KR20080070132A - Apparatus for weld seam tracking - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 용접에 활용되는 매니퓰레이터를 나타내는 개념도,1 is a conceptual diagram showing a manipulator utilized in conventional welding;
도 2는 본 발명에 따른 추적장치를 도식적으로 나타내는 정면도,2 is a front view schematically showing a tracking device according to the present invention;
도 3은 도 2의 요부를 확대하여 나타내는 도식도,3 is an enlarged schematic view showing main parts of FIG. 2;
도 4는 본 발명에 따른 추적장치의 제어를 위한 회로 블록도,4 is a circuit block diagram for the control of the tracking device according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 변형예를 나타내는 예시도이다.5 is an exemplary view showing a modification according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
20: 프레임 21: 컬럼20: frame 21: column
22: 붐 25: 토치22: boom 25: torch
26: 슬라이더 30: 가이드26: Slider 30: Guide
32, 34, 36: 모터 40: 검출유니트32, 34, 36: motor 40: detection unit
42: 자동필터 44: 레이저센서42: automatic filter 44: laser sensor
45: 카메라 48: 치차45: camera 48: gear
50: 컨트롤러 52: 디스플레이50: controller 52: display
55: 버튼 60: 주행장치55: button 60: traveling device
본 발명은 자동 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 공작물의 제조와 관련하여 위험성이 높은 용접 현장에서 안전한 작업 환경을 조성하는 용접선 추적장치에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic welding device, and more particularly, to a welding line tracking device for creating a safe working environment at a high risk welding site associated with the production of large workpieces.
통상적으로 자동차 등의 규격품을 대량 생산하기 위한 일부 현장에서는 로봇에 의한 용접 작업이 도입되고 있으나, 소량 생산현장이나 중소업체의 현장에서는 숙련된 기술자에 의존하여 작업하는 경우가 많다. 대형 공작물의 용접 및 검사에 있어서는 매니퓰레이터가 사용되기도 한다.In general, a welding operation by a robot is introduced at some sites for mass production of standard products such as automobiles, but a small amount of production sites or small and medium-sized companies are often relying on skilled technicians. Manipulators are also used for welding and inspection of large workpieces.
도 1은 종래의 용접에 활용되는 매니퓰레이터를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a manipulator used for conventional welding.
매니퓰레이터(10)는 컬럼(11)과 붐(12)을 골격으로 하고, 붐(12)의 일단에 승강판(16)이 설치되는 구조이다. 승강판(16)은 작업자가 탑승할 수 있는 구조로서 컬럼(11)과 붐(12)의 수직 및 수평 운동에 의해 원하는 위치로 이동 가능하다. 컬럼(11)의 하단에는 용접기(15)가 장착되어 승강판(16)의 토치로 연결된다. 이처럼 원하는 위치로 이동하는 구조의 매니퓰레이터(10)를 활용하면 일정 범위에서 생산성과 품질을 향상할 수 있다.The
다만, 아아크 용접이나 절단 작업시에 강한 용접광(자외선, 강한 가시광선 등)이 발생하는데 대한 대비가 미흡하므로 매니퓰레이터(10)에서도 원활한 용접 작업 및 검사에 한계점을 드러낸다. 뿐만 아니라 용접광 및 열에 의한 화상 또는 가열된 용재 등의 파편에 의한 화상의 위험에서 벗어나기 어렵다.However, the preparation for strong welding light (ultraviolet rays, strong visible light, etc.) is insufficient during arc welding or cutting work, so the
경우에 따라 접촉식 센서 또는 비 접촉식 센서를 통하여 용접선을 검출하면 서 검출된 용접선을 따라 용접을 수행하는 자동용접장치를 병용하기도 하지만, 근본적으로 원격으로 감시하고 제어하는데 있어 한계를 보이므로 그 활용범위가 제한되는 단점이 있다.In some cases, an automatic welding device that performs welding along the detected welding line while detecting the welding line through a contact sensor or a non-contact sensor may be used in combination. The disadvantage is that the range is limited.
이에 따라 종래의 경우 용접 시 강한 광선으로 용접선을 볼 수 없는 것이 단점이나, 본 발명이 제안하는 기술은 카메라 앞에 자동필터를 설치하여 용접하지 않을 시는 자동필터가 작동하지 않고 있어 카메라가 용접 모재를 선명하게 관찰하고, 일단 용접이 시작되면 강한 용접광이 조사되어도 자동필터가 작동하여 용접물 및 용접선을 정확하게 관찰할 수 있도록 하는 것이 주목적이다.Accordingly, in the conventional case, it is a disadvantage that the welding line cannot be seen by the strong beam when welding, but the technology proposed by the present invention does not operate the automatic filter when the automatic filter is installed in front of the camera and the camera does not operate the welding base material. The main objective is to clearly observe, and once the welding is started, the automatic filter operates even when strong welding light is irradiated to accurately observe the weldment and the welding line.
본 발명의 다른 목적은 필요에 따라 자동 또는 수동으로 용접선을 추적할 수 있는 용접선 추적장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a welding line tracking device capable of tracking the welding line automatically or manually as needed.
본 발명의 또 다른 목적은 자동으로 주행하는 장치와 연계하여 용접과 검사를 수행하는 용접선 추적장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a welding line tracking device that performs welding and inspection in connection with an automatic driving device.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 컬럼과 붐으로 이루어지는 프레임 상에서 토치를 탑재하여 공작물에 용접부를 형성하는 용접장치에 있어서: 상기 토치를 탑재하는 슬라이더; 상기 붐의 일단에 수평운동 가능하도록 장착되고, 상기 슬라이더를 수직운동 가능하게 수용하는 가이드; 상기 붐 상에 회전이동모터와 치차를 개재하여 장착되고, 용접부의 상태에 대한 신호를 생성하는 검출유니트; 및 상기 토치와 검출유니트의 운동을 수행하면서 검출유니트에서 입력된 용접 상태 신 호를 처리하여 디스플레이에 출력하는 컨트롤러;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a welding apparatus for mounting a torch on a work piece by mounting a torch on a frame consisting of a column and a boom, comprising: a slider for mounting the torch; A guide mounted on one end of the boom to horizontally move and accommodating the slider to vertically move; A detection unit mounted on the boom via a rotational motor and a gear and generating a signal for a state of a welded part; And a controller for processing the welding state signal input from the detection unit and outputting the signal to the display while performing the movement of the torch and the detection unit.
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 검출유니트는 용접부의 조도에 대응하여 광투과량을 변동하는 자동필터와, 용접부에 레이저를 조사하고 수신하는 레이저센서와, 용접부의 영상을 생성하는 카메라를 포함한다.As another feature of the present invention, the detection unit includes an automatic filter for varying the light transmittance corresponding to the illuminance of the weld, a laser sensor for irradiating and receiving a laser to the weld, and a camera for generating an image of the weld.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 컨트롤러는 조작버튼의 입력에 따라 토치와 검출유니트의 개별적 운동을 수행하는 수동모드 기능을 더 구비한다.As another feature of the present invention, the controller further includes a manual mode function for performing individual movements of the torch and the detection unit according to the input of the operation button.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 추적장치를 도식적으로 나타내는 정면도, 도 3은 도 2의 요부를 확대하여 나타내는 도식도이다.Figure 2 is a front view schematically showing a tracking device according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram showing an enlarged main portion of FIG.
본 발명은 컬럼(21)과 붐(22)으로 이루어지는 프레임(20) 상에서 토치(25)를 탑재하여 공작물에 용접부(W)를 형성하는 용접장치에 관련된다. 수직의 컬럼(21)은 일측에 래크를 지니고, 수평의 붐(22)은 컬럼(21)의 래크와 맞물려 상하운동 가능할 뿐 아니라 전후진 운동도 가능하다. 토치(25)는 붐(22)의 일단에서 모재지그(18) 상의 공작물을 향하도록 고정된다. 토치(25)로 연결되는 케이블(28)은 컬럼(21)과 붐(22)을 따라 유동적으로 지지된다.The present invention relates to a welding apparatus for mounting a
본 발명에 따르면 상기 토치(25)는 다수의 부재들을 개재하여 슬라이더(26)에 탑재된다. 중간의 부재는 토치(25)를 교체하기 용이하도록 구성되는 것으로서 필요에 따라 설치 각도나 위치를 조절하는 부재를 더 구비할 수도 있다. 슬라이 더(26)의 중심에 형성되는 암나사는 후술하는 가이드(30)의 나선축과 맞물려 수직운동을 유발한다.According to the invention the
또, 본 발명에 따르면 상기 슬라이더(26)를 수직운동 가능하게 수용하는 가이드(30)가 상기 붐(22)의 일단에 수평운동 가능하도록 장착된다. 가이드(30)는 수평이동모터(32)를 개재하여 붐(22)의 일단에 장착된다. 가이드(30)의 상단에 설치되는 수직이동모터(34)는 내부의 나선축을 구동하여 슬라이더(26)와 토치(25)를 승하강한다. 수평이동모터(32)에 의한 가이드(30)의 수평운동은 붐(22)의 수평운동과 직교되는 방향을 택한다.In addition, according to the present invention, a
또, 본 발명에 따르면 용접부(W)의 상태에 대한 신호를 생성하는 검출유니트(40)가 상기 붐(22) 상에 회전이동모터(36)와 치차(48)를 개재하여 장착된다. 검출유니트(40)는 전면이 용접부(W)를 향하도록 붐(22) 상에 설치되며, 대향 각도를 조절하기 위해 회전이동모터(36)에 치차(48)가 연결된다. 치차(48)는 임의로 역회전되는 것을 방지할 수 있는 웜기어를 포함하는 방식이 적절하다. 물론 검출유니트(40)를 수직이동모터(34)에 장착할 수도 있으며, 이 경우 수직이동모터(34)에 의한 토치(25)의 수평이동에 대하여도 연동하게 된다.In addition, according to the present invention, a
도 3에서, 상기 검출유니트(40)는 용접부(W)의 조도에 대응하여 광투과량을 변동하는 자동필터(42)와, 용접부(W)에 레이저를 조사하고 수신하는 레이저센서(44)와, 용접부(W)의 영상을 생성하는 카메라(45)를 포함한다. 자동필터(42)는 일예로 액정방식을 택할 수 있으며 용접광량에 반응하여 자동으로 광투과량을 변동함에 따라 시인성이 양호한 화상을 획득할 수 있게 한다. 레이저센서(44)는 용접 부(W)의 방향으로 레이저를 조사하고 그 반사되는 신호량을 수신하는 송수신 기능을 지닌다. 카메라(45)는 레이저센서(44)와 함께 용접부(W)를 지향하지만 상대적으로 넓은 범위의 영상을 취하도록 설치된다. 이와 같은 자동필터(42), 레이저센서(44), 카메라(45)를 보호하기 위해 검출유니트(40)의 전면에 내열성을 지닌 투명소재의 보호판(도시 생략)을 더 부착한다.In FIG. 3, the
또, 본 발명에 따르면 상기 토치(25)와 검출유니트(40)의 운동을 수행하면서 검출유니트(40)에서 입력된 용접 상태 신호를 처리하여 디스플레이(52)에 출력하는 컨트롤러(50)를 포함한다. 컨트롤러(50)는 컬럼(21) 부근에 설치하며 각종 모터(32)(34)(36), 검출유니트(40), 토치(25) 등과 케이블(28)로 연결된다.In addition, according to the present invention includes a
이때 컨트롤러(50)는 주변의 전기 노이즈에 의해 전송신호 왜곡의 영향을 받을 수 있으므로 케이블(28)에 대한 실드 등의 하드웨어적 보강 외에 신호를 보정하는 소프트웨어적 보강을 병행하는 것이 좋다.In this case, since the
도 4는 본 발명에 따른 추적장치의 제어를 위한 회로 블록도이다.4 is a circuit block diagram for controlling the tracking device according to the present invention.
본 발명의 컨트롤러(50)는 마이컴 제어회로를 기반으로 하여 메모리, 입출력 인터페이스 등을 구비한다. 레이저센서(44)와 카메라(45)의 입력을 받고 수평이동모터(32), 수직이동모터(34), 회전이동모터(36)로 출력하도록 구성되는 것을 도시한다. 이외에도 붐(22)의 수직ㆍ수평운동을 수행하거나, 토치(25)의 전원을 제어하는 기능도 포함할 수 있다.The
작동에 있어서, 붐(22)을 이동하여 토치(25)의 위치를 정한 후 모재지그(18) 상의 공작물에 용접부(W)를 형성하는 작업을 개시한다. 카메라(45)는 자동필터(42) 를 통하여 광투과량을 매우 축소한 적절한 광량의 이미지 신호를 포착하고, 레이저센서(44)는 용접부(W)에 레이저를 조사하여 반사광량을 포착한다. 컨트롤러(50)는 레이저센서(44)의 신호에 따른 용접선을 결정하여 기설정된 프로그램으로 모터(32)(34)를 제어하는 동시에 카메라(45)를 통한 영상신호를 처리하여 디스플레이(52)에 표시한다. 물론 이러한 과정의 데이터는 모두 컨트롤러(50)의 메모리 및 서버에 저장된다.In operation, after the
이때, 본 발명의 컨트롤러(50)는 조작버튼(56)의 입력에 따라 토치(25)와 검출유니트(40)의 개별적 운동을 수행하는 수동모드 기능을 더 구비한다. 수동과 자동을 선택하기 위해 선택버튼(55)이 구비되고, 수동모드에서 토치(25)와 검출유니트(40)를 운동하는 개별적 조작버튼(56)이 구비된다. 전술한 자동모드로 일련의 작업을 종료하거나 작동하는 도중에 이상이 발견되면 수동모드로 전환할 수도 있다. 이 경우 토치(25)의 작동이 멈추면 자동필터(42)가 광투과도를 자동적으로 높이므로 카메라(45)와 디스플레이(52)를 통하여 선명한 영상을 관찰할 수 있다. 이처럼 용접부(W)의 작업 상태는 카메라(45)를 통한 육안관찰 외에 레이저센서(44)를 통한 신호 분석으로 확인할 수도 있다.At this time, the
이러한 본 발명의 용접선 추적장치를 활용하면 종래의 매니퓰레이터(10)가 불필요하고 현장에 최소한의 작업자만 배치할 수 있다. By utilizing the welding line tracking device of the present invention, the
도 5는 본 발명에 따른 변형예를 나타내는 예시도이다.5 is an exemplary view showing a modification according to the present invention.
본 발명의 변형예에서 주행장치(60) 상에 용접기와 토치(25)를 구비하는 이동식 용접기를 나타낸다. 종래의 경우 주행장치(60)가 레일상에서 이동하므로 설정 된 경로를 수동적으로 정해야 하지만, 본 발명에서는 검출유니트(40)를 장착하고 주행장치(60)와 연계하여 자동주행 용접을 가능하게 한다. 즉, 레이저센서(44)와 카메라(45)를 활용하여 용접부(W)의 위치 정보를 생성하고 이를 주행장치(60)에 보내어 무인운반차량(AGV)과 같은 방식으로 주행하도록 한다.In a variant of the invention, a mobile welder having a welder and a
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention.
이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 대형 공작물의 제조와 관련하여 위험성이 높은 용접 현장에서 안전한 작업 환경을 조성할 뿐 아니라 자동으로 주행하는 장치와 연계하여 용접과 검사를 수행하는 용도로 확장할 수 있다.According to the above configuration and operation, the present invention can be extended not only to create a safe working environment in a high-risk welding site in connection with the manufacture of large workpieces, but also to perform welding and inspection in connection with automatic driving devices. .
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