KR20020079329A - 마찰 교반식 용접 방법 및 장치와, 용접된 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 3차원 형상을 갖는 임의의 만곡 표면 및 이에 의해 얻어진 용접 구조물에 대하여 대체로 일정한 기하학적 관계로 회전 공구와 작업편을 유지할 수 있는 마찰 교반식 용접 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 회전 공구의 회전에 무관하게 교차 방향 또는 수직 교차 방향으로 회전 가능한 회전 공구의 두 회전축의 회전각을 설정하면서 작업편을 결합하는 단계와, 작업편의 결합 표면에 대한 법선 방향 및 결합선의 접선 방향을 검출하는 단계와, 검출된 법선 방향 및 접선 방향에 기초하여 회전 공구의 선단부에서 법선 방향 및 접선 방향에 대한 각도를 설정하면서 작업편을 3차원 방향으로 결합하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이며, 또한 이러한 방법을 이용하는 마찰 교반식 용접 장치에 관한 것이다.

Description

마찰 교반식 용접 방법 및 장치와, 용접된 구조물 {Friction Stir Welding Method and Apparatus, and Welded Structure}

본 발명은 마찰 교반식 용접 방법 및 장치와, 그것에 의해 얻어진 용접된 구조물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 복잡한 3차원 형상인 다수의 작업편을 결합시키기에 적절한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일본 특허 제2712838호(WO93/10935)에는 마찰 교반식 용접 방법이 개시되어 있으며, 상기 방법에서는 작업편의 금속보다 실질적으로 더 강성인 금속 로드(이후에는 "회전 공구"로 칭함)는 상기 작업편의 결합 영역 안으로 삽입되어 회전 하에서 이동되고, 상기 작업편은 회전 공구와 작업편 사이에 생성된 마찰열로 서로 결합된다. 상기 마찰 교반식 용접 방법은 회전 공구의 회전으로 인해 작업편과 회전 공구 사이에 성장된 마찰열로 작업편을 부드럽게하는 가소성 유동 현상을 이용하는 것이다. 작업편이 용융되어 용접되는 방법 (예로써, 아아크 용접)의 원리와는 상이한 원리를 기초로 하고 있다.

논점의 마찰 교반식 용접 방법을 실시하기 위한 장치는 예로써, 일본특개평10-249552호 및 평10-180467호에 공지되어 있다. 일본특개평10-249552호에 개시된 장치는 도3 및 도4에 도시된 것과 같은 평평한 평판형 부재에 결합시키기 위한 것이고, 일본특개평10-180467호에 개시된 장치는 도5에 도시된 것과 같은 원통형 부재에 결합시키기 위한 것이다.

비록 일본특개평10-249552호에 사용된 작업편은 도3 및 도4에 도시된 것과같은 평평한 평판형이고, 일본특개평10-180467호에 사용된 작업편은 도5에 도시된 것과 같은 만곡부를 갖는 원통형이라는 차이점이 있더라도, 이러한 종래 기술들의 장치는 회전 공구와 작업편은 용접되는 동안 소정의 기하학적 관계를 유지하면서 상대적으로 이동한다는 점이 동일하다. 따라서, 회전 공구와 작업편 사이의 기하학적 관계가 미리 설정만 된다면 용접 중에 특별한 작동은 필요치 않다.

그러나, 회전 공구와 작업편 사이의 상대적 이동에 따라, 이들 둘 사이의 기하학적 관계가 용접 중에 변할 수 있다. 도6은 이러한 변화의 일예를 도시한다. 상기 도면에서 도시된 것처럼, 이러한 변화는 결합선이 직선과 원호의 조합으로 형성된 경우에 발생된다. 이러한 경우, 회전 공구와 작업편 사이의 기하학적 관계를 유지시키기 위한 소정의 측정을 수행할 필요가 있다.

한편, 일본 특개평2000-135575호에는 경사진 상태에서 회전 공구가 부착된 회전 공구 지지 부재가 작업편의 표면에 수직인 축을 중심으로 회전할 수 있는 구조물을 개시한다. 이러한 구조물에 따라, 도6에 의해 대표되는 형태인 작업편과 결합하기 위해 회전 공구와 작업편 사이의 기하학적 관계를 유지할 수 있다.

마찰 교반식 용접 방법에서, 회전 공구와 작업편 사이의 기하학적 관계는 결합 영역의 양호함을 측정하는 것이 중요하다. 특히, 도7에 도시된 것처럼, 회전 공구가 그 하단부를 작업편의 표면에 대해 용접 방향으로 앞서 진행하도록 θ의 각도(이후 "개시 각도")로 경사진다면, 결합 영역의 양호함을 보다 용이하게 측정할 수 있다.

일본 특개평2000-135575호에서 발견되는 문제점은 작업편이 평평한 평판형즉, 결합되는 표면이 평평한 표면일 때 상기 작업편은 서로 결합될 수 있지만, 3차원 형상을 갖는 임의로 만곡된 표면은 결합될 수 없다는 점이다.

도8은 일본 특개평2000-135575호에서 제안된 기술의 개념적인 다이아그램이다. 이 도면에서, 회전 공구(11)는 회전 공구 지지 부재(22)를 통해 모터(21)에 의해 회전된다. 회전 공구 지지 부재(22)는 회전 실린더(23)에 의해 지지된다.

도9는 삼각법에 의해 작업편이 직사각형인 결합선을 따라 A로부터 B까지 반시계방향으로 결합되는 도8에 도시된 구조물의 장치를 사용하는 작업편 결합 작동을 도시한다. A로부터 B까지 용접할 때, 용접 방향은 90°변화된다.

이때, 만일 회전 공구의 회전축의 고정된 상태에서 용접 방향만이 변화한다면, 작업편과 회전 공구 개시 각도(θ) 사이의 관계는 더 이상 적절하지 않는 위치 관계로 변화된다. 이러한 경우에, 회전 실린더(23)가 90°회전된다면, 회전 공구 지지 부재(22)의 회전축은 작업편의 수직축을 중심으로 회전한다. 회전 공구 지지 부재(22)의 회전축과 회전 실린더(23)의 회전축은 회전 공구 개시 각도(θ)에 상응하는 각도를 형성하고, 상기 작업편과 개시 각도(θ) 사이의 관계는 유지된다.

따라서, 상기 설명한 장치의 구조에 따라, 작업편의 수직축에 대해 소정의 각도로 경사진 회전 공구의 회전축은 작업편의 수직축을 중심으로 회전되어 용접 방향이 변할 때에도 작업편과 회전 공구의 개시 각도(θ) 사이의 관계를 유지할 수 있다.

중요한 점은 작업편의 수직축의 각도는 일정하고 회전 실린더(23)의 회전축은 작업편의 수직축에 일치한다는 점이다. 다시 말해서, 상기 설명한 장치의 구조에 따라, 회전 실린더(23)의 회전축의 경사는 변하지 않아서 작업편의 수직축의 각도는 일정해질 필요가 있다. 작업편의 수직축은 결합 표면, 또는 결합면에 대해 수직인 라인을 나타내고, 이것은 결합면이 수직 라인이 일정한 평면일 경우에만 가능하다. 결합면이 3차원 형상으로 임의로 만곡된 표면일 때, 수직 라인의 방향은 일정하지 않다. 따라서, 종래 기술 구조물은 3차원 형상의 만곡된 표면에는 결합시킬 수 없다.

본 발명의 목적은 3차원 형상을 갖는 임의의 만곡면을 위해 회전 공구와 작업편 사이의 기하학적 관계를 유지할 수 있는 마찰 교반식 용접 방법 및 장치와 이로써 얻을 수 있는 결합된 구조물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 회전 공구의 회전 하에서 회전 공구를 작업편 내로 밀어 넣어서 회전 공구를 결합선을 따라 이동시킴으로써 작업편을 결합시키는 마찰 교반식 용접 방법으로, 상기 회전 공구의 회전축과 동일한 회전축을 가지며 상기 회전 공구의 회전과 무관하게 회전할 수 있는 부재와 회전 공구의 회전축을 회전 공구의 회전축과 교차 또는 수직으로 교차하는 축에 대하여 변형시킬 수 있는 부재를 사용하여 회전 공구의 자세를 작업편 내로 들어가도록 설정하면서 작업편이 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 회전 공구의 회전 하에서 회전 공구를 작업편 내로 밀어 넣어서 회전 공구를 결합선을 따라 이동시킴으로써 작업편을 결합시키는 마찰 교반식 용접 방법으로, 상기 회전 공구는 회전 공구의 회전과 독립적으로 회전할 수 있는 두 개의 회전축을 갖고, 회전 공구의 회전축과 동일한 상기 회전축 중 하나는 회전 공구의 회전 방향과 그 대향 방향으로 회전 가능하고, 다른 회전축은 하나의 회전축을 교차 또는 수직으로 교차하는 방향으로 회전 가능하고, 상기 작업편은 회전 공구에 대해 두 개의 회전가능 축의 회전 각도를 설정하면서 서로 결합되고, 작업편의 결합 표면에 대한 법선 방향과 결합선의 접선 방향은 검출되고, 회전 공구는 상기 법선 방향과, 상기 접선 방향과, 법선 방향 또는 회전 공구가 작업편 안으로 푸싱되는 각에 대한 회전 공구의 선단부의 각도와, 접선 방향에 대한 회전 공구의 이동 방향을 기초로 하여 설정되는 동안 작업편을 결합시키기 위해 3차원 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따라, 상기 설명한 것으로부터, 회전 공구의 선단부는 모든 각도와 위치 중 소정에서 3차원으로 설정될 수 있어, 결합면의 수직 라인 방향과 결합선의 접선 방향이 작업편의 형상으로부터 계산된다면, 이러한 계산된 법선 방향 및 접선 방향으로부터 회전 공구의 선단부에서 회전축의 법선 방향과 용접 방향은 적절히 설정될 수 있다.

마찰 교반식 용접 방법에서, 용이하게 알 수 있듯이, 회전 공구와 작업편 사이의 기하학적 관계는 결합 영역의 양호함을 측정하는 데 중요하다. 작업편의 결합면이 평평한 표면이고 결합선이 직선인 간단한 결합 형태에서, 결합 영역의 양호함은 각도(θ; 도6 참조)로 기울임으로써 용이하게 측정될 수 있어, 회전 공구의 하단부는 작업편의 표면에 대해 용접 방향으로 앞서 진행한다. 각도(θ)는 작업편의 수직 방향에 대해 설정된다. 각도(θ)는 10도 이내인 것이 바람직하다.

그러나, 3차원 형상을 갖는 임의의 만곡면의 경우에서, 결합면 및 용접 방향에 수직인 방향(이하 "법선 방향")은 위치에 따라 변한다. 임의의 만곡면에 대한 적절한 기하학적 관계를 얻기위한 방법에 관한 많은 연구들이 수행되었고, 본 발명은 결합선 (단지, "접선 방향")의 법선 방향과 접선 방향을 기초로 하여 기하학적 관계를 결정하기 위한 가장 효과적인 결론에 도달했다.

언급한 법선 방향과 접선 방향들은 모두 중요한 점이다. 법선 주위에는 무수한 방향이 있고, 이들 방향 각각은 법선 방향에 대해 임의의 각도를 갖는다. 따라서, 결합선의 접선 방향을 알지 못할 때, 특정 방향을 결정한다는 것을 불가능하다. 개시 각도가 0°인 특별한 경우에는 회전 공구의 회전축을 법선과 일치시키기에 충분하지만, 이러한 경우에는 결합 영역의 양호함이 악화되게 할 우려가 있다.

본 발명에 따라, 결합선의 좌표값은 작업편의 형상으로부터 미리 결정되고, 작업편은 소정의 결합선 좌표를 기초로 하여 서로 결합되고, 용접 중의 결합선의 위치 변화가 검출되어 회전 공구와 작업편 사이의 위치 관계는 검출된 값을 기초로 하여 연속적으로 수정된다.

또한, 결합선을 센서를 사용하여 검출하면서 작업편을 결합시키는 것은 기본적으로 가능하다. 그러나, 작업편 결합 방법에서, 센서로부터의 제공되는 신호를 기초로 하여 결합면에 대한 법선 방향과 결합선에 대한 접선 방향을 연속적으로 계산 하면서, 계산 로드는 커지게 된다. 또한, 작업편이 이에 대해 회전 공구를 푸싱함으로써 변형되기 때문에, 작업편의 초기 형상으로부터 상이한 외형이 검출될 수 있다. 결국, 언급된 좌표는 분명치 않고 이로써, 회전 공구는 지나치게 푸싱될수 있거나 역으로 너무 약하게 푸싱될 우려가 있다.

본 발명에 의해 수행된 연구는 용접 중에 그들의 초기 형상으로부터 작업편의 변위는 작고 연속적인 수정에 의해 정정될 수 있다.

상기 설명한 이유로, 결합선의 좌표값을 미리 결정한 뒤 초기 값을 수정하는 가장 간단한 용접 방법이라는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 회전 공구의 전진 방향으로 선행되는 위치에서 용접 중에 결합선의 위치 변화를 검출함으로써 전술한 문제점이 해결된다. 결합선의 위치 변화의 검출은 기본적으로 회전 공구의 통과 바로 직후에, 즉 공구 전진 방향에서 회전 공구의 후방에서 검출 위치가 검출 공구 근처에 있는 경우에도 가능하다. 그러나, 검출이 회전 공구의 후방에서 이루어지는 경우에도, 결합 영역의 표면 거칠기가 커지므로 특히 센서의 광학 타입을 이용하는 경우에, 센서에 의해 검출된 값이 불안정해질 수 있다. 따라서, 회전 공구의 전진 방향으로 선행되는 위치에서 결합선의 위치 변화를 검출하는데 효과적이다.

또한, 본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 홈부 또는 에지부에 기초하여 작업편에 의해 한정된 홈부와 센서 출력부로부터 작업편의 단부에서의 에지부를 결정함으로써 그리고 회전 공구의 위치가 결합선 폭 방향에서 얼마의 양으로 보정되어야 하는 지를 결정함으로써 해결된다.

작업편의 결합 중에 작업편의 대부분의 변형은 회전 공구의 가압에 의해 야기되고, 따라서 회전 공구의 보정은 회전 공구가 가압되는 방향으로 주로 이루어진다. 그러나, 결합선 위치는 결합될 부재의 치수 정확도에서의 차이에 기여하는 각각의 작업편의 재료에 대해 결합선의 폭 방향으로 변경된다. 폭 방향으로의 회전 공구 축과 결합선 사이의 큰 편차는 결합 영역의 안정성을 훼손시킨다. 이것은 버트(butt) 용접에서 발생되고 큰 홈 갭의 경우에 표시된다. 따라서, 결합 영역의 안정성을 보장하기 위해, 결합선 및 회전 공구 축이 폭 방향으로 서로에 대해 가능한한 밀접하게 근접되는 것이 중요하다.

작업편은 대체로 그 에지부에서 모따기되어 있고 따라서 공차를 남김없이 서로에 대해 인접할 때에도 접촉부에 작은 갭이 존재한다. 그러한 작은 갭은 레이저 변위 미터와 같은 미세 영역을 검출할 수 있는 센서에 의해 인식될 수 있으므로 폭 방향에서 오프 축(off-axis) 상태의 기준을 제공할 수 있다.

한편, 랩(lap) 용접(도3)에서, 결합면이 평평한 면이므로 결합선을 직접 인식하기가 어렵다. 그러나, 작업편의 단부 에지는 결합선으로부터 떨어져서 위치하고, 기준으로서의 에지에 의해, 결합선의 위치를 특정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전 공구와, 회전 공구를 전달 부재를 통해 회전시키는 회전 공구 구동 수단과, 전달 부재의 회전 축의 각도를 변경시킴없이 회전 축 만곡 부재를 통해 회전 공구를 휘게 하는 만곡 구동 수단과, 회전 공구의 회전에 대해 독립적으로 회전될 수 있는 피벗 부재를 통해 회전 축 만곡 부재가 회전되게 하는 회전 구동 수단을 포함하는 마찰 교반식 용접 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 회전 공구가 회전 공구의 회전 하에서 작업편으로 가압되고 작업편을 결합시키도록 회전시에 결합선을 따라 이동되는 마찰 교반식 용접 장치에 의해 해결되는데, 상기 마찰 교반식 용접 장치는 회전 공구구동 유닛으로부터 회전 공구의 선단부까지 회전부의 경로에서 회전 축의 선단부를 임의의 양으로 휘게 하는 회전 축 만곡 부재와, 비만곡 영역에서 회전 공구 구동 유닛으로부터 만곡 부재까지 회전 축을 중심으로 회전될 수 있고 소정의 회전 각도로 정지될 수 있는 피벗 부재를 포함한다.

전술한 구성에서, 회전 축 만곡 부재는 결합면에 대해 법선 방향으로 또는 그 법선에 추가된 개시 각도에 대한 방향으로 회전 공구의 회전 축을 경사지게 하는 기능을 하고, 피벗 부재는 용접 방향에 대해 접선 방향으로 절환하는 기능을 한다. 전술한 2개 부재의 전술한 기능하에서, 작업편과 회전 공구의 회전 축 방향은 임의의 만곡면에 대해 일정하게 적절한 상태로 유지될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 만곡량이 회전축 만곡 부재에 대해 변경되게 하는 만곡 구동 부재와, 피벗량이 피벗 부재에 대해 변경되게 하는 피벗 구동 부재를 포함하는 마찰 교반식 용접 장치에 의해 해결된다. 전술한 회전 및 피벗는 수동으로 이루어질 수 있으나, 수동 조작의 경우에 낮은 안정성 뿐만 아니라 안전성 면에서도 문제가 발생된다. 따라서, 구동 부재를 제공하는 것은 실제 사용에서 바람직하다. 구동 부재의 사용은 결합 영역의 고품질을 보장하는데 효과적이고, 구동 부재가 전자 제어부와 조합하여 자동화될 수 있으므로 작업자의 수를 줄이는데 효과적이다.

구동 부재는 회전 동력을 발생시킬 수 있는 한, 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 모터의 사용이 가장 적합하다. 무엇보다도, 높은 정확도로서 회전량을 제어할 수 있는 서보 모터가 적합하다. 초당 회전의 만곡 또는 피벗에서 회전 속도가 충족되므로, 큰 감속비를 갖는 감속 기구와 조합하여 소형 크기의 모터가 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전 공구와, 전달 부재를 통해 회전 공구를 구동시키는 회전 공구 구동 수단과, 전달 부재를 한 단부에서 회전 가능하게 지지하는 제1 아암과, 제1 아암의 반대 단부를 한 단부에서 회전 가능하게 지지하는 제2 아암과, 제2 아암의 반대 단부를 회전 가능하게 지지하는 지지 기부를 포함하고, 전달 부재와 제1 아암, 제1 아암과 제2 아암, 및 제2 아암과 지지 기부는 각각 평행 링크 수단에 의해 각각 연결되고, 전달 부재의 회전, 제1 아암의 회전 및 제2 아암의 회전은 볼 스크류를 통해 서보 모터의 조작에 의해 각각 수행되고, 전술한 만곡 구동 부재, 피벗 부재 및 그 구동 수단을 더 포함하는 마찰 교반식 용접 장치가 제공된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 회전 공구의 위치를 변경시키는 수단이 평행한 링크 구조물의 아암형 부재를 포함하고 각각의 아암형 부재의 조작은 서보 모터로 회전되는 볼 스크류에 의해 수행되는 마찰 교반식 용접 장치에 의해 해결된다.

마찰 교반식 용접에서, 회전 공구가 수백 내지 수천 킬로그램의 힘으로 작업편에 가압될 때(고부하 고정밀도 조작)와 동시에, 회전 공구의 가압량을 약 1/10 mm의 값으로 제어하는 것이 필요하다. 현재 통용되는 용접 로봇 등은 아암의 선단부에서 운반 가능한 부하면에서 약 100 kg 이하이므로 마찰 교반식 용접에는 적용 가능하지 않다. 용접 로봇 등은 일반적으로 구동 모터가 아암의 링크 핀에 직접장착되고 아암이 모터 자체의 토크로 동작되는 구성이다. 이러한 구성에 따르면, 아암의 운반 가능한 부하를 증가시키기 위해 큰 크기의 모터를 사용하는 것이 필요하다. 따라서, 장치의 크기가 증가된다.

한편, 운반 가능한 큰 부하를 구현하기 위한 구성으로서, 예를 들어 구성 기계들에서 사용되는 평행한 링크 구조물이 알려져 있다. 구성 기계에서, 아암은 유압 실린더에 의해 작동된다. 그러나, 유압 실린더에 의하면, 만족스러운 조작 정밀도가 얻어지지 않는다.

본 발명에 따르면, 평행한 링크 구조물을 채용함으로써 고부하가 구현되고, 서보 모터로 볼 스크류를 회전시킴으로써 고정밀도 조작이 수행되므로, 고부하 및 고정밀도 조작이 동시에 얻어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전 공구와, 전달 부재를 통해 회전 공구를 회전시키는 회전 공구 구동 수단과, 전달 부재의 회전 축의 각도를 변경시킴없이 회전 축 만곡 부재를 통해 회전 공구가 휘게 하는 만곡 구동 수단과, 회전 부재의 회전 축과 동일한 회전 축을 구비하고 회전 공구의 회전과 독립적으로 회전 가능한 피벗 부재를 통해 회전 축 만곡 부재와 만곡 구동 수단을 회전시키는 피벗 구동 수단과, 받침점에서 피벗 부재를 보유하는 제1 아암과, 제1 아암의 받침점 측을 수직으로 작동시키는 구동 수단과, 제1 아암을 지지하는 제2 아암과, 제2 아암의 제1 아암 측을 수직으로 작동시키는 구동 수단과, 제2 아암에 고정되는 지지 기부와, 장치 기부 상에서 지지 기부를 회전 가능하게 지지하는 회전 테이블을 포함하는 마찰 교반식 용접 장치가 제공된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 아암형 부재를 위한 피벗 부재와 회전 축 만곡 부재를 제공함으로써 해결된다. 아암 구조물에 의하면, 선형 가동 축으로 구성된 장치와 비교해서 크기 감소를 달성할 수 있다. 아암 구조물에서 회전 축 만곡 부재와 피벗 부재를 제공함으로써, 임의의 만곡면을 결합시킬 수 있는 보다 컴팩트한 구성의 마찰 교반식 용접 장치를 허용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전 공구와, 전달 부재를 통해 회전 공구를 회전시키는 회전 공구 구동 수단과, 전달 부재의 회전 축의 각도를 변경시킴없이 회전 축 만곡 부재를 통해 회전 공구가 휘게 하는 만곡 구동 수단과, 회전 부재의 회전 축과 동일한 회전 축을 구비하고 회전 공구의 회전과 독립적으로 회전 가능한 피벗 부재를 통해 회전 축 만곡 부재와 만곡 구동 수단을 회전시키는 피벗 구동 수단과, 피벗 부재 내에 제공된 받침점을 중심으로 피벗 부재를 피벗시키는 구동 수단과, 피벗 부재를 보유하는 제1 보유 수단과, 제1 보유 부재를 수직으로 이동 가능하게 보유하는 제2 보유 부재와, 제2 보유 부재를 보유하는 칼럼과, 수평으로 이동 가능하게 칼럼을 보유하는 기부와, 기부 상에 설치되고 칼럼의 가동 방향과 90도 다른 방향으로 수평으로 이동 가능한 작업편을 포함하는 마찰 교반식 용접 장치에 제공된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 가동 축으로서 서로에 대해 직각인 3개의 축을 구비하고 테이블 상에 제공된 3개의 가동 수단을 포함하고, 피벗 부재 및 회전 축 만곡 부재가 3개의 가동 수단 중 하나와 연관하여 가동되는 마찰 교반식 용접 장치에 의해 해결된다. 3개의 가동 수단은 회전 공구의 선단부를 작업편의 소정 위치로 이동시키고, 피벗 부재 및 회전 축 만곡 부재는 회전 공구의회전 축을 적절하게 유지시키는 기능을 한다. 따라서, 전술한 구성에 의하면, 임의의 만곡면들을 결합시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 작업편과 회전 공구 사이의 거리를 측정하는 센서로서, 결합 영역의 폭 방향으로 폭 측정 범위를 갖는 형태의 센서를 사용하여 해결된다. 이전에 언급한 바와 같이, 결합 영역의 안정성을 보장하기 위해, 회전 공구의 축과 결합선이 폭 방향으로 가능한한 밀접하게 근접하는 것이 중요하다. 센서의 사용은 결합선 위치를 특정하는데 필요하다. 스틸러스(stylus) 센서, 스핀 센서 및 레이저 변위 미터를 포함하는 다양한 센서가 이용 가능하다. 접촉 영역 내에 형성된 리세스로서 미세 영역의 형상을 검출하기 위해, 스핀 센서는 적합하지 않고 반면에 스틸러스 센서 및 레이저 변위 미터가 적합하다. 그러나, 그러한 스틸러스 센서 또는 레이저 변위 미터를 사용하는 경우에도, 접촉 영역에서 리세스를 검출하는 것은 여전히 불충분하다. 사용된 센서는 결합선의 폭 방향에서 스캐닝되는 것이 요구된다. 센서 자체가 기계적으로 왕복되는 방법은 공지되어 있다. 그러나, 용접의 진행과 함께 폭 방향에서의 즉각적인 측정을 하는 것은 사실상 어렵다. 따라서, 결합 영역의 폭 방향에서 넓은 측정 범위를 갖는 형태의 센서를 사용하는 것이 가장 실용적이다.

본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 작업편의 형상에 따라 회전 공구의 이동량을 계산하는 산술 유닛과, 회전 공구의 이동량을 제어하는 제어 유닛을 사용함으로써 해결된다. 용접 중에 작업편과 회전 공구 사이의 위치 관계를 연속적으로 보정하기 위해, 위치 관계가 어느 정도로 보정되어야 하는지 계산하는 것이 필요하다. 현재 통용되는 마이크로컴퓨터로 대표되는 그러한 산술 유닛을 사용하는 것이 효과적이고 경제적이다. 또한, 내장 설치된 마이크로컴퓨터와 함께 제어 유닛에 의해, 계산된 보정량을 제어하는 것이 효과적이고 경제적이다.

본 발명에 따르면, 서로 직각으로 90° 상이한 방향에서 회전하는 2개의 회전축을 갖는 회전 공구를 사용함으로써, 작업편의 형상으로부터의 결합선의 접선 방향과 결합 영역의 법선 방향을 용이하게 설정할 수 있어, 3차원의 모든 만곡면들이 연결될 수 있다. 또한, 이러한 두 방향들-법선 방향과 접선 방향-은 센서의 사용으로 검출되고, 회전 공구의 선단부에서의 회전축의 방향을 결정하여 3차원 형상의 임의의 만곡면들이 회전 공구와 작업편을 항상 적절한 기하적 관계에서 유지하면서 연결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마찰 교반식 용접 장치에는 회전 공구 구동 유닛에서 회전 공구의 선단부까지의 회전부에서 임의의 양으로 회전축을 만곡시키기 위한 회전축 만곡 부재가 제공되고, 또한 회전 공구 유닛에서 만곡 부재까지 비만곡 영역에서 회전축에 대해 회전 가능하고 원하는 회전각에서 멈출 수 있는 피벗 부재가 제공되고, 피벗 부재는 작업편이 3차원 형상의 만곡면을 갖는 경우에도 회전 공구 및 작업편이 적절한 기하적 관계에서 배열될 수 있게 한다.

또한, 회전 공구의 위치를 변화시키는 수단은 평행한 링크 구조물의 아암형(arm-like) 부재에 의해 구성되고, 아암형 부재는 서보 모터에 의해 회전되는 볼(ball) 나사에 의해 작동되고, 큰 회전 공구 가압(push-in) 부하와 고정밀 회전 공구 위치 제어는 조밀한 장치로 실현된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 3차원 형상의 임의로 만곡된 면에서, 조밀한 장치로 큰 회전 공구 가압 부하 및 고정밀 회전 공구 위치 제어가 실현된다.

도1은 본 발명에 따른 마찰 교반식 용접 장치의 전체적인 형상의 도면.

도2는 본 발명에 사용된 회전 공구 조립체의 전체적인 형상을 도시하는 개념도.

도3은 평평한 평판형 버트(butt) 용접을 도시하는 형상도.

도4는 평평한 평판형 랩(lap) 용접을 도시하는 형상도.

도5는 원통형 부재의 용접을 도시하는 형상도.

도6은 직사각형 결합선을 따라 형성된 평평한 평판형의 용접을 도시하는 형상도.

도7은 작업편과 회전 공구 사이의 위치 관계를 도시하는 형상도.

도8은 종래의 장치에 사용된 회전 공구의 형상도.

도9는 직사각형 결합선을 따라 형성된 평평한 평판형 용접에서 작업편과 회전 공구 사이의 위치관계를 도시하는 형상도.

도10은 본 발명에 따른 마찰 교반식 용접 장치의 전체적인 형상도.

도11은 비교예로서 마찰 교반식 용접 장치의 전체를 도시하는 도면.

도12는 산술 유닛과 제어 유닛을 포함하는 마찰 교반식 용접 장치의 시스템블록도.

도13은 버트 용접에서 작업편과 센서 검출범위 사이의 관계를 도시하는 형상도.

도14는 랩 용접에서 작업편과 센서 검출범위 사이의 관계를 도시하는 형상도.

도15는 돌출부를 갖는 작업편과 센서 검출범위 사이의 관계를 도시하는 형상도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1a, 1b, 1c : 볼 스크루

4a, 4b : 링크 핀

6 : 회전 모터

7 : 피벗 부재

8 : 만곡 구동 수단

9 : 만곡 부재

11 : 회전 공구

12 : 지지 기부

29 : 센서

32 : 산술 유닛

33 : 제어 유닛

34 : 레이저 변위 계측기

(제1 실시예)

도1은 본 발명에 따른 마찰 교반식 용접 장치의 예를 도시하는 전체적인 블록도이다. 도면부호 1a, 1b 및 1c는 볼 스크루를 표시하고, 도면부호 2a, 2b 및 2c는 서보 모터를 표시하고, 도면부호 3a, 3b 및 3c는 베어링을 표시하고, 도면부호 4a, 4b 및 4c는 링크 핀을 표시하고, 도면부호 5a와 5b는 제2 및 제1 아암을 각각 표시하고, 도면부호 6은 주 스핀들(spindle) 회전 모터를 표시하고, 도면부호 7은 피벗 부재를 표시하고, 도면부호 8은 만곡 구동 부재를 표시하고, 도면부호 9는 회전축 만곡 부재를 표시하고, 도면부호 10은 척킹(chucking) 부재를 표시하고, 도면부호 11, 11a, 11b는 회전 공구를 표시하고, 도면부호 12는 지지 기부를 표시하고, 도면부호 13은 회전 테이블을 표시하고, 도면부호 14는 장치 기부를 표시한다.

제2 및 제1 아암(5a, 5b)은 받침점으로서 링크 핀(4a, 4b)에 대해 피벗가능하다. 주 스핀들 회전 모터(6)와 회전 공구(11)는 제1 아암(5b)의 말단부에 장착되고 제2 및 제1 아암(5a, 5b)의 피벗 운동에 의해 소정의 위치로 이동된다. 지지 기부(12) 위에 위치된 전체 부분은 회전 테이블(13)의 회전으로 함께 회전된다.

볼 스크루(1a, 1b)는 서보 모터(2a, 2b)의 작동으로 회전되고, 이러한 회전으로, 베어링(3a, 3b)과 서보 모터(2a, 2b) 사이의 거리는 변화되고, 제2 아암(5a)은 좌우로 이동하고, 링크 핀(4c)을 통해 제1 아암(5b)에 연결된 회전 공구(11)는수직으로 이동한다.

볼 스크루(1c)는 서보 모터(2c)의 작동으로 회전되고, 이러한 회전으로, 베어링(3c)과 서보 모터(2c) 사이의 거리는 변화되고, 회전 공구(11)는 받침점으로서의 링크 핀(4c)과 함께 좌우로 피벗되고, 주 스핀들 회전 모터(6), 피벗 부재(7), 회전축 만곡 부재(9) 및 만곡 구동 수단(8)은 일체로 회전된다. 피벗 부재(7)는 회전 공구(11)의 회전축으로서 동일한 축상에서 독립적으로 좌우 방향에서 회전하고 받침점으로서의 링크 핀(4c)을 구비한 다른 부재에 수납되고 고정된다.

도2는 회전 공구(11)가 만곡되고 회전되게 하는 회전 공구 조립체의 사시도이다. 회전 공구(11)는 회전축 만곡 부재(9)에 의해 만곡되고 회전된다. 피벗 부재(7)를 통한 회전 공구(11)의 회전으로, 회전축 만곡 부재(9)는 90°다른 방향, 즉 전술한 피벗식 회전에 대해 직각인 방향에서 만곡 구동 수단(8)의 회전에 의해 회전 공구(10)의 회전과 함께 회전된다.

회전축 만곡 부재(9)는 회전 공구(11)를 위한 주 스핀들 회전 모터(6)로부터의 회전의 전달을 위한 전달 부재(41)의 회전 공구측 단부 상에 장착되는 베벨 기어를 포함하고, 상기 베벨 기어는 만곡 구동 수단(8)으로부터의 회전의 전달을 위한 것으로 베벨 기어로부터 회전 공구(11)로 구동력을 전달하고 회전 공구의 회전축 만곡 부재(9) 상에 장착된다. 이러한 베벨 기어에 의해, 작업편에 대한 회전 공구(11)의 삽입각은 모든 방향으로 변화된다. 190°이하의 각도가 그 구성으로부터 회전축 만곡 부재(9)의 회전각을 위해 허용된다. 이러한 베벨 기어의 조합은 주축 회전 모터로부터의 회전 공구(11)의 회전과 회전 공구의 만곡 회전을 효과적으로 하는 기능을 한다.

피벗 부재(7)는 피벗 구동 수단(40)으로부터의 구동력의 전달을 위한 워엄 기어와 워엄 기어로부터 제공된 피벗 구동력을 위한 워엄 휠 기어로 구성된다. 피벗 운동은 만곡되는 동안 회전 공구(11)가 회전되게 한다. 이와 관련하여, 회전 공구(11)의 삽입각은 주 스핀들 회전 모터(6)에 연결된 베벨 기어의 조합에 의해 변화되고, 베벨 기어는 회전 공구(11)측 및 만곡 구동 수단(8)측에 연결된다. 회전축 만곡 부재(9)는 3개의 베벨 기어의 이러한 연결로 구성되고, 피벗 부재(7)는 일체로 결합된다. 이러한 서로 직교하는 2개 회전의 조합은 3차원에서 어떠한 만곡된 표면이라도 만곡면에 가장 적합한 각도와 방향으로 함께 연결되도록 한다. 전체 피벗 각은 370°이다.

회전 공구의 회전하에서 회전 공구(11)를 작업편 안으로 가압하고 회전 공구를 결합선을 따라 이동시킴으로써 작업편과 연결되는 본 실시예의 마찰 교반식 용접 장치에는 회전 공구(11)를 회전시키는 구동 수단으로 작용하는 주 스핀들 회전 모터(6)와, 주 스핀들 회전 모터(6)로부터 회전 공구(11)로 피벗 부재(7)를 통해 동력을 전달하고 주 스핀들 회전 모터(6)와 회전 공구(11)를 피벗 부재(7)에 제공된 받침점에 대해 피벗시키는 피벗 구동 수단과, 피벗 구동 수단에 의해 유도된 회전 방향으로부터 90°다른 방향에서 회전 공구(11)를 회전축 만곡 수단(9)을 통해 회전시키는 만곡 구동 수단(8)과, 받침점에서 피벗 부재를 지지하는 제1 아암(5b)과, 제1 아암의 받침점측을 수직으로 작용시키는 구동 수단과, 제1 아암(5b)을 지지하는 제2 아암(5a)과, 제2 아암(5a)의 제1 아암(5b)측을 회전시키는 구동 수단과, 제2 아암(5a)을 고정시키는 지지 기부(12)와, 지지 기부(12)를 회전가능하게 지지하는 회전 테이블(13)이 제공된다.

상기 실시예로부터 알수 있는 바와 같이, 회전 공구(11)는 작업편의 연결면에 대한 법선 방향과 결합선의 접선 방향으로 서로 90°다른 직교 방향에서 회전가능하게 형성된 2개의 회전축을 갖는다. 작업편은 회전축의 회전각을 설정하는 동안 연결되어, 3차원의 만곡된 면이 용이하게 용접되게 한다.

(제2 실시예)

도10은 본 발명에 따른 마찰 교반식 용접 장치의 다른 실시예를 도시하는 전체 구성도이고, 여기서 도면부호 28은 칼럼을 표시하고, 도면부호 27은 장치 기부를 표시하고, 도면부호 26은 작업편 마운트(mount)를 표시한다.

동일한 도면에서, 양단 화살표로 표시된 방향(x, y, z)은 축방향으로 이동하고 서로 직교한다. 주 스핀들 회전 모터(6), 피벗 부재(7), 만곡 구동 부재(8), 회전축 만곡 부재(9), 척킹 부재(10) 및 회전 공구(11)는 z축 방향에서 이동하도록 구성된 부재로 장착된다. 이러한 모든 요소들은 z축의 방향으로 이동한다.

서보 모터로부터의 구동력으로, 피벗 부재(7)는 도시되지 않은 z축과 평행한 축에 대해 피벗된다. 전체 피벗 각은 상기의 실시예의 경우와 같이 370°이다.

만곡 구동 부재(8)와 함께, 회전 공구(11)의 회전축의 방향은 피벗 부재(7)의 회전에 대해 90°다른 방향의 각에서 회전하도록 만곡 구동 부재(8)의 부분으로부터 변화된다. 만곡 구동 부재(8)의 만곡 작업은 도시되지 않은 높은 감소비의 감소 기구(하모닉(harmonic) 구동)을 통해 서보 모터를 사용하여 수행된다. 하모닉 구동의 사용은 소형 모터의 사용을 가능하게 하여 만곡 구동 부재(8)로부터 회전 공구(11)로 연장되는 선단부의 크기의 감소를 가능하게 한다. 만곡 구동 부재(8)의 만곡각은 주 스핀들 회전 모터(6)의 회전축에 대해 ±100°로 설정된다.

피벗 부재(7)를 만곡 구동 부재(8)에 의해 회전 공구(11)의 회전각의 만곡 상태에서 피벗시킴으로써, 회전 공구(11)는 작업편의 임의의 만곡면상의 여러 부분들에 대해 법선에서 또는 법선으로 개시 각도(attack angle)를 부가하면서 작업편으로 삽입될 수 있다.

또한, 본 실시예에서 상기의 실시예와 동일한 구성이 사용되어, 피벗 부재(7)는 만곡 구동 부재(8)를 만곡시킴으로써 회전 부재(11)의 회전각의 만곡 상태에서 피벗된다. 만곡각-피벗각의 조합으로, 회전 공구(11)는 반원의 전 표면의 법선 방향에 배치될 수 있다.

회전 공구(11)는 작업편의 재료보다 사실상 단단한 재료를 사용하여 형성된다. 회전 공구(11)의 재료로서, 일반적인 실시예와 같은 재료가 사용될 수 있다. 본 발명에서는 공구강을 열처리함으로써 얻어진 재료가 사용되었다. 세라믹 또는 표면 경화 재료는 요구되는 경도와 함께 인성과 열저항을 위한 요구 조건을 만족시키는 한 사용가능하다.

작업편의 결합선과 법선을 포함하는 평면에서, 회전 공구(11)의 회전각은 법선에 대한 용접 방향의 후방으로 소정각(개시 각도)에서 기울어질 수 있다. 즉, 공격각은 3°내지 10°이고, 본 실시예에서는 3°가 채택된다.

회전 공구의 회전 하에서 회전 공구(11)를 작업편 내로 밀어 넣어서 회전 공구를 결합선을 따라 이동시킴으로써 작업편을 결합시키는 본 실시예의 마찰 교반식 용접 장치는, 회전 공구(11)를 회전시키기 위한 구동 수단으로서 사용되는 주 스핀들 회전 모터(6)로부터 회전 공구의 선단부까지의 부분을 회전시키는 피벗 구동 수단(38)과, 피벗 구동 수단(38)에 의해 유도된 회전 방향으로부터 90°상이한 방향으로 회전축 만곡 부재(9)를 통해 회전 공구(11)를 회전시키는 만곡 구동 수단(8)과, 회전축 만곡 부재(9)를 받침점에 유지하는 제1 유지 수단(38)과, 제1 유지 수단(38)을 수직으로 이동 가능하게 유지하는 제2 유지 수단(39)과, 제2 유지 수단(39)을 유지하는 칼럼(28)과, 칼럼(28)을 수평으로 이동 가능하게 유지하는 장치 기부(27)와, 장치 기부(27) 상에 장착되어 칼럼(28)의 이동 방향으로부터 90°상이한 방향으로 수평으로 이동 가능한 작업편 장착부(26)를 구비한다.

위에서 설명된 본 실시예의 장치에서, 회전 공구(11)는 작업편의 결합 표면에 대한 법선 방향과 결합선의 접선 방향에 기초하여 서로로부터 90°상이한 방향으로 회전 가능하게 형성된 두 회전축을 갖고, 작업편은 회전축의 회전각을 설정하면서 결합될 수 있어서 3차원 용접이 쉽게 수행될 수 있다.

(제3 실시예)

도12는 본 발명에 따른 마찰 교반식 용접 장치의 시스템 구조물을 도시하는 개략적인 다이어그램이며, 여기서 도면 부호 29는 센서를 표시하고, 도면 부호 30은 마찰 교반식 용접 장치를 표시하고, 도면 부호 31은 작업편을 표시하고, 도면 부호 32는 산술 유닛을 표시하고, 도면 부호 33은 제어 유닛을 표시한다.

용접 시작 전에 작업편의 형상으로부터 계산된 좌표값, 결합 영역의 법선 방향, 결합선의 접선 방향이 초기값으로서 제어 유닛(33)으로 입력된다.

마찰 교반식 용접 장치(30)는 초기값에 기초하여 용접을 시작한다. 동시에, 센서(29)가 회전 공구(11)와 작업편(31)들 사이의 위치 관계를 검출하여 검출 결과를 산술 유닛(32)으로 입력한다. 산술 유닛(32)은 검출 결과를 초기값과 대조하여 그 편차에 기초한 보정값을 제어 유닛(33)으로 입력한다. 이러한 흐름에 의하여 초기값이 결합 영역의 다양한 부분에서 보정되면서 용접이 실행된다.

산술 유닛(32)과 제어 유닛(33)은 도12에서 개별 요소로 도시되어 있지만, 본 실시예에서는 둘 모두가 하나의 개인용 컴퓨터 내에 설치된다.

본 실시예에서, 회전 공구(11)의 이동 경로를 미리 설정된 결합선에 기초하여 변경시키면서 그리고 용접 중의 결합선의 위치와 회전 공구(11)의 선단부의 위치를 센서(29)에 의해 검출하여 검출값을 보정하면서 용접이 실행될 수 있다.

더욱이, 회전 공구(11)의 진행 방향으로 선행 위치에서의 결합선의 위치를 센서(29)에 의해 검출하면서 그리고 용접 중의 회전 공구(11)의 선단부의 위치를 검출 위치에 기초하여 보정하면서 용접이 수행될 수 있다.

(제4 실시예)

도13 내지 도15는 제1 내지 제3 실시예의 장치를 사용하는 본 발명에 따른 방법에 의해 결합 영역이 측정되는 상태를 도시하는 개략적인 다이어그램이다. 이들 도면에서, 도면 부호 16은 결합선을 표시하고, 도면 부호 34는 광각 영역 측정식 레이저 변위 계측기를 표시하고, 도면 부호 35, 35a, 35b는 작업편의 에지 부분을 표시하고, 도면 부호 36은 측정 영역을 표시한다. 도13은 평판의 맞대기 용접을 도시하고, 도14는 평판의 겹치기 용접을 도시하고, 도15는 돌출부를 구비하여 형성된 작업편의 용접을 도시한다.

도13에서, 레이저 빔이 광각 영역 측정식 레이저 변위 계측기(34)로부터 방사되어 결합선(16)이 측정 영역(36) 내에서 위치가 파악되며 결합선(16)이 측정값으로부터 식별된다. 작업편(15a, 15b)의 에지들이 라운딩되며, 이는 제조 공정에서 피할 수 없다. 작업편이 서로에 대해 맞대어 지면, 둥근 에지들이 맞대기 영역 내에서 홈과 같은 리세스를 형성한다. 도13에 도시된 예시에서, 상기 리세스는 결합선(16)을 식별하기 위해 식별된다.

도14에서, 결합선(16)은 작업편의 매끄러운 표면 상에 놓이고, 따라서 결합선(16) 위치를 직접 식별하는 것이 어렵다. 그러나, 작업편의 에지 부분(35)이 레이저 변위 계측기(34)의 측정 영역(36) 내에 있도록 작업편(17a)이 위치되면, 에지 부분(35)의 위치를 식별하여 에지 위치에 기초하여 결합선을 계산하는 것이 가능하다.

도15에서처럼 돌출부를 구비하여 형성된 작업편의 경우에, 상기 두 방법 모두 적용 가능하다. 작업편(37a, 37b)의 마무리 상태에 따라 한 가지 방법을 선택할 수 있다.

본 실시예에서, 작업편 사이에 형성된 홈의 위치 또는 작업편의 단부들에서의 에지 부분들의 위치가 검출되고 결합선의 폭방향으로의 회전 공구(11)의 위치가 홈 또는 에지들의 검출 위치에 기초하여 보정될 수 있다.

본 발명은 3차원 형상을 갖는 임의의 만곡 표면 및 이에 의해 얻어진 용접 구조물에 대하여 대체로 일정한 기하하적 관계로 회전 공구와 작업편을 유지할 수 있는 마찰 교반식 용접 방법 및 장치를 제공 할 수 있다.

Claims (16)

1. 회전 공구의 회전 하에서 회전 공구를 작업편 내로 밀어 넣어서 회전 공구를 결합선을 따라 이동시킴으로써 작업편을 결합시키는 마찰 교반식 용접 방법에 있어서,

   상기 회전 공구의 회전축과 동일한 회전축을 가지며 상기 회전 공구의 회전과 무관하게 회전할 수 있는 부재와 회전 공구의 회전축을 회전 공구의 회전축과 교차 또는 수직으로 교차하는 축에 대하여 변형시킬 수 있는 부재를 사용하여 회전 공구의 자세를 작업편 내로 들어가도록 설정하면서 작업편이 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 회전 공구의 회전 하에서 회전 공구를 작업편 내로 밀어 넣어서 회전 공구를 결합선을 따라 이동시킴으로써 작업편을 결합시키는 마찰 교반식 용접 방법에 있어서,

   상기 회전 공구는 하기 회전축들이 서로 교차 또는 수직으로 교차하는 방향으로 회전 공구의 회전과 무관하게 회전 가능한 두 회전축을 갖고,

   작업편은 회전 공구에 대하여 상기 두 회전축의 회전각을 설정하면서 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 회전 공구의 회전 하에서 회전 공구를 작업편 내로 밀어 넣어서 회전 공구를결합선을 따라 이동시킴으로써 작업편을 결합시키는 마찰 교반식 용접 방법에 있어서,

   작업편의 결합 표면에 대하여 작업편을 법선 방향과 결합선의 접선 방향이 검출되고,

   상기 회전 공구는 검출된 법선 방향과 접선 방향에 기초하여 상기 법선 방향에 대한 회전 공구의 선단부의 각도 또는 회전 공구가 작업편 내로 들어가는 각도 그리고 상기 접선 방향에 대한 회전 공구의 이동 방향을 설정하면서 작업편을 결합시키도록 3차원적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 결합선의 위치와 상기 회전 공구의 선단부 사이의 위치 관계가 미리 설정되고, 미리 설정된 위치 관계와 용접 중의 위치 관계를 연속적으로 보정하면서 작업편이 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합선의 위치가 상기 회전 공구의 진행 방향에 대한 선행 위치에서 검출되고, 검출 위치에 기초하여 용접 중의 회전 공구의 선단부의 위치를 보정하면서 작업편이 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 작업편 사이의 홈 부분의 위치또는 작업편의 단부들의 에지들의 위치가 검출되고, 상기 결합선의 폭방향으로의 상기 회전 공구의 위치가 상기 홈 부분 또는 상기 에지에 기초하여 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 용접되는 마찰 교반식 용접 구조물.
8. 회전 공구와,

   상기 회전 공구를 전달 수단을 통해 회전시키는 회전 공구 구동 수단과,

   상기 구동 수단으로부터 상기 회전 공구의 선단부까지의 경로 내에서 임의의 양으로 상기 회전 공구의 회전축을 만곡시키는 회전축 만곡 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반식 용접 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 회전축 만곡 부재는 상기 회전 공구의 회전축과 동일한 회전축에 대하여 독립적으로 회전 가능한 피벗 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반식 용접 장치.
10. 회전 공구와,

    상기 회전 공구를 전달 부재를 통해 회전시키는 회전 공구 구동 수단과,

    회전 공구를 포함하는 헤드 부분을 유지하는 제1 아암과,

    상기 제1 아암을 작동시키기 위한 구동 수단과,

    상기 제1 아암을 지지하는 제2 아암과,

    상기 제2 아암을 작동시키기 위한 구동 수단과,

    제2 아암을 고정시키기 위한 지지 기부와,

    상기 지지 기부를 장치 기부 상에 회전 가능하게 지지하는 회전식 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반식 용접 장치.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 회전축 만곡 부재와 상기 피벗 부재를 포함하는 헤드 부분을 유지하기 위한 제1 유지 수단과, 상기 제1 유지 수단을 수직으로 이동 가능하게 유지하기 위한 제2 유지 수단과, 상기 제2 유지 수단을 유지하는 칼럼과, 상기 칼럼을 수평으로 이동 가능하게 유지하는 기부와, 상기 칼럼의 이동 방향으로부터 90°상이한 방향으로 수평으로 이동 가능하게 상기 기부 상에 배치된 작업편 장착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반식 용접 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 헤드 부분과 상기 제1 아암을 서로 연결하며 상기 제1 아암과 상기 제2 아암을 서로 연결하고 또한 상기 제2 아암과 상기 지지 기부를 서로 연결하는 평행 링크 수단과,

    상기 헤드 부분, 상기 제1 아암, 상기 제2 아암을 각각 볼 스크루를 통해 구동하는 서보 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반식 용접 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 헤드 부분은 상기 회전 공구 구동 수단으로부터 회전 공구의 선단부까지의 경로에서 임의의 양으로 상기 회전 공구의 회전축을 만곡시키는 회전축 만곡 부재와, 상기 회전축 만곡 부재를 회전 공구의 회전축과 동일한 회전축에 대하여 회전시킬 수 있는 회전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반식 용접 장치.
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 작업편과 상기 회전 공구 사이의 거리를 측정하기 위한 센서를 더 포함하고,

    상기 센서는 결합부의 전체 폭의 검출을 가능케 하는 측정 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 마찰 교반식 용접 장치.
15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 공구의 이동 거리를 계산하는 산술 유닛과, 회전 공구의 이동 거리를 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반식 용접 장치.
16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 장치에 의해 용접된 용접 구조물.