KR100200639B1 - 자동 용접장치의 용접토오치 경로 보정방법 - Google Patents

Abstract

용접작업시 용접 중심선에 대한 위빙운동의 위치 및 각도를 보정할 수 있도록 한 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법에 대해 개시한다. 용접작업시 용접 중심선에 대한 용접 토오치의 위치 및 위빙방향의 각도를 검출하여 이를 전류의 파형으로 출력하는 단계와, 상기 파형과 미리 설정된 기준치의 파형에 따른 적분치를 비교 분석하고 이 적분치에 따른 보정치의 제어신호를 출력하는 단계와, 상기 제어신호에 의해 용접 토오치의 위빙각도 및 위치를 제어하는 단계를 포함한 것으로, 이에 따르면 용접작업시 용접 중심선의 추적이 신속 및 용이하고, 용접상태가 양호해지는 효과를 갖는다.

Description

자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법{Welding torch process revison method of on auto welding machine}

본 발명은 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법에 관한 것으로, 특히 아크센서의 아크전류 파형에 따라 위빙방향의 각도를 변경하여 용접경로의 보정이 가능하도록 한 자동용접장치의 용접경로 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동용접장치는 적분법을 이용한 아크센서로 용접 중심선을 추적하여 보정하고, 이 보정값의 변화에 따라 용접 토오치가 좌, 우로 위빙(Weaving)운동을 한다.

앞서 기술한 아크센서는 용접 토오치가 위빙방향의 이동에 따라 변화되는 아크 전류의 파형을 분석하여 현 위빙 중심선의 위치를 파악한다.

따라서 자동용접장치는 아크센서에 의해 용접 토오치가 용접하는 용접 중심선의 측방향 틀어짐을 파악하여 이를 보정할 수 있다.

이러한 종래 자동용접장치의 일 예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 로봇 아암(10) 선단에 설치되는 토오치 취부구(12)에 의해 이동되는 용접토오치(22)와, 이 용접 토오치(22)의 내부에 배설되는 용접와이어(24)와, 상기 용접와이어(24)를 출입시켜 모재(30)와의 거리를 조절하는 와이어릴(26)과, 상기 용접와이어(24)의 끝단에 설치되어 상기 용접와이어(24)를 가이드하는 통전팁(28)과, 상기 통전팁(28)과 모재(30)에서 발생되는 아크 전류를 검출하여 이를 파형으로 출력하는 전류 검출기(40)와, 상기 파형을 적분하여 판단하고 보정값을 결정하는 제어부(50)를 구비한다.

또한 상기 전류검출기(40)의 변화량에 따라 회로를 절환하는 절환스위치(60)와, 상기 절환스위치(60)에 의해 개폐되는 용접 및 검출용 전원(72, 74)를 더 구비한다.

이러한 구조로 된 자동용접장치의 작동을 설명하면, 먼저 용접전에는 상기 절환스위치(60)를 검출용 전원(74)에 접속하고, 상기 용접와이어(24)가 모재(30)에 접촉되었을 때의 단략전류를 상기 전류검출기(40)로 검출한다.

또한 용접작업을 개시할 때에는 용접와이어(24)를 소량 점차적으로 내보내면서 용접용 전원(72)으로부터 고전압을 지속적으로 발생시킨다. 이것에 의해 용접 와이어(24)선단으로부터 아크가 발생하고, 용접 와이어(24)를 녹여서 모재(30)의 용융부분을 일체로 용접한다.

이 때, 용접 토오치(22)는 도 2에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(10)의 토오치 취부구(12)에 파지되어 용접경로를 따라 좌, 우 위빙운동한다.

이와 같이 위빙운동하는 한 주기동안의 아크 전류는 용접 토오치(22)와 모재(30) 사이의 거리에 비례하는 적분치의 파형으로 변화한다.

도 3은 용접 토오치(22)의 위치에 따른 아크 전류의 패턴을 도시한 것으로, t0에서 t2까지는 용접 토오치(22)가 용접중심선에 대해 좌측에 있을 때이고, t2에서 t4까지는 용접 토오치(22)가 우측에 있을 때를 도시한 것이다.

또한 실선은 용접 토오치(22)가 정위치에 있을 때고, 파선은 용접 토오치(22)가 용접 중심선에 대해 좌측으로 이동되었을 때의 파형을 도시한 것이다.

용접작업시 아크 전류의 파형은 용접 토오치(22)의 위치에 대응되게 변화되고, 이에 따른 적분치(A, B)를 각각 갖는다.

상기 적분치(A, B)는 각각 제어부(50)에 각각 입력되어 그 적분량에 대응되는 제어신호를 토오치 취부구(12)에 출력하여 이동거리를 증감한다.

다시 말하면, 상기 제어부(50)에서 용접기(100)가 용접 중심선에 근접하도록 용접 토오치(22)의 위치를 이동시키는 로봇 아암(10)을 제어한다.

한편 상기한 바와 같은 종래의 자동용접장치는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

첫째, 위빙운동은 용접 토오치가 이동한 거리만을 아크 센서에 의해 측정하였으므로 용접 중심선 추적이 어려운 문제점이 있었다.

둘째, 상기한 용접에 있어 용접 중심선의 틀어짐이 상당하다면 용접 토오치를 제어하더라도 용접의 위빙 방향이 틀어지므로 추적되는 시간만큼의 용접상태가 불량하게 되는 문제점을 갖는다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로서, 다음과 같은 기술적 과제를 갖는다.

첫째, 위빙운동의 방향 각도까지 판단하여 보정함으로써 보정값을 정밀 계산할 수 있으므로 틀어진 각도의 보상이 용이한 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법을 제공한다.

둘째, 용접부위의 형상이 다양하더라도 용접 중심선에 근접하고 양호한 용접상태를 유지하도록 한 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법을 제공한다.

도 1은 자동용접장치의 대략적인 구성을 나타낸 구성도.

도 2는 자동용접장치의 작동상태를 개략적으로 표시한 도면.

도 3은 아크 전류의 파형을 도시한 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법의 원리를 설명한 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

220 : 로봇 아암 300 : 용접기

310 : 용접 토오치 400 : 아크 센서

상기 목적을 달성하는 본 발명의 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법은, 좌우로 위빙되면서 전진하는 용접 토오치의 선단과, 모재의 용접면이 실제로 이루는 거리의 변화에 따라 발생되는 아크전류값을 아크 센서로 검출하여 그 아크전류값의 변화에 대한 파형을 출력하는 단계; 용접토오치의 선단이 기준 용접중심선을 따라 위빙되면서 전진할 때 발생되는 아크전류값의 변화에 대한 기준 파형과, 상기 아크센서로 검출된 실제 아크전류값의 변화에 대한 파형을 비교하여 상기 용접중심선에 대한 용접 토오치의 위치와 위빙방향의 각도를 검출하는 단계; 용접토오치의 위빙중심의 위치가 상기 용접중심선으로부터 소정 거리 벗어날 때, 용접토오치의 선단이 상기 기준 용접중심선을 따라 위빙되면서 전진할 때의 위빙방향의 각도와 동일한 각도를 가지도록 용접토오치 선단의 자세를 보정함과 동시에, 용접 토오치의 위빙중심이 상기 용접중심선측으로 이동되도록 용접 토오치의 선단의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법은 도 1에 도시된 통상의 자동용접장치의 필수 구성요소를 공히 가지므로 이를 적용하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법은, 모재(1000)의 용접 중심선에 대한 토오치(310)의 위치 및 위빙방향의 각도를 전류검출기(400)로 용접작업시 발생되는 아크전류를 검출하여 그 전류에 따른 파형을 출력하는 단계와, 상기 전류검출기(400)로 출력한 파형과 미리 설정된 용접중심선에서의 파형(기준치)을 비교 분석하여 제어부(210)에서 적분 보정하고 이 보정치에 대응되는 제어신호를 출력하는 단계와, 상기 제어부(210)에서 용접기(300)를 입체적으로 위치 및 각도를 제어하는 단계를 구비한다.

더욱 상세하게 설명하면 상기 전류검출기(400)는 용접기의 용접 토오치(310)와 모재(1000)와의 고전압으로 인해 발생되는 아크 전류를 검출하는 아크 센서(400)를 사용한다.

상기 제어신호를 출력하는 단계는 상기 아크 센서(400)에서 보내온 전류의 파형을 기준치의 파형과 비교 분석하고 연산한 제어신호를 로봇 아암(220)에 전달하는 제어부(210)를 구비한다.

상기 용접기(300)를 제어하는 단계는 상기 제어부(210)로부터 제어신호를 전달받아 용접중심선에 근접한 위치로 이동하는 로봇 아암(220)의 토오치 취부구(230)를 구비한다.

도 4 참조, 용접 토오치(310)가 모재(1000)의 용접중심선에 평행하게 이동한 용접 거리를 y라 하고, 상기 y에 대해 용접 토오치(310)의 틀어진 거리를 x라 하며, 상기 y와 x사이의 각을 θ라 한다.

상기 y는 그 이동한 거리를 로봇(200)의 제어부(210)에서 기억하고, 상기 x의 값은 아크 센서(400)에서 아크 전류의 파형으로 검출한다.

상기 θ는 아크 센서(400)에서로 연산하고 이를 측정하여 상기 제어부(210)로 입력한다. 이에 따라 상기 제어부(210)는 용접기(300)를 미리 교시된 제 1위빙벡터(w1)의 방향에서 이 θ의 각도만큼 제 2위빙벡터(w2)의 방향으로 보정하도록 제어한다.

즉 상기 제어부(210)에서 제 2위빙벡터(w2)의 방향으로 로봇 취부구(230)가 위빙되도록 이동시켜 용접 토오치(310)가 용접 중심선에 대해 동일 축상에 위치하도록 한다.

따라서, 상기 용접기(300)는 용접 중심선으로부터 틀어지는 거리(x)와 대응하여 상기 거리(x)에 비례되는 각도로 가변되고, 이에 따라 용접 토오치(310)가 용접 중심선에 대해 상당량 틀어졌을 때 용접중심선에 가장 가까운 각도로 보정되어 위빙운동의 각도가 결정된다.

상기한 본 발명의 자동용접장치의 용접경로 보정방법을 적용하면 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 용접 중심선에 대한 용접 토오치의 틀어짐이 상당하더라도, 이에 따른 각도가 가변되므로 양호한 용접상태를 얻을 수 있다.

둘째, 용접 토오치의 위치 및 방향의 각도를 검출할 수 있으므로 용접 중심선의 추적이 신속하고 용이한 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 좌우로 위빙되면서 전진하는 용접 토오치의 선단과, 모재의 용접면이 실제로 이루는 거리의 변화에 따라 발생되는 아크전류값을 아크 센서로 검출하여 그 아크전류값의 변화에 대한 파형을 출력하는 단계;

   용접토오치의 선단이 기준 용접중심선을 따라 위빙되면서 전진할 때 발생되는 아크전류값의 변화에 대한 기준 파형과, 상기 아크센서로 검출된 실제 아크전류값의 변화에 대한 파형을 비교하여 상기 용접중심선에 대한 용접 토오치의 위치와 위빙방향의 각도를 검출하는 단계;

   용접토오치의 위빙중심의 위치가 상기 용접중심선으로부터 소정 거리 벗어날 때, 용접토오치의 선단이 상기 기준 용접중심선을 따라 위빙되면서 전진할 때의 위빙방향의 각도와 동일한 각도를 가지도록 용접토오치 선단의 자세를 보정함과 동시에, 용접 토오치의 위빙중심이 상기 용접중심선측으로 이동되도록 용접 토오치의 선단의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법.