KR101665323B1 - 용접기의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접기의 제어장치에 관한 것으로서, 특히, 용접전원선의 대전류로 인하여 제어신호에 왜곡이 발생할 우려가 없고, 컨트롤 배선의 수를 크게 줄일 수 있는 용접기의 제어장치에 관한 것으로서, 스위치의 조작신호를 입력받는 용접기 제어부와; 상기 용접기 제어부에 입력된 스위치의 조작신호에 따른 제어신호를 제어 통신코드로 변환하는 제어 통신코드변환부와; 상기 제어 통신코드변환부에 의해 변환된 제어 통신코드를 용접와이어 피더를 구동하기 위한 피더 구동전원에 교류파형으로 결합하는 제어 통신코드결합부와; 용접와이어 피더에 입력되는 상기 피더 구동전원으로부터 제어 통신코드를 검출하는 제어 통신코드검출부와; 상기 제어 통신코드검출부로부터 검출된 제어 통신코드를 제어신호로 변환하는 제어신호변환부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

용접기의 제어장치{Control device of welder}

본 발명은 용접기의 제어장치에 관한 것으로서, 특히, 용접전원선의 대전류로 인하여 제어신호에 왜곡이 발생할 우려가 없고, 컨트롤 배선의 수를 크게 줄일 수 있는 용접기의 제어장치에 관한 것이다.

보호가스 금속 아크 용접(shield gas metal arc welding)은 보호가스로 용접분위기를 형성하여 용접효율과 품질을 향상시키고 피복아크 용접으로 불가능한 재질의 용접을 가능하게 하는 용접방법이다. 보호가스 금속 아크 용접에는 TIG 용접법등 비용극식 용접법과, MIG, MAG나 탄산가스(CO₂) 용접법 등 소모성 전극을 사용하는 용극식 용접법이 있다. 용극식 보호가스 금속 아크 용접은 와이어 피더를 이용하여 소모성 전극 내지 용접봉인 금속제 와이어를 토치에 연속공급한다.

한편, 용극식 보호가스 금속 아크 용접의 일종인 탄산가스 아크 용접은 연속적으로 공급되는 소모성 용접봉인 와이어와 용접하고자 하는 모재 사이에 전기적 아크를 발생시키는 동시에 아크와 용융지 보호를 위하여 토치 선단에 형성된 가스노즐을 통해 순수한 CO₂ 가스를 분출시켜 용접부 주위의 공기를 밀어내어 차단함으로써, 용접금속의 산화 및 질화를 방지하여 양호한 용접부를 형성시키는 용접방법이다.

소모성 전극 내지 용접봉인 와이어가 사용되는 용극식 보호가스 금속 아크 용접 장치는 도 1과 같이, 용접기(110), 와이어 피더(120), 토치(130)로 구성되며, 용접기(110)와 와이어 피더(120)는 싱글케이블(150)로 연결되어 있고, 와이어 피더(120)와 토치(130)는 토치 케이블(160)로 연결되어 있다.

싱글케이블(150) 내에는 CO₂ 와 같은 보호가스(140)가 통과되는 가스관과, 용접기 내의 용접 전원부에서 인출된 용접전원이 공급되는 용접전원선과, 용접기 내의 용접기 제어부에서 인출된 와이어 피더 구동전원이 공급되는 피더 구동전원선과, 용접기 내의 용접기 제어부에서 인출되는 각종 제어신호의 전달을 위한 컨트롤 배선이 설치되어 있다. 컨트롤 배선은 서로 다른 제어신호의 전달을 위한 수 개의 심선으로 구성된다. 토치 케이블(160) 내에는 상기 싱글케이블(150)의 내부 구조에 더하여 와이어 피더(120)의 스풀에 롤 형태로 설치된 와이어의 공급을 위한 통로를 구비하고 있으며 통상적으로 보호가스가 통과되는 가스관이 와이어 공급 통로로 사용된다.

그리고 상기 컨트롤 배선으로는 솔레노이드 밸브의 조작을 위한 심선, 용접 ON/OFF 및 크레이터 작동을 조작하기 위하여 토치 스위치에 연결되는 심선, 인칭(inching) 스위치의 조작을 위한 심선 등으로 이루어져 있다.

한편, 싱글케이블(150)의 용접전원선에는 30V, 400A의 대전류가 흐르기 때문에, 5V의 낮은 전류가 흐르는 컨트롤 배선에 제어신호를 전달할 경우 용접전원선의 대전류로 인하여 제어신호에 왜곡이 발생하는 문제가 있고, 컨트롤 배선이 빈번하게 단선되어 수리 및 교체해야하는 문제점이 있다.

이와 관련하여 싱글케이블의 컨트롤 배선수 감소가 가능한 용접장치 및 와이어 피더가 특허문헌 0001로서 제안된 바 있다. 위 특허문헌 0001은 컨트롤 배선수를 감소시킬 수 있으나, 여전히 용전전원선의 대전류로 인하여 제어신호에 왜곡이 발생할 우려가 있다.

등록특허 제10-1177872호

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 용접전원선의 대전류로 인하여 제어신호에 왜곡이 발생할 우려가 없고, 컨트롤 배선의 수를 크게 줄일 수 있는 용접기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

스위치의 조작신호를 입력받는 용접기 제어부와;

상기 용접기 제어부에 입력된 스위치의 조작신호에 따른 제어신호를 제어 통신코드로 변환하는 제어 통신코드변환부와;

상기 제어 통신코드변환부에 의해 변환된 제어 통신코드를 용접와이어 피더를 구동하기 위한 피더 구동전원에 교류파형으로 결합하는 제어 통신코드결합부와;

용접와이어 피더에 입력되는 상기 피더 구동전원으로부터 제어 통신코드를 검출하는 제어 통신코드검출부와;

상기 제어 통신코드검출부로부터 검출된 제어 통신코드를 제어신호로 변환하는 제어신호변환부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접기의 제어장치를 제공한다.

상기 제어 통신코드결합부는 전자식 전환스위칭부로 이루어진다. 그리고 상기 제어 통신코드변환부에 의해 생성된 제어 통신코드에 따라 상기 전자식 전환스위칭부를 구동시키는 데드타임발생부가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 전자식 전환스위칭부는 상기 피더 구동전원의 2개의 전원선 중 제1 전원선에 상기 제어 통신코드변환부에 의해 변환된 제어 통신코드를 교류파형으로 결합하는 제1 전자식 전환스위치와, 상기 제어 통신코드의 결합에 의해 손실된 전원을 보상하기 위하여 제2 전원선에 상기 제1 전원선의 교류파형과 반전된 교류파형으로 결합하는 제2 전자식 전환스위치로 구성되는 것이 좋다.

특히,상기 제어 통신코드검출부는 상기 피더 구동전원 중 제1 전원선으로부터 공급되는 교류파형의 전원으로부터 제어 통신코드를 검출하고,

상기 제1 전원선의 교류파형의 전원과 상기 제2 전원선의 반전된 교류파형의 전원을 정류 및 결합하여 상기 제어 통신코드의 결합에 의해 손실된 전원을 보상하는 전원보상부가 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 용접기의 제어장치는 용접기 제어부의 제어신호를 종래의 낮은 전류가 흐르는 컨트롤 배선을 이용하여 용접와이어 피더에 전달하지 않고 상대적으로 높은 전류가 흐르는 피더 구동전원을 이용하여 전달함으로써 용접전원의 대전류로 인하여 제어신호가 왜곡이 발생할 우려가 없고, 컨트롤 배선의 수를 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 용극식 보호가스 금속 아크 용접 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 용접기의 제어장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3은 용접기 본체와 용접와이어 피더의 결합구성을 나타내는 블럭도이고,
도 4는 전원보상부의 일예를 개략적으로 나타내는 회로도이다.

이하, 본 발명의 용접기의 제어장치의 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 용접기의 제어장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.

본 발명의 용접기의 제어장치는 도 2와 같이 크게 용접기 본체(20), 용접와이어 피더(30) 및 토치(미도시)를 포함하여 이루어진다.

상기 용접기 본체(20)는 3상 전원은 용접전원 변압부(210)에 의해 용접에 적합한 전압으로 변압된 후 정류부(220)에 의해 제어 정류되어 토치에 인가된다. 또한 3상 전원은 제어전원부(230)에 의해 변압되어 용접기 제어부(240)에 입력되고, 상기 용접기 제어부(240)는 각종 스위치로 구성된 스위치부(250)의 조작에 따라 제어신호를 출력한다.

상기 스위치부(250)의 구성은 크게 한정되는 것은 아니나, 일반적으로 크레이터 유무, 크레이터 전류 및 전압의 가변, 가스 점검 및 용접, 와이어의 직경, 용접 전류 및 전압의 가변, 인칭 등을 조절할 수 있는 스위치들로 구성된다.

상기 스위치부(250)의 조작에 따라 상기 용접기 제어부(240)로부터 출력되는 제어신호는 통신코드 변환부(260)에 의해 변환된다. 상기 제어신호로서는 상기 스위치부(250)의 다양한 스위치들의 조작에 따른 제어신호를 포함하고, 예를 들면, 크레이터 전류 및 전압 조절스위치를 이용하여 크레이터 전류 및 전압을 조절한 경우 상기 통신코드 변환부(260)는 크레이터 전류 및 전압을 제어 통신코드로 변환한다.

그리고 상기 통신코드 변환부(260)에 의해 변환된 제어 통신코드는 통신코드 결합부(280)에 의해 피더 구동전원에 결합된다.

상기 용접와이어 피더(30)는 상기 용접기 본체(20)로부터 출력되는 피더 구동전원에 의해 구동된다. 상기 통신코드 변환부(260)에 의해 변환된 제어 통신코드는 상기 통신코드 결합부(280)에 의해 피더 구동전원에 교류 파형의 형태로 결합된다.

상기 통신코드 결합부(280)로서는 FET 어레이 등의 전자식 전환스위칭부로 이루어진다.

상기 통신코드 결합부(280)인 전자식 전환스위칭부는 데드타임 발생부(270)에 의해 구동제어된다. 상기 데드타임 발생부(270)는 상기 전자식 전환스위칭부(280)에 의해 피더 구동전원의 파형이 교류 파형의 형태로 변환되도록 상기 전자식 전환스위칭부(280)가 교대로 ON/OFF되도록 구동제어한다.

상기 전자식 전환스위칭부(280)는 상기 피더 구동전원의 두개의 전원선 중 어느 한 전원선 즉, +전원선 또는 -전원선을 교대로 스위칭시켜 교류 파형의 형태로 변환시켜 피더 구동전원에 제어 통신코드를 교류 파형의 형태로 결합시킨다.

도 3은 용접기 본체와 용접와이어 피더의 결합구성을 나타내는 블럭도이고, 도 4는 전원보상부의 일예를 개략적으로 나타내는 회로도이다.

특히, 상기 전자식 전환스위칭부(280)는 상기 피더 구동전원의 두개의 전원선 중 제1 전원선에 제어 통신코드를 결합시키기 위한 제1 전자식 전환스위치(280a)와, 상기 제어 통신코드의 결합에 의해 손실된 전원을 보상하기 위하여 제2 전원선에 상기 제1 전원선의 교류파형과 반전된 교류파형으로 결합하는 제2 전자식 전환스위치(280b)로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제1 전원선은 +전원선 또는 -전원선으로 이루어질 수 있고, 상기 제2 전원선은 -전원선 또는 +전원선으로 이루어질 수 있다.

상기 전자식 전환스위칭부(280)가 상기 피더 구동전원의 두개의 전원선 중 어느 한 전원선을 교대로 스위칭시켜 교류 파형의 형태로 변환시킬 경우 피더 구동전원의 손실이 발생하여 상기 용접와이어 피더(30)를 원활히 구동시킬 수 없다.

이에 따라 상기 데드타임 발생부(270)는 상기 제1 전자식 전환스위치(280a)에 의해 제어 통신코드가 교류파형 형태로 결합된 제1 전원선의 교류파형과 반전된 상태로 상기 제2 전원선에 교류파형이 결합되도록 상기 제2 전자식 전환스위치(280b)를 구동제어한다. 이때 데드타임 발생부(270)는 제1 전원선의 교류파형과 제2 전원선의 교류파형이 정확히 반전되도록 상기 제1 전자식 전환스위치(280a)와 상기 제2 전자식 전환스위치(280b)를 동기화시켜 구동제어한다.

그리고 상기 용접와이어 피더(30)에는 상기 피더 구동전원에 결합된 제어 통신코드를 검출하기 위한 통신코드 검출부(310)가 구비되고, 제어신호 변환부(320)는 상기 통신코드 검출부(310)로부터 검출된 제어 통신코드를 제어신호로 변환하여 피더 제어부(330)에 입력한다.

특히, 도 3과 같이 상기 피더 구동전원 중 제1 전원선에 제어 통신코드가 교류파형 형태로 결합되고, 제2 전원선에 손실 전원을 보상하기 위한 반전된 교류파형이 결합된 경우, 상기 통신코드 검출부(310)는 상기 제1 전원선으로부터 공급되는 교류파형의 전원으로부터 통신코드를 검출하고, 상기 제1 전원선의 교류파형의 전원과 상기 제2 전원선의 반전된 교류파형의 전원을 정류 및 결합하는 전원보상부(340)가 구비되는 것이 좋다.

상기 전원보상부(340)는 도 3 및 도 4와 같이 상기 제1 전원선의 교류파형의 전원과 상기 제2 전원선의 반전된 교류파형의 전원을 정류 및 결합함으로서, 상기 제1 전원선에 제어 통신코드의 결합에 의해 손실된 전원을 보상할 수 있어, 상기 용접와이어 피더(30)의 모터(350)를 정밀하게 구동제어할 수 있다.

20: 용접기 본체,
210: 용접전원변압부,
220: 정류부,
230: 제어전원부,
240: 용접기 제어부,
250: 스위치부,
260: 통신코드 변환부,
270: 데드타임 발생부,
280: 통신코드 결합부,
30: 용접와이어 피더,
310: 통신코드 검출부,
320: 제어신호 변환부,
330: 피더 제어부

Claims (5)

1. 스위치의 조작신호를 입력받는 용접기 제어부와;
   상기 용접기 제어부에 입력된 스위치의 조작신호에 따른 제어신호를 제어 통신코드로 변환하는 제어 통신코드변환부와;
   상기 제어 통신코드변환부에 의해 변환된 제어 통신코드를 용접와이어 피더를 구동하기 위한 피더 구동전원에 교류파형으로 결합하는 제어 통신코드결합부와;
   용접와이어 피더에 입력되는 상기 피더 구동전원으로부터 제어 통신코드를 검출하는 제어 통신코드검출부와;
   상기 제어 통신코드검출부로부터 검출된 제어 통신코드를 제어신호로 변환하는 제어신호변환부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접기의 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 통신코드결합부는 전자식 전환스위칭부로 이루어지는 것을 특징을 하는 용접기의 제어장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어 통신코드변환부에 의해 생성된 제어 통신코드에 따라 상기 전자식 전환스위칭부를 구동시키는 데드타임발생부가 구비되는 것을 특징으로 하는 용접기의 제어장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 전자식 전환스위칭부는 상기 피더 구동전원의 2개의 전원선 중 제1 전원선에 상기 제어 통신코드변환부에 의해 변환된 제어 통신코드를 교류파형으로 결합하는 제1 전자식 전환스위치와, 상기 제어 통신코드의 결합에 의해 손실된 전원을 보상하기 위하여 제2 전원선에 상기 제1 전원선의 교류파형과 반전된 교류파형으로 결합하는 제2 전자식 전환스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 용접기의 제어장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어 통신코드검출부는 상기 피더 구동전원 중 제1 전원선으로부터 공급되는 교류파형의 전원으로부터 제어 통신코드를 검출하고,
   상기 제1 전원선의 교류파형의 전원과 상기 제2 전원선의 반전된 교류파형의 전원을 정류 및 결합하여 상기 제어 통신코드의 결합에 의해 손실된 전원을 보상하는 전원보상부가 구비되는 것을 특징으로 하는 용접기의 제어장치.

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