KR100692137B1 - 레이저 용접 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 용접 장치는 적어도 하나의 위치에서 적어도 하나의 방향으로 레이저 빔을 조사하도록 형성되므로, 상기 용접 장치에 의하여 용접 작업을 수행할 경우, 작업시간이 단축되고 생산성이 향상될 수 있다.
레이저, 용접 장치, 레이저 빔, 레이저 발진기, 용접헤드,

Description

레이저 용접 장치 및 시스템{LASER WELDING DEVICE AND SYSTEM THEREOF}
도1은 종래기술에 레이저 용접 장치를 보여주는 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 레이저 용접 장치를 보여주는 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 용접 헤드를 보여주는 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 용접 장치의 작동을 보여주는 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 의한 용접 시스템을 보여주는 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
201 : 용접헤드
209 : 레이저 빔
207 : 용접대상물
213 : 로봇 암
205 : 레이저 발진기
305 : 전원 공급 장치
335 : 구동 유닛
본 발명은 레이저 용접 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하나 이상의 위치에서 다수의 용접을 실행할 수 있는 용접 장치 및 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 레이저 용접 장치는 레이저 빔을 조사하는 용접헤드를 포함하며, 용접헤드는 산업용 다관절 로봇 암에 장착된다.
도1은 종래기술에 레이저 용접 장치를 보여주는 도면이다.
종래 기술에 의한 레이저 용접장치(100)는 용접헤드(101), 로봇 암(105), 및 레이저 발진기(109)를 포함한다.
레이저 빔(111)은 레이저 발진기(109)에서 발생되어 용접헤드(101)로 전달된다.
용접헤드(101)로 전달된 레이저 빔(111)은 용접 대상물(103)에 설정된 다수의 용접점(113)에 조사된다.
종래 기술에 의하면, 레이저 빔(111)이 다수의 용접점(113)에 조사되도록 로봇 암(105)이 이동된다.(도1의 화살표 참조)
그런데, 일반적인 로봇 암(105)은 무거운 중량을 가지고 있기 때문에, 이동할 때 그 속도가 매우 느리며, 한번의 용접을 시행할 때마다 로봇 암이 이동해야 하는 문제가 있었다.
따라서, 종래 기술에 의한 레이저 용접장치가 사용될 경우, 작업 시간이 오래 걸리며, 생산성이 낮아지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 로봇 암이 한번 이동함에 다수의 용접을 시행하여 작업시간을 단축시킬 수 있는 레이저 용접 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 레이저 용접 장치는, 레이저 빔을 생성하는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저 빔을 공급받으며, 상기 공급된 레이저 빔을 적어도 하나의 위치에서 적어도 하나의 방향으로 조사하도록 형성되는 용접헤드, 및 상기 용접 헤드를 이동시킬 수 있도록 상기 용접 헤드를 지지하는 로봇 암을 포함한다.
상기 레이저 발진기에서 생성된 레이저 빔을 상기 레이저 용접헤드로 공급하도록 상기 레이저 발진기와 상기 레이저 용접헤드를 연결하는 케이블을 더 포함한다.
상기 레이저 용접헤드는, 상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 전달받는 레이저 빔 수신 유닛, 상기 수신 유닛으로부터 레이저 빔을 전달받아 상기 용접대상에 조사하는 반사 미러 유닛, 상기 조사되는 레이저 빔의 방향들이 전환되도록 상기 반사 미러 유닛을 구동하는 구동 유닛, 및 상기 구동 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 포함한다.
상기 레이저 빔 수신 유닛은, 상기 케이블로부터 레이저 빔을 전달받아 상기 레이저 빔의 진행 방향을 제1방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 조절하는 조정부를 포함한다.
상기 반사 미러 유닛은, 상기 레이저 빔의 진행 방향을 제2 방향으로 조정하 도록 상기 레이저 빔을 반사하는 제1 반사 미러(reflecting mirror), 상기 레이저 빔의 진행 방향을 제3 방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 반사하는 제2 반사 미러(reflecting mirror)를 포함한다.
상기 구동 유닛은, 상기 조정부를 구동하는 제1구동부, 상기 제1 반사 미러를 구동하는 제2 구동부, 및 상기 제2 반사 미러를 구동하는 제3 구동부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템은 레이저 빔을 생성하는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저 빔을 공급받으며, 상기 공급된 레이저 빔을 적어도 하나의 위치에서 적어도 하나의 방향으로 조사하도록 형성되는 용접헤드, 및 상기 용접 헤드를 이동시킬 수 있도록 상기 용접 헤드를 지지하는 로봇 암, 상기 용접헤드 및 상기 레이저 발진기에 냉매를 공급하는 유틸리티 공급 유닛을 포함한다.
상기 레이저 발진기에서 생성된 레이저 빔을 상기 레이저 용접헤드로 공급하도록 상기 레이저 발진기와 상기 레이저 용접헤드를 연결하는 케이블을 더 포함한다.
상기 레이저 용접헤드는, 상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 전달받는 레이저 빔 수신 유닛, 상기 수신 유닛으로부터 레이저 빔을 전달받아 상기 용접대상에 조사하는 반사 미러 유닛, 상기 조사되는 레이저 빔의 방향들이 전환되도록 상기 반사 미러 유닛을 구동하는 구동 유닛, 및 상기 구동 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 포함한다.
상기 레이저 빔 수신 유닛은, 상기 케이블로부터 레이저 빔을 전달받아 상기 레이저 빔의 진행 방향을 제1방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 조절하는 조정부를 포함한다.
상기 반사 미러 유닛은, 상기 레이저 빔의 진행 방향을 제2 방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 반사하는 제1 반사 미러(reflecting mirror), 상기 레이저 빔의 진행 방향을 제3 방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 반사하는 제2 반사 미러(reflecting mirror)를 포함한다.
상기 구동 유닛은, 상기 조정부를 구동하는 제1구동부, 상기 제1 반사 미러를 구동하는 제2 구동부, 및 상기 제2 반사 미러를 구동하는 제3 구동부를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 레이저 용접 장치를 보여주는 도면이다.
도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 용접 장치는, 레이저 발진기(205), 용접 헤드(201), 및 로봇 암(213)을 포함한다.
레이저 발진기(205)는 레이저 빔(209)을 생성하며, 용접헤드(201)는 레이저 발진기(205)에 의해 생성된 레이저 빔(209)을 공급받으며, 공급된 레이저 빔(209)을 적어도 하나의 위치에서 적어도 하나의 방향으로 조사하도록 형성된다.
로봇 암(213)은 용접 헤드(201)를 이동시킬 수 있도록 용접헤드(201)를 지지한다.
케이블(203)은 레이저 발진기(205)에서 생성된 레이저 빔(209)을 용접헤드 (201)로 공급하도록 레이저 발진기(205)와 상기 용접헤드(201)를 연결한다.
레이저 발진기(205)로부터 생성된 레이저 빔(209)은 케이블(203)을 통하여 용접헤드(201)로 전달되며, 전달된 레이저 빔(209)은 용접헤드(201)에서 용접대상물(207)에 설정된 복수개의 용접점(211)으로 조사된다.
로봇 암(213)은 복수개의 설정된 위치로 용접헤드(201)를 이송하며, 용접헤드(201)는 로봇 암(213)에 의하여 이송된 위치에서 레이저 빔(209)을 설정된 복수개의 위치에 조사 할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 의하면, 용접헤드(201)가 하나의 위치에 위치함으로써, 설정된 복수개의 용접점(211)에 레이저 빔(209)이 조사될 수 있다. 나아가, 용접헤드(201)가 이동할 경우, 다른 위치에서 설정된 복수개의 용접점(211)에 레이저 빔(209)이 조사될 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 용접 헤드를 보여주는 도면이다.
용접헤드(201)는 레이저 빔 수신 유닛(331), 반사 미러 유닛(333), 구동 유닛(335), 및 전원 공급 장치(305)를 포함한다.
레이저 빔 수신 유닛(331)은 레이저 발진기(205)로부터 레이저 빔(209)을 전달받으며, 반사 미러 유닛(333)은 레이저 빔 수신 유닛(331)으로부터 레이저 빔(209)을 전달받아 용접대상물(207)에 조사한다.
구동 유닛(335)은 조사되는 레이저 빔(209)의 방향들이 전환되도록 반사 미러 유닛(333)을 구동하며, 전원 공급 장치(305)는 구동 유닛(335)에 전원을 공급한다.
레이저 빔 수신 유닛(331)은 케이블(203)로부터 레이저 빔(209)을 전달받아 레이저 빔(209)의 진행 방향을 제1방향으로 조정하도록 레이저 빔(209)을 조절하는 조정부(330)를 포함한다.
레이저 발진기(205)에서 생성된 레이저 빔(209)은 케이블(203)을 통하여 용접헤드(201)의 레이저 빔 수신 유닛(331)에 전달된다. 전달된 레이저 빔(209)은 레이저 빔 수신 유닛(331)의 조정부(330)에 전달되며, 조정부(330)에 의하여 제1방향으로 전달된다.
본 발명의 실시예에서는, 조정부(330)는 조정부(330)에서 용접대상물(207)까지 레이저 빔(209)의 초점을 조정하는 것이 바람직하다.
방향에 대한 자세한 내용은 후술한다.
조정부(330)에 의하여 제1방향으로 조정된 레이저 빔(209)은 반사 미러 유닛(333)으로 전달되며, 레이저 빔(209)은 반사 미러 유닛(333)에 의하여 반사됨으로써 용접대상물(207)에 조사된다.
반사 미러 유닛(333)은 제1 반사 미러(307) 및 제2 반사 미러(309)를 포함한다.
제1 반사 미러(307)는 레이저 빔(209)의 진행 방향을 제2 방향으로 조정하도록 레이저 빔(209)을 반사하며, 레이저 빔(209)의 진행 방향을 제3 방향으로 조정하도록 레이저 빔(209)을 반사한다.
즉, 조정부(330)에 의하여 제1 방향으로 조정된 레이저 빔(209)은 제1 반사 미러(307)에 의하여 제2 방향으로 반사된 후, 제2 반사 미러(309)에 의하여 제3 방 향으로 반사된다.
제1, 제2, 및 제3 방향은 서로 직각을 형성한다. 즉, 이 세 방향은 3차원 직교 좌표계(three dimensional rectangular coordinates)를 형성할 수 있다.
제3 방향은 용접대상물(207)에 위치하는 복수개의 용접점(211)중 하나를 향하는 방향으로 실현된다. 즉, 제3 방향으로 반사된 레이저 빔(209)은 용접대상물(207)의 용접점(211)에 조사되어 용접을 실행한다.
구동 유닛은 제1 구동부(301), 제2 구동부(311), 및 제3 구동부(311)를 포함한다.
제1 구동부(301)는 조정부(330)를 구동하며 제2 구동부(311)는 제1 반사 미러(307)를 구동하고 제3 구동부(311)는 제2 반사 미러(309)를 구동한다.
따라서, 제1 방향은 조정부(330)에서 제1 구동부(301)에 의하여 조정되며, 제2 방향은 제1 반사 미러(307)에 의하여 제2 구동부(311)에 의하여 조절되고, 제3 방향은 제2 반사 미러(309)에 의하여 제3 구동부(311)에 의하여 조절된다.
제1, 제2, 및 제3 구동부(301, 311, 313)는 제어 유닛(315, 319, 317)에 의하여 제어된다.
결론적으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 용접헤드(201)가 적어도 하나의 위치에서 제어유닛(315, 319, 317) 및 세개의 구동부(301, 311, 313)에 의하여 다양한 패턴의 용접이 시행 될 수 있다.
제어 유닛(315, 319, 317)은 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 있으며, 이러한 설정된 프로그램은 용접대상물(207)에 설정된 복수개의 용접점(211)의 개수 및 용접순서에 따라 당업자에 의하여 변경 될 수 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 용접 장치의 작동을 보여주는 도면이다.
도4를 참조하면, 용접헤드(201)는 로봇 암(213)에 의하여 이동되며(도4의 화살표 참조), 각각의 위치에서 레이저 빔(209)은 다수의 용접점(211)에 조사된다.
즉, 로봇 암(213)이 용접헤드(201)를 이동시키면, 용접점(211)은 설정된 개수의 용접점에 용접을 실행한다.
도5는 본 발명의 실시예에 의한 용접 시스템을 보여주는 구성도이다.
본 발명의 실시예에 의한 용접 시스템은 상술한 용접 장치 및 유틸리티 공급 유닛(510)을 포함한다.
유틸리티 공급 유닛(510)은 열이 발생되는 용접헤드(201) 및 레이저 발진기(205)에 냉매를 공급하며, 냉동기(501) 및 유틸리티 공급 장치(503)를 포함한다.
나아가, 본 발명의 실시예에 의한 용접 시스템은 별도의 제어부(505)를 포함할 수 있으며, 별도의 제어부(505)는 상술한 용접장치 및 유틸리티 공급 유닛(510)을 제어할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 로봇 암이 설정된 위치로 용접 헤드를 이동시키면 용접헤드는 다수의 용접을 실행하므로, 용접 작업시간이 단축될 수 있으며, 생산성이 증대 될 수 있다. 또한, 용접헤드는 구동부를 포함하므로 다양한 패턴의 용접이 실행될 수 있다.

Claims (12)

  1. 레이저 빔을 생성하는 레이저 발진기;
    상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저 빔을 공급받으며, 상기 공급된 레이저 빔을 적어도 하나의 위치에서 적어도 하나의 방향으로 조사하도록 형성되는 레이저 용접헤드; 및
    상기 용접헤드를 이동시킬 수 있도록 상기 용접헤드를 지지하는 로봇 암;
    을 포함하는 용접 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 레이저 발진기에서 생성된 레이저 빔을 상기 레이저 용접헤드로 공급하도록 상기 레이저 발진기와 상기 레이저 용접헤드를 연결하는 케이블을 더 포함하는 용접 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 레이저 용접헤드는,
    상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 전달받는 레이저 빔 수신 유닛;
    상기 수신 유닛으로부터 레이저 빔을 전달받아 상기 용접대상물에 조사하는 반사 미러 유닛;
    상기 조사되는 레이저 빔의 방향들이 전환되도록 상기 반사 미러 유닛을 구 동하는 구동 유닛; 및
    상기 구동 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급 장치;
    를 포함하는 용접 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 레이저 빔 수신 유닛은,
    상기 케이블로부터 레이저 빔을 전달받아 상기 레이저 빔의 진행 방향을 제1방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 조절하는 조정부를 포함하는 용접 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 반사 미러 유닛은,
    상기 레이저 빔의 진행 방향을 제2 방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 반사하는 제1 반사 미러(reflecting mirror);
    상기 레이저 빔의 진행 방향을 제3 방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 반사하는 제2 반사 미러(reflecting mirror);
    를 포함하는 용접 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 조정부를 구동하는 제1구동부;
    상기 제1 반사 미러를 구동하는 제2 구동부; 및
    상기 제2 반사 미러를 구동하는 제3 구동부;
    를 포함하는 용접 장치.
  7. 레이저 빔을 생성하는 레이저 발진기;
    상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저 빔을 공급받으며, 상기 공급된 레이저 빔을 적어도 하나의 위치에서 적어도 하나의 방향으로 조사하도록 형성되는 레이저 용접헤드;
    상기 용접헤드를 이동시킬 수 있도록 상기 용접헤드를 지지하는 로봇 암; 및
    상기 용접헤드 및 상기 레이저 발진기에 냉매를 공급하는 유틸리티 공급 유닛;
    을 포함하는 용접 시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 레이저 발진기에서 생성된 레이저 빔을 상기 용접헤드로 공급하도록 상기 레이저 발진기와 상기 용접헤드를 연결하는 케이블을 더 포함하는 용접 시스템.
  9. 제7항에서,
    상기 용접헤드는,
    상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 전달받는 레이저 빔 수신 유닛;
    상기 수신 유닛으로부터 레이저 빔을 전달받아 상기 용접대상물에 조사하는 반사 미러 유닛;
    상기 조사되는 레이저 빔의 방향들이 전환되도록 상기 반사 미러 유닛을 구동하는 구동 유닛; 및
    상기 구동 유닛에 전원을 공급하는 전원 공급 장치;
    를 포함하는 용접 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 레이저 빔 수신 유닛은,
    상기 케이블로부터 레이저 빔을 전달받아 상기 레이저 빔의 진행 방향을 제1방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 조절하는 조정부를 포함하는 용접 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 반사 미러 유닛은,
    상기 레이저 빔의 진행 방향을 제2 방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 반사하는 제1 반사 미러(reflecting mirror);
    상기 레이저 빔의 진행 방향을 제3 방향으로 조정하도록 상기 레이저 빔을 반사하는 제2 반사 미러(reflecting mirror);
    를 포함하는 용접 시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 조정부를 구동하는 제1구동부;
    상기 제1 반사 미러를 구동하는 제2 구동부; 및
    상기 제2 반사 미러를 구동하는 제3 구동부;
    를 포함하는 용접 시스템.
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