KR100889846B1

KR100889846B1 - 용접선 자동 추적장치

Info

Publication number: KR100889846B1
Application number: KR1020080081654A
Authority: KR
Inventors: 김유찬; 임성주; 이미숙
Original assignee: 김유찬; 임성주; 이미숙
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2009-03-20

Abstract

본 발명은 용접선 자동 추적장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탐침봉을 이용해 용접선을 미리 탐색하고 탐색된 용접선을 따라 토치가 이동하면서 용접을 행하되, 상기 탐침봉과 결합되어 있는 연결봉의 일측에는 발신코일이 형성되어 상기 발신코일에서 발생된 신호를 수신코일에서 수신함으로써 탐침봉의 위치변화를 신속히 파악하여 변화된 방향으로 토치를 이동시키는 장치이다.

프로브센서, 토치

Description

용접선 자동 추적장치{Automatic Weld Line Tracker}

용접선을 자동으로 추적하는 종래의 방법은 모재와의 접촉식 방법으로 프로브센서(probe sense)를 이용하는 방법과 비접촉식 방법으로 아크센서(arc sense), 비전센서(vision sense) 등을 이용한 장치가 있다.

일예로 접촉식은 대한민국 등록특허공보 제90-008575호에 개시되어 있는 용접선 추적장치가 있는데, 이러한 장치의 센서(13, 21)는 기계적 스위치로 형성되어 있어 미세한 오차에는 대응하기 어렵고, 용접소재의 가공정도가 낮은 경우 접점의 잦은 접촉으로 인해 센서의 수명이 짧아질 수밖에 없으며 오작동의 우려가 높다.

또 다른 문제점은 어떠한 이유든지 토치가 센서의 진행방향대로 진행되지 못하고 경로를 벗어났을 경우 비상신호에 의해 작업을 즉각 중지하여야 하는데 일정한 시간이 경과되었을 때만 정지신호를 발생시키게 되므로 거리변화에 따른 작업정지를 시킬 수 없는 문제가 있다. 특히 이러한 문제는 용접속도가 빠른 경우 문제가 된다.

비접촉식을 이용한 것으로서는 아크 전류를 감지하여 용접선을 추적하는 대한민국 특허 제88-002507호와 같은 것이 있으며, 시각센서를 이용한 것으로서는 공개특허공보 제2002-0035186호와 같은 것이 있고, 온도센서를 이용한 등록특허 제0353969호와 같은 것이 있다.

이러한 비접촉식 센서를 이용한 용접선 추적장치는 비접촉식 센서 중 시각센서나 비전센서의 경우 그 가격이 상당히 고가여서 용접장치에 적용하기가 부담스러운 측면이 있고, 온도센서나 적외선센서의 경우 열전달율에 따른 차이로 인해 오작동이 발생할 우려가 높다.

또한, 온도센서나 적외선센서의 경우 서로 다른 소재나 두께가 다른 소재끼리 용접할 경우 그 사용이 불가능하다.

따라서, 본 발명은 접촉식 프로브센서를 이용하여 용접선 자동 추적장치를 제공하되, 상기 프로브센서의 움직임을 기계적 스위치나 포토 인터렙터 등의 온/오프식 센서가 아닌 비접촉식으로 감지함으로써 미세한 이동에 대한 정밀한 제어가 가능할 뿐만 아니라, 접점이 비접촉식이므로 센서의 사용수명을 향상시키고 비접촉식 센서를 사용한 용접선 추적장치에 비교해 그 가격이 매우 저렴한 용접선 자동 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 용접선 자동 추적장치는 접촉식 프로브센서를 이용하여 용접선 자동 추적장치를 제공하되, 상기 프로브센서의 움직임을 기계적 스위치나 포토 인터렙터 등의 온/오프식 센서가 아닌 비접촉식으로 감지함으로써 미세한 이동에 대한 정밀한 제어가 가능할 뿐만 아니라, 접점이 비접촉식이므로 센서의 사용수명이 연장되고 비접촉식 센서를 사용한 용접선 추적장치에 비교해 그 가격이 매우 저렴하다.

본 발명은 용접선 자동 추적장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탐침봉 을 이용해 용접선을 미리 탐색하고 탐색된 용접선을 따라 토치가 이동하면서 용접을 행하되, 상기 탐침봉과 결합되어 있는 연결봉의 일측에는 발신코일이 형성되어 상기 발신코일에서 발생된 신호를 수신코일에서 수신함으로써 탐침봉의 위치변화를 신속히 파악하여 변화된 방향으로 토치를 이동시키는 장치이다.

또한, 상기 토치의 이동속도는 탐침봉의 위치 변화량에 따라 이동속도가 가변되는데, 변화량이 많을수록 토치의 이동속도는 증가된다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 구성예시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 프로브센서의 구성예시도로서, 본 발명에 의한 용접선 자동 추적장치는 구동장치(10, 11)에 의해 상하좌우로 이동되는 토치결합용 브라켓(12)과, 상기 토치결합용 브라켓(12)에 결합되는 토치(13)와, 상기 토치(13)와 일정거리 떨어져 형성되는 프로브센서(20)를 포함하여 구성되되, 상기 프로브센서(20)는 탐침봉(21)과, 상기 탐침봉(21)과 결합된 연결봉(22)과, 상기 연결봉(22)의 일측에 형성된 발신코일(23)과, 상기 발신코일(23)과 일정거리 떨어져 형성된 하나 이상의 수신코일(24, 25, 26, 27)을 포함하여 구성되어, 상기 발신코일(23)에서 발생된 신호를 수신코일(24, 25, 26, 27)에서 수신하여 제어부(도시하지 않음)에서 비교, 연산한 뒤 탐침봉(21)의 위치변화를 감 지함으로써 변화된 방향으로 토치(13)를 이동시키는 것이 특징이다.

도 1에서 토치(13)와 토치결합용 브라켓(12) 사이의 결합부재는 생략되어 도시되어 있으며, 용접되는 방향은 토치(13)에서 프로브센서(20) 쪽으로의 방향이다.

먼저, 토치결합용 브라켓(12)은 수직축(15)과 수평축(14)에 결합되어 있는데, 도시된 실시예에서는 수평축(14)에 토치결합용 브라켓(12)이 결합되고 수평축(14)이 수직축(15)과 결합되어 수직축(15)의 슬라이드면을 따라 수평축(14)이 이동되고 수평축(14)의 슬라이드면을 따라 토치결합용 브라켓(12)이 이동되도록 형성되어 있으나, 수평축(14)과 수직축(15)의 위치를 서로 바꾸어 형성하여도 무방하다.

즉, 토치결합용 브라켓(12)이 수직축(15)의 슬라이드면을 따라 이동되도록 형성하고 수직축(15)이 수평축(14)의 슬라이드면을 따라 이동하도록 형성할 수도 있다.

상기 토치(13)와 프로브센서(20)는 일정거리 떨어져 형성하는 것이 바람직한데, 이는 토치에 의해 발생된 열이 모재를 가열하고 이 열로 인해 프로브센서(20)가 열변형이 일어나지 않을 정도의 거리만큼 떨어지도록 형성하여야하며, 보통 미그(MIG)용접은 50mm 내외, CO₂용접은 30mm 내외로 하고 티그(TIG)용접은 10~30mm 정 도로 형성하는 것이 바람직하다.

도시된 실시예에서는 상기 프로브센서의 탐침봉(21)과 연결봉(22)이 별개로 구성되어 있으나 경우에 따라 일체로 형성할 수도 있다. 이러한 경우 일체의 탐침봉(연결봉)은 절연소재로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.

실시예와 같이 별개로 형성할 경우 탐침봉(21)과 연결봉(22)은 절연커플러(29)에 의해 결합되어 있어 탐침봉(21)에 전류가 흘러도 연결봉(22)에는 전류가 흐르지 않게 된다.

상기 연결봉(22)의 일측에는 발신코일(23)이 형성되는데, 상기 발신코일(23)에서는 항상 일정한 센서신호를 발생시킨다.

상기 발신코일(23)과 일정거리 떨어져 하나 이상의 수신코일(24, 25, 26, 27)이 형성되는데 발신코일(23)의 위치가 정중앙이면 각 수신코일(24, 25, 26, 27)에서 수신되는 센서신호는 일정하게 수신되므로 탐침봉(21)의 위치변화가 없다는 것이며, 어느 쪽이든 수신되는 신호가 강해지거나 약해지면 이는 곧 탐침봉(21)의 위치변화가 일어났다는 것을 의미한다.

이는 후술할 도 4 및 도 5의 설명에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

상기 연결봉(22)의 일측에는 극성을 가지는 영구자석(31)이 형성되고 상기 영구자석(31)과 일정거리 떨어져 또 다른 영구자석(32)이 프로브센서 몸체(30)에 형성된다.

프로브센서 몸체(30)에 형성되는 영구자석(32)은 도 3과 같이 일정한 위치에 하나 이상 형성할 수도 있고 영구자석(31)을 완전히 둘러싸는 도넛 모양의 영구자석을 연결봉(22)에 형성된 영구자석(31) 주위에 형성할 수도 있다.

이때 영구자석 간에는 도 3의 아래에 도시된 화살표와 같이 서로 미는 힘이 발생되어 결국 위에 도시된 화살표와 같은 방향의 힘이 연결봉(22)에 작용되는데 이를 위해서는 서로 같은 극 끼리 마주보게 형성하는 것이 바람직하다.

프로브센서 몸체(30)의 일정한 위치에만 영구자석(32)을 형성할 경우 상기 영구자석(32)의 일측에 조정용볼트(33)를 형성하여 조정용볼트(33)의 전후진으로서 영구자석 간의 거리를 변화시켜 작용되는 힘을 조정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일부구성예시도로서 L1은 연결봉에 결합되어 있는 발신코일(23)이고, L2, L3, L4, L5는 센서 회로기판(28)에 형성되어 있는 수신코일(24, 25, 26, 27)로서 발신코일(23)의 상하좌우 4방향에 수신코일을 형성한 것이다.

먼저, L1(23)이 L2(24)쪽으로 이동하여 L2에서 감지되는 신호(전압)가 증폭되면(반대로 L3에서 감지되는 신호는 감소된다) 탐침봉(21)이 고정핀(34)을 힌지로 하여 아래로 내려갔음을 의미하므로 토치(13) 역시 아래로 이동되게 되고, 반대로 L3의 감지신호가 증폭되면 탐침봉(21)이 고정핀(34)을 힌지로 하여 위로 올라갔음 을 의미하므로 토치(13) 역시 위로 이동되게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 프로브센서 탐침봉의 위치별 출력신호표로서 탐침봉(21)의 위치에 따라 서로 마주보는 L2와 L3 및 L4와 L5는 그 면적이 다르게 되고 그 면적의 차이에 의해 제어부에서 비교, 연산하여 현재 탐침봉의 위치를 파악하게 된다.

즉, L2와 L3의 신호값(전압)을 비교하여 그 전압이 서로 같으면 수직 방향의 중앙이고, L2의 값이 L3의 값보다 크면 탐침봉은 중앙에서 아래쪽에 있으며 차이가 크면 클수록 중앙에서 아래쪽에 있는 것이 된다.

L4와 L5도 마찬가지로 그 전압이 서로 같으면 수평방향의 중앙이고, L4의 값이 L5의 값보다 크면 탐침봉은 중앙에서 우측방향에 있으며, 차이가 크면 클수록 중앙에서 우측방향으로 멀어진 것이 된다.

결국, 탐침봉(21)의 위치에 따라 구동장치(10, 11)는 토치결합용 브라켓(12)을 이동시켜 용접을 진행하게 되는데, 토치(13)와 프로브센서(20)는 서로 일정거리 떨어져 있으므로 떨어진 거리 만큼의 오차가 발생할 수 있다.

따라서, 프로브센서(20)가 지나가고 나서 일정 시간 후 토치(13)가 지나가게 되므로, 프로브센서(20)가 감지한 값보다 일정시간을 지연한 후 토치(13)를 이동시키는 것이 바람직하다.

즉, 상기 수신코일(24, 25, 26, 27)에서 수신된 신호는 아날로그/디지털 변환기에 의해 변환되고 변환된 값을 제어부에서 비교, 연산하여 탐침봉(21)의 위치를 파악하게 되는데, 상기 프로브센서(20)와 토치(13) 간의 거리에 따른 오차를 보정해주기 위해 용접속도에 따라 일정시간 늦게 토치를 이동시키는 지연장치가 필요한게 된다.

상기 지연장치는 제어부에서 사용자의 설정 값에 의해 지연할 수도 있고, 용접속도에 따라 임의로 정할 수도 있다.

용접속도에 따라 사용자가 임의로 정하는 경우는 실제로 용접을 해본 결과 프로브센서(20)가 있는 현위치에 토치(13)가 도달하는 시간이 3초 정도이면 사용자의 설정으로 지연시간을 3초로 정할 수 있고, 프로브센서(20)와 토치(13) 간의 거리가 30mm이고 토치의 이동속도(용접속도)가 30mm/sec이면 지연시간을 1초로 정하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 구성예시도

도 2는 본 발명에 의한 프로브센서의 구성예시도

도 3과 도 4는 본 발명의 일부구성예시도

도 5는 본 발명에 의한 프로브센서 탐침봉의 위치별 출력신호표

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10, 11. 구동장치 12. 토치결합용 브라켓

13. 토치 14. 수평축

15. 수직축 20. 프로브센서

21. 탐침봉 22. 연결봉

23. 발신코일(L1) 24, 25, 26, 27. 수신코일(L2, L3, L4, L5)

28. 센서 회로기판 29. 절연커플러

30. 프로브센서 몸체 31. 영구자석(연결봉)

32. 영구자석(프로브센서 몸체) 33. 조정용볼트

34. 고정핀 WL. 용접선

Claims

용접선 추적장치에 있어서,

구동장치(10, 11)에 의해 상하좌우로 이동되는 토치결합용 브라켓(12)과, 상기 토치결합용 브라켓(12)에 결합되는 토치(13)와, 상기 토치(13)와 일정거리 떨어져 형성되는 프로브센서(20)를 포함하여 구성되되,

상기 프로브센서(20)는 탐침봉(21)과, 상기 탐침봉(21)과 결합된 연결봉(22)과, 상기 연결봉(22)의 일측에 형성된 발신코일(23)과, 상기 발신코일(23)과 일정거리 떨어져 형성된 하나 이상의 수신코일(24, 25, 26, 27)을 포함하여 구성되어, 상기 발신코일(23)에서 발생된 신호를 수신코일(24, 25, 26, 27)에서 수신하여 제어부(도시하지 않음)에서 비교, 연산한 뒤 탐침봉(21)의 위치변화를 감지함으로써 변화된 방향으로 토치(13)를 이동시키며, 상기 탐침봉(21)과 연결봉(22)은 절연커플러(29)에 의해 결합되어 있는 것이 특징인 용접선 자동 추적장치
제 1항에 있어서,

상기 연결봉(22)의 일측에는 영구자석(31)이 형성되고, 상기 영구자석(31)과 일정거리 떨어져 하나 이상의 또 다른 영구자석(32)이 프로브센서 몸체(30)에 형성되어 상기 영구자석 간에는 서로 미는 힘이 항상 발생되고 있는 것이 특징인 용접선 자동 추적장치
삭제
제 1항에 있어서,

상기 수신코일(24, 25, 26, 27)은 발신코일(23)의 상하좌우 4방향에 형성되어 있는 것이 특징인 용접선 자동 추적장치
제 2항에 있어서,

상기 프로브센서 몸체(30)에 형성된 영구자석(32)은 일측에 형성된 조정용볼트(33)에 의해 연결봉(22)에 형성된 영구자석(31)과의 거리가 변화될 수 있는 것이 특징인 용접선 자동 추적장치
제 1항에 있어서,

상기 수신코일(24, 25, 26, 27)에서 수신된 신호는 아날로그/디지털 변환기에 의해 변환되고 변환된 값을 제어부에서 비교, 연산하여 탐침봉(21)의 위치를 파 악하게 되는데, 상기 프로브센서(20)와 토치(13) 간의 거리에 따른 오차를 보정해주기 위해 지연장치에서 용접속도에 따라 일정시간 늦게 토치를 이동시키는 것이 특징인 용접선 자동 추적장치