KR100740185B1 - 레이저 용접기의 분광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 용접기에 관한 것으로 특히, 레이저 발생수단으로부터 조사되는 레이저 빔의 전달광축 상에 위치하며, 레이저 발생장치의 프런트 미러 앞쪽에 동일한 높이를 가지며 선택적으로 장착 가능한 다수의 상자형의 분광모듈로 구성되고, 레이저 발생장치와 모듈이 동일한 체결위치에서 볼트 등으로 정확히 체결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 체결부와; 상기 분광모듈에는 다수의 광분기용 미러와 각각의 광 집광을 위한 콜리메타를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기의 분광 장치를 제공하면, 작업자가 필요시 분광모듈을 간단히 교체함에 따라 필요한 분광비를 얻을 수 있으며 그로인해 하나의 레이저 용접기를 이용하여 다양한 기능을 수행할 수 있게 된다.

레이저, 용접, 분광, 탈착, 나사결합

Description

레이저 용접기의 분광장치{Apparatus for spectroscope in laser welder}

도 1은 일반적인 레이저 용접기의 사용상태를 설명하기 위한 개념 예시도

도 2는 본 발명에 따른 레이저 용접기의 사용상태를 설명하기 위한 개념 예시도

도 3은 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광 모듈의 안착구조 예시도

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광모듈의 예시도

도 8은 레이저 용접기의 분광장치의 사용 상태 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 안착부122 : 관통홀

111 : 측벽112 : 체결홈

120 : 분광모듈121 : 측면

본 발명은 레이저 용접기에 관한 것으로 특히, 광원에서 조사되는 레이저 빔의 전송경로 상에 일정한 분광 비율을 임의로 갖춘 모듈을 구비함으로써 필요시 레이저용접기 한 대로서 여러 가지 분기형태의 레이저 분광모듈의 교체 및 탈/부착에 의해 다수의 용접기능을 구현할 수 있도록 한 레이저용접기의 분광장치의 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저용접에 의한 제품의 생산은 정밀부품의 이음용접을 비롯하여, 전자부품, 기타 구조물, 휴대폰힌지, 밧데리등 양산을 목적으로 용접라인이 설치된다.

이러한 용접작업을 위해 사용되는 레이저용접기는 집광된 레이저빔이 모재표면에서 흡수되어 용융이 순간적으로 일어나게 되고, 극히 짧은 순간에 굳어짐으로 열변형을 동반하지 않는 장점에 의해 정밀한 용접 등에 많은 응용이 되고 있다.

레이저 용접기 본체에는 전원장치, 냉각장치, 레이저출력조절 마이크로 콘트롤 장치, 기타 인터록관련 기구부들이 내장되며, 전원장치로부터 발진장치가 장치된 레이저 헤드의 램프에 전기를 공급함으로서 램프가 방전하게 되며, 고속으로 매순간 터트려지는 램프의 빛은 레이저 크리스탈 로드(원형 의 봉 형태)인 YAG로드에 전해지며, 로드내부에서는 일정한 빛의 여기와 동시에 빛의 전자적 증폭작용이 프런트 밀러와 백밀러 사이에서 일어난다. 이를 레이저 펌핑이라고 하기도 한다. 이와 동시에 레이저 빔이 프런트 미러를 통해 밖으로 나오게 되는데 이 빛은 직진도 가 아주 양호한 빛이 된다. 태양을 돋보기로 받아서 초점을 맞추면 초점에서는 집광된 고열에 의해 나무나 종이등을 태울수 있는 이치와 동일하게 프런트 미러로부터 나온 빛(레이저빔)을 집광하면 금속을 용접하거나 절단, 표면열처리등에 응용할 수 있게 된다.

따라서 레이저용접기 한 대로 복수의 동일 혹은 특정한 사양의 용접을 동시에 다수 분기형태로 수행할 경우 대개의 경우 초기단계에서 분기미러, 콜리미터 등이 기계내부에 설계 및 고정되게 된다.

이로 인해 고정된 분기수에 따른 형태의 레이저 용접을 수행하게 되며, 용접대상물의 동시에 수량 등이 바뀔 경우 호환성이 없고, 목적에 맞도록 재사용하기 위해서는 시간과 재설계, 부품 재구성과 수정 및 재설치를 해야 하는 등의 문제점이 발생되었다.

따라서 도 1에 도시되어 있는 예를 살펴보면, 우선 3분기 고정형의 일반적인 레이저 용접기를 사용하여 3개의 동일제품을 동시 용접하여 양산하는 경우이다.

이때 2개 라인으로 축소 될 경우 2분기로 용접을 해야 함으로 기 장착된 여분의 1개의 분기구조는 불필요하게 되며 그대로 쓸 경우 광 손실의 문제가 된다.

또한 생산의 증가를 목적으로 생산라인이 4개로 늘어날 경우 기존의 기계로는 추가대응이 어렵게 된다.

그러므로 상술한 바와 같은 레이저 용접기의 경우 통상적으로 레이저 용접기의 사용 목적에 따라 최적의 레이저 빔 분광을 위한 비율이 정해져 있다.

따라서 하나의 레이저 용접기는 그 사용목적에 따라 하나의 기능만을 수행하게 되는데, 실제적으로 레이저 출력은 유사 혹은 대동소이하지만, 분광의 비율에 따라 그 사용 목적이 달라지므로 거의 동일한 시스템을 그 사용목적에 따라 각각 별도로 구비하여야 한다는 문제점이 발생되었다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 광원에서 조사되는 레이저 빔의 전송 경로상에 목적하는 광분기의 분광비율이 정해진 모듈을 손쉽게 탈 부착형태로 장착함으로써 하나의 레이저 용접기를 이용하여 일정 분기수의 분광 비율이 필요시 그에 적합한 분광모듈을 장착함으로써 하나의 레이저 용접기로 다수의 다양한 형태의 용접기능을 구현하도록 하기 위한 레이저용접기의 분광장치의 모듈을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치의 특징은, 레이저 발생수단으로부터 조사되는 레이저 빔의 전달광축 상에 위치하며, 레이저 발생장치의 프런트 미러 앞쪽에 동일한 높이를 가진 상자형의 모듈로 구성되고, 레이저 발생장치와 모듈이 동일한 체결위치에서 볼트 등으로 정확히 체결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 체결부와; 상기 모듈에는 다수의 광분기용 미러와 각각의 광 집광을 위한 콜리메타를 구비하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치의 부가적인 특징은, 레이저 발생장치의 헤드부와 분광 모듈이 밀착 고정되어 외부에서 먼지 등이 유입되지 않도록 하는 구조의 결합면과; 각각의 분광모듈에 있어서의 레이저 용접기의 레이저 빔의 발생장치의 헤드측의 프런트 미러 앞쪽에 위치하며, 발생장치헤드측의 체결홈과 동일한 위치의 체결홈을 갖는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치의 부가적인 다른 특징은, 상기 분광모듈은 입사되는 레이저 빔을 수직으로 반사하는 제 1전반사 미러와; 상기 제 1전반사 미러에서 반사되어진 레이저 빔을 24%는 제 1출력단 측으로 투과시키고 76%는 반사하는 제 1반사미러와; 상기 제 1반사미러에서 반사되어진 레이저 빔을 다시 67%는 투과시키고 33%는 제 2출력단 측으로 반사하는 제 2반사미러와; 상기 제 2반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 다시 50%는 투과시키고 50%는 제 3출력단 측으로 반사하는 제 3반사미러와; 상기 제 3반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 전부 제 4출력단 측으로 반사하는 제 2전반사미러; 및 상기 각 출력단에 구비되며 상기 반사미러들을 통해 반사 혹은 투과되어진 빔을 집속하는 레이저광 집속 폴리메타를 포함하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 분광모듈은 입사되는 레이저 빔을 수직으로 반사하는 제 1전반사 미러와; 상기 제 1전반사 미러에서 반사되어진 레이저 빔을 67%는 투과시키고 33%는 제 1출력단 측으로 반사하는 제 1반사미러와; 상기 제 1반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 다시 50%는 투과시키고 50%는 제 2출력단 측으로 반사하는 제 2반사미러와; 상기 제 2반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 전부 제 3출력단 측으로 반사하는 제 2전반사미러; 및 상기 각 출력단에 구비되며 상기 반사미러들을 통해 반사 혹은 투과되어진 빔을 집속하는 레이저광 집속 폴리메타를 포함하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 분광모듈은 입사되는 레이저 빔을 수직으로 반사하는 제 1전반사 미러와; 상기 제 1전반사 미러에서 반사되어진 레이저 빔을 50%는 투과시키고 50%는 제 1출력단 측으로 반사하는 제 1반사미러와; 상기 제 1반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 전부 제 2출력단 측으로 반사하는 제 2전반사미러; 및 상기 각 출력단에 구비되며 상기 반사미러들을 통해 반사 혹은 투과되어진 빔을 집속하는 레이저광 집속 폴리메타를 포함하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치의 다른 특징은, 레이저 발생수단으로부터 조사되는 레이저 빔의 전달광축 상에 위치하며, 일정 깊이의 측벽을 갖는 임의의 형상의 요홈을 형성하고 레이저 빔의 전달경로와 관계없는 임의의 위치에 다수의 나사결합용 체결홈을 구비하고 있는 안착부와; 다수의 미러를 구비하고 하나 이상의 출력단을 가지며 상기 안착부의 측벽을 위치 고정을 위한 가이드수단으로 하여 상기 안착부에 형성된 측벽 중 최소 두개의 측벽이 대응되는 측면을 가지며 상기 안착부에 형성되어 있는 나사결합용 체결홈에 대응하는 관통홀이 형성되어져 있는 다수의 분광모듈을 포함하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치의 부가적인 특징은, 상기 분광모듈의 관통홀을 관통하는 너트가 상기 안착부의 나사결합용 체결홈에 나사결합되어 분광모듈이 안착부에 장착 고정되는 데 있다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

우선 본 발명에 적용되는 기술적 사상을 간략히 살펴보면, 종래 기술의 문제점이 레이져 용접기당 분광에 따른 비율이 정해져 있으므로 인해 발생되는 것이므로, 분광을 위한 모듈을 첨부한 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 탈부착형 모듈로 사용하면, 예를 들어 생산라인이 3라인에서 4라인으로 증설될 경우, 현재 3분기 광 모듈을 4분기 광 모듈로 교환 장착하고 광케이블을 연결하면 바로 4개 라인의 생산구성이 가능하게 될 것이라는 데 착안한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광 모듈의 안착구조 예시도이며, 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광모듈의 예시도이다.

본 발명은 첨부한 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 레이저 광의 전달 경로 상에 위치하며, 레이저 광의 입사각에 대응하여 수직으로 반사하는 구조를 갖도록 구현되어 지는데, 첨부한 도 4 내지 도 7은 첨부한 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 안착구조에 장착되는 분광모듈의 예이다.

도 4은 무분광 모듈이며, 도 5는 2분광모듈이고, 도 6는 3분광 모듈이며, 도 7은 4분광 모듈의 예를 도시한 것인데, 본 발명의 설명을 위해 4분광을 최대의 예로 설명하나 실제적으로는 필요시 분광 모듈의 분광 개수에 제한이 없음을 미리 밝혀둔다.

또한, 도 8은 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치의 사용 상태 예시도로서, 첨부한 도 6에 도시되어 있는 3분광 모듈이 도 3에 도시되어 있는 안착구조에 장착되어진 상태의 예로서, 본 발명의 설명은 도 3과 도 6 및 도 8에 도시되어 있는 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

또한, 상기의 각 분광모듈은 베이스 플레이트(참조번호 미부여)의 두께가 모두 같아야 하며 이는 레이저 발생장치로부터 입사되는 레이저 광이 제 1전반사 미러(123)에 항상 같은 위치 및 높이에 입사되어야 한다.

즉, 분광 모듈이 바뀌더라도 레이저 빔의 입사위치가 같도록 구성하도록 하며, 이는 분광 모듈이 바뀌어도 레이저 빔의 광의 입사 위치가 같아서 각 출력단에서의 광 출력이 손실 없이 동일하게 나올 수 있도록 해야 하기 때문이다.

또한 각 분광모듈은 커버(도시하지 않음)를 열어 내부를 확인 가능하도록 볼트조립형 등으로 되어있으며, 레이저 발생장치 헤드와 연결시 볼트로 고정할 때에도 열어서 작업하도록 되어있다.

한편, 레이저 발생수단으로부터 조사되는 레이저 빔의 전달광축 상에 위치하며, 일정 깊이의 측벽(111)을 갖는 임의의 형상의 요홈을 형성하고 있는 안착부(110)에는 다수의 나사결합용 체결홈(112)이 형성되어 있다.

삭제

또한, 상기 안착부(110)에 안착되는 분광모듈(120)은 상기 안착부(110)의 측벽(111)을 가이드수단으로 하여 상기 안착부(110)에 최소 두개의 측벽이 대응되는 측면(121)을 갖고 상기 안착부(110)에 형성되어 있는 나사결합용 체결홈(112)에 대응하는 관통홀(122)이 형성되어져 있다.

상기 분광모듈(120)의 구성을 첨부한 도 7을 참조하여 살펴보면, 입사되는 레이저 빔을 수직으로 반사하는 제 1전반사 미러(123)와, 상기 제 1전반사 미러(123)에서 반사되어진 레이저 빔을 24%는 제 1출력단 측으로 투과시키고 76%는 반사하는 제 1반사미러(124)와, 상기 제 1반사미러(124)에서 반사되어진 레이저 빔을 다시 67%는 투과시키고 33%는 제 2출력단 측으로 반사하는 제 2반사미러(125)와, 상기 제 2반사미러(125)에서 투과되어진 레이저 빔을 다시 50%는 투과시키고 50%는 제 3출력단 측으로 반사하는 제 3반사미러(126)와, 상기 제 3반사미러(126)에서 투과되어진 레이저 빔을 전부 제 4출력단 측으로 반사하는 제 2전반사미러(127), 및 상기 각 출력단에 구비되며 상기 반사미러를 통해 반사 혹은 투과되어진 빔을 집속하는 레이저광 집속 폴리메타(128)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 분광모듈(120)은 필요한 기능의 구현을 위해 설계자에 의해 첨부한 도 4 내지 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 변경가능하며, 분광모듈(120) 자체의 전반적인 동작은 종래의 분광모듈과 크게 다르지 않으므로 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치(100)는 첨부한 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 분광모듈(120)은 안착부(110)에 구비되어 있는 측벽(111)을 위치 고정을 위한 가이드수단으로 하여 상기 안착부(110)에 형성된 측벽(111) 중 최소 두개의 측벽(111)에 측면(121)을 밀착시킨다.

이에 따라 위치가 확정되고 정확한 위치를 찾은 경우 상기 안착부(110)에 형성되어 있는 나사결합용 체결홈(112)과 상기 분광모듈(120)에 구비되어 있는 관통홀(122)이 정확하게 매칭되어지고, 상기 분광모듈(120)의 관통홀(122)을 관통하는 너트(도시하지 않았음)가 상기 안착부(110)의 나사결합용 체결홈(112)에 나사결합되어 상기 분광모듈(120)이 안착부(110)에 장착 고정되어 진다.

상기 도 3내지 도 8에 도시되어 있는 실시 예는 본 발명의 개념을 설명하기 위해 제시된 것이며, 본 발명의 사상이 이에 국한되는 것이 아님을 미리 밝혀둔다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 레이저 용접기의 분광장치를 제공하면, 작업자가 필요시 분광모듈을 간단히 교체함에 따라 필요한 분광비를 얻을 수 있으며 그로인해 하나의 레이저 용접기를 이용하여 다양한 기능을 수행할 수 잇게 된다.

Claims (8)

1. 레이저 발생수단으로부터 조사되는 레이저 빔의 전달광축 상에 위치하며, 레이저 발생장치의 프런트 미러 앞쪽에 동일한 높이를 가지며 선택적으로 장착 가능한 다수의 상자형의 분광모듈로 구성되고, 레이저 발생장치와 모듈이 동일한 체결위치에서 볼트 등으로 정확히 체결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 체결부와;

   상기 분광모듈에는 다수의 광분기용 미러와 각각의 광 집광을 위한 콜리메타를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기의 분광 장치.
2. (삭제)
3. 제 1항에 있어서,

   상기 분광모듈은 입사되는 레이저 빔을 수직으로 반사하는 제 1전반사 미러와;

   상기 제 1전반사 미러에서 반사되어진 레이저 빔을 24%는 제 1출력단 측으로 투과시키고 76%는 반사하는 제 1반사미러와;

   상기 제 1반사미러에서 반사되어진 레이저 빔을 다시 67%는 투과시키고 33%는 제 2출력단 측으로 반사하는 제 2반사미러와;

   상기 제 2반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 다시 50%는 투과시키고 50%는 제 3출력단 측으로 반사하는 제 3반사미러와;

   상기 제 3반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 전부 제 4출력단 측으로 반사하는 제 2전반사미러; 및

   상기 각 출력단에 구비되며 상기 반사미러들을 통해 반사 혹은 투과되어진 빔을 집속하는 레이저광 집속 폴리메타를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기의 분광장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 분광모듈은 입사되는 레이저 빔을 수직으로 반사하는 제 1전반사 미러와;

   상기 제 1전반사 미러에서 반사되어진 레이저 빔을 67%는 투과시키고 33%는 제 1출력단 측으로 반사하는 제 1반사미러와;

   상기 제 1반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 다시 50%는 투과시키고 50%는 제 2출력단 측으로 반사하는 제 2반사미러와;

   상기 제 2반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 전부 제 3출력단 측으로 반사하는 제 2전반사미러; 및

   상기 각 출력단에 구비되며 상기 반사미러들을 통해 반사 혹은 투과되어진 빔을 집속하는 레이저광 집속 폴리메타를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기의 분광장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 분광모듈은 입사되는 레이저 빔을 수직으로 반사하는 제 1전반사 미러와;

   상기 제 1전반사 미러에서 반사되어진 레이저 빔을 50%는 투과시키고 50%는 제 1출력단 측으로 반사하는 제 1반사미러와;

   상기 제 1반사미러에서 투과되어진 레이저 빔을 전부 제 2출력단 측으로 반사하는 제 2전반사미러; 및

   상기 각 출력단에 구비되며 상기 반사미러들을 통해 반사 혹은 투과되어진 빔을 집속하는 레이저광 집속 폴리메타를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기의 분광장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 분광 모듈은 입사되는 레이저 빔을 수직으로 반사하는 제 1 전반사 미러와;

   반사된 레이저 빔을 집속하는 레이저 광 집속 콜리메타를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기의 분광장치.
7. 레이저 발생수단으로부터 조사되는 레이저 빔의 전달광축 상에 위치하며, 일정 깊이의 측벽을 갖는 임의의 형상의 요홈을 형성하고 레이저 빔의 전달경로와 관계없는 임의의 위치에 다수의 나사결합용 체결홈을 구비하고 있는 안착부와;

   다수의 미러를 구비하고 하나 이상의 출력단을 가지며 상기 안착부의 측벽을 위치 고정을 위한 가이드수단으로 하여 상기 안착부에 형성된 측벽 중 최소 두개의 측벽이 대응되는 측면을 가지며 상기 안착부에 형성되어 있는 나사결합용 체결홈에 대응하는 관통홀이 형성되어져 있는 선택적으로 상기 안착부에 장착 가능한 다수의 분광모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기의 분광장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 분광모듈의 관통홀을 관통하는 너트가 상기 안착부의 나사결합용 체결홈에 나사결합되어 분광모듈이 안착부에 장착 고정되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기의 분광장치.

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