KR20220038967A

KR20220038967A - 레이저 용접 시스템

Info

Publication number: KR20220038967A
Application number: KR1020200121442A
Authority: KR
Inventors: 성기훈; 홍성학; 김창동; 김태훈; 홍태기; 송영권
Original assignee: 주식회사 원익큐엔씨
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-03-29
Also published as: KR102388142B1

Abstract

레이저 용접 출력을 용접부위의 온도에 따라 제어하고 레이저 용접 헤드와 용접봉 송급장비의 이동과 작동을 자동으로 동시에 제어할 수 있는 레이저 용접 시스템이 개시된다. 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템은 용접 부위를 따라 이동하면서 레이저 빔을 출력하는 레이저 헤드; 상기 레이저 헤드와 함께 이동하고, 상기 용접 부위에 모재인 용접봉을 송급하는 용접봉 송급장비; 상기 용접 부위의 온도를 지속적으로 감지하여 상기 용접 부위의 온도 정보를 송신하는 파이로미터; 및 상기 파이로미터로부터 상기 용접 부위의 온도 정보를 수신하고, 미리 정해진 온도 구간을 벗어나지 않도록 상기 레이저 헤드의 출력을 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

레이저 용접 시스템 {Laser welding system}

본 발명은 레이저 용접 출력을 용접부위의 온도에 따라 제어하고 레이저 용접 헤드와 용접봉 송급장비의 이동과 작동을 자동으로 동시에 제어할 수 있는 레이저 용접 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서 사용되고 있는 용접기법은 융접, 압접, 납접 등으로 분류되고 있다. 용접의 종류에는 다양한 종류가 개발되어 산업현장에서 시행되고 있는 실정이다.

레이저 용접 기술은 레이저 빔을 이용하여 모재를 녹여 용접하는 기술이며, 사용되는 레이저의 생성방법에 따라 여러가지로 나뉘게 된다. 용접에 사용되는 용접봉은 와이어 형태를 사용하며, 원형의 피더(feeder)에서 연속적으로 공급되도록 구성된다. 본 기술에 사용되는 레이저는 CO₂ 레이저이며, 쿼츠(Quartz)를 용융시키기 위해서는 CO₂ 레이저가 적합하다. 석영재질의 경우 재질이 단단하고 취성이 커서 일반적인 피더(feeder) 사용이 어렵다.

석영의 일반적인 용접기술은 화염을 사용하여 수동으로 용접하는 것이 대부분이며, 수소와 산소가스를 혼합하여 화염을 발생시킨 후 모재를 용융시켜 용접을 진행하게 된다. 용접 시 용접부에 용가제를 공급하기 위하여 석영 용접봉을 사용하며, 사용되는 용접봉은 직경1 ~ 5mm크기의 직선 형상이다.

종래의 쿼츠(Quartz) 용접은 작업자가 수소-산소가스를 사용한 화구를 손으로 들고 작업하는 수동 용접 방식이다. 용접하고자 하는 모재와 용접봉은 모두 석영 재질이며, 한 손에 화구를 들고 다른 손에 용접봉을 잡은 후 용접부위를 가열하면서 용접봉을 공급하는 방식이다. 이러한 방법의 문제점은 작업자가 고온에 장시간 노출되기 때문에 건강상의 문제가 발생할 수 있다. 또한 수동으로 진행하기 때문에 작업자별로 용접품질이 다르며, 숙련된 작업자와 비숙련 작업자 간의 품질 차이가 큰 문제점이 있었다.

레이저 용접은 수소-산소 가스를 사용하지 않기 때문에 기존의 방법에 비해 작업자의 안전확보에 유리하다. 추가적으로 용접에 사용되는 석영 용접봉을 지속적으로 공급 할 수 있기 때문에 균일한 품질을 확보하는데 유리하다. 그러나 석영 용접봉을 지속적으로 공급하는 장치가 없기 때문에 수동에 의존하게 되어 역시 생산성에 문제점이 있었다.

또한, 종래 레이저 용접은 용접 헤드 등의 출력, 작동 위치 이송을 작업자의 수동에 의해 이루어지는 경우가 많고 이러한 작업자의 숙련도와 감에 의해 진행하게 되는 용접은 그 품질이 균일하지 않은 문제점이 있었다.

등록특허 10-1602191

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온계인 파이로미터(pyrometer)로 용접 부위의 온도를 지속적으로 모니터링하면서 그 감지된 온도 값에 따라 레이저 출력과 장비 이송을 제어할 수 있는 레이저 용접 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 용접 부위를 따라 이동하면서 레이저 빔을 출력하는 레이저 헤드; 상기 레이저 헤드와 함께 이동하고, 상기 용접 부위에 모재인 용접봉을 송급하는 용접봉 송급장비; 상기 용접 부위의 온도를 지속적으로 감지하여 상기 용접 부위의 온도 정보를 송신하는 파이로미터; 및 상기 파이로미터로부터 상기 용접 부위의 온도 정보를 수신하고, 미리 정해진 온도 구간을 벗어나지 않도록 상기 레이저 헤드의 출력을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제어부는 상기 레이저 헤드와 상기 용접봉 송급장비의 이동속도를 동일하게 제어할 수 있다.

이때, 상기 온도 구간은 2000 - 2500℃일 수 있다.

이때, 상기 용접 부위가 상기 온도 구간에서 제어되도록 레이저의 빔출력을 300 - 700 와트로 제어할 수 있다.

이때, 상기 용접봉의 직경은 2.0 - 5.0mm이고, 용접봉과 모재의 각도는 10 - 45도일 수 있다.

이때, 상기 레이저 빔의 이동 속도는 50 - 200mm이고, 상기 용접봉의 공급속도는 0 - 10 mm/sec일수 있다.

이때, 상기 용접봉 송급장비는, 직선형의 복수개의 용접봉이 삽입될 수 있는 공급홀이 중심축에 대하여 방사형으로 형성된 카트리지; 상기 카트리지가 회전 가능하게 장착되고 전방 헤드의 노즐부로 상기 카트리지의 용접봉이 후방에서 순차적으로 공급되는 본체; 상기 복수개의 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 카트리지를 회전시키는 회전 구동부; 상기 카트리지의 복수개의 용접봉 중에 하나의 용접봉을 상기 노즐부 쪽으로 이송시키는 제1이송수단; 상기 제1이송수단에 의해 상기 헤드의 노즐부 쪽으로 이송된 용접봉을 상기 헤드의 노즐부를 통하여 용접부위에 연속하여 공급되도록 이송시키는 제2이송수단; 상기 노즐부를 통과하여 상기 용접부위에 공급되는 용접봉이 상기 카트리지의 공급홀로부터 완전히 빠져나간 것을 감지하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 신호를 수신받아 다음 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 회전 구동부, 제1이송수단, 그리고 제2이송수단을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 카트리지는 원통형으로 이루어지고, 전후방 중앙에는 회전축이 각각 구비되고, 상기 회전축에는 종동기어가 설치되고, 상기 회전 구동부의 구동기어가 상기 종동기어와 맞물려 상기 회전 구동부의 구동에 따라 상기 카트리지가 회전축을 중심으로 회전될 수 있다.

이때, 상기 노즐부는 상기 카트리지의 최하부에 위치하는 공급홀과 직선으로 연통되는 위치에 형성되고, 상기 제1이송수단은 상기 용접봉을 직선으로 이송시키며, 상기 제1이송수단은 상기 용접봉을 공압에 의해 밀어 상기 노즐부 쪽으로 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 제2이송수단은 상기 용접봉의 양측에 밀착되면서 이송시키는 적어도 한 쌍 이상의 이송롤러이고, 상기 이송롤러의 회전속도는 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 용접 부위를 균일한 온도로 유지하면서 용접이 자동으로 이루어지기 때문에 균일한 품질을 제공할 수 있다.

(1) 본 발명은 카트리지를 통하여 연속으로 용접봉이 공급되기 때문에 용접봉의 자동 송급이 가능해진다.

(2) 본 발명은 작업자의 숙련도와는 상관없이 자동으로 이루어지기 때문에 용접 품질을 유지할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 레이저 용접으로 석영 플레이트를 용접하는 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 용접에 의해 석영 플레이트가 용접된 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템의 작동을 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템에서 레이저 빔출력에 따라 용접 부위의 온도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템의 일부 구성요소인 용접봉 송급장비의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템의 일부 구성요소인 용접봉 송급장비의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템의 일부 구성요소인 용접봉 송급장비의 카트리지의 일단부의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템의 일부 구성요소인 용접봉 송급장비의 카트리지를 회전시키기 위한 회전구동모터를 도시한 정면도이다.
도 10은 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템의 일부 구성요소인 용접봉 송급장비의 헤드부의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 용접봉 송급장비의 제어 블록도이다.
도 12는 본 발명에 의한 레이저 용접 시스템에서 공정변수의 변화에 따른 용접 부위의 사진들이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 시스템을 보다 상세히 설명하도록 한다.

우선, 도 1 및 도 2를 참고하면, 쿼츠 용접의 일례가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 모재인 두 석영 플레이트(3)를 서로 맞대고 역시 석영으로 이루어진 용접봉(1)의 끝단을 용접부위에 위치시킨 상태에서 레이저 헤드(2)를 조준하여 용접이 이루어지게 된다.

이때, 용접이 이루어짐에 따라 레이저 헤드(2)가 이동할 것이고, 용접봉(1)은 짧아질 것이다. 수동인 경우에는 용접봉(1)이 소모되면 새로운 용접봉을 다시 기구물에 장착하고 작업을 이어 나가게 된다. 여기서 본 발명의 경우에는 후술하는 바와 같이, 자동으로 레이저 헤드와 송급장비(100)가 이동하되 용접 부위의 온도 정보를 계속 감지 및 모니터링하고 이를 바탕으로 레이저 빔의 출력을 제어하게 되기 때문에 작업이 연속적이고 자동으로 이루어질 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 시스템은, 도 1 내지 도 11을 참고하면, 레이저 헤드(2), 송급장비(100), 파이로미터(61), 제어부(70)를 포함한다.

상기 레이저 헤드(2)는, 도 1 내지 도 4를 참고하면, 용접 부위를 따라 이동하면서 레이저 빔(2)을 출력할 수 있다. 이때, 레이저 장치로는 CO₂ 레이저 장치를 적용할 수 있을 것이다.

이때, 레이저 헤드(2)는 레이저 장비에 설치되어 이동과 각도 조절이 가능하게 설치될 수 있을 것이다. 이러한 레이저 헤드(2)의 이동은 제어부(70)에 의해 전체적으로 제어될 것이고, 그 레이저 빔 또한 제어부(70)에 의해 온도 정보를 매개로 제어될 것이다.

상기 파이로미터(pyrometer)(61), 즉 고온계는, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 용접 부위의 온도를 지속적으로 감지하여 상기 용접 부위의 온도 정보를 송신할 수 있다. 이때, 파이로미터(61)는 표면의 온도를 측정하는 데 사용하는 원거리 측정 방식의 온도계 중 하나로서, 가장 널리 사용되는 방식은 면에서 나오는 열방출(또는 열에 의한 전자기파의 방출)을 재서 온도로 환산하는 방식 등이 있다.

이때, 상기 파이로미터(61)에서 측정되는 실시간의 용접 부위의 온도 정보는 전기적으로 인터페이스를 매개로 연결된 제어부(70)로 송신될 것이다.

상기 제어부(70)는, 도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 파이로미터(61)로부터 상기 용접 부위의 온도 정보를 수신하고, 미리 정해진 온도 구간을 벗어나지 않도록 상기 레이저 헤드(2)의 출력을 제어할 수 있다.

이때, 상기 제어부(70)는 상기 레이저 헤드(2)와 상기 용접봉 송급장비(100)의 이동속도를 동일하게 제어할 수 있다.

한편, 위의 표 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접 시스템에서 주요 공정변수의 최적화된 값들을 실험을 통하여 찾은 값들이 기재되어 있다. 이를 아래에서 도 12를 참고하여 함께 설명한다.

상기 온도 구간은 2000 - 2500℃에서 도 12의 (a)처럼 용접이 제대로 이루어졌다. 이보다 온도가 높은 과용융되어 도 12의 (b)와 같이 불량이 되기 쉽고, 이보다 온도가 낮으면 용융이 부족하여 도 12의 (c)와 같이 비드(bead)가 불량한 경우가 발생한다.

이때, 상기 용접 부위가 상기 온도 구간에서 제어되도록 레이저의 빔출력을 300 - 700 와트(W)로 제어할 수 있다. 출력이 기준치보다 낮을 경우 용접봉의 용융이 부족하여 용접이 이루어지지 않게 되고, 출력이 기준치보다 높을 경우에는 용접부분이 도 12의 (b)와 같이 파이는 현상이 발생하는 동시에, 흄(Fume)이 생성될 수 있다.

이때, 사용 용접봉의 크기는 사용하는 레이저 빔의 크기와 모재의 두께에 비례하고, 용접봉 직경 5mm 이상은 용융이 제대로 이루어 지지 않아, 여기서는 상기 용접봉의 직경은 2.0 - 5.0mm이다. 레이저 빔과 모재 사이에서 용접봉을 투입할 수 있는 최적의 각도는 10 - 45도이고. 각도가 클 경우 레이저 장비와 송급장치 간의 충돌이 발생할 수 있다.

이때, 레이저 빔의 이동속도가 늦을 경우 에너지가 집중되어 과용융 상태가 되고, 이동속도가 빠를 경우 용융이 충분히 되지 못하여 용접불량이 발생하게 되는 바, 상기 레이저 빔의 이동 속도는 50 - 200mm/min이고, 용접봉 공급속도가 빠를 경우 용접봉이 충분히 용융되지 못하여 용접불량 발생하기 때문에 상기 용접봉의 공급속도는 0 - 10 mm/sec이 바람직하다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 레이저 용접 시스템에서 작업 부위, 즉 용접 부위의 온도는 상기 파이로미터(61)에 의해 실시간으로 측정되고, 그 온도 정보 또한 상기 제어부(70)로 실시간으로 송신된다. 이와 동시에 제어부(70)는 상기 레이저 헤드(2)의 레이저 빔의 출력을 제어하는 동시에 용접봉 송급장비(100)와 레이저 헤드(2)의 이송도 또한 제어한다. 한편, 상기 제어부(70)는 이러한 제어 외에도 후술하는 송급장비(100)의 부품들의 작동도 또한 제어하게 된다.

도 3을 참고하면, 레이저 용접 시스템의 작동을 모식도로 표현하고 있다. 도시된 바와 같이, 레이저 헤드(2)의 렌즈(2a)를 통과한 레이저 빔은 두 석영 플레이트(3) 사이로 조준되어 출력되고, 동시에 그 부위에는 용접봉(1)의 끝단부가 위치하도록 송급장비(100)가 위치 제어된다. 이때 용접봉(1)은 레이저 빔에 의해 녹아 두 석영 플레이트(3)를 용접하게 되고, 동시에 파이로미터(61)에 의해 실시간으로 용접 부위의 온도 정보가 제어부(70)로 전달되어 제어부(70)는 레이저 빔의 출력과 송급장비(100)와 레이저 헤드(2)의 이동과 위치를 제어하게 된다. 이때 도 5를 참고하면, 용접 부위의 온도가 일정한 온도 범위(W) 내에서 용접이 이루어지도록 제어부(70)는 레이저 빔의 출력을 조절하게 된다. 여기서는 다양한 방법으로 레이저 빔의 출력을 조절할 수 있다. 즉 레이저 빔의 출력을 가감하는 방식과 온/오프하는 방식을 모두 적용할 수 있을 것이다.

한편, 송급장비(100)는, 도 3 내지 도 8을 참고하면, 카트리지(10), 본체(20), 회전 구동부, 제1이송수단, 제2이송수단, 센서부(60), 제어부(70)를 포함한다.

상기 카트리지(10)는, 도 6 내지 도 9를 참고하면, 직선형의 복수개의 용접봉(1)이 삽입될 수 있는 공급홀(10a)이 중심축에 대하여 방사형으로 형성될 수 있다.

이때, 상기 카트리지(10)는 원통형으로 이루어지고, 전후방 중앙에는 회전축(11)이 각각 구비될 수 있다. 여기서 상기 카트리지(10)에 많은 수의 용접봉(1)을 넣을 수 있도록 최대한 공급홀(10a)을 최대한 형성하는 것이 바람직할 것이다.

이때, 상기 카트리지(10)의 공급홀(10a)은 작업에 사용되는 용접봉(1)의 규격을 고려하여 제작이 가능할 것이다. 용접봉의 종류 또한 1 - 5mm 정도로 매우 다양한 크기의 용접봉을 적용할 수 있다. 여기서, 상기 카트리지(10)의 공급홀(10a)의 크기는 장착되는 용접봉(1)의 지름보다 약간 더 큰 지름으로 형성되도록 하여 후술하는 공압부(40)에 의해 이송이 확실하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 회전축(11)에는 종동기어(12)가 설치되고, 상기 회전 구동부인 회전구동모터(30)의 구동기어(31)가 상기 종동기어(12)와 맞물려 상기 회전구동모터(30)의 구동에 따라 상기 카트리지(10)가 회전축(11)을 중심으로 회전될 수 있다.

이때, 상기 회전구동모터(30)로는 각도를 한정하기 용이한 스텝모터를 적용하는 것이 바람직할 것이다.

이때, 상기 종동기어(12)와 구동기어(31)는 여기서는 비슷한 크기로 도시되어 있지만 구동기어(31) 측에 다양한 기어를 서로 연결하여 정밀하게 회전구동이 될 수 있도록 할 수도 있음은 물론이다.

상기 본체(20)는, 도 6 내지 도 10을 참고하면, 상기 카트리지(10)가 회전 가능하게 장착되고 전방 헤드(22)의 노즐부(24)로 상기 카트리지(10)의 용접봉(1)이 후방에서 순차적으로 공급되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 본체(20)는 상기 카트리지(10)를 지지하기 위한 긴 몸체(21)를 구비한다. 상기 몸체(21)의 전방에는 헤드(22)가 구비되고, 헤드(22)의 전방 측으로 노즐부(24)가 형성되어 있다. 용접봉(1)은 상기 노즐부(24)의 출구(24a)를 통하여 연속적으로 이송되면서 용접부위로 공급될 것이다. 상기 몸체(21) 후방에는 헤드(22)에 대응하는 장착부(22a)가 형성되어 있다. 따라서 상기 카트리지(10)의 전후방의 회전축(11)은 각각 상기 헤드부(22)의 장착홈(22a)과 장착부(23)의 장착홈(23a)에 각각 회전 가능하게 삽입되어 조립된다.

이때, 상기 노즐부(24)는 상기 카트리지(10)의 최하부에 위치하는 공급홀(10a)과 직선으로 연통되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서 카트리지(10) 최하부에 위치하는 공급홀(10a)의 용접봉(1)이 노즐부(24)를 통하여 용접부위로 공급될 것이다.

이때, 상기 노즐부(24)는 다양한 크기의 용접봉(1)을 안내할 수 있도록 그 출구(24a)의 직경이 변경될 수 있도록 구성된다. 이러한 노즐부(24) 직경의 변경은 예를 들면, 일반적인 전동드릴의 헤드에서 헤드를 회전시켜 노즐 직경을 조절하는 방식을 적용할 수 있을 것이다.

상기 회전구동모터(30)는, 도 9를 참고하면, 상기 복수개의 용접봉(1)이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 카트리지(10)를 회전시킬 수 있다.

이때, 회전구동수단으로서 회전구동모터(30)를 적용하고 있으나, 카트리지(10)를 회전시키는 것이 목적이기 때문에 다양한 구동수단을 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 회전구동모터(30)의 회전각 조절은 구동모터(30)에 의존하지 않고 기구적으로 대응하도록 할 수도 있다. 예를 들면, 방사형 방향을 기준으로 공급홀 내측 또는 외측에 공급홀과 동일한 각도에 카트리지와 장착부나 헤드에 서로 대응하는 돌기와 홈을 형성하고, 카트리지를 돌기와 홈이 형성된 쪽으로 미는 탄성력을 제공하게 되면 구동모터가 조금만 회전시켜도 돌기와 홈에 의해 그 다음 공급홀에 위치하도록 멈추게 되기 때문에 순차적으로 용접봉을 공급할 수 있게 된다.

상기 제1이송수단은, 공압부(40)를 적용할 수 있고, 도 6 및 도 7를 참고하면, 상기 카트리지(10)의 복수개의 용접봉(1) 중에 하나의 용접봉을 상기 노즐부(24) 쪽으로 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 제1이송수단은 당연히 상기 용접봉(1)을 직선으로 이송시킬 것이고, 상기 용접봉(1)을 공압에 의해 밀어 상기 노즐부(24) 쪽으로 이송시킨다. 물론 용접봉(1)을 용접부위로 계속 공급하는 것은 공압부(40)가 아니라 이송롤러(50)이다. 상기 공압부(40)는 새로운 용접봉(1)을 상기 이송롤러(50)까지 이송시키는 역할을 담당한다.

이때, 상기 제1이송수단으로부터 공압부(40)를 적용하는 것이 아닌 솔레노이드 밸브 등과 같은 직선 이송수단을 적용할 수도 있음은 물론이다.

상기 제2이송수단은, 이송롤러(50)를 적용할 수 있고, 도 7을 참고하면, 상기 공압부(40)에 의해 상기 헤드(22)의 노즐부(24) 쪽으로 이송된 용접봉(1)을 상기 노즐부(24)를 통하여 용접부위에 연속하여 공급되도록 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 이송롤러(50)는 상기 용접봉(1)의 양측에 밀착되면서 이송시키는 적어도 한 쌍 이상이 설치되어야 한다.

이때, 상기 이송롤러(50)의 회전속도는 상기 제어부(70)에 의해 자동적으로 제어될 수 있다.

이때, 여기서는 상기 이송롤러(50)가 상하부에 위치하는 두 쌍이 설치되어 있는데, 그 이상을 더 설치할 수 있음은 물론이다. 여기서 이송롤러(50) 중에 하나의 롤러만이 롤러 구동모터에 연결되어 멈추지 않고 계속 회전하도록 제어할 수도 있을 것이다.

상기 센서부(60)는, 도 6 및 도 7를 참고하면, 상기 노즐부(24)를 통과하여 상기 용접부위에 공급되는 용접봉(1)이 상기 카트리지(10)의 공급홀(10a)로부터 완전히 빠져나간 것을 감지하게 된다.

이때, 상기 센서부(60)로는 시중에 유통되는 다양한 센서들이 적용될 수 있을 것이고, 광센서와 같은 전기적인 센서뿐만 아니라 기구적인 센서들도 적용이 가능할 것이다.

상기 제어부(70)는, 도 8을 참고하면, 상기 센서부(60)로부터 신호를 수신받아 다음 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 회전구동모터(30), 공압부(40), 그리고 이송롤러(50)를 제어할 수 있다.

이때, 상기 제어부(70)는 프로그램된 바에 따라, 용접봉(1)의 제공 속도를 제어하고, 새로운 용접봉을 제공하도록 공압부(40)와 이송롤러(50)를 제어하며 카트리지(10)의 회전 또한 제어한다.

도 6을 참고하면, 복수개의 용접봉(1)이 장착되어 있는 카트리지(10)는 상기 본체(20)의 헤드(22)와 장착부(23)의 장착홈(22a, 23a)에 장착되면 작업준비가 완료된다.

도 7을 참고하면, 카트리지(10)가 본체(20)에 장착되어 있다. 최하부의 공급홀(10a)에 위치하는 용접봉(1)이 공압부(40)의 공압에 의해 이송롤러(50)까지 이송시킬 것이고, 연이어 이송롤러(50)가 세팅된 속도로 회전하면서 노즐부(24)를 통하여 용접봉(1)을 용접부위로 공급할 것이다.

도 8 및 도 9를 참고하면, 최초 용접봉(1)의 끝단이 센서부(60)를 지나게 되면 센서부(60)에서 최초 용접봉의 후단부가 헤드(22)로 들어온 것을 감지하고 이를 제어부(70)에 송신하게 된다. 그러면 제어부(70)는 회전구동모터(30)를 구동하여 카트리지(10)를 일정각도 회전시켜 두번째 용접봉(1)이 최하부에 위치하도록 한다. 그러면 동일한 방식으로 공압부(40)에 신속하게 두번째 용접봉(1)의 전단부가 이송롤러(50)까지 이송하여 최초 용접봉의 후단부에 두번째 용접봉이 밀착되어 결국에는, 연속적으로 용접봉이 끊기지 않고 용접부위에 제공된다.

도 10을 참고하면, 용접봉(1)이 헤드(22)의 노즐부(24)를 통하여 제공되는 것을 볼 수 있다. 용접봉(1)은 상하부에 설치된 이송롤러(50)들의 마찰력에 의해 일정한 속도로 노즐부(24)로 제공된다. 따라서 이송롤러(50)의 회전속도가 용접봉(1)의 제공되는 속도를 나타내게 된다. 여기서 상기 용접봉(1)이 들어오는 헤드(22)의 입구는 직경이 크게 형성되어 용접봉(1)이 정확하게 안내되도록 되어 있다.

도 11을 참고하면, 상기 제어부(70)가 센서부(60)로부터 하나의 용접봉(1)이 다 쓰이고 있다는 신호를 받게 되고, 그에 따라 회전구동모터(30), 공압부(40), 그리고 이송롤러(50)를 제어하도록 작동하는 블록도가 도시되어 있다.

이렇게 카트리지(10)의 모든 용접봉(1)이 쓰일 때까지 동일한 동작을 반복하여 연속 용접이 가능하게 된다.

다른 종류의 용접봉은 새로운 카트리지를 통하여 용접에 제공될 수 있을 것이고, 카트리지의 교환은 전술한 바와 같이 매우 간단하기 때문에 작업효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 : 용접봉
10 : 카트리지 11 : 회전축
12 : 종동기어 10a : 공급홀
20 : 본체 21 : 몸체
22 : 헤드 23 : 장착부
24 : 노즐부 30 : 회전구동모터
31 : 구동기어 40 : 공압부
50 : 이송롤러 60 : 센서부
61 : 파이로미터 70 : 제어부
100 : 용접봉 송급장비

Claims

용접 부위를 따라 이동하면서 레이저 빔을 출력하는 레이저 헤드;
상기 레이저 헤드와 함께 이동하고, 상기 용접 부위에 모재인 용접봉을 송급하는 용접봉 송급장비;
상기 용접 부위의 온도를 지속적으로 감지하여 상기 용접 부위의 온도 정보를 송신하는 파이로미터; 및
상기 파이로미터로부터 상기 용접 부위의 온도 정보를 수신하고, 미리 정해진 온도 구간을 벗어나지 않도록 상기 레이저 헤드의 출력을 제어하는 제어부;
를 포함하는 레이저 용접 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 레이저 헤드와 상기 용접봉 송급장비의 이동속도를 동일하게 제어하는 레이저 용접 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 구간은 2000 - 2500℃ 인 레이저 용접 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 용접 부위가 상기 온도 구간에서 제어되도록 레이저의 빔출력을 300 - 700 와트로 제어하는 레이저 용접 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 용접봉의 직경은 2.0 - 5.0mm이고, 용접봉과 모재의 각도는 10 - 45도 인 레이저 용접 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔의 이동 속도는 50 - 200mm이고, 상기 용접봉의 공급속도는 0 - 10 mm/sec인 레이저 용접 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 용접봉 송급장비는,
직선형의 복수개의 용접봉이 삽입될 수 있는 공급홀이 중심축에 대하여 방사형으로 형성된 카트리지;
상기 카트리지가 회전 가능하게 장착되고 전방 헤드의 노즐부로 상기 카트리지의 용접봉이 후방에서 순차적으로 공급되는 본체;
상기 복수개의 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 카트리지를 회전시키는 회전 구동부;
상기 카트리지의 복수개의 용접봉 중에 하나의 용접봉을 상기 헤드의 노즐부 쪽으로 이송시키는 제1이송수단;
상기 제1이송수단에 의해 상기 헤드의 노즐부 쪽으로 이송된 용접봉을 상기 노즐부를 통하여 용접부위에 연속하여 공급되도록 이송시키는 제2이송수단; 및
상기 노즐부를 통과하여 상기 용접부위에 공급되는 용접봉이 상기 카트리지의 공급홀로부터 완전히 빠져나간 것을 감지하는 센서부; 및
상기 센서부로부터 신호를 수신받아 다음 용접봉이 순차적으로 공급될 수 있도록 상기 회전 구동부, 제1이송수단, 그리고 제2이송수단을 제어하는 제어부;
를 포함하는 레이저 용접 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 카트리지는 원통형으로 이루어지고, 전후방 중앙에는 회전축이 각각 구비되고, 상기 회전축에는 종동기어가 설치되고, 상기 회전 구동부의 구동기어가 상기 종동기어와 맞물려 상기 회전 구동부의 구동에 따라 상기 카트리지가 회전축을 중심으로 회전되는 레이저 용접 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 노즐부는 상기 카트리지의 최하부에 위치하는 공급홀과 직선으로 연통되는 위치에 형성되고, 상기 제1이송수단은 상기 용접봉을 직선으로 이송시키며, 상기 제1이송수단은 상기 용접봉을 공압에 의해 밀어 상기 노즐부 쪽으로 이송시키는 레이저 용접 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 제2이송수단은 상기 용접봉의 양측에 밀착되면서 이송시키는 적어도 한 쌍 이상의 이송롤러이고, 상기 이송롤러의 회전속도는 상기 제어부에 의해 제어되는 레이저 용접 시스템.