KR20120015698A - 전자빔 용접기의 지그 장치 및 용접 방법 - Google Patents

전자빔 용접기의 지그 장치 및 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자빔 용접기의 지그 장치 및 용접 방법에 관한 것으로서, 피용접물을 이송시키는 이송유닛; 이송유닛 상의 일측에 배치되며, 피용접물을 하강시키면서 이송유닛으로 로딩시키는 로딩 지그; 이송유닛의 라인 상의 일 영역에 마련되는 용접위치를 사이에 두고 로딩 지그의 대향측에 배치되며, 용접이 완료된 피용접물을 상승시키면서 언로딩시키는 언로딩 지그; 및 이송 유닛, 로딩 지그 및 언로딩 지그의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 전체적인 진공 배기 시간을 줄일 수 있어서 용접 작업의 효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

전자빔 용접기의 지그 장치 및 용접 방법{Jig for laser beam welding apparatus and method thereof}
본 발명은, 전자빔 용접기의 지그 장치 및 용접 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 멀티 지그를 사용함으로써 전체적인 진공 배기 시간을 줄일 수 있어서 용접 작업의 효율을 극대화시킬 수 있는 전자빔 용접기의 지그 장치 및 용접 방법에 관한 것이다.
일반적으로 정밀도가 요구되는 금속을 용접할 때에는 전자빔을 이용하는 전자빔 용접법이 널리 사용된다. 전자빔 용접법은 고진공 중에서 음극으로부터 방출된 전자를 고전압으로 가속하고 피용접물에 충돌시켜 그 에너지로 용접하는 방법이다.
이러한 전자빔 용접법은 고진공 중에서 이루어지기 때문에 대기에 반응하기 쉬운 금속도 용접이 용이하며, 또 전자빔을 렌즈로 가늘게 좁혀 에너지를 집속시킬 수 있으므로 지르코늄, 텅스텐, 몰리브덴 등 고융점 금속의 용접도 얼마든지 가능하다.
또한 전자빔 용접은 다른 용접법에 비하여 용접입열(鎔接入熱)이 작기 때문에 용접이 어긋나는 등 변형되는 경우가 극히 적으며, 용접부의 폭이 좁기 때문에 정밀 용접이 가능한 점, 용해 용접을 깊게 할 수 있기 때문에 두꺼운 판의 고속 용접도 가능하다는 점 등의 다양한 장점을 가진다. 때문에, 산업 전반에 걸쳐 전자빔 용접기가 널리 사용되고 있다.
통상적인 전자빔 용접기는 지그와 픽스츄어로 이루어져 있으며, 지그에 피용접물을 로딩시켜 전자빔에 의한 용접을 수행한다. 이때, 지그가 올려지는 슬라이딩 플레이트는 그 하부의 베이스 플레이트에 대해 평면상에서 X축 및 Y축 방향으로 자유롭게 이동이 가능하다. 따라서 보통은 슬라이딩 플레이트 위에 별도의 지그를 올리고, 이를 통해 전자빔 용접을 수행하게 된다.
그런데, 전자빔 용접기에서 용접작업을 위해서는 반드시 고진공을 위한 공정(이하, '진공 배기 공정'라고 함)이 필요한데, 이러한 진공 배기 공정이 전자빔 용접 작업 전체에서 70% 내외의 시간을 차지하고 있다. 결국, 실제 전자빔 용접을 할 수 있는 시간은 전체 용접작업의 10% 내외의 시간밖에 안 되므로 전자빔 용접 효율이 낮을수 밖에 없다. 이를 해결하기 위해서, 종래에는 진공펌프 수량 및 용량 확대등과 같이 진공 배기 시간을 줄이는 장치들 활용하고는 있으나, 이러한 장치들은 비쌀 뿐 아니라 어차피 피용접물 마다 진공 배기 공정을 수행해야 하므로 전반적으로 전자빔 용접 효율이 떨어질 수 밖에 없다.
본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 전체적인 진공 배기 시간을 줄여 용접 작업의 효율을 극대화시킬 수 있는 전자빔 용접기의 지그 장치 및 용접 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 용접위치로 피용접물을 로딩시키거나 용접이 완료된 피용접물을 다시 언로딩시키는 등의 일련의 과정이 유기적이고 또한 연속적으로 진행될 수 있어 용접작업의 효율을 향상시킬 수 있는 전자빔 용접기의 지그 장치 및 용접 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 피용접물을 이송시키는 이송유닛; 상기 이송유닛 상의 일측에 배치되며, 상기 피용접물을 하강시키면서 상기 이송유닛으로 로딩시킬 수 있는 로딩 지그; 및 상기 이송유닛의 라인 상의 일 영역에 마련되는 용접위치를 사이에 두고 상기 로딩 지그의 대향측에 배치되며, 용접이 완료된 피용접물을 상승시키면서 언로딩시킬 수 있는 언로딩 지그; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 로딩 지그는, 상기 피용접물이 높이 방향을 따라 적재되는 제1 적재 프레임; 상기 제1 적재 프레임의 하부 영역에 업/다운(up/down) 구동 가능하게 배치되어 상기 피용접물을 업/다운 구동시키는 제1 업/다운 구동부; 및 상기 제1 적재 프레임의 양측에 결합되어 상기 피용접물의 하향 이동을 선택적으로 제한하는 하향 이동 제한유닛을 포함할 수 있다.
상기 하향 이동 제한유닛은, 상기 피용접물의 하면을 떠받쳐 지지하는 직선형 스토퍼; 상기 직선형 스토퍼와 연결되어 상기 직선형 스토퍼를 상기 피용접물이 적재되는 방향에 교차되는 방향으로 구동시키는 구동모터; 및 상기 직선형 스토퍼와 상기 구동모터를 연결하여 상기 직선형 스토퍼의 동작을 가이드하는 가이드레일을 포함할 수 있다.
상기 가이드레일은 상기 구동모터를 사이에 두고 한 쌍으로 배치될 수 있으며, 상기 한 쌍의 가이드레일과 상기 직선형 스토퍼는 연결부재에 의해 연결될 수 있다.
상기 언로딩 지그는, 상기 피용접물이 높이 방향을 따라 적재되는 제2 적재 프레임; 상기 제2 적재 프레임의 하부 영역에 업/다운(up/down) 구동 가능하게 배치되어 상기 피용접물을 업/다운 구동시키는 제2 업/다운 구동부; 및 상기 제2 적재 프레임의 양측에 배치되어 상기 피용접물을 지지하며, 상기 제2 업/다운 구동부에 의한 상기 피용접물의 상향 이동은 허용하고 상기 피용접물의 자중에 의한 하향 이동은 제한하는 지지유닛을 포함할 수 있다.
상기 지지유닛은 상면이 상기 피용접물의 하면에 접촉되어 상기 피용접물을 지지하되 제1 회전축을 축심으로 하여 회전 가능한 회전형 스토퍼를 포함할 수 있다.
상기 피용접물이 상승될 때 상기 피용접물의 상면과 접하는 상기 회전형 스토퍼의 하면은 경사진 경사면을 형성할 수 있다.
상기 회전형 스토퍼의 일측에는 상기 피용접물의 지지하는 지지리브가 더 형성될 수 있다.
상기 지지유닛은 상기 회전형 스토퍼에 결합되어 상기 회전형 스토퍼가 상기 피용접물을 지지하는 방향으로 상기 회전형 스토퍼를 탄성적으로 가압하는 플런저를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 업/다운 구동부는 상기 제2 적재 프레임 사이의 중앙 영역에 배치될 수 있다.
상기 제2 업/다운 구동부는 제2 적재 프레임 내에 배치될 수 있다.
상기 이송 유닛, 상기 로딩 지그 및 상기 언로딩 지그의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 로딩 지그와 상기 언로딩 지그 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 피용접물의 적재위치를 센싱하여 상기 센싱된 신호를 상기 컨트롤러로 전송하는 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 이송 유닛, 상기 로딩 지그 및 상기 언로딩 지그를 지지하는 장치본체를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 목적은, 이송유닛 상의 일측에 상기 피용접물을 적층시키는 단계; 상기 적층된 피용접물 중 하나를 상기 이송유닛으로 로딩시키는 단계; 상기 이송유닛에서 로딩된 피용접물을 용접하는 단계; 상기 이송유닛의 라인 상의 일 영역에 마련되는 용접위치를 사이에 두고 상기 로딩 지그의 대향측에 상기 용접이 완료된 피용접물을 적층시키는 단계;를 포함하는 전자빔 용접기에서의 용접 방법에 의해 달성될 수 있다.
상기 로딩 단계는, 상기 피용접물이 높이 방향을 따라 적재되는 제1 적재 프레임; 상기 제1 적재 프레임의 하부 영역에 업/다운(up/down) 구동 가능하게 배치되어 상기 피용접물을 업/다운 구동시키는 제1 업/다운 구동부; 및 상기 제1 적재 프레임의 양측에 결합되어 상기 피용접물의 하향 이동을 선택적으로 제한하는 하향 이동 제한유닛을 포함하는 로딩 지그에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 멀티 지그를 사용함으로써 전체적인 진공 배기 시간을 줄여 용접 작업의 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피용접물이 많을 수 록 전체적인 진공 배기 시간을 줄일 수 있으므로 용접 작업의 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접위치로 피용접물을 로딩시키거나 용접이 완료된 피용접물을 다시 언로딩시키는 등의 일련의 과정이 유기적이고 또한 연속적으로 진행될 수 있어 용접작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자빔 용접기의 지그 장치의 정면도,
도 2는 도 1의 평면도,
도 3은 로딩 지그의 측면도,
도 4 및 도 5는 하향 이동 제한유닛의 작동 상태를 도시한 도면들,
도 6 및 도 7은 각각 하향 이동 제한유닛의 평면도 및 측면도,
도 8은 언로딩 지그의 측면도,
도 9 및 도 10은 지지유닛의 작동 상태를 도시한 도면들,
도 12는 지지유닛의 평면도,
도 13은 도 1의 제어블록도,
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자빔 용접기의 지그 장치에서 언로딩 지그의 평면도,
도 14는 도 13의 정면도,
도 15는 도 13의 측면도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자빔 용접기의 지그 장치의 정면도, 도 2는 도 1의 평면도, 도 3은 로딩 지그의 측면도, 도 4 및 도 5는 하향 이동 제한유닛의 작동 상태를 도시한 도면들, 도 6 및 도 7은 각각 하향 이동 제한유닛의 평면도 및 측면도, 도 8은 언로딩 지그의 측면도, 도 9 및 도 10은 지지유닛의 작동 상태를 도시한 도면들, 도 12는 지지유닛의 평면도, 그리고 도 13은 도 1의 제어블록도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 지그 장치는, 전자빔 용접기의 일 구성으로 적용된다. 도시하지는 않았지만 본 실시예의 지그 장치는 하부의 베이스 플레이트에 대해 평면상에서 X축 및 Y축 방향으로 자유롭게 이동이 가능한 슬라이딩 플레이트에 별도의 액세서리 구조물로 마련될 수 있다.
따라서 본 실시예의 지그 장치는 피용접물의 크기, 용도 또는 사이즈에 따라 적절하게 설계 변경될 수 있다. 여기서, 피용접물이란 금속을 비롯하여 지르코늄, 텅스텐, 몰리브덴 등 고융점 금속일 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 전자빔 용접기의 지그 장치는, 이송유닛(110), 로딩 지그(130), 언로딩 지그(150), 컨트롤러(170), 그리고 이들이 지지되는 장치본체(180)를 포함한다.
장치본체(180)에 대해 먼저 설명하면, 장치본체(180)는 이송유닛(110), 로딩 지그(130) 및 언로딩 지그(150)를 지지하는 부분이다. 일정한 강성을 지닌 파이프나 형강을 용접하여 제작할 수 있다.
이송유닛(110)은 로딩 지그(130)로부터의 피용접물을 용접위치(W/P)로 이송시키고, 용접이 완료된 피용접물을 언로딩 지그(150)로 이송시키는 역할을 한다.
이러한 이송유닛(110)은 벨트형 컨베이어로 마련될 수도 있고 혹은 롤러형 컨베이어로 마련될 수도 있으며, 경우에 따라 자기부상식 이송체가 될 수도 있다. 본 실시예의 경우, 상호 이격된 한 쌍의 벨트형 컨베이어가 적용되고 있다.
이송유닛(110)은 도 1에 도시된 바와 같이, 피용접물의 이송을 담당하는 벨트(111)와, 벨트(111)의 일측에 결합되는 구동 스프로켓(112)과, 구동 스프로켓(112)에 연결되는 모터(113)와, 벨트(111)의 타측에 결합되는 피동 스프로켓(114)을 구비한다. 이에, 모터(113)가 동작되어 구동 스프로켓(112)이 회전하면 피동 스프로켓(114)과의 상호작용에 의해 벨트(111)를 회전시키면서 피용접물의 이송을 담당할 수 있다.
로딩 지그(130)는 이송유닛(110) 상의 일측에 배치되며, 피용접물을 하강시키면서 이송유닛(110)으로 로딩시킬 수 있는 부분이다. 다시 말해, 로딩 지그(130)는 높이 방향을 따라 다수 개 적재되어 있는 피용접물을 공정에 맞게 아래서부터 순차적으로 하나씩 하강시켜 이송유닛(110)으로 로딩시키는 역할을 한다.
이러한 로딩 지그(130)는 제1 적재 프레임(131)과, 제1 적재 프레임(131)의 하부 영역에 업/다운(up/down) 구동 가능하게 배치되어 피용접물을 업/다운 구동시키는 제1 업/다운 구동부(133)와, 제1 적재 프레임(131)의 양측에 결합되어 피용접물의 하향 이동을 선택적으로 제한하는 하향 이동 제한유닛(135)을 구비한다.
제1 적재 프레임(131)은 피용접물이 그 높이 방향을 따라 적재되는 장소를 이룬다. 피용접물의 적재 개수는 제1 적재 프레임(131)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다. 피용접물의 적재 개수가 많을 수 록 용접 작업의 효율은 높아질 수 있을 것이다.
제1 업/다운 구동부(133)는 컨트롤러(170)에 의해 컨트롤되면서 제일 아래쪽의 피용접물을 하강시키는 역할을 한다. 이러한 제1 업/다운 구동부(133)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 구동모터(133a)와, 제1 구동모터(133a)의 승하강 운동을 안내하는 한 쌍의 제1 안내봉(133b)과, 제1 구동모터(133a)와 한 쌍의 제1 안내봉(133b)의 상단부에 연결되는 제1 지지플레이트(133c)를 구비한다. 이에, 제1 지지플레이트(133c)에 배치된 피용접물은 제1 구동모터(133a)의 구동력과 한 쌍의 제1 안내봉(133b)의 안내 동작에 의해 하강될 수 있다.
하향 이동 제한유닛(135)은, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 피용접물의 하면을 떠받쳐 지지하는 직선형 스토퍼(135a)와, 직선형 스토퍼(135a)와 연결되어 직선형 스토퍼(135a)를 피용접물이 적재되는 방향에 교차되는 방향으로 구동시키는 제1 소형구동모터(135b)와, 직선형 스토퍼(135a)와 제1 소형구동모터(135b)를 연결하여 직선형 스토퍼(135a)의 동작을 가이드하는 가이드레일(135c)을 구비한다.
직선형 스토퍼(135a)는 도 5의 A 방향(또는 그의 역방향)으로 구동되며, 이를 위해, 제1 소형구동모터(135b)가 마련된다. 제1 소형구동모터(135b)는 공압, 유압, 혹은 유공압 복합 유체에 의해 구동하면서 직선형 스토퍼(135a)를 도 5의 A 방향 또는 그의 역방향으로 이동시킨다.
가이드레일(135c)은 직선형 스토퍼(135a)의 이동이 원활해질 수 있도록 직선형 스토퍼(135a)의 이동을 가이드하는데, 이러한 가이드레일(135c)은 도 7에 도시된 바와 같이, 도브 테일(dove tail) 구조로 마련되되 제1 소형구동모터(135b)를 사이에 두고 한 쌍으로 배치된다. 그리고 한 쌍의 가이드레일(135c)과 직선형 스토퍼(135a)는 연결부재(135d)에 의해 연결된다.
본 실시예의 로딩 지그(130)에는 피용접물의 적재위치를 센싱하여 센싱된 신호를 컨트롤러(170)로 전송하는 제1 센서(137)가 더 마련된다. 따라서 제1 센서(137)의 신호를 받은 컨트롤러(170)가 제1 업/다운 구동부(133)와 제1 소형구동모터(135b)의 동작을 컨트롤함으로써 피용접물이 하강되면서 로딩될 수 있다.
부연하면, 도 4처럼 직선형 스토퍼(135a)에 의해 지지되어 있던 피용접물은 직선형 스토퍼(135a)가 제1 소형구동모터(135b)에 의해 도 5의 A 방향으로 이동됨에 따라 도 5의 B 방향으로 하강되면서 이송유닛(110) 상으로 로딩될 수 있다. 이때, 피용접물은 제1 업/다운 구동부(133)의 동작에 의해 도 5의 B 방향으로 하강되는데, 직선형 스토퍼(135a)가 도 5의 A 방향으로 이동하기 전에 제1 업/다운 구동부(133)가 피용접물을 약간 들어올림으로써 직선형 스토퍼(135a)가 도 5의 A 방향으로 이동되기에 수월하도록 한다. 다시 말해, 제1 업/다운 구동부(133)가 피용접물을 약간 들어올린 다음, 직선형 스토퍼(135a)가 도 5의 A 방향으로 이동하고, 이후에 제1 업/다운 구동부(133)의 제1 지지플레이트(133c)에 배치된 피용접물은 제1 구동모터(133a)의 구동력과 한 쌍의 제1 안내봉(133b)의 안내 동작에 의해 하강될 수 있게 되는 것이다.
언로딩 지그(150)는 피용접물이 높이 방향을 따라 적재되는 제2 적재 프레임(151)과, 제2 적재 프레임(151)의 하부 영역에 업/다운(up/down) 구동 가능하게 배치되어 피용접물을 업/다운 구동시키는 제2 업/다운 구동부(153)와, 제2 적재 프레임(151)의 양측에 배치되어 피용접물을 지지하며 제2 업/다운 구동부(153)에 의한 피용접물의 상향 이동은 허용하고 피용접물의 자중에 의한 하향 이동은 제한하는 지지유닛(155)을 구비한다.
제2 적재 프레임(151)은 피용접물이 그 높이 방향을 따라 적재되는 장소를 이룬다. 피용접물의 적재 개수는 제2 적재 프레임(151)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다.
제2 업/다운 구동부(153)는 컨트롤러(170)에 의해 컨트롤되면서 제일 아래쪽의 피용접물을 차례로 위쪽으로 상승시키는 역할을 한다. 이러한 제2 업/다운 구동부(133)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 구동모터(153a)와, 제2 구동모터(153a)의 승하강 운동을 안내하는 한 쌍의 제2 안내봉(153b)과, 제2 구동모터(153a)와 한 쌍의 제2 안내봉(153b)의 상단부에 연결되는 제2 지지플레이트(153c)를 구비한다. 이에, 제2 지지플레이트(153c)에 배치된 피용접물은 제2 구동모터(153a)의 구동력과 한 쌍의 제2 안내봉(153b)의 안내 동작에 의해 상승될 수 있다. 본 실시예에서 제2 업/다운 구동부(153)는 제1 업/다운 구동부(133)와 마찬가지로 제2 적재 프레임(151)의 중앙 영역에 배치된다.
지지유닛(155)은 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상면이 피용접물의 하면에 접촉되어 피용접물을 지지하되 제1 회전축(155a)을 축심으로 하여 회전 가능한 회전형 스토퍼(155b)와, 회전형 스토퍼(155b)에 결합되어 회전형 스토퍼(155b)가 피용접물을 지지하는 방향으로 회전형 스토퍼(155b)를 탄성적으로 가압하는 플런저(155c)를 구비한다. 이때, 피용접물이 상승될 때 피용접물의 상면과 접하는 회전형 스토퍼(155b)의 하면은 경사진 경사면(155d)을 형성한다.
회전형 스토퍼(155b)와 플런저(155c)는 도 11에 도시된 바와 같이, 한 쌍으로 마련될 수 있는데, 도시된 것처럼 한 쌍으로 마련되는 경우에는 별도의 연결로드(155e)에 의해 상호 연결될 수 있다. 도면에는 연결로드(155e)에 한 쌍의 회전형 스토퍼(155b)와 플런저(155c)가 결합되었지만 이들의 개수는 도면보다 많아도 무방하다. 따라서 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한될 필요는 없다.
언로딩 지그(150)에도 로딩 지그(130)와 마찬가지로 제2 센서(157)가 마련될 수 있다. 제2 센서(157)는 제2 업/다운 구동부(153)의 동작 신호를 발생시키는 역할과 더불어 컨트롤러(170)로 하여금 적재되는 피용접물의 개수를 카운팅하도록 하는 역할을 겸할 수 있다.
이에, 제2 업/다운 구동부(153)의 제2 지지플레이트(153c)에 배치된 피용접물은 제2 구동모터(153a)의 구동력과 한 쌍의 제2 안내봉(153b)의 안내 동작에 의해 도 9의 C 방향으로 상승되는데, 상승되는 과정에서 피용접물에 그 경사면(155d)이 부딪힌 회전형 스토퍼(155b)는 피용접물의 가압력에 의해 제1 회전축(155a)을 축심으로 하여 도 9의 실선에서 점선처럼 회전된다. 이때, 플런저(155c)는 탄성적으로 압축된다. 피용접물이 도 9의 C 방향으로 계속 상승되어 회전형 스토퍼(155b)를 지나게 되면 회전형 스토퍼(155b)를 가압했던 힘이 사라지게 되므로 플런저(155c)에 의해 회전형 스토퍼(155b)는 도 10처럼 원위치로 복귀하게 되고, 그러면서 피용접물을 떠받쳐지지 하게 된다. 이처럼 언로딩 지그(150)는 복잡한 구조가 아닌, 즉 제2 업/다운 구동부(153)가 피용접물을 차례차례 상승시키기만 하면 지지유닛(155)의 회전형 스토퍼(155b)와 플런저(155c)의 상호작용에 의해 순차적으로 적재되는 간단한 구조를 갖는다.
한편, 컨트롤러(170)는, 전술한 센서(137,157)들의 신호에 기초하여 전자빔 용접기의 지그 장치의 동작, 즉 이송유닛(110), 로딩 지그(130) 및 언로딩 지그(150)의 동작을 컨트롤한다. 이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(170)에 대해 간략하게 부연 설명하면, 도 12에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(170)는 중앙처리장치(171, CPU), 메모리(172, MEMORY), 서포트 회로(173, SUPPORT CIRCUIT)를 포함한다. CPU(171)는 본 실시예의 전자빔 용접기의 지그 장치를 제어하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(172, MEMORY)는 CPU(171)와 동작으로 연결된다. 메모리(172)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다. 서포트 회로(173, SUPPORT CIRCUIT)는 CPU(171)와 작용적으로 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(173)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 전자빔 용접기의 지그 장치의 전반적인 프로세스 즉 피용접물이 로딩 지그(130)에서 이송유닛(110)으로 하강 로딩되고, 피용접물이 용접위치(W/P)에서 용접되고, 용접이 완료된 피용접물이 이송유닛(110)을 따라 이송되어 언로딩 지그(150)에 적재되는 일련의 프로세스 등이 메모리(172)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(172)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 CPU(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있으며, 그러한 다른 CPU(미도시)는 전자빔 용접기의 지그 장치와는 거리적으로 이격된 곳에 위치된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 전자빔 용접기의 지그 장치의 작용에 대해 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
우선, 피용접물이 로딩 지그(130)에서 이송유닛(110)으로 하강 로딩된다. 즉 도 4처럼 직선형 스토퍼(135a)에 의해 지지되어 있던 피용접물은 직선형 스토퍼(135a)가 제1 소형구동모터(135b)에 의해 도 5의 A 방향으로 이동됨에 따라 도 5의 B 방향으로 하강되면서 이송유닛(110) 상으로 하강 로딩될 수 있다.
본 실시예에서는 소형구동모터를 사용하는 것으로 설명하였지만, 본원 발명이 그러한 소형구동모터에만 한정되어 실시될 필요가 없음은 물론이다. 따라서, 본원 명세서에서는 상술한 제1 구동모터(133a), 제2 구동모터(153a), 및 제1 소형구동모터(135b)들을 특별히 구별할 실익이 있는 경우가 아니면 통칭하여 부르기로 한다.
전술한 바와 같이, 피용접물은 제1 업/다운 구동부(133)의 동작에 의해 도 5의 B 방향으로 하강되는데, 직선형 스토퍼(135a)가 도 5의 A 방향으로 이동하기 전에 제1 업/다운 구동부(133)가 피용접물을 약간 들어올림으로써 직선형 스토퍼(135a)가 도 5의 A 방향으로 이동되기에 수월하도록 한다.
다시 말해, 제1 업/다운 구동부(133)가 피용접물을 약간 들어올린 다음, 직선형 스토퍼(135a)가 도 5의 A 방향으로 이동하고, 이후에 제1 업/다운 구동부(133)의 제1 지지플레이트(133c)에 배치된 피용접물은 제1 구동모터(133a)의 구동력과 한 쌍의 제1 안내봉(133b)의 안내 동작에 의해 하강될 수 있게 되며, 이에 따라 피용접물은 이송유닛(110)으로 로딩된다.
다음, 이송유닛(110)에 로딩된 피용접물은 이송유닛(110)을 따라 용접위치(W/P)로 옮겨진 후에 그 곳에서 전자빔 용접된다.
용접이 완료되면, 피용접물은 다시 이송유닛(110)을 따라 언로딩 지그(150) 쪽으로 이송되고, 이후에 언로딩 지그(150)에 순차적으로 상승되면서 적재된다. 즉 제2 업/다운 구동부(153)의 제2 지지플레이트(153c)에 배치된 피용접물은 제2 구동모터(153a)의 구동력과 한 쌍의 제2 안내봉(153b)의 안내 동작에 의해 도 9의 C 방향으로 상승되는데, 상승되는 과정에서 피용접물에 그 경사면(155d)이 부딪힌 회전형 스토퍼(155b)는 피용접물의 가압력에 의해 제1 회전축(155a)을 축심으로 하여 도 9의 실선에서 점선처럼 회전된다.
이때, 플런저(155c)는 탄성적으로 압축되며, 피용접물이 도 9의 C 방향으로 계속 상승되어 회전형 스토퍼(155b)를 지나게 되면 회전형 스토퍼(155b)를 가압했던 힘이 사라지게 되므로 플런저(155c)에 의해 회전형 스토퍼(155b)는 도 10처럼 원위치로 복귀하게 되고, 그러면서 피용접물을 떠받쳐지지 하게 된다.
이러한 구조와 동작을 갖는 본 실시예의 전자빔 용접기의 지그 장치에 따르면, 종래와 달리 로딩 지그(130) 및 언로딩 지그(150)라는 멀티 지그를 사용함으로써 용접위치(W/P)로 피용접물을 로딩시키거나 용접이 완료된 피용접물을 다시 언로딩시키는 등의 일련의 과정이 유기적이고 또한 연속적으로 진행될 수 있어 용접작업의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자빔 용접기의 지그 장치에서 언로딩 지그의 평면도, 도 14는 도 13의 정면도, 그리고 도 15는 도 13의 측면도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에서 언로딩 지그(250)의 경우, 지지유닛(255)은 도 14의 확대된 부분처럼 플런저 없이, 실선에서 점선, 혹은 점선에서 실선으로 회전 구동 가능한 회전형 스토퍼(255)로 마련된다.
이러한 회전형 스토퍼(255) 역시, 제2 회전축(255a)에 의해 실선에서 점선, 혹은 점선에서 실선으로 회전 구동 가능하며, 회전형 스토퍼(255)의 일측에는 피용접물의 지지하는 지지리브(255b)가 더 형성된다. 지지리브(255b)로 인해 피용접물의 안정적인 지지가 가능해질 수 있다.
뿐만 아니라 본 실시예의 경우에는 제2 업/다운 구동부(253)가 제2 적재 프레임(251) 내에 배치되는 구조를 갖는다.
이와 같이, 제2 업/다운 구동부(253)가 제2 적재 프레임(251) 내에 배치되면 전술한 실시예와는 동일한 효과를 제공하면서도 오히려 피용접물의 하부공간이 복잡해지지 않고 여유롭게 되어 유지 보수의 편의성을 증대시킬 수 있을 것이다.
본 실시예의 구조가 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공하는 데에는 아무런 문제가 없다.
이제, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 용접기에서의 용접 방법을 개략적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 용접기에서의 용접 방법은, 이송유닛 상의 일측에 상기 피용접물을 적층시키는 단계; 상기 적층된 피용접물 중 하나를 상기 이송유닛으로 로딩시키는 단계; 상기 이송유닛에서 로딩된 피용접물을 용접하는 단계; 상기 이송유닛의 라인 상의 일 영역에 마련되는 용접위치를 사이에 두고 상기 로딩 지그의 대향측에 상기 용접이 완료된 피용접물을 적층시키는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 이송유닛 상의 일측에 상기 피용접물을 적층시키는 단계는 상술한 로딩 지그에 의해 수행될 수 있으며, 용접이 완료된 피용접물을 적층시키는 단계는 상술한 언로딩시킬 수 있는 언로딩 지그에 의해 수행될 수 있다. 로딩 지그와 언로딩 지그의 동작은 이미 상세히 설명한 바 있으므로 여기서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110 : 이송유닛 111 : 벨트
112 : 구동 스프로켓 113 : 모터
114 : 피동 스프로켓 130 : 로딩 지그
131 : 제1 적재 프레임 133 : 제1 업/다운 구동부
135 : 하향 이동 제한유닛 135a : 직선형 스토퍼
135b : 제1 소형구동모터 135c : 가이드레일
150 : 언로딩 지그 151 : 제2 적재 프레임
153 : 제2 업/다운 구동부 155 : 지지유닛
155a : 제1 회전축 155b : 회전형 스토퍼
155c : 플런저 170 : 컨트롤러
180 : 장치본체

Claims (16)

  1. 피용접물을 이송시키는 이송유닛;
    상기 이송유닛 상의 일측에 배치되며, 상기 피용접물을 하강시키면서 상기 이송유닛으로 로딩시킬 수 있는 로딩 지그; 및
    상기 이송유닛의 라인 상의 일 영역에 마련되는 용접위치를 사이에 두고 상기 로딩 지그의 대향측에 배치되며, 용접이 완료된 피용접물을 상승시키면서 언로딩시킬 수 있는 언로딩 지그; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로딩 지그는,
    상기 피용접물이 높이 방향을 따라 적재되는 제1 적재 프레임;
    상기 제1 적재 프레임의 하부 영역에 업/다운 구동 가능하게 배치되어 상기 피용접물을 업/다운 구동시키는 제1 업/다운 구동부; 및
    상기 제1 적재 프레임의 양측에 결합되어 상기 피용접물의 하향 이동을 선택적으로 제한하는 하향 이동 제한유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하향 이동 제한유닛은,
    상기 피용접물의 하면을 떠받쳐 지지하는 직선형 스토퍼;
    상기 직선형 스토퍼와 연결되어 상기 직선형 스토퍼를 상기 피용접물이 적재되는 방향에 교차되는 방향으로 구동시키는 구동모터; 및
    상기 직선형 스토퍼와 상기 구동모터를 연결하여 상기 직선형 스토퍼의 동작을 가이드하는 가이드레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가이드레일은 상기 구동모터를 사이에 두고 한 쌍으로 배치되며,
    상기 한 쌍의 가이드레일과 상기 직선형 스토퍼는 연결부재에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 언로딩 지그는,
    상기 피용접물이 높이 방향을 따라 적재되는 제2 적재 프레임;
    상기 제2 적재 프레임의 하부 영역에 업/다운(up/down) 구동 가능하게 배치되어 상기 피용접물을 업/다운 구동시키는 제2 업/다운 구동부; 및
    상기 제2 적재 프레임의 양측에 배치되어 상기 피용접물을 지지하며, 상기 제2 업/다운 구동부에 의한 상기 피용접물의 상향 이동은 허용하고 상기 피용접물의 자중에 의한 하향 이동은 제한하는 지지유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지유닛은 상면이 상기 피용접물의 하면에 접촉되어 상기 피용접물을 지지하되 제1 회전축을 축심으로 하여 회전 가능한 회전형 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피용접물이 상승될 때 상기 피용접물의 상면과 접하는 상기 회전형 스토퍼의 하면은 경사진 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 회전형 스토퍼의 일측에는 상기 피용접물의 지지하는 지지리브가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 지지유닛은 상기 회전형 스토퍼에 결합되어 상기 회전형 스토퍼가 상기 피용접물을 지지하는 방향으로 상기 회전형 스토퍼를 탄성적으로 가압하는 플런저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제2 업/다운 구동부는 상기 제2 적재 프레임 사이의 중앙 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제2 업/다운 구동부는 제2 적재 프레임 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 이송 유닛, 상기 로딩 지그 및 상기 언로딩 지그의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점자빔 용접기의 지그 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 로딩 지그와 상기 언로딩 지그 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 피용접물의 적재위치를 센싱하여 상기 센싱된 신호를 상기 컨트롤러로 전송하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이송 유닛, 상기 로딩 지그 및 상기 언로딩 지그를 지지하는 장치본체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기의 지그 장치.
  15. 이송유닛 상의 일측에 상기 피용접물을 적층시키는 단계;
    상기 적층된 피용접물 중 하나를 상기 이송유닛으로 로딩시키는 단계;
    상기 이송유닛에서 로딩된 피용접물을 용접하는 단계;
    상기 이송유닛의 라인 상의 일 영역에 마련되는 용접위치를 사이에 두고 상기 로딩 지그의 대향측에 상기 용접이 완료된 피용접물을 적층시키는 단계;를 포함하는 전자빔 용접기에서의 용접 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 로딩 단계는,
    상기 피용접물이 높이 방향을 따라 적재되는 제1 적재 프레임;
    상기 제1 적재 프레임의 하부 영역에 업/다운(up/down) 구동 가능하게 배치되어 상기 피용접물을 업/다운 구동시키는 제1 업/다운 구동부; 및
    상기 제1 적재 프레임의 양측에 결합되어 상기 피용접물의 하향 이동을 선택적으로 제한하는 하향 이동 제한유닛을 포함하는 로딩 지그에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기에서의 용접 방법.
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CN112340363A (zh) * 2021-01-08 2021-02-09 北京中科同志科技股份有限公司 一种用于芯片可靠性封装焊接领域的真空焊接装置

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