KR100373140B1

KR100373140B1 - 품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서

Info

Publication number: KR100373140B1
Application number: KR10-2001-0006387A
Authority: KR
Inventors: 문형순
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2003-02-25
Also published as: KR20020066125A

Abstract

본 발명은 해저 파이프 라인 자동 용접 시스템에서 용접기의 특성에 따라 팁(Tip)-모재간의 거리 변화에 따른 전류(A) 및 전압(V)값 변화를 이용하여 품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor), 즉 인공지능을 이용한 최적 용접조건 설정 과 용접 품질 및 용접선 자동 추적을 동시에 행할 수 있는 인공지능형 아크센서(Arc sensor)에 관한 것으로, 이 아크센스(Arc sensor)의 목적은 종래의 용접선 자동 추적 뿐만 아니라 인공지능의 한 분야인 적응 공진이론(Adaptive resonant theory)을 도입하여, 용탕(Weld pool)에 의한 오버랩(Overlap) 발생부를 사전 인지 하도록 하므로, 이로 인한 오버랩(Overlap) 발생을 방지하도록 하여 용접조건에 따른 용접 품질을 보장하도록 해주기 위함을 그 목적으로 한다.

품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센스(Arc sensor)의 구성은 다음과 같이 구성된다.

아크센서(Arc sensor)의 구성은 용접부 형상에 대한 자료를 입력하는 조건 설정용 엘시디(1)와 이 설정된 조건을 통하여 출력된 신호가 최적 조건으로 출력되는 기능을 가진 신경회로망(2)을 거쳐서 용접결함을 유발하는지에 대한 검사를 하는 퍼지 로직(3)으로 보내지는데, 이와 같은 단계를 거쳐서 출력된 신호는 오버랩(Overlap)등 과 같은 용접결함을 방지하는 기능을 가진 적응 공진 제어기(7)를 반드시 거쳐서 주기억 장치(4,5,6)에 입력되는 구조로 구성 되어 있는데, 이 주기억 장치(4,5,6)에 입력된 신호는 모터 제어용 아날로그 신호로 변환되게 된다.

Description

품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서{Automatic seam tracking system in conjunction with quality control by using artificial intelligence}

본 발명은 해저 파이프 라인 자동 용접 시스템에서 품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해저 파이프 라인 자동 용접시 용접선 자동 추적 뿐만 아니라, 인공지능의 한 분야인 적응 공진 이론(Adaptive resonant theory)을 도입한 적응 공진 제어기를 적용하여, 용탕(Weld pool)에 의한 오버랩(Overlap) 발생부를 사전 인지 하도록 하므로, 이로 인한 오버랩(Overlap) 발생을 방지 하도록 하여 용접 조건에 따른 용접 품질을 보장 하도록 하는 아크센서(Arc sensor)에 관한 것이다.

종래에는 용접기의 특성에 따라 팁(Tip)-모재간 거리 변화에 따른 전류 및 전압값 변화를 이용하는데, 소모성 전극봉을 이용하는 가스메탈 아크용접(GMAW:Gas Metal Arc Welding)인 경우 팁(Tip)-모재간 거리가 증가함에 따라 측정되는 전류(A)값은 낮아지고, 거리가 줄어들 수록 용접 전류(A)가 증가 한다. 이러한 원리를 이용해 용접 토치(Torch)가 그루브(Groove)양단 사이를 움직이는 동안 전류(A)값을 측정하여 용접선 추적을 행하게 되는데, 이와 같은 아크센서(Arc sensor) 알고리즘(Algorism)은 단지 용접선 자동 추적만을 행하기 때문에 용접조건에 따른 용접품질을 보장 해주지 못하는 어려움이 발생 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 아크센서(Arc sensor)를 개선한 것으로서,

해저 파이프 라인 자동 용접시 품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor)시스템으로 개선함에 따라 인공지능을 이용하여 최적 용접 조건 설정 과 용접 품질 및 용접선 자동 추적을 동시에 할 수 있는 기능을 제공하도록 완성되어 있다.

도 1 은 본 발명의 인공지능을 이용한 양호한 용접조건 선정을 위한 흐름도

도 2 는 본 발명의 수평 필릿 용접(Horizontal fillet welding) 및 오버랩(Overlap) 정의도

도 3 는 본 발명의 오버랩(Overlap) 발생시 측정되는 전류 신호 패턴도

도 4 는 품질제어용 아크센서(Arc sensor)의 구성도

도 5 는 품질제어용 아크센서(Arc sensor)의 흐름도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) 엘시디(LCD:액정표시장치) (2) 신경회로망(Neural network)

(3) 퍼지 로직(Fuzzy logic) (4) 중앙집중제어처리장치(CPU)

(5) 램(RAM) (6) 롬(ROM)

(7) 적응 공진 제어기

(8) 디지털 저역 통과 필터(Digital low pass filter)

(9) 암페어(A:용접전류값) (10) 용접 토치

(11) 용접시편

상기와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 개선하기 위한 본 발명의 구성과 그 작용을 첨부도면과 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 인공지능을 이용한 양호한 용접 조건 선정을 위한 흐름도 이고,

도 2 는 본 발명의 수평 필릿 용접(Horizontal fillet welding) 및 오버랩 (Overlap) 정의도 이며,

도 3 는 본 발명의 오버랩(Overlap) 발생시 측정되는 전류(A) 신호 패턴도 이고,

도 4 는 본 발명의 품질제어용 아크센서(Arc sensor)의 구성도 이며,

도 5 는 품질제어용 아크센서(Arc sensor)의 흐름도 로서,

품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor)의 구성은 용접부 형상(각장, 용입깊이, 목살두께, 용접부 높이 등)에 대한 자료를 입력하는 조건 설정용 엘시디(1) 와 이 엘시디(1)에서 출력되는 신호가 초기 용접 조건 설정을 위해서 신경회로망(2)에 입력되며, 이 신경회로망(2)에서 생성된 최적의 용접 조건(용접속도, 전압, 전류, 보호가스, 유량 등)신호가 용접결함을 유발하는지에 대한 검사를 하는 퍼지 로지(3)로 보내지게 되는 구조로 구성 되어 있으며, 이와 같은 단계를 거쳐서 출력된 신호는 오버랩(Overlap)등 과 같은 용접결함을 방지하는 기능을 가진 본 발명의 가장 핵심적인 구성 요소인 적응 공진 제어기(7)를 반드시 거쳐서 주기억 장치 〔중앙집중제어처리장치(4) 와 램(5) 및 롬(6)〕에 입력 되는 구조로 구성 되어 있는데, 이 적응 공진 제어기(7)는 퍼지 로직(3)을 거쳐서 출력된 신호를 디지털 저역 필터(8)를 거쳐서 주기억 장치(4,5,6)에 보내지게 되는 구조로 구성 되어 있다.

도면중 미설명 부호 (9)는 암페어 이고, (10)은 용접토치이다. 또한 (11)은 용접시편이다.

상기 구성에서 품질제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor)에 대한 작용을 구체적으로 설명하면,

용접부 형상(각장, 용입깊이, 목살두께, 용접부 높이 등)에 대한 자료를 입력하는 조건설정용 엘시디(1)는 초기 용접 조건 설정을 위한 신경회로망(2)을 거치는데 이 신경회로망(2)에서 생성된 최적의 용접조건(용접속도, 전압, 전류, 보호가스, 유량 등) 신호가 용접 결함을 유발하는지에 대한 검사를 하는 퍼지 로직(3)으로 보내지게 되며, 여기서 출력된 신호는 오버랩(Overlap)등 과 같은 용접 결함을 방지하는 기능을 가진 적응 공진 제어기(7)를 반드시 거치도록 작동된다. 왜냐하면, 상기의 단계를 거쳐서 생성된 용접 조건은 인공지능을 이용해 자동설정된 용접 조건으로서 용접 결함을 유발 하지 않는 최적의 용접 조건이나, 실제 적용하여 용접선 추적을 행할시 당초의 조건등이 부분적으로 변경될 가능성이 있다. 특히, 도 2 에서 보는 바와 같이 수평 필릿 용접(Horizontal fillet welding)의 경우 용탕(Weld pool)에 의해 오버랩(Overlap)등 과 같은 용접결함을 유발하므로 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor)에 여러 가지 패턴을 미리 학습시킨 후 입력되는 신호 패턴이 어떤 부류에 속하는지 자동적으로 분석해낼 수 있는 기능을 가진 적응 공진 제어기(7)를 반드시 거치도록 하여 오버랩(Overlap) 발생 가능성을 사전 인지하므로 오버랩(Overlap) 발생을 방지할 수 있다. 상기와 같이 적응 공진 제어기(7)에 입력된 신호는 디지털 저역 필터(8)를 거쳐서 주기억장치[중앙집중제어처리장치(4) 와 램(5) 및 롬(6)〕에 입력되게 작동 되는데, 이 주기억장치[중앙집중제어처리장치(4) 와 램(5) 및 롬(6)〕에 입력된 신호는 모터 제어용 아날로그 신호로 변환되어진다. 이와 같은 순환적 동작흐름이 진행되면서 자동 추적용 아크센서(Arc sensor)의 작동이 행해 진다.

(실시예)

도 3 는 본 발명의 인공지능을 이용한 양호한 용접조건 선정을 위한 흐름도 로서,

먼저 엘시디(LCD)에 용접부 형상(각장, 용입깊이, 목살두께, 용접부 높이 등)에 대한 자료가 입력되는데 이 엘시디(LCD)에서 입력된 자료는 초기 용접 조건 선정을 위한 신경회로망에 입력된다. 이 신경회로망에서 출력된 신호가 최적의 용접조건(용접속도, 전압, 전류, 보호가스, 유량 등)이 되는데, 이 신경회로망에서 생성된 최적의 용접조건 신호가 용접 결함을 유발하는지에 대한 검사를 하는 퍼지 로직으로 보내어져, 용접결함 발생 가능성 유. 무에 대한 검사를 하게 되는데, 용접 결함 발생 가능성이 없으면, 다음 단계로 출력되고, 용접 결함 발생 가능성이 발견되면, 다시 퍼지 로직으로 보내어져 용접 조건을 자동으로 재조정 하여 용접 결함을 유발하지 않는 용접 조건으로 최종 설정하여, 이 최종 설정된 신호가 도 5 로 보내지게 된다.

도 5 는 품질 제어용 아크센서(Arc sensor)의 흐름도 로서,

도 1 의 인공지능을 이용한 양호한 용접 조건 선정을 위한 흐름도에서 출력된 인공지능 및 퍼지를 이용하여 자동 설정된 용접 조건 즉, 용접 결함을 유발하지 않는 최적의 용접 조건은 용접선 자동 추적을 하기 위해서 토치(torch)의 위빙(Weaving)이 반드시 행해지는데, 토치(torch)의 위빙(Weaving) 중 용접 신호인 전류(A)가 발생하는데, 오버랩(Overlap)이 발생되지 않는 경우의 위빙(Weaving)시 측정된 전류(A)신호 와 오버랩(Overlap)이 발생되는 경우의 측정된 전류(A)신호는 도 3에서 보는 바와 같은 차이점을 보이게 된다. 상기와 같이 토치(Torch)의 위빙(Weaving)을 행할시 측정된 전류(A)의 패턴은 오버랩(Overlap)발생을 유발하는 신호인지를 판단하는 기능을 수행할 수 있도록 적응 공진 이론(Adaptive resonanttheory)을 도입한 적응 공진 제어기로 보내어져 오버랩(Overlap)발생 가능성 유,무를 판단하게 된다. 상기의 적응 공진 이론(Adaptive resonant theory)은 여러가지 형태의 패턴을 미리 학습 시킨후 입력되는 신호 패턴이 어떤 부류에 속하는지를 자동적으로 분석해낼 수 있는 기능을 가지는데 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor)에 이와 같은 기능을 수행하는 적응 공진 제어기를 추가 하므로서 오버랩(Overlap)발생 가능성을 사전에 인지하여 오버랩(Overlap)발생을 방지 하면서, 용접선 추적이 가능한 아크센서(Arc sensor)가 되도록 하였다. 상기와 같이 적응 공진 제어기로 보내어진 신호는 오버랩(Overlap) 발생 가능성이 있는 신호로 판단되면, 오버랩(Overlap) 발생 방지를 위한 추가 보정량 계산을 하여서 용접선 자동 추적을 행하게 되고, 오버랩(Overlap) 발생 가능성이 없는 신호로 판단되면 용접선 자동 추적응 행하게 된다.

( 변형예, 응용예 및 법적해석)

본 발명은 상기에서 기술한 특정의 바람직한 실시예에 한정하지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 구성 및 작용에 의하여 기대할 수 있는 발명의 효과는 다음과 같다.

용접선 자동 추적 뿐만 아니라 인공지능의 한 분야인 적응 공진 이론(Adaptive resonant theory)을 도입한 적응 공진 제어기를 적용함에 따라 인공지능을 이용한 최적 용접 조건 설정 과 용접 품질 및 용접선 자동 추적을 동시에 할 수 있어 용접후 후공정이 생략되기 때문에 시감 및 비용 절감 효과가 있다.

Claims

품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor) 시스템을 구성함에 있어서,

용접부 형상에 대한 자료를 입력하는 조건 설정용 엘시디(1)와 이 엘시디(1)에서 출력되는 신호가 초기 용접 조건 설정을 위해서 신경회로망(2)에 입력되고, 이 신경회로망(2)에서 생성된 최적의 용접조건 신호가 용접 결함을 유발하는지에 대한 검사를 하는 퍼지 로지(3)로 입력되게 이루어며, 상기에서 출력된 신호를 오버랩(Overlap)등 과 같은 용접결함을 방지하는 기능을 가진 적응 공진 제어기(7)를 반드시 거쳐서, 주기억장치〔중앙집중제어처리장치(4) 와 램(5) 및 롬(6)〕에 입력되는 수순으로 이루어진 것을 특징으로 하는 품질 제어가 가능한 용접선 자동 추적용 아크센서(Arc sensor).