KR20220163297A - Grinding apparatus and welding method using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a grinding apparatus that enables complete unmanned automation of welding, such as pipe welding, and a welding method using the same. According to the present invention, the grinding apparatus may comprise: an articulated robot having a plurality of arms movable along an outer circumferential surface of a welding material; a grinder unit coupled to one end side of an end of the arm; and a sensing part provided on the other side of the end of the arm and sensing an end of a bead generated by previous welding in the welding material.

Description

그라인딩 장치와 이를 이용한 용접 방법 {Grinding apparatus and welding method using the same}Grinding apparatus and welding method using the same {Grinding apparatus and welding method using the same}

본 발명은, 예컨대 파이프 용접 등과 같은 용접의 완전한 무인 자동화를 완성할 수 있게 하는 그라인딩 장치와 이를 이용한 용접 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a grinding device and a welding method using the same, which can complete completely unmanned automation of welding, such as pipe welding, for example.

예를 들어, 파이프 용접에서 용접하고자 하는 파이프와 파이프 또는 파이프와 플랜지 등을 회전시키면서 용접이 가능한 경우에 아래보기로 용접을 이행할 수 있다. For example, in pipe welding, if welding is possible while rotating pipes to be welded, or pipes and flanges, welding may be performed in a downward view.

하지만, 파이프의 회전이 불가능한 경우에는, 파이프의 최저점을 중심으로 해서 좌우방향 상측으로 각각 180°구간을 순서대로 용접한다. 조건에 따라서는 파이프의 최고점을 중심으로 좌우방향 아래를 향해 각각 180°구간을 순서대로 용접할 수도 있다. However, when the pipe cannot be rotated, the 180° sections are sequentially welded upward in the left and right directions with the lowest point of the pipe as the center. Depending on the conditions, it is also possible to weld each section of 180° in order from the top of the pipe to the left and right and down.

이때, 좌측의 제1 패스(Pass)를 용접한 후 우측의 제2 패스를 용접하기 위해서는 시작부위에 이미 발생되어 있는 비드(Bead)의 영향으로 용접 불량이 발생하게 된다. At this time, in order to weld the second pass on the right side after welding the first pass on the left side, welding defects occur due to the influence of beads already generated at the start portion.

종래의 수작업 용접에서는 비드의 시종단부를 작업자가 그라인더를 사용하여 수동으로 일부 제거한 후에 다음 패스의 용접을 진행한다. 하지만, 자동 용접라인에는 수동의 절삭을 적용할 수 없는 한계가 있다.In conventional manual welding, after a worker manually removes some of the first and last ends of a bead using a grinder, welding of the next pass proceeds. However, there is a limitation in that manual cutting cannot be applied to the automatic welding line.

그럼에도 불구하고 수동의 절삭이 자동 용접라인에 적용되면, 용접의 효율성과 연속성이 떨어질 뿐만 아니라, 작업자에 대한 안전사고의 위험이 있게 된다. 더욱이, 용접라인의 완전한 무인 자동화가 성취될 수 없다. Nevertheless, if manual cutting is applied to an automatic welding line, not only the efficiency and continuity of welding is lowered, but also there is a risk of safety accident for workers. Moreover, complete unattended automation of the welding line cannot be achieved.

(특허문헌 1) KR 1142264 B1 (Patent Document 1) KR 1142264 B1

본 발명은, 예컨대 파이프 용접 등과 같은 용접의 완전한 무인 자동화를 완성할 수 있는 그라인딩 장치와 이를 이용한 용접 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a grinding device capable of completely unmanned automation of welding, such as pipe welding, and a welding method using the same.

또한, 본 발명의 목적은, 자동 용접라인에서 용접품질의 저하를 방지하고, 용접의 완전한 무인 자동화를 통해 생산비를 절감할 수 있는 그라인딩 장치와 이를 이용한 용접 방법을 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide a grinding device and a welding method using the same that can prevent deterioration of welding quality in an automatic welding line and reduce production costs through completely unmanned welding automation.

본 발명에 따른 그라인딩 장치는, 용접소재의 외주면을 따라 이동 가능한 복수의 아암을 구비한 다관절 로봇; 상기 아암의 단부 일측에 결합된 그라인더 유닛; 및 상기 아암의 단부 타측에 구비되고, 상기 용접소재에서 선행 용접에 의해 생긴 비드의 단부를 감지하는 센싱부를 포함할 수 있다. A grinding device according to the present invention includes an articulated robot having a plurality of arms movable along an outer circumferential surface of a welding material; a grinder unit coupled to one end of the arm; And it is provided on the other side of the end of the arm, it may include a sensing unit for detecting the end of the bead generated by the previous welding in the welding material.

또한, 본 발명에 따른 그라인딩 장치를 이용한 용접 방법은, 제1 패스를 따라 용접소재의 일부분을 용접하는 단계; 상기 제1 패스의 용접에 의해 생긴 비드의 단부를 전술한 그라인딩 장치에 의해 절삭하는 단계; 및 제2 패스를 따라 상기 용접소재의 나머지 부분을 용접하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the welding method using the grinding device according to the present invention includes the steps of welding a portion of the welding material along the first pass; cutting an end of the bead formed by the welding of the first pass by the above-described grinding device; And it may include the step of welding the remaining portion of the welding material along the second pass.

본 발명에 의하면, 자동의 절삭을 통해 용접의 완전한 무인 자동화를 완성할 수 있으며, 이를 활용한다면 더 많은 작업장에 무인 자동화된 용접라인을 적용할 수 있는 효과를 얻게 된다.According to the present invention, complete unmanned automation of welding can be completed through automatic cutting, and if this is utilized, an effect of applying an unmanned automated welding line to more workplaces is obtained.

또한, 본 발명에 의하면, 자동 용접라인에서 용접품질의 저하를 방지하여 공정 및 제품의 신뢰성을 향상시키고, 용접의 완전한 무인 자동화를 통해 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, there is an effect of preventing deterioration of welding quality in an automatic welding line to improve the reliability of the process and product, and to reduce production costs through completely unmanned automation of welding.

도 1은 본 발명에 따른 그라인딩 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 그라인더를 확대하여 도시한 일측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 그라인딩 장치의 제어를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 그라인딩 장치를 이용한 용접 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 용접 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4의 절삭 단계를 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view showing a grinding device according to the present invention.
2 is an enlarged side view of the grinder of FIG. 1;
Figure 3 is a schematic configuration diagram for explaining the control of the grinding device according to the present invention.
Figure 4 is a flow chart showing a welding method using a grinding device according to the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining the welding step of FIG. 4 .
FIG. 6 is a view for explaining the cutting step of FIG. 4 .

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention is explained in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings.

도 1은 본 발명에 따른 그라인딩 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 그라인더 유닛을 확대하여 도시한 일측면도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a grinding device according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged side view of the grinder unit of FIG. 1 .

본 발명에 따른 그라인딩 장치는 다관절 로봇(10), 그라인더 유닛(20) 및 센싱부(30)를 포함할 수 있다. The grinding device according to the present invention may include an articulated robot 10 , a grinder unit 20 and a sensing unit 30 .

다관절 로봇(10)은 그라인더 유닛(20) 및 센싱부(30)를 용접소재(1)를 향하여 이동시킬 수 있다. The articulated robot 10 may move the grinder unit 20 and the sensing unit 30 toward the welding material 1 .

다관절 로봇(10)은, 기부(12)로부터 단부를 향하여 순서대로 배치된 복수의 아암(11), 인접한 아암들 사이에서 아암들을 회전 가능하게 연결하는 복수의 관절(13), 및 각 관절을 회전시키는 복수의 구동부(14)를 포함할 수 있다. The multi-joint robot 10 includes a plurality of arms 11 arranged in order from the base 12 toward the end, a plurality of joints 13 rotatably connecting the arms between adjacent arms, and each joint. It may include a plurality of driving units 14 that rotate.

복수의 아암(11)에서 그 단부에는 엔드 이펙터로서의 그라인더 유닛(20)이 장착될 수 있다. 복수의 아암은 그라인더 유닛을 이동시킴과 더불어, 그라인더 유닛의 위치 및 자세를 조정할 수 있다.A grinder unit 20 as an end effector may be mounted at an end of the plurality of arms 11 . The plurality of arms can adjust the position and attitude of the grinder unit while moving the grinder unit.

다관절 로봇(10)은 후술하는 제어부(40)와 유선, 무선, 또는 유무선 통신을 통해 연결될 수 있으며, 제어부는 다관절 로봇의 작동을 제어할 수 있다. The articulated robot 10 may be connected to a control unit 40 to be described later through wired, wireless, or wired/wireless communication, and the control unit may control the operation of the articulated robot.

다관절 로봇(10)에서 아암(11)의 기부(12)는 지면 또는 지지구조물의 상면에 고정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 기부는 수직하게 연장되는 벽면 또는 천장 등에 고정될 수 있고, 임의의 이동장치 상에 설치될 수도 있다.In the articulated robot 10, the base 12 of the arm 11 may be fixed to the ground or the upper surface of the support structure, but is not necessarily limited thereto. For example, the base may be fixed to a vertically extending wall or ceiling, and may be installed on any mobile device.

다관절 로봇(10)은 복수의 관절(13)을 가질 수 있으며 다자유도이다. 도 1에는 적어도 4개의 관절을 가지는 수직형 다관절 로봇이 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 그라인더 유닛(20)의 위치 및 자세를 변경할 수 있다면, 수평형, 극좌표형, 원통좌표형, 직각좌표형, 또는 기타 형식의 다관절 로봇이 채용될 수 있다.The multi-joint robot 10 may have a plurality of joints 13 and has multiple degrees of freedom. Although a vertical multi-joint robot having at least four joints is shown in FIG. 1, it is not necessarily limited thereto. If the position and posture of the grinder unit 20 can be changed, a horizontal type, polar coordinate type, cylindrical coordinate type, rectangular coordinate type, or other types of articulated robots may be employed.

구동부(14)로는 예컨대 서보모터 등과 같은 모터가 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 구동부의 구동은 제어부(40)에 의해 제어될 수 있다.A motor such as a servo motor may be applied as the driving unit 14, but is not necessarily limited thereto. Driving of the driving unit may be controlled by the control unit 40 .

예를 들어, 복수의 아암(11)은, 제어부(40)의 데이터베이스(41)에 저장된 설정값과 제어부에 설치된 프로그램에 따라 각 아암이 동작될 수 있다. 또, 서보모터로 된 구동부(14)는 엔코더 등의 회전 센서를 포함하고, 회전 센서는 서보모터의 회전수 검출 신호를 제어부로 출력할 수 있다. For example, each arm of the plurality of arms 11 may be operated according to a set value stored in the database 41 of the control unit 40 and a program installed in the control unit. In addition, the drive unit 14 made of a servo motor includes a rotation sensor such as an encoder, and the rotation sensor may output a rotation speed detection signal of the servo motor to the control unit.

이로 인해, 다관절 로봇(10)에서는, 그라인더 유닛(20)이 절삭 가공시 임의의 자세를 취할 수 있도록 제어부(40)에 의해 3차원으로 이동할 수 있게 된다.Due to this, in the articulated robot 10, the grinder unit 20 can move in three dimensions by the control unit 40 so that it can assume an arbitrary posture during cutting.

아암(11)의 단부 일측에는 그라인더 유닛(20)이 배치되고, 아암의 단부 타측에 센싱부(30)가 배치될 수 있다. The grinder unit 20 may be disposed at one end of the arm 11 and the sensing unit 30 may be disposed at the other end of the arm.

그라인더 유닛(20)에는 예를 들면 엔드밀이나 연삭 숫돌 등과 같은 공구(21)가 채택될 수 있다. 그라인더 유닛은 모터(22) 및 스핀들(23)에 의해 공구를 회전시키는 구성을 갖는 것이 좋다. 도 1 및 도 2에는 대략 원기둥 형상의 엔드밀이 그라인더 유닛에 적용된 예가 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 원반이나 원뿔 형상의 연삭 숫돌이 그라인더 유닛에 적용될 수 있음은 물론이다.A tool 21 such as an end mill or a grinding wheel may be employed in the grinder unit 20 . The grinder unit preferably has a configuration in which a tool is rotated by a motor 22 and a spindle 23 . 1 and 2 show an example in which a substantially cylindrical end mill is applied to a grinder unit, but is not necessarily limited thereto, and a disk or cone shaped grinding wheel may be applied to the grinder unit, of course.

보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 그라인더 유닛(20)은 공구(21), 모터(22) 및 스핀들(23), 그리고 지지브라켓(24)을 포함할 수 있다. 공구는 스핀들의 일측 단부에 설치되고 스핀들에 의해 회전한다. 스핀들의 타측 단부는 모터의 모터축에 연결되어, 구동력을 전달받고 회전한다. 스핀들과 모터축의 사이에는 감속기(미도시)가 개재될 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 2 , the grinder unit 20 may include a tool 21 , a motor 22 and a spindle 23 , and a support bracket 24 . A tool is installed at one end of the spindle and rotated by the spindle. The other end of the spindle is connected to the motor shaft of the motor to receive a driving force and rotate. A reducer (not shown) may be interposed between the spindle and the motor shaft.

지지브라켓(24)은 제1 지지대(25), 제2 지지대(26), 및 완충부재(27)를 포함할 수 있다. 제1 지지대와 제2 지지대는 대략 블록 형상의 부재로서, 서로 마주보고 배치될 수 있다. 제1 지지대는 모터(22) 및 스핀들(23)을 지지할 수 있다. 제2 지지대는 아암(11)의 단부에 연결될 수 있다. The support bracket 24 may include a first support 25, a second support 26, and a buffer member 27. The first support and the second support are substantially block-shaped members and may be disposed facing each other. The first support may support the motor 22 and the spindle 23 . The second support may be connected to an end of the arm 11 .

서로 마주보는 2개의 지지대, 즉 제1 지지대(25)와 제2 지지대(26) 사이에 완충부재(27)가 개재될 수 있다. 완충부재로는, 예컨대 고무나 합성수지 등과 같은 탄성 재질로 만들어진 방진 패드의 형태로 형성될 수 있으나, 완충부재는 반드시 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 임의의 형상을 가진 스프링의 형태, 또는 기계적 컴플라이언스를 제공하는 컴플라이언스 보상기(Compliance Compensator)의 형태로 형성될 수 있다. A buffer member 27 may be interposed between two supports facing each other, that is, the first support 25 and the second support 26 . The buffer member may be formed in the form of a vibration-proof pad made of an elastic material such as rubber or synthetic resin, but the buffer member is not necessarily limited thereto. For example, it may be formed in the form of a spring having an arbitrary shape or a form of a compliance compensator providing mechanical compliance.

이러한 완충부재(27)는, 공구(21)와 모터(22) 및 스핀들(23)의 회전에 따른 진동이나 외부에서 유입되는 충격 등을 감쇄시켜, 진동이나 충격 등이 다관절 로봇(10)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 완충부재는 공구를 포함한 그라인더 유닛(20)이 용접소재(1)나 다른 물체에 접촉 내지 충돌할 때 유연하게 대처하도록 하여 그라인더 유닛의 손상을 예방할 수 있다. The buffer member 27 attenuates vibrations caused by the rotation of the tool 21, the motor 22, and the spindle 23 or shocks introduced from the outside, so that the vibrations or shocks are transmitted to the articulated robot 10. transmission can be prevented. In addition, the buffer member can prevent damage to the grinder unit by allowing the grinder unit 20 including the tool to flexibly deal with or collide with the welding material 1 or other objects.

추가적으로, 지지브라켓(24)의 제1 지지대(25) 또는 제2 지지대(26) 중 적어도 하나에는 예컨대 로드셀 등과 같은 하중 센서(28)가 설치될 수 있다. 하중 센서는 제어부(40)에 전기적으로 연결되어, 측정된 하중에 대응되는 신호를 제어부로 전달할 수 있다. Additionally, a load sensor 28 such as, for example, a load cell may be installed on at least one of the first support 25 or the second support 26 of the support bracket 24 . The load sensor may be electrically connected to the control unit 40 and transmit a signal corresponding to the measured load to the control unit.

공구(21)를 포함한 그라인더 유닛(20))이 용접소재(1)나 다른 물체에 접촉 내지 충돌할 때 충격하중이 하중 센서(28)에 의해 감지되고, 충격하중이 설정값 이상이면 제어부(40)는 다관절 로봇(41)의 작동을 중지시키거나 아암에 장착된 그라인더 유닛(20)이 후퇴되도록 복수의 아암(11)을 작동시킬 수 있다. When the grinder unit 20 including the tool 21 contacts or collides with the welding material 1 or another object, the impact load is detected by the load sensor 28, and if the impact load exceeds the set value, the control unit 40 ) may stop the operation of the articulated robot 41 or operate the plurality of arms 11 so that the grinder unit 20 mounted on the arm is retracted.

이에 따라, 그라인더 유닛(20)은 1차로 완충부재(27)에 의해 진동이나 충격 등을 감쇄시킬 수 있으며, 2차로 하중 센서(28)에 의해 과도한 충격이 다관절 로봇(10)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 그라인더 유닛(20)과 공구(21)는 물론, 다관절 로봇과 그 복수의 아암(11)이 충격으로부터 적절히 보호될 수 있다.Accordingly, the grinder unit 20 can first attenuate vibration or shock by the buffer member 27, and secondarily prevent excessive shock from being transmitted to the articulated robot 10 by the load sensor 28. It can be prevented. Thus, the grinder unit 20 and the tool 21 as well as the articulated robot and its plurality of arms 11 can be properly protected from impact.

센싱부(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이 아암(11)의 단부 타측에 배치되어, 용접소재(1)에서 선행 용접에 의해 생긴 비드(2; 도 6 참조)의 단부를 감지하기 위한 것으로, 거리를 측정할 수 있는 다양한 센서로 구성될 수 있다. Sensing unit 30, as shown in Figure 2 is disposed on the other side of the end of the arm 11, for detecting the end of the bead (2; see Fig. 6) generated by the preceding welding in the welding material (1). As such, it can be composed of various sensors capable of measuring distance.

센싱부(30)는, 예컨대 카메라 등과 같은 영상 센서, 레이저 스캐너, 적외선 센서 등과 같은 광 센서, 전파를 이용하는 레이더 센서, 음파를 이용하는 초음파 센서, 와전류를 이용하는 와전류 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The sensing unit 30 may include, for example, at least one of an image sensor such as a camera, an optical sensor such as a laser scanner or an infrared sensor, a radar sensor using radio waves, an ultrasonic sensor using sound waves, and an eddy current sensor using eddy currents.

센싱부(30)는 제어부(40)와 유선, 무선, 또는 유무선 통신을 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 측정된 거리에 대응되는 신호를 제어부로 전달하여 제어부가 다관절 로봇(10)의 작동을 제어할 수 있게 한다.The sensing unit 30 may be electrically connected to the control unit 40 through wired, wireless, or wired/wireless communication, and transmits a signal corresponding to the measured distance to the control unit so that the control unit controls the operation of the articulated robot 10. allow you to do

센싱부(30)는, 용접소재(1)의 표면에 생성된 비드와 센싱부의 센싱면 사이의 이격거리를 측정하여 발생되는 측정값을 제어부(40)의 데이터베이스(41)에 전달할 수 있다. 이러한 센싱부를 이용하여 본 발명에 따른 그라인딩 장치는 용접소재에서 비드(2)의 존재 및 그 단부의 위치와 형상을 용이하게 감지할 수 있다.The sensing unit 30 may transmit a measurement value generated by measuring a separation distance between a bead generated on the surface of the welding material 1 and the sensing surface of the sensing unit to the database 41 of the control unit 40 . Using this sensing unit, the grinding device according to the present invention can easily detect the presence of the bead 2 in the welding material and the position and shape of its end.

도 3은 본 발명에 따른 그라인딩 장치의 제어를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 구성도이다. Figure 3 is a schematic configuration diagram for explaining the control of the grinding device according to the present invention.

본 발명에 따른 그라인딩 장치는, 다관절 로봇(10)과 그라인더 유닛(20)의 작동을 제어하는 제어부(40)를 더 포함할 수 있다. The grinding device according to the present invention may further include a control unit 40 that controls operations of the articulated robot 10 and the grinder unit 20 .

제어부(40)는 각종 연산이나 명령이 수행 가능한 반도체 칩, 인쇄회로기판(PCB) 등이 내장된 마이크로프로세서(Microprocessor)와 같은 다양한 처리장치로 구현될 수 있으며, 본 발명에 따른 그라인딩 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.The control unit 40 may be implemented with various processing devices such as a microprocessor incorporating a semiconductor chip, a printed circuit board (PCB), etc. capable of performing various operations or commands, and the overall operation of the grinding device according to the present invention. can control.

이를 위해 제어부(40)는 데이터베이스(41) 및 연산부(42)를 포함할 수 있으며, 그라인딩 장치의 구성요소들을 유선, 무선, 또는 유무선 통신에 의해 제어할 수 있다. 제어부는 아암(11)에 있는 구동부(14), 그라인더 유닛(20)의 모터(22) 등에 전기적으로 연결될 수 있다. To this end, the control unit 40 may include a database 41 and a calculation unit 42, and may control the components of the grinding device through wired, wireless, or wired/wireless communication. The control unit may be electrically connected to the driving unit 14 of the arm 11 and the motor 22 of the grinder unit 20 .

데이터베이스(41)는 제어부(40)에 설정되거나 제어부로 입력되는 데이터를 저장할 수 있다. 다관절 로봇(10) 및 그라인더 유닛(20)의 제어를 위한 설정값과, 센싱부(30), 하중 센서(28), 회전 센서 등을 통해 입력되는 측정값이 데이터베이스에 저장될 수 있다.The database 41 may store data set in the control unit 40 or input to the control unit. Set values for controlling the articulated robot 10 and the grinder unit 20 and measurement values input through the sensing unit 30, the load sensor 28, and the rotation sensor may be stored in the database.

연산부(42)는, 센싱부(30)와, 구동부(14)의 회전 센서, 그라인더 유닛(20)의 하중 센서(28) 등을 통해 측정된 측정값과, 데이터베이스(41)에 저장된 설정값을 비교하고, 다관절 로봇(10)이 가진 복수의 아암(11) 및 다관절 로봇(10)에 장착된 그라인더 유닛(20)의 이동 범위와 경로를 연산할 수 있다.The calculation unit 42 calculates the measured values measured through the sensing unit 30, the rotation sensor of the drive unit 14, the load sensor 28 of the grinder unit 20, and the like, and the set values stored in the database 41. It is possible to compare and calculate the movement range and path of the plurality of arms 11 of the articulated robot 10 and the grinder unit 20 mounted on the articulated robot 10.

제어부(40)는, 센싱부(30)에 의해 측정된 비드(2; 도 6 참조)의 위치 및 형상과, 연산부(42)에 의해 연산된 비드의 단부까지의 거리 및 경로를 확인한 후, 설치된 프로그램에 따라 다관절 로봇(10)과 그라인더 유닛(20)의 작동을 제어하여 용접소재(1)의 그루브 내에 공구(21)를 자동으로 진입시키고 공구를 작동시킨다. After checking the position and shape of the bead (2; see FIG. 6) measured by the sensing unit 30 and the distance and path to the end of the bead calculated by the calculation unit 42, the control unit 40 checks the installed By controlling the operation of the articulated robot 10 and the grinder unit 20 according to the program, the tool 21 is automatically entered into the groove of the welding material 1 and the tool is operated.

여기서, 프로그램은 다관절 로봇(10)에 의한 공구(21)의 위치 및 자세에 관한 제어, 용접소재(1)에 대한 공구(21)의 접근 속도 및 힘에 관한 제어, 비드(2)의 절삭을 위한 공구의 회전수 및 회전토크에 관한 제어 등을 실행할 수 있도록 설정된다. Here, the program controls the position and posture of the tool 21 by the articulated robot 10, controls the approach speed and force of the tool 21 to the welding material 1, and cuts the bead 2. It is set to be able to execute control on the number of rotations and rotational torque of the tool for

공구(21)의 작동으로 인해 비드(2)의 단부가 절삭되고, 센싱부(30)에 의해 측정된 비드가 허용범위에 도달할 때까지 제어부(40)는 절삭하는 과정을 반복적으로 수행할 수 있다. 그 후에, 비드(2)의 잔존 영역이 설정된 허용범위에 도달하면, 제어부는 공구의 작동을 정지시키고, 용접소재(1)의 그루브로부터 공구를 인출하도록 다관절 로봇(10)의 작동을 제어할 수 있다. Due to the operation of the tool 21, the end of the bead 2 is cut, and the control unit 40 may repeatedly perform the cutting process until the bead measured by the sensing unit 30 reaches an acceptable range. have. After that, when the remaining area of the bead 2 reaches the set allowable range, the control unit stops the operation of the tool and controls the operation of the articulated robot 10 to withdraw the tool from the groove of the welding material 1. can

도 4는 본 발명에 따른 그라인딩 장치를 이용한 용접 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5는 도 4의 용접 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 4의 그라인딩 단계를 설명하기 위한 도면이다. Figure 4 is a flow chart showing a welding method using a grinding device according to the present invention. 5 is a view for explaining the welding step of FIG. 4, and FIG. 6 is a view for explaining the grinding step of FIG.

본 발명에 따른 그라인딩 장치를 이용한 용접 방법은, 제1 패스(P1)를 따라 용접소재(1)의 일부분을 용접하는 단계(S10); 제1 패스의 용접에 의해 생긴 비드(2)의 단부를 본 발명의 그라인딩 장치에 의해 절삭하는 단계(S20); 및 제2 패스(P2)를 따라 용접소재의 나머지 부분을 용접하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. Welding method using a grinding device according to the present invention, the step of welding a portion of the welding material (1) along the first path (P1) (S10); Cutting the end of the bead 2 produced by the first pass welding by the grinding device of the present invention (S20); And it may include a step (S30) of welding the remaining portion of the welding material along the second pass (P2).

예를 들어, 파이프 용접에서 용접하고자 하는 파이프와 파이프 또는 파이프와 플랜지 등의 회전이 불가능한 경우에, 파이프의 최저점을 중심으로 해서 좌우방향 상측으로 각각 180°구간을 순서대로 용접한다. 다시 말해, 도 5와 같이 좌측의 제1 패스(P1)를 용접한 후 우측의 제2 패스(P2)를 용접할 수 있다. For example, in pipe welding, when it is impossible to rotate a pipe to be welded or a pipe and a flange, sections of 180° are sequentially welded in the left and right directions, centering on the lowest point of the pipe. In other words, as shown in FIG. 5 , after welding the first pass P1 on the left side, the second pass P2 on the right side may be welded.

이 경우에, 용접하고자 하는 한 쌍의 파이프 또는 파이프와 플랜지 등과 같은 용접소재(1)는 별도의 핸들링 로봇(미도시)에 의해 파지되어 위치가 고정될 수 있다. 또, 이들의 용접은 별도의 용접 로봇에 의해 실행될 수 있다.In this case, a welding material 1 such as a pair of pipes to be welded or a pipe and a flange may be held by a separate handling robot (not shown) and the position may be fixed. Also, these welding can be performed by a separate welding robot.

예를 들면, 용접 로봇은 복수의 아암을 구비한 다관절 로봇이며, 아암의 단부에 설치한 토치(3)에는 용가재가 연속으로 공급 가능하게 지지될 수 있다. 토치의 위치나 자세는 복수의 아암의 자유도 범위에서 3차원적으로 설정 가능하다. For example, the welding robot is an articulated robot having a plurality of arms, and the torch 3 installed at the end of the arm can be supported so that filler material can be continuously supplied. The position or posture of the torch can be set three-dimensionally within the range of degrees of freedom of a plurality of arms.

토치(3)는 실드 노즐(미도시)을 가질 수 있으며, 실드 노즐에서 실드 가스가 공급된다. 이용 가능한 용접법으로는 피복 아크 용접, CO2 가스 아크 용접 등의 소모 전극식 용접, 또는 TIG 용접이나 플라즈마 아크 용접 등의 비소모 전극식 용접 중 하나일 수 있다. The torch 3 may have a shield nozzle (not shown), and shield gas is supplied from the shield nozzle. The usable welding method may be either consumable electrode welding such as coated arc welding or CO 2 gas arc welding, or non-consumable electrode welding such as TIG welding or plasma arc welding.

용접법은 용접하고자 하는 소재나 구조에 따라 적절히 선정될 수 있으며, 반드시 전술한 예에 한정되지 않고, 예컨대 전자빔이나 레이저를 이용한 용접법이 채택되어도 무방하다. The welding method may be appropriately selected according to the material or structure to be welded, and is not necessarily limited to the above example, and for example, a welding method using an electron beam or laser may be employed.

용접 로봇의 토치(3)는, 도 5에 도시된 바와 같이 예컨대 회전이 불가능한 파이프와 같은 용접소재(1)의 최저점으로부터 최고점을 향하는 제1 패스(P1)를 따라 용접소재의 일부분, 즉 좌측 부분을 용접할 수 있다(S10). As shown in FIG. 5, the torch 3 of the welding robot, for example, along the first path P1 from the lowest point to the highest point of the welding material 1, such as a non-rotatable pipe, is part of the welding material, that is, the left part. can be welded (S10).

좌측의 제1 패스(P1)를 용접한 후, 마찬가지로 용접소재(1)의 최저점으로부터 최고점을 향하는 우측의 제2 패스(P2)를 용접하기 위해서는, 제1 패스의 용접으로 인해 제2 패스의 시작부위에 이미 생성되어 있는 비드(2)의 시종단부를 제거할 필요가 있다. After welding the first pass (P1) on the left side, similarly, in order to weld the second pass (P2) on the right side toward the highest point from the lowest point of the welding material (1), the start of the second pass due to the welding of the first pass It is necessary to remove the beginning and end of the bead 2 already generated in the region.

이에 따라, 용접소재(1)로부터 용접 로봇의 토치(3)가 벗어나고, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 그라인딩 장치의 공구(21)가 용접소재(1)로 접근하여, 제1 패스(P1)의 용접에 의해 생긴 비드(2)의 단부를 절삭할 수 있다(S20).Accordingly, the torch 3 of the welding robot escapes from the welding material 1, and as shown in FIG. 6, the tool 21 of the grinding device of the present invention approaches the welding material 1, and the first pass ( The end of the bead 2 formed by welding P1) can be cut (S20).

절삭하는 단계(S20)는, 먼저 비드(2)가 쌓여 절삭이 요구되는 단부에 관한 정보를 그라인딩 장치의 센싱부(30)를 통해 얻는 단계; 센싱부를 통해 얻은 비드의 단부에 관한 위치정보 및 형상정보를 활용하여, 제어부(40)가 그라인더 유닛(20)의 이동 범위 및 경로를 연산하는 단계; 연산된 이동 범위 및 경로에 따라 그라인더 유닛의 공구(21)를 이동시켜, 용접소재(1)의 그루브 내에 진입시키는 단계; 센싱부를 통해 얻은 비드의 단부에 관한 크기정보를 활용하여, 공구가 비드의 단부를 원하는 깊이와 폭으로 절삭하는 단계; 절삭이 완료되면, 용접소재의 그루브로부터 공구를 인출하는 단계를 포함할 수 있다. In the cutting step (S20), first, the bead 2 is piled up and information about an end portion requiring cutting is obtained through the sensing unit 30 of the grinding device; calculating, by the control unit 40, a movement range and a path of the grinder unit 20 by utilizing position information and shape information about the end of the bead obtained through the sensing unit; Moving the tool 21 of the grinder unit according to the calculated movement range and path to enter the groove of the welding material 1; cutting the end of the bead with a tool to a desired depth and width by using size information about the end of the bead obtained through the sensing unit; When the cutting is completed, withdrawing the tool from the groove of the welding material may be included.

이와 같이 본 발명에 따른 그라인딩 장치를 이용한 용접 방법은, 다관절 로봇(10)의 아암(11)에 그라인더 유닛(20) 및 공구(21)와 함께 센싱부(30)를 장착하여 자동으로 비드(2)를 인식하며, 절삭이 요구되는 단부의 위치 및 형상을 알아내어 공구가 비드의 단부를 원하는 깊이와 폭으로 절삭할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In this way, the welding method using the grinding device according to the present invention is equipped with the sensing unit 30 together with the grinder unit 20 and the tool 21 on the arm 11 of the articulated robot 10 to automatically bead ( 2), it is characterized in that the tool can cut the end of the bead to a desired depth and width by finding out the location and shape of the end portion requiring cutting.

이어서, 다시 용접 로봇의 토치(3)가 용접소재(1)로 접근하고, 용접소재의 최저점으로부터 최고점을 향하는 제2 패스(P2)를 따라 용접소재의 나머지 부분, 즉 우측 부분을 용접할 수 있다(S30).Then, the torch 3 of the welding robot approaches the welding material 1 again, and welds the remaining part of the welding material, that is, the right side along the second path P2 from the lowest point to the highest point of the welding material. (S30).

이상과 같이 본 발명에 의하면, 그라인딩 장치가 이행하는 경로의 연산 및 절삭 기능을 통해 용접의 완전한 무인 자동화를 완성할 수 있다. 더구나, 비드의 잔존영역이 설정된 허용범위에 도달할 때까지, 그라인딩 장치가 비드 단부의 위치 및 형상과 크기를 센싱하고 연산하여 단부를 절삭한 다음에 원위치로 복귀하는 과정을 반복적으로 이행할 수 있기 때문에, 더 많은 작업장에 신뢰성 있고 무인 자동화된 용접라인을 적용할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, complete unmanned automation of welding can be completed through the calculation and cutting function of the path that the grinding device moves. Moreover, until the remaining area of the bead reaches the set allowable range, the grinding device senses and calculates the position, shape and size of the end of the bead, cuts the end, and then returns to the original position repeatedly. Because of this, it is possible to apply a reliable and unmanned automated welding line to more workplaces.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

1: 용접소재 2: 비드
3: 토치 10: 다관절 로봇
11: 아암 12: 기부
13: 관절 14: 구동부
20: 그라인더 유닛 21: 공구
22: 모터 23: 스핀들
24: 지지브라켓 25: 제1 지지대
26: 제2 지지대 27: 완충부재
28: 하중 센서 30: 센싱부
40: 제어부 41: 데이터베이스
42: 연산부 P1: 제1 패스
P2: 제2 패스1: welding material 2: bead
3: torch 10: articulated robot
11: arm 12: donation
13: joint 14: driving unit
20: grinder unit 21: tool
22: motor 23: spindle
24: support bracket 25: first support
26: second support 27: buffer member
28: load sensor 30: sensing unit
40: control unit 41: database
42: calculation unit P1: first pass
P2: second pass

Claims (12)

용접소재의 외주면을 따라 이동 가능한 복수의 아암을 구비한 다관절 로봇;
상기 아암의 단부 일측에 결합된 그라인더 유닛; 및
상기 아암의 단부 타측에 구비되고, 상기 용접소재에서 선행 용접에 의해 생긴 비드의 단부를 감지하는 센싱부
를 포함하는 그라인딩 장치.
An articulated robot having a plurality of arms movable along the outer circumferential surface of the welding material;
a grinder unit coupled to one end of the arm; and
A sensing unit provided on the other side of the end of the arm and sensing an end of a bead generated by previous welding in the welding material.
Grinding device comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 다관절 로봇은,
기부로부터 단부를 향하여 순서대로 배치된 복수의 상기 아암,
인접한 아암들 사이에서 아암들을 회전 가능하게 연결하는 복수의 관절, 및
각 관절을 회전시키는 복수의 구동부
를 포함하는 그라인딩 장치.
According to claim 1,
The articulated robot,
a plurality of the arms arranged in order from the base toward the end;
A plurality of joints rotatably connecting arms between adjacent arms, and
A plurality of driving units that rotate each joint
Grinding device comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 그라인더 유닛은,
상기 아암의 단부에 연결된 지지브라켓,
상기 지지브라켓에 지지되어 설치된 모터와 스핀들, 및
상기 스핀들의 일측 단부에 설치되고 회전하는 공구
를 포함하는 그라인딩 장치.
According to claim 1,
The grinder unit,
A support bracket connected to the end of the arm;
A motor and a spindle supported and installed on the support bracket, and
A tool installed at one end of the spindle and rotating
Grinding device comprising a.
 제3항에 있어서,
상기 지지브라켓은,
상기 모터와 스핀들을 지지하는 제1 지지대,
상기 아암의 단부에 연결된 제2 지지대, 및
상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 개재된 완충부재
를 포함하는 그라인딩 장치.
According to claim 3,
The support bracket,
A first support for supporting the motor and the spindle;
A second support connected to the end of the arm, and
A buffer member interposed between the first support and the second support
Grinding device comprising a.
 제3항에 있어서,
상기 지지브라켓의 제1 지지대 또는 제2 지지대 중 적어도 하나에 설치된 하중 센서를 더 포함하고,
상기 하중 센서는 제어부에 전기적으로 연결되어 신호를 전달하는 그라인딩 장치.
According to claim 3,
Further comprising a load sensor installed on at least one of the first support or the second support of the support bracket,
The load sensor is electrically connected to the control unit to transmit a signal.
 제1항에 있어서,
상기 센싱부는, 상기 비드와 상기 센싱부 사이의 이격거리를 측정하는 센서를 포함하는 그라인딩 장치.
According to claim 1,
The sensing unit includes a sensor for measuring a separation distance between the bead and the sensing unit.
 제1항에 있어서,
상기 다관절 로봇과 상기 그라인더 유닛의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 그라인딩 장치.
According to claim 1,
Grinding device further comprising a control unit for controlling the operation of the articulated robot and the grinder unit.
 제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 다관절 로봇과 상기 그라인더 유닛의 제어를 위한 설정값과, 적어도 상기 센싱부를 통해 입력되는 측정값이 저장되는 데이터베이스; 및
상기 설정값과 상기 측정값을 비교하고, 복수의 상기 아암과 상기 그라인더 유닛의 이동 범위와 경로를 연산하는 연산부
를 포함하는 그라인딩 장치.
According to claim 7,
The control unit,
a database in which setting values for controlling the articulated robot and the grinder unit and measurement values input through at least the sensing unit are stored; and
A calculation unit that compares the set value with the measured value and calculates a moving range and path of the plurality of arms and the grinder unit.
Grinding device comprising a.
 제1 패스를 따라 용접소재의 일부분을 용접하는 단계;
상기 제1 패스의 용접에 의해 생긴 비드의 단부를, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 그라인딩 장치에 의해 절삭하는 단계; 및
제2 패스를 따라 상기 용접소재의 나머지 부분을 용접하는 단계
를 포함하는 용접 방법.
welding a portion of the welding material along the first pass;
Cutting an end of the bead formed by the welding of the first pass by the grinding device according to any one of claims 1 to 8; and
Welding the remaining portion of the welding material along the second pass
Welding method comprising a.
 제9항에 있어서,
상기 절삭하는 단계는,
상기 비드의 단부에 관한 정보를 상기 그라인딩 장치의 센싱부를 통해 얻는 단계; 및
상기 센싱부를 통해 얻은 상기 비드의 단부에 관한 위치정보 및 형상정보를 활용하여, 제어부가 그라인더 유닛의 이동 범위 및 경로를 연산하는 단계
를 포함하는 용접 방법.
According to claim 9,
The cutting step is
obtaining information about the end of the bead through a sensing unit of the grinding device; and
Using the location information and shape information about the end of the bead obtained through the sensing unit, the control unit calculating the movement range and path of the grinder unit
Welding method comprising a.
 제10항에 있어서,
상기 절삭하는 단계는,
상기 그라인더 유닛의 공구를 이동시켜, 상기 용접소재의 그루브 내에 진입시키는 단계;
상기 센싱부를 통해 얻은 상기 비드의 단부에 관한 크기정보를 활용하여, 상기 공구가 상기 비드의 단부를 원하는 깊이와 폭으로 절삭하는 단계; 및
절삭이 완료되면, 상기 용접소재의 그루브로부터 상기 공구를 인출하는 단계
를 포함하는 용접 방법.
According to claim 10,
The cutting step is
Moving a tool of the grinder unit to enter the groove of the welding material;
cutting, by the tool, the end of the bead to a desired depth and width using size information about the end of the bead obtained through the sensing unit; and
When the cutting is completed, withdrawing the tool from the groove of the welding material
Welding method comprising a.
 제11항에 있어서,
상기 절삭하는 단계는, 상기 센싱부에 의해 측정된 상기 비드의 잔존영역이 허용범위에 도달할 때까지 반복적으로 이행되는 용접 방법.According to claim 11,
The cutting step is performed repeatedly until the remaining area of the bead measured by the sensing unit reaches an acceptable range.
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