KR20200021394A - 레이저 피닝 가공 장치 및 레이저 피닝 가공 방법 - Google Patents

레이저 피닝 가공 장치 및 레이저 피닝 가공 방법 Download PDF

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Abstract

복잡한 형상을 갖는 피가공물을 국소적으로 레이저 피닝 가공할 수 있도록 한다.
실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 장치는, 레이저 광을 발진하는 레이저 발진기와, 액체를 레이저 피닝 가공의 대상물을 향하여 분사하는 한편, 상기 레이저 광을 상기 액체에 입사시킴으로써, 상기 액체 중을 전파하는 상기 레이저 광을 상기 대상물을 향하여 조사하는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은, 상기 레이저 광의 초점이 상기 레이저 피닝 가공의 가공 위치에 형성되도록 상기 레이저 광을 집광하는 렌즈와, 상기 액체에 입사하기 전의 상기 레이저 광을 보호하는 통형의 케이싱과, 상기 케이싱 내에 배치되어, 상기 액체의 유로를 형성하는 배관을 갖는 것이다.

Description

레이저 피닝 가공 장치 및 레이저 피닝 가공 방법{LASER PEENING APPARATUS AND LASER PEENING METHOD}
본 발명의 실시형태는 레이저 피닝 가공 장치 및 레이저 피닝 가공 방법에 관한 것이다.
종래, 물체의 표면에 잔류 응력을 부여하여 개질하는 방법으로서 레이저 피닝 가공이 알려져 있다. 레이저 피닝 가공은 액체로 덮인 상태에서 피가공물의 피가공면에 레이저 빔을 집광 조사함으로써 행해진다. 액체로 덮인 피가공물의 피가공면에 레이저 빔이 집광 조사되면, 레이저 빔의 조사에 의해 발생하는 플라즈마를 액체 중에 가둘 수 있다. 이 결과, 충격파의 압력이 피가공면에 부여된다. 이에 의해, 피가공물 표면을 소성 변형시켜 압축 응력을 내부에 잔류시킬 수 있다.
이 때문에, 레이저 피닝 가공의 대상이 되는 피가공물은 물 등의 액체 중에 설치되거나, 또는 노즐로부터 피가공물을 향하여 물 등의 액체가 분사된다(예컨대 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조). 또한, 액체 대신에 투명한 필름을 피가공물에 접착하여 레이저 피닝 가공을 행하는 방법도 알려져 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2017-177162호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2017-131907호 공보
본 발명은 복잡한 형상을 갖는 피가공물을 국소적으로 레이저 피닝 가공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 장치는, 레이저 광을 발진하는 레이저 발진기와, 액체를 레이저 피닝 가공의 대상물을 향하여 분사하는 한편, 상기 레이저 광을 상기 액체에 입사시킴으로써, 상기 액체 중을 전파하는 상기 레이저 광을 상기 대상물을 향하여 조사하는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 레이저 광의 초점이 상기 레이저 피닝 가공의 가공 위치에 형성되도록 상기 레이저 광을 집광하는 렌즈와, 상기 액체에 입사하기 전의 상기 레이저 광을 보호하는 통형의 케이싱과, 상기 케이싱 내에 배치되어, 상기 액체의 유로를 형성하는 배관을 갖는 것이다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 방법은, 전술한 레이저 피닝 가공 장치를 이용하여 상기 대상물의 레이저 피닝 가공을 행함으로써 반제품 또는 제품을 제조하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 방법은, 레이저를 발진하는 레이저 발진기와, 액체를 레이저 피닝 가공의 대상물을 향하여 분사하는 한편, 상기 레이저 광을 상기 액체에 입사시킴으로써, 상기 액체 중을 전파하는 상기 레이저 광을 상기 대상물을 향하여 조사하는 노즐로서, 상기 액체에 입사하기 전의 상기 레이저 광을 보호하는 통형의 케이싱과, 상기 레이저 광의 초점이 상기 레이저 피닝 가공의 가공 위치에 형성되도록 상기 레이저 광을 집광하는 렌즈를 갖는 상기 노즐을 구비한 레이저 피닝 가공 장치를 이용한 레이저 피닝 가공 방법에 있어서, 상기 액체의 유로를 형성하는 배관을 상기 케이싱 내에 배치함으로써, 상기 배관과 상기 대상물 간섭을 회피하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 발진기, 광 전송계 및 노즐 등의 주요한 구성 요소의 구체적인 구성예를 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 레이저 발진기, 광 전송계 및 노즐의 상면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 노즐의 상세 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는 레이저 피닝 가공의 대상물이 내치 기어인 경우에 있어서 내치 기어의 내치를 레이저 피닝 가공할 수 있도록 도 4에 나타내는 노즐을 상대 배치한 예를 나타내는 정면도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 노즐 및 내치의 우측면도이다.
도 7은 도 2에 나타내는 구동 기구로 대상물을 이동시키는 경우의 예를 나타내는 상면도이다.
도 8은 도 2에 나타내는 로봇으로 대상물을 이동시키는 경우의 예를 나타내는 상면도이다.
도 9는 도 1에 나타내는 액체 공급계 및 액체 회수계의 상세 구성예를 나타내는 배관도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 벤튜리계로 계측된 물의 유량에 기초한 제어 장치에 의한 복합 유량 조정 밸브의 제어 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 장치에 구비되는 레이저 발진기, 광 전송계 및 노즐의 상면도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 광 전송계의 제어 장치에 의한 제어 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 장치 및 레이저 피닝 가공 방법에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
(레이저 피닝 가공 장치의 구성 및 기능)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 장치의 전체 구성도이고, 도 2는 도 1에 나타내는 레이저 발진기, 광 전송계 및 노즐 등의 주요한 구성 요소의 구체적인 구성예를 나타내는 정면도이고, 도 3은 도 2에 나타내는 레이저 발진기, 광 전송계 및 노즐의 상면도이다.
레이저 피닝 가공 장치(1)는 레이저 피닝 가공의 대상물(O)의 레이저 피닝 가공을 행하는 장치이다. 레이저 피닝 가공은 순수나 수돗물 등의 액체로 덮인 상태에서 대상물(O)의 피가공면에 레이저 광(L)을 집광 조사함으로써 행해진다. 액체로 덮인 대상물(O)의 피가공면에 레이저 광(L)이 집광 조사되면, 레이저 광(L)의 조사에 의해 발생하는 플라즈마를 액체 중에 가둘 수 있다. 이 결과, 충격파의 압력이 대상물(O)의 피가공면에 부여된다. 이에 의해, 대상물(O)의 표면을 소성 변형시켜 압축 응력을 대상물(O)의 내부에 잔류시킬 수 있다. 그 결과, 대상물(O)의 피로 강도나 내식성을 향상시킬 수 있다.
레이저 피닝 가공 장치(1)는 레이저 피닝 가공의 대상물(O)을 이동시키면서 물 등의 액체를 대상물(O)을 향하여 분사하고, 또한 레이저 광(L)을 액체에 입사시켜 전파시킴으로써, 액체로 덮인 대상물(O)을 향하여 레이저 광(L)을 집광 조사하는 장치이다. 그 때문에, 레이저 피닝 가공 장치(1)는, 레이저 발진기(2), 광 전송계(3), 노즐(4), 액체 공급계(5), 이동 기구(6), 액체 회수계(7), 안전 시스템(8), 제어 장치(9) 및 조작 패널(10)로 구성할 수 있다.
레이저 발진기(2)는 레이저 광(L)을 발진하는 장치이다. 레이저 피닝 가공의 효과를 충분히 얻기 위해서는, 레이저 광(L)의 강도(I)를 충분히 크게 하는 것이 중요하다. 펄스 레이저의 강도(I)는, 펄스 에너지를 E, 펄스 레이저가 조사되는 빔 스폿의 면적을 S, 펄스 폭을 t라고 할 때, I=E/(S·t)로 나타낸다. 따라서, 펄스 에너지(E)가 일정하여도, 펄스 폭(t)이 작아지면, 펄스 레이저의 강도(I)는 커진다.
이 때문에, 레이저 광(L)에는 펄스 폭(t)이 나노초 오더인 나노초 레이저 외에, 펄스 폭(t)이 피코초 오더인 피코초 레이저(단펄스 레이저라고도 불림)나 펄스 폭(t)이 펨토초 오더인 펨토초 레이저(초단 펄스 레이저라고도 불림)를 이용할 수 있다. 나노초 레이저로서는, 파장이 1064 ㎚, 532 ㎚ 또는 355 ㎚인 YaG 레이저가 대표적이다.
레이저 발진기(2)는 레이저 광(L)의 발진에 따라 발열한다. 이 때문에, 필요에 따라 냉각수를 순환시킴으로써 레이저 발진기(2)를 냉각하는 칠러(2A)를 레이저 발진기(2)에 부착하는 것이 적절하다.
광 전송계(3)는 레이저 발진기(2)에서 발진된 레이저 광(L)을 노즐(4)까지 전송하는 시스템이다. 레이저 광(L)의 전송 매체가 될 수 있는 광 파이버로서는, 펄스 에너지가 50 mJ 이하인 나노초 레이저, 펄스 에너지가 마이크로줄 오더인 피코초 레이저 또는 펄스 에너지가 마이크로줄 오더인 펨토초 레이저를 전송하는 것이 가능한 광 파이버 밖에 시판되어 있지 않다.
그래서, 광 전송계(3)를, 레이저 발진기(2)에서 발진된 레이저 광(L)을 광 파이버를 이용하지 않고 노즐(4)까지 전송하는 시스템으로 할 수 있다. 그렇게 하면, 레이저 발진기(2)로서, 펄스 에너지가 50 mJ을 넘는 나노초 레이저, 펄스 에너지가 1 mJ을 넘는 피코초 레이저 또는 펄스 에너지가 1 mJ을 넘는 펨토초 레이저를 발진하는 발진기를 이용하는 것도 가능해진다. 이 경우, 레이저 피닝 가공의 효과를 충분히 얻는 것이 가능해진다.
노즐(4)은 물 등의 액체를 레이저 피닝 가공의 대상물(O)을 향하여 분사하는 한편, 레이저 광(L)을 액체에 입사시킴으로써, 액체 중을 전파하는 레이저 광(L)을 대상물(O)을 향하여 조사하도록 구성되어 있다.
도 4는 도 1에 나타내는 노즐(4)의 상세 구성예를 나타내는 도면이다.
노즐(4)은 케이싱(11), 집광 렌즈(12), 프리즘(13) 및 배관(14)으로 구성할 수 있다. 케이싱(11)은 액체에 입사하기 전후에 있어서의 레이저 광(L)을 보호하는 통형의 부품이다. 따라서, 레이저 광(L)의 광로는 케이싱(11) 내에 형성된다. 집광 렌즈(12)는 레이저 광(L)의 초점이 레이저 피닝 가공의 가공 위치에 형성되도록 레이저 광(L)을 집광하기 위한 렌즈이다.
프리즘(13)은 레이저 광(L)을 대상물(O)을 향하여 조사하기 위해, 레이저 광(L)의 진행 방향을 노즐(4)에의 입사 방향으로부터 연직 하방으로 변화시키기 위한 광학 소자이다. 레이저 발진기(2)가 고출력의 발진기인 경우에는, 레이저 광(L)을 수평 방향으로 발진하는 것이 레이저 발진기(2)의 안정적인 설치로 이어진다. 이 때문에, 레이저 광(L)의 노즐(4)에의 입사 방향에 대해서도 수평 방향으로 하는 것이 광 전송계(3)의 간소화로 이어진다.
이에 대하여, 레이저 광(L)의 광로를 프리즘(13)으로 구부림으로써 레이저 광(L)의 대상물(O)에의 조사 방향을 연직 하방으로 하면, 레이저 광(L)을 전파시키는 액체의 대상물(O)에의 분사 방향에 대해서도 연직 하방으로 할 수 있다. 이 때문에, 액체의 분사 방향이 중력의 영향에 의해 변화하는 것을 회피할 수 있다. 또한, 중력을 이용하여 액체를 분사시킬 수도 있다.
배관(14)은 액체의 유로를 형성한다. 종래는 노즐(4) 밖에 배치되는 나일론 튜브 등으로 액체의 유로가 형성되지만, 액체의 유로를 형성하는 배관(14)을 케이싱(11) 내에 배치할 수 있다. 그리고, 배관(14)의 입구를 케이싱(11)의 측면에 형성하는 한편, 배관(14)의 출구를 프리즘(13)으로부터의 레이저 광(L)의 출사측에 배치할 수 있다.
그렇게 하면, 대상물(O)과 배관(14) 사이에 있어서의 간섭을 회피할 수 있다. 그 결과, 보다 좁은 부분에 노즐(4)을 상대 배치시키는 것이 가능해져, 복잡한 형상을 갖는 대상물(O)이라도 레이저 피닝 가공을 행할 수 있다.
도 5는 레이저 피닝 가공의 대상물(O)이 내치 기어인 경우에 있어서 내치 기어의 내치를 레이저 피닝 가공할 수 있도록 도 4에 나타내는 노즐(4)을 상대 배치한 예를 나타내는 정면도이고, 도 6은 도 5에 나타내는 노즐(4) 및 내치의 우측면도이다.
도 5 및 도 6에 예시되는 바와 같이, 레이저 피닝 가공 장치(1)로 내치 기어의 내치를 레이저 피닝 가공할 수도 있다. 내치 기어는 내측에 이를 갖는 원환형의 기어이며, 내측에 작은 외치 기어를 내접시켜 굴리기 위해 사용된다. 내치 기어와 외치 기어와 같이 접촉하는 2개의 물체 사이에서는 상대 슬립이 반복된다. 상대 슬립이 반복되는 부품에는, 프레팅 손상, 프레팅 마모, 프레팅 부식(프레팅 코로젼) 및 프레팅 피로 등이 생기기 쉽다. 또한, 기어의 사용 조건에 따라서는, 기어에 가해지는 이(tooth) 굽힘력이나 축 굽힘력에 의한 피로 특성의 저하가 발생한다.
따라서, 프레팅 손상, 프레팅 마모, 프레팅 부식 및 프레팅 피로 등을 저감하는 것이나 기어 자체의 피로 강도의 향상을 목표로 하여, 내치 기어의 내치를 레이저 피닝 가공하는 것이 바람직하다. 그래서, 액체의 유로를 형성하는 배관(14)을 케이싱(11)에 내장함으로써 간섭을 회피한 노즐(4)의 선단을, 중공의 내치 기어의 내측에 상대 배치하여, 내치 기어의 내치를 레이저 피닝 가공할 수 있다.
이와 같이, 액체의 유로를 형성하는 배관(14)을 케이싱(11)에 내장함으로써, 노즐(4)의 선단을 보다 좁은 공간에 상대 배치할 수 있다. 그 결과, 노즐(4)의 선단을 내치 기어 등의 중공의 대상물(O)의 내측에 삽입하여, 중공의 대상물(O)의 내면을 레이저 피닝 가공하는 것이 가능해진다. 물론, 중공의 대상물(O)에 한정되지 않고, 복잡한 형상을 갖는 대상물(O)을 국소적으로 레이저 피닝 가공하는 것도 가능해진다.
도시된 예에서는, 2개의 배관(14)이 길이 방향을 수평 방향으로 하여 케이싱(11) 내에 평행하게 배치되어 있다. 그리고, 프리즘(13)으로부터의 레이저 광(L)의 출사측에 있어서, 연직 하방을 향하는 레이저 광(L)의 광로를 향하여 양측으로부터 수평 방향으로 액체가 공급되도록 배관(14)의 출구가 노즐(4)의 출구 근방에 있어서의 액체의 유로와 연결되어 있다.
이 경우, 프리즘(13)으로부터의 레이저 광(L)의 출사측에 있어서 레이저 광(L)이 액체에 입사한다. 즉, 프리즘(13)에의 레이저 광(L)의 입사측에 있어서의 레이저 광(L)의 전파 매체는 공기가 되고, 프리즘(13)으로부터의 레이저 광(L)의 출사측에 있어서의 레이저 광(L)의 전파 매체는 액체가 된다.
레이저 광(L)이 입사한 액체는 노즐(4)의 선단으로부터 대상물(O)을 향하여 분사된다. 그렇게 하면, 노즐(4)의 선단과 대상물(O) 사이에 물기둥 등의 액체의 기둥이 형성된다. 그리고, 액체의 기둥을 매체로 하여 레이저 광(L)을 전파시킬 수 있다. 이에 의해, 대상물(O)의 표면이 액체로 덮인 상태에서 레이저 광(L)을 조사하는 것이 가능해진다.
또한, 도 4 등에 예시되는 바와 같이 노즐(4)의 선단에 노즐(4)의 길이를 조정하기 위한 관형의 어태치먼트(15)를 교환 가능하게 부착할 수 있다. 또한, 집광 렌즈(12)나 프리즘(13)을 포함하는 노즐(4)의 주요한 부분에 대해서도 착탈할 수 있도록, 노즐(4)의 케이싱(11)에 착탈 구조(16)를 마련할 수도 있다.
도 4에 나타내는 예에서는, 위치 결정 용의 키 또는 핀 등의 위치 결정 부재(17)와 밀폐용의 O 링(18)으로 액체가 새지 않도록 위치 결정한 상태로 고정용의 클램프로 고정하는 것이 가능한 착탈 구조(16)가 케이싱(11)에 마련되어 있다. 이 때문에, 노즐(4)의 교환이나 청소 등의 메인터넌스가 용이해진다. 또한, 노즐(4)의 착탈을 용이화한 착탈 구조(16)에 의해, 노즐(4)의 형상을 대상물(O)의 형상에 맞추는 것이 가능해진다.
레이저 피닝 가공의 강도는 대상물(O)에 집광 조사되는 펄스 레이저의 강도(I)가 된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 레이저 피닝 가공의 강도(I)는 대상물(O)에 집광 조사되는 레이저 광(L)의 펄스 폭(t), 펄스 에너지(E) 및 빔 스폿의 면적(S)으로 정해진다. 레이저 발진기(2)가 YAG 레이저 발진기와 같은 전형적인 발진기인 경우, 레이저 광(L)의 펄스 폭(t)은 레이저 발진기(2)의 사양으로 대략 정해진다. 따라서, 레이저 피닝 가공 장치(1)의 사용자가 조정할 수 있는 것은, 레이저 광(L)의 펄스 에너지(E) 및 빔 스폿의 면적(S)이다.
즉, 레이저 광(L)의 펄스 에너지(E)를 크게 할수록, 레이저 피닝 가공의 강도(I)가 커진다. 또한, 레이저 광(L)의 빔 스폿의 면적(S)을 작게 하여 휘도를 증가시킬수록, 레이저 피닝 가공의 강도(I)가 커진다. 레이저 광(L)의 빔 스폿의 면적(S)을 될 수 있는 한 작게 하기 위해서는, 초점 거리가 짧은 집광 렌즈(12)를 사용하는 것 외에, 집광 렌즈(12)에 입사하는 레이저 광(L)을 확장 광으로 함으로써, 집광 렌즈(12)로부터 대상물(O)에 조사되는 레이저 광(L)을 수속시키는 것이 중요하다.
그래서, 광 전송계(3)에는, 공기 중에 레이저 광(L)의 광로를 형성하기 위해 필요한 미러(19)에 더하여, 레이저 발진기(2)에서 발진된 레이저 광(L)을 평행 빔으로부터 확장을 갖는 빔으로 바꾸는 빔 익스팬더(20)를 마련할 수 있다. 즉, 빔 익스팬더(20)의 포커스 렌즈(21)로 넓어진 레이저 광(L)을 집광 렌즈(12)에 입사시킬 수 있다.
이에 의해, 집광 렌즈(12)로부터 대상물(O)에 집광 조사되는 레이저 광(L)을 수속시켜, 레이저 피닝 가공의 강도(I)가 충분해지도록, 대상물(O)에 집광 조사되는 레이저 광(L)의 빔 스폿의 면적(S)을 작게 할 수 있다. 특히, 빔 익스팬더(20)를 가변식으로 하면, 대상물(O)의 위치에 맞추어 레이저 광(L)의 초점의 위치 및 빔 스폿의 면적(S)을 조절하는 것이 가능해진다.
강도(I)가 큰 레이저 광(L)을 발진하는 레이저 발진기(2)의 규모는 커진다. 더구나, 전술한 바와 같이 표준화되지 않은 큰 강도(I)를 갖는 레이저 광(L)을 전송하기 위한 광 파이버의 입수는 곤란하다.
그래서, 레이저 광(L)의 조사 중은 레이저 발진기(2), 광 전송계(3) 및 노즐(4)을 이동하지 않도록 고정하고, 대상물(O)측을 이동시키는 것이 실용적이다. 바꾸어 말하면, 노즐(4)측을 이동시키지 않고 고정하고, 대상물(O)측을 이동시킴으로써, 대규모의 레이저 발진기(2)로 보다 에너지 밀도 및 강도(I)가 큰 레이저 광(L)을 대상물(O)에 조사하는 것이 가능해진다.
도 2에 나타내는 예에서는, 레이저 발진기(2) 및 광 전송계(3)가, 반송용의 스토퍼를 갖는 캐스터(22)를 구비한 케이싱(23)에 수납되어 있고, 노즐(4)은 노즐대(24)에 고정되어 있다. 레이저 광(L)의 에너지 밀도가 큰 경우에는, 작업자의 눈에 들어가지 않도록 하는 것이 안전성의 관점에서 중요하다. 그래서, 레이저 광(L)의 광로의 높이가 작업자의 시선보다 낮아지도록 케이싱(23) 및 노즐대(24)의 높이를 결정하는 것이 적절하다.
이동 기구(6)는 레이저 광(L)이 레이저 피닝 가공의 가공 위치에 조사되도록 대상물(O)을 이동시키는 장치이다. 이동 기구(6)는 대상물(O)을 유지하여 이동시키기 위한 로봇 아암(30)을 구비한 로봇(31)이나 대상물(O)을 가동 테이블(32)에 배치하여 이동시키기 위한 구동 기구(33) 등의 원하는 장치로 구성할 수 있다. 도시된 예에서는, 이동 기구(6)가, 로봇 제어 장치(34)로 로봇 아암(30)을 제어하는 로봇(31)과, 수치 제어(NC: numerical control) 장치(35)로 가동 테이블(32)을 구동시키는 구동 기구(33) 중 어느 하나를 선택 가능하게 구비하고 있다.
도 7은 도 2에 나타내는 구동 기구(33)로 대상물(O)을 이동시키는 경우의 예를 나타내는 상면도이고, 도 8은 도 2에 나타내는 로봇(31)으로 대상물(O)을 이동시키는 경우의 예를 나타내는 상면도이다.
도 7 및 도 8에 예시되는 바와 같이 구동 기구(33)의 가동 테이블(32) 및 로봇 아암(30)의 쌍방을 노즐(4)의 하방이 되는 레이저 피닝 가공의 가공 위치로부터 후퇴할 수 있도록 구성 및 배치할 수 있다. 가동 테이블(32) 및 로봇 아암(30)의 각 구동축의 수는, 대상물(O)의 원하는 면에 레이저 광(L)을 조사할 수 있도록 임의로 결정할 수 있다. 즉, 가동 테이블(32)에는 수평 방향의 이동축에 한정되지 않고 회전축을 마련할 수 있다.
외팔보 구조를 갖는 로봇 아암(30)은 구동축이 많기 때문에 대상물(O)의 경사나 회전이 용이한 반면, 외팔보 구조를 갖지 않는 구동 기구(33)에 비해서 강성 및 위치 결정 정밀도가 낮다. 반대로, 외팔보 구조를 갖지 않는 구동 기구(33)는, 외팔보 구조를 갖는 로봇 아암(30)에 비해서 대상물(O)의 경사나 회전을 행하는 것이 가능한 범위가 좁은 반면, 강성 및 위치 결정 정밀도가 높다.
그래서, 대상물(O)의 사이즈와 중량에 따라 로봇(31)과 구동 기구(33) 중 어느 하나를 선택할 수 있도록 이동 기구(6)를 구성할 수 있다. 구체적으로는, 대상물(O)의 사이즈와 중량이 작은 경우에는 로봇(31)으로 대상물(O)을 이동시키는 한편, 대상물(O)의 사이즈와 중량이 큰 경우에는 구동 기구(33)로 대상물(O)을 이동시킬 수 있다.
위치 결정 정밀도는 로봇 아암(30)보다 구동 기구(33) 쪽이 높다. 그래서, 구동 기구(33)에 마련되는 위치 결정 구멍이나 위치 결정판 등의 위치 결정용의 지표에 기초하여 위치 결정된 노즐(4)의 위치 결정 정보에 기초하여 로봇 제어 장치(34)로 로봇 아암(30)을 제어할 수 있다. 즉, 구동 기구(33)의 기준 위치에 노즐(4)의 상대 위치를 맞춘 후에, 로봇 아암(30)의 기준 위치의 위치 맞춤을 행할 수 있다. 또한, 이러한 위치 결정에 의해, 실제로 ±0.15 ㎜의 위치 결정 정밀도로 대상물(O)의 위치 결정이 가능한 것이 확인되었다.
레이저 광(L)의 초점의 위치는 대상물(O)의 위치 외에, 전술한 바와 같이 광 전송계(3)의 빔 익스팬더(20) 등의 광학 소자의 조정에 의해서도 변화한다. 그래서, 광 전송계(3)를 구성하는 광학 소자에 대해서도 구동 기구(33)의 기준 위치에 노즐(4)의 상대 위치를 맞춘 후에 조정하는 것이 정밀도의 향상으로 이어진다.
레이저 피닝 가공의 효과를 나타내는 지표의 하나인 커버리지를 적절한 값으로 하기 위해서는, 대상물(O)의 위치 결정 정밀도에 더하여 대상물(O)의 가속도를 충분히 확보하는 것이 중요하다. 특히, 대상물(O)이 기어 등과 같이 요철을 갖는 경우에는, 대상물(O)의 표면에 레이저 광(L)의 초점이 항상 형성되도록 이동 기구(6)로 가감속을 수반하여 대상물(O)을 이동시키는 것이 중요하다.
이에 대하여, 구동 기구(33) 및 로봇 아암(30) 등의 이동 기구(6)에는, 액체를 저장하여 대상물(O)을 설치하기 위한 액조를 배치하는 것이 불필요하기 때문에, 이동 기구(6)의 경량화에 의해 필요한 커버리지를 얻기 위해 충분한 가속도로 대상물(O)을 가감속할 수 있다.
즉, 레이저 피닝 가공 장치(1)는 레이저 피닝 가공의 대상물(O)을 액조에 가라앉히는 것이 아니라, 노즐(4)로부터 액체를 분사함으로써 대상물(O)의 레이저 피닝 가공 포인트가 액체로 덮이도록 구성되어 있기 때문에, 이동 기구(6)의 중량을 저감할 수 있다. 그 결과, 레이저 광(L)의 주파수에 알맞은 속도로 대상물(O)을 이동시키는 것이 가능해진다. 예컨대, 레이저 피닝 가공의 대상물(O)의 표면 형상이 기어의 표면 형상과 같이 복잡한 형상이라도, 대상물(O)의 표면에 추종하여 레이저 광(L)의 초점이 형성되도록 대상물(O)의 속도를 순시에 변화시킬 수 있다.
도 9는 도 1에 나타내는 액체 공급계(5) 및 액체 회수계(7)의 상세 구성예를 나타내는 배관도이다.
액체 공급계(5)는 노즐(4)에 액체를 공급하는 시스템이다. 액체로서 수돗물을 사용하면, 수돗물에 포함되는 불순물에 의해 레이저 광(L)이 산란한다. 또한, 레이저 어블레이션에 의해 생성되는 금속 이온이나 산화 금속 등의 농도가 상승하면, 전파하는 플라즈마파의 감소로 이어진다. 이 때문에, 레이저 피닝 가공용의 액체로서 수돗물을 사용하는 것보다, 순수를 사용하는 것이 바람직하다.
그래서, 도 9에 예시되는 바와 같이 액체 공급계(5)에는, 수돗물이나 공업용수 등의 순수가 아닌 물로부터 순수를 생성하는 순수기(40)를 마련하는 것이 바람직하다. 순수기(40)는 순수가 아닌 수중에 포함되는 양이온이나 음이온을 이온 교환 수지 필터로 제거함으로써 순수를 생성하는 장치이다.
순수기(40)로 생성된 순수는 급액 탱크(41)에 저수할 수 있다. 레이저 피닝 가공의 대상물(O)이 철계의 금속과 같이 산화되기 쉬운 금속으로 구성되어 있는 경우에는, 대상물(O)이 순수에 의해 녹슬 우려가 있다. 그래서, 도 9에 예시되는 바와 같이 액체 공급계(5)에는, 방청제 등의 부식 방지제를 순수에 첨가하는 첨가 장치(42)를 마련하는 것이 바람직하다.
부식 방지제의 첨가 장치(42)는 부식 방지제를 저류하는 부식 방지제 탱크(43)와, 부식 방지제 탱크(43)에 저류된 부식 방지제를 급액 탱크(41)에 적하하는 적하 장치(44)로 구성할 수 있다. 첨가 장치(42)로 급액 탱크(41)에 부식 방지제를 첨가함으로써, 급액 탱크(41)에는 순수에 부식 방지제를 일정한 농도가 되도록 혼합한 물을 저수할 수 있다.
또한, 방청제는 좁은 의미로는 철의 부식을 방지하는 약제를 가리키는 경우가 있지만, 대상물(O)이 철계의 금속인 경우는 물론, 다른 금속인 경우에 있어서도 부식 방지제를 순수에 첨가함으로써 금속의 부식을 방지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 철계 및 철계 이외의 금속의 녹을 방지하는 부식 방지제에 상당하는 넓은 의미의 방청제를 순수에 첨가함으로써 금속의 부식을 방지할 수 있다.
순수에 첨가하여 사용되는 부식 방지제의 구체예로서는, 아민을 들 수 있다. 아민은 수용성이며 투명도가 높기 때문에 레이저 광(L)의 산란에 의한 에너지 손실을 억제할 수 있다. 그래서, 실제로 아민을 순수에 첨가하여 철계의 대상물(O)의 레이저 피닝 가공을 행한 바, 녹의 발생이 일어나지 않고 장시간 레이저 피닝 가공을 연속할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
레이저 피닝 가공 중에 대상물(O)에 분사된 액체가 물결치거나, 비산하면 레이저 광(L)의 산란의 원인이 될 수 있다. 레이저 광(L)의 산란광이 대상물(O)에 반사되면, 대상물(O)의 표층이 산화한다. 이 때문에, 대상물(O)에 분사된 액체의 물결침이나 비산을 방지하는 것이 바람직하다. 대상물(O)에 분사된 액체의 물결침이나 비산을 방지하기 위해서는, 적절한 압력 및 유량으로 노즐(4)로부터 액체를 분사시키는 것도 중요하다.
그래서, 도 9에 예시되는 바와 같이 액체 공급계(5)에는, 급액 탱크(41)에 저류되는 순수 또는 순수를 포함하는 물 등의 액체를 노즐(4)을 향하여 압송하는 압송 장치로서의 펌프(45), 펌프(45)에 의해 압송되는 액체의 유로를 형성하는 급액관(46), 펌프(45)로부터 과잉의 액체가 압송된 경우에 액체의 일부를 급액 탱크(41)에 복귀시키는 바이패스관(47), 펌프(45)로부터 압송된 액체의 압력을 조정하는 압력 레귤레이터(48), 펌프(45)로부터 압송된 액체의 유량을 조정하여 노즐(4)에 공급하는 복합 유량 조정 밸브(49) 및 복합 유량 조정 밸브(49)로 조정된 액체의 유량을 계측하는 벤튜리계(50)를 마련할 수 있다. 또한, 액체 공급계(5)의 적소에 필요한 밸브(51)를 마련할 수 있다. 급액관(46)이나 바이패스관(47) 등의 액체의 유로를 형성하는 관은 나일론 튜브 등으로 구성할 수 있다.
복합 유량 조정 밸브(49)는, 체크 밸브(역류 방지 밸브)(52), 가변 스로틀 밸브(53) 및 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 병렬로 접속하여 구성된다. 또한, 체크 밸브(52), 가변 스로틀 밸브(53) 및 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 병렬로 접속하여 구성되는 복합 유량 조정 밸브(49)는, 압력 보상을 갖는 복합 유량 제어 밸브라고도 불린다. 압력 보상을 갖는 복합 유량 제어 밸브를 이용하면, 압력 보상을 갖는 복합 유량 제어 밸브의 입구측과 출구측에 액체의 압력 변동이 있어도 일정한 유량으로 액체를 흐르게 할 수 있다.
복합 유량 조정 밸브(49)의 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 개방된 상태에서는, 액체는 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 흐른다. 한편, 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 기계적으로 폐쇄하면, 액체는 가변 스로틀 밸브(53)의 개방도에 따른 유량으로 가변 스로틀 밸브(53)를 흐른다. 가변 스로틀 밸브(53)의 개방도는 다이얼 등으로 미조정할 수 있다. 또한, 복합 유량 조정 밸브(49)의 출구측에 있어서 액체의 유량이 증가한 경우에 있어서 반대 방향으로 흐르는 액체는, 체크 밸브(52)를 자유롭게 통과할 수 있다.
이 때문에, 벤튜리계(50)로 측정되는 액체의 유량에 따라 제어 장치(9)로 복합 유량 조정 밸브(49)의 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 개폐함으로써, 노즐(4)에 공급되는 액체의 유량을 적량으로 조정할 수 있다. 구체적으로는, 벤튜리계(50)로 측정되는 액체의 유량이 과잉인 경우에는, 제어 장치(9)로 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 폐쇄하는 제어를 행함으로써 노즐(4)에 공급되는 액체의 유량을 줄일 수 있다. 반대로, 벤튜리계(50)로 측정되는 액체의 유량이 과잉이 아닌 경우에는, 제어 장치(9)로 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 개방하는 제어를 행함으로써 유량을 줄이지 않고 액체를 노즐(4)에 공급할 수 있다.
또한, 복합 유량 조정 밸브(49) 대신에 단순한 유량 조정 밸브를 마련하거나, 반대로 복잡한 구성을 갖는 유량 조정 밸브를 마련하여도 좋다. 또한, 전자 유량계 등의 벤튜리계(50) 이외의 유량계를 마련하여도 좋다. 그 경우에 있어서도, 액체의 유량계로 계측된 액체의 유량에 기초하여, 노즐(4)에 적절한 유량의 액체가 공급되도록 제어 장치(9)로 유량 조정 밸브를 제어할 수 있다.
이러한 펌프(45)에 의한 액체의 압송과, 복합 유량 조정 밸브(49)에 의한 액체의 유량 제어에 의해, 노즐(4)에는 적절한 유량 및 압력으로 안정적으로 액체를 공급할 수 있다. 그 결과, 노즐(4)로부터 분사된 액체의 비산이나 물결침의 발생을 저감하여, 레이저 광(L)의 산란과, 레이저 광(L)의 산란 광이 레이저 피닝 가공의 대상물(O)에 반사되어 표층이 산화되는 사태를 막을 수 있다.
도 9에 예시되는 바와 같이 부식 방지제를 순수에 첨가하여 얻어지는 물을 레이저 피닝 가공용의 액체로서 이용하는 경우에 있어서 급액 탱크(41) 내에 순수를 공급하면, 부식 방지제의 농도가 저하한다. 이것은, 급액 탱크(41) 내에 저수된 수돗물 등의 순수가 아닌 물에 부식 방지제를 첨가하여 얻어지는 물을 레이저 피닝 가공용의 액체로서 이용하는 경우에 있어서도 동일하다.
그래서, 수돗물 등의 순수가 아닌 물을 공급하는 밸브(51)의 개방도에 연동하여, 급액 탱크(41) 내에 저수된 순수 또는 수돗물 등의 순수가 아닌 물에의 단위 시간당의 부식 방지제의 첨가량이 일정해지도록 첨가 장치(42)를 제어할 수 있다. 그 때문에, 수돗물 등의 순수가 아닌 물을 공급하는 밸브(51)에 대해서는, 개방도를 포함하는 개폐 제어를 자동적으로 행하는 것이 용이한 전자 밸브로 구성하는 것이 실용적이다.
구체예로서, 부식 방지제의 첨가 장치(42)가 모터(44A)의 구동에 의해 부식 방지제를 적하하는 장치이면, 수돗물 등을 공급하는 밸브(51)가 개방되어 있는 동안에 제어 장치(9)로 적하 장치(44)의 모터(44A)를 구동시킬 수 있다. 이에 의해, 급액 탱크(41)에의 물의 공급과 연동하여, 급액 탱크(41)에 부식 방지제를 첨가할 수 있다.
액체 회수계(7)는, 노즐(4)로부터 분사된 액체를 회수하는 시스템이다. 레이저 피닝 가공의 대상물(O)을 이동시키기 위한 구동 기구(33) 및 로봇 아암(30) 등의 이동 기구(6)의 가속도를 충분히 확보하기 위해서는 전술한 바와 같이 액체를 저장하여 대상물(O)을 설치하기 위한 액조를 마련하는 대신에 노즐(4)로부터 액체를 분사함으로써 이동 기구(6)의 중량을 저감하는 것이 효과적이다. 단, 전술한 바와 같이 대상물(O)에 분사된 액체가 비산하면 레이저 광(L)의 산란의 원인이 될 수 있다.
그래서, 도 2 및 도 7에 예시되는 바와 같이 구동 기구(33)의 가동 테이블(32)에는, 액체를 받아 회수하고, 또한 배액 기능을 갖는 액체 받이(60)를 고정할 수 있다. 도 2 및 도 7에 나타내는 예에서는, 개구부를 노즐(4)측을 향하게 하여 대상물(O)을 수용하는 액체의 액체 받이(60)가, 대상물(O)과 함께 이동하도록 구동 기구(33)의 가동 테이블(32)에 고정되어 있다. 또한, 액체 받이(60)에는 레이저 피닝 가공 중에 액체를 배출하기 위한 배출구(61)가 마련되어 있다. 따라서, 액체의 비산을 방지하고, 또한 가동 테이블(32)의 중량을 과잉으로 증가시키는 일없이 액체 받이(60)로 액체를 회수할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 8에 예시되는 바와 같이 로봇 아암(30)의 워킹 존에도 배액 기능을 갖는 액체 회수 팬(62)을 설치하여 액체를 회수할 수 있다. 즉, 액체 회수 팬(62)에도 레이저 피닝 가공 중에 액체를 배출하기 위한 배출구(63)를 마련할 수 있다. 물론, 로봇 아암(30)과 함께 이동하고, 또한 배액 기능을 갖는 액체 받이를 로봇 아암(30)에 고정하여, 액체의 비산을 방지하도록 하여도 좋다.
액체 회수 팬(62)은 구동 기구(33)의 가동 테이블(32)과 간섭하지 않도록 작업자가 설치 및 제거할 수 있도록 하여도 좋고, 구동 기구(33)의 가동 테이블(32)과 마찬가지로 이동 기구로 후퇴 위치로 이동할 수 있도록 하여도 좋다. 즉, 도 7 및 도 8에 예시되는 바와 같이 구동 기구(33)의 가동 테이블(32)에 배치된 액체 받이(60)를 사용하여 액체를 회수하고 있는 동안은, 로봇 아암(30) 사용 시에 있어서의 액체 회수용의 액체 회수 팬(62)을 제거 또는 후퇴할 수 있도록 할 수 있다.
액체 받이(60) 및 액체 회수 팬(62)의 출구측에는, 액체 받이(60)의 배출구(61) 및 액체 회수 팬(62)의 배출구(63)로부터 배출된 액체를 회수 탱크(64)에 유입시키기 위한 홈통(65) 등의 유로를 마련할 수 있다. 회수 탱크(64)는 이동 기구(6)에 의한 이동 대상이 아니기 때문에, 액체를 회수 탱크(64)에 흐르게 하기 위한 홈통(65) 등의 유로는 이동 기구(6)에 의해 이동하지 않도록 고정된다.
회수 탱크(64)에는 도 9에 예시되는 바와 같이 오일 스키머(70)를 마련할 수 있다. 오일 스키머(70)는 액면에 떠돌고 있는 오일을 회수하는 장치로서, 전동식의 오일 스키머(70)는 모터로 구동하는 스틸 벨트에 오일을 부착시켜 회수하도록 구성되어 있다.
회수 탱크(64)에 회수된 액체는 도 9에 예시되는 바와 같이 배액 탱크(71)에 유도하여 배출하여도 좋고, 재차 레이저 피닝 가공용의 액체로서 사용할 수 있도록 순환용 배관(72)으로 순수기(40)에 복귀하도록 하여도 좋다.
다음에 도 1에 나타내는 안전 시스템(8) 및 제어 장치(9)의 상세 구성 및 상세 기능에 대해서 설명한다.
안전 시스템(8)은 레이저 피닝 가공 중에 정전이나 지진 등의 이상이 발생한 경우에 레이저 피닝 가공을 중단함으로써 대상물(O)의 품질 및 사용자의 안전성을 확보하기 위한 시스템이다. 이 때문에, 안전 시스템(8)에는 지진을 검출하는 감진계(80) 및 무정전 전원 장치(81)를 마련할 수 있다.
전형적인 감진계(80)는 지진의 가속도를 검출하고, 가속도가 일정값을 넘으면, 제어 신호를 발신하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 감진계(80)로 지진이 검출된 경우에는, 레이저 발진기(2)의 전원 등을 비상 정지함으로써 안전성을 확보할 수 있다.
한편, 무정전 전원 장치(81)는 정전 등에 의해 전력이 끊긴 경우라도 전력을 계속해서 공급하는 것이 가능한 전원 장치이다. 상용 교류 전원에 접속하여 사용되는 무정전 전원 장치(81)는 UPS(Uninterruptible Power Supply)라고 불린다. 무정전 전원 장치(81)는 레이저 발진기(2) 등의 백업 전원으로서 이용할 수 있다. 이에 의해, 정전 등에 의해 돌연 전력이 끊긴 경우라도, 무정전 전원 장치(81)로부터 레이저 발진기(2) 등의 장치에 전력을 공급함으로써 안전하게 정지할 수 있다.
제어 장치(9)는 레이저 피닝 가공 장치(1)를 구성하는 각 장치 및 각 시스템을 통괄 제어하는 장치이다. 제어 장치(9)는 컴퓨터 프로그램으로 동작하는 프로그램 로직 컨트롤러(PLC: programmable logic controller) 등의 컴퓨터를 포함하는 회로로 구성할 수 있다. 즉, 전기 신호로 제어되는 장치 및 시스템에 대하여, 제어 신호로서 전기 신호를 생성 및 처리할 수 있도록 기억 장치를 포함하는 전기 회로를 제어 장치(9)에 마련할 수 있다. 또한, 광 신호, 공기압 신호 또는 유압 신호로 제어되는 장치 및 시스템이 있는 경우에는, 제어 신호로서 광 신호, 공기압 신호 또는 유압 신호를 생성 및 처리할 수 있도록 광 신호 회로, 공기압 신호 회로 또는 유압 신호 회로를 제어 장치(9)에 마련할 수 있다.
구체적으로는 제어 장치(9)에는, 레이저 발진기(2)의 전원의 기동과 정지에 의한 레이저 광(L)의 ON/OFF의 전환 및 레이저 광(L)의 출력을 제어하는 기능, 레이저 발진기(2)를 냉각하는 칠러(2A)를 제어하는 기능, 광 전송계(3)에 구비되는 빔 익스팬더(20)가 자동 가변식인 경우와 같이 제어 가능한 광학 소자가 광 전송계(3)에 구비되어 있는 경우에 있어서 광학 소자를 제어하는 기능, 로봇(31)의 로봇 아암(30) 등의 동작을 제어하는 프로그램을 로봇 제어 장치(34)에 전송함으로써 로봇(31)을 제어하는 기능, 가동 테이블(32)의 이동을 포함하는 구동 기구(33)의 제어를 행하기 위한 프로그램을 NC 장치(35)에 전송함으로써 구동 기구(33)를 제어하는 기능, 액체 공급계(5)에 구비되는 부식 방지제의 첨가 장치(42), 복합 유량 조정 밸브(49)의 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 포함하는 제어 대상이 되는 각 밸브 및 펌프(45)를 각각 제어하는 기능, 액체 회수계(7)에 있어서 제어 대상이 되는 각 밸브 및 모터 등의 동력 장치를 제어하는 기능 및 안전 시스템(8)을 이용한 각 기기의 제어를 하는 기능을 마련할 수 있다. 또한, 이들의 제어의 일부 또는 전부를 자동 제어로 할 수 있다.
안전 시스템(8)을 이용한 제어 장치(9)에 의한 기기의 제어의 구체예로서는, 전술한 바와 같이 감진계(80)로 지진이 검출된 경우에는, 레이저 발진기(2)로부터의 레이저 광(L)의 발진을 정지시키는 제어를 행하는 한편, 정전 시에는 무정전 전원 장치(81)를 기동시켜, 무정전 전원 장치(81)로부터 공급되는 전력으로 레이저 발진기(2)를 안전히 정지시키는 제어를 들 수 있다.
전술한 각 제어는, 레이저 피닝 가공의 대상물(O)마다 시퀀스 프로그램으로서 제어 장치(9) 내의 기억 장치에 보존하여, 대상물(O)의 형상에 따라 서로 연계하여 행할 수 있도록 할 수 있다. 덧붙여, 레이저 광(L)의 출력, 액체의 분출량 및 광 전송계(3)의 온도 등을 감시 데이터로서 제어 장치(9)에 기록하여, 레이저 피닝 가공의 조건이 적절하였는지의 여부를 사후적으로 체크할 수 있도록 하는 것이 실용적이다. 즉, 레이저 피닝 가공에 대한 트레이서빌리티를 확보하기 위한 정보를 기록하는 기능을 제어 장치(9)에 마련할 수 있다.
조작 패널(10)은 입력 장치(90) 및 디스플레이(91)를 구비하여, 제어 장치(9)에 필요한 정보를 입력하는 한편, 제어 장치(9)로부터 출력되는 정보를 표시시키는 사용자 인터페이스이다.
(레이저 피닝 가공 방법)
다음에 레이저 피닝 가공 장치(1)를 이용한 레이저 피닝 가공 방법에 대해서 설명한다.
레이저 피닝 가공 장치(1)로 대상물(O)의 레이저 피닝 가공을 행하는 경우에는, 대상물(O)이 도 2, 도 7 및 도 8에 예시되는 것 같은 구동 기구(33)의 가동 테이블(32) 및 로봇 아암(30) 중 어느 하나에 직접 또는 지그를 통해 간접적으로 고정된다. 실용적인 예로서, 대상물(O)의 사이즈와 중량이 작은 경우에는 대상물(O)의 경사나 회전을 용이하게 행할 수 있도록 대상물(O)을 로봇 아암(30)에 부착할 수 있다. 한편, 대상물(O)의 사이즈와 중량이 큰 경우에는 위치 결정 정밀도를 확보하기 위해 위치 결정 정밀도와 강성이 높은 구동 기구(33)의 가동 테이블(32)에 대상물(O)을 고정할 수 있다.
구동 기구(33)의 가동 테이블(32) 또는 로봇 아암(30)에 고정된 대상물(O)은 노즐(4)로부터 조사되는 레이저 광(L)의 초점이 대상물(O)의 표면에 있어서의 레이저 피닝 가공의 위치가 되도록 위치 결정된다. 그 때문에, 제어 장치(9)로부터 구동 기구(33) 또는 로봇(31)의 제어 프로그램이 NC 장치(35) 또는 로봇 제어 장치(34)에 출력된다. 이에 의해, NC 장치(35) 또는 로봇 제어 장치(34)에 의한 제어에 의해 구동 기구(33)의 가동 테이블(32) 또는 로봇(31)의 로봇 아암(30)이 이동하여, 대상물(O)을 노즐(4)의 하방에 있어서의 적절한 위치에 위치 결정할 수 있다.
다음에 제어 장치(9)에 의한 제어 하에 있어서 도 9에 예시되는 것 같은 구성을 갖는 액체 공급계(5)로부터 액체가 노즐(4)에 공급된다. 도 9에 예시되는 구성을 갖는 액체 공급계(5)의 경우, 구체적으로는, 미리 수돗물 등으로부터 순수기(40)로 생성된 순수가 급액 탱크(41)에 공급된다.
또한, 제어 장치(9)에 의한 자동 제어 하에 있어서의 첨가 장치(42)의 작동에 의해 방청제 등의 부식 방지제가 급액 탱크(41)에 저류된 순수에 첨가된다. 보다 구체적으로는, 수돗물 등을 순수기(40)에 공급하는 밸브(51)가 개방되어 있는 동안에 있어서, 부식 방지제 탱크(43)에 저류된 부식 방지제가 적하 장치(44)로 급액 탱크(41)에 적하된다. 즉, 제어 장치(9)에 의한 자동 제어 하에 있어서 적하 장치(44)의 모터(44A)를 구동시켜, 수돗물 등을 공급하는 밸브(51)의 개폐와 연동하여 부식 방지제를 급액 탱크(41)에 적하할 수 있다.
이에 의해, 급액 탱크(41)에는 일정한 농도가 되도록 부식 방지제를 순수에 혼합한 물이, 레이저 피닝 가공용의 레이저 광(L)을 대상물(O)에 조사하였을 때에 생기는 플라즈마를 가두기 위한 액체로서 비축된다.
다음에 제어 장치(9)에 의한 제어 하에 있어서 펌프(45)가 구동한다. 이에 의해, 급액 탱크(41)에 저수된 물이 급액관(46)에 토출된다. 펌프(45)의 구동에 의해 급액관(46)에 토출된 물의 압력은 압력 레귤레이터(48)로 조정된다. 압력이 조정된 물은 복합 유량 조정 밸브(49) 및 벤튜리계(50)를 경유하여 노즐(4)에 공급된다. 벤튜리계(50)로는, 급액관(46)을 흐르는 물의 유량이 계측된다. 그리고, 제어 장치(9)에 의해, 벤튜리계(50)로 계측된 물의 유량에 기초한 복합 유량 조정 밸브(49)의 피드백 제어가 행해진다.
도 10은 도 9에 나타내는 벤튜리계(50)로 계측된 물의 유량에 기초하는 제어 장치(9)에 의한 복합 유량 조정 밸브(49)의 제어 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
먼저 단계 S1에 있어서 급액관(46)을 흐르는 물의 유량이 벤튜리계(50)로 계측된다. 물의 유량의 계측값은 제어 장치(9)에 출력된다. 다음에 단계 S2의 판정에 있어서, 제어 장치(9)로는 물의 유량의 계측값이 상한값과 하한값 사이에서의 범위로서 정해진 허용 범위 내인지의 여부가 판정된다. 단계 S2의 판정에 있어서 YES라고 판정된 경우, 즉 제어 장치(9)에 있어서 물의 유량의 계측값이 허용 범위 내라고 판정된 경우에는 재차 단계 S1에 있어서의 벤튜리계(50)에 의한 물의 유량의 계측값의 취득이 속행된다.
한편, 단계 S2의 판정에 있어서 NO라고 판정된 경우, 즉 제어 장치(9)에 있어서 물의 유량의 계측값이 허용 범위 밖이라고 판정된 경우에는, 단계 S3에 있어서 제어 장치(9)에 의한 복합 유량 조정 밸브(49)의 제어가 실행된다. 구체적으로는, 복합 유량 조정 밸브(49)의 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 개방되어 있는 상태에 있어서 물의 유량의 계측값이 상한값을 넘었다고 판정된 경우라면, 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 폐쇄하는 제어 신호가 제어 장치(9)로부터 출력되어, 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 폐쇄된다. 반대로, 복합 유량 조정 밸브(49)의 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 폐쇄되어 있는 상태에 있어서 물의 유량의 계측값이 하한값 미만이라고 판정된 경우라면, 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)를 개방하는 제어 신호가 제어 장치(9)로부터 출력되어, 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 개방된다.
예컨대, 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)의 개폐가 기계식이면, 제어 장치(9)로부터 출력되는 제어 신호에 의해 이동하는 바아 등의 구동 기구에 의해 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 개폐된다. 한편, 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)의 개폐가 전자식이면, 제어 장치(9)로부터 출력되는 제어 신호에 의해 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 개폐된다.
2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 폐쇄되면, 복합 유량 조정 밸브(49)를 흐르는 물의 경로가 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)로부터 가변 스로틀 밸브(53)로 변화한다. 가변 스로틀 밸브(53)의 개방도는, 미리 허용 범위 내의 유량의 물이 흐르도록 조정된다. 이에 의해, 가변 스로틀 밸브(53)의 개방도에 따른 허용 범위 내에 있어서의 유량의 물이 복합 유량 조정 밸브(49)로부터 흘러나오게 된다. 반대로, 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)가 개방되면, 복합 유량 조정 밸브(49)를 흐르는 물의 경로가 가변 스로틀 밸브(53)로부터 2포트 상시 개방 제어 밸브(54)로 변화한다. 이에 의해, 물의 유량이 허용 범위 내인 경우에는, 유량을 줄이지 않고 물을 흐르게 할 수 있다.
이와 같이 하여 압력 및 유량이 조정된 부식 방지제가 들어간 물은, 나일론 튜브 등으로 구성되는 급액관(46)을 통하여 도 4 내지 도 6에 예시되는 바와 같이 노즐(4) 내에 배치된 배관(14)의 입구에 유입된다. 또한, 도 9에 예시되는 바와 같이, 하류측에 있어서의 물의 압력 및 유량의 조정에 의해 펌프(45)로부터 과잉으로 압송되게 된 상류측에 있어서의 물은 바이패스관(47)을 통하여 급액 탱크(41)에 복귀된다.
노즐(4) 내의 배관(14)에 유입된 물은, 배관(14)을 통하여 출구로부터 유출된다. 배관(14)의 출구로부터 유출된 물은, 노즐(4)의 출구 근방에 있어서의 수로를 통하여 노즐(4)의 출구로부터 레이저 피닝 가공의 대상물(O)을 향하여 분사된다. 그 결과, 노즐(4)의 출구와 대상물(O)의 표면 사이에는 물기둥이 형성된다. 형성된 물기둥은 레이저 광(L)을 전파시키는 매체로서 사용할 수 있다.
계속해서 제어 장치(9)에 의한 제어 하에 있어서 도 3에 예시되는 것 같은 구성을 갖는 광 전송계(3) 및 레이저 발진기(2)에 의해 레이저 광(L)이 노즐(4)에 유도된다. 즉, 제어 장치(9)에 의한 제어 하에 있어서 미리 칠러(2A)로 냉각된 레이저 발진기(2)로부터 레이저 광(L)이 발진된다. 레이저 발진기(2)로부터 평행 빔으로서 발진된 레이저 광(L)은, 광 전송계(3)를 구성하는 미러(19)에서 반사되면서 공기를 전파하여, 빔 익스팬더(20)에 입사한다.
빔 익스팬더(20)에 입사한 레이저 광(L)은 포커스 렌즈(21)로 확장을 갖는 빔이 되어 노즐(4)에 입사한다. 노즐(4)에 입사한 레이저 광(L)은 도 4 및 도 5에 예시되는 바와 같이 집광 렌즈(12)에 입사한다. 집광 렌즈(12)를 경유한 레이저 광(L)은 수속하면서 프리즘(13)에 입사한다. 프리즘(13)에 입사한 레이저 광(L)은 진행 방향이 수평 방향으로부터 연직 하방이 되어 프리즘(13)으로부터 출사한다.
프리즘(13)의 출사측은 수로 및 물기둥으로 되어 있다. 이 때문에, 집광 렌즈(12)에서 집광된 레이저 광(L)은 수속하면서 도 2에 예시되는 바와 같이 물기둥을 전파하여 대상물(O)에 조사된다. 대상물(O)에 레이저 광(L)이 조사되면 플라즈마가 발생한다. 발생한 플라즈마는, 노즐(4)로부터 분사된 수중에 갇힌다. 그 결과, 충격파의 압력이 대상물(O)의 표면에 부여되어, 레이저 피닝 가공을 행할 수 있다.
이러한 레이저 피닝 가공은, 제어 장치(9)에 의한 제어 하에 있어서의 구동 기구(33)나 로봇(31) 등의 이동 기구(6)로 대상물(O)을 이동시키면서 행할 수 있다. 즉, 구동 기구(33)의 가동 테이블(32) 또는 로봇 아암(30)으로 대상물(O)을 이동시켜, 가공점을 시시각각으로 변화시키면서 레이저 피닝 가공을 행할 수 있다. 특히, 노즐(4)로부터 분사시키는 물은 노즐(4) 내에 배치된 배관(14)을 흐르기 때문에, 도 5 및 도 6에 예시되는 바와 같이 내치 기어의 내면과 같이 좁은 부분이어도, 노즐(4)과 간섭하는 일 없이 대상물(O)을 이동시킬 수 있다.
그리고, 레이저 피닝 가공 장치(1)를 이용하여 대상물(O)의 모든 가공점에 있어서의 레이저 피닝 가공을 행함으로써 반제품 또는 제품을 제조할 수 있다. 구체예로서, 내치가 레이저 피닝 가공된 내치 기어와 같이 복잡한 형상을 갖는 반제품 또는 제품을 제조할 수 있다.
대상물(O)에 분사된 물은, 액체 회수계(7)로 회수할 수 있다. 대상물(O)이 구동 기구(33)의 가동 테이블(32)에 고정되어 있는 경우라면, 대상물(O)을 수용하는 액체 받이(60)로 물이 회수된다. 액체 받이(60)로 회수된 물은 배출구(61)로부터 배출되어, 홈통(65)을 흘러 회수 탱크(64)에 유입된다. 한편, 대상물(O)이 로봇 아암(30)에 고정되어 있는 경우라면, 로봇 아암(30)의 워킹 존에 설치되어 있는 액체 회수 팬(62)으로 물이 회수된다. 액체 회수 팬(62)으로 회수된 물은 배출구(63)로부터 배출되어, 홈통(65)을 흘러 회수 탱크(64)에 유입된다.
회수 탱크(64)에서는, 필요에 따라 오일 스키머(70)에 의한 오일의 제거가 행해진다. 그 후, 회수 탱크(64)에 회수된 물이 폐기 또는 재이용된다. 물을 폐기하는 경우에는, 회수 탱크(64)로부터 배액 탱크(71)에 물이 유도되고, 배액 탱크(71)로부터 물이 폐기된다. 한편, 물을 레이저 피닝 가공용의 액체로서 재이용하는 경우에는, 회수 탱크(64)로부터 순환용 배관(72)을 통해 순수기(40)에 물이 복귀된다.
또한, 정전이나 지진이 발생한 경우에는, 안전 시스템(8)의 작동에 의해 레이저 피닝 가공 장치(1)를 안전하게 정지할 수 있다. 예컨대, 정전이 발생한 경우라면, 무정전 전원 장치(81)로부터 레이저 피닝 가공 장치(1)의 각 장치를 향하여 전력을 공급할 수 있다. 이 때문에, 레이저 발진기(2) 등의 안전성 및 품질에 영향을 끼치는 장치를 안전하게 정지시킬 수 있다. 한편, 지진이 발생한 경우에는 감진계(80)로 검출되기 때문에, 제어 장치(9)에 의한 자동 제어에 의해 레이저 발진기(2)의 전원 등을 비상 정지할 수 있다.
(효과)
이상과 같은 레이저 피닝 가공 장치(1) 및 레이저 피닝 가공 방법은, 레이저 피닝 가공용의 액체의 배관(14)을 노즐(4) 내에 배치하도록 한 것이다. 이 때문에, 레이저 피닝 가공 장치(1) 및 레이저 피닝 가공 방법에 따르면, 노즐(4)의 간섭 영역을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 레이저 피닝 가공의 대상물(O)이 복잡한 형상을 갖는 경우라도 국소적으로 레이저 피닝 가공을 행하는 것이 가능해진다.
그리고, 레이저 피닝 가공에 의해, 축의 압입부나 기어와 같이 접촉하는 2개의 물체 사이에서 상대 슬립이 반복됨으로써 생기는 프레팅 손상, 프레팅 마모, 프레팅 부식 및 프레팅 피로 등의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 레이저 피닝 가공에 의해, 기어 자체의 피로 강도의 향상도 도모할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 레이저 피닝 가공 장치에 구비되는 레이저 발진기, 광 전송계 및 노즐의 상면도이다.
도 11에 나타낸 제2 실시형태에 있어서의 레이저 피닝 가공 장치(1A)에서는, 광 전송계(3A)의 구성과 제어 장치(9)의 상세 기능이 제1 실시형태에 있어서의 레이저 피닝 가공 장치(1)와 상이하다. 제2 실시형태에 있어서의 레이저 피닝 가공 장치(1A)의 기타 구성 및 작용에 대해서는 제1 실시형태에 있어서의 레이저 피닝 가공 장치(1)와 실질적으로 상이하지 않기 때문에 레이저 발진기(2), 광 전송계(3A), 노즐(4) 및 제어 장치(9)만 나타내고, 동일한 구성 또는 대응하는 구성에 대해서는 같은 부호를 붙여 설명을 생략한다.
제2 실시형태에 있어서의 레이저 피닝 가공 장치(1A)의 광 전송계(3A)에는, 제1 실시형태에 있어서의 광 전송계(3)와 동일한 미러(19) 및 빔 익스팬더(20)가 마련되는 것 외에, 셔터(100), 감쇠기(어테뉴에이터)(101), 파장판(102), 광 검출기(PD: Photo Detector)(103) 및 빔 프로파일러(104)가 마련된다.
셔터(100)는 레이저 발진기(2)로부터 발진된 레이저 광(L)의 광로를 개폐하는 광학 디바이스이며, 셔터(100)를 폐쇄하면 레이저 광(L)의 광로를 막을 수 있다. 감쇠기(101)는 레이저 광(L)의 강도를 감쇠시키는 광학 디바이스이다. 감쇠기(101)의 제어에 의해 집광 렌즈(12)에 입사하는 레이저 광(L)의 출력을 적절한 레벨(진폭)까지 감쇠시킬 수 있다.
미러(19)의 일부는 투과형의 하프 미러(빔 스플리터)(19A)로 되고, 하프 미러(19A)로 분리한 레이저 광(L)의 강도를 검출할 수 있도록 파장판(102) 및 포토 다이오드 등의 광 검출기(103)가 배치된다. 도 11에 나타내는 예에서는, 하프 미러(19A)를 투과한 레이저 광(L)의 강도를 검출할 수 있도록 파장판(102) 및 광 검출기(103)가 배치되어 있지만, 하프 미러(19A)에서 반사된 레이저 광(L)의 강도를 검출할 수 있도록 광 검출기(103) 등을 배치하도록 하여도 좋다.
이 때문에, 실질적으로 집광 렌즈(12)에 입사하는 레이저 광(L)의 출력을 광 검출기(103)로 검출할 수 있다. 광 검출기(103)로 검출된 레이저 광(L)의 출력의 검출 신호는 제어 장치(9)에 출력된다. 그리고, 제어 장치(9)는 광 검출기(103)로 검출된 레이저 광(L)의 출력에 기초하여 광 전송계(3A)를 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
도 12는 도 11에 나타내는 광 전송계(3A)의 제어 장치(9)에 의한 제어 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
레이저 피닝 가공 중은 레이저 광(L)의 출력을 일정한 범위 내로 유지하는 것이 필요하다. 그래서, 단계 S10에 있어서 광 검출기(103)에 의해 레이저 광(L)의 출력이 검출되고, 광 검출기(103)로부터 제어 장치(9)에 레이저 광(L)의 출력의 검출값이 출력되면, 단계 S11에 있어서 제어 장치(9)는 레이저 광(L)의 출력의 검출값이 상한값과 하한값 사이에 있어서의 범위로서 정해진 허용 범위 내인지의 여부를 판정한다.
단계 S11의 판정에 있어서 YES라고 판정된 경우, 즉 제어 장치(9)에 있어서 레이저 광(L)의 출력의 검출값이 허용 범위 내라고 판정된 경우에는 재차 단계 S10에 있어서의 광 검출기(103)에 의한 레이저 광(L)의 출력의 검출 및 제어 장치(9)에의 레이저 광(L)의 출력의 검출값의 출력이 속행된다.
한편, 단계 S11의 판정에 있어서 NO라고 판정된 경우, 즉 제어 장치(9)에 있어서 레이저 광(L)의 출력의 검출값이 허용 범위 밖이라고 판정된 경우에는, 단계 S12에 있어서 제어 장치(9)에 의한 감쇠기(101)의 제어가 실행된다. 구체적으로는, 제어 장치(9)는, 광 검출기(103)로 검출된 레이저 광(L)의 출력의 검출값에 기초하여 집광 렌즈(12)에 입사하는 레이저 광(L)의 출력이 허용 범위 내가 되도록 감쇠기(101)를 자동 제어한다.
이에 의해, 레이저 피닝 가공 중은 레이저 광(L)의 출력을 일정한 범위 내로 유지할 수 있다. 즉, 레이저 피닝 가공 중에 있어서 레이저 광(L)의 출력이 허용 범위 내가 되도록, 광 검출기(103)로 검출된 레이저 광(L)의 출력의 검출값에 기초하여 감쇠기(101)를 피드백 제어할 수 있다.
또한, 감쇠기(101)의 조정에 의해서도 레이저 광(L)의 출력이 허용값을 넘은 경우에는, 제어 장치(9)에 의한 자동 제어에 의해 셔터(100)를 폐쇄하여 레이저 광(L)의 전파를 차단한 후, 레이저 발진기(2)를 정지시킬 수도 있다. 이에 의해, 과잉의 출력으로 레이저 광(L)이 레이저 피닝 가공의 대상물(O)에 조사되는 사태를 회피할 수 있다.
또한, 레이저 광(L)의 출력이 이상해진 경우에 한정되지 않고, 레이저 광(L)의 형상이 이상해진 경우에 있어서도 레이저 광(L)의 전파를 자동적으로 차단할 수 있도록 할 수 있다. 그 경우에는, 도 11에 예시되는 바와 같이, 레이저 광(L)의 일부를 하프 미러(19A)로 분리하여, 빔 프로파일러(104)에 입사시킬 수 있다. 빔 프로파일러(104)로 측정된 레이저 광(L)의 형상의 측정 결과를 나타내는 신호는, 제어 장치(9)에 출력할 수 있다. 그리고, 제어 장치(9)에 있어서 빔 프로파일러(104)로 측정된 레이저 광(L)의 형상이 이상한지의 여부를 자동 판정하여, 레이저 광(L)의 형상이 이상하다고 판정된 경우에는 자동적으로 셔터(100)를 폐쇄하고, 또한 레이저 발진기(2)를 정지시키는 자동 제어를 할 수 있다. 이에 의해, 레이저 광(L)의 형상이 이상해진 경우에 있어서도 레이저 광(L)이 레이저 피닝 가공의 대상물(O)에 조사되는 사태를 회피할 수 있다.
이상과 같은 제2 실시형태에 있어서의 레이저 피닝 가공 장치(1A)는, 레이저 피닝 가공 중에 있어 레이저 광(L)의 출력이 적절한 범위가 되도록 자동 제어할 수 있도록 한 것이다. 이 때문에, 제2 실시형태에 따르면, 레이저 피닝의 강도가 적절한 강도가 되도록 자동 조정할 수 있다. 그 결과, 레이저 피닝 가공 후에 있어서의 대상물(O)의 품질을 양호하게 유지할 수 있다. 덧붙여, 레이저 광(L)의 강도를 자동 조정하여도 강도가 이상해진 경우나 레이저 광(L)의 형상이 이상해진 경우에는, 레이저 광(L)의 전파를 차단할 수 있다.
(다른 실시형태)
이상, 특정 실시형태에 대해서 기재하였지만, 기재된 실시형태는 일례에 지나지 않으며, 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 여기에 기재된 신규의 방법 및 장치는, 여러 가지 다른 양식으로 구현화할 수 있다. 또한, 여기에 기재된 방법 및 장치의 양식에 있어서, 발명의 요지로부터 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환 및 변경을 행할 수 있다. 첨부된 청구범위 및 그 균등물은, 발명의 범위 및 요지에 포함되어 있는 것으로서, 그와 같은 여러 가지의 양식 및 변형예를 포함하고 있다.
1, 1A…레이저 피닝 가공 장치, 2…레이저 발진기, 2A…칠러, 3, 3A…광 전송계, 4…노즐, 5…액체 공급계, 6…이동 기구, 7…액체 회수계, 8…안전 시스템, 9…제어 장치, 10…조작 패널, 11…케이싱, 12…집광 렌즈, 13…프리즘, 14…배관, 15…어태치먼트, 16…착탈 구조, 17…위치 결정 부재, 18…O 링, 19…미러, 19A…하프 미러(빔 스플리터), 20…빔 익스팬더, 21…포커스 렌즈, 22…캐스터, 23…케이싱, 24…노즐대, 30…로봇 아암, 31…로봇, 32…가동 테이블, 33…구동 기구, 34…로봇 제어 장치, 35…수치 제어(NC: numerical control) 장치, 40…순수기, 41…급액 탱크, 42…첨가 장치, 43…부식 방지제 탱크, 44…적하 장치, 44A…모터, 45…펌프, 46…급액관, 47…바이패스관, 48…압력 레귤레이터, 49…복합 유량 조정 밸브, 50…벤튜리계, 51…밸브, 52…체크 밸브(역류 방지 밸브), 53…가변 스로틀 밸브, 54…2포트 상시 개방 제어 밸브, 60…액체 받이, 61…배출구, 62…액체 회수 팬, 63…배출구, 64…회수 탱크, 65…홈통, 70…오일 스키머, 71…배액 탱크, 72…순환용 배관, 80…감진계, 81…무정전 전원 장치, 90…입력 장치, 91…디스플레이, 100…셔터, 101…감쇠기(어테뉴에이터), 102…파장판, 103…광 검출기(PD: Photo Detector), 104…빔 프로파일러, O…대상물, L…레이저 광

Claims (14)

  1. 레이저 광을 발진하는 레이저 발진기와,
    액체를 레이저 피닝 가공의 대상물을 향하여 분사하는 한편, 상기 레이저 광을 상기 액체에 입사시킴으로써, 상기 액체 중을 전파하는 상기 레이저 광을 상기 대상물을 향하여 조사하는 노즐
    을 포함하고,
    상기 노즐은,
    상기 레이저 광의 초점이 상기 레이저 피닝 가공의 가공 위치에 형성되도록 상기 레이저 광을 집광하는 렌즈와,
    상기 액체에 입사하기 전의 상기 레이저 광을 보호하는 통형의 케이싱과,
    상기 케이싱 내에 배치되어, 상기 액체의 유로를 형성하는 배관
    을 갖는 것인 레이저 피닝 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 레이저 광의 진행 방향을 상기 노즐에의 입사 방향으로부터 연직 하방으로 변화시키는 프리즘을 구비하며,
    상기 프리즘으로부터의 상기 레이저 광의 출사측에 상기 배관의 출구를 배치함으로써, 상기 프리즘으로부터의 상기 레이저 광의 출사측에 있어서 상기 레이저 광을 상기 액체에 입사시키도록 한 것인 레이저 피닝 가공 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 광이 상기 레이저 피닝 가공의 가공 위치에 조사되도록 상기 대상물을 이동시키는 이동 기구와,
    상기 노즐로부터 분사된 상기 액체를 회수하는 액체 회수계
    를 포함하고,
    상기 액체 회수계는,
    개구부를 상기 노즐측을 향하게 하여 상기 대상물을 수용하며, 또한 상기 대상물과 함께 이동하도록 상기 이동 기구에 고정된 상기 액체의 액체 받이로서, 상기 레이저 피닝 가공 중에 상기 액체를 배출하기 위한 배출구를 마련한 액체 받이와,
    상기 배출구로부터 배출된 상기 액체를 흐르게 하는 유로로서, 상기 이동 기구에 의해 이동하지 않는 유로
    를 포함하는 것인 레이저 피닝 가공 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 발진기는 펄스 에너지가 50 mJ을 넘는 나노초 레이저, 펄스 에너지가 1 mJ을 넘는 피코초 레이저 또는 펄스 에너지가 1 mJ을 넘는 펨토초 레이저를 발진하는 발진기이고,
    상기 레이저 발진기에서 발진된 상기 레이저 광을, 광 파이버를 이용하지 않고 상기 노즐까지 전송하는 광 전송계를 포함하는 레이저 피닝 가공 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노즐은 이동하지 않도록 고정되는 한편,
    상기 이동 기구는,
    상기 대상물을 유지하여 이동시키기 위한 로봇 아암과,
    상기 대상물을 가동 테이블에 배치하여 이동시키기 위한, 외팔보 구조를 갖지 않는 구동 기구
    를 선택 가능하게 구비하는 것인 레이저 피닝 가공 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 기구에 마련되는 위치 결정용의 지표에 기초하여 위치 결정된 상기 노즐의 위치 결정 정보에 기초하여 상기 로봇 아암을 제어하는 제어 장치를 포함하는 레이저 피닝 가공 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광의 출력을 감쇠시키는 감쇠기와,
    상기 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광의 출력을 검출하는 광 검출기와,
    상기 광 검출기로 검출된 상기 레이저 광의 출력에 기초하여 상기 렌즈에 입사하는 상기 레이저 광의 출력이 허용 범위 내가 되도록 상기 감쇠기를 제어하는 제어 장치
    를 포함하는 레이저 피닝 가공 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    지진을 검출하는 감진계와,
    상기 레이저 발진기의 백업 전원으로서 이용되는 무정전 전원 장치와,
    상기 감진계로 지진이 검출된 경우에는, 상기 레이저 발진기로부터의 상기 레이저 광의 발진을 정지시키는 제어를 행하는 한편, 정전 시에는 상기 무정전 전원 장치를 기동시켜, 상기 무정전 전원 장치로부터 공급되는 전력으로 상기 레이저 발진기를 정지시키는 제어를 행하는 제어 장치
    를 포함하는 레이저 피닝 가공 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    순수가 아닌 물로부터 순수를 생성하는 순수기와,
    상기 순수기로 생성된 상기 순수 또는 상기 순수를 포함하는 물을 압송하는 펌프와,
    상기 펌프로 압송된 상기 순수 또는 상기 순수를 포함하는 물의 유량을 조정하여 상기 액체로서 상기 노즐에 공급하는 유량 조정 밸브
    를 포함하는 레이저 피닝 가공 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 순수가 아닌 물을 공급하는 밸브의 개방도에 연동하여 단위 시간당의 첨가량이 일정해지도록 부식 방지제를 상기 순수에 첨가하는 첨가 장치를 포함하는 레이저 피닝 가공 장치.
  11. 제1항에 기재된 레이저 피닝 가공 장치를 이용하여 상기 대상물의 레이저 피닝 가공을 행함으로써 반제품 또는 제품을 제조하는 레이저 피닝 가공 방법.
  12. 레이저를 발진하는 레이저 발진기와,
    액체를 레이저 피닝 가공의 대상물을 향하여 분사하는 한편, 상기 레이저 광을 상기 액체에 입사시킴으로써, 상기 액체 중을 전파하는 상기 레이저 광을 상기 대상물을 향하여 조사하는 노즐로서, 상기 액체에 입사하기 전의 상기 레이저 광을 보호하는 통형의 케이싱과, 상기 레이저 광의 초점이 상기 레이저 피닝 가공의 가공 위치에 형성되도록 상기 레이저 광을 집광하는 렌즈를 갖는 상기 노즐
    을 포함하는 레이저 피닝 가공 장치를 이용한 레이저 피닝 가공 방법에 있어서,
    상기 액체의 유로를 형성하는 배관을 상기 케이싱 내에 배치함으로써, 상기 배관과 상기 대상물의 간섭을 회피하는 것인 레이저 피닝 가공 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 노즐의 선단을 중공의 대상물의 내측에 삽입하여, 상기 중공의 대상물의 내면을 레이저 피닝 가공하는 것인 레이저 피닝 가공 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 액체에 부식 방지제를 첨가하는 것인 레이저 피닝 가공 방법.
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