KR100226319B1 - 스폿 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접을 수행하기 위한 통전 개시 시간을 자동적으로 인식하여 스폿 용접을 단축시켜서 생산 효율을 향상시킬 수 있는 스폿 용접 장치에 관한 것으로서, 용접시키고자 하는 용접모재에 압력을 가하고 전류를 통전시키는 용접건을 포함하는 스폿 용접 장치에 있어서, 외부로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 스폿 용접을 제어하는 제어수단과; 그 제어수단으로부터 인가되는 제 1제어신호에 의하여 용접모재에 대한 용접건의 가압 작동을 제어하는 가압력 제어수단과; 제어수단으로부터 인가되는 제 2제어신호에 의하여 용접건에 전류를 통전시키는 통전수단;을 포함하고 있으며, 가압력 제어수단에는 용접건의 가압 작동에 의하여 용접 모재에 작용하는 가압력을 검출하는 압력센서가 설치되어 있고, 제어수단과 가압력 제어수단의 사이에 D/A 콘버터(Digital/Analog Converter), 가압력 비교부, 및 이득 조정부가 설치되어 있으며, 제어장치는 검출된 가압력값의 70~95%의 가압력값일 때 제 2제어신호를 통전수단으로 보내는 것인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 용접건의 가압 작용에 의하여 용접모재에 가압력이 작용하는 동안 용접건에 전류를 통전시킴으로서 스폿 용접이 이루어질 때 용접건을 가압하는 시간을 단축시킴으로서 스폿 용접 시간을 단축시키며 그 결과 용접 생산 속도 증대에 따른 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

스폿 용접 장치{Spot welder}

본 발명은 두 개의 전극사이에 개재되는 용접모재를 가압상태하에서 용접하는 스폿 용접 장치에 관한 것으로, 특히 용접모재의 가압정도를 검출하여 전류를 통전시킴으로써 용접을 수행하여 생산 효율을 향상시킬 수 있는 스폿 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스폿 용접 방법은 별도의 용접부재를 사용하지 않고 용접건에 인가되는 전류의 방전에 의해 발생되는 고열에 의하여 겹쳐진 상태의 용접모재를 용접하는 방법이다. 이러한 용접 방법을 수행하기 위한 스폿 용접 장치는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 외부 전원으로부터 1차 코일에 인가되는 1차전원을 2차전원으로 변압시키기 위한 변압기(110)와, 그 변압기(110)의 2차 코일에 전기적으로 연결되어서 용접을 수행하는 가동전극(121) 및 고정전극(122)으로 이루어진다.

가동전극(121)과 고정전극(122)의 사이에 용접하고자 하는 용접모재(10)를 겹쳐진 상태로 설치한 후 도시되어 있지 않은 제어수단의 구동에 의하여 가동전극(121)이 용접모재(10)에 압력을 가하게 된다. 이러한 상태에서 변압기(110)의 2차 코일을 통하여 2차전원이 고정전극(122) 및 가동전극(121)에 인가된다. 그 결과, 고정전극(122) 및 가동전극(121)을 통한 방전에 의하여 발생되는 고열에 의해 용접모재(10)가 용접된다.

한편, 1990년 8월 30일에 기아 자동차 주식회사 라는 출원인이 한국 특허청에 특허출원하고 '스포트용접용 로보트의 용착 검출 장치'라는 명칭으로 1995년 4월 7일에 특허 공고된 특허 공고 제 95-3258 호에 소개된 특허 문헌을 참조하면, 스폿 용접을 실행하는 경우에 용접건이 용접모재에 용착됨으로서 작업 능력이 저하되고 보수 비용이 증대되는 것을 방지시키기 위하여 용접건의 용착이 발생된 경우에 차동 증폭기와 포토 커플러에 의해 로봇 제어부의 중앙 처리 장치로부터 모터 제어부로의 제어 신호 공급이 차단되도록 하여 로봇의 동작을 자동적으로 정지시키는 내용이 소개되어 있다.

이 특허 문헌에 따르면, 용접모재를 양호하게 용접하기 위하여 가동전극의 작동에 의해서 용접모재에 압력이 인가되는 시간을 충분히 유지시킨다. 그리고, 용접건에 전류를 통전시키는 시간은 프로그램 방식에 의하여 제어수단에 설정되어 있다. 용접건의 가동전극이 작동된 후 소정 시간 후에 설정된 통전 시간이 제어수단에 내장된 타이머에 의해서 인식되면, 용접건에 의한 용접모재의 가압력 상태를 인식함이 없이 용접건에 전류를 통전시키게 된다.

즉, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 용접건의 작동에 의하여 용접모재에 가압력이 작용(가압 시간(T2)으로 표시됨)된 후, 제어수단에 의해 통전 개시 시간(Ts)이 되면 용접건에 전류가 통전된다. 여기에서, 용접모재에 대한 용접건의 가압력 상태를 충분히 확보하기 위하여 통전 개시 시간(Ts)은 가압 시간(T2)에 도달된 후 소정 시간이 경과한 때 이루어지도록 설정되어 있다.

따라서, 고정전극상에 용접모재가 설치되어 있고 가동전극이 용접모재의 상부면으로부터 소정 간격으로 이격된 초기 시간(T1)의 상태에서 제어수단으로부터 인가되는 가압 신호에 의하여 공기압 등과 같은 유압이 작동되고 이에 의하여 가동전극이 가동되기 시작한다. 이후에, 가동전극의 작동에 의한 가압력이 용접모재의 상부면에 작용하는 가압 시간(T2)에 도달하게 된다. 그리고, 용접모재에 대한 용접건의 가압 상태를 유지하는 가압 유지 시간(T2에서 Ts까지 시간)이 경과한 후 제어 장치에 설정된 통전 개시 시간(Ts)에 용접건에 전류가 통전된다.

용접건에 전류가 통전되는 통전 시간 즉 통전 개시 시간(Ts)부터 통전 완료 시간(Tc)동안에 용접모재의 계면은 용해되고 통전 완료 시간(Tc)부터 가압 해제 개시 시간(T3)까지 용접모재에 대한 용접건의 가압 상태를 유지하여 용접모재를 용접하게 된다. 그리고, 용접이 완료됨과 동시에 제어수단으로부터 인가되는 가압 해제 신호에 의한 가압 해제 개시 시간(T3)부터 용접건에 대한 유압의 압력 작용 상태가 해제된다. 가압 해제 개시 시간(T3)로부터 소정 시간이 경과된 후 용접건의 가동전극이 용접모재로부터 완전히 분리되는 분리 상태 시간(T4)에 도달된다.

그러나, 이와 같은 종래 기술에 따른 스폿 용접 장치는 용접모재를 용접시킬 때 용접건의 가동전극의 작동에 의하여 용접모재에 가압력이 작용하기 시작하는 가압 시간(T2)으로부터 소정 시간이 경과한 후에 용접건에 전류가 통전될 수 있도록 통전 개시 시간(Ts)이 제어수단에 설정되어 있기 때문에, 용접모재의 용접 시간이 증가되며 그 결과 용접 생산 속도가 저하에 따른 생산성이 저하되는 문제점을 야기시킨다.

이와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위한 본 발명의 기술적 과제는 용접모재에 작용하는 용접건의 가압력 상태를 검출할 수 있는 센서를 구비한 가압력 제어수단을 사용하여 용접시키고자 하는 용접모재에 대한 용접건의 가압 상태에 따라 용접건에 전류를 통전시키며 이에 의해서 과잉 설정된 가압 시간을 단축하여 용접모재의 용접 시간을 단축시킴으로서 용접 생산 속도를 향상시킬 수 있는 스폿 용접 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 스폿 용접 장치의 개략적인 구성도.

도 2는 종래기술에 따른 스폿 용접 장치의 스폿 용접 시간을 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 스폿 용접 장치를 개략적으로 도시한 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 스폿 용접 장치의 제어수단과 가압력 제어수단을 개략적으로 도시한 블록도.

도 5는 본 발명에 따른 스폿 용접 장치의 작동 상태를 도시한 흐름도.

도 6은 본 발명에 따른 스폿 용접 장치의 스폿 용접 시간을 나타낸 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

210. 제어수단 211. 중앙 처리 장치

212. 프로그램부 213. 데이터 설정 및 표시부

214. SCR 점호부 215. 전류 검출부

220. 가압력 제어수단 230. 통전수단

250. 압력센서

이와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 스폿 용접 장치는 용접시키고자 하는 용접모재에 압력을 가하고 전류를 통전시키는 용접건을 포함하는 스폿 용접 장치에 있어서, 외부로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 스폿 용접을 제어하는 제어수단과; 그 제어수단으로부터 인가되는 제 1제어신호에 의하여 용접모재에 대한 용접건의 가압 작동을 제어하는 가압력 제어수단과; 제어수단으로부터 인가되는 제 2제어신호에 의하여 용접건에 전류를 통전시키는 통전수단;을 포함하고 있으며, 가압력 제어수단에는 용접건의 가압 작동에 의하여 용접모재에 작용하는 가압력을 검출하는 압력센서가 설치되어 있고, 제어수단과 가압력 제어수단의 사이에 D/A 콘버터(Digital/Analog Converter), 가압력 비교부, 및 이득 조정부가 설치되어 있으며, 제어수단은 검출된 가압력값의 70~95%의 가압력값일 때 제 2 제어신호를 통전수단으로 보내도록 하는 것을 특징으로 한다. 압력센서의 작동에 의하여 검출되는 가압력 상태는 가압력 제어수단을 경유하여 제어수단에 입력되고, 그 제어수단에 의해 제 2제어신호가 통전수단을 작동시키게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 스폿 용접 장치를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스폿 용접 장치의 제어수단과 가압력 제어수단을 개략적으로 도시한 블록도이며, 도 5는 본 발명에 스폿 용접 장치의 작동 상태를 도시한 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 따른 스폿 용접 장치의 스폿 용접 시간을 나타낸 그래프이다. 도 3내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 스폿 용접 장치의 실시예를 소개하기로 한다.

본 발명에 따른 스폿 용접 장치는 도 3에 나타난 것과 같이 용접시키고자 하는 용접모재에 가압력을 작용시키고 전류를 통전시키는 용접건(20)을 포함하고 있으며, 외부로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 스폿 용접을 제어하는 제어수단(210)과, 그 제어수단(210)으로부터 인가되는 제 1제어신호에 의하여 용접건(20)의 가압 작동을 제어하는 가압력 제어수단(220)과, 제어수단(210)으로부터 인가되는 제 2제어신호에 의하여 용접건(20)에 전류를 통전시키는 통전수단(230)으로 이루어져 있다.

용접건(20)은 외부로부터 제공되는 공기 등과 같은 유체의 공압 또는 유압에 의하여 용접모재에 가압력을 작용하게 된다. 가압력 제어수단(220)에는 용접건(20)의 가압 작동에 의하여 용접모재에 작용하는 가압력을 검출하는 압력센서(250)가 설치되어 있다. 압력센서(250)에 의해서 검출된 가압력 상태는 가압력 제어수단(220)을 경유하여 제어수단(210)에 제공된다. 통전수단(230)의 작동은 제어수단(210)으로부터 인가되는 제 2제어신호에 의하여 제어된다. 제 2제어신호는 압력센서(250)로부터 제어수단(210)에 입력되는 가압력 상태에 의하여 결정된다.

한편, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 제어수단(210)은 정전류 제어, 시간 제어 및 시퀀스 제어를 담당하고 A/D(Analog/Digital) 콘버터(converter)가 내장되어 있는 중앙 처리 장치(CPU;211)와, 스폿 용접을 운용할 수 있는 운용 프로그램이 저장되어 있는 ROM(read only memory) 및 사용자가 작성한 용접 조건을 저장하는 RAM(random access memory)으로 이루어진 프로그램부(212)와, 용접 조건을 설정하거나 용접된 결과 데이터를 표시하는 데이터 설정 및 표시부(213)와, 용접에 필요한 전류를 위상제어 정류하여 공급하는 대전력 제어소자인 SCR(silicon controlled retifier)을 점호시켜 주는 SCR 점호부(214)와, 정전류 제어를 수행하기 위해 용접 전류를 검출하여 중앙 처리 장치(211)의 A/D 콘버터로 공급하는 전류 검출부(215)를 포함하고 있다.

스폿 용접 작업시 용접건(240)의 가압 작동에 의하여 용접모재에 작용하는 가압력값은 제어수단(210)에 미리 설정되어 있다. 제어수단(210)에 설정된 가압력값은 D/A 콘버터(221)를 경유하여 가압력 제어수단(220)으로 제공될 뿐만 아니라 가압력 비교부(222)로 제공된다. D/A 콘버터(221)는 디지털값을 아날로그값으로 변환하는 작용을 수행한다. 가압력 제어수단(220)은 아날로그 방식으로 제공된 가압력값에 의하여 밸브 등과 같은 개폐수단(도시되어 있지 않음)을 제어하여 공기 등과 같은 유체의 공압 또는 유압을 제어하고 그 결과 용접건(20)의 가압 작동이 제어된다.

유압의 작용에 의한 용접건(20)의 가압 작동에 의해서 용접모재에 작용하는 가압력값이 압력센서(250)에 의하여 검출되고, 검출된 가압력값이 이득 조정부(223)를 경유하여 가압력 제어수단(220)으로부터 제어수단(210)에 공급되고, 또한 가압력 비교부(222)에 공급된다. 검출된 가압력값은 CPU(211)에 내장된 A/D 콘버터로 공급된 후 디지탈 방식으로 데이터 설정 및 표시부(213)에 표시된다.

여기에서, 가압력 비교부(222)는 비교기 IC와 저항으로 구성된다. 제어수단(210)의 중앙 처리 장치(211)로부터 D/A 콘버터(221)를 경유하여 제공된 가압력값과 가압력 제어수단(220)으로부터 제공되는 검출된 가압력값이 가압력 비교부(222)에서 비교된다. 비교 결과 용접건(20)의 가압 작동에 의한 가압력이 안정화되는 시점에 통전 개시 신호를 제어수단(210)의 중앙 처리 장치(211)에 공급한다. 가압력이 안정화되는 시점은 중앙 처리 장치(211)에서 공급된 가압력값에 의하여 결정된다. 즉, 통전 개시 신호는 검출된 가압력값이 중앙 처리 장치(211)로부터 공급된 가압력값의 약 60% 내지 100%에 해당할 때 공급되도록 하며, 바람직하게는 설정된 가압력값의 약 70% 내지 95%에 해당할 때 공급되도록 한다. 그 결과 제어수단(210)은 용접건(20)에 전류를 통전시키기 위한 제 2제어신호를 통전수단(230)에 제공하여 용접 시퀀스를 수행한다.

한편, 가압력 비교부(222)는 아날로그 방식의 통전 개시 신호가 중앙 처리 장치(211)에 제공될 때 발생되는 채터링 현상을 방지하기 위한 히스테리시스 기능을 포함하고 있다. 즉, 가압력 비교부(222)의 히스테리시스 기능 작용에 의하여 0 내지 ±12V 정도의 전압 레벨 상태로 유지된 아날로그 방식의 통전 개시 신호는 0 내지 ＋5V 정도의 전압 레벨 상태로 유지되는 디지탈 방식으로 변환되어서 중앙 처리 장치(211)에 제공된다.

전체적인 동작을 설명하면, 용접건(20)을 구성하는 가동전극과 고정전극사이에 용접하고자 하는 용접모재가 겹쳐진 상태로 장착되는 초기 시간(t1) 상태에서 로봇 제어부 등과 같은 외부 장치(도시되어 있지 않음)로부터 스폿 용접을 개시하는 전기적 신호가 제어수단(210)으로 제공된다. 이와 동시에, 유체의 공압 또는 유압을 제공함으로써 용접건(20)의 가동전극을 작동시키기 위한 제 1제어신호가 제어수단(210)으로부터 가압력 제어수단(220)으로 제공된다.

여기에서, 제 1제어신호의 제공과 동시에 제어수단(210)의 중앙 처리 장치(211)에 설정되어 있는 용접하고자 하는 용접모재에 작용하는 가압력값은 중앙 처리 장치(211)로부터 D/A 콘버터(221)를 경유하여 가압력 제어 수단(220)에 제공되고 또한 가압력 비교부(222)에 제공된다. 설정된 가압력값은 D/A 콘버터(221)에 의하여 아날로그 값식으로 변환되어 제공된다. 가압력 비교부(222)에 제공된 가압력값은 추후 공정 진행에 의한 가압력값의 비교시 기준값으로 작용한다.

가압력 제어수단(220)의 제어 작용에 의하여 공기 등과 같은 유체가 용접건(20)으로 유동될 수 있도록 밸브 등과 같은 개폐 수단(도시되어 있지 않음)이 개방된다. 개폐 수단의 개방에 연동하여서 유체는 용접건(20)으로 유동하게 되며 그 결과 유체의 유압에 의하여 용접건(20)은 용접모재에 가압력을 작용시키도록 작동된다.

용접건(20)에 작용하는 유체의 유압이 증가될수록 용접건(20)에 의하여 용접모재에 작용하는 가압력값은 증가된다. 이러한 가압력값은 압력센서(250)에 의하여 검출된다. 검출된 가압력값은 이득 조정부(223)를 경유하여 제어수단(210)의 중앙 처리 장치(211)에 제공된다. 또한, 검출된 가압력값은 가압력 비교부(222)에 제공된다.

가압력 비교부(222)는 기준값으로 작용하는 설정된 가압력값과 검출된 가압력값을 비교한다. 비교 결과 가압력이 안정화되는 시점에 해당하는 가압력값이 검출되면 가압력 비교부(222)로부터 통전 개시 신호가 중앙 처리 장치(211)에 제공된다. 예를 들면, 가압력이 안정화되는 시점이 설정된 가압력값의 약 70% 정도에 해당하는 경우에 가압력 비교부(222)의 비교 결과 검출된 가압력값이 설정된 가압력값의 70%에 해당하면 통전 개시 신호가 제공된다. 이러한 통전 개시 신호에 연동하여서 제어수단(210)으로부터 통전수단(230)에 제 2제어신호가 제공된다.

즉, 용접건(20)의 용접모재에 대한 가압 작용이 지속적으로 이루어지는 상태하에서, 제어수단(210)의 SCR 점호부(214)로부터 SCR을 점호시키는 신호가 제공됨과 동시에 통전수단(230)이 용접건(20)에 전류를 통전시킨다(도 6에 표시된 통전 개시 시간(t2) 참조). 따라서, 용접건(20)의 가압 작동과 동시에 전류가 통전됨으로서 겹쳐진 상태의 용접모재 계면이 용해된다. 한편, 용접건(20)에 전류가 통전되는 동안에 용접모재에 작용하는 용접건(20)의 가압력값은 설정된 가압력값에 도달되어 일정하게 유지되고 또한 전류 검출부(215)의 작동에 의하여 정전류가 유지된다. 이러한 정전류 상태는 통전 완료 시간(t3)에 도달할 때 까지 유지된다. 그리고, 통전 완료 시간(t3)에 용접건(20)에 대한 전류의 통전이 차단된다.

통전 완료 시간(t3) 후 소정 시간동안 용접건(20)의 가압 작용이 일정하게 이루어진다. 그 결과, 용해 상태로 유지된 용접모재의 계면이 냉각되면서 용접이 이루어진다. 용접이 완료되었다는 신호가 외부 장치에 제공되면 D/A 콘버터(221)에 '0'을 로드하여 가압력 제어수단(220)의 작동을 차단시킨다. 즉, 밸브의 개방 상태를 해제시킴으로서 밸브를 차단시켜 용접모재에 작용하는 가압력 상태를 해제시킨다. 용접건(20)이 용접모재로부터 분리된 후 용접모재를 언로딩시킨다.

위에 소개한 실시예는 본 발명에 따른 스폿 용접 장치의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지 및 사상을 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 스폿 용접 장치에 따르면, 용접건의 가압 작용에 의하여 용접모재에 가압력이 작용하는 동안 용접건에 전류를 통전시킴으로써 스폿 용접이 이루어질 때 용접건을 가압하는 시간을 단축시켜 용접 생산 속도 증대에 따른 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 용접시키고자 하는 용접모재에 압력을 가하고 전류를 통전시키는 용접건을 포함하는 스폿 용접 장치에 있어서, 외부로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 스폿 용접을 제어하는 제어수단과; 상기 제어수단으로부터 인가되는 제 1제어신호에 의하여 용접모재에 대한 상기 용접건의 가압 작동을 제어하는 가압력 제어수단과; 상기 제어수단으로부터 인가되는 제 2제어신호에 의하여 상기 용접건에 전류를 통전시키는 통전수단;을 포함하고 있으며, 상기 가압력 제어수단에는 상기 용접건의 가압 작동에 의하여 용접 모재에 작용하는 가압력을 검출하는 압력센서가 설치되어 있고, 상기 제어수단과 가압력 제어수단의 사이에 상기 제어수단으로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜주는 D/A 콘버터(Digital/Analog Converter), 상기 D/A 콘버터로부터 입력된 신호값을 설정값과 비교하는 가압력 비교부, 및 이득 조정부가 설치되어 있으며, 상기 제어수단은 검출된 가압력값의 70~95%의 가압력값일 때 제 2제어신호를 통전수단으로 보내는 것인 것을 특징으로 하는 스폿 용접 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가압력 비교부는 히스테리시스 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 스폿 용접 장치.