KR20190054027A

KR20190054027A - 레이저 용접장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190054027A
Application number: KR1020170171760A
Authority: KR
Inventors: 박동환
Original assignee: 웰메이트(주)
Priority date: 2017-11-11
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-05-21

Abstract

본 발명의 레이저 용접장치는 일단이 맞대기 용접선에 얼라인된 고정 받침대와, 맞대기 용접선을 중심으로 고정 받침대와 마주보고, 맞대기 용접선을 향하여 수평 이동되는 가동 받침대와, 상하 방향으로 이동가능하게 고정 받침대에 설치되고, 제1모재의 일단을 가압하여 맞대기 용접선에 얼라인되게 고정 받침대에 클램핑시키는 제1클램핑수단과, 상하 방향으로 이동가능하게 가동 받침대에 설치되고, 제2모재의 일단을 가동 받침대의 일단에 클램핑시키는 제2클램핑수단과, 제1 및 제2모재의 맞대기 위치 직하방에 위치하여 상방향으로 광을 출사하는 광원과, 제1모재 및 제2모재의 맞대기 위치 직상방에서 맞대기 용접선을 따라 이동하면서 광량을 측정하는 센서와, 센서를 통해 센싱된 광량정보에 의거하여 제1모재 및 제2모재의맞대기 틈새의 간격 중 레이저 용접불량을 유발할 정도로 넓은 간격을 검출하는 제어수단을 구비한다. 따라서 용접 전후에 맞대기 용접선을 따라 빛샘현상을 검사함으로써 사전에 용접불량위치를 예측하거나 사후에 용접불량여부를 검출할 수 있다.

Description

레이저 용접장치 및 방법{Laser-Welding Apparatus and Method thereof}

본 발명은 레이저 용접장치 및 방법에 관한 것으로 특히 금속판의 맞대기 용접시 금속판과 금속판의 간격을 측정하여 레이저 용접부위의 불량발생을 예측할 수 있는 레이저 용접장치 및 방법에 관한 것에 관한 것이다.

최근에 레이저 용접(LBW : Laser Beam Welding)은 종래의 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding) 또는 ERW(Electric Resistance Welding) 등과 비교하여 저입열 용접이 가능하고, 용접 비드 및 용접열 영향부의 폭이 좁아 열영향에 의한 특성열하가 억제될 수 있고 고밀도의 열원을 좁은 면적에 집중시킬 수 있으므로 용접속도를 증가시켜 고속 용접이 가능하여 널리 사용되고 있다.

종래의 레이저용접에서 모재를 고정하는 고정 지그는 단순히 모재를 좌우고정 및 가압하는 정도로 사용되었다.

레이저 용접시에 정밀도를 높이기 위해서는 모재를 고정시키는 고정 지그의 역할이 매우 중요하다. 특히 맞대기 용접시에는 좌우 모재의 간격이 최소화되어야 용접결함 발생을 방지할 수 있다.

드럼 세탁기의 드럼은 박판을 드럼현상으로 말아서 양단을 맞대기 용접한다. 따라서 얇은 강판의 양단을 정확하게 맞대기하여 밀착시켜서 단단하게 고정시키는 지그 설계가 간단하지 않다.

또한 지그로 단단하게 고정시킨다 할지라도 맞대기 틈새가 엄밀하게 완벽하게 균일하지 않기 때문에 맞대기 틈새가 넓은 곳에서는 레이저 빔이 대부분 통과될 경우 충분한 열원이 제공되지 아니하므로 용접불량이 발생하게 된다. 이러한 넓은 틈새는 용접 불량으로 기공이 형성될 수 있다. 드럼 세탁기의 드럼의 경우에는 용접불량으로 인한 기공 형성시에는 세탁수가 누수되는 이러한 기공을 통하여 누수되어 제품 불량의 원인이 되고 있다.

등록특허 10-1794461 등록특허 10-1635347 등록특허 10-1382867 등록특허 10-1091427 공개특허 10-2015-0105738 공개특허 10-2014-0101113 공개특허 10-2011-0034450

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 박판의 모재의 양단을 정확하게 맞대기 할 수 있는 레이저 용접장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 박판의 모재의 양단을 맞대기 함에 있어서 작업 능률을 향상시킬 수 있는 레이저 용접장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 박판의 모재의 양단을 맞대기 용접함에 있어서 용접 전후에 용접선을 따라 빛샘 현상을 검출함으로써 용접불량위치를 사전에 예측하거나 사후에 용접불량위치를 검출할 수 있는 레이저 용접장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 용접장치는 일단이 맞대기 용접선에 얼라인된 고정 받침대와, 맞대기 용접선을 중심으로 고정 받침대와 마주보고, 맞대기 용접선을 향하여 수평 이동되는 가동 받침대와, 상하 방향으로 이동가능하게 고정 받침대에 설치되고, 제1모재의 일단을 가압하여 맞대기 용접선에 얼라인되게 고정 받침대에 클램핑시키는 제1클램핑수단과, 상하 방향으로 이동가능하게 가동 받침대에 설치되고, 제2모재의 일단을 가동 받침대의 일단에 클램핑시키는 제2클램핑수단과, 제1 및 제2모재의 맞대기 위치 직하방에 위치하여 상방향으로 광을 출사하는 광원과, 제1모재 및 제2모재의 맞대기 위치 직상방에서 맞대기 용접선을 따라 이동하면서 광량을 측정하는 센서와, 센서를 통해 센싱된 광량정보에 의거하여 제1모재 및 제2모재의맞대기 틈새의 간격 중 레이저 용접불량을 유발할 정도로 넓은 간격을 검출하는 제어수단을 구비한다.

본 발명에서 레이저 용접불량을 유발할 정도로 넓은 간격은 레이저 빔 직경의 80% 보다 넓은 간격으로 할 수 있다.

본 발명에서 제어수단은 센서를 통해 센싱된 광량의 변화를 표시하고 센싱된 광량의 크기가 일정 임계치 이상으로 센싱된 위치를 레이저 용접불량 위치로 표시할 수 있다.

본 발명에서 고정 받침대와 가동 받침대 사이에서 일측 에지가 맞대기 용접선에 얼라인되게 위치하여 제1모재의 일단과 상기 제2모재의 일단이 일정 간격을 두고 클램핑 되도록 가이드하는 정렬수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 제어수단은 모재 클램핑 정렬 동작시에는 고정 받침대와 가동 받침대의 상면 보다 상단이 돌출되게 정렬수단을 하방에서 상방으로 이동시키고, 모재의 클램핑 정렬 동작이 완료되면 하방으로 이동시킨다.

또한 본 발명에서 제어수단은 모재의 클램핑 동작이 완료되면 가동 받침대를 맞대기 용접선까지 이동시켜서 제1모재와 제2모재의 일단들을 맞대기 상태로 한다. 그 다음에 광원을 맞대기 용접선 직하방으로 이동시켜서 상방으로 광을 출사시키고, 센서를 통한 맞대기 틈새를 통한 광량 센싱이 종료되면 광원을 원래의 대기위치로 이동시킨다.

본 발명에서 센서는 레이저 헤드에 설치되는 것이 바람직하다. 제어수단은 레이저 헤드를 대기위치에서 용접시작위치로 이동시키는 과정에서 맞대기 틈새를 통한 광량을 센싱한다. 센싱 결과 용접불량 간격이 검출되지 않을 경우에 용접시작위치에서 레이저빔을 조사하여 레이저 용접을 시작한다.

본 발명에서 맞대기 용접선을 따라 실드가스, 예컨대 질소가스 또는 아르곤가스를 공급하는 실드가스 챔버를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 실드가스 챔버는 하부 챔버 및 상부챔버로 구성되고, 하부 챔버는 고정 받침대와 가동 받침대가 한조가 되어 맞대기 위치에서 모재의 용접라인 이면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성하고, 상부 챔버는 제1클램핑수단과 제2클램핑수단이 한 조가 되어 맞대기 위치에서 모재의 용접라인 상면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성한다.

본 발명에서 하부 챔버는 고정 받침대 상면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제1실드가스 공급홈들과 가동 받침대 상면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제2실드가스 공급홈들로 구성되고, 제1및 제2실드가스 공급홈들은 서로 지그재그로 배열되어 서로 연통된다.

본 발명에서 상부 챔버는 제1클램핑수단 저면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제3실드가스 공급홈들과 제2클램핑수단 저면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제4실드가스 공급홈들로 구성되고, 제3및 제4실드가스 공급홈들은 서로 지그재그로 배열되어 서로 연통된다.

본 발명에서 제1모재의 일단은 드럼을 형성하는 철판의 일측 에지이고 제2모재의 일단은 드럼을 형성하는 철판의 일측 에지에 대향하는 타측 에지일 수 있다. 여기서 드럼은 세탁기 또는 탈수기의 드럼일 수 있다.

본 발명의 레이저 용접방법은 정렬수단을 대기위치에서 정렬위치로 이동시켜서 고정 받침대와 가동 받침대 사이에 위치시킨다. 제1클램핑수단을 이동시켜서 정렬수단의 일단에 얼라인되게 고정 받침대에 제1모재의 일단을 클램핑시킨다. 제2클램핑수단을 이동시켜서 정렬수단의 타단에 얼라인되게 상기 가동 받침대에 제2모재의 일단을 클램핑시킨다. 제1 및 제2모재의 클램핑 동작이 완료되면 정렬수단을 대기 위치로 복원시킨다. 가동 받침대를 이동시켜서 제1모재의 일단과 제2모재의 일단을 밀착시켜서 맞대기 용접을 준비한다. 맞대기 용접 준비가 완료되면 광원을 대기위치에서 맞대기 용접선 위치로 이동시켜서 광을 상방으로 출사시킨다. 맞대기 용접선을 따라 센서를 이동시기면서 맞대기 틈새를 따라 세어 나오는 광량을 센싱한다. 센싱동작이 완료되면 광원을 대기위치로 복원시킨다. 센싱된 광량에 의거하여 레이저 용접불량을 유발할 정도의 넓은 간격 유무를 검출한다. 검출단계에서 레이저 용접불량을 유발할 정도의 넓은 간격이 검출되지 않으면 레이저 용접을 시작한다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 본 발명에 따른 레이저 용접장치는 레이저 용접 전후에 용접부위의 빛샘현상을 검사하여 용접불량위치를 예측하거나 용접불량상태를 검출할 수 있다. 따라서 레이저 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급된 효과로 제한되는 것은 아니며, 상기에서 언급되지 않은 다른 효과들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 용접장치(10)의 바람직한 일실시예의 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 1의 평면도.
도 4는 도 1의 좌측면도.
도 5는 도 3의 A-A선 단면도.
도 6은 본 발명의 레이저 용접장치(10)에 드럼 모재(20)가 장착된 상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 의한 레이저 용접장치의 블록도.
도 8은 본 발명에 의한 맞대기 용접부의 빛샘검출화면의 일실시예를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 의한 실드가스 챔버(300)의 바람직한 일실시예를 설명하기 위한 사시도.
도 10은 하부 챔버의 평면도.
도 11은 상부 챔버의 평면도.
도 12는 도 9의 실드가스 챔버(300)의 수직 단면도.
도 13은 본 발명에 의한 레이저 용접방법을 설명하기 위한 공정 흐름도.
도 14 내지 도 20은 본 발명에 의한 레이저 용접 동작을 설명하기 위한 도면.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 용접장치(10)의 바람직한 일실시예의 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1의 정면도이고, 도 3은 도 1의 평면도이고, 도 4는 도 1의 좌측면도이다. 도 5는 도 3의 A-A선 단면도이다.

도면을 참조하면 레이저 용접장치(10)는 크게 고정 지그유닛(100)과 레이저 유닛(200)을 포함한다. 고정 지그 유닛(100)은 모재의 양단을 맞대기 용접상태로 고정시키는 역할을 하고 레이저 유닛(200)은 고정 지그유닛(100) 후방에 위치하여 레이저 헤드(210)를 서보모터(220), 슬라이딩 바(230), 가이드 레일(240) 및 체인(250) 조합에 의해 전후방향(y축 방향)으로 이동시킨다. 따라서 레이저 헤드(210)는 슬라이딩 바의 선단에 고정되어 고정 지그유닛(100)을 향하여 전진 또는 후진하게 된다. 레이저 헤드(210)의 선단 하방에는 센서(260)가 설치된다.

고정 지그 유닛(100)은 베이스 테이블(110)의 상면에 맞대기 용접선(102)을 중심으로 좌측에는 고정 받침대(120)가 설치되고 우측에는 가동 받침대(130)가 설치된다. 고정 받침대(120)는 베이스 테이블(110)에 고정되고 우측단이 맞대기 용접선(102)에 얼라인된다. 가동 받침대(130)는 베이스 테이블(110)에 고정된 가이드 레일을 타고 x축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.

고정 받침대(120)의 상면에는 제1수직 지지대(122)가 고정된다. 제1수직 지지대(122)의 내측면에 가이드 레일을 타고 상하로 이동하는 제1클램핑수단(140)이 설치된다. 가동 받침대(130)의 상면에는 제2수직 지지대(132)가 고정된다. 제2수직 지지대(132)의 내측면에 가이드 레일을 타고 상하로 이동하는 제2클램핑수단(150)이 설치된다. 제1클램핑수단(140)의 우하단은 마주보는 고정 받침대(120)의 우측단과 얼라인된다. 마찬가지로 제2클램핑수단(150)의 좌하단은 마주보는 가동 받침대(130)의 좌측단과 얼라인된다. 제1수직 지지대(122)의 후방 하단에는 모재 삽입구(124)가 형성되고 제2수직 지지대(132)의 후방 하단에는 모재 삽입구(134)가 형성된다.

정렬수단(160)은 베이스 테이블(110)의 중앙 통공 내에 상하로 이동 가응하게 설치되고, y축 방향으로 연장된 수직판 형상으로 수직판의 좌측 에지가 맞대기 용접선(102)에 얼라인된다. 정렬수단(160)은 수직판의 선단부가 고정 받침대(120) 및 가동 받침대(130)의 상면 보다 돌출되게 위치한다. 따라서 제1모재(22)의 단부가 측면에서 모재 삽입구(124)를 통해 내측으로 삽입되어 정렬수단(160)의 좌측단에 밀착되게 된다. 마찬가지로 제2모재(24)의 단부가 측면에서 모재 삽입구(134)를 통해 내측으로 삽입되어 정렬수단(160)의 우측단에 밀착되게 된다. 정렬수단(160)은 모재의 단부가 정렬되어 클램핑된 다음에는 하방으로 이동된다. 따라서 가동 받침대(130)는 정렬수단(160)의 수직판의 두께 만큼 맞대기 용접선(102)에서 벗어난 위치에 있게 된다.

광원(170)은 베이스 테이블(110)의 상면에 x축 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 광원(170)은 대기모드에서는 맞대기 용접선(102)에서 벗어나 가동 받침대(130) 하방에 숨겨져 있다가 센싱모드에서 이동되어 광축이 맞대기 용접선(102) 상으로 위치하게 된다. 광원(170)은 LED와 같은 반도체 광원소자들이 y축 상으로 배열된 어레이 형상으로 구성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 레이저 용접장치(10)에 드럼 모재(20)가 장착된 상태를 나타낸다.

드럼 모재(20)는 박판의 철판으로 철판의 일단은 제1수직 지지대(122)의 모재 삽입구(124)를 통해 정렬수단(160)의 좌측단에 밀착된 후에 제1클램핑수단(140)에 의해 고정 받침대(120)에 고정된다. 철판의 타단은 제2수직 지지대(132)의 모재 삽입구(134)를 통해 정렬수단(160)의 우측단에 밀착된 후에 제2클램핑수단(150)에 의해 가동 받침대(130)에 고정된다.

도 7은 본 발명에 의한 레이저 용접장치의 블록도를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 레이저 용접장치(10)는 제어부(180)에서 가동 받침대 이동수단(136), 제1클램프 이동수단(142), 제2클램프 이동수단(152), 정렬 수직판 이동수단(162), 광원 이동수단(172) 및 헤드 이동수단(212)을 제어한다. 제어부(180)에서 제어되는 이동수단들은 서보모터 구동회로를 포함하고 서모모터를 구동하여 가동 받침대(130), 제1클램핑수단(140), 제2클램핑수단(150), 정렬수단(160), 센서(260) 및 레이저 헤드(210) 등의 가이드 레일 주행을 구동한다. 또한 제어부(180)는 레이저 구동수단(214)을 제어하여 용접용 레이저 빔의 출사를 제어한다. 제어부(180)는 사용자 인터페이스를 위하여 표시부(182) 및 입력부(184)를 포함한다.

도 8은 본 발명에 의한 맞대기 용접부의 빛샘검출화면의 일실시예를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 빛샘검출화면은 표시부(182)에 표시되고, 수평축은 y축 방향으로 센서(260)의 스캔 거리를 나타낸다. 수직축은 센서(260)에 의해 센싱된 광량의 크기를 나타낸다. 임계선은 레이저빔의 예컨대 80%가 투과되는 간격이상이면 용접불량으로 검출하도록 설정할 수 있다. 여기서 임계선은 사용자의 설정에 의해 조정이 가능하다. 도시한 바와 같이 3개 포인트(y1, y2, y3)에서 임계점 이상의 광량이 검출되었고 이와 같은 3개 포인트에서는 맞대기 틈새의 간격이 너무 넓어서 레이저 빔이 대부분 투과되는 위치로 검출된다. 3개 포인트에서는 틈새 간격이 너무 넓어서 레이저 빔이 대부분 투과되므로 모재에 충분한 열원공급이 되지 못하므로 용접불량이 발생되게 된다. 용접 후에 빛샘검출을 하면 용접된 부분에서는 광 검출이 없으나 3개 포인트에서는 용접불량으로 기공이 형성되어 광 검출이 됨을 알 수 있다.

또한 제어부(180)는 실드가스 전자밸브(190)를 포함한다. 본 발명에서는 실드가스 전자밸브(190)를 제어하여 용접시 탑 비드(top bead) 및 백비드를 불활성가스, 예컨대 헬륨 또는 아르곤 가스 분위기로 실드한다. 즉 본 발명의 레이저 용접은 레이저 조사시에 조사부에 실드가스를 공급하는 것과 동시에 레이저 조사부의 이면부에서도 실드가스를 공급한다. 레이저 조사부에 실드가스를 공급하는 방법은 레이저 조사에 노즐을 통해 실드가스를 공급하는 방법과 측면방향에서 측면 노즐을 통해 실드가스를 공급하는 방법이 사용될 있다. 실드가스를 공급하는 것은 레이저 빔의 대기 반응을 차단하여 빔의 산란을 방지하는 효과가 있다. 또한 실드가스의 공급은 용접시에 발생하는 플라즈마를 제거하여 용접부에 레이저빔의 효율저하를 개선할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에서는 레이저 조사시에 조사부의 이면부에서도 하부 노즐을 통해 실드가스를 공급하는 것이 바람직하다. 용접부 조사면(용접부 상부)에만 실딩을 하는 경우에 용접부의 기공 및 피트 결함을 방지하는 데는 한계가 있다. 따라서, 레이저 조사면의 이면부(하부)에 발생되는 플라즈마와 대기 중 질소의 반응을 차단하기 위하여, 이면부에도 실드가스를 공급하는 것이 바람직하다. 한편, 실드가스의 공급유량은 10~50ℓ/min의 속도로 공급되는 것이 바람직하다. 실드가스의 유량이 많아지면 경제성이 저하되기 때문에, 공급유량을 15~20ℓ/min로 하는 것이 보다 바람직하다.

도 9는 본 발명에 의한 실드가스 챔버(300)의 바람직한 일실시예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 10은 하부 챔버의 평면도이고, 도 11은 상부 챔버의 평면도이고, 도 12는 도 9의 실드가스 챔버(300)의 수직 단면도이다.

도면을 참조하면, 실드 가스 챔버(300)는 하부 챔버(310)와 상부 챔버(320)로 구성된다. 하부 챔버(310)는 고정 받침대(120)와 가동 받침대(130)가 한조가 되어 맞대기 상태에서 모재(22, 24)의 용접라인 이면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성한다. 상부 챔버(320)는 제1클램핑수단(140)과 제2클램핑수단(150)이 한 조가 되어 맞대기 상태에서 모재(22, 24)의 용접라인 상면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성한다.

하부 챔버(310)는 고정 받침대(120) 상면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 실드가스 공급홈(312)들과 가동 받침대(130) 상면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 실드가스 공급홈(314)들로 이루어진다. 실드가스 공급홈들(312)과 실드가스 공급홈들(314)은 도 10에 도시한 바와 같이 서로 지그재그로 배열되어 맞대기 상태에서 홈 공간부가 서로 연통된다. 실드가스 공급홈들(312)과 실드가스 공급홈들(314)들 각각에는 실드가스 공급 주통로(316)(318)로부터 분기된 분기통로들(316a, 318a)을 통해서 실드가스가 공급된다.

상부 챔버(320)는 제1클램핑수단(140) 저면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 실드가스 공급홈(322)들과 제2클램핑수단(150) 저면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 실드가스 공급홈(324)들로 이루어진다. 실드가스 공급홈들(322)과 실드가스 공급홈들(324)은 도 11에 도시한 바와 같이 서로 지그재그로 배열되어 맞대기 상태에서 홈 공간부가 서로 연통된다. 실드가스 공급홈들(322)과 실드가스 공급홈들(324)들 각각에는 실드가스 공급 주통로(326)(328)로부터 분기된 분기통로들(326a, 328a)을 통해서 실드가스가 공급된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 실드가스는 가스챔버로부터 주입되어 주통로(316, 318)(326, 328) 및 분기통로(316a, 318a)(326a, 328a)를 거쳐서 실드가스 공급홈들(312, 314)(322, 324)에 공급된다. 실드가스는 고정받침대(120)와 가동 받침대(130)의 맞대기 용접 위치에서의 간격(S1)을 통해 하방으로 배출되고, 제1클램핑수단(140)과 제2클램핑수단(150)의 맞대기 용접 위치에서의 간격(S2)을 통해 상방으로 배출된다. 여기서 하방 배출통로(319)의 간격(S1)과 높이(H1)는 실드가스가 모재(22, 24)의 이면부 백 비드를 충분히 실드하기 위한 치수로 설계된다. 마찬가지로 상방 배출통로(329)의 간격(S1)과 높이(H1)는 실드가스가 모재(22, 24)의 상면부 탑 비드를 충분히 실드하기 위한 치수로 설계된다. 상방 배출통로(329)의 간격(S1)과 높이(H1)는 레이저 빔(330)의 궤적에 영향을 주지 않은 치수로 제한된다.

도 13은 본 발명에 의한 레이저 용접방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 14 내지 도 20은 본 발명에 의한 레이저 용접 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

도 13을 참조하면, 먼저 제어부(180)는 정렬 수직판 이동수단(162)을 통하여 정렬수단(160)을 도 14에 도시한 바와 같이 대기위치(하방)에서 정렬위치(상방)로 이동시킨다(S100). 도 14에 도시한 바와 같이 정렬수단(160)의 정렬 수직판의 상부가 돌출된 상태로 고정 받침대(120)와 가동 받침대(130)사이에 끼어 있는 상태로 된다. 이 상태에서 작업자가 모재(20)의 일단을 고정 받침대(120)와 제1클램핑수단(140) 사이에 삽입하여 정렬수단(160)의 좌측단에 밀착시킨 상태에서 고정한다(S102). 즉 제어부(180)에서는 제1클램프 이동수단(142)을 제어하여 제1클램핑수단(140)을 하방으로 이동시켜서 모재(20)의 일단을 고정시킨다(S104). 이어서 작업자가 모재(20)의 타단을 가동 받침대(130)와 제2클램핑수단(150) 사이에 삽입하여 정렬수단(160)의 우측단에 밀착시킨 상태에서 고정한다(S106). 즉 제어부(180)에서는 제2클램프 이동수단(152)을 제어하여 제2클램핑수단(150)을 하방으로 이동시켜서 모재(20)의 타단을 고정시킨다(S108). 그러면 도 15에 도시한 바와 같이 모재(20)가 클램핑된다.

제어부(180)는 정렬 이동수단(162)를 제어하여 도 16에 도시한 바와 같이 정렬수단(160)을 대기 위치로 복원시킨다(S110). 따라서 모재(20)의 양단은 정렬수단(160)의 정렬 수직판의 두께만큼 간격을 유지한 상태로 고정된다. 이 상태에서 제어부(180)는 가동 받침대 이동수단(136)을 제어하여 가동 받침대(130)를 고정 받침대(120)를 향하여 이동시켜서 도 17에 도시한 바와 같이 모재(20)의 양단을 밀착시킨다(S112).

제어부(180)는 광원 이동수단(172)을 제어하여 도 18에 도시한 바와 같이 광원(170)을 맞대기 용접선(102)으로 이동시킨다(S114).

제어부(180)는 레이저 헤드(210)를 이동시키면서 센서(260)로 맞대기 틈새를 통하여 출사되는 광량을 센싱한다(S116). 센싱이 종료되면 광원 이동수단(172)을 제어하여 광원(170)을 대기위치로 복원시킨다(S118).

제어부(180)는 센싱된 광량을 표시부(182)에 표시한다(S120). 도 8에 도시한 바와 같이 용접불량이 예측되는 위치들(y1, y2, y3)을 표시한다.

제어부(180)는 레이저 헤드(210)를 이동하면서 맞대기 이음부에 레이저 빔을 조사하여 도 19에 도시한 바와 같이 용접을 수행한다(S122).

제어부(180)는 광원 이동수단(172)을 제어하여 도 18에 도시한 바와 같이 광원(170)을 맞대기 용접선(102)으로 이동시키고, 센서(260)로 맞대기 틈새를 통하여 출사되는 광량을 센싱한다. 센싱된 광량을 표시부(182)에 표시한다(S120). 도 8에 도시한 바와 같이 용접불량 위치들(y1, y2, y3)이 표시된다. 따라서 용접 전 또는 후에 용접불량예측을 하거나 용접불량 상태를 확인할 수 있다.

용접이 완료되면 제1 및 제2 클램핑수단들(140, 150)이 상방향으로 이동하여 도 20에 도시한 바와 같이 클램핑 상태가 해제된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 고정지그
110 : 베이스 테이블
120 : 고정 받침대
130 : 가동 받침대
140 : 제1클램핑수단
150 : 제2클램핑수단
160 : 정렬수단
170 : 광원
180 : 제어부
200 : 레이저부
210 : 레이저 헤드
260 : 센서
300 : 실드가스 챔버
310 : 상부 챔버
320 : 하부 챔버

Claims

일단이 맞대기 용접선에 얼라인된 고정 받침대;
상기 맞대기 용접선을 중심으로 상기 고정 받침대와 마주보고, 상기 맞대기 용접선을 향하여 수평 이동되는 가동 받침대;
상하 방향으로 이동가능하게 상기 고정 받침대에 설치되고, 제1모재의 일단을 가압하여 상기 맞대기 용접선에 얼라인되게 상기 고정 받침대에 클램핑시키는 제1클램핑수단;
상하 방향으로 이동가능하게 상기 가동 받침대에 설치되고, 제2모재의 일단을 상기 가동 받침대의 일단에 클램핑시키는 제2클램핑수단;
상기 제1 및 제2모재의 맞대기 위치 직하방에 위치하여 상방향으로 광을 출사하는 광원;
상기 제1모재 및 제2모재의 맞대기 위치 직상방에서 맞대기 용접선을 따라 이동하면서 광량을 측정하는 센서; 및
상기 센서를 통해 센싱된 광량정보에 의거하여 제1모재 및 제2모재의맞대기 틈새의 간격 중 레이저 용접불량을 유발할 정도로 넓은 간격을 검출하는 제어수단을 구비한 레이저 용접장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 용접불량을 유발할 정도로 넓은 간격은 레이저 빔 직경의 80% 보다 넓은 간격인 레이저 용접장치.
제1항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 센서를 통해 센싱된 광량의 변화를 표시하고 센싱된 광량의 크기가 일정 임계치 이상으로 센싱된 위치를 레이저 용접불량 위치로 표시하는 레이저 용접장치.
제1항에 있어서, 상기 고정 받침대와 가동 받침대 사이에서 일측 에지가 상기 맞대기 용접선에 얼라인되게 위치하여 상기 제1모재의 일단과 상기 제2모재의 일단이 일정 간격을 두고 클램핑 되도록 가이드하는 정렬수단을 더 구비하고,
상기 제어수단은 모재 클램핑 정렬 동작시에는 상기 고정 받침대와 가동 받침대의 상면 보다 상단이 돌출되게 상기 정렬수단을 하방에서 상방으로 이동시키고, 모재의 클램핑 정렬 동작이 완료되면 하방으로 이동시키는 레이저 용접장치.
제4항에 있어서, 제어수단은 상기모재의 클램핑 동작이 완료되면 상기 가동 받침대를 상기 맞대기 용접선까지 이동시켜서 제1모재와 제2모재의 일단들을 맞대기 상태로 한 다음에 상기 광원을 상기 맞대기 용접선 직하방으로 이동시켜서 상방으로 광을 출사시키고, 상기 센서를 통한 맞대기 틈새를 통한 광량 센싱이 종료되면 상기 광원을 원래의 대기위치로 이동시키는 레이저 용접장치.
제5항에 있어서, 상기 센서는 레이저 헤드에 설치되고,
상기 제어수단은 상기 레이저 헤드를 대기위치에서 용접시작위치로 이동시키는 과정에서 상기 맞대기 틈새를 통한 광량을 센싱하고, 센싱결과 용접불량 간격이 검출되지 않을 경우에 용접시작위치에서 레이저빔을 조사하여 레이저 용접을 시작하는 레이저 용접장치.
제6항에 있어서, 상기 맞대기 용접선을 따라 실드가스를 공급하는 실드가스 챔버를 더 포함하는 레이저 용접장치.
제7항에 있어서, 상기 실드가스 챔버는 하부 챔버 및 상부챔버로 구성되고,
상기 하부 챔버는 상기 고정 받침대와 가동 받침대가 한조가 되어 맞대기 위치에서 모재의 용접라인 이면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성하고,
상기 상부 챔버는 상기 제1클램핑수단과 제2클램핑수단이 한 조가 되어 맞대기 위치에서 모재의 용접라인 상면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성하는 레이저 용접장치.
제8항에 있어서, 상기 하부 챔버는 상기 고정 받침대 상면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제1실드가스 공급홈들과 상기 가동 받침대 상면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제2실드가스 공급홈들로 구성되고, 상기 제1및 제2실드가스 공급홈들은 서로 지그재그로 배열되어 서로 연통되는 레이저 용접장치.
제8항에 있어서, 상기 상부 챔버는 상기 제1클램핑수단 저면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제3실드가스 공급홈들과 상기 제2클램핑수단 저면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제4실드가스 공급홈들로 구성되고, 상기 제3및 제4실드가스 공급홈들은 서로 지그재그로 배열되어 서로 연통되는 레이저 용접장치.
제1항에 있어서, 상기 제1모재의 일단은 드럼을 형성하는 철판의 일측 에지이고 상기 제2모재의 일단은 상기 드럼을 형성하는 철판의 일측 에지에 대향하는 타측 에지인 레이저 용접장치.
제11항에 있어서, 상기 드럼은 세탁기 또는 탈수기의 드럼인 레이저 용접장치.
정렬수단을 대기위치에서 정렬위치로 이동시켜서 고정 받침대와 가동 받침대 사이에 위치시키는 단계;
제1클램핑수단을 이동시켜서 상기 정렬수단의 일단에 얼라인되게 상기 고정 받침대에 제1모재의 일단을 클램핑시키는 단계;
제2클램핑수단을 이동시켜서 상기 정렬수단의 타단에 얼라인되게 상기 가동 받침대에 제2모재의 일단을 클램핑시키는 단계;
상기 제1 및 제2모재의 클램핑 동작이 완료되면 상기 정렬수단을 대기 위치로 복원시키는 단계;
상기 가동 받침대를 이동시켜서 상기 제1모재의 일단과 제2모재의 일단을 맞대기하는 단계;
상기 맞대기 동작이 완료되면 상기 광원을 대기위치에서 상기 맞대기 용접선 위치로 이동시켜서 광을 상방으로 출사시키는 단계;
상기 맞대기 용접선을 따라 센서를 이동시기면서 맞대기 틈새를 따라 세어 나오는 광량을 센싱하는 단계;
상기 센싱동작이 완료되면 상기 광원을 대기위치로 복원시키는 단계;
상기 센싱된 광량에 의거하여 레이저 용접불량을 유발할 정도의 넓은 간격 유무를 검출하는 단계; 및
상기 검출단계에서 레이저 용접불량을 유발할 정도의 넓은 간격이 검출되지 않으면 레이저 용접을 시작하는 단계를 구비한 레이저 용접방법.