KR102256559B1 - 절단 인서트를 가공하기 위한 방법 및 절단 인서트를 가공하기 위한 상응하는 장치 - Google Patents

절단 인서트를 가공하기 위한 방법 및 절단 인서트를 가공하기 위한 상응하는 장치 Download PDF

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싸우에르 게엠바하
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Abstract

본 발명은 레이저 빔을 통해서 다층 작업물 블랭크(3)를 가공하기 위한 방법으로서, 이 방법은: 레이저 가공 장치를 사용하여 원하는 에지 및/또는 표면 형상(13)을 생성하도록 절제 형상에 따라 작업물 블랭크를 가공하기 위한 가공 프로그램을 특정하는 단계; 레이저 가공 장치에서 작업물 블랭크를 인장시키고 작업물 홀더를 측정 위치에 위치시키는 단계; 다층 작업물 블랭크(3)의 층들 중 적어도 하나의 두께를 측정하는 단계; 일정한 절제 형상으로 상기 측정된 층 두께에 따라 다층 작업물 블랭크(3)를 가공하도록 상기 가공 프로그램을 수정하는 단계; 및 절단 에지(12)로 원하는 에지 및/또는 표면 형상(13)을 생성하기 위해 레이저 가공 장치의 레이저를 통해 수정된 가공 프로그램을 사용하여 인장된 작업물 블랭크(3)를 가공하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상응하게 구성된 장치에 관한 것이다.

Description

절단 인서트를 가공하기 위한 방법 및 절단 인서트를 가공하기 위한 상응하는 장치
본 발명은 레이저를 통해서 절단 인서트를 가공하기 위한 방법, 특히 에지 및 표면 가공을 위한 방법에 관한 것이다.
레이저는 절단 또는 재료 가공 도구로서 최첨단 기술에서 종종 사용된다.
DE 10 2005 06 107 A1로부터, 예를 들어 레이저에 의한 작업물의 절단 방법이 알려져있다. 이 방법으로 레이저 파워가 측정되고 레이저의 절제율은 측정된 레이저 파워에 기초하여 조정된다. 이것은 레이저의 절제율을 매우 정확하게 조정할 수 있게 한다.
예를 들어 반도체 기술에서, US 2007/0084837 A1은 금속 표면에 도포된 투명층의 층 두께가 결정되고, 레이저가 하부 금속 층을 손상시키지 않고 상기 투명층만을 제거하는 방식으로 투명층의 층 두께의 함수로서 제거되는 공정을 기술한다.
절단 인서트와 같은 절단 공구의 제조에서, 레이저에 의한 에지 가공이 또한 최신 기술로부터 알려져있다. 이러한 인서트는 종종 예를 들어 기판 상에 형성된 다결정질 다이아몬드 층(PCD)으로 이루어진 경질 재료 층을 갖는다. 이러한 절단 인서트는 일반적으로 나중에 엔드 밀(end mill) 등에 사용될 목적에 따라 공구 블랭크로도 지칭되는 작업물 블랭크이다.
예를 들어, DE 10 2009 044 316 A1로부터, 펄스된 레이저가 절단 인서트 블랭크의 에지를 따라 안내되고 따라서 절단 에지 또는 절단 에지에 인접한 표면의 상응하는 형상을 보장하도록 층별로 제거된다.
절제는 결과적인 절단 에지 또는 경사 표면의 원하는 형상 및 작업물 블랭크의 형태의 함수로서 가공 프로그램에서 이전에 정의된 절제 형상에 따라 발생한다. 절제 형상은 작업물 블랭크와 절단 에지를 포함하는 원하는 자유 표면을 갖는 완료된 작업물의 형상 사이의 차이를 나타낸다.
일반적으로 공작 기계인 레이저 가공 장치의 제어는 가공 프로그램을 사용하는 자동 가공 프레임워크 내에서 절단 형상과 재료 특성에 맞게 조정된다. 다층 재료의 경우, 레이저 파라미터는 현재 가공중인 재료 층에 따라 이러한 목적으로 결정된다. 이는 재료의 특성, 밀도, 강도, 흡수 능력, 경도 등에 따라 다양한 재료가 레이저 빔에 반응하기 때문에 필요하다. 레이저 제어를 재료에 적응시키는 것은 가공 프로그램의 사양에 따른 가공 위치에 따라 자동으로 이루어지며, 특히 서로 다른 경질 재료 사이의 층 교환 중에 적응된다.
실제로, 샘플은 먼저 더 큰 원형 블랭크로부터 분리된 다음 가공 프로그램의 사양에 따라 레이저 가공을 거친다.
그에 따라 실제로 절단 표면을 생성하기 위한 정확한 자유-형태 형상의 생성 중에 문제가 발생한다는 것이 입증되었다.
따라서 본 발명의 발명자들은 레이저에 의해 다층 재료를 가공하기 위해 절단 에지 품질을 최적화하는 문제를 광범위하게 다루었으며, 이를 위해서 레이저에 의한 다층 재료의 가공에 관련된 공정을 보다 정확하게 분석해왔다.
기본 성질을 설명하기 위해서, 확인된 문제는 도 5a 및 5b에 도시되어 있으며, 이들은 베이스 재료(101)의 표면에 도포된 경질 재료 층(102)을 갖는 절단 인서트 블랭크(100)의 단면도를 도시한다.
인서트 블랭크(100)의 표면은 절단 표면(103)의 선행면, 즉 가공을 위해 완성된 인서트 내에 절단 표면을 형성하는 면에 대응한다. 이 절단 표면(103)의 선행면은 절단 에지(104)의 선행 에지를 통해 선행 단부 플랭크(105)로부터 분리된다.
제어 유닛에 의해, 레이저 빔(106)은 이제 도 5a에 도시된 바와 같이 절단 에지(104)의 선행 에지를 따라서 (예로서, 앞뒤로) 가이드되며, 그에 따라 에지에서 층별로, 깊이 방향으로 먼저 층(107) 그리고 상단 층(102)의 완전한 절제 후에 층(108)를 제거한다. 도 5a의 점선에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 가공은 표면에 수직인 레이저 절단으로 고체 재료로부터 수행될 수 있다. 그러나 실제로 이것은 대략 프리컷 블랭크로부터 소정의 각도로 레이저에 의해 표면/에지 가공을 수행하도록 고안될 수 있다.
도 5a 및 5b에 도시된 종래기술의 예에서, 경질 재료 층(102)의 층 두께(D1)는 층들의 서로 다른 해칭에 의해 도면에 도시된 원하는 층 두께(D3)보다 크다.
따라서, 가공 프로그램에 저장된 층 두께는 가공될 절단 인서트 블랭크(100)의 실제 층 두께와 일치하지 않고, 실제 층 두께가 D1 또는 D2임에도 불구하고 원래 가공 프로그램에 저장된 층 두께 D3 또는 D4에 따라서 층(107)에서 층(108)로의 전이에서 특정된 가공 프로그램에 따라 변화된다.
따라서, 모든 경질 재료(102)가 제거되지 않았더라도, 제어 유닛은 이미 절단 에지(104)의 선행 에지를 따르는 몇몇 재료 층의 절제 후에 제어, 즉 레이저(106)의 레이저 가이던스 및/또는 레이저 파라미터를 베이스 재료(101)의 재료 특성에 이미 적응시킨다. 따라서, 도 5b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 경질 재료 층(102)과 베이스 재료(101) 사이의 전이 영역에 오프셋(107)이 생성된다.
절단 인서트 블랭크(100)의 대응하는 층 두께가 가공 프로그램에 저장된 값을 따르지 않기 때문에, 추가의 오프셋(108)이 또한 절단 인서트(110)의 후방에서 발생한다.
결과적으로, 도 5a를 참조하면 절제 층(107, 108)의 서로 다른 층 두께가 발생하며, 이는 전술된 바와 같이 레이저 복사가 서로 다른 경질 재료와 서로 다르게 작용하며 그에 따라 동일한 레이저 설정, 즉 동일한 레이저 파라미터로 상이한 양의 재료가 제거된다.
전술된 문제점에 기초하여, 본 발명의 목적 중 하나는 작업물 블랭크로부터 더욱 높은 품질의 절단 에지 및 자유 표면을 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
위에서 기술된 문제점을 해결하기 위해, 청구범위 제 1 항의 특징을 갖는 방법 및 청구범위 제 8 항의 특징을 갖는 장치가 제공된다. 바람직한 구성은 종속 청구항에 나타내었다.
레이저 빔에 의해 다층 작업물 블랭크를 가공하기 위한 본 발명에 따른 방법은: 레이저 가공에 의해 원하는 표면 및/또는 에지를 생성하도록 절제 형상의 함수로서 작업물 블랭크를 가공하도록 가공 프로그램을 사전결정하는 단계, 레이저 가공 장치에 의한 가공을 위해 작업물 블랭크를 인장시키고 측정 위치에서 작업물 블랭크를 포지셔닝하는 단계, 다층 작업물 블랭크의 층의 적어도 하나의 두께를 측정하는 단계, 일정한 제거 형상으로 측정된 층 두께의 함수로서 다층 작업물 블랭크를 가공하기 위한 가공 프로그램을 수정하는 단계 및 원하는 표면 및/또는 에지 형성을 생성하도록 레이저 가공 장치의 레이저에 의해서 수정된 가공 프로그램을 사용하여 인장된 작업물 블랭크를 가공하는 단계를 포함한다.
따라서 본 발명의 필수적인 양태는 후속하여 작업물 블랭크의 인장된 위치에서 소정의 두께에 기초해, 즉 작업물 블랭크의 층 두께(들)의 (추가) 측정에 따라 작업물의 절제 형상을 이미 포함하는 초기에 사전결정된 가공 프로그램을 수정하는 것으로 이루어진다.
종래의 가공 프로그램이 절제와 관련된 모든 형상 정보를 이미 포함하는 경우는 드문 경우이다.
따라서, 본 발명에 따른 접근법은 제 1 단계에서 이러한 가공 프로그램의 분리 및 생성 원리와 제 2 단계에서 작업물의 인장 및 가공의 원리로부터 벗어나고, 작업물을 인장한 후에 수정된 수정된 가공 프로그램 및 다층 작업물 블랭크의 층 두께(들)의 갱신된 측정에 따라 인장된 작업물 블랭크를 가공함으로써 이러한 두 단계를 결합한다.
이들 추가 측정은 언뜻 보기에는 노력으로 보일지라도, 본 발명의 특별한 장점 중 하나는 인장된 또는 클램핑된 위치에서의 이러한 추가 측정이 또한 더 이상 추가의 노력 없이 자동으로 수행될 수 있으며, 이러한 단계에서 가공 프로그램의 단순한 수정이 여전히 가능하다는 점이 인식되었다는 것이다. 이것은 인장된 작업물의 동일한 기준 시스템이 측정 및 레이저에 의해 기계 또는 프로그램 제어되는 절제 가공 기계를 위해 사용될 수 있기 때문에 가능하다.
결과적으로, 가공 프로그램이 항상 현재 도면층 두께에 정확하게 자동으로 적용된다는 보장이 있기 때문에, 생성된 자유 표면의 품질이 크게 향상될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 자동화된 방법에서도 매우 불규칙한 도금 두께 변화를 고려하는 것이 가능하다. 전체적으로, "후속" 층 두께 측정에 따른 가공 프로그램의 이러한 적응은 예를 들어 도 5a/b에 도시된 바와 같이 접착층과 베이스 재료 사이의 오프셋의 형성에 대해 상술된 문제점을 완전히 방지하거나 적어도 현저히 감소시킬 수 있다.
바람직한 방식으로, 레이저 파라미터는 본 발명의 일 실시예에서 측정된 층 두께의 함수로서 측정된 층 두께에 적응된다. 예를 들어, 레이저 파워, 레이저 주파수, 펄스 지속시간 및/또는 표면 상의 레이저 이동 속도를 포함한다.
그러나 본 발명에 따르면, 레이저 파라미터가 변경될 수 있을 뿐만 아니라 레이저 가이던스가 특히 바람직한 실시예에 적용된다. 레이저 트랙 및/또는 레이저의 초점 위치도 초점을 잃지 않도록 조정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 구성에서, 절제 층의 두께는 가공 프로그램에서 레이저에 의해 조정된다. 다시 말하면, 정확하게 측정된 층 두께에 응답하여, 형상 NC 프로그램, 가공 프로그램의 필수 부분에 의해, 새로운 층, 제거될 층의 재정의 및 가공 프로그램에서 치수에 의해서 재료 변경에 구체적으로 반응된다. 이러한 측정은 반드시 위에서 언급된 레이저 파라미터의 추가 조정을 필요로 하지는 않지만, 적절한 재료를 선택할 때 필요한 경우 조정될 수도 있다.
이 시점에서, 에지 또는 표면 가공의 프레임워크 내에서 레이저 가이던스의 기본 원리는 당업자에게 상당히 친숙하다는 것을 지적되어야 한다. 예를 들어, 작업물 가공을 위한 방법, 특히 레이저가 에지를 따라 가이드되고 절제 형상에 따라 깊이 방향으로 층별로 제거된 절단 공구 및 연관된 레이저 가이던스의 제조 방법을 기술하는 출원인의 출원 2013/004850 A1이 이러한 지점에서 언급된다. 레이저 가이던스의 유사한 설명은 또한 DE 10 2009 044 316 A1에서 발견될 수 있으며, 이는 또한 레이저 제어에 대한 당업자의 평균 지식의 전형적인 예이다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 장치의 좌표계와 관련하여 인장된 절단 인서트 블랭크의 위치가 또한 측정될 수 있고, 위치 이외에, 절단 인서트 블랭크의 에지 위치가 또한 결정될 수 있다.
에지 위치를 갖는 절단 인서트 블랭크의 실제 위치의 이러한 위치 결정은 절단 인서트 블랭크를 상응하는 공칭 위치로 이동시켜 층 두께의 대응하는 측정 및 나중에 레이저 가공이 수행되는 것이 중요할 수 있다.
절단 인서트 블랭크의 위치와 에지 위치가 정확히 알려지면, 다음 단계의 층 두께 측정 단계에서 절단 인서트 소재의 특정 위치가 측정될 수 있으며, 즉 절단 에지의 선행 에지의 특정 위치에서 경질 재료의 층 두께를 측정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 절단 인서트 블랭크의 위치 및 에지 위치를 결정한 후에 측정 위치로 선회될 수 있고, 여기서 층 두께는 도량형적으로 필요한 경우에 한해 본질적으로 자유 표면의 선행면을 고려하여 측정된다.
대안적으로, 인장 후에 인장된 또는 클램핑된 작업물 블랭크의 위치가 작업물 블랭크를 추가로 위치시킬 필요 없이 측정 위치로서 이미 사용될 수 있다면 측정 위치에서 작업물의 인장 및 포지셔닝의 단계가 하나의 단계로 수행될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 층 두께 측정 및/또는 절단 인서트 블랭크의 위치 결정 및/또는 절단 인서트 블랭크의 에지 위치 결정은 광학 측정 장치에 의해 수행될 수 있다.
광학 측정 장치는 광학 카메라, 현미경 또는 광학 방법으로 동작하는 임의의 다른 장치일 수 있다. 바람직하게는, 카메라는 층들의 상이한 대비에 기초하여 층 두께를 결정하는데 사용될 수 있다. 이미지 처리 방법에 의해, 위치 및 대응하는 층 두께는 개별 층(들)의 대비에 기초하여 결정된다.
특히, 인장 장치와 관련하여 절단 인서트 블랭크의 대응 위치를 결정하고 절단 표면의 선행면의 위에서 바라본 상응하는 에지 위치를 결정하는 카메라가 사용될 수 있다. 예를 들어 에지의 위치를 결정하기 위해, 카메라는 절단 인서트 블랭크의 에지를 따라 이동된다.
이러한 결정 후에, 바람직하게는 카메라 및/또는 커팅 인서트 블랭크가 바람직하게는 대략 90°만큼 선회되고, 그에 따라 카메라가 자유 표면의 선행면에 대해 본질적으로 수직으로 향하게 하여 광학적인 방식으로 절단 에지의 선행 에지의 영역에서 경질 재료 층의 층 두께를 결정한다.
절단 인서트 블랭크와 그 에지의 위치를 결정하고 층 두께를 측정한 후, 레이저는 대응하는 절단 에지를 생성하기 위해 현재 위치가 알려진 해당 선행 에지를 따라 안내된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 추가 개발에 따라, 층 두께 측정은 절단 에지의 선행 에지의 몇몇 에지 위치에서 수행될 수 있고, 레이저 파라미터는 측정된 위치 또는 대응하는 위치의 각 층 두께에 따라 달라진다.
따라서 대응하는 기본 바디의 절단 에지의 선행 에지의 하나의 단일 에지 위치에서 층 두께가 측정될 뿐만 아니라, 여러 에지 위치가 측정되는 것이 유리하다.
대안으로서, 이러한 결정된 층 두께는 평균화될 수 있고 평균 층 두께의 정보는 레이저 파라미터의 조정에 사용될 수 있다.
더 높은 표면 및/또는 에지 품질을 얻기 위해, 이들이 각각 대응하는 측정된 위치의 층 두께에 각각 적응되도록 레이저 파라미터 및/또는 레이저 가이던스는 생성될 에지를 따라 이동하는 동안 또는 일부 층의 절제 후에 변경될 수 있다.
본 발명의 관련된 양태에 따르면, 바람직하게는 공작 기계로 구성된 레이저 가공 장치는 또한 청구범위 제 7 항의 특징이 제공된다.
레이저 빔에 의해서 다층 작업물 블랭크를 가공하기 위한 본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 레이저 가공에 의해 원하는 에지 및/또는 표면 형상을 생성하기 위한 절제 형상의 함수로서 작업물 블랭크를 가공하도록 소정의 가공 프로그램을 저장하는 메모리 장치; 레이저 가공에 의해 원하는 에지 및/또는 자유 표면 형상을 생성하기 위한 절제 형상의 함수로서 작업물 블랭크를 가공하도록 상기 가공 프로그램을 실행하는 제어 유닛; 작업물 블랭크를 인장시키기 위한 인장 유닛; 작업물 홀더를 측정 위치에 위치시키기 위한 포지셔닝 장치; 다층 작업물 블랭크의 적어도 하나의 층의 두께를 측정하기 위한 측정 장치; 일정한 절제 형상으로 측정된 층 두께의 함수로서 다층 작업물 블랭크를 가공하도록 메모리 장치에 저장된 가공 프로그램을 수정하기 위한 장치; 및 원하는 에지 및/또는 표면 형상을 생성하기 위해 레이저를 통해 수정된 가공 프로그램을 사용하여 인장된 작업물을 가공하는 레이저 장치를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 인장된 작업물 블랭크를 가공하기 위한 층 두께 및/또는 레이저 장치를 측정하기 위한 측정 장치는 인장 장치와 관련하여 120°까지 기울어질 수 있다.
제어 유닛은, 예를 들어 PC 또는 공작 기계의 제어 유닛일 수 있으며, 이것의 인터페이스(들)를 통해 상응하는 레이저, 상응하는 측정 장치 및 상응하는 홀딩 또는 공급 장치가 제어된다.
제어 유닛은 층 두께 및/또는 에지 위치 및/또는 상대 위치에 대해 작업물 블랭크의 레이저 가공 및 측정을 동시에 수행하도록 구성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 메모리 디바이스에 저장된 가공 프로그램을 수정하는 디바이스는 메모리 디바이스에 저장된 가공 프로그램을 측정된 층 두께에 자동으로 적응시키도록 구성되며, 여기서 레이저 파라미터, 레이저 가이던스, 레이저 조정 및/또는 절제 층의 두께는 층 두께의 측정 후에 층 두께의 함수로서 레이저에 의해 적응된다.
5-축 기계 가공의 본 발명에 따른 장치에 의해 가능한 측정 시스템 또는 레이저에 대한 가공물의 위치 설정은 레이저 가공 및 측정이 하나의 인장 상태에서 수행될 수 있기 때문에 본질적인 이점을 제공한다. 이러한 방식으로 가공 프로그램을 먼저 정의한 다음 기계에 직접 작업물을 인장시키는데 적응시킬 수 있다. 따라서 시간 소비적인 재-인장에 대한 필요성을 제거한다.
본 발명의 추가의 세부사항 및 이점은 도면과 관련하여 이하에 설명되는 실시예로부터 비롯된다:
도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 작업물 테이블 상에 인장된 절단 인서트 블랭크를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 절단 인서트의 도면,
도 3은 도 1의 절단 인서트의 개략적인 측면도,
도 4a 및 4b는 에지 처리 이전의 절단 인서트 블랭크의 측면도(도 4a) 및 레이저를 통한 자유 표면의 노출 후에 절단 인서트의 측면도(도 4b),
도 5a 및 5b는 종래 기술의 알려진 방법에 따른 에지 처리 이전의 절단 인서트 블랭크의 측면도(도 5a) 및 레이저를 통한 자유 표면의 노출 후에 절단 인서트의 측면도(도 5b)를 도시한다.
도 1은 레이저 가공 장치(1)의 작업물 테이블(2) 상에서 인장된 다층 작업물 블랭크(3)를 가공하기 위한 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 일 실시예를 도시한다.
본 실시예에서, 레이저 가공 장치는 5-축 가공을 위해 구성된 공작 기계이다. 따라서, 3개의 직선 축 XYZ 및 2개의 회전축 A, C가 도 1에 도시되었다. 공작 기계는 레이저(9)에 의한 인서트 블랭크의 레이저 가공을 위해 메모리 장치(17)에 저장된 가공 프로그램을 제어하도록 사용될 수 있는 제어 장치(16)를 구비한다. 이를 위해, 메모리 장치(17)에 저장된 가공 프로그램은 절제 형상 뿐만 아니라 필요한 레이저 경로 가이던스 및 파라미터화를 포함하는 종래의 NC 프로그램을 포함한다. 레이저 파워, 레이저 주파수, 펄스 지속시간, 공급 속도 및 레이저의 트랙 속도와 같은 레이저 설정을 제어하기 위한 레이저 파라미터는 절제 형상에 따라 특정된다.
도 1에서, 참조 번호(6)는 작업물 블랭크(3) 상에서 가공될 층의 위치 및 작업물 테이블에 대한 블랭크의 위치를 결정하는데 사용될 수 있는 카메라를 식별한다. 따라서 이 실시예에서, 공작 기계는 이러한 위치 정렬에 따라서 절단 인서트 블랭크의 위치를 자동으로 측정하고 레이저를 동시에 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 본 실시예의 공작 기계는 최신의 5-축 CNC 가공과 작업물의 레이저 측정을 결합한다. 이러한 방식으로, 절단 에지, 절단 인서트 내의 자유 각도 절단 홈 및 특히 PCD 또는 CVD로 제조된 엔드 밀이 한번의 인장에서 측정 및 가공될 수 있으며 그에 따라 생산성 또한 본 발명에 따른 방법에 의해서 뚜렷하게 향상된다. 이러한 유형의 가공을 이용하여, 자유 각도는 9 내지 35°의 넓은 범위 내에서 변경될 수 있다. 최소 절단 에지 반경은 1㎛에 이를 수 있다.
실제로 이용가능한 층 두께에 따른 정확한 제어로 인해, 치핑 없는 최적화된 절단 에지는 절단 에지 반경 또는 자유 각도에 대한 손실을 수용하지 않고 결과적인 도구의 서비스 수명 연장에 크게 기여할 수 있다.
가공 프로그램을 적용시키기 위해, 제어 유닛은 3D CAD 데이터로부터 본래의 가공 프로그램을 생성할 수 있을뿐만 아니라 자동화된 방식으로 측정된 층 두께에 기초해 후속하여 가공 프로그램을 수정할 수도 있는 자동 프로그램 생성 장치(18)를 가진다.
메모리 장치(17)에 저장되고 제어 유닛(16)에 의해 실행되는 관련 이미지 처리 알고리즘에 의해, 정확한 상대적인 절단 에지 위치가 절단 에지 블랭크의 서로 다른 재료 층들의 대비에 기초하여 정확하게 결정될 수 있다. 5-축 가공의 범위 내에서의 이동가능성으로 인해, 추가의 노력 없이 절단 인서트 블랭크가 측정을 위해 90° 기울어져 카메라가 측면 영역으로 직접 향하게 하는 것이 가능하다.
도 2는 위치 A가 작업물 테이블(2) 상의 공칭 위치에 대응하고 위치 B(수평선으로 표시된 에지)가 실제 위치에 대응하는 절단 인서트 블랭크를 위에서 본 모습을 도시한다.
카메라(6)의 이미지 필드는 절단 인서트 블랭크(3), 즉 절단 표면(4)의 선행면이 이 카메라(6)에 의해 스캐닝되도록 치수가 정해지거나 또는 카메라가 에지를 따라 이동되고 에지 위치 및 상응하는 절단 인서트 블랭크(3)의 위치는 화상 처리에 의해 높은 정확도로 결정된다.
위치를 결정한 후에, 절단 인서트 블랭크는 예를 들어 작업물 테이블(2)을 이동시키거나 기울임으로써 실제 위치 B로부터 공칭 위치 A로 이동된다.
그 후에, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 카메라(6)가 자유 표면(5)의 선행면에 본질적으로 수직으로 향하게 하도록 카메라(6) 및 절단 인서트 블랭크(3)가 서로에 대해 90° 선회된다. 도 2 및 3 모두에서, 개별 에지 또는 층 두께의 결정이 카메라로 수행되는 위치가 교차된 원으로 표시되었다.
카메라(6)는 이들 층의 서로 다른 대비에 기초하여 관련 화상 처리 알고리즘에 의해 경질 재료 층(7) 및 베이스 재료(8)를 검출하며, 따라서 제어 유닛은 경질 재료 층(7)의 층 두께를 정확하게 결정할 수 있다.
이 실시예에서, 절단 인서트 블랭크(3)의 위치, 그것의 에지 위치 및 경질 재료 층의 층 두께는 작업물 블랭크의 1회의 인장시에 동일한 카메라(6)에 의해 결정된다.
카메라(6)는 선회가능하게 장착될 수 있고 및/또는 전체 포지셔닝 장치 또는 그 일부, 예로서 작업물 테이블(2)만이. 이는 절단 인서트 블랭크(3)가 카메라(6)에 대해 기울어질 수 있음을 보장한다.
작업물 테이블(2)상의 절단 인서트 블랭크(3)의 위치 및 그 에지 위치 및 경질 재료 층의 층 두께가 공지된 후에, 도 2 및 3에 도시되지 않고 도 4a에서 참조번호(9)가 제공된 레이저 빔이 절단 인서트(10)의 선행 에지의 영역 상에 절단 인서트 블랭크(3)의 절단 표면(4)의 선행면의 측면으로부터 안내되며(도 4a 참조) 자유 표면(5)의 선행면에 실질적으로 평행한 절단 에지(10)의 선행 에지를 따라서 가이드된다(도 4a 참조). 여기서 레이저가 이동될 수 있고/있거나 절단 인서트 블랭크가 도 1에 도시된 작업물 테이블의 포지셔닝 장치를 이용해 이동될 수 있다.
도 4a는 절단 인서트 블랭크(3)의 단면도를 도시하고, 여기에서 에지 가공에 앞서 소정의 각도로 절단 인서트 블랭크(3) 상에 형성된 절단 에지(10)의 선행 에지, 자유 표면(5)의 선행면 및 절단 표면(4)의 선행면이 개략적으로 도시되었으며, 완료된 절단 인서트(11)에 제공된 각각의 절단 에지(12), 자유 표면(13) 및 절단 표면(14)이 개략적으로 도시되었다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(9)은 (종이 평면에 수직인) 절단 에지(10)의 선행 에지를 따라서 가이드되며 절단 에지(10)의 선행 에지까지 종방향으로 층별로(깊이 방향으로) 폭(b1)의 재료를 제거한다.
레이저가 경질 재료 층(7)과 베이스 재료(8) 사이의 계면에 도달하면, 레이저 트랙, 초점 위치 및 절제 층의 두께가 도 1에 도시된 제어 유닛(16)의 가공 프로그램에 따라 경질 재료 층(7)의 측정된 층 두께에 기초하여 변화되며 베이스 재료(8)의 재료 특성에 적응된다.
재료 폭(b1)의 절제에 의해, 도 4b에서 단면도로 개략적으로 도시된 완료된 절단 인서트(11)이 절단 표면(14), 자유 표면(13) 및 절단 에지(12)를 가지고 생성된다.
층 두께 정보에 기초하여 각각의 인서트 블랭크(3)에 레이저 가이던스를 적응시킴으로써, 비교적 작은 오프셋이 생성될 수 있거나, 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 경질 재료 층(7)과 베이스 재료(8) 사이의 오프셋이 완전히 방지될 수 있다.
경질 재료 층은 바람직하게는 다결정 다이아몬드로 이루어지며, 다른 경질 재료는 입방체 BN, TiC, TiVWC, TaC일 수 있다. 경질 재료 층은 바람직하게는 세라믹 층이다.
베이스 재료로서 탄화물 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 베이스 재료의 재료는 경화된 강철, 고강도 합금일 수 있다.
경질 재료 층의 두께는 바람직하게는 30 내지 1000㎛, 특히 50 내지 800㎛, 바람직하게는 100 내지 700㎛, 특히 대략 400㎛이다.
베이스 재료의 단일 층에 대한 대안으로서, 하나 이상의 추가 층이 또한 베이스 재료(8)와 경질 재료 층(7) 사이에 제공될 수 있다. 이 경우에, 가공 프로그램의 레이저 파라미터 또는 레이저 가이던스는 적어도 하나 이상의 층, 또는 각각의 대응하는 층의 두께에 적응될 수 있으며, 2-층 재료에 대해 전술된 바와 유사한 절차가 수행될 수 있다.
1 에지 가공 장치
2 작업물 테이블
3 작업물 블랭크
4 절단 표면의 선행면
5 자유 표면의 선행면
6 카메라
7 경질 재료 층
8 베이스 재료
9 레이저
9a 레이저 빔
10 절단 에지의 선행 에지
11 절단 인서트
12 절단 에지
13 자유 표면
14 절단 표면
15 인터페이스
16 제어 유닛
17 메모리 장치
18 가공 프로그램 생성 장치
100 절단 인서트 블랭크
101 베이스 재료 층
102 경질 재료 층
103 절단 표면의 선행면
104 절단 에지의 선행 에지
106 레이저 빔
107 오프셋
108 오프셋
B 실제 위치
A 공칭 위치
b1 재료 폭

Claims (10)

  1. 레이저 빔에 의해서 경질 재료로 코팅된 다층 절단 인서트 블랭크(3; 11)를 가공하기 위한 방법으로서,
    레이저 가공 장치를 사용하여 원하는 에지 또는 표면 형상(13)을 생성하도록 사전결정된 두께에 기초하여 절제 형상(ablation geometry)에 따라 절단 인서트 블랭크를 가공하기 위한 사전결정된 가공 프로그램을 특정하는 단계;
    레이저 가공 장치에서 절단 인서트 블랭크(3; 11)를 클램핑하는 단계;
    클램핑된 절단 인서트 블랭크(3; 11)의 절단 에지의 에지 위치를 결정하는 단계;
    절단 인서트 블랭크(3; 11)를 측정 위치에 위치시키는 단계;
    다층 절단 인서트 블랭크(3; 11)의 층들 중 적어도 하나의 층의 두께를 측정하는 단계로서, 상기 두께를 측정하는 단계는 상기 절단 에지의 에지 위치를 결정하는 단계 이후에 발생하는, 상기 두께를 측정하는 단계;
    일정한 절제 형상으로 상기 측정된 층 두께에 따라 다층 절단 인서트 블랭크(3; 11)를 가공하도록 상기 사전결정된 가공 프로그램을 수정하는 단계; 및
    절단 에지(12)로 원하는 에지 또는 표면 형상(13)을 생성하기 위해 레이저 가공 장치의 레이저를 통해 수정된 가공 프로그램을 사용하여 클램핑된 절단 인서트 블랭크(3; 11)를 가공하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공 프로그램을 수정하는 단계는 레이저 제어를 상기 측정된 층 두께에 적응시키는 단계를 포함하는 것으로 특징지어지는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가공 프로그램을 수정하는 단계는 레이저가 초점을 잃지 않도록 레이저 포커싱을 상기 측정된 층 두께의 함수로서 적응시키는 단계를 포함하는 것으로 특징지어지는, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공 프로그램을 수정하는 단계는 하나 이상의 레이저 파라미터 또는 레이저 가이던스(guidance)를 상기 측정된 층 두께의 함수로서 적응시키는 단계를 포함하는 것으로 특징지어지는, 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가공 프로그램을 수정하는 단계는 레이저에 의해 절제 층 두께를 조정하는 단계를 포함하는 것으로 특징지어지는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 및 가공 단계는 클램핑된 절단 인서트 블랭크의 동일한 위치에서 수행되는 것으로 특징지어지는, 방법.
  7. 레이저 빔에 의해서 다층 절단 인서트 블랭크를 가공하기 위한 레이저 가공 장치로서,
    레이저 가공에 의해 원하는 에지 또는 표면 형상을 생성하기 위한 사전결정된 두께에 기초하여 절제 형상의 함수로서 절단 인서트 블랭크를 가공하도록 사전결정된 가공 프로그램을 저장하는 메모리 장치;
    레이저 가공에 의해 원하는 에지 또는 자유 표면 형상을 생성하기 위한 절제 형상의 함수로서 절단 인서트 블랭크를 가공하도록 상기 가공 프로그램을 실행하는 제어 유닛;
    상기 절단 인서트 블랭크를 클램핑하기 위한 클램핑 장치;
    클램핑된 절단 인서트 블랭크의 절단 에지의 에지 위치를 결정하기 위한 광학 측정 장치;
    절단 인서트 블랭크를 측정 위치에 위치시키기 위한 포지셔닝 장치;
    다층 절단 인서트 블랭크의 적어도 하나의 층의 두께를 측정하기 위한 측정 장치;
    일정한 절제 형상으로 상기 측정된 층 두께의 함수로서 다층 절단 인서트 블랭크를 가공하도록 상기 메모리 장치에 저장된 사전결정된 가공 프로그램을 수정하기 위한 장치;
    원하는 에지 또는 표면 형상(12, 13)을 생성하기 위해 레이저를 통해 수정된 가공 프로그램을 사용하여 클램핑된 절단 인서트를 가공하는 레이저 장치를 포함하는, 레이저 가공 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    층 두께를 측정하기 위한 측정 장치 또는 클램핑된 절단 인서트 블랭크를 가공하기 위한 레이저 장치가 120°에 이르는 각도 하중에 의해서 상기 클램핑 장치에 대해 경사질 수 있는 것으로 특징지어지는, 레이저 가공 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(16)은 층 두께 또는 에지 위치 또는 상대적인 위치에 대해 절단 인서트 블랭크의 레이저 가공 및 측정을 동시에 수행하도록 구성되는 것으로 특징지어지는, 레이저 가공 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 메모리 장치에 저장된 가공 프로그램을 수정하기 위한 장치(18)는 상기 메모리 장치(17)에 저장된 가공 프로그램을 측정된 층 두께, 레이저 파라미터, 레이저 가이던스, 레이저 설정 또는 재료 층 두께의 측정 후에 층 두께의 함수로서 레이저에 의해 적응된 절제 층의 두께에 자동으로 적응시키도록 구성되는 것으로 특징지어지는, 레이저 가공 장치.
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