KR102334277B1 - 자동차 등의 동시 레이저 용접 방법 및 관련 자동차 등 - Google Patents

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KR102334277B1
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니콜라 쉬크헤리
크리스티아노 보에로
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마렐리 오토모티브 라이팅 이탈리아 에스.피.에이.
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Abstract

자동차 전조등(4)을 제조하기 위한 용접 장치(40)로서, - 서로 용접될 컨테이너 몸체(8) 및 렌즈형 몸체(24)의 고정 수단(52, 56)으로서, 상기 컨테이너 몸체(8)는 제 1 주변 프로파일(20)을 가지고 상기 렌즈형 몸체(24)는 제 2 주변 프로파일(28)을 가지며 상기 제 1 주변 프로파일 및 상기 제 2 주변 프로파일은 서로 접촉되게 배치되어 상기 용접 장치에 의해 용접될 용접 경계면(36)을 형성하는, 고정 수단, - 레이저 빔을 발광하는 레이저 발광 장치 또는 레이저 소스, - 상기 레이저 발광 장치로부터 상기 레이저 빔의 부분들을 수신하여 상기 레이저 빔의 부분들을 상기 렌즈형 몸체(24)를 통하여 상기 용접 경계면(36)을 향하여 지향시키는 복수의 섬유(44)들로서, 상기 컨테이너 몸체(8)는 상기 광선을 향하는 흡수 요소로서 작용하고 상기 렌즈형 몸체(24)는 상기 광선의 전달 요소로서 작용하는, 복수의 섬유들, - 관련 광학 축선(X-X)을 따라 상기 레이저 빔들의 부분들 모두를 시준하도록, 상기 섬유(44)들로부터 나오는 상기 레이저 빔들의 부분들의 발산을 변경하기 위한 광 가이드 수단(60, 60', 60")을 포함하며, 상기 광 가이드 수단(60, 60', 60")은 상기 섬유들로부터 상기 레이저 발광 장치에 의해 생성된 상기 레이저 빔을 수신하는 입구(64) 및 상기 가이드들 자체에 의해 시준된 상기 레이저 빔을 전파/전달하는 출구(68)를 포함한다. 유리하게는, 상기 장치(40)는 서로 기계적으로 분리되는 각각의 자유 단부(72', 72")들을 가지는 광 가이드 수단(60', 60")을 포함하며, 상기 광 가이드 수단(60', 60")은 상기 용접 경계면(36)을 따라 광선들의 균일적이고 일정한 분포를 얻도록 용접 경계면(36)의 인접하고 국부적으로 연속적으로 부분들 상에 시준된 광선을 지향시키도록 구성된다.

Description

자동차 등의 동시 레이저 용접 방법 및 관련 자동차 등 {METHOD OF SIMULTANEOUS LASER WELDING OF AN AUTOMOTIVE LIGHT AND RELATIVE AUTOMOTIVE LIGHT}
본 발명은 자동차 등(automotive light)의 동시 레이저 용접 방법 및 상기 방법을 사용하여 얻어진 관련 자동차 등에 관한 것이다.
용어 자동차 등은 자동차 후면 등 또는 자동차 전면 등을 차별 없이 의미하는 것으로 이해되며, 자동차 전면 등은 전조등으로서 공지된다.
공지된 바와 같이, 자동차 등은 예를 들면, 측면 등, 지시 등, 브레이크 등, 후방 안개 등, 리버스 등(reverse light), 하향 빔 전조등(dipped beam headlight), 메인 빔 전조등 등과 같이 차량의 외부를 향하여 조명 및/또는 신호 발송 기능을 가지는 하나 이상의 자동차 외부 등을 포함하는, 차량의 조명 및/또는 신호 발송 장치이다.
자동차 등은 이의 가장 단순한 형태로 컨테이너 몸체, 렌즈형 몸체(lenticular body) 및 하나 이상의 광원을 포함한다.
렌즈형 몸체는 하우징 챔버를 형성하도록 컨테이너 몸체의 마우스(mouth)에 근접하도록 배치된다. 상기 광원은 하우징 챔버 내부에 배열되며, 상기 광원은 전기로 동력이 공급될 때 광을 렌즈형 몸체를 향하여 발광하도록 지향될 수 있다.
자동차 등의 제조 방법은 조립될 때 다양한 구성요소들이 컨테이너 몸체에 대한 렌즈형 몸체의 부착 및 용접 밀봉을 위해 제공되어야 한다.
이 같은 밀봉 및 부착은 보통 용접에 의해 수행되어 서로 접촉하여 배치되는 컨테이너 몸체 및 렌즈형 몸체의 각각의 주변 프로파일들 사이에 용접 비드를 생성한다.
당연히, 상기 용접은 또한 더 복잡한 자동차 등의 다른 구성요소들, 예를 들면 하우징 챔버 내부에 배열된 다른 구성요소들과 관련될 수 있다.
중합체 몸체들 특히 자동차 등의 레이저 용접 공정은 레이저 방사선을 전달할 수 있는 투과성(transmissive) 또는 투명성 중합체 몸체와 레이저 방사선을 흡수할 수 있는 흡수성 중합체 몸체를 조합할 수 있게 한다. 본 경우에서, 레이저 방사선이 흡수성 중합체 몸체와 만날 때 레이저 방사선은 열로 변환되며 그 열은 중합체 몸체들 둘다를 연화시키고 국부적으로 용융시킬 때까지 투과성 중합체 몸체로 국부적으로 전달되어 중합체 몸체들 모두가 서로 단단히 연결된다.
자동차 등의 흡수성 중합체 몸체는 예를 들면 컨테이너 몸체로 구성될 수 있는 반면, 자동차 등의 투과성 중합체 몸체는 예를 들면 렌즈형 몸체로 구성될 수 있으며, 이 렌즈형 몸체는 컨테이너 몸체를 덮어서 자동차 전조등의 광원을 수용하는 하우징 챔버를 형성한다.
상기 하우징 챔버는, 서로 접촉되게 배치되어 용접 비드의 형성에 의해 밀봉되는, 컨테이너 몸체 및 렌즈형 몸체의 주변 프로파일(perimental profile)들에 의해 주변을 한정하는데, 이 용접 비드에서 렌즈형 몸체와 컨테이너 몸체의 재료들의 상호 침투(interpenetration)가 일어난다.
물론, 흡수성 및 투과성 중합체 몸체들은 일반적으로 자동차 전조등의 추가 중합체 구성요소들로 구성될 수 있다.
사용될 레이저 장비와 관련하여, 레이저 장비는 일반적으로:
예를 들면 반도체 레이저 소스일 수 있는 적어도 레이저 소스,
렌즈형 몸체의 근처에서 레이저 소스에 의해 생성된 레이저 광을 전달하는 기능을 하는, "번들(bundle)"로 함께 그룹화된 광학 섬유들의 시스템,
렌즈형 몸체의 근처 위치에 광학 섬유들을 유지하는 목적을 가지는 광학 섬유 지지체로서, 예를 들면 상기 지지체는 광학 섬유들이 내부에 포함되는 하우징 구멍들을 구비한 금속 몸체일 수 있으며, 광학 섬유들은 내부에서 광학 섬유들의 금속 지지체에 나사 조립되는 나사의 머리가 반경 방향으로 확대되는 중합체 와셔를 가압하는 시스템에 의해 부착될 수 있으며, 광학 섬유는 이에 따라 하우징 구멍 벽들 상의 중합체 와셔에 의해 봉쇄되는, 광학 섬유 지지체,
광학 섬유로부터 나오는 레이저 빔의 발산을 변형시켜 레이저 빔을 용접 비드를 향하여 지향시키는 목적을 가지는, 시준기(collimator)의 기능을 갖는, 광학 시스템을 포함한다.
전형적으로, 시준기로서 네거티브 광 가이드(negative light guide), 즉 반사 벽들로 형성된 광 가이드가 사용된다.
종래 기술의 가장 간단한 버전에서, 광 가이드는 광 가이드의 광학 축선에 대해 경사지는 반사 벽들을 구비한 기하학적 형상을 가지며 광학 섬유는 광 가이드의 상부 개구의 근처에 그리고 광학 축선을 따라 위치 설정된다. 다시 가장 간단한 경우에서, 상기 시스템은 광 가이드의 횡방향 평면상에서 대칭이 되는 것으로 입증된다, 즉 광 가이드의 반사 벽들의 기울기는 광학 축선에 대해 동일하다. 길이 방향으로, 광 가이드는 용접 비드를 형성하는 궤적을 따라 연장한다.
대안적으로, 광 가이드는 중실형(solid) 중합체 몸체로 제조될 수 있고 반사 내벽들과 조립되어, 레이저 방사선을 다중 반사들에 의해 상기 중합체 몸체 내부로 지향시킬 수 있다.
자동차 등들의 전형적인 적용들과 같은 몇몇 적용들에서, 레이저 방사선을 방출하는 광 가이드는 다수 형태의 지지 궤적에 따라 레이저 방사선에 대한 투명성 렌즈형 몸체의 외측 표면상에 형성된 자동차 등의 출구 개구에 놓인다. 렌즈형 몸체는 레이저 방사선을 흡수하는 컨테이너 몸체에 인접하게 배치되어, 또한 다수 형태이고 전형적으로 다수 형태의 지지 궤적과 상이한 용접 비드를 형성한다.
상기 렌즈형 몸체 상에 놓이는 광 가이드가 상기 렌즈형 몸체 및/또는 상기 컨테이너 몸체와 무관하게 용접될 하나 이상의 중합체 구성요소에 의해 형성되지만 상기 컨테이너 몸체에 의해 경계가 형성된 영역 내에 들어 있는 용접 비드를 향하여 레이저 방사선을 지향시킬 수 있다는 점에 주의하여야 한다.
종래의 동시 레이저 용접 장치의 광 가이드는 컨테이너 몸체를 연화시키기에 충분한 에너지가 렌즈형 몸체의 외측 표면상의 용접 비드에 도달하게 하려고 렌즈형 몸체의 외측 표면상의 용접 비드에 중단 없이 연장하고, 이에 의해 용접 공정을 가능하게 된다. 그러나, 광 가이드의 개구로부터 나오는 레이저 방사선은 용접 비드에 도달하기 전에 렌즈형 몸체 내로 레이저 방사선의 입사 동안 굴절될 뿐만 아니라 렌즈형 몸체 자체 내부에서 한 번 또는 두 번 이상 반사된다.
불행하게도, 자동차 등의 적용들에서, 용접 비드의 부분들에 컨테이너 몸체를 연화하기에 불충분한 에너지가 도달되면서, 광 가이드의 출구 구멍으로부터 나오는 레이저 방사선이 불균일하게 용접 비드에 도달하는 것이 발생한다. 이는 렌즈형 몸체의 기하학적 형상이 리브들의 존재, 곡률 등의 변경, 및 용접 비드가 다수 형태의 방식으로 연장하는 것에 의한 것을 포함하여 전형적으로 복잡하다는 사실에 의해 유발된다.
렌즈형 몸체들은 사실 스타일 및 공기 역학 이유들 때문에 복잡성이 증가되고 렌즈형 몸체들 외측 표면 상에 리브들, 챔퍼들, 필렛들, 통기(draught)들, 등과 같은 불연속부들을 구비한 표면들을 가지는 경향이 있다. 렌즈형 몸체의 표면 상에 존재하는 불연속부들 및 렌즈형 몸체의 복잡한 형상은 광 가이드의 작용에도 불구하고 광학 섬유로부터 용접 비드로의 레이저 빔의 전달(transposition)을 어렵고 비효율적으로 만들 수 있다.
사실 렌즈형 몸체의 복잡한 형상 때문에, 용접 비드는 렌즈형 몸체에 순응하지 않은 것으로 입증되었다, 즉 용접 비드는 렌즈형 몸체의 평행 이동체(translation)가 될 수 없다.
용접 비드가 레이저 방사선에 의해 고르지 않게 도달되는 경우, 불량하게 조사되는 부분들에서의 결함을 극복하기 위해 레이저 방사선 파워의 증가는 조사된 충분히 용접 비드의 부분들에서 과도하게 되어, 렌즈형 몸체 및 컨테이너 몸체의 부분들에 대한 손상의 위험이 있다는 것이 명확하다.
렌즈형 몸체가 (오목부들/복잡한 부분들, 그루브들, 리브들, 돌기들 등의 변형들과 같은) 보통 복잡한 기하학적 형상들을 갖는 자동차 등들의 동시 용접의 경우, 레이저 용접의 종래 기술의 해법들은 생성된 용접 비드의 품질의 면들에서 만족스럽지 않다는 결과가 후속된다.
상기 고려들 모두를 감안하여, 레이저 용접 기술들은 자동차 등들에 지금까지, 특히 자동차 등들이 복잡한 기하학적 형상을 갖는 경우, 거의 사용되지 않았으며, 이 같은 레이저 용접 기술들은 이에 따라 마찰, 초음파, 핫-플레이트(hot-plate) 용접 등과 같은 대안적인 용접 기술들로 대체된다.
본 발명의 목적은 레이저 용접 공정이 렌즈형 몸체의 연장부에서 매우 복잡하고 상당히 변화되는 경우조차도 렌즈형 몸체의 임의의 기하학적 형상을 가지고도 우수한 용접을 얻는 것을 가능하게 하는 것을 보장할 수 있는, 자동차 등의 레이저 용접 방법 및 상기 방법을 사용하여 얻어진 자동차 등을 얻기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 따라서 지금까지 상기 용접 기술을 매우 비효율적이게 하는 자동차 등들의 특수한 성향과 관련된 기술적 단점들을 극복한 레이저 용접 기술에 의해 자동차 등들의 용접을 수행하는 것이다.
이 같은 목적은 청구항 1에 따른 자동차 등의 제조를 위한 용접 장치, 및 청구항 19에 따른 자동차 등의 동시 레이저 용접 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 실시예들은 종속 청구항들에서 설명된다.
본 발명의 추가 특성들 및 장점들은 본 발명의 바람직하고 비 제한적인 실시예들의 아래에 주어진 설명으로부터 더 명확하게 이해 가능할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차 등의 레이저 용접 장치의 조립된 형태의 사시도이며;
도 2는 도 1의 횡단면 II-II를 따른, 도 1의 장치의 횡단면도이며;
도 3은 도 1의 횡단면 III-III을 따른, 도 1의 장치의 횡단면도이며;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 등의 용접 장치의 조립된 형태의 사시도이며;
도 5는 도 4의 장치의 개별 부품들의 사시도이며;
도 6은 본 발명에 따른, 조립된 구성의 자동차 등의 사시도이며;
도 7은 도 6의 자동차 등의 개별 부품들의 사시도이며;
도 8은 본 발명의 가능한 실시예에 따른 용접 장치를 도시하며;
도 9는 도 8의 횡단면 IX-IX를 따른, 도 8의 용접 장치의 횡단면도이며;
도 10은 도 8의 횡단면 X-X를 다른, 도 8의 용접 장치의 횡단면도이며;
도 11은 도 8의 XI의 확대 상세도를 도시하며;
도 12 내지 도 15는 본 발명의 추가 실시예들에 따른 용접 장치의 사시도들을 도시하며;
도 12a는 도 12의 횡단면 A-A를 따른, 도 12의 용접 장치의 횡단면도이며;
도 15a는 도 15의 횡단면 A-A를 따른, 도 15의 장치의 횡단면도이며;
도 15b는 도 15의 횡단면 B-B를 따른, 도 15의 장치의 횡단면도이다.
아래 설명되는 실시예들에 공통인 요소들 또는 요소들의 부분들은 동일한 도면부호들을 사용하여 표시될 것이다.
상기 도면들을 참조하면, 도면부호 "4"는 전체적으로 자동차 등을 표시하며, 그렇다 하더라도 후술하는 설명은 자동차 등의 일반적인 적용을 배제하지 않는다.
위에서 언급된 바와 같이, 용어 자동차 등(automotive light)은 자동차 후면 등 또는 자동차 전면 등을 차별 없이 의미하는 것으로 이해되며, 자동차 전면 등은 전조등으로서 공지된다.
공지된 바와 같이, 자동차 등은 예를 들면 정면, 후면 또는 측면 사이드 등일 수 있는 사이드 등(side light), 표시 등, 브레이크 등, 후면 안개 등, 하향 빔 전조등, 메인 빔 전조등, 등과 같은, 조명 및/또는 신호 전달 기능을 가지는 차량의 하나 이상의 외부 등을 포함한다.
자동차 등(4)은 전형적으로 관련 차량에 자동차 등(4)의 부착을 허용하는, 보통 중합체 재료의 컨테이너 몸체(8)를 포함한다.
본 발명의 목적들에 대해, 컨테이너 몸체(8)는 임의의 형상 및 크기를 가질 수 있으며 심지어 자동차 등 내부 요소일 수 있으며, 예를 들면, 결합 가능한 차량의 차체 구조 또는 다른 패스너들에 예를 들면 직접 결합되지 않을 수 있다.
일 실시예에 따라, 컨테이너 몸체(8)는 격납 하우징(12)을 한정한다.
일 실시예에 따라, 하나 이상의 광원(16)을 수용하는 격납 하우징(12)은 하나 이상의 광원에 전력을 공급하기 위한 전기 연결 수단에 전기적으로 연결되며, 자동차 등(4) 외부에 전파하기 위해서 광선을 발광하도록 구성된다.
본 발명의 목적들에 대해, 사용된 광원(16)들의 유형은 무관하며; 바람직하게는 광원(16)은 발광 다이오드(LED)의 광원이다.
컨테이너 몸체(8)는 제 1 주변 프로파일(20)에 의해 한정된다.
이어서 제 2 주변 프로파일(28)에 의해 내부가 한정되는 렌즈형 몸체(24)는 컨테이너 몸체(8)에 연결된다.
렌즈형 몸체(24)는 또한 상기 제 2 주변 프로파일(28)에 대응하는 외벽(32)에 의해 외부가 한정된다.
본 발명의 목적들에 대해, 렌즈형 몸체(24)는 또한 자동차 등(4)의 외부에 존재할 수 있어, 직접적으로 대기의 영향을 받는 자동차 등의 하나 이상의 외벽을 형성하며; 본 발명의 목적들에 대해, 렌즈형 몸체는 또한 자동차 등(4)의 내부에 존재할 수 있으며, 즉 외부 대기의 직접적인 영향을 받지 않으며 이어서 하나 또는 둘 이상의 스크린들 또는 커버링 패널들에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 덮인다.
바람직한 실시예에 따라, 렌즈형 몸체(24)는 격납 하우징(12)을 덮기에 적합하고; 일 실시예에 따라, 렌즈형 몸체(24)는 광원(16)에 의해 생성된 광선을 자동차 등(4)의 외부로 전달하기에 적합하다.
이 같은 목적을 위해, 렌즈형 몸체(24)는 적어도 부분적으로 투명성 또는 반-투명성 또는 흐릿한(translucent) 재료로 제조되고, 또한 하나 또는 둘 이상의 불투명한 부분들을 포함할 수 있어, 임의의 경우 광원(16)에 의해 생성된 광선의 적어도 부분적인 교차(crossing)를 허용한다.
제 2 주변 프로파일(28)은 제 1 주변 프로파일(20)에 대해 반대 형상이어서 자동차 등(4)의 조립된 형태에서 형성된 커플링에 따라 제 1 주변 프로파일과 커플링된다.
자동차 등(4)의 조립은 각각의 제 1 및 제 2 주변 프로파일(20, 28)들을 서로 적어도 부분적으로 연결하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 각각의 제 1 및 제 2 주변 프로파일(20, 28)들을 연결하도록 컨테이너 몸체(8)의 격납 하우징(12)을 폐쇄하도록 렌즈형 몸체(24)를 배열하는 단계를 제공한다.
컨테이너 몸체(8) 및 렌즈형 몸체(24)의 각각의 제 1 및 제 2 주변 프로파일(20, 28)들의 연결에 후속하여, 상기 주변 프로파일(20, 28)들 사이의 접촉 표면은 임의의 곡선 형상 또는 다른 형상을 가질 수 있는 용접 경계면(36)을 형성한다.
본 발명은 상기 주변 프로파일(20, 28)들에 대응하는, 컨테이너 몸체(8)와 렌즈형 몸체(24)를 레이저 용접에 의해 서로 연결하기 위해 제공된다.
레이저 용접 단계 동안, 컨테이너 몸체(8)는 레이저 소스 또는 레이저 발광 장치에 의해 발광된 광선의 흡수 부재로서 작용하고 렌즈형 몸체(24)는 상기 광선의 전달 부재로서 작용한다.
본 발명의 목적들에 대해, 레이저 용접 공정은 동시 레이저 용접으로 수행된다.
특히, 본 발명에 따른 레이저 용접 장치(40)는 특정 방출 스펙트럼을 가지는 레이저 빔 또는 광선 또는 전자기 방사선을 발광하는 하나 이상의 레이저 이미터 장치 또는 레이저 소스(도시 안됨)가 제공되는 것을 포함한다. 실질적으로 특정 주파수로 발광되거나 특정 파장을 가지는 전자기 방사선을 의미하는 특정 방출 스펙트럼이 취해진다. 가능한 실시예들에 따라, 레이저 이미터 장치 또는 레이저 소스는 레이저 빔이 CO2를 포함하는 가스 혼합물에 의해 생성되는 CO2 레이저, 또는 레이저 빔이 고체 상태 결정에 의해 생성되는 YAG 레이저, 또는 레이저 다이오드(LED)를 포함한다.
레이저 이미터 장치 또는 레이저 소스는 예를 들면 지지부 또는 매트릭스에 공지된 방식으로 삽입된 예를 들면 복수의 광학 섬유(44)들에 결합된다.
상기 섬유(44)들은 이어서 추가 그룹들 또는 번들들로 나누어지거나 분리될 수 있다.
섬유(44)들은 레이저 이미터 장치에 의해 발광된 레이저 빔의 부분들을 수신하고 이 레이저 빔의 부분들을 렌즈형 몸체(24)를 통해 용접 경계면(36)을 향하여 지향한다. 즉, 각각의 섬유(44)는 레이저 빔의 일 부분을 수신하고 레이저 빔의 일 부분을 용접 경계면(36)을 향하여 지향한다.
예를 들면, 섬유(44)들은 마스크(48)에 기계식으로 고정될 수 있다.
상기 장치(40)는 함께 용접될 컨테이너 몸체(8) 및 렌즈형 몸체(24)의 고정 수단(locking means; 52)을 포함한다. 예를 들면, 상기 고정 수단(52)은 컨테이너 몸체(8)를 수용하고 고정하는 부착 블록(56)을 포함한다.
상기 장치(40)는 레이저 빔들의 부분들 모두를 관련 광학 축선(X-X)들을 따라 시준하도록, 섬유(44)들로부터 출력시 레이저 빔들의 부분들의 공간적 또는 각도적 분포를 변경하기 위한 광 가이드 수단(60)을 더 포함한다.
특히, 광 가이드(60)들은 섬유(44)들로부터 레이저 발광 장치에 의해 생성된 레이저 빔을 수신하는 입구(64) 및 상기 광 가이드들에 의해 시준된 상기 레이저 빔을 전파하고/전달하는 출구(68)를 포함한다.
유리하게는, 상기 장치(40)는 서로를 향하고 기계적으로 분리되는 각각의 자유 단부(72', 72")들을 가지는 두 개 이상의 인접한 광 가이드(60', 60")들을 포함하며, 여기서 상기 인접한 광 가이드(60', 60")들이 중단 없이 연장하는 용접 경계면(36)을 따라 광선들의 균질적이고 일정한 분포를 얻기 위하여 용접 경계면(36)의 인접한 부분들 상에 시준된 광선들을 지향시키도록 구성된다.
즉, 각각의 자유 단부(72', 72")들에서 두 개의 인접한 광 가이드(60', 60")들로부터 각각 나오는 레이저 빔은 중단 없이 연장하는 용접 비드를 형성하는 용접 경계면(36)의 연속 부분들에 도달한다.
가능한 실시예에 따라, 인접한 광 가이드(60', 60")들은 인접한 광 가이드(60', 60")들의 자유 단부(72', 72")들에서 용접 경계면(36)에 대해 수직하고 용접 경계면(36)을 통과하는 용접 중간면(M)에 대해 동일한 측면들 상에 배열된다.
추가 실시예에 따라, 인접한 광 가이드(60', 60")들은 인접한 광 가이드(60', 60")들의 자유 단부(72', 72")들에서 용접 경계면(36)에 대해 수직하고 용접 경계면(36)을 통과하는 용접 중간면(M)에 대해 대향 측면들 상에 배열된다.
상기 인접한 광 가이드(60', 60")들 중 하나 이상이 인접한 광 가이드(60', 60")들의 자유 단부(72', 72")들에서 용접 경계면(36)에 적어도 부분적으로 겹쳐지는 것이 가능하여서, 하나 이상의 광 가이드(60', 60")의 관련 광학 축선(X)를 통과하는 광 가이드의 각각의 중간면(R)이 상기 용접 경계면(36)과 적어도 부분적으로 교차한다.
가능한 실시예에 따라, 상기 인접한 광 가이드(60', 60")들의 각각의 자유 단부(72', 72")들은 상기 용접 경계면(36)에 대해 수직하고 상기 용접 경계면(36)을 통과하는 용접 중간면(M)에 대해 수직한 횡방향 면(T)까지 연장한다.
추가 실시예(도 12, 14)에 따라 상기 인접한 광 가이드(60', 60")들의 각각의 자유 단부(72', 72")들은 상기 용접 경계면(36)에 대해 수직하고 상기 용접 경계면을 통과하는 용접 중간면(M)에 대해 수직한 횡방향 면(T)을 넘어 연장하며, 상기 자유 단부(72', 72")들은 상기 횡방향 면(T)의 대향 측면들 상으로 연장한다.
도시된 바와 같이 인접한 광 가이드(60', 60")들은 관련 광학 축선(X)들을 통과하는 각각의 중간면(R', R")들에 의해 형성되며; 일 실시예에 따라, 상기 중간면(R', R")들이 평행하다.
추가의 가능한 실시예에 따라, 인접한 광 가이드(60', 60")들은 관련 광학 축선(X)들을 통과하는 각각의 중간면(R', R")들에 의해 형성되고, 여기서, 상기 중간면(R', R")들이 서로에 대해 경사진다.
예를 들면, 인접한 광 가이드(60', 60")들의 중간면(R', R")들은 용접 경계면(36)의 대응하는 부분에 대해 수직할 수 있다.
인접한 광 가이드(60', 60")들의 중간면(R', R")들은 각각 제 1 및 제 2 입사 각도(α, β)에 따라 용접 경계면(36)의 대응하는 부분에 대해 수직한 평면에 대해 경사질 수 있는 것을 제공하는 것이 또한 가능하며, 상기 입사 각도(α, β)는 상이하다.
광 가이드(60', 60")들은 이들의 광학 축선(X)을 통과하는 광 가이드들의 중간면(R)에 대해 수직하게 측정된 크기(76)를 갖는다.
일 실시예에 따라, 인접한 광 가이드(60', 60")들은 각각 크기(76)가 상이한 출구(68)들을 갖는다(도 15a, 15b, 15c).
가능한 실시예에 따라, 인접한 광 가이드(60', 60")들은 폭(76)이 각각 상이한 입구(64)들을 가지며, 상기 폭(76)은 각각의 광학 축선(X)를 통과하는 광 가이드(60', 60")들의 중간면에 대해 수직하게 측정된다.
바람직하게는, 광 가이드(60', 60")들은 전체 웨지 형상을 취하도록 각각의 출구(68)들보다 크기가 더 큰 입구(64)들을 갖는다.
인접한 광 가이드(60', 60")들은 보통 렌즈형 몸체(24)를 향하여 수렴하도록 상기 광학 축선(X-X) 상에 놓이는 중간면에 대해 대칭되게 경사지는 한 쌍의 반사 벽(80)들을 포함하는, 통상적인 네거티브 광 가이드(negative light guide)들이다.
레이저 빔의 하나 이상의 부분에 대해 내부 전 반사의 조건을 충족하기에 적절한 중실형 몸체(solid body)를 포함하는 포지티브 광 가이드(positive light guide; 60', 60")들을 제공하는 것이 또한 가능하다.
일 실시예에 따라, 광 가이드(60', 60")들의 출구(68)들이 제 2 주변 프로파일(28)과 마주하는 렌즈형 바디(24)의 외벽(32)에 대해 반대-형상을 가져서, 렌즈형 몸체(24)를 컨테이너 몸체(8)에 대고 가압하도록 상기 출구(68)들을 상기 외벽(32)과 접촉되게 배열한다.
자유 단부(72', 72")들은 제 2 주변 프로파일(28)과 마주하게 상기 렌즈형 몸체(24)의 외벽(32)에 배열되는, 리브 또는 필렛 또는 곡률 반경 등의 변화부(84)와 같은, 렌즈형 몸체(24)의 프로파일/기하학적 형상에서의 변경에 대응하여 배열된다.
사실, 종래 기술의 해법들에서와 같이 렌즈형 몸체(24)의 프로파일/기하학적 형상(84)의 이 같은 변경에서 광 가이드(60)가 중단 없이 연장하는 경우, 입사 광선들은 오히려 불균일하고 고르지 않은 방식으로 국부적으로 중단 없이 연장하는 이의 일 부분 상의 용접 경계면을 제어하고 이에 따라 용접 경계면에 도달하기에 어려운 방식으로 용접 경계면(36)을 향하여 렌즈형 몸체(24) 내로 전파하는 경향이 있다.
즉, 종래의 광 가이드의 광선은 용접 경계면(36)의 과도한 또는 불충분한 조사를 생성하는 경향이 있어서 예를 들면 불량한 기계적 연결(불충분한 조사의 경우) 또는 컨테이너 몸체(8) 및/또는 렌즈형 몸체(24)의 비제어식 국부적 용융에 의한 심미적 견지로부터 불만족스런 기계적 연결(과도한 방사의 경우)에 의한 용접 결함들을 초래한다.
본 발명은, 프로파일/기하학적 형상에서 변화부(84)들을 가지는 렌즈형 몸체(24)를 구비한 자동차 등들을 용접하는 경우, 이에 따라 서로 기계적으로 분리되는 각각의 자유 단부(72', 72")들을 얻도록 인접한 광 가이드(60', 60")의 분리(splitting) 또는 절단(breaking), 가능하게는 겹침을 개시한다.
이러한 방식으로, 상기 광 가이드(60', 60")들 및 특히 자유 단부(72', 72")들은 광선을 용접 경계면(36) 상으로 지향시킬 수 있어 도시된 바와 같이 용접의 임계 지점인 렌즈형 몸체(24)의 프로파일/기하학적 형상(84)의 변화부에서 균질적이고 국부적으로 일정한 용접 비드를 형성한다.
결과적으로, 인접한 광 가이드(60', 60")들 및 각각의 자유 단부(72', 72")들의 기하학적 형상, 크기, 상호 위치 설정 및 기울기의 면들에서 기술적 방책들은 최적 용접을 달성하도록 렌즈형 몸체(24)의 구체적인 기하학적 형상에 항상 적응되어야 한다.
본 발명에 따른 자동차 등의 용접 방법이 지금부터 설명될 것이다.
특히 이 같은 용접 방법은:
- 제 1 주변 프로파일(20)에 의해 한정된 컨테이너 몸체(8)를 제공하는 단계,
- 제 2 주변 프로파일(28)에 의해 내부가 한정된 렌즈형 몸체(24)를 제공하는 단계,
- 상기 컨테이너 몸체(8) 및 상기 렌즈형 몸체(24)의 각각의 제 1 및 제 2 주변 프로파일(20, 28)들을 적어도 부분적으로 상호 결합하는 단계로서, 상기 주변 프로파일(20, 28)들 사이의 접촉 표면은 용접 경계면(36)을 형성하는, 단계,
- 특정 발광 스펙트럼을 가지는 광선 또는 방사선을 발광하는 하나 이상의 레이저 발광 장치를 제공하는 단계,
- 상기 레이저 발광 장치로부터 상기 레이저 빔의 부분들을 수신하고 상기 렌즈형 몸체(24)를 통하여 용접 경계면(36)을 향하여 상기 레이저 빔의 부분들을 지향시키는 복수의 섬유(44)들을 제공하는 단계로서, 여기서 컨테이너 몸체(8)는 광선을 향하는 흡수 요소로서 작용하고 상기 렌즈형 몸체(24)는 광선의 전달 요소로서 작용하는, 단계,
- 적어도 미리 결정된 광학 축선(X-X)을 따라 레이저 빔들의 부분들을 모두 시준하도록 상기 섬유(44)들로부터 출력시 레이저 빔들의 부분들의 공간적, 즉 각도적 분포를 변경하기 위해 광 가이드(60', 60")들을 제공하는 단계로서, 여기서 상기 광 가이드 수단(60', 60")들은 레이저 발광 장치에 의해 생성된 레이저 빔을 상기 섬유(44)로부터 수신하는 입구(64) 및 상기 시준된 레이저 빔을 전파하고/전달하는 출구(68)를 포함하는, 단계,
- 서로를 향하고 서로로부터 기계적으로 분리되는 각각의 자유 단부(72', 72")들을 가지는 두 개 이상의 인접한 광 가이드(60', 60")들을 배열하는 단계,
- 용접 경계면(36)을 따라 광선들의 균질적이고 일정한 분포를 얻도록 용접 경계면(36)의 인접하고 국부적으로 연속하는 부분들 상에 시준된 광선들을 지향시키도록 상기 인접한 광 가이드(60', 60")들을 구성하는 단계를 포함한다.
도시된 바와 같이, 상기 자유 단부(72', 72")들은 제 2 주변 프로파일(28)과 마주하는 렌즈형 몸체(24)의 외벽(32)에 위치된, 예를 들면 리브, 또는 필렛 또는 곡률 반경 등에서의 변화부와 같은 렌즈형 몸체(24)의 프로파일/기하학적 형상(84)의 변화부에 대응되게 배열된다.
렌즈형 몸체(24)의 기하학적 형상/프로파일에 따라, 상기 방법은 필렛들, 리브들 등과 같은 렌즈형 몸체(24)의 프로파일/기하학적 형상(84)의 변화부에 대응하는 상기 임계적 용접 경계면 부분(36)들을 포함하는, 용접 경계면(36) 모두 위에 신뢰성있는 용접부를 갖기 위해, 이의 국부적으로 연속하는 부분에서, 용접 경계면(36) 상에 광선들의 균질적이고 일정한 분포를 달성하도록 인접한 광 가이드(60', 60")들 및 이들의 자유 단부(72', 72")들의 유형, 상호 위치 및 상호 방위를 수정하는 단계를 포함한다.
상기 설명으로부터 인정될 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법은 종래 기술의 단점들을 극복하는 것을 가능하게 한다.
특히, 본 발명의 방법 덕분에, 본 발명에 따른 동시 레이저 장치의 광 가이드가 렌즈형 몸체의 복잡한 기하학적 형상/프로파일에 적응하도록 국부적으로 연속하는 용접 경계면 상으로 레이저 빔을 지향시키는 불연속 부분들과의 순응을 고려하면, 광의 주변을 따라 매우 가변적인 곡률들 및 두께들을 갖는, 임의의 타입의 복잡한 기하학적 형상/프로파일을 가지는 자동차 등들에 대한 동시 레이저 용접 기술을 적용하는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 따른 레이저 용접 기술은 종래 기술의 대안적인 용접 기술들에 비해 편리할 뿐만아니라, 자동차 등들의 분야에서 종래 기술의 해법들에 비해 동일한 품질의 용접 조인트에 대해 비용 및 시간 둘다의 면들에서 훨씬 더 향상될 수 있다.
특히, 소모가 감소되고 이에 따라 비용이 감소되는데, 이는 광선의 더 많은 부분이 렌즈형 몸체와 컨테이너 몸체 사이의 용접 경계면으로 전달될 수 있기 때문이다.
렌즈형 몸체와 컨테이너 몸체 사이의 용접의 경계면 부분 상의 광선은 이에 따라 발광 파워의 소모 없이, 우수한 기계적 품질들을 가지는 용접 조인트를 얻기에 적합하다.
당업자는 다음의 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 보호 범위 내에 있으면서, 부수적이고 구체적인 요구조건들을 만족하도록 위에서 설명된 자동차 등들의 제조 방법에 대한 다양한 수정예들 및 변형예들을 형성할 수 있다.

Claims (21)

  1. 자동차 전조등(4)을 제조하기 위한 용접 장치(40)로서,
    - 서로 용접될 컨테이너 몸체(8) 및 렌즈형 몸체(24)의 고정 수단(52, 56)으로서, 상기 컨테이너 몸체(8)는 제 1 주변 프로파일(20)을 가지고 상기 렌즈형 몸체(24)는 제 2 주변 프로파일(28)을 가지며 상기 제 1 주변 프로파일 및 상기 제 2 주변 프로파일은 서로 접촉되게 배치되어 상기 용접 장치에 의해 용접될 용접 경계면(36)을 형성하는, 고정 수단,
    - 레이저 빔을 발광하는 레이저 발광 장치 또는 레이저 소스,
    - 상기 레이저 발광 장치로부터 상기 레이저 빔의 부분들을 수신하여 상기 레이저 빔의 부분들을 상기 렌즈형 몸체(24)를 통하여 상기 용접 경계면(36)을 향하여 지향시키는 복수의 섬유(44)들로서, 상기 컨테이너 몸체(8)는 상기 레이저 빔을 향하는 흡수 요소로서 작용하고 상기 렌즈형 몸체(24)는 상기 레이저 빔의 전달 요소로서 작용하는, 복수의 섬유들,
    - 관련 광학 축선(X-X)을 따라 상기 레이저 빔들의 부분들 모두를 시준하도록, 상기 섬유(44)들로부터 나오는 상기 레이저 빔들의 부분들의 발산을 변경하기 위한 광 가이드 수단(60, 60', 60")을 포함하며,
    상기 광 가이드 수단(60, 60', 60")은 상기 섬유들로부터 상기 레이저 발광 장치에 의해 생성된 상기 레이저 빔을 수신하는 입구(64) 및 가이드들 자체에 의해 시준된 상기 레이저 빔을 전파 또는 전달하는 출구(68)를 포함하는, 자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치에 있어서,
    상기 장치(40)는 서로 기계적으로 분리되는 각각의 자유 단부(72', 72")들을 가지는 광 가이드 수단(60', 60")을 포함하며,
    상기 광 가이드 수단(60', 60")은 상기 용접 경계면(36)을 따라 레이저 빔들의 균질적이고 일정한 분포를 얻도록 용접 경계면(36)의 인접하고 국부적으로 연속적으로 부분들 상에 시준된 레이저 빔들을 지향시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가이드 수단은 서로를 향하고 서로로부터 기계적으로 분리되는 각각의 자유 단부(72', 72")들을 가지는 두 개 이상의 인접한 광 가이드(60', 60")들을 포함하며,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 상기 용접 경계면(36)을 따라 레이저 빔들의 균질적이고 일정한 분포를 얻도록 용접 경계면(36)의 인접하고 국부적으로 연속적인 부분들 상에 시준된 레이저 빔들을 지향시키도록 구성되는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 상기 인접한 광 가이드(60', 60")들의 자유 단부(72', 72")들에서 상기 용접 경계면(36)에 대해 수직하고 상기 용접 경계면(36)에 의해 통과되는 용접 중간면(M)에 대해 동일한 측면 상에 배열되는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 상기 인접한 광 가이드(60', 60")들의 자유 단부(72', 72")들에서 상기 용접 경계면(36)에 대해 수직하고 상기 용접 경계면(36)에 의해 통과되는 용접 중간면(M)에 대해 대향 측면들 상에 배열되는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들 중 하나 이상은 상기 인접한 광 가이드(60', 60")들의 자유 단부(72', 72")들에서 상기 용접 경계면(36)에 적어도 부분적으로 중첩되어, 상기 하나 이상의 광 가이드(60', 60")의 관련 광학 축선(X)에 의해 통과되는, 상기 광 가이드의 각각의 중간면(R)이 상기 용접 경계면(36)과 적어도 부분적으로 교차하는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들의 각각의 자유 단부(72', 72")들은 상기 용접 경계면(36)에 대해 수직하고 상기 용접 경계면(36)에 의해 통과되는 용접 중간면(M)에 대해 수직한, 횡방향 평면(T) 까지 연장하는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들의 각각의 자유 단부(72', 72")들은 상기 용접 경계면(36)에 대해 수직하고 상기 용접 경계면(36)에 의해 통과되는 용접 중간면(M)에 대해 수직한 횡방향 평면(T)을 넘어 연장하며, 상기 자유 단부(72', 72")들은 상기 횡방향 평면(T)의 대향 측면들 상에서 연장하는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 상기 관련 광학 축선(X)들에 의해 통과되는 각각의 중간면(R', R")들에 의해 형성되며, 상기 중간면(R', R")들이 서로에 대해 평행한,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 상기 관련 광학 축선(X)에 의해 통과되는 각각의 중간면(R', R")들에 의해 형성되며, 상기 중간면(R', R")들이 서로에 대해 경사지는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    인접한 광 가이드(60', 60")들의 상기 중간면(R', R")들은 상기 용접 경계면(36)의 대응하는 부분에 대해 수직한,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    서로 인접한 상기 광 가이드(60', 60")들의 중간면(R', R")들은 각각 제 1 및 제 2 입사 각도(α, β)에 따라 상기 용접 경계면(36)의 대응하는 부분에 대해 수직한 평면에 대해 경사지고, 상기 입사 각도(α, β)는 서로 상이한,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 각각 폭(76)이 서로 상이한 출구(68)들을 가지며, 상기 폭(76)은 각각의 광학 축선(X)에 의해 통과되는 상기 광 가이드(60', 60")들의 중간면에 대해 수직하게 측정되는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 각각 폭(76)이 서로 상이한 입구(64)들을 가지며, 상기 폭(76)은 각각의 광학 축선(X)에 의해 통과되는 상기 광 가이드(60', 60")들의 중간면에 대해 수직하게 측정되는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 전체적으로 웨지 형상을 취하도록 각각의 출구(68)들보다 폭이 더 큰 입구(64)들을 가지며, 상기 폭(76)은 각각의 광학 축선(X)에 의해 통과되는 상기 광 가이드(60', 60")의 중간면에 대해 수직하게 측정되는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 광 가이드(60', 60")들은 상기 렌즈형 몸체(24)를 향하여 수렴하도록 상기 광학 축선(X-X) 상에 놓이는 중간면(R', R")에 대해 대칭으로 경사지는 한 쌍의 반사 벽(80)들을 포함하는 네거티브 광 가이드들인,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    광 가이드(60', 60")들은 레이저 빔의 하나 이상의 부분에 대한 내부 총 반사의 조건을 충족하도록 구성된 중실형 몸체를 포함하는 포지티브 광 가이드들이며, 상기 중실형 몸체는 상기 레이저 빔의 방출 파장에 대해 투명한 재료로 제조되는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈형 몸체(24)를 상기 컨테이너 몸체(8)에 대고 가압하기 위해 상기 출구(68)들을 외벽(32)과 접촉되게 배열하도록, 광 가이드(60', 60")들의 출구(68)들은 상기 제 2 주변 프로파일(28)과 마주하는 상기 렌즈형 몸체(24)의 외벽(32)에 대해 반대 형상을 가지는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 자유 단부(72', 72")들은 상기 렌즈형 몸체(24)의 외벽(32)에서 상기 제 2 주변 프로파일(28)에 대향되게 배열된, 상기 렌즈형 몸체(24)의 프로파일 또는 기하학적 형상(84)의 변화부에 배열되는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 용접 장치.
  19. 자동차 전조등(4)의 동시 레이저 용접 방법으로서,
    - 제 1 주변 프로파일(20)에 의해 한정된 컨테이너 몸체(8)를 제공하는 단계,
    - 제 2 주변 프로파일(28)에 의해 내부가 한정된 렌즈형 몸체(24)를 제공하는 단계,
    - 상기 컨테이너 몸체(8) 및 상기 렌즈형 몸체(24)의 각각의 제 1 및 제 2 주변 프로파일(20, 28)을 적어도 부분적으로 상호 결합하는 단계로서, 상기 주변 프로파일(20, 28)들 사이의 접촉 표면은 용접 경계면(36)을 형성하는, 단계,
    - 특정 방출 스펙트럼을 가지는 레이저 빔 또는 방사선을 방출하는 하나 이상의 레이저 발광 장치를 제공하는 단계,
    - 상기 레이저 발광 장치로부터 상기 레이저 빔의 부분들을 수신하고 상기 레이저 빔의 부분들을 상기 렌즈형 몸체(24)릍 통하여 상기 용접 경계면(36)을 향하여 지향시키는 복수의 섬유(44)들을 제공하는 단계로서, 상기 컨테이너 몸체(8)는 레이저 빔을 향하는 흡수 요소로서 작용하고 상기 렌즈형 몸체(24)는 레이저 빔의 전달 요소로서 작용하는, 단계,
    - 적어도 미리 결정된 광학 축선(X-X)을 따라 레이저 빔들의 부분들 모두를 시준하도록, 상기 섬유(44)들로부터 나오는 상기 레이저 빔들의 부분들의 공간적 분포를 변경하기 위한 광 가이드 수단을 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 광 가이드 수단은 상기 섬유로부터 상기 레이저 발광 장치에 의해 생성된 상기 레이저 빔을 수신하는 입구 및 상기 시준된 레이저 빔을 전파 또는 전달하는 출구를 포함하는, 자동차 전조등의 동시 레이저 용접 방법에 있어서,
    서로 기계적으로 분리되는 각각의 자유 단부(72', 72")들을 가지는 인접한 광 가이드 수단(60', 60")을 배열하는 단계,
    상기 용접 경계면(36)을 따라 레이저 빔들의 균질적이고 일정한 분포를 얻기 위하여 용접 경계면(36)의 인접하고 국부적으로 연속하는 부분들 상에 시준된 레이저 빔들을 지향시키도록 상기 광 가이드 수단(60', 60")을 구성하는 단계를 포함하는,
    자동차 전조등의 동시 레이저 용접 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 2 주변 프로파일(28)에 대향하는 렌즈형 몸체(24)의 외벽(32)에 배열된, 상기 렌즈형 몸체(24)의 프로파일 또는 기하학적 형상(84)의 변화부에 상기 자유 단부(72', 72")들을 배열하는 단계를 포함하는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 동시 레이저 용접 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    제 1 항에 따른 용접 장치(40)를 제공하는 단계를 포함하는,
    자동차 전조등을 제조하기 위한 동시 레이저 용접 방법.
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