최근 해양, 석유화학 플랜트 등에서는 내마모, 내식성, 내열성이 요구되는 초내열 합금이 기본적인 구조재료로 많이 사용되고 있다. 하지만 고가의 초내열 합금 소재로 밸브를 제작할 때 원가 상승과 가격 경쟁력 저하의 원인이 되고 있다. 이에 유체에 흐르는 특정부위만 육성 용접하는 기술이 효과적인 방법으로 사용되고 있다. 하지만 기존의 볼 육성용접의 경우 사람이 직접 수동으로 작업을 진행하기 때문에 많은 시간이 소요되고 정확한 용접하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 볼 밸브용 볼 육성용접을 균일하게 할 수 있는 로봇자동화 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 용접토치를 장착한 용접용 로봇 6축, 포지셔너 회전을 위한 부가 2축, 제어장치 및 로봇경로는 오프라인 프로그램으로 구성되어 있다. CAD 도면 데이터를 오프라인 프로그램에 입력하여 로봇 교시점과 로봇 구동 소스를 얻을 수 있도록 하였고, 볼 육성용접 궤적은 Matlab을 통해 구현하였다. OLP 시스템을 통해 용접층 두께가 균일하게 얻으므로 용가재의 소모량을 약 20% 절약할 수 있었고, 모재와 용접봉 사이의 아크길이를 일정하게 유지하여 육성용접 불량율을 약 50% 정도 감소시켜 품질을 확보하였다. OLP를 활용한 육성용접 자동화 시스템을 통해 작업소요시간이 88시간에서 41시간으로 단축되어 생산성이 2.58배 향상 되었다.
최근 해양, 석유화학 플랜트 등에서는 내마모, 내식성, 내열성이 요구되는 초내열 합금이 기본적인 구조재료로 많이 사용되고 있다. 하지만 고가의 초내열 합금 소재로 밸브를 제작할 때 원가 상승과 가격 경쟁력 저하의 원인이 되고 있다. 이에 유체에 흐르는 특정부위만 육성 용접하는 기술이 효과적인 방법으로 사용되고 있다. 하지만 기존의 볼 육성용접의 경우 사람이 직접 수동으로 작업을 진행하기 때문에 많은 시간이 소요되고 정확한 용접하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 볼 밸브용 볼 육성용접을 균일하게 할 수 있는 로봇자동화 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 용접토치를 장착한 용접용 로봇 6축, 포지셔너 회전을 위한 부가 2축, 제어장치 및 로봇경로는 오프라인 프로그램으로 구성되어 있다. CAD 도면 데이터를 오프라인 프로그램에 입력하여 로봇 교시점과 로봇 구동 소스를 얻을 수 있도록 하였고, 볼 육성용접 궤적은 Matlab을 통해 구현하였다. OLP 시스템을 통해 용접층 두께가 균일하게 얻으므로 용가재의 소모량을 약 20% 절약할 수 있었고, 모재와 용접봉 사이의 아크길이를 일정하게 유지하여 육성용접 불량율을 약 50% 정도 감소시켜 품질을 확보하였다. OLP를 활용한 육성용접 자동화 시스템을 통해 작업소요시간이 88시간에서 41시간으로 단축되어 생산성이 2.58배 향상 되었다.
Recently, heat resistant super alloys (which are wear-resistant, corrosion-resistant, and heat-resistant), have been used as the basic structural material in offshore and petrochemical plants. On the other hand, making valves from very expensive, high heat-resistant alloys increases the production c...
Recently, heat resistant super alloys (which are wear-resistant, corrosion-resistant, and heat-resistant), have been used as the basic structural material in offshore and petrochemical plants. On the other hand, making valves from very expensive, high heat-resistant alloys increases the production cost and decreases its market competitiveness. To solve these problems, the technique of overlaying only those that flow on the fluid has been used as an effective method. Nevertheless, because the former technique of overlaying the ball is performed manually, it takes too much time and perfect welding is difficult to perform. To solve this problem, this study developed a robot automation system that can make uniformly overlay welding of the ball for ball-valves. The system consists of a 6-axis welding robot with a welding torch and additional 2 axes for the rotation of positioner, the controller, and a robot path OLP (Off-Line Programming). The CAD drawing data was entered in the Off-line program to obtain the robot teaching point and drive source. Overlay welding paths were implemented using Matlab. Through an automated overlaying system that implemented the OLP, the productivity rose 2.58 times, as the amount of time required for work decreased from 88 hours to 41 hours.
Recently, heat resistant super alloys (which are wear-resistant, corrosion-resistant, and heat-resistant), have been used as the basic structural material in offshore and petrochemical plants. On the other hand, making valves from very expensive, high heat-resistant alloys increases the production cost and decreases its market competitiveness. To solve these problems, the technique of overlaying only those that flow on the fluid has been used as an effective method. Nevertheless, because the former technique of overlaying the ball is performed manually, it takes too much time and perfect welding is difficult to perform. To solve this problem, this study developed a robot automation system that can make uniformly overlay welding of the ball for ball-valves. The system consists of a 6-axis welding robot with a welding torch and additional 2 axes for the rotation of positioner, the controller, and a robot path OLP (Off-Line Programming). The CAD drawing data was entered in the Off-line program to obtain the robot teaching point and drive source. Overlay welding paths were implemented using Matlab. Through an automated overlaying system that implemented the OLP, the productivity rose 2.58 times, as the amount of time required for work decreased from 88 hours to 41 hours.
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문제 정의
본 연구는 볼 밸브 육성용접 로봇에 OLP 시스템을 적용하여 보다 균일한 용접 두께를 얻어 품질향상과 불량품감소, 작업소요 시간 단축을 통해 엄청난 경제적 효과를 가져 올 것이다.
가설 설정
12는 내경 OLP 프로그램을 통해 작성된 소스 데이터를 통해 Matlab 시뮬레이션 한 그림이다. 내경 반지름을 450mm, 비드폭 70mm으로 가정하여 시뮬레이션을 시행하였다.
13은 윗면과 아랫면 OLP 프로그램을 통해 작성된 소스 데이터를 통해 Matlab 시뮬레이션 한 그림이다. 윗면 큰 반지름을 1,256mm 로 가정하고. 작은 원 r=486mm, 보스 부분 큰 반지름을 486mm, 작은 반지름을 416mm로 가정하여 시뮬레이션을 시행하였다.
윗면 큰 반지름을 1,256mm 로 가정하고. 작은 원 r=486mm, 보스 부분 큰 반지름을 486mm, 작은 반지름을 416mm로 가정하여 시뮬레이션을 시행하였다.
제안 방법
OLP 프로그램을 통해 형성된 궤적을 검중하기 위해 시뮬레이션과 시운전을 수행했다. Fig.
마지막으로 볼 윗면과 아래 용접하는 방법은 육성용접한 볼 평면부 상부를 다시 척으로 장착하고, 볼을 장착하고 있는 턴 유닛 전체를 수직으로 세워서 볼 평면부 (하)가 위로 위치하도록 하고, 상부의 척을 풀어서 로봇이 용접할 수 있도록 공간을 만든다. 로봇은 볼 평면부 (상부)를 장착하고 있는 하부 척을 회전하면서 동시에 반경방향으로 용접토치를 비드폭 만큼 육성용접을 진행하면서 나선형으로 볼 평면부(하부)를 위빙하여 육성용접하고, 또한 하부 척을 고정시켜두고 로봇을 통하여 보스(하)를 위빙으로 육성용접한다.
티칭(teaching) 방식으로 로봇경로를 프로그래밍할 경우 숙련된 전문 작업자가 필요하며, 많은 시간이 소요된다. 이러한 것을 해결하기 위해 볼밸브 육성용접용 로봇을 위한 OLP(Off Line Program)을 개발하였다. 볼 육성용접 자동화 시스템의 OLP는 크게 볼 외경 육성용접 (① 부위), 볼 내경 육성용접(② 부위), 볼 평면부(상), 보스(상) 내/외부 육성용접(③ 부위), 볼 평면부(하), 보스(하) 육성용접(④ 부위)로 4부분으로 구성된다.
성능/효과
1. 작업자가 직접 교시하는 방식은 수동으로 작업하기 때문에 정확도가 떨어진다. OLP 프로그램을 통해 좌표 값을 얻어 보다 정확한 용접이 가능하다.
2. OLP 시스템을 통해 용접층 두께가 균일하게 얻으므로 용가재의 소모량을 약 20% 절약할 수 있었다.
3. 모재와 용접봉 사이의 아크길이를 일정하게 유지하여 육성용접 불량율을 약 50% 정도 감소시켜 품질을 확보하였다.
4. 볼 밸브 육성용접 자동화시스템 OLP를 개발함으로써 기존의 작업소요시간 총 88시간에서 41시간으로 단축시킴으로써 작업효율이 2.58배 향상되었다.
기존의 육성 용접 작업소요시간은 작업준비 시간 2시간, 볼 외경의 경우 34시간, 내경 18시간, 상하 34시간이 총 88시간이 소요된 반면에 자동화시스템을 적용시킨 후 작업준비시간 1시간, 외경 24시간, 내경 10시간, 상하 6시간으로 41시간이 소요되었다. 이로써 기존의 육성용접보다 보다 균일한 용접두께를 얻었고, 작업생산성이 2.58배 향상되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마모는 무엇에 따라 다양한 형태로 나타나는가?
그 중에서도 부식은 주위 환경에 따라 금속의 표면에 화학적 결함이 발생하는 것으로써, 특히 부식성 유체를 수송하거나 염분의 농도가 높은 해양에서는 큰 문제가 되고 있다. 또한 마모는 하중의 형태와 방법, 속도, 온도, 재질, 윤활제 및 사용 환경 등에 따라 다양한 형태로 나타나며, 마모를 방지하기 위하여 재료의 표면을 경화시키는 방법이나 내마모성이 우수한 재료를 사용한다. 이에 해양/석유화학 플랜트, 발전설비 등의 장치 산업 분야에서는 내마모, 내식성, 내열성이 요구되는 초내열 합금(Ni-base alloy)이 기본적인 구조재료로 많이 사용되고 있다.
수작업 형식의 육성용접의 문제점은 무엇인가?
현재 일부 업체에서 적용되고 있는 수작업 형식의 육성용접은 생산성이 낮고 용접 작업자의 숙련도에 따라 제품의 품질에 많은 차이를 보이고 있다. 따라서 생산성및 품질 향상을 위한 육성용접 자동화공정 개발이 절실히 필요한 실정이다.
고가의 초내열 합금소재로 밸브 제작시, 원가상승의 문제점을 보완하기 위한 방법은 무엇인가?
하지만 고가의 초내열 합금소재로 밸브를 제작할 때 원가 상승과 가격 경쟁력 저하의 원인이 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 재료학적으로 우수한 결합력을 가지며, 내마모성, 내식성 또는 내열성을 갖는 용접재료를 밸브의 유체가 흐르는 특정 부위만을 육성용접하여 원가의 30~50% 절감할 수 있다.
참고문헌 (4)
S. J. Kim, J. H. Lee and T. J. Lho, "Development of Coating Robot Automation System Based on OLP for Radiators in PPS", J. of KAIS, vol. 14, no. 2, pp. 585-591, 2013.
S. J. Lee, S. H. Lee and J. K. Park, "Development of Automation Program Module for OLP basd Industrial Robot Simulation", Trans, of the Korean Society of Machine Tool Engineers, vol. 18, no. 1, pp. 13-21, 2009.
S. K. Oh, B. H. Choi, S. H. Eun and C. J. Sung, "An Establishment Case of Welding Robot OLP System Using 3D Design Model Information", Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea, pp. 43-43, Sept. 2007.
J. H. Borm, "An Efficient Calibration Procedure of Arc Welding Robots for Offline Programming Application", J. of KSPE, vol. 13, no. 1, pp. 131-142, 1996.
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