KR102565064B1 - 초음파 용접 장치에 용접 금속을 위치시키기 위한 방법 및 초음파 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 용접 장치(34)에서 용접물(20)을 위치시키는 방법 및 초음파 진동이 적용되고 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드(14), 및 앤빌(16)을 포함하는 초음파 용접 장치에 관한 것이며, 용접물 수용부(19)는 작업 표면(17)과 앤빌(16)의 대향 표면(18) 사이에 형성되며, 상기 용접물(20)의 용접 위치(P)를 정의하는 위치 결정 장치(21)의 위치의 변화(Δx)는 위치 센서에 의해 상기 소노트로드(14)의 길이방향(22)에서 포착되며, 소노트로드(14)에 대한 진동의 적용은 위치의 변화(Δx)에 따라 변경되어, 소노트로드(14)의 진폭 특성 곡선에 따라 진폭의 변화(Δy)가 수행된다.

Description

초음파 용접 장치에 용접 금속을 위치시키기 위한 방법 및 초음파 용접 장치

본 발명은 초음파 진동이 적용되고 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드(sonotrode), 및 앤빌(anvil)을 포함하는 초음파 용접 장치에서 용접물을 위치시키는 방법에 관한 것이며, 용접물 수용부는 소노트로드의 작업 표면과 앤빌의 대향 표면 사이에 형성되며, 용접물의 용접 위치를 정의하는 위치 결정 장치의 위치의 변화는 위치 센서에 의해 소노트로드의 길이방향에서 포착된다. 또한, 본 발명은 초음파 발전기의 초음파 진동이 적용되고 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드, 및 앤빌을 포함하는 초음파 용접 장치에 관한 것이며, 용접물 수용부는 소노트로드의 작업 표면과 앤빌의 대향 표면 사이에 형성되며, 초음파 용접 장치는 작업 표면에 대해 소노트로드의 길이방향으로 용접물의 용접 위치를 포착하기 위한 위치 결정 장치를 포함하고, 위치 결정 장치에는 용접 위치를 포착하기 위한 위치 센서가 제공된다.

상기 언급된 유형의 초음파 용접 장치는 특히 금속 파이프 상에 단부 용접을 구현하기 위한 초음파 용접 집게에 사용되며, 예를 들어 냉각 유닛에서 유체 파이프로서, 즉, 특히 공조 장치 또는 냉장고에서 구현된다. 이러한 단부 용접은 파이프의 자유 단부 상에 배치된 충전 전기자(filling armature)가 파이프 단부로부터 분리되는 동시에 단부 용접이 절단되는 방식으로 유체 파이프를 포함하는 냉각 회로 내로 냉각제를 충전한 후에 구현된다.

상기 언급된 바와 같이 파이프로서 구현되는 용접물의 정확한 위치 결정을 가능하게 하기 위해, 소노트로드의 작업 표면과 앤빌의 대향하는 표면 사이에서, 지대주(abutment)로서 일반적으로 구현되는 위치 결정 장치는, 초음파 용접 장치의 케이싱에 제공되고 용접 위치에서 파이프에 맞닿음으로써, 파이프의 축방향 위치는 소노트로드의 길이방향으로 정의된다.

용접물과 소노트로드 및 앤빌 각각 사이의 상대적인 움직임을 유발하는 초음파 진동으로 인해 작동 중에 소노트로드의 작업 표면과 앤빌의 대향 표면이 마모되기 때문에, 작업 과정에서 용접 위치를 변경해야 한다. 이는 일반적으로 지대주로서 구현되는 위치 결정 장치를 소노트로드의 길이방향으로 상대적으로 변위시킴으로써 발생한다.

파라미터 내에서 일정하게 유지되는 복제 가능한 용접부를 생성하기 위해, 따라서 진동 진폭의 크기가 용접 위치에 어떻게 의존하고 새로운 용접 위치에서 적절하게 수정해야 하는지를 고려하는 것이 더욱 요구되며, 필요한 경우 동일한 크기의 진동 진폭이 용접 위치와 독립적으로 용접물에 적용되도록 한다.

지금까지 진폭의 보정, 즉 용접 위치 변경 후 진폭의 변화는 용접 결과를 산출하는 방식으로 사용자에 의해 반복적으로 구현되었으며, 즉, 용접에서 결정된 용접 파라미터의 유지는 용접 위치가 변경된 후에 검사되며, 허용되지 않은 편차가 있는 경우, 구현된 변경이 파라미터 공차를 유지하기에 충분한지 여부에 따라 후속적으로 생성된 용접에 의해 검증하기 위해 컨버터 설정을 변경함으로써 진폭이 변경된다. 구현된 용접 수가 많기 때문에 일반적으로 교대 생산 중에 용접 위치의 3~4배 변경이 필요할 것이기 때문에 이는 상당한 시간 할당과 관련된다.

본 발명의 목적은 용접의 품질을 동시에 유지하면서 용접 위치의 변경을 구현하는 것을 용이하게 하는 초음파 용접 장치에서 용접물을 위치시키는 방법을 제안하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 대응하는 방법의 구현을 용이하게 하는 초음파 용접 장치를 제안하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 청구항 제1항의 특징을 갖는다.

본 발명에 따르면 소노트로드의 진폭 특선 곡선에 따라 진폭의 변화가 수행되도록 소노트로드에 대한 진폭의 적용은 위치의 변화(Δx)에 따라 변경된다.

본 발명은 소노트로드의 재료 특성 및 기하학적 구조로 인해, 개별 진폭 특성이 상이한 소노트로드에 대해 도출된다는 발견에 기반하며, 소노트로드의 진동 진폭이 소노트로드의 길이방향 또는 소노트로드의 작업 표면의 길이방향에서 변화한다는 것을 의미하며, 진폭은 일반적으로 소노트로드의 자유 단부에서, 또는 보다 구체적으로 소노트로드의 자유 단부 및 작업 표면의 대향 단부에서 각각 할당된 작업 표면의 단부에서 상대 최대값 및 상대 최소값를 달성한다. 위치에 의존하는 진폭의 최대값과 최소값 사이에서 진폭 시퀀스는 진폭 특성 곡선에 의해 정의된다.

바람직하게는, 소노트로드에 대한 진동의 적용은 초음파 진동을 소노트로드에 적용하는 컨버터를 제어하는 발전기의 제어 전압을 변경함으로써 변경된다.

위치 변경을 구현할 시점은 상이한 파라미터에 의존한다.

바람직하게, 위치 요소의 위치의 변화를 트리거하는 특히 간단한 방식은 정의된 수의 용접 시퀀스를 지정하는 것으로 구성된다. 따라서, 예를 들어, 각각의 표면을 가능한 한 최대로 사용하면서 소노트로드의 길이방향에서의 작업 표면 및/또는 앤빌의 대향 표면의 가능한 마모를 궁극적으로 달성하기 위해, 이는 매번 구현된 용접 순서마다 위치가 변경되도록 특정될 수 있다.

위치의 변화를 트리거하는 가장 간단한 방법은 초음파 용접 장치의 사용자가 타이밍을 결정하는 것이며, 이 방법은 사용자가 초음파 용접 장치에 의해 용접 순서를 구현하는 데 경험이 있는 경우 특히 바람직하게 보인다.

본 발명에 따른 초음파 용접 장치는 청구항 제5항의 특징을 갖는다.

본 발명에 따르면, 위치 센서는 특성 곡선 프로세서를 통해 초음파 용접 장치의 발전기에 연결되어, 특성 곡선 프로세서에 의해 소노트로드의 진폭 특성 곡선에 따른 위치의 변화 Δx에 따라 진폭이 변경된다.

특성 곡선 프로세서는 소노트로드의 길이 방향에서 소노트로드 작업 표면의 길이에 걸친 진폭 크기에 따라 프로세서가 할당된 소노트로드에 특정한 진폭 특성 곡선을 저장 장치에 저장할 수 있는, 및 위치의 변화 후 주어진 제2 용접 위치의 진폭 크기와 위치의 변화 이전의 제1 용접 위치에서의 진폭 크기 사이의 비교에 의해 진폭 크기의 변화를 결정하는, 및 예를 들어 컨버터 설정에서의 대응하는 변화를 통해 제2 용접 위치의 진폭 크기를 제1 용접 위치의 진폭 크기로 조정하는 가능성을 제공한다.

바람직하게는, 특성 곡선 프로세서는 초음파 진동을 소노트로드에 적용하는 컨버터를 제어하는 발전기에 연결된 컴퓨터에서 구현된다.

이하에서, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 초음파 용접 장치가 제공되고 소노트로드의 작업 표면과 앤빌의 대향 표면 사이에 형성된 용접물 수용부에 배치된 위치 결정 장치를 갖는 한 쌍의 용접 집게의 등각도이다.
도 2는 도 1에 도시된 용접물 수용부의 확대된 측면도이다.
도 3은 작업 표면의 길이방향으로의 진폭 진행을 표시하는 것을 포함하여, 소노트로드의 작업 표면에 걸쳐 도시된 진폭 특성 곡선을 도시한 도면이다.
도 4는 위치 센서가 제공되고 용접물 수용부에서 용접 위치를 정의하기 위한 위치 결정 장치의 개략도이다.

도 1은 초음파 용접 장치(34)가 제공되고 공유 집게 케이싱(13)에 배치된 상부 집게부(11) 및 하부 집게부(12)를 포함하는 한 쌍의 초음파 용접 집게(10)의 등각도이다. 상부 집게부(11)는 초음파 용접 장치(34)의 소노트로드(14)를 포함하며, 소노트로드(14)는 특히 도 4에서 집게 케이싱(13) 없이 도시되어 있으며, 소노트로드(14)는 하부 집게부(12) 상에 형성된 초음파 용접 장치(34)의 앤빌(16)에 대한 방식으로 소노트로드 헤드(15)와 함께 배치되어, 특히 도 2에 도시된 용접물 수용부(19)는 소노트로드(14)의 작업 표면(17)과 앤빌(16)의 대향 표면(18) 사이에서 구현된다.

도시된 예시적인 실시예의 경우, 앤빌(16)은 작동 장치(추가적으로 도시되지 않음)에 의해 소노트로드(14)의 소노트로드 헤드(15)에 대해, 집게 케이싱(13)의 후방 부분에서 구현되는 피복 축(16)에 대하여 선회될 수 있으며, 이와 같이 앤빌(16) 상에 형성된 대향 표면(18)은 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드(14)의 작업 표면(17)에 대해 이동될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 소노트로드(14)의 작업 표면(17)과 앤빌(16)의 대향 표면(18) 사이에 구현되는 용접물 수용부(19)는 이 경우에 금속 튜브렛(tubelet)으로서 구현된 용접물(20)을 수용하는 역할을 한다. 도 2에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 상부 집게부(11)는 상대 위치에서 소노트로드(14)의 길이방향(22)으로 변경될 수 있는 위치 결정 장치(21)가 제공되는 방식으로, 특히 도 4에 도시된 바와 같이, 위치 결정 장치(21)는 용접물 수용부(19)에서 용접 위치(P1)에 배치된 용접물(20)과 맞닿을 수 있다.

도 1에 도시된 집게 케이싱(13)이 없는 초음파 용접 집게(10)의 초음파 용접 장치(34)를 도시하는 도 4에서, 위치 결정 장치(21)는 이 경우 커플링 로드(24)로서 구현된 전송 요소를 포함하는 위치 센서(23)를 구비하며, 커플링 로드(24)를 통해 위치 결정 장치(21)에 연결된 전위차계(potentiometer) 장치(25)를 포함한다.

도 4에 개략적으로 도시된 초음파 용접 장치(34)는 위치 센서(23)의 신호 출력(26)에 연결되고 이 경우에 발전기(28)에 연결되는 특성 곡선 프로세서(27)를 포함한다. 발전기(28)는 정의된 용접 파라미터를 특정할 수 있는 컴퓨터(29)에 연결된다. 발전기(28)의 전력 출력에 따르면, 초음파 진동은 궁극적으로 부스터(31)를 통해 소노트로드(14) 및 그 작업 표면(17)으로 전달되는 컨버터(30)에 의해 발생되며, 이는 컨버터(30)에 의해 생성된 초음파 진동의 진폭 증폭을 야기한다.

소노트로드(14)에 특정한 진폭 특성 곡선은 소노트로드(14)의 길이방향(22)에서 소노트로드 작업 표면(17)의 길이에 걸친 진폭 크기에 따라 특성 곡선 프로세서(27)에 저장된다.

상기의 “(상기)소노트로드에 특정한 진폭 특성 곡선”이라는 용어를 설명하기 위해, 도 3은 소노트로드(14)의 작업 표면(17)에 걸친 진폭 특성 곡선을 도시하며, 진폭 측정(y1)이 경로 좌표(x)에 할당될 수 있도록, 작업 표면(17) 상의 길이방향(22)으로 연장되는 경로 좌표(x)와 진폭 측정값(y1) 사이에 명시적인 기능적 연결이 존재한다는 것이 명백해지고, 이는 예시적인 방식으로 도 3에 도시된 바와 같이 작업 표면(17) 상의 용접 위치(P1)를 정의하고, 또한 진폭 측정값(y2)은 작업 표면(17) 상의 용접 위치(P2)를 정의하는 경로 좌표(x2)에 할당될 수 있다. 그러므로, 이 경우에서 도 3에 도시된 바와 같이 진폭의 증가인 진폭의 변화(Δy)는 위치 P1과 P2 사이에 있으며, 진폭의 변화(Δy)는 위치의 변화(Δx)에 기초한다.

도 4에 개략적으로 도시된 특성 곡선 프로세서(27)는 진폭 특성 곡선에 따라 발전기(28)의 전력 출력을 제어할 수 있으며, 예를 들어, 발전기(28)의 전력 출력에 대응하는 감소와 함께 발전기(28)의 전압을 감소시킴으로써 컨버터(30)의 진동 진폭의 감소에 영향을 미친다. 이를 위해, 특성 곡선 프로세서(27)는 위치의 변화(Δx)에 대응하는 입력 신호(32)에 따라 진폭(Δy)의 변화에 대응하는 출력 신호(33)를 생성하며, 출력 신호(33)는 진폭이 감소되는 방식으로 발전기(28)의 전력 출력에 영향을 미친다- 진폭 증가(Δy)에 대응하는 Δy는 위치 P2에서 수행되어 위치 P1에서와 같이 위치 P2에 배치된 용접물에 동일한 진폭이 적용됨 -. 따라서, 진폭의 변화(Δy)는 소노트로드에 특정한 진폭 특성 곡선에 따라 보상되어, 용접 위치 P1 또는 P2와 독립적으로 동일한 진폭에서 용접이 구현될 수 있다.

도 4의 개략적인 표현과는 달리, 특성 곡선 프로세서는 또한 컴퓨터(29)에 기능적으로 통합될 수 있어서, 위치의 변화(Δx)에 따른 입력 신호는 또한 초음파 용접 장치의 구현을 위해 컴퓨터(29)에 입력 변수로서 직접 공급될 수 있다.

Claims (6)

1. 초음파 진동이 적용되고 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드(14), 및 앤빌(16)를 포함하는 초음파 용접 장치(34)에서 용접물(20)을 위치시키는 방법에 있어서,
   용접물 수용부(19)는 상기 소노트로드(14)의 작업 표면(17)과 상기 앤빌(16)의 대향 표면(18) 사이에 형성되며, 상기 용접물(20)의 용접 위치(P)를 정의하는 위치 결정 장치(21)의 위치의 변화(Δx)는 위치 센서에 의해 상기 소노트로드(14)의 길이방향(22)에서 포착되며,
   상기 소노트로드(14)에 대한 진동의 적용은 위치의 변화(Δx)에 따라 변경되어, 상기 소노트로드(14)의 진폭 특성 곡선에 따라 진폭의 변화(Δy)가 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 소노트로드(14)에 대한 진동의 적용은 상기 소노트로드(14)에 초음파 진동을 적용하는 컨버터(30)를 제어하는 발전기(28)의 전압의 변화로 인해 변경되는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 위치의 변화(Δx)는 정의된 용접 횟수에 따른 진폭(Δy)의 대응하는 변화와 함께 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
4. 청구항 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 위치의 변화(Δx)는 상기 초음파 용접 장치의 사용자에 의해 위치의 변화가 트리거된 후 대응하는 진폭의 변화(Δy)와 관련하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
   
5. 초음파 진동이 적용되고 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드(14), 및 앤빌(16)을 포함하는 초음파 용접 장치(34)에 있어서,
   용접물 수용부(19)는 상기 소노트로드(14)의 작업 표면(17)과 상기 앤빌(16)의 대향 표면(18) 사이에 형성되며, 상기 초음파 용접 장치(34)는 상기 소노트로드(14)의 길이방향(22)에서 상기 작업 표면(17)에 대한 용접물(20)의 용접 위치(P)를 포착하기 위한 위치 결정 장치(21)를 포함하고, 상기 위치 결정 장치(21)에는 용접 위치(P)를 포착하기 위한 위치 센서(23)가 제공되며,
   상기 위치 센서(23)는 진폭의 변화(Δy)가 위치의 변화(Δx)에 따라 특성 곡선 프로세서(27)에 의해 상기 소노트로드(14)의 진폭 특성 곡선에 따라 수행되는 방식으로, 상기 특성 곡선 프로세서(27)를 통해 상기 초음파 용접 장치(34)의 발전기(28)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 초음파 용접 장치(34).
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 특성 곡선 프로세서(27)는 초음파 진동을 상기 소노트로드(14)에 적용하는 컨버터(30)를 제어하는 발전기(28)에 연결된 컴퓨터(29)에서 구현되는 것을 특징으로 하는, 초음파 용접 장치(34).