KR101613573B1 - 용접 자동화 시스템 및 이를 이용한 용접 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도와 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도간의 오차와 공장 내부의 환경변수를 이용하여 최적의 용접조건정보를 결정함으로써 용접불량을 줄일 수 있도록 한 용접 자동화 시스템 및 이를 이용한 용접 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파이프를 용접하는 용접기의 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보를 측정하고, 상기 용접기가 설치된 공장 내의 환경변수를 측정하는 센서부; 및 외부로부터 수신받은 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보와 상기 용접동작정보간의 오차를 계산하고, 계산된 오차와 상기 센서부를 통해 측정된 환경변수를 근거로 하여 설정되는 용접 조정값을 반영하여 최적의 용접조건정보를 결정하여 상기 공장내 설치되어 있는 용접기에 인가하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 자동화 시스템이 제공된다.

Description

용접 자동화 시스템 및 이를 이용한 용접 제어 방법{WELDING AUTOMATION SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING WELDING USING THE SAME}
본 발명은 용접 자동화 시스템 및 이를 이용한 용접 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도와 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도간의 오차와 공장 내부의 환경변수를 이용하여 최적의 용접조건정보를 결정함으로써 용접불량을 줄일 수 있도록 한 용접 자동화 시스템 및 이를 이용한 용접 제어 방법에 관한 것이다.
용접 품질이 중요한 철 구조물 용접 공정에 있어서 용접조건 데이터의 저장이 필요한 경우 특히 심해에서 운항하는 압력선체에 사용되는 고강도 용접재료를 용접할때에는 반드시 규정된 각종 용접조건이 지켜져야 한다.
종래의 용접기기는 용접사에 의존적으로 일대일로 용접 작업이 진행되고, 용접사의 경험에 의한 용접조건으로 용접이 진행되어왔다. 용접사는 용접기기가 설치된 공장 내부의 환경변수를 민감하게 고려하지 않고 경험에 의한 용접조건으로 용접 작업을 진행함에 따라 용접불량이 발생하는데, 불량 원인의 분석이 불가능하였다.
또한, 종래에는 용접중에 작업자가 수시로 여러가지 계측기를 이용하여 부재의 온도와 용접조건들을 수동으로 측정하고 값을 기록하는 방법으로 행해왔고, 용접전압, 전류만을 저장하여 나중에 이를 분석, 관찰할 수 있도록 되어 있어, 고강도 강 용접시 필요한 용접조건인 용접전압, 용접전류, 용접속도, 부재의 예열온도가 적합한지를 실시간으로 동시에 관찰할 수 없고 나중에 관찰할 수 있어서 용접불량을 미리 막을 수 없었던 문제점을 가지고 있다.
따라서 용접기가 설치된 공장 내부의 환경변수를 적용하여 용접품질 및 생산성 향상에 기여할 수 있고, 불량원인의 분석이 가능한 개선된 용접 자동화 시스템이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제2004-0048078호(2004.06.07) "실시간 용접조건 기록, 분석 방법 및 장치"
본 발명의 목적은, 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도와 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도간의 오차와 공장 내부의 환경변수를 이용하여 최적의 용접조건정보를 결정함으로써 용접불량을 줄일 수 있도록 한 용접 자동화 시스템 및 이를 이용한 용접 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 파이프를 용접하는 용접기의 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보를 측정하고, 상기 용접기가 설치된 공장 내의 환경변수를 측정하는 센서부; 및 외부로부터 수신받은 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보와 상기 용접동작정보간의 오차를 계산하고, 계산된 오차와 상기 센서부를 통해 측정된 환경변수를 근거로 하여 설정되는 용접 조정값을 반영하여 최적의 용접조건정보를 결정하여 상기 공장내 설치되어 있는 용접기에 인가하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 자동화 시스템이 제공된다.
상기 환경변수는 상기 공장에 설치된 온도 및 습도센서로부터 측정된 온도 및 습도와, 상기 용접기에 사용되는 용접재(flux)의 온도 및 습도와, 상기 파이프의 이동속도 및 이동거리를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 자동화 시스템은 상기 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도가 상기 결정된 최적의 용접조건정보를 통과하는지 또는 미달하는지를 표시하는 제 2 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 자동화 시스템은 상기 용접기에 인가되는 최적의 용접조건정보와 상기 환경변수를 수집하여 데이터베이스에 저장 및 관리하는 서버를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 외부로부터 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보를 수신하는 단계; 파이프를 용접하는 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보와 상기 용접기준정보간의 오차를 계산하는 단계; 상기 계산된 오차와 센서부를 통해 측정된 공장 내의 환경변수를 근거로 하여 설정되는 용접 조정값을 반영하여 최적의 용접조건정보를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 최적의 용접조건정보를 상기 공장내 설치되어 있는 용접기에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 자동화 시스템의 용접 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도와 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도간의 오차와 공장 내부의 환경변수를 이용하여 최적의 용접조건정보를 결정함으로써 용접불량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도가 최적의 용접조건정보를 통과하는지 또는 미달하는지를 제 2 표시부를 통하여 표시함으로써 작업자가 공장내 환경변수를 측정하지 않고 간편하게 용접상태를 확인할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 자동화 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 제어기를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접 자동화 시스템을 이용한 용접 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 자동화 시스템을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 자동화 시스템은 용접기(5)가 설치된 공장 내부의 환경변수를 측정하고, 용접기(5)에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도를 측정하기 위한 센서부(10), 센서부(10)로부터 측정된 측정값을 표시하는 제 1 표시부(20)와, 제 1 표시부(20)에 표시된 측정값(공장 내부의 환경변수, 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도 등)과, ERP 시스템(40)으로부터 수신된 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도간의 용접기 전압, 전류 및 이동속도에 대한 오차를 계산하고 계산된 오차와 공장 내 환경변수를 근거로 하여 설정되는 용접조정값을 용접기의 전압, 전류 및 이동속도에 반영한 최적의 용접조건정보를 결정하는 제어기(30)와, 제어기(30)의 제어를 받으며 최적의 용접조건정보를 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도가 통과하는지 또는 미달하는지를 표시하는 제 2 표시부(50)를 포함한다.
나아가 용접 자동화 시스템은 센서부(10)로부터 측정된 측정값을 수집하는 수집부(60)와, 수집부(60)에 연결된 서버(70)를 더 포함한다. 이때 수집부(60)는 센서부(10)로부터 측정된 측정값을 표시하는 제 1 표시부(20)와 연결되어 있으며, 제 1 표시부(20)에 표시되는 측정값을 수집한다. 여기서는 제 1 표시부(20)에 표시되는 측정값을 수집하는 것으로 설명하고 있지만 센서부(10)로부터 측정된 측정값을 수집부(60)에서 직접 수집할 수도 있다.
센서부(10)는 크게 용접기(5), 용접기(5)에 사용되는 용접재인 플럭스(Flux), 로드셀 및 파이프 부위로 나눌 수 있다. 이러한 센서부(10)는 용접기(5)의 헤드(head) 부분의 온도 측정센서(10a), 용접기(5)의 헤드(head) 부분의 습도센서(10b), 플럭스를 보관하는 저장소에 설치된 플럭스 온도 센서(10c) 및 플럭스 습도 센서(10d), 플럭스의 무게를 측정하는 중량센서(10e), 파이프의 온도를 측정하는 적외선 온도 센서(10f), 용접기의 전압, 전류 및 이동속도를 측정하는 전압계, 전류계 및 속도계를 포함한다.
용접기(5)는 AC 용접기 및 DC 용접기를 포함하며, 전원부(5a)와 모터부(5b)를 포함한다. 최적의 용접조건정보 중 전압 및 전류는 전원부(a)에 인가되고, 이동속도는 모터부(5b)에 인가되어 환경에 맞는 최적의 조건으로 파이프를 용접시킬 수 있다.
센서부(10)에서 측정된 측정값은 센서부(10)에 개별적으로 연결되어 있는 제 1 표시부(20)에 표시된다.
제어기(30)는 ERP 시스템(40)으로부터 작업표준인 용접기(5)의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보를 수신받아 미리 정해진 화면상에 표시한다. 또한 제어부(30)는 용접기의 용접기준정보와 센서부(10)를 통하여 측정된 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보를 비교하여 최적의 용접조건을 만들기 위한 용접조정값을 설정하고 설정된 용접조정값을 반영하여 최적의 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접조건정보를 결정한다.
도 2를 참조하면 제어기(30)는 용접기준정보 수신부(31), 환경변수 수신부(32), 조정값 설정부(33) 및 결정부(34)를 포함할 수 있다.
용접기준정보 수신부(31)는 ERP 시스템(40)으로부터 용접기(5)의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보(Ur)를 수신한다. 여기서는 ERP 시스템(40)으로부터 작업표준인 용접기(5)의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보를 수신하는 것으로 설명하고 있지만, 예열온도, 후열처리온도 및 후열처리시간을 더 수신할 수 있다. 이와 같이 수신된 예열온도, 후열처리온도 및 후열처리시간은 조정값 설정부(33)에 제공되어 용접 조정값을 설정하는데 사용되는 변수에 포함될 수 있다.
환경변수 수신부(32)는 상술된 센서부(10)로부터 측정된 용접기(5)가 설치된 공장내 온도 및 습도, 파이프의 온도 및 습도, 플럭스의 온도, 습도 및 중량, 파이프의 이동속도 및 이동거리 등을 수신한다.
용접기(5) 작동 전에는 환경변수 수신부(32)에 의해 수신된 환경변수 중에서 공장내 온도 및 습도, 플럭스의 온도, 습도 및 중량을 조정값 설정부(33)에 제공하고, 용접기(5) 작동시에는 환경변수 수신부(32)에 의해 수신된 환경변수 중에서 파이프의 온도 및 습도, 플럭스의 온도, 습도 및 중량, 파이프의 이동속도 및 이동거리를 조정값 설정부(33)에 제공한다.
조정값 설정부(33)는 용접기(5)에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보(xa)와 수신부(31)에서 수신된 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보(xr)와 비교하여 오차(e)를 계산하고, 계산된 오차(e)와 환경변수 수신부(32)에 의해 수신된 환경변수를 반영하여 용접 조정값(u)을 설정한다. 용접 조정값(u)은 상술된 오차와 작업 당시의 환경변수를 미리 경험에 의해 정의되어 있는 데이터테이블을 참조하여 설정될 수 있다.
결정부(34)는 용접기의 용접기준정보와 조정값 설정부(33)에 의해 설정된 용접 조정값(U)을 하기의 수학식 1을 적용시켜 용접기에 인가되는 최적의 용접조건정보(Ua)를 결정한다.
Figure 112015100541922-pat00001
여기서 Ur은 ERP 시스템(40)으로부터 작업표준인 용접기(5)의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보에 해당하고, U는 조정값 설정부(33)에 의해 설정된 용접 조정값에 해당하며,
Figure 112015100541922-pat00002
는 적응제어 이득값이다. 적응제어 이득값은 모재, 플럭스 또는 공장 내 온도 및 습도에 대응되게 설정될 수 있다.
또한 제어기(30)는 센서부(10)로부터 측정된 신호를 취합하여 용접기(50)의 모터부(5b)를 제어하여 용접기 위치를 제어하고, 최적의 용접조건정보 중 전압 및 전류로 파이프 용접을 자동으로 제어한다.
특히 제어기(30)는 상술된 결정부(34)에 의해 결정된 최적의 용접조건정보에 현재 작업중인 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보가 통과하는지 또는 미달하는지를 제 2 표시부(50)에 표시한다. 이에 따라 작업자는 제 2 표시부(50)를 보고 용접상태를 간편하게 확인할 수 있다.
제 1 표시부(20)는 여러개의 인디케이터로 이루어질 수 있다. 제 1 표시부(20)에는 센서부(10)로부터 측정된 측정값을 표시한다. 제 1 표시부(20)상에 표시된 측정값은 직렬통신방식을 통하여 수집부(60)에 전달된다.
수집부(60)는 제 1 표시부(20)에 표시된 측정값을 직렬통신, 예를 들면 RS-485통신을 통하여 수집할 수 있다. 직렬통신방식을 통하여 수집된 측정값은 TCP/IP 통신방식으로 인코딩되고 인코딩된 TCP/IP 데이터는 허브를 통하여 서버(70)에 전달된다.
서버(70)에는 수집된 측정값들, 특히 용접기의 용접기준정보, 공장 내부의 환경변수 및 최적의 용접조건정보를 데이터베이스(미도시)에 저장 및 관리한다.
또한 서버(70)는 실시간으로 작업현장의 데이터, 용접기에서 발생되는 전압, 전류 및 이동속도를 모니터링함으로써 최적의 용접조건정보와 일치하지 않을 경우 알림을 표시하고 작업자에게 알릴 수 있다. 이에 따라 작업자는 불량 발생여부를 신속하게 확인할 수 있다. 나아가 서버(70)는 용접기(5)에 의해 파이프 용접을 수행하고 있는 진행상황도 실시간으로 알려줄 수 있다.
제 2 표시부(50)는 대형 TV 전광판으로, 작업 상황을 표시할 수 있다.
미설명부호 80, 90은 PC로, 센서부(10)로부터 측정된 측정값을 실시간으로 수신하여 모니터링하고, 제어기(30)로부터 결정된 최적의 용접조건정보를 저장할 수 있다. 관리자의 요청에 따라 PC(80, 90)는 서버(70)에 저장된 정보를 선택적으로 백업 받을 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 용접 자동화 시스템을 이용한 용접 제어 방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
용접 자동화 시스템에 포함되는 제어기(30)는 ERP 시스템(40)으로부터 작업표준인 용접기(50)의 용접기준정보를 수신한다(S11). 용접기준정보는 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함한다.
이후 제어기(30)는 용접기가 설치된 공장 내부의 환경을 측정하는 환경변수를 수신한다(S13). 환경변수는 상술된 센서부(10)를 통하여 측정되고, 공장 내부의 온도 및 습도, 파이프의 무게, 파이프의 온도 등을 포함할 수 있다.
제어기(30)는 용접기(5)에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보를 수신한다(S15). 용접동작정보는 용접기(5)에 설치된 전압계, 전류계 및 속도계를 통하여 측정된 측정값이다.
상술된 S13 단계는 후술하는 S19 단계 이전에 수신하면 구현가능하고, 상술된 S5 단계는 후술하는 S17 단계 이전에 수신하면 구현 가능하다.
제어기(30)는 용접기준정보와 용접동작정보간의 오차를 계산한다(S17). 즉 제어기(30)는 용접기의 기준전압과 용접기에서 발생된 전압간의 오차, 용접기의 기준전류와 용접기에서 발생된 전류간의 오차 및 용접기의 기준이동속도와 용접기에서 발생된 이동속도간의 오차를 각각 계산한다.
제어기(30)는 계산된 오차와 상술된 S13 단계에서 수신된 환경변수, 즉 공장 내부의 온도 및 습도를 근거로 하여 용접기에 적용될 용접 조정값을 설정한다(S19). 용접 조정값은 미리 경험에 의해 정의되어 있는 테이블표를 참조할 수도 있고, 데이터베이스에 구축되어 있는 오차와 환경변수에 매칭되게 설정된 용접 조정값을 추출할 수도 있다.
이후 제어기(30)는 용접기의 기준모델정보와 상술된 S19 단계에서 설정된 용접 조정값을 반영하여 최적의 용접조건정보, 즉 용접기에 인가되는 제어전압, 제어전류 및 제어이동속도를 결정한다(S21).
제어기(30)는 결정된 최적의 용접조건정보를 용접기(5)에 인가한다(S23). 이에 따라 용접기(5)는 용접조건정보대로 파이프 용접을 수행한다.
제어기(30)는 이와 같이 결정된 최적의 용접조건정보, 용접 조정값 및 환경변수를 서버(70)에 전송한다(S25). 서버(70)는 제어기(30)로부터 수신된 최적의 용접조건정보, 용접 조정값 및 환경변수를 데이터베이스(미도시)에 저장 및 관리한다.
이렇게 함으로써, 용접기가 설치된 공장내 환경을 맞춰 최적의 용접조건정보를 결정하고 결정된 용접조건정보대로 파이프 용접을 하여 용접불량을 줄일 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
5 : 용접기 5a : 전원부
5b : 모터부 10 : 센서부
20 : 제 1 표시부 30 : 제어기
40 : ERP 시스템 50 : 제 2 표시부
60 : 수집부 70 : 서버
80, 90 : PC

Claims (5)

  1. 파이프를 용접하는 용접기의 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보를 측정하고, 상기 용접기가 설치된 공장 내의 환경변수를 측정하는 센서부; 및
    외부로부터 수신받은 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보와 상기 용접동작정보간의 오차를 계산하고, 계산된 오차와 상기 센서부를 통해 측정된 환경변수를 근거로 하여 설정되는 용접 조정값을 반영하여 용접조건정보를 결정하여 상기 공장내 설치되어 있는 용접기에 인가하는 제어기를 포함하되,
    상기 환경변수는 상기 공장에 설치된 온도 및 습도센서로부터 측정된 온도 및 습도와, 상기 용접기에 사용되는 용접재(flux)의 온도 및 습도와, 상기 파이프의 이동속도 및 이동거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 자동화 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도가 상기 결정된 용접조건정보를 통과하는지 또는 미달하는지를 표시하는 제 2 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 자동화 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접기에 인가되는 용접조건정보와 상기 환경변수를 수집하여 데이터베이스에 저장 및 관리하는 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 자동화 시스템.
  5. 외부로부터 용접절차사양서에 포함되어 있는 용접기의 기준전압, 기준전류 및 기준이동속도를 포함하는 용접기준정보를 수신하는 단계;
    파이프를 용접하는 용접기에서 발생된 전압, 전류 및 이동속도를 포함하는 용접동작정보와 상기 용접기준정보간의 오차를 계산하는 단계;
    상기 계산된 오차와 센서부를 통해 측정된 공장 내의 환경변수를 근거로 하여 설정되는 용접 조정값을 반영하여 용접조건정보를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 용접조건정보를 상기 공장내 설치되어 있는 용접기에 인가하는 단계를 포함하되,
    상기 환경변수는 상기 공장에 설치된 온도 및 습도센서로부터 측정된 온도 및 습도와, 상기 용접기에 사용되는 용접재(flux)의 온도 및 습도와, 상기 파이프의 이동속도 및 이동거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 자동화 시스템의 용접 제어 방법.
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