KR20190059300A - 레이저 빔의 편심을 변화시키기 위해서 레이저 빔을 회전 및 직선 변위 하도록 가이드하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징(2)에서 나온 레이저 빔(C)의 충격 경로를 가이드하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 렌즈(10)가 레이저원으로부터 도달하여 하우징으로 들어가는 레이저 빔(A)을 시준하는데 사용되고, 렌즈(10)는 렌즈의 광학 중심(O)에 대하여 편신된 축(ω,x)을 중심으로 회전되며, 때로는 렌즈(10)의 회전 동안 및 때로는 상기 렌즈(10)의 사전결정된 각 위치(angular position)에 대하여, 렌즈(10)의 편심(5)의 점진적이고 제어된 변화가 달성된다.

Description

레이저 빔의 편심을 변화시키기 위해서 레이저 빔을 회전 및 직선 변위 하도록 가이드하는 장치 및 방법

본 발명은 레이저-용접 방법들, 특히 레이저원(laser source)로부터의 광이 통과하는 섬유를 통해 공급되는, 레이저-용접 방법들, 특히 유닛들을 사용하는 레이저-용접 방법들에 관한 것이다. 이러한 유닛은 섬유로부터 나오는 빔을 시준하거나 성형하고, 레이저 빔의 원하는 충격 지점(point of impact)을 향해 빔을 지향시키도록 구성될 수 있다. 충격 지점은, 일반적으로 빔이 충격할 부분의 적어도 하나의 작은 영역에 걸쳐, 움직이지 않는 유닛으로부터 운동될 수 있다.

이러한 유닛들은 일반적으로, 빔이 렌즈를 빠져나올 때 평행하도록 하는 시준 렌즈(collimating lens) 및 빔을 반사하는 전동 갈바노미터 거울들(galvanometer mirror)이 장착되며, 상기 거울들의 경사는 평면 내에 다양한 경로들을 부과하도록 제어될 수있다. 대부분의 경우 빔은 플랫-필드 렌즈(flat-field lens)에 의해 집중된다. 플랫-필드 렌즈는 페츠발 상면 만곡(Petzval field curvature)과 같은 광학적인 수차들(abberrations)을 피할 수 있게 해주는 렌즈라는 사실은 이미 알려진 바와 같이 회상될 것이다. 이러한 프로젝트에서와 같이 다른 경우들에서는, 빔은 갈바노미터 거울들 바로 앞에서 집중된다.

그러나, 경로의 고속 제어가 부채꼴(scalloped) 경로를 형성하기 위한 것이든, 원형 또는 타원형 경로들과 같이 자체적으로 복수의 시간동안 왕복하는 경로들을 형성하기 위한 것이든, 거울들의 관성은 레이저 빔의 충동 지점의 경로의 고속 제어를 어렵게 만든다.

그러나, 레이저 빔의 평균 진행 라인의 양 측 상에서 편위들(excursions)을 형성하는 경로들을 사용하며/하거나 점과 같은 스폿 용접들(point-like spot welds)을 생성할 수 있을 필요가 있으며, 이들은 실제로 충격의 초기 지점으로부터 작은 원(직경이 수 밀리미터 정도)을 형성함으로써 얻어진다.

본 발명의 목적은 관성 및 종래에 사용되는 거울들의 결점들없이, 레이저 빔 상에 원형, 나선형(helical), 나선형(spiral), 또는 심지어 부채꼴 경로들이 부과되도록 하는, 레이저 빔을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.

이를 위해, 레이저 충격 경로를 가이드하는 장치가 제공되며, 상기 장치는 레이저원에 접속되며, 상기 유닛으로부터 출력된 레이저 빔을 전달하도록 배치되는 용접 유닛을 포함하며, 그의 위치는 유닛에 대해 제어가능하며, 상기 유닛은 상기 레이저원으로부터 상기 렌즈에 도달하는 레이저 광의 빔을 성형하도록 구성된 단일 또는 복합 렌즈를 포함한다.

또한, 상기 유닛은, 상기 렌즈로부터 출력된 레이저 빔이 상기 레이저 빔을 생성하기 위한 원통형 또는 원추형 영역을 형성하도록, 렌즈의 광학 축에 평행하며 상기 광학 축으로부터 거리를 두고 위치되는 제1 축을 중심으로 상기 렌즈가 회전되도록 하는 제어 메커니즘(control mechanism)을 더 포함한다.

레이저 광의 빔은 렌즈의 상류 측의 섬유에 의해 유리하게 이송될 수 있다. 렌즈는 유리하게는 제어 메커니즘의 회전 축인 제 1 축을 실질적으로 중심으로 할 수 있다.

복합 렌즈란 섬유로부터 출사된 레이저 빔을 성형할 수 있는 광학 어셈블리를 의미한다. 레이저의 평면은 렌즈의 광학 축에 수직인 평면을 의미한다.

광섬유는 광을 전도시키는 유연한 광학 장치를 의미하며, 이는 예를 들어 하나 이상의 광섬유들을 포함할 수 있다.

유리하게는, 제어 메커니즘은 그의 회전 각 속도가 특히 제어가능하도록 구성된다.

제어 메커니즘은 편심의 사전 결정된 범위 내에서, 렌즈의 광학 중심과 제 1 축 간의 가변 거리를 부과할 수 있도록 바람직하게는 구성될 수 있다.

유리하게는, 장치는 제 1 축을 중심으로 한 렌즈의 회전 동안 편심의 거리가 제어가능하게 변하도록 구성된다.

유리하게는, 제어 메커니즘은 제 1 축을 중심으로 한 렌즈의 광학 축의 편심 값, 각 위치 및/또는 회전 속도를 동시에 제어할 수 있도록 구성된다.

유리하게는, 제어 메커니즘은, 상기 렌즈의 회전 동안 및 사전결정된 각 위치(angular position)에서의 상기 렌즈의 유지 동안에, 렌즈의 광학 중심을 상기 제 1 축으로부터 분리시키는 편심 가변 거리를, 사전결정된 편심(off-centeredness) 범위 내에서, 제어가능하게 변화시킬 수 있도록 구성된다.

예를 들어, 제어 메커니즘은, 상기 렌즈의 회전 동안 및 사전결정된 각 위치(angular position)에서의 상기 렌즈의 유지 동안에 렌즈의 광학 중심을 제 1 축으로부터 분리시키는 편심 가변 거리를 제어가능하게 변경할 수 있는 작동 소자(actuating element)를 포함할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 작동 소자는 모터, 전자 제어 수단, 및 재충전가능한 배터리를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에 따르면, 작동 소자는 유도에 의해(inductively) 전력이 공급되는 모터 및 제어 수단을 포함할 수 있다. 전자 제어 수단은 예를 들어 블루투스 유형의 무선 링크를 통해 제어가능할 수 있거나, 예를 들어, 시간에 따른 편심(off-centeredness)의 변화에 대한 사전-기록된 설정들의 프로그램을 포함할 수 있다.

다른 실시형태들에 따르면, 작동 소자는, 렌즈가 지지되고 회전하도록 하는 지지 시스템을 분해하지 않으면서, 렌즈의 회전이 없을 때 편심이 변경될 수 있도록 편심을 조정하기 위한 시스템에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 한 레이저-스캐닝 모드로부터 또 다른 모드로 전환하기 위해 편심을 신속하게 조정할 수 있다. 분해가 없는 이러한 조정은 렌즈 또는 렌즈 시스템을 형성하는 미세한 간극들 또는 부분들의 오염의 원인들이 제한되게 한다.

제어 메커니즘은 유리하게는 렌즈의 광학 축의 편심(off-centeredness)의 값이 제어될 수 있도록 하고, 동시에 제어될 제 1 축을 중심으로 한 렌즈의 각도 위치 및/또는 회전 속도가 제어될 수 있도록 구성될 수 있다.

제어 메커니즘은 유리하게는:

- 케이싱,

- 상기 케이싱에 대해 상기 제 1 축을 중심으로 회전하도록 구동되며, 상기 렌즈를 향해 전송되는 레이저 빔이 그의 중심을 통과하도록 배치되는, 회전 중공 부재(rotary hollow member),

- 상기 회전 중공 부재를 회전 구동시키는 시스템으로서, 상기 구동 시스템의 각 속도 및/또는 회전 속도가 제어되는, 상기 시스템,

- 상기 렌즈를 지지하는 홀더로서, 상기 홀더는 상기 회전 중공 부재와 함께 회전하도록 구동되는, 상기 홀더; 및

- 상기 회전 중공 부재와 함께 회전하도록 구동되도록 구성된 적어도 하나의 작동 소자(actuating element)을 포함한다.

상기 회전 중공 부재의 회전 동안 및 회전이 없는 동안, 상기 렌즈 홀더와 상기 렌즈의 편심이 상기 제 1 축에 대해 제어가능하게 변할 수 있게 하도록, 상기 작동 소자는 상기 렌즈 홀더와 상호작용하도록 구성될 수 있다.

바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 작동 소자는 상기 회전 중공 부재의 회전 중에 상기 회전 중공 부재에 대해 축방향으로 운동될 수 있도록 구성되며, 상기 회전 중공 부재에 대해 상기 작동 소자의 축방향 운동의 연속적인 단조 함수(monotonic function)인 편심의 값을 상기 렌즈 홀더에 부가하도록 구성된다.

제어 메커니즘은:

- 예를 들어, 그의 주변부를 통해 제 1 축을 중심으로 회전하도록 구동되며, 소스로부터 출사된 레이저 빔에 의해 그의 중심이 통과되도록 배치되는 회전 중공 튜브,

- 튜브의 일 단부에서 횡방향으로 슬라이드할 수 있도록, 튜브와 함께 빠르게 회전가능하며, 튜브의 축에 수직으로 수 밀리미터에 걸쳐 튜브에 대해 병진 안내될 수 있도록 장착되는 링을 포함할 수 있다.

상기 링 내로 축방향으로 리세스된 적어도 하나의 작동 홈(actuating groove)을 갖는 상기 링은, 상기 튜브의 내부 공간을 향한 영역의 부분 내에서 삽입될 수 있으며, 링의 영역의 부분 내에서, 안내 경로는 링 내로 축방향으로 삽입된 적어도 하나의 핀이 안내되도록 한다.

유리하게는, 제어 메커니즘은 튜브에 대한 결합된 회전 및 병진 운동을 통해 운동가능하도록 튜브의 내부의 나사산에 의해 안내되는 핀-기반 작동 소자를 더 포함한다. 유리하게는, 튜브의 내부에서 나사산에 의해 안내되는 작동 소자의 회전 축은 유닛에 대한 튜브의 회전 축과 동일하다.

유리하게는, 링의 작동 홈은, 링의 영역의 부분 내에서, 핀이 튜브에 대한 링의 병진 운동 방향에 적어도 부분적으로 수직인 방향으로 운동하게 되도록, 작동 소자의 핀이 안내되도록 하는 안내 경로를 따른다. 이러한 방식으로, 핀은, 링의 병진 방향에 수직인 핀의 운동 동안에, 홈의 측벽들 상에서, 링의 병진 방향에 평행한 압력을 가할 수 있다. 따라서, 압력은 핀을 지지하는 작동 소자의 회전 중에 핀에 의해 연속적으로 가해질 수 있다.

다시 말해서, 링의 축방향 깊이의 방향으로 상기 링 내로 리세스된 적어도 하나의 작동 홈을 갖는 상기 링은, 상기 튜브의 내부를 향한 반경방향 영역의 부분 내에서 깊이방향으로 삽입될 수 있다.

상기 작동 소자는 유리하게는 적어도 하나의 축방향 핀을 포함하며, 상기 링 및 상기 작동 소자는, 상기 나사산을 따른 상기 작동 소자의 운동 동안, 상기 핀이 상기 핀의 축방향 길이뿐만 아니라 상기 홈의 각도 범위, 및 상기 튜브에 대한 상기 링의 허용되는 횡방향 간극(transverse play)을 따르는 경로 부분에 걸쳐서 상기 가이드 홈에 의해 안내되도록 구성될 수 있다.

유리하게는, 상기 홈은, 상기 작동 소자의 회전 중에, 상기 링의 병진 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 핀이 사전 결정된 시간에 운동하도록 설계되며, 상기 핀의 움직임은 상기 링에 대하여 적어도 하나의 반경방향 성분을 더 가지며, 상기 반경방향 성분은 상기 튜브에 대한 상기 링의 병진 방향과 평행한 성분을 갖는다. 그런 다음 핀은, 튜브의 축을 중심으로 회전하는 원 상의 지점으로 홈 내에 있는 지점을 가져오도록 링의 홈에 압력을 가할 수 있으며, 이는 링의 병진 운동을 야기한다. 유리하게는, 상기 핀들 중 적어도 하나를 안내하는 홈은 중간 경로인 상기 링 상의 경로를 정의할 수 있으며, 상기 경로는 링의 병진 방향에 수직인 직선 세그먼트와 링 상에 중심을 두고 세그먼트를 가로지르는 원호형 부분 사이에 포함된 2개의 경로들의 일련의 중심으로서 획득된다. 유리하게는, 홈은 링의 병진 방향과 평행한 링의 중앙선을 가로지른다. 홈의 이러한 지점에서, 핀의 압력은 링의 중심을 통과하고, 특히 효과적인 방식으로 가해진다.

가이드 홈은 홈의 원점으로부터, 링의 중심을 중심으로 하는 원형 경로로부터 연속적으로 더 멀리 이르는 경로를 유리하게 규정할 수 있다. 원점은 단순히 홈의 단부가 될 수도 있다. 환언하면, 홈은 링을 중심으로 하는 원으로부터 더 멀리 나아가 홈의 원점을 통과한다.

튜브의 회전 중에, 튜브의 기준 프레임 내에 원호를 형성함으로써 링을 이동시키기 위해 핀이 홈의 에지에 대해 지지되도록 하기 위해, 튜브에 수직으로 슬라이딩하는 링의 각 위치마다, 하나의 가이드 홈의 적어도 하나의 부분은 링에 대하여 핀들 중 적어도 하나 상에 튜브의 축을 중심으로 하는 원호와는 상이한 경로를 부과할 수 있어야 한다.

작동 소자는 바람직하게는 렌즈를 향해 보내지는 레이저 빔이 통과하게 하기 위해 제 1 축을 중공형(hollowed)이다.

상기 작동 소자는 상기 링 및 상기 작동 소자는, 상기 나사산을 따른 상기 작동 소자의 운동 동안, 상기 핀이 상기 핀의 축방향 길이뿐만 아니라 홈의 축방향 ?이, 홈의 각도 범위, 나사산에 의해 규정되는 핀의 운동, 및 상기 튜브에 대한 상기 링의 횡방향 간극(transverse play)을 따르는 경로 부분에 걸쳐서 상기 링의 상기 가이드 홈에 의해 안내되기에 적합한 적어도 하나의 축 방향 핀을 포함한다

작동 소자는 튜브 내로 축방향으로 삽입된 제 2 튜브의 형태를 취할 수 있다.

이러한 방식으로, 튜브의 회전 중에, 튜브에 대한 작동 소자 상의 상대적인 축방향 위치를 부과하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 각도 위치는 홈에 대해 핀에 부과되며, 그의 구성은 튜브에 대한 링의 횡 방향 위치만을 허용하며, 이러한 횡단 위치는 렌즈의 광학 중심의 편심을 규정한다.

상기 제어 메커니즘은, 광 빔의 입력을 수신하는 상기 유닛의 케이싱, 상기 튜브를 축방향 및 반경방향으로 지지하고, 상기 튜브가 상기 제 1 축을 중심으로 회전할 수 있게 하는 적어도 하나의 제 1 베어링 장치(bearing device), 상기 튜브를 상기 케이싱에 대해 회전하도록 구동하는 모터, (링의 반대편 측 상의) 튜브로부터 돌출된 상기 작동 소자의 일 단부에 축방향 및 반경방향으로 고정된 제 2 베어링 장치, 및 상기 케이싱에 대해 상기 제 2 베어링 장치 상에 가변 축방향 위치를 부가하는 데 적합한 작동 포크(actuating fork)를 포함한다. 유리하게는, 포크의 운동 자체가 전동이다. 본 명세서에서 베어링은 회전시 축을 고정식으로 지지할 수 있는 장치를 의미한다. 따라서 각 베어링 장치는 평면 베어링 또는 일련의 평면 베어링들이거나, 볼 베어링 또는 일련의 볼 베어링들일 수 있다. 일 실시형태에서, 제 1 베어링 장치는 용접 장치의 유닛에 대해 고정되는 2개의 반경방향 볼 베어링들을 포함하며, 제 2 베어링 장치는 작동 포크에 의해 병진운동가능하게 축방향으로 운동가능하며 지지되는 반경방향 볼 베어링을 포함한다.

다른 변형 실시형태들에 따르면, 제 2 베어링 장치는 예를 들어 포크가 작동 소자에 대해 지지되도록 구성된 축방향 베어링일 수 있으며, 작동 소자의 축 복귀는 탄성 복귀 장치에 의해 보장된다. 이러한 탄성 복귀 장치들은 공지되어 있다.

예를 들어 실질적으로 수직 축에 대해 렌즈를 회전시키도록 의도된 또 다른 변형된 실시형태들에 따르면, 제 1 베어링 장치는 하나 이상의 축방향 베어링들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 유닛은 상기 렌즈로부터 출사된 빔이 재배향되는, 부분적으로 반사성의 제 1 거울을 더 포함하며, 실질적으로 상기 렌즈로부터 출사된 재배향된 방향으로 상기 거울을 투시하도록 상기 거울 뒤에 배치된 검사 카메라(inspection camera)를 더 포함한다. 따라서, 카메라는, 렌즈가 켜졌을 때 레이저 빔으로 회전하는 카메라에 의해 관찰된 영역없이 레이저 빔의 최종 충격 지점 주위의 영역을 관찰할 수 있다.

상기 유닛은 상기 제 1 거울로부터 출사된 상기 레이저 빔의 경로 상에 개재된 적어도 하나의 반사성 제 2 거울을 포함하며, 상기 제 2 거울은, 상기 제 2 거울에 의해 조종되는 레이저 빔의 방향이 원추의 제네트릭스들(generatrices)을 따라 또는 평면 내에서 변하도록, 상기 유닛의 기준 프레임에서 제 2 축을 중심으로 기울어질 수 있도록 제어된다.

유닛은 제 2 거울로부터 출사된 레이저 빔의 경로 상에 개재되고, 제 2 거울의 사전결정된 위치에 대해 제 3 거울에 의해 조종되는 레이저 빔의 방향이 원추의 제네트릭스들(generatrices)을 따라 또는 평면 내에서 변하도록, 상기 유닛의 기준 프레임에서 제 3 축을 중심으로 기울어질 수 있도록 제어되는, 반사형 제 3 거울을 더 포함할 수 있다.

따라서, 카메라는 제 2 거울, 및 선택사양적으로 제 3 거울로부터의 반사를 통해 레이저 빔의 충격 지점을 찾는다. 따라서 카메라 관찰 영역은 병진방향으로 이동하며, 제 2 거울 및/또는 제 3 거울이 경사진 경우, 관찰 영역의 축들은 빔이 보내지는 작업 평면의 방향들에 대해 고정된 채로 유지된다. 제어 메커니즘으로 렌즈를 원형 운동으로 움직이게 하면 카메라 관찰 영역의 축들은 회전하지 않는다.

레이저 충격 경로를 가이드하는 장치가 또한 제안되며, 상기 장치는: 상기와 같은 가이드 장치; 상기 용접 유닛을 지지하고, 상기 유닛으로부터의 레이저 빔 출력을 연속적인 원하는 충격 지점들로 향하게 하기에 적합한 로봇 암; 및 렌즈의 회전 중에, 일정하며 제어되는 렌즈의 각 회전 속도 및 렌즈의 편심, 또는 제어된 방식으로 가변적인 렌즈의 편심을 부가하기에 적합한, 유닛의 제어 수단을 포함하며, 상기 장치는 레이저 빔의 충격 지점의 이미지들의 시퀀스를 디스플레이하거나 기록하도록 구성된 모니터링 수단을 더 포함한다.

카메라는 로봇 팔의 사전결정된 위치에 대해 카메라의 관찰 영역의 축들이 서로 평행하게 유지되도록 구성될 수 있다.

유닛으로부터 출력된 레이저 빔의 충격 경로를 가이드하기 위한 방법이 또한 제안되며, 상기 방법은 광섬유에 의해 전달되고 렌즈에 의해 시준되는 레이저 빔을 사용한다. 렌즈는 렌즈의 광학 중심에 대해 편심된 축을 중심으로 회전한다.

유리하게는, 유닛으로부터 방출된 레이저 빔에 의해 충격된 용접 구역은 이미지 수집 광학 경로가 시준 렌즈와 독립적인 광학 모니터링 장치를 사용하여 모니터링된다.

이러한 방법에서, 유닛의 시준 렌즈로, 유닛 내로 들어가고 레이저원으로부터 도달하는 출력 레이저 빔을 시준화하는 것이 가능하다. 렌즈의 광학 중심에 대해 편심된 축을 중심으로 렌즈를 회전시킬 수 있다. 그 후, 상기 렌즈의 편심(off-centeredness)은 상기 렌즈의 회전 중의 모멘트들(moments)에서 그리고 상기 렌즈의 사전결정된 각도 위치에 대한 모멘트들에서, 점진적으로 변화하도록 제어된다.

이 방법은 예를 들어 금속 부품 및/또는 고분자 부품의 스폿 용접에 적용될 수 있으며, 각 스폿 용접은 상기 유닛으로부터 도달하는 레이저 빔의 충격 영역 내에서, 원형, 타원형, 복수의 중첩된 원들, 복수의 중첩된 타원들, 또는 나선형 경로의 용접될 부분 중 적어도 하나 상에 형성함으로써 얻어지며, 스폿 용접부와 수평한 레이저 빔의 경로는 상기 렌즈의 운동들에 의해서만 제어된다.

또 다른 실시형태에 따르면, 또는 다른 동작 조건들 하에서, 상기 방법은 금속 부품 및/또는 폴리머 부품의 선형 용접에 적용될 수 있으며, 상기 유닛으로부터 도달하는 출력 레이저 빔의 충격 영역 내의 경로는 경사가능한 거울들을 사용하여 얻어진 출력 빔의 직선 운동과 상기 렌즈의 운동들에 의해 얻어진 상기 빔의 회전 운동을 결합하여 획득된다.

또 다른 실시형태에 따르면, 또는 다른 동작 조건들에 따라, 상기 방법은 원추형 프로파일을 갖는 커팅 오리피스들에 적용될 수 있으며, 원추형 오리피스들(conical orifices) 중 하나의 드릴링(drilling) 동안, 상기 유닛으로부터 도달하는 레이저 빔의 경로는, 구멍의 드릴링 동안, 상기 렌즈의 운동들에 의해서만 제어된다.

이러한 방법들 각각에서, 레이저 빔의 충격 영역은 이미지 수집 광학 경로가 축을 중심으로 회전하는 시준 렌즈와 독립적인 광학 모니터링 장치에 의해 유리하게 모니터링될 수 있다.

전술한 모든 설명에서, 반사 거울은 레이저 빔의 파장뿐만 아니라 가시 영역 또는 적외선 영역 영역과 같은 다른 파장들-예를 들어 카메라가 민감한 파장 영역들에서도 반사되는 거울을 의미한다는 것을 주의해야 한다. 세미-반사 거울이란 하나 이상의 미리 설정된 파장 범위들의 빛을 반사하며, 하나 또는 다수의 다른 미리 설정된 파장 범위들(예를 들어 이색성 플레이트)에서 투명하게 통과하는 거울을 의미한다.

본 발명의 일부 목적득, 특징득, 및 이점들은, 단지 비제한적인 예로서 사전결정된 것이며 첨부된 도면들을 참조하여 사전결정된 다음의 설명을 읽을 때 명백해질 것이다:
도 1은 본 발명의 기본적인 실시예를 도시한다;
도 2는 본 발명에 따른 레이저 충격 경로를 가이드하는 장치를 사용하는 레이저-용접 장치를 개략적으로 도시한다;
도 3은 도 2에 도시된 장치의 작동을 보다 정확하게 도시한다;
도 4는 도 1의 레이저 충격 경로를 가이드하는 장치의 서브어셈블리의 개략적인 사시도이며, 이는 상기 장치의 시준 렌즈가 상기 렌즈의 평면 내에서 회전하게 하도록 의도된다;
도 5a 및 도 5b는 도 1의 레이저 충격 경로를 가이드하는 장치의 서브어셈블리의 개략적인 단면도들이며, 이는 서브어셈블리의 일부 구성요소들의 상대적인 병진 및 회전 운동들을 도시한다.

도 1은 광섬유(3)에 의해 레이저원에 접속된 용접 유닛(welding unit)(2)을 포함하는, 레이저 빔의 충격 경로를 가이드하는 장치(1)의 기본 실시예를 도시한다. 광섬유(3) 내에서의 그들의 운반 중에 다중 트립들을 일으키는 레이저 광선들은, 그의 단부에서, 용접 유닛(2) 내로 관통하는 레이저 광의 발산 빔(divergent beam)(A)을 발생시킨다.

유닛(2)은 단일 또는 복합 수렴 렌즈(convergent lens)(10)를 포함한다. 복합 렌즈란, 하나의 이상(ideal) 렌즈의 광학 특성과 유사한 광학 특성을 얻기 위해 선택사양적으로 복수의 렌즈들로 구성된 임의의 광학 모듈을 의미한다. 렌즈(10)는 케이싱(30) 내에 배치되어, 케이싱(2)에 면하는 광섬유(3)의 단부가 렌즈(10)의 초점 평면 내에 위치하게 된다. 따라서, 렌즈(10)는 서로 평행한 광선들로 구성된 레이저 광의 빔(B)을 얻기 위해 레이저원으로부터 도달하는 레이저 광의 빔(A)을 시준(collimate)하도록 구성된다.

렌즈(10)를 광섬유(3)의 단부로부터 멀리 운동시킴으로써, 빔(B)을 충격 영역(zone of impact)(16) 상에 수렴시킬 수 있고, 상기 충격 영역(16)은 특히 레이저 광을 통해 열 에너지를 전달함으로써 또 다른 플레이트에 용접할 것이 요구되는 플레이트의 표면 상에 위치된다.

대안적으로, 렌즈(10)의 평면은, 레이저 광의 빔(B)을 평행하게 유지하도록 광섬유(3)의 단부로부터의, 그의 초점 거리와 동일한 고정된 거리로 유지된다. 이러한 변형예에서, 수렴 렌즈(convergent lens)(7)는, 충격 영역(16) 상에 수렴하는 빔(C)을 얻도록 렌즈(10) 후방에 배치되며, 충격 영역(16)은 그 후 렌즈(7)의 초점 평면 내에 실질적으로 배치된다. 이러한 실시예는 렌즈(7)의 거리가 렌즈(10)와 광섬유(3)의 단부 간의 거리와 독립적으로 조정될 수 있기 때문에 충격 영역(16) 상의 빔(C)의 수렴 지점의 조정에 있어 더 큰 유연성을 가능하게 한다. 따라서, 렌즈(7)를 충격 영역(16)의 방향으로 운동시킴으로써 수렴 지점을 용접될 재료의 두께 내로 침투시키는 것이 가능하다.

렌즈(10)의 평면에 수직인 축(ωx)를 고려하면, 렌즈(10)의 광학 중심(O)이 축(ωx)상에 위치되고, 레이저 광의 스폿 또는 얼룩(blotch)이 축(ωx)과 충격 영역(16)의 교차점에서 생성되면, 축(ωx)은 광섬유(3)의 단부의 거의 중심에 원점을 갖는다. 그러나, 만족스러운 기계적 특성들을 갖는 스폿 용접을 얻으려면, 용접 퍼들(weld puddle)이 플레이트의 평면 내의 최소 면적보다 큰 면적에 걸쳐 연장되어야 한다.

하나의 해결책은 충격 영역(16) 내에서 레이저 광의 스폿을 충분히 넓히기 위해 렌즈(10) 또는 렌즈(7)를 축을 따라 운동시키는 것으로 구성될 수 있다. 그러나, 이러한 진행 방법은, 용접될 물질이 녹을 경우, 충격 면적의 증가에 비례하여 레이저 빔의 에너지가 증가될 것을 요구한다.

보다 바람직한 한가지 해결책은, 도 4를 참조하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 렌즈(10)를 케이싱(30) 내에서 축(ωx)을 중심으로 회전할 수 있는 튜브(24)에 견고하게 고정시키는 것으로 구성된다. 렌즈(10)의 광학 중심(O)은, 렌즈(10)의 광학 축(Ox)을 축(ωx)에 평행하게 규정하도록 축(ωx)에 대하여 오프셋된다. 따라서, 레이저 광의 빔(B)의 광선들은 광섬유의 단부에서의 원점(ωx) 및 렌즈(10)의 중심(O)을 통과하는 광선과 평행하며, 축(ωx)에 대해 각도(α)를 이룬다. 튜브(24)의 중심이 축(ωx)를 중심으로 회전할 때, 렌즈(10)의 광학 중심(O)은 축(ωx)을 중심으로 하는 원을 형성한다. 따라서, 레이저 광의 빔(B)은 튜브(24)의 회전 속도와 동일한 속도로 렌즈(10)의 광학 중심(O)을 통과하는 광선에 의해 추적되는 원과 동일 평면인 링을 스캔한다. 렌즈(7)의 광학 중심을 통과하는 광선은 축(ωx)에 대한 그의 각도(α)를 보존하며, 이로써 충격 영역(16) 상의 빔(C)의 수렴 지점은 반경(R)의 원을 형성하며, 반경(R)의 원은 렌즈(7)의 광학 중심을 통과하는 광선들에 의해 형성된 원추의 기저부에 의해 규정되며, 원추의 기저부 자체는 축(ωx) 상에 고정된다.

이러한 간단한 배열에서, f₇이 렌즈(7)의 초점 길이이고, f₁₀이 렌즈(10)의 초점 길이인 경우, 축(Ox)은, 축(ωx)에 대해 거리(δ)만큼 오프셋되며, 충격 영역(16)은, 축(Ox)이 그것에 평행한 축(ωx)을 중심으로 회전할 때 반경 R=δ·f₇/f₁₀의 원을 형성하도록, 튜브(24)의 회전 중에 운동한다.

충격 영역(16) 상에 빔(C)의 수렴은 수렴 지점에서 온도 증가를 발생시키고, 따라서 일반적으로 적외선 파장들의 영역에서 이러한 온도를 나타내는 발산 광선 방사(divergent light radiation)를 발생시키며, 이러한 파장들은 용접되는 재료의 융점의 파장들일 것으로 예상된다.

렌즈(10)와 렌즈(7) 사이에 세미-반사 거울(semi-reflective mirror)(12')을 삽입하는 것이 유리하다. 거울(12')은 레이저 광선들이 속하는 파장들의 범위에서 전체적으로 투명하며, 적외선 파장들의 범위 및 선택사양적으로 가시 파장들의 범위 내에서 완전히 반사하는 이색성 플레이트(dichroic plate)로 이루어진다. 따라서, 레이저 광선들의 방향은 이들이 일체적으로 통과하는 거울(12')에 의해 교란되지 않는다.

거울(12')의 이색성 플레이트의 표면에 축(ω)에 대해 예를 들어 45°의 각을 부여함으로써, 레이저 빔의 파장과 상이한 파장들을 갖는 충격 영역(16)으로부터 방출된 광선들은, 복귀 트립(return trip) 상에서 렌즈(7)를 통과한 후에 평행하며 거울(12')의 이색성 플레이트로부터 반사에 의해 편향되는 빔을 형성한다.

세미-반사 거울(12')은 광학 모니터링 장치(18)가 구현되도록 하고, 이러한 광학 모니터링 장치는 특히, 충격 영역(16)으로부터 방출된 광선들을 카메라 센서(48) 상에 수렴시키기 위해 초점 길이(f₆)의 단일 또는 복합 수렴 렌즈(6)를 포함한다. 따라서, 센서(48)는 용접 품질이 평가될 수 있도록 반경 r=δ·f₆/f₁₀의 온도의 원(circle)이 측정될 수 있게 한다. 광학 모니터링 장치(18)는 각도 조종(angular steering)을 위한 반사 거울(15)를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고정된 구조체, 가동 구조체 또는 로봇 암(robot arm)(19)을 갖는 시스템 상에 장착될 수 있는 용접 장치(welding device)(1)는 광원(도시하지 않음)으로부터 출사된 광이 입사하는 광섬유(3)-또는 광 섬유들의 다발(3)-가 접속된 용접 유닛(2)을 포함한다. 따라서 유닛(2)은 광 파워가 섬유(3)를 통해 수신되도록 하고, 유닛(2)으로부터 출력된 광 빔(E)이 충격 영역(16)의 방향, 예를 들어 서로 용접될 부분의 영역으로 전달되도록 한다. 유닛(2)은 빔(3)의 충격 영역(16)을 변경하기 위해 섬유(3)의 유연성(suppleness)에 의해 운동될 수 있다. 유닛(2)은, 예를 들어 가동 장치 또는 로봇 암(19) 상에 장착될 수 있는 유닛 케이싱(20)을 포함한다. 케이싱(20)은 유닛(2)을 구성하는 다양한 소자들에 속하는 기준 프레임을 규정하는 것으로 고려될 수 있다. 광섬유(3)로부터 나오는 제 1 광 빔(A)은 광학 중심(O)을 갖는 시준 렌즈(collimating lens)(10)로 보내진다. 렌즈(10)는 렌즈로부터 출사된 빔(B)을 실질적으로 평행이 되게 하도록 배치된다. 렌즈(10)는 단일 렌즈보다 더 복잡한(예를 들어 일련의 렌즈들) 광학 시스템일 수 있지만, 본 설명에서는 일반적인 용어 "렌즈"에 의해 지정된 채로 유지될 것이다. 렌즈(10)는, 렌즈(10)의 광학 축에 바람직하게 평행한 광학 축을 갖는, 렌즈(10)로부터 이격된 위치에 있는 렌즈(11)에 의해 선택적으로 보완될 수 있다. 렌즈들(10 및 11)의 광학 축들은 일치할 수도 있고, 또는 서로에 대해 오프셋될 수도 있다.

유닛(2)의 축들은 본 명세서에서 렌즈(10)의 광학 축에 평행한 제 1 축 "x"이다. "x"방향은 또한 유닛(2)의 레이저 빔(E)의 대략 평균 출력 방향이지만, 예를 들어 상이한 수의 반사 거울들이 사용되는 경우 빔의 출력 방향과 상이할 수 있다.

2개의 수직 방향들인, "y" 및 "z" 방향들 또한 표시되며, 이러한 방향들은 렌즈의 평면 내에 위치되고 제어 메커니즘의 케이싱(30) 및 유닛(2)의 케이싱(20)에 대해 고정된 채로 유지된다.

렌즈(10)로부터 나오는 빔(B)-또는 변형된 실시예들에서, 렌즈들(10 및 11)의 연속체로부터 나오는 빔(B')은 일반적으로 이색성 플레이트(12)를 향해 보내지며, 상기 이색성 플레이트(12)는 특히 상기와 같은 세미-반사 제 1 거울의 기능을 수행한다. 그 다음, 이색성 플레이트(12)는 예를 들어 반사형 제 2 거울(13)의 방향으로, 반사된 빔(C)을 조종할 수 있다. 변형된 실시예들에 따르면, 반사형 제 2 거울(13)은, 예를 들어 반사형 제 3 거울(14)를 향하여, 반사된 빔(D)을 조정할 수 있다. 이색성 플레이트(12)는 일반적으로 고정될 수 있고, 카메라 또는 광학 모니터링 장치(18)가 거울 뒤의 빔(C)의 연장부에 배치될 수 있게 한다. 카메라(18)의 관찰의 광 경로 자체는 하나 이상의 보완 거울들, 예를 들어 거울(15)에 의존할 수 있다.

렌즈(10)로부터 방출된 광빔(B 또는 B')은 그의 반사된 부분에 관해서, 광빔(C)의 형태로 가동 거울(13)의 방향으로 조종되며, 상기 가동 거울(13)은 제 1 축을 중심으로, 예를 들어 빔(C)의 방향에 수직인 제 1 축을 중심으로 경사지게 설계된다. 거울(13)의 경사 동안, 빔(D)은 거울(14)이 부동되어 유지되는 경우, 거울(14)의 평면 내에서 제 1 방향의 라인을 그린다. 거울(14)은 통상적으로 빔(D)에 의해 추적되는 이러한 선에 평행한 방향으로 경사질 수 있다. 따라서, 거울들(13, 14)의 적절한 경사각들을 결합함으로써 유닛(2)으로부터 출력된 빔(E)의 충격 영역(16) 내에서 실질적으로 직사각형인 영역을 스캔하는 것이 가능하다. 따라서, "갈바노미터 거울들(galvanometer mirror)"이라고 종종 지칭되는 거울들(13 및 14)은 특히 거울들의 최대 경사에 의해 제한되는 면적에 걸쳐 유닛(2)으로부터 출력된 빔(E)의 충격 지점의 경로(17)를 운동시키는 데 사용될 수 있다.

경로가 변곡점들을 포함할 때, 거울들 중 하나가 그의 각도 코스를 멈추고 반대 방향으로 다시 각도를 운동하도록 하는 경우, 거울들의 관성은 빔(E)의 충격 지점이 운동될 수 있는 선형 속도를 제한한다.

또한, 카메라(18)는 충격 영역(16)의 이미지를 거울들(13 및 14)로부터 반사시킴으로써 관찰하기 때문에, 카메라의 관찰 영역은 빔(E)의 충격 지점과 동시에 운동한다.

예를 들어, 렌즈들(10 및 11)은 고정된 상태로 유지되면서 거울들(13 및 14)만을 사용하여, 빔(E)의 충격 지점이 하나 이상의 원을 형성하도록 만드는 것이 바람직하다면, 이미지의 전체 관찰 백그라운드는 빔과 동시에 원들을 형성하며, 이는 해석하기 어려운 이미지들로 이어지는데, 특히 회전이 급속할 때에 특히 그러하다. 기존 장치들로 얻을 수 있는 이러한 유형의 이미지들은 도 3에 개략적으로 도시되어 있으며 참조 번호 17로 참조된다.

본 발명에 따른 장치에서, 예를 들어 갈바노미터 거울들(13, 14)을 계속 사용하여 레이저 빔과 충격될 부분의 한 영역으로부터 또 다른 영역으로 출력 빔(E)을 운동시키는 것이 가능하다.

도 3은 도 2를 참조하여 기술된 장치의 작동이 보다 잘 설명되도록 한다.

도 3은 또한 도 1의 광섬유(3), 단일 또는 복합 렌즈들(10 및 7), 및 충격 영역(16)을 도시하며, 섬유, 렌즈들 및 충격 영역은 도 1의 설명들이 유효하게 유지된다.

거울(12)은 도 1의 거울(12')과 동일하게 배치된다. 그러나, 도 1의 거울(12')와 달리, 여기서는 섬유(3)의 단부로부터 거울(12)로 향하는 축(ωx)에 수직인 광학 축을 중심으로 하는 렌즈(7)를 향하여 레이저 광선들의 에너지를 반사시키도록, 거울(12)은 레이저 파장들의 영역 내에서 완전히 반사적이며 적외선 파장들에서 투명하다. 이는, 충격 영역(16)을 향해 배향되는 빔(E)을 발생시키도록 반사 거울(14)로부터 반사되는 빔(D)을 발생시키기 위해, 렌즈(7)로부터 도달한 수렴하는 빔(C)이 반사 거울(13)을 향해 반사되도록 한다.

거울들(13 및 14)로부터의 연속적인 반사들은 도 1의 단일 빔(C)보다 긴 길이의 빔(C+D+E)이 얻어지도록 하며, 상기 빔은 충격 영역(16)의 한 지점 상에서 수렴한다.

이러한 장치는 도 1에서 렌즈(7)의 초점 길이보다 긴 초점 거리(f₇)를 갖는 렌즈(7)를 사용할 수 있다는 첫 번째 이점을 갖는다. 따라서, 충격 영역(16) 내에서 도 1의 값과 동일한 값의 반경(R)의 원을 얻기 위해, 도 1보다 작은 거리 δ=Rㆍf₁₀/f₇만큼 렌즈(10)의 광축(Ox)을 축으로부터 벗어나 운동시킬 수 있고, 동일한 속도로 축(ωx)을 중심으로 축(Ox)을 회전시키는 데 필요한 동력 및 케이싱(10)의 부피를 상응하여 감소시킨다.

렌즈(10)의 회전에 기인하는 원에 걸친 빔(E)의 수렴 지점(16)의 운동의 각 지점에서, 충격 영역(16) 상의 레이저 광선들의 매우 미세한 집중은 재료의 온도의 증가를 야기한다. 도달된 각각의 온도 값(T)에 대해, 상기 재료는 빈의 법칙(Wien's law)에 따라 온도(T)에 반비례하는 최대 파장(λ_max)의 스펙트럼 내에서 빔들(E, D, 및/또는 C)와는 반대 방향으로 발산하는 빔을 재방출한다. 이와 같이 초점에 도달된 온도를 나타내는 파장에서 재방출된 발산 광선의 실질적인 양은, 반대 방향으로, 렌즈(7)까지, 수렴된 레이저 광선과 동일한 경로를 따르며, 렌즈(7)에 도달하여, 렌즈를 통과하여, 미러(12)에 도달하기 전에 평행하게 된다.

도 1의 거울(12')에 관해서는, 거울(12)은 이색성 플레이트(dichroic plate)에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 도 1의 이색성 플레이트와 대조적으로, 레이저 광선들의 파장(일반적으로 600νλ_C<1200ν의 경우에서와 같은, 고 에너지 파장(λ_C)에서는 반사성이며, 그의 융점에 가까운 재료의 온도들을 반영하는 파장들(일반적으로 1.5μm<λ_T<3.5μm)의 경우에서와 같은, 저 에너지의 파장들(λ_T)에서는 투명한 이색성 플레이트(dichroic plate)가, 도 3의 거울(12)로서 사용된다. 따라서, 렌즈(7)를 통과한 재료로부터 방출된 광선들은 또한 도 1의 것과 동일한 방식으로 광학 모니터링 장치(18) 내로 침투하기 위해 세미-반사 거울(12)을 통과한다.

축(Ox)과 축(ωx) 간의 거리(δ)를 0과 R·f₁₀/f₇과 동일한 값 사이에서 점진적으로 변화시킴으로써, 상기 기술된 장치는, 충격 영역에 덜 집중된 레이저 빔이 반경(R)의 스폿을 직접적으로 얻기 위해 사용되는 경우에 요구되는 것보다 더 낮은 에너지를 갖는 고도로 집중된 레이저 빔(C 또는 E)로 πR^² 영역의 스폿 용접을 얻을 수 있게 한다.

따라서, 거울들(13 및 14)의 가변 배향은, 빔(C 또는 E)의 집중 또는 그의 온도로 인하여 장치(18)가 충격 영역(16)에 의해 방출된 광선들을 인식하는 데에 악영향을 미치지 않으면서, 용접 지점의 위치가 수정되도록 한다. 광선 인식 기능을 수행하기 위한 특정한 기존의 갈바노미터 유닛들은 일반적으로 광섬유로부터 출력되는 레이저 광선을 시준하기 위해 이미-존재하는 렌즈(11)를 이미 소유하고 있다. 이러한 수렴 렌즈(11)를 갖는 갈바노미터 유닛을 사용하는 경우, 렌즈(11)의 입구에서 광섬유의 출구에 대해 특정한 발산을 재생하기 위해 렌즈(10)와 렌즈(11) 사이에 발산 렌즈(8)를 삽입하도록 추천된다.

본 발명은 최종 레이저 빔의 특정 움직임들을 제어하기 위해 렌즈(10)를 운동가능하게 하는 것을 제안한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명에 따른 장치에서, 유닛(2)을 나가는 레이저의 빔 상에 원형 경로들을 부과하기 위해, 시준 렌즈(10)는 메커니즘 내에 배치되며, 이는 그의 케이싱(30)에 의해 도 1 내지 도 3에 개략적으로 도시되며, 렌즈의 광학 중심(O)이 제어 메커니즘의 회전 축에 대응하는 회전 축(ω,x)을 중심으로 평면 내에서 운동되도록 한다. 그 다음, 렌즈(10)로부터 나오는 빔(B)은 원추의 제네트릭스들(generatrices)을 따라 연속적으로 배향되고, 제어 메커니즘의 회전 축(ω,x)에 대한 렌즈의 광학 중심(O)의 거리가 일정하게 유지되면, 빔(E)의 최종 충격 지점은 원을 형성한다.

렌즈의 회전은 볼-베어링(ball-bearing) 또는 베어링(bearing) 유형 메커니즘들을 사용하여 얻어지기 때문에, 대부분 회전 방향을 바꾸지 않고도, 거울들의 관성으로 인한 영향들을 피할 수 있으며 유닛으로부터 출력되는 빔 상에 부과된 회전 속도가 빨라질 수 있다.

특정 변형 실시예들에서, 실질적으로 평행한 광선이 획득되는 것을 가능하게 하는 시준 장치 어셈블리는 회전식 제 1 렌즈(10) 및 고정된 제 2 렌즈(11)로 분리될 수 있다.

빔(E)의 충격 영역(16)은 세미-반사 거울(12)를 통해 모니터링된다.

카메라의 관찰 영역은 거울들(13, 14)의 운동과 함께 운동하므로, 관찰 영역은 렌즈(10)만이 운동되거나 회전하게 되면 고정된 채 유지된다. 렌즈(10) 단독으로 레이저 빔을 운동시키는 동안, 거울들(13, 14)이 고속으로 기울어질 때 얻어지는 이미지를 모니터링하고 해석하기 쉬운 고정된 이미지 백그라운드를 갖는 이미지가 얻어진다. 이러한 고정된-백그라운드 이미지는 참조 번호 17'에 의해 참조된, 도 2에 개략적으로 도시된다.

도 4는 케이싱(30) 내에 포함된 제어 메커니즘(5)의 일부 소자들을 개략적으로 도시한 것으로서, 렌즈(10)가 그의 평면 내에서, 그리고 렌즈의 광학 중심(O)에 대하여 중심이 벗어난 축(ω,x)에 대하여 회전되도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제어 메커니즘(5)은 (도 2에 부분적으로만 도시된) 케이싱(30)에 의해 유지되며, 이를 통해 제어 메커니즘(5)은 유닛(2)의 다른 소자들에 대해, 및 특히 유닛(2)의 케이싱(20)에 대해 위치된다.

광 강도를 전달하는 광섬유(3)는 광섬유의 단부가 렌즈(10)의 광학 축(O, x)에 실질적으로 평행하게 유지되는 유지 소자(34)에 의해 그 단부(33)에 의해 유지된다. 렌즈(10)는 섬유(3)의 단부(33)와 실질적으로 동축으로 튜브(24)의 단부에 장착된 지지 링(4)에 의해 지지된다. 튜브(24)는 케이싱(30)에 대해 축(ω,x)을 중심으로 회전할 수 있게 하는 볼 베어링(28) 상에 장착된다. 튜브(24)는 모터(21)를 사용하여 회전되고, 예를 들어 모터(21)는 구동 벨트(22)를 사용하여 그의 외주를 통해 튜브(24)를 구동시킨다. 예를 들어 모터가 튜브(24)의 외부 치형부와 결합할 수 있는 다른 실시예들이 가능하다(변형예는 도시되지 않음).

튜브(24)는 섬유(3)의 단부(33)로부터 방출된 광 빔이 렌즈(10)의 방향으로 통과할 수 있도록, 예를 들어 그의 중심이 중공인, 중공형이다. 렌즈(10)를 지지하고 렌즈(10)의 지지 홀더를 형성하는 링(4)은, 튜브(24)와 회전 가능하게 결합되고, 튜브(24)와 관련된 방향(u)로 튜브(24)에 대해 반경 방향으로 운동할 수 있도록 장착된다. 이를 위해, 링은 예를 들어 튜브(24)의 회전 축(ω,x)에 수직인 방향 "u"로 링을 안내하는 노치들(26) 내에서 반경방향으로 운동하도록 설계될 수 있으며, 벡터는 튜브(24)와 함께 회전하는 방향(u)을 규정한다.

링(4)은 예를 들어 반경방향 운동의 최대 진폭 "e"으로 반경방향으로 운동할 수 있다. 이러한 진폭은 종종 반경방향 간극(radial paly)이라고도 지칭된다.

빔의 투과를 가능하게 하기 위해, 튜브(24)의 내부에는, 섬유(3)로부터 방출된 광 빔의 경로를 따라, 작동 소자(actuating element)(23)라고도 불리는 액추에이터(actuator)(23)가 배치된다. 액추에이터(23)는 예를 들어 튜브(24)와 동축인 중공 튜브를 포함할 수 있다. 액추에이터(23)는 나사산을 통해 튜브(24)와 상호작용하므로, 튜브(24) 내에서의 액추에이터(23)의 사전결정된 축방향 위치는 튜브(4)와 함께 회전하는 벡터 "u"의 방향에 대한 액추에이터의 소정의 상대 각도 위치에 대응한다.

작동 소자(23) 및 렌즈 홀더(4)는 핀-기반 메커니즘을 통해 상호작용하도록 구성될 수 있다. 이러한 핀-기반 메커니즘은, 튜브(24)에 대한 액추에이터(23)의 상대 각도 위치에 따라, 링(4)이 가이드 노치(26)를 따라 "u" 방향으로 운동하도록 강제함으로써 튜브(24)에 대한 렌즈(10)의 편심(off-centeredness)의 값이 부과될 수 있도록 한다. 렌즈(10)는 링(4)에 대하여 고정된 채 유지되며, 그러므로 링(4) 및 튜브(24)와 함께 회전하고, 그의 중심(O)은 튜브의 내부의 액추에이터(23)의 축방향 위치에 따른 값만큼 튜브의 회전 축(ω,x)에 대해 중심에서 벗어난다.

도 2에는 보이지 않지만 도 5a에 도시된 액추에이터(23)는 작동 포크(actuating fork)(31)에 의해 부과되는 튜브(24)에 대한 축방향 위치를 차지한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 포크(31)는 자체적으로 전동될 수 있는 작동 장치(32)에 의해 운동될 수 있다.

포크(31)는 포크와 함께 축방향으로 운동가능하고 축방향으로 액추에이터(23)와 결합되나 액추에이터(23)의 회전을 허용하는 볼 베어링 또는 베어링(29)을 통해 액추에이터(23)의 단부를 축방향으로 유지할 수 있다. 따라서, 액추에이터(23)는 그를 포함하는 튜브(24)와 동일한 각 속도로 회전할 수 있으며, 튜브(24)의 방향 "u"에 대한 액추에이터(23)의 상대 각도 위치는 포크(31)의 축방향 위치에 의해 부과된다.

도 5a 및 도 5b는 서로 수직으로 절단된 2개의 단면들을 통해, 제어 메커니즘(5)의 튜브(24)의 회전 축(ω,x)에 대해 사전결정된 편심이 렌즈(10)의 중심(O)에 부과되도록 하는 액추에이터-튜브-링 어셈블리(actuator-tube-ring assembly)를 개략적으로 도시한다.

도 5a는 튜브(24), 액추에이터(23) 및 렌즈(10)를 지지하기 위한 링(4)의 개략적인 길이방향 단면도이다.

도 5b는 튜브(24)에 대한 링(4)의 반경방향 운동 및 링(4)과 액추에이터(23) 사이의 상호작용 영역들을 도시하는, 링(4)의 개략적인 횡단면도이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 링(4)은 튜브(24)의 특정 방향 "u"에서 거리 "e"에 걸쳐 반경방향으로 운동할 수 있도록 튜브(24)의 단부에 장착된다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 링(4)은 예를 들어 링의 반경방향 치형부(36)에 의해 튜브(24)의 단부에 대해 안내될 수 있으며, 치형부(36)는 튜브(24)의 단부 내에서 반경방향으로 배열된 가이드 노치들(26) 내로 삽입된다.

튜브(24)에 대한 링(4)의 운동 및 링 내의 렌즈(10)의 위치는, 예를 들어 링의 광학 중심(O)이 0과 "e"사이에 포함된 값만큼 튜브(24)의 회전 축(ω,x)의 일 측으로 운동할 수 있도록 규정된다. 렌즈의 광학 중심이 회전 축(ω,x)의 어느 한 측면으로 운동될 수 있는 변형 실시예들, 또는 렌즈의 광학 중심이 회전 축(ω,x)에 대해 적어도 최소값만큼 항상 중심으로부터 벗어나는 변형 실시예들을 구상하는 것이 가능하다.

튜브(24)는 예를 들어 제어 메커니즘의 케이싱(30) 내에 내장될 수 있는 볼 베어링들(28)에 의해 지지된다. 볼 베어링들(28)은 튜브(24)의 회전 축(ω,x)을 설정한다.

액추에이터(23)는 나사산(27)을 통해 튜브(24)와 상호작용하며, 이는 포크(31)의 단부의 축방향 위치에 따라, 액추에이터(23)와 튜브(24) 간의 상대 각도 위치가 달성될 수 있게 한다. 포크(31)는 예를 들어 베어링 또는 볼 베어링(29)에 의해 액추에이터(23)와 축방향으로 결합될 수 있으며, 따라서 이는 제어 메커니즘의 케이싱(30)에 대해 운동가능하다.

모터(21)가 구동 벨트(22)를 사용하여 튜브(24)를 구동할 때, 액추에이터(23)+튜브(24)+링(4) 조립체는 결합된다. 따라서, 모터(21) 및 벨트(22)는 튜브(24)를 회전시키기 위한 시스템의 일부를 형성한다. 다른 구동 시스템들, 예를 들어 튜브의 링 기어(미도시)와 결합하는 기어 메커니즘(도시되지 않음)을 포함하는 구동 시스템이 고려될 수 있다. 회전 구동 시스템에는 해제 메커니즘(release mechanism)과 같은 추가 기능들이 있을 수 있다.

액추에이터(23)의 각 축방향 위치는 튜브(24)와 함께 회전하는 방향 "u"에 대한 액추에이터(23)의 상대 각 위치에 대응한다.

작동 홈들(35)은 링의 후면, 즉 액추에이터(23)의 단부에 축방향으로 마주하는 링의 면 내에 형성된다. 홈들은 선택사양적으로 링의 두께를 통과할 수 있다.

액추에이터(23)의 단부에는, 액추에이터에 단단히 고정된 핀들(25)이, 액추에이터(23)의 모든 예상된 축방향 운동에 대해 링의 홈들(35) 내로 삽입된 채로 남아있을 수 있도록 배치된다.

홈들(35)은 링의 표면까지 연장되며, 이로써 각 핀(25)을 위한 하나의 가이드 트랙(guiding track)(38)을 형성하며, 각각의 트랙은 바람직하게는 트랙의 한 단부로부터 변화없이(monotonically) 멀리 떨어져 있는 동안 링의 사전결정된 지점(Ω)을 중심으로 하는 원호에 가깝게 유지된다.

튜브(24)에 대한 액추에이터(23)의 상대적인 제 1 위치에 의해 규정된 제 1 기준 각 위치로부터, 액추에이터(23)의 회전은 핀들(25)이 가이드 트랙들(38)을 따르게 한다. 사전결정된 회전 방향에 대하여, 가이드 트랙들(38)은 바람직하게는 액추에이터(23)의 특정 위치에 대해 튜브(24)의 회전의 중심(ω)에 겹쳐질 수 있도록 설계된, 링(4)의 기하학적 중심(Ω)으로부터 더 단조롭게 얻어진다.

핀(25)이 액추에이터(23)의 각 위치의 변화에 따라 링(4)과 관련된 홈(35)을 운동할 때, 핀(25)은 링(4)이 튜브(24)에 대해 움직일 수 있는 방향 "u"으로, 홈(35) 상에 실직적으로 반경방향의 압력을 가하며, 상기 압력은 양 또는 음의 성분을 갖는다.

따라서, 핀들의 작용은 링(4)이 홈(26)을 따라 움직이게 한다.

적어도 하나의 가이드 경로(38)는 바람직하게는 링의 중심 영역을 중심으로 하는 원호와 상이하다. 하나의 경로(38)는, 가이드 경로(38)를 가로지르고 링의 실질적 중심 지점(Ω)을 중심으로 하는 가상 원호형 경로(39)로부터 경로의 사전결정된 각도 방향 운동에 대해 변화없이 도달하도록 설계될 수 있다. 가상 경로(39)는, 링의 실질적 중심 지점(Ω)을 중심으로 회전 운동하는 핀들에 의해 그의 홈들(35)이 운동된 경우, 링이 운동하지 못하도록 하는 경로이며, 핀은 링(4)의 원하는 운동 방향(u)에서 홈의 에지들 상에 힘을 가하지 않는다. 그의 단부들에서 핀(25)이 링의 액추에이터의 제 1 및 제 2 극단 각도 위치들에 대해 맞닿게 도달하는, 원하는 운동 방향 "u"에 평행한 홈은 본 발명의 가능한 실시예들 중 하나이지만, 점진적인 방식으로 제어될 링의 병진 운동의 정도는 허용하지 않는다.

링의 병진 방향에 적어도 부분적으로 수직으로 연장되는 홈이 바람직하다.

예로서, 링 상에, 액추에이터 상에서 서로 반경방향으로 반대편인 2개의 위치들을 차지하는 2개의 핀들에 대한 2개의 경로들(38)을 다음과 같이 추적할 수 있다: 링의 표면 상의 핀들의 초기 위치로부터, 세그먼트(MM')의 중심-그의 길이(MM')는 2개의 핀들의 중심들 간의 거리(D)임-은 링(4)의 중앙 선(△)을 따라 선형으로 운동되며, Δ는 링(4)의 운동 방향(u)과 평행하며, 동시에 세그먼트(MM')는 각도 코스(β상에서 그의 중심(m)에 대해 각도가 피봇된다. 세그먼트의 중심(m)의 운동은, 튜브 상에 장착된 링이 튜브에 대해 운동할 수 있고, 운동의 진폭은 링-튜브 배열에 의해 허용된 진폭에 대응해야 하는 운동 방향으로 수행되어야 한다. 지점들(M 및 M')은 각각 핀들 중 하나에 부과할 수 있는 경로를 형성하고, 세그먼트의 중심(m)에 의해 운동된 거리는 액추에이터가 핀들 상에 각도 코스(β)를 부과할 때 링 상에 부과된 병진 운동에 대응한다. 각각의 핀들은 대응하는 홈(35)에 의해 부과되는 링에 대한 경로(38) 및 튜브에 대한 원형 경로(39)를 형성한다. 경로들(38 및 39) 간의 차이는, 튜브에 대한 액추에이터의 회전의 각 단계에서, 튜브에 수직인 링의 병진 운동을 유도한다.

포크(31)의 작용이 액추에이터의 축방향 위치에 영향을 미치는 방식은, 핀들의 각도 위치 및 링의 편심이 화살표들(F1, F2, F3 및 F4)의 연속에 의해 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다.

도 5a에서, F1은 액추에이터(23) 상의 포크(31)의 축방향 작용을 나타내며, 이는 화살표(F2)로 나타낸 바와 같이 튜브(24)에 대한 그의 각도 위치를 변경하기 위해 나사산(27)에 의해 구속된다. 이어서, 회전 중공 부재(rotary hollow member)를 형성하는 튜브(24)의 단부는, 회전 중공 부재가 나사산(27)에 의해 부여된 각도만큼 피봇되는 동안, 값(Δx)만큼 축방향으로 운동된다. 도 5a에서, 회전 중공 부재의 단부는 점선으로 도시된 위치로부터 실선으로 도시된 위치로 통과한다. 그 후 핀들(25)은 도 5b의 화살표(F3)로 표시된 바와 같이 각도 운동된다. 핀들(25)의 각도 운동은, 핀(25)이 도 3b에서의 반시계 방향으로 운동된다면, 링(4)을 방향 “u”에 평행하게, 예를 들어 화살표(F4)로 표시된 방향으로 운동시키는 경향이 있다

본 발명은 설명된 예시적인 실시예들에 국한되지 않으며 그의 많은 변형예들이 구상될 수 있다. 상기 장치는 거울들을 포함하지 않을 수 있고, 오직 하나의 세미-반사성 관찰 거울(semi-reflective observation mirror)을 포함할 수 있으며/있거나 2와는 상이한 다수의 갈바노미터 거울들을 포함할 수 있다. 회전 렌즈의 편심을 제어하는 장치는 기재된 것과 상이할 수 있다. 렌즈의 광학 축에 엄격하게 평행하지 않은 축을 중심으로 렌즈를 회전시키는 것이 가능하다. 상기 시스템은 빔의 시준을 보장하기 위해 적어도 2개의 렌즈들을 포함할 수 있으며, 그 중 하나의 렌즈는 고정되어 있고, 다른 하나의 렌즈는 회전하며, 상기 빔은 양 렌즈들을 통과한 후에만 다시 평행하게 되도록 설계된다.

렌즈의 링을 반경방향으로 운동시키기 위한 시스템은 기재된 것과 상이할 수 있으며, 예를 들어 액추에이터의 가이드 중공들(guiding hollows) 또는 홈들 내에 삽입되는 링 상의 핀들 또는 양각들(reliefs)을 포함할 수 있다. 핀-기반 액추에이터는 단 하나, 또는 2개 이상의 핀들을 포함할 수 있다. 그러나 반경방향으로 반대편인 2개의 핀들을 사용하면 핀들의 세트에 적합한 가이드 홈들의 세트를 쉽게 설계할 수 있다. 액추에이터가 복수의 핀들을 포함하는 경우, 핀들 중 하나에 대해, 가이드 홈은, 적어도 하나의 다른 홈이 원호가 아닌 경우, 링을 중심으로 하는 원호일 수 있다.

레이저 파워는 광섬유를 통하지 않고 회전 렌즈로 전달될 수 있다; 예를 들어, 레이저원은 장치에 바로 근접하여 위치될 수 있다.

레이저 빔의 광 경로 상에 관측 카메라를 개재시키지 않으면서 보다 간단한 실시예를 구상하는 것이 가능하다. 렌즈의 회전 각속도의 제어는 레이저 빔의 파워의 유효 맥동(effective pulsation)에 의존할 수 있다. 따라서 빔의 이론적인 경로를 따라 운동된 각 단위 길이에 대해 전달되는 에너지 양은 더 잘 제어된다.

상기 장치는 용접 및 마킹 용도로 사용될 수 있지만, 또한, 예를 들어 자동차 인젝터들의 오리피스들과 같이, 수렴 에지들이 있는 오리피스들을 드릴링해야 하는 용도들에도 사용될 수 있다. 특히, 이러한 오리피스들을 드릴링하기 위해, 레이저 빔은 공간 내의 원뿐의 제네트릭스들을 따라 운동해야 하며, 이는 본 발명에 따른 제어 메커니즘 상에 장착된 렌즈를 사용하여 달성될 수 있다.

상기 방법은 금속 부분들 및/또는 중합체 부품들의 스폿 용접에 적용될 수 있고, 각각의 스폿 용접은 레이저 빔의 충격 영역 내에서 용접될 하나 이상의 부품들, 적어도 하나의 원, 복수의 중첩된 원들, 또는 나선형 경로 상에 형성함으로써 얻어진다. 회전 속도는 렌즈가 1 회전을 하도록 요구되는 시간이 레이저 빔의 사전결정된 파워의 펄스 수에 상응하도록 적응될 수 있다.

용접 유닛의 거울들은, 유닛이 로봇 암에 의해 보다 먼 용접 지점들을 향해 운동되기 전에, 레이저 빔이 하나 이상의 이웃 용접 지점들로 운동되는 것을 가능하게 할 수 있다.

상기 방법은 또한 금속 부품들 및/또는 중합체 부품들의 선형 용접에 적용될 수 있으며, 용접 퍼들의 폭은 레이저 빔의 충격 지점의 평균 선 속도, 및 그의 평균 직선 경로에 대한 충격 지점의 회전 각 주파수 모두에 의해 제어된다. 특히, 횡방향 진동들 또는 "와뷸레이션들(wobulations)"을 갖는, 이와 같이 형성된 용접 선은 더 넓은 레이저 빔으로 획득된 동일한 용접-퍼들의 폭을 갖는 용접 선보다 에너지 효율적일 수 있음이 도시되었다.

본 발명에 따른 용접 방법은 유리하게는 레이저 빔의 충격 지점에서 금속의 용융 또는 국부적인 증발을 유발함으로써 2개의 금속 부품들을 서로 겹치기 용접(lap weld)하는 데 사용될 수 있다. 금속의 국부적인 증발은 레이저 빔이 상기 부분에 의해 광학적으로 마스킹된 부분을 가열하게 하고, 이는 프랑스에서 겹치기 용접을 "soudage par transparence"(문자 그대로 "투명 용접")이라고 지칭하는 이유이다. 용접 퍼들의 직경은, 충분한 용융 금속이 2개의 부품들 사이에 요구되는 조인트의 영역 내에서 모세관 작용에 의해 유지되고, 필요한 경우, 2개의 부품들 사이에 임의의 약간의 어셈블리 간극(assembly play)을 채우도록 정확하게 제어되어야 한다.

충격 지점이 나선형을 형성하도록 빔을 제어하면, 점형 충격 지점 또는 연속적인 동일 원들을 형성하는 충격 지점을 사용하여 수행되는 용접에서보다, 용접 퍼들(weld puddle)을 더 균일하게 할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저-빔 가이드 장치는 다양한 용접, 마킹, 및 절단 기술들과의 관련하여, 또는 다른 용도들과 관련하여 사용될 수 있다. 상기 장치는 원들, 중첩된 원들의 시퀀스들, 나선형 경로들(렌즈의 회전과 함께 제어되는 편심), 또는 갈바노미터 거울들을 사용하여 렌즈의 원형 운동들과 선형 운동들을 결합하여 얻은 부채꼴 경로들을 설명할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 빔을 제어하는 장치는 상대적으로 생산하기 쉬운 제어 장치로 원형 경로들이 매우 고속으로 추적되도록 한다. 또한, 상기 장치는 그의 이미지 백그라운드가 실질적으로 움직이지 않는 채로 있는 빔의 충격 영역의 뷰를 얻기 위해 카메라가 적절하게 위치될 수 있게 하며, 이는 이미지들의 관찰 및/또는 프로세싱, 및 레이저 빔을 사용하여 구현된 프로세스의 품질 제어를 용이하게 한다.

Claims (15)

1. 레이저 빔의 충격 경로를 가이드하는 장치(1)로서,
   레이저원(laser source)(3)에 접속된 용접 유닛(welding unit)(2)을 포함하고,
   상기 유닛(2)은, 상기 유닛(2)에 대한 레이저 빔(C, E)의 배향을 제어하면서 상기레이저 빔(C, E)을 전달할 수 있으며,
   상기 유닛(2)은, 상기 레이저원으로부터 도달하는 레이저 광의 빔(A)을 시준(collimate)하도록 구성된 단일 또는 복합 수렴 렌즈(convergent lens)(10)를 포함하며,
   상기 유닛(2)은, 상기 렌즈(10)로부터 출사된 레이저 광의 빔(B)이 제네트릭스(generatrix)를 위해 상기 레이저 광의 빔(B)을 갖는 원통형 또는 원추형 영역을 형성하도록 하기 위하여, 렌즈(10)의 광학 축(O, x)에 평행하고 상기 광학 축(O, x)으로부터 이격된 제1 축(ω,x)을 중심으로 상기 렌즈(10)가 회전되도록 하는 제어 메커니즘(5)을 포함하며,
   상기 제어 메커니즘(5)은, 상기 렌즈의 회전 동안 및 상기 렌즈를 사전결정된 각 위치(angular position)에서 유지하는 동안에, 렌즈의 광학 중심(O)을 상기 제 1 축(ω, x)으로부터 분리시키는 편심 가변 거리(δ)를, 사전결정된 편심(off-centeredness) 범위 내에서, 제어가능하게 변화시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 레이저-빔 가이드 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어 메커니즘(5)은, 상기 렌즈의 광학 축의 편심(off-centeredness) 값(δ)을 제어하고 상기 렌즈(10)의 각 위치 및/또는 회전 속도를 동시에 제어하도록 구성되는, 레이저-빔 가이드 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제어 메커니즘(5)은:
   - 케이싱(30),
   - 상기 케이싱에 대해 상기 제 1 축(ω, x)을 중심으로 회전하도록 구동되고, 상기 렌즈(10)를 향해 전송되는 레이저 빔(A)이 중심을 통과하도록 배치되는 회전 중공 부재(rotary hollow member)(24),
   - 상기 회전 중공 부재(24)를 회전 구동시키는 구동 시스템(21, 22)으로서, 상기 구동 시스템의 각 속도 및/또는 회전 속도가 제어되는 구동 시스템(21, 22),
   - 상기 렌즈(10)를 지지하고, 상기 회전 중공 부재(24)와 함께 회전하도록 구동되는 홀더(4); 및
   - 상기 회전 중공 부재와 함께 회전 구동되도록 구성된 적어도 하나의 작동 소자(actuating element)(23);을 포함하며,
   상기 작동 소자(23)는, 상기 회전 중공 부재(24)의 회전 동안 및 회전이 없는 동안, 렌즈 홀더(4)와 렌즈(10)의 상기 제 1 축(ω, x)에 대한 편심을 제어가능하게 변화시킬 수 있도록, 상기 렌즈 홀더(4)와 상호작용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 레이저-빔 가이드 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 작동 소자(23)는 상기 회전 중공 부재(24)의 회전 중에 상기 회전 중공 부재(24)에 대해 축방향으로 이동될 수 있도록 구성되며, 상기 회전 중공 부재(24)에 대한 상기 작동 소자(23)의 축방향 운동(Δx)의 연속적인 단조 함수(monotonic function)인 편심(σ)의 값을 상기 렌즈 홀더(4)에 부가하도록 구성되는, 레이저-빔 가이드 장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   - 상기 회전 중공 부재는 상기 케이싱(30)에 대하여 회전 가능하도록 장착된 중공 튜브(24)이며,
   - 렌즈-지지 홀더는 상기 렌즈(10)에 감기는 링(4)이고, 상기 링은, 상기 튜브(24)의 일 단부에서 횡방향으로 슬라이드할 수 있고 상기 튜브(24)와 함께 빠르게 회전가능하며 상기 튜브(24)에 대해 병진 가이드될 수 있도록 장착되며, 병진 운동은 상기 튜브의 축(ω, x)에 수직으로 발생하며,
   - 상기 작동 소자(23)는, 상기 중공 튜브(24)의 내부에서 조합된 회전 및 병진 운동에 의해 운동가능하도록 상기 중공 튜브(24)의 내부에 있는 나사산(27)에 의해 가이드되는, 레이저-빔 가이드 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   링의 축방향 깊이의 방향으로 상기 링(4) 내로 리세스된 적어도 하나의 작동 홈(actuating groove)(35)을 갖는 상기 링(4)은, 상기 튜브(24)의 내부를 향한 반경방향 영역의 부분 내에서 깊이방향으로 삽입되며,
   상기 작동 소자(23)는 적어도 하나의 축방향 핀(25)을 포함하고, 상기 링 및 작동 소자는, 상기 나사산을 따른 작동 소자의 운동 동안, 상기 핀이 상기 핀(25)의 축방향 길이뿐만 아니라 상기 홈(35)의 각도 범위, 및 상기 튜브(24)에 대한 상기 링(4)의 허용되는 횡방향 간극(e)을 따르는 경로 부분에 걸쳐서 상기 가이드 홈(35)에 의해 안내되도록 구성되는, 레이저-빔 가이드 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 핀(25)이 상기 튜브(24)에 대한 링(4)의 병진 방향(u)에 적어도 부분적으로 수직으로 운동하도록, 상기 링(4)의 상기 적어도 하나의 작동 홈(35)은 상기 링의 영역의 부분 내에서, 상기 작동 소자(23)의 핀(25)이 안내될 수 있게 하는 가이드 경로를 따르는, 레이저-빔 가이드 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제어 메커니즘은,
   - 상기 레이저원으로부터 광 빔(A)을 가져오는 상기 유닛의 케이싱(20),
   - 상기 케이싱(20)에 대해 상기 튜브(24)를 축방향 및 반경방향으로 지지하고, 상기 튜브(24)가 상기 제 1 축(ω, x)을 중심으로 회전할 수 있게 하는 적어도 하나의 제 1 베어링 장치(bearing device)(28),
   - 상기 튜브(24)를 상기 축(ω, x)을 중심으로 상기 케이싱(20)에 대해 회전하도록 구동하는 모터(21),
   - 상기 작동 소자(23)의 일 단부에 축방향 및 반경방향으로 고정된 제 2 베어링 장치(29), 및
   - 상기 케이싱(20)에 대해 상기 제 2 베어링 장치(29) 상에 가변 축방향 위치를 부가하도록 구성된 작동 포크(actuating fork)(31)를 포함하는, 레이저-빔 가이드 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유닛(2)은 상기 렌즈(10)로부터 출사된 빔(B, B')의 반사에 의해 반사된 빔(C)을 조종하도록 구성된, 부분적으로 반사성의 제 1 거울(12)을 더 포함하며,
   실질적으로 상기 렌즈(10)로부터 출사된 상기 빔(B, B')의 반사에 의해 얻어진 상기 반사된 빔(C)의 방향으로 상기 거울(12)를 투시하도록 상기 거울(12) 뒤에 배치된 검사 카메라(inspection camera)(18)를 포함하는, 레이저-빔 가이드 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유닛(2)은 상기 제 1 거울로부터 출사된 상기 레이저 빔(C)의 경로 상에 개재된 적어도 하나의 반사성 제 2 거울(13)을 포함하며,
    상기 제 2 거울(13)은, 상기 제 2 거울(13)에 의해 조종되는 레이저 빔(D)의 방향이 원추의 제네트릭스들(generatrices)을 따라 또는 평면 내에서 변하도록, 상기 유닛(2)의 기준 프레임에서 제 2 축(y)을 중심으로 기울어질 수 있도록 제어되는, 레이저-빔 가이드 장치.
11. 유닛(2)으로부터 출력된 레이저 빔(E)의 충격 경로를 가이드하는 방법으로서,
    상기 유닛 내로 입력되고 레이저원으로부터 도달하는 레이저 빔(A)은 상기 유닛의 시준 렌즈(collimating lens)(10)에 의해 시준되며,
    상기 렌즈(10)는, 상기 렌즈의 광학 중심(O)으로부터 편심된 축(ωx)을 중심으로 회전하며,
    상기 렌즈(10)의 편심(off-centeredness)(δ)은, 상기 렌즈(10)의 회전 중의 모멘트들(moments)에서 그리고 상기 렌즈(10)의 사전결정된 각도 위치에 대한 모멘트들에서, 점진적으로 변화하도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 충격 경로 가이드 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    금속 부품들 및/또는 고분자 부품들의 스폿 용접에 적용될 때, 각 스폿 용접은 상기 유닛(2)으로부터 도달하는 레이저 빔(E)의 충격 영역(16) 내에서, 원형, 타원형, 복수의 중첩된 원들, 복수의 중첩된 타원들, 또는 나선형 경로의 용접될 부분 중 적어도 하나 상에 형성함으로써 얻어지며, 스폿 용접부와 수평한 레이저 빔(E)의 경로는 상기 렌즈(10)의 운동들에 의해서만 제어되는, 충격 경로 가이드 방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    금속 부품들 및/또는 폴리머 부품들의 선형 용접에 적용될 때, 상기 유닛(2)으로부터 도달하는 레이저 빔(E)의 충격 영역(16) 내 경로는 경사가능한(inclinable) 거울들(13, 14)을 사용하여 얻어진 상기 빔(E)의 직선 운동과 상기 렌즈(10)의 운동들에 의해 얻어진 상기 빔(E)의 회전 운동을 결합하여 획득되는, 충격 경로 가이드 방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    원추형 프로파일들을 갖는 커팅 오리피스에 적용될 때, 원추형 오리피스들(conical orifices)의 드릴링(drilling) 동안, 상기 유닛(2)으로부터 도달하는 레이저 빔(E)의 경로는 상기 렌즈(10)의 운동들에 의해서만 제어되는, 충격 경로 가이드 방법.
15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔(E)의 충격 구역은 광학 모니터링 장치에 의해 모니터링되며, 상기 모니터링 장치의 이미지 획득 광학 경로는 상기 축(ωx)을 중심으로 회전하는 상기 시준 렌즈(10)와 독립적인, 충격 경로 가이드 방법.

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