KR101343845B1 - 마찰교반용접의 회전체용 전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전체를 이용하여 피접합재(10)를 접합하는 용접장치에 있어서: 모터(22)를 구비하는 프레임(20); 상기 프레임(20) 상에 모터(22)의 구동력을 받아 회전 가능하도록 설치되고, 피접합재(10)의 접합 상태를 검출하는 센서(52)를 구비하는 가공툴(30); 및 상기 프레임(20)과 가공툴(30)에 각각 영구자석(42)과 코일(44)을 구비하고, 축전지(48)를 개재하여 전원을 공급하는 전원공급기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 회전체의 회전운동과 발전기의 원리를 이용하여 외부 전원이 없이도 접합부의 온도 등을 실시간으로 측정하기 위한 각종 측정회로 구성품에 전원을 안정적으로 공급하는 효과가 있다.

Description

마찰교반용접의 회전체용 전원공급장치{Electric power supply apparatus for rotating body of friction stir welding}

본 발명은 마찰교반용접의 회전체용 전원공급장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 회전체의 회전운동과 발전기의 원리를 이용하여 외부 전원이 없이도 접합부의 온도, 툴의 높이, 압력 등을 실시간으로 측정하기 위한 각종 측정회로 구성품에 전원을 안정적으로 공급하는 마찰교반용접의 회전체용 전원공급장치에 관한 것이다.

마찰교반접합(Friction Stir Welding)은 툴과 피접합재의 마찰열을 이용하여 재료를 융점에 가깝게 가열시킴과 동시에 툴의 회전 및 가압 전진에 의해 고온 교반을 일으켜 접합하는 새로운 고상 접합 기술이다. 접합부의 온도, 압력 등을 조절할 수 있다면 더 정밀한 접합 품질을 얻을 수 있다. 이에 접합부에 대한 정확한 정보를 획득하기 위하여 다양한 검출 방식이 채용되며, 이와 함께 검출을 위한 안정적인 전원의 확보도 중요하다.

선행특허의 일예로, 한국 등록특허공보 제0660227호는 용접될 판재를 안착하는 지지대가 하단에 장착된 프레임; 상기 프레임의 상단 쪽에 연결된 말단에 용접 핀이 장착된 회전기구; 상기 회전기구를 회전시키는 구동부; 상기 프레임의 변위를 측정하는 변위 측정기; 및 상기 프레임의 변위에 따라 상기 회전기구의 위치를 보정하는 이송부를 포함하는 구성을 제안한다. 이에 따라, 프레임의 변위를 측정하여 용접 핀의 삽입 깊이를 일정하게 제어함으로써 정밀한 깊이로 용접하여 접합강도를 향상하는 효과를 기대한다.

선행특허의 다른 예로, 한국 공개특허공보 제2003-0087670호는 자성재료로 이루어진 일체형의 고정부 몸체; 상기 고정부 몸체의 둘레에 감겨지며 교류전원과 연결되어 자속변화를 발생시키는 고정부 권선; 자성재료로 이루어진 일체형의 회전부 몸체; 및, 상기 회전부 몸체의 둘레에 감겨지며 상기 고정부 권선의 자속변화에 따라 유기되는 유도기전력을 부하에 공급하는 회전부 권선으로 구성된다. 이에 따라, 로봇 관절의 회전각에 상관없이 일정한 유도기전력을 유기시켜 작업팔의 말단 관절까지 일정한 전원을 공급할 수 있어 산업용 로봇의 성능을 탁월하게 개선하는 효과를 기대한다.

그러나, 전자의 선행특허에 의하면 프레임의 변위를 측정하는 간접 방식이므로 배터리 또는 외부 전원의 공급이 원활하지만 용접부에 대한 신호검출의 정확도를 높이기 곤란하고, 후자의 선행특허에 의하면 회전체 상에서 전원을 공급하여 센싱할 수 있으나 로봇의 관절과 같이 정숙한 회전체에 적합하고 마찰교반용접기에서 작동 신뢰성을 보장하기 미흡하다.

1. 대한민국 등록특허공보 제0660227호 "마찰교반 점용접 장치"(공개일자 : 2006. 12. 21.) 2. 대한민국 공개특허공보 제2003-0087670호 "회전기계의 비접촉식 전원공급장치" (공개일자 : 2003. 11. 15.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 회전체의 회전운동과 발전기의 원리를 이용하여 외부 전원이 없이도 접합부의 온도, 툴의 높이, 압력 등을 실시간으로 측정하기 위한 각종 측정회로 구성품에 전원을 안정적으로 공급하는 마찰교반용접의 회전체용 전원공급장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전체를 이용하여 피접합재를 접합하는 용접장치에 있어서: 모터를 구비하는 프레임; 상기 프레임 상에 모터의 구동력을 받아 회전 가능하도록 설치되고, 피접합재의 접합 상태를 검출하는 센서를 구비하는 가공툴; 및 상기 프레임과 가공툴에 각각 영구자석과 코일을 구비하고, 축전지를 개재하여 전원을 공급하는 전원공급기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 가공툴은 중심축 상으로 진원의 중공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 가공툴의 센서는 가공팁에 온도를 검출하도록 설치되는 서모커플인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 전원공급기는 전압을 설정 범위로 유지하면서 잡음을 제거하도록 전원안정기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전원안정기는 트랜스부와 정류평활부를 연계적으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 회전체의 회전운동과 발전기의 원리를 이용하여 외부 전원이 없이도 접합부의 온도 등을 실시간으로 측정하기 위한 각종 측정회로 구성품에 전원을 안정적으로 공급하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전원공급장치를 개략적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 전원공급장치의 주요 회로 연결을 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 회전체를 이용하여 피접합재(10)를 접합하는 용접장치, 특히 마찰교반용접을 수행하는 장치에 관련되지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 회전체는 후술하는 것처럼 마찰교반을 수행하기 위한 툴을 의미한다.

본 발명에 따르면 프레임(20) 상에 모터(22)를 구비하는 구조이다. 프레임(20)은 후술하는 가공툴(30)을 지지하기 위한 복수의 환형체(21)를 구비한다. 모터(22)는 프레임(20)의 상측으로 설치되고, 하방향으로 전동을 위한 구동축(25)을 구비한다. 마찰차나 벨트를 개재하여 이격된 구동축(25)과 피동축(35) 상으로 전동하는 방식이 신호전송의 측면에서 바람직하나, 커플링을 이용하여 구동축(25)과 피동축(35)을 동심으로 직결하여 전동하는 방식을 적용할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 피접합재(10)의 접합 상태를 검출하는 센서(52)를 구비하는 가공툴(30)이 상기 프레임(20) 상에 모터(22)의 구동력을 받아 회전 가능하도록 설치된다. 가공툴(30)은 몸체(31)를 중심으로 상하에 각각 피동축(35)과 가공팁(33)을 결합한 구조이다. 피동축(35)과 가공팁(33)은 교체를 위하여 분리 가능한 구조로 결합된다.

이때, 상기 가공툴(30)은 중심축 상으로 진원의 중공을 구비하는 것을 특징으로 한다. 가공툴(30)은 몸체(31), 가공팁(33), 피동축(35)에 걸쳐서 중공을 구비하는 것이지만, 센서(52)의 종류와 위치에 따라서 중공의 범위는 축소될 수 있다. 가공툴(30)의 중공 구조는 센서(52) 외에 후술하는 축전지(48), 신호처리기(54) 등을 긴밀하게 수용하는 형태와 크기로 선택한다. 가공툴(30)의 중공이 진원으로 형성되어야 고속 회전시 안정적인 다이내믹 밸런스를 유지할 수 있다.

한편, 상기 가공툴(30)의 센서(52)는 가공팁(33)에 온도를 검출하도록 설치되는 서모커플인 것을 특징으로 한다. 서모커플은 가공팁(33) 상에 장착되고 중공을 통하여 신호처리기(54)와 전기적으로 연결된다. 서모커플에 의하여 검출된 신호는 제어기(도시 생략)에서 용접 불량을 판단하는 데이터로 활용된다. 물론 본 발명에서 센서(52)로서 서모커플을 예시하지만 반드시 이에 한정되는 것이 아니며 압력센서 등을 포함할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 축전지(48)를 개재하여 전원을 공급하는 전원공급기(40)가 상기 프레임(20)과 가공툴(30)에 각각 영구자석(42)과 코일(44)을 구비한다. 영구자석(42)은 프레임(20)의 환형체(21) 상에 고정되고, 코일(44)은 영구자석(42)과 대향하도록 가공툴(30)의 몸체(31) 상에 권선된다. 이에 따라, 가공툴(30)의 회전시 코일(44)에서 유도되는 기전력이 축전지(48)에 충전되는 동시에 센서(52)와 신호처리기(54)로 공급된다. 코일(44)에서 반경방향으로 축전지(48)에 도달되는 전선은 가공툴(30)의 고속 회전시 다이나믹 밸런스를 설정된 범위로 유지하도록 흔들림이 없는 긴밀한 상태로 설치한다.

종래의 경우 몸체(31)의 외면에 송신기를 부착하여 센서(52)와 결선하고 외부의 수신링(도시 생략)으로 전송하는 시도가 있으나 배터리 전원에 의존하기 때문에 주기적으로 교체해야 하는 불편이 초래된다. 반면, 본 발명에 의하면 코일(44)과 축전지(48)를 통하여 안정적이고 지속적인 전원의 제공이 가능하다.

이때, 상기 전원공급기(40)는 전압을 설정 범위로 유지하면서 잡음을 제거하도록 전원안정기(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 전원안정기(46)는 가공툴(30)의 속도 변동에 무관하게 유도기전력을 일정한 전압으로 축전지(48)에 보내는 동시에 이 과정에서 발생되거나 유입되는 노이즈를 제거한다.

한편, 상기 전원안정기(46)는 트랜스부와 정류평활부를 연계적으로 구비하는 것을 특징으로 한다. 전원안정기(46)는 크게 시리즈(Series or Linear) 방식과 스위칭(Switching) 방식으로 적용 가능하다. 전체 크기를 축소하는 설계에 있어서 트랜스부, 정류평활부를 연계적으로 구비하는 후자의 스위칭 방식이 선호된다.

이에 따라, 가공툴(30)의 가공팁(33)에 설치된 센서(52)에서 측정된 온도 신호가 신호처리기(54)에 입력되고, 신호처리기(54)에서 라디오 신호로 변환되어 무선 송수신 회로를 통해 제어기에 입력되고, 최종적으로 외부의 제어기를 통하여 온도 데이터를 기록 및 표시할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 피접합재 20: 프레임
21: 환형체 22: 모터
25: 구동축 30: 가공툴
31: 몸체 33: 가공팁
35: 피동축 40: 전원공급기
42: 영구자석 44: 코일
46: 전원안정기 48: 축전지
52: 센서 54: 신호처리기

Claims (5)

1. 회전체를 이용하여 피접합재(10)를 접합하는 용접장치에 있어서:
   모터(22)를 구비하는 프레임(20);
   상기 프레임(20) 상에 모터(22)의 구동력을 받아 회전 가능하도록 설치되고, 피접합재(10)의 접합 상태를 검출하는 센서(52)를 구비하는 가공툴(30); 및
   상기 프레임(20)과 가공툴(30)에 각각 영구자석(42)과 코일(44)을 구비하고, 축전지(48)를 개재하여 전원을 공급하는 전원공급기(40);를 포함하여 이루어지고,
   상기 가공툴(30)은 중심축 상으로 진원의 중공을 구비하며,
   상기 전원공급기(40)는 전압을 설정 범위로 유지하면서 잡음을 제거하도록 전원안정기(46)를 구비하고, 상기 전원안정기(46)는 트랜스부와 정류평활부를 연계적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰교반용접의 회전체용 전원공급장치.
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3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가공툴(30)의 센서(52)는 가공팁(33)에 온도를 검출하도록 설치되는 서모커플인 것을 특징으로 하는 마찰교반용접의 회전체용 전원공급장치.
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