KR100471244B1

KR100471244B1 - 고주파 열처리 장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100471244B1
Application number: KR10-2002-0040631A
Authority: KR
Inventors: 서만석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2005-03-08
Also published as: KR20040006370A

Abstract

열처리 대상물의 형상이나 크기에 구애받지 않으며, 가열온도를 균일하게 유지하여 상기 열처리 대상물의 열변형을 방지할 수 있도록 하는 고주파 열처리 장치 및 그 제어방법을 제공할 목적으로,

로봇 제어기에 의해 작동하는 로봇 아암의 선단에 장착되어 변압기에서 발생되는 고주파 전류를 이용하여 열처리 대상물에 유도전류를 흐르게 하여 가열하는 고주파 발생수단과; 상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 열처리 대상물의 표면 온도를 검출하는 온도측정센서와; 상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 상기 열처리 대상물의 표면에 노즐을 통하여 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단과; 상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 상기 열처리 대상물의 틈새에 남아있는 냉각수를 불어내도록 압축에어를 분사하는 에어분사수단과; 상기 온도측정센서의 검출신호를 수신하며, 고주파 발생수단과 냉각수 분사수단 및 에어분사수단의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 장치 및 그 제어방법을 제공한다.

Description

고주파 열처리 장치 및 그 제어방법{A HIGH FREQUENCY HEAT TREATMENT DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 고주파 열처리 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열처리 대상물의 형상이나 크기에 구애받지 않으며, 가열온도를 균일하게 유지하여 상기 열처리 대상물의 열변형을 방지할 수 있도록 하는 고주파 열처리 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 열처리(heat treatment)라 함은 금속재료를 융점 이하의 적당한 온도로 가열하고 냉각속도를 선택적으로 가감하여 필요로 하는 조직, 성질을 갖게 하는 조작으로서 담금질(quenching), 풀림(annea-ling), 불림(normalizing), 뜨임(tempering) 등이 있다.

이러한 열처리작업에서 재료에 대한 가열방식은 여러 가지 방식이 있으나, 가열방식에 따른 고주파 열처리는 유도가열 방식으로서, 고주파 자기장 속에 전기적 양도체(良導體)를 놓으면 양도체에 생기는 맴돌이전류의 손실이나 히스테리시스(hysteresis) 손실 때문에 스스로 발열하는 원리에 의한다.

그러나 상기한 바와 같은 고주파 열처리를 위한 종래의 고주파 열처리 장치는, 열처리 대상물의 형상이나 크기에 의해 그 사용이 제한되며, 상기 열처리 대상물의 가열온도를 균일하게 유지하는 것이 어려워 열처리 후, 열변형의 소지가 다분하다는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열처리 대상물의 형상이나 크기에 구애받지 않으며, 가열온도를 균일하게 유지하여 상기 열처리 대상물의 열변형을 방지할 수 있도록 하는 고주파 열처리 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치는

로봇 제어기에 의해 작동하는 로봇 아암의 선단에 장착되어 변압기에서 발생되는 고주파 전류를 이용하여 열처리 대상물에 유도전류를 흐르게 하여 가열하는 고주파 발생수단과; 상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 열처리 대상물의 표면 온도를 검출하는 온도측정센서와; 상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 상기 열처리 대상물의 표면에 노즐을 통하여 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단과; 상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 상기 열처리 대상물의 틈새에 남아있는 냉각수를 불어내도록 압축에어를 분사하는 에어분사수단과; 상기 온도측정센서의 검출신호를 수신하며, 고주파 발생수단과 냉각수 분사수단 및 에어분사수단의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하며,

상기 고주파발생수단은 상기 제어기로부터의 전기적인 신호에 의해 고주파 전류를 발생시키는 변압기와; 상기 변압기로부터 발생된 고주파 전류를 흘려 상기 열처리 대상물의 일측에서 열처리 대상물에 유도전류를 흐르게 하여 이를 고주파 가열하는 고주파 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 냉각수 분사수단은 상기 고주파 발생수단의 일측에서 냉각수 공급관로를 통하여 공급되는 냉각수를 상기 열처리 대상물의 고주파 가열된 표면에 분사하는 냉각수 분사노즐과; 상기 냉각수 공급관로 상의 일측에 장착되어 상기 제어기의 제어신호에 따라 냉각수 공급관로를 개폐 제어하는 냉각수 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 에어분사수단은 상기 고주파 발생수단의 일측에서 에어 공급관로를 통하여 공급되는 압축에어를 냉각수에 의해 급냉된 상기 열처리 대상물의 표면에 분사하여 잔류 냉각수를 불어내는 에어분사노즐과; 상기 에어 공급관로 상의 일측에 장착되어 상기 제어기의 제어신호에 따라 에어 공급관로를 개폐 제어하는 에어 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기한 바와 같은 고주파 열처리 장치의 제어방법은

로봇 제어기에 의한 로봇 제어를 통하여 로봇 아암의 선단에 장착된 고주파 코일을 열처리 대상물의 작업위치에 정위치시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서, 정위치된 고주파 코일에 변압기에서 발생되는 고주파 전류를 흘려 구동시킴으로서, 상기 열처리 대상물에 유도전류를 흐르게 하여 이를 가열하는 제2단계와; 상기 제2단계에 이어, 상기 열처리 대상물의 표면 온도를 온도측정센서를 통하여 검출하는 제3단계와; 상기 제3단계에서, 온도측정센서로부터 검출된 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도범위 내에 있는가를 판단하여 이를 만족하기 않으면, 상기 제3단계로 리턴되는 제4단계와; 상기 제4단계에서, 상기 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도범위 내에 있으면, 냉각수 밸브를 개방 제어하여 열처리 대상물에 냉각수를 분사하여 이를 급냉시키는 제5단계와; 상기 제5단계와 동시에, 에어 밸브를 개방 제어하여 상기 열처리 대상물에 압축에어를 분사하여 잔류 냉각수를 불어내어 제거하는 제6단계를 포함하여, 한 사이클을 이루는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치의 구성 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치의 제어 블록도로서, 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치의 구성은, 로봇 제어기(1)에 의해 작동하는 로봇(5)의 그 아암 선단(7)에 고주파 발생수단이 장착되는데, 상기 고주파 발생수단은 제어기(3)로부터의 전기적인 신호에 의해 고주파 전류를 발생시키는 변압기(11)와, 상기 변압기(11)로부터 발생된 고주파 전류를 흘려 상기 열처리 대상물(9)의 일측에서 열처리 대상물(9)에 유도전류를 흐르게 하여 이를 고주파 가열하는 고주파 코일(13)로 이루어진다.

그리고 상기 변압기(11) 일측에는 온도측정센서(15)가 장착되어 열처리 대상물(9)의 표면 온도를 검출하여 상기 제어기(3)에 그 신호를 입력하게 된다.

또한, 상기 변압기(11)의 측방 일측에는 냉각수 분사수단이 장착되는데, 상기 냉각수 분사수단은 상기 변압기(11)의 측방에서 냉각수 공급관로(19)를 통하여 공급되는 냉각수를 상기 열처리 대상물(9)의 고주파 가열된 표면에 분사하는 냉각수 분사노즐(17)이 장착되며, 상기 냉각수 공급관로(19) 상의 일측에는 냉각수 밸브(21;도 2참조)가 장착되어 상기 제어기(3)의 제어신호에 따라 냉각수 공급관로(19)를 개폐 제어하게 된다.

또, 상기 변압기(11)의 전방 일측에는 에어분사수단이 장착되는데, 상기 에어분사수단은 상기 변압기(11)의 전방에, 에어 공급관로(23)를 통하여 공급되는 압축에어를 냉각수에 의해 급냉된 상기 열처리 대상물(9)의 표면에 분사하여 열처리 대상물(9)의 단면 틈새에 남아있는 잔류 냉각수를 불어내도록 에어분사노즐(25)이 장착되며, 상기 에어 공급관로(23) 상의 일측에는 에어 밸브(27; 도 2참조)가 장착되어 상기 제어기(3)의 제어신호에 따라 에어 공급관로(23)를 개폐 제어하도록 이루어진다.

여기서, 상기 냉각수 밸브(21)와 에어 밸브(27)는 전기적인 신호에 의해 관로를 개폐 단속하는 솔레노이드 밸브로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

따라서 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치를 제어하기 위한 제어방법은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 먼저, 로봇 제어기(1)에 의한 로봇 제어를 통하여 로봇 아암(7)의 선단에 장착된 고주파 코일(13)을 열처리 대상물(9)의 작업위치에 정위치시키게 된다.(S10)

상기 단계(S10)에 이어, 상기 제어기(3)는 상기 열처리 대상물(9)의 작업위치에 정위치된 고주파 코일(13)에 변압기(11)에서 발생되는 고주파 전류를 흘려 구동시킴으로서, 상기 열처리 대상물(9)에 유도전류를 흐르게 하여 이를 가열하게 된다.(S20)

상기 단계(S20) 이후, 상기 제어기(3)는 상기 온도측정센서(15)로부터 검출된 열처리 대상물(9)의 표면 온도신호를 수신하고,(S30) 상기 온도측정센서(15)로부터의 표면 온도신호가 내부 로직에 설정된 열처리 온도범위 내에 있는가를 판단하게 된다.(S40)

이 때, 상기 단계(S40)의 조건을 만족하지 않는 경우에는, 상위 단계(S30)인 온도측정센서(15)로부터 검출된 열처리 대상물(9)의 표면 온도신호를 수신하는 작동을 반복하게 된다.

그리고 상기 단계(S40)에서, 상기 열처리 대상물(9)의 표면 온도가 설정된 열처리 온도범위 내에 있으면, 상기 제어기(3)는 냉각수 밸브(21)를 개방 제어하여 냉각수 분사노즐(17)을 통하여 열처리 대상물(9)에 냉각수를 분사하여 이를 급냉시키게 된다.(S50)

또한, 상기 단계(S50)와 동시에, 상기 제어기(3)는 에어 밸브(27)를 개방 제어하여 에어분사노즐(25)을 통하여 상기 열처리 대상물(9)에 압축에어를 분사함으로서, 열처리 대상물(9)의 단면상의 틈새에 남아있는 잔류 냉각수를 불어내어 제거하게 된다.(S60)

따라서 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치는 이러한 각 단계들의 작동을 한 사이클로 하여 상기 열처리 대상물(9)의 열처리 작업이 완료될 때까지 작동과정을 유지하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치 및 그 제어방법에 의하면, 고주파 열처리 장치 자체가 로봇의 거동을 따라 움직이도록 로봇 아암의 선단에 장착된 상태로 작동하여 열처리 대상물의 형상이나 크기에 구애받지 않으며, 온도측정센서를 통하여 열처리 대상물의 표면 온도를 상시 검출하여 고주파 코일을 제어함으로서, 가열온도를 균일하게 유지하여 열처리 후, 상기 열처리 대상물의 열변형 현상을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치의 구성 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치의 제어 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치의 제어방법에 따른 순서도이다.

Claims

고주파 열처리 장치에 있어서,

로봇 제어기에 의해 작동하는 로봇 아암의 선단에 장착되어 변압기에서 발생되는 고주파 전류를 이용하여 열처리 대상물에 유도전류를 흐르게 하여 가열하는 고주파 발생수단과;

상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 열처리 대상물의 표면 온도를 검출하는 온도측정센서와;

상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 상기 열처리 대상물의 표면에 노즐을 통하여 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단과;

상기 고주파 발생수단의 일측에 장착되어 상기 열처리 대상물의 틈새에 남아있는 냉각수를 불어내도록 압축에어를 분사하는 에어분사수단과;

상기 온도측정센서의 검출신호를 수신하며, 고주파 발생수단과 냉각수 분사수단 및 에어분사수단의 작동을 제어하는 제어기와;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 고주파발생수단은

상기 제어기로부터의 전기적인 신호에 의해 고주파 전류를 발생시키는 변압기와;

상기 변압기로부터 발생된 고주파 전류를 흘려 상기 열처리 대상물의 일측에서 열처리 대상물에 유도전류를 흐르게 하여 이를 고주파 가열하는 고주파 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각수 분사수단은

상기 고주파 발생수단의 일측에서 냉각수 공급관로를 통하여 공급되는 냉각수를 상기 열처리 대상물의 고주파 가열된 표면에 분사하는 냉각수 분사노즐과;

상기 냉각수 공급관로 상의 일측에 장착되어 상기 제어기의 제어신호에 따라 냉각수 공급관로를 개폐 제어하는 냉각수 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 에어분사수단은

상기 고주파 발생수단의 일측에서 에어 공급관로를 통하여 공급되는 압축에어를 냉각수에 의해 급냉된 상기 열처리 대상물의 표면에 분사하여 잔류 냉각수를 불어내는 에어분사노즐과;

상기 에어 공급관로 상의 일측에 장착되어 상기 제어기의 제어신호에 따라 에어 공급관로를 개폐 제어하는 에어 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 장치.
고주파 열처리 장치를 제어하기 위한 제어방법에 있어서,

로봇 제어기에 의한 로봇 제어를 통하여 로봇 아암의 선단에 장착된 고주파 코일을 열처리 대상물의 작업위치에 정위치시키는 제1단계와;

상기 제1단계에서, 정위치된 고주파 코일에 변압기에서 발생되는 고주파 전류를 흘려 구동시킴으로서, 상기 열처리 대상물에 유도전류를 흐르게 하여 이를 가열하는 제2단계와;

상기 제2단계에 이어, 상기 열처리 대상물의 표면 온도를 온도측정센서를 통하여 검출하는 제3단계와;

상기 제3단계에서, 온도측정센서로부터 검출된 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도범위 내에 있는가를 판단하여 이를 만족하기 않으면, 상기 제3단계로 리턴되는 제4단계와;

상기 제4단계에서, 상기 열처리 대상물의 표면 온도가 설정된 열처리 온도범위 내에 있으면, 냉각수 밸브를 개방 제어하여 열처리 대상물에 냉각수를 분사하여 이를 급냉시키는 제5단계와;

상기 제5단계와 동시에, 에어 밸브를 개방 제어하여 상기 열처리 대상물에 압축에어를 분사하여 잔류 냉각수를 불어내어 제거하는 제6단계를 포함하여, 한 사이클을 이루는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 장치의 제어방법.