KR20130137109A - 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치 - Google Patents

산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 초음파검사장치(국부수침법 이용)를 수직 다관절형 로봇(ROBOT)의 암 선단부에 장착하여 자동차 스폿(SPOT) 용접제품 전체의 스폿 용접부위에 초음파를 조사하여 반사되는 에코를 화상화 시켜서 화상화된 용접부위를 LCD모니터를 이용하여 눈으로 간단하게 용접의 불량 여부를 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다.
그 구성은 자동차 스폿용접제품(20)을 안착하기 위한 지그(10)와, 상기 스폿용접제품(20)의 용접부위(21)로 이동하여 초음파용 매질(30)을 도포할 수 있도록 수직 다관절형 로봇(40)의 암(41) 선단부측에 장착되어 실린더(51)의 피스톤(52)에 의해 작동하는 매질도포장치(50)와, 상기 매질도포장치(50)의 상부측에 장착되어 초음파용 매질(30)이 도포된 용접부위(21)로 초음파를 조사하는 초음파검사장치(60)와, 상기 초음파검사장치(60)에 의해 조사된 초음파의 반사 에코를 화상화 처리하여 표시되는 LCD모니터(70)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치{Industrial robotic device, non-destructive testing of spot welds}
본 발명은 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 초음파검사장치(국부수침법 이용)를 수직 다관절형 로봇(ROBOT)의 암 선단부에 장착하여 자동차 스폿(SPOT) 용접제품 전체의 스폿 용접부위에 초음파를 조사하여 반사되는 에코를 화상화 시켜서 화상화된 용접부위를 LCD모니터를 이용하여 눈으로 간단하게 용접의 불량 여부를 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다.
일반적으로 스폿용접은 가격이 저렴하고 대량 생산적이며 접합강도상의 효율이 높을 뿐 아니라 중량 경감, 자재절약, 구조의 단순화 등의 성능상의 장점이 있으며, 기계에 따라 용접조건이 자동적으로 정해져 작업자의 숙련이나 기능에 의존할 필요가 없다는 장점이 있어 금속가공분야에서는 통상 스폿용접이 사용되고 있다.
이와 같은 스폿용접은 점상(點狀)으로 이루어지므로 점용접이라고도 하며, 판재에 직접 구멍을 뚫고 접합시키는 리벳접합과 달리 구멍을 뚫지 않고 접합할 수 있다.
여기서, 스폿용접부위의 결함은 용접의 신뢰성을 저하시키며, 특히 반복하중이나 충격하중이 작용하는 경우에는 주의를 요한다.
특히, 충격에 의한 하중의 것에서는 안전도가 중요하므로 결함이 없어야 한다.
보통 자동차 차체 바디에 적용되는 스폿용접은 충돌, 내구, 강도, 소음 및 진동 성능 등을 결정하는 중요한 요소이므로 용접부의 강도 등 제반 용접품질의 중요성은 매우 높다.
따라서, 용접품질의 확보를 위해 실차 용접파괴시험을 수행하고 있으며, 끌(Chisel)을 사용하는 테스트가 적용된다.
즉, 끌을 사용하여 용접부위를 떼어낸 다음, 이때의 떼어낸 부분의 표면을 확인하는 방식으로 시험한다.
예를 들면, 용접부위가 깨끗하게 떨어져 나오면 불량 판정을 내리고, 용접부위에 패널조각이 함께 붙어서 떨어져 나오면 양호한 판정을 내린다.
그러나, 기존의 용접파괴시험의 경우 작업자가 직접 끌과 망치 등을 사용하여 용접부를 타격하는 방식이므로, 작업자가 타격하는 상태에 따라 용접부위의 떨어진 상태가 매번 달라질 수 있고, 또 작업자가 용접파괴시험을 수행하기 위해서는 10일~15일의 기간과 비용 및 노동력이 소요되는 단점이 있다.
그리하여 일정한 힘으로 타격을 가할 수 있는 실린더 수단 등을 포함하는 반자동화 개념의 새로운 파괴검사장치를 구현한 국내 공개특허 10-2008-0053609호의 "스폿용접 파괴검사장치"가 개시되었으나, 상기 구성은 용접부위에 타격을 가해 파단된 용접점을 확인하여 불량 및 양호 여부를 판정하는 것으로, 용접부위를 파단하지 않고는 정확하게 판단할 수는 없었던 것이다.
또한, 국내 공개특허 제 10-2007-0044647호의"스폿용접 비파괴 검사장치"는 다수의 계측핀을 구비하여 각 계측핀 사이의 저항의 변화값을 이용하여 용접부의 접합상태를 측정함으로써, 비숙련자도 충분히 검사장치를 사용할 수 있고 용접불량을 정확하게 측정할 수 있도록 구성한 것이나, 상기 구성은 용접부의 저항값을 계측센서가 측정하게 되는데 계측센서의 오작동이 빈번하게 발생하여 이 또한 용접부의 불량 여부를 정확하게 측정할 수는 없었던 것이다.
[선행기술문헌]
1. 국내 공개특허 제 10-2007-0044647호(2007.4.30) 스폿용접 비파괴 검사장치
2. 국내 공개특허 제 10-2008-0053609호(2008.6.16) 스폿용접 파괴검사장치
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 자동차 스폿 용접한 제품이 회전장치의 지그 위에 위치하면, 1차적으로 수직 다관절형 로봇의 본체 상부에 형성되는 암에 장착되어 실린더에 의해 작동하는 매질도포장치가 용접부위를 Gel상태의 초음파용 매질을 도포한 후, 2차적으로 매질도포장치의 상부에 장착된 초음파 검사장치가 도포된 초음파용 매질에 근접하여 초음파를 조사하게 되면, 초음파의 이미지 결과가 LCD모니터에 표시되어 눈으로 용접부위의 불량 여부를 간단하게 확인할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
즉, 타격에 의하지 않고 초음파를 용접부위에 조사하여 그 반사 에코를 화상화 처리하여 LCD모니터에 화상으로 표시되는 용접부위를 숙련자가 아닌 비 숙련자라도 눈으로 간단하게 용접부위의 불량 여부를 확인할 수 있도록 함을 목적으로 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 갖는 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 도 1 내지 도 4에 나타내는 바와 같이,
자동차 스폿용접제품(20)을 안착하기 위한 지그(10)와,
상기 스폿용접제품(20)의 용접부위(21)로 이동하여 초음파용 매질(30)을 도포할 수 있도록 수직 다관절형 로봇(40)의 암(41) 선단부측에 장착되어 실린더(51)의 피스톤(52)에 의해 작동하는 매질도포장치(50)와,
상기 매질도포장치(50)의 상부측에 장착되어 초음파용 매질(30)이 도포된 용접부위(21)로 초음파를 조사하는 초음파검사장치(60)와,
상기 초음파검사장치(60)에 의해 조사된 초음파의 반사 에코를 화상화 처리하여 표시되는 LCD모니터(70)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 지그(10)는 서로 대향하여 자동차 스폿용접제품(20)을 각각 안착할 수 있도록 함과 동시에 지그를 회전할 수 있도록 회전장치가 지그(10)의 하부에 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 지그(10)에 안착되는 스폿용접제품(20)을 정위치에 위치하기 위한 제품 정위치고정장치(80)가 지그(10)의 일측에 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 초음파검사장치(60)는 2개의 평판상 구조물을 포개어 겹치고 스폿(spot) 용접에 의해 접합했을 때, 2개의 평판 상 구조물 사이의 용접부의 상태나 용접 결함의 상태를 이용해서 비파괴 방식으로 검사함으로써, 용접부위(21)에 용융-응고 부분이 형성되어 있는지 아닌지, 블로홀(blowhole) 등의 용접 결함의 유무 및 상태를 검사할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 LCD모니터(70)는 검사내용을 표시하고, 표시된 검사내용을 하드에 저장하며, 기간 설정분에 대해 File Save 및 Back-Up이 가능하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 자동차 스폿 용접부위를 매질도포장치로 초음파용 매질을 도포한 후, 초음파용 매질 위에 초음파를 조사하여 나타나는 반사 에코를 화상화 처리해서 LCD모니터로 표시되는 용접부위의 화상을 눈으로 간단하게 불량 여부를 확인할 수 있기 때문에, 비전문가도 검사장치의 사용이 가능하고, 또 검사 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 로봇 자동화로 용접 부위를 검사할 수 있기 때문에 생산성의 향상을 가져오는 효과도 있다.
그뿐만 아니라 스폿 용접부위를 영상화를 통하여 검사하기 때문에 검사자의 주관적 판단 배제하고, 결과의 보관이 용이하고, 검증된 검사기법이기 때문에 결함의 영상화를 통하여 신뢰성을 향상시킨 초음파 자동화 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수직 다관절형 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수직 다관절형 로봇의 암에 매질도포장치와 초음파검사장치가 형성된 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차 스폿 용접부위를 초음파 검사하는 공정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차 스폿용접제품을 초음파로 검사하는 전체공정을 나타낸 개략적인 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치에 대한 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 자동차 스폿용접제품(20)의 용접부위(21)를 타격에 의하지 않고, 비파괴 방법을 채택하여 간단하게 용접부위(21)의 불량여부를 눈으로 간단하게 확인할 수 있도록, 그 구성을 크게 나누어 보면, 수직 다관절형 로봇(40)을 형성하고, 용접부위(21)에 초음파를 조사하기 위하여 초음파용 매질을 도포하는 매질도포장치(50)가 구성되고, 용접부위(21)에 초음파를 조사하는 초음파검사장치(60)가 구성되고, 또 초음파로 조사된 용접부위(21)가 화상으로 표시되는 LCD모니터(70)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 각 구성에 대한 세부적인 구성 및 연결관계의 구성을 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇은, 자동차 스폿 용접제품(20)의 용접부위(21)를 비파괴 방법인 자동화 시스템으로 검사하기 위하여 산업용 로봇을 사용한다. 즉, 본 발명의 산업용 로봇은 수식 다관절형 로봇(40)으로, 회전이 가능하며 각 관절마다 이동이 가능하게 구성된 것이다. 각 관절을 구동하기 위하여 컨트롤러가 구성된다.
그리고 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 수직 다관절형 로봇(40)의 본체(42) 상부측에 위치하는 암(41)의 선단부에는 자동차 스폿 용접제품(20)의 용접부위(21)에 초음파를 조사하여 반사되는 에코를 화상화 처리하여 LCD모니터(70)로 송부하기 위하여 암(41)의 선단부측 지지대(61)에 국부수침법을 이용한 초음파검사장치(60)가 형성되고, 또 스폿 용접부위(21)를 초음파로 조사하기 전에 용접부위(21)에 대하여 초음파용 매질(30)을 도포하기 위한 매질도포장치(50)가 구성된다.
상기 매질도포장치(50)에서 공급되는 초음파용 매질(30)은 일정한 압력에 의해 공급되며, 초음파용 매질(30)의 양 조절은 정량공급 밸브를 사용하고, 초음파로 조사하기 위한 용접부위(21)에 동일하게 도포한다. 또한, 초음파용 매질(30)의 온도는 항시 일정하게 유지하여 공급한다.
그뿐만 아니라 상기 매질도포장치(50)는 실린더(51)의 피스톤(52) 선단부에 장착되어 전후 이동하면서 용접부위(21)에 초음파용 매질(30)을 도포할 수 있도록 구성된다.
그리고 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 스폿 용접부위(21)의 검사는 자동차용 스폿 용접부위(21)의 표면에 매질도포장치(50)를 이용하여 초음파용 매질(30)을 도포하고, 도포된 초음파용 매질(30) 위로 초음파검사장치(60)에서 초음파를 조사하고 있는 구성이다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 모니터는 19인치 이상의 LCD모니터(70)를 사용한다. 상기 LCD모니터(70)는 검사내용을 표시하고, 하드에 검사내용을 저장함은 물론 기간 설정분에 대해 File Save 및 Back-Up이 가능토록 구성한다. 이때 전원은 무정전 전원장치를 사용한다.
그리고 자동차용 스폿 용접제품(20)을 고정시켜 줄 수 있도록 지그(10)가 형성되고, 상기 지그(10)는 스폿 용접제품(20)의 초음파 검사가 끝나면 회전장치(11)에 의해 지그(10)는 회전하면서 자동차 스폿 용접제품(20)을 초음파로 검사할 수 있는 정 위치에 위치시켜 측정이 연속적으로 이루어질 수 있도록 구성한다.
즉, 상기 지그(10) 위에 안착되는 자동차 스폿 용접제품(20)을 초음파가 조사되는 정 위치에 위치시키기 위한 제품 정위치고정장치(80)가 지그(10)의 일측에 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 산업용 로봇을 이용한 스폿용접부의 비파괴 검사장치에 대한 작동상태의 실시 예를 설명한다.
먼저 도 4에 나타내는 바와 같이, 자동차의 스폿 용접부위(21)를 초음파로 검사하기 위하여 자동차 스폿용접제품(20)을 안착하기 위한 지그(10)의 일측에 수직 다관절 로봇(40)을 설치하고, 그 주변에 각종 검사에 필요한 LCD모니터(70)와 매질도포장치(50)에 초음파용 매질을 공급하는 매질공급유닛 및 마스터검사장치를 설치한다.
그리고 지그(10)에는 스폿용접을 한 자동차의 스폿용접제품(20)을 적재하여 둔다.
상기와 같이 검사준비가 완료되면, 지그(10) 위에 자동차 스폿용접제품(20)을 안착시킨다. 이때 지그(10)는 회전장치(11)에 의해 180도 회전하여 초음파 검사할 위치로 정위치 하게 된다. 즉, 지그(10) 위에 자동차 스폿용접제품(20)이 안착되면, 지그(10)의 일측에 형성된 제품 정위치고정장치(80)에 의해 초음파가 조사되는 위치로 정위치 시키게 되는 것이다.
상기와 같이 지그(10) 위의 스폿용접제품(20)이 정위치에 안착이 되면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 스타트 신호를 주어 수직 다관절형 로봇(40)의 암(41)이 컨트롤러의 작동에 의해 스폿용접제품(20)에 근접하여 1차적으로 암(41)의 선단부에 장착된 실린더(51)의 피스톤(52)이 작동하면서 피스톤(52)에 장착된 매질도포장치(50)에서 초음파용 매질(30)이 공급되어 스폿 용접부위(21)의 표면에 초음파용 매질이 도포 된다.
그리고 나서 매질도포장치(50)의 상부에 형성된 초음파검사장치(60)에서 초음파용 매질(30)이 도포된 용접부위(21)에 초음파를 조사한다. 조사된 초음파에 의하여 반사 에코를 화상화 처리해서 모니터링 시스템의 LCD모니터(70)에 용접부위(21)가 화상으로 표시된다.
이때 검사자는 LCD모니터(70)에 화상으로 표시된 용접부위(21)를 확인하여 용접상태의 불량 여부를 확인하게 된다.
즉, 자동차의 스폿 용접제품(20)은 2개의 평판상 구조물을 포개어 겹치고 스폿(spot) 용접에 의해 접합했을 때, 2개의 평판 상 구조물 사이의 용접부의 상태나 용접 결함의 상태를 초음파검사장치(60)를 이용해서 비파괴 방식으로 검사함으로써, 용접부위(21)에 용융-응고 부분이 형성되어 있는지 아닌지, 블로홀(blowhole) 등의 용접 결함의 유무 및 상태를 검사할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같이 LCD모니터(70)를 통해 검사가 완료되면, 검사내용을 하드에 저장함은 물론 기간 설정분에 대해 File Save 및 Back-Up이 가능하게 된다.
또한, 초음파 검사 완료된 후에는 다시 지그(10)에 자동차의 스폿용접제품(20)이 안착됨과 동시에 회전장치(11)에 의해 지그(10)는 회전되어 초음파로 검사할 위치에 정확하게 제품 정위치고정장치(80)를 통해 정위치되는 것이다. 상기 작용을 반복하여 자동차의 스폿용접제품(20)의 용접부위(21)를 자동으로 비파괴 방식에 의해 간단하게 눈으로 검사할 수 있는 것이다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명이 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.
10. 지그 11. 회전장치
20. 스폿용접제품 21. 용접부위
30. 초음파용 매질 40. 수직 다관절형 로봇
41. 암 42. 본체
50. 매질도포장치 51. 실린더
52. 피스톤 60. 초음파검사장치
61. 지지대 70. LCD모니터
80. 제품 정위치고정장치

Claims (5)

  1. 자동차 스폿용접제품(20)을 안착하기 위한 지그(10)와,

    상기 스폿용접제품(20)의 용접부위(21)로 이동하여 초음파용 매질(30)을 도포할 수 있도록 수직 다관절형 로봇(40)의 암(41) 선단부측에 장착되어 실린더(51)의 피스톤(52)에 의해 작동하는 매질도포장치(50)와,

    상기 매질도포장치(50)의 상부측에 장착되어 초음파용 매질(30)이 도포된 용접부위(21)로 초음파를 조사하는 초음파검사장치(60)와,

    상기 초음파검사장치(60)에 의해 조사된 초음파의 반사 에코를 화상화 처리하여 표시되는 LCD모니터(70)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지그(10)는 서로 대향하여 자동차 스폿용접제품(20)을 각각 안착할 수 있도록 함과 동시에 지그를 회전할 수 있도록 회전장치가 지그(10)의 하부에 구성한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지그(10)에 안착되는 스폿용접제품(20)을 정위치에 위치하기 위한 제품 정위치고정장치(80)가 지그(10)의 일측에 구성된 것을 특징으로 하는 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파검사장치(60)는 2개의 평판상 구조물을 포개어 겹치고 스폿(spot) 용접에 의해 접합했을 때, 2개의 평판 상 구조물 사이의 용접부의 상태나 용접 결함의 상태를 이용해서 비파괴 방식으로 검사함으로써, 용접부위(21)에 용융-응고 부분이 형성되어 있는지 아닌지, 블로홀(blowhole) 등의 용접 결함의 유무 및 상태를 검사할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 LCD모니터(70)는 검사내용을 표시하고, 표시된 검사내용을 하드에 저장하며, 기간 설정분에 대해 File Save 및 Back-Up이 가능하도록 구성한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇을 이용한 스폿 용접부의 비파괴검사장치.
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