KR0137686B1 - 가변개선폭에 대한 용접선추적과 다층용접을 위한 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접부재의 가공이나 취부오차에 따른 개선폭 변화와 용접선오차에 대응하여 용접선을 추적하면서 다층용접할 수 있는 알고리즘 적용에 의한 용접 제어방법에 관한 것이다. 용접부재의 가공,취부 오차에 대응하여 용접선추적을 위한 위빙끝단 검출을 위하여 기준용접전류(Ie)를 설정하고 위빙보정량(Dr)에 의해 위빙을 보정하고, 개선폭 변화에 따른 용착량 두께를 일정하게 유지하기 위한 갭변화에 따른 가변속도(Vc2)제어와 다층적층을 위하여 n층까지의 전체높이(Hn), n층의 폭(Wn), 높이(hn)에 대한 제어방법의 적용에 의해 다층용접을 하는 것을 특징으로 하는 가변개선폭에 대한 용접선추적과 다층용접을 위한 제어방법.

Description

가변개선폭에 대한 용접선추적과 다층용접선을 위한 제어방법

제 1 도는 본 발명의 위빙 끝단 검출도

제 2 도는 본 발명 부재의 개선폭 변화도

제 3 도는 본 발명의 다층용접시 각층의 용착 예시도

제 4 도는 본 발명의 다층용접 수순도

본 발명은 자동용접장치를 작동시키는 방법 수순으로서 용접부재의 가공이나 취부오차에 따른 개선폭 변화와 용접선오차에 대응하여 용접선을 추적하면서 다층용접할 수 있는 연산방법 적용에 의한 다층 용접 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 불활성가스를 사용하는 용접에서는 용접의 품질을 향상시키기 위하여 용접토치에 위빙기능을 부여하며, 용접부재의 가공정밀도와 취부가 최적으로 되어 있어서 용접선의 직선성이나 개선부 양단의 갭변화가 거의 없는 경우에는 용접주행장치의 일정한 용접속도로 용접주행장치를 구동시키고 용접토치의 고정위빙방법을 적용할 수 있으나, 실제 작업현장 조건에서는 부재의 가공정밀도와 취부오차에 따른 개선폭의 변화로 가변위빙의 적용과 용접속도의 가변제어가 요구된다.

전기한 요건들은 단순한 연산방법이나 기계장치로는 대응이 곤란하고 현장 작업조건을 충족시킬 수 있는 시스템의 제작과 정확한 연산방법 적용에 의한 대응이 필요하다.

종래의 후판 용접은 주로 수작업이나 반자동에 의존해 왔으며, 자동으로 용접할 수 있는 장비가 일부 개발되어 있으나 실시간 제어가 아니고 단순 연산방법에 의해 구현되었기 때문에 제한된 개선형밖에 적용될 수 없는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점 및 미비한 부분을 해결하기 위하여 설정된 연산방법으로서 실시간 제어로 위빙끝점을 검출하고, 검출된 가변위빙폭에 의하여 용접속도를 제어하면서 용접선을 추적하며 다층으로 자동용접할 수 있는 제어방법을 창출한 것이다.

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 의거하여 연산방법에 의한 제어방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도에는 본 발명의 용접선추적에 사용된 아-크센서를 이용한 위빙끝점 검출도이다.

기본원리는 용접현상시 팁-모재간의 거리변화에 따른 전류의 변화를 이용하며, 위빙끝단 개선면에서 얻어진 용접전류를 미리 설정한 기준용접전류와 비교하여 위빙끝단의 이동해야할 양을 계산한다.

이렇게 계산된 위빙이동 보정량은 다음 위빙주기에서 적용 되고, 용접장 내에서 검출전류에 의한 위빙거리의 보정을 반복 실행 하면서 용접선을 추적한다.

P지점 높이에서 설정높이값(He)는 개선면의 끝단에서 아-크센서에 의하여 위빙 끝단점을 검출할 수 있도록 하는 임의의 높이 설정값이며, 기준높이에서 기준 용접전류(Ie)의 설정은

Ie: 기준용접전류

Is: 기선중간 P3지점에서의 평균용접전류

K: 거리변화에 대한 용접전류 변환상수

He: 설정 높이값

위빙시 개선면의 끝단 P1지점에서 검출전류(Ir1)는 P지점의 표준검출전류(Ir)를 기준으로 하여 왼쪽에 위치해 있다.

이것은 표준검출전류(Ir)의 위치보다 좌측에 위치해 있어서 위빙폭을 오른쪽으로 Dr1만큼 보상해 주어야 함을 의미하며, 이와는 반대로 P2지점에서 용접전류(Ir2)는 표준검출전류(Ir)보다 오른쪽으로 치우쳐져 있어서 현재 위빙폭이 너무 크다는 것을 의미하기 때문에 다음 위빙주기때 치우친 폭 Dr2만큼 좌측으로 보상해 주어야 한다.

또한 P지점에서의 검출전류(Ir)는 기준용접전류(Ie)와 같음을 의미한다.

위빙의 보정량(Dr은 다음과 같은 수식으로 표현된다.

Ir: 위빙끝단에서의 검출전류

θ: 개선각

제 2 도에서는 초기의 갭(G1)과 용접진행시의 갭(G2)이 변화하는 것을 나타내며, 용접주행장치의 속도는 용접부 개선내에서 용착되는 용착금속량의 두께에 중요한 변수로서 작용한다.

용접장 양단의 개선폭 변화가 있는 부재에 일정한 속도로 용접을 진행시킨 경우에는 용접 속도범위가 맞지 않은 곳에서 개선폭의 과대 과소에 따른 용접결함을 가져온다.

그러므로 최적의 용입과 용접을 얻기위하여 개선폭의 변화에 따라 용접속도의 적절한 제어가 요구되고, 용접장에서 갭이 변화는 부재의 다층용접을 위해서는 초층부터 두께가 일정한 높이로 적층하기 위한 용착량 일정제어는 필수적이므로 이러한 목적을 위하여 여러가지 변수중에서 주행장치의 속도를 변화시켜 용접소고를 제어하였다.

제 2 도에 도시된 바와같이 초기의 갭(G1)인 곳에서 면적을 A1, 용접속도를 Vc1, 단위시간당의 용착량을 Q1, 용접진행시 임의의 순간에 폭이 변화된 갭(G2)에서 면적을 A2, 속도를 Vc2라 하고 단위시간당의 용착량을 Q2라 하면 용착두께 h를 일정하게 하기 위한 조건은 용착량 Q1과 Q2가 같아야 한다.

그러므로

갭 변화에 따른 가변속도 Vc2는

기화학적 조건에서 G1:G2는 W1:W2와 같아서 다음과 같이 나타낼 수 있다.

제 3 도에서는 밑면에서부터 임의의 n층의 적층에 대한 것으로 초층의 가변속도정보와 위빙끝점의 위치정보는 다층용접 구현을 위하여 컴퓨터 메모리에 순차적으로 저장하게 되는데, 이것은 다층용접시 기억재생 기능으로 부터 불리어져 다층의 적층에 적합한 연산방법과 결합되어 다층 용접을 수행하게 된다.

다층으로의 용접은 초층의 정보를 바탕으로 컴퓨터 계산에 의한 정해진 순서에 따라 연속적으로 이루어지게 된다.

개선 양단의 갭의 변화에 대하여 일정한 두께의 용착량이 되도록 하는 용접속도제어 뿐만아니라 다층용접시에 팁-모재간에 거리를 일정하게 유지하여 아-크의 안전성과 정확한 용접전류가 출력되도록 토치높이도 제어되어야 하기 때문에 이러한 요건을 만족시키기 위하여 임의의 n번째 층까지 용접된 용착량 높이와 n층의 위빙폭을 알기위한 연산방법이 필요하게 된다.

n층 까지 전체 높이를 Hn으로 표시할 수 있고,

1층의 폭을 표현하면,

그러므로 n층의 폭은,

로 나타낼 수 있다.

n층의 높이 hn을 구하기 위하여 단위시간에 모재에 용착되는 양은 단위시간에 와이어 송급장치에서 송급되는 양과 같다는 관계에서 용착면적 A, 용접속도 Vc, 용착효율 Kw, 와이어면적 Aw, 와이어 송급속도 Vf라 하면,

로 표현될 수 있다.

상기식(9)로 부터 n번째층의 면적 A의 값을 치환하고 hn에 대해 2차 방정식을 풀면

로 나타낼 수 있다.

제 4 도에서는 본 발명의 전체 용접 순서를 나타낸 것으로 초기점 검출에서 용접 완료시까지 나타낸 것이다.

최초 초기검출에 의한 초기점 검출로 토치를 개선중심에 위치시키고, P8지점에서 초기 용접전류를 발생시켜 용접을 시작하며, 1.5초 뒤 P9지점에서 본 전류가 발생하여 구간 Li에서 3회의 위빙주기동안 토치 높이제어를 하게된다.

이어서 실시간 제어로 위빙끝단 검출에 의한 위빙폭을 검출하면서 용접선을 추적하는 것은 설정한 길이 L+2Lt에서 이루어지며, 1패스 용접을 하게 된다.

초층의 용접종료 지점인 P10에서는 아-크의 끊김이 없이 다음층으로 용접이 진행되고, 층이 바뀌는 정지상태에서 끝단부의 용착금속 과다에 의한 용접불량을 제거하기 위하여 Lz 구간에서 마감 전류와 같은 저 전류로서 용접끝단을 처리하며, P11지점에서 본 전류를 발생시켜 초층의 용접선 추적에 대한 정보를 기억재생하고 다층용접 적층 연산방법과 결합시켜 다층용접을 진행하게 된다.

또한 다층의 용접은 현재 용접 진행층에서 다음층으로 용접을 진행할때 아-크를 끊지 않고 각 층마다 용접장 끝단부의 길이를 Lz 만큼씩 감소시켜 용접끝단의 용접불량을 2중으로 제거하였으며, 바로 곧이어 용접을 반대방향으로 계속함으로서 최종층까지 연속적으로용접이 진행되도록 하였다.

마지막 용접종료 P12 지점에서는 저 전류에 의하여 마감 처리를 하고 P13 지점에서 용접을 완전히 종료하는 순서로 구성되어 잇다.

이상과 같이 본 발명은 부재에 대한 가공조건이나 취부오차에 대하여 종래의 수작업이나 반자동에 의존하던 단순장비로는 적용할 수 없는 자동화의 어려움에 대해서 상기한 방법의 적용에 의하여 후판용접을 자동으로 할 수 있으며, 또한 이러한 연상방법 적용은 실시간 제어가 가능하여 부재의 가공 및 취부오차에 따른 개선폭변화와 용접선오차에 대응하여 용접선 추적성능과 다층용접을 자동으로 수행할 수 있으며 생산성 향상에도 큰 효과가 있다.

Claims (1)

1. 자동용접장치로서 용접하는 수순으로서 용접부재의 가공,취부 오차에 대응하여 용접선 추적을 위한 위빙끝단 검출을 위하여 기준용접전류(Ie)를 설정하고 위빙보정량(Dr)에 의해 위빙을 보정하는 단계와 개선폭 변화에 따른 용착량 두께를 일정하게 유지하기 위한 갭변화에 따른 가변속도(Vc2)를 제어하는 단계와 다층적층을 위하여 n층까지의 전체높이(Hn), n층의 폭(Wn), n층의 높이 높이(hn)를 제어하는 단계에 의해 다층용접을 하는 방법에 있어서, 다층적층을 위하여 기준용접전류(Ie)의 산출 수식은이고 위빙 보정량(Dr)의 설정방법은이며

   갭변화에 따른 가변속도(Vc2)의 설정방법은

   n층까지의 전체높이(Hn)의 설정방법은

   n층의 폭(Wn)이고 n층의 높이(hn) 설정방법은

   인 것을 특징으로 하는 가변개선폭에 대한 용접선추적과 다층용접을 위한 제어 방법.