KR20080032307A - 레이저 용접장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 용접장치에 관한 것으로서, 특히, 도금강판의 레이저 용접시 발생되는 아연증기에 의한 용접 불량을 방지할 수 있는 레이저 용접장치로, 레이저 소스(200)와; 상기 레이저 소스(200)로부터 전송된 빔을 평행하게 시준하기 위한 시준부(210)와; 상기 시준부(210)로부터 조사된 빔을 반반사시켜 두 개의 빔으로 분리시키는 스플리터(300)와; 상기 스플리터(300)에 소정거리 이격되어 위치하며, 상기 스플리터(300)로부터 반사된 빔의 각도를 조절하여 재반사 시킬 수 있는 반사거울(400)과; 상기 스플리터(300)로부터 투과된 빔의 초점을 맞춰 용접부로 조사하는 제1초점부(500)와; 상기 반사거울(400)로부터 반사된 빔의 초점을 맞춰 용접부로 조사하되, 상기 반사거울(400)의 각도조절에 따라 회동 가능한 제2초점부(600)로 구성되어, 도금강판의 용접부에 키홀을 생성시킴으로써, 도금층에 발생되는 아연증기가 효과적으로 배출되도록 유도하여 레이저 용접시 작업성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
레이저 용접, 키홀, 시준부, 스플리터

Description

레이저 용접장치{Device for laser welding}
도 1은 종래의 레이저 용접의 실시예를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 레이저 용접의 실시예를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 레이저 용접장치의 제1실시예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 레이저 용접장치의 제2실시예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 레이저 용접장치를 도시한 분해사시도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 레이저 용접장치의 가동케이스 작동상태를
도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 도금강판 110 : 키홀
200 : 레이저 소스 210 : 시준부
300 : 스플리터 400 : 반사거울
500 : 제1초점부 600 : 제2초점부
본 발명은 레이저 용접장치에 관한 것으로서, 특히 도금강판의 레이저 용접시 발생되는 아연증기에 의한 용접 불량을 방지할 수 있는 것으로, 도금강판의 용접부에 키홀을 생성시킴으로써, 도금층에 발생되는 아연증기가 효과적으로 배출되도록 유도하여 레이저 용접시 작업성을 향상시킬 수 있는 레이저 용접장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 용접은 고밀도의 레이저빔을 사용하는 용접으로써, 적층된 도금강판의 용접부에 레이저빔을 조사하여 강판을 가열 및 용융시켜 접합하는 용접이다.
도 1은 종래의 레이저 용접의 실시예를 도시한 단면도이다.
종래의 레이저 용접은 도금층이 형성된 도금강판(100)에 레이저빔을 조사하여 상판과 하판을 용융시켜 접합한다.
이때 발생되는 레이저빔은 레이저 발생장치로부터 빔이 전송되어 도금강판(100)의 용접부에 일방향으로 조사된다.
이러한 레이저 용접은 도금강판(100)의 열변형이 적고, 용접품질이 우수하여 널리 사용되고 있다.
그러나 종래에는 레이저 용접시 도금강판 내부의 도금층이 레이저빔에 용융 되면서 발생하는 아연증기가 외부로 배출되지 못하고 도금강판 내부에 위치하게 되어 용접불량이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 도금강판의 레이저 용접시 발생되는 아연증기를 배출시키기 위해 도금강판의 용접부에 키홀을 생성시킴으로써, 도금층에 발생되는 아연증기가 효과적으로 배출되도록 유도하여 레이저 용접시 작업성을 향상시킬 수 있도록 하는 레이저 용접장치를 제공하고자 한다.
이러한 본 발명은 레이저 소스와; 상기 레이저 소스로부터 전송된 빔을 평행하게 시준하기 위한 시준부와; 상기 시준부로부터 조사된 빔을 반반사시켜 두 개의 빔으로 분리시키는 스플리터와; 상기 스플리터에 소정거리 이격되어 위치하며, 상기 스플리터로부터 반사된 빔의 각도를 조절하여 재반사 시킬 수 있는 반사거울과; 상기 스플리터로부터 투과된 빔의 초점을 맞춰 용접부로 조사하는 제1초점부와; 상기 반사거울로부터 반사된 빔의 초점을 맞춰 용접부로 조사하되, 상기 반사거울의 각도조절에 따라 회동 가능한 제2초점부로 구성함으로써 달성된다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 레이저 용접장치에 관한 것으로, 도 2는 본 발명의 레이저 용접의 실시예를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 레이저 용접장 치의 제1실시예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 레이저 용접장치의 제2실시예를 도시한 도면이다.
또한 도 5는 본 발명의 레이저 용접장치를 도시한 분해사시도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 레이저 용접장치의 가동케이스 작동상태를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
<제 1실시예>
본 발명의 레이저 용접장치는 레이저 소스(200)와 시준부(210), 스플리터(300), 반사거울(400), 제1초점부(500) 및 제2초점부(600)로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 소스(200)는 레이저빔(이하 빔) 발생장치로써 광원을 집속하여 빔을 전송하게 된다.
시준부(210)는 오목렌즈(211)와 볼록렌즈(212)를 포함하며, 레이저 소스(200)로부터 전송된 빔을 평행하게 만드는 콜리메이트(collimate) 기능을 수행하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 오목렌즈(211)는 도면상 상단에 위치하여 레이저 소스(200)로부터 전송된 빔을 넓게 분산시키고, 볼록렌즈(212)는 도면상 하단에 위치하여 분산된 빔을 평행하게 모아 스플리터(300)로 조사하게 된다.
스플리터(300)는 시준부(210)로부터 조사된 빔을 반반사시켜 두 개의 빔으로 분리시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반반사된 두 개의 빔 중에서 스플리터(300)를 투 과한 하나의 빔은 도면상 하단에 위치하는 제1초점부(500)로 조사되며, 스플리터(300)로부터 반사된 다른 하나의 빔은 도면상 측면에 위치하는 반사거울(400)로 조사된다.
이때 스플리터(300)는 빔이 분리되는 비율을 조절할 수 있도록 교체 가능하게 구비되는 것이 좋으며, 반사거울(400)과 제1초점부(500)로 향하는 스플리터(300)의 빔 분리비율은 1:9, 2:8, 3:7, 4:6, 5:5로 정하여 반사거울(400) 측의 반사비율이 제1초점부(500) 측보다 높지 않게 조사되는 것이 좋다.
반사거울(400)은 스플리터(300)로부터 소정거리 이격된 일측에 위치하며, 스플리터(300)로부터 반사된 빔은 재반사되어 반사거울(400) 하단에 위치하는 제2초점부(600)로 조사된다.
이때 반사거울(400)은 재반사 시키는 빔의 각도를 조절할 수 있도록 회동 가능하게 구비된다.
제1초점부(500)는 볼록렌즈(510)를 포함하며, 스플리터(300)로부터 투과된 빔을 포커싱하여 용접부로 조사하게 된다.
제2초점부(600)는 볼록렌즈(610)를 포함하며, 반사거울(400)로부터 반사된 빔을 포커싱하여 용접부로 조사하게 된다.
이때 제2초점부(600)는 반사거울(400)의 각도 조절에 따라 회동 가능하게 구비된다.
이하, 본 발명인 레이저 용접장치의 사용예를 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 소스(200)로부터 전송된 빔은 시준부(210)를 지나 스플리터(300)에서 두 개의 빔으로 분리되어 그 중 하나는 반사거울(400)로, 다른 하나는 제1초점부(500)로 조사된다.
이때 반사거울(400)로 조사된 빔은 재반사되어 제2초점부(600)를 거쳐 용접부로 조사되며, 제1초점부(500)로 조사된 빔은 그대로 투과되어 용접부로 조사된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1초점부(500)로부터 조사되는 빔과 제2초점부(600)로부터 조사되는 빔은 서로 다른 입사각을 가지게 됨으로써, 두 개의 빔이 만나게 되는 도금강판(100)의 용접부에는 키홀(110)이 형성된다.
그 결과 두 개의 빔이 조사됨으로써 형성된 키홀(110)은 도금강판(100) 내부에 발생되는 아연증기가 효과적으로 배출될 수 있게 한다.
이때 제1초점부(500)로부터 조사되는 빔은 고정되어 항상 일정한 입사각으로 조사되며, 제2초점부(600)로부터 조사되는 빔은 반사거울(400)의 각도 조절에 따라 다르게 조사된다.
<제 2실시예>
본 발명의 레이저 용접장치는 반사거울(400) 및 제2초점부(600)를 포함하는 가동케이스(800)와, 상기 가동케이스(800) 및 시준부(210), 스플리터(300), 제1초점부(500)를 포함하는 고정케이스(700)로 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가동케이스(800)는 도면상 상단에 반사거울(400) 이 위치하며, 그 하단에는 제2초점부(600)가 위치하게 된다.
가동케이스(800) 내부에 위치하는 반사거울(400) 및 제2초점부(600)는 제1실시예에서 언급한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략한다.
고정케이스(700)의 일측에는 가동케이스(800)가 위치하며, 타측에는 시준부(210)가 위치한다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 도면상 시준부(210) 하단에는 스플리터(300)가 위치하며, 스플리터(300) 하단에는 제2초점부(600)가 위치하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고정케이스(700)는 상부에 장홈 형상의 제1가이드부재(710)가 다수 형성된다.
고정케이스(700) 내부에 위치하는 시준부(210) 및 스플리터(300), 제1초점부(500)는 1실시예에서 언급한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략한다.
가동케이스(800)는 고정케이스(700) 내부에 위치하며, 제1가이드부재(710)에 안내되어 이동 가능하도록 돌기 형상의 제2가이드부재(810)가 다수 구비된다.
고정케이스(700)에는 제1리니어모터(721) 및 제2리니어모터(722)가 추가 구성되어 가동케이스(800)를 선형 구동하게 되며, 이때 제1리니어모터(721) 및 제2리니어모터(722)는 제2가이드부재(810)에 고정됨으로써, 고정케이스(700)에 형성된 제1가이드부재(710)를 따라 이동 가능하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가동케이스(800)와 연결되는 제1리니어모터(721) 및 제2리니어모터(722)는 두 개 이상 마련되어 가동케이스(800)의 선형 구동을 보다 안정적으로 안내하는 것이 좋다.
고정케이스(700)에는 제1스텝모터(410)가 추가 구성되어 반사거울(400)의 회동 구동을 가능하게 하며, 제1스텝모터(410)는 제2가이드부재(810)에 고정된다.
또한 고정케이스(700)에는 제2스텝모터(620)가 추가 구성되어 제2초점부(600)를 회동 구동하게 되며, 제2스텝모터(620)는 제2초점부(600)에 구비된 제2가이드부재(810)로부터 고정 연결된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1리니어모터(721)가 제2리니어모터(722)보다 선형 이동거리가 길게 형성되며, 이에 따라 제2가이드부재(810)가 안내되는 제1가이드부재(710)의 길이도 비례적으로 설정하는 것이 좋다.
제1초점부(500) 및 제2초점부(600)로부터 빔이 조사되는 고정케이스(700) 일측에는 글라스패널(730)이 구비되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명인 레이저 용접장치의 사용예를 설명하면 다음과 같다.
고정케이스(700) 내부에 위치한 가동케이스(800)는 제1리니어모터(721) 및 제2리니어모터(722)의 선형 구동에 따라 제1가이드부재(710)에 안내되어 이동 가능하게 되며, 가동케이스(800) 내부에 위치한 반사거울(400) 및 제2초점부(600)는 각각 제1스텝모터(410) 및 제2스텝모터(620)에 연결되어 회동함으로써, 각도조절이 이루어진다.
하지만 도 5에 도시된 바와 같이, 가동케이스(800)에 고정된 제1리니어모터 및 제2리니어모터(721,722)가 선형 구동될 때에는 가동케이스(800) 내부에 위치한 반사거울(400) 및 제2초점부(600)가 가동케이스(800)와 일체로 제1가이드부재(710) 를 따라 선형으로 움직이게 된다.
제1초점부(500)와 제2초점부(600)로부터 조사되는 빔 사이의 입사각(a)은 1°단위로 조절하되, 10°~30°까지로 제한하는 것이 좋다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 고정케이스(700) 내부에 위치하는 가동케이스(800)의 위치를 조절함에 따라 제1초점부(500) 및 제2초점부(600)로부터 조사되는 빔 사이의 입사각(a)을 변화시킬 수 있다.
또한 도금강판(100)의 용접부에 조사되는 두 빔 사이의 하단부 거리(d)는 0.1mm씩 조절하여 0.1mm ~ 2.0mm로 일정하게 유지하는 것이 좋다.
도 2에 도시된 바와 같이, 입사각(a) 변화에 따라 두 빔 사이의 하단부 거리(d) 또한 조절 가능하게 되어 도금강판(100)의 용접부에 형성되는 키홀(110)의 크기를 확장시킴으로써, 아연증기의 배출을 유도하여 용접시 생길 수 있는 불량을 줄일 수 있게 된다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 도금강판(100)에 레이저 용접시 발생할 수 있는 스패터(spatter) 현상을 방지를 위해 글라스패널(730)을 구비함으로써 제1초점부(500) 및 제2초점부(600) 내부에 이물질이 들어가는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 레이저 용접장치는 스플리터를 통해 분리된 두 빔 사이의 거리(d) 및 입사각(a)을 조절하여 도금강판의 용접부에 조사함으로써, 키홀을 형성시켜 효율적인 용접작업을 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명은 도금강판의 레이저 용접시 발생되는 아연증기를 배출시키기 위해 레이저 소스로부터 전송되는 빔을 두 개로 분리시켜 도금강판의 용접부에 조사되는 빔의 입사각을 서로 다르게 하여 키홀을 생성시킴으로써, 도금층에 발생되는 아연증기가 효과적으로 배출되도록 유도하여 레이저 용접시 작업성을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (6)

  1. 레이저 소스와;
    상기 레이저 소스로부터 전송된 빔을 평행하게 시준하기 위한 시준부와;
    상기 시준부로부터 조사된 빔을 반반사시켜 두 개의 빔으로 분리시키는 스플리터와;
    상기 스플리터에 소정거리 이격되어 위치하며, 상기 스플리터로부터 반사된 빔의 각도를 조절하여 재반사 시킬 수 있는 반사거울과;
    상기 스플리터로부터 투과된 빔의 초점을 맞춰 용접부로 조사하는 제1초점부와;
    상기 반사거울로부터 반사된 빔의 초점을 맞춰 용접부로 조사하되, 상기 반사거울의 각도조절에 따라 회동 가능한 제2초점부로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  2. 제1가이드부재가 형성된 고정케이스와;
    상기 고정케이스 내부에 위치하며, 레이저 소스로부터 전송된 빔을 평행하게 시준하기 위한 시준부와;
    상기 고정케이스 내부에 위치하되, 상기 시준부로부터 조사된 빔을 반반사시켜 두 개의 빔으로 분리시키는 스플리터와;
    상기 고정케이스 내부에 위치하며, 상기 스플리터로부터 투과된 빔의 초점을 맞춰 용접부로 조사하는 제1초점부와;
    상기 고정케이스의 내부에 위치하며, 상기 제1가이드부재에 안내되어 회동 가능한 제2가이드부재가 구비된 가동케이스와;
    상기 가동케이스 내부에 위치하며, 상기 스플리터로부터 반사된 빔의 각도를 조절하여 재반사 시킬 수 있는 반사거울과;
    상기 가동케이스 내부에 위치하며, 상기 반사거울로부터 반사된 빔의 초점을 맞춰 용접부로 조사하되, 상기 반사거울의 각도조절에 따라 회동 가능한 제2초점부로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 고정케이스에는 상기 가동케이스를 선형구동하기 위한 리니어모터가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 반사거울에는 회동 구동을 위한 제1스텝모터가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제2초점부에는 회동 구동을 위한 제2스텝모터가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 가동케이스 내부에 위치한 상기 제2초점부로부터 빔이 조사되는 상기 고정케이스의 일측에는 글라스패널이 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
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