KR20200123243A

KR20200123243A - 레이저 빔에 의해 공작물을 가공하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200123243A
Application number: KR1020207028081A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 엔그슈틀러; 게르하르트 그루슈카; 아른트 하우거; 벤자민 마이어; 만프레드 자에그무엘러; 마르틴 슈트로벨
Original assignee: 볼메르 베르케 마쉬넨파브릭 게엠베하
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-10-28
Also published as: WO2019166425A1; KR102607645B1; DE102018001570A9; CN111819024A; JP2021515700A; DE102018001570A1; EP3758884B1; JP7339951B2; EP3758884A1

Abstract

본 발명은, 가공 빔(12)에 의해 공작물(W)을 가공하기 위한 장치(10) 및 방법에 관한 것이다. 장치는, 베이스(base)(22) 및, 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전될 수 있는 수용 장치(18)를 갖는, 공작물 지지체(14)를 포함한다. 공작물 지지체는, 슬라이드 장비(24) 상에 배열되며 그리고 적어도 하나의 선형 축(X, Y)을 따라 베이스에 대해 변위될 수 있다. 또한, 슬라이드 장비를 갖는 공작물 지지체 및 가공 장치(16)가, 제2 회전축(R2)을 중심으로 서로에 대해 회전될 수 있다. 상기 장치(10)는, 서로에 의존하여, 수용 장치(18)를 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전시키도록, 및/또는 공작물 지지체(14) 및/또는 가공 장치(16)를 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전시키도록 설계되어, 현재 가공 위치가, 가공 도중에, 제2 회전축(R2) 상에 또는 제2 회전축(R2) 바로 근처에 놓이도록 한다.

Description

레이저 빔에 의해 공작물을 가공하기 위한 장치 및 방법

본 발명은, 고 에너지 가공 빔에 의해 공작물을 가공하기 위한, 특히 레이저 빔에 의해 절삭 날들을 갖는 공작물을 가공하기 위한, 장치 및 방법에 관한 것이다. 장치는, 베이스(base), 공작물을 수용하기 위한 수용 장치를 갖는 공작물 지지체를 포함하고, 여기서 수용 장치는 그 내부에 수용되는 공작물과 함께, 수용 장치의 제1 회전축을 중심으로 회전될 수 있다. 수용 장치 및 이에 의해 수용되는 공작물이 그를 중심으로 회전될 수 있는, 제1 회전축은, 동시에 공작물의 회전축 및/또는 공작물 지지체의 종방향 축에 대응할 수 있다. 또한, 장치는, 가공 빔 소스, 즉 고 에너지 가공 빔을 생성하기 위한 빔 생성기, 및 고 에너지 가공 빔을 초점에 집중시키기 위한 초점 조정 장치(focusing device)를 갖는, 가공 장치를 포함한다.

그러한 장치들은, 종래 기술로부터 공지되어 있으며, 그리고 예를 들어, 공작물 상에, 자유 표면 및/또는 절삭 표면을 생성 및/또는 복원하기 위해 사용된다. 그러한 장치는 특히, 절삭 공구들의 절삭 날들의 제조를 위해 사용된다. 이러한 방식으로 공작물을 가공할 때, 한 가지 과제는, 공작물과 고 에너지 가공 빔 사이의 적절한 상대 이동을 가능하게 하여, 공작물의 정밀 가공을 보장하는 것이다.

이와 관련하여, 공보 DE 299 08 585 U1은, 다이아몬드 함유 재료로 이루어지는 공작물들의 절삭 날들을 가공하기 위한 장치를 개시한다. 이 장치는, 레이저 빔의 광축 방향으로 그리고 이 광축에 대해 횡 방향으로 공작물을 가공하기 위해, 레이저 및/또는 공작물 홀더를 변위시키는 구동 유닛을 포함한다.

또한, 공보 DE 10 2011 000 768 A1은, 유지 수단 및 레이저 장비를 갖는, 레이저 가공 장치를 개시한다. 레이저 장비는, 제1 및 제2 레이저 헤드를 포함하며, 이들은 각각, 유지 수단에 의해 유지되는 공작물을 가공하기 위해 상이한 작동 모드들에서 사용된다. 이 장치는, 제1 레이저 헤드에 대해 그리고 제2 레이저 헤드에 대해 유지 수단을 위치 설정하고 이동시키기 위한, 복수의 급송 축을 더 구비한다.

공보 DE 10 2011 078 825 A1에는, 공작물을 가공하기 위한 방법 및 레이저 가공 기계가 공지된다. 레이저 가공 기계는, 공작물을 유지하기 위한 공작물 테이블 및 공작물의 재료를 층별로 제거하도록 레이저 빔을 안내하기 위한 레이저 공구를 포함한다. 레이저 가공 기계의 컨트롤러가, 제1 제거 단계에서 조정 가능한 거울을 구동함으로써 공작물 표면에 걸쳐 공작물에 대해 레이저 빔을 안내하도록 구성된다. 또한, 레이저 가공 기계의 컨트롤러는, 제2 제거 단계에서 공작물 표면에 걸쳐 공작물에 대해 하나 이상의 기계적 위치설정 축을 구동함으로써 레이저 빔을 안내하도록 구성되고, 여기서 위치설정 축은, 공작물과 레이저 공구의 상대 위치를 서로에 대해 병진 및 회전 방식으로 조정하기 위해 사용된다.

공보 DE 10 2012 111 771 A1은, 공작물을 가공하기 위한 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다. 레이저 가공 장치는, 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저, 및, 공작물 가공 도중에 레이저 빔을 적어도 2개의 공간적 방향으로 편향시키며 그리고 편향된 레이저 빔을 공작물 상에서 나선 경로를 따라 이동시키는, 제어 가능한 편향 장치를 포함한다. 레이저 가공 장치는 또한, 공작물과 편향 장치를 서로에 대해 위치설정하기 위한 및/또는 이동시키기 위한 위치설정 장비를 포함한다.

또한, 공보 EP 2 301 706 A2는, 임의의 3차원 공작물을 가공하기 위한 레이저 기계 장치를 개시한다. 레이저 가공 장치는, 3개의 직교 축 및 2개의 회전 축을 구비하며, 이러한 축들을 따라 또는 이러한 축들을 중심으로 레이저 가공 헤드 및 공작물이, 가공될 공작물의 모든 영역에 대한 접근을 허용하도록 하기 위해, 변위될 수 있다.

그러나, 공지의 레이저 가공 장치가 공작물과 가공 빔의 서로에 대한 상대적 변위에 대해 기초하게 되는, 기능적 원리는, 비교적 높은 수준의 복잡성을 가지며, 그 결과 장치의 구성 요소들의 제어가, 더욱 어려워지며 그리고 가공 정밀도가 악화될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 개선된 가공 품질을 보장하는, 서두에 언급된 유형의 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 본원의 청구범위 제1항의 특징을 갖는 장치 및 청구범위 제12항의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다.

바람직한 실시예들이, 종속 청구항 제2항 내지 제11항 그리고 아래의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 서두에 언급된 유형의 장치로서, 공작물 지지체는 적어도 하나의 선형 슬라이드(linear slide)를 갖는 슬라이드 장비 상에 배열되고, 상기 공작물 지지체는, 상기 슬라이드 장비를 통해 상기 선형 슬라이드에 연관되는 적어도 하나의 선형 축을 따라 베이스에 대해 변위될 수 있으며, 따라서 공작물 지지체는 자체에 연관된 슬라이드 장비와 함께 그리고 가공 장치는, 제1 회전축에 대해 횡 방향으로 그리고 고 에너지 가공 빔의 광축에 대해 횡 방향으로 연장되는, 제2 회전축을 중심으로 서로에 대해 회전될 수 있는 것인, 장치가, 제공된다. 상기 장치는 또한, 서로에 의존하여, 수용 장치를 제1 회전축을 중심으로 회전시키도록, 및/또는 공작물 지지체를 제2 회전축을 중심으로 회전시키도록, 및/또는 가공 장치를 제2 회전축을 중심으로 회전시키도록 구성되어, 가공 도중에, 고 에너지 가공 빔의 초점이 공작물의 가공될 표면 상에 또는 공작물의 가공될 표면 바로 근처에 위치하는, 현재 가공 위치가, 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 위치하도록 한다. 공작물의 가공될 표면은, 특히 공구의 절삭 날의 표면일 수 있다.

달리 표현하면, 본 발명에 따른 장치의 운동학은, 공작물의 요구되는 표면이 가공되는 동안에, 고 에너지 가공 빔의 초점 또한 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 놓이도록, 설계된다.

수용 장치를 포함하는 공작물 지지체의 제2 회전축을 중심으로 하는 회전이 제2 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 상응하는 회전을 야기한다는 것은, 말할 필요도 없다. 마찬가지로, 수용 장치를 제1 회전축을 중심으로 회전시키는 것 및 수용 장치를 포함하는 공작물 지지체를 제2 회전축을 중심으로 회전시키는 것은 동시에, 수용 장치에 의해 수용되는 공작물의 제1 회전축 또는 제2 회전축을 중심으로 하는 상응하는 회전을 야기한다.

본 발명의 발명자들은, 적어도 3개의 병진 위치설정 축을 따르는 그리고 적어도 2개의 회전 위치설정 축을 중심으로 하는 공작물과 레이저 빔 사이의 자유로운 상대 이동으로 인해, 현재 가공 위치가, 공간 내에서 거의 임의적으로 배열되는 종래의 레이저 가공 장치에 비해, 제2 회전축 상에서 또는 제2 회전축 바로 근처에서 공작물에 대한 현재 가공을 수행할 수 있는 것이, 유리하다는 것을, 인식하게 되었다. 이는, 가공 도중에 고려되어야만 하며 그리고 제어되어야만 하는, 자유도의 개수를 감소시킬 수 있다. 이는, 공작물과 고 에너지 가공 빔 사이에서 단순화된 그리고 더욱 정밀한 이동의 생성을 가능하게 할 수 있고, 그 결과, 개선된 가공 품질이 달성된다. 결과적으로, 공작물의 가공될 표면 상에서의 가공 빔의 지속적인 초점 조정이, 보다 양호하게 유지될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이러한 장치와 더불어, 특정 실시예에서, 고 에너지 가공 빔을 변위시키기 위한 부가적인 이동 가능 편향 거울들이 또한, 생략될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치는, 특정 실시예에서, 예를 들어, 공작물 상에, 예를 들어 반경 공구 상에, 큰 윤곽 변화를 가공하는 경우, 병진 이동 축들을 따르는 변위가 생략될 수 있는 가운데, 실질적으로 단지 제1 회전축 및 제2 회전축을 중심으로 하는 수용 장치 및/또는 가공 장치 및/또는 공작물 지지체의 이동만 수행되어야 하는 것을, 가능하게 할 수 있다. 이는, 높은 윤곽 및 가공 품질이 달성되는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 발명에 따른 장치의 경우, 특정 실시예에서, 특히, 본 발명에 따라 가공 도중에 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 놓이는, 고 에너지 가공 빔의 초점을 조정할 필요가 없기 때문에, 다른 이동 가능한 빔 안내 구성 요소들이, 생략될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 수용 장치 및/또는 공작물 지지체 및/또는 가공 장치의 서로에 의존하는 변위로 인해, 고 에너지 가공 빔의 현재 가공 위치 또는 초점은, 항상 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 놓일 수 있다.

베이스는, 지면 상에 위치될 수 있으며 그리고 지면에 대해 지지될 수 있다. 또한, 적어도 공작물 지지체, 수용 장치 및 가공 장치는, 이들이 베이스에 의해 지면으로부터 이격되도록, 베이스 상에서 베이스의 상부의 표면에 인접하게 배열될 수 있다. 또한, 제2 회전축은, 베이스의 상부의 표면에 수직으로 연장될 수 있을 것이다. 본 발명의 일 개선예에 따르면, 상기 장치는 베이스를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 다른 실시예에 따르면, 가공 장치는, 제2 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 베이스 상에 부착될 수 있다. 특히, 가공 장치는, 이를 위해 홀더를 구비할 수 있으며, 이러한 홀더에 의해, 가공 장치는, 베이스 상에, 제2 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 고정된다.

본 발명에 따른 장치의 일 개선예에서, 슬라이드 장비는, 실질적으로 서로 수직인 제1 선형 축 및 제2 선형 축을 따라 공작물 지지체를 변위시키기 위해, 실질적으로 서로 수직으로 배열되는 2개의 선형 슬라이드를 구비할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서, 공작물 지지체는, 슬라이드 장비와 함께 제2 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록, 베이스 상에 부착된다. 이러한 변형 실시예에서, 슬라이드 장비는, 예를 들어, X-선형 축 및 Y-선형 축을 따라 변위될 수 있도록 공작물 지지체를 지지하는, X-Y 테이블의 형태로 설계되며, 여기서 슬라이드 장비 자체는, 제2 회전축을 중심으로 회전될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 회전축은, 제1 회전축에 대해 실질적으로 수직으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제2 회전축이 베이스의 상부의 표면에 대해 수직으로 연장되면, 제1 회전축은 베이스의 상부의 표면에 대해 실질적으로 평행하게 연장된다.

본 발명에 따른 장치의 추가의 실시예에서, 제2 회전축은, 고 에너지 가공 빔의 광축에 대해 실질적으로 수직으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제2 회전축이 베이스의 상부의 표면에 대해 수직으로 연장되면, 고 에너지 가공 빔의 광축은 베이스의 상부의 표면에 대해 실질적으로 평행하게 연장된다.

또한, 제1 회전축 및 고 에너지 가공 빔의 광축은, 서로 가로지르도록 연장될 수 있다. 제1 회전축과 고 에너지 가공 빔의 광축 사이의 각도는, 공작물의 가공될 표면에 따라 설정될 수 있으며, 그리고 가공 도중에 및/또는 가공 이전에 공작물 지지체 및/또는 가공 장치를 제2 회전축을 중심으로 회전시킴으로써, 변경될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 일 개선예에 따르면, 제1 선형 축은, 공작물 지지체가 공작물 지지체의 종방향 축의 방향으로 변위될 수 있도록, 배열될 수 있다. 또한, 제2 선형 축은, 공작물 지지체가 종방향 축에 대해 횡 방향으로, 바람직하게는 수직으로, 연장되는 공작물 지지체의 횡방향 축 방향으로 변위될 수 있도록, 배열되는 것이, 제공될 수 있다. 이를 위해, 공작물 지지체는, 예를 들어, 이상에 언급된 X-Y 테이블을 포함할 수 있다. 수용 장치는, 이러한 X-Y 테이블을 통해, 베이스에 연결될 수 있다. 공작물 지지체의 종방향 축은, 예를 들어, 수용 장치의 제1 회전축에 대응할 수 있다. 상기 장치는, 현재 가공 위치가 가공 도중에 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 놓이도록, 공작물 지지체 및 그에 따라 수용 장치 및 이에 의해 수용되는 공작물을, 제1 선형 축 및/또는 제2 선형 축을 따라 추가로 변위시키도록 구성될 수 있다. 공작물 지지체는, 제1 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 공작물 지지체의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 가공 장치의 회전에 따라, 변위된다. 대안적으로, 수용 장치는 또한, 이상에 설명된 방식으로, 심지어 공작물 지지체를 변위시키지 않고도, 제1 선형 축 및/또는 제2 선형 축을 따라 변위될 수 있다는 것은, 말할 필요도 없다.

일 실시예에서, 제2 회전축 상에서 또는 제2 회전축 바로 근처에서 현재 가공 위치를 설정하기 위해, 공작물 지지체 또는 수용 장치를 제1 선형 축 및/또는 제2 선형 축의 방향으로 변위시키는 것은, 단지 가공 공정 이전에만 또는 가공 공정 도중에도, 가능할 수 있을 것이다. 가공 공정의 시작 이전에 공작물 지지체를 제1 선형 축 및/또는 제2 선형 축을 따라 충분한 정확성을 동반하도록 위치 설정하는데 충분한 개별적인 가공 상황에서, 가공 공정 도중에, 단지 제1 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 공작물 지지체의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 가공 장치의 회전만이, 허용되거나 또는 수행되는 것으로, 충분할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 장치의 일 개선예에 따르면, 초점 조정 장치는, 고 에너지 가공 빔의 빔 경로 내에 배열되며 그리고 고 에너지 가공 빔의 초점의 위치를 맞추기 위해 고 에너지 가공 빔의 광축의 방향으로 변위될 수 있는, 변위 가능한 초점 조정 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 장치는, 현재 가공 위치가 가공 도중에 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 위치하도록, 변위 가능한 초점 렌즈를 추가로 변위시키도록 구성될 수 있다. 변위 가능한 초점 렌즈는, 제1 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 공작물 지지체의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 가공 장치의 회전에 따라 변위된다.

일 실시예에서, 예를 들어 초점을 그리고 그에 따라 현재 가공 위치를 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 설정하도록 하기 위해, 고 에너지 가공 빔의 광축의 방향으로 초점 조정 렌즈를 변위시키는 것은, 가공 공정이 시작되기 이전에만 가능할 수 있으며, 따라서 가공 공정 도중에는, 단지 제1 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 공작물 지지체의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 가공 장치의 회전만이, 허용되거나 또는 수행된다.

본 발명에 따른 장치의 일 개선예에서, 초점 조정 장치는, 고 에너지 가공 빔의 빔 경로 내에 배열되며 그리고 고 에너지 가공 빔의 초점을 제2 회전축 상으로 또는 제2 회전축 바로 근처로 변위시키기 위해 고 에너지 가공 빔을 편향시키도록 구성되는, 적어도 하나의 변위 가능한 편향 장치를 포함할 수 있다. 상기 장치는 또한, 현재 가공 위치가 가공 도중에 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 놓이도록, 변위 가능한 편향 장치를 추가로 변위시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 변위 가능한 편향 장치는, 제1 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 공작물 지지체의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 가공 장치의 회전에 따라 변위될 수 있다.

일 실시예에서, 예를 들어 초점을 그리고 그에 따라 현재 가공 위치를, 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 설정하기 위해, 제2 회전축 상에서 고 에너지 가공 빔의 초점을 변위시키기 위한 적어도 하나의 변위 가능한 편향 장치의 변위는, 가공 공정의 시작 이전에만 가능하며, 따라서 가공 공정 도중에는, 제1 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 공작물 지지체의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 가공 장치의 회전만이 허용되거나 또는 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예에서, 적어도 하나의 변위 가능한 편향 장치는, 고 에너지 가공 빔의 광축에 대해 횡 방향으로 변위될 수 있는 시준 렌즈(collimation lens), 2-축 스캐너 시스템, 특히 2개의 선회축을 중심으로 선회될 수 있는 검류계 스캐너(galvanometer scanner), 다각형 거울 등을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 일 개선예에서, 공작물 지지체 및/또는 가공 장치는, 제2 회전축에 대해 실질적으로 평행하게 연장되며 그리고 제1 선형 축 및 제2 선형 축에 대해 실질적으로 수직으로 연장되는 추가적 축을 따라, 각각의 경우에 서로에 대해 변위될 수 있다. 달리 표현하면, 공작물 지지체 및/또는 가공 장치는, Z 축을 따라 높이 조절 가능할 수 있다. 공작물 지지체 및/또는 가공 장치는, 제1 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 공작물 지지체의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 가공 장치의 회전에 따라, 개별적인 추가적 축을 따라 변위된다.

일 실시예에서, 예를 들어 초점을 그리고 그에 따라 현재 가공 위치를 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 설정하기 위해, 공작물 지지체 및/또는 가공 장치는, 단지 가공 공정이 시작되기 이전에만, 개별적인 추가적 축을 따라 변위될 수 있으며, 따라서, 가공 공정 도중에는, 제1 회전축을 중심으로 하는 수용 장치의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 공작물 지지체의 회전 및/또는 제2 회전축을 중심으로 하는 가공 장치의 회전만이, 허용되거나 또는 수행된다.

본 발명에 따른 장치가, 구성 요소들의 설명된 이동을 수행하기 위해 장치의 다양한 이동 가능한 구성 요소들에 할당되는 구동 장치들을 제어할 수 있는, 적어도 하나의 제어 장치를 포함할 수 있다는 것은, 말할 필요도 없다.

부가적으로, 본 발명은, 고 에너지 가공 빔에 의해 공작물을 가공하기 위한, 바람직하게 레이저 빔에 의해 절삭 날들을 갖는 공작물을 가공하기 위한, 방법으로서, 특히 이상에 설명된 유형의 장치에 의해 수행되는 것인, 방법에 관한 것이다.

상기 방법은:

- 공작물 지지체의 수용 장치 내에 공작물을 수용하는 단계로서, 수용 장치는 그 내부에 수용되는 공작물과 함께, 가공 이전에 및/또는 가공 도중에 수용 장치의 제1 회전축을 중심으로 회전 가능한 것인, 공작물 지지체의 수용 장치 내에 공작물을 수용하는 단계;

- 가공 장치의 가공 빔 소스에 의해 고 에너지 가공 빔을 생성하는 단계; 및

- 가공 장치의 초점 조정 장치에 의해 고 에너지 가공 빔을 초점 내로 초점 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법에서, 공작물 지지체는, 적어도 하나의 선형 슬라이드를 갖는 슬라이드 장비 상에 배열되고, 여기서 공작물 지지체는, 선형 슬라이드에 할당되는 적어도 하나의 선형 축을 따라 베이스에 대해 슬라이드 장비를 통해 변위될 수 있다. 또한, 공작물 지지체는 자체에 할당되는 슬라이드 장비와 함께 그리고 가공 장치는, 제1 회전축에 대해 횡 방향으로 그리고 고 에너지 가공 빔의 광축에 대해 횡 방향으로 연장되는, 제2 회전축을 중심으로 서로에 대해 회전될 수 있다. 또한, 서로에 의존하여, 수용 장치는 제1 회전축을 중심으로 회전되고, 및/또는 공작물 지지체는 제2 회전축을 중심으로 회전되며, 및/또는 가공 장치는 제2 회전축을 중심으로 회전되어, 고 에너지 가공 빔의 초점이 공작물의 가공될 표면 상에 또는 공작물의 가공될 표면 근처에 놓이는, 현재 가공 위치가, 가공 도중에, 제2 회전축 상에 또는 제2 회전축 바로 근처에 놓이도록 한다.

비록 일부 양태들 및 특징들은 본 발명에 따른 장치와 관련해서만 설명되었지만, 이들은 본 발명에 따른 방법의 다른 개선예들에 대해서도 상응하게 적용될 수 있다.

본 발명의 대상은, 이상에 설명된 실시예들 및 개선예들로 국한되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다. 이상에 설명된 실시예들, 개선예들 및 특징들은, 본 발명의 대상을 벗어나지 않는 가운데, 당업자에 의해 요구에 따라 조합될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들이, 첨부된 개략적 도면들을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 실시예의 개요도이다.
도 2는 우측 절삭 공구를 가공하는 도중의 도 1의 장치의 상세도를 도시한다.
도 3은 우측 절삭 공구를 가공하는 도중의 도 1의 장치의 상세도를 도시한다.
도 4는 우측 절삭 공구의 가공과 관련한 도 3의 일부의 확대도를 도시한다.
도 5는 좌측 절삭 공구의 가공과 관련한 도 4에 대응하는 확대도를 도시한다.

도 1은, 개괄적으로 참조 부호 10으로 지시되는, 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 개략도를 도시한다. 장치(10)는, 고 에너지 가공 빔에 의해, 보다 정확하게 레이저 빔(12)에 의해, 절삭 날들을 갖는 공작물(W)을 가공하기 위해 사용된다. 도시된 예에서, 장치(10)는, 공작물 지지체(14) 및 가공 장치(16)를 포함한다.

공작물 지지체(14)는, 공작물(W)이 그 내부에 수용되는, 수용 장치(18)를 구비한다. 수용 장치(18) 및 이에 의해 수용되는 공작물(W)은, 도 1에서 화살표(A)에 의해 지시되는, 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전될 수 있다. 이를 위해, 수용 장치(18)는, 제어 장치에 의해 제어될 수 있는 구동 장치(도시되지 않음)를 구비한다. 제1 회전축(R1)은, 공작물(W)의 회전축 및 공작물 지지체(14)의 종방향 축을 동시에 나타낸다.

가공 장치(16)는, 레이저 빔(12)을 생성하기 위한 가공 빔 소스(빔 생성기) 및, 레이저 빔(12)을 공작물(W)의 가공될 표면 상의, 즉 여기서는 절삭 날들 중 하나 상의, 초점(B)으로 초점 조정하는, 초점 조정 장치를 갖도록 제공된다.

예시적인 실시예에 도시된 수용 장치(18) 및 도시된 가공 장치(16)의 추가적인 구성은, 종래 기술로부터 당업자에게 충분히 알려져 있으며, 따라서 이에 관한 상세한 설명은 여기에서 생략된다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 그리고 화살표(C)에 의해 지시되는 바와 같이, 공작물 지지체(14) 및 가공 장치(16)는, 제2 회전축(R2)을 중심으로 서로에 대해 회전될 수 있다. 이러한 제2 회전축(R2)은, 제1 회전축(R1)에 실질적으로 수직으로 그리고 레이저 빔(12)의 광축에 실질적으로 수직으로 연장된다. 또한, 제2 회전축(R2)은, 장치(10)의 베이스(22)의 표면(20)에 대해 실질적으로 수직으로 연장된다. 베이스(22)를 통해, 장치(10)는 지면에 대해 지지된다. 대안적으로, 장치(10)의 베이스(22)는, 시스템의 프레임 또는 이와 유사한 것 상에 부착될 수 있다.

레이저 빔(12)의 광축(L) 및 제1 회전축(R1)은, 서로에 대해 횡 방향으로 연장되며, 그리고 도시된 예에서, 공통 교차점을 갖지 않도록 오프셋되거나 또는 서로 이격된다. 제1 회전축(R1)과 레이저 빔(12)의 광축 사이의 정확한 거리는, 가공될 공작물의 기하학적 구조 및 치수에 따라 선택되고, 따라서 레이저 빔(12)의 초점(B)은, 공작물의 가공될 절삭 날에 부딪친다.

제2 회전축(R2)을 중심으로 회전 운동을 가능하게 하기 위해, 공작물 지지체(14)는, X-Y 테이블(24)에 의해 도시되는 장치(10)의 베이스(22) 상에 회전 가능하게 기계적으로 고정된다. 또한, 가공 장치(16)는, 홀더(26)에 의해 장치(10)의 베이스(22) 상에 견고하게 기계적으로 고정된다. X-Y 테이블(24)은 또한, 공작물 지지체(14) 및 그에 따른 수용 장치(18) 그리고 이에 의해 수용되는 공작물(W)이, 도 1에서 화살표들(X 및 Y)에 의해 지시되는, 공작물 지지체(14)의 종방향 축의 방향 및 종방향 축에 대해 횡 방향으로 연장되는 공작물 지지체(14)의 횡방향 축의 방향으로 변위되는 것을 가능하게 한다. 여기서 종방향 축은, 수용 장치(18) 또는 공작물(W)의 제1 회전축(R1)에 대응한다.

또한, 가공 장치(16) 및 공작물 지지체(14)(수용 장치(18) 및 이에 의해 수용되는 공작물(W) 포함)는, 서로에 대해 그리고 베이스(22)에 대해 제2 회전축(R2)의 방향으로 변위 가능하도록 설계된다. 달리 표현하면, 도시된 실시예에서, 공작물 지지체(14)는, 베이스(22)에 대해 높이를 조정할 수 있다. 이러한 변위 가능성은, 도 1에서 화살표(Z)에 의해 지시된다. 이를 통해, 예를 들어, 제1 회전축(R1)과 레이저 빔(12)의 광축 사이의 거리가, 조정될 수 있다.

장치(10)는, 서로에 의존하여, 수용 장치(18)(및 이에 따라 가공될 공작물(W))를 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전시키도록, 및/또는 공작물 지지체(14)(및 이에 따라 수용 장치(18) 및 공작물(W))를 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전시키도록, 및/또는 가공 장치(16)를 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전시키도록 구성되어, 레이저 빔(12)의 초점(B)이 공작물(W)의 가공될 절삭 날 상에 놓이는, 현재 가공 위치가, 가공 도중에 제2 회전축(R2) 상에 또는 제2 회전축(R2) 바로 근처에 위치하도록 한다. 그에 따라, 바람직하게, 현재 가공 위치 및 이에 따라 레이저 빔(12)의 초점(B)은, 가공 도중에, 항상 제2 회전축(R2) 상에 놓인다.

본 발명에 따른 장치(10)에 의한 공작물(W)의 그러한 가공은, 도 2 내지 도 4에 상세하게 도시된다. 도 2 내지 도 4는, 우측 절삭 공구(W1)의 가공을 도시한다. 도 4는 또한, 도 3의 일부의 확대도를 도시한다.

본 장치(10)에 의한 본 발명에 따른 가공에서, 현재 가공 위치 및 이에 따라 레이저 빔(12)의 초점(B)이, 가공 도중에 항상 제2 회전축(R2) 상에 또는 적어도 제2 회전축(R2) 바로 근처에 놓이기 때문에, 단지 장치(10)의 구성 요소들의 회전 운동만이, 제어될 필요가 있다. 보다 정확하게는, 제1 회전축(R1)을 중심으로 하는 수용 장치(18)의 이동, 및/또는 제2 회전축(R2)을 중심으로 하는 공작물 지지체(14) 및/또는 가공 장치(16)의 이동만이, 제어될 필요가 있다. 이것은, 공작물(W)과 레이저 빔(12) 사이에서의 간단하고 정확한 이동 생성을 가능하게 하며, 이는, 달성될 수 있는 가공 품질에 긍정적인 영향을 미친다. 그러나, 가공 상황에 의존하여, X, Y 및 Z 축을 따르는 변위를 위해 개별적인 선형 축들을 추가로 제어하는 것이 필요할 수 있을 것이다.

도시된 본 발명의 실시예에서, 가공 공정의 시작 이전 또는 가공 도중에, 공작물 지지체(14)는, x 방향 및 y 방향으로 X-Y 테이블(24)에 의해 조정되며, 그리고 공작물 지지체(14) 및 가공 장치(16)의 높이가 z 방향으로 조정된다. 가공 상황에서 선형 축들을 따르는 충분히 정확한 사전 위치설정이 구현될 수 있는 경우, 가공 도중에 단지 회전축들(R1 및 R2)을 중심으로 변위시키는 것만 수행하는 것이 가능할 수 있으며, 여기서 현재 가공 위치는, 항상 제2 회전축(R2) 상에 또는 제2 회전축(R2) 바로 근처에 놓인다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 장치의 구성 요소들이 또한, 현재 가공 위치가 항상 제2 회전축(R2) 상에 또는 제2 회전축(R2) 바로 근처에 놓이는 것을 보장하기 위해, 가공 도중에 x, y 및 z 방향으로 변위될 수 있다는 것은, 말할 것도 없다.

도 5는 이제, 좌측 절삭 공구(W2)가 확인될 수 있는, 도 4에 대응하는 확대도를 도시한다. 여기서 공구(W2)는, 레이저 빔(12)의 초점(B)이 가공될 공작물 절삭 날에 부딪히도록, Z 축에 할당되는 선형 슬라이드를 통해 높이에 관해 변위된다. 여기서 가공 위치는, 축(R1) 상부에 위치한다. 가공될 공작물 절삭 날 상에서의 초점(B)의 최적의 위치설정을 달성하기 위해, 공작물(W2)을 공작물 지지체 위에서 X 축 및/또는 Y 축을 따라 변위시키는 것이 또한 필요할 수 있다. X, Y 및 Z 축 및 회전 축(R1 및 R2)의 적절한 제어는, 모든 가공 상황에서, 심지어 가공 도중에도, 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 장치(10)의 설명된 기능적 원리로 인해, 레이저 빔(12)의 빔 경로 내의 부가적인 이동 가능한 경사진 거울들 또는 다른 변위 가능한 광학적 구성 요소들이, 도면에 도시된 실시예에서, 생략될 수 있다. 이는, 종래 기술의 통상적인 레이저 가공 장치와 비교하여, 비용 절감을 가능하게 할 수 있다.

그러나, 대안적인 실시예에서, 부가적인 변위 가능한 광학적 구성 요소들이, 레이저 빔을 변위시키기 위해 제공될 수 있다는 것은, 말할 필요도 없다. 이들은, 레이저 빔의 초점이 제2 회전축(R2) 상에 또는 제2 회전축(R2) 바로 근처에 놓이도록, 가공 공정이 시작되기 이전에 레이저 빔을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 대안적인 실시예에서, 그러한 부가적인 변위 가능한 광학적 구성 요소들은, 제2 회전축(R2) 상에서의 가공 도중에 레이저 빔을 Z 방향으로 변위시키기 위해 역할을 할 수 있다.

Claims

고 에너지 가공 빔(12)에 의해 공작물(W)을 가공하기 위한, 특히 레이저 빔에 의해 절삭 날들을 갖는 공작물을 가공하기 위한, 장치(10)로서:
- 베이스(22);
- 공작물(W)을 수용하기 위한 수용 장치(18)를 갖는 공작물 지지체(14)로서, 상기 수용 장치(18)는 그 내부에 수용되는 공작물(W)과 함께, 상기 수용 장치(18)의 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전될 수 있는 것인, 공작물 지지체(14); 및
- 상기 고 에너지 가공 빔(12)을 생성하기 위한 가공 빔 소스 및 상기 고 에너지 가공 빔(12)을 초점(B) 내로 초점 조정하기 위한 초점 조정 장치를 갖는, 가공 장치(16)
를 포함하는 것인, 공작물을 가공하기 위한 장치(10)에 있어서,
상기 공작물 지지체(14)는, 적어도 하나의 선형 슬라이드를 갖는 슬라이드 장비(24) 상에 배열되고, 상기 공작물 지지체(14)는, 상기 선형 슬라이드에 할당되는 적어도 하나의 선형 축(X, Y)을 따라 상기 베이스(22)에 대해 상기 슬라이드 장비를 통해 변위될 수 있고,
상기 공작물 지지체(14)는 자체에 할당되는 상기 슬라이드 장비(24)와 함께 그리고 상기 가공 장치(16)는, 상기 제1 회전축(R1)에 대해 횡 방향으로 그리고 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 광축에 대해 횡 방향으로 연장되는, 제2 회전축(R2)을 중심으로 서로에 대해 회전될 수 있으며, 그리고
상기 장치(10)는, 서로에 의존하여, 상기 수용 장치(18)를 상기 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전시키도록, 및/또는 상기 공작물 지지체(14)를 상기 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전시키도록, 및/또는 상기 가공 장치(16)를 상기 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전시키도록 구성되어, 가공 도중에, 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 상기 초점(B)이 공작물(W)의 가공될 표면 상에 또는 공작물(W)의 가공될 표면 근처에 위치하는, 현재 가공 위치가, 상기 제2 회전축(R2) 상에 또는 상기 제2 회전축(R2) 바로 근처에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 회전축(R2)은 바람직하게, 상기 베이스(22)의 상부(20)의 표면에 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가공 장치(16)는, 바람직하게는 홀더(26)에 의해, 상기 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전 가능하도록, 상기 베이스(22) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬라이드 장비(24)는, 실질적으로 서로 수직인 제1 선형 축 및 제2 선형 축(X, Y)을 따라 상기 공작물 지지체(14)를 변위시키기 위해, 실질적으로 서로 수직으로 배열되는 2개의 선형 슬라이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 회전축(R2)은, 상기 제1 회전축(R1)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 회전축(R2)은, 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 상기 광축에 대해 실질적으로 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 선형 축(X)은, 상기 공작물 지지체(14)가 상기 공작물 지지체(14)의 종방향 축의 방향으로 변위될 수 있도록 배열되며, 그리고 상기 제2 선형 축(Y)은, 상기 공작물 지지체가 상기 종방향 축에 대해 횡 방향으로 연장되는 상기 공작물 지지체(14)의 횡방향 축의 방향으로 변위될 수 있도록 배열되며, 상기 공작물 지지체(14)의 상기 종방향 축은, 바람직하게는 상기 수용 장치(18)의 상기 제1 회전축(R1)에 대응하고, 상기 장치(10)는, 상기 현재 가공 위치가 가공 도중에 상기 제2 회전축(R2) 상에 또는 상기 제2 회전축(R2) 바로 근처에 놓이도록, 상기 공작물 지지체(14)를 상기 제1 선형 축 및 제2 선형 축(X, Y)을 따라 추가로 변위시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초점 조정 장치는, 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 빔 경로에 배열되며 그리고 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 상기 초점(B)의 위치를 맞추기 위해 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 상기 광축의 방향으로 변위될 수 있는, 변위 가능한 초점 조정 렌즈를 포함하고, 상기 장치(10)는, 상기 현재 가공 위치가 가공 도중에 상기 제2 회전축(R2) 상에 또는 상기 제2 회전축(R2) 바로 근처에 위치하도록, 상기 변위 가능한 초점 렌즈를 추가로 변위시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초점 조정 장치는, 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 상기 빔 경로에 배열되며 그리고 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 상기 초점(B)을 상기 제2 회전축(R2) 상으로 변위시키기 위해 상기 고 에너지 가공 빔(12)을 편향시키도록 구성되는, 적어도 하나의 변위 가능한 편향 장치를 포함하고, 상기 장치(10)는, 상기 현재 가공 위치가 가공 도중에 상기 제2 회전축(R2) 상에 또는 상기 제2 회전축(R2) 바로 근처에 놓이도록, 상기 변위 가능한 편향 장치를 추가로 변위시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제9항에 있어서,
상기 적어도 하나의 변위 가능한 편향 장치는, 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 상기 광축에 대해 횡 방향으로 변위될 수 있는 시준 렌즈, 2-축 스캐너 시스템, 특히 2개의 선회축을 중심으로 선회될 수 있는 검류계 스캐너, 다각형 거울 및 이와 유사한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공작물 지지체(14) 및/또는 상기 가공 장치(16)는, 상기 제2 회전축(R2)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되며 그리고 상기 제1 선형 축 및 제2 선형 축(X, Y)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되는 추가적 축(Z)을 따라, 각각의 경우에 서로에 대해 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 장치.
고 에너지 가공 빔(12)에 의해 공작물(W)을 가공하기 위한, 바람직하게 레이저 빔에 의해 절삭 날들을 갖는 공작물을 가공하기 위한, 특히 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치(10)에 의해 수행되는, 방법으로서:
- 공작물 지지체(14)의 수용 장치(18)에 공작물(W)을 수용하는 단계로서, 상기 수용 장치(18)는 내부에 수용되는 공작물(W)과 함께 가공 이전에 및/또는 가공 도중에 상기 수용 장치(18)의 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전 가능한 것인, 공작물 지지체(14)의 수용 장치(18)에 공작물(W)을 수용하는 단계;
- 가공 장치(16)의 가공 빔 소스에 의해 상기 고 에너지 가공 빔(12)을 생성하는 단계; 및
- 상기 가공 장치(16)의 초점 조정 장치에 의해 상기 고 에너지 가공 빔(12)을 초점(B) 내로 초점 조정하는 단계;
를 포함하는 것인, 공작물을 가공하기 위한 방법에 있어서,
상기 공작물 지지체(14)는, 적어도 하나의 선형 슬라이드를 갖는 슬라이드 장비(24) 상에 배열되고, 상기 공작물 지지체(14)는, 상기 선형 슬라이드에 할당되는 적어도 하나의 선형 축(X, Y)을 따라 상기 베이스(22)에 대해 상기 슬라이드 장비를 통해 변위될 수 있고,
상기 공작물 지지체(14)는 자체에 할당되는 상기 슬라이드 장비(24)와 함께 그리고 상기 가공 장치(16)는, 상기 제1 회전축(R1)에 대해 횡 방향으로 그리고 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 광축에 대해 횡 방향으로 연장되는, 제2 회전축(R2)을 중심으로 서로에 대해 회전될 수 있으며, 그리고
서로에 의존하여, 상기 수용 장치(18)는 상기 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전되고, 및/또는 상기 공작물 지지체(14)는 상기 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전되며, 및/또는 상기 가공 장치(16)는 상기 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전되어, 상기 고 에너지 가공 빔(12)의 상기 초점(B)이 공작물(W)의 가공될 표면 상에 또는 공작물(W)의 가공될 표면 근처에 놓이는, 현재 가공 위치가, 가공 도중에, 상기 제2 회전축(R2) 상에 또는 상기 제2 회전축(R2) 바로 근처에 놓이도록 하는 것을 특징으로 하는 공작물을 가공하기 위한 방법.