KR20030043779A - Welding apparatus and method using laser beam - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A laser beam welding device and a method thereof are provided to weld easily by generating symmetrical welding beads perfectly with using a laser beam without adjusting the welding line through a microscope by a worker or automatic seam tracking. CONSTITUTION: A laser beam welding device comprises a gas supply unit; a laser beam generator(20) generating laser beam; a reflector reflecting the laser to the object to be welded and vibrating at high speed; a focus lens(40) focalizing the laser from the reflector on the object; a display unit photographing and displaying welding the object by the focused laser beam; a computer(66) controlling components; and a moving unit transferring the welded object. The laser beam welding device welds the inside and the outside of welded metal bellows by welding metal sheets symmetrically and perfectly with using continuous wave or pulse type laser beam.

Description

레이저빔 용접장치 및 방법{Welding apparatus and method using laser beam}Welding apparatus and method using laser beam

본 발명은, 레이저빔 용접장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이저빔을 사용하여 완벽한 대칭형 용접비드(weld bead)를 생성하고, 용입의 깊이를 깊게하며, 용접선을 작업자가 현미경을 통해 수동 조종하거나, 자동으로 찾아가는 자동 심 트랙킹(seam tracking) 등을 필요로 하지 않으면서 용접을 가능하게 하고, 섬세한 정렬이나 유지관리가 불필요 하며, 미세한 진동이나 온도의 차이에도 민감하지 않아 누구나 용이하게 용접작업할 수 있도록 한 레이저빔 용접장치 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser beam welding apparatus and method, and more particularly, to generate a perfect symmetric weld bead using a laser beam, to deepen the depth of penetration, and to manually manipulate the weld line through a microscope, It enables welding without the need of automatic seam tracking, which requires automatic search, no delicate alignment or maintenance, and is not sensitive to minute vibrations or temperature differences so that anyone can easily weld. A laser beam welding apparatus and method.

일반적으로 용접금속 벨로우즈(welded metal bellows) 생산은 미사일의 연로분사장치, 항공기분야, 반도체 생산장치, 고압고온의 화학정제공정(chemical refinery process), 진공밸브, 기계적인 밀봉 등 산업의 전반에 널리 사용되고 있으며, 숙력된 인력에 의해서만 가능한 노동집약적 산업이었다.In general, the production of welded metal bellows is widely used throughout the industry, including missile fuel injection equipment, aircraft, semiconductor production equipment, high pressure and high temperature chemical refinery processes, vacuum valves, and mechanical seals. It was a labor-intensive industry that was only possible by skilled personnel.

상기 용접금속 벨로우즈는 0.1mm 정도의 얇은 금속판재에 굴곡을 주어 절단하는 미세박판 성형기술(diaphragm stamping)에 의해 원형의 암,수 디스크를 만들어 내고 이들을 겹쳐 내경과 외경을 용접하여 신축성 있는 금속 주름판을 만든다.The welded metal bellows is a flexible metal corrugated plate made by forming a circular female and male disk by diaphragm stamping by bending and cutting a thin metal sheet of about 0.1 mm and overlapping them to weld inner and outer diameters. Make

종래 미세박판용접(micro fusion)에 사용되고 있는 열원(heat source)로는텅스텐 불활성 기체(TIG:Tungsten-Inert-Gas), 플라즈마(Plasma), 전자빔(electron beam), MIG, GTAW 등이 사용되고 있으며, 이들 중 TIG 용접토치(welding torch)가 가장 많이 사용되고 있다.Tungsten inert gas (TIG: Tungsten-Inert-Gas), plasma, electron beam, MIG, GTAW, etc. are used as heat sources that are conventionally used for micro fusion. Among them, TIG welding torch is most used.

이와 같은 종래의 용접방식은 암, 수의 다이어프램(diaphragm)을 겹쳐 그 사이에 냉각링(chill ring)을 삽입하고 내경을 용접하여 낱개의 컨벌류션(convolution)을 만들어 내고, 다시 이들을 꿰어 회전시키며 외경을 용접하는데, 용접시 작업자는 용접이 진행되는 동안 현미경을 통해 용접토치 팁(tip)과 용접부위와의 거리를 일정하게 유지해야 하며, 또한 용접선을 정확히 따라가도록 조종하는 작업을 하게 되고, 한 개의 컨벌류션 용접이 끝나면, 다음으로 옮겨 반복된 작업을 계속하는 상당히 숙력된 기술을 필요로 하는 어려운 작업이다.This conventional welding method overlaps female and male diaphragms, inserts a cooling ring between them, welds the inner diameter to create a single convolution, and then stitches them to rotate, and the outer diameter. During welding, the operator must keep the distance between the welding torch tip and the welding part constant through the microscope while welding is in progress, and also to control the welding line to follow exactly, After welding welding, it's a difficult task that requires a fairly skilled skill to move on to the next one and continue the task.

이와 같이 종래 용접방식은 그 용접속도가 느리고, 용접부위에 열손상이 심하게 일어날 뿐만 아니라, 작업자의 피로도가 높으며, 용접자의 숙련도에 따라 제품의 품질이 결정되어 품질의 균일성 유지가 힘들다. 또한, 공정의 자동화가 매우 어렵고, 용접속도 또한 박판을 두장 겹친 0.2mm 두께의 재료의 경우, 분당 10-12인치 정도 이루어지며, 직경 4인치의 용접 60개를 할 경우에는 숙력공이 한시간 정도 걸리며, 비숙련공의 경우 더 많은 시간을 필요로 한다.As described above, the conventional welding method has a low welding speed, severe thermal damage to the welded part, high fatigue of the operator, and quality of the product is determined according to the skill of the welder, thereby making it difficult to maintain uniformity of quality. In addition, the automation of the process is very difficult, the welding speed is also about 10-12 inches per minute in the case of 0.2mm thick material with two sheets of thin plate, 60 minutes 4 inch diameter welding takes about one hour, Unskilled workers need more time.

용접이 진행되는 동안 작업자는 현미경을 통해 용접선을 상시로 추적해야만 하고, 산화방지를 위한 용접 가스로 아르곤(argon)을 용접이 진행되는 동안 용접부위에 흘리게 되는데 이는 작업자에게 산소 결핍의 건강문제를 야기하는 문제점이 있다.During the welding process, the operator must keep track of the welding line through the microscope at all times, and argon, which is a welding gas to prevent oxidation, flows into the welding area during the welding process, which causes a health problem of oxygen deficiency for the worker. There is a problem.

지난 수년간 레이저 생산업체나, 벨로우즈(bellows) 생산업체간에 레이저를 사용한 벨로우즈 용접을 시도하고 있으나, 아직은 원시적인 방식이나 제한된 생산만을 하고 있는 실정이며, 이러한 노력은 장치의 신뢰도나 품질의 균일화 면에서 여러가지 문제를 안고 있다. 일 예로, 용접을 위한 아르보(arbor)나 클램프(clamp) 등의 도구를 아무리 정밀하게 제작하여도 기계적인 오차의 누적으로 인하여 용접선이 좌우 또는 전후로 움직일 수 밖에 없으며, 이를 추적하기 위해 특수한 센서와 장치를 동원하여 완벽하게 용접선 추적자동화(automatic seam tracking system)를 이루었다고 하여도 레이저의 특성상 용접후 용접 비드(bead)가 정확히 재료의 중앙에 위치하지 못하는 비대칭의 결정적인 문제를 안고 있다.In the past few years, laser bellows welding has been attempted between laser producers and bellows producers, but they are still in primitive or limited production. I have a problem. For example, no matter how precisely a tool such as an arbor or a clamp for welding is produced, due to the accumulation of mechanical errors, the welding line has to move from side to side or back and forth, and special sensors and devices are used to track them. Even though a perfect automatic seam tracking system is achieved by using, the critical problem of asymmetry is that the weld bead is not exactly positioned at the center of the material due to the characteristics of the laser.

이러한 특수한 용접에 레이저를 사용함으로써 얻는 장점중 하나는 레이저 빔의 크기가 극히 미세하다는 것과, 고밀도의 집적된 에너지에 있다. 포커스 레이저빔(focused laser beam)은 그 직경이 약 0.1-0.2mm로 집적 에너지(power density)가 3-4Mwatt/cm2정도이며, 이는 TIG 방식에 비교가 되지 않을 만큼 높은 에너지를 생성하여, 순간적인 용융을 가능하게 함으로 용접속도를 TIG에 비해 약 10배 이상 빠르게 할 수 있으며, 용입깊이(peneration)가 깊고 용접 주변에 열손상이 적어 그 수명이 현저하게 향상된다. 그러나, 레이저빔의 특성상 빔의 정중앙이 가장 에너지가 높아야 하는 것으로 생각되나 실제는 열점(hot spot)이 광학성분(optical component)나 출력에너지(output power)의 변화에 따라 상시로 그 위치를 움직이는 특성을 가지고 있어, 레이저빔을 용접할 두 물체의 정 중앙에 상시로 주사시켜도실제의 용융은 좌우로 치우치는 문제점이 발생하며, 이는 제품의 품질에 결정적인 문제를 가져온다.One of the advantages of using a laser for this particular welding is the extremely small size of the laser beam and the high density of integrated energy. Focused laser beams have a diameter of about 0.1-0.2 mm and a power density of about 3-4 Mwatt / cm 2 , which generates energy that is so high that it is incomparable to the TIG method. By enabling the melting, the welding speed can be about 10 times faster than the TIG, and the life is greatly improved due to the deep penetration and less heat damage around the welding. However, due to the characteristics of the laser beam, it is thought that the center of the beam should have the highest energy, but in practice, the hot spot moves its position at all times according to the change of optical component or output power. Therefore, even if the laser beam is always scanned in the center of the two objects to be welded, the actual melting of the right and left biased problem, which brings a critical problem to the quality of the product.

미국특허 제6.040,550호를 보면, 특수한 비젼(vision)센서와 광학장치를 통해 자동으로 용접선을 찾고, 움직이는 용접선의 중앙에 레이저빔이 상시로 조사되도록 하는 장치를 소개하고 있으나, 이는 미세한 진동, 온도변화, 레이저 시스템으로부터 발생하는 RFI(Radio Frequency Interference) 등에 의해 쉽게 문제가 발생하여, 정렬이 쉽게 틀어지고 장치 디자인이나 관리유지가 어려울 뿐만 아니라, 상기에서 언급한 비대칭 용접 비드가 발생하는 문제점이 있다.US Pat. No. 6.040,550 introduces a device which automatically finds a welding line through a special vision sensor and an optical device, and constantly irradiates a laser beam at the center of the moving welding line. Problems occur easily due to temperature change or RFI (Radio Frequency Interference) generated from the laser system, which makes alignment misaligned, device design and maintenance difficult, and asymmetric welding beads mentioned above. .

또한, 미국특허 제6,078,021호를 보면, 레이저빔과 전자빔을 사용하는 용접 방식이 소개되고 있는데, 용접부위의 한쪽 모서리 방향으로만 빔을 기울여 조사하는 경우 대칭형 비드가 형성되지 않아 품질이 떨어지는 문제점이 있으며, 미국특허 제5,478,983와 제5,410,123호에서는 장방형의 빔을 사용하여 내경, 외경 용접을 한다는 내용을 기재하고 있으나 한방향 조사에 의한 문제점이 발생할 수 있는 문제점이 있다.In addition, in US Patent No. 6,078,021, a welding method using a laser beam and an electron beam has been introduced. When the beam is tilted and irradiated only in one corner direction of the welded part, there is a problem in that the symmetrical beads are not formed and thus the quality is deteriorated. , U.S. Patent Nos. 5,478,983 and 5,410,123 describe an inner diameter and an outer diameter welding using a rectangular beam, but there is a problem that a problem may occur due to one-way irradiation.

따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 레이저빔을 사용하여 완벽한 대칭형 용접비드를 생성하고, 용입의 깊이를 깊게하며, 용접선을 작업자가 현미경을 통해 수동 조종하거나, 자동으로 찾아가는 자동 심 트랙킹(seam tracking) 등을 필요로 하지 않으면서 용접을 가능하게 하고, 섬세한 정렬이나 유지관리가 불필요 하며, 미세한 진동이나 온도의 차이에도 민감하지 않아 누구나 용이하게 용접작업할 수 있도록 한 레이저빔 용접장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the present invention uses a laser beam to create a perfectly symmetrical weld bead, deep penetration depth, the operator to manually control the welding line through a microscope, or automatically Lasers enable welding without the need for automatic seam tracking, no delicate alignment or maintenance, and no sensitivity to minute vibrations or temperature differences, making lasers easy to weld It is an object of the present invention to provide a beam welding apparatus and method.

도 1 은 본 발명의 레이저빔 용접장치를 구성하는 외경용접장치를 도시한 구성도.1 is a block diagram showing an outer diameter welding device constituting the laser beam welding device of the present invention.

도 2 는 본 발명의 레이저빔 용접장치를 구성하는 내경용접장치를 도시한 구성도.Figure 2 is a block diagram showing an inner diameter welding device constituting the laser beam welding device of the present invention.

도 3 은 본 발명에 따른 레이저빔의 조사 과정과 원리를 도시한 설명도.3 is an explanatory view showing a laser beam irradiation process and principle according to the present invention.

도 4 는 본 발명에 따른 내경용접 클램프 고정물을 개략적으로 도시한 구성도.Figure 4 is a schematic view showing an inner diameter welding clamp fixture according to the present invention.

도 5a 및 도 5b 는 본 발명에 따른 외경용접의 레이저빔 조사방법을 도시한 설명도.5A and 5B are explanatory diagrams showing a laser beam irradiation method of outer diameter welding according to the present invention;

도 6a 및 도 6b 는 본 발명에 따른 내경용접의 레이저빔 조사방법을 도시한 설명도.6A and 6B are explanatory diagrams showing a laser beam irradiation method of inner diameter welding according to the present invention;

도 7a 및 도 7b 는 각각 종래기술에 의한 용접형태와 본 발명에 의한 용접형태를 나타낸 구성도.7A and 7B are diagrams each showing a welding form according to the prior art and a welding form according to the present invention.

도 8 은 본 발명에 따른 내경 용접용 박판 공급장치를 도시한 구성도.8 is a block diagram showing a thin plate supply apparatus for inner diameter welding according to the present invention.

도 9a 는 본 발명에 따른 용접링을 도시한 구성도.Figure 9a is a block diagram showing a welding ring according to the present invention.

도 9b 는 도 9a의 A-A 선에 따른 단면도.FIG. 9B is a sectional view taken along the line A-A of FIG. 9A; FIG.

도 10a 및 도 10b 는 암수 다이어프램의 잘못된 정열 상태를 나타낸 구성도.10A and 10B are configuration diagrams showing an incorrect alignment state of the male and female diaphragms.

도 11 은 본 발명에 따른 용접 비드의 형성을 도시한 구성도.11 is a block diagram showing the formation of a weld bead according to the present invention.

도 12 는 본 발명에 따른 외경용접방법을 개략적으로 도시한 설명도.12 is an explanatory view schematically showing an outer diameter welding method according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

19: 레이저 에너지 공급기20: 레이저빔발생기19: laser energy supply 20: laser beam generator

21: 상부 레이저빔21a: 위치이동레이저빔21: upper laser beam 21a: position shift laser beam

22: 하부 레이저빔23: 분광렌즈22: lower laser beam 23: spectroscopic lens

25: 상부 슬라이드 테이블26: 하부리니어슬라이드 테이블25: upper slide table 26: lower linear slide table

31: 스텝퍼 모터32: 로봇암31: stepper motor 32: robot arm

33: 진공컵35: 헤드 크랭크33: vacuum cup 35: head crank

36: 에어실린더38: 반사경36: air cylinder 38: reflector

39: 용접노즐40: 초점렌즈39: welding nozzle 40: focusing lens

41: 수 박판42: 암 박판41: Water Lamination 42: Arm Lamination

43: 상부물림 회전판44: 하부물림 회전판43: upper bite turn plate 44: lower bite turn plate

46: 초점 렌즈49: 모니터46: focusing lens 49: monitor

56: DC 모터58: 솔레노이드 밸브56: DC motor 58: solenoid valve

62: 용접링66: 호스트 컴퓨터62: welding ring 66: host computer

92: 상부 컨테이너93: 측부 컨테이너92: upper container 93: side container

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 가스공급수단; 레이저를 발생시키는 레이저빔발생기; 상기 레이저를 용접대상물로 반사시키며, 고속으로 진동할 수 있는 반사경; 상기 반사경으로부터의 레이져를 용접대상물로 초점을 맞추기 위한 초점렌즈; 상기 초점렌즈에 의해 초점이 맞춰진 레이저가 용접대상물을 용접시키는 상태를 촬영 및 디스플레이하는 디스플레이수단; 상기 각 구성요소들을 제어하는 컴퓨터; 및 용접이 완료된 용접대상물을 이동시키는 이동수단을 포함하는 레이저빔 용접장치를 제공한다.According to the present invention for achieving the above object, a gas supply means; A laser beam generator for generating a laser; A reflector reflecting the laser to a welding object and capable of vibrating at high speed; A focus lens for focusing the laser from the reflector to the welding object; Display means for photographing and displaying a state in which the laser focused by the focus lens welds a welding object; A computer controlling each of the components; And it provides a laser beam welding apparatus comprising a moving means for moving the welding object is completed welding.

또한, 본 발명은 레이저빔이 반사경에 소정 각도로 반사되는 단계; 및 상기 반사경이 떨지 않고 정지된 상태일 경우에서 레이저빔이 45도 각도의 반사경 중앙에 반사되어 초점렌즈의 중앙을 통과하여 용접노즐을 통과하여 용접부위에 이르게 하는 단계를 포함하는 레이저빔 용접방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of reflecting the laser beam at a predetermined angle to the reflector; And when the reflector is stopped and not stopped, the laser beam is reflected at the center of the reflector at a 45 degree angle to pass through the center of the focus lens to pass through the welding nozzle to reach the welding site. do.

또한, 본 발명은 레이저빔이 복수개의 반사경에 소정각도로 반사되는 단계; 및 반사경은 고속으로 떨면서 레이저빔을 선의 형태로 용접선에 주사하게 되며, 상기 반사경의이 정지되는 경우에는 레이저빔이 용접부위의 모서리에 위치되게 조정하는 단계를 포함하는 레이저빔 용접방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of reflecting the laser beam to the plurality of reflectors at a predetermined angle; And reflecting the laser beam at high speed while scanning the laser beam in the form of a line, and when the reflector is stopped, adjusting the laser beam to be positioned at an edge of the welded portion.

본 발명은, 레이저빔 용접장치 및 방법은 내경을 용접하는 내경용접장치와 외경을 용접하는 외경용접장치를 포함하고, 레이저를 사용하여 금속 벨로우즈를 용접한다.The present invention relates to a laser beam welding apparatus and method including an inner diameter welding device for welding an inner diameter and an outer diameter welding device for welding an outer diameter, and welding a metal bellows using a laser.

또한, 본 발명은 내경용접과 외경용접 모두 레이저빔을 일정한 폭으로, 2-4KHz 속도로 떨어 한 점의 빔 대신 선의 형태로 주사함으로써, 레이저빔의 열점을 용접부위에 고르게 분포시키도록 함과 동시에, 용접선의 움직임이 좌우로 발생하여도 주사선 안에 들어오면 용접이 이상없이 진행된다.In addition, in the present invention, both the inner diameter welding and the outer diameter welding scan the laser beam at a constant width and in the form of a line instead of the beam at a point falling at a speed of 2-4 KHz, thereby simultaneously distributing the hot spots of the laser beam on the welded portion. Even if the welding line moves to the left or right, the welding proceeds smoothly when it enters the scanning line.

상기 내경용접의 경우, 레이저빔을 두개로 나누어 각각 45도 각도에서 주사하여 용접부위에서 합성하는 방법으로 용접부위를 벗어나는 에너지는 용접부의 옆면에 주사되도록 하고, 외경용접의 경우 같은 방법으로 이용될 수 있으며, 레이저빔을 나누지않고 용접부위에 수직으로 조사하되 부위를 벗어나는 에너지는 주변의 용접링의 45도 각도의 모서리 벽면에 반사되어 용접부의 옆면에 주사된다.In the case of the inner diameter welding, the laser beam is divided into two and scanned at a 45 degree angle, respectively, and synthesized at the welded portion so that the energy from the welded portion is scanned on the side of the welded portion, and the outer diameter welding can be used in the same way. In this case, the laser beam is irradiated perpendicularly to the welded portion without dividing the laser beam, and the energy of the laser beam is reflected on the edge wall of the 45 degree angle of the surrounding welding ring and is scanned on the side of the welded portion.

본 발명은, 용접 진행시, 용접선의 상부에서만 용융이 진행되어 원하는 용입깊이를 내는 것보다, 옆면을 동시에 용접시킴으로써 용융이 빠르고 효과적으로 진행되며, 용입이 깊어지는 장점이 있다.The present invention has the advantage that the melting proceeds quickly and effectively by welding the side surfaces at the same time, rather than the melting proceeds only in the upper portion of the welding line to achieve the desired penetration depth during welding, the penetration is deep.

본 발명은 부품의 로딩/언로딩(loading/unloading)을 자동화함으로써 작업자 인원과 부품의 오염등의 문제점을 감소시킨다.The present invention reduces problems such as contamination of personnel and parts by automating loading / unloading of parts.

또한, 본 발명은, 내경용접이 암수 박판을 겹쳐놓은 상태에서 선행되고, 암컷 박판이 회전물림 하판의 내부에 얹혀지고, 수컷의 박판이 뒤집혀 그 위에 얹혀지면, 회전물림상판이 압축공기의 힘에 의해 내려와 두 개의 겹친 박판을 물어주게된다.In addition, the present invention, the inner diameter welding is preceded in the state of overlapping the male and female thin plate, the female thin plate is placed on the inside of the rotary bite lower plate, when the male thin plate is inverted and placed on it, the rotary bite plate to the force of the compressed air Come down by and ask for two overlapping laminations.

상기 회전물림판은 DC 모터에 의해 원하는 일정한 속도로 회전을 시작하고, 내경용접장치는 분광프리즘을 사용하여 레이저빔을 50:50으로 두 갈래로 나누어 사용하게 된다. 각각의 분광된 레이저빔은 프리즘과 스캐닝 미러(scanning mirror), 초점렌즈를 통과하여 용접부위에 이르고, 공진스캐너(resonant scanner)에 장착된 상하 두개의 반사경은 고정주파수로 떨면서 레이저빔을 선의 형태로 용접선에 주사하게 되며, 상기 진공스캐너의 작동이 정지된 상태에서는 레이저빔이 용접부위의 모서리에 위치되게 조정한다. 용접이 실시되는 동안에은 두 개의 반사경이 고속으로 떨게 되며 이로인해 용접선에 주사되는 레이저빔이 용접선을 건너갔다 돌아오는 작업을 고속으로 진행하여 마치 선의 형태로 주사되는 것과 같은 효과를 갖는다.The rotary chuck starts to rotate at a desired constant speed by a DC motor, and the inner diameter welding device uses a spectroscopic prism to split the laser beam into two parts of 50:50. Each spectroscopic laser beam passes through the prism, scanning mirror and focusing lens to the welding area, and the two upper and lower reflectors mounted on the resonant scanner shake the laser beam in the form of a line in the form of a line. When the vacuum scanner is stopped, the laser beam is adjusted to be positioned at the edge of the welded part. While the welding is performed, the two reflectors are shaken at high speed, which causes the laser beam scanned by the welding line to cross over the welding line at a high speed to be scanned in the form of a line.

또한, 본 발명은, 주사선이 반사경의 표면에 의해 반사되어 초점렌즈를 통과한 후, 초점에 이르게 되고, 반사경이 회전하여 θ1 각도만큼 이동하면, 반사되는 빔은 θ2 만큼 움직이고, 이 때의 각 이동각도는 2 θ1 = θ2 의 비율을 갖는다. 이 때, 반사경의 회전각도에 의해 재조정된 주사점은 움직이기 전의 위치로부터 일정거리를 갖게 되며 반사경이 반대로 회전하여 -θ1 만큼 반대로 움직이면 그 이동 거리 또한 먼저의 반파장 회전시 이동거리와 같게된다. 이와 같은 떨기를 고속으로 계속하면 주사되는 레이저빔은 한 점이 아니라 선의 형태로 나타낸다.Further, in the present invention, after the scanning line is reflected by the surface of the reflector and passes through the focus lens, the focus is reached, and when the reflector is rotated and moved by an angle of θ1, the reflected beam moves by θ2, and the angular movement at this time The angle has a ratio of 2 θ1 = θ2. At this time, the scan point readjusted by the rotation angle of the reflector has a certain distance from the position before the movement, and if the reflector rotates in the opposite direction and moves by -θ1, the movement distance is also equal to the movement distance at the first half-wave rotation. If such shaking is continued at a high speed, the laser beam to be scanned is represented in the form of lines instead of one point.

이와 같은 주사방법을 사용할 경우 에너지가 주사선에 고르게 분포됨으로, 레이저빔의 열점이 상시로 변해 나타나는 비대칭 용접비드 문제를 해결할 수 있으며, 주사선의 넓이가 있음으로 용접시 용접선이 다소 움직여도 용접에 문제가 없음으로 수동으로 현미경을 통해 관찰하며 용접선을 추적해야하는 종래 수동용접식 추적방식이나, 고가의 자동용접선 추적장치 또한 불필요할 뿐만 아니라 용접선을 벗어난 빔을 용접부위의 옆면에 반사시킴으로 용융이 빠르고 효과적으로 용입이 깊다는 장점이 있다.When using this scanning method, the energy is distributed evenly on the scanning line, which can solve the problem of asymmetric welding bead that appears as the hot spot of the laser beam is constantly changing, and there is no problem in welding even if the welding line moves slightly due to the width of the scanning line. The conventional manual welding method, which requires manual observation through a microscope and traces the welding line, or expensive automatic welding line tracking device, is also unnecessary, and the melting is quick and effective by reflecting the beam off the welding line to the side of the welding part. Has the advantage.

이와 같은 주사방법은 내경 및 외경에 동이하게 적용할 수 있고, 특별히 외경용접의 경우 레이저빔을 용접선에 수직으로 주사하여도 외경용접시 삽입되는 용접 칠링(weld chill ring)의 디자인에 따라 용접선을 벗어나는 레이저빔을 링의 45도 모서리에 의해 같은 효과를 가질 수 있다.This scanning method can be applied to the inner diameter and the outer diameter differently. Especially, in the case of outer diameter welding, even if the laser beam is scanned perpendicularly to the welding line, the welding chiller is inserted according to the design of the weld chill ring inserted during the outer diameter welding. The laser beam can have the same effect by the 45 degree edge of the ring.

본 발명은 레이저(Laser)를 사용하여 금속 벨로우즈(Metal Bellows)를 용접하는 기술을 개발한 것으로, 이는 레이저빔을 떨어 선의 형태로 주사하는 방법(Oscillating Beam Technique)을 사용하여 용융이 용접부위에 고르게 발생하여 용접 부위가 한 방향으로 치우치지 않고 두 물질의 정 중앙에 완벽한 대칭(symmetric)을 이루게 하고 용접 부위를 벗어나 주사되는 빔을 반사시켜 물체의 좌우 옆면에 주사 되게 함으로 보다 빠르고 완벽한 용융을 가능하게 하여, 용접선의 추적장치 없이 빠르고 완벽한 단부 용접벨로우즈(edge welded bellows) 생산을 가능한 레이저빔 용접장치 및 방법이다.The present invention has developed a technique for welding metal bellows using a laser, in which melting occurs evenly on the welded portion using an oscillating beam technique. This allows the welding area to be perfectly symmetric in the center of the two materials without being biased in one direction, and reflects the beam that is scanned out of the welding area to be scanned on the left and right sides of the object to enable faster and more complete melting. It is a laser beam welding apparatus and method that enables the production of fast and perfect edge welded bellows without the tracking of welding seams.

본 발명은 내경, 외경 용접 장치의 디자인과 용접링(weld ring) 및 박판 공급기 등을 포함한다.The present invention includes the design of inner and outer diameter welding devices and weld rings and sheet feeders.

열원(Heat Source)으로 사용하는 레이저의 종류로는 Nd:YAG, Nd:Glass, Nd:YNO, CO, CO2, Cr:Ruby, Diod Lasers, Diode Pumped Lasers 등의 사용이 가능하며, 발진 형태로는 CW(Continuous Wave) 와 펄스작동(pulsed operation)이 모두 사용 가능하다.Types of lasers used as heat sources include Nd: YAG, Nd: Glass, Nd: YNO, CO, CO2, Cr: Ruby, Diod Lasers, Diode Pumped Lasers, etc. Both CW (pulsed operation) and pulsed operation are available.

본 발명의 레이저빔 용접 방법 및 장치에 따르면, 금속박판을 용접하기 위하여 이용될 수 있다. 본 발명은 Nd: YAG, CO2 또는 다이오드 레이저(diode laser)와 같은 레이저를 이용할 수 있다. 또한, 상기 레이저는 연속파(continuous wave)(CW) 또는 펄스식(plused type)으로 될 수 있다. 본 발명은 공구오차(tooling tolerances), 스템핑오차(stamping tolerances) 및 용접수단하에서 회전과 같이 부품들의 이동에 따른 다른 결과들을 보상하기 위하여 고가의 심 트랙킹(seam tracking) 또는 라인 팔로잉(line following)의 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 본 발명은 박판 재질에 양질의 대칭 용접을 가능하게 하고, 작업자에 의해 요구되는 주의를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 방법은 다른 재질에 적용될 수 있다. 빔 분배 시스템의 본질 때문에, 상기 레이저 빔의 공간형태 구조는 완성제품의 용접 품질에 큰 영향을 주지 않는다. 본 발명은 용접 금속 벨로우즈의 내경 및 외경을 용접하도록 적용될 수 있다.According to the laser beam welding method and apparatus of the present invention, it can be used to weld a metal thin plate. The present invention may use a laser such as Nd: YAG, CO 2 or a diode laser. In addition, the laser may be a continuous wave (CW) or pulsed (plused type). The present invention provides for expensive seam tracking or line following to compensate for other consequences of moving parts, such as tooling tolerances, stamping tolerances and rotation under welding means. ) Can reduce or eliminate the need. The present invention enables high quality symmetrical welding on sheet materials and reduces the attention required by the operator. The method can also be applied to other materials. Because of the nature of the beam distribution system, the spatial shape of the laser beam does not significantly affect the weld quality of the finished product. The invention can be applied to weld the inner and outer diameters of a welded metal bellows.

상기 발명의 상기 목적들 및 다른 목적들, 특징들 그리고 장점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 더 명료하게 이해될 수 있다.The above and other objects, features and advantages of the present invention can be more clearly understood from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12.

도면에서의 부호 19는, 레이저 에너지 공급기(laser power supply), 20은 레이저 빔 발생기(Laser beam generator), 21은 상부 레이저빔(upper laser beam), 21a는 위치이동 레이저빔(Displaced laser beam), 22는 하부 레이저빔(Lower laserbeam), 23은 분광렌즈(Beam splitter), 24는 프리즘(Beam bending prism), 25는 상부 슬라이드 테이블(Upper linear slide table), 26은 하부 리니어 슬라이드 테이블(Lower linear slide table), 31은 스텝퍼 모터(Stepper motor), 32는 로봇암(robot arm), 33은 진공컵(Vacuum cup), 35는 수동 심 트랙킹 및 포지션닝 헤드 크랭크(Hand crank for manual seam tracking and positioning), 36은 에어실린더(air cylinder), 38은 반사경(Scanner mirror), 38a는 위치이동 반사경(displaced scanner mirror), 39는 용접 노즐(Weld gas nozzle), 40은 초점렌즈(Focusing lens), 41은 수 박판 (Male diaphragm), 42는 암 박판 (Female diaphragm), 43은 상부 물림 회전판(Upper clamp ring), 44는 하부 물림 회전판(Lower clamp ring), 46은 초점 렌즈(Focusing lens), 49는 모니터(CCTV monitor ), 50은 카메라(camera), 54는 나사선 샤프트(Threaded shaft), 56은 DC 모터, 58은 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 59는 제어기(Controller), 62는 용접 링(Weld Ring), 66은 호스트 컴퓨터(host computer), 71, 71a는 초점, 72는 포셜플랜(Focal plane), 91은 벨로우즈 다이어프램 스텍(Bellows diaphragm stack), 92는 상부 컨테이너(container top), 93은 측부 컨테이너(Container side), 94는 다이어프램 적층 높이 조절 스크류(Diaphragm stack height adjusting screw), 95는 다이어프램 이동 플랫포옴(Diaphragm moving platform), 96은 높이 조절너트(Height adjustment nut), 97은 리덕션 기어(Reduction gear), 98은 모터장착 플랫포옴(Motor mounting platform), 99는 하부 밀봉 플레이트(Lower seal plate), 101은 작업 하부면(Worktable lower surface), 102는 스프링 보강클립(Spring retainer clip), 103은 리테이너 브라켓(Retainer bracket), 104는 다이어프램 플랫포옴 스페이셔 블록(Diaphragm platform spacer block), 105는 DC 모터, 106은 하부 설치 플랫포옴(lower mounting platform), 107은 가이드 베어링(Guide bearing), 108은 상부 스크류 베어링(Upper screw bearing), 109는 하부 스크류 베어링(Lower screw bearing)이다.In the drawing, reference numeral 19 denotes a laser power supply, 20 a laser beam generator, 21 an upper laser beam, 21a a displacement laser beam, 22 is the lower laserbeam, 23 is the beam splitter, 24 is the beam bending prism, 25 is the upper linear slide table, and 26 is the lower linear slide table, 31 stepper motor, 32 robot arm, 33 vacuum cup, 35 hand crank for manual seam tracking and positioning, 36 is an air cylinder, 38 is a mirror of the scanner, 38a is a displaced scanner mirror, 39 is a welding gas nozzle, 40 is a focusing lens, 41 is a male Male diaphragm, 42 is female diaphragm, 43 is upper bite swivel plate Upper clamp ring, 44 is the lower clamp ring, 46 is the focusing lens, 49 is the CCTV monitor, 50 is the camera, 54 is the threaded shaft, 56 DC motor, 58 solenoid valve, 59 controller, 62 weld ring, 66 host computer, 71, 71a focus, 72 focal plane, 91 is the Bellows diaphragm stack, 92 is the top of the container, 93 is the container side, 94 is the diaphragm stack height adjusting screw, 95 is the diaphragm Diaphragm moving platform, 96 height adjustment nut, 97 reduction gear, 98 motor mounting platform, 99 lower seal plate, 101 is the worktable lower surface, 102 is the soup Spring retainer clip, 103 is a retainer bracket, 104 is a diaphragm platform spacer block, 105 is a DC motor, 106 is a lower mounting platform, and 107 is a guide Guide bearing, 108 is an upper screw bearing, 109 is a lower screw bearing.

도 1 은 본 발명의 레이저빔 용접장치를 구성하는 외경용접장치를 도시한 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 레이저빔 용접장치를 구성하는 내경용접장치를 도시한 구성도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 레이저빔의 조사 과정과 원리를 도시한 설명도이다. 도 4 는 본 발명에 따른 내경용접 클램프 고정물을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 5a 및 도 5b 는 본 발명에 따른 외경용접의 레이저빔 조사방법을 도시한 설명도이며, 도 6a 및 도 6b 는 본 발명에 따른 내경용접의 레이저빔 조사방법을 도시한 설명도이다. 도 7a 및 도 7b 는 각각 종래기술에 의한 용접형태와 본 발명에 의한 용접형태를 나타낸 구성도이고, 도 8 은 본 발명에 따른 내경 용접용 박판 공급장치를 도시한 구성도이며, 도 9a 는 본 발명에 따른 용접링을 도시한 구성도이다. 도 9b 는 도 9a의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 10a 및 도 10b 는 암수 다이어프램의 잘못된 정열 상태를 나타낸 구성도이며, 도 11 은 본 발명에 따른 용접 비드의 형성을 도시한 구성도이다. 도 12 는 본 발명에 따른 외경용접방법을 개략적으로 도시한 설명도이다.1 is a block diagram showing an outer diameter welding device constituting the laser beam welding apparatus of the present invention, Figure 2 is a block diagram showing an inner diameter welding device constituting the laser beam welding device of the present invention, Figure 3 It is explanatory drawing which shows the process and principle of the irradiation of the laser beam which concerns on this invention. Figure 4 is a schematic view showing an inner diameter welding clamp fixture according to the present invention, Figures 5a and 5b is an explanatory view showing a laser beam irradiation method of the outer diameter welding according to the present invention, Figures 6a and 6b It is explanatory drawing which shows the laser beam irradiation method of the inner diameter welding which concerns on this invention. Figures 7a and 7b is a configuration diagram showing a welding form according to the prior art and the welding form according to the present invention, respectively, Figure 8 is a block diagram showing a thin plate supply apparatus for inner diameter welding according to the present invention, Figure 9a It is a block diagram showing the welding ring according to the invention. FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 9A, and FIGS. 10A and 10B are configuration diagrams showing an incorrect alignment state of the male and female diaphragms, and FIG. 11 is a configuration diagram showing formation of a welding bead according to the present invention. 12 is an explanatory view schematically showing an outer diameter welding method according to the present invention.

도 1 은 본 발명에 따른 레이저빔 용접장치를 구성하는 외경 용접 장치의 구성을 나타낸다.1 shows a configuration of an outer diameter welding device constituting a laser beam welding device according to the present invention.

레이저빔(21)이 공진스캐너의 반사경(43)에 소정 각도로 반사된다. 상기 반사경(43)이 떨지 않고 정지된 상태에서는 레이저빔이 45도 각도의 반사경 중앙에 반사되어 초점렌즈(40)의 중앙을 통과하여 용접노즐(44)(도 4 참조)을 통과하여 용접부위에 이르게 된다.The laser beam 21 is reflected at a predetermined angle on the reflecting mirror 43 of the resonance scanner. In the state in which the reflector 43 is not shaken and is stopped, the laser beam is reflected at the center of the reflector at a 45 degree angle, passes through the center of the focus lens 40, and passes through the welding nozzle 44 (see FIG. 4) to reach the welding site. do.

외경 용접장치의 보다 구체적인 구성을 보면, 레이저 발진기 끝에 반사경을 장착한 공진스캐너, 즉 반사경(43)가 있고, 이 반사경(43)에 의해 90도로 꺾여 내려가며, 초점렌즈(40)의 중앙을 통과하여 가스 노즐의 중앙을 지나 용접선에 닿게된다. CCTV 카메라(50)를 장착하여 초점렌즈(40)를 통과하며 용접부위를 확대하여 그 영상을 TV 모니터(49)에 볼 수 있도록 하여 초기위치선정과 초점거리 조종 등을 용이하게 한다.In a more specific configuration of the outer diameter welding apparatus, there is a resonant scanner equipped with a reflector at the end of the laser oscillator, that is, a reflector 43, which is turned down by 90 degrees by the reflector 43, and passes through the center of the focus lens 40. By passing through the center of the gas nozzle it is in contact with the welding line. The CCTV camera 50 is mounted so as to pass through the focus lens 40 and to enlarge the welded portion so that the image can be viewed on the TV monitor 49 to facilitate initial position selection and focal length control.

산화방지를 위한 용접가스의 노즐은 용접 부위와 노즐 사이에 좁은 간격을 형성하고 그 사이를 가스가 흐르며 채워줌으로 효과적인 실드(Shield)를 가능하게 한다. 이는 한 방향으로 흘려 보내는 재래식 TIG 방식의 10-15%의 양으로 작업이 가능하도록 노즐을 디자인 된다. 또한 노즐(39)은 초점렌즈(40)를 포함하여 상하로 쉽게 이동이 가능하여 CCTV 모니터(49)를 보며 초점거리의 조종이 용이하다.The welding gas nozzle for preventing oxidation forms a narrow gap between the welding part and the nozzle, and the gas flows and fills therebetween, thereby enabling an effective shield. It is designed to work with 10-15% of the conventional TIG flow in one direction. In addition, the nozzle 39 can be easily moved up and down including the focus lens 40 to easily control the focal length while watching the CCTV monitor 49.

도 2 는 내경용접장치의 구성을 나타내고 있다.2 shows the configuration of the inner diameter welding apparatus.

레이저빔(20)이 분광렌즈(23)에의해 50:50으로 두 갈래로 나뉘어 지고, 두개의 갈라진 빔(21)(22)은 용접 부위를 향해 위, 아래로 조사된다.The laser beam 20 is split in two at 50:50 by the spectroscopic lens 23, and the two split beams 21 and 22 are irradiated up and down toward the welding site.

상기 레이저빔(21)은 프리즘(24)에 의해 90도로 꺾여져 다른 한갈래의 빔(21)과 평행으로 조사되고, 공진스캐너의 두개의 반사경(38)(39)이 떨지 않는 상태에서 빔이 초점렌즈(40)(46)의 중앙을 통과하여 용접 부위의 모서리에 맺히도록 조종한다.The laser beam 21 is bent by 90 degrees by the prism 24 and irradiated in parallel with the other beam 21, and the beam is not shaken while the two reflectors 38 and 39 of the resonant scanner are not shaken. Passes through the center of the focus lens 40, 46 to be formed at the edge of the welding portion.

상기 두개의 갈라진 빔은 용접 부위에서 합성되고, 용접이 진행되는 동안 암축공기에 의해 작동되는 회전 물림판은 두 장의 암,수 박판(41)(42)을 적당한 압력으로 눌러 돌리게 되고, 발사되는 레이저빔에 의해 두 개의 박판 모서리는 서로 용융되어 용접이 이루어진다.The two split beams are synthesized at the welding site, and the rotary chuck which is operated by the rock-axis air during the welding process is rotated by pressing the two female and watermelon plates 41 and 42 at an appropriate pressure, and the laser is fired. The edges of the two sheets are melted together by the beam and welded together.

도 2 에서 보여주는 바와 같이 TIG와 같은 재래식 수동 용접이나 다른 어떤 형태의 용접도 보통 내경 용접을 먼저 하게된다.As shown in FIG. 2, conventional manual welding, such as TIG, or any other type of welding, is usually performed internally.

암컷의 박판(42)이 회전 물림 하판의 내부에 얹혀지고, 수컷의 박판(41)이 뒤집혀 그 위에 얹혀지면, 회전 물림 상판이 압축공기의 힘에의해 내려와 두개의 겹친 박판을 물어주게되고, 회전 물림판은 DC 모터(34)에 의해 원하는 일정한 속도로 회전을 시작하게된다.When the female thin plate 42 is placed on the inside of the rotating bite lower plate and the male thin plate 41 is turned upside down and placed thereon, the rotating bite plate is lowered by the force of the compressed air to bite the two overlapping thin plate plates and rotates. The holder plate starts to rotate at the desired constant speed by the DC motor 34.

내경 용접 장치는 분광 프리즘(beam splitter)(23)을 사용하여 레이저빔을 50:50으로 두갈래로 나누어 사용하고, 각각의 분광된 레이저빔은 프리즘(24)과 스캐닝 미러(scanning mirror)(38)(39) 그리고 초점렌즈(focus lens)(40)(46)를 통과하여 용접부위에 이르게 된다.The inner diameter welding device uses a split laser beam splitter 23 to split the laser beam into 50:50 bifurcations, each of which is equipped with a prism 24 and a scanning mirror 38. 39 and through the focus lens 40, 46 to reach the welding site.

공진스캐너(resonant scanner)에 장착된 상,하 두개의 반사경(38)(39)은 고정 주파수로 떨면서 레이저빔을 선의 형태로 용접선에 주사하게된다.The two upper and lower reflectors 38 and 39 mounted on the resonant scanner scan the welding beam in the form of a line while shaking at a fixed frequency.

상기 내경 용접장치에 사용되는 레이저는 재료를 용융시키기에 충분한 에너지를 내는 레이저이면 대부분 사용이 가능하다. 장치 내부가 공기가 차단되도록 되어 있고 내부에는 레이저빔을 위한 광학기기, 클램핑 고정물(clamping fixture), 용접할 부품을 집어넣고 용접된 컨벌류션(convolution)을 집어내는 로봇암(robot arm) 등으로 구성 되어 있고, 그밖에 진행과정을 지켜보는 CCTV, 컴퓨터 등을 포함한다.The laser used in the inner diameter welding apparatus may be used as long as the laser generates enough energy to melt the material. The inside of the device is designed to block the air, and inside it is composed of optics for the laser beam, clamping fixture, robot arm for inserting the welded parts and picked up convolution. It also includes CCTV, computer, etc. to watch the progress.

사용되는 레이저 시스템의 경우 요구 되는 몇가지 사항이 있으며, 그 예로 에너지(power), 셔터(shutter), 인터락(interlock) 등이 컴퓨터로 조종될 수 있도록 되어 있어야 하고, 위에 언급한 바와 같이 재료를 용융하기 충분한 에너지를 갖는 레이저, 그 예를 들어 보면, Nd:YAG, Nd:Glass, Nd:YVO, CO, CO2, Cr:Ruby, Diod, Diod Pumped, 등이 사용가능하다.There are several requirements for the laser system used, for example, energy, shutter, interlock, etc. must be computer controlled and the material melted as mentioned above. Lasers with sufficient energy below can be used, for example Nd: YAG, Nd: Glass, Nd: YVO, CO, CO 2, Cr: Ruby, Diod, Diod Pumped, and the like.

내경 용접 장치의 내부가 밀폐됨으로서, 각종 광학기기, 즉 렌즈, 반사경, 프리즘, 분광렌즈, 레이저 로드(laser rod) 들을 먼지 등의 오염으로부터 보호 할 수 있다. 또한 내부의 산소를 제거하고 용접 가스(아르곤)를 주입 함으로서 용접시의 산화작용을 방지하고, 밀폐된 용접부 내부의 압력을 대기보다 높게 유지함으로써 외부의 산소나, 오염 물질의 유입을 방지 하게 되고, 따라서 벨로우즈 용접에 필요한 환경인 클래스(class) 1000의 클린룸(clean room)이 불필요하게 된다.By sealing the inside of the inner diameter welding apparatus, it is possible to protect various optical devices, such as lenses, reflectors, prisms, spectroscopic lenses, and laser rods from contamination such as dust. In addition, by removing the oxygen inside and injecting a welding gas (argon) to prevent oxidation during welding, by keeping the pressure inside the sealed weld higher than the atmosphere to prevent the introduction of external oxygen or contaminants, This eliminates the need for a clean room of class 1000, the environment required for bellows welding.

상기 밀폐된 공간에서 용접 작업이 진행 됨으로 레이저빔으로부터 작업자의 안전이 보장되고, 부품의 작업이 작업자가 아닌 로봇암에 의해 이루어짐으로, 작업자의 실수나 오염 또한 감소 시킬 수 있다. 산화 방지용 용접 가스를 상시로 흘려 보내는 재래식 방식에 비해 용접이 진행되는 동안 밀폐된 공간에 주입된 가스이외에 더이상의 가스의 사용이 불필요 하고, 용접 후 필터를 통해 수집된 가스의 재사용이 가능함으로서 많은 비용의 절감을 가져온다.As the welding work is performed in the enclosed space, the safety of the operator is guaranteed from the laser beam, and the work of the parts is performed by the robot arm instead of the operator, thereby reducing the error or contamination of the worker. Compared to the conventional method of constantly flowing oxidation welding gas, it is not necessary to use any gas other than the gas injected into the closed space during welding, and it is possible to reuse the gas collected through the filter after welding. Brings savings.

작업자의 안전 면에서도, 아르곤과 같은 가스를 작업자가 흡입하여 산소 결핍등으로 빚여지는 안전 사고 예방에도 크게 도움이 된다.In terms of worker safety, it also greatly helps prevent accidents caused by oxygen inhalation due to inhalation of gas such as argon.

압축공기에 의해 작동되는 에어실린더(air cylinder)에 의해 박판을 잡아주는 회전 물림판의 개폐가 이루어지며 가해지는 공기압에 의해 물리는 회전판의 압력이 조절된다.Opening and closing of the rotary plate holding the thin plate is performed by an air cylinder operated by compressed air, and the pressure of the rotating plate is controlled by the applied air pressure.

스텝퍼 모터(stepper motor)에 의해 조종되는 로터리 스테이지(stage)에 의해 박판을 집어넣고, 용접후 집어내는 작업을 하는 로봇 암이 정밀하게 조종한다. 이와 같은 세 개의 로봇암은 그 끝에 빨판을 장착하고 진공 펌프에 의해 작동되며, 이는 컴퓨터에 의해 정확히 작동되며, 이를 위해 진공 펌프와 그에 연결된 진공 저장 탱크등에 연결 되어 있다.The robot arm which inserts a thin plate by the rotary stage controlled by a stepper motor, and picks up after welding is precisely controlled. These three robotic arms are equipped with suckers at their ends and are operated by a vacuum pump, which is precisely operated by a computer and is connected to a vacuum pump and a vacuum storage tank connected thereto.

도 3 은, 레이저빔이 반사경에 의해 왕복운동을 하는 동안 용접선에 주사되는 빔의 형태를 보여주고 있다. 도면에 실선(21)으로 표시된 주사선은 반사경의 표면(38)에 의해 반사되어 초점렌즈(40)를 통과한 후 초점(focal plane)(72)에 이르게 되고, 반사경(38)이 회전하여 θ1의 각도만큼 이동한 반사경(38a)은, 반사되는 빔은 θ2 만큼 움직이고, 이때의 각 이동 각도는 2θ1=θ2의 비율을 갖는다. FIG. 3 shows the shape of a beam that is scanned onto the weld line while the laser beam is reciprocating by the reflector. The scanning line indicated by the solid line 21 in the figure is reflected by the surface 38 of the reflector, passes through the focus lens 40 and reaches the focal plane 72, and the reflector 38 is rotated so that the? The reflecting mirror 38a moved by an angle moves the reflected beam by θ2, and each moving angle at this time has a ratio of 2θ1 = θ2 .

이때 반사경의 회전각도에 의해 재 조종된 주사점(71a)은 움직이기 전의 위치(71)로 부터 일정 거리를 갖게 되며 반사경이 반대로 회전하여 -θ1만큼 반대로 움직이면, 그 이동 거리 또한 먼저의 반파장 회전시 이동 거리와 같게 된다.At this time, the scan point 71a, which is re-controlled by the rotation angle of the reflector, has a certain distance from the position 71 before the movement, and when the reflector rotates in reverse and moves by -θ1, the movement distance is also rotated by half wavelength first. It will be equal to the distance traveled.

이와같은 떨기(vibration)를 고속으로 계속하면 주사되는 레이저빔은 한 점이 아니라 선의 형태로 나타난다.If such vibration is continued at high speed, the laser beam to be scanned appears in the form of a line rather than a point.

이와같은 형태의 주사방법을 사용할 경우 에너지(energy)가 주사선에 고르게 분포됨으로, 레이저빔의 열점(hot spot)이 상시로 변해 나타나는 문제점을 해결 할 수 있으며, 동시에 주사선의 넓이가 있음으로 용접시 용접선이 다소 움직여도 용접에 문제가 없음으로 수동으로 현미경을 통해 관찰하며 용접선을 추적해야하는 재래식 단점을 보완하고, 고가의 자동 용접선 추적 장치 또한 불필요 할 뿐만 아니라 용접선을 벗어난 빔을 용접부위의 옆면에 반사시킴으로 용융이 빠르고 효과적이며 용입이 깊어지게 된다.When using this type of scanning method, energy is distributed evenly on the scanning line, so that hot spots of the laser beam are constantly changed, and the width of the scanning line can be solved. Even if this movement is not a problem, there is no problem in welding, and it compensates the conventional disadvantage of manually observing the microscope and traces the weld line, and it is not necessary to have an expensive automatic weld line tracking device and melts by reflecting the beam off the weld line to the side of the welded part. This is fast, effective and deep penetration.

도 3 에서는 떨면서 조사하는 방법의 일예를 나타내고 있다. 반사경의 떨림이 정지된 상태에서 조종된 떨림 각도에 의해 움직이고 있는 반사경(38)의 표면에 레이저빔(21)이 반사되고, 상기 반사경(38)의 움직임이 정지된 상태에서 반사경의 각도를 움직여 레이저빔이 초점렌즈(40)의 중앙을 통과하여 용접선(72)에 초점(71)이 맺히도록 조종한다.3 shows an example of a method of irradiation while shaking. The laser beam 21 is reflected on the surface of the reflector 38 which is moved by the controlled tilt angle while the shaking of the reflector is stopped, and the angle of the reflector is moved by moving the angle of the reflector while the reflector 38 is stopped. The beam passes through the center of the focus lens 40 to steer the focus 71 to the weld line 72.

조종된 반사경(38)의 전체 움직임 각도의 절반(38a)만큼 중앙에서 한쪽으로 θ1 만큼 움직이면 초점 렌즈를 통과하는 레이저빔(21a)은 중앙으로부터 θ1 만큼의 각도로 움직인다.By moving θ1 from the center to one side by half 38a of the overall angle of movement of the steered reflector 38, the laser beam 21a passing through the focus lens moves at an angle of θ1 from the center.

따라서 초점거리상에 조사되는 레이저빔도 중앙으로부터 일정한 거리를 움직이게 되고, 반사경(38)이 중앙으로부터 반대로 θ1만큼 움직일때도 같은 현상이 반대쪽으로 발생하여 조사되는 빔이 한점이 아닌 선의 형태로 나타난다. 조사되는 선형태의 넓이는 반사경(38)(39)의 움직임 각도를 조절하여 변화시킬 수 있다.Therefore, the laser beam irradiated on the focal length also moves a certain distance from the center, and when the reflector 38 moves by θ1 from the center, the same phenomenon occurs on the opposite side, and the irradiated beam appears in the form of a line rather than a point. The area of the linear shape to be irradiated can be changed by adjusting the angle of movement of the reflectors 38 and 39.

도 4 는 내경 용접에 사용되는 상,하 회전 물림판의 구성을 나타낸다.Figure 4 shows the configuration of the upper and lower rotation plate used for inner diameter welding.

도 4 에 도시한 바와 같이, 각 굴곡이 잡힌 암,수의 박판이 얹히는 상,하의 회전물림판의 내부에는 박판의 굴곡과 같은 모양의 표면을 갖도록 이루어진다. 이와같은 굴곡을 주는 이유는 박판이 자동으로 중앙에 위치하도록 하기 위한 것이다.As shown in FIG. 4, the upper and lower rotary chucks on which the curved plates of the female and male are placed are formed to have surfaces having the same shape as the curved plates of the thin plates. The reason for this bend is to make the sheet automatically centered.

이와 같이 박판을 회전 물림핀에 위치시키는 로봇 암의 기능을 도와 요구되는 정밀도를 낮추어 줌으로 작업이 수월하게 되며, 현재 사용중인 기술의 가공공차는 +/- 0.01mm이나, 위의 방법을 수용하는 경우 그 공차는 약 0.1mm로도 충분하다.As such, the robot arm's ability to position the thin plate on the rotary bleeding pin helps to reduce the required precision, and the processing tolerance of the technology currently in use is +/- 0.01mm. In that case, the tolerance is about 0.1 mm is sufficient.

도 5 는 외경 용접 장치의 경우 용접선의 모습과 조사되는 레이저빔의 형태를 나타낸다. 떠는 반사경(28)에 의해 초점렌즈를 통과하여 용접선에 조사되는 빔은 평행선으로 내려와 용접선에 수직으로 조사되며, 떠는 반사경의 속도가 매우 높아 용접선에 조사되는 레이저빔이 선의 형태로 조사된다. 조사선의 넓이는 공진스캐너가 갖는 최대 각도까지 조종할 수 있으며, 이는 보통 용접 부위의 2-3배의 넓이로, 용접시 움직이는 용접선을 추적하기 위한 고가의 장치가 불필요 하게된다.5 shows the shape of the welding line and the shape of the laser beam irradiated in the case of the outer diameter welding apparatus. The beam which is irradiated to the welding line through the focus lens by the floating reflector 28 descends to a parallel line and is irradiated perpendicularly to the welding line, and the laser beam irradiated to the welding line is irradiated in the form of a line because the speed of the floating reflector is very high. The width of the radiation can be controlled to the maximum angle of the resonant scanner, which is usually 2-3 times the width of the weld, eliminating the need for expensive equipment to track the welding seam during welding.

상기 반사경의 떠는 속도 역시 공진스캐너의 주파수를 조종하여 변화시킬 수 있고, 초점 거리의 레이저빔은 초당 4000회를 떨 수 있음으로 용접선을 오가는 빔 의 중첩이 충분하여 용접에 전혀 문제가 없다.The floating speed of the reflector can also be changed by manipulating the frequency of the resonant scanner, and since the focal length laser beam can shake 4000 times per second, the overlapping of the beam passing through the welding line is sufficient, so there is no problem in welding.

이와같은 주사 방법은 내경및 외경에 동일하게 적용할 수 있고, 특별히 외경 용접의 경우 도 5 에 도시한 바와 같이, 레이저빔을 용접선에 수직으로 주사하여도 외경 용접시 삽입하는 용접칠링(weld chill ring)의 디자인에 따라 용접선을 벗어나는 레이저빔을 링의 45o모서리에 의해 같은 효과를 낼 수 있다.(도 6a 및 도 6b 참조).Such a scanning method can be applied to the inner diameter and the outer diameter in the same manner, and in particular, in the case of outer diameter welding, as shown in FIG. 5, a weld chill ring inserted during outer diameter welding even when the laser beam is vertically scanned on the welding line. Depending on the design of), the laser beam outside the weld line can have the same effect by the 45 o edge of the ring (see FIGS. 6A and 6B).

도 6a에서 보여 주듯이 공진스캐너의 작동이 정지된 상태에서는 레이저빔이 용접부품의 모서리에 위치되게 조종된다. 용접이 실시되는 동안은 두개의 반사경(38)(39)이 고속으로 떨게되며, 이로인해 용접선에 주사되는 레이저빔이 용접선을 건너갔다 돌아오는 작업을 고속으로 진행하여 마치 선의 형태로 주사되는 효과를 나타낸다.As shown in FIG. 6A, the laser beam is manipulated to be positioned at the edge of the welded part when the resonance scanner is stopped. While the welding is performed, the two reflectors 38 and 39 vibrate at a high speed. As a result, the laser beam scanned by the welding line crosses the welding line and returns to the high speed to produce the effect of scanning in the form of a line. Indicates.

도 6a 및 도 6b 는내경 용접의 경우 용접 부위에 가해지는 레이저빔의 형태를 나타낸다. 초기 조종시, 도 6a 와 같이,반사경의 떨림이 정지된 상태로 반사경은 떨림의 중앙에 고정되고, 이때 초점렌즈를 통과한 빔이 용접부의 모서리에 위치 하도록 조종한다. 떠는 반사경에의해 조사되는 레이저빔의 중첩이 충분함으로 완전한 용융이 가능하다.6A and 6B show the shape of the laser beam applied to the welded portion in the case of inner diameter welding. In the initial operation, as shown in FIG. 6A, the reflector is fixed at the center of the shake while the shaking of the reflector is stopped. At this time, the beam passing through the focus lens is controlled at the edge of the welded portion. The sufficient overlap of the laser beam irradiated by the floating reflector allows for complete melting.

도 7a 및 도 7b 는 재래식 TIG 방식과 레이저 방식의 용접내용을 용접부위의 단면으로 비교하여 나타낸 것이다. 확대 분석의 결과 레이저 용접내용이 용입이 훨씬 깊음을 보여주고 있고, 이는 용접의 강도가 높다는 것을 의미한다. 또한 장시간 가해지는 열로 인하여 용접 주변에 발생되는 열손상 부위(HAZ: Heat Affected Zone)가 많은 재래식 방법에 비해 레이저 용접의 경우 순간적인 용융과 응고로 인해 그 손상 부위가 무시될 많큼 가벼우며, 이는 응력해석(stress analysis)와 라이프 사이클 테스트(life cycle test) 등을 통해 입증된다.7A and 7B show the welding contents of the conventional TIG method and the laser method in a cross section of the welded portion. As a result of the magnification analysis, the laser welding contents show that the penetration is much deeper, which means that the welding strength is higher. In addition, laser welding is much lighter than the conventional method because of the heat-affected zone (HAZ: Heat Affected Zone) generated due to prolonged heat. Proven by stress analysis and life cycle test.

도 9 에 도시한 바와 같이, 내경 용접이 된 두장의 박판(54) 사이에는 재 사용이 가능한 반원의 링이 끼워지고, 용접이 시작되면 회전하는 용접부위를 따라 렝져빔이 조사되며, 이때 반사경이 떨면서 레이저빔이 용접부위를 오고가는 반복 작업을 하게된다.As shown in FIG. 9, a semi-circular ring that can be reused is sandwiched between two sheets 54 of inner diameter welded, and when the welding starts, the laser beam is irradiated along the rotating welded portion. While shaking, the laser beam repeats the welding area.

세척과 건조를 통해 오염을 제거한 0.1mm 두께의 박판은 암,수 따로 각기 밀폐된 용기에 보관되고, 이 용기는 로봇암이 집어낼 수 있는 위치에 고정된다. 각 용기는 도 8 에 도시한 바와 같이, 자동으로 박판의 유무 여부와 맨 상부의 위치를 판독하는 센서와 상부의 위치를 항상 일정하게 밀어 올리는 장치로 구성된다.0.1 mm thick thin plates, which have been decontaminated by washing and drying, are stored in sealed containers separately from females and females, and the containers are fixed in a position where the robot arm can pick up. As shown in Fig. 8, each container is composed of a sensor that automatically reads the presence or absence of a thin plate and the position of the top, and a device for constantly pushing up the position of the top.

40-100배율의 CCTV 카메라를 장착하여 초기 반사경을 정밀하게 움직여 레이저빔이 용접선의 모서리에 정확히 위치하도록 조종 하는데 사용한다. 또한 상, 하에 각각 위치한 카메라에 의해 용접이 진행되는 상황을 관찰 할 수 있다. 특별한 광학장치를 사용하여 초점렌즈를 통과한 용접 부위를 용접이 진행되는 동안 관찰 할 수 있으며, 확대된 영상은 TV 모니터에 보여짐으로 반사경의 초기 조종에서 초점 렌즈의 초점거리 조종 등의 작업을 용이하게 한다.It is equipped with a 40-100 magnification CCTV camera to precisely move the initial reflector so that the laser beam can be precisely positioned at the edge of the weld line. In addition, the welding can be observed by the camera located above and below, respectively. By using special optics, the welding part passing through the focus lens can be observed while welding is in progress. The magnified image is displayed on the TV monitor, making it easy to control the focusing distance of the focus lens during the initial control of the reflector. do.

장치의 전반적인 조종을 맡는 컴퓨터는 각 장치의 스위치나 모터의 속도, 레이저의 개폐 및 에너지 제어 그리고 각 부분의 상태 파악 등을 담당한다. 내경 용접의 경우 각 부품을 장착하고 있는 용기에 부품이 남아 있는지, 용접이 끝나고 클램프가 올려져 있는지 등을 파악하고 로봇 암을 90도 돌려 세개의 빨판이 각각 용접된 부품과, 암, 수 부품의 용기 위에 위치 시킨 다음, 다시 암을 내려 세개의 빨판 흡입 스위치를 모두 열고 다시 암을 들어 올려 90도를 더 회전 시키고 내려서용접된 부품과 암컷 다이어프램(diaphragm)을 떨어뜨리고. 이 후, 다시 암을 올려 90도를 더 회전 시키고, 암을 내려 수컷 다이어프램을 떨구고 암을 올려 -270도를 회전하여 원위치 하는 등의 순서를 거치고, 용접된 부붐이 나오고, 용접할 재료가 위치되면 상부 클램프를 낮추어 암,수 두개의 다이어프램을 누른 상태로 회전을 시작하고, 실드 가스(shield gas)스위치를 열어 가스를 흐르게 하고, 이어 레이저를 정확한 시간 만큼 온(On)시켜 용접을 실시하는 등 일련의 작업이 컴퓨터에 의해 조종되며, 또한 작업자의 성명, 작업 시작 시간, 작업 내용(부품 명, 작업된 갯수, 등등)이 기록된다.The computer responsible for the overall control of the device is responsible for the speed of each device's switch or motor, the opening and closing of the laser and energy control, and the status of each part. In the case of inner diameter welding, check whether there are any parts left in the container where each part is mounted, whether the welding is finished and the clamp is raised, and turn the robot arm by 90 degrees. Place it on the container, lower the arm again, open all three sucker suction switches, lift the arm up again, rotate it 90 degrees further, and drop the welded parts and the female diaphragm. After that, raise the arm again, rotate 90 degrees further, lower the arm, drop the male diaphragm, raise the arm, rotate the position by -270 degrees, and so on.The welded boom comes out and the material to be welded is located. Lower the upper clamp to start the rotation while pressing the female and female diaphragms, open the shield gas switch to flow the gas, and then turn on the laser for the correct time to perform welding. Work is controlled by the computer, and the operator's name, work start time, work content (part name, number of work, etc.) are recorded.

외경 용접 장치 역시 같은 컴퓨터 제어되며, 작업중 레이저의 냉각수 순환이나 온도, 비상 스위치 상황 등의 점검을 상시로 실시한다.The outer diameter welding device is also controlled by the same computer and checks the laser's coolant circulation, temperature, and emergency switch during operation.

장치의 각 부분의 최종 조종을 위하여 컴퓨터의 제어를 수동으로 할 수도 있다. 물림 회전판의 개폐, 회전 속도, 레이저 온/오프(On/Off), 로봇암 움직임 등 내경 용접의 진행 시간은 박판의 직경에 따라 다르나 보통 10-30초에 하나씩 가능하다.Manual control of the computer may also be used for final control of each part of the device. Opening time of inner diameter welding such as opening / closing, rotation speed, laser on / off, robot arm movement, etc. depends on the diameter of the sheet, but it is usually available every 10-30 seconds.

이는 재질과 두께에 따라 용접 속도가 초당 40-120 inches/minute의 속도로 가능하기 때문이다. 용접 속도가 최대 12 inches/minute인 재래식 TIG에 비해 약 10배의 속도로 용접이 가능하다.This is because welding speeds are available at speeds of 40-120 inches / minute per second, depending on material and thickness. The welding speed can be about 10 times faster than conventional TIG with maximum welding speed of 12 inches / minute.

외경용접장치는 레이저 발진기와, 공진스캐너, 각종 광학 기기, 가스 노즐, CCTV 카메라, 부품을 돌려주는 래치(lathe)와 DC 모터, 그리고 다음 위치로 옮겨주는 리니어 테이블(linear table)를 포함한다. 내경 용접이 끝난 컨벌류션들을 모아아르보(arbor)에 꿰어 고정시키고 이를 래치에 물려 회전 하면서 용접을 실시한다.The outer diameter welding apparatus includes a laser oscillator, a resonant scanner, various optical instruments, a gas nozzle, a CCTV camera, a lathe for returning parts and a DC motor, and a linear table for moving to the next position. The inner diameter welded convolutions are collected and screwed into the arbor and fixed by the arbor.

내경 용접장치와 동일하게 재질을 용융시킬 수 있는 레이저이면 어떤 형태이건 대부분 사용할 수 있으며, 이 또한 컴퓨터로 조종이 가능하도록 설계, 예를 들면, 에너지, 셔터, 인터락 등을 포함하여 설계된다.In the same way as the inner diameter welding apparatus, any type of laser capable of melting the material can be used, and it is also designed to be controlled by a computer, such as energy, shutter, and interlock.

리니어 모션 테이블(linear motion table)을 사용하여 상부에 위치된 래치를 원하는 거리만큼 자동, 또는 수동의 방식을 통해 다음의 용접선으로 이동한다. 수동의 경우 CCTV 모니터(49)의 확대된 영상을 보며 손잡이를 돌려 이동할 수 있고, 자동인 경우는 스텝퍼 모터와 컴퓨터에 의해 정확한 이동거리를 조종할 수 있다.A linear motion table is used to move the latch located at the top to the next weld line in an automatic or manual manner by the desired distance. In case of manual operation, the handle can be rotated while viewing the magnified image of the CCTV monitor 49, and in case of automatic operation, the accurate movement distance can be controlled by a stepper motor and a computer.

외경 용접의 경우 용접시 발생하는 열을 흡수하고, 용융의 양을 정확히 조종하기 위하여 하프 용접링(helf weld ring)을 삽입하게 된다. 도 9 에 도시한 바와 같이, 용접링의 구체적인 디자인 형태를 보면 우선 두개의 반원으로 재 사용이 가능하고, 링의 모서리가 45도 각도로 모따기가 되어 있으며, 그 모서리의 표면이 곱게 가공되어 레이저빔이 반사 될 수 있다.In the case of outer diameter welding, a half weld ring is inserted to absorb heat generated during welding and to accurately control the amount of melting. As shown in Fig. 9, in the specific design of the welding ring, first, it is possible to reuse it as two semicircles, the edge of the ring is chamfered at an angle of 45 degrees, and the surface of the edge is processed finely so that the laser beam This can be reflected.

따라서 용접이 진행되는 동안 도 5b 에 나타낸 바와 같이, 용접선을 벗어난 주사선이 링의 모서리에 반사되어 용접부위의 옆면에 가해진다.Therefore, as shown in FIG. 5B during the welding, the scanning line deviating from the welding line is reflected at the edge of the ring and applied to the side of the welding portion.

이와 같이, 내경 용접시 레이저빔을 둘로 나누어 양방향에서 조사함으로써 한방향 조사의 문제점을 보완 하였고, 내경, 외경 용접의 경우 모두 반사경을 떨어 선의 형태로 주사 함으로 장방형의 빔을 사용하는 것 보다 월등히 우수한 효과를 갖는다. 이로인해 내경 용접의 경우 레이저빔을 조사하기 위한 광학 기기등이 내경의 안에 들어가야 한다는 단점을 보완 하여 광학기기들이 용접부위로 부터 상대적으로 멀리 떨어질 수 있음으로 그 수명이 길어지고, 또한 박판 내경의 지름이 아주 작은 부품도 용접이 가능하다. 상기 광학기기들이 멀리 떨어져 설치되는 관계로 받판의 크기가 바뀌어도 물림 회전판의 교체와 광학기기들의 재 조종이 아주 용이하다.As such, the problem of one-way irradiation was supplemented by dividing the laser beam in two directions in the inner diameter welding, and in the case of the inner diameter and the outer diameter welding, the reflecting beam was dropped in the form of a line, so that the effect of the rectangular beam was much better than that of the rectangular beam. Have As a result, in the case of inner diameter welding, an optical device for irradiating a laser beam must be included in the inner diameter, so that the optical equipment can be relatively far from the welding area, and thus the life is long. Even small parts can be welded. As the optics are installed far apart, even if the size of the support plate is changed, it is very easy to replace the swivel plate and re-control the optics.

이 경우 용접비드의 크기와 대칭 형상도 두 빔의 위치에 의해 조종이 용이하며, 또한 용접 부위를 벗어난 조사선들이 회전 물림판의 벽면에 반사되어 용접 부위의 옆면에 가해짐으로 용융이 쉽고 용입이 깊다.In this case, the size and symmetry of the weld bead can be easily controlled by the position of the two beams, and the irradiation lines out of the weld area are reflected on the wall surface of the rotary chuck, which is applied to the side of the weld zone, and the penetration is deep. .

용접성의 추적장치 없이 기계 가공공차의 누적등의 원인으로 용접선이 좌우로 움직이는 부분과 재료의 두께를 완전히 커버하기 위하여 레이저빔을 떨어야 한다. 떠는 각도에 의해 주사선의 넓이가 정해지며 보통의 경우 용접 부위 재료두께의 3-4배 정도를 움직이도록 조종한다. 이와 같이 레이저빔을 떨어서 조사함으로써 레이저빔의 직경보다 넓은 물체의 가공이 가능하며, 용접심(seam)이 그 높이나, 넓이에 다소간 차이가 있어도 확실한 용접이 가능하다.Without the weldability tracking device, the laser beam should be dropped to completely cover the thickness of the material and the part where the weld line moves left and right due to the accumulation of machining tolerances. The width of the scan line is determined by the floating angle, and in general, it is controlled to move about 3-4 times the thickness of the welding material. By irradiating the laser beam in this manner, it is possible to process an object wider than the diameter of the laser beam, and it is possible to reliably weld even if the seam is slightly different in height and width.

도 5a 및 도 5b 와 도 6a 및 도 6b를 보면, 내경과 외경 용접시 주사선이 용접부위에 가해지는 현상을 볼 수 있다. 또한, 도 10 에 나타낸 바와 같이, 두 장의 박판이 나란히 서지 못한 경우, 빔이 떨지않고 용접선 추적 장치로 두 박판의 중앙에 주사되는 경우 용접 내용은 아주 좋치 않으나, 본 발명의 장치는 균일한 용접의 결과를 기대 할 수 있다.5A and 5B and 6A and 6B, it can be seen that a scan line is applied to the welded portion during the inner and outer diameter welding. In addition, as shown in FIG. 10, in the case where two sheets of thin plates are not standing side by side, the welding content is not very good when the beam is not shaken and is scanned at the center of the two sheets by the welding line tracking device. You can expect results.

보통의 높은 에너지 레이저(high power laser)의 경우, 발사되는 레이저빔의 단면을 보았을 때 그 에너지의 밀도가 상시로 움직인다. 용접이 진행되는 동안, 약간의 에너지변화도 에너지 밀도 분포도가 따라서 변하는 것은 쉽게 볼 수 있다. 이와 같이 용접중에 수시로 변하는 에너지 밀도 분포는, 레이저빔의 크기가 용접부위와 비슷한 크기 임으로 높은 에너지 밀도가 좌,우로 치우치면, 그쪽으로 용융이 더 많이 발생하기 때문에, 이러한 이유로 용접 결과가 울퉁불퉁 하여지거나, 불규칙 하고, 때로는 용접이 않되며, 또한 한쪽으로 비드가 치우치는 이른바 비대칭(asymmetric) 문제가 심각하게 발생 하게되는 것으로, 떨기 조사 방법은 조사선 전반에 에너지 밀도가 고르며, 에너지의 변화에 따른 에너지 밀도의 변화도 전체 조사선의 고른 밀도 분포에 영향을 미치지 못한다. 따라서 각 장치의 제작시 그 가공 공차가 그리 정밀 하지 않아도 문제 없을 뿐만 아니라, 작업자의 숙련도 또한 생산 품질에 큰 영향이 없게 된다.In the case of a normal high power laser, the density of the energy moves constantly when looking at the cross section of the laser beam being fired. As the welding progresses, it is easy to see that slight energy changes and energy density distributions change accordingly. As such, the energy density distribution that changes frequently during welding is because the size of the laser beam is similar to that of the welded portion, so that when the high energy density is biased to the left and right, more melting occurs therein, and therefore the welding result is uneven or irregular. In some cases, the welding is not performed, and the so-called asymmetric problem, which is biased to one side, occurs seriously. In the method of shaking irradiation, the energy density is uniform throughout the irradiation line, and the energy density change according to the energy change is also It does not affect the even density distribution of the entire radiation line. Therefore, the manufacturing tolerances of each device is not a problem even if the processing tolerances are not very precise, and the skill of the operator also does not significantly affect the production quality.

작업중인 박판과 다른 크기의 박판으로 작업을 교체 하는 경우도 돌림 회전판의 교체가 용이하고, 광학기기의 재조정도 아주 용이하다. 떠는 반사경과 빔 분배(beam delivery) 광학기기는 모두 이전 스테이지(translation stage)위에 고정되어 있으며 새로운 작업으로 교체할 경우, 이전 스테이지의 위치를 변경해 쉽게 각 광학 기기의 위치를 변화 할 수 있다.It is also easy to replace the rotating rotary plate and to recalibrate the optics in case of replacing the work with the thin plate of different size. Both floating reflectors and beam delivery optics are fixed on the translation stage, and if you replace them with a new job, you can easily change the position of each optic by changing its position.

본 발명에 사용하는 레이저빔의 위치 공차는 +/- 0.01인치로 이는 용접선 추적 장치를 사용해 정밀하게 두 박판의 가운데에 빔을 위치시키는 장치의 위치 공차 +/-0.001 인치에 비해 훨씬 수월하다. 이것은 고도의 정밀성을 요하지 않으면서도 용접을 완벽하게 실행 할 수 있는 획기적인 발명으로 숙련공이 필요치 않고, 작업 교체가 용이하며, 용융이 쉽게 발생하고, 그 결과 용입이 깊어 제품의 수명이 길어지며, 장치의 유지관리가 쉽다. 이러한 용접 내용은 기존의 재래식 저밀도 열원인 TIG 용접 내용(도 7a 참조)과 본 발명의 용접 내용(도 7b 참조)를 비교로서 알 수 있다.The positional tolerance of the laser beam used in the present invention is +/- 0.01 inch, which is much easier than the positional tolerance +/- 0.001 inch of the device for precisely positioning the beam in the middle of two sheets using a weld line tracking device. This is a revolutionary invention that can perform welding perfectly without requiring high precision, which requires no skilled workers, easy work replacement, easy melting, resulting in deep penetration and long product life. Easy to maintain This welding content can be seen by comparing the conventional TIG welding content (see FIG. 7A), which is a conventional low density heat source, with the welding content (see FIG. 7B) of the present invention.

본 발명의 내경용접장치는 한개의 벨로우즈 작업에서 다른 크기의 작업으로 교체할 경우 초기 조종과 정렬(alignment)이 아주 용이하다. 약 10-15분정도의 위,아래의 물림회전판(43)(44)(도 4 참조)을 특별한 공구 없이 베어링으로부터 눌러서 빼고 넣는 작업과, 상하 광학기기를 싣고있는 이전 스테이지를 움직여 레이저빔이 새로운 박판의 모서리에 조사되도록 조종하는 두가지 작업으로 쉽게 마무리 지을 수 있다.The inner diameter welding device of the present invention is very easy for initial control and alignment when replacing from one bellows operation to another sized operation. Pressing and unloading the upper and lower bleeding rotary plates 43 and 44 (see Fig. 4) for about 10-15 minutes from the bearing without special tools, and moving the previous stage carrying the upper and lower optics, the new laser beam Two tasks are manipulated to illuminate the edges of the sheet, making it easy to finish.

상기 각 물림회전판(43)(44)의 내부에는 박판이 정확한 위치에 자리 잡도록 박판의 굴곡과 같은 형상을 가지고 있다. 또한 하부 물림회전판의 내부 벽 직경이 박판의 외부 직경과 동일하여 로봇암이 가져오는 박판을 이곳에 떨어트리면 정확한 위치에 자리를 잡게된다.Each of the bite rotary plate 43, 44 has a shape such as bending of the thin plate so that the thin plate is positioned at the correct position. In addition, the inner wall diameter of the lower bleeding rotary plate is the same as the outer diameter of the thin plate, so if the thin plate brought by the robot arm is dropped here, it will be positioned in the correct position.

물림회전판의 박판을 물리는 부분의 재료는 열전도율이 높은 재료를 사용하여 지나친 과열을 방지하여 박판의 열손상을 막고, 제품의 품질을 높히는데 기여한다.The material of the part that bites the thin plate of the swivel plate prevents excessive overheating by using the material with high thermal conductivity to prevent thermal damage of the thin plate and contributes to the improvement of product quality.

세척 건조된 용접 전의 박판들은 밀폐된 용기에 보관되고 이 용기는 내경 용접기의 로봇암 밑쪽의 암,수 박판 픽업(pickup)자리에 고정되게 된다. 이러한 용기(93)는 몇가지의 기능을 가지고 있다. 암,수 각각 다른 용기에 보관되며, 스프링 클립(Spring Clip)(102)에 의해 쉽게 고정되며, 이러한 클립은 박판 용기를 밀폐된내경용접부 테이블의 밑에 다시 밀폐되도록 고정되고, 그 내부에는 내경 용접부의 산소를 제거하고 용접 가스를 주입하는 작업이 동시에 용기 내부에도 실행된다. 박판의 두께가 0.001 인치로 1000장을 겹쳐 놓아도 4인치 정도의 높이 밖에 되지 않는다. 암,수 그리고 용접된 컨벌류선을 받아내는 세개의 용기가 테이블 밑에 고정되며, 박판 용기의 내부에는 모터에 의해 동작되는 나사(94)가 있어 박판(91)을 바치고 있는 밑판(95)을 밀어 올려주는 역할을 한다.The thin plates before washing and drying are stored in a closed container, which is fixed to the female and water plate pickup positions under the robot arm of the inner diameter welder. This container 93 has several functions. Each male and female is stored in a different container, and is easily fixed by a spring clip 102. The clip is fixed to seal the thin plate container again under the sealed inner diameter weld table, and inside the inner diameter weld part. The operation of removing oxygen and injecting the welding gas is simultaneously performed inside the vessel. The sheet is 0.001 inches thick and 1000 sheets stacked, but only four inches tall. Three vessels for receiving the male, male and welded convection lines are fixed under the table, and inside the thin vessel, there is a screw 94 operated by a motor to push up the bottom plate 95, which is dedicated to the thin plate 91. Role.

이러한 기능은 저장된 박판의 상단이 항상 원하는 위치에 밀어 올려 지도록 함으로서 로봇 암이 박판을 문제없이 빨아 올릴 수 있도록 하기 위한 것이고, 맨 위의 박판이 들어올려지면, 용기의 센서가 그 위치를 파악하고 없어진 두께만큼 밀어 올려, 다음 작업에 대비한다. 마지막 박판이 들어 올려 지고 나면 센서는 컴퓨터에 이를 알리는 신호를 주게되고 작업이 완료되며, 한개의 용기에는 4시간 이상의 작업 물량을 저장하게 된다.This function ensures that the robot arm can suck up the sheet without problems by ensuring that the top of the stored sheet is always pushed to the desired position. Push up the thickness, and prepare for the next task. After the last sheet is lifted, the sensor will signal the computer to notify it and the work will be completed. One container will store more than four hours of work.

세개의 로봇암은 암,수 박판과, 용접된 컨벌류선을 각 90도 각도에서 동시에 들어 올리고 90도를 회전하여 용접된 컨벌류선은 세번째 용기에, 그리고 암 박판은 회전 물림판에 위치 시킨후, 다시 90도를 더 회전하여 수 박판을 놓고 -270도를 회전하여 용접부위에서 로봇 암이 벗어나도록 한다.The three robot arms simultaneously lift the arm and the watermelon and the welded convex line at each 90 degree angle and rotate it 90 degrees so that the welded convex line is placed in the third container and the arm thin plate is in the rotary squeeze plate. Rotate the plate 90 degrees further and place the watermelon and rotate it -270 degrees so that the robot arm is out of the weld zone.

외경 용접 장치의 경우 CCTV 카메라(50)를 설치하여 용접선을 모니터에 확대 하여 볼 수 있게 하고, 초점 렌즈를 포함하고 있는 노즐을 상하로 움직여 모니터에 깨끗한 영상이 맺히는 점을 찾으면 그곳이 바로 초점 거리가 되도록 하여 조종이 용이하게 설계한다.In the case of the outer diameter welding device, the CCTV camera 50 is installed so that the welding line can be enlarged on the monitor and the nozzle including the focus lens is moved up and down to find a clean image on the monitor. It is designed to be easy to control.

또한 모니터의 중앙에 표시되는 십자선은 레이저가 발사되는 점을 나타내고 이를 용접선과 일치 되도록 조종한다. 떠는 반사경을 장착하고 있는 공진스캐너는 쉽게 구입할수 있는 제품이며, 이는 주파수를 조종하여 떨림의 각도를 변화시킬 수 있다.The crosshairs in the center of the monitor also indicate the point where the laser is fired and manipulate it to match the weld line. Resonant scanners with floating reflectors are readily available and can be manipulated to change the angle of vibration.

이와같은 장치는 내경 용접 장치에는 상,하 두개(38,39) 가 그리고 외경 용접 장치에는 한개(43)가 장착된다.Such a device is equipped with two upper and lower (38, 39) to the inner diameter welding device and one 43 to the outer diameter welding device.

외경 용접 장치에는 용접 노즐(39)에 의해 용접 가스가 주입되며, 이는 용접에 가까이 위치된 노즐 끝과 용접부 사이의 작은 공간을 메우며 흘러나와 산소를 차단시킨다.The welding gas is injected into the outer diameter welding device by the welding nozzle 39, which flows out of the small space between the nozzle end and the welding portion located near the welding to block oxygen.

이와같이 노즐 구명의 중앙을 통해 조사되는 레이저빔의 주변을 용접 가스가 흘러 나오며 용접 부위를 덮어 줌으로 적은 양의 가스 사용이 가능하며, 또한 흘러나온 가스는 다시 진공으로 빨아들여 외부로 축출된다.As such, welding gas flows around the laser beam irradiated through the center of the nozzle life, and a small amount of gas can be used by covering the welding portion, and the flowed gas is sucked back into the vacuum and discharged to the outside.

용접에 필요한 모든 정보는 노트에 철해두고 용접이 시작되기전 이를 컴퓨터에 입력한 다음 이를 시작 점으로 재 조종을 하여 최적의 조건을 찾는다. 미세한 조건들의 변화로 인해 용접의 결과가 변할 수 있기 때문에 이전의 조건은 시작점은 될 수 있어도 절대적으로 반복이 가능한 정보는 될 수 없기 때문이다. 예를 들면, 돌림 회전판의 반사 벽면이 반복되는 열로 인해 재질에 변화가 오거나 표면이 변색되는 경우, 물리는 압력의 변화, 용접가스의 온도와 순도, 재료의 미세한 성분 변화, 세척 상태, 등등 많은 부분의 변화 가능성으로 인해 반드시 재 조종의 과정을 거쳐 최적의 조건을 조율 하여야 한다.Keep all the information you need for welding in a notebook, enter it into your computer before welding starts, and then re-pilot it to the starting point to find the optimal conditions. Because the results of welding can change due to changes in the microscopic conditions, the previous condition can be a starting point, but not absolutely repeatable information. For example, if the reflective wall of the turning wheel changes in material or the surface discolors due to repeated heat, the bite pressure changes, the temperature and purity of the welding gas, the microscopic changes in the material, the cleaning conditions, etc. Due to the possibility of change, the reconditioning process must be carried out to adjust the optimum conditions.

한편, 본 발명에서 사용하는 외경 용접용 링은 직각 홈 모서리(도 5 참조)나, 노치(notch)를 사용하지 않고 45도 각도의 모따기 형태를 취하고 있고 그 면의 고르기가 레이저빔을 반사하기에 충분하도록 되어야 한다.On the other hand, the outer diameter welding ring used in the present invention has a chamfered shape of a 45 degree angle without using a right angled groove edge (see FIG. 5) or a notch, and the evenness of the surface reflects the laser beam. It should be sufficient.

반복 사용면에서도 직각 홈 모서리에 비해 세척이 용이하고 또한 오염이 덜 하며, 제작 면에서도 용이하여 비용이 저렴하다. 45도 각도의 모서리에서 반사되는 에너지가 용접부의 옆면에 동시에 가해 짐으로, 용접부위의 상단에서 직각으로 중앙에 고정되어 주사되는 빔에 비해 훨씬 효과적이고 빠른 용융이 가능하다. 링의 표면에 반사가 일어남으로 링에 흡수되는 에너지가 작아 링의 수명이 길어지고, 따라서 적어도 30회 이상 재 사용이 가능하다.It is easy to clean, less contaminated, and easier to manufacture than the square groove edge even in repeated use, and the cost is low. The energy reflected at the corners of the 45 degree angle is simultaneously applied to the sides of the weld, which allows for much more efficient and faster melting than the beam being fixed in the center at right angles to the top of the weld. Reflections on the surface of the ring result in less energy absorbed in the ring, resulting in longer ring life, and thus re-use at least 30 times.

한편, 도 11 에 나타낸 원형영역, 삼각형 영역, 용접용역을 구하는 식은 다음과 같다.Meanwhile, the equation for obtaining the circular region, the triangular region, and the welding service shown in FIG. 11 is as follows.

H*2t = Aw(1)H * 2t = Aw (1)

H = (3/2π*t2+ t2)/2t(2)H = (3 / 2π * t 2 + t 2 ) / 2t (2)

H = (3/4π+ 1/2)t(3)H = (3 / 4π + 1/2) t (3)

H = 2.856t(4)H = 2.856 t (4)

Hd + 21/2*t + t = H(5)Hd + 2 1/2 * t + t = H (5)

Hd = H - 21/2*t - t(6)Hd = H-2 1/2 * t-t (6)

Hd = 0.441t(7)Hd = 0.441 t (7)

비드 원의 면적(area of circle)Area of circle

Ac = 2π*t2 (8)Ac = 2π * t2 (8)

삼각형 영역(area of triangle)Area of triangle

At = t2 (9)At = t2 (9)

파이(pie)의 영역(area of Pie)Area of pie

Ap = 1/4 Ac - AtAp = 1/4 Ac-At

= 1/(21/2*t - t)(10)= 1 / (2 1/2 * t-t) (10)

용접 영역(welded area)(Ac - Ap)Welded area (Ac-Ap)

Aw = 2π*t2-1/2π*t2+ t2 (11)Aw = 2π * t2-1 / 2π * t2+ t2 (11)

여기에서, 도 11 에서, H는 용접비드의 최하단 주연으로부터 심의 최상단까지의 거리이고, Hd는 용접비드의 최상단 주연으로부터 심의 최상단까지의 거리이며, t는 용접비드내의 삼각형 정점에서 심의 일측단까지의 거리이다.Here, in FIG. 11, H is the distance from the lowermost periphery of the weld bead to the top of the shim, Hd is the distance from the uppermost periphery of the seam to the top of the shim, and t is from the triangle apex in the weld bead to one end of the shim. Distance.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 레이저빔 용접장치 및 방법은 다음과 같다.The laser beam welding apparatus and method of the present invention as described above are as follows.

먼저, 본 발명의 레이저빔 용접장치를 구성하는 외경용접장치는, 레이저빔을 공진스캐너에 의해 반사경을 고속으로 떨게하여 한 점이 아닌 선의 형태로 주사 하도록 한다. 따라서 레이저빔을 둘로 갈라 용접부에서 다시 합성하는 방법과 둘로 가르지 않고 수직으로 조사 하는 방법을 모두 사용할 수 있다. 또한, CCTV 카메라를 사용하여 용접부를 확대하여 모니터에 영상을 보게하고 이를 이용하여 정확한초점 거리와 레이저빔의 위치 조종에 사용한다.First, the outer diameter welding device constituting the laser beam welding apparatus of the present invention causes the laser beam to be shaken at high speed by a resonant scanner to scan in the form of a line instead of one point. Therefore, it is possible to use both a method of splitting the laser beam in two, and recomposing them in the weld, and irradiating them vertically without dividing them in two. In addition, by using a CCTV camera to enlarge the weld to view the image on the monitor and use it to control the exact focus distance and position of the laser beam.

다음으로, 본 발명의 레이저빔 용접장치를 구성하는 내경용접장치는, 미세 박판이 로봇암에 의해 물림 회전판에 공급되고, 용접이 끝난 컨별류션 또한 로봇 암에 의해 꺼내진다. 이를 위해 스텝터 모터(stepper motor), 로터리 테이블(rotary table), 에어 실린더(air cylinder), 3 개의 로봇암, 진공컵(vaccume cups), 고진공펌프(high vacuum pump), 솔레노이드 에어벨브 스위치(solenoid air velve switch) 등이 사용되며, 다음과 같은 장점을 갖는다.Next, in the inner diameter welding apparatus constituting the laser beam welding apparatus of the present invention, a fine thin plate is supplied to the biting rotary plate by the robot arm, and the welded conjugation is also taken out by the robot arm. For this purpose, a stepper motor, rotary table, air cylinder, three robot arms, vacuum cups, high vacuum pump, solenoid air valve switch air velve switch) is used, and has the following advantages.

세척된 박판의 오염을 막을 수 있고, 작업자의 오류로 발생하는 문제들을 줄일 수 있으며, 자동화된 장치로 작업자의 상근이 불필요하다. 또한, 숙련공이 불필요 하여 단가가 절감되고, 세척된 박판들이 밀폐된 용기에 실드가스와 함께 보관되며, 용접시 이를 밀폐된 용접부에 끼워 사용하며, 용접부 내부는 산화방지를 위한 실드가스로 채워져, 바로 쓰지 않는 박판도 이와같은 밀폐용기에 실드 가스와 함께 보관 함으로서 공기중의 산소에의한 자연 산화를 방지 한다.It is possible to prevent the contamination of the cleaned thin plate, to reduce the problems caused by the operator's error, and the automated device is unnecessary for the worker's full time. In addition, the cost is reduced because no skilled workers are required, and the cleaned thin plates are stored together with the shield gas in a sealed container, and are used by inserting them into the sealed welding part, and the inside of the welding part is filled with shielding gas for preventing oxidation. Unused thin plates are also stored in such closed containers with shielded gas to prevent natural oxidation by oxygen in the air.

수동으로 얇은 판재를 암,수 구분하여 용접부에 넣는 작업은 상당한 시간을 요하며 이때 특수 장갑을 착용하고 오염을 염려 하면서 박판을 다루어야 하는 단점을 보완한다. 또한, 레이저빔을 둘로 갈라 용접부에서 다시 합성하여, 용접 부위로 부터 광학 기기가 멀리 떨어질 수 있음으로 용접시 발생하는 여러 이물질이 초점렌즈나 반사경을 오염시키는 문제를 해결하며, 용접부위 주변의 충분한 공간으로, 부품의 교체등 유지관리가 용이하고, 상,하 빔을 따로 조종함으로써 용접비드 조종이 용하다. 또한, 조사되는 레이저빔중 용접 부위를 벗어난 에너지는 물림 회전판의벽면에 의해 반사되어 용접부위의 옆면에 가해짐으로 용융이 빠르고 용입이 깊어 제품의 품질이 월등히 향상된다. 또한, CCTV 카메라를 사용하여 용접부를 확대하여 모니터에 영상을 보게하고 이를 이용, 정확한 초점 거리와 레이저빔의 위치 조종에 사용하고, 레이저빔을 공진스캐너에 의해 반사경을 고속으로 떨게하여 한 점이 아닌 선의 형태로 주사 하도록 하며, 물림 회전판의 교체를 용이하게 하여 작업 부품의 교체에 따른 장치 조종을 최소화 한다.Manually separating thin plates from male and female and inserting them into the weld part takes considerable time, and this makes up for the shortcomings of dealing with thin plates while wearing special gloves and worrying about contamination. In addition, by splitting the laser beam into two and re-compositing at the welding part, the optical device can be far away from the welding area to solve the problem that various foreign substances generated during welding contaminate the focus lens or reflector, sufficient space around the welding area Easy maintenance, such as replacement of parts, welding bead control by controlling the upper and lower beams separately. In addition, the energy out of the welded portion of the laser beam irradiated is reflected by the wall surface of the bite rotating plate is applied to the side surface of the welded portion, so that melting is fast and penetration is deep, and the product quality is greatly improved. In addition, by using a CCTV camera, the welded part can be enlarged to view an image on the monitor, and used to control the exact focal length and position of the laser beam. It can be injected in the form, and it is easy to replace the swivel plate to minimize the device control due to the replacement of the work parts.

한편, 이하 본 발명이 종래 용접방식에 비하여 우수한 점을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, when the present invention will be described as superior to the conventional welding method as follows.

첫째, 레이저를 사용함으로서 고밀도의 집적된 에너지로 인해 용융과 응고가 짧은 시간에 이루어 지고, 따라서 열 손상부위가 다른 방식에 비해 적고, 용입이 깊어 제품의 수명이 길다.First, because of the high density of integrated energy by using laser, melting and coagulation are performed in a short time. Therefore, the thermal damage area is less than that of other methods, and the penetration is deep, and the life of the product is long.

둘째, 숙련공이 불필요하다.Second, skilled workers are unnecessary.

셋재, TIG등 재래식 용접 방식에 비해 10배의 용접 속도로 생산비가 절감된다.Production cost is reduced by 10 times welding speed than conventional welding methods such as set materials and TIG.

넷째, 공정의 자동화로 인건비가 절감된다.Fourth, labor costs are reduced by the automation of the process.

다섯째, 재료의 특성에따른 용접 난이도가 낮아 용접이 용이하다.Fifth, the welding difficulty according to the characteristics of the material is easy to weld.

여섯째, 내경 용접 장치의 경우 빔을 두개로 갈라 각기 상하에서 45도 각도로 주사해 용접 부위에서 합성 함으로서 박판의 내경 크기에 구애 받지 않는다.Sixth, in the case of the inner diameter welding device, the beam is split into two and each is scanned at an angle of 45 degrees from the top and the bottom to be synthesized at the welding site so that the inner diameter of the sheet is not limited.

일곱째, 상,하의 갈라진 빔을 각각 다르게 움직일 수 있어 두꺼운 판재와 얇은 판재를 용접할 경우 빔의 위치를 각기 다르게 조종하여 최적의 용접을 할 수 있다.Seventh, the upper and lower split beams can be moved differently, so when welding thick and thin plates, the beams can be controlled differently for optimal welding.

여덟째, 빔을 둘로 갈라 사용하는 것은 통상적이나, 이를 떨게 하고 다시 합성한다.Eighth, it is common to split a beam into two, but to shake it and recombine it.

아홉째, 고가의 용접선 추적장치는 그 성능이 극히 미세하여 조그만 진동에도 문제가 생기나, 본 발명은 주변의 변화에 크게 영향을 받지 않는다.Ninth, the expensive weld seam tracking device is extremely fine in performance, so there is a problem even in the small vibration, the present invention is not significantly affected by changes in the surroundings.

열째, 선의 형태로 레이저빔을 조사함으로 수동이나 자동 용접선 추적장치가 불필요하다.Tenth, manual or automatic welding seam tracking device is unnecessary by irradiating the laser beam in the form of a line.

열 한번째, 내경 용접 장치의 경우 45도 각도로 떨면서 선의 형태로 주사되는 레이저빔 중 용접 부위를 벗어난 에너지는 물림 회전판의 벽면에으해 반사되어 용접부위의 옆면에 가해짐으로 용융이 빠르고 용입이 깊어 제품의 품질이 월등히 향상된다.Eleventh, in the case of the inner diameter welding device, the energy of the laser beam, which is scanned in the form of a line while shaking at a 45 degree angle, is reflected by the wall surface of the biting rotating plate and applied to the side of the welding part, so that melting is quick and penetration Deeper product quality is greatly improved.

열 두번째, 외경 용접 장치의 경우도 떨면서 선의 형태로 주사되는 레이저빔 중 용접 부위를 벗어난 에너지는 용접 링에의해 반사되어 용접부위의 옆면에 가해짐으로 용융이 빠르고 용입이 깊어 제품의 품질이 월등히 향상된다.Secondly, in the case of the outer diameter welding device, the energy of the laser beam scanned in the form of a line while shaking is reflected by the welding ring and applied to the side of the welding part, so that the melting is quick and the penetration is deep, thus improving the product quality. do.

열 세번째, 내경 용접장치의 물림 회전판 내부에 박판의 굴곡과 동일한 굴곡을 주어 박판이 놓여지는 위치를 조종함으로서 정확하게 중심을 잡을 수 있다. 물림 회전판의 내경 벽면표면을 매끄럽게함으로써 레이저빔을 반사 할 수 있도록 하였다.Thirteenth, by giving the same curvature of the thin plate inside the bite rotating plate of the inner diameter welding device can be accurately centered by controlling the position where the thin plate is placed. The inner surface of the swivel plate was smoothed to reflect the laser beam.

열 네번째, 물림 회전판의 교체가 용이하고, 그에따른 광학기기의 정령이 아주 쉽다.Fourteenth, the swivel plate is easy to replace, and the optics of the optics is very easy.

열 다섯번째, CCTV 카메라를 설치하여 용접 부위를 확대 관찰 할 수 있게 함으로 용접 전의 Beam 위치 조종과 용접시의 진행사항을 관찰 할 수 있다.Fifteenth, it is possible to observe the progress of the welding and control of the beam position before welding by installing CCTV camera to enlarge the welding part.

열 여섯번째, 내경용접장치의 경우 밀폐된 공간에 실드가스를 주입하고 용접후는 안전하게 뽑아 냄으로서 작업 환경의 오염을 막고 작업자의 건강을 안전하게 하며, 가스의 사용량을 현저히 줄였다.Sixteenth, the inner diameter welding device prevented contamination of the working environment, safety of workers, and significantly reduced gas usage by injecting shielded gas into a sealed space and safely extracting it after welding.

열 일곱번째, 내경 용접이 밀폐된 공간에서 이루어 짐으로 클래스(Class) 1000의 클린룸(Clean Room)이 불필요하다.Seventeenth, inner diameter welding is done in a confined space, eliminating the need for a Class 1000 Clean Room.

열 여덟번째, 용접 링의 디자인에 있어 그 모서리에 45도 각도의 매끄럽게 처리된 면을 줌으로 레이저빔을 반사 시킬 수 있도록 하여, 이로 인해 링의 수명이 길어지고, 세척이 용이하며, 오염이 적고, 제작이 간편하게 된다.Eighteenth, in the design of the weld ring, the laser beam can be reflected by giving a smoothly treated surface at an angle of 45 degrees to the edge, resulting in longer ring life, easier cleaning, less contamination , Production becomes simple.

열 아홉번째, 링의 디자인을 두개의 반원으로 함으로서 재 사용이 가능하고 주입과 축출이 간편해지며, 이는 외경 용접의 준비 공정을 현저하게 줄인 것으로 생산단가 절감에 큰 효과를 가져다 준다.Nineteenth, the design of the ring in two semicircles allows for reuse and ease of injection and ejection, which significantly reduces the preparation of outer diameter welds and has a significant effect on cost savings.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 레이저빔 용접장치 및 방법에 따르면, 레이저빔을 사용하여 완벽한 대칭형 용접비드를 생성하고, 용입의 깊이를 깊게하며, 용접선을 작업자가 현미경을 통해 수동 조종하거나, 자동으로 찾아가는 자동 심 트랙킹(seam tracking) 등을 필요로 하지 않으면서 용접을 가능하게 하고, 섬세한 정렬이나 유지관리가 불필요 하며, 미세한 진동이나 온도의 차이에도 민감하지 않아 누구나 용이하게 용접작업할 수 있도록 효과가 있다.As described above, according to the laser beam welding apparatus and method of the present invention, a laser beam is used to generate a perfectly symmetrical weld bead, deepen the depth of penetration, the operator manually manipulates the welding line through a microscope, or automatically It enables welding without the need of automatic seam tracking, etc., and does not require delicate alignment or maintenance, and it is not sensitive to minute vibrations or temperature differences so that anyone can easily weld. There is.

Claims (1)

얇은 금속판재로 제작된 원형의 디스크를 용접하기 위해 레이저를 사용하는 방식으로 레이저빔이 두 개의 맛닿은 재질을 용융하고, 빔을 적당한 간격으로 떨어 줌으로서 레이저빔 크기보다 넓은 재료의 용접이 가능한 레이저빔 장치.The laser beam can be used to weld circular disks made of thin metal sheets, and the laser beam melts the two flavored materials and drops the beams at appropriate intervals, allowing the welding of materials larger than the laser beam size. Beam device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5913588A (en) * 1982-07-16 1984-01-24 Toshiba Corp Laser working device
JPH08108289A (en) * 1994-10-07 1996-04-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Optical device for laser beam machining
JP3453972B2 (en) * 1995-12-27 2003-10-06 トヨタ自動車株式会社 Laser welding method and apparatus
KR19980086409A (en) * 1997-05-23 1998-12-05 와다 아끼히로 Laser optical system comprising a beam splitter made of individual members having reflective surfaces, welding apparatus and welding methods using the system
KR100345050B1 (en) * 1999-11-03 2002-07-19 데일 유. 장 Apparatus and method for laser welding the outer joints of metal bellows
JP3385362B2 (en) * 2000-05-11 2003-03-10 北海道大学長 Laser welding head control system and laser welding head comprising the same

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