KR101267687B1 - 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법 - Google Patents

미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미그 용접에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불활성 가스와 와이어를 사용하는 미그 용접에 있어서 와이어와 모재 간의 거리 변화에 따른 용접팁에 인가된 전류값의 변화를 실시간으로 측정하여 측정된 측정값과 기준값을 비교하여 측정값이 기준값보다 낮으면 용접팁과 모재 간의 거리를 가깝게 이동시키고, 반대로 측정값이 기준값보다 높으면 용접팁과 모재 간의 거리를 멀게 이동시키는 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법으로써, 모재의 거리를 일정하게 유지시켜 고품질의 용접이 가능하며, 이로써 육성용접이나 내로 갭 용접(narrow gap welding)에 사용할 수 있다.

Description

미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법{Method of adjusting distacne for MIG welding touch}
본 발명은 미그 용접에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불활성 가스와 와이어를 사용하는 미그 용접에 있어서 와이어와 모재 간의 거리 변화에 따른 용접팁에 인가된 전류값의 변화를 실시간으로 측정하여 측정된 측정값과 기준값을 비교하여 측정값이 기준값보다 낮으면 용접팁과 모재 간의 거리를 가깝게 이동시키고, 반대로 측정값이 기준값보다 높으면 용접팁과 모재 간의 거리를 멀게 이동시키는 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법이다.
일반적으로 미그(Metal Inert Gas, MIG) 용접은 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 사용하는데, 티그(TIG) 용접과 달리 와이어 자체가 전극으로서의 역할과 함께 용가재의 역할을 한다.
종래 티크 용접과 관련된 자동거리조절장치로서는 특허 제10-052854호에 개시되어 있는 티크용접 전극봉의 자동 거리조절장치 및 방법이 있다.
상기 특허에는 로봇의 암에 결합되는 로봇결합용 브라켓과, 상기 로봇결합용 브라켓과 결합되어 있는 케이스와, 상기 케이스 내에 형성되어 구동력을 발생시키는 모터와, 상기 모터의 모터샤프트와 결합되어 동회전되는 회전기어와, 상기 회전기어와 나사 결합되어 회전기어의 회전에 의해 전후 이동되는 슬라이드와, 상기 슬라이드의 일측에 형성되어 용접토치가 결합되는 토치결합용 브라켓과, 상기 용접토치에 결합되어 있는 전극봉에 인가되는 전압을 실시간 측정하는 감지부와, 상기 감지부에서 측정된 전압값과 초기 설정값을 비교하여 모터를 가동시켜 전극봉과 모재와의 거리를 조절하는 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 슬라이드의 일측에는 슬라이드의 초기위치 감지를 위해 마이크로스위치 및 도그가 형성되어 있는 것이 특징인 티그용접 전극봉의 자동 거리조절장치가 개시되어 있는데, 사용자가 임의로 선택한 전류량에 따라 용접전압이 정해지나, 이러한 임의의 전류량은 모재(w)의 종류와 용접속도에 따라 사용자의 경험에 의해 최적이라고 생각되는 추정치이며, 실제로는 이러한 전류량이 용접의 최적조건과 많은 차이가 있을 경우 용접품질이 급격히 저하될 우려가 있다.
또 다른 종래기술로서는 특허 제10-0200639호에 개시된 자동 용접장치의 용접토오치 경로 보정방법이 있다.
상기 특허에는 좌우로 위빙되면서 전진하는 용접 토오치의 선단과, 모재의 용접면이 실제로 이루는 거리의 변화에 따라 발생되는 아크전류값을 아크 센서로 검출하여 그 아크전류값의 변화에 대한 파형을 출력하는 단계; 용접토오치의 선단이 기준 용접중심선을 따라 위빙되면서 전진할 때 발생되는 아크전류값의 변화에 대한 기준 파형과, 상기 아크센서로 검출된 실제 아크전류값의 변화에 대한 파형을 비교하여 상기 용접중심선에 대한 용접 토오치의 위치와 위빙방향의 각도를 검출하는 단계; 용접토오치의 위빙중심의 위치가 상기 용접중심선으로부터 소정 거리 벗어날 때, 용접토오치의 선단이 상기 기준 용접중심선을 따라 위빙되면서 전진할 때의 위빙방향의 각도와 동일한 각도를 가지도록 용접토오치 선단의 자세를 보정함과 동시에, 용접 토오치의 위빙중심이 상기 용접중심선측으로 이동되도록 용접토오치의 선단의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치의 용접 토오치 경로 보정방법이 제안되어 있는데, 이러한 방법은 용접 중심선에 대한 위치변화만을 감지할 뿐 모재와 용접토치와의 거리가 멀어지거나 가까워지는데 따른 위치 변화는 감지가 불가능하다.
따라서, 본 발명은 미그 용접에 있어서, 와이어와 모재 사이의 거리변화에 따른 용접팁에 인가된 전류값을 실시간으로 측정하여, 측정된 측정값과 기준값을 비교하여 그 차이에 따라 용접팁과 모재 사이의 거리를 변화시키는 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 기준값은 전류값의 변화가 비교적 안정화된 구간부터 측정하여 단위수량당 측정값을 평균한 값으로 정하는 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 상기 기준값은 용접 수행중 가장 먼저 측정된 측정값을 빼고 신규로 측정된 측정값을 단위수량당 평균화한 값으로 정하는 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 의한 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법은 불활성가스와 와이어를 사용하여 모재에 용접을 행하는 미그 용접에 있어서, 용접팁과 모재 간의 거리(L)를 자동조절장치로서 조절하되, 상기 자동조절장치는 와이어와 모재 사이의 거리변화에 따른 용접팁에 인가되는 전류값을 실시간으로 측정하여, 측정된 측정값이 기준값보다 낮아지면 상기 자동조절장치를 사용하여 용접팁과 모재 사이의 거리를 가깝게 이동시키고, 측정된 측정값이 기준값보다 높아지면 용접팁과 모재 사이의 거리를 멀게 이동시키는 것이 특징이다.
본 발명에 의한 와이어와 모재 사이의 거리변화에 따른 용접팁에 인가된 전류값을 실시간으로 측정하여 측정된 측정값과 기준값을 비교하여 그 차이에 따라 용접팁과 모재 사이의 거리를 변화시키는 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법은 모재의 높낮이 변화가 심하여도 자동으로 용접토치의 위치를 이동시켜 용접팁과 모재의 거리를 일정하게 유지시켜 고품질의 용접이 가능하며, 이로써 육성용접이나 내로 갭 용접(narrow gap welding)에 사용할 수 있다.
또한, 기준값은 전류값의 변화가 비교적 안정화된 구간부터 측정하여 단위수량당 측정값을 평균한 값으로 정함으로써, 평균화된 값의 오류가 발생할 수 있는 부분을 최소화하며, 상기 기준값은 용접 수행중 가장 먼저 측정된 측정값을 빼고 신규로 측정된 측정값을 단위수량당 평균화한 값으로 정하여 계속하여 기준값을 산정함으로써 시간이 흐름에 따라 발생할 수 있는 오차를 최소화한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 미그 용접의 자동 거리조절방법의 플로차트
도 2는 본 발명에 의한 미그 용접의 설명도
도 3은 본 발명에 의한 자동조절장치의 평면구성예시도
도 4는 본 발명에 의한 자동조절장치의 정면구성예시도
도 5는 본 발명에 의한 자동조절장치의 측면구성예시도
도 6은 미그 용접에서의 시간에 따른 전류값 변화 그래프
본 발명은 미그 용접에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불활성 가스와 와이어를 사용하는 미그 용접에 있어서 와이어와 모재 간의 거리 변화에 따른 용접팁에 인가된 전류값의 변화를 실시간으로 측정하여 측정된 측정값과 기준값을 비교하여 측정값이 기준값보다 낮으면 용접팁과 모재 간의 거리를 가깝게 이동시키고, 반대로 측정값이 기준값보다 높으면 용접팁과 모재 간의 거리를 멀게 이동시키는 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법이다.
본 발명에 의한 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법은 불활성가스와 와이어를 사용하여 모재에 용접을 행하는 미그 용접에 있어서, 용접팁(2)과 모재(W) 간의 거리(L)는 자동조절장치(10)로서 조절하되, 상기 자동조절장치(10)는 와이어(3)와 모재(W) 사이의 거리변화에 따른 용접팁(2)에 인가되는 전류값을 실시간으로 측정하여, 측정된 측정값이 기준값보다 낮아지면 상기 자동조절장치(10)를 사용하여 용접팁과 모재 사이의 거리(L)를 가깝게 이동시키고, 측정된 측정값이 기준값보다 높아지면 용접팁과 모재 사이의 거리(L)를 멀게 이동시키는 것이 특징이다.
또한, 상기 기준값은 용접을 행하는 중 신규로 측정되는 측정값을 단위수량당 평균화한 값을 기준값으로 지정해줌으로써 시간경과에 따라 발생할 수 있는 오차를 최소화한 것이 특징이다.
또한, 상기 기준값은 단위수량당의 측정값 중 최대측정값과 최소측정값을 제외한 나머지 측정값으로 평균화하여 전류의 기준값으로 지정한 것이 특징이다.
또한, 상기 기준값은 최초 용접을 수행한 뒤 전류값의 변화가 심하게 일어나는 구간에 대해서는 측정된 측정값을 배제하고, 전류값이 안정화된 구간부터 측정하여 단위수량당 측정값을 평균화한 값을 전류의 기준값으로 지정하는 것이 특징이다.
또한, 상기 자동조절장치는 자동용접기에 결합되어 고정되는 베이스판(11)과, 상기 베이스판(11)의 양단에 결합된 지지판(12)과, 상기 지지판(12)에 고정 결합된 커버(15)와, 상기 지지판(12) 사이에 형성된 볼스크류(13)와, 상기 볼스크류(13)의 일단과 결합된 볼스크류풀리(16)와, 상기 볼스크류풀리(16)와 일정거리 떨어져 형성되며 타이밍벨트(18)에 의해 볼스크류풀리(16)에 동력을 전달하는 모터풀리(17)와, 상기 모터풀리(17)에 구동력을 전달하는 모터(19)와, 상기 볼스크류(13)의 회전에 의해 지지판(12) 사이를 이동하며 용접토치(1)가 결합되는 슬라이드(14)를 포함하여 구성된 것이 특징이다.
이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 미그 용접의 자동 거리조절방법의 플로차트이고, 도 2는 본 발명에 의한 미그 용접의 설명도로서, 본 발명에 의한 미그 용접의 자동 거리조절방법은 불활성가스와 와이어를 사용하여 모재에 용접을 행하는 미그 용접에 있어서, 용접팁(2)과 모재(W) 간의 거리(L)는 자동조절장치(10)로서 조절하되, 상기 자동조절장치(10)는 와이어(3)와 모재(W) 사이의 거리변화에 따른 용접팁(2)에 인가되는 전류값을 실시간으로 측정하여, 측정된 측정값이 기준값보다 낮아지면 상기 자동조절장치(10)를 사용하여 용접팁과 모재 사이의 거리(L)를 가깝게 이동시키고, 측정된 측정값이 기준값보다 높아지면 용접팁과 모재 사이의 거리(L)를 멀게 이동시키는 것이 특징이다.
먼저, 본 발명에 사용되는 미그 용접은 불활성가스로 아르곤(Ar) 가스나 헬륨(He) 가스를 사용할 수 있으며, 와이어는 모재의 재질이나 용접을 하는 목적이나 용접후에 사용하는 환경에 따라 다양한 재질을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 용접팁과 모재 간의 거리(L)는 대략 15~25mm 사이로 설정되고, 미그 용접의 경우 정전압 방식의 용접으로 용접거리 변화에 따른 전압의 변화가 거의 일어나지 않는다. 따라서, 용접팁과 모재 간의 거리(L)가 변하면 전류가 극심하게 변하게 되는데, 본 발명은 이러한 전류변화를 감지하여 용접팁과 모재 간의 거리(L)를 최적의 거리로 유지해주기 위한 방법이다.
이러한 미그 용접은 전압이 일정할 경우 용접팁(2)과 모재(W) 사이의 거리(L)가 가까워질수록 저항이 내려가 전류값이 올라가게 되고, 반대로 용접팁(2)과 모재(W) 사이의 거리(L)가 멀어질수록 저항이 올라가 전류값이 떨어지므로 자동조절장치(10)는 전류값이 올라가면 용접토치(1) 즉, 용접팁(2)과 가스노즐(3)을 모재(W)와 멀어지는 쪽으로 이동시키고 전류값이 내려가면 용접토치(1)를 모재(W)와 가까워지는 쪽으로 이동시킨다.
여기서, 본 발명에 사용되는 용접토치(1)는 용접팁(2)과 가스노즐(3)을 함께 지칭하며, 용접토치(1)가 모재(W)에 가까워진다는 것은 용접팁(2)과 가스노즐(3) 역시 모재(W)에 가까워짐을 의미한다.
도 3은 본 발명에 의한 자동조절장치의 평면구성예시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 자동조절장치의 정면구성예시도이며, 도 5는 본 발명에 의한 자동조절장치의 측면구성예시도로서, 본 발명에 의한 자동조절장치는 자동용접기(도시하지 않음)에 결합되어 고정되는 베이스판(11)과, 상기 베이스판(11)의 양단에 결합된 지지판(12)과, 상기 지지판(12)에 고정 결합된 커버(15)와, 상기 지지판(12) 사이에 형성된 볼스크류(13)와, 상기 볼스크류(13)의 일단과 결합된 볼스크류풀리(16)와, 상기 볼스크류풀리(16)와 일정거리 떨어져 형성되며 타이밍벨트(18)에 의해 볼스크류풀리(16)에 동력을 전달하는 모터풀리(17)와, 상기 모터풀리(17)에 구동력을 전달하는 모터(19)와, 상기 볼스크류(13)의 회전에 의해 지지판(12) 사이를 이동하며 용접토치(1)가 결합되는 슬라이드(14)를 포함하여 구성된다.
먼저, 베이스판(11)은 지정된 경로를 따라 이동하면서 용접이 이루어지는 자동용접기(도시하지 않음)에 일측이 고정되어 있고, 상기 베이스판(11)의 양단에는 한 쌍의 지지판(12)이 결합된다.
상기 한 쌍의 지지판(12)에는 판 형상의 커버(15)가 결합되는데, 상기 커버(15)는 슬라이드(14)의 움직임을 가이드해주는 가이드의 역할을 수행할 수 있으며, 외부의 불순물이 내부로 침투되는 것을 막아준다.
상기 지지판(12)과 지지판(12)의 사이 즉, 베이스판(11)과 지지판(12) 및 커버(15)가 이루는 내부 공간에는 관용적으로 사용되는 볼스크류(13)가 회전에 대한 간섭이 최소화되도록 베어링(20)에 의해 지지되어 지지판(12)에 결합되며, 상기 볼스크류(13)의 일단에는 볼스크류풀리(16)가 결합되어 있다.
또한, 상기 볼스크류풀리(16)와 일정거리 떨어져 모터풀리(17)가 형성되며, 상기 모터풀리(17)와 볼스크류풀리(16) 사이에는 타이밍벨트(18)가 걸려져 있어 회전동력이 서로 전달되며, 상기 모터풀리(17)의 일측은 감속기(도면부호 없음)가 형성되고 상기 감속기의 일측에는 모터(19)가 결합되어 있다.
또한, 상기 볼스크류(13)의 일측에는 볼스크류너트(21)와 홀더(22)에 의해 이동되는 슬라이드(14)가 형성되고, 상기 슬라이드(14)는 "ㅛ" 형상의 베이스판(11)에 고정 결합되어 있는 LM레일(24)과 상기 LM레일(24)을 따라 이동되는 LM블록(25)에 고정 결합되어 있다. 상기 LM레일(24)과 LM블록(25)은 관용적으로 사용되는 이송장치로서 상기 LM레일(24)과 LM블록(25)을 합쳐서 LM가이드라 한다.
따라서 제어부에서 모터(19) 쪽으로 신호가 가면 모터(19)가 회전되고 상기 모터(19)의 회전으로 모터풀리(17)가 회전되며, 상기 모터풀리(17)와 타이밍벨트(18)로 연결되어 있는 볼스크류풀리(16)가 회전된다. 상기 볼스크류풀리(16)의 회전에 의해 슬라이드(14)는 지지판(12) 사이를 왕복 운동하게 되며, 상기 지지판(12)에 결합되어 있는 용접토치(1)가 모재(W)와 가까워지거나 멀어지는 쪽으로 이동하게 된다.
한편, 용접을 진행하면서 측정되는 측정값은 단위시간 즉, 예를 들어 0.1초 단위로 측정하게 되고, 이렇게 측정된 측정값은 제어부로 보내어진다. 상기 제어부로 보내어진 측정값은 단위수량당 측정값 즉, 예로써 단위수량이 10개라면 10개의 측정값을 평균화하여 평균화된 평균값을 기준값으로 정할 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면 t1~t10까지 측정한 전류값을 모두 더한 뒤 이를 10으로 나누면 평균값이 되고, 이러한 평균값을 기준값으로 지정하여 상기 기준값과 측정값을 용접을 실시하면서 실시간 비교하여 그 차이에 따라 용접토치의 위치를 모재(w)에 대해 가까워지거나 멀어지도록 이동시킨다.
이때, 평균값은 단위시간당 계속하여 산출하는 것이 바람직한데, 최초 t1~t10까지의 측정값을 평균값 산출을 위한 값으로 활용하였다면, 다음에는 t2~t11까지의 측정값을 평균값 산출을 위한 값으로 활용할 수 있으며, 평균값 산출을 5개의 구간을 지날 때마다 할 경우에는 최초 t1~t10에서 평균값을 산출하고 다음에는 t6~t15까지의 측정값을 평균값 산출을 위한 측정값으로 활용할 수도 있다.
결국, 본 발명은 용접을 행하는 중 신규로 측정되는 측정값을 단위수량당 평균화한 값을 기준값으로 지정해줌으로써 시간경과에 따라 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 기준값은 단위수량당의 측정값 중 최대측정값과 최소측정값을 제외한 나머지 측정값으로 평균화하여 전류의 기준값으로 지정할 수 있다.
즉, 아크(5)에 의해 용가재로 공급되는 와이어(4)는 계속하여 녹으면서 쇳물이 떨어지는데, 순간적으로 액체상태의 쇳물이 급속히 떨어질 경우 와이어(4)와 모재(W) 사이의 거리가 순간적으로 늘어나 저항이 증가되어 용접팁(2)에 인가되는 전류가 급격히 떨어질 수 있으며, 반대로 액체상태의 쇳물이 떨어지지 않게 되면 와이어(4)와 모재(W) 사이의 거리가 순간적으로 가까워져 용접팁(2)에 인가되는 전류가 급격히 상승될 수도 있다.
따라서, 평균값 산출을 위한 측정값의 단위수량이 10개라면 10개의 측정값을 평균화한 값을 기준값으로 정하지 않고 이중 최소측정값과 최대측정값을 제외한 8개의 측정값을 평균화한 값을 기준값으로 지정할 수도 있다.
또한, 도 6과 같이 용접이 최초 시작될 때에는 와이어(4)에 인가되는 전류값이 높은 상태에서 낮은 상태로 급격한 변화가 일어나므로, 전류값에 대한 안정화가 이루어지는 지점 즉, 대략 t4 지점 이후부터 평균값의 산출을 위한 측정값의 데이터로 활용할 수 있다.
즉, 최초 용접을 수행한 뒤 t1~t3 지점까지는 전류값의 변화가 심하게 일어나는 구간(S 1, instability section)이므로 이 구간에 대해서는 데이터를 배제하고, 전류값이 안정화된 구간(S 2, stability section)부터 측정된 단위수량당 측정값을 평균화한 값을 전류의 기준값으로 지정할 수 있다.
이러한 방법은 용접팁에 인가되는 전류의 변화가 심한 구간을 평균화하여 기준값으로 정할 경우 기준값과 측정값의 오차가 심하게 발생되어 용접토치(1)가 급격히 이동되는 것을 방지해주기 위함이다.
1; 용접토치 2; 용접팁 3; 가스노즐
4; 와이어 5; 아크 6; 비드
10; 자동조절장치 11; 베이스판 12; 지지판
13; 볼스크류 14; 슬라이드 15; 커버
16; 볼스크류풀리 17; 모터풀리 18; 타이밍벨트
19; 모터 20; 베어링 21; 볼스크류너트
22; 홀더 23; 풀리커버 24; LM레일
25; LM블록
W; 모재 L: 용접팁과 모재 간의 거리

Claims (5)

  1. 불활성가스와 와이어를 사용하여 모재에 용접을 행하는 미그 용접에 있어서, 용접팁(2)과 모재(W) 간의 거리(L)는 자동조절장치(10)로서 조절하되, 상기 자동조절장치(10)는 와이어(3)와 모재(W) 사이의 거리변화에 따른 용접팁(2)에 인가되는 전류값을 실시간으로 측정하여, 측정된 측정값이 기준값보다 낮아지면 상기 자동조절장치(10)를 사용하여 용접팁과 모재 사이의 거리(L)를 가깝게 이동시키고, 측정된 측정값이 기준값보다 높아지면 용접팁과 모재 사이의 거리(L)를 멀게 이동시키되,
    상기 기준값은 평균값으로 지정하며 상기 평균값은 단위시간당 계속하여 산출하여 용접을 행하는 중 신규로 측정되는 측정값을 단위수량당 평균화한 값으로 지정해줌으로써 시간경과에 따라 발생할 수 있는 오차를 최소화한 것이 특징인 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준값은 단위수량당의 측정값 중 최대측정값과 최소측정값을 제외한 나머지 측정값으로 평균화하여 전류의 기준값으로 지정한 것이 특징인 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준값은 최초 용접을 수행한 뒤 전류값의 변화가 심하게 일어나는 구간(S 1)에 대해서는 측정된 측정값을 배제하고, 전류값이 안정화된 구간(S 2)부터 측정하여 단위수량당 측정값을 평균화한 값을 전류의 기준값으로 지정하는 것이 특징인 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자동조절장치는 자동용접기에 결합되어 고정되는 베이스판(11)과, 상기 베이스판(11)의 양단에 결합된 지지판(12)과, 상기 지지판(12)에 고정 결합된 커버(15)와, 상기 지지판(12) 사이에 형성된 볼스크류(13)와, 상기 볼스크류(13)의 일단과 결합된 볼스크류풀리(16)와, 상기 볼스크류풀리(16)와 일정거리 떨어져 형성되며 타이밍벨트(18)에 의해 볼스크류풀리(16)에 동력을 전달하는 모터풀리(17)와, 상기 모터풀리(17)에 구동력을 전달하는 모터(19)와, 상기 볼스크류(13)의 회전에 의해 지지판(12) 사이를 이동하며 용접토치(1)가 결합되는 슬라이드(14)를 포함하여 구성된 것이 특징인 미그 용접에서의 용접토치 자동 거리조절방법.
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