KR101159021B1 - 이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 이동식 저항 심용접기에서 용접 작업이 수행되는 도중, 이동유닛의 이동속도와 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')의 회전속도를 동기화하도록 상기 상/하부 원판전극(101)(101')의 회전에 저항하는 힘 만큼만 토크(torque)를 가하여 상부 서보모터(107) 및 제 하부 서보모터(107')의 회전을 제어하는 상/하부 제어유닛 (110)(120)이 구비된다. 상기 상/하부 제어유닛(110)(120)은, 상기 상/하부 원판전극(101)(101')과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정부(1110(121)와, 상기 상/하부 원판전극(101)(101')의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정부(113)(123)가 구비되고, 그 측정 결과에 따라 상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 하여 슬립이 발생하지 않도록 상기 상/하부 서보모터(107)(107') 구동력(F3)을 결정하는 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)가 구비된다. 상기 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)는 상기 상/하부 서보모터(107)(107')의 토크값에 의해 산출되는 정지마찰력과 운동마찰력을 기초로하여 상기 상/하부 원판전극(101)(101')의 회전에 저항하는 힘(F2)이 최소의 값을 가지도록 결정한다. 아울러, 상기 상/하부 서보모터(107)(107')의 구동축에는 한 방향으로 동력을 전달할 수 있는 베어링이 장착된다. 그와 같은 본 발명에 따르면, 원판전극의 외경 변화에도 불구하고, 이동유닛과 원판전극의 속도가 동기화가 되기 때문에, 용접 성능이 향상되는 이점이 있다.

이동 심 용접, 원판전극, 서보모터, 동기화, 토크 검출, 마찰력

Description

이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법{Moving Seam welding maching and method for controlling of welding threrof}

본 발명은 이동식 심용접기에 관한 것으로, 특히 심용접기를 이동하는 이동장치의 이동속도와 용접을 수행하는 상하 원판전극의 회전속도를 동기화하도록 하는 이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법에 관한 것이다.

이동식 심용접기(seam welding)는 전기저항용접법의 하나로 기밀, 수밀, 유밀을 요하는 이음부에 이용되고 있다. 그래서 각종 연료탱크의 용접, 배관용 탄소 강관의 용접, 용기 및 긴 파이프 제작 등의 연속적인 용접작업에 주로 사용되고 있는 용접 방식이다.

도 1은 일반적인 이동식 심용접기의 측면 구성도를 도시하고 있다.

도면을 보면, 이동식 저항 심용접기(1)는, 실제 피 용접물에 대해 용접을 수행하는 용접유닛(10) 및 그 용접유닛(10)을 상기 피 용접물의 용접 궤적을 따라 이동시키기 위하여 다관절로봇 또는 자동이송장치로 이루어진 이동유닛(20)으로 구성되어 있다.

특히 상기 용접유닛(10)은 특히 용접대상인 피 용접물을 가압 통전하여 용접 을 하도록 1쌍의 원판전극(11)(11')과, 상기 원판전극(11)(11')을 구동하기 위한 서보모터(12)(12'), 그리고 상기 원판전극(11)(11')의 구동시 그 원판전극(11)(11') 사이에 있는 피 용접물을 가압하기 위한 가압유닛(13), 외부에서 제공되는 전원을 용접 구동에 맞게 변압하는 변압기(14) 등을 포함하여 구성되어 있다.

그와 같은 구성을 가지는 이동식 저항 심용접기(1)의 용접동작은, 상기 원판전극(11)(11') 사이에 피 용접물을 통과시키면서 가압 통전하고 상기 원판전극(11)(11')을 상기 서보모터(12)(12')의 구동에 따라 회전시키면서 연속적으로 점 용접을 반복하여 피 용접물에 하나의 연속된 선모양의 용접부를 형성시킨다.

이때, 상기 피 용접물은 별도의 고정기구(미도시)에 고정되어 있기 때문에, 상기 이동유닛(20)에 의해 상기 용접유닛(10)이 용접 궤적을 따라 이동하면서 용접 동작을 하게 된다.

한편, 상기 이동식 저항 심용접기(1)를 이용한 용접 동작시에는 상기 원판전극(11)(11')의 회전속도와 이동유닛(20)의 이동속도가 동기화되어야 한다. 상기 동기화가 정상적으로 이루어지지 않아 상기 회전속도와 이동속도가 서로 차이가 발생하면 상기 원판전극(11)(11')과 피 용접물이 슬립(slip)하게 되어 용접 불량요인이 발생하기 때문이다.

상기 원판전극(11)(11')의 회전속도와 이동유닛(20)의 이동속도의 동기화를 하기 위해서는 상기 원판전극(11)(11')의 외경을 측정한 다음 그 측정된 외경에 따 라 상기 원판전극(11)(11')의 회전속도를 결정해야 한다.

하지만, 상기 원판전극(11)(11')은 용접동작에 따라 불균일하게 마모 및 산화되거나 피 용접물의 도금층과 원판전극(11)(11')과의 합금화에 의해 원판전극(11)(11')의 외경이 변화하게 된다. 이는 결국 상기 외경을 측정하여 회전속도와 이동속도를 동기화시키기 위해 컨트롤러가 제어동작을 하더라도, 상기 원판전극(11)(11')의 변형으로 인해 실제 외경과 측정된 외경 사이에는 편차가 발생하게 된다.

상기 편차 발생은 용접 동작시 상기 원판전극(11)(11')이 상기 피 용접물을 가압하고 있는 상태이기 때문에 상기 원판전극(11)(11')의 과부하를 발생시키게 되어, 상기 이동유닛(20) 및 피 용접물에 무리한 힘이 작용되고 용접 궤적을 이탈하게 되는 원인을 초래한다.

또 상기 원판전극(11)(11')과 피 용접물 사이에 슬립(slip)현상이 나타나기 때문에, 용접의 통전전류의 흐름과 발열상태에 영향을 줌으로서, 용접 불량으로 인하여 피 용접물이 기밀유지가 되지 못하는 현상이 발생한다.

또 종래 기술의 이동식 저항 심용접기(1)는 피 용접물이 2차원, 3차원상의 곡면을 갖는 경우, 곡면의 안쪽과 바깥쪽은 서로 다른 반경을 갖게 되고 피 용접물 자체도 공차를 갖게 된다. 그래서 이 경우에는 전극 공차가 적은 제품, 저속용접, 2차원 평면 등과 같은 극히 제한적인 피 용접물에만 적용이 가능하다. 즉 3차원 형상의 용접 궤적의 피 용접물에 대해서는 안정적인 용접 품질을 기대할 수 없는 것이다.

그리고, 이동식 심 용접기의 용접동작을 로봇의 부가축에 의한 NC 구동방식으로 제어하는 경우도 있다. 하지만 이 경우, 누적된 편차 값으로 인해 용접이 불량하게 되는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원판전극의 형상이 변경되어도 원판전극의 회전속도와 이동유닛의 이동속도를 동기화시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이동식 심 용접기의 용접동작을 로봇의 부가축에 의한 NC 구동방식으로 제어하는 경우, 선택적으로 토크(torque) 구동에 의한 제어방법을 적용하여 용접 동작을 수행하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극; 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전을 위한 구동력을 제공하는 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터; 그리고 용접 작업이 수행되는 도중, 상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도를 동기화하도록 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘 만큼만 토크(torque)를 가하여 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 회전을 제어하는 제 1 제어유닛 및 제 2 제어유닛을 포함하여 구성된다.

상기 제 1 제어유닛 및 제 2 제어유닛은, 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정부; 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정부; 상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 결정하는 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는, 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 토크값을 측정하는 제 1 토크값 측정부 및 제 2 토크값 측정부; 상기 측정된 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 토크값에 의해 정지마찰력과 운동마찰력을 산출하는 마찰력 산출부를 포함하여 구성하고, 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)이 '0(zero)' 값에 근접하도록 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도와의 차이를 감시하는 모니터링부를 더 포함하고, 상기 감시결과 차이가 발생하면 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 다시 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동축에는 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부에 의해 정해진 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)이 과대하게 결정된 경우에도 상기 이송유닛의 속도가 일정하게 유지되도록 한 방향만으로 동력을 전달할 수 있는 베어링이 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정단계; 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 단계; 그리고 상기 제 1 단계 및 제 2 단계에서 측정된 상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1 원판전극과 제 2 원판전극의 전극 구동용 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 결정하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)은, 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터를 구동하여 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3) 결정 단계는, 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 토크 값을 측정하는 단계; 상기 측정된 토크 값에 의해 상기 제 1 원판전극과 제 2 원판전극의 정지 및 구동시에 발생하는 정지마찰력과 운동마찰력을 측정하는 단계; 상기 측정된 마찰력에 의해 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)이 '0(zero)' 값에 근접하도록 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 토크 값 측정은 상기 피 용접물(m)과 상기 제 1, 제 2 원판전극의 상태에 따라 발생하는 편차를 제거하기 위해 상기 제 1, 제 2 원판전극을 회전시키면서 소정 시간 단위로 측정한 값의 평균을 산출하여 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도와의 차이를 감시하는 단계를 더 포함하고, 상기 감시결과 차이가 발생하면 상 기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부가 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 다시 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 심 용접기를 상기 이동유닛의 부가축에 의한 NC(numerical control) 구동방식으로 제어하는 단계; 상기 부가축의 토크를 감시하는 단계; 상기 감시결과 상기 심 용접기의 제 1, 제 2 서보모터의 토크 값이 기 설정된 기준 값을 초과하면, 상기 피 용접물(m)을 가압 통전하면서 용접을 수행하는 제 1, 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)이 상기 제 1, 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1, 제 2 원판전극의 전극 구동용 제 1, 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 결정하는 토크 구동방식으로 변환하는 단계; 상기 토크 구동방식으로 용접 수행중, 상기 제 1, 제 2 서보모터의 토크 값이 기 설정된 기준 값 이하가 되면 상기 NC 구동방식으로 변환하여 용접을 계속 수행하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 이동식 심 용접기의 용접시 원판전극의 회전에 저항하는 힘만큼만 토크를 가하여 서브모터를 구동시켜 이동유닛의 이동속도와 용접 동작을 실제 수행하는 원판전극의 선속도를 동기화시키고 있어, 심 용접기의 원판전극이 마모되거나 변형되어 그 직경이 변화된 경우에도, 슬립이 방지되어 정해진 용접 궤적을 따라 용접을 수행하게 된다.

또 이동식 심 용접기를 로봇의 부가축으로 하여 NC 제어를 하는 경우에도 정해진 시점에 토크 구동방식으로 용접을 수행할 수 있어, NC 제어에 따른 용접 구동시에 발생하는 편차의 제거가 가능하여 용접불량 현상을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 심용접기의 용접유닛 부분을 도시한 측면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 상하부 제어유닛의 블록 구성도가 도시되어 있다.

도 2를 보면, 용접유닛(100)이 도시되어 있는데, 상기 용접유닛(100)은 도시하고 있지 않은 이동유닛의 일단에 장착된다. 본 실시 예에서는 상기 이동유닛은 로봇(robot)을 예를 들어 설명하기로 한다. 물론 상기 로봇은 그 자체는 고정된 상태이고, 로봇 팔에 상기 용접유닛(100)이 연결된 구조를 제공한다. 따라서 이동유닛의 로봇팔에 의해 상기 용접 유닛(100)은 고정된 피 용접물(m)과의 용접 궤적을 따라 이동하면서 심 용접을 수행하는 것이다.

상기 용접유닛(100)은, 용접대상인 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 하는 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')이 구비된다. 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')에는 그 원판전극(101)(101')에 전류를 공급하는 통전 헤드(103)(103')가 장착된다.

상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')에는 아래에서 설명될 서보 모터의 구동력을 전달받아 전극을 구동시키는 상부 구동축(105) 및 하부 구동축(105')이 각각 구비된다.

상기 상부 구동축(105) 및 하부 구동축(105')의 일단과 타이밍벨트(106)로 각각 연결되어 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')의 회전을 위한 구동력을 제공하는 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')가 구비된다. 상기 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')에는 미도시하고 있는 감속기가 장착된다. 또, 상부 구동축(105) 및 하부 구동축(105')에는 상기 상부 서보모터(107)와 하부 서보모터(107')가 한 방향으로만 동력을 전달하도록 라체트(ratchet) 베어링이 장착된다. 상기 라체트 베어링은 상기 상부 서보모터(107)와 하부 서보모터(107')의 구동력이 잘못 결정되어 과대하게 될 경우에도 상기 이동유닛과의 속도 동기화를 위한 것이다.

상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101') 사이에 피 용접물(m)이 위치한 상태에서, 상기 하부 원판전극(101')을 상부 원판전극(101) 방향으로 이동시켜 피 용접물(m)을 가압하기 위한 가압유닛(109)이 구비된다. 상기 가압유닛(109)은 가압 실린더의 구동에 의해 구동된다. 그리고 상기 하부 원판전극(101')측에만 가압유닛(109)이 장착되는 것은 상기 서보모터(107)(107')를 둘러싸고 있는 하우징의 상부측에 상기 로봇의 로봇팔에 고정되기 때문이다. 물론, 다른 구조의 이동유닛을 사용한다면, 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')을 모두 가압시켜 피 용접물(m)이 위치한 방향으로 모두 이동시킬 수도 있다.

상기 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')에는 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')의 회전속도와 상기 피 용접물(m)의 용접 궤적을 따라 이동하는 이동유닛의 속도를 동기화시키도록 상부 제어유닛(110)과 하부 제어유닛(120)이 연결된다. 상기 동기화는 상기 상부 원판전극(101') 및 하부 원판전극(101')(이하, 전극이라 통칭하여 설명하는 부분도 있음)과 피 용접물(m)과의 슬립(slip)을 방지하면서 상기 이동유닛의 이동에 부하를 주지않고 구동시키기 위한 것이다. 다시 말하면, 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101') 사이에 피 용접물(m)이 가압된 상태에서 용접이 이루어질 때 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')과 피 용접물(m)이 서로 미끄러지지 않고 회전되도록 하는 것이다.

상기 동기화는 다음과 같은 조건이 요구된다.

즉, 상기 전극(101)(101')의 회전에 저항하는 힘(F2)보다 상기 전극(101)(101')과 피 용접물(m)과의 마찰력(F1)이 항상 크게 되어야 한다. 이 조건(F1>F2)을 만족하기 위해서는 일반적으로 상기 F2가 최소의 값을 가지도록 하는 것이 좋다. 상기 최소의 값은 상기 F2가 상쇄되어 '0(Zero)'에 근접한 값을 말한다. 만약 상기 F2 보다 상기 F1이 더 크게 되면, 상기 전극(101)(101')의 편심, 타원화, 불규칙한 마모 상태 등에 의해 용접 불량이 발생하기 때문이다.

그와 같이 상기 동기화를 하기 위해 제공되는 제어유닛으로 상부 제어유닛(110) 및 하부 제어유닛(120)은 도 3과 같은 구성을 포함한다.

도 3을 살펴보면, 상기 상부 제어유닛(110)과 하부 제어유닛(120)은 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제1 측정부(111)(121)와, 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정부(113)(123)가 구비된다. 그리고 상기 F1이 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')의 구동력(F3)을 결정하는 제 1모터구동력 결정부(114) 및 제 2모터구동력 결정부(124) 가 구비된다. 즉 상기 서보모터(107)(107')의 구동력(F3)은 용접시에 슬립이 발생하지 않도록 상기 전극(101)(101') 구동에 저항하는 힘 만큼만 구동되게 결정되는 것이다.

상기 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)는, 상기 전극(101)(101')을 용접속도에 맞게 회전시킬 때 측정 가능한 마찰력 값을 가지고 결정한다. 상기 마찰력은 통상 상기 서보모터(107)(107')의 토크 값에 의해 측정된다. 그렇기 때문에, 상기 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)는 상기 서보모터(107)(107')의 토크 값을 측정하는 제 1 및 제 2 토크값 측정부(115)(125)와, 상기 측정된 서보모터(107)(107')의 토크 값에 의해 산출되는 제 1 및 제 2마찰력 산출부(116)(126)를 구비하게 된다. 도면에서는 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124), 서보모터(107)(107'), 제 1 및 제 2 토크값 측정부(115)(125)가 각각 별도로 구성되고 있지만, 이는 하나의 실시 예에 불과하고, 다른 방법으로도 얼마든지 구성할 수 있음은 물론이다. 여기서, 상기 마찰력은 정지마찰력과 운동마찰력으로 구분되기 때문에, 상기 토크 값은 상기 전극(101)(101')이 정지에서 구동할 경우에는 정지마찰력에 의해 측정되고, 상기 전극(101)(101')이 구동시에는 운동마찰력에 의해 측정된 값을 사용한다.

한편, 상기 토크 값은 상기 피 용접물(m)과 전극(101)(101')의 상태에 따라 편차가 발생한다. 상기 편차는 상기 동기화를 방해하는 원인이다. 그렇기 때문에, 상기 편차를 제거하기 위해 상기 전극(101)(101')을 회전시키면서 소정 시간단위(예컨대, 2㎳ 단위)로 측정한 값에서 최종 회전 종료 1바퀴 측정값의 평균을 이동평균법을 사용하여 산출하여 적용하도록 한다.

그리고 상기 이동유닛의 이동속도와 상기 전극(101)(101')의 회전속도와의 차이를 파악하여 슬립 발생 여부를 감시하는 모니터링부(117)(127)가 더 구비된다.

이어 상기한 구성을 가지는 이동식 심용접기의 동작상태를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 심용접기의 용접 제어방법을 보인 흐름도이다.

먼저, 제 1 측정부(111)(121)는 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')과 피 용접물(m) 사이의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정한다(s100). 상기 마찰력에 의한 구동력(F1)은 상기 피 용접물(m)을 가압하고 있는 전극 가압력과 마찰력을 곱셈 연산한 값이다. 여기서 상기 마찰력은 상기 피 용접물(m)의 재질에 따라 다르지만, 임의의 값으로 정해졌다고 가정한다.

그 상태에서, 제 2 측정부(113)(123)는 용접 작업시 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')을 슬립(slip)없이 구동시키기 위한 조건, 즉 구동력(F1)이 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')을 회전시키는데 저항하는 저항력(F2)보다 항상 큰 조건을 만족시키기 위해 상기 저항력(F2)을 측정한다(s102). 상기 저항력(F2)은 항상 일률적인 값을 가지지 않고, 상기 상부 원판전 극(101) 및 하부 원판전극(101')의 마모상태나 사용시간에 따라 달라진 값을 제공한다. 따라서 상기 제 2 측정부(113)(123)는 상기 상부 서브모터(107) 및 하부 서브모터(107')를 구동시켜 대응하는 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')의 회전에 저항하는 저항력(F2)을 측정한다.

일단, 상기 마찰력에 의한 구동력(F1)과 저항력(F2)이 산출되면, 상기 마찰력에 의한 구동력(F1)이 상기 저항력(F2)보다 항상 큰 조건이 되도록 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)는 서브모터(107)(107')를 구동시키기 위한 모터 구동력(F3)을 결정하여야 한다(s104). 즉 상기 모터 구동력(F3)은 상기 저항력(F2)에 대응하는 힘으로 상기 저항력(F2)이 '0'에 근접한 값이 되도록 결정되어야 한다.

상기 모터 구동력(F3)은 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')이 상기 상부 서브모터(107) 및 하부 서브모터(107)'의 구동에 의해 정해진 용접속도로서 구동될 때, 정지 마찰력과 운동 마찰력을 기초로 하여 결정된다. 이때 상기 정지 마찰력과 운동 마찰력은 상기 상부 서브모터(107) 및 하부 서브모터(107')의 토크 값에 의해 측정된다.

그와 같이 상기 마찰력에 의한 구동력(F1)이 상기 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)에 의해 상기 저항력(F2)보다 큰 조건이 되도록 모터 구동력(F3)이 결정되면, 상기 상부 서브모터(101) 및 하부 서브모터(101')는 상기 이동유닛이 이동하는 이동력에 저항하지 않고 회전하게 된다. 그렇게 되면, 전극(101)(101')과 피 용접물(m)과의 슬립이 방지되고, 또 상기 이동유닛의 이동에 부하를 주지 않게 된다. 결국 이동유닛의 이동속도와 상, 하부 원판전극(101)(101')의 회전속도의 동 기화가 되어, 용접 궤적을 따라 용접이 이루어지게 된다(s106).

여기서, 상기 모터 구동력(F3)의 토크 값이 잘못 측정되면 상기 전극(101)(101')의 구동력에 의해 상기 이동유닛이 끌려가는 현상이 발생한다. 이는 이동유닛의 이송속도와 상기 상,하부 원판전극(101)(101')의 회전속도에 차이가 발생하기 때문이다. 하지만, 상기 문제는 상기 서브모터(107)(107') 측에 장착된 라체트 베어링에 의해 제거 가능하다. 즉, 상기 라체트 베어링은 상기 모터 구동력(F3)이 정해진 값보다 과대하게 되더라도 상기 이동유닛을 미는 방향으로 힘을 받는 경우를 제거할 수 있기 때문이다.

그와 같이 동기화가 된 상태에서 용접이 되고 있는 도중에, 상기 모니터링(117)(127)부는 구동중인 상기 상,하부 원판전극(101)(101')의 회전속도를 계속 감시한다(s108). 상기 감시결과에 따라 상기 회전속도와 상기 이동유닛의 이송속도와의 비교에 의해 슬립 발생 여부를 판단할 수 있다(s110).

상기 판단 결과, 상기 슬립이 발생하면, 즉, 마찰력에 의한 구동력(F1)이 저항력(F2)보다 작게 되는 경우이며, 따라서 제 104 단계로 복귀하여 상기 모터 구동력(F3)을 다시 결정하여, 슬립이 발생하지 않도록 한다. 만약 슬립이 발생하지 않으면 용접은 계속 수행된다(s112).

한편, 상기한 심 용접은 이동유닛인 로봇의 부가축에 의한 NC(numerical control) 구동방법으로도 가능하다. NC 구동은 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')을 구동하면서 상기 상,하부 원판전극(101)(101')의 회전속도와 로봇의 이송속도를 수치적으로 제어함으로써 가능하다.

하지만, 상기 NC 구동에 의한 심 용접시에도 상술한 바 있는 문제점이 발생할 수 있다. 즉, 원판전극(101)(101')의 외경 변화로 인해 용접 불량이 발생할 수 있는 것이다.

이를 해결하기 위한 방안을 도 5의 흐름도에 도시하고 있다. 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 로봇의 부가축에 의해 심 용접을 수행하는 방법의 흐름도이다. 도 5의 설명시, 도 3의 구성을 인용한다.

도 5를 보면, 먼저 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 용접 유닛(100)를 상기 이동유닛의 부가축에 의한 NC 구동방식으로 제어하여 용접을 수행한다.(s200).

그 상태에서 상기 부가축의 토크를 감시한다(s202). 상기 부가축의 토크 감시는 상기 로봇의 속도 편차와 원판전극(101)(101')의 편차를 비교하는 것이다.

제 204 단계에서의 감시결과, 상기 부가축의 토크 값이 기 설정된 기준값 보다 작으면 상기 NC 구동방식으로 용접을 계속 수행한다.

반면, 상기 부가축의 토크 값이 상기 기준값보다 크게 되면, 용접 불량이 발생한다. 그렇기 때문에 이 경우에는 제 206 단계와 같이 상기 NC 구동제어에서 상술한 심 용접방식인 토크 제어로 변환하여 용접을 수행한다.

상기 토크 구동방식으로 용접을 계속 수행하다가, 제 208 단계와 같이 상기 과부하가 해소되면, 제 210 단계에서는 NC 구동방식으로 변환하여 용접 동작을 계속 수행한다. 여기서 상기 과부하 해소 시점은 상기 로봇이 용접유닛(100)을 끌고 가는 현상에 의해 서브모터(107)(107')의 토크 값이 정해진 값보다 적게 나오는 시 점이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 이동식 저항 심 용접기에서 이동유닛의 속도와 상,하부 원판전극의 속도를 동기화하고 있어, 원판전극의 외경 변화로 발생할 수 있는 용접 불량 현상을 방지하게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명의 실시 예에서는 제어유닛이 상부 및 하부 서보모터에 각각 구비되는 것으로 설명되고 있지만, 상기 제어유닛이 상부 서보모터 또는 하부 서보모터 중 하나에만 연결되는 구성도 본 발명에 적용할 수 있다. 즉 하나의 서보모터에 의해 회전하는 원판전극의 상태만을 고려하게 되면 나머지 원판전극의 상태도 추측할 수 있기 때문에, 이를 기초로 하여 하나의 서보모터의 구동력만을 제어유닛이 제어하여 심 용접을 수행할 수 있는 것이다.

도 1은 일반적인 이동식 심용접기의 측면 구성도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 심용접기의 용접유닛 부분을 도시한 측면도

도 3은 도 2의 상/하부 제어유닛의 블록 구성도

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 심용접기의 용접 제어방법을 보인 흐름도

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 로봇의 부가축에 의해 심 용접을 수행하는 방법의 흐름도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

101, 101' : 상/하부 원판전극 107, 107' : 상/하부 서브모터

110, 120 : 상부 제어유닛 111, 121 : 제 1 측정부

113, 123 : 제 2 측정부 114, 124 : 모터구동력 결정부

115, 125 : 토크값 측정부 116, 126 : 마찰력 산출부

117, 127 : 모니터링부

Claims (11)

1. 이동유닛에 의해 피 용접물(m)의 용접궤적을 따라 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극;

   상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전을 위한 구동력을 제공하는 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터;

   용접 작업이 수행되는 도중, 상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도를 동기화하도록 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘 만큼만 토크(torque)를 가하여 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 회전을 제어하는 제 1 제어유닛 및 제 2 제어유닛; 그리고

   상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도와의 차이를 감시하는 모니터링부를 포함하여 구성되는 이동식 심 용접기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 제어유닛 및 제 2 제어유닛은,

   상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정부;

   상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정부;

   상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 결정하는 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는,

   상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 토크값을 측정하는 제 1 토크값 측정부 및 제 2 토크값 측정부; 그리고

   상기 측정된 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 토크값에 의해 정지마찰력과 운동마찰력을 산출하는 마찰력 산출부를 포함하여 구성하고,

   상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)이 '0(zero)' 값에 근접하도록 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 모니터링부의 감시결과, 상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도에 차이가 발생하면 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 다시 결정하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동축에는 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부에 의해 정해진 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)이 과대하게 결정된 경우에도 상기 이동유닛의 속도가 일정하게 유지되도록 한 방향만으로 동력을 전달할 수 있는 베어링이 장착되어 구성됨을 특징으로 하는 이동식 심 용접기.
6. 이동유닛에 의해 피 용접물(m)의 용접궤적을 따라 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정단계;

   상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 단계;

   상기 제 1 단계 및 제 2 단계에서 측정된 상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 모터구동력 결정부 상기 제 1 원판전극과 제 2 원판전극의 전극 구동용 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 결정하는 구동력 결정단계;

   상기 결정된 구동력(F3)으로 용접을 수행하는 용접수행 단계; 그리고

   상기 용접을 수행하는 도중, 상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도와의 차이를 감시하는 감시단계를 포함하여 구성되는 이동식 심 용접기의 용접방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)은, 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터를 구동하여 측정하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3) 결정 단계는,

   상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 토크 값을 측정하는 단계;

   상기 측정된 토크 값에 의해 상기 제 1 원판전극과 제 2 원판전극의 정지 및 구동시에 발생하는 정지마찰력과 운동마찰력을 측정하는 단계; 그리고

   상기 측정된 마찰력에 의해 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)이 '0(zero)' 값에 근접하도록 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 토크 값 측정은 상기 피 용접물(m)과 상기 제 1, 제 2 원판전극의 상태에 따라 발생하는 편차를 제거하기 위해 상기 제 1, 제 2 원판전극을 회전시키면서 상기 제 1원판전극 및 제2 원판전극의 회전속도를 제공하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 감시단계의 감시결과 차이가 발생하면 상기 모터구동력 결정부가 상기 제 1 서보모터 및 제 2 서보모터의 구동력(F3)을 다시 결정하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
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