KR200290153Y1 - 용접선추적장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 용접선 추적장치에 관한 것으로, 종래에는 신호의 질이 비교적 양호한 불활성가스메탈(MIG) 용접 공정에서는 이동평균법을 사용하여 용접선을 추적했으나, 다소의 시간지연이 발생하여 토치의 위치예측에 악영향을 줄수 있고 신호의 변동도 약간 남아있다. 또한, 탄산가스 용접의 경우는 전류신호의 변동이 심해 이동평균을 취한 신호로는 용접선 추적이 곤란하고 2차 커브피팅 또는 적분법 등과 같은 다른 신호처리 알고리즘이 필요한 문제점이 있었던 바, 본 고안의 용접선 추적장치는 용접작업시 아크광과 상기 아크광의 빛을 전기적인 펄스신호로 변환하여 변환된 전기적인 신호에 의해 용접선을 추적하도록 하는 장치에 있어서, 아크 빛을 모으는 볼록렌즈와 상기 볼록렌즈를 보호하는 보호창 및 보호창의 배면에 설치되어 아크 빛을 수광하는 소자가 포화되는 것을 방지하도록 핀홀이 형성된 아크빛 집광부와; 상기 아크빛 집광부가 용접토치에 근접되게 설치하여 상기 집광부로부터 광을 전송하는 광섬유 가이드부와; 상기 광섬유 가이드부의 끝단에 설치되어 전송된 빛을 전압의 세기로 변환하는 포토 다이오드를 포함한 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치로서 용접선을 추적할 수 있게 한 것이다.

Description

용접선 추적장치{WELDING LINE SEARCHING APPARATUS}

본 고안은 용접선 추적장치에 관한 것으로, 특히 탄산 가스(CO₂)용접에서도 사용가능한 용접선 추적장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접용 로봇을 사용할 때 모재에 가해지는 국부적인 가열로 인하여 열변형이 발생하여 용접선의 왜곡이 일어나 용접선 자동 추적을 위한 센서의 적용이 필수적이다.

소모성 전극을 사용하는 공정에서 사용하는 정전압 용접기의 경우 용접 전류와 팁- 모재 사이의 거리에는 비례관계가 있다.

즉, 팁-모재 사이의 거리가 가까워지면 용접 전류는 커지고, 팁-모재 사이의 거리가 멀어지면 용접 전류는 작아진다.

상기와 같이 용접토치의 팁과 모재 사이의 거리가 변화함에 따라서 용접 전류와 전압이 변화하는 특성을 이용하여 용접선을 추적한다.

아크 센서는 용접토치의 팁과 모재 사이의 거리 변화에 따라 측정된 용접 전류 신호의 값들의 변화를 팁-모재 거리로 환산하여 V형 그루브의 중심점을 계산하고 이를 토대로 용접선을 추적한다.

종래의 용접 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 용접을 수행하는 용접토치(7)와, 상기 용접토치(7)를 구동시키는 다관절 로봇(1)과, 인버터 용접기(2)와, 상기 다관절 로봇(1)과 인버터 용접기(2)를 제어하는 로봇 및 용접제어부(3)와, 보호가스(4)와, 용접 와이어(5)와, 와이어 공급기(6)로 구성된다.

상기와 같은 구성의 용접 시스템의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

상기 다관절 로봇(1)에 부착된 용접토치(7)는 모재의 V그루브(GROOVE)를 따라 진행하고 진행방향에 수직방향으로 위빙(WEAVING) 동작을 행한다.

용접전류신호는 인버터 용접기(2) 내에 설치된 션트(SHUNT)를 통해 얻어지고 신호에 포함된 노이즈 성분을 줄이기 위해 차폐기(isolator), 저역통과필터를 통과시킨 후 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 신호처리 알고리즘을 거쳐 용접선 추적에 이용한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 용접 시스템은 아크 센서의 적용시 금속이행모드에 따라 측정된 전류신호의 값들이 변화가 심하고, 전기적인 노이즈에 의해 신호의 질이 저하되는 단점이 있었다.

따라서, 이의 보완을 위한 몇 가지 신호처리 알고리즘이 제안되었다. 예를 들면, 이동평균법, 최소자승법, 적분법 등을 들 수 있는데 상기 이동평균법은 신호의 질이 비교적 양호한 불활성가스메탈(MIG) 용접 공정에서는 사용가능하나 다소의 시간지연이 발생하여 토치의 위치예측에 악영향을 줄수 있고 신호의 변동도 약간 남아있는 문제점이 있다.

또한, 탄산가스(CO₂)용접의 경우는 전류신호의 변동이 심해 이동평균을 취한 신호로는 용접선 추적이 곤란하고 2차 커브피팅 또는 적분법 등과 같은 다른 신호처리 알고리즘이 필요한 문제점이 있었던바, 이에 대한 보완이 요구되어 왔다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 노이즈에 강한 아크빛 신호를 사용하여 탄산가스(CO₂) 용접에서도 용접선을 추적할 수 있는 용접선 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 용접 시스템을 도시한 개략도.

도 2는 본 고안의 용접선 추적장치를 설치한 용접 시스템을 부분적으로 도시한 개략도.

도 3은 본 고안의 아크빛을 이용한 용접선 추적장치를 도시한 종단면도.

도 4는 본 고안의 아크빛을 이용한 용접선 추적장치를 제어하는 회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1; 다관절 로봇 2; 인버터 용접기

3; 로봇 및 용접 제어부 4; 보호 가스

5; 용접 와이어 6; 와이어 공급기

7; 아크빛 집광부 9; 광섬유 가이드부

10; 고정부 11,12; 볼록 렌즈

13; 보호창 14; 핀홀

15; 광섬유 다발 16; 스틸 피복

17; 포토 다이오드 18; 아크빛센싱부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 용접작업시 아크광과 상기 아크광의 빛을 전기적인 펄스신호로 변환하여 변환된 전기적인 신호에 의해 용접선을 추적하도록 하는 장치에 있어서, 아크 빛을 모으는 볼록렌즈와 상기 볼록렌즈를 보호하는 보호창 및 보호창의 배면에 설치되어 아크 빛을 수광하는 소자가 포화되는 것을 방지하도록 핀홀이 형성된 아크빛 집광부와; 상기 아크빛 집광부가 용접토치에 근접되게 설치하여 상기 집광부로부터 광을 전송하는 광섬유 가이드부와; 상기 광섬유 가이드부의 끝단에 설치되어 전송된 빛을 전압의 세기로 변환하는 포토 다이오드를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 용접선 추적장치를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 용접선 추적장치는, 도 2에 도시한 바와 같이, 아크빛을 모으는 아크빛 집광부(8)를 용접토치(7)에 근접하게 위치시키도록 상기 아크빛 집광부(8)를 고정시키는 고정부(10)가 설치되고, 상기 아크빛 집광부(8)에서 받은 빛을 전송하도록 광섬유 가이드부(9)의 일단이 상기 아크빛 집광부(8)에 연결된다.

상기 광섬유 가이드부(9)의 타단에는 상기 광섬유 가이드부(9)에서 전송된아크빛을 센싱하는 아크빛센싱부(18)가 연결된다.

상기 아크빛 집광부(8)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 빛을 모으는 볼록렌즈 (11,12)와, 용접시 상기 볼록렌즈(11,12)를 보호하도록 설치되는 보호창(13)과, 상기 보호창(13)의 배면에 설치되어 아크빛에 의해 수광소자가 포화되는 것을 방지하는 핀홀(14)로 구성된다.

상기 볼록 렌즈(11,12)는 2개로 됨이 바람직하다.

상기 광섬유 가이드부(9)는 상기 볼록렌즈(11,12)를 통과한 빛을 전송하는 광섬유 다발(15)과, 상기 광섬유 다발(15)을 보호하도록 광섬유 다발(15)의 외면에 둘러싸여지는 스틸 피복(16)으로 구성된다.

상기 광섬유 다발(15)은 직경 0.5mm의 광섬유가 사용된다.

상기 아크빛센싱부(18)에는 상기 광섬유 가이드부(9)에서 전송된 빛의 세기를 전압의 세기로 변환시키는 포토 다이오드(17)가 부착된다.

상기 광섬유 가이드부(9)는 용접와이어(5)와 나란히 설치하여 고정시키고, 아크빛센싱부(18)는 로봇의 동작에 영향을 미치지 않는 적당한 위치에 취부한다.

상기 포토 다이오드(17)의 부착부위는 외부광에 의한 외란을 없애기 위하여 밀봉한다.

상기와 같은 구성의 용접선 추적장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

아크 용접(arcwelding)에서는 열과 함께 강한 아크빛이 발생하는데 빛의 세기는 아크 체적과 관련이 있으며 노이즈 영향이 반영되는 용접전류와 비교하여 체적 효과에 지배적이므로 신호의 질과 형태가 더 좋다.

본 고안은 용접시 발생하는 아크빛을 용접토치(7) 주변에 설치한 아크빛 집광부(8)에 의해 받는다.

상기 아크빛 집광부(8)에서 받은 빛은 광섬유 가이드부(9)를 통해 전송되고, 광섬유 가이드부(9)의 끝단에 설치된 아크빛센싱부(18)의 포토 다이오드(17)에 의해 빛의 세기가 전압의 세기로 변환된다.

아크빛 신호는, 도 4에 도시한 바와 같이, 출력 전압을 받아서 사용하고, 신호의 크기에 맞추어 증폭 게인을 조절할 수 있도록 증폭기 회로에 가변저항을 사용하였다.

포토 다이오드(17)의 2선의 배선은 로봇의 신호선과 같이 하니스작업을 한다.

용접시 위빙 주파수는 별도의 위빙 모터로 구동하지 않는한 구동모타의 용량과 속도의 한계로 대략 10Hz 이내로 제한된다.

따라서, 용접 신호에 실려오는 고주파 성분은 대부분 전기적인 노이즈 성분이므로 저역통과필터(low pass filter)를 사용하여 차단한다.

이와 같이 얻은 아크빛 신호는 신호처리 알고리즘과 용접선 추적 제어 알고리즘을 사용하여 각 위빙 구간의 반 사이클마다의 용접토치(7)의 편위량을 계산하여 이를 보정하여 용접선의 추적 작업을 수행한다.

본 고안의 용접선 추적장치는 용접토치가 V그루브의 저점을 지날 때 아크빛의 강도는 최대가 되고, 용접 전류는 용접봉과 모재 사이의 거리가 가장 클 때 최소가 되어 약 180°의 위상차를 가지는 현상을 이용하여 가스메탈아크 용접 공정에서 용접선 자동추적을 위한 센서로서 아크 빛을 적용할 수 있으므로, 노이즈에 강한 아크빛 신호를 사용하여 탄산가스(CO₂) 용접에서도 용접선을 추적할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 용접작업시 아크광과 상기 아크광의 빛을 전기적인 펄스신호로 변환하여 변환된 전기적인 신호에 의해 용접선을 추적하도록 하는 장치에 있어서,

   아크 빛을 모으는 볼록렌즈(11,12)와 상기 볼록렌즈(11,12)를 보호하는 보호창(13) 및 보호창의 배면에 설치되어 아크 빛을 수광하는 소자가 포화되는 것을 방지하도록 핀홀(14)이 형성된 아크빛 집광부(7)와;

   상기 아크빛 집광부(7)가 용접토치에 근접하게 위치하도록 고정시키는 고정부(10)와;

   상기 아크빛 집광부(7)로부터 광을 입력받아 전송하는 광섬유 가이드부(9)와;

   상기 광섬유 가이드부(7)의 끝단에 설치되어 전송된 빛을 전압의 세기로 변환하는 포토 다이오드(17)를 포함한 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유 가이드부(7)는 빛을 전송하는 광섬유 다발과, 상기 광섬유 다발을 보호하도록 둘러싸여지는 스틸 피복(16)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.