KR200188569Y1 - 레이저 용접용 클램프 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안의 레이저 용접시스템(100)은 맞대기 용접 강판을 수납하는 용접 프레임(111), 레이저 용접헤드(112)를 구비하고 강판을 용접시키는 용접 장치부(110), 상기의 용접 프레임(111) 상부로 이동된 좌,우측의 강판을 중심부로 원활하게 결합시키기 위한 핵심장치로써 용접시스템의 좌,우 방향에 각각 설치되는 다수의 클램프(114a,114b), 상부지지대(115)와 클램프(114a,114b)의 중간위치 및 엔빌(118)의 하단부에 설치되어 강판을 접합시키는 구동력을 클램프 및 엔빌(118)로 신속하게 제공되게 하는 에어백(113a,113b,113c), 선회축(119)을 기점으로 상부지지대(115) 측면에 부착되어 상,하로 운동하는 에어 실린더(116a,116b,116c), 클램프와 에어백(113a,113b) 상부에 설치되는 상부지지대(115), 용접프레임을 지지하는 하부지지대(117), 하부지지대에 설치되어 강판을 효과적으로 접합시키는 엔빌(118)을 구비한다. 상기 용접 시스템은 각종 산업구조물에 사용되는 테일러드 블랭크의 용접시 상기 에어백의 구동력을 바탕으로 클램프와 엔빌의 작동에 따라 접합면의 갭(Gap)을 최소화 시킴으로써 용접부의 접합면이 더욱 안정화되어 용접이 보다 신속,용이하고 동시에 접합부의 품질을 극대화시켜 구조물의 전체 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 또한 설비 라인이 단순하여 제작비를 절감할 수 있고 용접시간을 단축할 수 있다는 장점을 갖는다.

Description

레이저 용접용 클램프 장치{Clamping Device for Laser Welding}

본 고안은 레이저 용접용 클램프 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 각종 산업구조물에 사용되는 테일러드 블랭크의 용접시 에어백의 구동력을 바탕으로 클램프와 엔빌의 작동에 따라 접합면의 갭(Gap)을 최소화 시킴으로써 용접부의 접합면이 더욱 안정화되어 용접이 보다 신속,용이하고 동시에 접합부의 품질을 극대화시켜 구조물의 전체 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 또한 설비 라인이 단순하여 제작비를 절감할 수 있고 용접시간을 단축할 수 있는 레이저 용접용 클램프 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 테일러드 블랭크(Tailored Blank)라 함은 이종 두께 또는 이종 재료로 구성된 강판을 레이저 용접으로 맞대기 용접하여 제작된 부재를 의미한다. 이러한 테일러드 블랭크는 프레스 또는 롤 성형수단에 의해 성형되며, 자동차의 차체, 도어, 및 범퍼 등에 사용되는 부재로서 고품질이 요구되며 대량 수요에 따른 대량생산이 절박한 시점이다.

현재, 독일의 놋헬퍼(Nothelfer)사, 스위스의 수드로닉(Sudronic)사, 및 미국의 VIL사 등에서 테일러드 블랭크를 생산하기 위한 용접 시스템을 제작, 판매하고 있으며 이와 유사한 용접시스템이 연구 개발되고 있기도 하다.

상기 놋헬퍼사의 시스템은 2장의 용접 판재를 체인 방식으로 앞쪽의 한방향에서 용접기로 이송한다. 이송된 2장의 판재는 롤러에 의해 눌려지면서 맞대어진 용접선을 따라 용접이 이루어지는데, 이때, 레이저빔 헤드는 용접기에 고정되어 있다.

수드로닉사의 시스템은 2장의 판재가 맞대어 장착된 대차를 이동하여 용접을 수행하도록 되어 있으며, 이때, 레이저빔 헤드는 용접기에 고정되어 있다. 여기서는 소우카(Souka)라는 판재 간극을 없애는 방식이 채용되는데, 두꺼운 판재를 롤 성형하여 두 판재 사이의 간극을 완전히 밀착시키는 방식이다.

VI.L사의 시스템은 2장의 강판이 용접기의 앞과 뒤쪽에서 각각 1장씩 이송되어 맞대어진 후 레이저빔 헤드가 이동하면서 용접을 수행한다. VI.L사의 시스템에서는, 2장의 판재가 정확히 맞대어질 수 있도록, 2줄로 평행하게 정렬된 핀에 각각의 판재를 핀에 밀착시킨 후 두줄의 핀들에 의해 생긴 간격을 별도의 장치를 사용하여 밀착시키는 방식을 채용하고 있다.

그러나, VIL사의 시스템은 용접된 테일러드 블랭크가 판재가 이송된 방향중 한방향으로 역으로 이송되어 나오기 때문에 테일러드 블랭크의 연속적인 제작이 어려우며, 용접선에 강판을 정렬시키기 위해 2줄의 핀을 사용해야 하기 때문에 한줄의 핀을 사용하는 것에 비해 부품수 및 조립공정이 증가된다는 단점을 갖고 있으며, 클램프가 일체형이므로 강판 2장 이상을 용접할 때 정열과정에서 문제가 발생할 수 있다. 아울러, 수드로닉사와 VIL사의 시스템에서는 상기 핀들을 용접선에 정확히 정렬시키기 위해서는 기계가공의 정밀도와 정밀 조립이 요구된다는 단점을 갖고 있다. 또한 용접 접합부가 안정화되지 못하여 용접 이후 접합면에 여러 미세결함과 이물질 등이 형성되어 품질이 떨어져 용접구조물의 전반적인 내구성이 감소함으로써 신뢰성에도 문제점이 도출되고 있다.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 각종 산업구조물에 사용되는 테일러드 블랭크의 용접시 에어백의 구동력을 바탕으로 클램프와 엔빌의 작동에 따라 접합면의 갭(Gap)을 최소화 시킴으로써 용접부의 접합면이 더욱 안정화되어 용접이 보다 신속,용이하고 동시에 접합부의 품질을 극대화시켜 구조물의 전체 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 또한 설비 라인이 단순하여 제작비를 절감할 수 있고 용접시간을 단축할 수 있는 레이저 용접용 클램프 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 고안의 일 실시예에 따른 용접 시스템의 측면도이다.

도2는 도1에 도시된 용접장치부를 보여주는 측면도이다.

도3은 도2에 도시된 시스템의 구성요소에 대한 상세도이다.

도4는 본 고안의 일 실시예에 따른 용접 시스템에 의해 제작된 용접물의 평면도이다.

도5는 본 고안의 일 실시예에 따른 용접물의 형태를 보여주는 단면도이다.

도6은 본 고안의 일 실시예에 따른 용접물의 형태를 보여주는 평면도이다.

도7은 본 고안의 일 실시예에 따른 용접물의 접합상태를 보여주는 평면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 레이저 용접 시스템 110 : 용접 장치부

111 : 용접 프레임 112 : 용접 헤드

113a, 113b, 113c : 에어백 114a, 114b : 클램프(Clamp)

115 : 상부 지지대 116a,116b,116c : 에어 실린더

117 : 하부 지지대 118 : 엔빌(Anvil)

119 : 선회축(Pivot)

A,B,D,E,F,G : 강판 C : 탄성을 받은 클램프

H : 끝선(Edge line) R : 용접라인

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은, 맞대기 용접 강판을 수납하는 용접 프레임(111), 레이저 용접헤드(112)를 구비하고 강판을 용접시키는 용접 장치부(110), 상기의 용접 프레임(111) 상부로 이동된 좌,우측의 강판을 중심부로 원활하게 결합시키기 위한 핵심장치로써 용접시스템의 좌,우 방향에 각각 설치되는 다수의 클램프(114a,114b), 상부지지대(115)와 클램프(114a,114b)의 중간위치 및 엔빌(118)의 하단부에 설치되어 강판을 접합시키는 구동력을 클램프 및 엔빌(118)로 신속하게 제공되게 하는 에어백(113a,113b,113c), 선회축(119)을 기점으로 상부지지대(115) 측면에 부착되어 상,하로 운동하는 에어 실린더(116a,116b,116c), 클 램프와 에어백(113a,113b) 상부에 설치되는 상부지지대(115), 용접프레임을 지지하는 하부지지대(117), 하부지지대에 설치되어 강판을 효과적으로 접합시켜는 엔빌을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 시스템을 제공한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 고안을 구성하는 레이저 용접 시스템(100)이 도시되어 있다. 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 고안에 따른 레이저 용접 시스템(100)은 레이저 용접 헤드(112)를 구비하고 강판을 용접시키기 위한 용접 장치부(110)를 구비한다. 상기 용접 장치부(110)는 용접될 강판을 수납하기 위한 용접 프레임(111), 상기 용접 프레임(111) 상부로 이동된 좌,우측의 강판을 중심부로 원활하게 결합시키기 위한 핵심장치로써 용접시스템의 좌,우 방향에 각각 설치되는 클램프(114a,114b), 상부지지대(115)와 클램프(114a,114b)의 중간위치 및 엔빌(118)의 하단부에 설치되어 강판을 접합시키는 구동력을 클램프 및 엔빌(118)로 신속하게 제공되게 하는 에어백(113a,113b,113c), 선회축(119)을 기점으로 상부지지대(115) 측면에 부착되어 상,하로 운동하는 에어 실린더(116a,116b,116c), 클램프와 에어백(113a,113b) 상부에 설치되는 상부지지대(115), 용접프레임을 지지하는 하부지지대(117), 하부지지대에 설치되어 강판을 효과적으로 접합시키는 엔빌을 포함한다.

도2는 본 고안의 레이저 용접시스템을 구성하는 에어백(113a,113b,113c)과 클램프(114a,114b) 및 엔빌(118)에 대한 상세도를 도시한 것이다. 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 먼저 도4와 도5에 도시한 한 조로 구성된 강판(A,B)을 도1에 도시한 용접프레임의 좌,우 방향에서 수평으로 이송시키고 클램프(114a,114b)와 상부지지대(115) 사이에 위치한 에어백(113a,113b)과 용접프레임 하부에 위치한 에어백(113c)에 에어(Air)를 각각 충진시키면 에어백의 팽창으로 인하여 에어백 하단부에 있는 클램프(114a,114b)로 강판들을 용접프레임 중심부로 결합시키는 구동력이 화살표 방향과 같이 전달되어 용접프레임 좌,우측의 강판(A,B)은 중심부로 움직여 서로 결합하게 된다. 또한 도2의 상세도 에서와 같이 용접프레임 하부의 에어백(113c)의 팽창으로 엔빌이 작동하게 되어 일측 강판을 결합시키게 된다.

여기서, 구비되는 다수의 클램프는 소정의 각도로 구성됨을 특징으로 하여 강판들을 좌,우 방향에서 용이하게 중심방향으로 이송되게 구성된다. 강판에 접촉되는 클램프 하단부는 보다 용이하게 강판들을 접합시키는 역할과 강판의 결합시 일측 강판의 미끄럼(Slipping) 현상을 제거하기 위해 톱니형상으로 구비됨이 큰 특징이다. 그리고 에어백의 작동시 소정의 각도로 구비되는 클램프의 구조적인 특성은 일측 클램프(114a)의 경우 두꺼운 강판을 결합시키는 클램핑의 역할로써 클램프 자체는 일측 에어백(113a)의 작동으로 인한 힘을 받을 시 전혀 구부러지거나 휘어지지 않고 고정되게 소정의 두께로 제작되지만 타측의 클램프(114b)는 일측 클램프(114a)보다 얇은 소정의 두께로 제작되어 타측 에어백(113b)의 작동시 소정의 각도로 구성된 클램프에 대각선 방향으로 미는 힘이 전달되면서 클램프 상단이 도2의 상세도에 나타낸 바와 같이 휨작용이 형성되어('C' 현상) 탄성력을 제공한다. 이러한 탄성력의 작용으로 인하여 보다 용이하게 강판을 중심부로 접합시키게 되며 또한 타측 하단부의 에어백(113c)의 작동시 엔빌에 구동력이 전달되어 타측 강판(B)을 클램프(114b)와 동시에 상,하로 맞물려 접합시키게 된다. 이때 엔빌 끝단부는 도2의 상세도에 나타낸 바와 같이 톱니형태로 구성되어 강판의 접합시 미끄럼을 방지하여 더욱 세밀하게 접합이 이뤄지며 이러한 클램프와 엔빌의 맞물림 작동으로 중심부의 강판접합부는 갭(Gap)이 최소화 될 수 있게 된다. 이러한 일련의 과정들을 도3에 상세하게 도시하였으며 타측 클램프(114b)의 작동시 강판A가 고정되고 강판B가 용접라인에 접합이 이뤄지며, 또한 클램프와 강판B가 이루는 각도는 중심부로 미는 구동력에 부합되는 탄성력의 작용으로 작동전의 α각 보다 더 기울어진 β각으로 나타나는 특징이 있으며 아울러 클램프 상단이 탄성력을 받아 아래로 조금 휘는 현상을 보여준다. 계속해서 용접이 완료되는 순간까지 타측 클램프(114b)에는 접합 구동력과 탄성력이 항상 잠재되어 강판의 접합상태는 용접이 계속해서 진행되는 동안 좌,우 강판들의 미세한 틈새까지 접합시키는 구동력을 발휘하게 되는 특징을 가진다.

이러한 구성에 덧붙여 다시 도6에 나타낸 'ㄷ' 형 강판의 접합에 대한 본 고안의 바람직한 실시예를 열거해 보면 하기와 같이 나타낼 수 있다. 먼저, 강판 D와 E의 사이에 강판 F를 양쪽에서 용접후 다시 강판 G를 접합하여 맞대기 용접을 할 경우 먼저 용접한 강판(D,E,F)들의 용접상태는 용접선 R2, R3로 되어 있고 강판 G에 용접할 경우 강판의 요구되는 용접선은 R4와 R5로 나타나야 한다. 그러나 이러한 상태에서 실제로 강판 G를 접합시켜 용접을 할 경우 R4와 R5에 나타나는 접합부는 'ㄷ' 형 강판의 선용접시 비틀림을 받아 용접선이 H로 나타나는 경우가 발생하여 이러한 상태로 용접프레임에서 맞대기 용접을 수행하기 위한 강판의 접합시 접합부 갭(Gap)이 벌어져 용접이 제대로 이뤄질 수 없는 단점이 발생하게 되는 것이다. 따라서 이러한 형태의 용접을 보다 용이하게 하기 위하여 본 고안의 주요 특징인 톱니형태를 가진 클램프(114b)와 엔빌(118)을 상,하로 동시에 맞물리게 하여 이를 구동시키는 구동력을 에어백 시스템에 적용시켜 강판의 접합시 더욱 원활하게 강판을 접합시킬 수 있는 것이다. 이러한 'ㄷ' 형태의 강판 용접시 본 고안의 바람직한 실시 예는, 먼저 강판 D를 강판 G의 용접선 R4에 접합 후 용접을 실시하고 다음으로 일측 클램프(114b)와 엔빌을 상,하로 동시에 맞물려 고정시킨 후 에어백 시스템을 작동시켜 강판 E를 용접선 R5에 일치시킨 다음 용접을 행한다. 이 때 클램프의 하단부와 엔빌의 상단부에 구비되는 톱니형태의 판이 강판 E를 상,하로 단단히 고정시켜 강판 G로 접합시키게 되며 이 때 강판 E와 G 사이의 간격이 거의 발생되지 않도록 에어백이 작동함으로써 클램프에는 도2에서 나타낸 바와 같이 대각선 방향의 탄성력이 작용하여 용접이 끝나는 순간까지 계속적인 접합 구동력을 제공하게 되고 동시에 하단부의 엔빌이 하부에서 강판 E를 용접이 끝나는 순간까지 계속적인 접합 구동력을 제공하게 되어 보다 용접이 신속,용이하고 깨끗하게 이뤄지는 것이다.

도7은 본 고안의 일실시 예에 따른 용접구조물의 접합상태를 도시한 것으로, 본 고안의 레이저 용접시스템(100)은 여러 형태의 강판들을 상호 접합 후 용접시 다수대의 클램프를 장착하여 각 접합부를 용접할 수 있는 특징이 있다. 이 때 도5를 다시 참조하면, 강판 G에 접합되는 수직 강판수가 강판D,E 이외에 다수 있을 경우 도6과 같이 다수의 클램프가 일측(대형)과 타측(소형)에 각각 다수대로 설치 가능하다. 이러한 본 고안의 시스템에서 용접시 일측과 타측에 구비되는 각각의 클램프는 각각의 강판 접합부에서 접합 구동력을 정밀하게 제공하여 신속,용이한 용접을 행할 수가 있는 특징이 있으며 또한 다수대의 일측 클램프가 강판을 용접선에 일치시킨 후 타측 클램프 다수대가 수평방향으로 강판을 연차적으로 접합이 이뤄지도록 작동하여 이 때 마지막 강판을 클램핑하는 한대 또는 복수대의 클램프가 도5의 H와 같이 끝단부가 어긋나 있는 부분을 강하게 접합시킬 수 있는 회전력을 제공하여 끝단부가 휨이 없이 용접선에 정확하게 일치되어 용접이 이뤄질 수 있게 한다. 이러한 클램프의 구조적인 특성으로 다양한 형태로 조합되는 여러장의 강판들을 동시에 접합시킨 후 용접시 신속,정확하고 깨끗하게 용접이 가능한 특징들을 내포하고 있다.

용접이 완료되면 상부지지대 측면에 부착되어 있는 에어실린더(116a,116b)의 작동으로 선회축(119)을 기점으로 상부지지대가 움직여 강판에 고정되어 있는 클램프가 폐쇄되고 이 때 클램프(114b)에 작용되는 탄성력(C)은 다시 복원되며 이 후 용접이 이뤄진 강판을 강판적치대로 이송하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안의 레이저 용접용 클램프 장치는 각종 산업구조물에 사용되는 테일러드 블랭크 용접시 용접구조물의 갭을 최소화하기 위해 필요로 하는 구동력을 에어백 시스템을 구비하고 소정의 각도로 제작된 클램프를 설치하고 이러한 클램프의 하단부에는 강판의 접합력을 향상시키고 미끄럼을 방지하기 위해 톱니형태로 구비시기며 강판 하단부에는 따로 강판의 접합력을 향상시키고 미끄럼을 방지하기 위해 톱니형태를 갖춘 엔빌을 설치하여 레이저 용접시 용접부의 접합면이 더욱 안정화되어 용접이 보다 신속,용이하고 용접부의 품질을 극대화시켜 용접구조물의 전체 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 또한 설비 라인이 단순하여 제작비가 절감되고, 용접시간을 단축할 수 있다는 장점을 갖는다.

이상 본 고안이 바람직한 실시예에 근거하여 서술되었지만, 본 고안의 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변형 및 개량이 이루어 질 수 있으며, 이러한 변형 및 개량도 본 고안에 속한다는 것을 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 용접될 강판들을 수납하기 위한 용접 프레임(111), 레이저 용접헤드(112)를 구비하고 강판을 용접시키는 용접 장치부(110);

   상기의 용접 프레임(111) 상부로 이동된 좌,우측의 강판을 중심부로 원활하게 결합시키기 위한 핵심장치로써 용접시스템의 좌,우 방향에 각각 설치되는 다수의 클램프(114a,114b);

   상부지지대(115)와 클램프(114a,114b)의 중간위치 및 엔빌(118)의 하단부에 설치되어 강판을 접합시키는 구동력을 클램프 및 엔빌(118)로 신속하게 제공되게 하는 에어백(113a,113b,113c);

   선회축(119)을 기점으로 상부지지대(115) 측면에 부착되어 상,하로 운동하는 에어 실린더(116a,116b,116c);

   클램프와 에어백(113a.113b) 상부에 설치되는 상부지지대(115);

   용접프레임을 지지하는 하부지지대(117);

   하부지지대에 설치되어 강판을 효과적으로 접합시키는 엔빌(118)을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 시스템.
2. 제1 항에 있어서, 소정의 각도로 구성되어 에어백의 작동에 따른 용접구조물의 접합시 소정의 두께로 제작되어 일정한 탄성력(C)이 작용되도록 구성한 클램프(114b)가 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 시스템.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 하단부에 톱니형태의 접촉면을 갖는 클램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상단부에 톱니형태의 접촉면을 갖는 엔빌(118)를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 시스템.