KR100852854B1 - 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법 - Google Patents

티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 티그(TIG) 용접에 사용되는 전극봉의 자동 거리조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모재의 용접 중에 전극봉에 인가된 전압을 실시간으로 측정하여 측정된 전압값이 초기 설정값의 범위를 벗어나게 되면 모터를 구동시켜 모터의 구동을 직선운동으로 변환하여 토치를 전후진시킴으로써 결국 전극봉과 모재와의 거리를 변화시킴으로 인해 용접전압을 일정하게 유지하는 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법이다.

Description

티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법{Auto control distance device and method of TIG welding electrode}
본 발명은 티그(TIG) 용접에 사용되는 전극봉의 자동 거리조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모재의 용접 중에 전극봉에 인가된 전압을 실시간으로 측정하여 측정된 전압값이 초기 설정값의 범위를 벗어나게 되면 모터를 구동시켜 모터의 구동을 직선운동으로 변환하여 토치를 전후진시킴으로써 결국 전극봉과 모재와의 거리를 변화시킴으로 인해 용접전압을 일정하게 유지하는 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법이다.
용접토치와 모재 사이의 거리를 조절하는 종래기술로는 특허등록 제200639호에 개시된 자동 용접장치의 용접토오치 경로 보정방법이 있는데, 주된 요지는 아크센서가 용접토오치의 위빙 방향의 이동에 따라 변화되는 아크 전류의 파형을 분석하여 현 위빙 중심선의 위치를 파악함으로서 용접 중심선의 측방향 틀어짐을 파악하여 이를 보정하는 방법에 관한 것이다.
이러한 방법은 용접 중심선에 대한 위치변화만을 감지할 뿐 모재와 용접토치와의 거리가 멀어지거나 가까워지는데 따른 위치 변화는 감지가 불가능하다.
또 다른 종래기술로는 실용신안등록 제206496호와 같은 티그 용접 전극봉의 자동조절장치가 있다. 이 장치는 레이저 거리센서의 작동으로 용접토오치홀더의 전극봉과 시험편과의 거리를 2mm로 유지하는 것으로서 초기 위치를 설정하는데에는 용이하나 용접 중에 변화되는 거리에 대한 대응이 불가능하다.
또 다른 종래기술로서는 특허공개 제1999-0002117호(출원번호 10-1997-0025654호)에 개시되어 있는 레이저 용접헤더의 자동초점방법이 있다. 이러한 방법은 거리감지센서를 사용함으로써 실제 용접되는 부위와 용접헤드와의 미세한 거리변화를 감지하기 어려운데 이는 초음파식 거리감지센서의 경우 초음파가 발진되어 돌아오는 시간으로 거리를 감지하나 용접 중에는 모재가 녹은 용융액에 의해 정확한 거리감지가 불가능하여 소망하는 거리의 유지가 어렵다.
더군다나, 연속적이 용접이 이루어질 경우 거리감지센서의 계속적인 작동으로 수명이 짧아져 유지보수비용이 많아지게 된다.
본 발명은 모재와 전극봉 간의 거리변화로 인해 미세한 전압의 변화에도 즉각 반응하여 신속한 거리조절이 이루어질 수 있는 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 모재와 전극봉 간에 자동으로 거리가 조절됨으로 인해 균일하고 우수한 용접면을 얻을 수 있으며, 모재가 녹은 용융액에 전극봉이 닿아서 파손되는 것을 방지한 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 의한 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법은 전극봉 간의 거리변화로 인해 미세한 전압의 변화에도 즉각 반응하여 신속한 거리조절이 이루어질 수 있으므로 균일하고 우수한 용접면을 얻을 수 있으며, 모재가 녹은 용융액에 전극봉이 닿아서 파손되는 것을 방지할 수 있다.
티그(TIG)용접은 보통 텅스텐 봉을 전극봉으로 사용하는데 상기 전극봉에 전기를 공급하면 모재와 텅스텐 봉에 전류가 흐르면서 아크가 발생되고 이 아크에 의해 공급되는 와이어가 녹으면서 용접이 이루어지게 된다.
이때 모재나 와이어가 녹은 용융액이 전극봉에 닿게 되면 아크의 원활한 발생을 위해 전극봉을 토치에서 분리하여 재가공 후 사용하거나 전극봉 자체를 교체하여야 하므로 전극봉이 모재의 용융액에 닿는 상태가 반복되게 되면 용접작업에 시간이 많이 소요되고 비용발생이 많아지게 된다.
이를 방지하기 위해 전극봉과 모재 사이의 거리를 너무 멀게 하면 아크가 불안정하고, 용착이 얇고 표면이 지저분하며, 용접부의 금속 조직이 취약하게 되어 강도가 감소되고, 아크열의 손실이 많으며 용접봉이 경제적이지 못하게 되는 등 많은 문제점이 있으므로 전극봉과 모재 사이는 일정한 거리유지가 되어야만 균일한 용접품질과 함께 용접봉의 사용수명을 연장할 수 있다.
본 발명은 티그(TIG)용접에 사용되는 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모재의 용접 중에 전극봉에 인가된 전압을 실시간으로 측정하여 측정된 전압값이 초기 설정값의 범위를 벗어나게 되면 모터를 구동시켜 모터의 구동을 직선운동으로 변환하여 토치를 전후진시킴으로써 결국 전극봉과 모재와의 거리를 변화시킴으로 인해 용접전압을 일정하게 유지하는 티그 용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법이다.
이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 구성예시도이고, 도 2는 본 발명의 확대구성예시도이며, 도 3은 본 발명의 사용상태예시도로서, 본 발명에 의한 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치는 로봇의 암(20)에 결합되는 로봇결합용 브라켓(2)과, 상기 로봇결합용 브라켓(2)과 결합되어 있는 케이스(1)와, 상기 케이스(1) 내에 형성되어 구동력을 발생시키는 모터(4)와, 상기 모터(4)의 모터샤프트(5)와 결합되어 동회전되는 회전기어(7)와, 상기 회전기어(7)와 나사 결합되어 회전기어(7)의 회전에 의해 전후 이동되는 슬라이드(6)와, 상기 슬라이드(6)의 일측에 형성되어 용접토치(30)가 결합되는 토치결합용 브라켓(3)과, 상기 용접토치(30)에 결합되어 있는 전극봉에 인가되는 전압을 실시간 측정하는 감지부(도시하지 않음)와, 상기 감지부에서 측정된 전압값과 초기 설정값을 비교하여 모터(4)를 가동시켜 전극봉과 모재와의 거리(L)를 조절하는 제어부(도시하지 않음)를 포함하여 구성되어 있다.
먼저, 로봇결합용 브라켓(2)은 로봇의 암(arm)에 결합되는데 로봇 암(20)의 형태에 따라 착탈식, 볼트결합식, 끼움식 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 케이스(1)의 형상 역시 다양한 형태로 형성되며 도시된 형태는 링 형태이다.
상기 모터(4)는 DC모터를 사용하는 것이 바람직하나 경우에 따라 AC모터 또는 BLCD모터를 사용할 수도 있다.
상기 모터(4)의 일측에는 모터샤프트(5)가 형성되고 상기 모터샤프트(5)와 회전기어(7)는 고정 결합되어 같이 회전되는데, 상기 회전기어(7)와 모터샤프트(5) 의 결합방법은 다양하게 실시할 수 있는 바, 본 실시예에서는 파워록(18, power lock)에 의해 결합하여 구성한다.
상기 회전기어(7)의 외주면 상에는 나사가 형성되어 있으며, 상기 나사에 치합되는 형상의 나사홈이 슬라이드(6) 내부에 형성되어 있다.
그리고, 상기 슬라이드(6)의 외부에는 가이드(8)가 형성되어 슬라이드(6)가 회전기어(7)에 의해 회전하는 것을 방지하며 용접토치(30) 쪽으로의 전후 이동을 가이드해준다.
따라서, 모터(4)가 회전하여 모터샤프트(5)가 회전하게 되면 회전기어(7)가 회전하게 되고, 상기 회전기어(7)와 나사 결합되어 있는 슬라이드(6)가 가이드(8)에 의해 가이드되면서 도면의 상하로 이동되게 된다.
상기 슬라이드(6)의 일측에는 용접토치(30)가 결합되는 토치결합용 브라켓(3)이 형성되게 되는데, 상기 토치결합용 브라켓(3)에 용접토치(30)가 결합되면 슬라이드(6)의 상하 이동으로 용접토치(30) 역시 상하로 이동되게 되어 모재(W)와의 거리가 변화되게 된다.
상기 감지부와 제어부는 케이스(1)의 내부나 일측에 형성할 수도 있고 부피를 줄이기 위해 케이스(1)와 별도로 형성할 수도 있으며, 로봇용접장치에 형성할 수도 있다.
케이스(1)와 별도로 형성할 시에는 커넥터(13)를 통해 전선 등을 연결하여 전극봉에서 감지되는 전압을 실시간 측정할 수 있도록 한다.
상기 모터(4)의 일측에는 모터(4)의 작동량 즉, 모터샤프트(5)의 회전량을 감지하기 위해 엔코더(11)를 형성하는 것이 바람직하며, 상기 엔코더(11)에서 측정된 값은 제어부로 보내지게 되어 용접토치(30)의 현위치를 파악하게 된다.
상기 슬라이드(6)의 일측에는 스토퍼(15)가 형성되어 슬라이드(6)의 이동량을 제한해주게 되는데 상기 스토퍼(15)에는 거리조절볼트(16)가 체결되어 슬라이드(6)가 이동할 수 있는 양을 조절할 수 있다.
상기 슬라이드(6)의 일측에는 슬라이드(6)의 초기위치 감지를 위해 마이크로스위치(9) 및 도그(10)를 형성하여 슬라이드(6)의 초기위치를 감지할 수 있도록 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
미설명부호는 커버(12)로서 슬라이드(6)의 전후진에 따라 이물질이 케이스(1)의 내부로 인입되는 것을 방지하며, 커버(12)와 슬라이드(6) 사이에는 이물질 제거를 위해 와이퍼를 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기 용접토치(30)에는 전극봉(31)이 결합되어 있는데 상기 전극봉(31)에는 사용자에 의하여 전류량이 선택되어진 후 전기가 공급되며 모재(W)의 종류와 용접속도에 따라 적정한 용접전압이 정하여 진다.
일반적으로 모재(W)와 전극봉(31) 간의 거리(L)가 가까워지면 아크의 길이가 작아지게 되고 용접전압이 작아지며, 반대로 모재(W)와 전극봉(31) 간의 거리(L)가 멀어지면 아크의 길이가 커지면서 용접전압이 커지므로 용접전압을 실시간으로 측 정하게 되면 상기 전압량값에 의해 전극봉과 모재의 거리변화를 감지할 수 있게 된다.
따라서, 전극봉(31)에 인가되는 전압을 감지부에서 측정하여 측정된 전압값과 소망하는 초기 설정값을 제어부에서 비교하여 측정된 전압값이 초기 설정값보다 높으면 전그봉과 모재의 거리(L)가 초기 설정거리보다 멀어진 것이므로 모터(4)를 가동하여 용접토치(30)와 결합되어 있는 슬라이드(6)를 하강시킴으로써 전극봉(31)을 모재(W)에 가깝도록 이동시키고, 반대로 측정된 전압값이 초기 설정값보다 낮으면 전극봉과 모재의 거리(L)가 초기 설정거리보다 가까워진 것이므로 모터(4)를 가동하여 슬라이드(6)를 상승시킴으로써 전극봉(31)을 모재(W)에서 멀어지도록 이동시켜 결국 용접 중 모재와 전극봉 간에 일정한 거리를 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 구성예시도
도 2는 본 발명의 요부구성예시도
도 3은 본 발명의 사용상태예시도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1. 케이스 2. 로봇결합용 브라켓 3. 토치결합용 브라켓
4. 모터 5. 모터샤프트 6. 슬라이드
7. 회전기어 8. 가이드 9. 마이크로스위치
10. 도그 11. 엔코더 12. 커버
13. 커넥터 14. 감속기 15. 스토퍼
16. 거리조절볼트 17. 모터브라켓 18. 파워락
19. 오링 20. 로봇 암 30. 용접토치
31. 전극봉

Claims (7)

  1. 로봇의 암(20)에 결합되는 로봇결합용 브라켓(2)과, 상기 로봇결합용 브라켓(2)과 결합되어 있는 케이스(1)와, 상기 케이스(1) 내에 형성되어 구동력을 발생시키는 모터(4)와, 상기 모터(4)의 모터샤프트(5)와 결합되어 동회전되는 회전기어(7)와, 상기 회전기어(7)와 나사 결합되어 회전기어(7)의 회전에 의해 전후 이동되는 슬라이드(6)와, 상기 슬라이드(6)의 일측에 형성되어 용접토치(30)가 결합되는 토치결합용 브라켓(3)과, 상기 용접토치(30)에 결합되어 있는 전극봉에 인가되는 전압을 실시간 측정하는 감지부와, 상기 감지부에서 측정된 전압값과 초기 설정값을 비교하여 모터(4)를 가동시켜 전극봉과 모재와의 거리(L)를 조절하는 제어부를 포함하여 구성되며,
    상기 슬라이드(6)의 일측에는 슬라이드의 초기위치 감지를 위해 마이크로스위치(9) 및 도그(10)가 형성되어 있는 것이 특징인 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬라이드(6)의 외부에는 슬라이드(6)의 상하이동을 가이드해주는 가이드(8)가 형성되어 있는 것이 특징인 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모터(4)의 일측에는 모터(4)의 작동량을 감지하기 위한 엔코더(11)가 형성되어 있는 것이 특징인 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 슬라이드(6)의 일측에는 스토퍼(15)가 형성되어 슬라이드(6)의 이동량을 제한하는 것이 특징인 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 회전기어(7)와 모터샤프트(5)는 파워록(18)에 의해 결합되는 것이 특징인 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치
  7. 삭제
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