KR102314560B1

KR102314560B1 - 직교 위치결정 장치 및 이를 포함하는 레이저 가공 헤드

Info

Publication number: KR102314560B1
Application number: KR1020197031587A
Authority: KR
Inventors: 피터 슈베르트
Original assignee: 프레시텍 게엠베하 운트 코 카게
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2021-10-18
Also published as: KR20190128720A; CN110582714A; PL3607374T3; DE102017107282A1; DE102017107282B4; JP2020516461A; US20200108467A1; WO2018185208A1; EP3607374A1; US11305384B2; JP6944536B2; CN110582714B; EP3607374B1

Abstract

본 발명에 따르면, 광학계를 위치시키기 위한 직교 위치결정 장치는 상기 광학계를 잡아주기 위한 광학계 소켓(10); 일단에 y-슬라이더(50)를 구비하고, y-방향으로 상기 광학계 소켓(10)의 선형 운동을 위한 y-작동 요소(30); 및 일단에 x-슬라이더(60)를 구비하고, x-방향으로 광학계 소켓(10)의 선형 운동을 위한 x-작동 요소(40)를 포함하고, 상기 x-작동 요소(40) 및 y-작동 요소(30)는 지지 요소(20) 상에 배열되고 y-방향을 따라 조절될 수 있다. 또한, 레이저 빔에 의해 공작물을 가공하기 위한 레이저 가공 헤드는 이러한 광학계를 위치시키기 위한 직교 위치결정 장치를 포함하고, 상기 광학계는 레이저 가공 헤드의 빔 경로에 배열된다.

Description

직교 위치결정 장치 및 이를 포함하는 레이저 가공 헤드

본 발명은 광학계의 위치를 결정하기 위한 직교 위치결정 장치 및 레이저 빔으로 공작물을 가공하기 위해 이러한 직교 위치결정 장치를 포함하는 레이저 가공 헤드에 관한 것이다.

많은 광학계 응용에서, 렌즈 또는 빔 성형 광학계와 같은 광학계는 적어도 두 방향으로 독립적으로 조절되어야 한다. 특히, 레이저 절단 또는 레이저 용접과 같은 레이저 빔에 의한 재료 가공에서, 레이저 가공 헤드의 미세 노즐 구경을 통해 레이저 빔을 조절하기 위해 레이저 가공 헤드에 배치된 광학 부품은 레이저 가공 헤드의 광축에 수직한 두 방향으로 독립적으로 조절되어야 한다. 광학계를 위치시키기 위한 종래의 위치결정 장치에서는, 광학계가 정확히 선형으로 변위되지 않거나 서로 직교하는 축 상에서 변위되지 않는 문제가 발생한다. 이는 정밀한 조절을 어렵게 만들고 원하는 위치의 재현성에 영향을 준다.

더욱이, 특히 레이저 가공 분야의 광학계 응용에서, 예를 들어 레이저 가공 헤드에서, 광학계를 위치시키기 위한 위치결정 장치용으로 단지 작은 양의 공간만 이용 가능하다는 문제가 존재한다. 운영 인력의 접근성이 공간적으로 심각하게 제한되기 때문에, 종래 다른 측면에 배열된 2개의 직교축을 따라서는 광학계를 위치시키기 위한 구동 요소에 접근하기가 어렵다.

또한 종래 기술에서는, 특정 축을 따라 광학계의 대응하는 운동의 정확한 값을 작동 요소의 설정에 할당하는 것도 불가능하다.

JP 2004-361862A에서, 레이저 가공 장치를 위한 집광렌즈 시스템이 개시되며, 여기서 렌즈는 광축에 수직인 2 차원 방향으로 운동을 수행 할 수 있다. 이를 위해 두 세트의 마이크로미터와 스프링이 서로 직교하여 배열된다.

따라서, 본 발명은 광학계 및 그와 함께 레이저 가공 헤드를 위치 설정하고, 간결하고 단순한 설계와 개선된 사용 용이성으로 상기 광학계가 2방향으로 독립적으로 위치 설정되기를 허용하는 직교 위치결정 장치를 제공하려는 목적에 기초한다.

이 목적은 청구항 1에 따른 광학계를 위치시키기 위한 직교 위치결정 장치 및 청구항 14에 따른 것과 같은 레이저 빔에 의해 공작물을 가공하기 위한 레이저 가공 헤드에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시 예 및 추가 개발 내용은 종속 항에 기술되어 있다.

본 발명에 따르면, 광학계를 위치시키기 위한 직교 위치결정 장치는 제 1 직교 축을 따라, 즉 y-방향으로 광학계 소켓의 선형 운동을 위한 제 1 작동 요소, 또는 y-작동 요소를 포함하고, 제 2 직교 축을 따라, 즉 x-방향으로 광학계 소켓의 선형 운동을 위한 작동 요소, 또는 x-작동 요소를 포함하며, 여기서 제 1 및 제 2 작동 요소는 모두 제 1 직교 축을 따라, 즉 y-방향을 따라 조절 가능하다. 물론, 제 1 및 제 2 직교 축, 즉 y-방향 및 x-방향은 서로 직교한다. 다시 말하면, x- 및 y-작동 요소는 서로 평행하게 조절 될 수 있다. 작동 요소는 예를 들어 나사형 스핀들로서 형성 될 수 있다. 이를 통해 두 개의 직교 축을 따라 간결한 설계와 독립적인 위치결정이 가능하다. 직교 축, 즉 x-축 및 y-축은 직교 좌표 시스템의 축을 나타내며, 그 세 번째 축은 z-축이다.

바람직하게는, 2개의 작동 요소는 광학계 소켓이 부착된 지지 요소 상에 병렬로 배열된다. 이를 통해 조작이 명확해지고 접근이 단순화된다.

바람직한 실시 예에서, 2개의 작동 요소 중 적어도 하나는 눈금조절된다. 다시 말해서, 작동 요소들 중 하나의 특정 조절 값은 대응하는 직교 축을 따른 선형 운동을 위한 특정 값에 할당 될 수 있다. 이를 위해, y-작동 요소 및/또는 x-작동 요소는 각각 마이크로미터 나사를 포함한다. 결과적으로, 광학계의 위치결정이 재현 가능하고 광학 시스템에서 광학계의 정확한 위치결정이 단순화된다.

y-작동 요소의 일 단부는 y-슬라이더로서 형성 될 수 있다. 유사하게, x-작동 요소의 일 단부는 x-슬라이더로서 형성 될 수 있다. y-슬라이더는 y-작동 요소를 광학계 소켓에 운동 가능하게 연결할 수 있다. x-슬라이더는 x-작동 요소를 광학계 소켓에 연결할 수 있다. x 슬라이더 및/또는 y 슬라이더는 적어도 하나의 슬라이더 가이드 요소를 따라 가이드될 수 있다.

y-작동 요소 또는 y-슬라이더는 x-방향으로 운동 가능한 선형 가이드 유닛에 의해 광학계 소켓에 결합 될 수 있다. 예를 들어, y-작동 요소 또는 y-슬라이더와 광학계 소켓은 레일 또는 캐리지 시스템을 통해 서로 운동 가능하게 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 선형 가이드 유닛은 y-작동 요소 (또는 y-슬라이더)와 광학계 소켓으로부터 선택된 하나에 배치된 제 1 부분, 및 y-작동요소 (또는 y-슬라이더)와 광학계 소켓으로부터 선택된 다른 하나에 배치된 제 2 부분을 갖는다. 여기서, 선형 가이드 유닛의 제 1 부분은 언더컷을 가질 수 있으며, 여기서 선형 가이드 유닛의 제 2 부분의 대응하는 형상으로 형성된 돌출부가 가이드된다. 선형 가이드 유닛의 한 예는 더브테일(dovetail) 가이드이다. 바람직하게는, y-작동 요소 또는 y-슬라이더와 광학계 소켓의 연결은 높은 인장 및/또는 압축 강도를 갖는다. 결과적으로, 예를 들어 밀거나 당기기에 의한 원하는 위치의 조절은 상기 연결에서 백래시(backlash)의 영향을 받지 않는 것이 가능하다.

전달 요소는 x-슬라이더와 광학계 소켓 사이에 배치 될 수 있다. 전달 요소는 지지 요소에 x-방향으로 운동 가능하게 연결되거나 그 안에 장착될 수 있다. 전달 요소는 제 1 가이드 유닛에 의해 광학계 소켓에 운동 가능하게 연결될 수 있다. 제 1 가이드 유닛은 광학계 소켓을 y-방향으로 가이드하도록 구성 될 수 있다. 예를 들어, 제 1 가이드 유닛은 더브테일 가이드와 같은 선형 가이드 유닛을 포함한다. 제 1 가이드 유닛은 y-방향으로 연장되는 제 1 가이드, 예를 들어 연장 된 홀(hole), 및 그 안에 가이드되는 제 1 가이드 핀을 포함할 수 있다. 제 1 가이드는 전달 요소 및 광학계 소켓으로부터 선택된 하나에 형성될 수 있고, 제 1 가이드 핀은 전달 요소 및 광학계 소켓으로부터 선택된 다른 하나에 형성될 수 있다. 전달 요소는 제 2 가이드 유닛에 의해 x-슬라이드에 운동 가능하게 연결될 수 있다. 제 2 가이드 유닛은 y-방향을 따라 x-작동 요소의 조절 운동을 미리 결정된 방향을 따라 전달 요소의 운동으로 변환하도록 구성 될 수 있고, 이는 y-방향과 90° 미만의 각도, 바람직하게는 대략 45°의 각도를 형성한다. 제 2 가이드 유닛은 미리 결정된 방향으로 연장되는 제 2 가이드, 예를 들어 연장 된 홀, 및 그 안에 가이드되는 제 2 가이드 핀을 포함할 수 있다. 제 2 가이드는 전달 요소 및 x-작동 요소 (또는 x-슬라이더)로부터 선택된 하나에 형성 될 수 있고, 제 2 가이드 핀은 전달 요소 및 x-작동 요소 (또는 x 슬라이더)로부터 다른 하나에 형성 될 수 있다. x-작동 요소 (또는 x-슬라이더)를 y-방향으로 조절함으로써, 제 2 가이드 유닛은 전달 요소 및 광학계 소켓을 x-방향으로 운동할 수 있다. 바람직하게는, y-방향을 따른 x-작동 요소의 선형 변위는 대각선으로 배향된 제 2 가이드에 의해 x-y 평면에서 전달 요소의 운동으로 변환된다. y 작동 요소와 광학계 소켓을 서로 결합시키는 선형 가이드 유닛에 의해, 전달 요소의 운동은 광학계 소켓의 x-방향으로 선형 운동으로 변환 될 수 있다.

x-작동 요소 또는 x-슬라이더는 레버(lever) 요소를 통해 광학계 소켓에 운동 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, x-작동 요소의 조절은 레버 요소를 통해 광학계 소켓으로 전달될 수 있다. 바람직하게는, 레버 요소는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 레버 요소는 제 1 단부에서 x-작동 요소 또는 x-슬라이더에 그리고 제 2 단부에서 지지 요소에 결합된다. 레버 요소는 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 지점에서 광학계 소켓에 결합 될 수 있다. 레버 요소는 회전 이음매(joint)를 통해 지지 요소에 연결될 수 있다. 바람직하게, 레버 요소는 지지 요소상의 x-y 평면에 회전축으로 장착된다. 또한, 레버 요소는 제 1 가이드 유닛에 의해 광학계 소켓에 운동 가능하게 연결될 수 있다. 마찬가지로, 레버 요소는 제 2 가이드 유닛에 의해 x-작동 요소 또는 x-슬라이더에 운동 가능하게 연결될 수 있다. 제 1 가이드 유닛은 광학계 소켓을 y-방향으로 선형적으로 가이드하도록 구성 될 수 있다. 바람직하게는, 제 1 가이드 유닛은 또한 제 1 가이드 핀에 대한 레버의 회전을 허용한다. 제 2 가이드 유닛은 x-작동 요소의 조절 운동을 레버 요소로 전달하도록 구성 될 수 있다. y-방향을 따른 x-작동 요소의 선형 조절 운동은 바람직하게 x-y 평면에서 레버 요소의 회전축 운동으로 변환된다. 제 2 가이드는 구부러지거나 곡선모양으로 될 수 있다. 바람직하게는, 제 2 가이드 유닛은 제 2 가이드 핀을 중심으로 레버의 회전을 허용한다. y-작동 요소와 광학계 소켓을 서로 결합시키는 선형 가이드 유닛에 의해, 레버 요소의 회전축 운동은 x-방향으로 광학계 소켓의 선형 운동으로 변환 될 수 있다.

레버 요소는 L-자형 일 수 있다. 이 경우에, 레버 요소는 L-자형의 양 다리가 만나는 영역에서 광학계 소켓에 결합 될 수 있다. 따라서, 제 1 가이드 유닛은 L-자형 레버 요소의 꺾임부(cusp)에 배치 될 수 있다. 레버 요소를 L-자형으로 하면 훨씬 소형으로 설계가 가능하다.

바람직한 실시 예에서, 제 1 가이드 유닛의 일부, 예를 들어 제 1 가이드 핀 또는 제 1 가이드는 광학계 소켓의 체결 연장 부에 배치된다. 광학계 소켓의 체결 연장부는 지지 요소를 향해 연장 될 수 있다. 이는 광학계 소켓상에서 x- 및 y-조절 운동의 전달 요소를 조밀하게 배열 할 수 있도록 한다.

제 1 가이드 유닛은 제 1 가이드 핀 및 제 1 가이드를 포함할 수 있다. 유사하게, 제 2 가이드 유닛은 제 2 가이드 핀 및 제 2 가이드를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 가이드 핀 및/또는 제 2 가이드 핀은 바람직하게는 레버 요소 또는 전달 요소 상에 형성된다. 이는 생산 공정을 단순화한다. 제 1 및/또는 제 2 가이드는 리세스, 가이드 홈 또는 홀, 특히 긴 홀을 포함 할 수 있다. 제 1 가이드는 바람직하게 광학계 소켓 상에 형성된다. 제 2 가이드는 바람직하게는 x-작동 요소 또는 x-슬라이더 상에 형성된다.

또한, y-방향으로의 x-슬라이더 또는 y-슬라이더의 운동을 가이드하는 적어도 하나의 슬라이더 가이드 요소가 제공될 수 있다. 슬라이더 가이드 요소는 x- 또는 y-슬라이더상에서 가이드 핀 또는 가이드 뼈대로 사용될 수 있거나 지지 요소상에 형성될 수 있다. 슬라이더 가이드 요소가 가이드되는, 대응하는 홈 또는 구경이 x- 또는 y-슬라이더와 지지 요소 중 다른 하나 상에 형성될 수 있다. 슬라이더 가이드 요소는 또한 더브테일 가이드의 일부로서 형성될 수 있고, 더브테일 가이드의 다른 부분은 x- 또는 y-슬라이더에 형성될 수 있다. 이에 의해, x- 또는 y-슬라이더의 y-조절이 안정화 될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 스프링 요소가 광학계 소켓과 지지 요소 사이에 배열 될 수 있다. 스프링 요소는 광학 요소 상에 지지 요소를 향한 복원력을 제공하도록 구성 될 수 있다. 이것은 또한 광학계 소켓의 운동을 안정화시키는 역할을 한다. 또한, 스프링 요소의 복원력에 의해 방향 변경 시 공회전을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 레이저 빔에 의해 공작물을 가공하기 위한 레이저 가공 헤드는 설명된 예시적인 실시 예 중 하나에 따라 광학계를 위치시키기 위한 직교 위치결정 장치를 포함한다. 바람직하게는, 광학계는 레이저 가공 헤드의 빔 경로에 배치된다. 직교 위치결정 장치의 지지 요소는 나사와 같은 체결수단을 사용하여 레이저 가공 헤드의 하우징에 부착될 수 있다. 레이저 가공 헤드의 광축은 바람직하게는 직교 좌표계의 z-방향으로, 즉 x-y 평면에 수직으로 연장된다.

용어 x-방향, x-작동 요소, x-슬라이더는 각각 제 1 방향, 제 1 작동 요소, 제 1 슬라이더와 동일하며, 이에 의해 대체 될 수 있다. 용어 y-방향, y-작동 요소, y-슬라이더는 각각 제 2 방향, 제 2 작동 요소, 제 2 슬라이더와 동일하며, 이에 의해 대체 될 수 있다. 제 1 또는 x-방향은 제 2 또는 y-방향에 수직이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직교 위치결정 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 두 개의 스프링 요소를 갖는 도 1의 직교 위치결정 장치의 평면도이다.
도 3은 y 방향으로 변위된 도 1의 직교 위치결정 장치의 평면도이다.
도 4는 x 방향으로 변위된 도 1의 직교 위치결정 장치의 평면도이다.
도 5a 및 5b는 다른 실시 예에 따른 직교 위치결정 장치의 측면 사시도이다.
도 6a 및 6b는 각각 도 5의 직교 위치결정 장치의 일부의 정면도 및 평면도이다.
도 7a 및 7b는 각각 도 5의 직교 위치결정 장치의 광학계 소켓의 평면도 및 측면도이다.
도 8a 및 8b는 각각 도 5의 직교 위치결정 장치의 전달 요소의 평면도 및 측면도이다.

도면에서, 서로 대응하는 구성 요소에는 동일한 참조 번호가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 광학계를 위치시키기 위한 직교 위치결정 장치의 개략적인 평면도를 도시한다. 상기 위치결정 장치는 부착된 광학계를 잡아주는 광학계 소켓(10)을 구비하는 지지 요소(20)를 포함한다. 상기 지지 요소(20)는 광학계가 레이저 가공 헤드의 빔 경로에 배열될 수 있도록 나사와 같은 체결수단(21)을 통해 레이저 가공 헤드의 하우징에 체결될 수 있다. 광학계 소켓(10)은 각각 제 1 및 제 2 직교축을 따라 2 개의 작동 요소(30 및 40)에 의해 선형으로 변위 될 수 있다. 여기서, 제 1 직교축을 따른 변위는 제 2 직교축을 따른 변위와 무관하다. 두 개의 직교축은 아래에서 x-축과 y-축이라고 하며 카르테시안(Cartesian) 또는 직교 좌표계의 축이다. 유사하게, x-방향 또는 y-방향으로의 운동은 x-축을 따라 또는 y-축을 따라 운동하는 것을 나타낸다. x-방향으로의 운동은 y-방향으로의 운동과 무관하므로 y-방향 성분이 없다.

y-축, 즉 y-작동 요소(30)를 따라 광학계 소켓(10)을 변위시키기 위한 제 1 작동 요소는, y-방향으로 광학계 소켓(10)의 위치결정 공정을 위해 상기 지지 요소(20) 외부로부터 y-작동 요소(30)의 일 단부가 접근 가능하도록, 상기 지지 요소(20)를 관통한다. y-작동 요소의 타 단부에는, 이를 통해 y-작동 요소(30)가 광학계 소켓(10)에 결합되는 y-슬라이더(50)가 배열된다. 여기서, y-슬라이더(50)와 광학계 소켓(10)은 선형 가이드 유닛(15)을 통해 서로 운동 가능하게 연결된다.

상기 선형 가이드 유닛(15)은 예를 들어 y-슬라이더(50) 상에 형성된 왕복대(carriage) 및 광학계 소켓(10) 상에 형성된 레일 가이드를 포함 할 수 있다. 선형 가이드 유닛(15)은 x-방향으로 배열되고 x-방향으로 광학계 소켓(10)의 선형 운동을 허용한다. y-슬라이더(50)는, 예를 들어, 광학계 소켓(10)의 적절한 형상의 레일이 가이드되는 더브테일 홈을 가질 수 있다. 물론, 더브테일 홈이 또한 광학계 소켓(10) 상에 제공될 수 있고 대응하는 레일이 y-슬라이더(50) 상에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 선형 가이드 유닛(15)은 y-슬라이더(50)와 광학계 소켓(10) 사이의 연결이 높은 인장 및 압축 강도를 갖도록 구성된다. 이는 y-조절 운동의 방향을 변경할 때 공회전을 방지할 수 있다. y-방향으로 y-작동 요소(30)를 조절 운동하는 동안, y-방향으로 광학계 소켓(10)에 고정 결합된 y-슬라이더(50)는 마찬가지로 y-방향으로 변위되고 y-축을 따라 밀거나 당김으로써 광학계 소켓(10)을 상응하게 변위시킨다.

x-축, 즉 x-작동 요소(40)를 따라 광학계 소켓(10)을 변위시키기 위한 제 2 작동 요소는, 또한 지지 요소(20)를 관통하여, x-방향으로 광학계 소켓(10)의 위치결정 공정을 위해 지지 요소(20) 외부로부터 x-작동 요소(40)의 일 단부가 접근 가능하다. x-작동 요소(40)의 타 단부에는, 레버 요소(70)를 통해 광학계 소켓(10)에 운동 가능하게 결합되는 x-슬라이더(60)가 배열된다.

레버 요소(70)는 회전 이음매(joint)(71)를 통해 지지 요소(20)에 고정되어 레버 요소(70)는 x-y 평면에서 회전 이음매(71) 주위로 회전 가능하다. 이를 위해, 지지 요소(20)는 회전 이음매(71)를 중심으로 레버 요소(70)의 선회 운동을 용이하게 하기 위해 지지 요소(20)의 내부로부터 y-방향으로 광학계 소켓(10)을 향해 연장되는 체결 연장부(22)를 가질 수 있다. 레버 요소(70)는 제 1 가이드 유닛(80)을 통해 광학계 소켓(10)에 그리고 제 2 가이드 유닛(90)을 통해 x-슬라이드(60)에 운동 가능하게 연결된다. 레버 요소(70)가 도 1에 도시 된 바와 같이 L-자형일 때, 회전 이음매(71)는 L-자형의 일 단부, L-자형의 양 다리가 만나는 꺾임부(cusp)에 있는 제 1 가이드 유닛(80), 및 타 단부에 있는 제 2 가이드 유닛(90)에 제공될 수 있다. 이를 통해 y-방향으로 x-작동 요소(40)의 선형 조절 운동을 x-y 평면에서 레버 요소(70)의 회전 운동으로 변환을 위한 공간절약 배열이 가능하다.

제 1 가이드 유닛(80)은 제 1 가이드(82) 안에서 작동하는 제 1 가이드 핀(81)을 포함한다. 예를 들어, 제 1 가이드(82)는 y-방향으로 직선 연장된다. 바람직하게는, 제 1 가이드 핀(81)은 레버 요소(70) 상에 형성되는 반면, 홈 또는 연장된 홀과 같은 제 1 가이드(82)는 광학계 소켓(10)에 형성된다. 따라서, 제 1 가이드 유닛(80)은 광학계 소켓(10)의 y-방향 선형 운동을 허용한다. 회전 이음매(71)에 대해 레버 요소(70)의 회전축 기준 운동을 수행하기 위해, 제 2 가이드 유닛(90)은 제 2 가이드(92) 안에서 작동하는 제 2 가이드 핀(91)을 추가로 포함한다. 단순화를 위해 도면에서 다르게 도시되어 있지만, x-슬라이더(60)에는 홈 또는 긴 홀과 같은 제 2 가이드(92)가 형성되는 것이 바람직하고, 제 2 가이드 핀(91)은 레버 요소(70)에 제공된다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 그렇지만 레버 요소(70) 상에 제 1 가이드 핀(81) 및/또는 제 2 가이드 핀(91)을 형성하는 것은 제조를 단순화시킨다. 제 2 가이드(92)는 구부러지거나 휘어질 수 있다. 제 1 가이드(82) 및 제 2 가이드(92)는 각각 제 1 및 제 2 가이드 핀 (81 및 91)의 회전 운동을 허용한다.

y-축을 따라 x-작동 요소(40)가 조절 운동하는 동안, 레버 요소(70)는 회전 이음매(71)를 중심으로 선회되며, 이에 의해 선형 가이드 유닛(15)에 의해 y-방향으로 고정되는 광학계 소켓(10)은 x-방향으로 선형 가이드 유닛(15)을 따라 변위된다. y-작동 요소(30)의 조절 운동은 y-슬라이더(50)를 통해 광학계 소켓(10)으로 직접 전달되며, 광학계 소켓(10)은 제 1 가이드 유닛(80)에 의해 y-방향으로 선형 가이드된다.

광학계 소켓(10)은 광학계 소켓(10)으로부터 y-방향으로 지지 요소(20)를 향해 연장되는 체결 연장부(11)를 가질 수 있다. 체결 연장부(11) 상에, 제 1 가이드 유닛(80)의 일부, 즉 제 1 가이드 핀(81) 또는 제 1 가이드(82)가 배치 될 수 있다. 이는 또한 y-방향으로 x-작동 요소(40)의 조절 운동을 광학계 소켓(10)의 x-축을 따른 운동으로 변환하기 위한 요소들의 조밀한 배열을 가능하게 한다.

y-작동 요소(30) 및 x-작동 요소(40) 모두 축 방향으로 고정되어 있어서, 다른 직교 방향으로 광학계 소켓(10)의 운동이 방지된다. y-작동 요소(30)와 x-작동 요소(40) 둘 다 y-방향을 따라 서로 평행하게 조절 가능하다. x- 및/또는 y-작동 요소는 바람직하게는 대응하는 직교 축을 따른 광학계 소켓(10) 변위의 정확한 값이 특정 조절 운동에 할당될 수 있도록 교정된다. 보정된 작동 요소로서, 예를 들어 마이크로미터가 사용될 수 있다.

y-슬라이더(50) 및 x-슬라이더(60)의 운동임을 안정화시키기 위해, y-슬라이더(50) 및 x-슬라이더(60)의 대응 구경에서 각각 작동되는 가이드 핀과 같은 슬라이더 가이드 요소(23)가 지지 요소(20)에 제공될 수 있다. 대안적으로, 슬라이더 가이드 요소(23)는 또한 y-슬라이더(50) 또는 x-슬라이더(60) 상에 제공될 수 있고 지지 요소(20)에 있는 대응하는 구경으로 가이드될 수 있다.

도 2는 방향을 변경할 때 공회전을 방지하기 위해 광학계 소켓(10)과 지지 요소(20) 사이에 스프링 요소(18)가 추가로 제공되는, 도 1의 직교 위치결정 장치를 도시한다.

도 3은 y-작동 요소(30)가 y-방향(하향)으로 미리 정해진 양만큼 변위된, 도 1의 직교 위치결정 장치를 도시한다. 그 결과, 선형 가이드 유닛(15) 및 y-슬라이더(50)를 통해 y-작동 요소(30)에 연결된 광학계 소켓(10)이 또한 y-방향으로 당겨지고, 제 1 가이드 핀(81)은 제 1 가이드(82)에서 변위된다.

도 4는 x-작동 요소(40)가 y-방향(하향)으로 미리 정해진 양만큼 변위된, 도 1의 직교 위치결정 장치를 도시한다. 결과적으로, 레버 요소(70)는 x-y 평면에서 회전 이음매(71)를 중심으로 회전되며, 제 2 가이드 핀(91)은 제 2 가이드(92)를 따라 가이드된다. 레버 요소(70)의 회전축 기준 운동은 제 1 가이드 유닛(80)을 통해 광학계 소켓(10)으로 전달되고, 선형 가이드 유닛(15)에 의해 선형 x-운동으로 변환된다.

도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 직교 위치결정 장치의 제 2 실시 예를 도시한다. 이 실시 예에서, 레버 요소(70)의 회전 운동 대신에, y-방향으로 x-위치결정 요소(140)의 조절 운동을 x-방향으로 광학계 소켓(110)의 변위로 변환하기 위해 전달 요소(170)의 대각선 방향 변위가 사용된다. 따라서 조밀하고 안정적이며 역진 없는 설계가 가능하다.

도 5a 및 5b는 제 2 실시 예에 따른 데카르트 위치결정 장치의 측면 사시도를 도시한다. 제 1 실시 예에서와 같이, 위치결정 장치는 광학계를 잡아주기 위한 광학계 소켓(110)이 x-방향 및 y-방향으로 조절 가능하게 장착되는 지지 요소(120)를 포함한다. 지지 요소(120)는 레이저 가공 헤드에 고정하기 위한 체결수단(121)을 포함 할 수 있다. 또한, 먼지 입자 등으로부터 지지 요소(120) 및 레이저 가공 헤드를 밀봉하기 위해 밀봉 요소(200)가 제공 될 수 있다. 광학계 소켓(110)을 변위시키기 위해, y-방향으로 서로 평행하게 조절 될 수 있고 각각 y-슬라이더(150) 및 x-슬라이더(160)를 갖는 y-작동 요소(130) 및 x-작동 요소(140) (도 6b 참조)가 제공된다. x-슬라이더(160)와 광학계 소켓(110) 사이에, y-방향으로 수행되는 x-작동 요소(140) 또는 x-슬라이더(160)의 조절 운동을 x-방향으로 광학계 소켓(110)의 변위로 변환하기 위해 전달 요소(170)가 배치된다. 도 5a에는, 광학 요소 (110)에는 전달 요소(170)의 제 1 가이드 핀(181)이 y-방향으로 가이드되는 제 1 가이드(182)가 뚜렷이 형성되어 있다. 이는 x-슬라이더(160)에 대해 y-방향으로 광학계 소켓(110)의 변위를 허용한다.

도 5b에서 알 수 있는 바와 같이, y-슬라이더(150)는 x-방향으로 광학계 소켓(110) 또는 y-슬라이더 (150)의 운동을 가이드하도록 구성된 선형 가이드 유닛(115)을 통해 광학계 소켓(110)에 연결된다. 여기서, 광학계 소켓(110) 상에 x-선형 가이드 요소(111)가 형성되고 y-슬라이더(150) 상에 대응하는 x-선형 가이드 요소(151)가 형성된다. 선형 가이드 유닛(115)은 도 5b에 도시된 더브테일 가이드를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 스프링 요소(118)가 삽입될 수 있는 노치(notch)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 광학계 소켓(110)이 지지 요소(120)에 연결될 수 있도록, 상기 광학계 소켓(110)에 제공될 수 있다. 상기 적어도 하나의 스프링 요소(118)는 지지 요소를 향하여 광학계 소켓(110)에 복원력을 제공하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 스프링 요소(118)는 광학계 소켓(110)의 일 측면 주위로 연장될 수 있고 각각 x-슬라이더(160) 및 y-슬라이더(150)에 인접한 지지 요소(120)에 부착될 수 있다. 결과적으로, 작동 요소(130 및 140)의 조절 운동 또는 광학계 소켓(110)의 운동에서 공차가 감소될 수 있다.

y-슬라이더(150) 및 x-슬라이더(160) 중 적어도 하나를 안정화시키기 위해, y-방향의 선형 가이드를 위해 구성된 슬라이더 가이드 요소(123)가 제공 될 수 있다. 예를 들어, 슬라이더 가이드 요소(123)는 막대형으로 y-슬라이더(150) 및 x-슬라이더(160)의 구경 내에서 각각 가이드될 수 있다. 대안적으로, y-방향으로 y-슬라이더(150) 및 x-슬라이더(160)를 각각 가이드하기 위해 적어도 하나의 더브테일 가이드가 슬라이더 가이드 요소(123)에 형성 될 수 있다.

도 6a 및 6b에는, 광학계 소켓(110) 및 전달 요소(170)가 없는 위치설정 장치의 일부가 도시되어 있다. 지지 요소(120) 및 전달 요소(170)는 x-선형 가이드 유닛을 통해 연결될 수 있다. 이를 위해, 지지 요소(120)는 바람직하게는 x-방향으로 연장되고 전달 요소(170)의 적어도 일부가 삽입되는 가이드 슬롯을 가질 수 있다. 대안적으로, 지지 요소(120)는 더브테일 가이드에 의해 전달 요소(170)에 결합 될 수 있다. 또한, 전달 요소(170)를 지지 요소(120)에 연결하기 위해 적어도 하나의 체결 요소(122)가 지지 요소(120)에 제공될 수 있다. 도 6a에서, 예를 들어, 나사와 볼트 같은 두 개의 막대형 체결 요소(122)가 지지 요소(120)의 가이드 슬롯에 배치되어 도시되어 있다. 체결 요소(122)는 전달 요소(170)를 x-방향으로 운동 가능하게 지지 요소(120)에 결합시키기 위해 도 8a에 도시된 전달 요소 가이드(171)에 삽입된다. 대안적으로, 전달 요소(170)는 지지 요소(120) 또는 가이드 슬롯에 형성된 홈에서 작동되는 가이드 핀을 포함할 수 있다.

도 6a에서, y-슬라이더(150) 및 x-슬라이더(160) 모두를 안정화시키기 위한 2개의 더브테일 가이드를 갖는 슬라이더 가이드 요소(123)가 도시되어 있다. 물론, 2개의 슬라이더(150 및 160) 중 하나만이 슬라이더 가이드 요소(123)에 의해 가이드될 수 있다. 슬라이더 가이드 요소(123)의 가이드에 대응하는 상대는 y-슬라이더(150)에서 y-선형 가이드 요소(152) 또는 x-슬라이더(160)에서 y-선형 가이드 요소(161)로 형성된다. 따라서, y-슬라이더(150)는 y-슬라이더(150)상의 x-방향으로 광학계 소켓(110)을 가이드하기 위한 x-선형 가이드 요소(151) 및 y-방향으로 y-슬라이더(150)의 조절 운동을 가이드하기 위한 y-선형 가이드 요소(152)와 같은 2개의 상호 수직인 선형 가이드 요소를 포함 할 수 있다. x-슬라이더(160)는 y-방향으로 x-슬라이더(160)의 조절 운동을 가이드하기 위해 적어도 y 선형 가이드 요소(161)를 포함 할 수 있다. 그러나 하나 이상의 추가 선형 가이드 요소가 제공될 수 있다. 예를 들어, y 방향으로 서로에 대한 상대적인 운동을 안정화시키기 위해 상호 작용하는 선형 가이드 요소가 x-슬라이더(160) 및 y-슬라이더(150) 상에 제공 될 수 있다.

도 6b에는, 광학계 소켓(110)이 x-방향으로 변위 가능한 y-슬라이더(150)의 x-선형 가이드 요소(151)가 도시되어 있다. 또한, x-슬라이더(160)는 y-방향 또는 x-방향과 대략 45°의 각도를 형성하는 대각선 가이드 또는 제 2 가이드(192)를 포함한다. x-슬라이더의 제 2 가이드(192)에서, y-방향으로 x-슬라이더(160)의 조절 운동에서 전달 요소(170)를 y-방향에 대해 약 45°의 방향으로 변위하기 위해 전달 요소(170)의 제 2 가이드 핀(191)이 삽입된다(도 8b 참조).

도 7a 및 7b는 광학계 소켓(110)의 도면을 도시한다. 광학계 소켓(110)은 y-슬라이더(150)의 x-선형 가이드 요소(151)를 구비한 선형 가이드 유닛을 형성하는 x-선형 가이드 요소(111)를 포함한다. 달리 말해, 광학계 소켓(110)과 y-슬라이더 (150)는 선형 가이드를 통해 x-방향으로 서로 운동 가능하게 결합된다. 광학계 소켓(110)은 또한 y-방향으로 운동을 가이드하는 제 1 가이드(182)를 포함한다. 제 1 가이드(182)는 x-슬라이더(160)의 제 2 가이드(192)에 대해 45°의 각도로 형성된다. 전달 요소(170)의 제 1 가이드 핀(181)은 x 슬라이더에 대한 y 방향으로 광학계 소켓의 운동을 허용하기 위해 광학계 소켓(110)의 제 1 가이드(182)에 삽입된다.

도 8a 및 도 8b에는 전달 요소(170)가 도시되어 있다. 상기 전달 요소(170)는 바람직하게는 L-자형을 가져서, 하나의 다리 위에 적어도 하나의 전달 요소 가이드(171), 예컨대 슬롯 또는 연장 된 홀(x 방향으로 연장)이 형성되고, 다른 하나의 다리 위에 제 1 및 제 2 가이드 핀(181, 191)이 x- 및 y-방향에 수직한채 서로 반대 방향으로 돌출되어 형성된다. 다시 말해, 제 1 및 제 2 가이드 핀(181, 191)은 전달 요소(170)의 서로 반대되는 면에 형성된다. 제 1 및 제 2 가이드 핀(181, 191)은 또한 전달 요소를 관통하는 볼트 또는 스크류에 의해 형성 될 수 있다. 광학계 소켓(110)의 제 1 가이드(182)에서 제 1 가이드 핀(181)은 y-방향으로 가이드되므로, y-슬라이더(150)가 x-슬라이더(160)에 대해 운동될 때 광학계 소켓(110)은 y-방향으로 변위될 수 있다. x-슬라이더(160)의 대각선 가이드(192)에서 광학계 소켓(110)에 결합된 전달 요소(170)의 제 2 가이드 핀(191)을 가이드하고 x-방향으로 y-슬라이더(150)와 광학계 소켓(110)을 결합하는 선형 가이드 유닛(115)에 의해, y-방향으로 x-슬라이더(160)의 조절 운동이 x-방향으로 광학계 소켓(110)의 변위로 변환되거나 전달된다.

오목한 부분 또는 볼록한 부분, 예를 들어 선형 가이드 또는 더브테일 가이드는, 서로 호환 가능할 수 있음이 이해되어야 한다.

따라서, 본 발명에 따르면, x-방향 및 y-방향으로 광학계의 정확하고 재현 가능한 위치결정을 가능하게 하는 직교 위치결정 장치가 제공 될 수 있으며, 여기서 2개의 직교 방향인 x 및 y에서의 위치 설정은 서로 독립적이다. 또한, 마이크로미터 나사와 같은 보정된 작동 요소를 사용함으로써, 대응하는 x 또는 y-축을 따라 광학계 소켓(10) 선형 운동의 정확한 값이 작동 요소의 특정 조절 운동 또는 회전 각도에 할당될 수 있다. y-작동 요소(30)와 x-작동 요소(40)는 모두 동일한 방향으로, 즉 y-방향을 따라 서로 평행하게 조절될 수 있기 때문에, 두 작동 요소(30, 40)는 지지 요소(20) 상에 서로 나란히 배치될 수 있다. 결과적으로, 사용자를 위한 작동 요소의 접근성이 개선되고 작동 요소의 공간 절약 배열이 가능하게 된다.

참조 번호 목록
10 광학계 소켓
11 체결 연장부
15 리니어 가이드 유닛
18 스프링 요소
20 지지 요소
21 체결수단
22 체결연장부
23 슬라이더 가이드 요소
30 y-작동 요소
40 x-작동 요소
50 y-슬라이더
60 x-슬라이더
70 레버 요소
71 회전 이음매
80 제1 가이드 유닛
81 제1 가이드 핀
82 제1 가이드
90 제2 가이드 유닛
91 제2 가이드 핀
92 제2 가이드
110 광학계 소켓
111 x-선형 가이드 요소
115 선형 가이드 유닛
118 스프링 요소
120 지지 요소
121 체결수단
122 체결요소
123 슬라이더 가이드 요소
130 y-작동 요소
140 x-작동 요소
150 y-슬라이더
151 x-선형 가이드 요소
152 y-선형 가이드 요소
160 x-슬라이더
161 y-선형 가이드 요소
170 전달 요소
171 전달 요소 가이드
181 제1가이드 핀
182 제1 가이드
191 제2 가이드 핀
192 제2 가이드
200 밀봉 요소

Claims

레이저 가공 헤드에 대한 광학계를 위치시키기 위한 직교 위치결정 장치로:
상기 장치는, 상기 광학계를 잡아주기 위한 광학계 소켓(10, 110);
y-방향으로 상기 광학계 소켓(10, 110)의 선형 운동을 위한 y-작동 요소(30, 130); 및
x-방향으로 상기 광학계 소켓(10, 110)의 선형 운동을 위한 x-작동 요소 (40, 140)를 포함하고,
상기 x-작동 요소(40, 140) 및 상기 y-작동 요소(30, 130)는 지지 요소(20, 120) 상에 배열되고 y-방향을 따라 조절가능하고,
상기 y-작동 요소(30, 130)는, x-방향으로 선형 가이드 유닛(15, 115)에 의해 상기 광학계 소켓(10, 110)에 운동 가능하게 연결되는,
직교 위치결정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형 운동은, y-방향 또는 x-방향에 대한 특정 값을 상기 y-작동 요소(30, 130) 또는 상기 x-작동 요소(40, 140)의 조절 값으로 각각 할당하는,
직교 위치결정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 x-작동 요소(40, 140) 및 상기 y-작동 요소(30, 130)는, 지지 요소(20, 120) 상에 서로 나란히 배치되는,
직교 위치결정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형 가이드 유닛(15, 115)은, y-축을 따라 인장 또는 압축 하중에 대해 변하지 않는 방식으로 상기 y-작동 요소(30, 130)를 상기 광학계 소켓(10, 110)에 연결하는, 직교 위치결정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 y-작동 요소(30, 130)는, 일단에 상기 y-작동 요소(30, 130)를 상기 광학계 소켓(10, 110)에 연결하는 y-슬라이더 (50, 150)를 가지며, 상기 x-작동 요소(40, 140)는, 일단에 상기 x-작동 요소(40, 140)를 상기 광학계 소켓(10, 110)에 연결하는 x-슬라이더(60, 160)를 가지는,
직교 위치결정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 x-슬라이더(60, 160) 또는 상기 y-슬라이더(50, 150)는, 적어도 하나의 슬라이더 가이드 요소(23, 123)를 따라 가이드되는,
직교 위치결정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 지지 요소(120)에 x-방향으로 운동 가능하게 연결된 전달 요소(170)는 상기 x-슬라이더(160)와 상기 광학계 소켓(110) 사이에 배치되는,
직교 위치결정 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 전달 요소(170)는, 제 1 가이드 유닛(180)에 의해 상기 광학계 소켓(110)에, 그리고 제 2 가이드 유닛(190)에 의해 상기 x-슬라이더(160)에 운동 가능하게 연결되는,
직교 위치결정 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 가이드 유닛(180)은 상기 광학계 소켓(110)을 y-방향으로 가이드하도록 구성되고, 상기 제 2 가이드 유닛(190)은 y-방향을 따라 상기 x-작동 요소(140)의 조절 운동을 y-방향에 대해 90° 미만의 각도를 형성하는 방향을 따라 상기 전달 요소(170)의 운동으로 변환하도록 구성되는,
직교 위치결정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 x-작동 요소(40)는 레버 요소(70)를 통해 상기 광학계 소켓(10)에 운동 가능하게 연결되며, 상기 레버 요소(70)는 상기 지지 요소(20)에 x-y평면에 회전축으로 연결되고 L-자형인,
직교 위치결정 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 레버 요소(70)는 제 1 가이드 유닛(80)에 의해 상기 광학계 소켓(10)에, 그리고 제 2 가이드 유닛(90)에 의해 상기 x-작동 요소(40)에 운동 가능하게 연결되고, 상기 제 1 가이드 유닛(80)은 y-방향으로 상기 광학계 소켓(10)을 가이드하기 위한 제 1 가이드 핀(81) 및 제 1 가이드(82)를 포함하고, 상기 제 2 가이드 유닛(90)은 상기 x-작동 요소(40)의 조절 운동을 상기 레버 요소(70)로 전달하기위한 제2 가이드 핀(91) 및 제 2 가이드(92)를 포함하는,
직교 위치결정 장치.
제 11 항에있어서,
상기 제 2 가이드 유닛(91, 92)의 적어도 한 부분은, 상기 광학계 소켓(10)으로부터 y-방향으로 연장되는 체결 연장부(11) 상에 배열되는,
직교 위치결정 장치.
제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 스프링 요소(18, 118)는 상기 광학계 소켓(10, 110) 및 상기 지지 요소(20, 120)에 연결되는,
직교 위치결정 장치.
레이저 빔에 의해 공작물을 가공하기 위한 레이저 가공 헤드로:,
상기 레이저 가공 헤드는, 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따라 광학계를 위치시키기 위한 직교 위치결정 장치를 포함하고,
상기 광학계는 상기 레이저 가공 헤드의 빔 경로에 배치되는,
레이저 가공 헤드.
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