KR20090027871A - 무인 자동 용접기 - Google Patents

Abstract

무인 자동 용접기가 개시된다. 본 발명의 무인 자동 용접기는, 피용접물을 용접하는 용접부가 구비된 용접기본체; 용접기본체의 일측에 결합되어 용접기본체와 함께 소정의 작업면을 따라 이동 가능한 무한궤도; 무한궤도에 결합되며 무한궤도가 작업면을 따라 회전하면서 이동할 수 있도록 무한궤도에 회전동력을 발생시키는 동력발생부; 무한궤도의 궤적을 따라 무한궤도에 상호 이격되게 결합되는 복수의 전자석; 및 동력발생부 및 전자석을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래보다 단순하고 간단한 방법으로 무인 자동 용접을 위해 수직 작업면을 오르내리거나 천장 작업면에 거꾸로 매달려 이동할 수 있도록 함으로써 용접 작업의 효율을 높이면서 작업자의 안전을 도모할 수 있다.

용접, 로봇, 무한궤도, 무인, 자동, 전자석, 영구자석

Description

무인 자동 용접기{Automatic welding machine}

본 발명은, 무인 자동 용접기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래보다 단순하고 간단한 방법으로 무인 자동 용접을 위해 수직 작업면을 오르내리거나 천장 작업면에 거꾸로 매달려 이동할 수 있도록 함으로써 용접 작업의 효율을 높이면서 작업자의 안전을 도모할 수 있는 무인 자동 용접기에 관한 것이다.

용접(welding)은 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가하여 고체 사이에 직접 결합이 되도록 접합시키는 방법이다. 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료를 접합하는 방법으로는 크게 나누어 융접법과 압접법이 있다.

융접법은 접합부에 금속재료를 가열, 용융시켜 서로 다른 두 재료의 원자 결합을 재배열하여 결합시키는 방법으로 아크용접, 가스용접, 테르밋용접 등이 있다. 압접법은 접합부에 외부의 강한 물리적 압력을 가해 접합하는 방법으로 가스압접이나 단접(鍛接)처럼 압력을 가하는 동시에 가열하는 방법을 특히 가열압접 또는 고온압접이라고 한다. 일반적으로 압접을 사용하는 재료에는 알루미늄, 구리 등과 같이 연성이 높은 재료를 사용하며 상온에서 가압하는 것만으로도 용접이 가능하여 냉간압접이라고 한다.

용접결과의 좋고 나쁨을 용접성이라고 하는데 이것에는 용접 시 그 대상이 되는 모재, 용접봉, 작업 조건의 모든 것이 영향을 받는다. 요즘 굉장히 두꺼운 판의 용접에 사용되고 있는 슬래그의 저항발열을 이용한 용접법인 일펙트로슬래그법(electroslag method)이나, 녹는점이 높은 재료의 용접이 가능한 전자빔용접법(electron-beam method) 등 새로운 용접기술이 개발되고 있다. 이외에도 초음파진동을 가하는 초음파용접, 정밀한 용접과 절단에 이용하는 레이저용접 등이 있다.

이러한 용접 기술은 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되는데, 특히, 자동차나 선박 제조 시에는 그 활용도가 높다 할 수 있다.

통상적인 용접은 작업자의 수작업에 의존하는 것이 보통이다. 하지만 선박과 같이 거대한 대형 구조물을 부분적으로 용접함에 있어 모든 용접 작업을 수작업에 의존하기는 사실상 곤란하다. 즉, 용접을 위해 작업자가 피용접물 쪽으로 이동하여 피용접물 앞에 일일이 간이작업대를 설치한 다음, 용접기를 이동시켜 용접 작업을 진행하는 것은 여간 불편한 일이 아닐 수 없다.

따라서 근자에 들어서는 자동차나 선박 제조 사 등에서 수작업과 병행하여 무인 자동 용접기를 사용하는 추세에 있으며, 이에 따라 무인 자동 용접기에 대한 기술도 함께 발전하고 있다. 기존에 널리 알려진 무인 자동 용접기는 원격 제어에 의해 평면 위에서 정해진 용접 위치로 이동한 후, 해당 용접 위치에서 피용접물을 용접할 수 있도록 제어된다.

그런데, 이러한 종래의 무인 자동 용접기에 있어서는, 바퀴 등의 구름 수단을 통해 단순하게 평면의 작업면을 수평 방향으로만 이동할 수 있도록 설계되어 있 을 뿐 실질적으로 수직 작업면을 오르내리거나 천장 작업면에 거꾸로 매달려 이동할 수 없는 구조를 가지고 있기 때문에 실질적으로 그 활용도가 그다지 높지 않다는 단점이 있다. 실제로 현장 작업자는 수직 작업면 또는 천장 작업면 등의 용접 작업에 많은 어려움을 가지고 있는 경우가 많고, 특히 이러한 어려운 환경적 조건의 용접 작업으로 인해 작업자의 안전사고의 문제가 증가하는 것으로 알려지고 있다.

물론, 수직 작업면을 따라 승하강 이동하도록 설계된 무인 자동 용접기가 일부 개시된 바 있기는 하지만, 이러한 무인 자동 용접기는 자체의 구조적인 특징이 아니라 실질적으로 복잡한 주변 구조물의 동작에 의존하여 승하강되는 동작을 가지므로 사실상 현장에 적용하여 사용하기에 부족할 뿐만 아니라 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

이에, 종래보다 단순하고 간단한 방법으로 무인 자동 용접을 위해 수직 작업면을 오르내리거나 천장 작업면에 거꾸로 매달려 이동할 수 있도록 함으로써 용접 작업의 효율을 높이면서 작업자의 안전을 도모할 수 있는 무인 자동 용접기의 개발이 요구된다.

본 발명의 목적은, 종래보다 단순하고 간단한 방법으로 무인 자동 용접을 위해 수직 작업면을 오르내리거나 천장 작업면에 거꾸로 매달려 이동할 수 있도록 함으로써 용접 작업의 효율을 높이면서 작업자의 안전을 도모할 수 있는 무인 자동 용접기를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 피용접물을 용접하는 용접부가 구비된 용접기본체; 상기 용접기본체의 일측에 결합되어 상기 용접기본체와 함께 소정의 작업면을 따라 이동 가능한 무한궤도; 상기 무한궤도에 결합되며 상기 무한궤도가 상기 작업면을 따라 회전하면서 이동할 수 있도록 상기 무한궤도에 회전동력을 발생시키는 동력발생부; 상기 무한궤도의 궤적을 따라 상기 무한궤도에 상호 이격되게 결합되는 복수의 전자석; 및 상기 동력발생부 및 상기 전자석을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 소정의 작업면이 도전성 금속 재질의 수직 작업면이거나 천정 작업면일 경우, 상기 무한궤도가 상기 작업면을 따라 이동할 수 있도록, 상기 제어부는 상기 동력발생부를 온(on)시킨 상태에서 상기 무한궤도가 진행하는 방향을 따라 배열된 상기 전자석들의 온/오프(on/off) 동작을 순차적으로 제어할 수 있다.

상기 복수의 전자석은 규칙적인 배열을 가지고 상기 무한궤도에 결합될 수 있으며, 상기 전자석은, 상기 무한궤도를 형성하는 강판체의 철심에 결합되는 코일부; 상기 코일부에 연결되되 양극(+) 및 음극(-)을 포함하는 전극; 및 상기 전극을 지지하는 전극지지대를 포함할 수 있다.

상기 무한궤도에는, 상기 복수의 전자석에 각각 구비된 전극이 상기 무한궤도의 회전에 따라 순차적으로 선택 접촉되는 전극유도바아가 더 마련될 수 있다.

상기 피용접물의 용접 위치를 촬상하는 카메라; 및 상기 제어부에 의해 제어 되며, 상기 용접기본체에 대해 상기 카메라를 지지하되, 상기 카메라의 촬상 위치를 선택적으로 가변시키는 카메라 구동유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 카메라 구동유닛은, 상기 용접기본체에 대해 상기 카메라를 접근 및 이격시키는 액추에이터; 및 상기 액추에이터의 어느 일측과 상기 카메라 간에 결합되어 상기 액추에이터에 대해 상기 카메라의 각도를 조절시키는 각도조절부를 포함할 수 있다.

상기 각도조절부는, 상기 용접기본체에 대해 상기 액추에이터 및 상기 카메라 전체의 각도를 조절하는 제1 조절부; 및 상기 액추에이터에 대해 상기 카메라의 각도를 독립적으로 조절하는 제2 조절부를 포함할 수 있다.

상기 피용접물의 용접 위치에 잔존 가능한 이물을 제거하는 이물제거부; 및 상기 제어부에 의해 제어되며, 상기 용접기본체에 대해 상기 이물제거부를 지지하되, 상기 용접기본체에 대해 상기 이물제거부의 위치를 가변시키는 이물제거부 구동유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 용접기본체에 마련되어 이물을 감지하는 감지부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 감지부의 신호에 기초하여 상기 이물제거부 구동유닛의 동작을 제어할 수 있다.

상기 제어부에 의해 제어되며, 상기 용접기본체에 대해 상기 용접부를 지지하되, 상기 용접기본체에 대해 상기 용접부의 위치를 상기 작업면에 대해 X축, Y축 및 Z축 중에서 적어도 어느 한 축으로 가변시키는 용접부 구동유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 용접기본체에는 상기 용접부로 용접봉을 공급하는 용접봉 공급부가 더 마련될 수 있다.

상기 용접기본체에는 안전로프의 장착을 위한 안전로프 고리부가 더 마련될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래보다 단순하고 간단한 방법으로 무인 자동 용접을 위해 수직 작업면을 오르내리거나 천장 작업면에 거꾸로 매달려 이동할 수 있도록 함으로써 용접 작업의 효율을 높이면서 작업자의 안전을 도모할 수 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 자동 용접기의 개략적인 측면 구조도이고, 도 2는 도 1에 도시된 무한궤도의 요부 확대도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 자동 용접기에 대한 제어 블록도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무인 자동 용접기는, 피용접물(미도시)을 용접하는 용접부(11)가 구비된 용접기본체(10)와, 용접기본체(10) 의 일측에 결합되어 용접기본체(10)와 함께 소정의 작업면을 따라 이동 가능한 무한궤도(20)와, 무한궤도(20)와 결합되며 무한궤도(20)가 작업면을 따라 회전하면서 이동할 수 있도록 무한궤도(20)에 회전동력을 발생시키는 동력발생부(21)와, 무한궤도(20)의 궤적을 따라 무한궤도(20)에 상호 이격되게 결합되는 복수의 전자석(30)과, 동력발생부(21) 및 전자석(30)을 제어하는 제어부(40)를 포함한다.

용접기본체(10)는 본 실시예에 따른 무인 자동 용접기에서 대부분의 기계 및 전자 장치가 장착되어 있는 부분이다. 개략적으로 도시한 도 1을 보면, 용접기본체(10)가 마치 사각 박스 형상을 갖는 것처럼 도시되어 있지만 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐이다. 따라서 용접기본체(10)의 형상은 도시된 것과 달리 다양한 형상으로 제조될 수도 있다.

용접기본체(10)의 일측에 결합된 용접부(11)는 실질적으로 피용접물을 용접하는 용접 도구이다. 용접부(11)를 통해 용접 작업을 진행할 수 있도록, 용접기본체(10)에는 용접부(11)로 용접봉을 공급하는 용접봉 공급부(12)가 더 마련되어 있다. 용접봉 공급부(12)에 의해 공급된 용접봉을 통해 용접부(11)는 피용접물을 용접하게 된다. 이 때, 용접의 방법 및 기능, 그리고 형태는 앞서 기술한 융접법과 압접법 등 어떠한 것이 적용되어도 좋다.

이러한 용접부(11)에는 제어부(40)에 의해 제어되는 한편, 용접기본체(10)에 대해 용접부(11)를 지지하되, 용접기본체(10)에 대해 용접부(11)의 위치를 가변시키는 용접부 구동유닛(13)이 더 결합되어 있다. 이 때, 용접부 구동유닛(13)은 용접부(11)를 작업면에 대해 X축, Y축 및 Z축 중에서 적어도 어느 한 축으로 가변시 키는 역할을 한다.

본 실시예의 경우, 용접부 구동유닛(13)에 의해 용접부(11)는 X축, Y축 및 Z축 모두로 가변될 수 있다. 개략적으로 도시하고 있기는 하지만, X축, Y축 및 Z축으로의 이동은 각각 용접부 구동유닛(13)에 결합된 X축 모터(13a), Y축 모터(13b) 및 Z축 모터(13c)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, X축 모터(13a), Y축 모터(13b) 및 Z축 모터(13c)란, 단순히 회전 운동만을 수행하는 모터의 단품을 지칭하는 것이 아니라 그와 부속된 주변 요소들, 예컨대 기어, 링크 등을 모두 포함하는 개념으로 정의한다.

용접기본체(10)의 후미에는 용접기본체(10)에 안전로프(미도시)의 장착을 위한 안전로프 고리부(14)가 더 구비되어 있다. 참고로, 본 실시예에 따른 무인 자동 용접기는 수평 상태의 작업면을 비롯하여 수직 작업면, 천장 작업면 모두로 이동될 수 있다. 무인 자동 용접기가 수직 작업면이나 천장 작업면으로 이동할 때는 만약의 안전사고 예방을 위해 안전로프를 장착하는 것이 보다 안전한데, 이 때에 안전로프를 안전로프 고리부(14)에 매달면 된다. 따라서 안전로프 고리부(14)는 단순한 링 타입(type)이면 충분하나, 필요에 따라 탈착식 후크 타입으로 적용할 수도 있다.

한편, 무한궤도(20)는 용접기본체(10)의 하부 영역에 결합된다. 이러한 무한궤도(20)는 실질적으로 본 실시예의 용접기를 이동시키는 바퀴에 해당한다. 무한궤도(20)로 인해 본 실시예의 용접기는 수평 상태의 작업면을 비롯하여 수직 작업면, 천장 작업면 모두로 이동할 수 있다. 무한궤도(20)가 수평 상태의 작업면으로 이동 할 때는 무한궤도(20)만이 자체 동작하지만, 만약 무한궤도(20)가 수직 작업면이나 천장 작업면으로 이동할 때는 무한궤도(20)의 동작 외에 전자석(30)이 동작한다. 이에 대해서는 후술한다.

참고로, 캐터필러(caterpillar)라고도 하는 무한궤도(20)는, 여러 개의 강판 조각을 벨트처럼 연결하여 차바퀴로 사용하는 것을 가리킨다. 다시 말해, 무한궤도(20)는 강판제의 판을 체인 모양으로 연결하고, 이것을 앞, 뒷바퀴에 벨트처럼 걸어 동력으로 회전시켜서 주행하게 하는 장치이다. 보통의 바퀴에 비해 접지면적이 크고 지면과의 마찰도 크므로, 요철(凹凸)이 심한 도로나 진흙에서도 자유로이 주행할 수 있다. 또, 좌우의 회전속도를 바꿈으로써 방향전환을 자유로이 할 수 있으며, 회전반경을 최소한으로 작게 할 수도 있다.

무한궤도(20)에는 동력발생부(21)가 결합되어 있다. 동력발생부(21)는 무한궤도(20)에 결합되어 무한궤도(20)에 회전동력을 발생시킨다. 보통은 모터 등으로 적용될 수 있다. 동력발생부(21)의 반대편에는 폐루프 형상의 무한궤도(20)를 유기적으로 회전시키는 수단으로서의 기어(22)가 결합되어 있다. 그리고 동력발생부(21)와 기어(22) 사이 영역에는 다수의 보조롤러(23)가 마련된다. 다수의 보조롤러(23)는 무한궤도(20)가 임의로 처지는 것을 저지하고 무한궤도(20)에 텐션을 부여하는 역할을 한다. 따라서 다수의 보조롤러(23)는 도시된 위치 외에도 다른 위치에 더 형성될 수도 있다.

도 1과 같은 형태의 무한궤도(20)의 구조는 탱크 바퀴나 중장비 바퀴 등에서 쉽게 관찰할 수 있는데, 본 실시예의 용접기에는 이러한 무한궤도(20)에 복수의 전 자석(30)이 더 구비된다.

통상의 무한궤도(20)는 수평면이나 일정하게 경사진 면을 이동하는 데에는 무리가 없다. 하지만, 본 실시예의 경우, 무한궤도(20)에 복수의 전자석(30)을 마련하고, 이를 제어부(40)로 제어함으로써 자력의 힘에 의해 무한궤도(20)가 수직 작업면이나 천장 작업면을 이동할 수 있도록 하고 있는 것이다. 물론, 자력의 힘이 적용되기 위해 수직 작업면이나 천장 작업면은 모두 도전성 금속 재질이어야 할 것이다.

본 실시예에서는 보다 단순하고 효과적인 방법으로 전자석(30)을 제어하기 위해, 복수의 전자석(30)을 무한궤도(20)에 규칙적으로 배열시키고 있다. 물론 전자석(30)들을 반드시 규칙적으로 배열해야 하는 것은 아니지만, 전자석(30)들을 규칙적으로 배열할 경우에는 그 제어가 용이해지는 이점이 있다.

규칙적으로 배열되는 전자석(30) 각각은, 무한궤도(20)를 형성하는 강판체의 철심(31)에 결합되는 코일부(30a)와, 코일부(30a)에 연결되되 양극(+) 및 음극(-)을 포함하는 전극(30b)과, 전극(30b)을 지지하는 전극지지대(30c)를 포함한다. 참고로 도 2는 무한궤도(20)를 개략적으로 평면 도시한 도면으로서, 이 도면을 참조하면 복수의 전자석(30)을 무한궤도(20)에 규칙적으로 배열되어 있는 것을 알 수 있다. 도 2에는 무한궤도(20)에 결합된 어느 한 전자석(30)에 대해 개략적으로 도시하고 있는데, 이러한 전자석(30)이 무한궤도(20)의 전역에 걸쳐 규칙적으로 결합되어 있다고 보면 된다.그리고 전자석(30)을 설치하는 방법으로는 도 2에 확대 도시된 부분을 그대로 강판체의 철심(31)에 붙여도 되고, 혹은 강판체의 철심(31)의 내부를 천공한 후에 전자석(30)을 삽입 결합시켜도 된다. 뿐만 아니라 강판체의 철심(31)의 크기를 일부 줄인 후에 나머지 부분을 전자석(30)으로 대체해도 무방하다.

이에, 전극(30b)을 통해 코일부(30a)로 전류를 인가함으로써 강판체의 철심(31)에는 자력이 형성될 수 있게 되며, 이러한 자력으로 인해 무한궤도(20)는 도전성 금속 재질로 된 수직 작업면이나 천장 작업면에 붙을 수 있다.

이러한 원리에 의해 제어부(40)가 동력발생부(21)를 온(on)시킨 상태에서 무한궤도(20)가 진행하는 방향을 따라 배열된 전자석(30)들의 온/오프(on/off) 동작을 순차적으로 제어하게 되면, 수직 작업면이나 천장 작업면을 따라 무한궤도(20)는 이동할 수 있게 되는 것이다. 물론, 무한궤도(20)가 이동하기 위해서는 전자석(30)에 의한 자력의 힘보다 상대적으로 큰 토크로 동력발생부(21)를 구동시켜야 할 것이다.

한편, 전술한 바와 같이, 무한궤도(20)의 궤적을 따라 마련된 모든 전자석(30)을 무한궤도(20)가 이동하는 조건 및 상황에 따라 일일이 개별 제어해도 무방하지만, 본 실시예의 경우에는 무한궤도(20)에 전극유도바아(25)를 마련하여 좀 더 손쉽게 전자석(30)을 제어하고 있다. 즉, 본 실시예에서는 전원이 인가되는 전극유도바아(25)를 무한궤도(20)의 일정구간에 마련한 후, 복수의 전자석(30)에 각각 구비된 전극(30b)들이 무한궤도(20)의 회전에 따라 순차적으로 전극유도바아(25)에 선택 접촉되어 자력이 형성되도록 하고 있는 것이다.

예컨대, 무한궤도(20)가 수직 작업면에서 떨어지지 않고 붙어있다는 의미는 도 1의 도면을 참조할 때, 실질적으로 작업면에 접촉하고 있는 무한궤도(20)의 하부 영역에 구비된 전자석(30)들에만 전원이 인가되어 이들에 자력이 형성되었다는 것을 말한다. 이러한 경우 실질적으로 작업면 이외 주변의 나머지 전자석(30)들에는 전원이 인가되지 않아도 좋다. 즉, 무한궤도(20)는 계속해서 회전하기 때문에 전자석(30)들이 수직 작업면 영역에 배치될 때만 전원을 인가하여 자력을 발생시키도록 한 후, 이 자력을 통해 수직 작업면에 자기적으로 붙을 수 있도록 하면 된다. 이에, 본 실시예에서는 이 영역에 전극유도바아(25)를 마련하고, 전자석(30)들이 수직 작업면 영역으로 위치될 때에 전극유도바아(25)와 연결되어 전원을 인가 받아 자력을 형성하도록 하고 있는 것이다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 무한궤도(20)가 이동하는 동안 모든 전자석(30)이 계속해서 자력을 형성하도록 해도 무방하다.

한편, 전술한 구조적인 특징 외에도, 본 실시예의 무인 자동 용접기에는 피용접물의 용접 위치를 촬상하는 카메라(50)가 더 마련되어 있다. 효율을 위해, 카메라(50)는 용접기의 진행 방향에 대해 용접기본체(10)의 전방에 위치되어 미리 용접 위치를 촬상하게 된다. 이러한 카메라(50)는 보통 1개 마련되면 족하지만, 필요에 따라 서로 다른 위치에 2개 이상 마련되어도 좋다.

카메라(50)를 설치함에 있어 만약에 카메라(50)가 해당 위치에 고정되어 있다면 촬상의 범위에 제약이 따르게 되므로 그 효율이 떨어질 우려가 높다. 이를 저지하기 위해, 본 실시예에서는 카메라 구동유닛(60)울 통해 카메라(50)의 촬상 위치를 선택적으로 가변시키고 있다. 즉, 카메라 구동유닛(60)은, 제어부(40)에 의해 제어되며, 용접기본체(10)에 대해 카메라(50)를 지지하되, 카메라(50)의 촬상 위치를 선택적으로 가변시키는 역할을 한다.

이러한 카메라 구동유닛(60)은, 용접기본체(10)에 대해 카메라(50)를 접근 및 이격시키는 액추에이터(61)와, 액추에이터(61)의 어느 일측과 카메라(50) 간에 결합되어 액추에이터(61)에 대해 카메라(50)의 각도를 조절시키는 각도조절부(62)를 포함한다.

액추에이터(61)는 공압, 유압 혹은 유공압 실린더로서 적용될 수 있다. 그리고 각도조절부(62)는 용접기본체(10)에 대해 액추에이터(61) 및 카메라(50) 전체의 각도를 조절하는 제1 조절부(62a)와, 액추에이터(61)에 대해 카메라(50)의 각도를 독립적으로 조절하는 제2 조절부(62b)를 포함한다.

이처럼 액추에이터(61) 및 각도조절부(62)를 포함한 카메라 구동유닛(60)을 통해 카메라(50)의 촬상 위치를 가변시킬 수 있도록 함으로써 용접 위치를 보다 정확하게 촬상할 수 있는 이점이 있다. 특히, 이러한 카메라 구동유닛(60)은 용접 위치가 굴곡지거나 은닉되어 있다 하더라도 용접 위치를 용이하게 촬상할 수 있도록 하는데 기여한다.

한편, 본 실시예의 무인 자동 용접기에는 위의 구성들 외에도 피용접물의 용접 위치에 잔존 가능한 이물을 제거하는 이물제거부(70)가 더 구비된다. 앞서도 기술한 바와 같이, 용접성을 높이기 위한 조건은 여러 가지가 될 수 있지만, 특히 용접 위치에 이물이 존재할 경우에 용접성이 나빠지는 것으로 알려진 바 있다.

이에, 본 실시예에서는 이물제거부(70)를 마련하여 용접 위치에 잔존 가능한 이물을 제거하고 있는 것이다. 이물제거부(70)는 이물제거 헝겊이나 솔, 혹은 스펀지 등으로 다양하게 적용될 수 있다.

이물제거부(70)의 장착을 위해 이물제거부 구동유닛(80)이 구비된다. 이물제거부 구동유닛(80)은 제어부(40)에 의해 제어되며, 용접기본체(10)에 대해 이물제거부(70)를 지지하되, 용접기본체(10)에 대해 이물제거부(70)의 위치를 가변시키는 역할을 한다. 따라서 이물제거부 구동유닛(80)은 앞서 기술한 용접부 구동유닛(13)과 마찬가지로 이물제거부(70)를 X축, Y축 및 Z축 모두로 가변시킬 수 있는 구조와 동작을 갖는 것이 바람직하다. 이물제거부 구동유닛(80)에 대한 구조 및 설명은 생략하기로 한다.

이물제거부(70)는 용접부(11)의 전방에 위치된다. 한편, 용접 위치에 이물질이 없음에도 불구하고 이물제거부(70)가 작업면에 계속 접촉되고 있다면 효율상 바람직하지 못하다. 이에, 본 실시예에서는 용접기본체(10)에 이물을 감지하는 감지부(75)를 더 마련한 후, 제어부(40)가 감지부(75)의 신호에 기초하여 이물제거부 구동유닛(80)의 동작을 제어하도록 하고 있다. 즉, 감지부(75)를 통해 용접 위치에 이물이 존재한다고 감지되었을 경우에만 이물제거부 구동유닛(80)에 의해 이물제거부(70)가 동작??로고 하고 있는 것이다.

이러한 구성을 갖는 무인 자동 용접기의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 실시예의 무인 자동 용접기가 도전성 금속 재질로 된 수직 작업면을 오르내린다고 가정하면, 우선적으로 무인 자동 용접기의 무한궤도(20)가 수직 작업면으로 이동하기 위해, 제어부(40)는 동력발생부(21)를 동작시켜 무한궤도(20)를 회전 시킨다.

이와 동시에 전극유도바아(25)에는 전원이 인가된다. 무한궤도(20)의 회전에 의해 무한궤도(20)에 구비된 전자석(30)들은 수직 작업면 영역으로 위치될 때에 전극유도바아(25)와 연결되어 전원을 인가 받는다. 즉, 전극(30b)을 통해 코일부(30a)로 전류가 인가됨으로써 해당 위치의 강판체의 철심(31)에는 자력이 형성될 수 있게 되며, 이러한 자력으로 인해 무한궤도(20)는 수직 작업면에 붙을 수 있다.

무한궤도(20)의 하단이 수직 작업면에 붙은 상태에서 동력발생부(21)가 전자석(30)에 의한 자력보다 더 큰 토크로 회전 동작됨으로써, 무한궤도(20)는 수직 작업면을 따라 오르내릴 수 있게 된다. 이러한 동작은 천장 작업면에도 동일하게 적용된다.

수직 작업면을 따라 이동되는 무인 자동 용접기는, 제어부(40)에 의해 카메라(50)가 동작되어 용접 위치가 쵤상된다. 카메라(50)는 카메라 구동유닛(60)에 의해 동작됨으로써, 직선이 아닌 굴곡 되어진 부분이라도 용이하게 촬상이 가능해진다. 카메라(50)가 용접 위치를 촬상할 때 카메라(50)는 보통 경사진 방향으로 배치된다.

용접 위치가 확인되면, 제어부(40)에 의해 동력발생부(21)가 오프(off)되고, 그 위치에서 용접부 구동유닛(13)에 의해 용접부(11)가 피용접물의 용접 위치로 이동된다. 그런 다음에 용접 작업이 진행된다.

만약, 용접 위치에 이물이 많다고 감지부(75)가 감지하면, 이 신호를 받은 제어부(40)는 용접 작업 전에 이물제거부 구동유닛(80)을 구동시켜 이물제거부(70) 를 통해 이물을 제거한 후, 그 다음에 용접 작업을 진행하게 된다.

이와 같이, 본 실시예의 무인 자동 용접기에 따르면, 종래보다 단순하고 간단한 방법으로 무인 자동 용접을 위해 수직 작업면을 오르내리거나 천장 작업면에 거꾸로 매달려 이동할 수 있도록 함으로써 용접 작업의 효율을 높이면서 작업자의 안전을 도모할 수 있게 된다.

만약, 전술한 바와 같이, 본 실시예의 용접기에 카메라 구동유닛(60)에 의해 동작되는 카메라(50)가 마련되는 경우라면 용접 위치가 굴곡지거나 은닉되어 있다 하더라도 용접 위치를 용이하게 촬상할 수 있도록 하는데 기여할 수 있다.

또한 전술한 바와 같이, 본 실시예의 용접기에 이물제거부 구동유닛(80)에 의해 동작되는 이물제거부(70)가 마련되는 경우라면 용접 위치에 잔존 가능한 이물을 제거한 후에 용접 작업을 실시할 수 있어 용접성을 향상시킬 수 있게 된다.

전술한 실시예에서는 그 설명을 간략하게 하였지만, 만약에 카메라(50)가 마련되는 경우라면 용접기는 원격 제어가 가능해지는 이점이 있다. 즉, 미리 세팅된 프로그램에 따라 용접기가 해당 위치만을 이동하는 것이 아니라 원하는 어떠한 용접 위치, 특히 위험 직역의 용접 위치를 이동할 수 있을 것이다. 물론, 이러한 동작을 위해서는 카메라(50)로부터 촬상된 영상 정보를 실시간으로 받아 모니터링하는 기술이 필요한데, 이것이 구현된다면, 모니터링된 내용에 기초하여 무한궤도(20)를 원하는 여러 방향으로 동작시킬 수 있을 것임에 틀림이 없다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에 서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 자동 용접기의 개략적인 측면 구조도이다.

도 2는 도 1에 도시된 무한궤도의 요부 확대도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 자동 용접기에 대한 제어 블록도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 용접기본체 11 : 용접부

12 : 용접봉 공급부 13 : 용접부 구동유닛

20 : 무한궤도 21 : 동력발생부

25 : 전극유도바아 30 : 전자석

40 : 제어부 50 : 카메라

60 : 카메라 구동유닛 70 : 이물제거부

80 : 이물제거부 구동유닛

Claims (12)

1. 피용접물을 용접하는 용접부가 구비된 용접기본체;

   상기 용접기본체의 일측에 결합되어 상기 용접기본체와 함께 소정의 작업면을 따라 이동 가능한 무한궤도;

   상기 무한궤도에 결합되며 상기 무한궤도가 상기 작업면을 따라 회전하면서 이동할 수 있도록 상기 무한궤도에 회전동력을 발생시키는 동력발생부;

   상기 무한궤도의 궤적을 따라 상기 무한궤도에 상호 이격되게 결합되는 복수의 전자석; 및

   상기 동력발생부 및 상기 전자석을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 소정의 작업면이 도전성 금속 재질의 수직 작업면이거나 천정 작업면일 경우, 상기 무한궤도가 상기 작업면을 따라 이동할 수 있도록, 상기 제어부는 상기 동력발생부를 온(on)시킨 상태에서 상기 무한궤도가 진행하는 방향을 따라 배열된 상기 전자석들의 온/오프(on/off) 동작을 순차적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 전자석은 규칙적인 배열을 가지고 상기 무한궤도에 결합되며,

   상기 전자석은,

   상기 무한궤도를 형성하는 강판체의 철심에 결합되는 코일부;

   상기 코일부에 연결되되 양극(+) 및 음극(-)을 포함하는 전극; 및

   상기 전극을 지지하는 전극지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 무한궤도에는, 상기 복수의 전자석에 각각 구비된 전극이 상기 무한궤도의 회전에 따라 순차적으로 선택 접촉되는 전극유도바아가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 피용접물의 용접 위치를 촬상하는 카메라; 및

   상기 제어부에 의해 제어되며, 상기 용접기본체에 대해 상기 카메라를 지지하되, 상기 카메라의 촬상 위치를 선택적으로 가변시키는 카메라 구동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 카메라 구동유닛은,

   상기 용접기본체에 대해 상기 카메라를 접근 및 이격시키는 액추에이터; 및

   상기 액추에이터의 어느 일측과 상기 카메라 간에 결합되어 상기 액추에이터에 대해 상기 카메라의 각도를 조절시키는 각도조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 각도조절부는,

   상기 용접기본체에 대해 상기 액추에이터 및 상기 카메라 전체의 각도를 조절하는 제1 조절부; 및

   상기 액추에이터에 대해 상기 카메라의 각도를 독립적으로 조절하는 제2 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
8. 제1항에 있어서,

   상기 피용접물의 용접 위치에 잔존 가능한 이물을 제거하는 이물제거부; 및

   상기 제어부에 의해 제어되며, 상기 용접기본체에 대해 상기 이물제거부를 지지하되, 상기 용접기본체에 대해 상기 이물제거부의 위치를 가변시키는 이물제거부 구동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
9. 제8항에 있어서,

   상기 용접기본체에 마련되어 이물을 감지하는 감지부를 더 포함하며,

   상기 제어부는, 상기 감지부의 신호에 기초하여 상기 이물제거부 구동유닛의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
10. 제1항에 있어서,

    상기 제어부에 의해 제어되며, 상기 용접기본체에 대해 상기 용접부를 지지하되, 상기 용접기본체에 대해 상기 용접부의 위치를 상기 작업면에 대해 X축, Y축 및 Z축 중에서 적어도 어느 한 축으로 가변시키는 용접부 구동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
11. 제1항에 있어서,

    상기 용접기본체에는 상기 용접부로 용접봉을 공급하는 용접봉 공급부가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.
12. 제1항에 있어서,

    상기 용접기본체에는 안전로프의 장착을 위한 안전로프 고리부가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 무인 자동 용접기.

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