KR20050103378A - 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치 - Google Patents

하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치 Download PDF

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Abstract

미그 용접 토치를 레이저 헤드의 주위를 따라 가변 이동시킬 수 있도록 하여 직선구간이 아닌 용접선에 대해서도 정확한 하이브리드 용접부를 형성할 수 있도록;
레이저 발진기와 연결되어 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드와, 와이어 공급기와 연결되어 와이어의 아크를 이용하여 용접하는 미그 용접 토치로 구성되어 제어기에 의해 제어되는 용접로봇의 아암 선단에 장착되는 하이브리드 용접용 헤드에 있어서,
상기 용접로봇의 아암 선단에 고정 장착되는 레이저 헤드의 하부 일측 외주면을 따라 회전 가능하도록 장착되며, 둘레를 따라 일정구간 랙부를 형성하는 회전링; 상기 레이저 헤드 상의 회전링 일측에 상기 미그 용접 토치를 고정적으로 연결하는 연결링; 상기 용접로봇의 아암 선단 일측에 장착되며, 그 회전축의 선단에는 상기 회전링의 랙부에 치합되는 피니언을 장착하여 제어기의 제어신호에 따라 회전구동력을 발생시키는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치를 제공한다.

Description

하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치{A WIRE FOCUS CONTROL DEVICE OF HEAD FOR HYBRID WELDING}
본 발명은 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미그 용접 토치를 레이저 헤드의 주위를 따라 가변 이동시켜 용접선이 직선구간이 아닐 때에도 정확한 용접부를 형성할 수 있도록 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치를 제공하는 것이다.
하이브리드 용접이란 2개 이상의 열원을 이용하여 용접하는 공정을 의미한다.
일반적인 방법으로는 레이저+GMAW, 레이저+GTAW, 레이저+plasma, 레이저+레이저 등의 방법이 있다. 이 용접 공정은 2가지 열원이 서로의 장점은 살리면서 단점을 보완해 줌으로써 시너지 효과에 의해 용접 효율을 극대화시킬 수 있다라는 점에서 크게 각광을 받고 있다.
특히, 레이저-아크 하이브리드 용접은 레이저가 갖는 장점과 아크 용접이 갖는 장점을 최대한 살리면서 레이저가 갖는 단점을 아크가 보완하고, 아크 용접이 갖는 단점을 레이저 용접이 보완하는 방법으로 이루어지기 때문에 용접의 효과가 매우 크다.
즉, 레이저 용접은 앞에서 언급한대로 깊고 좁은 용입이 가능하며, 용접속도가 빠르고, 입열량이 적어 변형을 줄일 수 있다는 장점이 있는 반면, 아크 용접은 설비 투자가 싸고, 용접 와이어를 사용하기 때문에 쉽게 용접이 가능하다는 장점이 있다.
상기 레이저 용접에 있어서 용접부가 정밀하여야 하지만 레이저-아크 하이브리드 용접에서는 용접 와이어가 이를 보상해 준다. 또한, 레이저에 의해 아크의 안정성이 확보되며 레이저의 금속 흡수율을 아크에 의한 용융금속에 의해 높일 수 있다는 장점이 있고, 깊은 용입깊이와 용접속도의 증가, 그리고 용접부 결함을 줄일 수 있다는 점도 타 용접에 비해 레이저-아크 하이브리드 용접이 갖는 장점이라 할 수 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 용접용 헤드가 구비된 용접 시스템의 전체 구성도로써, 일반적인 하이브리드 용접 시스템은 제어기(101)에 의해 제어되는 용접로봇(103)의 아암(105) 선단에 하이브리드 용접용 헤드(107)가 구비된다.
상기 하이브리드 용접용 헤드(107)는 레이저 발진기와 연결되어 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드(109)와, 와이어 공급기와 연결되어 와이어의 아크를 이용하여 용접하는 미그 용접 토치(111)로 이루어진다.
상기 레이저 헤드(109)와 미그 용접 토치(111)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 레이저빔의 초점(f1)과 와이어의 초점(f2)이 소재(113) 상의 동일 용접선(L1) 상에 2mm내지 3mm 이상의 간격(G)으로 정렬되도록 상기 용접로봇(103)의 아암(105) 선단에 고정적으로 장착되어 이루어진다.
따라서, 상기 용접로봇(103)의 거동에 따라 하이브리드 용접용 헤드(107)가, 도 2에서와 같이, 직선구간의 용접선(L1)을 따라 와이어에 의한 아크용접을 선행하거나, 레이저빔에 의한 레이저용접을 선행하여 소재에 대한 하이브리드 용접을 수행하게 된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 하이브리드 용접용 헤드는 상기 레이저 헤드와 미그 용접 토치가 레이저의 초점과 와이어의 초점이 동일 용접선 상에 2mm내지 3mm 이상의 간격으로 정렬되도록 용접로봇의 아암 선단에 항상 고정된 상태를 유지하기 때문에, 소재에 대한 하이브리드 용접 시, 용접선이 직각으로 꺾인다거나, 경사가 심한 용접선을 나타내는 경우에는 상기 용접로봇의 거동만으로는 선행하는 레이저 혹은 와이어의 초점에 대하여 후행하는 와이어 혹은 레이저의 초점이 용접선을 벗어나지 않고 정확하게 용접부를 형성하도록 하는 것이 불가능하다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 미그 용접 토치를 레이저 헤드의 주위를 따라 가변 이동시킬 수 있도록 하여 직선구간이 아닌 용접선에 대해서도 정확한 하이브리드 용접부를 형성할 수 있도록 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치를 제공하는 것이다.
이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치의 구성은 레이저 발진기와 연결되어 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드와, 와이어 공급기와 연결되어 와이어의 아크를 이용하여 용접하는 미그 용접 토치로 구성되어 제어기에 의해 제어되는 용접로봇의 아암 선단에 장착되는 하이브리드 용접용 헤드에 있어서,
상기 용접로봇의 아암 선단에 고정 장착되는 레이저 헤드의 하부 일측 외주면을 따라 회전 가능하도록 장착되며, 둘레를 따라 일정구간 랙부를 형성하는 회전링; 상기 레이저 헤드 상의 회전링 일측에 상기 미그 용접 토치를 고정적으로 연결하는 연결링; 상기 용접로봇의 아암 선단 일측에 장착되며, 그 회전축의 선단에는 상기 회전링의 랙부에 치합되는 피니언을 장착하여 제어기의 제어신호에 따라 회전구동력을 발생시키는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전링과, 이 회전링이 설치되는 레이저 헤드의 하부 일측 외주면 사이에는 베어링이 개재되는 것을 특징으로 하고, 상기 랙부는 상기 회전링의 외주면을 따라 적어도 1/2이상 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 연결링은 상기 회전링에 연결블록을 통하여 일체로 연결되는 것을 특징으로 하며, 상기 구동수단은 제어기의 제어신호에 따라 그 회전수 제어가 가능한 스텝모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치가 적용된 용접 시스템의 전체 구성도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치의 확대 구성도로써, 본 발명이 적용되는 용접 시스템은 제어기(1)에 의해 제어되는 용접로봇(3)의 아암(5) 선단에 하이브리드 용접용 헤드(7)가 구성된다.
상기 하이브리드 용접용 헤드(7)에는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 초점 가변장치(10)가 구성되는데, 먼저, 상기 하이브리드 용접용 헤드(7)의 구성은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 레이저 발진기에 연결되어 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드(11)가 상기 용접로봇(3)의 아암(5) 선단에 고정적으로 장착되고, 와이어 공급기와 연결되어 와이어의 아크를 이용하여 용접하는 미그 용접 토치(13)는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 초점 가변장치(10)를 통하여 상기 레이저 헤드(11)의 주위를 따라 가변 이동될 수 있도록 장착된다.
이러한 와이어 초점 가변장치(10)의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 도 4에서 도시한 바와 같이, 제어기(1)에 의해 제어되는 용접로봇(3)의 아암(5) 선단에는 하이브리드 용접용 헤드(7) 중, 상기 레이저 헤드(11)가 고정 장착된다.
상기 레이저 헤드(11)의 하부 외주면의 일측에는 그 외주면을 따라 회전 가능하도록 회전링(15)이 장착되는데, 상기 회전링(15)에는 그 둘레를 따라 일정구간 랙부(17)를 형성하여 이루어진다.
그리고 상기 레이저 헤드(11) 상의 회전링(15) 일측에는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 연결링(19)을 통하여 상기 미그 용접 토치(13)를 고정적으로 연결한다.
여기서, 상기 회전링(15)과, 이 회전링(15)이 설치되는 레이저 헤드(11)의 하부 일측 외주면 사이에는 베어링(21)이 개재되어 회전링(15)의 회전작동을 돕게 된다.
또한, 상기 회전링(15)에 형성되는 랙부(17)는 상기 회전링(15)의 외주면을 따라 적어도 1/2이상 형성되는 것이 바람직하나, 상기 연결링(19)이 연결되는 일부분을 제외한 나머지 전체에 형성되어도 무방하다.
또, 상기 연결링(19)은 상기 회전링(15)에 연결블록(23)을 통하여 일체로 연결되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 용접로봇(3)의 아암(5) 선단 일측에는 제어기(1)의 제어신호에 따라 회전구동력을 발생시키는 구동수단이 장착되는데, 상기 구동수단은 상기 제어기(1)의 제어신호에 따라 그 회전수 제어가 가능한 스텝모터(25)로 이루어진다.
상기 스텝모터(25)는 그 회전축(27)의 선단에 상기 회전링(15)의 랙부(17)에 치합되는 피니언(29)을 장착하며, 상기 용접로봇(3)의 아암(5) 선단 일측에 브라켓(31)을 통하여 고정적으로 장착된다.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 와이어 초점 가변장치(10)의 작동은, 도 6에서와 같이, 예를 들어 하이브리드 용접할 소재(20) 상의 용접선의 일정구간이 직전구간(S1)에서, 90도 꺾인 경사구간(S2)이 있을 경우, 최초 직선구간(S1)에서는 도 5에서와 같이, 상기 스텝모터(25)의 회전중심(P1)과 레이저 헤드(11)의 레이저빔 초점(f1) 및 미그 용접 토치(13)의 와이어 초점(f2)이 용접선(L1) 상에 배치된 상태로, 상기 용접로봇(3)의 거동에 따라 하이브리드 용접작동을 이룰 수 있도록 한다.
이와 같이, 용접로봇(3)의 거동에 의해 직선구간(S1) 용접선 상의 하이브리드 용접 중에, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 90도 경사구간에 이르면, 도 7에서 도시한 바와 같이, 제어기(1)는 스텝모터(25)에 회전제어신호를 출력하여 회전 구동시킴으로써, 피니언(29)을 통하여 상기 레이저 헤드(11) 상의 회전링(15)을 90도 회전시키게 된다.
그러면, 상기 회전링(15)과 연결된 연결링(19)은 미그 용접 토치(13)를 레이저 헤드(11)의 둘레를 따라 90도 회전 이동시키게 되고, 이에 따라 상기 레이저 헤드(11)의 레이저빔 초점(f1)에 대하여 미그 용접 토치(13)의 와이어 초점(f2)도 동일하게 이동하게 된다.
즉, 상기 용접선(L1)이 90도 꺾인 경사구간(S2)에서도 용접로봇(3)의 거동과는 별도로 제어신호에 따른 상기 스텝모터(25)의 회전구동에 따라 후행 용접하는 레이저 헤드(11)에 대하여 선행 용접하는 미그 용접 토치(13)의 위치를 이동시켜 레이저빔 초점(f1)에 대하여 와이어 초점(f2)이 용접선(L1) 상에서 이탈하지 않도록 함으로써, 소재(20)의 용접품질을 향상시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 소재(20)에 대한 용접선(L1)이 꺾인 각도가 90도가 아닌 경우에도 상기 제어기(1)에 의한 스텝모터(25)의 회전수제어를 통하여 레이저 헤드(11)에 대한 미그 용접 토치(13)의 이동위치를 조절하여 그 용접선을 따라 정확한 하이브리드 용접부를 형성할 수 있도록 해준다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치에 의하면, 미그 용접 토치를 레이저 헤드의 주위를 따라 가변 이동시킬 수 있도록 함으로써, 항상 일정거리를 유지하는 와이어 초점과 레이저빔 초점이 소재에 대한 하이브리드 용접 시, 용접선이 직각으로 꺾인다거나, 경사가 심한 용접선을 나타내는 경우에도 용접로봇의 거동과 동시에 선행하는 초점에 대하여 후행하는 초점이 용접선을 벗어나지 않고 정확하게 하이브리드 용접부를 형성할 수 있도록 함으로써, 용접품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 용접용 헤드가 구비된 용접 시스템의 전체 구성도,
도 2는 일반적인 하이브리드 용접용 헤드에 의한 하이브리드 용접패턴을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치가 적용된 용접 시스템의 전체 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치의 확대 구성도,
도 5는 도 4의 A-A 선에 따른 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 초점 가변장치가 적용된 하이브리드 용접용 헤드에 의한 하이브리드 용접패턴를 도시한 도면, 및
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 초점 가변장치의 작동 시, 상기 도 4의 A-A 선에 따른 단면도이다.

Claims (6)

  1. 레이저 발진기와 연결되어 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드와, 와이어 공급기와 연결되어 와이어의 아크를 이용하여 용접하는 미그 용접 토치로 구성되어 제어기에 의해 제어되는 용접로봇의 아암 선단에 장착되는 하이브리드 용접용 헤드에 있어서,
    상기 용접로봇의 아암 선단에 고정 장착되는 레이저 헤드의 하부 일측 외주면을 따라 회전 가능하도록 장착되며, 둘레를 따라 일정구간 랙부를 형성하는 회전링;
    상기 레이저 헤드 상의 회전링 일측에 상기 미그 용접 토치를 고정적으로 연결하는 연결링;
    상기 용접로봇의 아암 선단 일측에 장착되며, 그 회전축의 선단에는 상기 회전링의 랙부에 치합되는 피니언을 장착하여 제어기의 제어신호에 따라 회전구동력을 발생시키는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전링과, 이 회전링이 설치되는 레이저 헤드의 하부 일측 외주면 사이에는 베어링이 개재되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 랙부는 상기 회전링의 외주면을 따라 적어도 1/2이상 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 연결링은 상기 회전링에 연결블록을 통하여 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 구동수단은 제어기의 제어신호에 따라 그 회전수 제어가 가능한 스텝모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 스텝모터는 상기 용접로봇의 아암 선단 일측에 브라켓을 통하여 고정 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 용접용 헤드의 와이어 초점 가변장치.
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