KR102041681B1

KR102041681B1 - 타원궤적 추종형 레이저 융착장치

Info

Publication number: KR102041681B1
Application number: KR1020170138591A
Authority: KR
Inventors: 한상배; 이광재; 박상익
Original assignee: (주)이브이레이저
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2019-11-27
Also published as: KR20190045712A

Abstract

본 발명은 타원궤적 추종형 레이저 융착장치에 관한 것으로서, 바닥에 지지되는 것으로서, 수직방향으로 지지되는 지지브라켓(11)을 가지는 베이스(10)와; 지지브라켓(11)의 전방측에 위치되는 것으로서, 하방으로 레이저(L)를 조사하는 레이저조사부(20)와; 지지브라켓(11)의 상부측에 설치되는 것으로서, 레이저조사부(20)를 승강시키는 승강부(40)와; 지지브라켓(11)의 후방측에서 X 축 방향으로 배치된 가이드레일(50)과; 가이드레일(50)을 따라 왕복이송되는 슬라이더(60)와; 슬라이더(60)에 탑재되는 것으로서, X 축 방향의 직각방향인 Y 축 방향을 향하는 회전지지축을 가지는 지지축회전부(70)와; 회전지지축에 지지되는 것으로서, 상기 융착대상물(P)을 선택적으로 위치고정하기 위한 그리퍼(80);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

타원궤적 추종형 레이저 융착장치{Laser welding apparatus}

본 발명은 타원궤적 추종형 레이저 융착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장축과 단축을 가지는 비원형 단면형태를 가지는 융착대상물을 견고하고 정확히 융착할 수 있는 타원궤적 추종형 레이저 융착장치에 관한 것이다.

레이저 융착장치란, 접착제를 사용하지 않고 레이저를 이용하여 수지재질로 된 2 개의 대상물을 상호 융착시키는 것으로서, 기본적으로 레이저를 조사하는 레이저조사부와, 2 개의 융착부재가 조립된 융착대상물을 지지하는 지그와, 지그를 회전시켜 레이저가 융착부재의 융착면에 입체적으로 조사되게 하기 위한 회전지지축을 포함한다. 이러한 구조에 의하여, 융착대상물이 서서히 회전되는 동안에, 레이저는 융착대상물의 융착면을 입체적으로 조사됨으로써 2 개의 융착부재를 상호 융착시킨다.

그런데 상기 레이저 융착장치에 있어서, 융착대상물의 단면이 원형일 경우에 융착대상물이 회전되는 동안에도 레이저는 융착면에 수직 방향으로 조사되어, 고른 융착품질을 구현할 수 있다.

그러나 융착대상물의 단면이 비원형일 경우, 예를 들면 타원일 경우, 융착대상물의 회전에 따라 레이저는 융착면에 직각 방향에서 비스듬한 방향으로 가변되면서 조사되고, 이에 따라 융착면과 레이저의 조사축 사이의 각도 변화에 따라 에너지 밀도가 가변된다. 즉 융착면을 기준으로 하였을 때, 레이저는 수직 방향에서 경사진 방향으로 가변되면서 융착면으로 조사되는 것이다. 따라서 융착면으로 조사되는 레이저의 조사 각도에 따라 융착품질이 달라지고, 이에 따라 융착대상물은 불량으로 처리되어 생산 수율이 떨어졌다라는 문제점이 있었다.

이와 관련된 선행기술이 특허등록번호 10-1146108호에 차량용 인탱크 필터의 레이저 융착구조란 명칭으로 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 비원형 단면형태를 가지는 융착대상물이 회전되는 동안에도, 레이저의 초점이 융착면에 정확히 맺히도록 함과 동시에, 레이저가 연속적으로 수직 방향으로 조사할 수 있도록 함으로서 일정한 융착품질을 구현할 수 있는 타원궤적 추종형 레이저 융착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 타원궤적 추종형 레이저 융착장치는, 바닥에 지지되는 것으로서, 수직방향으로 지지되는 지지브라켓(11)을 가지는 베이스(10)와; 상기 지지브라켓(11)의 전방측에 위치되는 것으로서, 하방으로 레이저(L)를 조사하는 레이저조사부(20)와; 상기 지지브라켓(11)의 상부측에 설치되는 것으로서, 상기 레이저조사부(20)를 승강시키는 승강부(40)와; 상기 지지브라켓(11)의 후방측에서 X 축 방향으로 배치된 가이드레일(50)과; 상기 가이드레일(50)을 따라 왕복 이송되는 슬라이더(60)와; 상기 슬라이더(60)에 탑재되는 것으로서, X 축 방향의 직각방향인 Y 축 방향을 향하는 회전지지축(미도시)을 가지는 지지축회전부(70)와; 상기 회전지지축에 지지되는 것으로서, 상기 융착대상물(P)을 선택적으로 위치고정하기 위한 그리퍼(80);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 레이저조사부(20)에 고정되는 것으로서, 상기 레이저(L)가 조사되는 융착대상물(P)의 온도를 측정하기 위한 파이로미터(30)를 더 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 그리퍼(80)는, 상기 회전지지축에 고정되는 그리퍼몸체(81)와, 상기 그리퍼몸체(81)에 설치되는 것으로서 상호 벌어지거나 오므려지면서 상기 융착대상물(P)을 선택적으로 그리핑 하기 위한 한쌍의 그리퍼암(82)(83)을 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 그리퍼암(82)(83)의 단부에는 상기 융착대상물(P)을 정확한 위치에서 그리핑 하기 위한 턱(82a)(83a)이 형성된다.

본 발명에 따르면, 비원형 단면형태를 가지는 융착부(P1)가 회전되는 동안에 레이저 초점이 융착부의 융착면에 정확히 조사되도록 레이저조사부 승강시키고, 슬라이더에 지지되는 지지축회전부 및 그리퍼를 좌우측으로 이동시킴으로써 레이저의 초점이 융착면이 이루는 타원궤적을 연속적으로 수직 상태로 추종하도록 하고, 이에 따라 융착부(P1)를 견고하게 정확하게 레이저 융착할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 타원궤적 추종형 레이저 융착장치의 사시도,
도 2는 도 1의 레이저 융착장치의 측면도,
도 3은 도 1의 레이저 융착장치의 정면도,
도 4는 도 1의 그리퍼를 발췌하여 도시한 사시도,
도 5는 도 4의 그리퍼의 측면도,
도 6 및 도 7은 도 1 내지 도 3의 레이저 융착장치의 동작을 설명하기 위한 도면,

이하, 본 발명에 따른 타원궤적 추종형 레이저 융착장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 타원궤적 추종형 레이저 융착장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 레이저 융착장치의 측면도이며, 도 3은 도 1의 레이저 융착장치의 정면도이다. 또 도 4는 도 1의 그리퍼를 발췌하여 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 그리퍼의 측면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타원궤적 추종형 레이저 융착장치는, 바닥에 지지되는 것으로서, 수직방향으로 지지되는 지지브라켓(11)을 가지는 베이스(10)와; 지지브라켓(11)의 전방측에 위치되는 것으로서, 하방으로 레이저(L)를 조사하는 레이저조사부(20)와; 레이저조사부(20)에 고정되는 것으로서, 레이저(L)가 조사되는 융착대상물(P)의 온도를 측정하기 위한 파이로미터(30)와; 지지브라켓(11)의 상부측에 설치되는 것으로서, 레이저조사부(20) 및 파이로미터(30)를 동시에 승강시키는 승강부(40)와; 지지브라켓(11)의 후방측에 X 축 방향으로 배치된 가이드레일(50)과; 가이드레일(50)을 따라 왕복 이송되는 슬라이더(60)와; 슬라이더(60)에 탑재되는 것으로서, X 축 방향의 직각방향인 Y 축 방향을 향하는 회전지지축(미도시)을 가지는 지지축회전부(70)와; 회전지지축에 지지되는 것으로서, 상기 융착대상물(P)을 선택적으로 위치고정하기 위한 그리퍼(80);를 포함한다.

본 발명에서 레이저(L)에 의하여 융착되는 융착대상물(P)은, 장축과 단축을 가지는 비원형 단면 형태, 예컨대 타원형의 융착부(P1)와, 융착부(P1)와 연결되어 그리퍼(80)에 그리핑되는 몸체부(P2)로 구성된 것으로 예시하여 설명한다. 본 명세서에서, "타원형"이란, 도 7에 도시된 바와 같이, 반드시 엄격한 의미의 타원 형상을 말하는 것은 아니며, 그 외접면이 레이저(L)의 기준선(CL)과 수직을 이룰 수 있는 곡면 형태를 말한다.

지면에 지지되는 베이스(10)에는 수직 방향으로 지지브라켓(11)이 형성되고, 지지브라켓(11)에는 후술할 그리퍼(80)가 통과되는 브라켓구멍(11a)이 형성되어 있다.

레이저조사부(20)는 경통 내부에 레이저발진기와 렌즈가 조합되어 구현된 것으로서, 1,000nm 내외의 파장을 가진 레이저(L)를 융착대상물(P)의 융착면으로 조사한다.

파이로미터(30)는 레이저조사부의 경통에 결합되는 것으로서, 레이저(L)가 조사되는 융착대상물의 융착면의 온도를 적외선을 이용하여 비접촉식으로 측정하여 이에 대응되는 온도신호를 발생한다. 이러한 온도신호는 디스플레이를 통하여 온도를 숫자로 표현되거나, 레이저조사부(20)로 전송되어 레이저의 출력을 실시간으로 제어하는데 사용된다.

승강부(40)는, 레이저조사부(20) 및 파이로미터(30)를 지지브라켓(11)에 대하여 동시에 승강시키는 것으로서, 내부에 모터 및 기어등으로 이루어진다.

레이저(L)는 융착대상물(P)의 융착면에 정확한 초점으로 조사되었을 때 융착이 제대로 이루어지는데, 승강부(40)는 융착대상물(P)의 융착면의 위치가 상승하거나 하강할 때 레이저조사부(20)를 상승 또는 하강함으로써, 레이저조사부(20)와 융착면 사이의 거리를 항상 일정하게 한다.

가이드레일(50)은 지지브라켓(11)의 후방측에서 베이스(10)에 고정되어 슬라이더(60)를 X 축 방향으로 왕복이송시킨다. 이러한 가이드레일(50)에는 이송을 위한 리니어 모터(61)나 스크류가 내장된다.

지지축회전부(70)는 슬라이더(60) 상에 설치되어 가이드레일(50)을 따라 왕복이송되는 것으로서, X 축 방향의 직각방향인 지지브라켓(11) 측으로 회전되는 회전지지축이 설치된다.

그리퍼(80)는 회전지지축에 지지되어 브라켓구멍(11a)을 관통하여 지지브라켓(11) 전방측으로 돌출된다.

그리퍼(80)는, 회전지지축에 고정되는 그리퍼몸체(81)와, 그리퍼몸체(81)에 설치되는 것으로서 상호 벌어지거나 오므려지면서 상기 융착대상물(P)을 선택적으로 그리핑 하기 위한 한쌍의 그리퍼암(82)(83)을 포함한다.

그리퍼암(82)(83)의 단부에는 마주보는 턱(82a)(83a)이 형성되어 있으며, 이러한 턱(82a)(83a)에 의하여 융착대상물(P)을 그리퍼암(82)(83) 사이에서 오차없이 정확히 위치시킬 수 있다.

이러한 그리퍼(80)는 그리퍼암(82)(83)이 융착대상물(P)을 그리핑한 상태에서 회전지지축에 의하여 회전되고, 또한 지지축회전부(70)가 가이드레일(50)을 따라 X 축 방향으로 왕복이송됨에 따라 융착대상물(P)을 좌우 방향으로 이송시킨다.

다음, 상기한 구조의 타원궤적 추종형 레이저 융착장치의 동작을 설명한다.

도 6 및 도 7은 도 1 내지 도 3의 레이저 융착장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

융착대상물(P)은 그리퍼암(82)(83)에 의하여 그리핑된 상태에서, 회전지지축의 회전에 의하여 융착대상물(P)이 서서히 회전되고, 이 동안 레이저(L)는 융착부(P1)의 융착면에 초점이 맺히도록 조사된다.

이때 융착부(P1)는 장축과 단축을 가지는 비원형 단면 형태의 융착면을 가지므로, 융착대상물(P)이 회전됨에 따라 융착부(P1)와 레이저조사부(20) 사이의 간격이 달라지는데, 이러한 간격의 달라짐을 방지하기 위하여, 승강부(40)는 레이저조사부(20)를 승강시킨다.

또한 융착부(P1)가 비원형 단면 형태의 융착면을 가지므로, 융착대상물(P)이 회전됨에 따라 융착면은 레이저(L)를 기준으로 수직 상태에서 경사진 상태로 변동되며, 융착면에 레이저(L)가 비스듬하게 조사될 때 에너지 밀도의 변화에 의하여 정확한 융착이 이루어지지 않는다. 이를 방지하기 위하여, 즉 레이저(L)가 융착면에 수직 방향으로 조사되도록 하기 위하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저(L)의 축을 기준선(LC)으로 가정하였을 때, 융착부(P1)의 센터(C)의 위치가 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측으로 이동하도록 하는 것이다. 이는 그리퍼(80)를 지지하는 지지축회전부(70)를 가이드레일(50)을 따라 좌측 또는 우측으로 이동함으로써 진행된다.

즉 비원형 단면형태를 가지는 융착부(P)가 회전되더라도 레이저(L)의 초점이 융착면에 정확히 맺히도록 레이저조사부(20)가 승강되고, 레이저(L)가 융착면에 수직 방향으로 조사될 수 있도록 그리퍼(80)가 좌측 또는 우측으로 이동하는 입체적인 운동을 함으로써, 결과적으로 레이저(L)의 초점이 융착면이 이루는 타원궤적을 연속적으로 수직 상태로 추종하도록 하는 것이다.

이와 같이, 본원발명에 따르면, 비원형 단면형태를 가지는 융착부(P1)가 회전되는 동안에 레이저 초점이 융착부의 융착면에 정확히 조사되도록 레이저조사부(20)를 승강시키고, 슬라이더(60)에 지지되는 지지축회전부(70) 및 그리퍼(80)를 좌우측으로 이동시킴으로써 레이저(L)의 초점이 융착면이 이루는 타원궤적을 연속적으로 수직 상태로 추종하도록 할 수 있어, 융착부(P1)의 융착면을 견고하게 정확하게 레이저 융착할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

10 ... 베이스 11 ... 지지브라켓
11a ... 브라켓구멍 20 ... 레이저조사부
30 ... 파이로미터 40 ... 승강부
50 ... 가이드레일 60 ... 슬라이더
70 ... 지지축회전부 71 ... 회전지지축
80 ... 그리퍼 81 ... 그리퍼몸체
82, 83 ... 그리퍼암 82a, 83a ... 턱

Claims

장축과 단축을 가지는 타원형의 융착대상물(P)을 레이저 융착하는 타원궤적 추종형 레이저 융착장치에 있어서,
바닥에 지지되는 것으로서, 수직방향으로 지지되는 지지브라켓(11)을 가지는 베이스(10);
상기 지지브라켓(11)의 전방측에 위치되는 것으로서, 하방으로 레이저(L)를 조사하는 레이저조사부(20);
상기 지지브라켓(11)의 상부측에 설치되는 것으로서, 상기 레이저조사부(20)를 승강시키는 승강부(40);
상기 지지브라켓(11)의 후방측에서 X 축 방향으로 배치된 가이드레일(50);
상기 가이드레일(50)을 따라 왕복이송되는 슬라이더(60);
상기 슬라이더(60)에 탑재되는 것으로서, X 축 방향의 직각방향인 Y 축 방향을 향하는 회전지지축을 가지는 지지축회전부(70); 및
상기 회전지지축에 지지되는 것으로서, 상기 융착대상물(P)을 선택적으로 위치고정하기 위한 그리퍼(80);를 포함하고,
상기 레이저(L)가 상기 융착대상물(P)의 융착면에 연속적으로 수직 방향으로 조사되도록 상기 회전지지축의 회전에 따라 상기 레이저조사부(20)의 승강과 상기 지지축회전부(70)의 좌우 이동이 행해지는 것을 특징으로 하는 타원궤적 추종형 레이저 융착장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저조사부(20)에 고정되는 것으로서, 상기 레이저(L)가 조사되는 융착대상물(P)의 온도를 측정하기 위한 파이로미터(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타원궤적 추종형 레이저 융착장치.
제1항에 있어서, 상기 그리퍼(80)는,
상기 회전지지축에 고정되는 그리퍼몸체(81)와, 상기 그리퍼몸체(81)에 설치되는 것으로서 상호 벌어지거나 오므려지면서 상기 융착대상물(P)을 선택적으로 그리핑 하기 위한 한쌍의 그리퍼암(82)(83)을 포함하는 것을 특징으로 하는 타원궤적 추종형 레이저 융착장치.
제3항에 있어서,
상기 그리퍼암(82)(83)의 단부에는 상기 융착대상물(P)을 정확한 위치에서 그리핑 하기 위한 턱(82a)(83a)이 형성된 것을 특징으로 하는 타원궤적 추종형 레이저 융착장치.