KR102386984B1

KR102386984B1 - 로봇을 이용한 자동 용접 시스템

Info

Publication number: KR102386984B1
Application number: KR1020210002117A
Authority: KR
Inventors: 안현수
Original assignee: 안현수; (주)에이엔에이치스트럭쳐
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2022-04-15

Abstract

본 발명은 로봇을 이용한 자동 용접 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 밀폐가 가능하며 용접 시 발생하는 빛을 차단할 수 있는 하우징부; 상기 하우징 내부에 설치되어 용접하고자 하는 부품 파트를 고정시키며, 1축이 형성되어 용접 시 부품 파트를 회전시킬 수 있는 파트고정부; 부품 파트를 용접하는 용접로봇부 및 상기 하우징부, 파트고정부 및 용접로봇부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템을 제공할 수 있다.

Description

로봇을 이용한 자동 용접 시스템{Automatic welding system using robot}

본 발명은 로봇을 이용한 자동 용접 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 6축 로봇과 1축 턴테이블을 이용하여 부품의 용접을 자동으로 수행함으로써, 작업시간과 비용을 절약하고 부품의 우수한 품질 및 재현성을 구현할 수 있는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템에 관한 것이다.

항공 분야에서는 항공기용 부품의 품질에 관한 요구도가 매우 높아 품질을 높이기 위한 기술이 지속적으로 연구되고 있다.

항공기용 부품 중 팁캡(TIPCAP)은 항공기 날개의 끝단 구조물로써, 알루미늄 소재로 이루어져 있으며, TIG 용접을 이용하여 제작되고 있다.

여기서 사용되는 TIG 용접은 융점이 상당히 높은 텅스텐 봉으로부터 아크가 발생해 그 열로 재료를 녹이며, 용접부위에 불활성 가스(실드가스)를 투입함으로써, 주변 대기를 차단한 상태에서 용접을 진행하는 방법이다. 고융점의 텅스텐을 전극으로 사용하기 때문에 전극 자체의 소모는 적으나 수동용접 시 용접봉과 녹이는 재료를 양손에 들고 작업해야 하므로 용접사의 숙련도가 용접 품질을 결정하는 주요 인자이다.

일반적으로 팁캡(TIPCAP)의 TIG 용접은 용접사가 직접 용접하는 수동용접 기법을 적용하여 왔으나, 용접부의 균일한 품질을 구현하는데 어려움을 겪고 있으며, 불량률도 일반 부품에 비해 상당히 높아 시간과 제작비용 손실이 매우 큰 실정이다.

상기와 같은 문제를 개선하고자 최근 산업용 용접 로봇을 적용하고 있으나, 아직 미흡한 상황이다.

따라서, 시간과 비용을 절약할 수 있으며 용접부의 균일한 품질을 구현할 수 있는 용접 기술에 대한 개발이 필요하다.

한편, 용접 공정은 국내 대다수의 제조업에서 필수적으로 적용되는 기술이며, 제품의 품질, 내구성, 생산성 및 부가가치 등을 결정하는 핵심 기술로, 자동차, 조선, 반도체, 디스플레이, 금속 재료, 발전, 건축, 토목, 기계, 철도 등 산업분야에서 광범위하게 적용되고 있다.

상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 6축 로봇과 1축 턴테이블을 이용하여 부품의 용접을 자동으로 수행함으로써, 작업시간과 비용을 절약하고 부품의 우수한 품질 및 재현성을 구현할 수 있는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템을 제공할 수 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템은 밀폐가 가능하며 용접 시 발생하는 빛을 차단할 수 있는 하우징부; 상기 하우징부 내부에 설치되어 용접하고자 하는 부품 파트를 고정시키며, 1축이 형성되어 용접 시 부품 파트를 회전시킬 수 있는 파트고정부; 부품 파트를 용접하는 용접로봇부 및 상기 하우징부, 파트고정부 및 용접로봇부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 하우징부는 일측이 개구되게 형성된 하우징 및 상기 하우징의 개구된 부분에 설치되어 내부를 밀폐시키고 용접 시 발생하는 빛을 차단할 수 있는 차광막부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 파트고정부는 지면과 수평으로 형성된 1축을 통해 좌우 방향으로 회전 가능한 1축 턴테이블; 상기 1축 턴테이블에 탈부착 가능하게 설치되는 설치판; 상기 설치판에 형성되어 부품 파트가 장착되는 파트장착부 및 상기 파트장착부를 중심으로 대칭되게 형성되어 상기 부품 파트를 고정시키는 클램프부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 파트장착부는 상기 설치판에 형성되어 부품 파트가 장착되는 파트장착프레임; 상기 파트장착프레임 내부에 길이방향을 따라 형성되어 불활성 가스를 공급받아 이동시키는 가스이동로 및 상기 파트장착프레임 상측에 길이방향을 따라 하나 이상이 형성되되, 상기 가스이동로와 연결되어 상기 가스이동로부터 유입된 불활성 가스를 상기 부품 파트의 용접부위로 배출하는 배출구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 파트장착부는 상기 파트장착프레임 상단에 길이방향을 따라 형성되되, 하방으로 오목하게 형성되는 가스공간홈을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 클램프부는 상기 파트장착프레임에 장착된 부품 파트에 밀착되어 고정시키는 하나 이상의 클램프판; 상기 클램프판에 각각 결합되는 연동부재 및 상기 연동부재와 연결되어 상기 클램프판의 고정/해제를 제어하는 클램프실린더를 포함할 수 있다.

또한, 상기 용접로봇부는 용접 전극봉을 장착하여 전압 공급 시 아크를 발생시키는 용접 토치 및 상기 용접 토치에 공급되는 전압을 제어하는 전압제어기를 포함하는 용접부; 상기 용접 토치가 장착되어 부품 파트의 용접을 수행하는 6축 로봇; 상기 용접 토치 측으로 와이어를 공급하는 와이어공급부 및 용접 시 상기 용접 토치로 불활성가스를 공급하는 가스공급부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 작업자로부터 용접 속도, 용접 위치, 용접이동경로, 와이어 공급 속도, 토치 공급 전압, 토치 공급 전류 중 하나 이상의 설정값을 입력받는 설정부; 설정된 용접 속도, 용접 위치, 용접이동경로에 따라 6축 로봇을 제어하여 용접이 진행되도록 하는 로봇제어부; 설정된 상기 토치 공급 전압, 토치 공급 전류와 와이어 공급 속도에 따라 전압제어기와 와이어공급부를 제어하는 용접제어부 및 상기 자동 용접 시스템의 작동을 제어하며 작동상태를 출력하는 통합제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 하우징부에 설치되어 용접 시 발생하는 흄과 가스를 집진하는 집진부; 상기 하우징부 내부에 설치되어 제습하는 제습부 및 상기 하우징부에 설치되어 이상신호를 감지하는 센서부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 상기 파트장착프레임은 상기 설치판에 탈부착 가능하도록 형성되고, 상기 클램프판은 상기 연동부재에 탈부착 가능하도록 형성되며, 상기 클램프부는 상하방향으로 길이를 가지도록 형성되어 상기 설치판에 수직으로 설치되고, 상기 클램프실린더가 설치되는 베이스판 및 상기 베이스판과 연결되어 상하 방향으로 이동시키는 이동실린더를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템은 6축 로봇과 1축 턴테이블을 이용하여 부품의 용접을 자동으로 수행함으로써, 작업시간과 비용을 절약하고 부품의 우수한 품질 및 재현성을 구현할 수 있다.

또한 하우징을 통해 용접 시 발생하는 빛을 차단하고, 용접 흄 및 가스가 외부로 유출되지 않도록 하고, 센서를 통해 위험을 감지함으로써, 작업자의 안전사고를 방지할 수 있다.

또한 용접 시 용접부위 상하방향에서 불활성 가스를 공급하여 품질을 보다 향상시킬 수 있다.

또한 용접이 이용되는 다양한 산업 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템을 계략적으로 도시한 구성도.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 하우징부를 계략적으로 도시한 예시도.
도 3은 도 2의 하우징부 내부에 설치되는 파트고정부 및 용접로봇부를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 파트고정부를 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 파트고정부를 도시한 평면도.
도 6의 (a) 및 (b)는 도 4의 파트고정부가 용접 시 1축에 의해 회전되는 모습을 도시한 예시도.
도 7은 도 1의 파트장착부를 도시한 사시도.
도 8은 도 7의 파트장착부를 도시한 투영측면도.
도 9의 (a) 및 (b)는 도 7의 파트장착부에 부품 파트가 장착되고, 용접 부위(P)에 불활성가스가 배출되는 모습과 파트고정부재에 의해 고정되는 모습을 도시한 예시도.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 파트고정부의 클램프부가 작동되는 모습을 도시한 예시도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 파트 고정부를 도시한 사시도.
도 12의 (a) 및 (b)는 파트 고정부의 파트장착부와 클램프판을 교체하고 클램프부의 높이를 조절하여 사용하는 모습을 도시한 예시도.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 자동 용접 시스템의 성능을 평가하기 위한 모재 대비 접합강도 실험 결과.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 자동 용접 시스템의 성능을 평가하기 위한 Surface Pores 및 Gas Cavity 검사 결과.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 14를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템을 계략적으로 도시한 구성도이고, 도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 하우징부를 계략적으로 도시한 예시도이고, 도 3은 도 2의 하우징부 내부에 설치되는 파트고정부 및 용접로봇부를 도시한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 파트고정부를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 파트고정부를 도시한 평면도이고, 도 6의 (a) 및 (b)는 도 4의 파트고정부가 용접 시 1축에 의해 회전되는 모습을 도시한 예시도이고, 도 7은 도 1의 파트장착부를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 파트장착부를 도시한 투영측면도이고, 도 9의 (a) 및 (b)는 도 7의 파트장착부에 부품 파트가 장착되고, 용접 부위(P)에 불활성가스가 배출되는 모습과 파트고정부재에 의해 고정되는 모습을 도시한 예시도이며, 도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 파트고정부의 클램프부가 작동되는 모습을 도시한 예시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템은 하우징부(1), 파트고정부(2), 용접로봇부(3), 제어부(4), 집진부(5), 제습부(6), 센서부(7), 알림부(8) 및 전원공급부(9)를 포함할 수 있다.

하우징부(1)는 내구에 자동 용접 시스템의 구성들이 배치될 수 있으며, 용접 시 밀폐가 가능하여 용접 시 배출되는 용접 흄 및 아르곤 가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 용접 시 발생하는 빛을 차단할 수 있도록 형성될 수 있다. 이는 작업자를 안전사고로부터 보호하기 위한 것이다.

이를 위해, 하우징부(1)는 하우징(10) 및 차광막부(11)를 포함할 수 있다.

하우징(10)은 내부가 빈 박스 형상으로 형성될 수 있으며, 내부에 설치된 파트고정부(2)에 부품 파트를 작업자가 장착하거나 탈착 할 수 있도록 일측이 개구되게 형성될 수 있다.

이때, 하우징(10)은 파트고정부(2)가 다수개로 구비될 경우, 사용하는 파트고정부(2) 측만을 개방하기 위해, 파트고정부(2)의 개수와 위치에 따라 개구된 부분이 다수개로 형성될 수 있다.

예를 들어 도 3과 같이 파트고정부(2)가 2개로 좌측과 우측에 배치될 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(10)의 정면의 좌측과 우측에 각각 개구된 부분이 형성되고, 각각 차광막부(11)가 설치되어, 개별적으로 개방되거나 밀폐될 수 있는 것이다.

또한, 하우징(10)은 본 발명의 시스템을 통해 용접이 이루어지는 동안 작업자가 관찰할 수 있도록 하나 이상의 차광유리가 각 면에 형성될 수 있으며, 내부에 시스템의 구성들을 배치하기 위하여 도어를 포함할 수도 있다.

차광막부(11)는 하우징(10)의 개구된 부분에 각각 설치되어, 용접 시 개구된 부분을 밀폐시켜 용접 시 발생하는 용접 흄 및 아르곤 가스가 외부로 유출되지 않도록 하며, 용접 빛을 차단할 수 있다.

또한 차광막부(11)는 개구된 부분을 밀폐시키고 빛을 차단하는 차광막과 차광막을 내리고 올리는 차광막 구동장치를 포함할 수 있다. 이러한 차광막부(11)는 통합제어부(43)에 의해 작동이 제어될 수 있다.

파트고정부(2)는 하우징부(1) 내부에 하나 이상이 설치되고, 용접하고자 하는 2개의 부품 파트가 장착되어 고정시킬 수 있다. 여기서 부품 파트는 팁캡(TIPCAP)의 부품 파트로써, 팁캡(TIPCAP)의 각 면을 구성하는 부품 파트일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 용접에 의해 제조되는 다양한 부품에 적용될 수 있다.

이와 같이 용접하고자 하는 2개의 부품 파트를 용접부위가 밀착되도록 고정시켜 줌으로써, 부품 파트간에 갭이 없도록 하여 자동으로 보다 용접이 바람직하게 이루어지도록 할 수 있다.

즉, 수동으로 용접하는 경우에는 갭이 있어도 작업자가 확인하면서 용접을 하기 때문에 용접이 가능하나, 자동의 경우 부품 파트간에 갭이 있어도 그대로 용접이 이루어지기 때문에 바람직한 용접이 이루어질 수 없어 부품 파트간의 용접부위에 갭이 발생하지 않고 움직임이 없도록 고정시키는 것이 중요하다고 할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 파트고정부(2)는 1축 턴테이블(20), 설치판(21), 파트장착부(22), 클램프부(23) 및 집게부(24)를 포함할 수 있다.

1축 턴테이블(20)은 지면과 수평으로 형성된 1축을 가지는 모터포스(200) 및 모터포스의 1축과 연결되어 1축의 회전에 따라 좌우방향으로 회전할 수 있는 턴테이블(201)을 포함할 수 있다.

이와 같이 1축의 회전에 의해 턴테이블(201)이 회전함에 따라 고정되어 있는 부품 파트를 회전시킬 수 있는데, 용접 시에는 용접부위와 용접 토치(300)가 일정 각도를 이루는 것이 중요하므로, 도 6과 같이, 1축 턴테이블(20)을 통해 6축 로봇(31)에 의해 용접 토치(300)만을 이동시키는 것이 아닌 부품 파트를 회전시켜 보다 용이하게 용접부위와 용접 토치(300)가 일정 각도를 이루도록 할 수 있는 것이다. 이에 보다 균일한 용접부를 구현할 수 있어 제품의 품질이 높아질 수 있다.

이러한 1축 턴테이블(20)의 작동은 로봇제어부(41)에 의해 제어될 수 있다.

또한 턴테이블(201) 상면에는 설치판(21)이 탈부착할 수 있도록 설치판 고정부재가 형성될 수 있다.

설치판(21)은 판 형태로 형성되어 1축 턴테이블(20)에 탈부착될 수 있고, 상면에는 파트장착부(22)와 클램프부(23)가 설치될 수 있다.

파트장착부(22)는 설치판(21)에 형성되어 부품 파트가 장착될 수 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 파트장착부(22)는 파트장착프레임(220), 가스이동로(221), 배출구(222), 가스공간홈(223) 및 파트고정부재(224)를 포함할 수 있다.

파트장착프레임(220)은 설치판(21)에 형성되어 부품 파트가 장착될 수 있다. 이때, 파트장착프레임(220)은 상측이 부품 파트가 밀착되게 장착되도록 부품 파트의 내주면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 또한 내주면에 대응되는 형상으로 형성되되, 부품 파트가 장착되는 부위 외는 그 면보다 돌출되게 형성되어 장착된 부품 파트가 거치되도록 할 수 있다.

이러한 파트장착프레임(220)에 2개의 부품 파트가 파트장착프레임(220)을 중심으로 대칭되게 장착될 수 있다.

또한 파트장착프레임(220)은 설치판(21)에서 탈부착이 가능하도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

가스이동로(221)는 파트장착프레임(220) 내부에 길이방향을 따라 형성되어 가스공급부(33)로부터 불활성 가스를 공급받아 이동시킬 수 있다. 배출구(222)와 연결되어 있어 배출구(222)를 통해 불활성 가스가 배출되도록 할 수 있다.

배출구(222)는 파트장착프레임(220) 상측에 길이방향을 따라 하나 이상이 형성되되, 가스이동로(221)와 연결되어 불활성 가스를 공급받을 수 있다.

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 파트장착프레임(220)에 부품 파트가 장착되면 용접부위(P) 하측에 배출구(222)가 위치되어 용접부위(P) 하측으로 불활성 가스를 공급할 수 있다. 이를 통해 용접 토치(300)에서 배출되는 불활성 가스를 통해 용접 부위 상측이 진공상태로 될 뿐만 아니라 용접 부위 하측으로도 불활성 가스를 공급하여 진공상태를 만들어줌으로써, 산소에 의한 산화를 예방하여 보다 균일한 품질의 용접부를 만들 수 있다.

가스공간홈(223)은 배출구(222)로부터 배출되는 불활성 가스가 유입될 수 있는 공간을 마련해주는 것으로, 파트장착프레임(220) 상단에 길이방향을 따라 형성되되, 하방으로 오목하게 형성될 수 있다. 이에 가스공간홈(223) 중심 측에 배출구(222)가 위치되어 배출구(222)로부터 배출되는 불활성 가스가 가스공간홈(223)의 공간으로 위치되어 용접부위(P) 측으로 불활성 가스가 공급되도록 유도할 수 있다.

구체적으로 파트장착프레임(220)의 전후측 상단이 부품 파트의 내주면과 접하여 퍼지는 것을 방지하고 가스공간홈(223)에 머무르도록 할 수 있는 것이다. 이에 용접부위(P)측이 보다 진공상태가 되어 용접부의 품질이 향상될 수 있다.

도 9의 (b)와 같이 파트고정부재(224)는 파트장착프레임(220)에 장착되는 부품 파트를 각각 고정시키는 것으로, 부품 파트가 장착된 파트장착프레임(220)의 전후측면에 각각 결합되어 부품 파트를 파트장착프레임(220)에 고정시킬 수 있다.

이때, 파트고정부재(224)는 Thread 볼트 타입 핀으로 형성되어 탈착 용이성이 향상될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 'T'자 형상의 핀으로 부품 파트를 고정시킬 경우 용접에 의한 열로 부품이 변형되어 탈착이 잘 되지 않았으나, Thread 볼트 타입 핀을 사용함으로써 보다 용이하게 탈착시킬 수 있다.

클램프부(23)는 설치판(21)에 파트장착부(22)를 중심으로 대칭되게 형성되어, 부품 파트를 고정시킬 수 있다.

도 10을 참조하면, 클램프부(23)는 클램프판(230), 연동부재(231) 및 클램프실린더(232)를 포함할 수 있다.

클램프판(230)은 파트장착프레임(220)에 장착된 부품 파트에 밀착되어 부품 파트를 고정시킬 수 있다.

이때, 클램프판(230)의 내주면은 장착된 부품 파트의 외주면에 대응되는 형성으로 형성될 수 있는데, 다수개일 경우 다수 클램프판(230)의 내주면을 붙인 형상이 하나의 부품 파트의 외주면에 대응되도록 형성될 수 있다.

또한, 다수의 클램프판(230)은 서로 이격간격이 없도록 인접되게 설치되는 것이 바람직하다. 이는 부품 파트 전체를 균일한 힘으로 가압하여 고정시키기 위한 것이다.

또한, 클램프판(230)은 연동부재(231)와 탈부착이 가능한 형태로 결합될 수 있다.

연동부재(231)는 클램프판(230)에 각각 결합되고 클램프실린더(232)와 연결되어 클램프판(230)이 클램프실린더(232)에 의해 움직이도록 할 수 있다.

구체적으로, 연동부재(231)는 일단이 클램프판(230)과 연결되고 타단이 클램프실린더(232)와 회전 가능하게 연결되는 연동링크 및 연동링크와 클램프실린더(232)가 설치되는 베이스부재를 포함할 수 있다. 베이스부재는 설치판(21) 상면에 고정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한 연동부재(231)는 클램프판(230)과 결합되는 위치에 열전달방지패드(2310)를 더 포함할 수 있다. 이에 용접 시 발생하는 열이 클램프판(230)을 통해 연동부재(231)로 전달되지 않도록 할 수 있다.

클램프실린더(232)는 연동부재(231)와 연결되어 인입 및 인출에 의해 클램프판(230)의 부품 파트 고정/해제를 제어할 수 있다. 또한 고정 시 가압력을 일정하게 유지시켜 줄 수 있다. 이에 용접 시 열에 의한 부품 변형에도 움직임이 없도록 견고하게 고정시킬 수 있다.

클램프실린더(232)가 인입된 상태이면, 클램프판(230)이 부품 파트를 가압하여 고정시킬 수 있고, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 클램프실린더(232)가 인출 됨에 따라 연동부재(231)의 연동링크가 회전되어 클램프판(230)이 부품 파트로부터 떨어지게 되어 클램프판(230)의 고정이 해제될 수 있다.

집게부(24)는 설치판(21)에서 파트장착부(22) 일측에 형성되어 파트장착부(22)에 장착된 2개의 부품 파트를 동시에 잡아줄 수 있다.

장착된 2개의 부품 파트를 동시에 잡아줌으로써, 부품 파트 대칭을 잡아주어 파트고정부재(224)에 의한 고정이 보다 용이하게 진행되도록 할 수 있다.

용접로봇부(3)는 파트고정부(2)에 고정된 부품 파트를 용접하는 것으로, 용접부(30), 6축 로봇(31), 와이어공급부(32) 및 가스공급부(33)를 포함할 수 있다.

용접부(30)는 아크를 발생시켜 공급된 와이어를 녹여 용접부위에 용접을 수행하는 것으로, 용접 토치(300) 및 전압제어기(미도시)를 포함할 수 있다.

용접 토치(300)는 용접 전극봉을 장착하여 전압 공급 시 아크를 발생시킬 수 있다. 또한 가스공급부(33)로부터 불활성 가스를 공급받아 용접 부위에 유출시킬 수 있다.

전압제어기(미도시)는 용접 토치(300)에 공급되는 전압을 제어하는 것으로, 용접 품질의 주요 인자인 전류, 전압을 용접제어부(42)의 제어에 따라 조절하여 공급할 수 있다.

6축 로봇(31)은 6축 로봇 팔로, 끝에 용접 토치(300)가 장착되어 부품 파트의 용접을 수행할 수 있다. 즉, 6축 로봇(31)은 용접 속도, 용접 위치, 용접이동경로, 용접 토치 각도에 대한 설정값에 따라 로봇제어부(41)에 의해 제어되어 작동할 수 있으며, 이를 통해 용접 토치(300)를 통해 부품 파트의 용접이 수행되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시 예로서 6축 로봇 팔로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 로봇이 적용될 수도 있다.

와이어공급부(32)는 용접 토치(300) 측으로 와이어를 공급할 수 있는데, 6축 로봇(31)에 연결되어 용접 토치(300)에 와이어를 용이하게 공급할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 와이어공급부(32)의 와이어 공급 속도는 용접제어부(42)에 의해 제어될 수 있다.

가스공급부(33)는 용접 시 용접 토치(300)로 불활성 가스를 공급할 뿐만 아니라 파트고정부(2)의 가스이동로(221)에도 공급할 수 있다.

제어부(4)는 용접의 자동화를 위하여 하우징부(1), 파트고정부(2), 용접로봇부(3), 집진부(5), 제습부(6) 및 센서부(7)의 작동을 제어하는 것으로, 설정부(40), 로봇제어부(41), 용접제어부(42) 및 통합제어부(43)를 포함할 수 있다.

설정부(40)는 작업자로부터 용접 속도, 용접 위치, 용접이동경로, 와이어 공급 속도, 토치 공급 전압, 토치 공급 전류 중 하나 이상의 설정값을 입력받아, 로봇제어부(41), 용접제어부(42) 및 통합제어부(43)에 전송할 수 있다.

또한 설정부(40)는 용접데이터값을 저장하고 있어 작업자로부터 용접부품명을 입력받거나 선택받으면 자동으로 용접 속도, 용접 위치, 용접이동경로, 와이어 공급 속도, 토치 공급 전압, 토치 공급 전류의 설정값이 설정되도록 할 수도 있다.

로봇제어부(41)는 설정부(40)로부터 수신받은 용접 속도, 용접 위치, 용접이동경로의 설정값에 따라 6축 로봇(31)과 1축 턴테이블(20)을 제어할 수 있다.

용접제어부(42)는 설정부(40)로부터 수신받은 와이어 공급 속도, 토치 공급 전압, 토치 공급 전류의 설정값에 따라 와이어공급부(32)와 전압제어기(미도시)를 제어할 수 있다. 또한 가스공급부(33)의 작동도 제어할 수 있다.

통합제어부(43)는 자동 용접 시스템의 전체적인 작동을 제어하는 것으로, 하우징부(1), 파트고정부(2), 용접로봇부(3), 집진부(5), 제습부(6), 센서부(7) 및 알림부(8)의 on/off를 제어할 수 있으며, 차광막부(11), 클램프부(23)의 동작을 제어하는 등 다양한 동작을 수행할 수 있다.

집진부(5)는 하우징부(1)에 설치되어 용접 시 발생하는 흄과 가스를 집진할 수 있다.

제습부(6)는 하우징부(1) 내부에 설치되어 제습할 수 있다.

센서부(7)는 하우징부(1)에 설치되어 차광막 밀폐여부, 사람 인식 여부 등을 감지하여 용접을 수행하려고 할 시 차광막부(11)가 개방되어 있거나 사람이 인식되는 등 경우 이상신호로 감지하여 통합제어부(43)에 전송할 수 있다.

통합제어부(43)는 이상신호가 감지되면 알림부(8)를 작동시켜 작업자에게 경고를 줄 수 있다.

알림부(8)는 이상신호가 감지됨에 따라 통합제어부(43)에 의해 작동되어 작업자에게 알릴 수 있다.

전원공급부(9)는 시스템에 전원을 공급하여 작동되도록 할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 파트 고정부를 도시한 사시도이고, 도 12의 (a) 및 (b)는 파트 고정부의 파트장착부와 클램프판을 교체하고 클램프부의 높이를 조절하여 사용하는 모습을 도시한 예시도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템의 클램프부(23)는 이동실린더(233)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 이동실린더(233)를 제외하고 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템은 상기에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템과 실질적으로 동일하다고 할 수 있다.

따라서, 이동실린더(233)에 대해서만 설명하기로 한다.

상기에서 언급했던 바와 같이 파트장착프레임(220)과 클램프판(230)은 각각 설치판(21)과 연동부재(231)에 탈부착이 가능하도록 형성될 수 있다.

클램프부(23)는 클램프판(230)의 높이를 조정하기 위해서 이동실린더(233)를 더 포함할 수 있다.

이동실린더(233)는 연동부재(231) 일측에 각각 형성되고, 연결부재에 의해 연동부재(231)와 연결될 수 있다. 이에 이동실린더(233)는 인출 및 인입에 따라 연동부재(231)를 상하방향으로 이동시킬 수 있어 클램프판(230)의 높이를 조절할 수 있다.

용접하고자 하는 부품의 형상에 따라 파트장착프레임(220)과 클램프판(230)은 다르게 형성될 수 있는데, 도 12에 도시된 바와 같이, 용접하고자 하는 부품에 따라 파트장착프레임(220)과 클램프판(230)을 조절할 수 있고, 그에 따라 클램프판(230)의 바람직한 높이가 다를 수 있는데, 이동실린더(233)를 통해 클램프판(230)의 높이를 조절할 수 있어 하나의 파트고정부(2)를 다양한 부품의 용접에 이용되도록 할 수 있다.

또한 이에 한정되지 않고 클램프부(23)는 좌우방향으로도 개별적으로 이동시킬 수 있도록 좌우조절부(미도시)가 구비되어, 클램프판(230)간의 간격을 조절할 수 있다. 즉, 교체되는 클램프판(230)의 크기가 달라지면 클램프판(230)이 서로 인접하도록 간격을 조절해 줄 수 있는 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇을 이용한 자동 용접 시스템은 6축 로봇과 1축 턴테이블을 이용하여 부품의 용접을 자동으로 수행함으로써, 작업시간과 비용을 절약하고 부품의 우수한 품질 및 재현성을 구현할 수 있다.

이하, 상기에서 설명한 본 발명에 대해 실험예 및 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 본 발명이 반드시 이들 실험예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[ 실험예 1] 모재 대비 접합강도

본 발명의 자동 용접 시스템의 성능을 평가하기 위하여, 모재 대비 접항강도를 측정하였다.

본 발명의 자동 용접 시스템을 통해 모재(AL6061 T6)에 용접 와이어(AL4043)을 공급하여 TIG 용접하고, 모재 대비 접합강도는 모재의 인장강도와 용접부의 인장강도를 평가하였다.

인장 강도를 평가하기 위한 모재 및 용접시험 시편은 객관적 평가 기준인 ASTM E 8에 따라 제작하였고, 시험평가 공인기관인 한국생산성기술연구원에서 시험평가를 수행하였다.

이때, 모재에 용접 후 추가 열처리 없이 항공기에 장착되지만 용접부의 객관적 성능 평가를 위하여 용접부의 열처리 유무에 따른 모재 대비 용접부 접합강도를 평가하였다.

그 결과는 도 13a 및 13b와 같다.

도 13 a 및 도 13b를 보면 알 수 있듯이, 모재 대비 용접부 접합강도의 최종 개발 목표는 각각 60%와 90%이며, 시험평가 결과 64%와 103%로 나타나 본 발명의 자동 용접 시스템의 성능이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.

[ 실험예 2] Surface Pores 및 Gas Cavity 평가

용접 공정 수행 시 발생되는 여러가지 불량 원인 중 Surface Pores 및 Gas Cavity가 있다. Surface Pores는 용접면에 파인 홈 형태로 나타나는 것이며 Gas Cavity는 용접 시 용접부에 발생하는 기공이다.

본 발명의 자동 용접 시스템의 성능을 확인하기 위하여, Surface Pores 및 Gas Cavity에 대한 검사를 진행하였다.

먼저, 수요처의 Surface pore와 GasCavity에 대한 품질 요구조건에 따라 정량적 목표 성능지표를 설정하였으며, Surface forced의 성능지표는 용접 길이방향으로 50mm 이내에 허용치는 15개 미만이며, 최대 크기는 두께의 0.5배(1.0mm) 미만이고, Gas Cavity의 성능지표는 용접 길이방향으로 50mm 이내에 허용치는 15개 미만이며, 최대 크기는 두께의 0.65배(1.3mm) 미만이다.

국제공인인증을 획득한 비파과검사 승인업체인 ㈜한국기계검사소이엔씨에서 시험평가 공인인증기관인 한국생산기술연구원 입회하에 시험평가를 수행하였다.

그 결과는 도 14a 내지 도 14e와 같다.

도 14a 내지 도 14e를 보면 알 수 있듯이, 시험 평가 결과 모든 시편에서 Surface Pore와 Gas Cavity는 검출되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 자동 용접 시스템의 성능은 우수하다고 사료된다.

상기에서 본 발명의 실시예에 따른 자동 용접 시스템을 제1 및 제2 실시예로 나누어서 설명하였으나, 이는 설명의 편의성 및 이해가 쉽도록 하기 위해 실시예를 나눠 설명한 것으로, 각 실시예에 한정되는 것이 아니며, 실시예의 구성은 설계 변경하여 서로 적용될 수 있다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

1: 하우징부
10: 하우징
11: 차광막부
2: 파트고정부
20: 1축 턴테이블
200: 모터포스
201: 턴테이블
21: 설치판
22: 파트장착부
220: 파트장착프레임
221: 가스이동로
222: 배출구
223: 가스공간홈
224: 파트고정부재
23: 클램프부
230: 클램프판
231: 연동부재
2310: 열전달방지패드
232: 클램프실린더
233: 이동실린더
24: 집게부
3: 용접로봇부
30: 용접부
300: 용접 토치
31: 6축 로봇
32: 와이어공급부
33: 가스공급부
4: 제어부
40: 설정부
41: 로봇제어부
42: 용접제어부
43: 통합제어부
5: 집진부
6: 제습부
7: 센서부
8: 알림부
9: 전원공급부

Claims

밀폐가 가능하며 용접 시 발생하는 빛을 차단할 수 있는 하우징부;
상기 하우징부 내부에 설치되어 용접하고자 하는 부품 파트를 고정시키며, 1축이 형성되어 용접 시 부품 파트를 회전시킬 수 있는 파트고정부;
부품 파트를 용접하는 용접로봇부 및
상기 하우징부, 파트고정부 및 용접로봇부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 파트고정부는,
지면과 수평으로 형성된 1축을 통해 좌우 방향으로 회전 가능한 1축 턴테이블;
상기 1축 턴테이블에 탈부착 가능하게 설치되는 설치판;
상기 설치판에 형성되어 부품 파트가 장착되는 파트장착부 및
상기 파트장착부를 중심으로 대칭되게 형성되어 상기 부품 파트를 고정시키는 클램프부를 포함하며,
상기 파트장착부는,
상기 설치판에 형성되어 부품 파트가 장착되는 파트장착프레임;
상기 파트장착프레임 내부에 길이방향을 따라 형성되어 불활성 가스를 공급받아 이동시키는 가스이동로 및
상기 파트장착프레임 상측에 길이방향을 따라 복수개가 형성되되, 상기 가스이동로와 연결되어 상기 가스이동로부터 유입된 불활성 가스를 상기 부품 파트의 용접부위로 배출하는 배출구를 포함하고,
상기 파트장착프레임에 상기 부품 파트가 장착되면, 상기 부품 파트의 용접부위 하측에 상기 배출구가 위치되어, 상기 용접부위 하측으로 불활성 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하우징부는,
일측이 개구되게 형성된 하우징 및
상기 하우징의 개구된 부분에 설치되어 내부를 밀폐시키고 용접 시 발생하는 빛을 차단할 수 있는 차광막부를 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 파트장착부는,
상기 파트장착프레임 상단에 길이방향을 따라 형성되되, 하방으로 오목하게 형성되는 가스공간홈을 더 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 클램프부는,
상기 파트장착프레임에 장착된 부품 파트에 밀착되어 고정시키는 하나 이상의 클램프판;
상기 클램프판에 각각 결합되는 연동부재 및
상기 연동부재와 연결되어 상기 클램프판의 고정/해제를 제어하는 클램프실린더를 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 용접로봇부는,
용접 전극봉을 장착하여 전압 공급 시 아크를 발생시키는 용접 토치 및 상기 용접 토치에 공급되는 전압을 제어하는 전압제어기를 포함하는 용접부;
상기 용접 토치가 장착되어 부품 파트의 용접을 수행하는 6축 로봇;
상기 용접 토치 측으로 와이어를 공급하는 와이어공급부 및
용접 시 상기 용접 토치로 불활성가스를 공급하는 가스공급부를 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제어부는,
작업자로부터 용접 속도, 용접 위치, 용접이동경로, 와이어 공급 속도, 토치 공급 전압, 토치 공급 전류 중 하나 이상의 설정값을 입력받는 설정부;
설정된 용접 속도, 용접 위치, 용접이동경로에 따라 6축 로봇을 제어하여 용접이 진행되도록 하는 로봇제어부;
설정된 상기 토치 공급 전압, 토치 공급 전류와 와이어 공급 속도에 따라 전압제어기와 와이어공급부를 제어하는 용접제어부 및
상기 자동 용접 시스템의 작동을 제어하며 작동상태를 출력하는 통합제어부를 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 하우징부에 설치되어 용접 시 발생하는 흄과 가스를 집진하는 집진부;
상기 하우징부 내부에 설치되어 제습하는 제습부 및
상기 하우징부에 설치되어 이상신호를 감지하는 센서부를 더 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템.
제6항에 있어서,
상기 파트장착프레임은,
상기 설치판에 탈부착 가능하도록 형성되고,
상기 클램프판은,
상기 연동부재에 탈부착 가능하도록 형성되며,
상기 클램프부는,
상하방향으로 길이를 가지도록 형성되어 상기 설치판에 수직으로 설치되고, 상기 클램프실린더가 설치되는 베이스판 및
상기 베이스판과 연결되어 상하 방향으로 이동시키는 이동실린더를 더 포함하는 로봇을 이용한 자동 용접 시스템.