KR100263534B1 - 용접 로보트를 위한 용접전원 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접기 전원장치로 입력되는 지령 전압치와 전류치를 스스로 보정하여 작업공으로부터 지령받은 용접 조건과 실제 용접에 사용되는 전압 및 전류가 같아지도록 하는 용접 로보트를 위한 용접 전원 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 용접 전원 제어장치는 전압/전류 검출부와 전압/전류 보정부로 구성된다. 상기 전압/전류 검출부는 용접기 전원장치에서 출력되는 전압치와 전류치를 검출한다. 상기 전압/전류 보정부는 용접기 전원장치에서 출력되는 전압과 전류가 용접기 전원장치로 입력된 지령 전압치 및 지령 전류치와 같아지도록 전압/전류 검출부에서 검출된 전압치와 전류치를 보정하여 용접 전원장치의 지령치로 피드백시킨다.
상기와 같이 본 발명은 실제 용접에 사용되는 전압과 전류가 작업공으로부터 지령받은 용접 조건과 다른 경우 스스로 지령 전압과 전류를 적절하게 보정하여 원래 의도된 용접 조건으로 용접 시공이 이루어지도록 하기 때문에 작업공이 별도로 캘리브레이션 작업을 할 필요가 없어 각종 편리를 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

용접 로보트를 위한 용접 전원 제어방법(Method of controlling welding power in welding robot)
본 발명은 용접 로보트에 관한 것으로서, 특히 용접기 전원장치로 입력되는 지령 전압치와 전류치를 스스로 보정하여 작업공으로부터 지령받은 용접 조건과 실제 용접에 사용되는 전압 및 전류가 같아지도록 하는 용접 로보트을 위한 용접전원 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 용접 로보트은 용접 위치의 습관 기능, 자동 제어 기능 등을 갖춘 용접장치로서 주로 점 용접, 납땜, 아아크 용접 등에 적용된다. 여기서, 아아크 용접은 아아크 열을 이용하여 모재를 용접하는 용접 시공을 말한다. 아울러, 아아크 용접 시공시에는 피복 아아크 용접봉과, 플럭스와, 와이어와, 시일드 가스와, 용가재 등이 필요하다.
상기 용접 로보트은 용접 시공을 하기 위하여 여러가지 용접 조건을 필요로 하는데, 그 용접 조건에는 용접 전류, 아아크 전압, 용접 속도, 용접봉 또는 전극 와이어의 크기, 홈의 모양 등이 포함된다. 여기서, 용접 전류는 용접에 필요한 열을 발생시키기 위하여 공급되는 전류를 말하고, 아아크 전압은 아아크의 양극과 음극 사이에 걸리는 전압을 말한다.
상기 용접 로보트에는 작업공으로부터 입력받은 용접 조건을 기억하고 있다가 필요시 그 조건을 재생하여 용접에 필요한 전기 에너지를 공급하는 용접기 전원 장치로 지령 신호를 보내는 제어부가 구비되어 있다. 상기 용접기 전원장치는 인터페이스장치를 통해 지령 신호를 받으면 용접기에 전원을 공급하여 용접 시공이 이루어지도록 한다. 이 때, 상기 제어부에서 용접기 전원장치로 보내지는 지령 신호는 0V∼15V 범위의 아날로그 신호가 주로 사용된다.
한편, 일반적으로 용접 로보트에서 실제 용접에 사용되는 전류와 전압(용접기 전원장치에서 용접기로 공급되는 전류 및 전압)은 작업공에 의해 원래 의도된 용접 전류 및 전압(용접기 전원장치로 입력되는 지령 전류 및 전압)과는 많은 차이가 존재한다.
특히, 용접기 전원장치로 입력되는 지령 전류는 실제용접에 사용되는 전류를 제어한다기 보다는 와이어 로울러를 구동시키는 와이어 송급 모터의 속도를 제어하는데 사용되므로 지령 전류와 실제 용접 전류와는 큰 차이가 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 작업공이 용접시공전에 해당 용접기에 대해 다수회의 튜닝(tuning) 작업을 통해 얻어진 데이터를 이용하여 용접 로보트에 구비된 용접기를 캘리브레이션(calibration)하는 방법이 사용되었다.
그러나, 상기와 같은 방법은 캘리브레이션 작업에 많은 시간이 소요되고, 용접기나 용가재의 종류가 바뀌게 되면 다시 용접기를 캘리브레이션해야 하는 문제점이 있었다. 아울러, 캘리브레이션 작업의 효과가 전적으로 캘리브레이션 작업을 하는 작업공의 손에 달려있기 때문에 숙련된 작업공을 고용하는데 많은 비용이 들고, 수작업으로 인해 오차의 발생 확률이 높은 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 용접기 전원장치에서 출력되는 전기 에너지가 작업공에 의해 의도된 용접 조건과 다를 경우 용접기 전원장치로 입력되는 지령 전압치와 전류치를 스스로 보정하여 용접기 전원장치에서 출력되는 전기 에너지가 원래 의도된 용접 조건과 같아지도록 하는 용접 로보트을 위한 용접 전원 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 용접 로보트을 위한 용접 전원 제어방법은 용접기 전원장치로부터 전압과 전류를 공급받아 모재를 용접하는 용접 로보트의 용접 전원 제어방법에 있어서, 상기 용접기 전원장치에서 출력되는 전압치와 전류치를 검출하는 제1단계와, 상기 용접기 전원장치에서 출력되는 전압과 전류가 상기 용접기 전원장치로 입력된 지령 전압치 및 지령 전류치와 같아지도록 상기 전압/전류 검출부에서 검출된 전압치와 전류치를 보정하여 상기 용접 전원장치의 지령치로 피드백시키는 제2단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2단계는 상기 제1단계에서 검출된 전압치와 전류치를 디지털화하는 제1과정과, 상기 용접기 전원장치로 입력된 지령 전압치 및 지령 전류치와 상기 제1과정에서 디지털화된 전압치와 전류치를 각각 감산하는 제2과정과, 상기 제2과정의 감산 결과치에 다수회의 튜닝 작업 결과 결정된 전압 게인과 전류 게인을 각각 곱하여 전압 보정치와 전류 보정치를 생성하는 제3과정과, 상기 제3과정에서 생성된 전압 보정치와 전류 보정치를 사전 설정된 전압 보정 한계치 및 전류 보정 한계치와 각각 비교하는 제4과정과, 상기 제4과정의 비교결과 전압 및 전류 보정치가 전압 및 전류 보정 한계치를 초과하면 전압 및 전류 보정 한계치에 상기 용접기 전원장치로 입력된 지령 전압치와 지령 전류치를 각각 가산하여 아날로그화한 후 상기 용접기 전원장치의 지령치로 피드백시키는 제5과정과, 상기 제4과정의 비교 결과 전압 및 전류 보정치가 전압 및 전류 보정 한계치보다 작으면 전압 및 전류 보정치에 상기 용접기 전원장치로 입력된 지령 전압치와 지령 전류치를 각각 가산하여 아날로그화한 후 상기 용접기 전원장치의 지령치로 피드백시키는 제6과정으로 이루어지는 것이 바람직하다.
도1은 본 발명이 작용된 용접 로보트의 간략화된 구성도.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 용접 전원 제어장치의 구성을 나타내는 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 용접기 전원장치 20 : 인터페이스장치
70 : 전압/전류 검출부 71 : 전압 검출기
72 : 전류 검출기 80 : 전압/전류 보정부
81a, 81b : 아날로그/디지털 변환기 82a, 82b : 감산기
83a : 전압 보정치 연산기 83b : 전류 보정치 연산기
84a : 전압 보정치 제한기 84b : 전류 보정치 제한기
85a, 85b : 가산기 86a, 86b : 디지털/아날로그 변환기
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명이 적용된 용접 로보트의 간략화된 구성도로서, 참조번호 10은 용접기 전원장치를, 20은 인터페이스장치를, 30은 와이어 로울러를, 40은 와이어 송급 모터를, 50은 토오치(torch)를, 60은 모재를, 70은 전압/전류 검출부를, 80은 전압/전류 보정부를 각각 나타낸다. 여기서, 전압/전류 보정부(80)는 용접 로보트의 제어부에 포함된다.
상기 용접기 전원장치(10)는 +단자에 와이어 송급 모터(40)가 연결되고, -단자에 모재(60)가 연결되어 와이어 송급 모터(40)에 구동 전류를 공급하고 토오치(50)과 모재(60) 사이에 아아크 열이 발생하도록 전기 에너지를 공급한다.
상기 인터페이스장치(20)는 용접기 전원장치(10)와 전압/전류 보정부(80)를 연결해 준다.
상기 와이어 로울러(30)는 와이어 송급 모터(40)에 의해 구동되어 아아크 용접에 사용되는 와이어가 토오치(50)가 연속적으로 송급되도록 하는 로울러이다.
상기 토오치(50)는 와이어가 나오는 부분을 말하고, 대차에 와이어 로울러(30) 및 와이어 송급 모터(40)와 함께 장착되어 용접 헤드를 구성한다.
상기 전압/전류 검출부(70)는 용접기 전원장치(10)의 + 단자 및 - 단자와 연결되어 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전압치와 전류치를 검출한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 용접 전원 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도2에서 참조번호 70은 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전압치와 전류치를 검출하는 전압/전류 검출부를 나타내고, 80은 상기 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전압과 전류(실제 용접에 사용되는 전기 에너지)가 상기 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전압치 및 지령 전류치(작업공에 의해 의도된 용접 조건)와 같아지도록 상기 전압/전류 검출부(70)에서 검출된 전압치와 전류치를 보정하여 상기 용접기 전원장치(10)의 지령치로 피드백시키는 전압/전류 보정부를 나타낸다.
상기 전압/전류 검출부(70)는 보다 구체적으로 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전압치를 검출하는 전압 검출기(71)와, 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전류치를 검출하는 전류 검출기(72)로 구성된다.
상기 전압/전류 보정부(80)는 보다 구체적으로 제1, 2아날로그/디지털 변환기(81a, 81b)와, 제1, 2감산기(82a, 82b)와, 전압 보정치 연산기(83a)와, 전류 보정치 연산기(83b)와, 전압 보정치 제한기(limiter, 84a)와, 전류 보정치 제한기 (84b)와, 제1, 2가산기(85a, 85b)와, 제1, 2디지털/아날로그 변환기(86a, 86b)로 구성된다.
상기 제1아날로그/디지털 변환기(81a)는 전압 검출부(71)에서 검출된 전압치를 디지털화하여 출력하고, 상기 제2아날로그/디지털 변환기(81b)는 전류 검출부(72)에서 검출된 전류치를 디지털화하여 출력한다.
상기 제1감산기(82a)는 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전압치(VCOM)와 제1아날로그/디지털 변환기(81a)에서 출력되는 디지털 전압치(Dv)를 감산하여 출력하고, 상기 제2감산기(82b)는 상기 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전류치(ACOM)와 제2아날로그/디지털 변환기(81b)에서 출력되는 디지털 전류치(DA)를 감산하여 출력한다.
상기 전압 보정치 연산기(83a)는 제1감산기(82a)에서 출력되는 전압치(VCOM-DV)에 다수회의 튜닝 작업 결과 결정된 전압 게인(KPV)을 곱하여 전압 보정치(KPV(VCOM-DV))를 출력하고, 전류 보정치 연산기(83b)는 제2감산기(82b)에서 출력되는 전류치(ACOM-DA)에 다수회의 튜닝 작업 결과 결정된 전류 게인(KPA)을 곱하여 전류보정치(KPA(ACOM-DA))를 출력한다.
상기 전압 보정치 제한기(84a)는 전압 보정치 연산기(83a)에서 출력되는 전압 보정치(KPV(VCOM-DV))의 절대값이 사전 설정된 전압 보정 한계치(VLIM)를 초과하면 전압 보정치(KPV(VCOM-DV))대신 전압 보정 한계치(VLIM)를 출력하고, 상기 전압 보정 한계치(VLIM)보다 작으면 전압 보정치(KPV(VCOM-DV))를 그대로 출력한다.
상기 전류 보정치 제한기(84b)는 전류 보정치 연산기(83b)에서 출력되는 전류 보정치(KPA(ACOM-DA))의 절대값이 사전 설정된 전류 보정 한계치(ALIM)를 초과하면 전류 보정치(KPA(ACOM-DA))대신 전류 보정 한계치(ALIM)를 출력하고, 상기 전류 보정 한계치(ALIM)보다 작으면 전류 보정치(KPA(ACOM-DA))를 그대로 출력한다.
상기 제1가산기(85a)는 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전압치(VCOM)에 전압 보정치 제한기(84a)에서 출력되는 전압 보정치(KPV(VCOM-DV))나 전압 보정 한계치(VLIM)를 가산하여 출력하고, 제2가산기(85b)는 상기 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전류치(ACOM)에 전류 보정치 제한기(84b)에서 출력되는 전류 보정치(KPA(ACOM-DA))나 보정 한계치(ALIM)를 가산하여 출력한다.
상기 제1디지털/아날로그 변환기(86a)는 제1가산기(85a)에서 출력되는 전압치(VCOM+ KPV(VCOM-DV) 또는 VCOM+ VLIM)를 아날로그화하여 인터페이스장치(20)를 통해 용접기 전원장치(10)의 새로운 지령 전압치로 피드백시키고, 상기 제2디지털/아날로그 변환기(86b)는 제2가산기(85b)에서 출력되는 전압치(ACOM+ KPA(ACOM-DA) 또는 ACOM+ ALIM)를 아날로그화하여 인터페이스장치(20)를 통해 용접기 전원장치(10)의 새로운 지령 전류치로 피드백시킨다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예가 용접 전원을 제어하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 작업공이 로보트 프로그램에서 지령한 지령 전압치(VCOM)와 지령 전류치(ACOM)가 인터페이스장치(20)를 거쳐 용접 전원장치(10)로 입력되면 용접 전원장치(10)에서 전기 에너지가 출력되어 와이어 송급 모터(40)에는 구동 전류가 공급되고, 토오치(50)와 모재(60) 사이에서는 아아크 열이 발생되어 아아크 용접 시공이 수행된다.
한편, 전압 검출기(71)와 전류 검출기(72)는 현재 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전압치와 전류치(실제 용접에 사용되고 있는 전압과 전류)를 각각 검출하여 제1, 2아날로그/디지털 변환기(81a, 81b)로 출력하고, 상기 제1, 2아날로그/디지털 변환기(81a, 81b)는 검출된 전압치와 전류치를 각각 디지털화하여 제1, 2감산기(82a, 82b)로 각각 출력한다.
그 후, 제1, 2아날로그/디지털 변환기(81a, 81b)에서 출력되는 디지털 전압치(DV)와 디지털 전류치(DA)는 각각 제1, 2감산기(82a, 82b)와, 전압 보정치 연산기(83a) 및 전류 보정치 연산기(83b)와, 전압 보정치 제한기(84a) 및 전류 보정치 제한기(84b)와, 제1, 2가산기(85a, 85b)에 의해 새로운 지령 전압치(VCOM+ KPV(VCOM-DV) 또는 VCOM+ VLIM)와 새로운 지령 전류치(ACOM+ KPA(ACOM-DA) 또는 ACOM+ ALIM)로 변환된다.
아울러, 새로운 지령 전압치(VCOM+ KPV(VCOM-DV) 또는 VCOM+ VLIM)와 새로운 지령 전류치(ACOM+ KPA(ACOM-DA) 또는 ACOM+ ALIM)는 용접기 전원장치(10)로 피드백되기 위하여 제1, 2디지털/아날로그 변환기(86a, 86b)에서 아날로그화된 후 인터페이스장치(20)를 거쳐 용접기 전원장치(10)의 새로운 전압 지령치와 전류 지령치로 각각 피드백된다.
상기와 같이 원래의 지령 전압치(VCOM)와 지령 전류치(ACOM)대신 새로운 지령 전압치(VCOM+ KPV(VCOM-DV) 또는 VCOM+ VLIM)와 새로운 지령 전류치(ACOM+ KPA(ACOM-DA) 또는 ACOM+ ALIM)가 용접기 전원장치(10)로 입력되면 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전류와 전압이 원래 작업공이 의도한 용접 전류와 전압으로 변환되어 의도한 온도의 아아크 열로 용접 시공이 수행된다.
또한, 상기와 같이 전압 보정치 제한기(84a)와 전류 보정치 제한기(84b)가 전압 보정치와 전류 보정치를 소정값 이하로 제한하면 구동 초기의 폭주가 방지된다.
이와 같이 본 발명은 실제용접에 사용되는 전압과 전류가 작업공으로부터 지령받은 용접 조건과 다른 경우 스스로 지령 전압과 전류를 적절하게 보정하여 원래 의도된 용접 조건으로 용접 시공이 이루어지도록 하기 때문에 작업공이 별도로 캘리브레이션 작업을 할 필요가 없어 각종 편리를 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 용접기 전원장치(10)로부터 전압과 전류를 공급받아 모재를 용접하는 용접 로보트의 용접 전원 제어방법에 있어서, 상기 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전압치와 전류치를 검출하는 제1단계와, 상기 용접기 전원장치(10)에서 출력되는 전압과 전류가 상기 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전압치 및 지령 전류치와 같아지도록 상기 전압/전류 검출부(70)에서 검출된 전압치와 전류치를 보정하여 상기 용접 전원장치(10)의 지령치로 피드백시키는 제2단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 용접 로보트을 위한 용접 전원 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2단계는 상기 제1단계에서 검출된 전압치와 전류치를 디지털화하는 제1과정과, 상기 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전압치 지령 전류치와 상기 제1과정에서 디지털화된 전압치와 전류치를 각각 감산하는 제2과정과, 상기 제2과정의 감산 결과치에 다수회의 튜닝 작업 결과 결정된 전압 게인과 전류 게인을 각각 곱하여 전압 보정치와 전류 보정치를 생성하는 제3과정과, 상기 제3과정에서 생성된 전압 보정치와 전류 보정치를 사전 설정된 전압 보정 한계치 및 전류 보정 한계치와 각각 비교하는 제4과정과, 상기 제4과정의 비교 결과 전압 및 전류 보정치가 전압 및 전류 보정 한계치를 초과하면 전압 및 전류 보정 한계치에 상기 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전압치와 지령 전류치를 각각 가산하여 아날로그화한 후 상기 용접기 전원장치(10)의 지령치로 피드백시키는 제5과정과, 상기 제4과정의 비교 결과 전압 및 전류 보정치가 전압 및 전류 보정 한계치보다 작으면 전압 및 전류 보정치에 상기 용접기 전원장치(10)로 입력된 지령 전압치와 지령 전류치를 각각 가산하여 아날로그화한 후 상기 용접기 전원장치(10)의 지령치로 피드백시키는 제6과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 용접 로보트을 위한 용접 전원 제어방법.
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