[공개특허] 적층 가공을 위한 위치 피드백을 제공하는 시스템 및 방법

출원번호 10-2018-0032105
출원일자 2018년 03월 20일
공개번호 10-2018-0106995
공개일자 2018년 10월 01일
출원인 : 링컨 글로벌, 인크.
발명자 : 다니엘 죠셉 에이, 피터스 스티븐 알

본 발명은, 로봇 용접 적층 가공 프로세스 동안에 높이 오차를 수정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 용접 출력 전류 및 와이어 공급 속도 중 어느 하나 또는 양자 모두가, 로봇 용접 적층 가공 프로세스 동안에, 현재의 용접 층을 형성할 때, 샘플링된다. 복수의 순간 접촉 팁-모재간 거리(CTWD’s)가 상기 용접 출력 전류 및 와이어 공급 속도 중 적어도 어느 하나 또는 양자 모두에 기초하여 결정된다. 평균 CTWD가 복수의 순간 CTWD’s에 기초하여 결정된다. 현재의 용접 층의 높이에 있어서의 임의의 오차를 보상하는 데 사용되는 수정 계수가, 적어도 상기 평균 CTWD에 기초하여 생성된다.

발명의 설명

기술 분야
본 미국 특허출원은, 2013년 10월 22일에 가출원된 미국 가특허출원번호 제61/894,035호에 대한 우선권 및 그 이익을 주장하는 2013년 12월 19일에 출원된 미국 특허 출원번호 제14/134,188호의 부분계속출원(CIP)이며, 이들 문헌 모두의 전문은 본원에 참고로 원용된다.

본 발명의 일부 실시형태는 아크 용접에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 일부 실시형태는, 로봇 용접 적층 제조 공정을 위한 위치 피드백을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다

배경 기술
로봇 용접 적층 제조 공정 중에는, 금속 재료의 연속 층들이 형성되어 모재부(workpiece part)를 생성하게 된다. 로봇 용접 유닛은, 로봇 용접 유닛의 로봇 제어기에 의해 지시됨에 따라 모재부를 시간 경과에 따라 층별로 구축하는 데 사용된다. 로봇 제어기는, 적층(층별) 제조 공정을 이용하여 생성될 모재부의 3D 모델을 판독하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 로봇 제어기는, 3D 모델을 프로그래밍 방식으로 복수의 층으로 분할하고 개별층들의 각각에 대한 용접 경로를 계획하여 이러한 모재부의 구축을 수행한다. 예상되는 용접 융착이 각 층에 대해 결정되고, 그 결과로서 각각의 융착된 층에 대한 예상 높이를 얻게 된다. 그러나, 실제 층별 용접이 진행됨에 따라, 임의의 주어진 층에 대하여 형성되는 실제 높이는, 예를 들어, 모재부 기판의 표면 상태(예를 들어, 기판 상의 온도 또는 위치) 및 일부 용접 파라미터가 제어될 수 있는 정확도 등의 인자들로 인해, 예상 높이 또는 원하는 높이로부터 벗어날 수 있다.

종래의 방안, 통상적인 방안, 및 제안된 방안의 추가 한정 사항과 단점은, [0004] 이러한 시스템과 방법을, 도면을 참조하여 본원의 나머지 부분에 개시된 바와 같은 본 발명의 실시형태와 비교함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.

발명의 내용
로봇 용접 적층 제조 공정 동안 높이 오차를 보정하는 시스템 및 방법을 제공한다. 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도 중 하나 또는 모두는, 현재 용접층을 생성할 때 로봇 용접 적층 제조 공정 동안 샘플링된다. 복수의 접촉 팁과 모재간 순간 거리(contact tip-to-work distance: CTWD)는 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도 중 적어도 하나 또는 모두에 기초하여 결정된다. 평균 CTWD는 복수의 순간 CTWD에 기초하여 결정된다. 보정 인자는, 적어도 평균 CTWD에 기초하여 생성되며, 현재 용접층 및/또는 다음 용접층의 높이의 임의의 오차를 보상하는 데 사용된다.

일 실시형태에서는, 용접 전원을 갖는 용접 시스템을 제공한다. 용접 전원은, 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하도록 구성된다. 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터 쌍은 용접 출력 전류와 용접 와이어 속도를 포함한다. 또한, 용접 전원은, 현재 용접층의 생성 중에 각각의 파라미터 쌍이 샘플링됨에 따라 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터쌍에 대하여 그리고 적어도 이러한 각각의 순간 파라미터 쌍에 기초하여 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 실시간으로 결정하도록 구성된다. 용접 전원은 현재 용접층을 생성하는 동안 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리가 결정됨에 따라 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 이동 평균(running average) 거리를 실시간으로 결정하도록 더 구성된다. 용접 전원은, 또한, 보정 인자를 생성하도록 구성된다. 보정 인자는 적어도 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 기초하며, 현재 용접층에 대한 원하는 융착 레벨로부터의 융착 레벨 편차를 보상하도록 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 실시간으로 사용될 것이다. 일 실시형태에서, 접촉 팁과 모재간 순간 거리는 용접 출력 전압, 용접 전극 유형, 용접 전극 직경, 또는 사용된 차폐 가스 중 하나 이상에 더 기초할 수 있다.

접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리는, 수학적 단순 이동 평균 또는 접촉 팁과 모재간 순간 거리들의 가중 평균 중 하나일 수 있다. 일 실시형태에서, 용접 전원은 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 접촉 팁과 모재간 설정 거리와 적어도 부분적으로 비교함으로써 보정 인자를 생성하도록 구성된다. 용접 전원은, 또한, 보정 인자에 응답하여 현재 용접층의 생성 중에 용접 시스템의 이동 속도, 용접 지속시간, 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 실시간으로 조정하도록 구성될 수 있다. 보정 인자에 응답하여 이동 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 이동 속도를 고려하는 것을 포함할 수 있다. 보정 인자에 응답하여 용접 지속시간을 조정하는 것은 미리 설정된 용접 지속시간을 고려하는 것을 포함할 수 있다. 보정 인자에 응답하여 와이어 공급 속도를 조정하는 것은 미리 설정된 와이어 공급 속도를 고려하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 보정 인자는, 또한, 현재 용접층을 위한 현재 용접 동작에 대하여 로봇 제어기에 의해 제공되는 로봇 파라미터 또는 3D 모재부에 대응하는 하나 이상의 3D 모델 파라미터에 더 기초한다. 3D 모델 파라미터와 로봇 파라미터는, 현재 용접층의 지정된 높이 또는 현재 용접층을 위한 용접 공구의 지정된 위치 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 용접 시스템은 용접 전원과 동작가능하게 통신하도록 구성된 로봇 제어기를 갖는 로봇을 포함한다. 일 실시형태에서, 용접 시스템은 이러한 로봇에 동작가능하게 연결된 용접 공구를 포함한다. 일 실시형태에서, 용접 시스템은 용접 공구와 용접 전원에 동작가능하게 연결된 와이어 공급기를 포함한다.

일 실시형태에서는, 용접 전원을 갖는 용접 시스템을 제공한다. 용접 전원은, 3D 모재부의 현재 용접층을 생성하는 동안 로봇 용접 적층 제조 공정 중에 순간 파라미터 쌍들을 실시간으로 샘플링하도록 구성된다. 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터 쌍은 용접 출력 전류와 와이어 공급 속도를 포함한다. 용접 전원은, 또한, 현재 용접층의 생성 중에 각 파라미터 쌍이 샘플링됨에 따라 순간 파라미터 쌍들의 각각의 순간 파라미터 쌍에 대하여 그리고 적어도 이러한 각각의 순간 파라미터 쌍에 기초하여 접촉 팁과 모재간 순간 거리를 실시간으로 결정하도록 구성된다. 용접 전원은 현재 용접층의 생성 중에 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리가 결정됨에 따라 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리를 실시간으로 결정하도록 더 구성된다. 또한, 용접 전원은, 현재 용접층 전체에 걸쳐 결정되는 각각의 접촉 팁과 모재간 순간 거리에 기초하여 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리를 결정하도록 구성된다.

용접 전원은 접촉 팁과 모재간 이동 평균 거리에 응답하여 현재 용접층의 생성 중에 용접 시스템의 용접 지속시간, 이동 속도, 또는 와이어 공급 속도 중 하나 이상을 실시간으로 조정하도록 더 구성된다. 용접 전원은, 또한, 적어도 접촉 팁과 모재간 총 평균 거리에 기초하여 3D 모재부의 다음 용접층을 생성할 때 사용될 보정 인자를 생성하도록 구성된다. ©