KR20140129834A

KR20140129834A - 저항 점용접 장치 및 저항 점용접 방법

Info

Publication number: KR20140129834A
Application number: KR1020130048649A
Authority: KR
Inventors: 육완
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-11-07

Abstract

본 발명은 소재를 경계로 마주 보는 위치에서 가동축을 따라 유동됨에 따라 각각의 단부가 상기 소재의 양면부에 가압 밀착되는 한 쌍의 전극부; 및 상기 소재의 양면부에 가압 밀착되는 상기 한 쌍의 전극부 각각의 단부에서의 가압력이 균일해지도록 상기 가동축을 가변시키는 축 가변부를 포함하는 저항 점용접 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 저항 점용접 방법도 제공한다.

Description

저항 점용접 장치 및 저항 점용접 방법{RESISTANCE SPOT WELDER AND RESISTANCE SPOT WELDING METHOD}

본 발명은 저항 점용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접 불량을 방지할 수 있는 저항 점용접 장치 및 저항 점용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 점용접(스폿 용접: spot welding)은 전기저항 용접에 속하는 용접 방법으로서, 금속에 전류가 흐를 때 발생하는 열을 이용하여 압력을 주면서 용접하는 방법을 말한다.

점용접은 접합하고자 하는 두 금속을 맞대어 놓고 적당한 기계적 압력을 주면서 전류를 흐르게 하면 저항 열이 발생하는데, 이로 인해 압력 부위가 접합되는 성질을 이용하는 것이다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0590616호가 있으며, 상기 선행 문헌에는 점용접시 용접 말단에 용접 결함을 발생시키지 않는 기술이 개시된다.

본 발명의 목적은, 상부 및 하부 전극의 축을 정렬한 후, 점용접을 실시함으로써 용접 불량을 방지할 수 있는 저항 점용접 장치 및 저항 점용접 방법을 제공함에 있다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 소재를 경계로 마주 보는 위치에서 가동축을 따라 유동됨에 따라 각각의 단부가 상기 소재의 양면부에 가압 밀착되는 한 쌍의 전극부; 및 상기 소재의 양면부에 가압 밀착되는 상기 한 쌍의 전극부 각각의 단부에서의 가압력이 균일해지도록 상기 가동축을 가변시키는 축 가변부를 포함하는 저항 점용접 장치를 제공한다.

상기 축 가변부는, 상기 한 쌍의 전극부 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력을 측정하는 압력 측정기와, 상기 가동축을 회전시키는 회전기와, 측정한 상기 한 쌍의 전극부 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력이 기설정되는 오차 범위에 포함되도록 상기 회전기의 회전 동작과 상기 가동축을 유동시켜 상기 한 쌍의 전극부 각각에서의 가압력을 균일하게 하는 제어기를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 전극부는, 한 쌍의 전극부 몸체와, 상기 한 쌍의 전극부 몸체 각각의 단부에 설치되며, 상기 소재의 외면에 밀착 가압되는 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극부 몸체 각각을 승강시키는 승강기를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 회전기는, 상기 제어기로부터 제어 신호를 받아 상기 승강기를 회전시키는 것이 바람직하다.

상기 제어기는, 상기 승강기의 승강 동작을 제어하여 상기 가동축을 유동시키는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 전극 각각은, 상면이 평평한 반구 형상으로 형성되고, 상기 한 쌍의 전극부 몸체 각각의 단부에는 상기 한 쌍의 전극 각각의 상기 상면과 갭을 이루도록 형성되는 턱부가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 압력 측정기는, 상기 갭의 다수 위치에서 상기 상면과 상기 턱부와의 가압력을 측정하도록 배치되는 다수의 압력 센서를 포함하는 것이 바람직하다.

다른 양태에 있어서, 본 발명은 가동축을 따라 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전극을 승강시켜 상기 한 쌍의 전극 각각의 단부를 소재의 양면부에 가압 밀착하는 제 1단계와; 상기 한 쌍의 전극 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력이 균일해지도록 상기 한 쌍의 전극 각각의 가동축의 위치를 가변시키는 제 2단계와; 상기 소재를 점용접하는 제 3단계를 포함하는 저항 점용접 방법을 제공한다.

상기 제 2단계는, 상기 한 쌍의 전극 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력을 측정하고, 측정한 상기 한 쌍의 전극 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력이 기설정되는 오차 범위에 포함되도록 상기 가동축을 회전 및 상기 전극들을 승강시켜 상기 한 쌍의 전극 각각에서의 가압력을 균일하게 하는 것이 바람직하다.

상기 제 2단계 이후, 균일하게 되는 기 한 쌍의 전극 각각에서의 가압력이 서로 기설정되는 기준 범위에 포함되도록 상기 한 쌍의 전극 각각을 상기 가동축을 따라 상기 전극들을 승강시키는 것이 바람직하다.

본 발명은, 소재와 접촉시 상,하부전극에서의 가압력을 균일화하여 상부 전극과 하부 전극의 가동축을 정렬하고, 이후 점용접을 실시함으로서 용접시 스패터 발생을 억제하여 용접 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 용접 불량으로 인해 소재의 표면에 발생되는 용접칩을 별도로 제거하지 않아도 되기 때문에, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 점용접 과정에서 상부 전극과 하부 전극의 축 정렬을 실시간으로 모니터링 함으로써, 다수 소재의 용접 품질을 균일화할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 저항 점용접 장치를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 저항 점용접 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 상부 전극부와 하부 전극부의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 압력 센서들의 설치 위치를 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따르는 저항 점용접 장치의 작동을 보여주는 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 저항 점용접 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 저항 점용접 장치를 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 저항 점용접 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조 하면, 본 발명의 저항 점용접 장치는 크게 한 쌍의 전극부(100,200)와, 축 가변부(300,4001)로 구성된다.

상기 한 쌍의 전극부(100,200)는 서로 동일한 구조로 형성된다.

상기 한 쌍의 전극부(100,200)는 상부 전극부(100)와 하부 전극부(200)로 구성되고, 이들은 소재(10)를 경계로 서로 마주보도록 배치된다.

먼저, 상기 상부 전극부(100)의 구성을 설명한다.

상기 상부 전극부(100)는 소재(10)의 상부에 배치된다. 상기 상부 전극부(100)는 가동축(C)을 따라 승강 가능하게 설치된다.

도 3은 본 발명에 따르는 상부 전극부와 하부 전극부의 구성을 보여주는 단면도이다.

도 3을 참조 하면, 상기 상부 전극부(100)는, 상부 전극부 몸체(110)와, 상부 전극(120)으로 구성된다.

상기 상부 전극부 몸체(110)의 하단에는 설치홈(111)이 형성된다.

상기 설치홈(111)에는 상부 전극(120)이 끼워져 설치되고, 상부 전극(120)의 하단은 상부 전극부 몸체(110)의 하단 외측으로 노출된다.

상기 설치홈(111)의 내측 상면에는 턱부(111a)가 형성된다.

여기서, 상기 상부 전극(120)은 반구 형상으로 형성되는 것이 좋다. 상부 전극(120)의 둥근 부분은 소재(10)의 외면이 밀착되는 부분으로 상부 전극부 몸체(110)의 하단 외측으로 돌출된다.

상기 상부 전극(120)의 상면(121)은 평평한 면을 형성한다.

따라서, 상기 상부 전극(120)이 상부 전극부 몸체(110)의 설치홈(111)에 끼워져 설치되면, 상부 전극(120)의 상면(121)과 턱부(111a)와의 사이에는 일정의 갭(gap)이 형성된다.

그리고, 갭의 다수 위치에는 상기 턱부(111a)와 상부 전극(120)의 상면(121)을 탄성 지지하는 탄성 스프링들(140)이 설치된다.

따라서, 상부 전극(120)은 설치홈(111)에 끼워진 상태로 상하를 따라 탄성 유동된다.

또한, 후술되는 압력 센서들(310,410)은 상기 갭의 다수 위치에 설치되어 상부 전극(120)의 상면(121)과 턱부(111a) 사이에 형성되는 가압력을 측정한다.

한편, 하부 전극부(200)는 상기와 같이 구성되는 상부 전극부(100)의 하부에 위치된다.

또한, 상기 하부 전극부(200)는 상부 전극부(100)의 구성과 실질적으로 동일하다.

상기 하부 전극부(200)는 하부 전극부 몸체(210)와, 하부 전극(220)과, 탄성 스프링들(240)로 구성된다.

여기서, 하부 전극부 몸체(210), 하부 전극(220)은 상기 상부 전극부 몸체(110)와 상부 전극(120)의 구성과 실질적으로 동일하다.

그리고, 상기 상부 전극부 몸체(110)는 상부 승강기(130)와 연결된다. 상기 상부 승강기(130)는 실린더(131)와 축(132)으로 구성된다.

상기 축(132)은 가동축(C)을 따라 상부 전극부 몸체(110)를 승강시키도록 상부 전극부 몸체(110)와 연결된다.

또한, 상기 하부 전극부(200)는 하부 승강기(230)를 구비하고, 상기 하부 승강기(230)는 하부 전극부 몸체(210)와 연결되는 축(232)을 갖는 실린더(231)로 구성된다.

상기 상부 승강기(130)와 하부 승강기(230)는 후술되는 제어기(330)의 제어 신호에 의해 각각의 축(132,232)을 승강시켜, 상부 전극부 몸체(110)와 하부 전극부 몸체(210)를 가동축(C)을 따라 승강시킨다.

다음은, 본 발명에 따르는 축 가변부를 설명한다.

상기 축 가변부는 제 1축 가변부(300)와 제 2축 가변부(400)로 구성된다.

상기 제 1축 가변부(300)는 상부 전극부(100)를 상하를 따라 회전시켜 가동축(C)의 위치를 가변시킨다.

상기 제 1축 가변부(300)는 제 1압력 측정기(310)와, 제 1회전기(320)와, 제어기(300)로 구성된다.

상기 제 1압력 측정기(310)는 다수의 제 1압력 센서로 구성된다. 상기 제 1압력 센서는 로드셀일 수 있다. 하기의 설명에서, 제 1압력 측정기와 제 1압력센서의 구성번호를 '310'으로 동일 명기한다.

도 3은 본 발명에 따르는 압력 측정기들의 설치 위치를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조 하면, 상기 제 1압력 센서들(310)은 상부 전극부(100)에서, 상부 전극부 몸체(110)의 턱부(111a)와 상부 전극(120)의 상면(121) 사이의 갭 다수 위치에 설치된다.

따라서, 상기 제 1압력 센서들(310)은 상부 전극(120)이 유동됨으로 인해 가변되는 제 1가압력값을 측정하고, 측정된 제 1가압력값들을 제어기(330)로 전송한다.

상기 제어기(330)에는 오차 범위가 기설정된다.

상기 제어기(330)는 상기 측정된 제 1가압력값들이 기설정되는 오차 범위에 포함되도록 제 1회전기(320) 및 상부 승강기(130)의 동작을 제어한다.

즉, 제 1회전기(320)를 통해 상부 전극부(100)의 가동축(C)은 회전되어 위치가 가변되고, 상부 승강기(130)를 통해 상부 전극부(100)의 상하로의 위치가 조절될 수 있다.

상기 제 1회전기(320) 및 후술되는 제 2회전기(420)는 제어기(330)로부터 제어 신호를 받아 상부 전극부 몸체(110) 또는 하부 전극부 몸체(210)를 회전시키는 회전 모터인 것이 좋다.

또한, 제 2축 가변부(400)는 상기 제 1축 가변부(300)의 구성 및 기능이 실질적으로 동일하다.

상기 제 2축 가변부(400)는 제 2압력 측정기(410)와, 제 2회전기(420)와, 상기 제어기(330)로 구성된다.

상기 제 2압력 측정기(410)는 하부 전극(220)이 유동됨으로 인한 제 2가압력값들을 측정하여 제어기(330)로 전송한다.

상기 제 2회전기(420)는 하부 전극부(200)를 회전시켜 하부 전극부(200)의 가동축(C) 위치를 가변시킨다.

상기 제어기(330)는 제 2압력 측정기(410)를 통해 측정된 제 2가압력값들이 기설정되는 오차 범위에 포함되도록 제 2회전기(420) 및 하부 승강기(230)의 동작을 제어한다.

상기 제 2축 가변부(400)의 동작은 제 1축 가변부(300)의 동작과 실질적으로 동일하기 때문에, 이하에서는 설명을 생략한다.

다음은, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 저항 점용접 장치의 작용 및 이를 사용한 저항 점용접 방법을 설명한다.

도 5는 저항 점용접 전의 상태를 보여주고, 도 6은 저항 접용접시 가동축의 위치가 가변되는 것을 보여준다.

제 1단계

도 5를 참조 하면, 소재(10)는 한 쌍으로 준비되고, 서로 접한 상태로 상부 전극부(100)와 하부 전극부(200)의 사이에 배치된다.

도면에 도시되지 않았지만, 소재(10)는 고정 지그에 의해 해당 위치에 고정되는 것이 좋다.

상기 상부 전극부(100)는 소재(10)의 상부에 위치되고, 하부 전극부(200)는 소재(10)의 하부에 위치된다. 상부 전극(120)과 하부 전극(220)은 서로 마주보도록 배치된다.

상부 전극(120)과 하부 전극(220)은 소재(10)의 양면부(상면부, 하면부)로부터 이격된 상태를 이룬다.

이어, 본 발명에 따르는 제어기(300)는 상부 승강기(130), 하부 승강기(230)를 사용하여 상부 전극(120)과 하부 전극(220)이 소재(10)의 양면부에 각각 밀착되도록 상부 전극부 몸체(110), 하부 전극부 몸체(210) 각각을 승강시킨다.

따라서, 상부 전극(120)과 하부 전극(220)은 가동축(C)을 따라 승강되면서, 소재(10)의 양면부에 밀착 가압된다.

제 2단계

이어, 상부 전극(120)은 소재(10)의 상면부에 가압되면서 유동되고, 다수의 제 1압력 센서들(310)은 상부 전극부 몸체(110)의 턱부(111a)와 상부 전극(120)의 상면 사이 다수 위치에서 제 1가압력값들을 측정하고, 이를 제어기(330)로 전송한다.

이어, 상기 제어기(330)는 전송된 제 1가압력값들이 서로 기설정되는 오차범위에 포함되도록 제 1회전기(320)를 사용하여 상부 전극부(100)를 회전시킨다. 따라서, 상부 전극부(100)의 가동축(C)의 위치가 가변된다.

이와 동시에, 제어기(330)는 상부 승강기(130)를 사용하여 상부 전극부(100)의 상하 위치를 조절할 있다.

따라서, 상부 전극(120)의 다수 위치에서 측정되는 제 1가압력값들은 서로 오차 범위에 포함됨으로써 균일한 가압력을 형성할 수 있다.

이와 아울러, 하부 전극(220)은 소재(10)의 하면부에 가압되면서 유동되고, 다수의 제 2압력 센서들(420)은 하부 전극부 몸체(210)의 턱부(211a)와 하부 전극(220)의 상면(221) 사이 다수 위치에서 제 2가압력값들을 측정하고, 이를 제어기(330)로 전송한다.

이어, 상기 제어기(330)는 전송된 제 2가압력값들이 서로 기설정되는 오차범위에 포함되도록 제 2회전기(420)를 사용하여 하부 전극부(200)를 회전시킨다. 따라서, 하부 전극부(200)의 가동축(C)의 위치가 가변된다.

이와 동시에, 제어기(330)는 하부 승강기(230)를 사용하여 하부 전극부(200)의 상하 위치를 조절할 있다.

따라서, 하부 전극(220)의 다수 위치에서 측정되는 제 2가압력값들은 서로 오차 범위에 포함됨으로써 균일한 가압력을 형성할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따르는 제 2단계에서는, 소재(10)의 양면부에 가압 밀착되는 상부 전극(120), 하부 전극(220) 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력이 균일해지도록 상기 한 쌍의 전극(120,220) 각각의 가동축(C)의 위치를 C' 로 위치되도록 가변시킬수 있다.

이어, 상기와 같이, 상부 전극부(100)와 하부 전극부(200)의 가동축(C)의 정렬이 완료된 이후, 제어기(330)는 균일화된 제 1가압력값과 제 2가압력값이 서로 기준 범위에 포함되는지 여부를 판단한다.

그리고, 균일화된 제 1,2가압력값이 상기 기준 범위에 포함되도록 상부 승강기(130) 및 하부 승강기(230)를 사용하여 상부 전극(120), 하부 전극(220)의 상하로의 위치를 추가적으로 조절할 수 있다.

제 3단계

상기와 같이, 가동축(C)의 정렬이 완료된 이후, 상부 전극(120) 및 하부 전극(220)에는 일정의 전류가 제공된다.

따라서, 소재(10)는 점용접이 완료될 수 있다.

상기와 같은 구성 및 작용을 통해, 본 발명에 따르는 실시예는 소재와 접촉되는 상,하부 전극에서의 가압력이 균일해지도록 가동축을 정렬한 이후 점용접을 실시함으로서 용접시 스패터 발생을 억제하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 실시예는, 용접 불량으로 인해 소재의 표면에 발생되는 용접칩을 별도로 제거하지 않아도 되기 때문에, 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 실시예는, 점용접 과정에서 상부 전극과 하부 전극의 축 정렬을 실시간으로 모니터링 함으로써, 다수 소재의 용접 품질을 균일화할 수 있다.

이상, 본 발명의 저항 점용접 장치 및 저항 점용접 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 소재 100 : 상부 전극부
110 : 상부 전극부 몸체 111 : 설치홈
111a : 턱부 120 : 상부 전극
130 : 상부 승강기 140 : 탄성 스프링
200 : 하부 전극부 210 : 하부 전극부 몸체
211 : 설치홈 211a : 턱부
220 : 하부 전극 230 : 상부 승강기
240 : 탄성 스프링 300 : 제 1축 가변부
310 : 제 1압력 측정기 320 : 제 1회전기
330 : 제어기 400 : 제 2축 가변부
410 : 제 2압력 측정기 420 : 제 2회전기

Claims

소재를 경계로 마주 보는 위치에서 가동축을 따라 유동됨에 따라 각각의 단부가 상기 소재의 양면부에 가압 밀착되는 한 쌍의 전극부; 및
상기 소재의 양면부에 가압 밀착되는 상기 한 쌍의 전극부 각각의 단부에서의 가압력이 균일해지도록 상기 가동축을 가변시키는 축 가변부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 점용접 장치.
제 1항에 있어서,
상기 축 가변부는,
상기 한 쌍의 전극부 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력을 측정하는 압력 측정기와,
상기 가동축을 회전시키는 회전기와,
측정한 상기 한 쌍의 전극부 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력이 기설정되는 오차 범위에 포함되도록 상기 회전기의 회전 동작과 상기 가동축을 유동시켜 상기 한 쌍의 전극부 각각에서의 가압력을 균일하게 하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 저항 점용접 장치.
제 2항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극부는,
한 쌍의 전극부 몸체와,
상기 한 쌍의 전극부 몸체 각각의 단부에 설치되며, 상기 소재의 외면에 밀착 가압되는 한 쌍의 전극과,
상기 한 쌍의 전극부 몸체 각각을 승강시키는 승강기를 구비하되,
상기 회전기는, 상기 제어기로부터 제어 신호를 받아 상기 승강기를 회전시키고,
상기 제어기는, 상기 승강기의 승강 동작을 제어하여 상기 가동축을 유동시키는 것을 특징으로 하는 저항 점용접 장치.
제 2항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극 각각은, 상면이 평평한 반구 형상으로 형성되고,
상기 한 쌍의 전극부 몸체 각각의 단부에는 상기 한 쌍의 전극 각각의 상기 상면과 갭을 이루도록 형성되는 턱부가 형성되고,
상기 압력 측정기는,
상기 갭의 다수 위치에서 상기 상면과 상기 턱부와의 가압력을 측정하도록 배치되는 다수의 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 점용접 장치.
가동축을 따라 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전극을 승강시켜 상기 한 쌍의 전극 각각의 단부를 소재의 양면부에 가압 밀착하는 제 1단계;
상기 한 쌍의 전극 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력이 균일해지도록 상기 한 쌍의 전극 각각의 가동축의 위치를 가변시키는 제 2단계;
상기 소재를 점용접하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 점용접 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제 2단계는,
상기 한 쌍의 전극 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력을 측정하고,
측정한 상기 한 쌍의 전극 각각의 단부 다수 위치에서의 가압력이 기설정되는 오차 범위에 포함되도록 상기 가동축을 회전 및 상기 전극들을 승강시켜 상기 한 쌍의 전극 각각에서의 가압력을 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 저항 점용접 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제 2단계 이후,
균일하게 되는 기 한 쌍의 전극 각각에서의 가압력이 서로 기설정되는 기준 범위에 포함되도록 상기 한 쌍의 전극 각각을 상기 가동축을 따라 상기 전극들을 승강시키는 것을 특징으로 하는 저항 점용접 방법.