KR100495788B1 - a seam tracking sensor applying strain gaugers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스트레인게이지를응용한용접선추적센서에 관한 것으로, 최근, 조선과 자동차와 같은 금속가공분야의 증가로 말미암아 금속을 가공하고 접합하는 용접의 활용분야는 점점 더 증가하고 있으나, 용접작업 도중 발생하는 강한 빛과 전류, 유해가스등에 의한 열악한 환경으로 인해 용접 기술자들의 수는 줄어들고 그에 따라 인건비는 상승하고 있는 실정으로 모재와 센서가 접촉하여 용접선을 추적하는 접촉센서를 주로 활용하여 용접선을 추적함으로써 용접자동화에 이용하고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a welding line tracking sensor using strain gauges. Recently, due to the increase in metal processing fields such as shipbuilding and automobiles, the field of welding for processing and joining metals is increasing. Due to the harsh environment caused by strong light, current and harmful gas, the number of welding technicians is decreasing and labor costs are rising accordingly. Therefore, welding is mainly performed by using the contact sensor which tracks the welding line by contacting the base material and sensor. It is used for automation.
상기와 같은 접촉센서 중 가장 많이 사용하고 대표적인 것이 프로브(probe) 센서이지만 국산화된 센서는 거의 없고 일본이나 미국의 수입품에 의존하고 있다.The most popular and representative of the above-mentioned contact sensors is a probe sensor, but there are few localized sensors, and they depend on imports from Japan or the United States.
이에 본 발명에서는 용접선감지봉(100d)의 각도에 따라 증폭 전압이 선형적으로 변하면서,스트레인 게이지의 저항변화를 증폭한 증폭신호에 따라 상부대차 (400)와 상하대차(700)가 슬라이딩 되어 용접선(600)을 추적하면서, 용접거리에 맞춰 세팅된 용접토치(200)에 의해 조선과 자동차와 같은 금속가공분야에서 매우 유용하게 활용할수 있도록해 수입에 의존하던 고가의 센서를 대체할 만한 하나의 방법으로 스트레인 게이지를 응용한 용접선 추적센서에 관한 발명인 것이다.Accordingly, in the present invention, while the amplification voltage is linearly changed according to the angle of the welding wire sensing rod 100d, the upper bogie 400 and the upper and lower bogie 700 are slid according to the amplified signal amplifying the resistance change of the strain gauge. One way to replace expensive sensors that depended on imports is to make them very useful in metal processing fields such as shipbuilding and automobiles by tracking the welding distance (200) set according to the welding distance. The invention relates to a welding line tracking sensor using a strain gauge.
Description
본 발명은 스트레인게이지를응용한용접선추적센서에 관한 것이다. 최근, 조선과 자동차와 같은 금속가공분야의 증가로 말미암아 금속을 가공하고 접합하는 용접의 활용분야는 점점 더 증가하고 있으나, 용접작업 도중 발생하는 강한 빛과 전류, 유해가스등에 의한 열악한 환경으로 인해 용접 기술자들의 수는 줄어들고 그에 따라 인건비는 상승하고 있다. The present invention relates to a weld line tracking sensor using a strain gauge. Recently, due to the increase in metal processing fields such as shipbuilding and automobiles, the field of welding for processing and joining metals is increasing. However, due to the harsh environment caused by the strong light, current and harmful gas generated during welding, welding The number of technicians is decreasing and labor costs are rising accordingly.
게다가 부족한 기술자를 구하는 것도 쉽지 않은 상황이다. 이러한 인력수급의 어려움으로 용접작업을 자동화하려는 노력은 지속되고 있으나, 용접작업 자체가 강한 빛과 전류의 발생으로 기타 다른 제조업에 비해서는 그 자동화 속도가 매우 느린 편이다. In addition, finding a technician is not easy. Efforts to automate welding work continue due to the difficulty of supply and demand, but the welding work itself is very slow compared to other manufacturing industries due to the generation of strong light and current.
용접 자동화를 위한 중요한 요건 중 하나인 용접선을 추적하는 센서에 관한 연구도 많이 진행되고 있지만, 근래 다른 산업전반에 응용하고 있는 영상처리 관련 센서에 의한 용접의 경우에는 용접시 발생하는 강한 빛과의 간섭으로 정확한 용접선을 검출하기가 쉽지 않다. Although many studies have been conducted on sensors that track welding lines, which are one of the important requirements for welding automation, in the case of welding by image processing-related sensors applied in other industries in recent years, interference with strong light generated during welding It is not easy to detect the exact weld line.
따라서,조선과 자동차와 같은 금속가공분야에서는 아직도 모재와 접촉하지 않고 용접선을 추적하는 비접촉센서보다는 모재와 센서가 접촉하여 용접선을 추적하는 접촉센서를 주로 활용하여 용접선을 추적함으로써 용접자동화에 이용하고 있다.Therefore, in metal processing fields such as shipbuilding and automobiles, the welding line is mainly used for welding automation by using the contact sensor that tracks the welding line by contacting the base material and the sensor rather than the non-contact sensor that does not contact the base metal and tracks the welding line. .
상기와 같은 접촉센서 중 가장 많이 사용하고 대표적인 것이 프로브(probe) 센서이지만 국산화된 센서는 거의 없고 일본이나 미국의 수입품에 의존하고 있다.The most popular and representative of the above-mentioned contact sensors is a probe sensor, but there are few localized sensors, and they depend on imports from Japan or the United States.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 수입에 의존하던 고가의 센서를 대체할 만한 하나의 방법으로 스트레인 게이지를 응용하여 용접선 추적센서를 발명 제안하고자 한다.Therefore, the present invention is to propose a welding line tracking sensor by applying a strain gauge as one method to replace the expensive sensor that was dependent on the import as described above.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 응용하여 용접선 추적센서를 발명하기 위한 실시예는 아래와 같다. An embodiment for inventing a weld line tracking sensor by applying a strain gauge according to the present invention for the above purpose is as follows.
1.실험장치1. Experiment apparatus
1.1 프로브 센서의 추적원리1.1 Tracking principle of probe sensor
종래 프로브 센서에 의한 용접선의 추적원리로는 센서는 용접 모재의 용접할 홈에 접촉한 상태로 진행을 하고 용접선의 좌우, 상하 위치변화를 아날로그 신호로써 출력하게 된다. 이 변화된 신호는 토치를 구동시키는 모터를 동작시켜 프로브 센서의 위치를 추적하도록 하는 것이다. As a tracking principle of a welding line by a conventional probe sensor, the sensor proceeds in contact with a groove to be welded on a welding base material and outputs a left and right position change of the welding line as an analog signal. This altered signal operates the motor that drives the torch to track the position of the probe sensor.
본 발명에서는 이 센서부분을 스트레인 게이지의 저항변화를 응용하여 아날로그 출력을 내어 위치변화를 검출하고자 한다. In the present invention, the sensor portion is applied to the resistance change of the strain gauge to output the analog output to detect the change in position.
1.2스트레인게이지를 응용한 센서신호의 증폭1.2 Amplification of Sensor Signal Using Strain Gage
스트레인게이지는 물체의 고유저항을 이용한 센서로 식1과 같이 나타낼수 있다. 압축과 인장에 의해 A와 ℓ의 변화가 저항변화를 가져오고 이로인해 전류의 변화 결국 전압의 변화를 갖고 온다. 즉 변위를 전압신호로 바꾸어주는 원리이다.Strain gauge is a sensor using the resistivity of an object and can be expressed as in Equation 1. By compression and tension, the change in A and ℓ leads to a change in resistance, which results in a change in current and a change in voltage. In other words, the displacement is converted into a voltage signal.
(1) (One)
도 3에 스트레인 게이지를 응용한 센서를 나타내고 있다. The sensor which applied the strain gauge to FIG. 3 is shown.
스트레인 게이지는 길이 5[mm]이고, 게이지 저항은 120[Ω]±0.5[%]인 것을 사용하고 있다. 도 3과 같이 저항 변화를 확인하기 위해, 하나의 스트레인 게이지를 철판에 부착하고, 인장시와 수축시 저항을 측정해 보았는데, 도 3b와 같이 인장시는 약 121[Ω], 도 3c와 같이 수축시는 119[Ω]으로 최대 저항변화는 대략 2[Ω]으로 매우 적은 변화를 나타내었다. 최대가 2[Ω]이므로 실제 저항변화의 범위는 1[Ω] 정도로 매우 작아 전용의 앰프를 사용하지 않고서는 이 신호를 센서의 입력신호로 사용하기에는 약하게 된다. The strain gauge is 5 [mm] in length and the gauge resistance is 120 [Ω] ± 0.5 [%]. In order to check the resistance change as shown in Figure 3, one strain gauge was attached to the iron plate, and the resistance was measured at the time of tension and shrinkage, as shown in Figure 3b at about 121 [Ω], shrink as shown in Figure 3c The hour showed 119 [Ω] and the maximum resistance change was about 2 [Ω]. Since the maximum resistance is 2 [Ω], the range of actual resistance change is very small as 1 [Ω], so it is weak to use this signal as an input signal of the sensor without using a dedicated amplifier.
그래서 저항의 변화를 크게 하기 위해,도 4와 같이 철판이나 스테인레스판과 같이 탄성판 양면에 스트레인 게이지를 각각 부착하여 최대 4[Ω]의 저항변화가 생기도록 함으로써, 민감하게 OP 앰프의 출력이 얻어지도록 하였다. Therefore, in order to increase the resistance change, as shown in FIG. 4, the strain gauges are attached to both sides of the elastic plate as in the steel plate or the stainless plate, so that a resistance change of up to 4 [Ω] can be generated, whereby the output of the op amp is sensitively obtained. To lose.
도 7에는 스트레인 게이지 신호 증폭회로를 나타내고 있다. 휘스톤 브리지를 이용하여 탄성판 앞·뒤에 부착한 스트레인 게이지의 저항값이 탄성판의 휘어짐 정도에 따라 저항의 변화가 생기고 이 신호를 차동증폭기를 이용하여 증폭하여 모터의 제어 신호로 사용한다.7 shows a strain gauge signal amplifying circuit. The resistance value of the strain gauge attached to the front and back of the elastic plate using the Wheatstone bridge is changed according to the degree of bending of the elastic plate, and this signal is amplified using a differential amplifier and used as a control signal of the motor.
1.3 X-Y평면의 검출1.3 Detection of the X-Y Plane
도 5는 탄성이 좋은 탄성판을 수직으로 직교시킨 것으로 상하로 힘을 주면 Y판에서 굽힘이 생기고, 좌우로 힘을 가하면 X판이 굽힘 응력이 발생한다. 물론 45도로 힘을 주면 X, Y판 모두 굽힘 응력이 발생한다. 신호를 크게 하기 위해, 본 발명실시에서는 앞면과 뒷면에 스트레인 게이지를 부착시켜 센서신호를 크게 하였다.5 is good elasticity The elastic plate is orthogonal to the vertical plate. When the force is applied up and down, bending occurs in the Y plate, and when the force is applied to the right and left, the bending stress is generated in the X plate. Of course, if the force is 45 degrees, bending stress occurs in both the X and Y plates. In order to enlarge the signal, in the embodiment of the present invention, a strain gauge is attached to the front and rear surfaces to increase the sensor signal.
1.4 DC모터 구동회로1.4 DC Motor Driving Circuit
도 8은 스트레인 게이지에서 나오는 신호를 증폭하여 그 신호와 삼각파를 비교하여 PWM파형을 만든 회로를 나타낸다. 파워드라이버 부분은 파워 MOSFET를 이용하여 제작하였고 직류전동기를 정역전 이 가능한 회로를 구성하였다8 illustrates a circuit in which a PWM waveform is generated by amplifying a signal from a strain gauge and comparing the signal with a triangular wave. The power driver part is manufactured by using power MOSFET and the circuit which can reverse and reverse the DC motor is constructed.
2. 실험장치의 구성2. Composition of Experiment Device
실험장치의 구성은 도 6과 같이 X와 Y판의 2쌍의 스트레인 게이지에서 나온 신호를 각각 증폭하고 이 신호와 삼각파를 비교하여 PWM파형을 만들었다. 모터를 구동하기 위한 파워드라이버 부분은 파워 MOSFET를 이용하여 제작하였고, 스트레인 게이지의 +, - 출력에 따라 직류전동기가 정·역전되도록 회로를 구성하였다. 직류전동기 두 대를 이용하여 X-Y슬라이드를 제작하였고 센서가 이 슬라이드에 고정되어 있어 피드백 되도록 하였다.As shown in FIG. 6, the experimental apparatus amplified the signals from two pairs of strain gauges of the X and Y plates, and compared the signals with a triangular wave to make a PWM waveform. The power driver part for driving the motor was manufactured by using a power MOSFET, and the circuit was configured so that the DC motor was reversed according to the + and-output of the strain gauge. Two DC motors were used to fabricate the X-Y slide and the sensor was fixed on this slide for feedback.
3.실험결과및 고찰3. Experimental Results and Discussion
3.1 센서로드의변화에 따른 저항및 전압변화3.1 Resistance and voltage change according to sensor load change
실험 결과 용접선(seam)과 벗어나는 오차에 따라 표 1과 같이 신호가 변화되는 것을 알 수 있었고, 이를 기준으로 그래프로 나타낸 것이 도 9이며, 신호의 오차는 피드백 되므로 오차가 적은 쪽으로 X-Y 모터가 움직이게 하였다.Experimental results show that the signal changes according to the seam and deviation, as shown in Table 1. Figure 9 shows the graph based on this, and the error of the signal is fed back so that the XY motor moves toward the smaller error. .
도 9의 (a) 그림에서 x축의 0을 기준으로 rod를 오른쪽으로 움직이면 저항값이 줄어드는 것을 알 수 있고, 반대방향으로 움직이면 증가하는 것을 알 수 있다. 즉 오른쪽으로는 굽힘응력이 왼쪽으로 인장응력이 생기게 되고, 이들 저항의 증가나 감소 오차가 줄어드는 방향으로 모터가 구동되게 된다. 그림 (b)는 rod 변화에 따른 전압변화를 나타내는 것으로 두 개의 그래프의 모양이 원칙적으로 대칭이 되어야 하지만 센서의 부착위치 및 대칭회로를 구성하는 부품들의 오차로 말미암아 정확한 대칭을 이루지 못한 것으로 생각된다.In FIG. 9 (a), it can be seen that the resistance decreases when the rod is moved to the right based on the zero of the x axis, and increases when the rod is moved in the opposite direction. In other words, the bending stress is generated to the left and the tensile stress is generated to the left, and the motor is driven in a direction in which these resistances increase or decrease. Figure (b) shows the voltage change according to the rod change, but the shape of the two graphs should be symmetrical in principle, but it is thought that the exact symmetry could not be achieved due to the mounting position of the sensor and the error of the components constituting the symmetric circuit.
좌, 우로 2∼3°정도 rod가 이동하면 모터가 회전하는 것을 확인할 수 있었다.When the rod moves about 2 ~ 3 ° left and right, the motor rotates.
3.2 센서의 동작실험3.2 Motion Test of Sensor
도 10은 센서로드가 아무런 동작을 하지 않을 경우의 파형을 나타낸다. 그림의 1번 파형은 50[kHz]로 발진하는 삼각파를 나타내고 있고, 2번 파형은 현재 스트레인 게이지의 저항값에 변화가 없는 즉, 탄성판에 굽힘이나 인장응력이 발생하지 않은 파형을 나타내고 있다. 따라서 이는 용접선이 굴절되지 않고 반듯한 직선의 형태일 경우를 나타낸다. 3번 파형은 직류전동기의 MOSFET에 가해지는 게이트신호를 나타낸다. 현재의 파형은 -12[V]로 가해지는 신호가 없어 모터는 동작하지 않는다.10 shows waveforms when the sensor rod does not operate at all. Waveform 1 shows the triangular wave oscillating at 50 [kHz]. Waveform 2 shows the waveform of no change in the resistance of the current strain gauge, that is, no bending or tensile stress on the elastic plate. Therefore, this represents the case where the weld line is in the form of a straight line without refraction. Waveform 3 shows the gate signal applied to the MOSFET of the DC motor. The current waveform has no signal applied to -12 [V] and the motor does not run.
도 11은 센서로드가 오른쪽 방향으로 치우치고 용접진행방향으로는 왼쪽으로 굴곡이 생길 경우의 파형을 나타낸다. 2번의 스트레인 게이지 저항에 변화가 생겨 그래프상으로는 -6[V] 정도의 출력이 얻어지고 있다. 그래서 이 출력의 오차를 줄이기 위해 3번의 게이트 신호에 PWM 게이트 신호가 들어가 모터를 회전시키고 있음을 확인할 수 있다. Fig. 11 shows waveforms when the sensor rod is biased to the right and bending to the left in the welding progress direction. The change in the strain gage resistance of the two times, the output is about -6 [V] on the graph. Therefore, in order to reduce the error of this output, it can be seen that the PWM gate signal enters the gate signal of 3 to rotate the motor.
도 12는 도 11과 반대방향으로 센서의 로드가 움직인 경우로 센서의 출력전압이 약 +5[V]가 나오고 있으며, 이 전압 변화에 따른 게이트 입력신호 파형이 3번 파형과 같이 FET의 게이트 단자에 입력되게 된다. 모터의 방향은 그림 11과는 반대방향으로 동작하게 된다.12 is a case in which the load of the sensor is moved in the opposite direction to FIG. 11, and the output voltage of the sensor is about +5 [V]. It is input to the terminal. The direction of the motor will run in the opposite direction to Figure 11.
상기와 같은 실시예와 같이, 본 발명에서는 스트레인 게이지의 변형에 따른 전기저항의 변화를 이용하여 X-Y평면의 높낮이나 형상을 인식할 수 있는 센서로써, 상기 실시예에 기초하여 제작된 스트레인게이지를응용한용접선추적센서의 상세한 구성은 도 2와 같이 제작한 것으로 첨부도면에 의하여 상세히 알아보면,다음과 같다.As in the above embodiment, in the present invention as a sensor that can recognize the height and shape of the XY plane by using the change of the electrical resistance according to the deformation of the strain gauge, the strain gauge produced based on the embodiment The detailed configuration of the Korean welding track tracking sensor is manufactured as shown in FIG. 2 and described in detail by the accompanying drawings.
일정길이의 용접선감지봉(100d) 상단 8부축에 구심베어링(100e)을 끼운 구심베어링브라켓(100f)이 조립되고, 일측면 중앙에 용접선감지봉(100d)끝단이 고정된 직육면체인 X판설치블록(110) 양면에 X판스트레인게이지(110a)를 부착하되, 용접선감지봉(100d)이 고정된 대향면 세로방향 중앙홈부에 X판부탄성판(140)일측테를, 이측테는 육면사각블록체인 XY직교블록(120)의 일면 가로방향 센터홈부에 고정나사 (102a)로 각 고정하고,상기 XY직교블록(120)의 대향면인 세로방향 센터홈에는 Y판부탄성판(150) 일측테를, 이측테는 직육면체인 Y판설치블록(130)의 일측면 가로방향 중앙홈부에 고정나사(120a)로 각 고정한 Y판설치블록(130) 양면에 Y판스트레인게이지(130a)를 부착하고, 대향면중앙에 고정한 Y판설치블록구심축(130b)에는 구심베어링(100e')을 끼운 구심베어링브라켓(100f')을 조립한후, 상기 X판스트레인게이지(110a)와 X판부탄성판 (140)사이는 X판부스트레인와이어(140b)를, Y판스트레인게이지(130a)와 Y판부탄성판(150)사이에는 Y판부스트레인와이어(150b)를 각 고정설치하여,X판스트레인게이지(110a)와 Y판스테레인게이지(130a)로부터 각 인출된 X판부측정저항선 (140a)과 Y판부측정저항선(150a)을 구심베어링브라켓(100f')의 일측부에 형성한 MS커넥터(160)에 연결시켜 상부마개(100c)와 하부마개(100b)로 조립되는 원통형 외부몸통(100a)내에 설치 하는 것이다.A centripetal bearing bracket (100f) with a centripetal bearing (100e) inserted into the eight-axis of the upper end of the welding line sensing rod (100d) of a certain length is assembled, and the X plate mounting block is a rectangular parallelepiped with a fixed end of the welding line sensing rod (100d) (110) Attach the X plate strain gauge (110a) on both sides, one side of the X-plate part elastic plate 140 in the longitudinal center groove in the opposite surface where the welding wire sensing rod (100d) is fixed, the two-sided hexagonal block chain Each side of the XY orthogonal block 120 is fixed to the horizontal center groove on one side by a fixing screw 102a, and the Y plate part elastic plate 150 is formed on the longitudinal center groove which is the opposite surface of the XY orthogonal block 120. This side frame is attached to the Y plate strain gauge (130a) on both sides of the Y plate mounting block 130 fixed to each of the horizontal plate in the horizontal groove in one side surface of the Y plate mounting block 130 of the rectangular parallelepiped with a set screw (120a), the opposite surface A centripetal bearing bracket (100f ') fitted with a centripetal bearing (100e') on the Y plate mounting block centripet (130b) fixed at the center. After assembly, the X plate strain gauge (110a) and the X plate portion elastic plate 140 between the X plate portion of the strain wire (140b), Y plate strain gauge (130a) and Y plate portion of the elastic plate 150 between the Y plate portion Strain wire 150b is fixed to each other, and the X plate part measuring resistance line 140a and the Y plate part measuring resistance line 150a drawn out from the X plate strain gauge 110a and the Y plate strain gauge 130a are respectively centered bearing brackets. Connected to the MS connector 160 formed on one side of (100f ') is to be installed in the cylindrical outer body (100a) assembled by the upper stopper (100c) and the lower stopper (100b).
상기와 같이 구성한 본 발명의 스트레인게이지를응용한용접선추적센서의 일실시 작용을 알아보기 위해, 실험제작한 본 발명에 따른 일실시 사용상태 참고사시도인 도 1에 따르면, 회전캐스터(300a)와 고정캐스터(300b)가 저부에 조립된 하부대차(300)가 용접선(600)위에 놓이며, 전방에 돌출된 스트레인게이지설치빔(301)상에 체결된 스트레인게이지센서(100)가 용접선(600)에 접촉되면서 진행되도록 수직으로 설치하고, 상기 하부대차(300) 진행방향의 좌우로 상부대차(400)가 슬라이딩되게 상부에 콘트롤박스(500)를 설치한체, 후방 일단테두리에 직교된 상하대차설치대(400a)를 기준으로 용접토치(200)를 설치한 베드가 상하로 슬라이딩되도록 중앙에는 스태핑모터b(700a)로 상하대차이송스크루고정대(700c)에 설치된 상하대차이송스크루(700b)의 정역회전으로 상하대차(700)가 상하슬라이딩되며,좌우편에는 상하대차슬라이더로드고정대(700e)에 설치된 상하대차슬라이더로드(700d)에 삽입설치된 슬라이더블록b(700f)를 상하대차설치대a(400a)의 양편 상하에 설치시킨 것이다.In order to find out one embodiment of the welding line tracking sensor applied to the strain gage of the present invention configured as described above, according to Figure 1 of an exemplary use state according to the present invention produced experimentally, the fixed caster 300a and The lower trolley 300, in which the caster 300b is assembled at the bottom, is placed on the welding line 600, and the strain gauge sensor 100 fastened on the strain gauge mounting beam 301 protruding forward is connected to the welding line 600. Vertically installed to proceed while contacting, and installed the control box 500 on the upper side so that the upper carriage 400 is slid to the left and right of the lower bogie 300 running direction, the upper and lower bogie mounting platform perpendicular to the rear end border ( 400a) based on the up and down carriage feed screw (700b) installed in the up and down carriage feed screw fixing station (700c) with a stepping motor b (700a) in the center so that the bed on which the welding torch 200 is installed is slid up and down in the center. (700) is vertically sliding, the left and right sides of the slider block b (700f) inserted into the upper and lower bogie slider rod (700d) installed on the upper and lower bogie slider rod (700e) installed on both sides of the upper and lower bogie mounting table a (400a) will be.
상기와 같이 일실시 설치구성된 본 발명은 조선과 자동차와 같은 금속가공분야에서 용접할 용접선(600)부위에 본 발명에 따른 스트레인게이지센서(100)을 장착한 하부대차(300)를 수동에 의한 견인 또는 원동기부착에 의한 견인에 의해서 슬라이딩시키면, 용접선(600)의 좌우상하 굴곡도에 따라서,스트레인게이지센서(100)의 용접선 감지봉(100d)도 외부몸통(100a)하단부에 나사조립된 하부마개내의 구심베어링브라켓(100f)를 중심으로 구심베어링(100e)내의 용접선감지봉(100d)상단부도 좌우상하로 움직이면서, XY직교블록(120)을 기준으로 X판부탄성판(140)과 X판설치블록(110),Y판부탄성판(150)과 Y판설치블록(130)간에 설치된 X판부스트레인와이어 (140b)와 Y판부스트레인와이어(150b)에도 굽힘응력이 발생되어, 결국은 X판설치블록(110)과 Y판설치블록(130)양면에 각 부착된 X판스트레인게이지 (110a)와 Y판스트레인게이지(130a)에 의하여 저항변화값이 X판부측정저항선(140a)과 Y판부측정저항선(150a)을 통해 콘트롤박스(500)내에 설치된 OP앰프를 통해 출력이 발생되어, 휘스톤브리지를 이용해 스트레인게이지의 저항값을 차동증폭기를 이용해 증폭해 스태핑모터a(300d)나 스태핑모터b(700a)의 제어 신호로 이용된다.The present invention constituted as one embodiment is configured to pull the lower trolley 300 equipped with the strain gauge sensor 100 according to the present invention to the welding line 600 to be welded in the metal processing field such as shipbuilding and automobile by manual Alternatively, when sliding by traction by attachment of the prime mover, the welding line sensing rod 100d of the strain gauge sensor 100 may also be screwed into the lower end of the outer body 100a according to the left and right up and down bending degree of the welding line 600. The upper end of the weld wire sensing rod 100d in the centripetal bearing bracket 100e also moves left and right, up and down, centering on the centripetal bearing bracket 100f, and the X-plate buoyant plate 140 and the X-plate mounting block (based on the XY orthogonal block 120). 110), bending stress is also generated in the X plate portion strain wire (140b) and Y plate portion strain wire (150b) provided between the Y plate portion elastic plate 150 and the Y plate installation block 130, and eventually the X plate installation block (110) ) And Y plate mounting blocks (130) The resistance change value is output by the X plate strain gauge 110a and the Y plate strain gauge 130a through an OP amplifier installed in the control box 500 through the X plate measuring resistance line 140a and the Y plate measuring resistance line 150a. Is generated, and the resistance value of the strain gauge is amplified using the Wheatstone bridge and used as a control signal of the stepping motor a 300d or the stepping motor b 700a.
한편, 도 8에 도시된바와 같이 스트레인게이지에서 나오는 신호를 증폭하여, 그 신호와 삼각파를 비교하여 PRM파형을 만든 회로로,파워드라이버 부분은 파워 MOSFET를 이용하여 제작되여 직류전동기를 정역가능하도록 하는 것이다.On the other hand, as shown in Figure 8 by amplifying the signal coming from the strain gauge, and compares the signal with a triangular wave to create a PRM waveform, the power driver portion is manufactured by using a power MOSFET to enable direct and reverse DC motor will be.
따라서, 용접토치(200)가 장착된 상하대차(700)는 하부대차(300)상에 장착된 스트레인게이지(100)의 용접선감지봉(100d)의 좌우상하 굴곡도에 맞춰 용접선을 추적하여 용접이 수행되도록 하는 것이다.Therefore, the welding torch 200 is mounted on the upper and lower bogie 700, the welding line is traced to the left and right, up and down bending degree of the welding wire detection rod (100d) of the strain gauge 100 mounted on the lower bogie 300 To be done.
상기와 같이 본 발명에 따른 스트레인게이지를응용한용접선추적센서는 용접선감지봉(100d)의 각도에 따라 증폭 전압이 선형적으로 변하면서,스트레인 게이지의 저항변화를 증폭한 증폭신호에 따라 상부대차(400)와 상하대차(700)가 슬라이딩 되어 용접선(600)을 추적하면서, 용접거리에 맞춰 세팅된 용접토치(200)에 의해 조선과 자동차와 같은 금속가공분야에서 매우 유용하게 활용할수 있는 용접선추적센서로 이용될수 있어,용접작업 도중 발생하는 강한 빛과 전류, 유해가스등에 의한 열악한 환경으로부터 용접을 수월하게 할수 있도록 하는 유용하게 적용할수 있는 발명인 것이다.As described above, the weld line tracking sensor using the strain gauge according to the present invention has an amplification voltage linearly changed according to the angle of the welding wire sensing rod 100d, and according to the amplified signal amplifying the resistance change of the strain gauge. 400 and the upper and lower bogie 700 is slid to track the welding line 600, the welding line tracking sensor that can be very useful in the metal processing field, such as shipbuilding and automobiles by the welding torch 200 set according to the welding distance It can be used as, it is an invention that can be usefully applied to facilitate the welding from the harsh environment caused by strong light, current, harmful gas, etc. generated during the welding operation.
이와같은 이용분야외에도 본 발명에 따른 스트레인 게이지의 변형에 따른 전기저항의 변화를 이용하여 X-Y평면의 높낮이나 형상을 인식할 수 있는 센서로 예측가능한 모든 산업분야에도 유용하게 적용할수 있는 유용한 발명인 것이다. In addition to such applications, it is a useful invention that can be usefully applied to any industrial field that can be predicted as a sensor capable of recognizing the height and shape of the X-Y plane by using a change in electrical resistance according to the deformation of the strain gauge according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 일실시 사용상태 참고사시도1 is a perspective view of one embodiment using state according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 용접선추적센서의 분해사시도2 is an exploded perspective view of a welding line tracking sensor according to the present invention;
도 3은 본 발명에 적용된 스트레인게이지의 저항변화도로써, a)는 직선상태의 OP앰프 저항이 120Ω인 참고도, b)는 인장시 OP앰프 저항이 121Ω을 나타낸 참고도, c)는 수축시 OP앰프 저항이 119Ω을 나타낸 참고도.3 is a resistance change diagram of the strain gauge applied to the present invention, a) is a reference diagram showing the resistance of the op amp in a linear state 120Ω, b) is a reference diagram showing 121Ω in the tension, c) when shrinking Note that the op amp resistance is 119 Ω.
도 4는 최대 4Ω의 OP앰프 저항이 있도록 양면에 스트레인게이지를 붙인 참고도.Figure 4 is a reference diagram attached to the strain gauges on both sides so that the op amp resistance up to 4Ω.
도 5는 탄성판을 수직으로 직교시키고 앞뒤에 스트레인게이지를 부착켜 좌우로는 X좌표, 상하로는 Y좌표상으로 굽힘응력이 발생되게한 스트레인게이지의 참고사시도.5 is a reference perspective view of a strain gauge that is orthogonal to the elastic plate and attached to the front and rear strain gauges so that bending stress is generated on the X coordinates on the left and right on the Y coordinate.
도 6은 본 발명에 따른 전체장치의 개략도.6 is a schematic view of the overall apparatus according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 스트레인게이지 신호의 증폭회로.7 is an amplification circuit of a strain gauge signal according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 DC 모터 구동회로.8 is a DC motor driving circuit according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 스트레인게이지의 로드 움직임에 따른 저항(a)과 전압(b)변화 그래프.Figure 9 is a graph of the change in resistance (a) and voltage (b) according to the load movement of the strain gauge according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 센서로드가 동작하지 않을 경우의 파형도.10 is a waveform diagram when the sensor rod according to the present invention does not operate.
도 11은 본 발명에 따른 센서로드가 오른쪽으로 움직일 경우의 파형도.11 is a waveform diagram when the sensor rod according to the present invention moves to the right.
도 12는 본 발명에 따른 센서로드가 왼쪽으로 움직일 경우의 파형도.12 is a waveform diagram when the sensor rod according to the present invention moves to the left.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
100:스트레인게이지센서 200:용접토치100: strain gauge sensor 200: welding torch
300:하부대차 400:상부대차300: lower balance 400: upper balance
500:콘트롤박스 600:용접선500: control box 600: weld line
700:상하대차 700: top and bottom bogie
100a:외부몸통 100b:하부마개100a: outer body 100b: lower lid
100c:상부마개 100d:용접선감지봉100c: Upper stopper 100d: Welding wire detection rod
100e;100e':구심베어링 100f;100f':구심베어링브라켓100e; 100e ': Centrifugal Bearing 100f; 100f': Centrifugal Bearing Bracket
110:X판설치블록 110a:X판스트레인게이지110: X plate mounting block 110a: X plate strain gauge
120:XY직교블록 130:Y판설치블록120: XY orthogonal block 130: Y plate mounting block
130a:Y판스트레인게이지 130b:Y판설치블록구심축130a: Y plate strain gage 130b: Y plate mounting block
140:X판부탄성판140: X plate elastic sheet
140a:x판부측정저항선 140b:X판부스트레인와이어140a: X plate measurement resistance wire 140b: X plate boost strain wire
150:Y판부탄성판 150a:Y판부측정저항선150: Y plate elastic sheet 150a: Y plate measurement resistance line
150b:Y판부스트레인와이어 160:MS커넥터150b: Y plate boost strain wire 160: MS connector
300a:회전캐스터 300b:고정캐스터300a: rotary caster 300b: fixed caster
300c:상부대차이송스크루 300d:스태핑모터a300c: upper trolley feed screw 300d: stepping motor a
300e:슬라이더블럭a 300f:슬라이더로드300e: Slider block a 300f: Slider rod
300g:슬라이더로드고정대 300h:상부대차이송스크루고정대 300g: Slider Rod Fixture 300h: Upper Vehicle Feed Screw Fixture
400a:상하대차설치대 400a: top and bottom bogie mounting table
700a:스태핑모터b 700b:상하대차이송스크루700a: stepping motor b 700b: top and bottom vehicle feed screw
700c:상하대차이송스크루고정대 700d:상하대차슬라이더로드700c: up and down vehicle feed screw fixing platform 700d: up and down vehicle slider slider
700e:상하대차슬라이더로드고정대 700f:슬라이더블록b700e: upper and lower cart slider rod 700f: slider block b
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