KR910007155B1 - 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치

제1도는 본 발명에 의한 다수의 그리드에 병합된 핵연료 집합체의 개략도.

제2a-2e도는 제1도의 집합체속에 병합된 본 발명에 의한 연료봉 그리드의 개략도, 평면도, 측단면도, 개락확대도 및 평면도.

제3a-3l도는 제2도에 도시된 핵연료봉 그리드를 용접하기 위한 일련의 개략공정도.

제3m도는 레이저 비임의 프로파일을 도시한 그래프.

제4도는 본 발명에 의한 정밀레이저 용접장치의 개략도.

제5도는 제4도의 레이저 용접장치용 구조물 지지장치의 개략확대도.

제6도는 두개의 작업물 즉 핵 연료봉의 각각에 하나의 레이저원으로부터 방사된 레이저비임을 유도하기 위한 제4 및 5도에 도시된 정밀레이저 용접장치에 병합된 레이저장치의 개략분해도.

제7도는 제4도의 레이저 용접장치의 측면도.

제8도는 제4도에 도시된 레이저 용접장치의 부분정면도.

제9도는 제8도에 레이저 용접장치의 선 Ⅸ-Ⅸ 평면도.

제10도는 제8도의 선 Ⅹ-Ⅹ 측단면도.

제11도는 제8도의 선 XⅠ-XⅠ의 측단면도.

제12도는 제11도의 선 XⅡ-XⅡ의 부분정면도

제13도는 제11도의 미끄럼대의 이동을 가능하게 하는 기구의 선 XIII-XIII의 부분단면도.

제14도는 제4도의 용접실과 회전가능한 지지구를 선택적으로 위치결정하기 위한 기구의 확대도.

제15도는 부분적으로 용접실과 회전가능한 지지구를 선택적으로 회전시키기 위한 기구와 그 기구에 연결된 B축 회전구동기를 도시하는 제9도의 선 XV-XV 단면도.

제16도는 제15도의 선 XVI-XVI을 따라서, 특히 회전가능한 분지지구의 위치결정기구와, 가공실에 대한 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체의 관계를 도시하는 일부단면의 측면도.

제17도는 제14도의 용접실내에 배치된 회전가능한 지지구를 일부 파단하여 도시한 평면도.

제18도는 제17도의 선 XVⅢ-XVⅢ 단면도.

제19도는 제18도의 선 IX-IX 단면도.

제20도는 아르곤과 같은 적당한 불활성 개스 용접실과 레이저 촛점맞춤 렌즈 조립체의 각각에 탱크로부터 공급되는 회로도.

제21a 및 21b도는 중앙처리장치 및 메모리에 대하여 또한 챔버위치결정기구, 제2컴퓨터제어장치, 레이저장치, 아르곤공급장치, 진공배기장치, 축회전구동장치, 산소분석기, 수분분석기 및 더모파일에 대하여 접속회로의 관계를 도시하는 레이저 용접장치용 컴퓨터제어장치의 개략도.

제22a 및 22b도는 각각 제4도의 레이저 전원 및 제21a도 및 제21b도에 도시한 CPU에 관련된 용접기표시판과 기능판을 각각 도시하는 정면도.

제23a 및 23b도는 레이저 용접장치가 정밀하게 핵연료봉 그리드의 일련의 용접을 실시하기 위해 제어되도록 제어공정을 도시한 프로그램의 하이레벨 플로우 다이어그램.

제24a, 24b 및 24c도는 제23a 및 23b도에 도시된 프로그램에 의해 부분적으로 설정된 M, S 및 T 코우드에 의해서 명령되어지는 순서도로서 각각 "LOAD/UNLOAD CART", "SELECT GAS FLOW RATE" 및 ROTATE FIXTURE의 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 핵연료 집합체 12, 14 : 노즐 지지체

18 : 핵연료봉 100 : 레이저 용접장치

102 : 레이저 공급장치 108 : 용접실

126 : 컴퓨터 수치제어기(CNC)

204 : 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체

242 : 회전지지구 290 : X축 위치조정대

292 : Y축 위치조정대 292 : X축 구동모터

296 : Y축 구동모터 450 : Z축 위치조정대

473 : 아르곤 공급장치 560 : 중앙처리장치(CPU)

570 : Z축 구동모터

본 발명은 가공물을 레이저 비임에 관하여 X, Y 및 Z축을 따라 이동시키는 것에 의해서, 이 가공물에 대해 불활성의 분위기내에서 복수의 정밀용접부를 제어된 순서로 형성하는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 정밀 레이저 용접장치는 일반적으로 제1도에 도시된 바와 같은 핵연료 집합체(10)를 제조하는데 사용하는 것으로, 상기 핵연료 집합체 (10)는 도면에 도시된 바와 같이 상, 하측 노즐 지지체(12),(14)와, 그 사이에 위치하는 핵연료봉(18)으로 구성되고, 상기 핵연료봉(18)은 다수의 연료봉 그리드(16)에 의해 행렬로 집합 배열되어 있다. 제1도에 도시되지는 않았으나 핵연료봉(18)의 배열중 선택된 위치에는 제어봉이 설치되어 있다. 노즐 지지체(12),(14)와 연료봉 그리드(16)는 함께 연료봉(18)과 제어봉을 지지하기 위한 프레임을 구성하게 된다. 핵연료 집합체(10)는 원자로내의 선택된 위치에 설치되는데, 그때 연료봉(18)간의 배치관계를 정밀하게 제어하도록 되어 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 용접장치는 제2a도 내지 2e도에 도시된 바와 같은 연료봉 그리드(16)를 제조하는데 사용된다. 상기 연료봉 그리드(16)는 대체로 정방형으로 되어 있고, 그 주위는 4개의 외측 그리드 스트랩(22)에 의해 형성되는데, 외측 그리드 스트랩(22)의 각각의 단부는 수직으로 위치된 외측 그리드 스트랩의 단부와 용접되어 코너시임 용접부(30)를 형성하게 된다. 또한 다수의 내측 그리드 스트랩(20)이 서로 수직을 이루는 행렬로 배열되어, 제어봉과 핵연료봉(18)을 수용할 수 있는 다수의 셀(cell)을 형성하고 있다. 또한 각각의 내측 그리드 스트랩(20)은 그에 대해 수직으로 위치될 내측 그리드 스트랩(20)을 수용할 수 있도록 각각의 교차점(24)에서 보조슬롯을 가지고 있다. 또한 상기 교차점(24)에는 교차용접부(32)가 형성되므로써, 견고한 계란상자형 구조를 형성하게 된다. 또한 각각의 내측 그리드 스트랩(20)의 각각의 단부에는 한쌍의 탭(26)이 형성되어 있는데, 상기 탭(26)은 제2a도에 도시된 바와 같이 외측 그리드 스트랩 (22)에 상, 하로 열을 지어 형성된 슬롯(28)에 꼭맞게 삽입될 수 있는 크기 및 형상을 가지고 있으며, 상기 각각의 슬롯(28)을 따라서는 슬롯 및 탭용접부(34)가 형성된다. 또한 연료봉 그리드(16)의 슬리브 측면에는 다수의 안내슬리브 (36)가 설치되어 제어봉을 수납 및 안내하도록 되어 있으며, 상기 안내슬리브(36)는 일련의 노치시임 용접부(40)에 의해 내측 그리드 스트랩(20)내에 형성된 노치 (38)에 고착되게 된다. 본 발명의 용접장치는 특히 용접부(30),(32),(34),(40)를 형성하는 일련의 용접작업을 제어하는데 사용되는 것으로, 레이저를 발생시키게 하는 여러 매개변수, 즉 펄스폭, 각 레이저 펄스의 펄스높이, 그리고 각각의 용접부에 가해지는 펄스의 수를 제어할 뿐만 아니라 레이저 비임에 대한 연료봉 그리드(16)의 연속된 위치선정을 제어하게 된다. 하나의 용접부가 형성된 후에는 다음의 요구되는 용접부를 형성시킬 수 있도록 연료봉 그리드(16)의 위치가 재선정되거나 레이저 비임의 촛점이 변화하게 된다는 것을 주지하기 바란다.

제2b도 및 c도에 도시된 바와 같이, 내측 그리드 스트랩(20)에는 그 길이 방향으로 서로 평행하게 연장되는 다수의 탄성핑거(44)가 위치되어 있으며, 각각의 탄성핑거(44)의 양측에는 한쌍의 이격핑거(46)가 위치되어 탄성핑거(44)와 함께 서로 교차하는 내측 그리드 스트랩(20)에 의해 형성되는 셀내에 설치되는 핵연료봉(18)을 탄성파지하도록 작용하게 된다. 제2c도의 우측에 도시된 바와 같이, 탄성핑거(44a)는 이격핑거(46a)와 마주보게 위치되어, 이격핑거(46a)와의 사이에 핵연료봉(18)을 탄성지지하게 된다.

제2d도에는 내측에 그리드 스트랩(20)사이의 조립방식 및 외측 그리드 스트랩(22)에 대한 내측 그리드 스트랩(20)의 조립방식이 도시되어 있다. 각각의 내측 그리드 스트랩(20)은 다수의 보조슬롯(52)을 갖고 있어, 각각의 상측 그리드 스트랩(20a)은 하측으로 개구된 다수의 슬롯(52a)을 갖는 반면에 각각의 하측 그리드 스트랩(20b)은 상측으로 개구된 다수의 슬롯(52b)을 갖게 되며, 상기 슬롯(52b)은 그에 대응하는 슬롯(52a)내에 수용될 수 있는 크기 및 형상으로 되어 있다. 또한 이미 상술한 바와 같이, 내측 그리드 스트랩(20)의 각각의 단부에는 외측 그리드 스트랩(22)의 슬롯(28)내에 수용되는 한쌍의 탭(26)이 형성되어 있다.

후술하는 바와 같이 내측 그리드 스트랩(20)은 돌출탭(48)과 탭부(50a), (50b)로된 교차용접부(32)에 의해 서로 용접되게 된다. 즉, 내측 그리드 스트랩(20a), (20b)를 조립하면 돌출탭(48)이 그에 대응하는 탭부(50a), (50b)사이에 위치하게 되고, 따라서 탭(48)과 탭부(50a),(50b)에 레이저 비임을 인가하게 되면 교차용접부 (38)가 오염없이 견고하게 형성되게 됨으로써 내측 그리드 스트랩(20)간의 용접이 이루어진다. 제2d도에 도시한 바와 같이, 외측 그리드 스트랩(22c),(22d)는 각각 상호 겹쳐져서 상호시임 용접되어 코너시임 용접부(30)을 형성하는 코너 탭(54b) 및 (54c)를 갖는다.

제2c도 및 2e도에 도시한 바와 같이, 베인(42)는 연료봉 그리드(16)의 베인측으로부터 돌출되어 핵연료봉(18)을 통과하는 물의 난류상태를 촉진하게 된다. 또한 제2C도에 특히 상세하게 도시한 바와 같이, 안내슬리브(36)들은 탄성핑거(44) 또는 이격핑거(46) 양자 모두가 존재하지 않는 내측 그리드 스트랩(20)에 의해 형성되는 셀과 정렬되어 있어, 제어봉이 셀과 안내 슬리브(36)을 통해 자유이동을 할 수 있게 한다.

본 출원인에게 역시 양도된 Foulds 등의 미합중국 특허 제3,966,550호 및 Patterson 등에 의한 미합중국 특허 제3,791,466호에는 유사한 형상의 연료봉 그리드가 기재되어 있다. 상기 각각의 특허들은 내부 및 외부 그리드 스트랩들이 인코넬과 같은 적합한 금속합금으로 이루어지고, 상기한 교차부들은 노안에서의 경납땜(furnace brazing)에 의해 형성되는 연료봉 그리드에 대해 기술하고 있다. 그러나 지르코늄 합금인 지르칼 로이는 중성자 흡수단면적이 낮은 바람직한 특성을 갖는 것으로 알려져 있어, 이에 의해 실제의 운전에 있어서 핵연료의 보다 효율적인 사용을 가능케 하고 이러한 이유로 해서 연료집합체의 교환에 따른 연료교환과 연료교환과의 사이의 경과시간을 보다 길게할 수가 있게 된다. 특히, 지르칼로이로 구성되는 연료봉 그리드는 인코넬로 구성되는 스트랩보다도 연료봉에 의해 발생되는 중성자의 흡수율이 낮게 된다. 지르칼로이로부터 격자 스트랩을 구성하는 것은, 연료봉 그리드의 조립에 적어도 몇가지의 변경을 필요로 한다. 먼저, 내측 그리드 스트랩이 상호간에 교차하는 슬롯을 넉넉한 공차로 하는 것이 필요하다. 즉, 지르칼로이로된 그리드 스트랩은 해머등을 사용해 요구되는 위치에 강제로 끼울 수 없게 되어 있기 때문에, 내측 그리드 스트랩간의 교차부분에 공차가 큰 슬롯을 형성하며, 서로 교차하도록 된 그리드 스트랩을 소위 "밀어끼움" 시킬 수 있게 하여야 한다. 또한 지르칼로이를 납땜합금의 용융온도까지 가열시키게 되면 지르칼로이가 어니일링됨에 의해 기계적 강도가 손실되기 때문에, 지르칼로이로 된 그리드 스트랩은 납땜을 하면 안된다.

연료봉 그리드(16)와 연료봉(18)의 표면들이 서로 접촉을 함에 따라 용접부 오염 및 연료봉 그리드(16)의 기계적 손실의 가능성이 증가하게 되는데 이러한 기계적 부식의 문제점은 종래부터 인식되어 온 것이다. 연료봉(18)과 그리드(16)를 포함하는 핵연료 집합체(10)는 통상은 물로된 냉각체를 큰 고압하에서 냉각체의 비등점 이상의 온도인 316℃(600°F)까지 가열하도록 되어 있는 비등수형 원자로(BWR) 또는 가압수형 원자로(PWR)의 과격한 분위기내에서 위치하도록 되어 있는데, 이러한 조건하에서는 오염, 특히 기계적 부식이 증가하게 된다. 1975년 발간된 "원자핵공학 및 설계"에 리브룬데가 기고한 "비등수형 원자로에 있어서의 연료피복제의 외부부식에 의한 영향"이란 명칭의 간행물에는 기계적 부식에 의해 여러기구들에 미치는 영향에 관해 기재되어 있다. 상기 문헌에 기재된 바와 같이, 그리드(16)와 연료봉(18)간의 접촉지점에서 용접부가 연마되거나 성형됨에 따라 금속입자가 형성되게 되고, 그러한 금속입자는 산화되어 부식분말을 형성함으로써 부식작용을 증대시게 되며, 표면들이 서로 마찰됨에 따라 보호 산화물층이 계속적으로 벗겨지게 됨으로 인해 보호 산화물층 아래의 금속이 산화하게 된다. 특히 아연합금은 마찰작용에 의하여 직접 산화되기 쉬운 경향을 가지고 있다.

내, 외측 그리드 스트랩(20),(22)과 연료봉 그리드(16)의 안내슬리브(36)간의 접합부가 계속 오염되게 되면 결국 접합부의 파괴가 초래되게 되고, 그 결과 연료봉이 파괴되고 냉각수에 산화우라늄이 혼입되게 된다. 이러한 산화우라늄의 대부분은 이온교환기에 의해 흡수되기는 하지만, 소량은 코어요소에 침적되게 된다.

또한 냉각수에 산화우라늄이 혼입되게 되면 그리드(16)뿐만 아니라 연료봉 (18)의 부식율이 증가하게 된다. 특히 상기한 문제의 간행물에는 아연합금으로 된 그리드와 연료봉을 오염된 용접분위기에서 용접하게 되면, 용접부가 오염되게 되어 상술한 바와 같은 문제점이 발생하게 된다고 기재되어 있으며, 또한 지르칼로이의 텅스텐 용접의 문제점 및 그러한 용접 분위기에서의 산소와 물의 악영향에 따른 문제점에 관해서도 기재되어 있다. 산소의 양이 많게 되면 용접부의 강도가 증대하게 될 것이다.

상기 "원자핵 공학 및 설계" 책자에 실린 "가압수형 원자로에 있어서의 피복재의 외부부식"이란 명칭의 간행물에서 스텔 등은 500℃이상의 온도에서 산소가 존재하게 되면 연성이 감소하게 된다고 지적하면서 지르칼로이의 부식에 따른 영향에 관해 언급하였다. 특히, 상기 간행물에는 연료입자 또는 텅스텐 전극재료와 같은 차폐가스내의 불순물에 의한 오염이 텅스텐 아아크용접에 있어서 주된 문제점이 된다고 기재되어 있다. 특히, 이러한 오염은 연료봉(18)상에 백색의 중산화물층으로 나타나는 산화우라늄의 발생을 초래한다. 특히 스텔등은 상기 간행물에서 물과 산소의 농도가 각각 약 20 및 10ppm 미만으로 유지되어야 한다고 암시하고 있다. 비록 룬데 및 스텔등은 상기 간행물에서 지르칼로이 요소의 용접, 특히 지르칼로이로 된 연료봉 그리드(16)의 용접에 따른 문제점에 관해 취급을 하지는 않았지만, 경험으로 비추어 볼 때 비교적 순수하지 못한 분위기에서 형성된 용접부는 처음에는 오염도가 적게될 것이지만 원자로의 과격한 분위기에 있게 되면 특히 부식오염되게 될 것이다. 따라서, 지르칼로이에 대한 용접, 특히 레이저 용접은 제어된 순수한 분위기에서 수행을 하여 용접오염을 최소화시키게 함과 동시에 원자로의 과격한 분위기에서 파괴되지 않도록 하는 것이 중요하다.

종래의 자동 레이저 용접장치의 대표적인 예로는 미합중국 특허 제3,555,239호를 들 수 있는데, 이 특허에서는 용접공정 뿐만 아니라 가공물의 위치가 디지탈 컴퓨터에 의해 제어되도록 되어 있다. 또한, 상기 특허에는 가공물에 대한 X축을 따른 축방향이동, Y축을 따른 수평 전후방이동, 그리고 Z축을 따른 수직방향 이동을 제어하면서 레이저 비임을 제어하는 방식에 관해 기재되어 있다. 통상적으로, 펄스피동모터는 디지탈 컴퓨터에 의해 작동되어, 가공물을 선택된 축을 따라 선형으로 이동시키도록 되어 있으며, 용접은 제어된 분위기에서, 특히 용접실내로 유입되는 가스의 흐름 및 압력을 디지탈 컴퓨터에 의해 제어하도록 하는 상태하에서 이루어지게 된다. 또한 펄스를 계수하도록 계수기를 사용함으로써, 가공물에 인가되는 레이저 펄스의 수를 제어할 수 있게 되어 있다.

미합중국 특허 제4,078,167호에는 레이저 용접중에 용접지역에서 발생하는 분위기 오염의 문제점에 관해 기재되어 있다. 진공하에서의 레이저 용접을 생각할 수도 있으나, 상기 특허에서는 진공하에서 용접을 하게 되는 경우 가공물의 크기 및 형태가 제한될 뿐만 아니라 진공상태를 발생시키는데 요구되는 용접시간이 길어진다고 지적하고 있다. 다른 방법으로서, 가공물을 전체적으로 불활성 가스에 침지시키거나 가공물의 용접부분 위에 아르곤과 같은 공지의 불활성 가스의 흐름을 공급하여 후속 차폐상태를 제공할 수도 있을 것이다. 특히, 미합중국 특허 제4,078,167호에는 이동하는 가공물위에 위치하여 가공물의 용접부분에 불활성 분위기를 확립시키도록 작용하는 차폐 하우징에 관해 기재되어 있다. 상기 특허에 있어서, 통상적으로 아르곤인 불활성 가스는 다수의 개구를 가진 가스통과수단을 통과하여 균일한 불랭킷으로 형성된 후에 가공물 위를 따라 이동하게 되며, 차폐 하우징과 가공물 사이의 통로를 통해 대기로 이동하게 된다. 불활성 가스의 흐름은 산소와 물을 포함하는 대기가스가 용접 지역내로 유입되는 것을 어느정도 방지해 준다. 불활성 가스의 유량은 반응가스로부터 용접부를 차폐시키도록 제어되나, 용융물질의 난류화를 초래시켜 기공이 형성된 불균일한 용접부를 형성시키게 된다.

미합중국 특허 제4,078,167호에 있어서는 용접해야할 금속에 대해 특별한 한정을 두고 있지 않으며 상술한 용접봉 그리드를 지르칼로이의 레이저 용접으로 형성하는 것에 관해 언급을 하고 있지 않다. 지르칼로이는 대기에 존재하는 산소, 질소, 물에 대해 민감하게 반응하는 것으로서, 본 발명의 실험에 따르면 지르칼로이에 대한 레이저 용접의 경우는 용접지역에 불활성 가스흐름을 공급하더라도 적합한 차폐를 제공치 못한다는 것을 알게 되었다. 본 발명에 따라 아르곤과 같은 불활성 가스의 분위기는 약 10ppm의 순도를 갖도록 하여야 되는데, 미합중국 특허 제4,078,167호에서는 그러한 순도에 대해서는 언급을 하지 않는다.

상기한 바와 같은 종래 기술에는 지르칼로이와 같이 아주 반응도가 큰 물질로 된 가공물을 자동 제어기에 의해서 연속적으로 이동시켜 다수의 정밀한 용접부를 형성시키도록 된 자동 레이저용접을 하는데 있어서의 중요한 문제점에 관해 언급하고 있다. 상술한 바와 같이, 자동 레이저용접을 하기 위해서는 레이저 용접되는 그리드(16)와 같은 가공물을 오염방지를 위해 아주 높은 순도의 분위기에 유지시키면서, 촛점이 형성된 레이저 비임에 대해 X, Y, Z축을 따라 이동시키는 것이 필요하다. 특히, 종래의 레이저 용접장치에 있어서는 가공물을 삼축방향으로 이동시켜야 할 뿐만 아니라, 그것을 형성하고 있는 재료에 대해 비반응성의 순수한 분위기중에 유지해두는 것이 바람직한 자동제어에서는 전혀 적당하지 않았다. 만약 이러한 레이저 용접장치를 자동화시킬수만 있다면, 그 생산율이 증가될 것은 당연한 사실이다. 또한, 종래기술은, 레이저 용접장치를 용이하게 보수 및 청소를 하도록함과 동시에, 또한 가공물을 레이저 비임에 대해 연속적으로 삼차원적인 위치이동을 하여 레이저의 효율을 높게하는 것이 필요하다. 또한, 칫수가 작은 부분에 정밀한 용접부를 형성시키는데 문제점이 있으며, 특히 각기 다른 형태의 용접부에 대한 레이저 비임의 출력을 정밀한 수준으로 유지시키는데 문제점이 있고, 레이저 로드와 여자램프를 구비한 레이저장치를 오랜 기간동안 고도의 정밀작업에 사용하는 경우 레이저 출력이 감소되는 문제점 및 레이저 용접 부스러기에 의한 문제점이 존재하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 가공물을 형성하는 재료에 대해 비반응성의 분위기에서 가공물을 정밀 레이저 가공하는 신규하고 개선된 자동화장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적으로부터 본 발명의 레이저 용접장치는, 비반응 개스를 수용하는 밀폐가능한 용접실과, 레이저 비임을 발사하여 조사하는 레이저 발사원과, 상기 용접실 및 가공물을 레이저 비임에 대해 이동시키는 이동장치를 구비한 레이저 용접장치에 있어서, 상기 용접실이 밀폐부재의 바로 아래에 배치되어 상기 레이저 비임이 상기 가공물에 조사되는 제1가공위치와, 상기 용접실이 상기 밀폐부재로부터 제거되는 제2장전위치와의 사이에 상기 이동장치 및 상기 용접실을 이동가능하게 지지하는 미끄럼대와, 상기 용접실을 상기 미끄럼대에 대해 이탈가능하게 고정하는 고정장치와를 구비하고, 상기 밀봉부재의 제1평면은 상기 용접실의 상연부로부터 이격되게 위치되어, 상기 상연부와 상기 밀폐부재와의 사이에 둘레방향의 틈새를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 가공물을 형성하는 재료에 대해 비반응성의 분위기내에서 그 가공물을 레이저 용접하는 장치가 개시되어 있다. 특히, 이러한 레이저 용접장치는 가공물을 용이하게 수용하는 용접실과, 순수한 가공분위기를 유지하면서 가공물을 레이저 비임에 대해 X, Y 및 Z축을 따라서 이동시키는 이동장치를 포함하고 있다. 이러한 목적을 위해, 용접실은 그 용접실을 X, Y축을 따라 이동하는 이동장치에 장착되어 있고, 가공분위기는 용접실내에 유지되고 있고, 밀폐부재는 대체로 평탄한 이면을 가지는 밀폐판의 형태를 취하고 있고, 그 표면은 용접실이 저항없이 이동장치에 의해서 구동될 수 있도록, 용접실의 상연부로부터 대체로 일정한 거리에 배치되어 있다.

본 발명의 한 측면에 있어서는, 용접실의 이동장치는 미끄럼대위에 장착되어 있고, 이 미끄럼대는, 용접실의 밀폐판의 바로아래에 와서 레이저 비임을 받는 제1가공위치와, 용접실에 대해 가공물을 용이하게 설치 및 제거하도록 밀폐판으로부터 멀리 떨어진 제2장전위치 사이에 배치한다.

본 발명의 다른 측면에 있어서는, 가공물은, 장착판으로 이루어진 장치에 의해서 Z축을 따라서 이동된다. 장착판은 용접실내에 회전가능하게 배치됨과 동시에 이동장치에 접속되도록 되어서, 이 장착판 및 그곳에 고착된 가공물은 레이저 비임에 관하여 회전가능하게 배치된다.

장착판에는, 고정핀에 의해 레이저 비임에 대해 고정가능하게 결합되는 위치조정 휘일이 결합되어 있다. 상기 고정핀은, 용접실이 상술한 이동장치와의 결합상태에 이를 때, 제거가능하게 되어 있다. 특히, X-Y이동장치는 용접실을 그 Y축을 따라 배치하여 이동장치에 결합시키고, 고정핀을 제거시키게 하며, 그러므로써 이동장치는 장착판을 선택된 위치로 회전시킬 수 있게 된다. 적합한 감지수단이 위치조정 휘일 및 장착판의 위치를 감지하도록 설치되어 있고, 이동수단을 제어한다.

용접실이 장착되어 있는 미끄럼대는 제1가공위치와 제2장전위치의 중간의 제3위치에 위치될 수 있는데, 제3위치에 있어서는, 입사하는 레이저 비임의 에너지를 측정하기 위해 더모파일(thermopile)의 형태로 된 측정수단상으로 레이저 비임이 향하게 된다.

피동 고정핀의 형태로 된 고정수단은 미끄럼대를 각각 제1가공위치 및 제3위치에 정확히 위치시키도록 작동가능하여, 가공물과 더모파일 각각에 대한 레이저 비임의 적확한 투시를 가능하게 해준다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 상술하겠다.

연료봉 그리드(16)는 제2a도 내지 2e도에 도시된 바와 같이 조립 및 용접되는 내, 외측 그리드 스트랩(20),(22) 으로 구성되어 있다. 각각의 그리드 스트랩 (20), (22)은 슬릿재료의 연속된 롤을 펀칭하므로써 형성되며 상기 펀칭작업시에 일부표면에 오일이 묻게되는데, 그러한 오일막을 제거한 후에 스트랩을 어니일링시키고, 그뒤에 다시 "그리드 조립체 지지구 및 스트랩 보유와 그의 방법"이란 명칭의 계류중인 출원에 기재된 바와 같은 고정체에 조립시킨다. 그뒤에, 그리드(16)를 본 발명의 레이저 용접장치(100)에 의해 용접하여 불활성 가스로된 순수한 분위기에서 교차용접부(32), 코너시임 용접부(30), 슬롯 및 탭 용접부(34), 그리고 노치시임 용접부(40)를 형성시킨다. 제3a도 내지 3l도에는 본 발명에 따른 불활성 가스중에서의 용접공정이 차례로 도시되어 있다. 레이저 용접장치(100)에 관해서는 뒤에서 상세하게 설명하겠지만, 그에 대한 이해를 용이하게 하기 위해서는 가공물, 즉 연료봉 그리드(16)가 삼차원적으로 조정된다는 것을 알아두어야 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 연료봉 그리드(16)는 일평면상의 X, Y축을 따라 점진적으로 이동하면서, 선택적으로 Y축에 대해 회전하게 된다. 이러한 연료봉 그리드(16)의 운동은 고도로 순수하게 유지되는 불활성 가스의 분위기를 갖는 가공실내에서 이루어진다는 것을 주지해야만 한다. 제1용접공정은 제3a도에 도시되어 있는데, 여기에서 연료봉 그리드(16)는 용접실에 의해 제어된 분위기내에 그의 베인(42)이 상측으로 연장하게끔 위치된다. 용접지지구는 "연료봉 그리드용 용접판"이란 명칭의 계류중인 출원에 기재되어 있는데, 그에 기재된 바와 같이, 내, 외측 그리드 스트랩(20),(22)은 용접작업중에 서로에 대해 고정되게 위치된다. 베인 억제지지구는 베인(42)를 편향시켜 용접고정구내에 위치시키게 하는데 사용되는 공구로서, "연료봉 그리드용 스트랩 및 베인 위치조정지지구 및 그의 방법"이란 명칭의 계류중인 출원에 기재되어 있다. 요구되는 순도가 얻어질 때까지, 즉 물이 10ppm, 산소가 7ppm으로 될 때까지 용접실내로 아르곤가스를 분사하여 분위기를 정화시킨다. 그리하여, 순수한 분위기가 얻어지게 되면, 연료봉 그리드(16)를 X, Y축을 따라 점진적으로 증분이동(incremental movement)시켜, 내측 그리드 스트랩(20)간의 각각의 교차점(24)을 레이저 비임(178)과 일렬로 정렬시킨후에, 제어된 양의 에너지를 그 교차점(24)에 공급하여 교차 용접부(32)를 형성시킨다. 후술하는 바와 같이, 레이저 비임(178)은 펄스화 Nd : YAG 레이저에 의해 공급되는데, 상기 레이저는 그리드(16)에 특정레벨의 에너지를 공급하도록 보정된 저수전압에 의해 작동하게 되는 펄스 여자램프에 의해 여자되게 된다. 특히, 내측 그리드 스트랩(20)의 교차점(24)에 공급되는 펄스의 수는 제3m에 도시된 바와 같이 제어되어, 6개의 레이저 비임이 가공물에 인가되어 교차용접부(32)를 형성하게 되며, 각각의 펄스는 6.2ms의 펄스폭과 초당 20펄스 즉 20pps의 주파수와, 350와트의 평균전압과, 2,580와트의 최고전압을 갖는다. 교차전압부(32)는 연료봉 그리드(16)가 레이저 비임(178)에 대해 일렬로 정렬되었을 때, 레이저 비임(178)을 인가함으로써 형성된다.

다음 공정은 제3b도에 도시되어 있는데, 여기에서는 연료봉 그리드(16)가 후술하는 바와 같은 기구에 의해 Y축에 대해 90˚로 회전하게되며, 그럼으로써 제 1세트의 슬롯 및 탭 용접부(34)와 제 1코너시임 용접부(30) 가 형성되게 된다. 상기 용접부들은 이음매 용접부인 시임용접부로서, 레이저 비임(178)을 연료봉 그리드(16)에 인가하면서, 그 연료봉 그리드(16)를 X축에 따라 이동시킴으로써 형성된다. 본 발명의 일실예에 있어서, 슬롯 및 탭 용접부(34)는 펄스폭이 2.2ms, 펄스주파수가 50pps, 평군전압이 350와트인 레이저 비임(178)을 분당 30인치 즉, 30IPM의 이송률로 이동하는 연료봉 그리드(16)에 인가했을때 형성되게 된다.

제3b도에는 각각의 슬롯 및 탭 용접부(34a)와 코너시임 용접부(30a)를 형성시키는데 요구되는 레이저 비임(178)의 상대위치가 도시되어 있다.

다음 공정은 제3c도에 도시되어 있는데, 여기에서 연료봉 그리드(16)는 시계방향으로 회전되어, 반대쪽 외측 그리드 스트랩(22b)이 레이저 비임(178)에 대해 일렬로 정렬하게 되고, 따라서 제2세트의 슬롯 및 탭 용접부(34b)와 제 2코너시임 용접부(30b)가 형성되게 된다. 그후에는 제3D도에 도시된 바와 같이 연료봉 그리드(16)를 반시계 방향으로 90˚회전시켜 연료봉 그리드(16)와 그의 용접지지구를 용접실로부터 제거시킨다.

제3e도 내지 제3h도에 도시된 바와 같이, 상기한 방식과 유사한 방식의 용접공정이 또한 수행되게 된다. 즉, 상기한 제거 공정후에는 먼저, 연료봉 그리드(16)와 그의 용접지지구를 뒤집어 베인이 하측으로 향하게 하고, 그뒤에 Z축에 대해 시계방향으로 90˚회전시켜, 용접되지 않은 외측 그리드 스트랩(22c)을 용접실의 문을 향하게 한다. 그리드(16) 및 그의 용접지지구는 용접실 및 레이저 비임에 대한 고착위치에 고정시킨다.

먼저, 용접실내의 공기를 아르곤 가스에 의해 허용순도까지 정화시키고, 그뒤에 제3e도에 도시된 바와 같이 연료봉 그리드(16)를 일련의 단계를 거쳐 X, Y축을 따라 증분 이동시켜 상술한 바와 같이 각각의 교차용접부(32)를 형성시킨다. 교차용접부(32)의 형성이 완료되면, 연료봉 그리드(19)를 Y축에 대해 반시계 방향으로 90˚회전시켜 그의 외측 그리드 스트랩(22c)을 레이저 비임(178) 아래에 위치하게 하므로써, 제3세트의 슬롯 및 탭 용접부(34c)와 제3코너시임 용접부(30c)를 형성시키게 한다. 그뒤에는 제3g도에 도시된 바와 같이, 연료봉 그리드(16)를 Y축에 대해 180˚회전시켜 제4외측 그리드 스트랩(22d)를 레이저 비임(178)에 대해 위치시킴으로써, 제4세트의 슬롯 및 탭 용접부(34c)와, 제4코너시임 용접부(30d)를 형성시키게 한다. 다음에는 제3h도에 도시된 바와 같이, 연료봉 그리드(16)를 반시계 방향으로 90˚회전시켜 원래위치로 복귀시키고, 그뒤에 그리드(16) 및 그의 용접지지구를 용접실로부터 제거시킨다.

제3i도 내지 제 3l도에는 연료봉 그리드(16)에 안내슬리브(36)를 용접시키는 공정에 관해 도시되어 있다. 먼저, 연료봉 그리드(16)를 3a도 내지 3h도의 공정에 필요하였던 용접지지구로부터 분리시킨 후에 다시 슬리브 용접지지구에 설치시킨다. 상기 슬리브 용접지지구는 "노치를 가진 그리드 스트랩에 슬리브를 용접하여서된 연료봉 그리드"란 명칭의 계류중인 출원에 기재된 것으로서, 내측 그리드 스트랩(20)에 의해 형성된 셀중 안내슬리브(36)를 수용하도록된 셀, 즉 제 3j도에 도시된 바와 같이 무연부에 노치(38)를 가지고 있는 셀에 위치하게되는 다수의 지지핀을 구비하고 있다. 특히, 지지핀은 안내슬리브(36)를 그 외측이 내측 그리드 스트랩(20)의 표면과 평행하게 그의 중앙에 위치할수 있도록 정확히 위치시켜 주도록 작용한다.

이와 같이하여, 안내슬리브(36)를 연료봉 그리드(16)에 대해 정확히 일렬로 정렬시켜 조립시킨 후에, 그리드(16)와 그의 슬리브 용접지지구를 용접실내에 위치시켜 용접실 및 레이저 비임에 대해 위치고정시킨다. 그런 연후에, 아르곤 가스로 공기를 요구되는 순도까지 배출시키고, 그뒤에 제3j도에 도시된 바와 같이 연료봉 그리드(16)를 반시계 방향으로 45˚회전시킨다. 다음에 그리드와 슬리브 용접지지구를 제3j도에 도시된 바와 같이 레이저 비임(178)의 경로에 대해 45˚의 위치에 고정시킨다. 그뒤에, 펄스폭이 6.2ms, 펄스주파수가 20pps, 평균전압이 255와트, 용접속도가 10IPM인 용접조건하에서 일련의 노치 시임용접부(40)를 형성시킨다. 레이저 비임(178)이 인가되는 동안 연료봉 그리드(16)는 Y축을 따라 상기의 속도로 이동하게 된다.

후술하는 바와 같이, 제3J도에 도시된 바와 같은 안내슬리브(36)의 각각의 수평열에 대해서는 레이저 비임(178)의 촛점을 다시 맞추는 것이 필요하다. 따라서, 일련의 노치시임 용접부(40)를 형성시키기 위해서는 먼저 연료봉 그리드(16)를 Y축을 따라 이동시켜 각각의 안내슬리브(36)를 레이저 비임(178)에 대해 위치시킨후, 레이저 비임을 인가하여 노치시임 용접부(40)를 형성시키고, 그뒤에 연료봉 그리드(16)를 다시 이동시켜 다음 안내슬리브(36)를 레이저 비임(178)에 대해 위치시키도록 하여 상기의 공정을 반복하고, 그러한 계속된 반복공정에 의하여 제1수평열의 안내슬리브(36)에 대한 용접이 끝나게 되면, 연료봉 그리드(16)를 X축을 따라 이동시켜 다음열의 안내슬리브(36)를 레이저 비임(178)에 대해 일렬로 정렬시키게 되는데, 그런 후에는 레이저 비임(178)의 촛점을 노치시임 용접부(40)를 형성시킬수 있게 다시 맞추는 것이 필요하다. 제3j도 및 제2k도에 도시된 바와 같이, 안내슬리브(36)는 4개의 노치(38)과 결합되며, 노치시임 용접부(40)는 안내슬리브(36)의 양측부에 형성된다.

안내슬리브(36)의 일부측에 대한 용접을 끝낸후에는 그리드(16)를 제3k도에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 90˚회전시켜 반대쪽 노치(38)를 레이저 비임(178)에 대해 노출시키게 하여야 한다. 이상과 같은 위치조정후에 상술한 바와 같은 방식으로 일련의 노치시임 용접부를 형성시킨다. 최종적으로, 제3l도에 도시된 바와 같이 연료봉 그리드(16)를 시계방향으로 45˚회전시켜 원래위치로 복귀시키고, 그뒤에 그리드(16)와 그의 용접지지구를 용접실로부터 제거하여 그리드(16)의 용접공정을 완료시킨다.

제4도에는 내, 외측 그리드 스트랩(20), (22)을 함께 고착하여 연료봉 그리드를(16)형성하고, 그 연료봉 그리드(16)에 안내슬리브(36)를 고착하는데 필요한 일련의 용접부 특히 교차용접부(32), 슬롯 및 탭 용접부(34), 코너시임 용접 부(30), 그리고 노치시임 용접부(40)에 대한 용접 공정을 제어하기 위한 레이저 용접장치 (102)가 도시되어 있는데, 상기 레이저 용접장치(102)는 제어된 에너지 상태의 레이저 비임(178)을 방출시키고, 그리드(16)를 연속적으로 정확하게 위치조정시키며, 아르곤과 같은 적합한 불활성 가스의 공급을 제어하여 상술한 바와 같은 용접부의 레이저 용접을 이루게 한다. 연료봉 그리드(16)인 각각의 가공물은 위치조정모듈(106a) 또는 (106b)에 의해 각각의 용접위치로 연속적으로 이동하게 되는데, 제4도에는 조정모듈(106a)이 도시되어 있다. 특히 각각의 위치 조정모듈(106)에는 용접실(108)이 설치되므로써, 레이저 용접을 수행할 수 있는 분위기, 특히 불활성 가스의 분위기에 그리드(16)를 수용하고 이를 이동시킴에 따라 일련의 용접부를 형성시킬 수 있게 된다. 우측위치 조정모듈(106a)은 개방된 상태로 도시된 우측 캐비넷 도어(114a)를 가지고 있다. 또한 제4도에는 좌측 캐비넷 도어(114b)가 폐쇄된 상태로 도시되어 있는데, 그 때문에 내부에 위치된 좌측 위치조정모듈(106b)과 좌측 용접실(108b)은 도면에 도시되지 않고 있다. 캐비넷(104)은 우측 및 좌측 위치조정모듈(106a), (106b)은 물론이고, 레이저 장치(102), 주프레임(122), 아르곤 정화장치(118), 그리고 아르곤 공급장치(473)을 내장하고 있다. 한쌍의 감지매트(mat)에 의해 우측 및 좌측 위치조정모듈(106a), (106b)의 바로전방에 우측 및 좌측 안전영역(134a), (134b)이 각각 형성되는데, 그 안전영역(134a), (134b)은 그 영역내에서의 작업자의 존재여부를 감지하여 작업자가 존재할시에는 용접실(108)이 캐비넷(104)의 외측으로 이동하지 못하게 한다.

제4도에 도시된 레이저 전원(120)은 적합한 도전체에 의해 레이저 장치(102)애 연결되어 레이저 장치로부터의 간섭성 빛의 방사를 후술하는 방식으로 제어하게 된다. 또한, 우측 및 좌측 위치조정모듈(106a), (106b) 내에서 발생하는 레이저 방사작동을 각각 제어하는 우측의 제1컴퓨터수치제어기(CNC), (126a)와 좌측의 제2컴퓨터 수치제어기(126b)로 구성된 컴퓨터 제어장치(124)가 설치되어 있다. 후술하는 바와 같이, 우측 및 좌측 컴퓨터 수치제어기(126a), (126b)는 레이저 장치(102)를 제어하도록 되어있고, 따라서 컴퓨터 수치제어기의 작동시간은 레이저 장치(102)의 작동시간을 제어하는 것이 된다. 레이저 전원(120)은 제 23a도에 도시된 바와 같은 용접표시판(132)을 가지고 있고, 각각의 컴퓨터 수치제어기(126a), (126b)는 제23b도에 도시된 바와 같은 기계기능판(MFP) (130)을 가지고 있다.

제5도에 명확히 도시된 주 프레임(122)은 레이저 장치(102)를 우측 및 좌측 위치조정모듈(106a), (106b)에 대해 정렬된 위치상에 조정 가능하게 정착시켜준다. 우측 및 좌측 위치조정모듈(106a), (106b)에 대한 레이저 장치(102)의 정렬이 일단 이루어지면, 상기 위치조정모듈은 주 프레임(122)에 대해 그리고 그에 따라 레이저 장치(102)에 대해 고착되게 되어, 각각의 위치조정모듈(106a), (106b)에 대한 레이저 비임(178)의 위치정렬이 정확하게되고 그에 따라 연료봉 그리드(16)에 대한 레이저 비임(178)의 위치정렬이 정학하게 이루어지게 된다. 주 프레임(122)은 상측판 (142)과 하측판(143)에는 완충패드(224)가 부착되어, 레이저 장치(102)와 위치조정모듈 (106a), (106b)을 레이저 용접장치(100)가 설치된 바닥을 통해 상기 레이저 용접장치(100)에 가해질 수 있는 진동으로부터 보호하도록 작용한다.

상기 완충패드(224)는 또한 각각의 위치조정모듈(106a), (106b)에 설치되는 구동모터에 의해 발생될 수 있는 진동을 완충시켜 준다. 상측판(142)는 정방형관으로 된 상기 프레임에 용접된 후에 평면으로 기계가공됨으로써, 그위에 장착되는 다른 장치요소에 대한 기준면을 제공하게 된다. 이와 같은 요소들 및 다른 요소들은 장착판(142)에 대해 볼트 또는 맞춤핀에 의해 결합되므로써 중요한 위치정렬을 유지하게 된다.

또한, 상측판(142)에는 동적 지지체(140)가 볼트 결합되어 있는데, 상기 동적 지지체(140)는 각각의 장부맞춤핀에 의해 상측판(142)에 대해 고착되는 한쌍의 다리(139), (141)를 포함한다. 각각의 위치조정모듈(106)은 주 프레임(122)에 장착되며, 제5도에 도시된 바와 같이 상측판(142)에 4코너가 볼트결합된 베이스판(150)과 제5도 및 10도에 도시된 바와 같이 각각 베이스판(150)에 볼트결합된 측벽 (152), (154)을 포함한다.

또한 각각의 모듈(106)은 제10도에 도시된 바와 같이 후방벽, 즉 수직지지부 (248)을 포함하고 있다. 수직 미끄럼부재(252)가 제10도에 도시된 바와 같이 두 개의 거싯(gusset) (246)에 볼트 결합되어 있으며, 두 거싯(246)의 일측부에는 제 9도에 도시된 바와 같이, X-Y플랫포옴(244)이 볼트 결합되어 있다. 제10도에 도시된 바와 같이, X-Y플랫포옴(244)에는 X-Y위치 조정장치(288)가 내장되어 있는데, 그에 의해 용접실(108)은 컴퓨터 수치제어기(126)의 제어하에서 X, Y축을 따라 증분 이동하게 된다.

또한 각각의 위치조정모듈(106)은 제5도에 도시된 바와 같이 용접실(108)의 상면을 형성하는 밀폐판(156) (제8도)으로부터 0.040인치 미만의 좁은 간격을 두고 그 밀폐판(156)에 대해 평행하게 위치되는 상측밀폐판(156)을 포함한다. 제8도를 참조하면, X-Y위치조정장치(288)가 밀폐관(156)에 대한 용접실(108)의 관계를 유지시키면서 용접실(108)을 이동시킬수 있게 해주는 용접실(108)과 밀폐판(156)간의 중요한 간격 및 그의 관계를 알수 있다. 이러한 중요한 관계는 후술하는 바와 같은 방식으로 밀폐판(156)에 대해 플랫포옴(244)을 정확히 위치시킴으로써 확립되게 된다.

제7도 및 9도에 도시된 바와 같이, 상측판(142)에는 한쌍의 수직 미끄럼부재(252)가 장부맞춤식으로 고착되어 있다. 특히, 각각의 수직 미끄럼부재 (252)의 베이스에는 두개의 장부맞춤핀이 끼여 있어, 상기 수직 미끄럼부재(252)를 상판(142)에 고정시켜 준다. 각각의 수직 미끄럼부재(252)에는 새들(250)이 이동가능하게 장착되어 있는데, 상기 새들(250)은 상판(142)의 기준면에 대해 대체로 수직으로 연장되는 위치조정나사(254)를 가지고있어, 새들(250)과 수직 미끄럼부재 (252) 그리고 플랫포옴(244)이 일렬로 정렬될 수 있게된다. 새들(250)은 위치조정모듈(106)의 수직 미끄럼부재(252)에 볼트 및 맞춤못에 의해 결합되게 되는데, 그러한 새들(250) 및 그의 위치조정나사(254)는 밀워키 머신 컴포넌츠 컴패니에서 시판하는 모델 RB16-32-20-L 일 수 있다. 수직 미끄럼부재(252)는 용접실(108)의 높이에, 또는 공정에 변화를 줄 수 있도록 X-Y플랫포옴(244)을 상승 또는 하강시키기위한 수단을 제공해준다. X-Y플랫포옴(244)은 세개의 맞춤핀에 의해 거싯(246)에 고착되어 있는데, 상기 핀을 제거함에 따라, 이를 거싯(246)에서 분리시킬 수 있게된다.따라서 그러한 분리후에, 세트로된 지브키이(jib key) (256), (258)를 재킹나사를 사용하여 잡아당기고, 그뒤에 위치조정나사(254)에 결합된 크랭크(도시안됨)를 회전시켜 X-Y플랫포옴(244)를 상승 또는 하강위치로 재위치 조정하며, 그런 후에 수직 미끄럼부재(252)를 새들(250)에 볼트 및 맞춤편에 의해 결합시키고, X-Y플랫포옴(244)는 수직 미끄럼부재(252)dpp 볼트 결합시킨다. X-Y플랫포옴(244)이 요구되는 높이에 있게 되면, 그 X-Y플랫포옴을 레벨링시키고, 즉 용접실(108)의 상면과 밀폐판(156)의 하면간의 간격을 서로 평행하게 하고, 그런후에 새로운 지브키이(256), (258)를 위치시키고, 측벽(152), (154)의 측벽상의 새로운 위치에 형성시킨 새 구멍에 맞춤핀을 재설치한다.

아르곤 정화장치(118)는 제5도에 명확히 도시되어 있다. 정화 및 용접중에 용접실(180)로부터 누설되는 아르곤은 각각의 위치조정모듈(106)의 바닥으로 떨어진 후 베이스판(150a), (150b)에 형성된 다수의 배출구(151)를 통해 흐르게 된다. 주 프레임(122)의 전방에는 철사망(146)이 설치된 두개의 개구(148a), (148b)가 형성되어, 철사망(146)과 주 프레임(122)은 한쌍의 플리넘(plenum) (144a), (144b)를 형성하는데, 상기 플리넘은 배기덕트(도시안됨)에 의해 주 프레임(122)의 후방에서 댐퍼(266) (제7도)와 덕트(288)를 통해 송풍기 조립체(230)에 연결되므로써, 누설되는 아르곤은 캐비넷(104)으로부터 아르곤 배기관(232)을 거쳐 빌딩으로부터 강제로 방출되게 된다. 댐퍼(226)는 아르곤의 흐름율을 제어하며, 송풍기 조립체(230)는 캐비넷 도어(114)가 폐쇄됐을 때 부압 또는 진공을 발생시키는데, 그러한 송풍기 조립체(230)로는 데이톤 일렉트릭 컴패니에서 시판하는 모델 2C887을 사용할 수 있을 것이다. 제9도 및 17도에 도시된 바와 같이 용접실(108)의 상면과 밀폐관 (156)의 간격은 X, Y축을 EK라 용접실(108)을 이동시키고, 용접실(108)로부터 아르곤을 균일하게 흐르게 할 수 있게끔 통상 약 0.030인치정도로 한다.

제5도에 도시된 바와 같이, 동적 지지체(140)는 레이저장치(102), 특히 레이저 로드(170)의 형태로된 레이저 방사공급원, 그리고 그에 연관된 광학기기들을 주 프레임(122)의 기준면에 대해, 특히 연료봉 그리드(16)의 형태로된 가공물에 대해 위치 조정시키게 된다. 레이저 로드(170)는 레이저 헤드 하우징(166)내에 위치하며, 매우 오차가 작은 평활도로 기계가공 되어 있는 광학공구판(168)상에 장착되어 있다. 상기 광학공구판(168)은 레이저 보조베이스(162)에 장착되어 있으며, 상기 보조베이스(162)는 동적 지지체(140)에, 특히 그의 크로스비임(157) 및 수평부재 (159)에 장착되어 있다. 광학공구판(168)에는 레이저 헤드 하우징(166)외에도 가동 비임스위칭 미러(mirror) (172), 스테핑모터(175)로된 미러 작동기, 그리고 미러 (174), (176a), (176b)의 형태로된 고정비임 디버터가 장착되어 있다. 제6도에 도시된 바와 같이, 비임 스위칭미러(172)는 스테핑모터(175)의 하측에 결합되어 연속적으로 회전함에 따라 레이저 로드(170)로부터 방사되는 레이저 비임(178)을 반사 또는 전달하는 위치로부터 또는 그 위치로 이동하게 된다.

레이저 보조베이스(162)는 광학공구판(168)을 지지하며, 동적 지지체(140)에 장착되어 있다. 동적 지지체(140)는 정방형 관으로된 용접체로서 레이저 로드(170)로부터 방사되는 레이저비임(178)과 연료봉 그리드(16)간의 위치정렬을 유지시키는데 필요한 견고성을 제공 해준다.

레이저 보조 베이스(162)는 크로스비임(157)의 양단에 위치한 한쌍의 레벨링 잭(158a), (158b)에 볼트 결합되어 있다. 수평부재(159)의 후방부에는 구형베어링 (160)이 설치되어, 레이저 보조베이스(162)에 대한 단일 지지점을 제공하므로써, 레이저 보조베이스(162)는 레벨링 잭(158a), (158b)이 상승 또는 하강함에 따라 축(164)에 대해 회전하게 될 것이다. 상기 구형베어링(160)은 고정된 높이에 위치하게 되어, 레이저 보조베이스(162)를 레벨링 잭(158a), (158b)에 의해 직선적으로 상승시키거나 또는 요구되는 각도로 경사지게 할 수 있게 하는 피벗수단으로서 작용한다.

레이저 보조 베이스(162)는 레이저 용접장치(100)의 최초 위치정렬중에 레벨링 잭(158a), (158b)에 의해 가해지는 잭킹력에 대해 견고하게 유지될수 있어야만 한다. 이미 상술한 바와 같이, 레이저 보조베이스(162) 는 한쌍의 촛점 맞춤 렌즈조립체(204)(제6도)가 용접실(108)내에서 연료봉 그리드(16)상에 레이저 비임의 촛점을 맞추게 하도록 직선적으로 조정될 수 있게 된다. 레이저 보조베이스(162)는 Z축 위치조정 조립체(222)(제7도)를 장착시키기 위한 결합면을 제공해주며, 따라서 각각의 Z축 위치조정 조립체(222)는 레이저 보조베이스(162)에 견고하게 고착되어 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)를 레이저 보조베이스(162)의 상면에 대해 수직인 Z축을 따라 이동시킬수 있게된다.

제5도에 도시된 바와 같이, 레이저 로드(170)는 레이저 비임(177)을 방사하여 비임 스위칭 미러(172)상에 촛점을 맞추게 하여, 상기 비임 스위칭 미러(172)는 상기 레이저 비임(177)을 일차적으로 수직방향 미러(176a)에, 그리고 이차적으로는 수직방향 미러(176b)에 교대로 향하게 하며, 그에 따라 우측 레이저비임(178a)과 좌측 레이저비임이 형성되게 된다. 상기 레이저 비임(178a),(178b)는 각각 위치조정모듈(106a),(106b)에 형성된 개구(180a),(180b) 통과하게 된다.

제5도 및 6도에 도시된 바와 같은 레이저장치(102)는 본 발명의 일실시예에 따라 예컨대 레이테온에서 시판하는 모델 SS500과 같은 레이저 장치를 사용할 수 있을 것이다. 레이저장치(102)는 일례로 Nd : YAG 크리스탈 레이저의 형태로된 레이저 로드(170)와 고성능 레이저 헤드에 위치되는 한쌍의 선형크립톤 섬광램프를 포함한다. 레이저 헤드는 레이저 로드(170)의 양단부에 각각 위치하는 전체반사 미러(182)와 부분반사 미러(184)를 가지고 있다. 레이저 로드(170)와 전체반사 미러(182) 사이에는 셔터(188)가 위치되어 선택된 수의 레이징 펄스를 방사시키도록 선택적으로 제어되므로써, 레이저 용접을 이루게 하는데 필요한 에너지가 후술하는 바와 같은 방식으로 엄밀하게 제어될수 있게된다.

레이저 헤드는 레이저 로드(170), 여자램프(186), 그리고 미러(182),(184)를 포함하는 모든 과학요소들을 개별적으로 용이하게 교환할 수 있도록 규격화 되어있다. 여자램프(186)는 광학적인 위치정렬에 혼란을 야기시킴이 없이 신속하게 교환할 수 있도록 되어 있으며, 그의 단부접속기를 포함한 그 전길이에 걸쳐 물로 냉각된다. 또한 공동에 동력을 제공함으로써 여자램프(186)를 평행하게 펄싱시키기 위한 램프 트리거링을 제공한다. 레이저 로드(170)는 일례로 가공물에서의 평균전압이 400와트가 되어 각각의 펄스폭이 6ms 및 2ms, 그리고 각각의 펄스주파수가 20Hz 및 50Hz인 조건에서 작동할 때 펄스형성회로에 대한 입력이 18Kw를 초과하지 않게끔 선택한다. 덤프셔터(190)는 연료봉 그리드(16)의 형태로 된 가공물이 용접실(108)내에서 변화되는 기간중에 레이저 비임(177)을 전환경로(196)를 따라 비임흡수기(194)로 향하게하도록 제1위치에 위치할 수 있게되어 있다. 셔터(190)를 제1비임 차단위치로부터 제2위치로 이동시키기 위한 작동기구(192)가 도시되어 있는데, 그에 있어서 비임(177)은 비임확대 렌즈조립체(198)에 의해 가동비임 스위칭미러(172)와 고정미러(174)로 구성된 비임방향 결정기구에 촛점이 맞춰지게 된다. 반사미러(172)가 레이저 비임(177)을 차단하도록 위치하게 되면, 레이저 비임(177)은 경로(178a)를 따라 수직방향 미러(176a)로 전환되어 수직으로 향하게 된다. 레이저 촛점 맞춤 렌즈조립체(204a)는 레이저 비임(178a)을 차단하여, 용접실(180a)내의 연료봉 그리드(16)상에 촛점을 맞추게 한다.

도시된 바와 같이 그리고 후술하는 바와 같이, 레이저 촛점 맞춤 렌즈조립체 (204)는 렌즈(202)와, Z축 위치조정조립체(222)에 의해 직선적으로 위치되는 렌즈수용관(200)을 포함한다. 반사미러(172)가 레이저 비임(177)을 차단시키는 위치로부터 모터(175)에 의해 회전되게되면, 레이저 비임(177)은 고정반사 미러(174)에 의해 전환되어, 수직방향 미러(176a)에 의해 용접실 (108b)쪽으로 향하게되는 레이저 비임(178b)을 형성하게 된다.

여자램프(186)는 제4도에 도시된 바와 같은 전원(120)에 의해 전력을 공급받게되는데, 상기 전원(120)은 일례로 충전유도자를 통해 펄스형성회로(PFN)를 충전시키는 전압조절형 DC전원으로 구성된다. 컴퓨터 수치 제어기(126)는 스위치(실리콤 제어정류기)를 교대로 폐쇄하여, DC전원 캐패시테이터뱅크(capacitatorbank)로부터 펄스형성회로를 충전시키고 그 펄스형성회로를 여자램프(186)로 방전시켜, 레이저로드(170)를 여자시킴으로써 일련의 레이저 펄스를 방사시키게 한다. 여자램프(186)는 소위 "심머(simmer)" 방식으로 작동하게 되어, 레이저 임계치 이하의 낮은 DC 전류 레벨에서 작동하게 되며, 높은 전류의 펄스는 레이저 펄스를 발생시키기 위한 심머전류에 가해지게 된다. 펄스형성회로는 2ms 및 5ms의 펄스를 공급할 것이다.

레이저 비임(178)에 대한 용접실(108)의 최초위치 정렬, 특히 연료봉 그리드(16)의 최초위치 정렬에 협력하도록, 상기 그리드(16)를 관찰하기 위한, 즉 레이저 비임(178)에 대한 그리드(16)의 정확한 위치를 결정하기 위한 수단이 제공되는데, 상기 수단은 TV카메라(206)의 형태로 되어 있고, 상기 TV카메라는 레이저 비임 (178a)의 경로와 일치하는 상의경로(214)를 확립하도록 정렬되어 있다. 제6도에 도시된 바와 같이, 상의 경로(214)는 렌즈(210)에 의해 촛점이 맞춰지며, 안전셔터(212)를 선택적으로 통과하여 부분전달미러(176)를 통해 TV카메라(206)로 향하게 된다. 렌즈(202)는 레이저 비임(178)의 촛점을 연료봉 그리드(16)에 맞추게하는 외에, 렌즈(210)의 협력을 받아 그리드(16)의 상을 TV카메라(206)에 맺히게 해준다.

후술하는 바와 같이, 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)는 또한 정렬의 목적을 위해 그리드(16)를 조명시키도록 선택적으로 전력을 공급받게되는 조명램프를 가지고 있다.

안전셔터(212)는 선택적으로 개방 및 폐쇄되어 그리드(16)를 레이저 비임 (178)에 대해 정렬시키게 해주며, 그외의 기간중에는 안전을 위해 폐쇄상태로 유지된다.

제6도에 도시된 바와 같이, 각각의 용접실(108)은 점선으로 도시된 바와 같은 제1용접위치로부터 제2배출위치까지 이동하게 될 것이며, 용접실(108)의 제2위치에 있을 때는 레이저 비임(178)은 수직방향 미러(176)에 의해 차폐관(216)내에 지지된 더모파일(218)상으로 향하게 된다. 차폐관(216)은 용접실(108)의 후방부에 장착되며, 제한된 개구(220)를 가지고 있어, 레이저 비임(178)은 차폐관(216)내에 효과적으로 머무르게 된다. 주기적으로 용접실(108)은 제2배출위치에 위치하게 되고 그에 따라 레이저 비임(178)은 더모파일(218)상으로 향하게 되므로써, 연료봉 그리드(16)에 실제로 충돌하는 레이저 로드(170)의 출력을 나타낼 수 있게된다.

레이저 장치(102)의 부하가 과중하게 되면, 레이저 로드(170)와 여자램프(186)의 소모로 인해 그리고 레이저 용접중에 발생하는 매연 및 용접 부스러기로 인해 레이저의 효율이 감소하게 될 것이다. 따라서 정밀한 용접부를 얻을 수 있게 하도록 여자램프(186)에 인가되는 전압은 더모파일 측정치에 따라 레이저 장치(102)의 작동기간에 걸쳐 증가되게 된다.

레이저 용접장치(100)의 캐비넷(104)은 용접실(108)로부터 누출되는 아르곤을 가두어, 상술한 바와 같이 아르곤을 아르곤 정화장치(118)에 의해 배출될 수 있게 해준다. 가공물 특히 연료봉 그리드(16)를 교환할 수 있는 제2배출위치로 용접실(108)을 이동시킬 수 있도록, 캐비넷도어(114)는 제4도에 도시된 바와 같은 개방위치로 직선적으로 이동할 수 있게 장착되어 있다. 본 발명의 실시예에 있어서는 제7도에 도시된 바와 같은 도어개방기구(234)가 제공되는데, 상기 도어 개방기구 (234)는 주 프레임(122)에 볼트 결합되는 두 개의 케이블 실린더를 구비하고 있다. 또한 보조공기 실린더가 케이블에 대한 일정한 인장력을 가하도록 작용하여 케비넷 도어(114)의 작동중에 발생하는 신장을 흡수하게 된다. 이러한 실린더의 공기압은 조절기에 의해 제어되며, 케이블 실린더에 대한 공기의 공급은 솔데노이드 밸브에 의해 제어된다. 도어(114)는 블록에 장착된 레일을 따라 이동하도록 되어있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 공기에 의해 작동되는 케이블 실린더는 톨로메틱사에서 발매되는 모델번호 100 내지 150의 장치를 사용할수 있을 것이다.

제8,9도 및 10도에는 용접실(108)로부터 연료봉을 제거시킬 수 있게 하도록 용접실(108)을 캐비넷(104)으로부터 제2배출위치로 제거시킬 수 있게 해주는 미끄럼대 (262)가 도시되어 있다. 이러한 목적을 위해, 미끄럼대(262)는 정확하게 위치조정된 X-Y플랫포옴(244)에 장착되어, 캐배넷(104)에 대한 제1용접위치와 제2배출위치 사이에서 미끄럼 구동모터(266)에 의해 직선적으로 이동하게 된다. 미끄럼대(262)는 그의 선단연부 보다 전방으로 돌출되는 안전레일(264)을 구비하여 작업자의 부상을 방지하도록 되어있다. 미끄럼 구동모터(266)는 구동체인(272)에 의해 나사구동기(268)에 결합되어 있으며, 상기 나사구동기(268)는 쇼올더볼트(274)에 나사결합되어, 미끄럼대(262)에 고착된 지지브래킷(276)을 구동시키도록 되어 있다. 제10도에 명확히 도시된 바와 같이, 나사구동기(268)는 한쌍의 필로우 블록(270)의 양단에 장착되어 있다.

제8도 및 9도에 명확히 도시된 바와 같이, 미끄럼대(262)의 하면에는 한쌍의 베어링 샤프트(278)가 고착되어, 대체로 서로 평행하게 연장되므로써, 미끄럼대 (262)를 제1위치와 제2위치 사이에서 선형이동시킬 수 있도록 해준다. 제8도 및 12도 그리고 13도에 도시된 바와 같이, 각각의 베어링 샤프트(278)는 샤프트 지지부재(310)를 가지고 있는데, 상기 샤프트 지지부재(310)는 베어링 샤프트(278)의 양단에 볼트(311)에 의해 고착되며, 미끄럼대(262)의 하면에 볼트 결합되어 있다. 샤프트(278)의 길이방향을 따라서 한쌍의 필로우 블록(282)이 위치되어, 샤프트(278)를 선형 운동시킬 수 있게 지지하고 있다.

제11도에 명확히 도시된 바와 같이, 미끄럼대(262)의 운동을 내측위치와 외측위치 사이로 제한하기 위한 수단이 제공되는데, 상기 수단은 미끄럼대(262)에 고착되어 있는 정지구(308)의 형태를 가지고 있다

정지구(308)의 양측에는 각각 위치조정너트(304),(306)를 가지는 정지구 브래킷(300),(302)이 위치되어 있다. 위치조정너트(304)(306)는 상기 정지구 브래킷내에 나선 결합되어, 미끄럼대(262)의 이동범위를 가변적으로 선택할 수 있게 되어 있다. 또한 상기 정지구 브래킷(300),(302)는 핀에 의해 X-Y플랫포옴(244)에 고착되어 있다.

제8도 및 9도에는 용접실(108)을 위치조정모들(106)내에서 위치시키게하는 제1용접위치와 작업자가 연료봉 그리드(16)를 용접실(108)로부터 용이하게 제거시킬 수 있게 하도록 캐비넷(104)으로부터 배출시키는 제2배출위치에 정확히 위치조정 시킬수 있게끔 X-Y플랫포옴(244)을 정확히 위치시키기 위한 수단이 도시되어 있다. 용접실(108), 특히 연료봉 그리드(16)는 제6,8도 및 9도에 도시된 바와 같이 레이저 비임(178)에 대해 정확히 위치되어야만 하는데, 이러한 목적을 위해서 전방 고정 조립체(284)는 제12도에 도시된 바와 같이 고정핀 (316)을, 미끄럼대(262)에 고착된 위치조정부재(317)의 개구(318)내에 위치시키는 고정위치와 그로부터 제거시키는 제거위치로 선택적으로 위치시키게 함으로써, 레이저 비임(178)에 대해 미끄럼대(262)를 정확히 위치조정시킬 수 있게 한다. 미끄럼대(262)의 후방부에는 유사한 위치조정부재(3121)가 고착되어 전방고정 조립체(284)의 고정핀(316)을 결합시키게 하므로써, 미끄럼대(262)를 위치조정 및 고정시키게하고, 그에 따라 용접실(108)을 제2배출위치에 고정시키게 한다. 제12도에 명확히 도시된 바와 같이, 전방고정 조립체(284)는 일단이 플랫포옴(244)에 고착되는 고정브래킷(320)을 포함하며, 상기 고정브래킷(322)의 타단에는 클랭커 브래킷(320)이 설치되어 있는데, 상기 클랭거 브래킷(320)으로 부터는 고정핀(316)을 구동시키기 위한 작동기가 U형 연결기(324)에 의해 부유되어 있다. 제7도 및 9도에 도시된 후방 고정조립체 (286)는 레이저 비임(178)에 대해 미끄럼대(262)를 고착시키도록 작용하게 되며, 수직 지지부재(248)에 부착된 고정브래킷(323)에 의해 위치조정모듈(106)에 고착되어 있으며, 작동기(315)와 그에 의해 제거위치로부터 고정위치로 이동하여 미끄럼대 (262)에 고착된 위치조정부재(321)의 개구(325)와 결합되게 되는 고정핀(319)을 구비하고 있다. 이러한 방식으로, 미끄럼대(262)는 각각 후방 및 전방 고정조립체 (286),(284)의 고정핀(319),(316)에 의해 대각선적으로 마주대하는 코너에 부착되게 되며, 그리하여 미끄럼대(262)와 레이저 비임(198)간의 일례로 데스타코사에서 시판하는 플런저 기구의 형태를 가질 수 있을 것이다.

제8도 및 10도에 도시된 바와 같이, 각각의 위치조정모들(106)은 용접실 (108), 특히 그 내부에 위치하는 연로봉 그리드(16)를 일평면의 X, Y축을 따라 정확히 제어된 위치상에 정확히 위치시키고 또한 상기 평면을 Y축에 대해 정확히 제어된 각도로 회전시키기 위한 수단을 구비함으로써, 레이저 비임(178)에 의해 다양한 용접부를 형성시킬수 있게 된다. X-Y위치조정장치(288)는 제11도에 도시된 바와 같이, 용접실(108)을 지지하여 위치조정 시키도록 미끄럼대(262)에 장착되어있다. 상기 X-Y위치조정장치(288)는 X위치조정대(290)와 그에 장착된 Y위치조정대(292)를 구비하고 있으며, 상기 X,Y위치조정대(290),(292)는 일례로 샤음 매뉴팩츄어링사에서 시판하는 모델 DC1212로 된 기구의 형태를 가질수 있을 것이다. X위치조정대 (290)는 용접실(108)을 제8도의 평면에 대해 대체로 수직인 방향으로 이동시키도록 작용하며, Y위치조정대(292)는 제10도의 평면에 대해 수직인 방향으로 용접실(108)을 이동시키도록 작용한다. 상기 Y위치조정대(292)는 리졸버와 타코미터를 구비한 Y구동모터(296)에 결합되어, 용접실(108)을 정확히 증분 이동시키게 해주며, X위치조정대(290)도 유사하게 리졸버와 타코미터(294)를 구비한 X구동모터에 결합되어 있다.

후술하는 바와 같이, 제9도에 도시된 바와 같이 B축 회전구동기(238)는 용접실(108), 특히 용접실(108)의 측벽내에 회전가능하게 장착되는 지지구조립체(240)와 결합될 수 있어, 제9도에 도시된 바와 같은 회전지지구(242)를 회전가능하게 위치시키게 된다. 연료봉 그리드(16)는 회전지지구 조립체(240)에 부착될수 있어, Y축에 대해 회전할 수 있게 위치된다는 것을 주지하기 바란다

이후로는 용접실(108) 및 그의 회전지지구 조립체(240)를 바닥판(326), 전, 후방벽(329a),(329b) 그리고 측벽(327a),(327b)를 가지는 것으로 하여 제14도 및 15도를 참조하여 상세히 설명하겠다. 상술한 벽들의 상연부에는 상측플랜지(331)가 형성되어, 밀폐판(156)의 하면과 조립된 상태로 정확히 평행하게 위치되는 기계가공된 평평한 밀폐면(333)을 제공하도록 되어 있다. 밀폐판(156)과 밀폐면(333)이 상기한 바와 같은 정확한 관계를 유지하게 되므로써, 아르곤이 용접실(108)로부터 위치조정모듈(106)로 균일하게 흐를 수 있게 되고, 용접실(108) 및 연료봉 그리드 (16)가 밀폐판(156)의 하면에 대해 대체로 평행한 평면의 X, Y축을 따라 이동할 수 있게 된다.

제15도에 도시된 바와 같이, 바닥판(326)에는 지지개스킷(332)이 설치되어, 아르곤 유입구(338)를 통해 유입되는 아르곤을 수용하기 위한 폴리넘 챔버를 형성하도록 작용한다. 폴리넘 챔버는 바닥판(328), 디퓨저판(330), 그리고 압압스트랩 (334)에 의해 형성되며, 상기 압압스트랩(334)은 프레임으로 형성되고, 지지개스킷 (332)에 대해 디퓨저판(330)의 주연부를 고정시킬수 있게 위치되어있다. 제14도 및 15도에 도시된 바와 같은 한쌍의 매니폴드관(336)(하나만 도시됨)은 폴리넘 챔버내로 아르곤을 공급시켜준다. 특히 디퓨저판(330)은 약 60%의 밀도로 균일하게 소결된 스테인레스강으로 제조되며, 일례로 브룬스위크에서 시판하는 모델 FM1110과 같이, 1/8인치의 두께와 15인치×15인치의 단면을 갖는 소위 "펠트메탈(Feltmetal)"로 알려진 재료로 구성된다. 디퓨저판(330)은 용접실(108)의 바닥전체를 덮게되며, 용접실(108)로부터 배출되는 공기의 난류상태를 최소로 유지케 하면서 "부유"시키게 해주는 층류흐름을 발생시키기 위한 수단을 제공해 준다. 밀도가 높은 아르곤은 용접실(108)의 전단면에 걸쳐 균일하게 분포되게 되므로써, 공기를 용접실(108)로부터 효과적으로 축출시켜 아르곤과 같은 불활성 가스의 분위기의 순도를 높게 유지한다. 물이 약 10ppm, 그리고 산소가 약 7ppm으로 되는 순도의 분위기에서 지르칼로이로 된 용접부를 우수하게 형성시킬 수 있다는 것을 알았다. 가장 효과적인 재료를 확인하도록 여러 다공성 금속제품에 대해 실험을 한 결과, 60%의 밀도로 소결된 스텐인레스강 섬유판과 같은 두꺼운 고밀도 재료를 사용했을 때 우수한 결과가 얻어진다는 것을 확인하였다. 또한 대체로 용접실(108)의 바닥전체를 디퓨저판(330)으로 덮게 하여, 가능한한 비확산 지지구조가 존재하지 않도록 하는 것이 중요하다. 용접실의 바닥면적에 대한 디퓨저의 면적비율이 감소하게 되면, 공기와 수분이 존재하는 용접실(108)을 정화시키는데 필요한 시간 및 아르곤의 양이 그만큼 증가하게된다. 일례로, 디퓨저판(330)이 바닥면의 단지 1/4만을 덮을 경우에는, 관 또는 다른 노즐을 통해 용접실(108)내로 가스흐름을 단순히 분사시키는 것 이상의 효과는 없게된다. 제15도에 도시된 바와 같이, 다퓨저판(330)은 측벽 (327) 및 전, 후방벽(329)에 대해 효과적으로 밀폐되어, 폴리넘내로 유입되는 아르곤을 단순히 디퓨저판(330)을 우회해가거나 측벽 및 전후방벽을 따라 상승하게 함이 없이 디퓨저판(330)을 통해 강제로 확신시키게 해준다. 디퓨저판(330)의 둘레를 지지하는 도시된 바와 같은 구조에 의해, 디퓨저(330)는 비교적 큰 흐름율로 주입되는 아르곤에 의해 편향되지 않게 된다. 한쌍의 매니폴드관(336)뿐만 아니라 바닥덮개(328)와 디퓨저판(330)에 의해 형성되는 폴리넘의 형상 때문에, 용접실(108)을 교차하도록 균일한 가스분포가 이루어지게 된다. 상술한 바와 같이, 밀폐면(333)은 밀폐면의 하면에 대해 대체로 일정하게 0.040인치 미만의 거리로 평행하게 이격 위치되어, 용접실(108)로부터의 그리드 용접실의 균일한 가스분포를 제공하게 된다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서 상기 간격은 0.030인치로 한다. 용접실(108)과 밀폐판(156) 사이에 밀폐부재를 설치하게되면, 그로인해 X-Y위치조정장치(288)에 불필요한 합력이 발생하게되어 용접율을 저하시키게되므로, 그러한 밀폐부재는 설치하지 말아야 한다. 또한 후술하겠지만, 용접실(108)내로 그리고 그로부터 가스가 흐르게되면, 용접실(108)내로 다른 오염가스가 유입되는 것을 방지시킬수 있다는 것을 주지하기 바란다. 용접실(108)내로의 불활성 가스의 흐름을 균일하게 유지시킴으로써, 용접실(108)내의 용접분위기가 순수하게 된다. 그리하여, 상술한 바와 같이 연료봉 그리드(16)의 용접부를 급속하게 오염시키게하여 그리드(16)의 구조적인 파괴 및 연료봉(18)의 붕괴를 초래시키게 하는 과열된 물의 흐름이 존재하는 원자로의 과격한 분위기에 연료봉 그리드(16)가 노출되는 경우에도 연료봉 그리드(16)의 구조적인 완전함을 충분히 보장해줄 수 있는 정도까지 용접부 오염이 방지되게 된다.

용접실(108)에는 회전가능한 지지구(242)가 수용되어 회전 가능하게 지지되며, 상기 지지구(242)에는 연료봉 그리드(16)가 불활성 가스분위기내에서 레이저 용접될수 있도록 장착되어 있다. 제14도에 도시된 바와 같이, 지지구(242)는 제1샤프트(510)와, 제2의 지지구 샤프트(368)를 가지고 있는데, 상기 제1샤프트(510)는 포트커버(342)에 장착된 베어링(346)에 의해 용접실(108)의 측벽(327b)의 포트 (343)내에 회전가능하게 수용된다. 포트커버(342)위에는 피이트커버(348)가 장착되어, 베어링(346)을 덮음과 동시에 아르곤 유입구(500)를 지지 및 밀폐시키게 된다.

상기 아르곤 유입구(500)에는 가요성 호스(490)가 연결되어 있어, 아르곤은 상기 호스(490)를 통해 지지구(242)로 유입되게 된다. 샤프트(368)는 측벽(327b)에 부착된 베어링 하우징(344)내에 장착된 베어링(356)(제15도)내에 장착되어, 위치조정휘일(358)에 견고하게 결합되는데, 상기 위치조정휘일(358)은 지지구(242)를 선택적으로 회전시켜 용접실(108)내에서의 레이저 비임(178)에 대한 지지구(242)의 위치를 조정하도록, 제어가능하게 회전된다. 측벽(327a)에 부착된 하우징(372)에는 고정기구(370)가 장착되어 지지구(242)의 각도상의 위치를 고정시키도록 위치조정휘일(358)의 위치를 고정 및 해제시키며, 그에 따라 위치조정휘일(358)은 후술하는 바와 같이 B축 회전구동기(238)에 의해 회전하게 된다. 고정기구(370)은 위치조정휘일(358)을 요구되는 위치에 위치시켜 고정시킬 수 있도록 구멍(379)중 상기 위치에 대응하는 구멍내로 스프링(376)에 의해 삽입되도록 가압되는 고정핀(378)을 가지고 있다. 상기 고정기구(370)는 또한 하우징(372)내에 위치되어 핀(378)에 부착되어 있는 위치조정샤프트(374)를 가지고 있는데, 상기 위치조정샤프트(374)는 핀 (378)과 고정해제 브래킷(380)을 축방향으로 안내하도록 작용하며, 상기 해제 브래킷(380)은 스프링(376)을 눌러 위치조정휘일(358)을 해제상태로 함으로써 B축 회전구동기(238)에 의해 회전할 수 있게 하도록 작용한다.

제14, 17, 18 및 19도에 도시된 바와 같이, 회전가능한 지지구(242)는 프레임(502)의 양측부상에 일렬로 정렬되어 있는 샤프트(510),(368)사이에 위치되는 프레임(502)을 가지고 있다. 상기 프레임(502)의 양측부 사이에는 한쌍의 지주(504)가 서로 평행하게 연장되어, 개구(505)를 형성하며, 따라서 아르곤의 층류흐름이 상기 개구(505)를 통해 최성 지지면(540)에 지지된 연료봉 그리드(16)로 향하게 된다. 연료봉 그리드(16)는 용접지지구(542)내에 보유되며, 그 용접지지구(541)는 한쌍의 고정핀(524)에 의해 회전지지구(242)에 고정되어 있다. 용접지지구(542)느는 제15도에 점선으로 도시되어 있으며, "연료봉 그리드용 용접판"이란 명칭의 게류중인 출원에 상세하게 기재되어 있다. 아르곤은 용접실(108)의 최하 바닥부에 형성된 제1아르곤 유입구(338)를 통해 용접실(108)내로 유입되며, 또한 제2아르곤 유입구 (500)를 통해 횡단 관(512)내로 유입되어, 그를 통과한 후에 한쌍의 축방향 관 (514)를 통과하며, 다시 지주(504)내에 형성된 유출구(506)을 통해 방출되게 된다. 상기 개구(505)를 덮도록 제2디퓨저판(520)이 설치되는데, 상기 디퓨저판(520)은 보유프레임(518)에 의해 회전지지구(242)에 고착되게 되며, 상기 보유 프레임(518)은 회전지지구(242)내에 형성된 요부(516)내에 제2디퓨저판(520)을 보유시킬 수 있게 나사에 의해 고정되어 있다. 또한 분위기를 순수하게 유지시키고 그 분위기내에서 레이저 용접부를 완전 무결하게 형성시킬 수 있게 하도록, 가공물을 통해 특히 연료봉 그리드(16)의 내, 외측 그리드 스트랩(20),(22)을 통해 또다른 아르곤 가스흐름을 통과시키기 위한 수단이 제공된다.

제18도 및 20도에 도시된 바와 같이, 고정핀(524)은 고정헤드(526)을 가지고 있는데, 상기 고정헤드(526)의 하연부는 회전지지구(242)의 지지면(540)상의 요구되는 위치에 용접지지구(542)를 고정시키도록 작용한다. 고정헤드(526)는 일단 장착부재(530)에 고착된 외팔보부재(528)의 타단에 피벗가승하게 가요적으로 장착되어 있다. 상기 이 장착부재(530)는 개구(534)내에 위치되며, 그의 칼라(532)는 요부(536)내에 견고하게 삽입되고 나사(538)에 의해 보유될 수 있도록 되어 있다. 이러한 방식으로, 용접지지구(542)에 지지된 연료봉 그리드(16)는 지지면(540)상으로 점차로 하강하게 되며, 따라서 용접지지구(542)내에 개구는 고정핀(524)의 고정헤드(526)와 일렬로 정렬되어 상기 고정헤드(526)를 수용하게 되며, 그에 따라 스프링력을 받고 있는 상기 고정헤드(526)는 개구내로 삽입될 수 있도록 편향되게 되어, 그런후에 상기 고정헤드(526)는 외팔보부재(528)에 의해 다시 고정위치로 가압 이동하게 된다.

이후로는 제15도 및 16도를 참조하여, 고정기구(370)의 구조에 대해 상세하게 설명하겠다. 회전지지구(242)의 샤프트(510)는, 록너트(350)에 의해 드러스트 하우징(340)내에 유지된 베어링(346)에 의해 회전가능하게 장착되어 있다. 또한 포트커버(342)에는 한쌍의 노브(352)가 장착되어, 세척을 위해 용접실(108)의 이동과 회전지지구(242)의 제거를 돕는다. 회전가능한 지지구(242)의 또다른 샤프트(368)은, 베어링 하우징(344)내에 지지된 베어링(356)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 측벽(327a)에 나사결합된 고정커버(354)에 의해서 하우징내에 유지되어 있다. 커플링칼라(364)는 샤프트(368)의 단부를 수용하기 위한 개구를 가지고 있으며, 샤프트(368)내의 슬롯 및 칼라개구를 통하도록 배치된 장부맞춤핀(366)에 의해 위치조정 휘일(358)에 회전할 수 있게 결합되어 있다. 위치조정 휘일(358)에는 톱니가 형성된 커플링 부재(362)가 견고하게 부착되어 있으며, 상기 톱니의 형상 및 톱니간 간격은 위치조정 휘일(358)과 그의 회전지지구(242)를 회전시킬 수 있도록 B축 회전구동기(238)에 의해 선택적으로 구동되게 대응하는 커플링부재(384a)의 톱니와 맞물릴 수 있게끔 정해져있다.

제16도를 참조하면, 위치조정 휘일(358)의 반경방향에 배치된 복수의 센서스트립(382a),(382b),(382c),(382d),(382e)이 도시되어 있는데, 이러한 센서스트립은 제16도에 화살표로 도시된 B축 위치둘레의 위치조정 휘일(358) 및 그의 회전지지구 (242)의 각도위치, 즉 제16도의 평면에 대해 수직으로 위치된 Y축 둘레의 각도위치를 나타내도록 해준다. 제14도 및 15도에 도시된 바와 같이, 센서스트립(382)은, 위치조정휘일(358)의 B축 위치에 따라 다수의 근접스위치 (402a), (402b), (402c),(402d)중 대응하는 것을 별개로 작동시킬 수 있도록 다른 형상을 가지고 있다. 일례로 센서스트립(382a)는 스위치(402a)만을 작동시켜, -90˚의 B축 위치를 표시하는 이진신호 "100"을 발생한다. 센서스트립(382b)는 스위치(402b)만을 작동시켜, -45˚의 각도위치를 표시하는 이진신호 "010"을 발생한다. 센서스트립(382c)은 스위치(402a),(402b)을 작동시켜, 0의 각도위치를 표시하는 이진신호 "110"을 발생하고, 센서스트립(382d)는 스위치(402c)를 작동시켜, +45 의각도위치를 표시하는 이진신호 "001"을 발생한다. 그리고 스트립(382e)은 스위치(402a) 및 (402c)를 작동시켜, +90°의 각도위치를 표시하는 이진신호 "101"을 발생한다. 이와 같이 세 개의 근접스위치(402a),(402b),(402c)는 센서스트립(382)에 의해 작동되어, 회전지지구(242)의 B축 위치를 나타내는 이진신호를 발생시키지만, 반면에 최하단에 위치하는 근접스위치(402d)가 작동하면 센서스트립(382)가 근접스위치(402)와 일렬로 정렬되었음을 나타내고, 위치조정 휘일(358)의 B축 각도위치를 표시하는 이진신호를 발생한다.

용접실(108)이 Y축 위치조정대(292)에 의해 제15도에서 좌측으로 이동하게 되면, 그에 따라 센서스트립(382)는 상술한 바와 같이 근접스위치(402)에 선택적으로 결합하여, 위치조정 휘일(358)의 B축 각도위치를 표시하게 된다. 후술하는 바와 같이, X,Y축 위치조정대(290),(292)는, 그의 컴퓨터 수지체어기(CNC)(126)의제어하에 있고, 그에 따라 위치조정 휘일(358)과 그의 회전지지구(242)를 회전시키고 싶은 경우, 상기 Y축 위치조정대(292)는, 용접실(108)을 제15도에서 좌측으로 이동시키도록 작동하게 되고, 그에 따라 회전지지구 조립체(240)는 B축 회전구동기(238)과 결합하게 됨으로써, 위치조정 휘일(358)과 회전지지구(242)간의 회전결합이 이루어지게 된다. 그러면 스프링(394)은 커플링부재(362)와 맞물리도록 커플링부재 (384)를 가압한다. 또한 제5의 근접스위치(402e)가 모터 지지부재(400)에 부착되어 있어, 그 가압력은 커플링부재(362) 및 (384)가 서로 결합하는 위치로 용접실(108)이 이동할 때, 해제브래킷(380)이 모터 지지부재(400)를 가압하도록 작용된다. 근접스위치(402a)를 작동하면, 즉 닫히면, 솔레노이드가 작동하고, 그것에 의해 스트립(404)이, 스프링(408)의 가압작용에 대항하면서, 제15도에서 좌측으로 배치되어, 해제브래킷(380)에 결합하고, 스프링(376)을 가압하게 되어, 위치조정 휘일(358)내에 구멍(379)중 한곳에서 고정핀(378)을 빼내게된다. 그러면 모터(388)가 작동하여, 서로 결합된 커플링부재(362) 및 (384)를 구동하므로서, 회전지지구(242)에 회전운동을 전달한다. 상기 모터(388)는 위치조정 휘일(358)이 근접스위치(402)에 의해 감지되는 새로운 위치에 도달할 때까지 상기 위치조정 휘일(358)을 계속 회전시키게 된다. 상기 위치조정 휘일(358)이 새로운 위치에 도달하게 되면, 솔레노이드 (406)의 작동은 정지하게 되고, 따라서 고정핀(378)은 새로운 위치에 대응하는 구멍(379)내에 재삽입되게 된다.

제14도 및 제16도에 도시된 바와 같이, 용접실(108)은 용접실 분위기중의 수분함량(ppm)을 표시하는 수분센서(410)를 가지고 있다. 또한, 용접실(108)의 후방벽(329b)에는 차폐브래킷(414)에 의해 차폐관(216)이 장착되어있다. 상기 후방벽 (329b)에는 또한 미터브래킷(412)이 설치되어, 용접실(108)이 제6도에 점선으로 도시된 바와 같은 배출위치에 있게 되고 렌즈수용관(200)이 차폐관(216)과 일렬로 정렬시키게 하도록 작용한다. 또한 제16도에 도시된 바와 같이, 밀폐관(156)은 개구(426)를 가지고 있는데, 상기 개구(426)는 용접실(108)이 전, 후방 고정구 조립체(284),(286)에 의해 용접위치에 고정되게 될 때 가공물, 즉 그리드(16)와 일렬로 정렬되게 되어 있다.

레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)가 회전지지구(242)상에 장착되어있는 가공물과 일렬로 정렬되게 되면, Z축 위치조정조립체(222)가 제6도 및 16도에 도시된 바와 같이 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)를 Z축에 따라 하방으로 이동시키도록 작동하게되며, 그에 따라 조립체(204), 특히 그의 렌즈(202)는 가공물상에 레이저 비임(178)의 촛점을 맞추도록 위치되게 된다. 상기 위치에서 렌즈조립체(204)는 개구(426)에 대해 동심상태로 위치된 차폐링(420)내에 축방향으로 일렬로 정렬되게 된다. 또한 상기 링(420)에는 차폐 캡(422)이 장착되는데, 상기 차폐 캡(422)은 개개구(424)를 형성하도록 내측으로 향해 있는 플랜지를 가지고 있다. 상기 구(424)는 렌즈조립체(204)의 칫수보다 약간만 크게 되어 있기 때문에 작업자는 용접실 (108)내로 방사되는 레이저에 노출되지 않게 된다.

용접실(108)과, 그의 회전지지구(242)를 그로부터 제거하여 청소 및 보수를 하기 위해서는 용접실(108)을 레이저 용접장치(100)의 캐비넷(104)으로부터 제거시켜야 하는데, 이에 대해서는 제14도 및 16도를 참조하면서 설명하겠다. 이러한 목적을 위해, 용접실(108)에는 미끄럼대(262)에 대해 상기 용접실(108)을 분리가능하게 고착시키기 위한 장치를 구비하고 있다. 또한 제9도 및 제16도에 도시된 바와 같이 용접실(108)의 최후방 연부에는 한쌍의 도브테일형 부재(417)가 설치되는데, 상기 부재(417)는 바닥판(326)에 고착된 대응하는 후방누름 부재(418)내에 수용되도록 되어 있다. 또한 후방고정판(416)도 설치되어 있는데, 상기 고정핀(416)은 용접실(108)의 후방연부에 형성된 요부(419)내에 꼭맞게 끼어지도록 되어있어, 용접실(108)을 레이저 비임(178)에 대해 정확하게 위치될 수 있게된다. 후방누름부재(418)은 도브레일형 부재(417)의 캠면과 물리게되며, 또한 고정핀 (416)은 용접실(108)을 레이저 비임(178)에 대해 방향조정을 해주게된다. 제14도 및 16도에 도시된 바와 같이, 용접실(108)은, 고정위치와 해제위치 사이를 직선적으로 이동하는 고정핀(421)을 각각 가지고 있는 한쌍의 해제가능한 고정기구에 의해 소정위치에 고정될 수 있게 되며, 상기 고정위치에 있어서, 고정핀(421)은, 미끄럼대(262)에 고착된 드러스트판(426)의 구멍(429)내에 위치하게 된다. 각각의 고정기구는 고정핀(421)을 고정위치와 해제위치 사이를 직선적으로 이동시키도록 오버센터(over-center)기구로서 작용하는 레버(423)을 가지고 있다. 용접실(108)을 제거시키기 위해서는, 각각의 레버(423)을 조작하여 그 고정핀(421)을 해제위치로 이동시키면, 용접실(108)은 캐비넷(104)로부터 용이하게 제거하면 된다.레버(423)와 부재(417),(418)를 가지는 상술한 바와 같은 고정기구를 사용하는 대신에, 장부맞춤핀을 사용하여 용접실(108)을 바닥판(326)에 고착시킬 수도 있다. 그후, 포트커버(342)를 용접실(108)의 측벽(327b)에 유지하는 볼트를 풀어서, 회전지지구 (242)를 포트(343)로부터 떼어낼 수 있다. 이어서, 지지구(252)와 디퓨저(520)는 청소하기에 용이한 상태가 되게 된다.

제7도 및 8도에 도시된 바와 같이, 렌즈수용관(200)의 최상부와 보호하우징 (461)에는 팽창가능한 벨로우즈(456)가 벨로우즈 어댑터(464)에 의해 연결되어 있다. Z축 위치조정 조립체(222)는 Z축 위치 조정대(458)를 가지고 있고, 상기 조정대(458)에는 렌즈 장착조립체(460)에 의해 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)가 장착되어, 제7도에 도시된 바와 같이 Z축 구동모터(470)에 의해 선택적으로 증분 이동하게 되어있다. X,Y 구동모터(294),(296)의 경우와 유사한 방식으로, Z축 구동모터(470)도 Z축 위치조정대(458)의 정확한 위치와 이동속도를 표시하는 출력신호를 발생시키게 할 수 있도록 리졸버와 타코미터를 구비하고 있다. Z축 위치조정대 (458)는 수직으로 장착되어 Z축 구동모터(470)가 힘을 받게하며, Z축 구동머터 (470)는 스프링을 가진 한쌍의 리일(466)에 의해 균형이 잡혀지게 되는데, 리일(466)에는 각각 나사(468)와 같은 적합한 고착수단에 의해 Z축 위치조정대 (458)에 일단이 고착되도록 된 케이블(472)이 감겨져 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, Z축 위치조정대(458)는 디자인 컴포넌츠, 인코포레이티드에서 시판하는 모델 SA100과 같은 조정대일 수 있으며, Z축 구동모터(470)와 Z축 위치조정대(458)사이의 연결장치는 샤음 매뉴팩츄어링 인코포레이티드에서 시판하는 모델 "Heli-Cal"No.3477-168과 5085-8-8과 같은 것일 수 있다. 또한 Z축 구동모터(470)는 컨트롤 시스템스 리서취, 인코포레이티드에서 시판하는 모델 SM706RH와 같은 DC 서보제어기일 수 있을 것이다.

제20도에 도시된 아르곤 공급장치(473)는 아르곤과 같은 불활성 가스의 정확한 흐름을 용접실(108) 및 레이저 촛점 맞춤 렌즈조립체(204)에 변화가능한 선택된 흐름율로 공급하게 된다. 내, 외측 그리드 스트랩(20),(22)의 재료인 지르칼로이와 같은 휘발성 물질에 대한 레이저 용접은 지르칼로이가 산소, 질소, 물에 대해 아주 반응이 민감한 성질을 가진것이므로 불활성 분위기에서 실시하여야만 한다. 실험결과, 용접부의 형성직후 불활성 가스를 그 용접부 주위에 공급하는 방식으로는 산화물로부터 적당한 차폐 즉 보호를 제공하지 못하기 때문에 원자로의 과격한 분위기에서 파괴됨이 없이 지탱할수 있는 양질의 용접부를 제공할 수 없다는 것을 알았다. 제20도에 도시된 바와 같은 아르곤 공급장치(473)은 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)는 물론이고 제14도에 명확히 도시된 바와 같은 용접실(108)을 포함한다. 아르곤 공급장치(473)는 밸브(476)에 연결된 아르곤 공급탱크(474)를 포함하며, 상기 아르곤 공급탱크(474)는 상기 밸브(476)에 의해 아르곤 공급장치(473)의 나머지부분으로부터 분리되게 된다. 밸브(476)는 전체장치를 정지시킬 필요가 있을 때를 제외하고는 완전히 개방된 상태로 유지된다. 아르곤은 탱크(474)로부터 밸브(476)를 통해 조절기(478)로 유지되게 되며, 조절기(478)는 장치내 압력을 예로 50psi의 최대레벨을 초과하지 않게 해준다. 각각의 용접실(108a),(108b) 및 레이저 촛점 맞춤 렌즈 조립체(204)에 대한 아르곤의 공급율은 그리드(16)가 용접실(108)내에 위치되고 있는가, 용접실(108)이 정화되고 있는가, 또는 용접작업이 시작되고 있는가에 따라 각기 다르게 제어된다. 일예로, 용접실(108)이 정화되고 있는 경우에는 불활성 가스를 비교적 높은 유량으로 공급하여야 하며, 그때의 압력은 최대레벨을 초과해서는 안된다. 이러한 목적을 위해, 매니폴드(480)에는 안전밸브(482)가 설치되어, 가스흐름을 수용한 후에 그 가스흐름을 다수의 흐름제어기(484),(486),(488)로 분배 공급시키도록 작용한다. 흐름제어기(484),(486),(488)는 각각 용접실(108), 회전지지구(242), 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)에 연결되어 있다. 특히 제어된 가스흐름을 흐름제어기(484)로부터 가요성호스(490)를 통해 아르곤 유입구(338)로 공급되며, 따라서 아르곤은 제15도에 도시된 바와 같은 각각의 매니폴드튜브(336)으로 향하게된다. 유사한 방식으로, 흐름제어기(486)로부터의 가스흐름은 제15도 및 18도에 도시된 바와 같이 가요성호스(490)를 통해 아르곤 유입구(500)로 공급되게 되고, 이어서 관(512),(514)을 거친후에 회전지지구(242)의 유출구(506)를 통해 방출되게 된다. 가요성호스(490)은 용접실(108)이 미끄럼대(262)에 의해 캐비넷 (104)으로 또는 그 캐비넷(104)으로부터 이동하는 것을 가능하게 해준다는 것을 알수 있을 것이다. 흐름제어기(488)로부터의 가스흐름은 가요성호스(490)를 통해 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204), 특히 아르곤 유입구(448)로 공급되고, 이어서 관(450) 및 다수의 노즐(452)을 통해 촛점맞춤 렌즈(202)의 바로 아래에 위치한 공간내로 공급되게 된다. 이 아르곤 가스흐름은 용접실(108)내에서의 레이저 용접시에 발생되는 극히 미세한 산화물이 렌즈(202)를 오염시키지 않게 해준다.

용접실(108)내에는 수분센서(410)가 위치되며, 그 수분센서(410)는 수분모니터(492)에 접속되어 있다. 작업자 및 컴퓨터 수치 제어기(126)는 정화작업 및 용접작업중에 용접실(108)내의 수분도를 체크하며, 수분도가 예컨대 10ppm의 특정레벨 이상이 되는 경우 레이저 용접작업을 정지시키게 한다. 또한 밀폐판(156)에는 산소탐침(496)이 위치되어 용접실(108)의 상측 플랜지(331)와 밀폐판(156)사이의 원주방향 개구를 통해 유출되는 아르곤을 채취하게 된다. 또한 산소탐침(496)의 출력은 용접실(108)내 공기중의 질소함량을 표시할 수 있게 되어 있다. 용접실(108)이 용접위치에 있게 될 때, 용접실(108)내 분위기에 대한 감시가 시작되게 된다. 각각의 산소탐침(496)은 측정용 가스유입구를 가지고 있어 그를 통해 가스를 수납하도록 되어있다. 탐침(496)의 출력은 산소분석기(494)에 접속되며, 상기 산소분석기(494)의 출력(ppm)은 모니터 미터(498)상에 표시된다. 컴퓨터 수치제어기(126)는 후술하는 바와 같이 산소함량이 예컨대 7ppm의 예정된 값이하로 될 때까지 용접작업을 개시하지 않게 하도록 프로그래밍 된다. 용접중에 산소의 샘플링 작업은 자동적으로 중지되게 되고, 따라서 탐침(496)은 용접 부스러기에 의해 오염되지 않게 된다.

아르곤 공급장치(473)는 예컨대 아르곤인 불활성 가스를 용접실(108)내로 비교적 일정한 유량으로 공급하여 용접실내의 분위기를 대체로 순수하게, 즉 상술한 바와 같은 산소 및 물의 오염한계 이하로 유지시키게 된다. 상기 유량은 레이저 용접장치(100), 특히 용접실(108)이 그리드 수용 및 제거공정, 정화공정, 또는 용접공정중 어느 공정중에 있는가에 따라 각기 달라지게 된다. 후술하는 바와 같이 용접실(108)에 제휴되어 있는 컴퓨터 수치 제어기(126)는 제어기(484),(486),(488)를 통한 가스흐름을 요구되는 유량으로 직접 제어하게 된다. 특히, 각각의 흐름제어기용으로 4개의 전위차계가 제공되는데, 컴퓨터 수치제어기(126)는 수용 및 제거공정, 정화공정, 용접공정의 각각의 경우에 대해 요구되는 유량을 제공할 수 있도록 상기 전위차계 중 선택된 하나를 작동시키게 된다. 유량을 변화시켜야 하는 경우에는, 컴퓨터 수치제어기(126)에 의해 선택된 전위차계를 지정하게 하고, 그에 따라 작업자가 상기 전위차계를 조정하여 요구되는 유량을 제공케 하면 되는데, 그 유량은 상기 제어기의 적당한 디지탈 표시기에 표시되게 될 것이다. 흐름제어기는 분당 규정리터(SLPM)로 눈금이 매겨져 있다

그리드(16)를 수용 또는 제거시키도록 용접실(108)을 열어야 할 때, 그러한 용접실(108) 개방은 밀폐판(156)을 문과 같이 열어재쳐 이루게 하는 것이 아니라 용접실(108)을 미끄럼대(262)상에서 밀폐판(156)에 대해 미끄럼 이동시켜 이루게 해야만 한다. 이와 같은 미끄럼 이동에 의해 용접실(108)을 개방토록 하게 되면 공기 및 아르곤의 난류성이 감소되게 되어 공기가 용접실(108)내의 아르곤과 혼합되는 경향이 최소화되게 된다. 수용 및 제거공정중에, 아르곤 흐름은 낮은 유량으로 설정되게되어, 가능한한 순수한 즉 전형적으로 약 30CFH의 아르곤 분위기를 유지시킬 수 있게 된다. 만약 수용 및 제거공정중에 유량이 높게 되면 난류가 발생하게 되어 공기가 용접실(108)내로 유입되게 된다. 그리드(16)의 수용 및 제거는 "레이저 용접장치의 가공물 그리핑 및 조작장치"라는 명칭의 계류중인 출원에 기재된 바와 같은 기계적 그리핑 장치에 의해 이루게 해야만한다. 만약 이러한 장치를 사용하지 않게 되면 작업자가 직접 수동으로 그리드(16)를 용접실(108)내에 수용시켜야만 하는데, 그 때문에 아르곤 분위기에서의 공기와 아르곤의 혼합율이 증가하게 되며 아르곤 분위기로의 바람직하지 못한 수분의 유입율이 증가하게 된다.

용접공정의 시행 바로 직전 및 전후에 용접실(108)이 용접위치, 즉 밀폐판 (156)의 아래에 있게 되는 위치로 귀환되 게되면, 흐름제어기(484),(486)이 그의 컴퓨터 수치제어기(126)에 의해 제어되어 불활성 가스의 흐름율을 약 40CFH정도로 비교적 높게 유지시키게 되며, 그에 따라 제16도에 도시된 바와 같이 14×16×16의 칫수를 갖는 대체로 정방형의 용접실(108)은 대체로 분당 10ppm 미만의 산소함량을 갖도록 정화되게 된다.

정화공정이 완료되면, 레이저 용접장치(100), 특히 그의 컴퓨터 수치제어기 (126)는 레이저 용접공정을 시행할 준비를 갖추게 되며, 그에 따라 상기 용접공정중에 가스는 흐름제어기(484),(486)에 의해 대체로 낮은 유량으로 제어되어 용접실 (108)로 유입된다. 또한 산소탐침(496)용의 용접 가스 채취펌프는 자동적으로 정지되어 탐침(496)이 용접 부스러기에 의해 오염되는 것을 방지시켜준다. 용접실의 분위기를 상술한 바와 같이 한정된 순도이하로 유지시키기 위해서는 상기 흐름율을 약 30CFH 정도로 낮게하여야 한다는 것을 알았다. 제14도 및 15도에 도시된 바와 같이 매니폴드관(336)을 통해 유입되는 아르곤 가스는 디퓨저판(330)을 통과하면서 층류 흐름으로 되어, 용접실(108)로부터 공기를 부유시키게, 즉 떠오르게 하게된다. 아르곤의 밀도를 더욱 높게하고 그의 유량을 대체로 일정하게 유지시키게 되면, 용접실(108)로부터 공기를 효과적으로 추출시킬수 있게된다. 디퓨저판(330)은 소결 스테인레스강 섬유로 된 것으로 약 60%의 밀도 및 0.125인치의 두께를 갖는 판이다. 또한 디퓨저판(330)은 용접실(108)의 대체로 전단면을 덮어, 가능한한 거의 비확산 지지구조가 형성되지 않게 해준다. 챔버(108)의 단면적에 대한 디퓨저 면적의 비율이 감소됨에 따라, 용접실(108)의 분위기를 정화시키는데 요구되는 시간 및 아르곤의 양이 증가하게 되는데, 이것은 그리드(16)를 신속하게 양산해야하는 경우에 특히 중요하게 고려하여야만 한다. 또한, 디퓨저판(330)은 용접실(108)의 측부와 적합하게 밀폐상태를 유지하여야 하며, 그에 따라 유입되는 아르곤은 디퓨저판(330)을 단순히 우회하거나 벽(327),(329)을 따라 상측으로 이동하게 됨이 없이 모두 디퓨저판(330)를 통과하게 된다. 디퓨저판(330)의 상측둘레면 주위에는 지지스트립 (334)이 위치되어 디퓨저판(330)이 유량이 많은 가스흐름에 의해 편향되는 것을 방지시켜 준다. 쌍으로된 매니폴드관(336)의 형태를 가지는 다수의 가스 유입구에 의해 용접실(108)내로의 가스분배가 개선되게 된다.

레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)는 캡(422)과 밀폐를 유지시킬 필요가 없는 것으로, 그에 따라 형성되는 틈새는 공기를 용접실(108)로부터 추출시키도록 아르곤의 유량을 크게했을 경우에 아르곤을 용접실(108)로부터 방출시키기 위한 아르곤 가스용 통로를 제공하게 된다. 모든 가스는 서로에 대해 확산되기 때문에, 특히 용접공정 및 정화 공정중에는 순수한 분위기를 유지시키도록 가스유량을 일정하게 하는 것이 필요하다. 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)와 캡(422)사이는 물론이고, 용접실(108)과 밀폐판(156)사이에도 작은 틈새를 제공하는 것이 바람직하지만, 용접실(108)의 나머지 부분에서는 누출이 있어서는 아니된다. 왜냐하면 비록 아르곤이 공기보다 무거워 용접실(108)의 소정의 틈새를 통해 방출되려는 경향을 갖기는 하지만 그러한 틈새를 통해 공기가 용접실(108)내로 유입되어 용접실(108)의 분위기를 오염시킬 수도 있기 때문이다.

제22도는 컴퓨터 제어장치(124), 특히 우측 컴퓨터 수치제어기(126a)의 기능블록 다이아그램으로, 상기 도면을 참조함으로써 단일블록만으로만 도시된 좌측 컴퓨터 수치제어기(126b)와 상기 우측 컴퓨터 수치제어기(126b)간으 접속방식을 또한 알 수 있을 것이다. 여기서 좌측 컴퓨터 수치제어기(126b)는 제22도에 도시된 바와 같은 우측컴퓨터 수치제어기(126a)의 구성요소와 동일한 구성요소를 가진다는 것을 이해하기 바란다. 컴퓨터 수치제어기(126a)는 메모리를 가진 중앙처리장치 (CPU)(156)를 가지고 있다. 본 발명의 일실시에에 있어서, 컴퓨터 수치제어기 (126), 특히 그 중앙처리장치(560)는 웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이션에서 시판하는 모델 2560과 같은 컴퓨터일 수 있다. 중앙처리장치(560)는 64K의 코어 메모리를 가진 것으로 그의 구성 및 프로그램은 기계제어용으로 변경시킬 수 있게 되어있다.

상기한 바와 같은 모델 2560의 컴퓨터 수치제어기는 본문에서 주 과업 루우프장치 또는 작동 프로그램으로 언급되는 기본감시관리 소프트웨어를 포함하는데, 상기 소프트웨어는 감시관리 프로그램과 같은 전체장치의 작동을 감시 관리하도록 작용한다. 모델 2560의 컴퓨터 수치제어기내에서 확립되는 바와 같은 데이터구조에 있어서는, 모델 2560의 컴퓨터 수치제어기를 용이하게 채택시킬 수 있는 특정의 작동 또는 보편적인 작동을 이루게하는데 코드세트, 즉 S,T,M코드가 사용된다. 특히, 부분 프로그램이 본문에서 용융 부루우틴으로 언급되는 부루우틴을 호출하는 M,S,T코드로 프로그램되며, 그에 따라 이르곤 흐름 및 특정 용접 모우드의 선택을 제어하는 등의 선택된 기능이 수행되게된다. 또한, 부분 프로그램이 X,Y,Z코드로 프로그램되는데, 상기 X,Y,Z코드는 X,Y구동모터(294),(296)에 의한 가공물의 이동 및 Z구동모터(570)에 의한 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)의 이동을 제어한다. 특히, X,Y코드는 용접공정 전후에 있어서의 가공물의 이동량 또는 그의 도착지점을 지정해준다. 유사한 방식으로, Z코드는 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)의 이동량을 제어하여, 레이저 비임(178)의 촛점을 그리드(16)상에 맞춰지게 한다. 특히, Z코드는 노치시임 용접부(40)를 형성하는데 필요한 것으로, 그에 있어서 회전지지구 (242)는 레이저 비임(178)에 대해 수직인 평면으로부터 회전하게되며, 그에 따라 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)의 재 촛점맞춤조정이 필요하게 된다. 중앙처리장치 (560)의 메모리는 부분 프로그램 기억부로서 알려져있는 특수기억부를 가지고 있어, 작동장치 프로그램에 따라 감시관리용 부분 프로그램을 기억할 수 있게 되어있다. 후술하는 바와 같이, 부분 프로그램은 제어되는 불활성 가스분위기에서의 용접공정 순서를 지정해 주며, 특히 M,S,T코드로 프로그램되어, 용접방식 및 아르곤 유량을 효과적으로 제어할 수 있게 해준다. 부분 프로그램 기억부는 제23a도를 참조로 하여 후술하는 바와 같은 부분 프로그램을 저장하고, 본 명세서에서 관계하고 있는 적용 로우틴은 제24도에 기재하고 있다. 부분 프로그램은 자기테이프 구동기 (586)에 의해 자기테이프 접속장치(590)를 통해 중앙처리장치(560)의 메모리에 전달되게 된다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 자기테이프 구동기(584)는 콴테스사에서 시판하는 모델 220과 같은 구동기일 수 있을 것이다. 상술한 바와는 다르게 부분 프로그램을 종이테이프에 기억시켜 종이테이프 판독기(584) 및 마이크로프로세서 접속장치(588)를 통해 중앙처리장치(560)의 메모리에 전달되게할 수도 있다. 상기 종이테이프 판독기(584)는 데시텍스사에서 시판하는 판독기일 수 있을 것이다. 또한, 중앙처리장치(560)의 메모리에는 영숫자 키이보드(131)의 조작에 의해 여러 매개변수가 접속장치(588)를 통해 전달되게 된다. 영숫자 키이보드(131)과 CRT(133)는 제4도에 도시된 바와 같이 컴퓨터 하우징(129a),(129b)에 부착되어 있다

제21a도 및 21b도에 도시된 바와 같이, 중앙처리장치(560)는 다수의 폐쇄루프 축구동기 및 제어보드(566),(568),(570)를 통해 각각 X, Y축 구동모터는 타코미터 및 리졸버와 접속되어 있어 이동율 및 이동거리를 표시할 수 있게 되어 있기 때문에, X, Y, Z축 위치 조정대(290),(292),(458)의 이동을 정확히 제어할 수 있게 된다. 또한, 제어보드(566)로부터 발생되는 제어출력신호는 서보증폭기(567)에 인가되어 모터속도를 나타내는 신호와 비교됨으로써, Y축 구동모터(296)를 작동시키기 위한 출력신호를 발생시키게 한다. 도식적으로 도시된 바와 같이, 각각의 모터 (294),(296),(470)는 X,Y축 위치 조정대(290),(292) 및 Z축 위치 조정대(458)의 구동을 각각 이루게 하는 라이드 스크류(295),(297),(471)에 연결되어 있으며, 상기 리이드 스크류(295)에는 세트로된 리미트스위츠(572)가 접속되어, 리이드 스크류(295)의 위치 및 그에 따른 X축 위치 조정대(290)의 위치를 감지하여, 입, 출력 접속장치(562)를 통해 중앙처리장치(560)에 신호를 공급하게 된다. 특히 리미트 스위치(572a),(572c)는 X축 위치 조정대(290)가 전방 및 후방으로 그의 최대 이동한계점에 위치하였다는 것을 표시하는 출력신호를 발생시키며 반면에 리미트 스위치(572b)는 X축 위치 조정대(290)가 그의 본래위치 즉, 레이저 비임(178)에 대한 기준 위치에 위치한 것을 표시하는 신호를 발생시킨다. 유사한 세트의 리미트 스위치가 또한 Z축 위치 조정대(485)를 구동시키는 리이드 스크류(471)에 접속되어 있으며, Y축 위치 조정대(292)를 구동시키는 리이드 스크퓨(297)에는 4개의 리미트 스위치(574)가 접속되어 있는데, 그중 제4리미트 스위치(574d)는 Y축 위치조정대 (292)가 그의 중앙위치, 즉 용접실(108)을 캐비넷(104)으로부터 제거시킨 위치에 위치했을 때를 나타내도록 작용한다.

제21a도 및 22b도에 도시된 바와 같이, 중앙처리장치(560)에는 다수의 주변장치가 시각적으로 격리되어 있는 접속장치(562),(564)에 의해 접속되어 그 중앙처리장치(560)에 의해 제어되게 되어 있다. 특히, 좌측컴퓨터 수치제어기(126b)는 컴퓨터 수치제어기 연계장치(558) 및 접속장치(562)를 통해 소위"악수"신호를 중앙처리장치(560)와 교환하며, 그에 따라 각각의 컴퓨터 수치제어기(126a),(126b)는 비임 스위칭미터(172)의 제어를 시간적으로 분담하여 제어할 수 있게 된다. "분담된 레이저 가공을 위한 다방식 컴퓨터 제어"라는 명칭의 계류중인 출원에 기재되어 있는 바와 같이, 각각의 컴퓨터 수치제어기(126a),(126b)는 레이저 비임(178)을 용접실(108)내로 향하게 하도록 비임 스위칭미터(172)의 제어를 분담하여 수행할 수 있게 한다. 레이저 비임의 사용이 끝나면, 일측의 컴퓨터 수치제어기(126)는 레이저 제거신호를 발생시키며, 그에 따라 타측의 컴퓨터 수치제어기(126)는 레이저를 자체용으로만 사용할 수 있도록 요청하여 고정시킬 수도 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 있어서 레이저 용접장치(102)는 레이저데온사에 시판하는 모델 SS500과 같은 레이저 공급장치일 수 있는 것으로, 제4도에 도시된 바와 같은 레이저 전원(120)은 물론이고, 접속장치(562)에 의해 중앙처리장치(560)에 접속되어있는 레이저 제어장치(592)를 포함한다. 제21b도에 도시된 바와 같이, 레이저 제어장치(592)는 레이저 제어장치(592)는 레이저 용접 표시판(132)과 접속되어 있는데, 이는 제22a도에 상세하게 도시되어 있다. 레이저 용접표시판(132)는 레이저 용접장치(102) 및 그의 제어장치(592)의 조건을 제어 및 표시하는 일련의 램프 및 푸시버튼을 가지고 있다. 레이저 로드(170)가 레이저 비임(177)을 방사하기전에 레이저 트리거가 작동되어야만 한다. 푸시버튼(600)은 높은 전압을 레이저 전원(120)으로부터 펄스형성회로로 공급시키도록 작동하게 되는데 단 그때 상기 레이저 전원(120)은 대기상태에 있게 된다. 레이저 전원이 높은 전압을 공급하게 되면, "LASER HV ON" 푸시버튼(600)이 조명하게 된다. "SHUTTER OPEN" 램프(602)는 셔터(190) 및 안전셔터(212)가 각각 개방위치에 있게될 때 조명되게되며, 그에 따라 레이저 비임(177)이 용접실(108)중 하나로 향하게 되고, TV카메라(206)에는 연료봉 그리드 (16)의 상이 나타나게된다. "LASER FIRING"램프(604)는 레이저 로드(170)가 레이저 방사할 때, 즉 여자램프(186)가 트리거되고, 셔터(188)가 개방되고, 그의 컴퓨터 수치제어기(126)가 레이저 공급장치(102)를 제어했을 때 조명되게된다. "BEAM SW IN" 램프(608)는 비임 스위칭미터(172)가 레이저 비임을 우측용접실(108a)로 향하게하는 위치에 있게될 때 조명되게 되며, 반면에 "BEAM SE OUT" 램프(621)비임 스위칭미터(172)가반대의 위치, 즉 레이저 비임(177)을 좌측용접실 (108b)로 향하게 하는 위치에 있게될 때 조명되게 된다.

"GAS ON" 램프(610)는 컴퓨터 수치제어기(126)에 의해 아르곤 가스의 특정 유량이 선택됐을 때 조명되게된다. "HOME MIRROR" 푸시버튼(614)를 누르게되면, 비임 스위칭미터(172)가 그의 기준위치로 이동하게 된다. "TRIGGERS ON" 램프(616)를 누르면 레이저램프 트리거회로가 작동하게 되는데, 단 그때 레이저 전원이 고전압을 공급하고 있어야만한다. "LASER HV OFF" 푸시버튼(618)을 누르게 되면, 레이저 전원(120)으로부터 고전압이 공급되지 않게된다. 미러(498),(492)는 용접실(108)내의 산소함량과 수분함량을 계속 표시하는 디지탈 미터이다.

제21a도 및 21b도에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(560)는 레이저 제어장치(592)를 작동시키도록 접속장치(562)를 통해 제어신호를 공급하는데, 특히 접속장치의 출력은 레이저 제어장치(592)에 공급되어, 전원(120)의 고전압출력을 공급 또는 차단하게 하고 레이저 램프 트리거를 작동시키게하며, 셔터(190) 및 안전셔터(212)를 각각 개방위치에 위치하게 하고, 용접공정을 개시시키고, 코드(M51)내지 (M54)중 선택된 코드에 따른 특정의 레이저 용접방식을 선택하고, T코드로부터 얻어지는 펄스주파수(REP RATE)를 설정하고, S코드로부터 얻어지는 전력레벨을 설정하고, 펄스폭을 설정하고, 비임 스위칭미러(172)를 위치조정시키게 된다. 또한, 레이저 제어장치(592)는 접속장치(562)를 통해 중앙처리장치(560)에 전달되는 레이저 상태뿐만 아니라 용접의 완료를 나타내는 신호를 발생시킨다. 비상정지신호가 발생하게되면, 레이저 용접장치(102)의 작동 특히 레이저 제어장치(592)의 작동은 긴급하게 정지하게 될 것이다.

또한, 중앙처리장치(560)는 캐비넷(104)의 도어(114)를 개방 또는 폐쇄시키기 위해 제7도에 도시된 바와 같은 도어 개방기구(234)를 제어하도록 신호를 발생시키게 되며, 그 신호는 접속장치(562)를 통해 전달되게 된다. 또한 용접실(108)을 고정 또는 해제시킬수 있도록 하는 신호가 발생되는데, 그 신호는 특히 제9도에 도시된 바와 같은 전방 및 후방 고정조립체(284),(296)에 전달되게된다. 각각의 리미트 스위치세트(572),(574),(576)로부터 발생되는 출력신호는 접속장치(562)에 공급되게된다. 또한 레이저 수냉장치(620)에도 신호가 공급되게 되며, 레이저 여자램프(186) 및 미러(182),(184)에 의해 한정되는 공간은 정화되고 압력조절된 물을 요구되는 압력 및 유량으로 공급하는 폐쇄루프 수냉장치에 의해 냉각되게된다. 도시하지는 않았지만, 레이저 수냉장치는 펌프, 수냉식 열교환기, 저장소, 탈이온기, 여과기 및 온도조절기를 구비하고 있다. 레이저 로드(170) 및 비임흡수기 (194)에서 발생되는 열은 물에 흡수되어 장치로부터 축출되게된다. 또한 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)의 램프(428)에는 연료봉 그리드(16)를 조명시키도록 제어신호가 공급되게되며, 그에따라 X,Y 위치조정장치(288)는 X축이나 Y축을 따라 조정되어, 연료봉 그리드(16)의 용접개시 지점을 레이저 비임(178)에 대해 일렬로 정렬되게한다.

용접실(108)에 위치하는 산소탐침(496)과 수분센서(410)는 용접실 분위기중의 산소 및 수분의 함량을 나타내는 아날로그 신호를 발생시킨다. 유사한 방식으로, 차폐관(216)에 위치된 더모파일(218)은 레이저 비임(178)의 전력을 나타내는 아날로그 신호를 발생시킨다. 탐침(496), 센서(410), 그리고 더모파일(218)의 출력은 디지탈 전압계(578),(580),(582)에 각각 공급되는데, 상기 전압계는 입력된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환시켜 접속장치(564)를 통해 중앙처리장치(560)에 전달하도록 작용한다. 접속장치(564)는 각각의 디지탈 전압계(578),(580),(582)에 적당한 전압계 선택신호를 공급하여, 한번에 단지 하나의 디지탈 신호를 접속장치(564)를 통해 중앙처리장치(560)에 선택적으로 공급하게 한다. 레이저 용접장치(100)의 작동에 따라 중앙처리장치(560)는 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체 (204), 회전지지구(242), 용접실(108)에 대한 각각의 아르곤 유량을 제어하도록 신호를 접속장치(564)를 통해 각각의 흐름제어기(488),(484),(486)에 공급하게 된다. 유사한 방식으로 B축 구동기(388)에도 신호가 공급됨으로써, 위치조정 휘일(358)의 회전지지구(242)가 회전될수 있게 될 것이다. 상술한 바와 같이, 위치조정 휘일(358)의 각도상의 위치는 다수의 근접스위치(402)에 의해 감지되고 그에 따라 상기 근접스위치는 이전신호를 접속장치(564)를 통해 중앙처리장치(560)에 공급한다.

제22b도에는 제21a도에 예시된 바와 같이 접속장치(564)를 통해 중앙처리장치 (560)에 공급되는 입력을 발생시키도록 제4도의 컴퓨터 하우징(129)에 장착되는 기계기능판(MFP)(130)이 도시되어 있다. 이후에는 기계기능판(130)의 푸시버튼 및 선택스위치의 조작에 의해 이루어지는 여러 제어기능에 관해 설명하겠다. "EMERGENCY STOP" 푸시버튼(680)은 비상상태에 컴퓨터 수치제어기(126)를 정지시키는데 사용되는 것으로, 상기 푸시버튼(680)을 누르게 되면 중앙처리장치(560)로부터 디지탈 출력이 전혀 발생되지 않게 되고, 따라서 아르곤 공급장치(473), 레이저 용접장치(102), X, Y축 구동기(294),(296) 및 축 구동기(470)와 같은 보조장치의 작동이 정지되게 된다. "CONTROL ON" 푸시버튼(668)은 컴퓨터 수치제어기(126)를 작동시키게 하며, 그에 따라 여러 논리소자에 전력이 공급되며 여러 데이터 레지스터들이 소거된다. 푸시버튼(668)을 누른 상태로 두면 램프에 의해 배면이 조명되는 기계기능판넬(130)의 여러 푸시버튼들이 작동하여, 해당하는 과업을 이루게 해준다. "CLEAR" 푸시버튼(656)은 컴퓨터 수치제어기(126)를 소거시키도록 특히 중앙처리장치(560)의 기억된 프로그램 능동버퍼에 기억된 모든 능동명령을 소거시키도록 작용한다. 부분 프로그램층에 설정된 M코드 및 G코드는 최초 조건으로 리세트된다. 여러 프로그램의 감시관리중에는 푸시버튼(656)이 조명되게 되어, 작업자에게 소거작업을 요청하게 된다. "MESSAGE" 푸시버튼(638)은 주기적으로 조명되어, CRT(133)상에 표시될 진단메시지가 존재한다는 것을 나타내준다. 푸시버튼(638)을 누르면, 모든 능동진단메세지가 표시판으로부터 소거되고 푸시버튼(638)을 조명시키던 램프가 꺼지게 된다. "TESTI" 램프(636)는 조명될시, 용접실(108)이 배출위치에 위치되었다는 것과, 더모파일(218)에 냉각수가 공급되고 있다는 것을 나타내 준다."SERVO ON" 푸시버튼(666)이 작동되면 X, Y축 구동모터(294),(296)와 Z축 구동모터(470)에 AC전력이 공급되게 되며, 상기 구동모터들이 작동되게 되면 상기 푸시버튼(666)은 조명되게 된다. "PIN OUT" 푸시버튼(634)을 누른 상태로 두면, 전방 및 후방 고정조립체(284),(286)가 작동되게 되고, 그에 따라 고정핀(316),(319)이 제거되어 미끄럼대(262)의 고정이 해제됨으로써 후속적인 이동이 가능하게 된다. 이러한 기능을 이루게 하기 위해서는 컴퓨터 수치제어기(126)는 수동 방식으로 작동되어야만 한다. 고정핀(316),(319)이 제거되어 미끄럼대(262)의 고정이 해제됨으로써 후속적인 이동이 가능하게 된다. 이러한 기능을 이루게 하기 위해서는 컴퓨터 수치제어기(126)는 수동방식으로 작동되어야만 한다. 고정핀(316),(319)이 완전히 후퇴하게 되면, "PIN IN" 푸시버튼(652)이 조명된다.

"PIN IN" 푸시버튼(652)을 누른 상태로 두면 전방 및 후방 고정조립체 (284),(296)는 고정핀(316),(319)을 미끄럼대 (262)의 위치조정 구멍내에 삽입시키도록 작동하며, 그때에도 마찬가지로 컴퓨터 수치제어기(126)는 수동방식으로 작동되어야만 한다. 고정핀(316),(319)이 완전히 위치조정구멍내로 삽입되게 되면, 푸시버튼(652)은 조명되게 된다.

"DOOR OPEN" 푸시버튼(632)을 누른 상태로 두면, 도어개방기구(234)가 작동하게 되며, 그때에도 역시 컴퓨터 수치제어기(126)는 수동방식으로 작동되어야만 한다. 도어(114)가 완전히 개방되게 되면, 푸시버튼(632)는 조명되게 된다. "DOOR CLOSE" 푸시버튼(650)을 누른 상태로 두면 도어 개방기구(234)가 작동하여 캐비넷도어(114)를 폐쇄시키게 되며, 그때에도 역시 컴퓨터 수치제어기(126)는 수동방식으로 작동되어야만 한다. 캐비넷도어(114)가 완전히 폐쇄되게 되면, 상기 푸시버튼 (650)은 조명되게 된다. "CHAMBER OUT" 푸시버튼(630)을 누른 상태로 두면 미끄럼 구동모터(266)이 작동하게 되어, 미끄럼대(262) 및 그의 용접실(108)이 배출위치로 이동하게 되며, 미끄럼대(262)를 이와 같이 이동시키기 위해서는 컴퓨터 수치제어기(126)는 수동방식으로 작동되어야만 하며, 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)는 리미트 스위치(576b)에 의해 감지되는 바와 같이완전히 후퇴되어 있어야만 하며, Y축 위치결정대(292)는 리미트 스위치(574d)에 의해 검출되는 바와 같이 중앙위치에 있어야만 한다. 미끄럼대(262)가 배출위치에 있게되면, 상기 푸시버튼(630)은 조명되게 된다. 유사한 방식으로, "DOOR CLOSE" 푸시버튼(650)을 누른 상태로 두면, 미끄럼 구동모터(266)가 역방향으로 구동되어 미끄럼대(262)를 다시 용접위치로 귀환시키게 되며, 이와 같이 미끄럼대(262)를 이동시키기 위해서는 컴퓨터 수치제어기 (126)는 수동방식으로 작동되어야만 하며, 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)는 개방되어 있어야만 하며, 또한 전, 후방 고정조립체(284),(296)는 그의 고정핀을 제거시키도록 작동하여야 하며, 축 위치조정대(292)는 중앙위치에 있어야만 한다. 미끄럼대(262)가 용접위치에 있게 되면, 상기 푸시버튼(650)은 조명되게 된다.

"FEEDHOLD" 푸시버튼(660)을 일단 누르게 되면, 이송 고정기능이 설정되어 각각의 X, Y, Z축 구동모터(294),(296),(470)의 작동이 정지되게 되며, 그 결과 B축에 대한 회전지지구(242)의 운동을 제외하고는 X, Y축을 따른 용접실(108)의 이동 및 Z축을 따른 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)의 이동은 정지되게된다. "FEEDHOLD" 푸시버튼(660)을 다시 한번 누르게 되면, 이송고정기능은 해제되고, 따라서 X,Y축을 따른 용접실(108)의 이동 및 Z축을 따른 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체 (204)의 이동은 가능하게 된다. "CYCLE START" 푸시버튼(658)은 컴퓨터 수치제어기 (126)가 자동, 단일공정,또는 수동데이터 입력 방식으로 작동하게될 때 부분 프로그램 데이터의 감시관리를 시작하도록 조작되게 된다. 상기 "CYCLE START" 푸시버튼(658)은 컴퓨터 수치제어기(126)가 부분 프로그램 데이터를 감시관리하는 동안 조명되게 된다. "MANUAL" 푸시버튼(678)을 누르면 컴퓨터 수치제어기(126)가 수동방식으로 작동하게 되고, 그와 같이 컴퓨터 수치제어기(126)가 수동방식으로 작동하게 되면, 상기 푸시버튼 (678)은 조명되게 된다. "MDISINGLE" 푸시버튼(676)을 누르면, 컴퓨터 수치제어기(126)가 단일 수동데이터 입력방식으로 작동하도록되며, 그와같이 단일 수동데이터 입력방식으로 작동하게되면, 푸시버튼(676)은 조명되게 된다. 단일 수동데이터 입력방식은 진단 수단으로, 이러한 기능이 개시되면 부분 프로그램을 키이보드(131)를 통해 중앙처리 장치 메모리의 지정된 버퍼로 단계별로 전달할수 있게 된다. "CYCLE START" 푸시버튼(658)을 누르게 되면, 입력된 프로그램이 한번에 한단계씩 판독 및 감시관리되게 된다. "MDI CONTINUOUS" 푸시버튼 (674)를 누르게 되면 컴퓨터 수치제어기(126)는 연속 수동데이터 입력방식으로 작동하게 되는데, 상기 연속 수동데이터 입력방식은 "CYCLE START" 푸시버튼(658)을 누를 때와 입력된 전체 프로그램이 자동방식에서와 같이 판독될 때를 제외하고는 단일 수동데이터 입력방식과 유사하게 되어있다. "SINGLE CYCLE" 푸시버튼(672)를 누르면, 컴퓨터 수치제어기(126)는 단일 공정방식으로 작동하도록되며, 그와같이되면 푸시버튼(672)은 조명되게 된다. "AUTO" 푸시버튼(670)을 누르게되면, 컴퓨터 수치제어기(126)는 자동방식으로 작동하게되며, 그와같이 되면 푸시버튼(670)은 조명하게된다.

"% FEED" 선택스위치(682)는 X, Y축 구동모터(294),(296)에 의한 X, Y축 위치조정대(290),(292)의 이송율을 수동 조절할 수 있도록 12개의 조절위치를 가지고 있다. 도시된 바와 같이, 이송율은 상기 스위치(682)의 위치에 따라 10% 내지 120% 사이에서 10%의 증분으로 변화될수 있게 된다. "JOG MODE" 선택스위치(684)는 고속, 저속, 1.000, 0.1000,0.0100, 0.0010 및 0.0001의 축 죠그 방식중 하나를 선택할 수 있게 하도록 7개의 선택위치를 가지고 있다. 고속 및 저속방식은 X, Y축 위치조정대(290),(292)가 대체로 연속 이동하는 경우에서는 소위 "회전"식 죠그이며, 나머지 방식에 있어서는 X, Y축 위치조정대(290), (292)가 지정된 길이의 증분이동을 하게된다. "X IN" 푸시버튼(622)을 누르게되면, X축 죠그는 음의 방향으로 또는 위치조정 모듈(106)내로, 즉 제9도의 상측방향으로 이동하게 된다. "X OUT" 푸시버튼(640)을 누르게 되면, X 축 죠그는 양의 방향으로, 또는 위치 조정모듈(106)밖으로, 즉 제9도의 하측방향으로 이동하게된다. "Y LEFT"푸시버튼(624)을 누르게 되면, Y축 죠그는 양의 방향 또는 제9도의 좌측방향으로 이동하게 된다. "Y RIGHT" 푸시버튼(624)을 누르게 되면 Y축 죠그는 음의 방향 또는 제9도의 우측 방향으로 이동하게 된다.

"Z UP" 푸시버튼(626)을 누르면, Z축 죠그는 음의 방향으로 이동하게 되고, 그에 따라 Z축 구동모터(470)는 Z축 위치조정대(458)를 제7도에 도시된 바와 같은 음의 방향, 즉 상측 방향으로 이동시키도록 작용하게 된다. "Z DOWN" 푸시버튼(644)을 누르게되면 Z축 죠그가 양의 방향으로 이동하도록 되며, 그에 따라 Z축 위치조정대(458)의 그에 따른 레이저 촛점 맞춤 렌즈조립체(204)는 제7도에 도시된 바와 같은 양의 방향, 즉 하측 방향으로 이동하게 된다. "B CW" 푸시버튼 (628)을 누르게 되면, B축 운동이 양의 방향, 즉 시계방향으로 이루어지게 되는데, 단 그때 컴퓨터 수치제어기 (126)는 수동방식으로 작동해야만 한다. 특히 푸시버튼 (628)을 누르게 되면, B축 구동모터(388)이 작동하여 위치조정 휘일(358)을 제7도의 시계방향으로 회전시키게 된다. "B CCW" 푸시버튼(646)을 누르게 되면, B축 운동이 음의 방향, 즉 반시계 방향으로 이루어지게 되는데, 단 그때 컴퓨터 수치제어기(126)는 수동방식으로 작동되어야만 한다. 특히, B축 구동모터(388)는 위치조정 휘일(358)을 제7도의 반시계 방향으로 구동시키도록 작동하게 된다.

내측 그리드 스트랩(20)을 함께 용접하고, 이어서 그 내측 그리드 스트랩 (20)을 외측 그리드 스트랩(22)에 용접하여 그리드(16)를 형성시키고, 그 그리드 (16)를 안내슬리브(36)에 용접하는 공정에 대해서는 이미 제 3a도 내지 3k도를 참조하여 상세하게 설명하였는데, 상기 도면에는 각각의 교차용접부(32), 코너시임 용접부(30), 슬롯 및 탭 용접부(34), 그리고 노치시임용접부(40)를 형성시킬 수 있도록 레이저 비임(178)에 대해 위치조정시키기 위한 각각의 X,Y,Z축을 따른 연료봉 그리드(16)의 일련의 이동이 예시되어 있다. "용접봉 그리드용 스트랩 및 베인위치조정 지지구 및 위치조정 방법"과 "그리드 지지 및 보유 스트랩과 그의 방법"으로 명칭된 계류중인 출원에 설명된 바와 같이, 내·외측 그리드 스트랩(20),(22)를 조립하여 연료봉 그리드(16)를 형성한다. 그 다음에, 연료봉 그리드(16)를 제15도에 도시되고 "용접봉 그리드용 용접판"으로 명칭된 계류중인 출원에 기재된 바와 같은 용접지지구(542)에 설치하고, 이어서 그 용접지지구(542)를 용접실(108)내에 회전가능하게 위치된 회전 지지구(242)에 고정핀(542)에 의해 분리가능하게 부착시킨다. 연료봉 그리드(16)를 B축에 대해 회전시켜 레이저 비임(178)을 받을 수 있는 위치에 위치시키게 함으로써, 노치시임 용접부(40)를 형성시킬 수 있게 한다. X-Y위치조정장치(288)를 선택적으로 작동시켜 X,Y위치조정대(290),(292)를 따라 잇달아 증분 이동케 하므로써, 연료봉 그리드(16)를 레이저 비임(178)에 대해 위치조정케하여 교차용접부(33)를 형성시키도록 하며, 회전지지구(242)에 대한 회전을 끝낸후에는 슬롯 및 탭 용접부(34)와 코너 시임용접부(30)를 형성시키도록 한다.

이러한 공정에 대한 기계적인 제어는 컴퓨터 수치제어기(126), 특히 제23a도 및 23b도를 참조해 후술하는 바와 같은 부분 프로그램(700)을 기억하는 메모리를 구비한 중앙처리장치(560)에 의해 이루어지게 된다. 그 다음에는 상술한 바와 같이 연료봉 부분 프로그램(700)을 입력시키는 것은 단계(702)에서와 같이 조작자가 기계기능판(130)상의 "AUTO" 푸시버튼(670)을 눌러 컴퓨터 수치제어기(126)를 자동 방식으로 작동케 함으로써 이루어지게 된다. 다음에, 영숫자 키이보드(131)에 명령을 입력시켜, 감시관리를 위한 부분 프로그램을 요청하고, 그 다음에는 "CYCLE START" 푸시버튼(658)을 누른다. 그러면 단계(708)에서와 같이 프로그램된 M 81코드가 용접실내에 그리드를 수용하고 또한 그로부터 제거하는데 적용되는 "LOAD/UNLOAD CHAMBER" 적용 부루우틴을 요청하여, 미끄럼 구동모터(266)를 작동시키게 함으로써, 구동 미끄럼대(262)를 용접위치로부터 배출위치로 이동시키게 하고, 그에 따라 조립되었으나 아직 용접되지 않은 연료봉 그리드(16) 및 그의 용접지지구(542)를 회전지지구(242)에 설치할 수 있게 된다. 그렇게 하여 회전지지구 (242)상에 설치된 용접봉 그리드(16) 및 용접지지구(542)는 고정핀(524)에 의해 레이저비임(178)에 대해 예정된 위치에 고정시킨다. "LOAD/UNLOAD CHAMBER"부루우틴에 관해서는 제24a도를 참조해 상세히 설명하겠다.

그뒤에 단계(710)에서와 같이 작업자가 "레이저 용접장치용 가공물 그리핑 및 조정장치"로 명칭된 계류중인 출원에 기재된 바와 같은 수용 및 제거 조정기의 협력하에서 연료봉 그리드(16) 및 그의 용접지지구를 회전지지구(242)상에 설치한다. 단계(709)의 종기에, 단계(712)에서와 같이 작업자가 부분 프로그램의 감시관리를 지령하도록 "CYCLE START" 푸시버튼(658)을 누를 때까지, 부분 프로그램의 감시관리는 보류되게 된다. 다음에, 단계(714)에서와 같이, 용접실(108)을 레이저 비임(178)아래의 용접위치에 재위치시키도록 "LOAD/UNLOAD"적용 부루우틴을 요청한다. 그와 같이하여 용접실(108)이 일단 재배치되면, 용접실의 분위기를 체크하도록 M쿄드를 사용하여 "CHAMBER ENVIRON MENT CHECK" 적용 부루우틴을 요청하고, 이어서 매니폴드관(336)과 디퓨저판(330)을 통해 용접실(108)에 아르곤을 비교적 높은 유량으로 주입하여 산소 및 물과 같은 불순물을 제거하도록 하는데, 그와 같이 주입되는 무거운 아르곤에 의해 공기는 용접실 플랜지(331)와 밀폐판(158)사이의 틈새를 통해 배출되게 된다. M코드에 의해서 특정의 아르곤 유량이 설정되고, 그에 따라 흐름제어기(484)가 아르곤을 용접실(108)에 큰 유량을 공급하도록 세트되게 된다.

유사한 방식으로 회전지지구(242)와 렌즈 촛점맞춤 조립체(204)에 각각 관련된 방식으로, 흐름제어기(486),(488)도 아르곤의 유량을 크게 하도록 세트되어, 용접실(108)의 정화를 촉진시켜 준다. 그 다음에는, 아르곤 가스의 유량을 선택하도록 M코드에 의해 제23i도를 참조하여 후술하는 바와 같은 "SELECT GAS FLOWRATE"적용 부루우틴을 요청하고, 이어서 부분 프로그램의 단계(716)에서 회전 지지구 (242)의 회전을 이루게 하도록, 특히 그러한 회전을 위해 B축구동모터(328)를 작동시키도록 M91코드를 세트시킨다. 특히, 단계(716)에서 감시관리하는 M91 코드는 제24c도에 상세히 도시하는 "ROTAE FIXTURE" 적용 부루우틴을 요청한다. 다음에는, 단계(718)에서 "CHAMBER ENVIROMENT CHECK"적용 부루우틴을 요청하여, 산소 및 물의 함량에 대한 용접실(108)내의 분위기를 탐지하므로써, 산소 및 물의 함량이 예정된 값이하로 내려갈 때까지 더 이상 부분 프로그램을 감시관리하지 않게 해준다.

단계(178)에서 용접실(108)내의 분위기가 충분히 순수한 것으로 결정되면, 단계(720)에서 X, Y코드에 의해 X, Y축 위치조정대(290),(292)는 각각 제어가능하게 구동되며, 그에 따라 용접을 시행할 초기 용접부가 Z축을 따라 레이저 비임 (178)과 일렬로 정렬되도록 위치조정된다. 초기 용접위치는 X, Y축 구동모터 (294),(296)에 적당한 제어신호를 공급하도록 해석되는 세트로된 X, Y코드에 의해 확인된다. 유사한 방식으로 Z코드도 해석되어 제어신호가 Z축 구동모터(470)에 공급되고, 그에 따라 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)가 레이저 비임(178)의 촛점을 연료봉 그리드(16)의 초기 용접부상에 맞추게 하도록 위치조정되게된다. 이러한 단계들이 완료되면, 단계(720)에서 부분 프로그램을 정지시키게 된다. 단계(720)에서, 조작되는 "X IN" 푸시버튼(622), "X OUT" 푸시버튼(640), "Y LERT"푸시버튼 (624), "Y RIGHT" 푸시버튼(642)을 수동조작에 의해 적절히 작동시킴으로써 연료봉 그리드(16)의 초기 용접부를 레이저 비임(178)에 대해 정확히 정렬시킬 수 있게 된다. 이러한 목적을 위해서는 안전셔터(212)를 폐쇄시켜, TV카메라(206)를 통해 CRT(133)에 표시되는 그리드상을 볼 수 있게 한다. 카메라(206)의 렌즈는 전자렉티컬(rectical)을 가지고 있으며, 그에 의해 조작자는 초기용접부를 레이저 비임 (178)에 대해 정확히 정렬시킬 수 있게 될 것이다. 유사한 방식으로, 조작자는 "Z UP" 푸시버튼(626)과 "Z DOWN" 푸시버튼(644)을 조작하여, 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)의 이동을 제어함으로써, 레이저 비임(178)의 촛점을 연료봉 그리드(16)에 맞추도록 레이저 렌즈(202)를 정확히 위치 조정하게 된다.

단계(724)에서 조작자가 "CYCLE START" 푸시버튼(658)을 누르게 되면, 부분 프로그램의 감시관리가 다시 시작되며, 그러면 단계(726)에서 부분 프로그램은 초기 용접부 위치의 X, Y좌표와, 정렬된 위치를 단계(722)에서 위치조정된 새로운 그리드 위치의 X, Y좌표간의 차(소위 X, Y축 오프셋)를 계산한다. 유사하게, 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)의 Z축을 따른 초기위치와 촛점맞춤 위치간의 차에 의해서는 z축 오프셋이 제공된다. 상기 X, Y, Z축 오프셋은 메모리의 지정영역에 기억되어, 컴퓨터 수치제어기(126)에 의해 연료봉 그리드(16)의 오프셋 위치, 즉 고정된 위치를 고려하여 각각의 용접부의 정확한 위치가 계산되게 된다.

다음에는 단계(728)에서 레이저 공급장치(102)의 여러 매개변수가 설정되게 되며, 특히 가공시킬 용접부, 즉 교차용접부(32), 코너시임 용접부(30), 슬롯 및 탭 용접부(34), 노치시임 용접부(40)의 형태 및 펄스폭, 펄스주파수, 전력레벨을 결정하는 S,T,M 코드가 프로그램되게 된다. 특히 레이저 공급장치(102)의 전력레벨은 "SERVICE S CODE"적용 부루우틴을 요청하는 S코드에 의해 결정되며, 유사한 방식으로 펄스 주파수는 "SERVICE T CODE" 적용 부루우틴을 요청하는 T코드에 의해 결정되게 되며, 또한 펄스폭은 제25l에 도시된 바와 같은 "SET LASER PULSE WIDTH"적용 부루우틴을 요청하는 1 내지 6ms의 폭을 갖는 M코드(M55) 내지 (M60)중 하나에 의해 결정되게 된다. 유사한 방식으로, M코드 (,51) 내지 (M54)에 대응하여 용접부의 형태가 4종류로 되게 되는데, 상기 M코드(M51) 내지 (M54)는 "SET LASER MODE" 적용 부루우틴 감시관리를 요청하게 된다. 다음에는 단계(730)에서 M코드(M61) 내지 (M64)중 하나를 사용하여 용접작업에 요구되는 특정의 아르곤 유량을 설정하게 되며, 특히 제24b도를 참조해 후술하는 바와 같은 "SELECT GAS FLOWRATE"적용 부루우틴을 요청하게 된다. 다음에는, 단계(732)에서 M코드(M51) 내지 (M54)중 하나에 의해 "PERFORM LASER WELD" 적용 부루우틴을 요청하게 되는데, 일반적으로 상기 "PERFORM SASER WELD"적용 부루우틴은 일차로 레이저의 사용을 위해 "GET LASER" 적용 부루우틴을 요청하게 되며 그에 따라 좌측 컴퓨터 수치제어기(126b)가 그의 "레이저 요청"출력 및 "레이저 고정" 출력을 시험함에 의해 체크되게 되고, 만약 상기 출력들이 존재하는 경우에는 우측 컴퓨터 수치제어기 (126a)는 좌측 컴퓨터 수치제어기(126b)로부터 "레이저 제거"출력이 발생할 때까지 대기하게 되며, 상기 "레이저 제거"출력이 발생하게 되면 우측 컴퓨터 수치제어기 (126a)는 레이저를 요청한 후 고정시키게 된다.

레이저 공급장치(102)의 작동시에, 컴퓨터 수치제어기(126a)는 레이저 비임(178)을 용접실(108)로 향하게 하도록 비임 스위칭 미러(172)를 위치 조정시키며, 그뒤에 X, Y위치 조정대(290),(292)의 위치를 체크하여, 상기 위치조정대가 요구되는 위치에 위치하고 있는가를 결정하며, 그러한 위치조정 시간을 레이저 로드(70)로부터 레이저가 발사되기 전에 끝나도록 해준다. 그뒤에, 단계(732)에서 용접공정이 완료된 것을 나타내는 "LASING COMPLETE"신호가 발생되면 비임 스위칭 미러(172)의 고정을 해제하고 X, Y축 위치조정장치(288)에 명령을 하여 다음의 용접부를 형성시키기 위한 다음 위치로 연료봉 그리드(16)를 이동시키게 한다. 다음에는, 단계(736)에서 M코드(M51) 내지 (M54)중 하나에 의해 설정된 특정 형태의 용접이 완료되었는가의 여부를 결정하며, 만약 완료되지 않은 것으로 결정되면 부분 프로그램은 단계(732)로 되돌아가 다음 용접을 실시하게 하며, 그뒤에는 단계 (734)에서 연료봉 그리드(16)를 다음 용접위치로 이동시키게 한다. 그런 후에, 단계(735)에서 M코드(M88)가 "WAIT FOR OTHER CNC"적용 부루우틴을 요청하도록 프로그램되어 있는지의 여부를 결정하며, 그에 따라 일련의 용접이 완료되었다는 것을 나타내는 신호가 좌측 컴퓨터 수치제어기(126b)에 전달되며, 그에 의해 그 좌측 컴퓨터 수치제어기(126b)가 응답할 때까지 부분 프로그램의 감시관리는 보류되게 된다.

특정 형태의 용접이 완료되면, 부분 프로그램은 단계(738)로 진행하여 정지되게 되며, 다음 용접형태를 결정하도록 M코드(M51) 내지 (M54)가 프로그램되었는가를 결정하게 되며, 그뒤에 단계(740)에서 용접봉 그리드(16)의 적어도 일측부에 대한 용접을 완료시키는데 필요한 모든 형태의 용접이 완료되었는가를 결정하게 되며, 용접이 완료되지 않은 것으로 결정되면 부분 프로그램은 단계(716)으로 되돌아가, 단계(716)으로부터 단계(738)까지를 반복하게 된다. 제3a도 내지 3d도에 도시된 바와 같은 일련의 제1용접공정은 연료봉 그리드(16)의 베인측부에 대해 시행하는 것으로, 그러한 공정을 시행한 후에는 연료봉 그리드(16)를 용접실(108)로 복귀시키게 된다. 단계(743)에서, 레이저 공급장치(102)는 레이저비임(177)을 레이저 흡수기(194)를 향하게 하도록 제6도의 실선으로 도시된 위치에 셔터(190)를 위치시키게 하는 신호를 제공함으로써 작동을 정지하게 된다.

그뒤에, 단계(744)에서 M코드(M82)를 세트시켜, "LOAD/UNLOAD CART" 적용 부루우틴을 요청함으로써, 미끄럼 구동모터(266)를 작동시켜 미끄럼대(262)를 배출위치로 이동시키게 하며, 그에 따라 연료봉 그리드(16)는 용접실(108)로부터 제거되게될 것이다. 이때 작업자는 수동조작에 의해 연료봉 그리드(16) 및 그의 용접지지구(542)를 용접실(108)로부터 제거시켜, 다음에 시행할 일련의 용접공정을 준비하기 위한 수동조작을 할 수 있도록 한다. 일례로, 제3a도 내지 3d도에 도시된 바와 같은 일련의 공정을 통해 연료봉 그리드(16)의 베인측부상에 교차용접부(32)를 형성시킨 후에, 연료봉 그리드(16)를 제거하고 또한 회전시켜, 연료봉 그리드(16)의 반대쪽측부, 즉 안내 슬리브 측부에 제3e도 내지 3h도에 도시된 바와 같은 일련의 공정을 통해 교차용접부(32)를 형성시키도록 한다. 그와 같이 하여 연료봉 그리드 (16)의 양측부에 모두 용접부를 형성시킨 후에는 상기 그리드(16)를 제거하여 그리드(16)에 안내슬리브(36)를 삽입하고 이어서 제3i도 내지 3l도에 도시된 바와 같은 일련의 공정을 통해 노치시임 용접부(40)를 형성시킨다.

제23도에 도시된 바와 같은 부분 프로그램은 선택된 적용 부루우틴을 요청하도록 다수의 M,S,T코드를 세트시키는데, 상기 적용 부루우틴에 관해서는 "레이저 용접장치" 라는 명칭의 계류중인 출원에 상세하게 기재되어 있으며, 특히 상기 출원에는 "SYNC", "MAIN", "CLEAR", CHAMBER ENVIRONMENT CHECK, SET LASER MOLE, SET LASER PULSE WIDTH, SERVICE S CODE, SERVICE T CODE, DETERMINE LASER POWER OFFSET, PERFORM LASER WELD, CHECK SAFE POWER LEVEL, CET LASER, "WAIT FOR OTHER CNC."적용 부루우틴에 관해 기재되어 있다.

제24a도에 도시된 바와 같은 "LOAD/UNLOAD CART" 적용 부루우틴은 미끄럼 구동모터(266)를 작동시켜 미끄럼대(262) 및 그의 용접실(108)을 용접위치와 배출위치 사이에서 이동시키게 하며, 그러한 이동시 도어(114)는 개방되게 하고, 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)는 후퇴되게 하고, 고정핀(316),(319)는 제거되게 함으로써 미끄럼대(262)의 이동을 가능하게 해준다. 먼저 단계(760)에서, 제24도에 도시된 바와 같은 부분 프로그램의 단계(708)에서 세트된 코드를 작동장치 프로그램의 비드플래그 실행 사이클(Bidflag Execute Cycle)중에 감시 관리하며, 특히 단계(708)에서는 M코드(M82)를 세트시켜 미끄럼대(262) 및 그의 용접실(108)을 배출위치로 이동시키게 하며, 반면에 단계(710)에서는 M코드(M81)를 세트시켜 미끄럼대(262)를 용접위치로 복구시키게 한다. 다음에 단계(762)에서 이동시킬 용접실(108)을 그의 전방에 위치하는 안전영역으로 출입하게 하며, 그로부터 용접실(108)을 제거한 후에는, 단계(764)에서 Z축 구동모터(470)를 작동시켜 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체(204)를 본래 위치로 복귀시키게 한다. 다음에는 단계(766)에서 X, Y축 구동모터(294),(296)를 작동시켜 X, Y축 위치조정대(290),(292)를 그의 중앙위치, 및 본래 위치, 즉 연장된 위치에 각각 위치시키게 한다.

다음에는, 단계(768)에서 X,Y축 위치조정대(290),(292)를 정지시키게 하도록 "FEED HOLD"를 세트시키며, 도어 개폐기구(234)를 작동시켜 도어(114)를 개방시키게 한다. 다음에는 전, 후방 고정 조립체(284),(286)를 작동시켜 고정핀(316), (319)을 상승시키게 함으로써 미끄럼대(262)를 이동가능하게 한다. 그 다음에는 단계(772)에서 미끄럼 구동모터(262)를 작동시켜 M코드(M82)가 세트됐을 때는 미끄럼대(262)를 외측으로 이동하게하고, 반면에 M코드(M81)가 세트됐을 때는 미끄럼대(262)를 내측으로 이동하게 한다. 그러면, 단계(774)에서 전,후방 고정조립체(284), (286)를 작동시켜 고정핀(316), (319)을 미끄럼대(262)에 대한 고정위치로 이동시키게하며, 다음에는 M코드(M81)에 응답하여 캐비넷도어 (114)를 폐쇄시키고, 단계(780)에서 "FEED HOLD"를 해제시킨다. 단계(782)에서는 용접실(108)이 용접위치에 위치한 것을 나타내는 M코드(M81)에 세트되었는지의 여부를 결정하며, 만약 세트된 경우에는 "CHAMBER ENVIRONMENT CHECK"적용 부루우틴을 요청하여, 용접실(108)내의 분위기를 용접을 시행하는데 충분한 순도를 갖게 한다.

그 다음에는, 단계(784)에서 배출전에 루우틴의 비드플래그 및 순차 지침을 소거시킨다.

"SELECT GAS FOLWRATE"적용 부루우틴은 제24b도에 도시되어 있으며, 제24도에 도시된 부분 프로그램의 단계(714),(730)에서 특정의 M코드, 즉 M코드(M61) 내지 (M64)중 하나를 세트시키는 것에 의해 요청되는 것으로 주 과업루프 또는 작동장치 프로그램의 후속 비드플래그 실행 사이클중에 감시 관리된다. 감시관리가 시작되면 단계(932)에서 제22a도에 도시된 바와 같은 접속장치(564)의 세개의 흐름율 선택출력을 소거시키고, 그에 이어 단계(934)에서 흐름제어기(484),(486),(488)중 하나에 공급되는 선택된 흐름율 선택출력을 프로그램된 M코드에 따라 설정한다. 그런 후에, 단계(936)은, CNC의 제어가 없을때에 설정되는 수동 또는 정상상태 유량선택을 불능으로 한다.

"ROTATE FIXTURE"적용 부루우틴은 제24c도에 도시되어 있고, 제23b도에 도시한 부분 프로그램의 단계(728)에서 세트된 M코드(M91) 내지 (M95)에 의해 요구되는 것으로, 그리고 후속 "비드 플래그 실행 사이클"중에 실행된다. 입력후 단계(1262)는 Z축 구동모터(470)를 작동시키고, 그것에 의해서, 레이저 촛점맞춤 렌즈조립체 (204)는 리미트 스위치(576b)에 의해 검출된 본래 위치에 위치된다. 그후, 단계 (1264)에 있어서, Y축 구동모터(296)를 작동시켜, Y축 위치조정대(292)를, 리미트 스위치(574d)에 의해 검출된 중앙위치로 구동하고, X축은, B축 회전구동기(238)의 결합을 가능하도록 위치시킨다. 그후, 단계(1266)에 있어서, Y축 구동모터를 작동시켜, 위치조정 휘일(358)의 커플링부재(384)와 맞물리게끔, Y축 위치조정대(292)을 구동한다. 그후, 단계(1268)는 X 및 Y축 위치조정대(290),(292)의 이동을 중지하기 위해 "FEED HOLD"를 세트시키고, 회전지지구(242)의 현재의 각도위치를 검출하기 위해 근접스위치(402a)-(402d)의 출력을 억세스하여, 회전지지구(242)를 회전시킬 필요성이 있는가의 여부를 결정하고, 그후, 위치조정 휘일(358)을 고정하고 있는 핀(378)을 제거한후, B축 구동모터(388)을 작동시킨다. 단계(1270)에 있어서, 근접스위치(402d)의 출력은 스트로브로서 감지되며, 그와 같이 감지되면, 나머지 근접스위치(402a) 내지(402c)의 출력도 감지되어, 새로운 위치로 이동하고 있는 회전지지구의 위치를 결정해주게 된다. 회전지지구가 새로운 위치로 회전한 때, 단계(1272)는 B축 회전 구동모터(388)과, 트립솔레노이드(406)을 정지시키며, 그것에 의해서 고정핀(378)은, 위치조정 휘일(358)에 맞물리고 그것을 고정하기 위해서 복귀시킨다. 그 후, "FEED HOLD"는 해제되어 소거되며, Y축 구동모터(296)은 Y축 위치조정대(292)를 이동시켜, B축 회전구동기(238)와의 결합으로부터 분리시키도록 작동하며, 최정적으로 단계(1274)에 있어서, 보조처리를 가능하게 되며, 또한 루우틴의 "ROTATE FIXTURE"적용 부루우틴의 "비드플래그" 및 순차지침이 소거된다.

이상 본 발명의 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한하지 않고 첨부된 특허청구의 범위에 기재된 바와 같이 발명의 범위내에서 변경이 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 비반응성 개스를 수용하는 밀폐가능한 용접실과, 레이저 비임을 발사하여 조사하는 레이저 발사원과, 상기 용접실 및 가공물을 레이저 비임에 대해 이동시키는 이동장치를 구비하는 레이저 용접 장치에 있어서, 상기 용접실이 밀폐부재 아래에 위치되어 상기 레이저 비임이 상기 가공물에 조사되는 제1가공위치와, 상기 용접실이 상기 밀폐부재로부터 제거되는 제2장전위치 사이에 상기 이동장치 및 상기 용접실을 이동 가능하게 지지하는 미끄럼대와, 상기 용접실을 상기 미끄럼대에 대해 이탈 가능하게 고정하는 고정장치와를 구비하고, 상기 밀폐부재의 제1평면은 상기 용접실의 상연부로부터 이격되게 위치되어, 상기 밀폐부재와 용접실 상연부 사이에 둘레방향 틈새를 형성하는 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
2. 제1항에 있어서 상기 이동장치가 상기 용접실 및 그의 상연부를, 상기 제1평면과 평행한 제2평면을 형성하는 경로를 따라 이동시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
3. 제1항 또는 제3항에 있어서, 레이저 비임 에너지 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
4. 제4항에 있어서, 상기 미끄럼대를 그의 제1위치와 에너지 감지위치에 각각 고정시키기 위한 제1고정기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
5. 제5항에 있어서, 상기 미끄럼대를 그 위 제1위치에 고정시키기 위한 제2고정기구를 구비한 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 고정장치가 상기 미끄럼대에 대해 고정 가능한 위치조정핀으로 구성되고, 상기 용접실은 상기 위치조정핀을 수용하기 위한 홈을 가진 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
7. 제8항에 있어서, 상기 고정장치가 상기 용접실의 제1연부에 장착된 캠수단과, 상기 용접실을 상기 회전대에 고착되는 상태로 이동시키게끔 상기 캠 수단과 맞물리도록 상기 미끄럼대에 부착된 지지(hold down)수단을 구비한 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
8. 제9항에 있어서, 상기 제1연부의 반대측에 위치하는 용접실의 제2연부에 적어도 하나이상의 고정기구를 설치하고, 상기 고정기구는 제2해제위치와 제2고정위치 사이에서 이동가능한 고정핀과 상기 미끄럼대에 고착되고 상기 고정핀을 제2고정위치에서 위치시킬 수 있도록 고정핀을 수용하는 구멍을 가지고 있는 드러스트 판으로 구성되어, 용접실을 상기 미끄럼대 및 레이저 비임에 대해 정확히 위치조정하여 고정시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
9. 제9항에 있어서, 상기 고정수단이 상기 용접실에 대해 회전가능한 회전지지구를 구비한 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
10. 제11항에 있어서, 상기 회전지지구가 위치조정판에 회전 가능하게 결합되고, 상기 위치 조정판은 구동장치에 회전 가능하게 결합된 제2커플링 부재와 결합 가능한 제1커플링 부재를 가진 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
11. 제12항에 있어서, 상기 회전지지구의 위치에 대응하는 다수의 작동위치와, 상기 작동 장치에 대응하는 감지수단을 구비한 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.
12. 제12항에 있어서, 상기 위치조정판이 상기 회전지지구의 위치의 각각에 대하여 일렬로 정렬되는 다수의 구멍과, 고정기구로 구성되며, 상기 고정기구는 고정핀이 상기 고정판으로부터 제거되는 상기 회전지지구를 회전시키게 하는 회전위치와, 상기 구멍중 선택된 것에 결합되어 지지구를 고정시키게 하는 고정 위치 사이에서 이동 가능한 고정핀으로 구성된 것을 특징으로 하는 이동식 용접실을 가진 레이저 용접장치.

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