KR101208913B1 - 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤 포머 유닛의 후방에서 폐단면으로 롤 성형이 완료된 성형빔의 용접부에 대하여 레이저 스캐너를 이용하여 실시간 레이저 용접을 진행하여 별도의 용접공정 없이도 성형빔의 롤 성형과 동시에 그 용접부의 접합을 완료하는 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치를 제공한다.

Description

롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치{LASER WELDING DEVICE FOR ROLL FORMING SYSTEM}

본 발명은 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 롤 포머 유닛의 후방에서 폐단면으로 롤 성형이 완료된 성형빔의 용접부에 대하여 레이저 스캐너를 이용하여 레이저 용접을 실시간 이루어 별도의 용접공정 없이도 성형빔의 롤 성형과 동시에 그 용접부의 접합을 완료하는 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 롤 포밍 공법은 코일을 풀어 상부 성형롤과 하부 성형롤을 한 쌍으로 구성하는 롤 포머가 다단으로 일렬 배치되는 롤 포머 유닛을 거치도록 하여 다양한 형상으로 절곡 성형하는 것으로, 특히 차량용 범퍼 빔과 같이 다양한 형상으로 절곡 성형된 직선타입의 빔류를 제조하는데 적용된다.

도 1은 상기한 롤 포밍 공법을 이루기 위한 종래 기술에 따른 롤 포밍 시스템의 단계별 공정 개념도로서, 종래 기술에 따른 롤 포밍 시스템 및 그 공정은 먼저, 공급되는 코일(200)을 풀어주는 언코일러(201)가 공정라인 전방에 구성되어 언코일 단계(S110)를 이루고, 상기 언코일러(201)로부터 풀려 나온 코일을 평판의 패널(250)로 펴주는 스트레이트너(203)가 그 후방에 구비되어 스트레이트닝 단계(S120)를 이룬다.

그리고 상기 스트레이트너(203)의 후방에는 상기 스트레이트너(203)로부터 공급된 패널(250)에, 성형될 빔류의 조립을 위한 여러 용도의 홀을 가공하는 브레이크 프레스(205)가 구비되어 피어싱 단계(S130)를 진행한다.

이후, 적어도 10단 이상의 롤 포머(R1~R7; 일부 미도시)들로 구성되는 롤 포머 유닛(207)은 상기 브레이크 프레스(205)의 후방에 배치되어 상기 언코일러(201), 스트레이트너(203), 및 브레이크 프레스(205)를 거쳐 공급되는 패널(250)을 순차적으로 절곡하여 얻고자 하는 성형빔(260)의 형상으로 롤 성형하는 롤 포밍 단계(S140)를 진행하게 된다.

그리고 상기 롤 포머 유닛(207)의 후방에는 일정 곡률을 갖는 롤 포밍 성형품의 곡률을 성형하기 위한 라운드 벤더(209)가 구비되어 성형하고자하는 곡률의 반경을 따라 상기 성형빔(260)을 통과시킴으로써 일정 곡률의 성형빔(260)을 제조하는 벤딩단계(S150)를 이루게 된다.

또한, 상기 라운드 벤더(209)의 후방에는 상기 성형빔(260)을 일정규격으로 절단하는 컷팅 프레스(211)가 구성되어 제품화하기 위한 완성품의 규격대로 성형빔(260)을 절단하는 컷팅단계(S160)를 이룬다.

이러한 롤 포밍 시스템 및 그 공정을 통하여 생산되는 성형빔(260)의 사용 예로, 도 2에서는 길이방향을 따라 폐단면 형상으로 절곡되어 롤 포밍 성형된 차량용 범퍼빔(300)을 도시하고 있다.

그러나 상기한 바와 같은 범퍼빔(300)의 경우, 폐단면으로 성형되어 그 양단이 별도의 용접공정에서 롤 스폿 용접(W) 또는 CMT 용접 등을 통하여 용접되어야 함으로 공정 상에 추가적인 용접단계(S170)가 반드시 필요한 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 롤 포머 유닛의 후방에서 폐단면으로 롤 성형이 완료된 성형빔의 용접부에 대하여 레이저 스캐너를 이용하여 실시간 레이저 용접을 진행하여 별도의 용접공정 없이도 성형빔의 롤 성형과 동시에 그 용접부의 접합을 완료하는 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명의 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치는 다단의 롤 포머로 구성되는 롤 포머 유닛을 통하여 성형빔을 롤 성형하는 롤 포밍 시스템에서, 상기 롤 포머 유닛의 최후단 일측의 베이스 상에 설치되는 용접 프레임; 상기 용접 프레임의 상부 일측에 구성되는 초점조절수단; 상기 초점조절수단에 설치되어 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저빔을 상기 성형빔의 용접부에 조사하는 레이저 스캐너; 상기 레이저 스캐너의 일측에 설치되어 레이저 스캐너와 상기 성형빔의 용접부까지의 거리를 측정하여 그 신호를 제어기로 출력하는 거리 감지센서; 상기 롤 포머 유닛의 최후단 롤 포머의 일측에 구성되어 성형롤의 회전수를 감지하여 그 신호를 제어기로 출력하는 회전수 감지센서를 포함한다.

상기 초점조절수단은 상기 용접 프레임의 상부에 하향 설치되며, 일측면에는 중앙과 하단에 각각 중앙 및 하부 지지판이 고정되는 장착 브라켓; 상기 중앙 및 하부 지지판 사이에서 상기 장착 브라켓의 일측면에 고정되는 가이드 레일; 상기 중앙 지지판의 상면에 장착되는 스크루 모터; 상기 스크루 모터의 회전축과 일체로 연결되어 상기 중앙 및 하부 지지판 사이에 회전 가능하게 설치되는 스크루 축; 상기 스크루 축에 치합된 상태로, 상기 가이드 레일을 따라 승하강 이동 가능하게 설치되며, 일측면에는 상기 레이저 스캐너가 설치되는 스크루 하우징을 포함한다.

상기 스크루 모터는 그 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 스텝모터로 이루어질 수 있다.

상기 레이저 스캐너는 용접위치와 용접속도 제어가 가능한 것으로 할 수 있다.

상기 거리 감지센서는 상기 성형빔의 용접부에 조사되는 레이저가 반사되어 돌아오는 시간을 감지하여 그 거리를 측정하는 레이저 센서로 이루어질 수 있다.

상기 회전수 감지센서는 상기 롤 포머 유닛의 최후단 롤 포머의 성형롤 회전축에 설치되는 톤 휠의 회전수를 감지하는 마그네틱 센서로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치에 의하면, 롤 포머 유닛의 후방에서 폐단면으로 롤 성형이 완료된 성형빔의 용접부에 대하여 레이저 스캐너를 이용하여 실시간 레이저 용접을 이루어 성형빔의 롤 성형과 동시에 그 용접부의 접합을 완료함으로써 공정 이후에 별도의 용접공정 이 불필요한 이점이 있다.

즉, 상기한 폐단면 성형빔의 접합을 위하여 종전의 용접공정에서 이루어지던 롤 스폿 용접(W) 또는 CMT 용접 등을 배제함으로써 작업장의 환경을 개선할 수 있으며, 추가적인 공정을 배제함에 따른 공정 사이클 타임을 줄이는 효과도 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 롤 포밍 시스템 및 단계별 공정 개념도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 롤 포밍 시스템 및 공정을 이용하여 제조된 차량용 범퍼빔의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치가 적용되는 롤 포밍 시스템 및 단계별 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 제어 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치가 적용된 롤 포밍 시스템을 이용하여 제조된 성형품의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치가 적용되는 롤 포밍 시스템 및 단계별 공정도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 측면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 부분 사시도이다.

먼저, 본 실시예에 따른 레이저 용접장치가 적용되는 롤 포밍 시스템은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 먼저, 공정라인 전방에 언코일러(1)가 구성되어 공급되는 코일(10)을 풀어주게 된다.

상기 언코일러(1)의 후방에는 스트레이트너(2)가 구성되어 언코일러(1)로부터 풀려 나온 코일(10)을 평판의 패널(20)로 펴주게 된다.

그리고 상기 스트레이트너(2)의 후방에는 브레이크 프레스(3)가 구비되어 상기 스트레이트너(2)으로부터 공급되는 패널(20)에, 성형될 빔류의 조립을 위한 여러 용도의 홀을 성형하도록 구성된다.

상기 브레이크 프레스(3)의 후방에는 상기 스트레이트너(2)와 브레이크 프레스(3)를 거쳐 공급되는 패널(20)을 순차적으로 절곡하여 폐단면 형상의 성형빔(30)으로 롤 성형하는 롤 포머 유닛(4)이 구성된다.

상기한 롤 포머 유닛(4)은 적어도 10단계 이상의 롤 포머(R1,R2,R3..R6; 일부 미도시)들이 일렬로 배치되어 구성된다.

그리고 상기 롤 포머 유닛(4)의 후방에는, 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 성형빔(30)의 용접부(W)에 레이저 용접을 진행하는 본 실시예에 따른 레이저 용접장치(5)가 적용된다.

이러한 레이저 용접장치(5)의 후방에는 용접공정을 거친 성형빔(30)에 일정 곡률을 성형하기 위한 5세트의 곡률 성형롤로 구성되는 라운드 벤더(6)가 구성된다.

또한, 상기 라운드 벤더(6)의 후방에는 상기 곡률 성형된 성형빔(30)을 일정규격으로 절단하는 컷팅 프레스(7)가 구성된다.

이러한 롤 포밍 시스템에서, 본 실시예에 따른 레이저 용접장치(5)의 구성은, 상기 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 롤 포머 유닛(4)의 최후단 롤 포머(도 3에서 R6)와 가이드 롤(도 3에서 R7) 사이의 베이스(11) 상에 용접 프레임(F)이 설치된다.

상기 용접 프레임(F)은 대수의 수직빔(F1)과 상부빔(F2)으로 구성된다.

상기 용접 프레임(F)의 상부빔(F2)의 일측에는 초점조절수단(21)이 설치된다.

상기 초점조절수단(21)은 상기 용접 프레임(F)의 상부빔(F2) 일측에 장착 브라켓(28)이 하향 설치된다.

상기 장착 브라켓(28)은 그 일측면의 중앙과 하단에 각각 중앙 및 하부 지지판(22,23)이 각각 고정 설치된다.

상기 장착 브라켓(28)에는 상기 중앙 및 하부 지지판(22,23) 사이의 일측면에 가이드 레일(24)이 수직방향으로 설치된다.

상기 중앙 지지판(22)의 상면에는 스크루 모터(25)가 설치된다.

여기서, 상기 스크루 모터(25)는 그 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 스텝모터로 이루어질 수 있다.

상기 중앙 지지판(22)과 하부 지지판(23) 사이에는 스크루 축(26)이 회전 가능하게 설치되는데, 이 스크루 축(26)은 상기 스크루 모터(25)의 회전축(미도시)과 일체로 연결된다.

상기 스크루 축(26)에는 스크루 하우징(27)이 치합되는데, 이때, 상기 스크루 하우징(27)의 일측은 상기 가이드 레일(24)을 따라 승하강 이동 가능하게 설치된다.

이러한 구성의 초점조절수단(21)에는 레이저 스캐너(31)가 설치되는데, 상기 레이저 스캐너(31)는 레이저 발진기(35)로부터 발진되는 레이저빔(33)을 상기 성형빔(30)의 용접부(W)에 조사하도록 구성된다.

여기서, 상기 성형빔(30)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 그 용접부(W) 양 외측으로 양측 사이드 롤(40)에 의해 구름 지지된다.

상기 레이저 스캐너(31)는 상기 스크루 하우징(27)의 일측면에 설치된 상태로, 상기 스크루 모터(25)의 작동에 따라 상기 스크루 축(26)에 설치된 스크루 하우징(27)과 함께 승하강 하면서 상기 성형빔(30)의 용접부(W)까지의 거리가 조절되어 초점이 조절되도록 설치된다.

이러한 레이저 스캐너(31)는 자체적으로 제어기(C)의 제어신호에 따라 용접위치와 용접속도 제어가 가능한 것을 공지의 레이저 스캐너가 적용될 수 있다.

그리고 상기 레이저 스캐너(31)의 하부 일측에는 거리 감지센서(41)가 설치되어 레이저 스캐너(31)와 상기 성형빔(30)의 용접부(W)까지의 거리(L)를 측정하여 그 신호를 제어기(C)로 출력한다.

즉, 상기 거리 감지센서(41)는 상기 성형빔(30)의 용접부(W)에 조사되는 레이저가 반사되어 돌아오는 시간을 감지하여 그 거리를 측정하는 레이저 센서로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 롤 포머 유닛(4)의 최후단 롤 포머(도 4에서 R6)의 일측에는 회전수 감지센서(51)가 구성되어 성형롤(R)의 회전수를 감지하여 그 신호를 제어기(C)로 출력한다.

즉, 상기 회전수 감지센서(51)는 상기 롤 포머 유닛(4)의 최후단 롤 포머(도 4에서 R6)의 성형롤 회전축(53)에 설치되는 톤 휠(55)의 회전수를 감지하는 마그네틱 센서로 이루어질 수 있다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 레이저 용접장치(5)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 제어기(C)는 거리 감지센서(41)의 신호를 수신하여 스크루 모터(25)를 구동 제어함으로서, 레이저 스캐너(31)와 성형빔(30)의 용접부(W)까지의 거리를 조정하여 레이저빔(33)의 초점을 맞추게 된다.

또한, 제어기(C)는 회전수 감지센서(51)의 신호를 수신하여 레이저 스캐너(31)를 구동 제어함으로서, 레이저 스캐너(31)에서 조사되는 레이저빔(33)의 각도 및 출력을 제어하여 성형빔(30)의 용접부(W)에 대한 용접위치와 용접속도를 조절한다.

한편, 제어기(C)는 레이저 발진기(35)의 구동 제어를 통하여 레이저빔(33)의 발진 타이밍도 함께 제어한다.

이러한 레이저 용접장치(5)의 작동을 포함하여 전체적인 롤 포밍 시스템의 공정을 설명하면, 도 3에서 도시한 바와 같이, 먼저, 공정라인의 전방에서, 언코일러(1)를 이용하여 성형용으로 공급할 코일(10)을 풀어주는 언코일 단계(S1)를 진행한다.

상기 언코일 단계(S1)에 이어서, 상기 언코일러(1)의 후방에서는 스트레이트너(2)를 이용하여 상기 언코일 단계(S1)로부터 풀려 나온 코일(10)을 패널(20)로 펴주는 스트레이트닝 단계(S2)를 진행한다.

이어서, 상기 스트레이트너(2)의 후방에서는 브레이크 프레스(3)를 이용하여 상기 스트레이트닝 단계(S2)로부터 공급되는 패널(20)에, 성형될 빔류의 조립을 위한 여러 용도의 홀을 성형하는 피어싱 단계(S3)를 진행한다.

이어서, 상기 브레이크 프레스(3)의 후방에서는 다단의 롤 포머(R1,R2,R3.. R6; 일부 미도시)를 이용하여 상기 피어싱 단계(S3)로부터 공급되는 패널(20)을 각각 순차적으로 절곡하여 얻고자 하는 폐단면 성형빔(30)의 형상으로 롤 성형하는 롤 포밍 단계(S4)를 진행한다.

또한, 상기 롤 포머 유닛(4)의 후방에서는, 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 실시예의 레이저 용접장치(5)에 의해, 도 7에서 도시한 바와 같이, 성형빔(30)의 용접부(W)에 레이저 스캐너(31)로부터 조사되는 레이저빔(33)을 이용하여 레이저 용접을 진행하는 용접 단계(S5)를 진행한다.

상기 레이저 용접은, 도 7에서 도시한 바와 같이, 성형빔(30)의 양단부를 따라 일정 길이로 용접비드(B)를 형성하면서 용접하게 된다.

또한, 상기 레이저 용접장치(5)의 후방에서는 라운드 벤더(6)를 이용하여 상기 용접 단계(S5)로부터 공급되는 성형빔(30)을 성형하고자하는 일정 곡률로 성형하여 벤딩 단계(S6)를 진행하며, 상기 라운드 벤더(6)의 후방에서는 컷팅 프레스(7)를 이용하여 상기 벤딩 단계(S6)로부터 공급되는 성형빔(30)을 일정규격으로 절단하여 컷팅 단계(S7)를 진행함으로써, 도 7에서 도시한 바와 같이, 완성된 성형빔(30)을 생산하게 된다.

이와 같이, 본 실시예의 레이저 용접장치(5)가 적용된 롤 포밍 시스템 및 그 공정을 통하여 제조되는 성형빔(30)은, 도 7에서 도시한 바와 같이, 차량용 범퍼빔을 그 예로 하며, 전면(D1)과 이에 대응하는 배면(D2)의 양단이 길이방향을 따라 일정 길이로 용접비드(B)를 엇갈리게 형성하여 관재로 성형된다.

즉, 본 발명에 따른 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치(5)는 롤 포밍 성형 공정에서 폐단면 성형빔(30)을 성형함과 동시에, 롤 포밍 공정의 후방에서 그 용접부(W)에 레이저 용접을 바로 진행하여 추가적인 용접공정을 배제할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 언코일러 2: 스트레이트너
3: 브레이크 프레스 4: 롤 포머 유닛
5: 레이저 용접장치 6: 라운드 벤더
7: 컷팅 프레스 10: 코일
11: 베이스 20: 패널
21: 초점조절수단 22,23: 중앙 및 하부 지지판
24: 가이드 레일 25: 스크루 모터
26: 스크루 축 27: 스크루 하우징
28: 장착 브라켓 30: 성형빔
31: 레이저 스캐너 33: 레이저빔
35: 레이저 발진기 40: 사이드 롤
41: 거리 감지센서 51: 회전수 감지센서
53: 성형롤 회전축 55: 톤 휠
C: 제어기 W: 용접부
F: 용접 프레임

Claims (6)

1. 다단의 롤 포머로 구성되는 롤 포머 유닛을 통하여 성형빔을 롤 성형하는 롤 포밍 시스템에서, 상기 롤 포머 유닛의 최후단 일측의 베이스 상에 설치되는 용접 프레임; 상기 용접 프레임의 상부 일측에 구성되는 초점조절수단; 상기 초점조절수단에 설치되어 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저빔을 상기 성형빔의 용접부에 조사하며, 용접위치와 용접속도 제어가 가능한 레이저 스캐너; 상기 레이저 스캐너의 일측에 설치되어 레이저 스캐너와 상기 성형빔의 용접부까지의 거리를 측정하여 그 신호를 제어기로 출력하는 거리 감지센서; 상기 롤 포머 유닛의 최후단 롤 포머의 일측에 구성되어 성형롤의 회전수를 감지하여 그 신호를 제어기로 출력하는 회전수 감지센서를 포함하는 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치에 있어서,
   상기 초점조절수단은 상기 용접 프레임의 상부에 하향 설치되며, 일측면에는 중앙과 하단에 각각 중앙 및 하부 지지판이 고정되는 장착 브라켓; 상기 중앙 및 하부 지지판 사이에서 상기 장착 브라켓의 일측면에 고정되는 가이드 레일; 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 스텝모터로 구성되어 상기 중앙 지지판의 상면에 장착되는 스크루 모터; 상기 스크루 모터의 회전축과 일체로 연결되어 상기 중앙 및 하부 지지판 사이에 회전 가능하게 설치되는 스크루 축; 상기 스크루 축에 치합된 상태로, 상기 가이드 레일을 따라 승하강 이동 가능하게 설치되며, 일측면에는 상기 레이저 스캐너가 설치되는 스크루 하우징으로 구성되고,
   상기 거리 감지센서는 상기 성형빔의 용접부에 조사되는 레이저가 반사되어 돌아오는 시간을 감지하여 그 거리를 측정하는 레이저 센서로 이루어지며,
   상기 회전수 감지센서는 상기 롤 포머 유닛의 최후단 롤 포머의 성형롤 회전축에 설치되는 톤 휠의 회전수를 감지하는 마그네틱 센서로 이루어지는 롤 포밍 시스템용 레이저 용접장치.
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