KR101603919B1 - 위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법 - Google Patents

위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법 Download PDF

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Abstract

아크 용접 시 발생하는 용접 전류를 측정하여 용접선과 토치 단부간의 거리를 일정하게 유지하는 알고리즘으로 구현된 위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법이 개시된다. 용접선과 토치간 높이 제어 방법은 위빙 모션을 수행하여 용접 전류를 측정하고 저장하는 단계와, 용접 시작 시 아크 안정화 이후의 첫번째 위빙 구간인 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균을 계산하는 단계와, 상기 초기 참조 구간 이후의 위빙 구간인 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 계산하는 단계와, 상기 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균과 상기 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 비교하는 단계, 및 상기 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균과 상기 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 비교한 결과를 바탕으로 토치의 높이 방향에 대한 위치를 보상하는 단계를 포함한다. 따라서, 용접 로봇을 이용한 자동 용접 시 용접선의 변형에 대한 정밀한 티칭 작업 없이도 용접선과 토치가 일정한 높이로 이격된 상태로 용접 수행이 가능하다.

Description

위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법{APPARATUS FOR WEAVING WELDING AND METHOD FOR CONTROLLING THE HEIGHT WITH WELDING LINE AND TORCH}
본 발명은 위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로봇을 이용하여 부재의 용접을 수행할 때 용접선과 토치 단부간의 거리를 제어하는 위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 로봇을 이용한 아크 용접 시 용접선과 토치 단부간의 거리를 측정하기 위해 아크 용접 시 발생하는 용접 전류를 이용한다.
즉, 용접 로봇에 장착된 토치가 용접선의 그루브(Groove)를 따라서 위빙(Weaving)하며 움직이도록 제어가 수행되고, 용접 시 발생하는 전류를 샘플링하여 샘플링된 전류를 이용하여 용접 로봇이 이동되어야 할 보정값을 연산하는 작업이 수행된다.
종래의 용접선 추적을 위한 아크 센싱 기술로는 위빙 시 측정된 전류값을 위빙 중심 위치를 기준으로 좌,우측 각각 적분하여 추적하는 적분법, 전류값을 2차 커프피팅하여 변곡점을 추적하는 미분법 등 다양한 방법이 사용되었다.
하지만, 이러한 종래의 방법은 용접 전류의 패턴을 분석하는 알고리즘이 복잡한 단점이 있었고, 계산 시간 및 용접 전류의 노이즈에 민감하게 반응하는 문제점이 있었다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 아크 용접 시 발생하는 용접 전류를 측정하여 용접선과 토치 단부간의 거리를 일정하게 유지하는 알고리즘으로 구현된 위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 위치 용접 장치는 그루브가 형성된 용접 부재 및 용접 로봇에 연결되어 상기 용접 부재의 용접선을 따라 아크 용접을 수행하는 토치를 포함하는 위빙 용접 장치에 있어서, 용접 시작 시 아크 안정화 이후의 첫번째 위빙 구간인 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균과 상기 초기 참조 구간 이후의 위빙 구간인 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 비교하여, 상기 비교 결과를 바탕으로 상기 토치의 높이 방향에 대한 위치를 보상하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 제어부는, 상기 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균이 상기 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균보다 작은 경우 상기 토치와 용접선간의 높이가 커지도록 보상이 수행되고, 상기 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균이 상기 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균보다 큰 경우 상기 토치와 상기 용접선간의 높이가 작아지도록 보상이 수행된다.
한편, 본 발명에 따른 용접선과 토치간 높이 제어 방법은 위빙 모션을 수행하여 용접 전류를 측정하고 저장하는 단계와, 용접 시작 시 아크 안정화 이후의 첫번째 위빙 구간인 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균을 계산하는 단계와, 상기 초기 참조 구간 이후의 위빙 구간인 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 계산하는 단계와, 상기 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균과 상기 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 비교하는 단계, 및 상기 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균과 상기 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 비교한 결과를 바탕으로 토치의 높이 방향에 대한 위치를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균이 상기 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균보다 작은 경우 상기 토치와 용접선간의 높이가 커지도록 보상이 수행되고, 상기 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균이 상기 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균보다 큰 경우 상기 토치와 상기 용접선간의 높이가 작아지도록 보상이 수행된다.
본 발명에 따른 위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법은 용접 로봇을 이용한 자동 용접 시 용접선의 변형에 대한 정밀한 티칭 작업 없이도 용접선과 토치가 일정한 높이로 이격된 상태로 용접 수행이 가능한 매우 유용한 발명이다.
또한, 본 발명에 따른 위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법은 티칭에 소요되는 시간 및 노력을 절감하고 용접 품질의 균일성이 향상되는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 부재 및 용접선을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 참조 구간 및 위치 보정 구간을 도시한 것이며,
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 4들은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균 및 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접선과 토치간 높이 제어 방법을 도시한 흐름도.
이하 첨부된 도면에 따라서 위치 용접 장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 부재 및 용접선을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 참조 구간 및 위치 보정 구간을 도시한 것이며, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 4들은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 참조 구간에서의 용접 전류의 평균 및 위치 보정 구간에서의 용접 전류의 평균을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 위빙 용접 장치는 용접 부재(10)와, 토치(40), 및 제어부(미도시)를 포함한다.
용접 부재(10)는 일면에 그루브(11)가 형성되며, 토치(40)는 일측이 용접 로봇(미도시)에 연결되어 자동으로 아크 용접을 수행한다. 토치(40)는 용접 부재(10)의 상부에서 용접선(15)을 따라 이동된다.
제어부는 용접 시작 시 아크 안정화 이후의 첫번째 위빙 구간인 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)과 상기 초기 참조 구간(20) 이후의 위빙 구간인 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)(A2)을 비교하여, 상기 비교 결과를 바탕으로 상기 토치(40)의 높이 방향에 대한 위치를 보상한다.
즉, 상기 제어부는, 상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)이 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)보다 작은 경우, 상기 토치(40)와 용접선(15)간의 높이가 커지도록 보상이 수행된다.
아울러, 상기 제어부는, 상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)이 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A2)보다 큰 경우, 상기 토치(40)와 상기 용접선(15)간의 높이가 작아지도록 보상이 수행된다.
아크 용접 시 용접 전류를 측정하는 수단으로는 용접 케이블 측에 설치된 션트저항 및 홀 센서 등을 이용할 수 있다. 이와 같은 전기 신호는 용접 전류의 크기에 비례한다.
한편, 용접선과 토치간 높이 제어 방법은 위빙 모션을 수행하여 용접 전류를 측정하고 저장하는 단계와, 용접 시작 시 아크 안정화 이후의 첫번째 위빙 구간인 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)을 계산하는 단계와, 상기 초기 참조 구간(20) 이후의 위빙 구간인 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)(A2)을 계산하는 단계와, 상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)과 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)(A2)을 비교하는 단계, 및 상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)과 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)(A2)을 비교한 결과를 바탕으로 토치(40)의 높이 방향에 대한 위치를 보상하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)이 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)보다 작은 경우, 상기 토치(40)와 용접선(15)간의 높이가 커지도록 보상이 수행된다.
아울러, 상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)이 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A2)보다 큰 경우 상기 토치(40)와 상기 용접선(15)간의 높이가 작아지도록 보상이 수행된다.
이와 같은 알고리즘은 용접하고자 하는 용접선(15)의 시작 및 종료 위치가 정확히 측정된 상태에서 실시되는 것으로, 전체 용접 구간을 초기 참조 구간(20) 및 위치 보정 구간(30)의 두 구간으로 나누어 적용된다.
초기 참조 구간(20)은 용접 시작위치에서 아크 발생 및 안정화 후 첫번째 위빙까지의 구간이며, 이러한 위빙 동안 획득되는 아크 용접 전류의 평균값을 참조 평균값으로 결정한다.
또한, 위치 보정 구간(30)은 위빙 동안 획득되는 용접 전류의 평균값을 계산하고, 전술한 참조 평균값과 비교하여 토치(40)의 높이를 보정하는 구간이다.
결국, 용접 시작 초기에 잘 티칭된 초기 참조 구간(20)의 용접 전류 평균(A)값을 참조하여, 위치 보정 구간(30)에서의 위빙 시 측정된 용접 전류 평균(A1)(A2)값의 비교를 수행함으로써 토치(40)의 높이를 제어하는 것이다.
즉, 초기 참조 구간(20)에서 측정된 참조 평균값보다 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류 평균값이 낮으면, 토치(40)가 초기 참조 구간(20)보다 멀리 존재하므로 용접 부재(10)와 좀더 가까운 위치로 토치(40)의 높이를 보상한다.
아울러, 초기 참조 구간(20)에서 측정된 참조 평균값보다 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류 평균값이 크면, 토치(40)는 초기 참조 구간(20)보다 가까운 위치에 존재하므로 토치(40)의 위치를 용접 부재(10)와 좀더 먼 위치로 보상하도록 제어가 이루어진다.
이 경우, 위치 보상을 위한 게인값은 용접기 및 용접 상황에 따라 달라지므로 실험적인 방법을 통해 튜닝할 수 있다.
이에 따라, 용접 로봇을 이용한 자동 용접 시 용접선(15)의 토치(40)에 대한 깊이 방향에 대한 정밀한 티칭 공정 없이도 토치(40)와 용접선(15)간의 일정한 높이를 유지하여 용접을 수행할 수 있으며, 용접선(15)에 대한 정밀 티칭으로 인한 시간 및 노력의 절감 효과를 얻고 용접 품질의 균일성이 향상된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접선과 토치간 높이 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저, 용접 로봇에 연결된 토치(40)의 위빙 모션을 수행하며, 용접 전류를 측정하여 저장한다. 이러한 작업은 위빙 1회 모션이 종료될 때까지 반복 수행된다.
위빙 1회 모션이 종료되면, 초기 참조 구간(20) 여부를 확인한다. 만약, 초기 참조 구간(20)이라면 상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류 평균값을 계산한다. 초기 참조 구간(20)이 아닌 경우, 위치 보정 구간(30)으로 판단하며 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류 평균값을 계산한다.
이후에, 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류 평균값과 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류 평균값을 비교한다. 만약, 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류 평균값과 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류 평균값이 동일하면, 토치(40)의 위치 보상 없이 종료된다.
만약, 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류 평균값이 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류 평균값보다 크면, 토치(40)의 높이를 -Z 방향으로 위치 보상하고 종료된다.
만약, 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류 평균값이 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류 평균값보다 작으면, 토치(40)의 높이를 +Z 방향으로 위치 보상하고 종료된다.
지금까지 본 발명에 따른 위빙 용접 장치 및 용접선과 토치간 높이 제어 방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 용접 부재 11 : 그루브
15 : 용접선 20 : 초기 참조 구간
30 : 위치 보정 구간 40 : 토치

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 위빙 모션을 수행하여 용접 전류를 측정하고 저장하는 단계;
    위빙 1회 모션이 종료되었는지 판단하는 단계;
    위빙 1회 모션이 종료된 경우, 초기 참조 구간(20)인지 판단하는 단계;
    초기 참조 구간(20)인 경우, 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)을 계산하는 단계;
    초기 참조 구간(20)이 아닌 경우, 위치 보정 구간(30)으로 판단하여 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)(A2)을 계산하는 단계; 및
    상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)과 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)(A2)을 비교하는 단계를 포함하며,
    상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)이 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A1)보다 작은 경우 토치(40)와 용접선(15) 간의 높이가 커지도록 보상이 수행되고,
    상기 초기 참조 구간(20)에서의 용접 전류의 평균(A)이 상기 위치 보정 구간(30)에서의 용접 전류의 평균(A2)보다 큰 경우 토치(40)와 용접선(15) 간의 높이가 작아지도록 보상이 수행되며,
    상기 초기 참조 구간(20)은 용접 시작위치에서 아크 발생 및 안정화 이후의 첫번째 위빙 구간이고, 상기 위치 보정 구간(30)은 상기 초기 참조 구간(20) 이후의 위빙 구간인 것을 특징으로 하는 용접선과 토치간 높이 제어 방법.
  4. 삭제
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