KR101066811B1 - 자동용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접 대상물의 표면을 따라 이동하면서 용접 및 용접작업의 확인이 이루어질 수 있도록 하는 자동용접장치에 관한 것이다.
본 발명은 용접 대상물과 접하면서 이동하는 주행부와, 상기 주행부 일측에 구비되어 용접괘선을 따라 이동하면서 용접작업을 수행하는 용접부와, 상기 용접부의 좌우 양측에 구비되어 용접위치를 안내하고, 용접 상태를 확인하기 위한 한 쌍의 센싱부 및 상기 주행부 일측에 구비되어 상기 센싱부의 감지정보를 이용하여 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 제어부가 포함되며, 상기 한 쌍의 센싱부는, 용접괘선을 스캔하여 상기 용접부의 용접위치를 안내하기 위한 가이드 스캐너와, 용접 작업이 완료된 용접 부위를 스캔하여 용접 상태를 점검하는 체크 스캐너로 구성된다.
이에 의하면, 용접위치를 안내하면서 용접 작업이 수행됨은 물론 용접 상태의 확인까지 한 번의 주행으로 이루어질 수 있는 이점이 있다.

Description

자동용접장치{ A auto-welding device }

본 발명은 용접괘선의 안내와 용접상태의 확인이 한번에 가능한 자동용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접은 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가하여 고체 사이에 직접 결합이 되도록 접합시키는 방법으로 접합 될 구조물을 서로 맞대거나 겹친 상태에서 용접괘선을 따라 용접공이 직접 작업을 수행하게 된다.

하지만, 용접작업은 많은 위험요소를 내포하는 작업으로 최근에는 숙련된 용접공의 수가 줄어들고 있으며, 이와 같은 용접공의 부족을 보완하기 위하여 다양한 자동용접장치가 개발되어 상용화되고 있다.

본 발명의 목적은 주행부가 이동하면서 용접괘선을 직접 스캔하여 용접부의 용접위치를 안내하고, 용접이 완료된 부분을 재차 스캔하여 용접 상태를 확인할 수 있도록 하는 자동용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 센싱부가 먼저 용접괘선을 확인하고, 확인된 용접괘선을 따라 용접이 이루어질 수 있도록 하는 자동용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 용접 진행방향에 따라 사용되는 센싱부의 기능이 변경되는 자동용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 용접 대상물과 접하면서 이동하는 주행부와, 상기 주행부 일측에 구비되어 용접괘선을 따라 이동하면서 용접작업을 수행하는 용접부와, 상기 용접부의 좌우 양측에 구비되어 용접위치를 안내하고, 용접 상태를 확인하기 위한 한 쌍의 센싱부 및 상기 주행부 일측에 구비되어 상기 센싱부의 감지정보를 이용하여 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 제어부가 포함되며, 상기 한 쌍의 센싱부는 용접괘선을 스캔하여 상기 용접부의 용접위치를 안내하기 위한 가이드 스캐너와, 용접 작업이 완료된 용접 부위를 스캔하여 용접 상태를 점검하는 체크 스캐너로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 센싱부에는 상기 주행부에 고정되는 메인프레임과, 상기 메인프레임 내부에서 상하 이동 가능하도록 구비되는 액츄에이터와, 상기 액추에이터와 연결되어 상하로 이동하는 스캐닝 플레이트와, 상기 스캐닝플레이트에 구비되어 용접위치를 안내하거나 용접부위를 점검하기 위한 라인스캐너가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부에서는 상기 가이드 스캐너를 통해 감지되는 신호를 이용하여 상기 용접부의 용접위치를 안내하고, 상기 가이드 스캐너에 의해 확인되는 감지신호 이후 상기 체크 스캐너를 통해 감지되는 라인스캔 신호를 이용하여 용접 상태를 확인하는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드 스캐너와 상기 체크 스캐너는 서로 동일한 구성을 가지며, 상기 주행부의 진행방향에 따라 상기 제어부에 의해 그 기능이 가변 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 가이드 스캐너가 용접괘선을 직접 스캐닝하여 용접위치를 안내하고, 체크 스캐너가 용접이 완료된 이후 다시 한번 용접부위를 스캔함으로써 용접과 검사를 동시에 진행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 가이드 스캐너와 체크 스캐너가 구조적으로 동일하여 교체 및 유지보수가 용이한 이점을 가진다.

뿐만 아니라, 상기 체크 스캐너에 의해 용접상태가 용접 이후 바로 확인되어 용접작업이 보다 안정적이고 빠르게 진행될 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 자동용접장치의 일실시 예를 보인 정면도.
도 2 는 도 1 에 도시된 자동용접장치의 측면도.
도 3 은 도 1 에 도시된 자동용접장치의 사시도.
도 4 는 본 발명의 요부구성인 센싱부의 일실시 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 자동용접장치의 제어구성을 보인 도면.
도 6 은 본 발명에 따른 자동용접장치를 이용하여 강관을 용접하는 모습을 보인 도면.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1 에는 본 발명에 따른 자동용접장치의 일실시 예를 보인 정면도가 도시되어 있고, 도 2 에는 도 1 에 도시된 자동용접장치의 측면도가 도시되어 있으며, 도 3 에는 도 1 에 도시된 자동용접장치의 사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 자동용접장치는 접합 대상물의 외면을 따라 주행하면서 용접위치를 안내하여 용접이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 이하 설명되는 실시 예에서는 접합 대상물이 강관(10)인 경우를 중심으로 설명한다.

본 발명에 따른 자동용접장치는 강관(10)에 부착된 상태로 주행이 가능하도록 하는 주행부(100)와, 상기 주행부(100) 일측에 구비되어 주행부(100)에 의해 위치가 가변되면서 용접괘선(20)을 따라 용접을 실시하는 용접부(200) 그리고, 상기 용접부(200)가 용접괘선(20)을 정확하게 따라서 이동할 수 있도록 감지정보를 발생시키고 용접상태를 확인할 수 있도록 하는 한 쌍의 센싱부 및 상기 각 구성을 제어하는 제어부(300)를 포함하여 구성된다.

상세히, 상기 주행부(100)에는 대략 직사각 형상으로 내부가 중공 형성되는 바디(110)가 구비되어 기본 골격을 형성하고, 상기 바디(110) 일측에는 구동력을 발생시키기 위한 구동모터(미도시)가 구비된다.

그리고, 상기 바디(110)의 측부에는 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 회전하는 이동바퀴(140)가 마련되며, 도시되지는 않았지만 상기 바디(110)의 내부에는 자력(磁力)을 발생시켜 강관(10)의 내면 또는 외면에 부착된 상태로 이동이 가능하도록 하는 자력발생장치가 구비된다.

즉, 용접 대상인 강관(10)은 외면 또는 내면이 소정의 곡률을 가지기 때문에 상기 주행부에 자력발생장치를 구비함으로써, 본 발명에 따른 자동용접장치가 곡면을 주행하면서도 낙하하지 않고 주행이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 자력발생장치는 사용자 조작에 의하여 자력이 조절됨으로써, 본 발명에 따른 자동용접장치가 강관(10)에 부착된 상태를 유지하거나, 강관(10)으로부터 떨어질 수 있도록 한다.

이를 위해 상기 자력발생장치에는 상기 바디(110) 외측에서 사용자가 파지하여 잡아당기거나 밀어 젖힐 수 있는 레버와, 상기 레버의 조작에 의해 회전가능하게 구비되며, 자력을 발생시키는 마그네트 그리고, 상기 마그네트를 회전시켜 자기장의 영향력이 미치는 범위를 조절하는 캠 형상의 구조물이 포함된다.

또한, 상기 자력발생장치는 전자석으로 구성되어 사용자 조작에 의해 전류의 세기가 가변 되면서 자기장이 조절될 수 있도록 구성될 수도 있을 것이다.

그리고, 상기 구동모터는 복수의 기어와 타이밍 밸트 등을 이용하여 상기 이동바퀴(140)와 연결되며, 상기 바디(110)가 접합 대상물인 강관(10)으로부터 소정 높이 이격될 수 있도록 바디(110) 외면에 장착된다.

상기 용접부(200)는 고온의 불꽃을 발생시키는 용접툴(220)과, 상기 용접툴(220)의 위치를 가변시키기 위한 용접위치 조절수단(260)을 포함한다.

상기 용접툴(220)은 상기 용접위치 조절수단(260)에 용접툴 클램프(240)를 이용하여 고정된 상태에서 사용자가 직접 회전 조작하거나 모터를 이용하여 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 도시되지는 않았지만 상기 주행부(100)의 일측에는 사용자가 본 발명에 따른 자동용접장치를 파지하여 강관에 부착시키거나 분리할 수 있도록 하는 파지부가 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 바디(110)의 상측에는 상기 주행부(100)와 용접부(200)가 상기 센싱부를 이용하여 용접작업을 제어할 수 있도록 하는 제어부(300)가 구비된다.

상기 제어부(300)는 상기 센싱부의 감지신호를 전달받아 상기 주행부(100)의 이동, 정지, 방향전환 등의 명령을 내리고, 상기 주행부(100)의 이동에 따라 상기 용접부(200)에서 용접 작업이 수행될 수 있도록 한다.

이를 위해 상기 바디(110)에는 상기 용접부(200)를 가운데 두고 좌우 양측으로 전술한 센싱부가 구비된다.

도 1 을 참조하면, 상기 센싱부에는 상기 용접부(200)를 기준으로 좌측에 구비되는 가이드 스캐너(400)와, 상기 용접부(200)의 우측에 구비되는 체크 스캐너(500)가 포함된다.

여기서, 상기 가이드 스캐너(400)와 체크 스캐너(500)는 실질적으로 동일한 구성으로 이루어지며, 상기 주행부(100)의 진행방향에 따라 그 기능이 결정된다.

상세히, 상기 가이드 스캐너(400)는 상기 주행부(100)의 이동 시 상기 용접부(200)보다 먼저 용접괘선(20)의 상측을 지나가면서, 용접괘선(20)을 스캔하여 상기 용접부(200)의 용접위치를 안내하고, 상기 체크 스캐너(500)는 상기 용접부(200)에 의해 용접이 완료된 부분을 다시 스캔하여 용접상태를 확인하게 된다.

이를 위해 상기 가이드 스캐너(400)에는 상기 바디(110)의 일측에 구비되어 골격을 형성하는 제 1 메인프레임(420)과, 상기 제 1 메인프레임(420) 내부에 구비되어 상하 이동 가능하도록 구비되는 제 1 액츄에이터(450)와, 상기 제 1 액츄에이터(450)에 연결되어 상하로 이동하는 제 1 스캐닝 플레이트(440) 및 상기 제 1 스캐닝 플레이트(440)에 구비되어 용접위치를 안내하는 제 1 라인스캐너(460)를 포함한다.

그리고, 상기 체크 스캐너(500)에는 상기 바디(110)의 타측에 구비되어 골격을 형성하는 제 2 메인프레임(520)과, 상기 제 2 메인프레임(520) 내부에 구비되어 상하 이동 가능하도록 구비되는 제 2 액츄에이터(550)와, 상기 제 2 액츄에이터(550)에 연결되어 상하로 이동하는 제 2 스캐닝 플레이트(540) 및 상기 제 2 스캐닝 플레이트(540)에 구비되어 용접위치를 안내하는 제 2 라인스캐너(560)를 포함한다.

여기서, 상기 가이드 스캐너(400)와 체크 스캐너(500)는 설명의 편의를 위해 도면상에 표시된 것으로 실제 주행시에는 상기 주행부(100)의 주행방향에 따라 상기 가이드 스캐너(400)와 체크 스캐너(500)의 기능이 서로 변경될 수 있다.

즉, 상기 가이드 스캐너(400)와 체크 스캐너(500)는 서로 동일한 구성으로, 상기 주행부(100)의 이동방향에 따라 상기 제 1 라인스캐너(460)와 제 2 라인스캐너(560)의 기능이 결정될 수 있으며 이에 관한 설명은 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

도 4 에는 본 발명의 요부구성인 센싱부의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.

전술한 바와 같이 상기 가이드 스캐너(400)와 체크 스캐너(500)는 서로 동일한 구성이므로, 이하에서는 상기 가이드 스캐너(400)를 중심으로 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 상기 제 1 메인프레임(420)는 대략 직사각 기둥 형상으로 형성되며, 내부는 중공 형성되고 일측면 대부분이 개구되도록 형성된다.

그리고, 상기와 같이 형성된 제 1 메인프레임(420)의 내부에는 상기 제 1 액츄에이터(450)가 수용된다. 상기 제 1 액츄에이터(450)는 모터의 회전력을 직선 운동으로 가변시키기 위한 구성으로, 전동모터(470)와 연결되는 회동축(452)과 상기 회동축(452)에 체결되어 회전방향에 따라 상하로 이동하는 가이드블럭(454)을 포함하여 구성된다.

이를 위해 상기 제 1 메인프레임(420)의 하단에는 상기 전동모터(470)가 수용될 수 있도록 모터수용부(422)가 마련되고, 상기 전동모터(470)와 회동축(452)은 직접 체결되거나 커플링과 같은 별도의 체결부재를 이용하여 결합 될 수 있다.

한편, 상기 가이드 블럭(454)에는 상기 제 1 스캐닝 플레이트(440)가 연결된다. 따라서, 상기 가이드 블럭(454)의 이동방향에 따라 상기 제 1 스캐닝 플레이트(440)가 상하로 이동할 수 있다.

또한, 상기와 같이 상하로 이동가능하게 구비되는 제 1 스캐닝 플레이트(440)에는 포토센서가 복수개 배열되어 구성된다.

즉, 상기 제 1 라인스캐너(460)는 상기 용접괘선(20)의 상측을 이동하면서 엘이디를 이용하여 빛을 조사하고, 조사된 빛의 반사광을 상기 복수의 포토센서로 수신하여 감지정보를 획득하게 된다.

그리고, 상기 제 1 라인스캐너(460)에서 감지된 정보는 상기 제어부(300)로 전달되어 상기 주행부(100) 및 용접부(200)의 제어정보로 활용된다.

이하에서는 본 발명에 따른 자동용접장치의 작용 및 제어구조에 관하여 설명한다.

도 5에는 본 발명에 따른 자동용접장치의 제어구성을 보인 도면이 도시되어 있고, 도 6 에는 본 발명에 따른 자동용접장치를 이용하여 강관을 용접하는 모습을 보인 도면이 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 자동용접장치를 이용하여 강관(10)을 용접하기 위해서는 우선, 용접괘선(20) 부근에 자동용접장치를 부착시킨 다음 상기 주행부(100)를 일방향으로 이동시키게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 자동용접장치에서는 상기 주행부(100)의 진행방향에 따라 용접부(200)의 좌/우 양측에 각각 구비되는 센싱부가 상기 용접괘선(20)을 확인하여 주행부(100)의 이동경로 및 용접부(200)의 용접위치를 안내하게 된다.

상세히, 도 6 에 도시된 바와 같이 상기 주행부(100)가 좌측 방향으로 이동하게 되면, 상기 용접부(200)의 좌측에 구비되는 가이드 스캐너(400)가 용접괘선(20)을 스캔하면서 이동하게 된다.

즉, 상기 가이드 스캐너(400)는 상기 용접괘선(20)으로 빛을 조사하고, 조사된 빛의 반사광을 수신하게 되는데, 강관(10)의 표면에 비해 상대적으로 깊이가 깊고 어두운 색의 용접괘선(20)으로 조사된 빛은 그 세기가 미약하여 복수 배열된 포토센서의 특정 열 또는 행에서 반사광을 수신하지 못하게 된다.

따라서, 상기 가이드 스캐너(400)에서는 반사광이 수신되지 못하는 영역을 감지하여 용접괘선(20)의 위치를 확인하게 되며, 확인된 용접괘선(20)의 위치정보는 상기 제어부(300)로 전달된다.

그리고, 상기와 같이 상기 가이드 스캐너(400)로부터 용접괘선(20)의 위치정보를 수신한 제어부(300)에서는 상기 주행부(100) 및 용접부(200)를 제어하여 주행부(100)가 용접괘선(20)을 따라 이동하면서 용접이 수행될 수 있도록 한다.

한편, 상기와 같이 가이드 스캐너(400)에 의해 용접작업이 수행되면, 상기 용접부(200)의 우측에 구비되는 체크 스캐너(500)에서는 용접이 완료된 부분을 스캔하게 된다.

즉, 용접이 완료된 부분 또한 강관(10)의 표면보다 어두운 색을 가지므로, 상기 체크 스캐너(500)를 구성하는 복수의 포토센서에서도 특정 열 또는 행이 반사광을 수신하지 못하게 된다. 여기서, 상기 포토센서에서 반사광을 수신하지 못하는 범위는 용접부분의 폭과 깊이에 따라 달라질 수 있다.

따라서, 상기 체크 스캐너(500)에서는 반사광이 수신되지 못하는 부분의 폭과 반사광의 세기 등을 감지하여 용접부위의 상태를 확인할 수 있으며, 이와 같은 감지정보를 상기 제어부(300)로 전달하게 된다.

한편, 상기 제어부(300)에서는 상기 용접부(200)의 작동 이전에 수신되는 감지신호를 상기 가이드 스캐너(400)의 감지신호로 인식하고, 상기 가이드 스캐너(400)의 감지신호가 수신되는 상태에서 감지되는 다른 감지신호를 상기 체크 스캐너(500)의 감지신호로 인식하도록 제어된다.

따라서, 도 6을 기준으로 상기 주행부(100)가 우측 방향으로 이동하게 될 경우에는 상기 체크 스캐너(500)가 용접괘선(20)을 감지하기 위하여 작동하게 되고, 상기 가이드 스캐너(400)가 용접 상태를 확인하기 위한 기능을 수행하게 된다.

즉, 본 발명에 따른 자동용접장치에서는 상기 주행부(100)의 이동방향에 따라 최초 수신되는 라인스캔 감지정보를 용접괘선(20)의 위치정보로 인식하고, 하나의 라인스캔 감지정보가 수신되는 상태에서 감지되는 다른 라인스캔 정보는 용접상태를 확인하기 위한 감지정보로 인식하게 된다.

또한, 상기 제어부(300)에서는 상기 가이드 스캐너(400)와 체크 스캐너(500)에서 전달되는 감지정보를 수신하여 어느 하나라도 감지정보에 이상이 있을 경우 상기 주행부(100) 및 용접부(200)의 작동을 중지시키게 된다.

즉, 상기 제어부(300)에서는 상기 가이드 스캐너(400)를 이용하여 용접위치를 확인하면서 용접작업을 수행하고, 용접작업이 수행된 이후에는 상기 체크 스캐너(500)를 이용하여 용접상태를 확인함으로써 안정적인 용접이 수행될 수 있도록 한다.

한편, 전술한 실시 예에서는 강관(10)을 용접할 경우를 일 실시 예로 설명되었으나, 본 발명에 따른 자동용접장치는 전술한 바와 같이 접합 대상물의 용접 부분을 스캐닝을 통해 인식하여 용접을 수행하고, 용접이 수행된 부분을 재차 스캔하여 용접상태를 확인한다.

따라서, 강관(10) 이외에 금속판이나 구조물 등의 접합 시에도 접합 대상물의 표면을 따라 이동하면서 용접 위치를 스캔하고, 용접을 실시 한 다음 용접부분을 재차 스캔함으로써 용접위치의 안내, 용접 및 용접 부분의 확인이 한 번의 주행으로 이루어질 수 있게 된다.

100..... 주행부 200..... 용접부
300..... 제어부 400..... 가이드 스캐너
420..... 제 1 메인프레임 440..... 제 1 스캐닝 플레이트
450..... 제 1 액츄에이터 460..... 제 1 라인스캐너
500..... 체크 스캐너 520..... 제 2 메인프레임
540..... 제 2 스캐닝 플레이트 550..... 제 2 액츄에이터
560..... 제 2 라인스캐너

Claims (4)

1. 삭제
2. 용접 대상물과 접하면서 이동하는 주행부;
   상기 주행부 일측에 구비되어 용접괘선을 따라 이동하면서 용접작업을 수행하는 용접부;
   상기 용접부의 좌우 양측에 구비되어 용접위치를 안내하고, 용접 상태를 확인하기 위한 한 쌍의 센싱부;
   상기 주행부 일측에 구비되어 상기 센싱부의 감지정보를 이용하여 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 제어부가 포함되며,
   상기 한 쌍의 센싱부는,
   용접괘선을 스캔하여 상기 용접부의 용접위치를 안내하기 위한 가이드 스캐너와,
   용접 작업이 완료된 용접 부위를 스캔하여 용접 상태를 점검하는 체크 스캐너로 구성되며,
   상기 센싱부에는,
   상기 주행부에 고정되는 메인프레임과,
   상기 메인프레임 내부에서 상하 이동 가능하도록 구비되는 액츄에이터와,
   상기 액추에이터와 연결되어 상하로 이동하는 스캐닝 플레이트와,
   상기 스캐닝플레이트에 구비되어 용접위치를 안내하거나 용접부위를 점검하기 위한 라인스캐너가 포함되는 자동용접장치.
   
   
   
3. 삭제
4. 삭제

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