KR100903579B1 - 용접기 회전정밀도 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접기 회전정밀도 보정장치의 회전판과, 용접기의 링크 사이 각도를 90도로 유지시킨 상태에서, 링크와 회전판을 동시에 회전시키면서 각도별 오차값을 산출하는 향상된 방식을 이용함에 따라, 정확도 및 위치 정밀도에 따른 오차 발생 문제와 레이저의 초점이 흐려지는 문제를 해결하여 상대적으로 더 정밀한 보정을 수행할 수 있는 용접기 회전정밀도 보정방법에 관한 것이다.

본 발명의 용접기 회전정밀도 보정방법은 보정장치의 회전판을 수평, 용접기의 링크를 수직으로 유지한 상태에서 엘브이에스값을 측정하여 기준값으로서 설정하고, 회전판과 링크를 미리 정한 각도만큼 각각 회전한 상태에서 엘브이에스값을 측정하여 비교값으로서 설정하고, 기준값과 비교값을 비교 계산하여 오차값을 측정하고, 용접토치를 상기 측정한 오차값만큼 용접선(X축 방향)에 수직한 방향(Y축 방향)으로 이동하여 보정하고, 회전판과 링크를 다음 각도만큼 각각 회전한 상태에서 엘브이에스값을 재 측정하여 비교값으로서 설정하고, 이를 반복하면서 나머지 각도 구간에서 각도별 오차값 측정 및 보정을 수행하고 이를 기록 및 관리한다.

회전정밀도 보정장치, 용접기, 엘브이에스(LVS), 용접토치

Description

용접기 회전정밀도 보정방법{Method of compensating rotation tilting precision for welding machine}

본 발명은 용접기 회전정밀도 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 LNG선 화물창의 멤브레인 시트(Membrane Sheet)를 용접하는 장치로 자동 용접기가 있다.

이러한 자동 용접기에는 통상 엘브이에스(LVS, Laser Vision Sensor)가 구비되어 있어 용접토치가 용접선을 따라 이동하도록 되어 있다.

만일 용접토치가 용접선을 벗어나게 될 경우, 엘브이에스(LVS)는 용접토치를 용접선의 수직방향으로 이동시켜 위치를 보정한다.

이때, 멤브레인 시트의 코러게이션(Corrugation)부를 용접하기 위해선 코러게이션부의 곡면을 따라 용접토치가 회전틸팅되어야 한다.

이러한 기능을 수행하기 위하여 자동 용접기에는 6개의 링크가 내장되어 있다.

6개의 링크는 구동축의 회전운동을 용접토치의 회전틸팅 메커니즘으로 변환시켜준다.

그런데 이러한 링크 및 그의 회전 조인트는 그 제작과정에서 생긴 가공오차나, 내장 베어링의 마모, 또는 외부적인 충격 등에 의해 빈번하게 변형이 발생될 수 있으며, 이로 인하여 각 링크 간의 평행도에 문제가 생길 수도 있다.

만일 이러한 문제 발생 상태에서 코러게이션부의 용접을 위하여 용접토치를 회전틸팅시키게 되면, 용접토치의 실제 회전축은 설계상의 회전축과 달라지는데, 결과적으로 용접토치의 진행방향이 실제 용접선에서 벗어나게 되는 용접불량을 초래하게 되는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 6개의 링크 및 그 링크 내에 존재하는 8개의 회전 조인트에서 문제가 발생한 특정 링크 또는 회전 조인트를 정확히 판단하고 보정하기 매우 난해할 뿐만 아니라, 링크 및 회전 조인트 모두를 검사한다는 것은 시간적인 측면이나 작업효율의 측면에서 매우 불합리한 것으로 판단된다.

아울러 엘브이에스의 블라인드 구간이 부분적으로 존재하는 코러게이션부에서의 용접불량 발생원인을 링크의 회전정밀도에 전적으로 의존하고 있다는 사실을 염두에 두어 볼 때 이는 반드시 해결되어야 할 문제점으로 인식된다.

이런 문제 인식 차원에서 본 출원인은 대한민국 특허 출원번호 제10-2007-12428호로서 용접기 회전정밀도 보정장치 및 보정방법을 제안한 바 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 특허출원의 용접기 회전정밀도 보정장치(10)는 내부중공(12)을 형성하고 일단부를 용접기(1)(도 2 참조)에 설치될 수 있 게 형성된 몸체부(11)와, 상기 몸체부(11)의 내부중공(12)에 삽입된 축부재(13) 상에 체결된 회전판(14)과, 상기 회전판(14)의 회전각 조절을 담당하는 핸들(15)을 포함한다.

여기서, 회전판(14)은 시계방향 혹은 반시계방향으로 회전 및 임시 정지될 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 회전판(14)의 회전 각도(이하 각도로 약칭함)는 몸체부(11)에 구비된 각도기(16)를 이용하여 측정된다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 용접기 회전정밀도 보정방법은 보정장치 설치단계(S11)와, 회전판을 적정 각도 스텝으로 회전시켜 전체 회전 구간에 대한 설계상의 엘브이에스값을 측정 및 저장하는 설계상 엘브이에스값 측정저장단계(S13)와, 이후 회전판을 수평으로 유지시키고, 용접토치를 적정 각도 스텝으로 회전시켜 상기 용접토치의 오차가 포함된 실제 엘브이에스값을 측정 및 저장하는 실제 엘브이에스값 측정저장단계(S15)와, 각 스텝마다 측정된 설계상 엘브이에스값과 실제 엘브이에스값을 비교하여 상기 용접토치의 오차를 반복 계산하는 용접토치 오차계산단계(S17)와, 마지막으로, 각 스텝마다 계산된 오차만큼씩 상기 용접토치를 반복적으로 이동시켜 정밀도를 보정하는 용접토치 보정단계(S19)를 포함한다.

이런 종래 기술은 용접기의 링크를 고정시킨 상태에서 회전판을 10도씩 회전시켜 설계상의 엘브이에스값들을 모두 입력시키고 난 후, 회전판을 수평으로 고정시키고, 링크를 회전시켜 용접토치의 오차를 측정 및 보정하는 보정 알고리즘을 이용한 것이다.

그러나, 종래 기술의 용접기 회전정밀도 보정방법은 링크를 고정한 상태에서 회전판만을 특정 각도(예 : 30도) 이상으로 회전할 경우, 엘브이에스의 레이저 라인이 카메라의 에프오브이(FOV, Field Of View)에서 벗어나서 측정 도중에 엘브이에스의 모듈을 상, 하 방향으로 이동시켜 레이저 라인이 에프오브이(FOV) 상에 나타나도록 조정해야 하는 불편함이 있다.

또한, 종래 기술의 용접기 회전정밀도 보정방법은 언급한 바와 같이 레이저 라인이 에프오브이 상에 나타나도록 조정할 때, 엘브이에스 모듈을 상하(예 : Z축 방향)로 이동(S)(도 2참조)시켜야 하며, 이때 정확도 및 위치 정밀도에 따른 오차가 발생하는 단점을 갖는다.

또한, 종래 기술에 따른 용접기 회전정밀도 보정방법은 회전판만을 회전시킬 경우, 회전판과 레이저 라인 사이의 거리가 달라짐에 따라 엘브이에스의 레이저의 초점이 흐려지게 되어 측정된 엘브이에스값에 대한 정확도가 떨어지는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명에서 상기와 같은 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 용접기 회전정밀도 보정장치의 회전판과, 용접기의 링크 사이 각도를 90도로 유지시킨 상태에서, 링크와 회전판을 동시에 회전시키면서 각도별 오차값을 산출하는 향상된 방식을 이용함에 따라, 정확도 및 위치 정밀도에 따른 오차 발생 문제와 레이저의 초점이 흐려지는 문제를 해결하여 상대적으로 더 정밀한 보정을 수행할 수 있는 용접기 회전정밀도 보정방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 회전판의 특정 각도 회전시 레이저 라인이 에프오브이 상에 나타나도록 조정해야 하는 불편함을 해소할 수 있는 용접기 회전정밀도 보정방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 기술적 과제에 해당하는 본 발명의 목적은, 하기에 상세히 설명할 바와 같이, 용접기 회전정밀도 보정장치를 용접기에 설치하여 수행하는 용접기 회전정밀도 보정방법에 있어서, 보정장치의 회전판을 수평, 용접기의 링크를 수직으로 유지한 상태에서 엘브이에스값을 측정하여 기준값으로서 설정하는 제1단계; 회전판과 링크를 미리 정한 각도만큼 각각 회전한 상태에서 엘브이에스값을 측정하여 비교값으로서 설정하는 제2단계; 기준값과 비교값을 비교 계산하여 오차값을 측정하는 제3단계; 용접토치를 상기 측정한 오차값만큼 용접선(X축 방향)에 수직한 방향(Y축 방향)으로 이동하여 보정하는 제4단계; 회전판과 링크를 다음 각도만큼 각각 회전한 상태에서 엘브이에스값을 재 측정하여 비교값으로서 설정하는 제5단계; 제3단계 내지 제5단계를 반복하면서 나머지 각도 구간에서 각도별 오차값 측정 및 보정을 수행하고 이를 기록 및 관리하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접기 회전정밀도 보정방법에 의해 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 제4단계에서 상기 용접토치를 이동시킨 량은 해당 각도에 대한 오차 보정량으로서 메모리에 저장되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 엘브이에스값의 측정 또는 재 측정시마다 상기 링크 중 최종단의 링크에 구비된 엘브이에스 설치블록 사이의 각도를 직각으로 유지된 상태에서 각각 10도씩 회전되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 용접기 회전정밀도 보정방법에 의하면, 링크와 회전판을 동시에 회전시키면서 오차값을 산출하고, 그에 대응하게 보정을 한 후 다음 각도의 엘브이에스(LVS) 측정을 반복 수행함에 따라, 특정 각도(예 : 30도) 이상에서도 엘브이에스의 레이저 라인이 카메라의 에프오브이(FOV)에서 벗어나는 일이 없어, 측정 도중에 엘브이에스의 모듈을 상, 하 방향으로 이동시킬 필요가 없고, 레이저 라인이 에프오브이 상에 나타나도록 조정해야 하는 불편함이 없으며, 앞서 언급한 정확도 및 위치 정밀도에 따른 오차 발생이 없고, 회전판과 레이저 라인 사이의 거리가 항상 동일하여 엘브이에스의 레이저의 초점을 재조정할 필요 없어, 엘브이에스 값에 대한 정밀도를 더욱 정밀하게 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 용접기 회전정밀도 보정방법을 위해 용접기 회전정밀도 보정장치를 용접기에 장착한 모습을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 용접기 회전정밀도 보정방법의 일실시예를 도시한 순서도이다. 또한, 도 4a는 도 3에 도시된 용접기 회전정밀도 보정방법을 통해 얻은 용접 상태를 설명하기 위한 도면 대용 사진이고, 도 4b는 도 4a의 비교예를 설명하기 위한 도면 대용 사진이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 설명의 용이성을 위해 좌표계를 정의한다.

X축 방향은 멤브레인 시트 상의 용접선의 진행방향을 의미한다.

Y축 방향은 멤브레인 시트의 평면을 따라 상기 X축에 수직한 방향으로서 용접토치의 보정방향을 의미한다.

Z축 방향은 X-Y축 평면에 수직한 방향으로서 용접기(1)의 높이 방향을 의미한다.

용접기(1)는 앞서 종래 기술에서 언급한 바와 같이 멤브레인 시트 용접을 위해 링크(3) 및 회전 조인트를 내장한 주지의 자동 용접기를 의미한다.

용접기(1)는 링크(3)의 최종단에 구비된 엘브이에스 설치블록(3a)과, 엘브이에스 설치블록(3a)의 측면에 설치되어 복수개의 액추에이터를 작동시킴에 따라 다축 이송이 가능한 다축 스테이지 홀더(3b)와, 이런 다축 스테이지 홀더(3b)에 탈, 부착 가능하게 탑재된 용접토치(2)를 갖는다.

적어도 용접토치(2)는 하기에서 상세히 설명할 제4단계에서처럼 다축 스테이지 홀더(3b)의 액추에이터에 의해 Y축 방향으로 이동될 수 있다.

또한, 엘브이에스 설치블록(3a)에는 에프오브이(FOV)를 갖는 카메라(4a)와, 레이저 라인(LL)을 발생시키는 레이저(4b)가 설치되어 있다.

엘브이에스 설치블록(3a)과 용접토치(2)의 아래쪽에는 앞서 종래 기술에서 언급한 용접기 회전정밀도 보정장치(10)가 설치된다.

보정작업 작업자는 용접기 회전정밀도 보정장치(10)의 몸체부(11)를 기준으로 핸들(15)을 이용하여 각도기의 전체 각도 구간에 대응한 각도별로 회전판(14)을 회전시킬 수 있다.

본 발명에 따른 용접기 회전정밀도 보정방법은 기존의 용접기 회전정밀도 보정장치(10) 및 용접기(1)와, 그 용접기(1)에 설치 및 결합된 엘브이에스 및, 본 발명의 실시예에서 개시할 방법에 상응한 알고리즘을 컴퓨터 제어 기술로 액세스하는 주지의 엘브이에스에 관련된 통상적인 보정 시스템 또는 장치에 실현 가능하다.

보정 시스템은 용접기의 컨트롤러의 내부에 실장되거나 일체화 구성될 수 있고, 이 경우 보정 시스템의 중앙처리장치는 용접기의 제어부로서 통합 구성될 수 있다.

여기서, 보정 시스템은 각종 데이터값(예 : 엘브이에스값에 관련된 기준값, 비교값, 전체 각도 구간에 대응한 각도별 오차값 등)을 측정한 후 시스템의 데이터 기록장치의 메모리 내에 기록, 저장하여 이후 각종 데이터값을 산출 또는 비교하고, 이후 실제 용접에서 사용할 수 있도록 제공, 수정하는 제반 관리를 일련의 컴퓨터 프로세스를 통해 실현하는 주지의 시스템 장치, 임베디드(embedded) 수단, 또는 기록매체 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 용접기 회전정밀도 보정장치(10)의 회전판(14)은 작업자의 수작업 또는 기타 자동화된 스테핑모터, 레버 등을 이용한 별도의 각도 회전 자동화 지그(도시 안됨)에 의해 정밀하게 회전 될 수 있다.

이하, 도 3을 통해서 본 발명의 용접기 회전정밀도 보정방법을 단계별로 상세히 설명하고자 한다.

(a) 제1단계( S101 )

기본적으로 용접기 회전정밀도 보정장치는 기존 방식과 유사 내지 동일하게 용접기에 장착 또는 설치된다.

이후, 보정장치의 회전판은 수평, 용접기의 링크는 상기 회전판에 대하여 직각 또는 90도 각도를 유지하도록 수직하게 유지된다.

여기서, 링크가 수직하게 유지된다는 의미는 용접기의 6개의 링크 중 최종단의 링크의 작동 위치를 상기 회전판에 수직이 되도록 제어함에 따라, 상기 최종단의 링크에 구비된 엘브이에스 설치블록 또는 다축 스테이지 홀더의 용접토치가 상 기 회전판에 대하여 수직하게 세워진 상태를 의미한다.

이에 대해 부연 설명하면, 상기 세워진 상태는 용접기 회전정밀도 보정장치의 회전판과, 용접기의 링크 사이 각도가 90도로 유지되는 용접기의 초기화 상태임을 의미한다.

이런 유지 상태에서 엘브이에스값이 측정되고, 그 측정 데이터값은 앞서 언급한 보정 시스템의 메모리에 저장되고, 이렇게 저장된 데이터값은 기준값으로서 설정된다.

(b) 제2단계( S102 )

다음으로, 회전판과 링크를 미리 정한 각도, 더욱 바람직하게 10도로 각각 회전시킨다. 이는 기존 방법과 달리, 회전판과 링크를 모두 각도 10도만큼 회전시켜서, 역시 회전판과 링크 사이 각도가 90도로 유지시킨 상태를 의미한다.

이런 상태에서 엘브이에스값이 측정되고, 그 측정 데이터값은 앞서 언급한 보정 시스템의 메모리에 저장되고, 이렇게 저장된 데이터값은 비교값으로서 설정된다.

(c) 제3단계( S103 )

이후, 보정 시스템의 중앙처리장치는 주지의 비교 계산 방식을 이용하여 오차값을 측정한다. 예컨대, 보정 시스템의 중앙처리장치는 각각 상기 제1단계(S101)의 기준값과 상기 제2단계(S102)의 비교값을 메모리에서 독취한 후 통상의 데이터처리 프로세싱에서 수행되는 기본 산출 방식과 같이 상호 비교한 후 그 차이를 계산하여, 그 결과를 오차값으로서 출력한다.

(d) 제4단계( S104 )

보정 시스템의 중앙처리장치는 상기 출력한 오차값을 용접기의 컨트롤러와연동하여, 용접기의 컨트롤러로 하여금 다축 스테이지 홀더의 액추에이터의 작동을 제어함에 따라, 용접토치를 상기 오차값만큼 용접선(X축 방향)에 수직한 방향(Y축 방향)으로 이동시켜 보정을 수행한다. 여기서, 용접토치를 이동시킨 량이 해당 각도에 대한 오차 보정량이 되고, 이런 오차 보정량은 메모리에 저장된다.

(e) 제5단계( S105 )

상기 제2단계(S102)와 유사하게 회전시키되, 기존 각도 10도에서 다음 각도 까지 회전판과 링크를 각각 회전시킨다.

여기서, 다음 각도란 기존 각도에서 10도를 더 회전시켜 초기화 상태 기준 20도 회전 상태의 각도를 의미한다.

이런 회전 상태에서 엘브이에스값을 역시 재 측정하고, 앞서 설명한 저장 방식과 동일 내지 유사하게 상기 재 측정한 엘브이에스값을 상기 제1단계(S101)의 기준값에 대응한 비교값으로서 설정한다.

한편, 본 발명에서는 회전판과 링크의 회전 각도가 10도 한정되어 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 필요에 따라 다양한 각도로 설정될 수 있다. 즉, 보다 높은 정밀도를 요하는 경우에는 회전 각도를 5도로 설정하여 용접기 회전정밀도를 보정할 수 있다.

(f) 제6단계( S106 )

마지막으로 제6단계(S106)는 상기 제3단계 내지 제5단계를 반복하면서 나머지 각도 구간에서 각도별 오차값 측정 및 보정을 수행하고 이를 기록 및 관리한다.

여기서, 보정이란 상기 제4단계(S104)에서와 같이 용접토치를 Y축 방향으로 이동시키는 것을 의미한다.

또한, 관리란 향후 용접기가 용접을 수행할 때, 용접토치의 각도별 진행 상황에 맞춰 상기 오차값에 맞게 용접토치를 이동시켜 정밀도를 보정할 수 있도록 상기 기록한 각도별 오차값 또는 오차 보정량에 대한 보정명령을 용접기의 컨트롤러에게 제공하여 추종케 하는 일련의 과정을 포함한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 위와 같은 방법을 통해 보정을 수행할 경우, 용접선이 일관되고 매끄럽게 멤브레인 시트 상에 형성됨을 알 수 있다.

반면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 보정이 되지 않거나, 오차가 있는 보정이 수행될 경우, 멤브레인 시트를 따라 용접선이 불규칙적으로 지그재그와 같이 형성되는 불량 구간이 존재하게 된다.

이상으로 본 발명에 따른 용접기 회전정밀도 보정방법에 대해 설명하였다.

이러한 본 발명의 기술적 구성에 의해 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자 는 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

도 1a는 용접기 회전정밀도 보정장치의 사시도이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 용접기 회전정밀도 보정장치를 이용한 보정방법의 순서도이다.

도 2는 본 발명의 용접기 회전정밀도 보정방법을 위해 용접기 회전정밀도 보정장치를 용접기에 장착한 모습을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 용접기 회전정밀도 보정방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.

도 4a는 도 3에 도시된 용접기 회전정밀도 보정방법을 통해 얻은 용접 상태를 설명하기 위한 도면 대용 사진이다.

도 4b는 도 4a의 비교예를 설명하기 위한 도면 대용 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 용접기 회전정밀도 보정장치 11 : 몸체부

12 : 내부중공 13 : 축부재

14 : 회전판 15 : 핸들

16 : 각도기

Claims (3)

1. 용접기 회전정밀도 보정장치를 용접기에 설치하여 수행하는 용접기 회전정밀도 보정방법에 있어서,

   (a) 보정장치의 회전판을 수평, 용접기의 링크를 수직으로 유지한 상태에서 엘브이에스값을 측정하여 기준값으로서 설정하는 제1단계;

   (b) 회전판과 링크를 미리 정한 각도만큼 각각 회전한 상태에서 엘브이에스값을 측정하여 비교값으로서 설정하는 제2단계;

   (c) 기준값과 비교값을 비교 계산하여 오차값을 측정하는 제3단계;

   (d) 용접토치를 상기 측정한 오차값만큼 용접선(X축 방향)에 수직한 방향(Y축 방향)으로 이동하여 보정하는 제4단계;

   (e) 회전판과 링크를 다음 각도만큼 각각 회전한 상태에서 엘브이에스값을 재 측정하여 비교값으로서 설정하는 제5단계;

   (f) 제3단계 내지 제5단계를 반복하면서 나머지 각도 구간에서 각도별 오차값 측정 및 보정을 수행하고 이를 기록 및 관리하는 제6단계;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 용접기 회전정밀도 보정방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (d) 제4단계에서 상기 용접토치를 이동시킨 량은 해당 각도에 대한 오 차 보정량으로서 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 용접기 회전정밀도 보정방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 엘브이에스값의 측정 또는 재 측정시마다 상기 회전판과 상기 링크 중 최종단의 링크에 구비된 엘브이에스 설치블록 사이의 각도를 직각으로 유지된 상태에서 각각 10도씩 회전되는 것을 특징으로 하는 용접기 회전정밀도 보정방법.

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