KR20160055833A - 용접 건 전극을 위한 자동화된 적응형 보수 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법에 있어서, 상기 방법은, - 전극 보수 파라미터를 포함하는 사전결정된 전극 보수 스케쥴을 획득하는 단계와, - 사전결정된 보수 빈번도에서 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 용접 전극 파라미터를 획득하는 단계와, - 상기 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 상기 전극 파라미터와 사전결정된 기준 파라미터의 비교에 기초하여, 상기 적어도 하나의 전극에 대한 보수 작업을 선택하는 단계와, - 상기 선택된 보수 작업을 수행하기 위해 선택된 보수 스테이션으로 신호를 송출하는 단계와, 및 - 상기 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 상기 전극 파라미터에 기초하여, 전극 보수 빈번도를 조정하는 것을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

용접 건 전극을 위한 자동화된 적응형 보수 방법 및 시스템{AN AUTOMATED ADAPTIVE MAINTENANCE METHOD AND SYSTEM FOR WELDING GUN ELECTRODES}

본 발명은 일반적으로 저항 스팟 용접, 특히 용접 시설에서 용접 건 전극의 전극 품질을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

저항 스팟 용접(RSW)은 많은 기술 분야에서 시트 금속을 접합하기 위해 잘 구축된 프로세스이다. RSW 기술은 그 기술, 유연성, 신뢰성 및 낮은 비용 때문에, 강철 바디내에 많은 양의 시트 금속 접합 적용에 있어 중심이 된다.

현재 자동차 섹터는 자동차 바디 제조의 중요 단계인 바디-인-화이트(BIW)를 제조하기 위해 RSW에 많이 의존한다. 이 때문에, 생산 라인은 용접점에 적용하기 위해 RSW 건들을 사용하고, 이들은 각각 소모품 전극(또는 "팁")을 사용하여 워크-피스에 접촉하여, 용접 전류를 전송하여 용접점을 만들도록 한다. 이들 전극은 스팟 용접 시스템에서 가장 중요한 구성이고, (코팅된) 강철 자동차를 용접하는 동안에 발생하는 전극의 퇴화는 표준 이하의 용접 품질로 빠르게 이어질 수 있다(이는 결국 값비싼 라인 정치를 야기할 수 있음).

현대적인 자동화 RSW 제조 셀은 여러 장비 및 제어 시스템을 포함하는데, 이는 다양한 재료 유형/두께의 접합부가 높은 위치 정확성과 속도로 자동으로 스팟 용접될 수 있도록 한다. 스팟 용접 품질은 두 개의 중요 요소에 의해 제어된다.

- 정확한 용접 파라미터(용접 전류, 시간 및 힘)의 선택과 제어,

- 이들 파라미터를 워크-피스로 전달하는 전극(재료, 형태 및 상태)의 정확한 선택과 유지이다.

RSW에서의 품질을 최적화하는 문제에 대한 많은 해결책은 정확한 용접 파라미터의 선택과 제어에 기초한다. 용접 제어기 기술은 MF-DC 인버터 전력원 및 신뢰성 있는 대용량 RSW 용접을 위해 필요한 높은 레벨의 품질 보증을 제공하는 적응형 용접 제어기를 포함한다. 그러나, 이들 시스템은 파라미터 설정을 제어하나, 전극 상태를 제어하지 않는다.

일반적인 스팟 용접 작업에서, 전극은 마모되고, 변형되며, 용접될 재료의 표면에 존재하는 그리스, 먼지 및 코팅물(아연과 같은)로 오염된다. 그러므로, 전극은 전극 '팁 드레서(tip dresser)'를 사용하여 자주 보수되어서, 깨끗한 표면과 적절한 형상을 되찾아야 한다. 전극 표면상에서 형성되는 오염 증착물의 최소 두께를 제거할 필요가 있다. 증착물의 두께는 전극의 전체적인 전기 및 열 전도성에 영향을 준다. 용접 파라미터와 함께, 전극의 형상과 크기는 용접의 크기를 결정한다. 어떠한 조정 없이, 전극 표면 영역이 증가하면, 이는 결국 용접 지름이 감소하게 될 것이고, 종국적으로, 용접 무결성을 보장하고, 품질 요구사항을 충족하기 위해 필요한 최소 레벨에 미치지 못하게 된다.

전극 마모의 영향에 대응하기 위해, 용접 전류는 증가될 수 있다. 그러나, 이는 전극 퇴화를 가속시키고, 전극이 드레스(dress)되거나 교체되기 전에, 제한된 수의 용접을 위해 사용될 수만 있다.

전극 드레서 시스템은 전극의 품질을 유지하려는 시도로, 생산 라인에서 흔히 사용된다. 그러나, 기존 시스템은 생산 동안에, 수동 설정, 최적화 및 지속된 모니터링을 요한다. 이는 대량 생산 라인에 대해 신뢰성 있거나 지속적으로 수행될 수 없고, RSW 시스템에 대해 책임있는 용접 기술자로부터의 피드백은 열악한 전극 드레싱이 스팟 용접 품질 문제 및 이와 관련된 생산 정지의 주요 원인이라고 지속적으로 진술된다. 전형적으로 매 1-2 분마다 자동차가 생산 라인에서 내려서, 하루 당 한 번 심지어 5분 라인 정지를 야기하는 전극 드레싱 문제는 일주일 당 10대의 자동차, 즉, 일년에 수백대의 자동차의 손실을 야기한다.

또한, 저항 스팟 용접 공정은 일반적으로 용접 알루미늄 시트에 가해지지 않는다. 왜냐하면, 알루미늄이 구리 전극에 매우 적극적으로 달라붙어서, 빠른 전극 팁 오염과 부식을 야기하기 때문이다. 종래의 전극 팁 드레싱 시스템은 전극 팁을 형성하는 구리의 중요한 품질을 제거한다. (구리 합금 전극에 대한 알루미늄의 빠른 퇴화 영향 때문에) 요구되는 드레싱의 고주파수 때문에, 전극은 빠르게 소모되고, 적은 부품이 제조된 이후에 교체될 필요가 있다. 궁극적으로, 이는 자동차 제조에서 알루미늄 바디부에 RSW의 적용을 막아서, 더 비싼 기술인 주로 셀프-피어스드 리베팅(self-pierced riveting)의 사용을 강요한다.

강 및 알루미늄 용접 적용 모두에 대해, 전극에 증착되는 물질을 제거하는데 최적화가 본 기술 분야에서 필요하다.

지금까지는, 드레싱 단계의 구간 및 용접 건이 드레싱 유닛 상의 전극에 근접하는 클램핑 힘에 관하여, 드레싱 프로세서가 표준화된 파라미터에 따라, 일정한 간격에서 수행되었다. 시간과 힘에 대한 표준 파라미터는 대부분의 경우에 적합한 절충안(compromise)을 나타낸다. 그러나, 물질의 제거는 제거되어야 할 전극의 표면 층의 정확한 두께에 대한 지식 없이 발생한다.

전형적으로, 전극 품질을 최대화시키는 것은 용접 기술자 및 보수 인력에 의한 수동적인 설정 및 제어에 의존하고, 상기 사람들은 제조 셀 또는 전체 생산 라인을 위한 드레싱 시스템을 최적화하는데 필요한 시간이나 기술이 종종 없다. 대개, 생산 라인에서 숙련된 작업자가 용접 건의 전극 또는 한 쌍의 전극이 용접 상태, 가령, 전극을 통과하는 전류의 강도에 의존하여, 용접 작업(용접 스팟)의 특정 수 이후에 드레싱을 요하는지를 결정한다.

또한, 지금까지 드레싱은 애노드와 캐소드 모두에 대해 구별없는 방식으로 수행되었다. 물질 및 산화물의 더 많은 증착이 캐소드에서 발생하기 때문에, 최적화 전극 구간 및 작업을 위해, 증착은 애노드 보다는 캐소드로부터 더 많은 양이 제거되어야 한다.

상기에 덧붙여서, 전극 드레싱 파라미터의 제어는 지속적인 전극 보수를 위해 중요하다. 이는 추천된 전극 보수 파라미터(초기에 드레서 제조자의 추천에 기초함)의 "전극 보수 스케쥴"의 생성에 의존한다. 전극-드레서 제조자 추천된 설정은 모든 RSW 건 적용을 위해 최적이 아니다. 현재로는, 전극 성능 및 수명을 최적화하기 위해 요구될 때, 또는 전극 드레스 관련된 용접 오류가 변경이 필요하다고 할 때, 모든 전극 보수 스케쥴은 수동으로 이에 따라 조절되어야만 한다. 전극 드레싱 장비의 성능에서, 자동차 개시/추세 동안에, 생산이 관측되고 최적화된다. 그러나, 이는 용접 품질을 야기하는, 계속하여 용접 기술 작업자가 모니터하는 것에 의존한다. 높은 정도의 제어를 달성하기 위해, 기술자는 전극 드레싱 이후의 전극 품질(및 나중에 바뀌어지고 결과로 나올 용접 품질)에 영향을 줄 수 있는 모든 변수의 완전한 이해도를 가져야 한다. 실제로, 이는 기술자 이용가능성에 의해서도 제한된다.

그러므로, 본 발명의 주요 목적은 용접 품질과 신뢰성을 개선시키는 것이고, 구체적으로는, 수동적인 개입없이, 최적화된 방식으로 용접 건의 전극의 보수 작업을 수행하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 용접 전극의 상태에 기초하여, 가장 적절한 보수 작업을 선택하는 것이다.

바람직하게는, 보수 최적화는 용접 전극의 사용 수명을 연장시킨다. 결과적으로, 이는 마모된 전극을 교체하기 위해, 생산 라인을 정치시키기 위해 필요한 아이들 타입을 줄이는 것과 관련된다. 라인의 정지는 경제적 손실과 관련되고, 이는 때때로 전극이 실제로 재드레스되거나 교체될 필요가 없는 경우일 수 있다.

본 발명의 추가적인 목적은 용접 라인상에서 작업하는 인력을 위한 안전성을 증가시키는 것이다.

수동 작업의 수의 감소도 사고의 위험을 줄이기 때문에 이롭다.

본 발명의 또 다른 목적은 스팟 용접의 품질을 보장하는 것인데, 즉, 용접은 어떤 용접 파라미터(가해진 전류의 강도, 전류의 적용 시간, 용접 건에 의해 가해진 클램핑 힘 또는 압력)에 따라 가해지고, 전극은 최적의 기하 형상을 가지도록 보장한다. 궁극적으로, 이는, 현재 실시는 품질 보장과 안전 이유에 대해 이루어지기 위해 용접 점의 추가적인 퍼센티지를 요구하는 주어진 용접된 어셈블리에서 요구되는 용접 스팟의 전체 수를 감소시킬 것이다.

그러므로, 본 발명의 추가적인 목적은 스팟 용접의 수를 감소시키고, 이에 따른 시간과 단가도 감소시킨다.

이후에 더 이해가 잘 되는, 상기 및 그 밖의 다른 목적과 이점은, 첨부된 청구항에서 정의된 특징을 가진 자동화된 적응형 용접 전극 보수 방법 및 시스템에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

특정 실시예는 종속항의 주제이고, 종속항의 내용은 본 상세한 설명의 중요한 부분으로 간주되어야 한다.

요약하면, 용접 건의 전극의 보수, 즉, 전극의 원래 상태 또는 최적의 용접을 위한 상태로의 용접 전극을 재설정하기 위한 자동화된 적응형 보수 방법 및 시스템은 상기 전극의 전극 마모 상태의 검출 및 검출된 상태에 따라 선택된 보수 (설정) 작업의 성능에 기초한다.

보수 작업은 바람직하게는 증가하는 재설정의 강도 스케일(strength-of-resetting scale)로, 연마 드레싱 작업, 커팅 작업, 교체 작업을 포함한다.

적응형 용접 전극 보수 방법 및 시스템은 사용 중인 용접 전극의 기하 형상(즉, 치수 및 형태적) 측정은 물론 청결도 측정의 획득 및 전극의 퇴화 레벨을 판단하고, 전극 보수 스케쥴을 제어하기 위한 프로세싱 유닛에 의한 이들의 사용에 기초한다. 적절한 보수 스테이션은, 커팅 장치, 다소 적극적인 연마 드레싱 작업을 포함하는 전극 보수 스케쥴 및 검출된 측정에 따라 선택될 수 있고, 프로세싱 유닛은 전극이 교체가 필요하다는 결정을 할 수 있다.

사용 중에 용접 전극의 기하 형상 및 청결도 측정의 획득은 센서 장비에 의해 수행된다.

바람직하게는, 센서 장비는 보수 이전 또는 바로 이후에 전극의 품질을 평가할 것이다. 본 발명에 따른 자동화된 용접 전극 적응형 보수 시스템 및 방법은 최적의 보수 파라미터를 학습하기 위해 구성되고, 각각의 보수 작업 이후에, 전극 품질이 지속적으로 유지될 때까지 드레싱 힘/시간을 조절한다. 기본 원리는 각각의 보수 작업 이후에 센서 장비로부터의 전극 품질 데이터의 피드백은 전극 품질이 정기적으로 체크되고, 좀 더 중요하게는 지속적으로 유지되도록 한다는 것이다. 이는 보수 스테이션에 의해 실해되는 보수 파라미터(보수 작업의 힘/시간)를 조절함에 의해 달성될 것이다.

본 발명의 시스템은 작업 스테이션에서 편리하게 위치될 수 있고, 센서 장비에 결합될 수 있고, 보수 스테이션에 위치될 수 있다. 현재 바람직한 실시예에서, 시스템은 센서 장비 내에 내장되는 (의사 결정 유닛으로 작용하는) 제어 및 프로세싱 스테이션을 포함할 수 있고, 관련된 작업 스테이션이, 제어 및 프로세싱 스테이션을 쿼리하고, 제어 및 보수 스테이션을 포함하여, 제어 및 프로세싱 스테이션으로부터 수신된 임의의 작업 명령어를 수행하기 위해 적절히 프로그램될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법과 시스템의 효과는, 용접이 시작함에 따라 전극 보수 스케쥴을 자동으로 생성함에 의해, 생산 용접의 초기부터 최적의 전극 보수 파라미터를 적용하는 것과 이후의 생산 동안에 전극 품질의 임의의 퇴화를 검출하고, 응답하는 것이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 자동화된 방법 및 시스템은 최소의 물질 제거로 좀 더 자주 보수하도록 하고, 이는 좀 더 지속적인 용접 품질을 달성하게 한다. 이는 재작업 및 이와 관련된 비용을 현저히 감소시키고, 적어도 3의 팩터(factor)에 의해, 전극의 상산 수명을 궁극적으로 개선시킨다.

특히, 빈번한 보수는 알루미늄 오염을 제어하고 최소화하여서, RSW가 비용-경쟁적인 알루미늄의 대용량 스팟 용접에 소개될 수 있게 하고, 이는 현재 상업적으로 적용되지 않으며, 그 결과 CO2 발산의 현저한 감소로 이어지는 더 낮은 비용의 가벼운 자동차의 생산을 야기한다.

또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램에 관한 것인데, 구체적으로는, 본 발명의 적응형 보수 방법을 수행하도록 마련된, 정보 캐리어에 의해 전달되거나 저장된 컴퓨터 프로그램이다. 정보 캐리어는 프로그램을 저장 및/또는 전달할 수 있는 임의의 엔티티 또는 장치일 수 있다. 예를 들어, 캐리어는 ROM 메모리, RAM 메모리 또는 자기 녹화 매체와 같은 저장 물리적 제품일 수 있거나, 라디오 신호나 가령, 광역 네트워크를 통해 다운로드되는 다른 수단에 의해 전기적 또는 광학적 물리 연결부를 통해 전송될 수 있는 전기적 또는 광학적 신호일 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점은 상세한 설명의 바람직한 실시예의 비-제한적인 예시에 의해, 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 첨부된 도면을 참조한다.
도 1은 본 발명에 따른 적응형 용접 전극 보수 시스템의 블록도이다.
도 2는 RSW 생산 환경 내에서, 도 1의 시스템에 의해 실행되는 자동화 적응형 용접 전극 보수 방법의 순서도이다.
(레이아웃 제약에 도 3a 및 3b로 나누어진) 도 3은 도 1의 시스템에 의해 실행되는 RSW 생산 환경 내에서 자동화된 적응형 용접 전극 보수 방법에서 자동화된 적응형 전극 보수를 가능하게 하는 제어 기능으로, 자동화된 용접 전극 평가의 순서도이다.

우선 도 1을 참조하면, 번호 10은 일반적으로 제조 시설의 용접 건 내의 용접 전극의 동작을 제어하기 위한 시스템을 표시한다.

시스템(10)은, 용접 건에 의해 운반되는 한 쌍의 스팟 용접 전극(E)의 이미지를 검출하기 위해 설계된 센서 장비(14)와 연결되는 것이 바람직하고, 가령, 용접 위치에서 용접 건을 이동시키기 위해 배치된 로보트 또는 이송 시스템(18)의 제어 유닛에 의해, 용접 전(16)에 결합된 소프트-기반의 제어 및 프로세싱 스테이션(12)을 포함하는데, 또한, 로보트 또는 이송 시스템은 상기 한 쌍의 스팟 용접 전극 중 적어도 하나의 보수 작업(전극 드레싱, 커팅 및 전극 변경)을 위해, 용접 건을 보수 스테이션 어셈블리(20)로 이동시키기 위해 배치된다.

예를 들어, 본 시스템의 상기 요소는 용접 전극의 이송 수단(가령, 로보트 또는 다른 컴퓨터 제어된 이송 시스템)이 존재하는 생산 환경내로 통합된다. 이송 시스템은 보수 임무가 수행되는 각각의 스테이션으로 전극을 운반하는 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성된다. 현재 바람직한 실시예에서, 이송 시스템의 제어 유닛은 사전-프로그램된 기능을 수행하고, 하위 프로그램이 다음 스테이션에서 작업을 수행하도록 하는 것에 관한 정보를 운반하는 소프트웨어-기반의 제어 및 프로세싱 스테이션(!2)으로부터 제어 신호를 기다리도록 구성된다.

제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 작업 정보 신호(S1)를 로보트 또는 이송 시스템(18)의 제어 유닛으로 출력하고, 용접 전극에의 보수 작업을 제어하기 위해, 상기 로보트 및 이송 시스템의 제어 유닛을 통해 보수 스테이션 어셈블리(20)로부터 보수 신호(S2)를 수신하도록 구성된다. 또한, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 센서 장비(16)로부터 전극 모니터링 신호(S3)를 입력부에서 수신하도록 구성된다.

용접 건은 일반적으로 알려져서, 기술되거나 도시되지 않는다.

전형적으로, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 로컬 저장소를 가진 마이크로프로세서 기반의 회로 및 이송 제어 시스템과 연결할 수 있는 통신 수단을 포함하는 독립적 유닛이다. 또한, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 상기 언급된 통신 수단을 통해 구성된다.

임의의 경우에서, 본원에서 언급된 제어 및 프로세싱 스테이션의 실시예는 기술 분야에서 잘 알려진 것으로 간주되고, 이들은 본 발명의 실시 및 이해를 위해 관련성이 없기 때문에, 본원에서 더 이상 기술되지 않을 것이다.

센서 장비(14)는 사용 중에 용접 전극의 기하형상 및 청결도 측정을 얻도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 센서 장비(14)는 전극의 면을 조명하고, 전극 표면의 반사도와 면적/형상 모두의 측정치를 얻는 광학 반사 시스템을 포함한다. 이러한 방식으로, 용접의 품질을 결정하는 두 개의 중요한 요소인 전극 면 지름과 물질 상태는 평가될 것이다. 센서 장비는 전극 및 바람직하게는 전극 길이, 즉, 전극 숄더와 전극 베이스사이의 거리 및 전극 팁 지름, 즉, 워크 피스와 접촉하여 스팟 용접으 생성하기 위한 용접 전극의 중심 면적의 전극 팁 지름의 품질의 정량적인 측정치는 물론 전극 청결도를 생성한다. 전극 청결도는 전극의 오염 정도를 나타낸다. 전극 팁 표면이 조명하에서 보여지면, "청결도"는 전극 팁 표면으로부터 반사된 광의 측정치로부터 파생된다. 산화물이나 침전된 물질과 같은 오염물의 증착은 표면의 반사도를 감소시킨다. 전극의 청결도의 측정은 수치값으로 결정되는 것이 좀 더 바람직하고, 사전결정된 복수의 사전정의된 범위 중 하나로 분류된다. 더 높은 청결도의 레벨은 우수한 전극 상태를 나타내고, 이는 덜 빈번하고 덜 심각한 보수 스케쥴이 요구된다. 낮은 레벨의 청결도는 좀 더 빈번하고 좀 더 심각한 전극 보수가 요구된다는 것을 나타낸다.

보수 스테이션 어셈블리(20)는 제1 커팅 스테이션, 제2 연마 드레싱 스테이션 및 제3 교체 스테이션을 포함하는 것이 바람직하다.

커팅 스테이션은 커팅 작업을 수행하기 위해, 즉, 날이 있는 커팅 공구를 사용하는 성형 작업에 의해, 전극 기하형상을 복원하기 위해 배치된다. 또한, 커팅 공정은 전극 기하형상과 청결도를 복원한다. 커팅 작업은 전극을 전극 커터에 가함에 의해 수행된다. 힘의 양은 정의된 시간의 주기 동안 전극에 가해지고, 바람직하게는, 힘과 시간은 커터 제조자의 스펙에 순응하여, 전극 기하형상이 완전히 복원될 것이다.

연마 드레싱 스테이션은 연마 드레싱 작업을 수행하기 위해, 즉, 연마 도구를 사용하여 전극의 청결도를 복원하기 위해 배치된다. 커팅과 달리, 전극 기하형상은 복원되지 않는다.

바람직하게는, 연마 드레싱 스테이션은 복수의 다양한 드레싱 작업을 수행하기 위해, 좀 더 바람직하게는, 최소의, 중간의 또는 많은 연마 드레싱 작업을 수행하기 위해 배치된다. 연마 정도는 전극에 가해진 힘의 양 및 연마 드레싱 작업이 가해진 시간 주기에 의해 지배될 것이고, 바람직하게는, 힘과 시간은 드레싱 스테이션 제조자의 스펙에 순응한다.

교체 스테이션은 교체 작업을 수행하기 위해, 즉, 상단 및 하단 전극 모두, 또는 그 둘 중 하나를 교체하기 위해 배치된다.

제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법을 실행하기 위해 배치(프로그램)된다. 이를 뒤해, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은, 전극 주기적 보수 이전 또는 이후, 바람직하게는 바로 이후, 수행되는 품질 체크 동안에, 센서 장비(14)로부터 전극의 마모 상태를 나타내는 데이터 전극 파라미터를 입력으로서 수신하도록 배치(프로그램)된다. 그리고 나서, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은, 가령 실험실 시행으로부터 파생된, 사전결정된 기준 파라미터와의 비교에 기초하여, 전극의 마모 상태를 나타내는 전극 파라미터를 처리하도록 배치(프로그램)된다. 마지막으로, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 다음 명령어를 출력 하도록 배치(프로그램)된다.

● 보수 체제를 변경하지 않으면서 용접 계속함

● 용접 계속하고, 보수 체제의 빈도 또는 심각성을 변경함

● 용접 계속하고, 보수 체제를 변경하고, 전극 또는 전극들을 하나의 보수 스테이션으로 보내고, 전극 상태에 맞는 보수 작업을 수행함이다.

도 2를 참조하면, RSW 생상 공정의 환경 내의 적응형으로 제어하는 용접 전극을 위한 자동화된 방법이 개시된다.

단계(100)에서, 생산 요구사항을 나타내는 복수의 파라미터가 시스템으로 입력되는데, 바람직하게는,

a) 어셈블리 당 용접의 수, 즉, 생산하에서 각각의 어셈블리에 구성되는 용접의 수,

b) 전극 타입, 즉, 전극의 지름, 최소 길이 및 팁 기하형상,

c) 생산 물질, 즉, 물질이 임의의 코팅물을 포함하는 용접인지를 포함한다.

바람직하게는, 추가적인 파라미터가 시스템으로 공급될 수 있는데, 즉, 생산될 어셈블리의 전체 수를 정의하는 (시프트 당) 어셈블리의 수이다.

단계(200)에서, 스타팅 전극 보수 스케쥴이 생성되는데, 이는 바람직하게는 보수 스테이션 제조자의 추천에 기초하여, 가령, 부품 당 용접의 수, 생산 시프트 당 부품의 수, 최대 허용가능한 보수 시간, 보수 작업의 전체 수, 전극 기하현상과 같은 디폴트 전극 보수 파라미터를 포함한다. 상기 파라미터에서 시작하여, 디폴트 보수 빈번도, 즉, 보수 작업들 간의 어셈블리의 수가 계산될 수 있고, 전극 보수 스케쥴에 저장될 수도 있다. 또한, 이는 전극이 교체 요구전에 용접하는데 사용될 수 있는 시프트의 수를 정의할 것이다.

보수 빈번도 계산은, 전극 품질을 유지하기 위해 최소 드레싱 작업이 요구되기 전에, 맡겨질 수 있는 용접의 수를 정의하는 전문 지식으로부터 파생된다. 이러한 빈번도는, 드레싱 또는 커팅 액션이 공지된 허용가능한 상태로 전극 상태를 복원 또는 향상하기전에, 완성될 수 있는 어셈블리의 수를 계산하는데 사용된다.

스타팅 전극 보수 스케쥴은 시스템의 작업 동안에, 계속된 학습 단계에서 시스템에 의해 더욱 최적화될 수 있다.

단계(300)에서, 한 쌍의 새로운 전극은 용접 건에 장착된다.

단계(400)에서, 새로운 전극이 가공되어서, 요구되는 기하형상과 표면 청결도를 달성한다. 새로운 전극은 요구되는 형상 및 용접을 위해 요구되는 평행한 정렬을 항상 가지는 것이 아니다. 용접하기 전에, 전극은 커터상의 보수 사이클에 들어가서 그들의 기하형상을 준비한다. 단계(500)에서, 전극 품질의 측정치가 만들어진다.

단계(600)에서, 소프트웨어-기반의 제어 및 프로세싱 스테이션(12)이 전극 파라미터의 측정된 값과 기준 파라미터, 즉, 전극이 생산을 위해 맞는지를 결정하기 위한 전극 품질의 값/스레숄드와 비교한다. 하나 또는 두 전극의 기하형상과 청결도가 스펙 내에 있지 않으면, 커팅 작압 및 센서 측정이 반복될 것이다. 전극 기하형상과 청결도가 요구되는 스펙 내에 있다면, 용접 작업이 발생할 것이다.

단계(700)에서, 모든 어셈블리가 용접되었다면, 시스템은 단계(800)에서 시프트가 완성된다고 간주한다.

단계(800)에서, 모든 어셈블리가 완성되었고, 생산 시프트의 말단부가 도달하였다. 이 때, 자동화된 생산 공정이 정지할 것이다.

모든 어셈블리가 단계(700)에서 완성되지 않았다면, 용접은 계속될 것이다.

단계(900)에서, 시스템은 용접 사이클에서 생산을 위해 어셈블리의 용접을 수행한다. 용접 사이클 당 만들어진 용접의 양(생성된 어셈블리의 수)은 생성된 전극 보수 스케쥴에 의해 정의된다. 생산 초기에, 이러한 전극 보수 스케쥴은 단계(200)에서 생성된 데이터로부터 얻는다. 이후에 생산에서, 이러한 보수 스케쥴은 소프트웨어-기반의 제어 및 프로세싱 스테이션(12)으로부터의 입력에 기초하여 자동으로 변경된다.

특정된 수의 어셈블리가 용접되면, 단계(1000)에서, 전극은 전극 보수 스테이션으로 보내진다. 전극 보수는 우선, 단계(200)에서 정의된 보수 체제에 따라 수행되고, 나중에 단계(1100)에서 전극 품질 모니터링에 의해 영향을 받는다.

전그 보수가 수행된 이후에, 시스템은 센서 장비에 의해 단계(110)에서 전극 상태(전극 품질)를 모니터링하여서, 기하형상과 청결도 측정치를 획득한다. 기하형상 측정치는 구체적으로 전극 길이와 팁 지름이다. 그리고 나서, 사전결정된 전극 품질 메트릭(즉, 기하형상 및 청결도 측정치)이 복수의 퍼센티지 범위(R1 - Rx) 중 하나에 있는지 전극 품질이 평가되면, 전극 품질의 정도를 평가하기 위해 전극 청결도 측정치는 전문 지식(가령, 전극의 표면의 반사도)에 의해 결정된 사전결정된 품질 메트릭 기준 값과 비교된다.

제어 및 프로세싱 스테이션(!2)은 측정된 전극 품질 데이터, 전극 길이, 팁 지름 및 청결도에 기초하여 결정을 내린다. 이들 결정을 내리기 위하 요구되는 논리적 흐름 단계는 도 3에 도시되고, 이하에 기술된다. 단계(1100)의 출력은 단계(300)에서의 새로운 전극 팁 또는 단계(700)에서의 변경된 전극 보수 체제로 생산 사이클로 되돌아가거나, 전극 보수 체제에 변경이 없다.

도 3을 참조하면(도 3a 및 3b), 용접 전극 보수를 적응형으로 제어하기 위한 자동화된 방법의 단계(1100)가 자세히 기술된다.

단계(1105)에서, 센서 장비에 의해 전극 상태(즉, 전극 품질 또는 전극 마모도)를 모니터링하여서, 신호(S3)를 통해 기하형상 및 청결도 측정치를 획득하고, 기하형상 및 청결도 측정치는 전극 품질의 정도를 평가하기 위해 기준 값과 비교를 위해 사용되고, 전극 품질은 사전결정된 전극 품질 메트릭(즉, 기하형상 및 청결도 측정치)이 새로운 전극에 대해 단계(200)에서 얻은 기하형상 및 청결도 측정치 값의 복수의 범위(R1 - Rx) 중 하나에 있다면 평가된다. 5 퍼센티지 범위를 가진 시스템의 예시가 도 3에 도시된다.

단계(1110)에서, 두 전극의 길이(L)는 사전정의된 스레숄드 최소 전극 길이(L_min)와 비교된다. 적어도 하나의 전극이 상기 사전정의된 스레숄드 값보다 작으면, 전극에 대한 변형된 상태가 결정되고, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 단계(1112)에서, 명령(전형적으로, 메세지를 이동 유닛, 용접 건의 위치를 이동시키고 제어하는 로보트나 이송 시스템으로 전달하는 전자 신호(S1))를 송출하여, 용접 건이 교체 서브스테이션으로 이동되고, (신호(S1)과 동일하거나 상이한) 명령이 교체 서브스테이션으로 전달되어서, 전극(들)의 교체 작업된다. 그리고 나서, 생산 공정은 단계(700)(도 2에서)에서부터 계속될 것이다.

단계(1120 및 1122)에서, 전극 팁 지름(D)은 사전정의된 스레숄드 최소 지름(D_min) 및 최대 전극 지름(D_max)과 각각 비교된다. 적어도 하나의 전극이 상기 최소 및 최대 스레숄드 값 사이의 사전정의된 범위 밖에 있다면, 전극에 대한 변형된 상태가 결정되고, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 단계(1124)에서, 명령(전형적으로, 메세지를 이동 유닛, 용접 건의 위치를 이동시키고 제어하는 로보트나 이송 시스템으로 전달하는 전자 신호(S1))를 송출하여, 단계(1000)에서 다음 전극 보수 작업(즉, 다음 용접 사이클의 전극 보수 작업)을 하도록 변경된다(도 2). 이에 따라, 단계(1000)에서, 용접 건은 커팅 스테이션으로 이동되고, 전극 팁 면은 원하는 형상으로 다시 커팅될 것이다.

단계(1130, 1132, 1134, 1136 및 1138)에서, 전극 팁 청결도(C)는, 사전정의된 청결도 카테고리나 범위와 비교되고, 필요한 보수의 카테고리(특히, 연마 드레싱이나 커팅의 정도)가 확인된 청결도에 기초하여 선택된다.

구체적으로, 단계(1130)에서, 전극 팁 청결도(C)가 제1 처결도 범위(R1)에 있는 것으로 검출되면, 전극 상태에서의 최소 변형으로 결정된다. 프로세싱 스테이션(12)이 단계(1140)에서 명령(전형적으로, 메세지를 이동 유닛, 용접 건의 위치를 이동시키고 제어하는 로보트나 이송 시스템으로 전달하는 전자 신호(S1))를 송출하여, 단계(1000)에서 다음 전극 보수 작업(즉, 다음 용접 사이클의 전극 보수 작업)을 하도록 변경된다(도 2). 연마 드레싱 작업의 강도는 감소될 것이고, 드레싱의 빈번도는 어셈블리의 사전정의된 수로 감소될 것인데, 상기 사전결정된 수는 단계(900)에서 용접될 물질과 코팅물에 의존한다.

전극들 중 어느 것도 제1 청결도 범위 내의 청결도를 가지지 않는다면, 단계(1132)에서, 전극 팁 청결도(C)는 제2 청결도 범위(R2)에 있는지 결정된다. 만일 그렇다면, 전극에 대해 약간 변형된 상태로 결정되고, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 단계(1142)에서 명령(전형적으로, 메세지를 이동 유닛, 용접 건의 위치를 이동시키고 제어하는 로보트나 이송 시스템으로 전달하는 전자 신호(S1))를 송출하여, 단계(1000)에서 다음 프로세싱 전극 보수 작업(즉, 다음 용접 사이클의 전극 보수 작업)에서 동일한 전극 보수 작업 및 빈번도를 유지한다(도 2). 연마 드레싱 작업의 강도는 변경되지 않을 것이고, 드레싱의 빈번도는 동일하게 유지할 것이다.

전극들 중 어느 것도 제2 청결도 범위 내의 청결도를 가지지 않는다면, 단계(1134)에서, 전극 팁 청결도(C)는 제3 청결도 범위(R3)에 있는지 결정된다. 만일 그렇다면, 전극에 대해 많이 변형된 상태로 결정되고, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 단계(1144)에서 명령(전형적으로, 메세지를 이동 유닛, 용접 건의 위치를 이동시키고 제어하는 로보트나 이송 시스템으로 전달하는 전자 신호(S1))를 송출하여, 단계(1000)에서 다음 프로세싱 전극 보수 작업(즉, 다음 용접 사이클의 전극 보수 작업)을 변경한다(도 2). 연마 드레싱 작업의 강도는 증가될 것이나, 드레싱의 빈번도는 동일하게 유지할 것이다.

전극들 중 어느 것도 제3 청결도 범위 내의 청결도를 가지지 않는다면, 단계(1136)에서, 전극 팁 청결도(C)는 제4 청결도 범위(R4)에 있는지 결정된다. 만일 그렇다면, 전극에 대해 많이 변형된 상태로 결정되고, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 단계(1146)에서 명령(전형적으로, 메세지를 이동 유닛, 용접 건의 위치를 이동시키고 제어하는 로보트나 이송 시스템으로 전달하는 전자 신호(S1))를 송출하여, 단계(1000)에서 다음 프로세싱 전극 보수 작업(즉, 다음 용접 사이클의 전극 보수 작업)을 변경한다(도 2). 연마 드레싱 작업의 강도는 증가될 것이고, 드레싱의 빈번도는 어셈블리의 사전정의된 수로 증가될 것인데, 상기 사전결정된 수는 단계(900)에서 용접될 물질과 코팅물에 의존한다.

전극들 중 어느 것도 제4 청결도 범위 내의 청결도를 가지지 않는다면, 단계(1138)에서, 전극 팁 청결도(C)는 제5 청결도 범위(R5)에 있는지 결정된다. 만일 그렇다면, 전극에 대해 심각하게 변형된 상태로 결정되고, 제어 및 프로세싱 스테이션(12)은 단계(1146)에서 명령(전형적으로, 메세지를 이동 유닛, 용접 건의 위치를 이동시키고 제어하는 로보트나 이송 시스템으로 전달하는 전자 신호(S1))를 송출하여, 단계(1000)에서 다음 프로세싱 전극 보수 작업(즉, 다음 용접 사이클의 전극 보수 작업)을 변경한다(도 2). 이에 따라, 단계(1000)에서, 용접 건은 커팅 스테이션으로 이동되고, 전극 팁 면은 원하는 형상으로 다시 커팅될 것이다.

어떠한 경우에, 단계(1112, 1124, 1140, 1142, 1144, 1146, 1148)에서의 보수 작업 이후에 각각, 생산은 단계(900)에서 계속된다(도 2).

도 2를 참조하여 이미 개시된 바와 같이, 전극 보수를 수행한 이후에, 시스템은 단계(1100)에서 센서 장비에 의해 전극 품질을 모니터링하여서, 기하형상 및 청결도 측정치를 획득한다. 그리고 나서, 전극 품질의 정도를 평가하기 위하여, 기하형상 및 청결도 측정치는 기준 값과 비교되는데, 평가되는 전극 품질, 즉, 전극은 전극 길이, 기하형상 및 청결도를 결정하기 위해 측정되고, 이들 측정치가 사용되어서 드레싱 및 커팅 작업, 즉, 전극 보수 스케쥴을 최적화한다.

용접 건에 두 개의 전극이 있기 때문에, 두 개의 최악의 값이 청결도 및 기하형상(길이 및 지름) 측정치를 위해 사용될 것이다. 길이 측정치는 비대칭 전극 교체에 의해 개별적으로 처리될 수 있다.

결론적으로, 본 발명에 따른 적응형 보수 시스템 및 방법은 스팟 용접 전극의 수명을 바람직하게 증가시키고, 생성된 스팟 용접의 전반적인 품질을 개선시킨다.

본 발명에 따른 적응형 보수 시스템 및 방법은 복수의 혁신적인 기술을 조합하여 이들 목표를 달성할 수 있는데, 상기 혁신적인 기술은,

i) 용접 전극을 청결하게 하기 위한 연마 드레싱 작업을 사용함은 물론, 전통적인 전극 팁 커터를 주기적으로 사용하는 것,

ii) 전극 길이, 전극 기하형상 및 전극 청결도를 측정하기 위해 특화된 장비를 사용하는 것,

iii) 측정된 값에 기초하여 연마 및 기계적 커팅 작업을 최적화하는 적응형 기술을 사용하는 것,

iv) '비대칭' 전극 교체를 지원하는 것, 여기서, 남아 있는 길이가 교체되기에 불충분한 전극이 쌍에서 다른 전극을 교체하지 않는 것이다.

추가적인 이점으로서, (전기 서보 건이 사용된다면) 용접 건으로부터 피드백에 더하여, 전극 품질 데이터는 전극으로부터 물질 제거 속도의 결정, 전극 수명의 계산 및 최적화를 허용하는데 사용될 수 있다. 또한, 이들의 수명의 마지막을 향하는 전극을 통한 드레싱을 막을 것이다. 또한, 연마 공구의 성능은 시스템에 의해 평가될 수 있고, 드레스 시간이 (사용자-정의된 요구사항인) 드레스 사이클에 허용가능한 최대치에 접근할 때, 연속적인 시프트에 걸쳐 요구되는 드레스 시간의 임의의 증가하는 증분은 연마 공구 교체를 위한 필요성을 통지하도록 조정된다.

동일하게 유지되는 본 발명의 원리, 실시예 및 실행예 세부사항은, 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은, 비-제한적인 예시에 의해 기술되고 설명된 것과 비교하여 널리 변형될 수 있을 것이라는 점은 명백할 것이다.

Claims (16)

1. 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법에 있어서, 상기 방법은,
   - 전극 보수 파라미터를 포함하는 사전결정된 전극 보수 스케쥴을 획득하는 단계와,
   - 사전결정된 보수 빈번도에서 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 용접 전극 파라미터를 획득하는 단계와,
   - 상기 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 상기 전극 파라미터와 사전결정된 기준 파라미터의 비교에 기초하여, 상기 적어도 하나의 전극에 대한 보수 작업을 선택하는 단계와,
   - 상기 선택된 보수 작업을 수행하기 위해 선택된 보수 스테이션으로 신호를 송출하는 단계와, 및
   - 상기 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 상기 전극 파라미터에 기초하여, 전극 보수 빈번도를 조정하는 것을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보수 작업은 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 상기 전극 파라미터의 획득하는 단계 이후의 용접 사이클 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 상기 용접 전극 파라미터의 획득하는 단계는 전극의 측정된 지름을 포함하는 상기 전극의 기하형상 파라미터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 상기 용접 전극 파라미터의 획득하는 단계는 전극의 측정된 길이를 포함하는 상기 전극의 기하형상 파라미터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 전극의 마모 상태를 나타내는 상기 용접 전극 파라미터의 획득하는 단계는 전극의 표면의 반사도 값을 포함하는, 상기 전극의 청결도 파라미터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 측정된 전극 길이와 사전결정된 최소 길이 스레숄드를 비교하여, 측정된 전극 길이가 상기 최소 길이 스레숄드 이하라면, 전극에 대한 변형된 상태가 결정되어서, 제1 전극 보수 작업이 선택되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 제1 전극 보수 작업이 선택되는 단계는 전극을 교체 스테이션으로 운반하기 위한 교체 명령어를 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 측정된 전극 지름과 사전결정된 지름 스레숄드 범위를 비교하여, 측정된 전극 지름이 상기 지름 스레숄드 범위 밖이라면, 전극에 대한 변형된 상태가 결정되어서, 제2 전극 보수 작업이 선택되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 제2 전극 보수 작업이 선택되는 단계는 전극을 커팅 스테이션으로 운반하기 위한 커팅 명령어를 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 측정된 전극 청결도와 복수의 사전결정된 청결도 범위를 비교하여, 측정된 전극 청결도가 상기 청결도 범위 이내라면, 전극에 대한 변형된 상태가 결정되어서, 제3 전극 보수 작업이 선택되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 제3 전극 보수 작업이 선택되는 단계는 전극을 연마 드레싱 스테이션으로 운반하기 위한 연마 드레싱 명령어를 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 제3 전극 보수 작업이 선택되는 단계는 보수 빈번도를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
13. 제 10 항에 있어서, 제3 전극 보수 작업이 선택되는 단계는 전걱을 커팅 스테이션으로 운반하기 위한 커팅 명령어를 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
14. 제 11 항에 있어서, 제3 전극 보수 작업이 선택되는 단계는 연마 드레싱 강도를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성된 제어 및 프로세싱 스테이션을 포함하는 자동화된 용접 전극 적응형 보수 시스템.
16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 자동화된 용접 전극 적응형 보수 방법을 수행하도록 구성된 프로그램 코드를 포함하는, 특히 정보 캐리어에 의해 운반되거나 저장된 컴퓨터 프로그램.

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