KR100655893B1 - 진동자를 이용한 자동용접기용 위빙 토치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크 용접시 용접봉이 위빙을 하면서 용접을 수행하는 자동용접기의 용접 토치에 관한 것으로, 용접봉이 위빙하면서 용접을 수행하는 자동용접기용 위빙 토치에 있어서, 용접봉이 관통하는 중공형 용접봉 홀더; 상기 용접봉 홀더 상부에 위치하며, 용접봉의 회전 축이 되는 힌지; 진동을 발생시키는 진동자, 상기 진동자로 부터 발생한 진동을 용접봉에 전달하는 진동전달 로드를 포함하는 진동전달구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접기용 위빙 토치를 제공한다.

본 발명에 의하면 위빙 토치의 왕복 운동에 필요한 기계적 구조를 간단히 하였기 때문에 자동 위빙 아크 용접을 수행할 시 로봇이 접근할 수 있는 공간의 제약을 줄일 수 있고, 로봇의 가반 중량을 최소화할 수 있으며, 복잡한 계산부하를 덜어 주어 로봇의 작업 능률을 향상시킬 수 있다.

용접봉 홀더, 진동판, 연결판, 마그네트, 진동전달 로드, 로드가이더

Description

진동자를 이용한 자동용접기용 위빙 토치{Weaving torch by oscillator}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동용접기용 위빙 토치의 종 단면도이다.

도 2a은 도 1에서 A부분을 확대하여 도시한 종 단면도이다.

도 2b는 도 1의 실시예에 따른 자동용접기용 위빙 토치의 힌지를 도시한 사시도이다.

도 2c는 도 1의 실시예에 따른 자동용접기용 위빙 토치의 로드 가이더를 도시한 사시도이다.

도 3a는 도 1의 실시예에 따른 자동용접기용 위빙 토치의 진동전달구를 도시한 사시도이다.

도 3b는 도 3a에서 B-B'에 따른 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

204 : 용접봉 홀더 206 : 토치 팁

212 : 힌지 216 : 로드 가이더

220 : 진동전달 로드 222: 진동자

226 : 코일이 감긴 막대 228 : 마그네트

232 : 진동판 234 : 연결판

본 발명은 아크 용접시 용접봉이 위빙을 하면서 용접을 수행하는 자동용접기의 용접 토치에 관한 것이다. 위빙이란, 용접작업을 행할 때 한 번의 경로 이동으로 용입량을 많게 하기 위해 직선, 곡선 만으로 움직이는 것이 아니라 진자 운동을 하는 것을 의미한다.

용접이란 가열 및 가압 등의 조작을 가함으로서, 같은 종류 또는 다른 종류의 2가지 고체 재료 사이에 원자간 결합을 일으켜 고체 재료를 접합시키는 것을 말한다. 용접의 종류로는 아크 용접, 저항 용접, 레이저 용접 등이 있는데, 아크 용접이란 용접하려는 모재와 용접봉 사이에 아크를 발생시켜 수득되는 열을 이용하여 모재와 용접부의 표면을 녹인 후 그 용접부에 용접봉의 금속을 녹여 넣어 상호 접합시키는 것을 말한다.

일반적으로 선체 외판 내부에 부착되는 보강재 용접이나 선체 후판의 맞대기 용접시 상기의 아크 용접법을 사용하는데, 그 작업량의 대량화 등의 이유로 로봇을 이용한 자동 아크용접법을 통해 고속으로 용접을 수행한다. 용접 수행시 직선이나 곡선 만으로 용접을 수행하면, 용접부위에 용입량이 적어 용접 불량이 초래될 수 있으므로 토치를 좌우로 진동시키면서 용접방향으로 로봇을 이동시킨다. 즉, 위빙 토치를 이용하여 용접을 수행한다.

하지만, 종에는 위빙 아크 자동용접을 수행하는 경우, 토치 끝단의 위빙 모 션을 구현하기 위해 용접봉만이 위빙 모션을 하는 것이 아니라 용접 토치 전체가 위빙 모션을 하였다. 따라서, 로봇의 경로가 실시간으로 계획되어야 하며, 위빙 속도, 위빙 폭, 길이, 주파수 등의 위빙 파라미터들이 부재별, 자세별로 모두 달라지기 때문에 로봇의 계산이 복잡해지는 경향이 있다. 또한, 상기 서보 모터를 제어하기 위한 배선 및 상기 서보 모터 배치를 위한 공간이 로봇의 작업부 부근에 필요하게 되고, 이로 인해 로봇이 접근할 수 있는 공간이 제약되며 로봇의 가반 중량 또한 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 위빙 토치의 왕복 운동에 필요한 기계적 구조를 간단히 함으로써 자동 위빙 아크 용접을 수행할 시 로봇이 접근할 수 있는 공간의 제약을 줄이고 로봇의 가반 중량을 최소화하며, 복잡한 계산부하를 덜어 주어 로봇의 작업 능률을 향상시키는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 용접봉이 위빙하면서 용접을 수행하는 자동용접기용 위빙 토치에 있어서, 용접봉이 관통하는 중공형 용접봉 홀더; 상기 용접봉 홀더 상부에 위치하며, 용접봉의 회전 축이 되는 힌지; 진동을 발생시키는 진동자, 상기 진동자로 부터 발생한 진동을 용접봉에 전달하는 진동전달 로드를 포함하는 진동전달구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접기용 위빙 토치를 제공한다.

바람직하게는 상기 진동자는 코일, 상기 코일로 인해 자력을 발생하는 마그네트, 상기 자력에 의해 진동하게 되는 진동판, 상기 코일, 마그네트, 진동판을 지지하는 케이스를 포함한다. 이는 코일에 전류가 흐르면 코일 주위에 자장이 생기고 상기 자장에 의해 마그네트가 자성을 가지게 되어 상기 진동판이 진동하게 되는 원리를 이용한 것이다.

바람직하게는 상기 진동자와 상기 진동전달 로드 사이에 위치하며 상기 진동전달 로드와 결합된 연결판이 상기 진동전달구에 더 포함된다. 상기 연결판은 상기 진동전달 로드가 바로 상기 진동판에 연결된 경우 상기 진동판이 쉽게 손상될 우려가 있어 이를 방지하기 위한 것이다. 바람직하게는 상기 연결판은 직사각형 평판의 형상이다.

바람직하게는 상기 힌지의 상부에 위치하며 상기 진동전달 로드가 삽입되는 로드 가이더가 더 포함된다. 상기 로드 가이더는 상기 진동전달 로드가 안정적으로 진동판의 왕복운동을 용접봉에 전달하게 한다.

이하 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

<제 1실시예>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동용접기용 위빙 토치의 종 단면도이고, 도 2a는 도 1의 실시예에서 A부분을 확대하여 도시한 종 단면도이다.

몸체의 용접봉(202)은 상기 몸체의 가장 안쪽에 위치하는 용접봉 홀더(204)와 용접 토치의 팁(206)을 관통한다. 상기 용접봉(202)은 일정 폭을 가지고 일정 속도로 위빙하면서 용접을 수행한다. 상기 중공형 원기둥 형상의 용접봉 홀더(204) 의 외주면에는 중공형 원기둥 형상을 하고 있는 케이스(208)가 위치하고 있다.

상기 용접봉 홀더(204) 및 상기 케이스(208) 상부에는 힌지(212)가 결합되어 있다. 도 2b는 상기 힌지(212)를 도시한 사시도이다. 상기 힌지(212)는 원기둥 형상을 하고 있으며, 측면에 원기둥 형상의 홈(214)이 형성되어 있다. 상기 원기둥 형상의 홈(214)에는 상기 용접봉(202)이 삽입되며 상기 원기둥 형상의 홈(214)의 직경과 상기 용접봉(202)의 직경은 동일하다. 진동자에 의해 상기 용접봉(202)은 진동운동을 하게 되는데, 이 때 상기 힌지(212)도 상기 용접봉(202)의 진동운동의 방향과 동일한 방향으로 회전운동을 한다.

상기 힌지(212)의 상부에는 상기 진동전달구의 진동전달 로드(220)가 삽입되는 로드 가이더(216)가 결합되어 있다. 도 2c는 상기 로드 가이더(216)를 도시한 사시도이다. 상기 로드 가이더(216)는 중공형 원기둥 형상을 하고 있으며, 상기 로드 가이더(216)의 측면에는 사각기둥 형상의 홈(218)이 형성되어 있다. 상기 용접봉(202)은 상기 사각기둥 형상의 홈(218)을 관통하고, 상기 사각기둥 형상의 홈(218)의 양 단 사이에서 왕복운동을 한다. 상기 로드 가이더(216)는 상기 진동전달 로드(220)의 운동 경로를 안내하는 동시에 상기 진동전달 로드(220)가 흔들림 없이 왕복운동을 할 수 있도록 하여 준다. 본 실시예에서는 상기 로드 가이더(216)의 측면에 상기 사각기둥 형상의 홈(218)을 형성하였으나, 이와 다른 실시예에서는 타원기둥 형상의 홈 등을 형성하여도 무방하다.

또한 본 실시예에서는 상기 진동전달 로드(220)가 상기 로드 가이더(216) 내에 삽입되어 왕복운동을 한다고 하였으나 다른 실시예에서는 상기 로드 가이더(216) 없이 상기 진동전달 로드(220)가 왕복운동을 할 수 있다.

도 3a는 상기 진동전달구를 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a에서 B-B'에 따른 단면도이다.

상기 진동자(222)의 외부는 'ㄷ'형의 케이스(224)로 둘러싸여져 있다. 상기 케이스(224)의 뒷면 내부에는 코일이 감긴 막대(226)가 부착되어 있고, 상기 코일이 감긴 막대(226) 앞쪽에는 직육면체 형상의 마그네트(228)가 위치한다. 상기 마그네트(228)는 상기 케이스(224)의 양쪽 측면 내벽에 부착되어 있으며, 직육면체의 얇은 판의 형상을 하고 있는 마그네트 지지대(230)에 의해 지지된다. 상기 케이스(224)의 앞쪽 개구에는 얇은 직사각형판의 형상을 하고 있는 진동판(232)이 위치하는데, 상기 진동판(232)의 양 측면은 상기 케이스(224)의 앞쪽 개구부 양 측면에 부착되어 있다.

상기 진동판(232)의 외면에는 연결판(234)이 위치한다. 상기 연결판(234)의 외면에는 상기 진동전달 로드(220)와 힌지 결합을 하기 위한 돌출부(236)가 형성되어 있다. 상기 연결판(234)은 상기 진동판(232)을 보호하기 위한 것이다. 진동전달 로드(220)가 진동판(232)에 직접 연결될 경우 진동판(232)이 손상되기 쉽기 때문에 그 전방에 상기 연결판(234)을 위치시키고 진동전달 로드(220)를 상기 연결판(234)과 힌지 결합시킴으로서 진동판(232)을 보호하고 있다.

상기 진동전달 로드(220)는 사각기둥 형상을 하고 있으며, 일 단에 상기 연결판에 형성된 돌출부(236)와 결합하기 위한 홈(238)이 형성되어 있다. 또한,상기 진동전달 로드(220)의 일 측면으로 용접봉(202)이 관통한다. 진동전달 로드(220)를 관통한 상기 용접봉(202)은 상기 로드 가이더(216), 상기 힌지(212), 상기 토치 팁(206)을 차례로 관통하여 용접부재에 도달한다. 본 실시예에서는 상기 진동전달 로 드(220)의 형상을 사각기둥으로 하였으나, 다른 실시예에서는 원기둥 등의 형상으로 할 수 있다. 이 경우, 상기 로드 가이더(216)에 형성된 중공의 형상도 원기둥 등의 형상으로 하여야 한다.

이하 상기 진동자(222)의 작동 과정을 상세히 살펴보면, 상기 코일이 감긴 막대(226)에 전류를 흘리면 암페아 법칙에 의해 상기 코일이 감긴 막대(226) 주위에 자기장이 형성되고 상기 자기장에 의해 상기 마그네트(228)가 자성을 띠게 된다. 이 경우 상기 마그네트(228)가 자석과 같은 역할을 하여 상기 진동판(232)을 잡아당기게 된다. 그 후 전류공급을 중단하면 마그네트의 자성은 소멸하며 탄성력을 가지는 진동판(232)은 원래의 위치로 가려는 힘으로 상기 연결판(234)에 충격을 가하게 된다. 충격을 받은 연결판은 외부로 곡면을 이룬 후 다시 제자리로 돌아온다. 상기 코일이 감긴 막대(226)에 전류의 공급과 중단을 반복하면 상기와 같은 과정이 반복적으로 일어나 상기 연결판(234)은 진동하게 되고 이러한 진동 운동이 상기 진동전달 로드(220)의 직선운동을 유발한다.

본 실시예에서는 진동판(232) 앞에 연결판(234)을 위치시켰으나, 다른 실시예로 상기 연결판(234)을 위치시키지 않고 상기 진동판(232)에 진동전달 로드(220)를 직접 힌지 결합시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 진동전달 로드(220)와 상기 연결판(234)을 힌지로 결합하였으나, 다른 실시예에서는 용접 등의 부착수단을 사용하여 견고하게 부착할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상지 진동자의 케이스(224)의 형상을 아래면, 윗면이 개구인 'ㄷ'형으로 하였으나. 아래면 또는 윗면을 폐구로 할 수 있다. 아래면을 폐구로 하였을 경우 본 실시예와 같이 마그네트 지지대(230)를 형성할 수도 있으나, 아래면 내부에 원기둥 또는 사각기둥을 부착시키고 상기 원기둥이나 사각기둥의 윗면에 상기 마그네트를 위치시켜 마그네트를 지지할 수도 있다.

또한, 윗면을 폐구로 하였을 경우에도 본 실시예와 같이 마그네트 지지대(230)를 형성할 수도 있으나, 윗면 내부에 원기둥 또는 사각기둥을 부착시키고 상기 원기둥이나 사각기둥의 아래면에 마그네트를 위치시켜 마그네트를 지지할 수도 있다.

이하, 본 발명에 의한 자동용접기용 위빙 토치의 전체적인 작동과정을 살펴보면, 전류의 공급과 중단의 반복을 통해 상기 연결판(234)이 진동운동을 하게 되고, 상기 진동운동은 진동전달 로드(220)로 하여금 직선운동을 하게 한다. 상기 진동전달 로드(220)는 용접봉(202)을 진동시키는데, 상기 용접봉(202)은 힌지(212) 를 중심으로 양 단에서 반복 왕복운동을 하게 된다. 이 경우, 힌지(212)와 진동전달 로드(220) 사이의 거리보다 힌지(212)와 용접부위 사이의 거리가 더 크기 때문에 용접부위에서의 왕복 운동 변위가 증폭된다. 그리고, 상기 용접봉(202)은 상기 증폭 변위 만큼 위빙 모션을 하면서 용접을 수행한다.

본 발명에 의하면 위빙 토치의 왕복 운동에 필요한 기계적 구조를 간단히 하였기 때문에 자동 위빙 아크 용접을 수행할 시 로봇이 접근할 수 있는 공간의 제약을 줄일 수 있고, 로봇의 가반 중량을 최소화할 수 있으며, 복잡한 계산부하를 덜 어 주어 로봇의 작업 능률을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 용접봉이 위빙하면서 용접을 수행하는 자동용접기용 위빙 토치에 있어서,

   용접봉이 관통하는 중공형 용접봉 홀더;

   상기 용접봉 홀더 상부에 위치하며, 용접봉의 회전 축이 되는 힌지;

   진동을 발생시키는 진동자, 상기 진동자로 부터 발생한 진동을 용접봉에 전달하는 진동전달 로드를 포함하는 진동전달구;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접기용 위빙 토치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 진동자는 코일이 감긴 막대, 상기 코일로 인해 자력을 발생하는 마그네트, 상기 자력에 의해 진동하게 되는 진동판, 상기 코일이 감긴 막대, 마그네트, 진동판을 지지하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접기용 위빙 토치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 진동자와 상기 진동전달 로드 사이에 위치하며 상기 진동전달 로드와 결합된 연결판이 상기 진동전달구에 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자동용접기용 위빙 토치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 연결판은 직사각형 평판의 형상인 것을 특징으로 하는 자동용접기용 회전 토치.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 힌지의 상부에 위치하며 상기 진동전달 로드가 삽입되는 로드 가이더가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자동용접기용 위빙 토치.

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