KR101777174B1

KR101777174B1 - 아크 용접 장치

Info

Publication number: KR101777174B1
Application number: KR1020110018371A
Authority: KR
Inventors: 슈고 히로타; 고이치로 이토; 마사루 니시무라; 쥰 오쿠보
Original assignee: 가부시키가이샤 다이헨
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2017-09-11
Also published as: KR20110103857A; CN102189315B; JP2011189378A; TWI511829B; TW201139034A; JP5558871B2; CN102189315A

Abstract

아크 용접 장치(1)는 매스 플로우 컨트롤러(31)를 갖고 있다. 또한, 아크 용접 장치(1)는, 실드 가스를 가스 실린더(30)로부터 매스 플로우 컨트롤러(31)를 경유해서 용접 토치(7)로 공급하기 위한 가스 통로를 구비하고 있다. 가스 전자기 밸브(33)는, 매스 플로우 컨트롤러(31)와 용접 토치(7) 사이의 가스 통로에 부착되어 있다. 로봇 컨트롤러(16)는, 실드 가스의 정지 시에, 가스 전자기 밸브(33)를 닫고, 다음으로 소정의 지연 시간 경과 후에, 매스 플로우 컨트롤러(31)로부터의 가스의 출력을 정지한다. 로봇 컨트롤러(16)는, 다음번의 가스 출력 시에, 가스 전자기 밸브(33)를 개방함과 동시에 매스 플로우 컨트롤러(31)로부터 가스를 출력한다. 이렇게 해서, 가스 통로 내에 충전된 가스가 분출됨으로써, 매스 플로우 컨트롤러(31) 단체(單體)에서의 제어에 의해 생기는 용접 개시 시의 가스 유량의 부족분을 보충할 수 있다.

Description

아크 용접 장치{ARC WELDING APPARATUS}

본 발명은 가스 실드 아크 용접(gas shield arc welding)을 위한 개량된 아크 용접 장치에 관한 것이다.

소모 전극식 또는 비소모 전극식의 가스 실드 아크 용접에서는, 아크 및 용융지(溶融池)에 대하여 탄산 가스, 아르곤 가스 등의 실드 가스를 분출해서, 대기가 용접 분위기 내에 침입하는 것을 막을 필요가 있다. 이것에 관하여, 실드 가스의 유량을 일정한 허용 범위 내로 들어가게 하는 것이 중요하다. 가스 유량이 적을 경우, 대기가 용접 분위기 내에 침입하여 아크의 상태가 불안정해진다. 이 때문에, 블로홀(blow hole)이 발생하거나, 스패터(spatter)가 대량으로 발생하거나 한다. 반대로 가스 유량이 지나치게 많을 경우, 난류가 발생해서 실드 불량이 생기거나, 용해 부족이 생기거나 한다. 이 결과, 용접 비드의 외관이 악화되고, 용접 불량이 생길 경우가 있다.

일반적인 아크 용접 장치에서는, 전자기 밸브를 이용하여, 실드 가스의 분출 및 정지가 제어된다. 이 경우, 전자기 밸브를 열고 용접을 개시할 때의 프리플로우(pre-flow) 처리 중에는, 과잉인 유량의 실드 가스가 분출된다. 이하, 이 현상을 돌류(突流)라고 표현한다. 돌류의 피크 유량 및 계속 시간은, 배관 길이, 압력, 전회의 가스 정지로부터의 경과 시간 등에 따라 각각 상이하다. 이 때문에, 실드 가스를 분출하고 나서 유량이 허용 범위에 들어갈 때까지의 시간도 상이하다. 전회의 가스 정지로부터의 경과 시간이란, 복수의 용접 구간이 연속해서 존재할 경우이며, 전회의 용접 구간에서 실드 가스를 정지하고 나서의 경과 시간을 의미한다.

도 5는, 전회의 가스 정지로부터의 경과 시간에 따라 상이한 가스 유량의 시간 변화를 나타낸다. 가스의 설정 유량은, 15 리터/분이다. 도 5의 (a)는, 전회의 가스 정지로부터의 경과 시간이 4초일 때의 가스 유량의 시간 변화를 나타낸다. 도 5의 (b) ~ (e)는, 전회의 가스 정지로부터의 경과 시간이 3초, 2초, 1초, 0.5초일 때의 유량 변화를 각각 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 전자기 밸브를 열고 잠시 동안은, 돌류에 의해 과잉인 유량의 가스가 분출된다. 그리고, 가스 유량은, 시간의 경과와 함께 설정 유량(15 리터/분)에 가까워진다. 프리플로우 시간을 0.5초로 설정했을 경우, 도 5의 (a)의 경우, 약 42 리터/분의 유량으로 실드 가스가 분출되고 있을 때에 아크 스타트 처리가 행해지게 된다. 이 경우, 상기의 용접 불량이 발생할 우려가 있다.

용접 개시 시에 돌류를 억제하기 위한 기술이, 일본국 특개소62-207584호 공보 및 일본국 특개2006-326677호 공보에 개시되어 있다. 일본국 특개소62-207584호 공보는, 직렬로 설치한 2개의 전자기 밸브를 동시에 ON 또는 OFF하는 아크 용접 장치를 개시한다(종래 기술 1). 일본국 특개2006-326677호 공보는, 오리피스(orifice) 등의 기계적인 가스 유량 제어 수단을 구비한 용접 장치를 개시한다(종래 기술 2). 종래 기술 1, 2에 의하면, 기계적인 수단을 이용하여 돌류를 억제함으로써, 용접 불량의 발생을 방지할 수 있고, 실드 가스의 소비량도 절약할 수 있다.

또한, 용접 개시 시의 돌류를 억제할뿐만 아니라, 아크 용접 중에 있어서의 가스 유량을 최적인 유량으로 유지할 필요도 있다. 상술한 바와 같이, 용접 개시 시에 있어서의 돌류가 진정된 후, 가스 유량은, 가스 유량 조정기에 의해 정해진 설정 유량에 가까워지고, 그 후 일정한 값으로 유지된다. 가스 유량이 일정한 값으로 유지되고 있으면, 용접 불량은 생기지 않는다. 그러나, 아크 용접 로봇 등의 아크 용접 장치를 이용하여 용접할 경우, 1개의 워크가 복수의 용접 부위를 갖고 있을 경우가 많다. 또한, 용접 부위에 따라 그루브(groove) 형상, 용접법, 판(板) 두께 등이 각각 상이한 경우도 많다. 이 경우, 용접 부위에 따라 실드 가스의 가스 유량을 변경하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 수평 필렛(fillet)일 경우의 쪽은, 그루브 형상이 겹치기 필렛일 경우보다 실드 가스의 설정 유량을 적게 할 수 있다. 그런데, 가스 유량은, 가스 유량 조정기에 의해 일정한 값으로 유지되고 있다. 이 때문에, 아크 용접 중, 다량의 가스가 일정한 유량으로 사용될 경우가 있어, 실드 가스가 낭비로 소비되고 있다.

이 과제를 해결하기 위한 기술이, 일본국 특개평8-200634호 공보에 개시되어 있다. 일본국 특개평8-200634호 공보는, 매스 플로우(mass flow) 컨트롤러를 이용하여, 가스 유량을 동적으로 제어하는 가스 가공 장치를 개시한다(종래 기술 3). 일반적으로, 매스 플로우 컨트롤러는, 외부로부터 가스 유량을 설정할 수 있다. 매스 플로우 컨트롤러 내에는, 가스 유량 검출기 및 가스 유량 조정기가 탑재되어 있다. 이들 가스 유량 검출기 및 가스 유량 조정기에 의해, 실제의 가스 유량이 설정값이 되도록 제어된다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러 단체(單體)여도, 가스를 출력시키거나, 정지하거나 하는 것은 가능하다. 종래 기술 3에 의하면, 가스 유량을 동적으로 제어해서 최적인 유량으로 유지함으로써, 실드 가스의 소비량을 절약할 수 있다.

상술한 바와 같이, 종래 기술 1, 2에서는, 용접 개시 시에 있어서의 돌류를 억제하지만, 동적으로 가스 유량을 변경할 수 없기 때문에, 아크 용접 중에는 가스 유량을 최적값으로 조정할 수 없다. 한편, 종래 기술 3에서는, 매스 플로우 컨트롤러를 이용하여 용접 개시 시의 돌류를 억제하는 것에 더해, 아크 용접 중에는 가스 유량을 최적값으로 조정하는 것도 가능하다. 그러나, 후술하는 과제를 갖고 있다.

도 6의 (a)는 가스 제어 신호의 타이밍 차트를 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 시각 t1에, 가스 제어 신호가 OFF로부터 ON된다. 도 6의 (b)는, 가스 제어 신호를 ON/OFF한 것에 의한 가스 유량의 시간 변화를 나타낸다. 파형(Ha)은, 전자기 밸브 1개만으로 실드 가스 유량을 제어했을 때의 파형이고, 파형(Hb)은, 종래 기술 3의 매스 플로우 컨트롤러에 의해 가스 유량을 제어했을 때의 파형이다.

종래 기술 3에서는, 파형(Hb)에 나타낸 바와 같이, 시각 t1 내지 t2의 기간(약 1초 정도, 이하 설정 유량 도달 시간이라 함)에, 가스 유량이 서서히 증가해서 설정 유량에 도달한다. 매스 플로우 컨트롤러는, 실제의 가스 유량이 설정 유량에 도달할 때까지 어느 정도의 시간을 들임으로써 돌류를 억제하고 있다.

설정 유량 도달 시간 경과 전에 용접을 개시했을 경우, 필요한 가스 유량이 확보되어 있지 않기 때문에, 실드 불량이 생겨 용접 결함이 발생할 우려가 있다. 설정 유량에 가스 유량이 도달하기 위해서는 어느 정도의 시간을 요한다. 이 때문에, 사이클 타임에 지연이 생긴다. 설정 유량 도달 시간이 0.3초 정도의 고성능 매스 플로우 컨트롤러도 이용할 수 있지만, 매우 고가이기 때문에, 설비 비용이 높아진다.

본 발명의 목적은, 가스 전자기 밸브 및 비교적 저렴한 매스 플로우 컨트롤러를 이용하여, 용접 개시 시에 필요한 가스 유량을 바로 확보할 수 있는 아크 용접 장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 태양에 의하면, 외부로부터 신호를 입력해서 실드 가스의 출력, 정지 및 유량 조정을 행하는 매스 플로우 컨트롤러를 갖고, 실드 가스를 가스 공급원으로부터 매스 플로우 컨트롤러를 경유해서 용접 토치로 공급하기 위한 가스 통로를 구비하는 아크 용접 장치가 제공된다. 아크 용접 장치는, 용접 토치와 매스 플로우 컨트롤러 사이의 가스 통로에 설치된 가스 전자기 밸브와, 가스 전자기 밸브에 전자기 밸브 개폐 신호를 출력해서 가스 전자기 밸브를 개폐함과 함께, 매스 플로우 컨트롤러에 가스 제어 신호를 출력하는 가스 제어 수단을 구비하고 있다. 가스 제어 수단은, 실드 가스의 정지 시에, 우선 가스 전자기 밸브를 닫고, 다음으로 소정의 지연 시간 경과 후에, 매스 플로우 컨트롤러로부터의 가스의 출력을 정지하고, 다음번의 가스 출력 시에, 가스 전자기 밸브를 개방함과 동시에 매스 플로우 컨트롤러로부터 가스를 출력한다.

하기의 실시형태에 의하면, 이하와 같은 작용 효과를 들 수 있다.

(1) 아크 용접 장치는, 가스 전자기 밸브(33) 및 매스 플로우 컨트롤러(31)를 구비하고 있다. 실드 가스의 정지 시에, 우선 가스 전자기 밸브(33)를 닫고, 다음으로 소정의 지연 시간(Dt) 경과 후에, 매스 플로우 컨트롤러(31)에 가스 정지 신호를 출력해서 실드 가스를 정지한다. 이에 따라, 가스 전자기 밸브(33)와 매스 플로우 컨트롤러(31) 사이의 가스 통로에 소정의 압력 이상의 실드 가스가 충전된다. 그리고, 다음번의 가스 출력 시에, 가스 전자기 밸브 및 매스 플로우 컨트롤러의 양쪽으로부터 동시에 가스를 출력한다. 이에 의해, 가스 전자기 밸브(33)와 매스 플로우 컨트롤러(31) 사이의 가스 통로에 충전된 실드 가스가 단숨에 방출된다. 따라서, 용접 품질에 영향을 주지 않을 정도의 작은 돌류가 발생하고, 용접 개시에 필요한 가스 유량을 바로 확보할 수 있다. 또한, 가스 유량이 설정 유량에 도달하는 것을 기다릴 필요가 없기 때문에, 사이클 타임을 단축할 수 있다.

(2) 매스 플로우 컨트롤러(31)와 가스 전자기 밸브(33) 사이의 가스 통로에는, 실드 가스를 밀봉하기 위한 기밀성의 챔버(32)가 부착되어 있다. 이 때문에, 가스 통로에 필요 이상의 실드 가스가 충전되는 것이 방지된다.

(3) 로봇 컨트롤러(16)에 의해 매스 플로우 컨트롤러(31)에 대한 가스의 출력 제어가 행해지기 때문에, 특별한 제어 기기를 사용하지 않고, 상기 효과를 발휘할 수 있다.

(4) 지연 시간(Dt)은, 티치 펜던트(teach pendant)(15)에 의해 설정 가능하다. 이 때문에, 작업자는, 지연 시간(Dt)을, 가스 관의 직경, 가스 압력 등의 용접 환경에 따라 임의로 설정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 아크 용접 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 아크 용접 장치의 가스 통로를 설명하기 위한 모식도.
도 3은 로봇 컨트롤러를 나타낸 블록도.
도 4는 실드 가스의 출력 제어를 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 5는 가스의 돌류를 설명하기 위한 그래프.
도 6은 종래의 실드 가스의 유량 변화를 나타낸 그래프.

도 1에 나타낸 바와 같이, 아크 용접 장치(1)는, 머니퓰레이터(manipulator)(14), 티치 펜던트(15), 로봇 컨트롤러(16) 및 용접 전원(3)을 구비하고 있다. 머니퓰레이터(14)는, 워크(2)에 대하여 아크 용접을 자동적으로 행한다. 머니퓰레이터(14)는, 복수의 암부 및 손목부와, 이것들을 회전 구동하기 위한 복수의 서보 모터를 구비하고 있다. 머니퓰레이터(14)의 상측 암의 선단에는, 용접 토치(7)가 부착되어 있다. 용접 토치(7)에 의해, 와이어 릴에 감긴 직경 1㎜ 정도의 용접 와이어(13)가, 워크(2) 상의 교시된 용접선에 안내된다.

티치 펜던트(15)는, 용접 가공을 행하는 구간의 각 교시점, 용접 전류나 용접 전압, 용접 속도 등의 용접 조건을 작업 프로그램(Dw)으로서 입력하거나, 가스 유량 설정값(Gv) 및 지연 시간(Dt)을 설정하거나 할 때에 조작된다. 작업 프로그램(Dw)이나, 가스 유량 설정값(Gv) 및 지연 시간(Dt) 등은, 티치 펜던트(15)로부터 출력되어 로봇 컨트롤러(16)로 입력된다. 가스 유량 설정값(Gv)은, 용접 개소에 따라 설정되는 최적 가스 유량이다. 가스 유량 설정값(Gv)은, 미리, 티치 펜던트(15)를 조작해서 원하는 값으로 설정된다. 지연 시간(Dt)은, 후술하는 가스 전자기 밸브(33)를 닫는 타이밍과, 매스 플로우 컨트롤러(31)에 의해 가스를 정지하는 타이밍을 조정하기 위한 시간이다.

로봇 컨트롤러(16)는, 티치 펜던트(15)로부터 입력된 작업 프로그램(Dw)을 해석한다. 로봇 컨트롤러(16)는, 해석 결과에 의거한 소정의 타이밍에, 동작 제어 신호(Mc)를 머니퓰레이터(14)에 출력한다. 마찬가지로, 로봇 컨트롤러(16)는, 용접 제어 신호(Ws), 전자기 밸브 개폐 신호(Ds), 가스 출력 신호(Mg) 및 가스 유량 설정 신호(Ms)를 용접 전원(3)에 출력한다.

용접 전원(3)은, 로봇 컨트롤러(16)로부터의 용접 제어 신호(Ws)에 의거하여, 용접 토치(7)와 워크(2) 사이에 전력을 공급한다. 또한, 용접 전원(3)은, 로봇 컨트롤러(16)로부터의 전자기 밸브 개폐 신호(Ds)에 의거하여, 후술하는 가스 전자기 밸브(33)를 개폐하기 위한 지령 신호를 출력한다. 또한, 용접 전원(3)은, 가스 출력 신호(Mg) 및 가스 유량 설정 신호(Ms)에 의거하여, 실드 가스를 출력 또는 정지시키거나, 실드 가스의 유량을 설정하거나 하기 위한 지령 신호를 매스 플로우 컨트롤러(31)에 출력한다.

용접 전원(3)에는, 매스 플로우 컨트롤러(31) 및 가스 전자기 밸브(33)가 접속되어 있다. 매스 플로우 컨트롤러(31)는, 용접 전원(3)으로부터의 지령 신호에 따라 실드 가스를 공급하거나, 실드 가스의 공급을 정지하거나 한다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러(31)는, 미리 설정된 가스 유량 설정값(Gv)으로 되도록, 가스 실린더(30)로부터 공급되는 실드 가스의 유량을 조정한다. 가스 전자기 밸브(33)는 용접 전원(3)으로부터의 신호에 따라 개폐된다.

다음으로, 가스 전자기 밸브(33) 및 매스 플로우 컨트롤러(31)의 위치에 관하여 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 가스 실린더(30)에는, 실드 가스가 충전되어 있다. 실드 가스는, 상류측 가스 통로(34a)를 거쳐 매스 플로우 컨트롤러(31)에 공급된다. 매스 플로우 컨트롤러(31)는 실드 가스의 유량을 조정한다. 유량 조정 후의 실드 가스는 기밀성의 챔버(32)를 통해 하류측 가스 통로(34b)에 공급된다. 하류측 가스 통로(34b)는 머니퓰레이터(14)의 측면을 따라 배치되어 있다. 하류측 가스 통로(34b)는 용접 토치(7)의 근방에 설치된 가스 전자기 밸브(33)에 접속되어 있다. 가스 전자기 밸브(33)의 개폐에 의해, 실드 가스가, 콘딧(Conduit) 케이블(35) 내부의 가스 호스를 통해 용접 토치(7)로 공급된다. 이렇게 해서, 용접 토치(7)로부터 실드 가스가 분출된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 로봇 컨트롤러(16)는, 마이크로컴퓨터 및 각종 메모리 등을 구비하고 있다. 더 상세하게는, 로봇 컨트롤러(16)는, 작업 프로그램 해석부(21), 하드 디스크(22), 궤도 계획부(23), RAM(8), 버퍼(24), 서보 제어부(25), 서보 구동부(26), 현재 위치 감시부(27) 및 용접 제어부(28)를 구비하고 있다. 기억 수단으로서의 하드 디스크(22)는 불휘발성 메모리이다. 하드 디스크(22)에는, 작업 프로그램(Dw), 지연 시간(Dt), 가스 유량 설정값(Gv) 등이 미리 기억되어 있다.

작업 프로그램 해석부(21)는, 하드 디스크(22)에 저장된 작업 프로그램(Dw)을 교시 스텝마다 판독하고, 그 내용을 해석한다. 예를 들면, 작업 프로그램 해석부(21)는, 작업 프로그램 중에 포함되어 있는 좌표나 속도 정보 등의 데이터로 이루어지는 이동 명령을 판독하고, 그것을 궤도 계획부(23)에 통지한다. 또한, 작업 프로그램 해석부(21)는, 가스의 출력을 개시 및 종료하는 타이밍을 구함과 함께, 그 타이밍을 궤도 계획부(23)에 통지한다.

궤도 계획부(23)는, 작업 프로그램 해석부(21)로부터 보내지는 각종의 이동 명령을 버퍼(24)에 저장한다. 이 이동 명령에는, 가스 출력ㆍ정지의 타이밍 등도 부여되어 있다. 궤도 계획부(23)는, 버퍼(24)에 저장된 이동 명령을 판독한다. 궤도 계획부(23)는, 그 이동 명령에 의거하여 용접 토치(7)의 궤도 계획을 입안하는 동시에, 머니퓰레이터(14)의 각 모터의 회전각, 회전 속도 등의 정보를 서보 제어부(25)에 통지한다.

버퍼(24)는, 소위 선입선출(FIFO:first-in first-out)용 메모리로 이루어진다. 버퍼(24)에는, 궤도 계획부(23)로부터 보내진 이동 명령이 저장된다. 서보 제어부(25)는, 궤도 계획부(23)로부터 보내지는 궤도 계획에 의거하여, 머니퓰레이터(14)의 각 모터를 회전 구동하기 위해 구동 신호를 서보 구동부(26)에 송신한다. 서보 제어부(25)는, 인코더로부터의 출력 신호를 취득하고, 현재 위치 감시부(27)에 그 정보를 송신한다.

서보 구동부(26)는, 서보 제어부(25)로부터의 지령에 의거하여, 각 모터에 대하여 동작 제어 신호(Mc)를 출력한다. 현재 위치 감시부(27)는, 머니퓰레이터(14)의 각 모터에 설치된 인코더로부터의 검출 신호에 의해, 용접 토치(7)의 현재 위치를 감시한다. 용접 제어부(28)는, 현재 위치 감시부(27)로부터의 각종 명령을 적절한 처리 타이밍에 용접 전원(3)에 출력한다. 이에 의해, 용접 토치(7)에 의한 용접이 실행되거나, 실드 가스가 분출되거나 한다. 구체적으로는, 용접 제어부(28)는, 현재 위치 감시부(27)로부터 지정된 처리 타이밍에, 실드 가스를 분출시키기 위해 필요한 전자기 밸브 개폐 신호(Ds), 가스 출력 신호(Mg) 및 가스 유량 설정 신호(Ms)를 용접 전원(3)에 출력한다. 용접 제어부(28)는, 현재 위치 감시부(27)로부터의 용접 제어 명령에 의거하여, 용접 전원(3)에 의한 용접을 위한 용접 제어 신호(Ws)를 출력한다. 서보 구동부(26)는, 서보 제어부(25)로부터의 구동 명령에 의거하여, 머니퓰레이터(14)의 각 모터에 대하여 동작 제어 신호(Mc)를 송신한다.

다음으로, 아크 용접 장치(1)의 동작에 관하여 설명한다. 로봇 컨트롤러(16)에 기동 신호가 입력되면, 작업 프로그램 해석부(21)는, 작업 프로그램(Dw)을 해석해서 궤도 계획 등을 연산한다. 작업 프로그램 해석부(21)는, 그 연산 결과에 의거하여, 머니퓰레이터(14)의 각 모터에 동작 제어 신호(Mc)를 출력함과 함께, 용접 전원(3)에 용접 제어 신호(Ws), 전자기 밸브 개폐 신호(Ds), 가스 출력 신호(Mg), 가스 유량 설정 신호(Ms) 등을 출력한다. 이 결과, 용접 토치(7)가 용접 개시 위치로 이동하고, 가스 유량 설정값(Gv)에 의거하는 양의 실드 가스가 출력되어, 용접이 개시된다. 그 후, 용접 종료 위치까지 용접 토치(7)가 이동하면, 용접이 종료되고, 애프터 플로우 제어가 실행된다. 상기의 일련의 동작은 상술한 종래 기술과 동일하다.

작업 프로그램(Dw)에 복수의 용접 구간이 교시되어 있을 경우, 상기의 일련의 공정은, 복수의 용접 구간의 각각에 대하여 순차적으로 실행된다. 그러나, 본 발명은, 다음 용접 구간에서의 용접 개시 시에, 필요한 가스 유량을 바로 확보하는 것을 목적으로 하고 있다. 이 때문에, 실드 가스의 정지 시, 및 다음 용접 구간에 있어서의 실드 가스의 출력의 개시 시에, 이하와 같은 처리가 행해진다.

도 4의 (a)는, 가스 전자기 밸브(33)의 ON/OFF(개폐)를 나타낸 타이밍 차트이고, 도 4의 (b)는, 매스 플로우 컨트롤러(31)의 ON/OFF(가스 출력/정지)를 나타낸 타이밍 차트이다. 도 4의 (c)의 실선으로 나타내지는 파형(Hc)은, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타낸 타이밍에 실드 가스를 정지 및 출력했을 경우의 가스 유량의 시간 변화를 나타낸다. 본 발명에 의한 파형(Hc)과의 비교를 위해, 종래 기술의 파형(Ha) 및 파형(Hb)을 도 4의 (c)의 점선으로 나타내고 있다. 파형(Ha)은, 전자기 밸브 1개만으로 실드 가스의 유량을 제어했을 때의 파형이고, 파형(Hb)은, 종래 기술 3의 매스 플로우 컨트롤러에 의해 가스 유량을 제어했을 때의 파형이다.

(1. 시각 t1)

시각 t1은, 애프터 플로우 처리가 완료된 타이밍이다. 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 로봇 컨트롤러(16)는, 용접 전원(3)을 통해 가스 전자기 밸브(33)에 대해서만 폐쇄 작동 신호를 출력한다. 즉, 로봇 컨트롤러(16)는, 전자기 밸브 개폐 신호(Ds)를 OFF로 한다. 이에 따라, 가스 전자기 밸브(33)가 닫히기 때문에, 가스 전자기 밸브(33)와 용접 토치(7) 사이의 가스 통로에 실드 가스가 공급되지 않게 된다.

(2. 시각 t1 ~ t2의 기간)

시각 t1 ~ t2의 기간 동안, 가스 전자기 밸브(33)가 닫히는 한편, 매스 플로우 컨트롤러(31)로부터는 실드 가스가 계속해서 출력되고 있다. 이에 따라, 매스 플로우 컨트롤러(31)와 가스 전자기 밸브(33) 사이의 가스 통로에는, 통상 시에 공급될 때 이상의 압력으로 실드 가스가 충전된다. 이 때, 기밀성의 챔버(32)를 구비함으로써, 가스 통로 내에 필요 이상의 실드 가스가 충전되는 것이 방지된다.

(3. 시각 t2)

시각 t2는, 시각 t1로부터, 미리 정해진 지연 시간(Dt)이 경과한 시각이다. 로봇 컨트롤러(16)는, 시각 t2의 타이밍에, 용접 전원(3)을 통해 매스 플로우 컨트롤러(31)에 가스의 정지 신호를 출력한다. 즉, 로봇 컨트롤러(16)는, 가스 출력 신호(Mg)를 OFF로 한다. 이에 따라, 실드 가스의 공급이 완전하게 정지된다.

(4. 시각 t3)

시각 t3은, 다음 용접 구간에 있어서 실드 가스의 출력을 개시하는 타이밍이다. 로봇 컨트롤러(16)는, 가스 전자기 밸브(33)를 열기 위해 전자기 밸브 개폐 신호(Ds)를 ON으로 한다. 동시에, 매스 플로우 컨트롤러(31)에 가스의 출력을 개시시키기 위해, 로봇 컨트롤러(16)는 가스 출력 신호(Mg)를 ON으로 한다.

(5. 시각 t3 ~ t4)

매스 플로우 컨트롤러(31) 및 가스 전자기 밸브(33)가 동시에 ON됨으로써, 매스 플로우 컨트롤러(31)와 가스 전자기 밸브(33) 사이의 가스 통로에 충전되어 있었던 실드 가스가, 단숨에 방출된다. 파형(Hc)은 이 때의 가스의 유량 변화를 나타낸다. 매스 플로우 컨트롤러(31)를 단독으로 사용하는 종래 기술 3에서는, 유량 변화가 파형(Hb)과 같이 되어, 유량이 부족할 우려가 있었다. 이에 대하여, 본 발명에서는, 파형(Hc)으로 나타낸 바와 같이, 용접 품질에 영향을 주지 않을 정도의 작은 돌류가 발생하고, 종래 기술 3에 있어서의 가스 유량의 부족분(不足分)(사선부)이 보충된다.

여기에서, 지연 시간(Dt)에 대해서 보충한다. 실드 가스의 유량은, 매스 플로우 컨트롤러(31)로부터 가스 전자기 밸브(33)까지의 배관 길이, 배관 직경, 가스 실린더(30)의 설정 압력, 설정 유량, 챔버(32)의 체적 등, 용접 환경에 있어서의 다양한 요인의 영향을 받는다. 당연히, 지연 시간(Dt)도 이들 요인의 영향을 받지만, 지연 시간(Dt)은, 바람직하게는, 용접 품질에 영향을 미치지 않을 정도의 돌류가 발생되도록 설정된 시간이다. 출원인은, 상기의 용접 환경을 수십 패턴 준비하여, 시행 착오하면서 반복 실험을 행했다. 그 결과, 출원인은, 바람직한 지연 시간(Dt)이 0.5 ~ 0.6초 정도인 것을 발견했다. 당연한 것이지만, 상기의 패턴에 포함되지 않는 용접 환경의 경우, 지연 시간(Dt)으로서 상기의 값이 적합하지 않은 경우도 있다. 이 경우, 용접 환경에 따른 지연 시간을 실험에 의해 구하거나, 실제의 용접 시공 결과에 따라 기준값을 재검토하는 등 해서, 티치 펜던트(15)에 의해 조정하면 된다.

상기의 실시형태는 이하와 같이 변경해도 된다.

상기의 실시형태에 있어서, 매스 플로우 컨트롤러(31) 및 가스 전자기 밸브(33)를 로봇 컨트롤러(16)에 직접 접속해도 된다. 이 경우, 전자기 밸브 개폐 신호(Ds), 가스 출력 신호(Mg) 및 가스 유량 설정 신호(Ms)가, 로봇 컨트롤러(16)로부터 직접적으로, 매스 플로우 컨트롤러(31) 및 가스 전자기 밸브(33)의 각각에 출력된다.

1 : 아크 용접 장치 2 : 워크
7 : 용접 토치 13 : 용접 와이어
14 : 머니퓰레이터 15 : 티치 펜던트
16 : 로봇 컨트롤러 30 : 가스 실린더
31 : 매스 플로우 컨트롤러 32 : 챔버
33 : 가스 전자기 밸브

Claims

외부로부터 신호를 입력해서 실드 가스의 출력, 정지 및 유량 조정을 행하는 매스 플로우(mass flow) 컨트롤러를 갖고, 상기 실드 가스를 가스 공급원으로부터 상기 매스 플로우 컨트롤러를 경유해서 용접 토치로 공급하기 위한 가스 통로를 구비하는 아크 용접 장치에 있어서,
상기 용접 토치와 상기 매스 플로우 컨트롤러 사이의 가스 통로에 설치된 가스 전자기 밸브와,
상기 가스 전자기 밸브에 전자기 밸브 개폐 신호를 출력해서 상기 가스 전자기 밸브를 개폐함과 함께, 상기 매스 플로우 컨트롤러에 가스 제어 신호를 출력하는 가스 제어 수단을 구비하고,
상기 가스 제어 수단은, 상기 실드 가스의 정지 시에, 우선 상기 가스 전자기 밸브를 닫고, 다음으로 소정의 지연 시간 경과 후에, 상기 매스 플로우 컨트롤러로부터의 가스의 출력을 정지하고, 다음번의 가스 출력 시에, 상기 가스 전자기 밸브를 개방함과 동시에 상기 매스 플로우 컨트롤러로부터 가스를 출력하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 매스 플로우 컨트롤러와 상기 가스 전자기 밸브 사이의 가스 통로에는, 상기 가스 전자기 밸브가 닫혔을 때 상기 실드 가스를 밀봉하기 위한 기밀성 챔버가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 아크 용접 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가스 제어 수단은, 미리 작성된 교시 데이터에 의거하여 상기 용접 토치를 탑재한 머니퓰레이터(manipulator)를 구동 제어하는 로봇 컨트롤러인 것을 특징으로 하는 아크 용접 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 지연 시간은, 상기 교시 데이터를 작성하기 위한 티치 펜던트(teach pendant)에 의해 설정 가능한 것을 특징으로 하는 아크 용접 장치.