KR102535802B1 - 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치 - Google Patents

레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 관한 것으로서, 프레임과, 상기 프레임의 상부에 형성되며 마스크 지그의 양측을 가압하여 파지하고 상기 마스크 지그를 기울이거나 회전시킬 수 있도록 형성되는 고정부와, 상기 프레임의 전면 상부에 형성되어 상기 고정부에 의해 파지된 상기 마스크 지그에 형성된 슬롯홈에 레이저를 조사하여 스패터를 제거하는 클리닝부와, 상기 프레임의 상부에 형성되며 상기 고정부의 위치를 가변시켜 정렬시키고, 레이저가 조사되면 상기 슬롯홈의 형상 및 크기에 맞춰 상기 레이저가 상기 슬롯홈의 내측면을 따라 순차적으로 조사되도록 상기 고정부를 이송시키는 이송부와, 상기 프레임의 전면 하부에 형성되며 상기 고정부, 상기 클리닝부, 상기 이송부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치{Slot groove spatter removal device using laser}
본 발명은 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 셀 조립 공정에서 셀의 텝과 리드를 레이저 용접하는 과정에서 사용되는 마스크 지그의 슬롯홈에 발생되는 스패터를 제거할 수 있는 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 모듈은 이차 전지들을 전기적으로 연결시키기 위해 레이저 용접 방식을 채택하고 있다.
예컨대, 대한민국 특허공개공보 제10-2013-01316558호에 개시되어 있는 바와 같이 적층된 이차 전지들은 그 양단으로 양극과 음극의 전극 리드가 돌출되어 있고 이들 전극 리드가 서로 반대 극성으로 되도록 교번되게 적층된다.
적층된 이차 전지들의 전극 리드들은 절곡하여 서로 겹치게 한 후 절곡된 전극 리드 부분들을 레이저 발생기에서 출력되는 레이저로 융착시키게 된다.
전극 리드들 간의 융착은 전극 리드 연결부위에 길이방향을 따라 연속해서 용접하는 선용접 또는 불연속적으로 용접하는 스팟 용접 방식으로 이루어질 수 있는데, 최근에는 스팟 용접이 선용접에 비해 속도가 빠르고 용접 모재에 손상이 적어 선호되고 있다.
또한 배터리 셀의 텝과 리드를 용접하기 위해 양극에는 알루미늄(Al)을 사용하고, 음극에는 구리(Cu)를 용융물로 이용하고 있으며, 두 금속을 얇게 펴서 도포하기 위해 슬롯홈이 형성된 마스크 지그가 사용된다.
또한 마스크 지그는 레이저 조사시 레이저 빔이 벗어나지 못하게 제작된 슬롯홈을 따라 레이저가 가이드 되면서 조사되어 용접이 수행될 수 있도록 한다.
그러나 용융물이 접합부에 융착되지 않고 비산되면서 마스크 지그 주변 및 슬롯홈 내부에 붙게 되면서 이물로 인해 용접 불량이 빈번하게 발생되고 있다.
이러한 이물은 레이저 용접시 발생되는 열에 의해 용융물이 녹아 마스크 지그에 부착되는 융착형 이물과, 용융물이 녹지 않아 마스크 지그에 부착되는 부착형 이물이 존재하며, 이를 스패터(spatter)라 부르고 있다.
종래의 경우 이러한 스패터를 제거하기 위해 질산 95%를 사용하고 있으나, 질산은 피부화상을 일으키는 부식성 산성 물질로 근로환경 문제 및 위험물 사용으로 인한 관리가 어려운 실정이다.
또한 종래의 경우 다이아몬드 줄을 이용하여 슬롯홈에 잔존하는 스패터를 수작업으로 제거하였으나 마스크 지그의 깊고 좁은 슬롯홈을 수작업으로 가공하기가 쉽지 않다는 문제점이 있었다.
특허공개공보 제10-2013-01316558호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 레이저를 마스크 지그의 깊고 좁은 슬롯홈 내부에 조사하여 스패터를 승화 및 방출시킴으로써 안정적으로 스패터를 제거할 수 있는 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 레이저가 마스크 지그의 슬롯홈 내부에 정확히 조사될 수 있도록 마스크 지그의 위치를 자동으로 정렬하고, 레이저의 조사각도에 맞춰 마스크 지그의 각도를 기울여 스패터를 효율적으로 제거할 수 있는 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 마스크 지그를 회전시켜 정면과 배면의 위치에서 레이저가 순차적으로 조사되도록 하여 사각지대에 존재하는 스패터를 제거할 수 있는 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치는 프레임과, 상기 프레임의 상부에 형성되며 마스크 지그의 양측을 가압하여 파지하고 상기 마스크 지그를 기울이거나 회전시킬 수 있도록 형성되는 고정부와, 상기 프레임의 전면 상부에 형성되어 상기 고정부에 의해 파지된 상기 마스크 지그에 형성된 슬롯홈에 레이저를 조사하여 스패터를 제거하는 클리닝부와, 상기 프레임의 상부에 형성되며 상기 고정부의 위치를 가변시켜 정렬시키고, 레이저가 조사되면 상기 슬롯홈의 형상 및 크기에 맞춰 상기 레이저가 상기 슬롯홈의 내측면을 따라 순차적으로 조사되도록 상기 고정부를 이송시키는 이송부와, 상기 프레임의 전면 하부에 형성되며 상기 고정부, 상기 클리닝부, 상기 이송부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 상기 클리닝부는 상기 슬롯홈에 레이저를 조사하여 스패터를 승화 및 방출시켜 제거하는 조사유닛과, 상기 조사유닛의 측면에 형성되어 상기 고정부의 위치를 감지하고, 상기 슬롯홈에 존재하는 스패터를 검출하는 카메라와, 상기 조사유닛의 측면에 형성되며 상기 조사유닛과 상기 마스크 지그 사이의 치수를 측정하여 상기 마스크 지그의 평탄도 및 정렬상태를 판단하고 상기 슬롯홈의 깊이를 측정하는 변위센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 상기 클리닝부는 상기 슬롯홈의 폭과 깊이를 측정한 후 레이저가 상기 슬롯홈 내측면에 조사되기 위한 조사각도를 산출하고, 상기 고정부는 상기 클리닝부에서 산출된 조사각도를 기반으로 상기 마스크 지그의 각도를 조절하여 레이저가 상기 슬롯홈 내측면에 상기 레이저가 조사되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 상기 고정부는 n자 형태로 이루어져 있고 양측이 각각 슬라이딩될 수 있어 상기 마스크 지그의 양측면을 가압하여 파지하는 고정척과, 상기 고정척의 일단 중앙에 결합되며 상기 고정척을 상하 방향으로 회동시켜 상기 클리닝부에서 조사되는 레이저가 상기 슬롯홈의 내측면에 조사될 수 있도록 각도를 조절할 수 있도록 형성되는 각도조절대와, 상기 각도조절대의 일단 중앙에 결합되며 상기 고정척 및 상기 각도조절대를 회전시켜 상기 고정척에 파지된 상기 마스크 지그를 180도로 반전시키는 회전대로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 상기 클리닝부는 상기 슬롯홈을 촬영하여 폭 크기를 측정한 후 정상 상태의 슬롯홈의 폭 크기와 비교하여 폭이 감소된 경우 내부에 스패터가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 상기 고정부는 레이저가 조사되면 상기 슬롯홈의 깊이 절반 이상까지 레이저가 조사되도록 상기 마스크 지그의 각도를 조절하고, 상기 마스크 지그를 상하 반전시켜 2차에 걸쳐 상기 슬롯홈에 잔존하는 스패터를 제거하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 의하면, 레이저를 마스크 지그의 깊고 좁은 슬롯홈 내부에 조사하여 스패터를 승화 및 방출시킴으로써 안정적으로 스패터를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 의하면, 레이저가 마스크 지그의 슬롯홈 내부에 정확히 조사될 수 있도록 마스크 지그의 위치를 자동으로 정렬하고, 레이저의 조사각도에 맞춰 마스크 지그의 각도를 기울여 스패터를 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 의하면, 마스크 지그를 회전시켜 정면과 배면의 위치에서 레이저가 순차적으로 조사되도록 하여 사각지대에 존재하는 스패터를 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 전체적인 형상을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 고정부 구조를 세부적으로 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 고정부가 클리닝부 하부로 이송되는 모습을 나타낸 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 마스크 지그 구조 및 카메라가 촬영된 영상을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 조사각도를 산출하는 모습을 나타낸 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 클리닝부가 레이저를 슬롯홈에 조사하는 모습을 나타낸 확대도.
도 7은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 슬롯홈의 기울어진 상태를 나타낸 확대도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 셀 조립 공정에서 셀의 텝과 리드를 레이저 용접하는 과정에서 사용되는 마스크 지그의 슬롯홈에 발생되는 스패터를 제거할 수 있는 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치의 전체적인 형상을 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈(12)의 스패터 제거 장치는 프레임(100)과, 프레임(100)의 상부에 형성되며 마스크 지그(10)의 양측을 가압하여 파지하고 마스크 지그(10)를 기울이거나 회전시킬 수 있도록 형성되는 고정부(300)와, 프레임(100)의 전면 상부에 형성되어 고정부(300)에 의해 파지된 마스크 지그(10)에 형성된 슬롯홈(12)에 레이저를 조사하여 스패터를 제거하는 클리닝부(200)와, 프레임(100)의 상부에 형성되며 고정부(300)의 위치를 가변시켜 정렬시키고, 레이저가 조사되면 슬롯홈(12)의 형상 및 크기에 맞춰 레이저가 슬롯홈(12)의 내측면을 따라 순차적으로 조사되도록 고정부(300)를 이송시키는 이송부(400)와, 프레임(100)의 전면 하부에 형성되며 고정부(300), 클리닝부(200), 이송부(400)의 동작을 제어하는 제어부(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
프레임(100)은 고정부(300), 클리닝부(200), 이송부(400)가 결합될 수 있도록 다수 개의 프로파일이 결합되어 형성되어 있으며, 지면으로부터 고정부(300), 클리닝부(200), 이송부(400)가 이격된 상태로 위치되게 된다.
고정부(300)는 마스크 지그(10)를 파지하여 고정하기 위해 사용되며, 프레임(100)의 상부에 위치된 후 프레임(100)의 상부 방향에 이격된 상태로 이송부(400)에 의해 X축, Y축, Z축 방면으로 이송될 수 있도록 형성된다.
이때 X축은 프레임(100)의 전면과 후면 방향이고, Y축은 프레임(100)의 일측과 타측 방향이며, Z축은 프레임(100)의 상부에서 수직하게 이동되는 방향을 의미한다.
고정부(300)는 작업자 또는 별도의 로딩장치에 의해 스패터가 형성된 마스크 지그(10)를 하나씩 공급받을 수 있게 되며, 공급된 상태에서는 마스크 지그(10)의 양측을 가압한 후 고정시킬 수 있게 된다.
이송부(400)는 고정부(300)의 위치를 프레임(100)의 상부 방향에서 자유롭게 이송시키기 위해 사용되며, 프레임(100)의 가장자리에 X축레일(410), Y축레일(420), Z축레일(430)이 형성되고 각각의 레일에는 볼스크류와 모터가 구비되어 있어 수치제어를 통해 고정부(300)를 이송시킬 수 있도록 형성되어 있다.
이때 X축레일(410)의 상부에 Y축레일(420)이 형성되고 Y축레일(420)의 전면에 Z축레일(430)이 형성되어 있는데, Y축레일(420)에 고정부(300)가 결합되어 있다.
즉, 고정부(300)는 Z축레일(430)에 결합되어 상하로 수직하게 이동될 수 있고, Z축레일(430)은 Y축레일(420)을 따라 프레임(100)의 일측과 타측 방향으로 이송될 수 있게 되며, Y축레일(420)은 양단이 X축레일(410)에 결합되어 있어 프레임(100)의 전면과 후면 방향으로 이송될 수 있게 된다.
X축레일(410), Y축레일(420), Z축레일(430)을 이용하여 고정부(300)가 수치제어 상으로 이송될 수 있게 되며, 이송부(400)는 고정부(300)를 로딩/언로딩 위치로 이송시키거나 스패터를 제거하기 위해 마스크 지그(10)를 클리닝부(200) 하부로 이송시킬 수 있게 된다.
클리닝부(200)는 프레임(100)의 전면에서 상부에 형성되어 있으며, 클리닝부(200)의 하부에 고정부(300)가 이동될 수 있도록 하기 위해 프레임(100)의 상부면으로부터 상부 방향으로 이격되어 있다.
클리닝부(200)는 레이저를 조사할 수 있도록 형성되어 있어 조사된 레이저에 의해 마스크 지그(10)의 슬롯홈(12)에 존재하는 스패터를 제거할 수 있게 되며, 슬롯홈(12)의 위치를 판단하기 위해 카메라(220)를 통해 위치를 정렬할 수 있게 된다.
클리닝부(200)에 대한 세부 구성은 첨부된 도면과 함께 후술하기로 한다.
제어부(500)는 프레임(100)의 전면 하부에 형성되어 있어 고정부(300), 클리닝부(200), 이송부(400)의 동작을 제어하고, 각 장치로부터 수집된 데이터를 기반으로 동작조건을 분석하여 유기적으로 작동할 수 있도록 제어하기 위해 사용된다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈(12)의 스패터 제거 장치의 고정부(300) 구조를 세부적으로 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈(12)의 스패터 제거 장치의 고정부(300)가 클리닝부(200) 하부로 이송되는 모습을 나타낸 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈(12)의 스패터 제거 장치의 마스크 지그(10) 구조 및 카메라(220)가 촬영된 영상을 나타낸 예시도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈(12)의 스패터 제거 장치의 고정부(300)는 n자 형태로 이루어져 있고 양측이 각각 슬라이딩될 수 있어 마스크 지그(10)의 양측면을 가압하여 파지하는 고정척(310)과, 고정척(310)의 일단 중앙에 결합되며 고정척(310)을 상하 방향으로 회동시켜 클리닝부(200)에서 조사되는 레이저가 슬롯홈(12)의 내측면에 조사될 수 있도록 각도를 조절할 수 있도록 형성되는 각도조절대(320)와, 각도조절대(320)의 일단 중앙에 결합되며 고정척(310) 및 각도조절대(320)를 회전시켜 고정척(310)에 파지된 마스크 지그(10)를 180도로 반전시키는 회전대(320)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
고정척(310)은 마스크 지그(10)의 양측면을 가압하여 파지하기 위해 사용되는 것으로 n자 형태로 이루어져 있고, 마스크 지그(10)가 내측면에 삽입될 수 있도록 양측이 슬라이딩될 수 있도록 형성되어 있다.
이때 고정척(310)은 내부에 스프링이 형성되어 있어 스프링의 탄성력에 의해 서로 마주보는 방향으로 가압될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 공압을 이용하거나 모터를 이용하여 고정척(310) 가변되도록 구성될 수도 있다.
또한 고정척(310)의 양측 내면에는 마스크 지그(10)가 미끄러지지 않도록 미끄럼방지패드가 마련되어 있거나 미끄럼방지홈이 마련되어 있어 마찰력이 향상되어 파지된 상태가 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
각도조절대(320)는 고정척(310)이 상하로 회동될 수 있도록 각도를 조절하기 위해 사용되며, 고정척(310)의 일단에 중앙에 결합되도록 형성되는 연결대(321)가 마련되고, 연결대(321)의 양측을 감싸도록 n자 형태로 이루어진 회동대(322)로 이루어져 있다.
이때 회동대(322)의 양측에는 회동축이 관통하여 삽입되면서 연결대(321)와 회동대(322)를 서로 연결시키고, 회동축에 의해 연결대(321)는 상하로 회동될 수 있게 된다.
보다 바람직하게는 연결대(321)의 측면에 모터가 형성되어 있어 회동축을 회전시킬 수 있도록 형성되는 것이 바람직하며, 이를 통해 고정척(310)에 파지된 마스크 지그(10)를 틸팅시켜 클리닝부(200)에서 조사되는 레이저가 슬롯홈(12) 내측면에 조사되도록 제어될 수 있게 된다.
회전대(320)는 각도조절대(320)의 일단 중앙에 결합되도록 형성되어 있으며, 후면에 형성된 모터에 의해 360도로 회전될 수 있도록 형성되어 있어 고정척(310) 및 각도조절대(320)를 동시에 회전시킬 수 있게 된다.
회전대(320)가 회전됨에 따라 고정척(310)에 파지된 마스크 지그(10)의 각도를 좌우 방면으로도 틸팅시킬 수 있게 되며, 슬롯홈(12)의 좌우에 위치된 원호형으로 형성된 부위에도 레이저가 조사되어 스패터를 제거할 수 있게 된다.
즉, 회전대(320)는 마스크 지그(10)의 정면과 배면의 위치를 반전시키는 용도와 슬롯홈(12)의 좌우에 레이저가 조사될 수 있도록 마스크 지그(10)를 좌우로 틸팅시킬 수 있게 된다.
이때 마스크 지그(10)의 정면은 슬롯(11)이 돌출되어 있는 상부면을 의미하며, 배면은 마스크 지그(10)의 슬롯(11)이 돌출되어 있지 않은 바닥면을 의미한다.
따라서 각도조절대(320)는 슬롯홈(12)의 내측에 위치된 일면과 타면에 레이저가 조사될 수 있도록 마스크 지그(10)를 전면과 후면 방향으로 틸팅시키고, 회전대(320)는 슬롯홈(12)의 내측에 위치된 좌측면과 우측면에 레이저가 조사되도록 마스크 지그(10)를 좌측과 우측 방향으로 틸팅시킬 수 있게 된다.
또한 회전대(320)는 마스크 지그(10)의 정면이 클리닝부(200) 하부에 위치되도록 한 후 레이저를 조사하여 스패터를 제거하고, 이후 마스크 지그(10)의 배면이 클리닝부(200) 하부에 위치되도록 한 후 레이저를 조사하여 스패터를 제거하게 된다.
클리닝부(200)는 슬롯홈(12)에 레이저를 조사하여 스패터를 승화 및 방출시켜 제거하는 조사유닛(210)과, 조사유닛(210)의 측면에 형성되어 고정부(300)의 위치를 감지하고, 슬롯홈(12)에 존재하는 스패터를 검출하는 카메라(220)와, 조사유닛(210)의 측면에 형성되며 조사유닛(210)과 마스크 지그(10) 사이의 치수를 측정하여 마스크 지그(10)의 평탄도 및 정렬상태를 판단하고 슬롯홈(12)의 깊이를 측정하는 변위센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 클리닝부(200)는 슬롯홈(12)을 촬영하여 폭 크기를 측정한 후 정상 상태의 슬롯홈(12)의 폭 크기와 비교하여 폭이 감소된 경우 내부에 스패터가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
조사유닛(210)은 알루미늄 또는 구리로 이루어진 스패터를 승화 및 방출시켜 슬롯홈(12)으로부터 제거하기 위해 사용되는 것으로, 짧은 주기 및 고속으로 움직이는 펄스 레이저를 출력하도록 구성되어 있다.
이때 레이저는 출력이 50W / 60hz, 파장은 1,064nm, 조사거리는 300mm 내외로 조사되도록 형성되어 있어, 알루미늄, 구리로 이루어진 스패터에 레이저가 조사되면 열에 의해 승화되면서 슬롯홈(12)으로부터 방출될 수 있게 된다.
마스크 지그(10)의 재질은 합금 공구강 소재 및 특수 합금으로 이루어져 있기 때문에 조사유닛(210)에서 출력되는 레이저에 의해 직접적인 손상이 발생되지 않으므로, 레이저에 접촉되는 스패터만 제거될 수 있게 된다.
또한 조사유닛(210)은 프레임(100)에 고정되어 있어 출력되는 레이저는 상부에서 하부 방향으로 수직하게 조사되며, 슬롯홈(12)의 내측면에 레이저가 조사될 수 있도록 하기 위해 이송부(400)가 슬롯홈(12)의 내측면에 레이저가 조사되도록 고정부(300)의 위치를 슬롯홈(12)의 형상에 맞춰 가변시키게 된다.
즉, 조사유닛(210)에서 레이저가 출력되면 이송부(400)가 마스크 지그(10)를 이송시키면서 슬롯홈(12) 내측면 전반에 걸쳐 레이저가 순차적으로 조사되도록 하며, 각도조절대(320)와 회전대(320)에 의해 마스크 지그(10)가 틸팅되면서 슬롯홈(12)의 내측면 상부와 하부로 레이저가 조사될 수 있게 된다.
카메라(220)는 조사유닛(210)의 측면에 형성되어 있으며 하부에 위치된 고정부(300)를 촬영 및 감지하여 고정부(300)의 위치를 정렬시키고, 슬롯홈(12) 내부에 스패터가 존재하는지 검출하기 위해 사용된다.
고정부(300)가 마스크 지그(10)를 파지한 상태에서 이송부(400)에 의해 카메라(220)의 하부로 이송되면 카메라(220)는 고정부(300)에 형성된 마커를 인식하여 마커의 면적을 측정하게 되는데, 마커는 고정척(310) 또는 각도조절대(320)에 형성되어 있고, 마커의 실제 면적이 사전에 입력되어 있어 카메라(220)를 통해 촬영된 마커 면적과 실제 마커 면적을 비교할 수 있게 된다.
이때 위치를 보정하는 상태에서는 각도조절대(320) 및 회전대(320)는 회동 또는 회전되지 않은 상태로 진입하여 마스크 지그(10)가 수평한 상태로 투입되어 카메라(220) 및 변위센서에 감지될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
카메라(220)가 고정부(300)에 형성된 마커를 인식함으로써 고정부(300)의 위치를 인식하게 되고, 레이저가 조사되는 조사유닛(210)의 하부에 슬롯홈(12)이 위치되도록 정위치로 이동되도록 위치를 보정시킬 수 있게 된다.
또한 카메라(220)는 슬롯홈(12)을 촬영하여 슬롯홈(12)의 폭을 측정하도록 구성되어 있는데, 도 3과 같이 스패터가 없는 상태에서 측정된 정상상태의 슬롯홈(12)의 폭 w에 대한 정보가 사전에 입력되어 있고, 카메라(220)에서 촬영하였을 때 스패터에 의해 슬롯홈(12)의 폭 w가 정상 상태의 값보다 감소된 것으로 측정되면 슬롯홈(12)에 스패터가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
즉, 정상 상태의 경우 스패터가 없기 때문에 슬롯홈(12)의 폭을 촬영하면 사전에 입력된 슬롯홈(12)의 폭 w와 동일한 값이 측정되나, 스패터가 존재하는 경우 스패터에 의해 왜곡이 발생되면서 스패터가 돌출된 길이만큼 폭이 감소되어 측정되게 된다.
이에 따라 스패터의 존재 유무에 따라 슬롯홈(12)의 폭 w가 변화되게 되며, 이러한 폭의 변화를 기준으로 스패터의 존재유무를 판단할 수 있게 된다.
이때 고정부(300)의 하부에는 상부 방향으로 빛을 조사하는 조명유닛이 형성되어 있는 것이 바람직하며, 조명유닛에서 출력되는 빛이 슬롯홈(12)을 통과하면서 슬롯홈(12) 내부의 음영을 구분할 수 있게 된다.
이를 통해 카메라(220)가 슬롯홈(12)을 촬영할 때 슬롯홈(12) 내측면의 음영을 이용하여 슬롯홈(12)의 폭 w를 명확하게 구분할 수 있게 되며, 스패터가 형성된 경우 스패터에 의해 왜곡이 발생되므로 슬롯홈(12)의 폭 w가 감소되어 폭 비교를 통해 스패터 존재유무를 판단할 수 있게 된다.
또한 카메라(220)를 통해 슬롯홈(12)의 폭 w 외에 길이 및 형상도 측정할 수 있게 되며, 카메라(220)를 통해 측정된 크기 및 형상을 따라 레이저가 조사될 때 이송부(400)가 고정부(300)를 이동시켜 레이저가 슬롯홈(12)의 내측면에 조사되도록 제어할 수 있게 된다.
변위센서는 마스크 지그(10)와 레이저 사이의 거리와 마스크 지그(10)의 평탄도를 측정하여 정렬시키기 위해 사용된다.
조사유닛(210)에서 출력되는 레이저의 조사거리가 300mm이므로 변위센서가 거리를 측정하여 마스크 지그(10)와 조사유닛(210) 사이의 거리를 측정하여 300mm 이내에 마스크 지그(10)가 위치되도록 이송부(400)에 의해 Z축의 높이를 보정시키게 된다.
또한 변위센서는 마스크 지그(10)의 상부면 가장자리에서 거리를 각각 측정하여 마스크 지그(10)의 평탄도를 측정하게 되며, 측정된 거리값이 불일치 하는 경우 평탄도가 불량인 상태로 판단하여 각도조절대(320) 및 회전대(320)를 이용하여 마스크 지그(10)의 상부면이 평행한 상태로 유지되도록 평탄도를 조절하게 된다.
이때 측정되는 위치는 마스크 지그(10)의 모서리 부위를 측정하는 것이 바람직하며, 각도조절대(320) 및 회전대(320)가 조절된 후 변위센서에 의해 측정된 각 가장자리의 거리값이 일치되면 평탄도가 정상상태인 것으로 판단할 수 있게 되고, 각도조절대(320) 및 회전대(320)의 현재 위치를 기준 좌표로 설정할 수 있게 된다.
기준 좌표는 마스크 지그(10)가 평탄도 및 조사유닛(210)과의 거리가 보정된 상태의 위치 좌표를 의미하며, 각도조절대(320) 및 회전대(320)는 기준 좌표를 원점으로 하여 슬롯홈(12)에 레이저가 조사되도록 회동 및 회전될 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈(12)의 스패터 제거 장치의 조사각도를 산출하는 모습을 나타낸 확대도이고, 도 6은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈(12)의 스패터 제거 장치의 클리닝부(200)가 레이저를 슬롯홈(12)에 조사하는 모습을 나타낸 확대도이며, 도 7은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈(12)의 스패터 제거 장치의 슬롯홈(12)의 기울어진 상태를 나타낸 확대도이다.
도 5 내지 도 7에 되시된 바와 같이, 클리닝부(200)는 슬롯홈(12)의 폭과 깊이를 측정한 후 레이저가 슬롯홈(12) 내측면에 조사되기 위한 조사각도를 산출하고, 고정부(300)는 클리닝부(200)에서 산출된 조사각도를 기반으로 마스크 지그(10)의 각도를 조절하여 레이저가 슬롯홈(12) 내측면에 레이저가 조사되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.
클리닝부(200)에 형성된 카메라(220)는 슬롯홈(12)을 촬영하여 슬롯홈(12)의 폭 w를 측정할 수 있게 되며, 변위센서는 슬롯홈(12)의 깊이 h를 측정할 수 있게 되며, 클리닝부(200)는 폭 w와 깊이 h의 절반 값을 이용하여 레이저가 슬롯홈(12) 내측면에 조사되기 위한 최소 조사각도 θ를 삼각함수로 산출할 수 있게 된다.
이때 산출되는 식은 아래의 수학식 1과 같으며, 0.5h는 슬롯홈(12)의 깊이 h의 절반에 해당되는 값이다.
Figure 112022136373775-pat00001
(θ : 레이저가 슬롯홈(12)에 조사되기 위한 조사각도, h : 슬롯홈(12)의 깊이, w : 슬롯홈(12)의 폭)
조사각도는 수직하게 조사되는 레이저가 슬롯홈(12)의 내측면까지 진입하기 위해 각도조절대(320) 및 회전대(320)가 틸팅되어야 하는 각도를 의미하며, 레이저가 조사되는 위치는 최소 슬롯홈(12)의 깊이의 0.5h 이상까지 조사될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
변위센서가 슬롯홈(12)의 깊이 h를 취득하기 위해서는 마스터 지그의 상부면에 위치된 슬롯(11)의 돌출 높이를 측정한 후 2배로 적용하거나 슬롯홈(12)의 폭 w와 깊이 h에 대한 치수가 사전에 설정 또는 저장되어 있어 이러한 값을 바로 적용할 수 있도록 할 수도 있다.
상기와 같이 조사각도를 산출하게 되면 각도조절대(320)는 산출된 조사각도 만큼 회동되어 레이저가 조사되었을 때 슬롯홈(12) 내측면에 레이저가 조사되도록 각도를 조절할 수 있게 된다.
또한 회동대(322)는 슬롯홈(12)의 원호형으로 형성된 좌우에 레이저가 조사될 때 산출된 조사각도만큼 각도조절대(320) 및 고정척(310)을 좌우로 회전시키게 되며, 회전된 상태에서 레이저가 조사되어 슬롯홈(12)의 좌우에 형성된 내측면에 존재하는 스패터도 제거할 수 있게 된다.
또한 고정부(300)는 레이저가 조사되면 슬롯홈(12)의 깊이 절반 이상까지 레이저가 조사되도록 마스크 지그(10)의 각도를 조절하고, 마스크 지그(10)를 상하 반전시켜 2차에 걸쳐 슬롯홈(12)에 잔존하는 스패터를 제거하는 것을 특징으로 한다.
마스크 지그(10)에 형성된 슬롯홈(12)은 폭이 좁고 깊이가 길게 형성되어 있기 때문에 고정부(300)를 통해 마스크 지그(10)를 틸팅시키더라도 레이저가 슬롯홈(12)의 상부에서 하부까지 조사되어 스패터를 제거하기는 어렵다.
이를 위해 고정부(300)는 마스크 지그(10)의 정면이 클리닝부(200) 하부에 위치되도록 한 상태에서 슬롯홈(12)에 레이저를 조사하여 1차 스패터를 제거하고, 배면에 잔존하는 스패터를 제거하기 위해 회전대(320)를 이용하여 마스크 지그(10)를 180도로 회전시켜 반전시키고 배면이 클리닝부(200) 하부에 위치시켜 다시 레이저를 조사하여 2차로 스패터를 제거하게 된다.
즉, 레이저는 마스크 지그(10)의 상하 반전에 따라 슬롯홈(12)의 깊이 절반만큼만 레이저가 조사되어 2차에 걸쳐 스패터가 제거되도록 구성되어 있다.
또한 레이저가 조사되는 깊이가 상하 반전시 중첩될 수 있도록 하여 슬롯홈(12) 내측면 중간지점에 스패터가 잔류하지 않도록 방지되는 것이 바람직하다.
가장 바람직하게는 레이저가 조사되는 최대 깊이를 슬롯홈(12) 상부를 기준으로 55~60%가 되는 위치까지 함으로써 마스크 지그(10)를 반전시킨 후 레이저를 조사할 때 5~10%의 범위가 중첩되면서 스패터가 미제거된 부위가 없도록 방지해야 한다.
또한 이송부(400)는 슬롯홈(12)의 내측면에 레이저가 조사될 수 있도록 하기 위해 저속으로 고정부(300)를 슬롯홈(12)의 형상 및 치수를 따라 X축과 Y축으로 이송시키게 되며, 슬롯홈(12)의 내측 일면, 우측면, 타면, 좌측면에 레이저가 조사되어 슬롯홈(12)의 내측 각 면에 존재하는 스패터가 순차적으로 제거하게 된다.
이때 각도조절대(320)와 회전대(320)는 레이저가 조사되는 위치에 따라 마스크 지그(10)를 틸팅시켜 레이저가 슬롯홈(12)의 내측면에 도달하도록 하게 된다.
마스크 지그(10)의 정면을 기준으로 레이저가 슬롯홈(12)의 모든 내측면에 조사되고 나면 회전대(320)가 기준 좌표를 기준으로 180도로 회전되면서 배면이 상부 방향으로 향하도록 한 후 레이저가 슬롯홈(12)의 내측면에 조사되면서 스패터를 제거하게 된다.
또한 마스크 지그(10)의 정면과 배면에서 레이저 조사가 완료되면 카메라(220)를 통해 슬롯홈(12) 내부에 잔존하는 스패터가 있는지 확인하게 되며, 스패터가 잔존하는 경우 일련의 과정을 다시 반복하여 재작업을 진행하게 된다.
필요에 따라 카메라(220)에서 스패터의 위치를 부분적으로 검출한 후 해당 부위에 레이저를 조사함으로써 정밀하게 스패터를 제거할 수도 있게 된다.
또한 레이저가 조사될 때 돌출된 슬롯(11)이 손상되지 않도록 슬롯(11)의 상부면 및 가장자리에는 보호커버(13)가 씌어져 있는 것이 바람직하며, 보호커버(13)는 레이저가 조사될 때 슬롯(11)의 외측에 손상이 발생되지 않도록 보호할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치에 의하면, 레이저를 마스크 지그의 깊고 좁은 슬롯홈 내부에 조사하여 스패터를 승화 및 방출시킴으로써 안정적으로 스패터를 제거할 수 있고, 레이저가 마스크 지그의 슬롯홈 내부에 정확히 조사될 수 있도록 마스크 지그의 위치를 자동으로 정렬하고, 레이저의 조사각도에 맞춰 마스크 지그의 각도를 기울여 스패터를 효율적으로 제거할 수 있으며, 마스크 지그를 회전시켜 정면과 배면의 위치에서 레이저가 순차적으로 조사되도록 하여 사각지대에 존재하는 스패터를 제거할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
10 : 마스크 지그 11 : 슬롯
12 : 슬롯홈 13 : 보호커버
100 : 프레임 200 : 클리닝부
210:조사유닛 220 : 카메라
300 : 고정부 310 : 고정척
320 : 각도조절대 321 : 연결대
322 : 회동대 320 : 회전대
400 : 이송부 410 : X축 레일
420 : Y축 레일 430 : Z축 레일
500 : 제어부

Claims (6)

  1. 프레임과;
    상기 프레임의 상부에 형성되며 마스크 지그의 양측을 가압하여 파지하고 상기 마스크 지그를 기울이거나 회전시킬 수 있도록 형성되는 고정부와;
    상기 프레임의 전면 상부에 형성되어 상기 고정부에 의해 파지된 상기 마스크 지그에 형성된 슬롯홈에 레이저를 조사하여 스패터를 제거하는 클리닝부와;
    상기 프레임의 상부에 형성되며 상기 고정부의 위치를 가변시켜 정렬시키고, 레이저가 조사되면 상기 슬롯홈의 형상 및 크기에 맞춰 상기 레이저가 상기 슬롯홈의 내측면을 따라 순차적으로 조사되도록 상기 고정부를 이송시키는 이송부와;
    상기 프레임의 전면 하부에 형성되며 상기 고정부, 상기 클리닝부, 상기 이송부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 클리닝부는
    상기 슬롯홈을 촬영하여 폭 크기를 측정한 후 정상 상태의 슬롯홈의 폭 크기와 비교하여 폭이 감소된 경우 내부에 스패터가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는
    레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 클리닝부는
    상기 슬롯홈에 레이저를 조사하여 스패터를 승화 및 방출시켜 제거하는 조사유닛과;
    상기 조사유닛의 측면에 형성되어 상기 고정부의 위치를 감지하고, 상기 슬롯홈에 존재하는 스패터를 검출하는 카메라와;
    상기 조사유닛의 측면에 형성되며 상기 조사유닛과 상기 마스크 지그 사이의 치수를 측정하여 상기 마스크 지그의 평탄도 및 정렬상태를 판단하고 상기 슬롯홈의 깊이를 측정하는 변위센서;로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 클리닝부는 상기 슬롯홈의 폭과 깊이를 측정한 후 레이저가 상기 슬롯홈 내측면에 조사되기 위한 조사각도를 산출하고,
    상기 고정부는 상기 클리닝부에서 산출된 조사각도를 기반으로 상기 마스크 지그의 각도를 조절하여 레이저가 상기 슬롯홈 내측면에 상기 레이저가 조사되도록 조절하는 것을 특징으로 하는
    레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고정부는
    n자 형태로 이루어져 있고 양측이 각각 슬라이딩될 수 있어 상기 마스크 지그의 양측면을 가압하여 파지하는 고정척과;
    상기 고정척의 일단 중앙에 결합되며 상기 고정척을 상하 방향으로 회동시켜 상기 클리닝부에서 조사되는 레이저가 상기 슬롯홈의 내측면에 조사될 수 있도록 각도를 조절할 수 있도록 형성되는 각도조절대와;
    상기 각도조절대의 일단 중앙에 결합되며 상기 고정척 및 상기 각도조절대를 회전시켜 상기 고정척에 파지된 상기 마스크 지그를 180도로 반전시키는 회전대;로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고정부는 레이저가 조사되면 상기 슬롯홈의 깊이 절반 이상까지 레이저가 조사되도록 상기 마스크 지그의 각도를 조절하고, 상기 마스크 지그를 상하 반전시켜 2차에 걸쳐 상기 슬롯홈에 잔존하는 스패터를 제거하는 것을 특징으로 하는
    레이저를 이용한 슬롯홈의 스패터 제거 장치.
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JP2017205806A (ja) * 2016-05-12 2017-11-24 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ加工装置および積層体の加工装置
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