KR19990060556A - 자동용접방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주판에 수직방향의 워크를 용접하는 자동용접장치 및 방법에 관한 것이며, 주판(3)에 대한 워크(5)의 위치를 세팅하는 세팅헤드(100), 세팅된 워크를 주판에 가용접하는 가용접 헤드(200) 및 가용접된 워크를 주판에 완전히 용접하는 본용접 헤드(300)를 포함하는 워크의 피치방향으로 배치된 다수의 용접블록(10); 용접블록들(10)을 워크의 피치방향 및 용접방향으로 이동시키는 용접블록 구동수단; 및 용접방향으로 소정거리 이격된 주판의 두 측단의 위치를 측단검출장치(900)에 의해 검출하여 주판의 경사도를 검출하고, 검출된 주판의 경사 데이터에 의해 용접블록(10)의 피치방향 위치를 보상하여 주판에 대한 워크의 용접 위치를 교정하는 용접선 교정수단(90)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치와, 워크(5)의 선단을 주판(3)의 용접 위치에 용접한 상태로 주판을 용접정반(7)에 반입하는 단계; 용접방향으로 소정거리 이격된 주판의 두개의 측단 위치를 측단검출장치(900)로 검출하여 용접정반(7)에 대한 주판의 경사도를 측정하는 단계; 및 세팅헤드(100), 가용접 헤드(200) 및 본용접 헤드(300)를 포함하는 다수의 용접블록(10)의 위치를 상기 측정된 주판의 경사 데이터에 따라 교정하면서 다수의 워크를 동시에 연속적으로 세팅, 가용접 및 본용접하는 것을 특징으로 하는 자동용접방법이 제공된다.

Description

자동용접방법 및 그 장치

(기술분야)

본 발명은 주판(main panel)에 다수의 수직방향 워크(work)를 자동으로 용접하는 방법 및 그 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 주판에 다수의 수직방향 워크를 용접할 때 워크를 세팅하여 가용접(tack weld)하고 본용접하는 일련의 용접작업을 수개의 워크에 대하여 동시에 연속적으로 자동으로 수행할 수 있는 용접방법 및 그 장치에 관한 것이다.

(배경기술)

일반적으로 선박을 건조함에 있어서는, 강판이나 형강 등과 같은 소재로 부품을 조립하고 이들 부품으로부터 블록을 조립한 후에 블록을 선대 위에 탑재하여 조립하는 블록건조방식이 널리 사용되고 있으며, 이런 선체의 조립에는 용접에 의한 접합이 대대분을 차지하고 있다.

선박 건조시의 용접작업 중에는, 예컨대 수직 또는 수평 격벽이나 선저 평판과 같은 주판에 이들의 강도를 보강하는 스티프너(stiffener)나 거더(girder) 등을 용접하는 작업과 같이, 기본 골격을 이루는 주판 위에 다수의 부재를 수직방향(또는 약간의 경사를 가지는 수직방향)으로 용접하는 작업이 다량으로 존재하며, 이런 수직부재(longitudinal: LONGI: 이하, 워크라 한다)의 용접작업은, 동일 또는 유사한 다량의 용접작업을 반복적으로 수행하는 작업이기 때문에, 많은 경우에 있어서 일정한 장소에서 대량으로 수행된다.

주판에 수직방향의 워크를 용접하는 작업으로는, 선공정으로서 워크를 주판에 세팅 및 가용접한 후에 후공정으로서 본용접을 행하는 방식이 일반적으로 사용되고 있다.

그러나, 종래에는 선공정의 가용접 작업과 후공정의 본용접 작업을 서로 이격된 장소에 배치된 2대의 독립된 용접장치에 의해 별도로 수행하였기 때문에, 용접장치의 설치비용과 작업시간의 측면에서 여러 가지 문제점이 내포되어 있었다. 즉, 가용접을 위한 용접장치와 본용접을 위한 용접장치를 별도로 갖추어야 하는 것에 따른 설비투자비용의 증가, 가용접 작업과 본용접 작업이 분리되어 있는 것으로 인한 필요 작업장 크기의 증가, 및 가용접 작업장으로부터 본용접 작업장으로 워크를 운반해야 하는 것으로 인한 작업시간과 인력의 증가 등의 여러 가지 비용증가의 요인 때문에, 작업 생산성이 낮다는 문제점이 있었다.

아울러, 워크를 용접될 주판에 위치결정(세팅)하고 용접이 진행됨에 따라 세팅을 교정하는 작업이 수작업에 의해 이루어 졌으므로, 작업 생산성을 높이는 데 한계가 있었으며, 작업 불량도 많이 발생했다.

따라서 본 발명의 목적은, 주판 위에 다수의 워크를 용접함에 있어서, 용접되는 워크를 정확한 위치에 세팅하여 가용접하고 본용접하는 일련의 용접작업을 수개의 워크에 대하여 동시에 연속적으로 자동으로 행하므로써, 용접 설비와 작업장에 대한 투자 비용, 작업 인력 및 작업 시간을 절감하고, 용접 불량률을 줄일 수 있는 자동용접방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 워크가 용접될 주판의 경사를 사전에 검출하고 이 검출된 주판의 경사위치 데이터를 용접장치의 구동수단에 적용하여 용접의 진행에 맞추어 용접장치의 위치가 자동으로 보상되게 하여 워크의 주판에 대한 용접 위치를 교정하므로써, 주판의 위치에 관계없이 워크가 주판에 예정된 방향으로 용접될 수 있도록 하는, 자동용접방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 자동용접장치의 개략 정면도.

도 2는 본 발명에 따른 자동용접장치의 개략 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 자동용접장치의 개략 측면도.

도 4는 종행대차의 개략 측면도.

도 5는 측부가압 롤러 유닛(선행 핀치롤러 유닛)의 개략 정면도.

도 6은 측부가압 롤러 유닛 및 선행 핀치롤러 유닛의 배치관계를 보여주는 개략도.

도 7은 상부가압 롤러 유닛의 개략 정면도.

도 8은 가용접 헤드의 개략 측면도.

도 9는 본용접 헤드의 개략 정면도.

도 10은 용접선 교정수단의 측단검출장치의 블록도.

도 11은 측단검출장치에 의해 주판 경사를 측정하는 순서를 보여주는 개략도.

도 12A 내지 도 12D는 본 발명에 따른 자동용접장치의 작동예를 보여주는 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자동용접장치3 : 주판

5 : 워크7 : 용접정반

10 : 용접블록50 : 용접 캐리지

60 : 조정빔70 : 종행대차

80 : 주행거더90 : 용접선 교정수단

100 : 세팅헤드110 : 측부가압 롤러 유닛

140 : 선행 핀치롤러 유닛150 : 상부가압 롤러 유닛

200 : 가용접 헤드300 : 본용접 헤드

90 : 측단검출장치910 : 광전센서

920 : 변위센서

상기한 본 발명의 목적은, 주판에 대한 워크의 위치를 세팅하는 세팅헤드, 세팅된 워크를 주판에 가용접하는 가용접 헤드 및 가용접된 워크를 주판에 완전히 용접하는 본용접 헤드를 포함하는 워크의 피치방향으로 배치된 다수의 용접블록; 상기 용접블록들을 워크의 피치방향 및 용접방향으로 이동시키는 용접블록 구동수단; 및 용접방향으로 소정거리 이격된 상기 주판의 두 측단의 위치를 측단검출장치에 의해 검출하여 주판의 경사도를 검출하고, 검출된 주판의 경사 데이터에 의해 상기 용접블록의 피치방향 위치를 보상하여 주판에 대한 워크의 용접 위치를 교정하는 용접선 교정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 워크의 선단을 주판의 용접 위치에 용접한 상태로 주판을 용접정반에 반입하는 단계; 용접방향으로 소정거리 이격된 주판의 두 개의 측단 위치를 측단검출장치로 검출하여 용접정반에 대한 주판의 경사도를 측정하는 단계; 및 세팅헤드, 가용접 헤드 및 본용접 헤드를 포함하는 다수의 용접블록의 위치를 상기 측정된 주판의 경사 데이터에 따라 교정하면서 다수의 워크를 동시에 연속적으로 세팅, 가용접 및 본용접하는 것을 특징으로 하는 자동용접방법에 의해 달성된다.

(바람직한 실시예)

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동용접장치의 개략 정면도, 도 2는 개략 평면도, 도 3은 개략 측면도, 도 4는 종행대차의 개략 측면도, 도 5는 측부가압 롤러 유닛(선행 핀치롤러 유닛)의 개략 정면도, 도 6은 측부가압 롤러 유닛 및 선행 핀치롤러 유닛의 배치관계를 보여주는 개략도, 도 7은 상부가압 롤러 유닛의 개략 정면도, 도 8은 가용접 헤드의 개략 측면도, 도 9은 본용접 헤드의 개략 정면도, 도 10은 용접선 교정수단의 측단검출장치의 블록도, 도 11 은 측단검출장치에 의해 주판 경사를 측정하는 순서를 보여주는 개략도, 도 12A 내지 도 12D는 본 발명에 따른 자동용접장치의 작동예를 보여주는 순서도를 각각 도시한 것이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동용접장치(1)는, 주판(3)에 워크(5)를 용접하는 작업을 직접적으로 행하는 다수의 용접블록(10)과, 상기 용접블록(10)을 워크(5)의 용접방향과 피치방향으로 이동시키는 구동수단, 및 상기 주판(3)의 위치를 검출하고 검출된 데이터에 근거하여 상기 구동수단에 의해 상기 용접블록(10)의 위치를 보상하므로써 상기 워크(5)의 주판(3)에 대한 용접 위치를 교정하는 용접선 교정수단(90)으로 구성되어 있다. 본 구체예는 5대의 용접블록(10)을 구비한 자동용접장치(1)를 예시한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 용접블록(10)은 일조의 세팅헤드(100), 가용접 헤드(200) 및 본용접 헤드(300)가 블록 단위로 설치된 용접장치본체로서, 용접방향(화살표방향)의 선단부로부터 후단부 쪽으로 차례로 상기 세팅헤드(100), 가용접 헤드(200) 및 본용접 헤드(300)가 소정 간격을 두고 설치되어 있다.

세팅헤드(100)는 주판(3)에 워크(5)를 가용접 및 본용접하기에 앞서 정확한 위치로 세팅(위치결정)하고, 워크(5)의 기울어짐을 방지하여 수직 또는 소정의 경사로 유지되게 하는 헤드로서, 예를 들어 워크(5)를 양측에서 가압하여 워크(5)의 측방향 위치를 잡아주는 측부가압 롤러 유닛(110)과 워크(5)를 주판(3)에 가용접할 때 워크(5)를 주판(3) 쪽으로 가압하는 상부 가압롤러 유닛(150)를 포함한다. 추가하여, 상기 측부가압 롤러 유닛(110)의 용접방향 전방에는 상기 측부가압 롤러 유닛(110)이 워크(5)를 최종적으로 세팅하기에 앞서 워크(5)의 위치를 대략적으로 잡아주는 선행 핀치롤러 유닛(140)을 설치할 수 있다.

측부가압 롤러 유닛(110)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 두 쌍의 롤러(113,115, 113a,115a)가 워크(5)의 양측에 배치되어 있는 유닛을 사용할 수 있다. 워크(5)의 일측면 쪽의 롤러(113,115)는 워크(5)의 피치방향으로 이동될 수 없게 고정되어 워크위치결정의 기준면을 이루는 고정롤러이고, 타측면 쪽의 롤러(113a,115a)는 워크(5)의 피치방향으로 이동 가능하여 상기 고정롤러(113,115)에 대해 워크(5)를 가압할 수 있도록 되어 있는 이동롤러이다. 상기 고정 롤러(113,115)와 이동롤러(113a,115a)의 각 상부에 위치하는 상부롤러(113,113a)는 상하로 이동 가능하게 설치되어 있어서 상하방향으로 고정된 하부 롤러(115,115a)와의 간격을 조절할 수 있도록 되어 있다. 이동롤러(113a,115a)의 가압은 예컨대 유압실린더(117)에 의해 이루어지고, 상부롤러(113,113a)의 상하 이동은 예컨대 전동기(119)에 의해 이루어진다.

선행 핀치롤러 유닛(140)의 구성은 측부가압 롤러 유닛(110)과 실질적으로 동일하지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 고정 롤러(113',115')와 이동롤러(113a',115a')가 워크(5)에 접하지 아니하고 소정 간격 이격되게 배치되어 있다. 이로써 워크(5)를 측부가압 롤러 유닛(110)으로 최종 위치결정하기에 앞서 대략적으로 가이드하여 워크(5)가 넘어지는 것을 방지한다.

상부 가압롤러 유닛(150)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 측부가압 롤러 유닛(110)의 후방에 위치하며, 용접작업 중 가용접 작업이 수행될 때만 워크(5)를 주판(3) 쪽으로 가압한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 가압롤러 유닛(150)에 의한 워크(5)의 가압은 유압 실린더(153)에 의해 승강되는 상부 롤러(155)에 의해 이루어지도록 구성할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 세팅헤드(100)의 후방에는 가용접 헤드(200)가 설치된다. 가용접 헤드(200)는 세팅헤드(100)에 의해 주판(3)에 위치결정된 워크(5)를 지그재그로 가용접하는 헤드로서, 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이, 워크(5)의 양측에 마주보고 위치하는 한 쌍의 토치(210), 상기 토치들(210)의 위치를 상하·좌우로 미조정할 수 있는 핸들이 구비된 토치 홀더(220), 상기 토치(210)를 워크(5)를 따라 안내하는 가이드 롤러(230), 및 상기 토치 홀더(220)를 좌우로 개폐하고 세팅하는 에어 실린더들(240)을 포함하는 헤드를 사용할 수 있다.

가용접 헤드(200)의 토치(210)로는 워크(5)를 사이에 두고 서로 마주보는 한쌍의 전극으로 이루어지는 공냉식의 투인 싱글(twin single) 형이 사용될 수 있으며, 이 경우 가용접을 행할 때 한대의 용접 전원으로부터 좌우 전극에 전류를 전환공급하는 방식으로 2개의 전극을 교대로 사용하여 지그재그식으로 워크(5)를 택크하게 된다.

가용접 헤드(200)의 후방에는 본용접 헤드(300)가 설치된다. 본용접 헤드(300)로서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 워크(5)의 양측에 마주보고 위치하여 가용접된 워크(5)를 주판(3)에 완전히 용접하는 적어도 한 쌍의 토치(310), 상기 토치들의 위치를 상하·좌우로 미조정할 수 있는 토치 홀더(320), 워크를 따라 토치를 상하좌우로 안내하는 가이드 롤러(330), 및 상기 토치 홀더를 좌우로 개폐하고 세팅하는 에어 실린더들(340)을 포함하는 헤드가 사용될 수 있다.

본용접 헤드(300)의 토치로는 나란히 배치된 2개의 전극이 워크(5)를 사이에 두고 마주보는 4개의 전극으로 이루어지는 투인 탬덤(twin tandem)형이 사용될 수 있다. 본용접 헤드(300)의 전체는 에어 실린더(350)에 의해 승강이 가능하도록 구성하여 토치 조정과 정비가 용이하도록 하는 것이 바람직하다.

추가하여, 상기 본용접 헤드(300)의 각 토치(310)에는 용접시 발생하는 퓸(fume)을 배출하기 위한 집진장치의 배출 덕트(도시생략)를 설치할 수 있다.

상기한 바와 같은 단위로 이루어진 다수의 용접블록들(10)은, 구동수단에 의해 개별적으로 또는 일체로 워크의 용접방향(화살표 방향) 또는 피치방향으로 이동된다. 구동수단로서는, 모터에 의해 랙-피니언 기구 또는 볼스크루-너트 기구를 구동하여 가이드 레일을 따라 이동하는, 용접 캐리지(50), 용접 캐리지용 조정빔(60), 종행대차(70), 및 주행거더(80)를 사용할 수 있다.

도 1과 도 4을 참조하여 본 발명에 적용될 수 있는 구동수단의 일 예를 구체적으로 설명한다. 먼저 상기 다수의 용접블록(10)은 각각의 용접 캐리지(50)에 장착되어 있다. 용접 캐리지(50)는 대응하는 용접블록들(10)을 독립적으로 워크(5)의 피치방향으로 이동시켜 각 용접블록(10) 사이의 거리(피치)를 조절하는 작용을 한다. 각 용접 캐리지(50)의 구동은 예컨대 각각의 캐리지(50)에 설치된 교류 서보모터(510)로 볼스크루-너트(520)를 회전시켜 이루어지고, 후술하는 캐리지 조정빔(60)과의 사이에 설치된 LM 가이드 레일(530)에 의해 안내된다(도 4 참조). 각 용접 캐리지(50)를 세팅한 후 고정하는 것은 예컨대 유압 실린더 록기구(도시생략)를 사용할 수 있다.

용접 캐리지들(50) 내에는 워크(5)의 경사각을 결정하는 기구(도시생략)를 설치하여 주판(3)에 수직이 아닌 소정각도로 워크를 세팅할 수 있다. 각 용접 캐리지(50) 사이의 피치는 용접될 워크(5)의 피치에 따라 제어장치(740)의 조작반(750: 도 2 참조)에 원하는 수치를 압력하므로써 상기 교류 서보 모터(510)에 의해 자동조절된다.

상기 다수(5개)의 용접 캐리지들(50)은 단일의 용접 캐리지 조정빔(60)에 설치되어 있으며, 이 조정빔(60)은 5개의 용접 캐리지(50)를 일체로 워크(5)의 피치방향으로 이동시키는 구동 기구이다. 조정빔(60)의 이동은, 예컨대, 단일의 교류서보 모터(610)에 의해 볼스크루-너트(620)를 구동하여 정밀도 있게 이루어지며, 종행대차(70)와의 사이에 설치된 LM 가이드 레일(630)을 따라 안내된다.

상기 조정빔(60)이 설치되는 종행대차(70)는, 후술하는 주행거더(80)에 탑재되어 전체의 용접 캐리지(50)를 일체로 워크(5)의 용접방향으로 이동하는 구동 대치이다. 종행대차(70)의 이동은 교류 서보 모터(710)로 감속기(790)를 매개하여 주행거더(80)와의 사이에 설치된 랙-피니언(720)을 구동하여 이루어지며, 주행거더(80)와의 사이에 설치된 LM 가이드(730)를 따라 주행한다. 따라서, 종행대차(70)를 소정의 속도로 정밀도 있게 용접방향으로 주행시킬 수 있다. 종행대차(70)에는 제어장치(740), 조작반(750), 유압기기(760), 가스 기기(770), 와이어 팩(wire pack: 780) 등 자동용접장치(1)에 필요한 기기들이 탑재되어 있다.

주행거더(80)는 종행대차(70)가 탑재되는 보 구조물이며, 종행대차(70)를 워크의 피치방향으로 이동시키는 주행로이다. 주행거더(80)는 예를 들어 용접 작업장 양측에 워크의 피치방향으로 설치된 벽 구조물(840)에 탑재되고, 랙-피니언 기구(820)를 교류 서보 모터(810)로 구동하는 방식으로 롤러 가이드 레일(830)을 따라 주행하며, 좌우에 한 대씩 설치된 에어 직압식 증압 실린더(도시생략)에 의해 그 위치가 록킹된다. 주행거더(80)에는 안전 장비로서 경광등, 경보음 장치, 및 충돌방지 반사식 센서 등을 설치할 수 있다.

이상에서 설명한 구동수단에 의해 세팅헤드(100), 가용접 헤드(200), 및 본용접 헤드(300)를 구비한 다수의 용접블록(10)은, 그 각각의 피치방향 소이동, 전체의 피치방향 대이동, 종행대차(70)에 의한 용접방향 주행, 및 주행거더(80)에 의한 피치방향 주행을 정밀도 있게 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 자동용접장치(1)에는 워크(5)의 주판(3)에 대한 용접 위치를 교정헝하는 용접선 교정수단(90)이 구비되어 있다, 워크(5)는 주판(3)에 직각으로 평행하게 용접되는 것이 일반적인 바, 주판(3)을 종행대차(70)의 용접주행방향에 정확히 일치하도록 위치시키는 것은 주판(3)의 중량으로 인해 용이하지 않으며, 정확한 주판 세팅을 위해서는 많은 시간이 소요된다.

따라서 본 발명에 있어서는 용접정반(7)에 대한 주판(3)의 탑재위치를 소정의 경사 범위 내로 허용함과 동시에 경사지게 탑재된 주판(3)의 위치(경사도)를 검출하고 검출된 경사 데이터에 근거하여 용접시의 종행대차(70)의 진행에 따라 용접블록(10)의 위치를 적절히 교정하는 방법을 채용하므로써, 주판의 세팅에 관련된 작업시간의 경감을 꾀하고 있다.

도 1과 도 10에 도시된 바와 같이, 용접선 교정수단(90)으로서는 주판(3)의 측단 위치를 검출하는 측단검출장치(900)를 사용할 수 있다. 측단검출장치(900)는 주판(3)을 검출하기 위한 거리 설정형 광전센서(910)와 주판(3)의 측단을 검출하기 위한 고정도 레이저 변위센서(920)를 포함한다. 측단검출장치(900)는 교류 서보 모터와 랙-피니언 기구(도시생략)에 의해 주행거더(80)에 설치된 가이드 레일(930)을 따라 종행대차(70)의 주행방향으로 주행할 수 있도록 구성되어 있다.

또한 측단검출장치(900)의 상기 센서들(910,920)은 상하승강 및 횡방향 이동이 가능하도록 구성되어 있다. 이 승강이동과 횡방향이동은, 예를 들어 교류 서보 모터들(940)과 볼스크루-너트 기구(950)들에 의해 수행할 수 있을 것이다. 도 10에서 도면부호 960은 입력 유닛(962)을 구비한 프로그램 가능한 컨트롤러를 나타내고, 970은 증폭기를, 980은 컨트롤러를 각각 나타낸다.

도 11을 참조하여 측단검출장치(900)에 의해 주판(3)의 경사를 측정하는 방법을 살펴보면, 먼저 측단검출장치(900)가 주판(3)의 측단 바깥쪽(원점:0)에 위치하도록 주판을 세팅한다(a). 다음에 조작반을 통해 측단검출장치(900)을 기동시키면, 측단검출장치(900)가 포인트A로 이동하여 주판 위의 소정높이 위까지 하강한다(b). 이어서 측단검출장치(900)는 광전센서(910)의 작용으로 주판 측단면의 안쪽으로 횡이동한다(c). 다음에 측단검출장치(900)가 레이저 변위센서(920)의 작동으로 레이저 변위센서(920)의 측정범위 높이까지 하강한다(d). 다음에 측단검출장치(900)가 좌측으로 횡이동하면서 레이저변위센서(920)의 작동에 의해 주판의 포인트A 측단을 검출한다(e). 다음에 측단검출장치가 상승하여 포인트B로 이동하고 상기 단계(b) 내지 단계(e)를 반복하여 주판의 포인트B 측단을 검출한 후에 마지막으로 측단검출장치(900)는 상기 원점으로 복귀한다.

이상의 과정으로 주판(3)의 두 측단지점인 포인트A와 포인트B의 좌표가 측정되고 이 두 좌표의 위치로부터 주판의 경사도가 측정된다. 이렇게 측정된 주판의 경사도는 용접되는 워크(5)의 길이와 종행대차(70)의 용접방향 속도(용접속도)를 고려하여 구동수단 중 하나인 조정빔(60)의 서보 모터(610)를 조절하여 전체의 용접블록들(10)의 위치를 주판의 경사에 따라 단계적으로 좌 또는 우로 이동시키므로써, 주판의 경사에 맞추어 워크가 주판에 평행하게 용접되도록 한다.

주판의 경사에 따른 용접블록들(10)의 위치교정은, 용접블록들(10)을 개별적으로 이동시키는 방법으로도 행할 수 있을 것이다. 즉, 각 용접블록(10)에 설치된 서보 모터(510)를 개별적으로 작동하여 주판의 경사에 따라 개개의 용접블록(10)을 용접진행에 맞춰 단계적으로 좌 또는 우로 이동시키므로써 주판의 경사에 적응하여 개개의 워크가 주판에 정해진 각도로 용접되도록 할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 자동용접장치(1)에는 주행거더(80), 종행대차(70), 조정빔(60), 용접 캐리지(50), 용접블록(10), 및 용접블록(10)의 각 헤드를 구동하기 위한 프로그램 가능한 제어장치(740)가 구비되어 있고, 상기 제어장치(740)는 자동용접장치(1)의 작동에 필요한 제반 스위치와 모니터가 구비되어 있는 조작반(750)을 통해 조작된다.

따라서, 용접 방식(각 캐리지의 일괄 용접 또는 개별 용접), 용접될 워크의 수, 주판으로부터 각 워크까지의 거리(워크간 피치가 상이할 때), 워크간 거리(워크간 피치가 동일할 때), 측단검출장치 관련 데이터, 워크의 높이, 사용되는 용접 블록, 및 용접 길이 등 용접에 필요한 각종 데이터를 조작반(750)에 입력하면, 원하는 용접 작업을 자동으로 수행할 수도 있다. 본 발명의 자동용접장치(1)를 운영하는 제어장치(740)의 구체적인 구성은 당해 기술 분야의 공지된 기술에 의해 응용 가능하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

이상의 구체예에서는 세팅헤드(100), 가용접 헤드(200), 및 본용접 헤드(300)를 포함하는 용접블록(10)이 5조인 경우(즉, 5조의 용접 캐리지가 조정빔에 일렬로 설치된 경우)에 관하여 설명하였으나, 조정빔(60)에 설치되는 용접 캐리지(50)의 수, 즉 용접블록(10)의 수는 용접 작업의 특성에 따라 적거나 많게 할 수 있으나, 하나의 용접블록만을 가지는 자동용접장치도 가능하다. 다만, 주판(3)에 다수의 워크(5)를 평행하게 규칙적으로 용접하는 작업에 있어서는 4 내지 6개의 캐리지가 설치된 자동용접장치가 작업의 효율면에서 바람직하다.

이하, 본 발명의 자동용접장치를 작동하는 계략적인 순서를 도 12A 내지 도 12D의 순서도를 참조하여 설명한다.

먼저 다수의 워크들(5)의 선단부가 주판(3)의 소정 용접 위치에 가용접된 상태로 주판(3)이 용접정반(7)에 반입되면, 주행거더(80)를 출발 지점(주판의 위치검출이 가능한 위치)으로 이동하여 종행대차(70)를 출발점에 세팅하고, 측단검출장치(900)를 원점(0)에 위치시킴과 함께 용접에 필요한 용접블록들(10)의 위치를 조작반에 입력하여 용접블록의 위치를 결정한다(단계 S1, 단계 S1-1).

다음에 상기 측단검출장치(900)를 앞서 도 10을 참조하여 설명한 순서로 작동시켜 포인트A 와 포인트 B의 좌표로부터 주판(3)의 경사도를 측정하고(단계 S2), 주판(3)의 위치가 측정되면 측단검출장치(900)를 대기위치로 복귀시킴(S3)과 아울러 측정된 주판(3)의 위치에 부합하는 위치로 주행거더(80)의 위치를 결정한다(S4).

이어서 측정된 주판의 경사를 판별하여 용접 캐리지(50) 전체의 위치를 조정빔(60)을 이동시켜 조정한다(S5). 이때 주판이 우측으로 경사진 경우에는 포인트A의 위치에서 소정거리 좌로 치우쳐 위치하게 되는 워크(5)의 용접선단에 용접블록(10)의 세팅헤드(100)가 걸리지 않도록 조정빔(60)을 대응하는 거리만큼 좌측으로 이동시키고(S5-1), 주판이 좌측으로 경사진 경우에는 그대로 다음 단계로 진행한다.

다음에 종행대차(70)를 전진시키면서(S6), 포인트A 지점에 종행대차(70)가 도달할 때까지의 구간에 대하여 주판(3)에 워크(5)를 가용접하고(S6-1), 포인트A 지점에 종행대차(70)를 정지시킨 후에(S7), 다시 기측정된 주판의 위치를 판별하여 (S8), 전술한 단계 S5-1에서 이동한 거리만큼 조정빔(60)을 우행하여 원위치 시킨다(S8-1).

다음에 세팅헤드(100)의 선행 핀치롤러 유닛(140)과 측부가압 롤러 유닛(110) 및 가용접 헤드(200)를 워크(5)에 세팅하고(S9), 종행대차(70)를 전진시키면서(S10) 워크를 가용접한다(S11-S20). 즉, 좌측 가용접 온(S11), 좌측 가용접 오프 위치 판별(S12), 좌측 가용접 오프(S13), 우측 가용접 온(S14), 우측 가용접 오프 위치 판별(S15), 우측 가용접 오프(S16), 상부가압롤러 상승(S17), 주판(3)의 경사를 보상하기 위한 조정빔(60)의 좌 또는 우 이동(S18, S19), 좌측 가용접 위치를 판별(S20), 및 좌측 가용접 온(S11)을 반복하면서 워크를 지그재그로 가용접한다. 이와 같은 가용접은 선행 핀치롤러 유닛(140)의 선단에 부착되어 워크를 검출하는 포토센서가 오프될 때까지 반복된다(S21).

단계 S11 내지 단계 S20의 가용접이 수행되는 것과 동시에, 가용접 헤드(200)를 따라 후행하는 본용접 헤드(300)는 워크 말단의 가용접이 완료되고 선행 핀치롤러 유닛(140)과 측부가압 롤러 유닛(110) 및 가용접 헤드(200)가 개방된 후(S22-S24), 종행대차(70)가 본용접 정지 위치에 이를 때까지 본용접을 수행하며(S25), 본용접이 완료되면(S26, S27, S28, S29), 본용접 헤드가 개방되고(S30) 종행대차가 정지된다(S31).

다음에 주판의 경사에 따라 용접과정에서 좌 또는 우로 이동된 조정빔(60)을 원위치로 이동하면서(S32,S33) 종행대차를 원위치로 이동시킨다(S34-S36). 이후 새로이 용접할 워크가 있는 지를 판단하여(S37), 없으면 종료하고(S38), 있으면 주행거더를 좌측으로 주행하여(S39), 앞서에 단계S5 직전으로 복귀하여 전술한 절차에 따라 용접을 계속 수행한다.

이상에서 설명한 본 발명의 자동용접장치에 의하면, 주판에 다수의 워크를 용접함에 있어서, 용접되는 워크를 정확한 위치에 세팅하고 가용접하고 본용접하는 일련의 용접작업을 수개의 워크에 대하여 동시에 연속적으로 자동으로 행할 수 있으므로, 용접 설비와 작업장에 대한 투자 비용, 작업 인력 및 작업 시간을 절감하고 용접 불량률을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 워크가 용접될 주판의 경사를 사전에 검출하고, 이 검출된 주판의 경사위치 데이터를 용접장치의 구동수단에 적용하여 용접의 진행에 맞추어 워크의 주판에 대한 용접 위치를 교정하므로써, 주판의 위치에 관계없이 워크가 주판에 예정된 방향으로 정확하게 용접할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 주판(3)에 대한 워크(5)의 위치를 세팅하는 세팅헤드(100), 세팅된 워크(5)를 주판(3)에 가용접하는 가용접 헤드(200) 및 가용접된 워크를 주판에 완전히 용접하는 본용접 헤드(300)를 포함하는 워크의 피치방향으로 배치된 다수의 용접블록(10);

   상기 용접블록(10)을 워크(5)의 피치방향 및 용접방향으로 이동시키는 용접블록 구동수단; 및

   용접방향으로 소정거리 이격된 상기 주판(3)의 두 측단의 위치를 측단검출장치(900)에 의해 검출하여 주판(3)의 경사도를 검출하고, 검출된 주판(3)의 경사 데이터에 의해 용접블록(10)의 피치방향 위치를 보상하여 주판(3)에 대한 워크(5)의 용접 위치를 교정하는 용접선 교정수단(90)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치와
2. 제 1 항에 있어서, 상기 세팅헤드(100)는, 워크(5)를 양측에서 가압하는 측부가압 롤러 유닛(110)과 워크(5)를 주판(3) 쪽으로 가압하는 상부 가압롤러 유닛(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 세팅헤드(100)는, 상부 측부가압 롤러 유닛(110)의 용접방향 전방에 워크(5)의 위치를 대략적으로 잡아주는 선행 핀치롤러 유닛(140)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 세팅헤드(100)의 상부 가압롤러 유닛(150)은 가용접시에만 워크(5)를 주판(3) 쪽으로 가압하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가용접 헤드(200)는 투인 싱글형 토치(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 본용접 헤드(300)는 투인 탠덤형 토치(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동수단은, 상기 용접블록들(10) 각각을 워크의 피치방향으로 독립적으로 이동시키는 용접 캐리지들(50), 상기 용접블록들(10) 전체를 워크의 피치방향으로 이동시키는 조정빔(60), 상기 용접블록(10) 전체를 워크의 용접방향으로 이동시키는 종행대차(70), 및 상기 종행대차(70)를 워크의 피치방향으로 이동시키는 주행거더(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측단검출장치(900)는, 주판(3)을 검출하기 위한 거리설정 광전센서(910)와 주판(3)의 측단을 검출하기 위한 레이저변위센서(920)를 포함하고 상기 종행대차(70)의 주행방향으로의 이동, 상하방향으로의 이동 및 횡방향으로의 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 측단검출장치(900)의 검출된 주판(3)의 경사 데이터에 따라, 상기 용접블록(10) 전체의 위치가 일체로 이동되어 상기 워크(5)의 주판(3)에 대한 용접 위치가 교정되는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 측단검출장치(900)의 검출된 주판(3)의 경사 데이터에 따라, 상기 용접블록(10) 각각의 위치가 이동되어 상기 워크(5)의 주판(3)에 대한 용접 위치가 교정되는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
11. 워크(5)의 선단을 주판(3)의 용접 위치에 용접한 상태로 주판(3)을 용접정반(7)에 반입하는 단계; 용접방향으로 소정거리 이격된 주판(3)의 두개의 측단 위치를 측단검출장치(900)로 검출하여 용접정반(7)에 대한 주판(3)의 경사도를 측정하는 단계; 및 세팅헤드(100), 가용접 헤드(200) 및 본용접 헤드(300)를 포함하는 다수의 용접블록(10)의 위치를 상기 측정된 주판(3)의 경사 데이터에 따라 교정하면서 다수의 워크를 동시에 연속적으로 세팅, 가용접 및 본용접하는 것을 특징으로 하는 자동용접방법.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 주판(3)의 경사도 측정은, 상기 측단검출장치(900)가 주판(3)의 측단 바깥쪽에 위치하도록 주판(3)을 세팅하는 단계; 측단검출장치(900)를 주판(3)의 일점으로 이동하여 그 지점에서의 주판(3)의 측단위치를 검출하는 단계; 상기 측단검출장치(900)를 주판(3)의 다른 일점으로 이동하여 그 지점에서의 주판의 측단위치를 검출하는 단계; 및 상기 측정된 주판(3)의 두 측단위치에 근거하여 주판(3)의 경사도를 구하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.