(57)【要約】レーザビーム照射によって固形のシート材料（１）に穴を生成するための装置が記載され、この装置は、レーザ照射源と、使用の際に、穴が形成される固形のシート材料（１）の表面上に、その照射源から、レーザ照射のビームを衝突させるための焦点合わせ装置（１１）と、その固形のシート材料（１）を保持するための保持デバイス（７）とを備え、この保持デバイス（７）は、使用の際、弓形の構成にて、そのシート材料（１）を保持するように構造化される。このような弓形の構成を利用する固形のシート材料に穴を生成する方法もまた記載される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビーム照射によって固形のシート材料に穴を生成するための装置であって、
レーザ照射源と；
使用の際に穴が形成される固形のシート材料の表面上に前記源からのレーザ照射のビームを衝突させるための焦点合わせ装置と；
前記固形のシート材料を保持するための保持デバイスと
を備え、前記保持デバイスは、使用の際に、弓形の構成において前記シート材料を保持するように構造化される、装置。
【請求項２】
前記レーザ照射源は、使用の際、前記シート材料の長手方向軸に対して実質的に直角である方向において、レーザ照射のビームを送るように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザ照射源は、使用の際、前記シート材料の先端の接線に対して１０度〜９０度の間の角度で、レーザ照射のビームを送るように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記保持デバイスは、レーザ照射のビームを、前記シート材料の厚さと実質的に平行した方向に、前記源から送ることができるように、使用の際に、前記レーザ照射源に対して前記シート材料を保持するように構造化される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記保持デバイスは、曲げの力が、前記源から送ることができるレーザ照射のビームと実質的に平行である方向に付与されることで、使用の際に、弓形の構成にて、前記シート材料を保持するように構造化されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記保持デバイスは、使用の際、円筒形の表面またはその一部の形態において、前記シート材料を保持するように構造化される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記保持デバイスは、円筒形のドラムまたはその一部を備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記保持デバイスはガイド部を備える、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記保持デバイスは、前記シート表面の異なる部分を、前記レーザ照射に対して選択的に供することができるように、長手方向軸周囲を回転可能であるように取り付けられる、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記保持デバイスは、前記レーザビームが、前記シート表面の異なる領域上に選択的に衝突できるように、前記シート表面と前記レーザ源との間で相対移動を可能にするように、前記レーザ源と協動可能に取り付けられる、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記保持デバイスは、ビーム方向と平行する方向において、前記保持デバイスと前記レーザ源との間の相対的な距離の変動を許容するように、前記レーザ源と協動可能に取り付けられる、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記保持デバイスは、シート材料を装着および取外しするために、前記装置から取外し可能である、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記レーザ源は、穴開けされる前記固形のシート材料の表面上にパルス状の照射を送るように適合されている、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記レーザ源はＮｄ−ＹＡＧレーザである、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
穴が形成される容積の近隣にある前記固形の材料表面全体に亘って圧力下でガス噴射を噴き出すための不活性ガス噴射源をさらに備える、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
実質的に流体隔離された環境を規定する外部遮断筐体をさらに備える、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記レーザ照射源に対して固定された関係にある点と、固形材料の表面との間の距離を測定するための距離測定装置と、
前記距離測定装置によって取得される距離の測定に基づいて前記レーザビームの焦点を合わせるためにビーム焦点を動的に調節するための制御手段と
をさらに備える、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
使用の際、例えば、シート材料の表面上に入射するビームの少なくとも出力、期間、および焦点を含む、入射ビームに関連するプロセスパラメータを制御するための制御モジュールと、
各穴が生成されるとき、例えば、穴の形状および／または空気の流れの挙動に関連する穴の性質についてのデータを取得するように適合された穴用のモニタと、
フィードバックモジュールであって、
穴の性質についてのデータを受信するデータリンクと、
穴の性質についてのデータと、例えば所望の形状／空気の流れに関連する標的データとを比較するための比較器と、
穴の性質と標的の穴の性質についてのデータとをより近い相関関係にさせるように、前記制御モジュールがプロセスパラメータを変化させるために、前記制御モジュールに対しての比較に基づいて制御信号を出力するための制御信号出力部と
を含む、フィードバックモジュールと
をさらに備える、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
レーザビーム照射によって、固形のシート材料に穴を生成する方法であって、
シート材料が弓形の構成にて保持されるように、前記シート材料を保持デバイス上に取り付ける工程と、
前記材料をアブレーションおよび／または蒸発することによって前記材料に穴を開けるために、レーザ照射のビームを用いて、前記固形の材料の表面を照射する工程と
を含む、方法。
【請求項２０】
複数のアレイの穴を開けるために、多数の回数が繰り返される請求項１９の工程を含む、固形のシート材料に複数の穴を開ける方法。
【請求項２１】
前記レーザ照射のビームは、前記シート材料の長手方向軸に対して実質的に直角の方向に送られる、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記レーザ照射のビームは、前記シート材料の先端の接線に対して１０度〜９０度の間の角度で、送られる、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記シート材料は、前記レーザ照射のビームが前記シート材料の厚さと実質的に平行した方向に送られるように保持される、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記シート材料は、曲げの力が前記レーザ照射のビームと実質的に平行である方向に付与されることで、弓形の構成にて、保持される、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
パルス状のレーザ照射は、複数の穴を開けるために、複数の多数位置において、前記固形の材料の表面に連続して衝突する、請求項２０から請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
複数の穴を開けるように、穴開けの各工程の間での、前記レーザ源と前記シート表面との間の相対的な移動をするさらなる工程を含む、請求項２０から請求項２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記照射源に関連される固定された点と、前記固形の材料の表面との間の距離を測定する工程と、
前記固形の材料の表面を、前記源から、前記表面上に向けられたレーザ照射のビームを用いて照射する工程であって、前記ビームは、得られた前記距離測定に従って焦点が合わせられている、工程と
をさらに含む、請求項１９から請求項２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
穴の生成の後に、少なくとも１つの穴の性質、例えば前記穴の形状および／または前記穴の空気の流れの挙動に関連する性質を測定する工程と、
前記穴の性質と、標的の穴の性質とを比較する工程と、
その後の穴の性質を、標的の穴の性質についてのデータにより近づけるように、その後の穴の穴開けについて前記レーザビームのプロセスパラメータを制御するために、この比較の結果をフィードバックする工程と
をさらに含む、請求項１９から請求項２７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形の材料に穴を開ける方法および装置に関し、より詳細には、レーザビーム照射により固形のシートメタル材料に穴を開ける方法および装置に関する。本発明は、例えば航空用部品のための、アルミニウムおよびチタンの合金、ステンレス鋼、または他の金属、あるいは複合シートメタルに微小穴を開けることに特に関するが、それに限定されるわけではない。
【背景技術】
【０００２】
航空機のための特定の航空用部品に関連した効果的な抵抗低減を提供するために、航空機の翼や尾部表面の前縁などの部品のシート構造において多数のアレイの微小穴を開けて、その表面全体に亘る層流を、抵抗を低減するように改善することは公知である。通常、穴には、１ミリメートルかそれ以上の厚さであってよいシート状のアルミニウムおよびチタンの合金において数十ミクロンの直径が必要とされる。
【０００３】
多数のアレイおよび一貫した処理の制御の必要性により、レーザビーム照射に基づいた穴開け装置および方法の開発がもたらされている。例えば、エキシマーレーザまたはＮｄ−ＹＡＧを利用したレーザドリル技術が公知である。シート材料は適切な支持フレーム上に取り付けられ、レーザ源による穴開け手段は、例えば、コンピュータ制御下での支持フレームの、所望のアレイパターンへの移動によって、二次元で、そのシートに対してしるしを付ける。ビームは、その表面において通常は垂直に、焦点が合わせられた形で向けられる。入射ビームエネルギが局所的にアブレーションおよび／または蒸発にて材料を取り除いて、所望のアレイの微小穴を生成する。
【０００４】
結果としてできる穴の特徴的な形状、および特に貫通したプロファイルは、特に、シートの厚さ、ビームのエネルギ、ビームの質およびビームの焦点特性、ならびに時間的なエネルギ分布に依存する。一貫した制御による貫通形状をエリアアレイに生成するためには、ビームの焦点を一貫して制御することが重要である。レーザ源とシート表面との間の距離に対する精密な制御を維持すること、および／または、レーザ源とシート表面との間の距離の変動に対応するようにレーザ源の焦点を制御することが特に所望される。
【０００５】
特に固形材料のレーザ衝突側での穴開け処理で生じた廃材と、それが処理される方法とが、このことに関連して問題となり得る。通常、これは、穴が開けられる領域の近隣からアブレーションにより生じた、および／または蒸発により生じた材料を除去するために、ならびに／または加工ヘッドから破片を無くすために、その近隣において圧力下で材料の表面に向けられたガス流によって散らされ得る。ガスはまた、穴が作られているのでそうしたシートの背面から材料を押し出し、表面張力がその材料を引き戻すことを防ぎ、穴を閉じないようにする。こうしたガス流は通常、アルゴン等、相対的に、不活性ガスである。
【０００６】
こうしたガス流はシート表面に当る。このことがその表面を動かしてしまう場合があり、および／または曲げてしまう場合がある。こうしたことは、レーザと、移動するシート表面との間の距離を精密に維持することを困難にし得るので、一貫した穴の生成にとって所望である精密な焦点合わせを維持することをさらに困難にさせ得るものである。空気流の適用に関して、特に、穴の大きさ、分布、および空気流の特性が性能に極めて重要である。一貫した焦点合わせが、それゆえ重要である。焦点制御を維持する要件とは、ガス流の流れがその処理の律速部分であり得ることを意味する。
【０００７】
さらに、アルゴン等の相対的に不活性ガスを用いることが所望されることで、その処理にかかる費用は高額になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、上述の問題のうちの１つ以上を少なくとも低減し、実用的な期間内に、一貫した穴の直径、貫通形状、および分布の実用的な制御を用い、ならびに、産業上の利用に関して実際的なコストにて、多数のアレイの穴を開けることができる、レーザビーム照射による固形材料における穴を開けるための方法および装置を提供することが概して所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、第１の態様において、レーザビーム照射によって固形のシート材料に穴を生成するための装置は、
−レーザ照射源と；
−使用の際に穴が形成される固形のシート材料の表面上に上記源からのレーザ照射のビームを衝突させるための焦点合わせ装置と；
−上記固形のシート材料を保持するための保持デバイスと
を備え、上記保持デバイスは、使用の際に、弓形の構成において上記シート材料を保持するように構造化される。
【００１０】
従来技術のレーザドリル装置において、シートは平らに保持され、その平坦なシートと、シートの表面上に衝突する垂直に向けられたレーザビームとの間の相対的な移動は、材料のレーザによるアブレーションおよび／または蒸発により、１つのパターンの開けられた穴を生成するために用いられる。穴を形成するための同様な一般的な原理が、使用の際に、本発明の装置によって利用される。しかしながら、穴の形成のために保持デバイス上に取り付けられた場合、シートは、平坦な平面構造物ではなく弓形の構造物を有するように保持される。
【００１１】
特定のシート材料およびシートの厚さについて、弓形の構成は、簡素な平坦な構成よりも、シートに対してより強い剛性を与える傾向がある。このさらなる剛性は、シート材料が穴形成動作の間に曲がる傾向を低減させ得る。このことは、この処理によって生成される廃材が、圧力下で材料の表面に向けられたガス流によって散らされるか、および／または回収されるので、特に有利である。弓形のシート構成によって与えられるさらなる剛性は、シートがこのガス流の影響下で、移動すること、または曲がることといった傾向を低減し得る。さらに剛性の構成において、材料を取り付けることによってその材料が移動または曲がる傾向を低減することにより、シート表面とレーザ源との間の距離に対するより正確な制御と、従ってビームのより正確かつ一貫した焦点を維持することがさらに容易となる。この弓形の構成はまた、穴のために生成された略円筒形の表面周囲の冷却中に、溶解した材料が収縮することにより生じ得る、シートの平面における引張応力の増加に起因する座屈とその結果生じる「オイルキャニング」を防ぐ。潜在的には、さらに一貫して開けられる穴が生成される。潜在的には、より速いスループット速度が、焦点合わせと、それゆえ、穴の大きさ、形状、およびその性質の一貫性を大きく損失することなく可能となり得る。
【００１２】
シート材料が、完全に平坦であるのではなく、弓形の構成において実行される配置構成はまた、潜在的には、特定のシートの大きさについてさらにコンパクトでもあり、これにより、例えば、装置の特定の一部の設置面積を低減することができ、さらなる利点を与える。
【００１３】
開けられた穴は、厚さ、すなわちシート材料の最小の寸法を貫いて、シート材料に形成される。これは、多数の方法において達成されてよい。例えば、レーザ照射源は、使用の際、上記シート材料の長手方向軸に対して実質的に直角である方向において、レーザ照射のビームを送るように配置されてもよく、あるいは、使用の際、上記シート材料の先端の接線に対して１０度〜９０度の間の角度で、レーザ照射のビームを送るために配置されてもよい。
【００１４】
あるいは、上記保持デバイスは、レーザ照射のビームを、上記シート材料の厚さと実質的に平行した方向に、上記源から送ることができるように、使用の際に、上記レーザ照射源に対して上記シート材料を保持するように構造化されてもよく、あるいは、曲げの力が、上記源から送ることができるレーザ照射のビームと実質的に平行である方向に付与されることで、使用の際に、弓形の構成にて、上記シート材料を保持するように構造化されてもよい。
【００１５】
保持デバイスは、弓形の構成においてシート材料を保持するように構造化され、これにより、そのシート材料はもはや平坦な形で供されることはなく、その代わりに、使用中、少なくとも１つの方向に連続して湾曲した湾曲表面で供される。保持デバイスは、シートが使用の際にその形状を保持するのに十分に係合される少なくとも多数の保持点を規定する。例えば、使用の際のシート表面は、円筒形表面またはその一部に構成される。例えば、および／またはその保持点は円筒形のドラムまたはその一部を規定してもよい。特に従来の構成において、円筒形の表面またはその一部は、円筒の表面であるが、簡素な平坦な平面の構成ではなく、より強い剛性を与える任意の連続した湾曲が、本発明の原理から逸脱することなく、想定されてよい。代替的な構成においては、保持点はガイド部の形態をしており、このガイド部を介してシート材料が供給可能である。
【００１６】
通常、凸状の表面がレーザ加工ヘッドに供される（すなわち、穴の形成のために取り付けられる場合、固形の材料の衝突側は凸状である）。しかしながら、凹状の表面に穴を開けることもまた可能である（例えば、円筒の内部で）。保持デバイスおよびレーザ源が並置されて、焦点合わせ装置が、照射源からのレーザ照射のビームを、穴がその表面に対して局所的に実質的に垂直である方向において使用の際に形成される固形のシート材料上に衝突させることが一般的に所望され得るが、これは、常にというわけではなく、一部の他の角度が好まれてもよい。
【００１７】
上記保持デバイスは、上記シート表面の異なる部分を、上記レーザ照射に対して選択的に供することができるように、長手方向軸周囲を回転可能であるように取り付けられることが好ましい。さらに、または代替的に、上記保持デバイスは、上記レーザビームが、上記シート表面の異なる領域上に選択的に衝突できるように、上記シート表面と上記レーザ源との間で相対移動を可能にするように、上記レーザ源と協動可能に取り付けられることが好ましい。例えば、保持デバイスは、ビームの方向に対して直角である平面において、少なくとも１つの方向において、保持デバイスとレーザ源との間での相対的な移動を可能にするために、レーザ源と協動可能なように取り付けられることが好ましい。より好ましくは、例えば２つの直交する方向において、ビームの方向に対して直角である平面に亘って相対的な移動が可能にされる。このように、好ましい場合において、ビームの方向に対して直角であるｘ、ｙ平面における相対的な移動および保持デバイスの回転が共になってシート表面の異なる部分が、レーザ照射に対して選択的に供されることが可能となり、適切なアレイの穴を生成する。
【００１８】
さらに、保持デバイスおよびレーザ源は、ビーム方向と平行するｚ方向において、上記保持デバイスと上記レーザ源との間の相対的な距離の変動を許容するように、相対的に取り付けられることが好ましい。例えば、この移動は、ビームを作業表面上へとその焦点を合わせるために用いられてよい。通常、焦点距離自体は変化しない。焦点合わせは、焦点レンズの位置を移動させることによって（レーザビームはコリメートされている）か、またはレンズがレーザに対して固定されている場合にはワークピースの距離に対する全てのレーザを変更することによって達成される。
【００１９】
この装置は、照射源／表面距離を変更させるために、処理のために選択的および連続的に、および／またはビーム方向に対して平行である方向に、シートの表面の異なる領域を供するように、例えば、ビーム方向に対して直角である直交方向の対において、および／または保持デバイスの回転を介して、保持デバイス（したがってシート材料）およびレーザ源の相対的な移動をもたらす駆動手段をさらに備えることが好ましい。
【００２０】
適切な制御手段が提供されてよく、これにより、保持デバイスとレーザ源との相対的な移動をもたらし、そうして、よく知られている方法にて所望のパターンの多数の微小穴を開けるように、駆動手段を制御してよい。
【００２１】
好ましい実施形態において、保持デバイスは、シート材料を装着および取外しするために、上記装置から取外し可能である。これにより、例えば、穴開けの前、または後に、他の製造工程を容易にするために、ドラムにシートを装着させたままにし得る。
【００２２】
有利にも、レーザ源は、穴開けされる固形のシート材料の表面上にパルス状の照射を送るように適合されている。
【００２３】
適切なレーザ源はＮｄ−ＹＡＧレーザを含む。
【００２４】
単一の照射源が、付随する焦点合わせ装置と連動して、固形のシート材料の表面上に焦点が合わされた単一のビームを送って衝突させるように適合されてよく、または、例えば、ビームスプリッタを提供することによって、例えば、単一の動作において、複数の穴を開けるための複数のビームを提供するように適合されてもよい。
【００２５】
有利にも、穴開けされる固形のシート材料は金属であり、例えば、チタニウムまたはアルミニウムの合金、あるいはステンレス鋼である。
【００２６】
この装置は、有利にも、穴開け工程によって生成された廃材を散らすか、および／または回収するための手段をさらに備える。有利にも、このような手段は、穴が形成される容積の近隣にある上記固形の材料表面全体に亘って圧力下でガス噴射を噴き出すためのガス噴射源をさらに備える。このガス噴射源は有利にも、アルゴン源等の不活性ガス源である。このガス噴射源は、まず、材料の表面および／またはレーザ装置を破片がないように一掃し得、そして最終的には、破片を吹いて、開けられた穴から破片を一掃し得る。
【００２７】
例えば、このガス噴射において取り込まれた穴開けの廃材を回収および抽出するための手段を提供するために、シート材料の表面に衝突した後、および／またはシート材料を通過した後のガス噴射からのガスを回収し得るガス回収システムが提供されてもよい。特に有利な実施形態において、ガス回収システムは、再利用のためにガスを再循環させるように適合される。
【００２８】
特に好ましい実施形態において、上記装置は、実質的に流体隔離された（ｆｌｕｉｄｌｙ  ｉｓｏｌａｔｅｄ）環境を規定する外部遮断筐体をさらに備える。これは、上述の再循環の工程を容易にし得るものであり、および／または、穴開けの間にレーザにより材料のアブレーションおよび／または蒸発によって生成された破片の封じ込めをもたらすことによって、その工程を清浄工程としてもよい。特定のシートの領域について、その構造物は、本質的にさらにコンパクトとなり得て、それゆえ、この方法においてより容易に含まれるということは、シートが本発明の装置によって保持される弓形の構成の特定の利点である。
【００２９】
このような実質的に液体の封じ込めは完全である必要はないことは理解される。本発明が関連するレーザドリル処理は、通常は、完全に不活性の環境を必要とするか、または真空を必要とする処理の方法において、特定的に制御されかつ隔離された環境の下で行われない。加工容積をかなりの程度にまで隔離する程度の封入はさらに利点を与える。
【００３０】
本発明によれば、さらなる態様において、レーザビーム照射によって固形のシート材料に穴を生成する方法は、
−シート材料が弓形の構成にて保持されるように、上記シート材料を保持デバイス上に取り付ける工程と、
−上記材料をアブレーションおよび／または蒸発することによって上記材料に穴を開けるために、レーザ照射のビームを用いて、上記固形の材料の表面を照射する工程と
を含む。
【００３１】
実際には、上述の工程は、複数のアレイの穴を開けるために、多数の回数が繰り返される。
【００３２】
固形の材料に開けられた穴は、シート材料の最小の寸法を貫いている、すなわちその厚さを貫いている。これを達成するために、レーザ照射のビームは、上記シート材料の長手方向軸に対して実質的に直角の方向に送られてもよく、上記レーザ照射のビームは、上記シート材料の先端の接線に対して１０度〜９０度の間の角度で、送られてよく、上記シート材料は、上記レーザ照射のビームが上記シート材料の厚さと実質的に平行した方向に送られるように保持されてよく、あるいは、上記シート材料は、曲げの力が上記レーザ照射のビームと実質的に平行である方向に付与されることで、弓形の構成にて、保持されてよい。
【００３３】
好ましくは、上記レーザ源は、複数の穴を開けるために、複数の多数位置において、上記固形の材料の表面に連続して衝突させることができるパルス状のレーザ照射源を備える。
【００３４】
好ましくは、本方法はさらに、複数の穴を開けるように、穴開けの各工程の間での、上記レーザ源と上記シート表面との間の相対的な移動をする工程を含む。特に好ましくは、相対的な移動をする工程は、例えば、保持手段および／または照射源の移動をもたらすことによって、少なくとも１つの方向において、ならびに、好ましくは、照射源からのレーザビームの方向に対して垂直な平面における２つの直交する方向においての相対的な移動をすることを含む。さらに、または代替的に、相対的な動きをすることは保持手段の回転を含む。穴は、材料がレーザに対して移動しているか、または静止しているいずれかの時に開けられてよい。
【００３５】
好ましくは、この相対的な移動は、常に、レーザ照射が、表面に対して実質的に垂直である方向において、固形のシート材料の表面上に衝突するようになされる。
【００３６】
有利にも、本方法は、穴開けされる容積の近隣における固形の材料の表面において圧力下でガスの噴射を吹きつけることによって廃材を散らし、および／または回収する工程をさらに含む。好ましくは、このガスは不活性ガスであり、例えばそれはアルゴンである。好ましくは、本方法は、ガス流中に取り込まれた穴開けの廃材を抽出するために、および／またはそのガスを再利用するために、材料の表面に衝突した後に、そのガスの噴射を回収する工程をさらに含む。
【００３７】
本方法は、特に、上述で記載された装置の動作の方法であり、本方法のさらなる好ましい特徴は、装置の記載を参照して類推により理解される。
【００３８】
好ましい実施形態において、本装置は、動的な焦点調節のための手段を含み、本方法は、動的な焦点調節工程を含む。
【００３９】
例えば、本実施形態において、本装置はさらに、
−上記レーザ照射源に対して固定された関係にある点と、固形の材料の表面との間の距離を測定するための距離測定装置と、
−上記距離測定装置によって取得される距離の測定に基づいて上記レーザビームの焦点を合わせるためにビーム焦点を動的に調節するための制御手段と
をさらに備える。
【００４０】
例えば、上記レーザ照射源に対して固定された関係にある点は、レーザ照射源を備える加工ヘッド上の点である。例えば、このヘッドは筐体を備え、この筐体の表面の少なくとも一部は、使用の際、固形の材料衝突表面に対向し、低付着性であるか、または汚れ防止材料、あるいは／または誘電材料であり；距離測定装置は、この筐体上の固定された点と、固形の材料の表面との間の距離を測定するように適合される。
【００４１】
本実施形態に従って、導電性の筐体と作用する固形の金属シートとの間での静電結合は、距離を測定するためには用いられない。そうではなく、使用の際に、照射源および、例えば、筐体上の固定された点と、シート材料の表面との間の距離の測定を可能にするように、照射源と固定された関係にあって、かつ、例えば、加工ヘッドに付随した別個の距離測定装置が代用される。この距離測定は、例えば、照射源と表面との間の距離を含む、焦点合わせパラメータを調節するために用いられてよく、制御手段はそのように作用するように適合されている。
【００４２】
少なくとも、使用の際の衝突表面に対向する筐体の前方部分は、好ましくは、低付着性であるか、または汚れ防止材料であり、および／または、汚れ防止仕上げが備わっている。この筐体または仕上げは、低電導性を有する誘電材料であってよい。有利にも、少なくともレーザ衝突側上の前方部分、および必要に応じて筐体全体は、例えばＰＴＦＥ、ＨＤＰＥ等の低付着性係数を有するポリマー材料を含んだ、仕上げが適用された表面から成形されるか、またはそうした表面を有する。小さな領域のＰＴＦＥの前方部分を有する加工ヘッドが特に好まれる。
【００４３】
距離測定装置は、照射源に対して、固定された点からの距離を測定するように構成される。好ましくは、距離測定装置は、固定された点から表面までの距離をそのまま測定する手段を備える。
【００４４】
１つの可能な代替方法において、距離測定装置は、機械的なレンジファインダであってもよい。
【００４５】
別の可能な代替方法において、距離測定装置は、表面からの戻り発射信号（ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ  ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ  ｓｉｇｎａｌ）を受信することに基づくリモートレンジファインダであってもよい。例えば、距離測定装置は、レーザレンジファインダ等の光レンジファインダであってもよい。或は、例えば、この装置は、超音波レンジファインダ等のアコースティックレンジファインダであってもよい。そのようないずれの場合においても、信号が、その装置によって、使用の際に加工される材料の表面に向かって発射され、反射された信号が、距離の指標を与えるために用いられる。
【００４６】
距離測定装置は、好ましくは、照射源に対して固定され、また、例えば、その照射源の筐体に対して固定され、この筐体は、例えば、その照射源に取り付けられているか、または、その照射源に一体化されて形成されている。
【００４７】
類推することにより、本実施形態において、本方法は、
−上記照射源に関連される固定された点と、上記固形の材料の表面との間の距離を測定する工程と、
−上記固形の材料の表面を、上記源から、上記表面上に向けられたレーザ照射のビームを用いて照射する工程であって、上記ビームは、得られた上記距離測定に従って焦点が合わせられている、工程と
をさらに含む。
【００４８】
本実施形態における本方法は、従って、加工される材料の表面からの直接の距離を取得する工程を含み、これを用いて、衝突するレーザビームの焦点の動的な調節をもたらし、距離測定を反映するための焦点を調節し、および特に、一貫した穴の生成のための一貫した焦点合わせを確保する。本方法は、例えば、所望のように、照射源／材料表面の距離を変動することによって、焦点を調節する工程を含む。
【００４９】
好ましい実施形態において、本装置は、開けられた穴の性質をモニタリングする手段、および、これをフィードバックしてプロセスパラメータを変化させる手段を含み、本方法は、このようなフィードバックに基づいたプロセスパラメータ調節工程を含む。
【００５０】
例えば、本実施形態において、本装置は、
−使用の際、例えば、シート材料の表面上に入射するビームの少なくとも出力、期間、および焦点を含む、入射ビームに関連するプロセスパラメータを制御するための制御モジュールと、
−各穴が生成されるとき、例えば、穴の形状および／または空気の流れの挙動に関連する穴の性質についてのデータを取得するように適合された穴用のモニタと、
−フィードバックモジュールであって、
穴の性質についてのデータを受信するデータリンクと、
穴の性質についてのデータと、例えば所望の形状／空気の流れに関連する標的データとを比較するための比較器と、
穴の性質と標的の穴の性質についてのデータとをより近い相関関係にさせるように、上記制御モジュールがプロセスパラメータを変化させるために、上記制御モジュールに対しての比較に基づいて制御信号を出力するための制御信号出力部と
を含む、フィードバックモジュールと
をさらに備える。
【００５１】
このように、本実施形態に従って、穴の形状および／または穴を介した空気の流れ等の穴の性質のインプロセスでの直接の測定が存在し、これにより、システムへの直接のフィードバックにより、システムが、形成されるその後の穴についての性質を、標的の性質のデータにより近づけるように、形成されるその後の穴を形成することができる。この処理は、より従来のバッチでの穴開けおよびバッチでのテストアプローチとは対照的に、潜在的に連続したものであり、かつ潜在的にインプロセスで可変である。
【００５２】
好ましくは、穴用のモニタは、各穴に光を通し、かつそれにより穴の形状についての情報を得るための光伝送器および光受信器を備える。例えば、光伝送器は、レーザ等のコヒーレントな光源である。さらに、または代替的に、穴用のモニタは、穴にアコースティックの信号を通し、かつそれにより穴の形状についての情報を得るためのアコースティックの送信器および受信器を備える。有利にも、いずれの場合においても、穴の形状についての情報は、１つ以上の穴の入口の直径、出口の直径、シートの厚さの最も狭い点、および厚さの貫通方向におけるその形状を含む。
【００５３】
さらに、または代替的に、穴用のモニタは、いったん形成された穴に向けられるガス流源、ならびに、表面上および／またはそのようにして形成された穴を通る入射空気流が衝突した後のガス流を判定するためのガス流メータを備える。ガス流源およびガス流メータは、このようにして、直接に穴についての空気の流れの性質についてのデータを取得する。ガス流源は、上述したように破片を一掃／回収するために提供される、不活性ガス流源であってもよい。あるいは、別個のテストガス流源が提供されてもよい。
【００５４】
好ましくは、穴用のモニタは、レーザ源および焦点合わせシステムと同じ場所に配置され、例えば、共通の加工ヘッド内にあり、ならびに／または、照射源および焦点合わせシステムのための筐体上に取り付けられるか、またはそれと一体化されている。
【００５５】
本実施形態において、類推により、本方法は、
−穴の生成の後に、例えば上記穴の形状および／または上記穴の空気の流れの挙動に関連する性質といった、少なくとも１つの穴の性質を測定する工程と、
−上記穴の性質と、標的の穴の性質とを比較する工程と、
−その後の穴の性質を、標的の穴の性質についてのデータにより近づけるように、その後の穴の穴開けについて上記レーザビームのプロセスパラメータを制御するために、この比較の結果をフィードバックする工程と
をさらに含む。
【００５６】
特に、好ましくは、制御する工程において制御されたプロセスパラメータは、少なくとも、使用の際にシート材料の表面上に入射するビームの出力、期間、および焦点、ならびに、時間的なエネルギ分布から選択される。このように、後の穴の性質は、この後にできる穴の性質を、標的の穴の性質についてのデータにさらに近似させるように、そのようなプロセスパラメータを制御することにより変化されてよい。
【００５７】
本発明は、ここで、添付の図面の図１から図３を参照し、例示のみにより記載される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示すレーザドリルヘッドおよびワークピースの概略的な断面図である。
【図２】図２は、図１のヘッドとワークピースとを組み込んださらなる完全なるシステムの概略図であり、本発明の一実施形態を示す
【図３】図３は、本発明のワークピース支持部の代替的な実施形態の概略図である。
【図４】図４は、本発明のワークピース支持部の配置構造の一実施形態の斜視図である。
【図５】図５ａ、５ｂは、開けられた穴の例示的なアレイのパターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１をまず参照すると、本実施形態はレーザドリルヘッド１１を示し、本実施形態の部品の多くは従来のレーザドリルシステムに知られているものである。
【００６０】
コヒーレントレーザ照射の照射源１３は、図示した実施形態において、１０６４ｎｍの波長の例において稼動するＮｄ−ＹＡＧレーザ源を備えており、適切なパルスレートおよびパルスエネルギにてパルスを発することができるレーザ光１５のビームを生成する。焦点合わせシステム１７は、そのビームをワークピース１の選択された領域に焦点を合わせる。
【００６１】
図示した実施形態において、ワークピース１は、航空機用の合金材料のシートを備えており、これに、複数のアレイの名目上同一の微小穴を開けることが所望される。本実施形態において、または一般的に、通常の微小穴は、例えば、１０〜１００μｍ程度の名目上の直径、およびさらに好ましくは５０μｍ未満の名目上の直径を有し得る。このようなアレイの微小穴は、例えば、そのシートが航空機構造物中に用いられる場合、そのシート全体に亘る層流を変更させる手段として用いられる。こうしたシートは、それゆえ、例えば、適切なアルミニウムまたはチタンの航空機用の合金である。しかしながら、このワークピースは例示としてのみ示されているのであり、この装置はそのような材料への適用性に限定されないことは理解されるであろう。
【００６２】
ビームは、例えば、レーザによるアブレーションおよび／または蒸発によって、概して容積５の領域にあるシートから材料を取り除いて、上述のようにシートに微小穴を生成するように、シート材料１の表面３上に焦点が合わせられる。レーザは、パルス状レーザ源であり、適切なレートにてパルスを発する。これは、ワークピース１およびヘッド１１の相対移動をしるし付けるのに関連して用いられてよく、上述のように、ワークピースの表面全体に亘る穴のアレイを、連続した稼動によって生成し得る。あるいは、穴は、ワークピースが移動している間に開けられてもよい。
【００６３】
レーザ源１３および焦点合わせ手段１７は、筐体壁２１によって、ヘッド１１内で、共に密集して関連付けられている。筐体壁２１の前方の表面２３は、開口部を備えた環状の部分を備え、これを通して焦点が合わされたビーム１５がワークピース１へと向けられ得る。開口部を備えた環状部分はさらにノズルを規定しており、これを介して、アルゴンのガス噴射が方向付けら得て、ワークピースの表面上に衝突し、その表面から破片を除去し、および／または、加工ヘッドの前方部分２３から破片の堆積を取り除き得る。示された構成において、穴開けの初期の段階においては、そのガス噴射が、矢印２５に示されるように、破片を除去する。穴開けの処理においてその後、ガス噴射は、穴を通過することによって、穴を一掃するのを補助してもよい。
【００６４】
図示した実施形態において、少なくともヘッドの筐体の環状の前方ノズル部分２３は、ＰＴＦＥ等の低付着性のポリマー材料から製造される。このような低付着性のポリマー材料は、加工ヘッドの前方部分上において、穴開けによって生じた破片の積層を防ぐことを容易にし得る。この材料は誘電材料であるので、例えば、しばしばレーザ切断装置を用いる形態で焦点合わせを補助するように、稼動中において、動的に距離を測定する手段として、ヘッドとワークピースとの間での静電結合を用いることができない。その結果、それゆえ、図示した実施形態において代替的に、簡素なレーザレンジファインダ２７の形態での例で、光学測定装置が提供され、これは加工ヘッドとワークピースとの間の距離を決定するために、穴開けされる容積の近隣におけるワークピースの表面に測定ビームの照射を向けることを可能にする。この測定装置は、ノズル内に含まれていてもよく、または、その外部にあってもよく、あるいは、ノズル内に部分的に含まれていてもよい。
【００６５】
穴開け処理は、入射穴開けレーザビームの反射光、穴近隣の蒸発した金属およびガスのプラズマからの発光、ならびにその穴からの溶解した噴出物からの発光を含むいくつかの光源からの強い光を生成することは理解されるべきである。こうした光は、前述の例のレーザレンジファインダ２７または他の光学装置等の光学距離測定装置の正確な稼動を妨げる場合がある。これを解消する方法は、その光学測定装置の稼動を、入射ドリルレーザビームが稼動していない期間に同期させることである。
【００６６】
例えば、１つの可能なアプローチにおいて、光学測定装置の稼動を、各穴の穴開けの間に生じる「暗期（ｄａｒｋ  ｐｅｒｉｏｄ）」に同期させる。これは、測定装置の切替により、および／または、「明期（ｂｒｉｇｈｔ  ｐｅｒｉｏｄ）」の間に光学的遮蔽を挿入することによって達成されてよい。光学的遮蔽は、機械的なもの（映写機で用いられる回転シャッタなど）または電気的なもの（ＬＣＤフィルタ／シャッタなど）であってよい。両方の手段が、測定装置の反応特徴に依って必要とされてもよい。
【００６７】
１つの代替的な方法は、稼動していないレーザを用いて、穴開けされる列の地点をスキャンし、その列に沿った場所に応じて表面位置（距離）を保存し、次いで、レーザが稼動して、穴を開ける時、第２のスキャン移動の間、このデータを用いて焦点合わせ機構を制御することである。
【００６８】
距離測定の他の形態も想定可能である。例えば、機械的なレンジファインダまたはアコースティックのレンジファインダがヘッドに関連して用いられてもよい。あるいは、距離測定システムは、ワークピース支持部７と加工ヘッド１１との間の相対的な移動をもたらす作動手段（図２を参照）に関連されてもよく、あるいは、一部の追加の位置決め、または測定システムを用いて、別の方法にてこの距離を測定してもよい。ワークピースの距離を測定する別の方法は、エアギャップ計測に基づく装置を利用することであってもよい。これは、別個の装置であってよく、または、ノズルや、計測手段の一部としてノズルに付随するガス噴射を利用してもよい。
【００６９】
いずれにせよ、本実施形態に従い、その意図は、光源１３に対して固定された（ならびに、特定の実施形態においては、加工ヘッドおよびそのワークピース１の表面３に固定された）基準データ間の距離の動的な測定を提供することにある。インプロセスでのこの距離の動的な測定により、図２を参照してさらに詳細に説明されるような、動的な焦点制御を可能にする。
【００７０】
図示した実施形態において、動的なインプロセス制御のさらなる態様をユニット２９により参照し、このユニット２９は、いったん穴があけられた各穴または一群の穴の性質についての観測的な表示をするように適合されている。図示した実施形態において、ユニット２９は、いったん穴が開けられると、その穴を介したガス流２５の流れの性質を監視する流量計装置を備える。他の方法における、開けられた穴の流れの性質を監視することができるか、またはそれらの寸法形状を測定することができる他の監視装置もまた、追加的または代替的な手段として想定してよい。
【００７１】
図１のヘッドおよびワークピースを組み込んだシステムを、図２の概略図においてさらに詳細に示す。
【００７２】
まず、図２において、ワークピース１はワークピース支持部７上で支持されていることが示され得る。ワークピース支持部７は、円筒形のドラム構造を備えており、このためワークピース１もまた同様に円筒形で取り付けられている。このような方法で取り付けられたシートは、支持の特定のレベルについて、簡素で平坦なシートの場合よりも、本質的に、より高い剛性を有し、それゆえ、加圧噴射２５の衝突での屈曲および歪みを生じる傾向が少ない。また、冷却中に、溶解した材料が収縮した結果、シートの平面にある引張応力が増加することに起因して生じ得る座屈とその結果生じる「オイルキャニング」を緩和する傾向もある。
【００７３】
こうした配置構成は、外部遮断筐体９内に実質的に囲い込まれており、これは、外部環境から少なくとも図示の部分を隔離すること、特に、適切なガス回収および再循環装置（図示せず）によって、相対的に高価であるアルゴンのフラッシュガスを再循環させることを可能にすることが主に意図されている。再循環のプロセスの間、ガスによって洗浄し、穴開けの処理によって発生した破片などの副産物を取り除いてよい。この隔離によりガスの損失率を低減し、かつ、外部環境による汚染を低減する。この筐体の他の利点は、それが、通常に稼動している間、レーザ照射がそれを稼動させている人に露出しないようにすることである。これは安全機能であり、カバーが取り外されている時を除いて、目や体のための防具を着用する必要性を回避する。
【００７４】
図２はまた、利用される制御システムを概略的に示す。
【００７５】
ワークピース支持部７およびドリルヘッド１１は、互いに相対移動が可能で、レーザビームの方向に対して直角であるｘ、ｙ平面においてしるし付けの相対移動を少なくとも可能にし、かつヘッドとワークピースとの間のｚ方向における距離の変動を許容するように、適切な取り付けフレームワーク（図示せず）により、互いに協動可能に取り付けられる。機械駆動手段３１および３２は、各々、ヘッドおよび支持部を制御する。いずれかまたは両方の駆動手段により、ｘ、ｙまたはｚ方向における移動が可能となり得る。支持駆動手段３２により、支持部７の回転が可能となり得る。レーザヘッド駆動手段３１により、レーザの傾斜が可能となり得る。
【００７６】
さらなる制御手段３５および３６はレーザビームを制御する。光源制御手段３６は、例えばパルスのレートおよび出力を制御するレーザ源自体を制御する。通常のレーザドリル用途のための適切なパルスのレートは、２０〜２００Ｈｚ、例えば、５０Ｈｚであってよく、適切な出力は１Ｊ／パルスであってよい。焦点制御手段３５は焦点合わせシステム１７を制御する。制御手段は、中央処理ユニットにおける制御モジュール４２の管理下にある。
【００７７】
図示した実施形態において、処理中になされた測定を制御システムにフィードバックすることにより、制御手段によって設定された処理パラメータのインプロセスでの制御が提供される。この例において、２つの図示の方法においてなされる。各穴開け動作について、レンジファインダ２７からのデータおよび流量計２９からのデータがフィードバックモジュール４０へと送られる。フィードバックモジュール４０は、このデータと、基準データとを、所望の処理パラメータのために比較して、補正命令を中央処理制御部４２に供給し、この中央処理制御部４２は、様々な制御手段３１、３２、３５、３６を作動させて、必要に応じて制御パラメータを調節し、連続した穴開けにより開いた穴が所望の性質を有することを保証する。
【００７８】
例えば、所望の穴の分布および形状のための基準プロセスパラメータが保存され得るデータ記録部４４が提供され、この装置は所望のアレイをプリンティングすることができる。記録部の別の目的は、このプロセスのためのルックアップデータを提供することであってもよい。
【００７９】
任意の適切な形式の制御モジュールおよび／またはフィードバックモジュールならびに／またはプロセスパラメータデータ記録部が、例えば適切なハードウェアおよびソフトウェアを組み合わせるために、ならびに、自動およびユーザ入力による制御工程を組み合わせるために、想定可能である。例えば、制御モジュールおよび／またはフィードバックモジュールならびに／またはプロセスパラメータデータ記録部は、適切にプログラミングされた汎用コンピュータまたは特定用途向けコンピュータなどの適切にプログラミングされたデータ処理装置を備える。
【００８０】
本発明の方法において、数値またはデータ処理工程が、適切なセットの機械可読命令またはコードによって実施可能であることもまた一般的に理解されるであろう。これらの機械可読命令は、特定の工程を実施するための手段を生成するために、汎用コンピュータ、特定用途向けコンピュータ、または他のプログラミング可能なデータ処理装置にロードされてよい。
【００８１】
これらの機械可読命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読媒体内に保存されてよく、その結果、コンピュータ可読媒体内に保存されたそうした命令は、本発明の方法における数値またはデータ処理工程の一部または全てを実施するための命令手段を含んだ製品を生成する。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置にロードされてもよく、コンピュータが実行可能な処理を実施することが可能な機械を生成し、その結果、そうした命令は、本発明の方法における数値工程の一部または全てを実施するための工程を提供するコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行される。１つの工程は特定用途向けのハードウェアおよび／またはコンピュータ命令の任意の適切な組合せによって実施可能であり、かつそうした工程を実行するための装置の手段は、特定用途向けのハードウェアおよび／またはコンピュータ命令の任意の適切な組合せに構成される。
【００８２】
図３を参照すると、ワークピース１のための代替的な支持部の配置構造が示される。
【００８３】
図３ａに示す支持部の配置構成において、ワークピース支持部７は円筒形のドラム構造物を備える。しかしながら、ワークピース１が図２の配置構成にあるように円筒形ドラム構造物周囲に実質的に巻き付けられているのではなく、このワークピース１は、円筒形のドラム周囲に部分的に巻き付いており、かつその穴開け位置において、弓形の構成にて保持されている。
【００８４】
図３ｂに示す配置構成において、さらなる円筒形のドラム構造物７０ａ、７０ｂは、穴開け位置の上流および下流に用いられる。
【００８５】
代替的な配置構成においては、円筒形のドラム構造物ではなく、ワークピース支持部は、穴開け位置において弓形の構成にてワークピースを保持するように配置された複数のローラ８０を備える。ローラ８０の位置は、図３ｃに示すように、ワークシートが図３ａまたは図３ｂに示すものに類似する形状をするように配置されることができる。
【００８６】
別の配置構成において、ワークピース支持部は、穴開け位置（図３ｄを参照）において弓形の構成にてワークピース１を保持するように適合されたガイド部９０を備える。さらなるガイド部９０ａおよび９０ｂは、さらなる支持部が、穴開け位置の上流または下流のワークピース１を支持するために必要とされる場合として示されるように、用いられてよい。
【００８７】
穴開け位置において弓形の構成にてワークピースを保持するように適合される様々な代替のワークピース支持部の構成が可能であり、上述の配置構成はこのような配置構成の１つのサンプルであることは当業者によって理解される。
【００８８】
支持の特定のレベルについて、簡素で平坦なシートの場合よりも、穴開け位置におけるこの弓形の構成が提供する、ワークピースの本質的に、より高い剛性に起因して、このワークピースが、穴開け位置において表面全体に亘って支持される必要はない。ワークピース支持部は、図４において示されるように、縁部においてのみ必要とされ、図３ｂのワークピース支持部の配置構成に対応する。このワークピースを縁部においてのみ支持することは、そのワークピースの両側には、レーザ源１３あるいは流量計２９または他のセンサのいずれかのアクセスを制限してしまう障害がないことを意味する。
【００８９】
生成されてもよい所望のアレイの一部の例が図５ａおよび図５ｂに示される。図５ａは、一定の間隔を置いた正方配列の簡素な配置構成の一例である。図５ｂは、２つの別々の領域が１つの表面内に規定されており、別個のアレイパターンがそこに提供されている配置構成を示す。これらは概略的かつ例示を目的としたものとしてのみ理解されるべきである。特に、例えば正方形パターンまたは六角形パターンにて、二次元にてアレイを提供することが所望される状況があると同時に、大部分、穴は制御された列間隔で、かつ各列に沿って穴が制御された間隔で開けられているが、特に要求される場合を除けば、このようなパターンを生成するために列ごとに穴の位置合わせを必ずしも制御する必要はない。それゆえ、図にあるように、任意の特定の現実のパターン領域に同じ数の穴が存在するが、より典型的なパターンは、列ごとの位置合わせに関する限り、ランダムであってよい。
【図１】
2012515654.tif 000003
【図２】
2012515654.tif 000004
【図３（ａ）】
2012515654.tif 000005
【図３（ｂ）】
2012515654.tif 000006
【図３（ｃ）】
2012515654.tif 000007
【図３（ｄ）】
2012515654.tif 000008
【図４】
2012515654.tif 000009
【図５ａ】
2012515654.tif 000010
【図５ｂ】
2012515654.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月30日(2010.12.30)
【手続補正１】
【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】
レーザビーム照射によって固形のシートメタル材料に穴を生成するための固形のシートメタルドリル装置であって、
レーザ照射源と；
使用の際に穴が形成される固形のシート材料の表面上に前記源からのレーザ照射のビームを衝突させるための焦点合わせ装置と；
前記固形のシート材料を保持するための保持デバイスと
を備え、前記保持デバイスは、使用の際に、弓形の構成において前記シート材料を保持するように構造化される、装置。
【請求項２】
前記レーザ照射源は、使用の際、前記シート材料の長手方向軸に対して実質的に直角である方向において、レーザ照射のビームを送るように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザ照射源は、使用の際、前記シート材料の先端の接線に対して１０度〜９０度の間の角度で、レーザ照射のビームを送るように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記保持デバイスは、レーザ照射のビームを、前記シート材料の厚さと実質的に平行した方向に、前記源から送ることができるように、使用の際に、前記レーザ照射源に対して前記シート材料を保持するように構造化される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記保持デバイスは、曲げの力が、前記源から送ることができるレーザ照射のビームと実質的に平行である方向に付与されることで、使用の際に、弓形の構成にて、前記シート材料を保持するように構造化されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記保持デバイスは、使用の際、円筒形の表面またはその一部の形態において、前記シート材料を保持するように構造化される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記保持デバイスは、円筒形のドラムまたはその一部を備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記保持デバイスはガイド部を備える、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記保持デバイスは、前記シート表面の異なる部分を、前記レーザ照射に対して選択的に供することができるように、長手方向軸周囲を回転可能であるように取り付けられる、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記保持デバイスは、前記レーザビームが、前記シート表面の異なる領域上に選択的に衝突できるように、前記シート表面と前記レーザ源との間で相対移動を可能にするように、前記レーザ源と協動可能に取り付けられる、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記保持デバイスは、ビーム方向と平行する方向において、前記保持デバイスと前記レーザ源との間の相対的な距離の変動を許容するように、前記レーザ源と協動可能に取り付けられる、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記保持デバイスは、シート材料を装着および取外しするために、前記装置から取外し可能である、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記レーザ源は、穴開けされる前記固形のシート材料の表面上にパルス状の照射を送るように適合されている、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記レーザ源はＮｄ−ＹＡＧレーザである、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
穴が形成される容積の近隣にある前記固形の材料表面全体に亘って圧力下でガス噴射を噴き出すための不活性ガス噴射源をさらに備える、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
実質的に流体隔離された環境を規定する外部遮断筐体をさらに備える、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記レーザ照射源に対して固定された関係にある点と、固形材料の表面との間の距離を測定するための距離測定装置と、
前記距離測定装置によって取得される距離の測定に基づいて前記レーザビームの焦点を合わせるためにビーム焦点を動的に調節するための制御手段と
をさらに備える、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
使用の際、例えば、シート材料の表面上に入射するビームの少なくとも出力、期間、および焦点を含む、入射ビームに関連するプロセスパラメータを制御するための制御モジュールと、
各穴が生成されるとき、例えば、穴の形状および／または空気の流れの挙動に関連する穴の性質についてのデータを取得するように適合された穴用のモニタと、
フィードバックモジュールであって、
穴の性質についてのデータを受信するデータリンクと、
穴の性質についてのデータと、例えば所望の形状／空気の流れに関連する標的データとを比較するための比較器と、
穴の性質と標的の穴の性質についてのデータとをより近い相関関係にさせるように、前記制御モジュールがプロセスパラメータを変化させるために、前記制御モジュールに対しての比較に基づいて制御信号を出力するための制御信号出力部と
を含む、フィードバックモジュールと
をさらに備える、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
レーザビーム照射によって、固形のシートメタル材料に穴を生成する方法であって、
シート材料が弓形の構成にて保持されるように、前記シート材料を保持デバイス上に取り付ける工程と、
前記材料をアブレーションおよび／または蒸発することによって前記材料に穴を開けるために、レーザ照射のビームを用いて、前記固形の材料の表面を照射する工程と
を含む、方法。
【請求項２０】
複数のアレイの穴を開けるために、多数の回数が繰り返される請求項１９の工程を含む、固形のシート材料に複数の穴を開ける方法。
【請求項２１】
前記レーザ照射のビームは、前記シート材料の長手方向軸に対して実質的に直角の方向に送られる、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記レーザ照射のビームは、前記シート材料の先端の接線に対して１０度〜９０度の間の角度で、送られる、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記シート材料は、前記レーザ照射のビームが前記シート材料の厚さと実質的に平行した方向に送られるように保持される、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記シート材料は、曲げの力が前記レーザ照射のビームと実質的に平行である方向に付与されることで、弓形の構成にて、保持される、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
パルス状のレーザ照射は、複数の穴を開けるために、複数の多数位置において、前記固形の材料の表面に連続して衝突する、請求項２０から請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
複数の穴を開けるように、穴開けの各工程の間での、前記レーザ源と前記シート表面との間の相対的な移動をするさらなる工程を含む、請求項２０から請求項２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記照射源に関連される固定された点と、前記固形の材料の表面との間の距離を測定する工程と、
前記固形の材料の表面を、前記源から、前記表面上に向けられたレーザ照射のビームを用いて照射する工程であって、前記ビームは、得られた前記距離測定に従って焦点が合わせられている、工程と
をさらに含む、請求項１９から請求項２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
穴の生成の後に、少なくとも１つの穴の性質、例えば前記穴の形状および／または前記穴の空気の流れの挙動に関連する性質を測定する工程と、
前記穴の性質と、標的の穴の性質とを比較する工程と、
その後の穴の性質を、標的の穴の性質についてのデータにより近づけるように、その後の穴の穴開けについて前記レーザビームのプロセスパラメータを制御するために、この比較の結果をフィードバックする工程と
をさらに含む、請求項１９から請求項２７のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2012515654.tif 000012
2012515654.tif 000013
2012515654.tif 000014