KR20190058735A

KR20190058735A - 차량용 도어빔 용접 지그와 이를 이용한 용접방법

Info

Publication number: KR20190058735A
Application number: KR1020170154726A
Authority: KR
Inventors: 황한영
Original assignee: 서진산업 주식회사
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2019-05-30
Also published as: KR102004617B1

Abstract

본 발명은 차량용 도어빔 용접지그와 이를 이용한 용접방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 양끝단에 장착브라켓부 및, 상기 장착브라켓부 사이에 배치되고 판재로부터 관형상으로 성형되어 양측단면이 마주하되 서로 이격되는 용접간극이 형성되어 이후 용접 공정에서 용접되는 용접간극을 구비하는 빔(beam)부로 구성되는 차량용 도어빔 용접지그에 있어서, 유압 발생장치; 상기 장착브라켓부를 고정하는 고정부; 상기 빔(beam)부의 양측면을 밀착하여 고정하는 측면고정부; 상기 유압발생장치로부터 작동유가 출입하는 작동유출입부;및 상기 작동유의 작동압력으로 작동되며 상기 빔(beam)부의 양측방에 위치하고 상기 빔(beam)부의 축방향에 직각방향으로 슬라이드 이동하는 유압인가부 및, 상기 유압인가부와 상기 빔(beam)부 사이에 배치되고 상기 빔(beam)부와 마주하는 압착면은 상기 빔(beam)부의 횡단면의 형상과 맞춤되는 형상이며 상기 유압인가부가 슬라이드 이동됨에 따라 상기 작동압력을 상기 빔(beam)부에 인가하는 압착블럭로 구성되는 압착부를 포함하여, 상기 용접간극이 상면을 향하고, 상기 빔(beam)부가 상기 압착블럭사이에 배치되며, 상기 빔부의 양측방에서 상기 압착블럭을 통하여 상기 작동압력이 인가되고 상기 용접간극의 판재간극이 조절되어, 용접공정을 용이하게 하도록 하는 차량용 도어빔 용접지그에 관한 것이다.

Description

차량용 도어빔 용접 지그와 이를 이용한 용접방법{APPARATUS FOR WELDING JIG DOOR BEAM FOR VEHICLES AND METHOD OF WELDING USING THE SAME}

본 발명은 차량용 도어빔 용접지그와 이를 이용한 용접방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 냉간 성형공법으로 생산되는 차량용 도어빔 균일한 성능을 보장하기 위해, 판재간극의 균일성을 포함하는 용접 공정의 주요 변수들을 제어 할 수 있는 차량용 도어빔 용접지그와 이를 이용한 용접방법에 대한 것이다.

차량용 도어빔(Door Beam)은 외부 충격에 의한 차량 자체의 파손을 방지하기 위한 장치가 아니라, 운전자나 탑승자의 안전과 직결되는 차량의 중요 부품이다.

차량의 구조상, 전후방 방향의 외부 충격은 여러 가지 완충 요인들을 구비하고 있으나, 측면 방향의 외부 충격을 흡수하기 위한 요소들은 매우 빈약하다. 이를 대비하기 위해서 차체 구조물 중에 하나인 도어프레임에 추가적으로 장착되는 것이 도어빔이기 때문에, 견고함과 완충작용을 모두 구비해야 한다.

금속류의 단단함 정도를 강화하기 위해서는 일반적으로 열처리 공법을 많이 사용해오고 있다. 금속을 가열하였다가 급랭함으로써 금속이나 합금의 내부에서 일어나는 변화를 저지하는 원리이다. 고온에서의 안정상태 또는 중간 상태를 실온에서 유지함으로써 단단한 상태의 금속재료를 얻을 수 있다.

그러나 이러한 열처리 방법은 금속의 경화처리 방법의 하나인데, 연성(ductile), 전성(malleability) 등과 같이, 외력에 의한 변형이 발생함으로써 그 힘을 흡수할 수 있는 성질을 유지하지는 못한다. 즉, 열처리 공법을 적용한 금속류는 '딱딱함'의 장점이 있으며, 열처리 방법에 따라서 매우 강한 외력도 견딜 수 있는 단단한 금속재료를 얻을 수 있다. 하지만, 앞서 언급한 바와 같이 차량용 도어빔은 차체의 형태를 유지하기 위한 단단한 성질뿐만 아니라 운전자나 탑승자를 보호하는데 필요한 충격 완화기능을 구비해야 한다.

도 1에는 종래 차량용 도어빔의 구조 개념도를 나타내었다.

도 1에서 확인할 수 있듯이, 종래의 차량용 도어빔은 판재를 강관으로 성형한 빔(beam)과 빔의 양쪽 끝에, 차량 도어프레임에 고정하기 위한 장착 브라켓이 별도인 형태이다. 이때 빔(beam)은 강관으로 성헝된 후 열처리 공정을 거치면서 약 1,500Mpa정도의 하중을 견디도록 제작된다. 그렇지만, 빔이 견딜 수 있는 압력의 임계값을 넘어섰을 때, 빔이 휘어지지 못하고, 파손되어 압력 인가 지점의 튜브 형태가 파손되는 경우가 발생한다. 이렇게 되면, 빔에 외력이 가해졌을 때, 충격흡수 능력은 급격히 감소하여, 외력의 상당량이 탑승자에게 전해질 수 있다. 또한 양쪽의 장착 브라켓을 별도의 부품으로 조립할 수밖에 없는 상황도 수반된다.

이러한 이유로 인해서 열처리하지 않은 판재를 U-O 포밍공법으로, 강관으로 제작하여 사용하는 방법이 제안되었다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그에 적용되는 장착브라켓 일체형 차량용 도어빔 구조 개념도를 나타내었다.

도2에 나타낸 장착브라켄 일체형 차량용 도어빔은, 도어빔으로 성형되기 적당한 크기로 판재가 절단된 후 U-포밍과 O-포밍을 적용하여 제작된다. 열처리되지 않은 판재를 하나 이상 중첩하여 서로 고정하여 강관으로 성형함으로써, 약 1,400MPa~1,500MPa의 내압 성능을 가지면서도, 열처리 공정을 거치지 않으므로 금속재료 고유의 전성, 연성등을 기대할 수 있는 장점이 있다.

압연기(Rolling Mill)를 사용하는 일반적인 강관제조 공법과 달리 장착될 차량 구조에 맞게 절단된 판재를 이용하여 도어빔용 강관을 성형하기 때문에, 차량에 고정되는 장착 브라켓까지 일체형으로 제작될 수 있는 장점도 있다.

그러나 이렇게 제작된 도어빔은, 둥글게 말아진 판재 사이를, 개별 도어빔 부품으로 용접해야 한다는 문제가 발생한다. 일반적인 압연 공법에서는 완성된 강관을 사용하지만, 앞서 설명한 바와 같이 이미 별도의 판재로 절단된 상태에서 성형공정이 적용되기 때문에, 용접공정 역시, 도어빔 각각에 적용될 수밖에 없다..

차량용 도어빔은 그 용도에 맞게 대량 생산에 적합한 제조 방법이 뒤따라야 한다. 따라서 냉간 성형공법으로 생산되는 차량용 도어빔 균일한 성능을 보장하기 위해, 판재간극의 균일성을 포함하는 용접 공정의 주요 변수들을 제어할 수 있는 용접 지그(Jig)의 개발이 필요하다.

한국 공개특허 10-2011-0035695

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 냉간 성형된 차량용 도어빔의 용접간극 용접간극을 제어하면서, 도어빔 길이 방향의 물성 차이에 따라서 차별화된 작동압력을 인가함으로써 생산성을 높이고, 열 변형을 고려한 역보정을 가능하게 함으로써, 합리적인 품질관리도 가능한 차량용 도어빔 용접지그와 이를 이용한 용접방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은 양끝단에 장착브라켓부 및, 상기 장착브라켓부 사이에 배치되고 판재로부터 관형상으로 성형되어 양측단면이 마주하되 서로 이격되는 용접간극이 형성되어 이후 용접 공정에서 용접되는 용접간극을 구비하는 빔(beam)부로 구성되는 차량용 도어빔 용접지그에 있어서, 유압 발생장치; 상기 장착브라켓부를 고정하는 고정부; 상기 빔(beam)부의 양측면을 밀착하여 고정하는 측면고정부; 상기 유압발생장치로부터 작동유가 출입하는 작동유출입부;및 상기 작동유의 작동압력으로 작동되며 상기 빔(beam)부의 양측방에 위치하고 상기 빔(beam)부의 축방향에 직각방향으로 슬라이드 이동하는 유압인가부 및, 상기 유압인가부와 상기 빔(beam)부 사이에 배치되고 상기 빔(beam)부와 마주하는 압착면은 상기 빔(beam)부의 횡단면의 형상과 맞춤되는 형상이며 상기 유압인가부가 슬라이드 이동됨에 따라 상기 작동압력을 상기 빔(beam)부에 인가하는 압착블럭로 구성되는 압착부를 포함하여, 상기 용접간극이 상면을 향하고, 상기 빔(beam)부가 상기 압착블럭사이에 배치되며, 상기 빔부의 양측방에서 상기 압착블럭을 통하여 상기 작동압력이 인가되고 상기 용접간극의 판재간극이 조절되어, 용접공정을 용이하게 하도록 하는 차량용 도어빔 용접지그를 제공함으로써 달성 될 수 있다.

또한, 상기 차량용 빔(beam)는, 판재로부터 U-O 포밍공법으로 관형상으로 성형되는 장착브라켓 일체형 차량용 도어빔인 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 장착브라켓부에 관통공이 더 구비되고, 상기 관통공에 삽입되는 관통고정핀과, 상기 장착브라켓부를 클램핑하는 클램프중 적어도 하나 이상이 상기 고정부에 구비되고, 상기 빔(beam)부의 중심축의 유격을 감소시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 압착블럭은 상기 빔(beam)부의 축방향으로 분할되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 압착블럭은 수평적으로 분할되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 압착블럭의 상면과 압착면이 만나는 모서리에 테이퍼부가 형성되어, 용접기 노즐이 상기 용접간극에 용이하게 근접하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 압착블럭의 상면에 중첩하여 배치되어 용접시 발생하는 스패터를 포함한 이물질로부터 상기 빔(beam)부의 표면을 보호하는 용접보호판을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 사용자로부터 압착압력값과 자재정보 및 용접방법을 포함하는 압착용접정보를 입력받는 입력부;및 상기 압착용접정보를 기반으로 상기 압착용접정보를 기반으로 용접요구간극을 산출하고 상기 용접요구간극을 기반으로 상기 유압발생장치를 통하여 상기 작동압력의 크기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 용접방법은 CMT(Cold Metal Transfer)용접 방법이거나, 레이저 용접 방법 중에 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 빔(bream)부의 용접간극 영상을 획득하는 영상부를 더 포함하며,상기 제어부는 상기 압착용접정보 및 상기 용접간극 영상을 포함하는 용접작업정보를 저장하는 메모리부와, 상기 용접간극 영상을 기반으로 상기 판재간극을 측정하고 상기 용접요구간극과 비교하여 용접공정 진행 여부를 판단하는 판단부를 더 포함하고, 상기 제어부와 상기 메모리부와 상기 판단부와 상기 입력부와 상기 영상부 중에 적어도 하나 이상의 작동 상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.

그리고, 상기 압착블럭에 변형게이지를 설치하여 상기 압착블럭이 상기 빔(beam)부를 압착할 때 상기 압착블럭의 변형률을 측정하여, 상기 제어부는 상기 변형률과 상기 판재간극의 변화값을 매칭하여 비교함으로써 상기 판재간극 제어 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 유압인가부가 분할된 상기 압착블럭에 매칭되도록 분할되고, 상기 작동유출입부와 상기 분할된 유압인가부 사이에 상기 작동압력 분배부가 더 배치되어, 상기 분할된 압착블럭별로 서로 다른 상기 작동압력을 인가할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은 판재의 양끝단 일부에 장착브라켓킷부가 형성되고, 상기 장착라켓킷부를 제외한 나머지 부분이 UO 포밍공법으로 관형상으로 성형되어 양단면이 마주하는 용접간극을 구비하는 빔(beam)부로 구성되는 차량용 도어빔 용접지그를 이용한 용접방법에 있어서, 상기 장착브라켓부에 형성된 관통공에, 고정부에 형성된 관통고정핀이 삽입되도록 상기 차량용 도어빔을 상기 용접지그에 장착하는 단계; 상기 고정부에 형성된 클램프가 상기 장착브라켓부를 클램핑하여 상기 도어빔을 고정하는 단계; 유압발생장치를 작동하여 작동유가 상기 용접지그의 작동유출입부로 인가되는 단계; 상기 작동유가 상기 빔(beam)부의 양측방에 위치하는 유압인가부에 작동압력을 인가하고, 상기 유압인가부는 압착블럭에 상기 작동압력을 인가하는 단계; 상기 압착블럭은 상기 빔(beam)부에 상기 작동압력을 인가하여 압착하는 단계; 상기 압착블럭의 압착작용으로 상기 용접간극의 판재간극이 조절되는 단계; 상기 판재간극이 용접공정에서 요구되는 용접요구간극을 만족하는지 여부를 판단하는 단계;및상기 용접간극에 용접하는 단계를 포함하는 차량용 도어빔 용접지그를 이용한 용접방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 입력부가 사용자로부터 압착압력값과 자재정보 및 용접방법을 포함하는 압착용접정보를 입력받는 단계; 영상부에서 상기 빔(beam)부의 용접간극 영상을 획득하는 단계; 제어부가 상기 압착용접정보를 기반으로 용접요구간극을 산출하고 상기 용접요구간극을 기반으로 상기 유압발생장치를 통하여 상기 작동압력의 크기를 제어하는 단계; 상기 제어부가 상기 압착용접정보 및 상기 용접간극 영상을 포함하는 용접작업정보를 메모리부에 저장하는 단계; 판단부에서 상기 용접간극 영상을 기반으로 상기 판재간극을 측정하고 상기 용접요구간극과 비교하여 용접공정 진행여부를 판단하는 단계:및 디스플레이부에서 상기 입력부와 상기 영상부와 상기 제어부와 상기 메모리부 및 상기 판단부중 적어도 하나 이상의 작동상태를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉간 성형된 차량용 도어빔의 용접간극의 용접간극을 제어하면서, 도어빔 길이 방향의 물성 차이에 따라서 차별화된 작동압력을 인가함으로써 생산성을 높이고, 열 변형을 고려한 역보정을 가능하게 함으로써, 합리적인 품질관리도 가능한 장점이 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1. 종래 차량용 도어빔의 구조 개념도
도 2. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그에 적용되는 장착브라켓 일체형 차량용 도어빔의 구조 개념도
도 3. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 사시도
도 4a 내지 도 4b. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 고정부 확대 사시도.
도 5.본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 압착부 확대 사시도.
도 6a.본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 압착블럭이 일체형 차량용 도어빔 압착 상태의 사시도
도 6b. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 압착블럭이 일체형 차량용 도어빔 압착 상태의 측단면도 사시도.
도 7. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그를 이용한 자동화 장치의 블럭 구성도

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 도어빔 용접지그와 이를 이용한 용접방법의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 사시도를 도시하였다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시에에 따른 용접 지그는, 빔(beam)부 양측에 구성된 장착브라켓을 고정하는 고정부와, 빔(beam)부를 압착하여 용접간극을 용접방법에 따라 차별적으로 요구되는 용접요구간극으로 유지하는 압착부와, 압착부의 동력원이 되는 작동유압이 유압 발생장치로부터 인가되는 작동유출입부를 포함할 수 있다. 또한 압착부는 유압인가부와 압착블럭으로 구성될 수 있다. 이때 용접요구간극은 일반적인 CMT용접인 경우에는 약 0.5mm이며, 고속 정밀 용접방법중에 하나인 레이저 용접인 경우에는 0.1mm 정도의 정밀한 간극이 요구된다.

도 2에 도시된 차량용 도어빔이 도 3에도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 용접지그에 장착되어 용접되며 그 작동 방법은 다음과 같다.

도 2에 도시된 차량 도어빔과 같이 장착브라켓부가 형성된 일체형 도어빔을 도 3과 같이 용접지그에 올려 놓는다. 용접요구간극 확보를 위한 압착력은 빔(beam)부에 국한되어 인가되어야 하므로, 우선 도어빔은 길이방향의 유격을 최소화 해야 한다. 유격발생으로 빔(beam)부의 일부가 압착되지 않으면, 해당 부위에 판재간극 확보가 어려워지고, 또한 양쪽의 장착 브라켓부외에 불필요한 변형이 발생할 수 있다.

따라서 장착브라켓에 관통공을 형성하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접지그의 고정부에는 관통공에 삽입되어 유격을 최소화할 수 있는 관통고정핀이 배치될 수 있다. 관통고정핀은 관통공에 삽입되어 도어빔의 유격을 최소함으로써, 빔(beam)부에 국한된 압착 과정을 용이하게 할 수 있다. 올려진 도어빔은 아직 상하 방향 유격은 여전히 존재하므로, 클래프를 구비하여 추가로 고정할 수 있다.

고정부에서 고정된 상태는, 도어빔의 길이방향 및 상하방향의 유격을 최소화 할 수 있으나, 도이빔의 측면 방향 유격은 완벽하게 제거하지 못하는 상황일 수 있다. 용접 간극을 확보하기 위한 압착은 도어빔의 양측면에서 도어빔 길이방향의 중심축 방향으로 인가된다. 강한 유압이 도어빔 양측에서 인가되는데, 도이빔의 길이방향 중심축의 위치와, 양측에서 인가되는 유압인가부 또는 압착 블럭의 이동거리가 다르거나, 양측 압력에 미세한 차이가 있을 수 있다. 이 경우에 도어빔의 용접간극 전체에 균일한 작동유압이 인가되지 못할 수 있으며, 이렇게 되면 용접 불량의 직접적인 원인이 될 수 있다.

따라서 고정부에서 도어빔의 장착브라켓부를 고정한 후, 측면고정부가 도어빔 축방향으로 이동하여 도어빔을 길이방향에 직각인 방향으로의 유격을 최소화 한다. 이때 측면고정부는 유압인가부 및 압착블럭의 이동 거리와 연동되어, 측면고정부의 이동 중심축과 유압인가부 및 압착블럭의 이동 중심축이 동일하도록 할 수 있다.

고정부와 측면고정부에 의해 도어빔이 용접지그에 고정되면, 유압 발생 장치를 작동하여 작동유를 용접지그에 인가한다. 인가된 작동유는 유압인가부에 유압을 인가하고, 유압인가부는 압착블럭에 작동압력을 인가하여, 압착블럭이 도어빔의 중심축 방향으로 작동압을 인가하여, 도이빔의 용접간극의 이격거리가 조절된다. 조절된 용접간극이 용접에 필요한 용접요구간극에 근접하면, 용접을 시행할 수 있다.

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 고정부 확대사시도를 도시하였다. 판형상의 장착브라켓부를 상하로 클램핑하기 위한 클램프가 설치되고, 관통고정핀이 장착브라켓부에 형성된 관통공에 삽입됨으로써, 도어빔을 고정하고 있다. 장착브라켓의 구조는 장착되는 차량 형태에 따라서, 클램프의 구조와 관통고정핀의 위치 등이 변경될 수 있다.

또한 관통공이 형성된 장착브라켓부의 반대편 장착브라켓부에는 관통공 대신에 관통홈이 형성되고 고정핀에 맞춤됨으로써, 도어빔의 고정부 장착을 용이하게 할 수 있다.

도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 압착부 확대 사시도를 도시하였다. 도 5에서 확인할 수 있듯이, 압착부는 유압인가부 압착블럭으로 구성될 수 있다.

압착블럭은 도어빔에 직접 작동압력을 인가하는 부재로서, 도어빔의 빔(beam)부와 맞춤되는 형상으로 성형 되는데, 도5에 도시된 바와 같이 본 발명의일실 실시예에 따른 압착블럭은 길이 방향과 상하 방향으로 압착블럭이 분할될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접지그는 열처리 과정이 없이, 판재를 냉간 성형하여 제작한 것으로서, 금속 판재 고유의 연성과 전성을 유지하고 있다. 이 상태에서, 압착블럭이 길이 방향으로 균일한 압착력을 인가하는 것도 중요하지만, 빔(beam)의 길이 방향 물성의 균일도 유지도 중요한 요소이다. 즉, 길이 방향으로의 연성과 전성 변화가 나타나면, 오히려 길이방향으로의 균일한 작동압력을 인가하는 것이, 균일한 용접 간극을 유지하는데 부정적인 요인이 될 수 있다. 이렇게 되면 압착과정과 용접과정 및 용접과정에서 발생하는 고열로 인한, 비정상적인 변형의 원인이 될 수 있다.

그러나 원자재 판재의 물성 특성은 가공 공정에서 파악할 수 없을 뿐만 아니라, 제품의 품질관리 범위 내의 오차는 피할 수 없다. 특히 대량 생산 시스템에서 생산 Lot별 제조 특성 변화는 불가피한 요소이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접지그와 같이, 긴 길이의 빔(beam)부를 동시에 압착할 경우에는, 앞서 언급한 길이 방향 물성의 불균일을 고려하여야 한다.

도 3 내지 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접지그의 압착블럭은 길이 방향과 상하 방향으로 분할되어있는데, 이렇게 분할된 압착블럭은 강재의 물성 불균형으로 나타나는 열변형을 역보정을 용이하게 할 수 있다. 또한 빔(beam)부 일부에 의도적인 형상 변경이 이루어지면, 일부 압착블럭만 교체함으로써, 도어빔 설계 변경에 따른 지그 구조 변경을 용이하게 할 수도 있다.

또한, 도 5에서 확인할 수 있듯이 압착 블럭은 빔(beam)부를 감싸 안는 형상으로 압착함으로써 빔(beam)부 횡단면의 원형구조에 외곡을 최소화하였다. 또한, 압착 블럭은 연직방향으로 구분되어 상부압착블럭과 하부압착블럭으로 분할 될 수 있다.

빔(beam)부의 원형 횡단면 구조는, 빔(beam)이 외부의 충격을 변형 없이 지탱할 수 있는 주요한 구조적 특징 중의 하나다.

만일, 도 5에 도시된 하부 압착 블럭이 없이, 상부 압착 블럭만 배치되어 빔(beam)의 용접간극 인근에서만 작동압력이 인가될 경우에, 빔(beam)부 갖는 원형구조가 변형될 수 있으며, 그렇게 되면, 외부 충격을 지탱하는 임계압력이 급격 낮아지거나, 특히, 판재를 중첩하고 서로 접착하여 형성된 이중강관 구조일 경우에는 이중 강관 구조인 부분과 그렇지 않은 부분이 "꺽이는" 현상이 예상되기도 한다. 따라서 도 5에 도시한 바와 같이 상부 압착 블럭과 하부 압착블럭 모두 이용하여 빔(beam)부의 원형 단면에 균일한 작동압력을 인가하는 동시에, 열 변형 발생시 역보정을 가능하게 한다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 용접기의 압력 블럭은 빔(beam)부의 길이방향으로 6개로 분할되며 연직방향 방향으로 2개로 분할되어 모두 24개의 블럭으로 분할되어있다.

용접 보호판은 실제 용접 과정에서 발생하는 스패터(spatter)로부터 작업자나 지그를 보호하기 위해 압착 블럭 상면에 배치될 수 있다. 1

도 6a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그의 압착블럭이 일체형 차량용 도어빔 압착 상태의 사시도, 도 6b에는 도 6a에 따른 차량용 용접지그의 압착블럭이 일체형 차량용 도어빔 압착 상태의 측단면도를 도시하였다.

도 6에 도시된 바와 같이 용접간극 압착 블럭 상면과 빔(beam)부 방향 측면이 만나는 모서리는 용접노즐이 용접간극에 근접할 수 있도록 이격 거리를 가질 수 있으며, 바람직하게는 약 20~100도로 기울어진 테이퍼(taper)구조나, 8mm에서 16mm 이내의 이격 거리를 가질 수 있다.

8mm 에서 16mm이내의 이격 거리는, O포밍된 빔(beam)부의 단면 형상에 왜곡이 발생하지 않도록 하기 위해 필요한 수치적 제한이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 지그는 차량용 도어빔용이다. 앞서 언급한 바와 같이 차량용 도어빔은 그 사용 목적이, 차량 탐승자의 안전에 있다. 따라서 빔(beam)부의 형상 자체도 매우 중요한 성능 요소 중의 하나일 수 있다. 특히, 빔(beam)부와 같은 관형 지지 구조물은, 단면이 원형으로 성형 됨으로써, 그 재료가 갖는 고유의 강성과 함께 원형 단면이 갖는 구조적 강성이 융합되어, 큰 힘을 견딜 수 있는 성능을 갖는다.

도 6을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 빔(beam)부 양측의 압착블럭이 빔(beam)를 압착할 때, 용접기 노즐이 빔(beam)부에 근접하기 위해서, 마주하는 압착 블럭의 측면은 특정한 거리만큼 이격 되어야 한다. 그러나 이 이격 거리는 그 거리만큼 빔(beam)부의 용접간극 인접 영역에 압착력이 미치지 못한다는 것을 의미한다. 따라서 이 거리가 너무 멀어지게 되면, 용접간극 압착 블럭에 의해 압착력을 인가받지 못하는 용접간극 인근의 곡률반경이, 압착블럭이 접촉하여 압착하는 나머지 빔(beam)부의 곡률 반경과 차이가 날 수 있으며, 이런 현상은 용접간극 부위를 제품의 설계치에서 벗어난 제품을 생산할 수도 있다.

더구나, 용접간극 인근 영역은 용접되어 열변형의 우려가 존재하는 부위로서, 이러한 열 변형을 보상하기 위한 역보정을 고려한 중요한 부위이다. 그렇기 때문에 이 부위에 있어서 압착 블럭은 단순히 "압착하여" 용접요구간극을 유지할 분만 아니라, 단면 형상에 있어서도 압착 블럭에 의해 압착되는 나머지 부위와 동일한 곡률반격을 갖도록, 압착 블럭 사이의 간극을 최대한 좁혀야 한다.

이에 따라, 양측 압착 블럭의 이격거리를 다양하게 하고, 동일한 작동압력을 인가하여실험한 결과, 바람직하게는 8mm~16mm 이내의 이격거리를 유지하는 것이 적합하다.

일반적인 CMT(cold metal transfer)용접은 약 0.5mm 가량의 간극이 요구되고, 레이저 용접은 0.1mm이내의 판재간극을 요구되며, 나의 생산 라인에서 하루 수 만대 이상이 생산되는 것이 자동차 산업이다. 엄청난 생산 속도를 유지하면서, 도어빔 같이 인명 안전과 관련된 부품들의 성능 유지도 필수적이다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 용접지그에 자동화 장치를 접목함으로써, 일정한 수준의 용접 공정관리가 가능할 뿐만 아니라, 단위 시간당 생산량 증대도 기대할 수 있다. 도

도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 용접지그를 이용한 자동화 장치의 블럭 구성도를 도시하였다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접지그는 용접 공정에서 가장 중요한 압력 제어 관련 압착용접정보를 사용자로부터 입력받는 입력부와, 용접간극과 용접요구간극을 정밀 측정하고 자동화하는데 필요한 용접간극의 영상 정보를 생성하는 영상부 및 이들 장치를 제어하며, 각종 데이터를 기반으로 작동 여부를 판단하는 판단부와 메모리부를 포함하는 제어부를 포함할 수 있다.

사용자는 자재 공급처로부터 받은 자재관련 여러 가지 물성정보, 자체적으로 진행된 시험정보, 또는 동일한 장비를 이용하여 먼저 진행된 공정 진행 결과를 토대로, 예상하는 압착 압력값을 설정할 수 있으며, 용접 방법에 따른 용접요구간극을 따로 설정할 수 있다.

제어부는 이렇게 입력된 압착용접정보를 메모리에 저장할 수 있으며, 이 정보를 기반으로 유압 발생 장치의 유량 및 유압을 제어함으로써 압착 블럭이 빔(beam)부에 인가하는 작동압력을 제어할 수 있다.

영상부에서 생성된 용접간극 영상은 크게 두 가지로 적용될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 도어빔이 용접지그에 장착되고 고정부와 측면고정부에 의해 고정된 후, 용접간극을 확인할 수 있다. 판재가 아무리 정확하게 절단되었다고 하더라도, U-O포밍과정에서 굴곡 정도에 차이가 발생할 수 있다.

또한, 용접을 위해 빔(beam)부를 압착하여 판재간극이 조절된 후의 용접간극을 재측정하여 실제 용접 공정의 개시 여부를 판단할 수 있다.

최근에 영상처리기술은 비약적으로 발전하여, 용접간극과 같은 단순형상의 사이의 이격거리, 이 이격거리의 편차 및 이격된 중심축의 선형성을 확인하는 데는 큰 어려움이 없으며, 처리시간이 매우 짧을 수 있다. 또한, 정량적 처리가 가능하고 정량적 자료 축적이 가능하므로, 장비 및 자재의 지속적인 개선 및 수율 향상에 필수적 중요한 요소가 될 수 있다.

영상부에서 촬영한 용접간극의 영상은, 판단부에서 형상 인식 및 측정과정을 거쳐서, 용접 개시 여부를 판단하며, 이때의 영상 정보와 작동압력 및 입력부에서 입력받은 압착용접정보등을 매칭하여 저장하여 기록함으로써, 향후 장비 및 자재 개선에 중요한 근거 자료가 될 수 있다.

도 3내지 도 6에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 용접지그에 적용되는 압착블럭은 도어빔의 길이방향과 용접지그의 상하 방향으로 분할될 수 있다. 이 경우에 각 압착블럭 자체 또는 압착 블럭과 유압인가판 사이에 스트레인센서를 배치하여 빔(beam)부의 압착 정도 또는 용접간극의 변형 정도를 간접적으로 측정할 수 있다. 즉, 유압인가판과 압착 블럭사이에 간격이 좁아지는 경우는, 그렇지 않은 경우에 비해서, 작동압력이 지그 변형에 소진되는 비율이 높다는 것으로 추론할 수 있으며, 이는 곧 빔(beam)부의 변형률 감소, 혹은 용접간극 조절을 위한 임계압력값이 더 크다고 추정할 수 있다. 또한, 이런 현상이 다수의 압착 블럭별로 다르게 나타난다면, 앞서 언급한 바와 같이 도어빔의 원재로 판재의 물성적 특성이 판재의 위치마다 다르다는 것도 추정할 수 있다. 또한, 이렇게 분할된 압착블럭에 분할된 유압인가부를 적용하고, 작동압을 분할된 유압인가부에 분배하여 압착블럭별로 서로 다른 작동압력을 인가할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 지그는 냉간 성형된 차량용 도어빔의 용접간극 용접간극을 제어하면서, 도어빔 길이 방향의 물성 차이에 따라서 차별화된 작동압력을 인가함으로써 생산성을 높이고, 열 변형을 고려한 역보정을 가능하게 함으로써, 합리적인 품질관리도 가능한 장점이 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10. 도어빔
11. 빔(Beam)부 12. 장착브라켓부 13. 관통공 14 용접간극
100. 고정부
110. 클램프부 120. 관통고정핀
200. 측면고정부
300. 압착부
310. 유압인가부. 320 압착블럭 330. 용접 보호판

Claims

양끝단에 장착브라켓부 및, 상기 장착브라켓부 사이에 배치되고 판재로부터 관형상으로 성형되어 양측 단면이 서로 마주하되 특정 간격으로 이격되어 이후 용접공정에서 용접되어 연결되는 용접간극를 구비하는 빔(beam)부로 구성되는 차량용 도어빔 용접지그에 있어서,
유압 발생장치;
상기 장착브라켓부를 고정하는 고정부;
상기 빔(beam)부의 양측면을 가압하여 밀착 고정하는 측면고정부;
상기 유압발생장치로부터 작동유가 출입하는 작동유출입부;및
상기 작동유의 작동압력으로 작동되며 상기 빔(beam)부의 양측에 위치하고 상기 빔(beam)부의 축방향에 직각방향으로 슬라이드 이동하는 유압인가부 및, 상기 유압인가부와 상기 빔(beam)부 사이에 배치되고 상기 빔(beam)부와 접촉하는 압착면은 상기 빔(beam)부의 횡단면의 형상과 맞춤되는 형상이며 상기 유압인가부가 슬라이드 이동됨에 따라 상기 작동압력을 상기 빔(beam)부에 인가하는 압착블럭로 구성되는 압착부를 포함하여,
상기 용접간극이 상면을 향하고, 상기 빔(beam)부가 상기 압착블럭 사이에 배치되며, 상기 빔(beam)부의 양측에서 상기 압착 블럭을 통하여 상기 작동압력이 인가되고, 상기 용접간극은 상면으로 노출되도록 특정 거리만큼 이격된 압착블럭간극을 형성하며 상기 빔(beam)부를 감싸도록 압착함으로써 상기 용접간극의 이격거리가 조절되어, 용접공정을 용이하게 하도록 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제1항에 있어서,
상기 차량용 빔(beam)는,
판재로부터 U-O 포밍공법으로 관형상으로 성형되는 장착브라켓 일체형 차량용 도어빔인 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제1항에 있어서,
상기 장착브라켓부에 관통공이 더 구비되고,
상기 관통공에 삽입되는 관통고정핀과, 상기 장착브라켓부를 클램핑하는 클램프중 적어도 하나 이상이 상기 고정부에 구비되고,
상기 빔(beam)부의 중심축의 유격을 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제1항에 있어서,
상기 압착블럭은 상기 빔(beam)부의 축방향과 연직 방향 중에 적어도 어느 한 방향으로 분할되는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제1항에 있어서
상기 압착블럭의 상면과 상기 빔(beam)부 방향 측면이 만나는 모서리에 테이퍼부가 형성되어,
용접기 노즐이 상기 용접간극에 용이하게 근접하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제1항에 있어서
상기 빔(beam)에서
상기 압착블럭간극은 8mm~16mm 이내 인 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제1항에 있어서,
상기 압착블럭의 상면에 중첩하여 배치되어, 용접시 발생하는 스패터를 포함한 이물질로부터 상기 빔(beam)부의 표면을 보호하는 용접보호판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제1항에 있어서,
사용자로부터 압착 압력값과 자재정보 및 용접방법을 포함하는 압착용접정보를 입력받는 입력부; 및
상기 압착용접정보를 기반으로 상기 용접 방법에 따른 용접요구간극을 산출하고, 상기 용접요구간극을 기반으로 상기 작동압력의 크기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제8항에 있어서
상기 용접방법은 CMT(Cold Metal Transfer)용접 방법이거나, 레이저 용접 방법 중에 하나인 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제8항에 있어서,
상기 용접간극의 영상을 획득하는 영상부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 압착용접정보 및 상기 용접간극 영상을 포함하는 용접작업정보를 저장하는 메모리부와, 상기 용접간극 영상을 기반으로 상기 용접간극의 이격거리을 측정하고 상기 용접요구간극과 비교하여 용접공정 진행 여부를 판단하는 판단부를 더 포함하고,
상기 제어부와 상기 메모리부와 상기 판단부와 상기 입력부와 상기 영상부 중에 적어도 하나 이상의 작동 상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
제8항 있어서,
상기 압착블럭에 변형게이지를 설치하여 상기 압착블럭이 상기 빔(beam)부를 압착할 때 상기 압착블럭의 변형률을 측정하고,
상기 제어부는 상기 변형률과 상기 용접간극의 이격거리 변화값 및 상기 작동압력을 매칭하여 비교하고 그 결과를 기반으로 상기 작동압력을 재 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접장치.
제4항에 있어서
상기 유압인가부가 분할되어 상기 압착블럭 동일한 방법으로 분할되고
상기 작동유출입부와 상기 분할된 유압인가부 사이에 상기 작동압력 분배부가 더 배치되어,
상기 분할된 압착 블럭들에 서로 다른 상기 작동압력을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그.
판재의 양끝단 일부에 장착브라켓킷부가 형성되고, 상기 장착라켓킷부를 제외한 나머지 부분이 UO 포밍공법으로 관형상으로 성형되어 양단면이 마주하는 용접간극를 구비하는 빔(beam)부로 구성되는 차량용 도어빔 용접지그를 이용한 용접방법에 있어서,
상기 장착브라켓부에 형성된 관통공에, 고정부에 형성된 관통고정핀이 삽입되도록 상기 차량용 도어빔을 상기 용접지그에 장착하는 단계;
상기 고정부에 형성된 클램프가 상기 장착브라켓부를 클램핑하여 상기 도어빔을 고정하는 단계;
유압발생장치를 작동하여 작동유가 상기 용접지그의 작동유출입부로 인가되는 단계;
상기 작동유가 상기 빔(beam)부의 양측방에 위치하는 유압인가부에 작동압력을 인가하고, 상기 유압인가부는 압착블럭에 상기 작동압력을 인가하는 단계;
상기 압착블럭은 상기 빔(beam)부에 상기 작동압력을 인가하여 압착하는 단계;
상기 압착블럭의 압착작용으로 상기 용접간극의 이격거리가 조절되는 단계;
상기 판재간극이 용접공정에서 요구되는 용접요구간극을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 용접간극에 용접하는 단계를 포함하는 차량용 도어빔 용접지그를 이용한 용접방법.
제13항에 있어서,
입력부가 사용자로부터 압착압력값과 자재정보 및 용접방법을 포함하는 압착용접정보를 입력받는 단계;
영상부에서 상기 빔(beam)부의 용접간극의 영상을 획득하는 단계;
제어부가 상기 압착용접정보를 기반으로 용접요구간극을 산출하고 상기 용접요구간극을 기반으로 상기 유압발생장치를 통하여 상기 작동압력의 크기를 제어하는 단계;
상기 제어부가 상기 압착용접정보 및 상기 용접간극 영상을 포함하는 용접작업정보를 메모리부에 저장하는 단계;
판단부에서 상기 용접간극 영상을 기반으로 상기 판재간극을 측정하고 상기 용접요구간극과 비교하여 용접공정 진행여부를 판단하는 단계: 및
디스플레이부에서 상기 입력부와 상기 영상부와 상기 제어부와 상기 메모리부 및 상기 판단부중 적어도 하나 이상의 작동상태를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어빔 용접지그를 이용한 용접방법.