KR101224878B1 - 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치 및 그 용접 방법 - Google Patents

기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치 및 그 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파이프 용접을 수행하는 경우 기울기와 후행 용접면의 온도를 이용하여 최적의 용접을 수행할 수 있도록 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치 및 그 용접 방법에 관한 것으로,
상기 오비탈용접장치는, 파이프의 외주연에 위치되는 레일(7)을 주행하는 이송캐리지(11);와, 이송캐리지(11)에 장착되어 이송캐리지(11)의 지면에 대한 기울기를 검출하는 기울기센서(13);와, 이송캐리지(11)에 장착되어 용접을 수행하는 용접토치(6);와, 용접선의 후면의 온도를 검출하기 위해 용접토치(6)의 후면에 위치하는 온도센서(15);와, 상기 용접토치(6)의 전면에 위치하여 용접선을 추적하는 용접선추적센서(14);와, 상기 기울기센서(13)에 검출된 기울기 값에 의해 상기 레일(7) 상에서의 용접토치(6)의 위치를 검출하여 해당 위치에 등록된 용접조건에 따라 용접을 수행하도록 제어하는 용접제어부(20);를 포함하여 구성되어,
파이프의 외주연의 위치를 검출한 후, 파이프의 외주연의 위치별로 용접조건을 저장하는 용접DB의 정보와, 후면의 온도 값을 이용하여 용접조건을 가변 제어하는 것에 의해 파이프에 대한 오비탈용접 품질을 현저히 향상시키고, 용접속도를 향상과 용접 시작점 임의선정, 누적위치인식 관리의 불필요 등 편의성을 증대시키는 효과를 제공한다.

Description

기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치 및 그 용접 방법{ORBITAL WELDING DEVICE WITH A INCLINOMETER AND A TEMPERATURE SENSOR AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 파이프 용접을 수행하는 경우 기울기와 후행 용접면의 온도를 이용하여 최적의 용접을 수행할 수 있도록 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치 및 그 용접 방법에 관한 것이다.
일반적으로 육상 및 해상의 파이프 용접의 경우 그 특성이 설치하고자 하는 현장에서 직접 용접을 통해 파이프를 연결해야 하므로, 대형 파이프의 경우 파이프에 대한 용접 작업을 용이하게 하기 위하여 고정된 파이프를 용접 캐리지(주행부)가 회전하면서 용접할 수 있는 오비탈 용접 장치가 제공되었다.
도 1은 대한민국 공개특허공보 특2002-0072917호에 개시된 이송캐리지(200)와 용접기(1)를 구비한 오비탈 용접장치를 나타낸다.
도 1과 같이 종래기술의 오비탈용접장치는 이송캐리지(200) 상에 용접기(1)를 장착한 후 컨트롤박스(52)의 제어에 따라 이송캐리지(200)가 파이프 외주면을 주행하면 용접토치(6)를 이용하여 두 개의 파이프(A, B)의 접합부인 용접선을 따라 용접을 수행하도록 구성된다.
상술한 구성의 오비탈용접장치는 파이프를 회전시키는 등의 번거로운 작업을 수행하지 않고도 용이하게 파이프 외관에 대한 용접을 자동으로 수행할 수 있도록 함으로써, 파이프 용접 작업 속도를 현저히 향상시키며, 작업자의 피로도를 감소시키는 효과를 제공하였다.
그러나 오비탈 용접장치의 경우 파이프의 외주연을 따라 이송캐리지(200)가 이송하며 용접을 수행하게 되고, 이때 용접선 추적 이외의 용접기의 위치 또는 후면 온도를 검출하는 기능이 구비되지 않아 파이프의 상부와 측면의 경사면, 저면 등의 위치에 따라 용적에 미치는 힘 등이 상이하고, 용접토치에서 생성되는 아크의 세기 등이 변화되어 의도하는 용접이 수행되지 못하는 문제점을 가진다.
또한 종래기술의 오비탈용접장치는 원주 360° 전 구간에서 안정적인 용접조건을 구축하므로 용접조건변수 중 중요요인인 용접속도를 보수적으로 낮게 설정하는 것에 의해 용접속도가 저하되는 문제점을 가진다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파이프의 외주연의 위치를 검출한 후, 파이프의 외주연의 위치별로 용접조건을 저장하는 용접DB의 정보와, 후면의 온도 값을 이용하여 용접조건을 가변 제어하는 것에 의해 파이프에 대한 오비탈용접 품질을 현저히 향상시킬 수 있도록 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치 및 그 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 용접선의 온도와 열전달속도를 측정하여 그 위치에 적합한 열 용입이 되도록 용접조건을 조절하여 장비의 용접속도 향상과 용접 시작점 임의선정, 누적위치인식 관리의 불필요 등 편의성을 증대할 수 있도록 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치 및 그 용접 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 파이프 원주상 용접 지점의 위치와 온도정보를 실시간으로 구하여 용접조건 최적화에 활용함으로써 용접생산성을 향상하고, 용접시작점/끝점의 임의선택이나 자동용접조건 개발의 편의성을 높일 수 있도록 하는 기울기 센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치 및 그 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈용접장치는, 파이프의 외주연에 위치되는 레일(7)을 주행하는 이송캐리지(11);와, 이송캐리지(11)에 장착되어 이송캐리지(11)의 지면에 대한 기울기를 검출하는 기울기센서(13);와, 이송캐리지(11)에 장착되어 용접을 수행하는 용접토치(6);와, 용접선의 후면의 온도를 검출하기 위해 용접토치(6)의 후면에 위치하는 온도센서(15);와, 상기 용접토치(6)의 전면에 위치하여 용접선을 추적하는 용접선추적센서(14);와, 상기 기울기센서(13)에 검출된 기울기 값에 의해 상기 레일(7) 상에서의 용접토치(6)의 위치를 검출하여 해당 위치에 등록된 용접조건에 따라 용접을 수행하도록 제어하는 용접제어부(20);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기울기센서(13)는, 상기 용접토치(6)의 용접대상 파이프(A, B) 상의 원주 상의 위치를 각도 정보로 검출하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 용접제어부(20)는 또한, 상기 용접조건을 저장하여, 상기 온도센서(15)에서 검출된 후면 온도 정보를 검출한 후 이를 용접조건의 후면 온도 정보와 비교하여 그 차이에 따라 용접토치의 아크의 세기를 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치의 용접 방법은, 파이프의 외주연에 배치되는 레일(7) 상에서 기울기센서(13)를 이용하여 용접토치(6)의 원주상의 위치 정보를 검출하는 기울기측정과정(S10);과, 용접조건을 저장하는 용접DB에서 상기 기울기측정과정(S10)에 의해 검출된 파이프의 원주 상의 위치에 대응하는 용접조건 정보를 추출하는 용접정보검색과정(S20);과, 상기 기울기측정과정(S10)에서 검출된 위치에 대응하는 용접조건에 따라 용접을 수행하는 용접과정(S50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 오비탈 용접장치의 용접 방법은, 또한, 상기 용접정보검색과정(S20)에서 검출된 용접조건에 따라 용접을 수행하며 온도센서(15)를 이용하여 용접선 상에서의 용접위치의 후면 위치에 대한 온도를 측정하는 온도측정과정(S30);과, 상기 온도측정과정(S30)에서 측정된 온도를 상기 용접조건과 비교하여 후면 온도가 상기 용접조건의 온도를 가지도록 입열량을 제어하는 입열량제어과정(S40);을 더 포함하고, 상기 용접과정(S50)은 상기 입열량제어과정(S40)에 따라 입열량을 제어하며 상기 용접조건에 따라 용접을 수행하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본원 발명은, 파이프의 외주연의 위치를 검출한 후, 파이프의 외주연의 위치별로 용접조건을 저장하는 용접DB의 정보와, 후면의 온도 값을 이용하여 용접조건을 가변 제어하는 것에 의해 파이프에 대한 오비탈용접 품질을 현저히 향상시킬 수 있도록 한다.
또한 본 발명은 용접선의 온도와 열전달속도를 측정하여 그 위치에 적합한 열 용입이 되도록 용접조건을 조절하여 장비의 용접속도 향상과 용접 시작점 임의선정, 누적위치인식 관리의 불필요 등 편의성을 증대할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 파이프 원주상 용접 지점의 위치와 온도정보를 실시간으로 구하여 용접조건 최적화에 활용함으로써 용접생산성을 향상하고, 용접시작점/끝점의 임의선택이나 자동용접조건 개발의 편의성을 높일 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 파이프의 원주 360° 각 위치마다 허용 최대치에 근접하는 용접조건 데이터베이스를 구축하여 용접조건에 대한 제어를 수행하는 것에 의해 용접속도를 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 대한민국 공개특허공보 특2002-0072917호에 개시된 이송캐리지(200)와 용접기(1)를 구비한 오비탈 용접장치의 측면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 오비탈용접장치(10)의 정면도,
도 3은 본 발명의 오비탈용접장치(10)를 이용한 용접 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 오비탈용접장치(10)의 정면도이다.
도 2와 같이, 상기 오비탈용접장치(10)는 용접 대상이 되는 파이프(A, B)의 용접선 인접 위치에서 파이프의 원주 둘레를 따라 배치되는 레일(7) 상을 주행하는 이송캐리지(11)와, 용접토치(6), 기울기센서(13), 온도센서(15), 용접선추적센서(14), 용접제어부(20)를 포함하여 구성된다.
상기 이송캐리지(11)는 용접대상이 되는 파이프(A, B)의 용접부에 인접하는 위치에서 파이프(A, B)의 외주연 둘레를 따라 설치되는 레일(7)을 주행하며 자동으로 용접을 수행할 수 있도록 구성된다.
상기 기울기센서(13)는 자이로스코프에 의하여 기울기를 검출하는 센서, 가속도 센서를 이용하여 중력 가속도의 방향 변화를 검출하여 기울기를 검출하는 센서 등으로 구성된다. 상기 구성의 기울기센서(13)는 파이프(A, B)의 외주연 상에서의 위치를 각도 값으로 검출하게 된다. 이 과정에서 각도 값을 외주연의 원주둘레 상의 거리 위치 값으로 산출할 수 있다.
상기 용접토치(6)는 파이프(A, B) 외주연의 위치별 용접조건을 용접DB로 데이터베이스화하여 저장한 용접제어부(20)가 기울기센서(13)에 의해 검출된 파이프 원주 상에서의 위치에 따라 설정된 용접조건과 하기에서 설명될 온도센서(15)에 의해 검출된 후면 온도 값을 용접조건과 비교하여 용접조건에 적합하도록 제어하는 입열량을 가지도록 용접 전압 및 전류를 가지는 아크와 해당 용접조건에 설정된 가스 압력으로 가스를 분사하면서 용접와이어(5)를 공급하여 이송캐리지(11)의 이동에 따라 용접선을 따라 용접을 수행하도록 구성된다.
상기 온도센서(15)는 용접선의 후면의 위치에 위치하도록 이송캐리지(11)에 장착된 후 용접토치(6)에 의해 용접된 용접면의 온도를 검출하여 용접제어부(20)로 출력하도록 구성된다.
상기 용접선추적센서(14)는 이송캐리지(11)와 용접토치(6)가 용접선 상에서 이동하며 용접을 수행할 수 있도록 용접선을 위치를 추적하여 추적된 위치 값을 용접제어부(20)로 출력한다.
상기 용접선추적센서(14)는 대한민국공개특허공보 제1998-037902호의 "편심원통형 반사거울을 구비한 용접선 추적장치", 대한민국공개특허공보 제2006-0114566호의 "전자기 센서를 이용한 용접선 추적장치", 대한민국공개특허공보 제2007-2466호의 "용접선 추적용 레이저 비젼 센서", 대한민국공개특허공보 제2002-35186호의 "요접선 자동추적 및 용접조건 적응제어 방식의 용접캐리지 장치" 등에 개시된 바와 같이, 전자기 센서, 편심 원통형 반사거울, 레이저비젼시스템 등의 다양한 용접선축적장치들이 적용될 수 있다.
상기 용접제어부(20)는 파이프(A, B)의 직경 별로 각각의 원주상의 위치에서의 중력가속도의 작용 각도, 용적의 형상, 용적의 흐름 등에 따라 가스의 토출압력, 방향, 아크 전압 및 전류 값을 가지는 용접조건을 용접DB로 저장하여, 파이프의 원주상의 위치별로 입열량, 가스토출압력, 아크 전류 및 전압, 이송캐리지(11)의 이동 속도를 제어하도록 구성된다.
이때, 상기 용접제어부(20)는 기울기센서(13)에 의해 검출된 기울기 정보를 이용하여 파이프(A, B)의 외주면 상에서의 용접토치(6)의 위치를 검출하여, 해당 위치에 대응하는 용접조건을 용접DB로부터 추출하고, 온도센서(15)에 의해 검출된 후면 온도를 용접조건의 후면 온도와 비교하여 후면 온도가 용접조건의 후면 온도를 가지도록 아크의 전류 및 전압과 가스토출 압력을 제어하게 된다.
도 3은 본 발명의 오비탈용접장치(10)를 이용한 용접 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 오비탈용접장치(10)의 용접 방법의 처리과정을 설명한다.
먼저, 본 발명의 오비탈용접장치(10)는 용접제어부(20)의 내부에 각각의 직경별로 파이프(A, B)의 외주면 위치별 용접조건을 용접DB로 데이터베이스화하여 저장한다.
이와 같은 상태에서, 용접토치(6)의 파이프(A, B)의 원주 둘레 상에서의 위치를 검출하기 위하여 기울기센서(13)를 이용하여 이송캐리지(11)의 기울기를 측정한다. 이송캐리지(11)의 기울기가 측정되면 이송캐리지(11)에서의 용접토치(6)의 결합관계를 이용하여 용접토치(6)의 기울기가 측정되며, 츠정된 용접토치(6)의 기울기 값은 파이프(A, B)의 외주연 상에서의 위치를 나타내는 각도 값으로 변환되어 용접제어부(20)로 출력된다. 이러한 처리과정이 도 3에서의 기울기측정과정(S10)이 된다.
기울기측정과정(S10)에 의해 용접토치의 위치가 검출되면 용접제어부(20)는 해당 위치에 대응하는 용접조건을 용접DB로부터 추출한다. 상기 용접조건은, 이송캐리지(11)의 이동속도, 아크 전류 및 전압, 가스토출압력 및 방향 등의 정보를 가진다. 이러한 처리과정이 도 3의 용접정보검색과정(S20)이 된다
용접정보검색과정(S20)에 의해 용접조건이 검색된 후에는 용접제어부(20)는 용접조건에 따라 용접을 수행하게 된다.
용접조건에 따라 용접을 수행하면서 온도센서(15)는 용접토치(6)의 후면에 위치하여 적외선센서 또는 온도검출센서 등을 이용하여 용접된 용접선 상의 온도를 측정한다. 이 과정이 도 3의 온도측정과정(S30)이 된다.
온도센서(15)에 의해 검출된 후면온도 값은 용접제어부(20)로 전송되고, 용접제어부(20)는 기울기센서(13)에 의해 검출된 위치정보(온도가 검출된 후면의 용접된 위치 정보)에 대응하는 용접조건을 용접DB로부터 추출하여 비교한 후, 후면의 온도가 용접조건에 설정된 온도와 다른 경우에는 필요에 따라 아크 전류 및 전압을 가변시키거나, 가스 토출 압력을 조절하는 것에 의해 입열량을 제어하게 되며, 이러한 과정이 도 3의 입열량제어과정(S40)이다
상기 기울기측정과정(S10), 온도측정과정(S30) 및 입열량제어과정(S40)은 용접이 진행되는 동안 기설정된 주기 또는 임의의 주기로 용접이 종료될 때까지 반복적으로 수행하게 되며, 이러한 상기 기울기측정과정(S10), 온도측정과정(S30) 및 입열량제어과정(S40)에 따라 용접을 수행하는 과정이 본 발명의 용접과정(S50)이 된다.
즉, 본 발명이 용접방법은 기울기센서(13)를 이용하여 용접토치(6)의 파이프(A, B) 원주 상에서의 위치를 검출하고, 검출된 위치에 대응하는 용접정보를 추출하여 이에 따라 오비탈용접을 수행하는 처리과정을 가지거나,
오비탈용접을 수행하는 과정에서 온도센서(15)를 이용하여 후면온도를 검출한 후 후면온도를 용접조건에 적합하도록 입열량을 제어하는 과정을 더 포함하는 처리과저을 가지도록 구성될 수 있다.
5: 용접와이어, 6: 용접토치, 7: 레일, 10: 오비탈용접장치, 11: 이송캐리지
13: 기울기센서, 14: 용접선추적센서, 15: 온도센서, 20: 용접제어부

Claims (5)

  1. 파이프의 외주연에 위치되는 레일(7)을 주행하는 이송캐리지(11);와,
    이송캐리지(11)에 장착되어 이송캐리지(11)의 지면에 대한 기울기를 검출하는 기울기센서(13);와,
    이송캐리지(11)에 장착되어 용접을 수행하는 용접토치(6);와,
    용접선의 후면의 온도를 검출하기 위해 용접토치(6)의 후면에 위치하는 온도센서(15);와,
    상기 용접토치(6)의 전면에 위치하여 용접선을 추적하는 용접선추적센서(14);와,
    상기 기울기센서(13)에 검출된 기울기 값에 의해 상기 레일(7) 상에서의 용접토치(6)의 위치를 검출하여 해당 위치에 등록된 용접조건에 따라 용접을 수행하도록 제어하는 용접제어부(20);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기울기센서(13)는,
    상기 용접토치(6)의 용접대상 파이프(A, B) 상의 원주 상의 위치를 각도 정보로 검출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 용접제어부(20)는,
    상기 용접조건을 저장하여, 상기 온도센서(15)에서 검출된 후면 온도 정보를 검출한 후 이를 용접조건의 후면 온도 정보와 비교하여 그 차이에 따라 용접토치의 아크의 세기를 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치.
  4. 파이프의 외주연에 배치되는 레일(7) 상에서 기울기센서(13)를 이용하여 용접토치(6)의 원주상의 위치 정보를 검출하는 기울기측정과정(S10);과,
    용접조건을 저장하는 용접DB에서 상기 기울기측정과정(S10)에 의해 검출된 파이프의 원주 상의 위치에 대응하는 용접조건 정보를 추출하는 용접정보검색과정(S20);과,
    상기 기울기측정과정(S10)에서 검출된 위치에 대응하는 용접조건에 따라 용접을 수행하는 용접과정(S50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치의 용접 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 용접정보검색과정(S20)에서 검출된 용접조건에 따라 용접을 수행하며 온도센서(15)를 이용하여 용접선 상에서의 용접위치의 후면 위치에 대한 온도를 측정하는 온도측정과정(S30);과,
    상기 온도측정과정(S30)에서 측정된 온도를 상기 용접조건과 비교하여 후면 온도가 상기 용접조건의 온도를 가지도록 입열량을 제어하는 입열량제어과정(S40);을 더 포함하고,
    상기 용접과정(S50)은 상기 입열량제어과정(S40)에 따라 입열량을 제어하며 상기 용접조건에 따라 용접을 수행하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 기울기센서와 온도센서를 장착한 오비탈 용접장치의 용접 방법.
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