KR100695938B1 - 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레일과 클램프장비 사이에 결합된 주장치부 및 적어도 하나의 보조장치부에 의해서, 용접모재와 레일의 평행 유지를 제어할 수 있고, 작업자의 숙련도와 상관없이 용접 불량률을 줄일 수 있고, 전자세에서 용접 토치 끝의 처짐 현상을 방지할 수 있는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치 및 제어방법을 제공한다.

본 발명의 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치는 용접모재를 기준으로 용접기(10)가 장착된 레일(20)을 틸트시키되, 상기 레일(20)과 클램프장비(30)의 사이에 틸팅 포인트(101)를 설치한 주장치부(100)와; 상기 용접기(10)의 처짐량을 감지하는 곳에 설치된 감지센서(110)와; 상기 감지센서(110)로부터 상기 감지센서(110)의 출력값을 입력받아, 상기 용접모재와 상기 레일(20)을 평행하게 조정하기 위한 모터 제어 신호를 상기 주장치부(100)의 모터(120)쪽으로 전달하도록 결합된 제어부(200)를 포함하여 용접 불량률을 최소화시킬 수 있다.

용접, 틸트, 레일, 랙, 피니언, 볼스크루, 틸팅 포인트

Description

용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치 및 제어방법{Automatic rail apparatus for tilting of welding machine and control method thereof}

도 1은 일반적인 엘엔지씨 멤브레인 박판을 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 결합관계를 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 4는 도 2에 도시된 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 작동관계를 보인 블록도이다.

도 5는 도 2에 도시된 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6은 도 5에 도시된 틸트 작동 단계를 설명하기 위한 세부 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 용접기 20 : 레일

30 : 클램프장비 100 : 주장치부

100a, 100b : 보조장치부 101, 102, 103 : 틸팅 포인트

110 : 감지센서 120 : 모터

130 : 연동축 200 : 제어부

본 발명은 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 섭씨 영하 163도의 액화천연가스(LNG)용 화물단열박스(LNGC)의 용접에 사용되는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다.

LNG는 천연가스의 주성분인 메탄을 1기압 하에서 섭씨 -162도 이하로 온도를 내리면 생성되는 액체인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.

이런 연유로 LNG를 수송하는 수송선박은 극저온의 성질과 누출될 위험이 많은 극한 상황에도 견고성과 단열성을 유지할 수 있는 화물단열박스를 요구하고 있다.

화물단열박스는 도 1에 보이는 바와 같이, 곡면부(1)(corrugated part)와 평면부(2)(flat part)로 이루어진 멤브레인 박판(3)을 용접하여 제작하는 것이다.

화물단열박스에서 멤브레인 박판(3)을 부착시키기 위해서는 플라즈마 자동용접장비를 자동화하여 현재 사용 중에 있다.

종래 기술에 따른 플라즈마 자동용접장비는 소정 길이(예 : 3m)의 레일과 함께 사용된다.

레일은 레일의 하부에 구비된 클램프장비를 이용하여 멤브레인 박판(3)의 곡면부(1)에서 클램핑 및 고정되며, 이후, 레일 상에 장착된 플라즈마 자동용접장비로 하여금 레일 연장 방향을 따라 이동하도록 가이드 해준다.

용접의 품질 유지를 위해서 1차적으로 용접모재에 해당하는 멤브레인 박판(3)과 자동용접장비가 수평을 이루어야 한다.

그러나, 종래 기술에 따른 자동용접장비는 레일 자체를 틸팅시킬 수 있는 수단을 구비하고 있지 않기 때문에, 현장의 숙련된 작업자들이 용접을 하면서 경험과 관찰에 의해 용접상태를 파악하면서, 클램프장비와 레인과의 체결부위의 볼트를 풀었다 조였다 하면서 레일의 틸팅을 조절한다.

이렇게 하더라도 용접 불량률이 계속 존재하게 되며, 또한 작업자의 숙련도 차이에 의해서도 용접 불량률의 차이가 발생되는 단점이 있다.

한편, 종래 기술에 따른 자동용접장비는 그의 무게가 약 14kg정도로서, 레일 및 클램프장비에 의해 전자세(out-of position), 즉 수평자세, 수직자세, 오버헤드자세, 아래보기자세로 멤브레인 박판(3)의 곡면부(1)에서 클램핑이 가능하다.

그러나, 종래의 자동용접장비를 이용하여 전자세의 용접을 수행할 경우, 자세별로 용접 토치(이하, '토치'라 칭함) 끝의 처짐량이 서로 다르므로, 작업자가 수동으로 토치 끝을 조정하면서 작업을 수행하고 있는 실정이다. 이러 인해, 작업시간이 많이 소요되고, 용접 품질 또한 저하되며, 토치 끝의 처짐량을 수동으로 조절하는 숙련도 차이에 의해서 용접 불량률의 차이가 발생하는 단점이 있다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출한 본 발명의 목적은 레일과 클램프장비 사이에 결합된 주장치부 및 적어도 하나의 보조장치부에 의해서, 용접모재와 레일의 평행 유지를 제어할 수 있고, 작업자의 숙련도와 상관없이 용접 불량률을 줄일 수 있는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 복수개의 검침자로 이루어진 감지센서를 이용하여 용접장치의 용접방향을 가이드하는 레일을 틸트시킴에 따라, 전자세에서 토치 끝의 처짐 현상을 방지할 수 있는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 제어방법을 제공하고자 한다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적은, 용접모재를 기준으로 용접기가 장착된 레일을 틸트시키기 위한 자동레일장치에 있어서, 상기 레일과 클램프장비의 사이에 틸팅 포인트를 설치한 주장치부와; 상기 용접기의 처짐량을 감지하는 곳에 설치된 감지센서와; 상기 감지센서로부터 상기 감지센서의 출력값을 입력받아, 상기 용접모재와 상기 레일을 평행하게 조정하기 위한 모터 제어 신호를 상기 주장치 부의 모터쪽으로 전달하도록 결합된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 용접모재를 기준으로 용접기가 장착된 레일을 틸트시키기 위한 자동레일장치의 제어방법에 있어서, 상기 용접기에 전원이 입력될 경우, 감지센서를 초기화하는 단계와; 상기 감지센서에서 출력값이 출력되는지의 여부를 판단하는 단계와; 상기 출력값을 이용하여 높이값 차이 연산을 수행하는 단계와; 상기 높이값 차이를 이용하여 용접모재와 용접기 사이의 경사각을 연산하는 단계와; 상기 경사각에 대응한 모터 제어 신호를 모터쪽으로 전달하여 틸트 작동 과정을 수행하고 상기 용접모재와 용접기가 평행 상태가 될 때 틸트 작동 과정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 제어방법에 의해 달성된다.

이하, 구체적이고도 실체적인 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 결합관계를 설명하기 위한 분해사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 작동관계를 보인 블록도이다. 또한, 도 5는 도 2에 도시된 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 도 5에 도시된 틸트 작동 단계를 설명하기 위한 세부 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치는 한 개의 주장치부(100)와, 적어도 하나, 즉 복수개의 보조장치부(100a, 100b)를 연동하도록 구성하여 복수개의 틸팅 포인트(101, 102, 103)에서 동시에 직접 레일을 틸팅 제어하는 기구적 특징을 갖는다.

주장치부(100) 및 보조장치부(100a, 100b)는 용접기(10) 장착용 레일(20)과, 멤브레인 박판의 곡면부 클램핑용 클램프장비(30)의 사이에서 레일(20)의 축방향을 따라 상호 이격 간격을 유지하면서 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치는 용접기의 폭방향으로 복수개의 검침자(111, 112)들을 배열한 감지센서(110)를 이용하는 제어부(200)와 모터(120) 사이를 출력전선으로 연결하고, 제어부(200)로 하여금 주장치부(100) 및 보조장치부(100a, 100b)를 하기에 상세히 설명할 제어방법(도 5 및 도 6을 참조)을 실현하도록 되어 있다.

여기서, 제어부(200)는 감지센서(120)와 전기적으로 결합되어 있다. 여기서, 감지센서(120)는 상하 방향으로 움직일 수 있게 구비한 검침자(111, 112)의 상하 이동 변위를 포텐션미터 및 그의 작동회로(도시 안됨)로 각각 측정함에 따라 획득한 각각의 출력값을 제어부(200) 쪽으로 입력할 수 있도록 입력전선을 통해 제어부(200)의 소정 형식의 센서입력 인터페이스와 연결되어 있다.

또한, 제어부(200)는 통상의 제어보드 형식을 갖는 전자제어회로로서, 감지센서(120)의 출력값을 이용하여 높이값 차이를 연산하는 알고리즘과, 상기 높이값 차이를 이용하여 용접모재와 용접기 사이의 경사각을 연산하는 알고리즘과, 모터축 엔코더로부터 입력된 엔코더신호를 기준으로 모터의 회전속도가 명령값에 추종하도록 하는 엔코더알고리즘 등과 같은 복수개의 제어알고리즘이 기록된 메모리장치와; 상기 메모리장치의 제어알고리즘을 액세스하는 프로세서와; 상기 프로세서의 제어에 의해 입력 작동을 수행하는 센서입력 인터페이스와; 상기 프로세서의 제어에 의해 모터(120)쪽으로 모터 제어 신호를 전달할 수 있게 구성된 모터출력 인터페이스를 갖는 것이 바람직하다.

제어부(200)는 용접기(10) 또는 클램프장비(30)에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

제어부(200)는 용접기(10)와의 연동을 위해서, 용접기(10)의 전원 입력 여부에 따라 감지센서를 초기화하도록 회로적으로 구성되어 있다.

제어부(200)로부터 감지센서(110) 또는 주장치부(100)의 모터(120)까지 연장된 입력전선 또는 출력전선은 연동축(130) 상에 복수개의 전선 홀더용 링(도시 안됨)들을 걸어서 전선 처리가 깔끔하게 구성될 수 있다.

본 발명의 설명에서, 경사각이란 레일(20)의 폭방향을 기준으로 용접모재인 멤브레인 박판의 수평면과 레일(20)의 수평면 사이의 각도를 의미하는 것으로서, 더욱 상세하게, 용접기(10)의 자중 또는 전자세 배열에 따른 처짐 현상에 의해서 멤브레인 박판에 대하여 용접기(10)와 레일(20)이 기울어지거나 벌려지는 각도를 의미한다.

주장치부(100)와 보조장치부(100a, 100b)의 차이점은 모터, 베벨기어, 구동축, 구동피니언의 유무에 있다. 즉, 주장치부(100)는 보조장치부(100a, 100b)에 비 해 모터(120), 베벨기어, 구동축, 구동피니언을 더 구비하고 있다.

또한, 주장치부(100) 및 보조장치부(100a, 100b)는 복수개의 랙(131, 132, 133), 즉 한 개의 기본 랙기어(131)(이하, '기본 랙'이라 칭함)와, 복수개의 보조 랙기어(132, 133)(이하, '보조 랙'이라 칭함)를 연동축(130)에 결합시켜서, 연동축(130)을 통해 동시 전달되는 랙 이동력(c)에 의해 상호 연동되도록 결합되어 있다.

이런 구성적 특징에 따라서, 제어부(200)의 모터 제어 신호로 주장치부(100) 및 보조장치부(100a, 100b)를 동시 제어할 수 있게 된다.

주장치부(100)는 앞서 언급한 바와 같이, 모터(120), 베벨기어, 구동축, 구동피니언을 제외하고는 보조장치부(100a, 100b)와 동일 구성을 갖고 있으므로, 주장치부(100) 및 보조장치부(100a, 100b)의 기구적 결합관계의 설명에 있어서, 설명의 용이성을 위해 주장치부(100)를 기준으로 설명하도록 하겠다.

도 3에 도시된 바와 같이, 주장치부(100)는 용접기(10)의 전자세 용접 및 자중에 의한 레일(20)의 휨 변형을 방지하도록, 레일(20)을 틸트(h)시키는 장치 구성을 갖는다.

주장치부(100)는 클램프장비(30) 주변에 설치된다. 여기서, 클램프장비(30)는 해당 클램핑방법, 예컨대 레버 조임식 또는 자동클램프 고정식 등의 방법에 의해 용접모재에 해당하는 멤브레인 박판(3)의 곡면부(1)에 클램핑 되어 있다.

주장치부(100)는 클램프장비(30)의 하우징 상면과 레일(20)의 저면 사이에서 복수개의 고정볼트로 각각 고정된 상부 힌지기구물(101a)과 하부 힌지기구물(101b)을 힌지 작동 가능하게 핀부재로 결합시킨 틸팅 포인트(101)를 갖는다.

틸팅 포인트(101)는 레일(20)을 틸트(h)시키려는 방향(예 : 레일(20)의 폭방향)을 기준으로 힌지 작동이 일어나도록 설치되어 있다.

틸팅 포인트(101)는 클램프장비(30)를 기준으로 레일(20) 및 용접기(10)를 틸트(h) 또는 힌지 작동 가능하게 지지하는 역할을 담당한다.

또한, 주장치부(100)는 틸팅 포인트(101)와 근접한 레일(20)의 저면에서 복수개의 고정볼트로 각각 고정된 케이싱(105)을 갖는다.

케이싱(105)은 저부와 가로방향의 양측 부위가 개구된 직사각형 부재로서, 역 'U'자 단면 형상, 또는 ''자 단면 형상을 갖고 있다.

케이싱(105)은 상기 복수개의 고정볼트를 위하여 복수개의 볼트 체결 구멍들을 케이싱(105)의 상벽에 형성하고 있는 것이 바람직하다.

케이싱(105)은 해당 축부재, 예컨대 구동축(122)과 볼스크루축(125)을 각각 평행하게 배열하여 축회전시킬 수 있도록, 축부재용 베어링 장착구멍을 케이싱(105)의 양측벽에 형성하고 있는 것이 바람직하다.

케이싱(105)은 케이싱(105)의 가로방향을 기준으로 기본 랙(131)을 결합시켜서 기본 랙(131)의 슬라이딩 작동을 가능케 하는 가이드슬릿(106)을 케이싱(105)의 일측벽에 더 형성하고 있는 것이 바람직하다.

케이싱(105)의 측벽 내표면에는 모터 고정브래킷(107)이 고정되어 있고, 이런 모터 고정브래킷(107)에 의해서 모터(120)가 케이싱(105)의 내부에 고정된다.

이때, 모터(120)의 회전축의 축심방향은 케이싱(105)의 가로방향에 일치되어 있는 것이 바람직하다.

모터(120)의 회전축은 축커플러(도시 안됨)를 통해서 베벨기어(121)의 입력단에 축 결합되어 있고, 베벨기어(121)의 출력단에는 구동축(122)이 축 결합되어 있다. 본 발명 전반의 설명에서, 축 결합은 축부재 또는 기어부재가 상호 축회전되어 회전력을 전달 가능하게 연결되어 있음을 의미한다.

즉, 베벨기어(121)는 그의 입력단과 출력단을 통해 모터(120)의 회전력을 구동축(122)으로 전달시킴과 동시에, 모터(120)의 회전력 방향을 구동축(122)의 회전력 방향으로 변환시킨다.

본 발명에서는 베벨기어(121)를 이용함에 따라, 모터(120)의 축심방향과 구동축(122)의 기준 평면상에서 축심방향은 직각을 유지하게 된다.

이런 구동축(122)은 해당 축부재용 베어링을 이용하여 케이싱(105)의 양측벽에 지지된 상태로 축회전이 가능하게 결합되어 있다.

이런 구동축(122)에는 구동피니언(123)이 축 결합되어 있다.

구동피니언(123)은 가이드슬릿(106)을 통해 케이싱(105)의 내측 공간에 랙기어 치열을 배치시킨 기본 랙(131)의 일측 부위와 랙-피니언 대우 관계를 갖도록 결합되어 있다. 또한, 기본 랙(131)의 타측 부위는 피동피니언(124)과 역시 랙-피니언 대우 관계를 갖도록 결합되어 있다.

즉, 구동피니언(123)과 피동피니언(124)은 일렬로 배열되어 각각 랙-피니언 대우 관계를 갖도록 기본 랙(131)과 결합되어 있다.

이런 경우, 구동피니언(123)과 피동피니언(124)은 기본 랙(131) 및 연동축(130)의 랙 이동력(c)에 의해 동시 축회전이 가능하게 된다.

또한, 피동피니언(124)은 볼스크루축(125)에 축 결합되어 있다.

또한, 볼스크루축(125)은 해당 축부재용 베어링을 이용하여 케이싱(105)의 양측벽에 지지된 상태로 축회전이 가능하게 결합되어 있다. 이런 볼스크루축(125)은 볼스크루 대우관계를 갖도록 볼너트(126)와 결합된다.

볼너트(126)는 볼스크루축(125)의 축회전에 따라 축의 전진 방향 또는 후진 방향으로 이송되는 구성을 갖는다.

볼너트(126)의 일측면 코너부위에는 제1힌지핀(127)이 돌출되게 형성되어 있다.

볼너트(126)의 제1힌지핀(127)은 회동축(128)에서 볼너트(126)와 마주보는 측면을 기준으로, 회동축(128)의 일측단의 제1힌지구멍(128a)에서 힌지 작동 가능하게 결합되어 있다.

또한, 회동축(128)의 타측단을 기준으로 상기 제1힌지구멍(128a)의 반대쪽 회동축(128)의 측면에는 제2힌지구멍(128b)이 형성되어 있다.

이러한 회동축(128)의 제2힌지구멍(128b)에는 케이싱(105)을 바라보고 있는 클램프장비(30)의 측면에서 돌출되게 형성된 제2힌지핀(129)이 힌지 작동 가능하게 결합되어 있다.

여기에서, 기준체결부위와 회동체결부위를 정의하고자 한다.

기준체결부위는 제2힌지구멍(128b) 및 제2힌지핀(129)의 결합에 의해서, 클램프장비(30)에서 회전 가능하게 지지된 상태로 회동축(128)이 힌지 작동을 일으키는 지점을 의미한다.

회동체결부위는 제1힌지구멍(128a) 및 제1힌지핀(127)의 결합에 의해서, 회동축(128)의 회동 작동력을 볼너트(126)로부터 전달받는 지점을 의미한다.

기준체결부위와 회동체결부위는 회동축(128)의 제1힌지구멍(128a) 및 제2힌지구멍(128b)의 구멍간 거리 또는 회동축(128)의 체결부위 사이간격만큼 이격되어 있는 것이 바람직하다.

이런 상태에서, 기준체결부위는 틸팅 포인트(101) 또는 그의 핀부재 축심을 기준선으로 할 때, 틸팅 포인트(101)의 뒤쪽 위치[예 : 클램프장비(30)에서 케이싱을 마주보고 있는 일측면의 후방 부위]에 배치되고, 회동체결부위는 기준선의 앞쪽 위치[예 : 클램프장비(30)에서 케이싱을 마주보고 있는 일측면의 전방 부위 주변]에 배치되는 것이 바람직하다.

이런 경우, 회동축(128)의 회동 작동력(f)으로부터 발생된 틸팅력(g)은 볼너트(126) 및 볼스크루축(125)과, 이런 볼스크루축(125)의 양끝단에 체결된 축부재용 베어링이 결합된 케이싱(105)과, 이런 케이싱(105)이 고정된 레일(20)을 상하로 들어올린다.

이때, 레일(20)은 틸팅 포인트(101)에 의해서 힌지 작동 하도록 구속되어 있고, 앞서 설명한 바와 같이, 기준체결부위와 회동체결부위가 편심 배열되어 있다.

따라서, 틸팅력(g)은 틸팅 포인트(101)의 하부 힌지기구물(101b)을 기준으로 틸팅 포인트(101)의 상부 힌지기구물(101a) 및 레일(20)로 하여금 자연스럽게 틸트(h)가 된다.

제어부가 감지센서의 출력값을 이용하여 모터(120)의 회전 제어(예 : 회전수 및 회전방향 제어)를 수행할 경우, 볼스크루축(125)에서 볼너트(126)의 전진 또는 후진 이송(e)에 관한 이송량 및 이송방향에 상응하게 틸트(h)에 관한 틸트량 및 틸트방향을 제어할 수 있게 된다.

한편, 기본 랙(131)은 케이싱(105)의 내측 공간에 배치된 랙기어 치열의 반대쪽 외부 공간에서 연동축(130)을 탈부착시킬 수 있는 'C'자 체결구멍을 포함한 '

'자 단면 형상을 갖고 있다.

'

'자 단면 형상의 기본 랙(131)은 'C'자 체결구멍이 있는 곳의 아래쪽 개구된 부위의 상호 이격된 한 쌍의 끝단에서, 기본 랙(131)의 폭방향으로 복수개의 체결볼트구멍을 형성하고 있다.

작업자는 기본 랙(131)의 체결볼트구멍의 체결볼트를 조이거나 풀어서 연동축(130)과의 고정 위치를 임의로 변경시키거나, 정비 및 분해를 위해서 연동축(130)과 기본 랙(131)을 분리시킬 수 있다.

위와 같은 랙 결합 방식으로 연동축(130)에 더 결합된 복수개의 보조 랙기어(132, 133)는 기본 랙(131)에 가해졌던 랙 이동력(c)을 동일하게 전달받을 수 있다.

도 4에 도시된 본 발명의 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 작동관계를 살펴보면, 용접기(10)는 자체 구동 수단과 제어수단에 의해서 레일(20)을 따라 움직이면서 용접을 수행한다.

감지센서(110)는 용접기(10) 또는 레일(20)의 폭방향을 기준으로 경사각을 연산할 수 있을 정도의 이격 거리(예 : 5 ∼ 15㎜)를 유지하는 복수개의 검침자(111, 112)들을 용접기(10)의 저부에 결합시키고 있다.

용접기(10)의 저부에 결합된 감지센서(110)는 용접모재를 향하도록 검침자(111, 112)를 배치시키고 있다.

이때, 검침자(111, 112)는 자신의 설치 위치로부터 용접모재까지의 거리를 측정할 수 있도록 설치된다.

만일, 감지센서(110)가 비접촉식 센서(예 : Laser Distance Sensor)로 구성될 경우, 검침자(111, 112)의 끝단은 용접모재의 연직 상부 공간에 배치되며, 감지센서(110)가 접촉식 센서(예 : 접촉에 의한 상하 슬라이딩 작동거리를 검출하는 접촉센서)로 구성될 경우, 검침자(111, 112)의 끝단은 용접모재의 접촉된다.

이런 상황에서, 용접기(10)의 전자세에서 토치 끝의 처짐 현상이 발생될 경우, 검침자(111, 112)간 상대적인 높이값 차이가 발생된다.

검지센서(110)는 높이값 차이에 대응한 출력값을 제어부(200)로 입력시킨다.

출력값을 입력받은 제어부(200)는 그의 각종 제어알고리즘을 구동시켜서, 검지센서(110)의 출력값을 이용하여 상대적인 높이값 차이를 연산하고, 피타고라스 정리 등의 기본 공식에 따라 미리 정해진 검침자(11, 112)의 이격 거리와 상기 연산된 높이값 차이를 이용하여 경사각을 연산하고, 그 경사각을 0˚로 조정하여 결과적으로 용접모재와 레일(20)을 평행하게 조정하기 위한 모터 제어 신호를 모터(120)에게 전달한다.

모터(120)는 모터 제어 신호에 대응하게 회전축을 회전(a)시키고, 모터(120) 의 엔코더는 실제 회전수 또는 회전각을 검출하여 제어부(200) 쪽으로 피드백 함으로써, 모터(120)의 회전(a)이 제어부(200)의 모터 제어 신호를 추종하는 정밀 회전 제어가 이루어지게 된다.

모터(120)의 회전(a)은 베벨기어(121)에 의해 회전력 방향이 변환된 상태로 구동축(122) 및 구동피니언(123)을 회전(b)시킨다.

이런 구동피니언(123) 등의 회전(b)은 랙-피니언 대우 관계에 의해서 랙 이동력(c)으로 변환된 후, 기본 랙(131), 연동축(130), 보조 랙(132, 133)을 동시에 연동축(130)의 축방향으로 왕복이송시키게 된다.

예컨대, 구동피니언(123) 등의 회전(b)이 정회전일 경우, 기본 랙(131) 등을 전진시키고, 구동피니언(123) 등의 회전(b)이 역회전일 경우, 기본 랙(131) 등을 후진시킨다.

기본 랙(131) 등의 전진 또는 후진은 역시, 피동피니언(124) 및 볼스크루축(125)을 회전(d)시키고, 이와 연동하여 볼너트(126)를 전진 또는 후진 이송(e)시킴에 따라, 앞서 설명한 회동축(128)의 회동 작동력(f) 및 틸팅력(g)이 발생된다.

이와 같은 것은 주장치부(100)를 비롯하여 보조장치부(100a, 100b)와 같이 복수개의 틸팅 포인트(101, 102, 103)에서 동시에 수행된다.

이런 복수개의 틸팅 포인트(101, 102, 103)에 지지되는 레일(20)은 결과적으로 제어부(200)의 모터 제어 신호에 대응한 단일 모터(120)의 작동만으로 레일(20)을 비틀림 없이 틸트(h)시킬 수 있으며, 이러한 틸트(h)는 용접기(10)의 처짐을 보정하는 쪽으로 이루어지기 때문에, 결과적으로 레일(20) 또는 용접기(10)가 용접모 재인 멤브레인 박판에 대해 평행을 이루게 되고, 결과적으로 전자세에서도 용접 토치 끝의 처짐량이 제거된다.

이하, 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 제어방법에 대해서 설명하도록 하겠다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부는 용접기의 작동제어와 연동되는 것으로서, 용접기에 전원이 입력될 경우, 감지센서를 초기화한다(S10).

이후, 제어부는 감지센서에서 출력값이 출력되는지의 여부를 판단한다(S20).

제어부는 감지센서로부터 검침자 각각의 출력값이 입력될 경우, 출력값의 큰 값을 작은 값에서 빼서 높이값 차이를 출력시키는 등과 같은 높이값 차이 연산을 수행한다(S30).

이렇게 연산된 높이값 차이는 제어부에 의해 용접모재와 용접기 사이의 경사각 연산에 이용되고, 제어부는 경사각을 연산하여 출력한다(S40).

이후, 제어부는 연산된 경사각에 대응한 모터 제어 신호를 이용하여 틸트 작동 과정(S50)이 수행된다.

틸트 작동 과정(S50)은 경사각이 0˚가 되는 여부를 판단하는 단계(S60)를 통해서, 용접모재와 용접기가 평행 상태가 될 때까지 수행된다.

이후 경사각이 0˚가 되어서 상기 용접모재와 상기 레일이 평행하게 되면, 제어부에 의해 틸트 작동 과정이 정지된다(S60, S70).

이와 같은 과정은 용접기가 정지될 때까지 계속된다(S80).

한편, 틸트 작동 과정(S50)은, 경사각을 0˚로 유지시킬 수 있는 모터 제어 신호를 모터에게 입력하는 모터 작동 단계(S51)와; 모터의 회전력 방향을 구동축의 회전력 방향으로 변환하는 축방향 변환 단계(S52)와; 제어부의 엔코더알고리즘 및 모터의 엔코더를 이용하여 모터의 회전속도를 모터 제어 신호에 추종케 하는 모터 회전속도 제어 단계(S53)와; 구동축의 구동피니언에 의해 기본 랙 및 복수개의 보조 랙을 수평이동시키는 수평이동 단계(S54)와; 각각의 랙에 결합된 피동피니언에 의해 복수개의 볼스크루축을 동시 회전시키는 동시 회전 단계(S55)와; 각각의 볼스크루축에 결합된 볼너트의 직선 운동에 대응하게 복수개의 회동축을 작동시키는 회동축 작동 단계(S56)와; 복수개의 회동축의 회동에 대응하게 레일이 틸트되는 틸트 단계(S57)를 더 포함한다.

이렇게 함으로써, 항상 용접기와 부재가 평행을 이루면서 용접이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치는 토치 끝의 처짐량을 감지센서로 검출하여, 그 처짐량만큼 레일을 틸팅 함으로써, 자동으로 토치 끝의 각을 조정하면서 전자세에서도 토치를 작업자가 수동으로 맞추지 않고 용접작업을 수행할 수 있어, 작업자의 숙련도와 상관없이 용접 불량률을 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치는 레일을 복수개의 힌지 포인트에서 지지하면서 틸트시킴에 따라, 어떠한 용접기가 레일에 장착되더라도 틸트가 가능할 뿐만 아니라, 레일의 휨 변형을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

즉, 기술 발달로 인하여 용접기 자체에 토치를 틸트시킬 수 있는 용접기가 혹시 개발되더라도, 레일 자체가 틸트되지 않는 한, 토치를 틸트시키는 기계적 구성 추가로 인하여 용접기 자체의 하중이 증가될 뿐만 아니라, 전자세에서 용접기 자체가 처지기 때문에 레일이 비틀어지는 문제점이 발생되나, 본 발명의 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치 및 제어방법은 레일 자체의 틸트 제어를 통해서 레일의 비틀어지는 문제점도 일소에 해소할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 제어방법은 엔코더를 사용하여 정밀한 모터 제어를 수행할 뿐만 아니라, 하나의 모터만을 사용하여 복수개의 틸팅 포인트를 작동시킬 수 있는 매우 효율적인 시스템 제어 성능을 갖는 장점이 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적들을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (8)

1. 용접모재를 기준으로 용접기가 장착된 레일을 틸트시키기 위한 자동레일장치에 있어서,

   상기 레일과 클램프장비의 사이에 틸팅 포인트를 설치한 주장치부와;

   상기 용접기의 처짐량을 감지하는 곳에 설치된 감지센서와; 그리고

   상기 감지센서로부터 상기 감지센서의 출력값을 입력받아, 상기 용접모재와 상기 레일을 평행하게 조정하기 위한 모터 제어 신호를 상기 주장치부의 모터쪽으로 전달하도록 결합된 제어부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주장치부는,

   상기 틸팅 포인트를 기준으로 상기 레일을 틸트시키도록 상기 레일의 저면에 고정된 케이싱;

   상기 케이싱의 내부에 설치된 상기 모터의 회전력 방향을 변환시키도록 결합된 베벨기어;

   상기 베벨기어의 출력단 쪽에 결합된 구동축;

   상기 구동축의 구동피니언기어와 피동피니언기어를 일렬로 배열하여 각각 랙 -피니언 대우 관계를 갖도록 각각 결합시킨 기본 랙;

   피동피니언기어에 의해 회전되는 볼스크루축에서 볼스크루 대우관계를 갖도록 결합된 볼너트; 및

   상기 볼너트측의 회동체결부위와 상기 클램프장비측의 기준체결부위 사이에서 각각 힌지 작동 가능하게 결합된 회동축

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 케이싱은 저부와 가로방향의 양측 부위가 개구된 직사각형 부재로서, 상기 기본 랙을 결합시켜서 상기 기본 랙의 슬라이딩 작동을 가능케 하는 가이드 슬릿을 상기 케이싱의 일측벽에 더 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 주장치부는 랙 이동력을 동시 전달하도록 상기 기본 랙에 연결된 연동축을 상기 레일과 동일한 연장방향으로 배열시키고 있는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 감지센서는 상기 레일의 폭방향을 기준으로 경사각을 연산할 수 있을 정도의 이격 거리를 유지하는 복수개의 검침자들을 상기 용접기의 저부에 결합시키고 있는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 주장치부로부터 상기 연동축을 통해 랙 이동력을 전달받되, 모터, 베벨기어, 구동축, 구동피니언을 제외하고는 상기 주장치부와 동일한 결합관계를 갖고, 상기 주장치부와 이격 거리를 유지하면서 상기 레일의 저부에 설치된 복수개의 보조장치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치.
7. 용접모재를 기준으로 용접기가 장착된 레일을 틸트시키기 위한 자동레일장치의 제어방법에 있어서,

   상기 용접기에 전원이 입력될 경우, 감지센서를 초기화하는 단계와;

   상기 감지센서에서 출력값이 출력되는지의 여부를 판단하는 단계와;

   상기 출력값을 이용하여 높이값 차이 연산을 수행하는 단계와;

   상기 높이값 차이를 이용하여 용접모재와 용접기 사이의 경사각을 연산하는 단계와; 그리고

   상기 경사각에 대응한 모터 제어 신호를 모터쪽으로 전달하여 틸트 작동 과정을 수행하고 상기 용접모재와 용접기가 평행 상태가 될 때 틸트 작동 과정을 수행하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 제어방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 틸트 작동 과정을 수행하는 단계는,

   경사각을 0˚로 유지시킬 수 있는 모터 제어 신호를 모터쪽으로 입력하는 모터 작동 단계와; 모터의 회전력 방향을 구동축의 회전력 방향으로 변환하는 축방향 변환 단계;

   모터의 회전을 모터 제어 신호에 추종케 하는 모터 회전속도 제어 단계;

   구동축의 구동피니언에 의해 기본 랙 및 복수개의 보조 랙을 수평이동시키는 수평이동 단계;

   각각의 랙에 결합된 피동피니언에 의해 복수개의 볼스크루축을 동시 회전시키는 동시 회전 단계;

   각각의 볼스크루축에 결합된 볼너트의 직선 운동에 대응하게 복수개의 회동축을 작동시키는 회동축 작동 단계; 및

   복수개의 회동축의 회동에 대응하게 레일이 틸트되는 틸트 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장비 틸팅을 위한 자동레일장치의 제어방법.

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