WO2018004123A1 - 레이저 3차원 가공 시스템 - Google Patents

레이저 3차원 가공 시스템 Download PDF

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WO2018004123A1
WO2018004123A1 PCT/KR2017/004732 KR2017004732W WO2018004123A1 WO 2018004123 A1 WO2018004123 A1 WO 2018004123A1 KR 2017004732 W KR2017004732 W KR 2017004732W WO 2018004123 A1 WO2018004123 A1 WO 2018004123A1
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이석준
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이석준
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    • A61C13/083—Porcelain or ceramic teeth

Definitions

  • the present invention relates to a laser three-dimensional processing system, and more particularly to a laser three-dimensional processing system for cutting, marking, patterning, welding, milling or welding a three-dimensional shape of a workpiece. It relates to a system for processing the shape of a into a three-dimensional shape.
  • Korean Patent Utility Model No. 20-295086 which is a prior art, discloses a dental table unit for dental processing in which a surgical microscope, a dental fixation fixture, a physiological fluid sprinkler, a plasma irradiation lamp, an illumination lamp, and a dental engine unit are integrally mounted.
  • This technology has a problem in that the precision of the processing falls because the person directly processes the teeth.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0114913 includes an artificial tooth fixing part for fixing and rotating an artificial tooth, and a first end mill and a second end mill for processing the artificial tooth in six axes.
  • a three-dimensional artificial tooth processing apparatus for processing a tooth is disclosed, which is a generally known technique because it processes in a manner of shaving artificial teeth with a plurality of end mills, and there is a problem in that the precision processing of teeth is difficult.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0035802 discloses a dental prosthesis laser processing machine having a laser processing head for processing an artificial tooth using a laser. It is processed by using. This is a problem in that it takes a lot of time because the processing is not performed while the head is driven directly moving the corresponding head for each part to be processed, there is a problem that the object is fixed to the annular bar having one axis of rotation Since there is a problem that the side processing is not easy.
  • the present invention devised to solve the above problems provides a laser three-dimensional processing system employing a laser scanning method for forming a line beam on an object without a laser head and having a reflection mirror.
  • the present invention provides a laser three-dimensional processing system having a rotary clamp such that the object has two or more axes of rotation.
  • the present invention is provided with a lens unit and a fine auto focus adjusting unit to automatically adjust the beam size and focus of the laser irradiated according to the processing point of the object, and processing the object by synchronizing the lens unit, the reflection mirror unit and the rotation clamp It provides a laser three-dimensional processing system.
  • the present invention provides a laser three-dimensional processing system.
  • This includes a laser oscillator for generating a laser, an optical system including a lens unit for adjusting the beam size of the laser emitted from the laser oscillator and allowing the laser focus to be formed on the overhead line of the object, a reflection mirror unit and a laser spot beam irradiated to the object
  • the laser beam reflected from the system is irradiated to the rotating object to form a line beam
  • the rotation clamp is a body formed with a guide portion, one end is coupled to the guide portion, the other end of the object Supporting and rotating support It includes a rotational clamp drive motor for controlling to move along the load
  • the body When the support moves along the guide part, the body has a curvature so that the object remains within the range in which the laser is irradiated, and the guide part is formed on the inner circumferential surface of the body.
  • the reflective mirror is characterized in that it is composed of any one of a reflective mirror, a galvanometer, a polygon mirror or a combination of a galvanometer and a polygon mirror.
  • the focal length of the lens unit, the beam size of the optical system, the driving speed of the reflection mirror unit, the rotational speed of the support for rotating the object, and the movement speed of the support moving along the guide unit are synchronized with each other.
  • the reflection mirror unit includes a plurality of reflection mirrors, and the rotation and movement control of the support is inactive, and the surface of one surface of the object is controlled by adjusting the angle of each reflection mirror.
  • the reflective mirror is characterized in that it is driven to have a reflection angle of 60 degrees or less.
  • the lens unit is characterized by consisting of a single lens or a combination of a plurality of lenses for adjusting the focus and beam size of the laser beam irradiated to the object.
  • the fine auto focus adjustment unit is provided between the reflectometer and the object.
  • the fine auto focus adjusting unit may include any one of an f- ⁇ lens and a telecentric lens.
  • the laser three-dimensional processing system of the present invention employs a laser scanning method that forms a line beam on an object by including a reflection mirror instead of a laser head, the processing speed can be improved tens to hundreds of times. .
  • transporting tens of grams of light reflecting mirrors can reduce inertia from tens to hundreds of times, resulting in high-speed, high-precision curves and 3 Dimensional machining can be performed.
  • the present invention is provided with a rotary clamp so that the object has a rotation axis of two or more axes, there is an effect that the side processing of the object is precise and easy.
  • the present invention is provided with a lens unit and a fine auto focus adjusting unit to automatically adjust the beam size and focus of the laser irradiated according to the processing point of the object, and processing the object by synchronizing the lens unit, the reflection mirror unit and the rotation clamp Because of this, the precision machining is possible. For example, roughening may be performed by increasing the beam size during dental ceramic processing, and in the case of precision machining, the overall machining time may be reduced by reducing the beam size.
  • FIG. 1 is a view showing a straight line beam formed on an object according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a curved line beam formed on an object according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion where the curved line beam of FIG. 2 is formed.
  • the laser three-dimensional processing system of the present invention is composed of a laser oscillator, an optical system, a reflectometer, a rotation clamp and a control unit.
  • the laser oscillator is output in a state in which the output of the Gaussian center is output in the form of a strong output and a weak output toward the periphery.
  • the optical system includes a lens unit that adjusts the beam size of the laser emitted from the laser oscillator and allows the laser focal point to lie on the overhead line of the object.
  • the lens unit is composed of a single lens or a combination of a plurality of lenses for adjusting the focus and beam size of the laser beam irradiated to the object.
  • a concave lens may be provided on the right side of the convex lens, or a convex lens may be provided on the rear side of the concave lens.
  • the lens unit including the convex lens and the concave lens may be adjusted to some extent in the advancing direction of the laser by adjusting the distance between the convex lens and the concave lens as well as the size of the laser beam.
  • the reflectometer includes a reflective mirror and a driving motor for driving the reflective mirror so that the laser spot beam irradiated to the object is formed as a line beam, and the laser beam passing through the optical system is reflected through the reflective mirror to irradiate the rotating object.
  • the reflective mirror portion may be composed of any one of a reflective mirror, a galvanometer, a polygon mirror or a combination of a galvanometer and a polygon mirror.
  • the reflective mirror is driven to have a reflection angle of 60 degrees or less.
  • the incident angle and the reflection angle have a driving angle of 60 degrees or less, thereby preventing the size of the laser beam irradiated onto the object to be enlarged.
  • the maximum scan interval is determined according to the above-described reflection angle, the size of the object is determined.
  • the object is preferably adopted to be the same size or smaller than the above-described maximum scan interval.
  • the angle of the mirror adopted by the reflective mirror is changed by the driving motor, and the laser beam is reflected onto the object, and the position irradiated to the object is scanned while being scanned.
  • the scanning means that the laser beam sweeps down the surface of the object, and may be patterned, welded, or cut at the point to be scanned according to variables such as the output and the irradiation amount of the laser beam.
  • a fine auto focus adjusting unit may be provided between the reflectometer and the object.
  • the fine auto focus adjusting unit may finely adjust the focus of the laser beam irradiated onto the object by using one of the flat field lens, the f- ⁇ lens and the telecentric lens.
  • the rotation clamp may rotate the object while the object is fixed.
  • the rotary clamp includes a body in which a guide part is formed, one end of which is coupled with the guide part, and a rotating clamp driving motor (not shown) which fixes a part of the object to the other end and controls the support to move along the guide part.
  • the support may be deformed into a Y-shape may be divided into a fixing part for fixing the object and a rotating part having one or more rotation axes.
  • the guide portion may be formed on the inner peripheral surface of the body. Therefore, side processing of the object can be facilitated.
  • a signal for moving the support on the guide part may be received from the controller.
  • the controller controls the driving motor and the rotation clamp to irradiate the rotating object with the laser reflected from the reflectometer to form a line beam.
  • the focal length of the lens unit, the beam size of the optical system, the driving speed of the reflection mirror unit, and the rotational speed of rotating the object of the rotating clamp are synchronized with each other, so that the control signal is transferred from the control unit to the optical system, the reflectometer, and the rotating clamp for precise processing of the object. It is sent out.
  • the controller Based on the driving speed of the reflective mirror and the rotational speed of rotating the object of the rotating clamp, the position coordinates of the irradiation line actually processed can be calculated, and the controller inputs data on the position coordinates of the shape of the object and the points to be scanned in advance. I can receive it.
  • data on a size to be scanned at the point to be scanned may also be input.
  • the laser three-dimensional processing system of the present invention has limited the technical application field to the laser three-dimensional processing system for the rotating object processing, it can be applied to all processes for processing the object using a laser.
  • the vector Vr is the angular velocity of the object by the rotation of the support
  • the vector Vr ' is the angular velocity of the laser beam actually irradiated by the object rotation
  • the vector Vs is the irradiation of the laser beam irradiated from the reflectometer Velocity
  • the vector Vp is a vector generated by the calculation of the vector Vr and the vector Vs
  • the vector Vp ' represents the speed at which the straight line beam of the laser beam is actually irradiated by the rotation of the object. Therefore, the equation for calculating the vector Vp 'can be expressed as follows through a simple vector operation.
  • the angle ⁇ between the vector Vs and the vector Vp ' may be calculated through the radius of the vector Vr' and the underside of the object.
  • the line beam is irradiated to the right at the speed of the vector Vp ', the line beam is irradiated to the left again when the laser beam reaches the right end of the object.
  • Object processing is performed by repeating the above-described operation several times. At this time, when the object is assumed to be conical, as shown in the figure, the side of the object is processed. On the other hand, in order to process the bottom of the conical shape, the support may be moved through the guide of the rotary clamp.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a curved line beam formed on an object according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion where the curved line beam of FIG. 2 is formed.
  • FIG. 3 which is an enlarged view of the processed portion of the object of FIG. 2, when the object is assumed to be conical, a small conical bottom surface is shown.
  • the bottom surface of the object is disposed in the direction in which the laser is irradiated.
  • the line beam is irradiated in numerical order from the left center of the object.
  • the support is rotated in the clockwise direction, the actual laser beam is curved.
  • it is possible to form and process various curved line beams by controlling the driving speed of the reflective mirror and the rotation speed for rotating the object of the rotation clamp through the control unit.
  • the reflection mirror may be composed of a plurality of reflection mirrors, the surface of the object by adjusting the angle of each reflection mirror I can process it. That is, after the surface processing once, the object can be processed by rotating the support by moving the support non-dynamically, or by changing the surface to be processed by moving the support moving along the guide.
  • the object may be any one of dental ceramics, metals, nonmetals, plastics, and wood, but is not limited thereto.

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Abstract

본 발명은 레이저 3차원 가공 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 치과 보철용 대상물을 스캔하면서 패턴을 형성하거나 컷팅, 마킹, 웰딩, 밀링 또는 용접이 가능한 레이저 3차원 가공 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 레이저 3차원 가공 시스템은 레이저 헤드를 구비하지 않고 반사 미러를 구비하여 대상물에 라인 빔을 형성하는 레이저 스캔 방식을 채용하기 때문에 가공 속도가 수 십 배에서 수 백 배 이상 향상되는 효과가 있다. 즉, 무거운 헤드를 이송하는 것 대신에 수 십 그램의 가벼운 반사 미러를 이송시키는 것은 수 십 배에서 수 백 배 이상의 관성을 줄일 수 있어서 가공 속도를 수 십 배 이상 향상시키면서 고속, 고정밀의 곡선 및 3차원 가공을 수행할 수 있다.

Description

레이저 3차원 가공 시스템
본 발명은 레이저 3차원 가공 시스템에 관한 것으로, 가공 대상물의 3차원 형상을 컷팅, 마킹, 패턴닝, 웰딩, 밀링 또는 용접이 가능하도록 하는 레이저 3차원 가공 시스템에 관한 것이고 특히 3차원으로 스캔된 대상물의 형상을 3차원 형상으로 가공하는 시스템에 관한 것이다.
근래에 들어 재료의 절단, 용접 및 재료 상에 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 레이저의 사용이 증대되고 있다.
상기 레이저를 사용하는 방법은 종래의 가공 방법에 비해 가공 속도 및 정밀도에서 현격한 우위를 보이므로 근래에 들어 그 사용이 여러 분야에 적용되고 있다.
특히, 인공 치아 가공에 있어서 레이저를 이용하여 가공하는 기술이 개시되어 있다.
종래 기술인 한국 등록실용신안 20-295086호에는 시술 현미경, 치아 고정픽스쳐, 생리액 살수 장치, 플라즈마 조사 램프, 조명 램프 및 치과용 엔진 유니트를 일체로 장착한 치아 가공을 위한 치과용 테이블 유니트가 개시되어 있는데 이 기술은 사람이 직접 치아를 가공하므로 가공의 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 한국 공개특허10-2009-0114913호에는 인공치아를 고정하여 회전시키는 인공치아 고정부, 상기 인공치아를 6축에서 가공하는 제1엔드밀부와 제2엔드밀부를 구비하여 인공치아를 가공할 수 있는 삼차원 인공치아 가공장치가 개시되어 있는데 이는 다수의 엔드밀로 인공 치아를 깎아내는 방식으로 가공하기 때문에 일반적으로 공지되어 있는 기술인데다, 치아의 정밀 가공에 어려움이 있다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 한국 공개특허10-2005-0035802호에는 레이저를 이용하여 인공치아를 가공하는 레이저 가공헤드가 구비되는 치과보철용 레이저 가공기가 개시되어 있는데 이는 인공치아를 헤드가 구비된 레이저를 이용하여 가공하게 된다. 이는 가공을 원하는 부위마다 대응되는 헤드를 직접 이동시켜 가공하고, 헤드가 구동되는 동안은 가공 작업이 수행되지 않으므로 많은 시간이 소요된다는 문제가 있고, 대상물이 하나의 회전축을 가지는 환형봉에 고정되어 가공되기 때문에 측면 가공이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 레이저 헤드를 구비하지 않고 반사 미러를 구비하여 대상물에 라인 빔을 형성하는 레이저 스캔 방식을 채용한 레이저 3차원 가공 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 대상물이 2축 이상의 회전축을 가지도록 회전 클램프를 구비하는 레이저 3차원 가공 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 대상물의 가공 지점에 따라 조사되는 레이저의 빔 사이즈 및 초점이 자동으로 조절되도록 렌즈부 및 미세 자동 초점 조절부를 구비하고, 렌즈부, 반사 미러부 및 회전 클램프를 동기화하여 대상물을 가공하는 레이저 3차원 가공 시스템을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 레이저 3차원 가공 시스템을 제공한다. 이는 레이저를 발생시키는 레이저 발진기, 레이저 발진기로부터 방출된 레이저의 빔 사이즈를 조절하고 레이저 초점이 대상물의 가공선 상에 맺히도록 하는 렌즈부를 포함하는 광학계, 반사 미러부 및 대상물에 조사되는 레이저 스팟 빔이 라인 빔으로 형성되도록 반사 미러부를 구동시키는 구동모터를 포함하고, 광학계를 통과한 레이저가 반사 미러부를 통해 반사되어 회전하는 대상물에 조사되도록 하는 반사계, 대상물이 고정된 채 대상물을 회전시키는 회전 클램프 및 반사계로부터 반사된 레이저가 회전하는 대상물에 조사되어 라인 빔을 형성하도록 구동모터 및 회전 클램프를 제어하는 제어부를 포함하고, 회전 클램프는 가이드부가 형성된 몸체, 일단이 가이드부와 결합되고, 타단에 대상물 일부를 고정하며 회전하는 지지대 및 지지대가 가이드부를 따라 이동하도록 제어하는 회전 클램프 구동모터를 포함한다.
지지대가 가이드부를 따라 이동할때 대상물이 레이저가 조사되는 범위 내에 유지되도록 몸체는 곡률을 가지며, 가이드부는 몸체의 내주면에 형성된다.
반사 미러부는 반사 미러, 갈바노 미터, 폴리곤 미러 또는 갈바노 미터와 폴리곤 미러의 조합 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
렌즈부의 초점 거리, 광학계의 빔 사이즈, 반사 미러부의 구동 속도, 대상물을 회전시키는 지지대의 회전 속도 및 가이드부를 따라 이동하는 지지대의 이동 속도가 서로 동기화되는 것을 특징으로 한다.
반사 미러부는 복수개의 반사 미러를 포함하고, 지지대의 회전 및 이동 제어를 비동으로 하고, 반사 미러 각각의 각도를 조절하여 대상물의 일면을 면 가공하는 것을 특징으로 한다.
반사 미러부는 60도 이하의 반사각을 가지도록 구동되는 것을 특징으로 한다.
렌즈부는 대상물에 조사되는 레이저의 초점 조절 및 빔 사이즈 조절을 위한 단일 렌즈 또는 복수의 렌즈의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
반사계와 대상물 사이에 미세 자동 초점 조절부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
미세 자동 초점 조절부는 f-θ 렌즈 또는 텔레센트릭 렌즈 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 레이저 3차원 가공 시스템은 레이저 헤드를 구비하지 않고 반사 미러를 구비하여 대상물에 라인 빔을 형성하는 레이저 스캔 방식을 채용하기 때문에 가공 속도가 수 십 배에서 수 백 배 이상 향상되는 효과가 있다. 즉, 무거운 헤드를 이송하는 것 대신에 수 십 그램의 가벼운 반사 미러를 이송시키는 것은 수 십 배에서 수 백 배 이상의 관성을 줄일 수 있어서 가공 속도를 수 십 배 이상 향상시키면서 고속, 고정밀의 곡선 및 3차원 가공을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 대상물이 2축 이상의 회전축을 가지도록 회전 클램프를 구비하기 때문에, 대상물의 측면 가공이 정밀해지고 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 대상물의 가공 지점에 따라 조사되는 레이저의 빔 사이즈 및 초점이 자동으로 조절되도록 렌즈부 및 미세 자동 초점 조절부를 구비하고, 렌즈부, 반사 미러부 및 회전 클램프를 동기화하여 대상물을 가공하기 때문에 정밀 가공이 가능한 효과가 있다. 일예로 치과용 세라믹 가공시 빔 사이즈를 크게 하여 황삭 가공을 하고 정밀 가공시에는 빔 사이즈를 줄여 전체 가공 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대상물에 형성되는 직선 라인빔을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물에 형성되는 곡선 라인빔을 도시한 도면 및
도 3은 도 2의 곡선 라인빔이 형성되는 부분을 확대한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대상물에 형성되는 직선 라인빔을 도시한 도면이다. 도 1를 참조하면, 본 발명의 레이저 3차원 가공 시스템은 레이저 발진기, 광학계, 반사계, 회전 클램프 및 제어부로 구성된다.
레이저 발진기는 일반적으로 가우시안 형태의 가운데 부분의 출력이 세고 주변부로 갈수록 출력이 약해지는 형태의 출력 분포를 나타내는 상태로 출력된다.
광학계는 레이저 발진기로부터 방출된 레이저의 빔 사이즈를 조절하고 레이저 초점이 대상물의 가공선 상에 맺히도록 하는 렌즈부를 포함한다. 렌즈부는 대상물에 조사되는 레이저의 초점 조절 및 빔 사이즈 조절을 위한 단일 렌즈 또는 복수의 렌즈의 조합으로 이루어진다. 상술한 렌즈부가 볼록 렌즈와 오목 렌즈의 조합으로 이루어지는 경우, 볼록 렌즈의 우측에 오목 렌즈가 구비되거나, 오목 렌즈의 후측에 볼록 렌즈가 구비될 수도 있다. 볼록 렌즈와 오목 렌즈들은 어느 하나가 이동하거나 모두 이동하여 상호 가까워지거나 멀어지는 방향으로 위치가 이동되면서 각 렌즈를 통과한 레이저 빔의 사이즈(굵기)가 넓어지거나 좁아지게 된다. 또한, 볼록 렌즈와 오목 렌즈로 이루어진 렌즈부는 레이저 빔의 사이즈 뿐만 아니라 볼록 렌즈와 오목 렌즈 간의 거리 조절을 수행함으로써 상기 레이저 빔의 초점이 형성되는 위치도 상기 레이저의 진행 방향으로 어느 정도 조절 가능하다.
반사계는 반사 미러부 및 대상물에 조사되는 레이저 스팟 빔이 라인 빔으로 형성되도록 반사 미러부를 구동시키는 구동모터를 포함하고, 상술한 광학계를 통과한 레이저가 반사 미러부를 통해 반사되어 회전하는 대상물에 조사되도록 한다. 반사 미러부는 반사 미러, 갈바노 미터, 폴리곤 미러 또는 갈바노 미터와 폴리곤 미러의 조합 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 반사 미러부는 60도 이하의 반사각을 가지도록 구동된다. 예컨대, 광학계로부터 입사한 레이저 빔이 대상물에 조사될 때, 입사각 및 반사각이 60도 이하로 구동각을 가지게 함으로써 대상물에 조사되는 레이저 빔의 사이즈가 확대되는 것을 방지한다. 상술한 반사각에 따라 최대 스캔 구간이 결정되므로 대상물의 크기가 결정 된다. 이때, 대상물은 상술한 최대 스캔 구간보다 같거나 작은 크기인 것으로 채택하는 것이 바람직하다. 또한, 구동모터에 의해 반사 미러부에 채택된 미러의 각도가 변경되고 대상물로 레이저 빔이 반사되면서 대상물에 조사되는 위치가 이동되면서 스캐닝 된다. 여기서, 스캐닝이란, 레이저 빔이 대상물 표면을 훑어 내려가는 것을 의미하며, 레이저 빔의 출력 및 조사량 등의 변수에 따라 스캐닝 되는 지점에 패터닝을 할 수도 있고, 용접을 할 수도 있고 컷팅을 할 수도 있다.
한편, 반사계와 대상물 사이에 미세 자동 초점 조절부가 구비될 수 있다. 미세 자동 초점 조절부는 플랫 필드 렌즈인 f-θ 렌즈 또는 텔레센트릭 렌즈 중 어느 하나인 것을 사용함으로써 대상물에 조사되는 레이저 빔의 초점을 미세하게 조절할 수 있다.
회전 클램프는 대상물이 고정된 채 대상물을 회전시킬 수 있다. 회전 클램프는 가이드부가 형성된 몸체, 일단이 가이드부와 결합되고, 타단에 대상물 일부를 고정하며 회전하는 지지대 및 지지대가 가이드부를 따라 이동하도록 제어하는 회전 클램프 구동모터(미도시)를 포함한다. 또한, 지지대는 Y자 형태로 변형될 수 있어 대상물을 고정시키는 고정부 및 하나 이상의 회전축을 가지는 회전부로 나뉠 수도 있다. 한편, 지지대가 가이드부를 따라 이동할때 대상물이 레이저가 조사되는 범위 내에 유지되도록 몸체는 곡률을 가지며, 가이드부는 몸체의 내주면에 형성될 수 있다. 따라서, 대상물의 측면 가공이 용이해질 수 있다. 지지대를 가이드부 상에서 이동시키기 위한 신호는 제어부로부터 받을 수 있다.
제어부는 반사계로부터 반사된 레이저가 회전하는 대상물에 조사되어 라인 빔을 형성하도록 구동모터 및 회전 클램프를 제어한다. 이때, 렌즈부의 초점 거리, 광학계의 빔 사이즈, 반사 미러부의 구동 속도 및 회전 클램프의 대상물을 회전시키는 회전 속도가 서로 동기화되어 대상물의 정밀 가공을 위해 제어부에서 제어 신호가 광학계, 반사계 및 회전 클램프로 송출된다. 반사 미러부의 구동 속도 및 회전 클램프의 대상물을 회전시키는 회전 속도에 의해서 실제 가공되어지는 조사선의 위치 좌표들을 계산할 수 있고, 제어부는 대상물의 형태 및 스캐닝하고자 하는 지점들의 위치 좌표에 대한 데이터를 사전에 입력받을 수 있다. 또한, 스캐닝되는 지점의 스캔 되어야 할 사이즈에 대한 데이터도 입력되어 있을 수도 있다.
또한, 본원발명의 레이저 3차원 가공 시스템은 회전하는 대상물 가공을 위한 레이저 3차원 가공 시스템으로 기술 적용 분야를 한정하였으나, 레이저를 이용하여 대상물을 가공하는 공정에 모두 응용될 수 있다.
실시예를 들어 보다 상세하게 설명하도록 한다.
(실시예 1)
도 1를 참조하면, 지지대에 대상물이 고정되어 회전하고 있는 것을 도시한 것이다. 회전 방향은 벡터 Vr의 방향이며, 벡터 Vr은 지지대 회전에 의한 대상물의 각속도이며, 벡터 Vr'은 대상물 회전에 의해 실제로 조사되는 레이저 빔의 각속도이고, 벡터 Vs는 반사계로부터 조사되는 레이저 빔의 조사 속도이고, 벡터 Vp는 벡터 Vr 및 벡터 Vs의 연산으로 생성되는 벡터이며, 벡터 Vp'은 대상물의 회전에 의해 실제로 레이저 빔의 직선 라인빔이 조사되는 속도를 나타낸 것이다. 따라서, 벡터 Vp'을 계산하는 수식으로는 간단한 벡터 연산을 통해 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(수식 1)
벡터 Vp' = 벡터 Vr' + 벡터 Vs
벡터 Vs 및 벡터 Vp'이 사이각 θ는 벡터 Vr' 및 대상물의 밑면의 반지름을 통해 계산할 수 있다. 이렇게 실제로 벡터 Vp'의 속도로 우측으로 라인 빔이 조사되고 난 후, 대상물의 우측 끝단에 레이저 빔이 도달하게 되면 다시 좌측으로 라인 빔이 조사된다. 상술한 동작을 수 회 반복하여 대상물 가공이 이루어진다. 이때 대상물이 도면에서처럼 원추형이라 가정했을 때, 대상물의 측면이 가공된다. 한편, 원추형의 밑면을 가공하기 위해서는 회전 클램프의 가이드부를 통해 지지대를 이동시키면 된다.
(실시예 2)
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물에 형성되는 곡선 라인 빔을 도시한 도면 및 도 3은 도 2의 곡선 라인빔이 형성되는 부분을 확대한 도면이다. 도 2의 대상물의 가공되는 부분을 확대하여 도시한 도 3를 참조하면, 대상물이 원추형이라 가정했을 때, 원추형의 작은 밑면을 나타낸 것이다. 여기서 레이저가 조사되는 방향으로 대상물의 밑면이 배치된다. 대상물의 좌측 중앙에서 숫자 순서대로 라인 빔이 조사된다. 이때 지지대는 시계 방향으로 회전하고 있으므로 실제 조사되는 레이저 빔은 곡선으로 형성된다. 예컨대, 제어부를 통해 반사 미러부의 구동 속도 및 회전 클램프의 대상물을 회전시키는 회전 속도를 제어함으로써 다양한 곡선 라인빔을 형성하여 가공할 수 있다.
한편, 상술한 동기화를 해제하여 지지대의 회전 및 이동 제어를 비동으로 설정하여 대상물을 가공하는 경우, 반사 미러부는 복수개의 반사 미러로 구성될 수 있고, 각각의 반사 미러의 각도를 조절하여 대상물을 면 가공할 수 있다. 즉, 한 차례 면 가공 후, 비동으로 지지대를 회전시켜 대상물을 회전시키거나, 가이드부를 따라 움직이는 지지대를 이동시켜 대상물의 가공될 면을 변경시킴으로써 대상물을 가공할 수 있다.
한편, 대상물은 치과용 세라믹이나 금속, 비금속, 플라스틱 및 목재 중 어느 하나일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (8)

  1. 회전하는 대상물 가공을 위한 레이저 3차원 가공 시스템에 있어서,
    레이저를 발생시키는 레이저 발진기;
    상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저의 빔 사이즈를 조절하고 레이저 초점이 상기 대상물의 가공선 상에 맺히도록 하는 렌즈부를 포함하는 광학계;
    반사 미러부 및 상기 대상물에 조사되는 레이저 스팟 빔이 라인 빔으로 형성되도록 상기 반사 미러부를 구동시키는 구동모터를 포함하고, 상기 광학계를 통과한 레이저가 상기 반사 미러부를 통해 반사되어 회전하는 상기 대상물에 조사되도록 하는 반사계;
    상기 대상물이 고정된 채 상기 대상물을 회전시키는 회전 클램프 및
    상기 반사계로부터 반사된 레이저가 회전하는 상기 대상물에 조사되어 라인 빔을 형성하도록 상기 구동모터 및 상기 회전 클램프를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 회전 클램프는 가이드부가 형성된 몸체, 일단이 상기 가이드부와 결합되고, 타단에 상기 대상물 일부를 고정하며 회전하는 지지대 및 상기 지지대가 상기 가이드부를 따라 이동하도록 제어하는 회전 클램프 구동모터를 포함하고,
    상기 지지대가 상기 가이드부를 따라 이동할때 상기 대상물이 상기 레이저가 조사되는 범위 내에 유지되도록 상기 몸체는 곡률을 가지며, 상기 가이드부는 상기 몸체의 내주면에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 3차원 가공 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반사 미러부는 반사 미러, 갈바노 미터, 폴리곤 미러 또는 갈바노 미터와 폴리곤 미러의 조합 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 3차원 가공 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈부의 초점 거리, 상기 광학계의 빔 사이즈, 상기 반사 미러부의 구동 속도, 상기 대상물을 회전시키는 상기 지지대의 회전 속도 및 상기 가이드부를 따라 이동하는 상기 지지대의 이동 속도가 서로 동기화되는 것을 특징으로 하는 레이저 3차원 가공 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 반사 미러부는 복수개의 반사 미러를 포함하고, 상기 지지대의 회전 및 이동 제어를 비동으로 하고, 상기 반사 미러 각각의 각도를 조절하여 상기 대상물의 일면을 면 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저 3차원 가공 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반사 미러부는 60도 이하의 반사각을 가지도록 구동되는 것을 특징으로 하는 레이저 3차원 가공 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 대상물에 조사되는 상기 레이저의 초점 조절 및 빔 사이즈 조절을 위한 단일 렌즈 또는 복수의 렌즈의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 3차원 가공 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반사계와 상기 대상물 사이에 미세 자동 초점 조절부가 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 3차원 가공 시스템.
  8. 제 8항에 있어서,
    상기 미세 자동 초점 조절부는 f-θ 렌즈 또는 텔레센트릭 렌즈 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 3차원 가공 시스템.
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