KR100197855B1 - 자성 시트 연부의 자동정렬장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

접촉하는 가장자리들을 따라 연결될 2개 이상의 약간 자성을 띤 시이트들의 인접 가장자리들을 자동적으로 정렬시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 이 장치는 바람직하게는, 상기 인접 가장자리들이 대략 접촉하여 배치되고 소정의 인접한 접합선을 따라 대체적으로 정렬된 채 서로에 대해 사실상 평면으로 정렬되는 상태로 상기 자석 시이트들을 정렬시키는 지지체들을 포함한다. 시이트들중 적어도 하나는 다른 시이트에 대하여 상기 지지체들상에서 이동가능하게 유지된다. 더 바람직하게는, 이 정렬 장치는 지지된 시이트들중 하나의 인접 가장자이를 따라 유효 북극을 형성함과 동시에 다른 시이트의 대면하는 인접 가장자리를 따라 유효 남극을 형성하는 전자석 기구를 포함한다. 이들 반대의 극들에 의해 시이트들의 인접한 가장자리들 사이에, 그 가장자리들의 길이를 따라 긴밀하게 접촉하도록 그 가장자리들을 자동적으로 끌어당겨 정렬시키는 자력이 발생된다. 긴밀하게 접촉하도록 정렬된때, 모든 시이트는 더 이상 움직이지 못하게 구속되어 최적의 용접 과정이 완료될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

Description

자성 시트 연부의 자동 정렬 장치 및 방법

제1도는 본 발명에 따라 제조된 양호한 정열 장치의 부분단면도.

제1a도는 본 발명의 자동 정렬 특징의 적용을 도시한 도면.

제2도는 본 발명에 따라 제조된 다른 양호한 정렬 장치의 실시예에 대한 투시도.

제3도는 종래의 전단 기법에 의해 대향의 연부가 절단된 한쌍의 시트의 인접 연부에 대한 부분사시도.

제4도는 레이저 용접법에 의해 절단된 접합 시트의 대향 중앙 연부의 부분사시도.

제5도는 특수 용접을 위한 용접 스플레터 홈이나 트로프를 갖는 본 발명의 4극 3코일 전자석의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 110 : 정렬 장치 15, 16, 115, 116 : 시트

29, 429 : 코어 33, 43 : 코일

35, 135 : 전원 39 : 조정 장치

45 : 절연체 139 : 제어부

165 : 레이저 절단 장치 180, 430 : 전자석

170 : 정지 장치

본 발명은 대향 연부를 따라 연결될 2개 이상의 약자성 시트의 대향 연부(edge)를 자동으로 정렬하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 공통의 접합선(seam line)을 따라 고에너지 레이저나, 전자빔 또는 플라즈마 아크 용접 장치를 사용하여 맞대기 용접될 강철이나 이와 유사한 재질로 이루어진 2개 이상의 시트의 대향 연부를 자동으로 밀착정렬시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

다양한 강 처리 및 제조에 있어서, 강철이나 합금 등으로 제조된 스트립이나 시트를 대향 연부를 따라 용접하여 서로 연결할 필요가 있으며, 이러한 연결은 통상적인 시임 용접 공구와, 맞대기 용접 공구, 아크 용접 장치, 고에너지 레이저, 전자 빔 또는 아크 용접 장치를 사용하여 이루어졌다.

시임용접에 의해 연결된 시트의 품질이 최종 조립체의 미소구조 특징과 기계적 특성에 직접적으로 영향을 끼치는 것으로 판명되었다. 따라서, 오늘날의 진보된 기술에 있어서는 그러한 용접의 품질을 최적화하는 것이 절대적으로 필요하게 되었다. 특히, 용접의 품질은 결과적으로 제조된 재료의 미소 구조, 미소 경도, 장력 특성, 변형성, 피로 강도 및 파괴 인성에 영향을 미치는데, 이들은 모두 연결공정과 생산된 연결 부재의 전반적인 가치에 영향을 끼치는 것들이다. 간단히 말해, 기계적인 용접 특성은 가능한한 용접될 기초 금속의 기계적 용접 특성과 유사해야만 한다는 것이다. 한편 연결될 시트들은 동일한 재질로 제조될 필요는 없으며, 보통 그렇지도 않다는 것을 인식해야 한다. 또한, 연결될 재질의 시트는 대향하는 인접 연부를 정합하거나 고정(fit-up)하므로써 최적의 용접 시임을 보장할 수 있는데, 특히 작게 집속된 레이저 빔의 스폿 크기로 인해 매우 좁은 틈이 시임을 따라 유지되어야만 하는 고속 레이저 용접에서 더욱 그러하다. 균일한 용접 윤곽은 용접이 이루어질 때 대부분 인접 연부 사이의 간극 폭 및 고정에 의해 결정된다.

강철 스트립 등의 맞대기 용접은 1986년 11월 18일로 엠.아이하라에 허여된 미국 특허 제4,623,777호에 기술된 것과 같은 다양한 장치의 작동에 의해 이루어진다. 특히, 상기 '777 특허는 용접될 강철 부재의 대향 연부를 맞대인 위치에 유지하기 위해 입구 클램프와 출구 클램프를 사용할 것을 기술하고 있다. 하나의 클램프는 강철 스트립의 맞대인 연부 사이의 틈이 조정되도록 나머지 클램프에 대해 이동가능하다. 그러나, 연결될 스트립을 기계적으로 클램프하는 것은 상대적으로 복잡한 일이며, 연결될 시트가 큰 경우에는 효과적이지 못하다. 고속인 경우, 기계적 클램핑 구조는 시트이나 용접 장치의 이동을 방해할 수도 있다. 또한 '777 특허는 연결될 부분의 대향 연부가 불균일하다는 문제점과, 종래의 경사진 전단기 및 이와 유사한 트리밍 장치에 의한 가변의 간극 폭에 대해 서술하고 있다.

1988년 8월 23일자로 에이. 우오모티에 허여된 미국 특허 제4,765,532호에도 연결될 연속 스트립의 대향 단부를 클램프하기 위한 기계적인 클램프 수단이 서술되어 있다. 상기 '532 특허는 각각의 스트립들이 서로에 대해 맞대이도록 가동 테이블이 고정 테이블 쪽으로 이동될 때, 양 스트립의 대향 연부 사이의 틈의 가변성이 최소화되도록 양 스트립의 대향 연부를 가공처리하기 위한 가동 테이블과 함께 부착된 보정 가공수단을 부가로 포함한다. 그러나, '777 특허에서처럼 '532 특허의 기계적인 클램핑 구조물은 상대적으로 대형이고 강제적이기 때문에 결과적으로 연결 공정을 비효과적으로 만드는 경향이 있다.

레이저 맞대임 용접에서 발생하는 고정 또는 정합 문제점을 인식하여 1986년 3월 13일로 시. 샤프에 허여된 미국 특허 제4,577,088호는 버어를 용접선에서 멀리 위치시키기 위해 작업부재의 대향측들이 맞대임 처리시 기울어지는 것을 서술하고 있다. '088 특허의 작업부재는 원통형 부재로 형성되어 캔의 몸체 등에 시임 용접된 단일 부재이다. 작업부재의 연부들은 작업부재 둘레에 배치된 기계적 클램프 수단을 통해 인가된 접선 방향의 힘을 가하므로써, 용접중 서로를 향해 가압된다. 레이저 맞대임 용접을 위한 '088 특허의 방법은 캔 몸체나 이와 비슷한 원통형 물체를 성형하는 것으로 한정되며, 복잡한 기계적인 클램프 장치를 사용한다는 그 고유의 불완전함을 내포하고 있다. 또한 작업부재의 경사 방향은 맞대임 연결 과정에 요구되는 보다 일반적인 평평한 부분에 광범위하게 적용할 수 없다.

1988년 3월 29일로 제이. 스텀에 허여된 미국 특허 제4,733,815호는 고정 용접 장치를 사용하여 맞대기 용접될 시트들을 연속적으로 공급할 수 있도록 서로에 대해 정확하게 각이진 상이한 이송판상의 시트를 안내하는 과정을 서술하고 있다. 그러나 '815 특허에 따른 장치는 연속적인 재료 공급이 가능한 용도엔 사용할 수 있지만, 작은 부품들이 비연속적인 방법으로 시임 용접되는 맞대기 용접에는 쉽게 적용될 수 없다. 또한 '815 특허는 용접 장치에 대향 시트이나 스트립의 위, 아래에 정렬될 큰 파지 로울러의 사용을 필요로 한다. 이와 유사하게, 1982년 10월 12일 시. 닐센에 허여된 미국 특허 제4,354,090호에 서술된 Z-바 안내장치는 시트가 Z-바의 방출 단부를 향하여 연속적으로 공급될 때, 시트의 대향 연부를 같이 안내하는 대향 배치된 채널을 제공한다. 상기 채널은 시트가 Z-바 장치를 통해 길이방향으로 이동할 때 점진적으로 인접하게 되는 시트 연부를 제공하도록 서로를 향해 경사져서 수렴된다.

엔.파울에 허여된 미국 특허 제4,436,980호 및 제4,443,686호와 케이. 마작에 허여된 미국 특허 제4,714,818호에 서술된 바와 같이, 아크 용접에는 자기 장치가 사용되었으며, 특히 인접한 관 부분 등에 적용될 용접 시임의 외주 근처의 용접 아크를 제어한다. 또한, 용접될 자기 시트에 억제력(hold-down)을 제공하기 위해 자석이 사용되었다. 특히, 1971년. 6월. 1일자로 제이. 모렐리에 허여된 미국 특허 제3,582,609호는 결합될 스트립의 인접 단부를 파지하기 위해 프레임의 어느 한쪽 측면상에 설치된 기부 장착식 전자기 클램프가 서술되어 있다. 상기 '609 특허의 자기 클램프는 고정될 재료의 하부에 놓인 자기 베드판과 상기 전자석을 사용하기 때문에, 고정될 재료는 자성이 아니어도 무방하다. 그러나, '609 특허의 자기 클램프들은 용접 회로내의 인덕턴스 변화를 방지하기 위해 용접 영역에서 이격되어 있고, 클램프와 용접 영역 사이에서 스트립의 비틀림이 발생되지 않도록 기계적인 돌출형(nose) 클램프 장치를 사용해야 한다. 따라서, '609 특허의 클램프 장치는 상당히 복잡하고 제한적이다.

1972. 10. 31일자로 더블유. 로더에 허여된 미국 특허 제3,701,881호에서는 전자기 코일과 비자성 재료가 삽입된 철제 코어를 포함하는 전자기 고정판을 사용하였다. 고정판의 상부측을 향하는 전자기 코일 부분은 용접 아크와의 간섭을 방지하기 위해 비자성 재료로 피복되었다. 이러한 자기 억제 장치는 산업 분야에서 널리 사용되는 기계적인 클램핑 장치보다는 덜 복잡하지만, 지금까지는 복잡한 기계적인 구조물을 사용하거나, 시트를 연속으로 공급하거나, 또는 결합될 시트의 인접 연부를 따라 밀착접촉시키기 위해 복잡한 가동부를 필요로 하지 않고, 함께 맞대기 용접될 2개 이상의 판들의 인접 연부를 자동으로 조정하여 정렬시킬 수 있는 간단한 장치를 이용할 수 없었다.

본 발명의 목적은 밀착접촉되어 결합될 2개 이상의 자기 시트의 인접 연부를 맞대어서 자동으로 정렬하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상술한 문제점과 클램프와 억제 기구 및 본 기술분야에서 사용되어온 정렬 장치의 단점을 해소할 수 있는, 결합될 시트의 대향 연부를 자동으로 정렬하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복잡한 기계적 장치를 필요로 하지 않으며 간단하고 효율적이며, 접촉 연부를 따라 결합될 시트 재료의 인접 연부를 자동으로 정렬하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 레이저로 절단 및 용접하기 위해 인접한 시트의 대향 연부를 정렬시킬 수 있고, 절단 및 용접 공정을 연속해서 실행하기 위해 상기 시트를 자동으로 정렬하도록 연속작동될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 접촉 연부를 따라 결합될 2개 이상의 약자성 시트의 인접 연부를 자동으로 정렬하는 장치가 제공된다. 이러한 장치는 인접한 접합선을 따라 자기 시트를 접촉된 상태의 중앙 연부에 대해 서로 평탄하게 정렬하는 지지부를 포함한다. 하나 이상의 시트는 다른 시트에 대해 이동가능하게 지지된다. 정렬 장치는, 지지된 시트중 하나의 인접 연부를 따라 N극을 발생시키고 이와 동시에 다른 시트의 대응 인접 연부를 따라 S극을 발생시키는 전자석을 부가로 포함한다. 이러한 대향의 극들은 시트의 대향 연부 사이에 자기 인력을 발생시키며, 이러한 인력에 의해 상기 연부는 자동으로 견인되어 그 길이방향을 따라 밀착 접촉된다. 일단 밀착접촉되어 정렬되면, 모든 시트는 더 이상의 이동이 억제되므로 최적의 용접 과정이 수행될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

2개 단위의 숫자가 동일한 번호(예를 들어, 12, 115, 215, 315)는 도면 전반에 걸쳐 대응의 요소를 표시한다. 제1도는 본 발명의 자동 정렬 장치의 양호한 실시예이며, 제2도는 레이저 절단 및 용접 장치와 함께 사용하기 위한 자동 정렬 장치의 양호한 실시예이다.

제1도는 본 발명의 정렬 장치(10)를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 정렬 장치(10)는 서로 이격된 직립의 극(31, 32)을 포함하는 전자석(30)으로 구성된다. 상기 전자석(30)은 고투자성 코어 재료로 제조된 코어(29)를 포함하며, 상기 이격된 극(31, 32)은 갭(G)에 형성되어 있는 연속한 접합선을 따라 그 접촉 연부를 따라 접속될 2개 이상의 자성 시트(15, 16)의 인접 연부(17, 18)에 각각 걸쳐있도록 배치된다. 특히, 2개 접촉 시트를 연결시킬 연속한 접합선은, 극(31, 32)사이의 중심에 정렬될 것이며, 이에 대해서는 정렬 장치(10)의 작동에 관한 서술시 상세하게 기술될 것이다.

도시된 바와 같이, 직립 극(31, 32)은 그 대향 연부(17, 18)에 가까운 시트를 지지하기 위한 수단으로 작용한다. 약자성 및 자성 등과 같은 용어는, 연 자성, 강자성 및 페리-자성 재료를 포함하는 자속선을 의미하는 것이지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 적용성을 제한하는 것으로 해석되지는 않지만, 연결되거나 용접될 시트 재료의 두께는 전형적으로 약 0.127 내지 12.7mm(0.005인치 내지 0.5인치) 범위를 갖는다.

도시된 바와 같이, 시트(15, 16)에 대한 지지체로서 부가적인 시트 지지체[예를 들어, 지지체(46)]가 제공될 수도 있다. 정렬 장치(10)는 작업대나 표면(20)에 장착되었으며, 작업대(20) 및 주변 환경으로부터 전자석(30)에 의해 생성될 자기장을 분리시키기 위해 비자성 절연체(45)가 제공된다. 튼튼한 비자성 절연체 재료(예를 들어, 사우스캘리포니아, 햄프톤, 미카르타 소재의 웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션에 의해 상용화된 MICARTA)도 사용될 수 있다.

여자 코일(33)은 극(31, 32)과 기능적으로 관련되어 있으며, 이는 전력선(34)과 스위치(36)를 거쳐 전원(35)(예를 들어, DC 전원)에 연결된다. 코일(33)에 대한 전류의 인가와 스위치(36)를 제어하기 위한 예시적인 수단으로서 전원(35)을 위한 제어부(39)가 도시되었다. 상기 제어부(39)는 필요에 따라 수동 개폐식 스위치, 가감 저항기 제어부, 또는 보다 복잡한 프로그램 제어 시스템 형태를 취할 수도 있다.

도시된 바와 같이, 제1시트(15) 및 제2시트(16)는 각각의 인접 연부(17, 18)가 서로에 대해 인접하여 배치되는 상태인 평탄 관계로 지지된다. 보조지지 포스트(46)의 높이(H)는, 정렬 및 연결 과정을 위한 연부-대-연부 관계로 시트(15, 16)를 함께 밀착접촉시키기 위해 적절한 크기의 전자석(30)이 선택될 수 있도록, 이러한 접촉 관계는 일련의 반복을 통해 특정의 배열로 균일하게 유지하는 것이 바람직하다. 인접 연부(17, 18) 사이의 틈(G)이 각각의 적용 사이에서 약간 변하는 반면, 시트(15, 16)를 함께 밀착접촉시키기 위해 적절한 크기의 전자석(30)이 선택될 수 있도록, 이러한 접촉 관계는 일련의 반복을 통해 특정의 배열로 균일하게 유지하는 것이 바람직하다. 인접 연부(17, 18) 사이의 틈(G)은 수천분의 일 인치의 범위내이고, 이는 각 시트의 수동 배치나 자동 배치 또는 로봇 배치를 통해 신속정확하고 용이하게 얻을 수 있다.

제1도에 도시된 바와 같이, 시트(15, 16)의 횡단길이(L) 특히, 인접 연부(17, 18)의 길이(L)의 조절을 위해, 다수의 전자석(30)은 그 전체 횡단길이를 따라 인접 연부(17, 18)의 벌어짐을 요구한다. 주문된 전자석(30)은 단일의 집적 유니트로서 완전한 횡단길이(L)를 수용할 수 있는 반면, 주문된 부품은 비용을 최소화시키고 보수유지 및 수리를 촉진에 대한 요구를 피할 것이 요구된다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 자동 정렬을 수행하기 위한 다른 장치도 전자석(30)으로 대체될 수 있다.

제1도에 도시된 바와 같이, 시트(15, 16)는 각각의 인접 연부(17, 18) 사이에 틈(G)을 갖는 접촉상태로 지지되고, 서로에 대해 평면상태로 설치된다. 대향접촉하는 연부(17, 18)는 그 횡단길이를 따라 극(31, 32) 사이에서 중앙에 위치된다. 고에너지 레이저, 전자 비임, 플라즈마 아아크 또는 이와 유사한 용접에 의해, 그 접합 연부를 따라 인접 시트를 연결시키기 전에, 대향하는 연부(17, 18)를 밀착정렬시키고, 최적 용접 시임을 보장하기 위해 그 사이의 틈(G)을 최소화시킬 필요가 있다. 이것이 바로 본 발명에 의해 자동적으로 수행될 수 있는 정렬이다.

자기 시트(15, 16)를 제1도에 도시된 바와 같이 지지할 때, 적절한 클램핑에 의해 시트중 어느 하나의 이동을 제한하는 것이 바람직하다. 제1도 및 제2도에 도시된 장치에서, 여자 코일(42) 및 그 관련된 극(31, 40)은, 필요할 경우 정렬 및 용접 과정동안 시트(16)를 정위치에 유지시키는데 이용될 수 있는 전자기 장치를 시트(16)의 하부면에 인접하여 제공한다. 특히, 코일(42)은 전원(35)으로부터의 전류 제공에 의해 그리고, 회로를 완성시키기 위한 스위치(37)의 폐쇄로 인해 작동된다. 제1a도에 도시된 바와 같이 코일(42)의 작동에 의한 자속은 극(40)의 적어도 한 부분을 분극(예를 들어, 유효 N극)시키는 반면에, 극(31)의 일부분이 반대로 분극(예를 들어, 유효 S극)되게 하므로써, 시트(16)와의 자기 인력을 생성시킨다. 코일(42)과 극(40)의 자기력과 전체 크기는 시트916)에 적절한 억제력을 인가하기 위해 측정될 수 있다. 이에 대해, 특정 용도에서는 충분한 억제력을 제공하기 위해 시트(16)의 횡단길이(L)를 따라 다수의 코일(42)과 그 대응의 극(40, 31)을 제공할 필요가 있다.

시트(16)의 운동을 제한하기 위한 임의의 수단(예를 들어, 기계적 클램프등)이 이용될 수 있을지라도, 시스템을 복잡하게 하고 효율 및 의존도를 감소시키는 경향이 있는 다중 가동부를 구비한 방해구조물을 최소화하고 단순성을 위해 자기 억제력을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 유효 N 및 S극(예를 들어, 영구 자석)을 생성시키기 위한 임의의 수단에 의해 본 발명에 서술된 자기력을 얻을 수 있을지라도, 자기장이 적절한 경우 정확한 제어를 위해 전자기 장치를 이용하는 것이 바람직하다.

중심여자 코일(33)은 전력선(34)을 통해 전원(35)으로부터 전류를 제공하고 회로를 완성하는 스위치(36)을 폐쇄하므로써 작동된다. 제1a도에 도시된 바와 같이, 코일(33)의 작동에 의한 자속은 극(31)의 일부가 분극이 되게 하며(예를 들어 유효 S극), 극(32)의 다른 일부는 반대로 분극된다(예를 들어 유효 N극). 또한 자기 코어(29)와 극(31, 32)의 구조는 생성된 유효 N 및 S극이 도시된 바와 같이 근접한 시트(15, 16)의 인접 연부의 전체 횡단길이(L)를 따라 연장되는 것이 바람직하다. 또한, 대향분극된 연부를 생성시키기 위한 수단은 일체형 장치로 제조될 필요는 없으며, 다수의 자기 구조물이 연속적으로 제공될 수도 있다. 코일(33)의 작동에 의해 생성되는 자속은 시트 중 하나[예를 들어, 시트(15)]의 인접 연부를 따라 유효 N극, 및 다른 시트[예를 들어, 시트(16)]의 대응의 인접 연부를 따라 유효 S극을 생성시킨다. 반대로 배치된 인접 연부(17, 18)를 따른 유효 N 및 S극의 생성은 적어도 약자성인 시트(15, 16)의 자기 영역구조가 각각의 상기 연부에 근접한 전자석(30)의 극에 대응하는 하전을 취하도록 한다. 따라서, 인접 연부(17)는 그 전체 길이를 따라 유효 N극이 되며, 인접 연부(18)는 제1도 및 제1a도에 도시된 바와 같이 유효 S극이 된다.

극(31, 32)의 N/S 관계는 코일(33)의 적절한 배치에 의해 용이하게 역전될 수 있다. 한 근접한 시트의 인접 연부를 따라 유효 N극, 및 다른 시트의 대응하는 인접 연부를 따라 유효 S극을 동시에 생성시킴으로써, 이들 인접 연부간의 자기 인력은 그 정체 횡단길이(L)를 따라 밀착정렬되어 접촉된 후 인접 연부를 자동으로 끌어당기고 밀려는 경향이 있으며, 이로 인해 갭(G)을 최소 거리(G')로 좁히고 연속한 접합선(SL)을 따른 용접을 위해 인접 연부(17, 18)를 최적 위치에 둔다. 시트(15, 16)는 코일(33)의 여자중 정렬 과정을 위해 이동이 제한될 필요는 없으나, 최종의 연속한 접합선을 설정 위치까지 양호하게 제한하기 위해 시트중 하나를 억제하는 것이 바람직하다. 제한될 시트의 예비 지지체를 조심스럽게 조절함으로써(예를 들어, 서술될 예비 정렬단계에 의해), 접합선의 위치는 비교적 균일하게 설정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 시트(16)는 코일(42)의 작동에 의해 이동이 제한되기 때문에, 인접 연부(17, 18)간의 자기 인력은 시트(15)가 제1a도의 화살표(M) 방향으로 시트(16)를 향히 이동시키려는 경향을 가질 것이다. 인접 연부(17, 18)를 따라 생성된 유효 자기 극은 시트(15)를 원래의 위치에 유지하려는 반대마찰력을 극복하기에 충분하며, 그 결과 인접 연부는 코일(33)의 작동시 즉시 그 전체 횡단길이(L)를 따라 서로 밀착접촉되어 자동적으로 정렬될 것이다.

시트(15, 16)의 인접 연부 사이에 일어나는 자기 인력은 시트(15)의 마찰력에 상반되는 운동을 극복하기에 충분치 않은 용도(예를 들어, 더 두꺼운 시트 재료가 결합되는 용도)에서, 그러한 마찰력을 감소시키기 위한 수단을 제공하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 마찰력을 감소시키는데 편리하고 효과적인 수단은, 시트(15) 및 구조물[즉, 극(32, 41) 및 지주(46)]에 진동력을 인가하므로써 제공될 수 있다. 일반적으로, 진동력은 작업 테이블(20)에 인가될 수 있는 반면에, 제1도 및 제1a도에 도시된 바와 같이 제3코일이나 우측의 외측 코일(43)에 교류를 인가하므로써, 진동력이나 마찰-감소력을 시트(15)에 적용시키는 것이 가장 편리하고 효과적인 것으로 밝혀졌다[즉, 전원(35)은 필요에 따라 직류나 교류를 공급할 수 있다]. 특히, 상술한 바와 같이 코일(42, 33)이 작동된 후, 우측의 외측 코일(43)은 교류로 작동될 수 있고, 이것은 극(32, 41)의 부분을 통해 교류 자속을 생성할 것이다. 이러한 교류 배열은, 시트(15)를 정지상태로 유지시키는 경향이 있는 마찰력을 감소시키는데 충분한 파열 자력을 창출하는 것으로 밝혀졌고, 이에 따라 시트(15, 16)의 인접 연부 사이의 자기인력이 촉진되어 그 길이를 따라 밀착접속된 인접 연부가 자동으로 정렬된다.

일단 인접 연부(17, 18)가 정렬 장치(10)에 의해 형성된 자기 인력에 의해 최적의 정렬을 이루기만 하면, 접합선(SL)을 따라 용접 처리가 확실히 성취될 수 있도록 시트(15)의 부가적 이동이 제한된다. 양호한 실시예에 있어서, 일단 시트가 상기와 같은 자기 인력에 의해 가깝게 접촉하면서 정렬되기만 하면, 코일(43)은 직류에 의해 작동되어 시트(15)를 정위치에 유지시키기 위한 자기 억제 장치를 제공할 수 있다. 특히, 직류에 의한 코일(43)의 작동은 대향의 분극(32, 41)을 효과적으로 생성시키므로 시트(15)의 부가적인 이동을 전자기적으로 제한할 것이다.

코일(43)을 그 억제 모드로 작동시킴에 따라, 코일(33)로의 전류는 시트(15, 16)가 그 연부(17, 18)를 따라 최적의 접촉관계를 유지할 때 코일(42, 43)에 의해 제공된 전자기 억제력에 의해 단락될 수 있다. 정렬 장치(10)의 최적의 성능을 위해서는 제1도 및 제1a도에 도시된 4극 3코일 전자기 장치를 제공하는 것이 양호하며, 코일(42, 43)에 의해 형성된 전자석 및 그 각각의 극은 독립적으로 제공되고 전자석(30)으로부터 이격될 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 하기에 서술되는 바와 같이, 부가적인 억제 자석 또는 다른 억제 장치가 본 발명의 정렬 장치(10)과 함께 사용될 수 있다. 특히, 전자석(30)은 단일의 2극 단일 코일 전자석이 사용될 수 있으며, 선택적으로 일련의 영구 자석이 각각의 인접 연부(17, 18)에 밀착정렬되어 그 연부를 따라 효과적으로 정반대로 하전된 N 및 S극을 창출하여 시트(15, 16) 사이의 필요 인력을 창출할 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예가 제2도에 도시되어 있다. 제1도 및 제1a도의 정렬 장치에 대응하는 제2도의 정렬 장치(110)는 작업 테이블(120)상에 장착되며, 도시된 바와 같이 선형으로 정렬되며 중아에 배치된 일련의 전자석(30)을 포함한다. 외측의 좌측 코일(142)와 외측의 좌측 코일(143)은 정렬 장치(10)에 관해 서술된 바와 같이 4극[즉, 극(131, 132, 140, 141)] 3코일[즉, 코일(133, 142, 143) 장치를 제공한다. 그러나 코일(143)은 직류 및 교류 용량을 갖는 독립적인 전원(160)에 연결된다. 이러한 방식에 의해 직류 및 교류 용량을 갖는 독립적인 전원(160)에 연결된다. 이러한 방식에 의해, 진동은 교류를 코일(143)에 인가하므로써 시트(115)에 적용될 수 있으며, 자기 억제력은 직류가 코일(143)을 작동시킬 때 시트에 공급될 수 있다.

보조 자기 억제 장치(180, 185)는 정렬 장치(110)의 일부로 도시되어 있다. 전자석(185)은 정렬 및 가공 단계중 시트(116)의 이동을 억제하는 자기 억제력을 제공하기 위해 코일(142) 및 극(140, 131)과 함께 코일(186)과 전력선(187)을 거쳐 제어된다. 마찬가지로, 보조 억제 장치(180)과 코일(181)은 전력선(182)을 통해 조절되므로써, 시트(115)의 운동 제한이 필요할 경우, 코일(143)과 극(132, 141)에 의해 부여된 억제력이나 제한력을 증가시킨다. 결합될 시트의 억제 용량은 상술한 바와 같이 양호한 반면, 본 발명의 자동 정렬 장치는 그 어느 시트도 정렬중의 이동이 제한될 것을 요구하지 않는다. 또한, 시트(16, 116) 각각의 예비 억제에 대해 서술되었지만, 이것은 단지 예시적이며, 시트(15, 115)의 예비 억제는 본 발명의 양호한 사용을 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

정렬 장치 또는 위치 저장장치(170)는 시트(115, 116)의 주변 연부를 위한 예비 정렬 안내 장치를 제공한다. 정지장치(170)는 단순히 시트(115, 116)를 배향하기 위한 수단으로 도시되었으므로, 그 근접 연부(117, 118)는 전자석의 극(131, 132) 사이에서 중심상부에 위치한 연속한 접합선(SL)을 따라 접촉된 상태로 있다. 접속상태로 시트(115, 116)를 예비정렬하기 위한 임의의 수단으로 정지장치(170)를 사용할 수도 있다. 정렬 장치(110)는 일반적으로 시트(115, 116)를 평면상태로 지지시키는 다수의 보조 시트 지지 칼럼(146)을 포함한다. 대부분의 경우, 전자 장치의 적당한 배치는 보조 지지 칼럼(146)없이 결합될 시트에 대한 충분한 지지를 제공할 것이다. 그러나, 보다 중량이 무겁거나 대형인 시트에 대해서는 지지 칼럼(146)이나 이와 유사한 지지 구조물을 제공하여 불필요한 마모나 파열로부터 자기 장치를 보호할 필요가 있다.

여러가지 전자석 코일의 연속적 활성화를 정확하게 자동적으로 조절하기 위해, 프로그램 가능한 제어부(139)가 사용되었다. 상기 제어부(139)는 시트(115, 116)의 연속적인 공급과 예비정렬을 조절할 뿐 아니라, 본 발명의 정렬 장치의 자동 정렬 및 억제 능력, 상술한 바와 같은 정렬 방법을 위한 자기 코일의 활성화, 결합된 시트 다음의 용접 제거 뿐 아니라 시임(S)을 따라 정렬된 시트(115, 116)를 결합하는 용접 장치(165)의 작동을 관찰 및 제어한다.

상술한 바와 같이, 고품질의 용접 접합, 특히 고속처리를 위해, 결합된 시트의 근접 연부 사이에 적절한 정렬을 보장하는 것이 중요하다. 그러나, 가장 좋은 배열 방법으로도, 시트의 근접 연부가 실질적으로 직선이 아니면 정렬된 근접 연부를 따라 간격에 있어 비교적 큰 변화가 존재할 수 있음을 이해해야 한다. 제3도는 각각, 인접 시트(215, 216)의 근접 연부(217, 218)를 도시하며, 본 기술분야에 공지된 통상의 전단 기술에 의해 절단된다. 통상의 전단 기술은 절단부를 따라 미세한 굴곡을 초래하는 경향이 있으며, 그러한 불규칙성은 접촉한 근접 연부 사이의 간격에서 바람직하지 않은 변화를 파생시킬 수 있다. 이러한 상황에서, 용접부의 상부나 바닥에서의 충전은 맞춤(fit-up)이나 간격 크기의 변화로부터 기인될 수 있고, 이때 최적의 정렬은 본 발명에 서술된 자동 시스템을 통해서 달성된다.

제4도에는 레이저 절단에 의해 제조된 인접 시트(315, 316)의 근접 연부(317, 318)가 도시되어 있다. 레이저 절단된 근접 연부는 양호한 맞춤과, 더 작은 간격과, 보다 균일하고 확실한 밀착 형태를 생성하는 것으로 판명되었다. 레이저 절단에 의해 제공되는 증가된 균일성은 고속으로 양호한 용접부를 획득을 촉진시킨다.

본 발명은 레이저 절단과 레이저 용접에 대해 시트(215, 216)를 자동적으로 정렬하도록 사용될 수 있다. 특히, 통상적인 전단 기술(제3도에 도시된 바와 같이)에 의해 절단된 시트는 제1도와 2도를 참조로 서술된 바와 같이 접촉될 수 있다. 제2도에 있어서, 코일(142)은 스위치(137)를 통해 전원(135)에 의해 작동되어 시트(216)의 이동을 자기적으로 억제시켰다. 이와 동시에 시트(216)의 자석억제를 증대시키기 위해 보조 자석(185)이 작동된다. 그후, 전자석(130)의 코일(133)을 작동시켜 시트의 한쪽 근접 연부를 따라 N극과, 다른 시트의 상응하는 근접 연부를 따라 작용하는 S극을 효과적으로 동시에 생성할 수 있다. 그 결과 근접 연부 사이의 자기 인력은 접합선(SL)을 제공하는 그 길이를 따라 연부(217, 218)를 밀착접촉하도록 자동 정렬시킬 것이다.

코일(143)은 시트(215)의 마찰력을 감소시켜서 시트(216)와의 친밀한 접촉을 촉진시키도록 교류에 의해 선택적으로 작동된다. 필요한 경우, 전자석(180)도 교류에 의해 작동되어 효과적인 부가 진동력을 제공함으로써 시트(215)상의 마찰력을 감소시킬 수 있음을 인식해야 한다. 연부(217, 218)의 밀착 정렬에 따라, 코일(143, 181)이 작동되어 상술한 바와 같이 시트(215)의 부가적 이동에 대한 자기 억제를 제공할 수 있다. 이때, 필요할 경우, 코일(133)에 대한 전력을 중단시킬 수 있다. 그후, 레이저 절단 장치(예를 들면 165)를 작동시켜 필요에 따라 인접 연부(217, 218)를 트리밍할 수 있다. 이러한 레이저 트리밍 조작에 따라, 코일(143, 181)로의 직류를 중단시킬 수 있으며, 필요하다면 코일(133)을 다시 작동시켜 트리밍된 연부(217, 218)를 자동정렬시킨다. 이런 정렬중, 코일(143, 181)은 교류에 의해 작동되어 시트(215)의 이동을 촉진시킨다. 그후, 직류에 의해 코일(143, 181)이 작동되어 시트(215)에 자기 억제력을 다시 제공하고 코일(133)로의 전류를 중단시킬 수 있다. 이때, 밀착정렬된 연부(217, 218)[즉, 접합선(SL)]에 따른 용접은 레이저 장치(165)나 이와 유사한 장치에 의해 실행될 수 있다. 레이저 절단과 레이저 용접은 단일의 레이저 장치에 의해서 보조 공기 및 압력을 적절히 조절함으로써 수행될 수 있는 것으로 공지되어 있다. 따라서, 본 발명의 자동 정렬 능력은 고속 트리밍 및 용접을 위한 정렬 방법의 효율과 신뢰성을 증가시키고 자동화하기 위한 각종 용도에 이용될 수 있다.

제5도는 레이저 용접기 등에 사용하기 위해 본 발명에 따라 제조된 4극 자기 장치의 단면도이다. 구투자성 코어(429)는 제1 및 제2극(431, 432)으로 형성될 수 있으며, 극(431, 432) 사이에 형성될 수 있으며, 극(431, 432) 사이에 형성된 굴곡된 용접 스플레터 홈이나 트리프(455)를 갖는다. 용접 스플레터 트로프(455)는 2개 이상의 시트가 결합된 접합선(SL) 아래에 정렬되도록 설계되었으며, 레이저 비임으로부터 광을 흡수할 뿐만 아니라 용접 스플레터를 수집하는 완화된 부위를 제공하며, 시트로부터의 물질이 결합되도록 물질을 용융시킨다. 이러한 레이저 용접 트로프나 덤프는 상술한 바와 같은 전자기 억제 장치의 기타 부품을 보호하는데 사용될 수 있으며, 부스러기를 수집하기 위해서 트로프(455)에 공압 흐름이나 진공을 적용하는 것처럼, 필요에 따라 주기적 마무리를 용이하게 할 수 있다. 본 기술분야에 공지된 플라스틱, 에폭시 또는 이와 유사한 재료로 형성될 수 있는 비자성 절연체 재료(예를 들어, 475, 576)은 각각 인접한 극(440, 431, 432, 441)을 분리한다. 상기 트로프(455)는 절연체 재료내에 형성될 수 있다. 전자석(430)의 구조는 본질적으로 완벽하고 기능적인 형태로 상기 4극 구조를 제공하는 양호한 장치로서만 설명된다. 상술한 바와 같은 전자기 장치는 오하이오 신시내티 소재의 에이시 마그네틱스처럼 본 기술분야에 공지된 다양한 각종 공급원으로부터 얻을 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 결합될 시트의 연부를 정렬하는 장치와 방법은 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 본 기술분야의 숙련자에 의해 적당한 수정이 이루어질 수 있다. 여러 가지 잠재적 수정이 언급되어 왔다. 예를 들어, 어떤 고속 용접 조작에 있어서, 시트의 대향의 연부 사이에 설정된 효과적인 대향 극이 정렬 처리 및 용접 처리를 통해 유지될 수 있다면, 억제 장치는 불필요할 것이다. 또한, 결합될 시트는 접착될 인접 연부를 구비하는한 구성, 두께, 크기, 및 전체 구조(예를 들면, 다른 표면 구조, 마무리, 또는 전체 편평도)가 유사하지 않을 수도 있다. 마찬가지로, 구성에 있어서 거의 감지할 수 없을 정도의 자성을 갖는 연결 시트는 시트에(시트의 상부 혹은 하부 표면상에) 하나이상의 자성 재료를 일시적으로 부착시킴으로써 필요한 자기를 효과적으로 제조할 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 의해 생성된 자속은 상술한 설명에 따라서 시트를 자동 정렬할 것이다. 이와 같은 정렬 및 연결 처리에 따라, 자성 재료는 재사용을 위해 시트로부터 제거될 수 있다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (8)

1. 인접한 연부를 따라 연결될 2개 이상의 자성 시트(15, 16, 115, 116)의 인접 연부(17, 18, 117, 118)를 자동으로 정렬시키기 위한 장치에 있어서, 인접 연부(17, 18, 117, 118)가 접촉된 상태로 배치되고 소정의 접촉 접합선(SL)을 따라 정렬되도록 상기 시트(15, 16, 115, 116)를 서로에 대해 측부 대 측부 상태로 지지하는 수단인 극(31, 32, 40, 41, 131, 132, 140, 141)과, 상기 인접한 연부(17, 18, 117, 118) 사이의 자력에 의해 인접 연부들이 그 길이를 따라 밀착접촉되어 자동적으로 정렬되도록, 상기 시트(15, 16, 115, 116)들 중 하나의 시트의 인접 연부를 따라 유효 자극을 형성하는 동시에 다른 시트의 대면의 인접 연부를 따라 반대 극성의 유효 자극을 형성하는 수단인 전자석(30, 130)을 포함하며, 상기 시트(15, 16, 115, 116)들 중 하나 이상의 시트는 다른 시트에 대하여 이동가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 자성 시트 연부의 자동 정렬장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 시트의 인접 연부(117, 118)가 접촉되어 있고 접합선을 따라 정렬되도록 상기 장치에 연결될 2개 이상의 시트(115, 116)를 정렬시키기 위한 다수의 정지장치(170)를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 시트 연부의 자동 정렬장치.
3. 제1항에 있어서, 자동 정렬시 하나이상의 시트(15, 16)를 억제하기 위한 부가적인 고정 수단인 극(31, 40, 131, 140)과 코일(42, 142)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 시트 연부의 자동 정렬장치.
4. 제3항에 있어서, 자동 정렬 처리후 제2시트(15, 115)를 선택적으로 억제하는 부가적인 제2고정 수단인 극(32, 41, 132, 141)과 코일(43, 143)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 시트 연부의 자동 정렬장치.
5. 제3항에 있어서, 자동 정렬 처리중 상기 접합선을 향한 시트의 이동에 대항하는 마차력을 감소시키기 위해 상기 이동가능한 시트(15, 115)에 유효 진동력을 부여하는 수단(32, 41, 43, 132, 141, 143)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 시트 연부의 자동 정렬장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 진동력은 상기 이동가능한 시트에 인접하여 위치된 전자석에 교류 전류를 부여함으로써 상기 이동가능한 시트(15, 115)에 부여되는 것을 특징으로 하는 자성 시트 연부의 자동 정렬장치.
7. 제1항에 있어서, 접합선의 양측에 2개의 중앙 극을 구비한 4극 3코일형 전자석을 포함하며, 상기 각각의 코일은 필요시 선택적으로 여자가능하며, 상기 중앙 코일과 2개의 중앙 극은 시트의 대향의 인접 연부를 따라 유효 자극을 형성하는 수단을 제공하며, 외측 코일중 하나와 이와 관련된 이격된 극은 자동 정렬중 하나이상의 시트를 선택적으로 자기적으로 억제하는 부가적인 억제 고정구를 제공하며, 다른 외측 코일과 이와 관련된 이격된 극은 상기 이동가능한 시트를 선택적으로 억제하는 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 자성 시트 연부의 자동 정렬장치.
8. 2개 이상의 자성 재료 시트의 인접 연부를 밀착접촉시켜 자동으로 정렬시키는 방법에 있어서, 인접 연부(17, 18, 117, 118)들이 접촉하여 서로 맞대인 상태로 연속한 접속선(SL)을 따라 정렬되도록지지 구조물상에 2개 이상의 시트(15, 116, 115, 116)를 배치하는 단계와, 정렬된 인접 연부(17, 18, 117, 118) 사이에 자기 인력이 발생하도록, 상기 시트(15, 115)중 하나의 인접 연부(17, 117)를 따라 유효 N극을 형성하고 다른 시트(16, 116)의 대향의 인접 연부(18, 118)를 따라 유효 N극을 형성하는 단계와, 상기 인접 연부(17, 18, 117, 118)가 그 길이(L)를 따라 밀착접촉될 때까지, 상기 하나이상의 인접 연부와 그 관련된 시트가 상기 인접 연부중 다른 연부를 향하여 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 재료 시트의 연부 자동 정렬장치.