KR20140063034A - 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법 - Google Patents

용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법은, 초기 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선 상의 그루브 끝단에 위치한 제1 위빙 끝단에서 제1 용접신호를 측정하는 제1 과정; 다음번의 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제2 위빙 끝단에서 제2 용접신호를 측정하는 제2 과정; 상기 제1 용접신호와 상기 제2 용접신호를 이용하여 용접선 추정 시 제1 위치 보정량을 계산하는 제3 과정; 상기 제1 위치 보정량을 기준으로 용접 중심선 위치를 보정하고, 보정된 값에 따라 자동 위빙 용접을 수행하는 제4 과정; 및 작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했는지를 판단하는 제5 과정을 포함하는 기술을 제공함에 기술적 특징이 있다.

Description

용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법{METHOD FOR AUTOMATIC TRACKING MULTI-LAYER WEAVING WELDING LINE USING WELDING GROOVE ON ONE SIDE}
본 발명은 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접 그루브의 한쪽 벽면만을 기준으로 측정된 용접신호를 각각의 용접위치에서의 용접신호와 상대적으로 비교하고, 작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했는지를 판단하는 과정을 반영하여, 다층 위빙 용접 수행 시 용접선을 자동 추적하여 용접 결함을 방지하기 위한, 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법에 관한 것이다.
용접로봇의 중요한 기능의 하나로 위빙용접이 있는데, 위빙용접은 용접토치를 용접선에 대하여 직각에 근사한 경사방향으로 요동시키면서 용접선을 따라 이동시키는 용접방법이다.
그런데, 용접의 대상인 작업물은 절단 정밀도, 구부림 정밀도 및 재료의 구부러짐과 뒤틀림에 의한 조립 정밀도의 각각의 편차와 그 집적오차에 의해, 제1 및 제2의 피용접체 사이의 맞대기 간격과 개선폭(groove width) 등이 용접선 방향에 대하여 분균일 하게 위치하는 경우가 많이 발생한다.
상기와 같이 상호 간격이 불균일함에도 불구하고 용접토치의 요동폭, 즉 위빙폭을 일정하게 유지하면서 위빙용접을 할 경우, 장소에 따라 용접의 과부족이 생겨 용접품질이 현저하게 저하되는 일이 발생하곤 하였다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 위빙용접에 있어서는 상호 간격의 변화에 의하여 자동적으로 응답하고, 언제나 양호한 용접을 행할 수 있는 용접선 프로파일 제어방법이 종래부터 제안되어 왔다.
도 1은 일반적으로 다층 위빙 용접을 수행할 경우 용접할 위치에 따른 용접토치의 위치를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바대로, 모재(110)가 넓은 그루브 폭을 갖는 경우 용접부가 흘러내리기 때문에 여러 번 용접하여 용접부를 형성해야 한다.
이 경우 모재(110)는 중심선을 기준으로 좌측에 제1 용접위치(P1), 제2 용접위치(P2)가 있고, 우측에 제3 용접위치(P3), 제4 용접위치(P4)가 있어 총 3회의 다층 위빙 용접이 요구된다.
즉 다층 위빙 용접을 수행할 경우 용접토치(120)는 제1 용접위치(P1)와 제2 용접위치(P2) 사이의 제1 위빙폭(W1), 제2 용접위치(P2)와 제3 용접위치(P3) 사이의 제2 위빙폭(W2), 제3 용접위치(P3)와 제4 용접위치(P4) 사이의 제3 위빙폭(W3)을 갖고 각각 3회의 다층 위빙(weaving) 용접이 수행된다.
하지만, 종래기술은 다층 위빙 용접 수행 시 모재의 그루브 폭이 넓은 경우, 이웃한 용접위치 간에 서로 다른 위빙 폭을 갖고 위빙(weaving) 용접을 수행해야 하는데, 이 경우 그루브의 한쪽 벽면에서 측정된 용접신호 만을 이용하여 각각의 용접위치에서의 용접신호를 서로 비교할 수 없는 문제점이 있었다.
도 2는 종래기술에 따른 용접선 자동 추적을 하여 다층 위빙 용접을 수행할 경우, 용접결함이 발생하는 경우를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 제1 모재(110a)와 제2 모재(110b)는 사다리꼴 형상으로 그루브 폭(groove width)이 아래쪽으로 점점 넓어지는 형태를 가지며, 기준 용접중심선(S0)은 수직방향의 제1 모재(110a)와 평행하고, 타겟 용접중심선(S2)은 경사진 방향의 제2 모재(110b)와 평행하다.
초기 위빙(weaving) 시 실제 용접선(S1) 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제1 위빙 끝단(210)에서 제1 용접신호(V1)를 측정하고, 다음번 위빙(weaving) 시 실제 용접선(S1) 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제2 위빙 끝단(220)에서 제2 용접신호(V2)를 측정하며, 측정된 제1 용접신호(V1)와 제2 용접신호(V2)를 이용하여 위치 보정량을 계산한 후 용접선 자동 추적을 수행한다.
하지만, 제1 용접신호(V1)에 상응하여 측정된 제1 전류 값과 제2 용접신호(V2)에 상응하여 측정된 제2 전류 값이 동일한 값을 갖는 경우, 도 2에 도시된 바대로 용접 목표로 하는 타겟 용접선(S2)과 불일치하는 실제 용접선(S1)을 따라 자동 용접이 실행된다.
즉 실제로 행해진 실제 용접선(S1)과 용접 목표로 하는 타겟 용접선(S2)간에 차이가 발생되며, 특히 하단 방향으로 갈수록 간격이 점점 더 벌어져(D1 < D2) 용접이 진행될수록 용접 결함은 더 커지는 문제가 발생한다.
즉 종래기술은 다층 위빙 용접 수행 시 그루브의 한쪽 벽면에서 측정된 용접신호를 이용하여 용접선을 자동 추적할 경우, 측정된 용접신호들이 동일한 값을 갖는 경우 위치 보정량이 제대로 반영되지 못하여 용접결함이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 용접 그루브의 한쪽 벽면만을 기준으로 측정된 용접신호를 각각의 용접위치에서의 용접신호와 상대적으로 비교하고, 작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했는지를 판단하는 과정을 반영하여 다층 위빙 용접 수행 시 용접선을 자동 추적하여 용접 결함을 방지하기 위한, 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법은, 초기 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선 상의 그루브 끝단에 위치한 제1 위빙 끝단에서 제1 용접신호를 측정하는 제1 과정; 다음번의 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제2 위빙 끝단에서 제2 용접신호를 측정하는 제2 과정; 상기 제1 용접신호와 상기 제2 용접신호를 이용하여 용접선 추정 시 제1 위치 보정량을 계산하는 제3 과정; 상기 제1 위치 보정량을 기준으로 용접 중심선 위치를 보정하고, 보정된 값에 따라 자동 위빙 용접을 수행하는 제4 과정; 및 작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했는지를 판단하는 제5 과정을 포함하는 기술을 제공한다.
본 발명은 용접 그루브의 한쪽 벽면만을 기준으로 측정된 용접신호를 각각의 용접위치에서의 용접신호와 상대적으로 비교하고, 작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했는지를 판단하는 과정을 반영함으로써, 작업자가 임의로 용접 중심선을 변경하는 것에 구애받지 않고 다층 위빙 용접 수행 시 용접선을 자동 추적하여 용접 결함을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 일반적으로 다층 위빙 용접을 수행할 경우 용접할 위치에 따른 용접토치의 위치를 나타낸 것이다.
도 2는 종래기술에 따른 용접선 자동 추적을 하여 다층 위빙 용접을 수행할 경우, 용접결함이 발생하는 경우를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 용접 그루브 한쪽 벽면만을 기준으로 용접선 자동 추적을 하여 다층 위빙 용접을 수행하는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 용접 그루브 한쪽 벽면만을 이용한 용접선 자동 추적을 하여 다층 위빙 용접하는 과정을 순서도로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 용접 그루브 한쪽 벽면만을 기준으로 용접선 자동 추적을 하여 다층 위빙 용접을 수행하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 제1 모재(110a)와 제2 모재(110b)는 사다리꼴 형상으로 그루브 폭(groove width)이 아래쪽으로 점점 넓은 형태를 가지며, 기준 용접중심선(S0)은 수직방향으로 형성된 제1 모재(110a)와 평행하고, 타겟 용접중심선(S2)은 경사진 방향으로 형성된 제2 모재(110b)와 평행하다.
이하 본 발명에 따른 용접 그루브의 한쪽 벽면만을 기준으로 측정된 용접신호를 각각의 용접위치에서의 용접신호와 상대적으로 비교하여, 다층 위빙 용접 시 자동으로 용접선을 추적하는 과정을 설명한다.
우선 초기 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선(S2) 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제1 위빙 끝단(310)에서 제1 용접신호(V1)를 측정하고, 측정된 제1 용접신호(V1)를 용접선 추정 시 위치보정을 위한 제1 기준 값으로 설정한다.
다음번의 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선(S2) 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제2 위빙 끝단(320)에서 제2 용접신호(V2)를 측정한다.
상기 측정된 제1 용접신호(V1)와 제2 용접신호(V2)를 이용하여 하기 [수학식1]에 따라 제1 위치 보정량(Dc)을 계산한다.
[수학식1]
Dc = (I1 - I2)/G
여기서, I1는 제1 용접신호(V1)에 상응하는 제1 위빙 끝단(310)에서 측정된 전류량, I2는 제2 용접신호(V2)에 상응하는 제2 위빙 끝단(320)에서 측정된 전류량, G는 측정된 신호 차이를 위치 보정량으로 변환할 수 있는 이득(gain) 상수를 나타낸다.
이 경우 용접기의 특성에 따라 용접 토치-모재간 거리 변화에 의한 전류값 변화를 이용하여 용접선을 추적하는데, 소모성 전극 봉을 이용하는 가스 메탈 아크 용접(Gas Metal Arc Welding, GMAW)인 경우 용접토치-모재간 거리가 증가함에 따라 측정되는 전류값은 감소하고, 거리가 감소할수록 용접 전류값은 증가하는 원리를 이용하여 용접 토치가 그루브(groove) 양단 사이를 움직이는 동안의 전류값을 측정하여 용접선 추적을 수행한다.
다음 과정으로 계산된 제1 위치 보정량(Dc)을 기준으로 실제 용접 중심선 위치를 보정하고, 용접토치(120)를 위빙(weaving) 하면서 위빙 장치에 설정된 보정 값에 따라 자동용접을 실시한다.
만일 작업자가 용접선 추적을 위한 위빙 중심선을 변경하기 위해, 수동으로위빙 장치의 중심선을 좌측 또는 우측 방향으로 위치를 변경 시 작업과정을 이하 설명한다.
우선 초기 위빙 작업을 수행할 경우와 유사하게, 타겟 용접중심선(S2) 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제1' 위빙 끝단(330)에서 제1' 용접신호(V1')를 측정하고, 측정된 제1' 용접신호(V1')를 용접선 추정 시 위치 보정을 위한 제1' 기준 값으로 변경 설정한다.
이 경우 제1' 용접신호(V1')는 제1 용접신호(V1)와 하기 [수학식2]와 같은 관계를 갖는다.
[수학식2]
I1' = I1 + △Id
여기서, 여기서, I1' 는 제1' 용접신호(V1')에 상응하는 제1' 위빙 끝단(330)에서 측정된 전류량, I1는 제1 용접신호(V1)에 상응하는 제1 위빙 끝단(310)에서 측정된 전류량, △Id는 위빙 장치의 중심선이 좌측(-) 또는 우측(+) 방향으로 위치가 변경된 경우 이를 반영하기 위한 오프 셋(offset) 값을 나타낸다.
다음번의 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선(S2) 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제2'위빙 끝단(340)에서 제2'용접신호(V2')를 측정한다.
상기 측정된 제1' 용접신호(V1')와 제2'용접신호(V2')를 이용하여 하기 [수학식3]에 따라 제1' 위치 보정량(Dc')을 계산한다.
[수학식3]
Dc' = (I1' - I2')/G
여기서, I1' 는 제1' 용접신호(V1')에 상응하는 제1' 위빙 끝단(330)에서 측정된 전류량, I2'는 제2'용접신호(V2')에 상응하는 제2' 위빙 끝단(340)에서 측정된 전류량, G는 측정된 신호 차이를 위치 보정량으로 변환할 수 있는 이득(gain) 상수를 나타낸다.
다음과정으로 계산된 제1' 위치 보정량(Dc')을 기준으로 실제 용접 중심선 위치를 보정하고, 용접토치(120)를 위빙(weaving) 하면서 설정된 보정 값에 따라 자동용접을 실시한다.
이로써, 본원발명은 제1 위빙 끝단(310) ~ 제2' 위빙 끝단(340)의 위치가 변경되더라도, 용접 그루브의 한쪽 벽면만을 기준으로 측정된 용접신호를 각각의 용접위치에서의 용접신호와 상대적으로 비교하는 방법을 사용하여 용접선 자동 추적을 수행하여 용접결함이 발생하지 않고(실제 용접중심선(S2) = 타겟 용접중심선(S2)) 다층 위빙 용접을 성공적으로 수행할 수 있게 된다.
즉 본원발명은 그루브의 한쪽 벽면만을 기준으로 즉 제1 위빙 끝단(310)에서 제1 용접신호(V1)를 기준으로 각각의 용접위치에서의 용접신호들(V1, V1', V2')과 상대적으로 비교하는 방법을 사용하여 다층 위빙 용접 수행 시 용접선을 자동 추적할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 용접 그루브 한쪽 벽면만을 이용한 용접선 자동 추적을 하여 다층 위빙 용접하는 과정을 순서도로 나타낸 것이다.
이하 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 용접 그루브 한쪽 벽면만을 이용한 용접선 자동 추적을 하여 다층 위빙 용접하는 과정을 설명한다.
우선, 초기 위빙에 대한 제1 용접신호(V1)를 측정하고, 측정된 제1 용접신호(V1)를 용접선 추정 시 위치보정을 위한 제1 기준 값으로 설정하는 제1 과정(S10)을 갖는다.
다음 과정으로, 다음번의 위빙에 대하여 제2 용접신호(V2)를 측정하는 제2 과정(S20)을 갖는다.
다음 과정으로, 제1 용접신호(V1)와 제2 용접신호(V2)를 이용하여 상기 [수학식1]의 제1 위치 보정량(Dc)을 계산하는 제3 과정(S30)을 갖는다.
다음 과정으로, 계산된 제1 위치 보정량(Dc)을 기준으로 실제 용접 중심선 위치를 보정하는 제4 과정(S40)을 갖는다.
다음 과정으로, 위빙 장치에 설정된 보정 값에 따라 자동용접을 실시하는 제5 과정(S50)을 갖는다.
다음 과정으로, 작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했는지를 판단하는 제6 과정(S100)을 갖는다.
이 경우 제6 과정(S100)에서 작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경하지 않았다고 판단하는 경우(아니오), 상기 제2 과정(S20)으로 리턴(return)시켜 이하 제3 과정(S30) ~ 제5 과정(S50)을 진행한다.
반면, 제6 과정(S100)에서 작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했다고 판단하는 경우(예), 변경된 위치를 반영하여 타겟 용접중심선(S2) 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제1' 위빙 끝단(330)에서 제1' 용접신호(V1')를 측정하고, 측정된 제1' 용접신호(V1')를 제1' 기준 값으로 변경 설정하는 제7 과정(S110)을 진행한다.
다음 과정으로, 다음번의 위빙에 대하여 제2' 용접신호(V2')를 측정하는 제8 과정(S120)을 진행한다.
다음 과정으로, 제1' 용접신호(V1')와 제2' 용접신호(V2')를 이용하여 상기 [수학식3]의 제1' 위치 보정량(Dc')을 계산하는 제9 과정(S130)을 갖는다.
다음 과정으로, 계산된 제1' 위치 보정량(Dc')을 기준으로 실제 용접 중심선 위치를 보정하는 제10 과정(S140)을 갖는다.
마지막 과정으로, 위빙 장치에 설정된 보정 값에 따라 자동용접을 실시하는 제11 과정(S150)을 갖는다.
만일 작업자가 용접 중심선을 재차 수동으로 변경하는 경우, 상기 제7 과정(S110) ~ 제11 과정(S150)을 유사하게 적용할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110 : 모재
110a : 제1 모재
110b : 제2 모재
120 : 용접 토치
P1 ~ P4 : 제1 ~ 제4 용접위치
W1 ~ W3 : 제1 ~ 제3 위빙 폭
210 : 제1 위빙 끝단
220 : 제2 위빙 끝단
310 : 제1 위빙 끝단
320 : 제2 위빙 끝단
330 : 제1' 위빙 끝단
340 : 제2' 위빙 끝단
S0 : 기준 용접선
S1 : 실제 용접선
S2 : 타겟 용접선

Claims (3)

  1. 초기 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선 상의 그루브 끝단에 위치한 제1 위빙 끝단에서 제1 용접신호를 측정하는 제1 과정;
    다음번의 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제2 위빙 끝단에서 제2 용접신호를 측정하는 제2 과정;
    상기 제1 용접신호와 상기 제2 용접신호를 이용하여 용접선 추정 시 제1 위치 보정량을 계산하는 제3 과정;
    상기 제1 위치 보정량을 기준으로 용접 중심선 위치를 보정하고, 보정된 값에 따라 자동 위빙 용접을 수행하는 제4 과정; 및
    작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했는지를 판단하는 제5 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제5 과정은,
    작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경하지 않았다고 판단하는 경우, 상기 제2 과정으로 리턴(return)시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제5 과정은,
    작업자가 용접 중심선을 수동으로 변경했다고 판단한 경우,
    상기 제1 위빙 끝단에 대해 일정한 간격을 갖는, 타겟 용접중심선 상의 그루브 끝단에 위치한 제1' 위빙 끝단에서 제1' 용접신호를 측정하는 제1' 과정;
    다음번의 위빙(weaving) 시 타겟 용접중심선 상의 오른쪽 그루브 끝단에 위치한 제2 위빙 끝단에서 제2' 용접신호를 측정하는 제2' 과정;
    상기 제1' 용접신호와 상기 제2' 용접신호를 통해 용접선 추정 시 제1' 위치 보정량을 계산하는 제3' 과정; 및
    상기 제1' 위치 보정량을 기준으로 용접 중심선 위치를 보정하고, 보정된 값에 따라 자동 위빙 용접을 수행하는 제4' 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 그루브 한쪽 면만을 이용한 다층 위빙 용접선 자동 추적방법.

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