KR20020018057A - 용접설비 및 용접방법 - Google Patents

Abstract

임의의 형태로 용접될 구조물의 구성부를 지지면(2) 상에 배치하는 단계와, 용접될 구조물(1)을 형성하도록 다수개의 용접부위에서 구성부분들을 용접장치(4)로 용접하는 단계를 포함하여 구성되는 용접될 구조물(1)의 형성방법. 이 방법은 또한 지지면(2) 상의 구성부분의 배열에 대한 적어도 한 개의 화상을 기록하고, 상기 화상으로부터 용접부위의 위치를 결정하며, 또한 용접부위의 결정된 위치에 근거하여 상기 용접장치(4)에 의한 구성부분들의 용접을 제어하는 것을 포함하여 구성된다. 본 발명은 또한 용접설비와도 관련된다.

Description

용접설비 및 용접방법{WELDING ARRANGEMENT AND METHOD}

본 발명은 다수개의 구성부품으로부터 용접구조물을 형성하는 방법에 관련된 것이다. 또한 본 발명은 용접구조물을 형성하기 위한 설비와도 관련된 것이다.

용접횟수가 적은 용접구조물을 제조하기 위한 종래의 용접작업에 있어서는, 용접이 주로 수작업에 의하여 통상 수행되어 왔다. 이는, 대부분의 구조물의 주된 부품들이 현존하는 자동 용접장치를 사용하는 용접에 대하여 기술적으로나 또는 경제적으로 적절하지 않았기 때문이다. 용접횟수가 적은 용접에 관해서는, 공지의 용접장치는 매우 접근이 용이하고, 길며 직선형상으로 된 용접물에 대해서만 적용이 가능하였다. 그러나, 종종 용접구조물에 있어서의 대부분의 용접부위는 주위의 구조물에 의하여 접근이 제한되는 비교적 짧은 교차구조부를 연결하기 위한 것이다. 이는, 선박건조에 있어서는 특히 문제가 되는데, 상이하고 비교적 큰 규격의 부품들이 문제를 발생하게 된다. 그러한 구조물의 수작업 용접은 비용이 많이 들며 시간소비도 많다.

다양한 종류의 제어설비를 사용하여, 용접구조물이 용접하고자 하는 형태나 형상에 따라 형성되는 용접시스템이 개발되어왔다. 그와 같은 공지의 용접시스템 중의 하나로서, DE-A-2240949 호가 개시되어 있으며, 여기에서는 용접장치에 의하여 채택된 경로를 제어하는데 스티어링 휠이 사용된다. US-A-5307979 호에는 다른용접시스템이 개시되어 있는데, 여기에서는 3차원구조물을 용접하기 위하여 레일 (rail)을 근거로 하는 제어설비가 마련되어 있다. DE-A-2035498 호에는 타이어를 용접하는 시스템이 개시되어 있다.

자동 용접시스템은 US-A-4737614 호에 개시되어 있고, 여기에서는 제어시스템이 광도의 변화에 근거하며, US-A-5572102 호는 형광에 근거한 용접로봇 시스템이 채택되어 있다.

용접될 구조물에 따라서 조정될 수 있는 용접벤치도 또한 개발되어 있다; EP-A-0092533 호 참조. SE 공보 455581 호에 개시된 바와 같이 자동 용접파이프도 알려져 있다.

공지의 용접들은 상당한 불리한 점들이 있으며, 특히 대부분의 경우에 조선산업에는 적용이 불가능하다. 일반적으로, 선박에 대해서는, 10m 폭이 넘고 때로는 거의 20m 길이를 가지는 비교적 큰 규격을 가지는 용접구조물이 요청된다. 이러한 구조물에 길이방향 및 횡단방향의 구조물이 부착될 때는 매우 많은 시간을 요하는 수작업 용접에 의한 용접을 수행할 수밖에는 없다. 가늘게 된 재료의 사용 및, 예를 들면 "목"부분의 두께가 감소된 재료를 사용에 따라, 용접의 방식도 부가적으로 변화된다. 또한 용접의 속도가 증가됨에 따라 용접이 인체공학적으로 어렵게 된다. 또한, 비교적 간단하면서 지루한 용접작업에 숙련용접공을 사용하는 것은 실제적이지 못한데, 이는 숙련용접공의 능력을 낭비하는 것이기 때문이다. 기계가 할 수 없는 의미있는 작업에 인력을 사용하는 것이 보다 이치에 맞는 일이다.

본 발명의 목적은, 공지의 용접기술과 관련된 이러한 불리한 점들을 제거하고, 다수개의 완전히 다른 형태의 부품들을 함께 용접하면서도 용접작업의 제어가 용이하고 상이한 환경에도 적응될 수 있는 완전히 신규한 해결방법을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명을 다양하면서도 여러 형태를 가지는 용접부품을 요하는 상이한 기술분야에도 적용하도록 함을 의도한 것이다. 본 발명이 적용될 수 있는 분야의 예로서는, 제지기계, 범용 주택건설 분야, 교량 및 기차의 구축, 예를 들면 롤리(lorry)와 같은 무거운 차량의 제조 등이다.

도 1은 지지구조와 일체로 형성된 용접설비의 도면;

도 2는 카메라 또는 촬영수단에 의하여 찍힌 용접구조의 사진;

도 3은 도 2에 나타낸 사진의 평가에 의하여 형성된 용접구조를 나타내는 도면;

도 4는 구조물의 용접을 제어하기 위한 제어시스템의 모식도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 구조물 2 : 지지면

3 : 카메라 4 : 용접장치

5 : 지지구조 6 : 마루

7 : 측부 레일 8 : 운전기구

9 : 사진 10 : 원

11a,11b,11c : 부품 11d,11e,11f : 접합장소

12 : 스캐너 장치 13 : 제어시스템

14 : 제어정보 15 : 사용자

16 : 정보 17 : 외부장치

18 : 표시장치

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 첨부된 특허청구범위 제 1 항에 기재된 바와 같은 용접구조물을 형성하기 위한 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 용접될 구조물의 형태내에서 구성부품들을 지지하기 위한 지지면과, 그 지지면상에 지지된 용접될 구성부품들을 일체적으로 용접하기 위한 용접장치를 포함하여 구성되는, 다수개의 구성부품들로부터 용접구조물을 형성하기 위한 용접설비에 있어서, 지지면상에 지지된 용접장치에 의하여 용접될 구조물의 용접부위의 위치를 결정하고 용접될 구조물의 화상을 제공하는 카메라수단을 포함하는 평가수단을 더욱 포함하여 구성됨으로써, 평가수단에 의하여 결정된 용접부위의 위치들이 용접장치에 의한 구조물의 용접에 사용되는 용접설비가 제공된다.

본 발명은 용접될 구성부품들이 그들의 최종적인 위치에서 지지면상에 놓여진다는 생각에 근거한 것이다. 지지면은 그의 위치를 알 수 있는 고정적인 면이거나 이동가능한 기초부 또는 바닥면이다. 적절하게는 지지구조는 지지면 또는 측부레일상에 지지되며, 지지면을 가로지르는 폭을 가진다. 용접될 부품의 구성 및, 가능하다면 용접장치까지도 광학적으로 기록하기 위한 카메라 또는 사진촬영수단이 지지구조상에 탑재된다. 카메라 또는 사진촬영수단과 용접장치의 양자는 바람직하게는 지지면상에 x-, y- 및 z- 축에 관하여 이동하기 위하여 탑재됨을 의도한 것이다. 한 개 이상의 카메라 또는 사진촬영수단이 마련될 수 있으며 한 개 이상의 용접장치가 마련될 수 있다.

본 발명은 한 개 이상의 구조물의 구성부품이 일체로 용접될 수 있도록 한다. 구조물의 크기 및 그의 구성부품들은 상이한 용접부위가 결정될 수 있도록 광학적으로 기록된다. 이들 용접부위들은 광학적으로 기록된 정보를 스캐닝하거나 또는 판독하고, 그 스캐닝되었거나 판독된 정보를 제어수단에 전달함으로써 결정될 수 있다. 제어수단은 결정된 용접부위의 위치에 근거하여 용접될 구조물의 부품들의 일체적인 용접을 제어하는데 사용된다. 스캐닝되었거나 판독된 광학적 정보는 예를 들면 용접장치의 스캐닝/판독장치 및/또는 카메라 또는 사진촬영수단의 메모리수단 내에 저장되거나 기록될 수 있다.

예를 들면, 용접부위의 위치를 나타내는 한 개이상의 표시장치가, 구조물의 용접시에 용접장치의 자동제어가 가능하도록 마련될 수 있다. 그러나, 선택적으로, 용접작업은 용접장치에 의하여 자동적으로 또는 반자동적으로 수행될 수 있다.

통상적으로 카메라 또는 사진촬영수단은 용접될 구조의 화상을 얻기 위하여 사용된다. 이들 촬영된 화상은 자동적이건 또는 사용자의 도움을 얻은 것이건 판독 /스캐너 장치가 용접부위의 위치를 찾아내고 규정하는 것이 가능하도록 한다. 일단용접부위가 그와 같이 규정되면 이들은 용접구조의 구성부의 수동, 반자동 또는 자동용접에 사용된다. 실제적인 용접은 구조물의 형상이나 형태를 따라서 다양하게 결정된 용접부위에서의 용접작업을 수행하는 아크 용접장치, 예를 들면 가스 아크용접에 의하여 달성된다. 용접장치는 바람직하게는 구조물상에서 수평적으로 또한 수직적으로 이동가능하므로, 지지면상에서 상이한 높이 및 위치에서의 용접작업이 가능하다. 구성부품은 매우 클수도 있는데, 예를 들면 선박, 제지기계, 빌딩, 기차 및 로리(lorry) 등의 용접부에 대하여 본 발명은 용이하고도 경제적이다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 다수개의 구성부품을 포함하여 구성되는 구조물의 용접방법으로서, 구조물의 구성부품을 접합하기 위하여 최적의 용접부를 찾아내는 단계와, 용접장치를 상이한 용접부위로 안내하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 임의적으로는 사용자가 용접장치의 위치를 변경하거나 또는 번복하는 것이 가능하다. 예를 들어 사용자는 각 용접점에서 구조물의 자동적으로 선택된 방법을 승인 또는 취소할 수 있다.

구조물을 그것을 지지면상에서 이동하고 카메라나 촬영수단을 필요에 따라 수직적으로 위아래로 이동하는 등에 의하여 카메라 또는 촬영수단에 의하여 스캔될 수 있다. 선택적으로 지지구조물은 고정적이거나 또는 이동이 불가능할 수 있으며, 용접구성부품들은 예를 들면 수동, 반자동 또는 자동으로 지지구조하에서 이동할 수 있다. 이러한 방식으로 용접될 구조물의 구성부품들은 "사진촬영"되고, 구조물의 사진이 생성되며, 하나의 사진지도가 컴퓨터의 도움으로 완성된다.

편리하게는, 용접시스템은 그 용접지도에 근거하여, 자동적으로 예를 들면컴퓨터에 의하여 사전에 학습된 소위 표준용접을 인식하고, 시스템은 자동적으로 용접로보트 등에게 용접을 시작하도록 지시하게 된다.

또한, 용접지도를 보고서, 사용자가 용접작업용의 시작부위를 선택하거나, 또한 특정한 용접방식용의 적절한 용접방법을 선택하도록 할 수 있으며, 그에 의하여 사용자는 용접로보트 등이 용접작업을 시작하도록 할 수 있다. 여러개의 상이한 용접장치가 용접재료에 따라서 그 자체의 지지구조상에 탑재될 수 있다.

본 발명에 따르면 현저한 이익이 얻어질 수 있다. 특히, 용접장치(로봇)가 개별적인 구성부품을 일체로 용접하도록 학습될 수 있는 저비용의 용접시스템이 제공될 수 있다. 부가적으로, 이 시스템은 상이한 형상 및 크기를 가지는 구성부품들을 일체로 용접하기 위하여 제공될 수 있다. 전형적으로 용접방법은 적은 용접횟수의 제품의 용접, 연속제조 제품의 용접 및 프로토타입의 용접을 프로그램하도록 사용될 수 있다.

[실시예]

도 1은 지지면(2) 상에 다수개의 용접될 구조물(1)의 구성부품들이 지지되어 있는 상태의 용접소 또는 설비를 나타낸다. 구성부들은 지지면상에서 수동으로, 또는 크레인이나 기타 자동화된 재료관리수단에 의하여 이동가능하다. 지지면(2)의 각 측면을 따라 마루(6)에 장착된 측부 레일(7)을 마련함으로써, 길이방향을 따라 지지면 상으로 이동가능하며 지지면(2)에 걸쳐서 있는 횡방향 지지구조(5)에 카메라(3) 및 용접장치(4)가 장착된다. 지지구조(5) 및/또는 용접장치(4)를 조종하기 위한 운전기구(8) 및/또는 카메라(3)를 조작하기 위한 운전기구(8)가 지지구조(5)의 근방에 위치될 수 있다.

"카메라"라는 용어는 용접될 구조의 화상을 제공할 수 있는 어떠한 화상수단도 포괄함을 의도한 것으로서, 예를 들어 비데오 카메라 또는 스틸 카메라, 적외선 또는 자외선방사를 기록하는 화상수단, 레이저수단 등을 들 수 있다. 그러한 카메라(3)는 한 대 이상 마련될 수 있다.

도 2는 카메라(3)에 의하여 찍힌 용접구조의 사진(9)의 형태로 된 화상이다. 이 사진에는 상이한 용접부위(즉 "용접점")를 가리키는 구조물의 다양한 구성부품에 대한 상이한 연결부위를 흰색의 원(10)이 수동 또는 자동으로 표시된다. 사용자는 각 용접점에 대한 적절한 용접방법을 규정하고 필요한 용접방식에 대한 정보를 제공하기 위하여 용접점에 대하여 언급할 수 있게 된다.

도 3은 도 2에 나타낸 사진(9)으로부터, 자동적으로 또는 사용자로부터의 입력으로 생성되는 용접구조물(1)의 도면이다. 이 도면은 자동으로 또는 사용자의 입력의 도움으로, 상이한 부품(11a),(11b) 및 (11c)과, 상이한 접합장소(즉, 용접점) (11d),(11e) 및 (11f) 및 일체로 접합되는 용접부품을 용접하기 위한 지시내용을 제공한다. 사용자에게는 용접절차에 대한 시작 위치(11d),(11e) 또는 (11f)를 승인할 것인지 또는 거부할 것인지에 대하여, 또한 시스템에 의하여 제안된 용접방법을 승인할 것인지 거부할 것인지에 대한 기회가 주어진다. 용접시스템은 따라서 반자동시스템으로 여겨질 수 있다.

도 4는 용접작업을 제어하기 위한 제어시스템의 한 형태의 다이어그램을 나타낸다. 카메라(3)는 먼저 용접될 구조물(1)을 촬영하고, 이 정보(16)를 판독기 또는 스캐너장치(12)를 사용하여 외부장치(17)의 제어시스템(13)으로 전송한다. 판독장치(12)는, 자동적으로 또는 사용자(15)의 도움으로 제어정보(14)를 용접장치(4)로 공급한다. 사용자(15)는 표시장치(18) 상에서 카메라(3) 및/또는 용접장치의 이동을 추적할 수 있다. 판독기/스캐너 장치(12) 및/또는 제어시스템(13)은 카메라 (3) 상에 위치될 수 있거나 또는 용접장치(4) 내에 위치될 수 있으며, 이들의 조합도 가능하다. 예를 들면 용접장치는, 용접 로봇이거나 매니퓰레이터(manipulator)이다.

이러한 용접시스템은 사용자로부터의 제어입력이나 혹은 완전히 자동적으로 용접공정을 수행할 수 있도록 한다. 부가적으로, 장치를 고정하거나 또는 초기조정을 행하지 않고서 시간의 소비없이 다양한 종류의 구조물의 용접에 대한 가능성을 시스템에 탄력적으로 부여한다.

카메라(3)는 용접장치(4) 상에 장착될 수 있다. 지지구조(5)는 예를 들면 압축공기를 사용하여, 또는 유압식으로, 또는 전자기적으로 작동될 수 있다.

본 발명의 기타 실시예들은 첨부된 특허청구범위 내에서 실행가능하다.

Claims (19)

1. 지지면(2) 상에 임의의 형태로 용접될 구조물의 구성부품들을 배열하는 것과, 용접구조물(1)을 형성하기 위하여 용접장치(4)로 다수개의 용접점 상에서 구성부품들을 일체로 용접하는 것을 포함하여 구성되는 용접구조물(1)의 형성방법에 있어서,

   지지면(2) 상의 구성부품들의 배열의 적어도 한 개의 화상을 기록하는 단계와, 그 화상으로부터 상기 용접점의 위치를 결정하는 단계 및, 용접부분의 결정된 위치에 근거하여 상기 용접장치(4)에 의한 구성부품들의 용접을 제어하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 적어도 한 개의 화상이 판독기 장치(12)의 메모리 내에 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 적어도 한 개의 화상은 카메라수단(3) 또는 용접장치(4)의 메모리 또는 카메라수단(3) 및 용접장치(4)에 대한 겸용메모리 내에 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 적어도 한 개의 화상은 외부장치(17)의 메모리 내에 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 상기 항중의 어느 1 항에 있어서, 사용자가 용접장치(4)의 안내를 제어하는 것을 보조하기 위하여 표시장치상에 용접점의 위치를 표시하는 것을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 사용자는 구성부품의 용접에 대한 자동제어를 번복하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 용접장치(4)가 제어정보(14)를 이용하여 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 5 항중의 어느 한 항에 있어서, 구조물의 용접이 자동적으로 또는 반자동적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 용접장치(4)는 용접로봇 또는 매니퓰레이터인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 용접부위의 위치는 자동적으로 또는 사용자의 도움으로 한 개의 화상으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 용접부위의 위치가 결정된 후에, 각 용접부위에 대한 용접방식 및 그 용접을 수동, 반자동 또는 자동중의 어느 것으로 할 것인지가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 용접이 아크용접, 예를 들면 가스아크 용접으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 용접장치가 용접시에 구조물의 형상 또는 형태를 추종하도록 되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 용접된 구조는 대형의 크기를 가진, 예를 들면 선박, 제지기계, 건축, 기차 또는 롤리(lorry)의 일부인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 용접될 구조물의 형상으로 구성부품들을 지지하기 위한 지지면(2)과, 그 지지면상에 지지된 용접될 구조물(1)의 구성부품들을 일체로 용접하기 위한 용접장치 (4)를 포함하여 구성되는, 다수개의 구성부품들로부터 용접된 구조물(1)을 형성하기 위한 용접설비에 있어서,

    지지면상에 지지된 용접장치(4)에 의하여 용접될 구조물(1)의 용접부위의 위치를 결정하고, 용접될 구조물(1)의 화상을 제공하기 위한 카메라수단(3)을 포함하는 평가수단을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용접설비.
16. 제 15 항에 있어서, 평가수단은 용접될 구조물의 구성부품들을 확인하고 확인된 구성부품에 대한 최적의 용접방법을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접설비.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 구조물에 대한 용접시에 용접장치(4)를 안내하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접설비.
18. 제 15 항, 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 사용자가 용접장치(4)의 제어를 번복할 수 있는 번복수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접설비.
19. 제 15 항 내지 제 17 항중의 어느 한 항에 있어서, 사용자로 하여금 용접장치의 자동제어를 승인하거나 거부하도록 하며, 만약 자동제어가 거부되면 용접될 구조의 부품들의 용접을 사용자가 제어하도록 하는 거부수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접설비.