KR20140135066A - 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치에 관한 것으로, 이는 저면에 자력에 의해 상기 강관의 표면에 밀착되어 이송되는 구동부가 구비되는 용접기 본체(10)와; 용접기 본체(10) 일측에 각도 조절 가능하게 설치되는 용접토치(20)와; 용접기 본체(10)에 설치되며, 용접토치(20)와 동일한 선상에 위치되어 한 쌍의 강관(1)이 서로 맞대져 이루는 용접영역(w)을 레이저센서를 이용하여 감지하는 센싱부(30) 및; 센싱부(30)에서 감지된 데이터를 이용하여 용접영역(w) 내의 빗면 각도(a1, a2)를 구하고, 빗면 각도(a1, a2)를 이용하여 용접부 깊이(d)를 구하는 제어부(40)로 이루어지고, 제어부(40)는 산출된 빗면 각도(a1, a2)를 이용하여 용접토치(20)의 각도를 조절하며, 용접부 깊이(d)를 이용하여 용접토치(20)의 높이를 조절하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기와 같은 구성으로 인해 본 발명은 강관 사이의 거리가 일정하지 않더라도 이러한 차이를 자동으로 감지하여 용접토치의 높이와 각도가 자동으로 제어되며, 이에 의해 용접영역의 편차와 상관없이 용접비드가 균일하게 형성되면서 정확하게 용접된다.

Description

용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치{Automatic Welding Device of Steel Pipe Used Inclined Plane Angle of Welding Area}

본 발명은 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 2개의 강관을 서로 맞대어 용접할 때, 용접영역의 폭이 균일하지 않더라도 용접비드를 균일하게 형성하면서 정확하게 용접되는 자동용접장치에 관한 것이다.

강관은 일정 길이를 가지도록 제조되고, 설치현장에서는 필요에 따라 이러한 일정 길이의 강관을 연결하여 설치하는데, 이때 강관을 연결하기 위해 별도의 연결구를 사용하거나 또는 한 쌍의 강관을 서로 맞대놓고 이 맞대어진 부분을 용접에 의해 연결하는 방법이 사용되고 있다.

그러나 직경이 큰 강관의 경우에는 연결구 등을 사용하여 연결하는 것이 곤란하기 때문에 주로 용접에 의해 강관을 연결하고 있는데, 이와 같이 직경이 큰 강관을 용접하는 장치로는 크게 레일 설치형 용접장치와 무레일 자동용접장치가 있다.

레일 설치형 용접장치는 강관의 외주면을 따라 레일이 설치된 다음, 레일을 따라 용접장치가 이동하면서 강관을 용접하게 되는데, 직경이 큰 강관의 외주면에 레일을 설치하고 해체하는 작업을 반복하는 데에는 상당한 시간이 소요되고, 레일이 용접영역과 일정한 간격으로 설치되지 않으면, 용접영역에서 벗어나 용접이 이루어지는 문제가 있다.

따라서 최근에는 레일을 설치하지 않고도, 자력에 의해 강관의 외면에 설치된 다음, 용접영역을 추종하면서 이동하는 무레일 용접장치가 널리 이용되고 있다.

이러한 무레일 용접장치의 종래 기술로는 도 1에 도시된 바와 같은 특허 제1078233호의 자동추적 용접장치가 개시되어 있다.

상기 특허의 용접장치는 레이저 센서를 이용하여 강관의 선단을 검출하고, 이 검출된 선단을 기초로 용접궤도를 정한 다음, 이 용접궤도를 따라 용접장치(100)를 이동시킴으로써 자동으로 용접이 이루어지도록 한 것이다.

그러나 상기 특허의 용접장치는 용접장치(100)의 이동(용접궤도)이 한 쌍의 강관 중 하나의 강관의 선단만을 검출하여 검출된 결과에 의존하여 이루어지기 때문에 강관의 단부가 진원이 아닌 경우, 또는 용접에 의해 강관과 강관이 맞대어진 부분 즉 이음부의 폭이 변하는 경우에는 용접궤도가 이음부를 따라 일정하게 유지되지 못하여 불필요한 위치에 용접이 이루어지는 등의 문제가 있으며, 그 결과 용접작업의 신뢰도가 저하되는 동시에 잘못된 용접장소를 제거하고 용접작업을 다시 수행하여야 하는 불편이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 자동 용접장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 강관이 진원을 이루지 못하거나 단면이 균일하지 못할 때, 강관 사이의 용접영역의 폭이 일정하지 못하더라도 용접비드를 균일하게 형성시키면서 정확하게 용접될 수 있는 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 강관 자동용접장치를, 저면에 자력에 의해 상기 강관의 표면에 밀착되어 이송되는 구동부가 구비되는 용접기 본체와; 상기 용접기 본체 일측에 각도 조절 가능하게 설치되는 용접토치와; 상기 용접기 본체에 설치되며 상기 용접토치와 동일한 선상에 위치되어 한 쌍의 강관이 서로 맞대져 이루는 용접영역을 레이저센서를 이용하여 감지하는 센싱부 및; 상기 센싱부에서 감지된 데이터를 이용하여 상기 용접영역 내의 빗면 각도를 구하고 상기 빗면 각도를 이용하여 용접부 깊이를 구하는 제어부로 이루어지고, 상기 제어부는 산출된 빗면 각도를 이용하여 상기 용접토치의 각도를 조절하며 상기 용접부 깊이를 이용하여 상기 용접토치의 높이가 조절되도록 구성하는 것에 의해 달성된다.

이때 상기 제어부는 상기 용접기 본체의 이동 속도에 따라 와이어 공급 속도를 자동 제어하는 것으로 실시되는 것이 바람직하다.

또한 상기 센싱부는 상기 강관의 단부에 형성되는 엣지를 각각 검출한 다음, 상기 엣지를 연결하여 상기 용접영역을 도출하고, 상기 제어부는 상기 용접영역을 1/2로 등분하여 중간점에 상기 용접토치가 위치되도록 상기 용접기 본체의 주행방향을 제어하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제어부는 상기 용접토치의 높이와 각도에 따라 상기 용접토치에 공급되는 전류를 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명은 센서부의 레이저 센서를 이용하여 강관이 서로 맞닿는 용접영역을 감지하고, 감지된 데이터를 이용하여 용접영역 내의 빗면 각도를 구한 다음, 빗면 각도를 이용하여 용접부 깊이를 구할 수 있고, 이를 이용하여 용접토치의 각도와 높이를 각각 조절함으로써 용접영역의 폭이 균일하지 않더라도 용접비드를 균일하게 형성시키면서 정확하게 용접된다.

도 1은 종래의 무레일 강관 자동용접장치의 예를 보인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치의 예를 보인 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 제어부의 예를 보인 구성도,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치의 사용상태도,
도 6은 본 발명에 따른 센싱부에서 용접영역을 감지하는 예를 보인 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치 중 용접토치의 각도가 조절되는 예를 보인 사용상태도이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 강관을 서로 맞대어 용접할 때, 강관 사이의 간격이 일정하지 못하여 용접영역의 폭이 일정하지 못하더라도 균일하게 용접할 수 있도록 하는 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 용접기 본체(10), 용접토치(20), 센싱부(30) 및 제어부(40)로 이루어진다.

용접기 본체(10)는 사각의 함체 형상으로 이루어지고, 그 내부에는 구동부와 주행제어부가 구비되고, 그 일측에는 사용자가 용접 조건을 설정하거나 작업 상황을 모니터할 수 있도록 하는 디스플레이가 구비된다.

그리고 용접기 본체(10)의 측면에는 후술하는 용접토치(20)와 센싱부(30)가 용접기 본체(10) 외부로 노출되도록 설치되며, 용접토치(20)와 센싱부(30)는 동일한 선상에 설치되어 용접기 본체(10)의 이동에 의해 강관(1)의 용접영역(w)을 따라 이동되면서 전후 일정한 간격을 유지하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 용접기 본체(10)는 자력에 의해 강관(1)의 외주면에 접촉된 상태로 이동되는 무레일 자동용접장치로 실시되는 것이 더욱 바람직하다.

이를 위해 용접기 본체(10)의 저면에는 자력을 발생시키는 자력발생부가 포함되며, 이에 의해 자력에 의해 강관(1)의 표면에 밀착된 상태가 유지되고, 강관(1)의 외주면에 용접기 본체(10)의 주행을 안내하는 레일을 설치하지 않고도 용접기 본체(10)의 모터에 의해 복수 개의 구동바퀴(도면부호 없음)에 의해 용접기 본체(10)가 강관(1)의 외주면을 따라 360°로 이동된다.

용접기 본체(10)에 부착되어 용접기 본체(10)의 측면으로 노출되도록 설치되는 용접토치(20)는, 도 2와 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 후술하는 강관(1)이 서로 맞닿는 용접궤도를 추종하면서 이동되고, 후술하는 제어부(40)의 제어에 의해 용접토치(20)의 각도와 높이가 자동 제어된다.

용접기 본체(10)의 측면에 설치되어 용접토치(20)와 동일선상에 위치되는 동시에 강관의 이음부의 상부에 설치되는 센싱부(30)는, 1개 또는 2개의 레이저 센서로 이루어지는데, 이는 도 6에 도시된 바와 같이 레이저 센서를 이용하여 용접기 본체(10)의 이동에 의해 용접궤도를 따라 함께 이동되면서 용접영역(w)을 실시간으로 감지하고, 감지된 데이터는 후술하는 제어부(40)로 제공된다.

이와 같은 본 발명의 레이저 센서는 레이저를 발생하는 발광부(transmitter)와 표적에서 반사되어 되돌아온 레이저를 감지하는 수광부(detector), 및 레이저의 비행 시간계산을 위한 계수기(counter) 등으로 구성되어 발광부로부터 레이저를 방사한 다음, 이 레이저가 표적(강관의 표면)으로부터 반사되어 돌아오는 데에 걸린 시간(비행시간)을 측정함으로써 거리를 측정하는 원리로서 본 발명에 사용되는 레이저 센서는 통상 측정장치 등에 사용되는 것을 사용하고, 레이저 센서의 구성과 동작원리 및 설치방법 등은 이미 잘 알려져 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

제어부(40)는 센싱부(30)에서 감지된 데이터를 이용하여 용접토치(20)의 각도와 높이 및 용접기 본체(10)의 이동속도 등을 자동으로 제어하기 위한 구성으로, 이를 위해 도 3과 도 6에 도시된 바와 같이 센싱부(30)에서 용접영역(w)이 감지되고 나면, 해당 데이터가 제어부(40)에 제공되고, 제어부(40)에서는 제공된 데이터를 이용하여 엣지(x1, x2) 사이의 빗면 각도(a1, a2)를 각각 구하고, 구해진 빗면 각도(a1, a2)와 용접영역(w)의 폭을 이용하여 용접부의 깊이(d)를 구한다.

이렇게 용접영역(w)의 폭과 용접부의 깊이(d)가 구해지고 나면, 해당 정보를 이용하여 용접토치(20)를 제어하며, 이때에는 산출된 빗면 각도(a1, a2)는 용접토치(20)의 각도를 조절하는 데에 이용되며, 용접부 깊이(d)는 용접토치(20)의 높이를 조절하는 데에 이용된다.

이와 같이 본 발명은 용접토치(20)의 각도가 조절됨에 따라 용접 입사 각도가 조절되므로 용접영역(w)의 폭 변화와 깊이(d) 변화에 대응하여 다양한 용접 조건에 부합되도록 용접토치(20)가 정밀 제어된다.

이에 더하여 제어부(40)는 앞서 구한 데이터를 이용하여 용접전류와 와이어 공급속도 및 용접기 본체(10)의 이동 속도를 상호 연동하여 조절하며, 그 결과 균일한 형상으로 용접비드가 형성되도록 용접이 정확하게 진행된다.

한편, 용접토치(20)는 용접영역(w)을 기준으로 그 가운데에 정확하게 위치되면서 용접궤도를 따라 이동될 필요가 있는데, 이를 위해 제어부(40)는 강관(1)의 단부에 형성되는 엣지(x1, x2)를 각각 검출한 다음, 엣지(x1, x2)를 연결하여 용접영역(w)을 도출한 다음, 용접영역(w)을 1/2로 등분하여 중간점에 용접토치(20)가 항상 위치되어 이동되도록 용접기 본체(10)의 주행이 제어된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 강관 자동용접장치에 있어서, 강관의 표면에 굴곡이 강관이 진원을 이루지 못한 상태에서 서로 맞대기 용접될 때, 용접영역이 일정하지 못하더라도, 센싱부와 제어부에 의해 용접영역의 폭 변화와 깊이 변화에 따라 용접토치의 각도와 높이가 자동 조절되면서 용접이 균일하게 진행되고, 그 결과 자동용접장치에 대한 신뢰성이 향상된다.

1: 강관 10: 용접기 본체
20: 용접토치 30: 센싱부
40: 제어부 a1, a2: 빗면 각도
d: 용접깊이 w: 용접영역
x1, x2: 엣지

Claims (4)

1. 저면에 자력에 의해 상기 강관의 표면에 밀착되어 이송되는 구동부가 구비되는 용접기 본체(10)와;
   상기 용접기 본체(10) 일측에 각도 조절 가능하게 설치되는 용접토치(20)와;
   상기 용접기 본체(10)에 설치되며, 상기 용접토치(20)와 동일한 선상에 위치되어 한 쌍의 강관(1)이 서로 맞대져 이루는 용접영역(w)을 레이저센서를 이용하여 감지하는 센싱부(30) 및;
   상기 센싱부(30)에서 감지된 데이터를 이용하여 상기 용접영역(w) 내의 빗면 각도(a1, a2)를 구하고, 상기 빗면 각도(a1, a2)를 이용하여 용접부 깊이(d)를 구하여 상기 용접기 본체(10)와 상기 용접토치(20)를 자동으로 제어하는 제어부(40)로 이루어지고,
   상기 제어부(40)는 산출된 빗면 각도(a1, a2)를 이용하여 상기 용접토치(20)의 각도를 조절하며, 상기 용접부 깊이(d)를 이용하여 상기 용접토치(20)의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부(40)는 상기 용접기 본체(10)의 이동 속도에 따라 와이어 공급 속도를 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 센싱부(30)는 상기 강관(1)의 단부에 형성되는 엣지(x1, x2)를 각각 검출한 다음, 상기 엣지(x1, x2)를 연결하여 상기 용접영역(w)을 도출하고,
   상기 제어부(40)는 상기 용접영역(w)을 1/2로 등분하여 중간점에 상기 용접토치(20)가 위치되도록 상기 용접기 본체(10)의 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부(40)는 상기 용접토치(20)의 높이와 각도에 따라 상기 용접토치(20)에 공급되는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치.

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