KR100760655B1 - 용접 품질 감시 방법 및 감시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 용접시 계측된 용접전류, 용접전압, 용접저항 등의 용접인자의 파형에서 구간평균을 이용하여 실시간으로 용접 품질을 감시하는 방법 및 이에 관한 장치를 제공하고자 하는 것이며, 또한 본 발명은 SD메모리(플래시 메모리) 저장기능과 독립적인 웹서버 기능을 가진 용접 품질 감시 장치를 제공하고자 한다.

이를 위하여 본 발명은, 용접인자를 계측하고, 계측된 용접인자의 값에 대하여 기준 시간 동안의 평균값을 구하고, 상기 평균값을 표준 용접인자값의 기준 시간 동안의 평균값의 상하한 범위인 표준평균범위와 비교하여, 상기 평균값이 상기 표준평균범위로부터 이탈하는지 여부를 판단하여 용접 품질을 감시하는 것을 특징으로 한다.

Description

용접 품질 감시 방법 및 감시 장치{WELDING QUALITY MONITORING METHOD AND WELDING QUALITY MONITORING APPARATUS}

본 발명은 점 용접 또는 아크 용접 등의 용접작업을 수행할 때 용접 품질을 실시간으로 감시할 수 있는 새로운 용접 품질 감시 방법 및 용접 품질 감시 장치에 관한 것이다.

현재 용접공정은 용접조건 및 품질 관리에 어려움이 많다. 용접은 작업조건, 용접재료의 형상, 용접재료의 종류, 용접재료 표면의 이물질, 용접기의 성능, 용접전원의 불안정 등의 원인으로 용접품질을 관리하는데 어려움이 많기 때문이다. 더욱이 일반적으로 현장에서 용접품질을 관리하는 방법은 일반 멀티미터 등을 사용하여 용접작업 중에 전류, 전압을 계측하여 관리하거나, 용접기에 표시된 계기판을 보고 관리하는 수준이다. 이것은 용접작업 중에 용접전류, 용접전압 등의 값을 용접이 이루어진 시간만큼 계측하여 이에 대한 전체적인 평균값을 육안으로 확인한 후 그 값을 기록하고 관리 하는 수준이다. 이러한 관리는 계측 주파수가 낮은 데이 터 즉 적은 량의 계측데이터를 가지고 용접품질을 관리하는 것이므로 용접이상이 순간적으로 발생하더라도 인지하지 못한다.

한편 계측 주파수가 높은 데이터, 즉 많은 양의 계측데이터를 가지고 용접품질을 관리하는 경우에도 어려움이 발생한다.

가령 도 1과 같은 신호가 발생하는 것이 정상적이라고 하더라도 실제로 발생하게 되는 용접인자의 신호는 도 2와 같이 노이즈가 섞여있을 수 밖에 없다. 그러나 이와 같이 노이즈가 포함된 신호를 극히 부분적으로 관찰하여 비정상적이라고 판단하는 것은 옳지 않다.

이와 같이 계측 주파수가 높아질 수록 노이즈에 취약하다는 문제점이 발생하게 된다.

한편, 저항용접에 있어서의 동저항 변화를 설명하고 이와 관련된 종래 기술을 설명한다.

저항용접에 있어서 얇은 두 금속판(이하 "용접모재"라 함)에 용접전류를 통전시킬 때 용접시간에 대한 용접모재의 용접저항 변화를 동저항이라 한다. 이러한 동저항의 변화는 저항용접에 있어서 용접 너깃의 형상과 성장에 밀접한 연관이 있다. 도 3은 저항용접에서 일반적인 동저항 변화를 그래프화한 것으로서, 용접시간에 따른 각 구간의 특징을 설명한다.

a구간 : 용접 초기의 현상으로 수 mSec 내에 동저항의 감소가 일어난다. 이것은 가압과 동시에 높은 용접전류가 흐르기 시작하여 접촉면에 저항발열로 온도가 상승하면 산화물피막이 파괴되고 접촉 면적이 넓어져, 매우 빠른 동저항의 감소가 나타난다.

b구간 : 저항은 길이와 온도에 비례하고, 단면적에 반비례한다. 용접전류가 계속 흐르면 모재사이의 저항발열로 인하여 온도가 상승하고, 모재의 강도는 약해져 용접모재사이의 접촉 면적이 증가한다. 그래서 모재사이의 접촉저항은 낮아지나 저항발열로 인한 온도상승으로 저항이 증가하게 되어 b구간과 같은 곡선변화를 보이게 된다.

c구간 : 용접전류가 계속해서 흐르면 저항발열이 점점 증가하게 되고, 온도가 계속 상승하여 저항이 계속 커져 용접모재 사이에 일부 용융이 일어나기 시작한다.

d구간 : 용접전류가 지속적으로 흘러 저항발열로 인한 용접저항이 상승한다. 그리고 저항발열로 모재사이의 용융된 부위(이하 "용접너깃"이라 함)가 성장하여 통전되는 용접전류의 단면적이 상대적으로 넓어진다. 그래서 용접저항이 증가하다가 다시 감소하는 변화를 보인다.

e구간 : 용접전류가 지속적으로 흐르고 저항발열로 모재사이의 용접너깃이 계속 성장하여 상대적으로 통전되는 단면적이 계속 넓어진다. 따라서 용접저항의 감소가 발생된다.

한편, 저항용접에서 용접모재 사이로 용융된 금속이 분출하는 것을 날림이라 한다. 도 4는 날림이 발생하였을 때의 대표적인 동저항을 그래프로 표현한 것이 다.

도 4의 ab구간에서, 최대 동저항 a지점부터 급격한 동저항의 감소현상은 저항발열로 용융된 금속이 두 용접모재 틈사이로 용융금속이 분출되면 본래의 용접모재 두께가 얇아지고(저항의 길이 감소) 용접저항이 급격히 떨어지기 때문이다. 따라서 용접부의 두께가 얇아지고 너깃 형성이 불안정적이기 때문에 용접품질에 좋지 않은 영향을 준다.

본 명세서에 일체화된 종래의 기술인 대한민국 등록특허 제10-0303980호 "점 용접 장치의 용접 품질 제어 방법"은, 날림발생 확률을 구하기 위하여 도 5의 용접 날림 발생 확률 설명도의 동저항의 최대값(도 5의 a)과 용접종료시 동저항값(도 5의 b)을 이용하였다. 동저항의 최대값과 용접 종료시 동저항값 사이의 변화량을 아래의 [수학식1] 같이 수식화하여 날림발생 유무에 초점을 맞춘 기술이었다. 날림이 발생한 경우 [수학식1]의 ab값(표준편차량)이 작아져 상대적으로 X의 값이 커지고 전체 Ex 값도 큰 값을 가진다. 반대로 날림발생이 없으면 ab의 값이 커져 Ex값이 감소하는 것을 이용한다. 이것은 Ex값의 크기의 크고 작음을 이용하여 날림 발생 유무를 구분해서 용접기를 제어하는 기술이었다.

[수학식1] Ex = X / ab

Ex : 날림발생 확률

X : 매 통전 사이클의 반사이클마다 검출된 동저항 변화량중의 최대값

ab : X값이 감지된 사이클 다음 사이클부터 마지막 통전 사이클까지 동저항값들의 표준편차량

도 6은 다양한 동저항 그래프를 도시한 것이다.

도 6에서 ③그래프가 정상적인 동저항 그래프라고 가정할 때 ②그래프와 ③그래프의 용접이 끝나는 지점의 동저항값을 비교해보면 ②그래프가 ③그래프보다 크다.

이것은 ②그래프의 용접된 너깃이 ③그래프의 용접된 너깃보다 생성된 크기가 작다는 것을 의미한다. 다시 말하며, 도 3의 e구간적인 측면으로 볼 때 용접전류가 지속적으로 흐르고 저항발열로 모재사이의 용접너깃이 계속 성장하게 되어 상대적으로 통전되는 단면적이 계속 넓어져서 용접저항의 감소가 발생하게 된다. 여기서 여러 가지 요인으로 인해 용접너깃의 성장이 작아지면 통전되는 단면적이 작기 때문에 상대적으로 동저항값이 크다는 것을 의미한다. 따라서 너깃의 크기가 정상적인 ③그래프보다 작으면 용접된 부위의 강도가 약하기 때문에 용접품질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.

④그래프는 날림이 발생한 것으로써 모재사이에 용융된 금속이 용접모재 틈사이로 용융금속이 분출되어 두 모재의 두께가 얇아지고 너깃이 불안정적이기 때문에 좋지 않은 용접품질을 얻을 수 있다.

상기 종래기술은 ②그래프와 ④그래프의 이러한 의미를 구분하지 못하는 방법의 수학식을 이용하고 있다. 다시 말하면, ②그래프인 경우 최대 동저항값에서부터 용접이 끝나는 동저항값까지의 표준편차는 낮고, ④그래프인 경우 최대 동저항값에서부터 용접이 끝나는 동저항값까지의 표준편차 또한 적은 값을 가진다. 이것 은 동저항의 최대값에서부터 용접이 끝나는 동저항값까지의 표준편차를 이용하여 용접날림 발생 유무를 판단하는 [수학식1]의 방법으로는 문제가 있다는 것이다. [수학식1] Ex = X / ab 에서 ②그래프와 ④그래프에 해당하는 ab(동저항 최대값에서부터 용접 종료시 동저항값 사이의 표준편차량)는 낮아서 ②그래프와 ④그래프의 Ex는 모두 큰 값을 가지게 되고 ②그래프도 날림으로 잘못 인식 할 가능성이 높다. 그리고 ①그래프처럼 정상적인 ③그래프와 차이가 발생할 경우 이것을 구분하지 못한다.

더구나 현재 저항용접은 단상교류 용접기에서 용접효율이 좋은 인버터 방식의 저항용접기가 많이 사용되고 있는 실정이다. 이러한 스위칭 제어를 하는 인버터방식의 저항용접기는 노이즈를 많이 발생한다. 종래 기술은 계측된 용접신호가 노이즈로 인해 동저항의 최대값 및 최소값에 영향을 쉼게 받을수 있어서 최대값 및 최소값의 오차가 클 가능성이 많은 기술이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용접시 계측된 용접전류, 용접전압, 용접저항 등의 용접인자의 파형에서 구간평균을 이용하여 실시간으로 용접 품질을 감시하는 방법 및 이에 관한 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 SD메모리(플래시 메모리) 저장기능과 독립적인 웹서버 기능을 가진 용접 품질 감시 장치를 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 용접인자를 계측하고, 계측된 용접인자의 값에 대하여 기준 시간 동안의 평균값을 구하고, 상기 평균값을 표준 용접인자값의 기준 시간 동안의 평균값의 상하한 범위인 표준평균범위와 비교하여, 상기 평균값이 상기 표준평균범위로부터 이탈하는지 여부를 판단하여 용접 품질을 감시하는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 용접인자는 용접전류, 용접전압, 및 용접저항 중 어느 하나 또는 둘 이상인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 사상으로서, 용접인자를 계측하는 계측부 ; 표준 용접인자값의 기준 시간 동안의 평균값의 상하한 범위인 표준평균범위가 저장되는 제1저장부 ; 상기 계측부로부터 계측된 용접인자의 값을 입력받아 기준 시간 동안의 평균값을 구하고, 상기 평균값을 상기 제1저장부의 상기 표준평균범위와 비교하여 상기 평균값이 상기 표준평균범위로부터 이탈하는지 여부를 판단하는 용접품질 감시부 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 용접품질 감시부에 인터넷에 연결되기 위한 웹 서버 모듈이 부가될 수 있다.

상기에 있어서, 상기 용접품질 감시부에 연결되어 상기 계측된 용접인자값인 계측정보값과 상기 평균값과 상기 표준평균범위의 이탈 여부에 대한 정보인 감시정보값이 저장되는 제2저장부가 마련되며, 상기 제2저장부는 플래시 메모리로 이루어지는 것일 수 있다.

상기와 같이 본 발명은, 용접시 계측된 용접전류, 용접전압, 용접저항 등의 용접인자의 파형에서 구간평균을 이용하여 실시간으로 용접 품질을 감시하는 방법 및 이에 관한 장치를 제공한다.

특히 본 발명에 의하여 용접 품질을 감시할 경우 도 2와 같이 노이즈가 섞인 신호라고 하여도 기준 시간동안의 평균값을 취하기 때문에 도 1과 비교하여 정상적이라는 판단을 할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 SD메모리(플래시 메모리) 저장기능과 독립적인 웹서버 기능을 가진 용접 품질 감시 장치를 제공한다.

이하 본 발명에 의한 일 실시례에 따라 그 구성과 작용을 상세히 설명한다.

1. 아크 용접에 적용된 구간평균법

도 7은 본 발명에 의한 용접 품질 감시 장치(100)를 하나의 아크 용접기에 장착한 모식도이며, 도 8은 도 7에서 용접기 쪽에 설치된 센서를 통하여 용접인자인 용접전류를 계측하여 그래프로 표시한 것이며, 도 9는 도 7에서 용접인자인 용접전압을 계측하여 그래프로 표시한 것이다.

부호 111 및 112는 계측부의 전류센서(111), 및 전압센서(112)이다.

본 발명의 용접 품질 감시 방법인 구간평균법의 이해를 돕기 위하여 용접인자의 하나인 용접전류를 예로 하여 구간평균법을 설명하며, 다른 용접인자들(용접전압, 용접저항)도 동일하게 적용된다.

도 10은 표준 용접인자값인 표준전류데이터의 한 부분을 확대하여 좌표구간으로 나눈 것을 예시하였다.

먼저 설명의 편의를 위해 a구간을 다음과 같이 정의한다. 각 센서를 통하여 계측된 각 용접인자들(최소 1000Hz/Sec 이상 계측된 용접인자의 데이터)은 정해진 일정한 mSec의 시간 단위(이하 "기준 시간"이라 함.)로 범위를 나눈 구간을 ‘a구간’이라고 한다. a구간에서 각 용접인자를 용접인자 단위로(V, A, Ω) 범위를 나 누어 xy평면의 그래프로 표현한다. 즉 x축에는 시간이, y축에는 용접전압(V), 용접전류(A), 용접저항(Ω) 중 어느 하나가 표현된다. 또한 미리 입력된 정상적인 용접인자값을 표준 용접인자값이라 하고, 표준 용접인자값의 종류로는 표준전류데이터, 표준전압데이터, 표준저항데이터 등이 있다. 계측된 각 인자들의 각 a구간의 평균값을 ‘평균값’이라 하고, 표준 용접인자값의 a구간 평균값의 상하한 범위(상한의 경우 10% 상한(즉 평균값 x 110%), 하한의 경우 10% 하한(즉 평균값 x 90%))를 ‘표준평균범위’라고 표현한다.

이와 같이 미리 입력된 표준평균범위를 기준으로 정해진 좌표구간을 정하고 실 계측된 용접인자들의 각 평균값이 설정된 좌표구간 내에 있는지를 실시간으로 비교 감시한다. 따라서 a구간마다 용접인자들을 실시간으로 분석할 수 있어서 세밀한 용접품질감시가 가능하며, 노이즈에 대한 오판 염려가 적다.

도 10에서 용접시간 축으로 일정한 기준 시간(a)마다, 구체적으로는 300mSec~500mSec마다 구간을 나누며, 또한 용접전류 축으로 각 기준 시간마다의 평균값을 기준으로 평균값의 110%를 상한값으로, 평균값의 90%를 하한값으로 하여 일정한 구간을 정하며, 이렇게 정해진 구간을 ‘좌표구간’이라고 정의한다. 따라서 표준 용접인자값에 의하여 나타나는 좌표구간에는 일정한 기준 시간 동안의 표준 용접인자값의 평균값의 상하한값이 도 11과 같이 구간으로 표시된다.

표준전류데이터의 표준평균범위 입력은 다음과 같은 방법으로 한다.

도 7처럼 본 용접 품질 감시 장치(100)를 설치하여 용접하고, 각 센서를 통 하여 용접인자들의 데이터를 계측 및 저장한다. 그리고 용접된 용접부의 품질이 실험을 통해 양호한 용접품질로 판명되면 용접 품질 감시 장치(100)에 저장된 용접데이터들을 표준전류데이터로 간주하여 표준평균범위를 설정한다. 따라서 도 10에 의하여 표준평균데이터 값이 구해지면, 이는 도 11과 같이 좌표구간으로 표현될 수 있다. 감시하고자 하는 용접인자값은 기준 시간동안의 평균값을 구하고 그 값에 의하여 도 12와 같이 표시되며, 표시된 데이터가 표준평균범위 좌표구간의 이탈 유무가 실시간으로 비교분석된다. 만약 표준평균범위의 좌표구간을 이탈한 경우 NG처리 하여 본 용접 품질 감시 장치에 기록되고, 본 용접 품질 감시 장치의 신호출력장치의 외부연동신호출력을 통해 NG신호를 출력한다.

도 13처럼 용접전류의 변화가 발생할 경우에 c와 d의 용접전류 값이 순간적인 변화를 보이지만 C와 D구간에 있어서 NG처리를 하지 않는다. 왜냐하면, 짧은시간(수 mSec)의 a구간 내에서 불연속적인 용접전류의 변화가 있더라도 C, D에서 표준평균범위의 좌표구간을 이탈하지 않는 용접전류의 변화라면 NG처리를 하지 않는다.

그러나 도 14의 E처럼 용접전류 변화가 각 a구간의 평균데이터 값에 영향을 주어 표준평균범위의 좌표구간을 이탈하는 경우가 발생하면 NG 처리를 한다. 왜냐하면, 짧은시간(수 mSec)의 a구간 단위로 생각할 때, 실 계측된 전류의 변화가 표준평균범위의 좌표구간을 이탈할 정도로 연속적인 큰 변화를 보이면 용접품질에 악영향을 줄 가능성이 크기 때문이다. 도 14의 E처럼 실 계측된 용접전류의 변화가 표준평균범위의 좌표구간을 이탈하게 되면 NG신호를 릴레이 및 전자접점을 통하여 외부로 보내어 사용자에게 알리도록 하였다. 그리고 NG파형 및 계측된 데이터를 SD메모리 및 데이터저장 컴퓨터에 전송하여 저장된다. 이러한 방법으로 용접전압, 용접저항도 동일하게 구간평균법을 적용하여 아크용접의 품질감시를 행할 수 있다.

한편, 아크용접에 있어서 기준 시간을 300mSec~500mSec로 선정한 이유를 설명한다.

도 15의 (a) 및 (b)에서 용접전류의 실측치는 동일한 것이다.

그러나 도 15의 (a)는 기준 시간을 300~500mSec 이내로 선정한 경우이며, 도 15의 (b)는 기준 시간을 500mSec를 초과하여 선정한 경우이다.

이때 동일한 실측치인 경우에도 용접인자의 기준 시간동안의 평균값은 도 15의 (a) 및 (b)에서와 같이 상이하게 된다. 즉 동일한 용접인자를 시간축을 기준으로 어떠한 값의 기준 시간에 따라 나누었는 지에 따라 용접인자의 기준 시간동안의 평균값은 차이가 날 수 있다. 아크용접에 있어서 용접시 여러가지 요인으로 인하여 각 용접인자들이 불안정적으로 유지되는 시간(이하 '용접인자 불안정 지속시간')이 300mSec~500mSec로 2~3회 이상 연속 유지되면 용접품질에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 이 때문에 기준 시간은 300mSec~500mSec 사이에서 선정되는 것이 바람직하다. 또한 2~3회 이상 용접인자 불안정 지속시간이 연속 발생하면 NG처리하는 것이 바람직하다.

한편 도 15의 (b)와 같이 500mSec를 초과하여 기준 시간을 선정하게 되면 용접 인자 불안정 지속시간이 발생하여 용접인자의 급격한 변화가 발생하여도 용접인자의 기준 시간동안의 평균값은 표준평균범위를 이탈하지 않게 되어 용접 NG로 판 단하는 데 부적절하다.

2. 저항용접에 적용한 구간평균법

도 16은 본 발명에 의한 용접 품질 감시 장치(100)를 하나의 저항 용접기에 장착한 모식도이며, 도 17은 정상적인 동저항 데이터의 좌표구간을 그래프화한 것이다.

도 17에서 미리 입력한 정상적인 동저항 데이터에서 용접시간축으로 실제 용접된 전체 용접시간에 대하여 1/10~1/30, 바람직하게는 1/20으로 기준 시간을 정하여 구간을 나눈다.(도 17의 (a)) 예컨데 전체 용접시간이 200mSec이면 용접시간축으로 1/20에 해당하는 10mSec가 기준시간이 된다.

다음으로 기준 시간 동안의 평균값을 구하고 그 평균값을 기준으로 10%에 해당하는 상한 및 하한 범위를 도 17의 (b)와 같이 정하게 된다. 물론 상한값과 하한값의 범위는 반드시 10%를 기준으로 설정될 필요는 없으며, 필요에 따라서는 그 상하한의 범위를 사용자에 의하여 가변되도록 할 수 있다. 사용자에 의하여 이렇게 나누어진 구간을 ‘좌표구간’이라고 표현한다. 정상적인 동저항의 표준평균범위를 도 17의 좌표구간에 해당되는 부분에 진회색으로 표시하였다. 정상적인 동저항 데이터의 입력방법은 시험용 시편을 저항용접할 때 본 용접 품질 감시 장치를 이용하여 계측하고 그 실험데이터를 저장한다. 그리고 용접된 시험용 시편은 여러 가지 강도시험을 통하여 정상으로 검증이 되면 저장된 데이터를 표준 용접인자값으로 간주하고 표준평균범위를 설정한다.

이와 같이 전체 용접된 용접시간의 1/20에 해당하는 기준 시간을 나누는 이유는 다음과 같다.

저항용접에 있어서 ‘용접인자불안정 지속시간’이 기준 시간을 기준으로 연속으로 2~3회 이상 유지되면 저항용접 품질에 좋지 않은 영향을 줄 확률이 높다. 왜냐하면 일반적인 저항용접에서 실제 용접이 완료되는 시간은 수백mSec 이내이다. 이렇게 짧은 시간동안(예를 들면 용접시간이 200mSec이면 1/20에 해당하는 10mSec 시간동안) 용접인자의 평균값이 변할 정도면 도 17의 정상적인 동저항 곡선을 유지하기 힘들고 저항용접 품질이 좋지 않을 가능성이 높다. 그래서 기준 시간을 기준으로 2~3회 이상 연속적으로 용접인자 불안정 지속시간이 유지되면 NG처리할 수 있도록 하였다. 그리고 도 3에서 동저항 변화현상을 a~e구간으로 나누어 설명한 것처럼 실제 용접된 용접시간의 1/20로 기준 시간을 나누면 동저항 곡선의 상승 및 하강형태를 평균값으로 구분하는데 효율적인 범위가 되며 본 실시례의 하드웨어적인 측면에서 연산처리하기가 효율적이기 때문이다.

도 17에서 좌표구간에 진회색으로 표시된 표준평균범위들은 정상적인 동저항의 곡선과 유사한 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다.

용접시 계측된 동저항의 평균값은 도 17의 표준평균범위와 비교분석하여, 진회색으로 그려진 동저항의 형태와 각 기준 시간 단위의 영역 이탈유무를 판별한다. 즉, 정상적인 동저항 그래프와 용접시 계측된 동저항의 그래프를 서로 겹쳐놓고 비교 하는 것과 같은 효과를 낸다. 그래서 도 17처럼 다양한 동저항의 그래프 변화를 실시간으로 자세히 비교할 수 있다.

만약 용접시 계측된 동저항의 평균데이터를 위와 같은 방법으로 비교하여 도 17의 형태와 영역을 이탈하면 NG신호를 릴레이 및 전자접점을 통하여 외부로 보내어 사용자에게 알리도록 하였다. 그리고 NG파형 및 계측된 데이터를 SD메모리에 저장하거나 혹은 데이터저장 컴퓨터에 전송하여 저장된다. 이러한 방법으로 용접전류, 용접전압도 동일하게 구간평균법을 적용하여 저항용접의 품질감시를 행하게 한다.

- 본 용접 품질 감시 장치의 개요

도 7 및 도 16은 하나의 용접기에 본 용접 품질 감시 장치(100)를 연결한 것을 예시한 것이다. 본 용접 품질 감시 장치(100)는 외부로부터 AC 110V/220V 전원을 공급받아 동작한다. 전압센서(112)는 용접기의 +,- 극에 설치되며, 전류센서(111)는 용접케이블(토치케이블)에 설치되어, 본 용접 품질 감시 장치(100)에 계측 데이터를 전달한다. 즉 본 용접 품질 감시 장치(100)는 계측부인 전압센서(112), 전류센서(111) 등을 통하여 용접인자를 계측하게 된다.

그리고 용접을 할 때, 용접인자들은 각 센서를 통하여 계측되고, 그 결과값은 본 용접 품질 감시 장치의 전면에 마련된 LCD, FND 및 소형 패널프린터와 같은 표시부로 출력되며, 계측된 용접데이터는 SD메모리 또는 데이터 저장용 컴퓨터에 저장된다.

도 18은 본 용접 품질 감시 장치의 시스템 내부 구조를 도시한 것이다.

본 용접 품질 감시 장치는 신호입력장치, 신호출력장치, 신호처리 및 데이터 중앙처리장치, 데이터 저장장치, 웹 서버 모듈로 구성되어 있다.

신호입력장치는 계측된 센서들의 신호를 수신하고, 외부연동신호입력장치는 외부기기와 연동이 가능하도록 하는 부분이다.

신호처리 및 데이터 중앙처리장치는 수신된 각 데이터 신호들을 A/D변환하고 입력된 프로그램 및 알고리즘을 통하여 데이터를 계산 처리하는 부분이다.

신호출력장치는 계측되어 계산 처리된 데이터 값을 FND,LED,LCD 및 패널프리트를 통하여 출력하고, 외부기기와 연동이 가능하도록 외부연동신호출력을 하는 부분이다.

즉, 신호입력장치, 신호처리 및 데이터 중앙처리장치, 신호출력장치는 용접품질 감시부로서, 계측부로부터 계측된 용접인자의 값을 입력받아 기준 시간동안의 평균값을 구하고, 상기 평균값을 상기 표준평균범위와 비교하여 상기 평균값이 상기 표준평균범위로부터 이탈하는지 여부를 감시하게 된다.

데이터저장장치는 계측된 데이터 및 계산 처리된 결과 데이터들을 내부 메모리와 SD메모리에 저장하는 부분이다. 데이터저장장치는 크게 2개의 부분으로 구분될 수 있다. 즉, 표준 용접인자값의 표준평균범위가 저장되는 제1저장부와, 계측정보값과 감시정보값이 저장되는 제2저장부로 구분될 수 있다. 제2저장부에 저장되는 계측정보값은 계측된 용접인자값이며, 감시정보값은 평균값과 표준평균범위의 이탈 여부에 대한 정보이다. 제2저장부는 SD메모리로 이루어질 수 있다.

SD메모리에의 저장 기능은 별도의 컴퓨터 없이도 계측정보값과 감시정보값을 저장하는 것이 가능하게 되며, 네트워크 설치가 불가능한 곳에서 계측 및 감시된 데이터를 저장하는 목적으로 사용할 수 있다. 만약 용접 품질 감시 장치 1대만 사용하거나 용접 품질 감시 장치 여러 대를 네트워크화 하여 동작하는 중에 예상치 못한 문제로 통신이 안 될 경우 계측정보값 및 감시정보값을 SD메모리(플래시 메모리)에 저장하여 데이터 손실을 막을 수 있는 장점이 있다.

웹 서버 모듈은 인터넷과 연결될 수 있도록 웹브라우저 기능이 부가되어 네트워크화 기능 및 통신역할을 담당하는 부분이다.

도 19는 본 발명의 일 실시례가 여러 대의 용접기에 네트워크로 연결된 상태의 모식도이다.

도 19와 같이 본 용접 품질 감시 장치(100)가 네트워크로 인터넷에 연결되면, 계측 및 결과 데이터를 인터넷을 통하여 사용자가 확인 가능하며, 네트워크를 통하여 각 용접기의 용접데이터를 데이타저장용 컴퓨터에 저장할 수 있다. 또한 인터넷을 통해서 관리자가 ID와 Password로 각각의 용접 품질 감시 장치에 접속하여 기능 설정이 가능하도록 할 수 있다. 설정된 감시조건의 좌표구간 범위를 벗어날 경우에는 NG파형 및 NG 데이터와 계측된 용접데이터를 SD메모리(플래시 메모리)에 저장 하도록 한다.

도 19는 각 용접기마다 용접 품질 감시 장치(100)를 개별적으로 설치하여 네트워크로 연결하고, 각 용접 품질 감시 장치(100)는 네트워크를 통하여 인터넷과 데이터 저장용 컴퓨터에 연결된 것을 예시 하였다. 용접 품질 감시 장치(100)는 각각 개별적인 웹 서버(Web Server) 기능이 부가된 장치이다. 용접 품질 감시 장치(100)에 웹브라우저가 내장되어 인터넷을 통하여 내부에 저장된 용접데이터를 읽 을 수 있도록 하였으며, 또한 감시 장치(100)의 현재 상태를 확인하고 제어 명령을 전달할 수 있도록 하였다.

다시 말해서, 컴퓨터 없이 본 용접 품질 감시 장치(100) 자체만으로 인터넷에 연결할 수 있고, 실시간으로 계측된 용접 데이터 및 용접 감시결과 등의 정보들을 용접 품질 감시 장치(100)에 내장된 웹브라우저를 통하여 접근할 수 있도록 하였다. 그리고 관리자는 인터넷이 연결된 일반 컴퓨터를 통하여 ID와 Password로 각 감시 장치에 접속하여 저장된 용접데이터들의 정보를 이용하거나 감시 장치의 내부설정을 변경할 수 있다. 이러한 웹 서버 기능을 용접품질 감시 장치에 부가하여 유연성 있는 현장관리가 가능하도록 하였다.

각 용접기마다 용접 품질 감시 장치를 개별적으로 설치하여 네트워크하는 이유는 다음과 같다. 하나의 감시 장치에 여러 대의 용접기를 연결할 경우 감시 장치와 각 용접기와의 거리가 모두 다르다. 이렇게 되면 용접기에 설치된 각 센서들과 감시 장치 사이의 거리도 달라진다. 감시 장치와 용접기의 거리가 짧다면 문제가 되지 않지만, 감시 장치와 용접기의 거리가 길어서 설치된 센서의 케이블이 길어질 경우 생산현장에서 발생하는 노이즈 환경에 노출될 확률이 높아져서 계측된 신호에 노이즈가 포함되어 계측값 자체가 달라질 가능성이 커진다. 그리고 하나의 감시 장치에 여러대의 용접기가 연결된 경우에 문제가 발생하여 오동작 할 경우에는 여러 대의 용접기에 계측된 용접정보들은 알 수 없게 된다. 이 때문에 각 용접기마다 감시 장치를 개별적으로 설치하여 오동작시 용접정보의 손실을 줄일 수 있으며 동시에 센서 케이블을 통한 노이즈의 영향을 최소화시킨다.

도 20은 본 발명에 의한 용접 품질 감시 장치의 정면부 및 후면부의 도면이다.

발명품 전면에는 계측에 관련된 설정 버튼들이 구성되어있어서 각 용접인자들의 좌표구간 범위 및 발명품의 기능을 설정할 수 있다.

상기의 실시례는 본 발명의 바람직한 실시례일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정이 가능하다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

도 1 및 도 2는 정상적인 신호와 노이즈가 혼합된 신호를 도시한 것,

도 3은 저항 용접에 있어서 동저항 변화 곡선,

도 4는 저항 용접에 있어서 날림이 발생한 경우의 동저항 변화 곡선,

도 5는 종래 기술의 용접 날림 발생 확률 설명도,

도 6은 저항 용접에 있어서 다양한 동저항 그래프를 도시한 것,

도 7은 본 발명에 의한 용접 품질 감시 장치를 하나의 아크 용접기에 장착한 모식도,

도 8은 도 7에서 용접기 쪽에 설치된 센서를 통하여 용접인자인 용접전류를 계측하여 그래프로 표시한 것,

도 9는 도 7에서 용접인자인 용접전압을 계측하여 그래프로 표시한 것,

도 10은 표준 용접인자값인 표준전류데이터의 한 부분을 확대하여 좌표구간으로 나눈 것을 예시한 것,

도 11은 도 10에 의한 표준 용접인자값의 좌표구간을 도시한 것,

도 12는 계측 용접인자값의 좌표구간을 도시한 것,

도 13 및 도 14는 용접전류의 변화가 발생한 경우의 사례도,

도 15는 기준 시간의 선정에 따라 용접인자의 평균값이 변경되는 것을 설명한 그림,

도 16은 본 발명에 의한 용접 품질 감시 장치를 하나의 저항 용접기에 장착한 모식도,

도 17은 정상적인 동저항 데이터의 좌표구간을 그래프화한 것,

도 18은 본 용접 품질 감시 장치의 시스템 내부 구조를 도시한 것,

도 19는 본 발명의 일 실시례가 여러 대의 용접기에 네트워크로 연결된 상태의 모식도,

도 20은 본 발명에 의한 용접 품질 감시 장치의 정면부와 후면부를 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 용접 품질 감시 장치

111 : 전류센서 112 : 전압센서

Claims (7)

1. 용접인자를 계측하고, 계측된 용접인자의 값에 대하여 기준 시간 동안의 평균값을 구하고, 상기 평균값을 표준 용접인자값의 기준 시간 동안의 평균값의 상하한 범위인 표준평균범위와 비교하여, 상기 평균값이 상기 표준평균범위로부터 이탈하는지 여부를 판단하여 용접 품질을 감시하는 것을 특징으로 하는 용접 품질 감시 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 용접인자는 용접전류, 용접전압, 및 용접저항 중 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 용접 품질 감시 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   계측 대상인 용접 작업은 아크용접이며, 상기 기준 시간은 300mSec~500mSec인 것을 특징으로 하는 용접 품질 감시 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   계측 대상인 용접 작업은 저항용접이며, 상기 기준 시간은 전체 용접시간의 1/10~1/30인 것을 특징으로 하는 용접 품질 감시 방법.
5. 용접인자를 계측하는 계측부 ;

   표준 용접인자값의 기준 시간 동안의 평균값의 상하한 범위인 표준평균범위가 저장되는 제1저장부 ;

   상기 계측부로부터 계측된 용접인자의 값을 입력받아 기준 시간 동안의 평균값을 구하고, 상기 평균값을 상기 제1저장부의 상기 표준평균범위와 비교하여 상기 평균값이 상기 표준평균범위로부터 이탈하는지 여부를 판단하는 용접품질 감시부 ;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접 품질 감시 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 용접품질 감시부에 인터넷에 연결되기 위한 웹 서버 모듈이 부가되는 것을 특징으로 하는 용접 품질 감시 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 용접품질 감시부에 연결되어 상기 계측된 용접인자값인 계측정보값과 상기 평균값과 상기 표준평균범위의 이탈 여부에 대한 정보인 감시정보값이 저장되는 제2저장부가 마련되며, 상기 제2저장부는 플래시 메모리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접 품질 감시 장치.

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