KR102126288B1 - 파이프 모니터링 오버레이 용접장치 - Google Patents

파이프 모니터링 오버레이 용접장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 오버레이 용접을 위한 파이프를 고정하여 회전시키는 파이프 지지부와, 파이프를 오버레이 용접하는 툴부와, 툴부를 파이프의 길이방향으로 이동시키기 위한 이동수단과, 툴부를 통한 파이프의 오버레이 용접시, 용접전압 및 용접전류를 센싱하는 감지부와, 파이프의 오버레이 용접 상태를 촬영하는 카메라부와, 감지부에서 측정된 용접전압 및 용접전류를 분석하여 파이프의 용접부위에 대한 용접품질을 판단하는 제어부를 포함하는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치를 제공한다.

Description

파이프 모니터링 오버레이 용접장치{OVERLAY WELDING APPARATUS FOR MONITORING PIPE}
본 발명은 파이프 모니터링 오버레이 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대구경 파이프의 오버레이 용접시, 오버레이 용접의 오차를 줄일 수 있는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전설비나 석유화학 플랜트의 배관설비에 사용되는 파이프에는, 내구성, 내부식성, 고강도성을 가진 스테인리스나 니켈합금과 같은 이종금속으로 일정두께의 용접하는 오버레이 용접(overlay welding)을 실시한다.
이러한 오버레이 용접은 매우 취약한 환경에서 물리적 성질이 약한 금속이 사용될 때, 금속 표면을 용접으로 코팅하여 내부식성, 내구성, 내마모성, 강도 등을 향상시킬 수 있다.
그런데, 종래 장형 파이프에 대해 오버레이 용접을 실시하는 경우, 용접열에 의해 장형 파이프에 휨변형이 발생될 수 있다. 휨변형이 발생하게 되면, 오버레이 용접층이 장형 파이프에 균일하게 형성되지 않게 된다.
예컨대, 장형 파이프가 오버레이 용접되는 과정에서 휘어지게 되면, 장형 파이프의 내면에 대한 토치의 이격간격이 다르게 될 수 있고, 이로 인하여 장형파이프 내면에 생기는 용접비드의 두께가 달라지게 될 수 있다. 결국, 장형 파이프에는 균일한 용접비드층이 형성되지 않게 된다.
이에 오버레이 용접시, 용접두께 및 평활도가 일정하게 유지되도록 파이프의 휨을 방지하면서, 파이프에 대한 오버레이 품질을 진단할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 용접두께 및 평활도를 일정하게 유지하면서, 파이프의 오버레이 용접 품질을 확인할 수 있는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 오버레이 용접을 위한 파이프를 고정하여 회전시키는 파이프 지지부; 상기 파이프를 오버레이 용접하는 툴부; 상기 툴부를 상기 파이프의 길이방향으로 이동시키기 위한 이동수단; 상기 툴부를 통한 상기 파이프의 오버레이 용접시, 용접전압 및 용접전류를 센싱하는 감지부; 상기 파이프의 오버레이 용접 상태를 촬영하는 카메라부; 및 상기 감지부에서 측정된 상기 용접전압 및 용접전류를 분석하여 상기 파이프의 용접부위에 대한 용접품질을 판단하는 제어부를 포함하는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 파이프의 외면을 감싸도록 상기 파이프의 외면에 대응되는 내경을 갖는 변형방지 지그를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 변형방지 지그를 회전가능하게 지지하도록 상기 변형방지 지그의 양단부에 배치되는 서포트 지그를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 오버레이 용접에 대한 용접품질의 이상여부를 사용자에게 알리는 알림부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 오버레이 용접에 의해 가열된 상기 파이프를 냉각시키기 위해, 상기 변형방지 지그에 워터를 분사하는 쿨링부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 변형방지 지그에는 상기 쿨링부의 워터를 상기 파이프의 외면으로 안내하는 복수개의 통공이 이격 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 툴부는 상기 파이프의 내면 또는 외면을 오버레이 용접하기 위한 토치; 상기 토치에 용접 와이어를 공급하는 와이어 공급기; 및 상기 토치 및 상기 와이어 공급기가 장착되는 붐대를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동수단은 상기 파이프를 관통하여 배치되는 지지 와이어; 상기 지지 와이어 및 상기 툴부 사이를 연결하는 연결편; 및 상기 툴부가 상기 지지 와이어를 따라 이동하도록 상기 파이프의 길이방향으로 이동가능하게 설치되는 카트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 감지부에서 측정된 상기 용접전압 및 상기 용접전류를 그래프화하고, 그래프화된 상기 용접전압 및 용접전류의 측정 파형과 기 설정된 표준 파형을 비교한 후, 상기 측정 파형이 상기 표준 파형의 범위를 벗어나면, 상기 표준 파형의 범위를 벗어난 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 카메라부에 의해 촬영된 상기 파이프의 수직방향 변형에 대한 비드 지오메트리(bead geometry)를 그래프화하고, 그래프화한 상기 비드 지오메트리의 측정 비드높이와 기 설정된 평균 비드높이를 비교한 후, 상기 측정 비드높이가 상기 평균 비드높이의 범위를 벗어나면, 상기 평균 비드높이의 범위를 벗어난 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 오버레이 용접을 위한 파이프를 고정하여 회전시키는 파이프 지지부; 상기 파이프를 오버레이 용접하는 툴부; 상기 툴부를 상기 파이프의 길이방향으로 이동시키기 위한 이동수단; 상기 툴부를 통한 상기 파이프의 오버레이 용접시, 용접전압 및 용접전류를 센싱하는 감지부; 상기 파이프의 외면을 감싸도록 상기 파이프의 외면에 대응되는 내경을 갖는 변형방지 지그; 및 상기 감지부에서 측정된 상기 용접전압 및 용접전류를 분석하여 상기 파이프의 용접부위에 대한 용접품질을 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 변형방지 지그를 회전가능하게 지지하도록 상기 변형방지 지그의 양단부에 배치되는 서포터 지그를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 오버레이 용접에 대한 용접품질의 이상여부를 사용자에게 알리는 알림부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 오버레이 용접에 의해 가열된 상기 파이프를 냉각시키기 위해, 상기 변형방지 지그에 워터를 분사하는 쿨링부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 변형방지 지그에는 상기 쿨링부의 워터가 상기 파이프에 전달하기 위한 복수개의 통공이 이격 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 툴부는 상기 파이프의 내면 또는 외면을 오버레이 용접하기 위한 토치; 상기 토치에 용접 와이어를 공급하는 와이어 공급기; 및 상기 토치 및 상기 와이어 공급기가 장착되는 붐대를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동수단은 상기 파이프를 관통하여 배치되는 지지 와이어; 상기 지지 와이어 및 상기 툴부 사이를 연결하는 연결편; 및 상기 툴부가 상기 지지 와이어를 따라 이동하도록 상기 파이프의 길이방향으로 이동가능하게 설치되는 카트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 감지부에서 측정된 상기 용접전압 및 상기 용접전류를 그래프화하고, 그래프화된 상기 용접전압 및 용접전류의 측정 파형과 기 설정된 표준 파형을 비교한 후, 상기 측정 파형이 상기 표준 파형의 범위를 벗어나면, 상기 표준 파형의 범위를 벗어난 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 변형방지 지그를 통해 파이프의 휨변형을 방지함으로써, 오버레이 용접시 파이프의 용접두께 및 평활도를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 카메라부를 통해 파이프에 대한 오버레이 용접 상태를 실시간으로 모니터링함으로써, 파이프에 대한 오버레이의 용접 오차, 용접 결함 및 용접 품질을 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 쿨링부를 통해 파이프를 냉각함으로써, 용접 가열에 의한 파이프의 변형을 미연에 방지할 수 있고, 이를 통해, 파이프의 용접두께 및 평활도를 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 모니터링 오버레이 용접장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 모니터링 오버레이 용접장치의 툴부를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 모니터링 오버레이 용접장치의 제어로직을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 실험을 위한 파이프를 도시한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 4에서 측정한 용접전류, 용접전압 및 용접비드를 그래프화한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 5에서 측정한 용접전류, 용접전압 및 용접비드를 그래프화한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 6에서 측정한 용접전류, 용접전압 및 용접비드를 그래프화한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 10에서 측정한 용접전류, 용접전압 및 용접비드를 그래프화한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 1, 4, 5, 10에서의 마할라노비스 거리(MD)를 그래프화한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 1 내지 10에서 측정된 용접비드 높이를 그래프화한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 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 명세서에서, "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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 모니터링 오버레이 용접장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 모니터링 오버레이 용접장치의 툴부를 확대하여 도시한 확대도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 모니터링 오버레이 용접장치의 제어로직을 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 모니터링 오버레이 용접장치(10)는, 파이프 지지부(100), 이동수단(300), 감지부(400), 카메라부(500), 변형방지 지그(710), 서포트 지그(720), 알림부(800), 쿨링부(900) 및 제어부(600)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 파이프 지지부(100)는 파이프(P)의 단부를 고정한 상태에서, 회전시키기 위한 구성을 포함할 수 있다. 일 예로, 파이프 지지부(100)는 파이프(P)의 일단을 고정하는 가공척(110)과, 가공척(110)을 회전시키기 위한 회전모터(미도시)로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는, 파이프 지지부(100)의 가공척(110)이 파이프(P)의 일단을 고정한 상태에서, 회전모터에 의해 가공척(110)이 회전되는 구성에 대하여 설명하지만, 이에 한정되지는 아니하며, 오버레이 용접시, 파이프(P)를 고정 및 회전하기 위한 다양한 구성이 본 발명에 적용될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 가공척(110)이 파이프(P)를 고정된 상태에서, 툴부(200)의 상대적인 회전 운동에 의해 오버레이 용접을 진행할 수도 있을 것이다.
툴부(200)는 파이프(P)의 용접 부위(O)를 오버레이 용접하기 위한 용접기구 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 툴부(200)는 파이프(P)의 내면 또는 외면을 오버레이 용접하는 토치(210)와, 토치(210)에 용접 와이어(W)를 공급하는 와이어 공급기(220)와, 토치(210) 및 와이어 공급기(220)가 장착되는 붐대(230)로 이루어질 수 있다.
여기서, 토치(210) 및 와이어 공급기(220)는 오버레이 용접을 위해 통상적으로 사용되는 토치(210) 및 와이어 공급기(220) 구성과 대응되므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 붐대(230)는 이동수단(300)을 통해 파이프(P)의 길이방향으로 이동되므로, 토치(210)는 파이프(P)의 길이방향으로 이동되면서, 파이프(P)의 전체 내면 또는 전체 외면에 대한 오버레이 용접을 진행할 수 있다.
이동수단(300)은 지지 와이어(310), 연결편(320) 및 카트(330)를 포함하는 구성으로, 파이프(P)의 용접부위(O)에 대한 오버레이 용접을 위해, 툴부(200)를 파이프(P)의 길이방향으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 지지 와이어(310)는 파이프(P)를 관통하여 배치되는 와이어 로프로, 팽팽한 장력 상태를 유지할 수 있다. 지지 와이어(310)에는 카메라부(500) 및 연결편(320)이 장착될 수 있다. 연결편(320)은 지지 와이어(310) 및 툴부(200) 사이를 연결하기 위한 브라켓으로, 툴부(200)의 일단에 고정 설치될 수 있다. 연결편(320)에는 지지 와이어(310)가 관통된 상태에서 결합될 수 있다. 카트(330)는 파이프(P)의 길이방향으로 이동가능하게 설치되어, 툴부(200)를 지지 와이어(310)와 함께 이동시킬 수 있다.
본 실시예에서, 이동수단(300)은 지지 와이어(310), 연결편(320) 및 카트(330)로 구성되지만, 이들 구성 이외에도, 툴부(200)를 파이프(P)의 길이방향으로 이동시키기 위한 다양한 형태의 구성이 이동수단(300)으로 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 툴부(200)가 지지 와이어(310)에 의해 가이드되면서, 카트(330)에 의해 파이프(P)의 길이방향으로 이동될 수 있도록 구성될 수도 있을 것이다.
감지부(400)는 파이프(P)의 오버레이 용접시, 용접전압 및 용접전류를 감지할 수 있다. 이러한 감지부(400)는 파이프(P)에 대한 오버레이 용접시, 변화되는 용접전압 및 용접전류를 센싱할 수 있다.
감지부(400)에서 감지된 용접전압 및 용접전류에 대한 측정 데이터는, 제어부(600)에 인가될 수 있다. 이때, 제어부(600)는 감지부(400)로부터 용접전압 및 용접전류에 대한 측정 데이터를 인가받아 AVC(Automatic voltage control) 기능을 수행할 수 있다. 여기서, AVC는 기 설정된 전압을 유지할 수 있도록 토치(210)의 높낮이를 조절하는 기능으로 이해될 수 있다.
카메라부(500)는 파이프(P)의 용접부위(O)에 대한 오버레이 용접 상태를 촬영할 수 있다. 이를 위해, 카메라부(500)는 툴부(200)의 토치(210)에 의해 오버레이 용접이 이루어지는 파이프(P)의 용접부위에 인접하게 배치될 수 있다. 일 예로, 카메라부(500)는 토치(210)와 인접하게 위치되는 지지 와이어(310)에 고정 설치될 수 있다. 물론, 카메라부(500)는 지지 와이어(310) 이외에도, 파이프(P)의 용접부위를 효과적으로 촬영하기 위한 다양한 위치에 설치될 수 있을 것이다.
변형방지 지그(710)는 파이프(P)의 외면을 감싸는 커버 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 변형방지 지그(710)는 파이프(P)의 외면을 감싸도록 파이프(P)의 외면에 대응되는 내경을 갖는 파이프(P) 형태로 형성될 수 있다.
변형방지 지그(710)에는 복수개의 통공(711)이 이격 형성될 수 있다. 복수개의 통공(711)은 쿨링부(900)로부터 제공받은 워터를 파이프(P)의 외면으로 안내할 수 있다. 이때, 파이프(P)에 전달된 워터는 오버레이 용접에 의한 파이프(P)의 가열시, 파이프(P)의 용접부위(O) 주변을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
서포트 지그(720)는 변형방지 지그(710)를 회전가능하게 지지하도록 변형방지 지그(710)의 양단부에 배치될 수 있다. 변형방지 지그(710)가 접촉되는 서포트 지그(720)의 상면에는, 변형방지 지그(710)의 회전을 원활하게 지지하기 위한 베어링(미도시)이 마련될 수 있다.
알림부(800)는 제어부(600)의 제어신호에 따라 오버레이 용접에 대한 용접품질의 이상여부를 사용자에게 알릴 수 있다. 이러한 알림부(800)는 용접품질의 이상여부를 사용자에게 시각적으로 표시하는 경고램프 형태로 구성되거나, 용접품질의 이상여부를 사용자에게 음향으로 알리는 경고스피커 형태로 구성될 수 있다.
쿨링부(900)는 오버레이 용접에 의해 가열된 파이프(P)를 냉각시키기 위해, 변형방지 지그(710)에 워터를 분사할 수 있다. 일 예로, 쿨링부(900)는 워터를 변형방지 지그(710)에 분사하기 위한 분사노즐(910)과, 분사노즐(910)에 고압의 워터를 제공하는 워터탱크(920)로 구성될 수 있다.
제어부(600)는 감지부(400)에서 측정된 용접전압 및 용접전류를 분석하여 파이프(P)의 용접부위에 대한 용접품질을 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 감지부(400)로부터 용접전압 및 용접전류에 대한 측정 데이터를 인가받은 후, 인가받은 측정 데이터를 파형 형태로 그래프화하고, 그래프화된 용접전압 및 용접전류의 측정 파형과 기 설정된 표준 파형을 비교할 수 있다.
이때, 제어부(600)는 측정 파형이 표준 파형의 범위를 벗어나면, 표준 파형의 범위를 벗어난 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단되면, 제어부(600)는 용접품질의 이상여부에 대한 알림신호를 알림부(800)에 인가할 수 있다.
아울러, 제어부(600)는 카메라부(500)에서 촬영된 용접부위에 대한 이미지 신호를 분석하여 파이프(P)의 용접부위에 대한 용접품질을 판단할 수 있다. 예컨대, 제어부(600)는 카메라부(500)로부터 용접부위에 대한 이미지 신호를 인가받은 후, 카메라부(500)로부터 인가받은 이미지 신호를 이용하여 파이프(P)의 수직방향 변형에 대한 비드 지오메트리(bead geometry)를 그래프화할 수 있다.
이후, 제어부(600)는 그래프화한 비드 지오메트리의 측정 비드높이와 기 설정된 평균 비드높이를 비교한 후, 측정 비드높이가 평균 비드높이의 범위를 벗어나면, 평균 비드높이의 범위를 벗어난 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단되면, 제어부(600)는 용접품질의 이상여부에 대한 알림신호를 알림부(800)에 인가할 수 있다.
특히, 본 발명은 그래픽을 통해 작업할 수 있는 GUI(graphical user interface) 기반 모니터링 제어환경을 조성함으로써, 사용자가 제어부(600)와 정보를 교환할 때, 사용자가 마우스 등을 이용하여 컴퓨터의 화면에 있는 메뉴를 선택하여 손쉽게 작업을 진행할 수 있다.
이하, GUI을 이용하여 따른 용접품질 판단을 위한 용접실험을 진행한 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 실험을 위한 파이프를 도시한 사진이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 4에서 측정한 용접전류, 용접전압 및 용접비드를 그래프화한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 5에서 측정한 용접전류, 용접전압 및 용접비드를 그래프화한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 6에서 측정한 용접전류, 용접전압 및 용접비드를 그래프화한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 10에서 측정한 용접전류, 용접전압 및 용접비드를 그래프화한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 1, 4, 5, 10에서의 마할라노비스 거리(MD)를 그래프화한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라, 파이프의 용접 위치 1 내지 10에서 측정된 용접비드 높이를 그래프화한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 1500mm 길이의 파이프(P)에 변형방지 지그(710)를 적용한 후, 파이프(P)의 내면을 오버레이 용접한다. 이때, 도 4의 용접 위치 1 내지 10에서 오버레이 용접의 용접전류 및 용접전압을 측정한다. 오버레이 용접 실험조건은 아래의 표 1과 같다.
Figure 112018054051738-pat00001
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(600)는 파이프(P)의 용접 위치 4(측정시간 70min ~75min)에서 측정된 용접전류 및 용접전압을 이용하여 전류 파형 및 전압 파형으로 그래프화할 수 있고, 전류 및 전압의 궤적을 분석할 수 있으며, AVC(Automatic voltage control) 변위값을 산출할 수 있다.
그리고 제어부(600)는 파이프(P)의 용접 위치 4에서 촬영된 카메라부(500)로부터 인가받은 이미지신호를 이용하여 비드 지오메트리를 시험편(파이프)의 수직방향 변형에 대해 그래프화할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(600)는 파이프(P)의 용접 위치 5(측정시간 90min ~95min)에서 측정된 용접전류 및 용접전압을 이용하여 전류 파형 및 전압 파형으로 그래프화할 수 있고, 전류 및 전압의 궤적을 분석할 수 있으며, AVC(Automatic voltage control) 변위값을 산출할 수 있다.
그리고 제어부(600)는 파이프(P)의 용접 위치 5에서 촬영된 카메라부(500)로부터 인가받은 이미지신호를 이용하여 비드 지오메트리를 시험편(파이프)의 수직방향 변형을 그래프화할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(600)는 파이프(P)의 용접 위치 6(측정시간 110min ~115min)에서 측정된 용접전류 및 용접전압을 이용하여 전류 파형 및 전압 파형으로 그래프화할 수 있고, 전류 및 전압의 궤적을 분석할 수 있으며, AVC(Automatic voltage control) 변위값을 산출할 수 있다.
그리고 제어부(600)는 파이프(P)의 용접 위치 6에서 촬영된 카메라부(500)로부터 인가받은 이미지신호를 이용하여 비드 지오메트리를 시험편(파이프)의 수직방향 변형에 대해 그래프화할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(600)는 파이프(P)의 용접 위치 10(측정시간 190min ~195min)에서 측정된 용접전류 및 용접전압을 이용하여 전류 파형 및 전압 파형으로 그래프화할 수 있고, 전류 및 전압의 궤적을 분석할 수 있고, AVC(Automatic voltage control) 변위값을 산출할 수 있다.
그리고 제어부(600)는 파이프(P)의 용접 위치 10에서 촬영된 카메라부(500)로부터 인가받은 이미지신호를 이용하여 비드 지오메트리를 시험편(파이프)의 수직방향 변형에 대해 그래프화할 수 있다.
이와 같이, 제어부(600)는 감지부(400)에서 측정된 용접전압 및 용접전류를 그래프화한 후, 그래프화된 용접전압 및 용접전류의 측정 파형과 기 설정된 표준 파형을 비교한 후, 측정 파형이 표준 파형의 범위를 벗어나면, 표준 파형의 범위를 벗어난 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
특히, 제어부(600)는 마할라노비스 거리(MD : Mahalanobis Distance)를 이용하여 용접 부위에 대한 용접 결함을 손쉽게 검출할 수도 있다.
예컨대, 제어부(600)는 용접 부위 1(용접 초기위치), 용접 부위 4(와이어 서보 변위량 최대위치), 용접 부위 5(전류/전압 표준편차 최대위치) 및 용접 부위 10(용접 종료위치)의 전류 및 전압 데이터를 바탕으로 마할라노비스 거리(MD)를 산출할 수 있고, 산출된 마할라노비스 거리를 이용한 용접품질 평가를 수행할 수 있다. 마할라노비스 거리(MD)는 아래의 수학식1을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112018054051738-pat00002
여기서, V=Arc voltage, r=Correlation coefficient, C=Welding current 이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 오버레이 용접 공정의 진행에 따른 마할라노비스 거리(MD)를 분석한 결과, 용접 부위 1(용접 초기위치)에서 용접 중 군집 현상이 조밀하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 아울러, 용접 부위 5(전류/전압 표준편차 최대위치) 및 용접 부위 10(용접 종료위치)에서는 용접 변형에 따른 AVC값의 급격한 변화로 인해, 아크의 불안정이 마할라노비스 거리에 영향을 작용한 것으로 판단되었다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 제어부(600)는 카메라부(500)에서 촬영된 용접부위에 대한 이미지 신호를 분석하여 파이프(P)의 용접부위에 대한 용접품질을 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어부(600)는 그래프화한 비드 지오메트리의 측정 비드높이(파란색 라인 도시)와 기 설정된 평균 비드높이(빨간색 라인 도시)를 비교한 후, 측정 비드높이가 평균 비드높이의 범위, 다시 말해, 평균 비드높이를 기준으로 +,- 오차범위를 벗어나면, 평균 비드높이의 범위를 벗어난 용접 부위에 용접 품질 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 :파이프 지지부 200 :툴부
210 :토치 220 :와이어 공급기
230 :붐대 300 :이동수단
310 :지지 와이어 320 :연결편
330 :카트 400 :감지부
500 :카메라부 600 :제어부
710 :변형방지 지그 720 :서포트 지그
800 :알림부 900 :쿨링부

Claims (18)

  1. 오버레이 용접을 위한 파이프를 고정하여 회전시키는 파이프 지지부;
    상기 파이프를 오버레이 용접하는 툴부;
    상기 툴부를 상기 파이프의 길이방향으로 이동시키기 위한 이동수단;
    상기 툴부를 통한 상기 파이프의 오버레이 용접시, 용접전압 및 용접전류를 센싱하는 감지부;
    상기 파이프의 오버레이 용접 상태를 촬영하는 카메라부; 및
    상기 감지부와 상기 카메라부 중 적어도 하나로부터 수행된 측정을 기초로 상기 파이프의 용접부위에 대한 용접품질을 판단하는 제어부를 포함하고,
    상기 툴부는,
    상기 파이프의 내면 또는 외면을 오버레이 용접하기 위한 토치;
    상기 토치에 용접 와이어를 공급하는 와이어 공급기; 그리고
    상기 토치 및 상기 와이어 공급기가 장착되는 붐대를 포함하고,
    상기 토치는,
    상기 붐대에서 상기 카메라부를 향하여 연장되어 형성되고,
    상기 와이어 공급기는,
    상기 붐대에서 상기 토치를 향하여 연장되어 형성되며,
    상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 오버레이 용접에 대한 용접품질의 이상여부를 사용자에게 알리는 알림부를 더 포함하며,
    상기 토치는, 상기 와이어 공급기와 상기 카메라부의 사이에 위치하고, 상기 용접부위의 상방에 위치하며,
    상기 카메라부는, 상기 용접부위의 주변 지역의 상방에 위치하며,
    상기 제어부는,
    상기 감지부에서 측정된 상기 용접전압 및 용접전류의 평균값, 최대값, 최소값, 그리고 표준편차를 기초로 상기 용접전압 및 용접전류를 그래프화하고, 그래프화된 상기 용접전압 및 용접전류의 측정 파형과 기 설정된 표준 파형을 비교하여, 상기 파이프의 용접부위에 대한 용접품질을 판단하며,
    상기 제어부는,
    상기 카메라부에 의해 촬영된 상기 파이프의 수직방향 변형에 대한 비드 지오메트리(bead geometry)를 그래프화하고, 그래프화한 상기 비드 지오메트리의 측정 높이와 기 설정된 평균 비드 높이를 비교하여, 상기 파이프의 용접부위에 대한 용접품질을 판단하며,
    상기 제어부는 상기 감지부에서 측정된 상기 용접전압 및 용접전류의 평균값, 최대값, 최소값, 그리고 표준편차를 기초로 기 설정된 전압을 유지할 수 있도록 상기 토치의 높낮이를 조절하는 AVC(Automatic voltage control) 기능을 수행하는,
    파이프 모니터링 오버레이 용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파이프의 외면을 감싸도록 상기 파이프의 외면에 대응되는 내경을 갖는 변형방지 지그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변형방지 지그를 회전가능하게 지지하도록 상기 변형방지 지그의 양단부에 배치되는 서포트 지그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 오버레이 용접에 의해 가열된 상기 파이프를 냉각시키기 위해, 상기 변형방지 지그에 워터를 분사하는 쿨링부를 더 포함하는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변형방지 지그에는
    상기 쿨링부의 워터를 상기 파이프의 외면으로 안내하는 복수개의 통공이 이격 형성되는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서
    상기 이동수단은
    상기 파이프를 관통하여 배치되는 지지 와이어;
    상기 지지 와이어 및 상기 툴부 사이를 연결하는 연결편; 및
    상기 툴부가 상기 지지 와이어를 따라 이동하도록 상기 파이프의 길이방향으로 이동가능하게 설치되는 카트를 포함하는 파이프 모니터링 오버레이 용접장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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