KR20060075712A - 관체 성형용 스트립 가장 자리부 용접위치 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가이드웨지를 사용하여 중첩씨임부(13)에 의해 포일스트립(foil strip)으로부터 용접에 의해 관체를 제조하기 위한 장치에 구비된 조형펀넬(shaping funnel)(5)에 인도되는 포일스트립의 가장자리(7)(7')를 제어하기 위한 것이다. 이를 위하여 용접후 중첩용접씨임부(13)에 수직으로 온도프로필을 측정하고,선형적외선센서를 사용한다.

이 특정실제프로필에 관하여 편차가 있을 경우, 신호가 변환되게 한다.

또한, 상기 용접은 고주파(HF)로 제조되도록 한 것으로, 또한 상기 온도프로필은 용접직후 측정한다.

안내 쐐기편, 중첩씨임부, 온도프로필

Description

관체 성형용 스트립 가장 자리부 용접위치 제어방법{Controlling method of edge position for welding}

도 1은 포일스트립으로부터 만들어지는 관체의 단면을 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 포일펀넬(foil funnel), 용접유닛과 선형센서(linear sensor)를 가진 장치의 확대상세도이다.

도 3은 도 2에서 도시한 것과 같은 도면이나 단, 상부가 다른데, 예컨데 도 2에 비하여 90°돌려져 있다.

도 4는 도 1의 A-A선을 따라 잘라본 부분단면도를 가진 조형펀넬(shaping funnel)을 이송축 방향에서 본 평면도이다.

도 5는 도 1의 B-B선을 따라 본 본 발명상의 용접유닛의 부분단면도이다.

도 6은 조형펀넬을 회전시키기 위한 평가유닛과 제어유닛으로 성형 IR에 센서에 의해 스캐닝된 실제 중첩용접씨임부 온도의 이미지 연결을 나타내는 개략회로다이아그램이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

1. 관체 2. 라미네이트 포일(laminate foil)

3. 용접 만드렐(welding mandrel) 4. 걸이유닛(suspension unit)

5. 조형펀넬 6. 연속관

7, 7'. 중첩가장자리부 8. 홀더

9. 모터 10. 워엄기어

11. 가이드웨지(guide wedge) 12. 용접장치유닛

13. 용접씨임부 14. 하우징

15. 보빈(bobbin) 16. 코일체(coil windings)

17, 17'. 페라이트코어 18. 전기선

19. 적외선 센서 20. 로울러

21. 짝짓기로울러 22. 절단장치

23. 콘베이어벨트 24. 구멍

25. 평가유닛(evaluation unit)

26. 셋포인트 인풋장치(setpoint input device)

27. IR 분석기 28. 신호변환기

29. 증폭기

본 발명은 스트립(strip)으로부터 관체(tubular bodies)를 제조하기 위해 용접씨임부 중첩에 의하여 제조되는 방밥에 있어서, 튜브제조용 조형펀넬(shaping funnel)에 안내되어 용접해야 할 튜브성형용 스트립의 주연부, 즉 가장자리부(edge)를 안내구를 이용하여 용접위치를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

먼저, 납작하고 평평한 관체 또는 튜브성형용 포일스트립을 조형펀넬(shaping funnel)에서 조형하여 연속적으로 용접하기 위한 관 형태로 성형한다. 여기에서 가이드웨지(guide wedge)는 각 포일가장자리부를 어떤 하나를 다른 것 위에 겹쳐서 관상위치(tubular position)가 되도록 형성하여 주므로써 중첩용접씨임부(overlapping weld seam)를 제조할 수 있도록 적절한 용접부 위치를 유도하고 안내해 주는 역할을 한다.

일반적으로 조관할 때 관을 성형하기 위해서는 압하는 물론, 측부가장자리를 서로 겹쳐서 열에 의해 용접하면 견고한 관을 만들게 된다. 그런 다음 길이 별로 절단하여 다음에 이어지는 공정에 투입한다. 이때 겹쳐서 이루어지는 라미네이트(laminates) 부위는 2개의 외부플라스틱층 사이에서 중앙 확산-억제 인터라이닝(central diffusion-inhibiting interlining)으로 구성하며, 필요시에는 그들 사이에서 플라스틱층을 추가적으로 배열한다. 또한 필요할 경우, 접착층(bonding layers)으로 연결하여 포일스트립으로 사용하기도 한다. 여기에서 인터라이닝(interlining)으로서는 예를 들면 알루미늄포일의 경우 그 층두께를 0.01~0.04mm범위로 라이닝하여 사용하는데 필요하면 그 이상의 두께도 좋다.

용접을 목적으로 할 경우에는 유도열을 알루미늄층에 가한다. 예컨데, HF 유도가열기에 의한 고주파 가열이 그것이다. 라미네이트(laminates) 부위의 측부가장자리의 중첩폭은 통상 약 2~4mm이고, 예외적인 경우에만 이보다 약간 적거나 많을 정도이다.

이 분야의 종래의 장치로서는 독일특허 DE-C2-3739400호에 개시되어 있다. 조형펀넬의 대용 또는 여기에 덧붙여, 관상의 형태는 외부조형으로 가능한것인데, 필요하다면, 내부조형스트립으로 가능하며, 이 또한 유도 코일(inductor coil)을 이용하여도 좋다.

자장선(field line)을 집중시키기 위해서는 페라이트코어를 보빈(bobbin)에 구비되도록 하므로써 유도열(inductor heat)이 공간상의 한계를 갖도록 하여 집중적으로 격렬한 변환이 이루어지도록 한다. 통상, 중앙부 알루미늄 포일의 도움으로 중앙부 알루미늄 포일을 덮어 둘러싸는 플라스틱층은 그 용융점을 넘을 정도의 온도로 가열하면 서로 결착되고, 필요시 압축을 받아 압축되어 필요한 씨임부(seam)를 형성한다. 그리고 조형된 다음에는 외부로울러에 의해 또는 필요한 경우 내부냉각로울러에 의해 냉각되는데, 이로써 압축과 냉각으로 영구적으로 조형되는 용접씨임부를 형성하게 된다.

일반적으로, 라미네이트 포일 스트립(laminates foil strip)은 예컨데 약 1.2m 폭으로 라미네이트 튜브 제조시, 라미네이터(laminators)로 불리우는 기구에 의해 그리고 소스리일(source reels)을 형성하기 위해 권취기(winding machine)로 감는다. 그리고 라미네이트 튜브(laminate tube) 관체의 소정직경에 맞추어, 즉 소 정의 직경을 가진 튜브에 해당되는 폭을 가진 다수의 단위 스트립 리일을 만들어 감아주기 위하여 스트립 절단기를 사용하여 적정폭으로 재료를 만들어 준다.

이는 소스리일의 폭을 넘는 여러 다수의 평행 단위 스트립 싱글 리일을 만들어 주게되는데, 각 싱글리일들은 서로 다른 성질을 가지게 된다. 스트레스의 분산이라는 점에서 부분적으로는 상당할 정도로 각 싱글리일이 가지는 차이점으로 인해 튜브성형 및/또는 용접작업에 불안정이 초래된다. 포일스트립의 앞뒤로 움직이거나 심지어 이리저리 표류하거나 굴절운동까지 하게 한다.

특히 옆으로 이리저리 움직이게 되면 중첩역(overlapping region)에서 에너지를 변환시키는데 있어 큰 오차를 가져오게 하므로, 안정된 중첩용접씨임부를 얻기가 극히 어렵다. 이는 웨지 부위의 중심을 잡기 위해 조형펀넬의 빈번한 조정을 요하고 작업인들로 하여금 번거로운 작업을 하게 만든다.

때로는 매우 얇은 포일스트립의 두께 때문에, 포일스트립의 가장자리 자체가 불안정하게 되므로 기계적인 센서작동기구를 효율적으로 정확히 사용하는 것은 불가능하다. 중첩가장자리부로 향하도록 매우 미세한 공기분사(very fine air jet)를 이용하여 유체센서작동기구(fluid sensing means)를 작동시킬 때 공기 노즐로부터 대상물에 이르기까지의 거리는 이 거리가 달라지게 되면 포일 공급조절에 사용가능한 노즐에서의 압력변화를 가져오므로 이 또한 문제를 내포하고 있다.

용접방법을 개발하는데 있어 고주파 변환계가 통상 비교적 강하므로, 유도 또한 전기용량측정방법을 위한 전기적 센서를 사용하는 것은 가능하지 않다. 여러가지 프린트이미지(print image)는 물론 필요한 경우, 또는 진행해야 하는 포일 칼 라범위가 넓기 때문에, 광학 스캐닝 수단, 예컨데 CCD 카메라의 사용 또한 어렵다.

본 발명은 가이드웨지(11)를 사용하여 용접씨임부(13)를 중첩시켜 용접하게 되는 포일스트립(foil strip)으로부터 관체를 제조하기 위한 장치에 구비된 조형펀넬(shaping funnel)(15)로 인도되는 포일스트립의 가장자리(7)(7')를 제어하기 위한 것이다.

본 발명은 다시 말해, 상기 스트립을 용접 후, 선형적외선센서(infrared linear sensor)(19)의 도움으로 중첩용접씨임부(13)의 온도프로필(temperature profile)을 측정하고 평가하며, 이 측정된 실제온도프로필이 소정의 온도 프로필과 비교하여 온도 편차가 생길 경우, 가이드웨지(11)로 조형펀넬(5)을 회전시키기 위한 신호가 방출되도록 한 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 문제점들은 특허청구범위 제 1항으로 특징지워지는 각 구성 엘레멘트들에 의해 해결된다. 즉, 본 발명은 어떠한 센서 작동 기구나 스캐닝 기구 없이도 중첩씨임용접해야 할 위치를 검출하므로써 포일스트립 가장자리부 위치의 자동제어가 가능하도록 한 방법을 제공하므로써 이에 따라 작업원이 일일이 검출하고 설비ㆍ기구들을 조작할 필요가 없도록하며 작동거부 가능하게 또는 오작동을 예방하도록 자동적으로 포일스트립 가장자리부의 위치 제어방법을 제공할 수 있게 한 것이 다.

또한, 고주파용접을 사용하고, 용접직후 온도현황을 측정하여 피드ㆍ백하므로써 작업조건의 다음 작업을 위한 용접위치의 정밀조정으로 정밀용접이 가능하게 한 것이다.

본 발명을 도면을 참조하여 일실시예를 들어보다 구체적으로 상세히 설명한다.

도 1에 도시되어 있는 관상체를 제조하기 위한 장치는 스트립형 포일(strip-shaped foil), 예컨데 알루미늄 같은 것으로 제조되는 2개의 외부플라스틱층으로 둘러싸이는 하나이상의 인터라이닝(interlining)을 포함구성하는 라미네이트 포일(laminate foil)스트립(2)을 가진 싱글리일(single reel : 도시 안됨)을 포함구성한다.

납작하게 공급되는 라미네이트 포일스트립(2)은 평평한 라미네이트 포일(2)의 영역에 정렬되어 있는 용접 만드렐(welding mandrel)(3) 주위에서 성형되어 걸이 유닛(suspension unit)(4)에 얹혀지며 조형펀넬(5)에 의해 중첩가장자리부 (overlapping edges)(7)(7')를 가진 연속관(continuous tube)(6)으로 제조된다.

조형펀넬(5)은 부슁을 구비하는 홀더(holder)(8)에서 회전가능한 상태로 정렬 설치된다. 워엄휘일과 워엄(worm)(각기 도시안됨)으로 구성되는 워엄기어(10)을 통해 모터(9)는 상기 조형펀넬(5)과 구동 연결되어 그 중앙축을 중심으로 조형펀넬(5)을 정ㆍ역 회전시킨다. 공급되는 라미네이트 포일스트립(2)의 두 가장자리(7)(7')는 가이드웨지(11)를 통해 상호 중첩되는 위치로 안내되어, 조형판넬(5) 안 쪽으로 고정 정렬된다. 실제 작업시 라미네이트 포일스트립(2)의 가장자리(7)(7')의 중첩부는 약 2~5mm 이다. 경우에 따라 이 중첩부는 더 크게도 더 작게도 할 수 있다.

어떻든 중첩되는 용접씨임부(13)가 적절히 형성되어 그 다음의 용접을 행하는 용접장치유닛(12)에서 소정의 직경으로 성형되는 연속관(6)을 충분히 제조할 수 있도록 하려면 이 중첩부는 충분히 여유를 가지지 않으면 안된다.

일실시예를 들면, 용접장치유닛(12)은 도 5에서 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 보빈(bobbin)(15)과, 필요한 경우에는 추가적으로 코일상으로 감은 코일체(coil windings)(16)와 이들을 용접만드렐(3)의 측부에 정렬시켜 수용하는 하우징(14)을 가진 고주파(HF)용접장치로 구성하고 또한, 페라이트코어(17)를 보빈(15)에 끼워 정렬시키며, 필요한 경우에는 감은 코일(16)도 아울러 같이 정렬시킨 것으로 구성된다.

전기선(eletric lines)(18)은 작업전류를 용접장치유닛(12)에 공급하기 위해 사용되는 것으로 도 1,2 및 도 5에 나타나 있다.

용접만드렐(3)의 상부둘레부에는, 또 하나의 페라이트코어(17')를 상기 용접보빈(15)에 끼워 정렬시킨 페라이트코어(17)의 반대편에 삽입되게 한다. 가장자리부(7)(7')가 서로 중첩되는 알루미늄층의 도움으로 서로 반대편에 정렬되는 페라이트코어(17)(17')는 라미네이트포일(2)의 각 플라스틱층의 영역이 용융되도록 해준다. 이 라미네이트포일(2)은 매우 좁은 한계 범위내에서 제한되어, 실질적으로 중첩용접씨임부(13)만을 덮게 된다.

전기적으로 된 적외선 선형센서(eletric infrared linear sensor)(19)는 용접장치유닛(12)의 바로 뒤에 정렬되어 용접된 연속관(6)의 길이방향에 수직으로 설치되어 중첩용접씨임부(13)의 용융역내에서의 온도변화를 잡아준다. 로울러(20) 뒤에 위치되는 IR선형센서(linear sensor)(19)는 용접만드렐(3)의 위에서 각 로울러(20)가 각각 짝짓기로울러(mating roller)(21)와 짝지워지도록 해준다.

로울러는 냉각 및/또는 압축 또는 성형하는데 사용되는 로울러와 같이 또한 중첩용접씨임부(13)를 성형하는데도 사용가능하고, 동시에 필요한 경우 냉각까지도 할 수 있도록 로울러(20)와 짝짓기로울러(21)를 추가적으로 구비할 수도 있다.

로울러(20)의 숫자와 짝짓기로울러(21)의 숫자도 성형 및 냉각조건에 따라 소정의 갯수로 가변조정가능하다.

견고한 중첩용접씨임부를 가진 연속관(6)은 용접만드렐(3)로부터 풀리게 되면, 절단장치(22) 또는 길이방향으로 트리밍하는 장치(length-trimming apparatus)에 진입된다. 여기에서 공지의 크로스커터(cross cutter)로 관체(1)를 절단 분리해 내는데 사용된다. 즉, 여기에서 연속관을 소정의 길이로 절단된 후 예컨데 닫기 캡을 가진 튜브쇼울더(tube shoulder)를 부착하기 위해 콘베이어벨트(23)에 실려서 또다른 공정유닛(도시안됨)에 진입하게 된다.

용접만드렐(3)은 또한 물과 같은 냉매가 통하는 구멍(24)들을 갖는 냉각체로 구성할 수도 있다. 실질적으로 계속 용융되는 중첩용접씨임부(13)의 온도 프로필(temperature profile)은 적외선 선형센서(19), 즉 IR선형센서에 의해 결정되어져 평가유닛(evaluation unit)(25)에 제공된다.

셋포인트 인풋장치(setpoint input device)(26)는 제품 또는 재질에 따라 비율계산된 소정의 온도프로필을 넣는 데 사용된다. 실제 온도프로필은 IR 선형센서(19)에 의해 결정되는데, 특정시간간격 예컨데 매 2초마다 IR분석기(analyzer)(27)에 의해, 소정의 비율로 계산된 온도프로필(specified rated profile)과 실제 온도프로필을 대비하고 그 결과 생기는 예컨데(e₁)(e₂)와 같은 특수편차(particular deviations)에 따른 온도보상을 결정한다.

신호변환기(signal converter)(28)는 예컨데 상기 편차 e₁ 또는 e₂에 대응되는 신호를 모터(9)에 보내어 적합한 회전신호로 변환시킨다.

여기에서, 방출되는 신호는 증폭기(amplifier)(29)에 의해 증폭가능하다.

이 방출되는 신호로 인해 모터는 모터(9)에 연결된 워엄기어(10)에 의해, 조형펀넬(5)을 회전시키고, 이에따라, 또한 편차 e₁,또는 e₂를 보상하거나 소정온도프로필과 동등하게 될 때까지, 또한 조사평가된 온도 프로필(rated profile)이 IR선형센서(19)에 의해 측정된 실제 온도 프로필과 일치될 때까지 한 방향으로, 그로부터 연결되는 가이드웨지(guide wedge)(11)도 회전시킨다. 이에 따라 라미네이트포일(2)의 스트립이 이에 맞추어 공급되고 특수 라미네이트포일(2)의 포일가장자리(7)(7')의 중첩이 라미네이트포일(2)의 각 단체리일의 길이 또는 단면을 따라 편차가 가장 짧은 시간내에 자동적으로 보상되도록, 실제온도에 맞게 즉시 편차를 보 상, 조절가능하게 하는 것이다.

불완전하게 중첩된 용접씨임부(13)라도 이러한 즉각적인 온도편차 보상방법으로 신뢰할 수 있게 그리고 신속히 균일하고도 적절한 씨임용접이 가능하게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 가이드웨지(11)를 사용하여 용접씨임부(13)를 중첩시켜 용접하게 되는 라미네이트 포일스트립(foil strip)으로부터 관체를 제조하기 위한 장치에 구비된 조형펀넬(shaping funnel)(15)로 인도되는 포일스트립의 가장자리(7)(7')를 제어하기 위한 방법은, 상기 스트립을 용접 직후, 선형적외선센서(infrared linear sensor)(19)에 의해 중첩용접씨임부(13)의 온도프로필(temperature profile)을 측정하고 평가하며, 그 결과 소정의 설정온도프로필과 온도 편차가 생길 경우, 가이드웨지(11)로 조형펀넬(5)을 회전시키기 위한 신호가 신호변환기로부터 방출되어 포일스트립의 가장자리가 적절히 위치제어되어 용접되도록 한 것을 특징으로 하는 포일스트립 가장자리부의 위치제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용접은 고주파(HF)로 용접되도록 한 것을 특징으로 하는 포일스트립 가장자리부의 위치제어방법.
3. 제 1항에 또는 제 2항에 있어서, 상기 라미네이트포일은 용접만드렐 주위에서 성형되고 용접될 때, 이 용접만드렐의 상부 둘레부에는 용접유닛 내의 페라이트코어(17)에 반대되는 위치에 또다른 페라이트코어(17')를 삽입 정렬시켜 이 페라이 트코어(17)(17') 사이에서 이 라미네이트 포일스트립의 라이닝된 플라스틱층이 매우 좁은 범위 내에서 제한되도록 하여 중첩용접씨임부(13)만을 실질적으로 덮도록 한 것을 특징으로 하는 포일스트립 가장자리부의 위치제어방법.

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