KR101403412B1 - 파이프 용접선 검출 장치 및 방법 - Google Patents

파이프 용접선 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

용접선과 파이프 잔부 영역 간의 명암 차이를 이용하여 용접선의 위치를 정밀하게 검출할 수 있는 파이프 용접선 검출 장치 및 방법에 관하여 개시한다.
본 발명인 일 실시예에 따르면, 파이프 양단을 길이 방향으로 수평 지지하며 회전시키는 파이프 회전부; 상기 회전하는 파이프에 대향하여 상부에 이격 배치되며, 상기 파이프의 복수 구간에 대한 명암 정보를 획득하는 명암 정보 획득부; 및상기 명암 정보 획득부로부터 입력 받은 명암 정보를 이용하여, 용접선과 상기 파이프 내 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하여 용접선의 위치를 검출하는 용접선 검출 제어부;를 포함하되, 상기 용접선 검출 제어부는, 상기 파이프가 복수회 회전할 경우마다 상기 복수의 명암 센서로부터 상기 구간별 명암 정보를 동시 획득하도록 상기 명암 정보 획득부를 제어하며, 상기 명암 정보 획득부로부터 반복하여 획득된 상기 구간별 명암 정보를 통해 상기 파이프 회전부의 시간 지연으로 인한 측정오차를 줄일 수 있는 파이프 용접선 검출 장치를 제공한다.
또한, 본 발명인 다른 실시예에 따르면, (a) 하이드로포밍 공정을 위해 절단된 파이프를 수평으로 지지하여 회전시키는 단계; (b) 상기 회전하는 파이프의 전체 길이에 대해 복수의 구간에서 명암 정보를 획득하는 단계; (c) 상기 획득한 명암 정보를 통해 용접선과 상기 파이프의 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하여 판단하는 단계; 및 (d) 상기 판단된 명암 차를 이용하여 상기 파이프 내의 용접선 위치를 검출하는 단계;를 포함하되, 상기 (a), (b), (c) 및 (d) 단계는 복수회 반복 수행되어 상기 파이프를 회전 시 발생되는 모터 타임 딜레이(motor time delay)로 인한 측정오차를 방지하는 것을 더 포함하는 파이프 용접선 검출 방법을 제공한다.

Description

파이프 용접선 검출 장치 및 방법{APPARATUS FOR DETECTING OF THE WELD SEAM ON PIPE AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 파이프 용접선 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접선과 파이프 잔부 영역 간의 명암 차이를 이용하여 용접선의 위치를 정밀하게 계측할 수 있는 파이프 용접선 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이드로포밍(Hydroforming)은 금형 속에 들어가 있는 파이프 소재 내부로 액체를 주입하여, 내부에서부터 강한 액압을 인가하여 복잡한 형상의 제품을 일체로 일체 성형하는 공법을 말한다. 이러한 하이드로포밍 공법의 가장 큰 특징은 단일의 파이프 소재를 이용하여 요철이 있거나 휘어진 복잡한 형상의 제품을 일회적으로 제작해 낼 수 있다는 것이다.
종래의 경우, 복잡한 형상의 제품을 완성시키기 위해서는 다양한 형태로 준비된 다수의 부품을 용접 등으로 접합해야 하였으나, 하이드로포밍 공법을 이용할 경우 미리 준비해야 할 부품 개수를 줄일 수 있으며, 접합 부위가 줄어들어 공정이 간단해 질 수 있다. 아울러 제품의 강도에 대비하여 무게를 줄일 수 있어 제품 경량화를 실현할 수 있는 장점이 있다.
일반적인 하이드로포밍 공정은 우선 파이프 소재의 절단 작업부터 진행된다. 이어서, 절단된 파이프에 대한 벤딩(bending)이 실시된다. 그 다음으로 프리포밍(Preforming), 하이드로포밍(Hydroforming), 레이저 커팅(Laser cutting) 및 세척(Washing) 과정이 순차적으로 진행된다.
여기서, 파이프 소재의 절단 작업과 절단된 파이프의 벤딩 작업 사이에는 절단된 파이프의 용접선을 검출하는 작업이 필수적으로 실시된다. 이때 검출된 용접선의 위치 정보는 후속으로 진행되는 프리포밍, 하이드로포밍 등의 공정을 실시함에 있어 중요한 정보로 활용된다. 만일 검출된 용접선 정보에 오차가 존재하게 되면, 최종 완성된 제품의 불량을 초래하기 때문이다.
현재까지 소개된 파이프 용접선 검출 장치로는 주로 에디 커런트 센서(Eddy current sensor)를 이용하는 형태가 알려져 있다. 전자기식 센서를 이용하여 용접선을 검출하는 방식은 영구자석을 통해 형성된 파이프 내 자장의 편차를 구별하는 형태로 수행된다.
다만, 이 경우 장치가 간단하고 장치 구성에 소요되는 비용이 저렴한 장점이 있으나, 파이프의 종류, 외경 두께 등의 치수 변화에 따라 용접선 검출 능력에 편차가 심하다는 단점이 있었다.
또한, 파이프의 표면에 결함(예: 스크래치)이 존재하거나 오일 등이 묻어 있는 경우 또는 스케일 등의 이물질이 혼입되어 있는 경우에는 검출된 용접선 정보에 오차가 발생할 확률이 높다는 단점이 있었다.
본 발명은 용접선과 파이프의 잔부 영역 간의 명암 차이를 이용하여 용접선의 위치를 정밀하게 검출할 수 있는 파이프 용접선 검출 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 파이프의 외경, 길이, 두께 변화에 따라 용접선 검출 능력에 편차가 발생되지 않는 파이프 용접선 검출 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 파이프의 표면 결함, 이물질 혼입 등에 따라 용접선 검출 능력에 오차가 발생되지 않는 파이프 용접선 검출 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 파이프를 회전시키는 모터의 시간 지연 발생으로 인해 검출된 용접선 정보에 오차가 발생되는 현상을 미연에 차단할 수 있는 파이프 용접선 검출 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제들에 국한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파이프 양단을 길이 방향으로 수평 지지하며 회전시키는 파이프 회전부; 상기 회전하는 파이프에 대향하여 상부에 이격 배치되며, 상기 파이프의 복수 구간에 대한 명암 정보를 획득하는 명암 정보 획득부; 및상기 명암 정보 획득부로부터 입력 받은 명암 정보를 이용하여, 용접선과 상기 파이프 내 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하여 용접선의 위치를 검출하는 용접선 검출 제어부;를 포함하되, 상기 용접선 검출 제어부는 상기 파이프가 복수회 회전할 경우마다 상기 복수의 명암 센서로부터 상기 구간별 명암 정보를 동시 획득하도록 상기 명암 정보 획득부를 제어하며, 상기 명암 정보 획득부로부터 반복하여 획득된 상기 구간별 명암 정보를 통해 상기 파이프 회전부의 시간 지연으로 인한 측정오차를 줄일 수 있는 파이프 용접선 검출 장치를 제공한다.
상기 명암 정보 획득부는, 상기 회전하는 파이프를 대향하여 설정된 간격을 두고 상향 배치된 복수의 명암 센서를 포함하고, 상기 복수의 명암 센서는, 상기 파이프의 전체 길이를 기준으로 하여 선단, 중앙, 후단의 구간으로 구분하여, 상기 구분된 구간마다 적어도 하나씩 배치되어 해당 구간별 명암 정보를 동시에 획득할 수 있다.
삭제
이러한 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치는, 작업베드와, 상기 작업베드의 전후 각각으로부터 수직 상방으로 나란하게 돌출되어, 상기 파이프 회전부를 동일 높이 상에 마주하여 설치 고정시키는 제1지지부재를 포함한다.
또한, 상기 작업베드의 전후 각각으로부터 상기 제1지주부재보다 더 상향으로 나란하게 돌출되는 한 쌍의 제2지지부재와, 상기 제2지지부재 각각의 상단을 가로질러 수평 연결되어 상기 명암 정보 획득부를 설치 고정시키는 센서지지부재를 포함한다.
또한, 상기 작업베드로부터 상기 제1지지부재가 설치된 사이 공간을 통해 상향 돌출되어 상기 파이프 회전부에 의해 수평 지지되어 회전하는 상기 파이프의 외주면을 하부에서 접촉 지지하는 홀더부재를 포함한다.
또한, 상기 작업베드와 상기 홀더부재 사이에 연결되는 승강지지부재와, 상기 승강지지부재를 상하 방향으로 이동시켜 상기 홀더부재에 접촉 지지된 파이프의 높낮이를 조절하는 승강구동부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 하이드로포밍 공정을 위해 절단된 파이프를 수평으로 지지하여 회전시키는 단계; (b) 상기 회전하는 파이프의 전체 길이에 대해 복수의 구간에서 명암 정보를 획득하는 단계; (c) 상기 획득한 명암 정보를 통해 용접선과 상기 파이프의 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하여 판단하는 단계; 및 (d) 상기 판단된 명암 차를 이용하여 상기 파이프 내의 용접선 위치를 검출하는 단계;를 포함하되, 상기 (a), (b), (c) 및 (d) 단계는 복수회 반복 수행되어 상기 파이프를 회전 시 발생되는 모터 타임 딜레이(motor time delay)로 인한 측정오차를 방지하는 것을 더 포함하는 파이프 용접선 검출 방법을 제공한다.
상기 (b) 단계는, 상기 파이프의 전체 길이를 기준으로 하여 선단, 중앙, 후단의 구간으로 구분하여, 상기 구분된 구간별로 명암 정보를 동시에 획득할 수 있다.
삭제
본 발명인 파이프 용접선 검출 장치 및 방법에 따르면, 용접선과 파이프의 잔부 영역 간의 명암 차이를 이용하여 파이프 내 용접선의 위치를 더욱 정밀하게 검출할 수 있다.
특히, 파이프의 외경, 길이 및 두께 변화에 무관하게 일정한 용접선 검출 능력을 발휘할 수 있어 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 파이프에 스크래치 등의 표면결함이나 오일, 물, 스케일 등의 이물질이 혼입되어 있을 경우에도 에디 커런트 센서를 이용할 경우에 비해 오차 발생률이 줄어들어 검출된 용접선 정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 더블 디텍팅 시퀀스(double detecting sequence)를 적용하여 모터의 시간 지연(motor time delay)(예를 들어 10ms ~ 20ms 정도 발생)으로 인해 유발되는 용접선의 위치 오차 발생을 방지할 수 있다. 일 예로서, 파이프의 1회전 시에는 위치 조정을 실시하고, 이어서 파이프의 2회전 시에는 0점 조정을 실시하여 모터의 시간 지연에 따른 오차 발생을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따를 경우 용접선 불량 검출에 따른 조업 장애를 저감할 수 있어, 용접선 불량 검출에 대비하여 전수검사를 일일이 수행할 필요성이 줄어들어 작업자의 업무부하를 경감시킬 수 있으며, 완성품의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치를 간략히 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치를 이용한 명암 정보 획득 작업을 설명하기 위해 도시한 작동상태도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치의 구성 중 용접선 검출 제어부의 기능을 설명하기 위해 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 방법을 간략히 도시한 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 파이프 용접선 검출 장치 및 방법에 관한 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
파이프 용접선 검출 장치의 실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치(100)는 절단된 파이프(P) 양단을 길이 방향으로 수평 지지하며 회전시키는 파이프 회전부(110)와, 상기 회전하는 파이프로부터 용접선을 검출하기 위해 명암 정보를 획득하는 명암 정보 획득부(120)와, 입력 받은 명암 정보를 이용하여 용접선의 위치를 검출하는 용접선 검출 제어부(130)를 포함한다.
하이드로포밍 공정은 파이프 소재의 절단, 그리고 절단된 파이프에 대한 벤딩(bending), 그리고 프리포밍(Preforming), 하이드로포밍(Hydroforming), 레이저 커팅(Laser cutting) 및 세척(Washing) 과정으로 이루어진다.
이때, 파이프 소재를 절단한 다음, 이를 벤딩 처리하기 이전에는 반드시 절단된 파이프의 용접선을 검출하는 작업이 수반된다. 절단된 파이프 내의 용접선의 위치 정보는 프리포밍, 하이드로포밍 등의 공정을 실시할 경우 중요한 정보로 이용되기 때문이다. 만일 검출된 용접선의 위치 정보에 오차가 발생할 경우 최종 완성된 제품은 불량이 될 가능성이 크기 때문이다.
파이프 회전부(110)는 벤딩 공정이 실시되기 전 절단된 파이프의 양단을 수평 방향으로 지지하여 회전시키는 구동부에 해당한다. 파이프는 환형 단면을 가진 부재이므로, 회전을 통해 표면 상에 형성된 용접선을 검출할 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치(100)의 경우, 지면(또는 작업대) 위에 안착되어 위치 고정되는 작업베드(101)를 포함하며, 파이프 회전부(110)는 작업베드(101)의 상부에서 수평 방향으로 파이프를 지지하여 회전시킬 수 있도록 배치되어야 한다.
이를 위해, 작업베드(101)의 전후 각각으로부터 수직 상방으로 제1지지부재(103)가 마련된다.
제1지지부재(103)는 작업베드(101)의 전후 양단에서 상향 돌출된 지주형 부재로서, 서로 마주보는 방향으로 파이프 회전부(110)를 설치시켜 위치를 고정시켜주는 부재이다.
제1지지부재(103)에 의해 작업베드(101)의 상부에서 전후 방향으로 대향 설치된 파이프 회전부(110)는 동일한 높이 상에 수평을 이루며 설치될 수 있다. 이에 따라 파이프 회전부(110) 사이에 양단이 지지되어 회전하는 파이프(P)는 전체 길이 구간을 통해 일정한 설정 높이로 배치될 수 있다.
이는 후술될 명암 정보 획득부(120)를 통해 명암 정보가 파이프(P)의 전체 길이 구간을 통해 동일 조건에서 획득될 수 있게 해주기 위함이다.
파이프 회전부(110)는 용접선 검출 제어부(130)에서 지령된 제어신호(C1)를 전달 받아 구동이 제어되는 모터(111)와, 상기 모터(111)의 출측에 구비되어 출력을 피드백하거나 조정해주는 회전검출유닛(113)의 세부 구성을 포함한다.
여기서 모터(111)는 특정 종류에 한정될 필요가 없으며, 용접선 검출 제어부(130)에 의해 전기적으로 제어될 수 있는 관용의 모터라면 어떤 것이든지 이용 가능하다. 다만, 제1지지부재(103)를 통해 서로 마주하여 배치된 한 쌍의 모터(111)는 서로 연동하여 동일한 회전 방향 및 회전 속도로 구동되는 것이 좋다.
명암 정보 획득부(120)는 파이프 회전부(110)에 의해 길이 방향으로 수평 지지되어 회전하는 파이프(P)에 대향하여 이의 상부에 이격 배치되는 센서 구성이다.
이를 통해, 파이프(P) 내의 용접선(Ps)의 위치 정보를 검출할 때 필요한 명암 정보를 획득한다.
명암 정보 획득부(120)는 제2지지부재(105) 각각의 상단을 가로질러 수평 연결되는 센서지지부재(106)를 통해 설치 고정된다.
제2지지부재(105)는 작업베드(101)의 전후 각각으로부터 제1지지부재(103)보다 더 상향으로 나란하게 돌출되는 지주형 부재이다.
도 1에 도시된 실시예에 따르면, 상기 제2지지부재(105)가 제1지지부재(103)보다 안쪽으로 입설 된 모습을 확인할 수 있는데 이는 바람직한 예시적인 형태일 뿐 이와 다른 실시 형태를 가져도 무방하다.
센서지지부재(106)는 작업베드(101)의 전후 각각으로부터 상향 돌출된 한 쌍의 제2지지부재(105) 각각의 상단을 횡단하여 수평 연결되는 거더(girder)형 부재이다.
명암 정보 획득부(120)는 상기 센서지지부재(106)에 의해 설치 고정된다. 그 구체적인 예로서, 도시된 바와 같이 복수의 명암 센서(120a, 120b, 120c)가 센서지지부재(106)의 하면을 따라 설정된 간격을 두고 나란히 설치될 수 있다.
이와 다른 실시 형태로서 센서지지부재(106)를 수직 하방으로 관통 삽입되어 파이프(P) 쪽을 향해 설치 고정될 수 있다.
도시된 실시예에서는, 복수의 명암 센서, 즉 3개의 명암 센서(120a, 120b, 120c)가 파이프(P)의 전체 길이를 선단(즉, 전방), 중앙, 후단(즉, 후방)으로 나누어 각 구간별로 하나씩 설치된다.
이들 3개의 명암 센서(120a, 120b, 120c)는 파이프(P)의 상방으로 동일한 높이 상에 설치된다. 그리고 파이프 회전부(110)의 구동에 따라 수평 지지된 파이프(P)가 회전할 경우, 3개의 명암 센서(120a, 120b, 120c)는 각각 감지할 수 있는 센싱 범위 내에서 해당 구간 별로 명암 정보를 동시에 획득한다.
이러한 명암 정보 획득부(120)의 작동 관계는 관련 도면인 도 2를 참조하여 상술하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치를 이용한 명암 정보 획득 작업을 설명하기 위해 도시한 작동상태도 이다.
도시된 바와 같이, 파이프(P)는 파이프 회전부(도 1의 도면부호 110)에 의해 양단이 수평 지지된 상태로 회전을 한다.
이때, 상기 회전하는 파이프(P)의 상부에서 동일한 높이 h만큼 거리를 두고 명암 정보 획득부(120)(즉, 3개의 명암 센서(120a, 120b, 120c))가 배치된다. 상기 3개의 명암 센서(120a, 120b, 120c)는 파이프(P)의 전체 길이를 일정 구간 별로 구획하여 선단 구간(L1), 중앙 구간(L2), 후단 구간(L3)로 나누어 배치된다.
다시 말해서, 제1 명암 센서(120a)는 선단 구간(L1)을 센싱 범위로 하여 그 상부에 배치되며, 제2 명암 센서(120b)는 중앙 구간(L2)을 센싱 범위로 하여 그 상부에 배치되며, 제 3 명암 센서(120c)는 후단 구간(L3)을 센싱 범위로 하여 그 상부에 배치된다.
이와 같은 형태로 배치된 3개의 명암 센서(120a, 120b, 120c)는 파이프(P)가 전체적으로 회전할 때, 각각의 센싱 범위에 해당하는 명암 정보를 획득한다.
즉, 제1 명암 센서(120a)는 선단 구간(L1)에 해당하는 명암 정보인 "L1-I"를, 제1 명암 센서(120b)는 중앙 구간(L2)에 해당하는 명암 정보인 "L2-I"를, 제3 명암 센서(120c)는 후단 구간(L3)에 해당하는 명암 정보인 "L3-I"를 획득한다.
그리고 각각의 명암 센서로부터 획득된 3개의 명암 정보는 도 2에 도시된 바와 같이 용접선(Ps)과 그 외의 파이프(P) 내 잔부 영역(즉, 용접선이 없는 파이프 영역) 간의 명암으로 대비될 수 있다. 이러한 전체적인 명암 정보는 용접선 검출 제어부(130)로 전송된다.
다시 도 1을 참조하며 용접선 검출 제어부(130)에 관하여 살펴보기로 한다.
용접선 검출 제어부(130)는 명암 정보 획득부(120)로부터 입력 받은 명암 정보를 이용하여, 용접선과 파이프 내 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하여 용접선의 위치를 검출한다.
또한, 상기 용접선 검출 제어부(130)는 전술한 파이프 회전부(110) 내의 모터(111)의 구동을 위해 필요한 제어신호(C1)를 인가하는 역할도 담당한다.
특히, 용접선 검출 제어부(130)는 파이프(P)가 복수회 회전할 경우마다 상기 명암 정보 획득부(120)로부터 해당 구간별 명암 정보(즉, L1-I, L2-I, L3-I)를 동시 획득하도록 제어한다.
바람직한 하나의 예로서, 파이프 회전부(110)에 의해 파이프(P)가 1회전하였을 때 명암 정보 획득부(120)로부터 입력 된 명암 정보를 이용하여 위치 조정을 실시하며, 파이프(P)가 2회전하였을 때 명암 정보 획득부(120)로부터 입력 된 명암 정보를 이용하여 영점 조정을 실시한다. 이에 따라 모터(111)의 시간 지연(즉, motor time delay)에 기인하여 발생될 수 있는 측정오차를 줄여줄 수 있다. 이를 더블 디텍팅 시퀀스(double detecting sequence)라 지칭한다.
파이프(P)의 회전에 필요한 회전력을 직접적으로 전달해주는 모터(111)의 경우 일반적으로 회전 관성이 있으므로, 파이프(P)의 회전과 동시에 용접선의 위치를 검출하는 작업을 일회만 실시할 경우 모터(111)의 제어에 있어 시간 지연이 발생된다. 그리고 이 경우 검출된 용접선(Ps)의 위치 정보에는 측정오차가 포함될 수 있다. 용접선 검출 제어부(130)의 전술한 기능적 구성은 이러한 측정오차 발생을 방지하기 위한 것이다.
그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치의 구성 중 용접선 검출 제어부의 기능을 설명하기 위해 도시한 블록도 이다.
도 3을 참조하면, 도시된 용접선 검출 제어부(130)는 전술된 명암 정보 획득부(도 1의 도면부호 120)로부터 전달 받은 3개 구간에 대한 명암 정보(즉, L1-I, L2-I, L3-I)를 이용하여 파이프 전체 길이를 통해 용접선이 위치 정보를 검출한다.
이렇게 검출된 용접선의 위치 정보는 이후 공정인 벤딩, 프리포밍, 하이드로포밍 공정을 관리하는 공정 제어부(140) 쪽으로 전달된다. 공정 제어부(140)는 그 세부 구성으로서 벤딩공정 PLC(Programmable Logic Controller)(141)를 포함할 수 있으며, 이에 더하여 하이드로포밍공정의 MLC(143) 및 하이드로포밍 BC(145) 등을 포함할 수 있다. 상기의 PLC, MLC, BC의 개념은 관용적으로 주지된 기술에 해당하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 실시예에서의 용접선 검출 제어부(130)에 의하면 용접선 검출 관련 데이터를 통합적으로 관리할 수 있으며, 이는 제품 결함을 야기한 근본적인 원인을 추적할 수 있도록 해준다. 아울러 하이드로포밍 제품 품질의 신뢰성을 확보할 수 있도록 해준다.
다시 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 장치(100)에 포함되는 홀더부재(107), 승강지지부재(108) 및 승강구동부(109)에 관하여 살펴보기로 한다.
홀더부재(107)는 파이프 회전부(110)에 의해 양단이 수평 지지되어 회전하는 파이프(P)의 외주면을 하부에서 접촉 지지하는 구성이다. 특히, 작업베드(101)로부터 제1지지부재(103)가 설치된 사이 공간 쪽으로 상향 돌출되어 파이프(P)의 외주면을 떠받치는 형태로 구비된다. 별도로 확대하여 도시하진 않았으나, 파이프(P)의 외주면 하단부를 U 자 형상으로 접촉 파지하는 형상을 가질 수도 있으며, 그 외에도 다양한 형상으로 파이프(P)를 지지해 줄 수 있다.
그리고 작업베드(101)와 상기 홀더부재(107) 사이에는 승강지지부재(108)가 연결될 수 있다. 특히 도 1을 통해 나타난 승강지지부재(108)의 형상은 단순히 막대 형태로 이루어져 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명을 제한하지 않는다. 즉, 작업베드(101) 내부에서 격자 형상을 이루어 구조적으로 더 보강된 형태를 취할 수 있다.
승강지지부재(108)의 하단에는 승강구동부(109)가 연결된다. 승강구동부(109)는 앞서 설명한 파이프 회전부의 모터(111)와 같이 용접선 검출 제어부(130)로부터 인가된 제어신호(C2)에 의해 상기 승강지지부재(108)를 승강 구동시키는 구성이다.
즉, 상기 승강구동부(109)는 전기적으로 회전되는 모터를 이용할 수 있는데, 승강구동부(109)로부터 출력된 회전력이 상기 승강지지부재(108)를 상하 방향으로 직선 이동시키는 구성은 관용적인 것에 해당하므로 구체적인 설명은 생략한다. 일 예로서, 회전력을 직선이동에 이용하는 경우로 잘 알려진 볼 스크루의 메커니즘을 그대로 이용하여도 무방하다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 용접선(Ps)과 파이프(P)의 잔부 영역 간의 명암 차이를 이용하여 용접선의 위치를 정밀하게 검출한다.
이러한 명암 차이를 이용하는 방식의 경우, 파이프의 외경, 길이 및 두께 변화에 무관하게 양호한 계측 성능을 발휘할 수 있다. 또한, 벤딩 전에 절단된 파이프의 경우 외주면을 통해 오일 등이 묻혀 있는 것이 일반적인데, 이러한 경우에도 에디 커런트 센서를 이용하는 경우에 비해 측정 성능을 높일 수 있다.
파이프 용접선 검출 방법의 실시예
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 용접선 검출 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
하이드로포밍 공정은 파이프 소재의 절단, 그리고 절단된 파이프에 대한 벤딩(bending), 그리고 프리포밍(Preforming), 하이드로포밍(Hydroforming), 레이저 커팅(Laser cutting) 등의 과정으로 이루어진다. 여기서 설명될 파이프 용접선 검출 방법의 실시예는 절단된 파이프를 벤딩 처리하기 이전에 수행되는 과정으로서, 파이프 내의 용접선의 위치 정보에 오차가 발생되는 것을 방지해주기 위한 것이다.
파이프 수평 지지 및 회전 단계( S100 )
본 단계는 하이드로포밍 공정, 더 구체적으로는 절단된 파이프에 대한 벤딩작업에 앞서 파이프 내의 용접선 위치를 검출하기 위하여 준비된 파이프를 수평으로 지지하여 회전시키는 단계이다.
앞서 도 1을 통해 설명하였듯이 파이프 회전부(도 1의 도면부호 110)를 통해 파이프 양단을 수평으로 지지시켜 회전시킨다.
명암 정보 획득 단계(S200)
본 단계는 회전하는 파이프의 전체 길이에 대해 복수의 구간에서 명암 정보를 획득하는 단계이다.
이 단계에서 명암 정보를 획득하는 복수의 구간은 파이프의 전체 길이를 기준으로 하여 선단, 중앙, 후단의 3 구간이 될 수 있으며, 각각의 구간별로 적어도 하나의 명암 센서를 배치하여 동시에 명암 정보를 획득하도록 한다. 이때, 각각의 구간별로 배치된 명암 센서는 파이프로부터 동일한 높이를 가질 수 있도록 배치될 수 있다.
명암 차 비교 단계(S300)
본 단계는 이전 단계에서 획득한 명암 정보를 통해 용접선과 상기 파이프의 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하여 판단하는 단계이다.
즉, 이전 단계에서 획득한 명암 정보를 통해 용접선이 존재하는 영역과 그 외의 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하는 단계로서, 용접선이 존재하는 영역과 나머지 파이프 영역 간에는 엄밀하게 색상이 구분된다. 이를 통해 각각의 영역에서의 명암 차를 비교 판단한다.
파이프 내의 용접선 위치 검출 단계(S400)
본 단계는 이전 단계에서의 명암 차 비교를 통해 파이프 내의 용접선 위치를 검출하는 단계이다.
한편, 전술된 본 실시예의 전 단계(즉, S100, S200, S300, S400)은 복수회로 반복 수행될 수 있다. 이로써, 파이프를 회전 구동시키는 파이프 회전부(더 구체적으로는 모터)의 시간 지연으로 인한 측정 오차 발생을 방지해 줄 수 있다.
일 예로서, 앞서 도 1을 통해 언급한 바 있는 Double Detecting Sequence를 적용할 수 있는데, 파이프의 1회전 시 위치 조정을 실시하고, 이어서 파이프의 2회전 시 영점 조정을 실시해 줄 수 있다. 이를 통해, 모터 타임 딜레이(motor time delay)에 기인하여 발생 가능한 측정오차를 줄여줄 수 있다. 해당 설명은 앞서 파이프 용접선 검출 장치의 실시예를 설명할 때 다루었기 때문에 여기서는 간략히 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명인 파이프 용접선 검출 장치 및 방법에 따르면, 용접선과 파이프의 잔부 영역 간의 명암 차이를 이용하여 파이프 내 용접선의 위치를 더욱 정밀하게 검출할 수 있다.
특히, 파이프의 외경, 길이 및 두께 변화에 무관하게 일정한 용접선 검출 능력을 발휘할 수 있어 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 파이프에 스크래치 등의 표면결함이나 오일, 물, 스케일 등의 이물질이 혼입되어 있을 경우에도 에디 커런트 센서를 이용할 경우에 비해 오차 발생률이 줄어들어 검출된 용접선 정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 더블 디텍팅 시퀀스(double detecting sequence)를 적용하여 모터의 시간 지연(motor time delay)(예를 들어 10ms ~ 20ms 정도 발생)으로 인해 유발되는 용접선의 위치 오차 발생을 방지할 수 있다. 더블 디텍팅 시퀀스의 일 예로서, 파이프의 1회전 시에는 위치 조정을 실시하고, 이어서 파이프의 2회전 시에는 영점 조정을 실시하여 모터의 시간 지연에 따른 오차 발생을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따를 경우 용접선 불량 검출에 따른 조업 장애를 저감할 수 있어, 용접선 불량 검출에 대비하여 전수검사를 일일이 수행할 필요성이 줄어들어 작업자의 업무부하를 경감시킬 수 있으며, 완성품의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명인 파이프 용접선 검출 장치 및 방법의 바람직한 실시예들에 관하여 살펴보았다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
P: 파이프
Ps: 용접선
100: 파이프 용접선 검출 장치
101: 작업베드 103: 제1지지부재
105: 제2지지부재 106: 센서지지부재
107: 홀더부재 108: 승강지지부재
109: 승강구동부
110: 파이프 회전부
111: 모터 113: 회전검출유닛
120: 명암 정보 획득부
120a, 120b, 120c: 명암 센서
130: 용접선 검출 제어부
140: 공정 제어부
141: 벤딩공정 PLC 143: 하이드로포밍공정 MLC
145: 하이드로포밍공정 BC

Claims (10)

  1. 파이프 양단을 길이 방향으로 수평 지지하며 회전시키는 파이프 회전부;
    상기 회전하는 파이프에 대향하여 상부에 이격 배치되며, 상기 파이프의 복수 구간에 대한 명암 정보를 획득하는 명암 정보 획득부; 및
    상기 명암 정보 획득부로부터 입력 받은 명암 정보를 이용하여, 용접선과 상기 파이프 내 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하여 용접선의 위치를 검출하는 용접선 검출 제어부;를 포함하되,
    상기 용접선 검출 제어부는, 상기 파이프가 복수회 회전할 경우마다 상기 복수의 명암 센서로부터 상기 구간별 명암 정보를 동시 획득하도록 상기 명암 정보 획득부를 제어하며, 상기 명암 정보 획득부로부터 반복하여 획득된 상기 구간별 명암 정보를 통해 상기 파이프 회전부의 시간 지연으로 인한 측정오차를 줄일 수 있는 것을 더 포함하는 파이프 용접선 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 명암 정보 획득부는,
    상기 회전하는 파이프를 대향하여 설정된 간격을 두고 상향 배치된 복수의 명암 센서를 포함하고,
    상기 복수의 명암 센서는,
    상기 파이프의 전체 길이를 기준으로 하여 선단, 중앙, 후단의 구간으로 구분하여, 상기 구분된 구간마다 적어도 하나씩 배치되어 해당 구간별 명암 정보를 동시에 획득하는 파이프 용접선 검출 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    작업베드와,
    상기 작업베드의 전후 각각으로부터 수직 상방으로 나란하게 돌출되어, 상기 파이프 회전부를 동일 높이 상에 마주하여 설치 고정시키는 제1지지부재를 포함하는 파이프 용접선 검출 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 작업베드의 전후 각각으로부터 상기 제1지주부재보다 더 상향으로 나란하게 돌출되는 한 쌍의 제2지지부재와,
    상기 제2지지부재 각각의 상단을 가로질러 수평 연결되어 상기 명암 정보 획득부를 설치 고정시키는 센서지지부재를 포함하는 파이프 용접선 검출 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 작업베드로부터 상기 제1지지부재가 설치된 사이 공간을 통해 상향 돌출되어 상기 파이프 회전부에 의해 수평 지지되어 회전하는 상기 파이프의 외주면을 하부에서 접촉 지지하는 홀더부재를 포함하는 파이프 용접선 검출 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 작업베드와 홀더부재 사이에 연결되는 승강지지부재와,
    상기 승강지지부재를 상하 방향으로 이동시켜 상기 홀더부재에 접촉 지지된 파이프의 높낮이를 조절하는 승강구동부를 포함하는 파이프 용접선 검출 장치.
  8. (a) 하이드로포밍 공정을 위해 절단된 파이프를 수평으로 지지하여 회전시키는 단계;
    (b) 상기 회전하는 파이프의 전체 길이에 대해 복수의 구간에서 명암 정보를 획득하는 단계;
    (c) 상기 획득한 명암 정보를 통해 용접선과 상기 파이프의 잔부 영역 간의 명암 차를 비교하여 판단하는 단계; 및
    (d) 상기 판단된 명암 차를 이용하여 상기 파이프 내의 용접선 위치를 검출하는 단계;를 포함하되,
    상기 (a), (b), (c) 및 (d) 단계는 복수회 반복 수행되어 상기 파이프를 회전 시 발생되는 모터 타임 딜레이(motor time delay)로 인한 측정오차를 방지하는 것을 더 포함하는 파이프 용접선 검출 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 파이프의 전체 길이를 기준으로 하여 선단, 중앙, 후단의 구간으로 구분하여, 상기 구분된 구간별로 명암 정보를 동시에 획득하는 파이프 용접선 검출 방법.
  10. 삭제
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