KR100453082B1 - 공압식 내부 대류 및 탈착식 보호 장치를 장착한 시각센서 - Google Patents

공압식 내부 대류 및 탈착식 보호 장치를 장착한 시각센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공압식 내부 대류 및 탈착식 보호 장치를 장착한 시각센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 착탈식 스패터 방지 장치, 열에너지 및 그을음을 포함한 용접가스를 시각센서 부품으로부터 보호하기 위한 1, 2차 차단막 기능, 아크 빛을 반사시켜 시각센서 헤드 열 전도를 최소화하기 위한 경면 스테인레스 헤드 커버 그리고 공압 방식을 이용하여 아크 열 및 용접가스를 외부로 방출시킬 수 있는 시각센서 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 시각센서 헤드(10) 상단부에 각각 카메라용 외부 커넥트(18)와 반도체 레이저용 외부 커넥트(20), 공압용 호스 외부 커넥트(22)를 고정하고 공압용 호스 외부 커넥트(22)에 공압 전달용 호스(24)를 연결하며 시각센서 헤드(10) 일측에 경면 스테인레스 헤드 커버(30)를 설치한다.
상기, 헤드 커버(30) 내측에 반도체 레이저 파워(36)를 설치하고 시각센서 헤드(10) 내부에 반도체 레이저(14)를 설치하며 카메라용 외부 커넥트(18)와 반도체 레이저용 외부 커넥트(20) 하단에 제어용 PCB(16)를 설치함과 또한, 시각센서 헤드(10)내에 대역통과필터 및 카메라 렌즈(12)가 구비된 CCD 카메라(38)를 설치한다.
상기, 시각센서 헤드(10) 하단에 스패터 실드(28)를 볼트(26)로 고정하고 시각센서 헤드(10) 하부에 센서헤드 보호용 고정식 2차 차단막(34)을 고정하고 스패터 실드(28) 상부에 삽입홀(40)을 형성하여 센서헤드 보호용 착탈식 1차 차단막(32)을 삽입하며 스패터 실드(28) 상단에 카메라 및 반도체 레이저 투과용 홀(44)을 형성한다.
상기, 스패터 실드(28) 일측부에 센서 헤드 부착용 커넥트(46)를 고정하고 스패터 실드(28) 상단부에 공압 호스(24)에 의해 전달되는 공기 투입구(50)와 공압에 의해 투입된 공기 유동 입구(48)를 다수개 형성한 것이다.

Description

공압식 내부 대류 및 탈착식 보호 장치를 장착한 시각센서{Vision sensor equipped with shielding apparatus of air convection and removable spatter shield}
본 발명은 공압식 내부 대류 및 탈착식 보호 장치를 장착한 시각센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 착탈식 스패터 방지 장치, 열에너지 및 그을음을 포함한 용접가스를 시각센서 부품으로부터 보호하기 위한 1, 2차 차단막 기능, 아크 빛을 반사시켜 시각센서 헤드 열 전도를 최소화하기 위한 경면 스테인레스 헤드 커버 그리고 공압 방식을 이용하여 아크 열 및 용접가스를 외부로 방출시킬 수 있는 시각센서 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 종래에는 금속 접합에 가장 많이 사용되는 공정 중의 하나인 아크 용접(arc welding)은 고도의 숙련된 기술을 지닌 작업자를 필요로 하는 노동 집약적인 공정인데, 작업에 수반되는 고열과 아크 빛(arc light), 스패터(spatter), 매연(fume), 소음 등으로 인해 작업 환경이 열악하고 작업이 힘들기 때문에 자동화가 절실히 요구되는 분야 중의 하나이다. 용접공정에는 용접 구조물의 치수 오차와용접시 국부적인 입열로 인한 용접물의 열 변형이 존재하고 아크의 입열량과 용접부의 형상 및 용접부에 대한 토치(torch)의 각도 등의 용접변수에 따라 용접 품질이 결정된다. 따라서, 고도의 용접자동화를 위해서는 용접을 해야 할 부분을 자동적으로 추적하고 용접 변수를 자동으로 조절할 수 있도록 용접선 위치와 용접분 형상을 측정할 수 있는 센서 개발이 필요하다.
자동용접에 적용되는 센서는 크게 접촉식 센서와 비 접촉식 센서로 나눌 수 있다. 이 중 접촉식 센서는 간단하고 신뢰도가 높으나 용접부의 형상에 대한 정보를 얻기가 어렵고, 측정하고자 하는 대상과의 접촉을 통해서 측정이 이루어지므로 적용에 있어서 제한점이 많다. 아크 용접에 적용되어지는 비 접촉식 센서로는 아크 센서(arc sensor), 전자기력 센서(inductive sensor), 음향 센서(acoustic sensor), 온도 센서(temperature sensor) 그리고 비젼 센서(vision sensor) 등이 있다.
상기, 아크 센서는 용접시 토치 팁(torch tip)에서 용접부까지 거리의 변화와 아크 전압 및 전류의 변화 사이의 관계를 이용하는 것으로 구조가 간단하고 센서의 위치가 용접부와 동일한 위치에 있으며 가격이 싼 장점을 가지고 있다. 그러나, 측정 방법상 토치의 위빙(weaving)이 반드시 필요하고 분해능이 떨어지며, 미리 잘 정의된 용접부의 형상을 필요로 하므로 용접부의 형상이 복잡한 경우 형상 정보를 얻어 낼 수가 없는 단점을 가지고 있다.
상기, 전자기력 센서의 경우 위빙이 필요 없이 용접부 조인트(joint)를 인식할 수 있으나 전자기력을 이용하기 때문에 용접부에 최대한 가까이 위치시켜야 하는 단점을 가지고 있다. 반면 시각센서의 경우 앞에서 열거한 다른 센서에 비해 주변 노이즈의 영향을 많이 받고 측정 신호에서 정보를 추출해내는 과정이 상대적으로 복잡하지만 측정이 용접공정과는 무관하게 이루어지고 용접선의 위치 정보뿐만 아니라 용접부 형상 정보도 얻어낼 수 있어서 용접선 추적과 용접공정 모니터링 및 용접변수 제어가 가능할 수 있는 토대를 마련할 수 있다.
시각센서는 크게 카메라, 렌즈, 보조광으로 사용되는 반도체 레이저(diode laser), 물체에서 반사된 레이저 파장대의 특정 영역만을 통과시키는 대역통과필터(band pass filter)로 구성된다. 상기의 부품들은 고온에서의 내구성이 떨어지며, 연속적인 용접을 수행하는 경우 용접부의 복사(radiation) 및 대류(convection), 열(heat) 그리고 용탕(molten pool)에서 임의 방향으로 발생되는 스패터(spatter) 등에 의해 시각센서 헤드(head)부가 점차적으로 가열,파손되게 된다. 따라서, 용접부에서 발생하는 복사 열 및 대류 열을 차단시키며, 방사되는 스패터가 시각센서 헤드에 충돌하더라도 센서 특성에 영향을 주지 않는 설계 기술이 필수적이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 유해가스나 용접소음 등으로 인하여 초래되는 열악한 용접환경은 작업자들에게 상당한 피로감을 유발하게 된다. 또한 수동용접에 의한 재현성 감소 등은 재 용접을 부분적으로 초래하게 되고 이로 인해 생산성 감소를 초래하게 된다. 이러한 이유 때문에 80년대 이후부터 용접자동화에 대한 요구가 점진적으로 증가하고 있으며 이를 위해 각종 센서류가 하루가 다르게 발달하고 있다. 특히 시각센서의 경우 90년대를 기점으로하여 국.내외적으로 기능과 가격면에서 상당한 발전을 거듭하고 있으며 용접선 자동추적, 용접 비드 형상 계측 그리고 사용자 모니터링 시스템 등에 다양하게 적용되고 있고 점점 그 적용 분야를 넓혀가고 있는 실정이다.
국내에서 개발된 시각센서의 경우 대부분 연구용으로 사용되었기 때문에 실제 현장에서 요구되는 기계적.전기적 내구성 및 용접부에서 발생하는 각종 주변 열에너지에 대한 대처 능력이 떨어지는 실정이다. 특히 시각센서의 구성요소인 카메라 및 반도체 레이저를 용접가스 및 아크(arc)로부터 차단시키는 기능, 용접풀에서 발생하는 스패터 차단 기능, 아크 빛(arc light)에 의한 시각센서 헤드의 열 전도 차단 등의 기능이 거의 전무하고 장시간 사용하는 경우 센서의 신뢰도가 떨어지게 되어 본 발명은 착탈식 스패터 방지 장치, 열에너지 및 그을음을 포함한 용접가스를 시각센서 부품으로부터 보호하기 위한 1.2차 차단막 기능, 아크 빛을 반사시켜 시각센서 헤드 열 전도를 최소화하기 위한 경면 스테인레스 헤드 커버 그리고 공압 방식을 이용하여 아크 열 및 용접가스를 외부로 방출시킬 수 있는 기능을 가진 공압식 내부 대류 및 착탈식 보호 장치를 장착한 시간센서를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 시각센서 헤드 구성도
도 2 는 본 발명의 스패터 방지용 착탈식 스패터 실드
도 3 은 본 발명의 공압 대류 방식용 차단 장치
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(10) : 시각센서 헤드 (12) : 대역통과필터 및 카메라 렌즈
(14) : 반도체 레이저 (16) : 반도체 레이저 파워 제어용 PCB
(18) : 카메라용 외부 커넥트 (20) : 반도체 레이저용 외부 커넥트
(22) : 공압용 호스 외부 커넥트 (24) : 공압 전달용 호스
(26) : 스패터 실드 착탈용 볼트 (28) : 착탈식 스패터 실드
(30) : 경면 스테인레스 헤드 커버
(32) : 센서헤드 보호용 착탈식 1차 차단막
(34) : 센서헤드 보호용 고정식 2차 차단막
(36) : 반도체 레이저 파워 (38) : CCD 카메라
(40) : 1차 차단막 삽입홀 (42) : 볼트홀
(44) : 투과홀 (46) : 센서 헤드 부착용 커넥트
(48) : 공기 유동 입구 (50) : 공기 투입구
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명의 시각센서 헤드 구성도를,
도 2 는 본 발명의 스패터 방지용 착탈식 스패터 실드를,
도 3 은 본 발명의 공압 대류 방식용 차단 장치를 도시한 것으로서, 시각센서 헤드(10) 상단부에 각각 카메라용 외부 커넥트(18)와 반도체 레이저용 외부 커넥트(20), 공압용 호스 외부 커넥트(22)를 고정하고 공압용 호스 외부 커넥트(22)에 공압 전달용 호스(24)를 연결하며 시각센서 헤드(10) 일측에 경면 스테인레스 헤드 커버(30)를 설치한다.
상기, 헤드 커버(30) 내측에 반도체 레이저 파워(36)를 설치하고 시각센서 헤드(10) 내부에 반도체 레이저(14)를 설치하며 카메라용 외부 커넥트(18)와 반도체 레이저용 외부 커넥트(20) 하단에 제어용 PCB(16)를 설치함과 또한, 시각센서 헤드(10)내에 대역통과필터 및 카메라 렌즈(12)가 구비된 CCD 카메라(38)를 설치한다.
상기, 시각센서 헤드(10) 하단에 스패터 실드(28)를 볼트(26)로 고정하고 시각센서 헤드(10) 하부에 센서헤드 보호용 고정식 2차 차단막(34)을 고정하고 스패터 실드(28) 상부에 삽입홀(40)을 형성하여 센서헤드 보호용 착탈식 1차 차단막(32)을 삽입하며 스패터 실드(28) 상단에 카메라 및 반도체 레이저 투과용 홀(44)을 형성한다.
상기, 스패터 실드(28) 일측부에 센서 헤드 부착용 커넥트(46)를 고정하고 스패터 실드(28) 상단부에 공압 호스(24)에 의해 전달되는 공기 투입구(50)와 공압에 의해 투입된 공기 유동 입구(48)를 다수개 형성한 구성으로 되어진 것이다.
상기와 같은 구성을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하겠다.
도 1 에서와 같이 착탈식 스패터 실드(28), 센서헤드 보호용 착탈식 1차 차단막(32), 내부 대류 현상을 이용하여 용접부에서 발생하는 아크 열이나 용접가스 등을 외부로 방출시키기 위한 공압 전달용 호스(24) 또한, 시각센서 헤드(10)부에 조사되는 아크 광을 경면 반사시킴으로서 아크 광에 의한 센서 헤드의 열전달을 최소화하기 위한 경면 스테인레스 헤드 커버(30)로 형성되어 있는 시각센서 헤드(10)이다.
도 2 는 착탈식 스패터 실드로서, 용접 중 스패터가 용접풀로부터 시각센서로 방사될 경우 이를 차단하기 위한 장치이고 스패터 실드(28)는 스테인레스 재질의 스패터 방지용 실드이며 용접시 발생되는 스패터가 도시된 부분의 왼쪽면에 충돌함으로서 직접적으로 카메라(24) 혹은 반도체 레이저(14)에 영향을 주지 않도록 하고 착탈식 스패터 실드(28)의 장착은 센서 헤드 부착용 커넥트(46)를 센서 헤드(10)의 홀(도시하지 않음)에 삽입한 후 수동식 착탈용 볼트 홀(42)로 볼트(26)를 체결하여 센서에 부착하게 된다.
도 3 은 1차 공압 호스(24)에 가압된 공기가 공기 투입구(50)를 통해 유입되고 이후 센서헤드 보호용 착탈식 1차 차단막(32) 상부에 대류를 형성, 스패터 실드(28) 하부쪽으로 방출되게 되며 방출된 공기는 용접부로부터 방사되는 아크 열 및 가열된 보호가스를 차단하게 되며 시각센서 헤드(10)를 주변 열로부터 보호하는 역할을 하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 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 난반사 및 용접조건 적용제어를 고려한 공압식 내부 대류 및 탈착식 차단막 보호 장치를 장착한 시각센서를 형성함으로써 용접선 자동추적 및 모니터링 시스템을 구현하고 고온에서의 내구성을 높일 수 있으며 연속적인 용접 수행시 용접부의 복사 및 대류, 열 그리고 용탕에서 임의 방향으로 발생되는 스패터 등에 의해 시각센서 헤드가 점차적으로 가열되거나 파손하게 되는 것을 방지할 수 있음과 또한 용접부에서 발생하는 복사 열 및 대류 열을 차단시키며 방사되는 스패터가 시각센서 헤드에 충돌하여도 센서 특성에 영향을 주기 않고 시각센서 헤드 열 전도를 최소화하기 위한 경면 스테인레스 헤드 커버와 공압 방식을 이용하여 아크 열 및 용접가스를 외부로 방출시킬 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

  1. 시각센서 헤드(10) 상단부에 각각 카메라용 외부 커넥트(18)와 반도체 레이저용 외부 커넥트(20), 공압용 호스 외부 커넥트(22)를 고정하고 공압용 호스 외부 커넥트(22)에 공압 전달용 호스(24)를 연결하며 시각센서 헤드(10) 일측에 경면 스테인레스 헤드 커버(30)를 설치함과 헤드 커버(30) 내측에 반도체 레이저 파워(36)를 설치하고 시각센서 헤드(10) 내부에 반도체 레이저(14)를 설치하며 카메라용 외부 커넥트(18)와 반도체 레이저용 외부 커넥트(20) 하단에 제어용 PCB(16)를 설치함과 또한, 시각센서 헤드(10)내에 대역통과필터 및 카메라 렌즈(12)가 구비된 CCD 카메라(38)를 설치하며 시각센서 헤드(10) 하단에 스패터 실드(28)를 볼트(26)로 고정하고 시각센서 헤드(10) 하부에 센서헤드 보호용 고정식 2차 차단막(34)을 고정하고 스패터 실드(28) 상부에 삽입홀(40)을 형성하여 센서헤드 보호용 착탈식 1차 차단막(32)을 삽입하며 스패터 실드(28) 상단에 카메라 및 반도체 레이저 투과용 홀(44)을 형성함과 스패터 실드(28) 일측부에 센서 헤드 부착용 커넥트(46)를 고정하고 스패터 실드(28) 상단부에 공압 호스(24)에 의해 전달되는 공기 투입구(50)와 공압에 의해 투입된 공기 유동 입구(48)를 다수개 형성한 것을 특징으로 하는 공압식 내부 대류 및 탈착식 보호 장치를 장착한 시각센서.
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