WO2011034354A4 - 이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법 - Google Patents

이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법 Download PDF

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WO2011034354A4
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welding
driving force
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김희수
김길호
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주식회사 효성
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    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/08—Seam welding not restricted to one of the preceding subgroups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/06—Resistance welding; Severing by resistance heating using roller electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25—Monitoring devices
    • B23K11/252—Monitoring devices using digital means
    • B23K11/255—Monitoring devices using digital means the measured parameter being a force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/30—Features relating to electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a mobile seam welder, and more particularly, to a mobile seam welder for synchronizing a moving speed of a moving device moving a seam welder and a rotational speed of a top and bottom plate electrodes to each other, and a welding control method thereof.
  • Portable seam welding is one of the electric resistance welding methods and is used for welding seals requiring airtightness, watertightness and oil tightness. Therefore, it is a welding method which is mainly used for continuous welding such as welding of various fuel tanks, welding of carbon steel pipes for pipes, and production of containers and long pipes.
  • FIG. 1 shows a side view of a general mobile seam welder.
  • a movable resistance seam welder 1 is constituted by a welding unit 10 which performs welding with respect to an actual workpiece to be welded.
  • the welding unit 10 is provided with a pair of disk electrodes 11 and 11 'for performing welding by pressurizing current to be welded.
  • a power supplied from the pressing unit 13 and an external power source are transformed to match the welding operation so as to press the workpieces between the disk electrodes 11 and 11' A transformer 14, and the like.
  • the welding unit 10 should be moved along the welding locus of the workpiece. Therefore, the welding unit 10 is constituted with the movable unit 20 together. The welding unit 10 is moved by the movement of the mobile unit 20.
  • the mobile unit 20 may be a multi-joint robot or an automatic transfer device.
  • the welding operation of the movable resistance seam welder 1 having such a configuration is as follows.
  • pressure welding is performed while passing the workpiece between the disk electrodes 11 and 11 '.
  • the disk electrodes 11 and 11 ' are rotated according to the driving of the servomotors 12 and 12' so that the continuous spot welding is repeatedly performed to form a continuous line-shaped welded portion on the workpiece .
  • the welding unit 10 moves along the welding locus by the movement of the moving unit 20, thereby performing the welding operation.
  • the rotational speed of the disk electrodes 11 and 11 'and the moving speed of the mobile unit 20 must be synchronized. If the synchronization is not normally performed, the rotational speed and the moving speed are different from each other. This causes the disc electrodes 11 and 11 'to be slipped with respect to the object to be welded, resulting in a weld defect phenomenon.
  • the diameter of the disk electrodes 11 and 11 ' is measured, and the rotation speed of the disk electrodes 11 and 11' is determined according to the measured outer diameter.
  • the rotation speed of the moving unit 11 'and the moving speed of the mobile unit 20 are synchronized.
  • a kind of controller performs a control operation.
  • the disc electrodes 11 and 11 ' are unevenly worn and oxidized according to the welding operation, or the disc electrodes 11 and 11' are formed by alloying the plate electrodes 11 and 11 ' May vary. For this reason, even if the rotating speed and the moving speed are synchronized with each other in accordance with the control operation of the controller in the above-described method, the disk electrodes 11 and 11 'are deformed, so that a deviation occurs between the actual outer diameter and the measured outer diameter . The generation of the deviation causes an overload of the disk electrodes 11 and 11 'because the disk electrodes 11 and 11' press the workpieces during the welding operation. Therefore, an excessive force is applied to the moving unit 20 and the workpiece, which causes the disk electrodes 11 and 11 'to deviate from the welding locus.
  • the welding operation of the movable seam welder may be controlled by the NC driving method using the auxiliary axis of the robot.
  • the NC driving method using the auxiliary axis of the robot.
  • the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to synchronize the rotational speed of the disk electrode with the moving speed of the mobile unit even if the shape of the disk electrode changes.
  • Another object of the present invention is to perform a welding operation by applying a control method by torque driving selectively when the welding operation of the movable seam welder is controlled by the NC driving method by the auxiliary axis of the robot.
  • a plasma display apparatus comprising: a first electrode and a second electrode that perform welding by pressurizing current to be welded m while moving in a predetermined direction by a moving unit; A first driving unit and a second driving unit for providing a driving force for rotation of the first and second disk electrodes; During the welding operation, only the torque that is resistant to the rotation of the first disk electrode and the second disk electrode is synchronized with the moving speed of the mobile unit and the rotational speed of the first disk electrode and the second disk electrode a first control unit and a second control unit for applying torque to the first and second driving units to control rotation of the first and second driving units.
  • the first control unit and the second control unit may include a first measuring unit for measuring a driving force F1 due to a friction force between the first and second original electrodes and the workpiece m; A second measuring unit for measuring a force (F2) against rotation of the first and second disk electrodes; And a first motor driving force determiner and a second motor driving force determiner for determining the driving force F3 of the first driving unit and the second driving unit such that F1 satisfies a condition that is always greater than F2.
  • the first motor driving force determining unit and the second motor driving force determining unit may include a first torque value measuring unit and a second torque value measuring unit that measure torque values of the first driving unit and the second driving unit; And a frictional force calculating unit that calculates a static frictional force or a kinetic frictional force based on the measured torque values of the first driver and the second driver, wherein the first motor driving force determining unit and the second motor driving force determining unit calculate the frictional force
  • the driving force F3 of the first driving unit and the second driving unit is adjusted so that the force F2 resisting the rotation of the first and second electrode electrodes approaches a value of '0' .
  • a monitoring unit for monitoring a difference between a moving speed of the mobile unit and a rotation speed of the first and second electrode electrodes, wherein the monitor unit monitors the rotation of the first and second electrode electrodes,
  • the first motor driving force determining unit and the second motor driving force determining unit determine again the driving force F3 of the first driving unit and the second driving unit.
  • a method of welding a workpiece to be welded comprising: a first disk electrode and a second disk electrode for performing welding by pressurizing current to be welded m while moving in a predetermined direction by a moving unit; A first measuring step of measuring a driving force F1 due to a frictional force of the first clutch; A second measuring step of measuring a force (F2) against rotation of the first and second disk electrodes; And determining a driving force F3 of the first and second electrode driving units of the first and second electrode plates so that the measured F1 satisfies a condition that is always larger than F2 .
  • the determining of the driving force (F3) of the first driving unit and the second driving unit may include: measuring a torque value of the first driving unit and the second driving unit; Measuring a static frictional force or a kinetic frictional force generated by stopping and driving the first and second disk electrodes according to the measured torque value; And controlling the force (F2) against rotation of the first and second disk electrodes to approach a value of '0' by the measured frictional force.
  • the torque value is measured by rotating the first and second disk electrodes in order to remove a deviation caused by the state of the workpiece m and the states of the first and second disk electrodes. And the average is calculated and provided.
  • the first motor driving force determining unit and the second motor driving force determining unit determine again the driving force F3 of the first driving unit and the second driving unit.
  • a seam welder for performing welding by pressurizing a workpiece (m) fixed while moving in a predetermined direction by a mobile unit is driven by a numerical control (NC) drive by a sub- ; Monitoring the torque of the additional shaft;
  • the sub motor is driven only by a torque that is resistant to the rotation of the disk electrode, thereby synchronizing the moving speed of the moving unit and the linear velocity of the disk electrode, Even if the disc electrode of the seam welder is worn or deformed and its diameter is changed, the slip is prevented and the welding is performed along the predetermined welding locus. That is, it is possible to maintain the constant welding quality even in the case where the diameter of the disk electrode is changed due to abrasion and the disk electrode is torn during use.
  • FIG. 1 is a side view of a general movable seam welder
  • FIG. 2 is a side view showing a welding unit portion of a mobile seam welder according to a preferred embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a block diagram of the upper and lower control units of Fig. 2
  • FIG. 4 is a flowchart showing a welding control method of a movable seam welder according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart of a method of performing seam welding by a sub-axis of a robot according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view showing a welding unit portion of a movable seam welder according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of the upper and lower control unit of FIG.
  • a welding unit 100 is shown, the welding unit 100 being mounted at one end of a mobile unit not shown.
  • the mobile unit will be described by way of example as a robot.
  • the robot itself is fixed and provides a structure in which the welding unit 100 is connected to the robot arm.
  • the welding unit 100 is moved by the robot arm of the mobile unit along the welding locus of the fixed workpiece m to perform seam welding.
  • the welding unit 100 includes an upper disk electrode 101 and a lower disk electrode 101 '(hereinafter also referred to collectively as an electrode) for welding by welding the object m to be welded Respectively.
  • the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101 ' are formed symmetrically with respect to each other.
  • the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101 ' are provided with energizing heads 103 and 103' for supplying current to the disk electrodes 101 and 101 '.
  • the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101 ' are provided with an upper drive shaft 105 and a lower drive shaft 105' for receiving driving force of the servomotor to be described below and driving the electrodes, respectively.
  • a ratchet bearing is mounted on the upper drive shaft 105 and the lower drive shaft 105 'so that the upper servo motor 107 and the lower servo motor 107' transmit power only in one direction. The ratcheting bearing is for speed synchronization with the mobile unit even when the driving force of the upper servo motor 107 and the lower servo motor 107 'is erroneously determined and becomes excessive.
  • a pressing unit 109 for pressing the workpiece m is provided.
  • the pressing unit 109 moves the lower disk electrode 101' toward the upper disk electrode 101 Thereby pressing the workpiece m.
  • the pressure unit 109 is driven by driving the pressure cylinder.
  • the pressing unit 109 is mounted only on the lower disk electrode 101 'because the robotic arm of the robot is fixed to the upper side of the housing surrounding the servomotors 107 and 107' It is difficult to move the upper disk electrode 101. [ Therefore, if a mobile unit having a different structure is used, it is possible to move at least one of the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101 'in the direction in which the workpiece m is positioned.
  • the upper control unit 110 and the lower control unit 120 are connected to the upper servo motor 107 and the lower servo motor 107 '.
  • the configuration of the upper control unit 110 and the lower control unit 120 will be described in detail below.
  • the rotation speed of the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101 ' And synchronizes the moving speed of the mobile unit moving along the welding locus. That is, it prevents slippage between the upper disk electrode 101 'and the lower disk electrode 101' and the workpiece m while driving the movement of the moving unit without a load.
  • the frictional force F1 between the electrode 101 (101 ') and the workpiece (m) must be always larger than the force F2 against the rotation of the electrodes 101 and 101'.
  • F1> F2 it is generally preferable to set the minimum value of 'F2'.
  • the minimum value of 'F2' refers to a value close to '0' because 'F2' is offset. If 'F1' is larger than 'F2', welding failure may occur due to eccentricity, anisotropy, irregular wear state of the electrodes 101 and 101 '.
  • the upper control unit 110 and the lower control unit 120 are driven by the driving force F1 (F1) by the frictional force between the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101 '
  • the first motor driving force determiner 114 and the second motor driving force determiner 114 determine the driving force F3 of the upper servo motor 107 and the lower servo motor 107 'so that the condition' F1 ' 2 motor driving force determination unit 124 are provided. That is, the driving force F3 of the servomotors 107 and 107 'is determined to be driven only by a force resisting the driving of the electrodes 101 and 101' so that slippage does not occur during welding.
  • the first and second motor driving force determiners 114 and 124 determine a frictional force value which can be measured when the electrodes 101 and 101 'are rotated at a welding speed.
  • the frictional force is usually measured by the torque value of the servomotors 107 and 107 '. Therefore, the first and second motor driving force determiners 114 and 124 may include first and second torque value measuring units 115 and 125 'for measuring torque values of the servo motors 107 and 107' And first and second frictional force calculating sections 116 and 126 calculated based on the measured torque values of the servo motors 107 and 107 '.
  • first and second motor driving force determiners 114 and 124, the servo motors 107 and 107 ', and the first and second torque value measuring units 115 and 125 are separately configured in the drawing, It is to be understood that this is merely one embodiment, and that it can be constructed in any other way.
  • the frictional force is divided into a static frictional force and a kinetic frictional force
  • the torque value is measured by a static frictional force when the electrode 101 'is driven in a stationary state, and the electrode 101 ') This motion uses the value measured by the kinetic frictional force.
  • the deviation is a cause of interference with the synchronization. Therefore, in order to remove the deviation, an average of the measured value of the end of the last rotation is measured using a moving average method in a value measured in a predetermined time unit (for example, in 2 ms increments) while the electrode 101 (101 ' .
  • monitoring units 117 and 127 for monitoring the occurrence of slip by detecting a difference between the moving speed of the mobile unit and the rotation speed of the electrodes 101 and 101 '.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a welding control method of a movable seam welder according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the first measuring units 111 and 121 measure the driving force F1 due to the friction between the upper and lower disk electrodes 101 and 101 'and the workpiece m at step s100.
  • the driving force F1 by the frictional force is a value obtained by multiplying the electrode pressing force pressing the workpiece m by the frictional force.
  • the frictional force is determined to be an arbitrary value though it depends on the material of the workpiece m.
  • the second measuring units 113 and 123 are operated under the condition for driving the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101 'without slip during welding, that is, the driving force F1
  • the resistive force F2 is measured in order to satisfy a condition that is always larger than the resistive force F2 that resists rotating the upper and lower disk electrodes 101 and 101 'at step s102.
  • the resistive force F2 does not always have a uniform value and provides a value that varies depending on the wear state and the use time of the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101 '. Accordingly, the second measurement units 113 and 123 drive the upper sub motor 107 and the lower sub motor 107 'to rotate the upper disk electrode 101 and the lower disk electrode 101'
  • the resistance to resist (F2) is measured.
  • the first and second motor driving force determiners 114 and 124 determine whether the driving force F1 by the frictional force is greater than the resistance force F2 It is necessary to determine the motor driving force F3 for driving the sub motors 107 and 107 'to be always in a large condition (s104). That is, the motor driving force F3 should be determined such that the resistance F2 is close to '0' by a force corresponding to the resistance F2.
  • the motor driving force F3 is determined so that the driving force F1 by the frictional force is greater than the resistance force F2 by the first and second motor driving force determiners 114 and 124,
  • the upper sub motor 101 and the lower sub motor 101 ' rotate without resisting the moving force of the mobile unit. This prevents the electrodes 101 (101 ') and the workpiece (m) from slipping, and does not place any load on the movement of the movable unit.
  • the moving speed of the mobile unit is synchronized with the rotational speed of the upper and lower disc electrodes 101 (101 '), and welding is performed along the welding locus (s106).
  • the monitoring units 117 and 127 continuously monitor the rotation speed of the upper and lower disc electrodes 101 and 101 'during operation (s108). According to the monitoring result, it is possible to determine whether a slip has occurred by comparing the rotation speed and the transfer speed of the mobile unit (S110).
  • a driving device for providing a driving torque to the disk electrode is provided, and the driving electrode provides the torque only to a force that resists drive of the disk electrode during welding, Is prevented from being slid against a movement force of the movable unit, thereby preventing a slip phenomenon that may occur between the disk electrode and the workpiece m, and does not place any load on the movement of the movable unit. Welding can be performed without interruption.
  • the seam welding can also be performed by a numerical control (NC) driving method using the auxiliary axis of the robot which is a mobile unit.
  • NC drive numerically controls the rotational speed of the upper and lower disc electrodes 101 and 101 'and the feeding speed of the robot while driving the upper disc electrode 101 and the lower disc electrode 101' This allows seam welding to be performed.
  • FIG. 5 is a flow chart of a method for performing seam welding by a subassembly of a robot according to another embodiment of the present invention.
  • the configuration shown in Fig. 3 will be cited.
  • a welding unit 100 for performing welding by press-energizing a workpiece m fixed while moving in a predetermined direction by a mobile unit is controlled by an NC driving method using a sub-axis of the mobile unit Welding is carried out (s200).
  • the torque of the additional shaft of the mobile unit is monitored (s202).
  • the torque monitoring of the auxiliary shaft compares the deviation of the velocity of the robot with the deviation of the disk electrodes 101 and 101 '.
  • step 206 the NC drive control is converted into torque control, which is the seam welding method, and welding is performed.
  • the overload release time point is a point at which the torque value of the sub motors 107 and 107 'is lower than the predetermined value due to the robot dragging the welding unit 100.
  • the combination of the NC drive control and the torque control method solves the problem caused by the diameter change of the electrode when the seam welding is performed only by the conventional NC drive, and the welding can be performed while maintaining a certain level of quality or more.
  • the present invention synchronizes the velocity of the movable unit and the velocity of the upper and lower disc electrodes in the movable resistance seam welder, thereby preventing the welding defect phenomenon that may occur due to the change of the outer diameter of the disc electrode.
  • control unit is provided in each of the upper and lower servomotors, but a configuration in which the control unit is connected to only one of the upper servo motor and the lower servo motor is also applicable to the present invention . That is, if only the state of the disk electrode rotated by one servo motor is considered, the state of the remaining disk electrodes can be estimated. Therefore, only the driving force of one servo motor is controlled by the control unit, You can.
  • the present invention is applicable to a robot-seam welding apparatus of various shapes, which is developed to carry out welding while moving a seam welding device such as a fuel tank, which performs welding of airtight, watertight, and oily sealing joints, to a moving device such as a robot .

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Abstract

본 발명은 이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 이동식 저항 심용접기에서 이동유닛의 이동속도와 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')의 회전속도를 동기화하기 위한 상부 및 하부 제어유닛 (110)(120)이 구비된다. 상기 상부 및 하부 제어유닛(110)(120)은 상기 상부 및 하부 원판전극(101)(101')과 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정부(111)(121)와, 상기 상부 및 하부 원판전극(101)(101')의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정부(113)(123)와, 측정된 'F1'이 'F2'보다 항상 큰 조건(F1>F2)을 만족하도록 하여 원판전극(101)(101')과 피 용접물(m)사이에 슬립이 발생하지 않도록 상기 상부 및 하부 서보모터(107)(107') 구동력(F3)을 결정하는 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)가 구비된다. 상기 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)는 상기 상/하부 서보모터(107)(107')의 토크값에 의해 산출되는 정지마찰력과 운동마찰력을 기초로하여 상기 상/하부 원판전극(101)(101')의 회전에 저항하는 힘(F2)이 최소의 값을 가지도록 결정한다. 그와 같은 본 발명에 따르면, 원판전극의 외경 변화에도 불구하고, 이동유닛과 원판전극의 속도가 동기화가 되기 때문에, 일정한 용접 품질을 유지할 수 있어 용접 성능이 향상되는 이점이 있다.

Description

이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법
본 발명은 이동식 심용접기에 관한 것으로, 특히 심용접기를 이동시키는 이동장치의 이동속도와 상하 원판전극의 회전속도를 서로 동기화하여 용접을 수행하도록 하는 이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법에 관한 것이다.
이동식 심용접기(seam welding)는 전기저항용접법의 하나로 기밀, 수밀, 유밀을 요하는 이음부의 용접에 이용되고 있다. 그래서 각종 연료탱크의 용접, 배관용 탄소 강관의 용접, 용기 및 긴 파이프 제작 등의 연속적인 용접작업에 주로 사용되고 있는 용접 방식이다.
도 1은 일반적인 이동식 심용접기의 측면 구성도를 도시하고 있다.
도면을 보면, 이동식 저항 심용접기(1)는, 실제 피 용접물에 대해 용접을 수행하는 용접유닛(10)이 구성된다. 상기 용접유닛(10)에는 용접대상인 피 용접물을 가압 통전하여 용접을 하도록 1쌍의 원판전극(11)(11')이 구비된다. 상기 원판전극(11)(11')은 서보모터(12)(12')에 의해 구동된다. 그리고 상기 원판전극(11)(11')의 구동시 그 원판전극(11)(11') 사이에 있는 피 용접물을 가압하도록 가압유닛(13)과 외부에서 제공되는 전원을 용접 구동에 맞게 변압하는 변압기(14) 등이 포함된다.
상기 용접유닛(10)은 상기 피 용접물의 용접 궤적을 따라 이동되어야 한다. 따라서 상기 용접유닛(10)에는 이동유닛(20)이 함께 구성된다. 상기 이동유닛(20)의 이동에 의해 상기 용접유닛(10)이 이동된다. 상기 이동유닛(20)은 다관절로봇 또는 자동이송장치 등을 예로 들수 있다.
그와 같은 구성을 가지는 이동식 저항 심용접기(1)의 용접동작은 다음과 같다.
먼저, 상기 원판전극(11)(11') 사이에 피 용접물을 통과시키면서 가압 통전한다. 아울러 상기 원판전극(11)(11')을 상기 서보모터(12)(12')의 구동에 따라 회전시켜 연속적으로 점 용접이 반복 수행되게 하여 피 용접물에 하나의 연속된 선모양의 용접부를 형성시킨다.
이때, 상기 피 용접물은 별도의 고정기구(미도시)에 고정되어 있기 때문에, 상기 이동유닛(20)의 이동에 의하여 상기 용접유닛(10)이 용접 궤적을 따라 이동하면서 용접 동작을 하게 된다.
한편, 상기 이동식 저항 심용접기(1)를 이용한 용접 동작시에는 상기 원판전극(11)(11')의 회전속도와 이동유닛(20)의 이동속도가 동기화되어야 한다. 만약 동기화가 정상적으로 이루어지지 않으면, 상기 회전속도와 이동속도가 서로 차이가 발생하게 된다. 이는 상기 원판전극(11)(11')과 피 용접물이 서로 슬립(slip)하게 되는 원인이 되어 용접 불량 현상이 발생한다.
따라서, 종래에는 상기 원판전극(11)(11')의 외경을 측정한 다음 그 측정된 외경에 따라 상기 원판전극(11)(11')의 회전속도를 결정하는 방식으로 상기 원판전극(11)(11')의 회전속도와 이동유닛(20)의 이동속도의 동기화를 맞추었다. 이때 일종의 컨트롤러가 제어동작을 수행한다.
하지만, 이 경우 다음과 같은 문제점이 발생한다.
즉, 상기 원판전극(11)(11')은 용접동작에 따라 불균일하게 마모 및 산화되거나 피 용접물의 도금층과 원판전극(11)(11')과의 합금화에 의해 원판전극(11)(11')의 외경이 변화할 수 있다. 이러한 이유로 인해 상술한 방법으로 컨트롤러의 제어동작에 따라 회전속도와 이동속도를 동기화시키더라도, 상기 원판전극(11)(11')이 변형되기 때문에 실제 외경과 측정된 외경 사이에는 편차가 발생하게 된다. 상기 편차 발생은 용접 동작시 상기 원판전극(11)(11')이 상기 피 용접물을 가압하고 있는 상태이기 때문에 상기 원판전극(11)(11')의 과부하를 발생시키게 된다. 따라서 상기 이동유닛(20) 및 피 용접물에 무리한 힘이 작용되어, 상기 원판전극(11)(11')이 용접 궤적을 이탈하게 되는 원인을 초래한다.
또 상기 원판전극(11)(11')과 피 용접물 사이에 슬립(slip)현상이 나타나기 때문에, 용접의 통전전류의 흐름과 발열상태에 영향을 줌으로서, 용접 불량으로 인하여 피 용접물이 기밀유지가 되지 못하는 현상이 발생한다.
또 종래 기술의 이동식 저항 심용접기(1)는 피 용접물이 2차원, 3차원상의 곡면을 갖는 경우, 곡면의 안쪽과 바깥쪽은 서로 다른 반경을 갖게 되고 피 용접물 자체도 공차를 갖게 된다. 그래서 이 경우에는 전극 공차가 적은 제품, 저속용접, 2차원 평면 등과 같은 극히 제한적인 피 용접물에만 적용이 가능하다. 즉 3차원 형상의 용접 궤적의 피 용접물에 대해서는 안정적인 용접 품질을 기대할 수 없는 것이다.
그리고, 이동식 심 용접기의 용접동작을 로봇의 부가축에 의한 NC 구동방식으로 제어하는 경우도 있다. 하지만 이 경우, 누적된 편차 값으로 인해 용접이 불량하게 되는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원판전극의 형상이 변경되어도 원판전극의 회전속도와 이동유닛의 이동속도를 동기화시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이동식 심 용접기의 용접동작을 로봇의 부가축에 의한 NC 구동방식으로 제어하는 경우, 선택적으로 토크(torque) 구동에 의한 제어방법을 적용하여 용접 동작을 수행하도록 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극; 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전을 위한 구동력을 제공하는 제 1 구동부 및 제 2 구동부; 그리고 용접 작업이 수행되는 도중, 상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도를 동기화하도록 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘 만큼만 토크(torque)를 가하여 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 회전을 제어하는 제 1 제어유닛 및 제 2 제어유닛을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 제어유닛 및 제 2 제어유닛은, 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정부; 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정부; 상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 결정하는 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는, 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 토크값을 측정하는 제 1 토크값 측정부 및 제 2 토크값 측정부; 상기 측정된 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 토크값에 의해 정지마찰력 또는 운동마찰력을 산출하는 마찰력 산출부를 포함하여 구성하고, 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는 상기 마찰력 산출부에 의해 산출된 마찰력에 의해 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)이 '0(zero)' 값에 근접하도록 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도와의 차이를 감시하는 모니터링부를 더 포함하고, 상기 모니터링부의 감시결과, 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도에 차이가 발생하면 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 다시 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동축에는 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부에 의해 정해진 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)이 과대하게 결정된 경우에도 상기 이송유닛의 속도가 일정하게 유지되도록 한 방향만으로 동력을 전달할 수 있는 라체트(ratchet) 베어링이 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정단계; 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정 단계; 그리고 측정된 상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1 원판전극과 제 2 원판전극의 전극 구동용 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 결정하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)은, 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부를 구동하여 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3) 결정 단계는, 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 토크 값을 측정하는 단계; 상기 측정된 토크 값에 의해 상기 제 1 원판전극과 제 2 원판전극의 정지 및 구동시에 발생하는 정지마찰력 또는 운동마찰력을 측정하는 단계; 상기 측정된 마찰력에 의해 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)이 '0(zero)' 값에 근접하도록 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 토크 값 측정은 상기 피 용접물(m)과 상기 제 1, 제 2 원판전극의 상태에 따라 발생하는 편차를 제거하기 위해 상기 제 1, 제 2 원판전극을 회전시키면서 소정 시간 단위로 측정한 값의 평균을 산출하여 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도와의 차이를 감시하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도에 차이가 발생하면 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부가 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 다시 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 심 용접기를 상기 이동유닛의 부가축에 의한 NC(numerical control) 구동방식으로 제어하는 단계; 상기 부가축의 토크를 감시하는 단계; 상기 감시결과 상기 심 용접기의 제 1, 제 2 구동부의 토크 값이 기 설정된 기준 값을 초과하면, 상기 피 용접물(m)을 가압 통전하면서 용접을 수행하는 제 1, 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)이 상기 제 1, 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1, 제 2 원판전극의 전극 구동용 제 1, 제 2 구동부의 구동력(F3)을 결정하여 토크 구동방식으로 변환하는 단계; 상기 토크 구동방식으로 용접을 수행하는 단계; 그리고 상기 토크 구동방식으로 용접 수행중, 상기 제 1, 제 2 구동부의 토크 값이 기 설정된 기준 값 이하가 되면 상기 NC 구동방식으로 다시 변환하여 용접을 계속 수행하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 이동식 심 용접기의 용접시 원판전극의 회전에 저항하는 힘만큼만 토크를 가하여 서브모터를 구동시켜 이동유닛의 이동속도와 용접 동작을 실제 수행하는 원판전극의 선속도를 동기화시키고 있어, 심 용접기의 원판전극이 마모되거나 변형되어 그 직경이 변화된 경우에도, 슬립이 방지되어 정해진 용접 궤적을 따라 용접을 수행하게 된다. 즉, 원판전극의 마모에 의한 직경의 변화와 사용중 원판전극이 타원화되는 상황에서도 일정한 용접 품질을 유지할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또 이동식 심 용접기를 로봇의 부가축으로 하여 NC 제어를 하는 경우에도 정해진 시점에 토크 구동방식으로 용접을 수행할 수 있어, NC 제어에 따른 용접 구동시에 발생하는 편차의 제거가 가능하여 용접불량 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 이동식 심용접기의 측면 구성도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 심용접기의 용접유닛 부분을 도시한 측면도
도 3은 도 2의 상부 및 하부 제어유닛의 블록 구성도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 심용접기의 용접 제어방법을 보인 흐름도
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 로봇의 부가축에 의해 심 용접을 수행하는 방법의 흐름도
이하, 본 발명에 의한 이동식 심용접기 및 그 용접 제어방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 심용접기의 용접유닛 부분을 도시한 측면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 상하부 제어유닛의 블록 구성도가 도시되어 있다.
도 2를 보면, 용접유닛(100)이 도시되어 있는데, 상기 용접유닛(100)은 도시하고 있지 않은 이동유닛의 일단에 장착된다. 본 실시 예에서는 상기 이동유닛은 로봇(robot)을 예를 들어 설명하기로 한다. 물론 상기 로봇은 그 자체는 고정된 상태이고, 로봇 팔에 상기 용접유닛(100)이 연결된 구조를 제공한다. 따라서 이동유닛의 로봇팔에 의해 상기 용접 유닛(100)은 고정된 피 용접물(m)과의 용접 궤적을 따라 이동하면서 심 용접을 수행하는 것이다.
상기 용접유닛(100)은, 용접대상인 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 하는 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')(이하, 전극이라 통칭하여 설명하는 부분도 있음)을 구비한다. 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')은 서로 대칭되게 형성된다. 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')에는 그 원판전극(101)(101')에 전류를 공급하는 통전 헤드(103)(103')가 장착된다.
상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')에는 아래에서 설명될 서보모터의 구동력을 전달받아 전극을 구동시키기 위한 상부 구동축(105) 및 하부 구동축(105')이 각각 설치된다.
상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')의 회전을 위한 구동력을 제공하는 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')가 구비된다. 상기 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')는 상기 상부 구동축(105) 및 하부 구동축(105')의 일단과 타이밍벨트(106)로 각각 연결된다. 상기 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')에는 미도시하고 있는 감속기가 장착된다. 또, 상부 구동축(105) 및 하부 구동축(105')에는 상기 상부 서보모터(107)와 하부 서보모터(107')가 한 방향으로만 동력을 전달하도록 라체트(ratchet) 베어링이 장착된다. 상기 라체트 베어링은 상기 상부 서보모터(107)와 하부 서보모터(107')의 구동력이 잘못 결정되어 과대하게 될 경우에도 상기 이동유닛과의 속도 동기화를 위한 것이다.
피 용접물(m)을 가압하기 위한 가압유닛(109)이 구비된다. 상기 가압유닛(109)은 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101') 사이에 피 용접물(m)이 위치하면 상기 하부 원판전극(101')을 상부 원판전극(101) 방향으로 이동시켜 피 용접물(m)을 가압한다. 상기 가압유닛(109)은 가압 실린더의 구동에 의해 구동된다. 한편, 상기 하부 원판전극(101')측에만 가압유닛(109)이 장착되는 것은 상기 서보모터(107)(107')를 둘러싸고 있는 하우징의 상부측에 상기 로봇의 로봇팔이 고정되어 있어, 구조적으로 상기 상부 원판전극(101)를 이동시키기 어렵기 때문이다. 따라서 다른 구조의 이동유닛을 사용한다면, 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101') 중 적어도 어느 하나를 가압시켜 피 용접물(m)이 위치한 방향으로 이동시키는 것이 가능하다.
상기 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')에는 상부 제어유닛(110)과 하부 제어유닛(120)이 연결된다. 상기 상부 제어유닛(110)과 하부 제어유닛(120)의 구성은 아래에서 자세하게 설명하되, 기본적으로 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')의 회전속도와 상기 피 용접물(m)의 용접 궤적을 따라 이동하는 이동유닛의 이동 속도를 동기화시키는 역할을 수행한다. 즉 상기 상부 원판전극(101') 및 하부 원판전극(101')과 피 용접물(m)과의 슬립(slip)을 방지하면서 상기 이동유닛의 이동에 부하를 주지않고 구동시키는 것이다. 다시 말하면, 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101') 사이에 피 용접물(m)이 가압된 상태에서 용접이 이루어질 때 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')이 피 용접물(m)에서 미끄러지지 않고 회전되도록 하는 것이다.
한편, 상술한 전극의 회전속도와 이동유닛의 이동속도의 동기화는 다음과 같은 조건이 요구된다.
즉, 상기 전극(101)(101')의 회전에 저항하는 힘(F2)보다 상기 전극(101)(101')과 피 용접물(m)과의 마찰력(F1)이 항상 크게 되어야 한다. 이 조건(F1>F2)을 만족하기 위해서는 일반적으로 'F2'가 최소의 값을 가지도록 하는 것이 좋다. 이와 같은 'F2'의 최소의 값은 'F2'가 상쇄되어 '0(Zero)'에 근접한 값을 말한다. 만약 'F2' 보다 'F1'이 더 크게 되면, 상기 전극(101)(101')의 편심, 타원화, 불규칙한 마모 상태 등에 의해 용접 불량이 발생할 수 있다.
그와 같이 전극의 회전속도와 이동유닛의 이동속도의 동기화를 위해 제공되는 상부 제어유닛(110) 및 하부 제어유닛(120)의 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3을 살펴보면, 상기 상부 제어유닛(110)과 하부 제어유닛(120)은 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제1 측정부(111)(121)와, 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정부(113)(123)가 구비된다. 그리고 상기 'F1'이 'F2'보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 상부 서보모터(107) 및 하부 서보모터(107')의 구동력(F3)을 결정하는 제 1모터구동력 결정부(114) 및 제 2모터구동력 결정부(124) 가 구비된다. 즉 상기 서보모터(107)(107')의 구동력(F3)은 용접시에 슬립이 발생하지 않도록 상기 전극(101)(101') 구동에 저항하는 힘 만큼만 구동되게 결정된다.
상기 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)는, 상기 전극(101)(101')을 용접속도에 맞게 회전시킬 때 측정 가능한 마찰력 값을 가지고 결정한다. 상기 마찰력은 통상 상기 서보모터(107)(107')의 토크 값에 의해 측정된다. 그렇기 때문에, 상기 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)는 상기 서보모터(107)(107')의 토크 값을 측정하는 제 1 및 제 2 토크값 측정부(115)(125)와, 상기 측정된 서보모터(107)(107')의 토크 값에 의해 산출되는 제 1 및 제 2마찰력 산출부(116)(126)를 구비한다. 도면에서는 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124), 서보모터(107)(107'), 제 1 및 제 2 토크값 측정부(115)(125)가 각각 별도로 구성되고 있지만, 이는 하나의 실시 예에 불과하고, 다른 방법으로도 얼마든지 구성할 수 있음은 물론이다. 여기서, 상기 마찰력은 정지마찰력과 운동마찰력으로 구분되기 때문에, 상기 토크 값은 상기 전극(101)(101')이 정지상태에서 구동할 경우에는 정지마찰력에 의해 측정되고, 상기 전극(101)(101')이 구동시에는 운동마찰력에 의해 측정된 값을 사용한다.
한편, 상기 서보모터(107)(107')의 토크 값은 상기 피 용접물(m)과 전극(101)(101')의 상태에 따라 편차가 발생한다. 상기 편차는 상기 동기화를 방해하는 원인이다. 그렇기 때문에, 상기 편차를 제거하기 위해 상기 전극(101)(101')을 회전시키면서 소정 시간단위(예컨대, 2㎳ 단위)로 측정한 값에서 최종 회전 종료 1바퀴 측정값의 평균을 이동평균법을 사용하여 산출하여 적용하도록 한다.
상기 이동유닛의 이동속도와 상기 전극(101)(101')의 회전속도와의 차이를 파악하여 슬립 발생 여부를 감시하는 모니터링부(117)(127)가 구비된다.
이어 상기한 구성을 가지는 이동식 심용접기의 동작상태를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 심용접기의 용접 제어방법을 보인 흐름도이다.
먼저, 제 1 측정부(111)(121)는 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')과 피 용접물(m) 사이의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정한다(s100). 상기 마찰력에 의한 구동력(F1)은 상기 피 용접물(m)을 가압하고 있는 전극 가압력과 마찰력을 곱셈 연산한 값이다. 여기서 상기 마찰력은 상기 피 용접물(m)의 재질에 따라 다르지만, 임의의 값으로 정해졌다고 가정한다.
그 상태에서, 제 2 측정부(113)(123)는 용접 작업시 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')을 슬립(slip)없이 구동시키기 위한 조건, 즉 구동력(F1)이 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')을 회전시키는데 저항하는 저항력(F2)보다 항상 큰 조건을 만족시키기 위해 상기 저항력(F2)을 측정한다(s102). 상기 저항력(F2)은 항상 일률적인 값을 가지지 않고, 상기 상부 원판전극(101) 및 하부 원판전극(101')의 마모상태나 사용시간에 따라 달라진 값을 제공한다. 따라서 상기 제 2 측정부(113)(123)는 상기 상부 서브모터(107) 및 하부 서브모터(107')를 구동시켜 대응하는 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')의 회전에 저항하는 저항력(F2)을 측정한다.
일단, 상기 마찰력에 의한 구동력(F1)과 저항력(F2)이 산출되면, 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)는 상기 마찰력에 의한 구동력(F1)이 상기 저항력(F2)보다 항상 큰 조건이 되도록 서브모터(107)(107')를 구동시키기 위한 모터 구동력(F3)을 결정하여야 한다(s104). 즉 상기 모터 구동력(F3)은 상기 저항력(F2)에 대응하는 힘으로 상기 저항력(F2)이 '0'에 근접한 값이 되도록 결정되어야 한다.
상기 모터 구동력(F3)은 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')이 상기 상부 서브모터(107) 및 하부 서브모터(107)'의 구동에 의해 정해진 용접속도로서 구동될 때, 정지 마찰력과 운동 마찰력을 기초로 하여 결정된다. 이때 상기 정지 마찰력과 운동 마찰력은 상기 상부 서브모터(107) 및 하부 서브모터(107')의 토크 값에 의해 측정된다.
그와 같이 상기 마찰력에 의한 구동력(F1)이 상기 제 1 및 제 2 모터구동력 결정부(114)(124)에 의해 상기 저항력(F2)보다 큰 조건이 되도록 모터 구동력(F3)이 결정되면, 상기 상부 서브모터(101) 및 하부 서브모터(101')는 상기 이동유닛이 이동하는 이동력에 저항하지 않고 회전하게 된다. 그렇게 되면, 전극(101)(101')과 피 용접물(m)과의 슬립이 방지되고, 또 상기 이동유닛의 이동에 부하를 주지 않게 된다. 결국 이동유닛의 이동속도와 상, 하부 원판전극(101)(101')의 회전속도의 동기화가 되어, 용접 궤적을 따라 용접이 이루어지게 된다(s106).
여기서, 상기 모터 구동력(F3)의 토크 값이 잘못 측정되면 상기 전극(101)(101')의 구동력에 의해 상기 이동유닛이 끌려가는 현상이 발생한다. 이는 이동유닛의 이송속도와 상기 상,하부 원판전극(101)(101')의 회전속도에 차이가 발생하기 때문이다. 하지만, 이러한 문제는 상기 서브모터(107)(107') 측에 장착된 라체트 베어링에 의해 해결될 수 있다. 즉, 상기 라체트 베어링은 상기 모터 구동력(F3)이 정해진 값보다 과대하게 되더라도 상기 이동유닛을 미는 방향으로 힘을 받는 경우를 제거할 수 있기 때문이다.
한편, 용접도중, 상기 모니터링(117)(127)부는 구동중인 상기 상,하부 원판전극(101)(101')의 회전속도를 계속 감시한다(s108). 상기 감시결과에 따라 상기 회전속도와 상기 이동유닛의 이송속도와의 비교에 의해 슬립 발생 여부의 판단이 가능하다(s110).
상기 판단 결과 슬립 현상이 발생하면, 즉, 마찰력에 의한 구동력(F1)이 저항력(F2)보다 작게 되는 경우이며, 따라서 제 104 단계로 복귀하여 상기 모터 구동력(F3)을 다시 결정하여, 슬립 현상이 발생하지 않도록 한다. 만약 슬립 현상이 발생하지 않으면 용접은 계속 수행된다(s112).
이와 같은 본 실시 예에서는 원판전극에 구동 토크를 제공하는 구동장치를 설치하고, 용접 중 원판전극의 구동에 저항하는 힘만큼만 상기 구동장치로 하여금 토크를 제공함으로써, 상기 원판전극은 이동유닛(즉 로봇)이 이동하는 이동력에 저항하지 않고 회전하게 되어 원판전극과 피 용접물(m) 사이에 발생할 수 있는 슬립 현상을 방지하고, 또한 이동유닛의 이동에 부하를 주지 않기 때문에, 이동유닛의 이동 궤적을 방해하지 않으면서 용접을 수행할 수 있다.
다음에는 본 발명의 다른 실시 예를 도 5를 통해 살펴보기로 한다.
상술한 바와 같이 심 용접은 이동유닛인 로봇의 부가축에 의한 NC(numerical control) 구동방법으로도 가능하다. NC 구동은 상기 상부 원판전극(101)과 하부 원판전극(101')을 구동하면서 상기 상,하부 원판전극(101)(101')의 회전속도와 로봇의 이송속도를 수치적으로 제어하는 것이고, 이를 통해 심 용접을 수행할 수 있다.
하지만, NC 구동에 의한 심 용접시에도 상술한 바 있는 문제점이 발생할 수 있다. 즉, 원판전극(101)(101')의 외경 변화로 인해 용접 불량이 발생할 수 있는 것이다.
이를 해결하기 위한 방안을 도 5의 흐름도에 도시하고 있다. 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 로봇의 부가축에 의해 심 용접을 수행하는 방법의 흐름도이다. 도 5의 설명시, 도 3에 도시된 구성을 인용하여 설명한다.
도 5를 보면, 먼저 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 용접 유닛(100)를 상기 이동유닛의 부가축에 의한 NC 구동방식으로 제어하여 용접을 수행한다.(s200).
그 상태에서 상기 이동유닛의 부가축의 토크를 감시한다(s202). 상기 부가축의 토크 감시는 상기 로봇의 속도 편차와 원판전극(101)(101')의 편차를 비교하는 것이다.
제 204 단계에서의 감시결과, 상기 부가축의 토크 값이 기 설정된 기준값 보다 작으면 상기 NC 구동방식으로 용접을 계속 수행한다. 반면, 상기 부가축의 토크 값이 상기 기준값보다 크게 되면, 용접 불량이 발생한다. 그렇기 때문에 이 경우에는 제 206 단계와 같이 상기 NC 구동제어에서 상술한 심 용접방식인 토크 제어로 변환하여 용접을 수행한다.
상기 토크 구동방식으로 용접을 계속 수행하다가, 제 208 단계와 같이 상기 과부하가 해소되면, 제 210 단계에서는 NC 구동방식으로 변환하여 용접 동작을 계속 수행한다. 여기서 상기 과부하 해소 시점은 상기 로봇이 용접유닛(100)을 끌고 가는 현상에 의해 서브모터(107)(107')의 토크 값이 정해진 값보다 적게 나오는 시점이다.
이러한 NC 구동제어와 토크 제어방식을 병행하면, 종래 NC 구동만으로 심용접을 수행했을 때 전극의 직경 변화 등으로 인해 발생하는 문제점을 해결할 수 있어, 일정 수준이상의 품질을 유지하면서 용접을 할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 이동식 저항 심 용접기에서 이동유닛의 속도와 상부 및하부 원판전극의 속도를 동기화하고 있어, 원판전극의 외경 변화로 발생할 수 있는 용접 불량 현상을 방지하게 된다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
즉, 본 발명의 실시 예에서는 제어유닛이 상부 및 하부 서보모터에 각각 구비되는 것으로 설명되고 있지만, 상기 제어유닛이 상부 서보모터 또는 하부 서보모터 중 하나에만 연결되는 구성도 본 발명에 적용할 수 있다. 즉 하나의 서보모터에 의해 회전하는 원판전극의 상태만을 고려하게 되면 나머지 원판전극의 상태도 추측할 수 있기 때문에, 이를 기초로 하여 하나의 서보모터의 구동력만을 제어유닛이 제어하여 심 용접을 수행할 수 있는 것이다.
연료탱크와 같이 기밀, 수밀, 유밀을 요하는 이음부의 용접을 수행하는 심 용접장치를 로봇 등과 같은 이동장치로 이동하면서 용접이 이루어지도록 개발되는 각종 형상의 로봇-심(ROBOTSEAM) 용접장치에 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극;
    상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전을 위한 구동력을 제공하는 제 1 구동부 및 제 2 구동부; 그리고
    용접 작업이 수행되는 도중, 상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도를 동기화하도록 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘 만큼만 토크(torque)를 가하여 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 회전을 제어하는 제 1 제어유닛 및 제 2 제어유닛을 포함하여 구성되는 이동식 심 용접기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 제어유닛 및 제 2 제어유닛은,
    상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정부;
    상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정부;
    상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 결정하는 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는,
    상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 토크값을 측정하는 제 1 토크값 측정부 및 제 2 토크값 측정부; 그리고
    상기 측정된 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 토크값에 의해 정지마찰력 또는 운동마찰력을 산출하는 마찰력 산출부를 포함하여 구성하고,
    상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는 상기 마찰력 산출부에 의해 산출된 마찰력에 의해 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)이 '0(zero)' 값에 근접하도록 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 결정하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도와의 차이를 감시하는 모니터링부를 더 포함하고,
    상기 모니터링부의 감시결과, 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도에 차이가 발생하면 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부는 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 다시 결정하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동축에는 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부에 의해 정해진 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)이 과대하게 결정된 경우에도 상기 이송유닛의 속도가 일정하게 유지되도록 한 방향만으로 동력을 전달할 수 있는 라체트(ratchet) 베어링이 장착되어 구성됨을 특징으로 하는 이동식 심 용접기.
  6. 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)을 측정하는 제 1 측정단계;
    상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)을 측정하는 제 2 측정 단계; 그리고
    측정된 상기 F1이 상기 F2보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1 원판전극과 제 2 원판전극의 전극 구동용 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 결정하는 단계를 포함하여 수행하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)은, 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부를 구동하여 측정하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3) 결정 단계는,
    상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 토크 값을 측정하는 단계;
    상기 측정된 토크 값에 의해 상기 제 1 원판전극과 제 2 원판전극의 정지 및 구동시에 발생하는 정지 마찰력 또는 운동 마찰력을 측정하는 단계; 그리고
    상기 측정된 마찰력에 의해 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)이 '0(zero)' 값에 근접하도록 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 토크 값 측정은,
    상기 피 용접물(m)과 상기 제 1, 제 2 원판전극의 상태에 따라 발생하는 편차를 제거하기 위해 상기 제 1, 제 2 원판전극을 회전시키면서 소정 시간 단위로 측정한 값의 평균을 산출하여 제공하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 이동유닛의 이동속도와 상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도와의 차이를 감시하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 원판전극 및 제 2 원판전극의 회전속도에 차이가 발생하면 상기 제 1 모터구동력 결정부 및 제 2 모터구동력 결정부가 상기 제 1 구동부 및 제 2 구동부의 구동력(F3)을 다시 결정하는 것을 특징으로 하는 이동식 심 용접기의 용접방법.
  11. 이동유닛에 의해 소정 방향으로 이동하면서 고정된 피 용접물(m)을 가압 통전하여 용접을 수행하는 심 용접기를 상기 이동유닛의 부가축에 의한 NC(numerical control) 구동방식으로 제어하는 단계;
    상기 부가축의 토크를 감시하는 단계;
    상기 감시결과 상기 심 용접기의 제 1, 제 2 구동부의 토크 값이 기 설정된 기준 값을 초과하면, 상기 피 용접물(m)을 가압 통전하면서 용접을 수행하는 제 1, 제 2 원판전극과 상기 피 용접물(m)과의 마찰력에 의한 구동력(F1)이 상기 제 1, 제 2 원판전극의 회전에 저항하는 힘(F2)보다 항상 큰 조건을 만족하도록 상기 제 1, 제 2 원판전극의 전극 구동용 제 1, 제 2 구동부의 구동력(F3)을 결정하여 토크 구동방식으로 변환하는 단계;
    상기 토크 구동방식으로 용접을 수행하는 단계; 그리고
    상기 토크 구동방식으로 용접 수행중, 상기 제 1, 제 2 구동부의 토크 값이 기 설정된 기준 값 이하가 되면 상기 NC 구동방식으로 다시 변환하여 용접을 계속 수행하는 단계를 포함하여 구성되는 이동식 심 용접기의 용접방법.
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