KR20240041156A - 레이저 용접장치 - Google Patents

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KR20240041156A
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laser welding
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최원용
신양재
이학재
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주식회사 에이치케이
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Abstract

본 발명은 다양한 단면 형상을 가지는 두 부재에 대한 레이저 용접을 정확하고 신속하게 수행하여 생산성과 함께 용접 품질을 크게 높일 수 있는 레이저 용접장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 용접이음부의 길이방향을 따라 부재를 이동시키는 부재이송유닛; 및 상기 용접이음부의 양측 용접포인트를 향하도록 상기 용접이음부를 중심으로 양측에 한 쌍으로 마련되며, 미리 설정된 용접 조건에 따라 상기 용접포인트에 대하여 용접헤드의 이격거리 및 틸팅각도를 조절하는 헤드이송유닛을 포함하는 특징을 개시한다.

Description

레이저 용접장치{LASER WELDING APPARATUS}
본 발명은 레이저 용접장치에 관한 것으로, 상세하게는 다양한 단면 형상을 가지는 두 부재에 대한 레이저 용접을 정확하고 보다 신속하게 수행할 수 있는 레이저 용접장치에 관한 것이다.
건축이나 토목 등의 보강재로서 다양한 단면 형상을 가지는 바(Bar)형 보강부재가 사용된다. 이러한 보강부재는 사용 재질뿐만 아니라 설치 목적 및 설치 장소에 따라서, I, T, H 및 ㄷ 자형 등 다양한 단면 형상을 가지는 것은 물론 다양한 크기 및 두께로 제작된다.
예를 들어, 보강부재 중 T부재는 수평부인 플랜지(Flange)와 수직부인 웹(Web)으로 구성된다. 이러한 T부재를 제작하는 방법으로는, 먼저 플랜지를 수평으로 정렬하고, 정렬된 플랜지의 길이방향 중심을 따라 웹을 수직으로 배치하며, 이후 플랜지 및 웹의 밀착된 용접이음부를 용접하여 제작하게 된다.
여기서, 용접 전 및 용접 중 플랜지 및 웹의 용접이음부의 설정 위치(T부재의 경우 플랜지의 센터링 라인에 용접이음부가 배치됨)를 얼마나 정확하게 유지하는지는 용접 품질에 직결된다.
그러나, 기존 용접장치는 용접 전 및 용접 중 플랜지 및 웹의 용접이음부의 설정 위치를 정확하게 유지하기 위해서는 플랜지 및 웹의 크기나 형상에 맞는 복잡하고 많은 수의 지그를 필요로 한다. 또한, 이러한 지그는 플랜지 및 웹의 크기나 형상이 변화되면 그에 맞는 완전히 새로운 지그를 필요로 하기 때문에 부재의 종류에 따라서 호환성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
한편, 기존 용접 전 및 용접 중 플랜지 및 웹의 용접이음부의 설정 위치를 정확하게 유지하기 위하여 용접이음부에 대하여 먼저 가용접을 수행한 다음 본용접을 수행하는 경우가 있는데, 비록 이 경우에는 가용접된 부재에 의하여 상대적으로 복잡하고 많은 수의 지그를 필요로 하지는 않지만, 가용접 및 본용접을 거치는 과정에서 작업 시간이 길어져 생산성이 크게 저하되는 문제가 있다.
또한, 필렛용접과 같이 용접이음부에 대하여 이면 및 배면 용접이 수행될 필요가 있는데, 이 경우 이면 및 배면 용접을 순차적으로 수행하기 위하여 용접토치를 재배치한 다음 최종 용접을 완료하기까지 많은 시간이 소요되어 생산성이 더욱 저하되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제0481954호 (2005.04.13. 공고)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 다양한 단면 형상을 가지는 두 부재에 대한 레이저 용접을 정확하고 신속하게 수행하여 생산성과 함께 용접 품질을 크게 높일 수 있는 레이저 용접장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치는 용접이음부의 길이방향을 따라 부재를 이동시키는 부재이송유닛; 및 상기 용접이음부의 양측 용접포인트를 향하도록 상기 용접이음부를 중심으로 양측에 한 쌍으로 마련되며, 미리 설정된 용접 조건에 따라 상기 용접포인트에 대하여 용접헤드의 이격거리 및 틸팅각도를 조절하는 헤드이송유닛을 포함한다.
또한, 상기 부재의 재질 및 상기 용접포인트의 위치에 따라, 상기 용접헤드에서 조사되는 레이저빔의 강도와, 상기 용접헤드의 이격거리 및 틸팅각도를 설정하는 용접모드 설정부를 가지는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 헤드이송유닛은 베이스프레임; 상기 베이스프레임에 대하여 상기 용접이음부의 폭방향으로 이동 가능하게 결합되는 제1이동프레임; 상기 제1이동프레임에 대하여 상기 용접이음부의 높이방향으로 이동 가능하게 결합되는 제2이동프레임; 및 상기 제2이동프레임에 대하여 상기 용접이음부의 길이방향과 나란한 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합되며, 상기 용접헤드를 고정 지지하는 회전프레임을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1이동프레임은 상기 용접헤드가 외부로 노출되도록 일면이 개방되고 상기 제2이동프레임 및 상기 회전프레임이 삽입되는 내부공간을 가지도록 함체 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 부재는 T부재의 플랜지를 형성하는 제1부재와 상기 T부재의 웹을 형성하는 제2부재를 포함할 수 있다.
이때, 상기 부재이송유닛은 상기 제1부재의 하부를 지지하는 하부롤러부; 상기 제1부재의 양측면을 지지하는 한 쌍의 제1측면롤러부; 및 상기 제1부재의 상부에 올려진 상기 제2부재의 양측면을 지지하는 한 쌍의 제2측면롤러부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 부재이송유닛은 상기 제2부재의 상부에 밀착되어 상기 제2부재를 상기 제1부재 방향으로 가압하는 상부롤러부를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 부재이송유닛은 상기 제2부재의 높이에 따라 상기 상부롤러부의 높낮이를 조절하는 상부롤러 높낮이조절부를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 부재이송유닛은 상기 제1부재의 폭에 따라 상기 한 쌍의 제1측면롤러부의 사이 간격을 조절하는 제1측면롤러 간격조절부; 및 상기 제2부재의 두께에 따라 상기 한 쌍의 제2측면롤러부의 사이 간격을 조절하는 제2측면롤러 간격조절부를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 제2측면롤러부는 상기 용접헤드에서 이격하여 배치되는 제2전방측면롤러부와, 상기 용접헤드에 인접하게 배치되는 제2후방측면롤러부를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 제2후방측면롤러부의 롤러 반경은 상기 제2전방측면롤러부의 롤러 반경보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제2측면롤러부는 상기 제2부재의 높이방향으로 연장되는 축부재; 상기 축부재에 결합되는 복수의 제2측면롤러; 및 상기 축부재에 결합되되 이웃하는 상기 제2측면롤러의 사이에 배치되는 복수의 스페이서를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 스페이서는 서로 다른 높낮이를 가지는 복수의 스페이서 중 임의의 스페이서가 상기 축부재에 선택적으로 결합되어, 상기 제2부재의 측면 형상에 따라 상기 제2측면롤러의 높낮이 및 사이 간격이 변화되도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 부재의 용접이음부의 양측에 배치되는 한 쌍의 용접헤드의 위치를 조절 및 설정하는 한 쌍의 헤드이송유닛을 이용하므로 용접 시간을 크게 단축시켜 보강 부재의 생산성을 크게 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1부재 및 제2부재를 함께 이동시키는 부재이송유닛을 통하여 다양한 단면 형상을 가지는 제1부재 및 제2부재의 위치를 안정적으로 고정 지지할 수 있으므로, 가용접을 필요하지 않아 용접 시간을 단축시킬 수 있고, 용접된 보강 부재의 품질을 높일 수 있으며, 다양한 단면 형상의 보강 부재에 대한 우수한 호환성을 가진다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 전체 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 측면 예시도이다.
도 3은 도 1의 집진챔버가 제거된 상태에서 레이저 용접장치를 나타낸 전체 예시도이다.
도 4는 도 1의 집진챔버가 제거된 상태에서 레이저 용접장치를 나타낸 측면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치를 개략적으로 나타낸 정면 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용접헤드 및 헤드이송유닛을 나타낸 예시도이다.
도 7은 도 6의 정면 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 부재이송유닛을 나타낸 전체 예시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 부재이송유닛을 나타낸 측면 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제1간격조절부를 나타낸 전체 예시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제2간격조절부를 나타낸 전체 예시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제2측면롤러부를 나타낸 평면 예시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 제2측면롤러부를 나타낸 예시도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 전체 예시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치의 측면 예시도이며, 도 3은 도 1의 집진챔버가 제거된 상태에서 레이저 용접장치를 나타낸 전체 예시도이고, 도 4는 도 1의 집진챔버가 제거된 상태에서 레이저 용접장치를 나타낸 측면 예시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치를 개략적으로 나타낸 정면 예시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치는 부재이송유닛(200), 헤드이송유닛(300) 및 제어유닛(500)을 포함한다.
부재이송유닛(200)은 용접을 필요로 하는 부재를 이동시킬 수 있다.
부재는 횡단면보다 훨씬 더 긴 길이를 가지는 바형의 부재일 수 있으며, I, T, L, H 및 ㄷ 등의 다양한 단면 형상 및 재질을 가지는 형강일 수 있다. 그리고, 부재는 개별적으로 제작된 제1부재(10) 및 제2부재(20)를 포함할 수 있고, 이때 제1부재(10) 및 제2부재(20)의 용접 결합을 위하여 제1부재(10) 및 제2부재(20)가 밀착되는 부분이 용접이음부(W)에 해당된다. 본 실시예에서 제시되는 부재는 T부재이며, T부재는 플랜지를 형성하는 제1부재(10)와 웹을 형성하는 제2부재(20)를 포함할 수 있다.
부재이송유닛(200)은 제1부재(10) 및 제2부재(20)가 밀착되어 형성되는 용접이음부(W)의 길이방향(D1)을 따라 제1부재(10) 및 제2부재(20)를 함께 이동시킬 수 있다.
헤드이송유닛(300)은 용접이음부(W)의 용접포인트(W1,W2)에 대하여 용접헤드(380)의 용접 위치를 조절 및 설정할 수 있다. 즉, 미리 설정된 용접 조건에 따라 용접이음부(W)의 용접포인트(W1,W2)에 대하여 용접헤드(380)의 이격거리 및 틸팅각도를 조절할 수 있다.
용접포인트(W1,W2)는 용접이음부(W)의 폭방향(D2)으로 양측 단부에 한 쌍이 마련될 수 있고, 이와 상응하게 용접헤드(380)는 용접이음부(W)를 중심으로 폭방향(D2) 양측에 한 쌍이 마련될 수 있다. 즉, 용접헤드(380)는 부재의 용접이음부(W)의 양측 용접포인트(W1,W2)를 대향하게 한 쌍이 마련되어 용접이음부(W)의 양측 용접포인트(W1,W2)에 대하여 동시 용접을 수행할 수 있다. 용접헤드(380)는 파이버(Fiber) 레이저 용접기를 가질 수 있다.
또한, 한 쌍으로 마련되는 용접헤드(380)에 상응하게 헤드이송유닛(300) 역시 각 용접헤드(380)의 용접 위치(이격거리 및 틸팅각도)를 조절 및 설정할 수 있도록 한 쌍이 마련될 수 있다.
한 쌍의 헤드이송유닛(300)은 용접헤드(380)의 용접 위치를 개별적으로 조절 및 설정할 수 있다. 즉, 용접이음부(W)가 가지는 한 쌍의 용접포인트(W1,W2)가 부재의 길이방향(D1)의 중심선을 기준으로 비대칭 형태로 배치될 경우, 한 쌍의 용접헤드(380)의 용접 위치(이격거리 및 틸팅각도)는 개별적으로 조절 및 설정될 수 있다.
물론, 한 쌍의 헤드이송유닛(300)은 서로 동기화될 수도 있다. 즉, 용접이음부(W)가 가지는 한 쌍의 용접포인트(W1,W2)가 부재의 길이방향(D1)의 중심선을 기준으로 대칭 형태로 배치될 경우, 한 쌍의 용접헤드(380)의 용접 위치(이격거리 및 틸팅각도)는 동일하게 조절 및 설정될 수 있다.
제어유닛(500)은 부재이송유닛(200) 및 헤드이송유닛(300)의 구동을 제어할 수 있다.
제어유닛(500)은 용접을 필요로 하는 부재에 따른 다양한 용접모드를 설정하는 용접모드 설정부를 가질 수 있다.
용접모드 설정부는 부재의 재질 및 부재의 크기나 형상 변화에 의하여 달라지는 용접포인트(W1,W2)의 위치에 따라, 용접헤드(380)에서 조사되는 레이저빔의 강도 및 용접헤드(380)의 용접 위치(이격거리 및 틸팅각도)를 달리하는 다양한 용접모드를 설정할 수 있다. 즉, 부재의 재질에 따라 용접헤드(380)에서 조사되는 레이저빔의 강도가 설정되고, 부재의 크기나 형상 변화에 의하여 달라지는 용접포인트(W1,W2)의 위치에 따라 헤드이송유닛(300)에 의하여 위치 설정되는 용접헤드(380)의 이격거리 및 틸팅각도가 설정될 수 있다.
따라서, 제어유닛(500)은 부재의 재질 및 용접포인트(W1,W2)의 위치가 설정되면, 용접모드 설정부를 통하여 상응하는 용접모드를 설정하고, 설정된 용접모드에 따라 헤드이송유닛(300)에 의하여 용접헤드(380)의 위치(이격거리 및 틸팅각도)는 자동 설정될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접장치는 집진유닛을 더 포함할 수 있다.
집진유닛은 집진챔버(420)를 포함할 수 있다. 집진챔버(420)는 레이저 용접이 수행되는 공간을 가지며, 용접헤드(380)를 포함한 헤드이송유닛(300)을 감싸도록 마련될 수 있다. 즉, 레이저 용접 시 집진챔버(420) 내에서 발생되는 흄이나 스패터는 집진펌프(410)에 의하여 발생된 집진력에 의하여 집진덕트(430)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 부재이송유닛(200) 및 헤드이송유닛(300)에 대하여 추가 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용접헤드 및 헤드이송유닛을 나타낸 예시도이고, 도 7은 도 6의 정면 예시도이다.
먼저 도 6 및 도 7을 추가 참조하면, 헤드이송유닛(300)은 베이스프레임(310), 제1이동프레임(320), 제1이동프레임 구동부(330), 제2이동프레임(340), 제2이동프레임 구동부(350), 회전프레임(360) 및 회전프레임 구동부(370)를 포함할 수 있다.
베이스프레임(310)은 용접이음부(W)의 폭방향(D2)으로 연장 형성될 수 있으며, 테이블(100)의 상면에 고정 결합될 수 있다.
제1이동프레임(320)은 베이스프레임(310)에 대하여 용접이음부(W)의 폭방향(D2)으로 이동 가능하게 결합될 수 있다.
제1이동프레임(320)은 함체 형상으로 구비될 수 있으며, 용접헤드(380)가 외부로 노출되도록 용접이음부(W)의 길이방향(D1)의 일면이 개방된 제1내부공간을 가질 수 있다. 제1이동프레임(320)의 제1내부공간에는 제2이동프레임(340) 및 회전프레임(360)이 삽입 배치될 수 있다.
제1이동프레임(320)은 하판(321), 상판(322), 제1측판(323), 제2측판(324) 및 제3측판(325)을 포함할 수 있다. 하판(321)은 베이스프레임(310)에 대하여 폭방향(D2)으로 이동 가능하게 결합될 수 있고, 베이스프레임(310)의 상면과 하판(321)의 하면은 LM가이드와 같은 직선이송구조체로 결합될 수 있다. 상판(322)은 하판(321)에서 높이방향(D3)으로 이격하여 배치될 수 있고, 상판(322)에는 제2이동프레임 구동부(350)가 설치될 수 있다. 제1측판(323) 및 제2측판(324)은 용접이음부(W)의 폭방향(D2)으로 이격되며, 제1측판(323)은 하판(321)의 일측 및 상판(322)의 일측을 연결하고, 제2측판(324)은 하판(321)의 타측 및 상판(322)의 타측을 연결한다. 제3측판(325)은 하판(321), 상판(322), 제1측판(323) 및 제2측판(324)의 일측을 연결하고, 제3측판(325)에는 회전프레임 구동부(370)가 설치될 수 있다.
제1이동프레임 구동부(330)는 베이스프레임(310)에 설치될 수 있으며, 출력단이 결합되는 하판(321)을 포함한 제1이동프레임(320)을 이동시킬 수 있다. 제1이동프레임 구동부(330)는 모터로 구성될 수 있으며, 이때 모터의 출력단과 하판(321)은 볼스크류와 같이 모터의 회전력을 직선운동으로 변환하는 동력전달구조체로 연결될 수 있다. 이러한 동력전달구조체는 베이스프레임(310)과 하판(321) 사이 공간에 배치될 수 있다. 이에 따라 제1이동프레임 구동부(330)인 모터의 정, 역방향 회전 구동에 따라 제1이동프레임(320)은 용접이음부(W)의 폭방향(D2)으로 이동될 수 있다.
제2이동프레임(340)은 제1이동프레임(320)에 대하여 용접이음부(W)의 높이방향(D3)으로 이동 가능하게 결합될 수 있다.
제2이동프레임(340)은 제1이동프레임(320)의 제1내부공간에 배치될 수 있으며, 회전프레임(360) 및 회전프레임 구동부(370)가 삽입 설치되는 제2내부공간을 가질 수 있다.
제2이동프레임(340)은 제4측판(341), 제5측판(342) 및 제6측판(343)을 포함할 수 있다. 제4측판(341) 및 제5측판(342)은 용접이음부(W)의 폭방향(D2)으로 이격되며 제1측판(323) 및 제2측판(324)의 내면을 각각 대향하게 배치될 수 있다. 제4측판(341) 및 제5측판(342)의 외면과 제1측판(323) 및 제2측판(324)의 내면은 각각 LM가이드와 같은 직선이송구조체로 결합될 수 있다. 제6측판(343)은 제4측판(341) 및 제5측판(342)의 일측을 연결할 수 있으며, 제6측판(343)의 내면에는 회전프레임 구동부(370)가 설치될 수 있다. 또한, 제6측판(343)의 외면과 제3측판(325)의 내면 사이에는 볼스크류와 같이 모터(제2이동프레임 구동부)의 회전력을 직선운동으로 변환하는 동력전달구조체가 배치될 수 있다.
제2이동프레임 구동부(350)는 제1이동프레임(320)의 상판(322)에 설치될 수 있으며, 출력단이 결합되는 제6측판(343)을 포함한 제2이동프레임(340)을 이동시킬 수 있다. 제2이동프레임 구동부(350)는 모터로 구성될 수 있으며, 이때 모터의 출력단과 제6측판(343)은 볼스크류와 같은 동력전달구조체로 연결될 수 있으며, 이러한 동력전달구조체는 제3측판(325)과 제6측판(343) 사이 공간에 배치될 수 있다. 이에 따라 제2이동프레임 구동부(350)인 모터의 정, 역방향 회전 구동에 따라 제2이동프레임(340)은 용접이음부(W)의 높이방향(D3)으로 이동될 수 있다.
회전프레임(360)은 제2이동프레임(340)의 제2내부공간에 삽입 배치될 수 있으며, 제2이동프레임(340)에 대하여 용접이음부(W)의 길이방향(D1)과 나란한 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 회전프레임(360)에는 용접헤드(380)가 고정 결합될 수 있다.
회전프레임 구동부(370)는 제2이동프레임(340)의 제2내부공간에 삽입 배치되게 제2이동프레임(340)의 제6측판(343)에 설치될 수 있으며, 회전프레임(360)을 회전시킬 수 있다. 회전프레임 구동부(370)는 출력단이 회전프레임(360)의 회전축에 직접 결합되는 모터로 구성될 수 있다.
제1부재(10) 및 제2부재(20)의 크기나 형상 변화에 따라 용접포인트(W1,W2)의 위치가 설정되면, 헤드이송유닛(300)은 제어유닛(500)의 미리 설정된 용접모드에 따라 용접헤드(380)의 폭방향(D2) 위치, 높이방향(D3) 위치 및 틸팅각도(θ)를 조절 및 설정하게 된다.
여기서, 용접이음부(W)가 가지는 한 쌍의 용접포인트(W1,W2)가 부재의 길이방향(D1)의 중심선을 기준으로 대칭 형태로 배치됨에 따라, 한 쌍의 헤드이송유닛(300)은 서로 동기화되어 한 쌍의 용접헤드(380)의 용접 위치(이격거리 및 틸팅각도)를 동일하게 조절 및 설정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 부재이송유닛을 나타낸 전체 예시도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 부재이송유닛을 나타낸 측면 예시도이다.
도 8 및 도 9를 추가 참조하면, 부재이송유닛(200)은 하부롤러부(210), 제1측면롤러부(220) 및 제2측면롤러부(230)를 포함할 수 있다.
하부롤러부(210)는 하나 이상의 하부롤러를 가지며, T부재의 플랜지를 형성하는 제1부재(10)의 하부를 지지할 수 있다. 하부롤러부(210)는 제1부재(10)의 하부를 안정적으로 지지할 수 있도록 제1부재(10)의 길이방향(D1)을 따라 복수 개가 구비될 수 있다.
이때, 부재이송유닛(200)은 하부롤러 구동부(211: 도 2 참조)를 더 포함할 수 있다. 하부롤러 구동부(211)는 하부롤러부(210)를 회전시킬 수 있으며, 하부롤러부(210)이 회전에 의하여 제1부재(10)는 길이방향(D1)으로 이동될 수 있다.
제1측면롤러부(220)는 하나 이상의 제1측면롤러를 가지며, 제1부재(10)의 측면을 지지할 수 있다. 제1측면롤러부(220)는 제1부재(10)의 양측면을 지지할 수 있도록 제1부재(10)를 중심으로 양측에 한 쌍이 마련될 수 있다. 한 쌍의 제1측면롤러부(220) 역시 제1부재(10)의 양측면을 안정적으로 지지할 수 있도록 제1부재(10)의 길이방향(D1)을 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 제1측면롤러부(220)의 제1측면롤러는 아이들링(Idling) 상태로 구비될 수 있다.
제2측면롤러부(230)는 하나 이상의 제2측면롤러를 가지며, 제1부재(10)의 상부에 올려지는 T부재의 웹을 형성하는 제2부재(20)의 측면을 지지할 수 있다. 제2측면롤러부(230)는 제2부재(20)의 양측면을 지지할 수 있도록 제2부재(20)를 중심으로 양측에 한 쌍이 마련될 수 있다. 한 쌍의 제2측면롤러부(230) 역시 제2부재(20)의 양측면을 안정적으로 지지할 수 있도록 제2부재(20)의 길이방향(D1)을 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 제2측면롤러부(230)의 제2측면롤러 역시 아이들링(Idling) 상태로 구비될 수 있다.
또한, 부재이송유닛(200)은 상부롤러부(240)를 더 포함할 수 있다. 상부롤러부(240)는 제2부재(20)의 상부에 밀착되어 제2부재(20)를 제1부재(10) 방향으로 가압할 수 있다. 상부롤러부(240)는 부재의 평면도 상에서 제2부재(20)의 길이방향(D1)의 중심선 상에 배치될 수 있다. 상부롤러부(240)는 제2부재(20)의 상단부를 안정적으로 지지할 수 있도록 제2부재(20)의 길이방향(D1)을 따라 복수 개가 구비될 수 있다.
이때, 부재이송유닛(200)은 상부롤러 높낮이조절부(241)를 더 포함할 수 있다. 상부롤러 높낮이조절부(241)는 제2부재(20)의 높이에 따라 상부롤러부(240)의 높낮이를 조절할 수 있다. 상부롤러 높낮이조절부(241)는 출력단이 상부롤러부(240)의 회전축에 결합되는 실린더로 구성될 수 있다.
상부롤러부(240)를 통하여 제2부재(20)는 제1부재(10)에 균일하게 밀착될 수 있고, 용접 전이나 용접 중에 제1부재(10) 및 제2부재(20)의 용접이음부(W)가 마치 가용접된 상태와 같이 들뜨지 않고 균일하게 밀착된 상태를 유지할 수 있기 때문에 레이저 용접의 품질을 높일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제1간격조절부를 나타낸 전체 예시도이다.
도 10을 추가 참조하면, 부재이송유닛(200)은 제1측면롤러 간격조절부(260)를 더 포함할 수 있다.
제1측면롤러 간격조절부(260)는 제1부재(10)의 폭에 따라 한 쌍의 제1측면롤러부(220)의 사이 간격을 조절할 수 있다.
제1측면롤러 간격조절부(260)는 테이블(100)에 고정 결합되며 상부에는 폭방향(D2)으로 연장되는 제1베이스블록(261)과, 제1베이스블록(261) 상에서 폭방향(D2)으로 이동 가능하게 결합되며 한 쌍의 제1측면롤러부(220)를 각각 고정 지지하는 한 쌍의 제1측면롤러 마운트(262)와, 한 쌍의 제1측면롤러 마운트(262)를 연결하는 제1간격조절 축부재(263)와, 제1간격조절 축부재(263)를 회전시키는 제1간격조절 구동부(264)로 구성될 수 있다. 따라서 제1간격조절 구동부(264)에 의하여 정, 역방향 회전하는 제1간격조절 축부재(263)의 회전 정도에 따라 한 쌍의 제1측면롤러 마운트(262)는 서로 이격되거나 근접하게 이동될 수 있고, 이로 인하여 제1부재(10)의 폭에 따라서 한 쌍의 제1측면롤러부(220)의 사이 간격이 조절될 수 있다.
여기서, 제1베이스블록(261) 및 한 쌍의 제1측면롤러 마운트(262)는 LM가이드와 같은 통상의 직선이송구조체로 결합될 수 있고, 한 쌍의 제1측면롤러 마운트(262) 및 제1간격조절 축부재(263)는 볼스크류와 같이 회전력을 직선운동으로 변환하는 통상의 동력전달구조체로 결합될 수 있다. 또한, 제1간격조절 구동부(264)는 수동핸들로 구성될 수 있고, 혹은 모터로 구성되어 제어유닛(500)에 의하여 제어될 수도 있다.
도시되진 않았지만, 부재이송유닛(200)은 제1측면롤러 높낮이조절부를 더 포함할 수도 있다. 제1측면롤러 높낮이조절부는 앞서 설명한 상부롤러 높낮이조절부(241)와 마찬가지 실린더로 구성될 수 있으며, 제1부재(10)의 양측면 두께에 따라 제1측면롤러부(220)의 높낮이는 적절히 조절될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제2간격조절부를 나타낸 전체 예시도이다.
도 11을 추가 참조하면, 부재이송유닛(200)은 제2측면롤러 간격조절부(270)를 더 포함할 수 있다.
제2측면롤러 간격조절부(270)는 제2부재(20)의 두께에 따라 한 쌍의 제2측면롤러부(230)의 사이 간격을 조절할 수 있다.
제2측면롤러 간격조절부(270)는 앞서 설명한 제1측면롤러 간격조절부(260)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 즉, 테이블(100)에 고정 결합되며 상부에는 폭방향(D2)으로 연장되는 제2베이스블록(271)과, 제2베이스블록(271) 상에서 폭방향(D2)으로 이동 가능하게 결합되며 한 쌍의 제2측면롤러부(230)를 각각 고정 지지하는 한 쌍의 제2측면롤러 마운트(272)와, 한 쌍의 제2측면롤러 마운트(272)를 연결하는 제2간격조절 축부재(273)와, 제2간격조절 축부재(273)를 회전시키는 제2간격조절 구동부(274)로 구성될 수 있다. 따라서 제2간격조절 구동부(274)에 의하여 정, 역방향 회전하는 제2간격조절 축부재(273)의 회전 정도에 따라 한 쌍의 제2측면롤러 마운트(272)는 서로 이격되거나 근접하게 이동될 수 있고, 이로 인하여 제2부재(20)의 두께에 따라서 한 쌍의 제2측면롤러부(230)의 사이 간격이 조절될 수 있다.
여기서, 제2베이스블록(271) 및 한 쌍의 제2측면롤러 마운트(272)는 LM가이드와 같은 통상의 직선이송구조체로 결합될 수 있고, 한 쌍의 제2측면롤러 마운트(272) 및 제2간격조절 축부재(273)는 볼스크류와 같이 회전력을 직선운동으로 변환하는 통상의 동력전달구조체로 결합될 수 있다. 또한, 제2간격조절 구동부(274)는 수동핸들로 구성될 수 있고, 혹은 모터로 구성되어 제어유닛(500)에 의하여 제어될 수도 있다.
도시되진 않았지만, 부재이송유닛(200)은 제2측면롤러 높낮이조절부를 더 포함할 수도 있다. 제2측면롤러 높낮이조절부는 앞서 설명한 제1측면롤러 높낮이조절부와 동일하게 구성될 수 있으며, 제2부재(20)의 측면 높이에 따라 제2측면롤러부(230)의 높낮이는 적절히 조절될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제2측면롤러부를 나타낸 평면 예시도이다.
도 12를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 제2측면롤러부(230)는 부재의 길이방향(D1)을 따라 복수 개가 구비될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 제2측면롤러부(230)는 용접헤드(380)에서 상대적으로 이격하여 배치되는 제2전방측면롤러부(230A)와, 용접헤드(380)에 상대적으로 인접하게 배치되는 제2후방측면롤러부(230B)를 포함할 수 있다.
이때, 제2후방측면롤러부(230B)의 롤러 반경(R2)은 제2전방측면롤러부(230A)의 롤러 반경(R1)보다 작은 것이 바람직하다.
용접헤드(380)에 인접한 제2후방측면롤러부(230B)의 롤러 반경(R2)을 상대적으로 작게 하면, 제2후방측면롤러부(230B)는 용접헤드(380)에 간섭 없이 레이저 용접이 이루어지는 용접포인트(W1,W2)에 보다 인접한 위치에 배치될 수 있다. 즉, 제2후방측면롤러부(230B)의 롤러 반경(R2)을 상대적으로 작게 하므로 용접헤드(380)에 의하여 레이저 용접이 이루어지는 용접포인트(W1,W2)에 인접한 위치에서 제2부재(20)의 양측면을 계속해서 지지할 수 있다. 이처럼 용접 직전까지 제2부재(20)의 위치 안정성이 보장되므로 용접 품질이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 용접헤드(380)에서 상대적으로 이격된 제2전방측면롤러부(230A)의 롤러 반경(R1)을 상대적으로 크게 하면, 해당 롤러의 중량에 비례하여 제2부재(20)의 위치를 보다 안정적으로 지지해줄 수 있는 이점도 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 제2측면롤러부를 나타낸 예시도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2측면롤러부(230)는 롤러축부재(233), 제2측면롤러(231) 및 스페이서(232)를 포함할 수 있다.
롤러축부재(233)는 제2측면롤러(231)의 회전축에 해당하며, 제2측면롤러 마운트(272)에 결합되고 제2부재(20)의 높이방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다.
제2측면롤러(231)는 롤러축부재(233)에 회전 가능하게 결합되며, 제2부재(20)의 높이방향(D3)을 따라 복수 개가 마련될 수 있다.
스페이서(232)는 롤러축부재(233)에 결합되며 이웃하는 제2측면롤러(231)의 사이에 배치될 수 있다. 스페이서(232)는 제2측면롤러(231)의 사이 간격을 설정할 수 있고, 제2측면롤러(231)의 반경보다 작은 반경을 가질 수 있다.
이때, 스페이서(232)는 서로 다른 높이(h1,h2,h3)를 가지는 복수 개의 스페이서가 구비될 수 있다. 즉, 제2측면롤러부(230)는 복수 개의 스페이서 중 임의의 스페이서(232)가 롤러축부재(233)에 선택적으로 결합되어서 마련될 수 있다. 이에 따라 롤러축부재(233)에 설치된 스페이서(232)의 높이(h1,h2,h3)에 따라 제2측면롤러(231)의 높낮이 및 사이 간격이 변화될 수 있다.
예컨대, 제2부재(20)의 측면에는 브래킷이나 돌출부 등의 연장돌출부가 더 구비될 수 있는데, 이러한 연장돌출부는 부재의 이동 과정에서 제2측면롤러(231)와의 간섭이 발생될 수 있다. 이 경우 제2부재(20)의 측면에 구비된 연장돌출부의 위치에 맞게, 서로 다른 높이를 가지는 복수 개의 스페이서 중 임의의 스페이서(232)를 롤러축부재(233)에 조립함으로써 복수 개의 제2측면롤러(231)의 높낮이 및 사이 간격을 변화시키고, 이에 따라 부재의 이동 과정에서 연장돌출부는 제2측면롤러(231)와의 간섭 없이 스페이서(232)에 의하여 형성된 공간을 통과하고 제2측면롤러(231)는 제2부재(20)의 측면을 계속해서 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 레이저 용접장치는 부재의 용접이음부의 양측에 배치되는 한 쌍의 용접헤드(380)의 위치를 설정하기 위한 한 쌍의 헤드이송유닛(300)을 이용하므로 용접 시간을 크게 단축시켜 보강 부재의 생산성을 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 용접장치는 제1부재 및 제2부재를 함께 이동시키는 부재이송유닛(200)을 통하여 다양한 단면 형상을 가지는 제1부재 및 제2부재의 위치를 안정적으로 고정 지지할 수 있으므로, 가용접을 필요하지 않아 용접 시간을 단축시킬 수 있고, 용접된 보강 부재의 품질을 높일 수 있으며, 다양한 단면 형상의 보강 부재에 대한 우수한 호환성을 가진다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100: 테이블 200: 부재이송유닛
210: 하부롤러부 220: 제1측면롤러부
230: 제2측면롤러부 240: 상부롤러부
300: 헤드이송유닛 310: 베이스프레임
320: 제1이동프레임 330: 제1이동프레임 구동부
340: 제2이동프레임 350: 제2이동프레임 구동부
360: 회전프레임 370: 회전프레임 구동부
380: 용접헤드 500: 제어유닛

Claims (10)

  1. 용접이음부의 길이방향을 따라 부재를 이동시키는 부재이송유닛; 및
    상기 용접이음부의 양측 용접포인트를 향하도록 상기 용접이음부를 중심으로 양측에 한 쌍으로 마련되며, 미리 설정된 용접 조건에 따라 상기 용접포인트에 대하여 용접헤드의 이격거리 및 틸팅각도를 조절하는 헤드이송유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부재의 재질 및 상기 용접포인트의 위치에 따라, 상기 용접헤드에서 조사되는 레이저빔의 강도와 상기 용접헤드의 이격거리 및 틸팅각도를 설정하는 용접모드 설정부를 가지는 제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 헤드이송유닛은,
    베이스프레임;
    상기 베이스프레임에 대하여 상기 용접이음부의 폭방향으로 이동 가능하게 결합되는 제1이동프레임;
    상기 제1이동프레임에 대하여 상기 용접이음부의 높이방향으로 이동 가능하게 결합되는 제2이동프레임; 및
    상기 제2이동프레임에 대하여 상기 용접이음부의 길이방향과 나란한 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합되며, 상기 용접헤드를 고정 지지하는 회전프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1이동프레임은 상기 용접헤드가 외부로 노출되도록 일면이 개방되고 상기 제2이동프레임 및 상기 회전프레임이 삽입되는 내부공간을 가지도록 함체 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부재는 T부재의 플랜지를 형성하는 제1부재와 상기 T부재의 웹을 형성하는 제2부재를 포함하고,
    상기 부재이송유닛은,
    상기 제1부재의 하부를 지지하는 하부롤러부;
    상기 제1부재의 양측면을 지지하는 한 쌍의 제1측면롤러부; 및
    상기 제1부재의 상부에 올려진 상기 제2부재의 양측면을 지지하는 한 쌍의 제2측면롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부재이송유닛은,
    상기 제2부재의 상부에 밀착되어 상기 제2부재를 상기 제1부재 방향으로 가압하는 상부롤러부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부재이송유닛은,
    상기 제2부재의 높이에 따라 상기 상부롤러부의 높낮이를 조절하는 상부롤러 높낮이조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 부재이송유닛은,
    상기 제1부재의 폭에 따라 상기 한 쌍의 제1측면롤러부의 사이 간격을 조절하는 제1측면롤러 간격조절부; 및
    상기 제2부재의 두께에 따라 상기 한 쌍의 제2측면롤러부의 사이 간격을 조절하는 제2측면롤러 간격조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2측면롤러부는,
    상기 용접헤드에서 이격하여 배치되는 제2전방측면롤러부와, 상기 용접헤드에 인접하게 배치되는 제2후방측면롤러부를 포함하고,
    상기 제2후방측면롤러부의 롤러 반경은 상기 제2전방측면롤러부의 롤러 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제2측면롤러부는,
    상기 제2부재의 높이방향으로 연장되는 축부재;
    상기 축부재에 결합되는 복수의 제2측면롤러; 및
    상기 축부재에 결합되되 이웃하는 상기 제2측면롤러의 사이에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하고,
    상기 스페이서는 서로 다른 높이를 가지는 복수의 스페이서 중 임의의 스페이서가 상기 축부재에 선택적으로 결합되어 상기 제2부재의 측면 형상에 따라 상기 제2측면롤러의 높낮이 및 사이 간격이 변화되도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100481954B1 (ko) 2001-04-27 2005-04-13 삼성중공업 주식회사 티자형 구조물의 자동용접장치

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