KR101222440B1

KR101222440B1 - 용접전류 검출장치

Info

Publication number: KR101222440B1
Application number: KR1020120018000A
Authority: KR
Inventors: 황동수; 서일수
Original assignee: 모니텍주식회사
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-02-01

Abstract

본 발명은 용접기에서 출력되는 용접전류를 정확하게 검출하도록 하기 위한 용접전류 검출장치에 관한 것이다.
본 발명의 용접전류 검출장치는, 용접기에서 출력되는 전류를 검출하는 전류센서; 반전입력단자(-)는 제1저항을 통해 상기 전류센서의 일단 출력단자가 연결되고 비반전입력단자(+)는 상기 전류센서의 타단 출력단자가 연결되는 연산증폭기; 상기 연산증폭기의 반전입력단자(-)와 출력단자 사이에 연결되는 커패시터; 상기 커패시터에 병렬로 연결된 제2저항; 상기 제2저항에 직렬로 연결되며 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF)에 따라 상기 제2저항으로 전류의 공급 및 차단을 스위칭하는 고속릴레이; 및 상기 전류센서에서의 전류검출 여부에 따라 상기 고속릴레이의 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF)를 제어하는 릴레이제어부; 를 포함하고, 상기 릴레이제어부는, 상기 전류센서에서 전류가 검출되면 상기 고속릴레이를 오프(OFF)하여 상기 제2저항으로 전류공급을 차단하고 상기 전류센서에서 전류가 검출되지 않으면 상기 고속릴레이를 온(ON)하여 상기 제2저항으로 전류를 공급한다.

Description

용접전류 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING WELDING CURRRENT}

본 발명은 용접전류 검출장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 용접을 위해 용접기에서 출력되는 용접전류를 정확하게 검출하도록 하기 위한 용접전류 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접기는 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가하여 고체 사이에 직접 결합이 되도록 접합시키는 장치이다. 이러한 용접기에는 아크용접기(arc welder), 스팟용접기(spot welder) 등이 널리 사용되고 있다.

용접기에서 출력되는 용접전류는 용접품질을 결정하는 중요한 조건 중 하나이다. 따라서, 용접품질 향상을 위해서는 용접시 용접전류의 정확하고 엄격한 감시 및 관리가 요구된다.

종래에 용접전류 검출장치에는 토로이달 코일(toroidal coil)이 이용되고 있다. 토로이달 코일은 용접기에서 용접전류가 흐르는 도체를 감싸도록 설치된다. 용접전류가 흐르면 이 도체 주위에 발생한 자속이 토로이달 상태의 코일 도체를 통과함으로써 그 자속의 시간에 따른 미분에 대응하는 유도전압이 출력된다.

이처럼 토로이달 코일에서의 출력신호는 용접기에서 출력되는 용접전류의 미분 파형을 나타내므로 그 자체로는 전류측정에 적합하지 않다. 따라서 종래의 용접전류 검출장치에서는 적분기를 사용하여 토로이달 코일의 출력신호를 적분함으로써 용접전류 파형으로 복원하도록 한다.

도 1은 이러한 종래의 용접전류 검출장치의 구성도이다. 도 1의 종래 용접전류 검출장치(10)는 연산증폭기(11), 커패시터(12) 및 저항(13)을 포함한다. 연산증폭기(11)의 반전입력단자(-)는 토로이달 코일(미도시)의 일단 출력단자에 접속되며 비반전입력단자(+)는 접지와 토로이달 코일의 타단 출력단자에 접속된다.

그러나, 이러한 종래의 용접전류 검출장치(10)는 토로이달 코일로부터 신호가 입력되면, 도 2에서와 같이 출력신호(용접전류 복원신호)는 일정한 값까지 계속 증가(A)하다가 커패시터(12)가 최대용량이 되면 최대치(B)에 도달하고, 이후 그 크기가 일정하게 유지되지 않고 감소(C)하는 형태를 보인다. 이는 커패시터(12)에서 저항(13)으로 전류를 공급하기 때문이다. 즉, 토로이달 코일에서의 출력신호가 일정하더라도 적분기(10)에서 출력되는 용접전류는 일정하게 유지되지 않고 시간경과에 따라 용접전류 검출값은 점차 오차가 발생하는 것이다. 따라서, 종래의 용접전류 검출장치에서는 용접전류 검출의 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 용접을 위해 용접기에서 출력되는 용접전류를 정확하게 복원하여 용접전류 검출의 신뢰성을 보장할 수 있도록 하는 용접전류 검출장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 용접전류 검출장치는,

용접기에서 출력되는 전류를 검출하는 전류센서; 반전입력단자(-)는 제1저항을 통해 상기 전류센서의 일단 출력단자가 연결되고 비반전입력단자(+)는 상기 전류센서의 타단 출력단자가 연결되는 연산증폭기; 상기 연산증폭기의 반전입력단자(-)와 출력단자 사이에 연결되는 커패시터; 상기 커패시터에 병렬로 연결된 제2저항; 상기 제2저항에 직렬로 연결되며 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF)에 따라 상기 제2저항으로 전류의 공급 및 차단을 스위칭하는 고속릴레이; 및 상기 전류센서에서의 전류검출 여부에 따라 상기 고속릴레이의 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF)를 제어하는 릴레이제어부; 를 포함하고, 상기 릴레이제어부는, 상기 전류센서에서 전류가 검출되면 상기 고속릴레이를 오프(OFF)하여 상기 제2저항으로의 전류공급을 차단하도록 하고 상기 전류센서에서 전류가 검출되지 않으면 상기 고속릴레이를 온(ON)하여 상기 제2저항으로 전류가 공급되도록 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 고속릴레이에서 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF) 속도는 0.03~2.0msec인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 커패시터는 상기 고속릴레이의 릴레이접점이 온(ON)되면 상기 제2저항으로 전류를 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명의 용접전류 검출장치에 따르면 용접기에서 용접시 출력되는 용접전류를 정확하고 안정적으로 복원할 수 있어 정확한 용접전류 측정이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면 용접전류의 정확한 측정으로 인해 신뢰성 있는 용접품질 검사가 이루어질 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 용접전류 검출장치의 구성도.
도 2는 종래기술에 따른 용접전류의 검출신호를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용접전류 검출장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용접전류의 검출신호를 나타낸 그래프.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용접전류 검출장치의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 용접전류 검출장치(100)는 전류센서(110), 제1저항(120), 연산증폭기(130), 커패시터(140), 제2저항(150), 고속릴레이(160) 및 릴레이제어부(170)를 포함하여 구성된다.

전류센서(110)는 용접기의 용접용 금속 프로브(probe)(31)에 흐르는 전류를 센싱한다. 본 실시 예에서 이러한 전류센서(110)는 중공의 튜브형상의 외면에 코일이 N회 권선되어 구현된 미분검지형의 토로이달 코일(toroidal ciol)로 구현된다. 이때, 토로이달 코일은 금속 프로브(31)를 감싸도록 설치된다. 용접기의 금속 프로브(31)에 전류가 흐르면 그 프로브(31)의 주위에 자속이 발생되고 자속은 토로이달 코일을 통과하면서 그 자속을 방해하려는 방향으로 유동전압이 발생한다. 여기서, 유도전압 신호는 자속의 시간 미분값, 즉 용접전류의 시간에 따른 미분값에 대응하는 신호이다. 이와 같이, 전류센서(110)에서 출력되는 신호는 용접기의 금속 프로브(31)에 흐르는 용접전류의 미분 파형을 나타낸다. 이러한 미분 파형 신호는 후단의 적분기(180)에 의해 적분되어 다시 용접전류로 복원된다.

연산증폭기(130)에는 전류센서(110)로부터 출력되는 신호가 입력된다. 연산증폭기(130)의 반전입력단자(-)는 제1저항(120)을 통해 전류센서(110)의 일측 출력단자에 접속되고 비반전입력단자(+)는 접지와 전류센서(110)의 타측 출력단자에 접속된다.

커패시터(140)는 연산증폭기(130)에 병렬로 연결되어 전류센서(110)로부터의 출력신호에 의해 충/방전을 수행하게 된다. 본 실시 예에서 커패시터(140)는 연산증폭기(130)의 반전입력단자(-)와 출력단자 사이에 연결된다.

제2저항(150)과 고속릴레이(160)는 서로 직렬로 연결되며 커패시터(140)에는 각각 병렬로 연결된다. 고속릴레이(160)는 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF)를 통해 커패시터(140)의 방전을 결정하여 제2저항(150)으로의 전류가 공급 또는 차단되도록 한다. 여기서, 고속릴레이(160)의 경우 릴레이접점의 온/오프 속도가 매우 중요하다. 왜냐하면, 릴레이접접이 온/오프되는 시간은 용접전류 측정시간의 약 10% 정도를 차지하기 때문에 릴레이접접의 온/오프 속도가 빠를수록 바람직하다. 본 실시 예의 릴레이접점의 온/오프 속도는 0.03~2.0msec인 것이 바람직하다. 릴레이접점의 온/오프 속도가 빠를수록 양호하지만 0.03msec보다 설계하는 것은 실질적으로 매우 어려운 일이며 2.0msec보다 큰 경우는 순간적인 용접전류 측정에는 부적합하다. 종래의 일반적인 릴레이의 경우 릴레이접점의 온/오프 속도가 5~10msec이므로 적합하지 않다. 이는 상술한 바와 같이 용접전류 측정시간에서 릴레이접접의 온/오프 시간이 많이 걸리기 때문에 순간적인 용접전류 측정에 부적합하기 때문이다. 또한, 아날로그 스위치는 스위치의 온/오프 시간이 3.8~5.7nsec로 매우 빠르지만 스위치가 물리적으로 완전히 오프(OFF)되기 어렵기 때문에 누설전류가 생겨 부적합하다.

릴레이제어부(170)는 고속릴레이(160)의 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF) 동작을 제어한다. 본 실시 예의 릴레이제어부(170)는 전류센서(110)에서 적분기(180)로 출력신호(전류센싱신호)가 입력되는지를 감지하여 그 출력신호의 입력 여부에 따라 고속릴레이(160)의 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF)를 제어한다. 구체적으로, 전류센서(110)로부터 전류센싱신호가 출력되면 고속릴레이(160)의 릴레이접점을 오프(OFF)시키고 신호가 출력되지 않으면 반대로 온(ON)시킨다.

따라서, 본 실시 예의 적분기(180)는 고속릴레이(160)의 릴레이접점이 오프(OFF)된 동안에는 인에이블 상태가 되어 전류센서(110)의 출력신호, 즉 전류의 미분신호를 적분하여 용접전류로 복원한 후 출력한다. 반대로 고속릴레이(160)의 릴레이접점이 온(ON)된 동안에는 리셋 상태가 되어 커패시터(140)가 방전되어 제2저항(150)을 통해 전류가 흐르고 용접전류는 기준값, 예컨대 0V로 떨어진다.

이와 같이, 전류센서(110)에서 전류센싱신호가 출력되어 고속릴레이(160)의 릴레이접점이 오프(OFF)된 동안에는 커패시터(140)에서 제2저항(150)으로 전류가 흐르지 않기 때문에 검출된 용접전류신호는 일정하게 유지되고 전류센싱신호가 출력되지 않아 릴레이접점이 온(ON)되면 커패시터(140)에서 제2저항(150)으로 방전되어 검출된 용접전류는 0V로 떨어지는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용접전류 검출장치에서 용접전류 검출신호의 검출 실험 예를 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에서 고속릴레이(160)의 릴레이접점이 온(ON)을 유지하고 있다가 전류센서(110)에서 전류센싱신호의 출력되는 시점(T1)에 릴레이접점이 오프(OFF)되면 용접전류 검출값은 일정한 값까지 상승(A')한 후 계속 유지(B')되고, 전류센싱신호가 출력되지 않는 시점(T2)에 릴레이접점이 온(ON)되면 용접전류 검출값은 기준값으로 떨어지는 것(C')을 알 수 있다. 도면의 실험 예에서 알 수 있듯이, 용접전류 검출값은 일정한 값까지 상승한 후 계속 그 일정한 값을 유지한다. 이는 종래기술의 도 2에서 설명한 바와 같이 일정한 값까지 상승(A)한 후 이후에 서서히 감소(C)하는 것과 대비된다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

용접은 금속은 야금적 접합으로서 자재의 절약, 공정수의 절약, 선능과 수명의 향상 등의 특징을 가지기 때문에 조선, 차량, 자동차, 항공기, 교량, 건축, 압력용기, 파이프, 기계, 원자로, 전기제품, 가정용품 등을 비롯하여 모든 금속공업 및 비금속 분야에서 널리 이용되고 있다. 용접의 품질은 곧 제품의 품질과 연관되기 때문에 용접품질을 측정 및 관리하는 것이 중요하다. 통상적으로 이러한 용접품질은 용접기의 용접전류를 검출함으로써 판단한다.

이러한 측면에서, 본 발명은 용접기로부터 출력되는 용접전류를 신뢰성 있게 검출할 수 있으므로 거의 모든 산업 전반에 매우 유용하게 이용될 수 있다.

100 : 용접전류 검출장치 110 : 전류센서
120 : 제1저항 130 : 연산증폭기
140 : 커패시터 150 : 제2저항
160 : 고속릴레이 170 : 릴레이제어부
180 : 적분기

Claims

용접기에서 출력되는 전류를 검출하는 전류센서;
반전입력단자(-)는 제1저항을 통해 상기 전류센서의 일단 출력단자가 연결되고 비반전입력단자(+)는 상기 전류센서의 타단 출력단자가 연결되는 연산증폭기;
상기 연산증폭기의 반전입력단자(-)와 출력단자 사이에 연결되는 커패시터;
상기 커패시터에 병렬로 연결된 제2저항;
상기 제2저항에 직렬로 연결되며 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF)에 따라 상기 제2저항으로 전류의 공급 및 차단을 스위칭하는 고속릴레이; 및
상기 전류센서에서의 전류검출 여부에 따라 상기 고속릴레이의 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF)를 제어하는 릴레이제어부; 를 포함하고,
상기 릴레이제어부는,
상기 전류센서에서 전류가 검출되면 상기 고속릴레이를 오프(OFF)하여 상기 제2저항으로의 전류공급을 차단하도록 하고 상기 전류센서에서 전류가 검출되지 않으면 상기 고속릴레이를 온(ON)하여 상기 제2저항으로 전류가 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 용접전류 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 고속릴레이에서 릴레이접점의 온/오프(ON/OFF) 속도는 0.03~2.0msec인 것을 특징으로 하는 용접전류 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 커패시터는 상기 고속릴레이의 릴레이접점이 온(ON)되면 상기 제2저항으로 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 용접전류 검출장치.