KR20140070836A - 자동 용접장치 및 이를 이용한 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것으로서, 캐리지의 용접자세, 용접 각장과 모재와 모재 사이의 갭에 대한 정보에 따라 이와 관련된 하위 상세 용접 조건들이 자동으로 결정되어 용접 캐리지를 제어함으로써, 용접 와이어의 용접 전류, 전압, 용접 속도 등의 용접 조건을 작업자가 일일이 조절할 필요가 없어 작업 효율이 향상되고, 작업자의 전문적인 용접 기량이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 동일한 작업환경에서 같은 용접 캐리지를 사용하더라도 작업자들의 능력 및 숙련도에 관계없이 용접 와이어의 소모량과 용접속도 및 용접품질에 격차가 발생하지 않아 작업 신뢰성이 향상되는 자동 용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것이다.

Description

자동 용접장치 및 이를 이용한 용접방법{AUTOMATIC WELDING DEVICE AND WELDING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 자동 용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작업 조건에 알맞은 용접 조건을 미리 설정하여 자동 용접할 수 있도록 한 자동 용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것이다.

현재 조선 산업에서 사용하는 용접 장비는 자동 캐리지(AUTO CARRIAGE)를 이용한 자동 용접이나 용접 와이어가 연속으로 공급되는 반자동 용접이 주로 사용되고 있다.

상기 자동 캐리지를 이용한 자동 용접장치는 작업자가 직접 용접 토치로 용접하지 않기 때문에 용접열과 아크광에 의한 피로도가 적어 용접 효율이 높고 일정한 비드로 용접이 가능하기 때문에 널리 이용되고 있다.

종래의 자동 캐리지를 이용한 자동 용접장치에 따르면, 상기 자동 캐리지는 수평으로 놓여 있는 제1모재와, 상기 제1모재에 직각으로 위치되는 제2모재의 용접부위에 인접하게 위치된다.

상기 자동 캐리지는 본체와, 이 본체에 설치되는 주행모터, 상기 본체의 밑면에 설치되어 이 본체를 이동시키는 캐스터 및, 상기 본체의 상부에 구비되어 용접모재에 불꽃을 방사하여 용접을 수행하는 용접 토치 등을 구비하고 있다.

따라서, 서로 직각 형태로 이루어진 제1모재 및 제2모재를 용접(이러한 용접을 필렛용접이라 함)하기 위해 주행모터에 전원을 공급하면, 캐스터에 의해 자동 캐리지가 용접부위를 따라 주행함과 동시에 용접 토치가 용접용 불꽃을 방사함으로써, 상기 제1모재 및 제2모재를 용접하게 된다.

이러한 종래의 자동 캐리지를 이용한 자동 용접장치는 용접시작점에서의 초기설정만으로 용접 끝점까지 거의 일정한 용접조건하에 용접이 진행되도록 되어 있어, 균일한 용접속도와 용접품질의 관리에 상당히 기여하였다.

그러나, 종래의 자동 캐리지를 이용한 자동 용접장치는 용접 와이어의 용접 전류, 전압, 용접 속도 등의 용접 조건을 작업자가 일일이 설정해야 하기 때문에 작업이 복잡하고 전문적인 용접 기량이 필요한 문제점이 있었다.

또한, 동일한 작업환경에서 같은 용접 캐리지를 사용하더라도 작업자들의 능력 및 숙련도에 따라 용접 와이어의 소모량과 용접속도 및 용접품질에 많은 격차가 생기게 되는 문제점이 있었다.

특히, 수직 필렛용접을 하기 위해 용접 캐리지를 사용할 경우 위빙 등의 용접 조건에 대한 조절이 어렵고 작업자의 능력과 숙련도에 의존해야 하므로 용접 품질의 재현성이 부족한 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2012-0027724호(2012.03.22)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 작업 조건에 알맞은 용접 조건, 즉 캐리지의 용접자세, 용접 각장과 모재와 모재 사이의 갭에 대한 정보에 따라 이와 관련된 하위 상세 용접 조건들이 자동으로 결정되어 용접 캐리지를 제어할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동 용접장치는, 서로 직각으로 형성되는 제1모재와 제2모재 위를 주행하면서 용접을 수행하는 용접 캐리지와, 상기 용접 캐리지에 용접 와이어를 송급하는 와이어 피더와, 작업 조건에 알맞은 용접 조건에 대한 DB에 따라 상기 용접 캐리지와 와이어 피더를 제어하는 용접 제어기를 포함하되, 상기 용접 제어기는, 상기 제1모재 또는 제2모재 상에 선택적으로 설치되는 상기 용접 캐리지의 용접 자세와, 용접하고자 하는 용접 부위의 용접 각장, 상기 제1모재와 제2모재 사이의 갭을 입력 DB로 이용하여 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 용접 제어기는, 상기 입력 DB에 따라 미리 설정되어 있는 와이어 피더와, 용접 캐리지의 해당 용접 조건을 선택적으로 설정하여 출력 DB로 출력함으로써 상기 와이어 피더와 용접 캐리지의 작동을 정밀하게 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 출력 DB는, 상기 용접 캐리지의 용접 자세 및 용접 각장에 따라 설정된 용접 전류 및 용접 전압을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 출력 DB는, 상기 제1모재와 제2모재 사이의 갭에 따라 설정된 용접 속도, 위빙 여부, 위빙 폭, 및 용접 정지 시간을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 용접 캐리지에는 정밀 제어가 가능하도록 그 주행 변위를 검출하는 엔코더가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동 용접장치를 이용한 용접방법은, 용접 조건을 DB로 설정하고 이를 기준으로 용접을 수행하는 자동 용접장치를 이용한 용접방법에 있어서, 작업자가 용접 캐리지의 용접 자세와, 용접하고자 하는 용접 부위의 용접 각장, 서로 직각으로 형성된 모재와 모재 사이의 갭을 입력 DB로 선택하여 입력하는 단계와, 상기 용접 캐리지의 용접 자세 및 용접 각장에 따라 설정된 용접 전류 및 용접 전압과, 상기 모재와 모재 사이의 갭에 따라 설정된 용접 속도, 위빙 여부, 위빙 폭, 용접 정지 시간이 출력 DB로 설정되어 출력되는 단계와, 상기 출력 DB에 따라 와이어 피더와 용접 캐리지가 작동하면서 자동으로 용접 작업을 수행하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 자동 용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 의하면, 작업 조건에 알맞은 용접 조건, 즉 캐리지의 용접자세, 용접 각장과 모재와 모재 사이의 갭에 대한 정보에 따라 이와 관련된 하위 상세 용접 조건들이 자동으로 결정되어 용접장치를 제어함으로써, 용접 전류, 용접 전압, 용접 속도 등의 용접 조건을 작업자가 일일이 조절할 필요가 없어 작업 효율이 향상되고, 작업자의 전문적인 용접 기량이 필요하지 않은 장점이 있다.

또한, 동일한 작업환경에서 같은 용접 캐리지를 사용하더라도 작업자들의 능력 및 숙련도에 관계없이 용접 와이어의 소모량과 용접속도 및 용접품질에 격차가 발생하지 않아 작업 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 용접장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 용접 각장 제어를 위한 용접 데이터베이스의 기본 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 용접 각장 제어를 위한 용접 데이터베이스의 구체적인 테이블을 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동 용접장치를 나타내는 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 용접 각장 제어를 위한 용접 데이터베이스의 기본 구성을 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 용접 각장 제어를 위한 용접 데이터베이스의 구체적인 테이블을 나타내는 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 용접장치는 크게 용접 캐리지(100), 와이어 피더(200), 용접 제어기(300)로 구성된다.

구체적으로, 용접 캐리지(100)는 상기 와이어 피더(200)로부터 용접 와이어를 송급받아 용접 토치(130)를 통해 용접을 수행하는 장치로서, 본체(110)와, 상기 본체(110)에 설치된 주행모터(미도시)에 연결되어 상기 본체(110)에 설치되어 본체(110)의 원활하고 자유로운 위치 변경을 위한 캐스터(120)와, 상기 본체(110)에 설치되어 모재들의 접합부에 불꽃을 방사하여 용접을 수행하는 용접 토치(130)와, 상기 용접 토치(130)를 유지하고 용접 토치(130)의 작업각을 조정하는 각도조절장치(140)를 포함한다.

특히, 상기 주행모터에는, 주행 모터의 회전 변위가 시간에 따라 연속적으로 변화하는 경우 시간에 따른 변위의 변화율을 검출하는 엔코더(ENCORDER)가 설치되어 있다.

상기 엔코더의 설치로 인해 용접 조건의 데이터 베이스(DATABASE, 이하, DB라고 함)의 입력 값대로 정확하게 동작하여 상기 용접 캐리지(100)에 대한 정밀 제어가 이루어지게 된다.

상기 와이어 피더(200)는 상기 용접 캐리지(100)에 용접 와이어를 송급하게 되는 것으로, 종래의 공지된 것을 사용할 수 있으며, 상기 용접 제어기(300)를 통해 제어될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 용접 캐리지(100)의 본체(110)에 설치되는 용접 제어기(300)에는 작업 조건에 알맞은 용접 조건에 대한 DB가 저장되며 이에 따라 상기 용접 캐리지(100)와 와이어 피더(200)를 제어하게 된다.

구체적으로 상기 용접 제어기(300)는, 상기 용접 캐리지(100)의 본체(110)에 설치되는 입력부와, 상기 입력부의 입력 DB 신호가 입력될 경우 해당하는 용접 조건에 대한 출력 DB에 따라 용접 캐리지(100)와 와이어 피더(200)를 제어하는 제어부를 기본 구성으로 하고 있다.

상기 제어부에 저장되며 작업자가 작업 조건에 해당하는 용접 조건을 개별적으로 입력 가능한 입력 DB들은 도 2에 도시한 바와 같이, 용접 캐리지(100)가 수평으로 놓여 있는 제1모재(10) 또는 상기 제1모재(10)에 직각으로 위치되는 제2모재(20)에 선택적으로 설치되는 용접 자세(수평, 수직), 용접하고자 하는 용접 부위의 용접 각장, 그리고 서로 직각으로 놓인 제1모재(10)와 제2모재(20) 사이의 갭(GAP)을 포함한다.

그리고, 상기 입력 DB에 따라 상기 제어부에 미리 설정되어 저장되어 있는 용접 캐리지(100)와 와이어 피더(200)의 해당 용접 조건, 즉 용접 전류, 용접 전압, 용접 속도, 위빙 여부, 위빙 폭, 및 용접 정지 시간 등이 선택적으로 결정되어 출력 DB로 출력됨으로써, 상기 용접 캐리지(100)와 와이어 피더(200)의 작동을 정밀하게 제어 가능하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 자동 용접장치를 이용한 용접방법에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 용접 캐리지(100)의 본체(110)에 설치되는 용접 제어기(300)에는 용접 조건에 대한 DB, 즉 입력 DB인 용접 캐리지(100)의 용접 자세 및 용접 각장에 따른 용접 전류 및 용접 전압 등의 출력 DB가 상기 입력 DB(용접 자세 및 용접 각장)와 함께 미리 설정되고, 제1모재(10)와 제2모재(20) 사이의 갭에 따른 용접 속도, 위빙 여부, 위빙 폭, 및 용접 정지 시간 등의 출력 DB가 상기 입력 DB(갭)와 함께 미리 설정되어 있다.

이와 같은 용접 조건에 대한 출력 DB가 설정되어 있는 용접 제어기(300)에 대하여, 작업자가 상기 용접 자세와 용접하고자 하는 용접 부위의 용접 각장, 그리고, 제1모재(10)와 제2모재(20) 사이의 갭 등의 작업 조건에 알맞은 입력 DB를 용접 제어기(300)의 입력부를 통해 입력하게 되면, 상기 입력 DB에 대한 입력 신호가 용접 제어기(300)의 제어부에 전달되고, 상기 입력 DB에 대한 입력 신호를 전달받은 제어부는 제어 신호를 출력하게 된다.

상기 제어 신호에 의해 상기 용접 캐리지(100)와 와이어 피더(200)가 작동을 시작하게 되는데, 상기 용접 자세와 용접 각장에 따른 제어로직을 통해 결정되는 상기 와이어 피더(200)의 용접 전류와 용접 전압이 도 3의 테이블로부터 설정되어 있다.

이때, 상기 용접 각장에 대한 설정값과 상관없이 상기 용접 자세에 따라 용접 전류와 용접 전압이 설정되어 있는바, 예컨대 상기 용접 자세가 수평일 경우 용접 전류는 350A이고 용접 전압은 40V이며, 상기 용접 자세가 수직일 경우 용접 전류는 180A이고 용접 전압은 22V로 설정된다.

즉, 용접 자세가 수평일 경우에 설정되는 용접 전류 값과 용접 전압 값이 상대적으로 높다.

또한, 상기 제1모재(10)와 제2모재(20) 사이의 갭에 따른 제어로직을 통해 결정되는 용접 캐리지(100)의 용접 속도와, 위빙 여부, 위빙 폭, 및 용접 정지 시간이 도 3의 테이블로부터 설정되어 있다.

예컨대, 상기 갭이 증대되는 동시에 용접 각장의 크기가 증대되는 경우 상기 용접 캐리지(100)의 용접 속도가 순차적으로 감소하게 된다.

상기 갭이 최대 2mm인 경우이면서 용접 자세가 수평인 경우에만 용접 캐리지(100)의 위빙 동작이 구현되는 반면, 상기 용접 자세가 수직인 경우에서는 용접 캐리지(100)의 위빙 동작이 항상 구현된다.

상기 위빙 폭은 상기 위빙 동작과 관련되며, 상기 용접 자세가 수평이면서 위빙 동작이 구현되는 경우에는 위빙 폭이 2mm로 설정된다.

상기 용접 자세가 수직일 경우에는 갭이 증대되는 것과 비례하여 상기 위빙 폭이 증대되며, 갭이 동일한 경우에는 상기 용접 각장의 크기에 따라 비례하여 위빙 폭이 증대된다.

그리고, 상기 용접 정지 시간은 상기 위빙 폭과 비례하게 설정된다.

여기서, 이와 같은 입력 DB와 출력 DB에 대한 설정 값들에 대한 수치 한정은 주요 특징이 아니며, 제어로직을 통해 미리 프로그램상에 테이블화되어 있는 용접 조건은 다른 다양한 용접 조건 DB를 가질 수도 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 작업 조건에 알맞은 용접 조건을 미리 설정하여 용접 제어기(300)에 저장한 상태에서, 작업자가 작업 조건에 맞는 용접 자세와 용접 각장, 그리고 제1모재(10)와 제2모재(20) 사이의 갭 등의 입력 DB를 입력할 경우 그 용접 조건에 맞는 출력 DB를 반영한 용접 캐리지(100)와 와이어 피더(200)가 작동하면서 자동으로 정확하게 용접 작업을 수행할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 있게 된다.

100 : 용접 캐리지 200 : 와이어 피더
300 : 용접 제어기

Claims (6)

1. 서로 직각으로 형성되는 제1모재와 제2모재 위를 주행하면서 용접을 수행하는 용접 캐리지와,
   상기 용접 캐리지에 용접 와이어를 송급하는 와이어 피더와,
   작업 조건에 알맞은 용접 조건에 대한 DB에 따라 상기 용접 캐리지와 와이어 피더를 제어하는 용접 제어기를 포함하되,
   상기 용접 제어기는, 상기 제1모재 또는 제2모재 상에 선택적으로 설치되는 상기 용접 캐리지의 용접 자세와, 용접하고자 하는 용접 부위의 용접 각장, 상기 제1모재와 제2모재 사이의 갭을 입력 DB로 이용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 용접 제어기는, 상기 입력 DB에 따라 미리 설정되어 있는 와이어 피더와, 용접 캐리지의 해당 용접 조건을 선택적으로 설정하여 출력 DB로 출력함으로써 상기 와이어 피더와 용접 캐리지의 작동을 정밀하게 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 출력 DB는, 상기 용접 캐리지의 용접 자세 및 용접 각장에 따라 설정된 용접 전류 및 용접 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 출력 DB는, 상기 제1모재와 제2모재 사이의 갭에 따라 설정된 용접 속도, 위빙 여부, 위빙 폭, 및 용접 정지 시간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 용접 캐리지에는 정밀 제어가 가능하도록 그 주행 변위를 검출하는 엔코더가 설치된 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
   
6. 용접 조건을 DB로 설정하고 이를 기준으로 용접을 수행하는 자동 용접장치를 이용한 용접방법에 있어서,
   작업자가 용접 캐리지의 용접 자세와, 용접하고자 하는 용접 부위의 용접 각장, 서로 직각으로 형성된 모재와 모재 사이의 갭을 입력 DB로 선택하여 입력하는 단계와,
   상기 용접 캐리지의 용접 자세 및 용접 각장에 따라 설정된 용접 전류 및 용접 전압과, 상기 모재와 모재 사이의 갭에 따라 설정된 용접 속도, 위빙 여부, 위빙 폭, 용접 정지 시간이 출력 DB로 설정되어 출력되는 단계와,
   상기 출력 DB에 따라 와이어 피더와 용접 캐리지가 작동하면서 자동으로 용접 작업을 수행하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동 용접장치를 이용한 용접방법.

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