KR20140049639A - High efficiency laser welding apparatus - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high efficiency laser welding apparatus to improve the efficiency of an optical system as the optical system is attached to the bottom of a conventional laser welding apparatus to make laser which dissipates after passing through a welding object reusable. The high efficiency laser welding apparatus according to the present invention improves welding efficiency by reusing laser which has passed through the welding object and preventing the laser from being dissipated into heat the optical system is additionally installed at the bottom of the conventional laser welding apparatus for laser welding using a lens and a reflective mirror. [Reference numerals] (AA) Primary laser welding; (BB) Laser reaches a downward control mirror; (CC) Laser rewelding by the downward control mirror and a downward targeting mirror

Description

고효율 레이저 용접 장치{High efficiency laser welding apparatus}[0001] The present invention relates to a high-efficiency laser welding apparatus,

본 발명은 시스템 효율을 높일 수 있는 고효율 레이저 용접 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a high efficiency laser welding apparatus capable of improving system efficiency.

최근, 레이저빔은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 장점을 가짐에 따라 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등의 산업분야에서 레이저빔의 적용이 증가하고 있는 추세이다.2. Description of the Related Art In recent years, as laser beams have excellent advantages in terms of cost reduction, factory automation and quality improvement, application of laser beams is increasing in industries such as cutting, welding and heat treatment of metal materials.

이러한 레이저빔의 적용에 있어 레이저 빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저 빔 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화 등이 요구되고 있다.In applying such a laser beam, uniformity of the laser beam energy distribution, control of laser output to maintain a constant heat treatment temperature, optimum laser beam irradiation speed to meet productivity and quality, and maximization of energy absorption rate are required.

즉, 이러한 요구가 될 때, 제품 개발에 있어 원가절감 및 품질향상의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.In other words, when such a demand is met, the cost reduction and the quality improvement of the product development can be expected.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 레이저 용접 장치를 설명하기 위한 개략도로서, 내부에 밀폐된 공간을 가지는 박스 구조의 하우징(1)과, 하우징(1) 내부에 설치되어 레이저의 Z축 좌표를 결정하는 다수개의 렌즈(3) 및 레이저의 X축/Y축 좌표를 결정하는 회전미러(4)와, 하우징(1)의 후단에 연결되어 레이저 발진기로부터 레이저빔을 전달하는 광케이블(2)로 구성된다.FIG. 1 and FIG. 2 are schematic views for explaining a laser welding apparatus according to the related art. FIG. 1 and FIG. 2 show a conventional laser welding apparatus, which includes a housing 1 having a box structure having a sealed space therein, A rotating mirror 4 for determining the X axis / Y axis coordinates of the laser, and an optical cable 2 connected to the rear end of the housing 1 for transmitting the laser beam from the laser oscillator do.

여기서, Z축 방향은 레이저가 조사되는 진행방향이며, X축 방향은 회전미러(4)의 중심축을 기준으로 좌우방향으로 회전하는 방향이고, Y축 방향은 회전미러(4)의 중심축을 기준으로 상하방향으로 회전하는 방향이다.Here, the Z-axis direction is a traveling direction in which the laser is irradiated, the X-axis direction is a direction rotating left and right with respect to the central axis of the rotating mirror 4, and the Y- And is rotated in the vertical direction.

상기 레이저 용접 장치를 이용한 레이저의 이동경로를 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 광케이블(2)을 통해 전달되는 레이저는 하우징(1)의 후단에서 길이방향으로 조사되고, 원통형의 튜브에 내장된 렌즈(3)를 통해 하우징(1)의 길이방향으로 직진되고, 소정 각도로 경사지게 배치된 회전미러(4)에서 수직 하방향으로 용접점(5,6)을 향해 반사된다.1 and 2, the laser beam transmitted through the optical cable 2 is irradiated in the longitudinal direction from the rear end of the housing 1, Is directed in the longitudinal direction of the housing 1 through the lens 3 and is reflected toward the welding points 5 and 6 in the vertical downward direction in the rotating mirror 4 arranged at an inclination at a predetermined angle.

그리고 레이저 용접 방법을 살펴보면, 먼저 1번 용접점(5)을 약한 파워로 가용접한 후, 2차로 레이저 파워를 증가시켜 재용접하여 1번 용접점(5)에 대한 용접을 완료한다.In the laser welding method, first, the welding point (5) is touched with a weak power, and then the laser power is increased secondarily, and the welding to the first welding point (5) is completed.

이때, 레이저의 조사는 1번 용접점(5)의 시점에서 종점까지 연속해서 이루어진다.At this time, the irradiation of the laser is continued from the point of time of the first welding point 5 to the end point.

그 다음, 회전미러(4)를 2번 용접점(6)을 향하도록 회전시키고 1번 용접점(5)의 용접방법과 동일한 방법으로 2번 용접점(6)을 용접한다.Next, the rotating mirror 4 is rotated so as to face the welding point 6 twice, and the welding point 6 is welded twice in the same manner as the welding method of the welding point 5.

상기 레이저 용접 장치는 렌즈(3) 및 회전미러(4)를 이용하여 레이저의 조사위치를 결정함으로써 고속으로 용접할 수 있는 장점이 있다.The laser welding apparatus has an advantage that it can weld at a high speed by determining the irradiation position of the laser using the lens 3 and the rotating mirror 4.

그런데, 상기 용접점 1(5)의 2차 용접 시 레이저가 용접 대상물을 투과하고, 투과된 레이저는 열로 손실되어 레이저 에너지가 낭비되는 문제점이 있다.
However, during the secondary welding of the welding spot 1 (5), the laser penetrates through the object to be welded, and the transmitted laser is lost as heat, wasting laser energy.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 기존의 레이저 용접기의 하부에 광학 시스템을 추가하여, 용접대상물로 투과되어 소실되는 레이저를 재활용함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 고효율 레이저 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high efficiency laser welding apparatus capable of improving the efficiency of a system by adding an optical system to a lower portion of a conventional laser welding machine, The purpose is to provide.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고효율 레이저 용접장치는 상부에 배치되고, 광케이블을 통해 레이저를 전달받는 상부하우징; 상기 상부하우징의 내부에 설치되고, 레이저를 상부하우징의 하부에 위치한 용접점에 조사하여 용접하는 복수의 제1렌즈 및 상부 방향조절미러; 용접점을 사이에 두고 상기 상부하우징의 하부에 배치되는 하부하우징; 상기 하부하우징의 내부에 회전가능하게 장착되어, 상기 용접점을 투과하는 레이저를 각도 조절하여 하기 제2렌즈로 조사하는 하부 방향조절미러; 상기 하부하우징의 내부에 설치되는 복수의 제2렌즈; 및 상기 하부하우징의 내부에 설치되어, 상기 제2렌즈로부터 전달되는 레이저를 다시 상기 용접점으로 재조사하여 용접하는 하부 타겟팅 미러;를 포함하여, 용접점을 투과하는 레이저를 재활용하여 시스템 효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a high efficiency laser welding apparatus according to the present invention includes: an upper housing disposed at an upper portion thereof and receiving a laser through an optical cable; A plurality of first lenses and an upper direction adjusting mirror installed in the upper housing and irradiating a laser to a welding point located at a lower portion of the upper housing and welding the laser; A lower housing disposed at a lower portion of the upper housing with a welding point therebetween; A lower adjusting mirror rotatably mounted in the lower housing for irradiating a laser beam passing through the welding point with a second lens, A plurality of second lenses installed inside the lower housing; And a lower target mirror installed inside the lower housing for re-examining the laser transmitted from the second lens to the welding spot to weld the laser, thereby improving the system efficiency by recycling the laser transmitting the welding spot .

상기 하부 방향조절미러는 상부 방향조절미러와 서로 동기화 되어, 레이저가 상부 방향조절미러로부터 하부 방향조절미러를 정확히 투과될 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.The lower direction adjusting mirror is synchronized with the upper direction adjusting mirror so that the laser can be accurately transmitted from the upper direction adjusting mirror to the lower adjusting mirror.

상기 상부 방향조절미러 및 하부 방향조절미러는 레이저의 조사각도를 수평방향에서 수직방향으로 혹은 수직방향에서 수평방향으로 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
The upper direction adjusting mirror and the lower direction adjusting mirror can adjust the irradiation angle of the laser in the vertical direction in the horizontal direction or in the horizontal direction in the vertical direction.

본 발명에 따른 고효율 레이저 용접 장치의 장점을 설명하면 다음과 같다.Advantages of the high-efficiency laser welding apparatus according to the present invention will be described below.

기존의 렌즈 및 반사 미러를 이용하여 레이저 용접을 수행하는 레이저 용접기의 하부에 광학 시스템을 추가로 설치하고, 용접대상물을 투과한 레이저를 재활용함으로써 기존의 투과되는 레이저 에너지가 열로 손실되는 것을 방지하여 용접효율을 향상시킬 수 있다.
An optical system is additionally installed in the lower part of the laser welder that performs laser welding using existing lenses and reflective mirrors and by recycling the laser transmitted through the object to be welded, The efficiency can be improved.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 레이저 용접 장치의 1차 가용접 및 2차 용접 상태도
도 3은 본 발명에 따른 고효율 레이저 용접 장치의 구성도
도 4는 도 3의 작동상태도
Figs. 1 and 2 are diagrams showing the primary welding contact and secondary welding state diagrams of the conventional laser welding apparatus
3 is a schematic view of a high-efficiency laser welding apparatus according to the present invention
Figure 4 shows the operating state diagram of Figure 3

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직할 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 고효율 레이저 용접 장치의 구성도이다.FIG. 3 is a configuration diagram of a high-efficiency laser welding apparatus according to the present invention.

본 발명은 2차 용접 시 1번 용접점에서 투과되는 레이저를 재활용함으로써 용접 효율을 향상시킬 수 있는 고효율 레이저 용접장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency laser welding apparatus capable of improving welding efficiency by recycling a laser transmitted at a welding point 1 in secondary welding.

본 발명에 따른 고효율 레이저 용접장치는 투과되는 레이저를 재활용하기 위해 용접대상물 하부에 하우징(10)과, 하우징(10) 내부에 장착된 렌즈 및 회전미러들을 추가로 구성한다.The high-efficiency laser welding apparatus according to the present invention further comprises a housing (10) below the object to be welded, a lens mounted inside the housing (10) and a rotating mirror for recycling the laser to be transmitted.

본 발명의 하우징(10)은 ㄷ자 형태의 박스 구조로서 수평방향으로 길게 배치되는 상부하우징(11)과, 상부하우징(11)의 하부에 수평방향으로 길게 배치되는 하부하우징(12)과, 상부하우징(11)과 하부하우징(12) 사이를 연결하는 연결부(13)로 구성된다.The housing 10 of the present invention includes an upper housing 11, a lower housing 12 and a lower housing 12 which are horizontally disposed at a lower portion of the upper housing 11, And a connecting portion 13 connecting between the upper housing 11 and the lower housing 12.

상기 상부하우징(11)의 내부에는 복수의 제1렌즈(15)가 구비되고, 상기 제1렌즈(15)는 수평방향으로 길게 배치된 원형 튜브의 내부에 길이방향으로 간격을 두고 배치되어 레이저의 조사방향을 Z축 방향(수평방향)으로 유도한다.A plurality of first lenses 15 are provided in the upper housing 11 and the first lenses 15 are arranged in a longitudinal direction at intervals in the interior of a circular tube which is long in the horizontal direction, And the irradiation direction is guided in the Z-axis direction (horizontal direction).

또한, 상기 상부하우징(11)의 내부에는 상부 방향조절미러(16)가 제1렌즈(15)에서 레이저의 진행방향(Z축방향)으로 간격을 두고 이격 설치되고, 상부 방향조절미러(16)는 힌지구조로 좌우(X축)/상하(Y축)방향으로 회전가능하게 장착되며, 제1렌즈(15)로부터 전달되는 레이저의 조사방향을 수직 하방향으로 전환한다.The upper direction adjusting mirror 16 is spaced apart from the first lens 15 in the direction of laser advancing (Z-axis direction), and the upper direction adjusting mirror 16 is disposed in the upper housing 11, (X-axis) / vertical (Y-axis) direction by a hinge structure and switches the irradiation direction of the laser transmitted from the first lens 15 to the vertical downward direction.

상기 상부하우징(11)의 저면 일측, 즉 상부 방향조절미러(16) 바로 밑에 제1빔포트가 형성되어, 레이저를 상부 방향조절미러(16)로부터 제1빔포트를 통해 용접점 1에 조사ㅎ한.A first beam port is formed on one side of the bottom surface of the upper housing 11, that is, under the upper direction control mirror 16, and irradiates a laser beam from the upper direction control mirror 16 to the welding spot 1 through the first beam port. One.

상기 하부하우징(12)은 상부하우징(11)에서 하방향으로 간격을 두고 형성되고, 상부하우징(11)과 하부하우징(12) 사이에 용접점 1이 배치된다.The lower housing 12 is spaced apart from the upper housing 11 in a downward direction and a welding point 1 is disposed between the upper housing 11 and the lower housing 12.

상기 하부하우징(12)의 상면 일측에 제2빔포트가 형성되고, 제2빔포트는 상부하우징(11)의 제1빔포트에서 직하방향의 수직선상에 위치함에 따라, 용접점 1을 투과한 레이저가 제2빔포트를 투과하여 하부하우징(12) 내부로 입사될 수 있다.The second beam port is formed on one side of the upper surface of the lower housing 12 and the second beam port is positioned on the vertical line perpendicular to the first beam port of the upper housing 11, The laser can be incident on the lower housing 12 through the second beam port.

상기 하부하우징(12)의 내부에는 길이방향으로 이격 배치되는 하부 방향조절미러(17) 및 하부 타켓팅 미러와, 하부 방향조절미러(17) 및 하부 타겟팅 미러(19) 사이에 배치된 복수의 제2렌즈(18)들로 구성된다.Inside the lower housing 12, a plurality of second direction mirrors 17 and lower targeting mirrors disposed in the longitudinal direction and disposed between the lower direction mirrors 17 and the lower targeting mirrors 19. It consists of lenses 18.

상기 하부 방향조절미러(17)는 제2빔포트와 함께 동일 수직선 상에 위치하여, 제2빔포트를 통해 투과되는 레이저의 조사방향을 Z축 방향(수평방향)으로 전환하는 역할을 한다.The lower direction adjusting mirror 17 is located on the same vertical line together with the second beam port and serves to switch the irradiation direction of the laser beam transmitted through the second beam port in the Z axis direction (horizontal direction).

또한, 하부 타겟팅 미러(19)는 제2렌즈(18)를 통해 투과된 레이저의 조사방향을 수평방향에서 용접점 1을 향해 일정한 각도로 반사시켜 전환한다. Further, the lower target mirror 19 reflects the laser beam transmitted through the second lens 18 from the horizontal direction toward the welding spot 1 at a constant angle, and switches the reflection direction.

여기서, 상기 상부 방향조절미러(16)와 하부 방향조절미러(17)는 각 하우징(10)에 Z축 또는 X축/Y축 방향으로 회전가능하게 장착되고, 서로 동기화 되어 레이저를 하부 방향조절미러(17)를 통해 정확히 통과시킬 수 있도록 한다.The upper direction adjusting mirror 16 and the lower direction adjusting mirror 17 are rotatably mounted to the respective housings 10 in the Z-axis or X-axis / Y-axis direction, (17).

상기 Z축은 상부하우징(11)의 중심축선과 평행한 수평방향이고, X축은 각 방향조절미러를 중심으로 좌우방향이고, Y축은 방향조절미러를 중심으로 상하방향이다.The Z-axis is a horizontal direction parallel to the central axis of the upper housing 11, the X-axis is a left-right direction around each direction-adjusting mirror, and the Y-axis is a vertical direction about a direction adjusting mirror.

상기 하부 방향조절미러(17)와 하부 타겟팅 미러(19) 사이에는 복수의 제2렌즈(18)가 수평방향으로 간격을 두고 설치되고, 제2렌즈(18)는 제2빔포트를 통해 입사된 레이저를 하부 방향조절미러(17)의 한 쪽에서 다른 쪽으로 수평하게 직진시키도록 한다.A plurality of second lenses 18 are disposed between the lower direction adjusting mirror 17 and the lower targeting mirror 19 in a horizontal direction while the second lens 18 is incident through the second beam port The laser is horizontally advanced from one side of the lower direction adjusting mirror 17 to the other side.

이와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 고효율 레이저 용접장치의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.The operation of the high efficiency laser welding apparatus according to the present invention will now be described.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 고효율 레이저 용접 장치의 작동상태도이다.4 is an operational state diagram of a high efficiency laser welding apparatus according to the present invention.

광케이블(14)을 통해 전송된 레이저빔이 제1렌즈(15)를 통과하여 상부 방향조절미러(16)에 수평방향(Z축)으로 도달하고, 상부 방향조절미러(16)는 도달된 Z축 방향의 레이저를 수직 하방향으로 반사시켜 용접점 1에 조사한다.The laser beam transmitted through the optical cable 14 passes through the first lens 15 and reaches the upper direction adjusting mirror 16 in the horizontal direction (Z axis), and the upper direction adjusting mirror 16 reaches the Z axis Direction is reflected in the vertical downward direction and irradiated to the welding spot 1.

상기 용접점 1에 조사된 레이저 빔은 레이저 용접 특성에 의해 용접점 1을 투과하고, 투과한 레이저 빔은 하부 방향조절미러(17)에 조사되고, 하부 방향조절미러(17)는 상부 방향조절미러(16)와 연동되어 레이저를 수직방향에서 Z축 방향(수평방향)으로 투과시킨다.The laser beam irradiated to the welding point 1 passes through the welding point 1 by the laser welding characteristic, the transmitted laser beam is irradiated to the lower direction control mirror 17, the lower direction control mirror 17 is the upper direction control mirror In cooperation with (16), the laser beam is transmitted from the vertical direction to the Z axis direction (horizontal direction).

이어서 투과된 레이저 빔은 제2렌즈(18)를 통과하면서 하부 타겟팅 미러(19)에 조사되고, 하부 타겟팅 미러(19)는 Z축 방향의 레이저 빔을 용접 하고자 하는 위치, 즉 용접점 1에 재조사하여 용접한다.Then, the transmitted laser beam is irradiated to the lower target mirror 19 while passing through the second lens 18, and the lower target mirror 19 reflects the laser beam in the Z-axis direction at a position to be welded, .

따라서, 본 발명에 의하면 기존의 렌즈 및 반사 미러를 이용하여 레이저 용접을 수행하는 레이저 용접기의 하부에 광학 시스템을 추가로 설치하고, 용접대상물을 투과한 레이저를 재활용함으로써 기존의 투과되는 레이저 에너지가 열로 손실되는 것을 방지하여 용접효율을 향상시킬 수 있다.
Therefore, according to the present invention, an optical system is additionally provided in a lower portion of a laser welder for performing laser welding using an existing lens and a reflecting mirror, and the laser transmitted through the object to be welded is recycled, It is possible to prevent loss and improve the welding efficiency.

10 : 하우징
11 : 상부하우징
12 : 하우하우징
13 : 연결부
14 : 광케이블
15 : 제1렌즈
16 : 상부 방향조절미러
17 : 하부 방향조절미러
18 : 제2렌즈
19 : 하부 타겟팅 미러10: Housing
11: upper housing
12: Housing housing
13: Connection
14: Optical cable
15: first lens
16: Upward direction adjusting mirror
17: Downward adjustment mirror
18: Second lens
19: Lower target mirror

Claims (3)

레이저 용접 장치에 있어서,
상부에 배치되고, 광케이블(14)을 통해 레이저를 전달받는 상부하우징(11);
상기 상부하우징(11)의 내부에 설치되고, 레이저를 상부하우징(11)의 하부에 위치한 용접점에 조사하여 용접하는 복수의 제1렌즈(15) 및 상부 방향조절미러(16);
용접점을 사이에 두고 상기 상부하우징(11)의 하부에 배치되는 하부하우징(12);
상기 하부하우징(12)의 내부에 회전가능하게 장착되어, 상기 용접점을 투과하는 레이저를 각도 조절하여 하기 제2렌즈(18)로 조사하는 하부 방향조절미러(17);
상기 하부하우징(12)의 내부에 설치되는 복수의 제2렌즈(18);
상기 하부하우징(12)의 내부에 설치되어, 상기 제2렌즈(18)로부터 전달되는 레이저를 다시 상기 용접점으로 재조사하여 용접하는 하부 타겟팅 미러(19);
를 포함하여, 용접점을 투과하는 레이저를 재활용할 수 있는 것을 특징으로 하는 고효율 레이저 용접 장치.
In a laser welding apparatus,
An upper housing 11 disposed at an upper portion thereof and receiving a laser through the optical cable 14;
A plurality of first lenses (15) and an upper direction adjusting mirror (16) installed inside the upper housing (11) and irradiating a laser to a welding point located at a lower portion of the upper housing (11) and welding;
A lower housing (12) disposed under the upper housing (11) with a welding point therebetween;
A lower adjusting mirror 17 rotatably mounted in the lower housing 12 to adjust the angle of the laser beam passing through the welding spot and to irradiate the laser beam to the second lens 18;
A plurality of second lenses 18 installed inside the lower housing 12;
A lower targeting mirror (19) installed inside the lower housing (12) for re-welding the laser transmitted from the second lens (18) to the welding spot for welding;
Wherein a laser beam passing through the welding point can be recycled.
청구항 1에 있어서,
상기 하부 방향조절미러(17)는 상부 방향조절미러(16)와 서로 동기화 되어, 레이저가 상부 방향조절미러(16)로부터 하부 방향조절미러(17)를 정확히 투과될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 고효율 레이저 용접 장치.
The method according to claim 1,
The lower direction adjusting mirror 17 is synchronized with the upper direction adjusting mirror 16 so that the laser can be accurately transmitted from the upper direction adjusting mirror 16 to the lower direction adjusting mirror 17. [ Laser welding equipment.
청구항 1에 있어서,
상기 상부 방향조절미러(16) 및 하부 방향조절미러(17)는 레이저의 조사각도를 수평방향에서 수직방향으로 혹은 수직방향에서 수평방향으로 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 고효율 레이저 용접 장치.


The method according to claim 1,
Wherein the upper direction adjusting mirror (16) and the lower direction adjusting mirror (17) adjust the irradiation angle of the laser in the vertical direction from the horizontal direction or in the horizontal direction from the vertical direction.


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