KR100988509B1 - 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 대략 수십 m에 이르는 중대형 건설장비의 프레임과 같은 용접 모재에 MAG 용접 작업을 수행하는 도중에 실시간으로 용접 전압전류 데이터와 용접 와이어의 송급 속도 데이터를 모니터링 하여 용접 품질의 불량이 검출되면 용접을 중단하고 용접 노즐의 클리닝 작업을 수행하게 한 후 나머지 용접 작업을 완료하여 불량 부분을 최소화함과 아울러 이 때의 용접 노즐 클리닝 관련 위치 데이터에 의해 중대형의 용접 모재에서 발생된 불량 부분을 신속하고 정확하게 찾아 후속 마무리를 할 수 있게 하는 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위해, 상기 모니터링 장치가 상기 용접기의 용접 전류전압 데이터 그리고 상기 용접 와이어 공급장치의 와이어 송급 속도 데이터를 검출하여 파형이나 도표, 숫자, 문자 등의 다양한 영상정보로 표시하면서 상기 용접 진행 중인 상기 용접 모재의 용접 상태 변화를 연속적으로 모니터링하고 관련 데이터를 저장하는 한편, 검출되는 상기 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터를 상기 용접 컨트롤러를 통해 전송받은 상기 티칭 팬던트의 입력 기준치와 비교하여 상기 입력 기준치를 벗어나는 경우에는 이를 조작자에게 알려주는 신호를 발생시키며 소정 시간 이상 지속되면 용접 품질의 불량으로 인식하여 상기 용접 컨트롤러에 신호를 전송하여 용접 불량이 더 이상 진행되지 않도록 상기 용접 로봇, 상기 용접기 및 상기 용접 와이어 공급장치의 작동을 정지시키면서 상기 용접 로봇의 용접 노즐에 대한 클리닝을 실시하게 한 후 나머지 용접 작업을 완료되면, 중대형 건설장비의 프레임과 같은 상기 용접 모재에서 발생된 불량 지점의 위치 데이터를 표시하여 작업자에게 후처리 작업을 신속 정확하게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치 {Apparatus for processing poor occurred during monitor of welding quality}

이 발명은 용접 품질의 모니터링 도중에 발생되는 불량을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수십 m의 크기를 가지며 고강성이 요구되는 중대형 건설장비의 프레임 등을 주 대상으로 작업하는 MAG(Metal Active Gas) 용접 도중에 실시간으로 용접기의 출력 단에 연결된 전압 전류센서에서 출력되는 전압전류와 용접 와이어 공급장치에 연결된 와이어 송급 속도센서에서 출력되는 와이어 송급 속도 데이터를 데이터베이스화시켜 지속적으로 용접 품질을 관리하게 모니터링하면서 미리 설정된 기준치를 소정 시간 이상 벗어나 용접 품질의 불량으로 검출되면 즉시 용접을 중단하고 용접 노즐의 클리닝 작업을 수행하게 한 후 나머지 용접 작업을 완료하여 불량 부분을 최소화함과 아울러 이 때의 클리닝 관련 위치 데이터에 기초하여 용접 모재의 용접 이상에 따른 불량 부분을 신속하고 정확하게 찾아 후속 마무리를 할 수 있게 하는 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 MAG(Metal Active Gas) 용접은, 용접 와이어를 일정한 속도로 용접부의 용융지에 공급하면서 용접기에서 공급되는 전류를 통해 와이어와 모재 사이에서 발생되는 아크에 의한 열로 용접 와이어의 용융 금속을 용융지에서의 표면장력에 의해 용융지로 이동시키면서 와이어와 모재는 일시적으로 단락하게 되어 다시 아크를 발생시키는 과정을 반복하면서 용융지로 이동한 용접 와이어의 용융 금속이 열에 의해 용융된 모재와 용착되어 용착 금속을 형성하게 한다.

상기 MAG 용접은, 용융 금속의 산화방지(보호), 안정된 아크의 발생, 용융된 금속을 모재로 용이하게 이행(Metal Transfer)하게 하므로 높은 생산성, 우수한 용접 품질을 얻을 수 있어 많이 사용되고 있는 용접법의 하나로서, 예를 들면 수십 m의 크기를 가지며 고강성이 요구되는 중대형 건설장비의 프레임 등을 주 대상으로 한다.

이러한 상기 MAG 용접에서는, 수십 m의 중대형 건설장비 프레임과 같은 작업 대상인 모재를 용접 로봇이 수시로 이송하며 작업을 진행하고 있기 때문에 작업자가 용접 부위를 확인하기 위해 사다리 등 보조도구를 사용하거나 용접 로봇의 이송 경로에 직접적으로 노출되는 경우 상해를 입을 수 있게 된다.

또한 용접 시 발생하는 고온의 용접봉 이탈물(불똥)에 노출되어 화상의 위험이 있으며, 보조 안경을 착용하더라도 아크 발생시의 강한 빛에 의한 눈의 피로나 눈먼 현상(암순응) 등이 발생하여 2차 사고가 일어날 수 있는 환경에 노출되게 된다.

따라서 상기 MAG 용접에서는, 중대형 규모 용접 모재를 미리 짜여진 이송 경로를 가지고 용접 로봇에 의해 용접을 완료한 후 작업자가 용접 품질을 확인(검사)하게 되는데, 이때 용접 품질이 나쁘면 고가의 용접 모재를 불량 처리하여야 하므로 경제적 손실이 커지게 된다.

여기서 용접기에서 용접 모재와 용접 와이어 사이에 공급되는 전원의 전압전류는 용접의 품질을 결정짓는 중요한 요인으로 되는데, 용접 모재와 용접 와이어 사이에 공급되는 전원의 전압전류가 적정치 보다 높을 경우에는 아크 발생지점의 온도가 적정 온도를 넘어서 용접 와이어의 용융이 빨라지고 모재에서의 용융범위가 넓어져 용착 금속(용접 와이어와 모재가 녹아서 굳은 금속)의 용입 폭이 넓어지고 깊이도 깊어져 용접 모재의 품질이 떨어지게 되며, 한편 전압전류가 적정치 보다 낮을 경우에는 용접 와이어와 모재 사이에서 발생하는 아크가 유지되지 못하고 소멸하게 되어 용접 진행이 매끄럽지 못하게 되므로 용착금속의 표면이 매끄럽지 못하고 슬래그 발생 정도가 올라가게 된다.

그러므로 용접이 진행되는 도중에 수시로 변동하는 용접 로봇의 이송속도나 모재의 표면상태, 특히 용접 와이어의 송급 속도 그리고 두 전극이 접속과 단락을 반복하는 와중에 용접기에서 공급되는 전압전류의 값을 모니터링하고 작업자가 필요시 용접기에서 공급되는 전압전류의 정도를 변경하여 용접의 품질을 조정하며, 용접이 진행되는 동안에 실시간으로 전압 전류 센서를 이용하여 전압, 전류 값 그리고 와이어 송급 속도센서를 이용하여 용접전류와 관련 있는 와이어의 송급 속도를 모니터링 하여 용접 품질을 예측하면서 용접 품질의 이상 발생 즉시 더 나빠지지 않도록 조치할 필요가 있게 된다.

이로부터 용접 작업의 공정을 관리하는데 있어서, 용접 조건의 설정 및 관리, 실시간으로 용접 상황의 확인, 용접 불량의 추이 및 유형 확인, 용접 데이터 저장 및 통계 처리, 용접 불량 발생 시 원인의 규명, 동일 불량 발생 시 대처 등의 어려움이 있어 별도의 모니터링 장치를 두어, 용접 작업이 설정 조건으로 행해지고 있는지 아닌지를 항상 감시할 수 있기 때문에 용접의 품질을 확보할 수 있을 수 있으며, 이 과정에서 실제의 용접 조건이 설정 조건과 차이가 있으면 용접을 정지하여 미연에 용접 결함의 발생을 방지할 수 있도록 하고 있다.

한편 용접 로봇은, 용접 와이어가 용접 노즐을 통해 연속적으로 공급되면서 용접할 수 있도록 구성하는바, 용접 작업 도중에 용접 노즐의 선단에 끼인 불순 산화물을 제거해 주어야만 다음 용접이 정확하게 수행될 수 있다.

즉, 용접 로봇에 의해 계속적인 용접 작업이 수행되면서 용접 노즐의 내부에 스패터가 쌓이게 되면 용접 불량의 원인으로 되고, 용접 로봇의 작동에 부하를 발생시켜 고장 원인을 제공하는 등 많은 문제점이 있어, 용접 로봇이 용접을 어느 정도 한 후에는 용접 작업을 중단하고 내부에 쌓여 있는 스페터를 제거하게 용접 노즐을 클리닝하여야 한다.

이는 용접이 진행되는 도중에 지속적으로 용접 노즐이 용접 모재 쪽으로 붙었다 떨어지는 것을 반복하게 되고, 이로 인하여 용접 모재와 용접 와이어가 붙었다 떨어지는 것을 반복하면서 아크가 형성되며 이를 보호가스가 유지시켜 주는데, 이 때 아크 형성이 규칙적으로 발생(유지)되지 못하거나, 전압, 전류 또는 용접 와이어의 송급 속도에 차이 발생 등으로 인해 용접 노즐이 용접 모재로부터 떨어지면서 용접 와이어가 용접 모재로부터 떨어질 때 용접 와이어의 끝단이 매끄럽게 녹아떨어지지 않고 뭉툭한 모양을 가지면서 떨어지게 되면 재차 용접 와이어와 용접 모재가 붙을 때 용융점의 용접 형상도 뭉툭하게 뭉쳐있는 모양으로 불량하게 되어 전류의 흐름을 변화시킴으로 인하여 연속적으로 용접 품질의 변화를 야기할 수 있기 때문이다.

그렇다고 하여 용접 작업 중 수시로 용접 노즐의 클리닝 작업을 수행하게 되면, 전체 용접 시간이 늘어나 제품의 생산 시간을 늘어나게 되며, 또한 용접을 일시 중지 후 중지된 지점부터 용접을 다시 시작하여야 되는데 이 경우 그 부분(지점)의 용접 형상이 용접이 연속적으로 진행됐을 때보다 매끄럽지 않게 연결된다. 그리고 클리닝 시 와이어를 적당히 송급시켜 커팅하게 되는데, 커팅된 와이어는 재사용하기가 어려워 그 만큼 버려야 하므로 와이어의 낭비도 발생한다.

그렇지만 용접 진행 도중에 용접 불량이 일정 길이(영역)이상 발생하게 되면 용접 작업을 완료한 후에 이를 작업자가 통상 그라인더 등으로 불량 부위를 갈아내면서 수작업으로 보완해야 하므로, 이러한 수작업에 따라 발생하는 시간 지연, 인력 필요 등도 문제가 되기 때문에 용접 불량이 작은 길이(영역)이어서 쉽고 빠르게 조치가 가능한 것과 달리 범위가 넓고 불량 정도가 심하다면 작업이 더뎌지고 수작업으로 보완한다고 하더라도 용접 품질을 개선(높임)이 어려운 때도 있게 된다.

특히 상기 MAG 용접으로 대략 수십 m에 이르는 건설장비와 같은 용접 모재를 작업하는 경우에는, 그 큰 규모 때문에 보완 작업이 필요한 위치와 해당 부분을 찾는데 있어 시간이 소요되는 것은 물론이고, 이를 단순히 육안으로만 확인 및 판단하여야 하므로 개인 편차에 의해 용접 불량 정도의 기준이 모호해 보완 작업이 제대로 이루어지지 못하는 영역(구간)이 발생할 수도 있게 된다.

이로부터 이 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대략 수십 m에 이르는 중대형 건설장비의 프레임과 같은 용접 모재에 MAG 용접 작업을 수행하는 도중에 실시간으로 용접 전압전류 데이터와 용접 와이어의 송급 속도 데이터를 모니터링 하여 용접 품질의 불량이 검출되면 용접을 중단하고 용접 노즐의 클리닝 작업을 수행하게 한 후 나머지 용접 작업을 완료하여 불량 부분을 최소화함과 아울러 이 때의 용접 노즐 클리닝 관련 위치 데이터에 의해 중대형의 용접 모재에서 발생된 불량 부분을 신속하고 정확하게 찾아 후속 마무리를 할 수 있게 하는 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기의 목적을 실현하기 위해 이 발명은, 중대형 건설장비의 프레임과 같은 용접 모재의 MAG 용접 작업 품질을 모니터링 하는 도중에 발생되는 불량을 처리하기 위해, 용접 컨트롤러와; 용접 노즐을 장착하고 상기 용접 컨트롤러의 제어에 의해 용접 작업을 수행하는 용접 로봇; 티칭 팬던트; 용접기; 모니터링 장치; 상기 용접 노즐의 선단에 보호 가스를 공급하는 보호가스 공급부; 및 상기 용접 노즐에 용접 와이어를 공급하는 용접 와이어 공급장치;를 포함하는 장치로서, 상기 용접 컨트롤러는, 상기 티칭 팬던트, 상기 모니터링 장치와 데이터를 주고받으면서, 상기 용접 로봇, 상기 용접기 그리고 상기 용접 와이어 공급장치의 작동을 제어하며, 상기 티칭 팬던트는, 상기 용접 컨트롤러에 상기 용접 로봇의 이송경로 데이터와, 상기 용접 로봇의 적정품질 판별을 위한 용접전류, 용접전압, 와이어 송급 속도 등의 상하한 기준 적정 디지털 신호 값 데이터와 같은 용접 조건을 입력하며, 상기 용접기는, 상기 용접 컨트롤러의 제어를 받아 상기 용접 로봇으로 와이어와 모재 사이에 아크 발생을 위해 상기 티칭 팬던트를 통해 입력되는 기준치의 전압 및 전류를 공급하며, 상기 모니터링 장치는, 상기 용접기의 용접 전류전압 데이터 그리고 상기 용접 와이어 공급장치의 와이어 송급 속도 데이터를 검출하여 파형이나 도표, 숫자, 문자 등의 다양한 영상정보로 표시하면서 상기 용접 진행 중인 상기 용접 모재의 용접 상태 변화를 연속적으로 모니터링하고 관련 데이터를 저장하는 한편, 검출되는 상기 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터를 상기 용접 컨트롤러를 통해 전송받은 상기 티칭 팬던트의 입력 기준치와 비교하여 상기 입력 기준치를 벗어나는 경우에는 이를 조작자에게 알려주는 신호를 발생시키며 소정 시간 이상 지속되면 용접 품질의 불량으로 인식하여 상기 용접 컨트롤러에 신호를 전송하여 용접 불량이 더 이상 진행되지 않도록 상기 용접 로봇, 상기 용접기 및 상기 용접 와이어 공급장치의 작동을 정지시키면서 상기 용접 로봇의 용접 노즐에 대한 클리닝을 실시하게 한 후 나머지 용접 작업을 완료되면, 중대형 건설장비의 프레임과 같은 상기 용접 모재에서 발생된 불량 지점의 위치 데이터를 표시하여 작업자에게 후처리 작업을 신속 정확하게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치를 제공한다.

상기의 구성을 갖는 이 발명의 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치에 의하면, 중대형 건설장비의 프레임 등을 용접하는 MAG 용접 시 용접기로부터 용접 로봇에 공급되는 전압전류의 값 그리고 용접 와이어 공급 장치에서 공급되는 용접 와이어의 송급 속도를 이용하여 용접의 품질을 모니터링 하여 실시간으로 용접이 진행되는 도중 이상 발생 시 이를 중지시켜 용접 불량을 최소화시키는 한편 이 과정에서 발생하는 용접 로봇의 이송 경로상의 위치 데이터를 활용하여 용접 작업 완료 후에 신속하고 정확하게 중대형의 용접 모재의 용접 불량 부위를 찾아 용접 불량원인 분석 및 사후 조치하는 효과가 있게 된다.

즉, MAG 용접 시 용접기로부터 용접 로봇에 가해지는 전압과 전류의 값 그리고 와이어 송급 속도를 이용하여 용접의 품질을 단순히 예측하는 것에서 그치지 않고, 용접이 진행되는 도중 용접 이상 발생 시 이를 중지시키는 한편 용접 작업 완료 후에 신속하고 정확하게 용접 불량 부위를 마무리하게 하는 효과가 있게 된다.

도 1은 이 발명의 실시 예에 따른 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 도 1의 장치 중에서 모니터링 장치의 작동 상태를 나타내는 플로차트이고,
도 3 및 도 4는 도 2의 모니터링 장치에서 화면 형태 및 화면에 용접전압전류 및 용접 와이어 송급 속도가 표시된 예를 도시한 것이고,
도 5는 도 4의 모니터링 장치에서 화면에 표시된 작동 상태 중 용접 불량으로 표시된 부분의 위치를 확인하는 화면의 예를 도시한 것이다.

이하에서는, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명하는데, 이는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 이 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않으며, 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 1은 이 발명의 실시 예에 따른 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

이 발명의 실시 예에 따른 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치(10)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 용접 컨트롤러(11)와, 용접 로봇(12)과, 티칭 팬던트(13)와, 용접 노즐(14)과, 용접 모재(15)와, 용접기(16)와, 모니터링 장치(17)와, 보호가스 공급부(18) 그리고 용접 와이어 공급장치(19)를 포함하고, 중대형 건설장비의 프레임과 같은 용접 모재를 MAG 용접으로 작업할 때 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량을 처리한다.

상기 용접 컨트롤러(11)는, 상기 티칭 팬던트(13), 모니터링 장치(17)와 데이터를 주고받으면서, 상기 용접 로봇(12), 용접기(17) 그리고 용접 와이어 공급장치(19)의 작동을 제어한다.

상기 용접 로봇(12)은, 용접을 제어하기 위한 액튜에이터로 예를 들면 다축수직 다관절형 매니퓰레이터를 사용할 수 있으며, 상기 용접 컨트롤러(11)의 제어에 의해 용접 작업을 진행 또는 정지한다.

상기 티칭 팬던트(13)는, 상기 용접 컨트롤러(11)에 용접 품질이 중요한 철 구조물과 같은 상기 용접 모재(15)의 제작 시 용접 상태를 파악하기 위한 정보, 상기 용접 로봇(12)의 이송경로 그리고 상기 용접 로봇(12)의 적정 품질 판별을 위한 한계치로서 예를 들면 용접전류, 용접전압, 와이어 송급 속도의 상하한 기준 적정 디지털 신호 값(이하, '기준치'라고 함)과 같은 용접 조건을 입력하여 상기 용접 로봇(12)에 작업을 지시하게 하며 상기 용접 로봇(12)의 수동 조작 등도 한다.

상기 용접 노즐(14)은, 내부에 상기 용접 와이어 송급장치(19)에서 공급되는 용접 와이어가 통과하는 구멍과, 상기 보호가스 공급부(18)에서 공급되는 보호가스의 통로가 설치되어 있으며, 선단부에서 상기 보호가스 공급부(18)의 보호가스가 방출된다. 또한 상기 용접 노즐(14)의 선단부에는 용접 와이어에 상기 용접기(17)로부터의 용접용 전력을 공급하는 급전단자가 장착되어 있다.

상기 용접 모재(15)는, 용접 와이어와 함께 용융되어 용착 금속을 형성하는 용접하고자 하는 대상으로, 이 발명의 실시 예에서는 대략 수십 m에 이르는 중대형 건설장비의 프레임 등을 대상으로 한다.

상기 용접기(16)는, 상기 용접 로봇(12)에 공급되는 용접 전압전류의 값을 검출하는 용접 전압전류 센서(도면에 도시하지 않음)를 출력 단에 포함하고, 상기 용접 컨트롤러(11)의 제어를 받아 상기 용접 로봇(12)으로 와이어와 모재 사이에 아크 발생을 위해 상기 티칭 팬던트(13)를 통해 입력되는 기준치 데이터의 전압 및 전류를 공급한다.

상기 모니터링 장치(17)는, 각종 용접 조건의 상태를 파악할 수 있도록 모니터링 하는 동시에 불량 발생시 필요한 조치를 취할 수 있도록 한다.

즉, 상기 모니터링 장치(17)는, 상기 용접기(16)에서 상기 용접 로봇(12)으로 공급되는 용접 전류전압 데이터 그리고 상기 용접 와이어 공급장치(19)에서 공급되는 와이어의 송급 속도 데이터를 상기 용접기(16)의 출력 단에 연결된 전압 전류센서와 상기 용접 와이어 공급장치(19)에 연결된 와이어 송급 속도센서에서 검출하고, 이를 파형이나 도표, 숫자, 문자 등의 다양한 영상정보로 표시하면서 상기 용접 진행 중인 상기 용접 모재(15)의 용접 상태 변화를 연속적으로 모니터링하고 관련 데이터를 저장한다.

그리고 상기 모니터링 장치(17)는, 상기 티칭 팬던트(13)에서 미리 입력된 기준치를 상기 용접 컨트롤러(11)를 통해 전송받아, 상기 전압 전류센서와 상기 와이어 송급 속도센서에서 검출되는 상기 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터를 비교하여, 상기 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터가 미리 입력된 기준치를 벗어나는 경우에는, 이를 조작자에게 알려주는 신호를 발생시키며 소정 시간 이상 지속되면 용접 품질의 불량으로 인식하여 상기 용접 컨트롤러(11)에 신호를 전송하여 용접 불량이 더 이상 진행되지 않도록 상기 용접 로봇(12), 상기 용접기(16) 및 상기 용접 와이어 공급장치(19)의 작동을 정지시키면서 상기 용접 로봇(12)의 용접 노즐(14)에 대한 클리닝을 실시하게 한다.

여기서 상기 모니터링 장치(17)는, 상기 용접 로봇(12)의 용접 노즐(14)에 대한 클리닝을 하게 한 후 나머지 용접 작업을 완료하는 것에 그치지 않고, 용접 작업이 모두 끝나면 대략 수십 m에 이르는 중대형 건설장비의 프레임과 같은 용접 모재에서 발생된 불량 지점의 위치 데이터를 표시하여 작업자에게 후처리 작업을 신속 정확하게 할 수 있도록 한다.

이러한 용접 작업 과정 중의 용접 노즐의 클리닝 실시와 용접 작업 후의 불량 지점의 위치 표시가 이 발명의 특징으로 됨을 다음의 이유에 의해 명확하게 알 수 있다.

상기에서도 살펴본 바와 같이 용접 작업 과정에서의 클리닝 작업은, 전체 용접 시간의 늘어남을 방지하고, 용접 형상의 매끄러운 연결 그리고 와이어의 낭비를 억제하기 위해, 용접 와이어를 노즐 밖으로 적당히 송급시킨 후 끝단을 커팅해 주면서 상기 용접 노즐(14)을 압축 공기 등으로 세게 불어 불순물을 제거하는 것을 작업 전 후에 정기적으로 수행하고 있다.

그러나 용접이 진행되는 도중에 발생되는 품질 불량에 대해 소정의 조치를 취하지 않는 경우에는, 용접이 완료된 후 용접 진행 중에 발생된 용접 불량을 작업자가 수작업으로 보완해야 하는데, 이러한 수작업에 따라 발생하는 시간 지연, 인력 필요 등이 문제가 되며, 더욱이 범위가 넓고 불량 정도가 심한 경우에는 작업이 더뎌지고 용접 품질을 개선하는 것이 어려운 때도 있게 된다.

특히 수작업으로 보완이 필요한 위치를 쉽게 찾을 수 없는 경우에는, 보완 작업이 필요한 부분을 찾는데 있어 시간이 소요되는 것에 그치는 것이 아니라, 이를 단순히 육안으로만 확인 및 판단하여야 하기 때문에 개인 편차에 따른 용접 불량의 정도를 나타내는 기준이 모호해 보완 작업이 이루어지지 못하는 영역(구간)이 발생할 수도 있다.

이로부터 이 발명의 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치(10)에서는, 특정 길이(용접 불량이 발생된 시간, 예를 들어 5초 이상 시) 이상 용접 불량이 발생하면, 용접 불량의 범위를 최소화하면서 실제로 클리닝 작업은 약 10초 이내에 완료되는 것에 비해 수작업으로 보완하는 경우에는 정도에 따라 차이가 있지만 수 시간이 소요되는 경우도 있는 것을 감안하여 용접 진행 중이더라도 클리닝 작업을 수행한다.

더욱이 수십 m에 이르는 건설장비의 프레임과 같은 용접 모재를 용접하는 MAG 용접에 있어서는, 크기가 크고 길이도 길어 용접 불량이 발생한 위치 데이터가 매우 중요하게 되며, 이와 관련된 상기 용접 로봇(12)의 이송 경로는 상기 용접 컨트롤러(11)에서 미리 상기 티칭 팬던트(13)를 통해 입력받아 정해진다.

따라서 이 발명의 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치(10)에서는, 용접개시시간, 용접 전압 및 전류, 와이어 송급 속도를 모니터링 하여 용접 품질의 이상이 소정시간 이상 지속적으로 과도하게 발생되었을 경우에 용접 작업의 수행을 중지한 상태에서 클리닝 작업을 수행 및 다시 중지한 위치로 이동하여 용접작업을 완료한 후 불량 지점을 바로 확인하여 신속 간편하게 사후 조치를 할 수 있도록 용접 모재에서 발생된 불량 지점의 위치 데이터를 표시한다.

상기 보호가스 공급부(18)는, 용접이 진행되는 도중에 용접 와이어가 상기 용접 모재(15)에 붙었다 떨어지는 것을 반복하면서 형성되는 아크를 유지시키게 활성가스인 탄산가스, 탄산가스-아르곤 등을 용접 노즐(14)에 공급한다.

상기 용접 와이어 공급장치(19)는, 용접 와이어의 송급 속도를 검출하는 예를 들면 로터리엔코더 또는 타코제네레이타 등의 와이어 송급 속도 센서(도면에 도시하지 않음)를 포함하고, 용접 시 용융된 모재와 함께 용융되어 용착금속 형성하기 위해 용접 와이어를 공급하는데, 상기 와이어 송급 속도는 와이어를 공급하는 모터의 속도를 감지하여 검출할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 이 발명의 실시 예에 따른 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치(10)에서 모니터링 장치(17)의 작동 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1의 장치 중에서 모니터링 장치의 작동 상태를 나타내는 플로차트이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 모니터링 장치에서 화면 형태 및 화면에 용접전압전류 및 용접 와이어 송급 속도가 표시된 예를 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 모니터링 장치에서 화면에 표시된 작동 상태 중 용접 불량으로 표시된 부분의 위치를 확인하는 화면의 예를 도시한 것이다.

상기 모니터링 장치(17)는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터로부터 용접 불량 여부를 체크하여 이를 처리하게 상기 용접 컨트롤러에 신호를 전송하고, 용접 작업 완료 후 중대형 건설장비의 프레임과 같은 용접 모재의 용접 이상에 따른 불량 부분을 신속하고 정확하게 찾아 후속 마무리를 할 수 있도록 불량 지점 위치 데이터를 표시한다.

먼저, 상기 모니터링 장치(17)는, 상기 티칭 팬던트(13)에서 입력된 기준치를 상기 용접 컨트롤러(11)를 통해 전송받으면서, 상기 용접기(16)에서 상기 용접 로봇(12)으로 공급되는 용접 전류전압 데이터 그리고 상기 용접 와이어 공급장치(19)에서 공급되는 와이어의 송급 속도 데이터를 상기 용접기(16)의 출력 단에 연결된 전압 전류센서와 상기 용접 와이어 공급장치(19)에 연결된 와이어 송급 속도센서를 통해 검출하고, 이를 파형, 도표, 숫자, 문자 등의 다양한 영상정보로 표시하면서 진행 중인 상기 용접 모재의 용접 상태 변화를 연속적으로 모니터링하고 상기 용접 로봇(12)의 이송경로 데이터를 포함하여 관련 데이터를 저장한다.(S201)

여기서, 상기 모니터링 장치(17)는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 전압, 전류 및 송급 속도를 동일 영역에 출력하는데, 동시에 4대의 용접기를 모니터링 할 수 있으며, 실시간으로 용접 로봇별, 용접기별로 전압, 전류 및 와이어 송급 속도 데이터를 수집하여 용접 품질의 양/부를 평가하고, 이 과정에서 수집되는 데이터는 별도의 관리 컴퓨터로 전송되어 자동 백업되면서, 용접 로봇 조작자가 저장된 데이터를 용접 작업 중지 또는 진행 중에도 확인할 수 있도록 한다.

다음으로, 상기 모니터링 장치(17)에서는, 상기 용접 컨트롤러(11)를 통해 전송받은 상기 티칭 팬던트(13)에서 입력된 기준치를, 상기 S201 단계에서 검출된 상기 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터를 비교하여(S202), 상기 용접 로봇(12)의 적정 품질 판별을 위한 한계치로서 상하한 기준에 적정한지를 판단한다.(S203)

상기 단계 S203에서 입력 기준치를 벗어나지 않은 것으로 판단되면 다시 단계 S202로 되돌아가 기준치와 검출된 상기 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터 비교를 반복하고, 만일 입력 기준치를 벗어난 것으로 판단되면 조작자에게 입력 기준치를 벗어나 용접 이상이 발생하였음을 알려주는 신호를 발생한다.(S204)

상기 단계 S204에서의 입력 기준치를 벗어나 발생된 용접 이상이 소정 시간이상 계속되는지를 판단한다.(S205)

이러한 용접 이상이 소정 시간이상 계속되는지의 판단은, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 티칭 팬던트(13)에서 입력되어 상기 용접기(16)에 지령되는 용접전류(용접 전압 또는 와이어 송급 속도 마찬가지임)가 예를 들어 300A 로 하였을 때 실제 용접 시 상기 용접기(16)의 전류 센서(도면에 도시하지 않음)에서 검출된 전류값의 지령된 전류값을 비교하여, 그 오차가 ±5% 이상 그리고 5초 이상 차이가 발생(상기 오차의 범위와 지속시간은 임의 변경할 수 있음)하는 경우에 용접 불량으로 인식하게 된다.

상기 단계 S205에서 입력 기준치를 벗어나 발생된 용접 이상이 소정 시간이상 계속되지 않은 것으로 판단되면 다시 단계 S202로 되돌아가 기준치와 검출된 상기 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터 비교를 반복하고, 만일 입력 기준치를 벗어나 발생된 용접 이상이 소정 시간이상 계속되는 것으로 판단되면 용접 품질의 불량으로 인식하여 상기 용접 컨트롤러(11)에 피드백 신호를 전송하여 용접 불량이 더 이상 진행되지 않도록 상기 용접 로봇(12), 상기 용접기(16) 및 상기 용접 와이어 공급장치(19)의 작동을 정지시키게 하고, 상기 용접 로봇(12)의 용접 노즐(14)에 대한 클리닝을 실시 후 나머지 용접 작업 완료하게 한다.(S206)

그리고 상기 단계 S206에서 상기 용접 노즐(14)에 대한 클리닝 및 나머지 용접 작업을 완료되면, 중대형 건설장비의 프레임과 같은 상기 용접 모재에서 발생된 불량 지점의 위치 데이터를 표시한다.(S207)

여기서 클리닝 작업을 수행했던 부분(위치)을 데이터로 저장하여, 보완 작업 시 위치 데이터로 활용하여 보완 작업하여야 하는 부분을 쉽고 정확하게 찾을 수 있도록 한다.

상기 클리닝 작업을 수행했던 부분(위치)의 위치 데이터는, 공정코드(수치), 로봇코드(수치), 용접기코드(수치), 용접개시 시간(년월일시분초의 연속적 수치), 용접완료 시간(개시시간과 동일), 용접정보(전압, 전류, 송급 속도 각각의 수치), 불량 지점(개시시간으로부터 불량이 발생한 지점까지의 용접이 진행된 시간에 이미 정해진 용접 로봇의 진행속도를 곱한 값의 수치) 등의 저장되는 정보로서, 용접 작업 중에 용접개시 시간, 용접완료 시간과 용접이 진행되는 동안에 지속적으로 변화하는 용접정보(전압, 전류, 송급 속도)를 1초 단위로 취합하여 용접개시 시점부터 완료시점까지의 정보와 불량지점의 정보를 하나의 파일로 생성하여 순번으로 나열 저장하게 된다.

즉 불량지점의 거리 정보는, 불량이 발생한 시간에서 용접개시 시간을 뺀 후 이미 입력된 상기 용접 로봇(12)의 단위 시간당 이송속도를 곱하여 용접개시 지점으로부터 몇 ㎝ 떨어진 지점인지를 계산하여 생성할 수 있으며, 이렇게 생성 저장된 불량지점의 거리 정보는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 "불량지점보기"를 클릭하면 바로 알 수 있고, 이미 용접 시작 시의 용접 모재에서의 용접개시 지점(위치)을 이미 알고 있는 작업자로서는 해당 위치로부터 몇 ㎝ 떨어진 지점이 불량지점이라는 것을 쉽고 정확하게 확인할 수 있게 된다.

추가적으로 정상 상태에 대해서도 용접 품질 상태를 인식할 수 있는 정보를 제공할 수 있는데, 상기에서 용접 노즐의 클리닝을 수행한 부분의 위치 데이터만 저장하는 것이 아니라, 전압, 전류, 송급 속도의 이상 정도가 특정(지정) 레벨을 벗어난 시간이 특정(지정) 시간 이상이어도, 이러한 위치 데이터를 저장하여 추후 수작업으로 보완 시 그 부분을 확인하여 수정 보완하도록 유도할 수도 있다.

예를 들면 엑셀 호환 형식(표 형식)의 파일을 생성하여 1초 단위로 계속 저장하여, 용접 완료 후에 정보를 확인할 수 있도록 하면, 수정 보완 작업이 필요한 위치를 쉽고 정확하게 찾을 수 있으므로, 상기 MAG 용접 모재의 특성상 중대형의 모재(건설장비, 굴삭기의 아암 부분 등)를 용접하므로 용접 범위가 넓어 이를 육안으로 용접된 라인을 유심히 살펴 확인할 수 있는 효과가 있다.

만일 수정 보완 작업이 필요한 위치를 쉽게 찾을 수 없는 경우에는, 시간 소요의 문제가 아니라 단순히 육안으로만 확인 및 판단하기 때문에 개인 편차에 따른 용접 불량 정도의 기준이 모호해 보완 작업이 이루어지지 못하는 영역(구간)이 발생할 수도 있으며, 실제로 육안으로 확인이 안 될 수 있는 경우로 용접된 부분의 외형(표면)은 매끄러워 보여도 내부에 공기구멍(용접 시 용융 지점에 기포가 형성되어 그대로 굳어 발생) 등이 있을 수 있게 되므로, 분석된 데이터(전압, 전류, 속도)가 특정시간 이상 정상 레벨에 범위를 벗어났는지의 여부를 유추해 낼 수 있으며, 이러한 영역(구간)의 보완 작업에 의한 용접 품질을 보증할 수 있게 된다.

이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.

10 : 이 발명의 실시 예에 따른 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치
11 : 용접 컨트롤러
12 : 용접 로봇
13 : 티칭 팬던트
14 : 용접 노즐
15 : 용접 모재
16 : 용접기
17 : 모니터링 장치
18 : 보호가스 공급부
19 : 용접 와이어 공급장치

Claims (1)

1. 중대형 건설장비의 프레임과 같은 용접 모재의 MAG 용접 작업 품질을 모니터링 하는 도중에 발생되는 불량을 처리하기 위해, 용접 컨트롤러(11)와; 용접 노즐(14)을 장착하고 상기 용접 컨트롤러(11)의 제어에 의해 용접 작업을 수행하는 용접 로봇(12); 티칭 팬던트(13); 용접기(16); 모니터링 장치(17); 상기 용접 노즐(14)의 선단에 보호 가스를 공급하는 보호가스 공급부(18); 및 상기 용접 노즐(14)에 용접 와이어를 공급하는 용접 와이어 공급장치(19);를 포함하는 장치로서,
   상기 용접 컨트롤러(11)는, 상기 티칭 팬던트(13), 상기 모니터링 장치(17)와 데이터를 주고받으면서, 상기 용접 로봇(12), 상기 용접기(16) 그리고 상기 용접 와이어 공급장치(19)의 작동을 제어하며,
   상기 티칭 팬던트(13)는, 상기 용접 컨트롤러(11)에 상기 용접 로봇(12)의 이송경로 데이터와, 상기 용접 로봇(12)의 적정품질 판별을 위한 용접전류, 용접전압, 와이어 송급 속도 등의 상하한 기준 적정 디지털 신호 값 데이터와 같은 용접 조건을 입력하며,
   상기 용접기(16)는, 상기 용접 컨트롤러(11)의 제어를 받아 상기 용접 로봇(12)으로 와이어와 모재 사이에 아크 발생을 위해 상기 티칭 팬던트(13)를 통해 입력되는 기준치의 전압 및 전류를 공급하며,
   상기 모니터링 장치(17)는, 상기 용접기(16)의 용접 전류전압 데이터 그리고 상기 용접 와이어 공급장치(19)의 와이어 송급 속도 데이터를 검출하여 파형이나 도표, 숫자, 문자 등의 다양한 영상정보로 표시하면서 상기 용접 진행 중인 상기 용접 모재(15)의 용접 상태 변화를 연속적으로 모니터링하고 관련 데이터를 저장하는 한편, 검출되는 상기 용접 전류전압 및 와이어 송급 속도 데이터를 상기 용접 컨트롤러(11)를 통해 전송받은 상기 티칭 팬던트(13)의 입력 기준치와 비교하여 상기 입력 기준치를 벗어나는 경우에는 이를 조작자에게 알려주는 신호를 발생시키며 소정 시간 이상 지속되면 용접 품질의 불량으로 인식하여 상기 용접 컨트롤러(11)에 신호를 전송하여 용접 불량이 더 이상 진행되지 않도록 상기 용접 로봇(12), 상기 용접기(16) 및 상기 용접 와이어 공급장치(19)의 작동을 정지시키면서 상기 용접 로봇(12)의 용접 노즐(14)에 대한 클리닝을 실시하게 한 후 나머지 용접 작업을 완료되면, 중대형 건설장비의 프레임과 같은 상기 용접 모재(15)에서 발생된 불량 지점의 위치 데이터를 표시하여 작업자에게 후처리 작업을 신속 정확하게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 용접 품질 모니터링 도중 발생되는 불량 처리 장치(10).

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