저항 점 용접로봇에서 서보건의 가압력 제어시스템 개발과 용접품질 향상에 대한 연구

Abstract

최근 자동차 생산현장에서의 용접자동화가 지속적으로 개선되어 생산라인에 적용되면서 용접건(weld gun)과 로봇과의 동기화 비율이 점점 증가되어 왔다. 현재 자동차 차체조립 및 접합공정에서 주로 공압건을 이용해 용접부에 압력을 가하고 있으나, 최근에는 서보건(servo-gun) 저항 점 용접시스템이 도입되면서 7축 로봇과의 동기성 향상을 위해서 현장에서 일부 개선하여 운용 중이다. 서보모터를 이용하여 가압력을 제어하는 추세이다. 본 연구에서는 저항 점 용접시스템을 기반으로 용접 중 전극건의 가압 현상 메커니즘과 상관 관계에 대해서 연구하였다. 자동차 생산현장에서 운용중인 서보건이나 공압건에는 용접 중 작동하는 전극에 대해 직접 가압력 센서를 부착하기가 어려워 전극(electrode)의 가압력을 측정하기가 쉽지 않다. 그리고 서보건의 특성인 용접 후반부 가압력 저하에 대해 보상제어를 하여 초기 가압력과 후기 가압력이 일정하게 유지되도록 하여 가압력 저하에 대해서 보상하였다. 아울러 PD제어기를 설계하여 이를 용접공정에 도입시켜 실험을 한 결과 가압력 보상을 할 수 있었다. 그리고 서보모터에 의해 가압력을 제어하는 서보건 시스템과 공압에 의해 가압력을 제어하는 공압건과 동일한 용접조건에서 용접을 실행하여 용접품질에 대해 비교하였다. 그리고 차량 충돌 시 차체 안정성 향상 및 내구성 증대를 위해 개발된 고장력 TRIP-60 강판에 대해 저항 점 용접을 수행하여 용접 품질 및 생산성과 연관된 결과를 비교 분석하였다. 아울러 전 세계적으로 확산되고 있는 차체의 안정성 확보, 경량화, 연비향상 및 환경오염 감소 등을 위한 친 환경 금속강판의 사용이 증가되면서 자동차 차체는 기존의 냉연강판에서 고장력 및 도금강판 등 환경친화적인 금속 등으로 바뀌고 있는 추세이다. 따라서 각종 환경관련 규약이나 법적 규제가 강화되어짐에 따라 부식방지 및 경량화 등의 목적으로 새롭게 개발되어 점증적으로 차체에 적용되고 있는 합금화 용융아연도금강판(이하 GA강판)에 대해 반응표면분석법을 이용하여 보다 적은 실험횟수를 통하여 최적 용접조건을 구하였으며, 이를 검증하여 용접품질 향상을 위해 이를 적용하였다; Recently, in according to sustainable improvements and applications of welding automation in automobile product assembly line, synchronization ratio of welding gun and robot is increasing. In joining vehicle body process etc, generally in use of the pneumatic-gun, we can apply pressure to the welding section, but recently it will continue to control the pressure using a servo-motor after introduction of resistance spot welding system. In this study, we studied a correlation between the pressure control mechanism of electrode-gun and servo motor feedback current through a servo-gun resistance spot welding system. It is difficult to measure the pressure of electrode because during welding operation it is difficult directly to attach a sensor of the pressure to operating servo-gun and pneumatic-gun in manufacturing field. So, we presumed that there is a correlation between the feedback current generated by motors and the pressure of electrode. And we conformed that during spot welding there is a correlation between the current deviation of servo motor and the pressure of electrode. From this, we proved that through the experiment, it can control the pressure during spot welding. So, we could know that through a real time compensation control to the pressure reduction in the latter part of welding time - the characteristic of servo-gun resistance welding system, it reached the good weldability. With the servo-gun system that is controlled pressure by servo-motor and the pneumatic-gun system that is controlled pressure by pneumatic pressure, when vehicle is crashed under the same condition, in regard to the high strength steel-TRIP-60 which was developed for increasing the safety and durability in vehicle body, we analyzed and compared the result associated weldability and productivity in the resistance spot welding. While increasing use of metal sheet considering environment for securing the safety and the light weighting in vehicle, decreasing the fuel efficiency and the environmental pollution to be worldwide issue, vehicle body will continue to change the existing cold rolling steel into the high strength steel and the coating steel against corrosion. We obtained the optimized welding condition about the new steel sheet - GA steel applied vehicle body gradually as tightening the agreements associated environment and regulations. And we applied this conditions to the good weldability.