KR100353969B1 - 자동용접기의용접선추적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동용접기의 용접선 추적장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 자동용접시 모재의 표면온도를 측정하여 용접토치가 용접선을 정확히 추적하면서 용접을 실시할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 X-Y테이블에 용접토치가 고정된 슬라이더를 이송 가능하게 설치하도록 된 것에 있어서, 상기 용접토치(4)의 양측으로 설치되어 용접작업시 두모재(3)의 각 온도를 측정하는 한 쌍의 온도센서(10a)(10b) 와 , 상기온도센서(10a)(10b)에 의해 측정된 온도 값을 기 설정된 전압으로 변환하여 출력하는 시그날보드(11)와, 상기 시그날보드(11)에서 출력된 아날로그 신호를 A/D컨버터(12)를 통해 디지털신호로 변환하여 입력받고, 용접토치의 중심이 용접선에서 벗어나는지를 판단하여 판단된 신호에 의해 X-Y테이블(1)의 위치를 제어하기 위한 신호를 출력하는 콘트롤러(13)를 포함된 것을 특징으로 한다.

Description

자동용접기의 용접선 추적장치

본 발명은 자동용접기의 용접선 추적장치에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 자동용접시 각 모재의 표면온도를 측정하여 용접토치가 용접선을 정확히 추적하면서 용접을 실시할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 분리된 두 개의 모재를 자동으로 용접하는 자동용접기에서 용접토치가 용접선을 자동으로 정확히 추적하는 것은 용접품질의 가장 중요한 요소로 작용하게 된다.

이를 위해서는 자동용접시 용접선을 추적하는 장치가 반드시 필요하게 된다.

상기 용접선 추적장치는 지선은 물론 기하학적인 곡선의 용접구간을 정확히 읽어야 하는데 사실상 어려움이 많을 뿐만 아니라 연구 개발에는 많은 노력과 시간이 필요하게 된다.

상기한 용접선 추적장치에는 접촉식 센서인 텍타일(Tactile) 센서를 사용하거나 비접촉식 센서인 비젼(Vision)센서 등이 널리 알려져 사용되고 있다.

첨부도면 제 1도는 종래 장치의 일 실시 예를 나타낸 사시도로서, 접촉식 센서인 텍타일 센서를 이용한 것이다.

리이드가 5mm인 볼 스크류와 DC 서보모터(도시는 생략함)에 의해 동작되는 X-Y테이블(1)에 슬라이더(2)가 수평이동 가능하게 결합되어 있고 상기 슬라이더(2)에는 모재(3)를 융착시키는 용접토치(4)가 고정되어 있으며 상기 용접토치의 진행방향측에는 모재의 사이인 용접선(5)과 접촉된 상태로 이송하면서 용접선을 추적하는 접속신 센서(6)가 고정되어 있다.

따라서, 자동용접이 진행되면 용접토치(4)의 진행방향측에 고정된 접촉식 센서(6)가 용접할 모재(3)의 용접선(5)을 따라 움직이면서 신호를 발생시키게 된다.

상기한 바와 같은 용접작업시 접촉신 센서(6)에서 나오는 신호를 이용하여 용접선(5)의 기하학적인 형상정보를 얻는 다음 마이컴(도시는 생략함)에서 용접선의 위치를 계산하여 용접토치(4)의 구동부(도시는 생략함)로 전달하게 되므로 용접선의 형상에 따라 자동용접이 진행된다.

첨부도면 제 2도는 종래 장치의 다른 실시 예를 나타낸 사시도로서, 비접촉식 센서인 비젼 센서를 이용한 것이다.

전술한 장치와 마찬가지로 용접토치(4)가 고정되는 슬라이더(2)의 일측(용접토치의 진행방향)으로 CCD카메라(7)와 레이저 다이오드(8)로 이루어진 비접촉식 센서인 비젼 센서(9)를 설치하도록 되어 있다.

따라서, 자동용접이 진행되면 용접토치(4)의 진행방향측에 고정된 레이저 다이오드(8)에서 발사되는 빔을 실린더형 렌즈(도시는 생략함)를 이용하여 라인빔을 용접선(5)에 투사하게 된다.

이렇게 투사된 레이저 빔의 형상을 CCD카메라(7)가 읽어 들인 후 용접선(5)의 형상을 프로세싱하여 용접선(5)을 추적하면서 용접토치(4)가 자동용접을 하게된다.

그러나, 이러한 종래의 장치 중 전술한 접속식 센서(6)을 이용한 장치는 용접선(5)과 접촉에 의해 종보를 얻기 때문에 기계적인 접촉으로 인해 센서의 마모 및 파손의 염려가 있게 됨은 물론 용접토치(4)가 기하학적인 용접선을 따라 용접을 가이 위해서는 반드시 관절부분이 힌지구조로 이루어져야 되었으므로 센서부의 크기가 커지게 되는 문제점이 있었다.

또한, 후술한 비접촉식 센서인 비젼 센서를 이용한 장치는 고가의 장비가 반드시 필요하게 되고, CCD카메라(7)의 초점영역의 한계 때문에 급격한 형상의 용접선(5)은 추적이 불가능하게 됨은 물론 용접모재의 재질에 따른 특성에 따라 레이저빔의 반사정도가 달라지게 되므로 사용이 불가능하게 되는 경우도 발생되었다.

또, 정확한 용접선(5)의 추적을 위해서는 용접시 발생되는 스패터와 아크광의 영향을 최소화하는 수단이 강구되어야 하는 문제점도 있었다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 비교적 가격이 저렴한 한 쌍의 온도센서를 이용, 용접시 두모재에 발생되는 온도를 측정하여 용접선을 정확히 추적하면서 용접을 실시할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, X-Y테이블에 용접토치가 고정된 슬라이더가 이송되면서 용접하는 위해 모재의 온도에 따라 용접선을 추적하도록 하는 장치에 있어서, 상기 용접토치의 양측으로 설치되어 용접작업시 두 모재의 각 온도를 측정하는 한 쌍의 온도센서와, 상기 온도센서에 의해 측정된 온도 값을 기 설정된 전압으로 변환하여 출력하는 시그날보드와, 상기 시그날보드에서 출력된 아날로그 신호를 A/D컨버터를 통해 디지털신호로 변환하여 입력받고, 용접토치의 중심이 용접선에서 벗어나는지를 판단하여 판단된 신호에 의해 X-Y테이블의 위치를 제어하기 위한 신호를 출력하는 콘트롤러를 포함된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시 예로 도시한 첨부된 도면 제 3도 내지 제 6도를 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 제 3도는 본 발명의 장치를 나타낸 사시도 이고, 제 4도는 본 발명장치의 동작을 설명하기 위한 블록도로서, 본 발명의 구성 중 종래의 구성과 동일한 부분은 그 설명을 생략하고 동일한 부호를 부여하기로 한다.

본 발명은 슬라이더(2)에 고정된 용접토치(4)의 양측으로 용접작업시 두모재(3)의 온도를 측정하는 온도센서(10a)(10b)가 각각 설치되어 있고 기기의 본체(도시는 생략함)에는 상기 온도센서가 두모재의 온도를 측정함에 따라 측정된 온도를 전압으로 바꾸어 출력하는 시그날보드(11) 및 상기 시그날보드에서 출력되는 두모재의 전압값이 A/D컨버터(12)를 통해 입력되면 용접토치(4)의 중심이 용접선(5)에서 벗어났는지를 판단하여 X-Y테이블(1)의 위치를 제어하는 콘트롤러(13)가 구비되어 있다.

상기 온도센서(10a)(10b)는 PbSe photo Cordutive 셀을 사용하여 두모재(3)의 온도를 감지하는데, 용접작업시 상기 온도센서를 이용하여 두모재로 전도되는 온도를 400℃∼1200℃까지 측정할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용, 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 장치를 이용하여 용접선(5)을 추적하면서 두모재(3)를 자동으로 용접하기 위해, 두모재의 온도를 측정하는 온도센서(10a)(10b)를 용접토치(4)의 양측으로 7mm 떨어진 부분에 설치하고, 모재의 재질은 열간압연강으로 그 크기는 300X45X4mm로 하였으며, 용접선(5)의 간격은 모재의 두께가 4mm이므로 1mm 간격을 두었다.

이러한 상태에서 용접을 시작하면 용접시 발생되는 열에 의해 모재(3)가 가열되므로 상기 용접토치(4)의 양측으로 설치된 온도센서(10a)(10b)가 가열된 모재의 온도를 측정하게 되고, 측정된 온도가 시그날보드(11)에서 전압으로 바뀐다.

상기한 온도센서(10a)(10b)는 400℃∼1200℃에 해당하는 온도를 0V∼10V로 보정되어진 신호로 출력한다.

상기한 온도정보의 전압 값은 A/D컨버터(12)를 통하여 콘트롤러(13)에 입력되어지는데, 이때 두 개의 온도센서(10a)(10b)에 의해 얻어진 값을 콘트롤러에서 비교 판단함으로서 현재 용접토치(4)의 중심이 용접선(5)에서 벗어났는지를 알게된다. 만약 용접토치(4)가 용접선(5)의 중심에서 벗어났다면 콘트롤러(13)는 X-Y테이블(1)의 엔코더(도시는 생략함)신호를 받아서 상기 X-Y테이블의 위치를 보정하여 주게 된다.

첨부도면, 제 5도는 용접토치가 용접선의 중심에서 2mm 떨어졌을 때 두 개의 온도센서에서 감지된 온도와 용접길이의 상관관계를 나타낸 그래프로서, 용접전류가 200A인 경우, 용접속도를 6mm/sec로 용접을 한 경우를 나타낸 것이다.

상기한 온도센서(10a)(10b)에 의한 온도정보를 이용하여 용접토치(4)의 일치를 제어하기 위해서는 정확한 두모재(3)의 온도를 측정하여야 하는데, 용접공정에서 강한 빛의 아크광이 발생되므로 일반적인 비접촉식 온도센서는 강한 빛에 의해 영향을 받게 된다.

그러므로 아크광에 대한 영향을 최소화하기 위해 시그날보드(11)에 설치되는 필터의 설계가 중요한 요소로 작용된다.

본 발명의 일 실시 예에서는 아크광의 영향을 최소화하기 위해 로우 팩 디텍터(Low Peak detector)를 사용하였는데, 제 6도와 같이 아크광은 높은 주파수대역이므로 만약 용접작업시 온도센서(10a)(10b)가 아크광에 의한 영향을 받는다면 신호는 아크광 + 모재의 온도로 측정되므로 실제의 모재온도는 원 신호의 가장 낮은팩(pack)의 온도가 된다.

상기 X-Y테이블(1)의 위치를 제어하는 콘트롤러(13)는 용접이 개시됨과 동시에 온도센서(10a)(10b)에 의한 온도편차가 발생되면 사전의 모재의 표면온도와 용접선(5)의 중심에 대한 거리와의 관계를 산출한 데이터에 의해 보상해야할 거리를 구하게 되므로 용접토치(4)가 용접선(5)을 정확히 따라 이동하면서 용접을 자동으로 하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 비접촉식인 한 쌍의 온도센서를 이용하도록 되어있어 추적시 모재와 온도센서가 접촉하지 않게 되므로 센서의 마모 및 파손을 미연에 방지하게 됨은 물론 기하학적인 용접선을 따라 움직일 때 관절부분이 필요치 않게 되므로 센서부의 크기를 소형화할 수 있게 된다.

또한, CCD,카메라를 사용한 비젼 센서와 달리 급격한 용접선인 경우에도 사용이 가능하게 되고, 용접작업중 실제 모재의 온도를 측정하여 용접선을 추적하기 때문에 용접작업시 발생되는 스패터나 아크광, 모재의 특성변화에 민감한 영향을 받지 않게 되는 효과를 얻게 된다.

제 1도는 종래 장치의 일 실시 예를 나타낸 사시도

제 2도는 종래 장치의 다른 실시 예를 나타낸 사시도

제 3도는 본 발명의 장치를 나타낸 사시도

제 4도는 본 발명 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도

제 5도는 용접토치가 용접선의 중심에서 2mm 떨어졌을 때 두 개의 온도센서에서 감지된 온도와 용접길이의 상관관계를 나타낸 그래프

제 6도는 로우 팩 디텍터를 사용했을 때의 온도센서에서 감지된 온도와 용접길이의 상관관계를 나타낸 그래프

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : X-Y테이블 2 : 슬라이더 4 : 용접토치

5 : 용접선 10a,10b : 온도센서 11 : 시그날보드

12 : A/D컨버터 13 : 콘트롤러

Claims (1)

1. X-Y테이블에 용접토치가 고정된 슬라이더가 이송되면서 용접하는 위해 모재의 온도에 따라 용접선을 추적하도록 하는 장치에 있어서,

   상기 용접토치(4)의 양측으로 설치되어 용접작업시 두모재(3)의 각 온도를 측정하는 한 쌍의 온도센서(10a)(10b)와,

   상기 온도센서(10a)(10b)에 의해 측정된 온도 값을 기 설정된 전압으로 변환하여 출력하는 시그날보드(11)와,

   상기 시그날보드(11)에서 출력된 아날로그 신호를 A/D컨버터(12)를 통해 디지털신호로 변환하여 입력받고, 용접토치의 중심이 용접선에서 벗어나는지를 판단하여 판단된 신호에 의해 X-Y테이블(1)의 위치를 제어하기 위한 신호를 출력하는 콘트롤러(13)를 포함된 것을 특징으로 하는 자동용접기의 용접선 추적장치.