KR101935873B1 - 레이저 용접 가이드 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따라서 다단의 롤포머에 의해서 성형된 성형빔의 이동을 가이드하고, 형태가 일정하게 유지되도록 하는 용접기용 가이드장치는 상기 성형빔의 하부부재와 접촉하여 회전가능하게 배치되는 하부 롤러, 상기 성형빔의 양측면과 접촉하여 회전가능하게 배치되는 사이드 롤러, 상기 성형빔의 상부부재의 상면과 접촉하여 회전가능하게 배치되는 상부 롤러, 상기 성형빔의 상기 상부부재의 폭방향 중심부에서 하부로 형성된 홈의 안쪽으로 삽입되어, 상기 성형빔의 상기 홈의 양 내측면을 외측으로 지지하는 가이드 블록, 및 상기 가이드 블럭의 뒤쪽에 배치되고, 상기 가이드 블럭에서 배출되는 상기 성형빔에서 상기 홈의 바닥에 형성된 플랜지부에 레이저를 조사하여 상기 플랜지부를 상기 성형빔의 하부부재에 접합시키는 레이저조사부를 포함할 수 있다.

Description

레이저 용접 가이드 장치{GUIDE DEVICE FOR WELDING DEVICE}
본 발명은 레이저 용접 가이드 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 용접에 따른 스패터나 용접열의 영향을 받지 않으며, 롤 포밍 성형빔의 스프링백으로 인한 용접부 크랙이나 파단을 방지해주는 레이저 용접 가이드 장치에 관한 것이다.
일반적으로 롤 포밍 공법은 코일을 풀어 상부 롤과 하부 롤을 한 쌍으로 구성하는 롤 포머가 다단으로 일렬 배치되는 롤 포머유닛을 거치도록 하여 다양한 형상으로 절곡하여 성형빔을 생산하는 것으로, 특히 차량용 범퍼빔과 같이 다양한 형상으로 절곡 성형된 직선타입의 빔류를 제조하게 된다.
도 1은 롤 포밍 공법을 이루기 위한 일반적인 롤 포밍 시스템 및 그 단계별 공정 개념도로써, 일반적인 롤 포밍 시스템 및 그 공정은 먼저, 공급되는 코일(10)을 풀어주는 언코일러(1)가 공정라인 전방에 구성되어 언코일 단계(S1)를 이루고, 상기 언코일러(1)로부터 풀려 나온 코일(10)을 평판의 패널(20)로 펴주는 스트레이트너(2)가 그 후방에 구비되어 스트레이트닝 단계(S2)를 이룬다.
그리고 상기 스트레이트너(2)의 후방에는 스트레이트너(2)로부터 공급된 패널(20)에, 성형된 빔류의 조립을 위한 여러 용도의 구멍을 성형하는 브레이크 프레스(3)가 구비되어 피어싱 단계(S3)를 진행한다.
또한, 적어도 10단 이상의 롤 포머(R1~R10; 일부 미도시)들로 구성되는 롤 포밍유닛(4)은 상기 브레이크 프레스(3)의 후방에 배치되어 상기 언코일러(1), 스트레이트너(2), 및 브레이크 프레스(3)를 거쳐 공급되는 패널(20)을 순차적으로 절곡 성형하여 얻고자 하는 성형빔(30)의 형상으로 롤 포밍 성형하는 롤 포밍 단계(S4)를 진행하게 된다.
그리고 상기 롤 포밍유닛(4)의 후방에는, 성형빔(30)이 폐단면 형상을 갖는 경우, 그 양단을 용접하기 위한 레이저발진기(51) 및 롤 레이저 용접기(5)가 구비되어 용접 단계(S5)를 진행한다.
상기 롤 레이저 용접기(5)의 후방에는 성형빔(30)이 일정 곡률을 갖도록 곡률 성형을 위한 라운드 벤더(6)가 구비되어 성형하고자 하는 곡률의 반경을 따라 상기 성형빔(30)을 통과시킴으로써 일정 곡률의 곡선빔(40)을 제조하는 벤딩 단계(S6)를 이루게 된다.
또한, 상기 라운드 벤더(6)의 후방에는 상기 곡선빔(40)을 일정규격으로 절단하는 컷팅 프레스(7)가 구성되어 제품화하기 위한 성형빔의 규격대로 곡선빔(40)을 절단하는 컷팅 단계(S7)를 이룬다.
이러한 롤 포밍 시스템 및 그 단계별 공정에서, 상기 용접 단계(S5)에서는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 레이저 스캐너 등의 롤 레이저 용접기(5)가 구비되어 레이저 발진기(51)로부터 출력되는 레이저빔을 상기 성형빔(30) 상의 용접위치에 조사하여 용접작업을 진행한다.
한편, 롤포밍 직후에 레이저용접을 진행하는 경우에, 성형빔의 스프링백 현상에 의해서 변형되고, 변형된 부분에 의해서 레이저용접의 정밀도가 저하될 수 있으며, 용접내구성과 크랙이 발생할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
대한민국 출원번호 10-2012-0106097
본 발명의 목적은 레이저 용접에 따른 스패터나 용접열의 영향을 받지 않도록 하여 가이드 롤러의 수명을 연장함과 동시에 성형빔의 변형을 방지하는 레이저 용접 가이드 장치를 제공하고자 한다.
또한, 용접 공정에서, 성형빔의 용접위치에 대응하는 양 측단부에 직접적으로 가압력을 제공함과 동시에, 롤 포밍 성형빔의 용접부에 스프링백으로 인한 크랙이 발생되지 않도록 하여 양호한 용접품질을 보장하는 레이저 용접 가이드 장치를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라서 다단의 롤포머에 의해서 성형된 성형빔의 이동을 가이드하고, 형태가 일정하게 유지되도록 하는 용접기용 가이드장치는 상기 성형빔의 하부부재와 접촉하여 회전가능하게 배치되는 하부 롤러, 상기 성형빔의 양측면과 접촉하여 회전가능하게 배치되는 사이드 롤러, 상기 성형빔의 상부부재의 상면과 접촉하여 회전가능하게 배치되는 상부 롤러, 상기 성형빔의 상기 상부부재의 폭방향 중심부에서 하부로 형성된 홈의 안쪽으로 삽입되어, 상기 성형빔의 상기 홈의 양 내측면을 외측으로 지지하는 가이드 블록, 및 상기 가이드 블럭의 뒤쪽에 배치되고, 상기 가이드 블럭에서 배출되는 상기 성형빔에서 상기 홈의 바닥에 형성된 플랜지부에 레이저를 조사하여 상기 플랜지부를 상기 성형빔의 하부부재에 접합시키는 레이저조사부를 포함할 수 있다.
상기 하부 롤러에는 상기 레이저조사부에서 상기 성형빔의 용접부에 대응하여 스패터 홈이 형성될 수 있다.
선단부는 상기 스패터 홈에 삽입되고, 후단부는 고정되어 상기 스패터 홈에 형성된 용접 스패터를 제거하는 스패터 바이트를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 블럭의 하면에서 후면으로 가이드면이 형성될 수 있다.
상기 가이드 블럭의 전면에는 상기 레이저조사부에서 레이저가 조사되는 각도에 대응하여 경사면이 형성될 수 있다.
상기 경사면은 상부에서 하부로 뒤쪽으로 경사질 수 있다.
상기 사이드 롤러의 외주면 하단부에는 상기 성형빔의 하면을 지지하는 지지 돌기가 돌출되어 형성될 수 있다.
하부에 형성된 상기 하부부재의 양측을 상부로 절곡하고, 이를 다시 안쪽으로 절곡하여 상기 상부부재를 형성하고, 상기 상부부재의 선단부를 하부로 절곡하여 상기 플랜지부를 형성하며, 상기 사이드 롤러와 상기 상부 롤러의 지지력에 의해서 상기 플랜지부가 상기 하부부재에 밀착된 상태에서 상기 레이저조사부가 상기 플랜지부에 레이저를 조사하여 상기 플랜지부를 상기 하부부재에 접합할 수 있다.
상기 성형빔은 상기 홈을 기준으로 양측에 폐단면을 형성하고, 상기 상부 롤러는 양측에 형성된 폐단면의 상부면을 각각 지지하도록 폭방향 양측에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서 다단의 롤포머에 의해서 성형된 성형빔의 이동을 가이드하고, 형태가 일정하게 유지되도록 하는 용접기용 가이드장치는 상기 성형빔의 하부부재와 접촉하여 회전가능하게 배치되는 하부 롤러, 상기 성형빔의 양측면과 접촉하여 회전가능하게 배치되는 사이드 롤러, 상기 성형빔의 상부부재의 상면과 접촉하여 회전가능하게 배치되는 상부 롤러, 상기 성형빔에 형성된 홈의 안쪽으로 삽입되어, 상기 성형빔의 상기 홈의 양 내측면을 외측으로 지지하는 가이드 블록, 및 상기 가이드 블럭의 뒤쪽에 배치되어, 상기 홈의 바닥에 형성된 플랜지부에 레이저를 조사하여 상기 플랜지부를 상기 성형빔의 하부부재에 접합시키는 레이저조사부를 포함할 수 있다.
상기 하부 롤러에는 상기 레이저조사부에서 상기 성형빔의 용접부에 대응하여 스패터 홈이 형성되고, 선단부는 상기 스패터 홈에 삽입되고, 후단부는 고정되어 상기 스패터 홈에 형성된 용접 스패터를 제거하는 스패터 바이트를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 블럭의 하면에서 후면으로 가이드면이 형성되고, 상기 가이드 블럭의 전면에는 상기 레이저조사부에서 레이저가 조사되는 각도에 대응하여 경사면이 형성될 수 있다.
상기 사이드 롤러의 외주면 하단부에는 상기 성형빔의 하면을 지지하는 지지 돌기가 돌출될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 성형빔의 상면에 대해서는 양 측단부에만 부분적으로 가압 접촉되도록 가압 롤러를 적용함에 따라 종전의 상부 가이드 롤러와는 달리, 레이저 용접 시에 발생되는 스패터와 레이저 용접열의 영향을 받지 않으며, 이로 인해 제품 품질을 보장하고, 열변형에 의한 제품 변형을 방지하여 양호한 제품 품질을 보장할 수 있다.
또한, 롤 포밍 성형빔의 용접과 동시에, 용접부 하부에 대하여 냉각에어로 용접부를 급속 냉각시킴으로써, 용접 직후, 성형빔의 스프링백에 의한 용접부 크랙 발생 및 파단 등의 접합 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 롤 포밍 시스템 및 그 단계별 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 가이드 장치의 전체적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 가이드 장치에 의해서 제작된 성평품의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 가이드 장치에서 하부 롤러와 스패터 바이트의 장착구조를 보여주는 일부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 가이드 장치의 일부 길이방향 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 용접 가이드 장치는 도 1에서 롤포밍단계 이후의 용접단계에 적용될 수 있으며, 상기 레이저 용접기와 함께 적용된다. 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 가이드 장치의 전체적인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 가이드 장치에 의해서 제작된 성평품의 단면도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 성형빔은 주요 구성요소들로써 하부부재(32), 상부부재(34), 플랜지부(36), 및 용접부(W)를 포함하며, 상기 하부부재(32), 상기 상부부재(34), 및 상기 플랜지부(36)는 하나로 판재 또는 코일을 연속적으로 롤포밍하여 일체로 형성된다.
상기 하부부재(32)는 하면에 배치되고, 상기 하부부재(32)의 양측을 상부로 절곡하여 상기 상부부재(34)가 형성되고, 상기 상부부재(34)의 양측 선단부를 하부로 절곡하여 홈(205, 도 2)과 상기 플랜지부(36)를 형성하며, 상기 플랜지부(36)는 상기 하부부재(32)에 레이저 용접되어 상기 성형빔(30)의 내부 양측에 폐단면을 형성한다. 여기서, 상기 플랜지부(36)와 상기 하부부재(32)는 용접부(W)를 통해서 접합된다.
도 2를 참조하면, 레이저 용접 가이드 장치는 주요 구성요소들로써 하부 롤러(200), 성형빔(30), 사이드 롤러(210), 상부 롤러(215), 및 가이드 블럭(220)을 포함한다.
상기 하부 롤러(200)는 상기 성형빔(30)의 하면에 밀착되어 회전하고, 상기 하부 롤러(200)의 외주면에는 상기 성형빔(30)의 상기 용접부(W)에 대응하는 부분에 스패터 홈(300)이 형성된다.
상기 사이드 롤러(210)는 상기 성형빔(30)에서 양 외측면에 각각 밀착되어 회전하는 구조를 갖는다. 아울러, 상기 사이드 롤러(210)의 외주면에서 하단부에는 상기 성형빔(30)의 하면을 지지하는 지지 돌기(225)가 설정거리 돌출되어 형성된다.
상기 상부 롤러(215)는 상기 성형빔(30)의 양측에 형성된 폐단면에 대응하는 상기 상부부재(34)의 상면을 지지하면서 회전하도록 구성되며, 상기 상부 롤러(215) 사이에 상기 가이드 블럭(220)이 배치된다.
상기 가이드 블럭(220)은 상기 성형빔(30)에서 상기 플랜지부(36)가 바닥에 형성된 홈(205) 안으로 삽입되고, 상기 홈(205)의 내측면을 양 외측으로 지지하는 구조를 갖는다.
여기서, 상기 사이드 롤러(210)가 상기 성형빔(30)을 안쪽으로 누르는 힘을 가하고, 상기 가이드 블럭(220)은 상기 사이드 롤러(210)에 의해서 상기 성형빔(30)이 안쪽으로 변형되는 것을 방지한다.
도 2의 구조와 같이, 상기 하부 롤러(200), 상기 사이드 롤러(210), 상기 상부 롤러(215), 및 상기 가이드 블럭(220)이 상기 성형빔(30)의 하면, 상기 성형빔(30)의 측면, 상기 성형빔(30)의 상면, 및 상기 성형빔(30)의 상기 홈(205)의 내측면을 각각 지지하여, 상기 플랜지부(36)가 상기 하부부재(32)에 밀착되고, 상기 레이저 용접기(5)가 상기 플랜지부(36)에 레이저를 조사하여, 상기 플랜지부(36)를 상기 하부부재(32)에 접합시킨다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 가이드 장치에서 하부 롤러와 스패터 바이트의 장착구조를 보여주는 일부 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 하부 롤러(200)의 외주면에는 상기 성형빔(30)의 용접부(W)와 대응하여 두 지점에 스패터 홈(300)이 형성된다.
상기 스패터 홈(300)은 상기 레이저 용접기(5)에서 조사되는 레이저의 위치와 상기 성형빔(30)에 형성되는 용접부(W)(용접영향부 포함)의 위치에 따라서 상기 하부 롤러(200)의 외주면에 형성된다.
그리고, 상기 하부 롤러(200)의 하면에는 스패터 바이트(310)가 고정되고, 상기 스패터 바이트(310)의 선단부는 상기 하부 롤러(200)의 상기 스패터 홈(300) 안으로 삽입된다.
상기 플랜지부(36)와 상기 하부부재(32)에 레이저가 조사되고, 이들이 레이저 용접과정에서 용접스패터가 주변으로 비산되고, 상기 스패터 홈(300) 안에는 용접 스패터(이물질)가 부착되어 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 하부 롤러(200)가 회전하는 과정에서 고정된 상기 스패터 바이트(310)는 상기 스패터 홈(300) 안에 부착된 스패터를 연속적으로 제거하여, 상기 성형빔(30)의 용접 품질을 안정적으로 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 가이드 장치의 일부 길이방향 측면도이고, 도 2 내지 도 4와 동일 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 특징적인 차이점에 대해서 주로 설명한다.
도 5를 참조하면, 상기 상부 롤러(215)는 상기 성형빔(30)의 이동방향으로 설정된 간격을 두고 형성되어 상기 성형빔(30)의 상면을 지지하고, 상기 하부 롤러(200)는 상기 상부 롤러(215)의 하부에 배치되어 상기 성형빔(30)의 하면을 지지한다.
또한, 상기 사이드 롤러(210)는 상기 성형빔(30)의 양측면을 각각 지지하도록 구성되며, 상기 가이드 블럭(220)은 상기 성형빔(30)의 상면에서 하부측으로 형성된 홈(205) 안으로 삽입되어, 상기 홈(205)의 양 내측면을 외측으로 지지한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 가이드 블럭(220)의 바로 앞쪽에 상기 레이저 용접기(5)의 레이저 조사헤드(400)가 배치되고, 상기 레이저 조사헤드(400)가 상기 성형빔(30)의 상기 플랜지부(36) 측으로 레이저(410)를 조사한다.
여기서, 상기 가이드 블럭(220)의 전면에는 상부에서 하부측으로 뒤쪽으로 경사진 경사면(430)이 형성되고, 레이저(410)는 상기 경사면(430)과 나란한 방향으로 조사되어, 용접품질을 보다 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 가이드 블럭(220)의 하면과 후면 사이에는 유선형의 가이드면(420)가 형성되고, 상기 가이드면(420)는 상기 성형빔(30)의 상기 플랜지부(36)를 서서히 누르며, 상기 플랜지부가 가이드부로 부드럽게 유입되도록 한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
5: 레이저 용접기 30: 성형빔
34: 상부부재 36: 플랜지부
32: 하부부재 200: 하부 롤러
205: 홈 210: 사이드 롤러
215: 상부 롤러 220: 가이드 블럭
225: 지지 돌기 300: 스패터 홈
310: 스패터 바이트 400: 레이저 조사헤드
410: 레이저 430: 경사면
420: 가이드면

Claims (13)

  1. 다단의 롤포머에 의해서 성형된 성형빔의 이동을 가이드하고, 형태가 일정하게 유지되도록 하는 용접기용 가이드장치에 있어서,
    상기 성형빔의 하부부재와 접촉하여 회전가능하게 배치되는 하부 롤러;
    상기 성형빔의 양측면과 접촉하여 회전가능하게 배치되는 사이드 롤러;
    상기 성형빔의 상부부재의 상면과 접촉하여 회전가능하게 배치되는 상부 롤러;
    상기 성형빔의 상기 상부부재의 폭방향 중심부에서 하부로 형성된 홈의 안쪽으로 삽입되어, 상기 성형빔의 상기 홈의 양 내측면을 외측으로 지지하는 가이드 블럭; 및
    상기 가이드 블럭의 뒤쪽에 배치되고, 상기 가이드 블럭에서 배출되는 상기 성형빔에서 상기 홈의 바닥에 형성된 플랜지부에 레이저를 조사하여 상기 플랜지부를 상기 성형빔의 하부부재에 접합시키는 레이저조사부;를 포함하며,
    상기 하부 롤러에는 상기 레이저조사부에서 상기 성형빔의 용접부에 대응하여 스패터 홈이 형성되고, 선단부는 상기 스패터 홈에 삽입되고 후단부는 고정되어 상기 스패터 홈에 형성된 용접 스패터를 제거하는 스패터 바이트가 구비되며,
    상기 가이드 블럭의 하면에서 후면으로 가이드면이 형성되고, 상기 가이드 블럭의 전면에는 상기 레이저조사부에서 레이저가 조사되는 각도에 대응하여 경사면이 형성되되, 상기 경사면은 상부에서 하부로 뒤쪽으로 경사지게 형성되며, 레이저가 상기 경사면과 나란한 방향으로 조사되도록 하는 레이저 용접 가이드 장치.
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  7. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 롤러의 외주면 하단부에는 상기 성형빔의 하면을 지지하는 지지 돌기가 돌출되어 형성된 레이저 용접 가이드 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    하부에 형성된 상기 하부부재의 양측을 상부로 절곡하고, 이를 다시 안쪽으로 절곡하여 상기 상부부재를 형성하고, 상기 상부부재의 선단부를 하부로 절곡하여 상기 플랜지부를 형성하며,
    상기 사이드 롤러와 상기 상부 롤러의 지지력에 의해서 상기 플랜지부가 상기 하부부재에 밀착된 상태에서 상기 레이저조사부가 상기 플랜지부에 레이저를 조사하여 상기 플랜지부를 상기 하부부재에 접합하는 레이저 용접 가이드 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 성형빔은 상기 홈을 기준으로 양측에 폐단면을 형성하고, 상기 상부 롤러는 양측에 형성된 폐단면의 상부면을 각각 지지하도록 폭방향 양측에 배치된 레이저 용접 가이드 장치.
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