KR102387653B1 - Real-time welding quality prediction system through distance measuring device - Google Patents

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KR102387653B1
KR102387653B1 KR1020200151143A KR20200151143A KR102387653B1 KR 102387653 B1 KR102387653 B1 KR 102387653B1 KR 1020200151143 A KR1020200151143 A KR 1020200151143A KR 20200151143 A KR20200151143 A KR 20200151143A KR 102387653 B1 KR102387653 B1 KR 102387653B1
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distance
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황동수
조용준
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모니텍주식회사
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Abstract

The present invention relates to a real-time welding quality prediction system through a distance measuring device, and more specifically, to a system for predicting welding quality based on heat input by monitoring, in real time, the position of a welding torch through a distance measuring device composed of an accelerometer, a gyroscope and an ultra-wide band (UWB). The real-time welding quality prediction system through a distance measuring device comprises: a distance measuring device (100) including an accelerometer (12) which is provided on one side of a welding torch (500) for performing welding to measure the acceleration value of each axis of the welding torch and a gyroscope (13) which measures the direction angle (f) of the welding torch, measuring the moving distance (c) of the welding torch through the acceleration value of each axis, and calculating a welding length (d) through the measured moving distance © and the direction angle of the welding torch; a welding variable sensor part (200) including a current sensor (21) for measuring the current value of the welding process, a voltage sensor (22) for measuring the voltage value, and a temperature sensor (23) for measuring the temperature between the layers of an object to be welded; and a data analysis device (300) calculating heat input using the welding length (d) of the welding torch measured by the distance measuring device (100) and the current and voltage values measured by the welding variable sensor part (200), determining the quality suitability by comparison with a database (35), which is the suitability standard of the welding process, and storing the result. The present invention can measure the welding length and speed using an accelerometer, a gyroscope, and a UWB, and determine the welding quality within a welding route based on the analysis result of the measured values.

Description

거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템 {Real-time welding quality prediction system through distance measuring device}Real-time welding quality prediction system through distance measuring device}

본 발명은 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가속도계, 자이로계 및 Ultra Wide Band(이하 UWB)로 구성된 거리측정장치를 통해 용접토치의 위치를 실시간으로 모니터링하여 입열량에 기초한 용접품질을 예측하는 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a real-time welding quality prediction system through a distance measuring device, and more particularly, by monitoring the position of a welding torch in real time through a distance measuring device composed of an accelerometer, a gyroscope and an Ultra Wide Band (UWB) in real time. It relates to a system for predicting welding quality based on heat quantity.

일반적으로 용접이라 함은 금속재료 상호간을 열과 압력을 가하여 금속재료가 맞닿아 있는 부위를 용융하여 접합시키는 방법을 말한다.In general, welding refers to a method of joining metal materials by applying heat and pressure to each other to melt the metal materials in contact with each other.

용접작업의 종류에는 금속재료의 두께에 따라서, 금속재료의 두께가 비교적 얇은 박판용접과 비교적 두꺼운 후판용접이 있으며, 금속재료의 두께가 비교적 얇은 박판용의 용접물은 한 패스(pass)의 용접으로 충분한 강도를 얻을 수 있지만, 비교적 두꺼운 후판을 재료로 사용하는 조선, 중공업, 건설현장 등에서는 한 패스의 용접만으로 연결이 어렵기 때문에 통상적으로 동일한 용접부위를 단계적으로 용접하는 다층용접(Multi-layer welding)을 수행하게된다.Depending on the thickness of the metal material, there are two types of welding work: thin plate welding and relatively thick thick plate welding, depending on the thickness of the metal material. However, in shipbuilding, heavy industry, and construction sites where relatively thick thick plates are used as a material, it is difficult to connect with only one pass, so multi-layer welding, which welds the same welded parts in stages, is usually used. will be performed

또한, 용접공정은 여러 가지 변수가 존재하는데 예를 들면 용접 대상물의 재질, 용접봉의 재질과 전압, 전류, 속도로 나타내는 입열량, 용접의 위치, 패스용접의 단계 및 작업자의 숙련도가 대표적이며, 용접공정의 입열량은 품질은 안전과 밀접한 관련이 있다.In addition, there are various variables in the welding process, for example, the material of the welding object, the material of the welding rod, the amount of heat input expressed by voltage, current, and speed, the position of the welding, the stage of pass welding, and the skill of the operator are representative. The quality of the heat input of the process is closely related to safety.

구체적으로, 입열량에 영향을 미치는 인자는 용접 전압, 전류, 속도가 있는데 용접 입열량은 전압과 전류의 곱에 비례하고 속도에는 반비례하며, 용접속도는 단위시간당 소모되는 용접봉의 길이로서 용접 속도가 빠르면 용접의 입열은 감소한다.Specifically, the factors affecting the heat input are welding voltage, current, and speed. The welding heat input is proportional to the product of voltage and current and inversely proportional to the speed. The welding speed is the length of the welding rod consumed per unit time. As soon as possible, the heat input of welding is reduced.

용접 입열이 과다할 경우에 나타날 수 있는 용접불량에는 용락, Under-Cut, 용접강도 및 용접 금속의 충격치가 저하가 있으며, 용접 입열이 부족할 경우에 나타날 수 있는 용접불량에는 용융 및 용입미달 및 빠른 냉각속도로 인한 용접균열 등이 있다.Welding defects that can appear when the welding heat input is excessive include melt melting, under-cut, welding strength and the impact value of the weld metal. There are welding cracks due to speed.

구체적인 예를 들면, 선박, 선박기자재 및 해양구조물에서 갑작스러운 파괴의 원인이 용접 결함인 것으로 빈번히 조사되었으며, 구조상 중요한 부분의 용접 불량이 구조물 전체의 붕괴를 초래하는 경우가 존재하는 것으로 나타났고, 용접부 결함은 주로 용접공정 중의 요인으로 발생되었다.As a specific example, it has been frequently investigated that the cause of sudden destruction in ships, ship equipment and offshore structures is a welding defect, and it has been found that there are cases in which poor welding in important parts of the structure causes the collapse of the entire structure, Defects were mainly caused by factors during the welding process.

따라서 용접 결함을 최소화하기 위해 작업의 종류에 따른 공정 관리의 실시간 모니터링 및 체계적인 데이터 관리, 용접품질 평가를 위한 품질 모니터링 시스템이 필수적이나, 다양한 모재의 종류와 다양한 종류의 용접부의 위치 및 스크럽와 같은 대형 구조물 내부의 용접 시 좁은 공간과 복잡한 구조를 가지는 경우는 기계를 통한 자동화 구성보다 수동용접을 사용하는 경향이 있다.Therefore, in order to minimize welding defects, real-time monitoring of process management according to the type of work, systematic data management, and a quality monitoring system for welding quality evaluation are essential, but various types of base materials, locations of various types of welds, and large structures such as scrubs When internal welding has a narrow space and a complex structure, manual welding tends to be used rather than automatic configuration through a machine.

하지만 종래의 수동용접은 입열량에 영향을 미치는 인자를 측정할 수 없고, 용접 공정이 끝나고난 뒤에 용접의 품질을 평가할 수 있었으므로 작업중 용접품질 평가를 하기 어려우며 두꺼운 후판의 다층용접시 공정의 적합 기준이 되는 패스의 단계를 확인하기 어려운 문제점이 있었다.However, the conventional manual welding cannot measure the factors affecting the amount of heat input, and it is difficult to evaluate the welding quality during operation because the welding quality can be evaluated after the welding process is finished. There was a problem in that it was difficult to confirm the stage of the pass.

이러한 수동용접의 용접품질평가에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 등록특허공보 제10-1643187호 “실시간 아크용접 모니터링 및 평가 장치”는 용접전류 또는 아크전압을 시간에 따라 데이터를 측정, 수집 및 저장하는 것에 관한 기술을 공지한 바 있으나, In order to solve the problem of welding quality evaluation of manual welding, Republic of Korea Patent Publication No. 10-1643187 “Real-time arc welding monitoring and evaluation device” measures, collects and stores welding current or arc voltage data over time. Although the technology for doing has been announced,

용접 품질의 주요 변수인 입열량을 측정함에서는 용접 거리에 대한 정보가 없으므로 입열량의 측정이 부정확할 뿐만 아니라, 획득한 데이터로는 다층용접에 관하여 용접품질판정의 한계가 있는 문제점이 있었다.In measuring the heat input, which is a major variable of welding quality, there is no information on the welding distance, so the measurement of heat input is inaccurate.

또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0561087호 “아크 용접용 모니터링 장치”는 미리 입력된 용접전류, 용접전압, 와이어 송급속도, 승급전압값으로 표현하는 적정품질판별 값과 용접 중 실시간으로 측정되는 적정품질판별 값을 비교하여 실시간으로 평가, 관리, 감시에 관한 기술을 공지한 바 있으나, In addition, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-0561087 “monitoring device for arc welding” provides an appropriate quality determination value expressed in pre-entered welding current, welding voltage, wire supply speed, and rising voltage value and an appropriate value measured in real time during welding. Although the technology for real-time evaluation, management, and monitoring by comparing quality discrimination values has been announced,

모재의 종류와 용접부의 다양성과 불규칙한 용접 시간 및 거리로 인하여, 미리 입력한 적정품질판별 값에는 입열량 계산에 필요한 용접 거리를 적용하기 어려우므로 적정품질판별을 위하여 용접 거리를 실시간으로 측정하는 방법이 필요했다.Because it is difficult to apply the welding distance required for heat input calculation to the appropriate quality determination value entered in advance due to the variety of the type of base material and the weld zone, and the irregular welding time and distance, the method of measuring the welding distance in real time for proper quality determination is needed

따라서, 적정품질판별을 위한 실시간 주요 용접변수 획득 및 모니터링은 물론 입열량 계산을 위한 용접 부위의 입체적인 용접 거리정보 측정이 가능한 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a real-time welding quality prediction system through a distance measuring device capable of obtaining and monitoring major welding variables in real time for proper quality determination as well as measuring the three-dimensional welding distance information of the welding area for calculating the amount of heat input.

대한민국 등록특허공보 제 10-1643187호 (2016.07.21.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1643187 (2016.07.21.) 대한민국 등록특허공보 제 10-0561087호 (2006.03.08.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-0561087 (2006.03.08.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로, 본 발명의 목적은 용접토치에 구비된 가속도계, 자이로계 및 UWB를 활용하여 용접 길이 및 속도를 측정하고, 그 측정값을 분석한 결과로 용접 경로 내의 용접품질을 판단할 수 있는 용접토치 위치 변수 모니터링을 통한 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템을 제공할 수 있다.The present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to measure the welding length and speed by using an accelerometer, a gyrometer, and a UWB provided in a welding torch, and perform welding as a result of analyzing the measured values. It is possible to provide a real-time welding quality prediction system through a distance measuring device through monitoring of a welding torch position variable that can determine the welding quality in the path.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 용접을 수행하는 용접토치(500) 일측에 구비되어 상기 용접토치 각 축의 가속도 값을 측정하는 가속도계(12)와 상기 용접토치의 방향각(f)을 측정하는 자이로계(13)를 포함하고, 상기 각 축의 가속도 값을 통하여 상기 용접토치의 이동거리(c)를 측정하고, 측정된 상기 이동거리(c)와 상기 용접토치의 방향각을 통하여 용접길이(d)를 계산하는 거리측정장치(100); 상기 용접공정의 전류값을 측정하는 전류센서(21), 전압값을 측정하는 전압센서(22) 및 용접 대상물의 층간의 온도를 측정하는 온도센서(23)를 포함하는 용접변수센서부(200); 및 상기 거리측정장치(100)에서 측정한 상기 용접토치의 용접길이(d)와 상기 용접변수센서부(200)에서 측정한 전류값과 전압값으로 입열량을 계산하며, 상기 용접공정의 적합 기준이 되는 데이터 베이스(35)와 비교하여 품질 적합을 판단하고 그 결과를 저장하는 데이터분석장치(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템을 제공할 수 있다.In order to achieve the above object, an accelerometer 12 provided on one side of the welding torch 500 for performing welding to measure an acceleration value of each axis of the welding torch and a gyrometer for measuring the direction angle f of the welding torch ( 13), and measuring the moving distance (c) of the welding torch through the acceleration value of each axis, and calculating the welding length (d) through the measured moving distance (c) and the direction angle of the welding torch a distance measuring device 100; Welding variable sensor unit 200 including a current sensor 21 for measuring the current value of the welding process, a voltage sensor 22 for measuring the voltage value, and a temperature sensor 23 for measuring the interlayer temperature of the welding object ; and calculating the amount of heat input from the welding length (d) of the welding torch measured by the distance measuring device 100 and the current and voltage values measured by the welding variable sensor unit 200, and the suitability standard for the welding process It is possible to provide a real-time welding quality prediction system through a distance measuring device, characterized in that it includes; a data analysis device 300 for determining the quality suitability by comparison with the database 35 and storing the result.

이때, 상기 거리측정장치(100)는, 상기 자이로계(13)를 이용하여 상기 용접토치(500)의 기울어진 정도인 방향각(f)을 측정하며, 상기 용접토치(500)의 길이와 상기 방향각(f)에 따른 상기 용접토치(500)의 끝단의 위치를 측정하고, 측정된 상기 용접토치(500)의 끝단을 상기 용접토치(500)의 이동거리(c)에 적용하여, 상기 용접토치(500)의 끝단에서 용접되는 용접길이(d)를 측정하는 것을 특징으로 한다.At this time, the distance measuring device 100 measures the direction angle f that is the inclination degree of the welding torch 500 using the gyrometer 13 , and the length of the welding torch 500 and the Measuring the position of the end of the welding torch 500 according to the direction angle f, and applying the measured end of the welding torch 500 to the moving distance c of the welding torch 500, the welding It is characterized by measuring the welding length (d) to be welded at the end of the torch (500).

또한, 상기 거리측정장치(100)는 UWB(14)를 포함하며, 상기 UWB(14)는 상기 거리측정장치(100) 외부에 위치한 UWB 앵커(50)와의 사이 직선거리를 주기적으로 측정하며, UWB 앵커(50)를 중심으로 UWB 앵커(50)와 이동 전 거리측정장치(100a)의 사이 직선거리(a)와 UWB 앵커(50)와 이동 후 거리측정장치(100b)의 사이 직선거리(b) 및 상기 용접토치의 이동거리(c)를 측정한 값과, 상기 UWVB 앵커(50)와 이동 전 거리측정장치(100a) 및 이동 후 거리측정장치(100b)가 이루는 삼각형의 내각(g)을 통하여 상기 용접토치(500)의 이동 방향을 통한 궤적을 계산하며, 계산된 궤적을 실시간 용접토치(500)의 위치 보정에 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the distance measuring device 100 includes a UWB 14, and the UWB 14 periodically measures a straight line distance between the UWB anchor 50 located outside the distance measuring device 100, and the UWB A linear distance (a) between the UWB anchor 50 and the distance measuring device 100a before moving around the anchor 50 and a linear distance between the UWB anchor 50 and the distance measuring device 100b after moving (b) and the value measured by the moving distance (c) of the welding torch, and the UWVB anchor 50, the distance measuring device 100a before moving, and the distance measuring device 100b after moving through the inner angle g of the triangle A trajectory is calculated through the moving direction of the welding torch 500 , and the calculated trajectory is used to correct the position of the welding torch 500 in real time.

그리고, 상기 용접공정은 작업의 종류에 따른 용접공정 단계를 포함하고, 상기 데이터분석장치(300)는 상기 용접공정 단계에 대응하는 상기 용접공정의 적합 기준을 데이터 베이스(35)에 적용하며, 상기 용접공정의 단계와 상기 전류값, 상기 전압값, 상기 입열량 및 상기 품질 적합 판단 결과 중 하나 이상을 출력하는 모니터를 포함하고, 상기 품질 적합 판단의 결과를 데이터 베이스(35) 저장하며, 상기 품질 적합 판단 결과가 적합할 때, 다음 단계 용접공정의 적합 기준을 상기 데이터 베이스(35)에 적용하는 것을 특징으로 한다.And, the welding process includes a welding process step according to the type of work, and the data analysis device 300 applies the welding process suitability standard corresponding to the welding process step to the database 35, a monitor for outputting one or more of the welding process step and the current value, the voltage value, the heat input, and the quality suitability judgment result, and stores the result of the quality suitability judgment in the database 35, and the quality When the suitability determination result is suitable, the success criteria for the next welding process are applied to the database 35 .

아울러, 상기 데이터분석장치(300)의 제어할 수 있도록 상기 데이터분석장치(300)의 외부에 위치한 원격 제어 장치(60)로부터 제어신호를 수신하며, 상기 용접공정에 대한 품질 적합 판단의 결과를 상기 데이터분석장치(300)의 외부에 위치한 사용자 디바이스(400)로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a control signal is received from the remote control device 60 located outside the data analysis device 300 so as to control the data analysis device 300 , and the result of quality suitability judgment for the welding process is described above. It is characterized in that it comprises a communication unit for transmitting to the user device 400 located outside the data analysis apparatus (300).

본 발명은 용접토치에 구비된 가속도계, 자이로계 및 UWB를 활용하여 용접 길이 및 속도를 측정하고, 그 측정값을 분석한 결과로 용접 경로 내의 용접품질을 판단할 수 있는 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention uses an accelerometer, a gyrometer, and a UWB provided in a welding torch to measure the welding length and speed, and as a result of analyzing the measured values, real-time welding through a distance measuring device that can determine the welding quality in the welding path It has the effect of providing a quality prediction system.

도 1은 본 발명에 따른 모니터링 시스템의 구성의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용접길이 측정 방식의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 UWB를 통한 위치 보정 방식의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 데이터 분석장치의 입열량 측정의 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 모니터링 순서도를 나타낸 블록도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 디스플레이부의 데이터 출력 및 부적합 판정에 대한 예시이다.
도 6b는 본 발명에 따른 디스플레이부의 데이터 출력 및 적합 판정에 대한 예시이다.
도 6c는 본 발명에 따른 디스플레이부의 데이터 출력의 다른 예시이다.
1 is a block diagram of the configuration of a monitoring system according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a welding length measurement method according to the present invention.
3 is a schematic diagram of a position correction method through UWB according to the present invention.
4 is a block diagram of heat input measurement of the data analysis apparatus according to the present invention.
5 is a block diagram illustrating a monitoring flowchart according to the present invention.
6A is an example of data output and non-conformity determination of the display unit according to the present invention.
6B is an example of data output and conformity determination of the display unit according to the present invention.
6C is another example of data output by the display unit according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.With reference to the accompanying drawings will be described in detail for the implementation of the present invention. Irrespective of the drawings, like reference numbers refer to like elements, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도있음은 물론이다. Although the first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments, and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 중요한 요지는 용접토치에 구비된 가속도계, 자이로계 및 UWB를 활용하여 용접 길이 및 속도를 측정하고, 그 측정값을 분석한 결과로 용접 경로 내의 용접품질을 판단할 수 있는 용접토치 위치 변수 모니터링을 통한 용접 공정 관리 및 품질 예측시스템을 제공하기 위한 방법을 제시한다.An important aspect of the present invention is to measure the welding length and speed using an accelerometer, a gyrometer, and a UWB provided in the welding torch, and a welding torch position variable that can determine the welding quality in the welding path as a result of analyzing the measured values A method for providing a welding process management and quality prediction system through monitoring is presented.

도 1은 본 발명에 따른 모니터링 시스템의 구성의 블록도이다.1 is a block diagram of the configuration of a monitoring system according to the present invention.

도시된 바와 같이, 용접공정을 수행하는 용접토치(500) 일측에 구비되어 상기 용접토치 각 축의 가속도 값을 측정하는 가속도계(12)와 상기 용접토치의 방향각(f)을 측정하는 자이로계(13)를 포함하고, 상기 각 축의 가속도 값을 통하여 상기 용접토치의 이동거리(c)를 측정하고, 측정된 상기 이동거리(c)와 상기 용접토치의 방향각을 통하여 용접길이(d)를 계산하는 거리측정장치(100)는 측정된 데이터를 데이터분석장치(300)의 통신부(33)로 전송하며, 전원부(11)를 통하여 작업자의 필요에 따라 장치를 온오프 할 수 있다.As shown, an accelerometer 12 provided on one side of a welding torch 500 for performing a welding process to measure an acceleration value of each axis of the welding torch and a gyrometer 13 for measuring the direction angle f of the welding torch ), and measuring the moving distance (c) of the welding torch through the acceleration value of each axis, and calculating the welding length (d) through the measured moving distance (c) and the direction angle of the welding torch The distance measuring device 100 transmits the measured data to the communication unit 33 of the data analysis device 300 , and may turn the device on/off according to the needs of the operator through the power supply unit 11 .

그리고, 용접공정의 전류값을 측정하는 전류센서(21), 전압값을 측정하는 전압센서(22) 및 용접 대상물의 층간의 온도를 측정하는 온도센서(23)를 포함하는 용접변수센서부(200)가 용접공정 중 측정되는 데이터를 통신부(33)로 전송한다.And, a welding variable sensor unit 200 including a current sensor 21 for measuring the current value of the welding process, a voltage sensor 22 for measuring the voltage value, and a temperature sensor 23 for measuring the temperature between the layers of the welding object ) transmits the data measured during the welding process to the communication unit 33 .

또한, 용접공정 중 측정된 데이터를 연산부(32)를 통하여 입열량을 계산하고, 계산된 입열량 값은 공정의 종류에 따른 작업의 관리자가 미리 저장한 용접공정의 적합 기준이 되는 데이터 베이스(35)와 비교하여 품질 적합 여부를 확인하고 그 결과값은 데이터 베이스(35)에 저장 및 디스플레이부(31)에 표시되어 작업자가 확인할 수 있도록 하는 것이 가능하며, 입열량 계산에 대한 자세한 사항은 후술하도록 한다.In addition, the amount of heat input is calculated using the data measured during the welding process through the calculation unit 32, and the calculated heat input value is stored in advance by the manager of the operation according to the type of the process. ) to check whether the quality is suitable, and the result value is stored in the database 35 and displayed on the display unit 31 so that the operator can check it. do.

데이터 베이스(35)에 저장된 데이터는 통신부(33)을 통하여 데이터분석장치(300)의 외부에 위치한 작업자의 모바일 기기, PC, 메모리카드, 하드디스크 등의 저장 매체를 활용한 사용자 디바이스(400)와 연결되어 데이터를 받는 것이 가능하며 품질 기준을 데이터 베이스(35)에 저장 가능하고, 제어신호를 수신하여 데이터 분석장치(300)를 조작할 수 있는 원격 제어 장치(60)도 활용 가능하다.Data stored in the database 35 is a user device 400 using a storage medium such as a worker's mobile device, PC, memory card, hard disk, etc. located outside the data analysis apparatus 300 through the communication unit 33 and It is possible to receive data by being connected, it is possible to store quality standards in the database 35 , and a remote control device 60 capable of operating the data analysis device 300 by receiving a control signal is also available.

도 2는 본 발명에 따른 용접길이 측정 방식의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a welding length measurement method according to the present invention.

도시된 바와 같이 용접공정 시 용접토치(500)가 이동함에 따라, 거리측정장치(100)가 움직이게 되고 그 경로는 용접토치 이동거리(c)가 측정이 되고, 용접토치 이동거리(c)를 기반으로 용접길이(d)를 예측할 수 있게 된다.As shown, as the welding torch 500 moves during the welding process, the distance measuring device 100 moves and the path is measured by the welding torch movement distance (c), and based on the welding torch movement distance (c). It becomes possible to predict the welding length (d).

하지만 용접부위의 환경이 센서를 부착하기에 적합한 환경이 아니기 때문에, 토치의 길이만큼 거리의 차이가 나게 되며, 용접작업을 진행하는 용접토치(500)의 용접각도(f)는 용접대상물의 용접면(e)과 작업자세 등 여러 외부 요인들로 인해 일정하지 않기 때문에, 용접토치 이동거리(c)를 통하여 용접길이(d)를 측정하기 위하여 용접토치의 용접각도(f)를 가속도계(12)를 통하여 보정한다.However, since the environment of the welding site is not an environment suitable for attaching the sensor, the distance is different as much as the length of the torch, and the welding angle f of the welding torch 500 that performs the welding operation is the welding surface of the welding object. Because it is not constant due to various external factors such as (e) and working posture, the welding angle (f) of the welding torch is measured with an accelerometer (12) in order to measure the welding length (d) through the welding torch movement distance (c). corrected through

거리측정장치(100)의 위치를 가속도계(12)를 통하여 절대좌표계에서의 가속도 벡터로 표시하고, 이를 이중적분하여 위치를 계산하며, 계산된 위치에서 자이로계(13)를 통한 각도를 측정하고, 용접공정에 대한 토치의 길이를 적용하여 용접토치의 끝단 위치를 알 수 있게 된다.The position of the distance measuring device 100 is displayed as an acceleration vector in the absolute coordinate system through the accelerometer 12, the position is calculated by double integration, and the angle is measured through the gyrometer 13 at the calculated position, By applying the torch length for the welding process, it is possible to know the end position of the welding torch.

따라서, 용접 공정의 특성상 용접토치(500)의 끝단이 용접면(e)이므로 거리측정장치(100)를 통하여 용접길이(d)측정이 가능하게 된다.Accordingly, since the end of the welding torch 500 is the welding surface e due to the characteristics of the welding process, the welding length d can be measured through the distance measuring device 100 .

도 3은 UWB를 통한 위치 보정 방식의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a position correction method through UWB.

도시된 바와 같이 UWB 앵커(50)는 거리측정장치(100) 외부에 고정된 위치에 설치할 수 있고, 거리측정장치(100) 내부에 포함된 UWB(14)와 유무선통신부(10)를 통해 통신할 수 있으며, UWB 앵커(50)와 이동 전 거리측정장치위치(100a) 사이의 거리를 a, UWB 앵커(50)와 이동 후 거리측정장치위치(100b) 사이의 거리를 b로 측정하며, 거리측정장치(100)를 통해 측정한 이동한 거리(c)를 통하여 이루는 삼각형이 절대좌표계 위에 생성된다.As shown, the UWB anchor 50 can be installed at a fixed position outside the distance measuring device 100 , and can communicate with the UWB 14 included in the distance measuring device 100 through the wired/wireless communication unit 10 . The distance between the UWB anchor 50 and the distance measuring device position 100a before movement is measured as a, and the distance between the UWB anchor 50 and the distance measuring device position 100b after the movement is measured as b. A triangle formed through the moved distance c measured by the device 100 is created on the absolute coordinate system.

생성된 삼각형은 삼각형의 세 변의 길이를 알 때 삼각형 내각을 구하는 코사인 법칙을 활용하여 사이각(g)을 계산하고, UWB의 신호 전송 주기는 일정하므로, 계산된 사이각(g)과 UWB의 신호 전송 주기를 미소시간으로 계산하여 단위시간당 사이각(g)만큼 이동한 거리를 알게되므로 용접의 이동 궤적을 추정하는 데 사용 가능하다.The generated triangle uses the law of cosines to obtain the interior angle of a triangle when the lengths of the three sides are known to calculate the included angle (g). It can be used to estimate the movement trajectory of welding because the distance moved by the in-between angle (g) per unit time is known by calculating the transmission period as a minute time.

공정별로 용접방향이 일정하다는 특징을 활용하여, 다시 말해 원형용접, 직선용접 등 용접은 용접공정에 따라 정해진 각도와 이동 거리가 있고, 그 변화가 단조로운 면이 있다는 특징을 활용하여, 가속도계와 자이로계를 통해 측정한 위치에 UWB를 활용하여 추정된 이동 궤적을 토대로 거리측정장치(100)의 위치를 보정하여 토치의 이동거리(c)의 오차를 줄이는 방법이 된다.Utilizing the characteristic that the welding direction is constant for each process, that is, welding such as circular welding and straight welding has a fixed angle and movement distance depending on the welding process, and the change is monotonous, the accelerometer and gyroscope This is a method of reducing the error of the movement distance c of the torch by correcting the position of the distance measuring device 100 based on the movement trajectory estimated by using UWB to the position measured through .

도 4는 본 발명에 따른 연산부의 입열량 측정의 블록도이다.4 is a block diagram of a heat input amount measurement of an operation unit according to the present invention.

도시된 바와 같이, 거리측정장치(100)에서 측정한 용접길이(d)와 용접변수센서부(200)에서 측정한 전류값 및 전압값 데이터를 활용하여 입열량을 연산하는데, 용접품질 판단 기준이되는 입열량은 용접부 외부에서 주는 열량으로 단위길이 1cm당 발생하는 용접부에 제공하는 전기에너지로 정의되며, 용접이 시작되어 전류가 투입된 기점을 시작시간으로 정의하고, 측정된 전압을 E(V,Volt), 전류를 I(A, Ampere), 용접 시간과 거리측정장치(100)를 통한 용접길이(d)를 통해 계산되는 용접속도를 v(cm/min)로 할 때, 입열량

Figure 112020121321411-pat00001
로 나타낼 수 있다.As shown, the amount of heat input is calculated using the welding length d measured by the distance measuring device 100 and the current value and voltage value data measured by the welding variable sensor unit 200, and the welding quality determination standard is The amount of heat input is defined as the amount of heat given from the outside of the weld, and is defined as the electric energy provided to the weld per 1 cm of unit length. ), current I(A, Ampere), welding time and welding length (d) through the distance measuring device 100, when the welding speed calculated through v(cm/min)
Figure 112020121321411-pat00001
can be expressed as

도 5는 본 발명에 따른 모니터링 순서도를 나타낸 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a monitoring flowchart according to the present invention.

도시된 바와 같이 용접작업의 종류에 따른 용접 대상물의 용접 길이와 용접궤도, 데이터 측정 단위 주기, 입열량의 평균값과 최대/최소값, 전류값, 전압값, 층간온도 및 용접공정 단계 중 하나 이상의 용접데이터를 포함하는 용접작업 정보를 입력하여 데이터 베이스(35)에 저장하여 용접 품질 기준을 저장하는 단계(S10);As shown, welding data of one or more of the welding length and welding trajectory of the object to be welded according to the type of welding operation, data measurement unit period, average and maximum/minimum value of heat input, current value, voltage value, interlayer temperature, and welding process step Step (S10) for storing welding quality standards by inputting the welding operation information including and storing it in the database 35;

용접이 시작되어 용접 대상물에 전류가 공급되는 시점을 기준으로 용접이 시작시간을 측정하는 단계(S20);Measuring a welding start time based on the time when welding is started and current is supplied to the welding object (S20);

데이터 베이스(35)에 저장된 용접 품질 기준에 비교하기 위한 데이터를 거리측정장치(100)와 용접센서부(200)를 통하여 측정하고 데이터베이스(35)에 저장하는 단계(S30);Measuring data for comparison with the welding quality standard stored in the database 35 through the distance measuring device 100 and the welding sensor unit 200 and storing the data in the database 35 (S30);

용접센서부(200)를 통해서 측정된 데이터와 연산부(32)를 통하여 산출한 입열량을 데이터 베이스(35)에 저장하고 데이터 베이스(35)에 저장된 용접 품질 기준과 비교하여 용접품질 적합 유무를 판단하여 결과를 저장하고, 실시간으로 용접품질 적합 유무 판단 결과를 디스플레이부(31)로 출력하되, 용접품질의 부적합 판단 시 작업자가 알 수 있도록 경고를 디스플레이부(31)로 출력하여 작업을 보완할 수 있도록 보조하는 단계(S40);The data measured through the welding sensor unit 200 and the amount of heat input calculated through the calculation unit 32 are stored in the database 35 and compared with the welding quality standards stored in the database 35 to determine whether the welding quality is suitable or not. to save the result and output the result of determining whether the welding quality is suitable or not to the display unit 31 in real time, but output a warning to the display unit 31 so that the operator can know when the welding quality is unsuitable to supplement the work. assisting to do so (S40);

용접이 중단되어 용접 대상물에 전류가 공급되지 않는 시점을 기준으로 용접의 완료 시간을 측정하고, 거리측정장치(100)를 통해 완료 시간까지 측정된 용접길이(d)를 용접 품질 기준 용접 길이와 비교하고, 판단 결과를 디스플레이부(31)로 출력하되, 용접품질의 부적합 판단 시 작업자가 알 수 있도록 알림을 디스플레이부(31)로 출력하여 작업을 보완할 수 있도록 보조하는 단계(S50);Measure the completion time of welding based on the point in time when welding is stopped and no current is supplied to the object to be welded, and compare the welding length (d) measured until the completion time through the distance measuring device 100 with the welding length based on welding quality and outputting the determination result to the display unit 31, but outputting a notification to the display unit 31 so that the operator can know when the welding quality is judged unsuitable to assist in supplementing the work (S50);

용접공정단계 중 마지막 단계를 감지하여 용접작업의 공정 완료를 판단하며, 후속 용접공정단계가 남아있을 시, 후속 용접공정단계를 디스플레이부(31)로 출력하고, 후속 용접공정단계에 대한 품질 기준 데이터를 데이터 베이스(35)에 적용하며, 용접공정단계가 마지막 단계를 충족하면 용접공정 완료를 디스플레이부(31)로 출력하는 단계(S60);The final stage of the welding process step is detected to determine the completion of the welding process, and when a subsequent welding process step remains, the subsequent welding process step is output to the display unit 31, and the quality standard data for the subsequent welding process step is is applied to the database 35, and when the welding process step satisfies the last step, outputting the welding process completion to the display unit 31 (S60);

용접 대상물의 용접공정 완료 시, 용접공정 시작시간과 완료시간을 기준으로 측정된 용접데이터를 데이터 베이스(35)에 저장하고 통신부(33)를 통하여 사용자 디바이스로 전송하는 단계(S70);를 통하여 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템이 이루어진다.When the welding process of the welding object is completed, the welding data measured based on the welding process start time and the completion time is stored in the database 35 and transmitted to the user device through the communication unit 33 (S70); distance through A real-time welding quality prediction system is made through the measuring device.

도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 디스플레이부의 데이터 출력 및 적합 판정에 대한 예시 및 데이터 출력의 다른 예시이다.6A to 6C are examples of data output and conformity determination of the display unit and other examples of data output according to the present invention.

도시된 바와 같이, 용접 데이터를 시간에 따른 그래프로 나타내며, 사용자는 주요 측정 변수를 설정하여 주요 변수에 대한 대처를 즉각 할 수 있게 된다.As shown, the welding data is displayed as a graph over time, and the user can set the main measurement variable to immediately respond to the main variable.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.Although embodiments of the present invention have been described with reference to the above and the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can practice the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

10 : 유무선통신부
11 : 전원부
12 : 가속도계
13 : 자이로계
14 : UWB
21 : 전류센서
22 : 전압센서
23 : 온도센서
31 : 디스플레이부
32 : 연산부
33 : 통신부
34 : 전원부
35 : 데이터 베이스
50 : UWB 앵커
60 : 원격 제어 장치
a : UWB 앵커와 이동 전 거리측정장치와의 거리
b : UWB 앵커와 이동 후 거리측정장치와의 거리
c : 용접토치의 이동거리
d : 용접 길이
e : 용접면
f : 용접토치의 방향각
g : 내각
100 : 거리측정장치
200 : 용접 변수 센서부
300 : 데이터분석장치
400 : 사용자 디바이스
500 : 용접 토치
10: Wired and wireless communication department
11: power supply
12 : Accelerometer
13: gyroscope
14: UWB
21: current sensor
22: voltage sensor
23: temperature sensor
31: display unit
32: arithmetic unit
33: communication department
34: power supply
35: database
50: UWB anchor
60: remote control device
a : Distance between UWB anchor and distance measuring device before moving
b : Distance between UWB anchor and distance measuring device after movement
c : moving distance of welding torch
d: welding length
e: weld face
f : direction angle of welding torch
g: Cabinet
100: distance measuring device
200: welding variable sensor unit
300: data analysis device
400: user device
500: welding torch

Claims (5)

용접공정을 수행하는 용접토치(500) 일측에 구비되어 상기 용접토치 각 축의 가속도 값을 측정하는 가속도계(12)와 상기 용접토치의 방향각(f)을 측정하는 자이로계(13)를 포함하고, 상기 각 축의 가속도 값을 통하여 상기 용접토치의 이동거리(c)를 측정하고, 측정된 상기 이동거리(c)와 상기 용접토치의 방향각을 통하여 용접길이(d)를 계산하는 거리측정장치(100);
상기 용접공정의 전류값을 측정하는 전류센서(21), 전압값을 측정하는 전압센서(22) 및 용접 대상물의 층간의 온도를 측정하는 온도센서(23)를 포함하는 용접변수센서부(200); 및
상기 거리측정장치(100)에서 측정한 상기 용접토치의 용접길이(d)와 상기 용접변수센서부(200)에서 측정한 전류값과 전압값으로 입열량을 계산하며, 상기 용접공정의 적합 기준이 되는 데이터 베이스(35)와 비교하여 품질 적합을 판단하고 그 결과를 저장하는 데이터분석장치(300);를 포함하며,
상기 거리측정장치(100)는,
상기 자이로계(13)를 이용하여 상기 용접토치(500)의 기울어진 정도인 방향각(f)을 측정하며, 상기 용접토치(500)의 길이와 상기 방향각(f)에 따른 상기 용접토치(500)의 끝단의 위치를 측정하고, 측정된 상기 용접토치(500)의 끝단을 상기 용접토치(500)의 이동거리(c)에 적용하여, 상기 용접토치(500)의 끝단에서 용접되는 용접길이(d)를 측정하는 것을 특징으로 하는 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템.
It is provided on one side of the welding torch 500 for performing the welding process and includes an accelerometer 12 for measuring the acceleration value of each axis of the welding torch and a gyrometer 13 for measuring the direction angle f of the welding torch, Distance measuring device 100 for measuring the moving distance c of the welding torch through the acceleration value of each axis, and calculating the welding length d through the measured moving distance c and the direction angle of the welding torch );
Welding variable sensor unit 200 including a current sensor 21 for measuring the current value of the welding process, a voltage sensor 22 for measuring the voltage value, and a temperature sensor 23 for measuring the temperature between the layers of the welding object ; and
The amount of heat input is calculated using the welding length (d) of the welding torch measured by the distance measuring device 100 and the current and voltage values measured by the welding variable sensor unit 200, and the suitability standard for the welding process is and a data analysis device 300 that compares the database 35 to determine the quality suitability and stores the result.
The distance measuring device 100,
Using the gyrometer 13, the direction angle f, which is the inclination degree of the welding torch 500, is measured, and the welding torch according to the length of the welding torch 500 and the direction angle f. 500), the measured end of the welding torch 500 is applied to the moving distance c of the welding torch 500, and the welding length to be welded at the end of the welding torch 500 (d) Real-time welding quality prediction system through a distance measuring device, characterized in that for measuring.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 거리측정장치(100)는, UWB(14)를 포함하며,
상기 UWB(14)는, 상기 거리측정장치(100) 외부에 위치한 UWB 앵커(50)와의 사이 직선거리를 주기적으로 측정하며,
상기 UWB 앵커(50)를 중심으로 상기 UWB 앵커(50)와 이동 전 거리측정장치(100a)의 사이 직선거리(a), UWB 앵커(50)와 이동 후 거리측정장치(100b)의 사이 직선거리(b), 상기 용접토치의 이동거리(c), 상기 UWB 앵커(50)와 이동 전 거리측정장치(100a) 및 이동 후 거리측정장치(100b)가 이루는 삼각형의 내각(g)을 이용하여 상기 용접토치(500)의 이동 방향을 통한 궤적을 계산하며,
계산된 상기 궤적을 실시간 용접토치(500)의 위치 보정에 사용하는 것이 특징인 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템.
The method of claim 1,
The distance measuring device 100 includes a UWB 14,
The UWB 14 periodically measures the linear distance between the UWB anchor 50 located outside the distance measuring device 100,
A linear distance (a) between the UWB anchor 50 and the distance measuring device 100a before moving around the UWB anchor 50, and a linear distance between the UWB anchor 50 and the distance measuring device 100b after moving. (b), the moving distance (c) of the welding torch, the UWB anchor 50 and the distance measuring device 100a before and after moving the UWB anchor 50 using the interior angle (g) of the triangle formed by the distance measuring device 100b Calculate the trajectory through the moving direction of the welding torch 500,
A real-time welding quality prediction system through a distance measuring device, characterized in that the calculated trajectory is used to correct the position of the real-time welding torch (500).
제 1항에 있어서,
상기 용접공정은 용접작업의 종류에 따른 용접공정 단계를 포함하고,
상기 데이터분석장치(300)는 상기 용접공정 단계에 대응하는 상기 용접공정의 적합 기준을 데이터 베이스(35)에 적용하며,
상기 용접공정의 단계와 상기 전류값, 상기 전압값, 상기 입열량 및 상기 품질 적합 판단 결과 중 하나 이상을 출력하는 모니터를 포함하고,
상기 품질 적합 판단의 결과를 데이터 베이스(35) 저장하며, 상기 품질 적합 판단 결과가 적합할 때, 다음 단계 용접공정의 적합 기준을 상기 데이터 베이스(35)에 적용하는 것이 특징인 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템.
The method of claim 1,
The welding process includes a welding process step according to the type of welding operation,
The data analysis device 300 applies the suitability criteria of the welding process corresponding to the welding process step to the database 35,
a monitor for outputting one or more of the welding process step and the current value, the voltage value, the heat input amount, and the quality suitability determination result;
The result of the quality suitability judgment is stored in the database 35, and when the quality suitability judgment result is suitable, the suitability standard for the next step welding process is applied to the database 35 through a distance measuring device. Real-time welding quality prediction system.
제 1항에 있어서,
상기 데이터분석장치(300)는,
상기 데이터분석장치(300)의 제어할 수 있도록 상기 데이터분석장치(300)의 외부에 위치한 원격 제어 장치(60)로부터 제어신호를 수신하며, 상기 용접공정에 대한 품질 적합 판단의 결과를 상기 데이터분석장치(300)의 외부에 위치한 사용자 디바이스(400)로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리측정장치를 통한 실시간 용접품질 예측시스템.
The method of claim 1,
The data analysis device 300,
Receives a control signal from the remote control device 60 located outside the data analysis device 300 so as to control the data analysis device 300, and analyzes the data analysis result of the quality suitability judgment for the welding process Real-time welding quality prediction system through a distance measuring device, characterized in that it comprises a communication unit for transmitting to the user device (400) located outside the apparatus (300).
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