KR20140003797A

KR20140003797A - 레이저 용접 장치

Info

Publication number: KR20140003797A
Application number: KR1020120070317A
Authority: KR
Inventors: 이창용; 임종철
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-10

Abstract

본 발명은 심 트래커(seam tracker)를 이용해 미세하게 변하는 용접 라인을 사전에 감지함으로써, 실시간으로 용접 조건을 변화시켜 용접부의 품질을 개선시킬 수 있는 레이저 용접 장치에 관하여 개시한다.
이를 위하여 본 발명은, 레이저 빔을 생성하는 발진기와, 발진기에서 생성된 레이저 빔을 전달받아 용접부를 향하여 레이저 빔을 조사하는 헤드와, 헤드의 전방에서 선행하는 용접 라인의 상태를 감지하는 심 트래커와, 심 트래커의 감지결과를 전달받아 발진기를 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 용접 장치를 제공한다.

Description

레이저 용접 장치{LASER WELDING APPARATUS}

본 발명은 레이저 용접 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심 트래커(seam tracker)를 이용해 미세하게 변하는 용접 라인을 사전에 감지함으로써, 실시간으로 용접 조건을 변화시켜 용접부의 품질을 개선시킬 수 있는 레이저 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 업계에서 적용하고 있는 차체 용접에는 메시 심(mash seam)용접과 레이저를 이용한 용접이 행하여 지고 있고, 특히 현재에는 레이저를 이용한 용접이 가장 활발히 연구되고 있으며, 이러한 레이저 용접과 더불어 레이저 용접 품질 검사방법에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

이와 관련하여, 독일, 일본 등 선진국에서는 이미 레이저 용접시 품질을 검사할 수 있는 모니터링 시스템을 개발 및 상용화하여 적용하고 있으나, 현재 국내에서는 이와 같은 시스템의 개발이 부족한 실정에 있다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 KR 등록특허공보 제10-0786757호(2007.12.18. 공고) '이미지센서를 이용한 레이저용접의 용접 품질 동축모니터링장치'가 있다.

본 발명은 심 트래커(seam tracker)를 이용해 미세하게 변하는 용접 라인을 사전에 감지함으로써, 실시간으로 용접 조건을 변화시켜 용접부의 품질을 개선시킬 수 있는 레이저 용접 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 레이저 빔을 생성하는 발진기; 상기 발진기에서 생성된 레이저 빔을 전달받아 용접부를 향하여 레이저 빔을 조사하는 헤드; 상기 헤드의 전방에서 선행하는 용접 라인의 상태를 감지하는 심 트래커; 및 상기 심 트래커의 감지결과를 전달받아 상기 발진기를 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 용접 장치를 제공한다.

상기 심 트래커는, 용접부의 간격과, 용접부의 모재의 두께를 측정하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명은 상기 헤드의 위치를 조절하는 로봇암을 더 포함하며, 상기 로봇암은 상기 제어부에 의하여 위치가 조절되는 것이 바람직하다.

상기 레이저 용접 장치는, 용접 모재를 이송시키는 모재 이송부를 더 포함하며, 상기 모재 이송부의 이송속도는 상기 제어부에 의하여 조절되는 것이 바람직하다.

상기 심 트래커는, 상기 용접라인을 감지하기 위한 카메라와, 상기 모재의 두께를 측정하기 위한 초음파 스캐너를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 기술적 사상에 따르면, 용접 모재를 이송시키는 모재 이송부; 레이저 빔을 생성하는 발진기; 상기 발진기에서 생성된 레이저 빔을 전달받아 상기 용접 모재의 용접부를 향하여 레이저 빔을 조사하는 헤드; 상기 헤드의 위치를 조절하는 로봇암; 상기 헤드의 전방에서 선행하는 용접 라인의 상태를 감지하기 위하여, 상기 용접라인의 폭과 방향을 감지하기 위한 카메라와, 상기 모재의 두께를 측정하기 위한 초음파 스캐너를 포함하는 심 트래커; 및 상기 심 트래커의 감지결과를 전달받아 상기 발진기와 상기 모재 이송부와 상기 로봇암을 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 용접 장치를 제공한다.

상기 제어부는, 상기 용접라인의 폭이 증가하면 상기 로봇암을 제어하여 조사점을 이동시키거나, 상기 모재 이송부의 이송속도를 감소시키는 것이 바람직하다.

본 발명인 레이저 용접 장치는, 심 트래커(seam tracker)를 이용해 미세하게 변하는 용접 라인을 사전에 감지함으로써, 실시간으로 용접 조건을 변화시켜 용접부의 품질을 개선시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 2 및 도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치를 이용해 맞대기용접을 실시하는 모습을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치의 구성 간 작동관계를 설명하기 위해 도시한 도면임.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치(100)는 크게, 발진기(110)와, 헤드(120)와, 심 트래커(130)와, 제어부(140)와, 로봇암(150)을 포함한다.

발진기(110)는 레이저 빔을 생성한다.

헤드(120)는 발진기(110)에서 생성된 레이저 빔을 전달받아 용접부를 향하여 레이저 빔을 조사한다.

심 트래커(130)는 헤드(120)의 전방에서 선행하는 용접 라인의 상태를 감지하는 기능을 갖는다.

여기서 상기 심 트래커(130)는 용접부의 간격과, 용접부의 모재의 두께를 척정할 수 있다.

제어부(140)는 심 트래커(130)의 감지결과를 전달받아 발진기(110)를 제어한다.

로봇암(150)은, 헤드(120)의 위치를 조절한다.

이때, 상기 로봇암(150)은 상기 제어부(140)에 의하여 위치가 조절되는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치를 이용해 맞대기용접을 실시하는 모습을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 복수의 용접 모재(10, 20)가 맞대기 용접되는 모습을 확인할 수 있다. 이때, 복수의 용접 모재(10, 20)의 간격(t1)은 용접부 품질을 결정하는 중요한 요인이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 용접 모재(10, 20)가 맞대기 용접되는 경우, 용접 모재(10, 20)의 가공 또는 운반 등의 문제로 인해 균열이 발생하거나, 접촉면이 서로 다른 간격(t1, t2) 문제가 발생할 수 있다.

만약 용접을 그대로 실시하게 되면, 용접부위가 제대로 용접되지 않아 작업 후에 불량률이 높아질 문제점이 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치의 구성 간 작동관계를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 용접 장치(100)는 크게, 발진기(110)와, 헤드(120)와, 심 트래커(130)와, 제어부(140)와, 로봇암(150)을 포함한다.

상기와 같은 구성들은 도 1 내지 도 3에서 전술된 내용이므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 다만, 전술된 내용이라도 도면의 이해를 돕기 위해 부분적으로 중복되는 부분이 포함될 수 있다. 아울러, 도 4에서는 각 구성 간 작동관계에 대해 살펴보기로 한다.

발진기(110)는 레이저 빔을 생성한다.

또한, 심 트래커(130)는 용접 라인을 감지하기 위한 카메라(미도시)와, 모재(10, 20)의 두께를 측정하기 위한 초음파 스캐너(미도시)를 포함할 수 있다.

여기서 상기 카메라를 통해 용접 라인을 감지하는 방법은, 디지털 이미지 프로세싱을 기반으로 한 이진화 기법을 사용할 수 있다. 즉, 카메라를 통해 촬상된 용접 모재(10, 20)와 용접심 간에 발생하는 밝기 차이를 이용하는 것이다.

상기 초음파 스캐너는, 도시된 바와 같이 용접 모재(10, 20)의 맞댄 면의 모서리에서 미세하게 변하는 표면 형태의 차이를 초음파를 이용해 스캔하는 것이다.

이렇게 심 트래커(130)를 통해 얻은 용접 모재(10, 20)의 상태 정보는 제어부(140)로 전달된다.

이때, 제어부(140)는 심 트래커(130)의 감지결과를 전달받아 발진기(110)를 제어한다. 그리고 로봇암(150)은, 헤드(120)의 위치를 조절한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 용접 장치(100)는 용접 모재(10, 20)를 이송시키는 모재 이송부(미도시)와, 레이저 빔을 생성하는 발진기(110)와, 상기 발진기(110)에서 생성된 레이저 빔을 전달받아 상기 용접 모재(10, 20)의 용접부를 향하여 레이저 빔을 조사하는 헤드(120)를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 헤드(120)의 위치를 조절하는 로봇암(150)과, 상기 헤드(150)의 전방에서 선행하는 용접 라인의 상태를 감지하기 위하여, 상기 용접라인의 폭과 방향을 감지하기 위한 카메라(미도시)와, 상기 모재의 두께를 측정하기 위한 초음파 스캐너(미도시)를 포함하는 심 트래커(130) 및 상기 심 트래커(130)의 감지결과를 전달받아 상기 발진기(110)와 상기 모재 이송부와 상기 로봇암(150)을 제어하는 제어부(140)를 포함한다.

이때, 상기 제어부(140)는 용접라인의 폭이 증가하면 상기 로봇암(150)을 제어하여 조사점을 이동시키거나, 모재 이송부의 이송속도를 감소시키는 것이 바람직하다.

10, 20 : 모재
100 : 레이저 용접 장치
110 : 발진기
120 : 헤드
130 : 심 트래커
132 : 카메라
134 : 초음파 스캐너
140 : 제어부
150 : 로봇암

Claims

레이저 빔을 생성하는 발진기;
상기 발진기에서 생성된 레이저 빔을 전달받아 용접부를 향하여 레이저 빔을 조사하는 헤드;
상기 헤드의 전방에서 선행하는 용접 라인의 상태를 감지하는 심 트래커; 및
상기 심 트래커의 감지결과를 전달받아 상기 발진기를 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 심 트래커는,
용접부의 간격과, 용접부의 모재의 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 헤드의 위치를 조절하는 로봇암;을 더 포함하며,
상기 로봇암은 상기 제어부에 의하여 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 용접 장치는,
용접 모재를 이송시키는 모재 이송부를 더 포함하며,
상기 모재 이송부의 이송속도는 상기 제어부에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 심 트래커는,
상기 용접라인을 감지하기 위한 카메라; 및
상기 모재의 두께를 측정하기 위한 초음파 스캐너;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
용접 모재를 이송시키는 모재 이송부;
레이저 빔을 생성하는 발진기;
상기 발진기에서 생성된 레이저 빔을 전달받아 상기 용접 모재의 용접부를 향하여 레이저 빔을 조사하는 헤드;
상기 헤드의 위치를 조절하는 로봇암;
상기 헤드의 전방에서 선행하는 용접 라인의 상태를 감지하기 위하여, 상기 용접라인의 폭과 방향을 감지하기 위한 카메라와, 상기 모재의 두께를 측정하기 위한 초음파 스캐너를 포함하는 심 트래커; 및
상기 심 트래커의 감지결과를 전달받아 상기 발진기와 상기 모재 이송부와 상기 로봇암을 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 용접 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 용접라인의 폭이 증가하면 상기 로봇암을 제어하여 조사점을 이동시키거나, 상기 모재 이송부의 이송속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.