KR102476754B1 - 용접 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

용접 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 용접 모니터링 시스템은, 본 발명의 일 측면에 따른 용접 모니터링 시스템은, 각각의 용접기에 결합되어 용접 조건을 용접기에 설정하고 용접 데이터를 획득하는 제어측정장치와, 제어측정장치에 연결되어 정보를 송수신할 수 있는 관리장치를 포함하고, 관리장치는, 용접 데이터 및 특정 용접 조건에 대응하는 기준 V-I 그래프를 저장하는 데이터베이스부와, 용접 조건을 설정할 수 있는 용접조건설정부와, 데이터베이스부에 저장된 용접 데이터를 이용해서 V-I 그래프를 생성하고 이를 기준 V-I 그래프와 비교해서 용접 결과를 판단할 수 있는 용접결과평가부와, V-I 그래프와 전압 및 전류 그래프를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

용접 모니터링 시스템{WELDING MONITORING SYSTEM}

본 발명은 다수의 용접 장치를 모니터링하고 용접 결과를 평가할 수 있는 용접 모니터링 시스템에 관한 것이다.

용접에 의한 소재의 접합은 매우 다양한 산업에서 오래전부터 사용되어 왔으며, 용접방법은 아크용접과 가스용접 외에 테르밋용접, 일렉트로 슬래그 용접 및 전자빔 용접과 같은 특수용접 등 매우 다양한 방법이 개발되어 활용되고 있다. 근래에 들어서는 자동차, 항공, 원자력, 이차전지 산업 등에서 다양한 부품들에 대한 정밀 용접의 필요성이 증가되면서 고출력 산업용 레이저를 이용한 레이저용접도 점차 활용범위가 넓어지고 있다.

한편, 최근에는 용접 로봇 등을 이용해서 용접의 자동화가 상당수 진행되었고 대량 생산을 위해서 자동화 용접 장치가 널리 사용되고 있다. 하지만, 많은 분야 및 장소에서 용접은 수작업으로 진행되고 있고, 향후에도 경제적 및 공간적 제약 등에 의해서 수동 용접은 계속 이용될 것으로 전망된다.

이와 같은 수동 용접의 경우, 양호한 용접 품질을 얻기 위해서는 작업자의 높은 숙련도가 필요하고, 이를 위해서 다양한 종류의 용접 실습 장치가 이용되고 있다.

대한민국 공개특허 제2014-0071742호에는 실습용 용접부스가 개시되어 있다. 상기 선행기술문헌 등에 기재된 종래의 실습용 용접장치는 수련생이 부스의 내부에서 단순히 용접만 실습할 수 있는 구조를 갖는다. 그러나 이와 같은 단순 실습만으로는 수련생이 용접을 제대로 했는지 정확하게 파악할 수 없고 또한 관리자가 용접의 결과를 평가하는 것이 매우 힘들다는 문제점을 갖는다.

대한민국 등록특허 제1482767호에는 자동화 용접 모니터링 시스템이 개시되어 있다. 상기 선행기술문헌에 개시된 종래의 용접 모니터링 시스템은 스폿 용접시 용접건의 전압 및 전류를 측정하고, 이를 기준 전압 및 전류값과 비교함으로써 용접 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다. 그러나 용접에서 전압 및 전류를 각각 개별적으로 단순 비교하는 것은 용접 품질을 어느 정도 예측하기에는 도움을 주지만, 두 개의 그래프를 각각 별개로 디스플레이 하고 판단해야 하며, 용접 과정에서 발생하는 세부적인 다양한 현상들을 표현할 수 없다는 문제점을 갖는다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 용접 상태 및 결과를 용이하게 파악할 수 있는 용접 모니터링 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 용접 모니터링 시스템은, 각각의 용접기에 결합되어 용접 조건을 용접기에 설정하고 용접 데이터를 획득하는 제어측정장치와, 제어측정장치에 연결되어 정보를 송수신할 수 있는 관리장치를 포함하고, 관리장치는, 용접 데이터 및 특정 용접 조건에 대응하는 기준 V-I 그래프를 저장하는 데이터베이스부와, 용접 조건을 설정할 수 있는 용접조건설정부와, 데이터베이스부에 저장된 용접 데이터를 이용해서 V-I 그래프를 생성하고 이를 기준 V-I 그래프와 비교해서 용접 결과를 판단할 수 있는 용접결과평가부와, V-I 그래프와 전압 및 전류 그래프를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.

본 발명에 따른 용접 모니터링 시스템은 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, V-I 그래프는 아크(arc) 및 단락(short circuit) 영역을 표시할 수 있다.

용접결과평가부는 기준 V-I 그래프에 대해서 각 점들의 분포 편차를 이용해서 용접 결과를 판단할 수 있다.

용접결과평가부는 분포 편차를 수치로 표시할 수 있다.

관리장치는 V-I 그래프를 제어측정장치에도 표시할 수 있게 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명은 아래의 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명은 용접 상태 및 결과를 용이하게 파악할 수 있고, 용접의 세부적인 사항에 대한 평가도 가능한 용접 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 예시된 시스템의 관리장치를 예시하는 도면이다.
도 3은 관리장치에서 표시되는 기본 화면을 예시하는 도면이다.
도 4는 관리장치에서 표시되는 현재 사용자에 대한 정보를 예시하는 도면이다.
도 5는 관리장치에서 표시되는 용접 히스토리를 예시하는 도면이다.
도 6은 제어측정장치에서 표시되는 실시간 용접 모니터링 화면을 예시하는 도면이다.
도 7은 용접 데이터의 조회 화면을 예시하는 그래프이다.
도 8은 용접결과를 판단하기 위한 V-I 그래프를 예시하는 도면이다.
도 9 및 도 10은 CMT 용접에 대한 V-I 그래프를 각각 예시하는 도면이다.
도 11 및 도 12는 GMAW 용접에서 단락 이행에 대한 V-I 그래프를 각각 예시하는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템(100)을 예시하는 도면이고, 도 2는 도 1에 예시된 시스템의 관리장치(120)를 예시하는 도면이다. 그리고 도 3은 관리장치(120)에서 표시되는 기본 화면을 예시하는 도면이고, 도 4는 관리장치(120)에서 표시되는 현재 사용자에 대한 정보를 예시하는 도면이다. 또한, 도 5는 관리장치(120)에서 표시되는 용접 히스토리를 예시하는 도면이고, 도6은 제어측정장치에서 표시되는 실시간 용접 모니터링 화면을 예시하는 도면이다. 그리고 도 7은 용접 데이터의 조회 화면을 예시하는 그래프이다.

도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템(100)은 다수의 용접기(110)에서 전송되는 용접 데이터를 모니터링 하고 이를 이용해서 용접결과를 평가할 수 있는 관리장치(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 관리장치(120)는 각각의 용접기(110)에 용접 조건을 설정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템(100)에서 각각의 용접기(110)는 다양한 형태의 용접 장치를 모두 포함할 수 있는데, 예를 들면, 용접기(110)는 아크 용접기(arc welding machine), TIG 용접기, MIG 용접기, 이산화탄소(CO2) 용접기, CMT(Cold Metal Transfer) 용접기, 가스 금속 아크 용접(Gas Metal Arc Welding)등 다양한 형태를 가질 수 있다.

각각의 용접기(110)에는 용접 상태를 실습자가 파악할 수 있게 하는 제어측정장치(112)가 구비되어 있다. 제어측정장치(112)는 연결된 용접기(110)의 전압, 전류 및 동작(속도 및 자세 포함) 등에 대한 정보를 파악하고 이를 실습자에게 디스플레이를 통해 표시할 수 있다(도 6 참조). 도 6을 참고하면, 제어측정장치(112)의 디스플레이에는 현재 용접에 사용되는 전압, 전류 및 용접 속도가 그래프를 통해서 표시됨을 알 수 있다. 그리고 제어측정장치(112)의 디스플레이에는 현재 설정되거나 또는 진행되고 있는 용접의 모드(DC Tig, CO2, AC Tig 등)가 표시될 수 있으며, 실시간 전류 및 전압의 측정값과 그 평균값이 출력될 수 있다.

용접기(110)의 자세는 용접봉(도시하지 않음) 등에 결합된 자이로 센서(gyro sensor)에 의해서 파악될 수 있다. 특히, 아크 용접의 경우 용접봉의 자세 및 이동 속도가 용접 품질에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 자이로 센서 등을 이용해서 이를 파악하고 실습자에게 시각적으로 표시할 수 있다.

제어측정장치(112)는 각 용접기(110)로부터 전압, 전류 및 동작 등 용접 데이터를 받아서 이를 관리장치(120)에 전달할 수 있다. 그리고 관리장치(120)는 관리자가 정한 용접 조건에 대한 설정값을 제어측정장치(112)를 통해서 각 용접기(110)에 설정할 수도 있다.

제어측정장치(112)는 각 용접기(110)에서 받은 용접 데이터를 관리장치(120)에 전달할 수 있다. 이를 위해, 제어측정장치(112)는 관리장치(120)와 유선 또는 무선으로 연결되어 있으며, 용접 데이터를 포함한 각종 정보를 상호 송수신할 수 있는 기능을 갖는다.

관리장치(120)는 디스플레이부(122), 데이터베이스부(124), 용접조건설정부(126), 데이터송수신부(128) 및 용접결과평가부(130)를 포함한다.

디스플레이부(122)는 관리자에게 각 용접기(110)에서 발생하는 용접 데이터를 시각적으로 표시한다. 즉, 도 3을 참고하면 디스플레이부(122)는 각 용접기(110)에 배치된 실습자의 이름, 용접기 종류 등이 표시될 수 있다. 그리고 도 4를 참고하면, 디스플레이부(122)에는 특정 용접기(110)에서의 현재 용접 정보가 그래프 등을 통해서 시각적으로 표시될 수 있다. 또한, 도 5를 참고하면, 디스플레이부(122)에는 각 용접기(110)에서 전송된 용접 데이터들의 히스토리(history)가 표시될 수도 있다.

데이터베이스부(124)는 제어측정장치(112)에서 수신된 용접 데이터를 각 용접기(110) 별로 시간 순서대로 저장한다. 데이터베이스부(124)에 저장되는 용접 데이터는 용접 전압, 전류, 용접기의 동작 등이 있다. 또한, 데이터베이스부(124)에는 각 용접기(110)에 대한 용접 데이터와 함께 실습자에 대한 정보, 관리자에 의해 설정된 용접 조건에 대한 정보도 저장될 수 있다.

용접조건설정부(126)는 관리자가 각 용접기(110)에 대한 용접 조건을 설정할 수 있게 한다. 즉, 용접조건설정부(126)를 통해서 관리자는 실습을 수행하기 전 또는 실습 수행 중에 용접 조건(용접 전압, 전류 및 자세 등)을 설정할 수 있다. 관리자에 의해서 설정된 용접 조건은 제어측정장치(112)를 통해서 용접기(110)에 전달될 수 있다.

용접조건설정부(126)에 의해 설정된 각 용접기(110)에 대한 용접 조건은 디스플레이부(122)에 표시될 수 있고 데이터베이스부(124)에 저장될 수 있다.

데이터송수신부(128)는 제어측정장치(112)로부터 각 용접기(110)에 대한 용접 데이터를 전달받는다. 이를 위해 데이터수신부(128)는 제어측정장치(112)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

용접결과평가부(130)는 데이터베이스부(124)에 저장된 각 용접기(110)에 대한 용접 데이터를 활용해서 용접결과를 평가한다. 특히, 용접결과평가부(130)는 용접 데이터에 의해서 생성되는 용접 파형과 용접 전압 및 전류를 이용해서 용접 결과의 양호 또는 불량 여부를 판단할 수 있다. 용접결과평가부(130)는 용접 데이터를 분석할 수 있는 프로그램 또는 알고리즘 등에 해당할 수 있다.

본 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템(100)은 용접결과평가부(130)가 V-I 그래프를 이용하는 것을 특징으로 한다. V-I 그래프는 용접 과정에서 발생하는 전류(I) 및 전압(V)을 하나의 그래프에 표시한 것으로, 용접결과를 더욱 정확하고 쉽게 파악할 수 있고, 특히 용접의 세부적인 상태에 대한 용접결과를 측정할 수 있다는 장점을 갖는다. V-I 그래프에 대해서는 아래의 도 9 내지 도 12를 참고해서 설명하기로 한다.

용접결과평가부(130)에 의해서 평가된 용접 결과는 데이터베이스부(124)에 저장될 수 있고 제어측정장치(112)에 전송되어 실습자에게 제공될 수 있다.

도 7을 참고하면, 데이터베이스부(124)에 저장된 용접 데이터의 조회 화면에 관한 것으로, 각 용접기(110) 또는 각 실습자가 수행한 용접 공정의 전압 및 전류의 파형을 기간별로 조회할 수 있다. 그리고 관리자는 전압 및 전류 그래프를 구간별로 확대 및 축소해서 분석함으로써 용접품질을 용이하게 판단할 수 있다.

도 8은 용접결과를 판단하기 위한 V-I 그래프를 예시하는 도면이고, 도 9 및 도 10은 CMT 용접에 대한 V-I 그래프를 각각 예시하는 도면이다. 그리고 도 11 및 도 12는 GMAW 용접에서 단락 이행에 대한 V-I 그래프를 각각 예시하는 도면이다.

도 8 내지 도 12를 참고하면, V-I 그래프는 용접 공정의 전압과 전류를 2차원 그래프로 표시한 것으로, 용접의 종류에 따라서 특이한 그래프 형태를 나타낸다. 도 8에 예시된 V-I 그래프는 DC Tig 용접의 V-I 그래프로서 루프(loop) 형상을 갖고 x축은 전류(current)에 해당하고 y축은 전압(voltage)에 해당한다.

용접에서 V-I 그래프는 루프의 두께(즉, 기준선에 대한 편차의 크기)가 작을수록 용접품질이 우수한 것으로 판단할 수 있다. 데이터베이스부(124)에는 해당 용접에서 우수한 용접품질에 대응하는 V-I 그래프(예를 들면, 도 9 및 도11)가 저장되어 있으며, 용접결과평가부(130)는 데이터베이스(124)에 저장된 우수 용접 품질의 V-I 그래프를 해당 V-I 그래프와 비교함으로써 해당 용접을 수치화해서 평가할 수 있다.

도 9 내지 도 10을 참고하면, CMT 용접에 대한 V-I 그래프를 예시하는 것으로, 도 9는 용접품질이 우수한 경우에 해당하는 V-I 그래프이고, 도 10은 용접품질이 불량인 경우에 해당하는 V-I 그래프이다. 도 9 및 도 10을 대비하면, 용접품질이 우수한 경우에 대응하는 V-I 그래프(도 9)의 루프의 폭이 용접품질이 불량한 경우에 해당하는 V-I 그래프(도 10)에 비해서 작게 표시됨을 알 수 있다. 그리고 도 9의 V-I 그래프는 도 10의 V-I 그래프에 비해서 각 점들이 상대적으로 적게 분산되어 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템(100은 전압 그래프 및 전류 그래프 각각과 함께 이들을 하나의 그래프로 표시한 V-I 그래프를 이용함으로써 용접품질을 더욱 용이하게 판단할 수 있다.

용접결과평가부(130)는 용접품질이 우수한 V-I 그래프를 기준 그래프로 설정하고, 해당 용접의 V-I 그래프를 기준 그래프와 대비해서 그 편차를 도출해서 용접 품질을 수치로 표시할 수 있다.

도 11 및 도 12는 각각 GMWA 단락 이행에 대한 V-I 그래프로서, 도 11은 용접품질이 우수한 상태에 해당하는 V-I 그래프(기준 그래프)이고, 도 12는 용접품질이 불량한 경우에 해당하는 V-I 그래프이다.

도 11 및 도 12를 참고하면, 용접 품질이 우수한 경우(도 11)가 불량한 경우(도 12)에 비해서 V-I 그래프의 루프 폭이 더욱 크게 나타나고 각 점들의 분산 폭이 더욱 적음을 알 수 있다.

그리고 도 11 및 도 12에서 단락(short circuit)이 발생한 경우에는 전압이 거의 0에 가깝게 나타나는데, 이때에도 용접품질이 우수한 경우가 불량한 경우에 비해서 V-I 그래프의 루프의 폭이 얇게 형성됨을 알 수 있다. 용접결과평가부(130)는 도 11 및 도 12의 V-I 그래프의 단락 영역(short circuit)을 대비해서, 해당 용접에서 단락 이행의 품질이 불량함을 파악할 수 있고, 이와 같은 판단 결과를 작업자에게 전송할 수 있다.

단락 이행 중에 용접 아크(arc)가 발생하는 경우에도 용접 품질이 우수하면 V-I 그래프의 루프 폭이 불량한 경우에 비해서 얇게 표시됨을 알 수 있다. 따라서 용접결과평가부(130)는 도 11 및 도12의 V-I 그래프의 아크 영역(arc로 표시)을 대비해서, 해당 용접에서 아크 발생의 품질이 불량함을 파악할 수 있고, 이와 같은 판단 결과를 작업자에게 전송할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템(100)은 V-I 그래프를 이용함으로써 해당 용접의 세부적인 동작(단락 및 아크 발생)의 결과까지 함께 평가할 수 있기 때문에, 용접 품질을 더욱 구체적으로 평가할 수 있는 장점을 갖는다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 용접 모니터링 시스템
110: 용접기
120: 관리장치
122: 디스플레이부
124: 데이터베이스부
126: 용접조건설정부
128: 데이터송수신부
130: 용접결과평가부

Claims (5)

1. 각각의 용접기에 결합되어 용접 조건을 상기 용접기에 설정하고 용접 데이터를 획득하는 제어측정장치; 및
   상기 제어측정장치에 연결되어 정보를 송수신할 수 있는 관리장치를 포함하고,
   상기 관리장치는,
   상기 용접 데이터 및 특정 용접 조건에 대응하는 기준 V-I 그래프를 저장하는 데이터베이스부와,
   용접 조건을 설정할 수 있는 용접조건설정부와,
   상기 데이터베이스부에 저장된 용접 데이터를 이용해서 V-I 그래프를 생성하고 이를 상기 기준 V-I 그래프와 비교해서 용접 결과를 판단할 수 있는 용접결과평가부와,
   상기 V-I 그래프와 전압 및 전류 그래프를 표시하는 디스플레이부를 포함하되,
   상기 용접결과평가부는 상기 V-I 그래프에 대해서 각 점들의 분포 편차를 이용해서 용접 결과를 판단하고 상기 분포 편차를 수치로 표시하도록 구성되는 것을 특징을 하는 용접 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 V-I 그래프는 아크(arc) 및 단락 영역을 표시할 수 있는 것을 특징으로 하는 용접 모니터링 시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 관리장치는 상기 V-I 그래프를 상기 제어측정장치에도 표시할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 용접 모니터링 시스템.

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