KR101846102B1 - 금속 스트립을 커팅하고 용접하기 위한 설비를 이동시키기 위한 장치 - Google Patents

금속 스트립을 커팅하고 용접하기 위한 설비를 이동시키기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커팅한 다음에 제1 금속 스트립(B1)의 말단부를 제2 금속 스트립(B2)의 헤드와 용접할 수 있는 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치를 기술하며, 상기 장치는 ㆍ- 적어도 하나의 용접 헤드(S1)를 유지시키는 적어도 하나의 제1 왜건(wagon)(Ch1) - 상기 제1 왜건(Ch1)은 횡방향 스트립 영역을 스위핑(sweeping)하는 제1 경로(C1)를 따라 안내 경로(Cg1)에 걸쳐 이동가능함 -; ㆍ- 커팅 헤드(D1)를 유지시키는, 제1 왜건과 별도로 이동가능한 적어도 하나의 제2 왜건(Ch2) - 상기 제2 왜건(Ch2)은 제2 경로(C2)를 따라 안내 경로(Cg2) 상에서 이동가능함 - 을 포함하고, ㆍ- 용접 헤드(S1)는 단지 용접 모드에 전용으로 사용되며, ㆍ- 제2 왜건(Ch2)은 커팅 모드에 전용으로 사용되고, ㆍ 2개의 왜건(Ch1, Ch2)은 스트립(B1, B2)의 말단부 및 헤드 폭의 양측에서 휴지 위치에 제공된다. 본 발명에 따른 장치와 관련된 용접 방법이 또한 기술된다. 금속 스트립을 커팅하고 용접하기 위한 설비를 이동시키기 위한 장치. 본 발명은 커팅한 다음에 제1 금속 스트립(B1)의 말단부를 제2 금속 스트립(B2)의 헤드와 용접할 수 있는 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치를 기술하며, 상기 장치는 - 적어도 하나의 용접 헤드(S1)를 유지시키는 적어도 하나의 제1 왜건(Ch1) - 상기 제1 왜건(Ch1)은 횡방향 스트립 영역을 스위핑하는 제1 경로(C1)를 따라 안내 경로(Cg1)에 걸쳐 이동가능함 -; - 커팅 헤드(D1)를 유지시키는, 제1 왜건과 별도로 이동가능한 적어도 하나의 제2 왜건(Ch2) - 상기 제2 왜건(Ch2)은 제2 경로(C2)를 따라 안내 경로(Cg2) 상에서 이동가능함 - 을 포함하고, 용접 헤드(S1)는 단지 용접 모드에 전용으로 사용되고, - 제2 왜건(Ch2)은 커팅 모드에 전용으로 사용되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 장치와 관련된 용접 방법이 또한 기술된다.

Description

금속 스트립을 커팅하고 용접하기 위한 설비를 이동시키기 위한 장치{DEVICE FOR MOVING AN ARRANGEMENT FOR CUTTING AND WELDING METAL STRIPS}
본 발명은 청구범위 제1항과 제14항의 전제부 각각에 따른, 커팅하고 제1 금속 스트립(metal strip)의 말단부(tail)를 제2 금속 스트립의 헤드(head)에 용접하기 위한 설비를 이동시키기 위한 장치와, 상기 장치와 관련된 방법에 관한 것이다.
가공 모듈(밀(mill), 플레이너(planer), 노(furnace), 피클링(pickling), 아연 도금(galvanizing), 어닐링(annealing) 등)을 포함하는 라인 상에서 이동하는 금속 스트립의 야금 가공의 영역에서, 금속 스트립은 이상적으로는 이것을 상기 라인 상에 순차적으로 위치시키기 위해 연속적으로 코일링해제되는(uncoiled) 코일로부터 삽입된다. 가공되는 스트립의 연속적인 물리적 이동을 달성하기 위해, 커팅한 다음에 제1 코일링해제된 스트립의 말단부를 적어도 부분적으로 코일링해제되어 있는 제2 스트립의 헤드에 용접하는 것이 바람직하며, 상기 스트립 말단부와 스트립 헤드는 이러한 목적을 위해 특히 용접기로 지칭되는 용접 설비로 이동된다. 스트립 말단부와 스트립 헤드가 용접을 위해(커팅 후에) 반드시 조(jaw)에 의해 고정되어야 하는 용접 작업 중에, 용접기의 하류의 공정에서 (용접된) 스트립의 이동 속도를 적어도 제한하거나 감속시키지 않는 것이 필요하다. 또한, 스트립 길이 축적 수단(strip length accumulation means)이 스트립 길이 축적 수단에서의 스트립의 축적 및/또는 이송으로 인한 용접기에서의 정지 및/또는 감속 기간에도 불구하고 처리 공정 또는 공정들의 연속을 가능하게 하기 위해 용접기의 하류와 잠재적으로 상류에 설치된다. 이들 축적 수단은 그들이 고가이고 부피가 크기 때문에 최소화되어야 한다. 구체적으로, 그러한 스트립을 위한 가공 라인은 라인 입력부에 있는 언코일러(uncoiler)로부터 라인 출력부에 있는 리코일러(recoiler) 또는 커팅된 스트립 섹션들의 스택으로의 스트립의 연속적인 이동을 가능하게 하는 경향이 있어야 한다. 따라서, 축적을 감소시키면서 라인의 일정 지점에서의, 예를 들어 용접기 내에서의 각각의 스트립 정지(적어도 말단부 및/또는 헤드의 정지)의 지속 시간을 최소화시키는 것이 바람직하며, 상기 축적은 예를 들어 스트립 축적 수단을 사용하는 라인의 소정 섹션에서의 스트립의 감속을 완화시키기 위해 사용되는 장비에서의 증가와, 가공 라인에서의 스트립의 평균 이동 속도의 감소에 의해 유발되는 라인 상에서의 생산성의 저하에 해당하는 비용을 의미할 뿐이라는 점에서 생산적이지 못하다.
또한, 코일 스트립은 특히 상이한 유형과 포맷이 가공되는 경우 용접기에 들어갈 때 상이한 야금 특성, 두께 및 폭을 가질 수 있다. 용접기의 하류의 공정에 의해 유발되는 작용에 의해 용접된 구역에 가해지는 응력을 고려하여 현재 2가지 주된 유형의 용접기, 즉 경량(light) 및 중량(heavy) 용접기가 상이한 폭과 두께의 금속 스트립을 용접하기 위해 사용되고 있다. 바꾸어 말하면, "경량 또는 중량" 영역 각각에서 보다 넓은 용접 응용을 위해, 용접 범위를 보다 큰 스트립 포맷과 유형으로, 또는 심지어 반대로 확장시킬 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 소형-포맷 스트립을 위해 설계된 용접기의 경우에, 용접을 보다 큰 포맷으로 확장시키는 것이 요망되면(스트립의 폭, 두께 및 야금 특성이 상기 용접기의 능력을 초과하지 않는다고 가정하여), 용접 시간이 적어도 원하는 폭과 관련된 용접 길이의 증가에 비례하여 증가될 것이다. 이는 가공 라인(하류)의 생산성을 저하시키고, 잠재적으로 하류에 추가의 축적 수단을 필요로 한다. 비-생산적인 시간이 부정적인 영향을 미친다는 사실에 더하여, 보다 넓은 스트립 포맷을 위해 설계되는 증가된 능력의 저장 축적기를 제공하는 것이 또한 필요하다. 따라서, 그러한 하류 축적 수단(그리고 해당되는 경우 상류 축적 수단)이 또한 보다 큰 스트립 포맷을 용접하도록 구성될 용접기에 대해 필연적으로 이전보다 더욱 무겁고 더욱 고가일 것이 명백하다.
주로, 본 발명은 커팅한 다음에 제1 금속 스트립의 말단부를 제2 금속 스트립의 헤드에 용접할 수 있는 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비(cutting and welding arrangement)를 이동시키기 위한 장치의 종래 기술에 기초하며, 상기 장치는 적어도 하나의 용접 헤드를 유지시키는 적어도 제1 캐리지(carriage)를 포함하고, 상기 제1 캐리지는 스트립의 적어도 하나의 횡방향 영역(흔히 "폭"으로 지칭됨)을 가로질러 제1 경로를 따르는 안내 경로를 따라 이동가능하다. 또한, 장치는 커팅 헤드를 유지시키는, 제1 캐리지와 별도로 이동가능한 적어도 하나의 제2 캐리지를 포함하며, 상기 제2 캐리지는 제2 경로를 따르는 안내 경로 상에서 이동가능하다. 그러한 장치는 2-캐리지 레이아웃을 도시한 공보 DE102007023017A1호(도 2a, 도 2b, 도 2c 참조)에 잘 예시되고 기재되어 있으며, 캐리지들 각각은 커팅 및 용접 모드들 사이에서 스위칭될(switched) 수 있는 헤드를 구비한다. 주로 적어도 하나의 레이저원에 의해 공급되는 이러한 유형의 스위칭가능 헤드는 현재 상이한 형상의 금속 블랭크를 커팅하고 용접하기에 가장 적합한 유연한 작동 방법 기술이다. 그러나, 이들 헤드는 금속 스트립을 커팅하거나 용접하기 위해 전용으로 사용되는 별개의 커팅 및 용접 헤드와 동일한 커팅 및 용접 성능 수준을 제공하지 못하는 단점을 갖는다. 이는 커팅되고 용접될 스트립이 상이한 포맷, 두께 및 야금학적, 물리적/기계적 특성을 가져 커팅 및 용접 성능에 관하여 일반적인 커팅 및 용접 헤드 기술을 사용하여서는 달성하기 어려운 엄격한 요건을 부여할 수 있기 때문에 더욱더 명백하다. 또한, DE102007023017A1호에 기재된 장치는 용접 모드로 스위칭될 종방향으로 정렬된 커팅 헤드를 초기 스트립 이동 방향에 대해 횡방향으로 정렬된 위치로 이동시키기 위해 2개의 캐리지들 중 적어도 하나를 다른 하나에 대해 조절하기 위한, 커팅 단계(도 2a)와 용접 단계(도 2c) 사이의 중간 단계(도 2b)를 포함한다. 이러한 중간 단계는 2가지 단점, 즉 첫째로, 필연적으로 생산성을 감소시키거나 추가의 축적 능력을 필요로 하는, 헤드와 캐리지의 정렬을 변화시킬 때 손실되는 시간과, 둘째로, 요구되는 신뢰성과 강건성을 달성하기 위해 고가의 정렬 수단을 필요로 하는, 이러한 동적 캐리지/헤드 설비를 위해 요구되는 고도의 정렬 정확도의 2가지 단점을 갖는다. 캐리지와 이것의 헤드를 정확하게 정렬시키기 위한 그러한 수단은 유리하게는 DE102007023017A1호에 따른 장치가 자유-형태 용접을 사용하여 2개의 금속 시트의 세그먼트를 용접하기 위해 쉽게 사용될 수 있게 하지만, 본 발명은 스트립 말단부 및 헤드의 선형 에지, 즉 보다 간단한 프로파일을 커팅하고 용접하는 것에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 또한 동일한 공보 DE102007023017A1호(도 1a, 도 1b, 도 1c)와 JP S60-257983호에 기재된 바와 같이, 예를 들어 다수의 스위칭가능 커팅/용접 헤드를 갖춘 선회 암이 설치된 단일 캐리지를 포함하는 설비에서, 용접 및 커팅 헤드가 설치된 "단일 캐리지"로 지칭되는 종래의 기술의 대안을 제공하도록 의도된다. 이러한 유형의 구조도 또한 전술된 바와 같이, 이중-기능 커팅 및 용접 헤드와 사이클 및 정확도에 관하여 너무 많은 시간을 차지하는 중간 단계(DE102007023017A1호의 도 1b에서와 같은)와 관련된 단점을 갖는다.
하나 이상의 지지 및 가이드 요소(guide element)에 의해 지지되는 정렬 및/또는 선회 수단을 필요로 하는 커팅 및 용접 장치가 복잡하고 그에 따라 부피가 크고/크거나 무거운 그러한 요소를 필요로 하며, 중단없이 계속(around the clock) 작동하는 설비에 대해 그러한 수단의 정확도와 신뢰성이 요구되기 때문에 더욱더 그러하다는 것에 또한 유의하여야 한다. 그러한 요소는 상기 스트립의 존재에 상관없이, 커팅, 용접, 버니싱(burnishing), 품질 제어 및 가열 헤드 등의, 스트립과 나란한 이동을 가능하게 하기 위해 가장 흔하게는 크고 C자형이다.
또한, 본 발명에 따른 장치에 더하여 다른 모듈, 예를 들어 하기의 모듈들, 즉
- 용접 품질 제어 수단,
- 용접된 구역 버니싱 유닛,
- 용접될 구역 및/또는 용접된 구역을 어닐링하기 위한 수단
중 적어도 하나가 요구되면, 전술된 장치는 훨씬 더 대형이고 부피가 클 것이며, 내부에 그러한 모듈을 통합하는 것(예를 들어 캐리지 상의 버니싱 수단이 선회하거나 비-선형 커팅/용접 프로파일을 실행함)이 극히 복잡하거나 심지어 불가능할 것이다. 따라서, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 알려진 장치는 명백히 모듈성이 없다.
본 발명의 하나의 목적은 커팅한 다음에 제1 금속 스트립의 말단부를 제2 금속 스트립의 헤드에 용접할 수 있는 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치로서, 종래 기술에서 기술된 그리고 전술된 알려진 문제를 해소하는 상기 장치를 제시하는 것이다.
특히, 본 발명은 하기의 이점을 제시하기 위해 문제를 해소한다:
- 이동 스트립을 축적하기 위한 수단을 감소시키고, 생산성을 증가시키며, 커팅 및 용접 사이클의 지속 시간을 단축시키는 이점,
- 커팅 및 용접 사이클을 간단하게 하는 이점,
- (별개의) 고성능 커팅 및 용접 헤드를 사용하는 이점,
- 상이한 스트립 포맷과 특성에 대한 적응을 향상시키는 이점,
- 지지/캐리지 구조체의 간단함, 모듈성, 통합 및 간소화(streamlining)/조밀화(compacting)를 개선하는 이점,
- 특히 수십 센티미터 내지 수 미터로 다를 수 있는 가변 커팅 및 용접 경로 상에서의 캐리지와 커팅/용접 헤드의 이동과 위치설정을 위해 동적 정밀 양상을 사용하여, 요구되는 과도한 기계적 구조적 허용 오차를 제한하는 이점,
- 스트립을 용접하는 데 필요한 반복적인 기능의 신뢰성과 강건성의 이점,
- 특히 상이한 헤드와 모듈에 대한 용이한 접근으로 인해 기계 관리 작업을 용이하게 하는 이점.
그러한 이동 장치와 관련하여, 커팅한 다음에 용접하기 위한 방법이 또한 제시되며, 상기 방법은 특히 용접기에서의 스트립의 최소 정지 시간에 관하여 최적화되며, 즉 특히 이동 장치를 사용하여 스트립 말단부 및 헤드의 커팅 단계 및 용접 단계 외로 손실되는 시간을 방지한다.
따라서, 그러한 이동 장치와 관련 용접 방법이 청구범위 제1항과 제14항의 특징부에 의해 제시된다.
일단의 종속항이 또한 본 발명의 이점을 기술한다.
주로, 커팅한 다음에 제1 금속 스트립의 말단부를 제2 금속 스트립의 헤드에 용접할 수 있는 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치에 기초하여, 본 발명은 적어도 하나의 용접 헤드를 유지시키는 제1 캐리지를 포함하는 장치를 제시하며, 상기 제1 캐리지는 상기 스트립 말단부 및 헤드의 커팅 및 용접 폭의 함수로서 결정되는, 스트립의 하나의 횡방향 영역을 가로질러 제1 경로를 따르는 안내 경로를 따라 이동가능하다. 장치는 커팅 헤드를 유지시키는, 제1 캐리지와 별도로 이동가능한 적어도 하나의 제2 캐리지를 포함하며, 상기 제2 캐리지는 제2 경로를 따르는 안내 경로 상에서 이동가능하다. 마지막으로, 본 발명에 따른 장치는:
- 용접 헤드가 커팅된 스트립의 말단부 및 헤드에 대한 용접 모드를 위해 전용으로 사용되고,
- 제2 캐리지가 커팅 모드를 위해 전용으로 사용되며, 즉 그것이 이상적으로는 2개의 스트립의 말단부 및 헤드 에지 상에 각각 배열되는 2개의 커팅 헤드에 의해 형성되는 적어도 하나의 커팅 유닛만을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바꾸어 말하면, 제1 캐리지는 그것이 단지 적어도 하나의 용접 헤드만을 운반하기 때문에 커팅 기능을 수행하지 않는다(즉, 커팅 모드로 스위칭될 수 없음).
제1 및 제2 캐리지가 별도로 이동가능하고 별개의 용접 및 커팅 모드를 갖기 때문에, 본 발명에 따른 장치는 우수한 모듈성의 정도를 제공하여, 그것이 커팅 모드로부터 용접 모드로 연속하여 직접 이동할 수 있게 한다. DE102007023017A1호(도 1b) 및 JP S60-257983호(암(15)을 선회시킴으로써)와는 달리, 2개의 캐리지들 및/또는 그것의 헤드들 중 적어도 하나를 재위치시키기 위한 중간 단계가 커팅 및 용접 단계들 사이에 요구되지 않는다. 따라서, 유리하게도 특히 커팅 및 용접 단계들 사이에서의 캐리지 및 커팅/용접 헤드의 이동과 고유 위치설정을 위한 동적 정밀 양상에 의해 요구되는 기계적 구조적 허용 오차를 제한하는 것이 가능하다. 매우 정밀한 기계적 구조적 허용 오차가 단지 가변 커팅 및 용접 경로 상에 요구된다. 또한, 상기 커팅 및 용접 모드들 사이에서의 중간 병진 또는 선회 운동을 위한 부피가 큰 고가의 수단이 그에 따라 배제된다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 또한 상당히 간소화되고, 2개의 캐리지를 위해 단일 안내 경로(이상적으로 간단히 긴 선형적(longilinear))를 사용하는 그의 지지 구조는 종래 기술에 기재된 구조보다 소형이고 부피가 작을 수 있다.
커팅 및 용접 단계들 사이의 중간 단계가 본 발명에 따른 장치의 2개의 캐리지의 이동 직후 활성화에 의해 수행되는 것을 고려하면, 커팅 및 용접 사이클의 지속 시간이 최소화되며, 이는 유리하게도 이동-스트립 축적 수단의 필요성을 감소시키고, 생산성을 증가시킨다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 장치에서, 캐리지의 이동이 활성화되기 전에 캐리지들 각각 상에서의 커팅 또는 용접 헤드의 위치설정이 사전결정되면, 제1 및 제2 캐리지의 2개의 안내 경로는 적어도 평행하거나 동일하다. 또한, 제1 캐리지 상에서의 용접 헤드의 위치를 미세하게 조절하기 위한 간단한 경량 수단이 제1 캐리지에 추가될 수 있다.
그의 간단함으로 인해 바람직한 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치에서, 제2 캐리지는 2개의 횡방향 커팅 평면들 사이의 일정한 거리를 갖고서 맞대기-용접될 2개의 스트립의 헤드와 말단부를 동시에 그리고 횡방향으로 커팅하기 위해, 이상적으로는 고정된 간극(fixed gap)을 갖는 적어도 2개의 커팅 헤드를 구비한다. 상기 거리는 특히 클램핑 조(clamping jaw)와 제1 캐리지의 섀시 및 그의 전용 헤드의 치수(알려져 있어 사전한정할 수 있음)에 의존하는 간극 값(Ec)에 의해 결정된다.
이상적으로, 제1 및 제2 캐리지의 가이드 부품은 커팅되고 용접될 스트립의 커팅 평면에 평행한 적어도 하나의 간단한 긴 선형적인 가이드(longilinear guide)를 구비한다. 상기 가이드의 길이는 적어도 최대-포맷 스트립 말단부 및 헤드의 양측에 있는 두 캐리지의 휴지 위치(parked position)에서의 가용 길이와 커팅 캐리지의 경로의 길이의 합이다. 이러한 가이드는 적어도 하나의 슬라이드, 적어도 하나의 레일, 또는 용접될 스트립의 말단부 및 헤드의 공통 면들 중 적어도 하나를 향하는 캐리지를 위한 임의의 다른 선형 가이드 수단을 사용하여 상이한 방식으로 제공될 수 있다. 이의 매우 간소화된 구조가 그것을 C자형 지지체 또는 포개어진 시프터(shifter)/피봇을 운반하도록 강화되는 임의의 다른 지지체와 같은, 종래 기술에 알려진 가이드 장치보다 소형으로 그리고 부피가 작게 유지시킨다.
본 발명에 따른 장치 및 관련 방법의 다른 이점 및 실시예가 유리하게도 가능하고 하기의 도면을 사용하여 제공된다.
도 1은 커팅전 위치에 있는 본 발명에 따른 이동 장치이다.
도 2는 커팅 단계의 종료에 대응하는 위치에 있는 그리고 용접전 위치에 있는 본 발명에 따른 이동 장치이다.
도 3은 용접 헤드의 위치를 정밀/미세 조절하기 위한 수단을 구비한 본 발명에 따른 이동 장치이다.
도 4는 용접 단계의 종료에 대응하는 위치에 있는 본 발명에 따른 이동 장치이다.
도 5는 스트립 이동 방향에 대해 전방으로부터 본, 커팅전 위치에 있는 본 발명에 따른 이동 장치이다.
도 1은 용접기를 통해 종방향(Def)(축(Ox)과 반대 방향)으로 이동하는 상이한 폭의 일단의 금속 스트립(B1, B2, B1', B2')의 평면도이다. 상기 용접기를 간단히 나타내기 위해 명확함을 위해서 단지 2개의 용접기 조(M1, M2)만이 도시되며, 상기 조는 클램핑 위치에서 각각 그러한 스트립 말단부(B1, B1')와 스트립 헤드(B2, B2')를 차단한 다음에 스트립 헤드(B2, B2')를 스트립 말단부(B1, B1')를 향해 이동시키기 위해 사용된다. 용접기는 본 발명에 따른 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치를 포함한다. 도 1은 커팅전 위치에 있는 상기 장치를 도시한다.
주로, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 상기 장치는 커팅한 다음에 제1 금속 스트립(B1)의 말단부를 제2 금속 스트립(B2)의 헤드에 용접할 수 있다. 이러한 장치는 적어도 하나의 용접 헤드(S1)를 유지시키는 제1 캐리지(Ch1)를 포함하며, 상기 제1 캐리지(Ch1)는 횡방향 스트립 영역을 가로질러 제1 경로(C1)를 따르는 안내 경로(Cg1)에 걸쳐 이동가능하다. 제1 경로(C1)의 길이는 적어도 커팅된-스트립 말단부 및 헤드의 폭들 중 최단 폭에 대한 효율적인 용접을 가능하게 한다. 장치는 커팅 헤드(D1)를 유지시키는, 제1 캐리지와 별도로 이동가능한 적어도 하나의 제2 캐리지(Ch2)를 포함하며, 상기 제2 캐리지(Ch2)는 제2 경로(C2)를 따르는 안내 경로(Cg2) 상에서 이동가능하다. 제2 경로(C2)의 길이는 적어도 커팅될 스트립의 말단부 및 헤드의 폭들 중 최장 폭에 대한 효율적인 커팅을 가능하게 한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 장치는:
- 용접 헤드(S1)가 용접 모드를 위해 전용으로 사용되고,
- 제2 캐리지(Ch2)가 커팅 모드를 위해 전용으로 사용되는 것을 특징으로 한다.
도 1의 용접기의 평면도에서, 2개의 캐리지는 스트립 말단부 및 헤드(B1, B2)의 일측 상에, 즉 제2 캐리지(Ch2)를 사용하는 커팅 단계의 개시 전의 휴지 위치로 배열된다. 2개의 안내 경로(Cg1, Cg2)는 적어도 평행하거나 동일하여, 특히 장치를 매우 간단하게 하는데, 왜냐하면 첫째로 모든 커팅 및 용접 단계가 직접적으로 그리고 연속하여 수행될 수 있기 때문이다. 둘째로, 상기 장치에 의해 유발되는 캐리지의 이동이 안내 경로(Cg1, Cg2)를 따라 전적으로 그리고 간단히 선형이며, 안내 경로는 지지 수단으로서의 역할을 하는 적어도 하나의 긴 선형적인 가이드를 구비한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 장치에서, 제2 캐리지(Ch2)는 2개의 횡방향 커팅 평면들(Pc1, Pc2) 사이의 일정한 거리를 갖고서 맞대기-용접될 2개의 스트립의 헤드와 말단부를 동시에 그리고 횡방향으로 커팅하기 위해, 이상적으로는 고정된 간극(Ec)을 갖는 적어도 2개의 커팅 헤드(D1, D2)를 구비한다. 이러한 거리는 특히 클램핑 조(커팅 위치에서 개방됨)와 상기 캐리지의 섀시의 치수에 의존하는 간극 값(Ec)에 의해 쉽게 결정된다.
제1 캐리지(Ch1)는 하기의 모듈들(M) 중 적어도 하나를 구비한다:
- 용접 품질 제어 수단,
- 용접된 구역 버니싱 유닛,
- 용접될 구역 및/또는 용접된 구역을 어닐링하기 위한 수단.
특히, 용접 압축 롤러(weld compression roller)를 포함하는 버니싱 유닛은 또한 제1 캐리지 내에 설치하기 매우 쉬운데, 왜냐하면 롤러가 용접 헤드(S1)와 같이 전적으로 횡방향 평면(Oy, Oz) 내에 배열되고, 특히 클램핑 조가 용접 단계 중에 폐쇄될 때 조들 사이의 제한된 공간을 침범하지 않기 때문이다. 용접 품질을 검사하기 위한 수단 및/또는 용접될 구역 및/또는 용접된 구역(즉, 용접 헤드의 상류 및/또는 하류에 배열됨)을 어닐링하기 위한 수단을 제1 용접 캐리지 상에 통합시키는 것도 마찬가지이다.
도 2는 일단 제2 캐리지(Ch2)가 스트립 말단부 및 헤드(B1, B2)를 위한 커팅 모드에서 제2 경로(C2) 상에서 이동되었으면, 커팅 단계의 종료에 대응하는 위치에 있는 그리고 용접전 위치에 있는, 즉 도 1에 묘사된 커팅 단계의 종료시, 본 발명과 도 1에 따른 이동 장치를 도시한다. 따라서, 제1 용접 캐리지(Ch1)는 여전히 스트립(B1, B2)의 일측에 있는 초기 휴지 구역에 위치되고, 제2 캐리지(Ch2)는 스트립(B1, B2)의 타측에 있는 휴지 구역 위치에 있다. 이러한 단계에서, 스트립(B2) 상에 클램핑되는 적어도 하나의 용접기 조(M2)가 축방향(Ox, Mid)으로 다른 하나의 조(M1)를 향해 이동되어, 스트립의 말단부와 헤드를 도 2에서 커팅 평면(Pc1)과 동일한 용접 평면(Ps1)을 중심으로 서로 대향하게 배열한다(커팅 평면(Pc1, Pc2)을 완벽하게 일치하게 함).
그럼에도 불구하고, 포맷에 따라, 두께, 용접될 스트립의 물리적 특성, 용접 방법, 및 스트립의 커팅된 말단부 및 헤드 에지가 거의 상당한 유극을 가져, 용접 평면이 실질적으로 편위되고 스트립 말단부(B1)의 초기의 완성된 커팅 평면(Pc1)으로부터 축방향으로(스트립의 이동 방향(Def)으로 방향(Ox)으로 종방향으로) 조절되도록 요구할 수 있는 것이 가능하다. 이를 위해, 적어도 제1 캐리지(Ch1)의 용접 헤드(S1)가 커팅 및 용접 축(Pc1, Ps1)에 대한 상기 헤드(S1)의 위치의 축방향 조절(Ra)을 가능하게 하는 이동 유닛(UM) 상에 설치되는 정밀/미세 조절 수단이 도 3에 제시된다. 보다 구체적으로 그리고 매우 간단히, 이동 유닛(UM)은 커팅 및 용접 축(Pc1, Ps1)에 대해 예를 들어 ~1°<α<90°의 각도(α)를 갖는 선형 안내 경로(Cg_lin)로서 제1 캐리지(S1)에 견고하게 연결되는 안내 경로 상에 배열된다. 따라서, 예를 들어, 선택된 각도가 대략 10°이면, 선형 안내 경로(Ch_lin)를 따른 10 ㎜의 선형 병진 이동이 방향(Ox, Mid)으로 대략 1 ㎜의 보다 미세한 실제 축방향 편위를 가능하게 할 것이다. 따라서, 이러한 선형 병진 이동은 고정밀 이동 수단(많은 비용이 들고 보다 크고 보다 무거울 수 있음)을 필요로 하지 않는데, 왜냐하면 필요하다면 "보다 미세한" 축방향 조절에 필요한 정밀도가 각도(α)를 감소시킴으로써 간단히 증가되기 때문이다. 선형 안내 경로(Ch_lin)를 따른 선형 병진 이동 및/또는 각도의 변화는 용접되는 스트립의 유형과 포맷에 따라 작은 저정밀 메커니즘을 사용하여 수동으로 또는 자동으로 구현될 수 있다.
도 4는 제1 용접 경로(C1)를 따른 용접 단계의 종료에 대응하는 위치에 있는 본 발명에 따른 이동 장치를 도시하며, 제1 및 제2 캐리지(Ch1, Ch2)는 초기에 도 1에 한정된 스트립(B1, B2)의 대향측에 있는 휴지 구역 위치에 있다. 이어서 커팅 및 용접 단계가 캐리지 또는 헤드를 재위치시키기 위한 중간 단계 없이 수행된다.
도 5는 스트립 이동 방향(Ox)에 대해 전방(평면(Oy, Oz))으로부터 본, 커팅전 위치(도 1 참조)에 있는 본 발명에 따른 이동 장치를 도시한다. 본 발명에 따른 장치는 제1 및 제2 캐리지(Ch1, Ch2)와 별도로 이동가능한 그리고 안내 경로(Cg1, Cg2)에 적어도 평행한 경로(C3)를 따르는 안내 경로(Cg3) 상에서 이동가능한 그리고 하기의 모듈들(M) 중 적어도 하나를 포함하는 제3 캐리지(Ch3)를 구비한다:
- 선택적으로 적어도 하나의 용접 헤드,
- 용접 품질 제어 수단,
- 용접된-구역 버니싱 유닛,
- 용접될 구역 및/또는 용접된 구역을 어닐링하기 위한 수단.
제1 및 제3 캐리지(Ch1, Ch3)는 각각 스트립 말단부 및 헤드 면의 양측에 배열되며, 특히 상기 캐리지들 각각은 2개의 평행한 별개의 안내 경로(Cg1, Cg3) 상에서 별도로 이동가능하다. 특히 완벽한 쌍방 점 압착(bilateral point compression)을 보장하기 위해 2개의 캐리지의 이동 중에 주어진 구역에서 용접 조인트의 상부 및 하부 면의 버니싱이 달성될 수 있게 하기 위해서, 제1 및 제3 캐리지(Ch1, Ch3)의 경로는 평행하고, 이들의 이동은 용접, 버니싱, 품질 제어 및 어닐링 단계 중에 공간 및 시간적으로 적어도 동시에 일어난다. 제3 캐리지(Ch3)를 운반하기 위해, 제1 및 제2 캐리지(Ch1, Ch2)를 위해 제공된 것과 유사한 단일 긴 선형적인 가이드가 클램핑 조 아래에, 이 경우에는 제1 및 제2 캐리지(Ch1, Ch2)의 긴 선형적인 가이드가 스트립(B1, B2)의 면에 대해 용접기의 상부 부분에 배열되면 용접기의 하부 부분에 배열될 수 있다.
일반적으로 그리고 도 1 내지 도 5에 도시된 모든 예에 대해, 본 발명에 따른 장치에서, 용접 및/또는 커팅 헤드는 금속 스트립을 용접하기에 적합한 레이저 출력부를 구비하며, 상기 출력부는 특히 상기 헤드들 중 하나와 관련된 캐리지들 중 적어도 하나와 동기 이동하는 레이저 출력부에 대한 가이드의 결합을 가능하게 하는 광섬유 또는 공기 도파관(air waveguide)에 결합된다. 바꾸어 말하면, 용접 및/또는 커팅 헤드는 그의 입력부에서 광섬유 또는 공기 도파관의 분주(demultiplication)를 통해 적어도 하나의 레이저원에 결합된다. 이 실시예는 캐리지에 과부하가 걸리지 않게 하여 캐리지-지지 및 긴 선형적인-가이드 수단이 너무 크고 너무 무거워지지 않도록 방지하기 위해 레이저원이 본 발명에 따른 상기 장치로부터 멀리 떨어져 위치될 수 있게 한다.
대안적으로, 커팅 헤드는 스트립 말단부 및 헤드(B1, B2)의 커팅 단계를 구현하기 위해 플라즈마(plasma) 또는 고압 유체 제트(high-pressure fluid jet)를 사용하는 기계적 방법을 사용할 수 있다. 이 경우에, 레이저 커팅과 마찬가지로, 캐리지는 단지 최소 개수의 커팅 요소만을 운반하기만 하면 되는데, 왜냐하면 커팅 헤드를 위한 모든 에너지 또는 기계적 이송 모듈이 제2 커팅 캐리지로부터 멀리 떨어져 위치되기 때문이다. 따라서, 제2 커팅 캐리지의 크기와 중량이 최소로 유지되어, 유리하게도 본 발명에 따른 장치의 크기와 중량을 감소시킨다.
또한, 본 발명에 따른 장치에서, 적어도 제1 용접 헤드(S1)를 유지시키는 제1 캐리지(Ch1)가 또한 제1 캐리지 상에서 횡방향 용접 방향(Oy)으로 적어도 하나의 중간 위치에 있는 적어도 하나의 추가의 용접 헤드를 유지시킬 수 있으며, 지지 요소의 단부 상의 용접 헤드(S1)가 스트립(B1, B2)의 면들 중 하나에 대향하도록, 예를 들어 스트립의 적어도 하나의 반치폭(half-width)의 거리를 두고 스트립(B1, B2) 위에 있도록 상기 캐리지가 이동될 때, 추가의 헤드는 스트립의 가변 폭의 에지, 즉 최단 폭을 갖는 스트립의 에지 상에 위치된다. 따라서, 용접 폭은 적어도 2개의 반치폭으로 분할되며, 이는 하나의 용접 헤드를 사용하는 원래 용접 사이클의 지속 시간을 반감시킨다. 용접될 스트립의 폭을 가로질러 용접 조인트 분할을 증가시키기 위해 2개, 3개 등의 추가의 용접 헤드를 추가하는 것도 또한 가능하다. 이어서 하나 이상의 추가의 용접 헤드 조절 지지 유닛이 상기 추가의 용접 헤드를 운반하고 이동시키기 위해 제1 캐리지(Ch1) 상에 설치된다. 제1 용접 캐리지 상에서의 추가의 용접 헤드 또는 헤드들의 중간 위치가 또한 횡방향(Oy)으로 그리고 적어도 최단 폭을 갖는 스트립의 가변 폭(L1, L1'; L2, L2')의 함수로서 조절될 수 있으며, 이러한 위치는 특히 수동으로 또는 자동으로, 그리고 이상적으로는 동력화되어 조절된다. 따라서, 적어도 하나의 추가의 용접 헤드가 조절 지지 유닛에 의해 제1 용접 캐리지(Ch1) 상에 설치되며, 상기 조절 유닛은 적어도 추가의 용접 헤드의 횡방향 위치설정 진행을 가능하게 한다.
이는 유리하게도 용접 단계의 지속 시간을 적어도 2배만큼 그리고 추가의 헤드의 개수가 2개보다 많으면 잠재적으로 그를 초과하여 감소시킨다. 마지막으로, 용접될 제품에 용접(고정된 및 추가의 헤드를 사용하여)을 수행하는 데 필요한 경로들 각각이 2배 이상만큼 동일하게 감소되며, 이는 낮은 기계적 구조적 허용 오차를 갖고서 제한된 경로 상에서의 고정밀 안내를 가능하게 하며, 이는 유리하게도 구현 비용을 최소화시킨다. 이는 헤드 유지 지지 설계의 단순화를 가능하게 하며, 즉 상기 지지 요소의 임의의 과대 치수화(over dimensioning)를 회피하여(그리고 심지어 치수가 감소될 수 있게 함), 특히 보다 긴 경로에 대한 보다 큰 운반 정확도를 보장하기 위해 사용되는 지지 요소의 설계 특성을 필요없게 한다.
마지막으로, 제시된 이동 장치와 관련된 실시예를 통합한 본 발명은 제1 금속 스트립의 말단부를 제2 금속 스트립의 헤드에 용접할 수 있는 커팅 및 용접 방법을 제시하며, 2개의 스트립은 금속 가공 라인 상에서 연속적으로 이동하며(Def), 여기서 제1 및 제2 스트립은 본 발명에 따른 이동 장치와 말단부 및 헤드를 위한 적어도 두 쌍의 클램핑 조를 포함하는 용접기 내로 삽입되고, 적어도 제1 및 제2 그리고 잠재적으로 제3 캐리지(Ch1, Ch2, Ch3)가 용접 구역에 대한 커팅, 용접 및 잠재적으로 품질 제어, 버니싱 및 어닐링 작업의 시퀀싱 사이클(sequencing cycle)의 함수로서 중간 휴지 위치(스트립 폭의 양측에 있음)에 배치되거나 단일 물리적 안내 경로(Cg1, Cg2)를 따라 또는 물리적으로 별개이고 평행한 2개의 안내 경로(Cg1, Cg3) 상에서 이동된다.
본 발명에 따른 상기 방법은 유리하게는 캐리지(Ch1, Ch2, Ch3)가 각각의 조 쌍(커팅을 위해 개방되고 용접을 위해 폐쇄됨)에 대한 적어도 2개의 간극 값에 따라 조 쌍들 사이의 거리의 함수로서 이동하는 것을 제공한다. 역으로, 커팅 및 용접 캐리지들 각각의 순간 위치(휴지, 스트립 옆)는 커팅 및 용접 단계를 끊어짐 없이 연쇄시키기 위해 조의 위치를 제어하기 위한 모듈에 정보를 제공한다.
대략 2 m의 폭과 10 ㎜ 미만의 두께를 갖는 코일링해제된 금속 스트립에 대한 예로서, 본 발명에 따른 용접 방법은 각각의 조 쌍들 사이의 제2 최소 값(예를 들어 6 ㎜)에 대한 말단부 및 헤드의 용접 단계 전에 수행되는, 각각의 조 쌍들 사이의 제1 최대 간극 값(예를 들어 450 ㎜)에 대한 제1 금속 스트립의 말단부 및 제2 금속 스트립의 헤드에 대한 제1 동시 커팅 단계의 활성화를 가능하게 한다. 일단 제2 커팅 캐리지가 커팅 후에 휴지 위치에 대한 그의 커팅 구역을 떠나면 450 ㎜로부터 6 ㎜로의 조의 이동이 개시된다(도 2).

Claims (16)

  1. 커팅한 다음에 제1 금속 스트립(B1)의 말단부(tail)를 제2 금속 스트립(B2)의 헤드(head)에 용접할 수 있는 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치로서,
    - 적어도 하나의 용접 헤드(S1)를 유지시키는 적어도 하나의 제1 캐리지(Ch1)로서, 상기 제1 캐리지(Ch1)는 횡방향 스트립 영역을 가로질러 제1 경로(C1)를 따르는 안내 경로(Cg1)에 걸쳐 이동가능한, 적어도 하나의 제1 캐리지,
    - 커팅 헤드(D1)를 유지시키는, 제1 캐리지와 별도로 이동가능한 적어도 하나의 제2 캐리지(Ch2)로서, 상기 제2 캐리지(Ch2)는 제2 경로(C2)를 따르는 안내 경로(Cg2) 상에서 이동가능한, 적어도 하나의 제2 캐리지
    를 포함하고,
    - 용접 헤드(S1)는 용접 모드를 위해 전용으로 사용되며,
    - 제2 캐리지(Ch2)는 커팅 모드를 위해 전용으로 사용되는,
    장치에 있어서,
    2개의 캐리지 각각은 스트립 말단부 및 헤드 폭의 양측에 휴지 위치를 가지며,
    상기 용접 헤드(S1)는, 제1 캐리지(Ch1)에 형성되는 선형 안내 경로(Cg_lin)를 따라 이동하는 이동 유닛(UM) 상에 설치되며,
    상기 선형 안내 경로(Cg_lin)는 커팅 및 용접 축(Pc1, Ps1)에 대해 1°<α<90°의 각도(α)를 가지며,
    상기 선형 안내 경로(Cg_lin)는 커팅 및 용접 축(Pc1, Ps1)에 대한 상기 용접 헤드(S1)의 위치의 축방향 조절(Ra)을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    2개의 안내 경로(Cg1, Cg2)는 평행한 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제2 캐리지(Ch2)는 2개의 횡방향 커팅 평면들(Pc1, Pc2) 사이의 일정한 거리를 갖고서 맞대기-용접될 2개의 스트립의 헤드와 말단부를 동시에 그리고 횡방향으로 커팅하기 위해, 고정된 간극(gap)을 갖는 적어도 2개의 커팅 헤드(D1, D2)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    안내 경로(Cg1, Cg2)는 적어도 하나의 긴 선형적인 가이드(longilinear guide)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 캐리지(Ch1)는 하기의 모듈들(M), 즉
    - 용접 품질 제어 수단,
    - 용접된 구역 버니싱(burnishing) 유닛, 및
    - 용접될 구역 및/또는 용접된 구역을 어닐링(annealing)하기 위한 수단
    중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 및 제2 캐리지(Ch1, Ch2)와 별도로 이동가능한 그리고 안내 경로(Cg1, Cg2)에 평행한 경로(C3)를 따르는 안내 경로(Cg3) 상에서 이동가능한 제3 캐리지(Ch3)를 포함하고, 제3 캐리지(Ch3)는 하기의 모듈들(M), 즉
    - 용접 품질 제어 수단,
    - 용접된 구역 버니싱 유닛, 및
    - 용접될 구역 및/또는 용접된 구역을 어닐링하기 위한 수단
    중 적어도 하나를 포함하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    적어도 하나의 용접 헤드(S1)를 유지시키는 제1 캐리지(Ch1)는 캐리지 상에서 적어도 하나의 중간 위치에 있는 적어도 하나의 추가의 용접 헤드를 유지시키고, 지지 요소의 단부 상의 용접 헤드(S1)가 스트립의 적어도 하나의 반치폭(half-width)의 거리를 두고 스트립(B1, B2)의 면들 중 하나에 대향하도록 상기 캐리지가 이동될 때, 추가의 헤드는 스트립의 가변 폭의 에지 상에 위치되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 및 제3 캐리지(Ch1, Ch3)는 각각 스트립 말단부 및 헤드 면의 양측에 배열되고, 상기 캐리지들 각각은 2개의 평행한 별개의 안내 경로(Cg1, Cg3) 상에서 별도로 이동가능한 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    용접 헤드 및/또는 커팅 헤드는 레이저 출력부를 구비하고, 상기 출력부는 상기 헤드들 중 하나와 관련된 캐리지들 중 적어도 하나와 동기 이동하는 레이저 출력부에 대한 가이드의 결합을 가능하게 하는 광섬유 또는 공기 도파관에 결합되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    용접 헤드 및/또는 커팅 헤드는 그들의 입력부에서 광섬유 또는 공기 도파관의 분주(demultiplication)를 통해 적어도 하나의 레이저원에 결합되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    커팅 헤드는 플라즈마 또는 고압 유체 제트를 사용하는 기계적 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
  14. 제1 금속 스트립의 말단부를 제2 금속 스트립의 헤드에 용접할 수 있는 커팅하고 용접하는 방법으로서,
    2개의 스트립은 금속 가공 라인 상에서 연속적으로 이동하고(Def), 제1 및 제2 스트립은 제8항에 따른 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치와 말단부 및 헤드를 위한 적어도 두 쌍의 클램핑 조(clamping jaw)를 포함하는 용접기 내로 삽입되며, 제1 캐리지(Ch1), 제2 캐리지(Ch2) 및 제3 캐리지(Ch3)는 용접 구역에서의 커팅, 용접 및 잠재적으로 품질 제어, 버니싱 및 어닐링 작업의 시퀀싱 사이클(sequencing cycle)의 함수로서 스트립 폭의 양측에 위치한 중간 휴지 위치에 배치되거나 단일 안내 경로(Cg1, Cg2)를 따라 또는 별개이고 평행한 2개의 안내 경로(Cg1, Cg3) 상에서 이동되며,
    상기 이동 유닛(UM)이 상기 커팅 및 용접 축(Pc1, Ps1)에 대해 1°<α<90°의 각도(α)를 가지는 상기 선형 안내 경로(Cg_lin)를 따라 이동함에 의해 커팅 및 용접 축(Pc1, Ps1)에 대한 상기 용접 헤드(S1)의 위치의 축방향 조절(Ra)이 이루어지는, 커팅하고 용접하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 캐리지(Ch1), 제2 캐리지(Ch2) 및 제3 캐리지(Ch3)는 각각의 클램핑 조 쌍(커팅을 위해 개방되고 용접을 위해 폐쇄됨)에 대한 적어도 2개의 간극 값에 따라 클램핑 조 쌍들 사이의 거리의 함수로서 이동되는 것을 특징으로 하는, 커팅하고 용접하는 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    추가의 헤드는 최단 폭을 갖는 스트립의 에지 상에 위치되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 커팅 및 용접 설비를 이동시키기 위한 장치.
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