일반적으로 "온더플라이"라는 용어는 전체 프로세스를 중단하거나 중단하지 않고 동적으로 실시간으로 작업을 수행하는 것을 의미합니다. 자동화 제조 분야에서 온더플라이 레이저 용접은 공작물이나 용접 헤드가 움직이는 동안 연속 용접을 가능하게 함으로써 이 개념을 구현합니다.
업계에서 더 빠르고 스마트한 생산을 지속적으로 추진함에 따라 이 용접 방법은 첨단 제조 환경에서 각광받고 있습니다. 이 글에서는 즉석 레이저 용접이 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 제조업체에 제공하는 주요 이점에 대해 설명합니다.
온더플라이(OTF) 레이저 용접이란 무엇인가요?
즉석 용접 또는 스캐너 용접이라고도 하는 OTF 용접은 레이저 스캐닝 시스템을 사용하여 용접 프로세스 헤드 또는 대상 부품이 계속 움직이는 동안 용접을 수행하는 자동화된 레이저 용접 프로세스입니다.
즉석 용접의 기본 원리를 이해하려면 먼저 다른 일반적인 자동화된 레이저 용접 방법을 살펴볼 필요가 있습니다. 이러한 방법은 레이저 용접에 대한 "스톱 앤 스타트" 접근 방식으로 생각할 수 있습니다.
고속: 고정 용접 헤드를 사용한 스톱 앤 스타트 레이저 용접
가장 간단하고 일반적인 레이저 용접 방법인 고정식 레이저 용접 헤드는 빔을 광학장치 바로 아래에 고정된 위치로 향하게 합니다. 작은 시야를 사용하여 용접 이음새 패턴을 만드는 '워블 용접' 용도로 설계된 용접 헤드의 경우 몇 가지 예외가 있습니다.
빔의 스폿 크기보다 큰 용접을 하거나 일련의 개별 용접을 하려면 고정 용접 헤드 또는 용접 중인 부품을 이동해야 합니다. 전자는 비교적 쉽게 달성할 수 있기 때문에 더 일반적입니다.
더 빠른 속도: 스캐닝 헤드를 사용한 스톱 앤 스타트 레이저 용접
스캐너 및 갈보 스캔 헤드라고도 하는 레이저 스캐닝 헤드는 검류계를 사용하여 세심하게 배치된 일련의 거울을 회전시켜 레이저 빔을 편향시킵니다. 이 설계를 통해 넓은 시야에 걸쳐 빔을 유도하거나 "스캔"할 수 있습니다. 따라서 스캐닝 광학 장치를 사용하면 스캐닝 헤드와 부품이 모두 고정된 상태에서 긴 이음새, 복잡한 용접 패턴 및 많은 개별 용접을 생성할 수 있습니다.
스캐너 용접은 일반적으로 배터리 용접과 같이 처리량이 많은 고급 애플리케이션에 사용됩니다. 그러나 스캐닝 헤드를 사용한 용접은 시스템을 정지시켜야 하는 빈도를 줄이기는 하지만 용접이 완전히 필요 없는 것은 아닙니다. 또한 스캐닝 헤드의 시야각 가장자리에서 용접하면 빔의 초점이 미세하게 왜곡되어 공정 시간이 촉박한 고정밀 애플리케이션에서 문제를 일으킬 수 있습니다.
시야각의 가장자리에서 직면하는 문제는 스캐너의 작은 부분만 사용하면 줄일 수 있습니다. 이렇게 하면 더 균일한 지점을 만들 수 있지만 용접 영역을 커버하기 위해 스캐너를 더 자주 재배치해야 합니다. 스캐너 위치 변경은 상대적으로 느린 프로세스이므로 전체 처리량이 크게 감소합니다.
최고 속도: 스캐닝 헤드를 사용한 즉석 용접
다행히 레이저 스캐닝의 성능을 더욱 향상시켜 광학 장치가 움직이거나 부품이 그 아래에서 움직이는 동안에도 복잡한 용접 패턴을 만들 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 시스템을 정지해야 하는 빈도가 크게 줄어듭니다.
즉석 용접에 레이저 스캐닝 헤드를 사용할 때는 일반적으로 시야의 좁은 부분만 활용합니다. 즉, 시스템 요소가 움직이는 동안에도 광학 장치는 대부분 용접 대상 바로 위에 유지됩니다. 따라서 빔이 스캐너 시야의 가장자리로 향할 때 발생하는 레이저 스폿의 특성 왜곡을 거의 제거할 수 있습니다.
즉석 용접은 레이저 빔의 초점과 경로를 모두 동적으로 조정하기 때문에 스캐닝 헤드와 부품의 상대적 거리를 변경하지 않고도 부품 높이 변화와 3차원 부품 형상을 자동으로 고려할 수 있습니다.
즉석 용접 작동 방식
스캐너나 부품이 움직이는 동안 용접할 때는 광학 장치에서 생성된 빔 패턴이 해당 움직임을 보정해야 합니다. 이를 위해서는 시스템 구성 요소의 긴밀한 통합이 필요합니다.
배터리 용접과 같이 정확도가 높고 처리량이 많은 애플리케이션의 경우 갠트리-스캐너 조합이 최적인 경우가 많습니다. 이 예에서는 스캐너 컨트롤러가 스캐너의 위치와 속도를 추적하고 빔 궤적을 보정하여 정확한 위치에 정확한 용접 모양을 생성합니다. 기존의 스캐너 용접 기술은 고정된 위치에서 원하는 모양을 '그리는' 비교적 간단한 작업이지만, 즉석 용접은 실시간 계산을 기반으로 최종 용접과 다른 경로를 따라 빔을 안내해야 합니다.
이 개념을 설명하기 위해 스캐너 용접 응용 분야에서 매우 일반적인 모양인 원형 용접 이음새를 예로 들어 보겠습니다. 위 그림의 왼쪽에서 볼 수 있듯이 스캐너 소프트웨어가 빔을 안내하여 루프 모양을 만듭니다. 오른쪽에 표시된 최종 용접 결과는 원하는 완벽한 원입니다.
빔 경로와 빔 속도를 계산하는 구체적인 방법은 속도, 궤적, 최종 용접의 원하는 모양 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 갠트리, 로봇 또는 컨베이어와 같은 모션 유형도 중요합니다.
즉석 용접의 이점
효율성 및 처리량 증가: 즉석 용접은 필요한 시작 및 중지 횟수를 획기적으로 줄임으로써 부품이나 광학장치의 위치를 변경하는 데 소요되는 비생산적인 간격을 효과적으로 제거합니다. 대량의 개별 부품을 용접하거나, 동일한 부품을 여러 번 용접하거나, 긴 연속 용접을 많이 해야 하는 생산 라인의 경우 일반적으로 즉석 용접을 통해 생산성을 몇 배 이상 높일 수 있습니다.
향상된 정밀도 및 신뢰성: 온더플라이 용접은 연속 동작을 고려하여 용접 파라미터를 지속적으로 계산하고 조정합니다. 그 결과 최적의 빔 특성을 유지하면서 레이저 빔이 정확하게 조준됩니다. 또한 스캐닝 헤드가 제한된 시야를 사용하기 때문에 용접 결과가 더욱 일관되고 예측 가능하므로 좁은 공정 창 내에서 더 쉽게 작업할 수 있습니다.
유연성: 배터리 버스바 용접과 같이 큰 부품에 많은 개별 용접을 수행해야 하는 애플리케이션에서 스캐닝 헤드가 움직이는 동안에도 즉석 용접을 사용할 수 있습니다. 회전 컨베이어를 따라 이동하는 개별 배터리 셀을 용접하는 경우처럼 스캐닝 헤드가 고정된 상태에서 여러 개의 작은 부품을 아래로 이동하는 동안에도 OTF 용접을 사용할 수 있습니다.
또한 즉석 용접은 3축 갠트리 및 직교 시스템 모션과 로봇 시스템 모션 모두에서 작동합니다.
다른 레이저 용접 기술과의 호환성: 온더플라이 용접은 빔 특성을 변경하고 용접 프로세스를 모니터링하는 다른 유용한 레이저 용접 기술과 함께 사용할 수 있습니다.
예를 들어, 즉석 용접은 용접 품질을 개선하고 스패터를 줄이는 듀얼 빔 레이저와 호환됩니다. 또한 OTF 용접은 제조업체가 용접 깊이와 같은 주요 용접 특성을 추적하는 데 도움이 되는 공정 모니터링의 한 형태인 실시간 직접 레이저 용접 측정과 통합할 수 있습니다.
온더플라이 용접의 현재 기능
즉석 용접 기술은 소수의 레이저 기술 제공업체만이 제공합니다. 즉석 용접을 가능하게 하는 고급 계산과 프로그래밍은 강력하면서도 정확한 성능과 기능에 대한 철저한 보안을 보장합니다.
IPG 포토닉스에서 개발한 즉석 용접 기술의 경우 나선형과 같은 복잡한 용접 패턴을 용접할 때에도 분당 최대 1,000개의 용접 속도가 입증되었습니다.
또한 IPG 즉석 용접 기술은 단일 모드 듀얼 빔 AMB 레이저 및 LDD 실시간 용접 측정 (특허 출원 중)과 모두 호환되는 고유한 기술입니다.
온더플라이 용접의 이점을 누릴 수 있는 산업 및 애플리케이션은?
즉석 용접은 비교적 새로운 기술이지만 다양한 산업과 애플리케이션에 상당한 생산성, 품질 및 신뢰성 이점을 제공합니다.
EV 및 배터리 용접: 세계 최대 규모의 전기 자동차 제조업체에서 사용하는 OTF 용접은 e-모빌리티 및 배터리 산업의 매우 까다로운 처리량과 정밀도 요구 사항에 자연스럽게 부합합니다.
특히 듀얼 빔 및 실시간 용접 측정 기술과 결합된 즉석 용접은 배터리 셀 대 버스바 용접, 배터리 셀의 뚜껑 대 캔 용접, 배터리 냉각판 용접, 연료 전지용 양극판 용접과 같은 애플리케이션에 강력한 용접 방법입니다.
자동차: 전기차 산업과 관련이 있지만, 자동차 산업 전반에서도 즉석 용접이 제공하는 향상된 생산 능력의 이점을 누릴 수 있습니다. OTF 용접은 판금 부품의 바디 인 화이트 용접에 매우 적합합니다. OTF 용접은 자동차 엔진과 변속기에 사용되는 다양한 다른 자동차 부품 용접에도 유망합니다.
항공우주: OTF 용접이 제공하는 많은 이점을 항공우주 산업에 필요한 다양한 용접에 적용할 수 있습니다. e-모빌리티 산업과 마찬가지로 항공우주 산업도 높은 처리량과 높은 정밀도를 모두 필요로 하는 경우가 많습니다.
일반 제조: 미세 용접과 구조용접 모두에 사용되는 유연한 용접 방법인 즉석 용접은 생산성 향상의 이점을 누릴 수 있는 많은 일반 애플리케이션에 적합합니다.
즉석 용접 시작하기
IPG 즉석 용접 기술은 생산성이 높은 레이저 용접 솔루션에 사용되는 핵심 구성 요소입니다. 온더플라이 용접이 애플리케이션에 어떤 이점을 제공하는지 자세히 알아보고 싶으신가요?
시작 방법은 간단합니다. 샘플 부품을 보내거나 글로벌 애플리케이션 연구소를 방문하거나 애플리케이션에 대해 알려주시기만 하면 됩니다.
