JP3581131B2 - レーザー溶接システム - Google Patents
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Description
(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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