KR20230099818A - 용접 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크가 발생하는 용접부에 온도를 포함하는 용접 환경을 실시간으로 감지하여 전체 용접의 품질을 실시간으로 정확하게 파악할 수 있는 용접 검사 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기 아크 방식의 용접이 연속되어 수행되는 용접부를 실시간으로 용접 품질을 검사하는 용접 검사 장치에 있어서, 2개로 구분되며 서로 접촉되는 부분에 용접부가 형성되어 접합하는 소재; 상기 소재와 대응되는 부분에 배치되어 상기 소재의 용접부 중 아크부와 아크를 발생시키고 아크에 의하여 지속적으로 공급되는 용가재가 용융되어 용접부를 형성하는 용접건; 상기 용접건의 상태를 감지하는 센서셋; 상기 아크부의 온도를 일정거리 이격된 위치에서 비접촉 방식으로 감지하는 2파장 온도센서; 및 상기 센서셋과 상기 2파장 온도센서에서 감지된 값을 기초로 용접부의 품질을 판단하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

용접 검사 장치{Inspection apparatus for welding}

본 발명은 용접 검사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간으로 용접 상태를 검사하는 용접 검사 장치에 관한 것이다.

일바적으로 용접은 두개의 부재를 영구적으로 부착하는 기술로, 기계장치의 제작이 가장 많이 적용되는 기술 중 하나이다.

상기 용접은 방식에 따라 다양한 방법이 있으나, 가장 많이 사용되는 용접법 중 하나로 아크용접을 들 수 있다.

상기 아크용접은 탄소전극을 사용하는 탄소 아크용접과 금속전극을 사용하는 금속 아크용접의 두 종류로 구분할 수 있으며, 탄소 아크용접은 용접모재와 탄소전극 사이에 아크를 발생시키고 아크 속에 용가재를 투입하여 용접이 진행되는 방식이고, 금속 아크용접은 용접모재와 같은 종류의 금속으로 만든 전극 사이에 아크를 발생시켜 전극 그 자체를 녹여서 접합 부분을 채워 모재를 접합하는 방식이다.

상기와 같은 아크용접은 아크를 발생시키는 전기의 특성, 아크의 온도 용접건의 상태 등에 의하여 용접부의 품질이 결정되어 고숙련자들만이 수행할 수 있는 다소 어려운 작업 중에 하나이므로, 다양한 방식을 통하여 용접 품질을 검사하는 방식들이 제안되었다.

예를 들면 등록특허 제1673416호에 개시된 용접용 스마트 보안경을 들 수 있다. 상기 특허는 용접기 전기 출력부에 장착되어 용접기에서 출력되는 전기 특성을 감지하고, 감지된 정보를 무선으로 송출하는 감지기; 보안경에 부착되어 상기 감지기에서 송출된 정보를 무선으로 수신하는 수신부; 및 보안경에 부착되며, 상기 수신부에 의하여 제어되며, 상기 수신부에 의하여 수신된 용접 정보를 상기 보안경에 부착된 차단유리 내면으로 영사하는 영사부;를 포함하며, 작업자는 상기 보안경을 장착한 상태에서 차단유리 내면에 투영되는 용접 정보로 현재 용접기의 전기 특성을 인지하는 것을 특징으로 한다.

즉, 보안경 내부에 용접기의 전기적 특성을 출력하여 작업자가 용접기의 전기적 특성을 인지하여 용접 작업을 진행할 수 있는 장점이 있다.

그러나 실제 아크용접의 경우에는 용접부의 품질은 상기한 바와 같이 다양한 인자에 의하여 결정되며, 특히 아크가 발생하는 용접부의 온도의 경우에는 용접 품질을 결정하는 중요한 인자 중 하나이나, 종래기술에서는 용접부의 온도 감지가 어려워 품질 인자로 고려하지 못하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 아크가 발생하는 용접부에 온도를 포함하는 용접 환경을 실시간으로 감지하여 전체 용접의 품질을 실시간으로 정확하게 파악할 수 있는 용접 검사 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기 아크 방식의 용접이 연속되어 수행되는 용접부를 실시간으로 용접 품질을 검사하는 용접 검사 장치에 있어서, 2개로 구분되며 서로 접촉되는 부분에 용접부가 형성되어 접합하는 소재; 상기 소재와 대응되는 부분에 배치되어 상기 소재의 용접부 중 아크부와 아크를 발생시키고 아크에 의하여 지속적으로 공급되는 용가재가 용융되어 용접부를 형성하는 용접건; 상기 용접건의 상태를 감지하는 센서셋; 상기 아크부의 온도를 일정거리 이격된 위치에서 비접촉 방식으로 감지하는 2파장 온도센서; 및 상기 센서셋과 상기 2파장 온도센서에서 감지된 값을 기초로 용접부의 품질을 판단하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 센서셋은 상기 용접건의 온도를 감지하는 온도센서와 상기 용접건의 전류를 감지하는 전류센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 용접건은 금속부로 이루어진 토치부와 작업자가 그립하는 그립부와 상기 토치부의 끝단에 형성되는 전극을 포함하고, 상기 온도센서는 상기 토치부에 부착되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 전류센서는 홀센서인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 2파장 온도센서는 2개의 다른 파장의 적외선을 인식하는 2개의 적외선센서와 상기 2개의 전외선센서값으로 온도를 산정하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 2개의 적외선의 파장은 0.95㎛ 및 1.05㎛인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어모듈은 2파장 온도센서에서 출력되는 값과 상기 센서셋에서 출력되는 값을 기초로 용접의 품질을 판단하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제어모듈은 상기 2파장 온도센서에서 출력되는 아크부의 온도값과 상기 센서셋에서 출력되는 전류값, 듀티값 및 용접건 온도값의 변화와 용접 품질을 사전에 학습하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제어모듈은 상기 용접 품질을 사전에 정의된 단계로 구분하고, 구분된 용접 품질에 따라 학습을 진행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 용접 검사 장치는 소재에 아크를 발생시켜 연속하여 용접부를 형성하는 용접건과 상기 용접건의 상태를 감지하는 센서셋과 용접건과 소재 사이의 아크가 발생하는 용접부의 온도를 비접촉식으로 감지하는 2파장 온도센서를 포함하여 구성되어, 실시간으로 용접 상태를 감지하여 진행되는 용접부의 용접 품질 역시 사전에 학습된 정보를 이용하여 실시간으로 판단할 수 있어, 용접 불량 발생을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용접 검사 장치의 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 용접건의 구성도이며,
도 3은 도 1에 도시된 2파장 온도센서의 구성도이며,
도 4는 도 1에 도시된 제어모듈의 구성도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 용접 검사 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 소재(10), 용접부(20), 용접건(30), 센서셋(40), 2파장 온도센서(60) 및 제어모듈(90)을 포함하여 구성된다.

상기 소재(10)는 강판을 가공한 원통형상으로 별도의 회전하는 지그(19)에 고정되는 하부소재(12)와 상기 하부소재(12) 상단에 배치되는 상부소재(11)를 포함하며, 용접에 의하여 상기 상부소재(11)와 상기 하부소재(12)의 접촉부분이 서로 결합한다.

이때 상기 지그(19)에 상기 하부소재(12)가 고정되고, 상기 상부소재(11)와 상기 하부소재(12)의 접촉부가 용접에 의하여 결합하고, 용접이 완료되면 원통형의 소재(10)가 제조되며, 이때 상기 하부소재(12)에는 필요한 경우 다른 구조물들이 결합될 수 있다.

즉, 상기 소재(10)는 용접이 완료된 부분에는 비드로 이루어진 용접부(20)를 포함하여 구성된다.

따라서, 본 발명에 따른 용접 검사 장치(100)는 상기 지그(19)의 회전에 의하여 소재(10)가 회전하면서 용접이 진행되는 구성이나, 상기 소재(10)는 고정되고, 용접부의 나머지 구성들이 이동하는 형태로도 구현될 수 있으며, 소재(10) 자체의 형상도 원통형상이 아닌 다른 형태, 예를 들면 평판 형태 또는 프레임 형태 등에도 적용될 수 있다.

한편, 상기 용접건(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 작업자가 그립하여 용접을 수행하는 장치로 끝단에 아크가 발생하는 토치부(31)와 상기 작업자가 그립하는 그립부(32)를 포함하여 구성되며, 상기 토치부(31)의 내부에는 냉각수가 공급되는 형태로도 구성될 수 있다.

그리고 상기 토치부(31)의 끝단에는 용접 방식에 따라 용가재가 공급되거나(아크용접) 별도의 소재로 구성되는 전극으로 구성되는 전극부(33)가 형성되고(TIG 용접), 상기 전극부(33)와 대응되는 소재(10)의 위치에는 아크부(15)가 형성되어, 상기 전극부(33)와 상기 아크부(15) 사이에 아크가 발생되어 용가재와 소재의 일부가 용융되면서 상기 용접부(20)가 형성된다.

물론 상기 용접건(30)의 형상은 도 2에 도시된 형태 이외로 구성될 수 있으며, 특히 자동 이송 장치에 부착되어 자동으로 이송하면서 용접을 수행하는 형태로도 구현될 수 있다.

상기 센서셋(40)은 상기 용접건(30)에 부착되어 상기 용접건(30)에 공급되는 전류를 감지하는 전류센서(41)와 용전건(30)의 토치부(31)에 부착되어 용접건(30)의 온도를 감지하는 온도센서(42)를 포함하여 구성된다.

상기 전류센서(41)는 토치부(31) 내부에 흐르는 전류를 감지하는 역할을 하는 것으로, 통상 직류 형태의 전원이 많이 사용하므로, 홀센서를 적용하는 것이 바람직하다.

특히 상기 홀센서를 적용하는 경우 상기 전류센서(41)는 상기 PWM 방식의 용접건(30)에 흐르는 전류값과 주파수를 의미하는 듀티값을 감지할 수 있다.

상기 온도센서(42)는 토치부(31)의 온도를 감지하며, 상기 토치부(31)는 별도의 냉각수에 의하여 냉각되므로, 냉각수의 온도와 관련이 있다.

필요한 경우 상기 온도센서(42)는 냉각수의 입출구측의 온도를 각각 측정하는 방식으로도 구현될 수 있다.

한편, 상기 2파장 온도센서(60)는 상기 소재(10)의 접촉부에 형성되는 아크부(15)의 온도를 비접촉 형태로 감지하기 위한 역할을 수행하는 것으로 2개의 특정 파장 대역의 직외선을 이용하여 대상물의 온도를 측정하는 장치이다.

고온의 철의 온도를 측정하는 경우에는 0.7㎛ ~ 1.8㎛파장대역의 적외선을 이용하며, 본 발명은 고온의 강판의 용접 온도를 감지하므로 상기와 같은 파장대역을 이용하여 온도를 감지한다.

본 발명에 적용되는 2파장 온도센서(60)은 도 3에 도시된 바와 같이, 0.95㎛와 1.05㎛ 대역의 적외선 파장을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 각 파장은 상기 도 3에 도시된 적외선센서에서 감지되고, 상기 적외선센서에서 감지된 값은 상기 신호처리부에 의하여 온도로 환산되어 출력된다.

특히 상기 두가지 파장은 방사율이 거의 변하지 않는 가까운 두가지 파장대역에 헤당하여 방사율에 무관하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 파장 대역의 경우 500℃ 이상의 온도 감지용으로 사용되므로, 용접 아크부(15)의 온도는 일반적으로 고온에 해당하므로, 상기 2파장 온도센서(60)는 유용한 온도 측정 수단이 될 수 있다.

몰론 실제 적용 시에는 사용되는 필터와 주변 환경 등을 고려하여 적절한 보정이 선행되어야 한다.

또한 상기 방식으로 아크부(15)의 온도를 측정하는 경우 정지한 물체 뿐만 아니라 고속으로 움직이는 물체를 측정할 수 있으므로, 지그(19)를 통하여 회전하는 소재(10)의 아크부(15) 온도도 용이하게 측정할 수 있으며, 대상물에 어떠한 영향을 미치지 않는 장점이 있다.

한편, 상기 제어모듈(90)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 2파장 온도센서(60)와 상기 전류센서(41) 및 온도센서(42)와 연결되어 감지된 값을 획득하여 용접 품질을 판단하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 제어모듈(90)은 외부의 장치들에 의하여 출력되는 감지값들을 저장하는 기능을 포함하며, 추가하여 각 값들과 용접품질에 관련된 학습을 수행할 수 있는 인공지능 모듈을 더 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 상기 제어모듈(90)은 아크부(15)의 온도(a1), 전류값(a2), 전류 듀티값(a3), 용접건의 온도(a4)를 감지하고, 상기 4개의 파라미터값을 기준으로 용접 품질을 사전에 조사한 값을 입력한다.

예를 들면 a1이 특정 범위 내인 경우 용접 품질이 양호한 점을 근거로 아크부의 온도 범위를 특정하여 모니터링할 수 있다.

또한 상기 a3값이 사전에 설정된 범위 이내에서 관리되는 경우 용접 품질이 양호한 점을 근거로 상기 전류 듀티값을 사전에 설정된 범위로 관리될 수 있으며, 상기 a2 역시 동일한 방식으로 관리될 수 있다.

또한, 상기 a4 역시 동일한 방식으로 관리될 수 있다.

그리고 상기 4개의 파라미터와 용접 품질을 관계를 인공지능을 통하여 학습하여 융접을 품질을 관리할 수 있다.

이때 상기 용접 품질은 다수의 단계로 구분되도록 설정할 수 있다. 예를 들면, 아주 불량인 경우 1, 일반적인 불량인 경우 2, 양호한 경우 3, 아주 양호한 경우 4, 최고 양호한 경우 5로 설정하는 5단계의 품질을 기초로 학습을 사전에 수행하여, 실제 품질 관리 시에는 4 단계 이상이 되도록 용접 상태를 실시간으로 관리하는 방식으로 동작시킬 수 있다.

물론 지속적으로 용접 품질에 대한 학습을 수행하고 또한, 필요한 경우 상기 용접 품질을 더욱 자세한 단계로 구분하여 관리할 수도 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 용접 검사 장치를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10: 소재 11: 상부소재
12: 하부소재 15: 아크부
19: 지그 20: 용접부
30: 용접건 31: 토치부
32: 그립부 33: 전극부
40: 센서셋 41: 전류센서
42: 온도센서 60: 2파장 온도센서
90: 제어모듈 100: 용접 검사 장치

Claims (9)

1. 전기 아크 방식의 용접이 연속되어 수행되는 용접부를 실시간으로 용접 품질을 검사하는 용접 검사 장치에 있어서,
   2개로 구분되며 서로 접촉되는 부분에 용접부가 형성되어 접합하는 소재;
   상기 소재와 대응되는 부분에 배치되어 상기 소재의 용접부 중 아크부와 아크를 발생시키고 아크에 의하여 지속적으로 공급되는 용가재가 용융되어 용접부를 형성하는 용접건;
   상기 용접건의 상태를 감지하는 센서셋;
   상기 아크부의 온도를 일정거리 이격된 위치에서 비접촉 방식으로 감지하는 2파장 온도센서; 및
   상기 센서셋과 상기 2파장 온도센서에서 감지된 값을 기초로 용접부의 품질을 판단하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 센서셋은 상기 용접건의 온도를 감지하는 온도센서와 상기 용접건의 전류를 감지하는 전류센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 용접건은 금속부로 이루어진 토치부와 작업자가 그립하는 그립부와 상기 토치부의 끝단에 형성되는 전극을 포함하고, 상기 온도센서는 상기 토치부에 부착되는 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 전류센서는 홀센서인 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 2파장 온도센서는 2개의 다른 파장의 적외선을 인식하는 2개의 적외선센서와 상기 2개의 전외선센서값으로 온도를 산정하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 2개의 적외선의 파장은 0.95㎛ 및 1.05㎛인 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 제어모듈은 2파장 온도센서에서 출력되는 값과 상기 센서셋에서 출력되는 값을 기초로 용접의 품질을 판단하는 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 2파장 온도센서에서 출력되는 아크부의 온도값과 상기 센서셋에서 출력되는 전류값, 듀티값 및 용접건 온도값의 변화와 용접 품질을 사전에 학습하는 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 용접 품질을 사전에 정의된 단계로 구분하고, 구분된 용접 품질에 따라 학습을 진행하는 것을 특징으로 하는 용접 검사 장치.
   

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