KR20130009484A

KR20130009484A - 트윈 토치형 스트립 용접 장치

Info

Publication number: KR20130009484A
Application number: KR1020110070638A
Authority: KR
Inventors: 김승현
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2013-01-23
Also published as: KR101230212B1

Abstract

본 발명은 트윈 토치형 스트립 용접 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 트윈 토치형 스트립 용접 장치는 지지부, 가이드부, 용접부, 이동부, 간격조절부 및 제어부를 포함한다. 지지부는 선행 및 후행 스트립의 용접 라인 상에 구비된다. 가이드부는 상기 지지부 상에 고정되고, 상기 용접라인을 따라 구비된다. 용접부는 상기 가이드부를 따라 이동하고, 용접 작업을 동시에 수행하는 제1 토치 및 제2 토치가 구비된다. 이동부는 상기 용접부를 상기 가이드부를 따라 이동시킨다. 간격조절부는 상기 제1 토치 및 제2 토치의 간격을 조절한다. 제어부는 상기 용접부, 이동부 및 간격조절부를 제어하여 용접 작업을 수행한다.
본 발명에 따르면 용접장치에 구비되는 루퍼 등의 불필요한 장치를 제거할 수 있고, 용접된 부위의 감지를 위한 비용접부를 형성하기 위하여 전체 스테인리스강 생산 프로세스를 고의로 지연시켜야 할 필요가 없다.

Description

트윈 토치형 스트립 용접 장치{Twin torch type welding apparatus for strip}

본 발명은 트위 토치형 스트립 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구비된 양 토치간의 간격을 자동적으로 제어가 가능한 스트립간 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접 대상인 스트립에 대한 용접 작업을 수행하기 위하여 하나의 토치(Torch)를 이용한다. 하나의 용접 장치에 두 개의 토치가 설치되어 있는 경우라도 여분의 토치는 직접적으로 작업을 수행하기 위한 것이 아니라 예비품으로 구비되고 있다.

하나의 토치가 전체 용접 작업을 수행하는 경우 용접시간이 과다하게 소요되는 문제가 있다. 즉, 하나의 토치가 용접 라인을 따라 용접을 수행하는 경우 소요 시간을 단축하기 위하여 용접장치의 출력과 용접장치의 이송속도를 높이는 등의 방법을 생각해 볼 수 있으나, 용접 품질이 저하되는 등 여러 가지 문제가 발생하게 된다.

또한 이후 공정에서 용접된 부위를 감지하기 위해 전체 용접라인 중 중앙부에 비용접홀(비용접부)을 형성하게 된다. 비용접홀(비용접부)은 용접 라인 중 용접 작업을 생략함으로써 형성되는 틈을 말한다. 비용접홀(비용접부)을 형성하기 위해서는 용접 작업을 일정 시간 동안 정지시키고, 토치 및 토치가 구비되는 이송부를 이동시킨 후 용접 작업을 재개하게 된다. 이 과정에서도 용접 시간의 지연이 발생된다.

이러한 이유로 용접 장치 후단에는 Strip을 저장하였다가 용접 작업 중 Strip을 인출하여 주는 루퍼(looper) 설비를 상당히 긴 터널 구조로 구축하는 경우가 있으며, 또한 전체 생산 프로세스의 속도를 낮추는 등의 방법으로 용접 작업에 의해 소요되는 시간을 보상하면서 제품을 생산하기도 한다.

본 발명의 과제는 전체 용접 작업에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 용접 장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 과제는 용접된 부위의 감지를 위한 비용접부를 형성하는 경우에도 용접 시간을 지연시키지 않는 용접 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 트윈 토치형 스트립 용접 장치는 지지부, 가이드부, 용접부, 이동부, 간격조절부 및 제어부를 포함한다.

지지부는 선행 및 후행 스트립의 용접 라인 상에 구비된다.

가이드부는 상기 지지부 상에 고정되고, 상기 용접라인을 따라 구비된다.

용접부는 상기 가이드부를 따라 이동하고, 용접 작업을 동시에 수행하는 제1 토치 및 제2 토치가 구비된다.

이동부는 상기 용접부를 상기 가이드부를 따라 이동시킨다.

간격조절부는 상기 제1 토치 및 제2 토치의 간격을 조절한다.

제어부는 상기 용접부, 이동부 및 간격조절부를 제어하여 용접 작업을 수행한다.

또한 상기 용접부는 용접 와이어를 각각의 토치에 공급하는 한 쌍의 와이어 드럼을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 지지부는 상기 용접 라인 양측으로부터 수직으로 구비되는 한 쌍의 수직 지지부와 상기 한 쌍의 수직 지지부 상단을 연결하는 수평 지지부를 포함할 수 있다.

나아가 상기 이동부는 래크(rack)와 피니온(pinion)을 포함할 수 있다. 래크는 상기 수평 지지부에 구비된다. 피니온은 상기 용접부에 구비되고, 상기 래크(rack)에 대응한다.

상기 제1 토치에는 빛을 반사하는 반사부가 구비되고, 상기 제2 토치에는 상기 반사부를 향하여 빛을 발산하는 발광부와, 상기 반사부로부터 반사되는 빛을 수용하는 수광부를 구비할 수 있다. 이 때 상기 제어부는 상기 수광부 입사되는 빛의 입사각에 따라 상기 반사부까지의 거리를 산출하는 거리산출수단을 더 포함한다.

나아가 상기 발광부는 적외선을 발산할 수 있다.

또한 선행 스트립의 폭과 후행 스트립의 폭 중 적은 쪽을 Ls, 상기 용접 라인 중 용접을 수행하지 않을 비용접부의 길이를 Lg라 하면, 상기 제어부는 상기 제1 토치 및 제2 토치의 간격이 (Ls + Lg)/2가 되도록 제어할 수 있다.

나아가 상기 제어부는 상기 제1 토치가 용접 라인의 일단에 위치시킨 후 상기 제2 토치가 용접 라인의 타단에 위치할 때까지 상기 용접부를 이동시키며 용접 작업을 수행할 수 있다.

또한 상기 제1 토치 및 제2 토치 중 어느 하나에는 암나사부가 형성될 수 있다. 이 때 상기 간격조절부는 상기 암나사부에 대응하는 수나사부와, 상기 수나사부를 회전시키는 간격조절 구동부를 포함한다.

본 발명에 따르면 스트립 용접 시에 소요되는 시간을 기존에 비하여 단축할 수 있으며, 동시에 용접된 부위의 감지를 위한 비용접부를 형성하는 경우에도 전체 용접 시간을 지연시키지 않는다.

결과적으로 용접장치에 구비되는 루퍼 등의 불필요한 장치를 제거할 수 있고, 용접된 부위의 감지를 위한 비용접부를 형성하기 위하여 전체 스테인리스강 생산 프로세스를 고의로 지연시켜야 할 필요가 없다.

도 1은 본 발명에 따른 용접 장치의 모습을 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 간격 조절부의 모습을 나타내는 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 용접 장치 중 용접부가 이동된 모습을 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 용접 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 선행 및 후행 스트립의 용접된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 용접 프로세스를 나타내는 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 트윈 토치형 스트립 용접 장치는 지지부, 가이드부, 용접부, 이동부, 간격조절부 및 제어부를 포함한다. 이하에서는 각 구성에 대하여 상세히 설명한다.

먼저 도 1을 참조하여 지지부(300) 및 가이드부(400)를 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 용접 장치의 모습을 나타내는 정면도이다.

지지부(300)는 지지부(300) 하단에서 선행 및 후행 스트립을 연결하는 용접 작업이 수행될 수 있도록 일직선(이후 '용접 라인'이라 함) 상에 형성한다. 지지부(300)는 수직 지지부(301)와 수평 지지부(302)를 포함한다. 수직 지지부(301)는 각각 선행 스트립 및 후행 스트립의 이동 경로 양 측면에 수직으로 형성된다. 수평 지지부(302)는 상술한 수직 지지부(301) 각각의 상단을 연결하는 형태로 구비되며, 용접 라인 상부에 위치하게 된다.

가이드부(400)는 수평 지지부(302)의 하부에 위치하며, 양 수직 지지부(201)에 고정된다. 가이드부(400)는 후술할 용접부(110)의 동선이 용접 라인 상부에 형성되도록 가이드 하는 기능을 하게 된다.

도 1 및 도 2를 참조하여 용접부(110), 간격조절부(130) 및 간격측정부(140, 145)를 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 간격 조절부의 모습을 나타내는 부분 확대도이다.

용접부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 용접부 본체(112), 제1 토치(111a), 제2 토치(111b), 와이어 드럼(118), 용접 와이어(119) 및 보호 가스 공급관(117)을 포함한다.

용접부 본체(112)는 상술한 가이드부(400)를 따라 이동하며, 용접부(110)의 타 구성들이 고정되거나 형성되는 구성이다. 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)는 용접부 본체(112)의 하부에 구비되어 용접 라인 상에 위치한다. 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)는 토치 지지부(133)에 고정된 형태로 용접부 본체(112)에 구비될 수 있다.

와이어 드럼(118)은 용접 작업에 투입될 용접 와이어(119)를 용접 토치(111a, 111b) 내로 공급하는 기능을 한다. 한편, 보호 가스 공급관(117)은 용접 시 용접 부위에 보호 가스 분위기를 형성하기 위하여 토치(111a, 111b)에 아르곤(Ar)이나 헬륨(He)과 같은 보호 가스를 공급한다.

간격조절부(130)는 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)의 간격을 조절한다. 간격조절부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 토치 지지부(133), 수나사부(132) 및 간격조절 구동부(131)를 포함한다. 간격조절 구동부(131)는 회전력을 수나사부(132)에 제공하여 수나사부(132)가 중심축을 중심으로 회전하도록 한다. 한편, 토치 지지부(133) 중 어느 하나에는 수나사부(132)에 대응하는 암나사(미도시)가 형성된다. 즉, 수나사부(132)가 회전함에 따라 암나사가 형성된 토치 지지부(133)는 용접 라인 상에서 직선운동(D1 or D2, D3 or D4)을 한다. 어느 한 토치 지지부(133)가 간격조절을 위하여 이동되는 경우에 타 토치 지지부(133)는 한 지점에 고정되는 것이 바람직하다.

간격측정부는 양 토치(111a, 111b)의 거리를 측정한다. 간격측정부는 도 2에 도시된 바와 같이 간격측정센서(140)와 반사부(145)를 포함한다. 간격측정센서(140)는 제1 토치(111a)나 제2 토치(111b) 중 어느 하나에 구비될 수 있으며, 이 경우 반사부(145)는 간격측정센서(140)가 구비되지 않은 타 토치에 구비된다. 간격측정센서(140)는 적외선 등의 빛을 발광하는 발광부(141)와 반사되는 빛을 수용하는 수광부(142)를 포함한다. 수광부(142)는 발광부(141)로부터 발광된 후 반사부(145)를 통하여 반사되는 적외선 등의 빛을 수광 한다. 수광부(142)는 수용되는 빛의 입사각에 따라 다른 전기적 신호를 발생한다.

도 3을 참조하여 이동부를 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 용접 장치 중 용접부가 도 1에 비하여 우측으로 이동된 모습을 나타내고 있다.

이동부(120)는 용접부 본체(112)를 가이드부(400)를 따라 이동시킨다. 이동부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 래크(rack; 121), 피니온(pinion; 122), 이동거리 측정부(124) 및 이동 구동부(123)를 포함한다. 이동 구동부(123) 및 피니온(122)은 용접부 본체(112)의 상부에 구비되며, 래크(121)는 상술한 수평 지지부(302)의 하단에 구비된다. 이동 구동부(123)은 피니온(122)을 회전시킨다. 피니온(122)이 회전함에 따라 피니온(122)은 래크(121)와 맞물려 수평 지지부(302)를 따라 이동한다. 또한 피니온(122)이 직선 왕복운동을 함에 따라 피니온(122)의 중심축이 고정되는 용접부 본체(112)도 수평 지지부(302), 즉 용접 라인을 따라 직선 왕복운동을 하게 된다. 이동거리 측정부(124)는 상술한 래크와 맞물리는 기어의 회전수를 카운팅하는 방식 등으로 용접부 본체(112)의 이동거리를 산출할 수 있다. 이동거리 측정부(124)는 피니온(122)의 회전수를 측정할 수도 있고, 별도의 기어를 구비하여 해당 기어의 회전수를 측정할 수도 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하여 제어부를 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 용접 장치를 나타내는 블록도 이고, 도 5는 선행 및 후행 스트립의 용접된 모습을 나타내는 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 용접 프로세스를 나타내는 순서도이다.

제어부(200)는 앞서 설명한 용접부(110), 간격조절부(130) 및 이동부(120) 등의 장치부(100)와 전기적으로 연결되어 각 구성으로부터 측정된 측정값을 전달받고, 각 구성을 제어한다. 제어부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 간격산출수단(201), 간격조절수단(202) 및 용접제어수단(203)을 포함한다.

먼저 간격산출수단(201)은 상술한 간격측정센서(140)로부터 전기적 신호를 전달받아 제1 토치(111a)와 제2 토치(111b) 간의 간격을 산출한다. 앞서 설명한 바와 같이 간격측정센서(140)는 반사되는 적외선의 입사각에 따라 다른 전기적 신호를 발생시킨다. 간격산출수단(201)은 기 설정된 전기적 신호에 따른 거리 산출에 관한 데이터 베이스를 구비하였다가, 수신되는 전기적 신호에 따라 제1 토치(111a)와 제2 토치(111b)간의 간격을 산출하게 된다.

간격조절수단(202)은 관리자에 의하여 입력된 데이터 및/또는 타 센서 등의 장치로부터 측정된 데이터를 이용하여 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)의 간격 조절을 위하여 간격조절부(130)를 제어하는 기능을 한다. 도 5를 참조하여 설명하면, 간격조절수단(202)은 먼저 선행 스트립(21) 및 후행 스트립(22)의 폭 데이터(L1, L2)와 용접 라인의 중앙에 형성될 비용접부(G)의 길이(Lg) 데이터 전달받는다. 여기서 비용접부라 함은 용접 라인 중 의도적으로 용접 작업을 수행하지 않음으로써 선행 및 후행 스트립(21, 22) 간에 일정한 길이로 형성된 간극이나 홀(hole)을 의미한다. 비용접부(G)는 이후의 공정에서 용접 라인의 위치를 감지하기 위하여 이용된다. 이어서 간격조절수단(202)은 선행 스트립(21) 및 후행 스트립(22)의 폭 데이터와 비용접부(G)의 길이 데이터로부터 제1 토치(111a)와 제2 토치(111b)의 간격(Ld)을 결정하고, 제1 토치(111a)와 제2 토치(111b)가 해당 간격(Ld)만큼 벌어지도록 간격조절부(130)를 제어한다.

제1 토치(111a)와 제2 토치(111b)의 간격(Ld)은 다음과 같은 방법으로 결정될 수 있다. 먼저 선행 스트립(21)과 후행 스트립(22)의 폭 중 적은 쪽을 선택한다. 선행 스트립(21)의 폭(L1)과 후행 스트립(22)의 폭(L2) 중 적은 쪽을 Ls라 하면, 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)의 간격(Ld)는 아래의 식 1에 따라 결정될 수 있다.

식 1: Ld = (Ls + Lg)/2

비용접부(G)의 길이(Lg)가 0인 경우 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)의 간격(Ld)은 적은 폭을 가진 스트립의 폭의 1/2이 된다.

용접제어수단(203)은 도 6에 도시된 바와 같이 전체 용접작업을 순차적으로 수행하도록 제어하는 기능을 한다.

먼저 용접제어수단(203)은 관리자로부터 데이터를 입력받거나 측정된 데이터를 전송받는다.(S10) 예를 들어 용접제어수단(203)은 선행 스트립(21)과 후행 스트립(22)의 폭 데이터를 관리자로부터 입력받거나, 타 측정장치가 측정한 데이터를 전송받을 수 있다. 또한 관리자로부터 용접라인 상에 형성될 비용접부의 길이 데이터를 입력받는다.

다음으로 앞서 설명한 식 1에 따라 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)간에 형성될 간격을 결정한다.(S20)

다음으로 결정된 간격에 따라 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)간의 간격을 조절하고, 용접부(110)를 최초의 용접 시작 위치로 이동시킨다(S30). 제1 토치(111a) 및 제2 토치(111b)간의 간격 조절과 용접부(110)의 최초 용접 시작위치로의 이동은 동시에 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 용접부(110)는 제1 토치(111a)가 용접 라인 상의 최초 용접 위치(P1, 도 5 참조)로 이동함으로써 최초 용접 위치로 이동된다. 이 때 제2 토치(111b)는 비용접부(G)의 최후단(P3)에 위치하게 된다.

이어서 이동부(120)가 작동하면서 용접부 본체(112)를 용접라인을 따라 이동시키고, 동시에 제1 토치(111a)와 제2 토치(111b)를 작동시켜 용접 작업을 수행한다(S40).

마지막으로 제2 토치(111b)가 용접라인의 최후단(P4)에 위치하는 것을 감지하면 용접 작업을 종료한다(S50). 이 때 제1 토치(111a)는 비용접부(G)의 전단부(P2)에 위치하게 되며, 용접라인의 중앙부에는 용접 작업이 진행되지 아니한 비용접부(G)가 형성된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 트윈 토치 타입 스트립 용접 장치로 구현될 수 있다.

100: 장치부, 110: 용접부
111a, 111b: 토치 120: 이동부
130: 간격조절부 140, 간격측정센서
141: 발광부 142: 수광부
145: 반사부

Claims

선행 및 후행 스트립의 용접 라인 상에 구비되는 지지부;
상기 지지부 상에 고정되고, 상기 용접라인을 따라 구비되는 가이드부;
상기 가이드부를 따라 이동하고, 용접 작업을 동시에 수행하는 제1 토치 및 제2 토치가 구비되는 용접부;
상기 용접부를 상기 가이드부를 따라 이동시키는 이동부;
상기 제1 토치 및 제2 토치의 간격을 조절하는 간격조절부; 및
상기 용접부, 이동부 및 간격조절부를 제어하여 용접 작업을 수행하는 제어부;를 포함하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 용접부는 용접 와이어를 각각의 토치에 공급하는 한 쌍의 와이어 드럼을 더 포함하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 지지부는 상기 용접 라인 양측으로부터 수직으로 구비되는 한쌍의 수직 지지부와 상기 한 쌍의 수직 지지부 상단을 연결하는 수평 지지부를 포함하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.
제3항에 있어서,
상기 이동부는,
상기 수평 지지부에 구비되는 래크(rack); 및
상기 용접부에 구비되고, 상기 래크(rack)에 대응하는 구동 피니온(pinion)을 포함하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 토치에는 빛을 반사하는 반사부가 구비되고, 상기 제2 토치에는 상기 반사부를 향하여 빛을 발산하는 발광부와, 상기 반사부로부터 반사되는 빛을 수용하는 수광부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 수광부 입사되는 빛의 입사각에 따라 상기 반사부까지의 거리를 산출하는 거리산출수단을 더 포함하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.
제5항에 있어서,
상기 발광부는 적외선을 발산하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.
제1항에 있어서,
선행 스트립의 폭과 후행 스트립의 폭 중 적은 쪽을 Ls, 상기 용접 라인 중 용접을 수행하지 않을 비용접부의 길이를 Lg라 하면,
상기 제어부는 상기 제1 토치 및 제2 토치의 간격이 (Ls + Lg)/2가 되도록 제어하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 토치가 용접 라인의 일단에 위치시킨 후 상기 제2 토치가 용접 라인의 타단에 위치할 때까지 상기 용접부를 이동시키며 용접 작업을 수행하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 토치 및 제2 토치 중 어느 하나에는 암나사부가 형성되고,
상기 간격조절부는 상기 암나사부에 대응하는 수나사부와, 상기 수나사부를 회전시키는 간격조절 구동부를 포함하는 트윈 토치형 스트립 용접 장치.