KR20110121221A

KR20110121221A - 티그 용접장치

Info

Publication number: KR20110121221A
Application number: KR1020100040717A
Authority: KR
Inventors: 오성규; 라성호
Original assignee: 오성규; 라성호
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-07
Also published as: CA2797891A1; JP2013525117A; WO2011136494A3; EP2594356A2; RU2012151631A; WO2011136494A2; US20130048620A1; CN102939181A; BR112012027709A2; KR101178995B1

Abstract

본 발명은 티그 용접장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 티그 용접장치는, 전극(632)과 와이어(634)와 위빙 유닛(410)이 배치된 토치 유닛(400), 토치 유닛(400)의 진행방향을 기준으로 토치 유닛(400)보다 선행되게 토치 유닛(400)을 상하좌우 방향으로 선회시켜 용접자세를 제어하는 용접자세 제어 유닛(100), 용접자세 제어 유닛(100)에 설치되고 용접 모재가 놓인 상태를 검출하여 용접선을 추적하는 용접선 추적 유닛(200) 및 용접선 추적 유닛(200)에서 추적된 용접선의 정보에 근거하여 토치 유닛(400)을 이동시키는 토치 이송 유닛(300)을 포함한다.

Description

티그 용접장치 {The TIG welding equipment}

본 발명은 티그 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접선을 실시간으로 추적하고 추적된 용접선의 정보를 근거로 토치의 이동시켜 티그용접을 수행할 수 있도록 하는 티그 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 티그(TIG) 용접은 "불활성 가스 텅스텐 아크 용접(Tungsten Inert Gas arc welding)"을 줄여서 부르는 명칭이다.

상술한 티그 용접은 텅스텐 봉을 전극으로 사용하여 아크를 발생시키고 용가제를 아크로 용융하면서 용접하며 전극의 텅스텐 봉은 거의 소모되지 않고, 용가제는 구리(Cu)재질의 와이어가 이용된다.

또한, 아크가 발생하는 부분에는 용접 홀더를 통하여 아르콘(Ar)가스 또는 헬륨(He)가스가 공급되고 이러한 불활성가스 분위기 속에서 상술한 용가제와 모재가 용융되면서 용접된다.

이때, 용접 중에 발생하는 고온에 의하여 모재에 열변형이 발생하고 이러한 열변형은 용접선을 변화시킬 수 있으며, 용접선의 변화로 인하여 전극과 모제간의 간격이 일정하지 못할 경우에는 과대전류 및 과소전류로 인하여 용접부에 결합이 발생하거나 용접 불량이 발생한다.

또한, 전극과 모재의 사이거리와 토치와 모재가 이루는 각도 등 용접자세에 무척 민감하고, 용접자세가 어긋나거나 틀어져 용접선이 변화되었을 때에는 변화되는 용접선에 능동적으로 대응할 필요가 있다.

특히, 모재와 전극봉의 간격이 1mm ~ 2mm의 차이로 인하여 용접 전류의 세기가 변화하기 때문에 용접하는 토치의 간격이나 각도가 이상적일 때에 최상의 용접 품질을 기대할 수 있지만, 상술한 바와 같이, 용접자세의 불량으로 인하여 아크가 비정상적으로 발생하면 티그 용접이 정상적으로 진행되지 않으므로 고도의 숙련이 요구된다.

다른 한편으로, 탄소 아크 용접장치에 용접선을 자동으로 추적하도록 하는 기술로서 레이저 스캐너를 이용하여 용접선을 추적하도록 하는 기술이 제안되었다.

그러나 탄소 아크 용접장치에서는 스패터(spatter)가 발생하고, 이러한 스패터는 비산하여 레이저 스캐너 등의 광학 렌즈를 오염시키고 스패터가 대기 중에서 레이저 추적선과 간섭하여 용접 모재의 상태를 정확하게 측정하지 못하는 문제점이 있고, 부정확한 측정으로 인하여 용접 경로의 기초가 될 용접선 정보가 잘못되어 용접이 정상적으로 진행되지 못하는 문제점이 있다.

또 다른 한편으로, 용접 작업에서 모재가 놓인 방향 및 자세는 제각각이므로 이때 용접봉의 자세 또는 방향에 따라 용접 품질에 영향을 끼치므로 용접 작업 환경에 적합하도록 용접자세를 능동적으로 신속하게 변경시키는 것이 요구된다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 용접 대상의 모재의 상태가 다소 뒤틀리거나 높낮이가 고르지 않더라도 용접선을 추적하여 토치를 최적의 용접 경로로 진행시킬 수 있도록 하는 티그 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 용접 모재가 배치되는 방향에 따라 용접자세를 능동적으로 변환할 수 있도록 하여 자동화된 용접장치의 효율성을 향상시킬 수 있도록 하는 티그 용접장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 티그 용접장치는, 전극과 와이어와 위빙 유닛이 배치된 토치 유닛; 상기 토치 유닛을 상하좌우 방향으로 선회시켜 용접자세를 제어하는 용접자세 제어 유닛; 상기 토치 유닛의 진행방향을 기준으로 상기 토치 유닛보다 선행되게 상기 용접자세 제어 유닛에 설치되고 용접 모재가 놓인 상태를 검출하여 용접선을 추적하는 용접선 추적 유닛; 및 상기 용접선 추적 유닛에서 추적된 용접선의 정보에 근거하여 토치 유닛을 이동시키는 토치 이송 유닛;을 포함한다.

또한, 상기 용접자세 제어 유닛은, 프레임에 설치되어 제1 선회 브래킷을 선회시키는 제1 선회 액추에이터; 상기 제1 선회 브래킷에 설치되어 제2 선회 브래킷을 선회시키는 제2 선회 액추에이터; 및 상기 제2 선회 브래킷에 설치되어 상기 토치 유닛이 설치되는 제3 선회 브래킷을 선회시키는 제3 선회 액추에이터;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 용접선 추적 유닛은, 상기 용접 모재의 용접선을 스캐닝하는 시각센서 유닛; 및 상기 시각센서 유닛으로부터 스캐닝된 정보를 연산하여 용접선을 추적하는 이송제어 유닛;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 토치 이송 유닛은, 상기 용접자세 제어 유닛의 한쪽에 설치되고 상기 용접선 추적 유닛에서 추적된 용접선에 근거하여 상기 토치 유닛을 제1 방향으로 이동시키는 제1 이송 액추에이터;와 상기 제1 이송 액추에이터의 한쪽에 설치되고 상기 용접선 추적 유닛에서 추적된 용접선에 근거하여 상기 토치 유닛을 상기 제1 방향과 직교되는 제2 방향으로 이동시키는 제2 이송 액추에이터;를 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 티그 용접장치는 탄소아크용접에서의 스패터가 발생하지 않으므로 좀 더 정확하게 용접선을 추적할 수 있고 추적된 용접선의 정보를 근거로 토치를 이동시킴으로써 용접자세를 정교하게 유지할 수 있으며 이로써 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 다른 티그 용접장치는 용접 모재가 배치되는 모양 또는 자세에 따라 토치의 방향을 능동적으로 변환시킴으로써 용접 작업 현장에 효율적으로 대처할 수 있고, 완성도가 높은 자동화된 용접장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티그 용접장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 티그 용접장치에서 용접자세 제어 유닛(100)을 설명하기 위한 정면도면 및 평면도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 티그 용접장치에서 토치 이송 유닛(300)을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 티그 용접장치에 대해서 설명한다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티그 용접장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 다른 티그 용접장치는

토치 유닛(400)을 상하좌우 방향으로 선회시켜 용접자세를 제어하는 용접자세 제어 유닛(100)과 용접 모재가 놓인 상태를 검출하여 용접선을 추적하는 용접선 추적 유닛(200) 및 용접선의 정보에 근거하여 상술한 토치 유닛(400)을 이동시키는 토치 이송 유닛(300)을 포함하여 구성된다.

상술한 토치 유닛(400)은 전극(632)과 와이어(634)와 위빙 유닛(410)이 배치된다.

상술한 전극(632)은 텅스텐 전극 봉이고, 상술한 와이어(634)는 구리(Cu)재질의 와이어로서 용접제일 수 있다.

상술한 위빙 유닛(410)은 상술한 토치 유닛(400)을 일정한 폭의 범위 내에서 좌우로 왕복시키는 장치로서 용접이 진행될 때에 용접 비드를 형성시키는 것이다.

또한, 상술한 토치 유닛(400)은 메인 컨트롤 유닛(600)과 홀더 케이블(620)로 연결되고, 상술한 메인 컨트롤 유닛(600)의 한쪽에는 상술한 와이어(634)를 송급하도록 하는 송급 유닛(610)이 배치될 수 있다.

또한, 상술한 홀더 케이블(620)은 상술한 토치 유닛(400)에 불활성 가스를 공급하도록 하는 호스와 아크를 발생시키기 위한 전원선이 배치될 수 있다.

또한, 상술한 송급 유닛(610)은 와이어(634)를 송급하고 특히 용접의 진행속도에 적합하도록 적정한 속도를 유지하여 와이어(634)를 송급하게 된다.

상술한 용접선 추적 유닛(200)은 용접이 진행되는 방향을 기준으로 상술한 토치 유닛(400)보다 선행되는 위치에 배치된다.

또한, 상술한 용접선 추적 유닛(200)은 용접 모재의 용접선을 스캐닝하는 시각센서 유닛(210)과 상술한 시각센서 유닛(210)으로부터 스캐닝된 정보를 연산하여 용접선을 추적하는 이송제어 유닛(220)을 포함하여 구성된다.

따라서 용접이 진행될 때에 용접선 추적 유닛(200)은 토치 유닛(400)보다 선행하여 제1, 제2 모재(512)(514)의 표면을 스캐닝할 수 있고, 이로써 제1, 제2 모재(512)(514)의 사이의 용접선(516)을 추적할 수있게 된다.

또한 상술한 시각센서 유닛(210)은 측정대상물과의 거리를 측정할 수 있으므로 용접선(516)의 높낮이가 변하거나 좌우로 비뚤어지는 형태로 검출할 수 있으며, 이러한 정보는 상술한 이송제어 유닛(220)에서 연산되고 추적된 용접선 정보는 높낮이 변위와 좌우변위의 값으로 출력될 수 있다.

상술한 용접자세 제어 유닛(100)은 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.

첨부도면 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 티그 용접장치에서 용접자세 제어 유닛(100)을 설명하기 위한 정면도면 및 평면도면이다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 용접자세 제어 유닛(100)은 제1, 제2, 제3 선회 액추에이터(110)(120)(130)을 포함하여 구성된다.

좀 더 상세하게는 프레임(12)에 상술한 제1 선회 액추에이터(110)가 설치되고, 상술한 제1 선회 액추에이터(110)에는 제1 선회 브래킷(112)이 설치되어 제1 선회 액추에이터(110)의 구동에 의해 제1 선회 브래킷(112)이 선회한다.

또한, 상술한 제1 선회 브래킷(112)에는 상술한 제2 선회액추에이터(120)가 설치되고, 상술한 제2 선회 액추에이터(120)에는 제2 선회 브래킷(122)이 설치되어 제2 선회 액추에이터(120)의 구동에 의해 제2 선회 브래킷(122)이 선회한다.

또한, 상술한 제1 선회 액추에이터(110)의 작동 축과 상술한 제2 선회 액추에이터(120)의 작동 축은 직교하는 방향으로 배치될 수 있다.

또한, 상술한 제2 선회 브래킷(122)에는 상술한 제3 선회액추에이터(130)가 설치되고, 상술한 제3 선회 액추에이터(130)에는 제3 선회 브래킷(132)이 설치되어 제3 선회 액추에이터(120)의 구동에 의해 제3 선회 브래킷(132)이 선회한다.

또한, 상술한 제2 선회 액추에이터(120)의 작동 축과 상술한 제3 선회 액추에이터(130)의 작동 축은 직교하는 방향으로 배치될 수 있다.

따라서 상술한 제1, 제2, 제3 선회 액추에이터(110)(120)(130)의 구동에 의해 토치 유닛(400)은 임의의 방향으로 자세를 취할 수 있고, 이로써 다양한 자세 예를 들어, 아래보기 용접, 위보기 용접, 수평용접, 수직용접 등 모재가 놓이는 방향등의 자세를 취할 수 있는 것이다.

또한, 상술한 바와 같이 용접자세 제어 유닛(100)에서 구현되는 다양한 자세는 토치 유닛(400)의 방향을 변환시키는 것으로써 용접자세를 다양하게 취할 수 있는 것이다.

상술한 프레임(102)은 주행이 가능한 자동화 용접기에 장착될 수 있고, 자동화 용접기의 일례로서, 터닝 롤러, 턴테이블, 관절 로봇, 주행로봇 등의 다양한 형태가 있고 본 발명에 따른 티그 용접장치는 상술한 바와 같은 여러 가지의 형태의 자동화 용접기에 설치되어 이용될 수 있다.

다른 한편으로 상술한 제3 선회 액추에이터(130)에 의해 토치 유닛(400)은 반전될 수 있고, 이와 같이 반전된 상태에서 토치 유닛(400)이 후퇴하여 1차 용접된 용접 비드의 위쪽에 2차 용접 비드를 반복하여 형성시킬 수도 있다.

상술한 토치 이송 유닛(300)은 첨부도면 도 4 및 도 5를 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.

첨부도면 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 티그 용접장치에서 토치 이송 유닛(300)을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 토치 이송 유닛(300)은 용접자세 제어 유닛(100)의 한쪽에 설치되는 것이고, 좀 더 상세하게는 제3 선회 브래킷(132)에 설치되는 것이다.

토치 이송 유닛(300)은 상술한 제3 선회 브래킷(132)에 제1 블록(302)이 설치되고, 제1 블록(302)의 내에 제1 스크루(312)가 설치되며, 제1 블록(302)의 한쪽에는 상술한 제1 스크루(312)를 회전시키는 제1 이송 액추에이터(310)가 설치된다.

또한, 상술한 제1 스크루(312)에는 제1 너트 블록(314)이 나사 결합되어 있고, 제1 너트 블록(314)은 상술한 제1 블록(302)에서 선형 이동된다.

상술한 제1 너트 블록(314)에는 제2 블록(316)이 설치되고, 제2 블록(316)의 내에 제2 스크루(322)가 설치되며, 제2 블록(316)의 한쪽에는 상술한 제2 스크루(322)를 회전시키는 제2 이송 액추에이터(320)가 설치된다.

또한, 상술한 제1 스크루(312)의 축선과 상술한 제2 스크루(322)의 축선은 직교되는 방향으로 설치되는 것일 수 있다.

또한, 상술한 제2 스크루(322)에는 제2 너트 블록(324)이 설치되고, 제2 너트 블록(324)은 상술한 제2 블록(316)에서 선형 이동된다.

상술한 제2 블록(316)의 한쪽에는 상술한 토치 유닛(400)이 장착된다.

즉, 상술한 용접선 추적 유닛(200)에서 추적된 용접선의 정보는 상술한 제1, 제2 선형 액추에이터(310)(320)에 지령을 내릴 수 있고, 이로써 제1, 제2 선형 액추에이터(310)(320)는 일례로서 좌우상하 이동되는 것이다.

좀 더 상세하게는 상술한 용접선 추적 유닛(200)에서 출력되는 높낮이변위 정보에 근거하여 상술한 제1 선형 액추에이터(310)가 구동되어 토치 유닛(400)의 높낮이(a)가 조절되며 이로써 모재와 전극(632)간의 거리를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

또한, 상술한 용접선 추적 유닛(200)에서 출력되는 좌우변위 정보에 근거하여 상술한 제2 선형 액추에이터(320)가 좌우이동 되어 토치 유닛(400)이 좌우 방향으로 이동 조절되고 이로써 용접선이 비틀어지거나 변형되더라도 변경된 용접선 추적하여 용접을 실시할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 티그 용접장치는 용접자세 제어 유닛(100)에 의해 토치 유닛(400)의 자세를 모재가 놓이는 방향에 따라 능동적으로 용접자세를 바꿀 수 있고 이로써 좀 더 다양한 형태의 용접 작업에 자동화를 구형할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 티그 용접장치는 스패터가 발생하지 않는 환경에서 용접선을 추적함으로써 스패터에 의한 광학기기의 오염이 발생되지 않아 용접선을 정교하게 추적할 수 있다.

특히, 용접 모재가 경사지거나 비틀어진 경우에는 추적된 용접선의 정보에 근거하여 토치 유닛(400)을 토치 이송 유닛(300)에 의해 이동시킴으로써 항상 제1, 제2 모재(512)(514)와 전극(632)의 간격(s)을 일정하게 유지시킬 수 있고, 이로써 용접 품질이 저하되는 것을 방지하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 용접 모재의 표면이 과도하게 경사진 경에는 제1, 제2, 제3 선회 액추에이터(110)(120)(130)의 작동에 의해 능동적으로 대처하여 토치(412)와 용접 모재가 이루는 각도(b)(c)를 항상 일정하게 유지할 수 있으며 이로써 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 티그 용접장치는 용접선을 실시간으로 추적하여 추적된 용접선 정보를 근거로 티그용접 홀더를 이동시켜 정밀한 티그 용접을 하는 데에 이용될 수 있다.

100: 용접자세 제어 유닛 102: 프레임
110, 120, 130: 선회 액추에이터
112, 122, 132: 제1, 제2 제3 선회 브래킷
200: 용접선 추적 유닛 202: 고정 브래킷
210: 시각센서 유닛 220: 이송제어 유닛
300: 토치 이송 유닛 302: 제1 블록
310, 320: 제1, 제2 이송 액추에이터 312, 322: 제1, 제2 스크루
314, 324: 제1, 제2 너트 블록 316: 제2 블록
400: 토치 유닛 402: 홀더 암
410: 위빙 유닛 412: 토치
412: 전극 부재 416: 와이어 홀더
512, 514: 제1, 제2 모재 516: 용접선
600: 메인 컨트롤 유닛 610: 와이어 송급 유닛
620: 홀더 케이블 632: 전극
634: 와이어

Claims

전극(632)과 와이어(634)와 위빙 유닛(410)이 배치된 토치 유닛(400);
상기 토치 유닛(400)을 상하좌우 방향으로 선회시켜 용접자세를 제어하는 용접자세 제어 유닛(100);
상기 토치 유닛(400)의 진행방향을 기준으로 상기 토치 유닛(400)보다 선행되게 상기 용접자세 제어 유닛(100)에 설치되고 용접 모재가 놓인 상태를 검출하여 용접선을 추적하는 용접선 추적 유닛(200); 및
상기 용접선 추적 유닛(200)에서 추적된 용접선의 정보에 근거하여 토치 유닛(400)을 이동시키는 토치 이송 유닛(300);
을 포함하는 티그 용접장치.
제 1항에 있어서,
상기 용접자세 제어 유닛(100)은,
프레임(102)에 설치되어 제1 선회 브래킷(112)을 선회시키는 제1 선회 액추에이터(110);
상기 제1 선회 브래킷(112)에 설치되어 제2 선회 브래킷(122)을 선회시키는 제2 선회 액추에이터(120); 및
상기 제2 선회 브래킷(122)에 설치되어 상기 토치 유닛(400)이 설치되는 제3 선회 브래킷(132)을 선회시키는 제3 선회 액추에이터(130);
를 포함하는 티그 용접장치.
제 1항에 있어서,
상기 용접선 추적 유닛(200)은,
상기 용접 모재의 용접선을 스캐닝하는 시각센서 유닛(210); 및
상기 시각센서 유닛(210)으로부터 스캐닝된 정보를 연산하여 용접선을 추적하는 이송제어 유닛(220);
을 포함하는 티그 용접장치.
제 1항에 있어서,
상기 토치 이송 유닛(300)은,
상기 용접자세 제어 유닛(100)의 한쪽에 설치되고 상기 용접선 추적 유닛(200)에서 추적된 용접선에 근거하여 상기 토치 유닛(400)을 제1 방향으로 이동시키는 제1 이송 액추에이터(310);와
상기 제1 이송 액추에이터(310)의 한쪽에 설치되고 상기 용접선 추적 유닛(200)에서 추적된 용접선에 근거하여 상기 토치 유닛(400)을 상기 제1 방향과 직교되는 제2 방향으로 이동시키는 제2 이송 액추에이터(320);
를 포함하는 티그 용접장치.