KR20150011864A - 용접장치와 이를 이용한 자동 용접방법 - Google Patents

용접장치와 이를 이용한 자동 용접방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치는, 토치를 포함하는 용접부; 상기 토치에 의해 형성되는 용융풀의 위치와 크기를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에 의해 감지되는 용융풀의 위치와 용융풀의 크기에 따라, 상기 토치의 이동위치와 높낮이나 전류/전압을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 용접방법은 초기 용접경로를 설정하는 단계; 상기 초기 용접경로를 따라 토치를 이용하여 용접하는 단계; 용접하는 상기 토치에 의해 형성되는 초기 용융풀의 위치와 크기를 계산하는 단계; 이동하는 상기 토치에 의해 형성되는 현재 용융풀의 위치와 크기를 계산하는 단계; 계산된 현재 용융풀의 위치와 크기의 오차범위를 설정값과 비교하는 단계; 비교된 설정값에 따라 상기 토치의 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압을 제어하는 단계; 및 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압이 제어되는 상기 토치를 이용하여 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 용접장치는, 자동으로 용접시 용접구간에 형성되는 용융풀의 위치와 크기를 용이하게 파악하며 토치를 제어할 수 있어 자동용접의 용접품질을 향상시킬 수 있다.

Description

용접장치와 이를 이용한 자동 용접방법{WELDING APPARATUS AND WELDING METHOD THEREOF}
본 발명은 용접장치와 이를 이용한 자동 용접방법에 관한 것이다.
선박을 건조함에 있어서는, 강판이나 형강 등과 같은 소재로 부품을 조립하고 이들 부품으로부터 블록을 조립한 후에 블록을 선대 위에 탑재하여 조립하는 블록건조방식이 널리 사용되고 있다.
여기서, 용접은 조립될 두 강재의 연결부분을 일체로 결합하여 충분한 강성을 확보할 수 있도록 하며, 밀폐성을 확보하기 때문에, 선체의 조립에는 용접에 의한 접합이 대부분을 차지하고 있다.
용접 작업은 수작업을 이룰 수 있는 소형의 교류아크 용접기와 자동용접을 이룰 수 있는 대형의 용접장치에 의해 수행될 수 있다. 특히, 자동용접을 이룰 수 있는 용접장치는 전원공급부로부터 전원을 공급받아 와이어를 이용하여 용접 구간에 와이어를 녹여 주입함으로써 두 개의 강판을 조립하게 되는데, 자동용접시 일직선 상으로 형성되는 용접구간을 지그재그(위빙) 방식으로 토치가 이동하며 작업을 하게 된다.
이때, 용접 중에 토치에서 생성되는 아크 열에 의해 발생되는 용융풀은 강판을 연결하는 대신, 용융풀의 높은 열과 빛에 의해 작업자는 용접작업에 따른 눈의 피로가 동반될 뿐만 아니라 자동용접시 용접구간을 파악하는 것이 여려워 이를 개선할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자동으로 용접시 용접구간에 형성되는 용융풀의 위치와 크기를 용이하게 파악하며 토치를 제어할 수 있는 용접장치와 이를 이용한 자동 용접방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치는, 토치를 포함하는 용접부; 상기 토치에 의해 형성되는 용융풀의 위치와 크기를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에 의해 감지되는 용융풀의 위치와 용융풀의 크기에 따라, 상기 토치의 이동위치와 높낮이나 전류/전압을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 용접방법은 초기 용접경로를 설정하는 단계; 상기 초기 용접경로를 따라 토치를 이용하여 용접하는 단계; 용접하는 상기 토치에 의해 형성되는 초기 용융풀의 위치와 크기를 계산하는 단계; 이동하는 상기 토치에 의해 형성되는 현재 용융풀의 위치와 크기를 계산하는 단계; 계산된 현재 용융풀의 위치와 크기의 오차범위를 설정값과 비교하는 단계; 비교된 설정값에 따라 상기 토치의 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압을 제어하는 단계; 및 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압이 제어되는 상기 토치를 이용하여 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 토치의 높낮이와 이동방향을 제어하는 단계에서, 현재 용융풀의 위치와 크기의 오차범위가 설정값이하인 경우 전류/전압의 변화없이 초기 설정되는 용접 경로와 동일한 높이와 동일한 이동방향으로 상기 토치를 이동시켜 용접하고, 현재 용융풀의 위치와 크기의 오차범위가 설정값이상인 경우 높이나 이동방향 또는 전류/전압을 변경하여 상기 토치를 이용하여 용접하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 용접장치와 이를 이용한 자동 용접방법은, 자동으로 용접시 용접구간에 형성되는 용융풀의 위치와 크기를 용이하게 파악하며 토치를 제어할 수 있어 자동용접의 용접품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치에 의해 촬영된 토치와 용융풀을 도시한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치에 의해 촬영된 토치와 용융풀을 도시한 사진이다.
도 1 과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치(100)는 용접부(110), 감지부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
용접부(110)는 조립될 두 강판(10)의 연결부분을 일체로 결합하여 충분한 강성을 확보할 수 있도록 하며, 밀폐성을 확보하여 선체의 조립에 이용되는 부품을 만들 수 있다.
이러한 용접부(110)는 토치(111)를 포함하여, 용접 구간(용접이 이루어지는 두 강판 사이의 용접이 이루어지는 부위)을 향해 용접작업을 수행하도록, 용접전류와 전압, 용접 속도를 제어하여 용접 비드의 형상 및 용착량을 조절할 수 있다.
본 실시예의 용접부(110)는 제어부(130)에 의해 용접 전류, 전압의 세기와 토치(111)의 이동 및 강판(10)에 대한 높낮이가 제어되어 자동으로 용접작업이 이루어질 수 있다. 그리고 전원공급장치(도시하지 않음, 외부 전력공급 장치)로부터 전원을 공급받아 와이어를 이용하여 용접 구간에 와이어를 녹여 주입함으로써 두 개의 강판(10)을 조립할 수 있다.
감지부(120)는 제어부(130)가 토치(111)의 이동방향, 강판(10)에 대한 높낮이 및 불꽃 세기조절을 위한 전류/전압을 조절할 수 있도록 설정값에 비교 대비할 수 있는 용융풀(20)의 위치와 크기를 감지한다. 본 실시예의 감지부(120)는 센서(도시하지 않음)를 포함하는 카메라로 이루어질 수 있으며, 토치(111)에 의해 형성되는 용융풀(20)의 위치와 크기를 감지한다.
예를 들어, 감지부(120)는 토치(111)에 인접하게 설치되어 토치(111)의 이동에 따라 함께 이동함으로써, 감지부(120)에 의해 촬영되는 화면은 토치(111)에 의해 형성되는 용융풀(20)의 영역이 될 수 있다. 감지부(120)가 용융풀(20)을 촬영하여 감지시, 난사되는 빛을 줄여 용융풀(20)의 실제 크기와 유사하게 용융풀(20)의 크기를 감지할 수 있도록, 아크강을 없애고 용융풀(20)이 보이도록 촬영할 수 있다.
제어부(130)는 용접일정에 대응하여 토치(111)의 불꽃세기, 점화 및 소화를 제어할 수 있음은 물론, 토치(111)의 이동속도 및 이동방향을 제어할 수 있다. 물론 토치(111)에 형성되는 전류/전압을 제어할 수도 있다.
본실시예의 제어부(130)는 감지부(120)에 의해 감지되는 용융풀(20)의 위치와 용융풀(20)의 크기에 따라, 토치(111)의 이동 위치와 높낮이를 제어한다.
예를 들어, 제어부(130)는 토치(111)의 용접작업 초기시 초기 용융풀(20)의 위치와 크기를 계산하고, 용접 작업에 따라 시간이 경과된 후 형성되는 현재 용융풀(20)의 위치와 크기를 계산하여 토치(111)의 위치 및 높낮이를 설정할 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 용접장치(100)통해 자동 용접방법에 대하여 설명하도록 한다. 앞서 설명한 실시예들의 구성에 따른 동일한 기능 및 작용의 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접방법은, 초기 용접경로를 설정하는 단계(S110), 초기 용접경로를 따라 토치를 이용하여 용접하는 단계(S120), 용접하는 토치에 의해 형성되는 초기 용융풀의 위치와 크기를 계산하는 단계(S130), 이동하는 토치에 의해 형성되는 현재 용융풀의 위치와 크기를 계산하는 단계(S140), 계산된 현재 용융풀의 위치와 크기의 오차범위를 설정값과 비교하는 단계(S150), 비교된 설정값에 따라 토치의 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압을 제어하는 단계(S160), 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압이 제어된 토치를 이용하여 용접하는 단계(S170)를 포함를 포함한다.
단계 S110에서는, 초기 용접경로를 설정한다. 예를 들어, 용접될 두 개 강판(10)의 용접 작업을 시작하기 위해, 제어부(130)가 후술되는 단계에서 비교하기 위한 초기 용융풀(20)에 대한 초기 경로를 설정한다.
본 실시예에서는, 두 개의 강판(10)이 새로 용접될 때마다 초기 용융풀(20)에 대한 위치와 크기의 값을 새로 설정도록 리셋함으로써, 개별의 강판(10)마다 적합한 용융풀(20)이 형성되게 이룰 수 있다.
단계 S120에서는, 초기 용접경로를 따라 토치(111)를 이용하여 용접한다. 용접의 작업은 토치(111)의 화구를 통해 화염이 분사되어 와이어를 용융시켜 두 개의 강판(10)을 연결할 수 있는데, 토치(111)의 초기 위치와 높이는 작업자가 두 개의 강판(10) 사이에 형성되는 용접구간(11)에 맞추어 설정함으로써 용접의 시작이 이루어질 수 있다.
여기서, 용접구간(11)은 두 강판(10)사이에 형성되는 공간으로써, 용접작업에 의해 형성되는 용융풀(20)이 자리하게 되는 공간이다. 그리고 용접작업에 의해 형성된 용융풀(20)은 식어서 비드를 이루게 되어 두 강판(10) 사이를 연결하게 된다.
단계 S130에서는, 용접하는 토치(111)에 의해 형성되는 초기 용융풀(20)의 위치와 크기를 계산한다. 초기 용접작업에서 작업자에 의해 설정된 토치(111)의 높이와 위치는, 용접 작업이 실행됨에 따라 토치(111)가 용접구간(11)을 따라 이동하게 되어 적합한 높이와 위치가 변경될 수 있다.
이때, 추후 용접작업으로 형성되는 용융풀(20)의 적합한 사이즈는 초기 용융풀(20)을 기준으로 설정되도록 비교하기 위해, 비교군으로 사용하기 위한 초기 용융풀의 위치와 크기를 계산한다.
본 실시예에서는 일 실시예에 따른 용접장치(100)를 사용하여 초기 용융풀(20)의 위치와 크기를 계산하는데, 이때 감지부(120)가 아크강을 없애고 용융풀이 보이도록 용융풀(20)을 촬영하게 된다.
단계 S140에서는, 이동하는 토치(111)에 의해 형성되는 현재 용융풀(20)의 위치와 크기를 계산한다.
일반적으로 선박의 건조에서 형성되는 자동용접은 직선 형상의 두 강판(10)을 연결하는데, 본 실시예에서 용접구간(11)은 일직선을 이루는 것을 예시로 하여, 용접구간(11)을 이동하는 토치(111)에 대하여 용접작업이 이루어지는 것을 설명하도록 한다. 이때, 용접작업은 일직선의 용접구간(11)에 대하여 전체적인 이동 방향은 좌측에서 우측과 같이 일방향으로 이동하는 것이나, 토치(111)가 용접구간(11)을 지날때 지그재그 형태로 이동하는 위빙방식으로 하게 된다.
본 실시예에서는 위빙방식 또는 그외 다양한 방식으로 작업시 용융풀(20)이 적정한 위치와 사이즈로 형성되도록 할 수 있으며, 초기 용융풀(20)을 현재 형성되는 현재 용융풀(20)의 위치와 사이즈에 대한 비교값으로 설정하여 비교함으로써, 현재 용접작업되는 현재 용융풀(20)이 초기 용융풀(20)에 대응하여 작업이 이루어지도록 가이드할 수 있다.
단계 S150에서는, 계산된 현재 용융풀(20)의 위치와 크기의 오차범위를 설정값과 비교한다. 설정값은 용접작업의 품질이 저하되는 것을 방지하기 위해 설정되는 것으로서 작업자에 의해 이루어질 수 있다. 이러한, 설정값은 미리 입력된 값이 될 수 있고, 요구되는 용접작업의 품질 우수성에 따라 설정값을 낮게 잡는 등 변경이 가능하며, 새로운 용접 작업시 마다 설정값을 새로 입력할 수도 있다.
이와 같이 설정된 설정값은 제어부(130)에서 현재 용융풀(20)의 위치와 크기의 오차범위가 벗어나는지 여부를 판단하기 위해 이용된다.
단계 S160에서는, 비교된 설정값에 따라 토치(111)의 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압을 제어한다. 앞서 실행되는 단계 S150에서 현재 용융풀(20)의 위치와 크기가 설정값 내에 형성되는 경우, 토치(111)의 위치와 높이가 초기 설정되는 용접 경로와 동일하게 이루어져 용접작업이 실행된다.
한편, 앞서 실행되는 단계 S150에서 현재 용융풀(20)의 위치와 크기가 설정값을 벗어나는 경우 토치(111)의 위치와 높이를 조정하여 초기 용융풀(20)에 대한 위치와 크기가 설정값의 오차범위 내로 들어가게 하여 초기 용융풀(20)에 대한 위치와 크기에 유사하도록 조정할 수 있다.
이때, 토치(111)의 위치와 높이는 초기 토치(111)의 위치와 높이에 대한 상대적인 위치와 높이를 조절함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 현재 용융풀(20)의 사이즈가 초기 용융풀(20)의 사이즈보다 작아지는 경우 토치(111)의 높이를 내려 초기 용융풀(20)에 대응하는 현재 용융풀(20)이 형성되도록 할 수 있다. 또는, 전압이나 전류의 조정으로 토치(111)의 화염강도를 달리하여 현재 용융풀(20)이 형성되도록 할 수 있다.
단계 S170에서는, 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압이 제어되는 토치(111)를 이용하여 용접한다. 단계 S160에서 토치(111)의 높이와 이동방향이 제어되어 토치(111)의 위치와 높이가 동일한 위치와 높이로 설정되거나 변경되는 것에 따라, 토치(111)의 위치와 높이 또는 전류/접압이 이루어지고 용접작업이 지속될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 자동으로 용접시 용접구간(11)에 형성되는 용융풀(20)의 위치와 크기를 용이하게 파악하며 토치(111)를 제어할 수 있어 자동용접의 용접품질을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 강판 11: 용접구간
20: 용융풀 100: 용접장치
110: 용접부 120: 감지부
130: 제어부

Claims (3)

  1. 토치를 포함하는 용접부;
    상기 토치에 의해 형성되는 용융풀의 위치와 크기를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부에 의해 감지되는 용융풀의 위치와 용융풀의 크기에 따라, 상기 토치의 이동위치와 높낮이나 전류/전압을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장치.
  2. 초기 용접경로를 설정하는 단계;
    상기 초기 용접경로를 따라 토치를 이용하여 용접하는 단계;
    용접하는 상기 토치에 의해 형성되는 초기 용융풀의 위치와 크기를 계산하는 단계;
    이동하는 상기 토치에 의해 형성되는 현재 용융풀의 위치와 크기를 계산하는 단계;
    계산된 현재 용융풀의 위치와 크기의 오차범위를 설정값과 비교하는 단계;
    비교된 설정값에 따라 상기 토치의 높낮이와 이동방향 또는 전류/전압을 제어하는 단계; 및
    높낮이와 이동방향 또는 전류/전압이 제어되는 상기 토치를 이용하여 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 토치의 높낮이와 이동방향을 제어하는 단계에서,
    현재 용융풀의 위치와 크기의 오차범위가 설정값이하인 경우 전류/전압의 변화없이 초기 설정되는 용접 경로와 동일한 높이와 동일한 이동방향으로 상기 토치를 이동시켜 용접하고, 현재 용융풀의 위치와 크기의 오차범위가 설정값이상인 경우 높이나 이동방향 또는 전류/전압을 변경하여 상기 토치를 이용하여 용접하는 것을 특징으로 하는 자동 용접방법.
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