KR20200135086A

KR20200135086A - 레이저 용접기용 토치 헤드

Info

Publication number: KR20200135086A
Application number: KR1020190061514A
Authority: KR
Inventors: 서정열; 김정헌
Original assignee: 주식회사 엘피텍
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-12-02
Also published as: KR102234267B1

Abstract

노즐유닛을 헤드본체에 손쉽게 결합 및 분리할 수 있어 노즐유닛에 설치된 렌즈부를 손쉽게 교체할 수 있으며, 렌즈부의 표면을 깨끗하게 유지하여 용접 효율을 향상시킬 수 있는 레이저 용접기용 토치 헤드가 제공된다. 레이저 용접기용 토치 헤드는, 내부에 빔전달통로가 형성되어 레이저빔을 전달하는 헤드본체와, 중앙에 빔전달통로와 연결된 빔조사구가 형성되고 헤드본체에 일단부가 삽입되어 고정되며 레이저빔을 모재에 조사하는 노즐유닛과, 헤드본체의 일측면을 관통하되 적어도 일부가 헤드본체와 노즐유닛의 접합면을 통과하는 고정홈과, 고정홈에 삽입되어 노즐유닛을 헤드본체에 고정하는 걸쇠부를 포함하는 잠금유닛을 포함한다.

Description

레이저 용접기용 토치 헤드{Torch head for laser welder}

본 발명은 레이저 용접기용 토치 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 노즐유닛을 쉽게 분리할 수 있어 노즐유닛에 설치된 렌즈부를 쉽게 교체할 수 있으며, 렌즈부의 표면을 깨끗하게 유지할 수 있는 레이저 용접기용 토치 헤드에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 레이저 용접기용 토치 헤드는 레이저를 이용하여 모재를 가열/용융하여 접합하는 용접장치의 구성요소로, 레이저빔을 조사하는 헤드본체에 렌즈를 내장한 노즐이 결합되어 노즐을 통해 레이저빔을 조사한다. 레이저 용접기용 토치 헤드는 레이저빔을 전달받아 내측에 내장된 렌즈를 통하여 레이저빔을 집속하여 모재에 조사한다. 이러한 레이저 용접기용 토치헤드는 레이저빔이 조사되는 모재에 가까이 위치하면서 용접과정에서 발생하는 각종 분진이나 가스 등에 의해 렌즈가 손상되거나 오염되는 문제가 발생한다. 노즐유닛에 설치된 렌즈가 오염되거나 손상되면 용접효율이나 작업품질이 저하되는 문제가 발생하여, 주기적으로 렌즈를 세척하거나 교환해주어야 하는 어려움이 있다. 이때 노즐유닛에서 렌즈를 교환하는 작업은 분해와 조립의 번거로움으로 인하여 시간이 매우 많이 소요되는 작업이며, 작업에 의한 공차가 발생할 염려가 있어 렌즈의 초점 거리 등을 맞추어 조절해야 하는 문제도 항상 발생한다.

이에, 렌즈를 쉽게 교환할 수 있으면서 렌즈를 교환한 후에도 초점거리가 변하는 문제 등을 해결할 수 있는 구조의 토치 헤드가 필요하게 되었다.

대한민국 등록특허 10-0561075호, (2006.03.08.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 노즐유닛을 쉽게 분리할 수 있어 노즐유닛에 설치된 렌즈부를 쉽게 교체할 수 있으며, 렌즈부의 표면을 깨끗하게 유지할 수 있는 레이저 용접기용 토치 헤드에 관한 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 레이저 용접기용 토치 헤드는, 내부에 빔전달통로가 형성되어 레이저빔을 전달하는 헤드본체와, 중앙에 상기 빔전달통로와 연결된 빔조사구가 형성되고 상기 헤드본체에 일단부가 삽입되어 고정되며 레이저빔을 모재에 조사하는 노즐유닛과, 상기 헤드본체의 일측면을 관통하되 적어도 일부가 상기 헤드본체와 상기 노즐유닛의 접합면을 통과하는 고정홈과, 상기 고정홈에 삽입되어 상기 노즐유닛을 상기 헤드본체에 고정하는 걸쇠부를 포함하는 잠금유닛을 포함한다.

상기 고정홈은 상기 노즐유닛이 상기 헤드본체로부터 분리되는 방향과 수직방향으로 형성되고 내주면 중 일부가 상기 노즐유닛으로 이루어진 원통형홈으로 이루어질 수 있다.

상기 고정홈의 횡단면 중 내주면에서 상기 노즐유닛이 이루는 비율이 가장 높은 지점의 횡단면에서 상기 노즐유닛이 이루는 내주면의 비율이 1/2 보다 작을 수 있다.

상기 걸쇠부는 외주면이 상기 고정홈의 내주면과 동일한 직경을 갖는 원기둥형상을 이루되, 상기 헤드본체 외부로 노출되어 상기 노즐유닛과 중첩되는 부분이 제거되어 절단면이 형성될 수 있다.

상기 노즐유닛과 상기 헤드본체 사이에 개재되어 상기 노즐유닛과 상기 헤드본체 사이를 밀폐하는 탄성을 갖는 밀폐링을 더 포함할 수 있다.

상기 빔조사구와 중첩되도록 상기 노즐유닛에 설치되어 상기 레이저빔을 조절하는 렌즈부를 더 포함할 수 있다.

상기 렌즈부와 상기 노즐유닛 사이에 상기 빔전달통로와 상기 빔조사구를 연통하는 연통구가 형성되어, 상기 빔전달통로로부터 공급되는 기체가 상기 연통구를 경유하여 상기 빔조사구를 통해 분사될 수 있다.

상기 빔전달통로는 내부가 굴절되어 굴절부를 형성하며, 상기 굴절부에 상기 레이저빔을 반사하는 반사경을 더 포함할 수 있다.

상기 헤드본체의 일측면에 고정되어 기체를 분사하는 공급노즐을 고정시키는 고정패드를 포함할 수 있다.

본 발명의 레이저 용접기용 토치 헤드는, 용접 작업 시 발생하는 미세분진, 이물질 등이 내부로 유입되면서 렌즈부의 표면에 부착되어 노즐유닛에 내장된 렌즈가 손상되거나 오염되더라도, 노즐유닛을 헤드본체로부터 손쉽게 결합 및 분리하여, 내측에 내장된 렌즈부를 용이하게 교체할 수 있다. 이에, 노즐유닛에 내장된 렌즈부의 표면을 깨끗하게 유지할 수 있으며 장치의 수명을 증가시키고 용접 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

특히, 노즐유닛과 헤드본체를 분리 및 결합하는 과정에서 렌즈부가 내장된 일부분만 분리 및 결합 가능하여 부품의 분실을 줄일 수 있으며, 분리, 결합 및 교체 시 발생하는 작업시간을 단축할 수 있다.

아울러, 노즐유닛을 헤드본체로부터 분리 및 결합하는 과정을 반복하더라도 새로 교체되는 렌즈를 정확한 위치에 밀착 고정시켜, 교체 시 발생하는 렌즈의 오차범위를 최소화할 수 있어 렌즈의 초점이 바뀌는 현상을 방지하고 추가적으로 렌즈 정렬(align)을 필요로 하지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 용접기용 토치 헤드의 사시도이다.
도 2는 도 1의 레이저 용접기용 토치 헤드를 A-A선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 레이저 용접기용 토치 헤드의 측면도이다.
도 4 내지 도 6은 도 2의 레이저 용접기용 토치 헤드의 작동과정을 도시한 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 용접기용 토치 헤드에 대해 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 용접기용 토치 헤드에 대해 개략적으로 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 용접기용 토치 헤드의 사시도이다.

본 발명에 의한 레이저 용접기용 토치 헤드(1)는 노즐유닛(20)으로부터 조사되는 레이저빔이 용접와이어와 모재를 가열 및 용융하여 용접부위를 접합하는 용접장치의 구성요소로, 레이저빔을 조사하는 헤드본체(10)에 렌즈부(도 2의 50참조)를 내장한 노즐유닛(20)이 결합되어 노즐유닛(20)을 통해 레이저빔을 조사한다. 이때, 레이저 용접기용 토치 헤드(1)는 노즐유닛(20)을 통해 조사되는 레이저빔을 집속하도록 노즐유닛(20)의 내측에 렌즈부(50)가 설치되며, 렌즈부(50참조)가 노즐유닛(20)의 빔조사구(도 2의 21참조)로부터 유입되는 이물질, 미세분진 등으로 인해 오염 또는 손상될 경우 손쉽게 교체하기 위하여 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)이 분리 및 결합 가능한 구조로 형성된다. 즉, 본 발명의 레이저 용접기용 토치 헤드(1)는 레이저빔을 전달하는 헤드본체(10)와, 헤드본체(10)에 결합되어 레이저빔을 조사하는 노즐유닛(20)이 육각렌치 등과 같은 키를 이용하여 손쉽게 분리 및 결합 가능한 구조로 형성되어, 노즐유닛(20)의 내측에 배치되는 렌즈부(50)를 손쉽게 교체 가능하며, 렌즈부(50)를 주기적으로 교체하여 표면을 깨끗하게 유지할 수 있다. 특히, 본 발명은 위와 같은 렌즈부(50)의 교체 작업을 주기적으로 반복하더라도 새로 교체되는 렌즈부(50)를 정확한 위치에 밀착 고정시켜 초점의 오차범위를 최소화할 수 있는 특징을 가지고 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 레이저용 용접기 토치 헤드의 각 구성부에 대하여 구체적으로 설명하도록 하다.

도 2는 도 1의 레이저 용접기용 토치 헤드를 A-A선으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 레이저 용접기용 토치 헤드의 측면도이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 용접기용 토치 헤드(1)는, 내부에 빔전달통로(11)가 형성되어 레이저빔을 전달하는 헤드본체(10)와, 중앙에 빔전달통로(11)와 연결된 빔조사구(21)가 형성되고 헤드본체(10)에 일단부가 삽입되어 고정되며 레이저빔을 모재에 조사하는 노즐유닛(20)과, 헤드본체(10)의 일측면을 관통하되 적어도 일부가 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)의 접합면(15)을 통과하는 고정홈(31)과, 고정홈(31)에 삽입되어 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)에 고정하는 걸쇠부(32)를 포함하는 잠금유닛(30)을 포함한다.

헤드본체(10)는 내부가 빈 중공형의 형상의 알루미늄 재질로 형성되어 일단부가 레이저를 발생하는 레이저 발생부(도시하지 않음)와 연결된다. 헤드본체(10)는 외측 측면에 고정패드(60)가 부착되고, 내부에 빔전달통로(11)가 형성된다. 고정패드(60)는 별도로 형성된 와이어 공급장치(도시하지 않음) 등을 고정하기 위한 패드로, 이외의 다양한 가스 등을 분사하는 공급노즐 등이 부착될 수 있다. 고정패드(60)는 일측면에 별도의 장치 등을 부착하여 헤드본체(10)에 연결할 수 있다. 특히, 고정패드(60)는 서스(SUS, Steel Use Stainless) 재질로 형성되어 헤드본체(10)의 외측 측면에 부착될 경우 알루미늄 재질로 이루어진 헤드본체(10)가 별도의 와이어 공급장치 등의 무게에 의해 찌그러지거나 손상되는 것을 방지하는 보강구조의 역할을 할 수 있다. 계속해서, 헤드본체(10)는 내부에 빔전달통로(11)가 형성되어, 레이저 발생부로부터 발생하는 레이저빔을 빔전달통로(11)를 통해 레이저빔이 조사되는 방향을 향하여 전달할 수 있다. 헤드본체(10)는 레이저빔이 조사되는 방향인 일단부에 노즐유닛(20)이 결합되어, 레이저 발생부로부터 발생하는 레이저빔을 노즐유닛(20)으로 전달할 수 있다. 이때, 헤드본체(10)는 노즐유닛(20)이 결합되는 개구(도 4의 16참조)와, 빔전달통로(11)의 직경이 서로 다르게 형성하여 내부에 단턱지게 형성된 단턱부(13)를 형성할 수 있다. 헤드본체(10) 개구(16)의 직경이 빔전달통로(11)의 직경 보다 크게 형성되면서 헤드본체(10)의 내측에 개구(16)를 향하여 노출된 단턱부(13)와 경사면(14)이 형성될 수 있으며, 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)에 삽입되고 단턱부(13)에 걸릴 수 있다. 개구(16)를 통해 헤드본체(10)의 일단부에 결합되는 노즐유닛(20)은 단턱부(13)에 걸려 일정 길이만 헤드본체(10)의 내측에 삽입배치될 수 있으며, 단턱부(13)에 형성된 경사면(14)에 의해 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)에 밀착될 수 있다. 이로 인해, 후술할 노즐유닛(20)에 설치되는 렌즈부(50)가 단턱부(13) 의해 고정된 위치에 위치할 수 있으며, 경사면(14)과 후술할 밀폐링(40)에 의해 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)에 밀착 배치될 수 있다. 이에 대해서는 구체적으로 후술하도록 한다.

한편, 빔전달통로(11)는 내부가 굴절되어 굴절부를 형성하며, 굴절부에 레이저빔이 반사하는 반사경(12)이 형성된다. 빔전달통로(11)는 내부가 일정 각도 굴절형성된 굴절부를 형성한다. 헤드본체(10)는 용접의 편의성을 위해 일정 각도 굴절형성되며, 이에, 빔전달통로(11)에 굴절부가 형성될 수 있다. 굴절부는 빔전달통로(11)의 길이방향으로부터 대략 45°가량 굴절 형성되어 레이저 발생부로부터 전달받은 레이저빔을 렌즈부(50)로 전달하기 위해, 굴절면에 레이저빔을 반사하는 반사경(12)을 형성한다. 반사경(12)은 굴절부가 형성된 헤드본체(10)의 내측에 빔전달통로(11)와 마주하도록 형성되어, 빔전달통로(11)를 통해 전달되는 레이저빔을 렌즈부(50)로 반사할 수 있다. 레이저 발생부로부터 발생하는 레이저빔은 빔전달통로(11)로 이동하고 반사경(12)을 통해 반사되어 렌즈부(50)를 통과하며 빔조사구(21)를 통해 모재에 조사될 수 있다.

노즐유닛(20)은 일단부가 헤드본체(10)와 연결되어 헤드본체(10)로부터 전달받은 레이저빔을 모재에 조사하는 일종의 노즐을 형성한다. 노즐유닛(20)은 내부가 빈 중공형상으로 형성되어 중앙에 중공의 빔조사구(21)를 형성한다. 노즐유닛(20)은 빔조사구(21)가 헤드본체(10)의 빔전달통로(11)와 연결되도록 일단부가 헤드본체(10)의 개구(16)에 삽입되며, 타단부가 빔조사구(21)와 연통된 노즐팁(22)과 결합되어 빔전달통로(11)로부터 전달받은 레이저빔을 빔조사구(21)와 노즐팁(22)을 통해 모재에 분사할 수 있다. 특히, 노즐유닛(20)은 내부공간에 레이저빔을 조절하는 하나 이상의 렌즈부(50)를 포함하는 광학계를 구성할 수 있다. 노즐유닛(20)은 헤드본체(10)와 연결되는 일단부에 렌즈부(50)를 고정결합하여, 빔전달통로(11)와 렌즈부(50) 및 빔조사구(21)가 차례로 중첩되도록 설치될 수 있다. 이때, 중첩된다는 것은 일 방향에서 바라보았을 때 일직선 상에 놓여 레이저빔이 연속적으로 통과되는 광 경로를 형성할 수 있는 상태로 되는 것을 의미한다. 렌즈부(50)는 빔조사구(21)와 중첩되어 빔전달통로(11)로부터 전달받은 레이저빔을 노즐팁(22)의 분사구로 집속시키도록 조절할 수 있다. 이에, 레이저빔이 빔전달통로(11), 렌즈부(50) 및 빔조사구(21)를 연속적으로 통과하여 모재에 조사될 수 있다.

또한, 노즐유닛(20)은 내주면과 렌즈부(50) 사이에 빔전달통로(11)와 빔조사구(21)를 연통하는 연통구(23)를 형성하여, 빔전달통로(11)로부터 공급되는 기체가 연통구(23)를 경유하여 빔조사구(21)를 통해 분사될 수 있다. 연통구(23)는 노즐유닛(20)의 외주면을 둘러싸는 원통형의 공간으로 형성되어 빔전달통로(11)로부터 공급된 기체를 용이하게 분배할 수 있으며, 렌즈부(50)와 노즐유닛(20)의 형상에 대응하는 형상의 공간으로 형성될 수 있다. 한편, 빔전달통로(11)로부터 공급되는 기체는 렌즈부(50)의 표면을 거쳐 렌즈부(50)의 중앙으로부터 빔조사구(21)를 향하여 분사되면서, 외부에서 생성된 미세분진 등이 내부로 유입되는 경우에도 지속적으로 분사되는 흐름을 형성하여 렌즈의 표면을 보호하고 이를 자연스럽게 배출할 수 있다. 또한, 미세분진 등이 노즐팁(22)을 통해 노즐유닛(20)의 내부로 유입된다 하더라도, 연통구(23)를 경유하여 빔조사구(21)를 통해 조사되는 기체의 흐름을 따라 배출되어 불규칙한 공기흐름을 제거할 수 있다.

한편, 위와 같은 노즐유닛(20)은 헤드본체(10)에 삽입되어 잠금유닛(30)에 의해 고정 및 분리될 수 있다.

잠금유닛(30)은 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)에 고정 및 분리시키기 위한 고정부재로, 헤드본체(10)의 외주면에서 간단하게 조작하여 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)의 접합면(15)을 고정 및 분리할 수 있으며, 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)에 결합하거나 헤드본체(10)로부터 분리시킬 수 있다. 잠금유닛(30)은 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)로부터 분리되는 방향과 수직하게 형성된다. 이때, 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)로부터 분리되는 방향은 헤드본체(10)의 길이방향, 즉, 도 1에서의 z축 방향을 의미하며, 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)로부터 분리되는 방향과 수직한 방향은 도 1에서의 x축 방향을 의미한다. 이와 같이, 잠금유닛(30)은 접합면(15)에 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)로부터 분리되는 방향과 수직한 방향으로 관통 형성될 수 있으며, 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)의 접합면(15)을 통과하는 고정홈(31)과 고정홈(31)에 삽입되는 걸쇠부(32)를 포함하여, 노즐유닛(20)과 헤드본체(10)를 손쉽게 결합 및 분리할 수 있다.

잠금유닛(30)이 확대 도시된 도 2의 (b)를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 고정홈(31)은 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)이 접하는 접합면(15)을 동시에 통과하는 원통형홈으로 형성되며, 헤드본체(10) 적어도 일측의 외부로 노출되도록 형성된다. 고정홈(31)은 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)로부터 분리되는 방향과 수직한 방향으로 원통형상으로 관통형성되어, 횡단면으로 절단한 단면 형상이 원형으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 고정홈(31)은 내주면 중 일부가 헤드본체(10)로 이루어지고, 내주면의 나머지 일부가 노즐유닛(20)으로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 고정홈(31)은 원통형상으로 형성되어 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)이 접합면(15)을 관통형성하여, 적어도 일부가 노즐유닛(20)과 마주하는 헤드본체(10) 내주면에 만입된 홈을 형성하고, 나머지 일부가 헤드본체(10)와 마주하는 노즐유닛(20)의 외주면에 만입된 홈을 형성할 수 있다.

특히, 고정홈(31)의 횡단면은 헤드본체(10)에 형성된 비율이 노즐유닛(20)에 형성된 비율보다 크게 형성될 수 있다.

노즐유닛(20)이 헤드본체(10)에 밀착하여 결합될 때, 고정홈(31)의 횡단면은 원형 형상을 형성할 수 있으며, 횡단면 중 내주면에서 노즐유닛(20)이 이루는 비율이 가장 높은 지점의 횡단면에서 노즐유닛(20)이 이루는 내주면의 비율이 1/2 보다 작게 형성될 수 있다. 이는, 고정홈(31) 내주면의 적어도 일부가 헤드본체(10)의 홈을 이루고, 나머지 일부가 노즐유닛(20)의 홈을 이루되, 헤드본체(10)의 홈을 이루는 비율이 노즐유닛(20)의 홈을 이루는 비율보다 크게 형성되는 것을 의미한다. 이때, 고정홈(31)은 횡단면에서 헤드본체(10)의 호의 길이 ℓ₂가 노즐유닛(20)의 호의 길이 ℓ₁보다 크게 형성될 수 있으며, 이로 인해 지름을 형성하는 위치가 헤드본체(10)에 형성될 수 있다. 고정홈(31)은 지름을 형성하는 중심부가 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)의 경계면에서 벗어나도록 형성되고, 헤드본체(10)에 형성되는 비율이 노즐유닛(20)에 형성되는 비율보다 크게 형성되어 내부에 삽입되는 걸쇠부(32)가 외부로 이탈되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 고정홈(31)은 위와 같이 형성되어 걸쇠부(32)를 최소한의 각도만 회전시키더라도 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)을 결합 및 분리할 수 있으며, 이에 대해서는 작동과정을 참조하여 구체적으로 후술하도록 한다.

이와 같이 형성되는 고정홈(31)의 내측 공간에 노즐유닛(20)과 헤드본체(10)를 고정하는 걸쇠부(32)가 삽입 배치된다.

걸쇠부(32)는 노즐유닛(20)과 헤드본체(10)를 고정 및 분리하도록 고정홈(31)에 삽입되는 일종의 키를 예로들 수 있다. 걸쇠부(32)는 외주면이 고정홈(31)의 내주면과 동일한 직경을 갖는 원기둥형상으로 형성되어 고정홈(31)에 삽입 배치될 수 있다. 다만, 걸쇠부(32)는 노즐유닛(20)과 중첩되는 부분이 제거되어 절단면(32a)이 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 걸쇠부(32)는 횡단면이 원형에서 일부분이 절단된 반달형상으로 형성될 수 있으며, 고정홈(31)의 횡단면 중 헤드본체(10)에 형성된 고정홈(31)의 단면과 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 본 명세서 상에서의 반달형상이라 함은, 원형의 단면 중 일부분이 잘려나간 형상으로 반드시 1/2로 절단된 형상에 한정되지 않고, 원형의 형상에서 1/2 미만 잘려나가거나, 1/2 이상 잘려나간 형상을 모두 포함할 수 있으며, 도면에 도시된 걸쇠부(32)의 형상을 예로 들어 설명하도록 한다. 걸쇠부(32)는 횡단면의 면적 중 절단된 면적이 노즐유닛(20)을 이루는 고정홈(31)의 횡단면의 면적과 동일하게 형성될 수 있다. 이에, 걸쇠부(32)는 절단면(32a)이 헤드본체(10)에 형성된 고정홈(31)의 내측에 위치하거나, 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)의 분리된 경계면과 일치하도록 배치되어 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)을 고정 및 분리할 수 있다. 다시 말해, 걸쇠부(32)는 고정홈(31)의 내측에 삽입배치되어 회전하면서 고정홈(31) 중 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)에 동시에 삽입되거나 헤드본체(10)에만 삽입되어 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)을 결속시킬 수 있다.

한편, 걸쇠부(32)는 고정홈(31)에 삽입 배치될 때, 헤드본체(10) 적어도 일측의 외부로 노출되도록 형성된 고정홈(31)에 의해 끝단부가 헤드본체(10)의 외부로 노출될 수 있다. 특히, 걸쇠부(32)는 헤드본체(10)의 외부로 노출된 끝단부에 도 3에 도시된 바와 같이, 육각형상 또는 키 형상으로 만입된 잠금홈(33)이 형성될 수 있다. 다시 말해, 걸쇠부(32)는 끝단부에 형성된 잠금홈(33)이 외부로 노출되도록 고정홈(31)에 삽입 배치될 수 있으며, 외부에서 잠금홈(33)의 형상에 맞는 육각렌치 또는 키 등을 잠금홈(33)에 결합하고 회전하는 등 외부 조작에 의해 회전할 수 있다. 걸쇠부(32)는 외부에서 잠금홈(33)을 통해 쉽게 조작하여 회전할 수 있다. 이와 같이 외부에서 잠금홈(33)의 조작을 통해, 걸쇠부(32)의 일부가 노즐유닛(20)의 외주면에 형성된 고정홈(31)의 일부에 삽입되거나 분리되어 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)에 결합 및 분리시킬 수 있다. 특히, 본 발명은 노즐유닛(20)과 헤드본체(10) 사이에 개재되어 노즐유닛(20)과 헤드본체(10) 사이를 밀폐하는 탄성을 갖는 밀폐링(40)을 포함하여 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)에 밀착 고정시키고 실링을 유지하여, 내부를 유동하는 레이저, 기체 등이 외측으로 새어 나오는 현상을 방지할 수 있다. 탄성링(40)은 링 형상의 탄성재질로 형성되어 헤드본체(10)에 결합되는 노즐유닛(20)의 일단부의 외주면을 둘러싸도록 배치된다. 이때, 노즐유닛(20)이 일단부의 외주면에 만입형상된 홈(도시하지 않음)을 형성하고, 탄성링(40)은 상기 홈에 삽입배치되어 노즐유닛(20)에 안정적으로 삽입배치되고 노즐유닛(20)의 일단부로부터 분리되거나 이탈되는 현상을 방지할 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 레이저 용접기용 토치 헤드의 작동과정에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 새 렌즈부로 교체된 노즐유닛을 헤드본체의 내측에 삽입하는 도면을 도시하고 있으며, 도 5는 노즐유닛이 헤드본체에 삽입된 후에 걸쇠부를 회전시키는 도면을 도시하고 있으며, 도 6은 걸쇠부가 노즐유닛에 형성된 고정홈에 완전하게 삽입배치되도록 회전하여 밀폐링이 경사면에 밀착되는 도면을 도시하고 있다.

먼저, 도 4를 참조하면, 레이저 용접기용 토치 헤드(1)를 장시간 사용하게될 경우, 렌즈부(50)가 이물질, 미세분진 등에 의해 오염되거나 손상되어, 용접 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해 렌즈부(50)를 교체해주어야 한다. 이에, 헤드본체(10)로부터 분리된 노즐유닛(20)에 내장된 렌즈부(50)를 교체한 후에, 노즐유닛(20)을 다시 헤드본체(10)에 결합할 수 있다. 렌즈부(50)가 교체된 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)에 결합하고자 할 경우, 먼저, 걸쇠부(32)의 접합면(23a)이 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)의 경계면과 일치하도록 걸쇠부(32)를 회전시킨다. 다시 말해, 걸쇠부(32)가 헤드본체(10)에 형성된 고정홈(31)의 내측으로 완전하게 삽입배치되어 헤드본체(10)의 내부로 노출되지 않도록 회전시켜 위치시킨 후에, 헤드본체(10)의 개구(16)를 통해 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)의 내측에 삽입배치한다. 이때, 노즐유닛(20)에 형성된 고정홈(31)이 헤드본체(10)에 형성된 고정홈(31)과 마주하도록, 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)를 향하여 슬라이딩 이동시킨다.

헤드본체(10)에 형성된 고정홈(31)의 일부와, 노즐유닛(20)에 형성된 고정홈(31)의 나머지 일부가 서로 마주하도록 노즐유닛(20)이 헤드본체(10)에 삽입 배치되었을 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 걸쇠부(32)를 회전시킬 수 있다. 헤드본체(10)의 외측에서 잠금홈(33)에 육각렌치 등을 결합하고 육각렌치를 회전시키면, 육각렌치의 회전과 함께 걸쇠부(32)가 고정홈(31)의 내부에서 회전할 수 있다. 이때, 육각렌치를 연속적으로 회전시키면 걸쇠부(32)가 회전하면서 절단면(32a)이 노즐유닛(20)에 형성된 고정홈(31)과 접할 수 있으며, 걸쇠부(32)가 노즐유닛(20)에 형성된 고정홈(31)과 접하는 일부를 화살표 방향으로 밀면서 밀폐링(40)이 경사면(14)과 더욱 밀착될 수 있다. 이때, 걸쇠부(32)의 절단면(32a)이 노즐유닛(20)의 고정홈(31)에 위치하지 않고 헤드본체(10)에 형성된 고정홈(31)에 완전하게 삽입되도록 계속해서 회전시키면, 걸쇠부(32)의 굴곡면이 노즐유닛(20)에 형성된 고정홈(31)의 내주면과 밀착되면서 노즐유닛(20)은 헤드본체(10)에 완전하게 삽입되어 도 6에 도시된 바와 같이 경사면(14)에 밀폐링(40)이 밀착되면서 완전하게 결합될 수 있다. 이때, 본 발명의 레이저 용접기용 토치 헤드(1)는 고정홈(31)의 횡단면 면적 중 헤드본체(10)에 해당하는 면적이 노즐유닛(20)에 해당하는 면적보다 크게 형성되고, 절단면(32a)의 길이가 고정홈(31)의 지름보다 작게 형성되어 걸쇠부(32)가 고정홈(31)으로부터 이탈되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같은 구조로 인해 걸쇠부(32)의 회전각도를 작게하여 헤드본체(10)와 노즐유닛(20)을 결합 및 분리할 수 있다.

한편, 본 발명의 레이저 용접기용 토치 헤드(1)는 노즐유닛(20)과 헤드본체(10)를 분리하였다가 결합할 때마다, 걸쇠부(32)의 굴곡면이 노즐유닛(20)에 형성된 고정홈(31)에 밀착되면서, 노즐유닛(20)의 일단부에 형성된 렌즈부(50)가 항상 동일한 위치에 배치될 수 있다. 즉, 본 발명의 레이저 용접기용 토치 헤드(1)는 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)로부터 분리 및 결합하는 과정을 반복하더라도 새로 교체되는 렌즈부(50)를 정확한 위치에 밀착 고정시킬 수 있다. 또한, 렌즈부(50)의 교체 시 발생하는 오차범위를 최소화할 수 있어 렌즈부(50)의 초점이 바뀌는 현상을 방지하고 추가적으로 렌즈부(50)의 정렬(align)을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 특히, 밀폐링(40)이 경사면(14)에 밀착되어 노즐유닛(20)과 헤드본체(10)의 실링을 유지할 수 있는 특징이 있다. 위와 같은 작동방법을 통해 분리된 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)에 손쉽게 결합할 수 있으며, 위와 같은 작동방법과 반대로 작동하여 노즐유닛(20)을 헤드본체(10)로부터 손쉽게 분리할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 레이저 용접기용 토치 헤드
10: 헤드본체 11: 빔전달통로
12: 반사경 13: 단턱부
14: 경사면 15: 접합면
16: 개구 20: 노즐유닛
21: 빔조사구 22: 노즐팁
23: 연통구 23a: 절단면
30: 잠금유닛 31: 고정홈
32: 걸쇠부 33: 잠금홈
40: 밀폐링 50: 렌즈부
60: 고정패드

Claims

내부에 빔전달통로가 형성되어 레이저빔을 전달하는 헤드본체;
중앙에 상기 빔전달통로와 연결된 빔조사구가 형성되고 상기 헤드본체에 일단부가 삽입되어 고정되며 레이저빔을 모재에 조사하는 노즐유닛; 및
상기 헤드본체의 일측면을 관통하되 적어도 일부가 상기 헤드본체와 상기 노즐유닛의 접합면을 통과하는 고정홈과, 상기 고정홈에 삽입되어 상기 노즐유닛을 상기 헤드본체에 고정하는 걸쇠부를 포함하는 잠금유닛을 포함하는 레이저 용접기용 토치헤드.
제1항에 있어서,
상기 고정홈은 상기 노즐유닛이 상기 헤드본체로부터 분리되는 방향과 수직방향으로 형성되고 내주면 중 일부가 상기 노즐유닛으로 이루어진 원통형홈으로 이루어진 레이저 용접기용 토치헤드.
제2항에 있어서,
상기 고정홈의 횡단면 중 내주면에서 상기 노즐유닛이 이루는 비율이 가장 높은 지점의 횡단면에서 상기 노즐유닛이 이루는 내주면의 비율이 1/2 보다 작은 레이저 용접기용 토치헤드.
제3항에 있어서,
상기 걸쇠부는 외주면이 상기 고정홈의 내주면과 동일한 직경을 갖는 원기둥형상을 이루되, 상기 헤드본체 외부로 노출되어 상기 노즐유닛과 중첩되는 부분이 제거되어 절단면이 형성된 레이저 용접기용 토치헤드.
제4항에 있어서,
상기 노즐유닛과 상기 헤드본체 사이에 개재되어 상기 노즐유닛과 상기 헤드본체 사이를 밀폐하는 탄성을 갖는 밀폐링을 더 포함하는 레이저 용접기용 토치헤드.
제1항에 있어서,
상기 빔조사구와 중첩되도록 상기 노즐유닛에 설치되어 상기 레이저빔을 조절하는 렌즈부를 더 포함하는 레이저 용접기용 토치헤드.
제6항에 있어서,
상기 렌즈부와 상기 노즐유닛 사이에 상기 빔전달통로와 상기 빔조사구를 연통하는 연통구가 형성되어, 상기 빔전달통로로부터 공급되는 기체가 상기 연통구를 경유하여 상기 빔조사구를 통해 분사되는 레이저 용접기용 토치헤드.
제7항에 있어서,
상기 빔전달통로는 내부가 굴절되어 굴절부를 형성하며, 상기 굴절부에 상기 레이저빔을 반사하는 반사경을 더 포함하는 레이저 용접기용 토치헤드.
제1항에 있어서,
상기 헤드본체의 일측면에 고정되어 기체를 분사하는 공급노즐을 고정시키는 고정패드를 포함하는 레이저 용접기용 토치헤드.