KR101756144B1 - 수동 용접기의 모니터링 장치 - Google Patents

수동 용접기의 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

수동 용접기의 모니터링 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 수동 용접기의 모니터링 장치는, 전극을 포함하고 수동 이동하는 이동부에 결합되어 이동부의 이동 방향 및 속도를 포함하는 모션정보를 파악하는 모션측정부와, 모션측정부에 의해서 측정된 모션 정보를 이용하여 용접 품질을 평가할 수 있는 용접상태 판단부를 포함한다.

Description

수동 용접기의 모니터링 장치{MONITORING DEIVCE FOR MANUAL WELDING}
본 발명은 수동 용접기의 모니터링 장치에 관한 것으로, 아크 용접 등과 같은 수동 용접의 용접 품질을 판단할 수 있는 모니터링 장치에 관한 것이다.
아크(arc) 용접, 티그(tig) 용접과 같은 수동 용접은 사용자의 숙련도에 의해서 용접 품질에 많은 차이가 발생한다. 즉, 수동 용접은 사용자의 경험 및 노하우와 같은 개인의 숙련도에 전적으로 의지하기 때문에, 용접 품질의 일관성을 기대하기 어려운 문제점이 있다. 그리고 종래의 수동 용접의 품질을 검사하기 위해서는, 초음파 탐상기 또는 엑스레이(x-ray)와 같은 별도의 장치를 이용해야 한다.
종래의 아크 용접기의 모니터링 시스템은 용접 전류, 전압 및 시간을 측정하는 방법을 이용한다. 그러나 전류 및 전압을 측정하는 종래의 모니터링 시스템은 용접 불량을 정확하게 파악하기 어렵다는 한계를 갖는다.
대한민국 등록특허공보 제1584421호
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 용접 불량을 정확하게 파악할 수 있는 수동 용접기의 모니터링 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 수동 용접기의 모니터링 장치는, 전극을 포함하고 수동 이동하는 이동부에 결합되어 이동부의 이동 방향 및 속도를 포함하는 모션정보를 파악하는 모션측정부와, 모션측정부에 의해서 측정된 모션 정보를 이용하여 용접 품질을 평가할 수 있는 용접상태 판단부를 포함한다.
본 발명에 따른 수동 용접기의 모니터링 장치는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 모션측정부는 3축 가속도 센서 및 3축 각속도 센서가 결합된 6축 센서일 수 있다.
이동부는 직류 아크 용접의 전극봉이 결합될 수 있다.
수동 용접기는 티그 또는 미그 용접을 이용할 수 있다.
용접 전류를 측정하는 전류측정부를 추가로 포함하고, 용접상태 판단부는 전류측정부에 의해 측정된 용접 전류를 추가로 이용하여 용접 상태를 판단할 수 있다.
용접상태 판단부는 모션측정부가 측정한 모션정보를 이용하여 용접봉의 각도, 용접 궤적 및 용접 속도를 알고리즘에 의해서 계산하고, 이를 이용해서 용접 상태를 판단할 수 있다.
본 발명은 수동 용접에서 용접 불량을 정확하게 파악할 수 있는 모니터링 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 용접기의 모니터링 장치를 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 예시된 수동 용접기의 모니터링 장치를 예시하는 블록도이다.
도 3은 모션측정부의 가속도 센서 및 각속도 센서의 측정 방향을 예시하는 도면이다.
도 4는 모션측정부에 의해서 파악될 수 있는 비딩 방식을 예시하는 도면이다.
도 5는 전류 및 속도에 따른 아크 용접의 각종 용착 상태를 예시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 용접기의 모니터링 장치(100)를 예시하는 도면이고, 도 2는 도 1에 예시된 수동 용접기의 모니터링 장치(100)를 예시하는 블록도이다.
도 1 내지 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는 아크(arc) 용접과 같은 수동 용접기의 용접 상태를 실시간으로 판단할 수 있는 장치에 해당한다. 본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는, 용접봉(112)과 같은 전극을 포함하면서 사용자에 의해 수동으로 이동하는 이동부(110)에 결합되어 이동부(110)의 이동 방향 및 속도와 같은 모션정보를 파악하는 모션측정부(120)와, 용접 전류를 측정하는 전류측정부(130)와, 용접 전압을 측정하는 전압측정부(140)와, 모션측정부(120)에 의해서 측정된 이동부(110)의 모션 정보, 전류측정부(130) 및 전압측정부(140)에 의해 각각 측정된 용접 전류 및 용접 전압을 이용하여 용접 품질을 평가할 수 있는 용접상태 판단부(150)를 포함한다.
본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는 수동 용접 방법에 해당하는 아크(arc) 용접에 결합되어 있는 것을 특징으로 한다. 아크 용접은 모재(base metal)와 용접봉(electrode)과의 사이에 전류를 통하여 아크(arc)를 발생시켜 그 열로써 접합부를 용융접착하는 용접 방법에 해당한다.
아크 용접기에서 이동부(110)는 용접봉(112)과, 용접봉(112)을 고정하는 고정구(114)와, 사용자(도시하지 않음)가 파지하는 부분에 해당하는 핸들(116)과, 핸들(116)과 고정구(114)를 연결하는 연결바(118)를 포함한다. 사용자는 핸들(116)을 잡고 모재(160)에 대해서 용접봉(112)을 일정한 방향, 속도, 각도 및 간격을 가지고 이동시켜서 수동 아크 용접을 수행할 수 있다.
사용자에 의한 용접봉(112)의 이동 방향, 속도, 모재(160)와 용접봉(112)이 이루는 각도에 의해서 용접 품질에 차이가 발생한다. 본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는 이동부(110)에 결합된 모션측정부(120)에 의해서 이동부(110)의 이동 방향, 속도, 모재(160)와 용접봉(112)이 이루는 각도와 같은 이동부(110)의 모션 정보를 파악함으로써 용접 상태를 실시간으로 정확하게 파악할 수 있는 것을 특징으로 한다.
모션측정부(120)는 이동부(110)의 임의의 위치에 결합할 수 있다. 예를 들면, 모션측정부(120)는 수동 아크 용접기 이동부(110)에서 고정구(114), 핸들(116) 또는 연결바(118) 중 적어도 어느 하나에 결합할 수 있다. 이와 같이, 모션측정부(120)는 전극에 해당하는 용접봉(112)과 결합된 이동부(110)의 이동 방향, 속도, 모재(160)와 용접봉(112)이 이루는 각도와 같은 모션 정보를 파악할 수 있다면 이동부(110)와의 결합 위치에 의해서 제한되지 않는다.
모션측정부(120)는 3축 가속도 센서 및 3축 각속도 센서가 결합된 6축 센서에 해당할 수 있다.
용접 시작 이전에, 모션측정부(120)에 해당하는 6축 센서의 영점이 조정될 수 있다. 예를 들면, 용접 시작하는 시점의 이동부(110)의 위치, 용접봉(112)과 모재(160)가 이루는 각도를 특정값(예를 들면, 0)으로 설정한 후 용접이 진행되는 과정에서 초기 설정값에 대한 변경 정도를 파악할 수 있다. 또한, 용접봉(112)의 끝 부분을 특정 지점에 접촉한 후 회전하는 방법에 의해서 6축 센서의 영점이 조정될 수 있다. 또한, 3축 가속도 센서는 Simple 0g x, 0g y, +1g z calibration 방법을 이용하여 영점 보정을 할 수 있다.
전류측정부(130)는 접지단자(도시하지 않음)를 통하여 흐르는 용접 전류값을 측정할 수 있다. 용접봉(112)과 모재(160) 사이에는 아크가 발생하며, 이를 통하여 전하 또는 전자가 이동하게 된다. 접지단자로는 실제 용접에 이용된 전하 또는 전자가 이동하기 때문에 접지단자를 통하여 흐르는 전류를 측정함으로써 정확한 용접전류를 측정할 수 있다.
전압측정부(140)는 용접봉(112)과 접지단자 간의 용접전압을 측정할 수 있다.
용접상태 판단부(150)는 모션측정부(120)에서 측정한 이동부(110)의 모션정보, 전류측정부(130)에서 측정한 용접전류 그리고 전압측정부(140)에서 측정한 용접전압을 이용하여 용접 상태를 실시간으로 판단할 수 있다. 또한, 용접상태 판단부(150)는 용접 상태가 불량인 것으로 판단된 경우 이를 디스플레이(152) 등을 통해서 사용자에게 통보하고, 양호한 용접 품질을 나타낼 수 있도록 하는 용접 조건(용접전류 및 이동부(110)의 이동 속도 등)을 사용자에게 알려 줄 수도 있다.
용접상태 판단부(150)는 모션측정부(120)가 측정한 모션정보를 이용하여 용접봉(112)의 각도, 용접 궤적 및 용접 속도를 알고리즘에 의해서 계산하고, 이를 이용해서 용접 상태를 판단할 수 있다.
본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는 저장부(154)를 더 포함할 수 있다. 저장부(154)에는 용접전류, 용접전압 그리고 모션측정부(120)에 의해서 측정된 모션정보를 포함하는 실제 용접 조건이 저장될 수 있다. 또한, 저장부(154)에는 용접상태 판단부(150)에 의한 용접 품질(양호 또는 불량 등)이 상기 용접 조건과 함께 저장될 수 있으며, 추후 사용자의 요청에 의해서 이를 표시할 수 있다.
그리고 저장부(154)에는 모재(160) 및 용접봉(112)의 종류 및 크기, 형상에 따른 최적의 용접 품질을 나타낼 수 있도록 하는 최적 용접 조건 즉, 용접전류 및 용접전압, 이동부(110)의 이동 경로 및 이동 속도, 용접봉(112)과 모재(160)가 이루는 각도 등에 대한 정보가 저장되어 있다. 용접상태 판단부(150)는 저장부(154)에 저장되어 있는 최적 용접 조건에 대한 정보와, 모션측정부(120), 전류측정부(130) 및 전압측정부(140)에 의해서 각각 측정된 실제 용접 조건(이동부(110)의 모션 정보, 용접전류 및 용접전압)을 대비함으로써, 용접 품질이 양호한지 또는 불량인지 여부를 판단할 수 있다.
사용자는 용접상태 판단부(150)에 구비되어 있는 별도의 입력장치(도시하지 않음)를 이용하여 용접 시작 이전에 모재(160) 및 용접봉(112)의 종류 및 크기, 형상 등에 대한 초기 용접 정보를 입력할 수 있고, 저장부(154)는 이와 같은 초기 용접 정보를 저장할 수 있다.
도 3은 모션측정부(120)의 가속도 센서 및 각속도 센서의 측정 방향을 예시하는 도면이다.
도 3을 참고하면, 모션측정부(120)는 이동부(110)에 결합되어 이동부(110)의 이동 방향, 이동 속도, 이동 거리, 이동부(110)와 모재(160)가 이루는 각도와 같은 모션 정보를 측정한다. 모션측정부(120)는 상호 수직하는 x, y, z 3개 축에 대한 가속도 센서와 각속도 센서가 결합한 6축 센서에 해당할 수 있다. 이와 같은 모션측정부(120)는 이동부(110)의 이동 경로, 기울기, 속도 및 이동 거리를 측정한 후 이를 용접상태 판단부(150)로 전송한다.
본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는 6축 센서를 모션측정부(120)로서 이용하기 때문에, 구성이 간단하면서도 용접 품질을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
모션측정부(120)는 9축 모션 센서를 이용할 수도 있다. 9축 모션 센서는 3축의 가속도 센서, 각속도 센서 및 자기장 센서(magnetometer)가 결합된 것이다.
도 4는 모션측정부(120)에 의해서 파악될 수 있는 비딩(beading) 방식을 예시하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 모션측정부(120)는 이동부(110)의 이동 경로(패턴)에 해당하는 비딩 방식을 파악할 수 있다. 도 4에서 (a)는 수평 방향으로의 이동을 예시하고, (b)는 원형으로 우회전하는 것을 예시하며, (c)는 타원형으로 우회전 하는 것을 예시하고, (d)는 작은 간격을 갖는 파형을 예시한다.
물론, 도 4 이외에도 모션측정부(120)는 이동부(110)의 다양한 이동 경로를 측정할 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 모션측정부(120)는 백스탭, 삼각형, 큰 원과 작은 원이 중첩된 형상 등 다양한 이동부(110)의 이동 경로와 함께 그 속도를 함께 측정할 수 있다.
도 5는 전류 및 이동부(110)의 이동 속도에 따른 각종 용착 상태를 예시하는 도면이다.
아크 용접은 모재(160)와 용접봉(112)을 동시에 용융시켜서 일체로 만드는데 이를 용착(deposition) 또는 용착금속(deposit metal)이라고 한다. 용착은 용접부의 양부 및 강도를 판단할 때 중요한 인자가 되며, 용접봉(112)의 적부, 전류량, 용접속도(이동부(110)의 이동 속도)와 관련이 있다.
도 5의 (a)는 용접 불량에 해당하는 오버랩(overlap)이 발생한 상태를 나타내는 것으로 전류 부족 및 저속 용접에 의해서 발생한다. 도 5의 (b)는 용접 불량에 해당하는 스패터가 발생한 상태를 나타내는 것으로 전류 부족 및 고속 용접에 의해서 발생한다. 도 5의 (c)는 용접 불량에 해당하는 용입 불량이 발생한 상태를 나타내는 것으로 전류 과다 및 저속 용접에 의해서 발생한다. 도 5의 (d)는 용접 불량에 해당하는 언더컷(undercut)이 발생한 상태를 나타내는 것으로 전류 과다 및 고속 용접에 의해서 발생한다. 도 5의 (e)는 용접 전류 및 용접 속도가 모두 적당해서 용접 품질이 양호한 상태를 나타낸다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 용접 전류는 물론 용접 속도를 파악해야 용접 품질을 정확하게 파악할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는 모션측정부(120)에 의해서 이동부(110)의 이동 경로 및 이동 속도 등을 정확하게 파악할 수 있기 때문에, 용접 품질 판단의 정확성을 더욱 높일 수 있게 되는 것이다.
본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는 수동 아크 용접에 적용되는 것으로 예시하였지만, 아크 용접 이외에 다양한 종류 및 형태의 용접에 적용될 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 본 실시예에 따른 모니터링 장치(100)는 미그(MIG) 용접(불활성 가스 금속 아크 용접), 매그(Metal Active Gas, 금속 활성 가스) 용접 또는 티그(TIG) 용접(불활성 가스 텅스텐 용접)에도 적용될 수 있다. 모니터링 장치(100)의 모션측정부(120)는 미그 용접에서 아크가 분사되는 노즐(도시하지 않음) 또는 노즐의 상단부에 결합되어 노즐의 모션 정보를 측정할 수 있다. 또한, 모니터링 장치(100)의 모션측정부는 티그 용접에서 아크가 분사되는 노즐의 상단부에 결합되어 노즐의 모션 정보를 측정할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 모니터링 장치
110: 이동부
120: 모션측정부
130: 전류측정부
140: 전압측정부
150: 용접상태 판단부
160: 모재

Claims (7)

  1. 사용자에 의해 수동 이동하는 이동부에 결합되어 상기 이동부의 이동 방향, 속도 및 모재와 용접봉이 이루는 각도를 포함하는 모션정보를 파악하는 모션측정부;
    용접 전류를 측정하는 전류측정부;
    모션정보 및 용접 전류를 포함하는 용접 조건을 저장하고 있는 저장부; 및
    상기 이동부의 모션정보와 상기 전류측정부에 의해 측정된 용접 전류를 상기 용접 조건과 대비함으로써 용접 품질을 평가할 수 있는 용접상태 판단부를 포함하는 수동 용접기의 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모션측정부는 3축 가속도 센서 및 3축 각속도 센서가 결합된 6축 센서인 것을 특징으로 하는 수동 용접기의 모니터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는 직류 아크 용접의 전극봉이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 용접기의 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수동 용접기는 티그 용접을 이용하는 것을 특징으로 하는 수동 용접기의 모니터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수동 용접기는 미그 용접을 이용하는 것을 특징으로 하는 수동 용접기의 모니터링 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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