KR102261201B1 - 용접봉 송급장치 - Google Patents

Abstract

현재 반도체용 부품 제조기술에서 레이저 용접이 어려운 재료인 쿼츠(Quartz) 재질을 용접할 수 있는 용접봉 송급장치가 개시된다. 본 발명에 의한 용접봉 송급장치는 작선형의 복수개의 용접봉이 삽입될 수 있는 공급홀이 중심축에 대하여 방사형으로 형성된 카트리지; 상기 카트리지가 회전 가능하게 장착되고 전방 헤드의 노즐부로 상기 카트리지의 용접봉이 후방에서 순차적으로 공급되는 본체; 상기 복수개의 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 카트리지를 회전시키는 회전구동부; 상기 카트리지의 복수개의 용접봉 중에 하나의 용접봉을 상기 노즐부 쪽으로 이송시키는 제1이송수단; 상기 제1이송수단에 의해 상기 헤드의 노즐부 쪽으로 이송된 용접봉을 상기 노즐부를 통하여 용접부위에 연속하여 공급되도록 이송시키는 제2이송수단; 상기 노즐부를 통과하여 상기 용접부위에 공급되는 용접봉이 상기 카트리지의 공급홀로부터 완전히 빠져나간 것을 감지하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 신호를 수신받아 다음 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 회전 구동부, 제1이송수단, 그리고 제2이송수단을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

용접봉 송급장치 {Feeder for welding rod}

본 발명은 레이저 용접에 필요한 용접봉을 송급하는 장치에 관련된 발명으로서, 더 상세하게는 현재 반도체용 부품 제조기술에서 레이저 용접이 어려운 재료인 쿼츠(Quartz) 재질을 용접할 수 있는 용접봉 송급장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서 사용되고 있는 용접기법은 융접, 압접, 납접 등으로 분류되고 있다. 용접의 종류에는 다양한 종류가 개발되어 산업현장에서 시행되고 있는 실정이다.

레이저 용접 기술은 레이저 빔을 이용하여 모재를 녹여 용접하는 기술이며, 사용되는 레이저의 생성방법에 따라 여러가지로 나뉘게 된다. 용접에 사용회는 용접봉은 와이어 형태를 사용하며, 원형의 피더(feeder)에서 연속적으로 공급되도록 구성된다. 본 기술에 사용되는 레이저는 CO₂ 레이저이며, 쿼츠(Quartz)를 용융시키기 위해서는 CO₂ 레이저가 적합하다. 석영재질의 경우 재질이 단단하고 취성이 커서 일반적인 피더(feeder) 사용이 어렵다.

석영의 일반적인 용접기술은 화염을 사용하여 수동으로 용접하는 것이 대부분이며, 수소와 산소가스를 혼합하여 화염을 발생시킨 후 모재를 용융시켜 용접을 진행하게 된다. 용접 시 용접부에 용가제를 공급하기 위하여 석영 용접봉을 사용하며, 사용되는 용접봉은 직경1~5mm크기의 직선 형상이다.

종래의 쿼츠(Quartz) 용접은 작업자가 수소-산소가스를 사용한 화구를 손으로 들고 작업하는 수동 용접 방식이다. 용접하고자 하는 모재와 용접봉은 모두 석영 재질이며, 한 손에 화구를 들고 다른 손에 용접봉을 잡은 후 용접부위를 가열하면서 용접봉을 공급하는 방식이다. 이러한 방법의 문제점은 작업자가 고온에 장시간 노출되기 때문에 건강상의 문제가 발생할 수 있다. 또한 수동으로 진행하기 때문에 작업자별로 용접품질이 다르며, 숙련된 작업자와 비숙련 작업자 간의 품질 차이가 큰 문제점이 있었다.

레이저 용접은 수소-산소 가스를 사용하지 않기 때문에 기존의 방법에 비해 작업자의 안전확보에 유리하다. 추가적으로 용접에 사용되는 석영 용접봉을 지속적으로 공급 할 수 있기 때문에 균일한 품질을 확보하는데 유리하다. 그러나 석영 용접봉을 지속적으로 공급하는 장치가 없기 때문에 수동에 의존하게 되어 역시 생산성에 문제점이 있었다.

등록특허 10-1602191

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접에 적합한 크기의 용접봉을 카트리지를 통하여 자동으로 용접부위로 연속적으로 공급할 수 있는 용접봉 송급장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 작선형의 복수개의 용접봉이 삽입될 수 있는 공급홀이 중심축에 대하여 방사형으로 형성된 카트리지; 상기 카트리지가 회전 가능하게 장착되고 전방 헤드의 노즐부로 상기 카트리지의 용접봉이 후방에서 순차적으로 공급되는 본체; 상기 복수개의 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 카트리지를 회전시키는 회전구동부; 상기 카트리지의 복수개의 용접봉 중에 하나의 용접봉을 상기 노즐부 쪽으로 이송시키는 제1이송수단; 상기 제1이송수단에 의해 상기 헤드의 노즐부 쪽으로 이송된 용접봉을 상기 노즐부를 통하여 용접부위에 연속하여 공급되도록 이송시키는 제2이송수단; 상기 노즐부를 통과하여 상기 용접부위에 공급되는 용접봉이 상기 카트리지의 공급홀로부터 완전히 빠져나간 것을 감지하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 신호를 수신받아 다음 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 회전 구동부, 제1이송수단, 그리고 제2이송수단을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 카트리지는 원통형으로 이루어지고, 전후방 중앙에는 회전축이 각각 구비될 수 있다.

이때, 상기 회전축에는 종동기어가 설치되고, 상기 회전구동부의 구동기어가 상기 종동기어와 맞물려 상기 회전구동부의 구동에 따라 상기 카트리지가 회전축을 중심으로 회전될 수 있다.

이때, 상기 노즐부는 상기 카트리지의 최하부에 위치하는 공급홀과 직선으로 연통되는 위치에 형성될 수 있다.

이때, 상기 제1이송수단은 상기 용접봉을 직선으로 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 제1이송수단은 상기 용접봉을 공압에 의해 밀어 상기 노즐부 쪽으로 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 제2이송수단은 상기 용접봉의 양측에 밀착되면서 이송시키는 적어도 한 쌍 이상의 이송롤러일 수 있다.

이때, 상기 이송롤러의 회전속도는 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 카트리지를 통하여 연속으로 용접봉이 공급되기 때문에 용접봉의 자동 송급이 가능해진다.

(2) 본 발명은 비숙련자라도 용접봉이 송급장치에서 용접부위로 제공되어 용접이 자동으로 이루어지기 때문에 용접 품질을 유지할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 레이저 용접으로 석영 플레이트를 용접하는 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 용접에 의해 석영 플레이트가 용접된 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 용접봉 송급장치의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 용접봉 송급장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 용접봉 송급장치의 일부 구성요소인 카트리지의 일단부의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 용접봉 송급장치의 카트리지를 회전시키기 위한 회전구동모터를 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 용접봉 송급장치의 헤드부의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 용접봉 송급장치의 제어 블록도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 용접봉 송급장치를 보다 상세히 설명하도록 한다.

우선, 도 1 및 도 2를 참고하면, 쿼츠 용접의 일례가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 모재인 두 석영 플레이트(3)를 서로 맞대고 역시 석영으로 이루어진 용접봉(1)의 끝단을 용접부위에 위치시킨 상태에서 레이저 헤드(2)를 조준하여 용접이 이루어지게 된다.

이때, 용접이 이루어짐에 따라 레이저 헤드(2)가 이동할 것이고, 용접봉(1)은 짧아질 것이다. 수동인 경우에는 용접봉(1)이 소모되면 새로운 용접봉을 다시 기구물이 장착하고 작업이 이어 나가게 된다. 여기서 본 발명의 경우에는 후술한 바와 같이, 새로운 용접봉이 자동으로 노즐을 통하여 용접부위(3a)에 공급되기 때문에 작업이 연속적이고 자동으로 이루어질 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접봉 송급장치는, 도 3 내지 도 8을 참고하면, 카트리지(10), 본체(20), 회전구동부, 제1이송수단, 제2이송수단, 센서부(60), 제어부(70)를 포함한다.

상기 카트리지(10)는, 도 3 내지 도 6을 참고하면, 작선형의 복수개의 용접봉(1)이 삽입될 수 있는 공급홀(10a)이 중심축에 대하여 방사형으로 형성될 수 있다.

이때, 상기 카트리지(10)는 원통형으로 이루어지고, 전후방 중앙에는 회전축(11)이 각각 구비될 수 있다. 여기서 상기 카트리지(10)에 많은 수의 용접봉(1)을 넣을 수 있도록 최대한 공급홀(10a)을 최대한 형성하는 것이 바람직할 것이다.

이때, 상기 카트리지(10)의 공급홀(10a)은 작업에 사용되는 용접봉(1)의 규격을 고려하여 제작이 가능할 것이다. 용접봉의 종류 또한 1-5mm 정도로 매우 다양한 크기의 용접봉을 적용할 수 있다. 여기서, 상기 카트리지(10)의 공급홀(10a)의 크기는 장착되는 용접봉(1)의 지름보다 약간 더 큰 지름으로 형성되도록 하여 후술하는 공압부(40)에 의해 이송이 확실하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 회전축(11)에는 종동기어(12)가 설치되고, 상기 회전구동부인 회전구동모터(30)의 구동기어(31)가 상기 종동기어(12)와 맞물려 상기 회전구동모터(30)의 구동에 따라 상기 카트리지(10)가 회전축(11)을 중심으로 회전될 수 있다.

이때, 상기 회전구동모터(30)로는 각도를 한정하기 용이한 스텝모터를 적용하는 것이 바람직할 것이다.

이때, 상기 종동기어(12)와 구동기어(31)는 여기서는 비슷한 크기로 도시되어 있지만 구동기어(31) 측에 다양한 기어를 서로 연결하여 정밀하게 회전구동이 될 수 있도록 할 수도 있음은 물론이다.

상기 본체(20)는, 도 3 내지 도 7을 참고하면, 상기 카트리지(10)가 회전 가능하게 장착되고 전방 헤드(22)의 노즐부(24)로 상기 카트리지(10)의 용접봉(1)이 후방에서 순차적으로 공급되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 본체(20)는 상기 카트리지(10)를 지지하기 위한 긴 몸체(21)를 구비한다. 상기 몸체(21)의 전방에는 헤드(22)가 구비되고, 헤드(22)의 전방 측으로 노즐부(24)가 형성되어 있다. 용접봉(1)은 상기 노즐부(24)의 출구(24a)를 통하여 연속적으로 이송되면서 용접부위로 공급될 것이다. 상기 몸체(21) 후방에는 헤드(22)에 대응하는 장착부(22a)가 형성되어 있다. 따라서 상기 카트리지(10)의 전후방의 회전축(11)은 각각 상기 헤드부(22)의 장착홈(22a)과 장착부(23)의 장착홈(23a)에 각각 회전 가능하게 삽입되어 조립된다.

이때, 상기 노즐부(24)는 상기 카트리지(10)의 최하부에 위치하는 공급홀(10a)과 직선으로 연통되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서 카트리지(10) 최하부에 위치하는 공급홀(10a)의 용접봉(1)이 노즐부(24)를 통하여 용접부위로 공급될 것이다.

이때, 상기 노즐부(24)는 다양한 크기의 용접봉(1)을 안내할 수 있도록 그 출구(24a)의 직경이 변경될 수 있도록 구성된다. 이러한 노즐부(24) 직경의 변경은 예를 들면, 일반적인 전동드릴의 헤드에서 헤드를 회전시켜 노즐 직경을 조절하는 방식을 적용할 수 있을 것이다.

상기 회전구동모터(30)는, 도 6을 참고하면, 상기 복수개의 용접봉(1)이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 카트리지(10)를 회전시킬 수 있다.

이때, 회전구동수단으로서 회전구동모터(30)를 적용하고 있으나, 카트리지(10)를 회전시키는 것이 목적이기 때문에 다양한 구동수단을 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 회전구동모터(30)의 회전각 조절은 구동모터(30)에 의존하지 않고 기구적으로 대응하도록 할 수도 있다. 예를 들면, 방사형 방향을 기준으로 공급홀 내측 또는 외측에 공급홀과 동일한 각도에 카트리지와 장착부나 헤드에 서로 대응하는 돌기와 홈을 형성하고, 카트리지를 돌기와 홈이 형성된 쪽으로 미는 탄성력을 제공하게 되면 구동모터가 조금만 회전시켜도 돌기와 홈에 의해 그 다음 공급홀에 위치하도록 멈추게 되기 때문에 순차적으로 용접봉을 공급할 수 있게 된다.

상기 제1이송수단은, 공압부(40)를 적용할 수 있고, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 카트리지(10)의 복수개의 용접봉(1) 중에 하나의 용접봉을 상기 노즐부(24) 쪽으로 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 제1이송수단은 당연히 상기 용접봉(1)을 직선으로 이송시킬 것이고, 상기 용접봉(1)을 공압에 의해 밀어 상기 노즐부(24) 쪽으로 이송시킨다. 물론 용접봉(1)을 용접부위로 계속 공급하는 것은 공압부(40)가 아니라 이송롤러(50)이다. 상기 공압부(40)는 새로운 용접봉(1)을 상기 이송롤러(50)까지 이송시키는 역할을 담당한다.

이때, 상기 제1이송수단으로부터 공압부(40)를 적용하는 것이 아닌 솔레노이드 밸브 등과 같은 직선 이송수단을 적용할 수도 있음은 물론이다.

상기 제2이송수단은, 이송롤러(50)를 적용할 수 있고, 도 7을 참고하면, 상기 공압부(40)에 의해 상기 헤드(22)의 노즐부(24) 쪽으로 이송된 용접봉(1)을 상기 노즐부(24)를 통하여 용접부위에 연속하여 공급되도록 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 이송롤러(50)는 상기 용접봉(1)의 양측에 밀착되면서 이송시키는 적어도 한 쌍 이상이 설치되어야 한다.

이때, 상기 이송롤러(50)의 회전속도는 상기 제어부(70)에 의해 자동적으로 제어될 수 있다.

이때, 여기서는 상기 이송롤러(50)가 상하부에 위치하는 두 쌍이 설치되어 있는데, 그 이상을 더 설치할 수 있음은 물론이다. 여기서 이송롤러(50) 중에 하나의 롤러만이 롤러 구동모터에 연결되어 멈추지 않고 계속 회전하도록 제어할 수도 있을 것이다.

상기 센서부(60)는, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 노즐부(24)를 통과하여 상기 용접부위에 공급되는 용접봉(1)이 상기 카트리지(10)의 공급홀(10a)로부터 완전히 빠져나간 것을 감지하게 된다.

이때, 상기 센서부(60)로는 시중에 유통되는 다양한 센서들이 적용될 수 있을 것이고, 광센서와 같은 전기적인 센서 뿐만 아니라 기구적인 센서들도 적용이 가능할 것이다.

상기 제어부(70)는, 도 8을 참고하면, 상기 센서부(60)로부터 신호를 수신받아 다음 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 회전구동모터(30), 공압부(40), 그리고 이송롤러(50)를 제어할 수 있다.

이때, 상기 제어부(70)는 프로그램된 바에 따라, 용접봉(1)의 제공 속도를 제어하고, 새로운 용접봉을 제공하도록 공압부(40)와 이송롤러(50)를 제어하며 카트리지(10)의 회전 또한 제어한다.

도 3을 참고하면, 복수개의 용접봉(1)이 장착되어 있는 카트리지(10)는 상기 본체(20)의 헤드(22)와 장착부(23)의 장착홈(22a, 23a)에 장착되면 작업준비가 완료된다.

도 4를 참고하면, 카트리지(10)가 본체(20)에 장착되어 있다. 최하부의 공급홀(10a)에 위치하는 용접봉(1)이 공압부(40)의 공압에 의해 이송롤러(50)까지 이송시킬 것이고, 연이어 이송롤러(50)가 세팅된 속도로 회전하면서 노즐부(24)를 통하여 용접봉(1)을 용접부위로 공급할 것이다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 최초 용접봉(1)의 끝단이 센서부(60)를 지나게 되면 센서부(60)에서 최초 용접봉의 후단부가 헤드(22)로 들어온 것을 감지하고 이를 제어부(70)에 송신하게 된다. 그러면 제어부(70)는 회전구동모터(30)를 구동하여 카트리지(10)를 일정각도 회전시켜 두번째 용접봉(1)이 최하부에 위치하도록 한다. 그러면 동일한 방식으로 공압부(40)에 신속하게 두번째 용접봉(1)의 전단부가 이송롤러(50)까지 이송하여 최초 용접봉의 후단부에 두번째 용접봉이 밀착되어 결국에는, 연속적으로 용접봉이 끊기지 않고 용접부위에 제공된다.

도 7을 참고하면, 용접봉(1)이 헤드(22)의 노즐부(24)를 통하여 제공되는 것을 볼 수 있다. 용접봉(1)은 상하부에 설치된 이송롤러(50)들의 마찰력에 의해 일정한 속도로 노즐부(24)로 제공된다. 따라서 이송롤러(50)의 회전속도가 용접봉(1)의 제공되는 속도를 나타내게 된다. 여기서 상기 용접봉(1)이 들어오는 헤드(22)의 입구는 직경이 크게 형성되어 용접봉(1)이 정확하게 안내되도록 되어 있다.

도 8을 참고하면, 상기 제어부(70)가 센서부(60)로부터 하나의 용접봉(1)이 다 쓰이고 있다는 신호를 받게 되고, 그에 따라 회전구동모터(30), 공압부(40), 그리고 이송롤러(50)를 제어하도록 작동하는 블록도가 도시되어 있다.

이렇게 카트리지(10)의 모든 용접봉(1)이 쓰일 때까지 동일한 동작을 반복하여 연속 용접이 가능하게 된다.

다른 종류의 용접봉은 새로운 카트리지를 통하여 용접에 제공될 수 있을 것이고, 카트리지의 교환은 전술한 바와 같이 매우 간단하기 때문에 작업효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 : 용접봉
10 : 카트리지 11 : 회전축
12 : 종동기어 10a : 공급홀
20 : 본체 21 : 몸체
22 : 헤드 23 : 장착부
24 : 노즐부 30 : 회전구동모터
31 : 구동기어 40 : 공압부
50 : 이송롤러 60 : 센서부
70 : 제어부

Claims (8)

1. 작선형의 복수개의 용접봉이 삽입될 수 있는 공급홀이 중심축에 대하여 방사형으로 형성된 카트리지;
   상기 카트리지가 회전 가능하게 장착되고 전방 헤드의 노즐부로 상기 카트리지의 용접봉이 후방에서 순차적으로 공급되는 본체;
   상기 복수개의 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 카트리지를 회전시키는 회전구동부;
   상기 카트리지의 복수개의 용접봉 중에 하나의 용접봉을 상기 노즐부 쪽으로 이송시키는 제1이송수단;
   상기 제1이송수단에 의해 상기 헤드의 노즐부 쪽으로 이송된 용접봉을 상기 노즐부를 통하여 용접부위에 연속하여 공급되도록 이송시키는 제2이송수단; 및
   상기 노즐부를 통과하여 상기 용접부위에 공급되는 용접봉이 상기 카트리지의 공급홀로부터 완전히 빠져나간 것을 감지하는 센서부; 및
   상기 센서부로부터 신호를 수신받아 다음 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 회전 구동부, 제1이송수단, 그리고 제2이송수단을 제어하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 카트리지는 원통형으로 이루어지고, 전후방 중앙에는 회전축이 각각 구비되며,
   상기 회전축에는 종동기어가 설치되고, 상기 회전구동부의 구동기어가 상기 종동기어와 맞물려 상기 회전구동부의 구동에 따라 상기 카트리지가 회전축을 중심으로 회전되는 용접봉 송급장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 노즐부는 상기 카트리지의 최하부에 위치하는 공급홀과 직선으로 연통되는 위치에 형성된 용접봉 송급장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1이송수단은 상기 용접봉을 직선으로 이송시키는 용접봉 송급장치.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1이송수단은 상기 용접봉을 공압에 의해 밀어 상기 노즐부 쪽으로 이송시키는 용접봉 송급장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2이송수단은 상기 용접봉의 양측에 밀착되면서 이송시키는 적어도 한 쌍 이상의 이송롤러인 용접봉 송급장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 이송롤러의 회전속도는 상기 제어부에 의해 제어되는 용접봉 송급장치.

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