KR20110089283A - 레이저 용접 도구, 2개의 용접품의 용접 배열 및 그의 작동법 - Google Patents

레이저 용접 도구, 2개의 용접품의 용접 배열 및 그의 작동법 Download PDF

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조르그 야스퍼스
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이베에스 필트란 쿤스츠토프-/메탈러조이그니세 게엠베하
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Abstract

레이저 용접 도구는 제 1용접품을 제 2용접품에 고정하기 위한 제 1도구 부분 및 제 2도구 부분을 포함한다. 상기 2개의 용접품은 두 도구 부분 사이에 적어도 부분적으로 배열된다. 제 2도구 부분은 제 1용접품에 제 2용접품을 압축하기 위하여 제 1도구 부분을 향하여 서로에 관계없이 이동될 수 있는 적어도 2개의 부분 요소를 포함한다.

Description

레이저 용접 도구, 2개의 용접품의 용접 배열 및 그의 작동법{LASER WELDING TOOL, ARRANGEMENT FOR WELDING TWO WELDING ARTICLES AND METHOD FOR OPERATING THE ARRANGEMENT}
본 발명은 제 1용접품을 제 2용접품에 고정하는 제 1 및 제 2도구 부분을 포함하는 레이저 용접 도구에 관한 것이다. 여기서 제 1용접품 및 제 2용접품은 적어도 2개의 도구 부분 사이에 부분적으로 배열된다.
DE 198 60 357 B4는 자동 변속기 오일 필터의 레이저 용접 방법을 개시한다. 여기서, 상부 도구 및 하부 도구 사이에 배열된 2개의 플라스틱 필터 하프 쉘은 자동 변속기 오일 필터를 제조하기 위하여 레이저 용접에 의해 연결된다. 필터 매체는 클램핑 립(clamping rib)에 의해 2개의 필터 하프 쉘 사이에 고정된다. 서로 포개지는 필터 하프 쉘은 레이저광에 의해 그들의 공통 단부에 용접된다. 한 필터 하프 쉘은 레이저광을 전송하는 플라스틱으로 구성되고 다른 한 필터 하프 쉘은 레이저광에 불투명한 플라스틱으로 구성된다. 레이저 빔은 다른 하나의 필터 하프 쉘과 접촉하는 점을 따라 레이저광을 전송하는 필터 하프 쉘을 통하여 유도된다. 그 과정에서, 레이저 빔은 레이저광에 불투명한 필터 하프 쉘을 세게 친다. 레이저광에 불투명한 가소성 물질의 빛 흡수 결과, 2개의 필터 하프 쉘은 용접부에서 서로 융합된다. 그러나, 이제까지 알려진 용접 도구의 견고한 디자인은 용접부에서의 윤곽의 편차가 보상될 수 없다는 것을 의미하기 때문에 용접될 단부는 원주에서 불완전하게 서로에게 압축된다.
본 발명의 목적은 특히 정확하고 균일한 용접 시임(weld seam)에 효과적으로 기여하는 레이저 용접 도구, 2개의 용점품의 용접 배열 및 이의 작동법을 제공하는 것이다.
본 발명의 첫 번째 측면에 따르면, 상기 목적은 제 1 및 제 2도구 부분을 포함하는 레이저 용접 도구에 의해 달성된다. 제 1용접 도구 부분 및 제 2용접 도구 부분은 제 1용접품을 제 2용접품에 고정하기 위해 제공된다. 제 2도구 부분은 제 1용접품에 제 2용접품을 압축하는 제 1도구를 향하여 서로에게 독립적으로 이동될 수 있는 적어도 2개의 부분 요소를 포함한다.
서로에게 독립적으로 이동될 수 있는 2개의 부분 요소는 2개의 도구 부분을 서로의 세그먼트에 압축할 수 있게 한다. 특히, 압력은 레이저가 여전히 뜨겁고 유연한 용접 시임을 제조한 모든 경우에 증진될 수 있다. 이는 냉각되고 굳은 용접 시임이 특히 균일하고 정확해지게 하는 데 효과적으로 기여한다. 여기서, 상기 압력은 연속적으로 또는 점진적으로 변화될 수 있다.
바람직한 구성에서, 상기 부분 요소는 자동으로 이동할 수 있다. 이는 특히 예를 들어 전자 제어 장치에 의하여 부분 요소의 특히 정확한 이동을 가능하게 한다.
상기 문맥에서, 이는 각 부분 요소가 해당 부분 요소를 자동으로 이동되는 적어도 하나의 조절 유닛에 결합된다면, 특히 바람직하다. 여기서, 상기 조절 유닛은 바람직하게는 공압, 유압, 전기, 또는 탄성력에 의해 조절된다. 이는 부분 요소를 간단하게 자동으로 이동할 수 있게 한다.
또 다른 유리한 구성에서, 제 2도구 부분은 제 1용접품에 제 2용접품을 압축하는 제 1도구 부분을 향하여 이동될 수 있는 3개 이상의 부분 요소를 포함한다. 이는 신선한 용접 시임을 따라 2개의 용접품의 복수의 다른 세그먼트에 보다 정확하게 압력을 가할 수 있게 하고, 따라서 특히 용접에 복수의 레이저가 사용된다면 상기 용접 시임이 특히 균일한 형태를 가지게 한다.
본 발명의 두 번째 측면에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 레이저, 레이저 용접 도구 및 제어 장치를 포함하는 2개의 용접품을 용접하는 배열에 의해 구별된다. 상기 제어 장치는 레이저 및 레이저 용접 도구에 결합되고 레이저 용접 도구의 부분 요소가 레이저의 위치에 따라 이동할 수 있게 디자인된다.
유리한 구성에서, 상기 배열은 하나 이상의 부분 요소에 영구적으로 각각 할당되는 2개 이상의 레이저를 포함한다. 이는 특히 정확하고 빠른 용접 시임 제조를 가능하게 한다.
본 발명의 세 번째 측면에 따르면, 본 발명은 상기 배열의 작동법에 의해 구별된다. 여기서, 상기 2개의 용접품은 제 1 또는 제 2 도구 부분에 서로의 위에 배치된다. 대안적으로, 제 1용접품은 제 1도구 부분에 고정될 수 있고 제 2용접품은 제 2도구 부분에 고정될 수 있다. 2개의 용접품이 서로에게 용접될 수 있도록 제 2도구 부분의 부분 요소는 제 1도구 부분을 향하여 이동되거나, 제 1도구 부분은 제 2도구 부분을 향하여 이동된다. 따라서, 레이저는 2개의 용접품의 제 1세그먼트를 용접하는 데 사용된다. 제 1세그먼트는 제 1부분 요소의 움직임 방향으로 제 1부분 요소 및 제 1도구 부분 사이에 배열된다. 상기 두 세그먼트가 용접된 직후, 제 1부분 요소는 제 1도구 부분을 향하여 이동되고 따라서 2개의 용접품은 그들의 제 1세그먼트에 서로 압축된다. 뿐만 아니라, 레이저는 상기 2개의 용접품의 제 2세그먼트를 용접하는 데 사용되는데, 상기 제 2세그먼트는 제 2부분 요소의 움직임 방향으로 제 2부분 요소 및 제 1도구 부분 사이에 배열된다. 상기 두 세그먼트가 용접된 직후, 제 2부분 요소는 제 1도구 부분을 향하여 이동되고, 따라서 2개의 용접품은 그들의 제 2세그먼트에 서로 압축된다. 이는 용접 시임이 여전히 뜨겁고 유연하고 2개의 용접품의 서로에 대한 상대적 움직임이 아직 가능할 때면 언제나 세그먼트가 서로에 압축되기 때문에 용접 시임의 특히 정확하고 균일한 형성에 기여한다. 따라서, 같은 접촉 압력은 용접 시임의 거의 항상 동일한 온도에서 항상 균일하게 제조된다. 여기서, 상기 접촉 압력은 점진적으로 또는 연속적으로 증가할 수 있고 및/또는 압축 중에 변할 수도 있다.
상기 방법의 유리한 구성에서, 2개 이상의 부분 요소가 제공되고, 상기 부분 요소는 2개의 용접품의 해당 세그먼트가 용접되면 언제나 제 1도구 부분을 향하여 이동된다. 이는 특히 용접품이 크고 복수의 세그먼트로의 세분이 합당하고 및/또는 복수의 레이저가 제공된다면 균일한 용접 시임의 제조에 특히 효과적인 기여를 할 수 있다.
상기 문맥에서, 이는 용접품의 다른 세그먼트가 해당 세그먼트에 할당된 다른 레이저를 이용하여 동시에 또는 다른 시점에 용접되면 특히 바람직하다. 부분 요소는 해당 세그먼트가 용접되었을 때, 특히 갓 용접되었을 때 제 1도구 부분을 향하여 이동된다. 한 예를 들면, 레이저는 각 부분 요소에 할당될 수 있다. 대안적으로, 별개의 레이저는 각각 2개 이상의 부분 요소에 할당될 수 있다. 특히 큰 용접품의 경우에 특히, 이는 용접 시임의 특히 균일하고 정확한 형성에 기여할 수 있다.
도 1은 레이저 용접 도구의 도구 부분의 평면도이다.
도 2는 2개의 용접품을 갖는 레이저 용접 도구의 제 1측면도이다.
도 3은 2개의 용점품을 갖는 레이저 용접 도구의 제 2측면도이다.
도 4는 레이저 용접 도구의 제 2실시예를 상세하게 도시한다.
도 5는 레이저 용접 도구의 제 2실시예를 통한 단면도이다.
도 6은 레이저 용접 배열의 작동 프로그램의 순서도이다.
같은 디자인 또는 기능을 갖는 요소는 도면에서 같은 부호로 나타내었다.
본 발명의 예시적인 실시예에 대해 도면을 참고로 하기에 더 자세히 설명한다.
레이저 용접 도구는 제 1도구 부분(14) 및 제 2도구 부분(2)을 포함한다 (도 1, 도 2). 제 2도구 부분(2)은 서로에게 독립적으로 이동할 수 있는 적어도 2개, 바람직하게는 그보다 많은 부분 요소(4,6,8,10)를 포함한다. 복수의 조절 유닛(12)은 바람직하게는 부분 요소(4,6,8,10)를 이동시키기 위해 제공되며, 상기 조절 유닛은 부분 요소(4,6,8,10)가 서로에게 독립적으로 이동할 수 있게 한다.
부분 요소(4,6,8,10)는 용접품(16,18)을 손상시키지 않고 수용하고 고정할 수 있도록 바람직하게는 용접될 용접품(16,18)에 따라 적어도 부분적으로 형성되는 형태를 갖는다. 한 예를 들면, 부분 요소(4,6,8,10)는 각 단부에서 상승될 수 있고 공통 중심점을 향하여 평탄화될 수 있다.
제 1도구 부분(14)은 바람직하게는 단체(單體)의 디자인을 갖고 또한 제 1용접품(16)에 대해 적어도 부분적으로 반대의(negative) 형태를 갖는데, 이러한 경우 에 제 2용접품(18)은 부분 요소(4,6,8,10)의 형태를 한정한다.
특히 간단한 구성에서, 2개의 용접품(16,18)은 서로, 그리고 부분 요소(4,6,8,10)와 함께 포개질 수 있다. 제 1도구 부분(14)은 제 1도구 부분(14)이 역압(counterpressure) 형성을 위한 적어도 하나의 접촉을 형성하도록 제 2도구 부분을 향하여 이동될 수 있다. 대안적으로, 제 1도구 부분(14)은 제자리에서 고정될 수 있고 제 2도구 부분(2)은 제 1도구 부분(14)을 향하여 이동할 수 있다. 대안적으로, 제 1 및 제 2도구 부분(14,2)은 고정될 수 있고 결합 부위의 2개의 용접품(16,18)에 압력을 적용하기 위하여 오직 부분 요소(4,6,8,10)만이 제 1도구 부분(14)을 향하여 이동할 수 있다. 또한, 용접품(16,18)을 도구 부분(14,2)에 고정하는 장치를 제공할 수 있다. 한 예를 들면, 제 1도구 부분(14)은 제 1용접품(16)이 제 1도구 부분(14)에 고정될 수 있는, 특히 흡입가능한 부압 장치를 포함할 수 있다. 또한, 제 2도구 부분(2)은 제 2용접품(18)을 이동가능한 부분 요소(4,6,8,10)에 고정하는 장치를 포함할 수 있다.
레이저 용접 도구 뿐만 아니라, 2개의 용접품(16,18)을 용접하는 배열은 상기 2개의 용접품이 레이저 빔(21)을 이용하여 2개의 용접품의 결합 부위에서 용접될 수 있게 하는 적어도 하나의 레이저(19)를 포함한다. 여기서, 특히 균일하고 정확한 용접 시임은 이동가능한 부분 요소(4,6,8,10)의 제 1도구 부분(14)으로의 이동이 레이저 빔(21)이 2개의 용접품(16,18)의 해당 세그먼트를 막 지났을 때면 항상 2개의 용접품(16,18)에 미리 정의된 접촉 압력을 가한다는 사실 덕분에 수득된다. 레이저(19) 뿐만 아니라, 추가 레이저를 제공할 수 있고, 상기 추가 레이저는 바람직하게는 용접품(16,18)의 미리 한정된 세그먼트 및 해당 이동가능한 부분 요소(4,6,8,10)에 할당된다.
제 2실시예의 레이저 용접 도구(도 4)에서, 오직 2개의 용접품(16,18)의 한 단부만이 제 1도구 부분(14) 및 이동가능한 부분 요소(4 내지 8)에 의해 함께 압축된다. 여기서, 상기 이동가능한 부분 요소(4,6,8,10)의 움직임은 제 1도구 부분(14)을 향한 방향(20)을 따른다. 상기 문맥에서, 제 1도구 부분(14) 및 한 부분 요소(4) 사이에 방향(20)으로 배열된 2개의 용접품(16,18)의 부분 부위는 특히 2개의 용접품(16,18)의 개별 세그먼트로 지칭된다.
한 예를 들면, 조절 유닛(12)은 가이드 몸체(22)(도 5), 특히 가이드 몸체(22) 위에 가이드 칼럼, 및/또는 가이드 부시(24)를 포함할 수 있다. 이는 각 조절 유닛(12)이 예를 들어 중앙 핀을 이용하여 해당 부분 요소(4)가 이동될 수 있게 하는 조절 드라이브(26)에 할당되는 것이 바람직하다. 실린더(26)는 연결 요소를 통하여 화살표(20)의 방향으로 부분 요소(4)를 이동시킨다. 상기 부분 요소(4)는 가이드 칼럼에 장착된다. 가이드 부시(24), 특히 베어링 부시는 가이드 칼럼 슬라이드가 세그먼트에 영구적으로 통합된다.
레이저(19) 및 레이저 용접 도구를 포함하는 배열의 작동 프로그램(도 6)은 바람직하게는 제어 장치(도시하지 않음)에 저장된다. 상기 프로그램은 바람직하게는 적절하다면 변수가 초기화되는 단계 S1에서 시작한다.
2개의 용접품(16,18)이 레이저 용접 도구에 기계적으로 삽입되면, S2 단계에서 예를 들어 인풋(INPUT) 명령을 삽입하여 2개의 용접품(16,18)을 레이저 용접 도구로의 삽입을 시작할 수 있다. 대안적으로, 2개의 용접품(16,18)은 레이저 용접 도구에 손으로 배치될 수 있다.
S3 단계에서, 레이저(19)는 제 1용접 지시 WELD_1에 의해 2개의 용접품(16,18)의 시작부로 이동되고 용접 중에 소정의 용접 시임을 따라 2개의 용접품(16,18)의 제 1세그먼트에 유도된다.
S4 단계에서, 부분 요소(4,6,8,10)는 갓 용접된 2개의 용접품(16,18)의 제 1세그먼트가 용접 시임의 부위에서 서로에 압축되도록 제 1압축 지시 PRES_1에 의해 제 1도구 부분을 향하여 이동한다. 여기서, 접촉 압력은 단순히 증가할 수 있거나 복수의 단계에 따라 증가할 수 있거나 연속적으로, 예를 들어 용접 시임의 온도에 따라 변화할 수 있다.
S5 단계에서, 레이저(19)는 제 2용접 지시 WELD_2에 의해 2개의 용접품(16,18)의 제 2세그먼트의 시작부로 이동되는데, 연속적 용접 시임이 제 1세그먼트에서 제 2세그먼트로의 전환부에서 제조되도록 제 1세그먼트는 이음매가 없이 제 2세그먼트로 통합될 수 있다. 또한, 2개의 용접품(16,18)의 제 2세그먼트는 S5 단계에서 레이저 빔(21)을 이용하여 용접된다.
S6 단계에서, S4 단계에 따라 제 2압축 지시 PRES_2에 의해 갓 용접된 2개의 용접품(16,18)의 제 2세그먼트에 압력이 가해진다.
S7 단계 내지 S10 단계에서, S3 단계 내지 S6 단계에 따라, 제 3 및 제 4 용접 지시 WELD_3, WELD_4 및 제 3 및 제 4 압축 지시 PRES_3 및 PRES_4는 2개의 용접품(16,18)의 제 3 및 제 4세그먼트의 용접 및 압축을 동시에 시작할 수 있다. 여기서, S7 단계 내지 S10 단계는 S3 단계 내지 S6 단계와 동시에 또는 S3 단계 내지 S6 단계 후에 실행될 수 있다. 또한, 추가의 레이저가 제 3 및 제 4세그먼트에 제공될 수 있다.
2개의 용접품(16,18)이 레이저 용접 도구로부터 기계적으로 제거되면, 상기 제거 작업은 예를 들어 제거 명령 OUTPUT에 의해 시작될 수 있다.
S12 단계에서, 프로그램은 종료될 수 있다. 그러나, S11 단계 후에, 바람직하게는, 프로그램은 새로운 용접품(16,18)과 함께 S2 단계에서 다시 실행된다.
본 발명은 상술한 예시적인 실시예에만 국한되지 않는다. 특히, 레이저 용접 도구는 2개, 3개 또는 4개 이상의 부분 요소(4,6,8,10)를 포함할 수 있고, 상기 부분 요소는 2개의 용접품(16,18) 위에 접촉 압력을 가하기 위하여 독립적으로 이동하거나 또는 적어도 부분적으로 동시에 이동한다. 또한, 상기 용접 절차는 단계로 분화될 수 있다. 한 예를 들면, 상기 단계는 압축, 용접, 홀딩 및/또는 추가의 단계를 포함한다. 상기 단계는 다른 접촉 압력 및/또는 압축 시간을 할당받을 수 있다.

Claims (12)

  1. 제 1용접품(16)을 제 2용접품(18)에 적어도 부분적으로 2개의 도구 부분(14,2) 사이에 고정하기 위한 제 1 및 제 2도구 부분(14,2)을 포함하고, 상기 제 2도구 부분(2)은 제 1용접품(16)에 제 2용접품(18)을 압축하는 제 1도구 부분을 향하여 서로 독립적으로 이동가능한 적어도 2개의 부분 요소(4,6,8,10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 도구.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부분 요소(4,6,8,10)는 자동으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 레이저 용접 도구.
  3. 제 1 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서, 각 부분 요소(4,6,8,10)는 해당 부분 요소(4,6,8,10)를 자동으로 이동되기 위한 적어도 하나의 조절 유닛(12)에 결합되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 도구.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 조절 유닛(12)은 공압, 유압, 전기, 또는 탄성력에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 도구.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2도구 부분(2)은 제 1용접품(16)에 제 2용접품(18)을 압축하는 제 1도구 부분(16)을 향해 이동할 수 있는 세 개 이상의 부분 요소(4,6,8,10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 도구.
  6. 적어도 하나의 레이저(19), 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에서의 레이저 용접 도구 및 상기 레이저(19)에 결합된 제어 장치를 포함하고, 상기 레이저 용접 도구는 레이저 용접 도구의 부분 요소(4,6,8,10)가 레이저의 위치에 따라 이동되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 2개의 용접품(16,18)의 배치.
  7. 제 6항에 있어서, 하나 이상의 부분 요소(4,6,8,10)에 각각 영구적으로 할당되는 두 개 이상의 레이저(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치.
  8. 제 6항 또는 제 7항의 배열의 작동법에 있어서,
    - 상기 레이저(19)는 2개의 용접품(16,18)의 제 1세그먼트를 용접하는 데 사용되고, 상기 제 1세그먼트는 제 1도구 요소(4)의 움직임 방향으로 제 1부분 요소(4) 및 제 1도구 부분(14) 사이에 배열되고,
    - 2개의 세그먼트가 용접된 직후, 제 1부분 요소(4)가 제 1도구 부분(14)을 향하여 이동되고 따라서 2개의 용접품(16,18)이 그들의 제 1세그먼트에 서로 압축되고,
    - 레이저(19)는 2개의 용접품(16,18)의 제 2세그먼트를 용접하는 데 사용되고, 상기 제 2세그먼트는 제 2부분 요소(6)의 움직임 방향으로 제 2부분 요소(6) 및 제 1도구 부분(14) 사이에 배열되고,
    - 2개의 세그먼트가 용접된 직후, 제 2부분 요소(6)는 제 1도구 부분(14)을 향하여 이동되고 따라서 2개의 용접품(16,18)은 그들의 제 2세그먼트에서 서로에 압축되는 것을 특징으로 하는 배열의 작동법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 2개의 용접품(16,18)은 용접 전에 제 1 또는 제 2도구 부분(14,2)에서 서로의 위에 위치하며, 2개의 용접품(16,18)이 서로에게 용접될 수 있도록 상기 제 2도구 부분(2)의 부분 요소(4,6,8,10)는 제 1도구 부분(14)을 향하여 이동되거나, 제 1도구 부분(14)은 제 2도구 부분(2)을 향하여 이동되는 것을 특징으로 하는 배열의 작동법.
  10. 제 8항에 있어서, 용접 전에 상기 제 1용접품(16)은 제 1도구 부분(14)에 고정되고 제 2용접품(18)은 제 2도구 부분(2)에 고정되고, 상기 2개의 용접품(16,18)이 서로에 용접될 수 있도록 상기 제 2도구 부분(2)의 부분 요소(4,6,8,10)는 제 1도구 부분(14)을 향하여 이동되거나, 제 1도구 부분(14)은 제 2도구 부분(2)을 향하여 이동되는 것을 특징으로 하는 배열의 작동법.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 부분 요소(4,6,8,10)가 제공되고, 상기 부분 요소(4,6,8,10)는 2개의 용접품(16,18)의 해당 세그먼트가 용접되면 항상 제 1도구 부분(14)을 향하여 이동되는 것을 특징으로 하는 배열의 작동법.
  12. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 용접품(16,18)의 다른 세그먼트가 해당 세그먼트에 할당된 다른 레이저(19)를 이용하여 동시에 또는 다른 시점에 용접되고, 상기 부분 요소(4,6,8,10)는 해당 세그먼트가 용접되면 제 1도구 부분(14)을 향하여 이동되는 것을 특징으로 하는 배열의 작동법.

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