KR20090030581A

KR20090030581A - 레이저 용접기용 스패터 포집장치

Info

Publication number: KR20090030581A
Application number: KR1020070095976A
Authority: KR
Inventors: 유영식
Original assignee: 주식회사 세진공업
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-03-25

Abstract

본 발명은 레이저 용접기를 이용하여 피용접 소재의 용접 작업 시, 발생하는 스패터(Spatter)를 안전커버의 하부 일측으로부터 흡입하여 별도의 포집유닛에 포집함으로써 피용접 소재의 용접불량을 방지하고, 용접실 내부를 항상 청결하게 유지할 수 있도록 하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치를 제공한다.

레이저 용접기, 옵틱헤드, 스패터, 포집통, 벤츄리관

Description

레이저 용접기용 스패터 포집장치{A REMOVING DEVICE OF SPATTER FOR LASER WELDER}

본 발명은 레이저 용접기용 스패터 포집장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 용접기를 이용하여 소재의 용접 작업 시, 발생하는 스패터(Spatter)를 용접실 외부로 배출하여 용접실 내부를 항상 청결함으로써, 피용접 소재의 용접불량을 방지하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치에 관한 것이다.

최근, 산업분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저빔이 적용되고 있는 추세이며, 이러한 레이저빔의 적용에 있어 요구되는 몇 가지 목표는 레이저빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적의 레이저빔 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화 등을 들 수 있다.

이러한 목표 아래, 레이저 용접을 비롯한 레이저빔 응용가공을 실시하기 위한 레이저 용접기는 레이저빔의 에너지 밀도를 높여주기 위한 초점렌즈 등의 광학계로 구성되는 옵틱헤드를 구비하는데, 상기 옵틱헤드는 가공 시, 발생하는 가공 부산물인 스패터(비산 불티 및 분진)에 의해 옵틱헤드의 광학부품이 손상되는 것을 방지하기 위하여 옵틱헤드의 하단부로 비산되는 스패터를 차단하도록 크로스 젯을 통한 에어커튼을 형성하여 사용하고 있다.

도 6은 종래 고정형 레이저 용접기의 구성을 나타낸 도면으로, 고정형 레이저 용접기의 구성을 간단히 살펴보면, 레이저 발진기(200)로부터 광 화이버(101)를 통하여 레이저빔이 전달되는 옵틱헤드(103)가 구비되고, 상기 옵틱헤드(103)의 하단부 일측에는 크로스 젯(105)이 장착된다.

그리고 상기 옵틱헤드(103)의 외측으로는 알루미늄 소재로 흑피 도금처리된 안전커버(107)가 고정부(109)에 그 일측이 고정된 상태로 구성된다.

상기 안전커버(107)는 하부가 개구되고, 그 내부는 용접실(111)을 형성하여 레이저 용접 작업 시, 발생되는 스패터와 레이저빔으로부터 작업자를 안전하게 보호하게 된다.

또한, 상기 옵틱헤드(103)의 하부에는 소재 투입유닛(117)이 구성되는데, 상기 소재 투입유닛(117)은 피용접 소재(113)를 로딩하여 상기 용접실(111)로 투입시켜주는 리프팅 실린더(115)와, 상기 리프팅 실린더(115)의 작동로드(119) 선단에 장착되어 상기 안전커버(107)의 하부 개구부를 막는 하부커버(121) 및 상기 하부커버(121) 상에 일체로 구성되어 상기 피용접 소재(113)를 로딩하는 로딩다이(123)로 구성된다.

따라서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 리프팅 실린더(115)의 구동에 의해 피용접 소재(113)가 용접실(111)로 투입되면, 상기 옵틱헤드(103)는 피용접 소 재(113)의 용접부에 레이저빔을 조사하여 레이저 용접을 실시하게 되는데, 이때, 상기 피용접 소재(113)의 용접부에서 발생되어 비산되는 스패터(100)가 상기 옵틱헤드(103)의 광학부품(미도시)에 손상을 입히지 않도록 상기 크로스 젯(105)에서는 고속의 에어를 분사하여 옵틱헤드(103) 하부에 에어커튼을 형성하며, 상기 비산되는 스패터(100)를 안전커버(107)의 내벽면 측으로 불어내게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 고정형 레이저 용접기는 상기 크로스 젯에 의해 비산되는 스패터로부터 옵틱 헤드의 광학부품을 보호할 수 있을 지는 몰라도, 상기 안전커버의 내벽면 측으로 불어낸 스패터가 용접실 및 피용접 소재 주변에 쌓이게 되어 용접환경을 나쁘게 하며, 심지어는 상기 스패터가 피용접 소재의 용접부를 오염시켜 용접품질을 저하시키는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 용접기를 이용하여 피용접 소재의 용접 작업 시, 발생하는 스패터(Spatter)를 안전커버의 하부 일측으로부터 흡입하여 별도의 포집유닛에 포집함으로써 피용접 소재의 용접불량을 방지하고, 용접실 내부를 항상 청결하게 유지할 수 있도록 하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 레이저 용접기용 스패터 포집장치는 레이저 발진기로부터 광 화이버를 통하여 전달되는 레이저빔을 피용접 소재에 조사하는 옵틱헤드와; 상기 옵틱헤드의 하단부 일측에 장착되는 크로스 젯과; 상기 옵틱헤드의 외측으로 설치되는 안전커버; 및 상기 옵틱헤드의 하부에서 피용접 소재를 투입시켜주는 소재 투입유닛을 포함하는 레이저 용접기에서 용접 시, 발생되는 스패터를 포집하기 위한 레이저 용접기용 스패터 포집장치에 있어서,

상기 안전커버의 하부 일측에는 상기 스패터를 배출하기 위한 배출구를 포함 하는 배출챔버를 형성하고, 상기 배출챔버의 배출구에 벤츄리관의 부압통로가 연결되고, 상기 벤츄리관은 그 입구단이 송풍배관을 통하여 송풍기와 연결되며, 송풍기로부터 공급되는 송풍압에 의해 부압통로에 형성되는 부압을 이용하여 상기 배출챔버에 모이는 스패터를 용접가스와 함께 강제 흡입하는 흡입유닛; 상기 안전커버의 하부 타측에 장착되어 상기 흡입유닛의 송풍압을 이용하여 스패터를 상기 배출챔버 측으로 불어주는 분사수단; 상기 벤츄리관의 출구단에 포집 하우징이 연결되어 상기 밴츄리관으로부터 배출되는 스패터를 포집 하우징 내에서 포집통에 포집하고, 동시에 용접가스는 외부로 배출하는 포집유닛으로 이루어진다.

상기 흡입유닛은 상기 안전커버의 하부 외측에서, 상기 배출챔버의 배출구에 하향하여 연결되는 연결관; 상기 연결관의 선단에 부압통로를 통하여 연결되는 벤츄리관; 상기 벤츄리관의 입구단에 송풍배관을 통하여 연결되어 제어신호에 따라 상기 벤츄리관에 송풍압을 공급하는 송풍기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 분사수단은 상기 안전커버의 하부 타측에 장착되며, 상기 흡입유닛의 송풍배관으로부터 분기되는 분기관과 연결되어 송풍압을 공급받는 분사노즐로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 포집유닛은 상기 벤츄리관의 출구단에 상단이 연결되고, 상부 일측에는 가스 배출구가 형성되며, 하부가 개구되는 포집 하우징; 상기 포집 하우징의 하부 개구부를 덮는 하부덮개를 작동로드 선단에 장착하는 덮개 실린더; 상기 하부덮개의 상부면에 설치되어 상기 포집 하우징의 내부에서, 상기 벤츄리관으로부터 배출되는 스패터를 포집하는 포집통으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 포집통은 그 내부에 격벽을 형성하고, 송풍압에 의해 스패터가 날리지 않도록 내부에는 일정량의 오일을 충진하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 송풍기는 상기 소재 투입유닛에 의해 안전커버 내부로 피용접 소재가 투입되고, 상기 레이저 발진기가 작동하기 전에 제어기의 제어신호에 따라 작동하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치에 의하면, 레이저 용접 장치를 이용하여 소재의 용접 작업시 발생하는 스패터(Spatter)를 안전커버의 일측으로 흡인시켜 이를 다시 다수개의 전자석을 이용하여 포집통에 포집하여 제거함으로써, 피용접 소재의 불량을 미연에 방지할 수 있으며, 용접실 내부를 항상 청결하게 유지할 수 있도록 하는 등의 효과가 있다.

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

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치의 구성도로써, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 스패터 취출장치의 구성 설명에 앞서, 본 발명이 적용되는 고정형 레이저 용접 장치의 구성을 먼저 설명한다.

본 발명이 적용되는 고정형 레이저 용접 장치의 구성은, 상기 도 1에서 도시한 바와 같이, 레이저 발진기(1)로부터 광 화이버(2)를 통하여 전달되는 레이저빔을 피용접 소재에 조사하는 옵틱헤드(3)가 구비되고, 상기 옵틱헤드(3)의 하단부 일측에는 크로스 젯(5)이 장착된다.

그리고 상기 옵틱헤드(3)의 외측으로는 알루미늄 소재로 흑피 도금처리된 안전커버(7)가 고정부(9)에 그 일측이 고정된 상태로 구성된다.

상기 안전커버(7)는 하부가 개구되고, 그 내부는 용접실(11)을 형성하여 레이저 용접 작업 시, 발생되는 스패터(10)와 레이저빔(B)으로부터 작업자를 안전하게 보호하게 된다.

또한, 상기 옵틱헤드(3)의 하부에는 소재 투입유닛(13)이 구성되는데, 상기 소재 투입유닛(13)은 피용접 소재(30)를 로딩하여 상기 용접실(11)로 투입시켜주는 리프팅 실린더(15)와, 상기 리프팅 실린더(15)의 작동로드(17) 선단에 장착되어 상기 안전커버(7)의 하부 개구부를 막는 하부커버(19) 및 상기 하부커버(19) 상에 일체로 구성되어 상기 피용접 소재(30)를 로딩하는 로딩다이(21)로 구성된다.

이러한 구성을 갖는 고정형 레이저 용접기에서, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기용 스패터 포집장치는 상기 안전커버(7)의 하부 일측에 상기 스패터(10)를 배출하기 위한 배출구(23)를 포함하는 배출챔버(25)를 형성한다.

그리고 상기 배출챔버(25)의 배출구(23)에는 흡입유닛(27)이 연결되는데, 상기 흡입유닛(27)은 상기 안전커버(7)의 하부 외측에서, 상기 배출챔버(25)의 배출구(23)에 하향하여 연결관(29)이 연결되고, 상기 연결관(29)의 선단에는 부압통로(31)를 통하여 벤츄리관(33)이 연결된다.

또한, 상기 벤츄리관(33)의 입구단(P1)에는 송풍배관(35)을 통하여 송풍기(37)가 연결되어 제어신호에 따라 상기 벤츄리관(33)에 송풍압을 공급하도록 구 성된다.

즉, 상기 벤츄리관(33)은 그 부압통로(31)가 연결관(29)을 통하여 상기 배출구(23)에 연결되고, 상기 그 입구단(P1)이 송풍배관(35)을 통하여 송풍기(37)와 연결되며, 송풍기(37)로부터 공급되는 송풍압에 의해 부압통로(31)에 형성되는 부압을 이용하여 상기 배출챔버(25)에 모이는 스패터(10)를 용접가스와 함께 강제 흡입하도록 구성된다.

그리고 상기 안전커버(7)의 하부 타측에는 분사수단이 구성되는데, 상기 분사수단은 상기 안전커버(7)의 하부 타측에 분사노즐(39)이 장착되고, 이 분사노즐(39)은 상기 흡입유닛(27)의 송풍배관(35)으로부터 분기되는 분기관(41)과 연결되어 송풍압을 공급받도록 구성된다.

즉, 상기 분사수단은 상기 흡입유닛(27)의 송풍압을 이용하여 레이저 용접 시, 발생되는 스패터(10)를 상기 배출챔버(25) 측으로 불어주는 기능을 갖는다.

한편, 상기한 크로스 젯(5)도 상기한 송풍배관(35)으로부터 분기되는 분기배관(43)과 연결되어 송풍압을 공급받도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 벤츄리관(33)의 출구단(P2)에는 포집유닛(45)이 구성되는데, 상기 포집유닛(45)은 상기 벤츄리관(33)의 출구단(P2)에 포집 하우징(47)이 그 상단을 통하여 연결된다.

상기 포집 하우징(47)은 그 상부 일측에 가스 배출구(49)가 형성되고, 그 하부는 개구되어 형성된다. 또한, 상기 포집 하우징(47)의 하부에는 개구부를 덮는 하부덮개(51)가 구성되는데, 상기 하부덮개(51)는 하부면에 설치되는 덮개 실린 더(53)의 작동로드(55) 선단에 장착된다.

또한, 상기 하부덮개(51)의 상부면에는 포집통(57)이 설치되는데, 상기 포집통(57)은 상기 포집 하우징(47)의 내부에서, 상기 벤츄리관(33)으로부터 배출되는 스패터(10)를 포집하도록 그 내부에 격벽(59)을 형성하고, 송풍압에 의해 스패터(10)가 날리지 않도록 내부에는 일정량의 오일(61; OIL)이 충진된다.

즉, 상기 포집유닛(45)은 상기 벤츄리관(33)의 출구단(P2)에 상기 포집 하우징(47)이 연결되어 상기 밴츄리관(33)으로부터 배출되는 스패터(10)를 포집 하우징(47) 내에서 포집통(57)에 포집하고, 동시에 용접가스는 외부로 배출하도록 구성된다.

따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 레이저 용접기용 스패터 포집장치의 작동은, 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 피용접 소재(30)가 로딩다이(21) 상에 로딩된 상태로(S1), 작업자의 작동 스위치(40) 조작에 의해(S2) 리프팅 실린더(15)가 작동하면, 하부 커버(19)와 함께 로딩다이(21)가 상승하여, 도 2에서 도시한 바와 같이, 피용접 소재(30)가 용접실(11)로 투입된다.(S3)

이때, 제어기(20)는 작동 스위치(40)의 신호에 따라 제1솔레노이드 밸브(V1)는 오프(off) 제어하고, 제2솔레노이드 밸브(V2)는 온(on) 제어하여 리프팅 실린더(15)를 전진 구동시킴으로써 상기 피용접 소재(30)를 용접실(11)로 투입하게 된다.

이와 같이, 피용접 소재(30)가 용접실(11)로 투입되면, 제어기(20)는 송풍기(37)를 작동 제어하여 송풍배관(35)을 통하여 상기 크로스 젯(5), 분사노즐(39) 및 벤츄리관(33)에 송풍압을 공급하게 된다.(S4)

이러한 상태로, 제어기(20)는 레이저 발진기(1)를 발진 제어하여(S5) 상기 옵틱헤드(3)를 통하여 피용접 소재(30)의 용접부에 레이저빔(B)을 조사함으로써 레이저 용접을 실시하게 된다.(S6)

이때, 상기 피용접 소재(30)의 용접부에서 발생되어 비산되는 스패터(10)는 상기 크로스 젯(5)에 의해 옵틱헤드(3) 하부에 형성되는 에어커튼에 의해 안전커버(7)의 내부에서 하부커버(19)로 떨어지며, 다시 분사노즐(39)을 통하여 분사되는 에어압에 의해 배출챔버(25)로 모이게 된다.

그리고 상기 배출챔버(25)로 모인 스패터(10)는 벤츄리관(33)의 부압통로에 형성되는 부압에 의해 배출구(23)와 연결관(29) 및 벤츄리관(33)을 거쳐 용접가스와 함께 포집 하우징(47)으로 유입된다.

상기 포집 하우징(47)으로 유입된 스패터(10)는 포집 하우징(47)의 내부에서 포집통(57)에 떨러져 오일(61)에 의해 포집되며, 함께 유입되는 용접가스는 포입 하우징(47)에 형성된 가스 배출구(47)를 통하여 외부로 배출된다.

한편, 상기 포집통(57)에 스패터(10)가 일정 이상 포집되면, 도 3에서 도시한 바와 같이, 덮개 실린더(53)를 후진 제어하여 하부덮개(51)로부터 포집통(57)을 취출하여 스패터(10)를 비운 후, 다시 설치하여 포집 하우징(47) 내부에서 스패터(10)를 포집할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기용 스패터 포집장치의 전체 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기용 스패터 포집장치의 사용 상태도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기용 스패터 포집장치에 적용되는 포집유닛의 사용 상태도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기용 스패터 포집장치의 제어 블록도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기용 스패터 포집장치의 작동 순서도이다.

도 6은 종래 기술에 따른 레이저 용접기의 구성도이다.

도 7은 종래 기술에 따른 레이저 용접기의 사용 상태도이다.

Claims

레이저 발진기로부터 광 화이버를 통하여 전달되는 레이저빔을 피용접 소재에 조사하는 옵틱헤드와; 상기 옵틱헤드의 하단부 일측에 장착되는 크로스 젯과; 상기 옵틱헤드의 외측으로 설치되는 안전커버; 및 상기 옵틱헤드의 하부에서 피용접 소재를 투입시켜주는 소재 투입유닛을 포함하는 레이저 용접기에서 용접 시, 발생되는 스패터를 포집하기 위한 레이저 용접기용 스패터 포집장치에 있어서,

상기 안전커버의 하부 일측에는 상기 스패터를 배출하기 위한 배출구를 포함하는 배출챔버를 형성하고,

상기 배출챔버의 배출구에 벤츄리관의 부압통로가 연결되고, 상기 벤츄리관은 그 입구단이 송풍배관을 통하여 송풍기와 연결되며, 송풍기로부터 공급되는 송풍압에 의해 부압통로에 형성되는 부압을 이용하여 상기 배출챔버에 모이는 스패터를 용접가스와 함께 강제 흡입하는 흡입유닛;

상기 안전커버의 하부 타측에 장착되어 상기 흡입유닛의 송풍압을 이용하여 스패터를 상기 배출챔버 측으로 불어주는 분사수단;

상기 벤츄리관의 출구단에 포집 하우징이 연결되어 상기 밴츄리관으로부터 배출되는 스패터를 포집 하우징 내에서 포집통에 포집하고, 동시에 용접가스는 외부로 배출하는 포집유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치.
제1항에 있어서,

상기 흡입유닛은

상기 안전커버의 하부 외측에서, 상기 배출챔버의 배출구에 하향하여 연결되는 연결관;

상기 연결관의 선단에 부압통로를 통하여 연결되는 벤츄리관;

상기 벤츄리관의 입구단에 송풍배관을 통하여 연결되어 제어신호에 따라 상기 벤츄리관에 송풍압을 공급하는 송풍기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치.
제1항에 있어서,

상기 분사수단은

상기 안전커버의 하부 타측에 장착되며, 상기 흡입유닛의 송풍배관으로부터 분기되는 분기관과 연결되어 송풍압을 공급받는 분사노즐로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치.
제1항에 있어서,

상기 포집유닛은

상기 벤츄리관의 출구단에 상단이 연결되고, 상부 일측에는 가스 배출구가 형성되며, 하부가 개구되는 포집 하우징;

상기 포집 하우징의 하부 개구부를 덮는 하부덮개를 작동로드 선단에 장착하 는 덮개 실린더;

상기 하부덮개의 상부면에 설치되어 상기 포집 하우징의 내부에서, 상기 벤츄리관으로부터 배출되는 스패터를 포집하는 포집통으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치.
제4항에 있어서,

상기 포집통은

그 내부에 격벽을 형성하고, 송풍압에 의해 스패터가 날리지 않도록 내부에는 일정량의 오일을 충진하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치.
제1항에 있어서,

상기 송풍기는

상기 소재 투입유닛에 의해 안전커버 내부로 피용접 소재가 투입되고, 상기 레이저 발진기가 작동하기 전에 제어기의 제어신호에 따라 작동하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접기용 스패터 포집장치.