KR100764725B1 - 레이저 용접 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

레이저 용접 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 용접 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히, 비등점에 차이가 있는 도금패널에 대한 레이저 용접을 양호하게 수행할 수 있는 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것으로서, 브래킷(130)의 수직면 양면에 위치하여 승강 하는 제1 및 제2리니어 서보 모터(110, 120)와; 상기 제1리니어 서보 모터(110)에 지지되며, 하측을 향하여 레이저 용접을 수행하는 레이저헤드(200)와; 상기 레이저헤드(200)의 일측에 지지되어 일체로 승강하며, 하단에 전자석(310) 및 경사롤러(320)가 마련된 상부암(300)과; 상기 제2리니어 서보 모터(120)에 지지되어 일체로 승강하며, 상기 상부암(300)에 대응하여 전자석(410) 및 경사롤러(420)가 마련된 하부암(400)과; 상기 상부암(300)과 하부암(400)에 각각 위치하되 서로 대향하여 상호 거리를 검출하는 한 쌍의 거리센서(510, 520)로 구성되어, 레이저 용접 시 비등점의 차이로 인한 용접 결함이 발생하는 도금패널에 대하여, 도금패널 상호 간격을 일정하게 실시간으로 유지하면서 용접을 수행할 수 있음으로써, 도금패널에 대한 레이저 용접을 양호하게 수행할 수 있도록 하는 것이다.
도금패널, 레이저, 용접, 전자석, 롤러, 거리센서

Description

레이저 용접 장치 및 그 제어방법{Laser welding apparatus and method for controlling the apparatus}
도 1은 일반적인 도금패널의 레이저 용접을 도시하는 도,
도 2 및 도 3은 일반적인 도금패널의 레이저 용접에 대한 개선예를 도시하는
도,
도 4는 종래의 레이저 용접 장치를 도시하는 도,
도 5는 본 발명의 레이저 용접 장치를 도시하는 도,
도 6은 본 발명의 레이저 용접 장치에 대한 요부를 도시하는 도,
도 7은 본 발명의 레이저 용접 장치 제어방법을 도시하는 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 도금패널 11 : 아연도금
12 : 강판 110, 120 : 제1 및 제2리니어 서보 모터
130 : 브래킷 200 : 레이저헤드
300 : 상부암 400 : 하부암
310, 410 : 전자석 320, 420 : 경사롤러
510, 520 : 거리센서 S10 : 간격검출단계
S20 : 용접판단단계 S30 : 용접단계
S40 : 승강판단단계 S50 : 좁힘단계
S60 : 벌림단계
본 발명은 레이저 용접 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서 특히, 비등점에 차이가 있는 도금패널에 대한 레이저 용접을 양호하게 수행할 수 있는 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것으로써, 레이저 용접 시 비등점의 차이로 인한 용접 결함이 발생하는 도금패널에 대하여, 도금패널 상호 간격을 일정하게 실시간으로 유지하면서 용접을 수행할 수 있음으로써, 도금패널에 대한 레이저 용접을 양호하게 수행할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 도금패널의 레이저 용접에서는 비등점에 차이가 있어 용접 결함이 발생하고 있는 실정이다.
도 1은 일반적인 도금패널의 레이저 용접을 도시하는 도로서, 도 1의 (a)는 아연도금 강판의 레이저 용접예를 나타내며, 도 1의 (b)는 그 용접 결과를 나타내고, 도 1의 (c)는 그 용접 결과에 대한 사진이다.
도 1에 도시한 바와 같이 아연도금 강판으로 이루어진 도금패널(10)의 경우 아연(11)은 용융점이 907℃이고 강판(12)을 이루는 철은 용융점이 1538℃이며, 이에 따라 아연도금 강판과 같은 도금패널의 레이저(20) 용접 시 비등점의 차이에 의하여 도 1의 (a)와 같이 아연(11)이 아연증기(30)로 증발하면서 도 1의 (b) 및 (c)에 나타낸 기공(40)과 같은 용접 결함을 발생시키게 된다.
즉, 도금패널(10)의 레이저 용접 시 아연증기(30)에 의하여 기공(40)과 같은 용접 결함이 발생하기 때문에, 이러한 아연증기(30)를 별도로 배출시키기 위한 개선예를 아래에 설명한다.
도 2 및 도 3은 일반적인 도금패널의 레이저 용접에 대한 개선예를 도시하는 도로서, 도 2의 (a)는 아연도금 강판의 레이저 용접 개선예를 나타내며, 도 2의 (b)는 그 용접 결과를 나타내고, 도 2의 (c)는 그 용접 결과에 대한 사진이다.
즉, 도 2의 (a)와 같이 도금패널(10) 상호 간격을 소정 간격으로 일정하게 유지시킨 상태로 레이저(20) 용접을 실시하면, 두 도금패널(10) 사이공간으로 아연증기(30)가 빠져나가기 때문에 도 2의 (b) 및 (c)와 같이 용접 결함은 발생치 않게 된다.
이와 같은 원리를 이용하여 도금패널 구조를 이용하여 도금패널 상호 간격을 확보한 예가 도 3에 나타나 있다.
그러나, 도 3의 (a)는 도금패널(10) 매칭 확보가 불균일하며, 도 3의 (b)는 도금패널(10) 상호 간격을 측정 불가하여 로봇 티칭이 난해하며, 도 3의 (c)는 도금패널(10)을 통한 성형이 난해하다는 단점이 있었다.
즉, 단순히 도금패널(10)의 단면 형상 변경만으로 결함 발생 없이 레이저 용접을 수행하는 것이 어렵기 때문에, 도금패널(10)의 간격을 강제적으로 유지시키는 레이저 용접 장치가 개발되었다.
도 4는 종래의 레이저 용접 장치를 도시하는 도로서, 도 4에 도시된 바와 같이 종래의 레이저 용접 장치는, 브래킷(1)의 수직면 양면에 각각 위치하는 가압실린더(2)와, 경사롤러(4)를 회전 가능하게 지지하여 상기 가압실린더(2)에 의하여 두 경사롤러(4)가 좁혀지도록 힘을 가하는 암(3)으로 이루어진다.
즉, 한 쌍의 가압실린더(2), 암(3), 그리고 경사롤러(4)가 두 도금패널(10)의 상호 간격을 강제적으로 눌러 유지시킨 후, 레이저 용접을 실시하는 것이다.
그러나, 종래의 레이저 용접 장치는 가압실린더를 통한 일정한 단순 가압만 가능하기 때문에, 두 도금패널 상호 간격을 좁힐 수는 있지만 반대로 넓힐 수는 없어, 레이저 용접에 요구되는 상호 간격을 소정 간격으로 유지시킬 수 없다는 기술상의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 레이저 용접 시 비등점의 차이로 인한 용접 결함이 발생하는 도금패널에 대하여, 도금패널 상호 간격을 일정하게 실시간으로 유지하면서 용접을 수행할 수 있음으로써, 도금패널에 대한 레이저 용접을 양호하게 수행할 수 있도록 하는 레이저 용접 장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
이러한 본 발명의 레이저 용접 장치는 브래킷의 수직면 양면에 위치하여 승강 하는 제1 및 제2리니어 서보 모터와; 상기 제1리니어 서보 모터에 지지되며, 하측을 향하여 레이저 용접을 수행하는 레이저헤드와; 상기 레이저헤드의 일측에 지지되어 일체로 승강하며, 하단에 전자석 및 경사롤러가 마련된 상부암과; 상기 제2리니어 서보 모터에 지지되어 일체로 승강하며, 상기 상부암에 대응하여 전자석 및 경사롤러가 마련된 하부암과; 상기 상부암과 하부암에 각각 위치하되 서로 대향하여 상호 거리를 검출하는 한 쌍의 거리센서로 구성함으로써 달성된다.
또한 본 발명의 레이저 용접 장치 제어방법은 상기의 레이저 용접 장치를 제어하는 방법으로, 거리센서를 통하여 용접하고자 하는 도금패널 상호 간격을 검출하는 간격검출단계와; 상기 간격검출단계 이후, 검출된 도금패널 상호 간격이 기준 간격인지 판단하는 용접판단단계와; 상기 용접판단단계에서 도금패널 상호 간격이 기준 간격인 경우, 레이저헤드를 통하여 도금패널을 용접하는 용접단계로 구성함으로써 달성된다.
도 5는 본 발명의 레이저 용접 장치를 도시하는 도이며, 도 6은 본 발명의 레이저 용접 장치에 대한 요부를 도시하는 도이고, 도 7은 본 발명의 레이저 용접 장치 제어방법을 도시하는 흐름도이다.
여기에서 도 6의 (a)는 도 5의 A부분에 대한 확대도이며, 도 6의 (b)는 그 사시도이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선 본 발명의 레이저 용접 장치 및 그 제어방법은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 거리센서(510, 520)에서 검출된 거리에 따라 전자석(310, 410)과 경사롤러(320, 420)가 각각 마련된 상부암(300) 및 하부암(400)이 제1 및 제2리니어 서보 모터(110, 120)에 의하여 도금패널(10)의 상호 간격을 일정하게 유지시키며, 이러한 상태에서 레이저헤드(200)가 레이저 용접을 실시함으로써 용접부위에 기공과 같은 결함 발생을 방지할 수 있는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.
이하 본 발명의 레이저 용접 장치에 대한 각 구성요소를 하나씩 살펴보면 다음과 같다.
우선, 제1 및 제2리니어 서보 모터(110, 120)는 도 5에 도시된 바와 같이 브래킷(130)의 수직면 양면에 위치하며 제어신호에 따라 상기 브래킷(130)의 면을 타고 승강 하게 되며, 이러한 브래킷(130)은 별도의 구조물에 고정 설치될 수도 있지만, 본 발명에 있어서 상기 브래킷(130)은 다관절 로봇(미도시)에 지지되어 다양한 각도와 위치로 이동 가능한 것이 바람직하다.
즉, 레이저 용접의 실시를 위하여 다관절 로봇을 통하여 다양한 각도로 꺾이거나 위치 이동이 가능한 것이다.
그리고, 레이저 용접을 수행하게 되는 레이저헤드(200)는 상기 제1리니어 서보 모터(110)에 지지되어, 상기 제1리니어 서보 모터(110)의 승강에 따라 일체로 승강하며, 수직한 하측 방향으로 레이저빔을 조사하여 레이저 용접을 실시한다.
이때, 상기 레이저헤드(200)는 별도의 레이저 발진기와 광화이버 등의 매개체를 통하여 연결되어, 이 레이저 발진기에서 발진된 레이저를 용접하고자 하는 부 위에 조사할 수 있는 것이다.
그리고, 상부암(300)은 상기 레이저헤드(200)의 일측에 지지되어 있어, 상기 제1리니어 서보 모터(110), 레이저헤드(200) 그리고 상부암(300)은 모두 일체로 승강 하게 되며, 그 하단에 도 6에 도시된 바와 같이 전자석(310) 및 경사롤러(320)가 마련되어 있다.
여기에서, 상기 전자석(310)은 그 내부에 코일이 권선 되어 전원의 공급에 따라 자기장을 생성하여 도금패널(10)을 상측방향으로 당기게 되며, 상기 경사롤러(320)는 상기 상부암(300)의 끝단에 경사를 이루어 회전 가능하게 지지된 원판으로 도금패널(10)이 용접방향으로 진행하도록 돕는 동시에 상기 전자석(310)에 의해 상승하려는 도금패널(10)의 상한 높이를 제한하게 된다.
이러한 상부암(300)에 대응하는 하부암(400)은 도 5와 같이 상기 제2리니어 서보 모터(120)에 지지되어 일체로 승강하며, 그 단부에는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 상부암(300)에 마련된 전자석(310) 및 경사롤러(320)에 대응하여 각각 전자석(410) 및 경사롤러(420)가 마련되어 있다.
이 하부암(400)에 마련된 전자석(410) 또한 그 내부에 코일이 권선 되어 전원의 공급에 따라 자기장을 생성하여 도금패널(10)을 하측방향으로 당기게 되며, 상기 경사롤러(420) 또한 상기 하부암(400)의 끝단에 경사를 이루어 회전 가능하게 지지된 원판으로 도금패널(10)이 용접방향으로 진행하도록 돕는 동시에 상기 전자석(410)에 의해 하강하려는 도금패널(10)의 하한 높이를 제한하게 된다.
즉, 상기 전자석(310, 410)은 두 도금패널(10)을 각각 상하로 당기며, 상기 경사롤러(320, 420)는 상하로 이동하려는 도금패널(10)을 각각 상하에서 잡아주게 되는 것이다.
그리고, 한 쌍의 거리센서(510, 520)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 상부암(300)과 하부암(400)에 각각 위치하되 서로 대향하여 상호 거리를 비접촉 광학식으로 검출하며, 검출된 상호 거리 H를 통하여 두 도금패널(10) 상호 거리 h를 산출해 낼 수 있는 것이다.
예를 들면, 상부암(300)과 하부암(400) 사이에 도금패널(10)을 제거한 후, 두 경사롤러(320, 420)가 서로 맞닿은 상태에서 거리센서(510, 520) 상호 간의 거리를 검출하여 이를 H0이라고 설정하면, 용접 시 검출되는 두 거리센서(510, 520) 상호 간의 거리 H는 아래의 식에 의하여 구할 수 있다.
H = H0 + 2t + h
여기에서 t는 도금패널(10)의 두께이다.
이러한 식을 통하여 구한 두 도금패널(10) 사이 간격 h는 도금패널(10)의 종류에 따라 증감될 수 있다.
그리고, 본 발명에 있어서는 두 도금패널(10) 상호 거리 h를 일정 간격으로 유지할 수 있도록 두 거리센서(510, 520) 상호 거리를 조절하게 되는 것이다.
즉, 두 거리센서(510, 520) 상호 거리 H는 상기 브래킷(130)의 양면에 위치한 제1 및 제2리니어 서보 모터(110, 120)의 승강 동작에 따라, 상부암(300) 및 하부암(400)이 적절하게 승강 하면서 조절되는 것이다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 레이저 용접 장치에 대한 작용을 본 발명의 레이저 용접 장치 제어방법과 함께 설명하면 다음과 같다.
우선, 상기와 같이 구성된 본 발명의 레이저 용접 장치를 제어하는 방법은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 우선 간격검출단계(S10)에서 거리센서(510, 520)를 통하여 용접하고자 하는 도금패널(10) 상호 간격 h를 검출하게 된다.
이 도금패널(10) 상호 간격 h는 위에 설명한 식으로부터 거리센서(510, 520) 가 검출한 현재의 상호 거리 H에서 초기 거리 H0과 두 도금패널(10) 두께를 빼면 간단하게 얻게 된다.
상기 간격검출단계(S10) 이후 용접판단단계(S20)에서는 산출한 도금패널(10) 상호 간격이 레이저 용접시 기공이 발생하지 않는 기준 간격인지 판단하게 된다.
만약, 상기 용접판단단계(S20)에서 도금패널(10) 상호 간격이 기준 간격인 경우, 레이저 발진기로부터 레이저헤드(200)를 통하여 레이저를 조사하여 두 도금패널(10)을 서로 레이저 용접하게 되는 것이다.
그러나, 상기 용접판단단계(S20)에서 도금패널(10) 상호 간격이 기준 간격이 아닌 경우에는 두 도금패널(10) 상호 간격을 좁히거나, 반대로, 두 도금패널(10) 상호 간격을 넓혀야 한다.
이를 위하여, 승강판단단계(S40)에서는 우선 두 도금패널(10) 상호 간격이 기준 간격을 초과하는지 판단하게 된다.
즉, 상기 승강판단단계(S40)에서 도금패널(10) 상호 간격이 기준 간격을 초 과하는 경우, 좁힘단계(S50)에서는 제1리니어 서보 모터(110)를 작동시켜 상부암(300)을 하강시키는 동시에 제2리니어 서보 모터(120)를 작동시켜 하부암(400)을 상승시키게 되는 것이다.
이를 통하여, 상기 상부암(300) 및 하부암(400)에 마련된 경사롤러(320, 420)가 두 도금패널(10) 사이 간격을 좁히게 된다.
그러나, 반대로 상기 승강판단단계(S40)에서 도금패널(10) 상호 간격이 기준 간격을 초과하지 않는 경우, 즉 도금패널(10) 상호 간격이 기준 간격보다 좁은 경우에는, 벌림단계(S60)에서 제1리니어 서보 모터(110)를 작동시켜 상부암(300)을 상승시키는 동시에 제2리니어 서보 모터(120)를 작동시켜 하부암(400)을 하강시키게 된다.
이를 통해, 상기 상부암(300) 및 하부암(400)에 마련된 전자석(310, 410)이 두 도금패널(10) 사이 간격을 넓히게 되는 것이다.
즉, 위의 동작을 실시간으로 반복하여 수행함으로써, 레이저 용접 시 두 도금패널(10) 상호 간격을 항상 기준 간격으로 유지한 상태에서 레이저 용접이 이루어지게 되는 것이다.
여기에서, 상기 기준 간격은 아연도금 강판인 도금패널(10)에 대하여 0.2mm인 것이 바람직하며, 상기 도금패널(10)이 아연도금 강판일 경우 아연증기가 용접 부위에 기공과 같은 결함을 일으키지 않고 외부로 배출되는 두 도금패널(10) 상호 간격은 실험결과 0.2mm로 나타났다.
따라서, 본 발명의 레이저 용접 장치 및 그 제어방법은 비등점에 차이가 있는 도금패널(10)의 레이저 용접에 있어서 비등점이 낮은 금속이 증기를 이루어 기공과 같은 용접 결함을 발생시키는 것을 예방하도록, 두 도금패널(10) 상호 간격을 기준 간격으로 실시간 유지할 수 있기 때문에 도금패널(10)에 대한 양질의 레이저 용접을 수행할 수 있다는 탁월한 이점이 있는 발명인 것이다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.
이상과 같은 본 발명은 레이저 용접 시 비등점의 차이로 인한 용접 결함이 발생하는 도금패널에 대하여, 도금패널 상호 간격을 일정하게 실시간으로 유지하면서 용접을 수행할 수 있음으로써, 도금패널에 대한 레이저 용접을 양호하게 수행할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 브래킷의 수직면 양면에 위치하여 승강 하는 제1 및 제2리니어 서보 모터와;
    상기 제1리니어 서보 모터에 지지되며, 하측을 향하여 레이저 용접을 수행하는 레이저헤드와;
    상기 레이저헤드의 일측에 지지되어 일체로 승강하며, 하단에 전자석 및 경사롤러가 마련된 상부암과;
    상기 제2리니어 서보 모터에 지지되어 일체로 승강하며, 상기 상부암에 대응하여 전자석 및 경사롤러가 마련된 하부암과;
    상기 상부암과 하부암에 각각 위치하되 서로 대향하여 상호 거리를 검출하는 한 쌍의 거리센서로 구성되되;
    상기 브래킷은 다관절 로봇에 지지되어 다양한 각도와 위치로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2항의 레이저 용접 장치를 제어하는 방법으로,
    거리센서를 통하여 용접하고자 하는 도금패널 상호 간격을 검출하는 간격검출단계와;
    상기 간격검출단계 이후, 검출된 도금패널 상호 간격이 기준 간격인지 판단하는 용접판단단계와;
    상기 용접판단단계에서 도금패널 상호 간격이 기준 간격인 경우, 레이저헤드를 통하여 도금패널을 용접하는 용접단계로 구성되되;
    상기 용접판단단계에서 도금패널 상호 간격이 기준 간격이 아닌 경우, 검출된 도금패널 상호 간격이 기준 간격을 초과하는지 판단하는 승강판단단계와;
    상기 승강판단단계에서 도금패널 상호 간격이 기준 간격을 초과하는 경우, 제1리니어 서보 모터를 작동시켜 상부암을 하강시키는 동시에 제2리니어 서보 모터를 작동시켜 하부암을 상승시키는 좁힘단계가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 승강판단단계에서 도금패널 상호 간격이 기준 간격을 초과하지 않는 경우, 제1리니어 서보 모터를 작동시켜 상부암을 상승시키는 동시에 제2리니어 서보 모터를 작동시켜 하부암을 하강시키는 벌림단계가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치 제어방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 기준 간격은 아연도금 강판인 도금패널에 대하여 0.2mm인 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치 제어방법.
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