KR20090099278A - 전자빔 용접기용 지그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자빔 용접기용 지그장치는, 하부 지그에 안착된 피용접물을 상부에서 상기 피용접물의 열변형 방향과 반대되는 방향으로 가압하기 위한 것으로서, Ⅰ)전자빔 용접실의 상부에 구성되는 지그 본체와, Ⅱ)상기 지그 본체에 연결되게 구성되어 상기 피용접물의 용접 부위를 따라 상기 피용접물을 일정 구간 개별적으로 가압하는 복수의 가압유닛을 포함하며, 상기 각 가압유닛은 ⅰ)상기 지그 본체에 연결되게 설치되는 제1 가압블록과, ⅱ)상기 피용접물의 열변형 및 가공 치수 변화에 따라 상하 방향으로 위상이 가변 가능하도록 상기 제1 가압블록에 연결되게 설치되는 제2 가압블록과, ⅲ)상기 제1 가압블록과 제2 가압블록 사이에 구성되어 상기 제2 가압블록의 위상 변위를 소정의 전압값으로 변환하는 전압 변환부와, ⅳ)상기 제1 가압블록과 제2 가압블록에 연결되게 구성되어 상기 전압값에 따라 상기 피용접물에 대한 상기 제2 가압블록의 가압력을 가변시키기 위한 가변압 발생부를 포함한다.

전자빔, 용접, 열변형, 가공 치수, 가압력, 가변, LVDT, 실린더, 자기유변 유체, 스프링,

Description

전자빔 용접기용 지그장치 {JIG DEVICE FOR ELECTRON BEAM WELDER}

본 발명의 예시적인 실시예는 전자빔 용접기용 지그장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유성 캐리어와 같은 피용접물의 전자빔 용접시 그 피용접물을 상부에서 가압하는 상부 지그에 관한 것이다.

일반적으로, 자동 변속기에 구성되는 유성 기어 셋트의 유성 캐리어는 자동 변속기 조립 라인에서 전자빔 용접기에 의한 전자빔 용접으로서 조립되고 있다.

전자빔 용접법은 정밀도가 요구되는 금속을 용접할 때에는 널리 사용되고 있는데, 이는 고진공(高眞空) 중에서 음극으로부터 방출된 전자(電子)를 고전압(高電壓)으로 가속, 피용접물(被鎔接物)에 충돌시켜 그 에너지로 용접하는 방법이다.

이러한 전자빔 용접법은 고진공 중에서 이루어지기 때문에 대기에 반응하기 쉬운 금속도 용접이 용이하며, 또 전자빔을 렌즈로 가늘게 좁혀 에너지를 집속(集束)시킬 수 있으므로 지르코늄·텅스텐·몰리브덴 등 고융점금속(高融點金屬)의 용접도 가능하다.

또한, 전자빔 용접법은 다른 용접법에 비하여 용접입열(鎔接入熱)이 작기 때문에 용접이 어긋나는 등 변형되는 경우가 극히 적으며, 용접부의 폭이 좁기 때문 에 정밀용접이 가능한 점, 용해용접을 깊게 할 수 있기 때문에 두꺼운 판의 고속용접도 가능하다는 등이 장점이 있다.

상기에서와 같은 전자빔 용접법을 이용하여 유성 캐리어와 같은 피용접물을 용접하기 위해, 전자빔 용접기는 유성 캐리어의 구조적인 특성상 그 피용접물의 중심 부위를 기준으로 원주 방향을 따라 전자빔의 조사와 단속을 반복하는 단속 용접 방식으로서 피용접물을 용접하게 된다.

이렇게 전자빔 용접기를 사용하여 피용접물을 용접하는 경우, 용접 부위의 단속 부분에서 가장 심한 열팽창 차이를 보이며, 전자빔 용접의 특성상 국부적인 열발생 현상이 고속으로 진행되므로, 피용접물의 용접 부위에서는 열팽창과 수축의 차이에 의한 열변형, 및 피용접물의 가공 치수 변화 등의 용접 변형이 일어나게 된다.

이를 방지하기 위해 전자빔 용접실에서는 하부 지그에 안착된 피용접물을 상부 지그를 통해 상부에서 가압한 상태로 용접이 작업이 이루어진다.

즉, 상부 지그는 전자빔 용접시, 상기에서와 같은 피용접물의 용접 변형을 방지하기 위해 피용접물의 열변형 방향과 반대되는 방향으로 그 피용접물을 가압하게 된다.

종래 기술에 따른 전자빔 용접용 상부 지그는 일 예로서, 전자빔 용접실의 상부에 설치되는 몸체부와, 그 몸체부에 회전 가능하게 장착되면서 피용접물의 상부를 가압하는 원통 형상의 가압부를 구비하여 이루어진다.

이 경우 상기 몸체부와 가압부 사이에는 그 가압부를 통해 일정한 가압력으 로서 피용접물의 상부를 가압할 수 있도록 하는 고강성의 탄성 스프링을 설치하고 있다.

따라서 종래 기술에 따른 전자빔 용접용 상부 지그는 하부 지그에 안착된 피용접물을 상부에서 가압하게 되는 바, 고강성 압축 스프링의 탄성력으로서 가압부를 통해 피용접물을 열변형 방향과 반대되는 방향으로 가압하게 된다.

그런데, 종래 기술의 일 예에 따른 전자빔 용접용 상부 지그는 고강성의 압축 스프링을 통하여 가압부에 의한 피용접물의 일정한 가압은 유지되나, 단속적인 용접 부위에서의 열변형 정도 및 소재의 가공 치수 변화에 따른 용접 변형률이 서로 상이하므로, 피용접물의 소재 중심에 대한 직각도의 일정 수준을 확보하지 못하게 된다는 문제점을 내포하고 있다.

상기에서와 같이 피용접물의 용접 변형에 따른 유성 캐리어의 직각도 불량은 유성 기어 셋트의 조립 불량 또는 변속기 소음을 발생시키는 요인으로서 작용하게 된다.

이에 종래 기술에서는 피가공물의 용접후 그 피가공물의 조립면에 대하여 평면 밀링 가공 등의 추가 가공을 실시함으로써 피가공물의 직각도를 확보하고 있다.

따라서 종래 기술에서는 피가공물의 직각도 확보를 위한 밀링 가공 등의 추가 가공을 필요로 하므로, 밀링 가공 장치 등과 같은 설비의 투자비, 인적/물적 자원, 및 자동 변속기의 제작 원가가 상승하게 되는 결과를 초래한다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 피용접물의 전자빔 용접시 용접 부위에서의 열변형 및 가공 치수 변화에 따라 피용접물에 대해 차등적인 가변압으로서 개별 가압할 수 있는 전자빔 용접기용 지그장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자빔 용접기용 지그장치는, 하부 지그에 안착된 피용접물을 상부에서 상기 피용접물의 열변형 방향과 반대되는 방향으로 가압하기 위한 것으로서, Ⅰ)전자빔 용접실의 상부에 구성되는 지그 본체와, Ⅱ)상기 지그 본체에 연결되게 구성되어 상기 피용접물의 용접 부위를 따라 상기 피용접물을 일정 구간 개별적으로 가압하는 복수의 가압유닛을 포함하며, 상기 각 가압유닛은 ⅰ)상기 지그 본체에 연결되게 설치되는 제1 가압블록과, ⅱ)상기 피용접물의 열변형 및 가공 치수 변화에 따라 상하 방향으로 위상이 가변 가능하도록 상기 제1 가압블록에 연결되게 설치되는 제2 가압블록과, ⅲ)상기 제1 가압블록과 제2 가압블록 사이에 구성되어 상기 제2 가압블록의 위상 변위를 소정의 전압값으로 변환하는 전압 변환부와, ⅳ)상기 제1 가압블록과 제2 가압블록에 연결되게 구성되어 상기 전압값에 따라 상기 피용접물에 대한 상기 제2 가압블록의 가압력을 가변시키기 위한 가변압 발생부를 포함한다.

상기 전자빔 용접기용 지그장치에 있어서, 상기 전압 변환부는 엘브이디 티(LVDT: Linear Variable Differential Transformer)인 것이 바람직하다.

상기 전자빔 용접기용 지그장치에 있어서, 상기 가변압 발생부는 자기유변(ER: Electro-Rheological) 유체가 봉입된 스프링 실린더인 것이 바람직하다.

상기 전자빔 용접기용 지그장치는, 상기 전압 변환부에서 출력되는 아나로그 전압값을 증폭하여 디지털 전압값으로 변환하는 증폭기와, 상기 디지털 전압값을 제공받아 기설정된 기준값 범위와 비교하여 상기 피용접물의 용접 불량 여부를 판단하고, 상기 피용접물의 용접 상태가 양호한 경우 상기 디지털 전압값을 상기 가변압 발생부로 출력하는 제어기를 포함할 수 있다.

상기 전자빔 용접기용 지그장치에 있어서, 상기 가변압 발생부는 상기 제1 가압블록에 연결되게 설치되며, 내부에 자기유변 유체가 충진된 실린더부재와, 상기 실린더부재의 양측 내벽면에 서로 대응하여 이격되게 배치되는 복수의 극판과, 상기 실린더부재의 내부에 배치되는 스프링과, 상기 스프링에 탄성 지지되게 배치되고, 상기 제2 가압블록에 연결되게 설치되는 푸시 로드를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 전자빔 용접기용 지그장치에 있어서, 상기 가압유닛은 상기 제1 및 제2 가압블록을 감싸면서 상기 제2 가압블록의 이동을 가이드하는 가이더를 더욱 포함할 수 있다.

상기 전자빔 용접기용 지그장치에 있어서, 상기 피용접물이 유성 캐리어인 경우, 상기 가압유닛은 원주 방향을 따라 상호 이격되게 구성될 수 있다.

또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자빔 용접 기용 지그장치의 구동 방법은, ⅰ)하부 지그에 안착된 피용접물을 가압유닛들의 제1 및 제2 가압블록을 통해 상부에서 가압하며, ⅱ)상기 피용접물에 대한 전자빔 용접시, 전압 변환부를 통하여 상기 제2 가압블록의 위상 변위를 아나로그 전압값으로 변환하고, 그 아나로그 전압값을 증폭기로 출력하며, ⅲ)상기 증폭기에서 상기 아나로그 전압값을 디지털 전압값으로 증폭하고, 그 디지털 전압값을 제어기로 출력하며, ⅳ)상기 제어기에서 상기 디지털 전압값과 기설정된 기준값을 비교하여 용접 부위의 불량 여부를 판단하며, ⅴ)상기 용접 부위가 불량으로 판단되는 경우 상기 피용접물을 배출하고, 상기 용접 부위가 양호한 경우 상기 디지털 전압값을 가변압 발생부로 인가하며, ⅵ)상기 가변압 발생부에서 상기 디지털 전압값에 따라 상기 각 가압유닛에 대한 가압력을 가변하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자빔 용접기용 지그장치의 구동 방법에 있어서, 상기 전압 변환부는 엘브이디티(LVDT)일 수 있다.

상기 전자빔 용접기용 지그장치의 구동 방법에 있어서, 상기 가변압 발생부에서는 극판을 통해 상기 디저털 전압값을 자기유변 유체로 인가하여 탄성 스프링의 탄성력을 가변할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자빔 용접기용 지그장치에 의하면, 피용접물의 열변형 및 가공 치수의 변화 정도를 전압 변환부를 통해 실시간 확인하고, 그 피용접물의 열변형 및 가공 치수의 변화 정도에 따라 가변압 발생부를 통하여 가압유닛들의 가압력을 가변시킬 수 있으므로, 피용접물의 용 접 변형에 따른 조립면의 변형을 방지하고, 그 조립면의 일정한 직각도를 확보할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 피용접물의 직각도 확보를 위해 밀링 가공을 실시하는 종래 기술과 달리, 이와 같은 별도의 추가 가공을 필요로 하지 않으므로, 밀링 가공 장치 등과 같은 설비의 투자비, 인적/물적 자원, 및 자동 변속기의 제작 원가를 절감할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자빔 용접기용 지그장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가압유닛 부위를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 전자빔 용접기용 지그장치(100)는 자동 변속기에 구성되는 유성 기어 셋트의 유성 캐리어(이하에서는 편의상 " 피용접물(1: 被鎔接物)" 이라고 한다)를 전자빔 용접기를 통한 전자빔 용접으로서 조립하는 자동 변속기 조립 라인에 적용된다.

여기서, 전자빔 용접이라 함은 고진공(高眞空) 중에서 음극으로부터 방출되는 전자(電子)를 고전압으로 가속하여 피용접물(1)에 충돌시켜 그 에너지로 용접하 는 방식을 의미한다.

이 경우 상기 전자빔 용접기는 피용접물(1)의 구조적인 특성상 피용접물(1)의 중심 부위를 기준으로 원주 방향을 따라 전자빔의 조사 및 단속을 반복하는 단속 용접 방식으로서 그 피용접물(1)을 용접하게 된다.

본 실시예에 의한 상기 전자빔 용접기용 지그장치(100)는 당 업계에서 통상적으로 "상부 지그" 라고 칭하는데, 하부 지그(미도시)에 안착된 피용접물(1)을 상부에서 그 피용접물(1)의 열변형 방향과 반대되는 방향으로 가압하여 전자빔 용접시 피용접물(1)의 용접 변형을 방지하기 위한 것이다.

이러한 전자빔 용접기용 지그장치(100)는 피용접물(1)의 전자빔 용접시 용접 부위의 열변형 및 가공 치수 변화를 감안하여 그 피용접물(1)에 대해 차등적인 가변압으로서 개별 가압할 수 있는 구조로서 이루어진다.

이를 위해 상기 전자빔 용접기용 지그장치(100)는 기본적으로, 지그 본체(10)와, 그 지그 본체(10)에 구성되는 복수의 가압유닛들(50)을 포함하여 구성된다.

상기 지그 본체(10)는 베이스 플레이트(11)를 통해 전자빔 용접실의 상부에 구성되는 바, 전자빔을 통과시키는 통로 및 가압유닛들(50)을 지지하는 기능을 하게 된다.

본 실시예에서, 상기 가압유닛들(50)은 피용접물(1)의 용접 부위를 따라 그 피용접물(1)을 일정 구간 개별적으로 가압할 수 있는 구조로서 이루어진다.

즉, 상기 가압유닛들(50)은 피용접물(1)이 유성 캐리어인 경우, 전자빔 용접 기가 피용접물(1)의 중심 부위를 기준으로 원주 방향을 따라 전자빔의 조사 및 단속을 반복하는 단속 용접 방식으로서 피용접물(1)을 용접하게 되는 점을 감안할 때, 그 피용접물(1)의 용접 부위에 대응하여 원주 방향을 따라 상호 이격되게 구성된다.

이 경우 상기 가압유닛들(50)은 피용접물(1)의 상부를 가압한 상태로, 피용접물(1)이 회전하면서 전자빔 용접기를 통하여 조사되는 전자빔에 의해 그 피용접물(1)이 용접되는 과정에서, 피용접물(1)과 함께 회전할 수 있도록 베어링(미도시)을 통하여 지그 몸체(10)에 회전 가능하게 구성된다.

구체적으로, 상기 각 가압유닛(50)은 피용접물(1)의 원주 방향을 따른 단속적인 용접 부위에 대응하여 라운드면을 지닌 블록 형태로서 이루어진다.

이러한 가압유닛(50)은 피용접물(1)을 실질적으로 가압하는 제1 가압블록(51) 및 제2 가압블록(52)을 구비한다.

상기 제1 가압블록(51)은 상단 부분이 지그 본체(10)에 연결되게 설치되며, 제2 가압블록(52)은 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수 변화에 따라 상하 방향으로 위상이 가변 가능하도록 제1 가압블록(51)에 연결되게 설치된다.

이 경우 상기 각 가압유닛(50)은 제1 가압블록(51) 및 제2 가압블록(52)을 감싸면서 제2 가압블록(52)의 위상 변화에 따른 이동을 가이드 하기 위한 가이더(53)를 더욱 포함하고 있다.

그리고 본 실시예에서, 상기 제1 가압블록(51)과 제2 가압블록(52) 사이에는 전압 변환부(60) 및 가변압 발생부(70)가 구비된다.

상기 전압 변환부(60)는 피용접물(1)의 전자빔 용접시 그 피용접물(1)의 열변형, 및 피용접물(1)의 가공 치수 변화에 따른 제2 가압블록(52)의 위상 변화를 아나로그 전압값으로 변환하기 위한 것으로서, 제1 가압블록(51) 및 제2 가압블록(52) 사이에서 제2 가압블록(52)에 고정되게 설치된다.

이러한 전압 변환부(60)는 당 업계에서 널리 사용되는 엘브이디티(LVDT: Linear Variable Differential Transformer)로서 이루어진다.

여기서, 상기 엘브이디티(LVDT)는 1차 코일, 2차 코일 및 가변 철심으로 구성되고, 선형의 길이 변화를 측정하는 전기적 변환기로서 구비되며, 제2 가압블록(52)의 위상 변화를 아나로그 전압값으로 출력하는 기능을 하게 된다.

즉, 상기 엘브이디티(LVDT)는 1차 코일에 일정한 교류 전압을 인가한 상태에서, 가변 철심이 제2 가압블록(52)의 위상 변화에 따라 직선 이동하게 되면, 전자기 유도 원리에 의해 2차 코일에서 가변 철심의 직선 이동량에 비례하는 아나로그 전압차가 발생하는 구조로서 이루어진다.

이 경우 전압 변환부(60)는 상기한 아나로그 전압값을 증폭기(80)로 출력하는데, 상기 증폭기(80)는 아나로그 전압값을 증폭하여 디지털 전압값으로 변환하고, 그 디지털 전압값을 제어기(90)로 출력하는 기능을 하게 된다.

상기에서, 제어기(90)는 본 장치(100)의 전반적인 구동을 제어하는 컨트롤러로서, 증폭기(80)로부터 디지털 전압값을 제공받아 그 전압값을 기설정된 기준값 범위와 비교하여 피용접물(1)의 용접 불량 여부를 판단하고, 피용접물(1)의 용접 상태가 양호한 경우 디지털 전압값을 가변압 발생부(70)로 출력하는 기능을 하게 된다.

본 실시예에서, 상기 가변압 발생부(70)는 제어기(90)로부터 제공받은 디지털 전압값에 따라 피용접물(1)에 대한 제2 가압블록(52)의 가압력을 가변시키기 위한 것이다.

이러한 가변압 발생부(70)는 각 가압유닛(50)의 제1 가압블록(51)과 제2 가압블록(52)에 연결되게 구성되는 바, 자기유변(ER: Electro-Rheological) 유체가 봉입된 스프링 실린더 구조로서 이루어진다.

즉, 상기 가변압 발생부(70)는 상술한 바와 같이 제어기(90)를 통해 제공되는 전압값에 따라 자기유변 유체로서 스프링의 탄성력을 가변시켜 피용접물(1)에 대한 제2 가압블록(52)의 가압력을 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수 변화에 따라 개별적으로 제어하기 위한 것이다.

더욱 구체적으로, 상기 가변압 발생부(70)는 도 3에서와 같이 내부 공간에 자기유변 유체(71)가 충진된 실린더부재(73)와, 실린더부재(73)의 양측 내벽면에 서로 대응하여 연속적으로 배치되는 복수의 극판(75)과, 실린더부재(73)의 내부에 배치되는 스프링(77)과, 스프링(77)에 탄성 지지되게 배치되는 푸시 로드(79)를 포함하여 이루어진다.

상기 자기유변 유체(71)는 실린더부재(73)의 내부 공간에 충만되는데, 당 업계의 기계 공학 분야에서 널리 사용되는 통상적인 자기유변 유체로서 이루어진다.

이러한 자기유변 유체(71)는 일반적으로 절연성의 유체에 분극성이 강한 미립자가 분산된 현탁액으로서, 외부에서 강한 자기장이 인가되면 그 유변학적 역학 적 특성이 변하는 유체를 총칭한다.

즉, 자기유변 유체(71)는 비전도성 용매에 강한 전도성 입자를 분산시킨 콜로이드 용액으로 자기장 무부하 시에는 분산된 입자가 자유로운 운동을 하는 뉴토니안 유체와 같은 거동을 나타내지만, 자기장 부하 시에는 항복 응력을 갖는 빙행 거동을 함으로써 고형화될 수 있는 성질을 지닌다.

다시 말하면, 상기 자기유변 유체(71)는 자기장 부하시 분극이 발생된 입자들이 서로 연결되어 전극을 향하여 고리 모양의 체인 구조를 형성하게 되는 바, 이와 같이 자기장 방향으로 형성되는 체인 구조는 입자들의 결합력에 의하여 외부에서 가해지는 전단력에 대해 저항을 갖게 되어 유체의 유동을 제한할 수 있게 된다.

상기에서 실린더부재(73)는 제1 가압블록(51)에 연결되게 설치되는 바, 사각형 또는 원형의 단면을 지니면서 길이 방향으로 길게 형성되는 케이스 형태로 이루어지며, 상단에는 푸시 로드(79)의 왕복 운동을 지지하는 구멍(73a)이 형성되어 있다.

상기 복수의 극판(75)은 실린더부재(73)의 내부에 배치되며, 그 실린더부재(73)의 양측 내벽면에 대해 바닥면으로부터 상측을 향하여 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 연속적으로 배치된다.

즉, 서로 마주하는 임의의 한 쌍의 극판(75)에 있어, 일측의 극판(75)은 (+) 전극판을 의미하며, 이에 대응하는 다른 일측의 극판(75)은 (-) 전극판을 의미한다.

상기 스프링(77)은 제2 가압블록(52)이 피용접물(1)을 가압할 때 압축되면서 이 때의 탄성 복원력을 피용접물(1)로 전달하는 가압력 발생원으로, 제2 가압블록(52)의 가압 및 가압 해제에 따라 압축과 이완을 반복하는 코일 스프링으로서 이루어진다.

이러한 스프링(77)은 실린더부재(73)의 내부에서 상기 복수의 극판(75)에 의한 유도 전류를 형성하지 않도록 절연 물질의 코팅층(미도시)이 외표면에 형성되고 있음은 자명한 사실이다.

그리고 상기 푸시 로드(79)는 제2 가압블록(52)에 연결되게 설치되는 바, 실린더부재(73)의 내부에 배치되어 그 실린더부재(73)의 구멍(73a)을 통해 외부로 인출되며, 그 인출된 부분이 제2 가압블록(52)에 고정된다.

여기서, 상기 푸시 로드(79)는 제2 가압블록(52)이 피용접물(1)을 가압할 때 스프링(77)을 압축하기 위한 것으로서, 그 스프링(77)의 탄성 복원력을 피용접물(1)로 전달하는 기능을 하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자빔 용접기용 지그장치(100)의 구동 방법을 도 4의 플로우-차트를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 자동 변속기 조립 라인에서 유성 캐리어와 같은 피용접물(1)은 전자빔 용접실 내부로 투입되고, 그 전자빔 용접실 내부에서 하부 지그(미도시) 상에 안착된다.

이어서, 하부 지그(미도시)를 상승시켜 본 장치(100)를 통해 피용접물(1)을 상부에서 가압한다(S10 단계).

여기서, 본 장치(100)의 가압유닛들(50)을 통해 피용접물(1)의 상부를 가압하게 되는데, 그 가압유닛들(50)의 제2 가압블록(52)은 가변압 발생부(70)의 스프링(77)을 통해 일정한 가압력으로 피용접물(1)의 상부를 가압한다.

이 경우 상기 가압유닛들(50)은 피용접물(1)의 용접 부위를 따라서 그 피용접물(1)을 일정 구간 개별적으로 가압한다.

다음으로, 피용접물(1)은 회전하게 되고, 동시에 전자빔 용접기는 피용접물(1)의 중심 부위를 기준으로 원주 방향을 따라 전자빔의 조사 및 단속을 반복하는 단속 용접 방식으로서 그 피용접물(1)의 용접 부위를 용접하게 된다.

이 과정에서, 피용접물(1)의 용접 부위에서는 고속 및 국부적인 열 발생으로 열변형이 일어나거나 가공 치수가 변하게 되는 바, 이에 대응하여 가압유닛들(50)의 제2 가압블록(52)은 상기한 스프링(77)에 탄성 지지된 상태로 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수 변화에 따라 상하 방향으로 그 위상이 가변된다.

이에, 상기 가압유닛들(50)의 각 전압 변화부(60)는 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수 변화에 따른 제2 가압블록(52)의 위상 변화를 아나로그 전압값으로 변환하고, 그 아나로그 전환값을 증폭기(80)로 출력한다(S20 단계).

즉, 상기 전압 변환부(60)는 1차 코일에 일정한 교류 전압을 인가한 상태에서, 가변 철심이 제2 가압블록(52)의 위상 변화에 따라 직선 이동하게 되면, 전자기 유도 원리에 의해 2차 코일에서 가변 철심의 직선 이동량에 비례하는 아나로그 전압차가 발생하는데, 그 전압차에 상응하는 아나로그 전압값을 증폭기(80)로 출력한다.

다음, 상기 증폭기(80)에서는 전압 변환부(60)로부터 수신한 아나로그 전압값을 디지털 전압값으로 증폭하고, 그 디지털 전압값을 제어기(90)로 출력한다(S30 단계).

이어서, 상기 제어기(90)에서는 디지털 전압값과 기설정된 기준값을 비교하여 용접 부위의 불량 여부를 판단한다(S40 단계).

다음, 상기 제어기(90)를 통해 피용접물(1)의 용접 부위가 불량으로 판단되는 경우, 즉 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수 변화에 따른 제2 가압블록(52)의 위상 변화가 기설정된 기준값에 상응하는 위상 변화값 보다 큰 경우에는 상기 피용접물(1)을 불량 슈트로 배출한다(S50A 단계).

반대로 상기 제어기(90)를 통해 피용접물(1)의 용접 부위가 양호하다고 판단되는 경우, 즉 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수 변화에 따른 제2 가압블록(52)의 위상 변화가 기설정된 기준값에 상응하는 위상 변화값 범위를 만족하는 경우에는 상기한 디지털 전압값을 가압유닛들(50)의 가변압 발생부(70)로 인가한다(S50B 단계).

이에 따라, 상기 디지털 전압값은 가변압 발생부(70)의 극판들(75)을 통해 자기유변 유체(71)로 인가되는 바, 이들 극판(75) 사이에 자기장이 형성되고 그 자기장 영역에 해당하는 자기유변 유체(71)는 언급한 바 있는 유변학적 특성에 의해서 고형화 된다.

따라서, 상기에서와 같이 자기유변 유체(71)가 고형화되면서 스프링(77)의 지지 반력 위치가 변화함에 따라 그 스프링(77)의 탄성력은 가변된다.

즉, 가변압 발생부(70)에서는 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수의 변화 정도에 따라 이에 상응하는 디지털 전압값을 제어기(90)를 통해 인가받아 스프링(77)의 지지 반력 위치를 변화시킴으로써 가압유닛들(50)의 제2 가압블록(52)에 대한 피용접물(1)의 가압력을 가변적으로 변화시킨다(S60 단계).

이로써, 가압유닛들(50)의 제2 가압블록(52)은 피용접물(1)의 열변형, 피용접물(1)의 가공 치수 변화에 대응하여 피용접물(1)에 대해 차등적인 가변압으로서 개별 가압하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에서는 전자빔 용접시, 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수의 변화 정도를 전압 변환부(60)를 통해 실시간 확인하고, 그 피용접물(1)의 열변형 및 가공 치수의 변화 정도에 따라 가변압 발생부(70)를 통하여 가압유닛들(50)의 가압력을 가변시킬 수 있으므로, 피용접물(1)의 용접 변형에 따른 조립면의 변형을 방지하고, 그 조립면의 직각도(품질)를 확보할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 실시예에서는 피용접물(1)의 직각도 확보를 위해 밀링 가공을 실시하는 종래 기술과 달리, 이와 같은 별도의 추가 가공을 필요로 하지 않으므로 밀링 가공 장치 등과 같은 설비의 투자비, 인적/물적 자원, 및 자동 변속기의 제작 원가를 절감할 수 있게 되는 것이다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범 위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자빔 용접기용 지그장치를 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 가압유닛 부위를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 가변압 발생부의 구성을 도시한 확대 단면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자빔 용접기용 지그장치의 구동 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

Claims (9)

1. 하부 지그에 안착된 피용접물을 상부에서 상기 피용접물의 열변형 방향과 반대되는 방향으로 가압하기 위한 전자빔 용접기용 지그장치에 있어서,

   전자빔 용접실의 상부에 구성되는 지그 본체; 및

   상기 지그 본체에 연결되게 구성되어 상기 피용접물의 용접 부위를 따라 상기 피용접물을 일정 구간 개별적으로 가압하는 복수의 가압유닛을 포함하며,

   상기 각 가압유닛은:

   상기 지그 본체에 연결되게 설치되는 제1 가압블록;

   상기 피용접물의 열변형 및 가공 치수 변화에 따라 상하 방향으로 위상이 가변 가능하도록 상기 제1 가압블록에 연결되게 설치되는 제2 가압블록;

   상기 제1 가압블록과 제2 가압블록 사이에 구성되어 상기 제2 가압블록의 위상 변위를 소정의 전압값으로 변환하는 전압 변환부; 및

   상기 제1 가압블록과 제2 가압블록에 연결되게 구성되어 상기 전압값에 따라 상기 피용접물에 대한 상기 제2 가압블록의 가압력을 가변시키기 위한 가변압 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 전압 변환부가 엘브이디티(LVDT: Linear Variable Differential Transformer)인 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 가변압 발생부는 자기유변(ER: Electro-Rheological) 유체가 봉입된 스프링 실린더인 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 전압 변환부에서 출력되는 아나로그 전압값을 증폭하여 디지털 전압값으로 변환하는 증폭기와,

   상기 디지털 전압값을 제공받아 기설정된 기준값 범위와 비교하여 상기 피용접물의 용접 불량 여부를 판단하고, 상기 피용접물의 용접 상태가 양호한 경우 상기 디지털 전압값을 상기 가변압 발생부로 출력하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 가변압 발생부는,

   상기 제1 가압블록에 연결되게 설치되며, 내부에 자기유변 유체가 충진된 실린더부재와,

   상기 실린더부재의 양측 내벽면에 서로 대응하여 이격되게 배치되는 복수의 극판과,

   상기 실린더부재의 내부에 배치되는 스프링과,

   상기 스프링에 탄성 지지되게 배치되고, 상기 제2 가압블록에 연결되게 설치되는 푸시 로드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 가압유닛은,

   상기 제1 및 제2 가압블록을 감싸면서 상기 제2 가압블록의 이동을 가이드하는 가이더를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 피용접물이 유성 캐리어인 경우, 상기 가압유닛은 원주 방향을 따라 상호 이격되게 구성되는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치.
8. 청구항 1에서 제공되는 전자빔 용접기용 지그장치의 구동 방법에 관한 것으로서,

   하부 지그에 안착된 피용접물을 가압유닛들의 제1 및 제2 가압블록을 통해 상부에서 가압하며;

   상기 피용접물에 대한 전자빔 용접시, 전압 변환부를 통하여 상기 제2 가압블록의 위상 변위를 아나로그 전압값으로 변환하고, 그 아나로그 전압값을 증폭기로 출력하며;

   상기 증폭기에서 상기 아나로그 전압값을 디지털 전압값으로 증폭하고, 그 디지털 전압값을 제어기로 출력하며;

   상기 제어기에서 상기 디지털 전압값과 기설정된 기준값을 비교하여 용접 부위의 불량 여부를 판단하며;

   상기 용접 부위가 불량으로 판단되는 경우 상기 피용접물을 배출하고, 상기 용접 부위가 양호한 경우 상기 디지털 전압값을 가변압 발생부로 인가하며;

   상기 가변압 발생부에서 상기 디지털 전압값에 따라 상기 각 가압유닛에 대한 가압력을 가변하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치의 구동 방법.
9. 제8 항에 있어서,

   상기 전압 변환부는 엘브이디티(LVDT)이고, 상기 가변압 발생부에서는 극판을 통해 상기 디저털 전압값을 자기유변 유체로 인가하여 탄성 스프링의 탄성력을 가변하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기용 지그장치의 구동 방법.

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