KR20180068340A - 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치 및 보정 방법과 마찰 교반 용접기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접툴의 지령 위치와 예측한 실제 위치의 차를 보정하여 용접툴의 위치를 정밀제어할 수 있는 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치 및 보정 방법과 마찰 교반 용접기에 관한 것으로서, 마찰 교반 용접툴이 피접합재를 마찰 교반할 때, 상기 마찰 교반 용접툴이 설치된 용접 헤드를 지지하는 프레임의 변형 정도를 측정할 수 있도록, 상기 프레임에 설치되어 상기 프레임의 변형량을 측정하는 변형 측정부 및 상기 변형 측정부에서 측정된 상기 프레임의 상기 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴의 보정량을 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치 및 보정 방법과 마찰 교반 용접기{The calibration apparatus and method for friction stir welding tool, and Friction stir welding tool}

본 발명은 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치 및 보정 방법과 마찰 교반 용접기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 용접툴의 지령 위치와 예측한 실제 위치의 차를 보정하여 용접툴의 위치를 정밀제어할 수 있는 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치 및 보정 방법과 마찰 교반 용접기에 관한 것이다.

일반적으로, 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding: FSW)이란 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 피접합재에 접촉시키면, 공구와 피접합재와의 상호마찰에 의해 열이 발생하여 공구 주면의 재료가 연화되며, 공구의 교반에 의한 재료의 소성유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제로 혼합되는 원리로 피접합재가 용접되는 것이다.

이러한 마찰 교반 용접은 기존의 용융용접에 비해, 낮은 열로 용접이 이루어지기 때문에 작은 잔류응력, 적은 변형 등으로 인해 접합부의 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 별도의 열원, 용접봉, 용가제 등이 불필요하며 접합 과정에서 유해광선이나 유해물질이 배출되지 않기 때문에 경제적이면서 환경친화적인 접합기술로 평가를 받고 있다. 또한, 마찰 교반 용접은 자동차, 항공기, 선박 산업 분야 등에서 널리 사용되고 있는 알루미늄이나 마그네슘 합금 등으로 제조된 재료의 용접에 적합한 장점이 있다.

그러나, 회전하는 용접툴을 피접합재에 삽입하여 마찰열을 발생시키고, 연화된 피접합재가 용접툴의 회전에 따라 교반이 발생하며 용접이 진행되는 이러한 종래의 마찰 교반 용접은, 피접합재가 고강도 소재로 적용됨에 따라 용접툴을 피접합재에 삽입 시 마찰 교반 용접 장치의 변형이 필연적으로 발생하게 되었다.

이러한 마찰 교반 용접 장치의 구조적인 변형 발생에 따라 용접툴이 피접합재에 삽입되는 삽입 깊이가 작업자가 설정한 지령 깊이에 비해 부족해지는 현상이 발생하였다. 이에 따라, 충분한 깊이에서 마찰 교반이 일어나지 않아 피접합재 용접부위의 강도가 약해지고 용접면이 거칠어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 마찰 교반 용접중에 구조적으로 마찰 교반 용접 장치의 변위량이 크게 나타나는 부분의 변위량을 측정하여 용접툴의 실제 위치를 예측하고, 용접툴의 지령 위치와 예측한 실제 위치의 차를 보정하여 용접툴의 위치를 정밀제어할 수 있는 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치 및 보정 방법과 마찰 교반 용접기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치가 제공된다. 상기 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치는, 마찰 교반 용접툴이 피접합재를 마찰 교반할 때, 상기 마찰 교반 용접툴이 설치된 용접 헤드를 지지하는 프레임의 변형 정도를 측정할 수 있도록, 상기 프레임에 설치되어 상기 프레임의 변형량을 측정하는 변형 측정부; 및 상기 변형 측정부에서 측정된 상기 프레임의 상기 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴의 보정량을 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치에서, 상기 프레임은, 상기 피접합재를 지지하는 작업대; 상기 작업대의 일측에 설치되어 상기 용접 헤드를 수직 방향으로 지지하는 제 1 지지대; 및 상기 제 1 지지대의 일측과 연결되게 설치되어 상기 용접 헤드를 수평 방향으로 지지하는 제 2 지지대;를 포함할 수 있다.

상기 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치에서, 상기 변형 측정부는, 상기 제 1 지지대에 설치되어 상기 제 1 지지대의 변형량을 측정하는 제 1 센서; 및 상기 제 2 지지대에 설치되어 상기 제 2 지지대의 변형량을 측정하는 제 2 센서;를 포함할 수 있다.

상기 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치에서, 상기 제 1 센서는 상기 제 1 지지대가 X축 방향으로 변형되는 X축 변형량을 측정하는 X축 스트레인 게이지이고, 상기 제 2 센서는 상기 제 2 지지대가 Y축 방향으로 변형되는 Y축 변형량을 측정하는 Y축 스트레인 게이지일 수 있다.

상기 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치에서, 상기 제어부는, 상기 제 1 센서가 측정한 상기 제 1 지지대의 상기 X축 변형량 및 상기 제 2 센서가 측정한 상기 제 2 지지대의 Y축 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴이 상기 피접합재에 실제로 삽입된 3차원적 실제 깊이를 계산하는 용접툴 위치 계산부; 상기 용접툴 위치 계산부에서 계산된 상기 마찰 교반 용접툴의 상기 실제 깊이와 작업자가 입력한 지령 깊이의 차이를 계산하여 보정 깊이를 산출하는 보정량 산출부; 및 상기 보정량 산출부에서 산출된 상기 보정 깊이를 이용하여 상기 용접 헤드에 보정 제어 신호를 인가하는 보정 제어 신호 인가부;를 포함할 수 있다.

상기 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치에서, 상기 변형 측정부는, 상기 제 2 지지대의 상기 제 2 센서가 설치된 측면에 설치되어 상기 제 2 지지대가 Z축 방향으로 변형되는 Z축 변형량을 측정하는 제 3 센서;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 마찰 교반 용접기가 제공된다. 상기 마찰 교반 용접기는, 회전 가능하도록 설치된 마찰 교반 용접툴이 작업자가 지정한 지령 깊이 만큼 피접합재에 삽입되어 상기 피접합재를 접합하는 용접 헤드; 상기 용접 헤드를 지지하는 프레임; 상기 마찰 교반 용접툴이 상기 피접합재를 마찰 교반할 때, 상기 프레임의 변형 정도를 측정할 수 있도록, 상기 프레임에 설치되어 상기 프레임의 변형량을 측정하는 변형 측정부; 및 상기 변형 측정부에서 측정된 상기 프레임의 상기 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴의 보정량을 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 방법이 제공된다. 상기 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 방법은, 용접 헤드에 회전 가능하도록 설치된 마찰 교반 용접툴이 작업자가 지정한 지령 깊이만큼 피접합재에 삽입되어 상기 피접합재를 접합하는 예비 용접 단계; 상기 마찰 교반 용접툴이 상기 피접합재를 용접 시 상기 용접 헤드를 지지하는 프레임의 변형량을 측정하는 변형 측정 단계; 상기 변형 측정 단계에서 측정된 상기 프레임의 상기 변형량을 이용하여 상기 마찰 교반 용접툴의 보정량을 산출하는 보정 단계; 및 상기 마찰 교반 용접툴이 상기 보정량 만큼 상기 피접합재에 추가로 삽입되어 상기 피접합재를 접합하는 본 용접 단계;를 포함할 수 있다.

상기 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 방법의 상기 보정 단계에서, 제 1 센서가 측정한 상기 프레임의 X축 변형량 및 제 2 센서가 측정한 상기 프레임의 Y축 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴이 상기 피접합재에 실제로 삽입된 3차원적 실제 깊이를 계산하는 용접툴 위치 계산 단계; 상기 용접툴 위치 계산 단계에서 계산된 상기 마찰 교반 용접툴의 상기 실제 깊이와 상기 지령 깊이의 차이를 계산하여 보정 깊이를 산출하는 보정량 산출 단계; 및 상기 보정량 산출 단계에서 산출된 상기 보정 깊이를 이용하여 상기 용접 헤드에 보정 제어 신호를 인가하는 보정 제어 신호 인가 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마찰 교반 용접중에 구조적으로 마찰 교반 용접 장치의 변위량이 크게 나타나는 부분의 변위량을 측정하여 용접툴의 실제 위치를 예측하고, 용접툴의 지령 위치와 예측한 실제 위치의 차를 보정하여 용접툴의 위치를 정밀제어할 수 있다.

이에 따라, 용접툴이 작업자가 설정한 지령 깊이까지 피접합재에 정밀하게 삽입되어 마찰 교반을 진행하여, 피접합재의 용접면이 매끄럽게 생성되고 용접부위의 강도 또한 충분히 확보할 수 있는 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치 및 보정 방법과 마찰 교반 용접기를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치를 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 3은 도 1의 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치의 마찰 교반 용접툴이 피접합재에 삽입된 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치의 마찰 교반 용접툴 보정 시의 이동 경로를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정 하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치(100)를 개략적으로 나타내는 단면도들이다. 그리고, 도 3은 도 1의 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치(100)의 마찰 교반 용접툴(T)이 피접합재(P)에 삽입된 것을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1의 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치(100)의 마찰 교반 용접툴(T) 보정 시의 이동 경로를 나타내는 단면도이다.

먼저 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치(100)는, 크게 변형 측정부(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 변형 측정부(20)는, 마찰 교반 용접툴(T)이 피접합재(P)를 마찰 교반할 때, 마찰 교반 용접툴(T)이 설치된 용접 헤드(H)를 지지하는 프레임(10)의 변형 정도를 측정할 수 있도록, 프레임(10)에 설치되어 상기 프레임(10)의 변형량을 측정할 수 있다.

더욱 구체적으로, 프레임(10)은, 피접합재(P)를 지지하는 작업대(11)와, 작업대(11)의 일측에 설치되어 용접 헤드(H)를 수직 방향으로 지지하는 제 1 지지대(12) 및 제 1 지지대(12)의 일측과 연결되게 설치되어 용접 헤드(H)를 수평 방향으로 지지하는 제 2 지지대(13)를 포함할 수 있다.

예컨대, 작업대(11)는, 피접합재(P)를 클램핑하여 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 구조체일 수 있다. 또한, 이러한 작업대(11)는, 스틸, 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘 및 아연 중 어느 하나 이상의 재질을 선택하여 구성되는 구조체일 수 있다. 그러나, 작업대(11)는, 도 1에 반드시 국한되지 않고, 피접합재(P)를 클램핑하여 지지할 수 있는 매우 다양한 재질의 부재들이 적용될 수 있다.

또한, 작업대(11)는, 마찰 교반 용접 시 용접부위에 따라 피접합재(P)를 이동시킬 수 있는 2축 리니어 스테이지일 수 있다. 이에 따라, 작업대(11)는 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치(100)를 기준으로 X축 또는 Z축으로 이동하면서 피접합재(P)와 마찰 교반 용접툴(T)의 접촉위치를 이동시킬 수 있다.

또한, 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)는, 마찰 교반 용접툴(T)이 승하강할 수 있도록 설치된 용접 헤드(H)를 충분히 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 일종의 프레임 구조체일 수 있다. 예컨대, 이러한 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)는, 일체형 주물이나, 다양한 형상의 판재, 선재, 파이프재, 수직 부재, 수평 부재 및 경사 부재들을 서로 용접하거나 연결하여 이루어지는 프레임 구조체일 수 있다. 그러나, 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)는 도 1에 반드시 국한되지 않고, 용접 헤드(H)를 지지할 수 있는 매우 다양한 형상의 부재들이 적용될 수 있다.

따라서, 프레임(10)은, 작업대(11)가 피접합재(P)를 클램핑하여 피접합재(P)를 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치(100)를 기준으로 X축 또는 Z축으로 이동시키고, 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)가 마찰 교반 용접툴(T)이 설치된 용접 헤드(H)를 지지하여, 피접합재(P)를 용접 경로에 따라 이동시키면서 피접합재(P)를 마찰 교반 용접할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 변형 측정부(20)는, 제 1 지지대(12)에 설치되어 제 1 지지대(12)의 변형량을 측정하는 제 1 센서(21) 및 제 2 지지대(13)에 설치되어 제 2 지지대(13)의 변형량을 측정하는 제 2 센서(22)를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 제 1 센서(21)는 제 1 지지대(12)가 X축 방향으로 변형되는 X축 변형량을 측정하는 X축 스트레인 게이지이고, 제 2 센서(22)는 제 2 지지대(13)가 Y축 방향으로 변형되는 Y축 변형량을 측정하는 Y축 스트레인 게이지일 수 있다.

상기 X축 스트레인 게이지 및 상기 Y축 스트레인 게이지는 물체가 외력으로 변형될 때 변형을 측정할 수 있는 측정기로서, 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)에 부착하여 제 1 지지대(12) 또는 제 2 지지대(13)의 변형량을 측정할 수 있다.

예컨대, 제 1 센서(21) 및 제 2 센서(22)는, 전기식으로 측정하는 전기식 스트레인 게이지(electrical strain gage)와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인 게이지(mechanical strain gage) 중 어느 하나가 적용될 수 있다.

상기 전기식 스트레인게이지는 제 1 지지대(12) 또는 제 2 지지대(13)가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 제 1 지지대(12) 또는 제 2 지지대(13)의 변형량을 측정하는 것이며, 상기 기계식 스트레인게이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 제 1 지지대(12) 또는 제 2 지지대(13)의 변형량을 측정하는 것일 수 있다.

아울러, 제 1 센서(21) 및 제 2 센서(22)는, 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)의 재질이나 형상에따라 그 모양과 길이가 다른 것이 사용될 수 있다. 또한, 제 1 센서(21) 및 제 2 센서(22)는, 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)의 표면에 부착하는 것 뿐만 아니라, 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)의 내부에 매립하여 설치할 수도 있다.

이때, 제어부(30)는, 변형 측정부(20)의 제 1 센서(21) 및 제 2 센서(22)에서 측정된 프레임(10)의 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)의 변형량을 인가받아 마찰 교반 용접툴(T)의 보정량을 산출할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 변형 측정부(20)는, 제 2 지지대(13)의 제 2센서(22)가 설치된 측면에 설치되어 제 2 지지대(13)가 Z축 방향으로 변형되는 Z축 변형량을 측정하는 제 3 센서(23)를 더 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 제 3 센서(23)가 제 2 지지대(13)의 상기 측면에 설치되어, 마찰 교반 용접 시 피용접재(P)가 이동하는 힘에 의해 제 2 지지대(13)가 피용접재(P)의 이동 방향인 Z축 방향으로 변형되는 변형량을 측정할 수 있다.

따라서, 제 1 센서(21)가 제 1 지지대(12)에 설치되고 제 2 센서(22)가 제 2 지지대(13)에 설치되어, 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)의 변형량을 정밀하게 측정할 수 있으며, 상기 변형량에 의하여 제 1 지지대(12) 및 제 2 지지대(13)에 발생하는 응력 또한 알 수 있다. 또한, 제어부(30)가 상기 변형량을 인가받아 마찰 교반 용접툴(T)의 보정량을 산출하여, 마찰 교반 용접툴(T)이 설치된 용접 헤드(H)에 보정 제어 신호를 인가하여 마찰 교반 용접툴(T)의 위치를 정밀하게 보정할 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(30)는, 제 1 센서(21)가 측정한 제 1 지지대(12)의 X축 변형량 및 제 2 센서(22)가 측정한 제 2 지지대(13)의 Y축 변형량을 인가받아 마찰 교반 용접툴(T)이 피접합재(P)에 실제로 삽입된 3차원적 실제 깊이(H2)를 계산하는 용접툴 위치 계산부(31)와, 용접툴 위치 계산부(31)에서 계산된 마찰 교반 용접툴(T)의 실제 깊이(H2)와 작업자가 입력한 지령 깊이(H1)의 차이를 계산하여 보정 깊이(H3)를 산출하는 보정량 산출부(32) 및 보정량 산출부(32)에서 산출된 보정 깊이(H3)를 이용하여 용접 헤드(H)에 보정 제어 신호를 인가하는 보정 제어 신호 인가부(33)를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(30)는, 피접합재(P)의 마찰 교반 용접 시, 피접합재(P)의 저항으로 인한 제 1 지지대(12)의 상기 X축 변형량 및 제 2 지지대(13)의 상기 Y축 변형량을 인가 받아, 피접합재(P)에 마찰 교반 용접툴(T)이 실제로 삽입된 실제 깊이(H2)를 계산할 수 있다.

이때, 제어부(30)에는 작업자가 지정한 마찰 교반 용접툴(T)의 지령 깊이(H1)가 사전에 인가되어 있어, 저장 된 지령 깊이(H1)에서 제어부(30)가 계산한 마찰 교반 용접툴(T)의 실제 깊이(H2)를 빼서 보정 깊이(H3)를 산출할 수 있다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(30)는 산출 된 보정 깊이(H3)를 이용하여 용접 해드(H)에 보정 제어 신호를 인가함으로써, 용접 헤드(H)가 마찰 교반 용접툴(T)을 보정 깊이(H3) 만큼 피접합재(P)에 추가로 삽입하여, 마찰 교반 용접툴(T)의 용접 경로를 지령 깊이(H1)와 동일하도록 정밀하게 보정할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치(100)는, 마찰 교반 용접중에 구조적으로 마찰 교반 용접 장치의 프레임(10)의 변위량이 크게 나타나는 부분의 변위량을 측정하여 마찰 교반 용접툴(T)의 실제 깊이(H2)를 예측하고, 마찰 교반 용접툴(T)의 지령 깊이(H1)와 예측한 실제 깊이(H2)의 차를 보정하여 마찰 교반 용접툴(T)의 위치를 정밀하게 제어할 수 있다. 이에 따라, 마찰 교반 용접툴(T)이 작업자가 설정한 지령 깊이(H1)까지 피접합재(P)에 정밀하게 삽입되어 마찰 교반을 진행함으로써, 피접합재(P)의 용접면이 매끄럽게 생성되고 용접부위의 강도 또한 충분히 확보할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 방법을 나타내는 순서도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 방법은, 용접 헤드(H)에 회전 가능하도록 설치된 마찰 교반 용접툴(T)이 작업자가 지정한 지령 깊이(H1)만큼 피접합재(P)에 삽입되어 피접합재(P)를 접합하는 예비 용접 단계(S10)와, 마찰 교반 용접툴(T)이 피접합재(P)를 용접 시 용접 헤드(H)를 지지하는 프레임(10)의 변형량을 측정하는 변형 측정 단계(S20)와, 변형 측정 단계(S20)에서 측정된 프레임(10)의 상기 변형량을 이용하여 마찰 교반 용접툴(T)의 보정량을 산출하는 보정 단계(S30) 및 마찰 교반 용접툴(T)이 상기 보정량 만큼 피접합재(P)에 추가로 삽입되어 피접합재(P)를 접합하는 본 용접 단계(S40)를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 보정 단계(S30)에서, 제 1 센서(21)가 측정한 프레임(10)의 X축 변형량 및 제 2 센서(22)가 측정한 프레임(10)의 Y축 변형량을 인가받아 마찰 교반 용접툴(T)이 피접합재(P)에 실제로 삽입된 3차원적 실제 깊이(H2)를 계산하는 용접툴 위치 계산 단계(S31)와, 용접툴 위치 계산 단계(S31)에서 계산된 마찰 교반 용접툴(T)의 실제 깊이(H2)와 지령 깊이(H1)의 차이를 계산하여 보정 깊이(H3)를 산출하는 보정량 산출 단계(S32) 및 보정량 산출 단계(S32)에서 산출된 보정 깊이(H3)를 이용하여 용접 헤드(H)에 보정 제어 신호를 인가하는 보정 제어 신호 인가 단계(S33)를 포함할 수 있다.

따라서, 제어부(30)는 제 1 센서(21) 및 제 2 센서(22)가 측정한 프레임(10)의 변형량을 인가받아 계산한 실제 깊이(H2)와, 사전에 저장된 지령 깊이(H1)를 이용하여 보정 깊이(H3)를 산출하고, 산출 된 보정 깊이(H3)를 이용하여 용접 해드(H)에 보정 제어 신호를 인가함으로써, 용접 헤드(H)가 마찰 교반 용접툴(T)을 보정 깊이(H3) 만큼 피접합재(P)에 추가로 삽입하여, 마찰 교반 용접툴(T)의 용접 경로를 지령 깊이(H1)와 동일하도록 정밀하게 보정할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치(100)는, 마찰 교반 용접중에 구조적으로 마찰 교반 용접 장치의 프레임(10)의 변위량이 크게 나타나는 부분의 변위량을 측정하여 마찰 교반 용접툴(T)의 실제 깊이(H2)를 예측하고, 마찰 교반 용접툴(T)의 지령 깊이(H1)와 예측한 실제 깊이(H2)의 차를 보정하여 마찰 교반 용접툴(T)의 위치를 정밀하게 제어할 수 있다. 이에 따라, 마찰 교반 용접툴(T)이 작업자가 설정한 지령 깊이(H1)까지 피접합재(P)에 정밀하게 삽입되어 마찰 교반을 진행함으로써, 피접합재(P)의 용접면이 매끄럽게 생성되고 용접부위의 강도 또한 충분히 확보할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 프레임
20: 변형 측정부
30: 제어부
H: 용접 헤드
T: 마찰 교반 용접툴
P: 피접합재
H1: 지령 깊이
H2: 실제 깊이
H3: 보정 깊이
100: 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치

Claims (9)

1. 마찰 교반 용접툴이 피접합재를 마찰 교반할 때, 상기 마찰 교반 용접툴이 설치된 용접 헤드를 지지하는 프레임의 변형 정도를 측정할 수 있도록, 상기 프레임에 설치되어 상기 프레임의 변형량을 측정하는 변형 측정부; 및
   상기 변형 측정부에서 측정된 상기 프레임의 상기 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴의 보정량을 산출하는 제어부;
   를 포함하는, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 프레임은,
   상기 피접합재를 지지하는 작업대;
   상기 작업대의 일측에 설치되어 상기 용접 헤드를 수직 방향으로 지지하는 제 1 지지대; 및
   상기 제 1 지지대의 일측과 연결되게 설치되어 상기 용접 헤드를 수평 방향으로 지지하는 제 2 지지대;
   를 포함하는, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 변형 측정부는,
   상기 제 1 지지대에 설치되어 상기 제 1 지지대의 변형량을 측정하는 제 1 센서; 및
   상기 제 2 지지대에 설치되어 상기 제 2 지지대의 변형량을 측정하는 제 2 센서;
   를 포함하는, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 센서는 상기 제 1 지지대가 X축 방향으로 변형되는 X축 변형량을 측정하는 X축 스트레인 게이지이고, 상기 제 2 센서는 상기 제 2 지지대가 Y축 방향으로 변형되는 Y축 변형량을 측정하는 Y축 스트레인 게이지인, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제 1 센서가 측정한 상기 제 1 지지대의 상기 X축 변형량 및 상기 제 2 센서가 측정한 상기 제 2 지지대의 상기 Y축 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴이 상기 피접합재에 실제로 삽입된 3차원적 실제 깊이를 계산하는 용접툴 위치 계산부;
   상기 용접툴 위치 계산부에서 계산된 상기 마찰 교반 용접툴의 상기 실제 깊이와 작업자가 입력한 지령 깊이의 차이를 계산하여 보정 깊이를 산출하는 보정량 산출부; 및
   상기 보정량 산출부에서 산출된 상기 보정 깊이를 이용하여 상기 용접 헤드에 보정 제어 신호를 인가하는 보정 제어 신호 인가부;
   를 포함하는, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 변형 측정부는,
   상기 제 2 지지대의 상기 제 2 센서가 설치된 측면에 설치되어 상기 제 2 지지대가 Z축 방향으로 변형되는 Z축 변형량을 측정하는 제 3 센서;
   를 더 포함하는, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 장치.
7. 회전 가능하도록 설치된 마찰 교반 용접툴이 작업자가 지정한 지령 깊이 만큼 피접합재에 삽입되어 상기 피접합재를 접합하는 용접 헤드;
   상기 용접 헤드를 지지하는 프레임;
   상기 마찰 교반 용접툴이 상기 피접합재를 마찰 교반할 때, 상기 프레임의 변형 정도를 측정할 수 있도록, 상기 프레임에 설치되어 상기 프레임의 변형량을 측정하는 변형 측정부; 및
   상기 변형 측정부에서 측정된 상기 프레임의 상기 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴의 보정량을 산출하는 제어부;
   를 포함하는, 마찰 교반 용접기.
8. 용접 헤드에 회전 가능하도록 설치된 마찰 교반 용접툴이 작업자가 지정한 지령 깊이만큼 피접합재에 삽입되어 상기 피접합재를 접합하는 예비 용접 단계;
   상기 마찰 교반 용접툴이 상기 피접합재를 용접 시 상기 용접 헤드를 지지하는 프레임의 변형량을 측정하는 변형 측정 단계;
   상기 변형 측정 단계에서 측정된 상기 프레임의 상기 변형량을 이용하여 상기 마찰 교반 용접툴의 보정량을 산출하는 보정 단계; 및
   상기 마찰 교반 용접툴이 상기 보정량 만큼 상기 피접합재에 추가로 삽입되어 상기 피접합재를 접합하는 본 용접 단계;
   를 포함하는, 마찰 교반 용접툴의 위치 보정 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 보정 단계에서,
   제 1 센서가 측정한 상기 프레임의 X축 변형량 및 제 2 센서가 측정한 상기 프레임의 Y축 변형량을 인가받아 상기 마찰 교반 용접툴이 상기 피접합재에 실제로 삽입된 3차원적 실제 깊이를 계산하는 용접툴 위치 계산 단계;
   상기 용접툴 위치 계산 단계에서 계산된 상기 마찰 교반 용접툴의 상기 실제 깊이와 상기 지령 깊이의 차이를 계산하여 보정 깊이를 산출하는 보정량 산출 단계; 및
   상기 보정량 산출 단계에서 산출된 상기 보정 깊이를 이용하여 상기 용접 헤드에 보정 제어 신호를 인가하는 보정 제어 신호 인가 단계;
   를 포함하는, 마찰 교반 용접 방법.

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