KR100598878B1 - Welding apparatus using laser beam spot - Google Patents

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Abstract

레이저빔 스포트를 이용한 용접장치가 개시된다. 개시된 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치는, 레이저빔이 출력되어 조사되는 레이저 발진기와; 상기 레이저 발진기로부터 조사된 레이저빔의 경로를 변경하기 위해 설치된 반사미러와; 상기 반사미러로부터 경로가 변경된 레이저빔을 분할하기 위해 상기 반사미러의 일측에 설치된 분할미러와; 상기 분할미러로터 나온 레이저빔을 집속시키기 위해 상기 분할미러의 일측에 설치된 초점미러와; 상기 초점미러로부터 나온 레이저빔에 의해 용접되는 용접모재;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.A welding apparatus using a laser beam spot is disclosed. The welding apparatus using the disclosed laser beam spot includes: a laser oscillator to which a laser beam is output and irradiated; A reflection mirror installed to change a path of the laser beam irradiated from the laser oscillator; A splitting mirror installed at one side of the reflecting mirror to split the laser beam whose path is changed from the reflecting mirror; A focus mirror installed at one side of the split mirror to focus the laser beam emitted from the split mirror; And a welding base material welded by the laser beam from the focus mirror.

본 발명에 따르면, 용접 속도를 종래에 비해 월등히 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 생산성도 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, the welding speed can be significantly improved as compared with the conventional, and thus there is an advantage that the productivity can be improved.

레이저 용접, 레이저 발진기, 반사미러Laser welding, laser oscillator, reflective mirror

Description

레이저빔 스포트를 이용한 용접장치{WELDING APPARATUS USING LASER BEAM SPOT}Welding device using laser beam spot {WELDING APPARATUS USING LASER BEAM SPOT}

도 1은 종래의 기술에 따른 단일 레이저빔 스포트 용접장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.1 is a view schematically showing the configuration of a single laser beam spot welding apparatus according to the prior art.

도 2는 종래의 장치에 의한 레이저 출력 대비 용접 속도를 나타내 보인 그래프.Figure 2 is a graph showing the welding speed compared to the laser output by the conventional device.

도 3은 본 발명에 따른 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.3 is a view schematically showing the configuration of a welding apparatus using a laser beam spot according to the present invention.

도 4는 본 발명에 적용된 레이저 빔 분할을 설명하기 위해 나타내 보인 도면.4 is a view showing for explaining the laser beam splitting applied to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치의 작업 공정에 따른 개략적인 타임 차트.Figure 5 is a schematic time chart according to the working process of the welding device using a laser beam spot according to the present invention.

도 6은 종래의 기술과 본 발명을 비교한 레이저 출력 대비 용접 속도를 나타내 보인 그래프.Figure 6 is a graph showing the welding speed compared to the laser output comparing the prior art and the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

20. 레이저 발진기20. Laser Oscillator

40. 반사미러40. Reflective mirror

51. 분할미러51. Split Mirror

52. 초점미러52. Focus mirror

60. 용접모재60. Welding base material

본 발명은 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접 속도를 향상시키기 위한 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치에 관한 것이다.The present invention relates to a welding apparatus using a laser beam spot, and more particularly to a welding apparatus using a laser beam spot for improving the welding speed.

도 1에는 단일 레이저빔 스포트(spot)를 이용한 용접장치를 개략적으로 나타내 보인 개략도가 도시되어 있다.1 is a schematic view showing schematically a welding apparatus using a single laser beam spot.

도 1에 도시된 용접장치는, 단일 레이저빔 스포트를 이용한 전형적인 레이저 용접장치를 나타낸 것으로, 레이저 용접은 레이저 발진기(11)에서 만들어진 레이저빔은 반사미러(12)나 광(光)화이버(optical fiber) 등을 통해 레이저 용접용 옵틱헤드(optic head)까지 전송된 후, 이 옵틱헤드의 초점렌즈(13)를 통과하면 고에너지 밀도의 레이저 스포트(초점)로 집광(集光) 된다.The welding apparatus shown in FIG. 1 shows a typical laser welding apparatus using a single laser beam spot. In the laser welding, the laser beam produced by the laser oscillator 11 is a reflection mirror 12 or an optical fiber. The optical head is transmitted to the optical head for laser welding, and then passes through the focus lens 13 of the optical head to focus on a laser spot of high energy density.

상기와 같이 구성된 단일 레이저빔 스포트를 이용한 레이저 용접장치를 이용한 레이저 용접은 에너지 밀도가 높고, 다른 용접 방법에 비해 용접속도가 빠르다.Laser welding using a laser welding device using a single laser beam spot configured as described above has a high energy density and a faster welding speed than other welding methods.

그러나, 종래의 기술에 따른 단일 레이저빔 스포트를 이용한 레이저 용접장치를 이용한 레이저 용접은, 단일 레이저빔 스포트이기 때문에 레이저 출력을 비례 적으로 크게 하여도 용접 속도에는 한계가 있다. 즉, 용접속도가 느리다.However, laser welding using a laser welding apparatus using a single laser beam spot according to the prior art has a limitation in welding speed even when the laser output is proportionally increased because it is a single laser beam spot. That is, the welding speed is slow.

한편, 첨부된 도면의 도 2에는 레이저 출력에 대한 용접속도와의 관계를 나타내 보인 그래프가 도시되어 있다.On the other hand, Figure 2 of the accompanying drawings is a graph showing the relationship between the welding speed and the laser output.

도 2에 도시된 바와 같이, 레이저의 출력이 지속적으로 증가한다고 해도 용접 속도가 이와 비례해서 향상되지는 않는다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, it can be seen that the welding speed does not increase proportionally even if the output of the laser is continuously increased.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 레이저빔을 2분할하여 용접 속도가 향상되도록 한 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a welding device using a laser beam spot to improve the welding speed by dividing the laser beam into two.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치는, 레이저빔이 출력되어 조사되는 레이저 발진기와; 상기 레이저 발진기로부터 조사된 레이저빔의 경로를 변경하기 위해 설치된 반사미러와; 상기 반사미러로부터 경로가 변경된 레이저빔을 분할하기 위해 상기 반사미러의 일측에 설치된 분할미러와; 상기 분할미러로터 나온 레이저빔을 집속시키기 위해 상기 분할미러의 일측에 설치된 초점미러와; 상기 초점미러로부터 나온 레이저빔에 의해 용접되는 용접모재;를 포함하고,
이때, 상기 분할미러에는 2개의 레이저빔 흡수장치 내장되고, 상기 용접모재는 원형의 용접부를 갖으며, 상기 초점미러는 상기 분할미러의 상부 좌우에 각각 설치된 2개의 제1,2초점미러를 포함하고, 상기 제1초점미러로부터 조사된 제1레이저빔은 용접에 이용하고, 상기 제2초점미러로부터 조사된 제2레이저빔은 전처리 및 후처리에 이용되는 것을 그 특징으로 한다.Welding apparatus using a laser beam spot of the present invention for achieving the above object, the laser oscillator and the laser beam is irradiated; A reflection mirror installed to change a path of the laser beam irradiated from the laser oscillator; A splitting mirror installed at one side of the reflecting mirror to split the laser beam whose path is changed from the reflecting mirror; A focus mirror installed at one side of the split mirror to focus the laser beam emitted from the split mirror; And a welding base material welded by the laser beam emitted from the focus mirror.
In this case, the splitting mirror includes two laser beam absorbing devices, the welding base material has a circular welding part, and the focusing mirror includes two first and second focusing mirrors installed on the left and right sides of the splitting mirror, respectively. The first laser beam irradiated from the first focusing mirror is used for welding, and the second laser beam irradiated from the second focusing mirror is used for pretreatment and post-treatment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3에는 본 발명에 따른 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치의 구성을 개략 적으로 나타낸 개략도가 도시되어 있다.3 is a schematic view schematically showing the configuration of a welding apparatus using a laser beam spot according to the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치는, 레이저빔이 고출력으로 출력되어 조사되는 레이저 발진기(20)와, 이 레이저 발진기(20)로부터 조사된 레이저빔의 경로를 변경하기 위해 설치된 반사미러(40)와, 이 반사미러(40)로부터 경로가 변경된 레이저빔을 분할하기 위해 반사미러(40)의 일측에 설치된 분할미러(51)와, 이 분할미러(51)로터 나온 레이저빔을 집속시키기 위해 분할미러(51)의 일측에 설치된 초점미러(52)와, 이 초점미러(52)로부터 나온 레이저빔에 의해 용접되는 용접모재(60)를 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, the welding apparatus using the laser beam spot according to the present invention, the laser beam is output at a high power to irradiate the laser oscillator 20, and to change the path of the laser beam irradiated from the laser oscillator 20 And a split mirror 51 provided on one side of the reflecting mirror 40 to split the laser beam whose path has been changed from the reflecting mirror 40, and the laser beam emitted from the split mirror 51. The focus mirror 52 provided on one side of the split mirror 51 to focus the beam, and the welding base material 60 welded by the laser beam from the focus mirror 52 is configured.

상기 분할미러(51)에는 도면에는 도시하지 않았지만, 2개의 레이저빔 흡수장치(absorber)가 내장되어 있다.Although not shown in the figure, the split mirror 51 includes two laser beam absorbers.

그리고 상기 용접모재(60)는 예컨대, 수동변속기의 스피드 기어(speed gear) 등과 같은 원형의 용접부를 갖는 부품 등이다.The welding base material 60 is, for example, a part having a circular welding part such as a speed gear of a manual transmission.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 초점미러(52)는 분할미러(51)의 상부 좌우에 각각 설치된 2개의 제1,2초점미러(52a,52b)로 이루어진다. 상기 제1초점미러(52a)로부터 조사된 제1레이저빔(L1)은 용접에 이용하고, 상기 제2초점미러(52b)로부터 조사된 제2레이저빔(L2)은 전처리 및 후처리에 이용된다.In addition, as shown in FIG. 4, the focus mirror 52 includes two first and second focusing mirrors 52a and 52b respectively installed on the upper left and right sides of the split mirror 51. The first laser beam L1 irradiated from the first focusing mirror 52a is used for welding, and the second laser beam L2 irradiated from the second focusing mirror 52b is used for pretreatment and post-processing. .

도 4에서 참조부호 A는 전처리 대기 구간을 나타내 보인 것이다.In FIG. 4, reference numeral A denotes a preprocessing waiting period.

그리고 상기 제1레이저빔(L1)은 레이저 출력의 3/2로 조사되고, 상기 제2레이저빔(L2)은 레이저 출력의 1/3로 조사된다. 즉, 상기 제1레이저빔(L1)은 예컨대, 레이저 출력이 6kW일 때, 6×(2/3) = 4kW이고, 상기 제2레이저빔(L2)은 6×(1/3) = 2kW이다.The first laser beam L1 is irradiated at 3/2 of the laser output, and the second laser beam L2 is irradiated at 1/3 of the laser output. That is, the first laser beam L1 has 6 × (2/3) = 4kW, for example, when the laser output is 6kW, and the second laser beam L2 has 6 × (1/3) = 2kW. .

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the welding apparatus using the laser beam spot according to the present invention having the configuration as described above are as follows.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치는, 레이저 발진기(20)에서 옵틱헤드(50)까지 전송된 레이저빔을 2분할하여 전체 용접길이를 비례적으로 2등분하여 한 개의 공정에서 전처리 + 용접 + 후열처리를 실시하기 위한 것이다.Referring again to the drawings, the welding apparatus using the laser beam spot according to the present invention, by dividing the laser beam transmitted from the laser oscillator 20 to the optical head 50 by dividing the total welding length in proportional two times Pretreatment + welding + post-heat treatment in two processes.

이를 보다 구체적으로 설명한다.This will be described in more detail.

상기 레이저 발진기(20)에서 발생된 레이저빔은 반사미러(40)를 통해 분할미러(51)까지 전송되고 레이저빔 출력은 반으로 나누어진다. 이렇게 출력이 반으로 나누어진 레이저빔은 초점미러(52)에 전송되고 원형 용접부를 갖는 용접모재(60)에 2점으로 집속되어 전술한 바와 같이 전처리 + 용접 + 후열처리를 진행한다.The laser beam generated by the laser oscillator 20 is transmitted to the split mirror 51 through the reflection mirror 40 and the laser beam output is divided in half. The laser beam divided in half in this way is transmitted to the focusing mirror 52 and focused at two points on the welding base material 60 having a circular welding portion to perform pre-treatment + welding + post-heat treatment as described above.

그리고 상기 초점미러(52)의 간격과 분할미러(51)의 위치는 서보모터(미도시) 등에 의해 정밀한 조정이 가능하며, 사용자는 간단한 위치 정보 입력(설정)을 통해 조작을 할 수 있다.In addition, the distance between the focus mirror 52 and the position of the split mirror 51 can be precisely adjusted by a servo motor (not shown), and the user can operate the device through simple position information input (setting).

또한 본 발명에 따른 용접장치에는 상기 분할미러(51)의 위치를 조정하여 레이저빔을 분할 할 수 있다. 레이저빔의 정 중앙에 분할미러(51)가 위치해 있을 때 레이저빔은 양쪽으로 50%씩 분할된다.In addition, in the welding apparatus according to the present invention, the laser beam may be divided by adjusting the position of the split mirror 51. When the split mirror 51 is located at the center of the laser beam, the laser beam is split by 50% on both sides.

그리고 상기 분할미러(51)에 내장된 2개의 레이저빔 흡수장치(absorber)를 통해 일부 용접 구간에서의 레이저빔 출력을 스위칭 할 수 있다. 이는 용접모재(60)의 두 점으로 분할된 레이저빔 출력과 크기를 각각 다르게 하여 전처리와 용접과 후처리를 하나의 공정에서 동시에 처리할 수 있다.The laser beam output may be switched in some welding sections through two laser beam absorbers embedded in the split mirror 51. This is different from the laser beam output and size divided into two points of the welding base material 60 can be processed simultaneously in the pre-treatment, welding and post-treatment in one process.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2레이저빔(전처리/후처리 용)(L2)을 온(ON)함으로써 전처리가 시작되고, 이 전처리가 시작되어 제1레이저빔(L1) 위치에 도달하게 되면 제1레이저빔(L1)이 온(ON) 됨으로써 본 용접이 시작된다.As shown in FIG. 5, when the second laser beam (for preprocessing / postprocessing) L2 is turned ON, the preprocessing starts, and when this preprocessing starts to reach the position of the first laser beam L1. The main welding starts by turning on the first laser beam L1.

그리고 레이저 용접의 1/2이 완료되는 시점에서부터는 제2레이저빔(L2)은 후처리를 시작하게 된다. Then, from the time when 1/2 of the laser welding is completed, the second laser beam L2 starts post-processing.

본 발명은 한 개의 공정에서 용접모재(60)의 회전용 모터(미도시)를 2회전시키는 것과 도 5의 타임 차트(time chart)와 같은 레이저빔 출력 제어를 이용한 방법을 이용한 것이다.The present invention utilizes a method using two rotations of a rotating motor (not shown) of the welding base material 60 and a laser beam output control such as a time chart of FIG. 5 in one process.

따라서 도 6에 도시된 그래프와 같이, 종래와 같이 단일 레이저빔 스포트 용접 속도에 비해 본 기술을 이용한 용접 속도가 월등히 증가됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명은, 레이저의 출력이 지속적으로 증가함에 따라 용접 속도가 이와 비례해서 증가되는 것을 알 수 있다.Therefore, as shown in the graph shown in Figure 6, it can be seen that the welding speed using the present technology is significantly increased compared to the single laser beam spot welding speed as in the prior art. In other words, the present invention, it can be seen that the welding speed is increased in proportion to this as the output of the laser continuously increases.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the welding apparatus using the laser beam spot according to the present invention has the following effects.

용접 속도를 종래에 비해 월등히 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 생산성도 향상시킬 수 있다.The welding speed can be significantly improved compared with the prior art, and accordingly, the productivity can also be improved.

그리고 이종 용접 프로세스를 동시에 처리할 수 있다. 즉, 종래와 같이 용 접, 전처리 및 후처리 순으로 단계별 작업을 전처리 + 용접 + 후처리를 동시에 할 수 있게 되어 작업 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있게 되었다.And heterogeneous welding processes can be handled simultaneously. In other words, it is possible to simultaneously perform pre-treatment + welding + post-treatment in the order of welding, pre-treatment and post-treatment as in the prior art, thereby simplifying the work process and improving productivity.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (6)

레이저빔이 출력되어 조사되는 레이저 발진기와;A laser oscillator to which the laser beam is output and irradiated; 상기 레이저 발진기로부터 조사된 레이저빔의 경로를 변경하기 위해 설치된 반사미러와;A reflection mirror installed to change a path of the laser beam irradiated from the laser oscillator; 상기 반사미러로부터 경로가 변경된 레이저빔을 분할하기 위해 상기 반사미러의 일측에 설치된 분할미러와;A splitting mirror installed at one side of the reflecting mirror to split the laser beam whose path is changed from the reflecting mirror; 상기 분할미러로터 나온 레이저빔을 집속시키기 위해 상기 분할미러의 일측에 설치된 초점미러와;A focus mirror installed at one side of the split mirror to focus the laser beam emitted from the split mirror; 상기 초점미러로부터 나온 레이저빔에 의해 용접되는 용접모재;를 포함하고,And a welding base material welded by the laser beam emitted from the focus mirror. 이때, 상기 분할미러에는 2개의 레이저빔 흡수장치 내장되고,At this time, the splitting mirror is embedded with two laser beam absorbers, 상기 용접모재는 원형의 용접부를 갖으며, The welding base material has a circular welding portion, 상기 초점미러는 상기 분할미러의 상부 좌우에 각각 설치된 2개의 제1,2초점미러를 포함하고, 상기 제1초점미러로부터 조사된 제1레이저빔은 용접에 이용하고, 상기 제2초점미러로부터 조사된 제2레이저빔은 전처리 및 후처리에 이용되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치.The focusing mirror includes two first and second focusing mirrors disposed on the upper left and right sides of the split mirror, and the first laser beam irradiated from the first focusing mirror is used for welding, and is irradiated from the second focusing mirror. The second laser beam is a welding device using a laser beam spot, characterized in that used for pre- and post-treatment. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1레이저빔은 레이저 출력의 3/2로 조사되고, 상기 제2레이저빔은 레이저 출력의 1/3로 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 스포트를 이용한 용접장치.And the first laser beam is irradiated with 3/2 of the laser output, and the second laser beam is irradiated with 1/3 of the laser output.
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