WO2017047898A1 - 미그 용접 시스템 - Google Patents

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WO2017047898A1
WO2017047898A1 PCT/KR2016/004505 KR2016004505W WO2017047898A1 WO 2017047898 A1 WO2017047898 A1 WO 2017047898A1 KR 2016004505 W KR2016004505 W KR 2016004505W WO 2017047898 A1 WO2017047898 A1 WO 2017047898A1
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WO
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slag
welding
temperature region
vision module
low temperature
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Application number
PCT/KR2016/004505
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English (en)
French (fr)
Inventor
조영태
이창제
정윤교
정영철
Original Assignee
창원대학교 산학협력단
베스트에프에이 주식회사
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0956—Monitoring or automatic control of welding parameters using sensing means, e.g. optical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0014—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiation from gases, flames
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J2005/0077—Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J2005/106—Arrays

Definitions

  • the present invention relates to a mig welding system, and more particularly, to a mig welding system capable of efficiently identifying the position of a fixed slag.
  • arc welding is one of welding methods for generating an electric arc and melting the base metal with a heat source to perform welding.
  • inert gas arc welding among various arc welding methods is a method of welding while inert gas is supplied from a torch to a welding part through a nozzle in order to weld a special welded part with air.
  • inert gas argon or helium is used as the inert gas
  • tungsten rod or metal rod is used as the electrode.
  • This inert gas arc welding method is also called shielded arc welding, and is classified into two methods of using a heat source by tungsten arc in an inert gas atmosphere and a heat source by metal arc. In other words, there are non-consumable and non-melting types that do not melt depending on the electrode used as the heat source.
  • the non-consumable type is referred to as shielded inert gas tungsten arc welding or TIG welding because it uses a tungsten electrode
  • the consumption type uses inert gas arc welding or MIG since a long core wire filler metal is used. (MIG) is called welding method.
  • pure Ar gas welding is beneficial in many respects, such as no use of greenhouse gases, saving valuable metals, improving the appearance of welds, and improving the sanitary environment of the welding station.
  • the MIG welding method has the advantage of higher efficiency than the TIG welding method.
  • slag and fume which are oxides, are inevitably generated during the welding process, the coating caused by slag adhesion is performed. Poor sex is a big problem.
  • FIG. 1 is a conceptual view schematically illustrating a general MIG welding apparatus
  • FIG. 2 is a partial cutaway cross-sectional view illustrating an enlarged torch tip of the general MIG welding apparatus.
  • a general MIG welding apparatus includes a torch 30, a wire feeder 20, a power supply 10, and the like.
  • One electrode of the power supply device 10 is connected to the base material M by a welding cable, and the other electrode is connected to a welding tip 32 provided at the tip of the torch 30 to connect the center of the welding tip 32. Electricity is applied to the penetrating wire 25.
  • the wire 25 functions not only as a filler in the welding circuit but also as an electrode constituting the welding circuit. That is, the torch 30 can generate an arc between the base material M and the wire 25 by applying electricity to the wire 25 while using an inert gas as a protective gas.
  • the wire 25 made of a material similar to the base material M is alloyed while filling the molten portion, thereby performing welding.
  • the wire 25 is continuously supplied to the torch 30 by a wire feeder 20 including a wire spool 21, a feeding motor, a roller, and the like.
  • the torch 30 has a nozzle 31 formed at the tip thereof, a welding tip 32 is built in the center of the nozzle 31, and a wire 25 is transferred to the center of the welding tip 32. .
  • the MIG welding can be applied to most metals, and a wide range of welding is possible, and compared to other welding methods, it has the advantage that a clean bead appearance can be obtained. It is widely used in industrial sites that require continuous welding.
  • the fixed base metal slag on the bead containing components such as FeO, SiO 2 , MnO, etc. generated during the welding process is a factor that inhibits welding automation.
  • the slag generation rate is less than that of other welding methods, the fixed slag generated once is classified as a defect and must be manually removed after confirmation by the human eye in the post-treatment process.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a mig welding system that can efficiently check the position of the fixed slag is fixed, the slag generated during the welding process.
  • the present invention comprises the steps of operating the vision module and the welding device; An infrared thermal imager connected to the vision module to take a thermal image of a welding unit, convert the image into an image signal, and transmit the image to a vision module; Detecting whether slag is generated through the vision module; Determining whether the detected slag is stuck when slag is detected through the vision module; And if it is determined that the detected slag is fixed, calculating a coordinate value by analyzing the position of the slag.
  • the MIG welding system includes a base material (M) to be welded, the base material (M) is a low temperature region where the solidification of the molten pool proceeds;
  • the MIG welding system is located adjacent to the low temperature region and includes a high temperature region in a molten pool state.
  • the present invention may further include determining whether the detected slag is fixed, defining a low temperature region having a predetermined temperature lower than the high temperature region, and determining whether a distance between the low temperature region and the slag is less than or equal to a predetermined interval. It provides a MIG welding system comprising the step.
  • the present invention provides a mig welding system for continuously photographing the weld through the infrared thermal imaging camera and transmitting an image signal to the vision module when the slag is not detected.
  • the present invention also provides a mig welding system for continuously photographing the weld through the infrared thermal imaging camera and transmitting an image signal to the vision module when the slag is not fixed.
  • a low temperature region which is lower than a certain temperature than the high temperature region is defined, and then, it is determined whether the distance between the low temperature region and the slag is less than a predetermined interval.
  • the operator can confirm the position of the stuck slag which is not visually confirmed through the calculated coordinate values.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a general MIG welding apparatus.
  • FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view showing a torch tip in a general MIG welding apparatus.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a MIG welding system according to the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a vision module 150 according to the present invention.
  • FIG 5 is an enlarged partial cross-sectional view of the torch tip in the MIG welding system according to the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of checking the position of the fixed slag through the infrared thermal imaging camera.
  • FIG. 7 and 8 are schematic views for explaining whether the slag is fixed in the mig welding system according to the present invention.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, of course, the first component mentioned below may be a second component within the technical spirit of the present invention.
  • spatially relative terms below “, “ beneath “, “ lower”, “ above “, “ upper” It can be used to easily describe a component's correlation with other components. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of components in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a component shown in the drawing, a component described as “below” or “beneath” of another component may be placed “above” the other component. Can be. Thus, the exemplary term “below” can encompass both an orientation of above and below. The components can be oriented in other directions as well, so that spatially relative terms can be interpreted according to the orientation.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a MIG welding system according to the present invention.
  • the MIG welding system 100 includes a welding power source 110 having a power supply circuit; A wire feeder 120 connected to the welding power supply to supply a wire 125; A torch 130 which pulls the wire 125 supplied from the wire feeder and supplies the same to the welding part; An infrared thermal camera (140) for photographing the weld; And a vision module 150 having a program for receiving and processing a captured image of the infrared thermal camera.
  • the infrared energy emitted by the non-metal-bonded slag generated at the time of welding utilizes lower than that of the molten metal pool. That is, when the welding portion is photographed through the infrared thermal imaging camera 140, the infrared energy is generated differently according to the properties of the welding portion, and the generated non-metal-bonded slag is lower than the surrounding molten pool, and thus, from the isotherm of the temperature data. Slag can be detected.
  • the infrared thermal imaging camera 140 transmits the image captured by the infrared temperature sensing of the welder to the vision module 150, wherein the vision module 150 is based on the image signal obtained from the slag.
  • the presence and location coordinate values are read.
  • the vision module 150 is applied to the machine vision system (Machine Vision System) that can be applied to the automation by measuring the three-dimensional physical quantity by applying the imaging technology.
  • Machine vision systems which are widely known in the industrial field, take a product with a visible light camera in place of an inaccurate human eye, transfer it to a computer, and analyze it with vision software to visually distinguish product defects.
  • the conventional machine vision system is limited to products that have been processed such as image data collection, analysis, and defect reading, such as welding, so that defects such as slag generated during welding may be read even if the system is applied to a mig welding apparatus. And it is used only for the purpose of screening, there is still a problem that if the weld is completely cooled, the already fixed slag removal must proceed separately through post work.
  • the vision module 150 applied to the welding device of the present invention during the welding process by receiving and analyzing in real time the image of the thermal imaging camera 140 continuously photographed the welding process from the start to the end of the welding process Allows to detect the occurring slag immediately.
  • the vision module 150 is based on a control PC with a built-in program, and acquires an image captured by the infrared thermal imaging camera 140 by the built-in program and performs vision processing thereon. Through this, it is detected whether or not the position of the slag generation of the weld.
  • the program embedded in the vision module 150 may include a LabVIEW, which is a graphics-based programming language, for receiving and analyzing a captured image of the infrared thermal camera 140.
  • the LabVIEW program is a control instrumentation language made by National Instruments, and it is called a virtual instrument because it can be configured to look like a real device on a computer, and it is a text-based programming language such as Basic or C-language. Is sometimes called a graphical programming language because it is programmed to create a diagram.
  • the program of the vision module 150 is not limited to the LabVIEW S / W.
  • the vision module 150 may perform vision processing on the image captured by the infrared camera 140 through a LabVIEW program, and the operator may automatically control the series of tasks.
  • the algorithm defined by is configured on the basis of a PC to be stored.
  • the operator operates the vision module 150 to execute the lab program before starting the welding process, and inputs the operator's command and data to the vision module by the lab program to monitor and weld the weld part according to an algorithm defined. Slag detection can be performed automatically.
  • Figure 4 is a block diagram showing the configuration of a vision module according to the present invention.
  • the vision module 150 includes an input unit 151 for inputting a command and data of an operator based on a PC having a labview program embedded therein; A memory unit 152 for programming and storing the automation control algorithm created by the input unit; A CPU 153 which receives an image signal photographed by the infrared thermal sensor camera 140 and performs vision processing by a defined algorithm; A display unit 154 for visually confirming the creation and execution of an automated control algorithm using the labview program; And an interface unit 155 connected to the infrared thermal camera 140 to transmit an image signal and a control signal. It may include.
  • the labview program may be configured to include an automated control algorithm for acquiring the image signal received from the thermal imaging camera 140 and detecting whether the slag is generated and reading the position of the slag.
  • FIG 5 is an enlarged partial cross-sectional view of the torch tip in the MIG welding system according to the present invention.
  • the welding device 100 according to the present invention, the electrical contact with the wire 125 at the end of the welding tip 132, the heat received from the arc and the welding tip ( The wire is consumed and welded through the heat received while energizing the current while going to the front end to be melted at 132).
  • the torch 130 serves to apply electricity to the wire 125 while using an inert gas as a protective gas.
  • the torch 130 is connected to the gas container 122 to inert gas such as helium or argon gas. Will be sprayed.
  • the torch 130 the inside of the front to the wire 125 is provided through the center, the welding tip 132 is covered outside the wire 125, the nozzle 131 outside the welding tip 132 Is covered.
  • the inside of the rear of the torch 130 is also provided with a wire 125 penetrating through the center thereof, and a nozzle 131 is covered outside the wire 125.
  • a wire feeder 120 is installed at the rear of the torch 130 to continuously supply the wire 125 to the inside of the torch 130.
  • the wire feeder 120 is wired to the wire spool 121, the wire 125 is wound, the wire 125 is pushed or pulled by a roller (not shown) driven by a feeding motor (not shown) Supply to torch 130.
  • the wire feeder 120 may be selected and applied to any one of a push type, a pull type and a push-pull type according to the feeding method.
  • the welding tip 132 and the base material (M) as described above connects the welding power source 110 to apply electricity to the wire 125. That is, one electrode of the welding power source 110 is connected to the base material M, and the other electrode of the welding power source 110 is connected to the welding tip 132.
  • the infrared thermal imaging camera 140 may be positioned to be spaced apart from the welded portion of the base material M by a predetermined distance. At this time, the infrared thermal imaging camera 140 and the welding power supply 110 are connected to the interface of the vision module 150, respectively, receive and transmit electrical signals and are controlled by the vision module.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of checking the position of the fixed slag through the infrared thermal imaging camera.
  • the process of checking the position of the fixed slag of the weld through the infrared thermal imaging camera may be performed by first executing a lab program of the vision module 150 before starting the welding apparatus and then operating the welding apparatus. (S110).
  • the infrared thermal imaging camera 140 connected to the infrared vision module captures the thermal image of the welder in real time, converts the image into an image signal that the PC can process, and transmits the image to the vision module (S120).
  • the vision module 150 detects whether slag is generated by performing vision processing based on a preset automation algorithm based on the received image signal (S130).
  • the vision process analyzes an image signal photographed from the thermal imaging camera 160 by a predefined labview program of the vision module to detect whether a slag that is a weld defect is generated.
  • the creation and execution process of the automation control algorithm using the Labview program can be visually confirmed through the display unit 154 of the vision module, and if the generation of slag is detected by the vision process, this also through the display unit You can check it.
  • the infrared thermal camera continuously photographs the entire welding process of the welding part and transmits the image to the vision module.
  • the vision module continuously processes the image signal received from the camera and detects the occurrence of slag in real time. do.
  • the determination of whether the detected slag is stuck is as follows.
  • FIG. 7 and 8 are schematic views for explaining whether the slag is fixed in the mig welding system according to the present invention. At this time, in the case of Figure 7, the slag is not fixed, it is shown to move along the molten pool, in the case of FIG. 8, the slag is fixed.
  • the region A of the base material M in which welding is in progress may be defined as follows.
  • the welding proceeds in the X direction, and the region A of the base material M is located adjacent to the bead region 210 and the bead region 210 where the welding is completed and the molten pool is completely solidified. Is located adjacent to the low-temperature region 220, the low-temperature region 220 where the solidification proceeds, and adjacent to the high-temperature region 230 and the high-temperature region 230 in the molten pool state, and the welding is not performed. And a progression region 240.
  • the slag 200 as described above is generated in the high temperature region 230 in the molten pool state.
  • whether the slag 200 is fixed in the present invention may be determined based on a separation interval between the low temperature region 220 and the slag 200.
  • the high temperature region 230 which is the region in which the arc in FIG. 5 is located, has a temperature range of, for example, 1200 to 1500 ° C.
  • the slag 200 corresponds to a temperature higher than the high temperature region, for example, tends to exhibit a temperature distribution of about 200 to 400 ° C. higher than the high temperature region.
  • the low temperature region 220 is a region in which solidification proceeds after welding is performed, and corresponds to a temperature lower than the temperature of the high temperature region 230.
  • the low temperature region 220 is about 200 to 400 ° C. above the high temperature region.
  • a region showing a low temperature distribution can be defined as a low temperature region.
  • a low temperature region having a temperature distribution of about 200 to 400 ° C. lower than the temperature of the high temperature region 230 is defined.
  • a region showing a temperature lower than the temperature of the high temperature region may be defined as a low temperature region.
  • a region showing a temperature lower than the temperature of the high temperature region at a temperature lower than 400 ° C may be defined as a low temperature region.
  • Such a setting can be variously set according to the type of welding base material, the process temperature in the welding process, the kind of wire used in the welding process, and the like.
  • the temperature difference between the slag and the low temperature region may be set according to the above-described temperature range of the high temperature region, the definition of the temperature region of the low temperature region, and the temperature range of the slag.
  • the low temperature region is a temperature of 1000 ° C. or less. It can be defined as an area that represents.
  • the temperature difference between the slag and the low temperature region is 400 °C, that is, the low temperature region is 400 °C or more than the temperature of the slag This corresponds to a region with a low temperature range.
  • the slag does not move in the welding progress direction (X), This is because the properties of sticking in the temperature range appear.
  • the slag when the slag is located apart from the low temperature region by a predetermined distance (L2), that is, when the slag is adjacent to the low temperature region, the slag is welded along the molten pool of the high temperature region (X) It is not possible to move continuously to) and come into contact with the low temperature region, resulting in a stuck slag.
  • determining whether the detected slag is fixed includes defining a low temperature region having a predetermined temperature lower than the high temperature region, and then, whether the space between the low temperature region and the slag is less than or equal to the predetermined interval. By determining whether or not, it is possible to check whether the stuck slag is generated.
  • the welding progress direction is the X direction
  • the region A of the base material M is the bead region 210, the low temperature region 220, the high temperature region 230, and the non-welding region. 240.
  • each region may correspond to the size of a1, a2, a3, a4.
  • the region B of the base material M includes the bead region 210 ', the low temperature region 220', the high temperature region 230 'and the non-welded region 240'.
  • each region may correspond to the size of b1, b2, b3, b4.
  • the area of a1 gradually increases to the size of b1, and the area of a4 gradually decreases to the size of b4.
  • the slag 200 generated in the high temperature region 230 moves in the Y direction of FIG. 7 when the spacing interval between the low temperature region 220 and L1 is, for example, when the spacing interval is sufficient, that is, Since the continuous movement in the welding advancing direction X is possible along the molten pool of the high temperature region, the slag does not stick.
  • the welding progress direction is in the X direction
  • the region C of the base material M is the bead region 310, the low temperature region 320, the high temperature region 330, and no welding progress.
  • Region 340 may correspond to the size of c1, c2, c3, c4.
  • the region D of the base material M includes the bead region 310 ', the low temperature region 320', the high temperature region 330 ', and the non-welded region 340'.
  • each region may correspond to the size of d1, d2, d3, d4.
  • the region of c1 gradually increases to the size of d1
  • the region of c4 gradually decreases to the size of d4.
  • the slag 300 generated in the high temperature region 330 is melted in the high temperature region when the low temperature region 320 and the spacing interval is L2, for example, when the low temperature region and the slag are adjacent to each other. Failure to continuously move in the welding direction X along the pool is in contact with the low temperature region, resulting in stuck slag.
  • the slag when the slag is generated, by defining a low temperature region lower than a certain temperature than the high temperature region, and then determining whether the separation interval between the low temperature region and the slag is less than a predetermined interval, the low temperature region and the When the spacing interval of slag is below a fixed interval, it is judged that the generated slag was stuck at the position.
  • the coordinate value is calculated by analyzing the position of the slag (S150).
  • the welding portion is continuously photographed through the thermal imaging camera to transmit an image signal to the vision module (S120).
  • the principle of analyzing the slag position of the vision module 150 is generally, non-metal-bonded slag generated during welding is lower than infrared melting energy compared to the molten pool which is a metal, infrared heat using this temperature difference It is possible to detect the occurrence of slag from the isotherm of the temperature data measured by the image camera.
  • the predetermined temperature and the predetermined interval is suitable for each welding You can enter an appropriate value.
  • the setting regarding the constant temperature and the predetermined interval may be variously set according to the type of the welding base material, the process temperature in the welding process, the kind of the wire used in the welding process, and the like.
  • a low temperature region having a predetermined temperature lower than the high temperature region is defined, and thereafter, it is determined whether or not the distance between the low temperature region and the slag is equal to or less than a predetermined interval.
  • the operator can confirm the position of the stuck slag which is not visually confirmed through the calculated coordinate values.

Abstract

본 발명은 비전모듈 및 용접장치를 작동하는 단계; 상기 비전모듈에 연결된 적외선 열화상 카메라가 용접부의 열화상 이미지를 촬영하여, 상기 이미지를 영상신호로 변환하여 상기 비전모듈로 송신하는 단계; 상기 비전모듈을 통해 슬래그의 발생여부를 감지하는 단계; 상기 비전모듈을 통해 슬래그가 감지된 경우, 상기 감지된 슬래그의 고착 여부를 판단하는 단계; 및 상기 감지된 슬래그가 고착되었다고 판단되는 경우, 상기 슬래그의 위치를 분석하여 좌표값을 산출하는 단계를 포함하는 미그 용접 시스템에 관한 것으로, 작업자는 고착된 슬래그가 육안으로 확인되지 않는 경우라도, 상기 산출된 좌표값을 통해, 육안으로 확인되지 않는 고착된 슬래그의 위치를 확인할 수 있다.

Description

미그 용접 시스템
본 발명은 미그 용접 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고착형 슬래그의 위치를 효율적으로 확인할 수 있는 미그 용접 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 아크용접은 전기적 아크를 발생시켜 이를 열원으로 모재를 용융시켜 용접을 수행하는 용접방법의 하나로, 그 종류는 매우 다양하다.
이처럼 다양한 아크용접 방법 중 불활성 가스 아크 용접에 대해 설명하면, 특수한 용접부를 공기와 차단한 상태에서 용접하기 위하여, 토치에서 불활성 가스(inert gas)를 노즐을 통해 용접부에 공급하면서 용접하는 방법이다. 여기서, 불활성 가스에는 아르곤이나 헬륨 등이 사용되며, 전극으로는 텅스텐봉 또는 금속봉이 사용된다.
이러한, 불활성 가스 아크용접법은 실드 아크 용접이라고도 불리우는데, 불활성 가스 분위기에서 텅스텐 아크에 의한 열원을 사용하는 방법과, 금속 아크에 의한 열원을 사용하는 2가지의 방식으로 분류된다. 즉, 열원으로 사용되는 전극에 따라 녹지 않는 비소모식과, 녹는 소모식이 있는 것이다.
여기서, 비소모식은 텅스텐 전극봉을 사용하므로 불활성 가스 텅스텐아크 용접법(shielded inert gas tungsten arc welding) 또는 티그(TIG) 용접법이라 불리고, 소모식은 긴 심선 용가재(filler metal)를 사용하므로 불활성 가스 아크 용접법 또는 미그(MIG) 용접법이라 불리운다.
한편, 순수 Ar 가스를 실드 가스로서 사용한 용접은, 산화물인 슬래그 및 흄(fume)이 원리적으로 거의 발생하지 않게 되므로, 슬래그 부착에 의해 야기되는 도장성의 불량, 또는 흄 흡인에 따른 인체에 대한 악영향에 대하여, 개선 효과를 기대할 수 있다.
이와 같이, 순수 Ar 가스용접은 온실효과 가스의 비사용, 귀중한 금속의 절약, 용접부의 외관향상, 용접장의 위생환경 개선이라는 많은 관점에서 유익하다.
이때, 전극으로서, 비소모전극인 텅스텐을 사용하여, 용접봉을 전극 및 모재간에 발생하는 아크열로 용융하는 티그(TIG) 용접법에서는, 순수 Ar 가스가 사용 가능하지만, 와이어 자체로부터 아크를 발생하는 미그(MIG) 용접법과 비교하면, 저항 발열 효과가 없으므로, 매우 능률이 낮다는 결점이 있다.
또한, 미그(MIG) 용접법의 경우, 티그(TIG) 용접법과 비교하여 능률이 높다는 장점은 있으나, 용접과정에서 산화물인 슬래그 및 흄(fume)이 필연적으로 발생하기 때문에, 슬래그 부착에 의해 야기되는 도장성의 불량이 큰 문제로 대두되고 있다.
도 1은 일반적인 미그 용접장치를 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 일반적인 미그 용접장치에서의 토치 선단부를 확대하여 도시한 일부절개 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 미그(MIG) 용접장치는 토치(30), 와이어피더(20), 전원공급장치(10) 등으로 구성된다.
상기 전원공급장치(10)의 한쪽 전극은 용접케이블에 의해 모재(M)에 연결하고, 다른 한쪽 전극은 토치(30) 선단에 구비된 용접팁(32)에 연결하여 용접팁(32) 중앙을 관통하는 와이어(25)에 전기를 걸어준다. 이때 와이어(25)는 용접회로에서 충전재로서뿐만 아니라 용접회로를 이루는 전극으로서도 기능한다. 즉, 토치(30)는 불활성가스를 보호가스로 이용하면서 상기 와이어(25)에 전기를 걸어줌으로써, 모재(M)와 와이어(25) 사이에 아크를 발생시킬 수 있게 된다. 이때, 모재(M)와 유사한 재질로 이루어진 와이어(25)는 용융부를 채워주면서 합금화됨으로써, 용접이 이루어진다.
그리고, 상기 와이어(25)는 와이어스풀(21)과 송급모터 및 롤러 등으로 구성된 와이어피더(20)에 의해 지속적으로 토치(30) 내부에 공급이 된다. 또한, 상기 토치(30)는 그 선단에 노즐(31)이 구성되고, 상기 노즐(31)중앙에 용접팁(32)이 내장되며, 상기 용접팁(32) 중앙으로 와이어(25)가 이송된다.
상기 미그 용접은 대부분의 금속에 적용할 수 있고 넓은 범위의 용접이 가능하며, 다른 용접방식에 비해 깨끗한 비드(bead) 외관을 얻을 수 있다는 장점이 있어 차체 패널이나 선박 등 작업조건이 일정하고 대량인 연속적인 용접이 필요한 산업현장에서 애용되고 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 용접 과정에서 발생하는 FeO, SiO2, MnO 등의 성분을 포함하는 비드 상의 고착형 비금속 슬래그(slag)는 용접 자동화를 저해하는 요소가 된다. 상기 미그 용접이 다른 용접방법에 비해 슬래그 발생률이 적기는 하지만, 한번 발생된 고착형 슬래그는 결함으로 분류되며 후처리 공정에서 작업자의 육안을 통해 확인 후 수작업을 통한 제거가 이루어져야 하기 때문이다.
또한, 고착형 슬래그의 경우, 작업자의 육안을 통해 확인이 가능한 경우도 있으나, 작업자의 육안을 통해 확인이 잘 되지 않는 경우도 있으며, 작업자들이 고착형 슬래그를 제거하는 작업을 함에 있어서, 판단이 불분명하기 때문에 효율적인 제거가 어려운 점도 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 용접과정 중에 발생하는 슬래그가 고착된, 고착형 슬래그의 위치를 효율적으로 확인할 수 있는 미그 용접 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 비전모듈 및 용접장치를 작동하는 단계; 상기 비전모듈에 연결된 적외선 열화상 카메라가 용접부의 열화상 이미지를 촬영하여, 상기 이미지를 영상신호로 변환하여 상기 비전모듈로 송신하는 단계; 상기 비전모듈을 통해 슬래그의 발생여부를 감지하는 단계; 상기 비전모듈을 통해 슬래그가 감지된 경우, 상기 감지된 슬래그의 고착 여부를 판단하는 단계; 및 상기 감지된 슬래그가 고착되었다고 판단되는 경우, 상기 슬래그의 위치를 분석하여 좌표값을 산출하는 단계를 포함하는 미그 용접 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 미그 용접 시스템은, 용접이 진행되는 모재(M)를 포함하며, 상기 모재(M)는 용융풀의 응고가 진행되는 저온 영역; 상기 저온 영역과 인접하여 위치하고, 용융풀 상태의 고온 영역을 포함하는 미그 용접 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 감지된 슬래그의 고착 여부를 판단하는 단계는, 상기 고온 영역보다 일정 온도 낮은 저온 영역을 정의하는 단계 및 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 미그 용접 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 슬래그가 감지되지 않는 경우에는, 계속적으로 상기 적외선 열화상 카메라를 통해 상기 용접부를 촬영하여 영상신호를 상기 비전모듈에 송신하는 미그 용접 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 슬래그가 고착되지 않는 경우에는, 계속적으로 상기 적외선 열화상 카메라를 통해 상기 용접부를 촬영하여 영상신호를 상기 비전모듈에 송신하는 미그 용접 시스템을 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 슬래그가 발생하는 경우, 상기 고온 영역보다 일정 온도 낮은 저온 영역을 정의하고, 이후, 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인지 여부를 판단한다.
이로써, 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인 경우에는, 발생된 슬래그가 그 위치에서 고착되었다고 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 작업자는 고착된 슬래그가 육안으로 확인되지 않는 경우라도, 상기 산출된 좌표값을 통해, 육안으로 확인되지 않는 고착된 슬래그의 위치를 확인할 수 있다.
도 1은 일반적인 미그 용접장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 일반적인 미그 용접장치에서의 토치 선단부를 확대하여 도시한 일부절개 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미그 용접 시스템을 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 비전모듈(150)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 미그 용접 시스템에서의 토치 선단부를 확대하여 도시한 일부절개 단면도이다.
도 6은 적외선 열화상 카메라를 통해 고착형 슬래그의 위치를 확인하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 미그 용접 시스템에서의 슬래그의 고착여부를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 미그 용접 시스템을 도시한 개략적인 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 미그 용접 시스템(100)은 전원공급회로가 구비되는 용접전원(110); 상기 용접전원과 연결되어 와이어(125)를 공급하는 와이어피더(120); 상기 와이어피더로부터 공급된 와이어(125)를 당겨 용접부로 공급하는 토치(130); 및 상기 용접부를 촬영하는 적외선 열화상 카메라(IR Thermal Camera)(140); 상기 적외선 열화상 카메라의 촬상 이미지를 전송받아 처리하는 프로그램이 내장된 비전모듈(150)을 포함한다.
이때, 본 발명의 실시예에서는 용접결함인 슬래그를 판독하기 위해, 용접 시에 발생되는 비금속 고착형 슬래그가 방출하는 적외선 에너지가 금속인 용융풀에 비해 낮은 것을 활용한다. 즉, 상기 적외선 열화상 카메라(140)를 통해 용접부를 촬영하게 되면 용접부의 물성치에 따라 적외선 에너지가 다르게 발생하게 되고, 발생된 비금속 고착형 슬래그는 주변 용융풀에 비해 낮은 온도이므로 온도데이터의 등온선으로부터 슬래그 발생 여부를 감지할 수 있다.
계속해서, 상기 적외선 열화상 카메라(140)는 용접부의 적외선 온도 감지로 촬영된 화상을 상기 비전모듈(150)로 송신하게 되는데, 이때 상기 비전모듈(150)에서는 획득한 영상신호를 바탕으로 슬래그의 유무 및 위치 좌표값을 판독하게 된다.
이때, 상기 비전모듈(150)은 영상 기술을 접목하여 3차원적인 물리량을 측정하여 자동화에 적용할 수 있는 머신 비전 시스템(Machine Vision System)이 적용된다. 일반적으로 널리 알려진 머신 비전 시스템은 산업 현장에서 부정확한 사람의 눈을 대신해 가시광 카메라로 제품을 촬영하여 컴퓨터로 전송하고 이를 비전 소프트웨어로 분석하여 제품의 불량을 시각적으로 구별해 내는 기술이다.
그런데 종래의 머신 비전 시스템은 이미지 자료 수집 및 분석, 불량 판독 등이 용접 등과 같이 공정이 완료된 제품을 대상으로 한정되어, 해당 시스템이 미그 용접장치에 적용되더라도 용접과정에서 발생되는 슬래그와 같은 결함을 판독 및 선별하는 용도로 이용될 뿐, 용착부가 완전히 식어버리면 이미 고착화된 슬래그 제거는 후작업을 통해 별도로 진행해야 한다는 문제가 여전히 있다.
한편, 본 발명의 용접장치에 적용되는 상기 비전모듈(150)은 용접의 시작부터 종료되는 시점까지 열화상 카메라(140)가 용접공정을 연속적으로 촬영한 이미지를 실시간으로 전송받아 분석함으로써 용접 과정 중에 발생하는 슬래그를 즉시 감지할 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기 비전모듈(150)은 프로그램이 내장된 컨트롤 PC를 기반으로 하며, 상기 내장된 프로그램에 의해 상기 적외선 열화상 카메라(140)가 촬영한 영상을 획득하여 이에 대한 비전 처리를 수행하고, 이를 통해 용접부의 슬래그 발생 여부 및 위치를 감지하게 된다.
이때, 상기 비전모듈(150)에 내장된 프로그램은, 상기 적외선 열화상 카메라(140)의 촬영 이미지를 전송받아 분석하기 위해 그래픽 기반의 프로그램 언어인 랩뷰(LabVIEW)를 포함할 수 있다.
상기 랩뷰 프로그램은 National Instruments사에서 만든 제어 계측 언어로서, 컴퓨터 상에서 실제의 기기를 보는 듯한 구성이 가능하여 버추얼 인스트루먼트(Virtual Instrument)라고도 하며, Basic이나 C-언어 등과 같이 텍스트를 기반으로 하는 프로그램 언어와는 달리 다이아그램(Diagram)을 만드는 식으로 프로그래밍하도록 되어 있기 때문에 그래픽 프로그래밍 랭귀지라고도 한다.
상기 랩뷰 프로그램에서는 프로그래밍 진행되는 순서가 데이터의 흐름을 따르며, 각종 기기를 제어하고, 상기 기기들이 보내오는 데이터를 처리할 수 있도록 여러가지 기능을 구비한다. 따라서, 용접공정에서의 슬래그 발생에 따른 불량판별을 실시간으로 감지하여 비전 처리 및 자동화 설비의 자동 제어를 쉽게 구현할 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 비전모듈(150)의 프로그램을 랩뷰 S/W로 한정하는 것은 아니다.
계속해서, 상기 비전모듈(150)은 랩뷰(LabVIEW) 프로그램을 통해 상기 적외선 열화상 카메라(140)가 촬영한 영상에 대한 비전 처리를 수행할 수 있으며, 이러한 일련의 작업들을 자동화로 제어하기 위해 작업자에 의해 정의된 알고리즘이 저장되도록 PC를 기반으로 하여 구성된다.
따라서, 작업자는 용접 공정을 시작하기에 앞서 비전모듈(150)을 작동시켜 랩뷰 프로그램을 실행시키고, 상기 랩뷰 프로그램에 의해 작업자의 명령 및 데이터를 비전모듈에 입력하여 정의된 알고리즘에 따라 용접부의 모니터링 및 슬래그 감지 등을 자동적으로 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 비전모듈의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비전모듈(150)은, 랩뷰 프로그램이 내장된 PC를 기반으로 하며, 작업자의 명령 및 데이터를 입력하기 위한 입력부(151); 상기 입력부에 의해 작성된 자동화 제어 알고리즘을 랩뷰 프로그래밍하여 저장하는 메모리부(152); 상기 적외선 열감지 카메라(140)에 의해 촬영된 영상신호를 수신하여 정의된 알고리즘에 의해 비전처리를 수행하는 CPU(153); 상기 랩뷰 프로그램을 이용한 자동화 제어 알고리즘의 작성 및 실행과정을 시각적으로 확인하는 디스플레이부(154); 및 상기 적외선 열화상 카메라(140)와 연결되어 영상신호 및 제어신호를 전달하는 인터페이스부(155); 를 포함할 수 있다.
이때, 상기 랩뷰 프로그램은 열화상 카메라(140)로부터 수신된 영상신호를 획득하여 슬래그 발생여부의 감지 및 슬래그 발생위치를 판독하는 자동화 제어 알고리즘을 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 미그 용접 시스템의 구성 및 작동에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 미그 용접 시스템에서의 토치 선단부를 확대하여 도시한 일부절개 단면도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따라 구성되는 용접장치(100)는, 용접팁(132)의 끝부분에서 와이어(125)와의 전기적인 접촉이 일어나, 아크로부터 받는 열 및 용접팁(132)에서 용융되는 선단부까지 가는 동안 전류를 통전하면서 받는 열을 통해 용접부에서 와이어가 소모되며 용접이 이루어진다.
상기 토치(130)는 불활성가스를 보호가스로 이용하면서 와이어(125)에 전기를 걸어주는 역할을 하는 것으로, 상기 토치(130)가 가스용기(122)와 연결되어 헬륨 또는 아르곤 가스와 같은 불활성가스를 분사하게 된다.
이러한, 상기 토치(130) 전방 내부에는 그 중앙으로 와이어(125)가 관통 구비되고, 상기 와이어(125) 외측에 용접팁(132)이 커버되며, 상기 용접팁(132) 외측에 노즐(131)이 커버된다. 그리고, 상기 토치(130) 후방 내부 역시 그 중앙으로 와이어(125)가 관통 구비되고, 상기 와이어(125) 외측에 노즐(131)이 커버된다.
또한, 상기 토치(130) 후방에는 상기 와이어(125)를 토치(130) 내부에 연속적으로 공급할 수 있게 와이어피더(120)를 설치한다. 이러한, 상기 와이어피더(120)는 와이어스풀(121)에 와이어(125)가 감겨지고, 상기 와이어(125)를 송급모터(미도시)에 의해 구동되는 롤러(미도시)에 의해 밀어내거나 잡아당겨 토치(130)에 공급한다. 이때, 상기 와이어피더(120)는 그 송급방법에 따라 푸시(push)식과 풀(pull)식과 푸시풀(push-pull)식 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수 있다.
이와 같은 상기 용접팁(132)과 모재(M)에는 용접전원(110)을 연결하여 상기 와이어(125)에 전기를 걸어준다. 즉, 상기 용접전원(110)의 한쪽 전극은 모재(M)에 연결하고, 상기 용접전원(110)의 다른 한쪽 전극은 용접팁(132)에 연결하는 것이다.
그리고, 상기 모재(M)의 용접부와 일정간격 이격하여, 적외선 열화상 카메라(140)가 위치할 수 있다. 이때, 상기 적외선 열화상 카메라(140) 및 용접전원(110)은 각각 비전모듈(150)의 인터페이스부에 연결되어 전기적 신호를 송수신받으며 비전모듈에 의해 제어된다.
다음으로, 본 발명의 용접장치에서 상기 적외선 열화상 카메라(140)가 비전모듈(150)에 의해 제어되는 과정을 설명하기로 한다.
도 6은 적외선 열화상 카메라를 통해 고착형 슬래그의 위치를 확인하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 상기 적외선 열화상 카메라를 통해 용접부의 고착형 슬래그의 위치를 확인하는 과정은, 먼저 용접장치의 가동에 앞서 상기 비전모듈(150)의 랩뷰 프로그램을 실행한 후 용접장치를 작동시킨다(S110).
다음으로, 상기 적외선 비전모듈에 연결된 적외선 열화상 카메라(140)가 용접부의 열화상 이미지를 실시간으로 촬영하여 이미지를 PC가 처리할 수 있는 영상신호로 변환하여 비전모듈로 송신한다(S120).
다음으로, 상기 비전모듈(150)은 수신된 영상신호를 바탕으로 기설정된 자동화 알고리즘에 따라 비전 처리를 수행하여 슬래그 발생여부를 감지한다(S130).
이때, 상기 비전 처리는 상기 비전모듈의 미리 정의된 랩뷰 프로그램에 의해 열화상 카메라(160)로부터 촬영된 영상 신호를 분석하여 용접부 결함인 슬래그의 발생여부를 감지하게 된다. 한편, 상기 랩뷰 프로그램을 이용한 자동화 제어 알고리즘의 작성 및 실행과정은 상기 비전모듈의 디스플레이부(154)를 통해 시각적으로 확인할 수 있으며, 상기 비전 처리에 의해 슬래그의 발생이 감지되면 이 또한 상기 디스플레이부를 통해 확인할 수 있다.
또한, 용접부의 용접상황 전과정을 상기 적외선 열화상 카메라가 계속해서 촬영하여 이미지를 비전모듈로 송신하게 되며, 상기 비전모듈은 카메라로부터 수신된 영상신호를 실시간으로 계속해서 처리하며 슬래그의 발생을 감지하게 된다.
다음으로, 상기 비전모듈을 통해 슬래그가 감지된 경우, 상기 감지된 슬래그의 고착 여부를 판단한다(S140).
한편, 슬래그가 감지되지 않는 경우에는 계속적으로 열화상 카메라를 통해 용접부를 촬영하여 영상신호를 비전모듈에 송신한다(S120).
상기 감지된 슬래그의 고착 여부를 판단하는 것은 다음과 같다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 미그 용접 시스템에서의 슬래그의 고착여부를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 이때, 도 7의 경우, 슬래그가 고착되지 않고, 용융풀을 따라 이동하는 것을 도시하고 있으며, 도 8의 경우, 슬래그가 고착된 경우를 도시하고 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 용접이 진행중인 모재(M)의 영역(A)은 다음과 같이 정의될 수 있다.
먼저, 용접이 진행되는 방향은 X 방향으로, 모재(M)의 영역(A)은 용접이 완료되어 용융풀이 완전히 응고된 비드 영역(210), 상기 비드 영역(210)과 인접하여 위치하고, 용융풀의 응고가 진행되는 저온 영역(220), 상기 저온 영역(220)과 인접하여 위치하고, 용융풀 상태의 고온 영역(230) 및 상기 고온 영역(230)과 인접하여 위치하고, 용접이 진행되지 않은 용접미진행 영역(240)을 포함한다.
용접공정을 진행하는 도중, 상기 용융풀 상태의 고온 영역(230)에서 상술한 바와 같은 슬래그(200)가 발생하게 된다.
이때, 본 발명에서 상기 슬래그(200)가 고착되는지 여부는 상기 저온 영역(220)과 상기 슬래그(200)의 이격 간격을 통해 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고온 영역(230)의 경우, 상술한 도 5에서의 아크가 위치하는 영역으로, 그 온도범위는 예를 들어, 1200 내지 1500℃에 이르게 된다.
또한, 상기 슬래그(200)는 상기 고온 영역보다 높은 온도에 해당하며, 예를 들어, 상기 고온 영역보다 약 200 내지 400℃ 정도의 높은 온도 분포를 나타내는 경향이 있다.
또한, 상기 저온 영역(220)은 용접이 진행된 후 응고가 진행되는 영역으로, 상기 고온 영역(230)의 온도보다 낮은 온도에 해당하며, 예를 들어, 상기 고온 영역보다 약 200 내지 400℃ 정도의 낮은 온도 분포를 나타내는 영역을 저온 영역으로 정의할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 슬래그가 발생되면, 상기 고온 영역(230)의 온도보다 약 200 내지 400℃ 정도의 낮은 온도 분포를 나타내는 저온 영역을 정의하게 된다.
예를 들어, 설정에 따라, 상기 고온 영역의 온도보다 200℃의 낮은 온도를 나타내는 영역을 저온 영역으로 정의할 수 있으며, 이와는 달리, 상기 고온 영역의 온도보다 400℃의 낮은 온도를 나타내는 영역을 저온 영역으로 정의할 수 있다.
이러한 설정은 용접 모재의 종류, 용접 공정에서의 공정 온도, 용접 공정에서 사용되는 와이어의 종류 등에 따라 다양하게 설정할 수 있다.
본 발명에서는 상술한 고온 영역의 온도 범위, 저온 영역의 온도 영역의 정의 및 슬래그의 온도 범위에 따라, 상기 슬래그와 상기 저온 영역의 온도차이를 설정할 수 있다.
예를 들어, 상기 고온 영역의 온도가 1200℃이고, 설정에 따라, 상기 고온 영역의 온도보다 200℃ 이상의 낮은 온도를 나타내는 영역을 저온 영역으로 정의하는 경우, 상기 저온 영역은 1000℃ 이하의 온도를 나타내는 영역으로 정의할 수 있는 것이다.
이 경우, 상기 슬래그의 온도가 상기 고온 영역의 온도보다 200℃ 높은 1400℃인 경우, 상기 슬래그와 상기 저온 영역의 온도 차이는 400℃로써, 즉, 상기 저온 영역은 상기 슬래그의 온도보다 400℃ 이상 낮은 온도 범위를 갖는 영역에 해당하게 된다.
본 발명에서 상기 저온 영역의 온도 범위에 대한 정의를 하는 것은, 상술한 바와 같은 저온 영역에서는 용융풀의 유동성이 낮고, 유동성이 낮은 용융풀에서 슬래그는 용접 진행방향(X)으로 이동하지 못하고, 저온 온도 범위에서 고착되는 특성이 나타나기 때문이다.
즉, 후술할 바와 같이, 상기 슬래그가 상기 저온 영역과 일정 간격(L1) 이격되어 위치하고 있는 경우, 즉, 상기 슬래그가 상기 저온 영역과 충분한 간격을 유지하고 있는 경우에는 상기 슬래그는 상기 고온 영역의 용융풀을 따라 용접 진행방향(X)으로 계속적인 이동이 가능하다.
하지만, 상기 슬래그가 상기 저온 영역과 일정 간격(L2) 이격되어 위치하고 있는 경우, 즉, 상기 슬래그가 상기 저온 영역과 인접하고 있는 경우에는 상기 슬래그는 상기 고온 영역의 용융풀을 따라 용접 진행방향(X)으로 계속적인 이동을 하지 못하고, 상기 저온 영역과 접하게 되어, 고착된 슬래그가 되게 된다.
따라서, 본 발명에서 상기 감지된 슬래그의 고착 여부를 판단하는 것은, 상기 고온 영역보다 일정 온도 낮은 저온 영역을 정의하는 단계를 포함하고, 이후, 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인지 여부를 판단하는 단계를 통해, 고착된 슬래그의 발생여부를 확인할 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7을 참조하면, 용접이 진행되는 방향은 X 방향으로, 모재(M)의 영역(A)은 비드 영역(210), 저온 영역(220), 고온 영역(230) 및 용접미진행 영역(240)을 포함한다. 이때, 각 영역은 a1, a2, a3, a4의 크기에 해당할 수 있다.
계속해서, 용접이 진행됨에 따라, 모재(M)의 영역(B)은 비드 영역(210'), 저온 영역(220'), 고온 영역(230') 및 용접미진행 영역(240')을 포함하며, 이때, 각 영역은 b1, b2, b3, b4의 크기에 해당할 수 있다.
즉, a1의 영역은 b1의 크기로 점차 증가하고, a4의 영역은 b4의 크기로 점차 감소하게 된다.
이때, 상기 고온 영역(230)에 발생된 슬래그(200)는 상기 저온 영역(220)과 이격 간격이 L1인 경우, 예를 들어, 이격 간격이 충분한 경우, 도 7의 Y 방향으로 이동, 즉, 상기 고온 영역의 용융풀을 따라 용접 진행방향(X)으로 계속적인 이동이 가능하기 때문에, 슬래그는 고착되지 않는다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 용접이 진행되는 방향은 X 방향으로, 모재(M)의 영역(C)은 비드 영역(310), 저온 영역(320), 고온 영역(330) 및 용접미진행 영역(340)을 포함한다. 이때, 각 영역은 c1, c2, c3, c4의 크기에 해당할 수 있다.
계속해서, 용접이 진행됨에 따라, 모재(M)의 영역(D)은 비드 영역(310'), 저온 영역(320'), 고온 영역(330') 및 용접미진행 영역(340')을 포함하며, 이때, 각 영역은 d1, d2, d3, d4의 크기에 해당할 수 있다.
즉, c1의 영역은 d1의 크기로 점차 증가하고, c4의 영역은 d4의 크기로 점차 감소하게 된다.
이때, 상기 고온 영역(330)에 발생된 슬래그(300)는 상기 저온 영역(320)과 이격 간격이 L2인 경우, 예를 들어, 저온 영역과 슬래그가 상호 인접하여 위치한 경우, 상기 고온 영역의 용융풀을 따라 용접 진행방향(X)으로 계속적인 이동하지 못하고, 상기 저온 영역과 접하게 되어, 고착된 슬래그가 되게 된다.
물론, 이와 같은 고착된 슬래그를 육안으로 확인하거나, 적외선 열화상 카메라를 통해 고착된 위치를 확인이 가능하다 할 수 있을 것이다.
하지만, 상술한 바와 같이, 고착형 슬래그의 경우, 작업자의 육안을 통해 확인이 가능한 경우도 있으나, 작업자의 육안을 통해 확인이 잘 되지 않는 경우도 있으며, 따라서, 본 발명에서는 이와 같은 육안으로 확인되지 않은 고착형 슬래그의 위치를 판단하는데 큰 의미가 있다고 할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 슬래그가 발생하는 경우, 상기 고온 영역보다 일정 온도 낮은 저온 영역을 정의하고, 이후, 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인지 여부를 판단함으로써, 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인 경우에는, 발생된 슬래그가 그 위치에서 고착되었다고 판단하는 것이다.
따라서, 본 발명에서는 상기 감지된 슬래그가 고착되었다고 판단되는 경우, 상기 슬래그의 위치를 분석하여 좌표값을 산출한다(S150).
한편, 슬래그가 고착되지 않는 경우에는 계속적으로 열화상 카메라를 통해 용접부를 촬영하여 영상신호를 비전모듈에 송신한다(S120).
이때, 상기 비전모듈(150)이 슬래그 위치를 분석하는 원리는, 일반적으로 용접 시에 발생되는 비금속 고착형 슬래그는 방출하는 적외선 에너지가 금속인 용융풀에 비해 낮으므로, 이러한 온도차를 이용하여 적외선 열화상 카메라를 통해 측정된 온도데이터의 등온선으로부터 슬래그 발생 여부를 감지할 수 있는 것이다.
결국, 슬래그의 위치를 분석하여 산출된 좌표값이 고착된 슬래그의 위치에 해당하므로, 작업자는 고착된 슬래그가 육안으로 확인되지 않는 경우라도, 상기 산출된 좌표값을 통해, 육안으로 확인되지 않는 고착된 슬래그의 위치를 확인할 수 있다.
한편, 상기 고온 영역보다 일정 온도 낮은 저온 영역을 정의하고, 이후, 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인지 여부를 판단함에 있어서, 상기 일정 온도 및 상기 일정 간격은 각 용접에 적합하게 적절한 값을 입력할 수 있다.
즉, 이러한 일정 온도 및 일정 간격에 관한 설정은 용접 모재의 종류, 용접 공정에서의 공정 온도, 용접 공정에서 사용되는 와이어의 종류 등에 따라 다양하게 설정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는, 슬래그가 발생하는 경우, 상기 고온 영역보다 일정 온도 낮은 저온 영역을 정의하고, 이후, 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인지 여부를 판단한다.
이로써, 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인 경우에는, 발생된 슬래그가 그 위치에서 고착되었다고 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 작업자는 고착된 슬래그가 육안으로 확인되지 않는 경우라도, 상기 산출된 좌표값을 통해, 육안으로 확인되지 않는 고착된 슬래그의 위치를 확인할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 슬래그 100: 용접장치
110: 용접전원 120: 와이어피더
122: 가스용기 125: 와이어
130: 토치 140: 카메라
150: 비전모듈

Claims (5)

  1. 비전모듈 및 용접장치를 작동하는 단계;
    상기 비전모듈에 연결된 적외선 열화상 카메라가 용접부의 열화상 이미지를 촬영하여, 상기 이미지를 영상신호로 변환하여 상기 비전모듈로 송신하는 단계;
    상기 비전모듈을 통해 슬래그의 발생여부를 감지하는 단계;
    상기 비전모듈을 통해 슬래그가 감지된 경우, 상기 감지된 슬래그의 고착 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 감지된 슬래그가 고착되었다고 판단되는 경우, 상기 슬래그의 위치를 분석하여 좌표값을 산출하는 단계를 포함하는 미그 용접 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미그 용접 시스템은, 용접이 진행되는 모재(M)를 포함하며,
    상기 모재(M)는 용융풀의 응고가 진행되는 저온 영역; 상기 저온 영역과 인접하여 위치하고, 용융풀 상태의 고온 영역을 포함하는 미그 용접 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 감지된 슬래그의 고착 여부를 판단하는 단계는,
    상기 고온 영역보다 일정 온도 낮은 저온 영역을 정의하는 단계 및 상기 저온 영역과 상기 슬래그의 이격 간격이 일정 간격 이하인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 미그 용접 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬래그가 감지되지 않는 경우에는, 계속적으로 상기 적외선 열화상 카메라를 통해 상기 용접부를 촬영하여 영상신호를 상기 비전모듈에 송신하는 미그 용접 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬래그가 고착되지 않는 경우에는, 계속적으로 상기 적외선 열화상 카메라를 통해 상기 용접부를 촬영하여 영상신호를 상기 비전모듈에 송신하는 미그 용접 시스템.
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