(57)【要約】  本発明は、工作物（Ｗ）を加工ビーム（１２）によって加工するための装置（１０）及び方法に関する。この装置は、基部（２２）と、第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転可能な受容装置（１８）を備えた工作物支持体（１４）と、を有する。工作物支持体（１４）は、キャリッジ構成（２４）上に配置されており、かつ、その上で少なくとも１つの直線軸（Ｘ、Ｙ）に沿って基部に対して相対的に変位可能である。さらに、キャリッジ構成を備えた工作物支持体と加工装置（１６）は、第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に互いに相対的に回転可能である。装置（１０）は、加工中に、現加工位置が第２の回転軸心（Ｒ２）上、若しくは、その直近に位置するように、相互に依存して、受容装置（１８）を第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体（１４）、かつ／又は、加工装置（１６）を第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させるように設定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物（Ｗ）を高エネルギー加工ビーム（１２）によって、特に、刃先を有する工作物を、レーザービームによって加工するための装置（１０）であって、前記装置（１０）は、
基部（２２）と、
工作物（Ｗ）を受容するための受容装置（１８）を備えた工作物支持体（１４）であって、前記受容装置（１８）は、その中に受容された工作物（Ｗ）と共に前記受容装置（１８）の第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転可能とされた、工作物支持体（１４）と、
前記高エネルギー加工ビーム（１２）を生成するための加工ビーム源と、前記高エネルギー加工ビーム（１２）を焦点（Ｂ）に集束させるための集束装置と、を備えた加工装置（１６）と、を備えており、
前記工作物支持体（１４）は、少なくとも１つのリニアキャリッジを備えたキャリッジ構成（２４）上に配置されており、前記工作物支持体（１４）は、キャリッジ構成（２４）上で前記リニアキャリッジに割り当てられた少なくとも１つの直線軸（Ｘ、Ｙ）に沿って前記基部（２２）に対して相対的に変位可能であること、
前記キャリッジ構成（２４）が割り当てられた前記工作物支持体（１４）及び加工装置（１６）は、前記第１の回転軸心（Ｒ１）に対して横断し、かつ、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の光軸に対して横断する第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に、互いに相対的に回転可能であること、及び、
前記装置（１０）は、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記焦点（Ｂ）が、加工中に、加工される工作物（Ｗ）の表面上、又は、その近傍にある現加工位置が、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、又は、その直近に位置するように、相互に依存して、前記受容装置（１８）を前記第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転させ、かつ／又は、前記工作物支持体（１４）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させ、かつ／又は、前記加工装置（１６）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させるように設定されていること、を特徴とする装置。
【請求項２】
前記第２の回転軸心（Ｒ２）は、前記基部（２２）の上方側（２０）の面に対して、好ましくは、垂直に延びている、ことを特徴とする、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記加工装置（１６）は、前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転可能に前記基部（２２）に、好ましくは保持具（２６）によって、取り付けられている、ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記キャリッジ構成（２４）は、前記工作物支持体（１４）を、互いに実質的に垂直な第１の前記直線軸（Ｘ）と第２の前記直線軸（Ｙ）とに沿って変位させるために、２つの実質的に互いに垂直に配置されたリニアキャリッジを有する、ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記第２の回転軸心（Ｒ２）は、前記第１の回転軸心（Ｒ１）に対して実質的に垂直に延びている、ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記第２の回転軸心（Ｒ２）は、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記光軸に対して実質的に垂直に延びている、ことを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項７】
第１の前記直線軸（Ｘ）は、前記工作物支持体（１４）が、前記工作物支持体（１４）の縦軸心の方向に変位可能であるように配置されていること、及び、第２の前記直線軸（Ｙ）は、前記工作物支持体が、前記工作物支持体（１４）の縦軸心を横断して延びる横軸心の方向に変位可能であるように配置されており、前記工作物支持体（１４）の縦軸心は、好ましくは、前記受容装置（１８）の前記第１の回転軸心（Ｒ１）に対応しており、前記装置（１０）は、加工中に、前記現加工位置が、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、若しくは、その直近に位置するように、前記工作物支持体（１４）を、さらに第１の前記直線軸（Ｘ）及び第２の前記直線軸（Ｙ）に沿って変位させるように設定されていること、を特徴とする、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記集束装置は、変位可能な集束レンズを有しており、前記集束レンズは、前記高エネルギー加工ビーム（１２）のビーム経路内に配置されており、かつ、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記焦点（Ｂ）の位置を調整するために、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の光軸方向に変位可能であり、前記装置（１０）は、加工中に、前記現加工位置が、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、若しくは、その直近に位置するように、変位可能な前記集束レンズを、さらに変位させるように設定されている、ことを特徴とする、請求項１から請求項７の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記集束装置は、少なくとも１つの変位可能な偏向装置を有しており、前記偏向装置は前記高エネルギー加工ビーム（１２）のビーム経路内に配置されており、かつ、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記焦点（Ｂ）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）上で変位させるために、前記高エネルギー加工ビーム（１２）を偏向させるように設定されており、前記装置（１０）は、加工中に、前記現加工位置が、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、若しくは、その直近に位置するように、変位可能な前記偏向装置をさらに変位させるように設定されている、ことを特徴とする、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
少なくとも１つの変位可能な前記偏向装置は、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記光軸を横断して移動可能なコリメーションレンズ、２軸スキャナシステム、特に２つの揺動軸の周りを揺動可能なガルバノメータスキャナ、ポリゴンミラー、又は、これらに類するものを有する、ことを特徴とする、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記工作物支持体（１４）及び／又は前記加工装置（１６）は、それぞれ、前記第２の回転軸心（Ｒ２）に対して実質的に平行に延び、かつ、第１の前記直線軸（Ｘ）及び第２の前記直線軸（Ｙ）に対して実質的に垂直に延びる別の軸（Ｚ）に沿って互いに相対的に変位可能である、ことを特徴とする、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
工作物（Ｗ）を高エネルギー加工ビーム（１２）によって、好ましくは、刃先を有する工作物を、レーザービームによって加工するための方法であって、前記方法は請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の装置（１０）を用いて実施され、
前記工作物（Ｗ）を、前記工作物支持体（１４）の前記受容装置（１８）に受容するステップであって、前記受容装置（１８）は、その中に受容された前記工作物（Ｗ）と共に前記受容装置（１８）の前記第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転可能である、ステップと、
前記高エネルギー加工ビーム（１２）を前記加工装置（１６）の加工ビーム源によって生成するステップと、
前記高エネルギー加工ビーム（１２）を前記加工装置（１６）の前記集束装置によって焦点（Ｂ）に集束させるステップと、を含む方法において、
前記工作物支持体（１４）は、少なくとも１つのリニアキャリッジを備えたキャリッジ構成（２４）上に配置されており、前記工作物支持体（１４）は前記キャリッジ構成（２４）上において前記リニアキャリッジに割り当てられた少なくとも１つの直線軸（Ｘ、Ｙ）に沿って前記基部（２２）に対して相対的に変位可能であること、
前記キャリッジ構成（２４）が割り当てられた前記工作物支持体及び前記加工装置（１６）は、前記第１の回転軸心（Ｒ１）を横断して、かつ、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の光軸を横断している前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に、互いに相対的に回転可能であること、及び、
前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記焦点（Ｂ）が、前記工作物（Ｗ）の加工される表面上又はその近傍にある、現加工位置が、加工中に、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、又は、その直近に位置するように、相互に依存して、前記受容装置（１８）を前記第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転させ、かつ／又は、前記工作物支持体（１４）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させ、かつ／又は、前記加工装置（１６）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させること、を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作物を高エネルギー加工ビームによって、特に、刃先を有する工作物をレーザービームによって加工するための装置及び方法に関する。装置は、基部と、工作物を受容するための受容装置を備えた工作物支持体と、を有し、受容装置は、その中に受容された工作物と共に受容装置の第１の回転軸心を中心に回転可能である。受容装置及びこれに受容された工作物が回転する中心となる第１の回転軸心は、同時に、工作物の回転軸心及び／又は工作物支持体の縦軸心に対応できる。さらに本装置は、高エネルギー加工ビームを生成するための加工ビーム源、即ちビーム発生器と、高エネルギー加工ビームを焦点に集束させるための集束装置と、を備えた加工装置を有する。
【背景技術】
【０００２】
このような装置は、先行技術により知られており、例えば工作物に逃げ面及び／又はすくい面を生成及び／又は再生するために使用される。特にそのような装置は、切削工具の刃を製作するために用いられる。このような工作物の加工では、工作物と高エネルギー加工ビームとの間に工作物の精密な加工を保証する適切な相対運動を可能にすることが課題である。
【０００３】
この関連で、特許文献１は、ダイヤモンド含有素材からなる工作物の切れ刃加工のための装置を開示している。この装置は、工作物を加工するためにレーザー及び／又は工作物保持具をレーザービームの光軸の方向及びその横断方向に変位させる駆動ユニットを有する。
【０００４】
さらに、特許文献２は、保持手段及びレーザー構成を備えたレーザー加工装置を開示している。レーザー構成は、それぞれが保持手段によって保持された工作物を加工するための種々の動作モードで使用される、第１のレーザーヘッドと第２のレーザーヘッドとを有する。この装置は、さらに、保持手段を第１のレーザーヘッドと第２のレーザーヘッドに対して相対的に位置決めして動かすために、複数の送り軸を有する。
【０００５】
特許文献３により工作物を加工するための方法及びレーザー加工機が知られている。レーザー加工機は、工作物を保持するための工作物台と、工作物の材料を層状に除去するためにレーザービームを案内するレーザー工具と、を有する。レーザー加工機の制御装置は、第１除去段階で調整可能なミラーを操作してレーザービームを工作物に相対的に工作物表面上で案内するように設定されている。さらに、レーザー加工機の制御装置は、第２除去段階で１つ以上の機械的位置決め軸を制御することにより、レーザービームを工作物に相対的に工作物表面上で案内するように設定されており、位置決め軸は、工作物とレーザー工具の互いの相対位置の並進及び回転調整に用いられる。
【０００６】
特許文献４は、工作物を加工するための方法及びレーザー加工装置に関する。レーザー加工装置は、レーザービームを生成するためのレーザーと、工作物加工中にレーザービームを少なくとも２つの空間方向に偏向させ、偏向されたレーザービームを工作物上で螺旋軌道に沿って動かす制御可能なレーザービームを有する。レーザー加工装置は、さらに、加工物及び偏向装置を互いに相対的に位置決めし、かつ／又は、動かすための位置決め構成を有する。
【０００７】
さらに、特許文献５は、任意の三次元工作物を加工するためのレーザー加工装置を開示している。このレーザー加工装置は、３つの直交軸と２つの回転軸心を有しており、レーザー加工ヘッド及び工作物は加工される工作物のすべての領域への接近を可能にするために、これらの軸に沿って若しくはこれらの軸を中心に変位可能である。
【０００８】
しかしながら、これらの公知のレーザー加工装置の基礎にある、工作物と加工ビームの対変位に関する機能原理は、比較的高い複雑度を有し、それにより装置コンポーネントの制御が困難になり、加工精度が損なわれる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】西独国実用新案公開第２９９０８５８５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１０００７６８号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１１０７８８２５号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２０１２１１１７７１号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第２３０１７０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
それゆえ本発明の課題は、加工品質が改善された、冒頭に記載した種類の装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば上記の課題は、特許請求項１の特徴を有する装置、及び特許請求項１２の特徴を有する方法によって解決される。
【００１２】
好ましい実施形態は、従属請求項２から１１、及び以下の説明から明らかになる。
【００１３】
本発明によれば冒頭に記載した種類の装置において、工作物支持体は、少なくとも１つのリニアキャリッジを備えたキャリッジ構成上に配置されており、工作物支持体は、キャリッジ構成上でリニアキャリッジに割り当てられた少なくとも１つの直線軸に沿って基部に対して相対的に変位可能であり、さらに、キャリッジ構成が割り当てられた工作物支持体及び加工装置は、第１の回転軸心を横断して、かつ、高エネルギー加工ビームの光軸を横断して延びる第２の回転軸心を中心に互いに相対的に回転可能である。装置は、さらに、高エネルギー加工ビームの焦点が工作物の加工される表面上又はその近傍にある現加工位置が、加工中に、第２の回転軸心上若しくはその直近に位置するように、相互に依存して、受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させるように設定されている。工作物の加工される表面は、特に工具の刃の表面であることができる。
【００１４】
換言すれば、本発明の装置の運動学的条件は、本発明により工作物の所望の表面の加工中に、高エネルギー加工ビームの焦点も、第２の回転軸心上若しくはその直近に位置するように構成されている。
【００１５】
受容装置を備えた工作物支持体が、第２の回転軸心を中心に回転する結果、受容装置が、第２の回転軸心を中心に相応に回転すると理解される。同様に、受容装置が、第１の回転軸心を中心に回転し、受容装置を備えた工作物支持体が、第２の回転軸心を中心に回転すると、同時に受容装置によって受容された工作物が、第１の回転軸心又は第２の回転軸心を中心に相応に回転する。
【００１６】
本発明の発明者らは、現加工位置を工作物とレーザービームとの間の自由な相対運動に基づき、少なくとも３つの並進軸に沿って、少なくとも２つの回転位置決め軸を中心に空間内にほぼ任意に配置できて、工作物の現在の加工が、第２の回転軸心上又はその直近で実施できることが、従来のレーザー加工装置に比べて有利であることを認識した。これによって、加工中に考慮及び制御する必要のある自由度の数を減らすことができる。それによって工作物と高エネルギー加工ビームとの間の動きを簡単かつ正確に生成でき、改善された加工品質が得られる。その結果として、加工ビームを、工作物の加工される表面に任意に集束させて良好に維持できるようになる。
【００１７】
また、そのような本発明の装置の特定の実施形態では、高エネルギー加工ビームを変位させるために、追加の可動偏向ミラーを省略することができる。
【００１８】
さらに、本発明の装置の特定の実施形態により、例えば、工作物で大きい輪郭変化を加工する場合、例えば、ラジウス工具の場合は、実質的に受容装置及び／又は加工装置及び／又は工作物支持体を、第１の回転軸心及び第２の回転軸心を中心に回転させるだけでよく、並進軸に沿って変位させることを省略することが可能になる。これによって、高い輪郭品質及び加工品質を得ることができる。
【００１９】
さらに、本発明の装置の特定の実施形態において、その他の可動ビーム案内コンポーネントを省略できる。なぜなら、本発明により第２の回転軸心上又はその直近に位置する、特に、高エネルギー加工装置の焦点の再調整は、加工中に必要ないからである。
【００２０】
本発明の１つの実施形態では、受容装置及び／又は工作物支持体及び／又は加工装置の相互に依存する変位により、現加工位置又は高エネルギー加工ビームの焦点は、常に第２の回転軸心上又はその直近におくことができる。
【００２１】
基部は、基礎の上で位置決め可能であり、基礎と向かい合わせに支持できる。さらに、少なくとも工作物支持体、受容装置及び加工装置は、それらが基部によって基礎から離間するように、基部の上方側の面に隣接して基部に配置できる。さらに、第２の回転軸心は基部の上方側の面に対して垂直に延びることができる。本発明の変形例は、基部を含むことができる。
【００２２】
本発明の装置の別の実施形態によれば、加工装置は、第２の回転軸心を中心に回転可能に基部に取り付けることができる。特に、加工装置は、この目的のための保持具を有することができ、それにより加工装置は第２の回転軸心を中心に回転可能に基部に固定されている。
【００２３】
本発明の装置の変形例において、キャリッジ構成は、工作物支持体を互いに実質的に垂直な第１の直線軸及び第２の直線軸に沿って変位させるために、２つの互いに実質的に垂直に配置されたリニアキャリッジを有することができる。したがって、この実施形態では、工作物支持体は、キャリッジ構成と一緒に、第２の回転軸心を中心に回転可能に基部に取り付けることができる。この実施形態の変形例では、キャリッジ構成は、例えば、工作物支持体をＸ直線軸とＹ直線軸に沿って変位可能に支持するＸＹテーブルの形で設計され、キャリッジ構成自体は、２つの回転軸心を中心に回転可能である。
【００２４】
本発明の１つの実施形態によれば、第２の回転軸心は、第１の回転軸心に対して実質的に垂直に延びることがきる。第２の回転軸心が、例えば、基部の上方側の面に対して垂直に延びると、第１の回転軸心は、実質的に基部の上方側の面に対して平行に延びる。
【００２５】
本発明の装置の別の実施形態では、第２の回転軸心は、高エネルギー加工ビームの光軸に対して実質的に垂直に延びることができる。第２の回転軸心が、例えば、基部の上方側の面に対して垂直に延びると、高エネルギー加工ビームの光軸は、基部の上方側の面に対して実質的に平行に延びる。
【００２６】
さらに、第２の回転軸心と、高エネルギー加工ビームの光軸は、互いに横断して延びることができる。第１の回転軸心と高エネルギー加工ビームの光軸の間の角度は、加工される工作物の表面に応じて調節でき、工作物支持体及び／又は加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることによって、加工中及び／又は加工前に変更可能である。
【００２７】
本発明の装置の変形例によれば、第１の直線軸は、工作物支持体が、工作物支持体の縦軸心の方向に変位可能であるように配置できる。さらに、第２の直線軸は、工作物支持体が、工作物支持体の縦軸心を横断して、好ましくは、垂直に延びる横軸心の方向に変位可能であるように配置することができる。この目的のために、工作物支持体は、例えば、上記のＸＹテーブルを有することができる。このＸＹテーブル上で、受容装置は、基部と接続することができる。工作物支持体の縦軸心は、例えば、受容装置の第１の回転軸心に対応できる。装置は、加工中に、現加工位置が、第２の回転軸心上又はその直近に位置するように、工作物支持体と受容装置及び受容装置に受容された工作物を、さらに、第１の直線軸及び第２の直線軸に沿って変位させるように整えることができる。工作物支持体の変位は、受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることによって行われる。代替として、受容装置は、上述したように工作物支持体を変位させなくとも、第１の直線軸、かつ／又は、第２の直線軸に沿って変位可能であると理解される。
【００２８】
工作物支持体若しくは受容装置を、第１の直線軸及び／又は第２の直線軸の方向に変位させることは、１つの実施形態において現加工位置を第２の回転軸心上又はその直近に固持するために、加工プロセスの開始前だけか、あるいは加工プロセス中も可能であるようにすることができる。個々の加工状況において、工作物支持体を既に加工プロセス開始前に第１の直線軸及び／又は第２の直線軸に沿って十分正確に位置決めできる場合は、加工プロセス中は、単に受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることが、許容若しくは実施されるだけで十分であり得る。
【００２９】
本発明の装置の変形例によれば、集束装置は、変位可能な集束レンズを有しており、この集束レンズは、高エネルギー加工ビームのビーム経路内に配置されており、かつ、高エネルギー加工ビームの焦点の位置を調整するために、高エネルギー加工ビームの光軸方向に変位可能である。装置は、加工中に、現加工位置が第２の回転軸心上又はその直近に位置するように、変位可能な集束レンズをさらに変位させるように設定されている。変位可能な集束レンズの変位は、受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることによって行われる。
【００３０】
集束レンズを第１の直線軸及び／又は第２の直線軸の方向に変位させることは、１つの実施形態において、例えば、焦点及びそれと共に現加工位置を第２の回転軸心上又はその直近に固持するために、加工プロセスの開始前だけ可能であるようにすることができる。その結果として、加工プロセス中は、単に受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることが、許容若しくは実施される。
【００３１】
本発明の装置の変形例において、集束装置は、少なくとも１つの変位可能な偏向装置を有しており、この偏向装置は、高エネルギー加工ビームのビーム経路内に配置されており、かつ、高エネルギー加工ビームの焦点を第２の回転軸心上又はその直近で変位させるために、高エネルギー加工ビームを偏向させるように設定されている。装置は、加工中に現加工位置が、第２の回転軸心上又はその直近に位置するように、変位可能な偏向装置をさらに変位させるように設定されている。少なくとも１つの変位可能な偏向装置の変位は、受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることによって行われる。
【００３２】
高エネルギー加工ビームの焦点を第２の回転軸心上で変位させるために少なくとも１つの偏向更装置を変位させることは、１つの実施形態において、例えば、焦点及びそれと共に現加工位置を第２の回転軸心上若しくはその直近に固持するために、加工プロセスの開始前だけ可能であるようにすることができる。その結果として、加工プロセス中は、単に受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることが、許容若しくは実施される。
【００３３】
本発明の別の実施形態において、少なくとも１つの変位可能な偏向装置は、高エネルギー加工ビームの光軸を横断して移動可能なコリメーションレンズ、２軸スキャナシステム、特に２つの揺動軸の周りを揺動可能なガルバノメータスキャナ、ポリゴンミラー、又はこれに類するものを有することができる。
【００３４】
本発明の装置の変形例において、工作物支持体及び／又は加工装置は、それぞれ第２の回転軸心に対して実質的に平行に延び、かつ、第１の直線軸及び第２の直線軸に対して実質的に垂直に延びる別の軸に沿って、互いに相対的に変位可能であることができる。換言すれば、工作物支持体及び／又は加工装置は、Ｚ軸に沿って高さの調整が可能である。工作物支持体及び／又は加工装置を、それぞれの別の軸に沿って変位させることは、受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることによって行われる。
【００３５】
工作物支持体、かつ／又は、加工装置をそれぞれの別の軸に沿って変位させることは、１つの実施形態において、例えば、焦点及び焦点と共に現加工位置を第２の回転軸心上又はその直近に固持するために、加工プロセスの開始前だけ可能であるようにすることができる。その結果として、加工プロセス中は、単に受容装置を第１の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体を第２の回転軸心を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置を第２の回転軸心を中心に回転させることが、許容若しくは実施される。
【００３６】
本発明の装置は、上述したコンポーネントの動きを実施するために、装置の種々の可動コンポーネントに割り当てられた駆動装置を制御する、少なくとも１つの制御装置を有することができる。
【００３７】
さらに本発明は、工作物を高エネルギー加工ビームによって、好ましくは、刃先を有する工作物を、レーザービームによって加工するための方法に関し、この方法は、特に上述した種類の装置を用いて実施される。この方法は、
工作物を工作物支持体の受容装置に受容するステップであって、受容装置は、その中に受容された工作物と共に受容装置の第１の回転軸心を中心に回転可能である、ステップと、
高エネルギー加工ビームを、加工装置の加工ビーム源によって生成するステップと、
高エネルギー加工ビームを、加工装置の集束装置によって焦点に集束させるステップと、を含む。
【００３８】
本発明の方法において、工作物支持体は、少なくとも１つのリニアキャリッジを備えたキャリッジ構成上に配置されており、工作物支持体は、キャリッジ構成上でリニアキャリッジに割り当てられた少なくとも１つの直線軸に沿って基部に対して相対的に変位可能である。さらに、キャリッジ構成が割り当てられた工作物支持体及び加工装置は、第１の回転軸心を横断して、かつ、高エネルギー加工ビームの光軸を横断して延びる第２の回転軸心を中心に互いに相対的に回転可能である。さらに、高エネルギー加工ビームの焦点が、工作物の加工される表面上又はその近傍にある現加工位置が、加工中に、第２の回転軸心上若しくはその直近に位置するように、相互に依存して、受容装置が、第１の回転軸心を中心に回転し、かつ／又は、工作物支持体が、第２の回転軸心を中心に回転し、かつ／又は、加工装置が、第２の回転軸心を中心に回転する。
【００３９】
若干の態様及び特徴は、本発明の装置に関してのみ説明されたが、これらは、本発明の方法の変形例に対しても相応に該当する。
【００４０】
本発明の主題は、上述した実施形態及び変形例に限定されないと理解される。上述した実施形態、変形例及び特徴は、本発明の主題から逸脱することなく、当業者が、任意に組み合わせることができる。
【００４１】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の概略図に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の実施形態の概観図である。
【図２】図２は、図１の装置の右回転切削工具における詳細図である。
【図３】図３は、図１の装置の右回転切削工具における詳細図である。
【図４】図４は、右回転切削工具の加工に関する図３の部分の拡大図である。
【図５】図５は、左回転切削工具の加工に関する図４に対応する拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、本発明の装置の第１の実施形態の概略図を示しており、全体が参照番号１０で表されている。装置１０は、刃先を有する工作物Ｗを高エネルギー加工ビーム、より具体的には、レーザービーム１２を用いて加工するために使用される。図示の例では、装置１０は、工作物支持体１４と、加工装置１６と、を有する。
【００４４】
工作物支持体１４は、工作物を受容した受容装置１８を有している。受容装置１８とこれによって受容された工作物Ｗとは、第１の回転軸心Ｒ１を中心に回転可能であり、このことは、図１に、矢印Ａによって略示されている。この目的のために、受容装置１８は、制御装置によって制御可能な駆動装置（図示せず）を有する。第１の回転軸心Ｒ１は、同時に、工作物Ｗの回転軸心及び工作物支持体１４の縦軸心を構成している。
【００４５】
加工装置１６は、レーザービーム１２を生成するための加工ビーム源（ビーム発生器）と、レーザービーム１２を工作物Ｗの加工される表面、ここでは、刃の上の焦点Ｂに集束させる集束装置と、を装備している。
【００４６】
実施形態で示す、受容装置１８と図示する加工装置１６のその他の構造は、当業者には先行技術からよく知られているので、ここでは、これらに関する詳細な説明を省略する。
【００４７】
図１に見られ、矢印Ｃによって略示されているように、工作物支持体１４と加工装置１６とは、第２の回転軸心Ｒ２を中心に互いに相対的に回転可能である。第２の回転軸心Ｒ２は、第１の回転軸心Ｒ１に実質的に垂直に延び、かつ、レーザービーム１２の光軸に実質的に垂直に延びている。さらに、第２の回転軸心Ｒ２は、装置１０の基部２２の表面２０に対して実質的に垂直に延びている。装置１０は、基部２２上で、表面と向かい合わせに支持される。代替として、装置１０の基部２２は、設備又はこれに類するものであるフレームに取り付けることができる。
【００４８】
レーザービーム１２の光軸Ｌと第１の回転軸心Ｒ１は、互いに横断して延び、図示の例では、これらが共通の交点を持たないようにずれているか、若しくは、互いに離れている。第１の回転軸心Ｒ１とレーザービーム１２の光軸との間の正確な距離は、レーザービーム１２の焦点Ｂが、工作物の加工すべき刃に当たるように、加工される工作物の形状と寸法とに応じて選択される。
【００４９】
第２の回転軸心を中心とする回転運動を可能にするために、工作物支持体１４は、ＸＹテーブル２４により図示された装置１０の基部に回転できるように機械的に固定されている。さらに、加工装置１６は、保持具２６によって装置１０の基部２２に動かないように固定されている。ＸＹテーブル２４は、さらに、工作物支持体１４及び受容装置１８と受容装置１８によって受容された工作物Ｗとが、工作物支持体１４の縦軸心の方向に、かつ、縦軸心を横断して延びる工作物支持体１４の横軸心の方向に変位することも可能にする。これは、図１で矢印ＸとＹによって表示されている。ここで縦軸心は、受容装置１８又は工作物Ｗの第１の回転軸心Ｒ１に対応する。
【００５０】
さらに、加工装置１６と工作物支持体１４（受容装置１８と、これによって受容された工作物Ｗと、を含む）とは、互いに相対的に、かつ、基部２２に対して相対的に第２の回転軸心の方向に変位可能に構成されている。換言すれば、図示の実施形態では、工作物支持体１４は、基部２２に対して高さの調整が可能である。この変位可能性は、図１に矢印Ｚで示されている。こうすることにより、例えば、第１の回転軸心Ｒ１とレーザービーム１２の光軸との間の距離を調整できる。
【００５１】
装置１０は、レーザービーム１２の焦点Ｂが、工作物Ｗの加工すべき刃の上にある現加工位置が、加工中に、第２の回転軸心Ｒ２上若しくはその直近に位置するように、相互に依存して、受容装置１８（及び加工される工作物Ｗ）を第１の回転軸心Ｒ１を中心に回転させ、かつ／又は、工作物支持体１４（及び受容装置１８と工作物Ｗ）を第２の回転軸心Ｒ２を中心に回転させ、かつ／又は、加工装置１６を第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させるように設定されている。
【００５２】
本発明の装置１０を用いて工作物Ｗをそのように加工することは、図２から図４に詳細に示されている。この目的のために、図２から図４は、右回転切削工具の加工を示す。さらに、図４には、図３の部分の細部の拡大図が示されている。
【００５３】
装置１０を用いた本発明による加工では、現加工位置は、したがって、レーザービーム１２の焦点Ｂは、加工中、常に、第２の回転軸心Ｒ２上又は少なくともその直近にあるので、単に、装置１０のコンポーネントの回転運動のみを制御すればよい。これによって、工作物Ｗとレーザービーム１２との間の単純で正確な動きを生成することが可能となり、達成可能な加工品質に好影響を与える。しかしながら、加工状況によっては、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に沿って変位させるために、追加的に個々の直線軸を制御することが必要になることがある。
【００５４】
本発明の図示した実施形態では、工作物支持体１４をＸＹテーブル２４によってＸ方向及びＹ方向で調整すること、及び、工作物支持体１４と加工装置１６をＺ方向で高さ調整することは、加工プロセスの開始前又は加工プロセス中に実施される。ある加工状況において、加工プロセスの開始前に直線軸に沿って十分正確な位置決めを達成できる場合は、加工中に回転軸心Ｒ１及びＲ２を中心とする変位のみ行うことが可能となり、その際に、現加工位置は、常に、第２の回転軸心Ｒ２上又はその直近にある。しかしながら、代替の実施形態では、現加工位置が、常に第２の回転軸心Ｒ２上又はその直近に位置することを達成するために、加工中に、追加的に装置のコンポーネントをＸ、Ｙ及びＺ方向に変位させることもできると理解される。
【００５５】
次に、図５は、図４に対応する拡大図を示しており、左回転切削工具Ｗ２を見ることができる。ここでは、工具Ｗ２は、レーザービーム１２の焦点Ｂが、加工される工作物の刃に当たるように、Ｚ軸に割り当てられたリニアキャリッジを介して高さが変位されている。この場合、加工位置は、軸Ｒ１の上方に位置している。焦点Ｂを加工される工作物の刃に最適に位置決めするために、さらに、工作物Ｗ２を工作物支持体上でＸ軸及び／又はＹ軸に沿って変位させることも必要であった可能性がある。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸、並びに回転軸Ｒ１及びＲ２の相応の制御は、すべての加工状況において加工中でも行うことができる。
【００５６】
本発明の装置１０の上述の動作原理に基づいて、図示の実施形態では、レーザービーム１２のビーム経路内の追加の可動偏向ミラー又はその他の変位可能な光学コンポーネントを省くことができる。これによって、先行技術の従来のレーザー加工装置に比べてコストを削減することが可能である。
【００５７】
しかしながら、代替実施形態では、レーザービームを変位させるための追加の変位可能な光学コンポーネントを設けることができる。これらのコンポーネントは、レーザービームの焦点が、第２の回転軸Ｒ２上又はその直近に位置するように、加工プロセスの開始前にレーザービームを調整するために用いることができる。また別の実施形態では、このような追加の可動光学コンポーネントは、加工中にレーザービームを第２の回転軸心Ｒ２上でＺ方向に変位させるために用いることもできる。
【図１】
2021515700.tif 000003
【図２】
2021515700.tif 000004
【図３】
2021515700.tif 000005
【図４】
2021515700.tif 000006
【図５】
2021515700.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月14日(2019.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
さらに、特許文献５は、任意の三次元工作物を加工するためのレーザー加工装置を開示している。このレーザー加工装置は、３つの直交軸と２つの回転軸心を有しており、レーザー加工ヘッド及び工作物は加工される工作物のすべての領域への接近を可能にするために、これらの軸に沿って若しくはこれらの軸を中心に変位可能である。
特許文献６は、位置固定レーザーと、加工される工作物を支持してレーザーに対して位置決めする調節構成と、を備えたレーザー加工装置を開示している。この目的のために、調節装置は、３つのキャリッジ構成を有し、これらのキャリッジ構成上で回転可能なスタンド上に傾倒装置によって傾倒可能である、工作物を緊締するスピンドルを備えた工作物支持体を設けている。
特許文献７は、キャリッジ構成上に加工される工作物を回転可能に支持する、回転可能なスタンドが設けられたレーザー加工装置を開示している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【特許文献１】西独国実用新案公開第２９９０８５８５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１０００７６８号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１１０７８８２５号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２０１２１１１７７１号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第２３０１７０６号明細書
【特許文献６】韓国公開特許第１０−２０１４−０１２３１９２号公報
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２０１４１０９６１３号明細書
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物（Ｗ）を高エネルギー加工ビーム（１２）によって、特に、刃先を有する工作物を、レーザービームによって加工するための装置（１０）であって、前記装置（１０）は、
基部（２２）と、
工作物（Ｗ）を受容するための受容装置（１８）を備えた工作物支持体（１４）であって、前記受容装置（１８）は、その中に受容された工作物（Ｗ）と共に前記受容装置（１８）の第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転可能とされた、工作物支持体（１４）と、
前記高エネルギー加工ビーム（１２）を生成するための加工ビーム源と、前記高エネルギー加工ビーム（１２）を焦点（Ｂ）に集束させるための集束装置と、を備えた加工装置（１６）と、を備えており、
前記工作物支持体（１４）は、少なくとも１つのリニアキャリッジを備えたキャリッジ構成（２４）上に配置されており、前記工作物支持体（１４）は、キャリッジ構成（２４）上で前記リニアキャリッジに割り当てられた少なくとも１つの直線軸（Ｘ、Ｙ）に沿って前記基部（２２）に対して相対的に変位可能であるものにおいて、
前記キャリッジ構成（２４）が割り当てられた前記工作物支持体（１４）及び加工装置（１６）は、前記第１の回転軸心（Ｒ１）に対して横断し、かつ、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の光軸に対して横断する第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に、互いに相対的に回転可能であること、及び、
前記装置（１０）は、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記焦点（Ｂ）が、加工中に、加工される工作物（Ｗ）の表面上、又は、その近傍にある現加工位置が、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、又は、その直近に位置するように、相互に依存して、前記受容装置（１８）を前記第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転させ、かつ／又は、前記工作物支持体（１４）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させ、かつ／又は、前記加工装置（１６）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させるように設定されていること、を特徴とする装置。
【請求項２】
前記第２の回転軸心（Ｒ２）は、前記基部（２２）の上方側（２０）の面に対して垂直に延びている、ことを特徴とする、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記加工装置（１６）は、前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転可能に前記基部（２２）に、好ましくは保持具（２６）によって、取り付けられている、ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記キャリッジ構成（２４）は、前記工作物支持体（１４）を、互いに実質的に垂直な第１の前記直線軸（Ｘ）と第２の前記直線軸（Ｙ）とに沿って変位させるために、２つの実質的に互いに垂直に配置されたリニアキャリッジを有する、ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記第２の回転軸心（Ｒ２）は、前記第１の回転軸心（Ｒ１）に対して実質的に垂直に延びている、ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記第２の回転軸心（Ｒ２）は、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記光軸に対して実質的に垂直に延びている、ことを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項７】
第１の前記直線軸（Ｘ）は、前記工作物支持体（１４）が、前記工作物支持体（１４）の縦軸心の方向に変位可能であるように配置されていること、及び、第２の前記直線軸（Ｙ）は、前記工作物支持体が、前記工作物支持体（１４）の縦軸心を横断して延びる横軸心の方向に変位可能であるように配置されており、前記工作物支持体（１４）の縦軸心は、好ましくは、前記受容装置（１８）の前記第１の回転軸心（Ｒ１）に対応しており、前記装置（１０）は、加工中に、前記現加工位置が、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、若しくは、その直近に位置するように、前記工作物支持体（１４）を、さらに第１の前記直線軸（Ｘ）及び第２の前記直線軸（Ｙ）に沿って変位させるように設定されていること、を特徴とする、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記集束装置は、変位可能な集束レンズを有しており、前記集束レンズは、前記高エネルギー加工ビーム（１２）のビーム経路内に配置されており、かつ、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記焦点（Ｂ）の位置を調整するために、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の光軸方向に変位可能であり、前記装置（１０）は、加工中に、前記現加工位置が、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、若しくは、その直近に位置するように、変位可能な前記集束レンズを、さらに変位させるように設定されている、ことを特徴とする、請求項１から請求項７の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記集束装置は、少なくとも１つの変位可能な偏向装置を有しており、前記偏向装置は前記高エネルギー加工ビーム（１２）のビーム経路内に配置されており、かつ、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記焦点（Ｂ）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）上で変位させるために、前記高エネルギー加工ビーム（１２）を偏向させるように設定されており、前記装置（１０）は、加工中に、前記現加工位置が、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、若しくは、その直近に位置するように、変位可能な前記偏向装置をさらに変位させるように設定されている、ことを特徴とする、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
少なくとも１つの変位可能な前記偏向装置は、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記光軸を横断して移動可能なコリメーションレンズ、２軸スキャナシステム、特に２つの揺動軸の周りを揺動可能なガルバノメータスキャナ、ポリゴンミラー、又は、これらに類するものを有する、ことを特徴とする、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記工作物支持体（１４）及び／又は前記加工装置（１６）は、それぞれ、前記第２の回転軸心（Ｒ２）に対して実質的に平行に延び、かつ、第１の前記直線軸（Ｘ）及び第２の前記直線軸（Ｙ）に対して実質的に垂直に延びる別の軸（Ｚ）に沿って互いに相対的に変位可能である、ことを特徴とする、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
工作物（Ｗ）を高エネルギー加工ビーム（１２）によって、好ましくは、刃先を有する工作物を、レーザービームによって加工するための方法であって、前記方法は請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の装置（１０）を用いて実施され、
前記工作物（Ｗ）を、前記工作物支持体（１４）の前記受容装置（１８）に受容するステップであって、前記受容装置（１８）は、その中に受容された前記工作物（Ｗ）と共に前記受容装置（１８）の前記第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転可能である、ステップと、
前記高エネルギー加工ビーム（１２）を前記加工装置（１６）の加工ビーム源によって生成するステップと、
前記高エネルギー加工ビーム（１２）を前記加工装置（１６）の前記集束装置によって焦点（Ｂ）に集束させるステップと、を含み、
前記工作物支持体（１４）は、少なくとも１つのリニアキャリッジを備えたキャリッジ構成（２４）上に配置されており、前記工作物支持体（１４）は前記キャリッジ構成（２４）上において前記リニアキャリッジに割り当てられた少なくとも１つの直線軸（Ｘ、Ｙ）に沿って前記基部（２２）に対して相対的に変位可能であるものにおいて、
前記キャリッジ構成（２４）が割り当てられた前記工作物支持体及び前記加工装置（１６）は、前記第１の回転軸心（Ｒ１）を横断して、かつ、前記高エネルギー加工ビーム（１２）の光軸を横断している前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に、互いに相対的に回転可能であること、及び、
前記高エネルギー加工ビーム（１２）の前記焦点（Ｂ）が、前記工作物（Ｗ）の加工される表面上又はその近傍にある、現加工位置が、加工中に、前記第２の回転軸心（Ｒ２）上、又は、その直近に位置するように、相互に依存して、前記受容装置（１８）を前記第１の回転軸心（Ｒ１）を中心に回転させ、かつ／又は、前記工作物支持体（１４）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させ、かつ／又は、前記加工装置（１６）を前記第２の回転軸心（Ｒ２）を中心に回転させること、を特徴とする方法。
【国際調査報告】
2021515700.tif 000008
2021515700.tif 000009
2021515700.tif 000010
2021515700.tif 000011
2021515700.tif 000012