KR20040101833A

KR20040101833A - 레이저 용접 스패터 취출장치

Info

Publication number: KR20040101833A
Application number: KR1020030033700A
Authority: KR
Inventors: 오광민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-03
Also published as: KR100520539B1

Abstract

레이저 용접 장치를 이용하여 소재의 용접 작업시 발생하는 스패터(Spatter)를 안전커버의 일측으로 흡인시켜 이를 다시 포집하여 제거함으로써, 피용접 소재의 불량을 방지하고, 용접실 내부를 항상 청결하게 유지할 수 있도록;

레이저 발진장치로부터 광 화이버를 통하여 레이저빔이 전달되는 옵틱 헤드와; 상기 옵틱 헤드의 하단부 일측에 장착되는 크로스 젯과; 상기 옵틱 헤드의 외측으로는 설치되는 안전커버; 및 상기 옵틱 헤드의 하부에서 피용접 소재를 투입시켜주는 소재 투입장치를 포함하는 레이저 용접 장치에서,

상기 안전커버의 측부 일측에 일체로 연결되는 배기관을 통하여 용접가스를 강제로 배출하도록 구성되는 배기유닛과; 상기 배기유닛의 배기관 일측에서 분기시켜 하향하여 포집통을 형성하고, 상기 포집통 내에는 전자석수단을 장착하여 배출되는 금속성의 스패터를 강제로 흡착하여 포집할 수 있도록 구성되는 스패터 강제포집유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 스패터 취출장치를 제공한다.

Description

레이저 용접 스패터 취출장치{A REMOVING DEVICE FOR LASER WELDING SPATTER}

본 발명은 레이저 용접 스패터 취출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 용접 장치를 이용하여 소재의 용접 작업시 발생하는 스패터(Spatter)를 포집하여 피용접 소재의 불량을 방지하고, 용접실 내부를 항상 청결하게 유지할 수 있도록 하는 레이저 용접용 스패터 취출장치에 관한 것이다.

최근, 산업분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저빔이 적용되고 있는 추세이며, 이러한 레이저빔의 적용에 있어 요구되는 몇 가지 목표는 레이저빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저빔 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화 등을 들 수 있다.

이러한 목표 아래, 레이저 용접을 비롯한 레이저빔 응용가공을 실시하기 위한 레이저 장치는 레이저빔의 에너지 밀도를 높여주기 위한 초점렌즈 등의 광학계로 구성되는 옵틱 헤드를 구비하는데, 상기 옵틱 헤드는 가공시 발생하는 가공 부산물인 스패터(비산 불티 및 분진)에 의해 옵틱 헤드의 광학부품이 손상되는 것을 방지하기 위하여 옵틱 헤드의 하단부에서 반사되는 스패터를 차단하도록 크로스 젯을 통한 에어커튼을 형성하여 사용하고 있다.

도 6은 종래 고정형 레이저 용접 장치의 구성을 나타낸 도면으로, 고정형 레이저 용접 장치의 구성을 간단히 살펴보면, 미도시된 레이저 발진장치로부터 광 화이버(101)를 통하여 레이저빔이 전달되는 옵틱 헤드(103)가 구비되고, 상기 옵틱 헤드(103)의 하단부 일측에는 크로스 젯(105)이 장착된다.

그리고 상기 옵틱 헤드(103)의 외측으로는 알루미늄 소재로 흑피 도금 처리된 안전커버(107)가, 하부가 개구되며, 일측이 고정부(109)에 연결된 상태도 구성되어 용접실(111)을 형성하며, 레이저 용접 작업시 발생되는 스패터와 레이저빔으로부터 작업자를 보호하게 된다.

또한, 상기 옵틱 헤드(103)의 하부에는 피용접 소재(113)를 로딩하여 상기 용접실(111)로 투입시켜주는 공압 실린더(115)로 이루어지는 소재 투입장치(117)가 구성된다.

따라서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 소재 투입장치(117)를 통하여 소재(113)가 용접실(111)로 투입되면, 상기 옵틱 헤드(103)를 통하여 소재(113)의 용접부에 레이저빔을 조사하여 레이저 용접을 실시하게 되는데, 이 때, 상기 소재(113)의 용접부에서 발생되어 비산되는 스패터(100)가 상기 옵틱 헤드(103)의 광학부품(미도시)에 손상을 입히지 않도록 상기 크로스 젯(105)에서는 고속의 에어를 분사하여 옵틱 헤드(103) 하부에 에어커튼을 형성하며, 상기 비산되는 스패터(100)를 안전커버(107) 측으로 불어내게 되는 것이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 고정형 레이저 용접 장치의 구성으로서는 상기 크로스 젯에 의해 비산되는 스패터로부터 옵틱 헤드의 광학부품을 보호할 수 있을 지는 몰라도, 안전커버 측으로 불어낸 스패터가 용접실 및 그 주면에 쌓이게 되어 작업환경을 오염시키는 원인이 되며, 심지어는 상기 스패터가 피용접 소재의 용접부에 다시 낙하하여 용접품질을 나쁘게 하는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 용접 장치를 이용하여 소재의 용접 작업시 발생하는 스패터(Spatter)를 안전커버의 일측으로 흡인시켜 이를 다시 포집하여 제거함으로써, 피용접 소재의 불량을 방지하고, 용접실 내부를 항상 청결하게 유지할 수 있도록 하는 레이저 용접용 스패터 취출장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치의 사용 상태도이다.

도 3은 본 발명의 레이저 용접 스패터 취출장치에 적용되는 스패터 포집유닛의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 적용되는 스패터 포집유닛의 제어 타이밍 선도이다.

도 5는 본 발명에 적용되는 스패터 포집유닛의 작동 원리도이다.

도 6은 종래 기술에 따른 레이저 용접 장치의 구성도이다.

도 7은 종래 기술에 따른 레이저 용접 장치의 사용 상태도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치는,

상기 안전커버의 측부 일측에 일체로 연결되는 배기관을 통하여 용접가스를 강제로 배출하도록 구성되는 배기유닛과; 상기 배기유닛의 배기관 일측에서 분기시켜 하향하여 포집통을 형성하고, 상기 포집통 내에는 전자석수단을 장착하여 배출되는 금속성의 스패터를 강제로 흡착하여 포집할 수 있도록 구성되는 스패터 강제포집유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 배기유닛은 상기 안전커버의 측부 일측에 일체로 연결되어 외부로 용접가스의 배출하도록 선단이 상향하여 형성되는 배기관과; 상기 배기관의 선단부 일측에 장착되는 배기팬과; 상기 배기관의 내부 일측에 구성되는 ??터로 구성되는 것을 특징으로 하며,

상기 스패터 강제포집유닛은 상기 배기유닛의 배기관 일측에서 분기되어 하향하여 형성되는 원통형상의 포집통과; 상기 포집통 내에 하방향으로 장착되어 상기 배기관을 통하여 배출되는 금속성의 스패터를 전자기력을 통하여 강제로 흡착하여 포집하는 다수개의 전자석과; 상기 포집통 내에 하향하여 설치되는 다수개의 전자석에 대한 극성을 하향하여 순차적으로 절환하도록 제어하는 전자석 제어유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하며,

상기 포집통은 그 내부에 포집된 스패터의 배출을 위하여 그 하단부에 커버를 장착하여 분리할 수 있는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 다수개의 전자석은 내부에 공간부를 가지며 원형의 링 형상으로 이루어지는 금속 케이스와; 상기 금속 케이스의 내부에서 상기 전자석 제어유닛의 제어신호에 따라 전자기력을 발생시키는 코일부로 형성되는 것을 특징으로 하며,

상기 전자석 제어유닛은 상기 포집통 내에 하향하여 설치되는 다수개의 전자석에 대하여, 전체 전자석의 극성을 N극으로 제어를 시작하여 먼저, 최상부 전자석의 극성을 N극 상태에서, S극으로 자화되어 흡착되는 스패터에 대하여 반발력을 형성하도록 S극으로 제어하여 제1설정시간 동안 유지한 후, 한 사이클 동안 자기력을 '0'으로 제어하고, 이어서 상기 최상부 전자석의 자기력이 '0'으로 제어되는 시점에서, 제2설정시간 간격을 두고, 바로 하부의 전자석의 극성을 N극에서 S극으로 제어하여 상기 제1설정시간 동안 유지한 후, 남은 사이클 시간동안 자기력을 '0'으로 유지하는 타이밍 제어를 하방향으로 배치된 각각의 전자석에 대하여 순차적으로 반복 수행하여 한 사이클 완료 후, 전체 전자석의 극성을 다시 N극으로 제어하는 타이밍 제어로직을 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치의 구성도로써, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치의 구성 설명에 앞서, 본 발명이 적용되는 고정형 레이저 용접 장치의 구성을 먼저 설명한다.

본 발명이 적용되는 고정형 레이저 용접 장치의 구성은, 상기 도 1에서 도시한 바와 같이, 미도시된 레이저 발진장치로부터 광 화이버(1)를 통하여 레이저빔이 전달되는 옵틱 헤드(3)가 구비되고, 상기 옵틱 헤드(3)의 하단부 일측에는 크로스 젯(5)이 장착된다.

그리고 상기 옵틱 헤드(3)의 외측으로는 알루미늄 소재로 흑피 도금 처리된 안전커버(7)가, 하부가 개구되며, 일측이 고정부(9)에 연결된 상태도 구성되어 용접실(11)을 형성하며, 레이저 용접 작업시 발생되는 스패터와 레이저빔으로부터 작업자를 보호하게 된다.

또한, 상기 옵틱 헤드(3)의 하부에는 피용접 소재(13)를 로딩하여 상기 용접실(11)로 투입시켜주는 공압 실린더(15)로 이루어지는 소재 투입장치(17)가 구성된다.

이러한 구성을 갖는 고정형 레이저 용접 장치에서, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치는 상기 안전커버(7)의 측부 일측에 일체로 연결되는 배기관(21)을 통하여 용접가스를 강제로 배출하도록 하는 배기유닛(20)이 구비되며, 동시에 상기 배기유닛(20)의 배기관(21) 일측에서 분기시켜 하향하여 포집통(31)을 형성하고, 상기 포집통(31) 내에는 6개의 전자석(41,42,43,44,45,46)을 장착하여 배출되는 금속성의 스패터를 강제로 흡착하여 포집할 수 있도록 구성되는 스패터 강제포집유닛(30)이 구비되어 이루어진다.

먼저, 상기 배기유닛(20)의 구성은 상기 안전커버(7)의 측부 일측에 일체로 연결되어 외부로 용접가스를 배출하도록 선단이 상향하여 외측으로 이어져 형성되는 배기관(21)이 구비되고, 상기 배기관(21)의 선단부 일측에는 배기팬(23)이 장착되어 상기 용접실(11) 내의 용접가스를 배출하도록 빨아내게 된다.

또한, 상기 배기관(21)의 내부 일측에는 필터(25)를 설치하여 용접가스에 포함된 미세 먼지를 제거하도록 구성된다.

그리고 상기 스패터 강제포집유닛(30)은 상기 배기유닛(20)의 배기관(21) 일측에서 분기되어 하향하여 형성되는 원통형상의 포집통(31)을 구비한다.

상기 포집통(31) 내에는 상기 배기관(21)을 통하여 배출되는 금속성의 스패터를 전자기력을 통하여 강제로 흡착하여 포집하는 6개의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6전자석(41,42,43,44,45,46)이 하방향으로 순서대로 장착되고, 상기 포집통(31) 내에 하향하여 설치되는 6개의 전자석에 대한 극성을 하향하여 순차적으로 절환하도록 제어하는 전자석 제어유닛(40)이 구비되어 상기 각각의 전자석과 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 포집통(31)은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 그 내부에 포집된 스패터의 배출을 위하여 그 하단부에 커버(33)를 장착하여 분리할 수 있는 구조로 이루어지며, 상기 6개의 전자석(41,42,43,44,45,46)은 각각 내부에 공간부를 가지며 원형의 링 형상으로 이루어지는 금속 케이스(51)와, 상기 금속 케이스(51)의 내부에서 상기 전자석 제어유닛(40)의 제어신호에 따라 전자기력을 발생시키는 코일부(53)를 구성하여 이루어진다.

또한, 상기 전자석 제어유닛(40)은 상기 포집통(31) 내에 하향하여 설치되는 6개의 전자석(41,42,43,44,45,46)에 대하여, 전체 전자석의 극성을 N극으로 제어를 시작하여 먼저, 최상부의 제1전자석(41)의 극성을 N극 상태에서, S극으로 자화되어 흡착되는 스패터에 대하여 반발력을 형성하도록 S극으로 제어하여 제1설정시간인 5msec 동안 유지한 후, 한 사이클 동안 자기력을 '0'으로 제어하고, 이어서 상기 최상부의 제1전자석(41)의 자기력이 '0'으로 제어되는 시점에서, 제2설정시간인 3msec 시간간격을 두고, 바로 하부의 제2전자석(42)의 극성을 N극에서 S극으로 제어하여 상기 제1설정시간인 5msec 동안 유지한 후, 남은 사이클 시간동안 자기력을 '0'으로 유지하는 타이밍 제어를 하방향으로 배치된 제3, 제4, 제5, 제6전자석(43,44,45,46)에 대하여 각각 순차적으로 반복 수행하여 한 사이클 완료 후, 전체 전자석의 극성을 다시 N극으로 제어하는 타이밍 제어로직을 갖는다.

따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 레이저 용접 스패터 취출장치의 작동은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 소재 투입장치(17)를 통하여 소재(13)가 용접실(11)로 투입되면, 상기 옵틱 헤드(3)를 통하여 소재(13)의 용접부에 레이저빔을 조사하여 레이저 용접을 실시하게 되는데, 이 때, 상기 소재(13)의 용접부에서 발생되어 비산되는 스패터(19)가 상기 옵틱 헤드(3)의 광학부품에 손상을 입히지 않도록 상기 크로스 젯(5)에서는 고속의 에어를 분사하여 옵틱 헤드(3) 하부에 에어커튼을 형성하게 된다.

이 때, 비산되는 스패터(19)는 상기 에어커튼에 의해 안전커버(7) 측부의 일측에 일체로 연결 구성되는 배기관(21)으로 흡입되어 제거되는 것이다.

이와 같이, 상기 스패터(19)가 배기관(21)을 통하여 용접가스와 함께 흡입되어 본 발명의 레이저 용접 스패터 취출장치에 의해 포집되어 제거되는 과정을, 도 4와 도 5를 통하여 설명하면, 먼저, 도 2에서와 같이, 상기 용접실(11) 내의 용접가스는 스패터(19)와 함께, 배기유닛(20)의 배기관(21)으로 흡인되어 배기관(21) 내의 필터(25)를 거치는 과정에서 미세 먼지가 걸러진 상태로 배기팬(23)을 통하여 외부로 배출된다.

동시에, 상기 용접가스가 배기관(21)을 통하여 배출되는 과정에서, 스패터(19)는 스패터 강제포집유닛(30)에 의해 포집되는데, 그 원리는 상기 포집통(31) 내의 6개의 전자석(41,42,43,44,45,46)이 전자석 제어유닛(40)에 의해 순차적으로 자기력이 타이밍 제어되어 상기 포집통(31)의 하부 바닥으로 이동되도록 하는 것으로, 상기 전자석 제어유닛(40)은, 도 4에서 도시한 바와 같은 자기력 순차 제어를 위한 타이밍 제어로직을 갖는다.

즉, 상기 전자석 제어유닛(40)은 상기 포집통(31) 내에 하향하여 설치되는 제1전자석(41) 내지 제6전자석(46)에 대하여, 전체 전자석의 극성을 N극으로 제어를 먼저 시작하게 된다.

그러면, 상기 용접가스와 함께 배출되는 스패터(19)는, 도 5에서와 같이, 최상부의 N극 극성을 갖는 제1전자석(41)의 내주면에 S극으로 자화되어 흡착되며, 이러한 상태로 제1전자석(41)의 극성을 N극에서 S극으로 제어하여 제1설정시간인5msec 동안 유지한 후, 한 사이클 동안 자기력을 '0'으로 제어하게 된다.

이 때, 상기 S극으로 자화된 스패터(19)는 제1전자석(41)이 제1설정시간인 5msec 동안 S극으로 유지되는 사이에 제1전자석(41)에 대하여 반발력을 형성하여 떨어지게 되어 바로 하부에서 N극 극성을 띤 제2전자석(42)에 흡착된다.

이어서 상기 최상부의 제1전자석(41)의 자기력이 '0'으로 제어되는 시점에서, 제2설정시간인 3msec 시간간격을 두고, 바로 하부의 제2전자석(42)의 극성을 N극에서 S극으로 제어하여 상기 제1설정시간인 5msec 동안 유지한 후, 남은 사이클 시간동안 자기력을 '0'으로 유지하도록 제어하게 되면, 상기에서 N극 극성 상태의 제2전자석(42)에 흡착되어 있던 스패터(19)는 제2전자석(42)이 제1설정시간인 5msec 동안 S극으로 유지되는 사이에 제2전자석(42)에 대하여 반발력을 형성하여 떨어지게 되어 상기 제2전자석(42)의 하부에서 N극 극성을 띤 제3전자석(43)에 흡착되는 일련의 자기력 타이밍 제어를 하방향으로 배치된 제4, 제5, 제6전자석(44,45,46)에 대하여 각각 순차적으로 반복 수행하여 한 사이클 완료 후, 다시 전체 전자석(41,42,43,44,45,46)의 극성을 다시 N극으로 제어하게 되며, 이러한 과정에서 상기 제1전자석(41)으로부터 먼저 흡착되는 스패터(19)는 제6전자석(46)까지 이동한 후, 포집통(31)의 바닥면에 모이게 되는 것이다.

따라서, 상기 포집통(31)의 하부에 모인 스패터(19)는 커버(33)를 분리하여 제거할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치에 의하면,레이저 용접 장치를 이용하여 소재의 용접 작업시 발생하는 스패터(Spatter)를 안전커버의 일측으로 흡인시켜 이를 다시 다수개의 전자석을 이용하여 포집통에 포집하여 제거함으로써, 피용접 소재의 불량을 미연에 방지할 수 있으며, 용접실 내부를 항상 청결하게 유지할 수 있도록 하는 등의 효과가 있다.

Claims

레이저 발진장치로부터 광 화이버를 통하여 레이저빔이 전달되는 옵틱 헤드와; 상기 옵틱 헤드의 하단부 일측에 장착되는 크로스 젯과; 상기 옵틱 헤드의 외측으로는 설치되는 안전커버; 및 상기 옵틱 헤드의 하부에서 피용접 소재를 투입시켜주는 소재 투입장치를 포함하는 레이저 용접 장치에 있어서,

상기 안전커버의 측부 일측에 일체로 연결되는 배기관을 통하여 용접가스를 강제로 배출하도록 구성되는 배기유닛과;

상기 배기유닛의 배기관 일측에서 분기시켜 하향하여 포집통을 형성하고, 상기 포집통 내에는 전자석수단을 장착하여 배출되는 금속성의 스패터를 강제로 흡착하여 포집할 수 있도록 구성되는 스패터 강제포집유닛;

으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 스패터 취출장치.
청구항 1에 있어서, 상기 배기유닛은

상기 안전커버의 측부 일측에 일체로 연결되어 외부로 용접가스의 배출하도록 선단이 상향하여 형성되는 배기관과;

상기 배기관의 선단부 일측에 장착되는 배기팬과;

상기 배기관의 내부 일측에 구성되는 필터;

로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 스패터 취출장치.
청구항 1에 있어서, 상기 스패터 강제포집유닛은

상기 배기유닛의 배기관 일측에서 분기되어 하향하여 형성되는 원통형상의 포집통과;

상기 포집통 내에 하방향으로 장착되어 상기 배기관을 통하여 배출되는 금속성의 스패터를 전자기력을 통하여 강제로 흡착하여 포집하는 다수개의 전자석과;

상기 포집통 내에 하향하여 설치되는 다수개의 전자석에 대한 극성을 하향하여 순차적으로 절환하도록 제어하는 전자석 제어유닛;

으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 스패터 취출장치.
청구항 3에 있어서, 상기 포집통은

그 내부에 포집된 스패터의 배출을 위하여 그 하단부에 커버를 장착하여 분리할 수 있는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 스패터 취출장치.
청구항 3에 있어서, 상기 다수개의 전자석은

내부에 공간부를 가지며 원형의 링 형상으로 이루어지는 금속 케이스와;

상기 금속 케이스의 내부에서 상기 전자석 제어유닛의 제어신호에 따라 전자기력을 발생시키는 코일부;

로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 스패터 취출장치.
청구항 3에 있어서, 상기 전자석 제어유닛은

상기 포집통 내에 하향하여 설치되는 다수개의 전자석에 대하여, 전체 전자석의 극성을 N극으로 제어를 시작하여 먼저, 최상부 전자석의 극성을 N극 상태에서, S극으로 자화되어 흡착되는 스패터에 대하여 반발력을 형성하도록 S극으로 제어하여 제1설정시간 동안 유지한 후, 한 사이클 동안 자기력을 '0'으로 제어하고, 이어서 상기 최상부 전자석의 자기력이 '0'으로 제어되는 시점에서, 제2설정시간 간격을 두고, 바로 하부의 전자석의 극성을 N극에서 S극으로 제어하여 상기 제1설정시간 동안 유지한 후, 남은 사이클 시간동안 자기력을 '0'으로 유지하는 타이밍 제어를 하방향으로 배치된 각각의 전자석에 대하여 순차적으로 반복 수행하여 한 사이클 완료 후, 전체 전자석의 극성을 다시 N극으로 제어하는 타이밍 제어로직을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 스패터 취출장치.