KR20120001528A - 레이저-아크 하이브리드 용접장치 - Google Patents

레이저-아크 하이브리드 용접장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저-아크 하이브리드 용접장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치는 레이저 발진기와 연결되어 용접부에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드와, 와이어 공급기와 연결되어 용접부에 아크를 방전하는 미그용접토치와, 일단부가 상기 레이저 헤드의 일측면에 결합되고, 타단부가 상기 미그용접토치의 일측면에 결합되는 연결편과, 상기 연결편의 일측면에 일단부가 결합되고, 타단부가 용접로봇 아암의 선단에 장착되는 로봇마운팅유닛부재를 포함한다.

Description

레이저-아크 하이브리드 용접장치{LASER-ARC HYBRID WELDING APPARATUS}
본 발명은 레이저-아크 하이브리드 용접장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 레이저 헤드와 미그용접토치를 연결편에 슬라이딩 이동 가능하게 결합하여 레이저빔의 초점과 미그용접토치의 와이어 초점 사이의 간격을 조절할 수 있는 레이저-아크 하이브리드 용접장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 용접이란 2개 이상의 열원을 이용하여 용접하는 공정을 의미하며, 용접방법은 레이저-GMAW, 레이저-GTAW, 레이저-PLASMA, 레이저-레이저 등의 방법이 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 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.
따라서, 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 장점이다.
그러나, 종래의 하이브리드 용접장치는 레이저 헤드와 미그 용접 토치가 레이저의 초점과 와이어의 초점이 동일 용접선 상에 2mm 내지 3mm 이상의 간격으로 정렬되도록 용접로봇의 아암 선단에 항상 고정되어 있어, 용접 조건에 따라 레이저 헤드와 미그용접토치 사이의 간격 조절을 할 수 없어 용접품질이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 용접 시험을 통하여 경험에 의한 용접 파라메터(parameter)를 확정하고, 용접 품질의 변화를 육안으로 확인 후 용접 파라메타를 변경하기 때문에 용접 파라메터 및 용접 품질의 개연성 없고, 용접 중 발생하는 변화 및 용접 모재의 위치 등의 기구적인 변화에 대해 실시간 대응이 불가하여 많은 용접불량이 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 레이저 헤드와 미그용접토치를 연결편에 슬라이딩 이동 가능하게 결합하여 용접 조건에 따라 레이저빔의 초점과 미그용접토치의 와이어 초점 사이의 간격을 조절할 수 있는 레이저-아크 하이브리드 용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 발진기와 연결되어 용접부에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드와, 와이어 공급기와 연결되어 용접부에 아크를 방전하는 미그용접토치와, 일단부가 상기 레이저 헤드의 일측면에 결합되고, 타단부가 상기 미그용접토치의 일측면에 결합되는 연결편과, 상기 연결편의 일측면에 일단부가 결합되고, 타단부가 용접로봇 아암의 선단에 장착되는 로봇마운팅유닛부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저-아크 하이브리드 용접장치가 제공된다.
상기 미그용접토치의 일측에는 용접시 상기 레이저 헤드에서 조사되는 레이저빔의 초점이 용접선에 정확하게 위치될 수 있도록 상기 용접선을 추적하는 용접선 추적 센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 연결편의 일단부와 타단부에는 길이 방향을 따라 체결홈이 형성되고, 일측면에는 체결돌기가 형성되고, 상기 연결편의 타단부는 하부 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 헤드의 일측면과 상기 미그용접토치의 일측면에는 상기 연결편의 체결홈에 슬라이딩 결합되도록 체결부가 돌출형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 로봇마운팅유닛부재는 상기 연결편의 일측면에 결합되는 회전부와, 상기 용접로봇 아암의 선단에 장착되는 장착부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부의 일측면에는 상기 체결돌기에 슬라이딩 결합되는 결합부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 레이저 헤드와 미그용접토치를 연결편에 슬라이딩 이동 가능하게 결합함으로써, 항상 일정 거리를 유지하는 레이저빔의 초점과 미그용접토치의 와이어 초점 사이의 간격을 용접 조건에 따라 조절할 수 있어 용접품질이 향상되는 효과가 있다.
또한, 미그용접토치의 일측면에 용접선 추적 센서를 설치하여 용접시 레이저빔의 초점이 용접선을 벗어나지 않고 정확하게 용접부를 형성할 수 있어 용접품질을 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치의 사이도.
도 2는 도 1에 도시된 레이저-아크 하이브리드 용접장치의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 헤드와 미그용접토치의 작동상태를 도시하는 요부 측면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치의 사이도이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이저-아크 하이브리드 용접장치의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 레이저 헤드와 미그용접토치의 작동상태를 도시하는 요부 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저-아크 하이브리드 용접장치(100)는 레이저 헤드(110), 미그용접토치(120), 연결편(130), 로봇마운팅유닛부재(140)를 포함하여 이루어진다.
레이저 헤드(110)는 레이저 발진기(미도시)에 연결되어 용접부에 레이저빔을 조사한다.
여기서, 레이저 용접은 상대적으로 고속의 용접이 가능하고, 키홀모드의 용접법이므로 두꺼운 철판의 용접도 한 패스(1 PASS)에 가능하게 된다. 또한, 국부적인 입열에 의해 열변형이 적다는 장점이 있다.
미그용접토치(120)는 와이어 공급기(미도시)와 연결되어 용접부에 아크를 방전시켜 아크용접을 수행한다.
이와 같은, 미그용접토치(120)는 전술한 레이저 헤드(110) 보다 앞쪽 즉, 용접진행방향을 향해 앞쪽으로 설치되되 비스듬하게 기울어져 설치된다.
그리고, 전술한 레이저 헤드(110)와 미그용접토치(120)의 일측면에는 후술하는 연결편(130)의 일단부와 타단부에 형성된 체결홈(132)에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되도록 길이 방향을 따라 체결부(112, 122)가 돌출형성된다.
여기서, 체결부(112, 122)와 체결홈(132)은 레이저 헤드(110)와 미그용접토치(120)가 연결편(130)으로부터 이탈되지 않도록 체결부(112, 122)는 돌출 방향을 따라 폭이 증가되는 형상으로 이루어지고, 체결홈(132)은 체결부(112, 122)가 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있도록 연결편(130)의 내부에서 외부방향으로 내부 폭이 점점 감소하는 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
연결편(130)의 일단부와 타단부에는 길이 방향을 따라 한 쌍의 체결홈(132)이 서로 대칭되게 형성되며, 일측면에는 체결돌기(134)가 형성된다.
여기서, 연결편(130)의 타단부는 하부 방향으로 경사지게 형성된다.
로봇마운팅유닛부재(140)는 일단부가 연결편(130)의 일측면에 연결되고, 타단부가 용접로봇 아암(미도시)의 선단에 장착된다.
이와 같은, 로봇마운팅유닛부재(140)는 연결편(130)의 일측면에 결합되는 회전부(142)와, 용접로봇 아암의 선단에 장착되는 장착부(144)로 이루어진다.
여기서, 회전부(142)의 일측면에는 연결편(130)의 일측면에 형성된 체결돌기(134)에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되도록 결합홈(146)이 형성된다. 이와 같은, 체결돌기(134)와 결함홈(146)의 체결구조는 전술한 체결부(112, 122)와 체결홈(132)과의 결합구조와 동일한 구조이다.
또한, 회전부(142)는 연결편(130)의 일측면에 결합되어, 연결편(130)의 일단부와 타단부에 결합된 레이저 헤드(110)와 미그용접토치(120)의 각도를 조절한다. 아울러, 회전부(142)의 상세한 구조는 회전기어방식으로 이루어지며 이는 공지의 기술로서 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
용접선 추적 센서(150)는 미그용접토치(120)의 일측면에 결합되어 용접시 레이저 헤드(110)에서 조사되는 레이저빔의 초점이 용접선에 정확하게 위치될 수 있도록 용접선을 추적한다.
이하, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저-아크 하이브리드 용접장치의 작동을 설명하기로 한다.
먼저, 용접하고자 하는 모재의 용접선 방향을 따라 용접선 추적 센서(150), 미그용접토치(120), 레이저 헤드(110)를 용접선 방향으로 정렬시킨 후 용접 시작점을 교시하여 기억시킨 후 용접을 실행하면 프로그램에 설정된 이송속도로 진행하게 되며, 이때 용접선 추적 센서(150)를 통해 얻어진 위치데이터를 토대로 용접 위치를 결정해 가면서 용접을 수행하게 된다.
따라서, 용접하고자 하는 모재를 용접 위치로 정렬시키고, 용접 부위에 대해 레이저-아크 하이브리드 용접장치를 위치시킨 후 미그용접토치(120)를 소정의 회전반경으로 회전시키면서 아크방전을 수행하고, 이에 연속하여 레이저 헤드(110)에서 레이저를 조사하여 용접을 수행하게 된다.
한편, 본 발명의 용접방법의 다른 실시예로는, 레이저헤드(110)에서 레이저빔의 조사를 선행한 후 미그용접토치(120)에 의해 아크방전을 후행할 수도 있다.
즉, 용접공정은 용접 시작점에서 용접 시작 신호를 받아 정해진 순서대로 용접 조건 설정 및 동작 명령, 용접선 추적을 통해 이송이 진행되고 용접 마지막 부분에서 용접선 추적 센서가 용접 끝단부를 인식하면 끝점 도달시 설정된 용접 조건의 중지 명령이 순차적으로 이루어진 후 용접이 끝나게 된다.
또한, 레이저 헤드(110)와 미그용접토치(120)가 연결편(130)에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 있기 때문에 용접 조건에 따라 레이저빔의 초점과 미그용접토치의 와이어 초점 사이의 간격을 조절할 수 있어 용접품질이 향상되는 효과가 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였지만, 당해 기술 분야에 숙련된 사람은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 레이저 헤드
120: 미그용접토치
112, 122: 체결부
130: 연결편
132: 체결홈
134: 체결돌기
140: 로봇마운팅유닛부재
142: 회전부
144: 장착부
146: 결합홈
150: 용접선 추적 센서

Claims (6)

  1. 레이저 발진기와 연결되어 용접부에 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드;
    와이어 공급기와 연결되어 용접부에 아크를 방전하는 미그용접토치;
    일단부가 상기 레이저 헤드의 일측면에 결합되고, 타단부가 상기 미그용접토치의 일측면에 결합되는 연결편; 및
    상기 연결편의 일측면에 일단부가 결합되고, 타단부가 용접로봇 아암의 선단에 장착되는 로봇마운팅유닛부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저-아크 하이브리드 용접장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미그용접토치의 일측에는 용접시 상기 레이저 헤드에서 조사되는 레이저빔의 초점이 용접선에 정확하게 위치될 수 있도록 상기 용접선을 추적하는 용접선 추적 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저-아크 하이브리드 용접장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결편의 일단부와 타단부 길이 방향을 따라 체결홈이 형성되고, 일측면에는 체결돌기가 형성되고,
    상기 연결편의 타단부는 하부 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저-아크 하이브리드 용접장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 레이저 헤드의 일측면과 상기 미그용접토치의 일측면에는 상기 연결편의 체결홈에 슬라이딩 결합되도록 체결부가 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 레이저-아크 하이브리드 용접장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 로봇마운팅유닛부재는 상기 연결편의 일측면에 결합되는 회전부와, 상기 용접로봇 아암의 선단에 장착되는 장착부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저-아크 하이브리드 용접장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 회전부의 일측면에는 상기 체결돌기에 슬라이딩 결합되는 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저-아크 하이브리드 용접장치.
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