KR20080094905A - 용접, 브레이징, 절단 및 표면 처리 프로세스를 자동화하는캐리지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접될 조인트를 갖는 워크 피스에 걸쳐 구동하도록 동작 가능한 용접 캐리지에 관한 것이다. 용접 캐리지는 다수의 휠을 포함하며, 각각의 휠은 축을 중심으로 피벗 가능하고 자기 휠이며; 상기 용접 캐리지는 용접 디바이스를 지지하는 수단을 더 포함하고, 상기 휠 중 적어도 하나는 내부 또는 외부로 만곡될 수 있어서, 용접 캐리지가 구부러진 표면에 걸쳐 이동할 수 있도록 한다. 용접 캐리지는 임의의 방향, 예를 들어, 공간에서의 방위를 갖는 자화 가능한 표면에 걸쳐 이동할 수 있다. 용접 캐리지는 용접될 조인트의 위치 뿐만 아니라, 방향을 검출하도록 배열되는 레이저 센서 장치를 지닐 수 있어서, 상기 용접 캐리지는 완전히 자동화된 용접에 적용 가능하다.

조인트, 워크 피스, 용접 캐리지, 휠, 레이저 센서 장치.

Description

용접, 브레이징, 절단 및 표면 처리 프로세스를 자동화하는 캐리지{CARRIAGE FOR AUTOMATING WELDING, BRAZING, CUTTING AND SURFACE TREATMENT PROCESSES}

본 발명은 용접, 브레이징, 절단, 표면 처리 프로세스, 등을 자동화하는 캐리지에 관한 것이며, 상기 캐리지는 다수의 휠을 포함하고, 각각의 휠은 축을 중심으로 피벗 가능하고 자기 휠이며, 상기 용접 캐리지는 예를 들어, 용접 디바이스를 지지하는 수단을 더 포함한다. 본 발명은 이와 같은 캐리지를 동작시키는 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 용접될 2개의 표면 사이의 조인트(joint)를 따른 용접 토치와 같은 용접 디바이스를 수송하는 캐리지를 사용한 용접 자동화는 문헌에 널리 공지되어 있고, 능숙한 용접공이 관여하는 것을 감소시키는데 적합한 툴로서 업계에서 수용된다.

여러 상업적으로 입수 가능한 시스템이 공지되어 있다. 예를 들어, Bug-O Systems, Gullco and EsAB는 영구 자석을 사용한 휴대용 레일이 용접될 조인트를 따라 용접 토치를 유지하는 캐리지를 운반 및 안내하기 위해 용접된 구조에 장착되는 레일-기반 시스템을 제조하였다(진공 컵이 비철 구조에 레일을 부착하는데 사용된다). 이러한 레일은 상당히 정확하게 장착되어야 하며, 이것은 충분한 품질의 용 접을 달성하기 위하여 조인트와 평행하도록 레일을 수동 조정하는 것을 필요로 하는데, 이는 시간을 소모한다. 더구나, 레일은 강성이며, 조인트 궤도에서 작은 국부적인 편향을 따를 수 없다. 따라서, 용접공은 용접 공정을 봐야 하며, 장비의 온라인 상관을 행해야 한다. 또한, 용접 캐리지를 지지하도록 배열된 레일을 레이 아웃(lay out)하는 것은 시간을 소모한다. 부가적으로, 용접 캐리지의 위치는 일단 레일이 배치되었다면 고정된다.

또한, 광범위한 레일이 없는 용접 캐리지가 Bug-O Systems, SAF, ESAB, Fronius, 및 Migatronic과 같은 여러 제조자들로부터 상업적으로 입수 가능하다. 일반적으로, 자체-추진 캐리지를 사용하는 것이 간단한 이것들은 트랙, 그래빙 암(grabbing arm), 등과 같은 매우 원시적인 안내 메커니즘이 적용될 수 있는 간단한 용접 태스크를 관리하기 위하여 설계된다. 상기 캐리지 중 일부는 순전히 수평 용접(예를 들어, 다운핸드(downhand), ISO 6974에 따른 PA)을 위한 것이지만, 다른 캐리지들에는 모든 위치 용접에서 사용하기 위해 서스펜딩된 전자석 또는 영구 자석이 구비된다. 그러나, 이러한 캐리지의 여러 명백한 단점이 존재한다. 예를 들어, 전기가 끊어질 수 있고, 이 때문에, 전자석의 유지력은 전자석 뿐만 아니라, 영구 자석의 유지력이 변화하는 동안 사라질 것이고 매우 구부러진 표면 상에서, 예를 들어, 직경이 너무 크다면 파이프 내측에서 이동할 때 임계적으로 떨어질 수 있다.

특허 명세서 U.S. 5,853,655는 예를 들어, 용접 토치를 유지하는 하나 이상의 자동화된 포지셔닝 암 및 자기 휠이 구비된 원격으로 제어되는 용접 및 절단 캐 리지를 개시한다. 광 센서를 갖는 이/이들 모터 구동 암(들)은 반사 테이프 등에 의해 윤곽이 그려진 패턴을 추적할 것이다. 이 캐리지의 단점은 용접될 대상에 매우 정확하게 부착 또는 접착되어야 하는 안내용 반사 테이프를 사용한다는 것이다. 이와 같은 대상은 통상적으로 지저분하고/하거나 다소 부패될 것이며, 이는 또한 반사 테이프의 부착을 어렵게 한다. 부가적으로, 상기 캐리지는 동일한 단일 샤프트가 캐리지의 각 측에서 휠을 구동시키는 동안 휠 중 어느 것도 회전 불가능하기 때문에, 이동 방향을 변화시킬 수 없다.

더구나, 유럽 특허 명세서 EP 0 759 337은 영구 자석이 캐리지의 몸체 내측에 통합되는 레일이 없는 캐리지를 개시한다. 제어기는 임의의 가이드 또는 레일을 사용함이 없이 이동 방향이 유지되도록 한다. 캐리지의 몸체 내측에 통합된 영구 자석을 사용하는 것은 용접될 대상 및 자석 사이에 약간의 거리가 존재하기 때문에 어떤 상황에서 필요로 되는 바와 같은 용접된 대상 및 자석 사이의 양호한 유지력을 제공하지 못한다. 이것은 각각의 튜브, 파이프, 또는 콘테이너의 크기에 대한 하한이 존재하는 경우에 튜브, 파이프 또는 콘테이너 내측에서 오버헤드 용접(overhead welding)을 수행할 때 특히 문제가 될 수 있다. 또한, 용접 조인트를 추적하는 능동 제어의 개시가 제공되지 않았다.

특허 명세서 JP 2001179448은 레일의 사용 없이 표면 상에서 자유롭게 이동할 수 있는 자동 오버헤드 용접에 적용 가능한 레일이 없는 용접 캐리지 시스템을 개시한다. 용접 장비, 예를 들어, 용접 기계를 지닌 메인 캐리지는 붐(boom)을 갖는 메인 캐리지에 접속된 보다 작은 캐리지를 제어하는 동안, 작업 현장 표면 상에 서 자유롭게 이동할 수 있다. (예를 들어, 용접 토치를 유지하는) 보다 작은 캐리지는 오버헤드 용접을 수행하기 위하여 180도를 중심으로 회전한다. 메인 캐리지는 전방 세트 및 후방 세트의 휠을 포함한다. 전방 세트의 휠은 이동 방향과 비교된 각도로 회전됨으로써, 용접 캐리지의 방향을 조정할 수 있다. 이 용접 캐리지 시스템은 특히 오버헤드 용접을 위하여 구성된다.

특허 명세서 U.S. 6,627,004는 예를 들어, 용접 토치를 유지하는 포지셔닝 암 및 자기 휠이 구비된 용접 및 절단 캐리지를 개시한다. 그러나, 상기 캐리지 및 모터 구동된 암은 용접공에 의해 순전히 원격으로 제어된다.

최종적으로, 새로운 유형의 용접 캐리지가 Pan, J., Yan, B., Gao, L, Zhang, H., Lu, Q., 및 Jin. k의 논문: "Crawl-type Robot Tackles Difficult Jobs" Welding Journal, Vol. 84, No. 1, 2005, pp. 50 - 54에 설명되어 있다. 이 자동화된 캐리지는 체인에 의해 접속되는 일련의 영구 자석 블록으로 이루어진 자석 트랙을 사용하며, 이 때문에, 군용 탱크와 같은 구조 상의 캐리지 크럴(carrige crawl)이 지상에서 이동한다. 용접될 조인트를 추적하기 위하여, 조인트의 방향에 대한 라인의 방향에 관계없이 라인을 따른 용접 조인트 프로파일을 측정하는 종래의 레이저 센서가 사용된다.

본 발명의 목적은 표면 적응형 수단을 포함하는 용접 캐리지를 제공하는 것이다. 이 목적은 도입 단락에서 언급된 용접 캐리지가 상기 용접 캐리지의 휠 중 적어도 하나가 상기 용접 캐리지의 하부측 및/또는 상부측과 비교하여 하나 이상의 각도를 나타내기 위하여 만곡되도록 배열되는 것을 특징으로 할 때 성취된다. 예를 들어, 4개의 휠을 포함하는 용접 캐리지의 4개의 휠 모두는 용접 캐리지의 하부측 및/또는 상부측과 비교하여 하나 이상의 각도를 나타내기 위하여 만곡되도록 배열될 수 있다. 이로써, 용접 캐리지의 휠 중 적어도 하나는 임의의 표면, 예를 들여, 평활한 표면 및/또는 구형 표면 및/또는 원통형 표면, 등에 적응할 수 있다. 또한, 좌측 세트의 휠 및/또는 우측 세트의 휠 및/또는 각각의 개별적인 휠은 예를 들어, 내부로, 즉, 캐리지의 하부측을 향하여 벤딩되어, 용접 캐리지의 휠이 용접될 워크 피스의 구부러진 표면과 적절하게 접촉하도록 할 수 있다. 휠에 외부로 벤딩되는 경우, 캐리지는 원통, 파이프, 등의 내부 상에서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 하나 이상의 각도는 -45°와 45°사이, 및 더 바람직하게는 -30°와 30도 사이의 각도를 포함한다. 또한, 자기 휠을 가짐으로써, 용접 캐리지는 자기에 의해 자화 또는 끌어당김될 수 있는 임의의 표면, 즉, 또한 비-수평 표면에 걸쳐 이동하는데 사용될 수 있다. 따라서, 용접 캐리지는 자신의 방위 및 기울기에 관계 없이 평활하거나 구부러진 표면 상에서 용접을 용이하게 할 수 있다. 다른 유형의 동작에 대하여, 상기 캐리지는 예를 들어, 절단 툴과 같은 다른 디바이스를 지닐 수 있다. 또한, 별도의 트랙 레일 또는 대안적인 기계적 안내 디바이스의 고정에 대한 필요성이 제거될 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 용접 캐리지는 용접될 조인트의 위치 및 방향을 검출하도록 배열된 센서 장치를 더 포함한다. 조인트의 위치 뿐만 아니라 방향의 이러한 검출은 용접 캐리지의 이동 방향 및 속도를 제어하여, 인간 조작자에 의해 핏 업(fit up) 및 조정되어야 하는 트랙 또는 레일 또는 다른 안내 메커니즘의 사용 없이 자동화된 용접을 용이하게 하는데 사용된다.

용접 캐리지의 하나의 실시예에서, 센서 장치는 적어도 2개의 레이저 빔을 방출하고 워크 피스로부터의 상기 적어도 2개의 레이저 빔의 반사를 검출하도록 배열된 레이저 센서 장치이다.

바람직하게는, (캐리지가 조인트를 따라 이동중일 때) 예를 들어, 조인트에 수직한 라인으로서 워크 피스 상으로 투영되는 적어도 2개의 레이저 빔은 워크 피스 상의 라인들 간의 거리가 용접될 조인트에 따라서 약 몇 밀리미터 내지 몇십 밀리미터의 범위, 예를 들어, 5mm 및 30mm 사이가 되도록 배열된다. 2개 이상의 레이저 빔이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 3개의 레이저 빔을 사용하면 용접될 조인트의 위치 및 방향을 측정하는 것이 더 안전해지고/지거나 더 정확해진다. 용어 "레이저 센서 장치"가 레이저 빔의 반사를 검출하기 위한 CCD 카메라와 같은 검출기 뿐만 아니라, 레이저 빔을 발생시키는 수단을 갖는 임의의 레이저 모듈을 커버하게 된다는 점이 주의되어야 한다.

본 발명에 따른 용접 캐리지의 대안적인 바람직한 실시예에서, 용접 캐리지는 용접될 조인트를 따라 배치된 레일의 위치를 촉각적으로 검출하는 수단을 더 포함한다. 이 레일은 용접될 조인트로부터 일정 거리에서 용접될 워크 피스 상에 배치되어, 용접 캐리지가 레일의 위치를 감지함으로써 용접될 조인트의 위치를 결정하도록 할 수 있다. 레일은 자신의 존재가 용접 캐리지에 의해 촉각적으로 검출될 수 있는 임의의 레일일 수 있다; 그러나, 용접될 워크 피스가 자화 가능한 경우, 자기 레일이 용이하게 배치 및 제거될 수 있다는 점에서 유용하다. 전형적으로, 레일의 위치를 촉각적으로 검출하는 수단은 비교적 작은 레일, 예를 들어, 몇 밀리미터 내지 몇 센티미터의 치수를 가진 직사각형 단면을 갖는 레일의 위치를 검출하도록 배열된다. 위치를 촉각적으로 검출하는 것을 사용하는 것은 예를 들어, 캐리지가 나중에 내비게이팅(navigating)될 용접 조인트가 존재하지 않을 때의 절단에 사용되는 경우에 유용할 수 있다.

본 발명에 따른 용접 캐리지의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 용접 캐리지는 용접 디바이스 및 프로세서 수단을 더 포함하며, 상기 프로세서 수단은 레이저 센서 장치를 사용한 조인트 기하구조 측정에 기초하여 상기 용접 디바이스의 용접 파라미터를 제어하도록 배열된다. 이와 같은 용접 파라미터는 예를 들어, 용접 디바이스에 인가된 전류 또는 전압, 용접 속도, 와이어 피드 속도(wire feed speed), 등이다. 이로써, 용접될 조인트의 위치 및 방향을 결정하고 인간 조작자에 의해 핏 업/조정되어야 하는 레일들 또는 다른 안내 메커니즘의 사용 없이 조인트를 따라 이동하면서 조인트의 적절한 용접을 수행하는 완전 자동화된 용접 캐리지가 성취된다. 용접될 수 있는 조인트는 V-그루브 조인트, 버트 조인트, 랩 조인트(lap joint) 및 필렛 웰드(fillet weld)를 포함하지만, 이에 국한되지 않는다. 바람직하게는, 용접 파라미터의 제어는 수학적인 모델에 기초하며, 상기 수학적인 모델은 실험적이거나, 일반적인 물리 법칙 또는 이의 조합에 기초한다. 이와 같은 조합은 실험적인 결과에 의해 교정된 일반적인 물리 법칙에 기초한 모델의 사용일 수 있다. 유용하게도, 수학적인 모델은 또한 중성 네트워크에 기초할 수 있다.

용접 파라미터의 상기의 제어가 조인트 용접 시에 용접될 2개의 워크 피스들 사이의 루트 패스(root pass)(또한 루트 런(root run)이라 칭해짐)를 용접하는데 있어서 특히 유용하다는 점이 주의되어야 한다. 통상적으로, 이와 같은 루트 패스의 용접은 조인트 아래에 배치된 내열 재료, 예를 들어, 세라믹의 피스를 포함하였고, 상기 피스는 용접될 조인트를 통과한 용융된 용접 재료를 지니도록 배열되었다. 용접 파라미터의 상기 제어에 의하여, 용융된 용접 재료가 실질적으로 조인트를 통과하지 않도록 용접 프로세스가 제어될 수 있다는 점에서 이와 같은 세라믹 피스의 존재가 피해질 수 있다. 이로써, 세라믹 피스의 배치 및 유지가 피해질 수 있고, 이와 같은 세라믹 피스의 배치가 불가능한 작은 콘테이너와 같은 워크 피스가 본 발명의 용접 캐리지에 의해 용접될 수 있다.

더구나, 본 발명은 용접 캐리지에 대응하는 특징 및 장점을 갖는 용접 캐리지를 동작시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예의 예와 함께, 그리고 도면을 참조하여 이하에 충분히 설명될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 용접 캐리지의 개략도.

도2a는 도1의 라인 II-II에 따른 단면도.

도2b는 도2a의 단면도에 대응하지만, 휠의 축이 각도(v)로 만곡되는 단면도.

도3은 본 발명에 따른 용접 캐리지에서 사용된 레이저 센서 장치의 실시예의 개략도.

도4는 용접 캐리지의 구성요소 및 프로세서 및 제어 수단의 블록도.

도5는 도1에 대응하지만, 용접 디바이스 및 센서 장치를 포함하는 개략도.

도6은 본 발명에 따른 용접 캐리지를 동작시키는 방법의 흐름도.

도7은 상부에서 본 본 발명의 하나의 실시예에 따른 용접 캐리지의 개략도.

도8은 휠이 이동하도록 배열될 수 있는 방법의 예를 도시한 개략도.

도9는 섀시 및 4개의 휠을 포함하는 용접 캐리지의 개략도.

도10은 라인 상의 또는 오프셋된 휠을 갖는 용접 캐리지의 개략도.

도11은 용접 캐리지의 한 세트의 휠의 개략도.

도12는 용접 캐리지 축 서스펜션의 개략도.

도13a는 용접 캐리지의 탱크 제어 실시예의 개략도.

도13b는 연결식 용접 캐리지 제어부의 개략도.

도13c는 중앙 섀시를 갖는 연결식 용접 캐리지 제어부의 개략도.

도13d는 중앙 섀시 및 독립 축을 갖는 연결식 용접 캐리지 제어부의 개략도.

도13e는 개별적인 코너화된 휠 회전을 갖는 연결식 용접 캐리지 제어부의 개략도.

도면 전체에 걸처 동일한 구성요소에는 동일한 참조 번호가 병기된다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 용접 캐리지(10)의 개략도이다. 용접 캐리지(10)는 용접될 조인트(95)를 갖는 워크 피스(90) 상에 배치된다. 용접 캐리지(10)는 화살표(A)로 표시된 이동 방향을 갖는다. 용접 캐리지(10)는 몸체/섀 시(12) 및 2개의 세트의 휠(20, 30)을 가지며, 이중 한 세트의 휠(20)은 좌측 세트의 휠(20a, 20b)이고 다른 세트의 휠은 우측 세트의 휠(30a, 30b)이며, 여기서 표시 "좌측" 및 "우측"은 이동 방향이 전방인 이와 같은 방위에서 상부로부터 볼 때, 용접 캐리지의 좌측 및 우측 상의 휠에 각각 대응한다. 각각의 휠은 용접 캐리지(10)의 몸체(12)를 통해 신장되는 축(15)을 중심으로 피벗 가능하다(도2a 및 2b 참조). 용접 토치와 같은 용접 디바이스 및/또는 절단 디바이스 및/또는 다른 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단(40)이 또한 도1에 도시되어 있다. 용접 캐리지가 용접 동작에 적용될 때, 상기 수단(40)은 당연히 적절한 용접 디바이스(도1에 도시되지 않음; 예를 들어, 도5 및 7 참조)를 지닌다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 용접 캐리지(10)는 도3-7과 관련하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 센서에 의해 안내된다.

부가적인 실시예에서, 상기 용접 캐리지는 이하에 더 개시되는 바와 같이 수동으로 제어된다.

부가적인 실시예에서, 상기 용접 캐리지는 센서 안내 또는 수동 안내의 조합을 통하여 제어된다.

캐리지(10)의 휠(20, 30)은 바람직하게는 자기 휠이어서, 캐리지(10)가 자석에 의해 자화 또는 끌어당김될 수 있는 임의의 표면에 걸쳐 추진될 수 있도록 한다. 더구나, (도2a 및 2b와 관련하여 더 상세히 설명되는 바와 같이) 캐리지(10)의 기계적인 설계는 휠이 매우 유연하게 이동될 수 있도록 함으로써, 매우 구부러진 표면 상에서도 용접될 재료로의 휠의 강한 자기적 인력을 보장한다. 그러므로, 캐 리지는 예를 들어, 파이프의 환경 주위의 방위 및 기울기에 관계없이 평활하거나 구부러진 표면 상에서의 용접을 용이하게 할 수 있고, 모든 위치 용접에 일반적으로 적용 가능하다.

본 발명에 따르면, 캐리지의 좌측 및 우측 휠 세트(20, 30)는 자신들의 각각의 모터(도시되지 않음; 예를 들어, 도4 참조), 예를 들어, DC 서보모터 등에 의해 구동된다. 각각의 모터는 캐리지의 좌측 및 우측 휠 세트를 개별적으로 구동시킨다. 결과적으로, 2개의 휠 세트의 속도의 차이를 성취하면 캐리지의 이동 방향이 변화된다.

더구나, 용접될 조인트(95)에 비례하여 용접 디바이스를 수평적으로, 뿐만 아니라, 수직적으로 정확하게 포지셔닝하도록 하기 위하여, 용접 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단(40)이 사용된다. 하나의 실시예에서, 이러한 수단(40)은 후술되는 바와 같이 용접 캐리지 상에 장착되는 용접 디바이스를 유지하는 크로스 슬라이드(cross slide)이다. 캐리지에 대한 조정 가능한 수단(40)의 위치 및 방위는 특정 용접 태스크, 예를 들어, 상이한 방위를 필요로 할 수 있는 예를 들어, V-그루브의 용접, 필렛 용접, 등과 같은 상이한 태스크에 따른다.

자기 휠일 때의 휠은 전형적인 용접 환경에서 나타나는 금속 칩, 등과 같은 더트(dirt)를 끌어당기는 경향이 있을 것이다. 이 특정한 디스터번스(disturbance)(자기 인력성 더트)의 용접 캐리지의 제어 품질에 대한 임의의 부정적인 영향을 감소 및/또는 제거하기 위하여, 휠은 바람직하게는 상기 휠로부터 이와 같은 더트를 떼어낼 디바이스를 장착함으로써 깨끗하게 유지된다.

자기 휠에 의해 끌어당김될, 예를 들어, MIG/MAG 용접, 즉, 가스 실드 금속 아크 용접에서 나타날 수 있는 용융된 금속의 스패터(spatter)를 피하기 위하여, 캐리지에는 휠을 보호하기 위한 스패터가드가 구비될 수 있다.

하나의 실시예에서, 용접 캐리지는 예를 들어, 3개의 휠을 가질 수 있다. 대안적으로, 용접 캐리지는 예를 들어, 4개의 휠을 가질 수 있다. 대안적으로, 용접 캐리지는 표면에 걸쳐 상기 용접 캐리지를 이동시키는데 적합한 임의의 수의 휠을 가질 수 있다.

부가적인 실시예에서, 용접 캐리지는 예를 들어, 후술되는 바와 같은 제어 패널 또는 휴대용 디바이스로부터 제어 데이터를 수신하는 안테나를 포함할 수 있다. 상기 용접 캐리지는 또한 상기 안테나를 통하여 예를 들어, 제어 패널로 데이터, 예를 들어, 위치 데이터 및/또는 조인트(95)와 관련된 데이터를 전송할 수 있다. 상기 안테나는 상기 용접 캐리지의 프로세싱 수단(50)과 접속될 수 있다.

도2a는 도1의 라인 II-II을 따른, 즉, 휠(20b 및 30b)의 축(15)을 통한 단면도이다. 축(15)은 용접 캐리지의 몸체(12)를 통하여 신장되며, 그 내에서 2개의 베어링, 축 박스, 등(13, 14)에 의해 지지된다. 축(15)은 또한 휠(20b, 30b)을 지탱하는 축(15)의 부분을 상이한 각도로 만곡시키도록 배열된 2개의 조인트를 포함하는 것으로 도시되어 있다.

도2b는 도2a의 단면에 대응하지만, 휠(20b, 30b)의 축이 각도(v)로 만곡되는 단면이다. 이 각도(v)는 전형적으로 -45°와 45°사이, 그리고 더 바람직하게는 -30°과 30°사이의 범위 내에 있다. 이 설명에서, 양의 각도는 도2b에 도시된 바 와 같이 휠의 하향 만곡을 나타내는 반면, 음의 각도는 휠의 상향 만곡을 나타내며, 각도(0°)는 도2a에 대응한다. 한 세트의 휠의 만곡이 다른 세트의 휠의 만곡과 상이한 것이 구상 가능하다는 점에서, 좌측 세트의 휠(20) 및 우측 세트의 휠(30)이 반드시 동일한 각도(v)만큼 만곡되지는 않는다는 점이 주의되어야 한다. 그러나, 전형적으로 각 세트의 휠에서의 휠은 동일한 각도만큼 만곡될 것이다. 대안적으로, 휠 각각은 다른 휠과 관계없는 각도로 만곡될 수 있다.

이 방식으로, 좌측 휠 세트 및/또는 우측 휠 세트 및/또는 각각의 개별적인 휠은 예를 들어, 내부로, 즉, 캐리지의 하부측을 향해 벤딩될 수 있어서, 용접 캐리지의 휠이 용접될 워크 피스의 구부러진 표면과 적절하게 접촉되도록 할 것이다. 휠이 외부로 벤딩되는 경우, 캐리지는 원통, 파이프, 등의 내측 상에서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 각도(v)는 -45°와 45° 사이, 및 더 바람직하게는 -30°와 30°사이로부터 선택된다.

도2a 및 2b가 축(15) 상에서 2대의 조인트의 사용을 도시하였을지라도, 각각의 축(15) 상에서 하나의 조인트만을 사용하는 것이 또한 구상될 수 있다는 점이 주의되어야 한다. 이것은 용접 캐리지가 비교적 슬림(slim)한 경우, 즉, 우측 휠(30a 및 30b) 각각로부터 좌측 휠(20a 및 20b) 각각으로의 거리가 비교적 작은 경우에 특히 유용하다.

휠이 이동하도록 배열될 수 있는 방법의 대안적인 배열이 도8에 도시되어 있고 도8과 관련하여 설명된다.

도3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 용접 캐리지에서 사용되는 레이저 센 서 장치(60)의 예의 개략도이다. 레이저 센서 장치(60)는 이 실시예에서, 2개의 레이저 다이오드 또는 라인 발생기를 가진 다른 레이저 소스를 포함한 레이저 모듈(61)을 포함한다. 각각의 레이저 다이오드는 워크 피스(90)의 표면 상으로 투영될 레이저 빔(67)을 방출하도록 배열된다. 이것은 도3에서 레이저 모듈(61) 아래로 신장되는 라인으로 표시되어 있다.

레이저 장치(60)는 2개의 레이저 모듈(61)과 삼각형 각도로 포지셔닝된 CCD 카메라(63)와 같은 픽처 또는 비디오 캡처링 수단을 더 포함한다. CCD 카메라(63)는 레이저 모듈(61)로부터의 레이저 빔의 워크 피스(90)의 표면으로부터의 반사를 수신하도록 배열된다. CCD 카메라(63)의 시계(field of view)는 도3에서 CCD 카메라(63) 아래로 신장되는 파선(68)으로 표시되어 있다. 바람직하게는, 2개의 레이저 다이오드는 교호적으로 스위치 온 및 오프되어서, 이들 중 하나만이 단일 시간에(또는 제한된 중첩과 함께) 온된다. 이 방식으로, CCD 카메라가 현재 등록하고 있는 반사가 다이오드 중 어느 것으로부터 발생하는지를 결정하는 것이 매우 용이하다. 이 방식으로, 단일 CCD 카메라만이 필요로 된다.

잡음을 필터링하고, 관심이 없는 파장을 갖는 광을 제거하는 등등을 위하여, CCD 카메라 앞에 대역 통과 필터(도시되지 않음)가 배치될 수 있다.

대안으로서, 레이저 모듈(61)은 워크 피스의 표면을 따라 2대의 별도의 레이저 라인을 발생시키는 광학적 또는 다른 수단을 가진 단일 레이저 다이오드 등을 포함할 수 있다. 더구나, 2개 이상의 스캔 라인 또는 스캔 라인 이외의 다른 기하구조가 구상 가능하다; 예를 들어, 3개의 스캔 라인은 측정을 더 신뢰 가능하거나 안전하도록 할 것이다. 또 다른 대안으로서, 비디오 또는 픽처 캡처링 수단(63)은 2개 이상의 비디오 또는 픽처 캡처링 수단 또는 등록된 픽처가 2개의 부분(각각의 레이저 라인에 대해 하나씩)으로 분할되어, 레이저 다이오드를 교호적으로 스위칭 온 및 오프할 필요를 피하도록 하는 단일 캡처링 수단으로 대체될 수 있다.

병렬의 레이저 스캔 라인 사이의 최적 거리가 전형적으로 특정 조인트 프레퍼레이션(preparation), 예를 들어, 조인트 유형, 프레퍼레이션 정확도, 품질, 등에 따를 것이라는 점을 주의하라.

하나의 실시예에서, 레이저 모듈은 레이저 스캔 라인 사이의 거리를 조정하는 조정 수단을 더 포함한다. 부가적인 실시예에서, 상기 거리는 예를 들어, 소정 프리-세트, 실제 자동적으로 측정된 파라미터 또는 이의 조합에 따라 자동적으로 조정된다.

용접될 조인트의 위치 및 방위를 위치시키는 이 센서(60)의 능력으로 인하여, 상기 센서는 후술되는 바와 같이 캐리지 및 용접 디바이스를 안내하는데 매우 적합하다. V-그루브, 버트 조인트, 랩 조인트 및 필렛 웰드와 같은 조인트가 이 방식으로 자동화된 방식으로 용접될 수 있다는 것이 제시되었다.

도4는 용접 캐리지의 구성요소 및 프로세서 및 제어 수단(50)의 블록도이다. 모터식 좌측 휠 세트(20)와 모터식 우측 휠 세트(30), 센서 장치(60) 및 용접 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단(40)을 포함하는 용접 캐리지가 도시되어 있다. 용접 디바이스(40)를 지지하는 조정 가능한 수단은 예를 들어, 널리 공지되고 제어 가능한 방식으로 용접 디바이스를 유지하는 소위 모터식 크로스 슬라이드, 등일 수 있다. 이 크로스 슬라이드의 동적 성능이 양호하다고 가정하면, 상기 크로스 슬라이드는 필요한 경우에 토치 발진(torch oscillation)에 또한 사용될 수 있다. 대안적으로, 용접 디바이스(40)를 지지하는 다른 조정 가능한 수단이 사용될 수 있다(조정 가능한 수단(40)의 또 다른 레이아웃에 대해서는 예를 들어, 도7을 참조하라). 캐리지에 대해 용접 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단의 위치 및 방위는 전형적으로 특정 용접 태스크에 따를 것이다. 더구나, 용접 캐리지는 용접 캐리지의 동작을 제어하는 프로세싱 수단(50)을 포함한다.

부가적인 실시예에서, 용접 캐리지의 동작을 제어하는 프로세싱 수단은 휴대용에 적합한 디바이스에 포함될 수 있어서, 용접 캐리지의 사용자가 상기 휴대용 디바이스를 제어함으로써 용접 캐리지를 수동으로 제어할 수 있도록 한다. 상기 휴대용 디바이스는 예를 들어, 안테나 및 상기 용접 캐리지의 수동 제어를 위한 제어부를 포함하는 원격 제어 디바이스일 수 있다. 또한, 휴대용 디바이스는 하나 이상의 CPU와 같은 하나 이상의 프로세서 수단을 포함할 수 있다. 상기 휴대용 디바이스는 상기 용접 캐리지에 무선으로 접속될 수 있는데, 예를 들어, 데이터를 상기 휴대용 디바이스 및 상기 용접 캐리지 사이에서, 예를 들어, 제어 데이터를 상기 휴대용 디바이스로부터 상기 용접 캐리지로, 및/또는 센서 데이터를 상기 용접 캐리지로부터 상기 휴대용 디바이스로 전송하는 블루투스, IR 통신 및/또는 WLAN, 등을 통하여 접속될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 휴대용 디바이스는 상기 용접 캐리지를 제어하기 위한 상기 용접 캐리지로의 물리적 접속, 예를 들어, 상기 휴대용 디바이스 및 상기 용접 캐리지 사이에서 데이터를 전송하기 위한 광 케이블 및/또는 전기 케이블을 포함할 수 있다.

부가적인 실시예에서, 용접 캐리지의 동작을 제어하는 상기 프로세싱 수단은 상기 용접 캐리지로부터 물리적으로 분리된 컴퓨터에 포함될 수 있다. 상기 컴퓨터는 예를 들어, 제어 패널 내에 배치될 수 있다. 상기 컴퓨터는 안테나와의 접속을 포함하고/하거나 상기 안테나와 접속될 수 있다. 상기 컴퓨터는 상기 용접 캐리지로/로부터 블루투스, IR 통신 및/또는 WLAN, 등을 통하여 예를 들어, 제어 데이터를 전송하고/하거나 데이터(예를 들어, 센서 데이터)를 수신하기 위해 상기 안테나를 통하여 상기 용접 캐리지에 무선으로 접속될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 컴퓨터는 예를 들어, 상기 컴퓨터 및 상기 용접 캐리지 사이에서 데이터를 전송하기 위한 광 케이블 및/또는 전기 케이블을 통하여 상기 용접 캐리지를 제어하고/하거나 상기 용접 캐리지로부터 센서 데이터를 수신하기 위한 상기 용접 캐리지로의 물리적 접속을 포함할 수 있다.

부가적인 실시예에서, 조작자가 상술된 바와 같은 휴대용 디바이스 및/또는 제어 패널을 통하여 용접 캐리지를 수동으로 제어할 수 있다. 센서 데이터는 용접 캐리지로부터 휴대용 디바이스 및/또는 제어 패널로 전송될 수 있다. 상기 휴대용 디바이스 및/또는 제어 패널 내의 프로세싱 수단은 상기 센서 데이터를 프로세싱하며, 상기 센서 데이터의 상기 프로세싱에 기초하여, 용접 캐리지의 하나 이상의 파라미터, 예를 들어, 용접 전류가 제어될 수 있다. 이로써, 용접 캐리지는 센서 안내 및 수동 제어의 조합을 통하여 제어될 수 있다.

부가적인 실시예에서, 용접 캐리지의 동작을 제어하는 상기 프로세싱 수단은 다수의 위치에서 다수의 프로세싱 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용접 캐리지는 각각의 휠에서 각각의 휠을 제어하는 모터를 포함할 수 있다. 또한, 용접 캐리지는 상기 휠을 제어하는 상기 모터 각각을 제어하는 하나 이상의 CPU와 같은 하나 이상의 프로세싱 수단을 포함할 수 있다. 부가적으로, 사용자는 예를 들어, 상술된 바와 같은 휴대용 디바이스를 통하여 상기 용접 캐리지에 제어 데이터를 전송할 수 있고, 상기 휴대용 디바이스는 하나 이상의 CPU를 포함한다.

부가적인 실시예에서, 프로세싱 수단은 센서 장치(60)로부터 입력을 수신하도록 배열되는 신호 프로세싱 구성요소(51)를 포함한다. 수신된 입력은 필요하다면, 조인트 위치, 조인트 방위 및 조인트 기하구조, 예를 들어, 갭, 그루브 각도, 등에 관한 정보를 구동시키기 위하여 프로세싱된다. 입력 신호의 프로세싱 후에, 신호 프로세싱 블록(51)은 획득된 조인트 위치, 조인트 방향, 등을 갖는 신호를 용접 캐리지 제어기(55)로 출력한다. 더구나, 조정 가능한 수단 제어기(52)가 조정 가능한 수단(40)으로부터 이의 위치에 대한 정보를 갖는 입력 신호를 수신한다. 조정 가능한 수단 제어기(52)는 용접 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단의 상기 위치에 대한 정보를 갖는 신호를 용접 캐리지 제어기(55)로 출력할 뿐만 아니라, 조정 가능한 수단의 위치의 임의의 조정을 제어하는 신호를 조정 가능한 수단(40)에 출력한다. 용접 캐리지 제어기(55)는 또한 2개의 모터 제어기(53 및 54)로부터 위치 및 속력을 수신한다. 동력화되는 휠 세트(20, 30)와 조정 가능한 수단(40)의 위치 및 조인트의 위치 및 방위에 기초하여, 용접 캐리지 제어기(55)는 조정 가능한 수단 제어기(52) 및 모터 제어기(53 및 54)에 제공되는 새로운 레퍼런스 위치/ 속력을 도출하며, 상기 모터 제어기들 중 하나의 모터 제어기(53)는 용접 캐리지의 좌측 휠 세트(20)를 구동시키고 다른 모터 제어기(54)는 우측 휠 세트(30)를 구동시킨다.

부가적인 실시예에서, 상기 프로세싱 수단은 상기 용접 캐리지와 무선으로 통신하는 예를 들어, 안테나와 같은 통신 수단을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 프로세싱 수단은 상기 통신 수단 및 상기 용접 캐리지 사이에서 데이터를 전송하기 위한 예를 들어, 광 케이블 및/또는 전기 케이블과 같은 통신 수단을 포함할 수 있다.

부가적인 실시예에서, 상기 용접 캐리지는 배터리로 전력을 공급받는다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 용접 캐리지는 예를 들어, 전력 케이블을 통하여 상기 용접 캐리지에 접속된 제어 패널로부터 전기적으로 전력을 공급받는다. 대안적으로, 상기 용접 캐리지는 예를 들어, 가솔린 또는 디젤 엔진과 같은 내연 기관에 의하여 전력을 공급받는다.

바람직하게는, 프로세서 및 제어 수단은 캐리지가 위치 뿐만 아니라 속력(용접 속도)에 대해 용접될 조인트를 정확하게 추적하도록 하기 위하여 캐리지의 드라이브를 제어하는 제어 시스템에 기초한 모델이다. 바람직한 실시예에서, 캐리지, 용접 디바이스(40)를 지지하는 수단, 센서 장치(60) 및 용접 디바이스를 모델링하는 수학적 모델이 소정 용접 태스크의 제약, 즉, 조인트에 대한 용접 토치의 위치, 용접 속도, 및 예를 들어, 필요하다면 위빙 진폭(weaving amplitude)을 충족시키도록 캐리지의 드라이브를 제어하는데 사용된다.

전형적으로, 총 4개의 드라이브; 휠 세트를 독립적으로 구동시키는 2개의 모터(53, 54) 및 전형적으로 용접 디바이스(40)를 지지하는 조정 가능한 수단의 모션을 제어하는 2개의 드라이브가 제어되어야 한다. 이러한 수단(40)이 양호한 동적 성능을 특징으로 하는 크로스 슬라이드라고 가정하면, 용접될 조인트에 비례하는 용접 토치의 수평적 뿐만 아니라 수직적인 정확한 포지셔닝이 이러한 조정 가능한 수단에 의해 관린된다. 한편, 용접 캐리지는 용접 디바이스(40)를 지지하는 조정 가능한 수단의 이동 한도에 의하여, 예를 들어, 선형 모션 슬라이들의 스트로크 길이 및 크로스 슬라이드에 대한 이의 동적 성능에 의하여 제한되는 어느 정도까지 조인트를 따르도록 제어되어야 한다. 명백하게, 수직 모션 슬라이드와 별도로, 시스템의 3개의 다른 드라이브가 결합된다.

부가적인 실시예에서, 임의의 수의 드라이브가 제어되어야 할 수 있다. 예를 들어, 용접 디바이스(40)를 지지하는 조정 가능한 수단의 모션을 제어하는 2개의 드라이브 및 각각의 휠에 대한 하나의 모터.

도5는 도1에 대응하지만, 용접 디바이스 및 센서 장치를 포함하는 개략도이다. 도1에 도시된 것에 대응하지만, 센서 장치(60), 바람직하게는, 레이저 센서 장치(60), 및 용접 디바이스(70)가 캐리지(10) 상에 장착되는 용접 캐리지(10)가 도시되어 있다. 이 특정 예에서, 용접 디바이스(70)는 용접 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단(40) 상에 장착되며, 센서 장치(60)는 자신의 스캔 라인이 캐리지(10) 앞에 있도록 용접 디바이스(70) 상에 위치된다.

도6은 본 발명에 따른 용접 캐리지를 동작시키는 방법의 흐름도이다. 상기 방법은 도4에 의해 표시된 바와 같이 구현될 수 있다. 상기 방법은 단계(601)에서 시작 또는 개시된다. 단계(602)에서, 용접될 조인트의 현재(예를 들어, 상대적) 위치 및 방위가 바람직하게는, 상술된 바와 같은 센서 장치를 사용하여 획득 또는 추정된다. 바람직하게는, 조인트 센터라인이 이미지 프로세싱을 사용하여 결정 또는 추정된다.

단계(603)에서, 캐리지 및 용접 디바이스의 현재(예를 들어, 상대적) 위치 및 방위가 획득된다. 캐리지의 위치 및 방위는 바람직하게는, 각각의 휠 세트의 위치 및 속력을 개별적으로 획득함으로써 결정된다. 용접 디바이스의 위치 및 방위는 바람직하게는, 용접 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단(도1, 4, 5 및 7의 40)에 대한 선형 모션 슬라이드의 측정된 위치를 획득함으로써 결정된다.

단계(604)에서, 다수의 희망하는 파라미터가 제공된다. 상기 파라미터는 예를 들어, 희망하는 용접 속도(즉, 캐리지의 속도), 바람직하게는, 적용 가능하다면, 위빙 진폭을 포함한, 조인트 센터라인에 수직한 용접 디바이스의 희망하는 위치를 포함할 수 있다.

희망하는 파라미터는 전형적으로 수행될 실제 용접 태스크에 따라 가변된다. 매우 적은 경로를 갖는 필렛 웰드, 등과 같은 간단한 양호하게 규정된 용접 태스크는 일정 용접 파라미터(예를 들어, 와이어 피드 속도, 전압, 용접 속도, 토치 발진)을 사용하여 완전히 자동화될 수 있다. 그러나, 개방 V-그루브의 용접, 다중-경로 용접, 등과 같은 더 복잡한 태스크는 용접 전압, 전류, 용접 속도, 위빙 진폭, 스틱-아웃(stick-out), 등과 같은 중요한 용접 파라미터의 연속적인 조정을 필요로 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 부가적인 실시예에 따르면, 레이저 센서 장치는 심 추적(seam tracking) 뿐만 아니라, 개방 V-그루브의 갭 또는 그루브 각도, 등과 같이, 용접될 조인트의 특징적인 특성의 측정을 수행할 것이다. 이 정보에 기초하여, 중요한 용접 파라미터는 조인트 기하구조가 가변될지라도, 성공적인 용접을 보장하기 위하여 조정된다. 이를 위해, 예를 들어, 순전히 실험(클래식 리그레션(classic regression), 중성 네트워크, 등에 기초한 실험적 모델), 일반적인 물리 법칙 또는 일반적인 물리 법칙에 기초한 모델이 다수의 실험에 대해 교정되는 조합에 기초한 수학적 모델이 필요로 된다.

단계(605)에서, 캐리지 및 용접 디바이스에 대한 제어 정보는 단계(602-604)에서 획득된 정보를 사용하여 교정된다. 바람직하게는, 도출된 제어 정보는 (용접 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단을 통한) 용접 디바이스에 대한 선형 모션의 레퍼런스 위치와 속력 및 좌측 및 우측 휠 세트 각각에 대한 레퍼런스 속력을 포함한다.

전형적으로, 단계(602)에서의 기하구조 뿐만 아니라, 조인트 위치의 측정치가 용접 디바이스와 거리를 두고 획득된다는 점에 주의하라. 상기 거리는 예를 들어, 20 mm 내지 50 mm일 수 있다. 그러므로, 이러한 측정치는 용접 디바이스가 측정치의 위치에 도달할 때까지 제어기 등에 저장된다.

단계(606)에서, 도출된 제어 정보는 저장되어 캐리지의 관련 부분들(예를 들어, 도4 및 관련 설명 참조)에 공급되며, 캐리지 및 용접 디바이스가 이에 따라 이동되며, 이 동안 조인트의 일부가 용접된다.

단계(606)가 행해진 후, 상기 방법은 캐리지가 용접 동작(들)을 수행하면서 단계(602-606)를 반복한다. 바람직하게는, 캐리지의 동작 및 상기 단계의 실행은 실시간에, 거의 실시간에, 또는 동작 동안 실질적으로 실시간에 발생한다. 대안적으로, 상기 동작은 필요하다면, 세그먼트로 수행된다.

단계들 중 일부, 예를 들어, 단계(602, 603, 및 604)가 병렬로 또는 실질적으로 병렬로 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다는 점에 주의하라.

도7은 상부에서 본 본 발명의 하나의 실시예에 따른 용접 캐리지의 개략도이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따른 용접 캐리지(10)가 도시되어 있고, 여기서 상기 용접 캐리지(10)는 용접될 조인트(95)를 갖는 워크 피스 상에 배치된다. 용접 캐리지(10)는 화살표(A)로 표시된 이동 방향을 갖는다. 용접 캐리지(10)는 상술된 바와 같이 독립적으로 제어되는 2 세트의 휠(20, 30)을 포함한다.

용접 토치와 같은 용접 디바이스를 지지하는 조정 가능한 수단(40), 센서 장치(60), 이 예에서 레이저 센서 장치, 및 용접 디바이스, 절단 디바이스, 등을 지지하는 조정 가능한 수단 상에 장착된 용접 디바이스(70)가 또한 도시되어 있다. 레이저 센서 장치는 상술된 바와 같이 검출 및 사용되는 2개의 스캔 라인(68)을 방출한다. 조인트의 센터라인 및 캐리지의 방향을 나타내는 제1 및 제2 파선(77 및 78)이 또한 표시되어 있다. 센서 장치로부터 수신된 정보 및 용접 디바이스(70)와 2 세트의 휠(20, 30)의 위치 및 속력에 기초하여, 용접될 조인트가 결정되고 용접되어, 복잡한 용접 태스크에 대해서도, 조인트의 정확하고 자동화된 용접을 허용한다.

도8은 휠이 이동하도록 배열될 수 있는 방법의 예를 도시한 개략도이다. 캐리지의 일측 상에 한 세트의 휠(20, 30)이 도시되어 있다. 대응하는 세트의 휠이 캐리지의 타측에 존재한다. 이 특정 실시예에서, 한 세트의 휠은 이중 화살표(B)로 표시된 바와 같이, 상이한 각도로 상기 세트의 휠을 만곡시키도록 배열되는 조인트(25b, 35b)의 이동을 제어함으로써 이동될 수 있다. 조인트는 바람직하게는 억제되지 않으므로, 캐리지가 위치되는 표면에 자동적으로 조정될 것이다.

도9는 섀시(901) 및 4개의 휠(902)을 포함하는 용접 캐리지의 실시예를 도시하면, 여기서 4개의 휠 각각은 동력화될 수 있다. 상기 용접 캐리지는 전방 축(903) 및 후방 축(904)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 용접 캐리지는 좌측 세트의 휠(905) 및 우측 세트의 휠(906)을 포함할 수 있다.

도10은 용접 캐리지의 축, 예를 들어, 전방 축(903) 및/또는 후방 축(904)의 휠이 좌측 도면(도10a)에 도시된 바와 같이 상에 장착되거나, 우측 도면(도10b)에 도시된 바와 같이 오프셋되는 부가적인 실시예를 도시한다. 용접 캐리지의 휠이 도10b에 도시된 바와 같이 오프셋인 경우, 용접 캐리지는 러깅된 표면(rugged surface), 예를 들어, 하나 이상의 용접 심(welding seem), 등을 갖는 표면에 걸쳐 이동하는 증가된 능력을 가질 수 있다.

도11은 표면(1150) 및 자기 휠(902) 사이의 최적의 접촉을 성취하기 위하여, 각각의 휠(902)이 조인트(1120) 내에 서스펜딩되어 상기 휠이 표면(1150)의 곡률에 적응되도록 하는 부가적인 실시예를 도시한다. 또한, 상기 도면은 조인트 내에 서스펜딩된 휠이 상기 휠 및 상기 표면 사이의 선형 또는 비-선형 접촉을 보장할 수 있다는 것을 도시한다.

도12는 용접 캐리지의 축, 예를 들어, 전방 축 및/또는 후방 축(903, 904) 중 하나 이상이 조인트(1220)에 서스펜딩되어 하나 이상의 축(903, 904)이 용접 캐리지의 섀시(901)에 대해 이동하도록 하는 부가적인 실시예를 도시한다. 이것은 용접 캐리지의 휠이 이중의 구부러진 표면의 경우에도 표면과 접촉할 수 있도록 한다.

도13은 가능한 휠 전동장치 및 적절한 모터 제어기와 함께 여러 유형의 섀시 구성을 도시하며, 여기서 용접 캐리지는 희망하는 경로를 따라 이동할 수 있게 된다.

도13a는 휠(902)이 용접 캐리지의 공통 섀시(901) 상에 장착되는 탱크 제어 실시예를 도시한다. 용접 캐리지는 이 실시예에서, 제1 세트의 2개의 휠, 예를 들어, 좌측 세트의 휠(905)에 제1 속도를 인가하고 제2 세트의 2개의 휠, 예를 들어, 우측 세트의 휠(906)에 제2 속도를 인가함으로써 회전될 수 있다. 용접 캐리지를 회전시키기 위하여 제1 및 제2 속도는 상이할 수 있다.

도13b는 섀시가 제1 부분, 예를 들어, 전방 부분(1340), 및 제2 부분, 예를 들어, 후방 부분(1341)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 부분(1340, 1341)이 중앙 조인트(1342)를 통하여 연결되는 연결식 용접 캐리지 제어부를 도시한다. 이 실시예에서, 제1 세트의 2개의 휠(1343)은 섀시의 제1 부분 상에 장착될 수 있고, 제2 세트의 2개의 휠(1344)는 섀시의 제2 부분 상에 장착될 수 있다. 용접 캐리지는 이 실시예에서, 제1 세트의 2개의 휠, 예를 들어, 좌측 세트의 휠(905)에 제1 속도를 인가하고 제2 세트의 2개의 휠, 예를 들어, 우측 세트의 휠(906)에 제2 속도를 인가함으로써 회전될 수 있다. 용접 캐리지를 회전시키기 위하여 제1 및 제2 속도는 상이할 수 있다.

도13c는 중앙 섀시를 갖는 연결식 용접 캐리지 제어부를 도시하며, 여기서 상기 섀시는 전방 축(903)이 중앙 부분의 제1 단부에서 조인트(1351)를 통해 연결되고 후방 축(904)이 중앙 부분의 제2 단부에서 조인트(1352)를 통해 연결되는 메인 중앙 부분(1350)을 포함한다. 전방 축(903) 및 후방 축(904)은 메인 중앙 부분(1350)에 대한 상기 전방 및 후방 축(903, 904)의 대칭적인 회전을 위하여 로드(rod)(1353)를 통하여 부가적으로 연결된다. 제1 세트의 2개의 휠(1354, 1355), 즉 하나의 우측 휠(1355) 및 하나의 좌측 휠(1354)은 전방 축(903) 상에 장착되며, 제2 세트의 2개의 휠(1356, 1357), 즉 하나의 우측 휠(1357) 및 하나의 좌측 휠(1356)은 후방 축(904) 상에 장착된다. 용접 캐리지는 이 실시예에서, 제1 세트의 2개의 휠, 예를 들어, 좌측 세트의 휠(1354, 1356)에 제1 속도를 인가하고, 제2 세트의 2개의 휠, 예를 들어, 우측 세트의 휠(1355, 1357)에 제2 속도를 인가함으로써 회전될 수 있다. 용접 캐리지를 회전시키기 위하여 제1 및 제2 속도는 상이할 수 있다.

도13d는 중앙 섀시 및 독립적인 축을 갖는 연결식 용접 캐리지 제어부를 도시한다. 이 실시예는 메인 중앙 부분에 대한 전방 및/또는 후방 축의 상대적인 회전을 측정하는 센서 시스템(1360)을 포함하는, 도13에 대한 대안적인 실시예이다. 휠에 대한 모터 제어 시스템은 용접 키리지를 회전시키기 위하여 센서 시스템 신호 를 사용할 수 있다. 도13c의 실시예에 비하여, 이 실시예는 용접 캐리지의 더 개선된 회전을 가능하게 할 수 있다.

도13e는 개별적인 동력화되는 휠 회전을 갖는 연결식 용접 캐리지 제어부를 도시한다. 이 실시예는 휠(902)이 개별적인 휠 회전 모터(1370)를 통하여 장착되는 공통 섀시(901)를 포함한다. 휠(902)은 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 섀시(901)의 각 코너에 장착될 수 있다. 용접 캐리지는 이 실시예에서, 각각의 휠의 구동 모터 및 회전 모터(1370)를 제어함으로써 회전될 수 있다. 하나의 실시예에서, 구동 모터는 회전 모터 내로 통합될 수 있다.

일반적으로, 상술되고/되거나 후술되는 기술적 특징 및/또는 실시예 중 어느 하나는 하나의 실시예 내로 결합될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상술되고/되거나 후술되는 기술적 특징 및/또는 실시예 중 어느 하나는 별도의 실시예일 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상술되고/되거나 후술되는 기술적 특징 및/또는 실시예는 임의의 수의 실시예를 발생시키기 위하여 상술되고/되거나 후술되는 다른 기술적 특징 및/또는 실시예와 결합될 수 있다.

일부 실시예가 상세히 설명 및 도시되었을지라도, 본 발명은 이들에 국한되는 것이 아니라, 다음의 청구항에서 규정된 주제의 범위 내에서 다른 방식으로 구현될 수 있다. 특히, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예가 사용될 수 있고 구조적 및 기능적 변경이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

여러 수단을 열거한 디바이스 청구항에서, 이러한 수단들 중 여러 개는 하드웨어의 하나이고 동일한 아이템에 의해 구현될 수 있다. 어떤 수단이 상이한 독립 청구항에서 재인용되거나 상이한 실시예에서 서술된다는 단순한 사실은 이러한 수단의 조합이 유용하게 이용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

본 명세서에서 사용될 때의 용어 "포함한다/포함하는"이 진술된 특징, 정수, 단계 또는 조합을 규정하기 위해 취해지지만 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 구성요소 또는 이의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 강조되어야 한다.

Claims (14)

1. 다수의 휠(20, 30)을 포함하는 용접 캐리지(10)로서, 각각의 휠은 축(15)을 중심으로 피벗 가능하고 자기적인 휠이며, 상기 용접 캐리지가 용접 디바이스를 지지하는 수단(40)을 더 포함하는, 용접 캐리지에 있어서,

   상기 용접 캐리지(10)의 상기 휠(20, 30) 중 적어도 하나는 상기 용접 캐리지(10)의 하부측(12b) 및/또는 상부측(12a)과 비교하여 하나 이상의 각도를 나타내기 위하여 만곡되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하나 이상의 각도는 -45°와 45°사이 및 더 바람직하게는, -30°과 30°사이의 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지.
3. 제1항 또는 2항에 있어서,

   용접될 조인트(95)의 위치 및 방향을 검출하도록 배열되는 센서 장치(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지.
4. 제3항에 있어서,

   상기 센서 장치(60)는 적어도 2개의 레이저 빔을 방출하고 워크 피스(90)로부터의 상기 적어도 2개의 레이저 빔의 반사를 검출하도록 배열되는 레이저 센서 장치(60)인 것을 특징으로 하는 용접 캐리지.
5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   용접될 조인트(95)를 따라 배치된 레일의 위치를 촉각적으로 검출하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지.
6. 제3항에 있어서,

   용접 디바이스 및 프로세서 수단(50)을 더 포함하며, 상기 프로세서 수단(50)은 상기 레이저 센서 장치를 사용한 조인트 기하구조 측정에 기초하여 상기 용접 디바이스의 용접 파라미터를 제어하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지.
7. 제6항에 있어서,

   상기 용접 파라미터의 제어는 수학적인 모델에 기초하며, 상기 수학적인 모델은 실험적이거나, 일반적인 물리 법칙 또는 이의 조합에 기초하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지.
8. 다수의 휠(20, 30)을 포함하는 용접 캐리지(10)를 동작시키는 방법(100)으로서, 각각의 휠(20, 30)은 축(15)을 중심으로 피벗 가능하고 자기 휠이며, 상기 용접 캐리지가 용접 디바이스를 지지하는 수단(40)을 더 포함하는, 용접 캐리지 동작 방법에 있어서,

   상기 용접 캐리지의 하부 및/또는 상부 측과 비교하여 각도(v)를 나타내도록 상기 휠 중 적어도 하나를 만곡시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지 동작 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 각도(v)는 -45°와 45°사이, 바람직하게는, -30°과 30°사이, 그리고 더 바람직하게는, 0°와 30°사이의 범위의 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지 동작 방법.
10. 제8항 또는 9항에 있어서,

    상기 용접 캐리지(10) 상의 레이저 센서 장치(60)로부터 적어도 2개의 레이저 빔을 방출시키는 단계 및 상기 레이저 센서 장치에 의하여 워크 피스(90)로부터의 상기 적어도 2개의 레이저 빔의 반사를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지 동작 방법.
11. 제8항 내지 10항에 있어서,

    용접될 조인트를 따라 배치된 레일의 위치를 촉각적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지 동작 방법.
12. 제10항에 있어서,

    레이저 빔을 방출시키는 단계 및 상기 레이저 센서 장치에 의하여 워크 피스로부터 상기 레이저 빔의 반사를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지 동작 방법.
13. 제10항에 있어서,

    상기 레이저 센서 장치(60)에 의해 수행된 워크 피스(90)로부터의 상기 반사의 검출에 기초하여, 상기 용접 캐리지(10)에 의해 지지된 용접 디바이스(70)의 용접 파라미터를 제어하는 단계를 더 포함하며, 상기 용접 파라미터 제어 단계는 프로세서 수단(50)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지 동작 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 용접 파라미터 제어 단계는 수학적인 모델에 기초하고, 상기 수학적인 모델은 실험적이거나, 일반적인 물리 법칙 또는 이의 조합에 기초하는 것을 특징으로 하는 용접 캐리지 동작 방법.

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