KR20130039955A

KR20130039955A - 용접용 레이저 장치

Info

Publication number: KR20130039955A
Application number: KR1020110104654A
Authority: KR
Inventors: 오광민
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-04-23
Also published as: US9592571B2; US20130092666A1; CN103042308B; DE102012209844A1; CN103042308A; US20160031039A1; US9168610B2; JP2013086180A

Abstract

용접용 레이저 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치는 로봇의 아암 선단에 장착되는 장착 프레임; 상기 장착 프레임의 하부에 장착되며, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저빔의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 소재의 접합부에 조사하는 레이저 옵틱헤드; 상기 레이저 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔에 용가재를 공급하여 용융시키도록 상기 레이저 옵틱헤드의 일측에 배치되어 상기 장착 프레임에 장착되는 와이어 피더; 및 소재의 레이져 용접 시, 소재의 상부를 가압하여 소재와 소재 사이의 갭을 조절하도록 상기 레이저 옵틱헤드의 전방에서 상기 장착 프레임에 승하강 가능하게 장착되는 가압롤러유닛을 포함한다.

Description

용접용 레이저 장치{A LASER APPARATUS FOR WELDING}

본 발명은 용접용 레이저 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저빔을 이용하여 두 개의 모재나 패널을 상호 접합하는 브레이징 접합이나 레이저 용접을 하나의 장치로 수행 가능하게 구성하여 공용으로 적용할 수 있도록 하는 용접용 레이저 장치에 관한 것이다.

최근, 산업분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저빔이 적용되고 있는 추세이다.

이러한 레이저빔의 적용에 있어 요구되는 몇 가지 목표는 레이저 빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저빔 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화 등을 들 수 있다. 즉, 이러한 목표들이 충족되어 질 때, 제품 개발에 있어 원가절감 및 품질향상의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 레이저빔을 이용한 두 개의 소재나 패널을 접합하는 방법은 크게 브레이징과 용접으로 구분된다.

먼저, 브레이징은 접합하려는 모재보다도 녹는점이 낮은 비철금속, 또는 그 합금(납재)을 용가재로 사용함으로써 모재를 거의 용융시키지 않고 용가재만을 용융시켜 고체 상태의 모재 사이를 젖음성 및 모세관 현상에 의해서 접합하는 공법이다.

이러한 레이저 브레이징은 스폿 용접에 비하여 외관이 미려하여 디자인 자유도와 상품성이 높고, 접합부에 몰딩 또는 실러를 도포할 필요가 없어 원가 절감 및 접합부의 응력 분산에 따라 차체 강도를 향상시키는 신 접합 공법으로, 브레이징 접합되는 패널과 레이저 초점, 공급되는 용가재인 필러 와이어의 끝단이 일치되어야 양호한 브레이징 접합부를 얻을 수 있다.

그리고 레이저 용접은 2개의 소재(패널)를 겹쳐 놓은 상태로 용접부(접합부)에 레이저빔을 조사(照射)하여 패널이 용융되면, 레이저 용접부 주변에 발생된 플라즈마의 압력에 의해 용융된 금속의 용탕이 용접 진행 반대방향으로 밀리면서 응고되어 용접 비드가 생성됨으로써, 용접되는 공법이다.

이러한 레이저 용접의 품질은 소재와 소재 사이의 갭 크기에 따라 결정되는데, 이는 레이저 용접 시, 기화된 가스가 빠져나갈 수 있는 공간이 존재하지 않을 경우, 가스가 용접 비드 표면으로 분출하거나 비드를 함몰시켜 용접부에 결함을 유발시키게 된다.

이에 따라, 레이저 용접 시에는 소재와 소재 사이의 갭을 일정하게 유지시켜주기 위한 별도의 소재 가압장치나 클램핑 장치가 필수적으로 요구된다.

상기와 같이 레이저 브레이징이나 용접 공정 시, 사용되는 종래의 레이저 장치는 보통 소재 패널의 용접 부위에 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔을 용접부에 조사하도록 내부에 다수개의 렌즈가 구비된 레이저 옵틱헤드를 포함하여 구성된다.

그러나 상기와 같은 종래의 용접용 레이저 장치는 소재의 브레이징 공정 시, 용가재를 투입하기 위한 용가재 공급장치가 필수적으로 요구되며, 용접 공정 시에는 소재와 소재 사이의 갭을 일정하게 유지시켜주기 위한 별도의 가압장치나 클램핑 장치가 필수적으로 요구됨에 따라, 초기투자비가 상승되는 문제점이 있다.

또한, 두 개의 소재를 접합하는데 있어서, 레이저 브레이징과 레이저 용접을 동시에 적용해야 할 경우에는 브레이징 공정이나 용접 공정 중 하나의 공정을 먼저 수행한 후, 다른 공정을 수행해야만 하여 작업시간이 과다하게 소요되는 단점도 있다.

또한, 하나의 용접용 레이저 장치로 브레이징과 용접 공정을 동시에 수행할 수 없어 공용화가 어려우며, 제작원가가 증가되는 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 두 개의 소재나 패널을 상호 접합하는 브레이징 접합이나 레이저 용접을 하나의 장치로 수행 가능하게 구성하여 공용으로 적용함으로써, 제작원가를 절감하고, 작업시간을 단축시켜 생산성을 향상시키도록 하는 용접용 레이저 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 로봇의 아암 선단에 장착되는 장착 프레임; 상기 장착 프레임의 하부에 장착되며, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저빔의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 소재의 접합부에 조사하는 레이저 옵틱헤드; 상기 레이저 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔에 용가재를 공급하여 용융시키도록 상기 레이저 옵틱헤드의 일측에 배치되어 상기 장착 프레임에 장착되는 와이어 피더; 및 소재의 레이져 용접 시, 소재의 상부를 가압하여 소재와 소재 사이의 갭을 조절하도록 상기 레이저 옵틱헤드의 전방에서 상기 장착 프레임에 승하강 가능하게 장착되는 가압롤러유닛을 포함하는 용접용 레이저 장치가 제공될 수 있다.

상기 가압롤러유닛은 상기 레이저 옵틱헤드의 전방에서 상기 장착 프레임에 장착되는 장착 브라켓; 작동로드를 포함하며, 상기 장착 브라켓의 일측에 일측면이 하향 장착되는 작동 실린더; 및 상기 작동 실린더의 작동로드 선단에 연결되며, 상기 작동 실린더의 타측면에 가이드수단을 통해 설치되어 상기 작동 실린더의 전후진 작동에 따라 소재의 상면에 구름 접촉되어 소재를 가압하는 가압롤러를 포함할 수 있다.

상기 가이드수단은 상기 작동 실린더의 타측면에 길이방향을 따라 장착되는 레일; 및 상기 레일 상에서 슬라이드 이동 가능하게 장착되며, 상기 작동 실린더의 작동로드에 일단이 연결되고, 선단에는 상기 가압롤러가 연결블록을 통해 장착되는 레일블록을 포함할 수 있다.

상기 가압롤러유닛은 레이저 용접 시에 발생하는 스패터를 제거하기 위해 상기 가압롤러의 일측에 장착되는 에어 블로워를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 옵틱헤드는 상기 장착 프레임의 하부에 상단이 장착되며, 상부 일측에는 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔을 전송하기 위한 광케이블이 연결되는 연장부를 형성하며, 하부에는 레이저 조사홀을 형성하는 헤드 하우징; 상기 헤드 하우징의 연장부에 구동수단을 통해 상, 하부로 이동 가능하게 설치되어 상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔의 크기를 조절하는 콜리메이션 렌즈; 상기 콜리메이션 렌즈의 수직선상에서 상기 헤드 하우징의 내부 일측에 장착되어 레이저빔을 수평방향으로 전반사시키는 제1 반사경; 상기 제1 반사경의 수평선상에서 상기 헤드 하우징의 내부 타측에 장착되어 상기 제1 반사경으로부터 반사된 레이저빔을 수직방향으로 전반사시키는 제2 반사경; 및 상기 제2 반사경의 수직선상에서 상기 헤드 하우징의 레이저 조사홀에 대응하여 장착되어 상기 제2 반사경으로부터 반사된 레이저빔의 초점을 형성하여 소재의 접합부에 고출력의 레이저빔을 조사하는 초점렌즈를 포함할 수 있다.

상기 구동수단은 상기 연장부의 내주면 양측에 각각 설치되어 상기 콜리메이션 렌즈의 이동을 가이드하는 가이드 레일; 상기 연장부의 외측에 회전축이 하향 장착되는 구동모터; 상기 구동모터의 회전축에 연결되는 구동 스크류; 및 상기 연장부의 외측에서 상기 콜리메이션 렌즈와 연결된 상태로 상기 구동 스크류에 체결되는 스크류 블록을 포함할 수 있다.

상기 구동모터는 제어기와 연결되며, 상기 제어기의 출력신호에 따라 그 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 스텝모터로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치에 의하면, 두 개의 소재나 패널을 상호 접합하는 브레이징 접합이나 레이저 용접을 하나의 장치로 수행 가능하게 구성하여 공용으로 적용함으로써, 제작원가를 절감하고, 작업시간을 단축시켜 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 레이저빔의 스폿 사이즈를 가변 가능하게 구성하고, 용가재를 공급하는 와이어 피더와 소재의 레이저 용접 시, 소재와 소재 사이에 일정 갭을 유지하도록 소재를 가압하는 가압롤러유닛을 포함하여 구성함으로써, 별도의 추가장치 없이도 레이저 브레이징과 용접을 동시에 수행할 수 있으며, 동시에, 레이저 브레이징 및 용접품질을 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치의 전방 사이도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치에 적용되는 레이저 옵틱헤드의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치에 적용되는 레이저 옵틱헤드의 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치의 작동 상태도이다.

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

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치의 전방 사이도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치에 적용되는 레이저 옵틱헤드의 단면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치(1)는 두 개의 소재나 패널을 상호 접합하는 브레이징 접합이나 레이저 용접을 하나의 장치로 수행 가능하게 구성하여 공용으로 적용함으로써, 제작원가를 절감하고, 작업시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치(1)는, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 장착 프레임(5), 레이저 옵틱헤드(10), 와이어 피더(30), 및 가압롤러유닛(40)을 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 장착 프레임(5)은 로봇의 아암(3) 선단에 장착된다.

본 실시예에서, 상기 레이저 옵틱헤드(20)는 상기 장착 프레임(5)의 하부에 장착되며, 레이저 발진기(11)로부터 발진되는 레이저빔(B)의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 소재(P)의 접합부에 조사하게 된다.

이러한 레이저 옵틱헤드(10)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 헤드 하우징(13), 콜리메이션 렌즈(16), 제1, 제2 반사경(17, 18), 및 초점렌즈(19)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 헤드 하우징(13)은 내부에 장착공간을 갖는 사각의 틀 형상으로 형성되며, 상기 장착 프레임(5)의 하부에 상단이 장착된다.

이러한 헤드 하우징(13)의 상부 일측에는 레이저 발진기(11)로부터 발진된 레이저빔을 전송하기 위한 광케이블이 연결되는 연장부(14)를 형성하며, 하부에는 레이저 조사홀(15)이 형성된다.

상기 콜리메이션 렌즈(16)는 상기 헤드 하우징(13)의 연장부(14)에 구동수단(20)을 통해 상, 하부로 이동 가능하게 설치되어 상기 레이저 발진기(11)로부터 발진된 레이저빔(B)의 크기를 조절하게 된다.

여기서, 상기 구동수단(20)은 가이드 레일(21), 구동모터(22), 구동 스크류(23), 및 스크류 블록(24)을 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 가이드 레일(21)은 상기 연장부(14)의 내주면 양측에 각각 설치되어 상기 콜리메이션 렌즈(16)의 이동을 안정적으로 가이드하게 된다.

본 실시예에서, 상기 구동모터(22)는 상기 연장부(14)의 외측에 회전축이 하향 장착되며, 상기 구동모터(22)의 회전축에는 상기한 구동 스크류(23)가 연결된다.

여기서, 상기 구동모터(22)는 제어기(25)와 연결되며, 상기 제어기(25)의 출력신호에 따라 그 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 스텝모터로 이루어 질 수 있다.

이러한 구동 스크류(23)는 상기 구동모터(22)의 회전축에 연결되어 상기 구동모터(22)의 정, 역방향 회전에 따라 회전된다.

그리고 상기 스크류 블록(24)은 상기 연장부(14)의 외측에서 상기 콜리메이션 렌즈(16)와 연결된 상태로 상기 구동 스크류(23)에 체결된다.

즉, 상기와 같이 구성되는 구동수단(20)은 제어기(25)의 제어신호에 따라 구동모터(22)가 작동하면, 상기 구동 스크류(23)가 정방향 또는 역방향으로 회전됨으로써, 구동 스크류(23)에 체결된 스크류 블록(24)이 상기 구동 스크류(23) 상에서 상, 하 방향으로 이동하게 된다.

이에 따라, 상기 스크류 블록(24)에 연결된 콜리메이션 렌즈(16)는 상기 스크류 블록(24)과 함께 연장부(14)의 내부에서 각 가이드 레일(21)을 따라 상, 하 방향으로 슬라이드 이동하게 된다.

본 실시예에서, 상기 제1 반사경(17)은 상기 콜리메이션 렌즈(16)의 수직선상에서 상기 헤드 하우징(13)의 내부 일측에 장착되어 레이저빔(B)을 수평방향으로 전반사시키게 된다.

그리고 상기 제2 반사경(18)은 상기 제1 반사경(17)의 수평선상에서 상기 헤드 하우징(13)의 내부 타측에 장착되어 상기 제1 반사경(17)으로부터 반사된 레이저빔(B)을 수직방향으로 전반사시키게 된다.

즉, 상기 제1 반사경(17)과 제2 반사경(18)은 상기 레이저 발진기(11)로부터 발진되어 콜리메이션 렌즈(16)를 통해 초점이 조절된 레이저빔(B)을 수직 및 수평방향으로 반사시켜 상기 레이저 조사홀(15)로 유도하게 된다.

본 실시예에서, 상기 초점렌즈(19)는 상기 제2 반사경(18)의 수직선상에서 상기 헤드 하우징(13)의 레이저 조사홀(15)에 대응하여 장착된다.

이러한 초점렌즈(19)는 상기 제2 반사경(18)으로부터 반사된 레이저빔(B)의 초점(F)을 형성하여 소재(P)의 접합부에 고출력의 레이저빔(B)을 조사하게 된다.

이와 같은 구성을 갖는 상기 레이저 옵틱헤드(10)는 소재(P)의 레이저 브레이징 및 레이저 용접에 따라 레이저빔(B)의 스폿 사이즈를 가변하며, 이를 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치에 적용되는 레이저 옵틱헤드의 작동 상태도이다.

도면을 참조하면, 소재(P)의 레이저 브레이징 시, 상기 콜리메이션 렌즈(16)는 상기 구동수단(20)의 스크류 블록(24)이 구동모터(22) 측에 근접한 위치에서 구동 스크류(23) 상에 위치됨에 따라, 상기 연장부(14)의 상부에 위치하게 된다.

이에 따라, 상기 레이저 발진기(11)로부터 발진된 레이저빔(B)은 헤드 하우징(13)의 연장부(14) 상부에 위치되는 콜리메이션 렌즈(16)에 의해 그 직경이 작게 형성되어 제1, 제2 반사경(17, 18)을 통해 상기 초점렌즈(19)를 통과하게 된다.

그러면, 레이저빔(B)은 초점렌즈(19)에 의해 소재(P)로부터 상부로 일정간격 떨어진 위치에 초점(F)을 형성하게 되고, 상기 초점(F)을 중심으로 소재(P)를 향하여 레이저빔(B)이 퍼지면서 레이저빔(B)의 직경이 커진 상태로 소재(P)에 조사됨에 따라, 레이저 브레이징이 이루어지게 된다.

반면에, 소재(P)의 레이저 용접 시, 상기 콜리메이션 렌즈(16)는 상기 구동모터(22) 작동을 통해 회전된 구동 스크류(23)에 의해 상기 스크류 블록(24)이 초기위치에서 하부로 이동됨에 따라, 상기 스크류 블록(24)과 함께 가이드 레일(21)을 따라 슬라이드 이동되어 연장부(14)의 하부에 위치하게 된다.

이에 따라, 상기 레이저 발진기(11)로부터 발진된 레이저빔(B)은 헤드 하우징(13)의 연장부(14) 하부에 위치되는 콜리메이션 렌즈(16)에 의해 그 직경이 브레이징일 경우보다 크게 형성되어 제1, 제2 반사경(17, 18)을 통해 상기 초점렌즈(19)를 통과하게 된다.

그러면, 레이저빔(B)은 초점렌즈(19)에 의해 소재(P)의 용접부에 표면에 초점(F)을 형성한 상태로 소재(P)에 조사됨에 따라, 레이저 용접이 이루어지게 된다.

본 실시예에서, 상기 와이어 피더(30)는 상기 레이저 옵틱헤드(10)로부터 조사되는 레이저빔(B)에 용가재를 공급하여 용융시키도록 상기 레이저 옵틱헤드(10)의 일측에 배치되어 상기 장착 프레임(5)에 장착된다.

이러한 와이어 피더(30)는 전술한 레이저 브레이징 시에만 상기 레이저 옵틱헤드(10)로부터 조사된 레이저빔(B)에 용가재를 공급하여 용융시킴으로써, 소재(P)를 브레이징하게 된다.

그리고 상기 가압롤러유닛(40)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 소재(P)의 레이져 용접 시, 소재(P)의 상부를 가압하여 소재(P)와 소재(P) 사이의 갭(Gap)을 조절하도록 상기 레이저 옵틱헤드(10)의 전방에서 상기 장착 프레임(5)에 승하강 가능하게 장착된다.

이러한 가압롤러유닛(40)은 장착 브라켓(41), 작동 실린더(43), 및 가압롤러(49)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 장착 브라켓(40)은 상기 레이저 옵틱헤드(10)의 전방에서 상기 장착 프레임(5)에 장착된다.

여기서, 상기 장착 브라켓(41)은 상기 장착 프레임(5)과 일정각도 경사지게 장착될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 작동 실린더(43)는 작동로드(R)를 포함하며, 상기 장착 브라켓(41)의 일측에 일측면이 작동로드(R)가 하부를 향하도록 하향 장착된다.

그리고 상기 가압롤러(49)는 상기 작동 실린더(43)의 작동로드(R) 선단에 연결되며, 상기 작동 실린더(43)의 타측면에 가이드수단(42)을 통해 설치되어 상기 작동 실린더(43)의 전후진 작동에 따라 소재(P)의 상면에 구름 접촉되어 소재(P)를 가압하게 된다.

여기서, 상기 가이드수단(42)은 상기 작동 실린더(43)의 타측면에 길이방향을 따라 장착되는 레일(45)과, 상기 레일(45) 상에서 슬라이드 이동 가능하게 장착되며, 상기 작동 실린더(43)의 작동로드(R)에 일단이 연결되고, 선단에는 상기 가압롤러(49)가 연결블록(48)을 통해 장착되는 레일블록(47)을 포함하여 구성된다.

이러한 가이드수단(42)은 상기 작동 실린더(43)의 전후진 작동 시, 상기 가압롤러(49)의 이동을 안정적으로 가이드하게 된다.

또한, 상기 가압롤러(49)가 소재(P)를 가압할 경우에는 소재(P)에 안정적인 가압력을 제공하도록 가압롤러(49)를 지지하게 된다.

본 실시예에서, 상기 가압롤러유닛(40)은 레이저 용접 시에 발생하는 스패터를 제거하기 위해 상기 가압롤러(49)의 일측에 장착되는 에어 블로워(50)를 더 포함한다.

상기 에어 블로워(50)는 상기 레이저 옵틱헤드(10)에서 조사되는 레이저빔(B)을 통해 소재(P)의 용접 시, 소재(P)로부터 발생하는 스패터(Spatter)가 소재(P)의 표면이나 레이저 옵틱헤드(10)의 초점렌즈(19)에 부착되는 것을 방지하게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 장착 브라켓(41)의 내측에는 레이저 용접 시, 용접 품질을 검사하기 위한 센서(60)가 장착될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치(1)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치의 작동 상태도이다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치(1)는 소재(P)의 레이저 브레이징 시, 전술한 도 4의 레이저 브레이징 시와 같이, 상기 구동수단(20)에 의해 헤드 하우징(13)의 내부에서 콜리메이션 렌즈(16)의 위치를 가변함으로써, 레이저 발진기(11)로부터 발진된 레이저빔(B)의 직경 크기를 조절하여 소재(P)의 브레이징 접합을 수행하게 된다.

이 때, 상기 와이어 피더(30)는 브레이징이 완료될 때까지 레이저빔(B)에 용가재를 지속적으로 공급하여 소재(P)의 원활한 브레이징 접합이 이루어지게 한다.

그리고 소재(P)의 레이저 용접 작업을 수행할 경우, 도 4의 레이저 용접 시와 같이, 상기 콜리메이션 렌즈(16)가 연장부(14)의 하부로 구동수단(20)에 의해 이동하게 된다.

이에 따라, 소재(P)는 그 용접부 표면에, 도 5의 (S1)과 같이, 레이저빔(B)의 초점(F)이 위치된다.

이 경우, 소재(P1)와 소재(P2) 사이에 형성되는 갭(G1)은 레이저 용접 시, 요구되는 크기보다 큰 크기로 형성된다.

이러한 상태에서, 상기 가압롤러수단(40)은 작동 실린더(43)가 전진 작동을 하여 작동로드(R)를 전진시키면, 레일블록(47)이 작동로드(R)와 함께 상기 레일(45)을 따라 슬라이드 이동되면서 전진하게된다.

그러면, 레일블록(47)의 선단에 장착된 상기 가압롤러(49)는 소재(P1)의 표면에 구름 접촉된 상태로 작동 실린더(43)의 가압력을 전달하여 소재(P1)를 가압하게 된다.

이에 따라, 소재(P1)와 소재(P1) 사이에 형성되는 갭(G2)은, 도 5의 (S1) 상태에서 형성된 갭(G1)보다 작은 갭(G1＞G2)을 갖게 된다.

즉, 상기 가압롤러유닛(40)은 레이저 용접 시, 소재(P1)와 소재(P2) 사이에 형성된 갭 크기를 요구되는 크기로 조절할 수 있는 동시에, 레이저 용접이 진행되는 동안 항상 일정한 크기의 갭을 유지할 수 있어 용접품질을 향상시키게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 용접용 레이저 장치(1)에 의하면, 두 개의 소재(P)나 패널을 상호 접합하는 브레이징 접합이나 레이저 용접을 하나의 장치로 수행 가능하게 구성하여 공용으로 적용함으로써, 제작원가를 절감하고, 작업시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 레이저빔(B)의 스폿 사이즈를 가변 가능하게 구성하고, 용가재를 공급하는 와이어 피더(30)와 소재(P)의 레이저 용접 시, 소재(P)와 소재(P) 사이에 일정 갭(G)을 유지하도록 소재를 가압하는 가압롤러유닛(40)을 포함하여 구성함으로써, 별도의 추가장치 없이도 레이저 브레이징과 용접을 동시에 수행할 수 있으며, 동시에, 레이저 브레이징 및 용접품질을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 레이저 장치 3 : 로봇의 아암
5 : 장착 프레임 10 : 레이저 옵틱헤드
11 : 레이저 발진기 13 : 헤드 하우징
14 : 연장부 15 : 레이저 조사홀
16 : 콜리메이션 렌즈 17 : 제1 반사경
18 : 제2 반사경 19 : 초점렌즈
20 : 구동수단 21 : 가이드 레일
22 : 구동모터 23 : 구동 스크류
24 : 스크류 블록 25 : 제어기
30 : 와이어 피더 40 : 가압롤러유닛
41 : 장착 브라켓 43 : 작동 실린더
45 : 레일 47 : 레일블록
48 : 연결블록 49 : 가압롤러
50 : 에어 블로워 60 : 센서
P : 소재 B : 레이저빔
G : 갭

Claims

로봇의 아암 선단에 장착되는 장착 프레임;
상기 장착 프레임의 하부에 장착되며, 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저빔의 스폿 사이즈를 가변 형성하여 소재의 접합부에 조사하는 레이저 옵틱헤드;
상기 레이저 옵틱헤드로부터 조사되는 레이저빔에 용가재를 공급하여 용융시키도록 상기 레이저 옵틱헤드의 일측에 배치되어 상기 장착 프레임에 장착되는 와이어 피더; 및
소재의 레이져 용접 시, 소재의 상부를 가압하여 소재와 소재 사이의 갭을 조절하도록 상기 레이저 옵틱헤드의 전방에서 상기 장착 프레임에 승하강 가능하게 장착되는 가압롤러유닛;
을 포함하는 용접용 레이저 장치.
제1항에 있어서,
상기 가압롤러유닛은
상기 레이저 옵틱헤드의 전방에서 상기 장착 프레임에 장착되는 장착 브라켓;
작동로드를 포함하며, 상기 장착 브라켓의 일측에 일측면이 하향 장착되는 작동 실린더; 및
상기 작동 실린더의 작동로드 선단에 연결되며, 상기 작동 실린더의 타측면에 가이드수단을 통해 설치되어 상기 작동 실린더의 전후진 작동에 따라 소재의 상면에 구름 접촉되어 소재를 가압하는 가압롤러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 레이저 장치.
제2항에 있어서,
상기 가이드수단은
상기 작동 실린더의 타측면에 길이방향을 따라 장착되는 레일; 및
상기 레일 상에서 슬라이드 이동 가능하게 장착되며, 상기 작동 실린더의 작동로드에 일단이 연결되고, 선단에는 상기 가압롤러가 연결블록을 통해 장착되는 레일블록;
을 포함하는 용접용 레이저 장치.
제2항에 있어서,
상기 가압롤러유닛은
레이저 용접 시에 발생하는 스패터를 제거하기 위해 상기 가압롤러의 일측에 장착되는 에어 블로워를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 레이져 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 옵틱헤드는
상기 장착 프레임의 하부에 상단이 장착되며, 상부 일측에는 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔을 전송하기 위한 광케이블이 연결되는 연장부를 형성하며, 하부에는 레이저 조사홀을 형성하는 헤드 하우징;
상기 헤드 하우징의 연장부에 구동수단을 통해 상, 하부로 이동 가능하게 설치되어 상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔의 크기를 조절하는 콜리메이션 렌즈;
상기 콜리메이션 렌즈의 수직선상에서 상기 헤드 하우징의 내부 일측에 장착되어 레이저빔을 수평방향으로 전반사시키는 제1 반사경;
상기 제1 반사경의 수평선상에서 상기 헤드 하우징의 내부 타측에 장착되어 상기 제1 반사경으로부터 반사된 레이저빔을 수직방향으로 전반사시키는 제2 반사경; 및
상기 제2 반사경의 수직선상에서 상기 헤드 하우징의 레이저 조사홀에 대응하여 장착되어 상기 제2 반사경으로부터 반사된 레이저빔의 초점을 형성하여 소재의 접합부에 고출력의 레이저빔을 조사하는 초점렌즈;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 레이저 장치.
제5항에 있어서,
상기 구동수단은
상기 연장부의 내주면 양측에 각각 설치되어 상기 콜리메이션 렌즈의 이동을 가이드하는 가이드 레일;
상기 연장부의 외측에 회전축이 하향 장착되는 구동모터;
상기 구동모터의 회전축에 연결되는 구동 스크류; 및
상기 연장부의 외측에서 상기 콜리메이션 렌즈와 연결된 상태로 상기 구동 스크류에 체결되는 스크류 블록;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 레이저 장치.
제6항에 있어서,
상기 구동모터는
제어기와 연결되며, 상기 제어기의 출력신호에 따라 그 회전수 및 회전방향 제어가 가능한 스텝모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접용 레이저 장치.