KR101415855B1 - 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치 - Google Patents

플라스틱 접합용 레이저 용접 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 내측면 길이방향을 따라 일정 간격 이격하여 제1 안착부와 제2 안착부가 형성된 프레임, 레이저발진기에서 출력된 용접빔이 전송되는 레이저광섬유와 상기 레이저광섬유와 결합되는 화이버커플러로 이루어지는 레이저전송부, 상기 레이저전송부의 일단에 결합되어, 상기 레이저전송부로부터 수신된 용접빔의 확산성분을 제거시키는 콜리메이션렌즈, 상기 콜리메이션렌즈의 일단에 결합되어, 상기 용접빔을 포커싱하기 위한 포커스렌즈 및 상기 포커스렌즈로 부터 입사되는 용접빔의 방향을 전환시키는 밴딩미러와 상기 밴딩미러로부터 반사된 용접빔의 조사 범위를 조절하는 갈바노미터로 구성되는 스캐너를 포함하여 이루어지되, 상기 콜리메이션렌즈와 상기 포커스렌즈의 사이에는 내부에 일정각도 기울어진 미러를 구비하여, 상기 콜리메이션렌즈로부터 입사되는 용접빔은 조사하고, 일부 반사되는 용접빔은 온도측정 및 CCD 카메라를 이용한 모니터링에 사용될 수 있도록 하는 빔큐브가 결합되고, 상기 빔큐브와 상기 포커스렌즈 사이에는 상기 빔큐브로부터 조사되는 용접빔을 용접 환경에 맞도록 다양한 형태의 빔으로 형성할 수 있도록 하는 용접빔 형성부가 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스틱 접합용 레이저 용접 장치{LASER WELDING SYSTEM FOR PLASTIC}
본 발명은 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 플라스틱 재질의 접합 대상물을 레이저 빔을 이용하여 접합하기 위한 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라스틱 재료의 접합 공정은 서로 접합하고자 하는 상부 부재와 하부 부재 중 어느 한 부재에 접착제를 바른 후 접합하였는데, 이러한 방식은 접합할 두 부재가 모두 투명한 플라스틱인 경우에도 사용할 수 있는 장점이 있으나 접착제의 사용에 따라 환경오염이 발생되고 접합부분도 매끄럽지 않은 문제점이 있다.
이렇게, 접착제를 이용한 접합 또는 그 외 열판융착, 초음파융착, 진동융착과 같은 종래의 플라스틱 레이저 융착의 문제점을 개선하고자, 국부적인 열전도 및 비접촉식으로 인한 기계적 충격이 없고, 고정부자재가 필요 없으며, 3차원 형상의 제품융착도 가능하고, 무엇보다 종래의 플라스틱 용접방식에 비해 수밀성 및 인장강도를 증가시킬 수 있는 레이저를 이용한 플라스틱 레이저 용접 기술이 제안되었다.
이러한, 플라스틱 레이저 용접 방법은 레이저광이 투과될 수 있는 재질로 형성된 상부부재와 레이저광이 흡수되는 재질로 이루어진 하부모재를 밀착시킨 상태에서 용접하고자하는 부분에 레이저광을 조사하면 레이저광은 상부부재를 통과한 후 하부모재에 흡수되면서 가열되는데, 여기에서 발생된 열이 상부부재로 전달되면서 상호 열융착되어 레이저 용접이 이루어진다.
하지만, 종래의 플라스틱 레이저 용접은 플라스틱 접합 부위에 조사되는 용접빔의 조사 범위를 용접 환경에 따라 조절하기가 어려워, 용착 강도, 기밀성 및 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 플라스틱 접합 부위에 조사되는 용접빔의 조사 범위를 용접 환경에 따라 조절할 수 있는 플라스틱 접합용 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 내측면 길이방향을 따라 일정 간격 이격하여 제1 안착부와 제2 안착부가 형성된 프레임, 레이저발진기에서 출력된 용접빔이 전송되는 레이저광섬유와 상기 레이저광섬유와 결합되는 화이버커플러로 이루어지는 레이저전송부, 상기 레이저전송부의 일단에 결합되어, 상기 레이저전송부로부터 수신된 용접빔의 확산성분을 제거시키는 콜리메이션렌즈, 상기 콜리메이션렌즈의 일단에 결합되어, 상기 용접빔을 포커싱하기 위한 포커스렌즈 및 상기 포커스렌즈로 부터 입사되는 용접빔의 방향을 전환시키는 밴딩미러와 상기 밴딩미러로부터 반사된 용접빔의 조사 범위를 조절하는 갈바노미터로 구성되는 스캐너를 포함하여 이루어지되, 상기 콜리메이션렌즈와 상기 포커스렌즈의 사이에는 내부에 일정각도 기울어진 미러를 구비하여, 상기 콜리메이션렌즈로부터 입사되는 용접빔은 조사하고, 일부 반사되는 용접빔은 온도측정 및 CCD 카메라를 이용한 모니터링에 사용될 수 있도록 하는 빔큐브가 결합되고, 상기 빔큐브와 상기 포커스렌즈 사이에는 상기 빔큐브로부터 조사되는 용접빔을 용접 환경에 맞도록 다양한 형태의 빔으로 형성할 수 있도록 하는 용접빔 형성부가 결합되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치를 제공한다.
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상기 포커스렌즈의 일단에는 가스를 분사하는 노즐이 구비된 가스분사부가 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 안착부와 제2 안착부는 상기 프레임의 내측면에 길이방향을 따라 슬라이드 이동 가능하도록 결합되어, 용접 환경에 따라 용접빔의 거리를 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 빔큐브 내부에 상기 미러는 45°의 각도로 기울어져 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 갈바노미터의 하단에는 상기 갈바노미터에 의해 조사 범위가 조절된 용접빔을 하나로 집중시키는 에프세타렌즈를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면,플라스틱 접합 부위에 조사되는 용접빔의 조사 범위를 용접 환경에 따라 조절할 수 있어, 접합 부위의 용착 강도, 기밀성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접장치의 분해사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접장치의 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접장치의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치는 프레임(100), 레이저전송부(200), 콜리메이션렌즈(300), 포커스렌즈(400) 및 스캐너(500)을 포함하여 구성된다.
프레임(100)의 내측면에는 제1 안착부(110)와 제2 안착부(120)가 프레임의 길이방향을 따라 일정 간격 이격하여 결합된다.
이러한, 제1 안착부(110)와 제2 안착부(120)는 링 형상으로 이루어져, 프레임(100)의 내측면에 길이방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 결합된다.
이때, 제1 안착부(110)에는 후술하는 화이버커플러(220)가, 제2 안착부(120)에는 후술하는 용접빔 형성부(120)이 안착되는 것이 바람직하다.
레이저전송부(200)는 레이저발진기(미도시)에서 출력된 용접빔이 전송되는 레이저광섬유(210)와 레이저광섬유(210)와 결합되는 화이버커플러(220)로 구성된다.
콜리메이션렌즈(300)는 레이저전송부(200)의 일단에 결합된다.
이러한, 콜리메이션렌즈(300)는 레이저전송부(200)로부터 수신된 용접빔의 확산성분을 제거시키는 역할을 한다.
더욱 상세하게는, 레이저전송부(200)으로부터 수신된 용접빔을 평행하게 만들어 후술하는 포커스렌즈(400)으로 모아준다.
포커스렌즈(400)는 콜리메이션렌즈(300)의 일단에 결합되어, 수신되는 용접빔을 후술하는 밴딩미러(510)에 포커싱한다.
이때, 콜리메이션렌즈(300)와 포커스렌즈(400) 사이에는 내부에 일정각도 기울어진 미러(미도시)를 구비하여, 콜리메이션렌즈(300)로부터 입사되는 용접빔은 조사하고, 일부 반사되는 용접빔은 온도측정 및 CCD 카메라를 이용한 모니터링에 사용될 수 있도록 하는 빔큐브(600)가 결합된다.
빔큐브(600)의 내부에 미러는 45°의 각도로 기울어져 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 빔큐브(600)와 포커스렌즈(400) 사이에는 빔큐브(600)로부터 조사되는 용접빔을 용접 환경에 맞도록 다양한 형태의 빔으로 형성할 수 있도록 하는 용접빔 형성부(700)가 추가적으로 결합될 수도 있다.
포커스렌즈(400)의 하단에는 가스를 분사하는 노즐이 구비된 가스분사부(800)가 결합된다.
가스분사부(800)는 플라스틱 접합 시 작업 거리가 짧은 경우 용접에 의해 발생되는 스모크 및 스퍼터를 멀리 불어주는 기능을 수행한다.
이때, 가스분사부(800)의 하단에는 플라스틱 접합 시 발생되는 스퍼터 등을 막아주는 커버글라스(900)가 결합되는 것이 바람직하다.
스캐너(500)는 포커스렌즈(400)로부터 입사되는 용접빔의 방향을 전환시키는 밴딩미러(510)와, 밴딩미러로(510)로부터 반사된 용접빔의 조사 범위를 조절하는 갈바노미터(520)으로 구성된다.
갈바노미터(520)의 하단에는 갈바노미터(520)에 의해 조사 범위가 조절된 용접빔을 하나로 집중시키는 에프세타렌즈(미도시)가 추가적으로 구비되는 것도 가능하다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 접합 부위에 조사되는 용접빔의 조사 범위를 용접 환경에 따라 조절할 수 있어, 접합 부위의 용착 강도, 기밀성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
10:레이저 용접 장치
100:프레임 110:제1 안착부
120:제2 안착부 200:레이저전송부
210:레이저광섬유 220:화이버커플러
300:콜리메이션렌즈 400:포커스렌즈
500:스캐너 510:밴딩미러
520:갈바노미터 600:빔큐브
700:용접빔 형성부 800:가스분사부
900:커버글라스

Claims (7)

  1. 내측면 길이방향을 따라 일정 간격 이격하여 제1 안착부와 제2 안착부가 형성된 프레임;
    레이저발진기에서 출력된 용접빔이 전송되는 레이저광섬유와 상기 레이저광섬유와 결합되는 화이버커플러로 이루어지는 레이저전송부;
    상기 레이저전송부의 일단에 결합되어, 상기 레이저전송부로부터 수신된 용접빔의 확산성분을 제거시키는 콜리메이션렌즈;
    상기 콜리메이션렌즈의 일단에 결합되어, 상기 용접빔을 포커싱하기 위한 포커스렌즈; 및
    상기 포커스렌즈로 부터 입사되는 용접빔의 방향을 전환시키는 밴딩미러와 상기 밴딩미러로부터 반사된 용접빔의 조사 범위를 조절하는 갈바노미터로 구성되는 스캐너;를 포함하여 이루어지되,
    상기 콜리메이션렌즈와 상기 포커스렌즈의 사이에는 내부에 일정각도 기울어진 미러를 구비하여, 상기 콜리메이션렌즈로부터 입사되는 용접빔은 조사하고, 일부 반사되는 용접빔은 온도측정 및 CCD 카메라를 이용한 모니터링에 사용될 수 있도록 하는 빔큐브가 결합되고,
    상기 빔큐브와 상기 포커스렌즈 사이에는 상기 빔큐브로부터 조사되는 용접빔을 용접 환경에 맞도록 다양한 형태의 빔으로 형성할 수 있도록 하는 용접빔 형성부가 결합되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 포커스렌즈의 일단에는 가스를 분사하는 노즐이 구비된 가스분사부가 결합되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 안착부와 제2 안착부는 상기 프레임의 내측면에 길이방향을 따라 슬라이드 이동 가능하도록 결합되어, 용접 환경에 따라 용접빔의 거리를 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔큐브 내부에 상기 미러는 45°의 각도로 기울어져 구비되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 갈바노미터의 하단에는 상기 갈바노미터에 의해 조사 범위가 조절된 용접빔을 하나로 집중시키는 에프세타렌즈를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 접합용 레이저 용접 장치.





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