KR100385024B1 - 위빙용접의 끝단부 감지방법 및 장치 - Google Patents
위빙용접의 끝단부 감지방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
로봇을 이용한 FCAW(FLUX CORED ARC WELDING)공정에서 용접부의 끝단부를 터치센싱(TOUCH SENSING)없이 자동으로 정확하게 감지하여 작업대상물의 끝단부 터치센싱에 소요되는 시간을 줄이는 끝단부 감지방법 및 장치가 게시되어 있다. 위빙용접을 실행하는 명령을 용접로봇에 인가하면 용접로봇은 설정된 시작점에서부터 위빙용접을 실행한다. 상기 용접로봇이 위빙용접을 실행하는 과정에서 용접대상물과 용접토치와의 사이에서 흐르는 용접전류를 끝단부 인식에 용이하도록 소프트웨어적으로 처리하여 용접전류차(Iw)와 용접전류 1(Id 1), 용접전류 2(Id 2)를 계산하고 이 값으로 기준값과 측정값 및 기준값에서 측정값을 뺀 차이값을 계산하여 상기 차이값을 끝단부 인식을 위하여 미리 용접실험을 통하여 설정된 값(a, b, c, d, e)으로 비교하여 용접선의 끝단부를 감지하고 용접선의 끝단부를 용접토치가 지나게 되면 자동으로 위빙용접을 정지하고 다음 동작으로 넘어가게 된다. 따라서 용접로봇은 위빙용접을 실행하는 과정에서 용접선의 끝점을 스스로 감지하여 용접작업을 멈추게 되므로 별도의 값비싼 외부 장치를 사용하지 않고도 용접자동화를 이룰수 있다는 잇점이 있다.
Description
본 발명은 로봇을 사용한 용접끝단부 인식에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇이 일정한 패턴을 가진 위빙용접을 할 때 용접선의 형상 변화에 따른 용접전류의 변화를 이용한 용접선의 끝단부의 감지이며, 이를 통하여 용접작업에 소요되는터치센싱 시간을 줄여 용접로봇의 아크타임을 높일 수 있도록 하는 위빙용접의 끝단부 감지방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 로봇이 용접작업을 하기 위해서 용접대상물의 시작점과 끝점 모두를 미리 터치센싱하여야 로봇은 원활한 용접작업을 실행할 수 있다. 그러나 이러한 방법으로 로봇을 운영하면 터치센싱에 소요되는 시간이 증가하게 되며, 특히 용접선이 긴 작업대상물의 경우 상기 터치센싱의 방법으로 용접선의 시작점과 끝점을 터치센싱하기 위해서는 소요되는 시간이 너무 많으므로 효율적인 로봇 용접작업을 기대하기가 힘들다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 비젼센서(VISION SENSOR)등 고가의 부가적인 센서나 끝단부를 인식하기 위한 터치센싱없이 로봇이 위빙용접중 용접대상물과 용접터치의 팁간의 거리인 일명 팁 모재간 거리(TIP TO WORKPIECE)에서 변화하는 용접전류를 소프트웨어적으로 처리하여 용접선의 끝단부를 자동으로 감지하는 방법을 제공하는데 있으며, 이에 따른
본 발명의 제 1 목적은 상기한 로봇용접시 끝단부를 감지하기 위한 방법중 상기 팁 모재간 거리에 따라 변화하는 전류에 가중치(WEIGHT FACTOR)를 가한 용접전류차(Iw)를 사용하여 용접선의 끝단부를 감지하는 데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 상기한 로봇용접시 끝단부를 감지하기 위한 방법중 용접전류 1(Id 1)과 용접전류 2(Id 2)를 이용하여 용접선의 끝단부를 감지하는데 있다.
본 발명의 제 3 목적은 상기한 로봇용접 공정의 끝단부를 감지하기 위한 방법을 실행하기에 적합한 로봇용접 공정의 끝단부 감지장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 위빙용접의 끝단부 감지장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 위빙용접의 끝단부 감지방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
10 : 제어부 20 : 와이어피더
30 : 용접토치 40 : 용접로봇
50 : 용접기 60 : 용접대상물
70 : 터치센서
상기 제 1, 2 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 터치센서를 이용하여 위빙용접의 시작점을 센싱하여 설정하는 제1단계; 위빙용접을 시작하는 제2단계; 용접선의 끝점을 감지하기 위한 매 반사이클 위빙구간도안에 발생되는 전류의 변화로부터 용접전류(Id)와 용접전류차(Iw)를 계산하는 제3단계; 용접선의 끝점을 감지하기 위한 특정 위빙구간동안에 발생되는 용접전류(Id)와 용접전류차(Iw)로부터 기준용접전류(Id,ref)와 기준용접전류차(Iw,ref)를 계산하는 제4단계; 용접선의 끝점을 감지하기 위한 특정 위빙구간동안에 발생되는 용접전류(Id)와 용접전류차(Iw)로부터 측정용접전류차(Iw,meas), 측정용접전류 1(Id,meas 1)와 측정용접전류 2(Id,meas 2)를 계산하는 제5단계; 용접선의 끝점을 감지하기 위하여 기준용접전류차(Iw,ref)에서 측정용접전류차(Iw,meas)를 빼서 비교전류차(ΔIw)를 계산하고, 기준용접전류(Id,ref)에서 측정용접전류 1(Id,meas 1)과 측정용접전류 2(Id,meas 2)를 빼서 비교전류 1(ΔId 1), 비교전류 2(ΔId 2)를 계산하는 제6단계; 상기 비교전류차(ΔIw)를 용접실험을 통하여 설정된 값(a,b)과 비교하여 비교전류차(ΔIw)가 a보다 크거나 같고 b값보다 작을 경우 용접선의 끝단부로 판단하는 제7단계; 용접선의 끝단부를 감지하기 위하여 상기 비교전류차(ΔIw)를 용접실험을 통하여 설정된 값(a,c)과 비교하여 비교전류차(ΔIw)가 c보다 크고 a보다 작을 때 용접선의 끝단부로 판단하는 제8단계; 용접선의 끝단부를 감지하기 위하여 상기의 비교전류 1(ΔId 1)이 용접실험을 통하여 설정된 값(d)보다 크거나 같으면 용접선의 끝단부로 판단하는 제9단계; 상기의 비교전류 2(ΔId 2)가 용접실험을 통하여 설정된 값(e)보다 크거나 같으면 용접선의 끝단부로 판단하는 제10단계로 이루어지는 위빙용접의 끝단부 감지방법을 제공한다.
상기 제 3 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 위빙용접을 수행하는 용접로봇; 상기 용접로봇에 설치되는 용접토치; 상기 용접기의 일측에 설치되어 용접대상물의 용접위치를 감지하는 터치센서; 상기 용접토치에 접속되어 용접봉 및 용접전류를 공급하는 와이어피더; 상기 와이어피더 및 용접대상물에 전류를 인가하는 용접기; 그리고 상기 용접기 및 용접로봇을 제어하고 용접로봇이 용접선의 끝점을 자동으로 인식하는 프로그램 및 데이터로 이루어지는 제어부로 이루어지는 위빙용접의 끝단부 감지장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 위빙용접을 실행하는 명령을 용접로봇에 인가하면 용접로봇은 설정된 시작점에서부터 위빙용접을 실행한다. 상기 용접대상물은 부재의 접합각도가 직각을 이루는 필렛 조인트(FILET JOINT)이며, 용접로봇이 위빙용접을 실행하는 과정에서 용접대상물과 용접토치와의 사이의 팁 모재간 거리의 변화에 의해서 발생하는 용접전류의 변화를 제어부에서 감지하여 끝단부 인식을 위하여 매 위빙당 기준값과 측정값을 계산하고 기준값에서 측정값을 뺀 차이값으로 용접선의 끝단부를 감지한 후, 끝단부 이후에는 다음 작업을 수행한다. 따라서 용접로봇은 위빙용접을 실행하는 과정에서 위빙용접의 끝점을 스스로 감지하여 위빙용접을 멈추게 되므로 끝단부 터치센싱 시간감소에 따른 로봇 작업의 생산성 향상과 함께 규격화된용접품질을 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 위빙용접의 끝단부 감지장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 위빙용접의 끝단부 감지방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 먼저, 끝담부를 인식하기 위한 프로그램과 각종 로봇 구동을 위한 프로그램이 내장되어 있는 제어부(10)와 이에 지그재그 모양으로 위빙을 하는 용접로봇(40)이 연결된다. 상기 용접로봇(40)에는 용접대상물(60)에 위빙용접을 실행하는 용접봉 및 용접토치(30)가 구비되고, 상기 제어부(10)와 연결되어 용접전원을 공급하는 용접기(50)가 설치되며, 용접기(50)의 일측에는 용접대상물(60)의 터치센싱을 통하여 용접위치를 감지하는 터치센서(70)가 연결된다. 상기 용접토치(30)는 와이어피더(20) 및 용접로봇(40)은 제어부(10)에 접속되며, 제어부(10)의 프로그램된 내용에 따라 각종 용접작업을 수행한다.
상기 터치센서(70)를 이용하여 용접로봇(40)이 용접대상물(60)의 위빙용접을 실행할 시작점을 센싱하여 그 위치를 제어부(10)에 저장시킨다. 또한, 상기 제어부(10)는 용접대상물(60)의 용접선의 끝점을 자동으로 감지할 수 있도록 하기 위하여 용접중 팁 모재간에 흐르는 전류를 이용하여 반 사이클 위빙마다 용접전류(Id) 및 용접전류차(Iw)를 계산한다. 즉 상기 팁 모재간 거리변화에 의하여 용접중 전류의 변화가 가까우면 전류가 높아지게 되고, 용접토치(30)와 용접대상물(60)의 사이가 멀어지면 전류가 낮아지게 된다. 상기 용접대상물(60)의 형태는필렛 조인트임으로 용접토치(30)는 직각의 상태로 맞닿는 수평부재와 수직부재의 사이를 이동하면서 위빙용접을 실행한다. 따라서 상기 용접토치(30)가 위빙용접을 실행하면서 용접대상물(60)의 수평부재와 수직부재의 사이를 이동하게 되며, 로봇 위빙시 용접토치(30)가 용접대상물(60)의 용접선 중심부로 근접할수록 용접대상물(60)과 용접토치(30)의 거리는 멀어지고, 반대로 용접토치(30)가 수평부재 또는 수직부재로 근접할수록 용접대상물(60)과 용접토치(30)의 거리는 가까워진다. 위빙용접중 상기 팁 모재간 거리가 가까워지면 용접토치(30)와 용접대상물(60)을 통해 흐르는 전류는 증가하게 되고, 반대로 팁 모재간 거리가 멀어지면 용접토치(30)와 용접대상물(60)을 통해 흐르는 전류는 감소하게 된다. 또한, 위빙용접중 용접토치(30)가 용접선의 끝단부를 지난후에는 용접선의 끝단부를 지나기 전보다 상기 팁 모재간 거리가 더욱 멀어지게 되어 이에 따른 급격한 용접전류의 변화가 발생하게 된다.
위빙용접중 상기 팁 모재 사이로 흐르는 전류는 제어부(10)에서 감지하여 계산하며, 위빙용접을 실행하는 동안 상기 팁 모재 사이의 전류 데이터로부터 용접전류(Id)를 식 1)과 같이 얻는다.
식 1)
I(i) : 측정된 용접전류 데이터
n : 측정된 용접전류 데이터의 개수
또한, 상기 제어부(10)는 위빙용접을 실행하는 동안 팁 모재 사이의 전류 데이터로부터 용접전류차(Iw)를 식 2)와 같이 얻는다.
식 2)
I(i) : 측정된 용접전류 데이터
n : 측정된 용접전류 데이터의 개수
Cf: 보정계수
ψ(i) : 가중치
상기 식 2)에서 가중치(ψ)는 위빙중심의 전류보다 위빙 끝단부의 전류를 많이 사용하기 위하여 식 3)과 같이 정의된다.
식 3)
,
X1: 1~n/2 구간에 대한 ψ값
X2: n/2+1 ~ n 구간에 대한 ψ값
상기 제어부(10)는 반 사이클 위빙구간에서 n번의 전류 데이터로부터 용접전류차와 용접전류 1, 용접전류 2를 감지하고, 식 1)로부터 얻어지는 용접전류는 위빙 반 사이클의 구간에서 측정된 n번의 전류의 평균값을 나타내며, 식 2)로부터 얻어지는 용접전류차는 위빙 반 사이클 구간의 용접전류에 가중치(ψ)를 곱한 값이 된다.
일 실시예를 통해 좀더 상세하게 설명하면, 먼저, 제어부(10)를 통해 용접로봇(40)이 용접을 실행하도록 한다(제1단계(S100)). 상기 용접로봇(40)에 의해 용접토치(30)가 용접을 실행하면 제어부(10)는 로봇위빙의 횟수를 계산한다(제2단계(S200)). 상기의 식(1), 식(2)를 이용하여 반 사이클마다 위빙당 용접전류(Id)와 용접전류차(Iw)를 계산한다(제3단계(S300)). 상기 용접로봇(40)이 위빙용접을 끝마치는 끝점을 인식할 수 있도록 특정 위빙 구간에서의 기준전류차(Iw, ref)와 기준전류(Id, ref)를 제어부(10)에서 계산한다(제4단계(S400)). 상기 용접로봇(40)이 위빙용접을 끝마치는 끝점을 인식할 수 있도록 특정 위빙구간에서 측정전류차(Iw, meas)와 측정전류 1(Id,meas 1), 측정전류 2(Id,meas 2)를 제어부(10)에서 계산한다(제5단계(S500)). 상기한 기준전류차(Iw,ref)에서 측정전류차(Iw,meas)를 뺀 값과 기준전류(Id,ref)에서 측정전류 1(Id,meas 1), 측정전류 2(Id,meas 2)를 뺀 값인 비교 전류차(ΔIw)와 비교전류 1(ΔId 1), 비교전류 2(ΔId 2)를 제어부(10)에서 제어한다(제6단계(S600)). 상기한 비교전류차(ΔIw)로 용접선의 끝단부를 판단하는 값(a,b,c)과 비교하여 제어부(10)에서 용접선의 끝단부 검출여부를 판단하고 다음으로 넘어간다(제7단계(S700), 제8단계(S800)). 상기한 비교전류 1(ΔId 1), 비교전류 2(ΔId 2)로 용접선의 끝단부를 판단하는 값(d,e)과 비교하여 제어부(10)에서 용접선의 끝단부 검출여부를 판단하고 다음으로 넘어간다(제9단계(S900), 제10단계(S1000)).
이상 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 위빙용접을 실행하는 명령을 용접로봇에 인가하면 용접로봇은 설정된 시작점만 터치센싱하여 용접작업을 수행하므로 종래의 용접방법에 비하여 용접시간 및 제어부로 전송되는 로봇 프로그램의 전송시간이 짧아져 효율적인 로봇사용을 기대할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 별도의 외부장치나 값비싼 센서를 사용하지 않고 용접선의 끝단부를 인식하는 전과정이 소프트웨어적으로 구현하였기 때문에 저렴한 경비의 용접자동화 시스템의 구축이 가능하다.
Claims (4)
- 터치센서를 이용하여 위빙용접의 시작점을 센싱하여 설정하는 제1단계; 위빙용접을 시작하는 제2단계; 용접선의 끝점을 감지하기 위한 매 반사이클 위빙구간도안에 발생되는 전류의 변화로부터 용접전류(Id)와 용접전류차(Iw)를 계산하는 제3단계; 용접선의 끝점을 감지하기 위한 특정 위빙구간동안에 발생되는 용접전류(Id)와 용접전류차(Iw)로부터 기준용접전류(Id,ref)와 기준용접전류차(Iw,ref)를 계산하는 제4단계; 용접선의 끝점을 감지하기 위한 특정 위빙구간동안에 발생되는 용접전류(Id)와 용접전류차(Iw)로부터 측정용접전류차(Iw,meas), 측정용접전류 1(Id,meas 1)와 측정용접전류 2(Id,meas 2)를 계산하는 제5단계; 용접선의 끝점을 감지하기 위하여 기준용접전류차(Iw,ref)에서 측정용접전류차(Iw,meas)를 빼서 비교전류차(ΔIw)를 계산하고, 기준용접전류(Id,ref)에서 측정용접전류 1(Id,meas 1)과 측정용접전류 2(Id,meas 2)를 빼서 비교전류 1(ΔId 1), 비교전류 2(ΔId 2)를 계산하는 제6단계; 상기 비교전류차(ΔIw)를 용접실험을 통하여 설정된 값(a,b)과 비교하여 비교전류차(ΔIw)가 a보다 크거나 같고 b값보다 작을 경우 용접선의 끝단부로 판단하는 제7단계; 용접선의 끝단부를 감지하기 위하여 상기 비교전류차(ΔIw)를 용접실험을 통하여 설정된 값(a,c)과 비교하여 비교전류차(ΔIw)가 c보다 크고 a보다 작을 때 용접선의 끝단부로 판단하는 제8단계; 용접선의 끝단부를 감지하기 위하여 상기의 비교전류 1(ΔId 1)이 용접실험을 통하여 설정된 값(d)보다 크거나 같으면 용접선의 끝단부로 판단하는 제9단계; 상기의 비교전류 2(ΔId 2)가 용접실험을 통하여 설정된 값(e)보다 크거나 같으면 용접선의 끝단부로 판단하는 제10단계로 이루어지며, 상기 용접전류차(Iw)는 아래의 식 2)와 식 3)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 위빙용접의 끝단부 감지방법.식 2)I(i) : 측정된 용접전류 데이터n : 측정된 용접전류 데이터의 개수Cf: 보정계수ψ(i) : 가중치d)식 3),X1: 1~n/2 구간에 대한 ψ값X2: n/2+1 ~ n 구간에 대한 ψ값
- 제 1 항에 있어서, 상기 용접전류(Id)는 아래의 식 1)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 위빙용접의 끝단부 감지방법.식 1)I(i) : 측정된 용접전류 데이터n : 측정된 용접전류 데이터의 개수
- 삭제
- 위빙용접을 수행하는 용접로봇; 상기 용접로봇에 설치되는 용접토치; 상기 용접기의 일측에 설치되어 용접대상물의 용접위치를 감지하는 터치센서; 상기 용접토치에 접속되어 용접봉 및 용접전류를 공급하는 와이어피더; 상기 와이어피더 및 용접대상물에 전류를 인가하는 용접기; 그리고 상기 용접기 및 용접로봇을 제어하고 용접로봇이 용접선의 끝점을 자동으로 인식하는 프로그램 및 데이터로 이루어지는 제어부로 이루어지는 위빙용접의 끝단부 감지장치.
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