KR100311839B1

KR100311839B1 - 임의의3차원표면의레이저가공용방법및장치

Info

Publication number: KR100311839B1
Application number: KR1019970707004A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 베스텐레러
Original assignee: 엘에프씨 레이저 피니싱 센터 아게
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 2002-11-18
Also published as: KR19980703605A; ES2130808T3; DK0819036T3; US6043452A; ATE179107T1; DE29505985U1; BR9604851A; EP0854004B1; ES2162356T3; JPH10508256A; DK0854004T3; DE59607842D1; EP0819036B1; CA2217372A1; PT854004E; CA2217372C; AU5269496A; EP0819036A1; DE59601716D1; EP0854004A1

Abstract

본 발명의 목표는 공작물을 처리, 특히 연마 및 조직화하는 장치 및 방법을 제공하는 것인데 이것에 의해서 임의의 2차원 및/또는 3차원 형상의 표면을 처리할 수 있다. 처리공정은 레이저 비임에 의해서 수행된다. 실제 표면 형상과 표면 조직은 3차원 윤곽-측정 장치에 의해서 처리되기 전에 결정된다. 처리공정의 파라미터는 실제로 측정된 표면 형상과 소망의 표면 형상으로부터 계산되어지며, 처리공정은 적절할 때까지 계속해서 수행된다.

Description

임의의 3차원 표면의 레이저 가공용 방법 및 장치{PROCESS AND DEVICE FOR LASER MACHINING OF ANY 3D SURFACE}

독일 공개 특허 출원 제 DE-A-42 41 527 호에는 금속 표면을 매끄럽게 하는 데에 레이저 빔, 특히 펄스화된 엑시머 레이저(pulsed excimer lasers)를 사용하는 것이 개시되어 있다. 5 × 10⁷Watt/㎠ 범위의 에너지 밀도를 갖는 펄스 인가에 의해서 금속 용융물의 표면이 용융된다. 이러한 일은 UV 또는 엑시머 레이저를 사용함으로써, 금속의 최상측 높이 경계에서 1㎛ 내지 2㎛ 깊이 아래까지의 범위에서만 발생하므로, 그 결과 어떤 종류의 변형이나 또는 균열이 일어나지 않아서 금속 표면이 평활하다.

예를 들면 피스톤 베어링 표면과 같은 고응력의 금속 표면을 경화하기 위한 방법 및 장치가 독일 공개 특허 출원 제 DE-A-42 17 530 호, 독일 공개 특허 출원 제 DE-A-39 22 377 호, 유럽 공개 특허 출원 제 EP-A-0 419 999 호, 미국 특허 제 US-A-4,825,035 호에 개시되어 있다.

독일 공개 특허 출원 제 DE-A-41 33 620 호에는 레이저 빔에 의해서 금속 표면을 텍스처링하는 것이 개시되어 있는데, 이 경우 레이저 빔은 곡선형 경로로 금속 표면위를 횡단하며, 그 형상은 소망하는 텍스처링에 대응한다.

독일 공개 특허 출원 제 DE-A-44 01 597 호에는 레이저 가공 또는 레이저 절단 장치가 개시되어 있는데, 이 장치는 형성될 절단 형상이 CAD 데이터의 형태로 입력될 수 있다.

독일 공개 특허 출원 제 DE-A-41 06 008 호에는 용접 심(seam) 또는 용접 스플래시(splash)를 광학적으로 모니터링함으로써 용접 심의 품질을 온-라인으로 모니터링하는 자동 용접 로봇이 개시되어 있다.

독일 공개 특허 출원 제 DE-A-37 11 470 호에는 다층 판으로부터 조립된 3차원 모델을 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 상기 다층 판은 모델 윤곽을 가지며 레이저에 의한 재료-제거 가공에 의해 판상 재료로부터 형성된다. 이 방법에 있어서, 재료는 소망 값에 도달할 때까지 특정 위치에서 제거된다.

독일 공개 특허 출원 제 DE-A-37 11 470 호에는 레이저에 의해서 표면으로부터 층을 제어적으로 제거하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 제거에 대한 제어 또는 조절을 간단히 하기 위해서, 계속적으로 가공되는 소표면(sub-surface)은 항상 일정한 영역을 갖는다.

종래기술로서 공지되어 있는 빔 또는 레이저 가공 방법 및 장치는 이들이 본질적으로 사전에 공지된 형상을 가공하는데에만 이용될 수 있다는 문제점을 갖는다. 그러나 이러한 방법 및 장치는 적용분야가 좁고 이들에 의해 가공할 수 있는 3차원 형상도 제한되어 있다.

미국 특허 제 US-A-4,986,664 호에는 제 1 항과 제 14 항의 전제부에 따른 재료를 제어적으로 제거하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이 경우에, 가공될 표면은 가공 직전에 측정되며 적절한 가공 파라미터가 이들 측정 데이터에 기초하여 선택된다.

일본 공개 특허 출원 제 JP-A-63101092 호에는 가공될 표면이 가공 직전에 측정되도록 된 3차원 형상 표면 가공장치가 개시되어 있다. 측정 데이터와 소망 형상을 이용하여 적절한 가공 파라미터가 계산되며, 이 파라미터가 재료의 대응 공정으로 전환된다.

그러므로 본 발명의 목적은 임의의 2차원 또는 3차원 표면을 간단하고 확실하게 가공할 수 있는, 공작물을 가공, 특히 연마 및 텍스처링하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한 상보형 밀봉 표면과 상보형 다이를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 14 항의 특징부에 의해서 달성된다.

실제 표면 형상과 조직이 3차원적 윤곽 측정 장치(contour-measuringdevice)에 의해서 먼저 결정되기 때문에, 레이저 빔은 소망하는 거칠기 또는 평활성을 얻도록 하는 방식으로 출력, 공작물로부터의 간격, 가공 속도(작동 빔이 가공될 표면위로 이동하는 속도), 펄스 주기, 펄스 주파수, 작동 빔의 광축과 표면 사이의 각도 및 가공될 표면위로의 계속적인 주사횟수와 관련하여 최적화될 수 있다. 이러한 방식으로, 표면을 평활하게 하거나 연마하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 재료를 더 제거하여 공작물의 형상 또는 외곽을 변경시킬 수 있는 가공 단계가 추가로 개재될 수 있다. 빔 가공 장치가 300㎛ 및 그 이상의 레일리 길이 또는 파장(Rayleigh length)을 갖는 초점 조정된 가공 빔을 방사하게 된 결과, 로봇 아암의 진동 및 요동으로 인해 초점길이 주변에서 발생되는 광학 시스템과 공작물간의 간격의 미소한 변화가 공작물 표면상의 빔 플럭스에 극소의 변동만을 야기시킨다.

본 발명에 따른 방법에 있어서는, 각각의 소표면의 실제 형상이 가공 바로 전에 먼저 결정되어 소망하는 형상과 비교된다. 실제 형상의 탐지와 실제 가공 사이의 최소 기간 때문에, 재료 제거나 연마 공정에 영향을 끼치는 결함이 적게 발생된다. 또한 이러한 방식으로 상기 결함이 실제 형상의 측정과 각 소표면의 가공에도 동일한 영향을 미치며, 그 결과 결함들이 서로 균형을 이룬다.

본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 상보형 다이상에 임의로 성형된 상보형 밀봉 표면을 간단히 제조하는데 사용된다. 본 발명에 따른 방법이 고 정밀도를 가진 결과, 서로에 대하여 지지하게 되는 상보형 밀봉 표면이 아주 잘 정합하고 따라서 매우 양호한 밀봉 효과를 가진다.

제 1 변형예에 있어서, 한쌍의 상보형 부분 밀봉 표면의 한쪽만이 먼저 가공되고, 이 공정 후 결정되는 갱신된 실제 형상이 한쌍의 부분 밀봉 표면 중 다른 한쪽에 대하여 소망 형상으로서 사용된다. 그것에 의해서, 한쌍의 부분 밀봉 표면의먼저 가공된 한쪽의 소망 형상으로부터의 결함 또는 이탈이 한쌍의 부분 밀봉 표면의 나중에 가공된 한쪽의 가공중 수정 또는 제거된다.

제 2 변형예에 있어서, 상보형 부분 밀봉 표면의 가공은 상보형 부분 밀봉 표면 사이에서 일정한 간격으로 수행된다. 그럼으로써, 소망 데이터를 단 한 번만 설정하는 것에 의해서 두 개의 인접한 상보형 밀봉 표면을 형성 및 가공할 수 있다.

레이저 빔에 의해서 야기되는 재료의 제거를 가공될 표면상의 레이저 플럭스의 함수로서 작도하면, 다른 파라미터가 일정하게 유지되는 경우에 저 레이저 플럭스(flux)의 영역에서는 완만하게 증가하며 중간 레이저 플럭스 영역에서는 급격하게 증가하고 고 레이저 플럭스의 영역에서는 더욱 완만하게 증가하는 곡선이 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 레이저가 완만한 증가 영역에서 작동하는데, 이는 그 곳에서 플럭스의 미소 변동이 재료의 제거에 거의 영향을 미치지 않기 때문이며, 그 결과 평활하고 균일한 표면이 만들어진다.

공작물의 레이저 연마의 경우에는 저 레이저 플럭스와 관련된 곡선의 완만한 영역을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 레이저 연마의 경우에는 제거가 요구되지 않기 때문이다.

본 발명에 따른 장치가 가공 바로 전에 가공될 소표면의 실제 형상을 기록하는 윤곽 측정 장치를 포함하기 때문에, 가공 파라미터가 실 시간(real time)으로 특정하게 제어될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 레이저 빔을 지연시키는 제 2 의 3 차원 윤곽 측정 장치가 제공된다. 이것에 의하여 품질 제어를 목적으로 예를 들면 레이저 연마가 거칠기를 적절하게 감소시키면서 수행되었는지 아닌지의 여부를 확인할 수 있다. 또한, 이 지연 윤곽 측정 장치의 측정 데이터가 연마될 표면위로 레이저 빔을 반복적으로 주사하는 것과 관련한 전략을 최적화하기 위하여 사용될 수 있다.

이 윤곽 측정 장치는 광학적 스캐닝, 예를 들면 삼각측량법 또는 기계적 스캐닝에 의해서 형상을 결정할 수 있다.

그외 종속항들은 본 발명의 바람직한 추가 실시예에 관한 것이다.

본 발명의 추가 특징, 세부사항 및 장점들은 도면을 참조로 한 다음의 예시적인 실시예에 대한 설명으로부터 얻어질 수도 있다.

본 발명은 임의의 3차원 형상 표면이나 또는 자유조형 표면을 레이저에 의해서 가공, 특히 연마 또는 텍스처링하는 방법 및 장치, 그리고 상기 방법을 이용하여 상보형 다이상에서 상보형 밀봉 표면(complementary sealing surface)을 제조하는 것에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 예시적인 실시예의 개략도,

도 2는 도 1에 따른 실시예의 상세도,

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예의 작동 모드를 설명하기 위한 목적의 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형예를 도시하기 위한 목적의 흐름도,

도 5는 두 개의 상보형 부분을 갖는 다이의 개략도,

도 6은 본 발명에 따른 밀봉 표면을 제조하기 위한 방법의 바람직한 실시예를 설명하기 위한 목적의 흐름도,

도 7은 밀봉 표면을 제조하기 위한 방법의 추가의 실시예를 설명하기 위한 목적의 개략도,

도 8은 재료 제거를 레이저 플럭스의 함수로서 나타낸 도면,

도 9a와 도 9b는 긴 레일리 파장과 짧은 레일리 파장을 갖는 결상 광학 시스템의 도면.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 도 1에 도시된 예시적인 실시예는 레이저 헤드(3)와 레이저 빔 발생장치(4)로 이루어진 레이저 장치(2)를 포함하며, 레이저 빔 발생장치는 관련 제어 장치(6)를 갖는데, 이 장치(6)에 의해서 작동 빔 또는 레이저 빔(5)의 가공 파라미터, 예를 들면 펄스의 진동수, 펄스의 주기, 초점도, 공급량와 같은 가공 파라미터가 설정되고 제어 또는 조절될 수 있다. 레이저 빔 발생 장치(4)는 광 섬유 케이블(7)를 통하여 레이저 헤드(3)에 결합된다. 이 레이저 헤드(3)는 레이저 헤드 홀더(8)에 고정되어 있는데, 이 레이저 헤드 홀더(8)는 XYZ 위치설정 장치(10)의 일부이다. 레이저 헤드(3)는 또한 결상 광학 시스템(imaging optical system) 또는 초점 조정장치(12)를 포함하며, 이것에 의해서, 레이저 헤드(3)로부터 방사된 레이저 빔(5)이 가공될 공작물(14)의 표면상에초점을 맞추게 된다. 이러한 방식으로, 레이저 헤드(3), 그리고 그로부터 방출되는 레이저 빔(5)이 모든 3차원의 공간방향, 즉 X, Y, Z 방향으로 이동 및 위치설정될 수 있다.

측정 센서(16)가 또한 레이저 헤드(3)에 결합되어 있으며, 이 측정 센서에 의해서 레이저 빔(5)의 주사 직전 및 직후에 예를 들면 삼각측정으로 가공될 공작물(14)의 표면 윤곽을 결정할 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 빔(5)에 의한 가공결과가 가공중 바로 체크되므로, 레이저 빔(5)이 3차원 형상의 표면을 주사하는 횟수를 소망의 동작 결과에 따라 최적화할 수 있다.

전체 설비는 제어 장치(6)에 의해서 제어되는데, 이 제어장치는 레이저 헤드(3)와 레이저 빔 발생 장치(4)를 포함하는 레이저 장치(2)와 위치설정 장치(10) 및 측정 센서(16)를 제어 및 조절하는데 사용된다. 측정 센서(16)와 함께, 제어 장치(6)는 2차원 및/또는 3차원 윤곽 측정 장치(18)를 형성한다. 제어 장치(6)는 예를 들면 정보 저장 장치를 갖는 마이크로컴퓨터이다. 가공될 공작물(14)의 CNC 데이터는 예를 들어 이 저장 장치안에 저장될 수 있다. 따라서 윤곽 측정 장치(18)는 소망/실제 편차를 탐지하고 이에 대응하여 공정 단계의 수 및 이와 유사하게 레이저 빔 특성을 설정하는 데 사용될 수 있다.

도 3은 도 1에 나타낸 레이저 빔 발생 장치(4), 제어 장치(6) 및 결상 광학 시스템(12)을 갖는 장치의 개략도를 도시하는데, 이것으로부터 레이저 빔(5)이 방사되어 가공될 공작물(14)의 표면을 타격하며, 그 공작물에는 윤곽선(20)(실제 형상)이 나타난다. 소망 형상(22)은 점선으로 나타낸다. 본 명세서에 있어서는 윤곽 측정 장치(18)가 결상 광학 시스템(12)과 일체화되어 있으며, 작동 빔(5)은 윤곽 측정 장치(18)를 위한 측정 빔으로서 동시에 사용된다. 작동기(더 자세히 도시 안함)에 의해서, 제어 장치(6)가 결상 광학 시스템(12)과 공작물 표면(20)간의 간격을 변화시키는데 사용될 수 있으며, 이것은 이중 화살표(24)로 표시된다. 제어 장치(6) 및 대응 작동기에 의해서 공작물(14)에 대한 공급이 또한 실행 및 제어된다. 이것은 화살표(26)로 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실제 형상(20)으로부터 소망 형상(22)으로의 전이는 레이저 빔(5)을 한 번 주사하는 것에 의해서 필수적으로 달성되는 것은 아니다. 소망과 실제간의 편차가 이미 주사된 영역(28)에서 여전히 보인다.

재료의 가공을 진동 및 요동에 대해 덜 민감하게 하기 위해서, 가공 빔이 300㎛ 이상의 레일리 파장으로 발생된다. 이것에 관한 세부사항은 도 9와 관련하여 설명된다.

도 4는 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 나타내는데, 이것에 의해서 공작물(14)의 표면이 실제 형상으로부터 소망 형상으로 변환된다. 우선, 소망 형상이 단계(S1)에서 기준 좌표계에 설정된다. 소망 형상은 예를 들면 CNC 데이터 또는 CAD 데이터의 형태로 제공될 수 있다. 그 다음에 아직 가공되지 않았거나 사전에 가공되어 있는 공작물(14)의 실제 형상이 단계(S2)에서 결정되어 기준 좌표계의 좌표에 표시된다. 단계(S3)에서 가공될 공작물(14)의 소표면의 실제 값이 소망 값에 이미 일치하는지 아닌지를 묻는다. 일치하는 경우에는, 단계(S4)에서 소표면이 모두 이미 가공되었는지 아닌지를 묻는다. 모두 가공된 경우에는, 가공이 종료된다. 모두 가공된 것이 아닌 경우에는 가장 근접한 소표면으로의 이동이 단계(S5)에서 수행되며, 단계(S2)에서 가공이 재개된다.

단계(S3)에서의 질문에 대한 답이 아니오라면, 단계(S6)가 진행되며, 이 단계에서는 가공될 재료 등과 관련된 외부 입력을 기초로 해서 소망 데이터와 실제 데이터를 비교한 것을 토대로 레이저(2)용 가공 파라미터와 가공 전략이 결정된다. 그 다음에 단계(S6)에서 결정된 파라미터에 따라 단계(S7)에서 각 소표면의 레이저 가공이 수행된다. 그 다음에 단계(S2)로 복귀한다.

도 5는 두 개의 상보형 부분(32, 33)을 포함하는 다이(30)의 개략적인 도면이다. 이 두 부분(32, 33)은 결합될 수 있고, 그들에 의해서 형성된 공동은 결합시 두 개의 상보형 부분 밀봉 표면(34, 36)에 의해서 밀봉된다. 부분 밀봉 표면(34, 36)은 바람직한 임의의 형상으로 될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 방법에 의하여 밀봉 표면(34, 36)을 제조하는 것을 설명하기 위한 목적의 흐름도를 도시한다. 먼저 두 개의 부분 밀봉 표면중 단 하나, 예를 들면 부분 밀봉 표면(34)의 소망 형상을 단계(S1')에서 설정한다. 그 다음에 도 4의 단계(S2-S7)에 따라 가공을 수행한다. 제 1 부분 밀봉 표면(34)이 완전히 가공되었다면, 가공 후 나타난 제 1 부분 밀봉 표면(34)의 실제 형상을 제 2 부분 밀봉 표면(36)에 대한 소망 형상으로서 설정한다[단계(S8)]. 그런 다음에 제 2 부분 밀봉 표면(36)을 도 4에 따른 단계(S2) 내지 단계(S7)와 유사한 방식으로 차례로 가공한다.

도 7은 다이(30)의 상보형 부분(32, 33)중 일부 섹션, 및 부분 밀봉표면(34, 36)중 일부 섹션의 개략도를 도시하는 도면으로서, 영역(38, 39)은 확대 도시 부분이다. 두 개의 부분(32, 33), 보다 정확히 그들의 부분 밀봉 표면(34, 36)은 서로 이격된 간격(D)으로 배열된다. 사전 가공된 부분 밀봉 표면(34, 36)의 거칠기 때문에, 부분 밀봉 표면(34, 36)의 대향 표면 요소 사이의 실제 간격(D_i)이 변화한다. 두 개의 다이 부분(32, 33)은 서로 설정된 간격으로 이격되어 고정되며, 부분 밀봉 표면(34, 36)의 대향 표면 요소 사이의 실제 간격(D_i)이 측정된다. 그 다음에 소망 간격(D_s)이 설정되며, 두 개의 부분 밀봉 표면(34, 36)은 허용오차 범위 이내에서 D_i=D_s이 되도록 레이저로 가공된다. 이 조건이 충분히 충족되면, 두 개의 부분 밀봉 표면이 소망 형상(34', 36')을 갖는다.

도 8에 있어서는, 레이저 빔(5)에 의해 발생되는 재료(A)의 제거가, J/㎠ 단위의 레이저 플럭스(파워 밀도 × 조사 주기)의 함수로 ㎛ 단위로 작도된다. 그 결과는 저 레이저 플럭스 영역의 완만한 곡선(40)과 고 레이저 플럭스 영역의 완만한 곡선(42) 및 중간 레이저 플럭스 영역의 가파른 곡선(41)을 갖는 기다란 S 자형 곡선이다. 도 8에서 특정화된 값은, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 인용 합체되는 독일 공개 특허 출원 제 DE-A 44 12 443 호에 개시된 바와 같은 구리-증기 레이저 시스템의 경우에 유효하다. 이러한 구리 증기 레이저의 경우에 가공될 재료가 알루미늄이면, 대략 1 J/㎠에서 영역(40)이 끝나고 영역(41)이 시작되며, 영역(41)의 끝과 영역(42)의 시작은 대략 250 J/㎠에서 이루어진다. 레이저 플럭스가 대략 1 J/㎠가 될 때까지 알루미늄의 제거량은 약 1 ㎛[영역(40)]이며, 250 J/㎠ 이상의 레이저 플럭스를 갖는 영역(42)에서 알루미늄의 제거량은 약 80 ㎛이다.

본 발명에 따르면, 레이저(2)는 완만한 곡선을 갖는 영역(40, 42)에서 작동되는데, 이는 예를 들면 진동에 의하여 야기되는 레이저 헤드(3)와 가공될 표면 사이의 간격에서의 변화로 인하여 발생되는 바와 같은 플럭스의 미소한 변동이 재료의 제거량에 거의 영향을 미치지 않기 때문이다. 그 결과, 제어적으로 정밀하게 형상 가공하는 것이 보다 간단하게 된다. 저 레이저 세기의 영역(40)은 특히 레이저 연마의 경우에 유리한데, 이는 레이저 연마의 경우에는 재료의 다량 제거가 요구되지 않기 때문이다.

로봇 아암의 경우에 반드시 발생되는 것과 같은 방향과 위치의 변동에, 레이저 장치(2)가 덜 민감하게 되도록 하는 본 발명에 따른 측정법을 도 9a와 도 9b를 참조하여 설명한다. 이러한 목적을 위해서 바람직하게는 300㎛ 이상의 긴 레일리 길이를 갖는 초점 조정장치 또는 결상 광학 시스템(12)의 레이저 장치(2)가 사용된다. 실제적인 광학 시스템의 경우에 초점(B)은 이상적인 수학적 지점이 아니라 공간의 한 영역이다. 레일리 길이는 기하학적 초점 영역에서의 빔의 단면 변화의 척도이다. 레일리 길이가 더 짧을수록 실제 빔이 기하학적 빔 경로에 더욱 대응한다.

도 9a는 긴 레일리 길이를 갖는 결상 광학 시스템(12)을 도시하고 도 9b는 짧은 레일리 길이를 갖는 결상 광학 시스템(12')를 도시한다. 양자의 경우에서 결상 광학 시스템(12, 12')과 가공될 표면 사이의 간격이 초점(B)을 중심으로 △D 만큼 변한다면, +△D와 -△D 사이 영역의 빔 단면적(F) 및 레이저 세기가 도 9a의 긴레일리 길이의 경우에서보다 도 9b의 짧은 레일리 길이의 경우에 훨씬 더 강하게 변동한다. 따라서 긴 레일리 길이를 갖는 결상 광학 시스템(12)을 구비하는 레이저 장치(2)는 진동으로 인한 변동에 덜 민감하다.

Claims

a) 기준 좌표계내에 가공될 2차원 및/또는 3차원 형상 표면의 3차원 좌표(소망 데이터, 소망 형상)를 설정하는 단계와,

b) 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 가공될 공작물의 표면을 스캐닝함으로써 기준 좌표계내에 가공될 공작물의 정밀한 실제 표면 형상(실제 데이터, 실제 형상)을 결정하는 단계와,

c) 단계 a)에서 설정된 소망 데이터와 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 단계 b)에서 결정된 실제 데이터에 기초해서 빔 가공 장치의 가공 파라미터를 계산하는 단계와,

d) 단계 c)에서 결정된 가공 파라미터에 기초하여 빔 가공 장치에 의해서 서로 인접한 소표면(sub-surface)을 계속해서 가공하는 단계와,

e) 단계 d)에서 가공된 소표면을 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 재스캐닝하여, 가공 후 새로 나타나는 공작물의 표면 형상(갱신된 실제 데이터)을 결정하는 단계와,

f) 소망 표면 형상(소망 형상)이 얻어질 때까지 단계 b) 내지 단계 e)를 반복하는 단계를 포함하는, 빔 가공 장치에 의해서 임의의 2차원 및 3차원 형상의 공작물 표면을 가공하는 방법에 있어서,

상기 빔 가공 장치가 300㎛ 또는 그 이상의 레일리 길이(Raleigh length)를 갖는 초점 조정된 가공 빔을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계 f)에서 단계 c) 내지 단계 e)는 실제 데이터와 소망 데이터간의 편차가 제 1 허용오차 범위내에 있게 될 때까지 반복되는 것을 특징으로 방법.
적어도 2 개의 상보형 부분 밀봉 표면을 갖는 상보형 다이상에 밀봉 표면을 형성하는 방법에 있어서,

a) 상기 상보형 부분 밀봉 표면중 하나의 3차원 좌표(소망 데이타)를 설정하는 단계와,

b) 적어도 하나의 부분 밀봉 표면을 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 스캐닝하여, 기준 좌표계에서 상기 부분 밀봉 표면의 정밀한 실제 표면 형상(실제 데이터)을 결정하는 단계와,

c) 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 결정된 실제 데이터와 결정된 소망 데이터에 기초해서 재료층을 제거하기 위한 빔 가공 장치의 가공 파라미터를 계산하는 단계와,

d) 단계 c)에서 결정된 가공 파라미터에 기초하여 빔 가공 장치에 의해서 상기 상보형 부분 밀봉 표면중 하나를 가공하는 단계와,

e) 단계 d)에서 가공된 부분 밀봉 표면을 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 재스캐닝하여, 가공 후 새로 나타난 부분 밀봉 표면의 표면 형상(갱신된 실제 데이터)을 결정하는 단계와,

f) 실제 데이터와 소망 데이터간의 편차가 결정된 허용오차 범위내에 있게 될 때까지 단계 b) 내지 단계 e)를 반복하는 단계와,

g) 미리 가공된 상보형 부분 밀봉 표면에 대하여 단계 e)에서 최종 결정된 표면 형상을 다른 상보형 부분 밀봉 표면의 소망 형상으로서 설정하는 단계와,

h) 단계 c) 내지 단계 f)에 따라 다른 상보형 부분 밀봉 표면을 가공하는 단계를 포함하는 방법.
적어도 2개의 상보형 부분 밀봉 표면을 갖는 상보형 표면상에 밀봉 표면을 형성하는 방법에 있어서,

a) 상기 상보형 부분 밀봉 표면의 상호 대응하는 표면 섹션 사이의 간격이 제 1 허용오차 범위안에 있도록 상보형 다이를 배치하는 단계와,

b) 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 부분 밀봉 표면의 상호 대응하는 표면 섹션 사이의 정밀한 간격(실제 데이터)을 결정하는 단계와,

c) 소망 간격을 적어도 최대의 실제 간격만큼 크게 설정하는 단계와,

d) 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 결정된 실제 데이터와 결정된 소망 데이터에 기초해서 재료층의 제거를 위한 빔 가공 장치의 가공 파라미터를 계산하는 단계와,

e) 단계 d)에서 결정된 가공 파라미터에 기초해서 빔 가공 장치에 의해 상보형 부분 밀봉 표면중 적어도 하나를 가공하는 단계와,

f) 3차원 윤곽 측정 장치에 의해서 부분 밀봉 표면의 상호 대응하는 표면 섹션 사이의 정밀한 간격(갱신된 실제 데이터)을 재결정하는 단계와,

g) 실제 데이터와 소망 데이터간의 편차가 제 1 허용오차 범위보다 작은 제 2 허용오차 범위안에 있게 될 때까지 단계 d) 내지 단계 f)를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 가공될 부분 밀봉 표면을 타격하는 상기 작동 빔의 횡단 표면이 상기 부분 밀봉 표면의 전체 폭을 커버하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

처음에 상기 소망 데이터를 설정하는 단계와 실제 데이터를 결정하는 단계가 바뀌는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 빔 가공 장치는 빔 세기의 변동으로 인한 재료 제거의 변경이 가급적작은 범위내에서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서,

레이저 연마의 경우에 상기 빔 가공 장치가 저 레이저 세기의 범위내에서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 3차원 윤곽 측정 장치는 삼각측량법에 의해서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 빔 가공 장치가 작동 빔으로서 레이저 빔을 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 빔 가공 장치가 펄스화된 레이저 빔을 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 빔 가공 장치의 작동 빔이 상기 3차원 윤곽 측정 장치의 측정 빔으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 작동 빔은 상기 가공될 표면에 수직하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.
특정 특성을 갖는 레이저 빔(5)을 발생하는 레이저 장치(2)와,

가공될 표면의 소표면이 상기 레이저 빔(5)에 의해서 적시에 순차적으로 주사되도록 상기 레이저 빔(5)을 안내 및 배향하는 장치(7, 8, 9)와,

상기 레이저 빔(5)이 가공될 소표면위를 주사하기 바로 전에, 상기 레이저 빔(5)에 의해 주사되는 소표면 영역을 스캐닝함으로써 가공될 3차원 형상 표면의 3차원 윤곽을 스캐닝 및 기록하는 제 1 의 3차원 윤곽 측정 장치와,

상기 3차원 윤곽 측정 장치(18)를 제어하고, 상기 레이저 장치(2)와 상기 레이저 빔(5)을 안내 및 배향하는 장치(7, 8, 10)를 상기 3차원 윤곽 측정 장치(18)에 의해 탐지된 3차원 윤곽의 함수로서 제어 및 조절하는 제어 장치(6)를 포함하는, 레이저 빔에 의해서 임의의 3차원 형상의 표면을 가공하는 장치에 있어서,

상기 레이저 장치(2, 4)가 300㎛ 또는 그 이상인 레일리 길이를 갖는 초점 조정된 가공 빔을 발생하는 초점 조정 장치(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 제어 장치(6)는 가공될 성형 표면(14)의 소망하는 3차원 윤곽을 CNC 데이터의 형태로 저장하는 저장 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 레이저 빔(5)이 가공될 소표면을 주사한 바로 후에 레이저 빔(5)에 의해소표면 영역을 스캐닝함으로써 가공될 3 차원 자유조형 표면의 3차원 윤곽을 스캐닝 및 기록하는 제 2 의 3차원 윤곽 측정 장치(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 제 2 의 3차원 윤곽 측정 장치(18)의 측정 결과가 상기 제어 장치(6)로 공급되어, 상기 레이저 장치(2)와 상기 레이저 빔(5)을 안내 및 배향하는 장치(7, 8, 10)를 제어 및 조절하게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 레이저 장치(2)가 펄스화된 레이저 빔을 발생하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 레이저 장치(2)가 UV 레이저 빔을 발생하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 레이저 장치(2)가 엑시머 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 레이저 장치(2)가 구리-증기 레이저 융제 장치인 것을 특징으로 하는 장치.