KR20030042016A - 소재들을 가공하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

수개의 동시적으로 작동하는 기능 요소들(2)이 가공 소재(10, 11) 상에서 필요한 경우에, 굴곡진 가공 경로인 경우라 하더라도 그것의 작동 위치에서 상부를 지지하기 위하여, 상기 기능 요소들을 위한 특수한 지지 배열이 따라서 요구된다. 상기 지지 배열은 그것 상에서 조정 가능한 위치들에 배열되는 상기 기능 요소들을 위한 지지물들을 가지는 기부(12)를 포함한다. 상기 지지물들은 링 구조물(60)의 형상인 것이 바람직하며, 상기 기능 요소들은 그것의 내부 체적 내에 배열되고, 이것에 의해 구동 기구는 상기 지지물들 상에서 이들을 회전시키기 위하여 외부적으로 작동한다.

Description

소재들을 가공하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR MACHINING WORKPIECES}

이러한 장치들은 테일러드 블랭크들(tailored blanks)의 분야에서 또는 내부 고압 성형(internal high-pressure forming)을 위한 튜브들의 생산에서 공지되어 있다; 그리고 이것들은 또한 다른 분야들에서도 공지되어 있다.

"테일러드블랭크들(Tailored blanks)"(플래티낸(Platinen))은 상이한 박판 금속 단편들이 서로 용접됨으로써 생산되는 금속 박판들이다. 개개의 박판 금속 단편들은 나란히 놓여지고 그리고 예를 들어, 인접하는 박판들이 겹쳐진 상태에서 롤러 시임 용접에 의해, 또는 상기 박판들이 서로 맞대어진 상태에서 레이저 용접에 의해 서로 용접된다.

차후의 용접에 의해 튜브를 폐쇄함으로써, 그리고 그 다음에 상이한 박판 금속 단편들로 이루어지는 튜브를 형성하기 위하여 수개의 이러한 관형 단편들을 서로 용접함으로써, 상이한 박판 금속 단편들로부터 관형 부품들을 형성하는 것이 또한 가능하다.

테일러드블랭크들 또는 상기 유형의 튜브들은 예를 들어, 자동차 산업에서 적용된다. 수년동안 테일러드블랭크들 및 튜브들은 시판되기 시작하였다. 테일러드블랭크들은 개개의 박판 금속 단편들의 다른 재질 또는 두께로부터 유래하는, 생산된 빔의 한정된 상이한 기계적 특성들을 가진 상태로, 디프드로잉되고 그리고 예를 들어, 차체 골조용 빔들로 성형된다. 튜브들도 복잡한 형상들이 개개의 단편들로부터 더 이상은 형성될 필요가 없다는 장점, 및 조립에 있어서 비용적인 허용 한도 문제들이 나타나지 않는다는 장점을 가지고서, 내부 고압 성형(IHU)에 의해 차체 골조 부품들로 마찬가지로 성형된다.

이것들은 이미 성형 공정에 의해 높은 응력을 받기 때문에, 매우 엄격한 요구사항들이 용접 시임들에 부과되어야만 한다는 것은 상술한 것들로부터 명백하다. 심각한 결과를 가질 수 있는, 완제품에서의 결함에 이르게 하는, 구조를 약화시키는 어떠한 용접 결함이라도 일어나도록 용인되어서는 안 된다는 것 또한 명백하다.

EP 0770445 는 특히 테일러드블랭크들의 제조에 있어서 용접 공정의 품질을 보증하고 감시하기 위한 방법 및 장치를 지시한다. (언급은 EP 0770445 의 전체 공보에 의하여 명백히 기재되어 있다). 상기 문서는 테일러드블랭크들의 제조를 위한 장치를 공지하는데, 여기서 개개의 박판 금속 단편들은 서로 맞대어진 용접 가장자리들을 가지고서 운반대 상에 고정되며 단일 직선 통로 내에서 고정된 용접 스테이션의 아래에서 안내되어 통과한다. (상기 장치를 통과하는 그것의 직선의 절대 이동을 가지는) 운반대 및 고정된 용접 스테이션 사이의 상대 변위는 소재들 상의 선형 가공 경로가 된다.

원칙적으로, 어떠한 크기의 개개의 박판이라도 어떤 바람직한 크기의 테일러드블랭크들을 생산하기 위하여 서로 용접될 수 있다. 오늘날, 완성된 테일러드블랭크들은 수미터의 치수를 얻을 수 있다. 예를 들어, 칩 체로키(Cheep Cherokee)의 측면 패널은 테일러드블랭크이다. 수미터 범위 내의 용접 시임의 길이는 어떠한 적용에서도 가능하다.

반면에, 유효 레이저 촛점은 0.2 ㎜의 직경을 가지며, 상기 직경에 비례하는 정확도로 가공 경로 상에서 유지되어야만 하는데, 그렇지 않으면 용접 결함이 결과적으로 발생할 것이다. 상기 장치의 기계적인 부분들은 용접 스테이션 아래에서 통과하는 운반대의 매우 정확한 안내를 가능하게 하며, 허용 오차는 피할 수 없다. 또한, 또 다른 치수적인 변화는 예를 들어, 레이저 빔 경로의 가열에 기인하여, 작동 상에서 일어날 수 있다. 따라서 EP 0770445 에 따르면, 보정적인(corrective) 조정은 레이저 빔의 라인, 필요한 측정들 또는 화상 처리에 의해 획득되는 보정 데이터를 위해 사용된다(레이저 빔의 보정적인 조정은 그 자체로서 공지되어 있으며, 예를 들어, 레이저의 광학 시스템에서 거울의 경사(tilt)에 대한 변경에 의해 실행된다). EP 0770445 에 따르면, 상기 보정 데이터는 화상 처리에 의해 용접점 앞의 가장자리의 실제적인 위치를 검출함으로써 획득되며, 레이저의 광학 시스템을 제어하기 위해 사용된다. 수십분의 1 밀리미터로 예정된, 요구되는 가장자리 위치로부터의 편차는 상기 방식으로 보상될 수 있다. 형성된 용점 시임은 그 다음에 상기 수십분의 1 밀리미터의 최대 편차를 가지고, 요구되는 직선 가공 경로를 따라 연장된다.

그러나 이러한 보상은 항상 존재하는 경우는 아니지만, 예를 들어 상술한 바와 같이 빔 가이드의 가열로 인하여, 단지 상기 레이저 빔 안내 시스템이 요구되는 지점에서 유효한 레이저 촛점을 형성하는 경우에만 일어날 것이다.

따라서, 용접점 이후의 또 하나의 기능 요소(functional element)는 다시 화상 처리에 의하여, 용접 시임의 실제적인 위치를 검출한다. 상기 용접 시임이 레이저 촛점이 보정된 지점에 존재하지 않는 경우에는, 빔 가이드에서 허용되지 않는 오차가 존재한다. 따라서 레이저 광학 시스템을 위한 또 다른 보정 데이터가 획득될 수 있다. 이러한 결과는 직선 가공 경로에 대한 빔의 보정 위치를 유지하고 이에 따라 높은 용접 품질을 보증하는 제어이다.

(i) 화상 처리를 위한 제 1 센서, (ⅱ) 레이저 광학 시스템 및 (ⅲ) 화상 처리를 위한 제 2 센서의 3가지의 기능에 의해 획득되는 품질 보증 외에도, 예를 들어 용접 기술에서 그 자체가 공지된 (용접 와이어 또는 금속 분말 형태로) 용접점에 대한 재료 이송과 같은 또 다른 기능들이 용접 공정에 있어서 중대할 수 있다. 또 다른, 또는 다른 기능들은 예를 들어, 용접보다는 절단이 일어나는 경우, 절단이 (레이저, 워터제트 등과 같은)절단 요소의 정확한 안내를 포함할 수도 있을 것 같은 경우와 같이, 필요가 발생하는 때에 채택될 수 있다. 또 다른 기능들은 또한 테일러드블랭크들과는 다른 소재들이 대상이 되는 경우에 발생할 수 있다.

용접 품질에 관한 매우 높은 필요 조건들에 대하여 기재된 경향에 부가하여, 테일러드블랭크들의 증가하는 사용은 또한 직선 용접 접합부들에 대한 것 뿐만 아니라 비선형 용접 접합부들을 생산하기 위한 능력에 대한 커지는 요구사항을 그 결과로서 발생시키고 있다. 일반적으로, 용접 공정에 부과되어야만 하는 엄중한 필요조건들은 굴곡진 또는 구부러진 시임들에 대해서가 아니라, 선형 용접 시임에 대해서 달성 가능하다.

운반대 상에 비선형 접합부를 필요로 하는 테일러드블랭크들을 설치하는 것 그리고 용접 스테이션이 횡단 브릿지 상에서 앞뒤로 이동하는 때에 상기 운반대를 길이 방향으로 상기 장치를 통과하여 추진시키는 것이 공지되어 있음은 사실이다; 운반대 및 용접 스테이션의 2개의 운동의 적절한 제어를 따라(각각의 직선에 있어서), 어떠한 원하는 곡률의 가공 경로들이라도 횡단될 수 있다. 이러한 장치들은 단일 기능 요소 - 레이저 빔에 대한 포커싱 헤드를 대상으로 한다. 예를 들어, EP 0770445 에 기재된 바와 같은 다른 기능들이 없기 때문에, 그러므로 이것들은 높은 품질의 용정 공정을 실현하지 못했다.

본 발명은 기능 요소들을 파지하기 위한 장치를 가지고, 가공중인 소재들에 대한 동시적으로 작동하는 수개의 기능 요소들의 상대 변위에 의해, 소재들을 가공하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 각각의 경우에 굴곡진 가공 경로 상에서 그에 맞게 수정된 위치를 가지는, 3개의 기능 요소들을 개략적으로 도시한다.

도 2a 내지 도 2c는 위치에 있어서의 상호 변화에 관하여 도시되는, 도 1a 내지 도 1c에 상응하는 가공 경로 상의 3개의 기능 요소들을 도시한다.

도 3은 상기 기능 요소들을 위치시키기 위한 장치의 일 실시예의 단면을 도시한다.

도 4a는 또 다른 실시예의 위에서 본 도면이다.

도 4b는 도 4a의 실시예의 단면을 도시한다.

도 5a는 또 다른 실시예의 도면이다.

도 5b는 도 5a의 실시예의 일부분의 단면을 도시한다.

도 5c는 도 5a의 실시예의 측면도이다.

도 6은 지향 가능한 기능 요소의 매달림(suspension)을 개략적으로 도시한다.

따라서, 본 발명의 과제는 수개의 기능 요소들이 소재들을 가공하기 위한 장치의 굴곡진 가공 경로 상에서 동시에 사용될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 특징부 및/또는 청구항 20에 따른 방법에 의해 해결된다.

상기 기능 요소들의 위치를 수정함으로써, 한편으로는 차례로 연속해서 작용하는 요소들에 대하여, 상기 장치 내에서의 절대 운동에 독립적으로, 항상 가공 경로의 굴곡진 부분들 상에서 그들의 표준 위치(예를 들어, 소재 표면에 걸쳐 수직으로)에 개별적으로 유지되도록 하는 것이 가능하며, 다른 한편으로는 또한 개별적인 요소들에 대하여, 그들의 표준 위치로부터 편향되도록 하는 것이 가능하고, 따라서 상기 요소들 자체의 치수 때문에, 또는 관련된 높은 가속도 때문에 상기 표준 위치에서 달성될 수 없으며 단지 고비용에서만 달성될 수 있는, 곡률 반경들이 달성될 수 있다.

본 발명의 목적에 있어서, 소재들 및 기능 요소들 사이의 상대 운동이 어떻게 발생되는지, 모든 방향으로 이동될 수 있는 소재들을 위한 운반대와 협력하여, 위치에 고정되는 기능 요소들에 의하여 발생되는지, 또는 그 역으로; 또는 운반대의 길이 방향 운동에 관한 기능 요소의 횡단 운동과 같은 하이브리드 해결 방안에 의하여 발생되는지는 중요하지 않다.

본 발명은 도면들을 참조하여 이하에 상세히 설명될 것이다.

도 1a는 가공(이 경우에서는 용접)을 위해 서로 맞대어진 2개의 소재들(10 및 11)을 도시한다. 상기 소재들의 나란히 놓여진 가장자리들은 가공 경로(4)를 형성한다. 3개의 기능 요소들(1, 2 및 3)은 상기 기능 요소들을 수용하기 위한 장치(13) 내에 배열되며, 예를 들어 EP 0770445 에 제안된 방식으로 상기 소재들(10 및 11)을 용접하기 위하여 작동 위치 내에서 가공 경로(4)의 상부에 위치된다. 이것은 레이저 빔에 의해 수행되는데, 이것의 위치는 화상 처리를 위한 2개의 센서들의 도움으로 제어된다. 예를 들어 전자 빔과 같은, 상이한 유형의 에너지 빔이 또한 사용될 수 있다. 상기 기능 요소(1)(레이저 광학 시스템을 가지는 헤드)는 선행자(precursor) 기능 요소(2) 및 추종자(follower) 기능 요소(3)(화상 처리를 위한 2개의 센서들) 사이에 위치된다.

상기 기능 요소들은 직선 가공 경로에 관하여 그들의 위치를 수정하는 것은 도면으로부터 명백하다.

상기 3개의 기능 요소들(1, 2 및 3)의 상대 위치는 가공 경로(4)의 변화하는 곡률에 따라 계속적으로 변경된다. 단지 2개의 기능 요소들이 작동중인 경우에, 이것들은 비록 이들 사이의 거리가 일정하게 유지된다 하더라도 그것들은 소재들(10, 11)에 대한(및/또는 경우에 따라서는 장치(13)에 대한) 그들의 위치를 여전히 변경시킨다.

도 1b는 원형 가공 경로(4)를 도시한다. 상기 가공 경로 위에 배열되는 기능 요소들(1, 2 및 3)에 있어서, 2개의 기능 요소들(여기서는 기능 요소들(2 및 3)) 사이의 최소 가능한 거리가 최소 곡률 반경을 결정하는 것을 도면으로부터 알 수 있다. 상기 원이 상기 요소들(2 및 3) 사이의 거리보다 작은 가공 경로(4)에 의해 형성되는 경우에, 상기 요소들 중 1개는 더 이상 가공 경로(4) 상에 존재할 수 없다.

도 1c는 매우 작은 곡률 반경을 가지는 둥글게 된 직각 모서리를 거치는 가공 경로(4)를 도시한다. 선행자 기능 요소(2)가 가공 경로(4)로부터 옆으로 벗어나서 파선으로 도시된 트랙(5) 상에 머무르는 경우에, 더 단순한 운동 원이 결과적으로 발생한다. 특히, 상기 요소(2)의 큰 가속도가 방지되는데, 이것은 가능한 한 균일한 용착 속도를 유지하고 따라서 가공 경로(4)에 대한 기능 요소(1)의 이동 속도를 가능한 한 균일하게 유지하기 위한 요구에 일치된다; 그러면, 개개의 기능 요소들에 의해 추종되어야 할 트랙의 더 큰 곡률 반경이 존재하는데, 이것은 복잡한 진로를 갖는 가공 경로(4)의 경우에 결정적인 요소일 수 있다. 도면에서의 트랙 곡선(5)은 상기 기능 요소(2)의 위치가 그것이 가공 경로(4) 상에서 작동되도록, 따라서 화살표(6)에 의해 지시되는 바와 같이 측면으로 치우친 경우라 하더라도 작동 위치에 머물 수 있도록 수정될 수 있음을 전제로 한다. 이것은 기능 요소들(1내지 3)이 가공 경로(4) 상에 직접 배열되어 도시되는 도 1a의 배열과 대조된다.

도 2a는 2개의 소재들(10 및 11)의 가공 경로(4) 및 기능 요소들(1, 2 및 3)을 도시하며, 여기서 장치(13)은 도면을 혼란스럽게 하지 않도록 생략된다. 십자로 표시된 기준점(14)은 그러나 소재들에 대한 장치(13)의 위치를 나타낸다. 이 경우에 있어서, 상기 기준점은 선행자 기능 요소(1)의 위치와 일치한다. 도 2a에서 지시되는 바와 같이, 기능 요소들(2 및 3)의 위치는 기준점(14)으로부터 정의된다: 첫째로 더 짧은 벡터(7)(요소들(1 및 2) 사이의 거리)에 의해, 둘째로 더 긴 벡터(8)(요소들(1 및 3) 사이의 거리)에 의해.

도 2b는 기능 요소(2)의 위치에 의해 정의되는, 기능 요소(1)(그리고 기준점(14))에 대한 기능 요소(3)의 위치를 가지는 도 2a의 배열을 도시한다. 상기 벡터들(7 및 9)의 합은 기능 요소들(1 및 3)의 상호 위치를 제공한다.

도 2c는 이들의 위치가 따라서 벡터들(7 및 9)(요소들(2 및 3) 사이의 거리)에 의해 정의되는, 기능 요소들(2 및 3) 사이에 놓여지는 기능 요소(1)(그리고 기준점(14))를 가지는 도 2a의 배열을 다시 도시한다.

도 2a 내지 도 2c에서의 모든 실시예가 장치가 사용된 목적에 따라 실행 가능하다 하더라도, 도 2c의 배열이 특히 적절하다. 상기 기준점(14)(바람직하게는, 필수적이지는 않더라도, 상기 기능 요소들(1 내지 3) 중 1개에 일치하는)이 기능 요소들(1 내지 3)의 각각의 위치의 제어 유닛에 의한 산정을 위한, 또는 벡터들(6 내지 9)에 이동 가능하게 배열되는 홀더들에 의한 트랙 곡선(4)의 기계적인 횡단을 위한 기초인 경우에, 라운딩 오차, 허용 오차 등은 피할 수 없다. 상기 기준점(14)및 각각의 기능 요소들(1, 2 또는 3) 사이의 거리가 증가함에 따라, 각 오차들(angular errors)의 효과는 더 커지게 된다; 이러한 이유로, 도시된 짧은 벡터들을 가지는 도 2c의 배열은 도 2a의 배열보다 더 바람직하다. 도 2b에서 상기 기준점(14) 및 기능 요소(3) 사이의 오차가 누적적이기 때문에, 도 2c의 배열은 또한 도 2b의 배열보다 더 바람직하다.

도 3은 기능 요소들(1, 2 및 3)을 가지는 본 발명에 따른 장치(13)의 일 실시예의 단면을 도시한다. 상기 도면은 또한 가공 경로(4/4')를 개략적을 도시한다. 기준점(14)은 상기 소재들(10 및 11) 및 장치(13) 사이의 이동 방향 및/또는 속도를 수정함으로써 미리 정해진 상대 이동의 일부를 보증하기 위하여 상기 장치(13)의 지배적인 제어를 가능하게 하는, 소재들(10, 11)에 대한 장치(13)의 위치를 정의한다.

상기 기능 요소(1)는 화상 처리를 위한 센서로서 형성되며, 상기 경로(4)의 이제 막 가공된, 정해진 부분에서, 예를 들어, 나란히 놓여진 소재들(10, 11)의 가장자리들의 위치를 검출한다. 상기 기능 요소(2)는 에너지 빔 예를 들어, 재그 레이저(jag laser)의 빔의 포커싱 헤드(focusing head)로서 형성되며, 상기 소재들(10, 11)을 서로 용접하기 위한 용접 유닛으로서 작용한다. 상기 기능 요소(3)는 화상 처리를 위한 센서로서 형성되며, 용접 시임의 위치 및/또는 품질을 검출한다. EP 0770445 는 이러한 기능 요소들이 함께 작동될 수 있는 가능한 방법을 보여준다.

기부(12)는 장치(13) 내에서의 상기 기능 요소들(1, 2 및 3)의 배열을 위한기초를 형성하며, 브릿지(15)(도 4a 참조) 상에 이동 가능하게 배열되는 것이 바람직하다. 이것은 본 발명에 따라 형성된 장치에서 이미 기재된 배열을 설정하는데, 여기서 경도적으로 더 높은 운반체에 고정되고 따라서 상기 장치(13)의 아래를 지나가는 소재들(10, 11)은 브릿지(15) 상에서 횡단 방향으로 이동 가능하게 유지된다. 그러나, 본 발명은 이러한 배열에 한정되지 않으며, 어떠한 종류의 상대 이동이 상기 소재들(10, 11) 및 장치(13) 사이에서 생성되기만 하면 사용될 수 있다.

그것의 지향(orientation)이 변화될 수 있는 홀더(16)가 상기 기부(12) 상에 배열된다. 이것은 회전체로서 형성되며 대칭축(16')을 구비한다. 이것은 기능 요소(1)를 가능하게 하는 삽입체(19)를 가지는 중앙 구멍(18)을 구비하는데, 이것은 홀더(16)의 어떠한 회전에 독립적으로 그것의 지향을 유지하기 위하여, 기부(12)에 대한 위치에 고정된다. 상기 홀더(16)의 대칭축(16')은 기능 요소(1)의 작동선(1')과 일치한다; 가공 경로 상에서의 작동선(1')의 위치는 기준점(14)을 구성한다. 따라서 상기 소재들(10, 11)에 관한 기부(12)의 위치는 정의되며, 상기 소재들(10, 11)에 관한 기능 요소(1)의 위치도 마찬가지이다.

상기 기부(12)에 부착된 모터(20)는 홀더(16) 상에 고정적으로 배열되는 벨트 풀리(22) 상의 벨트 구동기(21)를 통하여 작동하며, 따라서 상기 홀더(16)는 기부(12)에 관하여 회전될 수 있고, 이에 따라 상기 홀더(16)에 장착되는 기능 요소(2)의 위치를 변경시킨다.

상기 홀더(16) 상에는 또한 링 구조물(25)이 배열되는데, 이것은 차례로 기능 요소(3)를 위한 홀더로서도 또한 작용한다. 상기 링 구조물(25) 및 홀더(16)는개략적으로 도시되는 볼 베어링(26)에 의해 서로 연결되는데, 이러한 결과로 상기 링(25)은 홀더(16)에 대해(그리고 또한 물론, 상기 기부(12)에 대해) 회전될 수 있다. 상기 링(25)을 위한 구동기는 상기 링(25)의 내주면 상의 내부 톱니(28) 상에서 작동하는 피니언(27)에 의해 제공된다. 상기 피니언(27)은 홀더(16) 내의 구멍(29)을 통해 연장되는 축(24) 상에 장착된다. 상기 축(24)을 위한 홀더(16) 상에 장착되는 구동기(30)는 개략적으로 도시되는데, 이것에 의해 상기 홀더(16)에 대한 링(25)의 상대 위치가 변경될 수 있다.

상기 홀더(16) 상의 링(25)의 장착, 그리고 차례로 상기 기부(12) 상의 홀더(16)의 장착은 사실상 케스케이드(cascade) 배열이며, 상기 링(25)은 홀더(16)를 통하여 간접접으로 기부(12) 상에 장착된다.

상기 가공 경로(4) 및 기준점(14)은 도면에서 하부에 지시된다. 상기 가공 경로(4) 상의 기능 요소들의 형상은 도 2a의 형상과 일치한다. 그러나, 도 2c의 형상은 상기 홀더(16)를 회전시킴으로써 간단히 만들어질 수 있다; 상기 도면에서, 이것은 파선으로 도시되는 가공 경로(4') 상을 움직이는 배열을 제공할 것이다.

이것의 부분을 위한 기능 요소(1)는 기부(12) 상에, 예를 들어 화상 처리 목적을 위하여, 상기 가공 경로(4)의 보여지는 부분에 대하여 항상 동일한 정의된 지향이 항상 유지되어야만 하는 장소에, 그것 자체의 축을 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있다. 이것은 또한 홀더(16) 상의 기능 요소(2)의 장착에 적용되는데, 이것은 고정될 수도 있고, 또는 회전 가능할 수도 있다. 고정된 배열은 둥근 레이저 촛점이 상기 소재들(10, 11)을 용접하기 위해 사용되는 가능하다; 타원형 촛점의 경우에는, 가공 경로에 관한 상기 촛점의 일정한, 정의된 지향이 필수적이며, 따라서 상기 기능 요소(2)는 화살표(31)에 의해 지시되는 바와 같이 회전 가능할 것이 요구될 것이다. 상응하는 구동기는 도면을 과도하게 혼란스럽게 하는 것을 피하기 위하여 생략되었다. 기능 요소들의 장착에 관하여 지금 막 기재된 것은 또한 기능 요소(3)에 적용된다; 여기서 다시, 상응하는 구동기(또는 경우에 따라서는 고정된 장착)는 간단함을 위하여 도면으로부터 제외되었다.

상기 기능 요소들의 장착 및 회전 구동기는 종래의 설계 및 구성일 수 있으며, 따라서 여기서 상세히 설명하지 않는다.

내부 톱니(28)와 상호 작동되는 피니언(27)은 물론 또한 상기 링(25)의 외주면(32) 상에 배열될 수 있다.

도 4a는 브릿지(15) 상에 배열되는, 기능 요소들(1, 2 및 3)을 장착하기 위한 장치(13)를 도시한다. 이것은 상기 장치(13)가 이중 머리를 가지는 화살표(35)에 의해 지시되는 소재들(10 및 11)의 세로방향 이송에 대하여 가로방향으로 미끄러질 수 있게 고정됨을 의미한다. 원판 형상의 홀더(40)는 상기 장치(13)의 기부(12) 상에 회전 가능하게 장착된다. 상기 기부(12) 상에 장착되는 모터(42)는 벨트 구동기(41)를 통하여 요구되는 회전을 전달한다. 상기 기능 요소(1)는 상기 홀더(40)의 중심에 또한, 그리고 마찬가지로 그것 자체의 축을 중심으로 회전 가능하게 장착되며, 따라서 상기 기부(12)에 관하여 정의된 그리고 공간적으로 고정된 위치에 위치된다.

상기 기능 요소(1)의 회전은 모터(44)에 의해 구동되는 축(43)에 의해 행해진다. 상기 모터(44)는 기부(12) 상에 장착되며, 그러나 상응하는 배열은 명료함을 위하여 도면으로부터 생략되었다.

상기 기능 요소(2)도 또한 홀더(40) 상에 장착되지만, 중앙은 아니며, 따라서 홀더(40)가 회전함에 따라 기부(12)에 관한 그것의 위치는 변경된다. 제 2 홀더(45)는 홀더(40)의 회전을 따르며, 구동기(46)을 갖는데, 이것도 또한 개략적으로 도시된는 벨트 구동기(47)에 의해 상기 요소(2)를 그것 자체의 축을 중심으로 회전하도록 한다.

상기 기능 요소(3)을 장착시키는 또 다른 홀더(50)는 기능 요소(2)의 장착 상에 배열된다. 개략적으로 도시되는 구동기(51)는 기능 요소(3)를 그것 자체의 축을 중심으로 회전시키기 위하여 톱니를 갖춘 쿼드런트(53; quadrant) 상의 피니언(52)을 통하여 작동된다. 상기 요소(2) 상에 배열되는 재그 레이저를 위한 유리 섬유 케이블(39)은 단지 개략적으로 암시된다.

상기 홀더(40)는 회전체 또는 링으로 형성된다; 이것의 대칭축(48)은 기능 요소(1)의 작동선(49)와 일치한다; 대칭축(48) 및 작동선(49)는 기준점(14)의 위치에서 소재들을 관통하여 지나간다.

도 4a에 도시되는 상기 장치(13)는 도 2b의 형상을 갖는다.

도 4b는 도 4a의 배열의 일부를 단면도로 도시한다.

상기 홀더(40)는 개략적으로 도시되는 볼 베어링(55)을 통하여 상기 기부(12) 상에 장착된다. 상기 기능 요소(1)는 베어링 요소(56)에 의해 홀더(40)의 중앙에 장착되며, 따라서 이것은 홀더의 회전에 그 자체가 관여하지는 않지만, 단지 구동기(44)에 의해 기부(12)에 대한 그것의 위치에 있어서 변경된다. 상기 스위핑 홀더(50; sweeping holder)는 홀더(40)에 장착되며, 홀더가 회전하는 때에 위치에 있어서의 변경을 받는다. 이러한 위치에 있어서의 변화는 또한 기능 요소(2)로 전달된다. 상기 기능 요소(2)는 도 4a에 도시되는 구동기(46, 47)에 의해 그것 자체의 축을 중심으로 회전될 수 있다. 상기 기능 요소(3)는 스위핑 홀더(50) 상에 장착된다. 상기 기능 요소(3)을 회전시키기 위한, 도 4a에 도시되는 구동기(52, 53)는 도면을 명료하게 하기 위하여 생략되었다.

도 5a는 기능 요소(1, 2 및 3)을 설치하기 위한 장치(13)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이것은 상기 장치(13) 그리고 그 하부의 소재들(10, 11) 및 가공 경로(4)의 상부로부터 본 도면을 도시한다. 기부(12)의 윤곽은 브릿지(15)의 윤곽과 마찬가지로, 파선에 의해 개략적으로 암시된다. 상기 도면에서, 링 형상의 홀더(60)는 그것 하부에 배열되는 유사한 형상을 갖는 홀더들(61 및 62)을 숨긴다. 따라서 상기 홀더들(60, 61 및 62)은 기부(12)의 상부에, 수직으로 서로 겹쳐져서 적층되고, 이것들의 대칭축들은 일치하며 기부(12)에 수직이다. 상기 홀더(60)는 가이드 롤러(63, 63' 및 63")(도 5b참조)를 통하여 기부 상에 장착된다. 상기 홀더들(61 및 62)은 홀더(60)가 장착되는 것과 동일한 방식으로 그리고 도 5b에 도시되는 바와 같이, 가이드 롤러(64, 64' 및 64")를 통하여 장착된다. 상기 홀더들(60, 61 및 62)은 따라서 기부(12) 상에, 그것들의 대칭축을 중심으로 회전 가능하게 배열된다.

벨트 구동기들(66, 67 및 68) 각각은 상기 홀더들(60, 61 및 62) 중 1개 상에 작동한다. 상기 구동기들(66, 67 및 68)의 피니언들(69, 70 및 71)은 상응하는 홀더들(60, 61 및 62) 상의 외부 톱니(72, 73 및 74) 상에 작동한다. 상기 피니언들(69, 70 및 71)의 지름은 상기 홀더들(60, 61 및 62)의 지름에 비례하여 작게 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 기어 감소로, 상기 홀더들의 회전은 매우 정확하게 제어될 수 있는데, 이것은 기능 요소들의 적절한 작동에 있어서 결정적일 수 있다.

상기 홀더(60)는 기능 요소(2)를 지지하는 세그먼트(75)를 구비한다. 상기 홀더(61)는 기능 요소(1)를 장착하기 위한 세그먼트(76)를 구비하며, 상기 홀더(62)는 기능 요소(3)를 장착하기 위한 세그먼트(77)를 구비한다. 상기 기능 요소(1)의 작동선은 기준점(14)을 관통하여 지나가는데, 이것은 도면을 완화하기 위하여 생략되었다.

도 5a에 도시되는 형상으로부터, 상기 기능 요소들(1, 2 및 3)이 홀더들(60, 61 및 62) 내부의 영역에 배열되는 것을 알 수 있는데, 이것은 이것들 사이의 거리들이 상기 홀더들(60, 61 및 62)의 설계(이것들의 지름은 별도로 하고, 이것은 필요한 경우에 용이하게 증가될 수 있음)에 의해 영향받지 않음을 의미한다. 상기 홀더는 또한 가이드 롤러들 및 상기 홀더들의 회전을 위한 구동기들이 외부 영역에 배열될 수 있고 이것의 결과로 내부 공간 전체는 기능 요소들을 위해 이용 가능함을 의미한다.

결과적으로 도시된 상기 구조는 단순한 그리고 복잡한 가공 경로에 대해, 그리고 단일 기능 요소 또는 다수의 기능 요소들에 대해 일반적으로 사용 가능하다.상기 기능 요소들 사이의 최소 거리는 상기 홀더 구조에 의해서가 아니라 단지 상기 요소들의 구성 그 자체에 의해 좌우된다.

데이터 교환 및 상기 기능 요소들로의 전력 공급은 케이블 또는 슬립 링들을 통하여 실행될 수 있다. 슬립 링들은 예를 들어, 외주면 상에 배열될 수 있으며, 케이블이 꼬이는 것을 고려함없이 의도하는 대로 상기 홀더들이 회전될 수 있다는 장점을 가진다. 와이어없는 데이터 전송은 물론 또한 실행 가능하다.

도 5a에 도시되는 장치(13)의 형상은 도 2c의 배열에 상응한다.

도 5b는 상기 홀더(60), 가이들 롤러들(63, 63')(도면에서 서로 반대편에 도시됨) 및 기부(12)를 절단한 단면을 도시한다. 상기 가이드 롤러들은 상기 홀더(60)의 외주면 상에서 움직이며, 따라서 그것을 반경 방향으로 지지하고, 동시에 축방향 지지는 폼-피팅 연결(form-fitting connection)을 가지는 상기 롤러들(63, 63')의 대응하는 접촉면에 의한 경사진 측면을 통하여 주어진다. 다른 홀더들(61 및 62)은 도면을 간략화하기 위하여 생략되며, 구동기들(66, 67 및 68)도 마찬가지이다. 그것의 작동선(2')을 가지는 기능 요소(2) 및 상기 홀더(60)의 대칭축(78)이 또한 개락적으로 도시된다. 상기 소재들(10, 11)도 또한 도시된다. 상기 가이드 롤러(63)는 개략적으로 도시되는 가이드 롤러 홀더들(64, 64') 상에 자유로이 회전 가능하게 배열된다. 이러한 홀더들(64, 64')은 기부(12) 상에 차례로 장착된다. 이러한 형상에 있어서, 어떠한 수의 홀더들이라도 수개의 가이드 롤러들(63, 64 또는 65)을 배열함으로써, 동일한 장착에 의하여 기부(12) 상에서 서로 겹쳐져서 적층되어 장착될 수 있다.

대안적으로, 상기 가이드 롤러들은 개별적인 구동기(66 내지 68)이 더 이상 필요하지 않다는 장점에 관하여, 상기 홀더(60 내지 62)의 회부 톱니와 상호 작동되는 톱니를 구비할 수 있다.

도 5c는 도 5a 및 도 5b에 도시되는 배열의 측면도를 도시한다, 부품들의 이전과 동일한 부호로 지시된다. 브릿지(15) 및 기부(12)는 도면을 간소화하기 위하여 생략된다.

또 다른 실시예들은 다음과 같이 형성될 수 있다:

- 예를 들어, 단지 2개의 기능 요소들만이 사용될 수 있도록, 링(25)이 생략된 도 3과 같은 배열. 상기 요소(2)는 수정없이 도 3과 같이 배열되며, 반면에 상기 요소(1)는 홀더(16)에서 중앙에 위치되는 것이 아니라 상기 요소(2)와 같이 한쪽으로 치우쳐 위치된다. 위치에 있어서 변화가 일어나는 경우에, 상기 요소들(1, 2)의 상대 위치는 변경되는 것이 아니라, 그들 위치 그대로이다. 따라서, 상대 이동이 상기 소재들(10, 11) 및 장치(13) 사이에서 일어남에 따라, 다시 어떠한 바람직한 가공 경로라도 횡단될 수 있다.

- 예를 들어, 다수의 홀더들(50)이 제공되며, 이러한 홀더들은 공통의 지점에서 연결되고 공통의 스윕축(sweep axis)을 구비하는 것이 바람직한, 도 4a와 같은 배열.

- 예를 들어, 수직 조정 및/또는 편향(tilting)을 위한 설비를 가지고 그것의 축(43) 상에 배열되는 요소(1)을 가지는 도 4a와 같은 배열. 도 6은 비록 상기 축(43)에 직접 연결되는 것이 아니라, 편향점(83)에서 편향 가능하도록(이중 머리를 가지는 화살표(85) 참조) 보조 홀더(80) 상에 배열되는, 도 4a의 형상으로 된 요소(1)을 개략적으로 도시한다. 편향 구동은 푸쉬로드(82)를 통하여 모터(81)에 의해 제공된다. 상기 축(43)에 부가하여, 나사산을 가지는 스핀들(43')이 제공되는데, 이것은 보조 홀더(80)의 짝부(43"; mating part) 내에서 움직이며, 이것의 회전은 이중 머리를 가지는 화살표(84)에 의해 지시되는 바와 같이 보조 홀더(80)의 수직 이동을 일으킨다. 상기 보조 홀더(80)의 회전은 여기서 파선으로 지시되는 모터(44)에 의해, 이전과 마찬가지로, 실행될 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 소재들을 가공하기 위한 장치 및 방법은 수개의 기능 요소들이 소재들을 가공하기 위한 장치의 굴곡진 가공 경로 상에서 동시에 사용될 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (20)

1. 기능 요소들의 장착을 위한 장치를 가지며, 작동중인 소재들에 대한, 동시에 작동되는 복수의 기능 요소들의 상대 이동에 의해 소재들을 가공하기 위한 장치에 있어서,

   상기 장치는 방향의 어떠한 바람직한 변경에 따라 상대 이동 동안에 그들의 위치를 변경함으로써 가공 경로(4) 상에서 곧 가공될 그들의 소재 부분에 대하여 상기 기능 요소들(1, 2, 3)을 항상 그들의 작동 위치에 유지시키기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수단은 그것 상에 지향 가능하게 배열되는 1개 또는 그 이상의 기능 요소들을 위한 적어도 1개의 홀더를 가지는 기부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 기부는 바람직하게는 상기 소재들의 세로 방향 이송에 대하여 가로지르는, 상기 소재들에 대한 상대 이동을 위한 장치 상에 이동 가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   적어도 1개의 홀더의 지향은 상기 기부에 대하여 상기 홀더를 선회시키거나 또는 회전시킴에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 복수의 홀더들은 공통 지점에서 상기 기부에 직접적으로 또는 간접적으로 링크되며, 바람직하게는 공통의 스윕축을 구비하는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   1개의 홀더는 적어도 부분적으로 회전체로서 형성되며, 그것의 대칭축을 중심으로 회전 가능하게 상기 기부 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 1개의 홀더는 본질적으로 링 구조물로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수단은 1개의 홀더가 케스케이드 방식으로 다른 홀더 상에 장착됨으로써 간접적으로 상기 기부 상에 배열되는, 적어도 2개의 홀더들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   링 구조물로서 형성되는 1개의 홀더는 원형 내주면에 의해 다른 홀더의 원형 외주면 상에 장착되고, 따라서 상기 2개의 홀더들은 공통의 회전축을 가지며, 서로에 대해 그리고 또한 상기 기부에 대해 선회 가능한 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
10. 제 2 항, 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 홀더의 원형 외주면 또는 내주면과 측면으로 맞물리며 그들의 회전에 있어서 상기 기부에 대해 지지되는, 복수의, 바람직하게는 3개의 가이드 수단들이 상기 기부 상에서의 홀더의 장착을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 가이드들은 가이드 롤러로서 형성되며, 이것은 상기 홀더의 림 상에서 움직일 수 있고, 이것의 접촉 영역들은 폼-피팅 방식으로 상기 림(이것의 형상은 그것들에 조화됨)을 반경 및 축 방향으로 안내하는 것을 특징으로 하는, 소재들을가공하기 위한 장치.
12. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 기부에 대해 고정적으로 장착되는 벨트 또는 톱니를 갖는 구동기는 상기 홀더의 외부 림 상에서 작동되며, 바람직하게는 기어가 저속으로 넣어지는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 가이드 롤러들 중 1개 및 상기 림은 서로 맞물리는 톱니들을 구비하는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
14. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 기능 요소는 상기 구조물의 내부 영역에, 바람직하게는 대칭축에 가깝게 배열되며, 지지물을 통하여 상기 홀더 상에 장착되는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
15. 제 2 항 또는 제 14 항에 있어서,

    상기 기능 요소는 상기 홀더 상에서 지향 가능하게 배열되며, 바람직하게는 소재 베어링 표면으로부터의 거리에 있어서 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
16. 제 2 항 , 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 기능 요소는 상기 홀더 상에서 회전 및/또는 편향 가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
17. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 기능 요소는 에너지 빔을 위한 포커싱 헤드로서, 센서로서 -바람직하게는 화상 처리를 위한 센서로서, 또는 용접 시임용 필러재를 위한 이송 유닛으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
18. 제 7 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

    링 형상으로 된 형태의 3개의 홀더들은 공통의 대칭축을 가지고 서로 겹쳐져서 배열되어 제공되며, 외부에 배치되는 가이드 롤러들에 의해 상기 기부 상에 장착되고, 각각은 외부에 위치되는 구동기에 의해 개별적으로 회전 가능하며, 상기 기능 요소들은 상기 홀더들에 의해 형성되는 내부 영역에 배치되는 것을 특징을 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
19. 제 2 항에 있어서,

    상기 2개의 기능 요소들은 1개의 홀더(16) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 소재들을 가공하기 위한 장치.
20. 기능 요소들(1, 2, 3)은 그것들에 개별적으로 할당되는 배치 수단에 의해 서로 독립적으로 경로 상에 정렬되는, 경로 방향으로 차례로 연속해서 배열되며 상기 경로를 따라 이동되는 복수의 기능 요소(1, 2, 3)에 의해 가공 경로(4)를 추적하기 위한 방법.