KR100484530B1 - 자유 곡선 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자유 곡선의 용접선을 용접하기 위한 용접 장치에 관한 것으로서, 자유 곡선인 용접선을 따라 용접 가능한 용접 장치에 관한 것으로 용접 대상물들의 경계면에서 생성되는 자유 곡선 형태의 용접선을 따라 용접할 수 있는 용접 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 전술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자유 곡선 용접 장치는 용접선이 자유 곡선인 두 용접 대상물을 용접하기 위한 것으로서, 상기 자유 곡선의 용접선에 대응하는 캠 프로파일을 갖는 캠 기구와, 상기 캠의 캠면을 따라 직선 운동을 하는 종동기와, 상기 종동기에 연결되어 그와 함께 직선 운동을 하는 용접 대상물을 용접하는 용접 토치와, 상기 용접 토치의 직선 운동에 직각인 방향으로 상기 용접선을 이동시키도록 상기 용접 대상물을 이동시키는 용접물 이동 기구를 포함한다.

Description

자유 곡선 용접 장치 {FREE CURVE WELDING DEVICE}

본 발명은 자유 곡선의 용접선을 용접하기 위한 용접 장치에 관한 것으로서, 특히 수평 방향으로 배치된 원통형 용접 모재의 양 단부 상에 수직 방향으로 놓여진 2개의 원통형 용접편을 용접시킴으로써 용접이 어려운 자유 곡선에 대하여 능동적인 적응력을 갖는 용접 장치에 관한 것이다.

종래의 용접 작업은 숙달된 작업자의 수작업에 의한 용접에 의존하고 있으며 이에 따라 제품의 제작 비용이 증가하고, 작업자의 작업 환경에 따라 용접 품질에 많은 차이를 가져온다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여 자동화 용접 장치들이 많이 개발되었으나 기존의 기술의 대부분은 용접의 웨이빙이 가능한 장치 및 그 구성요소로 구성이 되어있다. 즉, 기존의 용접 방식은 직선의 용접선을 따라 용접선의 방향에 수직하게 용접봉을 왕복 이송하며 용접하는 운봉법에 한정되어 있다. 따라서 직선의 용접선이 아닌 자유 곡선인 용접선을 따라서 용접을 자동으로 수행하는 자유 곡선 용접 장치의 요구가 대두되고 있다.

본 발명의 목적은 자유 곡선인 용접선을 따라 용접 가능한 용접 장치에 관한 것으로 용접 대상물들의 경계면에서 생성되는 자유 곡선 형태의 용접선을 따라 용접할 수 있는 용접 장치를 제공하는 것이다.

전술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자유 곡선 용접 장치는 용접선이 자유 곡선인 두 용접 대상물을 용접하기 위한 것으로서, 상기 자유 곡선의 용접선에 대응하는 캠 프로파일을 갖는 캠 기구와, 상기 캠의 캠면을 따라 직선 운동을 하는 종동기와, 상기 종동기에 연결되어 그와 함께 직선 운동을 하는 용접 대상물을 용접하는 용접 토치와, 상기 용접 토치의 직선 운동에 직각인 방향으로 상기 용접선을 이동시키도록 상기 용접 대상물을 이동시키는 용접물 이동 기구를 포함한다.

상기 용접물 이동 기구는 용접 대상물을 회전시키는 회전 구동 장치이고, 상기 두 용접 대상물의 회전축의 방향으로 용접토치가 직선 운동할 때 상기 용접 토치가 자유 곡선의 용접선을 따르도록 구성될 수 있다. 상기 회전 구동 장치는 모터와, 모터에 연결되어 회전하는 주동 풀리와, 상기 대상물을 회전시키는 종동 풀리와, 상기 주동 풀리와 종동 풀리를 연결하는 벨트를 포함할 수 있으며, 이때, 상기 대상물은 2개의 원통을 포함할 수 있고, 하나의 원통의 측벽과 다른 하나의 원통의 상부면 또는 하부면이 서로 정합하도록 상기 원통의 어느 한 면이 절취되어 부착될 수 있다. 또한, 상기 캠 기구는 회전 캠 기구 또는 직선 캠 기구일 수 있다. 상기 대상물의 진동을 방지하기 위한 방진구를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.

본 실시예에서는 3개의 용접 대상물, 즉 수평으로 배치된 1개의 원통형 용접 모재(21)와 그의 양 단부면에 각각 수직으로 배치된 2개의 원통형 용접편(22)을 용접하기 위한 용접 장치이다. 도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 원통형 용접 모재(21)의 양 단부면이 원통형 용접편(22)의 측벽과 용접되기 위해서 용접 모재(21)의 단부면은 용접편(22)의 측벽과 동일한 형상으로 절취되거나, 또는 반대로 용접편(22)의 측벽이 용접 모재(21)의 단부면과 동일한 형상으로 절취될 수 있다. 이렇게 양 단부가 절취된 용접 모재(21)의 단부면에 용접편(22)을 도2의 (b)에 도시된 바와 같이 결합시키면 이들 용접 대상물의 경계선은 본 실시예의 용접 장치가 용접하고자 하는 용접선으로서 자유 곡선이다.

본 발명에 따른 자유 곡선 용접 장치의 전체 구성도를 도시하는 도1을 참조하면, 본 발명의 용접 장치는 용접 대상물 지지 기구(도3)와, 용접물 회전 이동 기구(도4a 및 도4b, 또는 도5)와, 용접 토치 기구(도6)로 구성된다.

도3은 용접 대상물들이 서로에 대해 고정되어 함께 회전할 수 있도록 지지하는 용접물 지지 기구를 도시한다. 용접 모재(21)는 용접 모재 지지대(25) 상에 회전 가능하게 지지되고, 용접 모재(21)의 양 단부에는 용접편(22)의 측벽이 도2의 (b)에 도시된 바와 같이 결합되도록 용접편 지지대(23) 상에 위치된 후 용접편 고정구(24)에 의해 고정된다. 용접 모재 지지대(25)에는 용접시 발생하는 변형과 용접 대상물의 자중에 의한 변형 또는 떨림을 방지하기 위한 방진구가 추가로 포함될 수 있다.

용접물을 회전시키기 위한 도4a 및 도4b의 용접물 회전 이동 기구는 용접물 구동 모터(30)와, 구동축(31)을 통하여 상기 구동 모터에 의해 구동되는 주동 풀리(32)와, 6개의 종동 풀리(33, 34, 35, 36, 37, 38)를 포함하고, 주동 풀리(32)와 종동 풀리(33)는 벨트(41)에 의해 연동되고, 6개의 종동 풀리(33, 34, 35, 36, 37, 38)는 벨트(42)에 의해 연동된다. 상기 벨트는 바람직하게는 V 벨트일 수 있다. 종동 풀리(37, 38) 위에는 용접 모재(21)가 놓여져, 종동 풀리(37, 38)와 용접 모재(21) 사이의 마찰에 의해 용접 모재(21)가 회전하게 된다. 용접 모재(21)와 용접편(22)은 상기 용접물 지지 기구에 의해 도2의 (b)와 같은 결합이 유지되므로, 이들은 함께 회전하게 된다. 본 실시예에서는 용접 모재(21)와 용접편(22)을 회전시키기 위하여 풀리 및 벨트를 사용용하였으나, 도5에 도시된 바와 같이, 용접편(22)의 어느 하나에 용접물 구동 모터(60)를 연결시켜, 용접 모재(21)와 용접편(22)을 회전시킬 수도 있다.

도6은 용접 토치가 회전하는 대상물의 용접선을 따라 직선 이동하도록 하는 용접 토치의 운동 기구를 도시한다. 용접 토치의 운동 기구는 캠 구동 모터(10)와, 캠(11)과, 캠의 캠 프로파일을 따르는 종동기(12)와, 용접선을 따라 용접 대상물을 용접하기 위한 용접 토치(13)를 포함한다. 용접 토치(13)는 용접 토치 연결 부재(16)를 통하여 종동기(12)와 연결되어, 종동기(12)와 함께 캠 프로파일을 따라 직선 운동을 한다. 용접 토치 연결 부재(16)의 중간에는 LM 블럭(14)(선형 운동 블록, linear motion block)이 마련되어 LM 가이드(15)를 따라 이동함으로써, LM 블록(14)과 LM 가이드(15)는 용접 토치(13)의 이송 안내부 역할을 수행한다. 캠 구동 모터(10)는, 캠 프로파일과 용접 대상물의 회전을 고려하여, 캠(11)을 회전시킨다. 캠(11)의 캠 프로파일은 용접선의 형상에 대응하도록 설계되어, 캠(11)이 회전함에 따라, 용접 대상물의 회전축 방향으로 직선 운동하게 되는 용접 토치(13)는 자유 곡선의 용접선을 추종하게 된다. 한편, 상기 종동기(12)가 캠(11)의 캠면과 접촉을 유지하기 위하여 종동기(12)를 캠 방향으로 편의시키기 위한 스프링(17)이 마련된다. 본 실시예에서는 수평으로 위치된 원통형 용접 모재(21)의 양 단부에 용접편(22)을 용접하기 위한 것으로 이들 좌우가 대칭이기 때문에 전술된 용접 토치의 운동 기구는 좌우에 각각 하나씩 대칭으로 설치되어 있어, 스프링(17)은 용접 토치 연결 부재(16) 사이에 설치될 수 있다.

전술된 구성에서 용접선이 원통형 상에 형성되어 있는 경우, 용접물을 회전시켜야 하지만, 용접물의 용접선이 평면 상에 형성되어 있는 경우, 용접물은 직선으로 이동하여야 함으로, 용접물 회전 이동 기구는 용접물 직선 운동 기구로 대체되어야 하며, 용접 토치(13)의 이동 방향에 대해 직각인 방향으로 이동하여, 용접 토치가 용접선을 추종하도록 하여야 한다. 또한, 용접 토치(13)를 직선으로 이동시키기 위한 캠으로서, 회전 캠이 설명되었으나, 이는 직선 이동 캠이 사용될 수 있다. 용접 대상물을 직선으로 이동시키는 기구와 직선 이동 캠은 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에 의해 용이하게 구체화될 수 있으므로, 여기에서는 그 설명을 생략한다.

다시 도1을 참조하면, 본 발명에 의한 용접 장치에 의해 수평으로 위치된 원통형 용접 모재(21)의 양 단부에 원통형 용접편(22)의 측벽을 용접하는 과정을 설명한다. 상기 용접물 지지 기구에 의해 용접 대상물인 용접 모재(21)와 2개의 용접편(22)이 지지되면, 용접물 회전 이동 기구에 의해 용접 대상물은 회전하게 된다. 이와 동시에 용접 토치(13)로부터 용접열원이 분사되고, 캠 구동 모터(10)에 의해 반경이 변하는 캠(11)이 회전하여 용접 토치(13)는 용접 대상물의 회전축 방향으로 직선 운동을 하게 된다. 캠(11)의 회전에 의한 용접 토치(13)의 직선 운동과 용접 대상물의 회전 운동의 조합에 의해 원통형 용접 모재(21)의 원형 단부면과 2개의 원통형 용접편(22)의 측벽 사이에서 생성된 자유 곡선을 용접 토치(13)가 추종하면서 용접 공정이 이루어진다. 이때, 자유 곡선의 끝나는 지점에서 약 10도를 더 회전시켜 용접이 끝나는 지점과 시작되는 지점이 겹치게 하여 원통형 용접 모재와 2개의 원통형 용접편이 완전히 용접되도록 한다.

전술된 구성에 의해, 용접 대상물의 회전 운동과 반경이 변하는 캠의 회전 운동에 따른 용접 토치의 직선 운동을 조합하여, 수평으로 위치된 원통형 용접 모재의 양 단부에 용접편의 측벽을 용접할 때 나타나는 자유 곡선을 손쉽게 용접할 수 있다. 이에 따라, 용접 품질을 개선하고, 용접 속도가 빨라져 생산성을 증가시킬 수 있다. 이 외에도, 캠 프로파일을 변화시킴으로서 다양한 자유 곡선 형상을 갖는 용접 대상물의 용접이 가능해진다.

도1은 본 발명에 따른 용접 장치의 전체 구성도.

도2는 본 발명에 따른 용접 장치에 의해 용접될 용접 대상물과 용접선의 일예를 도시한 도면.

도3은 본 발명에 따른 용접 대상물의 지지 기구를 설명하는 도면.

도4a 내지 도4b는 본 발명에 따른 용접 대상물의 회전 기구의 일 실시예를 설명하는 도면.

도5는 본 발명에 따른 용접 대상물의 회전 기구의 다른 실시예를 설명하는 도면.

도6은 본 발명의 실시 예에 따른 용접 토치 운동 기구를 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 캠 구동 모터

11: 캠

12: 종동기

13: 용접 토치

14: LM 블록

15: LM 가이드

16: 용접 토치 연결 부재

17: 스프링

21: 용접 모재

22: 용접편

23: 용접편 지지대

24: 용접편 고정구

25: 용접물 지지대

30, 60: 용접물 구동 모터

31: 구동축

32: 주동 풀리

33, 34, 35, 36, 37, 38: 종동 풀리

41, 42: 벨트

Claims (4)

1. 용접선이 자유 곡선인 두 용접 대상물을 용접하기 위한 자유 곡선 용접 장치이며,

   상기 자유 곡선의 용접선에 대응하는 캠 프로파일을 갖는 캠 기구와,

   상기 캠의 캠면을 따라 직선 운동을 하는 종동기와,

   상기 종동기에 연결되어 그와 함께 직선 운동을 하는 용접 대상물을 용접하는 용접 토치와,

   상기 용접 토치의 직선 운동에 가로지르는 방향으로 상기 용접선을 이동시키도록 상기 용접 대상물을 이동시키는 용접물 이동 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 자유 곡선 용접 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 용접물 이동 기구는 용접 대상물을 회전시키는 회전 구동 장치이고, 상기 두 용접 대상물의 회전축의 방향으로 용접토치가 직선 운동할 때 상기 용접 토치가 자유 곡선의 용접선을 따르도록 구성된 것을 특징으로 하는 자유 곡선 용접 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 회전 구동 장치는 모터와, 모터에 연결되어 회전하는 주동 풀리와, 상기 대상물을 회전시키는 종동 풀리와, 상기 주동 풀리와 종동 풀리를 연결하는 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자유 곡선 용접 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대상물의 진동을 방지하기 위한 방진구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자유 곡선 용접 장치.