KR101137254B1 - 도금강판의 레이저 용접용 지그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 상부 도금강판은 클램퍼에 전자석을 통하여 부착하고, 하부 도금강판은 로케이터 상에 전자석을 통하여 부착하여 상부 및 하부 도금강판 사이에 가스배출 갭을 형성함과 동시에, 상기 로케이터에는 압전소자를 적용하여 하부 도금강판의 높이를 조정할 수 있도록 함으로써 강판소재의 두께에 대응하여 상기 가스배출 갭을 일정하게 조정할 수 있도록 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치를 제공한다.

레이저 용접, 지그장치, 도금강판, 도금층, 압전소자, 전자석

Description

도금강판의 레이저 용접용 지그장치{JIG APPARATUS FOR LASER WELDING OF PLATING STEEL SHEET}

본 발명은 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크롬, 니켈 또는 아연 등의 도금강판을 겹치기 레이저 용접하는 경우, 전자석을 이용하여 상부 및 하부 도금강판 사이에 가스배출 갭을 형성하여 용접가스가 쉽게 배출되도록 하여 용접품질을 향상시키는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 용접은 레이저빔의 초점구간에서 에너지 다중반사 및 흡수를 이용한 키홀용접(KEYHOLE WELDING)으로 진행된다.

즉, 상기 키홀용접의 경우에는 레이저빔의 전자기파 에너지가 집적된 초점위치에서 소재의 표면에 충돌하고, 그 충돌에너지는 열에너지를 발산하면서 전자기파의 연속적인 현상인 키홀현상을 유지한다. 이러한 키홀현상을 과학적으로 서술하면, 고출력 레이저 용접에서 용융 풀에 증기압 등의 작용으로 작은 구멍을 만들면서 용접이 이루어지는 상태를 말한다.

이와 같이, 레이저빔(LB)의 특성을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재에 대하여 레이저 용접작업을 진행하게 된다.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의한 레이저 용접 공정도로써, 레이저빔(LB)을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재를 용접하기 위해서는 로봇(1)의 아암(3) 선단에 레이저 헤드(5)를 설치하고, 이 레이저 헤드(5)는 레이저 발진기(7)와 연결되는 레이저 용접 시스템과 연결되며, 로봇 제어기(C)를 통하여 거동하는 로봇(1)에 의해 상기 레이저 헤드(5)가 소재(9)의 용접패턴을 따라 이동하면서 레이저빔(LB)을 조사하여 용접작업을 진행하게 된다.

여기서, 상기 레이저빔의 특성을 이용하여 용접하기 위한 강판 중에서도 특히 크롬, 니켈 또는 아연 등의 도금강판은 철의 최대 단점인 녹을 방지하고, 철의 장점인 강성과 경제성을 최대한 살릴 수 있다는 측면에서 사용이 늘어나는 추세이다.

그런데, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기한 레이저빔의 특성을 이용하여 상기한 도금강판(11)을 서로 겹치기 용접하는 과정에서, 2장의 겹쳐진 도금강판(11) 사이에 일정한 갭(GAP)이 없는 경우에는, 그 용접부(W)에 도금층(13)의 증발로 인한 용접가스의 영향으로 기공이 발생하거나, 폭발성 기공을 동반하는 양상을 보인다.

이에 따라, 2장의 도금강판(11)을 겹치기 레이저 용접하기 위해서는 지그장치를 통하여 도금강판(11) 사이에 0.1mm 정도의 갭을 유지하여 용접가스가 배출되도록 하는 것이 중요하다.

그러나 상기한 지그장치를 이용하여 도금강판(11) 사이에 일정한 갭을 유지 하기 위해서는 지그장치를 도금강판 별로 전용으로 사용하도록 전용 지그장치로 구성하여야 하며, 이에 따라 비도금강판 등에는 공유할 수 없는 단점이 있다.

또한, 전용 지그장치를 이용하는 경우에도 도금강판 사이의 갭이 일정하지 않아 폭발성 기공 등의 종래 용접불량의 원인은 여전히 존재하는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 상부 도금강판은 클램퍼에 전자석을 통하여 부착하고, 하부 도금강판은 로케이터 상에 전자석을 통하여 부착하여 상부 및 하부 도금강판 사이에 가스배출 갭을 형성함과 동시에, 상기 로케이터에는 압전소자를 적용하여 하부 도금강판의 높이를 조정할 수 있도록 함으로써 강판소재의 두께에 대응하여 상기 가스배출 갭을 일정하게 조정할 수 있도록 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치는 작업실 바닥면에 베이스 플레이트가 설치되고, 상기 베이스 플레이트 상에는 지그 테이블이 설치되고, 상기 지그 테이블의 일측과 타측에는 로케이터가 각각 설치되고, 상기 지그 테이블의 양 측면에는 상기 각 로케이터의 외측방에 대응하도록 힌지 브라켓이 각각 설치되고, 상기 각 힌지 브라켓의 상단에는 클램퍼가 일측을 통하여 힌지 체결되고, 상기 각 힌지 브라켓의 측방에는 작동로드를 통하여 상기 클램퍼의 후단에 힌지 연결되는 클램핑 실린더가 일측을 통하여 힌지 체결되는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 있어서,

상기 로케이터는 상기 지그 테이블 상의 일측과 타측에 체결되는 고정블록;

상기 고정블록의 상부에 고정 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 그 상하방향 길이가 가변하는 압전블록; 상기 압전블록의 상부에 고정 설치되는 로케이팅 블록으로 구성되며, 상기 로케이팅 블록의 상단면 내부에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 자기화하여 하부 도금강판을 끌어당겨 상기 로케이팅 블록의 상단면에 부착시키는 하부 전자석; 상기 클램퍼의 접촉선단 내부에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 자기화하여 상부 도금강판을 끌어당겨 상기 클램퍼의 접촉 선단면에 부착시키는 상부 전자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고정블록과 로케이팅 블록을 연결하는 압전블록은 상단과 하단에 각각 폭이 넓은 고정단을 형성하여 상기 고정블록과 로케이팅 블록에 대하여 상하방향으로 빠지지 않도록 "I"자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 압전블록은 압전효과로 전기신호에 따라 그 길이가 가변되는 압전변환소자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 로케이팅 블록의 상단면에는 그 가장자리를 따라 접착패드가 부착되는 것을 특징으로 한다.

상기 클램퍼의 접촉 선단면에는 그 가장자리를 따라 접착패드가 부착되는 것을 특징으로 한다.

상기 각 접착패드는 고무소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 의하면, 크롬, 니켈, 아연 등의 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 상부 도금강판은 클램퍼에 전자석을 통하여 부착하고, 하부 도금강판은 로케이터 상에 전자석을 통하여 부착하여 상부 및 하부 도금강판 사이에 가스배출 갭을 형성함으로써 용접가스가 쉽게 배출되도록 하여 용접품질을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 상기 로케이터에는 압전소자를 적용하여 하부 도금강판의 높이를 조정할 수 있도록 함으로써 강판소재의 두께에 대응하여 상기 가스배출 갭을 일정하게 조정할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 일반강판용 지그장치로도 공용화하여 사용할 수 있는 이점도 있다.

또한, 도금강판의 가스배출 갭을 유지하기 위한 많은 방법들이 있지만, 제품에 전처리 공정이나 제품 형상의 변경 없이도 용접품질을 보장할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치의 측단면 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 적용되는 클램핑 유닛의 부분 확대 단면도이다.

본 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치(20)는 2장의 도금강판(P1,P2)을 상호 겹치기 레이저 용접하기 위한 것으로, 도 3에서 도시한 바와 같이, 그 구성은 먼저, 용접 공정의 작업실 바닥면(F)에 베이스 플레이트(21)가 설치된다.

상기 베이스 플레이트(21) 상에는 지그 테이블(23)이 설치된다.

상기 지그 테이블(23)의 좌우 양측에는 로케이터(25)가 각각 설치된다.

상기 지그 테이블(23)의 양 측면에는 상기 각 로케이터(25)에 대응하도록 힌지 브라켓(27)이 각각 설치된다. 이때, 상기 각 힌지 브라켓(27)은 상기 각 로케이터(25)의 외측방에 이웃한다.

상기 각 힌지 브라켓(27)의 상단에는 클램퍼(29)가 그 일측을 통하여 힌지 체결되고, 또한, 상기 각 힌지 브라켓(27)의 측방에는 클램핑 실린더(33)가 그 일측을 통하여 힌지 체결되고, 상기 클램핑 실린더(33)의 작동로드(35)를 통하여 상기 클램퍼(29)의 후단에 힌지 연결된다.

상기 클램핑 실린더(33)는 그 작동압을 유압으로 하는 유압 실린더로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 상부 일측이 상기 힌지 브라켓(27)의 측방에 돌출 형성된 연장단(37)에 힌지 체결되는 것이 바람직하다.

이러한 클램핑 유닛(30)에서, 상기 로케이터(25)는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 지그 테이블(23) 상에 체결되는 고정블록(41)과, 상기 고정블록(41)의 상부에 고정 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 그 상하방향 길이가 가변하는 압전블록(43), 및 상기 압전블록(43)의 상부에 고정 설치되는 로케이팅 블록(45)으로 구성된다.

여기서, 상기 고정블록(41)과 로케이팅 블록(45)을 연결하는 압전블록(43)은 그 상단과 하단에 각각 폭이 넓은 고정단(47)을 형성하여 상기 고정블록(41)과 로케이팅 블록(45)에 대하여 상하방향으로 빠지지 않도록 "I"자 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 압전블록(43)은 압전효과로 전기신호에 따라 그 길이가 가변되는 압전변환소자로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 로케이팅 블록(45)의 상단면 내부에는 제어기의 제어신호에 따라 자기화하여 하부 도금강판(P2)을 끌어당겨 상기 로케이팅 블록(45)의 상단면에 부착시키는 하부 전자석(51)이 장착된다.

여기서, 상기 로케이팅 블록(45)의 상단면에는 그 가장자리를 따라 접착패드(49)가 부착되는데, 상기 접착패드(49)는 고무소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 클램퍼(29)의 접촉선단 내부에는 제어기의 제어신호에 따라 자기화하여 상부 도금강판(P1)을 끌어당겨 상기 클램퍼(29)의 접촉 선단면에 부착시키는 상부 전자석(53)이 장착된다.

여기서도, 상기 클램퍼(29)의 접촉 선단면에는 그 가장자리를 따라 고무소재로 된 접착패드(49)가 부착된다.

따라서 상기한 바와 같은 도금강판의 레이저 용접용 지그장치(20)를 이용하여 상부 도금강판(P1)과 하부 도금강판(P2)을 상호 겹치기 레이저 용접하기 위해서는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 먼저, 상부 및 하부 도금강판(P1,P2)을 양측 로케이터(25) 상에 안착시킨 후, 제어기가 하부 전자석(51)에 제어신호를 출력하여 자기화 시킴으로써, 상기 하부 도금강판(P2)이 자기력에 의해 상기 로케이팅 블록(45)에 부착되도록 한다.

이어서, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 각 클램핑 실린더(33)를 전진 구 동시키면, 상기 각 클램퍼(29)가 힌지 작동하여 상부 도금강판(P1) 상에 대응하게 된다.

이러한 상태에서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 제어기는 상부 전자석(53)에 제어신호를 출력하여 자기화 시킴으로써, 상기 상부 도금강판(P1)이 자기력에 의해 상기 클램퍼(29)의 접촉선단에 부착되도록 한다.

그러면, 상기 상부 및 하부 도금강판(P1,P2) 사이는 일정한 가스배출 갭(G)이 형성되며, 이러한 상태로 상부 및 하부 도금강판(P1,P2)을 레이저 용접하게 되면, 이때, 도금층의 증발로 발생되는 용접가스가 상기 가스배출 갭(G)을 통하여 외부로 빠져나가게 되며, 용접가스에 의한 기공의 발생을 방지하여 양호한 용접품질을 얻게 된다.

한편, 상기한 지그장치(20)에 투입되는 상부 및 하부 도금강판(P1,P2)의 두께(T1)가, 도 8에서 도시한 바와 같이, 설정두께(T)보다 두꺼운 경우에는 제어기가 압전블록(43)에 제어신호의 출력을 낮추어 공급함으로써, 압전블록(43)이 수축되도록 하여 상기 상부 및 하부 도금강판(P1,P2) 사이의 가스배출 갭(G)을 일정치로 유지되도록 한다.

반대로, 상기한 지그장치(20)에 투입되는 상부 및 하부 도금강판(P1,P2)의 두께(T2)가, 도 9에서 도시한 바와 같이, 설정두께(T)보다 얇은 경우에는 제어기가 압전블록(43)에 제어신호의 출력을 높여 공급함으로써, 압전블록(43)이 팽창되도록 하여 상기 상부 및 하부 도금강판(P1,P2) 사이의 가스배출 갭(G)을 역시 일정치로 유지되도록 한다.

또한, 본 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치(20)는 상기 가스배출 갭(G)이 필요 없는 일반강판의 용접공정에도 상기 압전블록(43)의 압전효과를 이용하여 가스배출 갭(G)을 배제할 수 있어 공용으로 적용하는 것이 가능하다.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다.

도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 키홀용접을 통한 도금강판의 레이저 용접 상태도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치의 측단면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 적용되는 클램핑 유닛의 부분 확대 단면도이다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치의 단계별 작동 상태도이다.

도 8과 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 적용되는 압전블록의 작동 상태도이다.

Claims (6)

1. 작업실 바닥면에 베이스 플레이트가 설치되고, 상기 베이스 플레이트 상에는 지그 테이블이 설치되고, 상기 지그 테이블의 일측과 타측에는 로케이터가 각각 설치되고, 상기 지그 테이블의 양 측면에는 상기 각 로케이터의 외측방에 대응하도록 힌지 브라켓이 각각 설치되고, 상기 각 힌지 브라켓의 상단에는 클램퍼가 일측을 통하여 힌지 체결되고, 상기 각 힌지 브라켓의 측방에는 작동로드를 통하여 상기 클램퍼의 후단에 힌지 연결되는 클램핑 실린더가 일측을 통하여 힌지 체결되는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 있어서,

   상기 로케이터는

   상기 지그 테이블 상의 일측과 타측에 체결되는 고정블록;

   상기 고정블록의 상부에 고정 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 그 상하방향 길이가 가변하는 압전블록;

   상기 압전블록의 상부에 고정 설치되는 로케이팅 블록으로 구성되며,

   상기 로케이팅 블록의 상단면 내부에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 자기화하여 하부 도금강판을 끌어당겨 상기 로케이팅 블록의 상단면에 부착시키는 하부 전자석;

   상기 클램퍼의 접촉선단 내부에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 자기화하여 상부 도금강판을 끌어당겨 상기 클램퍼의 접촉 선단면에 부착시키는 상부 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.
2. 제1항에서,

   상기 고정블록과 로케이팅 블록을 연결하는 압전블록은

   상단과 하단에 각각 폭이 넓은 고정단을 형성하여 상기 고정블록과 로케이팅 블록에 대하여 상하방향으로 빠지지 않도록 "I"자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.
3. 제1항에서,

   상기 압전블록은

   압전효과로 전기신호에 따라 그 길이가 가변되는 압전변환소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.
4. 제1항에서,

   상기 로케이팅 블록의 상단면에는

   그 가장자리를 따라 접착패드가 부착되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.
5. 제1항에서,

   상기 클램퍼의 접촉 선단면에는

   그 가장자리를 따라 접착패드가 부착되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레 이저 용접용 지그장치.
6. 제4항 또는 제5항에서,

   각 접착패드는 고무소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.

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