KR101724114B1 - 차단 가이드 및 이를 포함하는 레이저 용접 툴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서 모듈 등의 전자부품에 마련된 리드 단자를 용접하는 레이저 용접 툴에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 레이저 용접 시 발생하는 스패터에 의한 손상을 방지할 수 있는 차단 가이드 및 이를 포함하는 레이저 용접 툴에 관한 것이다. 그 구성을 살펴보면, 전자부품에 마련된 리드 단자를 용접하는 레이저 용접 툴에 설치되고, 용접부에서 비산되는 스패터를 차단하기 위해 용접부의 둘레를 감싸도록 형성된 본체를 포함한다. 이때, 상기 본체의 일측 상단에는 용접 시 발생하는 흄을 제거하기 위한 배기홈이 형성되고, 상기 본체의 일측 하단에는 리드 단자가 삽입되는 삽입홈이 형성된다. 또한, 상기 본체의 내부에는 복수의 리드 단자를 구획하기 위한 베플이 형성되며, 상기 본체의 타측에는 레이저 용접 툴과의 결합을 위한 장착홈이 형성된다.

Description

차단 가이드 및 이를 포함하는 레이저 용접 툴{PROTECTION GUIDE LASER WELDING TOOL AND COMPRISING THE SAME}

본 발명은 센서 모듈 등의 전자부품에 마련된 리드 단자를 용접하는 레이저 용접 툴에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 레이저 용접 시 발생하는 스패터에 의한 손상을 방지할 수 있는 차단 가이드 및 이를 포함하는 레이저 용접 툴에 관한 것이다.

일반적으로 한 쌍의 금속판을 겹치기 용접하고자 할 경우 레이저 용접, 스폿 용접, 아크 용접을 한다. 이 중에서, 레이저 용접은 용가재가 필요하지 않고 용접 속도가 빠르며 열 변형의 우려가 없어 스폿 용접이나 아크 용접에 비해 자주 사용되고 있다.

레이저 용접은, 레이저빔의 초점구간에서 에너지 다중반사 및 다중흡수를 이용한 키홀 용접(keyhole welding)과, 레이저빔의 비초점구간에서 열전도를 이용한 전도 용접(conduction welding)으로 구분된다. 즉, 광학렌즈에 의해 집적된 레이저빔에 의해 에너지 다중반사 및 다중흡수를 일어나는 약 2mm 이내의 초점구간을 이용한 용접을 키홀 용접이라 하고, 전술한 약 2mm 이내의 초점구간을 벗어난 비초점구간에서 열전도를 이용한 용접을 전도 용접이라 한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 통상의 레이저 용접 시스템은, 로봇 암(3, robot arm)의 선단에 마련된 레이저 헤드(5)가 광 화이버를 통해 레이저 발진기(7)와 연결된 구조를 갖는다. 이러한 구조의 레이저 용접 시스템은 로봇 제어기(C)를 통하여 거동하는 로봇(1)에 의해 레이저 헤드(5)가 이동하며 레이저빔(LB)을 조사함으로써 용접작업을 진행한다.

한편, 레이저 용접 시스템에는 용접 과정 중 용접부(W)에서 발생하는 스패터(도 10의 S)를 제거하기 위한 에어/석션노즐(미도시)이 구비된다. 에어/석션노즐은 용접부(W)에서 발생한 스패터(S)를 불어내거나 흡입함으로써 레이저 헤드(5)를 보호하고 용접 품질을 향상시키기 위한 것이다.

그러나 에어/석션노즐만으로 용접부(W)에서 발생하는 스패터(S)를 완전히 제거할 수 없었으며, 미처 제거되지 못한 스패터(S)에 의해 불량품이 발생하곤 하였다. 특히, 센서 모듈과 같은 전자부품의 경우 대부분 합성수지로 제작된 하우징의 내부에 설치되므로, 전자부품의 용접 시 제거되지 못한 스패터가 하우징에 부착될 경우 하우징을 변형시키거나 손상시켜 불량을 발생시키게 된다.

대한민국공개특허공보 제2014-0080754호(2014.07.01.)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 레이저 용접 시 발생하는 스패터에 의한 손상을 방지할 수 있는 차단 가이드 및 이를 포함하는 레이저 용접 툴을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차단 가이드는, 전자부품에 마련된 리드 단자를 용접하는 레이저 용접 툴에 설치되고, 용접부에서 비산되는 스패터를 차단하기 위해 용접부의 둘레를 감싸도록 형성된 본체를 포함한다.

상기 본체는, 레이저가 관통할 수 있도록 상하로 개방된 사각 단면의 파이프 형상일 수 있다. 상기 본체의 일측 상단에는 용접 시 발생하는 흄을 제거하기 위한 배기홈이 형성될 수 있고, 상기 본체의 일측 하단에는 리드 단자가 삽입되는 삽입홈이 형성될 수 있다. 상기 본체의 내부에는 복수의 리드 단자를 구획하기 위한 베플이 형성될 수 있으며, 상기 본체의 타측에는 레이저 용접 툴과의 결합을 위한 장착홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 용접 툴은, 리드 단자가 마련된 전자부품을 가압하는 피스톤과, 상기 피스톤에 설치되어 용접부에서 비산되는 스패터를 차단하도록 용접부의 둘레를 감싸는 차단 가이드를 포함한다.

상기 피스톤은 리드 단자를 제외한 전자부품 전체를 덮도록 형성될 수 있으며, 특히 상기 피스톤에는 전자부품이 삽입되는 안내홈이 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 전자부품에 마련된 리드 단자를 용접하는 레이저 용접 툴에 설치된 차단 가이드가 용접부의 둘레를 감싸도록 형성되어 용접부에서 비산되는 스패터를 차단하므로, 레이저 용접 시 발생하는 스패터에 의한 손상을 방지할 수 있다. 특히, 본 발명은 용접부에서 발생하는 흄을 제거하기 위한 배기홈을 포함하므로, 스패터 뿐만 아니라 용접흄에 의해 발생할 수 있는 불량 개연성을 완벽하게 차단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 툴의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 툴의 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 툴의 일부를 확대한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 툴 중 차단 가이드의 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단 가이드의 변형례를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 및 차단 가이드의 측면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 및 차단 가이드의 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 및 차단 가이드의 작동상태도.
도 9와 도 10은 통상의 레이저 용접 시스템을 도시한 도면.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 1과 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 툴(100)은 전자부품인 센서 모듈(200)을 레이저 용접하는데 사용되는 툴(tool)로서, 좀 더 상세하게는 센서 모듈(200)의 내부에 위치된 리드 단자(222)와 커넥터 단자(232)를 용접하는 장치이다.

본 실시예에 따른 레이저 용접 툴(100)에 의해 용접되는 센서 모듈(200)은 센서(220)가 하우징(210)의 내부에 위치된 구조로서, 센서(220)의 리드 단자(222)를 용접하는 과정에서 발생하는 스패터(S)에 의해 하우징(210)이 쉽게 변형 및 손상될 수 있는 내장형 구조를 갖는다.

도 7과 도 8을 참조하여 센서 모듈(200)에 대해 좀 더 상세히 살펴보면, 합성수지로 제작된 하우징(210)과, 하우징(210)에 내장되는 센서(220)와, 하우징(210)의 일측으로 돌출된 커넥터(230)로 구성된다. 이때, 하우징(210)의 상면에 소정 깊이를 가진 설치홈(212)이 형성되고 설치홈(212)의 바닥에 커넥터 단자(232)가 노출되어, 센서(220)를 설치홈(212)의 바닥에 안착시킬 경우 리드 단자(222)가 커넥터 단자(232)에 접촉된다.

본 실시예에서는 센서 모듈(200)을 내장형으로 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 센서(220)가 하우징(210)의 상면에 설치되는 외장형 센서 모듈에도 레이저 용접 툴(100)을 이용할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 용접 툴(100)은 센서 모듈(200)이 고정되는 지그(110)를 포함한다. 지그(110)의 상부에는 레이저 헤드(120)가 위치되고, 지그(110)의 전방에는 석션덕트(130)가 구비되며, 지그(110)의 후방에는 블로워(140)가 설치된 브래킷(150)이 마련된다. 브래킷(150)의 전면에는 승강수단(160)이 설치되고, 승강수단(160)에는 피스톤(170)이 결합되며, 피스톤(170)에는 차단 가이드(180)가 결합된다. 또한, 테이블(110)과 브래킷(150) 사이에는 감지수단(190)이 설치된다.

지그(110)는 센서 모듈(200)을 고정하는 역할을 한다. 지그(100)는 레이저 용접 툴(100)을 구성하는 다른 부품(120~190)과 달리 인덱스 테이블(미도시)에 설치된다. 즉, 지그(110)는 회전 또는 이동 가능한 인덱스 테이블(미도시)에 설치되어 용접을 요하는 센서 모듈(200)을 레이저 용접 툴(100)에 공급하고, 용접이 완료된 센서 모듈(200)을 레이저 용접 툴(100)에서 배출한다.

레이저 헤드(120)는 레이저 발진기(미도시)의 주요 부분이다. 도면에 도시되진 않았지만, 레이저 헤드(120)의 내부에는 두 장의 패브리-페로(Fabry-Perot) 광공진기, 방전관, 집광 장치가 구비된다.

석션덕트(130)와 블로워(140)는 용접부에서 발생하는 열, 용접흄, 스패터(도 8의 S)를 제거하는 역할을 한다. 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 석션덕트(130)와 블로워(140)가 서로 대향하도록 배치하고, 석션덕트(130)와 블로워(140) 사이에 지그(110)를 위치시킬 경우 블로워(140)에서 송출되어 석션덕트(130)로 흡입되는 공기에 의해 열, 용접흄 및 스패터(S)를 효과적으로 제거할 수 있다.

승강수단(160)은 가이드 레일(162)과 가이드 블록(164)으로 이루어진 통상의 리니어 모션 액추에이터이다. 본 실시예에서는 승강수단(160)이 피스톤(170)과 피스톤(170)에 결합된 차단 가이드(180)를 상승 또는 하강시키기 위해 사용된다.

승강수단(160)에 의해 상승 또는 하강하는 피스톤(170)과 차단 가이드(180)는 용접 시 발생하는 스패터(도 8의 S)로부터 센서(220)와 하우징(210)을 보호하는 역할을 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤(170)은 스패터(S)로부터 센서(220)를 보호할 수 있도록 센서(220)를 전체적으로 덮을 수 있는 크기를 가진 육면체 형상으로 형성된다. 피스톤(170)의 전면은 레이저 헤드(120)와의 간섭이 발생하지 않도록 경사지게 형성되고, 하면에는 센서(220)가 삽입되는 안내홈(172)이 형성된다. 이때, 안내홈(172)은 상부로 갈수록 좁아지는 테이퍼 형태로 형성되어 피스톤(170)의 하강 시 센서(220)의 위치를 조정하는 역할을 한다.

상술한 구조의 피스톤(170)은 설치홈(212)에 안착된 센서(220)를 가압하여 센서(220)가 임의로 움직이는 것을 방지한다. 또한, 센서(220)를 전체적으로 덮어 레이저 용접 시 발생하는 스패터(도 8의 S)에 의해 센서(220)가 손상되는 것을 방지하며, 센서(220)가 항상 일정한(정확한) 위치에 놓일 수 있도록 한다.

도 4를 참조하면, 차단 가이드(180)는 하우징(210)의 설치홈(212)을 보호할 수 있도록 용접부의 둘레를 감싸는 파이프 형상의 본체(182)를 포함한다. 좀 더 정확하게는, 상기 본체(182)는 레이저 헤드(120)에서 발생한 레이저가 리드 단자(222)에 조사될 수 있도록 상하로 개방되고, 피스톤(170)과 결합이 가능하도록 후방이 개방된 ㄷ자 형상을 갖는다.

본체(182)의 전방 상단에는 용접 시 발생하는 열, 용접흄, 스패터(도 8의 S)를 제거할 수 있도록 배기홈(184)이 형성되고, 후방에는 피스톤(170)과의 결합을 위한 장착홈(186)이 형성된다. 배기홈(184)은 석션덕트(130)가 위치된 전방으로 개방되어 블로워(140)에서 송출된 바람에 의해 열, 용접흄, 스패터(S)가 석션덕트(130)로 용이하게 흡입될 수 있도록 한다. 또한, 장착홈(186)은 차단 가이드(180)의 교체가 용이하도록 후방으로 개방된 장공의 형태를 갖는다.

한편, 차단 가이드(180)의 표면은 테프론으로 코팅되는데, 이는 레이저 용접 시 차단 가이드(180)의 내벽에 부착된 스패터(S)를 용이하게 제거할 수 있도록 하기 위함이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 차단 가이드(180)는, 본체(182)의 전방 하단에 형성된 삽입홈(188)과, 본체(182)의 내부에 형성된 베플(189)을 더 포함할 수 있다. 삽입홈(188)은 센서(도 7의 220)의 리드 단자(도 7의 222)가 삽입되는 부분으로 설치홈(212)을 완벽하게 커버하기 위한 것이다. 또한, 베플(189)은 복수로 구비된 리드 단자(222)를 용접할 때 용접하지 않는 리드 단자(222) 측으로 스패터(S)가 비산되는 것을 방지하기 위한 것이다.

감지수단(190)은 센서 모듈(200)의 유무를 감지하는 역할을 한다. 감지수단(190)이 센서 모듈(200)을 감지할 경우 승강수단(160)이 작동하여 피스톤(170)과 차단 가이드(180)를 하강시킴으로써 용접할 준비를 완료한다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 레이저 용접 툴 110: 지그
120: 레이저 헤드 130: 석션덕트
140: 블로워 150: 브라켓
160: 승강수단 170: 피스톤
180: 차단 가이드 190: 감지수단
200: 센서 모듈

Claims (16)

1. 전자부품에 마련된 리드 단자를 용접하는 레이저 용접 툴에 설치되고, 용접부에서 비산되는 스패터를 차단하기 위해 용접부의 둘레를 감싸도록 형성된 본체를 포함하되,
   상기 본체는 레이저가 관통할 수 있도록 상하로 개방된 사각 단면의 파이프 형상이고, 상기 본체의 일측 상단에는 용접 시 발생하는 흄을 제거하기 위한 배기홈이 형성되며, 상기 본체의 일측 하단에는 리드 단자가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 본체의 내부에는 복수의 리드 단자를 구획하기 위한 베플이 형성되며, 상기 본체의 타측에는 레이저 용접 툴과의 결합을 위한 장착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 차단 가이드.
   
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8. 전자부품에 마련된 리드 단자를 용접하는 레이저 용접 툴에 있어서,
   리드 단자를 제외한 전자부품 전체를 덮도록 형성되고, 전자부품이 삽입되는 안내홈이 형성되며, 전자부품을 가압하는 피스톤; 및
   상기 피스톤에 설치되어 용접부에서 비산되는 스패터를 차단하도록 용접부의 둘레를 감싸는 청구항 1에 따른 차단 가이드를 포함하는 레이저 용접 툴.
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