KR101673881B1 - 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법에 관한 것으로, 복수의 기준마커가 마련된 용접치구에 의해 가조립되어 레이저 용접이 이루어지는 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법으로서, 상기 기준마커의 위치 좌표를 기준으로 영상정보를 추출하는 제1단계(S10)와; 제1단계(S10)에서 추출된 영상정보에서 기준마커에 대한 위치좌표를 보정하는 제2단계(S20)와; 보정된 기준마커의 위치좌표를 기준으로 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 제3단계(S30);를 포함한다.

Description

핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법{laser welding method of spacer grids for a nuclear fuel assembly}

본 발명은 용접치구 및, 이를 이용한 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법에 관한 것이다.

핵연료집합체용 지지격자는 핵연료봉, 계측관, 및 안내관과 함께 골격체를 구성하는 것으로서, 스프링 및 딤플이 각인된 격자판들이 격자 형태로 교차하게 조립되어 교차 부위를 용접하여 핵연료봉 다발을 고정 지지한다.

한편 지지격자판은 서로 직각으로 교차되어 조립이 이루어질 수 있도록 절개부가 형성되어 각 지지격자판의 절개부를 끼워 조립되어 교차되는 판들의 교차점을 용접하여 지지격자를 형성한다.

도 1을 참고하면, 가조립된 지지격자체(10)는 이를 지지하게 되는 용접치구와 함께 용접챔버 내에서 레이저 용접 작업이 이루어지며, 용접치구는 지지격자체(10)의 바깥 4개 측면에 마련되는 리텐션스트랩(retention strap)(20)과, 리텐션스트랩(20)과 조립되어 고정이 이루어지는 상부 누름판(30) 및 하부 누름판(40)으로 구성되며, 상부 누름판(30)과 하부 누름판(40)에는 지지격자의 교차부와 대응되는 위치에 관통홀(31)(41)이 형성되어 관통홀(31)(41)을 통해 레이저가 지지격자의 교차부에 조사되어 용접이 이루어질 수 있다.

또한 상부 누름판(30)과 하부 누름판(40)은 고정홀(32)(42)이 형성되며, 따라서 용접치구는 용접챔버 내에 구비되는 용접회전판과 고정홀(32)(42)을 통해 조립이 이루어질 수 있다. 이러한 용접치구는 일정 유격을 갖고 가조립이 이루어지게 되는 지지격자체(10)를 견고히 고정하여 용접 불량이 발생되는 것을 방지한다.

다음으로 도 2를 참고하면, 용접회전판은 제1용접회전판(51)과 제2용접회전판(52)으로 구성되며, 제1용접회전판(51)은 일측이 지지부재(53)에 의해 지지되어 회전구동부(54)에 의해 수평축 상에서 회전 구동(도면부호 A)이 가능하다.

제2용접회전판(52)은 제1용접회전판(51)의 수직축 상에서 회전 구동(도면부호 B)이 가능하다.

용접회전판 상부에는 레이저용접장치(70)가 마련되며, 레이저용접장치(70)는 x축, y축, z축 상에서 직선 운동이 가능하게 마련된다.

따라서 용접치구와 함께 용접회전판에 안착 고정되는 지지격자체는 2축 방향의 회전 운동과 레이저용접장치(70)의 3축 방향의 직선 운동에 의해 용접부위에 대한 용접 작업이 이루어진다.

한편, 이러한 종래기술의 레이저 용접장치는, 용접점에 대한 정확한 위치를 파악하여 정밀한 용접 작업이 이루어질 수 있도록 용접점 부근에 대한 화상정보를 얻어서 레이저빔 조사 위치와 용접점 간의 위치편차를 보정하여 용접을 실시하게 된다.

예를 들어, 등록특허 제10-0922159호(공고일자: 2009.10.21)와, 일본 공개특허공보 소58-168488호(공개일자: 1983.10.04)에서는 지지격자체의 용접 부위에 대한 화상정보를 추출하여 레이저빔 조사 위치와 용접점 사이의 위치편차를 보정하는 것을 개시하고 있다.

도 3의 (a)를 참고하면, 각 용접점의 위치(WP)는 지지격자체의 교차점에 정확히 형성되어야 하며, 그러나 가조립된 지지격자체의 유격, 공차, 또는 용접치구의 조립 압력 등으로 인하여 위치 편차가 발생한다.

따라서 도 3의 (b)에서와 같이, 용접점의 위치(WP)와 지지격자체의 교차점 사이의 편차에 대한 화상정보로부터 위치 편차(XG)(YG)를 보정하여 보정된 위치값으로 용접작업을 진행하게 된다.

구체적으로는 지지격자체의 각 용접점의 위치좌표는 NC제어장치에 프로그램되며, 각 용접점마다 프로그램된 위치좌표로 레이저용접장치(70)를 제어하여 대략적인 위치 맞춤을 수행하고, 대략적인 위치 맞춤이 끝난 상태(즉, 도 3의 (b) 상태)에서 화상정보를 얻어서 위치 편차(XG)(YG)에 대한 레이저용접장치(70)에 대한 미세 보정을 수행하여 용접작업을 진행하게 된다.

그러나 이와 같은 종래의 레이저 용접 작업은 대략적인 위치까지 레이저용접장치(70)를 구동한 후에, 용접부에 대한 화상정보를 얻고 위치 편차를 추출하여 다시 레이저용접장치(70)의 용접 위치를 미세 보정하여 용접 작업을 수행함으로써, 하나의 용접부에 대한 레이저용접장치(70)의 위치 제어가 2단계로 진행된다. 따라서 많은 교차점과 함께 용접부를 갖는 지지격자에 대한 전체 용접 작업에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

등록특허 제10-0922159호(공고일자: 2009.10.21)

등록특허 제10-0922161호(공고일자: 2009.10.21)

일본 공개특허공보 소58-168488호(공개일자: 1983.10.04)

본 발명은 이러한 종래의 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법에 있어서, 용접 작업 시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있는 용접치구와, 이를 이용한 레이저 용접방법을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복수의 기준마커가 마련된 용접치구에 의해 가조립되어 레이저 용접이 이루어지는 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법으로서, 상기 기준마커의 위치 좌표를 기준으로 영상정보를 추출하는 제1단계와; 제1단계에서 추출된 영상정보에서 기준마커에 대한 위치좌표를 보정하는 제2단계와; 보정된 기준마커의 위치좌표를 기준으로 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 제3단계;를 포함한다.

또한 본 발명의 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법은, 레이저 용접을 위한 레이저 발생부와, 용접 부위에 대한 영상 촬영이 이루어지는 영상촬영부를 포함하여 위치 이동이 가능한 레이저 용접모듈과; 영상촬영부에서 촬영된 영상에 대한 화상 처리가 이루어지는 화상처리부와; 화상처리부에서 전달된 영상 데이터를 수신하고 레이저 용접모듈의 이동을 제어하게 되는 제어부;를 포함하여 복수의 기준마커가 마련된 용접치구에 의해 가조립된 지지격자를 레이저 용접하게 되는 레이저 용접장치를 이용한 레이저 용접방법에 있어서, 상기 제어부는 상기 레이저 용접모듈을 구동 제어하여 지지격자를 고정하게 되는 용접치구의 기준마커의 위치 좌표를 기준으로 영상정보를 추출하는 제1단계와; 상기 제어부는 추출된 영상정보에서 기준마커에 대한 위치좌표를 보정하는 제2단계와; 상기 제어부는 보정된 기준마커의 위치좌표를 기준으로 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 제3단계;를 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 용접이 완료된 용접점을 기준으로 일정 패턴에 따라서 다음 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 제4단계;를 더 포함한다.

보다 바람직하게는 본 발명에 있어서, 제4단계는 설정된 피치 간격만큼 수평 이동하여 지지격자의 교차점에 대한 레이저 용접을 실시하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는 본 발명에 있어서, 제4단계는 설정 각도만큼 지지격자를 회전하여 지지격자 내의 슬리브의 레이저 용접을 실시하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 본 발명에 있어서, 제1단계에서 적어도 두 개 이상의 기준마커의 위치 좌표의 영상정보를 추출하여 용접치구를 정렬하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 용접치구의 기준마커에 대한 위치좌표와, 상기 기준마커를 기준으로 용접점의 상대좌표가 저장되는 것을 특징으로 한다.

다음으로 본 발명의 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접을 위한 용접치구는, 지지격자를 가조립하여 레이저 용접하기 위한 용접치구로서, 용접 부위에 대응되어 레이저가 관통될 수 있도록 복수의 관통홀이 형성되며, 화상 인식이 가능한 복수의 기준마커를 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기준마커는 적어도 복수의 관통홀 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기준마커는 용접치구 몸체에 조립되는 원형 평면을 갖는 핀몸체와; 상기 핀몸체보다 작은 직경을 갖고 상기 핀몸체 상부에 조립되는 핀헤드;를 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 핀몸체와 상기 핀헤드는 적어도 상부 표면이 서로 다른 명도를 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 기준마커는, 용접치구 몸체 표면에 직접 형성된 마킹인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 자동 용접방법은, 지지격자를 가조립하여 고정하게 되는 용접치구 상에 영상인식이 가능한 복수 개의 기준마커를 기준으로 영상정보를 추출하여 기준마커와 인접한 복수의 용접점에 대한 위치좌표 보정을 수행하여 각 용접점에 대한 레이저 용접을 실시함으로써, 종래의 각 용접점에 대한 위치좌표 보정과 비교하여 용접 작업 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 지지격자체와 용접치구를 보여주는 도면,
도 2는 일반적인 레이저 용접장치의 주요 구성을 보여주는 도면,
도 3의 (a)(b)는 종래기술의 레이저 용접장치에서 용접점에 대한 위치 보정을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 레이저 용접방법을 위한 레이저 용접장치의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 용접치구의 평면도,
도 6의 (a)(b)는 본 발명에 따른 용접치구의 기준마커의 바람직한 실시예를 보여주는 평면도 및 측면도,
도 7은 본 발명에 따른 지지격자의 레이저 용접방법을 보여주는 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 지지격자의 레이저 용접방법에 있어서, 지지격자의 정렬 과정을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 지지격자의 레이저 용접방법에 있어서, 지지격자의 교차점 용접 과정을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 지지격자의 레이저 용접방법에 있어서, 슬리브의 용접 과정을 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 지지격자의 레이저 용접방법에 있어서, 슬리브 용접부를 보여주는 사진.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4를 참고하면, 레이저 용접장치는 레이저를 발생시켜 용접이 이루어지며 용접 부위에 대한 영상 촬영이 이루어지는 레이저 용접모듈(110)과, 촬영된 영상에 대한 화상 처리가 이루어지는 화상처리부(120)와, 지지격자가 안착되어 회전 구동이 이루어지는 용접회전판(130)과, 화상처리부(120)에서 전달된 영상 데이터를 수신하고 레이저 용접모듈(110)과 용접회전판(130)의 회전 구동을 제어하게 되는 제어부(140)를 포함한다.

레이저 용접모듈(110)은 레이저를 발생시키는 레이저 발생부(111)와, 레이저 발생부(111)와 수직하게 배치되는 영상촬영부(112)와, 레이저 발생부(111)에서 조사되는 레이저 빔을 용접점으로 유도하게 되는 빔스플리터(113)를 포함하며, 바람직하게는 3축 방향의 직선 구동을 위한 구동부(114)를 더 포함한다.

도시되지 않았으나, 레이저 용접모듈(110)은 레이저 빔을 용접점으로 포커싱하여 조사하기 위한 주지의 조준광학장치가 마련될 수 있다.

구동부(114)에 의해 레이저 용접모듈(110)은 3축 방향으로 이동이 가능하며, 예를 들어 레이저 용접모듈(110)은 평면상에서의 수평 이동에 의해 용접점의 위치를 결정하게 되며, 수직 이동에 의해 조준광학장치와 함께 용접점에 대한 포커싱이 이루어질 수 있다.

화상처리부(120)는 영상촬영부(112)에서 전달되는 영상신호를 디지털 영상 처리하여 용접위치를 검출하게 되며, 영상 데이터를 표준 영상에 의한 FFT 기반 상호상관 알고리즘에 의해 피크(peak) 값을 추출하여 용접점 등의 위치 정보를 추출한다.

용접회전판(130)은 용접치구(200)에 의해 가조립된 지지격자(10)가 안착 위치하게 되며, 용접 위치에 따라서 지지격자(10)를 회전 구동하는 역할을 한다.

용접회전판(130)은 지지부재(131)에 회동 가능하게 지지되어 수직축과 수평축 방향의 2축 회전 운동이 이루어질 수 있다.

참고로, 본 실시예에서 용접 위치 이동은 레이저 용접모듈(110)의 수평 이동에 의해 이루어지는 것으로 예시하고 있으나, 다른 실시예로서 레이저 용접모듈이 고정된 상태에서 지지격자(10)가 안착 위치하게 되는 지지부재가 수평 이동하여 용접 위치 이동이 이루어질 수도 있을 것이다.

특히 용접치구(200)는 레이저가 관통하게 되는 관통홀과 함께 기준마커가 마련됨을 특징으로 한다.

도 5에 예시된 것과 같이, 용접치구(200)는 지지격자의 교차점(CP) 위치에 대응되어 다수의 관통홀(230)이 형성되어 지지격자의 교차점(CP) 등의 용접 작업이 이루어질 수 있으며, 또한 다수의 기준마커(210)(220)가 용접치구(200)에 일정 패턴을 갖고 마련된다.

본 실시예에서 기준마커(210)(220)는 용접치구의 정렬 또는 지지격자의 교차점 용접에 사용되는 제1기준마커(210)와, 슬리브의 용접에 사용되는 제2기준마커(220)로 구분될 수 있다.

한편 제1기준마커(210)는 위치에 따라서 용접치구(200)의 네 개의 코너에 배치되는 정렬용 기준마커(210a)와, 지지격자의 교차점(CP) 용접을 위하여 용접치구(200)에 일정 간격을 갖고 일렬로 배치되는 교차점 용접용 기준마커(210b)로 구분될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 실시예를 다시 설명하도록 한다.

구체적인 실시예로써, 도 6의 (a)에서 제1기준마커(210)는 용접치구의 몸체 상부에 조립되는 원형 평면을 갖는 제1핀몸체(211)와, 제1핀몸체(211) 보다 작은 직경을 갖고 제1핀몸체(211)의 상부에 조립되는 제1핀헤드(212)로 구성될 수 있다.

제1핀몸체(211)는 하부에 연직으로 돌출 형성된 제1고정돌기(211a)가 마련되어 제1고정돌기(211a)가 용접치구의 몸체 상부에 조립된다.

한편 도 6의 (b)에 도시된 것과 같이, 제2기준마커(220)는 용접치구의 몸체 상부에 조립되는 원형 평면을 갖는 제2핀몸체(221)와, 제2핀몸체(211) 보다 작은 직경을 갖고 제2핀몸체(221) 상부에 조립되는 제2핀헤드(222)로 구성될 수 있으며, 특히 제2핀헤드(222)는 반원구형인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제1,2기준마커(210)(220)는 공통적으로 제1,2핀몸체(211)(221) 보다 작은 직경을 갖는 제1,2핀헤드(212)(222)가 제1,2핀몸체(211)(221)와 서로 다른 명도를 가지며, 예를 들어, 제1,2핀몸체(211)(221) 표면은 무광의 검정색이고 제1,2핀헤드(212)(222)는 연마 처리되어 백색 처리를 함으로써 제1,2핀헤드(212)(222)는 제1,2핀몸체(211)(221)와 큰 명도차를 갖게 되어 영상정보 처리를 이용한 기준마커의 위치좌표 추출에 효과적일 수 있다.

특히, 슬리브 용접에 사용되는 제2기준마커(220)는 반원구형의 제2핀헤드(222)를 가짐으로써, 지지격자가 수평축 상에서 회전하여 레이저 용접이 실시되는 경우에도 제2기준마커(220)의 위치좌표 추출에 효과적이다.

이러한 기준마커는 용접부에 대한 화상정보로 인식되어 용접점에 대한 기준점으로 사용되며, 이에 대한 구체적인 용접과정은 다시 관련 도면을 참고하여 설명한다.

또한 본 실시예에서 기준마커는 용접치구의 몸체에 별도로 부착되는 부재로 예시하였으나, 다른 실시예로써 용접치구의 몸체 표면에 직접 형성된 마킹(무늬)일 수 있으며, 바람직하게는, 레이저 마커를 사용하여 용접치구의 몸체 표면에 원형의 무늬를 가공하여 제공될 수 있을 것이다.

다시 도 4를 참고하면, 제어부(140)는 화상처리부(120)에서 전달된 용접점 등에 대한 화상정보를 전달받게 되며, 구동부(114) 또는 용접회전판(130)의 회전 구동을 제어하여 지지격자(10)에 대한 용접 작업을 수행한다. 특히 제어부(140)는 용접치구(200)의 기준마커에 대한 위치좌표와, 기준마커를 기준으로 용접점의 상대좌표가 저장된다.

제어부(140)는 기준마커의 위치좌표에서 용접부에 대한 화상정보를 추출하고, 해당 화상정보에서 기준마커에 대한 위치 좌표의 보정을 수행하여 정확한 용접점에 대한 용접 작업이 이루어질 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 지지격자의 레이저 용접방법을 보여주는 흐름도이다.

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 지지격자의 레이저 용접방법은, 기준마커의 위치 좌표를 기준으로 영상정보를 추출하는 제1단계(S12)와; 제1단계(S12)에서 추출된 영상정보에서 기준마커에 대한 위치좌표를 보정하는 제2단계(S20)와; 보정된 기준마커의 위치좌표를 기준으로 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 제3단계(S30);를 포함한다.

바람직하게는, 용접이 완료된 용접점을 기준으로 일정 패턴에 따라서 다음 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 제4단계(S40)를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 본 발명에서 일정 패턴은 지지격자의 교차점에 대한 용접인 경우에 설정된 피치(pitch) 간격만큼 수평 이동하면서 레이저 용접이 이루어지 것으로 이해될 수 있으며, 슬리브에 대한 용접인 경우에는 지지격자를 수평축에 대해 일정 각도(예를 들어, 45°)만큼 회전시킨 상태에서 설정된 피치 간격만큼 수평 이동하면서 레이저 용접이 실시되는 것으로 이해될 수 있다.

제1단계(S12)는 용접치구(200)의 기준마커를 기준으로 영상정보를 추출하는 과정으로, 제어부(140)는 프로그램된 용접치구(200)의 기준마커의 위치좌표로 구동부(114)를 제어하여 레이저 용접모듈(110)을 위치시키며, 해당 위치에서 카메라(112)와 화상처리부(120)를 통해 영상정보를 얻는다.

바람직하게는, 제1단계는 용접 작업 전에 두 개의 기준마커의 위치 좌표의 영상정보를 추출하여 지지격자를 정렬하는 단계(S11)를 더 포함할 수 있다.

도 8을 참고하면, 용접치구(200)의 네 개의 코너 중에서 두 개의 정렬용 기준마커(210a')의 위치 좌표를 영상정보를 추출하여 산출하며, 이때 두 정렬용 기준마커(210a')의 위치 좌표로부터 용접치구(200)를 정렬하기 위한 회전각(θ)을 구할 수 있다. 따라서 그 회전각(θ) 만큼 용접회전판을 회전시켜 정렬용 기준마커(210a)가 정렬된 좌표에 위치하도록 하여 용접치구(200)를 정확히 정렬시킬 수가 있다.

이러한 용접치구(200)의 정렬은 용접 초기 또는 용접 과정에서 용접치구의 정렬 상태의 확인이 필요한 절차에서 실시될 수 있을 것이다.

다음으로, 제2단계(S20)는 용접에 필요한 기준마커의 위치 좌표를 기준으로 영상정보를 추출한 후에 영상정보에서 기준마커에 대한 위치편차를 반영하여 위치좌표를 보정하는 과정이다.

제3단계(S30)는 보정된 기준마커의 위치좌표를 기준으로 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 과정이다. 위치좌표를 기준으로 각 용접점에 대한 레이저 용접을 실시한다.

이후 제4단계(S40)에서는 용접이 완료된 용접점을 기준으로 일정 패턴에 따라서 다음 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 과정으로써, 지지격자의 교차점에 대한 용접인 경우에 설정된 피치(pitch) 간격만큼 수평 이동하면서 지지격자의 교차점들에 대한 레이저 용접이 이루어지며, 슬리브에 대한 용접인 경우에는 지지격자를 수평축에 대해 일정 각도(예를 들어, 45°) 만큼 회전시킨 후에 복수의 슬리브 용접점에 대한 설정된 피치(pitch) 간격만큼 이동하면서 레이저 용접이 이루어질 수 있다.

구체적으로 도 9를 참고하여 지지격자의 교차점에 대한 용접 과정을 설명하면, 본 실시예에서는 용접치구(200)에 대략 가운데에 종방향으로 다수의 교차점 용접용 기준마커가 배치되며, 예를 들어 맨 하단 열에 대한 교차점 용접 시에 제어부(140)는 맨 하단의 교차점 용접용 기준마커(210b)의 저장된 위치 좌표로 레이저 용접모듈(110)을 이동시켜 그 영역에 대한 화상정보를 처리하여 해당 교차점 용접용 기준마커(210b)의 위치좌표 보정을 수행한다. 이는 용접회전판(130)에 용접치구(200)의 로딩(loading) 시에 발생되는 공차에 의한 교차점 용접용 기준마커(210b)의 위치 좌표를 보정하게 된다.

다음으로 제어부(140)는 보정된 교차점 용접용 기준마커(210b)를 기준으로 하여 저장된 교차점까지의 상대좌표(r)에 따라 용접점에 대한 레이저 용접을 실시한다.

이후 동일 용접점에 대하여 일정 피치(d) 만큼 좌우 방향으로 수평 이동하면서 교차점들에 대한 레이저 용접이 이루어진다.

다음으로 도 10을 참고하여 지지격자의 슬리브 용접 과정을 설명하면, 본 실시예에서 지지격자는 중앙에 계측관과 조립이 이루어지는 제1슬리브(11)와, 그 주변으로 안내관과 조립이 이루어지는 네 개의 제2슬리브(12)가 지지격자와 레이저 용접이 이루어진다. 한편 용접치구(200)는 이와 대응되어 제1슬리브(11)와, 제2슬리브(12) 상부에 각 슬리브를 볼트에 의해 체결되는 브라켓(201)(202)이 고정된다.

본 실시예에서 제1슬리브(11) 및 제2슬리브(12)를 지지격자에 용접하는 과정은 동일하므로, 이하 설명에서는 제1슬리브(11)를 기준으로 설명한다.

용접치구(200)는 제1슬리브(11)를 중심으로 서로 대향하여 한 쌍의 제2기준마커(221)(222)가 배치된다.

제1슬리브(11)의 용접은 용접치구(200)를 수평축에 대해 45°만큼 회전시킨 상태에서 두 기준마커(221)(222) 중에서 어느 하나의 제2기준마커(221)에 대한 위치 좌표를 영상정보를 이용하여 보정하게 되며, 해당 제2기준마커(221)와 슬리브의 용접점의 상대좌표에 따라서 슬리브의 용접점에 대한 레이저 용접을 실시한다. 본 실시예에서 슬리브는 지지격자의 네 개의 용접점에서 레이저 용접이 이루어지며, 따라서 최초 제2기준마커(221)와 슬리브의 상대좌표에 의해 슬리브의 레이저 용접을 실시한 후에 나머지 용접점에 대해서는 지지격자를 90°만큼 회전시키면서 용접이 이루어질 수 있다.

본 실시예에서 서로 대향하여 배치되는 제2기준마커(221)(222)는 각각 180°의 회전각에 대한 기준마커로 기능하며, 따라서 용접치구(200)가 임의 회전각으로 회전되어 위치하더라도 기준마커에 대한 영상정보의 추출이 가능할 것이다.

도 11은 슬리브 용접부를 보여주는 사진으로, 지지격자와 가조립된 제1슬리브(11)의 용접부는 용접치구의 상부 면으로 돌출되는 구조이며, 따라서 지지격자를 수평축에 대해 45°만큼 눕힌 상태에서 용접이 이루어지게 된다.

본 발명에서는 용접치구가 평면이 아닌 임의 각도로 회전된 상태에서 기준마커의 위치좌표 추출이 용이하도록 제2기준마커(221)의 핀헤드는 반원구형을 갖는 것은 앞서 설명한 것과 같다.

이와 같은 본 발명의 지지격자의 레이저 용접방법은, 종래기술에서 각 용접점에서 영상정보를 추출하여 위치좌표를 수행하고 보정된 위치좌표로 레이저 용접을 수행하는 것과 비교하여, 용접치구 상의 각 기준마커를 기준으로 영상정보를 추출하여 기준마커에 대한 위치좌표를 보정하고 해당 기준마커를 기준으로 용접점까지의 상대좌표로 용접 가능이 이루어지며, 나머지 용접점에 대해서는 일련의 패턴에 따라서 일정 피치만큼 수평 이동하거나 지지격자를 일정 각도만큼 회전시키면서 용접점에 대한 레이저 용접을 실시함으로써 용접 작업시간을 현저히 단축할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

110 : 레이저 용접모듈 111 : 레이저 발생부
112 : 영상촬영부 113 : 빔스플리터
114 : 구동부 120 : 화상처리부
130 : 용접회전판 140 : 제어부
200 : 용접치구 210 : 제1기준마커
210a : 정렬용 기준마커 210b : 교차점 용접용 기준마커
220 : 제2기준마커 230 : 관통홀

Claims (16)

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6. 용접 부위에 대응되어 레이저가 관통될 수 있도록 복수의 관통홀이 형성된 몸체와, 상기 몸체에 서로 일정 간격을 갖고 나란하게 상기 관통홀 사이에 배치되어 화상 인식이 가능한 복수의 기준마커를 포함하되, 상기 기준마커 중 슬리브와 인접하게 위치한 슬리브 용접용 기준마커는 용접치구 몸체에 조립되는 원형 평면을 갖는 핀몸체 및 상기 핀몸체보다 작은 직경을 갖고 상기 핀몸체 상부에 조립되는 반원 구형의 핀헤드를 포함하는 용접치구와; 레이저 용접을 위한 레이저 발생부와, 용접 부위에 대한 영상 촬영이 이루어지는 영상촬영부를 포함하여 위치 이동이 가능한 레이저 용접모듈과; 영상촬영부에서 촬영된 영상에 대한 화상 처리가 이루어지는 화상처리부와; 화상처리부에서 전달된 영상 데이터를 수신하고 레이저 용접모듈의 이동을 제어하게 되는 제어부;를 포함하여 상기 용접치구에 의해 가조립된 지지격자를 레이저 용접하게 되는 레이저 용접장치를 이용한 레이저 용접방법으로서,
   상기 제어부는 복수의 기준마커 중의 어느 하나의 위치 좌표를 기준으로 영상정보를 추출하는 제1단계와;
   상기 제어부는 추출된 영상정보에서 기준마커에 대한 위치좌표를 보정하는 제2단계와;
   상기 제어부는 보정된 기준마커의 위치좌표를 기준으로 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하되, 상기 지지격자를 수평축에 대해 설정 각도만큼 회전시켜 지지격자 내의 슬리브의 레이저 용접을 실시하는 제3단계와;
   용접이 완료된 용접점을 기준으로 일정 패턴에 따라서 다음 용접점에 대한 레이저 용접을 실시하는 제4단계;를 포함하는 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법.
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8. 제6항에 있어서, 상기 제어부는, 용접치구의 기준마커에 대한 위치좌표와, 상기 기준마커를 기준으로 용접점의 상대좌표가 저장되는 것을 특징으로 하는 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는 설정된 피치만큼 수평 이동하여 지지격자의 교차점에 대한 레이저 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법.
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11. 제6항, 제8항, 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1단계에서 제어부는, 적어도 두 개 이상의 기준마커의 위치 좌표의 영상정보를 추출하여 지지격자를 정렬하는 단계를 더 포함하는 핵연료집합체용 지지격자의 레이저 용접방법.
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