KR200248899Y1 - 자동 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 모재표면이 가지는 용접선의 추적 및 이의 용접을 동시에 수행하는 자동용접장치에 관한 것으로, 용접선을 검출하여 용접하는 용접부와; 상기 용접부를 상/하, 좌/우, 전/후진 이동하는 다수의 로봇과; 상기 용접부가 추적한 용접선을 따라 용접이 가능하도록 상기 다수의 로봇을 제어하는 논리연산장치와; 상기 용접선 및 용접의 과정을 모니터링하는 모니터를 포함하는 자동용접장치를 제공하여 보다 정밀하고 정확한, 개선된 용접을 가능하게 한다.

Description

자동 용접장치{automatic welding apparatus}

본 고안은 자동용접장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 모재가 가지는 용접선의 추적 및 이의 용접을 동시에 수행하는 자동용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접이란, 다수의 고체 모재를 녹여 서로 접합하는 방법으로, 부재(部材) 자체의 접합부를 국부 가열하여 녹여서 접합하는 융접(融接:fusion welding)과, 접합부에 녹는점이 낮은 다른 금속을 놓고 이것을 녹여서 합금화시켜 붙이는 납땜(brazing/soldering)으로 구분된다.

이러한 용접작업은, 통상 숙련된 기술자에 의한 수작업으로 이루어져 왔으나, 이 경우 용접의 품질이 용접자의 숙련도에 따라 달라질 수 있어, 같은 제품이라도 생산시기 또는 품목에 따라 그 정밀도가 틀려지는 등의 불 균일한 문제점을가지고 있으며, 수작업에 의한 원가 상승과, 생산성 저하 및 용접 시 발생하는 고온, 강한 빛, 유해가스등에 작업자가 노출되어 건강을 해치는 단점을 가지고 있다. 이에 접촉식 센서나 또는 비 접촉식 센서를 사용하여, 상기 센서가 용접선을 검출하고, 이와 같이 검출된 용접선을 따라 용접하는 자동용접장치가 개발된 바 있으나, 이러한 일반적인 자동용접장치는 정밀도면에 있어 다소 부정확한 단점을 가지고, 접촉식 또는 비 접촉식 센서가 가지는 한계적인 감지조건에 의하여 그 활용범위가 제한되는 문제점을 가지고 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 보다 정확하게 용접선을 검출함과 동시에 이를 따라 용접하는 것이 가능하며, 특히 작업과정을 육안으로 확인할 수 있는 개선된 자동용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 자동 용접장치의 구조를 간략히 도시한 구조도

도 2는 본 고안에 따른 자동 용접장치에 포함되는 용접부의 구조를 도시한 구조도

도 3은 본 고안에 따른 자동 용접장치에 포함되는 논리연산장치를 블록으로 도시한 블록도

도 4는 본 고안에 따른 자동 용접장치에 포함되는 레이저다이오드의 구조를 도시한 분해사시도

도 5는 본 고안에 따른 자동용접장치를 통하여 용접하는 과정을 도시한 작동상태도

도 6은 본 고안에 따른 자동용접장치를 통하여 용접을 실시하는 과정을 순서대로 도시한 순서도

도 7은 본 고안에 따른 자동용접장치를 통하여 검출된 용접선의 형태를 도시한 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 자동용접장치 10 : 용접부

12 : 용접토치 14 : 카메라

16 : 레이저다이오드 20 : 제 1 이동로봇

22 : 제 2 이동로봇 24 : 높이조절로봇

30 : 논리연산장치 30a : 모니터

T : 가스저장탱크

본 고안은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 표면에 용접선을 가지는 모재를 용접하는 자동 용접장치로서, 용접토치와; 상기 용접토치에 고정되어 상기 용접토치의 하부에 안착되는 모재의 선택된 영역을 촬영하고, 이를 디지털 신호로 변환하여 전송하는 카메라와; 상기 카메라에 경사지게 결합된 상태에서 상기 선택된 영역에 선 형태의 레이저를 조사하여, 상기 카메라에 모재의 표면을 인식하게 하는 레이저 다이오드와; 상기 용접토치를 상하, 좌우, 전후진 운동할 수 있도록 하는다수의 로봇과; 상기 다수의 로봇과, 상기 용접토치와, 상기 카메라와, 상기 레이저 다이오드에 각각 전기적으로 연결되어, 상기 카메라가 전송한 데이터를 통해 이들의 작동을 제어하는 논리연산장치와; 상기 카메라가 전송한 데이터를 표시하는 모니터를 포함하는 자동용접장치를 제공한다.

이때 상기 다수의 로봇은, 상기 용접토치를 지지한 상태에서 직선운동을 하는 제 1 로봇과; 상기 제 1 로봇을, 동일평면상에서 상기 제 1 로봇이 가지는 운동방향과 직교하는 방향으로 이동시키는 제 2 로봇과; 상기 제 2 로봇의 높이를 조절하는 높이조절로봇을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 논리연산장치에 의하여 제어되어, 상기 레이저 다이오드의 각도를 조절하는 다이오드 각도조절장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 카메라는, 레이저 다이오드에서 조사된 레이저만을 선택하여 촬영할 수 있는, 하나 이상의 대역통과 필터를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 고안에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 자동 용접장치의 구조를 도시한 개략 구조도로서, 서로 연결된 용접토치(12)와, 카메라(14)와, 레이저 다이오드(16)를 포함하는 용접부(10)와; 상기 용접부(10)를 지지한 상태에서 이를 3 차원 좌표운동 할 수 있도록 조절하는 제 1 로봇(20), 제 2 로봇(22) 및 높이조절로봇(24)과; 상기 제 1 로봇(20), 제 2로봇(22) 및 높이조절로봇(24)과, 용접부(10)의 작동을 제어하는 논리연산장치(30)와; 상기 논리연산장치(30)에서 제어된 데이터를 표시하는모니터(30a)를 포함하고 있다.

이때 제 1 및 제 2 로봇(20, 22)과 높이조절로봇(24)은 상호 연동하여, 그 하부에 안착되는 용접 모재(미도시)의 용접선을 따라 상기 용접부(10)를 상/하 좌/우 및 전/후진 운동을 가능하게 하는 장치로서, 일례로 좌/우 운동을 하는 제 1 로봇(20)과, 동일평면 상에서 상기 제 1 로봇(20)의 운동방향과 직교하는 전/후 방향으로, 상기 제 1 로봇(20)을 이동시키는 제 2 로봇(22)과, 상기 제 1 및 제 2 로봇(20, 22)의 높이를 조절하는 높이조절로봇(24)으로 이루어질 수 있다.

또한 이러한 제 1 로봇(20), 제 2 로봇(22) 및 높이조절로봇(24)에 의해 3차원 운동하는 용접부(10)는, 도 2에 도시한 바와 같이 제 1 로봇(도 1의 20) 상에 지지된 상태에서, 외부에서 공급되는 가스물질을 사용하여 모재를 용접하는 용접토치(12)와, 상기 용접토치(12)의 소정의 위치에 고정 설치된 카메라(14)와, 상기 카메라(14)에 일정 각도 기울여 부착된 레이저 다이오드(16)를 포함하고 있어, 상기 레이저 다이오드(16)가 이의 하부에 안착되는 모재의 표면에 레이저를 조사하면, 이 레이저가 조사된 부분만을 선택적으로 촬영하는 카메라(14)가 이를 감지하여, 상기 논리연산장치(도 1의 30)로 전송, 처리하고, 이에 따라 용접토치(12)는 모재의 표면을 용접하게 된다. 이때 레이저 다이오드(16)는, 상기 논리연산장치(도 1의 30)에 의하여 제어되는 다이오드 조절로봇(18)을 구비하여 여기에 장착함으로써, 그 각도의 조절이 가능하도록 하는 것이 바람직하며, 특히 일반적인 점 광원을 가진 다이오드가 사용될 경우에, 그 하부에 점광원을 선광원으로 변환하는 원통형 렌즈(16a)를 부착하는 것이 바람직하다.(도 4 참조)

따라서 레이저 다이오드(16)는 모재 상에 소정길이의 선으로 검출되는 레이저를 조사하게 되고, 이와 같이 레이저가 조사된 영역은 상기 카메라(14)에 의하여 촬영되는 바, 이때 카메라(14)는 빛을 감지하여 전기적인 데이터인 디지털 신호로 변환하는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라를 사용하는 것이 바람직하며, 이의 렌즈부분에는 용접 시 발생하는 빛과 레이저 다이오드(16)를 통하여 조사된 레이저 중 레이저만을 감지할 수 있도록, 특정 파장대의 빛만이 통과하는, 하나 이상의 대역통과 필터(14a, 14b)를 장착할 수 있다.

또한 상기 레이저 다이오드(16)와, 카메라(14)의 연동에 의하여 촬영된 모재 표면의 정보는, 논리연산장치(도 1의 30)에 전송되어 처리되는 바, 상기 논리연산장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 카메라(14)로부터 전송된 디지털 신호를 처리하는 이미지처리부(32)와, 제 1 , 제 2, 높이조절로봇(20, 22, 24) 및 다이오드 조절로봇(18)과, 용접토치(12)의 작동여부를 제어하는 컨트롤부(34)와, 상기 이미지 처리부(32)에서 처리된 데이터를 분석하여 이에 따라 용접선을 검출하고, 상기 용접선을 따라 용접토치(12)가 용접할 수 있도록, 제 1 , 제 2, 높이조절로봇(20, 22, 24) 및 다이오드 조절로봇(18)과, 용접토치(12)의 작동여부를 결정하는 제어부(36)와, 상기 카메라(14)로부터 전송된 화상데이터를 모니터(30a)에 영상으로 표현하는 화상처리부(38)를 가지고 있다. 이때 도면에는 도시되지 않았지만 용접토치(12)와 다이오드조절로봇(18)과, 제 1로봇(20)과, 제 2로봇(22)과, 높이조절로봇(24)은 컨트롤부(34)에, 카메라(14)는 이미지 처리부(32)에 각각 전기적으로 연결되어 있음은 당연할 것이다.

이러한 본 고안에 따른 자동용접장치에 의하여 용접을 실시하는 과정을 도시한 작동상태도인 도5 와, 순서도인 도 6 및 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 고안에 따른 자동용접장치(1)가 최초 온(on) 되면, 제 1, 제 2, 높이 조절로봇(20, 22, 24)과, 다이오드 조절로봇(18)은 기(旣) 입력된 원점으로 이동하게 된다. (S1)

이후 사용자가 자동 용접할 모재를 선택하여 작업을 시작할 지점인 작업 원점을 지정하면, 제 1, 제 2, 높이 조절로봇(20, 232, 24)에 의하여 용접부(10)는 작업원점으로 이동하게 되고(S2), 이후 레이저 다이오드(16)가 그 하부에 안착된 모재의 표면에 소정길이의 선으로 검출되는 레이저를 조사하여, 모재의 표면을 카메라(14)가 감지할 수 있게 된다. 이때 모재의 표면에 형성된 용접선은 통상 V 자 홈 형상을 가지는 바, 이의 굴곡에 따라 레이저의 반사 방향이 각각 다르게 되고, 이러한 서로 다른 방향으로 반사된 레이저는 카메라(14)에 입력되어 도 7과 같은 화상데이터로 처리된다.(S3)

이 후 이러한 화상데이터는 논리연산장치(30)로 전송되고, 논리연산장치(30)의 이미지 처리부(32)에서는, 화상데이터에 나타난 형상 중 최 하부에 있는 점 A(도 7참조)를 용접선으로 인식하고, 이를 감지한 제어부(36)는 컨트롤 부(34)를 통하여 제 1, 제 2, 높이 조절로봇(20, 22, 24)과, 용접토치(12)를 제어하여 용접을 하게 된다.(S4)

이와 동시에 레이저 다이오드(16)는 기(旣) 조사된 영역의 조금 앞부분 즉, 도면의 우상(右上) 방향에 레이저를 조사하고, 이후 전술한 과정과 동일한 과정을통하여 연속적으로 용접선의 인식 및 용접을 실시하게 된다. 이와 같이 용접과, 용접부(10)의 이동과, 레이저의 조사와, 카메라(14)의 촬영이 연속적으로 이어질 경우에 용접에서 발생되는 빛과 열이, 카메라(14)의 레이저 감지를 방해할 가능성이 있는 바, 카메라(14)의 렌즈부분에는 특정 파장대의 빛만이 통과하는 하나 이상의 대역통과 필터(14a, 14b)를 장착하는 것이 바람직함은 전술한 바 있다.

이때 카메라(14)는, 작업의 위치 이동에 따라 연속적으로, 모재의 표면데이터를 전송하고, 이는 논리연산장치(30)를 통하여 모니터(30a)에 모니터링 되므로, 작업자는 상기 모니터(30a)를 보면서 자동용접장치의 이상 유무를 확인하는 것이 가능하다.(S5) 또한 심한 굴곡이 있는 용접선을 가진 모재의 경우에는, 자동으로 용접선의 인식 및 용접이 이루어지지 못하는 에러가 발생할 수 있는 바, 이와 같이 에러가 발생 된 경우에는, 논리연산장치(30)에 의하여 용접이 정지되고,(S7) 작업원점으로 다시 용접부(10)가 이동하여 용접선을 재 검출, 용접 하게 된다.(S2)

이와 같은 과정을 통하여 용접이 진행되는 중, 모든 작업이 완료되면 레이저 다이오드(16)와 카메라(14)는 용접선의 끝인 모서리 부분을 감지하게 되고,(S8) 이와 같이 모서리부분이 검출되어 논리연산장치(30)로 이를 전송하면, 제어부(36)는 모든 용접작업이 종료되었음을 모니터(30a)에 표시함과 동시에, 작업과정에서 검출되었던 용접선의 좌표와 화상 및 용접의 상태를 데이터로 저장하게 된다.

본 고안은 전후, 좌우, 상하로 3차원 이동 가능한 다수의 로봇과, 상기 로봇에 지지된 용접부와, 이를 제어하는 논리연산장치 및 모니터를 포함하는 자동 용접장치를 제공하여 보다 개선된 자동용접을 가능하게 한다.

특히 용접부 내에 용접선을 검출하기 위한 레이저 다이오드와, 레이저 다이오드가 조사된 선택 영역을 촬영하는 카메라를 설치하여, 작업과정을 모니터하게 되어, 작업의 이상유무를 직접 확인하는 것이 가능하므로 보다 신뢰성 있는 작업을 할 수 있는 잇점을 가지고 있다.

특히 전술한 카메라에는 대역통과 필터가 포함되어, 용접 시 발생하는 빛 등의 외부 영향을 최소화하고, 레이저 다이오드가 조사한 레이저만을 검출하는 것이 가능하므로, 불량의 발생률을 감소하는 것이 가능하며, 불량의 발생시 이에 대처할 수 있는 논리연산장치를 통하여, 보다 정밀하고 정확한 용접을 가능하게 한다. 또한 본 고안은 상기 논리연산장치에 의하여 자동으로 용접선을 검출함과 동시에 용접을 진행하게 되므로 작업량의 감소 및 작업환경의 개선이 가능한 다양한 잇점을 가지고 있다.

Claims (4)

1. 표면에 용접선을 가지는 모재를 용접하는 자동 용접장치로서,

   용접토치와;

   상기 용접토치에 고정되어 상기 용접토치의 하부에 안착되는 모재의 선택된 영역을 촬영하고, 이를 디지털 신호로 변환하여 전송하는 카메라와;

   상기 카메라에 경사지게 결합된 상태에서 상기 선택된 영역에 선 형태의 레이저를 조사하여, 상기 카메라에 모재의 표면을 인식하게 하는 레이저 다이오드와;

   상기 용접토치를 상하, 좌우, 전후진 운동할 수 있도록 하는 다수의 로봇과;

   상기 다수의 로봇과, 상기 용접토치와, 상기 카메라와, 상기 레이저 다이오드에 각각 전기적으로 연결되어, 상기 카메라가 전송한 데이터를 통해 이들의 작동을 제어하는 논리연산장치와;

   상기 카메라가 전송한 데이터를 표시하는 모니터

   를 포함하는 자동용접장치
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 다수의 로봇은, 상기 용접토치를 지지한 상태에서 직선운동을 하는 제 1 로봇과;

   상기 제 1 로봇을, 동일평면상에서 상기 제 1 로봇이 가지는 운동방향과 직교하는 방향으로 이동시키는 제 2 로봇과;

   상기 제 2 로봇의 높이를 조절하는 높이조절로봇을 포함하는 자동용접장치
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 논리연산장치에 의하여 제어되어, 상기 레이저 다이오드의 각도를 조절하는 다이오드 각도조절장치

   를 더욱 포함하는 자동 용접장치
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 카메라는, 레이저 다이오드에서 조사된 레이저만을 선택하여 촬영할 수 있는, 하나 이상의 대역통과 필터를 더욱 포함하는 자동용접장치