몸체(3)는 예를 들어 부분적으로 금-도금되고 구조화되어 처리된다. 나아가, 소위 MEMS-소자들(Micro-Electro-Mechanical-Systems), 장비(4)의 부품들은 선택적으로, 분리되어 제조된다. 이로써, 재료는 "전통적으로" 제조되는, 즉 물질 제거 및 비절단 형성을 이용하는 부품들 뿐만 아니라 MEMS-기술들에 의해 제조되는 부품들로 구성되는 하이브리드 구성이다.
소위 MEMS-소자들은 특히, 반사 표면(15) 및 접합 소자(joining element, 16)를 포함하는 구조 부재(12), 및 유연 소자(13)를 포함한다. 구조 부재(12), 반사 표면(15)의 적어도 일부는, 석영 유리로 구성되고 유전체 코팅을 가진다. 또는, 반사 표면(15)의 그 일부는 또한 실리콘, 세라믹 또는 금속으로 구성될 수 있거나 및/또는 금속 코팅을 가질 수 있다. 유전체/금속 코팅은 반사 표면(15) 상에 마련되지만, 또는 반대 측 상에 추가적으로 마련될 수도 있다.
제조 프로세스에 의해, 챔버(18)는 장착 몸체(3) 안에 형성된다. 챔버(18)는 전류-전달 소자들(14), 유연 소자(13) 및 제1강제 구성요소(17)로서 자석을 가지는 접합 소자(16)를 수용한다. 또는, 챔버(18)가 필수적으로 형성되어야 하는 것은 아니지만 단지 부재들이 배치될 수 있는 생성 공간은 제공될 수 있다.
반사 표면(15)은 그후 작업편 상에 작은 레이저 스팟을 생성할 수 있도록 하기 위해 가능한 한 큰 레이저 스팟이 방향 전환될 수 있게 가능한 한 커야 한다. 하지만, 반사 표면(15)이 커질수록 구조 부재(12)의 관성 질량도 커져서, 더 큰 운동력(motion force)이 필요하다. 이로써, 향상된 구동 소자들, 즉 전류-전달 소자들(14) 및/또는 자석이 필요하다. 구조 부재(12)의 사각 반사 표면(15)의 폭 및 길이는 여기서 7.5 mm x 7.5 mm 이다. 또는, 15 mm x 15 mm 보다 작은 적어도 2 mm x 2 mm 이지만 바람직하게는 10 mm x 10 mm 보다 작다. 레이저 빔(2)은 수직 입사가 아닌 각으로 충돌하기 때문에, 반사 표면(15) 상의 레이저 스팟은 원형은 아니고 특히 타원형이다. 가능한 한 작게 또한 필요한 한 크게 반사 표면(15)을 설계하기 위해, 그러므로 반사 표면(15)은 타원형, 원형 또는 다른 적절한 형태 및 다른 치수를 가질 수 있다. 반사 표면(15)의 형태 및 치수는 그후 레이저 스팟의 미리 결정된 형태 및 최대 치수에 대응한다. 반사 표면은 평면이지만, 또한 곡률을 가지게 설계될 수 있다.
구조 부재(12)에는 나아가 접합 소자(16)가 마련된다. 접합 소자(16)는 반사 표면(15)으로부터 떨어진 부분에 배치된다. 접합 소자(16)는 반사 표면(15)의 반대 부분에, 여기서는 그 끝단에 자석(17)을 포함한다. 하지만, 자석(17)은 접합 소자(16)의 끝단에 반드시 제공되어야 하는 것은 아니고 접합 소자(16)의 임의의 위치에 또는 구조 부재(12)의 다른 적절한 위치에 또한 마련될 수 있다. 또는, 임의의 위치들에 수 개의 자석들이 배치될 수 있다.
접합 소자(16)는 유연 소자(13)를 거쳐 장착 몸체(3)에 접합된다. 유연 소자(13)는 접합 소자(16)와 장착 몸체(3)를 접합하는 스프링 소자로서 설계된다. 유연 소자(13)는 반사 표면(15) 아래 배치된다. 나아가, 반사 표면(15) 아래 배치 대신, 유연 소자(13)는 또한 반사 표면(15)의 옆으로 배치될 수 있다. 이로써, 장비(4)의 높이는 감소된다. 유연 소자(13)의 준비에 의해, 구조 부재(12)는 임의의 공간 축 주위로 피봇회전가능하다.
임의의 공간 축 주위로의 피봇회전은 일 축 주위로의 피봇회전으로 이해되거나 또는 공간 좌표 시스템의 2 축들 주위로 중첩된 피봇회전으로 이해될 수 있어, 어떠한 축들도 반사 표면(15)에 대하여 수직으로 배치되지 않는다. 이것은 레이저 빔(2)의 편향을 변경하지 않고 반사 표면(15)의 회전으로 이어질 수 있다. 임의의 공간 축 주위로 피봇회전함으로써, 구조 부재(12)의 편향 및, 이로 인한 편향 각 정도 반사 표면(15)의 편향이 가능해진다. 이것은 반사 표면(15)의 피봇회전 범위에 의해 한정되는 표면의 임의의 점으로 레이저 빔(2)의 편향을 가능하게 한다.
코일들의 제1쌍(14)은 자석(17)에 대하여 반대되는 평면에 있는 2개의 코일들로 구성된다. 전류가 이에 적용될 때, 코일들의 제1쌍(14)은 그러므로 축을 가지는 최종 자기장을 생성한다. 코일들의 추가의 쌍(14)은 회전되어, 코일들의 추가의 쌍(14)의 자기장의 축이 코일들의 제1쌍(14)이 배치되어 코일들의 쌍들(14)이 서로에 대해 수직으로 회전되도록 배치되는 평면에 평행하게 대략 90 도로 회전된다. 또는, 코일들의 수 개의 쌍들(14)이 가능하고 코일들의 쌍들(14)은 서로에 대해 수직으로 회전되어야 하는 것은 아니고 서로에 대해 적절한 각을 가질 수 있다. 자석(17)이 코일들의 쌍들(14)에 의해 생성되는 자기장들에 의해 편향될 수 있어 구조 부재(12)가 편향 각 정도 임의의 공간 축 주위로 피봇회전가능한 것이 핵심이다. 레이저 빔(2)의 광학적 편향 각의 경우는 적어도 ± 10 도이고, 다른 실시예에 있어서, 바람직하게는 ± 20도이다. 이로부터, ± 5 도 또는 바람직하게 ± 10도의 반사 표면(15)의 편향 각의 결과가 나온다.
코일들의 쌍들(14)은 반사 표면(15) 아래 배치되지만, 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장비(4)의 높이를 감소시키기 위해 반사 표면(15) 옆에 있을 수 있다.
코일들의 쌍들(14)은 구조 부재(12) 및, 이로 인해 반사 표면(15)이 공진하여 진동하지 않도록 제어되어 미리 결정된 편향 각은 조정가능하다.
높은 전류가 코일들의 쌍들(14)에 적용되는 경우에 있어서, 열 발생은 오작동만큼 크거나, 또는 편향 장비(4)의 파손이 발생할 수 있다. 하지만, 더 높은 전류로 작동하기 위해, 필요하다면, 코일들의 쌍들(14) 아래 능동적으로 온도 기울기(temperature gradient)를 생성하는 장치가 선택적으로 제공된다. 예를 들어, 이 장치는 코일 아래 바로 부착되는 펠티에-소자(Peltier-element)일 수 있다. 또는 물이 흐르는 장착 판(9)이 사용될 수 있다.
제2 강제 구성요소(14)로서, 코일들의 2개의 쌍들(14) 대신으로, 평행한 전도 경로들이 전류-전달 소자들로서 가능하다. 이 2개의 실시예들에 있어서, 편향은 자기적으로 생성된다. 다른 실시예에 있어서, 제1강제 구성요소(17)로서의 자석 대신, 제1정전기적 충전가능 소자, 예를 들어 유연 소자(13)를 이용해 충전되는 실린더, 및 제2강제 구성요소(14)로서 제2정전기적 충전가능 소자, 예를 들어 다르게 충전되는 실린더 소자를 이용한 전기적 편향 또한 코일들의 쌍들 대신 생각할 수 있다. 제1강제 구성요소(17) 및 제2강제 구성요소(14) 중 적어도 하나는 구조 부재(12)에 결합되고 2개의 강제 구성요소들(14, 17) 중 적어도 하나는 2개의 강제 구성요소들이 트리거링에 종속하여 서로를 향해 또는 밀치면서 중력 작용하도록 제어가능하도록 구성되는 것이 핵심이다.
장비(4)에는 각 검출 장치(19)가 선택적으로 마련된다. 각(angle) 검출 장치(19)는 소위 PSD(Position Sensitive Detector)이다. PSD는 반사 표면(15)으로부터 또는 뒤면으로부터 표면으로 편향되는 분리된 보조적인 레이저 빔의 위치를 검출한다. 분리된 보조적인 레이저 빔의 위치에 의해, 반사 표면(15)의 실제 편향 각이 각 검출 장치(19)에 의해 검출될 수 있다. 또는, 각 검출 장치(19)는 편향 각을 검출하기 위한 코일들의 쌍들(14)의 코일들의 유도력(inductivity)의 천이들을 이용할 수 있다. 다른 예로서, 각의 변화 또한 예를 들어, 홀-센서들(Hall-sensors)에 의해 자석의 위치의 변화에 의해 검출될 수 있다. 각 검출 장치(19)를 위한 다른 예들은 보조 레이저 빔 소스 대신 LED 및 광 다이오드의 준비 또는 피에조저항 센서의 준비 중 하나일 수 있다.
나아가, 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장치(4)에는 선택적으로 편향 각 교정 제어 장치(20)가 마련되어 있다. 편향 각 교정 제어 장치(20)는 코일들의 쌍들(14)을 미리 결정된 구조 부재(12)의 편향 각에 도달되도록 제어한다.
도 4는 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장치(4) 및 능동 매체로서 막대 형태의 고체 매체를 가지는 레이저 기계가공 장치(1)의 다른 실시예의 대략도이다. 레이저 기계가공 장치(1)는 여기서 그 위에 레이저 공진기(5)가 배치되고 또한 장비(4)를 포함하는 장착 몸체(3)를 포함한다.
레이저 공진기(5)는 부재들로서 HR-단 미러(6), 고체 레이저 매체(7), Q-스위치(8) 및 결합해제 미러(9)를 포함한다. 선택적으로, 서로 다른 파장들로 작업하고 또한, 이로 인해 선택적으로 서로 다른 물질들을 기계가공하기 위해, 레이저 빔(2)의 주파수 변환이 가능하다.
장착 몸체(3) 상에 선택적으로 배치되는 펌프 빔 소스(23)에 의해, 펌프 복사(pump radiation)가 생성되고 레이저 공진기(5)로 복사된다. 레이저 공진기(5)로 펌프 복사를 포커싱하기 위해, 레이저 기계가공 장치(1)는 석영 유리로 만들어지는 렌즈(10)를 포함한다. 렌즈(10)는 또한 다른 물질로 대체될 수 있거나 GRIN-렌즈, 즉 기울기 인덱스 렌즈(gradient index lens)일 수 있다. 또는, 섬유를 이용하여 레이저 공진기(5)에 결합되는 펌프 빔 소스가 제공될 수 있다.
고체 레이저 매체(7)는 Yb:YAG, 즉 이테르븀 도핑된 이트륨-알루미늄-가넷 레이저(ytterbium doped yttrium-aluminum-garnet laser) 또는 Nd:YAG 또는 Nd:vanadate일 수 있다. 또는 Yb:vanadate 또는 다른 레이저 능동 물질의 다른 고체 레이저 매체(7)도 가능하다.
결합해제 미러(9)는 레이저 매체에 면하는 전면 상에 유전체 코팅을 포함하는 분리된 광학 장치이다. 유전체 코팅은 부분적으로 레이저 광을 반사한다.
펄스 생성을 가지는 레이저에서, 공진기는 선택적으로 강하고 매우 짧은 레이저 펄스를 생성하기 위한 Q-스위치(8)를 포함한다. Q-스위치(8)는 여기서 음향-광학 변조기(acousto-optic modulator)이다. 또는, Q-스위치(8)는 전기-광학 변조기일 수 있다. 또는, 다른 종류의 펄스 생성 및, 이로 인한 예를 들어, 공진기 내에 포화될 수 있는 흡수재를 이용한 수동 모드 커플링으로서, 다른 광학 소자들의 이용을 생각할 수 있다.
광학 구성요소들, 즉, 렌즈(10), HR-단 미러(6), 고체 레이저 매체(7), Q-스위치(8) 및 결합해제 미러(9)는 솔더링을 통해 장착 몸체(3) 상에 고정된다. 또는, 예를 들어 접착, 레이저 용접, 클램핑 또는 나사결합을 이용한, 광학 구성요소들과 장착 몸체(3)를 접합하는 옵션이 있다.
장착 몸체(3)는 도핑된 규산 유리(Zero-dur)로 구성된다. 또는, 유리-세라믹(예. ULE-Ultra Low Expansion titanium silicate glass) 또는 세라믹(예. 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 또는 산화 실리콘)이 가능하다. 이 물질들은 매우 낮은 열 팽창 계수를 가진다. 이로써, 레이저 공진기(5)의 배치는 온도에 안정적으로 구축될 수 있다. 또는 이 실시예에 있어서, 온도 기울기를 생성하기 위해 상기에서 언급된 장치가 선택적으로 제공될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장비(4)는 레이저 공진기(5)가 장착되는 장착 몸체(3) 안에 집적된다. 이로써, 열 조건들은 레이저 공진기(5)에서와 동일하게 획득되고, 이로써 전체 레이저 기계가공 장치(1)는 온도에 안정적으로 구축될 수 있어, 레이저 빔(2)의 실제 목표 위치는 본질적으로 미리 결정된 목표 위치에 상관된다.
장착 몸체(3) 안에 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장치(4)의 통합에 의해, 기본적으로 장비(4)의 생성 뿐만 아니라 레이저 공진기(5)의 생성을 위한 유사한 프로세싱 단계들에서 장착 몸체(3)를 기계가공하는 것이 가능하다. 레이저 공진기(5)의 광학 구성요소들을 위치시키기 위해 사용되는 취급 장치들 및 그리퍼들은 기본적으로 MEMS 및 비-MEMS 소자들의 조립을 위해 사용될 수 있다.
각 검출 장치(19) 및 편향 각 교정 제어 장치(20)는 선택적으로 이 실시예에 제공된다.
다른 옵션으로, 레이저 기계가공 장치(1)에는 레이저 빔에 영향을 미치는 광학 구성요소들을 포함하는 빔 형성 유닛(24)이 마련된다. 빔 형성 유닛(24)은 여기서 대략적으로 도시되어 있고 또한 레이저 빔에 대하여, 반사 표면(15) 전 및 뒤에, 배치되는 구성요소들을 포함할 수 있다. 이로써, 예를 들어 레이저 빔은 반사 표면(15) 전에서 넓어지고 또한 반사 표면(15) 뒤에서 작업편에 포커싱된다.
게다가, 빔 형성 유닛 또는 레이저 공진기의 광학 구성요소들은, 예를 들어 실린더 형태의 렌즈들의 조합에 의해, 비점수차(astigmatism)가 교정될 수 있도록 구성될 수 있다.
레이저 기계가공 장치(1)는 하나 또는 수 개의 폴딩 미러들(방향 전환 미러들(redirection mirrors))을 포함할 수 있고, 반사 표면(15)으로의 입사 각은 10 도 내지 80 도 사이의 범위 안에 있다.
예로서, 레이저 기계가공 장치(1)가 도 5의 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장비(4)의 제2실시예로 도시되어 있다. 도 4에 도시된 실시예와의 차이점은 레이저 빔(2)이 반사 표면(15)에 충돌하고 거기로부터 편향되기 전에 레이저 빔(2)이 2개의 방향 전환 미러들(21)을 이용해 방향 전환된다는 것이다. 이로써, 장비(4)의 소자들의 배치는 MEMS 소자들이 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예들보다 더 우호적으로 장착될 수 있다. 방향 전환 미러들(21)의 수는 2개의 방향 전환 미러들(21)로 결정되지 않고 다른 적절한 수일 수 있다. 또는, 방향 전환 미러들은 또한 장착 몸체(3)의 상측에 대하여 평행한 평면에 배치될 수 있다.
도 6에는, 레이저 빔을 편향시키기 위한 장비(4)의 제3실시예의 일 부가 대략적으로 도시되어 있다. 장비(4) 주위에, 차폐부(27)가 여기에 부착된다. 이 차폐부(27)는 높은 자기 침투성(magnetic permeability)을 가지는 물질 층(철, Mu-금속(자기적으로 부드러운 니켈-철-합금), 등)이다. 차폐부(27)를 이용해, 장착 몸체(3) 안의 자기장, 자석(17)에 의해 생성되는, 비-자기화가능한 물질로 구성된 장착 몸체 및/또는 전류-전달 소자들(14)은 외부 자기장들에 의해 영향을 받지 않는다.
자석(17)은 이 층을 향해 중력 영향을 받기 때문에, 차폐부(27)는 자석(17)에 대하여 집중적으로 또한 충분한 거리에 마련된다. 자석(17)과 차폐부(27) 사이에서 작용하는 힘은 접합 소자(16)에 의해 자석(17)에 접합되는 유연 소자(13)가 과하게 변형되지 않을 만큼 작아야 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 차폐부(27)와 자석(17) 사이의 거리는 20 mm 보다 작고, 특히 바람직한 실시예에 있어서, 그 거리는 가능한 한 작게 장치를 유지하기 위해 10 mm 보다 작다.
상기에서 언급된 다른 실시예들 모두는 특히 다른 기술적 및/또는 상업적 이유들이 모순되지 않는다면 결합가능하다.
사용시, 레이저 빔(2)은 레이저 빔 소스(22)에 의해 생성되거나 또는 렌즈(10)에 의해 레이저 공진기(5)로 포커싱되는 소위 펌프 광이 펌프 빔 소스(23)에 의해 생성되고, 이로써 레이저 빔(2)이 생성된다. 레이저 기계가공 장치(1)의 제어 장치(미도시)를 이용해 반사 표면(15)의 미리 결정된 편향 각을 조정하고 레이저 기계가공 장치(1)의 제어 장치에 의해 레이저 빔(2)을 스위칭-온한 후, 레이저 빔(2)은 구조 부재(12)의 반사 표면(15)에 의해 미리 결정된 편향 각 정도 편향되고 작업편 상으로 안내되거나 또는 작업편 상으로 포커싱된다. 미리 결정된 레이저 빔(2)의 편향 각은 자석(17)을 이용해 구조 부재(12)를 편향시키는 코일들의 쌍들(14)을 통해 전류 세기를 제어하는 것에 의해 레이저 기계가공 장치(1)의 제어 장치에 의해 구조 부재(12)의 편향 각을 조정하는 것에 의해 조정된다.
기계가공의 다음 단계에 있어서, 코일들의 쌍(14)을 통한 반사 표면(15)의 편향은 그후, 레이저 기계가공 장치(1)의 제어 장치에 의해 제어되어, 구조 부재(12)의 반사 표면(15)에 의해 편향되는 레이저 빔(2)은 트랙의 미리 결정된 부분을 따른다. 트랙의 미리 결정된 부분을 따른 후, 레이저 빔(2)은 다시 스위칭-오프된다. 이것은 점 단위로 제어되거나 또는 정의된 궤적이 뒤따른다. 그러므로, 스위칭-온 및 스위칭 오프에의 동기화에 의해 또는 레이저 빔(2)의 전력 변조에 의해 및 구조 부재(12)의 편향에 의해, 요구되는 마킹이 적용될 수 있다. 작업편은 장비에 대하여 정지되어 있거나 또는 이동가능할 수 있다.
편향 각 교정 제어 장치(20)가 제공될 때, 각 검출 장치(19)에 의해 검출되는 실제 위치는, 실제 위치와 미리 결정된 위치 사이 또는 검출된 궤적과 미리 결정된 궤적 사이의 편차들이 검출되고 교정된 전류들이 코일들의 쌍(14)으로 출력되도록 처리된다. 그러므로, 실제 위치/궤적은 미리 결정된 위치/궤적으로 교정되어 운동의 정확도를 위한 피드백 시스템이 마련된다.
제어 신호(A)에 대한 스캐너의 보다 빠른 단계 응답을 가능하게 하기 위해, 제어 신호(A)의 선-보상이 만들어질 수 있다. 제어 신호(A)는 제어 전압에 의해 형성된다. 선-보상은 예를 들어, 공개 문헌 "Sub-100 ㎲ Settling Time and Low Voltage Operation for Gimbal-less Two-Axis Scanners", Veljko Millanovic and Kenneth Castelino, in IEEE/LEOS Optical MEMS 2004, Takamatsu, Japan, Aug. 2004 에 따라 실행될 수 있다. 도 7a는 선-보상 없이 단계 응답(S)의 결과를 보여주고 도 7b는 선-보상을 가지는 단계 응답(S)의 결과를 보여준다. 단계 응답(S)은 PSD-신호를 이용해 검출된다. 여기서 볼 수 있듯이, 164 Hz의 공진 주파수를 가지고 80 mA로 작동되는 예시적인 4x4 mm 미러를 가지고, 스캐너 미러는 요구되는 각을 발생시킬 수 있다. 즉, 레이저 신호는 기계가공 영역 안의 요구되는 위치로, 선-보상 없이(도 7a) 대신 적절한 선-보상 (도 7b)을 가지고 50 ms로, 방향 전환될 수 있다.
마이크로 기계가공 또는 빠른 시제품화에 있어서, 다른 사용 또한 생각될 수 있다.

Claims (21)

  1. 작업편을 기계가공하기 위한 레이저 기계가공 장치(1)에 있어서,
    레이저 빔 소스(22), 및 상기 레이저 빔 소스(22)의 레이저 빔(2)을 편향시키기 위한 장비(4)를 포함하고, 상기 장비(4)는,
    장착 몸체(3),
    반사 표면(15)을 가지는 구조 부재(12),
    상기 구조 부재(12)가 상기 장착 몸체(3)에 직접 접합될 수 있는 유연 소자(13),
    제1강제 구성요소(17) 및 적어도 하나의 제2강제 구성요소(14)를 포함하고,
    상기 구조 부재(12)는 편향 각의 임의의 공간 축 주위에서 편향가능하고,강제 구성요소들(14, 17) 중 적어도 하나는 2개의 강제 구성요소들(14, 17)이 트리거링에 종속하여 서로를 향해 또는 밀치면서 중력 작용하도록 제어가능하고,
    상기 강제 구성요소들(14, 17) 중 하나는 상기 구조 부재(12)에 결합되고, 상기 2개의 강제 구성요소들(14, 17)은 상기 구조 부재(12)가 미리 정해진 편향 각의 임의의 공간 축 주위에서 편향가능하도록 배치 및 협력되며,
    상기 구조 부재(12)가 주위에서 편향되는 실제 편향 각을 검출하기 위한 각(angle) 검출 장치(19), 및
    실제 편향 각 및 미리 결정된 편향 각에 종속하여 상기 구조 부재(12)의 편향을 제어하기 위한 편향 각 교정 제어 장치(20)를 더 포함하며, 상기 실제 편향 각이 상기 미리 결정된 편향 각에 대응하며,
    상기 상기 각 검출 장치(19)로서 피에조저항 센서가 제공되거나, 또는
    상기 제1강제 구성요소(17)는 적어도 하나의 자석이고, 상기 제2강제 구성요소(14)는 전자기력장을 가지는 적어도 한 쌍의 코일이고, 상기 각 검출 장치(19)는 적어도 하나의 자석의 위치 변화에 의해 각도 변화를 결정하도록 구성되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 구조 부재(12)에 있는 상기 제1강제 구성요소(17)는 상기 반사 표면(15)에 반대되는 일 부분에 배치되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1강제 구성요소(17)는 상기 구조 부재(12)의 접합 소자(16)에 배치되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제1강제 구성요소(17)는 상기 반사 표면의 옆으로 상기 구조 부재(12)에 배치되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제2강제 구성요소(14)는 상기 반사 표면(15)의 옆으로 배치되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  8. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제2강제 구성요소(14)는 상기 반사 표면 아래에 배치되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  9. 제 1 항에 있어서, 서로에 대해 수직으로 회전되는 적어도 2 쌍의 코일이 마련되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  10. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 유연 소자(13)는 상기 반사 표면(15) 아래 배치되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  11. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 유연 소자(13)는 상기 반사 표면(15) 옆으로 배치되는, 레이저 기계가공 장치(1).
  12. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 반사 표면(15)의 편향 각은 적어도 ± 5 도인, 레이저 기계가공 장치(1).
  13. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 반사 표면(15)의 편향 각은 적어도 ± 10 도인, 레이저 기계가공 장치(1).
  14. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 작업편 상에 상기 레이저 빔(2)을 포커싱하기 위한 광학 장치를 더 포함하는, 레이저 기계가공 장치(1).
  15. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 반사 표면(15) 상에 충돌하는 상기 레이저 빔(2)은 미리 결정된 형태 및 미리 결정된 최대 치수를 가지는 레이저 스팟을 생성하고, 상기 반사 표면(15)은 상기 레이저 스팟의 상기 미리 결정된 형태 및 상기 최대 치수에 실질적으로 대응하는 형태 및 치수를 가지는, 레이저 기계가공 장치(1).
  16. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, MEMS 부재들을 포함하는, 레이저 기계가공 장치(1).
  17. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 레이저 빔(2)의 스위칭-온 및 스위칭-오프를 제어하고 상기 미리 결정된 편향 각의 편향을 제어하여, 트랙의 미리 결정된 부분이 상기 작업편 상에서 상기 레이저 빔(2)을 따라갈 수 있는 제어 장치를 포함하는, 레이저 기계가공 장치(1).
  18. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 장착 몸체(3)에 부착되는 레이저 공진기(5)를 포함하는, 레이저 기계가공 장치(1).
  19. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 레이저 기계가공 장치(1)는 레이저 마킹 장치인, 레이저 기계가공 장치(1).
  20. 제1 및/또는 제2 강제 구성요소(14, 17)를 제어하는 것에 의해 반사 표면(15)의 미리 결정된 편향 각을 조정하는 단계;
    상기 레이저 기계가공 장치(1)의 제어 장치를 이용해 레이저 빔(2)을 스위칭-온하는 단계;
    상기 레이저 빔(2)이 상기 작업편 상에서 트랙의 미리 결정된 부분을 따르도록 상기 제1 및/또는 제2 강제 구성요소(14, 17)를 제어하는 단계; 및
    상기 레이저 기계가공 장치(1)의 상기 제어 장치를 이용해 상기 레이저 빔(2)을 스위칭-오프하는 단계를 포함하는, 청구항 19에 따른 레이저 기계가공 장치(1)에 의해 작업편 상에 레이저 마킹을 적용하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    추가 단계로서,
    적어도 하나의 자석의 위치 변화를 결정함에 의해 각도의 변화를 결정함으로써 실제 편향 각도를 결정하는 단계; 또는
    피에조저항 센서에 의해 실제 편향 각도를 결정하는 단계;를 포함하는 작업편 상에 레이저 마킹을 적용하기 위한 방법.
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