KR100986377B1

KR100986377B1 - 자동 스터드 용접장치 및 방법

Info

Publication number: KR100986377B1
Application number: KR1020080030413A
Authority: KR
Inventors: 조용준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2010-10-08
Also published as: KR20090105136A

Abstract

본 발명은 자동 스터드 용접장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차체 패널과 같은 모재에 스터드를 자동으로 용접할 수 있도록 구성되어 신속하고 정확한 용접작업이 이루어지는 자동 스터드 용접장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 모재에 스터드를 용접하는 스터드 용접장치에 있어서,

회전 가능한 와이어 롤에 감겨 제공되는 스터드 와이어를 정방향으로 이동시키는 메인 피더; 상기 스터드 와이어를 역방향으로 이동시키는 서브 피더; 상기 메인 피더와 서브 피더 사이에 설치되어 상기 스터드 와이어를 소성변형시켜 직선 형태로 곧게 펴는 스트레이트너; 상기 서브 피더를 통과한 스터드 와이어를 모재로 가이드하는 용접건; 상기 용접건과 모재에 연결되어 전원을 공급하되 제어부에 의해 공급하는 전류량이 제어되는 파워 소스;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접장치를 제공한다.

모재, 스터드, 용접, 아크

Description

자동 스터드 용접장치 및 방법{Automatic Stud Welding Device and Method}

일반적으로 자동차 차체 또는 샤시 파트에 볼트나 핀 등의 범용 고정부재를 조립하기 위하여 차체 패널에 고정부재를 직접 용접하여 고정하는 스터드 용접장치가 널리 이용된다.

첨부한 도 1은 종래 스터드 용접장치의 일실시 예를 도시한 구성도이고, 도 2는 종래 스터드 용접장치의 사용상태를 도시한 동작도이며, 도 3은 종래 스터드를 모재에 용접하는 과정을 도시한 흐름도이다.

종래 스터드 용접장치는 각각의 스터드를 용접건(welding gun)에 연속적으로 공급하면서 수동 또는 로봇에 의한 자동 방법으로 용접 시공한다.

종래 스터드 용접 과정을 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드를 이 용하여 스터드(2)를 공급한 다음 스터드(2)의 끝단을 모재(1)에 접촉시켜 통전되게 한다. 그리고, 적절한 용접 전류/전압을 유지하며 상기 스터드(2)를 공급방향과 반대방향으로 당겨 아크를 발생시킨다. 아크열에 의해 스터드(2) 끝단이 용융되면 상기 스터드(2)를 모재방향으로 하강시켜 가압하고 냉각과정을 거쳐 경화시켜 모재(1)에 고정한다.

그러나, 종래 스터드 용접장치는 각각의 스터드를 용접건에 별도로 공급하기 위하여 스터드 공급기와 연결호스를 구비하는 등 장치가 복잡해지며, 수동으로 용접하는 경우 작업자가 일일이 용접작업을 해야 하기 때문에 많은 작업시간이 소요될 뿐만 아니라 스터드가 누락된 채로 용접작업이 완료되기도 한다. 또한 로봇 등에 의해 자동으로 시공되는 경우, 스터드 공급기의 이상에 의해 용접장치가 가동되지 못하는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 모재에 스터드를 자동으로 용접할 수 있도록 구성되어 신속하고 정확한 용접작업이 이루어지는 자동 스터드 용접장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 모재에 스터드를 용접하는 스터드 용접장치에 있어서,

그리고, 상기 서브 피더에 의해 역방향으로 이동된 스터드 와이어의 잉여분을 흡수보관하는 와이어 잉여분 수용부가 상기 메인 피더와 스트레이트너 사이에 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파워 소스는 양극이 상기 용접건에 연결되고 음극이 상기 모재에 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 스트레이트너는 회전가능한 다수의 롤러가 지그재그로 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 스터드가 연속되게 연결된 스터드 와이어를 안내하는 용접건과 모재에 연결된 파워 소스에서 공급되는 전원을 이용하여 상기 스터드 와이어를 모재에 용접하는 스터드 용접방법에 있어서,

스터드 와이어를 정방향으로 이동시키는 메인 피더를 작동시켜 상기 스터드 와이어를 모재에 접촉시키는 단계;

상기 스터드 와이어와 모재가 접촉되어 용접 전류가 통전되면, 상기 스터드 와이어를 역방향으로 이동시키는 서브 피더를 작동시켜 스터드 와이어를 모재로부터 이탈시키는 단계;

상기 스터드 와이어가 모재로부터 이탈되어 아크가 발생되고 스터드 와이어의 끝단이 용융되면, 상기 스터드 와이어를 정방향으로 이동시켜 모재에 접촉시키는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접방법도 제공한다.

본 발명에 따른 자동 스터드 용접장치는 와이어 형태의 스터드 와이어를 메인 피더를 이용하여 정방향으로 이동시키는 단순한 구조로 구성되어 신속하고 정확한 용접작업이 이루어지는 효과가 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세하게 설명한다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 자동 스터드 용접장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 4a는 본 발명에 따른 스트레이트너를 도시한 개략적인 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 와이어 잉여분 수용부 내에서 스터드 와이어의 상태를 도시한 상태도이며, 도 6은 본 발명에 따른 자동 스터드 용접장치의 용접과정을 개략적으로 도시한 흐름도, 도 7은 본 발명에 따른 용접장치의 동작에 따른 파워 소스와 메인 피더/서브 피더의 상태를 도시한 도면이다.

본 발명에 따라 바람직하게 구현되는 자동 스터드 용접장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 스터드가 일체로 연속되게 형성된 스터드 와이어(10)가 회전 가능한 와이어 롤(미도시)에 감겨 롤 형태로 제공되고, 상기 스터드 와이어(10)를 모재(80)로 정방향으로 이동시키기 위한 메인 피더(main feeder)(20)가 포함되어 구성된다.

메인 피더모터(미도시)와 연결되어 작동하는 상기 메인 피더(20)는 스터드 와이어(10)에 접하여 정방향으로 회전하며 상기 스터드 와이어(10)를 정방향으로 즉, 모재(80)쪽으로 이동시키되, 상기 스터드 와이어(10)는 용접건(70)을 통해 가이드되어 모재(80)쪽을 향해 정방향으로 이동된다.

상기 와이어 롤에 감겨 소성변형된 곡선 형태의 스터드 와이어(10)를 직선 형태로 소성변형시키기 위하여 스트레이트너(40)를 구성하되, 상기 메인 피더(20)와 용접건(70) 사이에 설치하여 상기 스터드 와이어(10)가 용접건(70)으로 투입되기 전에 펴질 수 있도록 한다.

상기 스트레이트너(40)는 도 4a에 도시된 바와 같이 회전 가능한 다수의 롤러(41)가 지그재그로 배치되어 구비되고, 스터드 와이어(10)가 상기 롤러(41) 사이에 개재되어 통과하면서 소성변형되어 직선 형태로 곧게 펴지게 된다.

또한, 상기 스트레이트너(40)와 용접건(70) 사이에 서브 피더모터(미도시)에 의해 작동하는 서브 피더(30)를 설치한다. 상기 서브 피더(30)는 스터드 와이어(10)가 모재(80)에 접촉하는 순간 역방향으로 회전하며 상기 스터드 와이어(10)를 역방향으로 당겨 상승시킨다.

또한, 상기 스트레이트너(40)와 메인 피더(20) 사이에는 서브 피더(30)에 의해 역방향으로 이동된 스터드 와이어(10)의 잉여분이 휘어질 수 있도록 이를 수용하는 와이어 잉여분 수용부(50)가 설치된다.
이때, 상기 와이어 잉여분 수용부(50)는 서브 피더(30)에 의해 역방향으로 이동되어 휘어지면서 변형되는 스터드 와이어(10)의 변형 부분을 수용하는 역할을 하게 된다.
그리고, 와이어 잉여분 수용부(50) 내에서 휘어져 있던 스터드 와이어(10)는 메인 피더(20)의 회전에 의해 다시 직선 형태로 곧게 펴져 모재(80)쪽으로 이동될 수 있게 된다.

상기 와이어 잉여분 수용부(50)의 내부에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 스터드 와이어(10)의 변형 부분을 수용할 수 있는 수용홈(51)이 마련되어 있으며, 이에 따라 스터드 와이어(10)의 잉여분은 수용홈(51) 내에서 위아래로 규제를 받으면서 자유롭게 상하 유동할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 용접 전류를 공급하기 위한 파워 소스(60)가 구성되어 (+)단자는 상기 용접건(70)에 연결되고 (-)단자는 상기 모재(80)에 연결된다.

파워 소스(60)의 전원은 직류와 교류를 모두 사용할 수 있으나, 직류의 경우 양극에서 발생하는 열량이 음극에서 발생하는 열량보다 훨씬 많기 때문에, 본 발명의 일실시 예에서 양극을 용접건(70)에 연결하는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 일실시 예의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

메인 피더모터에 전원을 공급하여 메인 피더(20)를 작동시키면 스터드 와이어(10)가 스트레이트너(40)를 통과하면서 직선 형태로 곧게 펴지고 용접건(70)을 통해 가이드되어 모재(80)쪽을 향해 정방향으로 이동된다.

정방향으로 이동된 스터드 와이어(10)가 모재(80)에 접촉하게 되면 파워 소스(60)에서 공급되는 용접 전류가 통전되어 상기 스터드 와이어(10)와 모재(80) 사이에 전류가 흐르게 되고, 상기 메인 피더(20)의 작동을 중단시켜 스터드 와이어(10)의 정방향 이동을 멈춘다. 상기 파워 소스(60)에 의해 공급되는 용접 전류는 제어부에 의해 적절하게 조절되며 공급되고, 서브 피더(30)가 작동되어 상기 스터드 와이어(10)를 역방향으로 상승시킨다.

그럼, 상기 스터드 와이어(10)와 모재(80)가 떨어지면서 아크가 발생하게 되고, 발생된 아크를 일정 시간 동안 유지하여 상기 스터드 와이어(10)의 끝단을 충분히 용융시키기 위해 용접 전류를 적절하게 감소시킨다.

상기 스터드 와이어(10)의 끝단이 충분히 용융되었으면 상기 스터드 와이어(10)를 다시 정방향으로 이동시켜 모재(80)와 접촉되도록 한다. 이때, 용접 전류를 최소화하여 용접 현상을 유도하고 상기 스터드 와이어(10)를 조금씩 정방향으로 이동시켜 상기 스터드 와이어(10)가 모재(80)에 용접되도록 한다.

스터드 와이어(10)는 표면이 오목하게 성형된 절단부(11)가 소정 간격마다 형성되며, 용접이 완료된 다음 상기 스터드 와이어(10)를 절단하기 위하여, 용접건(70)과 모재(80)에 아크를 발생시키기 위한 용접 전압을 가하여 적절한 전류를 공급한다. 그리고, 서브 피더(30)를 작동시켜 상기 스터드 와이어(10)를 역방향으로 당기면, 상기 스터드 와이어(10)가 절단부(11)에서 끊어지면서 아크가 발생하게 된다.

상기 절단부(11) 위치에서 아크가 발생되어 스터드 와이어(10)가 완전히 절단되면 다시 전류를 감소시켜 스터드 와이어(10)의 끝단의 형상을 적절히 형성시키고, 다음 용접 지점으로 이동하여 용접 작업을 진행한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시 예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래 스터드 용접장치의 일실시 예를 도시한 구성도,

도 2는 종래 스터드 용접장치의 사용상태를 도시한 동작도,

도 3은 종래 스터드를 모재에 용접하는 과정을 도시한 흐름도,

도 4는 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 자동 스터드 용접장치를 개략적으로 도시한 구성도,

도 4a는 본 발명에 따른 스트레이트너를 도시한 개략적인 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 와이어 잉여분 수용부 내에서 스터드 와이어의 상태를 도시한 상태도,

도 6은 본 발명에 따른 자동 스터드 용접장치의 용접과정을 개략적으로 도시한 흐름도,

도 7은 본 발명에 따른 용접장치의 동작에 따른 파워 소스와 메인 피더/서브 피더의 상태를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스터드 와이어 11 : 절단부

20 : 메인 피더 30 : 서브 피더

40 : 스트레이트너 41 : 롤러

50 : 와이어 잉여분 수용부 60 : 파워 소스

70 : 용접건 80 : 모재

Claims

모재에 스터드를 용접하는 스터드 용접장치에 있어서,

회전 가능한 와이어 롤에 감겨 제공되는 스터드 와이어를 정방향으로 이동시키는 메인 피더;

상기 스터드 와이어를 역방향으로 이동시키는 서브 피더;

상기 메인 피더와 서브 피더 사이에 설치되어 상기 스터드 와이어를 소성변형시켜 직선 형태로 곧게 펴는 스트레이트너;

상기 서브 피더를 통과한 스터드 와이어를 모재로 가이드하는 용접건;

상기 용접건과 모재에 연결되어 전원을 공급하되 제어부에 의해 공급하는 전류량이 제어되는 파워 소스;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접장치.
청구항 1에 있어서,

상기 서브 피더에 의해 역방향으로 이동된 스터드 와이어의 잉여분을 흡수보관하는 와이어 잉여분 수용부가 상기 메인 피더와 스트레이트너 사이에 더 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접장치.
청구항 1에 있어서,

상기 파워 소스는 양극이 상기 용접건에 연결되고 음극이 상기 모재에 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접장치.
청구항 1에 있어서,

상기 스트레이트너는 회전가능한 다수의 롤러가 지그재그로 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접장치.
스터드가 연속되게 연결된 스터드 와이어를 안내하는 용접건과 모재에 연결된 파워 소스에서 공급되는 전원을 이용하여 상기 스터드 와이어를 모재에 용접하는 스터드 용접방법에 있어서,

스터드 와이어를 정방향으로 이동시키는 메인 피더를 작동시켜 상기 스터드 와이어를 모재에 접촉시키는 단계;

상기 스터드 와이어와 모재가 접촉되어 용접 전류가 통전되면, 상기 스터드 와이어를 역방향으로 이동시키는 서브 피더를 작동시켜 스터드 와이어를 모재로부터 이탈시키는 단계;

상기 스터드 와이어가 모재로부터 이탈되어 아크가 발생되고 스터드 와이어의 끝단이 용융되면, 상기 스터드 와이어를 정방향으로 이동시켜 모재에 접촉시키는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접방법.
청구항 5에 있어서,

상기 메인 피더에 의해 정방향으로 이동되는 스터드 와이어를 스트레이트너에 통과시켜 직선 형태로 곧게 펴는 단계;

상기 스트레이트너에 의해 곧게 펴진 스터드 와이어가 용접건을 통해 안내되어 모재에 접촉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접방법.
청구항 5에 있어서,

상기 서브 피더에 의해 역방향으로 이동된 스터드 와이어의 잉여분을 와이어 잉여분 수용부가 흡수보관하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접방법.
청구항 5에 있어서,

상기 스터드 와이어가 모재에 용접되면 상기 서브 피더를 작동시켜 스터드 와이어를 역방향으로 이동시켜 스터드 와이어의 일정 간격마다 형성된 절단부에서 아크를 발생시켜 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접방법.
청구항 5에 있어서,

상기 용접 전류는 스터드 와이어에 아크 발생을 위해 증가되고, 아크가 발생되면 용접 현상을 유도하도록 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접방법.
청구항 5에 있어서,

상기 메인 피더와 서브 피더는 스터드 와이어의 정방향 이동 및 역방향 이동을 위해 대응되는 회전속도로 작동하는 것을 특징으로 하는 자동 스터드 용접방법.