KR20020052961A - 레이저용접헤드 - Google Patents

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마모루 니시오
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스기요 슈조
가와사키 쥬코교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 레이저용접헤드는 용접될 부분의 표면의 변화에 관계 없이 용접부재의 용접될 부분에 고정된 압력을 가할 수 있으며, 이 레이저용접헤드는 용접부재의 겹치는 부분을 함께 누르기 위해 용접경로(40) 근방의 용접부재를 따라 구르는 롤러(16)를 구비하는 가압장치(12)와, 상기 용접경로(40) 근방의 용접부재쪽으로 상기 가압장치(12)를 누르기 위해 가압장치(12)에 압력을 가하는 가압유니트(6) 및, 상기 가압장치(12)와 함께 이동하는 상기 가압유니트(6)에 장착된 레이저빔 조사장치(17)를 포함하여 이루어지되, 상기 가압유니트(6)는 상기 가압장치(12)에 압력을 가하는 에어실린더장치를 구비한다.

Description

레이저용접헤드 {Laser-welding head}
본 발명은 레이저용접헤드에 관한 것으로, 더 상세하게는 자동차본체의 요소들을 함께 용접하는 랩용접(lap welding)과 같이, 겹치는 용접부재를 눌러서 서로를 밀착시키면서 용접할 수 있는 레이저용접헤드에 관한 것이다.
자동차본체의 겹치는 요소들을 용접하는 랩용접과 같이, 2매의 겹치는 강철판을 서로 밀착시켜 누르는 랩용접으로 2매의 겹치는 강철판을 함께 누르고 이 강철판의 겹치는 부분에 레이저빔을 조사(照射)하여 용접할 때, 겹치는 용접부재를 함께 눌러서 용접할 수 있는 용접헤드는 예컨대 레이저용접로봇의 아암의 선단에 장착되며, 이 레이저용접로봇은 이미 안내된 용접경로를 따라 용접헤드를 이동시키는 바, 다양한 레이저용접헤드가 제안되고 있다.
일본특허공보 제 1991-57580호에 제안된 레이저용접기계는, 레이저유니트에 의해 조사된 레이저빔의 조사점이 이동되는 용접경로 근방의 용접부재를 누르는 롤러와, 이 롤러로 용접부재를 누르는 스프링을 포함하는 가압유니트를 구비한다.
일본실용신안공보 제 1992-80682호에 제안된 레이저용접로봇은, 이동가능한 롤링부재와, 수직이동을 위해 롤링부재를 지지하는 실린더 및, 헤드의 마주보는 고정위치에 지지된 고정된 롤링부재를 포함하며, 겹친 용접부재는 용접을 위해 이동가능한 롤링부재와 고정된 롤링부재 사이에 고정된다.
일본특허공보 제 1998-113783호에 제안된 레이저용접방법은, 가압실린더와 강구를 포함하는 국부가압유니트를 이용하는 바, 이 국부가압유니트에 의해 용접부재들이 함께 눌려져서 용접된다.
하지만 일본특허공보 제 1991-57580호에 제안된 레이저용접기계에 의해 용접부재를 함께 용접할 때, 스프링은 용접경로를 따라 용접부재의 수직변화에 따라 신축되고 이에 따라 롤러에 가해진 압력이 변화하여, 롤러가 용접부재에 일정한 압력을 가할 수 없게 된다. 이러한 문제는 정하중의 스프링을 이용하여 해결될 수 있지만, 100kgf 정도의 큰 하중을 갖는 정하중의 스프링은 매우 커서 이러한 정하중의 스프링을 레이저용접기계에 장착하기가 어렵게 된다. 더우기, 정하중의 스프링에 의해 용접부재에 가해질 압력은 조정불가능하게 된다.
일본실용신안공보 제 1992-80682호에 제안된 레이저용접로봇과, 일본특허공보 제 1998-113783호에 제안된 레이저용접방법은, 큰 실린더장치와, 이 큰 실린더장치를 설치하기 위한 큰 공간을 필요로 하고, 행정이 큰 실린더에서 미세한 동작을 제어하기 위해 설치되는 제어밸브에 의해 복잡한 제어를 필요로 하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제에 있어서, 가압될 용접부재의 변화에 관계 없이 함께 용접될 용접부재에 일정한 압력을 가할 수 있고, 이 일정한 압력이 바람직한 값으로 용접부재에 가해지도록 조정할 수 있는 레이저용접헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 용접헤드는 용접부재의 겹치는 부분을 함께 누르기 위해 용접경로 근방의 용접부재를 따라 이동할 수 있는 가압장치와, 용접경로 근방의 용접부재쪽으로 가압장치를 누르기 위해 가압장치에 압력을 가하는 가압유니트 및, 가압장치와 함께 이동하는 가압유니트에 장착된 레이저빔 조사장치를 포함하여 이루어지되, 가압유니트는 가압장치에 압력을 가하는 에어실린더장치를 포함한다.
레이저용접헤드에 있어서, 가압유니트는 지지부재와 이 지지부재에 대해 상대이동할 수 있는 이동부재를 포함하고, 에어실린더장치는 지지부재에 지지되는 에어실린더와 이동부재에 일단이 고정되는 피스톤로드를 구비하며, 가압장치는 이동부재에 지지되고, 레이저빔 조사장치는 이동부재에 장착되도록 되어 있다.
바람직하게는, 에어실린더장치는 공기압조절수단에 연결되고, 이 공기압조절수단은 이동부재에 압력을 가하기 위해 에어실린더장치에 공급된 압축공기의 압력을 조절한다.
또, 이동부재는 지지부재에 형성된 선형가이드를 따라 지지부재에 대해 상대이동가능하게 되어 있다.
에어실린더장치의 피스톤로드의 행정은 피스톤로드의 압력수용 표면의 직경보다 작다.
그리고, 에어실린더장치의 피스톤로드의 행정은 1 내지 5cm의 범위에 있다.
바람직하게는, 지지부재는 로봇아암의 선단에 장착된다.
가압유니트의 레이저빔 조사장치의 위치는 미세조정장치에 의해 조정된다.
또, 미세조정장치는 레이저빔 조사장치를 용접경로에 대해 수평방향으로 이동시키고 또 수직방향으로 이동시키는 제 1 및 제 2미세조정구동유니트로 이루어진다.
바람직하게는, 레이저빔 조사장치는 가압장치의 위치에 대해 상대이동될 수 있도록 미세조정장치에 의해 가압유니트에 지지된다.
또한, 가압장치는 롤러를 갖추어 이루어진다.
롤러는 레이저빔 조사장치에 의해 조사된 레이저빔이 이동하는 방향으로 소정각도 경사진 평평한 측면에 지지된다.
그리고, 롤러는 평평한 측면이 레이저빔 조사장치에 의해 조사된 초점이 맞는 레이저빔의 프로파일을 따라 뻗도록 지지되어 있다.
바람직하게는, 레이저빔의 초점이 맞지 않을 때 롤러가 접촉되는 용접부재의 일부가 레이저빔에 노출되도록 되어 있다.
가압장치는 이동부재에 고정된 롤러지지부와, 이 롤러지지부에 회전을 위해 지지된 롤러를 구비한다.
바람직하게는, 롤러지지부는 L자형상의 가로부를 갖는 상부부재와, L자형상의 가로부를 갖고 이동부재에 대해 바깥으로 경사진 표면을 가지며 상부부재에 결합되는 중간부재 및, 수직에서 경사진 평평한 측면을 갖는 롤러를 지지하기 위해 중간부재의 경사진 표면에 결합된 롤러지지부재를 포함한다.
또, 레이저빔 조사장치는 YAG(이트륨-알루미늄-가닛)레이저에 의해 레이저빔을 조사하도록 되어 있다.
그리고, 가압유니트는 로봇아암의 선단에 장착된다.
제 1 및 제 2용접부재의 겹치는 부분은 함께 용접되도록 되어 있다.
또, 본 발명의 로봇은 본 발명의 레이저용접헤드를 구비한다.
한편, 본 발명의 레이저용접헤드는 용접될 용접부재에 항상 일정한 압력을 가하고, 용접부재에 압력을 가하며 그 압력을 변화시킬 수 있으며, 간단한 구조로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 레이저용접헤드의 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 레이저용접헤드의 용접부재 근방의 확대단면도,
도 3a는 바람직한 실시예에 따른 레이저용접헤드에 포함된 미세조정장치의 사시도,
도 3b는 도 3a의 미세조정장치에 포함된 도 3a의 화살표 B의 방향에서 본 제 1미세조정구동유니트의 단면도,
도 3c는 도 3a의 미세조정장치에 포함된 제 2미세조정구동유니트의 길이방향 단면도이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예의 레이저용접헤드는 첨부도면을 참조하는 실시예에 의해 설명될 것이다.
레이저용접헤드(A;이하 간단히 "용접헤드"라 함)를 사시도로 나타낸 도 1을 참조하면, 이 용접헤드(A)는 용접하는 동안 용접경로 근방의 겹치는 용접부재를 누르기 위해 용접로봇의 아암의 선단(1)에 장착된다. 더 상세하게는, 용접헤드(A)는 제 1용접부재(2)와 제 2용접부재(3)가 레이저빔(4)으로 함께 용접되는 동안 용접경로를 따라 뻗는, 강철판과 같은 제 1용접부재(2)와 제 2용접부재(3)의 겹치는 부분을 누른다. 용접헤드(A)는 결합부재(5)와, 이 결합부재(5)에 장착된 가압유니트(6) 및, 이 가압유니트(6)에 장착된 레이저용접유니트(7)를 포함한다.
결합부재(5)는 로봇아암의 선단(1)에 고정된 플랜지에 대응되는 플랜지이고, 가압유니트(6)를 지지하는 결합부재(5)는 로봇아암의 선단(1)에 부착된다.
가압유니트(6)는 지지부재(8)와, 이 지지부재(8)의 상부에 지지된 에어실린더장치(9), 상기 지지부재(8)에 형성된 수직한 선형가이드(10)를 따라 수직방향으로 이동할 수 있는 이동부재(11) 및, 이 이동부재(11)의 하부(11a)에 고정된 가압장치(12)를 구비한다.
지지부재(8)는 용접하는 동안 용접될 용접부재(2,3)의 표면에 대체로 수직하게 되도록 결합부재(5)에 장착된다.
에어실린더장치(9)는 에어실린더와 피스톤로드(9a)를 구비하는 바, 에어실린더는 지지부재(8)에 부착되고 피스톤로드(9a)의 하단부(13)는 이동부재(11)에 고정된다.
도 1에 도시된 것과 같이, 에어실린더장치(9)는 평평한 윗표면을 갖는 짧은 행정길이의 실린더로서, 이 에어실린더장치(9)를 위에서 보았을 때 피스톤로드(9a)의 수직이동은 거의 알기 힘들다. 에어실린더장치(9)의 피스톤로드(9a)의 행정은 피스톤로드(9a)의 압력수용 표면의 직경보다 작아, 예컨대 행정은 1 내지 5cm의 범위에 있게 된다. 또, 피스톤로드(9a)의 압력수용 표면의 직경은 예컨대 7 내지 12cm의 범위에 있게 되고, 이 피스톤로드(9a)의 압력수용 표면의 직경은 피스톤로드(9a)의 직경과 같아지게 된다.
에어실린더장치(9)의 피스톤로드(9a)의 선단은 이동부재(11)를 누르도록 이 이동부재(11)의 상단부(14)에 고정가능하게 연결된다. 에어실린더장치(9)는 파이프(33)에 의해 압축기(32), 즉 압축공기원에 연결된 압력조절장치(30;공기압 조절수단)에 파이프(31)에 의해 연결된다. 압력조절장치(30)는 에어실린더장치(9)에 공급될 압축공기의 압력을 바람직한 압력으로 조절한다. 따라서, 압축공기의 압력은 바람직한 압력으로 쉽게 조정될 수 있고, 바람직한 압력의 압축공기는 에어실린더장치(9)에 연속해서 공급될 수 있다. 결국, 이동부재(11)는 항상 이 에어실린더장치(9)에 의해 가해진 일정한 압력에 의해 추진되고, 에어실린더장치(9)에 의해 작용된 압력은 변화될 수 있으며, 에어실린더장치(9)는 예컨대 100kgf의 큰 압력을 작용시킬 수 있다.
에어실린더장치(9)의 피스톤로드(9a)의 하단부(13)에 고정가능하게 연결된 상단부(14)를 갖는 이동부재(11)는, 에어실린더장치(9)의 피스톤로드(9a)를 축방향으로 이동시킴으로써 지지부재(8)상의 선형가이드(10)를 따라 수직방향으로 이동될수 있다. 레이저용접유니트(7)는 중앙부와 같은 이동부재(11)의 표면의 적당한 부분에 연결된다.
가압장치(12)는 이동부재(11)의 하부(11a)에 고정된 롤러지지부(15)와, 이 롤러지지부(15)상에서 회전하도록 지지된 롤러(16)를 포함한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 롤러지지부(15)는 L자형상의 상부부재(15a)와, 이 상부부재(15a)의 수평한 하부표면에 결합된 뒤집혀진 L자형상의 중간부재(15b) 및, 이 중간부재(15b)의 경사진 측면에 결합된 롤러지지부재(15c)를 포함한다. 상부부재(15a)의 수직벽의 상부는 이동부재(11)의 하부(11a)에 볼트로 조여진다. 롤러지지부재(15c)의 경사진 표면의 경사는 롤러(16)의 평평한 측면이 레이저빔(4)을 따라 뻗도록 조정된다.
레이저빔(4)을 따르는 롤러(16)의 평평한 측면의 연장부는, 롤러(16)의 평평한 측면이 초점이 맞은 레이저빔(4)의 프로파일에 평행한 상태를 나타내는 바, 예컨대 롤러(16)의 평평한 측면은 수직방향으로 1°내지 10°의 각도로 경사져 있다. 롤러(16)가 용접부재(2)에 접촉하는 접촉위치(42)는 만일 레이저빔(4)이 초점이 맞지 않으면 레이저빔(4)을 조사하게 되며, 접촉위치(42)는 레이저빔(4)이 초점이 맞는 초점위치(4a)에 매우 가까워진다. 이렇게 접촉위치(42)가 초점위치(4a)에 매우 가까워지기 때문에, 롤러(16)는 용접경로(40)에 매우 가까운 용접부재(2,3)에 압력을 가할 수 있고, 레이저빔(4)은 용접경로(40)의 초점위치(4a)에서 항상 초점이 맞을 수 있다.
상부부재(15a)와 중간부재(15b)는 볼트로 함께 고정되고, 볼트가 통과되는슬롯은 상부부재(15a)에 대해 중간부재(15b)의 위치조정이 가능하도록 상부부재(15a)의 수평부에 형성된다. 또, 중간부재(15b)와 롤러지지부재(15c)는 볼트로 함께 고정되고, 볼트가 통과되는 슬롯은 중간부재(15b)에 대해 롤러지지부재(15c)의 위치조정이 가능하도록 중간부재(15b)의 경사부에 형성된다.
이에 따라 구성된 롤러지지부재는, 레이저빔(4)이 레이저용접을 위해 초점이 맞는 용접경로(40) 근방의 위치에서 롤러(16)를 지지할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 롤러(16)는 롤러지지부재(15c)의 하부에 형성된 구멍에 끼워진 베어링의 회전을 위해 지지된 회전축(15d)에 동축으로 장착되고, 이에 따라 롤러(16)는 회전축(15d)에 의해 롤러지지부재(15c)에 지지된다. 상기 설명된 것과 같이, 롤러(16)는 이 롤러(16)의 평평한 측면이 초점이 맞는 레이저빔(4)의 프로파일에 평행하도록 롤러지지부재(15)에 지지되고, 이에 따라 롤러(16)는 용접경로(40)에 매우 가까운 용접부재(2,3)에 압력을 가할 수 있다. 롤러(16)는 롤러지지부재(15c)에 회전을 위해 지지되기 때문에, 롤러(16)는 용접부재(2)의 표면을 따라 부드럽게 롤링될 수 있다.
레이저용접유니트(7)는 용접하는 용접부재(2,3)에 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저빔 조사장치(17)와, 이 레이저빔 조사장치(17)를 지지하고 용접경로(40)에 대해 수평과 수직방향으로 레이저빔 조사장치(17)를 이동시킬 수 있는 미세조정스테이지(18) 및, 이 미세조정스테이지(18)를 지지하는 레이저빔 조사장치 지지부재(19)를 포함한다.
레이저빔 조사장치(17)는 예컨대 YAG레이저에 의해 YAG레이저빔을 조사한다.YAG레이저빔은 작은 지점에 집중될 수 있어 정밀용접에 바람직하며, 이 YAG레이저빔은 빔이 광섬유케이블에 의해 전달될 수 있기 때문에 취급이 용이하다. 광섬유케이블은 레이저빔 조사장치(17)의 상부(17a)에 연결될 수 있고, YAG레이저빔은 광섬유케이블을 통해 레이저빔 조사장치(17)에 전달될 수 있다. 따라서, YAG레이저빔은 다수의 거울을 사용하지 않고 광섬유케이블에 의해 레이저빔 조사장치(17)에 전달될 수 있어서, 이 레이저빔 조사장치(17)는 구조가 간단해진다. 본 발명의 용접헤드(A)는 이산화탄소레이저에 의해 조사된 레이저빔과 같은 YAG레이저에 의해 조사된 것과는 다른 레이저빔을 이용할 수 있다.
YAG레이저빔과 같은 레이저빔(4)은 도시되지 않은 광섬유케이블에 의해 레이저빔 조사장치(17)의 상부(17a)에 전달되고, 상기 레이저빔 조사장치(17)는 용접부재(2,3)의 용접될 부분에 레이저빔(4)을 조사하며, 이 레이저빔(4)은 용접경로(40)나 용접경로(40)의 앞 또는 약간 뒤의 위치에서 집중된다.
레이저빔 조사장치 지지부재(19)는 미세조정스테이지(18)를 지지하는 지지부와, 이동부재(11)에 고정된 기저부를 구비한다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 미세조정스테이지(18)는 용접경로(40)에 대해 레이저빔 조사장치(17)를 수평방향으로 이동시키는 제 1미세조정구동유니트(20a)와, 용접경로(40)에 대해 레이저빔 조사장치(17)를 수직방향으로 이동시키는 제 2미세조정구동유니트(20b)를 포함한다.
도 3a와 도 3b에 도시된 것과 같이, 제 1미세조정구동유니트(20a)는 기저부(21a)와 치부(21b)를 구비하는 랙(21)과, 그 중간부에 랙(21)의 치부(21b)가맞물리는 피니언(22)과 일체로 형성된 회전축(23), 회전을 위해 회전축(23)을 지지하는 슬라이드블록(24) 및, 회전축(23)의 양단에 부착된 손잡이(25)를 포함한다. 슬라이드블록(24)은 레이저빔 조사장치(17)에 고정되고, 랙(21)의 기저부(21a)는 제 2미세조정구동유니트(20b)에 고정된다. 손잡이(25)는 레이저빔 조사장치(17)와 함께 오른쪽 또는 왼쪽으로 슬라이드블록(24)을 이동시키도록 회전된다.
도 3a와 도 3c에 도시된 것과 같이, 제 2미세조정구동유니트(20b)는 치부(26a)를 구비하는 슬라이드랙(26)과, 그 중간부에 슬라이드랙(26)의 치부(26a)와 맞물리는 피니언과 일체로 형성된 회전축(23), 회전을 위해 회전축(28)을 지지하는 기저블록(29) 및, 회전축(28)의 양단에 부착된 손잡이(25)를 포함한다. 기저블록(29)은 레이저빔 조사장치 지지부재(19)에 고정되고 랙(21)의 기저부(21a)는 슬라이드랙(26)에 고정되며, 제 2미세조정구동유니트(20b)의 손잡이(25)는 슬라이드랙(26)을 수직방향으로 이동시키고 레이저빔 조사장치(17)를 수직방향으로 이동시키도록 회전된다.
제 1미세조정구동유니트(20a)와 제 2미세조정구동유니트(20b)는, 레이저빔 조사장치(17)에 의해 조사된 레이저빔(4)이 용접부재(2,3)의 바람직한 위치에 떨어질 수 있도록 레이저빔 조사장치(17)의 위치를 적절하게 조정할 수 있게 된다.
또, 미세조정스테이지(18)는 이 미세조정스테이지(18)가 용접경로(40)에 대해 레이저빔 조사장치(17)의 수직 및 수평위치를 조정할 수 있게 된 도 3a 내지 도 3c에 도시된 구조와 다른 임의의 적당한 구조로 될 수 있다.
본 발명의 용접헤드(A)를 사용하는 용접과정은 아래에서 설명될 것이다.
(1) 미세조정스테이지(18)의 손잡이(25)는 바람직한 위치에서 레이저빔 조사장치(17)의 위치로 적절하게 조작된다. 예컨대, 레이저빔 조사장치(17)의 위치는 레이저빔(4)이 롤러(16)에 의해 눌려진 근방의 용접부재에 집중되도록 조정된다.
(2) 용접로봇은 미리 안내된 경로를 따라 로봇아암(1)의 선단을 이동시켜 레이저빔(4)의 초점이 용접경로(40)를 따라 이동하도록 용접헤드(A)를 이동시킨다. 제 2용접부재(3)에 위치된 제 1용접부재(2)의 가장자리는 도 2에 도시된 용접경로(40)와 일치한다.
(3) 롤러(16)는 용접경로(40) 근방의 제 1용접부재(2)의 표면과 접촉하고 제 2용접부재(3)에 제 1용접부재(2)를 누르는 용접경로(40)에 평행하고 이를 밀착시키는 경로를 따라 굴러서, 제 1용접부재(2)와 제 2용접부재(3)를 함께 눌러서 밀착시킨다.
(4) 롤러(16)에 의해 함께 눌려진 제 1용접부재(2)와 제 2용접부재(3)는 레이저빔 조사장치(17)에 의해 조사된 레이저빔(4)으로 용접된다.
(5) 용접경로(40)를 따라 뻗는 용접부재(2,3)의 표면이 변화되어도, 에어실린더장치(9)에 의해 눌려진 롤러(16)는 용접부재(2,3)의 변화된 표면을 따라 수직방향으로 이동될 수 있다.
(6) 에어실린더(9)에 공급된 압축공기의 압력은 압력조절장치(30)에 의해 바람직한 값으로 조절되기 때문에, 롤러(16)의 수직이동과 관계 없이 용접부재(2,3)에 일정한 압력이 가해진다.
(7) 롤러(16)와 레이저빔 조사장치(17)는 이동부재(11)에 고정가능하게 장착되기 때문에, 레이저빔 조사장치(17)는 이 레이저빔 조사장치(17)와 용접경로(40) 사이의 거리가 일정하게 유지되고 레이저빔(4)이 용접경로(40)에 항상 정확하게 집중되도록, 변화가 있는 제 1용접부재(2)의 표면을 따르는 롤러(16)의 수직이동에 의해 수직방향으로 이동한다. 용접부재(2,3)의 용접될 부분은 좁은 범위내에서 변화가 발생하기 때문에, 에어실린더장치(9)의 피스톤로드(9a)의 행정은 짧아질 수 있으며, 이에 따라 에어실린더장치(9)는 용접헤드(A)를 작은 구조로 형성하는 데에 효과적이 되도록 전체길이가 작게 된다.
본 발명의 용접헤드는 용접부재의 용접될 표면의 변화에 관계 없이 용접부재에 일정한 압력을 가할 수 있으며, 용접헤드에 의해 가해질 압력은 바람직한 값으로 쉽게 조정되어 100kgf 정도의 고압으로 증가될 수 있다. 용접부재의 용접될 부분의 표면이 변화한다 해도 레이저빔은 용접부재에 적절하게 집중될 수 있고, 용접경로에 대해 레이저빔 조사장치의 수평 및 수직위치가 미세조정스테이지를 작동시킴으로써 미세하게 조정될 수 있으므로 용접부재상의 레이저빔의 초점위치를 쉽게 변경할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예에 의해 설명되어 있지만 이러한 실시예에만 한정되지는 않는다. 예컨대, 이산화탄소레이저와 같은 가스레이저에 의해 조사된 레이저빔이나 반도체레이저에 의해 조사된 레이저빔은 YAG레이저에 의해 조사된 레이저빔 대신 이용되고, 회전을 위해 지지된 강구는 용접부재를 누르는 롤러 대신 이용될 수 있다. 또, 본 발명의 용접헤드는 용접로봇의 로봇아암에 지지되도록 설명되어 있지만, 용접헤드는 용접로봇과 다른 다양한 레이저용접기계에 적용될 수 있다.
상기 설명으로부터, 본 발명의 용접헤드는 용접될 부분의 표면의 변화에 관계 없이 용접부재의 용접될 부분에 일정한 압력을 가하는 레이저용접을 성취할 수 있고, 용접부재에 가해질 압력을 바람직한 값으로 쉽게 조정하며, 용접부재에 100kgf 정도의 고압을 가할 수 있다.
롤러(16)는 수직한 레이저빔(4)의 이동방향에 임의의 각도로 경사진 평평한 측면에 지지되기 때문에, 롤러(16)가 레이저빔(4)이 집중되는 초점위치에 매우 가까운 상부 용접부재에 접촉하는 접촉위치(42)에서 용접부재에 압력을 가할 수 있게 된다. 결국, 레이저빔 조사장치(17)는 항상 용접경로(40)의 초점위치(4a)에 집중될 수 있고, 레이저빔(4)이 용접부재의 용접될 표면의 변화 때문에 용접경로(40)로부터 집중되는 초점의 편향을 방지할 수 있게 된다.
또, 본 발명의 용접헤드는 레이저빔이 수평과 수직방향에 집중되는 초점위치를 쉽게 변경시킬 수 있어 다른 레이저빔도 쉽게 다룰 수 있게 된다.

Claims (20)

  1. 용접부재(2,3)의 겹치는 부분을 함께 누르기 위해 용접경로(40) 근방의 용접부재를 따라 이동할 수 있는 가압장치(12)와, 상기 용접경로(40) 근방의 용접부재쪽으로 상기 가압장치(12)를 누르기 위해 가압장치(12)에 압력을 가하는 가압유니트(6) 및, 상기 가압장치(12)와 함께 이동하는 상기 가압유니트(6)에 장착된 레이저빔 조사장치(17);를 포함하여 이루어지되, 상기 가압유니트(6)는 상기 가압장치(12)에 압력을 가하는 에어실린더장치(9)를 포함하도록 되어 있는 레이저용접헤드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가압유니트(6)는 지지부재(8)와, 이 지지부재(8)에 대해 상대이동할 수 있는 이동부재(11)를 포함하고, 상기 에어실린더장치(9)는 상기 지지부재(8)에 지지되는 에어실린더와 상기 이동부재(11)에 일단이 고정되는 피스톤로드(9a)를 구비하며, 상기 가압장치(12)는 상기 이동부재(11)에 지지되고, 상기 레이저빔 조사장치(17)는 상기 이동부재(11)에 장착되도록 되어 있는 레이저용접헤드.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 에어실린더장치(9)는 공기압조절수단(30)에 연결되고, 이 공기압조절수단(30)은 상기 이동부재(11)에 압력을 가하기 위해 상기 에어실린더장치(9)에 공급된 압축공기의 압력을 조절하도록 되어 있는 레이저용접헤드.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 이동부재(11)는 상기 지지부재(8)에 형성된 선형가이드(10)를 따라 상기 지지부재(18)에 대해 상대이동가능하게 되어 있는 레이저용접헤드.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 에어실린더장치(9)의 피스톤로드(9a)의 행정이 상기 피스톤로드(9a)의 압력수용 표면의 직경보다 작은 레이저용접헤드.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 에어실린더장치(9)의 피스톤로드(9a)의 행정이 1 내지 5cm의 범위에 있는 레이저용접헤드.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 지지부재(8)가 상기 로봇아암의 선단(1)에 장착되도록 되어 있는 레이저용접헤드.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 가압유니트(6)의 레이저빔 조사장치(17)의 위치가 미세조정장치에 의해 조정되는 레이저용접헤드.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 미세조정장치는 상기 레이저빔 조사장치(17)를 용접경로(40)에 대해 수평방향으로 이동시키고 또 수직방향으로 이동시키는 제 1 및 제 2미세조정구동유니트(20a,20b)로 이루어진 레이저용접헤드.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 레이저빔 조사장치(17)는 상기 가압장치(12)의 위치에 대해 상대이동될 수 있도록 상기 미세조정장치에 의해 상기 가압유니트(6)에 지지되는 레이저용접헤드.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 가압장치(12)에 롤러(16)가 구비되어 있는 레이저용접헤드.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 롤러(16)는 상기 레이저빔 조사장치(17)에 의해 조사된 레이저빔(4)이 이동하는 방향으로 소정각도 경사진 평평한 측면에 지지되는 레이저용접헤드.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 롤러(16)는 평평한 측면이 상기 레이저빔 조사장치(17)에 의해 조사되고 초점이 맞는 레이저빔(4)의 프로파일을 따라 뻗도록 지지되는 레이저용접헤드.
  14. 제 13항에 있어서, 레이저빔(4)의 초점이 맞지 않을 때 상기 롤러(16)가 접촉되는 용접부재(2,3)의 일부가 레이저빔(4)에 노출되도록 되어 있는 레이저용접헤드.
  15. 제 2항에 있어서, 상기 가압장치(12)는 상기 이동부재(11)에 고정된 롤러지지부(15)와, 이 롤러지지부(15)에 회전을 위해 지지된 롤러(16)를 구비하는 레이저용접헤드.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 롤러지지부(15)는 L자형상의 가로부를 갖는 상부부재(15a)와, L자형상의 가로부를 갖고 상기 이동부재(11)에 대해 바깥으로 경사진 표면을 가지며 상기 상부부재(15a)에 결합되는 중간부재(15b) 및, 수직에서 경사진 평평한 측면을 갖는 롤러(16)를 지지하기 위해 상기 중간부재(15b)의 경사진 표면에 결합된 롤러지지부재(15c)를 포함하는 레이저용접헤드.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 레이저빔 조사장치(17)는 YAG(이트륨-알루미늄-가닛)레이저에 의해 레이저빔을 조사하는 레이저용접헤드.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 가압유니트(6)가 상기 로봇아암의 선단(1)에 장착되도록 되어 있는 레이저용접헤드.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2용접부재(2,3)의 겹치는 부분이 함께 용접되도록 되어 있는 레이저용접헤드.
  20. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 따른 레이저용접헤드를 구비한 로봇.
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