KR20110056473A

KR20110056473A - 섬유 레이저 포함 레이저 용접툴

Info

Publication number: KR20110056473A
Application number: KR1020117000050A
Authority: KR
Inventors: 해리밸츠 해인즈; 베르톨드 케쓰럴
Original assignee: 아이피지 포토닉스 코포레이션
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-05-30
Also published as: ES2424877T3; ATE535337T1; EP2296841B1; KR20170026644A; EP2296841A1; US20130341312A1; US8766136B2; US20110278265A1; US9314874B2; JP2011529401A; CN102131614A; BRPI0916742B1; ES2375880T3; EP2149421B1; EP2149421A1; BRPI0916742A2; MX2011000986A; JP5806113B2; WO2010012791A1; CN102131614B

Abstract

본 발명은, 피가공재들을 결합시키기 위한 용접 솔기를 제조하기 위한 레이저 용접툴에 있어서, 이 레이저 용접툴의 레이저빔이 선형 구동 장치에 의해 용접 솔기를 따라 이동될 수 있는, 상기 레이저 용접툴에 관한 것이다.
자동차 산업에서, 저항 용접을 위한 기존의 기반 시설에 통합되는 용접 공정을 위한 레이저 용접툴을 제공하기 위해, 레이저 용접툴에 대해, 다음 사항이 제안된다.
- 레이저는, 광전도를 위한 섬유와, 이 섬유 내로 방사선원의 레이저 방사선을 주사하기 위한 광학 장치와, 레이저빔의 흐름을 집속하기 위해 제공되어 섬유와 연결되는 조준기를 포함하는 섬유 레이저이고,
- 조준기는, 사전 설정된 이동 라인을 따라 조준기의 이동을 가능하게 하는 선형 구동 장치에 배치되고,
- 선형 구동 장치는, 조준기와 함께, 레이저빔을 위한 유출 슬롯을 포함하는 하우징 내부에 배치되되, 조준기의 이동 라인은 유출 슬롯에 대해 평행하게 연장되고, 조준기는 레이저빔이 유출 슬롯을 통해서만 하우징으로부터 유출되는 방식으로 배향되며, 그리고
- 섬유 레이저는, 하우징의 유출 슬롯이 피가공재들 중 일측의 피가공재 상에 안착될 때에만 비로소 활성화될 수 있다.

Description

레이저 용접툴{LASER WELDING TOOL}

본 발명은, 피가공재들을 결합하기 위한 용접 솔기(welding seam)를 제조하기 위한 레이저 용접툴에 관한 것으로서, 특히 그 용접툴의 레이저빔은 선형 구동 장치에 의해 용접 솔기를 따라 이동될 수 있는, 상기 레이저 용접툴에 관한 것이다.

자동차 산업뿐 아니라 공급 산업에서, 대개 로봇에 의해 안내되는 용접 집게(welding tongs)의 차체 제조 공정에서 항시 대부분 저항 용접이 실시된다. 저항 용접은 결합 위치를 통과하여 흐르는 전기 전류의 주울 열을 기반으로 하는 전기 전도성 소재를 위한 용접 방법이다. 이 경우 주울 열에 의해서, 결합될 피가공재들이 용융될 때까지 가열된다. 그리고 용융물의 재응고를 통해서 용접 결합이 이루어진다. 상호 간에 결합될 피가공재들은 통상적으로 전류 흐름 동안, 그리고 전류 흐름 후에 용접 집게에 의해 서로 압착되며, 그럼으로써 내부 결합의 형성이 보조된다.

그러나 그와 동시에 레이저빔 용접의 중요성도 증가하고 있다. 레이저빔 용접은 특히 높은 용접 속도, 협폭의 가는 용접 솔기 및 적은 열적 지연의 조건에서 결합되어야만 하는 피가공재들의 용접을 위해 이용된다. 레이저 용접으로도 불리는 레이저빔 용접은 저항 용접에서와 같이 일반적으로 용입 금속의 공급 없이 실시된다.

레이저 방사선은 조준기에 의해 집속된다. 용접할 피가공재들의 인접 테두리(abutting edge) 또는 맞댐 이음부(butt joint)의 피가공재 표면은 레이저빔 용접 시에 집속 점(focal spot)으로서도 불리는 조준기의 초점(focus) 바로 근처에 위치한다. 집속 점은 통상적으로 0.5 내지 1.0mm의 직경을 보유하며, 그럼으로써 매우 높은 에너지 농도가 발생한다. 레이저 출력을 흡수함으로써, 피가공재 표면에서는 온도가 금속의 용융 온도 이상으로 극단적으로 급상승하며, 그럼으로써 용융물이 형성된다. 그러나 레이저 용접은 그와 같은 장점이 있는 반면에, 높은 초기 비용, 좋지 못한 효율 및 안전 장치를 위한 높은 비용과 같은 문제에 직면해 있다. 더욱이 산업 분야에서 실제로 이용되는 가스 또는 고체 레이저 용접 장치들은 그 규격이 매우 크며, 따라서 자동차 산업에서 이용하기에는 적합하지 않다. 선형 구동 장치에 의해 용접 솔기를 따라 이동될 수 있는 레이저빔을 공급하는 레이저 용접 시스템에 대한 일례는 예컨대 JP 2004-243393으로부터 공지되었다.

본 발명의 목적은, 전술한 선행 기술로부터 출발하여, 자동차 산업에서 용접 공정을 위해 이용되는 레이저 용접툴에 있어서, 저항 용접을 위한 기존의 기반 시설에 통합되고, 특히 용접툴을 위한 기존의 구성 툴들 및 로봇들의 재사용을 가능하게 하고, 자동차 산업에서 통상적인 레이저 용접 출력(최대 2KW) 시에 필요한 인적 안전을 보장하며, 산업 분야의 레이저 용접툴에 대한 컨셉에 따른 단점들, 특히 높은 초기 비용, 좋지 못한 효율 및 높은 안전 비용을 감소시켜 주는 상기 레이저 용접툴을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 최초에 언급한 형식의 레이저 용접툴에 있어서,

- 레이저는, 광전도를 위한 섬유와, 이 섬유에 방사선원의 레이저 방사선을 주사하기 위한 광학 장치와, 레이저빔의 흐름을 집속하기 위해 제공되어 섬유와 연결되는 조준기를 포함하는 섬유 레이저이고,

- 조준기는, 사전 설정된 이동 라인을 따라 조준기의 이동을 가능하게 하는 선형 구동 장치에 장착되고,

- 선형 구동 장치는 레이저빔을 위한 유출 슬롯(exit slot)을 구비한 하우징 내부에 조준기와 함께 배치되되, 조준기의 이동 라인은 유출 슬롯에 대해 평행하게 연장되고, 조준기는 레이저빔이 단지 유출 슬롯을 통해서만 하우징으로부터 유출되는 방식으로 배향되며, 그리고

- 섬유 레이저는, 하우징의 유출 슬롯이 피가공재들 중 일측의 피가공재 상에 안착될 때에만 활성화될 수 있는 것을 통해 달성된다.

콤팩트한 치수를 갖고 유연하게 형성할 수 있는 레이저원을 포함하는 섬유 레이저를 이용함으로써, 자동차 산업을 위한 통상적인 저항 용접 장치의 기반 시설에 레이저 용접툴을 통합하는 점이 허용된다. 레이저 방사선은, 케이블의 형식에 따라, 광전도를 위한 섬유에 의해서, 제조될 용접 솔기의 근처로 안내되며, 그럼으로써 레이저 용접은, 종종 자동차 산업에서 피가공재들의 이음 시에 충족되어야 하는 것과 같은 제한된 조건에서도 이용될 수 있게 된다. 이와 동시에, 섬유 레이저는, 가스 및 고체 레이저에 비해 높은 빔 품질, 현재 30% 이상의 보다 높은 효율, 상대적으로 낮은 유지비용뿐 아니라, 상대적으로 적은 초기 비용을 특징으로 한다.

섬유, 특히 유리 섬유의 도핑된 코어는 섬유 레이저에서 활성 매질(active medium)을 형성한다. 섬유로 주사되어 그 섬유를 통해 안내되는 레이저 방사선은 섬유의 긴 길이를 바탕으로 높은 증폭을 경험한다. 섬유 레이저는 광학 펌핑되되, 이는 섬유 코어에 대해 평행하게, 또는 섬유 내부로 레이저 방사선이 레이저 다이오드로부터 주사되면서 이루어진다.

연속적인 솔기이든지, 혹은 점 형태의 솔기이든지, 용접 솔기를 제조할 시에 요구되는 인적 안전을 보장하기 위해, 레이저빔이 유출 슬롯을 통해서만 하우징으로부터 유출될 수 있는 방식으로, 조준기는 이동 가능하게 하우징 내부에 배치 및 배향된다. 그 외에도 섬유 레이저의 레이저 출력은, 유출 슬롯이 피가공재 상에 안착될 때에만 비로소 활성화된다. 이와 같은 조치들의 조합을 통해, 용접 솔기는 사전 설정된 이동 라인을 따라 제조될 수 있으면서도, 레이저 용접툴이 로봇 팔에 고정되어 있더라도, 그 레이저 용접툴로부터는 로봇의 작업 영역에 위치하는 사용자에 대한 어떠한 위험도 유발되지 않는다.

하우징 테두리에 의한 용접 과정의 간섭은, 전반적으로 하우징이 유출 슬롯 방향으로 갈수록 깔때기 모양으로 가늘어짐으로써 방지된다.

점용접 집게의 형태로 형성되는 통상적인 저항 용접 장치들은 자동차 산업에서 통상적으로 용접 로봇에 의해 이동된다. 이런 작업 절차를 변경 없이 유지할 수 있도록 하기 위해, 레이저 용접툴은 바람직하게는, 집게 프레임(tong frame)과, 이 집게 프레임에 배치되는 특히 C자 형태의 하부 툴(lower tool)과, 집게 프레임에 대향하여 하우징을 이동시키는 이송 유닛(travelling unit)을 포함하는 용접 집게로서 형성되되, 하부 툴의 자유 단부에는 그 하부 툴과 동일 평면에 놓이는 압력편이 위치하며, 그리고 압력편과, 이 압력편과 동일 평면에 놓이는 유출구는 이송 유닛에 의해 상호 간에 근접되거나, 또는 이격되는 방식으로 이동될 수 있다. 압력편은, 하우징과 하부 툴이 힘이 제어되는 조건에서 서로 맞닿을 시에 스러스트 베어링(thrust bearing)을 형성한다.

용접 집게가 서로 맞닿을 시에 최적화된 하중 전달은, 압력편이 유출 슬롯의 형태에 상응하도록 함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 레이저 용접툴의 모듈화 및 그에 따른 비용 절감을 위해, 이송 유닛이 집게 프레임에 고정되는 서보 구동 장치와, 하우징 수용부, 그리고 이 하우징 수용부를 위한 선형 가이드를 포함하는 점이 제공된다. 하우징 수용부는, 바람직하게는 서로 다른 하우징들이 짧은 시간 내에 그 하우징 수용부에 고정될 수 있는 방식으로 형성된다. 그러므로 상이한 용접 조건에 대한 적응이 즉시 가능해진다.

하우징은 적어도 조준기와, 이 조준기에 할당되는 선형 구동 장치와, 레이저빔의 특히 깔때기 형태인 밀폐부(enclosure)를 포함한다. 조준기 및 그에 따른 레이저빔의 균일한 이동과, 조준기를 위한 사전 설정된 위치로의 이동 개시 및 그 위치의 유지를 각각 정확하게 제어할 수 있도록 하기 위해, 조준기를 위한 선형 구동 장치는 서보 구동 장치와 연결되는 단축의 선형 슬라이드(linear slide)를 포함한다. 서보 구동 장치는 특히 서보 모터로서 형성된다. 이와 관련하여 전기 모터 및 유압 모터도 고려될 수 있다.

피가공재들 중 일측의 피가공재 상에 유출 슬롯을 안착시킬 시에 섬유 레이저의 활성화는 특히 하우징에 배치되는 개폐 부재(switching element)에 의해 야기된다. 개폐 부재는 유출 슬롯의 안착 시에 섬유 레이저의 에너지 공급 장치를 활성화한다. 또한, 개폐 부재는, 유출 슬롯에 직접적으로 인접하는 접점이거나, 센서 부재이거나, 또는 누름 버튼 스위치일 수 있다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 유출 슬롯을 구비한 이동식 하우징 부재가 동시에 개폐 부재로서 기능할 수도 있다.

로봇을 이용하여, 개방된 레이저 용접 집게를 용접할 피가공재들로 신속하게 이동시킬 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 바람직한 구현예에 따라서는, 집게 프레임이, 레이저 용접툴을 이동시키기 위한 로봇 팔에 비해 집게 프레임의 극미한 보상 이동을 허용하는 보상 모듈 상에 배치되는 점이 제공된다. 용접 위치로의 이동 개시 시에, 하부 툴의 압력편은 피가공재들 중 일측의 피가공재에 대해 소정의 간격만큼, 예컨대 2 내지 3mm만큼 이격되어 위치한다. 레이저 모듈의 유출구는, 용접 집게가 개방된 경우, 용접할 피가공재로부터 예컨대 150mm 이격되어 위치한다. 용접 위치로 이동을 개시한 후에 비로소, 우선 하부 툴이 보상 모듈에 의해 피가공재들에 인접하고, 그런 다음 하우징(상부 툴)이 그 피가공재들에 인접한다. 그러므로 용접 집게의 소정의 용접 위치와 관련하여 용접할 피가공재들이 보이는 극미하게 서로 다른 위치들은 용접 위치로의 이동 개시에 대해 어떠한 문제도 되지 않는다.

피가공재의 위치를 변경하지 않고도, 레이저 용접툴의 하부 툴이 항시 피가공재 표면에서 부동(floating)하는 방식으로 배향되도록 하기 위해, 본 발명의 구현예에 따라서는, 보상 모듈이 로봇 팔에 고정되기 위한 보상 기본 프레임을 포함하고, 이 보상 기본 프레임에는 하우징 수용부를 위한 선형 가이드와 일치하는 이동 방향을 갖는 집게 프레임을 위한 선형 가이드가 배치되며, 그리고 보상 모듈은 집게 프레임에 작용하는 단행정(short stroke) 선형 구동 장치를 포함하되, 이 구동 장치의 힘 흐름 영역으로서 직선으로 작용하는 그런 힘 흐름 영역에 스프링 압축 유닛이 개재되는 점이 제공된다.

솔기 폭을 갖는 보다 넓은 광폭의 용접 솔기를 제조하기 위해, 본 발명의 구현예에 따라서는, 조준기와, 선형 구동 장치의 지지 부재로서 사전 설정된 이동 라인을 따라 이송될 수 있는 그런 지지 부재 사이에, 소인 발진기(sweep generator)가 배치되는 점이 제공된다. 소인 발진기(와뷸레이터라고도 불림)는 (떨림(wobble)-) 진동을 생성하기 위한 전자 장치이되, 생성된 주파수는 설정 가능한 2개의 최종 값 사이에서 주기적으로 가변된다. 떨림 진동들은 예컨대 전자기, 전동기, 또는 압전 방식으로 생성될 수 있다. 소인 발진기의 목표하는 제어를 통해서는, 사전 설정된 이동 라인에 대해 수직으로 진폭 및 주파수가 가변하는 조준기의 진자 운동이 가능하다. 소인 발진기를 위한 지지 부재는 예컨대 이송 가능한 기초판을 형성한다.

다음에서 본 발명은 도들에 따라 더욱 상세하게 설명된다.
도 1a는 본 발명에 따른 용접 집게를 개방된 상태에서 도시한 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 따른 레이저 용접 집게를 폐쇄된 상태에서 도시한 사시도이다.
도 2a는 도 1에 따른 개방된 레이저 용접 집게를 도시한 각각의 측면도 및 상면도이다.
도 2b는 도 1에 따른 폐쇄된 레이저 용접 집게를 도시한 각각의 측면도 및 상면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 레이저 용접 집게의 기능 원리를 도시한 개략도이다.

도 1은 플레이트로서 형성된 집게 프레임(2)과, 이 집게 프레임(2)에 배치되는 실제로 C 형태인 하부 툴(3)을 포함하는 레이저 용접 집게(1)를 도시하고 있되, 하부 툴(3)의 자유 단부(4)에는 압력편(5)이 위치한다. 집게 프레임(2) 상에는 전체적으로 (6)으로 표시된 이송 유닛이 배치되며, 이 이송 유닛은 전체적으로 (7)로 표시된 레이저 모듈(7)을 압력편(5)의 방향으로, 또는 그로부터 이격되는 방향으로 이동시킨다.

우선 도 3의 개략도와 관련하여 레이저 모듈(7)의 구성 및 기능 방식이 더욱 상세하게 설명된다. 레이저는 섬유 레이저로서 형성된다. 레이저 다이오드의 레이저 방사선은, 이 레이저 방사선을 주사하기 위한 도 3에 미도시된 광학 장치를 통해 섬유(8) 내부로 주사되되, 상기 섬유는 가요성 컨덕터로서 캡슐화된 레이저 모듈(7) 내로 안내된다. 그리고 레이저 모듈에서 섬유(8)는 레이저 방사선(11)을 집속하기 위한 조준기(7)와 연결된다. 전체적으로 (12)로 표시되는, 조준기(9)를 위한 선형 구동 장치(12)는, 단 하나의 축(13)의 방향으로 이동 가능한 선형 슬라이드(14)를 포함하며, 이 선형 슬라이드는 도시된 실시예의 경우 벨트 구동 장치(15)를 통해서 서보 모터로서 형성된 서보 구동 장치(16)와 연결된다.

섬유(8)의 일 부분편을 포함하여 조준기(9)와 함께 선형 구동 장치(12)는 레이저 방사선(11)을 위한 유출 슬롯(17)을 포함하는 하우징(18) 내부에 배치된다. 하우징은 유출 슬롯(17)의 방향으로 갈수록 하우징 확장부(21)의 일 구간(19)에서 깔때기 모양으로 가늘어진다.

도 3의 도면으로부터 알 수 있듯이, 레이저 방사선(11)은 하우징(18)에 의해, 특히 깔때기형 구간(19)을 포함하는 하우징 확장부(21)에 의해 완전하게 둘러싸인다. 그럼으로써, 레이저 방사선(11)이 유출 슬롯(17)으로부터만 유출될 수 있는 점이 보장된다.

섬유 레이저를 활성화하기 위한 레이저 에너지는 가늘어지는 구간(19)의 선단에 배치되는 압력편(22)에 의해 활성화된다. 압력편(22)은 피가공재들 중 일측의 피가공재 상에 안착될 시에, 그리고 선택에 따라 소정의 힘이 형성될 시에, 릴리스를 야기한다. 접점으로서도 이용되는 금속 유출 슬롯(17)이 피가공재에 안착되면, 곧바로 전기 회로가 폐쇄되며, 이 전기 회로 내에서 예컨대 광전자 커플러를 통해 레이저 에너지가 활성화된다. 이에 추가로 용접 집게의 압력편들(5, 22) 사이에 충분한 압력 힘이 형성됨에 따라 활성화가 이루어질 수 있다. 힘 측정은, 집게의 힘 흐름 영역 내에, 예컨대 하부 툴(3)의 연장부 표면에, 또는 그 내부에 제공되는 힘 센서들에 의해 이루어진다.

앞서 설명한 레이저 모듈(7)은, 이 레이저 모듈(7)의 압력편(22)이 하부 툴(3)의 압력편(5)과 동일 평면에 위치하는 방식으로 이송 유닛(6) 상에 배치된다.

이송 유닛(6)의 구성 및 기능 방식은 마찬가지로 도 3에 따라 더욱 상세하게 설명된다. 이송 유닛(6)은 서보 모터의 형태로 집게 프레임(2)에 고정된 서보 구동 장치(23)와, 하우징 수용부(24)와, 가이드 레일로서 형성되어 하우징 수용부(24)를 위해 제공되는 선형 가이드(25)를 포함한다. 서보 구동 장치(23)는 홀딩 장치(26)에 의해 집게 프레임(2)에 고정된다.

하우징 수용부(24)는, 특히 도 1a 및 1b로부터 알 수 있듯이, 장방형 프로파일로서 형성되며, 이 하우징 수용부의 선단으로서 하부 툴로 향해 있는 그런 선단에는 앵글 브래킷(27)이 고정된다. 그리고 앵글 브래킷(27)에는 서보 모터(23)의 구동 로드(28)(driving rod)가 작용한다. 하우징 수용부(24)의 저면에는, 가이드 레일(25)의 대응하는 그루브들(31) 내에 맞물리는 가이드 부재들(29)이 배치된다. 이송 유닛(6)의 서보 구동 장치(23)에 의해서는, 레이저 모듈(7)이 자유롭게 프로그래밍 할 수 있는 거리 구간(32)에 걸쳐서 피가공재 표면에까지 이송될 수 있다.

마지막으로 플레이트 형태의 집게 프레임(2)의 저면에는 보상 모듈(33)이 집게 프레임(2)에 상대적으로 이동 가능하게 배치된다. 보상 모듈은 로봇 팔(34)에 비해 집게 프레임(2)의 극미한 보상 이동을 허용한다. 로봇 팔(34)은 교환형 플랜지(35)(interchangeable flange)를 통해 용접 집게(1)의 보상 모듈(33)과 연결된다.

보상 모듈(33)의 구성은 다음에서 도 3의 개략도와 관련하여 더욱 상세하게 설명된다. 교환형 플랜지(35)에는 집게 프레임(2)을 위한 선형 가이드(37)를 포함하는 보상 기본 프레임(36)이 고정된다. 선형 가이드(37)는 하우징 수용부(24)를 위한 선형 가이드(25)와 일치하는 이동 방향을 보유한다.

집게 프레임(2)의 단부로서 하부 툴(3)의 맞은편에 위치하는 그런 단부에는 고정 플랜지(38)가 배치된다. 고정 플랜지(38)와 보상 기본 프레임(36) 사이에는 집게 프레임(2)에 작용하는 단행정 실린더(39)(short-stroke cylinder)뿐 아니라, 스프링 압축 유닛(41)이 개재된다. 스프링 압축 유닛(41)은, 직선으로 작용하는 힘 흐름이 저하되지 않는 방식으로 단행정 실린더(39)의 피스톤 로드 내에 통합된다. 이를 위해 슬리브에 의해 둘러싸인 압축 스프링이 스프링 압축 유닛으로서 피스톤 로드 내에 통합될 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 용접 집게(1) 및 보상 모듈(33)의 작동 방식은 다음에서 도 2a 및 2b에 따라 더욱 상세하게 설명된다. 도 2a는, 개방된 레이저 용접 집게(1)가, 로봇의 로봇 팔(34)에 의해 고정된 상태에서, 상호 간에 결합될 피가공재들(10) 표면의 해당 위치로 이동되는 방법을 도시하고 있다. 집게 프레임(2)에 고정되어 있는 하부 툴(3)은 보상 모듈(33)이 비활성화된 조건에서 피가공재에 대해 소정의 간격(42), 예컨대 2 내지 3mm만큼 이격된다. 이러한 이격 간격(42)은, 불시에 발생할 수도 있는 피가공재 위치 변동을 포함하는 조건에서 로봇에 의한 용접 위치로의 신속한 이동 개시가 언제라도 가능한 방식으로 선택된다. 피가공재에 대한 레이저 모듈(7)의 이격 간격(43)은 이송 유닛(6)의 총 행정 범위 이내에서 자유롭게 프로그래밍 될 수 있으며, 예컨대 150mm이다.

피가공재들(10)의 표면에 레이저 용접 집게(1)가 위치 결정됨과 더불어, 레이저 용접 집게(1)의 폐쇄 기능이 개시된다. 이때 우선, 단행정 실린더(39)가 활성화되고 하부 툴(3)이 압력편(5)으로 소정의 힘으로 용접될 피가공재들(10) 중 일측의 피가공재 쪽을 압착하면서, 보상 모듈(33)이 활성화된다. 상기 힘은, 하부 툴(3)이 피가공재 표면에 부동하는 방식으로 배향되지만, 피가공재의 위치는 변경하지 않는 방식으로 치수화된다. 소정의 힘의 조건에서 부동하는 배향은 피가공재 위치 변동 시에도 또한 스프링 압축 유닛(41)에 의해 보장된다. 보상 모듈(33)이 활성화됨과 동시에 이송 유닛(6)도 작동 개시된다. 피가공재(10)에 대한 보다 먼 이격 간격(43)에 의해서는, 이동 속도가 동일할 시에 레이저 모듈이 유출 슬롯(17)으로 약간 늦은 시점에 타측의 피가공재(10)와 만나게 된다. 하부 툴(3)의 압력편(5)과 레이저 모듈(7)의 압력편(22)은 서로 맞닿는 동안 상호 간에 동일 평면에 위치하는 방식으로 피가공재들(10) 상에 안착되며, 그에 따라 그 용접할 피가공재들(10)을 정확하게 결합시킨다. 요컨대 레이저 모듈(7)의 압력편(22)이 안착된 후에 비로소 용접 공정이 개시될 수 있다.

선형 슬라이드(14)를 따라 조준기(9)가 이동함으로써, 유출 슬롯(17)의 방향으로 집속되는 레이저빔(11)은 조준기의 이동 라인(13)에 대해 평행하게 이동된다. 피가공재(10)의 표면 영역으로서 유출 슬롯(17)에 의해 둘러싸이는 그런 표면 영역을 따라서는 유출 슬롯의 길이부 상에 점용접 솔기 또는 연속적인 용접 솔기가 제조될 수 있다.

상대적으로 보다 넓은 광폭의 용접 솔기를 제조하기 위해서는, 조준기(9)와, 선형 슬라이드(14)의 지지 부재로서 사전 설정된 이동 라인(13)을 따라 이송될 수 있는 그런 지지 부재 사이에, 소인 발진기(13a)가 배치될 수 있다. 소인 발진기(13a)는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 장착된 조준기(9)의 떨림 진동을 생성한다. 회전축은 조준기(9)의 변위 경로(13)에 대해 평행하게 연장된다. 따라서 떨림 진동에 의해서는, 레이저빔(11)이 유출 슬롯(17)에서 최대한 그 레이저빔의 폭에 상응하는 진폭으로 진동되며, 그럼으로써 최대 2mm까지 넓어진 용접 솔기가 제조된다.

1: 레이저 용접 집게(laser welding tongs)
2: 집게 프레임(tong frame)
3: 하부 툴
4: 자유 단부
5: 압력편
6: 이송 유닛
7: 레이저 모듈
8: 섬유
9: 조준기
10: 피가공재(들)
11: 레이저 방사선
12: 선형 구동 장치
13: 축
14: 선형 슬라이드
15: 벨트 구동 장치
16: 서보 구동 장치
17: 유출 슬롯(exit slot)
18: 하우징
19: 구간
20: ---
21: 하우징 확장부
22: 압력편
23: 서보 구동 장치
24: 하우징 수용부
25: 선형 가이드
26: 홀딩 장치
27: 앵글 브래킷
28: 구동 로드(driving rod)
29: 가이드 부재
30: ---
31: 그루브(groove)
32: 거리 구간
33: 보상 모듈
34: 로봇 팔
35: 교환형 플랜지
36: 보상 기본 프레임(compensating base frame)
37: 선형 가이드
38: 고정 플랜지
39: 단행정 실린더(short-stroke cylinder)
40: ---
41: 스프링 압축 유닛
42: 이격 간격
43: 이격 간격

Claims

피가공재들을 결합시키기 위한 용접 솔기를 제조하기 위한 레이저 용접툴로서, 이 레이저 용접툴의 레이저빔은 선형 구동 장치에 의해 상기 용접 솔기를 따라 이동될 수 있는, 상기 레이저 용접툴에 있어서,
- 레이저는, 광전도를 위한 섬유(8)와, 이 섬유(8) 내에 방사선원의 레이저 방사선을 주사하기 위한 광학 장치와, 상기 레이저빔(11)의 흐름을 집속하기 위해 제공되어 상기 섬유와 연결되는 조준기(9)를 포함하는 섬유 레이저이고,
- 상기 조준기(9)는, 사전 설정된 이동 라인(13)을 따라 상기 조준기(9)의 이동을 가능하게 하는 선형 구동 장치(12)에 배치되고,
- 상기 선형 구동 장치(12)는 상기 조준기(9)와 함께, 상기 레이저빔(11)을 위한 유출 슬롯(17)을 포함하는 하우징(18) 내부에 배치되되, 상기 조준기(9)의 이동 라인(13)은 상기 유출 슬롯(17)에 대해 평행하게 연장되며, 그리고 상기 조준기(9)는, 상기 레이저빔(11)이 상기 유출 슬롯(17)을 통해서만 상기 하우징(18)으로부터 유출되는 방식으로 배향되며, 그리고
- 상기 섬유 레이저는, 상기 하우징(18)의 유출 슬롯(17)이 상기 피가공재들(10) 중 적어도 하나의 피가공재 상에 안착될 때 비로소 활성화될 수 있는
것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제1항에 있어서, 상기 하우징(18)은 상기 유출 슬롯(17)의 방향으로 갈수록 깔때기 모양으로 가늘어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저 용접툴은, 집게 프레임(2)과, 이 집게 프레임(2)에 배치되는 하부 툴(3)과, 상기 집게 프레임(2)에 대향하여 상기 하우징(18)을 이동시키는 이송 유닛(6)을 포함하는 용접 집게(1)로서 형성되되, 상기 하부 툴(3)의 자유 단부에는 압력편(5)이 위치하며, 그리고 상기 압력편(5)과, 이 압력편과 동일 평면에 놓이는 유출구(17)는 상기 이송 유닛(6)에 의해 상호 간에 근접되거나, 또는 이격되는 방식으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제3항에 있어서, 상기 압력편(5)은 상기 유출 슬롯(17)의 형태에 상응하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 이송 유닛(6)은, 상기 집게 프레임(2)에 고정되는 서보 구동 장치(23)와, 하우징 수용부(24)와, 이 하우징 수용부(24)를 위한 선형 가이드(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조준기(9)를 위한 선형 구동 장치(12)는, 서보 구동 장치(16)와 연결되는 단축의 선형 슬라이드(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(18)에는 개폐 부재가 배치되되, 이 개폐 부재는 상기 피가공재들(10) 중 일측의 피가공재에 상기 유출 슬롯(17)이 안착될 시에 상기 섬유 레이저의 에너지 공급 장치를 활성화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집게 프레임(2)은, 상기 레이저 용접툴을 이동시키기 위한 로봇 팔(34)에 비해 상기 집게 프레임(2)의 극미한 보상 이동을 허용하는 보상 모듈(33) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제8항에 있어서, 상기 보상 모듈은, 상기 로봇 팔(34)에 고정되기 위한 보상 기본 프레임(36)을 포함하고, 이 보상 기본 프레임(36)에는 상기 하우징 수용부(24)를 위한 선형 가이드(25)와 일치하는 이동 방향을 갖는 상기 집게 프레임(2)을 위한 선형 가이드(37)가 배치되며, 그리고 상기 보상 모듈(33)은 상기 집게 프레임(2)에 작용하는 단행정 선형 구동 장치(39)를 포함하되, 이 선형 구동 장치의 힘 흐름 영역으로서 직선으로 작용하는 그런 힘 흐름 영역에는 스프링 압축 유닛(41)이 개재되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조준기(9)와, 상기 선형 구동 장치(12)의 지지 부재로서 사전 설정된 이동 라인(13)을 따라 이송될 수 있는 그런 지지 부재 사이에, 소인 발진기가 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접툴.