KR20220145181A - 통합형 레이저 용접 품질 검사 장치 - Google Patents

통합형 레이저 용접 품질 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피 용접물을 레이저 용접하기 위해 레이저광을 피 용접물에 조사하는 레이저 발진부; 레이저 용접을 위해 상기 레이저 발진부로부터 조사되는 레이저광의 경로를 조절하는 스캔부; 상기 스캔부의 일측에 마련되고 조사된 레이저광이 상기 피 용접물의 용접부에 도달하면 반사되는 반사광에 의해 용접부의 결함을 예측하는 결함 예측 검사부; 상기 피 용접물의 용접부에서의 용접 비드의 상태 및 결함을 검사하는 표면 검사부;상기 피 용접물의 용접시 화재 발생 유무를 감지하는 화재 감지부; 를 포함하고, 상기 결함 예측 검사부, 표면 검사부 및 화재 감지부는 하나의 모듈로 마련되는 검사 장치가 제공될 수 있다.

Description

통합형 레이저 용접 품질 검사 장치{Apparatus for checking Quality of Laser Welding}
본 발명은 결함 예측 검사, 표면 검사 및 화재 감시를 용접 수행과 동시에 실시간으로 할 수 있는 통합형 레이저 용접 품질 검사 장치에 관한 것이다.
레이저 용접은 용접 품질이 우수하며, 가공 속도가 빠르고, 다양한 소재의 이종 접합에 적용 가능하므로 다양한 산업 현장에서 사용되고 있다.
이러한 레이저 용접은 피 용접물의 용접시 용접부의 용접 상태를 예측하고, 용접 비드의 상태를 검사하는 용접 품질 검사의 수행이 필수적이다.
따라서, 피 용접물의 용접부에 대한 용접 상태를 예측하고, 용접 비드를 동시에 정확하게 수행할 수 있는 검사 장치가 요구될 수 있다.
본 발명은 용접부의 용접 상태를 예측하고, 용접 비드의 상태 및 결함 유무를 검사하며, 용접중 불꽃에 의한 화재 발생를 감지하는 기능을 동시에 수행할 수 있는 통합형 레이저 용접 품질 검사 장치를 제공함에 목적이 있다.
본 발명은 피 용접물을 레이저 용접하기 위해 레이저광을 피 용접물에 조사하는 레이저 발진부; 레이저 용접을 위해 상기 레이저 발진부로부터 조사되는 레이저광의 경로를 조절하는 스캔부; 상기 스캔부의 일측에 마련되고 조사된 레이저광이 상기 피 용접물의 용접부에 도달하면 반사되는 반사광에 의해 용접부의 결함을 예측하는 결함 예측 검사부; 상기 피 용접물의 용접부에서의 용접 비드의 상태 및 결함을 검사하는 표면 검사부;상기 피 용접물의 용접시 화재 발생 유무를 감지하는 화재 감지부; 를 포함하고, 상기 결함 예측 검사부, 표면 검사부 및 화재 감지부는 하나의 모듈로 마련되는 검사 장치가 제공될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 피 용접물의 레이저 용접시 용접 품질을 검사하기 위한 결함 예측 검사부와 표면 검사부, 용접시 발생할 수 있는 화재를 감지하는 화재 감지부를 하나의 모듈화된 구성으로 1셋트화함으로써 용접부의 품질 검사를 보다 정확하고 신속하게 수행할 수 있고, 화재 감지부에 의해 화재 발생을 방지하여 보다 안전한 작업 환경을 제공할 수 있다.
본 발명은 검사 장치가 하나의 모듈로 구성되므로, 별도 마련하는 것에 비해 설치 공간을 적게 차지하고, 제작 비용이 저렴해질 수 있다.
본 발명은 레이저 용접 수행시 용접 품질 검사를 실시간으로 할 수 있기 때문에, 불량 상태를 바로 확인할 수 있고, 그에 따라 전체적인 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 검사 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 표면 검사부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 결함 예측 검사부에서 출력되는 반사광의 파형을 통해 설정되는 기준치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제어부의 구성도이다.
도 1은 본 발명의 통합형 레이저 용접 품질 검사 장치의 전체 구성도이다.
피 용접물(10)을 레이저 용접하는 경우, 피 용접물(10)의 용접부(11)에 대한 품질 검사는 예를 들어 배터리 제조 라인에서 필수적인 항목일 수 있다.
이때, 용접 품질 검사 항목은 용접부의 폭, 용접부의 길이 및 표면의 기공 등의 결함 등이 될 수 있다. 만일, 결함을 예측하는 수단이 마련되지 못하는 경우, 제조 라인에서 작업 인력이 용접부 전체에 대해 전수 검사를 실시할 수 밖에 없다.
따라서, 용접부(11)의 품질 검사를 위해서 결함 예측 검사기, 표면 검사기가 마련될 필요가 있다. 결함 예측 검사기, 표면 검사기를 개별적으로 설치하고 각각 검사하는 경우, 개별 검사기 설치에 따른 설치 공간 및 별도 스테이션이 필요할 수 있고, 검사 데이터 관리 항목이 증가할 수 있기 때문에, 검사 시간이 증가할 수 있다.
또한, 피 용접물(10)의 용접중에는 불꽃이 튀기 쉽기 때문에, 주변으로 옮겨 붙어서 화재가 발생할 가능성이 있는 환경이고, 이러한 작업 환경을 고려하여 안전한 환경을 제공하기 위해 화재 여부를 감시할 수 있는 감시 수단이 필요할 수 있다.
또한, 개별적으로 검사기를 마련하는 경우에는 그 만큼 비용이 증가될 수 있다.
이러한 점을 감안하여 통합된 하나의 모듈식 검사 장치를 마련할 필요가 있다. 하나로 모듈화된 검사 장치를 마련한다면 설치 공간이 감소되고, 동시에 검사를 진행할 수 있기 때문에 그 만큼 신속한 용접 품질 검사를 수행할 수 있으며, 별도의 스테이션이 필요 없고, 그 만큼 제작 비용도 절감될 수 있다.
본 발명은 하나로 통합된 모듈식 검사 장치를 제공함에 특징이 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 검사 장치(100)는 피 용접물(10)을 레이저 용접하기 위해 레이저광을 피 용접물(10)에 조사하는 레이저 발진부(20), 레이저 용접을 위해 레이저 발진부(20)로부터 조사되는 레이저광의 경로를 조절하는 스캔부(30), 스캔부(30)의 일측에 마련되고 조사된 레이저광이 피 용접물(10)의 용접부에 도달하면 반사되는 반사광에 의해 용접부의 결함을 예측하는 결함 예측 검사부(110), 피 용접물(10)의 용접부에서의 용접 비드의 상태 및 결함을 검사하는 표면 검사부(120), 피 용접물(10)의 용접시 화재 발생 유무를 감지하는 화재 감지부(130)를 포함할 수 있다.
피 용접물(10)은 예를 들어 2차 전지의 제조시 용접하는 버스바 등이 될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 레이저 용접이 가능한 다양한 형태의 부재를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 피 용접물(10)은 복수로 겹쳐서 마련될 수 있다.
스캔부(30)는 레이저 발진부(20)로부터 조사되는 레이저광의 경로를 변경시킬 수 있는 미러(31)가 마련될 수 있고, 스캔부(30)의 소정 위치 즉, 피 용접물(10) 방향으로 레이저광의 에너지 밀도를 높여주기 위한 초점 렌즈(32)가 구비될 수 있다.
레이저 발진부(20)에서 조사된 레이저광(21)은 빔 스플리터(beam splitter) (40)를 통해 스캔부(30)내의 미러(31)에 의해 경로가 변경되고, 초점 렌즈(32)를 거쳐서 피 용접물(10)의 용접부(11)에 조사될 수 있다.
피 용접물(10)의 용접부(11)에 조사된 레이저광에 의해 용접이 수행되고, 이때 반사광(22)이 용접부(11)로부터 반사되어서 다시 스캔부(30)내의 미러(31)를 경유하여 결함 예측 검사부(110)에서 인식할 수 있다. 반사광(22)은 적외선 광 또는 자외선 광일 수 있다.
결함 예측 검사부(110)는 반사광(22)을 인식할 수 있는 광 센서가 마련될 수 있다. 결합 예측 검사부(110)에는 광원에서 방출된 빛이나 또는 대기를 전파해가는 빛의 파장에 따른 에너지를 측정하는 스펙트로미터(spectrometer)(분광계)가 마련되어서 피 용접물(10)의 용접부(11)로부터 반사광을 받아들여 레이저 용접중 불기둥 등의 빛의 세기를 분석하고, 이를 기반으로 용입 깊이가 충분하지 못하는 약용접 등의 용접 불량을 예측할 수 있다.
또한, 결함 예측 검사부(110)에는 광 센서에서 인식한 반사광(22)에 대한 정보를 파악하는 계측부(140)가 연결될 수 있다.
본 발명의 검사 장치(100)는 결함 예측 검사부(110)와 표면 검사부(120)에 의한 용접 품질 검사 및 화재 방지를 위한 화재 감지부(130)의 감지 기능 수행시 통합적으로 제어할 수 있는 제어부(150)가 마련될 수 있다.
레이저광의 조사에 의한 레이저 용접시, 피 용접물(10)의 용접부(11)로부터 반사되는 반사광(22)에 대한 정보는 계측부(140)에서 계측하고, 계측된 데이터는 제어부(150)에서 분석될 수 있다.
결함 예측 검사부(110)는 스캔부(30)에 동축으로 구비될 수 있다. 따라서, 반사광(22)은 레이저광(21)의 경로와 동일한 경로이면서 반대 방향으로 이동 경로가 형성되고, 별도의 이동 경로없이 바로 결함 예측 검사부(110)에서 정보를 수집할 수 있다.
제어부(150)는 반사광(22)에 대한 데이터를 저장하는 저장부(151), 저장부(151)에 저장된 데이터를 분석하는 분석부(152)를 포함할 수 있다.
분석부(152)는 저장부(151)에 저장된 반사광(22) 데이터를 신호 처리하여 파형을 분석할 수 있고, 분석부(152)에 의한 분석시, 용접 품질이 양호한 신호를 레퍼런스(reference) 파형으로 설정하며, 이 레퍼런스 파형을 기준으로 상한값과 하한값을 결정하여 반사광(22)으로부터 검출된 신호가 상한 및 하한 영역의 기준치를 벗어나는 경우, 용접 불량으로 판정할 수 있다.
표면 검사부(120)는 용접부(11)의 용접 비드 상태(비드 길이, 비드 폭) 및 결함(기공 등)을 검사하기 위한 것으로서, 용접부(11)를 촬영하는 카메라부(121), 카메라부(121)에서 촬영한 영상을 획득하여 파악하는 파악부(122), 파악부(122)에서 파악한 결과를 표시해주는 표시부(123)를 포함할 수 있다.
표시부(123)는 사용자가 육안으로 쉽게 파악할 수 있는 디스플레이부일 수 있다.
또는 표면 검사부(120)는 용접부(11)를 촬영하는 카메라부(121)를 포함하고, 상기 카메라부(121)에 의해 획득된 영상은 제어부(150)에서 영상 신호를 인가받아서 저장부(151)에 저장하며, 분석부(152)를 통해 제공받은 영상 데이터를 통해 용접 비드 상태(비드 길이, 비드 폭) 및 결함(기공 등)을 분석하고, 그 분석 결과를 모니터 등으로 표시해줄 수 있다.
화재 감지부(130)는 피 용접물(10)의 용접부(11)에 레이저 용접시 발생될 수 있는 화염의 상태를 파악하는 것으로서, 화염의 정도에 따라 화재 상태로 인식할 수 있는 화염 감지 센서를 포함할 수 있다.
화재 감지부(130)의 화염 감지 센서에서 화염의 상태를 인식하면, 화재 여부를 판단할 수 있도록 제어부(150)에는 이러한 신호를 전달받아서 화재 여부를 판단하는 화재 여부 판단부(153)를 포함할 수 있다.
화재 여부 판단부(153)에서는 피 용접물(10)의 용접시 발생하는 화염의 상태에 따라 화재 여부를 판단하며, 화염의 상태가 설정 범위를 초과하면 화재로 인식할 수 있다. 화재로 인식되는 설정 범위는 용접시 발생하는 화염에 의해 주변으로 불이 옮겨 붙는 등일 수 있다.
제어부(150)에는 화재 여부 판단부(153)에서 화재 상태로 판단하면, 화재를 진압하기 위한 행동을 취하도록 알려주기 위한 알람부(154)를 포함할 수 있다.
알람부(154)는 음향 및/또는 시각적으로 파악 가능하도록 점멸되는 각종 램프 등을 통해 알려줄 수 있다.
본 발명은 피 용접물(10)의 레이저 용접시, 용접 품질을 검사하기 위한 검사 장치(100)로서, 용접 품질 검사를 위한 결함 예측 검사부(110), 표면 검사부(120) 및 화재 감지부(130)를 모듈화하여 1셋트로 구성함으로써, 용접후 용접부(11)의 표면 검사를 위한 별도의 스테이션이 필요없고, 따라서, 공간을 적게 차지할 수 있다.
결함 예측 검사부(110), 표면 검사부(120) 및 화재 감지부(130)를 별도 구성하는 것에 비해 비용면에서 저렴하게 마련할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 레이저 용접 수행시 용접 품질 검사를 실시간으로 할 수 있기 때문에, 불량 상태를 바로 확인할 수 있고, 그에 따라 전체적인 생산성이 향상될 수 있다.
10... 피 용접물 11... 용접부
20... 레이저 발진부 21... 레이저광
22... 반사광
30.... 스캔부 31... 미러
32... 초점 렌즈 40... 빔 스플리터
100... 검사 장치 110... 결함 예측 검사부
120... 표면 검사부 121... 카메라부
122... 파악부 123... 표시부
130... 화재 감지부 140... 계측부
150... 제어부 151... 저장부
152... 분석부 153... 화재 여부 판단부
154... 알람부

Claims (6)

  1. 피 용접물을 레이저 용접하기 위해 레이저광을 피 용접물에 조사하는 레이저 발진부;
    레이저 용접을 위해 상기 레이저 발진부로부터 조사되는 레이저광의 경로를 조절하는 스캔부;
    상기 스캔부의 일측에 마련되고 조사된 레이저광이 상기 피 용접물의 용접부에 도달하면 반사되는 반사광에 의해 용접부의 결함을 예측하는 결함 예측 검사부;
    상기 피 용접물의 용접부에서의 용접 비드의 상태 및 결함을 검사하는 표면 검사부;
    상기 피 용접물의 용접시 화재 발생 유무를 감지하는 화재 감지부; 를 포함하고,
    상기 결함 예측 검사부, 표면 검사부 및 화재 감지부는 하나의 모듈로 마련되는 검사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 결함 예측 검사부는 상기 스캔부와 동축으로 연결되고,
    상기 피 용접물의 용접부에 조사된 레이저광에 의한 용접 수행시, 반사광이 상기 용접부로부터 반사되어서 상기 레이저광의 조사시 경로와 동일 경로의 반대 방향으로 스캔부를 경유하여 결함 예측 검사부에서 인식하는 검사 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 결함 예측 검사부에서 인식한 반사광에 대한 정보를 파악하는 계측부;
    상기 계측부에서 계측된 데이터를 분석하는 분석부가 마련된 제어부; 를 포함하는 검사 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 화재 감지부에서 용접시 발생하는 화염의 상태를 인식하면 화재 여부를 판단할 수 있는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 화염 상태에 대한 데이터를 상기 화재 감지부로부터 전달받아서 화재 여부를 판단하는 화재 여부 판단부를 포함하며,
    상기 화재 여부 판단부는 화염의 상태가 설정 범위를 초과하면 화재로 인식하는 검사 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 결함 예측 검사부, 표면 검사부 및 화재 감지부로부터 제공받은 정보를 토대로 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 결함 예측 검사부, 표면 검사부 및 화재 감지부로부터 제공받은 정보중 적어도 어느 하나 이상을 분석하는 분석부를 포함하며,
    상기 분석부는 반사광 데이터를 신호 처리하여 파형을 분석하고,
    상기 분석부에 의한 분석시 용접 품질이 양호한 신호를 레퍼런스 파형으로 설정하며,
    상기 레퍼런스 파형을 기준으로 상한값과 하한값을 결정하여 상기 반사광으로부터 검출된 신호가 상한 및 하한 영역의 기준치를 벗어나는 경우, 용접 불량으로 판정하는 검사 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 피 용접물의 용접부에 대한 용접시,
    상기 결함 예측 검사부와 표면 검사부에 의한 용접부의 품질 검사와, 화재 감지부에 의한 감지가 실시간으로 수행되는 검사 장치.
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