KR20030092553A - Method and Apparatus for Welding - Google Patents

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KR20030092553A
KR20030092553A KR1020020030253A KR20020030253A KR20030092553A KR 20030092553 A KR20030092553 A KR 20030092553A KR 1020020030253 A KR1020020030253 A KR 1020020030253A KR 20020030253 A KR20020030253 A KR 20020030253A KR 20030092553 A KR20030092553 A KR 20030092553A
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알버트 현문 신
임태수
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알버트 현문 신
임태수
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Abstract

PURPOSE: A welding method and a welding apparatus are provided to improve productivity while reducing environmental contamination by reducing a volume of weld shielding gas and automatically operating the welding apparatus. CONSTITUTION: A welding apparatus includes a laser beam generator(20), a beam splitter(23), a focusing lens(40), and a cylinder(36). The laser beam generator(20) generates laser beam and is coupled to a laser supplying section(19) connected to a host computer(66). The beam splitter(23) is installed at the front of the laser beam generator(20) in such a manner that a route of laser beam is converted by means of scanning mirrors(38,39). The focusing lens(40) is installed on linear slider tables(25,26). The cylinder(36) securely fixes male and female films(41,,42) by using a vacuum cup(33).

Description

용접 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Welding}Welding Method and Apparatus {Method and Apparatus for Welding}

본 발명은 용접 방법 및 장치에 관한 것으로 이는 특히, 용접형 메탈 벨로우즈를 제조시, 생산물 처리량(manufacturing throughput)을 증가시킬 수 있도록 하며, 용접과정 중 소비되는 용접 차폐가스(weld shielding gas)의 부피를 줄이며, 장치를 운영하는 부품을 자동화시킴으로써 오염을 감소시키고, 운영비용이 적게 들면서 숙련된 용접공을 필요로 하지 않으면서도 더 높은 생산률을 낼 수 있도록 용접형 메탈 벨로우즈를 제작하는 용접방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a welding method and apparatus, in particular, in manufacturing a welded metal bellows, it is possible to increase the manufacturing throughput, and to reduce the volume of weld shielding gas consumed during the welding process. Welding method and apparatus for fabricating welded metal bellows to reduce contamination by automating the parts that operate the device, to reduce contamination, and to produce higher production rates without the need for skilled welders. will be.

일반적으로 알려져 있는 종래의 용접형 메탈 벨로우즈를 제조하기 위한 방법에 있어서는, 수많은 원형 메탈 격막(diaphragms)들을 0.004inch 두께로 압형제작한 후, 암수 한쌍씩 클램핑기에 투입한 후, 상기 클램프를 페쇄한다.In a conventionally known method for manufacturing a welded metal bellows, a large number of circular metal diaphragms are pressed to a thickness of 0.004 inch, and the male and female pairs are put into the clamping machine and then the clamp is closed.

상기와 같이 클램핑기에 투입된 메탈 다이아프램은, TIG 토우치, 플라즈마, 일렉트론 빔, MIG, 가스, 그리고/또는 GTAW와 같은 종래의 용접방법을 이용하여 상기 격막의 내경(ID)을 용접하였다.The metal diaphragm introduced into the clamping machine as described above welded the inner diameter ID of the diaphragm using conventional welding methods such as TIG torch, plasma, electron beam, MIG, gas, and / or GTAW.

상기 TIG 등을 이용하여 메탈 격막을 서로 맞추어 대량 용접한 후, 상기 격막을 구리 열 발산 링(copper heat dispersing ring)과 클램핑기에 클램프 되어있는 종판(end plate)사이의 축에 장전하여, 상기 메탈 격막을 인접부분과 밀착시키켜 고정토록 한다. 그후, 상기 클램핑기가 선반에 올려지고, 또 다른 TIG 용접 토우치 아래에서 등저속으로 회전된다.After mass welding the metal diaphragms together using the TIG or the like, the diaphragm is loaded on an axis between a copper heat dispersing ring and an end plate clamped to a clamping machine, and the metal diaphragm is loaded. Close contact with adjacent part and fix it. The clamping machine is then placed on the shelf and rotated at low speed under another TIG welding torch.

용접 작업자는 용접 토우치의 위치를 조정하여 용접팁이 상기 두 격막의 첫번째 심(seam)에 근접하도록 한 후, 상기 토우치팁과 심 사이에 아크(arc)를 방전시키고, 현미경을 이용하여 주의 깊게 심 패스(seam path)의 편차(deviation)를 따라 용접을 진행한다. 상기와같이 심 패스의 편차를 따라감으로써 용접공은 격막 심 중심에 아크를 방전시킬 수 있다.The welding operator adjusts the position of the welding torch so that the welding tip is close to the first seam of the two diaphragms, and then discharges an arc between the torch tip and the seam, carefully using a microscope. Welding is performed along the deviation of the seam path. By following the deviation of the seam path as described above, the welder can discharge the arc at the center of the diaphragm seam.

상기와같이 용접이 완료되면, TIG 토우치를 다음 심으로 옮겨 상기의 과정을 게속해서 반복함으로써, 용접형 메탈 벨로우즈를 제조하는 것이다.When welding is completed as described above, the TIG torch is moved to the next shim and the above process is continued and repeated to manufacture a welded metal bellows.

그러나, 상기와같은 용접방법에 있어서는, 1개의 메탈 벨로우즈를 생산하기 위하여 수많은 컨볼루션 (convolution)을 만들어야 함으로써, 용접 작업자의 피로도가 가중되는 단점이 있다. 특히 상기와같은 방법을 사용할경우에 있어서는 용접 속도가 용접공의 숙련도에 따라 다르게 되며, 숙련된 용접공의 최대 용접속도는 용접 절차중 수동으로 조정해야 하는 단계에 소요되는 시간에 달려있는 것이다.However, in the welding method as described above, a number of convolutions have to be made in order to produce one metal bellows, which increases the fatigue of the welding worker. In particular, in the case of using the above method, the welding speed varies according to the welder's skill, and the maximum welding speed of the skilled welder depends on the time required for manual adjustment during the welding procedure.

전형적인 메탈 격막의 용접 속도는 일반적으로 0.008inch 두께의 한쌍의 격막을 용접할 경우, 분당 10 ~ 12inch이다. 따라서 첫번째 용접부터 마지막 용접까지 전체 용접 절차에서, 1명의 숙련공이 용접하는데 소요되는 시간은 1시간 이상이 될 수 있으며, 비숙련공 또는 준숙련공이 용접할 경우에는 상당히 오랜 시간이 소요될 수 있다.The welding speed of a typical metal diaphragm is typically 10 to 12 inches per minute when welding a pair of diaphragms with a thickness of 0.008 inches. Therefore, in the entire welding procedure from the first welding to the last welding, the time required for one skilled worker to weld may be 1 hour or more, and it may take a very long time when an unskilled or semi-skilled worker welds.

대부분의 경우, 용접공은 현미경을 이용하여 용접 과정을 모니터한다. 용접 과정 중 아르곤과 같은 용접가스를 용접부에 직접적으로 주입시키며, 용접공이 장기간 용접가스에 노출되었을 경우 경미한 산소결핍증에 걸릴 가능성도 있다. 용접공이 용접부에 접근할 수 있도록 용접부가 개방되어 있어야 하므로, 용접가스는 지속적으로 흐르게 된다. 상기 격막의 디멘젼이 작기 때문에, 효율적인 비용으로 상기 용접과정을 자동화 시켜, 숙련된 용접공이 용접할 때 얻을 수 있는 용접의 견고성, 통합성, 신뢰성을 유지하기는 어려운 실정인 것이다.In most cases, the welder uses a microscope to monitor the welding process. During the welding process, a welding gas such as argon is injected directly into the welding part, and if the welder is exposed to the welding gas for a long time, there is a possibility of mild oxygen deficiency. Since the weld must be open so that the welder can access the weld, the weld gas continues to flow. Since the dimensions of the diaphragm are small, it is difficult to automate the welding process at an efficient cost, and thus it is difficult to maintain the robustness, integration, and reliability of the welding that can be obtained by a skilled welder.

특히, 레이져를 이용하여 용접형 벨로우즈를 제조하는 경우도 시도 되었지만, 상기 레이져 에지 용접(laser edge-welding)방법의 경우 충분한 신뢰도나 반복정밀도(repeatability)를 얻을 수 없으며, 극히 일부의 견본(prototype)과 실험적으로 생산할 수 있는 양의 레이져 용접 벨로우즈는 밖에는 얻을 수 없었던 것이다.Particularly, a case of manufacturing a welded bellows using a laser has been attempted, but the laser edge-welding method cannot obtain sufficient reliability or repeatability, and only a few prototypes are used. And the amount of laser welded bellows that could be produced experimentally could only be obtained.

상기와같은 벨로우즈 용접 과정에서 상기 레이져빔을 사용할 경우의 단점은,일반적으로 레이져빔의 디멘젼이 매우 작다는 것이며, 이와는 상대적으로 레이져빔의 출력 밀도가 매우 높다. 사실, 수 Mwatts/cm2까지 되는 고출력밀도는 현재 이러한 타입의 용접에 사용되고 있는 어떤 종류의 TIG 토우치 보다도 훨씬 뜨거운 것이며, 초점 범위에 들어온 대부분의 재료를 즉시 녹일 수 있다.The disadvantage of using the laser beam in such a bellows welding process is that the dimension of the laser beam is generally very small, and the output density of the laser beam is relatively high. In fact, high power densities of up to several Mwatts / cm 2 are much hotter than any type of TIG torch that is currently used for this type of welding, and can instantly melt most materials in the focus range.

결론적으로, 레이져 용접방법에 이용되는 용접고정구(welding fixture)가 100% 정확하게 만들어져야 한다는 것이다.In conclusion, the welding fixture used for the laser welding method must be made 100% accurate.

그러나, 용접 심에 있는 편차(deviation)는 기계의 미세한 진동등에 의해 발생할 수 있으며, 이와같은 편차는 벨로우즈 어셈블리가 TIG 토우치 밑에서 회전할 때, 용접심이 한 측면에서 다른 측면으로 오락가락 움직이게 할 수 있다. 상기 벨로우즈 격막을 용접할 경우 사용하는 수동적인 방법은 용접 심에 어떤 편차가 발생하였을 때 용접공의 기술력에 크게 의존해야 하므로, 양질의 용접물을 생산해기 위해서는 숙련된 용접공의 기술이 필요한 것이다.However, deviations in the weld seam can be caused by minute vibrations in the machine, which can cause the weld seam to move from side to side as the bellows assembly rotates under the TIG torch. The passive method used when welding the bellows diaphragm requires a large amount of dependence on the technical skills of the welder when any deviation occurs in the welding seam, and therefore, the skill of a skilled welder is required to produce a high quality weldment.

또한, 용접공은 용접을 마칠 경우 각각의 용착비드(weld bead)를 검사해야 함으로써, 검사에 따른 피로가 가중됨은 물론, 용착비드가 용접 스테이션에서 다른 곳으로 이동될 때 각각의 용착비드를 현미경을 이용하여 일일히 검사하며. 만일 하자가 발생된 용접물이 벨로우즈 어셈블리에서 사용될 경우에는, 이를 수정(exercising)하는 동안 고장이 발생하게될 우려가 있으며, 불완전한 용접으로 공기가 새어나가게 되고, 이에따라 완성된 벨로우즈를 폐기해야하는 문제점이 있는 것이다.In addition, the welder should inspect each weld bead when the welding is completed, thereby increasing the fatigue caused by the inspection, as well as using each microscope for each weld bead when the weld bead is moved from one welding station to another. By inspection. If a faulty weldment is used in the bellows assembly, there is a risk of failure during exercising, and air leaks due to incomplete welding, and thus there is a problem of discarding the completed bellows. .

또한, 상기와같은 레이져 용접방법과 관련된 또 다른 문제로는, 공간모드 호핑(spatial mode hopping)현상이 발생하게 된다. 즉 레이져가 작동중일 때, 레이져빔 출력분포의 프로파일은 레이져빔이 중심부에서 가장 뜨겁다는 것을 보여준다. 그러나, 레이져 공명 거울(laser resonator mirror)의 조정 또는 아아크 램프(arclamp)로의 펌프파워(pump power) 변동이 공간 분포를 변화시켜, 레이져의 가장 뜨거운 부분이 레이져빔 횡단면에서 이동하는 것처럼 보일 수 있다. 실제로, 고출력 레이져 시스템에서의 공간모드는 레이져 출력이 증가 또는 감소하도록 프로그램되어 있기 때문에, 용접 프로세싱 초기 또는 말기에 자주 변한다. 정적빔(static beam)과 함께 빔횡단면 내의 출력밀도 변화가 종종 용융지(weld pool)의 용융물질(molten material)에 반영된다. 용용지의 크기가 작고, 용융지로부터 멀어져 가는 심의 운동으로 인해, 융융물질이 용융지를 벗어날 때 급속하게 경화된다. 따라서 레이저빔 내의 출력밀도 변동으로 인해 비대칭적인 용융이 용접부위에 존재할 수 있으며, 이로 인해 비대칭적인 용착비드가 생성되며, 이러한 비대칭으로 인해 용접되지 않은 부위가 생성되거나, 용접이 얇거나 파괴된 용착비드의 생성, 그리고 불균일한 응력특성이 발생할 수 있다. 또한 이로 인해 종종 완제품을 테스트-싸이클링 하는 동안 크랙이 발생하여 제품을 못쓰게 되는 경우가 있다.In addition, another problem related to the above-described laser welding method is a spatial mode hopping phenomenon. In other words, when the laser is running, the profile of the laser beam output distribution shows that the laser beam is the hottest at the center. However, the adjustment of the laser resonator mirror or the variation of the pump power into the arc lamp changes the spatial distribution, so that the hottest part of the laser may appear to move in the cross section of the laser beam. Indeed, the spatial mode in high power laser systems changes often early or late in the welding process, since the laser power is programmed to increase or decrease. Along with the static beam, variations in the power density in the cross section of the beam are often reflected in the molten material of the weld pool. Due to the small size of the paper and the movement of the seam away from the melt, the melt hardens rapidly as it exits the melt. As a result, asymmetrical melt may be present at the weld site due to variations in the power density in the laser beam, resulting in an asymmetric welding bead. Formation and nonuniform stress characteristics can occur. In addition, this often leads to cracks during the test-cycling of the finished product, which results in the product becoming unusable.

상기와같은 문제점을 극복할 수 있는 방법은, 지속적인 로우 오더 프로 파일(low order profile)의 레이져를 사용하는 것이다. 즉, 레이져 아웃풋 출력의 전 범위에 걸쳐, 레이져빔의 횡단면에 잘 통제된 출력 분포를 유지할 수 있는 레이져를 사용하는 것이다.One way to overcome this problem is to use a laser with a continuous low order profile. That is, the use of a laser capable of maintaining a well-controlled output distribution in the cross section of the laser beam over the entire range of the laser output output.

그러나, 레이져빔의 횡단면에 일정한 출력분포를 내도록 하는 것은 불가능하지는 않지만 어려우며, 이를 일정하게 유지하는 것은 더 어렵다.However, it is difficult, but not impossible, to make a constant output distribution in the cross section of the laser beam, and it is more difficult to keep it constant.

상기에 기술하였듯이, 용접 심에 편차는 머시닝 톨러런스 등으로 인해 일어날 수 있다. 초점이 맞춰진 레이져빔과 용접심 사이의 얼라인먼트(alignment)를 정확하게 유지하는 방법에 대한 많은 연구가 시도되었으며, 이들 방법 중 일부에서 확대 시스템(magnified vision system), 촉각센서 (tactile sensor), 자기와 용량근접센서 (magnetic and capacitive proximity sensors), 디지털 시그널 프로세싱(DSP) 테크닉 등을 도입했다. 상기 방법은 미국 특허 No. 6,040,550에서 개시되어 있으며, 여기서는 확대 시스템과 컴퓨터를 사용하여 용접심의 중심을 찾아내는 데 사용하였다. 레이져빔의 위치는 미러(mirror)를 사용하여 통제되었으며, 미러를 사용해 용접심의 경로를 따라 간다. 그러나, 상기 시스템은 진동에 취약하며, 얼라인먼트에 대한 정확성이 취약하며, 특히 시스템 얼라인먼트가 온도변화에 대응하여 변할 수 있는 것과 같은 열효과(thermal effect)에 대한 보상이 없게 된다.As described above, deviations in the weld seam can occur due to machining tolerances or the like. Many studies have been done on how to accurately maintain alignment between the focused laser beam and the weld seam, and some of these methods include magnified vision systems, tactile sensors, magnetism and capacitance. Magnetic and capacitive proximity sensors and digital signal processing (DSP) techniques have been introduced. The method is described in US Pat. 6,040,550, which was used to find the center of the weld seam using a magnification system and a computer. The position of the laser beam was controlled using a mirror, and along the path of the weld seam using the mirror. However, the system is vulnerable to vibration, lacks accuracy in alignment, and in particular lacks compensation for thermal effects such as system alignment can change in response to temperature changes.

따라서, 상기와같은 종래의 여러 용접방법에 있어서는 용접비용이 비싼 반면에, 진동, 온도 및 상기 레이져 시스템으로부터 오는 전자파 장해현상등에 극히 취약하게 되는등 많은 단점이 있는 것이다.Therefore, while the conventional welding method is expensive, there are many disadvantages such as being extremely vulnerable to vibration, temperature and electromagnetic interference from the laser system.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 개선시키기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 용접형 메탈 벨로우즈를 제조시, 생산물 처리량을 증가시킬 수 있도록 하며, 용접과정 중 소비되는 용접 차폐가스(weld shielding gas)의 부피를 줄이고, 장치를 운영하는 부품을 자동화시킴으로써 오염을 감소시키며, 용접에 따른 운영비용이 적게 들면서 숙련된 용접공을 필요로 하지 않으면서도 더 높은 생산률을 낼 수 있는 용접형 메탈 벨로우즈를 제작하는 용접방법 및 장치에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to produce a welded metal bellows, and to increase the throughput of a product, and to consume weld shielding gas during the welding process. To reduce weld volume, reduce contamination by automating the parts that operate the device, and produce welded metal bellows that can produce higher production rates without the need for skilled welders due to lower operating costs. It relates to a welding method and apparatus.

도 1은 본 발명에 따른 외경용접시스템의 일 실시예를 도시한 것이다.1 shows an embodiment of an outer diameter welding system according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 내경용접시스템의 일 실시예를 도시한 것이다.Figure 2 shows an embodiment of the inner diameter welding system according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 레이져빔 유도 메커니즘 (laser beam delivery mechanism)의 작동원리를 도시한 것이다.Figure 3 illustrates the principle of operation of a laser beam delivery mechanism according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 내경 용접 시스템의 일 실시예에서 사용될 수 있는 상부와 하부 용접 클램프 링을 도시한 것이다.Figure 4 illustrates a top and bottom weld clamp ring that can be used in one embodiment of an inner diameter welding system according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 외경 용접 시스템의 일 실시예에서 레이져빔이 용접심에 어떻게 유도되는가를 도시한 것이다.Figure 5 shows how the laser beam is guided to the weld seam in one embodiment of an outer diameter welding system according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 내경 용접 시스템의 일 실시예에서 레이져빔이 용접심에 어떻게 유도되는가를 도시한 것이다.Figure 6 shows how the laser beam is guided to the weld seam in one embodiment of the inner diameter welding system according to the present invention.

도 7A와 7B는 도 7A에서 도시하고 있는 종래의 용접 방법과, 도 7B의 레이져 용접에서의 용입량을 비교한 것을 도시한 것이다.7A and 7B show a comparison between the conventional welding method shown in FIG. 7A and the penetration amount in the laser welding of FIG. 7B.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

19...레이져 출력 공급부 20...레이져빔 발생기19 ... laser output supply 20 ... laser beam generator

21...상부 레이져빔 22...하부 레이져빔21 ... upper laser beam 22 ... lower laser beam

23...빔 스프리터 24... 빔 굴절 프리즘23 ... beam splitter 24 ... beam refraction prism

25...상부 선형 슬라이드 테이블25 ... Upper Linear Slide Table

26...하부 선형 슬라이드 테이블26 ... Lower Linear Slide Table

31...스테퍼 모터 33...진공 컵31 ... stepper motor 33 ... vacuum cup

34...DC 모터 38...스캐너 미러34 ... DC motor 38 ... scanner mirror

39...용접 가스 노즐 40...초점 렌즈39.Welding gas nozzle 40 ... Focus lens

41...수 격막 42...암 격막41 ... water diaphragm 42 ... cancer diaphragm

43...상부 클램프 링 44...하부 클램프 링43 ... top clamp ring 44 ... bottom clamp ring

46...초점 렌즈 49...CCTV 모니터46 ... focusing lens 49 ... CCTV monitor

56...선반용 DC 모터 58...솔레노이드 밸브56 DC motors for lathes 58 solenoid valves

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 호스트 컴퓨터와 연설되는 레이져 출력 공급부를 개재하여 레이져 빔이 발생되는 레이져빔 발생기;As a technical means for achieving the above object, the present invention comprises: a laser beam generator for generating a laser beam through a laser output supply portion that is addressed to the host computer;

상기 레이져 빔이 적절한 파장에 의해 두 개로 분광되어 용접심 위에서 초점렌즈를 지나 프리즘과 반원을 그리며 진동하는 스캐닝 미러에 의해 경로가 바뀌어질 수 있도록 상기 레이져빔 발생기의 전방에 설치되는 빔 스프리터;A beam splitter installed in front of the laser beam generator such that the laser beam is spectrally bisected by an appropriate wavelength so that the path can be changed by a scanning mirror which vibrates through a focal lens and a prism and a semicircle over a welding core;

상기 스캐닝 미러에서의 반사된 레이져 빔이 용접심의 상부와 하부 에지로 향하게 되도록 상하부 선형 슬라이더 테이블에 설치되는 초점렌즈; 및A focus lens installed on the upper and lower linear slider tables so that the reflected laser beam from the scanning mirror is directed to the upper and lower edges of the weld seam; And

암 격막이 DC 모터 콘틀롤러와 연설된 발전기를 통해 회전하는 클램핑 고정구 안에 설치되어 내측 에지(inside edge) 위에서 하부에 고정된 내경 클램프 면에 의해 지지되고, 상기 암 격막 상측에 수 격막이 거꾸로 위치되어 모터와 연설된 아암 일단에 마련된 진공컵에 의해 상기 암수 격막을 단단히 고정시키도록 설치되는실린더;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용접장치를 마련함에 의한다.The female diaphragm is installed in a clamping fixture that rotates through a DC motor controller and the spoked generator and is supported by an inner diameter clamping surface fixed to the lower side on the inner edge, and the diaphragm is positioned upside down above the female diaphragm. And a cylinder installed to firmly fix the female and female diaphragms by a vacuum cup provided at one end of the arm with the motor.

이때, 상기 미러에서 반사된 빔은 수직으로 유도되어 초점렌즈를 통해 용접심의 초점에 도달하도록 노즐 어셈블리가 설치되는 것을 특징으로 한다.In this case, the beam reflected from the mirror is guided vertically, characterized in that the nozzle assembly is installed to reach the focus of the weld seam through the focus lens.

또한, 상기 스캐닝 미러에는 용접심 위에서 초점 렌즈를 통해 용접상태를 확인하는 CCTV 카메라가 설치되어 모니터와 연설되는 것을 특징으로 한다.In addition, the scanning mirror is installed in the CCTV camera for checking the welding state through the focus lens on the welding core is characterized in that the speech to the monitor.

또한, 본 발명은 호스트 컴퓨터의 신호에 의해 레이져 출력 공급부와 연설된 레이져빔 발생기를 통하여 레이져 빔을 발생시키는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of generating a laser beam through the laser beam generator spoken with the laser output supply by a signal from the host computer;

상기 레이져 빔이 빔 스프리터의 적절한 파장에 의해 두 개로 분광되어 용접심 위에서 초점렌즈를 지나 프리즘과 반원을 그리며 진동하는 스캐닝 미러에 의해 경로가 바뀌어질 수 있도록 용접 심위에 조사되는 단계;Irradiating the laser beam onto the welding seam so that the laser beam is spectroscopically divided by the appropriate wavelength of the beam splitter so that the path can be diverted by a scanning mirror which vibrates in a semicircle with the prism through the focus lens over the welding seam;

상기 레이져 빔에 의해 용접되는 암 격막은 발전기를 통해 회전하는 클램핑 고정구 안에 설치되어 지지되고, 상기 암 격막 상측에는 수 격막이 거꾸로 위치되어 실린더와 연설된 아암 일단의 진공컵에 의해 상기 암수 격막이 고정되는 단계:The female diaphragm welded by the laser beam is installed and supported in a clamping fixture that rotates through a generator, and the upper and lower female diaphragms are positioned upside down to fix the female and female diaphragms by a vacuum cup at one end of the arm. Becoming steps:

상기 스캐닝 미러에서의 반사된 레이져 빔은 초점렌즈를 통해 용접심의 상부와 하부 에지로 향하게 되며, 이때 진동하는 레이져빔은 상기 레이져 스폿 크기보다 큰 효율적인 레이져 스폿을 만들며, 상기 진동하는 레이져빔을 용접 심을 따라 움직이게 하며, 이때 암 격막과 수 격막이 상기 진동하는 레이져빔이 심을 따라 움직일 때 용접되는 단계;를 통해 용접되는 것을 특징으로 하는 용접방법.The reflected laser beam from the scanning mirror is directed through the focus lens to the upper and lower edges of the weld seam, wherein the oscillating laser beam creates an efficient laser spot larger than the laser spot size, and the oscillating laser beam And welded when the female diaphragm and the water diaphragm are welded when the vibrating laser beam moves along the seam.

상기 스캐닝 미러가 반원을 그리며 진동함에 따라, 각q1을 통해 나가는 미러굴절이 반사된 레이져빔을 각q2를 통해 굴절시키며, 이 때 상기 반사된 레이져빔의 각q2= 2q1이 되는 것을 특징으로 한다.As the scanning mirror vibrates in a semicircle, the mirror refraction exiting through angle q 1 deflects the reflected laser beam through angle q 2 , where the angle q 2 = 2q 1 of the reflected laser beam becomes. It features.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 진동 빔 테크닉(oscillating beam techniques)을 이용하여 에지 웰디드 메탈 벨로우즈를 가일층 빠르고 신뢰도가 높게 제조할 수 있다. 본 발명은 일 실시예에서 메탈 벨로우즈 다이아프램을 용접하여 컨볼루션 페어(convolution pair)와 벨로우즈 캡슐(bellows capsule)을 형성하는데 이용할 수 있다. 또한 본 발명은 두 격막의 외측심(outside seam) 용접을 위한 외경(OD) 용접 시스템과 내측심(inside seam) 용접을 위한 내경(ID) 용접 시스템에 관한 것이다.The present invention makes it possible to produce edge welded metal bellows even faster and more reliably using oscillating beam techniques. The present invention can be used to form a convolution pair and bellows capsule by welding a metal bellows diaphragm in one embodiment. The invention also relates to an outer diameter (OD) welding system for the outer seam welding of two diaphragms and an inner diameter (ID) welding system for the inner seam welding.

용접시, 내측심을 먼저 용접하는 것이 바람직한데, 이것은 종래에 수동 TIG 용접 등 기타 용접 방법을 사용하여 용접하는 전형적 용접 방법이다. 도 2는 상기 과정을 수행하기 위한 시스템을 도시한 것이다. 암(female) 격막(42)은 회전하는 클램핑 고정구 (clamping fixture)내에 설치되어, 내측 에지 (inside edge) 위에서 하부에 고정되는 내경 클램프면에 의해 지지되어질 수 있다. 그후, 수(male) 격막(41)을 거꾸로 상기 암격막 위에 놓을 경우, 상부의 이동가능한 클램프는 미리 조절한 공기 압력에 의해 밑으로 내려오게 되며, 상기 공기 압력은 암,수격막을 견고하게 고정시키기 위하여 필요한 충분한 압력을 가한다.In welding, it is preferable to weld the inner core first, which is a typical welding method conventionally welded using other welding methods such as manual TIG welding. 2 shows a system for performing the above process. The female diaphragm 42 may be installed in a rotating clamping fixture, which may be supported by an inner diameter clamping surface which is fixed to the bottom above the inner edge. Then, when the male diaphragm 41 is placed upside down on the female diaphragm, the upper movable clamp is lowered by a predetermined air pressure, and the air pressure is firmly fixed to the female and the diaphragm. Apply enough pressure to make it work.

상기 클램프는 컴퓨터 통제에 의해 DC 전기발전기(34)를 통한 일정한 속도로 회전하도록 만들어질 수 있다. 이때 레이져빔은 50:50 빔스프리터(beamsplitter) (23)에 의해 적절한 파장에서 두개로 나누어 질 수 있다. 그후 상기 분광된 레이져 빔은 용접심 위에서 초점렌즈(40, 46)를 지나 프리즘(24)과 스캐닝 미러 (scanning mirror)(38, 39)에 의해 경로가 바뀌어질 수 있다.The clamp can be made to rotate at a constant speed through the DC generator 34 by computer control. In this case, the laser beam may be divided into two at an appropriate wavelength by a 50:50 beamsplitter 23. The spectroscopic laser beam can then be redirected by the prism 24 and the scanning mirrors 38, 39 over the focal lens 40, 46 over the weld seam.

상기 두 개의 미러(38, 39)는 공명스캐너(resonant scanner)라고도 불리우는 고정 주파수 스캐너(fixed frequency scanner)가 될 수 있으며, 상기 빔을 용접심에 위치시키기 위해 사용될 수 있다.The two mirrors 38 and 39 can be fixed frequency scanners, also called resonant scanners, and can be used to position the beam at the weld seam.

도 6에 도시한바와 같이, 정적모드(static mode)에서, 즉 스캐너 출력을 오프(off)한 상태에서, 초점이 맞춰진 레이져 빔은 용접심의 상부와 하부 에지로 향하게 된다. 상기 용접 프로세스가 진행되는 동안 스캐닝 미러(38, 39)는 초점을 맞춘 레이져 스폿(spot)을 용접심을 가로질러 움직이게 하기 위해서 고속으로 진동할 수 있다.As shown in Fig. 6, in the static mode, ie with the scanner output off, the focused laser beam is directed to the upper and lower edges of the weld seam. During the welding process, the scanning mirrors 38 and 39 can vibrate at high speed to move the focused laser spot across the weld seam.

상기 일 실시예에서, 초점이 맞춰진 레이져 스폿은 초점면에서 용접심을 가로질러 움직일 수 있으며, 상기 일 실시예에서 초점이 맞춰진 레이져 스폿은 용접심에 직각방향으로 앞뒤로 움직일 수도 있다.In one embodiment, the focused laser spot may move across the weld seam in the focal plane, and in one embodiment the focused laser spot may move back and forth perpendicular to the weld seam.

도 3은 레이져빔이 어떻게 앞뒤로 스캔할 수 있는가에 대해 도시하였으며, 상기 스캐닝 미러(38)의 전면 반사 표면에 부딪치는 정적빔의 위치가 굵은선 (21)로 표시되었다. 반사된 빔은 초점렌즈(40)를 통하여 나오며, 바람직하게는 수직입사에 가깝게(near normal incidence) 나오고, 초점면(72) 위에 초점을 맞춘다.3 shows how the laser beam can scan back and forth, the position of the static beam striking the front reflective surface of the scanning mirror 38 as indicated by the thick line 21. The reflected beam exits through the focus lens 40, preferably near normal incidence, and focuses on the focal plane 72.

상기 미러(38)가 반원을 그리며 진동함에 따라, 각q1을 통해 나가는 미러 굴절(38a)이 반사된 레이져빔을 각q2를 통해 굴절시키며, 이 때 q2= 2q1이다. 렌즈를 통과하는 상기 각의 경로는 빔(71a)의 초점을 재배치한다.As the mirror 38 vibrates in a semicircle, the laser beam, which exits through the angle q 1 , reflects the reflected laser beam through the angle q 2 , where q 2 = 2q 1 . The angle path through the lens repositions the focus of the beam 71a.

반대쪽 반원에서, 빔은 정점(static point)(71)의 반대편에서 거의 등거리를 유지하면서 이동한다. 미러에 굴절되는 빔의 양은 소량일 수 있으며, 옵티컬 레버리지(optical leverage)를 이용하여 레이져빔 각굴절의 두배가 되도록 할 수 있다. 따라서 진동 횟수에 따라 레이져 스폿이 점 열원(heat source)으로서라기 보다 일정한 라인의 열원으로 나타날 수 있다.In the opposite semicircle, the beam travels almost equidistant from the opposite of the static point 71. The amount of beam refracted by the mirror may be small and may be doubled by the laser beam angular refraction using optical leverage. Therefore, depending on the number of vibrations, the laser spot may appear as a heat source of a constant line rather than as a point heat source.

따라서, 가열하는 위치는 레이져 빔에서 이동하지 않는 로우 오더 공간 모드(non-shifting low-order spatial mode)가 없이도 조정될 수 있다. 또한, 본 발명의 스캐닝 레이져빔을 사용함으로써 고가의 심추적시스템 (seam tracking system)사용에 대한 의존도를 낮출 수 있다.Thus, the heating position can be adjusted without a non-shifting low-order spatial mode that does not move in the laser beam. In addition, the use of the scanning laser beam of the present invention can reduce the dependence on the use of an expensive seam tracking system.

내경(ID) 용접기와 외경(OD) 용접기의 레이져빔 광학유도 시스템(optical delivery system)은 같은 원리로 작동 될 수 있다. 도 5에 도시한 바와같이, 외경 기의 경우, 레이져빔이 바람직하게는 용접 심에 직각방향으로 유도될 수 있으며, 도 6에 도시한 바와같이, 상기 레이져빔이 용접 심에 45inch각도 방향으로 유도될 수 있다. 상기 일 실시예에서는 하나의 용접기를 이용하여 내경용접과 외경용접을 할 수 있다.The laser beam optical delivery system of ID welders and OD welders can be operated on the same principle. As shown in FIG. 5, in the case of an external machine, the laser beam may be preferably guided in a direction perpendicular to the weld seam, and as shown in FIG. 6, the laser beam is guided in the 45 inch angle direction to the weld seam. Can be. In the above embodiment, the inner diameter welding and the outer diameter welding may be performed using one welding machine.

도 1은 외경(OD) 용접기의 일 실시예를 도시한 것이다. 레이져빔(21)이 먼저 공명 스캐너 미러(resonant scanner mirror)(38)에 일정 각도로 부딪친다. 이 실시예에서 상기 레이져빔은 진동하지 않는 정적모드에서 설치되며, 이때 나오는 빔이 45inch 미러(43)의 중앙에 부딪친다. 그 후 상기 미러(43)에서 반사된 빔은 수직으로 유도되어 초점렌즈(40)의 중앙을 지나 노즐 어셈블리(44)의 구멍을 통과하여 용접심의 초점에 도달한다.1 shows an embodiment of an outer diameter (OD) welder. The laser beam 21 first strikes the resonant scanner mirror 38 at an angle. In this embodiment, the laser beam is installed in a static mode which does not vibrate, and the beam coming out hits the center of the 45 inch mirror 43. The beam reflected from the mirror 43 is then guided vertically, passing through the center of the focus lens 40 and passing through the hole in the nozzle assembly 44 to reach the focus of the weld seam.

도 9는 용접과정 중 격막(54)이 재사용이 가능한 클램프 해프 링 (clamp half ring) 사이에 물려 지지되는 것을 도시한 것이다. 스캐너 미러가 활성화 되면 초점이 맞춰진 레이져빔이 용접조인트의 여기저기를 가로지르도록 하며, 특히 스캐너 미러는 상기 빔이 용접 조인트를 가로질러 앞뒤로 스캔할 수 있도록 한다.FIG. 9 shows that the diaphragm 54 is held between reusable clamp half rings during the welding process. When the scanner mirror is activated, the focused laser beam traverses up and down the weld joint, and in particular the scanner mirror allows the beam to scan back and forth across the weld joint.

도 2는 내경의 일 실시예를 도시한 것이다. 상기 레이져(20)로부터 나온 레이져빔은 50:50 빔스프리터(23)에 의해 두 개의 빔으로 분산된다. 상기 두개의 분산된 빔(21, 22)은 용접심을 향해 비슷한 경로를 따라가게 된다. 상기 레이져빔(21)은 이를 완전히 반사시키는 빔굴절 프리즘(24)에 의해 90inch굴절되고, 상부 빔(21)과 평행한 경로를 따라간다. 공명 스캐너 미러(38, 39)는 정적모드에서 설치되어 반사된 빔이 초점 렌즈(40, 46)의 중앙에 수직으로 유도되도록 한다. 그 후 빔이 용접 조인트의 상부와 하부 에지에 가까이 위치하도록 한다. 따라서 상기 두 빔의 합쳐진 출력은 각 출력의 합이 된다.2 illustrates one embodiment of an inner diameter. The laser beam from the laser 20 is distributed into two beams by a 50:50 beam splitter 23. The two distributed beams 21 and 22 follow a similar path towards the weld seam. The laser beam 21 is 90 inch refracted by a beam refracting prism 24 that completely reflects it, and follows a path parallel to the upper beam 21. Resonance scanner mirrors 38 and 39 are installed in static mode so that the reflected beam is guided perpendicular to the center of the focus lens 40, 46. The beam is then positioned close to the upper and lower edges of the weld joint. Therefore, the combined output of the two beams is the sum of the respective outputs.

이때, 상기 격막은 압축 공기 구동방식의 클램핑 방법(미도시)을 이용하여 용접 과정 중 격막(41, 42)을 고정시킬 수 있다. 이 후 상기 레이져빔은 심의 에지를 함께 용착하며 스캔할 수 있다.In this case, the diaphragm may fix the diaphragms 41 and 42 during the welding process by using a clamping method (not shown) of a compressed air driving method. The laser beam can then scan while welding the edges of the shim together.

도 3은 본 발명의 스캐닝 방법의 작동 원리를 도시한 것이다. 상기 레이져빔(21)이 스캐너 미러(38)의 반사 표면에 정적모드에서, 즉 움직이지 않는 모드에서, 일정 각도로 부딪치도록 초기 설정된 각도로 부딪친다. 상기 미러의 각도는 나오는 빔이 초점 렌즈(40)의 중심에 수직으로 유도되어 목표 면(target plane)(72)에서 점(71)을 그리며 움직일 수 있도록 조절될 수 있다.Figure 3 illustrates the principle of operation of the scanning method of the present invention. The laser beam 21 strikes the reflective surface of the scanner mirror 38 at a predetermined angle so as to strike at a certain angle in a static mode, ie in a non-moving mode. The angle of the mirror may be adjusted such that the outgoing beam is guided perpendicular to the center of the focus lens 40 to move the point 71 in the target plane 72.

도 3에 정적 레이져빔의 경로가 굵은 선으로 도시되었다. 스캐너 미러(38)가 작동할 때, 반원(38a)상의 굴절로 인해 미러가 각q1을 통하여 움직이고, 이는 반사된 레이져빔(21a)이 각q2로 초점렌즈를 통과하여 중심으로부터 떨어지도록 한다. 이에따라 나오는 빔이 중심에서 벗어난 자리로 이동하고 정점(71)에서 떨어진 한 점에 초점을 맞추게 된다. 이와 비슷하게 상기 스캐너가 반대편 반원에서 굴절될 경우, 상기 레이져빔은 정점(71)의 반대편에서 동일한 거리에서 굴절된다. 따라서 상기 레이져빔은 정점(71) 근처에서 한 점에서라기 보다 얇은 선 상에서 에너지를 전달하게 된다. 상기 얇은 선의 두께가 초점이 맞춰진 레이져빔의 직경이 되며, 상기 라인의 길이는 공명 스캐너 미러(38, 39)의 스캐닝 각도에 따라 변하게 된다.The path of the static laser beam is shown in bold in FIG. 3. When the scanner mirror 38 is actuated, the refraction on the semicircle 38a causes the mirror to move through angle q 1 , which causes the reflected laser beam 21a to pass through the focus lens at angle q 2 and fall off from the center. . The resulting beam moves away from center and focuses on a point away from vertex 71. Similarly, when the scanner is refracted in the opposite semicircle, the laser beam is refracted at the same distance on the opposite side of the vertex 71. The laser beam thus transmits energy on a thinner line than at one point near the vertex 71. The thickness of the thin line is the diameter of the focused laser beam, and the length of the line is varied depending on the scanning angles of the resonant scanner mirrors 38, 39.

도 4는 본 발명의 내경(ID)용접시스템에서 사용될 수 있는 용접 클램프 링의 상부와 하부의 기본 형태를 도시한 것이다. 도 4의 실시예는 각각 용접되는 벨로우즈 격막에 알맞는 클램프 링들의 단면을 도시하고 있다. 이와 같이 각각의 격막에 맞는 클램프 링을 제조하는 것이 시간이 오래 걸리고 제작비가 비싸게 들지만,벨로우즈 격막을 자동적으로 용접 고정구의 중앙에 위치시킬 수 있다는 장점이 있다.Figure 4 illustrates the basic form of the top and bottom of the weld clamp ring that can be used in the ID welding system of the present invention. The embodiment of Figure 4 shows a cross section of clamp rings suitable for each bellows diaphragm being welded. As described above, manufacturing a clamp ring for each diaphragm is time-consuming and expensive to manufacture, but there is an advantage that the bellows diaphragm can be automatically positioned at the center of the welding fixture.

이는 상기 격막이 중심에서 벗어날 확률을 크게 감소시키며, 이는 픽 앤드 플래이스 메커니즘(pick and place mechanism)시 요구되는 정밀도의 레벨을 낮출 수 있다. 현재의 얼라인먼트 기술에서는 +/- 0.0005inch내의 톨러런스(tolerance)가 요구되지만, 본 발명의 클램프는 0.1(a factor of ten)까지 증가시킬 수 있으며 이것은 아주 실용적이다.This greatly reduces the probability that the diaphragm is out of center, which can lower the level of precision required in the pick and place mechanism. Current alignment techniques require a tolerance within +/- 0.0005 inch, but the clamp of the present invention can be increased to a factor of ten (0.1) which is very practical.

도 5는 레이져빔이 외경(OD) 용접 시스템의 일 실시예에서 용접심에 어떻게 나타나는가를 도시하는 것이다. 초점 렌즈에서 입사각의 차이는 초점이 맞춰진 레이져 스폿이 용접심을 가로질러, 용접심에 직각방향 등으로 라인을 그리게 할 수 있다. 바람직하게는 상기 레이져가 실제 레이져빔 보다 훨씬 넓은 연속 레이져빔으로 보일 수 있는 충분히 높은 속도에서 앞뒤로 스캔하는 것이다. 상기 레이져 스캔의 넓이는 스캐너 미러의 최대각, 그리고 스캐너 미러로부터 용접심까지의 거리를 조정함으로써 조절될 수 있다.5 shows how the laser beam appears at the weld seam in one embodiment of an OD welding system. The difference in angle of incidence in the focus lens can cause the focused laser spot to draw a line across the weld seam, perpendicular to the weld seam, or the like. Preferably the laser is scanned back and forth at a sufficiently high speed that it can be seen as a continuous laser beam that is much wider than the actual laser beam. The width of the laser scan can be adjusted by adjusting the maximum angle of the scanner mirror and the distance from the scanner mirror to the weld seam.

상기 일 실시예에서 식별할 수 있는 빔의 넓이는 용접심 두께의 2-3배까지 될 수 있으며, 이것은 고가의 정교한 심 추적 시스템을 사용하지 않고서도 직선 심으로 부터의 대부분의 편차가 성공적으로 용접될 수 있게 한다. 상기 일실시예에서 초점이 맞춰진 레이져 빔은 용접심을 초당 5,000회 정도 횡단할 수 있으며, 용접이 완성된 부분에서 오버랩 되는 스캔은 인지할 수 없을 정도로 서로 밀착되어 있다.The width of the beam that can be identified in this embodiment can be up to 2-3 times the weld seam thickness, which means that most deviations from the straight seam can be successfully welded without the use of expensive, sophisticated seam tracking systems. To be possible. In one embodiment, the focused laser beam can traverse the welding seam about 5,000 times per second, and overlapping scans in the welded portion are in close contact with each other.

도 6은 레이져빔이 내경(ID) 용접을 하는 동안 용접심에 어떻게 나타나는가를 보여주는 일실시예를 도시한 것이다. 상기 빔의 위치는 내경 용접 시스템이 정적모드에 있는 동안, 즉 스캔이 되지 않는 상태에서, 초점이 맞춰진 빔이 각 격막 섹션의 코너에 유도되도록 조정될 수 있다. 따라서 상기 스캐닝 미러를 작동하여 레이져빔의 위치를 움직여 초점이 맞춰진 빔이 용접심의 인터페이스(interface)에 오버랩되도록 하며, 이로써 두 격막이 완전히 용융될 수 있게 한다.FIG. 6 shows an embodiment showing how the laser beam appears at the weld seam during ID welding. The position of the beam can be adjusted so that the focused beam is directed to the corner of each diaphragm section while the inner diameter welding system is in static mode, ie not scanned. Thus, the scanning mirror is operated to move the position of the laser beam so that the focused beam overlaps the interface of the weld seam, thereby allowing the two diaphragms to melt completely.

도 7A와 7B는 전형적인 용접형 메탈 벨로우즈 격막 페어를 TIG 용접하는 것과 레이져 용접하는 것에 대해 도시한 것이다. 현미경적 분석을 통해 레이져 용접이 TIG 용접보다 더 깊고 따라서 더 단단하다는 것을 알 수 있다. 상기 레이져 용접의 경우, 동일한 크기의 용착 비드에 대해 더 깊은 용입부를 형성한다. 대부분의 용접 실패의 원인은, 열이 가해지는 부위(HAZ: heat affected zone)에서 발생하는 것으로 밝혀져있다. 상기 레이져 용접으로 열이 가해지는 부위(HAZ)는 TIG 용접으로 열이 가해지는 부위보다 훨씬 작을 수 있으며, 이는 총 레이져 용접시의 용접입열(total heat input) (시간 x 온도)이 TIG보다 훨씬 적기 때문이다. 따라서 최종 스트레스 분석(resulting stress analysis)에서는 레이져로 용접한 부분이 더 높은 신뢰도를 보여주는 것을 나타낸다.7A and 7B illustrate TIG welding and laser welding of a typical welded metal bellows diaphragm pair. Microscopic analysis shows that laser welding is deeper and therefore harder than TIG welding. In the case of laser welding, deeper penetrations are formed for deposition beads of the same size. Most causes of welding failure have been found to occur in heat affected zones (HAZ). The area heated by laser welding (HAZ) may be much smaller than the area heated by TIG welding, which means that the total heat input (time x temperature) during total laser welding is much less than TIG. Because. Therefore, the final stress analysis shows that the welded parts show higher reliability.

상기 격막의 내경(ID)은 본 발명의 내경 용접시스템을 이용하여 용접될 수 있다. 상기 내경기의 일실시예에서, 벨로우즈 재료(bellows material)를 용융할 수 있는 충분한 출력을 가지고 있는 어떤 종류의 CW 레이져, 레이져빔 조향 유도 광학(laser beam steering and delivery optics)장치를 포함하는 밀폐된 컨테이너와 압축 공기 구동방식의 클램핑 시스템, 공기 구동방식의 진공 픽 앤드 플래이스에 의해 작동되는 스테퍼 모터 구동방식의 플랫폼, 픽 앤드 플래이스 메커니즘으로 암수 격막을 이동시키는 방법, 진공에서 운영되는 용접된 컨볼루션 제거 메커니즘 등을 이용할 수 있다. 또한 레이져와 다른 구성 요소들이 테이블에 설치될 수도 있다. 그리고 CCTV 시스템을 설치하여 용접과정 동안 레이져를 격막과 열을 맞출 때 사용할 수 있으며, 상기 시스템을 통제하기 위해 데스크탑 컴퓨터를 사용할 수도 있다. 상기 시스템의 일실시예에서 외경 직경은 6-1/2까지 수용할 수 있으며, 용접 클램프를 간단히 바꿈으로써 좀 더 큰 격막을 사용할 수도 있다.The inner diameter ID of the diaphragm may be welded using the inner diameter welding system of the present invention. In one embodiment of the internal race, a hermetic enclosure including any type of CW laser, laser beam steering and delivery optics device having a sufficient output to melt bellows material. Container and compressed air driven clamping system, Stepper motor driven platform driven by air driven vacuum pick and place, How to move male and female diaphragm with pick and place mechanism, Welded conball operated in vacuum A removal mechanism may be used. Lasers and other components can also be installed on the table. A CCTV system can be installed to align the laser with the diaphragm during the welding process, or a desktop computer can be used to control the system. Outer diameter in one embodiment of the system may be used by a larger diaphragm, and for up to 6-1 / 2, and simply changing the welding clamp.

상기와같은 본 발명의 일실시예에서 레이져 시스템은, 고체 연속 파동 (solid state continuous wave (CW)) Nd:YAG 시스템이다. 상기 레이져의 최대 아웃풋(output) 출력은 약 200와트이다. 게다가 상기 레이져는 빌트인 장치 (built-in feature)를 포함하고 있어, 본 발명에서 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이져 아웃풋 출력 통제를 위한 컴퓨터, 셔터 통제, 그리고 안전 연동장치 등과 쉽게 연결할 수 있다. 초기 설치를 위해 상기 레이져 시스템은 수동 작동 모드로 설정하여 사용할 수 있다. 또한 용접할 재료를 용융하는데 필요한 충분한 출력을 내는 기타 레이져도 사용될 수 있다. 이때 사용 가능한 레이져들로는 Nd:YAG, Nd:Glass, Nd:YVO, 일산화탄소, 이산화탄소, 크롬, 루비, 다이오드 레이져(diode laser), 다이오드 펌프드 레이져(diode pumped laser), 그리고 상기 레이져에 대한 파생 레이져 등이다. 또한 모든 종류의 연속파동(CW) 레이져와 펄스형 레이져도 사용될 수 있는 레이져의 범주에 포함된다.In one embodiment of the invention as described above, the laser system is a solid state continuous wave (CW) Nd: YAG system. The maximum output power of the laser is about 200 watts. In addition, the laser includes a built-in feature, which can be preferably used in the present invention. For example, it can be easily connected to a computer for laser output output control, shutter control, and safety interlocks. For initial installation the laser system can be used in manual operating mode. Other lasers can also be used that produce sufficient power to melt the material to be welded. The lasers that can be used include Nd: YAG, Nd: Glass, Nd: YVO, carbon monoxide, carbon dioxide, chromium, ruby, diode lasers, diode pumped lasers, and derivative lasers for the lasers. to be. All types of continuous wave (CW) lasers and pulsed lasers are also included in the category of lasers that can be used.

상기에서 설명한 바와같이, 본 발명의 시스템은 밀폐된 컨테이너를 사용할 수 있으며, 이 밀폐된 컨테이너는 용접부위와 레이져 광학부위를 완전히 덮어 레이져빔 조향 미러에 먼지가 쌓이는 것을 방지하여 손상받는 것으로부터 보호할 수 있다. 기계의 작동 전 가스 퍼지(gas purge)가 되어 밀폐 장치 안의 산소 함유량을 낮추며, 바람직하게는 장치 안에 산소를 없앨 수 있도록 한다. 작동 중 양압을 주어 먼지와 산소를 없앨 수 있다. 따라서, 용접된 부분을 더 깨끗하게 하고 산소의 함량을 낮출 수 있다. 상기의 밀폐 장치는 레이져 광학 구성요소의 우발적인 운동이나 허가되지 않은 조정을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있게 한다. 또한 밀폐 컨테이너를 통해 제조과정을 적절히 관찰할 수 있게 하면서, 레이져빔이 불필요한 요소들에 노출되는 작동을 방지하도록 한다. 아르곤 가스는 재활용할 수 있도록 하여 제조과정에 필요한 가스의 양을 줄일 수 있게 한다. 상기 방법을 사용할 때 소비되는 가스의 부피는 기존 방법을 사용할 때의 약 5% 내지 10% 이다.As described above, the system of the present invention may use a sealed container, which completely covers the welded portion and the laser optics to prevent dust from accumulating on the laser beam steering mirror to protect it from damage. have. A gas purge prior to the operation of the machine lowers the oxygen content in the sealed device, and preferably eliminates the oxygen in the device. Positive pressure during operation can remove dust and oxygen. Therefore, the welded part can be made cleaner and the content of oxygen can be lowered. The closure device prevents accidental movement or unauthorized adjustment of the laser optical component, thereby increasing reliability. The closed container also allows proper observation of the manufacturing process, while preventing the laser beam from being exposed to unnecessary elements. Argon gas can be recycled to reduce the amount of gas needed for the manufacturing process. The volume of gas consumed when using the method is about 5% to 10% when using the existing method.

또한, 밀폐 컨테이너는 용접공이 아르곤 가스에 덜 노출될 수 있게 하며, 격막이 용접 과정 전에 오염되는 것을 방지할 수 있게 한다. 격막들은 용접이 시작되기 전에 세척되어 밀폐 컨테이너에 투입되어 용접공의 지문과 피부조직, 물, 기름과 용접의 품질을 저하시킬 수 있는 기타 오염원으로부터 차단된다.In addition, the hermetically sealed container allows the welder to be less exposed to argon gas and prevents the diaphragm from being contaminated before the welding process. The diaphragms are cleaned before welding begins and placed in sealed containers to keep the welder out of fingerprints and skin tissue, water, oil and other contaminants that can degrade the weld.

상기 일 실시예에서, 레이져빔 조향 유도 광학장치(laser beam steering and delivery optics)는 다수의 평평한 미러들과, 평볼록 초점 렌즈들, 한 개의 50:50 빔스프리터, 90inch프리즘과 컨테이너에 설치된 빔 출입 창(beam entrance window)을 이용할 수 있다. 이와같은 구성요소들 중 빔 출입창의 경우, 바람직하게는 빔출입 창의 단 하나의 면만이 대기에 노출되도록 한다. 그리고 기타 모든 다른 요소들은 용접 컨테이너 안에 완전히 밀폐될 수 있다. 이와같은 방법으로, 상기 레이져 광학 장치는 매우 깨끗하게 유지될 수 있으며 오염되는 것으로부터 방지될 수 있다. 바람직하게는, 상기 출입창은 레이져빔 또는 레이져의 경로를 크게 수정할 수는 없으나, 쉽게 깨끗하게 유지될 수는 있다.In one embodiment, the laser beam steering and delivery optics comprises a plurality of flat mirrors, flat convex focus lenses, a single 50:50 beam splitter, a 90 inch prism and beam entry into a container. A beam entrance window can be used. Among such components, in the case of beam entry windows, preferably only one side of the beam entry window is exposed to the atmosphere. And all other elements can be completely enclosed in the welding container. In this way, the laser optics can be kept very clean and can be prevented from being contaminated. Preferably, the access window is not able to greatly modify the laser beam or the path of the laser, but can be easily kept clean.

공기 구동 방식의 클램프에 있어서는, 내경(ID) 용접 과정 동안 상기 암, 수 격막 사이에 압력을 가하는데 사용될 수 있다. 상기 공기 구동방식 클램프는 몇 개의 바람직한 기능을 제공한다. 상부 클램프 플랫폼의 각 말단에 설치된 2inch 스트로크 에어 실린더(stroke air cylinder)는 아래방향으로 압력을 가하여 용접 과정 중 암수 격막이 고정되도록 한다. 공기의 흐름과 압력을 통제함으로써, 본 발명을 이용하여 제조할 수 있는 다양한 크기의 벨로우즈에 상기 시스템을 융통성있게 적용할 수 있게 한다.In the air driven clamp, it can be used to apply pressure between the female and the diaphragm during the ID welding process. The air driven clamp provides several desirable functions. 2 inch stroke air cylinders installed at each end of the upper clamp platform apply downward pressure to fix the male and female diaphragms during the welding process. By controlling the flow and pressure of air, the system can be flexibly applied to bellows of various sizes that can be produced using the present invention.

스테퍼 모터 구동방식의 회전 단계(stepper motor driven rotating stage)에서는 또 다른 에어 실린더를 고정하여, 컴퓨터 통제 하에서 용접되지 않은 격막들을 집어 하부 용접 클램프에 넣는데 사용되도록 할 수 있다. 한 개의 쓰리 포지션 암(three position arm)을 사용하여 격막 용접을 위해 특별히 설계된 진공컵을 이동시킬 수 있다. 상기 컵들은 다시 진공 솔레노이드 밸브를 통해 컴퓨터로 통제될 수 있다. 진공 저장컨테이너(vacuum reservoir)와 연결되어 있는 상기 솔레노이드 밸브들을 개폐함으로써 격막을 집었다가 놓을 수 있다. 용접된 격막(컨볼루션: convolution)들은 세번째 진공 컵에 의해 용접 클램프 지역으로부터 선별되어 다음단계 작업을 위해 캐리어 안에 놓여진다.In a stepper motor driven rotating stage, another air cylinder can be fixed so that it can be used to pick up the non-welded diaphragms under the computer control and into the lower weld clamp. One three position arm can be used to move a vacuum cup specifically designed for diaphragm welding. The cups can in turn be computer controlled via a vacuum solenoid valve. The diaphragm can be picked up and released by opening and closing the solenoid valves connected to a vacuum reservoir. The welded diaphragms (convolutions) are sorted out of the weld clamp area by a third vacuum cup and placed in a carrier for the next step operation.

상기의 정화되고 용접이 안 된 격막들은 재충전을 위해 탈착이 가능한 밀폐 캔에 장전되어 픽 앤드 플래이스 메커니즘 포트(pick and place mechanism port)에 놓여진다. 상기 캔은 격막 운반을 위해 빌트인 유도 장치(built in delivery mechanism)를 포함할 수 있으며, 격막이 적재된 높이를 조절하여 진공 픽 앤드 플래이스 메커니즘 컵의 높이를 일정하게 유지하도록 한다.The purged, non-welded diaphragms are loaded into removable cans for refill and placed in a pick and place mechanism port. The can may include a built in delivery mechanism for conveying the diaphragm, and adjusts the height at which the diaphragm is loaded to maintain a constant height of the vacuum pick and place mechanism cup.

CCTV 시스템을 사용하여 레이져 광학을 조정하는 동안 클램프 안에 있는 격막을 관찰할 수 있다. 상기 관찰용 광학은 약 40x 내지 100x 배율이며, 이는 격막 에지와 관련하여 레이져빔이 정확히 위치하도록 하며, 또한 용접 과정 동안 용접 부위를 관찰할 수 있게 하고, 작업대의 상부 또는 아래로부터 볼 수 있도록 설치될 수 있다. 상기 광학 시스템은 설치 목적으로 사용될 수도 있고, 필요 시 용접 과정을 모니터할 용도로도 계속 사용될 수 있다.You can observe the septum inside the clamp while adjusting the laser optics using a CCTV system. The viewing optics are from about 40x to 100x magnification, which allows the laser beam to be correctly positioned in relation to the diaphragm edge, and also allows the welding site to be observed during the welding process and to be installed from above or below the work bench. Can be. The optical system may be used for installation purposes and may continue to be used to monitor the welding process as needed.

일 실시예에서 상기 광학 시스템은 CCTV 시스템이 용접심 위에서 마지막 초점 렌즈를 통해 볼 수 있도록 설계되었다. 따라서 용접 부위의 확대된 이미지가 TV 모니터에 나타나고, 이에따라 레이져의 초점과 용접심의 위치를 쉽게 조정하고 설치할 수 있게 한다.In one embodiment the optical system is designed such that the CCTV system can be seen through the last focus lens on the weld seam. Thus, an enlarged image of the weld is shown on the TV monitor, making it easy to adjust and install the laser focus and weld seam position accordingly.

일 실시예에서, 내경(ID) 용접 시스템의 작동을 통제하기 위한 컴퓨터 시스템은 데스크탑 유형의 PC로서 특별한 연결 보드를 가지고 있다. D/A 보드(digital to-analog board)는 레이져 출력과 DC 모터 속도를 통제하며, 디지털 I/O 보드(input-ouput board)는 컴퓨터의 모든 입출력 스윗칭 기능(switchingfunction)을 통제한다. 상기 디지털 I/O 포트를 통해 레이져 차단(laser interlock)을 모니터할 수 있다. 데이터 테이블은 제조할 각 벨로우즈의 타입과 크기에 따른 부분 번호 순서 등에 따른 정보를 저장할 수 있다. 즉, 용접 속도, 재료의 종류, 레이져 출력, 레이져 출력 램프(ramp), 용접 오버랩(overlap), 재료의 두께, 컨볼루션 직경과 용접 클램프 정보 등이 제조되는 벨로우즈를 대표하는 부품 번호 아래 저장될 수 있다.In one embodiment, the computer system for controlling the operation of the ID welding system is a desktop type PC with a special connection board. The digital to-analog board controls the laser output and the DC motor speed, and the digital I / O board controls all of the computer's input and output switching functions. The laser interlock can be monitored through the digital I / O port. The data table may store information according to the order of part numbers according to the type and size of each bellows to be manufactured. That is, welding speed, type of material, laser output, laser output ramp, welding overlap, material thickness, convolution diameter and welding clamp information can be stored under part numbers representing the bellows being manufactured. have.

용접 시, 만일 기계가 셋업되는 중에 있거나 수동 모드에 있을 경우가 아니라면, 컴퓨터가 용접 모든 과정을 통제하는 것이 바람직하다. 격막을 용접 클램프 고정구에 넣는 동안 상부 클램프를 낮춰 제자리에 위치시켜 상기 격막들이 꼭 붙도록 한다. 그 후 컴퓨터가 DC 모니터에 명령을 내려 일정 속도로 회전하도록 명령을 내린다. 이 속도는 격막 크기, 재료, 그리고 재료의 두께에 따라 달라진다. 짧게 가스 퍼지(gas purge)를 하여 산소가 떠다니는 용접 부위를 깨끗하게 할 수 있다.When welding, it is desirable for the computer to control the entire welding process, unless the machine is in setup or in manual mode. While placing the diaphragm in the welding clamp fixture, the upper clamp is lowered in place to ensure that the diaphragms are secured. The computer then instructs the DC monitor to rotate at a constant speed. This rate depends on the size of the diaphragm, the material, and the thickness of the material. A short gas purge can be used to clean the welded area where oxygen is floating.

그후, 상기 레이져 셔터를 열고 용접에 필요한 만큼 레이져 출력을 높이고, 완전한 격막 컨볼루션 하나가 만들어질 때 까지 출력 레벨을 유지할 수 있다. 용접 말단부를 짧게 오버랩시켜 심이 완전히 붙었는지 확인할 수 있다. 그 후 상기 레이져 출력을 대기상태로 낮춘 후, 레이져 셔터를 닫고 용접 가스를 끈다. DC 모터는 회전을 멈추게 하고, 상부 클램프를 후퇴시키고, 픽 앤드 플래이스 메커니즘을 이용해 용접부위로부터 컨볼루션을 회수하고 새로운 격막으로 교체한다. 상기의 전체 작업 과정은 몇 초(작은 컨볼루션의 경우)에서부터 30초 까지(큰 컨볼루션의 경우) 걸릴 수 있다. 또한 용접 속도는 일반적으로 분당 40 내지 120인치이며, 이는 재료의 종류와 두께에 따라 달라진다. 이 속도는 수동 TIG 용접에 비하여 괄목할만한 향상이며, TIG 용접의 경우 최대 속도는 분당 약 12인치(숙련된 용접공의 경우)가 걸린다.The laser shutter can then be opened to raise the laser output as needed for welding and maintain the output level until a complete diaphragm convolution is made. A short overlap of the weld ends can confirm that the seam is fully attached. The laser output is then lowered to the standby state, then the laser shutter is closed and the welding gas is turned off. The DC motor stops rotating, retracts the upper clamp and uses a pick and place mechanism to recover the convolution from the weld and replace it with a new diaphragm. The entire process can take from a few seconds (for small convolution) to 30 seconds (for large convolution). Also, the welding speed is generally 40 to 120 inches per minute, which depends on the type and thickness of the material. This speed is a significant improvement over manual TIG welding, with TIG welding taking about 12 inches per minute (for experienced welders).

컨볼루션의 외경(OD)은 외경 용접시스템에서 용접될 수 있다. 상기 외경 용접 시스템의 일 실시예에서 200Watt(최대 출력) CW Nd:YAG 레이져와 공명 스캐너를 수반하는 광학 레일(optical rail), 레이져빔 편향 광학, 다수의 운반 노즐과 차폐 플래이트(shield plate), CCTV 시스템을 이용할 수 있다. 상기 레이져와 기타 구성 요소들은 테이블에 설치될 수 있다. 직선형으로 움직이는 테이블이 테이블탑에 설치되어 아버(arbor)가 설치된 선반을 운반할 수 있다. 상기 아버(arbor)는 컨볼루션들과 구리로된 반쪽 링(미도시)을 용접 순서에 맞추어 운반한다. 상기 시스템을 이용하여 용접할 수 있는 외경 컨볼루션 최대 크기에는 제한이 없다.The outer diameter OD of the convolution may be welded in the outer diameter welding system. In one embodiment of the outer diameter welding system an optical rail, laser beam deflection optics, multiple conveying nozzles and shield plates, CCTV with 200 Watt (max power) CW Nd: YAG laser and resonance scanner The system is available. The laser and other components can be installed on a table. A linearly moving table can be installed on the tabletop to carry shelves with arbors. The arbor carries the convolutions and a copper half ring (not shown) in the order of welding. There is no limit to the maximum outer diameter convolution that can be welded using the system.

상기 일 실시예에서, 펌프 소스(pump source)로 사용되는 고전류 크립톤 아크램프(Krypton arclamp)와 함께 Nd:YAG 크리스탈을 포함하는 고체상태의 연속 파동(CW) 레이져 시스템을 사용할 수 있다. 상기 레이져로 부터 나오는 최대 출력은 약 200Watt 이다. 빌트인(built in)장치를 도입하여 본 발명에서 필요한 경우 사용될 수 있다. 상기 레이져 시스템은 레이져 출력 통제와 셔터 통제, 안전 잠금 장치를 위해 컴퓨터와 쉽게 연결시켜 사용할 수 있다. 초기 설치시, 상기 레이져 시스템은 수동 작동 모드로 하여 사용할 수 있다.In one such embodiment, it is possible to use a solid state continuous wave (CW) laser system comprising a Nd: YAG crystal with a high current Krypton arclamp used as a pump source. The maximum output from the laser is about 200 Watts. It may be used if necessary in the present invention by introducing a built in device. The laser system can be easily connected to a computer for laser output control, shutter control and safety lock. At initial installation, the laser system can be used in manual operating mode.

일 실시예에서, 외경(OD) 용접 레이져빔은 공명스캐너(38)위에 설치된 미러에 의해 광학 레일(optical rail)의 말단부에서 편향된다. 그 후, 상기 편향된 빔은 절연체로 코팅된 미러(43)에 부딪치고, 90inch수직 반사되어 초점렌즈(40)의 중심부로 들어간다. 상기 실시예의 광학시스템은 CCTV시스템도 절연체로 코팅된 미러와 용접 심 위의 최종 초점렌즈를 통해 볼 수 있도록 설계되었다. 따라서 용접부위의 확대된 이미지를 TV모니터로 볼 수 있으며, 이는 설치, 레이져 초점 조정, 용접심 위치 지정을 용이하게 할 수 있다.In one embodiment, the OD welded laser beam is deflected at the distal end of the optical rail by a mirror mounted on the resonance scanner 38. The deflected beam then hits the mirror 43 coated with an insulator and is 90 inch vertically reflected into the center of the focus lens 40. The optical system of this embodiment is designed such that the CCTV system can also be seen through the mirror and the focusing lens on the weld seam coated with an insulator. Thus, an enlarged image of the welded area can be viewed on a TV monitor, which can facilitate installation, laser focusing and welding seam positioning.

상기 시스템에 차폐 가스 노즐(shield gas nozzle)을 사용할 수 있다. 상기 차폐 가스노즐은, 가스 출구 포트(gas exit port)와 용접부위 사이에 아르곤 차폐가스 층을 용접심이 산화온도 이하에서 냉각될 때까지 가둬둘 수 있다. 일 실시예에서 상기 노즐 설계로 통상적으로 TIG 시스템에서 사용되었던 가스 유량의 5%내지 10%만 사용할 수 있게 되었다. 상기 초점 렌즈와 노즐은 쉽게 조정될 수 있는 패키지에 통합되어 CCTV 모니터를 통해 정확한 초점 위치를 찾았을 때 용접부위로 부터 가스 노즐의 위치가 올바로 되도록 한다.Shield gas nozzles may be used in the system. The shielding gas nozzle may contain an argon shielding gas layer between the gas exit port and the welded portion until the weld seam is cooled below the oxidation temperature. In one embodiment, the nozzle design allows only 5% to 10% of the gas flow rates typically used in TIG systems. The focus lens and nozzle are integrated into a package that can be easily adjusted to ensure that the gas nozzle is correctly positioned from the weld when the correct focus position is found through a CCTV monitor.

직선 운동 테이블은 상기 시스템에서 용접될 수 있는 최대 직경과 최대 길이의 벨로우즈 캡슐 어셈블리를 수용할 수 있는 선반을 지지할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 직선 운동 테이블은 대략 16inch를 이동할 수 있으며, 20 lbs이상 적재할 수 있다. 상기 테이블은 인덱싱 드라이브(indexing drive)와 컴퓨터 프로그램을 이용하여 통제될 수 있으며, 이에따라 상기 테이블을 각 용접 순서당 한 컨볼루션 피치(pitch) 만큼 앞으로 나가게 할 수 있다. 테이블의 운동을 통제하는데 사용되는 프로그램을 이용하여, 생산되는 특정 벨로우즈 타입에 대한 부품 번호 등의 입력된 정보로부터 용접과 운동 파라미터(parameter)에 관한 정보를 얻을 수 있다.The linear motion table can support a shelf that can accommodate a bellows capsule assembly of maximum diameter and maximum length that can be welded in the system. In one embodiment, the linear motion table can move approximately 16 inches, and can load more than 20 lbs. The table can be controlled using an indexing drive and a computer program, thus moving the table forward by one convolution pitch for each welding sequence. Using the program used to control the motion of the table, information about the welding and motion parameters can be obtained from input information such as part numbers for the particular bellows type produced.

일 실시예에서, 내경(ID) 시스템의 작동을 통제하기 위한 컴퓨터 시스템은 특정 연결보드(interface board)를 장착한 데스크탑형 PC와, 운영과 관련된 소프트웨어 패키지이다. 연결보드는 레이져 출력과 DC 모터 속도를 통제하며, 또 하나의 다른 연결보드는 컴퓨터의 내부와 외부에서 모든 스윗칭 기능(switching function)을 통제한다. 레이져 잠금장치는 디지털 I/O포트를 통해 감시할 수 있다. 데이터 테이블은, 부품 번호 순서 등에 따라 정렬된, 제조되어야 할 벨로우즈의 각 유형과 크기에 대한 정보를 담을 수 있다. 즉 용접 속도, 재료의 종류, 레이져 출력, 레이져 출력 램프(ramp), 용접 오버랩, 재료의 두께, 컨볼루션 직경과 용접 클램프, 해프링(half ring)에 대한 정보가 제조될 벨로우즈 타입을 대표하는 부품 번호 아래 저장될 수 있다.In one embodiment, the computer system for controlling the operation of the ID system is a desktop PC with a specific interface board and software packages associated with the operation. The connection board controls the laser output and the DC motor speed, and another connection board controls all the switching functions inside and outside the computer. The laser lock can be monitored via the digital I / O port. The data table may contain information about each type and size of bellows to be manufactured, sorted according to part number order or the like. Parts representing the bellows type in which information on welding speed, material type, laser output, laser output ramp, welding overlap, material thickness, convolution diameter and weld clamp, and half ring will be manufactured Can be stored below the number.

상기 해프 링은, 예를 들어, 구리 해프 링(copper half ring)은 용접될 벨로우즈 타입에 맞추어 특별히 제작될 수 있다. 상기 링들은 용접 에지로부터 열을 제거하는 작용을 돕고, 용접 과정 동안 에지에 가해지는 조여지는 힘(buckling)에 대항하여 지지할 수 있도록 제작될 수 있다. 선행기술에서 사용했던 링은 사용 후 폐기 처분되었으며, 이와는 대조적으로, 본 발명에서는 재활용이 가능한 링을 사용할 수 있으며, 이 링들은 용접된 벨로우즈로부터 쉽게 제거할 수 있다.The half ring, for example, may be specially made for the bellows type to be welded to the copper half ring. The rings can be fabricated to assist in removing heat from the weld edge and to support against buckling applied to the edge during the welding process. The rings used in the prior art have been disposed of after use, and in contrast, in the present invention, recyclable rings can be used, which can be easily removed from the welded bellows.

본 발명의 내경(ID) 용접 장치에서 작업하는 동안, 벨로우즈 격막들은 용접 클램프에 픽-앤드-플래이스 암(pick-and-place arm)과 스테퍼 모터(stepper motor), 에어 실린더와 진공 컵 등을 사용하여 놓여질 수 있다. 이러한 이동 방식은 장애 없이 일정한 공급 속도를 유지할 수 있으며, 용접공의 수작업을 감소시키거나 없앰으로써, 피부 찰과상과 피지 등으로 인한 오염을 방지할 수 있다. 또한 용접공이 착용한 보호 장갑으로부터 떨어질 수 있는 입자로 인한 오염을 방지할 수 있다. 상기 방법은 격막 배치시 발생하는 에러를 없앨 수 있으며, 요구되는 용접공의 숙련도 레벨을 낮출 수 있다. 격막을 자동으로 이동시킴으로써 한 용접공이 용접 과정 전체에 걸쳐 지켜볼 필요 없이 다수의 기계를 작동할 수 있게 한다. 용접 시 다수의 숙련된 용접공이 필요하지 않음으로 이에 따라 제조 비용을 감소시킬 수 있다.While working in the ID welding apparatus of the present invention, the bellows diaphragms are provided with a pick-and-place arm, a stepper motor, an air cylinder and a vacuum cup to the welding clamp. Can be placed using. This method of movement can maintain a constant feed rate without obstacles, and by reducing or eliminating the manual work of the welder, it is possible to prevent contamination due to skin scratches and sebum. It also prevents contamination due to particles that may fall from the protective gloves worn by the welder. The method can eliminate errors occurring in diaphragm placement and lower the required level of proficiency of the welder. Automatic movement of the diaphragm allows a welder to operate multiple machines without having to watch throughout the welding process. This eliminates the need for a large number of skilled welders in welding, thus reducing manufacturing costs.

일 실시예에서, 벨로우즈 격막들은 정화된 후에 밀폐된 컨테이너(하부에 기술됨)에 채워지고 차폐가스로 채워진다. 꼭대기의 밀폐 커버는 제거될 수 있으며, 용접 전 픽-앤드-플래이스 암 밑에 컨테이너들을 설치할 수 있다. 이러한 패키지 방법은 아래 기술된 하나 또는 그 이상의 장점들을 제공한다. 벨로우즈 격막들이 즉시 필요하지 않을 경우에, 격막들을 사용될 때까지 컨테이너 안에 저장될 수 있다. 차폐가스를 채움으로써 표면이 산화되는 것을 방지하며, 이로써 용접을 더 깨끗하고 튼튼하게 할 수 있다. 격막이 손상되거나 누락되지 않으므로 제품 처리량을 늘릴 수 있다. 용접 전 격막을 다루는 일반적인 방법은 스테인리스 스틸 철사 위에서 격막들을 두개씩 짝지우는 것이다. 이 과정 중 종종 격막들을 바닥에 떨어뜨려 에지 부분을 손상시키고 먼지 등에 의해 오염시킨다.In one embodiment, the bellows diaphragms are filled and then filled in a closed container (described below) and filled with a shielding gas. The top closure cover can be removed and containers can be installed under the pick-and-place arm before welding. This packaging method provides one or more of the advantages described below. If bellows diaphragms are not needed immediately, they can be stored in the container until used. Filling the shielding gas prevents the surface from oxidizing, making the weld cleaner and stronger. Since the diaphragm is not damaged or missing, product throughput can be increased. A common method of handling the diaphragm before welding is to pair the diaphragms two on a stainless steel wire. Often during this process, the diaphragms are dropped on the floor, damaging the edges and contaminated by dust and the like.

일 실시예에서 레이져빔은 용접심으로 이동되기 전, 예를 들어 거의 같은 출력을 갖는, 두 개의 빔으로 나뉘어진다. 또는 두개의 별개 빔이 사용되기도 한다.In one embodiment, the laser beam is split into two beams, for example having approximately the same output, before being moved to the weld seam. Or two separate beams may be used.

본 발명은 빔을 바람직하게는 동등한 출력을 가진 두개의 빔으로 분리하고,그 빔을 용접심의 반대 면에 비스듬히 유도하여, 예각으로 유도함으로써 나타나는 결점들을 극복할 수 있다. 상기의 방법으로 유도함으로써 열영역(heat field)이 일정하게 분포되게 할 수 있으며, 이로써 용접이 대칭적으로 될 수 있게 한다. (도 6 참조) 본 발명의 시스템은 또한, 도 3과 도 5에서 도시한 바와같이, 빔을 진동시킴으로써 타원형의 레이져 스폿 없이도 용접할 수 있게 한다. 이러한 빔 유도 방법은 또한 다른 장점들을 제공할 수 있다. 마지막 초점 렌즈(40)는 용접점으로부터 멀리 위치하여 용접 스패터(weld spatter)가 렌즈에 덜 닿도록 한다. 이는 또한 용접공이 용접 클램프와 광학시스템 주변 더 깨끗이 유지, 관리할 수 있게 한다. 렌즈로부터 용접부위까지의 거리가 멀기 때문에, 다른 싸이즈의 벨로우즈를 사용할 때, 빔 유도 메커니즘을 제거하거나 방해하지 않고서도 용접 하프 타입 클램프(clamp halve) (43, 44) 들을 바꿀 수 있는 충분한 거리를 확보할 수 있다.The present invention overcomes the drawbacks of splitting the beam into two beams, preferably of equal power, leading the beam at an opposite side of the weld seam and leading it at an acute angle. By inducing in the above manner, the heat field can be uniformly distributed, which makes the welding symmetrical. (See FIG. 6) The system of the present invention also allows for welding without the elliptical laser spot by vibrating the beam, as shown in FIGS. 3 and 5. This beam guidance method can also provide other advantages. The final focus lens 40 is located far from the weld so that the weld spatter is less in contact with the lens. It also allows welders to maintain and maintain a cleaner area around the weld clamps and optical system. Because the distance from the lens to the welding zone is far enough, when using bellows of different sizes, there is sufficient distance to change the welding half-type clamps 43 and 44 without removing or obstructing the beam guidance mechanism. can do.

용착 비드의 디멘젼과 대칭성은 두개의 레이져빔 스폿의 독립적인 위치를 통해 조정할 수 있다. 빔이 분리되고 용접심에서 45inch재결합될 때, 용접심의 에지에 조사되는 레이져 에너지의 모든 부분은 아니더라도 일부분이 용접심의 면에서 광택이 나는 용접 클램프 벽면에 의해 되반사될 수 있다. 따라서, 더 많은 레이져 에너지가 격막 재료를 용융시키는 데 사용되어, 더 낮은 출력에서 용접을 할 수 있게 하거나, 또는 용접 속도를 더 빠르게 하거나 낮은 출력에서 더 빠른 속도로 용접을 할 수 있게 한다.The dimension and symmetry of the weld beads can be adjusted through the independent positions of the two laser beam spots. When the beam is separated and 45 inch rejoined from the weld seam, some but not all of the laser energy irradiated to the edge of the weld seam can be reflected back by the weld clamp wall that is polished in the face of the weld seam. Thus, more laser energy is used to melt the diaphragm material, allowing welding at lower power, or making welding faster or at higher power.

본 발명의 장치는 사용하는 도중에 가열되어, 레이져빔이 용접심으로부터 덜 떠돌아다니게 한다. 바람직하게는, 용접 과정에 영향을 받아 움직이거나 손상될 정도로 용접부위에 가까이 있는 광학적 구성요소는 없게 하는 것이다. 개방되어 있기 때문에, 용접점 주위의 용접가스 커버리지에 영향을 미쳐 용접이 더 일정하고 깨끗하게 되도록 할 수 있는 것은 아무것도 없다. 용융지(weld pool)위의 증기압은 용융지의 표면에 경미하게 압력을 가한다. 상기에 기술된 방법으로 빔을 진동시킴으로써, 압연된 격막의 에지에 있는 버어(burrs)로 인해 발생하는 용융부피(melt volume)의 편차를 균등하게 하는 효과가 있다. 분할된 빔을 사용함으로써 내경 용접에 대한 제한이 줄어든다. 본 발명의 시스템으로 직경이 1/8inch이하인 내경을 용접할 수 있으며, 이보다 큰 직경을 용접하는 데는 제한이 없다.The apparatus of the present invention is heated during use, causing the laser beam to float less from the weld seam. Preferably, there is no optical component so close to the weld that it is affected by the welding process to move or damage. Because of the openness, nothing can affect the weld gas coverage around the weld to make the weld more consistent and clean. The vapor pressure over the weld pool applies a slight pressure to the surface of the melt pool. By vibrating the beam in the manner described above, there is an effect of equalizing the variation in the melt volume caused by the burrs at the edge of the rolled diaphragm. By using split beams the limit on inner diameter welding is reduced. With the system of the present invention it is possible to weld the inner diameter of less than 1/8 inch diameter, there is no limit to welding larger diameter than this.

CCTV 카메라(50)를 설치하여 용접심 위에 정확히 레이져빔의 초점을 맞출 수 있다. 이는 보통 시스템을 설치할 때 뿐만 아니라, 용접과정을 모니터할 때도 사용할 수 있다. 이 카메라는 레이져 광학을 통해 보며, 실시간으로 용접과정을 볼 수 있게 한다. 용접 가스 유도 노즐은 3-축 변환 스테이지(3-axis translation stage)를 통해 X-Y-Z위치를 독립적으로 조정할 수 있으며, 이에따라 용접점 위의 가스분포를 정확히 조정하므로, 용접을 튼튼하고 깨끗하게 하기 위해서 정확한 위치조정이 필요하다.By installing a CCTV camera 50 can be focused on the laser beam exactly on the weld seam. This can usually be used not only to install the system, but also to monitor the welding process. The camera looks through laser optics and allows you to see the welding process in real time. Weld gas induction nozzles can independently adjust the XYZ position through a 3-axis translation stage, and thus precisely adjust the gas distribution above the weld point, thus ensuring accurate positioning for a robust and clean weld. This is necessary.

머시닝 톨러런스로 인한 표류 또는 런아웃(run-out)의 경우에 용접심을 완전히 덮기 위해, 레이져빔이 정적인 방식으로(static manner) 유도되기 보다는 수직면에서 진동될 수 있다. 요구되는 진동각도는 작으며 적어도 용접심 폭의 3내지 4배를 덮기 위해 조정될 수 있다. 이러한 진동으로 빔 유도 방식은 몇 가지 장점을 제공한다. 빔이 용접조인트 위에서 빠르게 진동하기 때문에, 실제보다 훨씬 넓어보이는 연속빔으로 보인다. 따라서 용접심이 중간위치로부터 수직 또는 수평으로 편차를 보이더라도, 레이져빔은 용접심을 덮을 수 있으며, 이로써 연속 용접을 할 수 있게 되는 것이다.In order to fully cover the weld seam in case of drift or run-out due to machining tolerances, the laser beam may be oscillated in the vertical plane rather than guided in a static manner. The required oscillation angle is small and can be adjusted to cover at least three to four times the weld seam width. With this vibration, the beam guidance method offers several advantages. Because the beam vibrates rapidly over the weld joint, it appears to be a continuous beam that looks much wider than it actually is. Therefore, even if the welding seam shows a deviation vertically or horizontally from the intermediate position, the laser beam can cover the welding seam, thereby enabling continuous welding.

도5, 5a, 6, 6a에 이와 관련된 원리가 내경 용접시스템과 외경 용접시스템에 적용되어 도시되어 있다. 만일 벨로우즈 격막이 정확히 위치하지 않으면서 약간의 레디컬 런아웃(radical runout)을 보일 경우에 정적빔이 유도된다면, 전체적으로 용접이 되지 않아 용접이 불량하게 될 것이다. 본 발명의 진동형 레이져빔이 제공하는 일정한 열영역(heat field)에 의해, 일반적으로 나타나는 (도10 참조) 비대칭적인 용접 현상이 효과적으로 없어지며 모든 금속이 일정하게 용융된다. 고출력 레이져빔의 경우, 빔의 횡단면에 걸친 출력밀도는 일정하지 않은 경향이 있다. 일정하지 않은 정도는 용접 과정에 따른 출력레벨의 변화에 따라 달라진다. 이는 또한 초점의 스폿에 따라 달라지기도 한다. 용접과정중 빔 초점의 스폿 크기는, 용접 재료의 크기와 관련이 있다. 전형적인 일정한 초점 스폿에서 용접심의 편차나 출력의 변화는 출력 밀도가 가장 높은 곳(심의 한 면에서)에서 더 빠르게 용융될 것이다.5, 5a, 6 and 6a, the related principle is shown applied to the inner diameter welding system and the outer diameter welding system. If the bellows diaphragm is not correctly positioned and shows a slight radial runout, if the static beam is guided, the weld will be poor as a result of total weld failure. The constant heat field provided by the vibrating laser beam of the present invention effectively eliminates the asymmetric welding phenomenon commonly seen (see FIG. 10) and allows all metals to be uniformly melted. In the case of high power laser beams, the power density across the cross section of the beam tends to be inconsistent. The degree of inconsistency depends on the change of the output level according to the welding process. It also depends on the spot of focus. The spot size of the beam focus during the welding process is related to the size of the welding material. At typical constant focal spots, weld seam variations or power variations will melt faster at the highest power density (on one side of the seam).

이에따라, 울퉁불퉁하고, 불규칙적이고, 비대칭적이며, 심지어 어떤 부분은 용접되지 않은 용접으로 나타날 것이다. 본 발명의 방법에서 기술한 빔진동은 빔을 잘 섞어주는 효과가 있으며, 이로써 출력 램핑(power ramping)(레이져 출력이 용접의 시작과 끝 시점에서 오르락 내리락 하는 현상)동안 빔단면에 일정한 출력밀도를 나타내게 한다.Accordingly, rugged, irregular, asymmetrical, and even some parts will appear as welds that are not welded. The beam vibration described in the method of the present invention has the effect of mixing the beam well, thereby providing a constant power density at the beam cross section during power ramping (laser output rises and falls at the start and end of welding). To indicate.

상기의 방법에서 기술했듯이 본 발명에서 제공하는 빔진동으로 인해 얻을 수있는 더 넓은 빔 커버리지(coverage)로써 내경 클램프에 더 넓은 머시닝 톨러런스을 가지게 되며, 이는 클램프가 더 쉽고 빠르게 제품을 생산하도록 한다. 용접공의 기술의 정도는 덜 중요하게 되며, 거부되는 부품이 감소하므로 제품 처리량(throughput)은 증가한다.As described in the above method, the wider beam coverage afforded by the beam vibration provided by the present invention has a wider machining tolerance in the inner diameter clamp, which makes the clamp easier and faster to produce. The degree of welder skill becomes less important and product throughput increases because fewer rejected parts.

새로운 벨로우즈 크기와 클램프를 위해 초기 설정하는 것도 용이하다. 빔진동 미러와 레이져빔 유도 광학이 공통 변환 스태이지(a common translation stage)(25, 26)에 설치되어, 관련된 광학 구성요소가 각각의 관계에 맞게 고정될 수 있게 한다. 내부와 외부에서 이 스태이지를 변환시킴으로써 좀 더 크거나 작은 직경이 최소의 노력으로 용접될 수 있다. 빔을 용접 조인트에 위치시키기 위해 붉은 빛의 싸이팅 레이져(sighting laser)를 사용할 수 있다. 레이져빔 포지셔닝(positioning)에 대한 톨러런스는 이상적인 위치로부터 +/- 0.01inch정도이다. 일부 선행 시스템에서는, 일정한 용착비드를 생산하기 위해서 빔이 용접심 위에 +/- 0.001inch내에 정확히 위치되었어야 했다. 이는 용접을 성공적으로 하기 위해 요구되는 정확도의 차이를 보여준다. 새로운 설정이 실행되면 빔진동과, 도 2에 도시되었듯이, 용접심/레이져빔 얼라인먼트를 위한 45inch빔얼라인먼트에 의해 연속적으로 모니터해야 할 요구도가 감소될 수 있다.Initial setup for new bellows sizes and clamps is easy. Beam vibration mirrors and laser beam guidance optics are installed in a common translation stage 25, 26 to allow the associated optical components to be fixed in their respective relationships. By converting these stages internally and externally, larger or smaller diameters can be welded with minimal effort. A red light sighting laser can be used to position the beam at the weld joint. The tolerance for laser beam positioning is on the order of +/- 0.01 inch from the ideal position. In some prior systems, the beam had to be positioned exactly within +/- 0.001 inch above the weld seam to produce a consistent weld bead. This shows the difference in accuracy required for successful welding. When the new setting is implemented, the requirement to continuously monitor by beam vibration and 45 inch beam alignment for weld seam / laser beam alignment can be reduced, as shown in FIG.

상기 빔진동에 의해 커버리지(coverage)가 더 넓어졌기 때문에, 더 많은 레이져 출력이 용접 클램프의 면으로부터 반사되어 용접부위에 전달될 수 있다. 이로써 종전의 용접 방법(도 7A 참조)을 사용하여 용접을 할 경우보다 용입을 더 크게 (도 7B 참조)할 수 있다.As the coverage is increased by the beam vibration, more laser output can be reflected from the face of the welding clamp and transmitted to the weld. This allows larger penetration (see FIG. 7B) than when welding using the conventional welding method (see FIG. 7A).

본 발명에서 제공하는 내경 클램프 설계를 이용함으로써, 복잡한 설정 과정이나 얼라인먼트 절차를 거치지 않고서도 하나의 벨로우즈 크기에서 다른 크기로 쉽게 변환시킬 수 있다. 일 실시예에서 바꾸어야 할 부분은 두군데 있는데, 이는 상부와 하부 해프 클램프이며 이는 수동으로 회전 베어링에서 압축된다. 이러한 베어링들은 레이져 얼라인먼트와 클램프 얼라인먼트를 위해서 기준면(reference surface)로서 사용되며, 또한 다양한 클램프 크기 사이에서 반복적으로 사용될 수 있다. 클램프를 교환하는 데 소요되는 시간은 약 10-15분이며, 본 발명의 클램프 디자인은 아주 독특한 것이며, 몇 가지 추가적인 이점을 가지고 있다. 상기 클램프 인서트(도4의 43-44)는 최종 작업이 되기 전 원형 스틸 플래이트 안으로 들어가 압연될 수 있다. 이를 통해 해프 클램프들이 제대로 작동이 되고 있는지의 여부와 기준면과 평행한 지를 확인 할 수 있으며, 또한 클램프가 설계된 대로 작동하며, 일정 기준 레벨까지 작동할 것인지에 대해 확인할 수 있게 한다. 인서트를 통해 클램프 면은 필요 시 고비용의 부담 없이 재작업되고 교체될 수 있다. 인서트를 교체하는 것이 클램프 전체를 교체하는 것보다 훨씬 비용이 저렴하게 들며 빠르게 처리할 수 있다.By using the inner diameter clamp design provided by the present invention, it is easy to convert from one bellows size to another without going through complicated set up or alignment procedures. In one embodiment there are two parts to change: the upper and lower half clamps, which are manually compressed in the rotary bearing. These bearings are used as reference surfaces for laser and clamp alignment and can also be used repeatedly between various clamp sizes. The time taken to replace the clamp is about 10-15 minutes and the clamp design of the present invention is quite unique and has some additional advantages. The clamp inserts (43-44 in FIG. 4) can be rolled into the round steel plate before final work. This allows you to check whether the half clamps are working properly and whether they are parallel to the reference plane, and whether the clamps are working as designed and working to a certain reference level. The insert allows the clamp face to be reworked and replaced as needed without any cost. Replacing the inserts is much cheaper and faster than replacing the entire clamp.

일 실시예에서, 인서트 위에 있는 작업된 프로필(profile)(도 4, 43-44)은 벨로우즈 격막의 프로필과 정확히 맞아 떨어질 수 있다. 이로써, 클램프는 심한 톨러런스(exacting tolerance)에 맞추도록 만들어 질 필요 없이 느슨하게 (+/- 0.002inch) 유지할 수 있다. 이러한 방식으로 클램프 면에 나타탄 프로필로써 클램프 안의 격막의 경미한 흐트러짐도 스스로 얼라인먼트 하도록 하는 효과를 낸다.따라서, 픽-앤드-플래이스 메커니즘에 대한 톨러런스를 경감시킬 수 있으며, 제조단가를 낮출 수 있게 한다. 더불어, 오염원을 제공하거나, 잘못 처리함으로 인해 손상을 받게 되는 단계도 없다. 또한, 본 발명의 클램프는 훨씬 수월하게 깨끗하게 광택을 유지할 수 있다.In one embodiment, the worked profile (Figs. 4, 43-44) over the insert may fit exactly with the profile of the bellows septum. This allows the clamp to remain loose (+/- 0.002 inch) without having to be made to meet extreme tolerances. In this way, the slight profile of the diaphragm in the clamp with the profile shown on the clamp surface is effective in aligning itself, thus reducing the tolerance of the pick-and-place mechanism and lowering the manufacturing cost. . In addition, there are no steps that would result in damage from providing or contaminating the source. In addition, the clamp of the present invention can keep the gloss much easier and cleaner.

본 발명의 클램프 디자인은 효과적으로 히트-싱킹(heat-sinking)을 할 수 있게 하며, 클램핑 메커니즘의 안전성을 향상시키며 수명을 연장시킬 수 있다. 이것은 접근하는 열을 더욱 효과적으로 제거하고, 스틸 격막이 연소될 가능성을 줄임으로써 용접의 질을 향상시킨다.The clamp design of the present invention enables effective heat-sinking, improves the safety of the clamping mechanism and extends its life. This improves the quality of the weld by removing the approaching heat more effectively and reducing the likelihood of the steel diaphragm burning.

상부에서 간단히 거론되었듯이, 본 발명의 벨로우즈 격막은 내경 용접기계에 적재되기 전 밀폐된 컨테이너에 저장될 수 있다. 이 컨테이너들은 최종 생산물의 생산성과 품질을 향상시키는 데 영향을 미치는 많은 기능들을 제공한다. 상기 컨테이너들은(93), 일 실시예에서, 투명한 플렉시글래스 (Plexiglas) 또는 기타 투명한 재료를 이용하여 만들 수 있다. 기타 재료들이 사용될 수도 있지만, 이 재료가 용접공이 벨로우즈 격막의 내부를 볼 수 있게 하고 남아 있는 부품의 개수를 헤아릴 수 있게 하며, 내용물을 식별할 수 있게 한다. 한 컨테이너 안에는 수격막들을, 다른 한 컨테이너 안에는 암격막들을 적재하여, 스프링 클립(102)을 통해 내경 용접 스태이션의 바닥에 고정될 수 있다. 상기 클립들은 깨끗한 상태를 유지하기 위해 작업대 아래 밀폐된 실(airtight seal)에 기대어 컨테이너들을 안전하게 붙들 수 있다. 세번째 컨테이너는 작업대의 하부에 고정될 수 있으며 픽-앤드-플래이스 메커니즘에 의해 회수된 용접된 컨볼루션들을 잡을 수 있다. 상기 시스템에 연결된즉시, 내부 모터 구동 스크루(94)가 플랫폼(95)를 회전시킨 후 올릴 수 있으며, 플랫폼 위에서는 격막들(91)이 적재된다. 이는 최상층에 위치한 격막을 진동상태에서 작동되는 컵을 통해 픽-앤-플래이스 메커니즘을 이용하여 회수하여 적절한 자리에 놓는다. 격막들이 제거됨에 따라, 컨테이너 안에 있는 센서들은 최상부에 있는 격막의 레벨에 변화가 있다는 것을 감지하고, 모터 구동방식의 스크류가 회전하도록 하여, 상기 픽-앤드-플래이스 흡인 컵에 대한 올바른 높이를 유지하도록 한다. 이 과정은 최종 격막이 컨테이너로부터 올려질 때까지 계속될 수 있으며, 이때, 다른 센서가 컨테이너가 비었음을 알리는 신호를 컴퓨터에 보내, 용접공이 빈 컨테이너를 새로운 컨테이너 유닛(unit)으로 바꾸도록 한다. 이 때 용접공이 컴퓨터 키보드에 있는 재계(resume)버튼을 누를 수 있도록 작업을 멈출 수 있다. 한 컨테이너는 약 4시간을 연속하여 작업할 수 있을 정도의 충분한 벨로우즈 격막(1200-1500 컨볼루션)을 수용할 수 있다. 용접된 컨볼루션을 용접부위로부터 회수한 한 즉시, 픽-앤드-플래이스 암이 새로 용접된 컨볼루션들을 비어있는 세번째 컨테이너로 넣을 수 있다. 이 컨테이너는 단지 용접된 컨볼루션들을 수용할 수 있다. 입력해 놓은 일정 수치를 컴퓨터가 감지했을 때, 상기 시스템은 용접공에게 컨테이너를 교체하도록 알려준다. 이후 컨테이너가 제거되고 외경용접시스템으로 이동되기 전 밀봉된다. 이러한 방법으로 작업수량(inventory)에 대해 정확히 측정할 수 있으며(컴퓨터가 모든 용접된 컨볼루션을 추적함), 모든 생산품이 절대 청정상태를 유지할 수 있다. 내경 용접 과정 전 과정을 통해, 용접공은 어떤 격막도 직접 만질 필요가 없으며, 밀폐된 컨테이너를 통해서만 다룰 수 있다.As briefly discussed at the top, the bellows diaphragm of the present invention may be stored in a closed container before being loaded into an inner diameter welding machine. These containers provide many functions that affect the productivity and quality of the final product. The containers 93, in one embodiment, may be made using transparent Plexiglas or other transparent material. Other materials may be used, but this material allows the welder to see the interior of the bellows diaphragm, count the number of parts remaining, and identify the contents. A water diaphragm may be loaded in one container and a dark diaphragm in another container, and may be fixed to the bottom of the inner diameter welding station through a spring clip 102. The clips can securely hold containers against an airtight seal beneath the workbench to keep them clean. The third container can be secured to the bottom of the workbench and hold the welded convolutions retrieved by the pick-and-place mechanism. Immediately connected to the system, an internal motor drive screw 94 can be raised after rotating the platform 95, on which the diaphragms 91 are loaded. This allows the diaphragm on the top floor to be retrieved and placed in place using a pick-and-place mechanism through a vibrating cup. As the diaphragms are removed, the sensors in the container sense a change in the level of the diaphragm at the top and allow the motor-driven screw to rotate to maintain the correct height for the pick-and-place suction cup. Do it. This process can continue until the final diaphragm is lifted from the container, where another sensor sends a signal to the computer indicating that the container is empty, allowing the welder to replace the empty container with a new container unit. At this point, the welder can stop the work by pressing the resume button on the computer keyboard. One container can hold enough bellows diaphragm (1200-1500 convolution) to work for about four hours in a row. As soon as the welded convolution is withdrawn from the weld, the pick-and-place arm can place the newly welded convolutions into a third empty container. This container can only accept welded convolutions. When the computer detects a certain value entered, the system tells the welder to replace the container. The container is then removed and sealed before being transferred to the outer diameter welding system. In this way, an accurate measurement of the inventory (the computer tracks all welded convolutions) and all production can be kept absolutely clean. Throughout the inner diameter welding process, the welder does not have to touch any diaphragm directly and can only handle it through a closed container.

본 발명의 외경 용접기는 상기에 내경용접 장치의 일 실시에에서 설명하였듯이, 레이져빔 진동을 사용할 수 있다. 이 진동으로 내경 용접 시스템에서 거론된 동일한 이점을 얻을 수 있다. 상기의 방법 중 용접심 커버리지(coverage)와 관련해서, 비싸면서 정교한 광학적, 기계적 또는 심 추적 메커니즘(seam tracking mechanism)의 사용을 줄이거나 또는 사용을 하지 않을수도 있다.The outer diameter welder of the present invention can use laser beam vibration, as described above in one embodiment of the inner diameter welding apparatus. This vibration yields the same advantages discussed in internal diameter welding systems. With regard to weld seam coverage of the above methods, the use of expensive and sophisticated optical, mechanical or seam tracking mechanisms may or may not be used.

본 발명의 디자인에서, 레이져빔은 벨로우즈의 중심선에 대하여 수직면에 있는 용접심에 유도될 수 있다. 이로써 용접공은 벨로우즈의 크기를 바꿀 경우와 유지할 경우 등, 레이져빔에 노출되는 것으로부터 최대한의 안전을 확보할 수 있다. 일 실시예에서, 만일 용접공이 우발적으로 용접할 부분을 넣지 않은 상태에서 용접 과정을 시작했을 경우, 레이져빔은 알루미늄판에 안전하게 흡수된다.In the design of the present invention, the laser beam can be directed to a weld seam that is perpendicular to the center line of the bellows. This allows the welder to ensure maximum safety from being exposed to the laser beam, such as when changing the bellows size and when maintaining the bellows. In one embodiment, the laser beam is safely absorbed by the aluminum plate if the welder starts the welding process without the part to be welded accidentally.

본 발명의 외경용접장치는 레이져 광학 구성요소와 동일한 구성요소를 사용하여 용접심을 모니터하는데 사용하는 CCTV 카메라(50)를 도입할 수 있다. 따라서, 레이져를 용접심 위에 쉽게 초점을 맞출 수 있으며, 이는 CCTV 모니터에 나타난 화상이 명확히 잡힐 때까지 간단히 용접 노즐을 낮춤으로써 쉽게 할 수 있다. 모니터에 나타난 과녁이 심(seam)에 대한 레이져빔의 위치를 나타내는 것으로서, 위치를 맞추는 것 또한 쉽게 할 수 있다. 레이져빔의 위치를 잡는 것(laser beam positioning)을 더 쉽게 하기 위하여, 붉은색 레이져빔(red sighting laser)을 사용할 수 있다.The outer diameter welding device of the present invention may introduce a CCTV camera 50 used to monitor the weld seam using the same components as the laser optical components. Therefore, the laser can be easily focused on the weld seam, which can be easily done by simply lowering the welding nozzle until the image on the CCTV monitor is clearly captured. The target shown on the monitor indicates the position of the laser beam with respect to the seam, making positioning easy. In order to make laser beam positioning easier, a red sighting laser can be used.

본 발명의 장치는 상기 기술된 방식으로 레이져빔을 진동시키기 위해 표준의, 시판되고 있는 제품을 사용할 수 있다. 이런 장치들은 일정 주파수에서 꼬이도록 만들어진 고정 샤프트(fixed shaft)의 고정되지 않은 말단에 부착되는 작은 거울 등이 될 수 있다. 크거나 작은 경로에 따라 비틀림의 진폭을 조정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 이러한 장치들 중 두개가 내경용접시스템(38, 38inch) 안에 있을 수 있으며, 하나의 장치는 외경용접시스템(38)에서 사용될 수 있다.The apparatus of the present invention can use standard, commercially available products to vibrate the laser beam in the manner described above. Such devices could be small mirrors attached to the unfixed end of a fixed shaft made to twist at a constant frequency. The amplitude of the torsion can be adjusted according to a large or small path. In one embodiment of the invention, two of these devices may be in the inner diameter welding system 38, 38 inch, and one device may be used in the outer diameter welding system 38.

용접차폐가스는 용접심 위의 용접점에 근접하게 위치하는 레이져빔 유도 노즐(39)을 통해 동축으로(coaxially) 유도될 수 있다. 따라서 차폐가스는 얇은 층을 이루어 용접심에 근접한 레이져빔과 동일한 방향으로 방출될 수 있다. 용접 부위에서, 차폐가스는 양 옆으로 도포될 수 있는데, 이로써 용접 부위를 차폐가스로 덮게 되는 것이다. 이는 양호한 용접 작업을 유지하면서도 차폐 가스의 흐르는 양을 크게 줄일 수 있다. 또한, 생산비를 감소시키며, 용접공이 차폐가스의 짙은 농도로 인해 산소결핍이 생기지 않게 한다. 본 발명의 시스템은 사용된 차폐가스를 제거하고 차폐가스를 빌딩 밖으로 배출하기 위해 설치된 공기 구동방식의 로우-플로우(low-flow) 진공 시스템을 사용할 수 있다.The welding shielding gas may be coaxially guided through a laser beam guide nozzle 39 located proximate to the welding point on the weld seam. Therefore, the shielding gas may be emitted in the same direction as the laser beam in a thin layer in proximity to the welding core. At the welding site, the shielding gas can be applied to both sides, thereby covering the welding site with the shielding gas. This can greatly reduce the amount of shielding gas flowing while maintaining good welding operation. It also reduces production costs and prevents welders from creating oxygen deficiencies due to the dense concentration of shielding gas. The system of the present invention may use an air driven, low-flow vacuum system installed to remove the shielding gas used and to discharge the shielding gas out of the building.

본 발명의 용접 파라미터 저장과 통제 방법을 이용하여 벨로우즈 용접과 관련된 많은 구동 정보(operating feature)에 쉽게 접근할 수 있다. 용접 파라미터는 장부(logbook)에 기록되어 있는 정보로부터 입력될 수 있다. 본 발명의 기계를 최대한 많은 변수를 가지고 조정하면서 설정할 때, 과거의 어느 시점에서인가 했었던 용접 과정을 정확히 되풀이 하는 것은 어려울 것이다. 이것은 클램프나, 클램프 압력, 레이져, 그리고 광학 구성요소에 조정을 했을 가능성들이 있기 때문이다. 또한, 격막들은 다른 열 배치(heat batch)로부터 왔을 가능성이 있고, 용접에 영향을 준 기타 미묘한 차이점들이 존재할 수 있기 때문이다. 상기의 장부(logbook)를 이용함으로써 정확한 구동 파라미터(operating parameter)를 얻을 수 있게 되는 것이다. 양호한 반복적인 결과를 얻기 위해, 잠시 동안 용접 파라미터를 정리하면 되는 것이다.The welding parameter storage and control method of the present invention allows easy access to many operating features associated with bellows welding. Welding parameters can be entered from information recorded in a logbook. When setting up the machine of the present invention with as many parameters as possible, it will be difficult to exactly repeat the welding process that was at some point in the past. This is due to possible adjustments to the clamp, clamp pressure, laser, and optical components. In addition, the diaphragms may be from different heat batches, and there may be other subtle differences that affect the welding. By using the above logbook, an accurate operating parameter can be obtained. In order to obtain good repeatable results, it is only necessary to arrange the welding parameters for a while.

종래의 용접 방법에서 사용되던 용접링 디자인은 한계점들이 있었다. 이러한 스타일의 용접링을 사용할 경우, 격막 재료를 충분히 용융시킬 수 없으며, 이로 인해 용입이 얕게 되어, 결과적으로 용접이 약하게 된다. 본 발명의 디자인을 이용하여 이보다 훨씬 더 성공적으로 신뢰도 있게 반복성을 가지고 용접할 수 있다.The welding ring design used in the conventional welding method has its limitations. When this style of welding ring is used, the diaphragm material cannot be melted sufficiently, resulting in a shallow penetration and consequently weak welding. The design of the present invention makes it possible to weld with repeatability much more successfully and reliably.

상기 일 실시예의 디자인에서, 링은 링의 외부 에지에 계단모양(step)이나 노치(notch)를 사용하고 있지 않다. 그 대신, 계단 또는 노치 디자인에 비해 몇몇 이점을 제공하는 45inch사면 에지들을 가지고 있다. 본 발명의 링 위에 있는 사면 에지는 기계로 매우 광택을 낼 수 있다. 상기 사면을 이용하여 저렴한 가격에 링을 더 쉽고 빠르게 만들 수 있다. 상기 사면은 계단이나 노치 보다 깨끗하게 유지하기가 쉬우며, 오염원을 덜 붙잡는다. 상기 사면은 레이져 빛을 측면으로부터 용접심에 되반사하며, 이로써 용접을 할 수 있는 이용 가능한 레이져 에너지의 양을 증가시킨다. 게다가, 본 발명의 디자인의 광택낸 표면으로 인해 흡수가 덜 되기 때문에, 링이 더 오랜 기간 동안 깨끗한 상태를 유지할 수 있으며, 계단형 디자인 보다 용접루트(weld root)에 불순물이 적게 함유되도록 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 링은 두개의 동일한 크기의 부분으로 나뉘어질 수 있으며, 재활용이 가능하며, 제거하기 쉽게 디자인 되었으며, 폐기되기 전 적어도 30회까지 재사용할 수 있으며, 이로써 제조 원가를 낮추게 한다. 사면으로 된 에지는 용착비드 두께를 더 잘 통제할 수 있게 한다. 이것은 벨로우즈 싸이클 라이프(고장나기 전까지의 확장/수축 사이클)에 중요한 것이다. 상기 링들은 내경 용접이 끝난 후 삽입될 수 있다. 이러한 방법으로 한 더미의 내경이 용접된 컨볼루션들이 인벤토리(inventory)에 저장되어 필요 시 벨로우즈를 제조하는데 사용되게 된다. 상기 링들은 재활용이 가능하므로 종래 보다 적은 수의 링을 필요로 한다.In the design of this embodiment, the ring is not using steps or notches on the outer edge of the ring. Instead, it has 45-inch slope edges that offer some advantages over staircase or notch designs. The sloped edge on the ring of the present invention can be very shiny with the machine. The slope can be used to make the ring easier and faster at a lower price. The slopes are easier to keep clean than stairs or notches and hold less contaminants. The slope reflects the laser light back from the side to the weld seam, thereby increasing the amount of available laser energy available for welding. In addition, because of the less absorption due to the polished surface of the design of the present invention, the ring can be kept clean for a longer period of time, allowing less impurities to be contained in the weld root than in a stepped design. In one embodiment of the present invention, the ring can be divided into two equally sized parts, designed to be recyclable, easy to remove, and reused up to at least 30 times prior to disposal, thereby reducing manufacturing costs. do. Sloped edges provide better control of deposit bead thickness. This is important for bellows cycle life (expansion / detraction cycle before failure). The rings may be inserted after the end of the inner diameter welding. In this way, a pile of welded convolutions are stored in an inventory that can be used to make bellows when needed. The rings are recyclable and require fewer rings than before.

벨로우즈 격막은 밀폐된 컨테이너 안에 장전되며, 용접테이블 (내경 시스템)의 아래면에 부착된다. 이 컨테이너들을 설치하기 전에 봉합되며, 상기 컨테이너들이 짧은 통제 케이블을 통해 운영시스템에 연결되었을 때 상기 봉합을 풀 수 있다. 이 방법을 사용함으로써, 용접 체임버(chamber) 안에 있는 가스의 소신을 줄일 수 있다. 체임버 안의 가스압은 컴퓨터 조정을 통해 모니터할 수 있으며, 필요 시 (내경 시스템의 경우) 통제 포트(control port)를 통해 신선한 차폐가스를 유도할 수 있다. 따라서 이를 통해 가스가 대기 중으로 빠져나가는 것을 최소화 하면서 가스의 양을 통제할 수 있다. 벨로우즈 격막은 컨테이너들로부터 용접부위까지 진공컵을 이용하여(내경 시스템) 픽-앤드-플래이스 암(pick-and-place arm)에 의해 이동된다. 이 진공시스템에서는 더 큰 격막들을 더 많이 배출할 수 있으며, 차폐 가스를 아주 소량이지만 자연스럽게 용접 체임버로부터 잡아당긴다. 상기 진공컵은 컴퓨터에 의해 통제되는 솔레노이드 밸브를 통해 진공상태가 시작되기 전에 격막들을 내리누룰 수 있다.The bellows diaphragm is loaded in a sealed container and attached to the underside of the welding table (inner diameter system). These containers are sealed prior to installation and can be unsealed when the containers are connected to the operating system via short control cables. By using this method, it is possible to reduce the propagation of the gas in the welding chamber. The gas pressure in the chamber can be monitored by computer adjustment and, if necessary (in the case of internal-diameter systems), a fresh shield gas can be introduced through the control port. This allows the amount of gas to be controlled while minimizing its escape to the atmosphere. The bellows diaphragm is moved by a pick-and-place arm using a vacuum cup (inner diameter system) from the containers to the weld. In this vacuum system, larger diaphragms can be discharged and a very small but naturally drawn shielding gas is drawn from the welding chamber. The vacuum cup may push down the diaphragms before the vacuum is initiated through a computer controlled solenoid valve.

본 발명의 용접 링 디자인은 (외경 시스템에서) 재활용을 가능하게 할 수 있다. 종전의 용접링은 하나의 얇은 소우컷(sawcut)이 있어, 용접링을 용접된 벨로우즈 부위로부터 제거하기 위하여 픽(pick)을 상기 소우컷 안으로 삽입했었다. 이러한 방법을 이용하면 링이 뒤틀어져 한 번 사용한 링은 폐기되었어야 했다. 이는 또한 모든 벨로우즈 컨볼루션 마다 한 개의 링이 필요함을 의미한다. 도 9에서 도시된 본 발명의 디자인에서는 두개의 소우컷(sawcut)을 넣고 동일한 크기의 두개의 해프링(half ring)을 만들었다. 이렇게 함으로써 픽(pick)을 사용하거나 링을 뒤틀지 않고서도 용접링을 쉽게 제거할 수 있다. 이러한 방법으로 상기 링들은 새로운 컨볼루션 위에 재조립될 수 있으며, 새로운 벨로우즈를 만드는데 재사용될 수 있다. 본 발명의 디자인을 이용할 경우, 링을 폐기하기 전 적어도 30 내지 50회 재사용할 수 있다. 이는 한 셋트의 링이 50 셋트의 (또는 그 이상) 컨볼루션을 생산할 수 있음을 의미하며, 이로써 머신타임(machine time), 용접링 재료, 파철된 금속의 재활용 또는 폐기에 대한 제조원가를 상당히 낮출 수 있는 것이다.The welding ring design of the present invention may enable recycling (in an outer diameter system). Previous weld rings had one thin sawcut, which had a pick inserted into the sawcut to remove the weld ring from the welded bellows site. Using this method, the ring would have been warped and the once used ring had to be discarded. This also means that one ring is required for every bellows convolution. In the design of the present invention shown in FIG. 9, two sawcuts were inserted and two half rings of the same size were made. This makes it easy to remove the weld ring without using picks or twisting the ring. In this way the rings can be reassembled onto a new convolution and reused to create a new bellows. With the design of the present invention, the ring can be reused at least 30-50 times before discarding. This means that one set of rings can produce 50 sets of (or more) convolutions, which significantly lowers manufacturing costs for machine time, welding ring material, and recycling or disposal of crushed metal. It is.

이상과 같이 본 발명인 용접방법 및 장치에 의하면, 용접형 메탈 벨로우즈를 제조시, 생산물 처리량을 증가시킬 수 있도록 하며, 용접과정 중 소비되는 용접 차폐가스(weld shielding gas)의 부피를 줄이고, 장치를 운영하는 부품을 자동화시킴으로써 오염을 감소시키며, 용접에 따른 운영비용이 적게 들면서 숙련된 용접공을 필요로 하지 않으면서도 더 높은 생산률을 낼 수 있는 우수한 효과가 있다.According to the welding method and apparatus of the present invention as described above, when manufacturing the welded metal bellows, it is possible to increase the throughput of the product, reduce the volume of weld shielding gas consumed during the welding process, and operates the device By automating the parts, the contamination is reduced, and the operating cost of welding is low, and there is an excellent effect of achieving a higher production rate without requiring a skilled welder.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it will be appreciated that various changes and modifications can be made in the art without departing from the spirit or scope of the invention as set forth in the following claims. Those of ordinary skill will want to know easily.

Claims (5)

호스트 컴퓨터(66)와 연설되는 레이져 출력 공급부(19)를 개재하여 레이져 빔이 발생되는 레이져빔 발생기(20);A laser beam generator 20 through which a laser beam is generated via a laser output supply unit 19 that is communicated with the host computer 66; 상기 레이져 빔이 적절한 파장에 의해 두 개로 분광되어 용접심 위에서 초점렌즈(40, 46)를 지나 프리즘 (24)과 반원을 그리며 진동하는 스캐닝 미러(38, 39)에 의해 경로가 바뀌어질 수 있도록 상기 레이져빔 발생기의 전방에 설치되는 빔 스프리터(23);The laser beam is spectrally bisected by the appropriate wavelength so that the path can be diverted by the scanning mirrors 38 and 39 which oscillate in a semicircle with the prism 24 over the focal lenses 40 and 46 above the weld seam. A beam splitter 23 installed in front of the laser beam generator; 상기 스캐닝 미러(38,39)에서의 반사된 레이져 빔이 용접심의 상부와 하부 에지로 향하게 되도록 상하부 선형 슬라이더 테이블(25,26)에 설치되는 초점렌즈(40); 및A focus lens 40 mounted on the upper and lower linear slider tables 25 and 26 so that the reflected laser beams from the scanning mirrors 38 and 39 are directed to the upper and lower edges of the weld seam; And 암 격막(42)이 DC 모터 콘틀롤러(59)와 연설된 발전기(34)를 통해 회전하는 클램핑 고정구 안에 설치되어 내측 에지(inside edge) 위에서 하부에 고정된 내경 클램프 면에 의해 지지되고, 상기 암 격막(42) 상측에 수 격막(41)이 거꾸로 위치되어 모터(31)와 연설된 아암(32) 일단에 마련된 진공컵(33)에 의해 상기 암수 격막을 단단히 고정시키도록 설치되는 실린더(36);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용접장치.The arm diaphragm 42 is installed in a clamping fixture that rotates through the generator 34 spoken with the DC motor controller 59 and is supported by an inner diameter clamping surface fixed at the bottom above the inner edge, The cylinder 36 is installed so that the male and female diaphragms are firmly fixed by the vacuum cup 33 provided at one end of the arm 32, which is positioned upside down, above the diaphragm 42. Welding device, characterized in that configured to include. 제 1항에 있어서, 상기 스캐닝 미러에서 반사된 빔은 수직으로 유도되어 초점렌즈(40)를 통해 용접심의 초점에 도달하도록 노즐 어셈블리(44)가 설치되는 것을 특징으로 하는 용접장치.2. A welding device according to claim 1, wherein the nozzle assembly (44) is installed such that the beam reflected from the scanning mirror is guided vertically to reach the focus of the weld seam through the focus lens (40). 제 1항에 있어서, 상기 스캐닝 미러에는 용접심 위에서 초점 렌즈를 통해 용접상태를 확인하는 CCTV 카메라(50)가 설치되어 모니터(48)와 연설되는 것을 특징으로 하는 용접장치.The welding device according to claim 1, wherein the scanning mirror is installed with a CCTV camera (50) for checking a welding state through a focus lens on a welding core and is spoken with a monitor (48). 호스트 컴퓨터의 신호에 의해 레이져 출력 공급부와 연설된 레이져빔 발생기를 통하여 레이져 빔을 발생시키는 단계;Generating a laser beam through a laser beam generator spoken with a laser output supply by a signal from a host computer; 상기 레이져 빔이 빔 스프리터의 적절한 파장에 의해 두 개로 분광되어 용접심 위에서 초점렌즈를 지나 프리즘과 반원을 그리며 진동하는 스캐닝 미러에 의해 경로가 바뀌어질 수 있도록 용접 심위에 조사되는 단계;Irradiating the laser beam onto the welding seam so that the laser beam is spectroscopically divided by the appropriate wavelength of the beam splitter so that the path can be diverted by a scanning mirror which vibrates in a semicircle with the prism through the focus lens over the welding seam; 상기 레이져 빔에 의해 용접되는 암 격막은 발전기를 통해 회전하는 클램핑 고정구 안에 설치되어 지지되고, 상기 암 격막 상측에는 수 격막이 거꾸로 위치되어 실린더와 연설된 아암 일단의 진공컵에 의해 상기 암수 격막이 고정되는 단계:The female diaphragm welded by the laser beam is installed and supported in a clamping fixture that rotates through a generator, and the upper and lower female diaphragms are positioned upside down to fix the female and female diaphragms by a vacuum cup at one end of the arm. Becoming steps: 상기 스캐닝 미러에서의 반사된 레이져 빔은 초점렌즈를 통해 용접심의 상부와 하부 에지로 향하게 되며, 이때 진동하는 레이져빔은 상기 레이져 스폿 크기보다 큰 효율적인 레이져 스폿을 만들며, 상기 진동하는 레이져빔을 용접 심을 따라움직이게 하며, 이때 암 격막과 수 격막이 상기 진동하는 레이져빔이 심을 따라 움직일 때 용접되는 단계;를 통해 용접되는 것을 특징으로 하는 용접방법.The reflected laser beam from the scanning mirror is directed through the focus lens to the upper and lower edges of the weld seam, wherein the oscillating laser beam creates an efficient laser spot larger than the laser spot size, and the oscillating laser beam According to the welding method, wherein the female diaphragm and the water diaphragm are welded when the vibrating laser beam moves along the core. 제 4항에 있어서, 상기 스캐닝 미러가 반원을 그리며 진동함에 따라, 각q1을 통해 나가는 미러굴절이 반사된 레이져빔을 각q2를 통해 굴절시키며, 이 때 상기 반사된 레이져빔의 각q2= 2q1이 되는 것을 특징으로 하는 용접방법.The laser beam of claim 4, wherein the scanning mirror vibrates in a semicircle, thereby refracting the reflected laser beam through the angle q 1 through the angle q 2 , wherein the angle q 2 of the reflected laser beam is reflected. = 2q 1 welding method.
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