KR102306876B1

KR102306876B1 - 유리 용접 시스템

Info

Publication number: KR102306876B1
Application number: KR1020200008168A
Authority: KR
Inventors: 박창규; 안상훈; 최지연
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-09-29
Also published as: WO2021149968A1; KR20210094414A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유리 용접 시스템은 레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생기, 상기 레이저 빔을 집광하여 접촉하는 용접 대상물들을 용접하는 레이저 광학계, 상기 용접 대상물의 용접부에 유리봉을 공급하는 유리봉 공급기를 포함하고, 상기 유리봉 공급기는 복수개의 유리봉이 탑재되는 상기 공급 본체, 상기 공급 본체의 후단부에 설치되며 상기 복수개의 유리봉을 상기 용접부에 공급하는 공급부, 상기 복수개의 유리봉을 상기 공급 본체 내부에서 이송시키는 이송부를 포함한다.

Description

유리 용접 시스템{GLASS WELDING SYSTEM}

본 발명은 유리 용접 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 빔을 이용한 유리 용접 시스템에 관한 것이다.

산업계에서 쿼츠(Quartz)로 이루어진 유리 제품이 활용되는 분야와 공정이 지속적으로 증가되고 있다. 즉, 종래의 화학적 실험 도구, 건설 관련 기자재 등에 사용될 뿐 아니라 최근에는 반도체 및 디스플레이 산업에도 유리의 사용이 증가하고 있다.

반도체 산업의 경우, 생산성 증가를 위해 배치 타입(Batch Type)의 공정이 증가하였으며 이를 위해 공정 중 웨이퍼(wafer)를 탑재하는 유리 보트(Boat)에 대한 수요도 증가하고 있다. 또한, 다양한 기체가 활용되는 공정에 사용되는 튜브(Tube) 등에 대한 수요도 증가하고 있다.

이러한 유리 제품들은 대부분 숙련된 기술자의 수작업을 통해서 생산되고 있으며, 토치(torch)의 화염을 이용하여 수작업을 통해 유리 간의 용접을 진행하고 있다.

대형 튜브(Tube) 제품의 경우, 다수의 기술자가 오랜 시간 동안 연속 작업을 통해 완성품을 제조하고 있다. 따라서, 장시간 고된 노동으로 인해 유리 간의 용접부의 품질이 일정하지 않으며, 동일한 유리 제품을 생산하더라도 기술자마다 용접부의 품질이 상이하여 유리 제품마다 완성도나 품질이 상이하게 된다.

세부 유리 제품과 세부 유리 제품을 용접하면 용접부에 보이드(Void), 언더컷(Undercut) 등과 같은 용접 결함과 과도한 잔류 응력이 발생할 수 있다. 이러한 용접 결함은 유리 제품이 완성된 후 육안 검사를 통해서 모니터링하게 되므로, 육안 검사에 대한 신뢰성이 낮고 불량 제품의 처리 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용접부의결함을 최소화하고, 용접부의 품질 균일성을 향상시킬 수 있는 유리 용접 시스템을 제공하고자 한다.

상기 유리봉 공급기는 상기 공급 본체의 전단부에 설치되며 상기 복수개의 유리봉을 가압하는 가압부를 더 포함할 수 있다.

상기 이송부는 이송 모터, 그리고 상기 이송 모터의 구동력을 상기 복수개의 유리봉에 전달하는 한 쌍의 이송 롤러를 포함할 수 있다.

상기 레이저 빔 발생기와 연결되며, 상기 용접 대상물의 용접부의 온도를 실시간으로 측정하는 고온 측정계를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 빔 발생기와 연결되며, 상기 용접 대상물의 용접부의 용접 정도를 실시간으로 검사하는 광간섭 단층 검사기를 더 포함할 수 있다.

상기 용접 대상물을 이송시키는 스테이지를 더 포함하고, 상기 스테이지는 상기 용접 대상물이 탑재되는 스테이지 본체, 상기 스테이지 본체에 설치되며 상기 용접 대상물들을 고정하는 스테이지 지그, 상기 스테이지 본체에 연결되며 상기 스테이지 본체를 이송시키는 스테이지 이송부, 그리고 상기 스테이지 지그에 연결되며 상기 스테이지 지그를 가열하는 가열부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유리 용접 시스템은 레이저 빔을 이용한 유리 용접 시스템을 이용하여 유리 간의 용접 공정을 진행함으로써, 용접부의 품질 균일성을 향상시킬 수 있다.

또한, 고온 측정계를 이용하여 용접부의 온도를 실시간으로 측정하여 레이저 빔의 파워를 조절할 수 있으므로, 용접부의 온도를 일정하게 유지하여 용접부의 결함을 최소화할 수 있다.

또한, 광간섭 단층 검사기를 이용하여 용접부의 결함을 실시간으로 파악하여 레이저 빔의 파워를 조절할 수 있으므로, 용접부의 결함을 최소화할 수 있다.

또한, 유리봉 공급기를 이용하여 유리봉을 자동으로 순차적으로 공급함으로써, 용접부의 품질 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 용접 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 용접 시스템의 유리봉 공급기의 측면도이다.
도 3은 도 2의 유리봉 공급기의 평면도이다.
도 4는 도 2의 유리봉 공급기의 배면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 용접 시스템에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고로 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 용접 시스템의 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 용접 시스템의 유리봉 공급기의 측면도이며, 도 3은 도 2의 유리봉 공급기의 평면도이고, 도 4는 도 2의 유리봉 공급기의 배면도이다.

우선, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 용접 시스템은 레이저 빔 발생기(100), 레이저 광학계(200), 유리봉 공급기(300), 고온 측정계(400), 광간섭 단층 검사기(500), 그리고 스테이지(600)를 포함한다.

레이저 빔 발생기(100)는 레이저 빔(1)을 발생시킬 수 있다. 레이저 빔(1)은 이산화 탄소(CO₂) 레이저 빔일 수 있다. 레이저 빔(1)을 이용하여 서로 접촉하는 용접 대상물들(10)을 용접시킬 수 있다.

레이저 광학계(200)는 레이저 빔(1)을 집광하여 용접 대상물들(10)을 용접시킬 수 있다.

레이저 광학계(200)는 초점을 형성하기 위한 초점 렌즈(210), 그리고 레이저 빔(1)을 초점 렌즈(210)로 입사시키기 위해 레이저 빔(1)의 광경로를 조절하는 복수개의 반사경(220)를 포함할 수 있다.

유리봉 공급기(300)는 용접 대상물(10)의 용접부(11)에 유리봉(3)을 공급할 수 있다. 용접 대상물(10)은 유리 기판일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 유리 원통 등의 다양한 형상의 유리 물질일 수 있다. 용접부(11)는 용접하려는 용접 대상물(10) 사이에 형성되는 용접 이음매(welding seam)일 수 있다.

유리봉 공급기(300)는 공급 본체(310), 공급부(320), 가압부(330), 그리고 이송부(340)를 포함할 수 있다.

공급 본체(310)는 봉 형상을 가지며, 그 내부에 복수개의 유리봉(3)을 탑재할 수 있다. 공급 본체(310)의 내부에서 이송되는 유리봉(3)의 손상을 방지하기 위해 공급 본체(310)의 내부면에는 보호층(311)이 형성될 수 있다. 이러한 보호층(311)은 실리콘으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 유리봉의 손상을 방지하기 위한 물질이라면 다양한 물질을 사용할 수 있다.

공급부(320)는 공급 본체(310)의 후단부에 설치되며 복수개의 유리봉(3)을 용접 대상물들(10)의 용접부(11)에 공급할 수 있다. 공급부(320)는 리볼버타입(revolver type)의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 공급부(320)는 복수개의 유리봉(3)을 하나씩 돌아가며 공급 본체(310)에 삽입할 수 있다.

이송부(340)는 복수개의 유리봉(3)을 공급 본체(310) 내부에서 이송시킬 수 있다.

이송부(340)는 이송 모터(342), 그리고 이송 모터(342)의 구동력을 복수개의 유리봉(3)에 전달하는 한 쌍의 이송 롤러(341)를 포함할 수 있다.

이송 모터(342)의 회전 속도를 조절하여 유리봉(3)의 공급 속도를 조절할 수 있다.

한 쌍의 이송 롤러(341) 사이에 위치하여 한 쌍의 이송 롤러(341)와 접촉하는 유리봉(3)은 이송 모터(342)의 구동력에 의해 회전하는 이송 롤러(341)에 의해 공급 본체(310) 내부에서 소정 방향(X)으로 전진 또는 후진할 수 있다.

가압부(330)는 공급 본체(310)의 전단부에 설치되며 복수개의 유리봉(3)의 측면을 가압하여 고정할 수 있다. 이송부(340)에 의해 전진한 유리봉(3)은 가압부(330)에 의해 소정 위치에서 고정되어 용접부(11)에 유리봉(3)을 공급할 수 있게 된다. 이러한 가압부(330)는 유압 또는 접촉압을 이용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 압력 발생 장치를 이용하여 가압부(330)를 형성할 수 있다.

이와 같이, 유리봉 공급기(300)를 이용하여 이동 속도 조절이 가능하며 자동으로 유리봉(3)을 용접부(11)에 공급함으로써, 용접부(11)의 품질 균일성을 향상시킬 수 있다.

고온 측정계(pyrometer)(400)는 용접 대상물(10)의 용접부(11)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 고온 측정계(pyrometer)(400)는 용접 대상물(10)의 온도에 따라 표면으로부터 방출되는 방사 에너지의 세기에 의해 용접 대상물(10)의 표면 온도를 측정하는 비 접촉식 고온 계기이다. 따라서, 고온 측정계(400)에 의해 측정된 용접 대상물(10)의 용접부(11)의 온도를 레이저 빔 발생기(100)에 피드백하여 레이저 빔(1)의 파워를 조절할 수 있다. 이와 같이, 고온 측정계(400)를 이용하여 용접부(11)의 온도를 일정하게 유지함으로써, 용접부(11)의 결함을 최소화할 수 있다.

고온 측정계(400)의 구성은 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 파이로 복사 고온계 또는 광 온도계의 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

광간섭 단층 검사기(Optical coherence tomography, OCT)(500)는 광간섭을 이용하여 단층 영상을 확보할 수 있는 장치이며, 광간섭 단층 검사기(500) 내부에서 별도의 레이저 빔을 용접 대상물(10)에 조사하고 반사되어 나오는 광을 분석하여 영상 처리하는 장치이다.

광간섭 단층 검사기(500)는 용접 대상물(10)의 용접 정도를 실시간으로 검사할 수 있다. 구체적으로 광간섭 단층 검사기(500)는 용접 대상물(10)의 용접부(11)에 발생하는 보이드(Void), 언더컷(Undercut) 또는 헤이즈(Haze) 등의 용접 결함을 실시간으로 확인할 수 있다. 따라서, 광간섭 단층 검사기(500)에 의해 측정된 용접 대상물(10)의 용접부(11)에 발생한 용접 결함을 레이저 빔 발생기(100)에 피드백하여 레이저 빔(1)의 파워를 조절하고, 스테이지(600)에 피드백하여 스테이지(600)의 이동 방향 및 이동 속도 등을 다시 조절하여 레이저 빔(1)의 조사 위치를 조절할 수 있다.

스테이지(600)는 레이저 빔(1)에 의해 용접되는 용접 대상물들(10)을 탑재할 수 있다. 따라서, 스테이지(600)를 이동시킴으로써 용접 대상물(10)에 조사되는 레이저 빔(1)의 조사 위치를 조절할 수 있다.

스테이지(600)는 용접 대상물들(10)이 탑재되는 스테이지 본체(610), 스테이지 본체(610)에 설치되며 용접 대상물들(10)을 고정하는 스테이지 지그(stage zig)(620), 스테이지 본체(610)에 연결되며 스테이지 본체(610)를 이송시키는 스테이지 이송부(630), 그리고 스테이지 지그(620)에 연결되며 스테이지 지그(620)를 가열하여 용접 대상물(10)을 가열하는 가열부(640)를 포함할 수 있다.

용접 공정이 완료된 이후에 가열부(640)를 이용하여 용접 대상물(10)을 가열함으로써, 용접 대상물(10)의 잔류 응력을 최소화하여 용접 대상물(10)의 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

100: 레이저 빔 발생기 200: 레이저 광학계
300: 유리봉 공급기 400: 고온 측정계
500: 광간섭 단층 검사기 600: 스테이지

Claims

레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생기,
상기 레이저 빔을 집광하여 접촉하는 용접 대상물들을 용접하는 레이저 광학계,
상기 용접 대상물의 용접부에 유리봉을 공급하는 유리봉 공급기
를 포함하고,
상기 유리봉 공급기는
복수개의 유리봉이 탑재되는 공급 본체,
상기 공급 본체의 후단부에 설치되며 상기 복수개의 유리봉을 상기 공급 본체에 공급하는 공급부,
상기 복수개의 유리봉을 상기 공급 본체 내부에서 이송시키는 이송부, 그리고
상기 공급 본체의 전단부에 설치되며 상기 복수개의 유리봉을 가압하는 가압부를 포함하고,
상기 이송부는 상기 가압부와 상기 공급부 사이에 설치되며,
상기 공급 본체의 내부면에는 상기 유리봉의 손상을 방지하는 보호층이 형성되는 유리 용접 시스템.
삭제
제1항에서,
상기 이송부는
이송 모터, 그리고
상기 이송 모터의 구동력을 상기 복수개의 유리봉에 전달하는 한 쌍의 이송 롤러를 포함하는 유리 용접 시스템.
제1항에서,
상기 레이저 빔 발생기와 연결되며, 상기 용접 대상물의 용접부의 온도를 실시간으로 측정하는 고온 측정계를 더 포함하는 유리 용접 시스템.
제1항에서,
상기 레이저 빔 발생기와 연결되며, 상기 용접 대상물의 용접부의 용접 정도를 실시간으로 검사하는 광간섭 단층 검사기를 더 포함하는 유리 용접 시스템.
제5항에서,
상기 용접 대상물을 이송시키는 스테이지를 더 포함하고,
상기 스테이지는
상기 용접 대상물이 탑재되는 스테이지 본체,
상기 스테이지 본체에 설치되며 상기 용접 대상물들을 고정하는 스테이지 지그,
상기 스테이지 본체에 연결되며 상기 스테이지 본체를 이송시키는 스테이지 이송부, 그리고
상기 스테이지 지그에 연결되며 상기 스테이지 지그를 가열하는 가열부
를 포함하는 유리 용접 시스템.