조선과 자동차 등의 금속 가공분야의 용접산업부분에서는 용접을 하기 위해 여러 종류의 용접선 추적 센서들이 사용되고 있다. 용접선을 검출하는 센서에는 용접모재와 센서의 접촉여부에 따라 접촉식과 비접촉식 센서로 크게 대별할 수 있고, 현 산업전반에서는 대부분 접촉식 센서를 사용하고 있다. 본 논문에서도 접촉식센서의 일종인 스트레인 게이지를 응용하여 센서를 제작하여 용접부위를 얼마나 잘 추적하는지 실험하였다. 실험장치는 스트레인 게이지 센서, 스트레인 게이지 신호의 증폭회로, 삼각파 발생기, MOSFET 파워 드라이버 회로와 DC 모터로 구동되는 X-Y 슬라이더 등으로 구성되어 있다. 용접선의 추적범위는 상하좌우로 동작을 하고 스트레인 게이지의 저항변화가 X-Y 슬라이더에 연결된 DC 모터를 구동시키게 된다. 실험결과 용접부위를 센서가 잘 추적하는 것을 확인할 수 있었고, 실제 산업현장에 있어서 적용가능성에 대해서 알아보았다.
조선과 자동차 등의 금속 가공분야의 용접산업부분에서는 용접을 하기 위해 여러 종류의 용접선 추적 센서들이 사용되고 있다. 용접선을 검출하는 센서에는 용접모재와 센서의 접촉여부에 따라 접촉식과 비접촉식 센서로 크게 대별할 수 있고, 현 산업전반에서는 대부분 접촉식 센서를 사용하고 있다. 본 논문에서도 접촉식센서의 일종인 스트레인 게이지를 응용하여 센서를 제작하여 용접부위를 얼마나 잘 추적하는지 실험하였다. 실험장치는 스트레인 게이지 센서, 스트레인 게이지 신호의 증폭회로, 삼각파 발생기, MOSFET 파워 드라이버 회로와 DC 모터로 구동되는 X-Y 슬라이더 등으로 구성되어 있다. 용접선의 추적범위는 상하좌우로 동작을 하고 스트레인 게이지의 저항변화가 X-Y 슬라이더에 연결된 DC 모터를 구동시키게 된다. 실험결과 용접부위를 센서가 잘 추적하는 것을 확인할 수 있었고, 실제 산업현장에 있어서 적용가능성에 대해서 알아보았다.
There are many kinds of seam trackers in the industrial welding field. We are proposed the contact seam tracking sensor applying strain gauges kind of contact sensor that mostly used in welding part now. For this seam tracking experiment, we made the strain gauges sensor by ourselves and tested how ...
There are many kinds of seam trackers in the industrial welding field. We are proposed the contact seam tracking sensor applying strain gauges kind of contact sensor that mostly used in welding part now. For this seam tracking experiment, we made the strain gauges sensor by ourselves and tested how well the sensor tracks the seam. The experiment device consist of strain gauges sensor, amplifier circuit of strain gauges signal, saw wave generator, MOSFET power diving circuit and X-Y slide by moved DC motor. The tracking areas are X-Y planes(left, right, up and down) and the change of strain gauge resistance causes to move DC motor that connected to X-Y slide. As a result of experiment, we confirmed that the strain gauges sensor tracks a seam well, and X-Y slide DC motor was controlled by PWM control.
There are many kinds of seam trackers in the industrial welding field. We are proposed the contact seam tracking sensor applying strain gauges kind of contact sensor that mostly used in welding part now. For this seam tracking experiment, we made the strain gauges sensor by ourselves and tested how well the sensor tracks the seam. The experiment device consist of strain gauges sensor, amplifier circuit of strain gauges signal, saw wave generator, MOSFET power diving circuit and X-Y slide by moved DC motor. The tracking areas are X-Y planes(left, right, up and down) and the change of strain gauge resistance causes to move DC motor that connected to X-Y slide. As a result of experiment, we confirmed that the strain gauges sensor tracks a seam well, and X-Y slide DC motor was controlled by PWM control.
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제안 방법
이 변화된 신호는 토치를 구동시키는 모터를 동작시켜 프로브 센서의 위치를 추적하도록 한다. 본 논문에서는 이 센서부분을 스트레인 게이지의 저항변화를 웅용하여 아날로그 출력을 내어 위치변화를 검출하게 된다.
[1][2] 접속 센서 중 가장 많이 사용하고 대표적인 것이 프로브 (probe) 센서이고, 센싱방법에 있어서는 주로 접점 식과 차동변압기의 원리를 이용한 것들이 대부분이다. 본 논문에서는 현재 사용되고 있는 이들 센싱 방법 대신 스트레인 게이지를 이용하여 용접선 추적센서를 제안하였고, 이를 실제 제작하여 센서의 동작 실험을 행하였다.
스트레인 게이지의 변형에 따른 저항의 변화를 이용하여 X-Y평면상의 용접선을 인식할 수 있는 센서를 제작하여 실험한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
실험장치의 구성은 그림 7과 같이 X와 Y판의 2 쌍의 스트레인 게이지에서 나온 신호를 각각 분리하여 증폭하고 이 증폭된 전압신호와 삼각파를 비교하여 PWM파형을 만들었다’ 모터를 -?.농하기 위한 파워드라이버 부분은 파워 MOSFET를 이용하여 제작하였고, 스트레인 게이지의 출력에 따라 직류전동기가 정.
역 선되 도록 회로들 卄 성하였다. 직류전동기 두 대를 이용하여 X Y슬가이J三 제작하였고 센서가 이 슬라이드에 H성되어있어 피드백 되도록 하였다.
대상 데이터
스트레인 게이지는 길이가 5[mm]이고, 게이지 저항은 120[9]±0.5[%]인 것을 사용하고 있다.
성능/효과
그림 3의 (a) 같이 저항 변화를 확인하기 위해, 하나의 스트레인 게이지를 철판에 부착하고, 인 장시와 수축시 저항을 측정해 보았는더], 인장시 약 121[2], 수축시 119国〕으로 최대 저항변화는 대략 2@]으로 매우 적은 변화를 나타내었다. 최대가 2 但]이므로 실제 저항변화의 범위는 1[Q] 정도로 매우 작아 전용의 앰프를 사용하지 않고서는 이 신호를 센서의 입력신호로 사용하기에는 약하게 된다.
1. 센서 로드의 각도에 따라 증폭 전압이 선형적으로 변하는 것을 확인하였다.
2. 스트레인 게이지의 저항변화를 증폭한 증폭 신호에 따라 X-Y슬라이드블 움식여 농삭실험을 한 결과 피드백이 되어 잘 동작함을 알 수 있었다.
2번의 스트레인 게이지 저항에 변화가 생겨 그래프상으로는 -6[V] 정도의 (-)출력이 얻어지고 있다. 그래서 이 출력의 오차를 줄이기 위해 3번의 게이트 신호에 PWM 게이트 신호가 들어가 모터를 회전시키고 있음을 확인할 수 있다.
후속연구
3. 센서로県의 민감한 움식 임에도 모터늘 卄농시키기 위해서는 저항변화가 큰 스트레인 세이지를 사용하면 좀더 정밀하게 용접선을 추적할 수 있으리라 사료된다.
참고문헌 (5)
Hirokazu Nomura : Sensors and Control Systems in Arc Welding, CHAPMAN & HALL.
J.D. Lane : ROBOTIC WELDING, IFS (Publications) Ltd. UK, 1987
이철원외, '용접 자동화를 위한 시각센서', 대한 용접학회지 제11권 제3호, pp. 10-21, 1993
M. Aicault and J.P. Lalemand, 'Joint tracking with a self-teaching system', Welding Journal, Vol. 69, No. 12, pp. 41-45, 1990
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