KR20170141793A - 로봇 용접 시스템 및 그 용접방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로봇 용접 시스템 및 그 용접방법에 있어서, 핵계통 주요설비인 증기발생기의 배관-관판 용접에 적용되며, 본 발명은 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈을 통해 산업용 로봇의 용접경로 충돌방지 계획을 수립하고, 계획한 방안에 따라 오프라인 프로그래밍을 진행하고, 레이저 스캐닝 결과에 의거하여 레이저 스캐닝 위치결정 모듈로 관공 중심 좌표를 취득하고 초기 용접위치 식별 및 자동 안내를 실현하며, 중앙제어 모듈로 제어하는 2대의 산업용 로봇과 그에 대응한 네개의 배관-관판 용접토치를 이용하여 1개 관판 위의 모든 배관-관판 용접이음에 대해 용접을 진행하고, 용접이음 레이저 스캐닝 결과에 의거하여 용접이음 품질 온라인 감지 모듈로 재구성 이미지를 취득하고, 용접이음 형태에 의거하여 용접이음 품질 온라인 검측을 진행한다. 본 발명은 배관-관판의 용접효율을 향상시키고 용접이음의 품질 안정성을 보장할 수 있다.

Description

로봇 용접 시스템 및 그 용접방법
본 발명은 로봇 용접 지능형 기술 분야의 자동화 용접 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 핵계통 주요설비인 증기발생기의 배관-관판 로봇 용접 시스템 및 그 용접방법에 관한 것이다.
원자력 발전은 청결성, 강력한 전력공급 지속 능력, 비교적 덜한 지리적 위치 제한성 등 장점이 있으며 미래의 주요한 에너지 개발 자원의 일종에 속한다. 《국가 원자력 발전 테마와 계획》에따르면, 2020년까지 중국 원자력 발전 운행 생산능력은 4000만 kw.h에 이를 것이고, 전체 전력 생산능력 중에 차지하는 원자력 발전의 비율은 4% 향상될 것이며, 연간 발전량은 2600~2800억 kw.h로 향상될 것이다. 원자력 발전 공사기간의 길고 짧음은 경제성에 상당한 영향을 미친다. 증기발생기는 핵계통(nuclear island)의 주요설비이다. 배관-관판(tube-tube plate) 용접은 증기발생기 제조과정의 주요한 프로세스에 속하며, 배관-관판의 용접품질과 용접효율은 관판 1차측의 내식성, 밀폐성 및 증기발생기의 제조 속도에 직접적인 영향을 미친다. 증기발생기 배관-관판 용접이음은 수량이 방대한 바, AP1000증기발생기를 예로 들 경우, 20050개의 배관-관판 용접이음이 있지만, 현재까지 주로 수동 휴대용 배관-관판 용접토치로 용접을 수행했기 때문에 용접 효율이 낮았다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 증기발생기 배관-관판에 대해 현재까지 주로 수동 용접이 수행되는 상황에 관해, 핵계통 주요설비인 증기발생기의 배관-관판 용접을 위한 로봇 용접 시스템 및 그 용접방법을 제공하여, 배관-관판의 자동화 용접 과정 중의 초기 용접 위치의 식별 및 안내, 경로 계획과 오프라인 프로그래밍, 배관-관판 용접이음의 로봇 자동 용접, TIG 자동 검출과 교체, 용접이음 품질 온라인 검측 등의 기능을 실현하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 중앙제어 모듈이 설치되었고 그 신호와 연결되어 그 제어를 받고 있는 다음 설비가 설치된 로봇 용접 시스템으로서,
작동 범위가 중첩되어 피가공품 관판 위의 모든 배관-관판 용접이음 용접위치를 커버할 수 있는 6 자유도의 산업용 로봇이 최소 1대가 설치되었고,
적어도 1개의 배관-관판 용접토치가 설치되었으며,
각 산업용 로봇이 그에 대응한 배관-관판 용접토치를 최소 1개씩 잡고 상응한 관공 부근으로 이동하면 각 관공 부근의 배관-관판 용접토치가 배관-관판 용접이음에 대해 용접을 진행하고,
용접이음 품질 온라인 감지 모듈이 용접이음 형태에 의거하여 용접이음 품질 온라인 검측을 진행한다.
바람직하게는, 중앙제어 모듈과 신호 연결이 되어있고 그 제어를 받는 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈을 상기 로봇 용접 시스템에 설치하여, 여러 개의 산업용 로봇 관련 용접경로 충돌방지 계획을 수립하고, 계획한 방안에 따라 오프라인 프로그래밍을 진행한다.
바람직하게는, 중앙제어 모듈과 신호 연결이 되어있고 그 제어를 받는 레이저 스캐닝 위치결정 모듈을 상기 로봇 용접 시스템에 설치하여, 관공에 대한 레이저 센서의 스캐닝 결과에 의거하여 관공의 중심 좌표를 취득하고, 초기 용접 위치 식별 및 자동 안내를 위한 참조 데이터로 삼는다.
바람직하게는, 상기 로봇 용접 시스템에 두 대의 산업용 로봇이 설치되었고, 배관-관판 용접이음에 대해 자동 TIG 용접을 진행하는 배관-관판 용접토치 두 개를 각 산업용 로봇으로 각각 잡는다.
바람직하게는, 상기 각 산업용 로봇을 그에 대응한 수직 받침대 위에 설치하고 수직 받침대와 함께 수평으로 이동할 수 있게 하고,
상기 산업용 로봇이 수직 받침대 위에서 상하로 이동할 수 있게 한다.
바람직하게는, 상기 각 수직 받침대를 시스템 플랫폼 위에 설치하고 시스템 플랫폼과 함께 수평으로 이동할 수 있게 하며,
상기 시스템 플랫폼이 지상 레일을 따라 각각 이동하여 각 용접대기 피가공품 관판 앞에 도착할 수 있게 하며,
상기 피가공품을 각 받침대 위의 증기발생기에 배치한다.
바람직하게는, 상기 시스템 플랫폼에 있어서,
TIG 자동 교체 플랫폼을 설치하고, 산업용 로봇의 작동 범위 내에 위치하게 하여 텅스텐 전극의 교체에 이용하며,
용접 전원을 설치하여 각 상기 배관-관판 용접토치를 위해 전력을 공급하고,
로봇 제어 캐비닛을 설치하여 그 속에 각 산업용 로봇의 로봇 제어장치를 설치하며,
중앙 제어 플랫폼을 설치한 후, 그 속에 상기 중앙제어 모듈, 용접이음 품질 온라인 감지 모듈, 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈 및 레이저 스캐닝 위치결정 모듈을 설치한다.
바람직하게는, 상기 각 수직 받침대 위에 상응한 하네스(harness) 브라켓을 각각 설치하여, 산업용 로봇 및 그에 대응한 배관-관판 용접토치 도선을 그 속에 넣고,
상기 시스템 플랫폼의 지상 레일에는 횡방향 레일과 세로방향 레일이 포함된다.
바람직하게는, 용접이음에 대한 레이저 센서의 스캐닝 결과에 의거하여 상기 용접이음 품질 온라인 감지 모듈을 통해 용접이음 3D 재구성 이미지를 취득하고, 용접이음 형태에 의거하여 용접이음 품질 온라인 검측을 진행한다.
바람직하게는, 상기 산업용 로봇의 로봇암의 선단부에 상기 레이저 센서를 설치한다.
또 다른 구체적인 수단으로서 본 발명은, 로봇 용접 시스템의 용접 방법에 있어서,
여러 개의 피가공품을 각자의 받침대 위에 각각 설치하고,
지상 레일을 이용하여 시스템 플랫폼을 그 중의 한 피가공품의 관판 앞으로 이동시키어, 시스템 플랫폼 위에 설치한 로봇 용접 시스템 장치가 관련 동작을 할 수 있게 하며,
각 산업용 로봇이 그에 대응한 용접토치 1개를 잡고 관판 위의 현재 용접대기 관공의 용접위치에 이르러 용접토치 관련 위치를 확정하고,
용접토치 위치를 확정한 후, 산업용 로봇이 용접토치 죔쇠를 풀어 해당 산업용 로봇에 대응한 다른 한 용접토치를 잡으며,
중앙제어 모듈의 지령에 의거하여 위치결정이 끝난 용접토치에 대해 용접을 시작하고, 1개 배관-관판 용접이음의 용접이 완료되면 용접 완료 신호를 출력하며,
산업용 로봇이 용접 완료 신호를 출력한 용접토치를 다음 관공 부근으로 이동시키어 위치를 확정하고, 다음 배관-관판 용접이음의 용접을 위해 준비를 진행하며,
여러 개 산업용 로봇과 각 용접토치를 결합하여 해당 피가공품 관판 위의 모든 배관-관판 용접을 완료한 후, 지상 레일을 이용하여 시스템 플랫폼을 다른 한 피가공품의 관판 앞에 이동시키어, 모든 배관-관판 용접이음의 용접작업을 완료한다.
바람직하게는, 이에 더하여 상기 용접 방법에 있어서, 각 산업용 로봇으로 로봇암 선단부에 설치한 레이저 센서를 이동하고, 레이저 센서로 관판 위의 현재 용접대기 관공을 스캐닝하며, 레이저 스캐닝 위치결정 모듈을 이용하여 해당 관공의 중심위치를 확정하여, 해당 산업용 로봇이 그에 대응한 용접토치 하나를 잡고 해당 관공의 용접위치에 이동시키어 용접토치 위치를 확정할 수 있게 한다.
바람직하게는, 이에 더하여 상기 용접 방법에 있어서, 용접토치가 1개 배관-관판 용접이음 용접작업을 완료한 후, 레이저 센서를 이용하여 배관-관판 용접이음에 대해 스캐닝을 진행하고, 용접이음 품질 온라인 감지 모듈을 이용하여 용접이음의 3D 재구성 이미지를 취득하고, 용접이음 형태에 의거하여 용접이음 품질 온라인 검측 및 기준초과 결함 경보를 진행한다.
바람직하게는, 이에 더하여 상기 용접 방법에 있어서,
여러 개 피가공품을 각자의 받침대 위에 각각 설치한 후, 각 피가공품의 동비례 3D 모형을 확립하고, 로봇 제어시스템을 도입하며,
또한 시스템 플랫폼을 임의의 한 피가공품 관판 앞으로 이동시킨 후, 산업용 로봇으로 수동 시범동작을 진행하고, 여러 개의 참조점에 의거하여 피가공품의 실제 좌표를 확인하고, 피가공품 3D 모형의 좌표계를 교정하며,
또한 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈을 이용하여 여러 개의 산업용 로봇의 용접경로 충돌방지 계획을 실시하고, 계획한 방안에 따라 오프라인 프로그래밍을 진행한다.
바람직하게는, 산업용 로봇으로 임의의 한 용접토치를 잡고 현재 용접대기 관공의 용접위치에 이동하였을 때, 용접토치 위치결정 맨드릴을 현재 용접대기 관공에 삽입하여, 용접토치 상부에 설치한 공압 보조 위치결정 확관기를 관구에 삽입시키고, 용접토치 축방향을 확정한 후 공압 위치결정 확관기를 자동으로 확장 또는 수축시키며, 확장 또는 수축 상태를 확인한 후 로봇이 용접토치 죔쇠를 푼다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서 개시한 로봇 용접 시스템 및 그 용접방법은 로봇 자동화 기술 분야에 속하며 핵계통 주요설비인 증기발생기의 배관-관판 용접에 적용된다. 본 발명에서 개시한 산업용 로봇은 작업효율이 높고 안정되고 신뢰성이 있으며 반복 정밀도가 높은 등의 장점이 있으며, 로봇으로 수동 용접을 대체하여 용접 효율향상, 제품 품질 안정성 보장, 노동자 작업환경 개선 및 노동자 노동강도 감소 등 면에서 매우 뚜렷한 장점을 구비하고 있다.
본 발명은 핵계통 주요설비인 증기발생기의 배관-관판 용접의 초기 용접이음 위치 식별과 자동 안내, 경로 계획과 오프라인 프로그래밍, 배관-관판 로봇 자동 용접 및 용접이음 품질의 온라인 검측을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명은 배관-관판의 용접효율 향상, 용접이음 품질 안정성의 보장, 증기발생기의 납기 단축, 원자력 발전의 경제성 향상 등 면에서 매우 중요한 의미가 있다.
도1은 본 발명에 의한 상기 핵계통 주요설비인 증기발생기 배관-관판 로봇 용접 시스템의 구조를 나타낸다.
도2는 본 발명에 의한 상기 로봇 용접 시스템의 배치를 나타낸다.
도3은 본 발명에 의한 상기 로봇 용접 시스템의 용접방법 절차를 나타낸다.
상술한 본 발명 실시예의 목적, 기술방안 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명 실시예의 부도를 참조하여 본 발명 실시예의 기술방안에 대해 명확하고 완전한 설명을 진행하고자 하는 바, 분명한 것은 이러한 실시예는 본 발명의 부분적 실시예에 지나지 않으며 모든 실시예를 포함하지는 않았다.
본 발명에서 개시한 핵계통 주요설비인 증기발생기 배관-관판 로봇 용접 시스템에 있어서, 도1에 도시된 것과 같이, 산업용 로봇(본 실시예에서는 2대를 설치), 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈, 레이저 스캐닝 위치결정 모듈, 배관-관판 용접토치, 용접 전원, 용접이음 품질 온라인 감지 모듈 및 상기 모듈과 기기의 작동을 제어하는 중앙제어 모듈이 포함된다.
그 중에서 2대의 6 자유도의 산업용 로봇(이하 "로봇"이라 함)은 가이드레일 및 수평이동이 가능한 수직 받침대 위에 각각 설치되었다. 로봇이 받침대 위에서 상하로 이동할 수 있기 때문에 관판 상부와 하부의 배관-관판에 대해 용접작업을 진행할 수 있고, 수직 받침대가 수평방향 레일 위에서 이동할 수 있기 때문에 로봇을 움직이어 수평방향에서 이동할 수 있으며, 관판 좌측과 우측 배관-관판에 대한 용접을 실현할 수 있다. 따라서 수직 받침대를 이용하여 로봇의 상, 하, 좌, 우 이동을 실현할 수 있고, 로봇 2대의 작동범위가 중첩되어 관판 평면을 완전하게 커버할 수 있으며, 듀얼 로봇으로 모든 배관-관판 용접이음에 대한 용접을 실현할 수 있다.
상기 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈을 이용하여 듀얼 로봇의 용접 경로를 계획할 수 있고, 시뮬레이션 최적화 용접 경로를 통해 최적화 경로 계획방안을 얻어 용접효율을 향상하고 용접과정에서 듀얼 로봇이 충돌하는 것을 방지할 수 있으며, 최적화 경로 계획방안에 대해 오프라인 프로그래밍을 진행하여 복잡한 수동 시범 프로그래밍을 대체하여 증기발생기 배관-관판 용접 효율을 향상시킨다.
상기 레이저 스캐닝 위치결정 모듈은 레이저 센서를 이용하여 관공에 대해 레이저 스캐닝을 진행한 후, 상응한 알고리즘으로 관공의 중심 좌표치를 취득하고, 이 좌표는 로봇이 식별 가능한 공간위치 좌표이며, 이 좌표치에 의거하여 로봇이 관공 원심에 이르는 과정을 제어하여 배관-관판 용접의 초기 용접위치 식별 및 자동 안내를 실현할 수 있다.
본 발명은 전용 배관-관판 용접토치와 배관-관판 용접 전원을 사용한다. 로봇은 용접토치를 잡고 위치결정 맨드릴를 통해 용접토치를 관공 속에 삽입하여 위치를 결정한다. 이중 보호용 가스 커버의 보호 하에서, 텅스텐 전극은 자동 회전하여 배관-관판 용접이음에 대한 자동 TIG 용접 (본 실시예는 구체적으로 필러선이 없는 자동 TIG 용접에 사용된다)을 완료한다. 로봇 2대를 결합하여 듀얼 로봇의 4개 배관-관판 용접토치의 배관-관판 용접이음에 대해 자동 TIG 용접을 진행할 수 있다. 즉, 각 로봇은 그에 대응한 용접토치 2개를 각각 잡고 서로 다른 관공 부근에서 용접작업을 진행한다.
상기 용접이음 품질 온라인 감지 모듈은 배관-관판 용접이음 품질에 대한 온라인 검측을 실현할 수 있다. 각 배관-관판 용접이음에 대한 용접을 완료한 후, 레이저 센서를 이용하여 용접이음에 대해 스캐닝을 진행한 후, 3D 이미지 재구성으로 배관-관판 용접이음 형태를 취득하고, 용접이음 형태에 의거하여 기공, 슬래그 혼입(slag inclusion), 언더컷(undercut) 등의 결함 존재여부를 자동으로 판단하여 용접이음 품질에 대한 온라인 검측을 실현한다.
상기 중앙제어 모듈은, 1) 레이저 센서를 제어하여, 관공을 스캐닝할 수 있고 초기 용접 위치의 식별 및 안내를 실현할 수 있으며, 2) 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈을 제어하여, 용접 경로 계획을 제어할 수 있고 오프라인 프로그래밍을 진행할 수 있으며, 3) 로봇이 용접토치를 잡고 배관-관판에 대해 자동화 용접을 진행할 수 있도록 제어하며, 4) 텅스텐 전극의 형태에 의거하여 텅스텐 전극에 대해 자동 검측, 교체 등을 진행할 수 있고, 5) 각 배관-관판 용접이음의 용접 작업을 완료한 후, 레이저 센서를 제어하여 용접이음을 스캐닝함으로써 용접이음 형태를 취득할 수 있고 용접이음 형태를 통해 용접이음 품질에 대한 온라인 검측을 실현할 수 있다.
도2에 도시된 것은 본 실시예의 로봇 용접 시스템의 배치구조를 나타낸다. 본 실시예의 로봇 용접 시스템은 시스템 플랫폼(50)을 포함하고, 이 시스템 플랫폼(50) 위에는 지상 횡방향 레일(301) 또는 세로방향 레일(302)에 따라 시스템 플랫폼(50)과 함께 이동하는 장치 2세트가 설치된다. 각 세트의 장치마다 수직 받침대(10), 하네스 브라켓(90), 6 자유도의 산업용 로봇(20), 배관-관판 용접 전원(70), 배관-관판 용접토치(30), TIG 자동 교체 플랫폼(40)이 설치된다. 이 시스템 플랫폼(50) 위에는 2세트의 설비가 공동 사용하는 중앙 제어 플랫폼(60) 및 로봇 제어 캐비닛(80)이 설치된다(2세트 설비를 제어하고 있는 상응한 기능성 모듈이 그 속에 각각 설치된다).
도2에서는 2대의 증기발생기(100)와 해당 증기발생기의 용접대기 관판 및 2대의 증기발생기(100)의 각 받침대(200)을 도시하였다. 2대의 증기발생기(100)(이하 "피가공품"라 함)의 배치 위치가 도2에 도시된 것과 달리 나란히 배치되지 않을 경우, 지상 레일의 형상과 배치를 적당하게 조정하여 시스템 플랫폼(50)을 각 피가공품의 용접대기 관판 앞으로 순조롭게 이동시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 수직 받침대(10)는 그 위에 설치된 로봇(20)과 함께 수평으로 이동할 수 있고, 로봇(20)을 수직 받침대(10) 위에서 상하로 이동시킬 수 있다. 수직 받침대(10)의 수평이동은 시스템 플랫폼(50)의 이동을 통해 실현된다. 필요한 경우 시스템 플랫폼(50)에 수직 받침대(10)의 이동에 필요한 레일이 설치될 수 있다.
하네스 브라켓(90)은 수직 받침대(10) 위에 설치되며, 1개 로봇(20)에 대응한 배관-관판 용접토치(30) 및 그 용접 전원(70) 등은 서로 연결된 도선을 받침대에 묶여져 있어, 용접과정에서 도선이 서로 얽히어 교란, 회로 차단 등의 현상 발생이 방지될 수 있다.
TIG 자동 교체 플랫폼(40)은 상응한 로봇(20)의 작동 가능 범위 내에 위치해 있으며, 텅스텐 전극의 교체에 사용된다. 이 TIG 자동 교체 플랫폼(40)을 용접토치 배치랙으로 이용하여 배관-관판 용접토치(30)을 그 위에 놓아 둘 수 있다. 시스템 플랫폼(50) 위에 TIG 자동 교체 플랫폼(40)에 연결된 계단을 설치하여 작업자의 작업 및 관련 장치 상태 점검 등을 위한 편의를 도모할 수 있다.
전술한 바와 같이, 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈, 레이저 스캐닝 위치결정 모듈, 용접이음 품질 온라인 감지 모듈, 중앙제어 모듈 등을 중앙 제어 플랫폼(60) 속에 설치한다. 각 로봇에 대응한 로봇 제어시스템은 중앙 제어 플랫폼(60) 및/또는 로봇 제어 캐비닛(80)속에 설치될 수 있다.
도3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 상기 로봇 용접장치를 통해 실현한 용접방법에는 다음과 같은 절차가 포함된다.
S1. 2대의 증기발생기(즉, 피가공품)을 각자의 받침대에 위에 각각 설치 및 고정한다.
S2. 각 피가공품의 동비례(1:1) 3D 모형을 확립하고 로봇 제어시스템을 도입한다.
S3. 지상 횡방향 및 세로방향 레일을 이용하여 시스템 플랫폼을 피가공품 관판 정면의 적당한 위치에 이동시키어 고정한다.
S4. 수동 시범동작으로 3~4개 참조점에 의거하여 피가공품의 실제 좌표를 확인하고 피가공품 3D 모형의 좌표계를 교정한다.
S5. 듀얼 로봇 배관-관판의 용접경로를 최적화하여 최적화 용접경로 계획방안을 취득하고 오프라인 프로그래밍을 진행한다.
S6. 로봇이 용접토치 배치랙 위치로 이동하여 배치랙 위에서 용접토치 1개를 잡고 로봇암 선단부에 설치된 레이저 센서를 이용하여 현재 용접대기 관공의 중심위치를 식별하고, 배관 조립 깊이와 확관기 사이의 틈새를 검측한다.
S7. 로봇이 용접토치를 용접위치로 가져가, 용접토치 위치결정 맨드릴을 용접대기 관공에 삽입한다. 그와 동시에 용접토치 상부의 공압 보조 위치결정 확관기를 상응한 관구에 삽입시키고, 용접토치 축방향을 확정한 후 공압 위치결정 확관기를 자동으로 확장 또는 수축시킨다. 확장 또는 수축 상태를 확인한 후 로봇은 용접토치 죔쇠를 푼다.
S8. 배관-관판 용접 절차를 가동하여 위치가 확정된 용접토치를 제어하여 용접을 진행하고, 1개 배관-관판 용접이음 용접작업이 완료되면 용접 완료 신호를 출력한다.
S9. 로봇과 레이저 센서를 이용하여 배관-관판 용접이음에 대해 스캐닝을 진행하고, 3D 재구성 이미지를 이용하여 용접이음 형태를 취득하고, 용접이음 형태에 의거하여 기준초과 결함의 존재여부를 자동으로 식별하며, 기준초과 결함이 존재할 경우에는 즉시 용접을 중지하고 경보를 진행한다.
S10. 로봇과 레이저 센서를 이용하여 다음 관공을 스캐닝하여 그 중심좌표를 식별하고, 배관 조립 깊이와 확관기 틈새를 검측하며 기준을 초과하면 경보를 진행한다.
S11. 로봇이 어느 한 용접토치의 용접 완료 신호를 접수한 후, 그 위치를 자동으로 확정하고 해당 용접토치를 잡고 다음 배관-관판 용접이음의 용접작업을 진행한다.
S12. S6~S11 절차를 반복한다. 즉, 1개 로봇이 그에 대응한 또 다른 용접토치에 대해서도 이러한 동작을 실시하고, 동일 로봇이 2개 용접토치를 잡거나 놓는 시간을 서로 엇갈리게 한다. 다른 한 로봇의 2개 용접토치에 대해서도 동일한 작업을 실시하며, 이를 통해 로봇 2대와 배관-관판 용접토치 4개로 1개 피가공품(증기발생기) 위의 모든 배관-관판 용접이음에 대한 자동 용접을 실현한다.
S13. 지상 횡방향 레일 및 세로방향 레일을 이용하여 시스템 플랫폼을 다음 피가공품 관판 정면의 적당한 위치에 이동시키고 고정한다.
S12. 절차S4~S11를 반복하여 해당 피가공품(증기발생기)의 모든 배관-관판에 대해 듀얼 로봇 자동 용접을 실현한다.
본 발명은 원자력 발전 주요설비 증기발생기 배관-관판 용접의 초기 용접 위치 식별과 안내, 경로 계획과 오프라인 프로그래밍, 배관-관판 용접이음의 로봇 자동 용접, TIG 자동 검출과 교체, 용접이음 품질의 온라인 검측 등의 주요 기능을 실현할 수 있다. 이 증기발생기 배관-관판 용접 시스템은 배관-관판 용접 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 용접이음의 품질 안정성을 향상시킬 수 있으며, 증기발생기 납기를 단축시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시예를 상기와 같이 개시하였지만, 그에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 따라서 첨부된 청구항에서 본 발명의 보호 범위에 대해 규정한다.

Claims (15)

  1. 중앙제어 모듈과 중앙제어 모듈 신호와 연결되어 그 제어를 받는 장치가 각각 설치된 로봇 용접 시스템에 있어서,
    피가공품 관판 위의 모든 배관-관판 용접이음 용접위치를 커버할 수 있는 작동 범위를 갖는6 자유도 산업용 로봇이 최소 1대가 설치되었고,
    적어도 1개의 배관-관판 용접토치가 설치되었으며,
    각 산업용 로봇이 그에 대응한 배관-관판 용접토치를 최소 1개씩 잡고 상응한 관공 부근으로 이송시키며 각 관공 부근에서 배관-관판 용접이음에 대해 용접이 진행되고,
    용접이음 품질 온라인 감지 모듈이 용접이음 형태에 의거하여 용접이음 품질 온라인 검측을 진행하는 로봇 용접 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    중앙제어 모듈과 신호 연결이 되어있고 그 제어를 받는 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈을 상기 로봇 용접 시스템에 설치하여, 여러 개의 산업용 로봇 관련 용접경로 충돌방지 계획을 수립하고, 계획한 방안에 따라 오프라인 프로그래밍을 진행하는 로봇 용접 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    중앙제어 모듈과 신호 연결이 되어있고 그 제어를 받는 레이저 스캐닝 위치결정 모듈이 상기 로봇 용접 시스템에 설치되어, 관공에 대한 레이저 센서의 스캐닝 결과에 의거하여 관공의 중심 좌표를 취득하고, 초기 용접 위치 식별 및 자동 안내를 위한 참조 데이터로 삼는 로봇 용접 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 용접 시스템에 2대의 산업용 로봇이 설치되고, 배관-관판 용접이음에 대해 자동 TIG 용접을 진행하는 배관-관판 용접토치2개를 각 산업용 로봇이 각각 잡는 로봇 용접 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 각 산업용 로봇을 그에 대응한 수직 받침대 위에 설치하고 수직 받침대와 함께 수평으로 이동할 수 있게 하고, 상기 산업용 로봇이 수직 받침대 위에서 상하로 이동할 수 있는 로봇 용접 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 수직 받침대를 시스템 플랫폼 위에 설치하고 시스템 플랫폼과 함께 수평으로 이동할 수 있게 하며,
    상기 시스템 플랫폼이 지상 레일을 따라 각각 이동하여 각 용접대기 피가공품 관판 앞에 도착할 수 있게 하며,
    상기 피가공품을 각 받침대 위의 증기발생기에 배치하는 로봇 용접 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시스템 플랫폼은,
    산업용 로봇의 작동 범위 내에 위치하게 설치되어 텅스텐 전극의 교체에 이용되는 TIG 자동 교체 플랫폼;
    각 상기 배관-관판 용접토치를 위해 전력을 공급하도록 설치된 용접 전원;
    그 속에 각 산업용 로봇의 로봇 제어장치를 구비하도록 설치된 로봇 제어 캐비닛;
    그 속에 상기 중앙제어 모듈, 용접이음 품질 온라인 감지 모듈, 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈 및 레이저 스캐닝 위치결정 모듈을 구비하도록 설치된 중앙 제어 플랫폼을 포함하는 로봇 용접 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 각 수직 받침대 위에 상응한 하네스 브라켓이 각각 설치되어, 산업용 로봇 및 그에 대응한 배관-관판 용접토치 도선이 그 속에 위치하고,
    상기 시스템 플랫폼의 지상 레일은 횡방향 레일과 세로방향 레일을 포함하는 로봇 용접 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    용접이음에 대한 레이저 센서의 스캐닝 결과에 의거하여 상기 용접이음 품질 온라인 감지 모듈을 통해 용접이음 3D 재구성 이미지를 취득하고, 용접이음 형태에 의거하여 용접이음 품질 온라인 검측을 진행하는 로봇 용접 시스템.
  10. 제3항 또는 제9항에 있어서,
    상기 산업용 로봇의 로봇암의 선단부에 상기 레이저 센서가 설치된 로봇 용접 시스템.
  11. 로봇 용접 시스템 용접방법에 있어서,
    여러 개의 피가공품을 각자의 받침대 위에 각각 설치하고,
    지상 레일을 이용하여 시스템 플랫폼을 그중의 한 피가공품의 관판 앞으로 이동시키어, 시스템 플랫폼 위에 설치한 로봇 용접 시스템 장치가 관련 동작을 할 수 있게 하며,
    각 산업용 로봇이 그에 대응한 용접토치 1개를 잡고 관판 위의 현재 용접대기 관공의 용접위치에 이르러 용접토치 관련 위치를 확정하고, 용접토치 위치를 확정한 후, 산업용 로봇이 용접토치 죔쇠를 풀어 해당 산업용 로봇에 대응한 다른 한 용접토치를 잡고,
    중앙제어 모듈의 지령에 의거하여 위치결정이 끝난 용접토치에 대해 용접을 시작하고, 1개 배관-관판 용접이음의 용접이 완료되면 용접 완료 신호를 출력하며, 산업용 로봇이 용접 완료 신호를 출력한 용접토치를 다음 관공 부근으로 이동시키어 위치를 확정하고, 다음 배관-관판 용접이음의 용접을 위해 준비를 진행하고,
    여러 개 산업용 로봇과 각 용접토치를 결합하여 해당 피가공품 관판 위의 모든 배관-관판 용접을 완료한 후, 지상 레일을 이용하여 시스템 플랫폼을 다른 한 피가공품의 관판 앞에 이동시키어, 모든 배관-관판 용접이음의 용접작업을 완료하는 로봇 용접 시스템 용접방법.
  12. 제11항에 있어서,
    각 산업용 로봇으로 로봇암 선단부에 설치한 레이저 센서를 이동하고, 레이저 센서로 관판 위의 현재 용접대기 관공을 스캐닝하며, 레이저 스캐닝 위치결정 모듈을 이용하여 해당 관공의 중심위치를 확정하여, 해당 산업용 로봇이 그에 대응한 용접토치 하나를 잡고 해당 관공의 용접위치에 이동시키어 용접토치 위치를 확정할 수 있게 한 로봇 용접 시스템 용접방법.
  13. 제11항에 있어서,
    용접토치가 1개 배관-관판 용접이음 용접작업을 완료한 후, 레이저 센서를 이용하여 배관-관판 용접이음에 대해 스캐닝을 진행하고, 용접이음 품질 온라인 감지 모듈을 이용하여 용접이음의 3D 재구성 이미지를 취득하며, 용접이음 형태에 의거하여 용접이음 품질 온라인 검측 및 기준초과 결함 경보를 진행하는 로봇 용접 시스템 용접방법.
  14. 제11항에 있어서,
    여러 개 피가공품을 각자의 받침대 위에 각각 설치한 후, 각 피가공품의 동비례 3D 모형을 확립하고, 로봇 제어시스템을 도입하며,
    시스템 플랫폼을 임의의 한 피가공품 관판 앞으로 이동시킨 후, 산업용 로봇으로 수동 시범동작을 진행하고, 여러 개의 참조점에 의거하여 피가공품의 실제 좌표를 확인하고, 피가공품 3D 모형의 좌표계를 교정하며, 경로 계획 및 오프라인 프로그래밍 모듈을 이용하여 여러 개의 산업용 로봇의 용접경로 충돌방지 계획을 실시하고, 계획한 방안에 따라 오프라인 프로그래밍을 진행하는 로봇 용접 시스템 용접방법.
  15. 제11항에 있어서,
    산업용 로봇으로 임의의 한 용접토치를 잡고 현재 용접대기 관공의 용접위치에 이동하였을 때, 용접토치 위치결정 맨드릴을 현재 용접대기 관공에 삽입하여, 용접토치 상부에 설치한 공압 보조 위치결정 확관기를 관구에 삽입시키고, 용접토치 축방향을 확정한 후 공압 위치결정 확관기를 자동으로 확장 또는 수축시키며, 확장 또는 수축 상태를 확인한 후 로봇이 용접토치 죔쇠를 푸는 로봇 용접 시스템 용접방법.
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