KR100843832B1

KR100843832B1 - 용접기의 용접상태 판단장치

Info

Publication number: KR100843832B1
Application number: KR1020010083832A
Authority: KR
Inventors: 홍연주; 김재일
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2008-07-03
Also published as: KR20030053821A

Abstract

본 발명은, 스트립의 용접 온도를 감지하기 위한 온도센서부와, 상기 상하부 용접휠에 공급되는 전류량을 측정하기 위한 전류측정기와, 상기 상하부 용접휠 사이에 공급되는 압력치를 측정하기 위한 압력측정기와, 상기 스트립의 기준 용접 온도에 따른 기준 전류량 및 기준 압력치가 설정되어 있고, 상기 온도센서부에 측정된 용접 온도에서 기준 전류량 및 기준 압력치를 상기 전류측정기로부터 제공된 전류량과 상기 압력측정기로부터 제공된 압력치와 비교하여 소정의 차이가 발생될 때에 용접상태 불량 신호를 발생시키는 마이컴과, 상기 마이컴으로부터 발생된 불량 신호를 외부에 통지하기 위한 출력제어부를 포함하는 용접상태 판단장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 객관적이고 정확한 기준으로 용접상태를 판단할 수 있으므로, 판파단의 위험성을 줄이고 균일한 용접성을 확보하여 안정된 조업 여건을 조성할 수 있다.

용접기, 용접상태

Description

용접기의 용접상태 판단장치{WELDING INSPECTION APPARATUS}

도1은 통상의 용접설비를 나타내는 개략적인 측단면도 및 정단면도.

도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 용접상태 판단장치를 구비한 용접설비의 개략 구성도.

도3은 본 발명에 따른 용접상태 판단장치의 제어흐름도.

도4는 본 발명에 따른 용접상태 판단장치의 제어블럭도.

<도면의 주요한 부분에 대한 부호설명>

110: 온도센서부 123:PLC

124: 마이컴 126: 전류측정부

132: 압력측정부

본 발명은 제철라인용 용접기의 용접상태 판단장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압연스트립을 연결하는 매시 심(mash seam)용 용접기에서 용접 상태의 불량여부를 판단하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉간압연공정에서는, 스트립을 두루마리식 코일로 각 라인으로 공급하고 각 라인에서는 용접기를 통해 선행 코일과 공급될 후행코일을 용접기에서 용접하여 통판성을 높이고 연속공정이 가능하도록 한다. 압연공정 후에는 매쉬 심(mash seam)형 용접기를 주로 사용한다.

도1은 냉간압연공정에서 사용되는 매쉬 심형 용접기의 측단면도 및 정면도이다. 도1을 참조하여

매쉬심형 용접기의 동작을 설명한다. 두루마리식 코일의 끝부분이 페어프릴에서 끝이 나면, 코일의 끝부분을 상부 전단기(Shear:8)에서 끝이 가지런하게 절단되고 그 코일의 끝부분을 하부 전단기(13)에 이르도록 조정해 놓고, 출측 크램프(22)를 다운시켜 코일의 끝부분을 고정시킨다. 이어, 후행코일을 준비하여 페어프릴에 장착하여 상부 전단기(8)에서 코일의 불량부위를 일부 잘라내고 그 코일의 처음부분을 용접기 전단기(13)내에 들어오도록 조정하여 입측 크램프(12)를 다운시킨다. 선행코일과 후행코일은 전단기(13)로 절단되는 부분 사이에 놓고 먼저 용접기 전단기(13)를 상승시키고 상부 전단기(8)를 다운시킨다. 그러면, 절단된 스트립 조각은 하부 전단기(13)로 떨어지고, 상부 전단기(8)를 업시키고 하부 전단기(13)를 다운 시킨다. 그러면, 커팅된 부분이 일정하게 잘려 나가고, 출측 크램프(21,22)를 약간 위로 올리면, 선행코일 끝 부분이 약간 들린다. 그런 다음 입측 크램프(12,20)를 전진시켜 선행코일의 끝부분이 위에 위치하도록 포개진다. 선행 코일의 끝부분과 후행 코일의 상단부분을 좌우 일치되게 입측 크램프(12,20)를 좌 우로 움직여 좌우 끝부분을 맞춘다. 상부 용접휠(3)과 프래싱 롤(14)를 다운시키고 대차 전후진 수송모타(11)를 구동시키면 스크루 축(7)이 회전되어 용접기 본체(1) 전체가 전진한다. 이때 용접휠(3)에는 전류가 흐르지 않고, 용접휠(3)이 스트립에 접촉하면 전류는 흐른다.

전류가 흐르는 과정은, 스트립 두께 및 강종에 따른 전류를 상부 부스바(18)를 통해 전류가 상부 용접휠(3a)과 하부 용접휠(3b)에 전달된다. 상부 용접휠(3a) 또는 하부 용접휠(3b)은 각각 상부 또는 하부 프렉시블 부스(4a,4b)에 연결되어 움직일 수 있다.

상부 휠 실린다(6)가 다운되면서 일정한 압력을 유지한 상태에서 전류는 상부 용접휠(3a)에서 스트립(2a,2b)를 통과하여 하부 용접휠(3b)로 전류가 흐른다. 이 때, 용접휠(3a,3b)은 저항이 낮은 동으로 구성되어 있고, 스트립(2a,2b)은 저항이 큰 철이므로 상대적으로 스트립(2a,2b) 부분에 발열이 일어난다.

이렇게 가열된 스트립(2a,2b)은 용접휠(3a,3b)의 압력으로 접합하게 되고, 그 다음으로 다운된 가압롤(5a,5b)이 큰 압력으로 눌러 두 개의 스트립 두께를 한 개의 스트립 두께로 압연시키게 된다.

용접기 본체(1)가 전진되면서 두 개의 스트립(2a,2b)의 연결부을 따라 용접이 이루어지고, 용접휠(3a,3b)이 상기 스트립(2a,2b)의 연결부를 통과하면 흐르는전류는 정지하고 또한 가압롤(5a,5b)이 스트립를 통과하면 용접휠(3a,3b)과 상부 가압롤(5a)이 업되고 전진되는 대차는 멈춘다. 대차가 정지되면 입출측 클램프(12,22)는 개방되고, 대차는 다시 후진하여 초기위치로 복귀한다.

이러한 용접과정에서 판파단 현상을 방지하기 위해서, 용접상태에 대한 불량여부 판단은 매우 중요하다. 용접 상태의 불량여부를 판단하는 기준은 용접될 때 용접휠과 스트립 사이에 불꽃의 밝기와 불꽃의 지속시간 또는 용접휠의 아아크(Arc) 발생유무 등이 있다.

종래에는, 용접 불량여부 판단은 운전자가 스트립에서 발열되는 색과 색의 지속되는 정도를 보고 용접상태를 판별하거나, 용접휠의 표면 불량으로 스트립과 용접휠 사이에 아아크가 발생되어 용접부위가 흠이 발생되거나 부분적으로 용접이 되지 않으면 운전자가 판단하여 불량이 발생한 경우에는 라인가동을 중지하고 재용접을 실시하는 방식으로 하여 왔다.

하지만, 용접의 상태를 확인하는 과정은 운전자의 숙련도에 의해 결정되므로 비정량적이다. 만약, 용접상태의 불량을 미리 판단하지 못하면, 불량한 용접부에서 판파단이 발생되어 라인가동을 장기간 중지하여야 하고, 복구작업을 해야하는 등 막대한 비용과 시간이 낭비되는 결과를 가져온다.

따라서, 당 기술분야에서는 부정확한 운전자의 육안으로서 판단이 아닌 정밀하고 객관적이면서도 자동화방식으로 용접상태의 불량여부를 정확히 판단하기 위한 장치가 요구되어 왔다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 용접상태를 객관적으로 판단할 수 있는 현재의 발열온도, 용접전류량 및 용접휠의 압력을 판독하여 이를 기준 설정치와 객관적으로 비교하고 일정 수준으로 오차가 발생을 용접 상태의 불량을 판단하는 용접상태 판단장치를 제공하는데 있다.

본 발명은, 제철라인공정용 용접장치에서 전류가 흐르는 상하부 용접휠 사이에 스트립을 배치하여 가압하면서 실시되는 용접에 대한 불량여부를 판단하기 위한 장치에 있어서, 상기 스트립의 용접 온도를 감지하기 위한 온도센서부와, 상기 상하부 용접휠에 공급되는 전류량을 측정하기 위한 전류측정기와, 상기 상하부 용접휠 사이에 공급되는 압력치를 측정하기 위한 압력측정기와, 상기 스트립의 기준 용접 온도에 따른 기준 전류량 및 기준 압력치가 설정되어 있고, 상기 온도센서부에 측정된 용접 온도에서 기준 전류량 및 기준 압력치를 상기 전류측정기로부터 제공된 전류량과 상기 압력측정기로부터 제공된 압력치와 비교하여 소정의 차이가 발생될 때에 용접상태 불량 신호를 발생시키는 마이컴과, 상기 마이컴으로부터 발생된 불량 신호를 외부에 통지하기 위한 출력제어부를 포함하는 용접상태 판단장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일실시형태에서는, 상기 마이컴에 설정된 기준 용접 온도에 따른 기준 전류량 및 기준 압력치를 스트립종류별, 스트립두께별에 따라 분류된 데이터를 갖도록 구성함으로써 다양한 스트립 공정에서도 용이하게 적용할 수도 있다.

나아가, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 출력제어부에서 상기 마이컴에서 발생된 불량신호를 발생되면, 상기 용접장치의 가동을 중단시키는 기능을 더 포함하도록 구성함으로써 작업의 자동화에 기여할 수도 있다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명에 따른 용접상태 판단장치가 구비된 용접설비의 개략구성도이다.

도2에 도시된 용접상태 판단장치는, 스트립(2a,2b)의 용접 온도를 감지하기 위한 온도센서부(110)와, 상하부 용접휠(103a,103b)에 공급되는 전류량을 측정하기 위한 전류측정기(126)와, 상기 상하부 용접휠(103a,103b) 사이에 공급되는 압력치를 측정하기 위한 압력측정기(132)와, 상기 스트립(2a,2b)의 기준 용접 온도에 따른 기준 전류량 및 기준 압력치가 설정되어 있고, 설정된 상기 기준값 중 상기 온도센서부(110)에 측정된 용접 온도에서 기준 전류량 및 기준 압력치를 상기 전류측정기(126)로부터 제공된 전류량과 상기 압력측정기(132)로부터 제공된 압력치와 비교하여 소정의 차이가 발생될 때에 용접상태 불량 신호를 발생시키는 마이컴(124)과, 상기 마이컴(124)으로부터 발생된 불량 신호를 외부에 통지하기 위한 출력제어부(143)으로 구성된다.

이하, 본 발명의 용접상태 판단장치의 각 구성요소를 구체적으로 설명한다. 상기 온도센서부(110)는 비접촉식 적외선 온도센서 등으로 구현될 수 있으며, 용접휠(103a,103b)에 인접하게 배치되어 용접되는 스트립부위의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 압력측정기(132)는 상부 용접휠 실린더(106)에 제공되는 압력을 측정하는 센서로 에어공급라인(131) 상에 구비된 에어밸브(129)의 일측에 장착되어 실제 제공되는 압력을 측정할 수 있다. 또한, 상기 전류측정기(128)는 공급되는 전류량을 제어하는 정류기(128)와 그 정류기(126)에서 공급되는 전류에 따라 트랜스포머(109) 사이에 배치된다. 따라서, 상기 전류측정기(128)는 상기 트랜스포머(109)를 통해 제공되는 실제 용접전류를 측정할 수 있다. 이와 같이 측정된 용접온도, 압력 및 전류량은 A/D변환기(127)를 통해 마이컴(125)에 입력된다. 이 때에 전류량은 전압변환기를 통해 적절한 형태로 변환되어 A/D변환기(127)에 제공될 수 있다.

이와 같이, 실제 용접공정에서의 현재 용접온도, 압력 및 전류량을 측정하여 마이컴(124)에 제공할 수 있다. 상기 마이컴(124)에는 용접 온도에 따른 기준 전류와 기준 압력이 설정되어 있다. 이러한 설정값은 전체 용접설비의 제어를 담당하는 PLC를 통해 제공받을 수도 있다. 상기 용접 온도별 기준전류 및 기준압력은 스트립 종류별, 두께별 등으로 다양한 스트립 공정에 맞게 마련될 수도 있다.

상기 마이컴(124)은 현재 측정된 용접온도에 따른 기준전류 및 기준압력을 제공받아, 측정된 현재 전류 및 압력과 비교한다. 비교된 결과가 기준값보다 소정치이하가 되면, 상기 마이컴(124)은 이러한 용접상태를 용접불량으로 판단한다. 실제 적용할 때는 용접불량여부를 기준치에 대비하여 ±2% 수준이하일 때로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 불량상태로 판단되면, 출력제어부(143)를 통해 경고음 등의 작동을 통해 외부(운전자)에 통지한다. 한편, 마이컴(124) 내에서 용접불량 판단시 용접공정을 자동으로 중단하도록 구성할 수도 있다. 이는 마이컴(124)에서 소정의 고장신호를 용접설비 전체를 제어하는 PLC(123)에 전송하는 방식으로 쉽게 구현할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 용접품질에 결정적인 영향 요소인 스트립의 발열온도와 용접휠(3a,3b)에 흐르는 전류 그리고 용접휠(3a,3b)의 압력을 검출하여 용접상 태를 정량적으로 판별하는 장치를 설치함으로써 보다 정확한 용접 품질을 판별할 수 있다. 따라서, 라인을 가동하였을 때 용접 불량으로 인한 판파단을 방지하는데 매우 효과적이다.

이러한 용접불량판단의 원리를 예로서 설명하면, 용접휠(3a,3b) 상태가 불량하든지 스트립 표면에 이물이 묻어 전류의 흐름이 방해되면 전류가 약해져 발열이 약해지고 현재 발열온도와 동일한 기준온도의 기준 전류값보다 현재 전류값은 높아질 수 있고, 또한 용접기의 절연 상태가 좋지않아 전류의 흐름이 상부 용접휠(3a)에서 스트립(2a,2b)으로 해서 하부 용접휠(3a)로 흘러야 되는데 다른 부분으로 누설이 될 수 있는데 이 모두 용접 불량을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명과 같이, 용접온도, 용접압력 및 용접전류로서 용접불량상태를 판단할 수 있다.

도3는 용접 판단 장치의 마이컴(24)의 제어순서도이며, 도4는 용접판단장치의 제어블럭도이다.

도3 및 도4를 참조하면, 용접설비가 용접을 하기 위해 준비 상태(S11)에 있으면서 DDC(231)에서 용접설비 PLC(223)로 부터 제품의 정보 즉, 선행 스트립 및 후행 스트립의 정보를 데이터로 저장하고 있다가 마이컴(224)에서 정보를 요구하면 RS422/RS232와 같은 통신연결부(235)를 통해 요구된 데이터를 마이컴(224)의 수신부(234)로 전송한다(S12).

우선, PLC(223)로부터 제품별 강종의 종류와 강종의 두께 등의 정보가 들어오면, 미리 마이컴(224)의 설정치선택부(238)에서 정의한 강종 두께를 선정하여(39) 해당되는 강종별,두께별로 발열온도,전류,압력을 경험에 의한 기준을 설정하게 되며 그 설정치가 구분되면(S15) 그 각각의 설정치를 저장부(239)에 저장한다(S20). 용접이 시작되면(S22), 온도센서부(210), 압력센서부(232) 및 전류측정부(226)에서는 각각 현재치를 읽어 A/D변환기(225)를 통해 마이컴에 그 정보를 제공하고(S23,S24,S25), 마이컴(224)에 구비된 각각의 비교판단부(241)에서는 설정치 98%이하로 일정 거리간 설정치 이하로 떨어지면(S26,S27,S28), 출력제어부(43)에서용접 불량을 알리는 신호를 A/D변환 카드를 통해 경보등이나 알람 (236)등을 통해 경고를 발생시키고(S29,S30,S31), PLC(223)로 고장에 따른 작동중지신호(245)를 보내 용접기를 초기위치로 이동시켜 재용접을 할 수 있도록 한다. 컴퓨터의 CRT(237)에는 3가지의 센서로 들어오는 현재치를 흐름을 표시하고, 운전자는 그 CRT(237)의 현재값을 볼 수 있게 화면에 띄워 놓는다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 용접상태 판단장치에 따르면, 현재의 발열온도, 용접전류량, 용접휠의 압력을 판단하여 설정치와 비교함으로써 일정 수준으로 오차가 발생하면, 용접상태의 불량을 판단할 수 있다. 따라서, 객관적이고 정확한 기준으로 용접상태를 판단할 수 있으므로, 판파단의 위험성을 줄이고 균일한 용접성을 확보하여 안정된 조업 여건을 조성할 수 있다.

Claims

제철라인공정용 용접장치에서 전류가 흐르는 상하부 용접휠 사이에 스트립을 배치하여 가압하면서 실시되는 용접에 대한 불량여부를 판단하기 위한 장치에 있어서,

상기 스트립의 용접 온도를 감지하기 위한 온도센서부;

상기 상하부 용접휠에 공급되는 전류를 측정하기 위한 전류측정기;

상기 상하부 용접휠 사이에 공급되는 압력를 측정하기 위한 압력측정기;

상기 스트립의 기준 용접 온도에 따른 기준 전류 및 기준 압력이 설정되어 있고, 상기 온도센서부에서 측정된 용접 온도와 동일한 기준 용접 온도에 따른 기준 전류량 및 기준 압력치를 상기 전류측정기로부터 제공된 전류량과 상기 압력측정기로부터 제공된 압력치와 비교하여 소정의 차이가 발생될 때에 용접상태 불량 신호를 발생시키는 마이컴; 및

상기 마이컴으로부터 발생된 불량 신호를 외부에 통지하기 위한 출력제어부를 포함하는 용접상태 판단장치.
제1항에 있어서,

상기 마이컴은,

용접 설비 제어시스템으로부터 용접대상인 스트립의 종류 및 두께 정보를 요청하는 수단;

상기 요청에 따라 상기 용접 설비 제어시스템으로부터 입력된 스트립의 종류 및 두께 정보에 따라 기준 용접전류, 기준 용접온도 및 기준 용접 압력값을 선택하는 수단;

상기 선택된 기준 용접전류, 기준 용접온도 및 기준 용접압력값 저장하기 위한 수단; 및

상기 저장된 각 기준값을 판독하여, 상기 온도센서부에서 측정된 용접 온도와 동일한 기준 용접 온도에 따른 기준 전류량 및 기준 압력치를 상기 전류측정기로부터 제공된 전류량과 상기 압력측정기로부터 제공된 압력치와 비교하고 소정의 차이가 발생될 때에 용접상태 불량 신호를 발생시키는 비교판단부로 이루어진 것을 특징으로 하는 용접상태 판단장치.
제1항에 있어서,

상기 마이컴에 설정된 기준 용접 온도에 따른 기준 전류량 및 기준 압력치는, 스트립종류별, 스트립두께별에 따라 분류된 데이터를 갖는 것을 특징으로 하는 용접상태 판단장치.
제1항에 있어서,

상기 출력제어부는

상기 마이컴에서 발생된 불량신호를 발생되면, 상기 용접장치의 가동을 중단시키는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접상태 판단장치.