KR20180122744A - 진공 기반의 용접 장치 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

진공 기반의 용접 장치 및 이를 사용하는 방법 Download PDF

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KR20180122744A
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마이클 티모시
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쉴로 인더스트리즈 인코포레이티드
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Abstract

진공 기반의 용접 장치(100)는 제1공작물(202)를 지지하기 위한 제1공작물 지지대(102)와 제2공작물(204)을 지지하기 위한 제2공작물 지지대(104)를 포함한다. 상기 제1공작물 지지대는 제2공작물 지지대에 대해 슬라이딩될 수 있고, 공작물 지지대 표면(103)에 형성된 하나 이상의 개구(110)를 통하여 제1공작물을 향해 진공을 공급하도록 구성될 수 있다. 상기 용접 장치는 제1,2공작물을 정렬하기 위한 게이지바(114)를 포함한다. 진공원(300)으로부터 생성된 감압은 공작물 지지대 표면의 개구에 전달되어, 제1공작물이 용접 전 게이지바에 대해 정렬되는 동안 제1공작물을 제자리에 고정할 수 있다.

Description

진공 기반의 용접 장치 및 이를 사용하는 방법
본 개시내용은 2016년 4월 4일자로 출원된 미국 가출원 제62/318, 075호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 본 개시내용에 참고로 인용된다.
본 개시내용은 용접 장치에 관한 것으로, 특히 레이저 용접 작업시 사용되는 장치에 관한 것이다.
자동차나 차량 응용 분야에서 사용되는 것과 같은 접합판재(Tailor Welded Blanks)는 레이저 용접과 같은 용접 기술을 사용하여 결합될 수 있다. 일반적으로, 용접되거나 결합되는 공작물은 용접 장치에 구속되어야 한다. 일반적으로 레이저 용접과 같은 정밀 접합 공정은 결합공정동안 공작물들이 서로에 대해 일정한 위치를 유지시키기 위하여 상대적으로 안정적인 장치를 필요로한다. 공작물들이 적절하게 구속되면, 서로 결합될 수 있어 상기 공작물들을 단일 피스로 영구적으로 고정시킨다. 공작물들의 정렬 또한 공작물간의 고품질 용접 조인트 생산에 중요하다.
몇몇 공지된 접근법에서, 강철 공작물은 일반적으로 적용된 자력의 결과에 따라 공작물들을 제자리에 고정시키는 자성 장치를 사용하여 고정된다. 상기 접근법은 알루미늄과 같은 비자성 물질에는 적용되지 않는다.
따라서, 공작물을 고정하기 위하여 대체 가능한 공작물에 대해 보다 광범위하게 적용 가능하고 레이저 용접할 공작물을 적절하게 정렬된 구성으로 고정할 수 있는 대안적인 접근법을 개시하고자 한다.
본 개시내용의 일 실시예에 따른 진공 기반의 용접 장치(100)는,
제1공작물(202)을 지지하기 위한 제1공작물 지지대(102)를 포함하되, 상기 제1공작물 지지대는 하나 이상의 개구(110)를 갖는 공작물 지지대 표면(103)을 포함하고, 진공원(300)으로부터 공급되는 감압이 공작물 지지대 표면상의 개구를 통해 상기 제1공작물의 하부로 공급되도록 구성되며;
제2공작물(204)을 지지하기 위한 제2공작물 지지대(104)를 포함하되, 상기 제1공작물 지지대는 제2공작물 지지대에 대해 슬라이드 가능하며;
제1,2공작물을 정렬하기 위한 게이지바(114)를 포함하되, 상기 게이지바는 제1공작물의 모서리를 정렬하기 위한 제1정렬표면(172) 및 제2공작물의 모서리를 정렬하기 위한 제2정렬표면(174)을 포함하고, 연장된 정렬 위치와 수축된 용접 위치 사이에서 이동 가능하되;
상기 게이지바가 연장된 정렬 위치로부터 수축된 용접 위치로 이동되는 동안 제1공작물은 상기 감압에 의하여 공작물 지지대 표면에 대해 제자리에 고정되도록 구성된다.
본 개시내용의 일 실시예에 따른 공작물 지지대는 유체 연통하는 저압원 또는 진공으로부터의 감소된 압력을 공작물에 선택적으로 가하여, 상기 장치가 선택적으로 공작물을 파지 가능하게 한다. 선택적으로 공작물을 파지하기 위하여 감소된 압력을 사용하는 것은 바람직하게는 상기 장치가 알루미늄과 알루미늄 합금으로 만들어진 물질을 포함하여 용접에 취약한 거의 대부분의 재료를 용접하는데 사용할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 용접 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 도 1에 따른 용접 장치에 있어서, 상기 용접 장치에 배치된 단일 공작물의 사시도.
도 4는 도 1에 따른 용접 장치에 있어서, 제1공작물에 인접하게 배치된 제2공작물의 사시도.
도 5a는 개스킷을 가진 진공 기반의 용접 장치의 확대 단면도.
도 5b는 도 5a의 진공 기반의 용접 장치 개스킷의 확대 사시도.
도 5c는 공작물 지지대에서 복수의 개스킷을 구비한 진공 기반의 용접 장치의 단면도.
도 6a는 또 다른 실시예에 따른 진공 기반의 용접 장치의 확대 단면도.
도 6b는 도 6a의 진공 기반의 용접 장치의 확대 사시도.
도 7a는 두 개의 공작물 사이에 배치된 게이지 바를 가진 도 2의 실시예에 따른 용접 장치에서 도시된 게이지 바의 확대도.
도 7b는 두 개의 공작물 아래 위치에서 도시된 게이지 바를 구비하는 도 2의 실시예에 따른 용접 장치에서 도시된 게이지 바의 확대도.
도 8은 공작물을 용접 장치에 고정하기 위한 예시적인 방법의 공정 흐름도.
예를 들어 레이저 용접 공정에서 사용하기 위한 용접 장치의 예시 도면들이 제공된다. 하나 이상의 공작물 지지대는 하나의 공작물을 핸들링하고 다른 공작물에 대해 상기 하나의 공작물을 위치시키기 위해 제공될 수 있다. 본 개시내용의 일 실시예에 따른 공작물 지지대는 유체 연통하는 저압원 또는 진공으로부터의 감소된 압력을 공작물에 선택적으로 가하여, 상기 장치가 선택적으로 공작물을 파지 가능하게 한다. 선택적으로 공작물을 파지하기 위하여 감소된 압력을 사용하는 것은 바람직하게는 상기 장치가 알루미늄과 알루미늄 합금으로 만들어진 물질을 포함하여 용접에 취약한 거의 대부분의 재료를 용접하는데 사용할 수 있다. 일 실시예에 따른 공작물 지지대는 공작물 지지대 표면의 개구부를 통해 진공 또는 감소된 압력을 공작물에 선택적으로 적용할 수 있다. 상기 개구부는 공작물 지지대의 하나 이상의 진공 패드에 포함될 수 있다.
이하 설명되는 바와 같이, 일 실시예에 따른 용접 장치는 제1공작물을 지지하기 위한 제1공작물 지지대 및 제2공작물을 지지하기 위한 제2공작물 지지대를 포함할 수 있다. 상기 제1공작물 지지대는 제2공작물 지지대에 대해 미끄러질 수 있으며, 공작물 지지대 표면의 개구부를 통해 진공 또는 저압원으로부터의 감소된 압력을 제1공작물 하부로 공급하도록 구성될 수 있다. 상기 용접 장치는 또한 제1공작물과 제2공작물을 정렬하기 위한 게이지 바를 포함할 수 있다. 상기 게이지바가 제1공작물과 제2공작물 사이에서 이동하는 동안 상기 제1공작물 지지대가 움직이지 않도록 진공원에 의해 생성된 감소된 압력이 공작물 지지대 표면의 개구부로 전달될 수 있다.
일부 실시예로서, 진공은 공작물 지지대 표면의 하나 이상의 개구부를 통해 공작물 지지대 표면에 유지되고 접촉하고 있는 공작물에 가해질 수 있다. 상기 공작물 지지대 표면은 상기 장치 및/또는 공작물 지지대와 비교하여 상대적으로 작은 공작물과 접촉하도록 구성되는 복수의 진공 "패드"를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 공작물(들)은 감소된 압력 또는 진공을 공작물에 전달하도록 구성되는 개구부가 형성되며 상대적으로 크고 일반적으로 연속적인 공작물 지지대 표면에 의해 지지될 수 있다. 일부 실시예로서, 일반적으로 공작물 지지대 표면에 형성되는 개구부를 둘러싸는 개스킷이 제공될 수 있으며, 상기 개스킷은 예를 들어 상대적으로 규격화된 재료를 통해 밀봉된 표면을 제공하여 공작물 지지대에 의하여 공작물에 적용된 실질적인 흡수를 증가시킨다. 또 다른 실시예로서, 개스킷은 불필요하거나 바람직하지 않을 수 있는데, 예를 들어 적절한 진공이 개스킷 없이 공작물에 전달될 수 있다.
진공 기반의 용접 장치를 사용하는 예시적인 방법 또한 개시된다. 일 실시예에 따른 방법은 진공원을 이용하여 제1공작물을 제1공작물 지지대에 고정하고, 제2공작물을 제2공작물 지지대에 고정하는 방법을 포함한다. 이 방법은 제1공작물 및 제2공작물을 제1공작물과 제2공작물 사이에 위치한 게이지 바를 향해 접촉할 때까지 가압하는 단계와, 상기 게이지 바가 제1공작물과 제2공작물 사이에 위치되지 않도록 하강시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 진공 고정된 제1공작물을 구비한 제1공작물 지지대를 진공 고정된 제2공작물을 구비한 제2공작물 지지대를 향해 접촉할 때까지 슬라이드하는 단계를 포함할 수 있고, 이 지점에서 상기 제1,2공작물이 각각의 엣지를 따라 정렬된다.
이하 설명되는 내용에서는, 일 실시예에 따른 용접 장치(100)가 도 1 내지 도 8을 참고하여 개시된다. 상기 용접 장치(100)는 상기 장치(100)의 베이스(101)에 의해 지지되는 제1,2공작물 지지대(102, 104)를 포함한다. 상기 제1,2공작물 지지대(102, 104)는 도 4에 도시된 바와 같이 대응하는 제1,2공작물(202, 204)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지대(102, 104)는 제1,2공작물(202, 204)을 그 엣지를 따라 함께 용접하는 것을 용이하게 하기 위하여 상기 제1,2공작물(202, 204)이 서로 접촉하도록 위치시킬 수 있다. 몇몇 예시적인 접근으로, 상기 공작물(202, 204)은 마주하는 엣지를 따라 맞닿아, 공작물(202, 204) 사이의 이음 조인트의 생성을 용이하게 한다. 이와 같은 방식으로, 용접된 블랭크, 예를 들어 접합판재는 제1,2공작물(202, 204)의 결합에 의해 형성될 수 있다. 또 다른 실시예로는, 랩 조인트, 이음 및 랩 조인트의 결합, 유사 또는 비유사 게이지 소재 사이의 조인트, 유사 또는 비유사 금속 사이의 조인트 등과 같은 다른 유형의 용접 조인트가 형성될 수 있다.
두 공작물(202, 204)은 이하 예시에서 도시되지만, 이는 단지 예시일 뿐이고, 두 개 이상의 공작물이 다양한 배치로 결합될 수 있다. 하나의 예로, 두 개 이상의 공작물은 제3 공작물의 단일 엣지를 따라서 결합될 수 있다. 또한, 상기 공작물(202, 204)이 결합된 엣지를 따라 일반적으로 비슷한 길이를 갖도록 도시되는 동안에, 결합된 공작물은 서로 다른 길이를 가질 수 있다.
상기 공작물(202, 204)은 적절한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 또한, 이하 도시되는 바와 같이, 예시적인 용접 장치(100)는 철 또는 임의의 특정 재료 유형에 한정되지 않는다.
상기 공작물(202, 204)은 또한 적절한 크기 및 두께를 가질 수 있다. 이하 도시된 예에서는 시트 형상을 갖는 공작물(202, 204)를 도시한다. 다른 구성, 예를 들어 평평하지 않은 공작물이 사용될 수 있다. 일 예로, 공작물은 약 0.5~2.5mm의 두께를 갖는 강판일 수 있다. 다른 예시로, 공작물은 약 1~2mm의 두께를 갖는 알루미늄 시트일 수 있다.
제1,2공작물 지지대(102, 104)는 서로에 대해 이동 가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1공작물 지지대(102)는 제2공작물 지지대(104)에 대해 슬라이드 가능할 수 있다. 이하 설명되는 바와 같이, 제1,2공작물 지지대(102, 104) 사이의 상대적인 운동은 상기 공작물(202, 204)을 함께 용접하는 것을 용이하게 하기 위하여 상기 공작물(202, 204)이 접촉하도록 이동시키는 데 사용될 수 있다. 여기서 도시되는 실시예는 제1공작물 지지대(102)가 용접 장치(10)의 베이스(101)를 따라 슬라이드 가능하고 제2공작물 지지대(104)가 일반적으로 베이스(101)에 고정되는 배치에 대한 것이지만, 제1,2공작물(202, 204) 사이의 상대적인 운동을 제공하는 다른 접근이 사용될 수 있다. 예시로서, 제2공작물 지지대(104)는 베이스(101)를 따라 이동할 수 있거나, 제1,2공작물 지지대(102, 104) 모두 베이스(101)를 따라 이동할 수도 있다. 상기 공작물 지지대(102, 104)는 예를 들어, 강철, 알루미늄 또는 합성 재료와 같은 적절한 임의의 재료로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1공작물 지지대(102)는 레일(120)을 따라 베이스(101)에 대해 병진 운동할 수 있다. 상기 레일(120)은 제1공작물 지지대(102)가 일반적으로 수직 또는 실질적으로 제1,2공작물(202, 204)의 엣지에 대향하는 방향으로 레일(120)을 따라 슬라이드되도록 위치될 수 있다. 또한, 상기 레일(120)은 제1공작물 지지대(102)의 운동을 실질적으로 베이스(101)에 대해 평행한 병진 운동으로 제한할 수 있다. 이하 설명되는 바와 같이, 상기 레일(120)은 제1,2공작물(202, 204)이 서로 나란히 정렬된 후에 제2공작물(204)을 향해 제1공작물(202)의 상대적으로 짧은 측면 이동을 용이하게 하여, 제1,2공작물(202, 204)의 마주보는 엣지가 서로 접촉되도로 한다. 제2공작물 지지대(104)가 베이스(101)에 대해 이동 가능한 실시예에서, 베이스(101)에 대한 제2공작물 지지대(104)의 운동 또는 슬라이딩을 용이하게 하기 위하여 레일(120)과 같은 임의의 상대 운동 메커니즘이 제공될 수 있다.
상기 제1공작물 지지대(102) 및 제2공작물 지지대(104)는 각각 관련된 공작물을 선택적으로 파지하거나 지지하게 위하여 진공 또는 감압원을 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 진공원의 사용은 상기 공작물 지지대(102, 104)가 알루미늄과 같은 비철금속을 포함하는 사실상 모든 유형의 재료로 형성된 공작물을 지지하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 상기 용접 장치(100)는 용접하기 쉬운 임의의 재료로 형성된 공작물을 용적하는데 사용될 수 있다. 진공 기반 방식의 또 다른 유리한 측면은 진공 또는 감압이 형성되는 상대속도로부터 발생될 수 있는 감소된 사이클 시간이며, 차례로 상기 공작물 지지대(102, 104)가 공작물을 지지하는 것을 용이하게 한다. 또한, 공작물에 가해지는 압력을 역으로 함으로써 공작물의 해제를 용이하게 할 수 있어, 성형된 공작물을 손상시키지 않으면서 상기 공작물을 빠르게 해제하는 정도까지 공작물을 "분출"시킬 수 있게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1,2공작물 지지대(102, 104)는 각각 공작물 지지대 표면(103, 105)에 복수의 개구(110)를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 공작물 지지대(102, 104)상의 상대적으로 많은 수의 개구(110)를 사용하는 것은 공작물의 넓은 표면 영역 또는 길이에 걸쳐 상대적으로 큰 지지력이 가해질 수 있어, 공작물을 연관된 공작물 지지대 표면(103, 105)에 붙여 당길 수 있다. 이와 같이, 상기 개구(110)는 공작물을 상대적으로 안정적이고 안전하게 위치시킬 수 있다.
일부 접근법에서, 개구(110)는 상대적으로 작고 다수일 수 있어, 공작물(202, 204)에 적용되는 감압은 공작물의 상대적으로 넓은 영역에 걸쳐 퍼진다. 일 예에서, 상기 개구(110)는 상대적으로 작은 직경, 예를 들어 10mm 이하의 직경으로 한정될 수 있다. 또 다른 예에서는, 공작물 지지대 표면(103, 105)의 평방피트당 상대적으로 많은 수의 개구, 예를 들어 적어도 20개 이상의 개구가 제공될 수 있다.
도 5a, 5b, 5c를 참조하면, 일부 접근법에서 공작물 지지대(102, 104)의 표면(103, 105)상에 복수의 진공 패드(106)가 제공될 수 있다. 예시적인 진공 패드(106)는 공작물 지지대(102, 104)의 개구(110) 주위로 연장되는 실링 표면을 가질 수 있다. 상기 실링 표면은 일반적으로 공작물(202, 204)의 하부에 접하도록 구성되어, 상기 공작물(202, 204)에 대한 흡입을 용이하게 하는 개구(110)의 주변에 실링을 제공한다.
몇몇 예시로서, 상기 실링 표면은 개스킷에 의해 한정될 수 있다. 예를 들어, 도 5a, 5b, 및 5c에 도시된 바와 같이, 각각의 진공 패드(106)는 상기 공작물 지지대(102, 104)의 개구(110) 주위에 위치된 개스킷(108)을 포함할 수 있다. 상기 개구(110)는 진공 또는 저압원(300)과 유체 연통할 수 있다. 다른 예시에서는, 진공 또는 저압은 재생 펌프에 의해 제공될 수 있다. 상기 개스킷(108)은 공작물 지지대 표면(103, 105)에서 리세스된 채널에 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 개스킷(108)은 상기 공작물 지지대 표면(103, 105)에 형성된 인접 리세스(116)에 위치될 수 있다. 상기 개스킷(108) 또는 인접 리세스(116)는 일반적으로 개구(110)를 한정짓기 위하여 개구(110)의 둘레를 둘러싸고, 개스킷(108)은 대응하는 공작물의 하부에 대해 밀봉할 수 있는 정도를 증가시킨다. 따라서, 흡입 또는 진공이 개구(110)와 유체 연통되면서 배치되고 상기 개스킷(108)이 공작물(도시되지 않음)의 표면에 대해 배치되면, 상기 공작물은 일반적으로 진공에 의해 개스킷(108)에 대해 유지된다. 개스킷(108)은 공작물(202, 204)의 표면에 대해 실링하기 쉬운 상대적으로 부드럽고 유연한 재료로 형성될 수 있다. 일 예로서, 고무, 부틸, 또는 플라스틱 재료가 사용될 수 있다.
또한, 단일 개구(110)가 도 5a/5b/5c에 도시되어 있지만, 다른 예시에서는 단일 개스킷(108) 또는 실링 표면(109)이 유사하거나 서로 다른 크기의 다수의 개구(110)를 둘러쌀 수 있다. 따라서, 단일 진공 패드(106)는 복수의 연관된 개구(110)를 가질 수 있다.
또 다른 예시적인 접근으로는, 도 5a/5b/5c에서 되시된 접근법과는 반대로, 개스킷은 실링 표면을 제공하는데 사용되지 않는다. 개스킷이 없는 실시예는 예를 들어 실질적으로 전술한 바와 같은 개구(110)를 제공하지만 개구(110)를 둘러싸는 개스킷(108) 및/또는 인접 리세스(116) 없이 실행될 수 있다. 하나 이상의 진공 패드(106)가 공작물 지지대(102, 104)에 사용되는 실시예에서, 도 5에 도시된 개구(110)를 둘러싸는 공작물 지지대 표면(103, 105)의 일 영역(109)이 공작물(202, 204)(도 5a에 도시되지 않음)의 하부와 접촉함으로써 실링 표면으로 작용할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 개스킷이 사용되지 않는 또 다른 실시예가 도시된다. 상기 공작물 지지대(102, 104)는 공작물 지지대 표면(103, 105)을 한정하는 상부 고정구 지지대(130)를 포함할 수 있다. 복수의 개구(110)가 공작물 지지대 표면(103, 105)에 형성된다. 도 6a, 6b에 도시된 바와 같이, 복수의 통로(111)는 상부 고정구 지지대를 통해 연장되어, 공작물 지지대 표면(103, 105)에 개구부를 형성한다. 상부 고정구 지지대(130)는 부분적으로 공작물 지지대(102, 104)(도 1 참조)의 진공 구멍을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 통로(111)는 감압 또는 진공을 개구(110)로 전달하여, 공작물 지지대 표면(103, 105)상에 공작물(도 6a, 6b에 도시되지 않음)을 아래로 끌어당길 수 있다.
전술한 바와 같이, 개구(110)는 상대적으로 작고 다수일 수 있어, 공작물(202, 204)에 적용되는 감압은 공작물의 상대적으로 넓은 영역에 걸쳐 퍼진다. 일 예에서, 상기 개구(110)는 상대적으로 작은 직경, 예를 들어 10mm 이하의 직경으로 한정될 수 있다. 또 다른 예에서는, 공작물 지지대 표면(103, 105)의 평방피트당 상대적으로 많은 수의 개구, 예를 들어 적어도 20개 이상의 개구가 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 공작물(202, 204)에 적용되는 공작물 지지대(102, 103)의 지지는 각각 공작물의 상대적으로 큰 영역에 걸쳐 적용될 수 있다. 하나의 예로서, 공작물(202, 204)에 적용되는 공작물 지지대(102, 103)의 지지는 공작물(202, 204)의 모서리 길이의 50% 이상에 걸쳐 적용될 수 있어서, 공작물 지지대(102, 104)가 예를 들어 레이저 용접에 의해 결합되기 위한 공작물(202, 204)의 배열을 유지시키는 범위를 향상시킨다.
감압 또는 진공은 적절한 방식으로 일 실시예에 따른 공작물 지지대(102, 104)의 개구(110)에 공급될 수 있다. 실시예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공작물 지지대(102)는 커넥터(150)와 유체 연통하는 내부 캐비티(160)를 형성할 수 있다. 상기 커넥터(150)는 재생 펌프, 진공원, 감압 등으로부터 연결부, 예를 들어 제거 가능한 연결부를 수용할 수 있다. 캐비티에 가해진 상기 감압 또는 진공은 통로(111)를 통해 공기를 개구(110) 및 캐비티(160)로 끌어들일 수 있다. 따라서, 공작물 지지대 표면(103, 105)상에 위치하는 공작물은 공작물 지지대(102, 104)상에 끌어 내려져 상기 공작물을 공작물 지지대(102, 104)에 고정시키게 된다.
도 5c에 도시된 또 다른 접근으로는, 진공원(300)은 가요성 튜브(304)에 의해 진공 패드(106)의 개구(110)와 연통하는 매니폴드 또는 벤튜리 터널(302)을 포함할 수 있다. 상기 튜브(304)는 튜브 피팅, 예를 들어 도 7에 도시된 가지 및 튜브 피팅을 통해 진공 패드(106) 및 벤튜리 터널(302)의 반대편 모서리에 연결될 수 있다. 유체 또는 가스 공급, 예를 들어 공기 압축기는 유체가 공급 단부로부터 벤튜리 터널을 통해 배출 단부(308)까지 순환되도록 벤튜리 터널(302)의 공급 단부(306)와 연결될 수 있다. 상기 튜브(304)는 진공 유동이 개구(110)로부터 튜브(304)를 통해 생성되도록 공급 단부(306)와 배출 단부(308) 사이의 벤튜리 터널에 연결된다. 상기 튜브(304)가 두 진공 패드(106)를 진공원(300)에 연결하는 것으로 도시되어 있지만, 더 많은 수의 진공 패드(106)가 진공원과 연결될 수 있도록 추가적인 튜브가 제공될 수 있다. 따라서, 매니폴드는 임의의 수의 진공 패드(106) 및 개구(110)를 진공원에 적절하게 연결할 수 있다.
도 1-4, 7a, 7b를 참조하면, 용접 장치(100)는 제1,2공작물(202, 204)를 배열하기 위한 게이지바(114)를 포함할 수있다. 상기 게이지바(114)는 제1,2공작물(202, 204) 사이에 위치될 수 있으며, 그에 따라 이들 사이의 갭을 한정하고 제1,2공작물(202, 204)의 배치를 용이하게 한다. 도 2, 7a에 도시된 바와 같이, 상기 게이지바(114)는 제1정렬표면(172)과 제2정렬표면(174)을 가질 수 있다. 상기 정렬표면(172, 174)은 일반적으로 평면일 수 있으며, 공작물(202, 204)의 모서리가 게이지바(114)에 대해 눌려질 때 공작물(202, 204) 각 모서리의 정렬을 용이하게 한다. 상기 게이지바(114)는 공작물(202, 204)에 대해 병진운동 또는 수직운동할 수 있어, 제1,2공작물(202, 204)의 마주보는 모서리를 따라 함께 접촉하게 하고, 이하 설명될 것이다. 일 실시예로, 상기 게이지바(114)는 게이지바(114)가 공작물(202, 204) 사이에 위치되고 그 에지의 정렬을 가능하도록 배치된 연장된 정렬 위치로부터 게이지바(114)가 공작물 아래에 배치되는 용접 위치까지 끌어당긴다. 상기 게이지바(114)는 용접되는 공작물의 계면 아래에 위치하는 배출가스 챔버(140)내로 당겨질 수 있다.
상기 게이지바(114)는 제1,2공작물(202, 204)의 마주보는 모서리를 정렬하도록ㄹ 구성될 수 있다. 일 예로서, 상기 공작물 지지대 표면(103, 105)은 진공/감압하에 개구(110)를 통해 공급된 제1,2공작물(202, 204)에 집합적으로 충분한 지지력을 가져, 상기 공작물(202, 204)이 게이지바(114)가 제1,2공작물(202, 204)사이로부터 제거된 후에 결합을 위해 정렬된 채로 유지된다. 대안으로, 게이지바(114)와 접촉하면서 공작물(202, 204)의 연속 정렬을 용이하게 하기 위하여, 각 공작물(202, 204)에 대하여 게이지바(114)에 의해 부여된 전단력이 진공력을 미세하게 초과하는 것이 바람직할 것이다. 이와 같이, 게이지바(114)와의 접촉은 공작물이 오정렬될수 있는 큰 이동을 방지하기 위하여 공작물(202, 204)에 대해 충분한 지지를 가능케하면서 오정렬을 정정하기 위한 공작물(202, 204)이 공작물 지지대(102, 104)에 대해 미세하게 움직이는 것을 가능하게 할 수 있다.
상기 용접 장치(100)는 또한 게이지바(114)가 떨어졌을 때 제1,2공작물(202, 204)을 접촉시키기 위하여 사용되는 하나 이상의 보조 가압부(122)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 보조 가압부(122)는 제1공작물 지지대(102)를 지지하는 레일(120)에 의해 수용되는 바와 같이 게이지바(114)를 향해 함께 슬라이드할 수 있도록 제1공작물(202) 및 제1공작물 지지대(102)를 가압할 수 있다. 상기 보조 가압부(122)는 정렬된 제1공작물(202)을 제2공작물(204)에 인접 접촉하도록 가압할 수 있다. 보조 가압부(122)가 제1공작물(202)를 제2공작물(204)을 향해 이동시키면, 제1공작물 지지대(102)는 흡입/진공을 유지하여 제1공작물(202)을 제1공작물 지지대(102)에 고정된 상태로 유지할 수 있다. 따라서, 제1공작물(202)의 이동은 일반적으로 레일(120)을 따라 이동함에 따라 슬라이딩하는 제1공작물 지지대(102)에 의해 가능하다. 용접전에 상기 공작물(202, 204)을 위치시키는 것 외에, 상기 보조 가압부(122)는 또한 용접 조인트가 형성됨에 따라 함께 압박되도록 용접하는 동안 공작물상에 힘(상대적으로 적은 힘, 예를 들어 25-30psi 또는 10파운드 미만의 힘)을 적용할 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1,2공작물(202, 204)를 결합하는데 사용될 수 있는 예시적인 용접 공정들이 이하 상세하게 설명된다. 도 7a에서, 게이지바(114)는 제1,2공작물(202, 204)의 인접 모서리가 서로 정렬되지만 서로 접촉하지 않도록 제1,2공작물(202, 204) 사이에 낀 상태로 유지된다. 보다 상세하게는, 상기 제1,2공작물(202, 204)의 모서리는 게이지바(114)의 각 정렬 표면(172, 174)에 대해 접한다. 상기 게이지바(114)는 초기의 제1,2공작물(202, 204)의 인접하여 정렬된 모서리 사이의 갭을 남기면서 떨어질 수 있다. 상기 보조 가압부(122)는 도 7b에 도시된 바와 같이 제1,2공작물(202, 204)을 리세스된 게이지바(114) 위에서 접촉하도록 가압할 수 있다. 레이저 헤드(400)는 제1,2공작물(202, 204)의 인근, 예를 들면 위에 배치될 수 있다. 상기 레이저 헤드(400)는 제1,2공작물(202, 204)의 모서리를 따라 또는 인접하여 레이저(L)(도 7b 참조)를 조준하여, 이들을 함께 용접하여 단일 결합물을 형성할 수있다. 통상의 기술자는 레이저 헤드의 특정 유형이나 숫자뿐만 아니라, 제1,2공작물(202, 204)에 대한 배향이나 거리가 다수의 요인에 의해 지시될 것이고, 본 개시내용에서 설명되는 용접 장치의 임의의 특정 레이저 헤드에 한정되지 않는다.
빔 덤프라고도 불리는 배출 가스 챔버(140)는 제1,2공작물(202, 204)의 하부, 제1,2공작물(202, 204) 위에 배치된 레이저 헤드(400)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 용접이 진행되는 동안, 제1,2공작물(202, 204)의 인접 모서리를 따라 차폐 가스를 공급하는 것이 용이할 수 있다. 일 실시예로, 상기 배출 가스 챔버(140)는알루미늄을 용접할 때 다공성을 감소시키는 것을 도와주는 아르곤과 같은 불활성 가스가 공급될 수 있다. 불활성 배출 가스는 일반적으로 용접 공정 중에 제1,2공작물(202, 204)의 의도치않은 반응을 최소화시킬 수 있다. 도 7a, 7b에 도시된 바와 같이, 상기 배출 가스 챔버(140)는 한 쌍의 수직 지지대(142), 수평 지지대 또는 플랫폼(144) 및 제1,2공작물(202, 204)의 하부에 의해 형성된다. 다른 배출 가스 챔버의 구성도 가능하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 위치 설정 및/또는 제1,2공작물(202, 204)을 함께 결합하기 위한 공정(800)이 개시된다. 공정(800)은 제1공작물이 제1공작물 지지대에 배치되거나 정렬되는 블럭(805)에서 시작할 수 있다. 상이한 두께를 갖는 공작물을 갖는 용접된 블랭크에서, 두꺼운 공작물이 먼저 배치되고 고정되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 제1공작물(202)은 제1공작물 지지대(102)상에 놓일 수 있다. 상기 제1공작물(202)은 적절한 방식으로 제1공작물 지지대(102)상에 위치되고 용접을 통하여 제2공작물(204)에 결합되도록 정렬될 수 있다. 일 예로서, 하나 이상의 게이지핀이 예를 들어 제2공작물(204)에 용접되지 않은 측면 모서리 중 하나와 같은 제1공작물(202)의 모서리와 맞물리는 제1공작물 지지대(102)상에 제공될 수 있어, 제1공작물(202)의 모서리를 게이지핀과 결합시키게 된다. 상기 게이지핀은 따라서, 제1공작물(202)을 x방향, 즉 용접 모서리에 평행하게 정렬할 수 있다.
제1공작물(202)의 정렬 및/또는 위치결정의 일부로, 제1공작물은 제1공작물(202)을 접촉이 이루어질 때까지 위치되는 게이지바를 향해 가압함으로써 y방향, 즉 용접 모서리에 수직인 방향으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 제1공작물(202)이 제1공작물 지지대(102)상에 로딩될 때, 상기 제1공작물(202)은 게이지바(114)에 대해 가압될 수 있어, 제1공작물(202)의 모서리를 정렬하게 된다. 상기 공작물(202)은 게이지바(114)에 의해 1축으로 정렬되고 게이지핀에 의해 2축으로 정렬된다.
블록(810)에서, 상기 공작물(202)은 예를 들어 진공원 또는 감압의 사용과 함께 제1공작물 지지대에 고정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1공작물 지지대(102)는 공작물(202)을 지지한다. 예를 들어 진공원(300) 또는 재생 펌프에 의해 생성된 감압은 제1공작물(202)은 제1공작물 지지대 표면(103)에 대해 당겨져 제1공작물(202)을 제자리에 유지할 수 있도록 공작물 지지대 표면(103)의 개구(110)로 연결될 수 있다. 상기 제1공작물(202)은 게이지바(114)로 정렬되고 제1공작물 지지대(102)에 고정된다. 공정(800)은 다음 블럭(820)으로 나아간다.
블럭(820)에서 제2공작물은 제2공작물 지지대상에 위치되거나 정렬될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 제2공작물(204)은 제2공작물 지지대(104)상에 놓일 수 있다. 상기 제2공작물(204)은 제2공작물 지지대(104)에 배치되고, 제1공작물(202)의 정렬과 관련하여 전술한 바와 유사한 방식으로 2차원상에 정렬된다. 더욱 상세하게는, 제2공작물(204)이 용접된 모서리를 따라 게이지바(114)와 접촉하는 동안, 제2공작물(204)의 용접되지 않은 모서리를 제1방향으로 정렬하기 위하여 하나 이상의 게이지핀이 제공될 수 있다. 상기 게이지바(114)는 상기 제1,2공작물(202, 204)의 용접 모서리가 예를 들면 용접 공정을 통하여 결합되기 위하여 평행하거나 달리 정렬되도록 일정하거나 대체적으로 일정한 두께를 형성할 수 있다. 공정(800)은 다음 블럭(830)으로 나아간다.
블럭(830)에서, 상기 제2공작물은 제2공작물 지지대에 고정된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 제2공작물(204)은 하나 이상의 개구(110)를 통해 적용되는 진공원 또는 감압에 의해 제2공작물 지지대(104)에 고정될 수 있다. 대안으로, 표준 비진공 방법이 예를 들어, 자기 장치 또는 클램프를 사용하면서 제2공작물(204)을 지지하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 제1,2공작물(202, 204)이 서로 평행하게 정렬되고, 각 제1,2공작물 지지대(102, 104)에 고정된다. 공정(800)은 다음 블럭(840)으로 나아간다.
블럭(840)에서, 상기 게이지바가 더이상 제1,2공작물 사이에 위치되지 않도록 하기 위하여 더 낮아질 수 있다. 예를 들어, 게이지바(114)는 바람직하게는 평행하고 서로 정렬되는 제1,2공작물(202, 204)의 인접 모서리 사이에 갭이 형성되도록 더 낮아질 수 있다. 공정(800)은 다음 블럭(850)으로 나아간다.
블럭(850)에서, 제1공작물 지지대는 진공으로 고정된 제1공작물을 고정된 제2공작물과 함께 제2공작물 지지대를 향해 접촉할때까지 슬라이드시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 가압부(122)는 제1공작물(102) 및/또는 제1공작물 지지대(202)를 제2공작물(104) 및/또는 제2공작물 지지대(204)를 향해 각각 가압할 수 있다. 제1,2공작물(202, 204) 사이에 접촉시, 상기 제1,2공작물(202, 204)는 각 모서리를 따라 정렬되고 용접을 통해 함께 결합되게 배치되도록 하기 위해 근접하여 위치된다.
블럭(860)을 살펴보면, 상기 제1,2공작물은 함께 용접될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 레이저 헤드(400)는 제1,2공작물(202, 204)을 레이저 용접하기 위하여 사용될 수 있다. 용접 공정이 진행되는 동안, 배출 가스는 용접 부위에 인접한 배출가스 챔버, 예를 들어 챔버(140) 내에서 순환될 수 있다. 상기 배출가스 챔버(140)는 배출 가스를 제거하기 위하여 진공원(300)에 의해 생성된 감압을 이용할 수 있다.
전술한 내용이 본 개시내용을 한정하는 것은 아니며, 하나 이상의 실시예를 기술한 것으로 이해되어야 한다. 본 개시내용은 상기 언급한 실시예로 한정되지 않고, 이하 개시되는 청구항에 의해 한정된다. 또한, 전술한 설명에 포함되는 개시내용은 특정 실시예와 관련이 있으며, 명확하게 정의된 용어를 제외하고는 본 개시내용의 청구범위 또는 발명의 설명에서 사용되는 용어의 정의에 대해 제한적으로 해석해서는 안된다. 다양한 실시예와 변형 예들이 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 모든 다른 실시예, 변경 예들은 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 것으로 볼 수 있다.
본 개시내용 및 청구항에 사용된 바와 같이, "예를 들어", "~와 같은"의 용어, 및 "포함하다", "가진다"의 동사, 및 다른 동사 형태는 하나 이상의 구성 요소 또는 기타 항목의 목록과 함께 사용될 때 각각 넓은 범위로 해석되어야 하고, 이는 목록이 다른 추가 구성 요소 또는 항목을 제외하는 것으로 해석해서는 안된다. 다른 용어는 다른 해석이 필요한 맥락에서 사용되지 않는 한 가장 넓은 의미로 합리적으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 진공 기반의 용접 장치(100)에 있어서,
    제1공작물(202)을 지지하기 위한 제1공작물 지지대(102)를 포함하되, 상기 제1공작물 지지대는 하나 이상의 개구(110)를 갖는 공작물 지지대 표면(103)을 포함하고, 진공원(300)으로부터 공급되는 감압이 공작물 지지대 표면상의 개구를 통해 상기 제1공작물의 하부로 공급되도록 구성되며;
    제2공작물(204)을 지지하기 위한 제2공작물 지지대(104)를 포함하되, 상기 제1공작물 지지대는 제2공작물 지지대에 대해 슬라이드 가능하며;
    제1,2공작물을 정렬하기 위한 게이지바(114)를 포함하되, 상기 게이지바는 제1공작물의 모서리를 정렬하기 위한 제1정렬표면(172) 및 제2공작물의 모서리를 정렬하기 위한 제2정렬표면(174)을 포함하고, 연장된 정렬 위치와 수축된 용접 위치 사이에서 이동 가능하되;
    상기 게이지바가 연장된 정렬 위치로부터 수축된 용접 위치로 이동되는 동안 제1공작물은 상기 감압에 의하여 공작물 지지대 표면에 대해 제자리에 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게이지바(114)는 제1,2공작물(202, 204)의 모서리 사이의 수평 갭을 형성하도록 구성되는 진공 기반의 용접 장치(100).
  3. 제1항에 있어서,
    제1,2공작물(202, 204)중 하나의 공작물을 다른 하나를 향해 이동시키도록 구성되는 하나 이상의 보조 가압부(122)를 더 포함하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  4. 제1항에 있어서,
    제1,2공작물 지지대(102, 104) 사이 및 상기 게이지바(114) 하부에 배치되며, 제1,2공작물(202, 204)의 모서리를 따라 불활성 가스를 공급하도록 구성되는 배출가스 챔버(140)를 더 포함하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 개구(110)는 공작물 지지대 표면(103)에 형성되는 다수의 개구를 포함하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  6. 제6항에 있어서,
    상기 제1공작물 지지대(102)는 공작물 지지대 표면(103)을 포함하는 상부 고정구 지지대(130)를 포함하고, 상기 상부 고정구 지지대(130)는 복수의 통로(111)를 가지고, 각 통로는 공작물 지지대 표면상의 각 단일 개구(110)로 연장되는 진공 기반의 용접 장치(100).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1공작물 지지대(102)는 복수의 개구와 연통하는 진공 캐비티(160)를 형성하되, 상기 제1공작물 지지대는 진공원(300)에 선택적으로 연결되도록 구성되는 진공 커넥터(150)를 포함하고, 상기 진공 커넥터는 진공 캐비티와 연통하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  8. 제6항에 있어서,
    상기 개구(110) 각각의 직경은 10mm 이하인 진공 기반의 용접 장치(100).
  9. 제6항에 있어서,
    복수의 개구(100)는 공작물 지지대 표면(103)상에 매트릭스를 형성하고, 상기 매트릭스는 상기 공작물 지지대 표면상의 평방 피트당 20개 이상의 개구의 배열을 형성하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1공작물 지지대(102)는 하나 이상의 개구(100) 주위에 실링 표면(109)을 형성하는 개스킷(108)을 포함하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 개스킷(108)은 공작물 지지대 표면상에 형성되는 인접 리세스(116)에 위치되는 진공 기반의 용접 장치(100).
  12. 진공 기반의 용접 장치(100)에 있어서,
    제1공작물(202)을 지지하기 위한 제1공작물 지지대(102)를 포함하되, 상기 제1공작물 지지대는 하나 이상의 개구(110)를 갖는 공작물 지지대 표면(103)을 포함하고, 진공원(300)으로부터 공급되는 감압이 공작물 지지대 표면상의 개구를 통해 상기 제1공작물의 하부로 공급되도록 구성되며;
    제2공작물(204)을 지지하기 위한 제2공작물 지지대(104)를 포함하되, 상기 제1공작물 지지대는 제2공작물 지지대에 대해 슬라이드 가능하며;
    제1,2공작물을 정렬하고, 연장된 정렬 위치와 수축된 용접 위치 사이에서 이동 가능한 게이지바(114)를 포함하며;
    제1,2공작물 지지대 사이에 배치되며, 제1,2공작물의 모서리를 따라 불활성 가스를 공급하도록 구성되는 배출가스 챔버(140)를 포함하되;
    상기 게이지바가 연장된 정렬 위치로부터 수축된 용접 위치로 이동되는 동안 제1공작물은 상기 감압에 의하여 공작물 지지대 표면에 대해 제자리에 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 게이지바(114)는 제1,2공작물(202, 204)의 모서리 사이의 수평 갭을 형성하도록 구성되는 진공 기반의 용접 장치(100).
  14. 제12항에 있어서,
    상기 게이지바(114)는 제1공작물(202)의 모서리를 정렬하기 위한 제1정렬표면(172) 및 제2공작물(204)의 모서리를 정렬하기 위한 제2정렬표면(174)을 포함하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  15. 제12항에 있어서,
    제1,2공작물(202, 204)중 하나의 공작물을 다른 하나를 향해 이동시키도록 구성되는 하나 이상의 보조 가압부(122)를 더 포함하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  16. 제12항에 있어서,
    하나 이상의 개구(110)는 공작물 지지대 표면(103)에 형성되는 다수의 개구를 포함하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1공작물 지지대(102)는 공작물 지지대 표면(103)을 포함하는 상부 고정구 지지대(130)를 포함하고, 상기 상부 고정구 지지대(130)는 복수의 통로(111)를 가지고, 각 통로는 공작물 지지대 표면상의 각 단일 개구(110)로 연장되는 진공 기반의 용접 장치(100).
  18. 제16항에 있이서,
    상기 제1공작물 지지대(102)는 복수의 개구(110)와 연통하는 진공 캐비티(160)를 형성하되, 상기 제1공작물 지지대는 진공원(300)에 선택적으로 연결되도록 구성되는 진공 커넥터(150)를 포함하고, 상기 진공 커넥터는 진공 캐비티와 연통하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  19. 제16항에 있어서,
    상기 개구(110) 각각의 직경은 10mm 이하인 진공 기반의 용접 장치(100).
  20. 제16항에 있어서,
    복수의 개구(100)는 공작물 지지대 표면(103)상에 매트릭스를 형성하고, 상기 매트릭스는 상기 공작물 지지대 표면상의 평방 피트당 20개 이상의 개구의 배열을 형성하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  21. 제12항에 있어서,
    상기 제1공작물 지지대(102)는 하나 이상의 개구(100) 주위에 실링 표면(109)을 형성하는 개스킷(108)을 포함하는 진공 기반의 용접 장치(100).
  22. 진공 기반의 용접 장치(100)를 사용하는 방법에 있어서,
    제1공작물(202) 및 제2공작물(204)을 제1공작물의 모서리를 정렬하기 위한 제1정렬표면(172) 및 제2공작물의 모서리를 정렬하기 위한 제2정렬표면(174)을 포함하는 게이지바(114)를 향해 접촉이 이루어질 때까지 가압하여 상기 게이지바가 제1,2공작물(202, 204) 사이에 위치되는 단계;
    진공원(300)으로부터 제1공작물 지지대의 공작물 지지대 표면(103)의 개구(110)를 통하여 제1공작물의 하부를 향해 공급되는 감압을 사용하여 제1공작물 지지대(102)상의 제1공작물을 고정하는 단계;
    제2공작물 지지대(104)상의 제2공작물을 고정하는 단계; 및
    상기 게이지바가 제1,2공작물 사이에 위치하지 않도록 연장된 정렬 위치로부터 수축된 용접 위치로 게이지바를 이동하되, 상기 게이지바가 이동되는 동안 제1공작물은 감압에 의하여 공작물 지지대 표면에 대해 제자리에 고정되는 단계;
    진공 고정된 제1공작물을 가진 제1공작물 지지대를 제2공작물을 가진 제2공작물 지지대를 향해 제1,2공작물이 각 모서리를 따라 정렬되는 지점에서 접촉이 이루어질 때까지 슬라이딩하는 단계;를 포함하는 방법.
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