KR101449206B1

KR101449206B1 - 용접용 와이어 송급장치

Info

Publication number: KR101449206B1
Application number: KR1020120154683A
Authority: KR
Inventors: 김정현; 허주호; 양종수; 윤훈성; 이재범; 김진우
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-10-08
Also published as: KR20140084800A

Abstract

본 발명은 푸쉬 피더 및 풀 피더 사이를 송급튜브로 연결시켜 와이어를 공급하는 용접용 와이어 송급장치로서, 상기 푸쉬 피더 및 풀 피더 각각은 송급모터의 회전력을 공급받아 와이어를 용접부까지 이송시켜 주는 송급롤러; 및 상기 송급롤러와의 사이에 와이어가 접촉되도록 가압한 상태로 회전하면서 와이어 이송 속도와 비례하여 회전하는 가압롤러를 포함하고, 상기 각 가압롤러에는 회전속도를 측정하기 위한 회전속도 감지장치가 설치되며, 상기 회전속도 감지장치에서 측정된 값을 이용해 제어부에서 와이어의 송급속도를 계산하고, 상기 와이어의 송급속도를 제어부에서 모니터링하여 설정한 값이 유지되도록 송급모터의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명은 균일한 용접 전류를 유지할 수 있으며 용접 품질 또한 향상 시킬 수 있고, 용접 중 슬립이 과도하게 발생할 경우 용접을 자동 정지시켜, 불안정한 아크에 의한 용접 결함을 방지하고, 와이어의 마모 등에 의한 송급튜브 내에서의 와이어 걸림을 방지하여 와이어 교체를 위한 불필요한 시수를 절감하는 효과를 갖는다.

Description

용접용 와이어 송급장치{Welding wire feeding machine}

본 발명은 송급성을 향상시킨 푸쉬-풀 방식의 와이어 송급장치에 관한 것으로써, 와이어 송급장치의 와이어 송급속도를 모니터링하여 각각의 송급속도를 원하는 설정한 값과 동일하게 제어되도록 하는 용접용 와이어 송급장치에 관한 것이다.

일반적으로 와이어 송급장치는 와이어를 스풀 또는 릴에서 뽑아 토치 케이블을 통해 용접부까지 설정된 속도로 공급하는 장치이다.

이와 같은 와이어 송급장치는 크게 송급모터, 감속장치, 송급기구, 송급속도 제어 장치로 구성되어 있다.

상기 송급기구는 가압롤러(상단)와 송급롤러(하단)가 각각 한 개씩 맞물려 그 사이에 와이어를 통과시키는 구조로서, 가압롤러와 송급롤러가 1조를 이루게 되며, 공급되는 와이어가 연질의 와이어일 경우, 2조로 된 가압롤러와 송급롤러 사이를 와이어가 통과되도록 할 수 있다.

그리고, 와이어 송급방식은 송급장치의 배치에 따라 다양한 형태로 나눌 수 있다. 그 중 푸쉬-풀 방식은 와이어 스풀과 용접 토치와의 중간에 추가의 송급장치를 부착하는 방식으로 송급튜브가 매우 긴 경우에 사용된다.

이러한 푸쉬-풀 와이어 송급장치는 용접사의 작업 반경을 증가시킬 뿐만 아니라 작업 시 와이어 스풀을 별도로 들고 다닐 필요가 없어 생산효율을 향상시키는 효과가 있어 대형의 선박을 생산하는 조선소에 주로 적용되고 있다.

이때, 푸쉬-풀 방식에서는 일반적으로 푸쉬 와이어 피더와 풀 와이어 피더 사이에 20~25m 가량의 송급튜브을 사용하게 되어 싱글 와이어 파딩 장치에 비해 마찰 저항을 더욱 많이 받게 된다.

특히, 송급튜브가 꺾이거나 원형으로 감겨 있을 경우 마찰 저항은 더욱 심해지게 되는데, 이럴 경우 송급이 원활하게 이루지 지지 않게 되며 심할 경우, 슬립에 의해 와이어가 변형되어 송급튜브 내에 걸려 송급이 불가능 하게 되는 경우도 발생하게 된다.

이에 푸쉬-풀 와이어 송급장치의 원활한 송급을 위해 송급모터의 감속비율을 다르게 설정하여 송급성능을 강화하기도 한다. 송급튜브 내부에서의 마찰력으로 인해 발생하는 속도 저하를 감쇄하기 위해 일반적으로, 감속 비율을 조정하여 풀 송급모터 회전속도를 푸쉬 송급모터의 회전속도보다 다소 빠르게 설정하는 것이다.

하지만, 이런 경우, 푸쉬 또는 풀 와이어 피더의 송급롤러에서는 불 규칙적으로 슬립이 발생 할 수 밖에 없으며, 실제 와이어 송급속도는 설정 값과 차이가 발생하게 되어 용접 품질에 악영향을 끼치게 된다.

뿐만 아니라, 송급튜브의 길이 및 꼬여 있는 정도에 따라 마찰 저항이 달라지게 되어 고정 감속 비율을 이용한 푸쉬-풀 피더간 속도 차이에 의한 송급성 향상에 제한이 따르게 되는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 와이어 송급롤러의 개수를 증가시켜 와이어와 송급롤러 사이의 마찰력을 증가시켜 송급력을 강화시키는 방식과 송급모터의 송급속도를 피드백 제어함으로써 정속성을 강화 시키는 등의 방법을 시도한 사례가 있으나 근본적인 문제점을 해결하진 못하고 있는 실정이다.

상기 방법들은 와이어 송급모터 및 송급롤러의 성능을 개선한 방식으로 와이어 송급불량 시 와이어와 송급롤러 사이에서 발생하는 슬립으로 인해 송급롤러의 회전속도와 실제 와이어의 공급 속도는 차이가 발생하게 된다.

이러한 속도 차이는 기존의 방식으로는 측정 및 예측 할 수 없기 때문에 실제 용접 시 와이어의 슬립이 발생할 경우 슬립으로 인한 송급속도 변화량을 보상해 줄 수 없으므로 와이어를 정속으로 공급하는 것이 불가능한 문제가 있었다.

대한민국특허출원 제10-2008-0112216호, 제10-2004-0034736호

종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 푸쉬 피더 및 풀 피더의 가압롤러에 회전속도 감지장치를 구비하여 푸쉬 피더 및 풀 피더의 송급롤러 회전속도와 비교하여 와이어의 송급속도가 일정하게 유지되도록 하는 용접용 와이어 송급장치를 제공함에 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 푸쉬 피더 및 풀 피더 사이를 송급튜브로 연결시켜 와이어를 공급하는 용접용 와이어 송급장치로서, 상기 푸쉬 피더 및 풀 피더 각각은 송급모터의 회전력을 공급받아 와이어를 용접부까지 이송시켜 주는 송급롤러; 및 상기 송급롤러와의 사이에 와이어가 접촉되도록 가압한 상태로 회전하면서 와이어 이송 속도와 비례하여 회전하는 가압롤러를 포함하고, 상기 각 가압롤러에는 회전속도를 측정하기 위한 회전속도 감지장치가 설치되며, 상기 회전속도 감지장치에서 측정된 값을 이용해 제어부에서 와이어의 송급속도를 계산하고, 상기 와이어의 송급속도를 제어부에서 모니터링하여 설정한 값이 유지되도록 송급모터의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어 송급장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 푸쉬 피더 측 송급롤러의 회전속도를 V1, 가압롤러의 회전속도를 V2라 하고, 풀 피더 측 송급롤러의 회전속도를 V4, 가압롤러의 회전속도를 V5, 와이어 송급속도를 V3라 할 때, V4 ≥ V2 = V3 = V5 ≥ V1 의 관계식이 성립되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 용접 중 와이어 송급모터의 회전속도와 실제 와이어 송급속도를 실시간으로 감지하여 이를 비교함으로써 와이어의 슬립량을 계산하되, 와이어의 과도한 슬립으로 인해 원활한 와이어 송급이 불가능 한 경우로 판단되면, 용접을 자동으로 정지시키고 작업자에게 장비의 상태 점검을 경고하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전속도 감지장치는 푸쉬 피더, 풀 피더 및 송급튜브의 와이어 송급라인 중 임의의 위치에 설치되어 와이어의 이송속도를 감지하는 장치인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 푸쉬 피더 및 풀 피더의 가압롤러에 회전속도 감지장치를 구비하여 푸쉬 피더 및 풀 피더의 송급롤러 회전속도와 비교하여 와이어의 송급속도가 일정하게 유지되도록 하는 용접용 와이어 송급장치를 제공함으로써, 균일한 용접 전류를 유지할 수 있으며 용접 품질 또한 향상 시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 용접 중 슬립이 과도하게 발생할 경우 용접을 자동 정지시켜, 불안정한 아크에 의한 용접 결함을 방지하고, 와이어의 마모 등에 의한 송급튜브 내에서의 와이어 걸림을 방지하여 와이어 교체를 위한 불필요한 시수를 절감하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 푸쉬-풀 피더 타입의 용접용 와이어 송급장치를 도시한 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 회전속도 감지장치 및 송급모터 설치구조를 도시한 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 푸쉬-풀 피더 타입의 용접용 와이어 송급 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 푸쉬-풀 피더 타입의 용접용 와이어 송급장치를 도시한 개념도로서, 도 1을 참조하면, 푸쉬 피더(110) 및 풀 피더(120) 사이를 송급튜브(130)로 연결시켜 와이어(W)를 공급하는 용접용 와이어 송급장치가 개시된다.

도 2는 본 발명에 따른 회전속도 감지장치 및 송급모터 설치구조를 도시한 측면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 푸쉬 피더(110) 및 풀 피더(120) 각각은 송급모터(112,122)의 회전력을 공급받아 와이어(W)를 용접부까지 이송시켜 주는 송급롤러(111,121) 및 상기 송급롤러(111,121)와의 사이에 와이어(W)가 접촉되도록 가압한 상태로 회전하면서 와이어(W) 이송 속도와 비례하여 회전하는 가압롤러(113,123)를 포함한다.

이때, 상기 각 가압롤러(113,123)에는 회전속도를 측정하기 위한 회전속도 감지장치(114,124)가 설치된다.

이때, 상기 회전속도 감지장치(114,124)는 결과적으로 와이어(W)의 이송속도를 검출하기 위한 것으로서, 푸쉬 피더(110), 풀 피더(120) 및 송급튜브(130)의 와이어(W) 송급라인 중 임의의 위치에 설치되어 와이어의 이송속도를 감지하는 장치로 대체될 수도 있다.

그리고, 상기 푸쉬 피더(110) 및 풀 피더(120)는 제어부(140)에 의해 와이어 송급속도가 제어된다.

상기 제어부(140)는 상기 회전속도 감지장치(114,124)에서 측정된 값을 이용해 와이어(W)의 송급속도를 계산하고, 상기 와이어(W)의 송급속도를 모니터링하여 설정한 값이 유지되도록 송급모터(112,122)의 회전수를 제어하게 된다.

또한, 상기 제어부(140)는 용접 중 와이어 송급모터(112,122)의 회전속도와 실제 와이어 송급속도를 실시간으로 감지하여 이를 비교함으로써 와이어(W)의 슬립량을 계산하되, 와이어(W)의 과도한 슬립으로 인해 원활한 와이어 송급이 불가능 한 경우로 판단되면, 용접을 자동으로 정지시키고 작업자에게 장비의 상태 점검을 경고하게 된다.

이때, 경고방식으로는 경고등, 알람음이 이용될 수 있다.

그리고, 상기한 본 발명은 푸쉬 피더(110) 측 송급롤러(111)의 회전속도를 V1, 가압롤러(113)의 회전속도를 V2라 하고, 풀 피더(120) 측 송급롤러(121)의 회전속도를 V4, 가압롤러(123)의 회전속도를 V5, 와이어 송급속도를 V3라 할 때, V4 ≥ V2 = V3 = V5 ≥ V1의 관계식이 성립될 수 있다.

예컨대, 실제 와이어 송급속도(V3=V2=V5)가 푸쉬 피더(110) 측의 와이어 송급속도 이하로 떨어지는 경우, 경고수단을 발생하는 것이다.

또한, 실제 와이어 송급속도가 V2≠V3≠V5인 경우에도 송급 불량상태로 판단하여 경고수단을 발생시키거나 용접장치의 작동을 중지시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 V1~V5의 속도차이 또는 V2, V3, V5 각각의 속도 표준 편차가 설정 제한값 이상으로 발생 시 경고수단을 발생시키거나 용접장치의 작동을 중지시키도록 할 수 있다.

이하, 본 발명의 푸쉬-풀 피더 와이어 송급장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 푸쉬-풀 피더 타입의 용접용 와이어 송급 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 먼저, 푸쉬 피더(110)의 송급롤러(111)가 설정 전류에 대응되는 회전속도(V1)로 회전하면서 와이어(W)를 송급하게 된다.

이때, 와이어(W)의 송급이 시작되면 와이어 송급속도와 동일하게 각각의 가압롤러(113)가 회전하게 된다. 이때, 가압롤러(113)의 회전속도(V2)와 와이어 송급속도가 동일하고, 송급롤러(111)의 회전속도(V1)가 가압롤러(113)의 회전속도(V2)보다 높게 설정될 수 있다.

이후, 푸쉬 피더(110)를 통과한 와이어(W)는 송급튜브(130)를 지나 풀 피더(120)로 송급된다. 이때, 와이어(W)는 송급롤러(121)의 회전력에 의해 계속해서 진행하게 되며, 이때, 상기 송급롤러(121)의 와이어(W) 송급이 시작되면, 이와 맞물려진 가압롤러(123)의 회전이 이루어지게 된다.

이때, 가압롤러(123)의 회전속도(V5)와 와이어 송급속도(V3)가 동일하고, 송급롤러(121)의 회전속도(V4)가 가압롤러(123)의 회전속도(V5)보다 높게 설정될 수 있다.

이때, 풀 피더(120)의 송급롤러(121)의 회전속도(V4)는 푸쉬 피더(110)의 송급롤러(111)의 회전속도(V1)보다 높게 설정될 수 있다.

이처럼, 풀 피더(120)의 송급롤러(121)의 회전속도(V4)를 푸쉬 피더(110)의 송급롤러(111)의 회전속도(V1)보다 높게 설정하는 이유는 와이어(W)가 송급튜브(130)를 통과하는 과정에서 마찰저항에 의해 감소된 와이어 송급력을 보상하기 위함이다.

이와 같은 본 발명은 푸쉬-풀 와이어 송급모터(112,122)의 회전수와 함께 가압롤러(113,123) 측의 회전수를 회전속도 감지장치(114,124)를 통해 측정하여 비교함으로써, 실제 와이어(W)의 송급속도를 알 수 있게 된다.

그리고, 측정된 실제 와이어 송급속도를 설정값과 비교하여 피드백 제어를 함으로써, 균일한 와이어 송급속도를 유지할 수 있게 된다.

예컨대, 송급롤러(111,121)는 와이어 송급모터(112,122)의 회전속도에 비례하여 회전한다.

그리고, 와이어(W)는 송급튜브(130)와의 마찰력 등에 의해 송급롤러(111,121)와 슬립이 발생하여 다소 저하된 속도로 이송되게 된다.

하지만, 가압롤러(113,123)는 가압력을 제외한 외부 힘이 작용하지 않기 때문에 와이어 송급속도와 비례하는 회전속도를 가지게 된다.

즉, 송급롤러(111,121)의 회전수를 측정하여 와이어 송급속도를 정확히 알 수 있는 것이다.

상기 방법으로 획득한 와이어 송급모터(112,122) 회전속도와 와이어 송급속도를 비교하여 와이어(W)의 슬립량을 실시간 계산하고 풀 피더(120)의 송급모터(112,122) 속도를 제어함으로써 와이어(W)의 슬립량이 최소화 되도록 한다.

또한, 용접 중 와이어 송급모터(112,122)의 회전속도와 실제 와이어 송급속도를 실시간으로 감지하여 비교함으로써, 와이어(W)의 슬립량을 계산하며 보상하게 된다.

이때, 송급튜브(130)가 심하게 꼬여 있거나 스프링 라이너 등의 송급튜브(130) 관련 부품의 수명이 다하여 원활한 와이어 송급이 불가능 한 경우 즉, 와이어(W) 슬립이 과도하게 발생하는 것으로 판단되면, 용접을 자동으로 정지시키게 된다.

이때, 용접을 정지시키는 동시에 경고등을 점등시켜, 작업자에게 장비의 상태 점검 필요성을 자동으로 알림으로써, 불안정한 아크에 의한 용접 결함을 방지하고, 와이어(W)의 마모 등에 의한 송급튜브(130) 내에서의 와이어(W) 걸림을 방지하여 와이어(W) 교체를 위한 불필요한 시수를 절감 할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 푸쉬 피더 및 풀 피더의 가압롤러에 회전속도 감지장치를 구비하여 푸쉬 피더 및 풀 피더의 송급롤러 회전속도와 비교하여 와이어의 송급속도가 일정하게 유지되도록 하는 용접용 와이어 송급장치를 제공함으로써, 균일한 용접 전류를 유지할 수 있으며 용접 품질 또한 향상 시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

110: 푸쉬 피더
111: 송급롤러
112: 송급모터
113: 가압롤러
114: 회전속도 감지장치
120: 풀 피더
121: 송급롤러
122: 송급모터
123: 가압롤러
124: 회전속도 감지장치
130: 송급튜브
140: 제어부
W: 와이어

Claims

푸쉬 피더(110) 및 풀 피더(120) 사이를 송급튜브(130)로 연결시켜 와이어(W)를 공급하는 용접용 와이어 송급장치로서, 상기 푸쉬 피더(110) 및 풀 피더(120) 각각은 송급모터(112,122)의 회전력을 공급받아 와이어(W)를 용접부까지 이송시켜 주는 송급롤러(111,121); 및 상기 송급롤러(111,121)와의 사이에 와이어(W)가 접촉되도록 가압한 상태로 회전하면서 와이어(W) 이송 속도와 비례하여 회전하는 가압롤러(113,123)를 포함하고,
상기 각 가압롤러(113,123)에는 회전속도를 측정하기 위한 회전속도 감지장치(114,124)가 설치되며, 상기 회전속도 감지장치(114,124)에서 측정된 값을 이용해 제어부(140)에서 와이어(W)의 송급속도를 계산하고, 상기 와이어(W)의 송급속도를 제어부(140)에서 모니터링하여 설정한 값이 유지되도록 송급모터(112,122)의 회전수를 제어하며
상기 푸쉬 피더(110) 측 송급롤러(111)의 회전속도를 V1, 가압롤러(113)의 회전속도를 V2라 하고, 풀 피더(120) 측 송급롤러(121)의 회전속도를 V4, 가압롤러(123)의 회전속도를 V5, 와이어 송급속도를 V3라 할 때,
V4 ≥ V2 = V3 = V5 ≥ V1의 관계식이 성립되도록 하는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어 송급장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부(140)는 용접 중 와이어 송급모터(112,122)의 회전속도와 실제 와이어 송급속도를 실시간으로 감지하여 이를 비교함으로써 와이어(W)의 슬립량을 계산하되, 와이어(W)의 과도한 슬립으로 인해 원활한 와이어 송급이 불가능 한 경우로 판단되면, 용접을 자동으로 정지시키고 작업자에게 장비의 상태 점검을 경고하는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어 송급장치.
제1항에 있어서,
실제 와이어 송급속도(V3=V2=V5)가 푸쉬 피더(110) 측의 와이어 송급속도 이하로 떨어지는 경우, 경고수단을 발생시키거나 용접장치의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어 송급장치.
제1항에 있어서,
상기 와이어 송급속도가 V2≠V3≠V5인 경우, 송급 불량상태로 판단하여 경고수단을 발생시키거나 용접장치의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어 송급장치.
제1항에 있어서,
V1~V5의 속도차이 또는 V2, V3, V5 각각의 속도 표준 편차가 설정 제한값 이상으로 발생 시 경고수단을 발생시키거나 용접장치의 작동을 중지시키도록 하는 것을 특징으로 하는 용접용 와이어 송급장치.
제1항에 있어서,
상기 회전속도 감지장치(114,124)는 푸쉬 피더(110), 풀 피더(120) 및 송급튜브(130)의 와이어(W) 송급라인 중 임의의 위치에 설치되어 와이어의 이송속도를 감지하는 장치인 것을 특징으로 하는 용접용 와이어 송급장치.