KR20110035700A

KR20110035700A - 도금강판의 레이저 용접용 지그장치

Info

Publication number: KR20110035700A
Application number: KR1020090093514A
Authority: KR
Inventors: 이문용; 정명섭
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-06
Also published as: KR101137253B1

Abstract

본 발명은 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 하부 도금강판의 툴링홀을 통하여 삽입되는 툴링핀의 내부에 에어홀을 형성하여 상부 및 하부 도금강판 사이에 가스배출을 위한 블로워 에어를 분사함으로써 도금강판의 용접가스가 쉽게 배출되도록 하여 용접품질을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치를 제공한다.

레이저 용접, 지그장치, 도금강판, 도금층, 툴링핀, 블로워 에어, 쿠션판

Description

도금강판의 레이저 용접용 지그장치{JIG APPARATUS FOR LASER WELDING OF PLATING STEEL SHEET}

본 발명은 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크롬, 니켈 또는 아연 등의 도금강판을 겹치기 레이저 용접하는 경우, 하부 도금강판의 툴링홀을 통하여 삽입되는 툴링핀의 내부에 에어홀을 형성하여 상부 및 하부 도금강판 사이에 가스배출을 위한 블로워 에어를 분사함으로써 도금강판의 용접가스가 쉽게 배출되도록 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 용접은 레이저빔의 초점구간에서 에너지 다중반사 및 흡수를 이용한 키홀용접(KEYHOLE WELDING)으로 진행된다.

즉, 상기 키홀용접의 경우에는 레이저빔의 전자기파 에너지가 집적된 초점위치에서 소재의 표면에 충돌하고, 그 충돌에너지는 열에너지를 발산하면서 전자기파의 연속적인 현상인 키홀현상을 유지한다. 이러한 키홀현상을 과학적으로 서술하면, 고출력 레이저 용접에서 용융 풀에 증기압 등의 작용으로 작은 구멍을 만들면서 용접이 이루어지는 상태를 말한다.

이와 같이, 레이저빔(LB)의 특성을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재에 대하여 레이저 용접작업을 진행하게 된다.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의한 레이저 용접 공정도로써, 레이저빔(LB)을 이용하여 강판 또는 알루미늄 합금판재 등의 소재를 용접하기 위해서는 로봇(1)의 아암(3) 선단에 레이저 헤드(5)를 설치하고, 이 레이저 헤드(5)는 레이저 발진기(7)와 연결되는 레이저 용접 시스템과 연결되며, 로봇 제어기(C)를 통하여 거동하는 로봇(1)에 의해 상기 레이저 헤드(5)가 소재(9)의 용접패턴을 따라 이동하면서 레이저빔(LB)을 조사하여 용접작업을 진행하게 된다.

여기서, 상기 레이저빔의 특성을 이용하여 용접하기 위한 강판 중에서도 특히 크롬, 니켈 또는 아연 등의 도금강판은 철의 최대 단점인 녹을 방지하고, 철의 장점인 강성과 경제성을 최대한 살릴 수 있다는 측면에서 사용이 늘어나는 추세이다.

그런데, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기한 레이저빔의 특성을 이용하여 상기한 도금강판(11)을 서로 겹치기 용접하는 과정에서, 2장의 겹쳐진 도금강판(11) 사이에 일정한 갭(GAP)이 없는 경우에는, 그 용접부(W)에 도금층(13)의 증발로 인한 용접가스의 영향으로 기공이 발생하거나, 폭발성 기공을 동반하는 양상을 보인다.

이에 따라, 2장의 도금강판(11)을 겹치기 레이저 용접하기 위해서는 지그장치를 통하여 도금강판(11) 사이에 0.1mm 정도의 갭을 유지하여 용접가스가 배출되도록 하는 것이 중요하다.

그러나 상기한 지그장치를 이용하여 도금강판(11) 사이에 일정한 갭을 유지하기 위해서는 지그장치를 도금강판 별로 전용으로 사용하도록 전용 지그장치로 구성하여야 하며, 이에 따라 비도금강판 등에는 공유할 수 없는 단점이 있다.

또한, 전용 지그장치를 이용하는 경우에도 도금강판 사이의 갭이 일정하지 않아 폭발성 기공 등의 종래 용접불량의 원인은 여전히 존재하는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 하부 도금강판의 툴링홀을 통하여 삽입되는 툴링핀의 내부에 에어홀을 형성하여 상부 및 하부 도금강판 사이에 가스배출을 위한 블로워 에어를 분사함으로써 도금강판의 용접가스가 쉽게 배출되도록 하여 용접품질을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치는 작업실 바닥면에 설치되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 지그 프레임와, 상기 지그 프레임의 일측과 타측에 설치되는 로케이터와, 상기 각 로케이터의 측방에 대응하여 상기 지그 프레임의 양측면에 각각 설치되는 힌지 브라켓과, 상기 각 힌지 브라켓의 상단에 일측이 힌지 체결되는 클램퍼와, 상기 각 힌지 브라켓의 측방에 일측이 힌지 체결되고, 작동로드를 통하여 상기 클램퍼의 후단에 힌지 연결되는 클램핑 실린더를 포함하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 있어서,

상기 각 클램퍼의 선단에 장착되어 상호 용접할 도금강판에 쿠션력을 제공하는 쿠션유닛; 상기 도금강판 중, 하부 도금강판의 툴링홀에 대응하여 상기 각 로케이터의 상면으로 일부 돌출되도록 내부에 설치되며, 내부에는 상부 양측단과 하단 을 연결하는 에어홀을 형성하는 툴링핀; 상기 각 툴링핀의 하부에 연결되어 블로워 에어를 공급하는 에어관; 상기 에어관 상의 일측에 설치되어 에어관을 개폐 제어하는 개폐밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 쿠션유닛은 상기 클램퍼의 선단 내부에 스프링 홀을 형성하고, 상기 스프링 홀 내에 배치되는 리테이너 판; 상기 클램퍼의 선단면에 대응하도록 배치되어 그 배면이 가이드 로드를 통하여 상기 리테이너 판과 연결되는 쿠션판; 상기 스프링 홀 내에 삽입되어 상기 리테이너 판을 지지하는 스프링; 상기 스프링이 빠지지 않도록 상기 스프링 홀에 체결되는 캡 볼트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 쿠션판은 고무판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 에어홀은 상기 툴링핀의 내부에 그 상부 양측단과 하단을 연결하여 "Y"자형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 에어관은 상기 지그 프레임을 관통하여 상기 툴링핀의 하부에서 그 에어홀에 니플을 통하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 의하면, 크롬, 니켈, 아연 등의 도금강판을 겹치기 레이저 용접하는 경우, 도금강판의 겹치기 레이저 용접 시, 하부 도금강판의 툴링홀을 통하여 삽입되는 툴링핀의 내부에 에어홀을 형성하여 상부 및 하부 도금강판 사이에 가스배출을 위한 블로워 에어를 분사함으로써 가스배출 갭을 형성함과 동시에, 블로어 에어에 의해 도금강판의 용접가스가 쉽게 배출되도록 하여 용접품질을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 종래 도금강판의 겹치기 용접을 위하여 도금강판 사이에 갭을 유지하기 위한 별도의 전용 지그장치 없이도, 상기 툴링핀을 로케이터로부터 제거하여 비도금강판용 지그장치로도 공용화하여 사용할 수 있는 이점도 있다.

또한, 도금강판의 가스배출 갭을 유지하기 위한 많은 방법들이 있지만, 제품에 전처리 공정이나 제품 형상의 변경 없이도 용접품질을 보장할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

단, 본 발명의 구성을 설명함에 있어, 종래 구성과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명하며, 양측에 동일한 구성이 대칭으로 구성되는 바, 일측에 대해서만 그 도면부호를 적용하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치의 측단면 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 적용되는 쿠션유닛의 확대 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 적용되는 툴링핀의 확대 단면도이다.

본 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치(20)는 2장의 도금강판(P1,P2)을 상호 겹치기 레이저 용접하기 위한 것으로, 도 3에서 도시한 바와 같이, 그 구성은 먼저, 용접 공정의 작업실 바닥면(F)에 베이스 플레이트(21)가 설치된다.

상기 베이스 플레이트(21) 상에는 지그 프레임(23)이 설치된다.

상기 지그 프레임(23)의 좌우 양측에는 각각 로케이터(25)가 설치된다.

상기 각 로케이터(25)의 측방에 대응하여 상기 지그 프레임(23)의 양측면에는 각각 힌지 브라켓(27)이 설치된다.

상기 각 힌지 브라켓(27)의 상단에는 클램퍼(29)가 그 일측을 통하여 힌지 체결된다.

또한, 상기 각 힌지 브라켓(27)의 측방에는 클램핑 실린더(33)가 그 일측을 통하여 힌지 체결되고, 상기 클램핑 실린더(33)의 작동로드(35)를 통하여 상기 클램퍼(29)의 후단에 힌지 연결된다.

상기 클램핑 실린더(33)는 그 작동압을 유압으로 하는 유압 실린더로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 상부 일측이 상기 힌지 브라켓(27)의 측방에 돌출 형성된 연장단(37)에 힌지 체결되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 각 클램퍼(29)의 선단에는 쿠션유닛(40)이 장착되어 상호 용접할 도금강판(P1,P2)에 쿠션력을 제공하게 되는데, 상기 쿠션유닛(40)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 클램퍼(29)의 선단 내부에 스프링 홀(41)을 형성하고, 상기 스프링 홀(41) 내에 리테이너 판(43)이 배치된다.

또한, 상기 클램퍼(29)의 선단면에 대응하여서는 쿠션판(45)이 배치되는데, 상기 쿠션판(45)은 그 배면이 가이드 로드(47)를 통하여 상기 리테이너 판(43)과 연결된다.

그리고 상기 스프링 홀(41) 내에는 스프링(49)이 삽입되어 상기 리테이너 판(43)을 선단측으로 탄성 지지하며, 상기 스프링(49)이 빠지지 않도록 상기 스프링 홀(41)에는 캡 볼트(48)가 체결된다.

여기서, 상기 쿠션판(45)은 고무소재로 이루어지는 고무판을 적용하는 것이 바람직하다.

그리고, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 도금강판(P1,P2) 중, 하부 도금강판(P2)의 툴링홀(H)에 대응하여 상기 각 로케이터(25)에는 로케이터(25)의 상면으로 일부 돌출되도록 그 내부에 툴링핀(51)이 설치된다.

상기 툴링핀(51)은 그 내부에 상부 양측단과 하단을 연결하는 에어홀(53)이 형성되는데, 상기 에어홀(53)은 "Y"자형으로 형성된다.

또한, 상기 각 툴링핀(51)의 하부에는 에어관(55)이 연결되어 상기 툴링핀(51)의 에어홀(53)에 블로워 에어를 공급하며, 상기 에어관(55) 상의 일측에는 개폐밸브(59)가 설치되어 에어관(55)을 개폐 제어하게 된다.

여기서, 상기 에어관(55)은 상기 지그 프레임(23)을 관통하여 상기 툴링핀(51)의 하부에서 그 에어홀(53)에 니플(57)을 통하여 연결되는 것이 바람직하다.

따라서 상기한 바와 같은 도금강판의 레이저 용접용 지그장치(20)를 이용하여 툴링홀(H)을 갖는 상부 도금강판(P1)과 하부 도금강판(P2)을 상호 겹치기 레이저 용접하기 위해서는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 먼저, 하부 도금강판(P2)을 그 툴링홀(H)을 통하여 툴링핀(51)에 끼운 상태로, 양측 로케이터(25) 상에 안착시킨다음, 상부 도긍강판(P1)을 그 위에 로딩한다.

이어서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 각 클램핑 실린더(33)를 전진 구 동시키면, 상기 각 클램퍼(29)가 힌지 작동하여 상기 상부 및 하부 도금강판(P1,P2)을 규제하게 된다.

이러한 상태에서, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 개폐밸브(59)가 온(ON) 제어되어 에어관(55)을 통하여 라인에어를 상기 툴링핀(51) 내부의 에어홀(53)로 공급하게 된다.

이에 따라, 상기 툴링핀(51) 내부의 에어홀(53)로 공급된 에어는 상기 하부 도금강판(P2)의 툴링홀(H)을 통하여 상부 및 하부 도금강판(P1,P2) 사이로 분사된다.

그러면, 상기 상부 도금강판(P1)은 하부 도금강판(P2)에 대하여 에어압에 의해 들리면서 그 사이에 블로워 에어가 공급되는 가스배출 갭(G)을 형성하게 되며, 이때, 상기 클램퍼(29) 상의 쿠션유닛(40)은 스프링(49) 압축에 의해 쿠션판(41)이 밀리면서 상부 도금강판(P1)과 하부 도금강판(P2) 사이의 가스배출 갭(G) 만큼의 유격을 흡수하게 된다.

즉, 이러한 상태로 상부 및 하부 도금강판(P1,P2)을 레이저 용접하게 되면, 이때, 도금층의 증발로 발생되는 용접가스가 블로워 에어와 함께 상기 가스배출 갭(G)을 통하여 외부로 빠져나가게 되며, 용접가스에 의한 기공의 발생을 방지하여 양호한 용접품질을 얻게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치(20)는 상기 로케이터(25)로부터 툴링핀(51)을 제거함으로써 비도금강판의 용접공정에도 적용할 수 있어 공용화가 가능하다.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다.

도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 키홀용접을 통한 도금강판의 레이저 용접 상태도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치의 측단면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 적용되는 쿠션유닛의 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 적용되는 툴링핀의 확대 단면도이다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도금강판의 레이저 용접용 지그장치의 단계별 작동 상태도이다.

Claims

작업실 바닥면에 설치되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 지그 프레임와, 상기 지그 프레임의 일측과 타측에 설치되는 로케이터와, 상기 각 로케이터의 측방에 대응하여 상기 지그 프레임의 양측면에 각각 설치되는 힌지 브라켓과, 상기 각 힌지 브라켓의 상단에 일측이 힌지 체결되는 클램퍼와, 상기 각 힌지 브라켓의 측방에 일측이 힌지 체결되고, 작동로드를 통하여 상기 클램퍼의 후단에 힌지 연결되는 클램핑 실린더를 포함하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치에 있어서,

상기 각 클램퍼의 선단에 장착되어 상호 용접할 도금강판에 쿠션력을 제공하는 쿠션유닛;

상기 도금강판 중, 하부 도금강판의 툴링홀에 대응하여 상기 각 로케이터의 상면으로 일부 돌출되도록 내부에 설치되며, 내부에는 상부 양측단과 하단을 연결하는 에어홀을 형성하는 툴링핀;

상기 각 툴링핀의 하부에 연결되어 블로워 에어를 공급하는 에어관;

상기 에어관 상의 일측에 설치되어 에어관을 개폐 제어하는 개폐밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.
제1항에서,

상기 쿠션유닛은

상기 클램퍼의 선단 내부에 스프링 홀을 형성하고, 상기 스프링 홀 내에 배치되는 리테이너 판;

상기 클램퍼의 선단면에 대응하도록 배치되어 그 배면이 가이드 로드를 통하여 상기 리테이너 판과 연결되는 쿠션판;

상기 스프링 홀 내에 삽입되어 상기 리테이너 판을 지지하는 스프링;

상기 스프링이 빠지지 않도록 상기 스프링 홀에 체결되는 캡 볼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.
제1항에서,

상기 쿠션판은

고무판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.
제1항에서,

상기 에어홀은

상기 툴링핀의 내부에 그 상부 양측단과 하단을 연결하여 "Y"자형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.
제1항에서,

상기 에어관은

상기 지그 프레임을 관통하여 상기 툴링핀의 하부에서 그 에어홀에 니플을 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 레이저 용접용 지그장치.