KR102452174B1 - 적층 가공을 위한 위치 피드백을 제공하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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링컨 글로벌, 인크.
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Abstract

본 발명은, 로봇 용접 적층 가공 프로세스 동안에 높이 오차를 수정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 용접 출력 전류 및 와이어 공급 속도 중 어느 하나 또는 양자 모두가, 로봇 용접 적층 가공 프로세스 동안에, 현재의 용접 층을 형성할 때, 샘플링된다. 복수의 순간 접촉 팁-모재간 거리(CTWD's)가 상기 용접 출력 전류 및 와이어 공급 속도 중 적어도 어느 하나 또는 양자 모두에 기초하여 결정된다. 평균 CTWD가 복수의 순간 CTWD's에 기초하여 결정된다. 현재의 용접 층의 높이에 있어서의 임의의 오차를 보상하는 데 사용되는 수정 계수가, 적어도 상기 평균 CTWD에 기초하여 생성된다.

Description

적층 제조를 위한 위치 피드백을 제공하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS PROVIDING LOCATION FEEDBACK FOR ADDITIVE MANUFACTURING}
본 미국 특허출원은, 2013년 10월 22일에 가출원된 미국 가특허출원번호 제61/894,035호에 대한 우선권 및 그 이익을 주장하는 2013년 12월 19일에 출원된 미국 특허 출원번호 제14/134,188호의 부분계속출원(CIP)이며, 이들 문헌 모두의 전문은 본원에 참고로 원용된다.
본 발명의 일부 실시형태는 아크 용접에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 일부 실시형태는, 로봇 용접 적층 제조 공정을 위한 위치 피드백을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다
로봇 용접 적층 제조 공정 중에는, 금속 재료의 연속 층들이 형성되어 모재부(workpiece part)를 생성하게 된다. 로봇 용접 유닛은, 로봇 용접 유닛의 로봇 제어기에 의해 지시됨에 따라 모재부를 시간 경과에 따라 층별로 구축하는 데 사용된다. 로봇 제어기는, 적층(층별) 제조 공정을 이용하여 생성될 모재부의 3D 모델을 판독하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 로봇 제어기는, 3D 모델을 프로그래밍 방식으로 복수의 층으로 분할하고 개별 층들의 각각에 대한 용접 경로를 계획하여 이러한 모재부의 구축을 수행한다. 예상되는 용접 융착이 각 층에 대해 결정되고, 그 결과로서 각각의 융착된 층에 대한 예상 높이를 얻게 된다. 그러나, 실제 층별 용접이 진행됨에 따라, 임의의 주어진 층에 대하여 형성되는 실제 높이는, 예를 들어, 모재부 기판의 표면 상태(예를 들어, 기판 상의 온도 또는 위치) 및 일부 용접 파라미터가 제어될 수 있는 정확도 등의 인자들로 인해, 예상 높이 또는 원하는 높이로부터 벗어날 수 있다.
종래의 방안, 통상적인 방안, 및 제안된 방안의 추가 한정 사항과 단점은, 이러한 시스템과 방법을, 도면을 참조하여 본원의 나머지 부분에 개시된 바와 같은 본 발명의 실시형태와 비교함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
로봇 용접 적층 제조 공정 동안 높이 오차를 보정하는 시스템 및 방법을 제공한다. 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도 중 하나 또는 모두는, 현재 용접층을 생성할 때 로봇 용접 적층 제조 공정 동안 샘플링된다. 복수의 접촉 팁과 모재간 순간 거리(contact tip-to-work distance: CTWD)는 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도 중 적어도 하나 또는 모두에 기초하여 결정된다. 평균 CTWD는 복수의 순간 CTWD에 기초하여 결정된다. 보정 인자는, 적어도 평균 CTWD에 기초하여 생성되며, 현재 용접층 및/또는 다음 용접층의 높이의 임의의 오차를 보상하는 데 사용된다.
일 실시형태에서는, 용접 전원을 갖는 용접 시스템을 제공한다. 용접 전원은, 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하도록 구성된다. 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터 쌍은 용접 출력 전류와 용접 와이어 속도를 포함한다. 또한, 용접 전원은, 현재 용접층의 생성 중에 각각의 파라미터 쌍이 샘플링됨에 따라 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터 쌍에 대하여 그리고 적어도 이러한 각각의 순간 파라미터 쌍에 기초하여 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 실시간으로 결정하도록 구성된다. 용접 전원은 현재 용접층을 생성하는 동안 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리가 결정됨에 따라 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 이동 평균(running average) 거리를 실시간으로 결정하도록 더 구성된다. 용접 전원은, 또한, 보정 인자를 생성하도록 구성된다. 보정 인자는 적어도 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 기초하며, 현재 용접층에 대한 원하는 융착 레벨로부터의 융착 레벨 편차를 보상하도록 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 실시간으로 사용될 것이다. 일 실시형태에서, 접촉 팁과 모재간 순간 거리는 용접 출력 전압, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 또는 사용된 차폐 가스 중 하나 이상에 더 기초할 수 있다. 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리는, 수학적 단순 이동 평균 또는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 가중 평균 중 하나일 수 있다. 일 실시형태에서, 용접 전원은 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 접촉 팁과 모재간 설정 거리와 적어도 부분적으로 비교함으로써 보정 인자를 생성하도록 구성된다. 용접 전원은, 또한, 보정 인자에 응답하여 현재 용접층의 생성 중에 용접 시스템의 이동 속도, 용접 지속시간, 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 실시간으로 조정하도록 구성될 수 있다. 보정 인자에 응답하여 이동 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 이동 속도를 고려하는 것을 포함할 수 있다. 보정 인자에 응답하여 용접 지속시간을 조정하는 것은 미리 설정된 용접 지속시간을 고려하는 것을 포함할 수 있다. 보정 인자에 응답하여 와이어 공급 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 와이어 공급 속도를 고려하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 보정 인자는, 또한, 현재 용접층을 위한 현재 용접 동작에 대하여 로봇 제어기에 의해 제공되는 로봇 파라미터 또는 3D 모재부에 대응하는 하나 이상의 3D 모델 파라미터에 더 기초한다. 3D 모델 파라미터와 로봇 파라미터는, 현재 용접층의 지정된 높이 또는 현재 용접층을 위한 용접 공구의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 용접 시스템은 용접 전원과 동작가능하게 통신하도록 구성된 로봇 제어기를 갖는 로봇을 포함한다. 일 실시형태에서, 용접 시스템은 이러한 로봇에 동작가능하게 연결된 용접 공구를 포함한다. 일 실시형태에서, 용접 시스템은 용접 공구와 용접 전원에 동작가능하게 연결된 와이어 공급기를 포함한다.
일 실시형태에서는, 용접 전원을 갖는 용접 시스템을 제공한다. 용접 전원은, 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하도록 구성된다. 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터 쌍은 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도를 포함한다. 용접 전원은, 또한, 현재 용접층의 생성 중에 각 파라미터 쌍이 샘플링됨에 따라 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터 쌍에 대하여 그리고 적어도 이러한 각각의 순간 파라미터 쌍에 기초하여 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 실시간으로 결정하도록 구성된다. 용접 전원은 현재 용접층의 생성 중에 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리가 결정됨에 따라 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 실시간으로 결정하도록 더 구성된다. 또한, 용접 전원은, 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리를 결정하도록 구성된다. 용접 전원은 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 현재 용접층의 생성 중에 용접 시스템의 용접 지속시간, 이동 속도, 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 실시간으로 조정하도록 더 구성된다. 용접 전원은, 또한, 적어도 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리에 기초하여 3D 모재부의 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 인자를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에 따라, 용접 전원은, 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 결정하고, 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 결정하고, 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리를 결정하고, 현재 용접층의 생성 중에 용접 지속시간, 이동 속도, 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 조정하고, 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 인자를 생성하도록 구성된 제어기를 포함한다. 일 실시형태에서, 접촉 팁과 모재간 순간 거리는 용접 출력 전압, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 또는 사용된 차폐 가스 중 하나 이상에 더 기초한다. 일 실시형태에서, 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 이동 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 이동 속도를 고려하는 것을 포함한다. 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 용접 지속시간을 조정하는 것은 미리 설정된 용접 지속시간을 고려하는 것을 포함한다. 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 와이어 공급 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 와이어 공급 속도를 고려하는 것을 포함한다. 일 실시형태에서, 보정 인자는, 또한, 다음 용접층을 위한 다음 용접 동작에 대하여 로봇 제어기에 의해 제공되는 로봇 파라미터 또는 3D 모재부에 대응하는 3D 모델 파라미터 중 하나 이상에 기초한다. 3D 모델 파라미터와 로봇 파라미터는, 다음 용접 층의 지정된 높이 또는 다음 용접층을 위한 용접 공구의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리는, 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 수학적 단순 평균, 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 가중 평균, 또는 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 이동 평균 중 하나이다. 일 실시형태에서, 용접 시스템은, 용접 전원과 동작가능하게 통신하도록 구성된 로봇 제어기를 갖는 로봇, 로봇에 동작가능하게 연결된 용접 공구, 및 용접 공구와 용접 전원에 동작가능하게 연결된 와이어 공급기를 포함한다.
본 발명의 예시된 실시형태들의 상세한 내용은 다음의 설명과 도면으로부터 더욱 완전하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 로봇 용접 셀 유닛의 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 2는 소모성 용접 전극과 모재부에 동작가능하게 연결된 도 1의 로봇 용접 셀 유닛의 용접 전원의 예시적인 실시형태의 개략적 블록도이다.
도 3은 적층 제조 아크 용접 공정 동안 모재부와 상호작용하는 용접 와이어 전극을 제공하는 도 1의 로봇 용접 셀 유닛의 용접 건(welding gun)의 일부의 예시적인 실시형태의 도면이다.
도 4a와 도 4b는 아크가 존재하는 경우와 아크가 존재하지 않는 경우의 접촉 팁과 모재간 거리(CTWD)의 개념을 도시한다.
도 5는 특정 유형의 용접 가스가 사용되는 경우 소정의 와이어 공급 속도의 아크 용접 공정에 있어서 동일한 유형이지만 크기가 서로 다른 2개의 상이한 용접 와이어에 대하여 CTWD와 용접 출력 전류(전류량) 간의 관계를 나타내는 2개의 플롯을 갖는 2차원 그래프의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 6은 특정 유형의 용접 가스가 제공되는 경우 아크 용접 공정에 있어서 특정 유형 및 크기의 CTWD, 용접 출력 전류(전류량), 및 와이어 공급 속도 간의 관계를 도시하는 3차원 그래프의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 7은 실제 순간 CTWD를 결정하도록 구성된 도 2의 용접 전원의 제어기의 일부의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 8은 순간 CTWD들로부터 시간 경과에 따른 평균 CTWD를 결정하고 보정 인자를 계산하도록 구성된 도 2의 용접 전원의 제어기의 일부의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 9는 로봇 용접 적층 제조 공정(RWAMP) 동안 층 단위로 적층 제조 높이 오차를 보정하기 위한 방법의 실시형태의 흐름도를 도시한다.
도 10은 도 9의 방법을 사용하는 로봇 용접 적층 제조 공정의 일례를 도시한다.
도 11은 현재 용접층에 대하여 원하는 융착 레벨로부터의 융착 레벨의 편차를 보상하도록 도 2의 용접 전원의 제어기의 일부의 예시적인 실시형태를 도시한다.
다음의 설명은 본 개시 내용 내에서 사용될 수 있는 예시적인 용어들의 정의이다. 모든 용어들의 단수 형태와 복수 형태 모두는 각각의 의미 내에 속한다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "소프트웨어" 또는 "컴퓨터 프로그램"은, 컴퓨터 또는 다른 전자 장치가 원하는 방식으로 기능, 액션을 수행하게 하고/하거나 행동하게 하는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 및/또는 실행가능 명령어를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 명령어는 동적으로 링크된 라이브러리의 개별 애플리케이션 또는 코드를 포함하는 프로그램, 모듈, 알고리즘, 또는 루틴과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어는, 또한, 독립형 프로그램, 함수 호출, 서블릿, 애플릿, 애플리케이션, 메모리에 저장된 명령어, 운영 체제의 일부, 또는 다른 유형의 실행가능 명령어와 같은 다양한 형태로 구현될 수도 있다. 당업자는 소프트웨어의 형태가 예를 들어 원하는 애플리케이션의 요구사항, 소프트웨어가 실행되는 환경, 및/또는 설계자/프로그래머 등의 요구 사항 등에 의존한다는 것을 이해할 것이다.
본원에 사용되는 바와 같은 "컴퓨터" 또는 "처리 소자" 또는 "컴퓨터 장치"는, 데이터를 저장, 검색, 및 처리할 수 있는 프로그래밍된 또는 프로그래밍가능한 임의의 전자 장치를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. "비일시적 컴퓨터 판독가능 매체"는, CD-ROM, 착탈식 플래시 메모리 카드, 하드 디스크 드라이브, 자기 테이프, 및 플로피 디스크를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "용접 공구"는, 용접 건, 용접 토치, 또는 소모성 용접 와이어에 용접 전원에 의해 제공되는 전력을 인가하기 위한 소모성 용접 와이어를 수용하는 임의의 용접 장치를 가리키지만, 이에 한정되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "용접 출력 회로 경로"는, 용접 전원의 용접 출력의 제1 측으로부터 제1 용접 케이블(또는 용접 케이블의 제1 측)을 통해 용접 전극으로, (용접 전극과 모재 간의 단락 또는 아크를 통해) 모재로, 제2 용접 케이블(또는 용접 케이블의 제2 측)을 통해 다시 용접 전원의 용접 출력의 제2 측으로 이어지는 전기 경로를 가리킨다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "용접 케이블"은, 전력을 제공하여 용접 전극과 모재 간에 아크를 생성하도록 (예를 들어, 용접 와이어 공급기를 통해) 용접 전원과 용접 전극 및 모재 간에 연결될 수 있는 전기 케이블을 가리킨다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "용접 출력"은, 용접 전원의 전기 출력 회로 또는 출력 포트 또는 단자를 가리키거나, 용접 전원의 전기 출력 회로 또는 출력 포트에 의해 제공되는 전력, 전압, 또는 전류를 가리킬 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "컴퓨터 메모리"는 컴퓨터 또는 처리 소자에 의해 검색될 수 있는 디지털 데이터 또는 정보를 저장하도록 구성된 저장 장치를 가리킨다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "제어기"는 용접 전원 또는 용접 로봇을 제어하는 데 관련된 논리 회로 및/또는 처리 소자 및 연관 소프트웨어 또는 프로그램을 지칭한다.
"신호", "데이터", 및 "정보"라는 용어들은 본원에서 상호교환 가능하게 사용될 수 있으며 디지털 또는 아날로그 형태일 수 있다.
"용접 파라미터"라는 용어는, 본원에서 넓게 사용되며, 용접 공정(예를 들어, 단락 아크 용접 공정 또는 펄스 용접 공정), 와이어 공급 속도, 변조 주파수, 용접 이동 속도, 또는 용접 출력 전류 파형의 일부의 특성(예를 들어, 진폭, 펄스 폭 또는 지속시간, 기울기, 전극 극성)을 가리킬 수 있다.
도 1을 참조해 볼 때, 로봇 용접 셀 유닛(10)은, 일반적으로 프레임(12), 프레임 내에 배치된 로봇(14), 및 프레임 내에 또한 배치된 용접 테이블(16)을 포함한다. 로봇 용접 셀 유닛(10)은, 본원에서 더욱 상세히 후술하는 바와 같이 적층 제조 공정을 통해 기판 상에 모재부(22)를 구축하는 데 유용하다.
도시된 실시형태에서, 프레임(12)은, 로봇(14)과 용접 테이블(16)을 둘러싸도록 복수의 측벽과 도어를 포함한다. 대략 직사각형의 구성이 평면도로 도시되어 있지만, 프레임(12)과 유닛(10)은 수많은 구성을 취할 수 있다.
전방 접근 도어(26)는 프레임의 내부에 접근하도록 프레임(12)에 장착된다. 이와 유사하게, 후방 접근 도어(28)도 프레임(12)에 장착된다. 윈도우(32)는 어느 도어에도 제공될 수 있다(전방 도어(26)에만 표시됨). 윈도우는 당업계에 알려진 틴트 안전 스크린(tinted safety screen)을 포함할 수 있다.
제어 패널(40)은 전방 도어(26)에 인접하게 프레임(12) 상에 제공된다. 제어 패널(40) 상에 제공된 제어 손잡이 및/또는 스위치는 프레임(12)에 또한 장착된 제어 인클로저(42)에 수용된 제어부와 통신한다. 제어 패널(40) 상의 제어부를 사용하여 알려진 용접 셀 유닛에 사용되는 제어부와 유사한 방식으로 유닛(10)에서 수행되는 동작들을 제어할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 로봇(14)은 지지체(미도시)에 장착되는 받침대 상에 장착된다. 도시된 실시형태에서 사용되는 로봇(14)은 FANUC Robotics America, Inc.로부터 입수 가능한 ARC Mate® 100/Be 로봇일 수 있다. 다른 유사한 로봇도 사용할 수 있다. 도시된 실시형태에서의 로봇(14)은 용접 테이블(16)에 대하여 위치설정되고 11개의 이동 축을 포함한다. 원할 경우, 받침대(미도시)는 터렛(turret)과 유사한 지지체(미도시)에 대해 회전할 수 있다. 이에 따라, 소정의 구동 기구, 예를 들면, 모터 및 변속기(미도시)는 로봇(14)을 회전시키기 위해 받침대 및/또는 지지체에 수용될 수 있다.
용접 건(60)은 로봇 아암(14)의 말단부에 부착된다. 용접 건(60)은 당업계에 공지된 것과 유사할 수 있다. 가요성 튜브 또는 도관(62)이 용접 건(60)에 부착된다. 용기(66)에 저장될 수 있는 소모성 용접 전극 와이어(64)는 도관(62)을 통해 용접 건(60)에 전달된다. 예를 들어 Lincoln Electric Company로부터 입수 가능한 PF 10 R-II 와이어 공급기일 수 있는 와이어 공급기(68)는, 프레임(12)에 부착되어 용접 와이어(64)가 용접 건(60)에 전달되는 것을 용이하게 한다.
로봇(14)은 프레임(12)의 바닥부 또는 하부에 장착된 것으로 도시되어 있지만, 필요하다면, 로봇(14)은 미국 특허번호 제6,772,932호에 개시된 로봇과 유사한 방식으로 장착될 수 있다. 즉, 로봇은, 프레임의 상부 구조에 장착될 수 있고 셀 유닛(10) 내부를 향해 하방으로 연장될 수 있다.
다시 도 1에 도시된 실시형태를 참조해 볼 때, 용접 동작을 위한 용접 전원(72)은, 프레임(12)에 연결되어 그 일부를 구성할 수 있는 플랫폼(74)에 장착되어 그 위에 안착된다. 도시된 실시형태에서의 용접 전원(72)은 Lincoln Electric Company로부터 입수 가능한 PW 455 M(비 STT)이지만, 다른 적절한 전원이 용접 동작에 사용될 수 있다. 로봇(14)을 제어하는 로봇 제어기(76)도 플랫폼(74) 상에 안착 및 장착된다. 로봇 제어기는 통상적으로 로봇(14)을 수반한다.
로봇 용접 셀 유닛(10)은 또한 차폐 가스 공급원(미도시)을 포함할 수 있다. 동작 중에, 와이어 공급기(68), 용접 건(60), 차폐 가스 공급원, 및 용접 전원(72)은, 당업계에 주지되어 있듯이 용접 와이어와 모재부(22) 사이에 전기 아크를 생성하여 용접층을 생성할 수 있도록 동작가능하게 연결된다. 일 실시형태에 따르면, 예를 들어, 산소 또는 질소와 같은 대기 가스로부터 용접 영역을 보호하기 위해 가스 금속 아크 용접(GMAW) 공정 중에 차폐 가스가 사용될 수 있다. 이러한 대기 가스는 예를 들어 융합 결함, 취성(embrittlement), 및 다공성과 같은 다양한 용접 금속 결함을 유발할 수 있다.
차폐 가스의 유형 또는 사용된 차폐 가스들의 조합은 용접되는 물질 및 용접 공정에 따라 다르다. 제공될 차폐 가스의 유량은 차폐 가스의 유형, 이동 속도, 용접 전류, 기하학적 용접 구조, 및 용접 공정의 금속 전달 모드에 따라 다르다. 불활성 차폐 가스는 아르곤과 헬륨을 포함한다. 그러나, 예를 들어, 이산화탄소(CO2) 및 산소 등의 다른 차폐 가스 또는 가스들의 조합을 사용하는 것이 바람직한 상황이 있을 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 아크 용접 공정 중에 용접 공구가 용접 영역에 차폐 가스를 분산시키도록 아크 용접 공정 중에 용접 공구에 차폐 가스가 공급될 수 있다.
용접 와이어 또는 전극의 선택은, 적층 용접되는 모재부의 조성, 용접 공정, 용접층의 구성, 및 모재부 기판의 표면 조건에 따라 다르다. 용접 와이어의 선택은, 형성되는 용접층의 기계적 특성에 크게 영향을 줄 수 있으며 용접층 품질의 주된 결정 요소일 수 있다. 형성되는 용접 금속층은 불연속성, 오염물, 또는 다공성과 같은 결함없이 베이스 기판 물질과 같은 기계적 특성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
기존의 용접 와이어 전극은, 산소 다공성을 방지하는 것을 보조하기 위해 실리콘, 망간, 티타늄, 및 알루미늄과 같은 탈산화 금속을 상대적으로 작은 비율로 종종 함유한다. 일부 전극은 질소 다공성을 피하기 위해 티타늄 및 지르코늄과 같은 금속을 함유할 수 있다. 용접 공정 및 용접되는 베이스 기판 물질에 따라, 가스 금속 아크 용접(GMAW)에 사용되는 전극의 직경은 통상적으로 0.028인치 내지 0.095인치의 범위이지만, 0.16인치 정도일 수 있다. 일반적으로 직경이 0.045인치에 이르는 초소형 전극은, 단락 금속 이동 공정에 연관될 수 있지만, 분사 전달 공정에 사용되는 전극의 직경은 적어도 0.035인치일 수 있다.
도 2는 소모성 용접 전극(64)과 모재부(22)에 동작가능하게 연결된 도 1의 로봇 용접 셀 유닛(10)의 용접 전원(72)의 예시적인 실시형태의 개략적인 블록도이다. 용접 전원(72)은 용접 전극(64)과 모재부(22) 간에 용접 출력 전력을 제공하는 브리지 스위칭 회로(180) 및 전력 변환 회로(110)를 갖는 스위칭 전원(105)을 포함한다. 전력 변환 회로(110)는 하프 브리지 출력 토폴로지를 기반으로 한 변압기일 수 있다. 예를 들어, 전력 변환 회로(110)는, 예를 들어, 용접 변압기의 1차측과 2차측에 의해 각각 기술되는 입력 전력측과 출력 전력측을 포함하는 인버터형일 수 있다. 예를 들어, DC 출력 토폴로지를 갖는 초퍼(chopper) 유형 등의 다른 유형의 전력 변환 회로들 또한 가능하다. 전원(100)은, 또한, 전력 변환 회로(110)에 동작가능하게 연결되고 (예를 들어, AC 용접을 위한) 용접 출력 전류의 극성의 방향을 스위칭하도록 구성된 브리지 스위칭 회로(180)를 포함한다.
전원(72)은 파형 발생기(120) 및 제어기(130)를 더 포함한다. 파형 발생기(120)는 제어기(130)의 커맨드에 따라 용접 파형을 발생시킨다. 파형 발생기(120)에 의해 발생한 파형은 전력 변환 회로(110)의 출력을 변조하여 전극(64)과 모재부(22) 간에 용접 출력 전류를 생성한다. 또한, 제어기(130)는, 브리지 스위칭 회로(180)의 스위칭을 명령하고, 전력 변환 회로(110)에 제어 커맨드를 제공할 수 있다.
용접 전원(72)은, 전극(64)과 모재부(22) 간의 용접 출력 전압과 전류를 감시하고 감시된 전압 및 전류를 제어기(130)에 제공하기 위한 전압 피드백 회로(140) 및 전류 피드백 회로(150)를 더 포함한다. 피드백 전압 및 전류는, 예를 들어, 파형 발생기(120)에 의해 발생한 용접 파형을 변형하는 것에 관한 결정 및/또는 전원(72)의 동작에 영향을 미치는 그 밖의 다른 결정들을 제어기(130)에 의해 내리는 데 사용될 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 제어기(130)는, 본원에서 더욱 상세히 후술하는 바와 같이, 용접 공정 동안 CTWD를 결정하고, CTWD를 사용하여 용접 시간 지속시간(WTD) 및/또는 와이어 공급 속도(WFS)를 조정하는 데 사용된다.
일 실시형태에 따르면, 스위칭 전원(105), 파형 발생기(120), 제어기(130), 전압 피드백 회로(140), 및 전류 피드백 회로(150)는 용접 전원(72)을 구성한다. 로봇 용접 셀 유닛(10)은, 또한, 선택된 와이어 공급 속도(WFS)로 용접 건(용접 공구)(60)을 통해 모재부(22)를 향해 소모성 와이어 용접 전극(64)을 공급하는 와이어 공급기(68)를 포함한다. 와이어 공급기(68), 소모성 용접 전극(64), 및 모재부(22)는, 용접 전원(72)의 일부가 아니지만, 하나 이상의 용접 출력 케이블을 통해 용접 전원(72)에 동작가능하게 연결될 수 있다.
도 3은 적층 제조 아크 용접 공정 동안 모재부(22)와 상호작용하는 용접 와이어 전극(64)을 제공하는 도 1의 로봇 용접 셀 유닛(10)의 용접 건(60)의 일부의 예시적인 실시형태를 도시한다. 용접 건(60)은, 절연성 전도체 튜브(61), 전극 도관(63), 가스 확산기(65), 접촉 팁(67), 및 용접 건(60)을 통해 공급되는 와이어 전극(64)을 가질 수 있다. 로봇(14)에 의해 작동될 때의 제어 스위치 또는 트리거(미도시)는, 와이어 공급, 전력, 및 차폐 가스 흐름을 시작하여, 전기 아크가 전극(64)과 모재부(22) 간에 형성되게 한다. 접촉 팁(67)은 전기 도전성을 갖고, 용접 케이블을 통해 용접 전원(72)에 연결되며, 전극(64)을 모재부(22)를 향하게 하는 동안 전기 에너지를 전극(64)에 전달한다. 접촉 팁(67)은, 전기적 접촉을 유지하면서 전극(64)이 통과할 수 있도록 하는 크기로 고정된다.
와이어 공급기(68)는, 전극(64)을 모재부(22)에 공급하여 전극(64)을 도관(62)을 통해 접촉 팁(67)까지 구동하게 한다. 와이어 전극(64)은 일정한 공급 속도로 공급될 수 있거나, 공급 속도가 아크 길이 및 용접 전압에 기초하여 변경될 수 있다. 일부 와이어 공급기는, 최대 1200 in/min만큼 빠른 공급 속도에 도달할 수 있지만, 반자동 GMAW의 공급 속도는 통상적으로 75 in/min 내지 400 in/min 범위이다.
와이어 전극(64)은, 접촉 팁(67)으로 향하는 도중, 전극 도관(63)에 의해 보호되고 안내되는데, 이로써 꼬임(kinking)을 방지하는 것을 돕고 와이어 전극(64)의 중단없는 공급을 유지한다. 가스 확산기(65)는 차폐 가스를 용접 구역으로 고르게 지향시킨다. 차폐 가스 탱크(들)로부터의 가스 호스는 가스를 가스 확산기(65)에 공급한다.
도 4a 및 도 4b는 아크의 존재 여부에 따른 접촉 팁과 모재간 거리(CTWD)의 개념을 도시한다. 도 4a에서, CTWD는, 전극(64)과 모재부(22) 사이에 아크가 형성되지 않는, 접촉 팁(67)의 단부와 모재부(22)의 상부층 간의 거리로서 도시되어 있다. 도 4b에서, CTWD는, 전극(64)과 모재부(22) 간에 아크가 형성되는, 접촉 팁(67)의 단부와 모재부(22)의 상부층 간의 거리로서 도시되어 있다. 다시 말하지만, 용접 공정 중에 원하는 CTWD 거리를 일관되게 유지하는 것이 중요하다. 일반적으로, CTWD가 증가함에 따라, 용접 전류가 감소한다. CTWD가 너무 길면, 용접 전극이 매우 뜨거워질 수 있고 차폐 가스도 낭비할 수 있다. 또한, 원하는 CTWD는 서로 다른 용접 공정마다 다를 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 모재부(22)는 로봇 제어기(76)에 의해 명령된 시간에 따라 층별로 구축된다. 로봇 제어기(76)는 적층 (층별) 제조 공정을 사용하여 생성될 모재부(22)의 3D 모델을 판독하는 소프트웨어를 포함한다. 로봇 제어기(76)는, 3D 모델을 프로그래밍 방식으로 복수의 층으로 분할하고, 개별 층들의 각각에 대한 용접 경로를 계획하여 모재부(22)의 구축을 수행한다. 예상되는 용접 융착이 각 층에 대해 결정되어, 각각의 융착된 층에 대해 예상되는 높이를 얻는다. 그러나, 실제 층별 용접이 진행됨에 따라, 임의의 주어진 층에 대한 실제 결과 높이는, 예를 들어, 모재부 기판의 표면 상태 및 소정의 용접 파라미터를 제어할 수 있는 정확도 등의 인자들로 인해 예상 높이 또는 원하는 높이로부터 벗어날 수 있다. 따라서, 일 실시형태에 따르면, CTWD는, 용접 공정 동안 각 층에 대해 감시되고, 본원에서 상세히 후술되는 높이 치수의 오차를 보상하는 데 사용된다.
도 5는 2개의 서로 다른 용접 와이어에 대한 CTWD와 용접 출력 전류(전류량) 간의 관계를 나타내는 2개의 플롯(510, 520)을 갖는 2차원 그래프(500)의 예시적인 실시형태를 도시하며, 이들 용접 와이어는, 특정 유형의 용접 가스가 사용될 때 아크 용접 공정에 대해 동일한 유형이며 동일한 고정 속도로 공급되지만, 2개의 서로 다른 직경을 갖는다. 일 실시형태에 따르면, 용접 공정 동안의 실제 순간 CTWD는, 용접 출력 전류(전류량)， 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 와이어 공급 속도(WFS), 및 사용된 차폐 가스에 기초하여 제어기(130)에 의해 실시간으로 결정될 수 있다. 용접 공정 중에 CTWD가 실시간으로 변경됨에 따라, 용접 출력 전류(전류량)는 적절한 플롯(예를 들어, 510 또는 520)에 의해 정의된 바와 같이 그 변경을 실시간으로 반영한다. 실제 CTWD가 용접 공정 중에 실시간으로 변경됨에 따라, 전류 피드백 회로(150)로부터 피드백된 용접 출력 전류 값을 수신하고 선택된 와이어 전극 유형/직경, 차폐 가스 혼합물, 및 와이어 공급 속도를 미리 알고 있는 제어기(130)는 실제 CTWD를 결정한다.
일 실시형태에 따르면, 플롯(510)은, 0.045인치의 직경을 갖고 90% 아르곤 차폐 가스 및 10% 이산화탄소 차폐 가스의 혼합물을 제공하는 용접 공정에서 사용되는 구리 코팅된 연강 유형의 용접 와이어 전극에 대응한다. 또한, 일 실시형태에 따르면, 플롯(520)은, 0.052인치의 직경을 갖고 90% 아르곤 차폐 가스와 10% 이산화탄소 차폐 가스의 동일한 혼합물을 제공하는 용접 공정에서 사용되는 동일한 구리 코팅된 연강 유형의 용접 와이어 전극에 대응한다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 동일한 유형의 용접 와이어의 직경이 증가된 직경으로 변경됨에 따라, CTWD 대 전류량의 관계를 나타내는 플롯은 그래프(500)의 원점으로부터 외측으로 이동한다.
다양한 실시형태에 따르면, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 와이어 공급 속도, 및 사용된 차폐 가스의 조합에 대한 CTWD와 전류량 간의 관계는 실험적으로 또는 이론에 기초하는 분석을 통해 결정될 수 있다. 일단 이러한 관계가 결정되면, 그 관계는 예컨대 룩업 테이블(LUT) 또는 수학적 전달 함수 또는 알고리즘으로서 표현되거나 제어기(130)에 저장될 수 있다.
대체 실시형태에 따르면, 와이어 공급 속도(WFS)는 용접 공정 동안 (예를 들어, 아크 길이 및 용접 전압에 기초하여) 변할 수 있고, 따라서 LUT 또는 수학적 전달 함수는 변하는 와이어 공급 속도의 영향을 CTWD에 반영할 수 있다. 예를 들어, 도 6은, 특정 유형의 용접 가스가 제공될 때의 아크 용접 공정에 있어서 특정 유형 및 크기의 용접 와이어에 대한 CTWD, 용접 출력 전류(전류량)，및 와이어 공급 속도(WFS) 간의 관계를 나타내는 3차원 그래프(600)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 그래프(600) 상의 플롯(610)은 표면을 형성한다. 실시형태에 따르면, 용접 공정 동안의 실제 순간 CTWD는, 용접 출력 전류(전류량), 와이어 공급 속도, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 및 사용된 차폐 가스에 기초하여 제어기(130)에 의해 실시간으로 결정될 수 있다.
용접 공정 중에 실제 CTWD가 실시간으로 변경됨에 따라, 그래프(600)의 표면 플롯(610)에 의해 정의된 바와 같이, 쌍으로 된 용접 출력 전류(전류량)와 WFS(파라미터 쌍)는 그 변경을 실시간으로 반영한다. 또한, 실제 CTWD가 용접 공정 중에 실시간으로 변경됨에 따라, 전류 피드백 회로(150)로부터 피드백된 용접 출력 전류(전류량) 값 및 와이어 공급기(68)로부터 피드백된 WFS 값을 수신하고 선택된 와이어 전극 유형/직경 및 차폐 가스 혼합물을 미리 알고 있는 제어기(130)는 실제 CTWD를 결정한다. 도 6은, 그래프(600)의 표면 플롯(610)에 의해 결정된 바와 같이 실제 CTWD 값(612)에 대응하는 전류량/WFS 파라미터 쌍(611)의 일례를 도시한다. 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 및 사용된 차폐 가스의 다른 조합에 대해서는, 다른 표면의 플롯이 CTWD, WFS, 및 전류량의 관계를 정의한다. 대체 실시형태에 따르면, 전압 피드백 회로(140)로부터 제어기(130)로 피드백되는 용접 출력 전압을 고려함으로써, 실제 순간 CTWD를 더욱 정확하게 결정할 수 있다.
다양한 실시형태에 따르면, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 및 사용된 차폐 가스의 조합에 대한 CTWD, WFS, 및 전류량 간의 관계는 실험적으로 또는 이론에 기초하는 분석을 통해 결정될 수 있다. 일단 이러한 관계가 결정되면, 그 관계는, 예를 들어, 룩업 테이블(LUT)로서 또는 소프트웨어로 표현된 수학적 전달 함수로서 표현되거나 제어기(130)에 저장될 수 있다.
도 7은 실제 순간 CTWD를 결정하도록 구성된 도 2의 용접 전원(72)의 제어기(130)의 일부(700)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 7의 실시형태에 도시된 바와 같이, LUT(710)는, 입력(711)(WFS, 와이어 유형, 와이어 크기, 전류량, 전압, 및 차폐 가스)과 출력(712)(실제 CTWD) 간의 관계를 구현하는 데 사용된다. LUT(710)는 예를 들어 EEPROM과 같은 펌웨어로 구현될 수 있다. 일부 실시형태에서, 용접 출력 전압 또는 차폐 가스의 입력은 사용될 수 없다. 임의의 특정 입력들(711)의 조합에 대해, 실제 순간 CTWD를 나타내는 출력(712)이 실시간으로 생성된다.
도 8은, LUT(710)의 CTWD(712)로부터 시간 경과에 따른 평균 CTWD(812)를 결정하고 보정 인자를 계산하도록 구성된 도 2의 용접 전원(72)의 제어기(130)의 일부(800)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 보정 인자는 용접 지속시간(822), 와이어 공급 속도(WFS)(824), 또는 둘 다의 형태를 취할 수 있다. 또한, 도 8은 용접 전원(72)의 제어기(130)의 일부(800)에 통신가능하게 인터페이싱하는 로봇 제어기(76)를 도시한다. 선택적으로 또는 대안으로, 보정 인자는 용접 건의 이동 속도의 형태를 취할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 현재 용접 작업이 수행되어 모재부(22) 상의 현재 위치에 현재 용접층을 생성하는 경우, 복수의 순간 CTWD(712)가 현재 용접 동작 중에 결정되고, 평균 CTWD(812)는, 평균화 모듈(810)에 의해 현재 용접층에 대하여 복수의 순간 CTWD(712)로부터 계산된다. 다음 용접 동작에 대한 보정 인자(예를 들어, 용접 지속시간(822), WFS(824), 또는 둘 다)는, 평균 CTWD(812)에 기초하고 또한 로봇 제어기(76)로부터 제어기(130)에 의해 수신되는 다음 용접 동작에 대응하는 3D 모델/로봇 파라미터에 기초하여 보정 인자 모듈(820)에 의해 계산된다. 보정 인자는, 다음 용접 동작 중에 다음 모재부 위치(예를 들어, 다음 용접층에 대응하는 다음 높이 위치)에 다음 용접층을 생성하도록 용접 전원(72)에 의해 사용된다.
일 실시형태에 따르면, 평균 CTWD는 순간 CTWD들의 수학적 단순 평균일 수 있다. 다른 실시형태에서, 평균 CTWD는 가중 평균일 수 있다. 예를 들어, 나중의 순간 CTWD(예를 들어, 10개 중 마지막 4개)에 더 많은 가중치가 주어질 수 있다. 또 다른 실시형태에 따르면, 평균 CTWD는, 순간 CTWD들의 샘플의 총 수가 층마다 다를 수 있는 이동 평균일 수 있다. 다른 적층 제조 응용 분야에서 잘 기능하는 평균 CTWD를 결정하는 다른 방식도 가능하다. 따라서, "평균 CTWD"라는 용어는 본원에서 넓은 의미로 사용된다.
일 실시형태에 따르면, 3D 모델/로봇 파라미터는 다음 용접층의 지정된 높이 및 용접 건(60)의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다음 용접층에 대한 3D 모델/로봇 파라미터 및 현재 용접층으로부터의 평균 CTWD를 알면, 다음 용접층을 생성하기 위해 다음 용접 동작을 위한 용접 지속시간 및/또는 WFS가 증가되거나 감소될 수 있다. 평균화 모듈(810) 및 보정 인자 모듈(820)은 다양한 실시형태에 따라 제어기(130)에서 소프트웨어 및/또는 하드웨어로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어로서 또는 펌웨어(예를 들어, 프로그래밍된 EEPROM)로서 구현되는 것을 고려할 수 있다. 다른 구현된 실시형태(예를 들어, 디지털 신호 프로세서)도 가능하다.
예를 들어, 현재 용접층에 대한 평균 CTWD(812)가 3D 모델/로봇 파라미터에 기초하여 예상보다 긴 경우, 이는 형성된 현재 용접층의 높이가 매우 짧음을 나타낼 수 있다(예를 들어, 이 층에 대하여 지정된 높이에 도달하는 데 충분한 용접 물질이 융착되지 않았다). 따라서, 다음 용접 동작을 위한 용접 지속시간 및/또는 WFS는, 다음 용접층을 위한 더욱 많은 용접 물질을 융착하여 현재 용접층의 짧은 높이를 보상하도록 증가될 수 있다.
유사하게, 현재 용접층에 대한 평균 CTWD가 예상보다 짧은 경우, 이는 형성된 현재 용접층이 매우 높음을 나타낼 수 있다(예를 들어, 매우 많은 용접 물질이 융착되어, 이 층에 대하여 지정된 높이를 초과하였다). 따라서, 다음 용접 동작을 위한 용접 지속시간 및/또는 WFS는, 다음 용접층을 위한 용접 물질을 덜 융착하여 현재 용접층을 보상하도록 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 다음 용접층이 현재 용접층을 보상할 수 있게 함으로써, 모든 용접층이 생성된 후에 특정 위치에서의 모재부의 형성된 전체 높이의 임의의 오차가 최소화될 수 있다. 대체 실시형태에 따르면, 용접 건의 이동 속도는 다음 용접층이 현재 용접층을 보상하는 데 일조하도록 조정(증가 또는 감소)될 수 있다.
다음 용접층에 대한 용접 지속시간(및/또는 와이어 공급 속도)과 평균 CTWD 간의 관계는, 다양한 실시형태에 따라 실험적으로 또는 이론에 기초한 분석을 통해 결정될 수 있다. 일반적으로, CTWD 결정은 주어진 CTWD 변경에 대해 더욱 큰 암페어 변경을 생성하는 영역에서 더욱 정확하다(예를 들어, 도 5 참조).
도 9는 로봇 용접 적층 제조 공정(RWAMP) 동안 층별 기준 적층 제조 높이 오차를 보정하기 위한 방법(900)의 실시형태의 흐름도를 도시한다. 단계(910)에서는, 현재 용접층을 생성하기 위한 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도 중 하나 또는 모두를 샘플링한다. 단계(920)에서는, 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도 중 하나 또는 모두, 및 용접 와이어 유형, 용접 와이어 크기, 선택적으로 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 사용되는 용접 가스 유형, 및/또는 용접 출력 전압에 기초하여 복수의 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 결정한다. 단계(930)에서는, 현재 용접층에 대한 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 결정된 복수의 순간 CTWD에 기초하여 평균 CTWD를 결정한다. 단계(940)에서는, 로봇 용접 적층 제조 공정을 제어하는 데 사용되는 로봇 제어기로부터의 하나 이상의 파라미터 및 평균 CTWD에 기초하여 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 계수를 생성한다.
도 10은 도 9의 방법(900)을 사용하는 로봇 용접 적층 제조 공정의 일례를 도시한다. 도 10의 공정에서, 용접 물질의 각 층은 모재 기판 상의 지정된 위치에서 z 방향을 따른 높이가 50 mil로 되도록 지정되고, 여기서 mil은 1000분의 1인치이다. 지정된 위치에 각 층을 융착하는 동안, 각 층의 용접 지속시간 동안 본원에 설명되는 바와 같이 순간 CTWD의 약 10개 샘플이 결정된다. 또한, 평균 CTWD는 순간 CTWD의 10개 샘플로부터 결정된다. 일 실시형태에 따르면, 층을 위한 보정 인자는, 지정된 위치가 그 층에 걸쳐 변경됨에 따라 변경되거나 가변될 수 있다.
도 10의 예에서, 층 N에 대한 평균 CTWD는 예상보다 길게 결정되었고, 층 N의 높이는 원하는 50 mil 대신에 40 mil이었다. 그 결과, 본원에 설명되는 공정을 사용하여, 적어도 층 N에 대한 평균 CTWD에 기초하여 다음 층 N+1에 대한 보정 인자를 결정하였으며, 여기서 용접 지속시간과 와이어 공급 속도 각각은 층 N의 높이 결함을 보상하도록 결정된 양만큼 증가되었다. 그 결과, 층 N+1의 높이가 60 mil로 되어서, 원하는 바와 같이, 층 N의 하부로부터 층 N+1의 상부까지의 총 높이가 1OO mil로 된다. 공정은 지정된 위치에서 모든 층에 대해 유사한 방식으로 진행될 수 있어서, 그 결과 지정된 위치에서의 높이의 허용가능한 오차가 최소화된다. 다시 일 실시형태에 따르면, 용접 지속시간 및 와이어 공급 속도에 더하여(또는 그 대안으로서)， 현재 층을 보상하도록 이동 속도가 조정될 수 있다. 즉, 현재 층을 보상하도록 다음 층의 용접 지속시간, 와이어 공급 속도, 또는 이동 속도 중 임의의 하나 이상을 조정할 수 있다.
대안으로, 현재 용접 층에 대한 보정 인자를 실시간으로 생성할 수 있다. 예를 들어, 순간 CTWD들의 이동 평균은 현재 층에 대한 용접 공정 중에 계산될 수 있다. 이동 평균이 감시됨에 따라, 이동 평균 CTWD에 기초하여, 현재 용접층에 대하여 용접 지속시간, 이동 속도, 전원 출력, 및/또는 와이어 공급 속도를 실시간으로 조정할 수 있다.
도 11은 현재 용접층에 대한 원하는 융착 레벨(원하는 높이)로부터의 융착 레벨(높이)의 편차를 보상하기 위한 도 2의 용접 전원(72)의 제어기(130)의 일부(1100)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제어기(130)의 일부(1100)는, 현재 층에 대하여 조정된 이동 속도, 조정된 용접 지속시간, 조정된 와이어 공급 속도(WFS), 및 조정된 전원 출력을 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에 따르면, 용접 전원(72)의 제어기(130)는, 용접 건(60)을 조정된 이동 속도로 이동시키게끔 로봇 제어기(76)가 로봇(14)을 구동할 수 있도록 그 조정된 이동 속도를 로봇 제어기(76)에 통신한다. 유사하게, 용접 전원(72)의 제어기(130)는, 와이어 공급기(68)가 조정된 WFS에서 용접 전극(와이어)을 구동할 수 있도록 그 조정된 WFS를 와이어 공급기(68)에 통신한다.
도 11을 다시 참조하면, 현재 용접층의 융착 중에 이동 평균(RA) CTWD가 생성됨에 따라, 비교기(1110)에 의해 이동 평균 CTWD를 CTWD 설정점과 비교한다. CTWD 설정점은 원하는 CTWD를 나타내는 수치이다. 비교기(1110)의 출력은 보정 인자이다. 일 실시형태에 따르면, 보정 인자는 이동 평균 CTWD와 CTWD 설정점의 차일 수 있다. 다른 일 실시형태에 따르면, 비교기(1110)는, 출력(보정 인자)과 더욱 복잡한 입력(RA CTWD 및 CTWD 설정점) 간의 관계를 제공하는 LUT(또는 프로세서에 의해 실행되는 함수/알고리즘)로 대체될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 보정 인자는 3개의 LUT(또는 프로세서에 의해 실행되는 함수/알고리즘)(1120, 1130, 및 1140)에 입력된다. 또한, 미리 설정된 이동 속도는 제1 LUT(1120)에 입력되고, 미리 설정된 용접 지속시간은 제2 LUT(1130)에 입력되고, 미리 설정된 작업점은 제3 LUT(1140)에 입력된다. 일 실시형태에 따르면, 미리 설정된 작업점은 와이어 공급 속도(WFS) 및 용접 파형 파라미터를 포함한다. 용접 파형 파라미터는, 예를 들어, 피크 전압, 피크 전류, 전력, 펄스 지속시간, 배경 진폭, 또는 주파수 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 용접 파형 파라미터는 일 실시형태에 따라 WFS에서 동작하도록 구성된다.
제1 LUT(1120)의 출력은 조정된 이동 속도이고, 제2 LUT(1130)의 출력은 조정된 용접 지속시간이다. 제3 LUT(1140)의 출력은 조정된 WFS 및 조정된 전원 출력이다. 조정된 전원 출력은, 예를 들어, 용접 출력 전압 또는 용접 출력 전류 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 조정된 파라미터는, 현재 용접층이 융착될 때 다수의 위치 각각에서 현재 용접 층에 대한 바람직한 융착 레벨(원하는 높이)로부터의 융착 레벨(높이)의 편차를 보상한다. LUT(또는 프로세서에 의해 실행되는 함수/알고리즘)의 입력과 출력 간의 관계는 실험적으로 또는 이론에 기초한 분석을 통해 결정된다. 보상은 현재 용접층의 각 위치에서 실시간으로 수행된다.
이러한 방식으로, 현재 용접층에 대한 융착의 미세 보정을 실시간으로 달성할 수 있다.
또 다른 일 실시형태에 따르면, 2개 방안의 조합(즉, 현재 용접 층에 대해 실시간으로 보정을 행하고 현재 용접층에 기초하여 다음 용접층에 대한 보정을 행함)이 구현될 수 있다. 이렇게 조합된 방안은, 층들의 높이를 서로 더욱 일관성 있게 유지하는 데 도움이 되는 대략적 보정과 미세 보정의 조합을 초래할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 현재 용접층에 대해 실시간으로 보정을 행하는 방안은 현재 용접층 상의 많은 상이한 위치에서 미세한 보정을 제공할 수 있으며, 다음 용접층에 대하여 보정을 행하는 방안은 다음 용접층에 대한 단일의 대략적 보정을 제공할 수 있다. 그러나, 일단 다음 용접층이 현재 용접 층으로 되면, 미세 보정이 다시 적용될 수 있다.
예를 들어, 일 실시형태에서는, 용접 전원(72)을 갖는 용접 시스템을 제공한다. 용접 전원(72)은, 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하면서 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하도록 구성된다. 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터 쌍은 용접 출력 전류 및 와이어 공급 속도를 포함한다. 용접 전원(72)은, 또한, 현재 용접층의 생성 중에 각각의 파라미터 쌍이 샘플링됨에 따라 순간 파라미터 쌍들의 각각의 파라미터 쌍에 대해 적어도 이러한 각각의 파라미터 쌍에 기초하여 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 실시간으로 결정하도록 구성된다.
용접 전원(72)은, 또한, 현재 용접층의 생성 중에 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리가 결정됨에 따라 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 실시간으로 결정하도록 구성된다. 용접 전원(72)은, 또한, 현재 용접층 전체에 대해 결정된 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리를 결정하도록 구성된다. 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리는, 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 수학적 단순 평균 또는 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 가중 평균일 수 있다.
또한, 용접 전원(72)은, 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 현재 용접층을 생성하는 동안 용접 시스템의 용접 지속시간, 이동 속도, 또는 와이어 공급 속도를 실시간으로 조정하도록 구성된다. 용접 전원은, 또한, 적어도 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리에 기초하여 3D 모재부의 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 인자를 생성하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 용접 전원은, 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 결정하고, 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 결정하고, 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리를 결정하도록 구성된 제어기(130)를 포함한다. 제어기(130)는, 또한, 현재 용접층의 생성 중에 용접 지속시간, 이동 속도, 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 조정하고, 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 인자를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 접촉 팁과 모재간 순간 거리는 용접 출력 전압, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 또는 사용된 차폐 가스 중 하나 이상에 또한 기초한다.
일 실시형태에서, 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 이동 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 이동 속도를 고려하는 것을 포함한다. 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 대한 응답으로 용접 지속시간을 조정하는 것은 미리 설정된 용접 지속시간을 고려하는 것을 포함한다. 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 대한 응답으로 와이어 공급 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 와이어 공급 속도를 고려하는 것을 포함한다.
일 실시 형태에서, 용접 시스템은, 용접 전원(72)과 동작가능하게 통신하도록 구성된 로봇 제어기(76)를 갖는 로봇(14), 로봇(14)에 동작가능하게 연결된 용접 공구(60), 및 용접 공구(60)와 용접 전원(72)에 동작가능하게 연결된 와이어 공급기(68)를 포함한다. 일 실시형태에서, 보정 인자는, 또한, 3D 모재부에 대응하는 3D 모델 파라미터 및/또는 다음 용접층을 위한 다음 용접 동작에 대하여 로봇 제어기(76)에 의해 제공되는 로봇 파라미터에 기초한다. 3D 모델 파라미터 및 로봇 파라미터는, 다음 용접층의 지정된 높이(지정된 융착 레벨) 또는 다음 용접층을 위한 용접 공구의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 방식으로, 적층 제조되는 3D 모재부의 현재 용접층과 다음 용접층을 위한 융착 레벨에 대한 미세 보상과 대략적 보상의 조합을 각각 달성할 수 있다.
일 실시형태에서는, 용접 전원을 갖는 용접 시스템을 제공한다. 용접 전원은, 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하기 위한 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도의 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하고, 현재 용접층의 생성 중에 샘플링된 순간 파라미터 쌍들 각각의 순간 파라미터 쌍에 대하여 적어도 이러한 각각의 순간 파라미터 쌍에 기초하여 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 결정하고, 현재 용접층에 대해 결정된 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 평균 접촉 팁과 모재간 거리를 결정하고, 적어도 평균 접촉 팁과 모재간 거리에 기초하여 3D 모재부의 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 인자를 생성하도록 구성된다. 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리는 실시간으로 결정될 수 있으며, 용접 전원은, 또한, 현재 용접층의 생성 중에 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리가 결정됨에 따라 접촉 팁과 모재간 거리의 이동 평균을 실시간으로 결정하고, 접촉 팁과 모재간 거리의 이동 평균에 응답하여 현재 용접층의 생성 중에 용접 지속시간 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 실시간으로 조정하도록 구성될 수 있다. 접촉 팁과 모재간 순간 거리는, 또한, 용접 출력 전압, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 및 사용된 차폐 가스 중 하나 이상에 기초할 수 있다. 보정 인자는, 다음 용접층의 용접 지속시간, 와이어 공급 속도, 또는 이동 속도 중 하나 이상에 영향을 미칠 수 있다. 보정 인자는, 또한, 3D 모재부에 대응하는 3D 모델 파라미터 또는 다음 용접층을 위한 다음 용접 동작에 대하여 로봇 제어기에 의해 제공되는 로봇 파라미터 중 하나 이상에 기초할 수 있다. 3D 모델 파라미터 및 로봇 파라미터는, 다음 용접층의 지정된 높이 또는 다음 용접층을 위한 용접 공구의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 평균 접촉 팁과 모재간 거리는, 현재 용접층에 대하여 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 수학적 단순 평균, 현재 용접층에 대하여 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 가중 평균, 또는 현재 용접층에 대하여 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 이동 평균 중 하나일 수 있다. 용접 시스템은 용접 전원과 동작가능하게 통신하도록 구성된 로봇 제어기를 갖는 로봇을 포함할 수 있다. 용접 시스템은 로봇에 동작가능하게 연결된 용접 공구를 포함할 수 있다. 용접 시스템은 용접 공구와 용접 전원에 동작가능하게 연결된 와이어 공급기를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서는, 용접 전원을 갖는 용접 시스템을 제공한다. 용접 전원은, 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하기 위한 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도의 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하고, 현재 용접층을 생성하는 동안 샘플링된 순간 파라미터 쌍들의 각각의 파라미터 쌍에 대하여 적어도 이러한 각각의 파라미터 쌍에 기초하여 순간 접촉 팁과 모재간 작업 거리를 실시간으로 결정하고, 각각의 순간 접촉 팁과 모재간 작업 거리가 현재 용접층의 생성 중에 결정됨에 따라 접촉 팁과 모재간 작업 거리의 이동 평균을 실시간으로 결정하고, 접촉 팁과 모재간 작업 거리의 이동 평균에 응답하여 현재 용접층을 생성하는 동안 용접 지속시간 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 실시간으로 조정하도록 구성된다. 용접 전원은, 또한, 현재 용접층에 대해 결정된 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 평균 접촉 팁과 모재간 거리를 결정하고, 적어도 평균 접촉 팁과 모재간 거리에 기초하여 3D 모재부의 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 인자를 생성하도록 구성될 수 있다. 접촉 팁과 모재간 순간 거리는, 또한, 용접 출력 전압, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 및 사용된 차폐 가스 중 하나 이상에 기초할 수 있다. 보정 인자는 다음 용접층의 용접 지속시간, 와이어 공급 속도, 또는 이동 속도 중 하나 이상에 영향을 미칠 수 있다. 보정 인자는, 또한, 3D 모재부에 대응하는 3D 모델 파라미터 또는 다음 용접층을 위한 다음 용접 동작에 대하여 로봇 제어기에 의해 제공되는 로봇 파라미터 중 하나 이상에 기초할 수 있다. 3D 모델 파라미터와 로봇 파라미터는, 다음 용접층의 지정된 높이 또는 다음 용접층을 위한 용접 공구의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 용접 시스템은 용접 전원과 동작가능하게 통신하도록 구성된 로봇 제어기를 갖는 로봇을 포함할 수 있다. 용접 시스템은 로봇에 동작가능하게 연결된 용접 공구를 더 포함할 수 있다. 또한, 용접 시스템은 용접 공구와 용접 전원에 동작가능하게 연결된 와이어 공급기를 포함할 수 있다.
요약하자면, 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 높이 오차를 보정하는 시스템 및 방법을 제공한다. 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도 중 하나 또는 모두는, 현재 용접층을 생성할 때 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 샘플링된다. 복수의 접촉 팁과 모재간 순간 거리(CTWD)는 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도 중 적어도 하나 또는 모두에 기초하여 결정된다. 평균 CTWD는 복수의 순간 CTWD에 기초하여 결정된다. 보정 인자는, 현재 용접층 및/또는 다음 용접층의 임의의 높이 오차를 보상하는 데 사용되는 적어도 평균 CTWD에 기초하여 생성된다.
첨부된 청구범위에서, "포함하는"(including) 및 "갖는"이라는 용어들은 "포함하는"(comprising)이라는 용어와 동등한 평이한 표현으로서 사용되며, "여기서"(in which)는 "여기에서"(wherein)와 같다. 또한, 첨부된 청구범위에서, "제1","제2", "제3", "상측", "하측", "하부", "상부" 등의 용어들은, 단지 라벨로서 사용된 것이며, 해당 대상에 대하여 수치적 요건 또는 위치적 요건을 가하려는 것이 아니다. 또한, 첨부된 청구범위의 한정 사항은, 기능식 청구항의 형식(means-plus-function format)으로 작성된 것이 아니며, 이러한 청구범위가 추가 구조 없이 기능을 언급하고 이어서 "~하기 위한 수단"이라는 문구를 명시적으로 사용하지 않는 한, 미국 특허법(C35 U.S.C. 112조 제6항)에 기초하여 해석되는 것을 의도한 것이 아니다. 본원에서 사용된 바와 같이, 단수로 인용되고 어구 "한"(a) 또는 "하나"(an)에 뒤따르는 요소 또는 단계는, 복수의 상기 요소 또는 단계의 배제가 명시적으로 언급되지 않는 한, 이러한 복수의 상기 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 "일 실시형태"에 대한 언급은, 언급된 특징부들을 또한 포함하는 추가 실시형태의 존재를 배제하는 것으로 해석하지 않고자 하는 것이다. 또한, 달리 명시하지 않는 한, 구체적인 특성을 갖는 요소 또는 복수의 요소를 "포함하는"(comprising), "포함하는"(including), 또는 "갖는"(having) 실시형태들은, 그 특성을 갖지 않는 이러한 추가 요소를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시형태는 비슷하거나 유사한 요소들을 갖는 것으로서 도시될 수 있지만, 이는 단지 설명하기 위한 것이며, 청구범위에 명시되지 않는 한 이러한 실시형태가 동일한 요소를 반드시 가질 필요는 없다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "해도 된다"(may) 및 "일 수 있다"(may be)라는 용어들은, 일련의 상황에서 발생할 가능성, 특정된 특성, 특징, 또는 기능의 소유를 나타내며, 및/또는 수식되는 동사에 연관된 능력, 역량, 또는 가능성 중 하나 이상을 표현함으로써 그 동사를 수식한다. 이에 따라, "해도 된다" 및 "일 수 있다"는 표현을 사용하는 것은, 그 수식어가 명시된 역량, 기능, 또는 사용에 대해 명백히 적절하거나 가능하거나 적합함을 나타내는 한편, 일부 상황에서는 수식어가 때로는 적절, 가능, 또는 적합하지 않을 수도 있다는 점을 감안한다. 예를 들어, 경우에 따라서는, 이벤트 또는 능력이 예상될 수 있지만, 다른 경우에는 이벤트 또는 능력이 발생할 수 없으며, 이러한 구분은 "해도 된다" 및 "일 수 있다"라는 용어에 의해 표현된다.
이렇게 기술된 설명은, 예를 사용하여 최선의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고 또한 당업자가 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 특허가능한 범위는, 청구범위에 의해 규정되며, 당업자에게 발생할 수 있는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은, 청구범위의 글자 그대로의 언어와 구별되지 않는 구조적 요소를 갖는다면 또는 청구범위의 글자 그대로의 언어와 실질적으로 차이점이 없는 균등한 구조적 요소를 포함한다면 청구범위의 범주 내에 있는 것을 의도한 것이다.
본원의 청구 대상을 일부 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 당업자는 청구 대상의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경을 행할 수 있고 균등물이 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 청구 대상의 범위를 벗어나지 않고 특정 상황 또는 물질을 청구 대상의 교시에 적응시키도록 많은 수정을 행할 수 있다. 따라서, 청구 대상은 개시된 특정 실시형태에 한정되지 않으며, 청구 대상은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시형태를 포함하고자 하는 것이다.

Claims (20)

  1. 용접 전원을 포함하는 용접 시스템으로서,
    상기 용접 전원은,
    3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 로봇 용접 적층 제조 공정(additive manufacturing process) 중에 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도를 각각 포함하는 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하고,
    상기 현재 용접층의 생성 중에 상기 순간 파라미터 쌍들의 각 파라미터 쌍이 샘플링됨에 따라 상기 순간 파라미터 쌍들의 각 파라미터 쌍에 대하여 그리고 적어도 상기 각 파라미터 쌍에 기초하여 접촉 팁과 모재간 순간 거리(instantaneous contact tip-to-work distance)를 실시간으로 결정하고,
    상기 현재 용접층의 생성 중에 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리가 결정됨에 따라 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리(running average contact tip-to-work distance)를 실시간으로 결정하고,
    상기 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 실시간으로 사용될 보정 인자를 적어도 상기 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 기초하여 생성하여 상기 현재 용접층에 대한 원하는 융착 레벨로부터의 융착 레벨의 편차를 보상하도록 구성된, 용접 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접촉 팁과 모재간 순간 거리는 용접 출력 전압, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 및 사용된 차폐 가스 중 하나 이상에 더 기초하는, 용접 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 수학적 단순 이동 평균 또는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 가중 이동 평균 중 하나인, 용접 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용접 전원은,
    상기 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 접촉 팁과 모재간 설정 거리와 적어도 부분적으로 비교함으로써 상기 보정 인자를 생성하고,
    상기 보정 인자에 응답하여 상기 현재 용접층의 생성 중에 상기 용접 시스템의 이동 속도, 용접 지속시간, 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 실시간으로 조정하도록 더 구성된, 용접 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보정 인자에 응답하여 상기 이동 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 이동 속도를 고려하는 것을 포함하고,
    상기 보정 인자에 응답하여 상기 용접 지속시간을 조정하는 것은 미리 설정된 용접 지속시간을 고려하는 것을 포함하고,
    상기 보정 인자에 응답하여 상기 와이어 공급 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 와이어 공급 속도를 고려하는 것을 포함하는, 용접 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보정 인자는 상기 3D 모재부에 대응하는 3D 모델 파라미터 또는 상기 현재 용접층을 위한 현재 용접 동작에 대해 로봇 제어기에 의해 제공되는 로봇 파라미터 중 하나 이상에 더 기초하는, 용접 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 3D 모델 파라미터와 상기 로봇 파라미터는, 상기 현재 용접층의 지정된 높이 또는 상기 현재 용접층을 위한 용접 공구의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함하는, 용접 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 용접 전원과 동작가능하게 통신하도록 구성된 로봇 제어기를 갖는 로봇을 더 포함하는, 용접 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 로봇에 동작가능하게 연결된 용접 공구를 더 포함하는, 용접 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 용접 공구와 상기 용접 전원에 동작가능하게 연결된 와이어 공급기를 더 포함하는, 용접 시스템.
  11. 용접 전원을 포함하는 용접 시스템으로서,
    상기 용접 전원은,
    3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도를 각각 포함하는 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하고,
    상기 현재 용접층의 생성 중에 상기 순간 파라미터 쌍들의 각 파라미터 쌍이 샘플링됨에 따라 상기 순간 파라미터 쌍들의 각 파라미터 쌍에 대하여 그리고 적어도 상기 각 파라미터 쌍에 기초하여 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 실시간으로 결정하고,
    상기 현재 용접층의 생성 중에 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리가 결정됨에 따라 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 실시간으로 결정하고,
    현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리를 결정하고,
    상기 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 상기 현재 용접층의 생성 중에 상기 용접 시스템의 용접 지속시간, 이동 속도, 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 실시간으로 조정하고,
    적어도 상기 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리에 기초하여 상기 3D 모재부의 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 인자를 생성하도록 구성된, 용접 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 용접 전원은 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 결정하고,
    상기 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 결정하고,
    상기 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리를 결정하고,
    상기 현재 용접층의 생성 중에 상기 용접 지속시간, 상기 이동 속도, 또는 상기 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 조정하고,
    상기 다음 용접층을 생성할 때 사용될 상기 보정 인자를 생성하도록 구성된, 용접 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 접촉 팁과 모재간 순간 거리는 용접 출력 전압, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 및 사용된 차폐 가스 중 하나 이상에 더 기초하는, 용접 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 상기 이동 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 이동 속도를 고려하는 것을 포함하고,
    상기 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 상기 용접 지속시간을 조정하는 것은 미리 설정된 용접 지속시간을 고려하는 것을 포함하고,
    상기 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 상기 와이어 공급 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 와이어 공급 속도를 고려하는 것을 포함하는, 용접 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 상기 보정 인자는 상기 3D 모재부에 대응하는 3D 모델 파라미터 또는 상기 다음 용접층을 위한 다음 용접 동작에 대하여 로봇 제어기에 의해 제공되는 로봇 파라미터 중 하나 이상에 더 기초하는, 용접 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 3D 모델 파라미터와 상기 로봇 파라미터는, 상기 다음 용접층의 지정된 높이 또는 상기 다음 용접층을 위한 용접 공구의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함하는, 용접 시스템.
  17. 제11항에 있어서, 상기 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리는, 상기 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 수학적 단순 평균, 상기 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 가중 평균, 또는 상기 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 이동 평균 중 하나인, 용접 시스템.
  18. 제11항에 있어서, 상기 용접 전원과 동작가능하게 통신하도록 구성된 로봇 제어기를 갖는 로봇을 더 포함하는, 용접 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 로봇에 동작가능하게 연결된 용접 공구를 더 포함하는, 용접 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 용접 공구와 상기 용접 전원에 동작가능하게 연결된 와이어 공급기를 더 포함하는, 용접 시스템.
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