KR101116635B1 - 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 옵틱 헤드의 진행방향 후방에 가압롤러를 구성하고, 상기 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔을 반사미러를 통하여 상기 가압롤러의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간으로 조사하여 상부 패널의 용접부만을 용융시킨 상태로, 상기 가압롤러의 가압력을 제공하여 이종재질의 패널을 상호 계면 접합되도록 하여 접합하는 레이저 용접용 옵틱 헤드를 제공한다.

레이저 빔, 옵틱 헤드, 가압롤러, 계면접합, 이종패널, 반사미러

Description

레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛{OPTIC HEAD UNIT FOR LASER WELDING}

본 발명은 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 옵틱 헤드의 진행방향 후방에 가압롤러를 구성하고, 상기 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔을 반사미러를 통하여 상기 가압롤러의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간으로 조사되도록 함으로써 이종재질의 패널을 상호 계면 접합되도록 하여 접합하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛에 관한 것이다.

최근, 산업분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저빔이 적용되고 있는 추세이며, 이러한 레이저빔의 적용에 있어 요구되는 몇 가지 목표는 레이저빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저 빔 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화 등을 들 수 있다.

즉, 이러한 목표들이 충족되어 질 때, 제품 개발에 있어 원가절감 및 품질향상의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저 옵틱 헤드의 사시도로써, 종래 레이저 가공 시스템은 레이저 발진기(101)로부터 발진된 레이저빔(B)의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 용접 대상물인 판재(103)의 용접부에 상기 레이저빔(B)을 조사하는 옵틱 헤드(105)와, 이 옵틱 헤드(105)를 아암(107) 선단에 장착한 상태로 용접선을 따라 옵틱 헤드(105)를 거동시키는 로봇(미도시)으로 구성된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 레이저 가공 시스템은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 용접 대상물인 패널(103)이 각각 알루미늄과 스틸로 이루어지는 이종재질인 경우, 레이저빔(B)의 초점이 정확한 용접부에 위치된다 하더라도 상호간의 용융점이 상이하여 용접불량의 원인이 되며, 심한 경우에는 용접 대상물에 구멍을 내는 등의 제품불량으로 이어지는 원인이 되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 옵틱 헤드의 진행방향 후방에 가압롤러를 구성하고, 상기 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔을 반사미러를 통하여 상기 가압롤러의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간으로 조사하여 상부 패널의 용접부만을 용융시킨 상태로, 상기 가압롤러의 가압력을 제공하여 이종재질의 패널을 상호 계면 접합되도록 하여 접합하는 레이저 용접용 옵틱 헤드를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛은 로봇의 거동에 따라 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔을 용접부에 조사하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛에 있어서,

상기 로봇의 아암 선단에 장착되는 옵틱헤드; 상기 옵틱헤드의 진행방향 후방 일측에 구성되어 상부 패널의 용접부에 가압롤러가 구름 접촉하여 가압하는 가압롤러수단; 상기 옵틱헤드의 하부 일측에 구성되어 상기 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔을 반사미러를 통하여 상기 가압롤러의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간의 레이저빔으로 조사하여 상기 상부 패널의 용접부를 용융시키는 빔 반사수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압롤러수단은 상기 옵틱헤드의 진행방향 후방 일측에 장착 브라켓을 통하여 하향 설치되는 가압 댐퍼; 상기 가압댐퍼의 작동로드 선단에 체결되는 롤러 하우징; 상기 롤러 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되어 상기 상부 패널의 용접부에 구름 접촉된 상태로 가압하는 가압롤러로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 가압댐퍼는 상기 장착 브라켓의 하면에 일체로 구성되는 체결블록에 하향 체결되는 댐퍼 하우징; 상기 댐퍼 하우징에 상하방향으로 작동하도록 설치되며, 선단이 상기 롤러 하우징의 상부에 체결되는 작동로드; 상기 댐퍼 하우징과 상기 롤러 하우징 사이에서, 상기 작동로드 상에 끼워진 상태로 상기 롤러 하우징에 하향 가압력을 제공하는 가압 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 가압 스프링은 상기 작동로드 상에 끼워진 상태로, 상단이 상기 댐퍼 하우징의 하부에 지지되고, 하단이 상기 롤러 하우징의 상단에 지지되는 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 가압롤러는 그 소재가 스틸재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 빔 반사수단은 상기 옵틱헤드의 하부 일측에 설치되는 장착 프레임; 상기 장착 프레임의 하부에 회전 가능하게 설치되는 미러 케이스; 상기 미러 케이스에 설치되어 상기 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔을 반사하여 상기 가압롤러의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간의 레이저빔으로 조사하는 반사미러로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 반사미러는 플랫(FLAT) 미러로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛에 의하면, 옵틱 헤드의 진행방향 후방에 가압댐퍼에 의해 상부 패널인 알루미늄 패널상의 용 접부를 일정압으로 가압하는 가압롤러를 구성하고, 상기 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔을 반사미러를 통하여 상기 가압롤러의 진행방향 전방의 상부 패널상의 용접부에 비초점구간으로 조사하여 상부 패널인 알루미늄 패널의 용접부만을 용융시킨 상태로, 상기 가압롤러가 이를 하부 패널인 스틸 패널에 가압하도록 함으로써, 이종재질의 패널을 상호 계면 접합되도록 하여 접합한다.

이로써, 용융점이 상이하여 상호 레이저 용접에 의해 접합이 어려운 이종재질의 패널을 쉽게 접합할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛의 사용 상태 단면도이다.

본 실시예에 따른 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛(10)은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 옵틱헤드(1)로부터 조사되는 레이저빔(B)을 반사미러(31)를 통하여 가압롤러(21)의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간으로 조사하여 상부 패널(3)의 용접부만을 용융시킨 상태로, 용융된 상부 패널(3)의 용접부를 상기 가압롤러(21)가 가압하여 이종재질의 상부 및 하부 패널(3,5)을 상호 계면 접합되도록 한다.

여기서, 상기 상부 패널(3)은 스틸 패널보다 용융점이 낮은 알루미늄 패널이 적용되며, 상기 하부 패널(5)은 스틸 패널이 적용된다.

이러한 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛(10)의 구성은, 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 로봇(7)의 아암 선단에 장착되어 상기 로봇(7)의 거동에 따라 레이저 발진기(9)로부터 발진된 레이저빔(B)을 조사하는 옵틱헤드(1)가 구비된다.

그리고 상기 옵틱헤드(1)의 진행방향 후방 일측에는 상기 상부 패널(3)의 용접부에 가압롤러(21)가 구름 접촉하여 가압하는 가압롤러수단(20)이 구성된다.

또한, 상기 옵틱헤드(1)의 하부 일측에는 상기 옵틱헤드(1)로부터 조사되는 레이저빔(B)을 반사미러(31)를 통하여 상기 가압롤러(21)의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간의 레이저빔(B)으로 조사하여 상기 상부 패널(3)의 용접부를 용융시키는 빔 반사수단(30)을 구비한다.

먼저, 상기 가압롤러수단(20)은 상기 옵틱헤드(1)의 진행방향 후방 일측에 장착 브라켓(22)을 통하여 가압댐퍼(23)가 하향 설치되고, 상기 가압댐퍼(23)의 작동로드(24) 선단에는 롤러 하우징(25)이 설치된다.

여기서, 상기 가압댐퍼(23)는 상기 장착 브라켓(22)의 하면에 일체로 구성되는 체결블록(26)에 하향 체결되는 댐퍼 하우징(27)과, 상기 댐퍼 하우징(27)에 상하방향으로 작동하도록 설치되는 작동로드(24) 및 상기 댐퍼 하우징(27)과 상기 롤러 하우징(25) 사이에서, 상기 작동로드(24) 상에 끼워진 상태로 상기 롤러 하우징(25)에 하향 가압력을 제공하는 가압 스프링(28)으로 구성된다.

여기서, 상기 가압 스프링(28)은 상기 작동로드(24) 상에 끼워진 상태로, 그 상단이 상기 댐퍼 하우징(27)의 하부 플랜지(29)에 지지되고, 그 하단이 상기 롤러 하우징(25)의 상단에 지지되는 코일 스프링으로 이루어진다.

또한, 상기 롤러 하우징(25)의 내부에는 가압롤러(21)가 회전 가능하게 설치되어 상기 상부 패널(3)의 용접부에 구름 접촉된 상태로 가압하도록 구성된다.

상기 가압롤러(21)는 그 소재가 스틸재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 빔 반사수단(30)은 상기 옵틱헤드(1)의 하부 일측에 장착 프레임(32)이 설치된다.

상기 장착 프레임(32)의 하부에는 미러 케이스(33)가 회전 가능하게 설치되며, 상기 미러 케이스(33)에는 반사미러(31)가 설치되어 상기 옵틱헤드(1)로부터 조사되는 레이저빔(B)을 반사하여 상기 가압롤러(21)의 진행방향 전방의 상부 패널 (3)상의 용접부에 비초점구간의 레이저빔(B)을 조사한다.

여기서, 상기 반사미러(31)는 플랫(FLAT) 미러로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 반사미러(31)에 의해 상부 패널(3)인 알루미늄 패널에 조사되는 비초점구간의 레이저빔(B)이 형성하는 용접열은 알루미늄의 용융점보다 낮는 대략 480℃ 전후로 형성되도록 한다.

따라서 상기한 바와 같은 구성의 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛(10)의 작동은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 옵틱 헤드(1)가 로봇(7)의 거동에 따라 상부 패널(3)의 용접부를 따라 이동하면서, 레이저 발진기(9)로부터 출력되는 레이저빔(B)을 조사하면, 상기 레이저빔(B)은 상기 반사미러(31)에 의해 반사되어 상기 가압롤러(21)의 진행방향 전방의 상부 패널(3)상의 용접부에 비초점구간으로 조사되어 상기 상부 패널(3)인 알루미늄 패널의 용접부만을 용융시킨다.

이러한 상태에서, 상기 가압롤러(21)가 가압댐퍼(23)의 가압력을 이용하여 상기 상부 패널(3)의 용융된 용접부를 일정압으로 가압하면서 지나가면, 상기 상부 패널(3)은 그 용접부가 하부 패널(5)인 스틸 패널에 계면접합 상태로 접합된다.

이로써, 본 실시예에 따른 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛(10)는 용융점이 상이하여 상호 레이저 용접에 의한 접합이 어려운 알루미늄과 스틸재로 이루어지는 이종재질의 패널(3,5)을 쉽게 접합하게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저 옵틱 헤드 유닛의 사시도이다.

도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 레이저 옵틱 헤드 유닛의 사용 상태도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛의 사용 상태 단면도이다.

Claims (7)

1. 로봇의 거동에 따라 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔을 용접부에 조사하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛에 있어서,

   상기 로봇의 아암 선단에 장착되는 옵틱헤드;

   상기 옵틱헤드의 진행방향 후방 일측에 구성되어 상부 패널의 용접부에 가압롤러가 구름 접촉하여 가압하는 가압롤러수단;

   상기 옵틱헤드의 하부 일측에 구성되어 상기 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔을 반사미러를 통하여 상기 가압롤러의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간의 레이저빔으로 조사하여 상기 상부 패널의 용접부를 용융시키는 빔 반사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛.
2. 제1항에서,

   상기 가압롤러수단은

   상기 옵틱헤드의 진행방향 후방 일측에 장착 브라켓을 통하여 하향 설치되는 가압댐퍼;

   상기 가압댐퍼의 작동로드 선단에 체결되는 롤러 하우징;

   상기 롤러 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되어 상기 상부 패널의 용접부에 구름 접촉된 상태로 가압하는 가압롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛.
3. 제2항에서,

   상기 가압댐퍼는

   상기 장착 브라켓의 하면에 일체로 구성되는 체결블록에 하향 체결되는 댐퍼 하우징;

   상기 댐퍼 하우징에 상하방향으로 작동하도록 설치되며, 선단이 상기 롤러 하우징의 상부에 체결되는 작동로드;

   상기 댐퍼 하우징과 상기 롤러 하우징 사이에서, 상기 작동로드 상에 끼워진 상태로 상기 롤러 하우징에 하향 가압력을 제공하는 가압 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛.
4. 제3항에서,

   상기 가압 스프링은

   상기 작동로드 상에 끼워진 상태로, 상단이 상기 댐퍼 하우징의 하부에 지지되고, 하단이 상기 롤러 하우징의 상단에 지지되는 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛.
5. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 가압롤러는

   그 소재가 스틸재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛.
6. 제1항에서,

   상기 빔 반사수단은

   상기 옵틱헤드의 하부 일측에 설치되는 장착 프레임;

   상기 장착 프레임의 하부에 회전 가능하게 설치되는 미러 케이스;

   상기 미러 케이스에 설치되어 상기 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔을 반사하여 상기 가압롤러의 진행방향 전방의 용접부에 비초점구간의 레이저빔으로 조사하는 반사미러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛.
7. 제1항 또는 제6항에서,

   상기 반사미러는

   플랫(FLAT) 미러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 옵틱 헤드 유닛.

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