JP3581131B2 - レーザー溶接システム - Google Patents
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Description
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明はレーザー溶接システムに関するものであって、より詳しくは各種産業構造物に使用されるテーラードブランク（Ｔａｉｌｏｒｅｄ Ｂｌａｎｋ）の溶接の際、エアーバッグの駆動力を基にクランピング部材とアンビルの作動にしたがって結合面のギャップを最小化させることにより溶接部の結合面が一層安定化し、溶接がより迅速かつ容易であると同時に溶接部の品質を改善して構造物の全体の信頼性を向上させることができ、また、設備ラインが単純であるので製作費を節減でき、溶接時間を短縮できるレーザー溶接システムに関するものである。
【０００２】
（従来の技術）
一般的にテ−ラ−ドブランクとは、二種類の厚さを有する鋼板をレーザー溶接で突合せ溶接（Ｂｕｔｔ Ｗｅｌｄ）して製作された部材をいう。このようなテ−ラ−ドブランクはプレスまたはロール成形装置によって成形され、自動車の車体、ドア、及びバンパー等に使用される。したがって、テ−ラ−ドブランクは、高品質であることが要求され、且つ大量生産が要求される。
【０００３】
現在、ドイツのノッヘルフア（Ｎｏｔｈｅｌｆｅｒ）社、スイスのスドロニック（Ｓｕｄｒｏｎｉｃ）社、及び米国のＶＩＬ社等は、テ−ラ−ドブランクを生産するための溶接システムを製作、販売しており、これと類似の溶接システムが研究開発されてもいる。
【０００４】
上記ノッヘルフア社の溶接システムは、２枚の溶接板材をチェイン方式で前側から溶接機へ移送する。移送された２枚の板材をローラーによって押さえながら、溶接線に沿って突合せ溶接が行われるが、このとき、レーザービームヘッドは溶接機に固定されている。
【０００５】
スドロニック社の溶接システムは、２枚の板材が突合わされて装着された台車を利用して溶接を行うようになっており、このとき、レーザービームヘッドは溶接機に固定されている。ここでソウカ（Ｓｏｕｋａ）という板材間隙をなくす方式が採用されるが、該方法は厚い板材をロール成形して２枚の板材の間の間隙を完全に密着させる方式である。
【０００６】
ＶＩＬ社の溶接システムでは、２枚の鋼板が溶接機の前と後側からそれぞれ１枚ずつ移送されて突合わされた後、レーザービームヘッドが移動しながら溶接を遂行する。ＶＩＬ社の溶接システムでは、２枚の板材が正確に突合わされるように、二列に平行に整列されたピンにそれぞれの板材を密着させた後、二列のピン等によって生じた間隔を、別途の装置を使用して密着させる。
【０００７】
しかし、ＶＩＬ社の溶接システムでは、溶接されたテ−ラ−ドブランクが、板材が移送された方向の内の１方向に逆に移送されて出るために、テ−ラ−ドブランクの連続的な製作が難しい。また、 溶接線に鋼板を整列させるために２列のピンを使用しなければならないため、１列のピンを使用することに比べて部品数及び組立工程が増加するという短所を有する。更に、クランピング部材が一体に形成されているので、２枚以上の鋼板を溶接するとき、整列過程において問題が発生することもある。
【０００８】
さらに、スドロニック社とＶＩＬ社の溶接システムでは、上記ピン等を溶接線に正確に整列させるためには機械加工の精度が要求されるという短所を有する。また、溶接結合部が安定でないため、溶接の後、溶接された面に微細な欠陥と異物質等が形成され品質が劣り、溶接構造物の全盤的な耐久性が減少するといった問題点を有する。
【０００９】
（発明が解決しようとする課題）
従って、本発明は上述の従来技術の問題点を解決するために案出したもであって、本発明の目的は各種産業構造物に使用されるテーラードブランクの溶接の際、エアーバックの駆動力を基にクランピング部材とアンビルの作動に従って、結合面のギャップを最少にすることにより、溶接部の結合面が一層安定化し、溶接がより迅速かつ容易であると同時に溶接部の品質を改善して、構造物の全体の信頼性を向上させることができ、また、設備ラインが単純であるので製作費を節減することができ、溶接時間を短縮できるレーザー溶接システムを提供することにある。
【００１０】
（課題を解決するための手段）
本発明の目的を達成するために、本発明は、溶接される第１鋼板を搭載するための溶接フレームと；該溶接フレームの上に搭載された該第１鋼板を固定するために該溶接フレームの上方に設けられる少なくとも一つの第１クランピング（Ｃｌａｍｐｉｎｇ）部材と；該第１鋼板と結合され溶接される第２鋼板を溶接する位置で、第２鋼板を固定するために設けられる少なくとも一つの第２クランピング部材と；該第２鋼板が搭載され、該第２鋼板を上記溶接する位置に移動させるアンビル（Ａｎｖｉｌ）と；上記溶接する位置で該第１鋼板と該第２鋼板を溶接するためのレーザー溶接ヘッドとを具備するレーザー溶接システムを提供する。
【００１１】
好ましくは、上記レーザー溶接システムは、第１上部支持台と、第２上部支持台と、該第１上部支持台と上記第１クランピング部材との間に備えつけられ、上記第１クランピング部材が第１鋼板を固定するときには膨張する第１エアーバッグと、該第２上部支持台と上記第２クランピング部材との間に備えつけられ、上記第２クランピング部材が第２鋼板を固定するときには膨張する第２エアーバッグとを更に具備する。
【００１２】
好ましくは、上記レーザー溶接システムは、上記第１上部支持台に設けられ溶接の完結の後、上記第１クランピング部材を第１鋼板から分離するための第１エアーシリンダーと、上記第２上部支持台に設けられ、溶接の完結の後、上記第２クランピング部材を第２鋼板から分離するための第２エアーシリンダーとを更に具備する。
【００１３】
上記レーザー溶接システムは、上記アンビルが第２鋼板を第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置に移動させることができるように、上記アンビルを第1鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる手段を更に具備する。
【００１４】
上記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合されて溶接される位置側に移動させる手段は、下部支持台と、第３ヒンジに結合されており一方の側がアンビルに固定された旋回部材と、該下部支持台と該旋回部材の間に備えつけられ上記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる場合には膨張して該旋回部材を旋回させる第３エアーバッグとを具備する。
【００１５】
好ましくは、上記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる手段は、上記下部支持台に設けられて、溶接の完結の後， 上記アンビルを元の位置に移動させるための第３エアーシリンダーを更に具備する。
【００１６】
好ましくは、溶接の完結の後、上記第３エアーバッグは収縮し、上記第３エアーシリンダーは上記旋回部材の一方の側を押して上記アンビルを元の位置に移動させる。
【００１７】
好ましくは、上記第１クランピング部材は作動時にも曲がらない程度に厚い所定の第１厚さに形成されており、上記第２クランピング部材は作動時に曲がることができ弾性力が作用できる程度に薄い所定の第２厚さに形成されている。
【００１８】
好ましくは、上記第１及び第２クランピング部材の第１及び第２鋼板とそれぞれ結合する部分は、鋸刃形状になっている。
【００１９】
好ましくは、上記アンビルの一部は、アンビルが第２鋼板を第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置に移動させるとき第２鋼板がアンビルから滑らないように鋸刃形状になっている。
【００２０】
好ましくは、上記第１クランピング部材、上記第２クランピング部材、及び上記アンビルは、多数備えつけられている。
【００２１】
（発明の実施の形態）
以下、本発明の好ましい実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の１実施例によるレーザー溶接システムを示す側面図である。図２及び図３は、図１に図示されたレーザー溶接システムによって製作される溶接物を示す平面図及び側面図である。
【００２３】
図１を参照する。本発明によるレーザー溶接システムは、溶接フレーム（１１０）、第１クランピング部材（１２０）、 第２クランピング部材（１３０）、アンビル（１４０）、及びレーザー溶接ヘッド（１５０）を具備する。
【００２４】
溶接フレーム（１１０）の上には、溶接される第１鋼板（Ａ）が搭載される。第１クランピング部材（１２０）は、溶接フレーム（１１０）の上に搭載された第１鋼板（Ａ）を固定する役割をし、溶接フレーム（１１０）の上に設けられる。
【００２５】
少なくとも一つの第２クランピング部材（１３０）が、第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置に近接して溶接される第２鋼板（Ｂ）を固定するために設けられる。
【００２６】
アンビル（１４０）の上には、第２鋼板（Ｂ）が搭載され、アンビル（１４０）は第２鋼板（Ｂ）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置に移動させる機能を行う。
【００２７】
上記溶接される位置に結合された第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）は、レーザー溶接ヘッド（１５０）によって溶接される。
【００２８】
上記レーザー溶接システム（１００）は、第１上部支持台（１２２）と、 第２上部支持台（１３２）と、第１エアーバッグ（１２４）と、第２エアーバッグ（１３４）とを更に具備する。
【００２９】
第１エアーバッグ（１２４）は、第１上部支持台（１２２）と第１クランピング部材（１２０）の間に備えつけられる。第１エアーバッグ（１２４）は、第１クランピング部材（１２０）が第１鋼板（Ａ）を固定するときには膨張して、第１クランピング部材（１２０）を旋回させる。
【００３０】
第２エアーバッグ（１３４）は、第２上部支持台（１３２）と第２クランピング部材（１３０）との間に備えつけられる。第２エアーバッグ（１３４）は、第２クランピング部材（１３０）が第２鋼板（Ｂ）を固定するときには膨張して、第２クランピング部材（１３０）を旋回させる。
【００３１】
上記レーザー溶接システム（１００）は、第１エアーシリンダー（１２６）と第２エアーシリンダー（１３６）とを更に具備する。
【００３２】
第１エアーシリンダー（１２６）は、第１上部支持台（１２２）に設けられて、溶接の完結の後、第１クランピング部材（１２０）を第１鋼板（Ａ）から分離する役割をし、第２エアーシリンダー（１３６）は、第２上部支持台（１３２）に設けられ、溶接の完結後、第２クランピング部材（１３０）を第２鋼板（Ｂ）から分離する役割をする。
【００３３】
第１クランピング部材（１２０）は、第１ヒンジ（１２８）に結合されており、溶接の完結後、第１エアーシリンダー（１２６）が第１クランピング部材（１２０）の一方の側を押して、第１クランピング部材（１２０）を第１鋼板（Ａ）から分離する。
【００３４】
また、第２クランピング部材（１３０）は、第２ヒンジ（１３８）に結合されており、溶接の完結後、第２エアーシリンダー（１３６）が第２クランピング部材（１３０）の一方の側を押して、第２クランピング部材（１３０）を第２鋼板（Ｂ）から分離する。
【００３５】
上記レーザー溶接システム（１００）は、アンビル（１４０）が第２鋼板（Ｂ）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置に移動させられるようにするために、アンビル（１４０）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置側に移動させる手段を更に具備する。
【００３６】
上記アンビル（１４０）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置側に移動させる手段は、下部支持台（１４２）と、旋回部材（１４３）と、第３エアーバッグ（１４４）とを具備する。
【００３７】
旋回部材（１４３）は、第３ヒンジ（１４８）に結合されており、一方の側がアンビル（１４０）に固定されている。第３エアーバッグ（１４４）は、下部支持台（１４２）と旋回部材（１４３）との間に備えつけられる。第３エアーバッグ（１４４）は、アンビル（１４０）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置側に移動させる場合には膨張して、旋回部材（１４３）を旋回させる。
【００３８】
上記アンビル（１４０）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置側に移動させる手段は、下部支持台（１４２）に設けられ、溶接の完結後、アンビル（１４０）を元の位置に移動させるための第３エアーシリンダー（１４６）を更に具備する。
【００３９】
溶接が完結すれば第３エアーバッグ（１４４）は収縮し、 第３エアーシリンダー（１４６）は旋回部材（１４３）の一方の側を押してアンビル（１４０）を元の位置に移動させる。
【００４０】
図４は、図１に図示されたレーザー溶接システムの一部を詳しく示す側面図である。
【００４１】
図１及び図４を参照する。図２及び図３に図示した第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）は、それぞれ溶接フレーム（１１０）とアンビル（１４０）の上に左右方向から水平に移送される。第１及び第２エアーバック（１２４，１３４）にエア−が充填されると、第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）は、第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）をそれぞれ固定する。また、第３エアーバッグ（１４４）にエアーが充填されると、アンビル（１４０）が作動し、第２鋼板（Ｂ）を第１鋼板（Ａ）に堅固に結合させる。
【００４２】
本発明の好ましい実施例によると、先ず第１鋼板（Ａ）が溶接フレーム（１１０）上に搭載されて固定され、次に第２鋼板（Ｂ）がアンビル（１４０）上に搭載されて固定される。これは、移送装置（図示しない）と第１及び第２エアーバック（１２４，１３４）の作動によって作動する第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）の作動によって行われる。
【００４３】
図４を参照する。第１クランピング部材（１２０）は、作動時にも曲がらない程度に厚い所定の第１厚さに形成されている。第２クランピング部材（１３０）は、作動時に曲がることができ弾性力が作用できる程度に薄い所定の第２厚さに形成されている。
【００４４】
図４に図示するように、第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）の第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）とそれぞれ結合する部分は、鋸刃形状になっている。
【００４５】
この鋸刃形状は、第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）が第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）を固定するときの第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）の滑り（Ｓｌｉｐｐｉｎｇ）現象を妨げ、第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）の結合をより容易にする。
【００４６】
また、図４に示すように、アンビル（１４０）の一部も鋸刃形状からなっている。これは、アンビル（１４０）が第２鋼板（Ｂ）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置に移動させるときに、第２鋼板（Ｂ）がアンビル（１４０）から滑らないようにするためである。
【００４７】
従って、第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とを結合するとき第２鋼板（Ｂ）が滑らないように密接に結合が行われ、第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）とアンビル（１４０）の作動で、第１及び第２鋼板（Ａ、Ｂ）が結合された結合部のギャップが最少化される。
【００４８】
図５は、図１に図示されたレーザー溶接システムの第２クランピング部材とアンビル（１４０）の作動を説明するための側面図である。
【００４９】
図５に示すように、第１クランピング部材（１２０）の作動によって、先ず第１鋼板（Ａ）が溶接フレーム（１１０）の上に固定され、次に第２鋼板（Ｂ）が第１鋼板（Ａ）に結合される。第２クランピング部材（１３０）が作動する前には、第２クランピング部材（１３０）は第２鋼板（Ｂ）とα角を維持している。
【００５０】
次に、第２エアーバッグ（１３４）の作動によって第２クランピング部材（１３０）が作動し、旋回部材（１４３）の旋回によってアンビル（１４０）が作動すれば、第２クランピング部材（１３０）は第２鋼板（Ｂ）とβ角を維持し、該β角は上記α角より小さくなる。この際、第２クランピング部材（１３０）は弾性変形する。
【００５１】
図６は、本発明の他の実施例によるレーザー溶接システムによって製作される溶接物の側面図である。図７は、本発明の他の実施例によるレーザー溶接システムによって製作される溶接物の接合状態を示す側面図である。
【００５２】
図７に示すように、本発明の好ましい実施例によれば、第１クランピング部材（１２０）と、第２クランピング部材（１３０）と、アンビル（１４０）とは、それぞれ多数備えつけられている。従って、結合される位置によって、それぞれ異なる第１クランピング部材（１２０）、第２クランピング部材（１３０）、及びアンビル（１４０）が作動する。
【００５３】
図６を参照する。逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）を他の鋼板（Ｇ）に突合わせ溶接をするためには、先ず鋼板（Ｄ，Ｅ）を鋼板（Ｆ）に溶接させる。従って、逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）には溶接線（Ｒ２，Ｒ３）が存在し、鋼板（Ｄ，Ｅ，Ｆ）を鋼板（Ｇ）に溶接する場合、溶接線は（Ｒ５）及び（Ｒ６）にならなければならない。
【００５４】
しかし、実際には 逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）の溶接時に、ねじれ（Ｔｏｒｓｉｏｎ）現象が発生し、溶接線がＨになる場合が多い。このような場合には、突合わせ溶接の遂行時、結合部のギャップのために溶接が十分に行えないようになる。
【００５５】
一般的に、レーザー溶接は結合部のギャップが０．１ｍｍ未満であるときだけ効果的に溶接が可能であり、そうでないときには不良になる場合が多い。 従って、 上記結合部のギャップは、溶接時、 必ず除去されなけばならない。
【００５６】
このような問題点を解消するために、 逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）のＨで示された部分を再び精密に切断した後、 逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）と鋼板（Ｇ）を溶接する技術が開示されているが、これは面倒でまた設備が複雑になる短所がある。
【００５７】
しかし、 本発明によるレーザー溶接装置によれば、 多数の第２クランピング部材（１３０）と多数のアンビル（１４０）の作動により、上記問題点が解消される。
【００５８】
即ち、 先ず、 多数の第１クランピング部材（１２０）で鋼板（Ｇ）を溶接フレーム（１１０）上に固定した後、 多数の第２クランピング部材（１３０）と多数のアンビル（１４０）を作動させると、逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）と鋼板（Ｇ）の間の結合部にギャップが存在しなくなる。 これは、ギャップが大きい所に位置するアンビル（１４０）がより多く進み、これに相応する第２クランピング部材（１３０）がより多く弾性変形し、ギャップをなくすことにより可能となる。 勿論、ギャップが小さい所ではアンビル（１４０）の進行はより小さく、第２クランピング部材（１３０）の弾性変形もより小さくなる。
【００５９】
実験によると、 本発明によるレーザー溶接システムは、上記ギャップが３ｍｍ以上である場合にも効果的に溶接を行うことができた。 従って、 本発明によるレーザー溶接システムは、テーラードブランクを製作する技術において、画期的なものである。
【００６０】
本発明は、逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）のみならず垂直鋼板を多数有する鋼板にも適用可能であり、 図７は、このような場合の第１クランピング部材（１２０）及び第２クランピング部材（１３０）の位置を良く示している。
【００６１】
（発明の効果）
上述のとおり、 本発明のレーザー溶接システムによると、各種産業構造物に使用されるテーラードブランクの溶接時、 エアーバッグの駆動力を基にクランピング部材とアンビルの作動により結合面のギャップを最少化させることにより溶接部の結合面が一層安定化し、溶接がより迅速かつ容易であると同時に溶接部の品質を改善して構造物の全体の信頼性を向上させることができる。 また、設備ラインが単純であるので製作費を節減することができ、溶接時間を短縮することもできる。
【００６２】
上記では、本発明の好ましい実施例を、図を参照して説明したが、該当技術分野の熟練された当業者は、前記の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させ得ることを理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例によるレーザー溶接システムを示す側面図である。
【図２】図１に図示されたレーザー溶接システムによって製作される溶接物の平面図である。
【図３】図１に図示されたレーザー溶接システムによって製作される溶接物の側面図である。
【図４】図１に図示されたレーザー溶接システムの一部を詳細に示す側面図である。
【図５】図１に図示されたレーザー溶接システムの第２クランピング部材とアンビルの作動を説明するための側面図である。
【図６】本発明の他の実施例によるレーザー溶接システムによって製作される溶接物の側面図である。
【図７】本発明の他の実施例によるレーザー溶接システムによって製作される溶接物の接合状態を示す側面図である。
（発明の属する技術分野）
本発明はレーザー溶接システムに関するものであって、より詳しくは各種産業構造物に使用されるテーラードブランク（Ｔａｉｌｏｒｅｄ Ｂｌａｎｋ）の溶接の際、エアーバッグの駆動力を基にクランピング部材とアンビルの作動にしたがって結合面のギャップを最小化させることにより溶接部の結合面が一層安定化し、溶接がより迅速かつ容易であると同時に溶接部の品質を改善して構造物の全体の信頼性を向上させることができ、また、設備ラインが単純であるので製作費を節減でき、溶接時間を短縮できるレーザー溶接システムに関するものである。
【０００２】
（従来の技術）
一般的にテ−ラ−ドブランクとは、二種類の厚さを有する鋼板をレーザー溶接で突合せ溶接（Ｂｕｔｔ Ｗｅｌｄ）して製作された部材をいう。このようなテ−ラ−ドブランクはプレスまたはロール成形装置によって成形され、自動車の車体、ドア、及びバンパー等に使用される。したがって、テ−ラ−ドブランクは、高品質であることが要求され、且つ大量生産が要求される。
【０００３】
現在、ドイツのノッヘルフア（Ｎｏｔｈｅｌｆｅｒ）社、スイスのスドロニック（Ｓｕｄｒｏｎｉｃ）社、及び米国のＶＩＬ社等は、テ−ラ−ドブランクを生産するための溶接システムを製作、販売しており、これと類似の溶接システムが研究開発されてもいる。
【０００４】
上記ノッヘルフア社の溶接システムは、２枚の溶接板材をチェイン方式で前側から溶接機へ移送する。移送された２枚の板材をローラーによって押さえながら、溶接線に沿って突合せ溶接が行われるが、このとき、レーザービームヘッドは溶接機に固定されている。
【０００５】
スドロニック社の溶接システムは、２枚の板材が突合わされて装着された台車を利用して溶接を行うようになっており、このとき、レーザービームヘッドは溶接機に固定されている。ここでソウカ（Ｓｏｕｋａ）という板材間隙をなくす方式が採用されるが、該方法は厚い板材をロール成形して２枚の板材の間の間隙を完全に密着させる方式である。
【０００６】
ＶＩＬ社の溶接システムでは、２枚の鋼板が溶接機の前と後側からそれぞれ１枚ずつ移送されて突合わされた後、レーザービームヘッドが移動しながら溶接を遂行する。ＶＩＬ社の溶接システムでは、２枚の板材が正確に突合わされるように、二列に平行に整列されたピンにそれぞれの板材を密着させた後、二列のピン等によって生じた間隔を、別途の装置を使用して密着させる。
【０００７】
しかし、ＶＩＬ社の溶接システムでは、溶接されたテ−ラ−ドブランクが、板材が移送された方向の内の１方向に逆に移送されて出るために、テ−ラ−ドブランクの連続的な製作が難しい。また、 溶接線に鋼板を整列させるために２列のピンを使用しなければならないため、１列のピンを使用することに比べて部品数及び組立工程が増加するという短所を有する。更に、クランピング部材が一体に形成されているので、２枚以上の鋼板を溶接するとき、整列過程において問題が発生することもある。
【０００８】
さらに、スドロニック社とＶＩＬ社の溶接システムでは、上記ピン等を溶接線に正確に整列させるためには機械加工の精度が要求されるという短所を有する。また、溶接結合部が安定でないため、溶接の後、溶接された面に微細な欠陥と異物質等が形成され品質が劣り、溶接構造物の全盤的な耐久性が減少するといった問題点を有する。
【０００９】
（発明が解決しようとする課題）
従って、本発明は上述の従来技術の問題点を解決するために案出したもであって、本発明の目的は各種産業構造物に使用されるテーラードブランクの溶接の際、エアーバックの駆動力を基にクランピング部材とアンビルの作動に従って、結合面のギャップを最少にすることにより、溶接部の結合面が一層安定化し、溶接がより迅速かつ容易であると同時に溶接部の品質を改善して、構造物の全体の信頼性を向上させることができ、また、設備ラインが単純であるので製作費を節減することができ、溶接時間を短縮できるレーザー溶接システムを提供することにある。
【００１０】
（課題を解決するための手段）
本発明の目的を達成するために、本発明は、溶接される第１鋼板を搭載するための溶接フレームと；該溶接フレームの上に搭載された該第１鋼板を固定するために該溶接フレームの上方に設けられる少なくとも一つの第１クランピング（Ｃｌａｍｐｉｎｇ）部材と；該第１鋼板と結合され溶接される第２鋼板を溶接する位置で、第２鋼板を固定するために設けられる少なくとも一つの第２クランピング部材と；該第２鋼板が搭載され、該第２鋼板を上記溶接する位置に移動させるアンビル（Ａｎｖｉｌ）と；上記溶接する位置で該第１鋼板と該第２鋼板を溶接するためのレーザー溶接ヘッドとを具備するレーザー溶接システムを提供する。
【００１１】
好ましくは、上記レーザー溶接システムは、第１上部支持台と、第２上部支持台と、該第１上部支持台と上記第１クランピング部材との間に備えつけられ、上記第１クランピング部材が第１鋼板を固定するときには膨張する第１エアーバッグと、該第２上部支持台と上記第２クランピング部材との間に備えつけられ、上記第２クランピング部材が第２鋼板を固定するときには膨張する第２エアーバッグとを更に具備する。
【００１２】
好ましくは、上記レーザー溶接システムは、上記第１上部支持台に設けられ溶接の完結の後、上記第１クランピング部材を第１鋼板から分離するための第１エアーシリンダーと、上記第２上部支持台に設けられ、溶接の完結の後、上記第２クランピング部材を第２鋼板から分離するための第２エアーシリンダーとを更に具備する。
【００１３】
上記レーザー溶接システムは、上記アンビルが第２鋼板を第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置に移動させることができるように、上記アンビルを第1鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる手段を更に具備する。
【００１４】
上記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合されて溶接される位置側に移動させる手段は、下部支持台と、第３ヒンジに結合されており一方の側がアンビルに固定された旋回部材と、該下部支持台と該旋回部材の間に備えつけられ上記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる場合には膨張して該旋回部材を旋回させる第３エアーバッグとを具備する。
【００１５】
好ましくは、上記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる手段は、上記下部支持台に設けられて、溶接の完結の後， 上記アンビルを元の位置に移動させるための第３エアーシリンダーを更に具備する。
【００１６】
好ましくは、溶接の完結の後、上記第３エアーバッグは収縮し、上記第３エアーシリンダーは上記旋回部材の一方の側を押して上記アンビルを元の位置に移動させる。
【００１７】
好ましくは、上記第１クランピング部材は作動時にも曲がらない程度に厚い所定の第１厚さに形成されており、上記第２クランピング部材は作動時に曲がることができ弾性力が作用できる程度に薄い所定の第２厚さに形成されている。
【００１８】
好ましくは、上記第１及び第２クランピング部材の第１及び第２鋼板とそれぞれ結合する部分は、鋸刃形状になっている。
【００１９】
好ましくは、上記アンビルの一部は、アンビルが第２鋼板を第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置に移動させるとき第２鋼板がアンビルから滑らないように鋸刃形状になっている。
【００２０】
好ましくは、上記第１クランピング部材、上記第２クランピング部材、及び上記アンビルは、多数備えつけられている。
【００２１】
（発明の実施の形態）
以下、本発明の好ましい実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の１実施例によるレーザー溶接システムを示す側面図である。図２及び図３は、図１に図示されたレーザー溶接システムによって製作される溶接物を示す平面図及び側面図である。
【００２３】
図１を参照する。本発明によるレーザー溶接システムは、溶接フレーム（１１０）、第１クランピング部材（１２０）、 第２クランピング部材（１３０）、アンビル（１４０）、及びレーザー溶接ヘッド（１５０）を具備する。
【００２４】
溶接フレーム（１１０）の上には、溶接される第１鋼板（Ａ）が搭載される。第１クランピング部材（１２０）は、溶接フレーム（１１０）の上に搭載された第１鋼板（Ａ）を固定する役割をし、溶接フレーム（１１０）の上に設けられる。
【００２５】
少なくとも一つの第２クランピング部材（１３０）が、第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置に近接して溶接される第２鋼板（Ｂ）を固定するために設けられる。
【００２６】
アンビル（１４０）の上には、第２鋼板（Ｂ）が搭載され、アンビル（１４０）は第２鋼板（Ｂ）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置に移動させる機能を行う。
【００２７】
上記溶接される位置に結合された第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）は、レーザー溶接ヘッド（１５０）によって溶接される。
【００２８】
上記レーザー溶接システム（１００）は、第１上部支持台（１２２）と、 第２上部支持台（１３２）と、第１エアーバッグ（１２４）と、第２エアーバッグ（１３４）とを更に具備する。
【００２９】
第１エアーバッグ（１２４）は、第１上部支持台（１２２）と第１クランピング部材（１２０）の間に備えつけられる。第１エアーバッグ（１２４）は、第１クランピング部材（１２０）が第１鋼板（Ａ）を固定するときには膨張して、第１クランピング部材（１２０）を旋回させる。
【００３０】
第２エアーバッグ（１３４）は、第２上部支持台（１３２）と第２クランピング部材（１３０）との間に備えつけられる。第２エアーバッグ（１３４）は、第２クランピング部材（１３０）が第２鋼板（Ｂ）を固定するときには膨張して、第２クランピング部材（１３０）を旋回させる。
【００３１】
上記レーザー溶接システム（１００）は、第１エアーシリンダー（１２６）と第２エアーシリンダー（１３６）とを更に具備する。
【００３２】
第１エアーシリンダー（１２６）は、第１上部支持台（１２２）に設けられて、溶接の完結の後、第１クランピング部材（１２０）を第１鋼板（Ａ）から分離する役割をし、第２エアーシリンダー（１３６）は、第２上部支持台（１３２）に設けられ、溶接の完結後、第２クランピング部材（１３０）を第２鋼板（Ｂ）から分離する役割をする。
【００３３】
第１クランピング部材（１２０）は、第１ヒンジ（１２８）に結合されており、溶接の完結後、第１エアーシリンダー（１２６）が第１クランピング部材（１２０）の一方の側を押して、第１クランピング部材（１２０）を第１鋼板（Ａ）から分離する。
【００３４】
また、第２クランピング部材（１３０）は、第２ヒンジ（１３８）に結合されており、溶接の完結後、第２エアーシリンダー（１３６）が第２クランピング部材（１３０）の一方の側を押して、第２クランピング部材（１３０）を第２鋼板（Ｂ）から分離する。
【００３５】
上記レーザー溶接システム（１００）は、アンビル（１４０）が第２鋼板（Ｂ）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置に移動させられるようにするために、アンビル（１４０）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置側に移動させる手段を更に具備する。
【００３６】
上記アンビル（１４０）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置側に移動させる手段は、下部支持台（１４２）と、旋回部材（１４３）と、第３エアーバッグ（１４４）とを具備する。
【００３７】
旋回部材（１４３）は、第３ヒンジ（１４８）に結合されており、一方の側がアンビル（１４０）に固定されている。第３エアーバッグ（１４４）は、下部支持台（１４２）と旋回部材（１４３）との間に備えつけられる。第３エアーバッグ（１４４）は、アンビル（１４０）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置側に移動させる場合には膨張して、旋回部材（１４３）を旋回させる。
【００３８】
上記アンビル（１４０）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置側に移動させる手段は、下部支持台（１４２）に設けられ、溶接の完結後、アンビル（１４０）を元の位置に移動させるための第３エアーシリンダー（１４６）を更に具備する。
【００３９】
溶接が完結すれば第３エアーバッグ（１４４）は収縮し、 第３エアーシリンダー（１４６）は旋回部材（１４３）の一方の側を押してアンビル（１４０）を元の位置に移動させる。
【００４０】
図４は、図１に図示されたレーザー溶接システムの一部を詳しく示す側面図である。
【００４１】
図１及び図４を参照する。図２及び図３に図示した第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）は、それぞれ溶接フレーム（１１０）とアンビル（１４０）の上に左右方向から水平に移送される。第１及び第２エアーバック（１２４，１３４）にエア−が充填されると、第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）は、第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）をそれぞれ固定する。また、第３エアーバッグ（１４４）にエアーが充填されると、アンビル（１４０）が作動し、第２鋼板（Ｂ）を第１鋼板（Ａ）に堅固に結合させる。
【００４２】
本発明の好ましい実施例によると、先ず第１鋼板（Ａ）が溶接フレーム（１１０）上に搭載されて固定され、次に第２鋼板（Ｂ）がアンビル（１４０）上に搭載されて固定される。これは、移送装置（図示しない）と第１及び第２エアーバック（１２４，１３４）の作動によって作動する第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）の作動によって行われる。
【００４３】
図４を参照する。第１クランピング部材（１２０）は、作動時にも曲がらない程度に厚い所定の第１厚さに形成されている。第２クランピング部材（１３０）は、作動時に曲がることができ弾性力が作用できる程度に薄い所定の第２厚さに形成されている。
【００４４】
図４に図示するように、第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）の第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）とそれぞれ結合する部分は、鋸刃形状になっている。
【００４５】
この鋸刃形状は、第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）が第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）を固定するときの第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）の滑り（Ｓｌｉｐｐｉｎｇ）現象を妨げ、第１及び第２鋼板（Ａ，Ｂ）の結合をより容易にする。
【００４６】
また、図４に示すように、アンビル（１４０）の一部も鋸刃形状からなっている。これは、アンビル（１４０）が第２鋼板（Ｂ）を第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とが結合され溶接される位置に移動させるときに、第２鋼板（Ｂ）がアンビル（１４０）から滑らないようにするためである。
【００４７】
従って、第１鋼板（Ａ）と第２鋼板（Ｂ）とを結合するとき第２鋼板（Ｂ）が滑らないように密接に結合が行われ、第１及び第２クランピング部材（１２０、１３０）とアンビル（１４０）の作動で、第１及び第２鋼板（Ａ、Ｂ）が結合された結合部のギャップが最少化される。
【００４８】
図５は、図１に図示されたレーザー溶接システムの第２クランピング部材とアンビル（１４０）の作動を説明するための側面図である。
【００４９】
図５に示すように、第１クランピング部材（１２０）の作動によって、先ず第１鋼板（Ａ）が溶接フレーム（１１０）の上に固定され、次に第２鋼板（Ｂ）が第１鋼板（Ａ）に結合される。第２クランピング部材（１３０）が作動する前には、第２クランピング部材（１３０）は第２鋼板（Ｂ）とα角を維持している。
【００５０】
次に、第２エアーバッグ（１３４）の作動によって第２クランピング部材（１３０）が作動し、旋回部材（１４３）の旋回によってアンビル（１４０）が作動すれば、第２クランピング部材（１３０）は第２鋼板（Ｂ）とβ角を維持し、該β角は上記α角より小さくなる。この際、第２クランピング部材（１３０）は弾性変形する。
【００５１】
図６は、本発明の他の実施例によるレーザー溶接システムによって製作される溶接物の側面図である。図７は、本発明の他の実施例によるレーザー溶接システムによって製作される溶接物の接合状態を示す側面図である。
【００５２】
図７に示すように、本発明の好ましい実施例によれば、第１クランピング部材（１２０）と、第２クランピング部材（１３０）と、アンビル（１４０）とは、それぞれ多数備えつけられている。従って、結合される位置によって、それぞれ異なる第１クランピング部材（１２０）、第２クランピング部材（１３０）、及びアンビル（１４０）が作動する。
【００５３】
図６を参照する。逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）を他の鋼板（Ｇ）に突合わせ溶接をするためには、先ず鋼板（Ｄ，Ｅ）を鋼板（Ｆ）に溶接させる。従って、逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）には溶接線（Ｒ２，Ｒ３）が存在し、鋼板（Ｄ，Ｅ，Ｆ）を鋼板（Ｇ）に溶接する場合、溶接線は（Ｒ５）及び（Ｒ６）にならなければならない。
【００５４】
しかし、実際には 逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）の溶接時に、ねじれ（Ｔｏｒｓｉｏｎ）現象が発生し、溶接線がＨになる場合が多い。このような場合には、突合わせ溶接の遂行時、結合部のギャップのために溶接が十分に行えないようになる。
【００５５】
一般的に、レーザー溶接は結合部のギャップが０．１ｍｍ未満であるときだけ効果的に溶接が可能であり、そうでないときには不良になる場合が多い。 従って、 上記結合部のギャップは、溶接時、 必ず除去されなけばならない。
【００５６】
このような問題点を解消するために、 逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）のＨで示された部分を再び精密に切断した後、 逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）と鋼板（Ｇ）を溶接する技術が開示されているが、これは面倒でまた設備が複雑になる短所がある。
【００５７】
しかし、 本発明によるレーザー溶接装置によれば、 多数の第２クランピング部材（１３０）と多数のアンビル（１４０）の作動により、上記問題点が解消される。
【００５８】
即ち、 先ず、 多数の第１クランピング部材（１２０）で鋼板（Ｇ）を溶接フレーム（１１０）上に固定した後、 多数の第２クランピング部材（１３０）と多数のアンビル（１４０）を作動させると、逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）と鋼板（Ｇ）の間の結合部にギャップが存在しなくなる。 これは、ギャップが大きい所に位置するアンビル（１４０）がより多く進み、これに相応する第２クランピング部材（１３０）がより多く弾性変形し、ギャップをなくすことにより可能となる。 勿論、ギャップが小さい所ではアンビル（１４０）の進行はより小さく、第２クランピング部材（１３０）の弾性変形もより小さくなる。
【００５９】
実験によると、 本発明によるレーザー溶接システムは、上記ギャップが３ｍｍ以上である場合にも効果的に溶接を行うことができた。 従って、 本発明によるレーザー溶接システムは、テーラードブランクを製作する技術において、画期的なものである。
【００６０】
本発明は、逆コ字形鋼板（Ｄ、Ｅ，Ｆ）のみならず垂直鋼板を多数有する鋼板にも適用可能であり、 図７は、このような場合の第１クランピング部材（１２０）及び第２クランピング部材（１３０）の位置を良く示している。
【００６１】
（発明の効果）
上述のとおり、 本発明のレーザー溶接システムによると、各種産業構造物に使用されるテーラードブランクの溶接時、 エアーバッグの駆動力を基にクランピング部材とアンビルの作動により結合面のギャップを最少化させることにより溶接部の結合面が一層安定化し、溶接がより迅速かつ容易であると同時に溶接部の品質を改善して構造物の全体の信頼性を向上させることができる。 また、設備ラインが単純であるので製作費を節減することができ、溶接時間を短縮することもできる。
【００６２】
上記では、本発明の好ましい実施例を、図を参照して説明したが、該当技術分野の熟練された当業者は、前記の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させ得ることを理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例によるレーザー溶接システムを示す側面図である。
【図２】図１に図示されたレーザー溶接システムによって製作される溶接物の平面図である。
【図３】図１に図示されたレーザー溶接システムによって製作される溶接物の側面図である。
【図４】図１に図示されたレーザー溶接システムの一部を詳細に示す側面図である。
【図５】図１に図示されたレーザー溶接システムの第２クランピング部材とアンビルの作動を説明するための側面図である。
【図６】本発明の他の実施例によるレーザー溶接システムによって製作される溶接物の側面図である。
【図７】本発明の他の実施例によるレーザー溶接システムによって製作される溶接物の接合状態を示す側面図である。
Claims (10)
- 溶接される第１鋼板を搭載するための溶接フレームと；
該溶接フレームの上に搭載された該第１鋼板を固定するために、該溶接フレームの上方に設けられる少なくとも一つの第１クランピング部材と；
該第１鋼板と結合され溶接される第２鋼板を溶接する位置で、第２鋼板を固定するために設けられる少なくとも一つの第２クランピング部材と；
該第２鋼板が搭載され、該第２鋼板を上記溶接する位置に移動させるアンビルと；
上記溶接する位置で、該第１鋼板と該第２鋼板を溶接するためのレーザー溶接ヘッドとを具備し、
前記アンビルが前記第２鋼板を第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置に移動させられるように、前記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる手段を更に具備し、
前記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる手段が、下部支持台と、第３ヒンジに結合されており、一方の側がアンビルに固定された旋回部材と、該下部支持台と該旋回部材の間に備えつけられ、前記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる場合には膨張して該旋回部材を旋回させる第３エアーバッグとを具備することを特徴とする、レーザー溶接システム。 - 第１上部支持台と、第２上部支持台と、該第１上部支持台と前記第１クランピング部材の間に備えつけられ、前記第１クランピング部材が第１鋼板を固定するときには膨張する第１エアーバッグと、該第２上部支持台と前記第２クランピング部材の間に備えつけられ、前記第２クランピング部材が第２鋼板を固定するときには膨張する第２エアーバッグとを更に具備することを特徴とする、請求項１記載のレーザー溶接システム。
- 前記第１上部支持台に設けられ、溶接の完結後、前記第１クランピング部材を前記第１鋼板から分離するための第１エアーシリンダーと、前記第２上部支持台に設けられ、溶接の完結後、前記第２クランピング部材を前記第２鋼板から分離するための第２エアーシリンダーとを更に具備することを特徴とする、請求項２記載のレーザー溶接システム。
- 前記第１クランピング部材は第１ヒンジに結合されており、溶接の完結後、前記第１エアーシリンダーが前記第１クランピング部材の一方の側を押して第１鋼板から第１クランピング部材を分離させ、前記第２クランピング部材は第２ヒンジに結合されており、溶接の完結後、前記第２エアーシリンダーが前記第２クランピング部材の一方の側を押して第２鋼板から第２クランピング部材を分離させることを特徴とする、請求項３記載のレーザー溶接システム。
- 前記アンビルを第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置側に移動させる手段が、前記下部支持台に設けられ、溶接の完結後、前記アンビルを元の位置に移動させるための第３エアーシリンダーを更に具備することを特徴とする、請求項１記載のレーザー溶接システム。
- 溶接の完結後、前記第３エアーバッグは収縮し、前記第３エアーシリンダーは前記旋回部材の一方の側を押して前記アンビルを元の位置に移動させることを特徴とする、請求項５記載のレーザー溶接システム。
- 前記第１クランピング部材は作動時にも曲がらない程度に厚い所定の第１厚さに形成されており、前記第２クランピング部材は作動時に曲がることができ弾性力が作用できる程度に薄い所定の第２厚さに形成されていることを特徴とする、請求項１記載のレーザー溶接システム。
- 前記第１及び第２クランピング部材の第１及び第２鋼板とそれぞれ結合する部分が、鋸刃形状になっていることを特徴とする、請求項１記載のレーザー溶接システム。
- 前記アンビルの一部が、アンビルが第２鋼板を第１鋼板と第２鋼板とが結合され溶接される位置に移動させるとき、第２鋼板がアンビルから滑らないように鋸刃形状になっていることを特徴とする、請求項１記載のレーザー溶接システム。
- 前記第１クランピング部材、前記第２クランピング部材、及び前記アンビルが、多数備えつけられていることを特徴とする、請求項１記載のレーザー溶接システム。
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