KR20210016411A - 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공장치 - Google Patents

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KR20210016411A
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마틴 트라우브
알렉산더 올로윈스키
아몰드 글리너
안드레 허슬러
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프라운호퍼-게젤샤프트 추르 푀르더룽 데어 안게반텐 포르슝 에.베.
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Abstract

본 발명은 이미징 광 경로(3)에 의해 접근하기 어려운 공작물(2)을 처리하기위한 장치(1) 및 이 장치(1)를 사용하여 레이저 처리를 위한 대응 방법(100)에 관한 것으로, 광축(OA)이 중계 광학 시스템(4)을 통과하는 중계 광학 시스템(4)과 제 3 초점 거리(F3)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(51)와 이미징 광학 경로(3)의 이미징 광학의 전파 방향(A)에서 보이는 첫 번째 중계 광학 그룹(41) 앞에 배치 된 빔 스캐너(6)를 갖는 이미징 광학 경로(3)의 전파 방향(A)의 광축(OA)에서 볼 때 동일한 뒤에 배열 된 초점 유닛(5)을 포함하고, 어떤 스캐너는 이미징 광학 경로(3)가 첫 번째 릴레이 광학 그룹(41)에 들어가는 것과 적어도 광학 축(OA)과 관련하여 이미징 광학 경로(3)를 편향시키기 위해(V1) 입사 동공(EP)으로 제공되며; 제 3 초점 거리(F3)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(51)와 중간 초점(31)에서 이미징 광학 경로(3)의 초점을 맞추도록 적응되는 빔 scthe 제 1 중계 광학 그룹(41)이 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹(41, 42) 사이의 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹 (41, 42)과 별도로 위치하며, 출구를 위해 중간 초점(31)을 이미징하도록 조정되는 제 2 중계 광학 그룹(42)이 중계 광학 시스템(4) 및 포커싱 유닛(5)으로부터 공작물(2)을 처리하기 위해 장치(32)의 초점에서 이미징 광학 경로(3)를 초점 평면(33)에 초점을 맞추도록 구성되고; 제 3 초점 거리(F3)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(51)뿐만 아니라 입사 동공(EP)과 이미징 광학 경로(AP)의 방향으로 장치의 선단 사이의 빔 거리(L)는 릴레이 광학 시스템(4)의 가장 큰 광학 요소(411, 421)의 직경(D)의 2배, 바람직하게는 4배, 훨씬 더 바람직하게는 8배 더 크다.

Description

접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공장치
본 발명은 이미징 광 경로의 수단에 의해 접근하기 어려운 공작물을 처리하기위한 장치 및 이 장치의 수단에 의한 레이저 처리의 대응 방법에 관한 것이다.
스캐닝 레이저 방사를 구비하는 레이저 가공(용접, 빌드 업 용접, 납땜, 전기 침식 및 표면 구조화)은 접근하기 어려운 가공 현장의 경우 오늘날 생산 엔지니어링에서 상당한 문제를 야기한다. 초점 광학 장치의 정상적인 작동 거리를 초과하는 큰 침지 깊이가 필요하거나 대형 초점 광학 장치를 위한 공간이 필요한 응용은 달성해야 하는 레이저 빔 초점 직경의 단점만 구현할 수 있고, 구리 및 알루미늄과 같이 열 및 전기 전도성이 높은 재료는 고체 에미터로 처리할 때 반사도가 높아 특성 공정 임계 값에 도달하기가 더 어려워지며(예 : 딥 용접 중), 초점 거리가 짧아지고 결과적으로 초점 직경이 감소하면 공작물에 더 높은 강도가 발생하여 더 나은 재현성과 더 안정적인 레이저 공정이 가능하다. 반면에 기하학적 조건으로 인해 공작물 또는 용접기에서 사용해야 하는 더 높은 초점 거리는 항상 입구 동공의 일정한 직경으로 더 큰 초점 직경으로 이어지고 결과적으로 재료, 특히 반사율이 높은 재료의 가공을 더 어렵게 만드는 프로세스 불안정성으로 이어지고, 따라서 초점 광학 장치에 액세스하는 데 필요한 작업 공간이 이를 허용하지 않더라도 짧은 초점 거리를 사용하여 작은 초점 직경을 목표로 해야 한다.
광학 시스템의 열적 및 기계적 안정성은 주로 사용되는 용접 광학 장치의 기하학적 조건에 의해 결정되고, 1kW 이상의 레이저 성능을 사용하는 레이저 빔 공정은 균일한 온도 분포와 광학 요소의 낮은 온도 구배를 요구하며, 공간 절약형 포커싱 렌즈를 사용하면 흡수된 복사로 인한 온도 상승에 중요한 냉각 표면이 줄어 든다. 광학 시스템에서 국부적으로 발생하는 다양한 온도와 온도 구배는 시간이 지남에 따라 빔 품질을 저하시키고 초점면을 이동시켜 작업 거리를 이동시키고, 이렇게 변경된 공작물 표면의 광학 조건은 효과적이고 고품질의 처리를 보장하기 위해 피해야 하는 공정 불안정 및 공정 중단으로 이어질 수 있으며, 최신 기술에 따른 어셈블리에서 열적 및 기계적 안정성을 나타내는 광학 요소는 정확히 1kW 이상의 성능에서 불리하게 감소된다.
이미 언급한 레이저 가공 방법의 자동화된 사용 프레임 워크 내에서 프로세스 모니터링은 필수 불가결하고, 공정 모니터링을 위해, 일반적으로 공정에서 방출되는 방사선이 동시에 측정 및 평가되며, 오프셋이 있는 외부 센서를 통해 이러한 프로세스 모니터링 시스템을 처리 광학 장치 옆에 설치할 수 있으며 처리 기계의 공간 점유를 늘려 광학 요소에 대한 접근성을 줄일 수 있고, 비 동축 공정 모니터링 외에도 추가 공급 라인을 통해 처리 영역으로 공급되어야 하는 공정 가스 및 공정 재료의 공급에 의해 공간이 더욱 제한된다.
가공 광학 장치의 공간 점유와 가공 기계의 작동 거리를 줄이기 위해 광섬유를 통해 레이저 빔을 실제 가공 영역에 매우 가깝게 유도 할 수 있다. 그러나 이 구조는 사용되는 높은 에너지로 인해 광섬유를 사용할 수 없기 때문에 초단 펄스 레이저에는 사용할 수 없다.
제조 공정에 공급되는 미디어는 일반적으로 처리 현장에 국부적으로 고정되고, 축이 회전하는 경우 스캐닝 지오메트리는 변경되지 않고 전역 좌표계 내에서 회전에 참여하지 않으며, 폴리머가 없는 어셈블리는 광학 부품의 기계적 장력을 통해 구현되고, 충전 소켓에 렌즈를 설치하면 빔 전파 및 빔 분포가 변경되는 열 응력의 경우 장력이 증가하며, 따라서 빔 유도로 인해 광학 경로에 통합된 프로세스 모니터링은 동축이 아닌 방식으로 만 수행될 수 있다. 극초단 펄스 레이저 빔 소스로 처리하는 경우 높은 펄스 피크 전력으로 인해 개방 빔 유도만 가능하고, 최신 기술에서 제조 공정의 단계는 일반적으로 순차적으로 발생하며, 따라서 스캐너의 이동과 선형 또는 회전 축 이동이 서로 분리된다.
따라서 레이저 수단에 의해 접근하기 어려운 공작물을 처리할 수 있는 장치를 사용하는 것이 바람직하고, 이 장치는 공작물 상 처리 영역 위의 측면 공간 점유가 거의 없는 1kW 이상의 고출력 레이저 프로세스에서도 효과적이고 안정적인 프로세스 관리를 허용하며, 그러한 장치는 또한 원한다면 프로세스에 미디어를 공급할 수 있어야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 공작물의 처리 영역 위의 측면 공간 점유가 거의 없는 1kW 이상의 고출력 또는 심지어 10kW 이상의 높은 펄스 피크 전력을 갖는 레이저 공정에 대해서도 효과적이고 안정적인 공정 관리를 허용하는 레이저 수단에 의해 접근하기 어려운 공작물을 가공하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 이미징 광학 경로(예 : 레이저 빔)의 수단에 의해 접근하기 어려운 공작물을 처리하는 제 3 초점 거리를 생성하기 위한 여러 광학 요소와 이미징 광학 경로의 전파 방향에서 보이는 첫 번째 중계 광학 그룹 앞에 배치된 빔 스캐너를 가지며, 이 스캐너는 제 1 중계 광학 그룹은 광축에 대해 적어도 이미징 광학 경로를 편향시키기 위해 이미징 광학 경로가 진입하기 위한 입사 동공으로 제공되는 중계 광학 시스템을 통과하는 광축을 갖는 중계 광학 시스템과, 각각 제 1 및 제 2 초점 거리를 생성하기 위한 여러 광학 요소를 갖는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹과, 이미징 광 경로의 전파 방향으로 광축에서 본 동일한 뒤에 배열된 포커싱 유닛과; 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹 사이의 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹과 분리되어 위치 된 중간 초점에서 이미징 광학 경로를 포커싱하도록 구성되는 제 1 릴레이 광학 그룹, 릴레이 광학 시스템으로부터의 출구를 위해 중간 초점을 이미지화 하도록 구성되는 제 2 중계 광학 그룹, 작업 물을 처리하기 위해 초점 평면상의 장치의 초점에 이미징 광학 경로를 포커싱하도록 구성되는 포커싱 유닛과; 중계 광학 시스템의 가장 큰 광학 요소 직경의 2 배, 바람직하게는 4 배, 훨씬 더 바람직하게는 8 배보다 더 큰 이미징 광학 경로의 방향에서 입사 동공과 장치의 한쪽 선단 사이의 거리를 포함하는 장치를 통해 달성된다.
직접 초점에서, 입구 동공과 처리 부위의 공간적 분리는 전체 시스템의 확장을 수반한다는 문제가 발생하고, 특히, 처리 공간이 확대되면 원하는 스폿 크기를 얻기 위해 각각의 개구 수가 필요하기 때문에 렌즈의 개구도 그에 따라 확대되어야하며, 넓은 처리 공간과 큰 전체 길이로 충분히 작은 광학 시스템의 전체 직경을 달성하기 위해 중계 광학 시스템이 사용되고, 용어 "중계 광학 시스템"은 이미지를 반전하고 광학 시스템을 연장시키는 광학 요소 그룹을 지정하며, 사용되는 광학 요소는 예를 들어 종래의 렌즈 및 무채색 렌즈를 포함할 수 있다. 중계 광학 시스템은 중계 광학 시스템 내의 빔 경로에 하나 이상의 중간 초점 평면을 만들고, 광학 시스템은 광학 시스템 내의 빔 경로에 하나 이상의 중간 평면을 만들며, 1kW 이상의 높은 레이저 성능(예 : 최대 10kW), 펄스 레이저도 10kW 이상의 중계 광학 시스템을 제공하기 위해 본 발명에 따른 중계 광학 시스템은 두 부분으로 분리되는 바 각각의 제 1 광학 요소를 갖는 제 1 중계 광학 그룹 및 각각의 제 2 광학 요소를 갖는 제 2 중계 광학 그룹은 중계 광학 그룹 각각의 외부에 중간 초점을 배치하기 위해 이 경우 첫 번째 및 두 번째 중계 광학 그룹 사이 서로 충분히 이격되어 있다; 첫 번째 중계 광학 그룹은 두 번째 중계 광학 그룹에 의해 무한대로 촬영되는 중간 초점을 생성하고, 여기에서 먼저 두 그룹 사이에 중간 초점이 생성되고 두 번째로 입사 동공이 중계 광학 시스템 뒤에 이미징된다. 적합한 광학 요소 (예를 들어, 종래의 렌즈 및 무채색 렌즈)를 포함하는 최종 초점 광학 수단으로서의 초점 유닛에 의해 이미징 광학 경로(예를 들어 레이저 빔)는 공작물상의 장치의 초점에 초점이 맞춰지고, 두 구성 요소(중계 광학 시스템 및 포커싱 유닛)의 초점 거리는 전체 길이 대 직경의 비율로서 전체 광학 시스템의 원하는 종횡비가 2보다 크도록 선택되어야 하며, 이러한 방식으로, 광학 요소의 표면 또는 광학 요소 내의 높은 전력 밀도(부품의 파괴를 초래할 수 있음)를 피할 수 있고, 바람직한 실시예에서, 전체 길이 대 직경의 비는 4보다 크고, 바람직하게는 8보다 더 크다. 예를 들어 가장 큰 광학 요소의 직경이 35mm 인 경우 거리는 300mm에서 500mm까지 가능하며, 이러한 거리가 중계 광학 시스템의 가장 큰 광학 요소 직경의 10 배 이상인 경우, 특히 최대 10kW의 높은 cw 전력 밀도와 10kW 이상의 펄스 전력이 장치에 손상을 일으키지 않고 장치를 통해 공작물에 집중될 수 있고, 가장 큰 광학 요소의 직경은 30mm에서 50mm 사이이다.
따라서, 본 발명에 따른 장치는 특정 공작물에 필요한 레이저 펄스의 높은 펄스 전력 및 높은 펄스 에너지로 작업하는 데 적합하며 이러한 매개 변수로 오랜 시간 동안 안정적으로 작업 할 수 있다.
입사 동공은 빔 스캐너의 거울면에 있고, 후자가 빔 방향에서 이미징 요소 앞에 배치된 경우 조리개와 동일하며, 출사 동공은 광선이 장치의 초점 평면을 향하는 장치 끝에서 장치를 떠날 때 입사 동공의 이미지이고, 장치의 초점은 광선이 장치를 떠난 후 초점면에서 광선의 초점이다.
빔 스캐너의 목적은 적어도 광축에 대해 이미징 광 경로를 편향시키는 것이고, 이러한 방식으로, 장치의 초점은 이미징 광학 경로의 위치가 광축과 일치 할 경우 장치의 초점을 형성할 초점 주변의 초점 평면에서 이동할 수 있으며, 빔 스캐너에 의한 이미징 광학 경로의 편향에 의해 장치의 초점을 국부적으로 변경함으로써 공작물의 전체 표면이 장치의 광학 요소에 의해 정의된 프레임 내에서 유연하게 작업될 수 있고, 이를 위해 빔 스캐너는 이미징 광학 경로의 전파 방향에서 중계 광학 시스템 앞에 배치되며, 이미징 광학 경로의 전파 방향은 레이저에서 광학 부품을 통해 공작물까지 이미징 광학 경로(레이저 광)의 빔 경로 방향을 정의한다. 빔 스캐너는 2 차원 스캐너 또는 3 차원 스캐너 일 수 있고, 2 차원 스캐너는 평면, 예를 들어 광축에 직교하는 평면에서 이미징 광 경로의 위치를 변경할 수 있으며, 3 차원 스캐너는 추가 공간 방향으로 이미징 광학 경로의 위치를 변경할 수 있다. 그에 따라 본 발명에 따른 장치의 구성 요소를 배열함으로써 작업면(워크 피스상의) 및 빔 스캐너의 위치가 사용되는 광학 시스템의 제한된 측면 연장으로 서로 이격되어 배열될 수 있고, 따라서, 본 발명에 따른 장치는 공작물에 대한 제한된 공간적 접근 가능성으로, 빔 스캐너와 작은 초점 직경과 넓은 스캐닝 필드를 갖는 공작물 사이에 큰 공간을 두고, 공작물에 초점을 맞춘 이미징 광 경로의 큰 침지 깊이로 작동될 수 있으며, 예를 들어, 이러한 방식으로 큰 침지 깊이로 파이프 및 하우징 내부의 작업이 가능하다.
다른 실시 예에서, 추가 빔 스캐너가 제 1 중계 광학 그룹과 제 2 중계 광학 그룹 사이의 광학 경로에 배치되어 이미징될 광학 경로를 다시 수정하거나 이미 첫 번째 중계 광학 그룹을 통과하거나 이미지 모니터링 및 프로세스 모니터링을 장치에 통합한 광학 경로에 추가하여 다른 빔을 결합하고, 예를 들어 중계 광학 시스템의 첫 번째 및 두 번째 초점 거리는 입사 동공과 이미징 광 경로 방향에서 장치 끝 사이의 거리가 가장 큰 종계 광학 시스템의 광학요소의 직경의 두 배보다 크도록 선택할 수 있으며, 이러한 방식으로, 광학 요소의 표면 또는 광학 요소에서 각각 구성 요소의 파괴로 이어질 매우 높은 전력 밀도로 인한 손상을 방지할 수 있다.
가공할 공작물은 방사선으로 처리 할 수 있는 모든 공작물일 수 있고, 가공에 필요한 레이저 성능은 공작물 재료와 원하는 가공 유형에 따라 다르며, 예를 들어, 본 발명에 따른 장치는 레이저 용접, 레이저 빌드 업 용접, 레이저 납땜, 레이저 절단, 레이저 마모, 레이저 드릴링, 레이저 변형 또는 레이저 표면 구조화에 사용될 수 있다.
이미징 광학 경로를 생성하는 데 적합한 광원은 예를 들어 Nd : YAG 레이저 또는 기타 산업용 고체 레이저, 다이오드 레이저, CO2 레이저 또는 광섬유 레이저 일 수 있고, 예를 들어 다이아몬드 재료로 만들어진 위에서 언급한 광학 요소를 사용하여 최대 5kW 이상의 성능을 얻을 수 있다.
이 장치를 사용하면 레이저를 통해 접근하기 어려운 공작물을 처리할 수 있으며 평균 성능> 1kW 및 펄스 출력> 1kW 또는> 10kW의 레이저 프로세스를 수행할 수 있으므로 공작물의 처리 영역 위의 공간 점유 측면이 거의 없는 효과적인 안정적인 프로세스 제어가 가능하다.
일 실시 예에서, 광학 시프팅 요소는 이미징 광학 경로의 전파 방향에서 볼 때 이미징 광학 경로에서 빔 스캐너 앞에 배열되며, 시프팅 요소는 광학 축에 평행 한 초점 평면의 연속적인 변화를 허용하고, 시프팅 요소(Z- 시프터라고도 함)는 2 개 또는 다중 렌즈 망원경 또는 빔 직경 및 빔 발산을 변경하기 위한 다른 유형의 시스템으로 구현될 수 있으며, 렌즈들 중 적어도 하나의 경우, 그들의 위치는 이미징 광학 경로의 전파 방향으로 변경될 수 있고, 따라서 초점면의 위치가 변경되며, 시프팅 요소는 예를 들어 중계 광학 시스템과 포커싱 유닛으로 구성된 광학 시스템의 수차를 최소화한다. 시프팅 요소를 설계할 때 전체 시스템의 초점 거리가 변경되면 공작물의 처리 모드에 따라 최소화 되어야 하는 스폿 크기의 변화가 발생한다는 점을 고려할 수 있다.
다른 실시 예에서, 시프팅 요소는 중계 광학 시스템에 의해 정의된 광축 외부에 배열되어 시프팅 요소를 통과한 이미징 광 경로가 광축에 대해 일정 각도로 빔 스캐너에 충돌하고 빔 스캐너는 광학축을 따라 이미징 광학 경로를 편향 시키도록 구성되며; 바람직하게 각도는 90 °이다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 장치는 동일한 전체 길이로 더 콤팩트하게 제작될 수 있다; 즉, 장치 초점의 초점면 위의 낮은 높이에 있다.
다른 실시 예에서, 빔 스캐너는 적어도 광학축에 대해 이미징 광학 경로를 편향시키기 위한 거울 시스템을 포함하고, 2 차원 빔 스캐너는 이를 통해 빔 스캐너에서 나오는 이미징 광 경로와 광축 사이의 각도 수단에 의해 두 개의 미러를 포함하여 광축에 직교하는 평면에서 변경될 수 있으며, 미러는 다운 스트림 중계 광학 시스템의 입구 동공을 형성한다.
다른 실시 예에서, 시프팅 요소와 관련된 빔 스캐너는 3 차원 빔 스캐너이며, 그 시스템의 미러는 또한 광축을 따라 이미징 광학 경로를 변경할 수 있게 하고, 이러한 방식으로, 중계 광학 시스템과 포커싱 유닛 및 초점면의 이미징 특성이 추가로 변경될 수 있다.
다른 실시 예에서, 장치는 공정 모니터링 빔이 광축과 동축으로 적어도 하나의 광학 센서를 통해 검출을 위해 장치를 통과하도록 구성되고, "공정 모니터링 빔"이라는 용어는 공정에서 방출되는 방사선을 나타내며 공정 모니터링에 사용할 수 있으며, 광학 센서는 공정 모니터링 빔의 적절한 위치에 배치될 수 있거나 공정 모니터링 빔이 적절한 지점에서 장치 밖으로 안내되어 센서를 향해 안내되고, 후자의 경우 센서는 장치의 광축에서 먼 거리에 배치할 수 있으며, 센서는 작업 프로세스의 프로세스 제어를 허용하며 반사광은 공작물에서 컨트롤러로 직접 피드백을 허용하고, 센서는 특정 파장의 빛을 검출하는 데 적합한 모든 센서 일 수 있다.
다른 실시 예에서, 센서는 센서에 의해 검출되는 프로세스 모니터링 빔의 방사에 기초하여 공작물의 처리를 제어하도록 구성된 제어 유닛에 연결되고, 공정에서 방출되는 방사선은 공정 모니터링과 병행하여 측정 및 평가할 수 있어 공정 제어를 개선하며, 제어 유닛은 각각의 제어 프로그램이 설치되고 실행되는 프로세서 또는 연결된 컴퓨일 수 있다.
다른 실시 예에서, 적어도 빔 스캐너, 중계 광학 시스템 및 포커싱 유닛은 선형 튜브, 하나 이상의 꼬임이 있는 튜브 또는 이동 가능한 튜브, 빔 스캐너의 광학 요소로 구현될 수 있는 튜브에 배열되어 중계 광학 시스템 및 포커싱 유닛은 각각의 튜브를 통해 이미징 광학 경로를 안내하기에 적합하게 배열되고, 튜브는 위에서 언급한 구성 요소를 유지하기 위한 외부 하우징을 형성하며 이러한 목적에 적합한 임의의 재료, 바람직하게는 금속으로 만들어 질 수 있으며, 선형 튜브는 단순한 배열을 형성하지만 장치 초점의 초점면 위로 최대 높이(길이)를 갖는다. 꼬임이 있는 튜브 또는 이동식 튜브는 같은 길이로 이 높이를 줄이지만, 본 발명에 따른 장치의 구성 요소의 각각의 광학 요소의 배열은 더 복잡하므로 적용 분야 및 공작물 위의 사용 가능한 공간에 따라 선형 튜브, 꼬임이 있는 튜브 또는 이동식 튜브가 유리할 수 있다.
다른 실시 예에서, 장치는 이미징 광 경로를 생성하기 위한 광원을 포함하고, 대안으로서 외부 광원이 이미징 광 경로를 생성하기 위해 본 발명에 따른 장치에 연결될 수 있으며, 광원은 Nd : YAG 레이저, 고체 레이저, 다이오드 레이저, 광섬유 레이저 또는 CO2 레이저로 구성된 그룹의 레이저일 수 있고, 이미징 광 경로는 단일 빔, 빔의 번들 또는 액시콘(Axicon), 회절 광학 요소, 마이크로 미러 어레이 또는 공간 광 변조기, 또는 이들의 조합 등 이미지 소스와 같은 모든 형태의 빔이며, 레이저는 공작물의 레이저 가공에 적합하고, 이미징 광학 경로의 광은 157nm에서 10600nm 사이의 파장을 가질 수 있으며, 가공 유형 및 가공물의 재질에 따라 가시 광선 범위, 적외선 또는 심 적외선 범위의 파장을 사용할 수 있다.
다른 실시 예에서, 제 2 중계 광학 그룹 및 포커싱 유닛은 제 2 중계 광학 그룹과 포커싱 유닛 사이에 시준된 빔과의 인터페이스가 존재하지 않도록 단일 통합 광학 그룹을 형성하고, 이것은 장치의 추가 개선을 허용한다.
다른 실시 예에서, 장치는 와이어, 분말, 벨트 또는 가스 형태의 추가 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 통합된 공급 장치 및/또는 흡인에 의해 공정 배출물을 제거하기 위한 적어도 하나의 통합된 흡인 장치를 포함하고, 일부 작업 프로세스에서는 장치 초점 주변의 뜨거운 영역에 추가 재료를 공급해야 하며, 본 발명에 따른 장치의 광학 부품의 콤팩트한 설계로 인해, 추가 재료에 대한 상응하는 공급 라인은 더 큰 노력이나 광학 특성의 손상 없이 작업 지점으로 안내될 수 있고, 공정 배출의 포부에도 동일하게 적용되며 배출은 작업 공정을 손상 시키거나 환경에 위험을 줄 수 있으며, 따라서 본 발명에 따른 장치는 추가적으로 작업 공정에 매체를 공급할 수 있게 한다.
다른 실시 예에서, 빔 스캐너의 수단에 의해 이미징 광 경로의 적어도 편향은 공급 장치에 의한 추가 재료의 공급과 동기화 되고, 이러한 방식으로, 추가 재료의 공급은 초점 평면 내부로 이동하는 장치의 초점을 따를 수 있으며 장치 초점의 모든 위치에 필요한 양의 추가 재료를 정확하고 안정적으로 제공할 수 있으며, 빔 스캐너에 의한 이미징 광 경로의 편향은 또한 각각 모션 시스템 또는 처리 시스템의 다른 축과 동기화 될 수 있다.
다른 구체 예에서, 장치는 폴리머가 없고, 이는 장치가 내열성을 높이고 높은 펄스 피크 전력과 높은 평균 성능으로 처리하기 위해 유지 보수 노력을 줄이면서 더 긴 서비스 수명과 더 나은 신뢰성을 달성한다.
다른 실시 예에서, 광학 요소의 적어도 일부는 스프링 요소에 매달려 있고, 이는 높은 레이저 성능을 통해 광학 시스템의 열 밸런싱이 가능하고 유지 보수 노력을 줄이면서 더 긴 서비스 수명과 더 나은 신뢰성을 보장한다.
더구나, 본 발명은
- 첫 번째 릴레이 광학 그룹의 입구 동공으로서 빔 스캐너를 통해 이미징 광학 경로를 안내하고,
- 첫 번째 및 두 번째 중계 광학 그룹과 분리되고 첫 번째 및 두 번째 중계 광학 그룹 사이에 위치한 중간 초점에서 첫 번째 중계 광학 그룹을 통해 이미징 광학 경로를 포커싱하며,
- 중계 광학 시스템에서 나가기 위해 두 번째 중계 광학 그룹을 통해 중간 초점을 이미징하고,
- 공작물 처리를 위해 초점면에는 장치의 초점에서 초점 장치를 통해 이미징 광학 경로에 초점을 맞추며,
- 광축과 관련하여 이미징 광학 경로의 적어도 하나의 편향 수단을 통해 공작물을 처리하여 이미징 광학 경로의 방향에서 입사동공과 장치의 선단부는 중계 광학 시스템의 가장 큰 광학 요소 직경의 2 배, 바람직하게는 4 배, 훨씬 더 바람직하게는 8 배보다 크게 떨어진 빔 스캐너를 사용하여 초점면에서 장치의 초점 또는 초점 배열을 이동하기 위해 광학 축과 관련하여 이미징 광학 경로의 적어도 하나의 편향 수단에 의해 공작물을 처리하는 것을 포함하는 각각 하나의 제 1 및 하나의 제 2 초점 거리를 생성하기 위한 여러 개의 광학 요소를 갖는 적어도 하나의 제 1 및 하나의 제 2 중계 광학 그룹 및 그 뒤에 배열 된 포커싱 유닛(이미징 광학 경로의 전파 방향으로 광축에서 볼 때), 제 3 초점 거리를 생성하기 위한 여러 광학 요소 및 이미징 광학 경로의 전파 방향에서 보이는 제 1 중계 광학 그룹 앞에 배열된 빔 스캐너와 중계 광학 시스템을 통과하는 광축을 갖는 중계 광학 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 장치에 의해 접근하기 어려운 공작물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
위에 나열된 실시 예는 본 발명에 따른 장치 및 방법을 구현하기 위해 개별적으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있고, 본 발명의 이들 및 다른 태양은 다음과 같이 도면에 상세히 도시된다:
본 발명의 방법을 사용하면 레이저를 사용하여 접근하기 어려운 공작물을 처리할 수 있으며, 1kW 이상의 고성능 레이저 공정이 가능하며 공작물의 가공 영역 위의 측면 공간 점유가 거의 없는 효과적이고 안정적인 공정 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 두 가지 구체 예 (a) 및 (b)의 개략도,
도 2는 변속 요소를 갖는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시 예의 개략적 인 단면도,
도 3은 센서 및 제어 유닛을 갖는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시 예의 개략적 인 단면도,
도 4는 (a) 선형 튜브 및 (b) 꼬임이 있는 튜브에 배열된 본 발명에 따른 장치의 다른 실시 예의 개략도,
도 5는 레이저 광원, 공급 유닛 및 흡인 유닛을 갖는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시 예의 개략도,
도 6은 스프링 요소에 있는 광학 요소의 서스펜션의 개략도,
도 7은 본 발명에 따른 방법의 실시 예의 개략도 이다.
도 1a는 이미징 광 경로(3)에 의해 접근하기 어려운 공작물(2)을 처리하기 위한 본 발명에 따른 여기 및 다음 도면에서 예로서 레이저 빔 장치(1)의 실시 예의 개략도이고, 장치는 중계 광학 시스템(4)을 통과하는 광축(OA)을 갖는 중계 광학 시스템(4)을 포함하며, 중계 광학 시스템(4)은 각각의 제 1 및 제 2 초점 거리 (F1, F2)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(411, 421)를 각각 갖는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹(41, 42)을 포함하고, 도 1a, b에 표시된 것 외에 초점 거리(F1, F2)에 대한 주 평면은 또한 각각의 중계 광학 그룹(41, 42) 내에 놓일 수 있으며, 그 뒤에 광축(OA)에서 볼 때, 레이저 빔(3)의 전파 방향(A)에서 제 3 초점 거리(F3)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(51)를 갖는 포커싱 유닛(5)이 배열되고, 도 1a, b에 표시된 것 외에 초점 거리(F3)에 대한 주 평면은 또한 초점 유닛(5) 내에 있을 수 있으며, 레이저 빔(3)의 전파 방향(A)에서 본 제 1 중계 광학 그룹(41) 이전에 빔 스캐너(6)가 배치되고, 제 1 중계 광학 그룹(41)과 적어도 광축(OA)에 대한 레이저 빔(3)의 편향(V1)에 진입하는 레이저 빔(3)을 위한 입사 동공(EP)로서 제공되며, 제 1 중계 광학 그룹(41)은 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹 (41, 42)으로부터 충분히 분리되고 그들 사이에 위치하는 중간 초점(31)에 레이저 빔(3)을 포커싱하도록 구성되고, 제 2 릴레이 광학 그룹(42)은 중계 광학 시스템 (4)으로부터의 출구를 위해 중간 초점(31)을 이미지화 하도록 구성되며, 중계 광학 시스템(4)의 제 1 및 제 2 초점 거리(F1, F2)는 입사 동공(EP)과 출사 동공(AP) 사이의 거리(L)가 가장 큰 중계 광학 시스템(4)의 광학 요소(411, 421)의 직경(D)의 2 배보다 크도록 선택되고, 다른 실시 예에서 이 거리(L)는 또한 직경(D)의 4 배, 8 배 또는 10 배보다 클 수 있으며, 예를 들어 직경 D는 30mm에서 50mm 사이일 수 있고, 포커싱 유닛(5)은 공작물(2)의 처리를 위해 초점 평면(33)상의 장치(32)의 초점 또는 초점 어레이로 레이저 빔 또는 레이저 빔 번들(3)을 각각 포커싱 하도록 구성되며, 장치(1)에는 폴리머가 없으며 레이저를 통해 접근하기 어려운 공작물(2)을 처리할 수 있으므로, 1kW 이상의 고성능 레이저 프로세스의 안정적인 프로세스 제어를 보장하고 공작물(2) 상의 처리 영역 위의 측면 공간 점유가 거의 없고, 장치(1)는 레이저 용접, 레이저 빌드 업 용접, 레이저 납땜, 레이저 절단, 레이저 마모, 레이저 드릴링, 레이저 빔 수정 또는 레이저 표면 구조화에 사용될 수 있다. 도 1b에 도시된 다른 실시 예에서 추가 빔 스캐너(6')는 도 1b에 도시된 다른 실시 예에서 제 1 중계 광학 그룹(41)과 제 2 중계 광학 그룹(42) 사이의 광학 경로 (3)에 배치되어 광 경로(3)를 제 1 중계 광학 그룹(41)을 통과하는 광학 경로(3)에 추가하여 다른 빔(3')을 이미징하거나 결합하거나 이미지 모니터링 및 프로세스 모니터링을 장치(1)에 통합하기 위해 제 1 중계 광학 그룹 41)과 제 2 중계 광학 그룹(42) 사이의 광학 경로(3)에 배치된다.
도 2는 레이저 빔(3)의 전파 방향(A)에서 본 빔 스캐너(6) 앞의 레이저 빔(3)에 배열된 추가된 시프팅 요소(7; 2 개의 가능한 배열에서 점선으로 표시됨)를 갖는 도 1a의 본 발명에 따른 장치(1)의 실시 예의 개략적인 단면도로서, 이 시프팅 요소(7)는 초점면(33)의 연속적인 변화를 허용하고, 추가 광학 요소인 시프팅 요소(7)는 릴레이 광학 시스템(4)에 의해 정의된 광축(OA) 외부에 배치되며, 광축(OA)을 따라 레이저 빔(3)을 편향 시키도록 구성 된(이 경우에는 거울 (61)로) 광축(OA) 및 빔 스캐너(6)에 대해 각도(W)로 빔 스캐너(6)에 충돌하며, 각도(W)는 바람직하게는 장치의 길이(L)가 동일하게 유지되는 작업물 위의 장치의 높이를 감소시키기 위해 90 °이고, 시프팅 요소(7; Z- 시프터라고도 함)는 2 렌즈 또는 다중 렌즈 망원경 또는 빔 크기 변경 및 발산 변경을 위한 다른 시스템으로 구현 될 수 있으며, 시프팅 요소(7)의 렌즈들 중 적어도 하나의 위치(여기서는 상세히 도시하지 않음)는 레이저 빔(3)의 전파 방향(A) 및 따라서 초점면(33)의 위치에서 변경 될 수 있고, 예를 들면, 망원경인 시프팅 요소(7)는 중계 광학 시스템(4)과 초점 유닛(5)으로 구성된 광학 시스템의 수차를 보정하며, 시프팅 요소(7)를 설계할 때 전체 시스템의 초점 거리가 변경되면 장치(32)의 초점에서 스폿 크기가 변경되며 이는 공작물 (2)의 처리 모드에 따라 최소화 되어야 함을 고려할 수 있고, 여기에서도 도 1b에서와 동일한 방식으로 추가 빔 스캐너(6')가 광 경로(3)에 배치 될 수 있다.
도 2는 레이저 빔에 배열된 추가된 시프틴 요소(7; 2 개의 가능한 배열에서 점선으로 표시됨)를 갖는 도 1a의 본 발명에 따른 장치(1)의 레이저 빔(3)의 전파 방향(A)에서 본 빔 스캐너(6)의 실시 예의 개략적인 단면도로서, 이 시프팅 요소는 초점면(33)의 연속적인 변화를 허용하고, 추가 광학 요소인 시프팅 요소(7)는 중계 광학 시스템(4)에 의해 정의된 광축(OA) 외부에 배치되어 시프팅 요소(7)를 통과 한 레이저 빔(3)에 대해 광축(OA)을 따라 레이저 빔(3)을 편향 시키도록 구성된(이 경우에는 거울 (61)로) 각도(W) 빔 스캐너(6)에 충돌하며, 각도(W)는 바람직하게는 장치의 길이(L)가 동일하게 유지되는 작업물 위의 장치의 높이를 감소시키기 위해 90 °이고, 시프팅 요소(7; Z- 시프터라고도 함)는 2 렌즈 또는 다중 렌즈 망원경 또는 빔 크기 변경 및 발산 변경을 위한 다른 시스템으로 구현될 수 있으며, 따라서 시프팅 요소(7)의 렌즈들 중 적어도 하나의 위치(여기서는 상세히 도시하지 않음)는 레이저 빔(3)의 전파 방향(A) 및 초점면(33)의 위치에서 변경 될 수 있고, 예를 들어 시프팅 요소(7)는 중계 광학 시스템(4)과 초점 유닛(5)으로 구성된 광학 시스템의 수차를 보정하며, 시프팅 요소(7)를 설계할 때 전체 시스템의 초점 거리가 변경되면 장치(32)의 초점에서 스폿 크기가 변경되며 이는 공작물(2)의 처리 모드에 따라 최소화 되어야 함을 고려할 수 있고, 여기에서도 도 1b에서와 동일한 방식으로 추가 빔 스캐너(6 ')가 광 경로(3)에 배치될 수 있다.
도 3은 센서(8) 및 제어 유닛(9)을 갖는 본 발명에 따른 장치(1)의 실시 예의 개략적인 단면도를 도시한 것으로, 여기서 빔 스캐너(6)는 적어도 광축(OA;2 차원 스캐너)에 대한 레이저 빔(3)의 편향(V1)을 위한 거울 시스템(61)을 포함하고, 더 나은 이해를 위해 거울이 하나만 표시되며, 그러나 2 차원 빔 스캐너 (6)는 또한 다중 거울 시스템(61)을 포함 할 수 있고, 시프팅 요소(7; Z- 시프터)와 결합하여 빔 스캐너(6)는 또한 3 차원 빔 스캐너로서 작용할 수 있으며, 광축(OA)을 따라 레이저 빔(3)의 추가 변화(V2)를 허용하고, 여기에 도시된 실시 예에서 추가 거울 (81)은 반투명 한 레이저 빔(3)의 전파 방향에서 볼 때 시프팅 요소(7) 앞에 배치되며, 거울(81)은 광학 센서(8)에 대한 공정 모니터링 빔(RL)이 광학 경로로부터 분리되어 작업물(2)로부터 반사된 광이 공정 모니터링 빔(RL)으로서 광학 센서(8)에 의해 검출 될 수 있도록 보장하고, 공정 모니터링 빔은 역방향 빔 방향으로 워크 피스(2)로부터 시작하여 본 발명에 따른 장치에 적어도 부분적으로 충돌하고 레이저 빔(3)의 전파 방향과 반대 방향으로 동축으로 통과하여 공정 모니터링 빔(RL)은 적절하게(여기서는 거울 (81)에 의해) 장치로부터 분리되고 적어도 하나의 센서(8)로 안내되며, 작업 프로세스의 자동 제어를 위해 센서(8)는 데이터 라인(91)을 통해 제어 유닛(9)에 적절하게 연결되어 제어 유닛(9)은 장치(32)의 초점의 변화 V1, V2에 대해 빔 스캐너(6)를 제어함에 따라 센서(8)에 의해 검출된 광(RL)에 기초하여 공작물(2)의 처리를 제어할 수 있고, 여기에서도 도 1b에서와 동일한 방식으로 추가 빔 스캐너(6')가 광 경로(3)에 배치 될 수 있다.
도 4는 (a)선형 튜브(10) 및 (b)꼬임이 있는 튜브(10)에 배열된 본 발명에 따른 장치(1)의 실시 예의 개략도로서, 여기서, 적어도 빔 스캐너(6), 중계 광학 그룹(41, 42) 및 포커싱 유닛(5)은 빔 스캐너(6), 중계 광학 그룹(41, 42)의 광학 요소(411, 421, 51, 61), 튜브(10)에 각각 배열되고, 포커싱 유닛(5)은 각각의 튜브(10)를 통해 레이저 빔(3)을 안내하기에 적합하게 배열된다.
도 5는 레이저 광원(11)뿐만 아니라 공급 장치(12) 및 흡인 장치(13)를 갖는 본 발명에 따른 장치(1)의 실시 예의 개략도로서, 레이저 광원(11)은 예를 들어 공작물(2)을 처리하기 위해 157nm 내지 10600nm 사이의 파장에서 레이저 광을 방출 할 수 있고, 레이저 광원(11)은 엑시머 레이저, Nd : YAG 레이저, 고체 레이저, 다이오드 레이저, 광섬유 레이저 또는 CO2 레이저로 구성된 그룹에서 선택된 레이저 일 수 있으며, 또한, 장치(1)는 와이어, 분말, 벨트 또는 가스 형태의 추가 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 통합 공급 장치(12) 및/또는 프로세스 배출물을 흡입하기 위한 적어도 하나의 통합 흡입 장치(13)를 포함할 수 있고, 일부 작업 프로세스에서는 장치 초점 주변의 뜨거운 영역에 추가 재료를 공급해야 하며, 그렇지 않으면 작업 프로세스를 손상 시키거나 환경에 위험을 초래할 수 있는 프로세스 배출의 열망에도 동일하게 적용되고, 빔 스캐너(6)에 의한 레이저 빔의 편향(V1)은 공급 장치(12)를 통한 추가 재료의 공급과 동기화될 수 있다.
도 6은 렌즈 형태의 매달린 광학 요소를 예로 사용하는 스프링 요소(14)에서 광학 요소(411, 421, 51)의 서스펜션의 개략도로서, 이것은 높은 레이저 성능으로 인한 높은 열 스트레스 하에서 광학 시스템의 열 균형을 가능하게 하여 본 발명에 따른 장치(1)의 더 긴 서비스 수명 및 더 적은 유지 보수 노력으로 더 나은 신뢰성을 추가로 보장한다.
도 7은 본 발명에 따른 장치(1)를 사용하여 접근하기 어려운 공작물(2)을 처리하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시 예의 개략도(도 1 ∼ 6 참조)로서,
- 레이저 빔(3)을 입사 동공(EP)으로서 빔 스캐너(6)를 통해 제 1 중계 광학 그룹(41)으로 안내하고,
- 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹(41, 42)과 별도로 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹(41, 42) 사이에 위치한 중간 초점(31)에 제 1 중계 광학 그룹(41)을 통해 레이저 빔(3)을 포커싱(120) 하며,
- 중계 광학계(4)에서 빠져 나가기 위해 제 2 중계 광학 그룹(42)을 통해 중간 초점(31)을 이미징(130)하고,
- 워크 피스(2)를 처리하기 위해 초점 평면(33)상의 장치(32)의 초점에서 포커싱 유닛(5)을 통해 레이저 빔 또는 레이저 빔 번들(3)을 포커싱(140) 하며,
- 빔 스캐너(6)에 의해 초점면(33)에서 임의의 형태를 취할 수 있으며, 레이저 빔(AP) 방향으로 입사 동공(EP)과 장치의 선단부 사이의 거리(L)는 2 배 이상, 바람직하게는 4 배 더 바람직하게는 중계 광학 시스템(4)의 가장 큰 광학 요소 (411, 421)의 직경(D)의 8 배인 초점 또는 초점 어레이 또는 장치(32)의 중간 이미지를 이동시키기 위해 광축(OA)에 대한 레이저 빔(3)의 적어도 하나의 편향(V1)에 의해 공작물(2)을 처리(150)하는 것을 포함하는 릴레이 광학 시스템(4)을 통과하고 각각의 제 1 및 각각의 제 2 초점 거리(F1, F2)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(411, 421)를 각각 갖는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹(41, 42)을 갖는 광축(OA) 및 레이저 빔(3)의 전파 방향(A)으로 광축(OA)에서 볼 때 동일한 후방에 배치된 포커싱 유닛(5), 포커싱 유닛 (5)은 제 3 초점 거리 (F3)를 생성하기위한 복수의 광학 요소(51; 및 레이저 빔(3)의 전파 방향(A)에서 본 제 1 중계 광학 그룹(41) 앞에 배치된 빔 스캐너(6)로 구성된다.
여기에 도시된 실시 예는 본 발명의 예일 뿐이므로 제한하는 것으로 이해되어서는 안되고, 당업자에 의해 고려되는 대안적인 실시 예는 본 발명의 보호 범위에 동일하게 포함된다.
1 : 본 발명에 따른 장치 2 : 가공물
3 : 이미징 광학 경로(레이저 빔) 3' : 추가 빔
31 : 중간 초점 32 : 장치의 초점
33 : 초점면 4 : 중계 광학 시스템
41 : 첫 번째 중계 광학 그룹
411 : 첫 번째 중계 광학 그룹의 광학 요소
42 : 두 번째 중계 광학 그룹
421 : 두 번째 중계 광학 그룹의 광학 요소 5 : 포커싱 유닛
51 : 포커싱 유닛의 광학 요소 6, 6' : 빔 스캐너
61 : 거울 7 : 시프팅 요소(Z 시프터)
8 : 광학 센서 81 : 추가 반투명 거울
9 : 제어 장치 91 : 데이터 라인
10 : 튜브 11 : 레이저 광원
12 : 작업 공정에 추가 재료를 공급하기 위한 공급 장치
13 : 공정 배출을 위한 흡인 장치
14 : 광학 요소를 매달기 위한 스프링 요소 100 : 본 발명에 따른 방법
110 : 빔 스캐너 수단으로 이미징 광학 경로를 릴레이 광학 시스템으로 안내
120 : 중간 초점에서 이미징 광 경로 초점 맞추기
130 : 출구 동공의 중간 초점 이미징
140 : 장치의 초점에 이미징 광학 경로 초점 맞추기
150 : 공작물 가공
A : 이미징 광 경로의 전파 방향
AP : 이미징 광학 경로 방향으로 장치 선단(장치의 초점을 향함)
D : 중계 광학 시스템의 가장 큰 광학 요소의 직경
EP : 입사 동공
F1 : 첫 번째 중계 광학 그룹의 첫 번째 초점 거리
F2 : 두 번째 중계 광학 그룹의 두 번째 초점 거리
F3 : 포커싱 유닛의 세 번째 초점 거리
L : 입사와 출사 동공 사이의 거리
OA : 광축
RL : 공작물에 반사된 공정 모니터링 빔
V1 : 광축에 대한 이미징 광 경로의 편향
V2 : 광축을 따라 이미징 광 경로의 변화
W : 시프트 요소에서 나온 후 이미징 광 경로와 광축 사이의 각도

Claims (17)

  1. 중계 광학 시스템(4)을 통과하는 광축(OA)과 적어도 하나의 제 1 및 하나의 제 2 중계 광학 그룹(41, 42)을 갖는 중계 광학 시스템(4)과; 각각은 각각의 제 1 및 제 2 초점 거리(F1, F2)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(411, 421) 및 제 3 초점 거리(F3)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(51)를 갖는 이미징 광학 경로의 전파 방향(OA)에서 볼 때 동일한 뒤에 배열된 포커싱 유닛(5)과; 이미징 광학 경로(3)의 전파 방향(A)에서 본 제 1 중계 광학 그룹(41) 앞에 배치된 빔 스캐너 (6)와; 상기 이미징 광학 경로(3)가 첫 번째 중계 광학 그룹(41)에 들어가는 것과 적어도 광학 축(0A)과 관련하여 이미징 광학 경로(3)를 편향(V1)하기 위한 입사 동공(EP)으로 제공되는 스캐너와; 제 1 및 제 2 중계 광 그룹(41, 42) 사이에 제 1 및 제 2 중계 광 그룹(41, 42)과 별도로 위치된 중간 초점(31)에서 이미징 광학 경로(3)를 포커싱 하도록 구성된 제 1 릴레이 광학 그룹(41)과; 중계 광학 시스템(4)에서 빠져 나가기 위해 중간 초점(31)을 이미징 하도록 구성되고 초점 유닛(5)이 공작물(2)의 처리를 위해 초점 평면(33)상의 장치(32)의 초점에 이미징 광학 경로(3)의 초점을 맞추도록 구성된 제 2 릴레이 광학 그룹(42) 및; 릴레이 광학 시스템(4)의 가장 큰 광학 요소(411, 421)의 직경(D)의 2 배 이상, 바람직하게는 4 배, 훨씬 더 바람직하게는 8 배를 갖는 이미징 광학 경로 방향으로 장치 선단(AP) 방향으로 입사 동공(EP)과 장치 선단 사이의 거리(L)를 포함하는 이미징 광학 경로(3)를 통해 접근하기 어려운 공작물(2)을 처리하기 위한 장치(1).
  2. 제 1항에 있어서, 이미징 광학 경로(3)의 전파 방향(A)에서 볼 때 빔 스캐너 (6) 앞 이미징 광학 경로(3)에 광학 시프팅 요소(7)가 배열되어 초점면(33)의 연속적인 변화를 허용하는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  3. 제 2항에 있어서, 상기 시프팅 요소(7)는 중계 광학 시스템(4)에 의해 정의 된 광축(OA) 외부에 배열되어 시프팅 요소(7)를 통과 한 이미징 광학 경로(3)가 광축(OA)과 빔 스캐너(6)에 대한 각도(W), 바람직하게는 90°에서 광축(OA)을 따라 이미징 광 경로(3)를 편향 시키도록 구성된 빔 스캐너(6)에 충돌하는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 스캐너(6)는 적어도 광축(OA)에 대해 이미징 광 경로(3)를 편향(V1)하기 위한 거울 시스템(61)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  5. 제 4항에 있어서, 상기 빔 스캐너(6)는 프팅 요소(7)와 결합한 3 차원 빔 스캐너이고, 미러 시스템(61)이 광축(OA)을 따라 이미징 광 경로(3)의 변화(V2)를 허용하는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 검출을 위해 공정 모니터링 빔(RL)은 적어도 하나의 장치(1)의 광학 센서(8)를 통해 광학 축(OA)과 동축으로 통과하는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  7. 제 6항에 있어서, 상기 센서(8)가 센서(8)에 의해 검출된 공정 모니터링 빔 (RL)의 방사에 기초하여 공작물(2)의 처리를 제어하도록 구성된 제어 유닛(9)에 연결된 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 빔 스캐너(6), 중계 광학 시스템(4) 및 포커싱 유닛(5)은 튜브(10)에 배치되고, 상기 튜브(10)는 선형 튜브로서 하나 이상의 꼬임 또는 이동 가능한 튜브로 형성되며, 상기 빔 스캐너(6)의 광학 요소(411, 421, 51, 61), 중계 광학 시스템(4) 및 초점 유닛(5)은 각 튜브 (10)를 통과하여 이미징 광 경로(3)를 안내 하기에 적합하게 배열되는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(1)는 바람직하게는 157nm와 10600nm 사이의 파장을 갖는 이미징 광학 경로(3)를 생성하기 위한 광원 (11)을 포함하고; 바람직하게 상기 광원 (11)은 Nd : YAG 레이저, 고체 레이저, 다이오드 레이저, 광섬유 레이저 또는 CO2 레이저 그룹의 레이저이고, 상기 이미징 광 경로(3)는 단일 빔, 빔 번들 또는 이미지 소스의 모든 형태의 빔인 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 중계 광학 그룹(42) 및 포커싱 유닛(5)은 상호 통합된 공통 광학 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(1)는 와이어, 분말, 벨트 또는 가스 형태의 추가 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 통합 공급 장치(12) 및/또는 프로세스 배출을 흡입하기 위한 적어도 하나의 통합 흡입 장치 (13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  12. 제 11항에 있어서, 적어도 이미징 광학 경로의 편향(V1)은 빔 스캐너(6)에 의한 공급 장치(12)를 통한 추가 재료의 공급과 동기화되는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(1)에 폴리머가 없는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 요소(411, 421, 51) 중 적어도 일부는 스프링 요소(14)에 매달려 있는 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 중계 광학 그룹(41)과 제 2 중계 광학 그룹(42) 사이 광 경로(3)에 빔 스캐너(6 ')가 추가로 배치된 것을 특징으로 하는 접근하기 어려운 공작물의 레이저 가공 장치(1).
  16. 레이저 용접, 레이저 빌드 업 용접, 레이저 납땜, 레이저 절단, 레이저 마모, 레이저 드릴링, 레이저 변형 또는 레이저 표면 구조화를 위한 제 1 항에 따른 장치(1)의 용도.
  17. - 입사 동공(EP)으로서 빔 스캐너(6)를 통해 이미징 광 경로(3)를 제 1 중계 광학 그룹(41)으로 안내하는 단계(110)와;
    - 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹(41, 42) 사이의 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹(41, 42)과 별도로 위치한 중간 초점(31)에서 제 1 중계 광학 그룹(41)을 통해 이미징 광학 경로(3)를 포커싱하는 단계(120)와;
    - 중계 광학 시스템(4)을 빠져 나가기 위해 제 2 중계 광학 그룹(42)을 통해 중간 초점(31)을 이미징하는 단계(130)와;
    - 공작물(2)의 처리를 위해 초점 평면(33)상의 장치(32)의 초점에서 초점 유닛(5)을 통해 이미징 광 경로(3)를 포커싱하는 단계(140) 및;
    - 입사 동공(EP)과 이미징 광학 경로(AP) 방향으로 장치의 한쪽 선단사이의 거리(L)는 중계 광학 시스템(4)의 가장 큰 광학 요소(411, 421)의 직경(D)의 2 배 이상, 바람직하게는 4 배, 훨씬 더 바람직하게는 8 배 이상이고, 빔 스캐너(6) 수단에 의해 초점 평면(33) 상의 장치(32)의 초점을 이동시키기 위해 광학 축(OA)에 대한 이미징 광 경로(3)의 적어도 하나의 편향(V1) 수단에 의해 공작물(2)을 터리하는 단계(150)를 포한하는 중계 광학 시스템(4)을 통과하는 광축(OA)을 갖는 중계 광학 시스템(4)과 복수의 광학 요소(411, 421)를 갖는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 중계 광학 그룹(41, 42)과, 각각의 제 1 및 제 2 초점 거리(F1, F2)를 생성하기 위해 제 3 초점 거리(F3)를 생성하기 위한 복수의 광학 요소(51)와 이미징 광학 경로(3)의 전파 방향(A)에서 보이는 첫 번째 중계 광학 그룹(41) 앞에 배치된 빔 스캐너(6)를 갖는 이미징 광 경로(3)의 전파 방향(A)으로 광축(OA)에서 본 동일한 뒤에 배열된 포커싱 유닛(5) 및, 중계 광학 시스템을 통과하는 광학 축(OA)을 갖는 중계 광학 시스템(4)을 포함하는 제 1 항에 따른 장치(1)에 의해 액세스 하기 어려운 공작물(2)을 처리하는 방법(100).
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