KR100846658B1

KR100846658B1 - 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그 및 레이저용 지그를이용한 용접방법

Info

Publication number: KR100846658B1
Application number: KR1020070044822A
Authority: KR
Inventors: 김정오; 서정; 이제훈; 강희신
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-07-16

Abstract

본 발명은 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그 및 레이저용 지그를 이용한 용접방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접대상물(박판)의 용접부위를 일정하게 밀착압박하여 용접하는 장치로써, 지그제작이 간편하면서 비용이 저렴하고, 용접대상물의 크기에 제약을 받지 않아 다용도로 사용 가능하고, 용접시, 사용되는 불활성 가스의 소모량을 최적화하여 생산비가 절감되는 특징이 있다.

이와 같이, 본 발명은 박판을 국부적으로 용접 접합하는 장치에 있어서,

양끝단부의 내주면에 암나사산이 형성되어 내부가 중공된 외부케이스와;

상기 외부케이스의 내부에 삽입되어 박판을 가압하며 레이저빔을 한 곳에 조사하도록 형성된 가압용 지그 팁과;

상기 외부케이스의 내부에 삽입되어 가압용 지그 팁이 밀착압력을 가할 수 있도록 형성된 가압용 스프링과;

상기 외부케이스의 중공된 양끝단부에 결합되도록 외주면에 수나사산이 형성된 밀착압력조절용 상,하부 너트와;

상기 가압용 지그 팁에 레이저 빔을 전달하도록 가압용 지그 팁의 일단부에 연결되는 레이저빔 조사장치; 및

상기 레이저빔에 의해 박판을 접합시, 상기 박판의 산화 방지를 위해 사용되는 불활성 가스가 가압용 지그 팁의 내부에 유입되도록 외부케이스의 일단부에 연결되는 불활성 가스발생장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

지그, 불활성 가스, 레이저빔, 용접, 박판, 박판

Description

박판을 접합하기 위한 레이저용 지그 및 레이저용 지그를 이용한 용접방법{Laser welding zig for joinning thin plate and micro parts}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저용 지그를 나타낸 단면도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저용 지그와 불활성 가스발생장치의 결합을 나타낸 개략도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가압용 지그 팁을 나타낸 단면도이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가압용 지그 팁의 노즐부을 나타낸 평면도이고,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 밀착압력조절용 상,하부 너트를 나타낸 사시도이고,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저용 지그를 이용한 용접방법을 나타낸 개략도이고,

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 레이저용 지그가 설치된 로보트을 나타낸 개략도이고,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저용 지그의 용접방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 외부케이스 20 : 가압용 지그 팁

30 : 밀착압력조절용 상부 너트 40 : 밀착압력조절용 하부 너트

50 : 로드셀 센서 60 : 가압용 스프링

70 : 레이저빔 조사장치 80 : 불활성 가스발생장치

90 : 로보트 100 : 지그

본 발명은 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그 및 레이저용 지그를 이용한 용접방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접대상물(박판)의 용접부위를 일정하게 밀착압박하여 용접하는 장치로써, 지그제작이 간편하면서 비용이 저렴하고, 용접대상물의 크기에 제약을 받지 않아 다용도로 사용 가능하고, 용접시, 사용되는 불활성 가스의 소모량을 최적화하여 생산비가 절감되는 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그 및 레이저용 지그를 이용한 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저를 이용한 용접은 전기, 전자, 자동차분야 등 산업 전반에 걸쳐 많이 적용되고 있다. 특히 반도체 및 표면 실장, 마이크로 머시닝 분야에서 기존의 용접열원에 비해 용접에 필요한 최소한의 에너지로 용접할 수 있는 장점을 가지는 레이저열원으로의 적용이 확대되고 있다.

그러나, 레이저를 이용한 최소의 입열로 용접하지만, 금속 박판의 특성상 용접부에 심한 열 변형이 야기된다. 특히 오버랩 조인트(overlap joint) 접합 시 박판과 박판 또는 박판과 후판 등 겹쳐진 두개의 재료에 가해진 밀착압력은 용접시 상당히 중요한 변수로 작용하고 있다.

기존의 용접시 작은 크기의 부품에는 전체를 일정하게 밀착시키는 방법을 사용하였으나 장치의 복잡함, 접근성의 제악, 장치가격의 고가 등 여러 가지 문제점에 많이 노출되어 있으며, 특히 용접부품의 대형화에는 서술한 문제점 등으로 인하여 거의 제작이 힘든 상태이다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

용접대상물(박판)의 용접부위를 일정하게 밀착압박하여 용접하는 장치로써, 지그제작이 간편하면서 비용이 저렴하고, 용접대상물의 크기에 제약을 받지 않아 다용도로 사용 가능한 한 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 용접시, 사용되는 불활성 가스의 소모량을 최적화하여 생산비가 절감되는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 박판을 국부적으로 용접 접합하는 장치에 있어서,

또한, 본 발명의 상기 가압용 지그 팁은 일단부가 레이저빔 조사장치와 연결되어 레이저빔이 전달되도록 내부가 중공된 연결부와;

상기 가압용 지그 팁에 밀착압력이 가해질 때 가압용 스프링의 탄성력이 전달되도록 상기 연결부의 끝단부 외주면에 형성되는 지지부와;

상기 연결부의 끝단부에 형성되어 연결부의 내부와 연통되고, 상기 박판을 가압시 끝단부 단면이 접촉되며, 상기 연결부를 통해 전달된 레이저빔이 조사되도록 조사구가 끝단부 단면에 형성되는 노즐부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 레이저용 지그를 이용한 용접방법에 있어서,

용접대상물(박판)을 설치하고, 상기 용접대상물의 용접 위치를 설정하는 단계(S100);

상기 용접대상물의 용접 위치에 지그를 이동시켜 가압용 지그 팁을 용접대상물에 접촉시키고, 상기 가압용 지그 팁에 의해 용접대상물의 상,하부를 압착하는 단계(S200);

상기 압착된 압력을 로드셀센서에 의해 측정하는 단계(S300);

상기 압착된 가압용 지그 팁을 통해 산화 방지용 불활성 가스를 배출하는 단계(S400);

상기 압착된 가압용 지그 팁을 통해 레이저빔을 조사하여 용접하는 단계(S500);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저용 지그를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저용 지그와 불활성 가스발생장치의 결합을 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그(100)는 외부케이스(10)와, 가압용 지그 팁(20)과, 가압용 스프링(60)과, 밀착압력조절용 상,하부 너트(30,40)와, 레이저빔 조사장치(70) 및 불활성 가스발생장치(80)로 구성된다.

상기 외부케이스(10)는 전체적으로 원통형으로 형성되어 양끝단부가 상호 관통되고, 상기 외부케이스(10)의 양끝단부 내주면에는 암나사산이 형성된다.

여기서, 상기 외부케이스(10)의 일단부 외주면에는 불활성 가스발생장치(80)와 호스(미도시) 등의 연결장치에 의해 연결되어 불화성 가스가 내부에 유입되도록 유입홀(11)이 형성된다.

상기 가압용 스프링(60)은 외부케이스(10)의 내부에 삽입되어 가압용 지그 팁(20)이 밀착압력을 가할 수 있도록 탄성적으로 형성되며, 일반적인 스프링도 사용 가능하다.

상기 레이저빔 조사장치(70)는 외부에 형성되어 일반적으로 레이저빔을 생성 하고, 상기 가압용 지그 팁(20)에 레이저 빔을 전달하도록 가압용 지그 팁(20)의 일단부와 연결된다.

도 2를 참고하여, 상기 불활성 가스발생장치(80)는 일반적으로 사용되는 불활성 가스를 발생할 수 있는 장치로써, 레이저빔에 의해 박판을 접합시, 상기 박판의 산화 방지를 위해 사용되는 불활성 가스가 가압용 지그 팁(20)의 내부에 유입되도록 외부케이스(10)의 유입홀(11)에 연결된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가압용 지그 팁을 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가압용 지그 팁의 노즐부을 나타낸 평면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 가압용 지그 팁(20)은 외부케이스(10)의 내부에 삽입되어 박판을 가압하며 레이저빔을 한 곳에 조사하도록 연결부(21)와, 지지부(22)와, 노즐부(23)로 구성된다.

여기서, 상기 연결부(21)는 원통형으로 형성되어 일단부가 레이저빔 조사장치(70)와 연결되어 레이저빔이 전달되도록 내부가 중공되어 형성된다.

또한, 상기 지지부(22)는 연결부(21)의 끝단부 외주면에 형성되고, 상기 가압용 지그 팁(20)에 밀착압력이 가해질 때 가압용 스프링(60)의 탄성력이 전달된다. 이때, 상기 가압용 스프링(60)의 일측이 상기 지지부(22)의 일단면에 접촉되어 탄성력을 지지한다. 그리고, 상기 지지부(22)는 디스크 형태로 형성된다.

그리고, 상기 노즐부(23)는 연결부(21)의 끝단부에 형성되어 연결부(21)의 내부와 연통되고, 상기 박판을 가압시 끝단부 단면이 접촉되며, 상기 연결부(21)를 통해 전달된 레이저빔이 조사되도록 조사구(24)가 끝단부 단면에 형성된다.

여기서, 상기 노즐부(23)는 외주면과 내주면이 원뿔형태로 형성되고, 상기 원뿔형태는 상기 조사구(24)가 형성된 단면방향으로 갈수록 폭이 좁아져 레이저빔이 박판의 한 곳에만 집중 조사되고, 상기 조사구(24)가 형성된 노즐부(23)의 단면에는 레이저빔 조사되기 전 불활성 가스가 배출되어 산화작용을 방지하도록 불활성 가스가 조사구(24)를 통해 외부로 배출되도록 배출홈(25)이 형성된다.

도 4을 참고하여, 이때, 상기 배출홈(25)은 조사구의 내주 면에서부터 노즐부(23)의 외주면 까지 형성되고, 상기 조사구(24)를 중심으로 방사상으로 다수개 형성된다.

여기서, 본 실시에서는 비록 상기 조사구(24)의 배출홈(25)을 다수개로 형성했으나, 상기 조사구(24)의 배출홈(25)은 시편(미도시)의 형태와 종류 및 두께(T)에 따라 형상 및 개수가 변화 가능함은 물론이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 밀착압력조절용 상,하부 너트를 나타낸 사시도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 밀착압력조절용 상,하부 너트(30,40)는 외주면에 수나사산이 형성되어 외부케이스(10)의 양끝단부에 형성된 암나사산과 나사결합되어 상기 외부케이스(10)의 중공된 양끝단부를 차단한다. 이때, 상기 밀착압력조절용 상,하부 너트(30,40)의 일단면에는 외부케이스(10)에 결합시 결합장치(미도시)에 의해 밀착압력조절용 상,하부 너트(30,40)가 회전되도록 상기 결합장치가 부 착될 수 있게 결합홈(41)이 형성된다.

도 1을 참고하여, 상기 밀착압력조절용 상부 너트(30)와 가압용 지그 팁(20)의 지지부(22) 사이에는 박판의 접합을 위해 가해지는 밀착압력을 측정하기 위해 로드셀센서(50)가 설치된다.

여기서, 상기 밀착압력조절용 상,하부 너트(30,40)에는 가압용 지그 팁(20)의 노즐부(23)와 연결부(21)가 외부케이스(10)의 외측으로 돌출되도록 관통홀(42)이 각각 형성된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저용 지그를 이용한 용접방법을 나타낸 개략도이고, 도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 레이저용 지그가 설치된 로보트을 나타낸 개략도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저용 지그의 용접방법을 나타낸 순서도이다.

도 6과 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명은 레이저를 이용한 박판을 접합하기 위해 지그 장치를 이용하여 박판(용접대상물)에 오버랩 조인트(overlap joint) 용접하기 위한 방법으로써, 상기 레이저용 지그(100)의 용접방법은 용접대상물(박판)을 X-Y 테이블에 설치하고, 상기 용접대상물의 용접하고 하는 위치를 설정한다.(S100)

그리고, 상기 용접대상물의 용접 위치에 지그(100) 장치를 이동시켜 가압용 지그 팁(20)을 용접대상물의 용접 위치에 접촉시키고, 상기 가압용 지그 팁(20)에 의해 용접대상물의 상,하부를 압착하여 상기 용접대상물의 상,하부를 밀접하게 접 촉시킨다.(S200)

다음으로, 상기 압착된 압력을 로드셀센서(50)에 의해 측정하여 외부의 제어부(미도시)에 정해진 압력값(상기 용접대상물이 파손되지 않는 한도 내까지 압력)과 비교하고, 상기 제어부(미도시)에 정해진 압력값의 범위 내에 맞춰 지그(100)를 작동시킨다.(S300)

동시에, 상기 압착된 가압용 지그 팁(20)을 통해 산화 방지용 불활성 가스를 배출하여 상기 용접대상물에 레이저빔을 조사할 수 있도록 준비한다.(S400)

마지막으로, 상기 압착된 가압용 지그 팁(20)을 통해 레이저빔 조사장치(70)에서 전달된 레이저빔을 조사하여 용접하고, 용접이 완료되면 불활성 가스를 차단하며, 가압력을 해지한 후 다음 용접 위치로 이동하여 전단계(S100 ~ S400)를 반복적으로 작업한다.(S500)

상기 용접대상물(박판)은 X-Y 테이블에 설치하여 상기 X-Y 테이블이 X-Y 방향으로 이동되어 상,하로만 이동되는 지그(100)에 의해 용접되는데 비해, 도 7을 참고하여, 상기 용접대상물(박판)은 일반적인 고정테이블에 설치하고, 상기 지그(100)가 로보트(90) 등에 설치되어 상기 지그(100)가 이동하면서 박판에 용접을 할 수도 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그 및 레이저용 지그를 이용한 용접방법은 용접대상물(박판)의 용접부위를 일정하 게 밀착압박하여 용접하는 장치로써, 지그제작이 간편하면서 비용이 저렴하고, 용접대상물의 크기에 제약을 받지 않아 다용도로 사용 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 용접시, 사용되는 불활성 가스의 소모량을 최적화하여 생산비가 절감되는 효과가 있다.

Claims

박판을 국부적으로 용접 접합하는 장치에 있어서,

양끝단부의 내주면에 암나사산이 형성되어 내부가 중공된 외부케이스(10)와;

상기 외부케이스(10)의 내부에 삽입되어 박판을 가압하며 레이저빔을 한 곳에 조사하도록 형성된 가압용 지그 팁(20)과;

상기 외부케이스(10)의 내부에 삽입되어 가압용 지그 팁(20)이 밀착압력을 가할 수 있도록 형성된 가압용 스프링(60)과;

상기 외부케이스(10)의 중공된 양끝단부에 결합되도록 외주면에 수나사산이 형성된 밀착압력조절용 상,하부 너트(30,40)와;

상기 가압용 지그 팁(20)에 레이저 빔을 전달하도록 가압용 지그 팁(20)의 일단부에 연결되는 레이저빔 조사장치(70); 및

상기 레이저빔에 의해 박판을 접합시, 상기 박판의 산화 방지를 위해 사용되는 불활성 가스가 가압용 지그 팁(20)의 내부에 유입되도록 외부케이스(10)의 일단부에 연결되는 불활성 가스발생장치(80);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그.
제 1항에 있어서, 상기 가압용 지그 팁(20)은,

일단부가 레이저빔 조사장치(70)와 연결되어 레이저빔이 전달되도록 내부가 중공된 연결부(21)와;

상기 가압용 지그 팁(20)에 밀착압력이 가해질 때 가압용 스프링(60)의 탄성력이 전달되도록 상기 연결부(21)의 끝단부 외주면에 형성되는 지지부(22)와;

상기 연결부(21)의 끝단부에 형성되어 연결부(21)의 내부와 연통되고, 상기 박판을 가압시 끝단부 단면이 접촉되며, 상기 연결부(21)를 통해 전달된 레이저빔이 조사되도록 조사구(24)가 끝단부 단면에 형성되는 노즐부(23);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그.
제 2항에 있어서,

상기 노즐부(23)는 외주면과 내주면이 원뿔형태로 형성되어 레이저빔이 박판의 한 곳에만 집중 조사되고, 상기 조사구(24)가 형성된 노즐부(23)의 단면에는 레이저빔 조사시, 동시에 불활성 가스가 조사구(24)를 통해 외부로 배출되도록 배출홈(25)이 형성되는 것을 특징으로 하는 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그.
제 3항에 있어서,

상기 배출홈(25)은 조사구(24)의 내주 면에서부터 노즐부(23)의 외주면 까지 형성되고, 상기 조사구(24)를 중심으로 방사상으로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그.
제 2항에 있어서,

상기 밀착압력조절용 상부 너트(30)와 가압용 지그 팁(20)의 지지부(22) 사이에는 박판의 접합을 위해 가해지는 밀착압력을 측정하기 위해 로드셀센서(50)가 설치되는 것을 특징으로 하는 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그.
제 2항에 있어서,

상기 밀착압력조절용 상,하부 너트(30,40)에는 가압용 지그 팁(20)의 노즐부(23)와 연결부(21)가 외부케이스(10)의 외측으로 돌출되도록 관통홀(42)이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그.
제 1항에 있어서,

상기 외부케이스(10)에는 불활성 가스발생장치(80)와 연결되어 불화성 가스가 유입되도록 외주면에 유입홀(11)이 형성되는 것을 특징으로 하는 박판을 접합하기 위한 레이저용 지그.
제 5항에 기재된 레이저용 지그(100)를 이용한 용접방법에 있어서,

용접대상물(박판)을 테이블에 설치하고, 상기 용접대상물의 용접 위치를 설정하는 단계(S100);

상기 용접대상물의 용접 위치에 지그(100)를 이동시켜 가압용 지그 팁(20)을 용접대상물에 접촉시키고, 상기 가압용 지그 팁(20)에 의해 용접대상물의 상,하부를 압착하는 단계(S200);

상기 압착된 압력을 로드셀센서(50)에 의해 측정하는 단계(S300);

상기 압착된 가압용 지그 팁(20)을 통해 산화 방지용 불활성 가스를 배출하는 단계(S400);

상기 압착된 가압용 지그 팁(20)을 통해 레이저빔을 조사하여 용접하는 단계(S500);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저용 지그를 이용한 용접방법.
제 8항에 있어서,

상기 지그(100)는 용접대상물(박판)을 다방향, 다각도로 용접할 수 있도록 로보트(Robot, 90)에 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저용 지그를 이용한 용접방법.