KR100650609B1

KR100650609B1 - 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법

Info

Publication number: KR100650609B1
Application number: KR1020000033435A
Authority: KR
Inventors: 임필주
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2000-06-17
Filing date: 2000-06-17
Publication date: 2006-11-28
Also published as: KR20010113223A

Abstract

본 발명은 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법에 관한 것으로, 용접봉의 1회전 동안의 전류와 전압을 설정하고, 전류와 전압, 용접속도 및 용접봉 회전주파수를 판독하여 용접전류와 전압 및 샘플링 속도를 결정한 다음, 설정주파수와 기어비에 따라 용접봉의 회전속도값을 산출하고, 용접봉의 설정주파수와 검출주파수의 차이값을 보정하며, 아울러 용접전류와 전압을 피드백시키면서 용접봉의 위치별로 전류와 전압값을 맵핑하도록 된 것으로, 용접공간이 협소한 후판재의 용접부를 예비적으로 가공하지 않고도 용접작업을 원활하게 행할 수 있는 것은 물론 용접비드를 평탄하게 할 수 있으며, 궁극적으로는 용접품질의 향상에 기여하도록 된 것이다.

Description

용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법 {Butt antomatic welding method of thick plate with narrow gap for welding}

도 1은 본 발명에 따른 용접장치의 예를 나타낸 참고사시도

도 2 는 본 발명에 따른 플로우 챠트

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 용접부재 110: 자동용접기

120: 회전토치 130: 냉각장치

140: 전원장치 150: 제어장치

151: 티칭 펜던트

본 발명은 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접봉의 1회전 동안의 전류와 전압을 설정하고, 전류와 전압, 용 접속도 및 용접봉 회전주파수를 판독하여 용접전류와 전압 및 샘플링 속도를 결정한 다음, 설정주파수와 기어비에 따라 용접봉의 회전속도값을 산출하고, 용접봉의 설정주파수와 검출주파수의 차이값을 보정하며, 아울러 용접전류와 전압을 피드백시키면서 용접봉의 위치별로 전류와 전압값을 맵핑하도록 하여, 용접봉의 회전속도를 정확히 유지함과 동시에 그 회전위치를 정확히 확인할 수 있는 것으로서, 용접공간이 협소한 후판재의 용접부를 불필요하게 가공하지 않고도 용접작업을 원활하게 행할 수 있는 것은 물론 평탄한 용접비드를 얻을 수 있으며, 궁극적으로는 용접품질의 향상에 기여하도록 된, 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박건조시 또는 철구조물의 제작시 행하는 후판재의 맞대기 용접에 자동용접기를 많이 사용하고 있으며, 통상 용접봉은 모터의 축과 용접토치의 팁을 관통하여 회전하면서 용접을 수행하게 된다.

용접봉의 위치는 용접 팁 상단에 위치하는 브래킷에 장착된 근접센서를 이용하여 확인하였으며, 근접센서 작동중에 용접봉의 특정위치를 세팅한 상태에서 브래킷이 회전하여 그 도그가 지나가면서 센서가 동작하고, 이 시점에서 용접기로부터 일정한 주기로 용접전류를 입력받아 가공을 행한 다음, 이 용접전류를 용접봉의 위치와 맵핑하여 대표값을 산출함으로써 위치보정량을 생성시켰다.

그러나 용접중 발생하는 스퍼터링 등에 의한 영향으로 용접봉의 회전속도가 변경될 경우 이를 보완할 방법이 없어 용접봉의 회전속도를 일정하게 유지할 수 없었다.

또한 근접센서가 동작하는 시점에서 일정한 주기로 용접전류와 전압을 인가받아 메모리에 순차적으로 저장하고 있으나 용접봉의 회전속도가 일정하지 않아 그 용접봉의 위치와 입력된 데이터를 정확하게 맵핑시키기가 곤란하였다.

이로 인하여 용접봉의 위치에 따른 대표값을 생성시킬 수 없으므로 이를 근거로 하여 위치보정량을 만들면 용접선을 정확히 추적할 수 없게 되며, 아울러 용접봉이 고속으로 회전하는 경우 근접센서가 동작하는 시점에 있어서도 편차가 크게 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 주된 목적은, 후판재와 같이 두께가 크고 용접간격이 매우 협소한 용접부재인 경우의 자동용접작업을 원활하게 행하는 것은 물론, 용접부재 사이에 용융물이 충분히 용입되도록 하면서 용접 비이드가 볼록해지거나 거칠어지지 않고 평탄하게 형성되도록 함으로써 궁극적으로 용접품질을 향상시키는, 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 맞대기 용접시 용접부재간의 용융물 용입을 원활하게 하기 위한 용접부의 모서리 가공을 생략함으로써 용접작업공정을 단축하는 것은 물론, 가공원가를 절감할 수 있는, 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법을 제공함에 있다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 용접선의 추적을 위하여 아아크 센서를 이용하되, 아아크 센서의 원활한 작동을 위하여 용접봉을 회전 설정값에 따라 회전시킴과 아울러 용접기로부터 용접전류와 전압을 제어기에 인가시켜 용접봉의 회전위치에 따라 정확히 맵핑시킬 수 있도록 하는 기술적 특징을 갖는다.

위와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 용접장치의 예를 나타낸 참고사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 플로우 챠트로서, 용접장치는 용접부재(200)상에서 왕복운동을 행하는 대차(100)와, 대차(100)에 구비된 3축 직교로봇 자동용접기(110)와, 이 용접기에 구비된 회전토치(120)와, 용접부의 회전토치(120)에 냉각수를 공급하는 냉각장치(130)와, 용접기에 용접전류와 전압을 출력하는 전원장치(140)와, 상기 자동용접기(110)와 회전토치(120) 및 전원장치(140) 등의 하드웨어를 제어하는 제어장치(150)와, 용접조건에 따른 데이터를 제어장치(150)에 입력시킬 수 있는 티칭 펜던트(151)로 구성되어 있다.

이와 같은 본 발명의 자동용접과정을 보면 도 2와 같이, 우선 용접봉을 용접부재의 용접하고자 하는 최초의 위치에 세팅하고 용접봉의 회전값은 "0"로 세팅한다.

특히 이 과정은 용접 팁을 교체할 경우에는 필수적으로 시행하며, 상기와 같이 용접봉의 위치값을 세팅한 상태에서 용접에 필요한 전류값과 전압값을 사전에 설정해야 하는데, 이 값은 용접의 샘플링에 요구되는 값으로 용접봉이 1회전하는 동안 용접기로부터 입력받을 용접전류와 전압값을 필요한 횟수만큼 지정한다.

샘플링 전류와 전압값이 설정되면 용접대상 부재에 대한 용접조건을 메모리로부터 판독하여 용접프로그램에서 활용할 수 있는 변수로 할당하며, 용접조건으로는 용접경로에 따른 용접전류와 전압 및 용접속도와 용접봉의 회전주파수 등이다.

용접전류와 전압 및 용접속도는 용접봉의 회전주파수에 따라 자동으로 결정되는데, 회전주파수(f_c), 용접샘플링 개수(n), 샘플링 용접속도(주파수)(v)의 변수에서 샘플링 용접속도

v = f_c×n

으로 되고, 이 값은 다시 AD 컨버터 보드에서 제공하는 샘플링 작업시간을 조정하는 라이브러리와 조합하여 샘플링 작업속도를 재설정한다.

또한 샘플링 작업속도 재설정에 따른 회전주파수(f_c)가 변경되면 상기 계산식으로부터 샘플링 작업속도값이 자동으로 변경되므로 용접봉의 회전속도에 대응하여 사전에 설정한 샘플링 개수마다 동일한 값을 얻을 수 있다.

이 상태에서 사전 입력된 회전주파수(f_c)와 회전토치(120)의 기어비에 따라 DA지령값(com)을 산출하는데 이를 한 예로 수식으로 나타내면,

com = (f2048)/기어비

여기서 2048은 회전토치(120)의 구동모터의 1회전에 대한 리솔루션을 나타내며, 또한 이 지령값은 DA컨버터를 통해 출력되는데, 용접봉이 회전하기 시작하여 몇 초의 시간이 경과한 다음 엔코더로부터 용접봉의 회전속도를 피드백받아 실제 회전한 주파수인 검출 주파수(fr)를 구한다.

상기에서 설정된 용접봉의 회전주파수와 실제로 검출된 회전주파수간에 차이값(fd)이 발생하면 그 주파수(fd) 만큼 지령값을 재산출하여 출력하며, 이러한 과정으로 주파수(fd)가 허용범위내에 들어올 때까지 반복적으로 수행한다.

이와 같이 샘플링을 통해 용접봉의 적절한 회전속도값이 얻어지면 제어장치(150)로부터의 용접지령을 인가받아 실질적인 용접작업을 수행하며, 또한 이 과정중에 자동용접기(110)로부터 실질적으로 출력되는 용접전류와 전압을 제어장치(150)의 메모리에 피드백시킨다.

피드백된 데이터는 로우 패스 필터와 디지털 필터링을 거친 다음 수평 및 수직보정량을 산출ㆍ보정하고, 또 피드백되는 용접전류와 전압 데이터는 사전에 설정한 1회전마다 메모리에 저장되며, 용접작업중 용접봉의 현재위치는 엔코더를 통해 입력된 펄스값에서 1회전에 대한 리솔루션을 분할해 확인할 수 있다.

한편 용접봉의 위치에 따라 그 전류와 전압값이 맵핑되는데, 이 맵핑된 값으로부터 용접봉의 위치보정량을 생성하고 로테이팅 아크 센서로부터 실시간으로 용접선을 추적하여 용접을 수행하게 된다.

아울러 상기와 같이 샘플링 용접시 용접봉의 1회전당 전류 및 전압 설정값과 검출된 현재값의 편차보정에 의하지 아니하고, 즉 용접봉의 회전속도에 관계없이 1회전당의 전류 및 전압값을 자동으로 일정하게 유지하도록 할 수도 있다.

이처럼 용접봉의 회전속도를 설정함에 따라 그 속도를 일정하게 유지할 수 있고, 용접봉의 위치를 항시 정확히 파악할 수 있으며, 용접기로부터 출력되는 용접전류 및 전압을 용접봉의 회전위치별로 정확히 맵핑하므로 그 용접봉의 회전위치 에 따른 대표값을 산출하여 용이하게 위치를 보정할 수 있고, 따라서 회전 용접봉에 의한 용접작업시 자동으로 용접선을 추적할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법은, 용접봉의 1회전 동안의 전류와 전압을 설정하고, 전류와 전압, 용접속도 및 용접봉 회전주파수를 판독하여 용접전류와 전압 및 샘플링 속도를 결정한 다음, 설정주파수와 기어비에 따라 용접봉의 회전속도값을 산출하고, 용접봉의 설정주파수와 검출주파수의 차이값을 보정하며, 아울러 용접전류와 전압을 피드백시키면서 용접봉의 위치별로 전류와 전압값을 맵핑하도록 된 것으로, 용접공간이 협소한 후판재의 용접부를 예비적으로 가공하지 않고도 용접작업을 원활하게 행할 수 있는 것은 물론 용접 비드를 평탄하게 할 수 있으며, 궁극적으로는 용접품질의 향상에 기여하는 효과가 있다.

Claims

용접봉의 회전위치와 용접전류를 맵핑하여 용접봉의 위치에 따른 대표값 산출로 위치보정을 행하는 것에 있어서,

상기 용접봉의 1회전시 전류ㆍ전압을 설정하는 단계와, 상기 전류ㆍ전압ㆍ속도ㆍ회전주파수를 판독하는 단계와, 상기 샘플링의 용접전류와 전압 및 속도를 결정하는 단계와, 상기 설정된 용접봉의 회전주파수와 기어비에 따라 지령값을 산출하는 단계와, 상기 설정주파수와 검출주파수를 비교하는 단계와, 상기 결과에 따라 용접작업을 수행하는 단계와, 상기 용접전류와 전압을 피드백하는 단계와, 상기 용접봉의 위치별 전류 및 전압값을 맵핑하는 단계로 된 것을 특징으로 하는 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법.
제 1 항에 있어서,

상기 샘플링의 용접전류와 전압 및 속도를 결정하는 단계는,

v = f_c×n (단, v: 샘플링 용접 속도, f_c: 용접봉의 회전 주파수, n: 용접 샘플링 개수)의 함수로 결정됨을 특징으로 하는 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법.
제 1 항에 있어서,

상기 설정주파수와 검출주파수의 차이값이 있을 경우 지령값을 재산출하는 것을 특징으로 하는 용접공간이 협소한 후판재의 맞대기 자동용접방법.