KR100836924B1

KR100836924B1 - 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100836924B1
Application number: KR1020060126568A
Authority: KR
Inventors: 장재웅
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-06-11

Abstract

본 발명은 용접할 두 소재의 용접부를 스케너를 통하여 스캔하여 소재의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하여 편향렌즈의 각 편향코일로 공급되는 인가 전류값을 가변하여 제어함으로써 전자총에서 발사되는 전자빔의 용점초점을 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 제어방법을 제공한다.

전자빔, 용접, 편향렌즈, 스케너

Description

전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 제어방법{A WELDING POINT CONTROL DEVICE OF ELECTRON BEAM WELDER AND CONTROL METHOD THEREOF }

도 1은 종래 기술에 따른 전자빔 용접장치의 단면 구성도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 전자빔 용접장치의 용접공정 블록도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 전자빔 용접장치에 적용되는 편향렌즈의 작동원리도이다.

도 4는 전자빔 용접장치에 의해 용접되는 유성캐리어의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용접초점 제어장치가 적용된 전자빔 용접장치의 단면 구성도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용접초점 제어방법의 단계별 제어 블록도이다.

본 발명은 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접할 두 소재의 용접부를 스케너를 통하여 스캔하여 소재의 회전각도에 대한 중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하여 편향렌즈의 각 편 향코일로 공급되는 인가 전류값을 가변하여 제어함으로써 전자총에서 발사되는 전자빔의 용점초점을 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 제업방법에 관한 것이다.

일반적으로 정밀도가 요구되는 금속을 용접할 때에는 전자빔을 이용하는 전자빔 용접법이 널리 사용되고 있는데, 이는 고진공(高眞空) 중에서 음극으로부터 방출된 전자(電子)를 고전압(高電壓)으로 가속, 피용접물(被鎔接物)에 충돌시켜 그 에너지로 용접하는 방법이다.

이러한 전자빔 용접법은 고진공 중에서 이루어지기 때문에 대기에 반응하기 쉬운 금속도 용접이 용이하며, 또 전자빔을 렌즈로 가늘게 좁혀 에너지를 집속(集束)시킬 수 있으므로 지르코늄·텅스텐·몰리브덴 등 고융점금속(高融點金屬)의 용접도 가능하다.

또, 다른 용접법에 비하여 용접입열(鎔接入熱)이 작기 때문에 용접이 어긋나는 등 변형되는 경우가 극히 적으며, 용접부의 폭이 좁기 때문에 정밀용접이 가능한 점, 용해용접을 깊게 할 수 있기 때문에 두꺼운 판의 고속용접도 가능하다는 등이 장점이 있다.

종래 전자빔 용접장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(101) 내부에는 필라멘트(미도시)를 구비하는 전자총(103)을 통하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생부(100)를 형성하고, 상기 전자빔 발생부(100)의 수직 하부에는 제1전자렌즈(105)와 컬럼밸브(107), 제2전자밸브(109) 및 편향렌즈(111) 등을 구비하는 빔 속도 및 방향 관리부(200)를 형성하며, 그 하부에는 피용접물(400)이 위치되어 밀폐된 용접실(113)로 이루어지는 용접 작동부(300)가 구성되어 이루어진다.

그리고 상기 편향렌즈(111)는 전류조정기(500)에 의해 공급되는 인가 전류값에 따라 발생되는 자기장의 세기를 이용하여 상기 전자빔의 초점 방향을 편향시킬 수 있도록 한다.

즉, 상기 편향렌즈(111)는 도 3에서 도시한 바와 같이, 원형 프레임(115) 상에 상호 직각 방향으로 4개의 편향코일(E1,E2,E3,E4)이 장착되어 상기 전류조정기(500)에 의해 전류를 공급받도록 이루어지는데, 이러한 편향렌즈(111)의 작동개념의 일례를, 도 3을 통하여 설명한다.

즉, 상기 편향렌즈(111)의 작동개념은 상기 전류조정기(500)가 편향렌즈(111)의 제1편향코일(E1)에 0.6A의 전류를 공급하고, 제2편향코일(E2)에는 0.2A의 전류를 공급하며, 제3편향코일(E3)과 제4편향코일(E4)에는 공히 0.1A의 전류를 공급함으로써 각각의 편향코일에 자기장을 형성시키면, 전자빔(B)은 도면에서 우측으로 이동하여 용접초점의 위치를 이동시키는 원리이다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 전자빔 용접장치의 작동은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 용접실(113)의 내부의 지그(117) 상에 피용접물(400)을 위치시킨 후(S110), 진공펌프(P)를 작동하여 전자총(103)과 용접실(113)을 진공상태로 유지시키며(S120), 전류조정기(500)에는 편향렌즈(111)의 각 편향코일(E1,E2,E3,E4)에 인가할 소재별 설정된 인가 전류값을 설정한다.(S130)

그러면, 상기 전류조정기(500)는 편향렌즈(111)의 각 편향코일(E1,E2,E3,E4)에 설정된 전류값을 인가하여(S140) 전저빔(B)의 용접초점을 고정한 상태로(S150), 상기 지그(117)를 회전시켜 피용접물(400)의 용접부에 대하여 전자빔 용접을 진행하게 된다.(S160)

그러나 상기한 바와 같은 종래의 전자빔 용접장치는 상기 편향렌즈(111)의 각 편향코일(E1,E2,E3,E4)에 소재별 설정된 데이터에 따라 인가 전류값을 인가하기 때문에, 도 4에서 도시한 바와 같이, 피용접물(400)인 유성 캐리어의 컵(121)과 플레이트(123)간 조립부(M)에 조립공차가 발생하는 경우, 이에 능동적으로 대응할 수 없어 상호 조립부(M)의 정밀한 전자빔 용접을 이룰 수 없다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용접할 두 소재의 용접부를 스케너를 통하여 스캔하여 소재의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하여 편향렌즈의 각 편향코일로 공급되는 인가 전류값을 가변하여 제어함으로써 전자총에서 발사되는 전자빔의 용점초점을 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치는 하우징 내부에 필라멘트를 구비하는 전자총을 통하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생부와; 상기 전자빔 발생부의 수직 하부에 제1전자렌즈와 컬럼밸브, 제2전자밸브 및 전류조정기에 의해 공급되는 전류량에 따라 발생되는 자기장의 세기를 이 용하여 상기 전자빔의 초점 방향을 편향시키는 편향렌즈를 구비하는 빔 속도 및 방향 관리부와; 그 하부에 지그를 통하여 피용접물이 위치되어 밀폐된 용접실로 이루어지는 용접 작동부를 포함하는 전자빔 용접 장치에서,

상기 용접실 내부의 상면 일측에 장착되어 투입되는 피용접물의 용접부 용접경로를 스캔하여 그 스캔정보를 출력하는 스캐너; 상기 스캐너로부터 출력되는 스캔정보를 이용하여 상기 지그의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하고, 상기 용접부 거리값 데이터를 연산하여 피용접물의 용접시 그 회전각도에 대한 전자빔 편향각을 산출하여 상기 편향렌즈의 각 편향코일에 투입되는 인가 전류값을 연산하며, 상기 연산된 인가 전류값 데이터를 이용하여 용접 실시 중, 전류조정기를 제어하여 각 편향코일의 인가 전류값을 가변하여 출력하도록 하는 제어로직을 갖는 제어기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치의 제어방법은 용접실 내부에 구성되는 스캐너를 통하여 용접실 내부로 투입되는 피용접물의 용접부 용접경로를 스캔하여 그 스캔정보를 출력하는 제1단계; 상기 제1단계로부터 출력되는 스캔정보를 이용하여 피용접물이 설치되는 지그의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하는 제2단계; 상기 제2단계에서의 산출된 용접부 거리값에 대한 데이터를 연산하여 피용접물의 용접시 그 회전각도에 대한 전자빔 편향각을 산출하는 제3단계; 상기 제3단계에서의 피용접물의 회전각도에 따른 전자빔 편향각 데이터에 따라 편향렌즈의 각 편향코일에 투입되는 인가 전류값을 연산하는 제4단계; 상기 제4단계에서 연산된 인가 전류값 데이터를 이용하여 용접 실시 중, 전류조정기를 제어하여 상기 각 편향코일에 인가 전류값을 가변하여 출력하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용접초점 제어장치가 적용된 전자빔 용접장치의 단면 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용접초점 제어방법의 단계별 제어 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 용접초점 제어장치가 적용되는 전자빔 용접장치는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 하우징(1) 내부에는 필라멘트(미도시)를 구비하는 전자총(3)을 통하여 전자빔(B)을 발생시키는 전자빔 발생부(10)를 형성하고, 상기 전자빔 발생부(10)의 수직 하부에는 제1전자렌즈(5), 컬럼밸브(7)와 제2전자밸브(9) 및 편향렌즈(11)를 구비하는 빔 속도 및 방향 관리부(20)를 형성하며, 그 하부에는 지그(17)를 용하여 피용접물(40)이 위치되어 밀폐된 용접실(13)로 이루어지는 용접 작동부(30)가 구성되어 이루어진다.

그리고 상기 편향렌즈(11)는 전류조정기(50)에 의해 공급되는 인가 전류값에 따라 발생되는 자기장의 세기를 이용하여 상기 전자빔(B)의 초점 방향을 편향시킬 수 있도록 한다.

즉, 상기 편향렌즈(11)는, 도 3에서 설명한 바와 같이, 원형 프레임(115) 상에 상호 직각 방향으로 4개의 편향코일(E1,E2,E3,E4)이 장착되어 상기 전류조정기에 의해 전류를 공급받도록 구성된다.

이러한 구성의 전자빔 용접장치에 적용되는 용접초점 제어장치는 상기 용접실(13) 내부의 상면 일측에 장착되어 투입되는 피용접물(40)의 용접부 용접경로를 스캔하여 그 스캔정보를 출력하는 스캐너(19)와, 제어기(15)로 이루어진다.

여기서, 상기 스캐너(19)는 레이저 스캐너로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제어기(15)는 상기 스캐너(19)로부터 출력되는 스캔정보를 이용하여 상기 지그(17)의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하고, 상기 용접부 거리값 데이터를 연산하여 피용접물(40)의 용접시 그 회전각도에 대한 전자빔 편향각을 산출하여 상기 편향렌즈(11)의 각 편향코일(E1,E2,E3,E4)에 투입되는 인가 전류값을 연산하며, 상기 연산된 인가 전류값 데이터를 이용하여 용접 실시 중, 전류조정기(50)를 제어하여 각 편향코일(E1,E2,E3,E4)의 인가 전류값을 가변하여 출력하도록 하는 제어로직을 갖는다.

따라서 이러한 구성의 용접초점 제어장치를 이용한 전자빔 용접장치의 용접초점 제어방법은, 용접실(13)의 내부의 지그(17) 상에 피용접물(40)을 위치시킨 후, 진공펌프(P)를 작동하여 전자총(3)과 용접실(13)을 진공상태로 유지시킨 상태로, 도 6에서 도시한 바와 같이, 먼저 용접실(13) 내부에 구성되는 스캐너(19)를 통하여 용접실(13) 내부로 투입된 피용접물(40)의 용접부 용접경로를 스캔하여 그 스캔정보를 출력한다.(S1)

그러면, 상기 제어기(15)는 상기 단계(S1)로부터 출력되는 스캔정보를 이용하여 피용접물(40)이 설치되는 지그(17)의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하게 된다.(S2)

이어서, 상기 제어기(15)는 상기 단계(S2)에서의 산출된 용접부 거리값에 대한 데이터를 연산하여 피용접물(40)의 용접시 그 회전각도에 대한 전자빔 편향각을 산출한다.(S3)

이와 같이, 피용접물(40)의 회전각도에 따른 전자빔 편향각 데이터가 산출되면, 제어기(15)는 상기 전자빔 편향각 데이터에 따라 편향렌즈(11)의 각 편향코일(E1,E2,E3,E4)에 투입되는 인가 전류값을 연산하게 된다.(S4)

따라서, 상기 제어기(15)는 상기 단계(S4)에서 연산된 인가 전류값 데이터를 이용하여 용접 실시 중, 전류조정기(50)를 제어하여 상기 각 편향코일(E1,E2,E3,E4)에 인가 전류값을 가변하여 출력하여 상기 지그(17)의 회전과 함께, 피용접물(40)의 용접부에 대하여 전자빔 용접을 진행하게 된다.(S5)

이와 같이, 본 실시예에 따른 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 방법에 의하면, 상기 편향렌즈(11)의 각 편향코일(E1,E2,E3,E4)에 인가되는 인가 전류값을 소재별로 산출하여 소재별 조립공차에 대하서도 능동적으로 대응할 수 있으며, 소재별 상호 조립부의 정밀한 전자빔 용접을 이룰 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 방법에 의하면, 용접할 두 소재의 용접부를 스케너를 통하여 스캔하여 소재의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하여 편향렌즈의 각 편향코일로 공급되는 인가 전류값을 가변하여 제어함으로써 전자총에서 발사되는 전자빔의 용점초점을 정밀하게 제어하여 용접품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

하우징 내부에 필라멘트를 구비하는 전자총을 통하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생부와; 상기 전자빔 발생부의 수직 하부에 제1전자렌즈와 컬럼밸브, 제2전자밸브 및 전류조정기에 의해 공급되는 전류량에 따라 발생되는 자기장의 세기를 이용하여 상기 전자빔의 초점 방향을 편향시키는 편향렌즈를 구비하는 빔 속도 및 방향 관리부와; 그 하부에 지그를 통하여 피용접물이 위치되어 밀폐된 용접실로 이루어지는 용접 작동부를 포함하는 전자빔 용접 장치에서,

상기 용접실 내부의 상면 일측에 장착되어 투입되는 피용접물의 용접부 용접경로를 스캔하여 그 스캔정보를 출력하는 스캐너;

상기 스캐너로부터 출력되는 스캔정보를 이용하여 상기 지그의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하고, 상기 용접부 거리값 데이터를 연산하여 피용접물의 용접시 그 회전각도에 대한 전자빔 편향각을 산출하여 상기 편향렌즈의 각 편향코일에 투입되는 인가 전류값을 연산하며, 상기 연산된 인가 전류값 데이터를 이용하여 용접 실시 중, 전류조정기를 제어하여 각 편향코일의 인가 전류값을 가변하여 출력하도록 하는 제어로직을 갖는 제어기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 스캐너는 레이저 스케너인 것을 특징으로 하는 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치.
전자빔 용접장치의 용접초점 제어방법에 있어서,

용접실 내부에 구성되는 스캐너를 통하여 용접실 내부로 투입되는 피용접물의 용접부 용접경로를 스캔하여 그 스캔정보를 출력하는 제1단계;

상기 제1단계로부터 출력되는 스캔정보를 이용하여 피용접물이 설치되는 지그의 회전각도에 대한 회전중심으로부터의 용접부 거리값을 산출하는 제2단계;

상기 제2단계에서의 산출된 용접부 거리값에 대한 데이터를 연산하여 피용접물의 용접시 그 회전각도에 대한 전자빔 편향각을 산출하는 제3단계;

상기 제3단계에서의 피용접물의 회전각도에 따른 전자빔 편향각 데이터에 따라 편향렌즈의 각 편향코일에 투입되는 인가 전류값을 연산하는 제4단계;

상기 제4단계에서 연산된 인가 전류값 데이터를 이용하여 용접 실시 중, 전류조정기를 제어하여 상기 각 편향코일에 인가 전류값을 가변하여 출력하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접장치의 용접초점 제어방법.