KR101203892B1 - 레이저 용접장치 - Google Patents

Abstract

레이저 용접장치가 개시된다. 본 발명의 레이저 용접장치는, 용접대상의 부품이 척킹되는 다수의 척킹유닛; 다수의 척킹유닛이 결합되는 인덱스 테이블; 다수의 척킹유닛이 부품이 투입되는 투입위치, 부품이 용접되는 작업위치 및 용접이 완료된 부품이 취출되는 취출위치 간을 순환 이동되도록 인덱스 테이블에 결합되어 인덱스 테이블을 회전구동시키는 테이블 회전구동부; 및 인덱스 테이블의 주변에 배치되며, 부품을 척킹한 어느 한 척킹유닛이 작업위치에 배치될 때 레이저빔을 이용하여 척킹유닛 상에서 부품을 용접시키는 용접유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 상대적으로 엄격한 공차 관리를 요구하는 정밀 용접에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 전자빔 용접에 비하여 용접작업에 따른 택트 타임(tact time)을 감소시킬 수 있고, 나아가 저렴한 비용으로서 운용의 편의성을 도모할 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다.

Description

레이저 용접장치{Laser welding device}

본 발명은, 레이저 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상대적으로 엄격한 공차 관리를 요구하는 정밀 용접에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 전자빔 용접에 비하여 용접작업에 따른 택트 타임(tact time)을 감소시킬 수 있고, 나아가 저렴한 비용으로서 운용의 편의성을 도모할 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있는 레이저 용접장치에 관한 것이다.

용접(welding)은 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가하여 고체 사이에 직접 결합이 되도록 접합시키는 방법이다. 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료를 접합하는 방법으로는 크게 나누어 융접법과 압접법이 있다.

융접법은 접합부에 금속재료를 가열, 용융시켜 서로 다른 두 재료의 원자 결합을 재배열하여 결합시키는 방법으로 아크용접, 가스용접, 테르밋용접 등이 있다. 압접법은 접합부에 외부의 강한 물리적 압력을 가해 접합하는 방법으로 가스압접이나 단접처럼 압력을 가하는 동시에 가열하는 방법을 특히 가열압접 또는 고온압접이라고 한다. 일반적으로 압접을 사용하는 재료에는 알루미늄, 구리 등과 같이 연성이 높은 재료를 사용하며 상온에서 가압하는 것만으로도 용접이 가능하여 냉간압접이라고 한다.

용접이 이루어지는 접합면은 불순물을 포함하여 쉽게 물러지는 경향이 있으므로 접합부에 산소를 없애주는 탈산제나 금속이 잘 섞이도록 용해를 촉진하는 융제를 사용하거나 또 비활성이나 환원성기체를 사용하여 산화를 방지하는 경우도 있다.

용접결과의 좋고 나쁨을 용접성이라고 하는데 이것에는 용접 시 그 대상이 되는 모재, 용접봉, 작업 조건의 모든 것이 영향을 받는다. 근래에는 굉장히 두꺼운 판의 용접에 사용되고 있는 슬래그의 저항발열을 이용한 용접법인 일렉트로슬래그법(electroslag method)이나, 녹는점이 높은 재료의 용접이 가능한 전자빔용접법(electron-beam method) 등 새로운 용접기술이 개발되고 있다.

한편, 자동차 산업에서도 용접 기술은 용처에 따라 널리 활용되고 있는데, 현재까지 알려진 바에 따르면 자동차 부품의 용접, 특히 상대적으로 엄격한 공차 관리를 요구하는 정밀 용접에는 전자빔 용접이 적용되어 왔다.

하지만, 전자빔 용접에 의해 자동차 부품을 용접하는 현재 기술의 경우에는 그 용접 방식의 특성 상 운용이 어렵고 용접작업에 따른 택트 타임(tact time)이 증가하여 생산성이 저하되는 문제점이 발생되므로 적절한 다른 대안이 요구된다.

본 발명의 목적은, 상대적으로 엄격한 공차 관리를 요구하는 정밀 용접에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 전자빔 용접에 비하여 용접작업에 따른 택트 타임(tact time)을 감소시킬 수 있고, 나아가 저렴한 비용으로서 운용의 편의성을 도모할 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있는 레이저 용접장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 용접대상의 부품이 척킹되는 다수의 척킹유닛; 상기 다수의 척킹유닛이 결합되는 인덱스 테이블; 상기 다수의 척킹유닛이 상기 부품이 투입되는 투입위치, 상기 부품이 용접되는 작업위치 및 용접이 완료된 부품이 취출되는 취출위치 간을 순환 이동되도록 상기 인덱스 테이블에 결합되어 상기 인덱스 테이블을 회전구동시키는 테이블 회전구동부; 및 상기 인덱스 테이블의 주변에 배치되며, 상기 부품을 척킹한 어느 한 척킹유닛이 상기 작업위치에 배치될 때 레이저빔을 이용하여 상기 척킹유닛 상에서 상기 부품을 용접시키는 용접유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 척킹유닛은, 상기 부품을 척킹 또는 척킹해제하는 척킹부; 및 상기 척킹부를 지지하며, 상기 인덱스 테이블에 상대회전 가능하게 결합되는 척회전지지부를 포함할 수 있다.

상기 척킹부는, 상기 척회전지지부에 고정되는 고정블록; 상기 고정블록에 상하 방향으로 상대이동 가능하게 결합되며, 상기 고정블록에 대하여 상하 방향으로 상대이동 시 상기 고정블록의 반경 방향으로 팽창 또는 팽창해제되면서 상기 부품을 척킹 또는 척킹해제하는 가동블록; 및 상기 가동블록을 상하 방향으로 이동시키는 액추에이터를 포함할 수 있다.

상기 고정블록과 상기 가동블록의 반경 방향 외측에 배치되고 상단부에서 상기 부품의 내측단턱이 지지되는 받침대; 및 상기 액추에이터와 상기 가동블록을 연결하는 연결블록을 더 포함할 수 있다.

상기 고정블록과 상기 가동블록은 상호 대응되는 경사면으로 접면될 수 있다.

상기 용접유닛은, 유닛 본체; 상기 유닛 본체의 일측에 결합되어 상기 레이저빔을 발생시키는 파이버 레이저 헤드; 및 상기 유닛 본체와 상기 파이버 레이저 헤드에 결합되어 상기 유닛 본체에 대해 상기 파이버 레이저 헤드를 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부를 포함할 수 있다.

상기 용접유닛은 상기 유닛 본체에 결합되며, 상기 레이저빔의 투사 각도 조절을 위해 상기 파이버 레이저 헤드가 연결된 상기 유닛 본체의 각도를 조절하는 빔 각도 조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 빔 각도 조절부는, 상기 유닛 본체에 연결되는 연결 브래킷; 상기 연결 브래킷과 결합되며, 외곽라인이 아크(arc) 형상을 갖는 아크형 각도조절판; 상기 아크형 각도조절판에 결합되어 상기 아크형 각도조절판의 회전축심을 형성하는 핀(pin); 상기 아크형 각도조절판의 외곽라인 영역에 결합되는 각도 조절 샤프트; 및 상기 각도 조절 샤프트에 연결되어 상기 각도 조절 샤프트를 상하 방향으로 이동시키는 샤프트 이동부를 포함할 수 있다.

상기 빔 각도 조절부는 상기 업/다운 구동부 영역에 결합될 수 있다.

상기 척킹유닛은 상기 인덱스 테이블의 지름 방향으로 대향되게 한 쌍으로 배치될 수 있다.

상기 테이블 회전구동부는, 상기 인덱스 테이블과 연결되되 상기 척킹유닛이 상기 투입위치, 상기 작업위치 및 상기 취출위치로 순환 이동되도록 동력을 제공하는 서보모터; 상기 서보모터의 동력을 상기 인덱스 테이블의 회전운동으로 전달하는 기어박스; 및 상기 기어박스와 상기 인덱스 테이블의 하판을 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.

상기 인덱스 테이블의 주변에 배치되며, 상기 척회전지지부와 선택적으로 연결되어 상기 척회전지지부를 회전시키기 위한 척회전유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 척회전유닛은 상기 작업위치 영역에 배치될 수 있다.

상기 척회전유닛은 서보모터를 포함할 수 있다.

상기 인덱스 테이블은, 상기 척킹부가 결합되는 상판; 상기 척회전지지부가 결합되는 하판; 및 상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 상판 및 상기 하판을 상호 나란하게 이격시키는 다수의 이격부재를 포함할 수 있다.

상기 용접유닛을 포함하여 상기 인덱스 테이블의 일 영역을 외측에서 커버링하는 외관 캐비닛; 및 상기 인덱스 테이블의 일측에 배치되어 상기 용접대상의 부품을 투입 및 취출시키는 부품 투입 및 취출 유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 용접대상의 부품은 평면 투영 시 원 형상을 가지며, 원주 방향에 따른 둘레면이 용접되는 자동차 부품일 수 있다.

본 발명에 따르면, 상대적으로 엄격한 공차 관리를 요구하는 정밀 용접에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 전자빔 용접에 비하여 용접작업에 따른 택트 타임(tact time)을 감소시킬 수 있고, 나아가 저렴한 비용으로서 운용의 편의성을 도모할 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접장치의 구조도이다.
도 2는 도 1의 요부 확대도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 3을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 척킹유닛, 용접유닛 및 척회전유닛 영역의 확대도이다.
도 6은 척킹유닛에 용접대상의 부품이 결합되기 전 상태의 도면이다.
도 7은 척킹유닛에 용접대상의 부품이 결합된 상태의 도면이다.
도 8은 척킹유닛과 용접유닛 영역의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 용접장치의 개략적인 평면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접장치의 구조도이고, 도 2는 도 1의 요부 확대도이며, 도 3은 도 2의 평면도이고, 도 4는 도 3을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 척킹유닛, 용접유닛 및 척회전유닛 영역의 확대도이고, 도 6은 척킹유닛에 용접대상의 부품이 결합되기 전 상태의 도면이며, 도 7은 척킹유닛에 용접대상의 부품이 결합된 상태의 도면이고, 도 8은 척킹유닛과 용접유닛 영역의 확대도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 레이저 용접장치는, 용접대상의 부품(1, 도 6 및 도 7 참조)이 척킹되는 다수의 척킹유닛(100)과, 다수의 척킹유닛(100)이 결합되는 인덱스 테이블(200)과, 다수의 척킹유닛(100)이 부품(1)이 투입되는 투입위치(#1, 도 4 참조), 부품(1)이 용접되는 작업위치(#2, 도 4 참조) 및 용접이 완료된 부품(미도시)이 취출되는 취출위치(#1) 간을 순환 이동되도록 인덱스 테이블(200)에 결합되어 인덱스 테이블(200)을 회전구동시키는 테이블 회전구동부(300)와, 인덱스 테이블(200)의 주변에 배치되며 부품(1)을 척킹한 어느 한 척킹유닛(100)이 작업위치(#2)에 배치될 때 레이저빔을 이용하여 척킹유닛(100) 상에서 부품(1)을 용접시키는 용접유닛(400)과, 용접유닛(400)을 포함하여 인덱스 테이블(200)의 일 영역을 외측에서 커버링하는 외관 캐비닛(500)과, 인덱스 테이블(200)의 일측에 배치되어 용접대상의 부품(1)을 투입 및 취출시키는 부품 투입 및 취출 유닛(600)을 포함한다.

본 실시예에서 용접대상의 부품(1, 도 6 및 도 7 참조)은 평면 투영 시 원 형상을 가지며, 원주 방향에 따른 둘레면이 용접되는 자동차 부품일 수 있지만, 본 발명의 권리범위가 자동차 부품에 한정될 필요는 없다.

예컨대, 상대적으로 엄격한 공차 관리를 요구하는 정밀 용접이 요구되기 때문에 일반적인 용접 방법, 특히 종래의 전자빔 용접 방법에 의해서는 그 효율이 나타나지 않는 다양한 부품들, 예컨대 공작기계 부품, 선박 부품, 군수 장비 부품, 비행기 부품 등에도 본 발명의 권리범위가 충분히 적용될 수 있다.

척킹유닛(100)의 설명에 앞서 도 1을 참조하여 외관 캐비닛(500)에 대해 먼저 설명한다. 외관 캐비닛(500)은 본 실시예의 레이저 용접장치의 외관을 형성하는 부분이다.

다만, 외관 캐비닛(500)이 인덱스 테이블(200)의 전 영역을 커버링하고 있지는 않으며, 용접유닛(400)을 포함하여 인덱스 테이블(200)의 일 영역을 외측에서 커버링하는 정도로 제작된다. 이는 인덱스 테이블(200)의 일측에서, 즉 척킹유닛(100)으로 부품(1)을 투입하거나 취출해야 하기 때문에 최소한 부품(1)이 투입되거나 취출되는 장소 영역만큼은 개방된다.

외관 캐비닛(500)이 커버링되지 않은 영역에는 부품 투입 및 취출 유닛(600)이 마련되어 용접대상의 부품(1)을 척킹유닛(100)으로 투입하거나 용접이 완료된 부품(미도시)을 척킹유닛(100)으로부터 취출한다.

부품 투입 및 취출 유닛(600)에 대해서는 자세히 도시하고 있지 않지만, 부품 투입 및 취출 유닛(600)은 부품(1)을 파지하여 핸들링하는 핸들링 로봇(robot)과 용접이 완료된 부품(미도시)에 대해 이상 여부를 검사하는 검사 유닛 등이 부가될 수 있다.

다시, 외관 캐비닛(500)에 대해 부연하면, 외관 캐비닛(500)은 강성을 보유한 금속 프레임을 가로 또는 세로 방향으로 배열시키고 이들을 상호 용접시켜 제작할 수 있다. 모든 면이 밀폐된 구조일 수도 있지만 내부 상황의 관찰을 위해 적어도 한 면은 개방될 수 있는데, 개방된 면에는 투명 또는 불투명 재질의 관찰창(510)이 마련된다. 관찰창(510)이 개폐를 위해 관찰창(510)에는 손잡이(520)가 마련된다.

외관 캐비닛(500)의 하부 영역에는 다수의 푸트부재(530)가 마련된다. 도 1에는 푸트부재(530)가 극히 개략적으로 도시되어 있으나 다수의 푸트부재(530) 중 몇몇은 구름 이동용으로, 나머지는 스토퍼용으로 활용될 수 있다. 본 실시예의 레이저 용접장치의 높낮이 조절을 위해 푸트부재(530)에는 높낮이 조절 기능이 부가될 수 있으며, 푸트부재(530) 영역에는 방진수단이 더 개재될 수 있다.

척킹유닛(100)은, 도 6 및 도 7에 자세히 도시된 바와 같이, 용접대상의 부품(1)이 척킹되는 장소이다. 본 실시예의 경우, 원반 형상의 인덱스 테이블(200)에 그 지름 방향으로 대향되게 두 개의 척킹유닛(100)이 마련된다. 두 개의 척킹유닛(100)의 구조는 모두 동일하기 때문에 동일한 도면 참조부호를 부여하도록 한다.

이러한 척킹유닛(100)은, 부품(1)을 척킹 또는 척킹해제하는 척킹부(110)와, 척킹부(110)를 지지하며 인덱스 테이블(200)에 상대회전 가능하게 결합되는 척회전지지부(120)를 포함한다.

척킹부(110)는 실질적으로 부품(1)이 척킹되는 부분으로서, 고정블록(111)과, 고정블록(111)에 상하 방향으로 상대이동 가능하게 결합되며 고정블록(111)에 대하여 상하 방향으로 상대이동 시 고정블록(111)의 반경 방향으로 팽창 또는 팽창해제되면서 부품(1)을 척킹 또는 척킹해제하는 가동블록(112)과, 가동블록(112)을 상하 방향으로 이동시키는 액추에이터(113)와, 고정블록(111)과 가동블록(112)의 반경 방향 외측에 배치되는 받침대(114)를 구비한다.

고정블록(111)은 척회전지지부(120)에 고정되는 부분으로서 외관을 이루는 받침대(114)의 중앙 영역에서 상하 방향을 따라 배치된다.

가동블록(112)은 고정블록(111)의 반경 방향 외측에서 고정블록(111)에 대하여 상하 방향으로 상대이동될 수 있게 마련되는 구성이다. 전술한 바와 같이, 가동블록(112)이 고정블록(111)에 대하여 상하 방향으로 상대이동될 때 고정블록(111)의 반경 방향으로 팽창 또는 팽창해제되면서 부품(1)을 척킹 또는 척킹해제한다.

예컨대, 가동블록(112)은 고정블록(111)에 대하여 하방으로 이동될 때 반경 방향 외측으로 팽창되면서 부품(1)을 척킹하게 되고, 고정블록(111)에 대하여 상방으로 이동될 때 반경 방향 내측으로 팽창해제되면서 부품(1)을 척킹해제한다. 이를 위해, 고정블록(111)과 가동블록(112)은 상호 대응되는 경사면(111a,112a, 도 6 참조)으로 접면된다.

이러한 가동블록(112)의 이동은 공압, 유압 혹은 유공압 복합 실린더가 될 수 있는 액추에이터(113)가 담당하는데, 액추에이터(113)에 의한 동력이 가동블록(112)으로 전달될 수 있도록 가동블록(112)은 연결블록(115)에 의해 액추에이터(113)와 연결된다.

받침대(114)는 고정블록(111)과 가동블록(112)의 반경 방향 외측에 배치되는 부분으로서, 그 상단부(114a, 도 6 참조)에서 부품(1)의 내측단턱(1a, 도 6 참조)이 지지된다. 받침대(114)는 핀(P)에 의해 고정블록(111)과 연결되는 구조를 가질 수 있다.

다음으로, 인덱스 테이블(200)은 다수의 척킹유닛(100), 즉 2개의 척킹유닛(100)이 결합되는 장소이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 척킹유닛(100)은 인덱스 테이블(200)의 지름 방향을 따라 대향되게 배치된다.

이러한 인덱스 테이블(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 이격부재(210)에 의해 상호 이격되면서 나란하게 배치되는 상판(220) 및 하판(230)을 구비한다. 상판(220)에는 척킹유닛(100)의 척킹부(110)가 결합되고, 하판(230)에는 척킹유닛(100)의 척회전지지부(120)가 결합된다.

개략도로 도시한 도 4를 참조하면, 인덱스 테이블(200) 상에서 2개의 척킹유닛(100)이 부품(1)이 투입되는 투입위치(#1), 부품(1)이 용접되는 작업위치(#2) 및 용접이 완료된 부품(미도시)이 취출되는 취출위치(#1) 간을 순환 이동해야 하기 때문에, 인덱스 테이블(200)은 도 4의 화살표 방향으로 미리 결정된 시간 또는 각도만큼 회전을 해야 한다. 이를 위해, 테이블 회전구동부(300)가 인덱스 테이블(200)에 결합된다.

이러한 테이블 회전구동부(300)는, 인덱스 테이블(200)과 연결되되 척킹유닛(100)이 투입위치(#1), 작업위치(#2) 및 취출위치(#1)로 순환 이동되도록 동력을 제공하는 서보모터(310)와, 서보모터(310)의 동력을 인덱스 테이블(200)의 회전운동으로 전달하는 기어박스(320)와, 기어박스(320)와 인덱스 테이블(200)의 하판(230)을 연결하는 연결부(330)를 포함한다.

본 실시예처럼 테이블 회전구동부(300)에 서보모터(310)가 적용될 경우 인덱스 테이블(200)의 회전을 정밀하게 제어할 수 있어 용접의 효율을 향상시킬 수 있으면서도 택트 타임을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 인덱스 테이블(200)에는 2개의 척킹유닛(100)이 마련되며, 2개의 척킹유닛(100)이 인덱스 테이블(200) 상에서 회전되면서 투입위치(#1), 작업위치(#2) 및 취출위치(#1)로 순환 이동되기 때문에 도 4에 도시된 바와 같이, 실질적으로 투입위치(#1)와 취출위치(#1)는 동일하다.

이때, 투입위치(#1)와 취출위치(#1) 영역에서는 부품 투입 및 취출 유닛(600)에 의해 부품(1)이 투입되거나 취출되는 장소이기 때문에 척킹유닛(100)이 투입위치(#1)와 취출위치(#1) 영역에 배치될 때는 굳이 회전될 필요가 없다.

하지만, 척킹유닛(100)이 작업위치(#2)에 배치되어 용접유닛(400)에 의해 부품(1)의 용접작업이 진행될 때는 척킹유닛(100)이 회전되어야 한다. 이를 위해, 척회전유닛(700)이 마련된다.

이러한 척회전유닛(700)은 인덱스 테이블(200)의 주변에 배치되며, 척킹유닛(100)의 척회전지지부(120)와 선택적으로 연결되어 척회전지지부(120)를 회전시키기 위한 동력을 제공한다.

이에 대해 좀 더 부연하면, 부품(1)에 대한 용접작업은 척킹유닛(100)에 척킹된 부품이 척킹유닛(100) 상에서 회전되면서 파이버 레이저 헤드(420)로부터의 레이저빔에 의해 용접되기 때문에 척회전지지부(120)를 회전시키기 위한 수단으로서 척회전유닛(700)이 요구된다.

이때, 척회전유닛(700)이 2개의 척킹유닛(100)의 척회전지지부(120) 모두에 하나씩 마련되는 것도 고려될 수 있으나 이러한 경우에는 장치가 복잡해지기 때문에 바람직하지 않다. 특히, 척킹유닛(100)이 투입위치(#1)와 취출위치(#1) 영역에 배치될 때는 굳이 회전될 필요가 없기 때문에 척회전유닛(700)을 2개의 척킹유닛(100)의 척회전지지부(120) 모두에 하나씩 마련하는 것은 바람직하지 않을 수도 있다.

이에 본 실시예에서는 작업위치(#2) 영역에만 척회전유닛(700)을 마련하고 2개의 척킹유닛(100) 중 어느 하나가 작업위치(#2)에 위치될 때 해당 척킹유닛(100)의 척회전지지부(120)가 척회전유닛(700)에 선택적으로 결합되어 척회전유닛(700)의 동력에 의해 회전될 수 있도록 하고 있다.

즉 본 실시예의 레이저 용접장치에서 척회전유닛(700)은, 척회전지지부(120)와 분리된 상태에서 인덱스 테이블(200)의 일측에 연결되되 용접작업을 진행할 때 척회전지지부(120)와 연결되어 부품(1)을 척킹한 척킹유닛(100)을 회전시키게 된다.

그리고 파이버 레이저 헤드(420)로부터의 레이저빔의 경우에는 고출력으로 깊이가 깊고 폭이 좁으므로 용접 끝선을 정확하게 파악하는 것이 필요하고 따라서 척회전유닛(700)의 회전각도가 정밀하게 조절될 수 있어야 하므로 척회전유닛(700)은 서보모터(710)를 포함한다.

척회전지지부(120)와 척회전유닛(700) 간의 결합은 작업위치(#2)에 위치된 척회전지지부(120)에 대해 척회전유닛(700)이 상승되면서 진행될 수도 있고, 경우에 따라서는 척회전지지부(120)가 하강되어 진행될 수도 있다. 그리고 척회전지지부(120)와 척회전유닛(700) 간의 결합을 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 척회전지지부(120)와 척회전유닛(700)에는 상호간 선택적으로 물림 결합되는 기어부(120a,700a)가 마련될 수 있다.

마지막으로, 용접유닛(400)은, 도 2, 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 인덱스 테이블(200)의 주변에 배치되며 부품(1)을 척킹한 어느 한 척킹유닛(100)이 작업위치(#2)에 배치될 때 레이저빔을 이용하여 척킹유닛(100) 상에서 부품(1)을 용접시키는 구성이다. 반복 설명하는 바와 같이 본 실시예에서는 레이저빔을 이용하여 부품(1)에 대한 용접작업을 진행한다.

이러한 용접유닛(400)은, 유닛 본체(410)와, 유닛 본체(410)의 일측에 결합되어 레이저빔을 발생시키는 파이버 레이저 헤드(420)와, 유닛 본체(410)와 파이버 레이저 헤드(420)에 결합되어 유닛 본체(410)에 대해 파이버 레이저 헤드(420)를 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부(430)를 구비한다.

유닛 본체(410)는 용접유닛(400)의 외관을 이루면서 파이버 레이저 헤드(420)를 지지하는 부분이다. 그리고 파이버 레이저 헤드(420)는 레이저빔을 발생시키면서 실질적으로 회전되는 부품(1)에 대하여 용접작업을 진행하는 부분이다.

참고로, 레이저빔에 의한 레이저 용접에 대해 부연 설명하면 다음과 같다.

레이저(Light Amplification by stimulated emission of radiation)란 유도 방출에 의한 빛의 광증폭(빛을 직접 증폭하는 방법)을 뜻한다. 레이저로 발생시킨 에너지는 '유도방출'이라 불리는 원자 변화에 의해 고도의 강도로 증폭된다. 이러한 레이저의 특성을 이용하여 높은 에너지의 레이저를 광학렌즈를 통하여 원하는 지점에 쏘아주어 순간 에너지 상승으로 인한 모재의 용융(고체가 녹아 액체로 되는 일)을 이용한 용접이 레이저 용접이다. 특히 고밀도 에너지를 열원으로 이용하는 고출력 레이저는 점 용접, 이음 용접 및 정밀 작업과 전자 기술분야에서 요구되는 작업에 적합하다. 이때 레이저 용접이 지니고 있는 특수성은 1.06m에 달하는 파장 길이라고 할 수 있다. 특히 본 실시예의 파이버 레이저 헤드(420)에 의해 발생되는 레이저빔은 광섬유를 이용하기 때문에 에너지의 시간 분할, 분기 및 배치가 용이하다.

이와 같은 레이저빔을 이용하여 용접작업을 진행하게 되면, 레이저빔의 에너지 밀도가 높아 깊이 침투가 가능하며, 열변형이 거의 없기 때문에 본 실시예처럼 좁고 깊은 접합부를 용접하는데 적합하다. 또한 집중된 고출력 단색광을 이용하기 때문에 수축 및 뒤틀림의 변형을 최소화할 수 있고, 마모나 파손된 부분을 원상회복시킬 수도 있는 이점이 있다. 따라서 본 실시예와 같은 자동차 부품에 적용하기에 매우 적합한데, 이 외에도 정밀금형, 사출금형, 각종 전자부품, 박판부품, 이종금속부품, 의료기기부품, 귀금속, 반도체, 콘넥타, 핸드폰 센서류 등에도 적용이 가능하다.

한편, 용접대상이 부품(1)은 이미 척킹유닛(100)에 척킹되어 회전되는 상태이고, 파이버 레이저 헤드(420)는 업/다운 구동부(430)에 의해 척킹유닛(100) 쪽으로 접근되어 레이저빔을 발생시키면서 용접작업을 진행하기 때문에, 장치의 세팅 시 혹은 유지보수 시 레이저빔의 투사 각도를 간편하게 조절하기 위해 수단이 요구된다. 이를 위해, 본 실시예의 용접유닛(400)에는 빔 각도 조절부(440)가 마련된다.

즉 빔 각도 조절부(440)는 유닛 본체(410)에 결합되며, 레이저빔의 투사 각도를 조절을 위해 파이버 레이저 헤드(420)가 연결된 유닛 본체(410)의 각도를 조절하는 역할을 한다. 빔 각도 조절부(440)는 업/다운 구동부(430) 영역에 결합될 수 있다.

이러한 빔 각도 조절부(440)는, 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 유닛 본체(410)에 연결되는 연결 브래킷(441)과, 연결 브래킷(441)과 결합되며, 외곽라인(442a)이 아크(arc) 형상을 갖는 아크형 각도조절판(442)과, 아크형 각도조절판(442)에 결합되어 아크형 각도조절판(442)의 회전축심을 형성하는 핀(445, pin)과, 아크형 각도조절판(442)의 외곽라인(442a) 영역에 결합되는 각도 조절 샤프트(443)와, 각도 조절 샤프트(443)에 연결되어 각도 조절 샤프트(443)를 상하 방향으로 이동시키는 샤프트 이동부(444)를 구비한다. 이에, 샤프트 이동부(444)를 회전시키면 각도 조절 샤프트(443)가 상하 방향을 이동하면서 아크형 각도조절판(442)을 핀(445)을 회전축심으로 하여 회전시게 되며, 이로써 연결 브래킷(441)을 통해 파이버 레이저 헤드(420)가 연결된 유닛 본체(410)가 일측으로 회전된다. 따라서 파이버 레이저 헤드(420)로부터 부품(1)으로 투사되는 레이저빔의 투사 각도가 조절될 수 있게 된다.

이러한 구성을 갖는 레이저 용접장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다. 이하의 설명에서는 편의상 척킹유닛(100)을 제1 및 제2 척킹유닛이라 하여 설명하되 도면 참조부호는 동일하게 부여하도록 한다.

우선, 부품 투입 및 취출 유닛(600)에 의해 용접대상의 부품(1)이 투입위치(#1)에서 어느 한 척킹유닛(100), 예컨대 제1 척킹유닛(100)에 투입된다. 그러면, 액추에이터(113)의 동작에 의해 가동블록(112)이 고정블록(111)에 대하여 하방으로 이동되면서 반경 방향 외측으로 팽창됨에 따라 부품(1)을 척킹하게 된다.

부품(1)이 척킹되면, 테이블 회전구동부(300)에 의해 인덱스 테이블(200)이 회전하여 제1 척킹유닛(100)은 도 4의 작업위치(#2)로 이동된다. 이때, 반대편의 예컨대 제2 척킹유닛(100)에는 다시 새로운 용접대상 부품(1)이 투입되어 척킹된다.

다음, 제1 척킹유닛(100)이 도 4의 작업위치(#2)로 이동되어 배치되고 나면, 척회전유닛(700)이 동작되어 제1 척킹유닛(100)의 척회전지지부(120)와 연결되고 이에 따라 척회전지지부(120)를 회전시키게 되어 제1 척킹유닛(100)과 제1 척킹유닛(100)에 척킹된 용접대상의 부품(1)이 회전을 개시한다.

한편, 이의 동작과 병행하여 파이버 레이저 헤드(420)는 제1 척킹유닛(100)에 척킹된 용접대상의 부품(1)에 인접하게 위치 이동된다. 그런 다음에, 파이버 레이저 헤드(420)로부터의 레이저빔이, 회전되는 용접대상의 부품(1)의 둘레 방향을 따라 투사됨으로써 용접작업이 진행된다.

용접작업이 완료되면 척회전유닛(700)이 제1 척킹유닛(100)의 척회전지지부(120)로부터 분리되며, 테이블 회전구동부(300)에 의한 인덱스 테이블(200)의 회전에 의해 제2 척킹유닛(100)이 작업위치(#2)로 이동되고 제1 척킹유닛(100)은 취출위치(#1)로 이동된다. 그런 다음에, 제1 척킹유닛(100)에 척킹되어 용접완료된 부품(미도시)은 취출되고 다시 새로운 부품이 투입된다.

이와 같은 구조와 동작을 갖는 본 실시예의 레이저 용접장치에 의하면, 상대적으로 엄격한 공차 관리를 요구하는 정밀 용접에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 전자빔 용접에 비하여 용접작업에 따른 택트 타임(tact time)을 감소시킬 수 있고, 나아가 저렴한 비용으로서 운용의 편의성을 도모할 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 용접장치의 개략적인 평면도이다.

전술한 실시예의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 인덱스 테이블(200)에 2개의 척킹유닛(100)이 마련되며, 2개의 척킹유닛(100)이 인덱스 테이블(200) 상에서 회전되면서 투입위치(#1), 작업위치(#2) 및 취출위치(#1)로 순환 이동되기 때문에 실질적으로 투입위치(#1)와 취출위치(#1)는 동일하였다.

하지만, 다른 실시예를 도시한 도 8의 경우에는 인덱스 테이블(200)에 3개의 척킹유닛(100)이 마련되기 때문에 투입위치(#1), 작업위치(#2) 및 취출위치(#3)는 서로 상이하다.

이러한 경우, 도 1과 관련하여 설명한 부품 투입 및 취출 유닛(600)은, 부품 투입 유닛(610)과 부품 취출 유닛(620)의 형태로 나뉘어 투입위치(#1)와 취출위치(#3)에 각각 배치되어야 할 것이며, 이정도의 변경 사항은 본 발명의 권리범위에 속한다 하여야 할 것이다.

본 실시예와 같이 구성하더라도 상대적으로 엄격한 공차 관리를 요구하는 정밀 용접에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 전자빔 용접에 비하여 용접작업에 따른 택트 타임(tact time)을 감소시킬 수 있고, 나아가 저렴한 비용으로서 운용의 편의성을 도모할 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 척킹유닛 110 : 척킹부
111 : 고정블록 112 : 가동블록
113 : 액추에이터 114 : 받침대
115 : 연결블록 120 : 척회전지지부
200 : 인덱스 테이블 210 : 이격부재
220 : 상판 230 : 하판
300 : 회전구동부 310 : 서보모터
320 : 기어박스 330 : 연결부
400 : 용접유닛 410 : 유닛 본체
420 : 파이버 레이저 헤드 430 : 업/다운 구동부
440 : 빔 각도 조절부 441 : 연결 브래킷
442 :아크형 각도조절판 443 : 각도 조절 샤프트
444 : 샤프트 이동부 500 : 외관 캐비닛
600 : 부품 투입 및 취출 유닛 700 : 척회전유닛

Claims (17)

1. 인덱스 테이블;
   용접대상의 부품을 척킹 또는 척킹해제하는 척킹부와, 상기 척킹부를 지지하며, 상기 인덱스 테이블에 상대회전 가능하게 결합되는 척회전지지부를 구비하는 다수의 다수의 척킹유닛;
   상기 다수의 척킹유닛이 상기 부품이 투입되는 투입위치, 상기 부품이 용접되는 작업위치 및 용접이 완료된 부품이 취출되는 취출위치 간을 순환 이동되도록 상기 인덱스 테이블에 결합되어 상기 인덱스 테이블을 회전구동시키는 테이블 회전구동부; 및
   상기 인덱스 테이블의 주변에 배치되며, 상기 부품을 척킹한 어느 한 척킹유닛이 상기 작업위치에 배치될 때 레이저빔을 이용하여 상기 척킹유닛 상에서 상기 부품을 용접시키는 용접유닛을 포함하며,
   상기 척킹부는,
   상기 척회전지지부에 고정되는 고정블록;
   상기 고정블록에 상하 방향으로 상대이동 가능하게 결합되며, 상기 고정블록에 대하여 상하 방향으로 상대이동 시 상기 고정블록의 반경 방향으로 팽창 또는 팽창해제되면서 상기 부품을 척킹 또는 척킹해제하는 가동블록; 및
   상기 가동블록을 상하 방향으로 이동시키는 액추에이터를 포함하며,
   상기 고정블록과 상기 가동블록은 상호 대응되는 경사면으로 접면되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 고정블록과 상기 가동블록의 반경 방향 외측에 배치되고 상단부에서 상기 부품의 내측단턱이 지지되는 받침대; 및
   상기 액추에이터와 상기 가동블록을 연결하는 연결블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 용접유닛은,
   유닛 본체;
   상기 유닛 본체의 일측에 결합되어 상기 레이저빔을 발생시키는 파이버 레이저 헤드; 및
   상기 유닛 본체와 상기 파이버 레이저 헤드에 결합되어 상기 유닛 본체에 대해 상기 파이버 레이저 헤드를 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 용접유닛은 상기 유닛 본체에 결합되며, 상기 레이저빔의 투사 각도 조절을 위해 상기 파이버 레이저 헤드가 연결된 상기 유닛 본체의 각도를 조절하는 빔 각도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 빔 각도 조절부는,
   상기 유닛 본체에 연결되는 연결 브래킷;
   상기 연결 브래킷과 결합되며, 외곽라인이 아크(arc) 형상을 갖는 아크형 각도조절판;
   상기 아크형 각도조절판에 결합되어 상기 아크형 각도조절판의 회전축심을 형성하는 핀(pin);
   상기 아크형 각도조절판의 외곽라인 영역에 결합되는 각도 조절 샤프트; 및
   상기 각도 조절 샤프트에 연결되어 상기 각도 조절 샤프트를 상하 방향으로 이동시키는 샤프트 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 빔 각도 조절부는 상기 업/다운 구동부 영역에 결합되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 척킹유닛은 상기 인덱스 테이블의 지름 방향으로 대향되게 한 쌍으로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 테이블 회전구동부는,
    상기 인덱스 테이블과 연결되되 상기 척킹유닛이 상기 투입위치, 상기 작업위치 및 상기 취출위치로 순환 이동되도록 동력을 제공하는 서보모터;
    상기 서보모터의 동력을 상기 인덱스 테이블의 회전운동으로 전달하는 기어박스; 및
    상기 기어박스와 상기 인덱스 테이블의 하판을 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제1항에 있어서,
    상기 인덱스 테이블은,
    상기 척킹부가 결합되는 상판;
    상기 척회전지지부가 결합되는 하판; 및
    상기 상판 및 상기 하판 사이에서 상기 상판 및 상기 하판을 상호 나란하게 이격시키는 다수의 이격부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
16. 제1항에 있어서,
    상기 용접유닛을 포함하여 상기 인덱스 테이블의 일 영역을 외측에서 커버링하는 외관 캐비닛; 및
    상기 인덱스 테이블의 일측에 배치되어 상기 용접대상의 부품을 투입 및 취출시키는 부품 투입 및 취출 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
17. 제1항에 있어서,
    상기 용접대상의 부품은 평면 투영 시 원 형상을 가지며, 원주 방향에 따른 둘레면이 용접되는 자동차 부품인 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.

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