KR20140056604A - 파이프 자동용접 제어기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 파이프 자동용접 제어기는, 피 용접 대상으로부터 용접 조인트의 위치 값 정보를 획득하는 비전센서; 상기 용접 조인트의 위치 값을 수신하여 디지털 신호처리 기법을 적용하여, 상기 용접 조인트의 위치 값에 포함된 외란 값을 제거하는 비전센서 제어기; 용접헤드에 설치된 서보 모터의 제어를 통해 용접토치의 움직임을 제어하는 모션 제어기; 용접헤드를 소정의 방향으로 이동시키도록 슬라이드를 구동시키는 서보모터를 제어하기 위한 서보 앰프부; 소정의 제어신호를 수신하여 용접출력을 제어하는 용접기; 및 상기 비전센서 제어기, 상기 모션 제어기, 상기 서보 앰프부 및 상기 서보 앰프부를 제어하고, 외부기기와 통신을 구현하는 주제어기를 구비하는 기술을 제공함에 기술적 특징이 있다.
Description
본 발명은 파이프 자동용접 제어기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파이프(pipe) 용접 시 자동으로 모션(motion) 제어와 용접 제어를 수행하고, 용접선 위치값에 외란(disturbance) 값이 포함될 경우 디지털 신호처리 기법을 사용하여 이를 제거하여, 용접 시 용접 결함을 예방하기 위한 파이프 자동용접 제어기에 관한 것이다.
일반적으로 용접(welding) 이란 같은 종류 또는 다른 종류의 2가지 고체재료 사이에 원자간 결합이 되도록 가열 및 가압 등의 조작에 의하여 야금적으로 접합시키는 것을 의미하며, 용접 방법으로 아크 용접, 저항 용접, 레이저 용접 등 다양한 방법이 사용되고 있다.
여기서 아크 용접(arc welding)은 아크방전에 의한 아크(arc)의 발열을 이용한 용접방법으로, 용접하려는 모재와 용접봉 사이에 아크(arc)를 발생시켜 수득되는 열을 이용하여 모재와 용접부의 표면을 녹인 후, 그 용접부에 용접봉의 금속을 녹여 넣어 상호 접합시키는 방법이다.
한편 파이프(pipe)의 일단을 용접하는 경우, 용접 토치(welding torch)를 사용하여 배관의 원주 상에 위치하는 용접부위를 용접하는 경우가 많다.
하지만 작업자가 직접 들고 작업하는 수동 용접기가 아닌, 일정한 메커니즘을 가진 용접장치를 사용할 경우 정확한 용접이 이루어지기 위해서는 파이프(pipe) 및 토치의 배열위치를 정확히 정렬시켜야 한다.
특히 특정 작업영역에 고정 설치된 용접장치에 작업부재인 파이프(pipe)가 회전하면서 용접작업이 이루어지는 경우, 용접장치의 토치와 용접선 간에 일정한 기구적인 위치관계를 확인하고 일정한 자세를 유지할 필요가 있으나, 현재 이를 실현하는 적절한 장치가 없는 실정이다.
즉 종래기술은 파이프(pipe) 용접 시 자동으로 모션(motion) 제어와 용접 제어를 수행하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술은 용접선 위치 값에 외란(disturbance) 값이 포함될 경우, 이를 제거하지 않고 그대로 사용하여, 용접 시 용접토치의 움직임이 크게 발생되어 용접결함을 유발시키는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 파이프(pipe) 용접 시 자동으로 모션(motion) 제어와 용접 제어를 수행하고, 용접선 위치 값에 외란(disturbance) 값이 포함될 경우 디지털 신호처리 기법을 사용하여 이를 제거하여, 용접 시 용접 결함을 예방하기 위한 파이프 자동용접 제어기를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파이프 자동용접 제어기는, 피 용접 대상으로부터 용접 조인트의 위치 값 정보를 획득하는 비전센서; 상기 용접 조인트의 위치 값을 수신하여 디지털 신호처리 기법을 적용하여, 상기 용접 조인트의 위치 값에 포함된 외란 값을 제거하는 비전센서 제어기; 용접헤드에 설치된 서보 모터의 제어를 통해 용접토치의 움직임을 제어하는 모션 제어기; 용접헤드를 소정의 방향으로 이동시키도록 슬라이드를 구동시키는 서보모터를 제어하기 위한 서보 앰프부; 소정의 제어신호를 수신하여 용접출력을 제어하는 용접기; 및 상기 비전센서 제어기, 상기 모션 제어기, 상기 서보 앰프부 및 상기 서보 앰프부를 제어하고, 외부기기와 통신을 구현하는 주제어기를 포함하는 기술을 제공한다.
본 발명은 파이프(pipe) 용접 시 자동으로 모션(motion) 제어와 용접 제어를 수행하고, 외란 값으로부터 용접 결함을 예방할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본원발명의 파이프 자동용접 제어기에 대한 전체적인 구성을 나타낸 것이다.
도 2a는 본원발명의 파이프 자동용접 제어기를 구성하는 구성요소 간 자동용접 데이터의 흐름을 나타낸 것이다.
도 2b는 본원발명의 파이프 자동용접 제어기를 자동 운전할 경우 운전 순서도를 나타낸 것이다.
도 3은 본원발명의 비전센서를 이용한 용접선 자동 추적 방법을 나타낸 것이다.
도 4a는 본원발명의 비전센서를 이용한 용접선 자동 추적할 경우 용접선 위치값에 대해 신호처리 하기 전의 상태를 나타낸 것이다.
도 4b는 본원발명의 비전센서를 이용한 용접선 자동 추적할 경우 용접선 위치값에 대해 신호처리를 한 후의 상태를 나타낸 것이다.
도 2a는 본원발명의 파이프 자동용접 제어기를 구성하는 구성요소 간 자동용접 데이터의 흐름을 나타낸 것이다.
도 2b는 본원발명의 파이프 자동용접 제어기를 자동 운전할 경우 운전 순서도를 나타낸 것이다.
도 3은 본원발명의 비전센서를 이용한 용접선 자동 추적 방법을 나타낸 것이다.
도 4a는 본원발명의 비전센서를 이용한 용접선 자동 추적할 경우 용접선 위치값에 대해 신호처리 하기 전의 상태를 나타낸 것이다.
도 4b는 본원발명의 비전센서를 이용한 용접선 자동 추적할 경우 용접선 위치값에 대해 신호처리를 한 후의 상태를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본원발명의 파이프 자동용접 제어기에 대한 전체적인 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본원발명의 파이프 자동용접 제어기(100)는 주제어기(110), 모션 제어기(120), 서보 앰프부(130), 비전센서(140), 비전센서 제어기(150), 용접기(160), 터치 판넬(170) 및 리모트 펜던트(180)를 포함하여 구성된다.
주제어기(110)는 메인 콘트롤 유닛(Main Control Unit, MCU)으로, 제어전원 공급장치(Control Power Module, 111), 모터전원 공급장치(Motor Power Module, 112), 버스통신 제어보드(Bus Control Board, BCB, 113), 모션축 제어보드(Axis Control Board, ACB, 114), 용접 제어보드(Welding Control Board, WCB, 115) 및 용접신호 입력보드(Welding Analog Board, WAB, 116)를 포함한다.
제어전원 공급장치(Control Power Module, 111)는 제어기 전체에 전력(power)을 공급하고, 모터전원 공급장치(Motor Power Module, 112)는 모터(motor)에 전력(power)을 공급한다.
버스통신 제어보드(BCB, 113)는 터치 판넬(170) 및 비전센서 제어기(150)와 공업 표준 회로(이를테면, RS232)를 통해 서로 통신하고, 리모트 펜던트(180)와는 캔(Controller Area Network, CAN) 통신을 통해 서로 통신한다.
또한 버스통신 제어보드(BCB, 113)는 서보 앰프부(130)에게 디지털 출력(DIO)을 통해 각종 명령을 보낸다.
모션축 제어보드(ACB, 114)는 모션 제어기(120)와 캔(Controller Area Network, CAN) 통신을 통해 서로 통신한다.
용접 제어보드(WCB, 115)는 용접기(160)와 이더넷(ethernet) 통신을 통해 근거리 통신을 구현한다.
용접신호 입력보드(WAB, 116)는 외부의 용접기(160), 모션 제어기(120) 또는 서보 앰프부(130)에게 각종 명령을 지시하도록 하는 용접신호를 입력받고, 이를 제어한다.
모션 제어기(120)는 용접헤드(미도시)에 설치된 4개의 동일한 직류(DC) 서보 모터(미도시)의 속도, 위치 등을 각각 제어하여, 2개의 용접토치(미도시) 각각을 상/하/좌/우 방향으로 독립적으로 움직이게 한다.
서보 앰프부(130)는 2개의 서보 앰프(Servo Amp)를 구비하며, 각각의 서보 앰프(Servo Amp)는 버스통신 제어보드(BCB, 113)로부터 제어 명령을 받아, 용접헤드(미도시)를 상/하/좌/우 방향으로 이동시키도록 X-Y 슬라이드(미도시)를 구동시키는 2개의 서보모터(미도시)를 제어한다.
비전센서(140)는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라, 레이저(laser) 등을 이용하여 피 용접 대상을 촬영하여 피 용접 대상에 대한 용접 조인트의 상/하/좌/우 위치 값 정보를 획득한다.
여기서, 피 용접 대상은 이를테면, 용접 대상인 원통 모양을 갖는 파이프(pipe) 등이 될 수 있다.
비전센서 제어기(150)는 비전센서(140)가 획득한 용접 조인트의 위치 값을 수신하며, 소정의 디지털 신호처리 방법을 적용하여 용접 조인트의 위치 값에 포함된 외란 값을 제거한다.
이는 용접을 할 때 외란 값이 포함될 경우, 외란(disturbance)에 의한 급작스런 용접토치의 움직임이 유발되어 용접 결함이 발생되기 때문이다.
용접기(160)는 이더넷(ethernet) 통신을 통해 용접 제어보드(WCB, 115)로부터 전송된 제어 신호에 따라 저전압, 고전류의 용접출력을 제어한다.
터치 판넬(170)은 터치(touch) 방식의 모니터로, 화면에 자동용접 파라미터 및 용접 전류, 용접 전압 등의 용접 변수 등을 표시한다.
리모트 펜던트(180)는 원격(remote)으로 자동 용접 제어기를 운전하기 위한 유선 또는 무선 리모콘으로, 자동용접 프로그램 셋 선택, 용접 사이클 시작 및 정지, 모션 제어 축 이동, 와이어 인칭(wire inching), 가스 퍼지, 위빙(weaving) 시작 및 정지 등의 조작을 수행한다.
도 2a는 본원발명의 파이프 자동용접 제어기를 구성하는 구성요소 간 자동용접 데이터의 흐름을 나타낸 것이다.
도 2a를 참조하면, 우선 PC에서 운영하는 자동용접 관리 소프트웨어(S/W, 290)에 의해 수백 개에 달하는 자동용접 파라미터를 설정하고, 주제어기(210)의 버스통신 제어보드(BCB, 213)로 자동용접 데이터를 전송한다.
버스통신 제어보드(BCB, 213)는 전송받은 자동용접 데이터를 저장부(295)로 재전송하는데, 이 경우 저장부(295)의 장치로 비휘발성 메모리(이를테면, 플래시 메모리 등)가 사용될 수 있다.
또한, 버스통신 제어보드(BCB, 213)는 모션축 제어보드(ACB, 214)로 "위빙(weaving) 빈도, 폭"에 관한 전달데이터를 전송하면, 모션축 제어보드(ACB, 214)는 "모터 회전속도, 거리"에 관한 전달데이터를 모션 제어기(220)로 전송한다.
또한, 버스통신 제어보드(BCB, 213)는 용접 제어보드(WCB, 215)로 "용접전압, 전류, 와이어 속도, 아크 파워"에 관한 전달데이터를 전송하면, 용접 제어보드(WCB, 215)는 "용접전압, 전류, 와이어 속도, 아크 파워"에 관한 전달데이터를 용접기(260)로 전송한다.
한편 버스통신 제어보드(BCB, 213)는 터치 판넬(270)과 "자동용접 데이터 및 변경된 값"에 대한 전달데이터를 상호 교환한다.
도 2b는 본원발명의 파이프 자동용접 제어기를 자동 운전할 경우 운전 순서도를 나타낸 것이다.
도 2b를 참조하면, 우선 리모트 펜던트(280)는 주제어기(210)의 버스통신 제어보드(BCB, 213)로 "용접시작 명령, 용접선 추적 시작명령, 위빙 폭 조정명령"에 관한 전달데이터를 전송한다.
버스통신 제어보드(BCB, 213)는 저장부(295)에 저장된 자동용접 데이터를 전송받아, 모션축 제어보드(ACB, 214)로 "위빙 시작명령, 위빙 폭 조정값, 위치 조정값"에 관한 전달데이터를 전송하면, 모션축 제어보드(ACB, 214)는 "위빙 시작명령, 위빙 폭 조정값, 위치 조정값"에 관한 전달데이터를 모션 제어기(220)로 전송한다.
또한, 버스통신 제어보드(BCB, 213)는 저장부(295)에 저장된 자동용접 데이터를 전송받아, 용접 제어보드(WCB, 215)로 "용접 시작명령"에 관한 전달데이터를 전송하면, 용접 제어보드(WCB, 215)는 "용접 시작명령, 용접전압, 용접전류, 와이어속도, 아크 파워"에 관한 전달데이터를 용접기(260)로 전송한다.
또한, 버스통신 제어보드(BCB, 213)는 저장부(295)에 저장된 자동용접 데이터를 전송받아, 비전센서 제어기(250)로 "용접선 추적 시작명령"에 관한 전달데이터를 전송한다.
한편, 비전센서 제어기(250)는 비전센서(240)로부터 "용접 조인트의 프로파일 데이터"를 전송받으면, 비전센서 제어기(250)는 소정의 디지털 신호처리 기법을 거친 후 "노이즈가 제거된 용접선 위치 값"에 관한 전달데이터를 버스통신 제어보드(BCB, 213)로 전송한다.
도 3은 본원발명의 비전센서를 이용한 용접선 자동 추적 방법을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 비전센서(240)는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라, 레이저(laser) 등을 이용하여 피 용접 대상을 촬영하여 얻는 용접 조인트의 상/하/좌/우 위치값 정보를 포함하는 프로파일(profile) 데이터를 비전센서 제어기(250)로 전송한다.
비전센서 제어기(250)는 소정의 디지털 신호처리 기법(이를테면, 미디언 필터링 기법(median filtering method), 이동 평균 기법(moving average method) 등)을 거친 후 "추세 이탈값이 제거된 용접선 위치값"에 관한 전달데이터를 주제어기(210)의 버스통신 제어보드(BCB, 213)로 전송한다.
버스통신 제어보드(BCB, 213)는 "위치 조정값"에 관한 전달데이터를 모션축 제어보드(ACB, 214)로 전송하면, 모션축 제어보드(ACB, 214)는 모션 제어기(220)로 "위치 조정값"에 관한 전달데이터를 전송한다.
여기서 "위치 조정값"은 "추세 이탈값이 제거된 용접선 위치값"에 대해 소정의 필터 처리를 하여 얻은 값을 의미한다.
이로써, 본 발명은 용접 중 용접토치의 완만한 위치 조정을 구현함으로, 용접결함 없이 양호한 용접을 수행하게 된다.
도 4a 및 도 4b는 본원발명의 비전센서를 이용한 용접선 자동 추적할 경우 용접선 위치값에 대해 신호처리를 하기 전의 상태 및 신호처리를 한 후의 상태를 각각 나타낸 것이다.
도 4a를 참조하면, 비전센서(240)를 이용한 용접선 자동 추적할 경우 용접선 위치값에서 추세 이탈한 값을 갖는 경우(동그라미 부분)를 나타낸 것으로, 이는 용접선 위치값에 외란(disturbance) 값이 포함될 경우 발생한다.
만일 비전센서(240)가 측정한 용접 조인트의 프로파일 데이터에 대해 별도의 신호처리를 하지 않을 경우, 용접 시 용접토치의 급격한 움직임으로 인해 용접결함이 유발되는 요인이 된다.
도 4b를 참조하면, 용접선 위치값에서 추세 이탈한 값을 제거하기 위해 필터처리 기법으로 미디언 필터링 기법(median filtering method)과 이동 평균 기법(moving average method)의 디지털 신호처리 기법을 사용하였다.
여기서 미디언 필터링 기법(median filtering method)은 어느 점의 값을 그 점을 중심으로 하는 윈도우 내의 중앙값으로 대치하는 필터링 기법으로, 무작위 잡음(noise)을 제거하는 데 효과적이다.
이동 평균 기법(moving average method)은 시계열을 몇 항씩 취하여 그것의 평균값을 구하고, 평균값 들을 연결해서 추세선을 작성하는 방법을 가리킨다.
상기 기법들의 적용을 통해 용접선 위치 값들은 큰 변동 폭을 갖지 않고, 일정한 범위 내(30.7~30.9)로 형성되며, 이로써 용접 시 용접토치를 안정적인 이동범위 내에서 조정할 수 있어 용접결함이 발생되는 것을 예방할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110 : 주제어기
111 : 제어전원 공급장치
112 : 모터전원 공급장치
113 : 버스통신 제어보드
114 : 모션축 제어보드
115 : 용접선 제어보드
116 : 용접신호 입력보드
120 : 모션 제어기
130 : 서보 엠프부
140 : 비전센서
150 : 비전센서 제어기
160 : 용접기
170 : 터치 판넬
180 : 리모트 펜던트
111 : 제어전원 공급장치
112 : 모터전원 공급장치
113 : 버스통신 제어보드
114 : 모션축 제어보드
115 : 용접선 제어보드
116 : 용접신호 입력보드
120 : 모션 제어기
130 : 서보 엠프부
140 : 비전센서
150 : 비전센서 제어기
160 : 용접기
170 : 터치 판넬
180 : 리모트 펜던트
Claims (6)
- 피 용접 대상으로부터 용접 조인트의 위치 값 정보를 획득하는 비전센서;
상기 용접 조인트의 위치 값을 수신하여 디지털 신호처리 기법을 적용하여, 상기 용접 조인트의 위치 값에 포함된 외란 값을 제거하는 비전센서 제어기;
용접헤드에 설치된 서보 모터의 제어를 통해 용접토치의 움직임을 제어하는 모션 제어기;
용접헤드를 소정의 방향으로 이동시키도록 슬라이드를 구동시키는 서보모터를 제어하기 위한 서보 앰프부;
소정의 제어신호를 수신하여 용접출력을 제어하는 용접기; 및
상기 비전센서 제어기, 상기 모션 제어기, 상기 서보 앰프부 및 상기 서보 앰프부를 제어하고, 외부기기와 통신을 구현하는 주제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동용접 제어기. - 제 1항에 있어서, 상기 디지털 신호처리 기법은,
미디언 필터링 기법(median filtering method) 및 이동 평균 기법(moving average method)을 사용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 파이프 자동용접 제어기. - 제 1항에 있어서, 상기 모션 제어기는,
4개의 동일한 직류(DC) 서보 모터를 사용하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동용접 제어기. - 제 1항에 있어서, 상기 서보 앰프부는,
상기 슬라이드를 구동시켜 상기 용접헤드를 상/하/좌/우 방향으로 이동시키기 위한 2개의 서보모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동용접 제어기. - 제 1항에 있어서, 상기 비전센서는,
CCD(Charge Coupled Device) 카메라 또는 레이저(laser)를 사용하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동용접 제어기. - 제 1항에 있어서, 상기 외부기기는,
터치 판넬(touch panel) 또는 리모트 펜던트(remote pendant)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동용접 제어기.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120121022A KR20140056604A (ko) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | 파이프 자동용접 제어기 |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020120121022A KR20140056604A (ko) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | 파이프 자동용접 제어기 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR20140056604A true KR20140056604A (ko) | 2014-05-12 |
Family
ID=50887706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120121022A KR20140056604A (ko) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | 파이프 자동용접 제어기 |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20140056604A (ko) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108838772A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-11-20 | 宁波市鄞州大兴非标设备制造厂 | 轴类工件端面磨床及其加工方法 |
US20220219256A1 (en) * | 2021-01-08 | 2022-07-14 | Clay Hubler | Orbital welding purge systems |
-
2012
- 2012-10-30 KR KR1020120121022A patent/KR20140056604A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108838772A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-11-20 | 宁波市鄞州大兴非标设备制造厂 | 轴类工件端面磨床及其加工方法 |
US20220219256A1 (en) * | 2021-01-08 | 2022-07-14 | Clay Hubler | Orbital welding purge systems |
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