KR20120023733A - 레이저 스테이션 및 레이저 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작업물, 예컨대 캠, 캠축 또는 연결봉의 고리의 내주면(34)을 구조화하기 위한 레이저 스테이션에 관한 것으로, 이 레이저 스테이션은 서로 편위되어 있는 적어도 두개의 3-D 레이저를 갖는다.

Description

레이저 스테이션 및 레이저 시스템{LASER STATION AND LASER SYSTEM}

본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 레이저 스테이션 및 이러한 레이저 스테이션을 포함하는 레이저 시스템에 관한 것이다.

DE 103 25 910 A1 에는, 작업물, 예컨대 연결봉의 내주면을 구조화하기 위한 레이저 유닛이 개시되어 있다. 최적의 토크 전달과 관련하여 캠축에 대한 연결봉의 연결을 개선하기 위해 이러한 내주면에는 구조부가 제공된다. 공지된 방안에서는 단지 약간만 수정된 라벨링 레이저가 사용되는데, 이러한 레이저는 제어 면에서 최소의 노력으로 내주면의 특정 영역에 구조부를 형성할 수 있게 해준다.

이러한 기술의 다른 적용예는, 축상에 수축 끼워맞춤되는 캠축을 구조화하는 것인데, 이 경우 부착을 위해 축은 냉각되고 캠은 가열된다. 캠과 축 사이의 연결을 개선하기 위해 슬리브형 캠의 내주면에도 구조부가 제공된다. 이러한 구조부를 전체 내주면을 따라 연속적으로 설계하지 않고 단지 여러 개의 윈도우를 구조화하는 것이 바람직하다. 특히 캠축의 캠을 구조화하는 경우, 제작 중에 높은 클록 주파수가 필요하게 되는데, 이는 현대의 헤비 듀티 엔진에서는 저용량의 유닛들이 다수의 캠을 갖도록 설계되고 또한 다량으로 제조되기 때문이다.

본 발명의 목적은 작업물을 효율적으로 구조화할 수 있는 레이저 스테이션 및 이러한 레이저 스테이션을 포함하는 레이저 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은 레이저 스테이션에 대한 청구항 1 의 특징적 구성과 레이저 시스템에 대한 청구항 9 의 특징적 구성의 조합으로 달성된다.

본 발명의 다른 유리한 발전된 점들은 종속항들에 기재되어 있다.

본 발명에 따르면, 베어링부에 부착될 작업물의 내주면을 구조화하기 위하여, 레이저 스테이션은 바람직하게는 180°편위(offset)되어 배치되는 적어도 두개의 3-D 레이저를 포함하며, 이 레이저의 레이저 빔은 X, Y 및 Z 방향(집중(focusing) 방향)으로 제어 또는 집중되며, 레이저는 작업물의 내주면의 위쪽에서 그로부터 옆으로 편위되어 그 내주면쪽으로 기울어져 배치된다. 이러한 구성으로, 두개 이상의 영역을 동시에 구조화할 수 있고, 3-D 레이저가 내주면의 축선에 대해 기울어져 배치되므로, 레이저 유닛이 상기 내주면의 상방에 배치됨으로써 시스템은 매우 컴팩트한 설계를 갖게 된다.

바람직한 실시 형태에서, 각각의 레이저는 구조화된 영역이 사용되는 레이저에 의해 시간 중첩 방식으로 설계될 수 있도록 별도의 제어부를 포함한다.

클록 주파수를 증가시키기 위해, 레이서 스테이션은 다른 레이저, 예컨대 먼저 언급한 두 레이저에 대해 90°편위되어 배치되는 다른 두개의 레이저를 포함하도록 설계될 수 있으며, 따라서 4개의 레이저에 의한 동시 가공이 수행될 수 있다.

이들 레이저가 공동의 피치원 상에 위치되면 레이저 스테이션의 설계가 특히 컴팩트하게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 내주면의 대략 직사각형의 필드가 각각의 레이저에 의해 구조화되는 것이 바람직하다.

복수의 레이저를 사용하면, 이에 따라 비구조화된 웨브에 의해 서로 분리되어 있는 복수의 필드가 형성된다.

작업물이 로딩 또는 언로딩 스테이션을 통해 공급 및/또는 배출되면, 레이저 시스템의 자동화도가 더 개선될 수 있다.

본 발명의 일 변형예에서, 가공 대상 작업물은 X-Y 가이드를 갖는 크로스 테이블을 통해 공급되며, 작업물은 그 크로스 테이블의 시트에 배치된다.

대안적인 방안에서, 작업물은 작업물용 시트가 제공되어 있는 원형 테이블을 통해 레이저 가공에 공급된다.

상기 시트는 작업물의 내부에 결합하거나 그 작업물의 외주를 둘러쌀 수 있다.

불결해지는 것을 피하기 위해, 레이저 시스템에 배출 시스템을 제공할 수 있으며, 이 배출 시스템은 바람직하게는 레이저의 상방에 배치된다.

자동화를 더 개선하기 위해, 레이저 시스템은 작업물을 자동적으로 공급 및 배출하기 위한 전달 로더(loader)를 포함하도록 설계될 수 있다.

레이저의 기울기가 는 20°미만, 바람직하게는 대략 18°이면, 가공 대상 작업물의 상방에 레이저를 배치하는 것이 특히 컴팩트하게 된다.

특히 컴팩트한 실시 형태에서, 상기 3-D 레이저 각각은 케이싱을 포함하며, 이 케이싱에는 레이저 광학 기구가 케이싱 축선을 가로질러 부착되어 있다. 3-D 레이저의 기울어진 배치로, 따라서 레이저 광학 기구로부터 먼쪽에 있는 케이싱의 단부는 상기 레이저 광학 기구가 배치되는 피치원 보다 작은 반경을 갖는 피치원 상에 위치된다. 즉, 이 변형예에서 3-D 레이저는 작업물을 향해 넓어지는 원추상에 위치되는 것이다.

본 발명에 따르면, 레이저 시스템은 전술한 구성에 따른 두개의 레이저 스테이션를 포함하도록 설계될 수 있다. 그리 하여, 원형 테이블이나 X-Y 가이드가 작업물의 공급을 위해 각각의 레이저 스테이션과 관련될 수 있는데, 하지만 하나의 원형 테이블을 두 레이저 스테이션과 관련시키는 것도 기본적으로 가능한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 개략적인 도면을 참조하면서 설명할것이다.

도 1 은 연결봉을 가공하기 위한 레이저 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2 는 캠을 가공하기 위한 레이저 시스템의 3차원 개략도를 나타낸다.
도 3 은 도 2 의 레이저 시스템의 레이저 장치를 나타낸다.
도 4 는 도 3 의 레이저 장치의 평면도를 나타낸다.

도 1 은 연결봉(2)을 가공하기 위한 레이저 시스템(1)의 배치도를 나타낸다.

레이저 시스템(1)은 작업물(본 경우는 연결봉(6))을 가공하기 위한 레이저 스테이션(4)이 배치되어 있는 캐빈(2)을 포함한다. 이들 작업물(6)은 원형 테이블(8)을 통해 상기 레이저 스테이션(4)에 또한 그로부터 전달되며, 가공 대상 작업물(6)은 로딩 스테이션(loading station; 12)에 있는 작업자(10)에 의해 상기 원형 테이블에 공급되며, 작업물은 거기서 또한 제거된다. 원형 테이블(8)을 화살표 방향으로 회전시키면, 작업물(6)은 이를 정화시키기 위한 블로우-오프 스테이션(blow-off station; 14)(미도시)에 공급되며 블로우 오프 후에 레이저 스테이션(4)에 의한 가공에 공급된다.

나타난 실시 형태에서, 상기 레이저 스테이션(4)은 서로에 대해 경사지도록 배치되는 두개의 3-D 레이저(16, 18)를 포함하며, 이 레이저의 기본 구조는 도 2 ? 4 에 도시되어 있다. 이들 3-D 레이저는 라벨링 레이저이며, 각각의 레이저는 별도의 제어부를 가지며 다른 문제에 쉽게 적응될 수 있다. 상기 3-D 레이저는 X-Y 방향으로 조절가능한 하나 이상의 거울로 형성되는 2-D 스캐너를 포함한다. 깊이 방향(Z 방향)으로의 레이저 빔 집중은 예컨대 플라노 대물 렌즈와 같은 집중 광학 기구를 통해 이루어진다. 이러한 레이저는 예컨대 Trumpf 회사에 의해 유통되고 있으며, 따라서 더 상세한 점에서 대해서는 이 회사에 의해 이용가능한 종래 기술를 참조할 수 있다.

레이저 시스템(1)의 특별한 특징은, 두 3-D 레이저(16, 18)가 작업물(6)의 위쪽에서 그로부터 옆으로 편위(offset)되어 배치되는 것으로, 레이저 빔이 가공 대상 연결봉의 고리의 내주벽으로 편향될 수 있도록 레이저가 경사진다. 3-D 레이저는 각각의 필드가 예컨대 앞에서 언급한 특허 출원에 기재되어 있는 바와 같은 구조를 갖게끔 형성되도록 제어된다. 예컨대, 둘레 방향 치수가 예컨대 20 ? 30 mm 이고 높이방향(축방향) 치수가 10 ? 15 mm 인 직사각형 윈도우가 형성된다. 구조화된 영역의 기하학적 형상은 물론 상이한 형상이나 상이한 치수를 갖도록 선택될 수 있다.

작업물(6)을 제 위치에 고정시키기 위해, 원형 테이블(8)에는 적절한 시트(seat; 31)가 제공되어 있다. 이들 시트는 예컨대 네개의 원통형 핀으로 형성될 수 있는데, 이들 핀은 가공될 내주면에 인접해 있다. 대안적으로, 시트(31)는 가공 대상 작업물의 외주에도 작용할 수 있다.

레이저 가공 중에 발생된 증기를 배출시키기 위해, 캐빈(2)에서 증기가 배출될 때 통과하게 되는 배출 시스템(20)이 작업물의 위쪽에 배치된다.

레이저 장치에 대한 다른 상세점들은 도 2 에 도시되어 있다.

도 2 에는, 레이저 시스템(1)이 두개의 레이저 스테이션(4a, 4b)을 포함하고 각 레이저 스테이션은 네개의 3-D 레이저(16, 18, 22, 24)를 포함하는 예가 나타나 있다. 이들 레이저는 공동의 피치원 상에서 각각 90°편위되어 배치되며, 가공 대상 작업물(6)(이경우, 캠축의 캠)의 축선(26)에 집중될 수 있다. 각각의 레이저(16, 18, 22, 24)에 의해 커버될 레이저 빔 영역(28)은 도 2 ? 4 에 도시되어 있다. 상기 2-D 스캐너와 집중 광학 기구(플라노 렌즈)를 적절히 제어하면, 상기 레이저 빔이 작업물(6)의 원하는 내주면에 집중되어 그 작업물(6)의 각 영역을 가공할 수 있다. 네개의 3-D 레이저를 사용하는 경우, 작업물(6)의 내주면의 네 영역이 동시에 구조화될 수 있다. 그리고 상기 영역은 여전히 얇은 웨브에 의해 서로 분리되어 있다. 따라서, 도 2 에 따른 배치로, 전체 내주면은 실제로 하나의 작업 단계에서 원하는 방식으로 구조화될 수 있다.

레이저 시스템(1)은 두개의 레이저 유닛(4a, 4b)을 포함하므로, 두개의 작업물(6)을 동시에 가공할 수 있으며, 따라서 이러한 시스템의 효율은 매우 높고 또한 극히 높은 클록 주파수가 실현될 수 있다. 작업물(6)은 나타나 있는 원형 테이블(8)(이 경우 두개의 로딩 및 언로딩 스테이션(12a, 12b)을 갖도록 설계되어 있음)을 통해 레이저 유닛(4a, 4b)에 공급되며, 레이저 스테이션(4a, 4b)에서 가공된 작업물(6)은 제거되고 가공 대상 작업물(6)이 공급된다. 그래서 원형 테이블은 작업물(6)을 제 위치에 고정시키기 위한 전용 시트(31)를 갖도록 설계된다. 나타나 있는 경우에는, 가공 대상 작업물(6)(예컨대, 캠)의 외주를 제 위치에 고정시키기 위한 외부 시트가 제공되어 있다. 로딩과 언로딩은 도 1 에 따른 실시 형태에서 처럼 수동으로 수행되거나 아니면 취급 장치를 통해 자동으로 수행될 수 있다.

특히 도 3 에서 보는 바와 같이, 3-D 레이저(16, 18, 22, 24) 각각은 레이저 광학 기구(32)를 포함하는 헤드가 부착되어 있는 기다란 레이저 케이싱(30)을 갖는다. 이 레이저 광학 기구(32)는 전술한 바와 같이 가공 대상 작업물(6)의 위쪽에서 그로부터 옆으로 편위되어 위치되며, 광학 축선은 내주면(34)에 의해 둘러싸인 영역에서 작업물의 축선(26)과 정렬된다. 따라서, 홈 위치에서, 3-D 레이저(16, 18, 22, 24)의 모든 네개의 레이저 광학 기구(32)는 작업물의 축선(26)의 상기 영역과 정렬된다. 나타난 실시 형태에서, 케이싱의 길이 방향 축선은 수직, 즉 작업물의 축선(26)에 대해 각도(α)로 기울어져 있다. 나타난 실시 형태에서, 이 각도(α)는 대략 18°이며, 따라서 도 3 에서 정상부에 있는 케이싱(30)의 단부(여기에 공급 터미널(36)이 형성되어 있음)는 레이저 광학 기구(32)의 출구 윈도우 보다 서로 더 가깝게 배치된다. 즉, 3-D 레이저(16, 18, 22, 24)는 소위 작업물(6)을 향해 아래쪽으로 넓어지는 원추의 외피에 배치되는 것이다. 이렇게 해서, 레이저 유닛(4, 4a)이 아주 컴팩트하게 설계될 수 있어, 구조화가 매우 작은 공간에서 수행될 수 있다.

도 4 는 도 3 에 따른 "레이저 벨"의 평면도를 도시한다. 정상부에 위치하는 케이싱(30)의 단부가 배치되는 피치원(d)은 각도(α)의 기울어짐으로 인해, 레이저 광학 기구(32)(도 4 에서는 볼 수 없음)가 위치되는 피치원(D) 보다 작다. 그래서, 집중 광학 기구(32)의 피치원(D)은 3-D 레이저의 각 촛점 폭에 대해 설계되며, 피치원(d)은 한편으로 케이싱의 기하학적 형상과 다른 한편으로는 빔 축선의 원하는 기울기로 배향된다.

도 2, 3 및 4 에 따른 실시 형태에서, 각각의 레이저 스테이션(4a, 4b)은 네개의 3-D 레이저(16, 18, 22, 24)를 갖도록 설계된다. 사이클의 수를 줄이려는 요구가 있으면, 서로 180°로 편위된 두개의 3-D 레이저(16, 18)를 사용하면 충분하며, 그래서 이들 레이저가 동시에 제어될 때 두개의 윈도우가 동시에 구조화된다.

이미 언급한 바와 같이, 작업물(6)은 예컨대 취급 장치, 크로스 슬라이드 등을 통해 다른 방식으로도 공급 및 배출될 수 있다.

본 발명은 작업물을 구조화하는 레이저 스테이션으로서 서로 편위된 적어도 두개의 3-D 레이저를 포함하는 레이저 스테이션을 개시한다.

1 레이저 시스템
2 캐빈
4 레이저 스테이션
6 작업물
8 원형 테이블
10 작업자
12 로딩 스테이션
14 원형 테이블
16 3-D 레이저
18 3-D 레이저
20 배출 시스템
22 3-D 레이저
24 3-D 레이저
26 작업물 축선
28 레이저 빔 영역
30 레이저 케이싱
31 시트(seat)
32 레이저 광학 기구
34 내주면
36 공급 연결부

Claims (17)

1. 작업물(6), 예컨대 캠축의 캠 또는 연결봉의 고리의 내주면(34)을 구조화하기 위한 레이저 스테이션으로서, 바람직하게는 서로 180°편위(offset)되어 있는 적어도 두개의 3-D 레이저(16, 18, 22, 24)를 포함하며, 이 레이저의 레이저 빔은 X, Y 및 Z 방향으로 제어 및 집중되며, 상기 레이저(16, 18, 22, 24)는 상기 내주면(34)의 위쪽에서 그로부터 옆으로 편위되어 그 내주면쪽으로 기울어져 배치되는 레이저 스테이션.
2. 제 1 항에 있어서,
   별도의 제어부가 각각의 레이저(16, 18, 22, 24)와 관련되어 있는 레이저 스테이션.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   적어도 하나의 다른 레이저(22, 24)가 레이저(18, 22)에 대해 편위되어 배치되는 레이저 스테이션.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 레이저(16, 18, 22, 24)는 공동의 피치원(D)상에 위치되는 레이저 스테이션.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   제어는 상기 내주면(34)의 각각의 직사각형 필드가 구조화되도록 수행되는 레이저 스테이션.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   기울기는 20°미만, 바람직하게는 18°인 레이저 스테이션.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   배출 시스템(20)을 포함하는 레이저 스테이션.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 3-D 레이저(16, 18, 22, 24) 각각은 레이저 케이싱(30)을 포함하며, 이 케이싱에는 레이저 광학 기구(32)가 케이싱 축선을 가로질러 부착되어 있고, 상기 레이저 광학 기구(32)로부터 먼쪽에 있는 레이저 케이싱(30)의 단부는, 상기 레이저 광학 기구(32)가 배치되는 피치원(D) 보다 작은 반경을 갖는 피치원(d) 상에 위치되는 레이저 스테이션.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 레이저 스테이션를 포함하는 레이저 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    작업물(6)을 위한 로딩 및/또는 언로딩 스테이션(12)을 포함하는 레이저 시스템.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 작업물(6)은 크로스 테이블상에 있는 시트(31)에 고정되며 그 크로스 테이블에 의해 가공 위치로 보내지는 레이저 시스템.
12. 제 9 항 또는 10 항에 있어서,
    작업물(6)을 위한 시트(31)를 포함하는 원형 테이블(14)을 포함하고, 이 원형 테이블에 의해 작업물이 상기 스테이션들 사이에서 이동할 수 있는 레이저 시스템.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    배출 시스템(20)을 포함하는 레이저 시스템.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 배출 시스템(20)은 3-D 레이저(16, 18, 22, 24)의 상방에 배치되는 레이저 시스템.
15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    작업물(6)을 자동적으로 공급하기 위한 전달 로더(loader)를 포함하는 레이저 시스템.
16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 두개의 레이저 스테이션이 제공되는 레이저 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,
    원형 테이블(6)이 두 레이저 스테이션(4a, 4b)과 관련되어 있는 레이저 시스템.

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