KR20110029781A - 다관절형 자동 용접 캐리지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보제어 방식의 1축 방향의 주행과 직교 3축 방향의 상대운동 및 용접자세의 조절을 위한 수동조작 7축의 다관절 조인트를 매개로 보다 많은 형태의 위빙패턴을 구현하여 다양한 종류의 용접작업에 범용적으로 적용할 수 있는 지능형 전 자세의 자동 용접용 캐리지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 작업면을 따라 이동하는 캐리지 몸체(10)와, 상기 캐리지 몸체(10)에 대해 3축 방향으로 이동 가능하게 설치되는 X,Y,Z 직교축(20), 상기 캐리지 몸체(10)의 이동과 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작을 제어하여 위빙 패턴을 조절함과 더불어 위빙시 용접선을 추적하는 아크센싱 기능을 구현하는 제어기(30), 상기 X,Y,Z 직교축(20)에 설치되어 용접 위치와 방향을 조절하는 다관절 조인트(40) 및, 상기 다관절 조인트(40)에 설치되는 용접 토치(50)를 구비한다.

용접, 캐리지, 위빙, 패턴, 제어, 다관절, 직교축

Description

다관절형 자동 용접 캐리지{Automatic welding carriage with multi-joint}

본 발명은 다관절형 자동 용접 캐리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접시 다양한 형태의 위빙 패턴을 구현하고 다양한 자세의 용접작업에 적용할 수 있는 지능형의 전 자세 다관절형 자동 용접을 위한 캐리지에 관한 것이다.

일반적으로 선박이나 해상 구조물 등은 후판이나 각종 형강재의 원재료를 서로 결합하여 단위 구조물을 형성하고, 이러한 단위 구조물을 다시 재결합하여 최종적으로 완성된 건조물을 형성하게 된다. 이와 같은 과정에서 용접에 의한 접합공정은 필수적이다.

이에 따라, 종래 용접작업에 있어 용접사들은 각 용접의 상황에 부합하도록 적절히 제작된 다양한 형태의 캐리지를 사용하였는 바, 예컨대 각 용접작업의 조건에 부합하는 전용의 캐리지(1G 전용, 2F 전용, 3F 전용)를 사용하여 수동 또는 자동의 용접을 시행하였다.

이 경우, 각 용접조건에 적합한 캐리지중에는 위빙 기능을 갖춘 것도 있었으 나, 종래 캐리지의 경우에는 움직이는 대차위에서 토치가 진자운동이나 단순한 형태의 직선운동만을 수행하는 형태의 위버를 탑재한 것이므로, 다양한 상황에 부합하는 용접작업을 수행하는 데 많은 제약이 있어 왔다.

즉, 종래 용접작업에서는 각 상황에 부합하는 캐리지를 교체해야 할 뿐만 아니라 용접작업의 형태에 따라 다양한 위빙패턴을 적용할 수 없기 때문에, 용접사는 작업시 용접부위를 지속적으로 감시해야 함과 더불어 수시로 용접조건을 수정해야 하는 불편함이 있었고, 특히 용접하고자 하는 두 모재 사이의 갭이 큰 경우에는 용접이 불가한 문제를 안고 있었다. 이는 종래 캐리지에서 구현할 수 있는 위빙패턴이 동일한 선 또는 면을 추종하는 1차원적 진자운동만을 구현할 수 있기 때문에 기인하는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 서보제어 방식의 1축 방향의 주행과 직교 3축 방향의 상대운동 및 용접자세의 조절을 위한 수동조작 7축의 다관절 조인트를 매개로 보다 많은 형태의 위빙패턴을 구현하여 다양한 종류의 용접작업에 범용적으로 적용할 수 있는 지능형 전 자세의 자동 용접용 캐리지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 작업면의 용접선을 따라 이동하는 캐리지 몸체와, 상기 캐리지 몸체에 대해 3축 방향으로 이동 가능하게 설치되는 X,Y,Z 직교축, 상기 캐리지 몸체의 이동과 상기 X,Y,Z 직교축의 동작을 제어하여 위빙 패턴을 조절하고 위빙시 용접선을 추적하는 아크센싱 기능을 구현하는 제어기, 상기 X,Y,Z 직교축에 설치되어 용접 위치와 방향을 조절하는 다관절 조인트 및, 상기 다관절 조인트에 설치되어 용접을 시행하는 용접 토치를 구비하는 다관절형 자동 용접 캐리지를 제시한다.

본 발명은 상기 캐리지 몸체를 작업면에 대해 구름 접촉하여 주행시키는 주행차륜과, 장애물과의 충돌을 사전에 검출하는 충돌감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어기는 외부로부터 제공되는 용접작업에 대한 전반적 지령을 입력받기 위한 통신 제어유닛과, 상기 통신 제어유닛을 통해 입력된 용접 조건에 따라 상기 X,Y,Z 직교축과 상기 주행차륜의 동작을 각각 제어하기 위한 모션 제어유닛을 구비하고, 스틱아웃 길이의 변화로부터 검출되는 용접전류 및 전압의 변화로부터 상기 용접 토치에 의한 아크센싱 기능의 구현을 위해 상기 X,Y,Z 직교축의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 통신 제어유닛은 용접 조건을 입력하는 리모컨 또는 무선 단말기와 유선 또는 무선으로 통신하여 작업지령을 수신하는 것을 특징으로 한다.

상기 캐리지 몸체는 작업면을 따라 직진 주행하기 위한 주행 가이드를 더 포함하고, 상기 주행 가이드는 상기 캐리지 몸체에 대해 주행 방향의 측부에 설치되 어 구름 접촉하는 아이들 휠과, 상기 아이들 휠을 상기 캐리지 몸체에 대해 고정하는 마운팅 브라켓으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 X,Y,Z 직교축은 상기 캐리지 몸체에 대해 X축 구동부를 매개로 X축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 X축 액츄에이터와, 상기 X축 액츄에이터에 대해 Y축 구동부를 매개로 Y축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 Y축 액츄에이터 및, 상기 Y축 액츄에이터에 대해 Z축 구동부를 매개로 Z축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 Z축 액츄에이터로 이루어지고, 상기 X,Y,Z축 구동부는 X,Y,Z축 엘엠가이드를 매개로 상호 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 다관절 조인트는 상기 X,Y,Z 직교축에 탑재되는 메인몸체와, 상기 메인몸체에 대해 Y축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제1축부재, 상기 제1축부재의 제1몸체에 대해 Z축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제2축부재, 상기 제2축부재의 제2몸체에 대해 X축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제3축부재, 상기 제3축부재의 제3몸체에 대해 회전 가능하게 설치되는 제4축부재 및, 상기 제4축부재의 제4몸체에 대해 X축방향으로 회전 가능하게 설치되고 상기 용접 토치를 장착하는 제5몸체를 갖춘 제5축부재로 이루어지고, 상기 메인몸체와 상기 제1몸체 내지 제5몸체는 클램핑 조작을 위한 잠금레버를 개별적으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다관절형 자동 용접 캐리지에 의하면, 1축 방향의 주행과 직 교 3축 방향의 상대운동을 수치제어에 따른 서보제어의 방식으로 구현하는 기구적 구조를 갖는 캐리지를 매개로 다양한 형태의 용접자세와 위빙패턴을 구현함과 더불어 용접선을 추적하는 아크센싱 기능을 수행하고, 이를 통해 조선소 작업에서 필수적으로 수반되는 다양한 용접작업, 예컨대 아래보기(1G, 2F), 수직(3F) 등의 용접작업에 단일의 캐리지로서 범용적으로 적용할 수 있으며, 특히 직교 3축 방향의 상대운동이 수동조작의 7축 다관절 조인트를 매개로 용접 토치에 전달될 수 있도록 하여 용접자세의 보다 세밀한 조절을 가능하게 한다. 특히, 본 발명은 수치제어적 프로그램으로 구동되는 X,Y,Z 직교축으로 위빙을 구현함으로 인해 원하는 형태의 위빙을 원하는 용접 자세로 구현할 수 있고, 소프트웨어적인 방법으로 위빙을 구현함으로 인해 위빙 형태의 변경이나 개조 등의 작업이 캐리지 기구 구조에 영향을 주지 않고 실현 가능하게 된다.

또한, 본 발명은 용접 대상부위의 갭이 큰 경우에도 위빙패턴의 3차원적 변화를 초래하여 용융지의 부피를 보다 넓게 설정할 수 있으므로 원활한 용접작업을 수행할 수 있다. 아울러, 본 발명은 용접의 전 과정에 있어 제어기와의 통신을 통해 위빙패턴과 용접작업에 대한 전반적인 지령을 변경할 수 있어 용접 상황의 변화에도 보다 능동적으로 대응할 수 있다.

결론적으로 본 발명은 용접시 주행차륜의 회전을 제어하여 캐리지 몸체의 주행속도를 조절하고, X,Y,Z 직교축의 동작을 제어하여 용접 토치에 의한 위빙폭과 위빙속도 등의 조절을 통한 위빙패턴에 다양한 변화를 주며, 용접시 용접기로부터 용접 토치에 제공되는 전류와 전압을 제어하여 원하는 바의 용접작업을 수행하고, 용접의 시작과 종료를 각각 원하는 시점에서 제어하는 등, 용접작업에 있어 전반적인 모든 기능에 걸쳐 작업자가 유선의 리모컨 또는 무선 단말기에 의한 무선통신을 통해 임의대로 선택하여 수행할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다관절형 자동 용접 캐리지는 용접을 위한 모재의 표면에 해당하는 용접 작업면에 대해 용접선을 추종하여 이동하는 캐리지 몸체(10)와, 상기 캐리지 몸체(10)에 대해 3축 방향으로 이동 가능하게 설치되어 임의의 위빙궤적으로 구현하기 위한 X,Y,Z 직교축(20), 상기 캐리지 몸체(10)의 이동과 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작을 용접지령에 따라 제어하여 위빙 패턴을 자동 조절하고 위빙시 용접선을 추적하는 아크센싱 기능을 구현하는 제어기(30), 상기 X,Y,Z 직교축(20)에 설치되어 용접 위치와 방향을 수동적으로 조절하는 다관절 조인트(40) 및, 상기 다관절 조인트(40)에 설치되어 용접전원과 용접가스 및 용접와이어를 각각 제공받아 용접을 시행하는 용접 토치(50)를 구비한다.

여기서, 상기 캐리지 몸체(10)는 작동 전원의 인가를 조절하는 전원 스위치(11)와 이를 식별하는 전원 램프(12), 작동 전원과의 전기적 연결을 위한 전원 커넥터(13), 상기 제어기(30)에 위빙패턴과 용접작업 등에 대한 전반적인 지령신호를 제공하기 위해 리모컨(60)과의 연결을 위한 리모컨 접속용 커넥터(14) 및, 용접 기(70)의 상태 정보 및 원격제어를 위한 신호를 입력하기 위한 용접기 인터페이스용 커넥터(15)를 구비한다.

그리고, 상기 캐리지 몸체(10)는 상기 제어기(30)에 의해 구동되어 작업면에 대해 구름 접촉하는 주행차륜(16)을 더 포함하는 바, 상기 주행차륜(16)은 상기 제어기(30)에 의해 구동이 제어되는 서보모터(도시안됨)의 동작에 의해 회전하는 것으로 예컨대 4륜 구동방식의 주행을 구현한다.

또한, 상기 캐리지 몸체(10)는 상기 주행차륜(16)의 구동에 따른 이동 과정에서 작업 공간내에 존재하는 장애물을 검출하여 사전에 충돌을 회피하기 위한 충돌감지센서(17)를 구비하는 바, 상기 충돌감지센서(17)는 장애물과 상기 캐리지 몸체(10) 사이의 충돌은 물론 상기 X,Y,Z 직교축(20)과 상기 다관절 조인트(40) 및 상기 용접 토치(50)와의 충돌까지도 사전에 검출하는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 충돌감지센서(17)는 상기 캐리지 몸체(10)의 주행방향 전/후부위에 개별적으로 구비되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 캐리지 몸체(10)는 상기 제어기(30)의 제어에 따른 상기 주행차륜(16)의 구동을 통해 작업면을 따라 직진방향으로의 주행을 보조하기 위한 주행 가이드를 더 포함하는 바, 상기 주행 가이드는 상기 캐리지 몸체(10)에 대해 주행 방향의 측부에 설치되는 아이들 휠(18)과, 상기 아이들 휠(18)을 상기 캐리지 몸체(10)에 대해 고정하는 마운팅 브라켓(19)으로 이루어진다. 이 경우, 상기 아이들 휠(18)은 작업면의 용접선을 따라 배치되는 부재(도시안됨)와의 구름 접촉을 통해 상기 캐리지 몸체(10)가 보다 안정적인 상태에서 정확하게 용접선을 추종할 수 있게 하여 상기 용접 토치(50)에 의한 용접이 원활하게 이루어질 수 있도록 해 준다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 X,Y,Z 직교축(20)은 상기 캐리지 몸체(10)에 대해 X축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 X축 액츄에이터(21)와, 상기 X축 액츄에이터에 대해 Y축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 Y축 액츄에이터(23) 및, 상기 Y축 액츄에이터에 대해 Z축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 Z축 액츄에이터(25)로 이루어지고, 상기 X,Y,Z축 액츄에이터(21,23,25)는 상호 엘엠가이드를 매개로 연결되며, 각각의 구동은 서보모터와, 상기 서보모터에 의해 회전하는 볼 스크류 및, 상기 볼 스크류에 치합되는 볼 너트에 의해 이루어지는 한편, 각각의 부재에 대한 상대 부재의 위치는 위치검출센서를 통해 이루어지고, 상기 위치검출센서에 의한 검출신호는 상기 제어기(30)로 입력되어 용접시 상기 제어기(30)에 의한 수치 제어를 통해 상기 X,Y,Z 직교축(20)은 보다 정확한 위빙패턴의 구현을 위한 X,Y,Z축방향으로의 동작을 수행하게 된다.

즉, 상기 X축 액츄에이터(21)는 상기 캐리지 몸체(10)에 대해 X축 구동부(22)를 매개로 X축 방향으로 직선 이동되고, 상기 Y축 액츄에이터(23)는 상기 X축 액츄에이터(21)에 대해 Y축 구동부(24)를 매개로 Y축 방향으로 직선 이동되며, 상기 Z축 액츄에이터(25)는 상기 Y축 액츄에이터(23)에 대해 Z축 구동부(26)를 매개로 Z축 방향으로 직선 이동된다.

또한, 상기 X,Y,Z축 구동부(22,24,26)는 상기 제어기(30)에 의해 구동이 제어되는 서보모터와, 상기 서보모터에 의해 회전하는 볼 스크류 및, 상기 볼 스크류 에 치합되는 볼 너트(이상 도시안됨)를 각각 구비하고 있다. 이에 따라, 상기 X축 구동부(22)에 고정된 X축 엘엠가이드(22a)에 대해 상기 X축 액츄에이터(21)가 X축 방향으로 가이드되고, 상기 Y축 구동부(24)에 고정된 Y축 엘엠가이드(24a)에 대해 상기 Y축 액츄에이터(23)가 Y축 방향으로 가이드되며, 상기 Z축 구동부(26)에 고정된 Z축 엘엠가이드(26a)에 대해 상기 Z축 액츄에이터(25))가 Z축 방향으로 가이드된다.

한편, 상기 제어기(30)는 작업자에 의해 외부로부터 제공되는 위빙패턴과 용접작업 등 전반적인 용접조건과 관련된 지령을 입력받기 위한 통신 제어유닛과, 상기 통신 제어유닛을 통해 입력된 용접조건에 따라 상기 주행차륜(16)과 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작을 각각 제어하기 위한 모션 제어유닛을 구비한다. 이 경우, 상기 통신 제어유닛은 상기 리모컨(60)으로부터 통신용 케이블을 매개로 상기 리모컨 접속용 커넥터(14)를 통해 입력되는 지령을 수신하거나, 상기 리모컨(60)과 무선 통신을 구현하는 별도의 무선 단말기(62)를 이용하여 지령을 입력받을 수도 있다.

아울러, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 리모컨(60)과 상기 무선 단말기(62)는 용접에 있어 전류와 전압, 속도, 위빙폭, 위빙속도 등의 용접조건과 관련된 각종 모드를 선택할 수 있는 다수의 기능 선택버튼을 구비하고 있어 용접중 작업자의 선택에 의해 다양한 모드로 용접작업의 전환이 가능하고, 특히 위빙패턴에 있어 도 7에 도시된 바의 다양한 형태로의 변화를 구현하여 작업자가 원하는 바의 용접작업을 수행할 수 있게 해 준다. 이를 위해, 상기 모션 제어유닛은 상기 주행차륜(16)과 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작을 각각 제어하여 다양한 형태의 위빙 패턴을 구현하기 위해 기 설정된 로직을 저장하는 메모리를 갖추고 있다.

또한, 상기 제어기(30)는 상기 용접기 인터페이스용 커넥터(15)를 통해 입력되는 상기 용접기(70)의 전류와 전압 등의 상태 정보를 매개로 위빙시 상기 용접 토치(50)의 위치를 제어하여 용접선을 추적하는 아크센싱 기능을 구현하는 바, 아크센싱은 위빙시 상기 용접 토치(50)와 모재의 용접부위 사이의 거리변화로부터 기인하는 상기 용접기(70)의 전류/전압의 특성을 검출한 다음, 이로부터 상기 용접 토치(50)의 위치를 상기 용접기(70)의 전류/전압의 특성값을 고려하여 적절하게 제어함으로써 이루어질 수 있는 기능인 것이다.

이 경우, 상기 제어기(30)에 의한 아크센싱 기능을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 위빙시 위빙경로의 변화에 따라 수반되는 상기 용접 토치(50)와 모재(52)의 용접부위 사이의 스틱-아웃(stick-out) 길이변화는 상기 용접기(70)에서의 용접 전류와 전압의 특성값에 대한 변화를 종속으로 수반한다.

즉, 도 10의 위빙 거리 대비 전류와 전압의 값을 비교한 그래프에서와 같이, 용접 전압은 스틱-아웃(stick-out) 길이변화와 비례하는 형태의 특성을 나타내는 반면, 용접 전류는 스틱-아웃(stick-out) 길이변화와 반비례하는 형태의 특성을 나타낸다. 이에 따라, 용접시 용접 심(seam)을 중심으로 위빙을 했을 경우, 상기 용접기(70)의 전류, 전압 곡선에서 용접 심(seam)을 중심으로 변곡점이 나타나고, 이 변곡점을 수렴하도록 상기 용접 토치(50)의 위치를 제어하면 상기 용접 토치(50)가 용접선을 추종하는 아크센싱 기능을 구현하게 되는 것이다.

그리고, 상기 다관절 조인트(40)는 상기 X,Y,Z 직교축(20)과 상기 용접 토치(50) 사이에 설치되어 상기 용접 토치(50)의 각도를 보다 자유롭게 조절할 수 있는 수동 조작의 관절과 같은 기능을 수행하는 것이다.

이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 다관절 조인트(40)는 상기 X,Y,Z 직교축(20)에 탑재되는 메인몸체(41)와, 상기 메인몸체(41)에 대해 Y축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제1축부재(42), 상기 제1축부재(42)의 제1몸체(42a)에 대해 Z축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제2축부재(43), 상기 제2축부재(43)의 제2몸체(43a)에 대해 X축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제3축부재(44), 상기 제3축부재(44)의 제3몸체(44a)에 대해 회전 가능하게 설치되는 제4축부재(45) 및, 상기 제4축부재(45)의 제4몸체(45a)에 대해 X축방향으로 회전 가능하게 설치되고 상기 용접 토치(50)를 장착하는 제5몸체(46a)를 갖춘 제5축부재(46)를 구비한다. 또한, 상기 메인몸체(41)와 상기 제1~5몸체(42a,43a,44a,45a,46a)는 상기 제1~5축부재(42,43,44,45,46)와 상기 용접기(70)를 고정하기 위한 클램프로서, 각각의 클램핑 조작을 위한 잠금레버(41a,42b,43b,44b,45b,46b)를 개별적으로 구비한다.

이에 따라, 상기 다관절 조인트(40)는 상기 메인몸체(41)와 상기 제1~5몸체(42a,43a,44a,45a,46a)에 대해 상기 제1~5축부재(42,43,44,45,46)와 상기 용접기(70)의 위치를 조절한 다음 상기 잠금레버(41a,42b,43b,44b,45b,46b)의 조작을 통해 그 위치를 고정시키면, 작업자가 원하는 위빙 패턴을 추종한 용접이 이루어질 수 있게 된다.

즉, 상기 다관절 조인트(40)는 X,Y,Z방향의 축방향 직선운동과 X,Y,Z방향을 회전축으로 하는 축방향 회전운동 및 상기 용접 토치(50)를 장착하는 제5축부재(46)에서 제4몸체(45a)에 대한 X축방향의 회전운동을 각각 독립적으로 조절할 수 있는 7축 방향의 수동 조작식 조인트 부재를 제공하는 것이다. 이에 따라, 상기 다관절 조인트(40)는 상기 제어기(30)의 제어에 의해 이루어지는 상기 주행차륜(16)과 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 연동 동작으로부터 구현되는 용접 작업에 있어 상기 용접 토치(50)의 각도와 자세를 좀 더 다양하게 변형할 수 있으므로 보다 다양한 형태의 위빙패턴을 형성하는 데 기여할 수 있게 된다.

도면중 미설명 부호 72는 용접시 상기 용접 토치(50)에 와이어를 제공하는 송급장치이고, 74는 상기 캐리지 몸체(10)에 전원을 제공하는 전원공급장치이다.

따라서, 본 발명에 따른 다관절형 자동 용접 캐리지는 상기 제어기(30)의 제어에 의해 상기 캐리지 몸체(10)의 주행차륜(16)을 구동하여 모재(52)의 용접선을 추종하여 상기 용접 토치(50)에 의한 용접이 이루어질 수 있게 하는 데, 이때 상기 충돌감지센서(17)는 주행방향에 위치하는 각종 장애물의 존재를 사전 검출하여 불필요한 충돌을 회피할 수 있도록 하고, 상기 주행 가이드의 아이들 휠(18)은 상기 주행차륜(16)에 의한 용접선의 정확한 추종을 가능하게 해 준다.

또한, 상기 제어기(30)는 X,Y,Z 직교축(20)의 X축 액츄에이터(21)와 Y축 액츄에이터(23) 및 Z축 액츄에이터(25)의 구동을 각각 제어하여 수치제어에 의한 서보제어의 방식으로 다양한 형태의 위빙패턴을 구현할 수 있는 바, 특히, 상기 다관절 조인트(40)를 구성하는 각 부재에 대한 각도 조절을 매개로 상기 용접 토치(50) 의 각도와 자세를 보다 다양하게 조절할 수 있어, 더욱 다양한 형태의 위빙패턴을 구현할 수 있게 된다. 일례로 도 11은 수평 필렛 용접시 다관절 조인트(40)의 작업각도와 진행각도가 다양한 형태로 조절되는 상태를 도시하고 있고, 도 12는 아래보기 맞대기 용접시 다관절 조인트(40)의 작업각도와 진행각도가 다양한 형태로 조절되는 상태를 도시하고 있다.

이 결과, 본 발명은 상기 제어기(30)에 의한 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작 제어와 상기 다관절 조인트(40)에 의한 용접 토치(50)의 각도 및 자세에 대한 수동 조절을 통해 용접 대상부위의 갭이 큰 경우에도 위빙패턴을 3차원적으로 변화시켜 보다 넓은 영역에 걸친 용융지의 형성을 통해 원활한 용접작업을 수행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 용접의 전 과정에서 상기 제어기(30)와 상기 리모컨(60) 또는 상기 무선 단말기(62) 사이의 유/무선 통신을 매개로 위빙패턴과 용접작업의 전반에 걸쳐 지령의 변경을 수행할 수 있어 용접 상황의 변화에도 보다 능동적으로 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 용접 토치(50)의 스틱-아웃(stick-out) 길이변화에 따른 상기 용접기(70)에서의 전류 및 전압 특성의 변화를 검출하여 용접 심(seam)을 추종할 수 있도록 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작을 제어하면 용접선을 추적하는 아크센싱 기능도 구현할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상 과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 다관절형 자동 용접 캐리지를 포함하는 용접 시스템에 대한 전체 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 용접 캐리지의 분해 사시도.

도 3은 도 1,2에 도시된 X,Y,Z 직교축의 분해 사시도.

도 4는 도 1,2에 도시된 다관절 조인트의 분해 사시도.

도 5와 도 6은 도 1에 도시된 리모컨과 무선 단말기의 기능 선택부를 설명하는 도면.

도 7은 본 발명의 다관절형 자동 용접 캐리지를 이용하여 구현되는 위빙패턴을 예시하는 도면.

도 8은 용접토치와 모재의 용접부위 사이에서 발생하는 스틱-아웃 길이를 설명하는 도면.

도 9는 용접시 용접토치의 위빙경로를 예시하는 도면.

도 10은 위빙시 위빙거리 대비 용접 전류와 전압의 특성 변화를 나타낸 그래프.

도 11과 도 12는 수평 필렛 용접과 아래보기 맞대기 용접시 다관절 조인트의 작업각도와 진행각도를 각각 다양한 형태로 조절한 일례를 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-캐리지 몸체 16-주행차륜

20-X,Y,Z 직교축 30-제어기

40-다관절 조인트 50-용접 토치

60-리모컨 70-용접기

72-송급장치 74-전원공급장치

Claims (7)

1. 작업면을 따라 이동하는 캐리지 몸체(10);

   상기 캐리지 몸체(10)에 대해 3축 방향으로 이동 가능하게 설치되는 X,Y,Z 직교축(20);

   상기 캐리지 몸체(10)의 이동과 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작을 제어하여 위빙 패턴을 조절함과 더불어 위빙시 용접선을 추적하는 아크센싱 기능을 구현하는 제어기(30);

   상기 X,Y,Z 직교축(20)에 설치되어 용접 위치와 방향을 조절하는 다관절 조인트(40); 및

   상기 다관절 조인트(40)에 설치되는 용접 토치(50)를 구비하는 다관절형 자동 용접 캐리지.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 캐리지 몸체(10)를 작업면에 대해 구름 접촉하여 주행시키는 주행차륜(16)과, 장애물과의 충돌을 사전에 검출하는 충돌감지센서(17)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절형 자동 용접 캐리지.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제어기(30)는 외부로부터 제공되는 용접작업에 대한 지령을 입력받기 위한 통신 제어유닛과, 상기 통신 제어유닛을 통해 입력된 용접 조건에 따라 상기 주행차륜(16)과 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작을 각각 제어하기 위한 모션 제어유닛을 구비하고, 스틱아웃 길이의 변화로부터 검출되는 용접전류 및 전압의 변화로부터 상기 용접 토치(50)에 의한 아크센싱 기능의 구현을 위해 상기 X,Y,Z 직교축(20)의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 다관절형 자동 용접 캐리지.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 통신 제어유닛은 용접조건을 입력하는 리모컨(60) 또는 무선 단말기(62)와 유/무선으로 통신하여 작업지령을 수신하는 것을 특징으로 하는 다관절형 자동 용접 캐리지.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 캐리지 몸체(10)에 대해 주행 방향의 측부에 설치되는 아이들 휠(18)과, 상기 아이들 휠(18)을 상기 캐리지 몸체(10)에 대해 고정하는 마운팅 브라켓(19)을 구비한 주행 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절형 자동 용접 캐리지.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 X,Y,Z 직교축(20)은 상기 캐리지 몸체(10)에 대해 X축 구동부(22)를 매개로 X축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 X축 액츄에이터(21)와, 상기 X 축 액츄에이터에 대해 Y축 구동부(24)를 매개로 Y축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 Y축 액츄에이터(23) 및, 상기 Y축 액츄에이터에 대해 Z축 구동부(26)를 매개로 Z축 방향으로 직선 이동이 가능하게 설치되는 Z축 액츄에이터(25)로 이루어지고, 상기 X,Y,Z축 구동부(22,24,26)는 X,Y,Z축 엘엠가이드(22a,24a,26a)를 매개로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 다관절형 자동 용접 캐리지.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 다관절 조인트(40)는 상기 X,Y,Z 직교축(20)에 탑재되는 메인몸체(41)와, 상기 메인몸체(41)에 대해 Y축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제1축부재(42), 상기 제1축부재(42)의 제1몸체(42a)에 대해 Z축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제2축부재(43), 상기 제2축부재(43)의 제2몸체(43a)에 대해 X축방향으로 직선이동 및 회전 가능하게 설치되는 제3축부재(44), 상기 제3축부재(44)의 제3몸체(44a)에 대해 회전 가능하게 설치되는 제4축부재(45), 상기 제4축부재(45)의 제4몸체(45a)에 대해 X축방향으로 회전 가능하게 설치되고 상기 용접 토치(50)를 장착하는 제5몸체(46a)를 갖춘 제5축부재(46)로 이루어지고, 상기 메인몸체(41)와 상기 제1몸체 내지 제5몸체(42a,43a,44a,45a,46a)는 클램핑 조작을 위한 잠금레버(41a,42b,43b,44b,45b,46b)를 개별적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 다관절형 자동 용접 캐리지.

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