KR20210054826A - Mobile laser welding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동식 레이저 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동열차나 작업차량에 레이저 용접 장비를 탑재하여 레이저 용접이나 절단이 필요한 개소의 신속한 복구, 보수작업을 가능하게 하는 이동식 레이저 용접 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile laser welding device, and more particularly, to a mobile laser welding device that enables rapid repair and repair work of places requiring laser welding or cutting by mounting laser welding equipment on an electric train or a working vehicle. will be.
일반적으로, 레이저 용접(LASER Welding)은 레이저의 출력을 응용한 고속, 정밀 용접방법을 뜻하며, 자동차나 선박, 철도 등에 쓰이는 철재의 용접 및 절단작업에 사용되고 있다.In general, laser welding (LASER Welding) refers to a high-speed, precision welding method that applies the output of a laser, and is used for welding and cutting of steel materials used in automobiles, ships, and railways.
지금까지 산업에서 사용되고 있는 레이저는 CO₂레이저, Nd:YAG 레이저, Diode 레이저 등이 있으나, 이러한 레이저는 출력, 에너지 변환 효율 등의 측면에서 제약이 있어, 얇은 판재의 절단, 자동화 용접 등 제한적인 분야에만 적용되고 있다.Lasers used in the industry so far include CO₂ lasers, Nd:YAG lasers, and diode lasers, but these lasers have limitations in terms of output and energy conversion efficiency. Is being applied.
그러나, 산업이 고도화되고, 특히, 차량의 강성 및 충돌저감을 위해 쓰이는 초고장력강 및 탄소복합소재를 결합한 신소재의 사용이 증가함에 따라, 보다 출력이 높고 효율이 우수한 레이저 장비가 필요하게 되었다. 또한, 기존의 레이저 장비는 크고 이동시키기 어려워서 레이저 용접 또는 절단작업이 필요한 철도나 사고장소 등에 레이저 용접 장비를 옮겨서 작업을 하기 어려웠고, 이동이 가능한 레이저 용접 장비는 외부에서 충분한 전력공급이 어려워 용접 및 절단작업에 제약이 있었다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.However, as the industry has advanced, and in particular, as the use of new materials combining ultra-high-strength steel and carbon composite materials, which are used for stiffness and collision reduction of vehicles, increases, laser equipment with higher output and higher efficiency has been required. In addition, the existing laser equipment is large and difficult to move, so it was difficult to move the laser welding equipment to the railway or accident place where laser welding or cutting work is required, and the movable laser welding equipment is difficult to supply sufficient power from the outside, so welding and cutting. There were restrictions on work. Therefore, there is a need to improve this.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2011-0139571호(발명의 명칭 : 레이저 용접 헤드 이송장치)에 개시되어 있다.The prior art related to the present invention is disclosed in Korean Patent Application Publication No. 2011-0139571 (name of the invention: laser welding head transfer device).
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 기존의 레이저 용접 장비를 소형화하여, 전동열차 또는 차량 등의 이동수단에 탑재할 수 있도록 함으로써, 레이저 용접 장비를 작업이 필요한 개소에 이동시켜 신속한 작업을 가능하게하고, 전동열차에 연결되는 외부전원을 이용하거나 차량의 내부에 발전기를 설치하여 고용량의 에너지가 필요한 레이저 용접 장비에 충분한 전기에너지를 공급할 수 있는 이동식 레이저 용접 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was conceived to improve the above problems, and by miniaturizing the existing laser welding equipment and allowing it to be mounted on a moving means such as an electric train or vehicle, the laser welding equipment can be moved to a location where work is required. The purpose of this is to provide a mobile laser welding device capable of supplying sufficient electric energy to laser welding equipment that requires high-capacity energy by using an external power source connected to an electric train or by installing a generator inside the vehicle. There is this.
본 발명에 따른 이동식 레이저 용접 장치은, 레이저 발진기가 탑재되는 이동장치; 상기 레이저 발진기로부터 출력된 레이저를 이용하는 레이저 헤드부; 상기 이동장치에 탑재되며, 용접부에 보호가스를 공급하는 공압콤프레서; 상기 레이저 발진기와 상기 공압콤프레서의 온도를 조절하는 냉각장치; 및 상기 레이저 발진기의 출력을 제어하는 레이저 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A mobile laser welding device according to the present invention includes a moving device on which a laser oscillator is mounted; A laser head unit using a laser output from the laser oscillator; A pneumatic compressor mounted on the moving device and supplying a protective gas to the welding portion; A cooling device for controlling the temperature of the laser oscillator and the pneumatic compressor; And a laser control unit for controlling the output of the laser oscillator.
본 발명에서, 상기 이동장치는, 몸체부; 및 상기 몸체부에 구비되는 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the moving device, the body portion; And a moving part provided in the body part.
본 발명에 따른 이동식 레이저 용접 장치은, 상기 이동장치에 전기에너지를 공급하는 전력원;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The mobile laser welding device according to the present invention further comprises a power source for supplying electric energy to the mobile device.
본 발명에서, 상기 전력원은, 상기 이동장치에 연결되는 전선을 통해 전기에너지를 공급하는 외부전원; 및 상기 이동장치의 엔진의 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the power source may include an external power supply supplying electric energy through a wire connected to the mobile device; And a generator that converts kinetic energy of the engine of the mobile device into electrical energy.
본 발명에 따른 이동식 레이저 용접 장치은, 상기 전력원으로부터 공급받는 전기에너지를 저장하는 전력저장장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The mobile laser welding apparatus according to the present invention further comprises a power storage device for storing electric energy supplied from the power source.
본 발명에서, 상기 레이저 헤드부는 상기 레이저 발진기의 출력된 레이저를 전달받는 광섬유;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the laser head unit is characterized in that it comprises a; optical fiber to receive the laser output from the laser oscillator.
본 발명에서, 상기 레이저 제어부는 상기 냉각장치의 작동을 조절하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the laser control unit is characterized in that it controls the operation of the cooling device.
본 발명에서, 상기 공압콤프레서는 이산화탄소 또는 불활성가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the pneumatic compressor is characterized in that it supplies carbon dioxide or an inert gas.
본 발명에 따른 이동식 레이저 용접 장치는 기존의 고정식 레이저 용접 장비를 소형화하여 이동수단에 탑재시킬 수 있기 때문에, 레이저 용접 장비를 작업이 필요한 개소에 이동시켜 작업할 수 있어서, 철도나 차량사고현장의 신속한 보수 및 복구작업을 할 수 있다.Since the mobile laser welding device according to the present invention can be mounted on a moving means by miniaturizing the existing fixed laser welding equipment, it is possible to move the laser welding equipment to a location where work is required, so that it is possible to work quickly at a railway or vehicle accident site. Repair and restoration work can be done.
또한, 본 발명은 고용량의 에너지가 필요한 레이저 용접 장비에 전동열차에 연결되는 외부전원을 이용하거나, 차량에 발전기를 설치하여서 외부에서도 레이저 용접 장비에 고용량의 에너지를 공급할 수 있다.In addition, the present invention can supply high-capacity energy to the laser welding equipment from outside by using an external power source connected to an electric train to a laser welding equipment that requires a high capacity of energy, or by installing a generator in a vehicle.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치의 작동순서를 도시한 블록도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a mobile laser welding apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram schematically showing a mobile laser welding apparatus according to a second embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing an operation sequence of a mobile laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이동식 레이저 용접 장치를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a mobile laser welding apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치를 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치를 개략적으로 도시한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치의 작동순서를 도시한 블록도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a mobile laser welding apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram schematically showing a mobile laser welding apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 Is a block diagram showing the operation sequence of the mobile laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치(1)은 이동장치(2), 외부전원(11), 전력저장장치(20), 레이저 제어부(100), 레이저 발진기(110), 레이저 헤드부(120), 공압콤프레서(200) 및 냉각장치(300)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the mobile
본 발명의 제1실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치(1)의 이동장치(2)는 철도를 따라 이동할 수 있는 전동열차다. 기존의 레이저 용접 장비는 안정적인 고출력 전력원으로부터 전력을 공급받아 레이저 발진기를 이용해 레이저를 출력하며, 산업용 로봇, 5축 가공기 등에 설치된 레이저 헤드를 통해 레이저 용접 및 절단을 수행한다. 레이저 용접(LASER Welding)은 고밀도 에너지 빔을 작은 초점으로 재료의 표면에 집속시켜서 고속, 고출력으로 용접하는 방법이며, 레이저 빔의 집중도가 높아 정밀하고, 재료 깊숙이 용접이 가능하다. 레이저 절단(LASER Cutting)은 금속이나 비금속 등의 재료의 절삭을 위해서 고출력 레이저 빔을 렌즈를 이용해 표면에 집속가열하여, 순간적인 용융 또는 증발상태에서 고압의 가스로 절단하는 기술이다. 기존의 레이저 용접, 절단 장비는 부피가 크고, 이동성이 제한되기 때문에 고정식으로 운용되고 있으며, 고출력의 전력원이 필요하기 때문에 공장 외부에서 레이저 용접 장비를 사용하기에는 제약이 많았다. 또한, 혹서기에 변형된 철도의 긴급보수 또는 열차사고 발생시 전동열차에 보수장비 또는 구조장비를 탑재하여 사고현장으로 이동하여야 하는데, 기존의 레이저 용접 장비는 고출력의 전력원이 필요하고 장비가 커서 사고현장에 이동시켜 적용하기 어려웠다.The moving
본 발명의 제1실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치(1)은 이동장치(2)에 연결된 전선으로부터 전력을 안정적으로 공급받을 수 있다. 전동열차의 특성상 전선을 통해 외부 전력 수급이 용이하고, 남는 전기에너지는 전력저장장치(20)에 저장하여, 전력이 부족한 상황일 때, 전력저장장치(20)로부터 전기에너지를 공급받을 수 있다. The mobile
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치(1)은 장비의 소형화를 통해 이동성을 높여 레이저 용접장비를 사고현장에 이동시켜 레이저 용접 및 절단을 수행할 수 있다. In addition, the mobile
예를 들어, 레이저 제어부(100)는 전력원(10)으로부터 전기에너지를 공급받아 레이저 발진기(110)를 작동시킨다. 레이저 발진기(110)는 레이저 용접에 필요한 레이저 빔을 발생시킨다. 레이저 발진기(110)는 반도체 레이저 발진기 일 수 있으며, 반도체 레이저 발진기 이외에도 크기가 소형이며 출력이 높은 다른 레이저 발진기(110)가 적용될 수 있다.For example, the
또한, 레이저 제어부(100)는 공압콤프레서(200)를 작동시킨다. 공압콤프레서(200)는 레이저 용접 작업시 용접부에 보호가스(Shield gas)를 공급한다. 보호가스는 용접시, 용융되는 금속을 외부대기와 격리시켜 산화에 의해 발생할 수 있는 용접부의 결합발생 등을 방지하기 위하여 사용되는 가스를 말한다. 보호가스는 이산화탄소 또는 He, Ne, Ar을 포함한 불활성가스 및 산화반응성이 낮은 혼합기체를 포함할 수 있다. 공압콤프레서(200)는 가스분사노즐(미도시)과 연결되어, 용접시 용접부에 보호가스를 공급할 수 있다.In addition, the
한편, 레이저 발진기(110)로부터 출력되는 레이저 빔은 광섬유(130)를 통해 레이저 헤드부(120)로 전송된다. 광섬유(130) 레이저는 직경이 가늘고 길이가 긴 섬유 형태의 레이저 매질을 이용하기 때문에 레이저 빔 품질이 우수하고, 출력을 증가시키기 쉬우며, 에너지 효율이 높고, 무게가 가벼워 이동성이 우수한 점 등이 있다. 레이저 헤드부(120)는 레이저 발진기(110)로부터 출력된 레이저 빔을 용접재료(미도시)에 집광시키는 빔헤드(beam head)의 역할을 한다. 따라서, 레이저 헤드부(120)는 레이저 빔을 광섬유(130)를 통해 집광렌즈(미도시)와 같은 광학렌즈를 통해 용접재료(미도시)의 표면에 집광시킬 수 있다. 광섬유(130)의 직경은 레이저 발진기(110)로부터 발생되는 레이저 빔의 출력에 맞추어 선택되야하며, 레이저 빔의 출력이 클수록 광섬유(130)의 직경은 커진다.Meanwhile, the laser beam output from the
이동식 레이저 용접 장치(1)이 작동하면, 이동장치(2) 내부의 온도는 높아진다. 이 때, 이동식 레이저 용접 장치(1)의 온도를 낮추기 위하여 레이저 제어부(100)는 냉각장치(300)를 작동시킨다. 냉각장치(300)는 공랭식 또는 수랭식이 사용될 수 있다. 냉각장치(300)는 레이저 발진기(110), 공압콤프레서(200) 등의 내부장치와 연결되어 발생하는 열을 이동장치(2)의 외부로 제거할 수 있다.When the mobile
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치(1)은 이동장치(2), 발전기(12), 전력저장장치(20), 레이저 제어부(100), 레이저 발진기(110), 레이저 헤드부(120), 공압콤프레서(200) 및 냉각장치(300)를 포함한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치(1)의 이동장치(2)는 차량이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치(1)은 발전기(12)를 포함한다. 발전기(12)(Generator)는 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 따라서, 차량의 엔진(미도시)의 역학적 에너지를 발전기(12)를 이용해 전기 에너지로 변환하고, 이를 이용해 레이저 발진기(110)를 작동시킬 수 있다. 또한, 레이저 발진기(110)를 작동하고 남는 발전기(12)의 전기에너지를 전력저장장치(20)에 저장할 수 있다. 이 후의 일련의 작동 과정은 본 발명의 제1실시예에 따른 이동식 레이저 용접 장치(1)의 방식과 동일하므로 생략한다.Referring to Figure 2, the mobile
도 3을 참조하면, 이동식 레이저 용접 장치(1)이 탑재된 이동차량(2)을 현장으로 이동시킨다. 레이저 제어부(100)는 외부전원(11) 또는 발전기(12)와 같은 전력원(10)을 통해 전기에너지를 공급받아 작동한다. 남는 전기에너지는 전력저장장치(20)(ESS, Energy Storage System)에 저장한다. 레이저 제어부(100)는 레이저 발진기(110)를 작동시킨다. 레이저 발진기(110)는 레이저를 출력한다. 출력된 레이저는 광섬유(130)를 통해 레이저 헤드부(120)로 전달된다. 레이저 헤드부(120)는 레이저 빔을 집광시켜 레이저 용접을 수행한다. 레이저 용접시, 레이저 제어부(100)는 공압콤프레서(200)를 작동시켜 보호가스(Shield gas)를 가스분사노즐(미도시)을 통해 용접부에 공급한다. 또한 레이저 제어부는 높아지는 이동차량(2)의 내부온도를 낮추기 위하여 냉각장치(300)를 작동시킨다.Referring to FIG. 3, a
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이동차량(2)에 탑재할 수 있는 소형화된 이동식 레이저 용접 장치(1)을 사용하여 외부현장(Field)에서도 레이저 용접, 절단 작업을 수행할 수 있으며, 사고 발생시, 신속한 선로보수작업 및 인명구조작업 등을 수행할 수 있다.Therefore, laser welding and cutting can be performed in an external field by using the miniaturized mobile
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are only exemplary, and those of ordinary skill in the field to which the technology pertains, various modifications and other equivalent embodiments are possible. I will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the following claims.
1 : 이동식 레이저 용접 장치
2 : 이동장치
3 : 몸체부
4 : 이동부
10 : 전력원
11 : 외부전원
12 : 발전기
20 : 전력저장장치
100 : 레이저 제어부
110 : 레이저 발진기
120 : 레이저 헤드부
130 : 광섬유
200 : 공압콤프레서
300 : 냉각장치1: mobile laser welding device 2: mobile device
3: body part 4: moving part
10: power source 11: external power
12: generator 20: power storage device
100: laser control unit 110: laser oscillator
120: laser head unit 130: optical fiber
200: pneumatic compressor 300: cooling device
Claims (8)
상기 레이저 발진기로부터 출력된 레이저를 이용하는 레이저 헤드부;
상기 이동장치에 탑재되며, 용접부에 보호가스를 공급하는 공압콤프레서;
상기 레이저 발진기와 상기 공압콤프레서의 온도를 조절하는 냉각장치; 및
상기 레이저 발진기의 출력을 제어하는 레이저 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 레이저 용접 장치.
A moving device on which a laser oscillator is mounted;
A laser head unit using a laser output from the laser oscillator;
A pneumatic compressor mounted on the moving device and supplying a protective gas to the welding portion;
A cooling device for controlling the temperature of the laser oscillator and the pneumatic compressor; And
And a laser control unit that controls the output of the laser oscillator.
몸체부; 및
상기 몸체부에 구비되는 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 레이저 용접 장치.
The method of claim 1, wherein the moving device,
Body part; And
A movable laser welding device comprising a; moving part provided in the body part.
상기 이동장치에 전기에너지를 공급하는 전력원;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 레이저 용접 장치.
The method of claim 1,
A mobile laser welding device comprising: a power source for supplying electrical energy to the mobile device.
상기 이동장치에 연결되는 전선을 통해 전기에너지를 공급하는 외부전원; 및
상기 이동장치의 엔진의 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 레이저 용접 장치.
The method of claim 3, wherein the power source,
An external power supply supplying electric energy through an electric wire connected to the mobile device; And
And a generator for converting the kinetic energy of the engine of the moving device into electrical energy.
상기 전력원으로부터 공급받는 전기에너지를 저장하는 전력저장장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 레이저 용접 장치.
The method of claim 3,
A mobile laser welding device comprising: a power storage device for storing electrical energy supplied from the power source.
상기 레이저 헤드부는 상기 레이저 발진기의 출력된 레이저를 전달받는 광섬유;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 레이저 용접 장치.
The method of claim 1,
And an optical fiber receiving the laser output from the laser oscillator.
상기 레이저 제어부는 상기 냉각장치의 작동을 조절하는 것을 특징으로 하는 이동식 레이저 용접 장치.
The method of claim 1,
The laser control unit is a mobile laser welding device, characterized in that for controlling the operation of the cooling device.
상기 공압콤프레서는 이산화탄소 또는 불활성가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 이동식 레이저 용접 장치.The method according to any one of claims 1 to 7,
The pneumatic compressor is a mobile laser welding device, characterized in that supplying carbon dioxide or inert gas.
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