KR20240053917A - 레이저 용접 장치 - Google Patents

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KR20240053917A
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주식회사휴비스
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Abstract

본 발명은 레이저 용접 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 레이저 용접 전후 모니터링을 통하여, 용접 가능여부 판단 및 용접 후 불량 종류를 판단하여 재용접 실시를 통한 레이저 품질 향상을 위한 레이저 용접 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 의하여 용접시 발생될 수 있는 다양한 불량의 종류 및 형태 파악이 가능하다. 불량 종류 및 형태별 레이저 용접 제어를 통하여 불량을 해소할 수 있을 뿐만 아니라 이상적인 제품 양산이 가능해진다.

Description

레이저 용접 장치{Laser Welding appratus}
본 발명은 레이저 용접 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 레이저 용접 전후 모니터링을 통하여, 용접 가능여부 및 용접 후 불량 종류를 판단하여 재용접 실시를 통한 레이저 품질 향상을 위한 레이저 용접 장치에 관한 것이다.
자동차 배출가스로 인한 대기오염이 날로 심각해져 가고 있다. 국내외 기후 변화 및 배출 허용량 조정을 통한 자동차 배출가스 억제 등, 자동차 부분에서의 환경규제 강화에 대응하기 위해 친환경차 보급이 필수적이라 하겠다. 미국 테슬라는 2018년까지 기가팩토리에서 연간 35GWh 규모로 리튬이온 배터리 셀을 생산할 계획임. 전기자동차에는 EV, HEV, PHEV, FCEV 등이 있으며 구동을 위해 모터가 필요하다. 모터를 생산하기 위해서는 구리를 소재로 하는 헤어핀(Hairpin)의 용접이 필수적이다.
구리재질은 실온에서 표면의 낮은 적외선 흡수율과 구리 용융물의 낮은 점도 및 높은 열전도율을 갖는다는 문제점이 있다.
실온에서 구리 표면은 적외선 레이저의 낮은 흡수성을 갖는다. 용접에 일반적으로 사용되는 Nd : YAG 레이저의 파장은 1064 nm로 잘 연마된 구리 표면에서의 흡수율은 약4 %에 불과하다. 레이저 빔 에너지의 약96%가 구리 표면에서 반사되어 온도의 상승이 어려워진다.
또한, 구리표면의 상태(경면, 거칠기, 녹, 오염 등)에 따라 흡수율의 차이를 보이게 되어 입열량의 달라지게 된다. 이런 문제점을 개선하기 위한 방법으로 가시광 영역의 그린레이저, 블루레이저를 사용하여 흡수율을 향상을 위한 다양한 연구가 이루어 지고 있다.
온도의 상승을 위해 매우 높은 파워의 레이저를 사용할 경우 온도 상승에 따라 흡수율이 증가하고, 용융온도에 도달하면 흡수율이 갑자기 상승하여 과열로 인한 용락 및 용융 풀(鎔融 pool)로 부터의 폭발(blow out)로 이어져 스패터(spatter) 발생의 원인이 되기도 한다. 폭발(blow out)을 피하기 위해서는 낮은 레이저 파워로 프로세스를 시작해야하나 이 경우에는 용융에 어려움이 있다.
용융금속의 점도가 높을 경우 용융지의 유동이 줄어들지만, 구리 용융물은 낮은 점도를 갖는다. 용융초기 구리의 점도는 철의 약 60%, 표면장력은 철의 약 77% 수준으로 낮아 구리 용융금속의 점도는 철 및 강에 비해 상당히 낮다고 알려져 있다. 구리 용융금속의 유동이 용융풀 전체에 난류 형성을 유발하여 강에서와 같은 규칙적인 용접 비드를 얻기 어렵다. 저점도는 또한 용접 갭의 양호한 충전을 방해하므로 용착부의 품질을 향상하려면 응고되기 직전에 뒤쪽 부분에서 용융 난류가 진정될 수 있는 길고 타원형인 용융 풀을 만들어야 하나 이것 또한 구리의 경화가 빠르기 때문에 달성이 용이하지 않다.
구리는 높은 열전도율을 갖는다. 열전도도가 높을수록 인접한 재료로 열이 빠르게 전달되고 난류가 동결되어 불규칙한 비드(Bead) 형태가 발생될 수 있다. 열전도도는 용입을 결정하는 주요 변수로 깊은 용입을 위해서는 높은 에너지 밀도가 필요하다. 두께가 수 밀리미터인 구리를 용접하기 위해서는 수 킬로와트의 높은 레이저 출력이 직경 0.15 ~ 0.03 mm인 spot에 집중되어야 한다.
구리의 위와 같은 특성으로 현재 국내의 레이저 용접기술로는 다수의 용접 불량이 발생하고 있다.
즉, (약용접)용입이 부족한 약용접으로 인하여 공정 또는 사용 중 용접부 분리 및 통전불량이 발생될 수 있다. (용접 치우침)용접이 한쪽으로 치우쳐 미관이 불량하고 용접강도가 저하될수 있다. (이형불량) 용접부의 형태가 이형으로 발생되어 미관이 불량하고 주변의 용접부와 간격이 협소하여 단락현상 발생될 수 있다. (미용접) 용접부가 서로 연결되지 않아 통전이 되지 않을 수 있다. (스패터 발생) 스패터(spatter) 발생으로 인하여 코일 코팅층이 파괴되어 생산 중인 제품을 폐기하는 등의 로스(Loss)가 발생될 수 있다. 또는 헤어핀 용접부에 핀홀(Pin Hole) 또는 과다한 입열로 인한 소손, 탄화자국 발생될 수 있다.
더하여, 헤어핀의 배열이 불량으로 인하여 용접시 주변의 헤어핀과 단락현상 발생될 수 있다.
WELDING METHOD AND WEDLING APPARATUS FOR WELDING CONDUCTOR ENDS (WO2021/160414; 2021.8.19.공개)
본 발명은 위와 같은 용접시 발생될 수 있는 다양한 문제점 및 불량 종류 파악 및 이를 효과적으로 대처할 수 있는 수단 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 레이저 용접 장치는 스테이터(S)의 다수의 슬롯(H)마다 각각 삽입된 한쌍의 헤어핀(HP)끼리 통전시키기 위하여 용접시키는 용접부(100); 용접전 다수의 슬롯(H) 각각에 삽입된 헤어핀(HP)들 각각의 정렬상태이미지 및 용접비드를 포함한 각각의 헤어핀(HP)들의 용접상태이미지를 촬영하기 위한 촬영부(200); 및 상기 촬영부(200)에서 촬영된 정렬상태이미지에 기초한 정렬종류(AR0, AR1, AR2,… AR7) 또는 헤어핀(HP) 용접상태이미지에 기초한 불량종류(WD0, WD1, WD2,… WD6)에 기초하여 출력되는 레이저를 제어하기 위한 제어부(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 다수의 상기 정렬상태이미지는 정상정렬(AR0), 또는 dx갭(AR1), dy갭(AR2), 및 dz갭(AR3) 중 선택되는 어느 하나이상의 조합에 따른 용접 가능한 정렬종류류(AR0, AR1, AR2,… AR7)인지 여부를 판단하여 정렬종류별로 그룹핑하는 정렬종류그룹핑부(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부(300)는 상기 정렬종류그룹핑부(400)에 의하여 그룹핑된 정렬종류(AR0, AR1, AR2,… AR7)별 최적 빔 특성, 레이저파장, 레이저 출력, 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 조절하여 용접방법을 선택하는 레이저용접방법선택부(310); 및 그룹핑된 정렬종류별 레이저용접방법과 헤어핀의 위치를 고려하여 레이저용접 경로를 결정하는 레이저용접경로결정부(320);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부(300)는 상기 헤어핀(HP) 용접상태이미지를 참고하여 불량종류(WD0, WD1, WD2,… WD6)를 판단하는 불량종류판단부(330);를 더 포함하며, 불량종류판단부(330)에서 판단된 불량종류별 그룹핑하는 불량종류그룹핑부(500);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 상기 제어부(300)는 상기 불량종류판단부(330)에 의하여 판단된 불량종류별 최적 빔 특성, 레이저파장, 레이저 출력, 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 조절하여 재용접방법을 선택하는 레이저재용접방법선택부(340) 및 그룹핑된 불량종류별 레이저재용접방법과 헤어핀의 위치를 고려하여 레이저재용접 경로를 결정하는 레이저재용접경로결정부(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 불량종류판단부(330)는, 상기 스테이터(S)의 슬롯(H)에 삽입되어 용접된 한 쌍의 헤어핀(HP)별 용접비드를 포함하는 헤어핀(HP) 이미지데이터(HID)들을 축적하고, 인공 신경망에서 상기 헤어핀(HP) 이미지데이터(HID)를, 기존에 축적된 정상 또는 불량 및 불량종류가 확인된 학습기준데이터(RD)와 비교하여 한쌍의 헤어핀의 용접 정상 또는 불량 및 불량종류를 판단하고, 판단 결과를 피드백하여 상기 인공 신경망을 학습시키되, 상기 학습 결과를 기반으로, 용접부의 정상 또는 불량 여부 및 불량 종류의 기준이 설정 및 분류된 판단기준데이터(JRD)를 결정하며, 상기 촬영부(200)에서 촬영된 용접상태이미지와 상기 판단기준데이터(JRD)와 비교하여 용접된 헤어핀의 용접정상 또는 불량 여부 및 불량 종류를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 레이저재용접방법선택부(340)는 상기 불량종류판단부(330)에서 판단된 용접불량이, 약용접(WD0)으로 판단될 경우 싱글모드 레이저(Single Mode Laser) 또는 워블링(wobbling) 모드를 적용시키며, 이형불량(WD1)으로 판단될 경우 용접속도를 증가시키면서 펄스 용접모드를 적용시키며, 미용접(WD2)이 발생되었을 경우 워블링 모드를 적용시키는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하여 용접시 발생될 수 있는 다양한 불량의 종류 및 형태 파악이 가능하다. 불량 종류 및 불량 형태별 맞춤형 레이저 용접 제어를 통하여 불량을 해소할 수 있을 뿐만 아니라 이상적인 제품 양산이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 헤어핀 용접을 위한 개념도
도 2는 본 발명에 따른 헤어핀 정렬 상태 설명을 위한 개념도
도 3은 본 발명에 따른 헤어핀 용접 시스템 개념도
도 4는 본 발명에 따른 헤어핀 용접 작업 순서 개념도
도 5는 본 발명에 따른 헤어핀 불량 종류 및 형태 등을 도시한 개념도
본 발명은 용접부(100), 촬영부(200), 제어부(300) 등을 포함한다.
도 1 내지 5을 참고하여, 본 발명에 따른 헤어핀 용접 장치를 설명한다.
용접부(100)는 제어부(300)의 명령에 따라 용접 대상물인 한쌍의 헤어핀(HP)끼리 통전시키기 위하여 용접한다. 제어부(300)의 명령에 따라 용접부(100)는 광원(미도시)에서 조사되는 레이저(110)로 한쌍의 헤어핀(HP)을 용접한다.
도 1을 참고하여, 촬영부(200)는 카메라(210) 및 렌즈(220)를 포함한다. 도 2를 참고하면, 다수의 헤어핀(HP)을 포함하는 모터의 스테이터는 원형의 단면을 갖는다. 스테이터(S)의 원주방향으로 다수개의 헤어핀(HP)이 삽입된다. 삽입되는 다수개의 헤어핀(HP)을 상호 용접한다. 스테이터에 배열된 헤어핀(HP)의 정렬상태를 촬영하기 위하여 카메라(210)를 구비한다. 카메라(210)는 CCD카메라일 수 있다.
더하여 광간섭 단층촬영 (Optical coherence tomography, OCT) 시스템(미도시)이 구비될 수 있다. 광간섭 단층촬영을 통하여 헤어핀의 정렬상태, 갭(dx), 높이차(dy), 정렬차(dz), 등을 계측할 수 있을 뿐만 아니라, 용접 상태(형태), 비드의 크기, 형상 등을 계측할 수 있다.
도 1을 참고하면, 카메라(210) 등을 통한 다수의 헤어핀의 정렬상태 및/또는 용접 상태 등을 3차원적으로 촬영할 수 있다. 이를 위하여 헤드(HD)내부에서 카메라(210) 및 렌즈(220)가 헤어핀(HP)이 정렬된 배치를 따라 회전할 수 있다. 촬영부(200)인 카메라(210) 및 렌즈(220)는 기어(미도시) 및/또는 레일(미도시) 상에 배치되며, 모터(미도시) 등을 통하여 회전될 수 있다. 촬영부(200)의 이동에 의하여 연속적인 프로파일 데이터를 생성시킬 수 있다. 이를 조합하여 다수의 헤어핀의 정렬형태 및/또는 용접 형태 등을 3차원 데이터를 완성시킬 수 있다.
도 2를 참고하면, 다수의 헤어핀들은 스테이터(S)에 형성된 다수의 슬롯(H) 각각에 한쌍씩 삽입된다. 삽입된 한쌍의 헤어핀(HP)들의 X,Y, 및 Z축 방향으로의 올바른 삽입 및 정렬상태가 용접의 품질을 결정하는 중요한 요소가 될 수 있다.
용접 불량 확인에 앞서 헤어핀(HP) 정렬 상태를 체크하기 위하여 스테이터(S)의 중심(O)을 기준으로 각각의 슬롯마다 좌표를 설정할 수 있다. 좌표에는 직교좌표 또는 극좌표를 활용할 수 있다.
각 좌표에 해당하는 슬롯(H)마다 헤어핀(HP)이 올바로 삽입 후 정렬되었는지 체크할 수 있다. 즉, 갭(dx; gab)불량, 높이차(dy; height) 불량, 정렬차(dz; align) 불량인지 여부를 판단할 수 있다.
실험적으로 2.4*1.85mm인 헤어핀 단면을 기준으로, 높이차가 3.0mm미만인 경우, 갭이 1.5mm미만인 경우, 정렬차가 2.0mm미만인 경우에는 용접이 가능한 것으로 확인되었다. 이러한 실험적 차이에 근거하여 갭, 높이차, 정렬차 등의 불량 여부를 판단한다. 갭, 높이차, 정렬차 중 어느 하나가 허용범위 이상인 것으로 판단될 경우, 사용자에게 알람을 송출하고 작업을 중지할 수 있다.
한편, 이러한 일련의 상황을 디스플레이를 통하여 사용자에게 개시할 수 있다.
올바른 정렬 여부는 슬롯(H)마다 지정된 좌표, 어느 하나의 슬롯(H1)의 좌표가 (X0, Y0)로 설정되었을 경우, 동일 중심(O)을 기준으로 해당 슬롯(H1)에 삽입 정렬된 헤어핀의 이미지 위치의 좌표를 계산하여 X0로부터 얼만큼 이격(dx)되었는지 및/또는 Y0F로부터 얼만큼 이격(dy)되었는지 등을 체크할 수 있다.
이러한 각각의 한쌍의 헤어핀 정렬상태이미지로부터 각각의 한쌍의 헤어핀들은 정상정렬(AR0), 또는 dx갭(AR1), dy갭(AR2), 및 dz갭(AR3) 중 선택되는 어느 하나이상의 조합에 따른 용접 가능한 정렬종류(AR0, AR1, AR2,… AR7)인지 여부를 판단할 수 있다. 정렬종류그룹핑부(400)는 정렬종류별로 그룹핑한다.
또는 인공신경망을 통하여 정렬종류별 그룹핑이 가능하다.
스테이터의 각 영역별로 분할 생성된 이미지데이터를 축적한다. 각 영역별로 축적된 이미지데이터와 정상 또는 dx갭(AR1), dy갭(AR2), 및 dz갭(AR3) 중 선택되는 어느 하나이상의 조합에 따른 용접 가능한 정렬종류(AR0, AR1, AR2,… AR7)가 확인된 이미지데이터를 상호 대비하여 피드백과정을 통해 인공 신경망 학습을 진행할 수 있다. 인공 신경망 학습이 진행됨에 따라, 인공 신경망 내의 데이터 처리 과정 및 속도는 크게 향상된다.
인공 신경망 학습 후, 해당 학습결과를 기반으로 기준이 될 수 있는 이미지데이터를 결정한다. 결정된 이미지데이터와 스테이터에 삽입 정렬된 헤어핀을 촬영한 이미지데이터를 상호 비교하여 정렬상태 및 용접 가능한 정렬종류(AR0, AR1, AR2,… AR7) 등을 판단할 수 있다.
도 3을 참고하여, 이러한 정렬종류를 판단함으로써, 전제적으로 용접 가능여부를 판단할 수 있다. 용접불가일 경우 별도 마련된 제어부(300) 등을 통하여 알람이 울릴 수 있고, 이물질이 발견된 경우 제거하거나, 배열 불량인 경우 재정렬 등의 과정을 거칠 수 있다.
정렬 불량이 발생되었을 경우에는 클램핑 지그 등 기구적 결함 유무를 확인한다. 불량인 경우 알람 송출하여 용접 프로세스가 진행될 수 없음을 알린다.
한편, 용접가능할 경우, 헤어핀의 정렬상태가 정상정렬(AR0)인지, dx갭은 있지만 용접가능한 상태(AR1)인지, dy갭은 있지만 용접가능한 상태(AR2)인지 등 다양한 정렬상태를 판단한다.
다수의 헤어핀마다 정렬상태를 판단하며, 판단된 결과를 기반하여 용접 방법별 또는 정렬상태별 그룹핑을 한다. 정렬종류그룹핑부(400)에 의하여 그룹핑된 정렬종류(AR0, AR1, AR2,… AR7)별로 레이저용접방법선택부(310)는 최적 빔 특성, 레이저파장, 레이저 출력, 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 조절하여 용접방법을 선택한다.
레이저용접경로결정부(320)는 그룹핑된 정렬종류별 레이저용접방법과 헤어핀의 위치를 고려하여 레이저용접 경로를 결정한다.
이에 기반하여 용접을 실시한다.
즉, 싱글모드 인지 워블(Wobble) 모드인지, 용접속도를 정상상태보다 빠르게 진행할 것인지, 느리게 진행할 것인지, 또는 연속파을 조사하거나 펄스폭을 변경시킬 것인지 등을 다양하게 고려하여 상황별 판단할 수 있다.
도 3 및 4를 참고하여, 용접을 실시한다. 용접 후 비드를 포함하여 용접된 헤어핀들을 촬영한다.
도 5를 참고하여, 제어부(300)는 불량종류별 최적 빔 특성, 레이저파장, 레이저 출력, 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 조절하여 재용접방법을 선택하는 레이저재용접방법선택부(340)를 포함한다. 제어부(300) 그룹핑된 불량종류별 레이저재용접방법과 헤어핀의 위치를 고려하여 레이저재용접 경로를 결정하는 레이저재용접경로결정부(350)를 포함한다.
스테이터(S)의 슬롯(H)에 삽입되어 용접된 한 쌍의 헤어핀(HP)별 용접비드를 포함하는 헤어핀(HP) 이미지데이터(HID)들을 축적하였다. 인공 신경망에서 헤어핀(HP) 이미지데이터(HID)를 기존에 축적된 정상 또는 불량 및 불량종류가 확인된 학습기준데이터(RD)와 비교하여 한쌍의 헤어핀의 용접 정상 또는 불량 및 불량종류를 판단하고, 판단 결과를 피드백하여 상기 인공 신경망을 학습시킨다.
학습 결과를 기반으로, 용접부의 정상 또는 불량 여부 및 불량 종류의 기준이 설정 및 분류된 판단기준데이터(JRD)를 결정한다. 촬영부(200)에서 촬영된 용접상태이미지와 상기 판단기준데이터(JRD)와 비교하여 용접된 헤어핀의 용접정상 또는 불량 여부 및 불량 종류를 결정할 수 있다.
학습기준데이터(RD)에는 사전 촬영된 헤어핀이 정상적/비정상적으로 정렬되었을때의 3차원 데이터, 헤어핀의 정상용접, 약용접, 용접치우침, 이형불량, 스패터(spatter) 발생, 탄화자국, 미용접 상태 등 다양한 상황별 3차원 데이터가 저장되어있다. 다양한 상황별 저장된 이미지를 통하여 인공 신경망 학습이 수행될 수 있다.
도 5을 참고하여, 촬영부(200)에서 촬영된 용접상태이미지와 판단기준데이터(JRD)를 상호 비교하여 약용접, 용접치우침, 이형불량, 스패터 발생, 탄화자국 발생, 및 미용접 등인지 등을 확인한다.
정렬 및/또는 불량 여부 판단이나 피드백 과정을 보다 효율적으로 진행하기 위해 이미지 데이터의 학습 및 인식에 특화되며, 데이터 처리 과정을 포함하는 것으로 알려진 합성곱 신경망 시스템 (Convolutional Neural Network, CNN;　https://ellun.tistory.com/104　[Ellun's Library] 또는 https://en.wikipedia.org/wiki/Kernel (image processing) 등 참조) 등의 인공 신경망 시스템을 적절히 사용할 수 있다.
약용접은 높은 빛 반사율과 열전도도로 에너지가 안정적으로 전달되지 않아 약용접이 발생되는 현상이다. 용입 깊이 확보를 위해 스몰빔 스폿(Small Beam Spot)과 고밀도(High Intensity)가 가능한 싱글모드 레이저(Single Mode Laser)가 적용시킬 수 있다. 또는 헤어핀의 일부만 녹고 주변부는 용융되지 않아 발생되는 현상이므로 단면의 전면에 골고루 입열이 될 수 있도록 워블링(wobbling) 공법 적용될 수 있도록 제어부는 출력제어한다.
용접 치우침은 헤어핀의 높이가 상이하여 발생되는 문제이므로 용접전 헤어핀의 높이차(dy)를 확인할 필요가 있다. 한편, 용접 후 이미지을 확인하여 스몰빔 스폿(Small Beam Spot)과 고밀도(High Intensity)가 가능한 싱글모드 레이저(Single Mode Laser)또는 펄스(Pulse)레이저 모드를 통하여 추가 용접을 실시할 수 있도록 제어부는 용접부를 제어한다.
이형(異形)불량이 발생되었을 경우, 재 용융으로 이형을 방지한다. 이 때, 용접속도를 빠르게 하되 용융부가 표면장력으로 둥근 형태를 유지할 수 있도록 적정한 펄스 용접을 재 시행한다.
미용접이 발생되었을 경우 헤어핀간의 Gap이 과도하거나 용입이 부족한 경우에 발생하는 현상이므로 갭(Gap)이 적정범위에 있는지 재확인하며, 재정렬 후 용접작업을 수행시킨다. 또는 제어부(300)는 적정 갭(Gap)임에도 불구하고 미용접이 발생되었을 경우 워블링 공법을 적용하여, 재용접을 실시한다.
용접속도가 너무 느릴 경우 낮은 점도 및 표면장력으로 스패터(spatter)가 증가하는 경향을 보인다. 이를 해결하기 위하여, 스몰빔 스폿(Small Beam Spot)과 고밀도(High Intensity)가 가능한 싱글모드 레이저(Single Mode Laser)또는 펄스(Pulse)레이저 모드로 제어한다. 또한, 용접 속도가 빠를 경우 비드 폭의 감소가 예상되므로 강성을 확보하기 위하여 워블링(Wobbling) 공법 적용할 수 있다.
용접 후 탄화자국이 발생되었을 경우, 용접부에 용융시 산화물 또는 기체가 발생할 수 있는 이물질 또는 오염물질이 있는지 확인한다. 또한, 제어부(300)는 레이저의 펄스 에너지, 피크 전력 및 지속 시간 등을 변화시킨다.
간단히 요약하면, 헤어핀(HP)은 별도 마련된 정렬 지그(미도시)를 통하여 정렬된다. 정렬 지그로는 본 발명의 출원인이 권리화한 10-2117249호(구동용 모터 헤어핀 연결용 정렬 장치)가 사용될 수 있다.
도 1 내지 5를 참고하여, 다수의 헤어핀이 스테이터에 정렬된 상태를 촬영하기 위하여 촬영부(200)가 동작한다. 촬영부(200)는 헤드(HD)내부에서 선형적으로 이동될 수 있다. 다수의 헤어핀을 3차원적 데이터로 완성시키기 위함이다. 헤어핀의 정렬상태가 3차원적 데이터로 완성되면, 도 2에 도시된 바와 같이 갭(dx), 높이차(dy) 및 정렬차(dz) 등의 수치 데이터를 추출한다. 갭, 높이차 및 정렬차 등이 허용범위 이내인지 판단한다.
허용범위 이내라면, 용접을 진행한다. 용접후 용접 불량 종류를 판단한다.
용접된 헤어핀 각각별로 불량 여부 및 종류가 판단될 경우, 리페어의 방법을 제어부(300)에서 설정한다. 리페어 방법으로는 재 용접될 부분만을 선정하여 경로를 선택하는 패턴제어뿐만 아니라 불량 종류별 레어저 출력제어가 수행된다. 출력제어로는 정상출력, 싱글모드, 워블링 모드, 연속파, 펄스 등이 선택될 수 있다. 또한, 출력제어 중 하나로 용접속도를 제어할 수도 있다.
불량이 해소된 경우 최종검사 후 제품이 반출된다
100 용접부
200 촬영부
300 제어부

Claims (7)

  1. 스테이터(S)의 다수의 슬롯(H)마다 각각 삽입된 한쌍의 헤어핀(HP)끼리 통전시키기 위하여 용접시키는 용접부(100);
    용접전 다수의 슬롯(H) 각각에 삽입된 헤어핀(HP)들 각각의 정렬상태이미지 및 용접비드를 포함한 각각의 헤어핀(HP)들의 용접상태이미지를 촬영하기 위한 촬영부(200); 및
    상기 촬영부(200)에서 촬영된 정렬상태이미지에 기초한 정렬종류(AR0, AR1, AR2,… AR7) 또는 헤어핀(HP) 용접상태이미지에 기초한 불량종류(WD0, WD1, WD2,… WD6)에 기초하여 출력되는 레이저를 제어하기 위한 제어부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다수의 상기 정렬상태이미지는 정상정렬(AR0), 또는 dx갭(AR1), dy갭(AR2), 및 dz갭(AR3) 중 선택되는 어느 하나이상의 조합에 따른 용접 가능한 정렬종류류(AR0, AR1, AR2,… AR7)인지 여부를 판단하여 정렬종류별로 그룹핑하는 정렬종류그룹핑부(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 정렬종류그룹핑부(400)에 의하여 그룹핑된 정렬종류(AR0, AR1, AR2,… AR7)별 최적 빔 특성, 레이저파장, 레이저 출력, 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 조절하여 용접방법을 선택하는 레이저용접방법선택부(310); 및
    그룹핑된 정렬종류별 레이저용접방법과 헤어핀의 위치를 고려하여 레이저용접 경로를 결정하는 레이저용접경로결정부(320);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 헤어핀(HP) 용접상태이미지를 참고하여 불량종류(WD0, WD1, WD2,… WD6)를 판단하는 불량종류판단부(330);를 더 포함하며,
    불량종류판단부(330)에서 판단된 불량종류별 그룹핑하는 불량종류그룹핑부(500);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 불량종류판단부(330)에 의하여 판단된 불량종류별 최적 빔 특성, 레이저파장, 레이저 출력, 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 조절하여 재용접방법을 선택하는 레이저재용접방법선택부(340) 및 그룹핑된 불량종류별 레이저재용접방법과 헤어핀의 위치를 고려하여 레이저재용접 경로를 결정하는 레이저재용접경로결정부(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 불량종류판단부(330)는,
    상기 스테이터(S)의 슬롯(H)에 삽입되어 용접된 한 쌍의 헤어핀(HP)별 용접비드를 포함하는 헤어핀(HP) 이미지데이터(HID)들을 축적하고,
    인공 신경망에서 상기 헤어핀(HP) 이미지데이터(HID)를, 기존에 축적된 정상 또는 불량 및 불량종류가 확인된 학습기준데이터(RD)와 비교하여 한쌍의 헤어핀의 용접 정상 또는 불량 및 불량종류를 판단하고, 판단 결과를 피드백하여 상기 인공 신경망을 학습시키되,
    상기 학습 결과를 기반으로, 용접부의 정상 또는 불량 여부 및 불량 종류의 기준이 설정 및 분류된 판단기준데이터(JRD)를 결정하며,
    상기 촬영부(200)에서 촬영된 용접상태이미지와 상기 판단기준데이터(JRD)와 비교하여 용접된 헤어핀의 용접정상 또는 불량 여부 및 불량 종류를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저재용접방법선택부(340)는 상기 불량종류판단부(330)에서 판단된 용접불량이,
    약용접(WD0)으로 판단될 경우 싱글모드 레이저(Single Mode Laser) 또는 워블링(wobbling) 모드를 적용시키며, 이형불량(WD1)으로 판단될 경우 용접속도를 증가시키면서 펄스 용접모드를 적용시키며, 미용접(WD2)이 발생되었을 경우 워블링 모드를 적용시키는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WELDING METHOD AND WEDLING APPARATUS FOR WELDING CONDUCTOR ENDS (WO2021/160414; 2021.8.19.공개)

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