KR20200036328A - 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치 - Google Patents

레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치에 관한 것으로, 레이저를 이용하여 스트립의 선단부를 폭방향으로 이동하면서 절단하는 레이저 커팅 헤드와, 상기 레이저 커팅 헤드에 일단부가 결합되면서 타단부가 상기 레이저 커팅 헤드의 하단부로 연장되는 지지브라켓과, 상기 지지브라켓의 일단부에 구비되어 상기 스트립과의 거리를 센싱하는 거리측정센서와, 상기 지지브라켓의 타단부에 결합되어 상기 레이저 커팅 헤드의 하단부를 촬영하는 촬영카메라와, 상기 거리측정센서를 통해 센싱된 상기 스트립과의 거리와 상기 촬영카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 상기 레이저 커팅 헤드의 노즐 끝단부와 상기 스트립과의 간격을 유지시키는 간격 유지 컨트롤러를 포함함으로써, 스트립 전단면의 품질을 확보할 수 있고, 스트립과 레이저 커팅 헤드의 충돌 발생을 미연에 방지할 수 있다.

Description

레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치{APPARATUS FOR KEEPING HEAD GAP OF LASER WELDER}
본 발명은 스트립의 표면과 레이저 커팅 헤드의 간격을 촬영 영상을 통해 측정하여 일정하게 유지함으로써, 스트립 전단면의 품질을 확보할 수 있고, 스트립과 레이저 커팅 헤드의 충돌 발생을 미연에 방지할 수 있는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 스트립의 생산 라인에 구비되어 스트립을 연속적으로 생산할 수 있도록 선행 스트립과 후행 스트립의 각 선단부를 절단한 후 서로 용접해야만 한다.
그리고, 용접 품질을 확보하기 위한 스트립 절단 방식은 나이프 방식, 레이저 절단 방식 등이 사용되고 있는데, 나이프 방식의 경우 기계적인 나이프의 마모로 인해 절단면의 직각도 확보가 어렵기 때문에, 레이저 커팅 방식이 사용되고 있다.
이러한 레이저 커팅 방식의 경우 레이저 용접기의 레이저 커팅 헤드와 스트립 표면 간의 간격이 일정하게 유지되어야만 절단된 스트립 전단면의 품질이 양호하게 된다.
하지만, 레이저 커팅 헤드와 스트립 표면 간의 간격이 기 설정된 간격(대략1.0mm)보다 상대적으로 작아질 경우 스트립과 레이저 커팅 헤드가 충돌할 가능성이 높아지고, 버어(burr) 발생 가능성 또한 높아지기 때문에, 절단 후 스트립의 전단면의 품질이 양호하지 않게 되고, 이로 인해 용접 품질이 저하되는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-0740628호(2007.07.11.등록) 2. 한국등록특허 제10-0775457호(2007.11.05.등록)
본 발명은 스트립의 표면과 레이저 커팅 헤드의 간격을 촬영 영상을 통해 측정하여 일정하게 유지함으로써, 스트립 전단면의 품질을 확보할 수 있고, 스트립과 레이저 커팅 헤드의 충돌 발생을 미연에 방지할 수 있는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 레이저 용접기에 구비되는 레이저 커텡 헤드의 하단부를 촬영하고, 기준선과 스트립과의 거리를 센싱한 후에, 촬영된 영상과 센싱된 거리를 이용하여 레이저 커팅 헤드의 노즐 끝단부와 스트립과의 간격을 일정하게 유지시킴으로써, 스트립의 절단 시 스트립과 레이저 커팅 헤드의 충돌 가능성과 버 발생 가능성을 미연에 방지할 수 있으며, 스트립 전단면의 품질을 향상시켜 용접 품질을 향상시킬 수 있는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 스트립의 선단부를 폭방향으로 이동하면서 절단하는 레이저 커팅 헤드와, 상기 레이저 커팅 헤드에 일단부가 결합되면서 타단부가 상기 레이저 커팅 헤드의 하단부로 연장되는 지지브라켓과, 상기 지지브라켓의 일단부에 구비되어 상기 스트립과의 거리를 센싱하는 거리측정센서와, 상기 지지브라켓의 타단부에 결합되어 상기 레이저 커팅 헤드의 하단부를 촬영하는 촬영카메라와, 상기 거리측정센서를 통해 센싱된 상기 스트립과의 거리와 상기 촬영카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 상기 레이저 커팅 헤드의 노즐 끝단부와 상기 스트립과의 간격을 유지시키는 간격 유지 컨트롤러를 포함하는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 간격 유지 컨트롤러는, PLC(programmable logic controller)를 포함하는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 간격 유지 컨트롤러는, 상기 스트립과의 거리를 제 1 거리라고 하고, 상기 거리측정센서가 위치하는 기준선에서 상기 노즐 끝단부까지의 거리를 제 2 거리라고 할 경우 상기 제 1 거리 및 제 2 거리의 차이를 상기 레이저 절단 헤드와 상기 스트립 간의 이격거리로 판단하는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 간격 유지 컨트롤러는, 상기 이격거리를 기 설정된 길이만큼 유지하기 위해 상기 레이저 커팅 헤드를 상하 방향으로 조정하는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 스트립의 표면과 레이저 커팅 헤드의 간격을 촬영 영상을 통해 측정하여 일정하게 유지함으로써, 스트립 전단면의 품질을 확보할 수 있고, 스트립과 레이저 커팅 헤드의 충돌 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저 용접기에 구비되는 레이저 커텡 헤드의 하단부를 촬영하고, 기준선과 스트립과의 거리를 센싱한 후에, 촬영된 영상과 센싱된 거리를 이용하여 레이저 커팅 헤드의 노즐 끝단부와 스트립과의 간격을 일정하게 유지시킴으로써, 스트립의 절단 시 스트립과 레이저 커팅 헤드의 충돌 가능성과 버 발생 가능성을 미연에 방지할 수 있으며, 스트립 전단면의 품질을 향상시켜 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 용접기를 이용하여 선행스트립과 후행스트립을 절단하는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치를 예시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 헤드 간격을 유지하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 용접기를 이용하여 선행스트립과 후행스트립을 절단하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치를 예시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 헤드 간격을 유지하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치는 레이저 커팅 헤드(110), 지지브라켓(120), 거리측정센서(130), 촬영카메라(140), 간격 유지 컨트롤러(150) 등을 포함할 수 있다.
레이저 커팅 헤드(110)는 레이저를 이용하여 스트립(10)의 선단부를 폭방향으로 이동하면서 절단하는 것으로, 레이저 용접기에 구비되는 레이저 커팅 헤드(110)는 선행스트립(10a)와 후행스트립(10b)이 제 1 스트립클램프(20a)와 제 2 스트립클램프(20b)를 이용하여 각각 고정된 상태에서 선행스트립(10a)의 후측 선단부와 후행스트립(10b)의 전측 선단부를 폭방향으로 이동하면서 각각 절단할 수 있다.
여기에서, 레이저 커팅 헤드(110)는 레이저빔을 조사하여 스트립(10)을 용융시키고, 용융된 부분을 질소 가스로 분사하여 불어내는 방식으로 스트립(10)을 절단할 수 있다.
이러한 레이저 커팅 헤드(110)는 스트립(10) 표면과의 거리(D)가 기 설정된 간격(대략 1.0mm)를 일정하게 유지할 수 있도록 구동수단(도시 생략됨, 서보모터 등)을 통해 수직 방향으로 상하 조절될 수 있다.
여기에서, 스트립(10) 표면과의 거리(D)가 1.0mm보다 상대적으로 증가(예를들면, 1.1mm 초과)할 경우 질소 가스를 분사하더라도 충분히 불어내지 못하는 문제점이 있으며, 1.0mm보다 상대적으로 감소(예를들면, 0.9mm 미만)할 경우 레이저 커팅 헤드(110)의 노즐 끝단부와의 충돌 가능성이 매우 증가하는 문제점이 있다.
지지브라켓(120)은 레이저 커팅 헤드(110)에 일단부가 결합되면서 타단부가 레이저 커팅 헤드(110)의 하단부로 연장되는 것으로, 레이저 커팅 헤드(110)의 측면에서 수평으로 연장된 후 수직 하방으로 레이저 커팅 헤드(110)의 하단부 높이까지 연장될 수 있다.
이러한 지지브라켓(120)에는 레이저 커팅 헤드(110)의 측면에서 수평으로 연장되는 부분(즉, 일단부)에 거리측정센서(130)가 구비될 수 있고, 레이저 커팅 헤드(110)의 하단부 높이까지 연장된 부분(즉, 타단부)에 촬영카메라(140)가 구비될 수 있다.
거리측정센서(130)는 지지브라켓(120)의 일단부에 구비되어 스트립(10)과의 거리를 센싱하는 것으로, 레이저 용접기를 이용하여 스트립(10)을 절단하는 중에 레이저를 이용하여 지지브라켓(120)의 일단부 높이(즉, 기준선, R)에서 스트립(10) 표면까지의 거리(d1)를 측정할 수 있다.
여기에서, 지지브라켓(120)의 일단부 높이는 레이저가 조사되는 높이를 기준선(R)으로 설정할 수 있으며, 거리측정센서(130)에서는 선행스트립(10a)과 후행스트립(10b)의 각 선단부의 절단 공정이 진행되는 동안 지속적으로 측정하여 그 측정값을 간격 유지 컨트롤러(150)에 제공할 수 있다.
상술한 바와 같은 거리측정센서(130)에서 측정되는 기준선(R)에서 스트립(10) 표면까지의 거리(d1)는 스트립(10)의 폭방향으로 일정한 평탄도를 갖지 않기 때문에 미세하게 변화될 수 있으며, 이 미세한 반곡 프로파일에 따른 측정값을 유지 간격 컨트롤러(150)로 제공할 수 있다.
촬영카메라(140)는 지지브라켓(120)의 타단부에 결합되어 레이저 커팅 헤드(110)의 하단부를 촬영하는 것으로, 레이저 커팅 헤드(110)의 노즐 끝단부 움직이임으로 지지브라켓(120)의 기준선과 레이저 커팅 헤드(110)의 노즐 끝단부의 거리(d2)를 측정하기 위해서 촬영된 영상을 유지 간격 컨트롤러(150)에 제공할 수 있다.
이러한 촬영카메라(140)는 레이저 용접기를 사용하지 않은 상태에서 용융아연도금라인(CGL 라인)이 가동될 경우 레이저 용접기를 가동하지 않은 상태에서 레이저 커팅 헤드(110)의 노즐 끝단부를 촬영한 후, 촬영된 영상을 기준 영상으로 하여 기준선(R)에서 레이저 커팅 헤드(110)의 노즐 끝단부까지의 거리(d2)를 측정 및 저장할 수 있다. 이는 레이저 용접기를 이용하여 스트립(10)을 절단할 경우에는 절단 시 발생하는 흄(fume)으로 인해 정확한 영상을 촬영하기 어렵기 때문이다.
간격 유지 컨트롤러(150)는 거리측정센서(130)를 통해 센싱된 스트립과의 거리(d1)와 촬영카메라(140)를 통해 촬영된 영상을 이용하여 레이저 커팅 헤드(110)의 노즐 끝단부와 스트립(10)과의 간격을 유지시키는 것으로, PLC(programmable logic controller)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 간격 유지 컨트롤러(150)는 스트립(10)과의 거리를 제 1 거리(d1)라고 하고, 거리측정센서(130)가 위치하는 기준선(R)에서 레이저 커팅 헤드(110)의 노즐 끝단부까지의 거리를 제 2 거리(d2)라고 할 경우 제 1 거리(d1) 및 제 2 거리(d2)의 차이를 레이저 절단 헤드(110)와 스트립(10) 간의 이격거리(D)로 판단할 수 있다.
이에 따라 간격 유지 컨트롤러(150)는 이격거리(D)를 기 설정된 길이(대략 1.0mm)만큼 유지하기 위해 레이저 커팅 헤드(110)를 상하 방향으로 조정하도록 레이저 커팅 헤드(110)를 수직 방향으로 이동시키는 구동수단(예를 들면, 서보모터 등)을 제어할 수 있다.
아울러, 간격 유지 컨트롤러(150)에서는 레이저 커팅 헤드(110)가 스트립(10)의 폭방향으로 이동할 경우 안내하는 이동가이드(도시 생략됨)의 미세한 오차에 대해 폭방향의 가이드 편차를 보정하여 스트립(10)과 레이저 커팅 헤드(110)의 이격거리(D)를 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명은 스트립의 표면과 레이저 커팅 헤드의 간격을 촬영 영상을 통해 측정하여 일정하게 유지함으로써, 스트립 전단면의 품질을 확보할 수 있고, 스트립과 레이저 커팅 헤드의 충돌 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저 용접기에 구비되는 레이저 커텡 헤드의 하단부를 촬영하고, 기준선과 스트립과의 거리를 센싱한 후에, 촬영된 영상과 센싱된 거리를 이용하여 레이저 커팅 헤드의 노즐 끝단부와 스트립과의 간격을 일정하게 유지시킴으로써, 스트립의 절단 시 스트립과 레이저 커팅 헤드의 충돌 가능성과 버 발생 가능성을 미연에 방지할 수 있으며, 스트립 전단면의 품질을 향상시켜 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
10 : 스트립
10a : 선행스트립
10b : 후행스트립
110 : 레이저 커팅 헤드
120 : 지지브라켓
130 : 거리측정센서
140 : 촬영카메라
150 : 간격 유지 컨트롤러

Claims (4)

  1. 레이저를 이용하여 스트립의 선단부를 폭방향으로 이동하면서 절단하는 레이저 커팅 헤드와,
    상기 레이저 커팅 헤드에 일단부가 결합되면서 타단부가 상기 레이저 커팅 헤드의 하단부로 연장되는 지지브라켓과,
    상기 지지브라켓의 일단부에 구비되어 상기 스트립과의 거리를 센싱하는 거리측정센서와,
    상기 지지브라켓의 타단부에 결합되어 상기 레이저 커팅 헤드의 하단부를 촬영하는 촬영카메라와,
    상기 거리측정센서를 통해 센싱된 상기 스트립과의 거리와 상기 촬영카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 상기 레이저 커팅 헤드의 노즐 끝단부와 상기 스트립과의 간격을 유지시키는 간격 유지 컨트롤러
    를 포함하는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 간격 유지 컨트롤러는, PLC(programmable logic controller)를 포함하는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 간격 유지 컨트롤러는, 상기 스트립과의 거리를 제 1 거리라고 하고, 상기 거리측정센서가 위치하는 기준선에서 상기 노즐 끝단부까지의 거리를 제 2 거리라고 할 경우 상기 제 1 거리 및 제 2 거리의 차이를 상기 레이저 절단 헤드와 상기 스트립 간의 이격거리로 판단하는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 간격 유지 컨트롤러는, 상기 이격거리를 기 설정된 길이만큼 유지하기 위해 상기 레이저 커팅 헤드를 상하 방향으로 조정하도록 제어하는 레이저 용접기의 헤드 간격 유지 장치.
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