KR101382867B1 - 용접다이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재가 안착되는 지지판과 용접 중 상기 소재를 고정토록, 상기 지지판에 장착되는 소재 고정수단 및 상기 소재의 위치를 가변토록, 상기 지지판에 연결되는 소재위치 가변수단을 포함하는 용접다이에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 용접 중 소재를 단단히 고정할 수 있으며, 소재간의 밀착력을 증대시켜 레이저 용접시 공정율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

용접다이{Apparatus for welding}

본 발명은 용접다이에 관한 것으로, 구체적으로 용접 중 소재의 고정 및 적층된 소재간의 밀착력을 향상토록 구성된 용접다이에 관한 것이다.

종래의 레이저 용접 공정은 선형적인 용접설계가 대부분이고, 소재를 고정하는 용접용 고정치구 역시 간단하게 제작되었다. 따라서 종래의 용접치구는 용접부를 중심으로 소재의 좌우고정 및 가압하는 역할만으로도 충분하였다.

하지만 자동차 산업 등 생산 현장에서 요구하는 부품의 형상은 다양화되고 있으며, 대부분의 자동차 산업 및 수송기기 산업계에서는 고강도, 고경량화된 제품을 요구하고 있는 실정이다.

인장 강도가 500MPa급 이하의 소재에서는 전기저항 용접 공정으로도 충분하였으나, 그 이상의 강도에서는 소재간의 접합부의 균열이 발생하거나 내부 기공 등 많은 발생된다.

이에 따라 생산 현장에서는 레이저 용접 공정이 활용되고 있다. 하지만 레이저 용접 공정상 적층 용접을 위한 고정치구를 설계하기는 많은 곤란한 점이 있다.

레이저 용접시에 정밀도를 높이기 위해서는 대상물을 고정시키는 고정치구의 역할이 중요한데, 적층 용접시에는 상부 대상물과 하부 대상물의 간격(Gap)이 최소화되어야 결함 발생율이 감소한다.

통상 수송기기 분야, 특히 자동차 산업에서 생산되는 부품들은 강판의 두께가 1~2mm 정도로 박판이기 때문에 간격이 0.1mm 이하가 되어야 양호한 용접이 가능하다.

이러한 정밀도를 유지하기 위해서는 적층된 소재간의 용접부 부근에서 가압이 이뤄지며 고정되어야 하는데, 레이저 용접 공정의 특성상 용접부의 근접거리에 고정치구를 설치하여 가압하는 것은 곤란하다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 용접 중 소재를 단단히 고정할 수 있으며, 적층된 소재간의 밀착력을 증대시켜 레이저 용접시 공정율을 향상시킬 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 다음과 같은 용접다이를 제공한다.

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본 발명의 일 실시예에서는 소재가 안착되는 지지판과 용접 중 상기 소재를 고정토록, 상기 지지판에 장착되는 소재 고정수단 및 상기 소재의 위치를 가변토록, 상기 지지판에 연결되는 소재위치 가변수단을 포함할 수 있고, 상기 가변수단은, 지면 또는 구조물에 고정된 베이스상에 설치되며, 상기 지지판을 수평방향 이동시키는 수평이동부재와 상기 수평이동부재의 상부에 장착되며, 상기 지지판을 승강시키는 승강부재 및 상기 승강부재의 상부에 장착되며, 상기 지지판을 회전시키는 회전부재를 포함할 수 있으며, 상기 수평이동부재는, 상기 베이스상에 설치된 가이드레일에 안착되는 이동프레임 및 상기 이동프레임의 일측에 장착되며, 상기 이동프레임을 이동시키는 제1 구동모터 를 포함하되, 상기 제1 구동모터의 회전축에 연결된 피니언기어와 상기 베이스상에 설치된 랙기어가 맞물리며 상기 이동프레임이 이동되며, 상기 승강부재는, 상기 이동프레임상에 종방향으로 설치되는 유압실린더 및 상기 유압실린더의 로드에 장착되며, 상기 유압실린더의 구동에 따라 상기 지지판을 승강시키는 승강판를 포함하고, 상기 회전부재는, 상기 승강판상에 설치되며, 상기 지지판의 일측과 회전축에 의해 연결되어 상기 지지판이 수평방향에 대하여 기울어지도록 구동력을 제공하는 제2 구동모터 및 상기 지지판의 타측과 지지축에 의해 연결되며, 내부에는 상기 지지축을 감싸는 볼베어링유닛을 포함하는 지지블럭를 포함할 수 있다.

일 실시예에서는 상기 소재는 자성에 반응하는 물질이며, 상기 고정수단은 상기 소재의 하단에서 자력을 발생시켜 상기 소재를 고정토록, 상기 지지판상에 장착되는 전자석판일 수 있다.

일 실시예에서는 상기 지지판에 적층된 소재의 상단에 설치되는 고정블럭을 더 포함하되, 상기 고정블럭은 자체 하중 또는 상기 적층된 소재의 상단에서 자력을 발생시켜 상기 적층된 소재를 밀착고정시키도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서는 상기 고정블럭은, 상기 소재의 상단에 안착되는 몸체부 및 상기 몸체부의 내부에 장착되고, 상기 적층된 소재간에 밀착력을 제공하는 영구자석를 포함할 수 있다.

본 발명인 용접다이의 일 실시예는 전자석판을 구비하여 소재의 하단에서 소재를 자력으로 단단히 고정되도록 하여 레이저 용접간 공정율을 향상토록 하는 효과가 있다.

그리고 적층된 소재의 상단에 안착되는 고정블럭을 구비하여 자체 하중 또는 영구자석에 의한 자력으로 적층된 소재간의 밀착력을 증대시켜 소재간의 접합용접시 갭을 최소화하여 레이져 용접이 정밀하게 수행되도록 하는 효과가 있다.

또한, 소재별 크기나 형상에 대응하여 소재를 수평, 수직 또는 회전이동, 즉 소재의 위치를 변경 가능토록 구성하여 레이저 용접간 다양한 용접제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명인 용접다이의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발명의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 발명에서 소재별 폭 차이에 대응하여 소재의 수평위치를 변경하여 용접하는 상태도이다.
도 4는 도 1에 도시된 발명에서 소재별 두께 차이에 대응하여 소재의 수직위치를 변경하여 용접하는 상태도이다.
도 5는 도 1에 도시된 발명에서 소재별 용접부위의 형상에 대응하여 소재의 각도를 변경하여 용접하는 상태도이다.
도 6은 도 1에 도시된 발명에서 적층된 소재간의 갭을 최소화하여 용접하는 상태도이다.
도 7은 본 발명의 고정블럭에 대한 도이다.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 용접 장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.

이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 용접 중 소재를 단단히 고정할 수 있으며, 적층된 소재간의 밀착력을 증대시켜 레이저 용접시 공정율을 향상토록 하는 것을 기초로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명인 용접다이의 정면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 발명의 평면도이고, 도 7은 본 발명의 고정블럭에 대한 도이다.

도 1, 도 2 및 도 7를 참고하면, 본 발명인 용접다이의 일 실시예는 소재가 안착되는 지지판(10)과 용접 중 상기 소재를 고정토록, 상기 지지판(10)에 장착되는 소재 고정수단(20) 및 상기 소재의 위치를 가변토록, 상기 지지판(10)에 연결되는 소재위치 가변수단(40)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예의 용접다이는 이하 한정 설명할 레이저 용접공정뿐만 아니라 가스용접공정, 와이어 용접공정 등 기타 용접공정상에서 실시될 수 있음은 자명할 것이다.

먼저, 상기 지지판(10)은 레이저 용접공정상에 배치될 수 있으며, 레이저 용접간 소재가 안착되는 스틸 재질의 플레이트일 수 있다. 그리고 상기 소재는 자성에 반응하는 물질일 수 있으며, 제철공정에서 생산된 스틸 재질의 강판일 수 있다.

상기 고정수단(20)은 상기 지지판(10)상에 안착된 소재를 고정토록 제공되는데, 상기 소재를 자력으로 고정시키도록 전자석판(21)을 포함할 수 있다. 상기 전자석판(21)은 상기 지지판(10)의 상단에 장착될 수 있으며, 전류제어를 통해 소재의 하단에서 자력을 발생시켜 소재를 고정할 수 있다. 물론 상기 고정수단(20)은 도면으로 도시하지는 않았으나, 전자석판(21) 이외에 소재의 주변부에서 소재의 측부를 고정하는 클램핑 장치 등으로도 구현될 수 있다.

또한, 상기 고정수단(20)은 상기 지지판(10)에 놓여진 적층된 소재의 상부에 안착되며, 상기 적층된 소재를 자체 하중 또는 자력에 의해 밀착고정하는 고정블럭(23)을 더 포함할 수 있다. 상기 고정블럭(23)은 레이저 용접공정상에 설치되는 로봇에 의해 적층된 소재의 상단 특정부위에 안착될 수 있다. 여기서 상기 고정블럭(23)은 몸체부(23a), 영구자석(23b) 및 결합홈(23c)을 구비할 수 있다.

우선, 상기 몸체부(23a)는 육면을 가지는 블럭 형상으로 제공될 수 있으며, 상기 몸체부(23a)의 내부에는 자력을 발생시키는 영구자석(23b)이 내장될 수 있다. 상기 영구자석(23b)은 적층된 소재의 상단에서 자력에 의해 적층된 소재간에 밀착력을 가하여 고정되도록 할 수 있다.

또한, 상기 몸체부(23a)는 비교적 큰 하중을 가지는 스틸 등의 재질로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 몸체부(23a)의 자체 하중에 의해 적층된 소재에 하방향 압하력을 가하여 소재가 고정되도록 할 수 있다.

한편, 상기 가변수단(40)은 레이저 용접이 용이토록 소재의 위치를 변경하거나 소재별 크기나 형상에 대응하여 소재간 접합용접이 용이토록 소재간의 위치를 조정하는 역할을 하게 된다.

이러한 상기 가변수단(40)은 지면 또는 구조물에 고정된 베이스(30)상에 설치되며, 상기 지지판(10)을 수평방향 이동시키는 수평이동부재(50)와 상기 수평이동부재(50)의 상부에 장착되며, 상기 지지판(10)을 승강시키는 승강부재(60) 및 상기 승강부재(60)의 상부에 장착되며, 상기 지지판(10)을 회전시키는 회전부재(70)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 수평이동부재(50)는 가이드레일(51), 이동프레임(53), 제1 구동모터(55) 및 랙피니언기어유닛(57,58)을 포함하여 구성될 수 있다. 구체적으로 상기 가이드레일(51)은 상기 베이스(30)의 상단 양측부에 상기 지지판(10)의 이동경로에 따라 한 쌍으로 길이방향으로 설치될 수 있다. 그리고 상기 베이스(30)의 상단 중앙부에는 상기 랙기어(58)가 상기 지지판(10)의 이동경로에 따라 길이방향으로 배치될 수 있다.

상기 가이드레일(51)과 랙기어(58)의 상측에는 상기 이동프레임(53)이 안착되게 된다. 여기서 상기 이동프레임(53)의 하단에는 도면에서 나타내지는 않았으나, 상기 가이드레일(51)과 연결되는 부분에서는 상기 가이드레일(51)의 상단 일부에 안착되는 홈이 형성될 수 있으며, 상기 홈의 내측에는 상기 가이드레일(51)과의 유동을 원활토록 볼베어링유닛이 장착될 수 있다.

그리고, 상기 이동프레임(53)의 일측에는 상기 제1 구동모터(55)가 장착될 수 있다. 상기 제1 구동모터(55)의 회전축에는 상기 피니언기어(57)가 설치될 수 있으며, 상기 피니언기어(57)는 상기 랙기어(58)와 맞물리도록 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 구동모터(55)는 스텝핑모터, 인버터모터 등으로 구현될 수 있으며, 상기 제1 구동모터(55)가 구동하면 상기 피니언기어(57)가 회전하면서 상기 랙기어(58)상을 이동하며 상기 이동프레임(53)을 수평방향으로 이동시키게 된다.

이에 따라 소재는 수평방향으로 이동할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 소재간의 접합용접시 소재간의 폭 차이에 대응하여 소재의 위치를 변경함으로써, 소재간의 접합부에서의 레이저 용접을 용이하게 한다.

다음으로 상기 승강부재(60)는 유압실린더(61) 및 승강판(63)을 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 유압실린더(61)는 상기 이동프레임(53)의 상부에 종방향으로 설치될 수 있다. 그리고 상기 유압실린더(61)의 로드 단부에는 상기 승강판(63)이 장착될 수 있으며, 상기 유압실린더(61)의 구동에 따라 상기 승강판(63)은 상승 또는 하강을 반복하게 된다.

이에 따라 소재는 상하방향으로 이동할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 소재간의 접합용접시 소재간의 두께 차이에 대응하여 소재의 위치를 변경함으로써, 소재간의 접합부에서의 레이저 용접을 용이하게 한다.

다음으로 상기 회전부재(70)는 제2 구동모터(71) 및 지지블럭(73)을 포함하여 구성될 수 있다. 우선 상기 제2 구동모터(71)는 상기 승강판(63)의 상단 일측에 설치될 수 있으며, 상기 지지블럭(73)은 상기 승강판(63)의 상단에서 상기 제2 구동모터(71)의 반대측에 설치될 수 있다. 여기서 상기 제2 구동모터(71)는 스텝핑모터, 인버터모터 등으로 구현될 수 있다.

그리고 상기 제2 구동모터(71)의 회전축은 커플링(미도시)에 의해 상기 지지판(10)의 일측과 연결될 수 있으며, 상기 지지판(10)의 타측에 장착된 지지축(75)은 상기 지지블럭(73)의 홈에 끼워지고 상기 지지판(10)의 내부에서 상기 지지축(75)을 감싸며 설치되는 볼베어링유닛(77)에 의해 원활히 회전 가능하게 제공될 수 있다.

이에 따라 소재간의 접합부 형상에 대응하여 소재별로 각도를 변경함으로써, 레이저 접합용접을 용이하게 할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예의 구성은 상기와 같으며, 이하에서는 작동상태를 살펴보도록 한다.

도 3은 도 1에 도시된 발명에서 소재별 폭 차이에 대응하여 소재의 수평위치를 변경하여 용접하는 상태도이며, 도 4는 도 1에 도시된 발명에서 소재별 두께 차이에 대응하여 소재의 수직위치를 변경하여 용접하는 상태도이고, 도 5는 도 1에 도시된 발명에서 소재별 용접부위의 형상에 대응하여 소재의 각도를 변경하여 용접하는 상태도이며, 도 6은 도 1에 도시된 발명에서 적층된 소재간의 갭을 최소화하여 용접하는 상태도이다.

먼저 도 3를 참고하면, 작업자는 폭이 긴 소재간에 레이저 접합용접을 행할 경우에 소재간의 접합부를 맞대기 위해 소재간의 수평위치를 조정할 필요가 있다.

우선 작업자는 상기 제1 구동모터(55)를 구동한다. 이에 따라 상기 제1 구동모터(55)의 회전축에 연결된 상기 피니언기어(57)가 회전하게 되고, 상기 피니언기어(57)는 상기 랙기어(58)에 맞물려 있으므로, 상기 피니언기어(57)는 상기 랙기어(58)상을 회전하며 이동하게 된다.

여기서 상기 제1 구동모터(55)는 상기 이동프레임(53)의 일측에 장착되어 있음에 따라 상기 이동프레임(53)은 상기 제1 구동모터(55)와 함께 수평방향으로 이동하게 된다. 이후 작업자는 용접하고자 하는 소재간의 접합부가 서로 맞닿게 되면, 상기 제1 구동모터(55)의 구동을 멈추게 하고 레이저 용접을 실시하여 소재를 접합하게 된다. 즉 소재의 수평위치를 조정할 수 있으므로, 소재의 폭의 크기에 상관없이 소재간의 접합용접을 용이하게 진행할 수 있게 된다.

다음 도 4를 참고하면, 이제 작업자는 두께 차이가 있는 소재간의 접합용접을 행할 경우에 소재의 접합부위에 맞추어 소재의 상하위치를 조정할 필요가 있다.

우선 작업자는 상기 유압실린더(61)를 작동시킨다. 이때 두께가 얇은 소재가 안착된 지지판(10)과 연결된 유압실린더(61)를 작동시키는 경우에는 상기 승강판(63)이 상승하도록 유압을 공급하도록 하고, 두께가 두꺼운 소재가 안착된 지지판(10)과 연결된 유압실린더(61)를 작동시키는 경우에는 상기 승강판(63)이 하강하도록 유압을 제거하도록 한다.

두께 차이가 있는 소재간의 상하위치가 어느 정도 조정되고, 소재간의 접합부위가 동일 선상에 위치되면, 이제 작업자는 상기 유압실린더(61)의 구동을 멈추고 레이저 용접을 실시하여 소재를 접합하게 된다. 즉 소재의 상하위치를 조정할 수 있으므로, 소재의 두께 차이에 상관없이 소재간의 접합용접을 용이하게 진행할 수 있게 된다.

다음 도 5를 참고하면, 작업자는 용접하고자 하는 소재의 접합부의 가공형상에 차이가 있을 때에 소재를 일정범위 회전시켜 소재간의 접합부를 어느정도 일치시킬 필요가 있게 된다.

이때 작업자는 상기 제2 구동모터(71)를 구동시킨다. 상기 제2 구동모터(71)가 구동되면, 상기 제2 구동모터(71)의 회전축에 커플링(미도시)으로 연결된 상기 지지판(10)이 상기 지지블럭(73)에 끼워진 상기 지지축(75)에 의해 지지되며, 일정범위를 회전하게 된다.

즉 수평면을 기준으로 소재의 각도가 변경되게 되며, 작업자는 소재간의 접합부 가공형상이 어느 정도 일치되는 범위까지 회전시키게 된다. 여기서 어느 정도 일치되는 범위의 기준은 레이저 용접으로 소재간의 접합이 가능한 범위가 될 것이다.

이로써, 소재간의 접합부의 가공형상에 서로 차이가 있더라도, 소재를 회전시켜 각도를 변경하여 소재간의 접합부의 가공형상을 레이저 용접이 가능할 정도까지 어느 정도 일치시킬 수 있어, 소재간의 접합용접을 용이하게 진행할 수 있게 된다.

다음 도 6를 참고하면, 이제 작업자는 소재간의 적층용접을 실행하기 위해서는 적층된 소재간의 갭을 최소화할 필요가 있다. 이때 작업자는 레이저 용접공정상에 배치될 수 있는 로봇을 이용하여 적층된 소재의 상단에 상기 고정블럭(23)을 안착시킨다.

이때 상기 고정블럭(23)은 스틸 재질 등으로 구성된 상기 몸체부(23a)의 자체 하중이나, 상기 몸체부(23a)의 내부에 구비된 상기 영구자석(23b)에 의한 자력으로 상기 적층된 소재간의 갭을 최소화하게 된다. 즉 두께가 얇은 소재간의 적층용접에 있어서도 소재간의 갭 발생을 차단할 수 있어 레이저 용접을 용이하게 진행할 수 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 구성 및 작동상태를 통해 용접 중 소재를 단단히 고정할 수 있으며, 적층된 소재간의 밀착력을 증대시켜 레이저 용접시 공정율을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

이상의 사항은 용접다이의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

10...지지판 20...고정수단
21...전자석판 23...고정블럭
30...베이스 40...가변수단
50...수평이동부재 60...승강부재
70...회전부재

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 소재가 안착되는 지지판(10);
   용접 중 상기 소재를 고정토록, 상기 지지판(10)에 장착되는 소재 고정수단(20); 및
   상기 소재의 위치를 가변토록, 상기 지지판(10)에 연결되는 소재위치 가변수단(40);을 포함하며,
   상기 가변수단(40)은,
   지면 또는 구조물에 고정된 베이스(30)상에 설치되며, 상기 지지판(10)을 수평방향 이동시키는 수평이동부재(50);
   상기 수평이동부재(50)의 상부에 장착되며, 상기 지지판(10)을 승강시키는 승강부재(60); 및
   상기 승강부재(60)의 상부에 장착되며, 상기 지지판(10)을 회전시키는 회전부재(70);를 포함하고,
   상기 수평이동부재(50)는,
   상기 베이스(30)상에 설치된 가이드레일(51)에 안착되는 이동프레임(53); 및
   상기 이동프레임(53)의 일측에 장착되며, 상기 이동프레임(53)을 이동시키는 제1 구동모터(55); 를 포함하되,
   상기 제1 구동모터(55)의 회전축에 연결된 피니언기어(57)와 상기 베이스(30)상에 설치된 랙기어(58)가 맞물리며 상기 이동프레임(53)이 이동되며,
   상기 승강부재(60)는,
   상기 이동프레임(53)상에 종방향으로 설치되는 유압실린더(61); 및
   상기 유압실린더(61)의 로드에 장착되며, 상기 유압실린더(61)의 구동에 따라 상기 지지판(10)을 승강시키는 승강판(63);을 포함하고,
   상기 회전부재(70)는,
   상기 승강판(63)상에 설치되며, 상기 지지판(10)의 일측과 회전축(71a)에 의해 연결되어 상기 지지판(10)이 수평방향에 대하여 기울어지도록 구동력을 제공하는 제2 구동모터(71); 및
   상기 지지판(10)의 타측과 지지축(75)에 의해 연결되며, 내부에는 상기 지지축(75)을 감싸는 볼베어링유닛(77)을 포함하는 지지블럭(73);을 포함하는 용접다이.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 소재는 자성에 반응하는 물질이며, 상기 고정수단(20)은 상기 소재의 하단에서 자력을 발생시켜 상기 소재를 고정토록, 상기 지지판(10)상에 장착되는 전자석판(21)인 것을 특징으로 하는 용접다이.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 고정수단(20)은 상기 지지판(10)에 적층된 소재의 상단에 설치되는 고정블럭(23)을 더 포함하되, 상기 고정블럭(23)은 자체 하중 또는 상기 적층된 소재의 상단에서 자력을 발생시켜 상기 적층된 소재를 밀착고정시키는 것을 특징으로 하는 용접다이.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 고정블럭(23)은,
   상기 소재의 상단에 안착되는 몸체부(23a); 및
   상기 몸체부(23a)의 내부에 장착되고, 상기 적층된 소재간에 밀착력을 제공하는 영구자석(23b);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접다이.

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