KR100263587B1 - 동 저항값을 이용한 점용접기의 전류 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 트랜스포머를 통하여 전극에 제공되는 전류는 다이리스터가 구동하는 점화각에 의하여 제어되도록 구성된 점 용접기에 관한 것으로서, 트랜스포머를 통하여 전극에 제공되는 전류는 다이리스터가 구동하는 점화각에 의하여 제어되도록 구성된 점 용접기에 있어서, 매 사이클마다 상기 전극간의 용접 전류를 측정하는 전류 측정부와; 매 사이클마다 상기 전극간의 용접 전압을 측정하는 전압 측정부와; 용접 환경의 변화가 없는 최적의 용접 조건에서 매 사이클당 얻어지는 동저항인 모델 동저항이 저장되어 있는 저장 수단과; 용접 전압과 용접 전류 사이의 동저항을 계산하고, 계산된 동저항과 모델 동저항간의 차가 보상된 전류가 상기 전극(2-1, 2-2)간에 제공되도록 다이리스터의 점화각을 제어하는 제어 수단을 구비한다.
즉, 본 발명은 저장 수단내에 양호한 용접품질을 얻을 수 있는 모델 동저항값들을 저장하여 두고, 용접중의 동저항값들과 이 모델 동저항값의 차에 대응하여 전류값을 변화시키므로써 양호한 너겟을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

Description

동저항값을 이용한 점 용접기의 전류 제어 장치 및 방법(APPARATUS FOR CONTROLLING CURRENT IN SPOT WELER)
본 발명은 점 용접기(Spot Welder)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접질을 보장하도록 용접 전류를 제어하는 동저항값을 이용한 점 용접기의 전류 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
점 용접은 두장 또는 그 이상의 얇은 박판을 전극 사이에 공기압으로 압착시킨 상태에서 큰 전류(8,000∼30,000A)를 공급하여 모재 사이에 발생하는 접촉 및 압축 저항을 이용한 주울열로 모재의 접촉부를 용융 접합시키는 단순하면서도 깨끗한 접합부를 얻을 수 있는 용접 방법이다.
이러한 점 용접의 3대 기본요소는 가압, 통전 시간, 그리고 통전량이다. 따라서, 점 용접용 제어장치는 용접 개시 요구에 대하여 가압 실린더 작동, 초기 가압, 통전, 유지 및 실린더 가압 해제 등의 동작을 순차적으로 수행하여야 한다.
점 용접에서의 용접질은 표면에 남은 용접 자국, 용접부의 크기, 강도, 내부 결함, 그리고, 용접 모재인 금속 표면의 벌어짐 등으로 나타난다. 이들중에서 용접자국과 판의 벌어짐은 외부적으로 노출되는 외관상의 품질이고, 용접 강도 및 내부결함은 실제 용접된 구조물의 품질과 직접적인 연관이 있는 항목이다. 용접질은 외부적으로 드러나는 품질보다는 용접 강도에 해당하는 것을 지칭하는 것이 대부분이며, 그 평가는 전단 강도 혹은 판재 즉, 용접된 구조물사이에 생성된 너겟(Nugget)이라 불리는 용융부의 크기로 판단하는데, 이것은 너겟의 크기와 전단 강도사이에 비례 관계를 갖고 있기 때문이다. 보통 현장에서는 일일이 차체의 각 부위마다 절단하여 절단 강도를 측정하는 것은 불가능하기 때문에 용접 후 생성된 너겟의 크기로 용접 품질을 판단한다.
한편, 용접이 계속적으로 이루어지면 전극 팁의 마모 및 판재 표면의 코팅(Coating) 성분이 들러붙어 이에 따라 팁의 단면적이 증가하며, 이에 따라 실재 판재사이에 통전되는 전류 밀도가 줄어들어 용융에 필요한 열량이 감소하여 결과적으로 너겟의 크기가 감소한다.
즉, 너겟의 크기가 감소한다는 것은 그만큼 강도가 저하됨을 의미하고, 용접품질의 불량을 초래한다. 따라서, 처음에 의도한 양질의 너겟 크기를 계속 유지하기 위해서는 팁 단면적의 증가에 따라 적절한 보상 조치를 취하여야 한다. 일반적인 종래의 방법은 용접 타점수를 미리 설정하고, 설정된 타점수에 도달하면 일정한 량의 전류를 올려주거나 내려주는 오토 스템퍼(Auto Stepper)의 기능을 사용하고 있으나, 이러한 방법으로는 정확한 품질 보증을 할 수 없다. 따라서, 보다 확실한 용접 품질보상 대책이 요구된다.
본 발명은 이러한 요구에 부응하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 용접품질을 보장할 수 있는 동저항값을 이용한 점 용접기의 전류 제어 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용접 품질을 보장할 수 있는 동 저항값을 이용한 점 용접기의 전류 제어 방법을 제공하는데 있다.
도1은 본 발명을 행하기 위한 여려 용접 영역에서의 동저항 특성을 도시한 도면.
도2는 본 발명에 따른 동저항값을 이용한 점 용접기의 전류 제어 장치를 도시한 개략 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2-1, 2-2 : 전극 5 : 전류 검출부
6 : 전압 검출부 7 : 제어장치
8 : 롬
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 트랜스포머를 통하여 전극에 제공되는 전류는 다이리스터가 구동하는 점화각에 의하여 제어되도록 구성된 점 용접기에 있어서, 매 사이클마다 상기 전극간의 용접 전류를 측정하는 전류 측정부와; 매사이클마다 상기 전극간의 용접 전압을 측정하는 전압 측정부와; 용접 환경의 변화가 없는 최적의 용접 조건에서 매 사이클당 얻어지는 동저항인 모델 동저항이 저장되어 있는 저장 수단과; 용접 전압과 용접 전류 사이의 동저항을 계산하고, 계산된 동저항과 모델 동저항간의 차가 보상된 전류가 상기 전극(2-1, 2-2)간에 제공되도록 다이리스터의 점화각을 제어하는 제어수단을 구비한다.
본 발명은 또한, 너겟의 생성가능한 모델 동저항값들에 대한 정보를 갖는 점 용접기의 전류 제어 방법으로서, 매 사이클 혹은 매 반사이클마다 용접 전류와 전압값을 센싱하고, 이 두값으로 동저항을 계산하는 단계와; 동저항값을 동저항의 모델값과 비교하여 두값간의 차를 산출하는 단계와; 산출된 차값을 소정 상수와 곱하여 보상되어야 할 전류값을 산출하는 단계와; 동저항 모델값에 의한 모델 전류값에 상기 산출된 보상 전류값을 더하여 제어 전류값으로 설정하는 단계와; 제어 전류값에 대응하는 용접 전류를 제공하는 단계를 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명을 성립케하는 기본 기술 사상을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 용접중의 여러 환경 변환에 상관없이 저장 수단에 기저장되어 있는 최적 조건 즉, 모델값을 이용하여 매 반사이클마다 모델 동저항값(전극에 인가되는 용접 전압을 전극에 인가되는 용접 전류로 나눈값)을 추종하도록 용접 전류 및 전압값을 변화시키는데 있다.
즉, 현재 많은 연구에서 밝혀진 바에 따르면 동저항은 용접 공정 수행시, 전류의 흐름에 따른 용융부 형성과 성장에 대한 열 물리적 현상을 잘 설명하며, 용융부의 크기와 양호한 상관도를 가지는 것으로 알려져 있다.
도1은 여러 용접 영역에서 동저항의 변화를 도시하고 있는데, 가운데 빗금친 영역이 양호한 용접 품질 즉 너겟이 구해지는 용접 가능 영역이다.
본 발명에서는 매 사이클 혹은 매 반사이클마다 용접 전류와 전압값을 센싱하고, 이 두값으로 동저항을 계산한다. 그리고, 이 값을 저장 수단에 기저장되어 있는 동저항의 모델값(Ro1-Ro5 : 이 경우는 모델값을 5개로 설정한 경우의 예이므로 그 개숫는 다양하게 변화될 수 있을 것이다.)과 비교하여 두값의 차(△R)을 구한다. 이 값(△R)을 상수(K)와 곱하여 보상되어야 할 전류값(△I)을 구한다. 그리고, 다음 반사이클의 전류값은 모델 전류값에 보상 전류값(△I)을 더하여 제어 전류값을 구한다.
이처럼 본 발명에서는 제어 전류값이 최대한 에러를 줄이면서 동저항 곡선을 추종토록 제어하므로 결과적으로 모델 동저항 곡선과 일치하지는 않으나, 그와 비슷한 동저항 패턴을 얻을 수 있어 목표하는 양질의 용접품질 즉, 양호한 너겟을 생성할 수 있다.
상술한 설명과 관련된 식을 정리하면 다음과 같다.
[수학식 1]
Figure kpo00001
Figure kpo00002
이하, 상술한 본 발명을 행하기 위한 일 실시예를 상세히 설명한다.
도2는 본 발명을 행하기 위한 점 용접기의 개략도이다.
도시된 바와 같이 트랜스포머(T1)를 통하여 전극(2-1,2-2)에 제공되는 전류는 다이리스터(SCR1, SCR2)의 게이트에 인가되는 신호(igate)에 의하여 제어되도록 구성되어 있다. 이때, 일단의 전극(2-1 또는 2-2)에는 전류 측정부(5) 및 전압 측정부(6)가 연결되어 있으며, 전류 측정부(5) 및 전압 측정부(6)는 전극(2-1, 2-2)간의 용접 전류 및 전압을 측정하여 제어장치(7)에 인가한다.
제어장치(7)는 마이크로 프로세서등으로 구성되며, 사용자로부터 입력되는 설정 전류량에 대응하여 다이리스터(SCR1, 2)의 점화각을 조절하도록 구성되어 있다. 또한, 제어장치(7)는 전류 측정부(5)와 전압 측정부(6)의 용접 전류 및 전압을 이용하여 동저항값(RS)을 검출하고, 이 동저항값(RS) 및 롬(8)(또는 램(RAM))내 정보를 이용하여 다음 제어 전류값(IN)을 산출한 후, 이 제어 전류값(IN)에 대응하여 다이리스터(SCR1, 2)의 점화각을 제어하도록 구성되어 있다. 여기서, 롬(8)내에는 상술한 바와 같이 모델 동저항값(Ro1-Ro5)들이 저장되어 있는 바, 제어장치(7)는 수식 1을 이용하여 다음 반사이클동안의 제어 전류값(IN)을 용이하게 산출할 수 있다.
즉, 본 발명은 저장 수단내에 양호한 용접 품질을 얻을 수 있는 모델 동저항값들을 저장하여 두고, 용접중의 동저항값들과 이 모델 동저항값의 차에 대응하여 전류값을 변화시키므로써 양호한 너겟을 얻을 수 있게 한 것이다.
이와 같이 본 발명에서는 용접중에 동저항값을 제어하므로서 양호한 용접품질을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 트랜스포머(T1)를 통하여 전극(2-1, 2-2)에 제공되는 전류는 다이리스터(SCR1, SCR2)가 구동하는 점화각에 의하여 제어되도록 구성된 점 용접기에 있어서, 매 사이클마다 상기 전극(2-1, 2-2)간의 용접 전류를 측정하는 전류 측정부(5)와; 매 사이클마다 상기 전극(2-1, 2-2)간의 용접 전압을 측정하는 전압 측정부(6)와; 용접 환경의 변화가 없는 최적의 용접 조건에서 매 사이클당 얻어지는 동저항인 모델 동저항이 저장되어 있는 저장 수단(8)과; 상기 용접 전압과 용접 전류 사이의 동저항을 계산하고, 상기 계산된 동저항과 상기 모델 동저항간의 차가 보상된 전류가 상기 전극(2-1, 2-2)간에 제공되도록 상기 다이리스터(SCR1, SCR2)의 점화각을 제어하는 제어수단(7)을 구비하는 동저항값을 이용한 점 용접기의 전류 제어 장치.
  2. 너겟의 생성가능한 모델 동저항값들에 대한 정보를 갖는 점 용접기의 전류 제어방법으로서, 매 사이클마다 용접 전류와 전압값을 센싱하고, 이 두값으로 동저항을 계산하는 단계와; 상기 동저항값을 상기 동저항의 모델값과 비교하여 두값간의 차를 산출하는 단계와; 상기 산출된 차값을 소정 상수와 곱하여 보상되어야 할 전류값을 산출하는 단계와; 상기 동저항 모델값에 의한 모델 전류값에 상기 산출된 보상 전류값을 더하여 제어 전류값으로 설정하는 단계와; 상기 제어 전류값에 대응하는 용접 전류를 제공하는 단계를 구비하는 동저항값을 이용한 점 용접기의 전류 제어 방법.
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