KR102659614B1 - 조면화된 표면을 생산하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

조면화된 표면을 생산하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 표면의 레이저 조면화에 관한 것이다.

Description

조면화된 표면을 생산하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 독립항들의 전제부에 따른 조면화된 표면(roughened surface)을 생산하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 독립 청구항 1 및 청구항 12에 정의되어 있다. 또한, 종속 청구항들 및 이하의 설명에 추가의 개선사항이 주어진다.
레이저 처리 모듈(laser treatment module)은 US 2018/0126488A1호, DE 102016103578A1호, DE 102017200080A1호에 알려져 있다. DE 102009024957B3호는 레이저 증착 용접을 위한 장치를 개시하고 있다. DE 102016103578A1호는 레이저 조면화(roughening)를 위한 기계 개념을 개시하고 있다.
조면화된 표면은 일반적으로 조면화 후에 열적 코팅된다. 이러한 조면화는, 예를 들어 상기 조면화된 표면에 도포되는 금속 또는 비금속 (스프레이) 층의 접착 인장 강도를 개선하는 데 사용된다. 이에 대한 예로는, 내연기관의 실린더 보어에 적용하는 것이다. 열적 스프레이 코팅(thermal spray coating)은, 마찰이 적고 그리고 내마모성이 뛰어나며, 특히 배기가스 감소와 관련하여 내연기관이 최적화되는 것을 허용한다. 조면화 및 열적 코팅 후, 일반적으로 호닝(honing) 작업이 발생하며, 이는 때때로 다수의 단계로 실시되며, 그리고 사출-성형된 표면을 마찰학적으로 적절한 지형으로 변경할 수 있다.
본 발명의 제1 양태는 특히 레이저 조면화에 사용되는 레이저 처리를 위한 장치의 추가 개발에 관한 것으로서, 상기 레이저 처리는 특히 실린더 보어의 표면일 수 있는, 서로 일정 거리로 이격된 다수의 작업부재 개구의 표면으로 지향된다. 이러한 장치는 적어도 하나의 워크 스테이션을 포함한다. 상기 워크 스테이션은 작업부재 홀더를 포함하도록 설계될 수 있다. 상기 작업부재 홀더는 워크 스테이션에 배치될 수 있거나, 또는 상기 워크 스테이션에서의 처리를 위해 배치될 수 있다. "배치될 수 있다(can be arranged)"라는 표현은, 이 경우에는 예를 들어 회전 테이블에 의해 워크 스테이션 내로 이동될 수 있음을 의미하며, 여기서 작업될 작업부재는 상기 회전 테이블 상에 또는 상기 회전 테이블 상에 배치된 작업부재 홀더에 배치될 수 있다. 작업부재 홀더는 실제 처리 중 어떤 경우에도 워크 스테이션에 있다. 상기 작업부재 홀더들을 가질 수 있거나 또는 이들을 워크 스테이션 내로 이동시킬 수 있는 다른 타입의 전달 장치를 생각할 수도 있다. 상기 전달 장치는 본 발명의 제2 양태를 참조하여 이하에 논의될 것이다. 본 발명의 제2 양태와 관련하여 설명되는 개별적인, 다수의, 또는 모든 특징들은, 본 발명의 제1 양태의 가능한 추가 발전으로서 보여질 수도 있다. 상기 회전 테이블(전달 장치를 형성하는)은 통상적인 턴테이블로서 또는 리프팅 기능이 없는 회전 테이블로서 설계될 수 있지만, 그러나 리프팅 턴테이블로서 설계될 수도 있다. 현재의 의미에서, 회전 테이블은 회전 축선 또는 턴테이블 축선 둘레로의 회전 운동을 통해 작업부재 이송을 구현할 수 있는 회전 테이블을 의미한다. 회전 테이블에 의한 이송 중에는 이상적인 원형 경로로부터 벗어나는 작업부재 이동으로 나타날 수 있도록 추가적인 병진(translational) 운동이 중첩될 수 있더라도, 상기 작업부재는 일반적으로 원형 경로 상에서 이송된다. 현재 의미에서 회전 테이블은, 예를 들어 (예를 들어, 둥근) 평탄한 지지면을 갖는 테이블처럼 설계될 수 있지만, 그러나 의도한 작업부재 위치(예를 들어, 인덱싱 핀(indexing pins)일 수 있는, 예를 들어 인덱싱 수단을 갖는 작업부재 홀더)를 갖는 상이한(예를 들어, 교차형과 같은) 구조체일 수도 있다.
방금 설명한 워크 스테이션은 레이저 처리 모듈도 포함한다. 이런 레이저 처리 모듈은 모듈 축선을 갖는다. 상기 모듈 축선은 이 경우에는 상기 레이저 처리 모듈의 축선을 의미한다. 전형적으로, 상기 레이저 처리 모듈은 모듈 축선을 따라 길고 가느다란 방향으로 설계된다.
상기 워크 스테이션은 또한 포지셔닝 장치를 갖는다. 상기 포지셔닝 장치는 처리를 위해 워크 스테이션에 배치된 작업부재와 상기 레이저 처리 모듈 사이에 상대 운동을 유발시키도록 설계되고 배치된다. 상기 포지셔닝 장치는, 예를 들어 레이저 처리 모듈을 이동시킬 수 있다. 이러한 포지셔닝 장치는, 예를 들어 슬라이드 또는 복합 슬라이드 장치를 통해 구현될 수 있다. 또한, 포지셔닝 장치가 작업부재의 위치를 변경하는 것도 생각할 수 있다. 예를 들어, 포지셔닝 장치는 이미 위에 언급한 리프팅 턴테이블의 리프팅 기능에 의해 구현될 수 있다. 또한, 워크 스테이션에서 병진 방식으로 이동될 수 있는 작업부재 홀더도 생각할 수 있다. 상기 포지셔닝 장치는 레이저 처리 모듈 및 작업부재 또는 작업부재를 보유하는 작업부재 홀더를 이동시키기 위한 수단을 가질 수도 있다. 따라서 작업부재와 레이저 처리 모듈 사이의 상대 운동은, 두 구성요소 모두를 이동시킴으로써 구현될 수 있다. 수평으로 및/또는 수직으로 연장되는 이동 축선을 따른 상대적 병진 이동이 바람직하게 가능하다.
상기 레이저 처리 모듈은 비임 안내 광학장치를 갖는다. 상기 비임 안내 광학장치는 표면 처리를 위한 레이저 비임을, 처리될 표면 상에 방출 방향으로 안내하도록 설계되었다. 상기 방출 방향은 레이저 비임이 레이저 처리 모듈을 떠나는 방향을 의미한다. 상기 방출 방향은 모듈 축선 및 상기 모듈 축선과 직교하는 평면에 대해 경사지도록 배치된다. 상기 레이저 처리 모듈은 모듈 축선을 중심으로 레이저 비임을 회전시키도록 설계되고 배치되었다. 이는 레이저 비임이 방출 방향으로 상기 모듈 축선을 중심으로 회전한다는 것을 의미한다. 따라서 방출 방향은 상기 방출 방향에 대응하는 경사를 갖는, 원추 또는 절두 원추(truncated cone)의 횡방향 표면에서 레이저 비임의 모든 방출 방향을 포함한다.
상기 비임 안내 광학장치는 방사선 공급원으로부터 나오는 레이저 비임을 시준하는 데 사용되는 시준기(collimator) 유닛을 갖는다. 상기 비임 안내 광학장치는 포커싱 유닛을 추가로 포함하며, 이에 의해 이미 시준된 레이저 비임이 포커싱되거나 포커싱될 수 있다. 상기 비임 안내 광학장치는 또한 방출 방향-정의 비임 편향 장치(discharge direction-defining beam deflecting device)를 갖는다. 상기 방출 방향-정의 비임 편향 장치는 표면 처리를 위한 레이저 비임을, 주 광학 방향으로부터 방출 방향으로 편향시키도록 설계되고 배치된다. 상기 비임 편향 장치는 시준기 유닛의 하류의, 특히 포커싱 유닛의 하류의 비임 경로에 배치된다.
바람직하게는, 상기 레이저 비임은 먼저 비임 안내 광학장치의 방향으로 시준기 유닛 내로 도입되고, 그 후 상기 포커싱 유닛 상의 대응의 광학 요소를 통해 시준된 상태로 포커싱되며, 그리고 후자에 의해 비임 편향 장치로 안내되며, 상기 비임 편향 장치는 레이저 비임이 더 이상의 편향 없이 레이저 처리 모듈로부터 나오도록 방출 방향으로 레이저 비임을 편향시킨다. 따라서 상기 비임 편향 장치는 레이저 비임의 방출 방향을 정의한다. 레이저 비임이 비임 편향 장치에 의해 방출 방향으로 지향된 후에는, 더 이상의 편향이 발생하지 않는다.
본 발명에 따라, 이제 상기 레이저 처리 모듈이 회전 장치를 포함하는 구성이 제공된다. 이런 회전 장치는 비임 편향 장치를, 모듈 축선을 중심으로 시준기 유닛에 대해 또는 시준기 유닛 및 포커싱 유닛에 대해 회전시키도록 설계되었다. 이런 회전은 출사되는 레이저 비임을 모듈 축선을 중심으로 회전시킨다. 상기 레이저 처리 모듈은, 방출 방향-정의 비임 편향 장치의 상류의 광학 경로에 추가 비임 편향 장치를 포함한다. 이런 추가 비임 편향 장치는 주 광학 방향으로 레이저 비임을 편향시킨다. 이런 구성에 의해, 레이저 처리 모듈의 슬림한 디자인이 구현될 수 있다. 또한, 레이저 처리 모듈의 몇몇 구성요소는 기계적으로 이동될 필요가 있는 것이 유리하다. 상기 처리 모듈의 마모가 감소될 수 있다. 대응의 회전 장치를 갖는 회전 장치 또는 비임 안내 광학장치는, 주 광학 방향을 따라 슬림하게 설계될 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 특히 청구항 1의 전제부, 또는 본 발명의 제1 양태에 따른 본 발명의 방금 설명된 실시예에 따라 관련될 수 있는 장치에 관한 것이다. 그러나 상기 장치는 반드시 방금 설명된 제1 양태에 따라 설계될 필요는 없지만, 그러나 독립적으로 설계될 수 있으며, 그리고 특히 표면의, 특히 작업부재 개구의, 특히 실린더 보어의 표면의 레이저 조면화를 위해 독립적으로 설계될 수 있다. 어떤 경우라도 상기 제2 양태에 따른 장치는 적어도 하나의 로딩 및 언로딩 스테이션을 포함한다. 상기 로딩 및 언로딩 스테이션에서, 처리될 작업부재는 장치에 로딩될 수 있으며, 더 나아가 이미 처리된 작업부재는 장치로부터 제거(언로딩)될 수 있다. 상기 로딩 및 언로딩 스테이션은, 예를 들어 컨베이어 벨트를 통해 다른 처리 기계에 연결될 수 있다. 그러나 상기 로딩 및 언로딩 스테이션이 포털 로더(portal loader)를 통해 또는 수동으로 로딩 및 언로딩될 수 있는 것도 생각할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따른 장치는 워크 스테이션을 추가로 갖는다. 상기 워크 스테이션은 서두에 언급된 본 발명의 제1 양태의 워크 스테이션에 따라 설계될 수 있다. 어떤 경우라도, 워크 스테이션은 상기 워크 스테이션에서 작업부재를 처리하기 위해 레이저 처리 모듈을 갖는다. 이런 레이저 처리 모듈은 본 발명의 제1 양태의 레이저 처리 모듈의 특징에 따라 바람직하게 설계된다.
또한, 본 발명의 제2 양태에 따른 장치는 전달 장치(transfer device)를 갖는다. 또한, 상기 전달 장치는 다시 로딩 및 언로딩 스테이션과 워크 스테이션 사이에서 작업부재 전달을 실시하도록 설계되었다. 방금 설명된 본 발명의 제2 양태의 특징은 본 발명의 제1 양태의 장치에도 제공될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 목적을 위해, 장치는 본 발명의 두 양태의 개별적인 특징을 포함할 수 있다. 이는 특히 유리한 장치로 나타난다. 본 발명의 제2 양태에 따른 장치는, 이제 상기 전달 장치는 회전 운동에 의해 로딩 및 언로딩 스테이션으로부터 워크 스테이션 내로 처리될 작업부재의 전달 프로세스를 실시하도록, 그리고 이와 동시에 상기와 동일한 회전 운동에 의해 워크 스테이션으로부터 로딩 및 언로딩 스테이션으로 처리된 작업부재의 전달 프로세스를 실시하도록, 설계되는 것을 특징으로 한다. 따라서 워크 스테이션으로부터 로딩 및 언로딩 스테이션 내로 처리된 작업부재의 작업부재 전달, 및 로딩 및 언로딩 스테이션으로부터 워크 스테이션 내로의 작업부재 전달이 동시에 발생할 수 있다. 이런 방식으로, 본 발명에 따른 장치의 사이클 시간이, 유리하게 개선될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 차폐 상태에서 상기 로딩 및 언로딩 스테이션을 레이저-안전 방식으로 워크 스테이션의 작업 공간으로부터 분리하도록 배치되고 설계되는 폐쇄 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이는 레이저 처리 중 전술한 전달 프로세스에서 워크 스테이션으로부터 로딩 및 언로딩 스테이션으로 전달된, 이미 처리된 작업부재가 이로부터 제거될 수 있는 것을 보장하는 반면에, 상기 전달 프로세스에서 상기 로딩 및 언로딩 스테이션으로부터 워크 스테이션으로 전달된 작업부재의 레이저 처리 프로세스는 워크 스테이션에서 실시될 수 있다.
이제 본 발명의 두 양태의 추가적인 개발이 기재될 것이다. 두 양태의 장치, 그러나 특히 제1 양태의 장치는 직접 구동부(direct drive)를 포함하는 회전 장치를 포함할 수 있다. 이는 회전 장치를 위한 구동부가 외부에 설계되지 않고, 그리고 힘 전달 장치, 예를 들어 V-벨트, 톱니형 벨트, 또는 유사한 힘 전달 수단을 통해 상기 레이저 처리 모듈에 전달된다는 것을 의미한다.
상기 직접 구동부가 중공 샤프트 구동부(hollow shaft drive)로서 설계되는 구성이 추가로 제공될 수 있다. 이는 구동부의 하나의 구성요소가 하우징에 대해 회전 불가능하게 연결되고 그리고 또 다른 구성요소가 상기 하우징에 대해 회전 가능하게 배치되고, 상기 구동부가 작동 중일 때는 상기 두 구성요소가 대향 방향으로 회전한다는 것을 의미하며, 상기 회전은 상기 중공 샤프트 구동부의 축선의 둘레로 발생하고, 두 부품은 상기 축선의 둘레에 배치된다. 상기 중공 샤프트 구동부의 축선은 특히 모듈 축선과 일치한다.
상기 중공 샤프트 구동부의 고정자는, 회전 가능하게 고정되는 방식으로 상기 레이저 처리 모듈의 하우징에 바람직하게 연결된다. 중공 샤프트 구동부의 회전자는, 중공 샤프트 구동부의 축선(그 회전 축선)을 중심으로 회전될 수 있다. 이런 회전 축선은 모듈 축선에 대응할 수 있다.
중공 샤프트 구동부의 회전자는 전형적으로 중공으로 제조되어 있으므로, 비임이 중공 샤프트 구동부의 중공 회전자를 통해 상기 모듈 축선을 따라 안내될 수 있다. 기재된 직접 구동부는 레이저 비임의 매우 정밀한 회전을 허용하며, 특히 방금 설명한 고정자 및 회전자의 설계에 의해 이를 중공 샤프트 구동부로 설계함으로써, 레이저 처리 모듈의 매우 콤팩트한 설계가 가능하며, 이에 의해 레이저 비임의 회전이 매우 높은 정밀도 및 속도로 실시될 수 있다.
이는 상기 장치가 매우 융통성 있게 설계되는 것을 허용한다. 예를 들어, 적어도 2개의 이러한 레이저 처리 모듈이 제공될 수 있으며, 이는 다시 2개의 작업부재의 처리를 위해, 또는 작업 사이클에 따라 동일한 작업부재(예를 들어, 상이한 개구)의 처리를 위해 사용될 수 있다. 이는 특히 2개의 작업부재를 워크 스테이션 내로 또는 그 작업 공간 내로 각각 이동시킬 수 있는 경우라면, 전술한 전달 장치와의 조합 시 유리하다. 장치-내부 전달 시스템으로서 턴테이블의 조합은, 특히 서두 및 이하에 기재되는 레이저 처리 모듈의 설계와의 조합 시 특별한 이점을 제공한다. 상기 전달 시스템은 워크 스테이션의 신속한 로딩을 허용하며, 그 결과 회전 비임 편향 장치로 설계된 레이저 처리 모듈을 통해 처리가 매우 신속하게 그리고 정확하게 실시될 수 있다. 상기 레이저 처리 모듈은 낮은 수준의 관성을 가지고 있는데, 그 이유는 회전 중에는 질량이 낮은 몇몇의 구성요소만 움직이도록 설정되어야만 하기 때문이다. 그 결과, 워크 스테이션의 급속한 로딩(전달 시스템)이 워크 스테이션에서의 신속한 처리와 조합되며, 이는 전체적으로 더 짧은 사이클 시간을 허용한다. 이는 워크 스테이션의 로딩 및 언로딩을 동시에 허용하기 위해(전달 시스템의 회전 운동), 최소한의 개방 상태만을 요구하는 폐쇄 장치에 의해 추가로 지지된다. 이에 따라, 레이저 처리 모듈, 전달 장치, 및 폐쇄 장치는 서로를 보완하며, 그리고 낮은 비생산적 시간으로 장치의 가능한 가장 높은 클로킹(clocking)을 보장하도록 서로 조정된다.
방출 방향-정의 비임 편향 장치가 상기 시스템의 다른 광학 구성요소에 대해 회전되기 때문에, 이들은 견고하게 설계되며 따라서 공간을 절약하고 강건해질 수 있다. 오직 비임 편향 장치만 회전하거나 또는 작동 중에 (레이저 비임의 타입 또는 프로파일 및/또는 방향에 영향을 끼치는) 광학적으로 작용하는 구성요소로부터 회전될 수 있는 경우라면 유리하다. 다른 광학적으로 작용하는 구성요소는 레이저 처리 모듈의 하우징에 견고하게 연결될 수 있다.
상기 포커싱 유닛은, 예를 들어 회전 가능하게 고정되는 방식으로 하우징에 연결될 수 있으며; 특히, 포커싱 유닛은 회전자 내에 배치될 수 있다. 상기 포커싱 유닛은 회전자 내로 연장되고 그리고 상기 하우징에 연결되는, 슬리브와 같은 요소를 통해 보유될 수 있다.
상기 레이저 비임은, 도광체(light guide)를 위한 연결 지점을 통해 상기 레이저 처리 모듈에 결합되거나 또는 이에 결합 가능하다.
상기 레이저 처리 모듈은 적어도 2개, 특히 적어도 3개의 비임 편향 장치를 갖는 것이 바람직하다.
레이저 처리 모듈을 떠나는 레이저 비임의 최종 방향은, 제1 방출 방향-정의 비임 편향 장치에 의해 결정된다. 제1 추가 비임 편향 장치는 상기 레이저 비임을 주 광학 방향에 대해, 특히 시준기 유닛이 레이저 비임을 시준하는 시준기 방향에 대해 경사진, 특히 직교하는 방향으로부터, 상기 주 광학 방향 내로 편향시킨다. 상기 주 광학 방향을 따라, 레이저 비임은 방출 방향-정의 비임 편향 장치를 타격한다. 제2 추가 비임 편향 장치에 의해, 비임은 편향되어, 예를 들어 연결 지점으로부터 나와, 시준기 유닛 상으로 안내될 수 있다. 그러나 이러한 편향은 선택적이다. 상기 비임은 사전 편향 없이 시준기 유닛 상으로 안내될 수 있다. 이에 따라, 도광체를 위한 연결 지점의 위치는 상기 레이저 처리 모듈 상에서의 그 위치에 따라 조정될 수 있다.
상기 추가 비임 편향 장치는 간섭 거울로서 설계될 수 있다. 상기 추가 비임 편향 장치는 비임 경로를 따라 시준기 유닛의 하류에 배치될 수 있다.
상기 포커싱 유닛은 특히 제1 비임 편향 장치와 방출 방향-정의 비임 편향 장치 사이에 배치될 수 있다.
포커싱 유닛의 하류에는, 먼지가 레이저 처리 모듈 내로 또는 시준기 유닛 및 포커싱 유닛과의 그 광학 경로 내로 침투하는 것을 방지하는, 방사선-투과성 밀봉 유닛이 제공될 수 있다.
간섭 거울로서 설계된 추가 비임 편향 장치는, 레이저 비임을 (레이저 비임의 타입 및/또는 방향에 영향을 끼치는) 다른 광학적으로 작용하는 구성요소 상으로, 특히 포커싱 유닛 상으로 그리고 상기 방출 방향-정의 비임 편향 장치 상으로, 의도된 방향으로 안내하도록 설계되고 배치된다. 간섭 거울로서 설계됨으로써, 상기 추가 비임 편향 장치는 상기 처리된 표면으로부터 나오는 광학 신호(예를 들어, 처리된 표면으로부터 방출되는, 방출된 및/또는 반사된 방사선 신호)를, 센서 연결 지점의 방향으로 안내할 수 있다. 이를 위해, 레이저 비임은 광학 경로를 따라 작업부재 표면까지 의도된 방향으로 안내되도록 배치되는 반면에, 상기 광학 경로를 따라 작업부재 표면으로부터 나오는 광학 신호는 레이저 비임의 광학 경로로부터 분리되어, 센서 연결 지점으로 공급된다(예를 들어, 광학적으로 작용하는 추가적인 구성요소를 통해).
상기 레이저 처리 모듈이 테이퍼진 스핀들 부분을 포함하는 구성이 제공될 수 있다. 상기 스핀들 부분은 일반적으로 회전 대칭이며 그리고 가늘고 길며, 달리 말하면, 호리호리하다(slender). 상기 스핀들 부분은 처리될 작업부재 개구 내로의 삽입을 위해 사용되며, 그리고 그에 따라 설계된다. 이는 실린더 보어를 처리할 때 특히 유리하다. 특히 상기 직접 구동부가 스핀들 부분으로부터 거리를 두고 배치되는 구성이 제공될 수 있다. 이런 이격은 모듈 축선을 따른 모습과 관련되어 있다. 상기 직접 구동부는 전형적으로 스핀들 부분 위에 배치된다. 상기 "위에(above)"라는 용어는, 스핀들 부분의 직접 구동부가 작업부재 개구의 측부 상에 배치되었고, 삽입 프로세스 중에는 이로부터 상기 스핀들 부분이 작업부재 개구 내로 도입된 작업부재 개구 내로 도입되었다는 것을 의미한다.
주요 광학 방향이 모듈 축선과 일치하기 때문에, 상기 비임 안내 광학장치는 레이저 비임이 모듈 축선을 따라 부분적으로 진행되고 그리고 이를 따라 비임 편향 장치 내로 안내되도록 설계되었다. 특히, 상기 레이저 비임은 모듈 축선을 따라 포커싱 유닛으로부터 비임 편향 장치로 안내될 수 있다. 달리 말하면, 상기 레이저 비임은 포커싱 유닛과 비임 편향 장치 사이에서 모듈 축선을 따라 진행된다.
상기 레이저 처리 모듈은 프로세스 가스 흐름 경로를 포함할 수 있다. 이런 프로세스 가스 흐름 경로는 상기 주 광학 방향을 따라 연장되는 부분을 포함할 수 있다. 이런 부분은 상기 제1 추가 비임 편향 장치와 방출 방향-정의 비임 편향 장치 사이에 배치될 수 있다. 상기 프로세스 가스 흐름 경로는 프로세스 가스가 레이저 비임의 출구 개구를 통해 레이저 처리 모듈을 떠나고 그리고 이를 통해 처리될 작업부재 표면 상의 지점으로 안내되도록 바람직하게 배치되고 설계된다. 이를 위해, 상기 출구 개구는 (유출되는 프로세스 가스 상에서의 일 방향을 부과하는) 노즐처럼 설계될 수 있다.
상기 포지셔닝 장치와 관련하여, 포지셔닝 장치는 워크 스테이션에서의 처리를 위해 배치된 작업부재와 상기 레이저 처리 모듈 사이에 상대 운동을 일으킬 수 있는 구성이 제공될 수 있으며, 이런 상대 운동은 모듈 축선과 직교하는 평면으로 또는 모듈 축선의 방향으로 진행되며; 특히, 상기 모듈 축선은 장치의 통상적인 정렬로 수직 방향으로 진행될 수 있으며, 그에 따라 상기 작업부재와 레이저 처리 모듈 사이의 상대 운동이 수평 및 수직 방향으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실린더 보어로부터 다음 실린더 보어로 수평 방향으로의 레이저 처리 모듈의 운동, 및 수직 방향으로의 각각의 실린더 보어 내로의 스핀들 부분의 하강을 생각할 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 상기 포지셔닝 장치는 슬라이드 장치를 포함할 수 있으며, 특히 서로 직교하는 상대 운동의 방향이 구현될 수 있는 복합 슬라이드 장치가 제공되는 구성이 제공될 수 있다. 특히, 서로 직교하는 방향으로 실시될 수 있는 상대 운동은 중첩으로 실시될 수도 있다[동시에(at the same)라는 의미에서].
상기 레이저 처리 모듈은 슬라이드 장치 상에 직접 배치되도록 설계될 수 있다. 이미 위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 제2 양태의 개별 특징은 본 발명의 제1 양태에 대해 개별적으로 또는 다양한 조합으로 제공될 수 있으며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다. 두 양태에 있어서, 그러나 특히 본 발명의 제2 양태에 있어서, 상기 전달 장치가 턴테이블로서 설계되는 구성이 제공될 수 있다. 따라서 상기 전달 장치는 회전 운동을 통해 워크 스테이션의 내외로 작업부재를 운반하는 작업부재 운반 장치를 형성한다. 상기 전달 장치는 판 형상의(plate-shaped) 표면으로 설계될 수 있다. 상기 개별 작업부재 리셉터클들 또는 의도한 작업부재 위치들 사이에는, 회전 운동 중에도 회전하는 지지면이 제공될 수 있다.
특히, 상기 전달 장치는 회전 운동과 함께 상기 회전 축선을 따라 진행되는 리프팅 및 하강 운동 또한 가능한 리프팅 턴테이블로서 설계될 수 있다. 상기 턴테이블은 적어도 2개의 작업부재를 로딩 및 언로딩 스테이션으로부터 워크 스테이션으로 동시에 전달하도록 설계될 수 있으며, 그 반대인 경우에도 적어도 2개의 작업부재를 워크 스테이션으로부터 로딩 및 언로딩 스테이션으로 동시에 전달하는 경우도 마찬가지이다. 이를 위해, 상기 전달 장치(또는 턴테이블)는 전형적으로 180도 오프셋된 턴테이블 상에 각각 배치되는 작업부재(또는 작업부재를 위해 제공된 위치)를 위해 대응하는 개수의 리셉터클을 갖는다. 특히, 상기 180도 오프셋 배열은 작업부재가 로딩 및 언로딩 스테이션 또는 워크 스테이션의 내외로 간단한 방식으로 동시에 이송되는 것을 가능하게 한다.
상기 폐쇄 장치는 개폐 가능한 칸막이 벽(partition wall)을 포함할 수 있다. 상기 칸막이 벽과 전달 장치의 조합된 사용은, 특히 짧은 로딩 시간을 허용한다. 칸막이 벽이 개방되고, 이와 동시에 전달 장치가 회전하기 시작한다. 전달 장치의 이런 회전 운동은, 워크 스테이션이 동시에 로딩 및 언로딩될 수 있게 한다. 작업부재가 칸막이 벽의 위치를 통과하자마자, 칸막이 벽은 다시 폐쇄될 수 있다. 이러한 칸막이 벽은 능동적인 레이저 보호를 충족시키기 위해 이중벽 구조를 가질 수 있다. 공동은 이런 이중벽에 의한 외벽에 의해 한정될 수 있고, 상기 칸막이 벽은 레이저 처리 모듈로부터의 레이저 방사선이 상기 공동 내로 침투할 때를 검출하도록 설계되고 배치되는 센서 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 상기 폐쇄 장치는, 상기 공동을 한정하는 추가의 외벽이 파괴되어 레이저 방사선이 워크 스테이션 또는 작업 공간으로부터 주변물로 침투하기 전에, 상기 공동을 둘러싸는 외벽의 일부가 레이저에 의해 손상되어 레이저 방사선이 내부로 침투하자마자, 가상으로 검출할 수 있다. 그러면 상기 레이저 처리 모듈의 비상 정지가 실시될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 장치의 안전성을 증가시킨다.
상기 작업 공간은 흡입 장치로 설계될 수 있다. 상기 흡입 장치는 특히 작업 공간에 배치되는 다수의 흡입 개구를 포함할 수 있다. 특히, 워크 스테이션의 작업 공간에서 상기 처리된 작업부재의 처리 위치에서는, 흡입 개구가 상기 처리된 작업부재 아래에 배치될 수 있다. 상기 레이저 처리 모듈은 위로부터 작업부재 개구 내로 도입되어, 레이저 처리를 수행할 수 있다. 상기 흡입 장치 또는 흡입 개구는 상기 처리된 개구의 상부로부터 흡입 장치 내로 공기 또는 가스 흐름을 생성할 수 있으며, 그리고 레이저 처리 프로세스 중에 나타나는 임의의 먼지를 효과적으로 흡입할 수 있다. 이에 따라, 추가 레이저 처리를 방해하거나 또는 어렵게 하거나 또는 그 품질을 저하시킬 수 있는 가스 오염물이 흡입될 수도 있다.
상기 장치가 워크 스테이션의 작업 공간으로부터 분리되는 적어도 하나의 비임 공급원 구획(compartment)을 포함하는 구성이 추가로 제공될 수 있다. 처리를 위해 제공되는 레이저 비임에 대한 방사선 공급원은, 비임 공급원 구획에 배치될 수 있다. 방사선 공급원으로부터 작업 공간 내로 또는 워크 스테이션에서의 레이저 처리 모듈로 레이저 비임을 안내하기 위해, 도광체가 제공될 수 있다. 이에 따라, 레이저 처리 모듈을 위한 방사선 공급원은 별도의 비임 공급원 구획에서 워크 스테이션으로부터 공간적으로 분리되어 배치되는 구성이 제공될 수 있다. 이는 시스템의 작동 안전성을 높인다. 이는 또한 오염으로부터 방사선 공급원을 보다 용이하게 보호할 수 있게 한다. 그 결과, 작업 공간이 작은 체적으로 설계될 수도 있으므로, 오염된 공기의 흡입이 간단하고 효율적이다.
또한, 본 발명은 방법에도 관한 것이다. 따라서 이러한 방법은 레이저 처리를 위한 방법, 특히 작업부재 개구의 레이저 조면화를 위한 방법에 관한 것이며, 이러한 작업부재 개구는 특히 실린더 보어의 표면일 수 있다. 대응의 방법이 레이저 처리를 위한 장치를 사용하여 실시된다. 이러한 레이저 처리를 위한 장치는, 예를 들어 본 발명의 제1 또는 제2 양태에 따른 장치 또는 그 총칭(general terms)에 따른 장치일 수 있다.
상기 방법은 이하의 단계를 포함한다.
처리될 작업부재를, 장치의 워크 스테이션에 위치시키는 단계;
장치의 레이저 처리 모듈의 스핀들 부분을, 워크 스테이션에 위치된 작업부재의 처리될 작업부재 개구에 위치시키는 단계.
처리될 작업부재의 포지셔닝은, 상기 전달 프로세스가 전술한 전달 장치로 실시되는 회전 운동을 통해 실시된다는 것을 의미할 수 있다. 작업부재 개구에서 레이저 처리 모듈의 스핀들 부분의 포지셔닝은, 예를 들어 레이저 처리 모듈을 이동시킴으로써 후퇴 운동일 수 있으며; 이를 위해, 상기 레이저 처리 모듈은 수직 방향으로, 특히 하방으로 바람직하게 이동된다. 상기 작업부재가 레이저 처리 모듈의 스핀들 부분 상에 가상으로 가압되는 것도 생각할 수 있다. 두 구성요소의 중첩된 운동 또한 생각할 수 있다. 특히 연속적인 레이저 비임에 의해 상기 처리된 작업부재 개구의 표면의 조사는, 레이저 처리 모듈을 통해 작업부재 개구 내로 지향된다.
상기 레이저 비임은 이런 표면 조사 중에는 모듈 축선을 중심으로 회전하게 된다. 상기 회전은 일정한 각속도로 바람직하게 실시된다. 그러나 상기 각속도 또한 가변적일 수 있다.
상기 방법을 실시할 때는, 표면의 처리를 위한 레이저 비임을, 상기 모듈 축선에 대해 경사진 방출 방향으로 그리고 처리될 표면 상에서 상기 모듈 축선과 직교하는 평면으로 안내하도록 설계된 비임 안내 광학장치를 포함하는 레이저 처리 모듈이 사용된다.
본 발명에 따른 방법은, 레이저 비임의 회전을 위해, 표면 처리를 위해 레이저 비임을 방출 방향으로 편향시키는 레이저 처리 모듈의 비임 편향 장치는, 상기 모듈 축선을 중심으로 출사되는 레이저 비임의 회전을 실시하기 위해, 방사선 공급원으로부터 나오는 레이저 비임을 시준하기 위한 상기 레이저 처리 모듈의 시준기 유닛에 대해, 또는 상기 시준된 레이저 비임을 포커싱하도록 설계된 상기 레이저 처리 모듈의 포커싱 유닛 및 시준기 유닛에 대해, 회전되는 것을 특징으로 한다.
상기 비임 편향 장치의 회전 운동은, 레이저 처리 모듈의 비임 편향 장치와 작업부재 사이의 상대적 병진 운동에 중첩될 수 있다. 상기 상대적 병진 이동은 레이저 처리 모듈, 작업부재, 또는 이들 둘 모두의 이동에 의해, 또는 일반적으로 작업부재와 레이저 처리 모듈 사이의 상대 운동에 의해 구현될 수 있다. 따라서 상기 상대적 병진 운동은 모듈 축선의 방향을 따라 지향된다. 특히, 상기 레이저 처리 모듈이 모듈 축선을 따라 병진 방식으로 작업부재 개구 내로 도입되고(대응하여 제공되는 속도로), 이런 도입 운동과 평행하게 상기 모듈 축선을 중심으로 하는 레이저의 회전이 중첩되고, 따라서 (연속적인 또는 증분적인 병진 운동으로) 작업부재의 표면이 조사되는 것도 생각할 수 있다.
상기 병진 운동이 연속적으로 발생하는 구성이 제공될 수 있다. 이는 레이저의 일종의 나선형 횡단 경로로 나타난다. 그러나 상기 병진 운동은 단계적으로 발생할 수도 있으므로, 상기 비임 편향 장치는 거의 항상 360도 회전하고, 그 후 상기 레이저는 한 단계에서 작업부재 개구 내로 더 안쪽으로 이동된다. 이는 상기 표면의 의사-환형(quasi-annular) 스캔 경로로 나타날 수 있다. 상기 레이저 비임은 표면의 전체 360도를 스캔할 필요가 없다.
상기 레이저 처리 모듈은 시준기 장치에 대해, 또는 상기 시준기 장치 및 포커싱 유닛에 대해, 모듈 축선을 중심으로 비임 편향 장치를 회전시키도록 설계된 회전 장치를 포함하는 구성이 제공될 수 있다. 이런 회전은 출사되는 레이저 비임을 모듈 축선을 중심으로 회전시킨다. 상기 회전 장치는 모듈 축선의 방향에서 보았을 때 외측에, 특히 위에, 또는 처리될 작업부재의 작업부재 개구 전방에서 레이저 처리 모듈의 스핀들 부분의 삽입 방향으로 배치되는 직접 구동부를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 그러나 상기 레이저 처리 모듈은 스핀들 부분에 의한 처리 프로세스 중에는 작업부재 개구 내로 직접 구동부까지는 후퇴되지 않는다.
본 발명에 따른 방법의 범위 내에서, 레이저 처리 단계는, 예를 들어 오염에 의해 유발되는 표면의 과도한 불균일성을 제거하기 위해, 상기 처리된 표면의 브러싱(brushing)이 이어지는 구성이 제공될 수 있다. 그 대신에 또는 이와 함께, 분출 과정(blowing off)이 발생할 수도 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 장치는 또한 워크 스테이션으로부터 공간적으로 분리되어 배치되는 대응의 브러싱 스테이션(brushing station) 또는 분출 스테이션을 포함할 수도 있다. 특히, 작업부재가 장치의 작업부재 전달 장치를 통해, 로딩 및 언로딩 스테이션으로부터 상기 브러싱 스테이션 및/또는 분출 스테이션으로 공급될 수 있는 구성이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 처리 프로세스의 모니터링을 실시하는 단계는 레이저 처리와 동시에 제공될 수 있다. 이런 모니터링을 위해, 상기 처리된 표면으로부터 나오는 광학 신호는, 처음에 레이저 처리 모듈에서의 처리를 위해 사용되는 레이저의 광학 경로를 따라 안내되고, 특히 간섭 거울로서 설계될 수 있는 비임 편향 장치에 의해 상기 레이저 비임의 광학 경로로부터 분리될 수 있다. 이런 분리된 신호가 센서 연결 지점에 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 처리될 작업부재는 전달 장치의 전달 프로세스에서 장치의 워크 스테이션에 위치될 수 있고, 이미 처리된 작업부재는 전달 장치의 회전 운동에 의해 전달 프로세스에서 워크 스테이션으로부터 동시에 제거된다. 전달 프로세스에서 2개의 작업부재가 워크 스테이션의 내외로 운반되는 구성이 제공될 수 있다. 처리될 작업부재 개구의 표면을 조사할 동안, 레이저 처리 모듈에 의해 각각의 작업부재에 대해 하나의 작업부재 개구가 동시에 처리될 수 있다. 처음에 2개의 상이한 레이저 처리 모듈을 사용하여 작업부재에서 적어도 2개의 작업부재 개구가 동시에 처리되고, 그 후 레이저 처리 모듈에 의해 추가의 작업부재 개구가 처리되는 것도 가능하며; 이들 추가의 작업부재 개구는, 예를 들어 다른 작업부재에 있는 2개의 작업부재 개구일 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 작업 공간을 로딩 및 언로딩 스테이션으로부터 공간적으로 분리하는 폐쇄 장치가 전달 프로세스를 실시하기 위해 개방되는 구성이 제공될 수 있다. 전달 프로세스에서 워크 스테이션을 떠나는 이들 작업부재 및 전달 프로세스에서 워크 스테이션 내로 이동되는 작업부재는, 공간적으로 보았을 때 폐쇄 장치를 동시에 통과한다. 그 후, 상기 작업 공간이 로딩 및 언로딩 스테이션으로부터 공간적으로 분리되도록, 상기 폐쇄 장치가 폐쇄된다.
또한 회전 테이블을 회전시킴으로써 초기에 개방 위치로 피봇되고, 또한 상기 회전이 180°만큼 완료되었을 때, 상기 워크 스테이션 또는 작업 공간을 로딩 및 언로딩 스테이션으로부터 초기 상태와는 대향 위치로 다시 분리시키는 벽형(wall-like) 폐쇄 장치를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 턴테이블 또는 회전 테이블 상에 수직으로 배치된 벽은, 회전 테이블 또는 턴테이블의 대향으로 배치되는 2개의 작업부재 홀더들 사이에 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 처리될 다수의 개구를 갖는 적어도 하나의 작업부재가 레이저에 의해 처리되고; 이 경우, 현재 처리되지 않은 개구는 사용 시 레이저 처리 모듈에 할당된 커버에 의해 레이저 처리 중에 덮일 수 있다.
상기 레이저 처리 모듈은 적어도 하나의 제1 밀봉 가스 장치 또는 제1 밀봉 가스 흐름 경로를 포함할 수 있으며, 이는 레이저 비임의 출구 개구의 영역에, 그러나 이로부터 거리를 두고, 배치되는 밀봉 가스 출구를 갖는다. 상기 밀봉 가스 출구는, 특히 스핀들 부분 상에 배치될 수 있다. 상기 밀봉 가스 출구는, 특히 출구 개구를 포함하는 스핀들 부분의 절반부 상에 배치될 수 있다. 상기 밀봉 가스 입구는 레이저 처리 모듈의 하우징 상의 이런 제1 밀봉 가스 흐름 경로를 위해 배치될 수 있으며, 모듈 축선을 따라 보았을 때, 회전 장치(직접 구동부)로부터의 거리에서, 특히 스핀들 부분에 대향하여 배치될 수 있다(상기 회전 장치는, 모듈 축선을 따라 보았을 때, 상기 밀봉 가스 입구와 밀봉 가스 출구 사이에 배치된다). 상기 밀봉 가스 출구는 특히 회전 부분과 상기 하우징에 대해서는 회전되지 않는 스핀들 부분의 일부 사이에서 스핀들 부분 상에 배치될 수 있다. 상기 밀봉 가스 출구는 원주 방향으로 원형이 되도록 설계될 수 있다. 상기 제1 밀봉 가스 흐름 경로는, 특히 밀봉 가스가 회전 장치의 중공 샤프트 구동부의 회전자와 고정자 사이의 갭을 통해 흐르도록 설계될 수도 있다.
상기 레이저 처리 모듈은, 대안적으로 또는 추가적으로, 제2 밀봉 가스 장치 또는 제2 밀봉 가스 흐름 경로로 설계될 수도 있다("제1" 및 "제2"라는 용어는, 여기서는 2개의 밀봉 가스 흐름 경로를 구별하기 위해서만 사용되며, 밀봉 가스 흐름 경로 중 하나를 다른 하나에 대한 상태로서 설명하기 위해 기재된 것으로 의도된다. 그러나 상기 레이저 처리 모듈은 여기에 기재된 2개의 밀봉 가스 흐름 경로를 모두 바람직하게 갖는다).
제2 밀봉 가스 장치(제2 밀봉 가스 입구)의 연결부는 시준기 유닛이 배치되는 하우징의 일부에 배치될 수 있다. 하우징의 이런 부분은, 회전 장치(직접 구동부)를 포함하는 하우징 부분과는 별도로 설계될 수 있다. 이런 부분은 특히 반경 방향으로 연장되도록 설계될 수 있다. 상기 제2 밀봉 가스 흐름 경로는 특히 시준기 유닛의 영역의, 특히 레이저 공급원에 대한 연결 지점으로부터 시준기 유닛으로의 광학 경로와, 그리고 상기 시준기 유닛으로부터 포커싱 유닛으로의 광학 경로 모두를 포함할 수 있다. (제2 밀봉 가스 장치의) 밀봉 가스는 포커싱 유닛이 그 내측으로부터 보유되는 슬리브형 요소를 채우도록 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 밀봉 가스는 대기에 대해 과압 상태가 되도록 레이저 처리 모듈에 도입되므로, 밀봉 가스는 임의의 누설 지점 및 제1 밀봉 가스 흐름 경로에서 항상 외측으로 침투하며, 레이저 처리 모듈의 불순물이 유입되는 것을 방지한다.
지금까지 기재된 밀봉 가스 흐름 경로는 서로 유동 가능하게 분리되어 있으며, 또한 그 고유의 입구를 각각 갖는다. 2개의 밀봉 가스 흐름 경로는 서로 유동 가능하게 연결되며, 특히 단일의 공통 입구를 갖는 것을 생각할 수 있다.
상기 레이저 처리 모듈은 프로세스 가스 연결부 및 프로세스 가스 흐름 경로를 포함할 수도 있다.
특히, 레이저 처리 모듈이 밀봉 유닛이 없는 것으로 설계되었다면, 프로세스 가스의 사용이 제공될 수 있다. 상기 프로세스 가스는 레이저 처리 모듈 내에 도입된다. 상기 프로세스 가스 흐름 경로는 특히 프로세스 가스가 상기 포커싱 유닛을 유지하는 데 사용되는 슬리브형 요소의 외측을 따라 흐르도록 설계된다.
상기 프로세스 가스는 출구 개구의 방향으로 바람직하게 흐르며, 그리고 출구 개구를 통해 레이저 처리 모듈을 떠난다. 상기 출구 개구는 레이저 비임에 의해 처리되는 작업부재 표면 상의 지점으로 프로세스 가스의 출사 비임을 지향시키는 노즐 타입을 형성하도록, 바람직하게 구성된다. 상기 프로세스 가스는 레이저 비임을 둘러싸고 있으며, 이에 따라 표면을 처리할 때 일종의 보호 가스로서 작용한다.
상기 레이저 처리 모듈은 프로세스 가스 흐름 경로가 밀봉에 의해 상기 제1 밀봉 가스 흐름 경로로부터 분리되도록 설계될 수 있다. 밀봉은, 특히 하우징의 고정 부분과 상기 회전 장치에 의해 회전될 수 있는 레이저 처리 모듈의 부분 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따라, 특히 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 프로세스 가스 및 밀봉 가스는 각각 질소일 수 있다. 상기 밀봉 가스는 정화된 압축 공기일 수도 있다.
측정을 통해 처리 결과를 체크하는, 또는 목표 품질로부터 이탈된 경우라도 후속 부품의 처리에 대한 피드백 기능을 수행하는 광학 또는 촉각 표면 측정 장치에 의해 레이저 처리가 이어질 수 있으며, 이에 의해 처리 파라미터가 최적화된다.
상기 폐쇄 장치는 전달 장치의 회전 운동을 통해 개폐되는 구성이 제공될 수 있다. 워크 스테이션과 대면하는 폐쇄 장치를 형성하는 칸막이 벽의 측부가 각각의 전달 프로세스에 의해 변경되는 구성이 제공될 수 있다. 폐쇄 장치가 턴테이블 상에 고정 가능하게 배치되는 칸막이 벽을 포함하는 구성이 제공될 수 있다.
본 발명의 추가적인 세부사항 및 특징이 도면을 참조하여 이하에 설명된다.
도 1은 장치의 하우징이 도시되어 있지 않은, 레이저 처리를 위한 본 발명에 따른 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 개략적으로 도시된 장치를 통한 단면도이다.
도 3은 장치의 하우징이 부분적으로만 도시된, 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 장치의 평면도이다.
도 4는 하우징을 통하는 부분 개구를 갖는 장치의 하우징의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 장치에 사용되는 레이저 처리 모듈을 도시하고 있다.
도 6은 도 5로부터의 레이저 처리 모듈의 개략도를 통한 단면도이다.
도 7은 도 5 및 도 6의 레이저 처리 모듈의 비임 경로의 개략도이다.
도 8은 제1 밀봉 가스 장치 또는 그 밀봉 가스 흐름이 도시된, 도 6에 대응하는 단면도이다.
도 9는 제2 밀봉 가스 장치 또는 그 밀봉 가스 흐름이 도시된, 도 6에 대응하는 단면도이다.
도 10은 프로세스 가스 흐름 경로가 도시된, 도 6에 대응하는 단면도이다.
도 11은 칸막이 벽의 개략도이다.
도 12는 대안적인 칸막이 벽의 개략도이다.
대응하는 부품 및 영역은 이하의 도면에서 동일한 도면부호를 갖는다.
도 1은 레이저 처리를 위한 장치(10)의 개략적인 사시도를 도시하고 있다. 본 경우에, 상기 장치는 서로 거리를 두고 있는, 본 경우에는 실린더 보어처럼, 다수의 작업부재 개구의 표면의 레이저 조면화를 위해 설계된다. 상기 장치는 처리될 작업부재(14)[본 경우에는 다수의 실린더 보어(16)를 갖는 실린더 블록에 의해 형성되는]가 레이저 처리될 수 있는 워크 스테이션(12)을 포함한다.
상기 처리될 작업부재는 전달 장치(18)에 의해 워크 스테이션(12)에 공급된다. 본 경우에, 상기 전달 장치(18)는 턴테이블의 형태로 설계된다.
상기 전달 장치(18)는 벨트 컨베이어(20)를 통해 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로 전달되는 작업부재(14)를, 전달 프로세스에서의 회전 운동에 의해 상기 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로부터 워크 스테이션(12)으로 전달할 수 있도록 설계되고 배치된다. 이와 동시에, 상기 전달 장치(18)에 의해, (이미 처리된) 작업부재(14)는 동일한 전달 프로세스에서 상기 워크 스테이션(12)으로부터 로딩 및 언로딩 스테이션(22) 내로 동시에 이동될 수 있다.
본 경우에, 상기 장치(10)는 일반적으로 존재하는 하우징(24) 없이 도시되어 있다. 상기 장치(10)는 기계 베드(machine bed)(26)를 포함한다. 상기 기계 베드(26)와 함께, 상기 장치는 본 경우에는 슬라이드 장치(30)(이 경우에는, 복합 슬라이드 장치)로서 설계되는 포지셔닝 장치(28)를 추가로 포함한다. 2개의 레이저 처리 모듈(32)은 슬라이드 장치(30) 또는 포지셔닝 장치(28) 상에 배치된다. 상기 레이저 처리 모듈(32) 및 그 구조는 도 5 내지 도 7과 관련하여 이하에 상세히 설명된다.
상기 레이저 처리 모듈 또는 모듈들(32)과 대응의 작업부재(14) 사이의 상대 운동은, 상기 포지셔닝 장치(28)에 의해 유발될 수 있다. 본 경우에, 레이저 처리 모듈(32)은 이런 목적을 위해 이동되는 반면에, 작업부재(14)는 기계 베드(26)에 대해 그 위치에 머물러 있다.
도 2는 도 1의 장치(10)를 개략적인 측단면도로 도시하고 있다. 도 2에는 하우징(24)이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 하우징은 워크 스테이션의 둘레에 배치된 작업 공간(34)을 정의한다. 상기 작업 공간(34)과 함께, 상기 장치(10)는 작업 공간(34)으로부터 분리된 방사선 공급원 구획(36)을 추가로 포함한다. 레이저 처리 모듈(32)에 결합되는, 처리를 위해 제공된 레이저 비임을 제공하기 위한 방사선 공급원(38)은, 방사선 공급원 구획(36)에 배치된다. 상기 방사선 공급원(38)은 레이저 비임의 결합을 위해 도광체(40)를 통해 레이저 처리 모듈(32)에 연결된다.
상기 장치(10)는 일반적으로 작업 공간(34)을 통기시키는 제1 흡입 장치(42)를 갖는다. 또한, 장치(10)는 각각의 레이저 처리 모듈(32)을 위한 제2 또는 다수의 제2 흡입 장치(44)를 가지며, 그 각각은 각각의 경우에 처리될 작업부재 아래에 흡입 개구를 갖는다. 레이저 처리 모듈(32)은 처리를 위해 제공된 개구로부터 거리를 두고 배치된 임의의 작업부재 개구를 폐쇄할 수 있도록 설계된 다이어프램 장치(45)를 갖는다. 각각의 레이저 처리 모듈(32)은 대응의 다이어프램 장치(45)에 대해 이동될 수 있다. 상기 다이어프램 장치(45)는 실린더 블록(14) 상에 위치될 수 있으며, 상기 레이저 처리 모듈(32)은 다이어프램 장치(45)의 개구를 통해 상기 작업부재 또는 실린더 블록(14) 또는 실린더 보어(16) 내로 삽입될 수 있다.
도 2 및 3에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 상기 장치(10)는 개폐될 수 있는 칸막이 벽(48)을 포함하는 폐쇄 장치(46)를 갖는다. 이는 개폐를 위해 수직으로 또는 수평으로 이동될 수 있다. 본 경우에, 상기 칸막이 벽(48)은 수직 방향으로 이동 가능하도록 설계되었으며, 이는 도 2에서 도면부호(50)와 함께 이중 화살표로 표시되어 있다.
워크 스테이션(12) 또는 상기 워크 스테이션(12)의 작업 공간은, 상기 개폐 장치(46)에 의해 또는 개폐될 수 있는 칸막이 벽에 의해, 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로부터 분리될 수 있다. 이 경우에, 분리 가능하다는 것은 방사선-안전 분리를 의미하므로, 예를 들어 작업부재(14)가 제공되지 않았는데도 레이저 처리 모듈(32)이 우발적으로 켜졌다면, 레이저 처리 모듈(32)로부터 출사되는 레이저 비임은 작업 공간에서 상기 로딩 및 언로딩 스테이션(22) 내로 침투할 수 없다.
이를 위해 칸막이 벽(48) 및 다른 벽은 이중벽 구조를 갖는 것이 유리하다. 이러한 이중벽 구조에 있어서, 상기 칸막이 벽(46) 내의 공동(51)은 외벽(52)에 의해 한정될 수 있다. 상기 칸막이 벽(46)은 센서 유닛(54)을 포함할 수 있으며, 이는 도 3에 상징적으로만 도시되어 있고, 상기 레이저 처리 모듈(32)의 레이저로부터의 레이저 방사선이 칸막이 벽(48)의 공동(51) 내로 침투할 때를 검출하도록 설계되고 배치된다.
이에 따라, 센서 유닛(54)은 칸막이 벽(46)의 외벽이 레이저 비임에 의해 파괴되는지의 여부를 검출할 수 있으며, 따라서 상기 공동(51)을 한정하는 두 외벽이 레이저에 의해 완전히 관통되기 전에, 레이저 처리 모듈(32)의 비상 정지가 실시될 수 있다.
상기 전달 장치(18)와 조합된 폐쇄 장치(46)는, 본 장치(10)의 특별한 이점을 제공한다. 상기 전달 장치(18)는 이와 동시에 전달 프로세스 내의 회전 운동에 의해, 상기 워크 스테이션(12)을 로딩하며, 그리고 이미 처리된 작업부재를 워크 스테이션(12)으로부터 로딩 장치로 다시 언로딩할 수 있다. 이를 위해서는, 폐쇄 장치(46)가 개방되어 있어야만 한다. 로딩 및 언로딩 프로세스가 동시에 실시될 수 있기 때문에, 이를 위해 폐쇄 장치(46)의 개방 시간은 최소한으로만 필요하여, 본 장치(10)의 특히 높은 사이클 시간 및 작동 안전성이 보장된다. 심지어 사이클 시간을 더욱 증가시키기 위해, 턴테이블로서 설계된 전달 장치(18)가, 이 경우에는, 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로부터 워크 스테이션(12)으로 전달 프로세스당 2개의 작업부재(14)를 이송하는 구성이 제공되며, 그리고 그 반대로 동일한 전달 프로세스에서 2개의 작업부재(14)를 워크 스테이션(12)으로부터 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로 동시에 이송할 수 있다.
상기 포지셔닝 장치(28)는 2개의 레이저 처리 모듈(32)이 상이한 작업부재(14)의 처리를 위해 사용될 수 있도록 설계되었지만, 그러나 이와 동시에 상기 포지셔닝 장치(28)는, 2개의 레이저 처리 모듈(32)이 예를 들어 인접한 개구에서 동일한 작업부재(14)를 처리할 수 있도록 레이저 처리 모듈(32)이 이동되는 것을 허용한다. 이는 상기 레이저 처리 모듈(32)이 특히 슬림하고 공간-절약형으로 설계되었다는 사실에 의해서도 뒷받침된다. 이를 위해, 상기 레이저 처리 모듈(32)은 높은 정밀도와 신뢰성을 동시에 갖춘 콤팩트한 설계를 허용하는 특수한 구조를 갖는다. 상기 레이저 처리 모듈(32)은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 각각 구성된다.
도 7은 레이저 처리 모듈(32)의 비임 안내 광학장치(60)의 기본 구조를 도시하고 있다. 상기 비임 안내 광학장치(60)는 시준기 유닛(62)을 갖는다. 상기 시준기 유닛(62)은 대응의 작동 장치(63)를 사용하여 설정될 수 있으며 또는 시준된 비임의 직경은 상기 작동 장치(63)를 사용하여 설정될 수 있다. 상기 시준기 유닛(62)은 전기기계적으로 조정될 수 있도록 설계될 수도 있다. 상기 비임 안내 광학장치(60)는 또한 포커싱 렌즈로서 설계된 포커싱 유닛(64)을 갖는다. 시준기 유닛(62) 및 포커싱 유닛(64)과 함께, 비임 안내 광학장치(60)는 또한 방출 방향-정의 비임 편향 장치(66)를 갖는다. 상기 비임 편향 장치(66)는 방출 방향(90), 즉 레이저 비임이 추가적인 편향 없이 또는 처리될 표면 상으로 지향되는, 레이저 처리 모듈(32)을 떠나가는 방향을 정의한다. 레이저 비임(86)은 모듈 축선(84)을 따라 연장되는 주 광학 방향(67)을 따라 방출 방향-정의 비임 편향 장치(66)를 타격한다. 비임 안내 광학장치(60)는 또한 제1 추가 비임 편향 장치(68) 및 제2 추가 비임 편향 장치(69)를 포함한다.
상기 제1 추가 비임 편향 장치(68)는 주 광학 방향(67)으로 레이저 비임(86)을 편향시킨다. 상기 레이저 비임(86)은 주 광학 방향(67)을 따라 포커싱 유닛(64)을 통과한다.
상기 제2 추가 비임 편향 장치(69)는 주 광학 방향(67)으로 경사진(본 경우에는 직교하는) 방향(71)으로 레이저 비임(86)을 편향시킨다. 상기 주 광학 방향(67)으로 경사진 방향(71)으로, 상기 비임이 제1 추가 비임 편향 장치(68)를 타격한다.
도 5는 레이저 처리 모듈(32)을 측면도로 도시하고 있으며, 상기 비임 안내 광학장치(60)는 하우징(78)에 배치되어 있다.
본 레이저 처리 모듈(32)은, 회전 장치(70)를 형성하는 직접 구동부(72)와 비임-성형 및 편향 광학 부품[비임 안내 광학장치(60)] 모두가 레이저 처리 모듈(32)에 배치되도록 설계되었다. 이는 레이저 처리 모듈(32)을 교체하기 쉽게 하고, 콤팩트하게 하며, 그리고 손상에 강하게 한다. 위의 모든 구성요소는 레이저 처리 모듈(32)에 밀봉되는 방식으로 수용될 수 있으며, 또한 상기 레이저 처리 모듈(32)은 오직 최소한의 연결 지점[예를 들어, 레이저 비임(86)에서의 결합을 위해 도광체(40)에 대한 연결 지점(102)]을 갖는다. 따라서 상기 장치는 추가 레이저 처리 모듈(32)에 의해 간단한 방식으로 보완될 수 있으며, 이는 전달 장치와 조합하여 장치의 클럭 속도에 대해 높은 수준의 유연성을 허용한다. 따라서 다수의 레이저 처리 모듈(32)이 제공될 수 있으며, 그 각각은 특히 높은 처리량으로 장치를 이동시키기 위해, 다수의 작업부재를 프로세싱할 수 있다. 상기 전달 장치는 전달 프로세스마다 다수의 작업부재를 워크 스테이션 내로 이송할 수 있다. 다른 한편으로, 단지 작은 사이클만 필요로 하는 경우라면, 상기 장치는 의사 다운그레이드될 수 있으며(quasi downgraded), 여기에서는 예를 들어 전달 프로세스당 오직 하나의 작업부재만 워크 스테이션 내로 이동되고, 개별적인 작업부재 개구가 순차적으로 처리되는 단 하나의 레이저 처리 모듈(32)만 제공된다.
도 6의 단면도에는, 레이저 처리 모듈(32)이 회전 장치(70)를 포함하는 것이 특히 명확하게 도시되어 있다. 상기 회전 장치(70)는 본 경우에는 중공 샤프트 드라이브(74)로서 설계된 직접 구동부(72)의 형태로 구현된다.
상기 중공 샤프트 구동부(74)의 고정자(76)는, 레이저 처리 모듈(32)의 하우징(78)에 회전 불가능하게 연결된다. 중공 샤프트 구동부(74)의 회전자(80)는, 모듈 축선(84)과 일치하는 회전 축선(82)을 중심으로 회전할 수 있도록 레이저 처리 모듈(32)에 배치된다. 도 5 및 6은 상기 모듈 축선(84)과 직교하여 배치되는 평면(85)을 도시하고 있다.
중공 샤프트 구동부(74)가 동작되었을 때, 상기 회전자(80) 및 이에 연결된 구성요소는 모듈 축선(84)을 중심으로 회전하도록 설정된다. 그 결과, 비임 편향 장치(66)가 회전으로 설정되므로, 처리를 위해 제공된 시준된 그리고 포커싱된 레이저 비임(86)은 레이저 처리 모듈(32)로부터 방출 방향으로[이 경우에는 도면부호 (90)를 갖는 화살표로 도시되어 있음] 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 회전하는 방식으로 출사되며, 이에 따라 처리될 작업부재 개구(16)의 표면(92)을 타격하게 된다.
상기 방출 방향(90)은 모듈 축선(84) 및 상기 모듈 축선(84)과 직교하여 배치된 평면(85)에 대해 경사져 있으며, 즉 이는 0도 이외의 각도로[상기 평면(85)에 대한 각도 α 및 모듈 축선(84)에 대한 각도 β로] 모두에 대해 진행된다. 바람직하게는 상기 각도 α 및 상기 각도 β 모두는 적어도 10°, 적어도 20°, 적어도 30°이다.
상기 레이저 처리 모듈(32)은 처리될 작업부재 개구(16) 내로 삽입되도록 설계된 스핀들 부분(94)을 갖는다. 상기 스핀들 부분(94)은 레이저 비임(86)을 위한 출구 개구(95)를 포함한다. 상기 레이저 비임(86)은 출구 개구(95)로부터 방출 방향(90)으로 레이저 처리 모듈(32)을 떠난다.
모듈 축선(84)을 따라 보았을 때, 상기 직접 구동부(72) 또는 중공 샤프트 구동부(74)는 스핀들 부분(94)으로부터 거리를 두고 배치되며, 이는 다시 상기 처리될 작업부재 개구(16) 내로 삽입되도록 설계된다.
레이저 처리 모듈(32)의 구동부를 직접 구동부(72)로서, 또는 본 경우에는 중공 샤프트 구동부(74)로 설계함으로써, 레이저 처리 모듈(32)은 매우 콤팩트하게 제조될 수 있다. 레이저 비임(86)의 출구 개구(95)는 처리될 작업부재 개구(16) 내로 유리하게 도입될 수 있으므로, 상기 작업부재 개구(16)의 표면은 베어링 장치(98)를 통해 레이저 처리 모듈(32)의 하우징(78)의 나머지에 대해 회전 가능하게 배치된 스핀들 부분(94)에 의해 효과적으로 처리될 수 있다. 직접 구동부(72)를 제공함으로써, 레이저 처리 모듈(32)의 콤팩트한 설계와 조합하여, 특히 정밀한 처리가 가능하다. 또한, 상기 장치(10)에는 추가의 레이저 처리 모듈(32)이 간단한 방식으로 장착될 수 있으므로, 장치(10)의 사이클 시간이 매우 가변적이며, 또는 간단한 방식으로 증가될 수 있다.
상기 직접 구동부(72)는 스핀들 부분(94)과 관련하여 모듈 축선(84)을 따라 오프셋되도록 설계된다. 오프셋 배열의 결과로서, 상기 스핀들 부분(94)은 직접 구동부(72)의 어떤 부분도 포함하지 않도록 설계될 수 있으며, 그에 따라 슬림하게 설계될 수 있다.
레이저 처리 모듈의 작동 중, 상기 스핀들 부분(94)은 작업부재 개구 내에 삽입될 수 있으며, 그 후 레이저 처리 모듈(32)로부터 출사되는 레이저 비임(86)은 상기 비임 편향 장치(66)를 회전시킴으로써 모듈 축선(84)을 중심으로 방출 방향(90)으로 회전될 수 있다. 레이저 처리 모듈(32)의 작업부재 개구 내로의 하강은, 레이저 비임(86)의 이런 회전과 중첩될 수 있다. 상기 레이저 처리 모듈은 일반적으로 작업부재에 대해 모듈 축선(84)을 따라 이동될 수 있다[레이저 처리 모듈(32) 및/또는 작업부재(14)의 운동]. 이 움직임은 단계적으로 발생할 수 있으므로, 레이저 처리는 의사-링(quasi-ring) 형상으로 또는 연속적으로 실시되어, 개구의 표면을 따라 일종의 나선형 경로가 레이저에 의해 처리된다.
비임 편향 장치(66)가 시스템의 다른 광학 구성요소에 대해 회전되기 때문에, 상기 구성요소는 강성으로 제조될 수 있으며, 따라서 공간을 절약하고 강건해지도록 설계될 수 있다. 오직 비임 편향 장치(66)만 회전된다. 이 경우에, 상기 포커싱 유닛(64)은 하우징(78)에 회전 가능하게 고정되는 방식으로 연결된다. 상기 포커싱 유닛(64)은 회전자(80) 내에 배치된다. 포커싱 유닛(64)은 회전자(80) 내로 연장되어 상기 하우징(78)에 연결되는, 슬리브형 요소(101)를 통해 보유된다. 상기 슬리브형 요소(101)는 모듈 축선(84)과 동심으로 배치된다.
상기 레이저 비임은 도광체(40)를 위한 연결 지점(102)을 통해 레이저 처리 모듈(32)에 결합된다. 상기 연결 지점(102)은, 오프셋된(도면에 도시된 바와 같이) 레이저 처리 모듈(32) 상에 레이저 비임이 초기에 결합되거나 또는 주 광학 방향(87)에 대해 경사지도록 설계되고 배치된다. 제2 추가 비임 편향 장치(69)에 의해, 레이저 비임(86)은 본 경우에 시준기 유닛(62)으로 안내되며, 그리고 이에 의해 본 경우에는 간섭 거울로서 설계된 제2 추가 비임 편향 장치로 안내된다. 상기 제2 추가 비임 편향 장치(68)는 레이저 비임(86)을 포커싱 유닛(64) 상으로 편향시키고, 그로부터 방사선 투과성(radiolucent) 밀봉 유닛(100)을 통하고 비임 편향 장치(66)를 거쳐 상기 출구 개구(95)를 통해 상기 처리될 표면(92) 상으로 편향시킨다. 상기 방사선 투과성 밀봉 유닛(100)은 선택 사항이다.
상기 제1 추가 비임 편향 장치(68)는 처리된 표면(92)으로부터 나오는 광학 신호를 센서 연결 지점(104)의 방향으로 안내하기 위해 간섭 거울로서 설계된다. 상기 제1 추가 비임 편향 장치(68)는 처리된 표면(92)으로부터 나오는 광학 신호를 주 광학 방향을 따라 센서 연결 지점(104)으로 안내한다.
상기 방사선 투과성 밀봉 유닛(100)은 비임 방향을 따라 비임 편향 장치(64)의 전방에 배치되며, 레이저 처리 중에 발생하는 입자 또는 다른 오염 물질이 상기 레이저 처리 모듈(32)의 비임 경로에 진입하는 것을 방지하도록 구성된다.
본 장치(10)에서 구현되는 2개의 발명의 다양한 양태는, 각각 개별적으로 제공될 수도 있지만, 그러나 두 발명의 양태가 본 발명에 따른 장치에서 구현되는 경우라면 특히 유리하다.
도 8은 (도 6에 대응하는) 단면도를 도시하고 있으며, 명료함을 위해 대부분의 도면부호는 도시되지 않는다. 도 8에는 제1 밀봉 가스 장치(106) 또는 그 흐름 경로가 도시되어 있다. 밀봉 가스(화살표로 표시)는 불순물이 광학 경로 내로 들어가는 것을 방지한다. 상기 밀봉 가스는 제1 밀봉 가스 입구(108)를 통해 레이저 처리 모듈(32) 내로 도입된다. 밀봉 가스 출구(110)는 스핀들 부분(94) 상에 배치된다. 상기 밀봉 가스 출구(110)는 원주 방향(U)(스핀들 부분의 원주)으로 원형이 되도록 설계된다. 상기 제1 밀봉 가스 흐름 경로 또는 밀봉 가스 장치(106)는, 특히 밀봉 가스가 회전 장치의 중공 샤프트 구동부의 회전자(80)와 고정자(76) 사이의 갭을 통해 흐르도록 설계될 수도 있다.
상기 레이저 처리 모듈(32)은, 대안적으로 또는 추가적으로, 제2 밀봉 가스 장치(112) 또는 제2 밀봉 가스 흐름 경로로 설계될 수도 있다. 명료함을 위해, 이는 도 9에 도시되어 있다. 제2 밀봉 가스 장치(112)에는 제2 밀봉 가스 연결부(114)를 통해 밀봉 가스가 공급된다. 상기 밀봉 가스 연결부(114)는, 시준기 유닛(62)이 배치되는 하우징(78)의 부분(116)에 배치된다. 하우징(78)의 이런 부분(116)은 회전 장치(70)(직접 구동부)를 포함하는 하우징(78)의 부분(118)과 별도로 설계된다.
상기 제2 밀봉 가스 장치(112)의 밀봉 가스는 시준기(62)의 둘레를 흐른다. 제2 밀봉 가스 장치(112)의 밀봉 가스는, 포커싱 유닛(64)이 보유되는 상기 슬리브형 요소(101)를 채운다.
도 10에서, 프로세스 가스의 사용은 도 6, 8 및 9에 대응하는 모습으로 도시되어 있다. 프로세스 가스 흐름 경로(120)는, 프로세스 가스(화살표로 도시됨)가 포커싱 유닛(64)을 보유하는 데 사용되는 슬리브형 요소(101)의 외측을 따라 흐르도록 설계된다.
도 10의 레이저 처리 모듈(32)은, 밀봉 유닛(100)이 제공되지 않는다는 점에서 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 상이하다. 상기 프로세스 가스는 스핀들 부분(94)의 내부를 통해 연속적으로 흐른다.
상기 레이저 처리 모듈(32)은 프로세스 가스 흐름 경로(120)가 밀봉부(122)를 통해 상기 제1 밀봉 가스 흐름 경로(106)로부터 분리되도록 설계될 수 있다. 상기 밀봉부(122)는 특히 하우징(78)의 고정 부분(124)과 상기 회전 장치(70)에 의해 회전될 수 있는 레이저 처리 모듈(32)의 부분(126) 사이에 배치된다.
상기 프로세스 가스는 프로세스 가스 입구를 통해 레이저 처리 모듈(32) 내로 도입된다. 이는 상기 슬리브형 요소(101)의 외측의 둘레로 흐른다. 이는 스핀들 부분(94)의 내측으로 흐른다. 상기 프로세스 가스는 출구 개구(95)를 통해 레이저 처리 모듈(32)을 떠난다. 출구 개구(95)는, 프로세스 가스의 방출 흐름을 상기 레이저 비임에 의해 처리되는 작업부재 표면의 지점 상으로 지향시키는 노즐의 타입을 형성하도록 구성된다. 따라서 프로세스 가스는 표면을 처리할 때 일종의 보호 가스로서 작용할 수 있다.
공동(51)을 갖는 칸막이 벽(46)이 도 11에 도시되어 있다. 상기 칸막이 벽(46)은 외벽(52)을 가지며, 이는 다시 공동(51)을 한정하는 제1 측면(52a) 및 제2 측면(52b)을 포함한다.
본 발명에 따른 폐쇄 장치(46)가 도 12에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서는 상기 칸막이 벽이 전달 장치(18)에 연결되어, 그 회전 운동을 통해 개폐된다.

Claims (20)

  1. 레이저 조면화를 위한 장치로서, 레이저 처리는 서로 거리를 두고 이격되어 있는 다수의 작업부재 개구(16)의 표면들(92)로 지향되고, 적어도 워크 스테이션(12)을 포함하며, 상기 워크 스테이션(12)은 한편으로는 모듈 축선(84)을 갖는 적어도 하나의 레이저 처리 모듈(32), 및 다른 한편으로는 처리를 위해 상기 워크 스테이션(12)에 배치된 작업부재(14)와 상기 레이저 처리 모듈(32) 사이의 상대 운동이 실시될 수 있는 포지셔닝 장치(28)를 포함하며, 상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 표면(92)의 처리를 위한 레이저 비임(86)을, 상기 모듈 축선(84)에 대해 경사진 방출 방향(90)으로 그리고 처리될 상기 표면(92) 상에서 상기 모듈 축선(84)과 직교하는 평면(85)으로 안내하도록 설계된 비임 안내 광학장치(60)를 포함하며, 상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 레이저 비임(86)을 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 회전시키도록 설계되고 배치되며,
    상기 레이저 처리 모듈(32)은 회전 장치(70)를 포함하며, 상기 회전 장치는 중공 샤프트 구동부(74)로서 설계된 직접 구동부(72) 및 상기 모듈 축선(84)에 대응하는 회전 축선(82)을 중심으로 회전 가능한, 상기 중공 샤프트 구동부(74)의 회전자(80)를 포함하며,
    상기 비임 안내 광학장치(60)는, 상기 표면(92)의 처리를 위한 상기 레이저 비임(86)을, 상기 모듈 축선(84)을 따라 연장되는 주 광학 방향(67)으로부터 방출 방향(90)으로 편향시키는 방출 방향-정의 비임 편향 장치(66)뿐만 아니라,
    방사선 공급원(38)으로부터 나오는 상기 레이저 비임(86)의 시준을 위한 시준기 유닛(62), 및 상기 시준된 레이저 비임(86)을 포커싱하기 위한 포커싱 유닛(64)을 포함하며,
    상기 포커싱 유닛은 상기 회전자 내로 연장되어 하우징(78)에 연결되는, 슬리브형 요소(101)를 통해 보유되는, 레이저 조면화를 위한 장치에 있어서,
    상기 회전 장치(70)는 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 상기 출사되는 레이저 비임(86)의 회전을 실시하기 위해, 상기 시준기 유닛(62)에 대해 또는 상기 시준기 유닛(62) 및 상기 포커싱 유닛(64)에 대해 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 상기 방출 방향-정의 비임 편향 장치(66)를 회전시키도록 설계되며, 상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 방출 방향-정의 비임 편향 장치(66)의 상류의 광학 경로에 추가 비임 편향 장치(68)를 포함하며, 상기 비임 편향 장치는 상기 레이저 비임을 상기 주 광학 방향(67)으로 편향시키며,
    상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 주 광학 방향(67)을 따라 연장되는 부분을 포함하는 프로세스 가스 흐름 경로(120)를 포함하며, 상기 부분은 제1 추가 비임 편향 장치(68)와 상기 방출 방향-정의 비임 편향 장치(66) 사이에 배치되고, 상기 프로세스 가스는 출구 개구(95)에서 방출되며,
    상기 프로세스 가스 흐름 경로(120)는, 상기 프로세스 가스가 상기 포커싱 유닛(64)을 보유하는 데 사용되는 상기 슬리브형 요소(101)의 외측을 따라 흐르도록, 설계되는 것을 특징으로 하는 레이저 조면화를 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중공 샤프트 구동부(74)의 고정자(76)는 상기 레이저 처리 모듈(32)의 상기 하우징(78)에 회전 가능하게 고정되는 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 레이저 비임(86)을, 상기 주 광학 방향(67)에 대해 경사진 방향으로, 편향에 의해 상기 제1 추가 비임 편향 장치(68)로 안내하도록 설계되고 배치되는 제2 추가 비임 편향 장치(69)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 추가 비임 편향 장치들(68, 69) 중 하나는, 상기 표면(92)으로부터 상기 광학 경로를 따라 나오는 광학 신호를 상기 레이저 비임(86)의 상기 광학 경로로부터 분리하고, 그리고 이를 센서 연결 지점(104)에 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 처리 모듈(32)은 처리될 작업부재 개구(16) 내로의 삽입을 위해 설계된 테이퍼진 스핀들 부분(94)을 포함하며, 상기 직접 구동부(72)는 상기 모듈 축선(84)을 따라서 보았을 때, 상기 처리될 작업부재 개구(16) 내로의 삽입을 위해 설계된 상기 스핀들 부분(94)으로부터 거리를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 포지셔닝 장치(28)에 의해, 처리를 위해 상기 워크 스테이션(12)에 배치된 상기 작업부재(14)와 상기 레이저 처리 모듈(32) 사이의 상대 운동이 실시 가능하며, 상기 상대 운동은 상기 모듈 축선(84)과 직교하는 평면으로 및/또는 상기 모듈 축선(84)의 방향으로 진행되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 포지셔닝 장치(28)는 슬라이드 장치(30)를 포함하고, 상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 슬라이드 장치(30) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 출구 개구(95)의 영역에 배치되는 밀봉 가스 출구(110)를 갖는 적어도 하나의 밀봉 가스 장치(106)를 포함하며, 상기 밀봉 가스 출구(110)는 상기 스핀들 부분(94) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 포커싱 유닛(64)이 보유되어 있는 상기 슬리브형 요소(101)의 내부로 밀봉 가스를 전달하도록 설계되고 배치되는 적어도 하나의 밀봉 가스 장치(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 레이저 조면화를 위한 장치(10)로서, 레이저 처리는 서로 거리를 두고 이격되어 있는 다수의 작업부재 개구(16)의 표면들(92)로 지향되고, 적어도 워크 스테이션(12)을 포함하며, 상기 워크 스테이션(12)은 한편으로는 모듈 축선(84)을 갖는 적어도 하나의 레이저 처리 모듈(32), 및 다른 한편으로는 처리를 위해 상기 워크 스테이션(12)에 배치된 작업부재(14)와 상기 레이저 처리 모듈(32) 사이의 상대 운동이 실시될 수 있는 포지셔닝 장치(28)를 포함하며, 상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 표면(92)의 처리를 위한 레이저 비임(86)을, 상기 모듈 축선(84)에 대해 경사진 방출 방향(90)으로 그리고 처리될 표면(92) 상에서 상기 모듈 축선(84)과 직교하는 평면(85)으로 안내하도록 설계된 비임 안내 광학장치(60)를 포함하며, 상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 레이저 비임(86)을 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 회전시키도록 설계되고 배치되며, 상기 비임 안내 광학장치(60)는 상기 표면(92)의 처리를 위한 상기 레이저 비임(86)을, 상기 모듈 축선(84)을 따라 연장되는 주 광학 방향(67)으로부터 방출 방향(90)으로 편향시키는 방출 방향-정의 비임 편향 장치(66)뿐만 아니라, 방사선 공급원(38)으로부터 나오는 상기 레이저 비임(86)의 시준을 위한 시준기 유닛(62), 및 상기 시준된 레이저 비임(86)을 포커싱하기 위한 포커싱 유닛(64)을 포함하며, 상기 장치(10)는, 처리될 작업부재(14)가 상기 장치(10) 내에 로딩될 수 있고 그리고 이미 처리된 작업부재(14)가 상기 장치(10)로부터 제거될 수 있는 적어도 하나의 로딩 및 언로딩 스테이션(22), 및 적어도 하나의 워크 스테이션(12)을 포함하며, 상기 워크 스테이션(12)은 상기 워크 스테이션(12)에서 작업부재(14)의 처리를 위해 적어도 하나의 레이저 처리 모듈(32)을 포함하고, 상기 장치(10)는 또한 로딩 및 언로딩 스테이션(22)과 워크 스테이션(12) 사이에서 작업부재 전달을 실시하도록 설계되는 전달 장치(18)를 가지며, 상기 전달 장치(18)는 회전 운동에 의해 상기 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로부터 상기 워크 스테이션(12) 내로, 처리될 작업부재(14)의 제1 전달 프로세스를 실시하도록 설계되며, 그리고 이와 동시에 상기 회전 운동에 의해 상기 워크 스테이션(12)으로부터 상기 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로, 처리된 작업부재(14)의 제2 전달 프로세스를 실시하도록 설계되며, 상기 장치(10)는 차폐 상태에서 레이저 안전 방식으로 상기 워크 스테이션(12)의 작업 공간(34)으로부터 상기 로딩 및 언로딩 스테이션(22)을 분리하도록 배치되고 설계되는 폐쇄 장치(46)를 더 포함하는, 레이저 조면화를 위한 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전달 장치(18)는 턴테이블로서 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 턴테이블은 적어도 2개의 작업부재(14)를 상기 제1 전달 프로세스 당 상기 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로부터 상기 워크 스테이션으로, 그리고 이와 동시에 상기 제2 전달 프로세스에 의해 적어도 2개의 작업부재를 상기 워크 스테이션(12)으로부터 상기 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로 동시에 전달하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 폐쇄 장치(46)는 이중벽 구조를 갖는 개방 가능한 그리고 폐쇄 가능한 칸막이 벽(48)을 포함하고, 외벽(52) 및 상기 칸막이 벽(48)에 의해 한정되는 공동(51)은 상기 레이저 처리 모듈(32)의 상기 레이저로부터의 레이저 방사선이 상기 공동(51) 내로 침투할 때를 검출하도록 설계되고 배치되는 센서 유닛(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 작업 공간(34)은 처리될 작업부재 개구(16) 아래에서, 상기 워크 스테이션(12)의 상기 작업 공간(34)에서 처리될 작업부재(14)의 처리 위치에 배치되는 흡입 장치(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 장치는 상기 워크 스테이션(12)의 상기 작업 공간(34)으로부터 분리되어 있고 또한 상기 레이저 비임(86)을 제공하기 위한 방사선 공급원(38)이 처리를 위해 배치되어 있는 방사선 공급원 구획(36)을 포함하며, 상기 레이저 비임(86)을 상기 방사선 공급원(38)으로부터 상기 워크 스테이션(12)의 상기 작업 공간(34) 내로 안내하기 위해 도광체(40)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 따른 레이저 조면화를 위한 장치(10)를 사용하여, 작업부재 개구(16)를 레이저 조면화하기 위한 방법에서:
    처리될 작업부재(14)를 상기 장치(10)의 워크 스테이션(12)에 위치시키는 단계;
    상기 장치(10)의 레이저 처리 모듈(32)의 스핀들 부분(94)을, 상기 워크 스테이션(12)에 위치된 상기 작업부재(14)의 상기 처리될 작업부재 개구(16)에 위치시키는 단계;
    상기 레이저 처리 모듈(32)을 통해, 상기 작업부재 개구(16) 내로 안내되는 레이저 비임(86)에 의해 상기 처리될 작업부재 개구(16)의 상기 표면(92)을 조사하는 단계로서, 상기 레이저 비임(86)이 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 회전하는, 단계를 포함하고,
    상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 표면(92)의 처리를 위해 레이저 비임(86)을, 상기 모듈 축선(84) 및 처리될 상기 표면(92) 상에서 상기 모듈 축선(84)과 직교하는 평면에 대해 경사진 방출 방향(90)으로 안내하도록 설계된 비임 안내 광학장치(60)를 포함하는, 레이저 조면화 방법에 있어서,
    상기 표면(92)의 처리를 위해 상기 레이저 비임(86)을 상기 방출 방향(90)으로 편향시키는 비임 편향 장치(66)는, 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 상기 출사되는 레이저 비임(86)의 회전을 실시하기 위해, 방사선 공급원(38)으로부터 나오는 레이저 비임(86)을 시준하기 위한 시준기 유닛(62)에 대해, 또는 상기 시준기 유닛(62) 및 상기 시준된 레이저 비임(86)을 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 포커싱하기 위한 포커싱 유닛(64)에 대해 회전되며, 상기 처리될 작업부재(14)의 상기 장치(10)의 상기 워크 스테이션(12)에서의 포지셔닝은, 전달 장치(18)의 전달 프로세스에서 발생하며, 이미 처리된 작업부재(14)는 상기 전달 장치(18)의 회전 운동에 의해 상기 전달 프로세스 중 상기 워크 스테이션(12)으로부터 동시에 제거되며,
    상기 워크 스테이션(12)을 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로부터 공간적으로 분리하는 폐쇄 장치(46)가 개방되어 상기 전달 프로세스를 실시하며, 상기 전달 프로세스에서 상기 워크 스테이션(12)을 떠나는 상기 작업부재(14) 및 상기 전달 프로세스에서 상기 워크 스테이션(12) 내로 이동되는 상기 작업부재(14)는, 상기 폐쇄 장치(46)를 공간적으로 동시에 통과하며, 상기 작업 공간(12)을 로딩 및 언로딩 스테이션(22)으로부터 공간적으로 분리하기 위해 상기 폐쇄 장치(46)가 후속적으로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 비임 편향 장치(66)의 회전 운동은 상기 작업부재(14)와 상기 레이저 처리 모듈(66)의 상기 비임 편향 장치(66) 사이의 상기 모듈 축선(84)의 방향을 따라 지향되는 상대적 병진 운동과 중첩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 레이저 처리 모듈(32)은 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 상기 출사되는 레이저 비임(86)의 회전을 실시하기 위해, 상기 시준기 유닛(62)에 대해 또는 상기 시준기 유닛(62) 및 상기 포커싱 유닛(64)에 대해 상기 비임 편향 장치(66)를 상기 모듈 축선(84)을 중심으로 회전시키도록 설계된 회전 장치(70)를 포함하며, 상기 회전 장치(70)는 상기 모듈 축선(84)의 방향에서 보았을 때, 상기 처리될 작업부재(14)의 상기 작업부재 개구(16)의 외측에 배치되는 직접 구동부(72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    모니터링 프로세스는 상기 레이저 처리와 동시에 발생하고, 상기 모니터링 프로세스를 위해, 상기 처리된 표면(92)으로부터 오는 광학 신호가 초기에는 상기 레이저 처리 모듈(32)에서의 처리를 위해 사용되는 상기 레이저 비임(86)의 광학 경로를 따라 안내되고, 또한 비임 편향 장치(68)에 의해 상기 레이저 비임(86)의 상기 광학 경로로부터 분리되어, 센서 연결 지점(104)에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    처리될 다수의 개구(16)를 갖는 적어도 하나의 작업부재(14)는, 상기 레이저에 의해 처리되며, 현재 처리되지 않은 개구는 상기 레이저 처리 중에는 사용 시 상기 레이저 처리 모듈(32)에 할당된 커버(45)에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는 방법.
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