KR102313611B1 - Apparatus and method for sensing the state of plasma torch - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 토치 상태 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 플라즈마 토치에서 발생한 전기 아크에 의해 토치를 통해 흐르는 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하는 과정에서 음극(cathode) 표면에 발생하는 침식 및 열 손상에 의한 음극의 마모 또는 변형 상태를 감지할 수 있는 플라즈마 토치 상태 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a plasma torch state, and more particularly, erosion and A plasma torch state sensing apparatus and method capable of detecting abrasion or deformation of a cathode due to thermal damage.
플라즈마 토치는 전극을 사용하여 토치 내에 전기 아크를 발생시킨다. 이 토치를 통해 가스가 흐르게 되고, 전기 아크는 이 가스를 이온화하여, 플라즈마가 생성된다. 이 과정에서 음극 표면에 대전류에 의한 아크의 집중 현상이 발생하고, 이러한 아크의 집중 현상에 의해서 음극 표면에 침식이 발생하고 동시에 열 손상이 진행된다. 이러한 종래 플라즈마 토치의 가장 큰 문제점인 음극의 침식 현상은 플라즈마 토치에서 심각한 제약적 요소로 작용한다. 따라서, 사용자 입장에서는 음극의 마모, 변형 상태를 감지하고, 토치의 적절한 교체 시점을 관리할 필요가 있다.Plasma torches use electrodes to generate an electric arc within the torch. A gas flows through the torch, and an electric arc ionizes the gas, creating a plasma. In this process, an arc concentration phenomenon due to a large current occurs on the surface of the anode, and erosion occurs on the surface of the cathode due to the concentration phenomenon of the arc and thermal damage proceeds at the same time. The erosion of the cathode, which is the biggest problem of the conventional plasma torch, acts as a serious limitation in the plasma torch. Therefore, from the user's point of view, it is necessary to detect abrasion and deformation of the cathode, and to manage an appropriate replacement time of the torch.
한편, 한국 공개특허공보 제10-2011-0019721호(특허문헌 1)에는 "전극 마모 검출 시스템을 구비한 플라즈마 토치"가 개시되어 있는바, 이에 따른 플라즈마 아크 토치는, 메인 토치 본체; 가공물 쪽으로 가스가 흐르도록 하기 위한 구멍을 형성하는 전기적 전도성 노즐; 상기 메인 토치 본체 내에 배치된 전극 홀더(electrode holder); 상기 전극 홀더에 탈착 가능하게 부착되어 있고, 상기 전극 홀더로부터 상기 전기적 전도성 노즐의 대향하는 표면(opposing surface) 쪽으로 전방으로 돌출하고, 단부면 및 축방향 길이 L을 규정하는 전극으로서, 상기 길이 L은 상기 전극의 상기 단부면이 상기 플라즈마 아크 토치를 사용하는 동안 마모됨에 따라 감소하는 전극; 및 상기 메인 토치 본체 내에 고정 장착되며, 상기 노즐의 상기 대향하는 표면으로부터 미리 정해진 축방향 거리 D만큼 축방향으로 떨어져 있는 제1 맞물림 표면을 구성하는 전기적 비전도성 마모 중지부(wear stop)를 포함한다. 전극 또는 노즐은 메인 토치 본체에 대해 이동 가능하고, 이동 가능한 구성요소는 돌출부를 구성한다. 과도하게 마모되기 전에, 전극이 노즐과 접촉하여 토치 동작을 위한 파일럿 아크를 생성할 수 있도록, 마모 중지부는 플라즈마 아크 토치의 노즐로부터 미리 결정된 거리만큼 떨어져 위치한다. 전극의 길이가 마모로 인해 미리 정해진 길이보다 짧아지게 되면, 전극의 돌출부는 마모 중지부와 맞물리게 되고, 마모 중지부는 전극이 노즐과 접촉하지 않게 한다. 이러한 과정에서, 과도하게 마모된 전극은 후속의 토치 동작에서 사용되지 않는 것을 특징으로 한다.On the other hand, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2011-0019721 (Patent Document 1) discloses a "plasma torch having an electrode wear detection system", and the plasma arc torch according to this is a main torch body; an electrically conductive nozzle defining an aperture for allowing gas to flow toward the workpiece; an electrode holder disposed within the main torch body; an electrode detachably attached to the electrode holder and projecting forward from the electrode holder towards an opposing surface of the electrically conductive nozzle, the electrode defining an end face and an axial length L, wherein the length L is an electrode in which the end face of the electrode decreases as it wears during use of the plasma arc torch; and an electrically non-conductive wear stop fixedly mounted within the main torch body and constituting a first engagement surface axially spaced apart from the opposing surface of the nozzle by a predetermined axial distance D. The electrode or nozzle is movable relative to the main torch body, and the movable component constitutes the protrusion. The wear stop is positioned a predetermined distance from the nozzle of the plasma arc torch so that, before excessive wear, the electrode can contact the nozzle and create a pilot arc for torch operation. When the length of the electrode becomes shorter than the predetermined length due to wear, the protrusion of the electrode engages the wear stop, which stops the electrode from contacting the nozzle. In this process, the excessively worn electrode is characterized in that it is not used in the subsequent torch operation.
이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 메인 토치 본체 내에 노즐로부터 소정 거리 이격되어 마모 중지부가 마련되어 있어, 전극이 마모로 인해 짧아지면 전극의 돌출부가 마모 중지부와 맞물리게 되어 전극이 노즐과 접촉하지 않게 함으로써, 과도하게 마모된 전극이 후속의 토치 동작에서 사용되지 않도록 하는 효과가 있으나, 이는 전극의 마모를 마모 중지부에 의한 기계적 방식으로 검출하는 메커니즘으로 되어 있어 전극의 기계적 마모만을 검출할 뿐, 플라즈마를 생성하는 과정에서 음극(cathode) 표면에 발생하는 침식 및 열 손상에 의한 음극의 변형 상태는 검출할 수 없는 문제점을 내포하고 있다.In the case of
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 플라즈마 토치에서 발생한 전기 아크에 의해 토치를 통해 흐르는 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하는 과정에서 음극(cathode) 표면에 발생하는 침식 및 열 손상에 의한 음극의 마모 또는 변형 상태를 감지함으로써, 마모 또는 변형된 음극을 신속하게 교체할 수 있고, 과도하게 마모 또는 변형된 토치의 사용을 방지하여 반도체 공정을 원활하게 운영할 수 있도록 하는 플라즈마 토치 상태 감지 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created to improve the problems of the prior art as described above, and erosion and Plasma that detects the wear or deformation state of the cathode due to thermal damage, so that the worn or deformed cathode can be quickly replaced, and the semiconductor process can run smoothly by preventing the use of an excessively worn or deformed torch An object of the present invention is to provide an apparatus and method for detecting a torch state.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 장치는,In order to achieve the above object, a plasma torch state sensing device according to the present invention,
플라즈마를 생성하는 플라즈마 토치와, 플라즈마 토치에 직류전원을 공급하는 플라즈마 직류전원 공급장치 사이에 위치되어 플라즈마 토치의 음극의 마모나 변형 상태를 감지하는 장치로서,A device positioned between a plasma torch generating plasma and a plasma DC power supply supplying DC power to the plasma torch to detect abrasion or deformation of the cathode of the plasma torch,
상기 플라즈마 직류전원 공급장치로부터 상기 플라즈마 토치에 인가되는 직류 전압을 감지하는 전압 감지부와;a voltage sensing unit sensing a DC voltage applied to the plasma torch from the plasma DC power supply;
상기 플라즈마 직류전원 공급장치로부터 상기 플라즈마 토치로 직류 전압이 인가됨에 따라 상기 플라즈마 토치에 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부; 및a current sensing unit sensing a current flowing through the plasma torch as a DC voltage is applied from the plasma DC power supply to the plasma torch; and
상기 전압 감지부와 전류 감지부에 의해 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt) 및 전류값(It)을 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1) 및 전류값(It-1)과 각각 비교/분석하여 전압값 또는 전류값의 변화를 검출하고, 특정 시점(t)의 전후에서 감지된 최대 전압, 전류 값과 연속해서 감지된 최대 전압, 전류 값의 시차에서 리스트라이크 주기(Tt)를 계산하고, 특정 시점 이전의 시점(t-1)의 전후에서 감지된 최대 전압, 전류 값과 연속해서 감지된 최대 전압, 전류 값의 시차에서 리스트라이크 주기(Tt-1)를 계산하여 플라즈마 토치의 음극의 마모나 변형 상태를 감지하는 비교/분석부를 포함하는 점에 그 특징이 있다. A voltage value (V t ) and a current value (I t ) respectively sensed at a specific time point (t) by the voltage sensing unit and the current sensing unit at a time point (t-1) before the specific time point ( V t-1 ) and current value (I t-1 ) are compared/analyzed to detect a change in voltage value or current value, and are continuously detected with the maximum voltage and current values detected before and after a specific time point (t) Calculate the re-strike period (T t ) from the time difference between the maximum voltage and current values, By calculating the retry period (T t-1 ) from the lag of It is characterized in that it includes a comparison/analysis unit that detects wear or deformation of the cathode of the plasma torch.
여기서, 상기 전압 감지부는,Here, the voltage sensing unit,
상기 플라즈마 토치의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 센서와;a voltage sensor sensing a voltage applied to both ends of the plasma torch;
상기 전압 센서에 의해 감지된 전압 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 제1 대역 통과 필터; 및a first band-pass filter for passing signals of a preset frequency band to the voltage signal sensed by the voltage sensor and attenuating signals of other frequency bands; and
상기 제1 대역 통과 필터의 출력신호를 안정화하기 위한 전압 증폭기로서의 역할을 하는 전압신호 출력 버퍼를 포함하여 구성될 수 있다.and a voltage signal output buffer serving as a voltage amplifier for stabilizing the output signal of the first bandpass filter.
또한, 상기 전류 감지부는,In addition, the current sensing unit,
상기 플라즈마 토치로 유입 또는 플라즈마 토치로부터 유출되는 전류를 감지하는 전류 센서와;a current sensor for sensing a current flowing into or flowing out of the plasma torch;
상기 전류 센서에 의해 감지된 전류 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 제2 대역 통과 필터; 및a second band-pass filter for passing signals of a preset frequency band to the current signal sensed by the current sensor and attenuating signals of other frequency bands; and
상기 제2 대역 통과 필터의 출력신호를 안정화하기 위한 전류 증폭기로서의 역할을 하는 전류신호 출력 버퍼를 포함하여 구성될 수 있다.It may be configured to include a current signal output buffer serving as a current amplifier for stabilizing the output signal of the second band-pass filter.
이때, 상기 전류 센서는 상기 플라즈마 토치로 유입되는 전류를 감지하기 위해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치와 상기 플라즈마 토치의 애노드 전극 사이에 연결되거나, 상기 플라즈마 토치에서 유출되는 전류를 감지하기 위해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치와 상기 플라즈마 토치의 캐소드 전극 사이에 연결될 수 있다.At this time, the current sensor is connected between the plasma DC power supply device and the anode electrode of the plasma torch to sense the current flowing into the plasma torch, or the plasma DC power supply to detect the current flowing out of the plasma torch It may be connected between the device and the cathode electrode of the plasma torch.
또한, 상기 비교/분석부는,In addition, the comparison / analysis unit,
상기 전압신호 출력 버퍼 및 전류신호 출력 버퍼로부터의 출력 신호(아날로그 신호)를 각각 입력받아 디지털 데이터로 각각 변환하는 A/D 컨버터와;an A/D converter that receives output signals (analog signals) from the voltage signal output buffer and the current signal output buffer, respectively, and converts them into digital data;
상기 A/D 컨버터에 의해 디지털 데이터로 각각 변환된 전압값 및 전류값을 입력받아 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt) 및 전류값(It)을 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1) 및 전류값(It-1)과 각각 비교/분석하여 전압값 또는 전류값의 변화를 검출함으로써 플라즈마 토치의 음극의 마모나 변형 상태를 감지하는 마이크로컨트롤러; 및The voltage value and current value respectively converted into digital data by the A/D converter are received, respectively, the voltage value (V t ) and the current value (I t ) sensed at a specific time point (t) are displayed at a point before the specific time point ( The state of wear or deformation of the cathode of the plasma torch by comparing/analyzing the voltage value (V t-1 ) and the current value (I t-1 ) respectively sensed at t-1) and detecting a change in the voltage value or current value a microcontroller that detects; and
상기 마이크로컨트롤러에 의해 감지된 정보를 반도체 제조 공정 중에 발생하는 각종 가스(예를 들면, 독성 가스, 산성 가스, 가연성 가스, 환경 유해가스)를 정제하여 배출하는 가스 스크러버의 중앙제어부로 전송하는 정보 송/수신부를 포함하여 구성될 수 있다.The information sensed by the microcontroller is transmitted to the central control unit of the gas scrubber that purifies and discharges various gases (eg, toxic gas, acid gas, combustible gas, environmental harmful gas) generated during the semiconductor manufacturing process. It can be configured including /receiver.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 방법은,In addition, the plasma torch state detection method according to the present invention in order to achieve the above object,
플라즈마를 생성하는 플라즈마 토치와, 플라즈마 토치에 직류전원을 공급하는 플라즈마 직류전원 공급장치 사이에 위치되어 플라즈마 토치의 음극의 마모나 변형 상태를 감지하는 장치로 전압 감지부, 전류 감지부 및 비교/분석부를 포함하는 플라즈마 토치 상태 감지 장치를 기반으로 한 플라즈마 토치 상태 감지 방법으로서,It is located between the plasma torch that generates plasma and the plasma DC power supply that supplies DC power to the plasma torch, and is a device that detects wear or deformation of the cathode of the plasma torch. A plasma torch state sensing method based on a plasma torch state sensing device comprising a part,
a) 상기 전압 감지부의 전압 센서에 의해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치로부터 상기 플라즈마 토치에 인가되는 직류 전압을 감지하는 단계와;a) detecting a DC voltage applied to the plasma torch from the plasma DC power supply device by a voltage sensor of the voltage sensing unit;
b) 상기 전류 감지부의 전류 센서에 의해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치로부터 상기 플라즈마 토치로 직류 전압이 인가됨에 따라 상기 플라즈마 토치에 흐르는 전류를 감지하는 단계와;b) detecting a current flowing through the plasma torch as a DC voltage is applied from the plasma DC power supply to the plasma torch by the current sensor of the current sensing unit;
c) 상기 전압 센서 및 전류 센서에 의해 각각 감지된 전압 신호 및 전류 신호(아날로그 신호)를 상기 비교/분석부의 A/D 컨버터에 의해 수신하여 디지털 데이터로 각각 변환하는 단계와;c) receiving the voltage signal and the current signal (analog signal) respectively sensed by the voltage sensor and the current sensor by the A/D converter of the comparison/analysis unit and converting each into digital data;
d) 상기 비교/분석부의 마이크로컨트롤러에 의해 상기 A/D 컨버터에 의해 디지털 데이터로 각각 변환된 전압값 및 전류값을 수신하는 단계와; d) receiving the voltage values and current values respectively converted into digital data by the A/D converter by the microcontroller of the comparison/analysis unit;
e) 상기 수신한 전압값 및 전류값을 바탕으로 상기 마이크로컨트롤러에 의해 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt) 및 전류값(It)을 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1) 및 전류값(It-1)과 각각 비교/분석하는 단계와; e) the voltage value (V t ) and the current value (I t ) respectively sensed at a specific time point (t) by the microcontroller based on the received voltage value and current value at the time point (t-1) before the specific time point Comparing / analyzing the voltage value (V t-1 ) and the current value (I t-1 ) respectively sensed in );
f) 상기 비교/분석부의 정보 송/수신부에 의해 상기 비교/분석에 의해 얻어진 전압값 또는 전류값의 변화 상태 결과를 가스 스크러버의 중앙제어부로 전송하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.f) transmitting, by the information transmitting/receiving unit of the comparison/analysis unit, the result of the change in the voltage value or the current value obtained by the comparison/analysis to the central control unit of the gas scrubber.
여기서, 상기 단계 a)에서 상기 전압 감지부의 제1 대역통과 필터에 의해 상기 전압 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the step of passing a signal of a frequency band preset to the voltage signal by the first bandpass filter of the voltage sensing unit in step a) and attenuating signals of other frequency bands may be further included.
이때, 상기 제1 대역 통과 필터의 출력신호를 안정화하기 위해 상기 전압 감지부의 전압신호 출력 버퍼에 의해 전압을 증폭하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, the method may further include amplifying and outputting a voltage by a voltage signal output buffer of the voltage sensing unit in order to stabilize the output signal of the first bandpass filter.
또한, 상기 단계 b)에서 상기 전류 감지부의 제2 대역통과 필터에 의해 상기 전류 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method may further include a step of passing a signal of a frequency band preset to the current signal by a second bandpass filter of the current sensing unit in step b) and attenuating signals of other frequency bands.
이때, 상기 제2 대역통과 필터의 출력신호를 안정화하기 위해 상기 전류 감지부의 전류신호 출력 버퍼에 의해 전류를 증폭하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, the method may further include amplifying and outputting a current by a current signal output buffer of the current sensing unit in order to stabilize the output signal of the second bandpass filter.
이와 같은 본 발명에 의하면, 플라즈마 토치에서 발생한 전기 아크에 의해 토치를 통해 흐르는 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하는 과정에서 음극 표면에 발생하는 침식 및 열 손상에 의한 음극의 마모 또는 변형 상태를 감지함으로써, 마모 또는 변형된 음극을 신속하게 교체할 수 있고, 과도하게 마모 또는 변형된 토치의 사용을 방지하여 반도체 공정을 원활하게 운영할 수 있도록 하는 장점이 있다.According to the present invention, by detecting the wear or deformation state of the cathode due to erosion and thermal damage occurring on the cathode surface in the process of generating plasma by ionizing the gas flowing through the torch by the electric arc generated in the plasma torch, There are advantages in that a worn or deformed cathode can be quickly replaced, and a semiconductor process can be smoothly operated by preventing the use of an excessively worn or deformed torch.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 장치의 내부 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 없는 상태 1의 전압과 전류 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 없는 상태 1의 전압 파형 주기를 나타낸 도면이다.
도 6은 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 있는 상태 2의 전압과 전류 파형을 나타낸 도면이다.
도 7은 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 있는 상태 2의 전압 파형 주기 변화를 나타낸 도면이다.
도 8은 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 있는 상태 3의 전압과 전류 파형을 나타낸 도면이다.
도 9는 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 있는 상태 3의 전압 파형 주기 변화를 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a plasma torch state sensing device according to the present invention.
2 is a diagram schematically showing the internal system configuration of the plasma torch state sensing device according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating an execution process of a plasma torch state detection method according to the present invention.
4 is a diagram illustrating voltage and current waveforms in a
5 is a diagram illustrating a voltage waveform period in a
6 is a diagram illustrating voltage and current waveforms in state 2 with torch wear and deformation after the plasma torch is ignited.
7 is a view showing the change in the voltage waveform period of the state 2 with torch wear and deformation after completion of ignition of the plasma torch.
8 is a diagram illustrating voltage and current waveforms in state 3 with torch wear and deformation after completion of ignition of the plasma torch.
9 is a view showing the change in the voltage waveform period of the state 3 with torch wear and deformation after completion of ignition of the plasma torch.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, “module”, and “device” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware or software or a combination of hardware and software. can be implemented as
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 장치를 나타낸 것으로서, 도 1은 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 내부 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 and 2 show a plasma torch state sensing device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration, and FIG. 2 is a diagram schematically showing an internal system configuration.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 장치(100)는, 플라즈마를 생성하는 플라즈마 토치(140)와, 플라즈마 토치(140)에 직류전원을 공급하는 플라즈마 직류전원 공급장치(150) 사이에 위치되어 플라즈마 토치(140)의 음극(캐소드 전극(140c))의 마모나 변형 상태를 감지하는 장치로서, 전압 감지부 (110), 전류 감지부(120) 및 비교/분석부(130)를 포함하여 구성된다.1 and 2 , the plasma torch
전압 감지부(110)는 상기 플라즈마 직류전원 공급장치(150)로부터 상기 플라즈마 토치(140)에 인가되는 직류 전압을 감지한다. 여기서, 이와 같은 전압 감지부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 토치(140)의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 센서(111)와; 상기 전압 센서(111)에 의해 감지된 전압 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 제1 대역 통과 필터(112); 및 제1 대역 통과 필터(112)의 출력신호를 안정화하기 위한 전압 증폭기로서의 역할을 하는 전압신호 출력 버퍼(113)를 포함하여 구성될 수 있다.The
전류 감지부(120)는 상기 플라즈마 직류전원 공급장치(150)로부터 상기 플라즈마 토치(140)로 직류 전압이 인가됨에 따라 상기 플라즈마 토치(140)에 흐르는 전류를 감지한다. 이와 같은 전류 감지부(120)는 상기 플라즈마 토치(140)로 유입 또는 플라즈마 토치(140)로부터 유출되는 전류를 감지하는 전류 센서(121)와; 상기 전류 센서(121)에 의해 감지된 전류 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 제2 대역 통과 필터(122); 및 제2 대역 통과 필터(122)의 출력신호를 안정화하기 위한 전류 증폭기로서의 역할을 하는 전류신호 출력 버퍼(123)를 포함하여 구성될 수 있다.The
이때, 상기 전류 센서(121)는 상기 플라즈마 토치(140)로 유입되는 전류를 감지하기 위해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치(150)와 상기 플라즈마 토치(140)의 애노드 전극(140a) 사이에 연결되거나, 상기 플라즈마 토치(140)에서 유출되는 전류를 감지하기 위해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치(150)와 상기 플라즈마 토치(140)의 캐소드 전극(140c) 사이에 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 전류 센서(121)가 플라즈마 직류전원 공급장치(150)와 플라즈마 토치(140)의 캐소드 전극 (140c) 사이에 연결된 경우를 예시한다.At this time, the
비교/분석부(130)는 상기 전압 감지부(110)와 전류 감지부(120)에 의해 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt) 및 전류값(It)을 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1) 및 전류값(It-1)과 각각 비교/분석하여 전압값 또는 전류값의 변화를 검출하고, 특정 시점(t)의 전후에서 감지된 최대 전압, 전류 값과 연속해서 감지된 최대 전압, 전류 값의 시차에서 리스트라이크 주기(Tt)를 계산하고, 특정 시점 이전의 시점(t-1)의 전후에서 감지된 최대 전압, 전류 값과 연속해서 감지된 최대 전압, 전류 값의 시차에서 리스트라이크 주기(Tt-1)를 계산하여 플라즈마 토치(140)의 음극(캐소드 전극(140c))의 마모나 변형 상태를 감지한다. 이와 같은 비교/분석부(130)는, 상기 전압신호 출력 버퍼(113) 및 전류신호 출력 버퍼(123)로부터의 출력 신호(아날로그 신호)를 각각 입력받아 디지털 데이터로 각각 변환하는 A/D 컨버터(131)와; A/D 컨버터(131)에 의해 디지털 데이터로 각각 변환된 전압값 및 전류값을 입력받아 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt) 및 전류값(It)을 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1) 및 전류값(It-1)과 각각 비교/분석하여 전압값 또는 전류값의 변화를 검출함으로써 플라즈마 토치의 음극의 마모나 변형 상태를 감지하는 마이크로컨트롤러(132); 및 마이크로컨트롤러(132)에 의해 감지된 정보를 반도체 제조 공정 중에 발생하는 각종 가스(예를 들면, 독성 가스, 산성 가스, 가연성 가스, 환경 유해가스)를 정제하여 배출하는 가스 스크러버의 중앙제어부(160)로 전송하는 정보 송/수신부(133)를 포함하여 구성될 수 있다. The comparison/analysis unit 130 compares the voltage value (V t ) and the current value (I t ) respectively sensed at a specific time point (t) by the
그러면, 이하에서는 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 장치를 기반으로 한 플라즈마 토치 상태 감지 방법에 대하여 설명해 보기로 한다.Then, a plasma torch state sensing method based on the plasma torch state sensing apparatus according to the present invention having the above configuration will be described below.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an execution process of a plasma torch state detection method according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 방법은, 전술한 바와 같은 플라즈마를 생성하는 플라즈마 토치(140)와, 플라즈마 토치(140)에 직류전원을 공급하는 플라즈마 직류전원 공급장치(150) 사이에 위치되어 플라즈마 토치(140)의 음극(캐소드 전극(140c))의 마모나 변형 상태를 감지하는 장치로 전압 감지부(110), 전류 감지부(120) 및 비교/분석부(130)를 포함하는 플라즈마 토치 상태 감지 장치(100)를 기반으로 한 플라즈마 토치 상태 감지 방법으로서, 먼저 상기 전압 감지부(110)의 전압 센서(111)에 의해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치(150)로부터 상기 플라즈마 토치(140)에 인가되는 직류 전압을 감지한다(단계 S301).Referring to FIG. 3 , the plasma torch state detection method according to the present invention includes a
또한, 상기 전류 감지부(120)의 전류 센서(121)에 의해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치(150)로부터 상기 플라즈마 토치(140)로 직류 전압이 인가됨에 따라 상기 플라즈마 토치(140)에 흐르는 전류를 감지한다(단계 S302).In addition, as a DC voltage is applied from the plasma
여기서, 이상과 같이 전압 센서(111)에 의해 플라즈마 토치(140)에 인가되는 직류 전압을 감지하고, 전류 센서(121)에 의해 플라즈마 토치(140)에 흐르는 전류를 감지함에 있어서, 이 순서는 반드시 본 도 3의 흐름도에서와 같은 순서로 진행되어야 하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 전류 센서(121)에 의해 전류를 먼저 감지하고 난 후 전압 센서(111)에 의해 전압을 감지할 수도 있고, 전압 센서(111) 및 전류 센서(121)에 의해 동시에 전압과 전류를 감지할 수도 있다. Here, in detecting the DC voltage applied to the
한편, 이상과 같이 전압 센서(111) 및 전류 센서(121)에 의해 전압 및 전류가 각각 감지되면, 그 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)에 의해 각각 감지된 전압 신호 및 전류 신호(아날로그 신호)를 상기 비교/분석부(130)의 A/D 컨버터(131)에 의해 수신하여 디지털 데이터로 각각 변환한다(단계 S303).On the other hand, when the voltage and current are respectively sensed by the
그리고 상기 비교/분석부(130)의 마이크로컨트롤러(132)에 의해 상기 A/D 컨버터(131)에 의해 디지털 데이터로 각각 변환된 전압값 및 전류값을 수신한다(단계 S304).Then, the voltage value and the current value converted into digital data by the A/
그런 후, 그 수신한 전압값 및 전류값을 바탕으로 상기 마이크로컨트롤러 (132)에 의해 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt) 및 전류값(It)을 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1) 및 전류값(It-1)과 각각 비교/분석한다(단계 S305).Then, based on the received voltage value and current value, the voltage value (V t ) and the current value (I t ) respectively sensed at a specific time point (t) by the
그런 다음, 상기 비교/분석부(130)의 정보 송/수신부(133)에 의해 상기 비교/분석에 의해 얻어진 전압값 또는 전류값의 변화 상태 결과를 반도체 제조 공정 중에 발생하는 각종 가스(예를 들면, 독성 가스, 산성 가스, 가연성 가스, 환경 유해가스)를 정제하여 배출하는 가스 스크러버의 중앙제어부(160)(도 1 참조)로 전송한다(단계 S306).Then, by the information transmitting/receiving
이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 상기 단계 S301에서 상기 전압 감지부(110)의 제1 대역통과 필터(112)에 의해 상기 전압 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In a series of processes as described above, in step S301, a signal of a frequency band preset to the voltage signal is passed by the
이때, 상기 제1 대역 통과 필터(112)의 출력신호를 안정화하기 위해 상기 전압 감지부(110)의 전압신호 출력 버퍼(113)에 의해 전압을 증폭하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, the method may further include amplifying and outputting a voltage by the voltage
또한, 상기 단계 S302에서 상기 전류 감지부(120)의 제2 대역통과 필터(122)에 의해 상기 전류 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in the step S302, a signal of a frequency band preset to the current signal is passed by the
이때, 상기 제2 대역통과 필터(122)의 출력신호를 안정화하기 위해 상기 전류 감지부(120)의 전류신호 출력 버퍼(123)에 의해 전류를 증폭하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, the method may further include amplifying and outputting the current by the current
한편, 이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 상기 단계 S305에서의 마이크로컨트롤러(132)에 의한 전압값 및 전류값 비교/분석과 관련하여 부연 설명해 보기로 한다.Meanwhile, in the above series of processes, the voltage value and current value comparison/analysis by the
도 4는 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 없는 상태 1의 전압과 전류 파형을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating voltage and current waveforms in a
도 4를 참조하면, 플라즈마 토치(140)는 t 시점에서 점화 완료 상태이며, 임의의 시점 t+n에서 A/D 컨버터(131)에 의해 수신한 토치의 전압 신호를 V1, 전류 신호를 I1이라 하고, n 기간 경과 후의 A/D 컨버터(131)에 의해 수신한 토치의 전압 신호를 V2, 전류 신호를 I2라 하면, 플라즈마 토치(140)의 음극(캐소드 전극 (140c))의 마모, 변형이 없을 경우, V1 = V2이고 I1 = I2 이다. 이와 같이, 플라즈마 토치(140)가 점화 완료 이후, 토치의 마모, 변형의 상태 변화가 없기 때문에 전압, 전류 파형이 일정함을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , the
도 5는 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 없는 상태 1의 전압 파형 주기를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a voltage waveform period in a
도 5를 참조하면, 시점 t+2n을 중심으로 하여 기간 k 이전의 전압신호 파형에서 주기 t1 = (t+2n-k) - (t+2n-2k)이고, 기간 k 이후의 전압신호 파형에서 주기 t2 = (t+2n+2k) - (t+2n+k)이다. 전압신호 파형의 주기 t1 = t2이고 주파수 F1 = F2 이다. 따라서 시점 t+2n 전, 후로 플라즈마 토치(140)는 마모, 변형이 없는 상태로 볼 수 있다. 이와 같이, 플라즈마 토치(140)가 점화 완료 이후, 토치의 마모, 변형의 상태 변화가 없기 때문에 플라즈마 토치 특성인 리스트라이크(restrike) 반응 주기가 일정하게 나타나고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the period t1 = (t+2n-k) - (t+2n-2k) in the voltage signal waveform before the period k with the time point t+2n as the center, and in the voltage signal waveform after the period k Period t2 = (t+2n+2k) - (t+2n+k). The period t1 = t2 of the voltage signal waveform and the frequency F1 = F2. Therefore, before and after time t+2n, the
상기 도 4 및 도 5에서 t > 0이고, n > 0 이며, 0 < k < n 조건으로 실시간으로 플라즈마 토치(140)의 상태를 감지하는 것이 바람직하다. 4 and 5, it is preferable to sense the state of the
도 6은 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 있는 상태 2의 전압과 전류 파형을 나타낸 도면이고, 도 7은 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 있는 상태 2의 전압 파형 주기 변화를 나타낸 도면이다.6 is a view showing the voltage and current waveforms of state 2 with torch wear and deformation after ignition of the plasma torch is completed, and FIG. 7 is a voltage waveform period of state 2 with torch wear and deformation after completion of ignition of the plasma torch A diagram showing the changes.
도 6을 참조하면, 플라즈마 토치는 t 시점에서 점화 완료 상태이며, 임의의 시점 t+n에서 A/D 컨버터(131)에 의해 수신한 토치의 전압 신호를 V1, 전류 신호를 I1라 하고, n 기간 경과 후의 A/D 컨버터(131)로부터 수신한 토치의 전압 신호를 V3, 전류 신호를 I3라 하면, 플라즈마 토치(140)의 음극(캐소드 전극 (140c))의 마모, 변형이 있는 경우, V1 ≠ V3이고 I1 ≠ I3이다. 이와 같이, 플라즈마 토치(140)가 점화 완료 이후 토치 마모, 변형의 상태 변화가 있음으로 인해 전압이 증가되고, 전류는 감소하는 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6 , the plasma torch is in the ignition completion state at time t, the voltage signal of the torch received by the A/
또한, 도 7에서 시점 t+2n을 중심으로 하여 기간 k 이전의 전압신호 파형에서 주기 t1 = (t+2n-k) - (t+2n-2k)이고, 기간 m 이후의 전압 신호 파형에서 주기 t2 = (t+2n+2m) - (t+2n+m) 이다. 전압 신호 파형의 주기 t1 ≠ t3 이고, 주파수 F1 ≠ F3 이다. 따라서, 시점 t+2n을 전, 후로 플라즈마 토치(140)는 마모, 변형에 의해서 캐소드 전극(140c)과 애노드 전극(140a)의 이격거리가 증가된 상태로 볼 수 있다. 이와 같이, 플라즈마 토치(140)가 점화 완료 이후 토치 마모, 변형의 상태 변화에 의해 플라즈마 토치 특성인 리스트라이크 반응 주기가 변화되어 주기가 길어진 것을 알 수 있다.Further, in Fig. 7, with the time point t+2n as the center, the period t1 = (t+2n-k) - (t+2n-2k) in the voltage signal waveform before the period k, and the period in the voltage signal waveform after the period m t2 = (t+2n+2m) - (t+2n+m) . The period t1 ≠ t3 of the voltage signal waveform, and the frequency F1 ≠ F3. Therefore, before and after time t+2n, the
도 6 및 도 7에서 t > 0이고, n > 0 이며, 0 < k < n 이고, 0 < m < n 조건으로 실시간으로 플라즈마 토치(140)의 상태를 감지하는 것이 바람직하다.In FIGS. 6 and 7 , it is preferable to sense the state of the
한편, 도 8은 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 있는 상태 3의 전압과 전류 파형을 나타낸 도면이고, 도 9는 플라즈마 토치의 점화 완료 후, 토치 마모, 변형이 있는 상태 3의 전압 파형 주기 변화를 나타낸 도면이다.On the other hand, FIG. 8 is a diagram showing the voltage and current waveforms of the state 3 with torch wear and deformation after the ignition of the plasma torch is completed, and FIG. 9 is the voltage of the state 3 with the torch wear and deformation after the ignition of the plasma torch is completed. It is a diagram showing the change of the waveform period.
도 8을 참조하면, 플라즈마 토치(140)는 t 시점에서 점화 완료 상태이며, 임의의 시점 t+n에서 A/D 컨버터(131)에 의해 수신한 토치의 전압 신호를 V1, 전류 신호를 I1라 하고, n 기간 경과 후의 A/D 컨버터(131)로부터 수신한 토치의 전압 신호를 V4, 전류 신호를 I4라 하면, 플라즈마 토치(140)의 음극(캐소드 전극(140c))의 마모, 변형이 있는 경우, V1 ≠ V4이고, I1 ≠ I4이다. 이와 같이, 플라즈마 토치(140)가 점화 완료 이후 토치 마모, 변형의 상태에 변화가 있음에 의해 전압은 감소되고, 전류는 증가함을 알 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
또한, 도 9에서 시점 t+2n을 중심으로 하여 기간 k 이전의 전압 신호 파형에서 주기 t1 = (t+2n-k) - (t+2n-2k)이고, 기간 p 이후의 전압 신호 파형에서 주기 t4 = (t+2n+2p) - (t+2n+p)이다. 전압 신호 파형의 주기 t1 ≠ t4이고, 주파수 F1 ≠ F4이다. 따라서, 시점 t+2n을 전, 후로 플라즈마 토치(140)는 마모, 변형에 의해서 캐소드 전극(140c)과 애노드 전극(140a)의 이격거리가 감소된 상태로 볼 수 있다. 이와 같이, 플라즈마 토치(140)가 점화 완료 이후 토치 마모, 변형의 상태 변화에 의해 플라즈마 토치 특성인 리스트라이크 반응 주기가 변화되어 주기가 짧아진 것을 알 수 있다.Further, in Fig. 9, with the time point t+2n as the center, the period t1 = (t+2n-k) - (t+2n-2k) in the voltage signal waveform before the period k, and the period in the voltage signal waveform after the period p t4 = (t+2n+2p) - (t+2n+p). The period t1 ≠ t4 of the voltage signal waveform, and the frequency F1 ≠ F4. Therefore, before and after time t+2n, the
도 8 및 도 9에서 t > 0이고, n > 0 이며, 0 < k < n 이고, 0 < p < n 조건으로 실시간으로 플라즈마 토치(140)의 상태를 감지하는 것이 바람직하다.In FIGS. 8 and 9 , it is preferable to sense the state of the
또한 도 7과 도 9에서 플라즈마 토치 고유의 특성 중 리스트라이크 (restrike) 현상에 의해 전압의 증가, 감소의 주기가 변동되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 리스트라이크 현상은 직류전원을 이용한 아크 플라즈마에서 나타나는 대표적인 특성이다. 리스트라이크 현상은 전극 최단거리에서 발생한 아크가 플라즈마 가스에 의해 전극표면을 따라 이동하여 아크 길이가 길어지고, 그 결과 플라즈마 전압이 상승하게 된다. 하지만 길어진 아크는 높은 저항에 의해 소멸하며, 다시 전극 최단 거리에서 아크가 생성되고, 이러한 현상이 반복적으로 나타나는 현상을 리스트라이크 현상이라 한다. 본 발명에서 이러한 리스트라이크 현상으로 플라즈마 토치(140)의 전압이 저전압에서 고전압으로 증가하였다가 플라즈마 소멸과 동시에 전압이 다시 최소값으로 급격히 낮아지는 현상의 주기를 측정 및 비교/분석하여 플라즈마 토치(140)의 음극의 마모, 변형 상태를 감지할 수 있다.In addition, it can be seen from FIGS. 7 and 9 that the cycle of increasing and decreasing the voltage is varied due to a restrike phenomenon among the inherent characteristics of the plasma torch. Here, the restrike phenomenon is a representative characteristic appearing in arc plasma using DC power. In the restrike phenomenon, the arc generated at the shortest distance from the electrode moves along the electrode surface by the plasma gas, and the arc length increases, and as a result, the plasma voltage rises. However, the longer arc is extinguished by high resistance, and an arc is generated again at the shortest distance between the electrodes, and this phenomenon is called a restrike phenomenon. In the present invention, the voltage of the
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 토치 상태 감지 장치 및 방법은 플라즈마 토치에서 발생한 전기 아크에 의해 토치를 통해 흐르는 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하는 과정에서 음극 표면에 발생하는 침식 및 열 손상에 의한 음극의 마모 또는 변형 상태를 감지함으로써, 마모 또는 변형된 음극을 신속하게 교체할 수 있고, 과도하게 마모 또는 변형된 토치의 사용을 방지하여 반도체 공정을 원활하게 운영할 수 있도록 하는 장점이 있다.As described above, the plasma torch state sensing apparatus and method according to the present invention ionize the gas flowing through the torch by the electric arc generated in the plasma torch to generate plasma by erosion and thermal damage occurring on the surface of the cathode. By detecting the wear or deformation state of the cathode, it is possible to quickly replace the worn or deformed cathode, and to prevent the use of an excessively worn or deformed torch, there is an advantage in that the semiconductor process can be smoothly operated.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described in detail through preferred embodiments, but the present invention is not limited thereto, and it is common in the art that various changes and applications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. self-explanatory to the technician. Therefore, the true protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: (본 발명)플라즈마 토치 상태 감지 장치
110: 전압 감지부 111: 전압 센서
112: 제1 대역 통과 필터 113: 전압신호 출력 버퍼
120: 전류 감지부 121: 전류 센서
122: 제2 대역 통과 필터 123: 전류신호 출력 버퍼
130: 비교/분석부 131: A/D 컨버터
132: 마이크로컨트롤러 133: 정보 송/수신부100: (the present invention) plasma torch state detection device
110: voltage sensing unit 111: voltage sensor
112: first band-pass filter 113: voltage signal output buffer
120: current sensing unit 121: current sensor
122: second band pass filter 123: current signal output buffer
130: comparison / analysis unit 131: A/D converter
132: microcontroller 133: information transmitting/receiving unit
Claims (10)
상기 플라즈마 직류전원 공급장치로부터 상기 플라즈마 토치에 인가되는 직류 전압을 감지하는 전압 감지부와;
상기 플라즈마 직류전원 공급장치로부터 상기 플라즈마 토치로 직류 전압이 인가됨에 따라 상기 플라즈마 토치에 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부; 및
상기 전압 감지부와 전류 감지부에 의해 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt) 및 전류값(It)을 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1) 및 전류값(It-1)과 각각 비교/분석하여 전압값 또는 전류값의 변화를 검출하고,
특정 시점(t)의 전후에서 감지된 최대 전압, 전류 값과 연속해서 감지된 최대 전압, 전류 값의 시차에서 리스트라이크 주기(Tt)를 계산하고, 특정 시점 이전의 시점(t-1)의 전후에서 감지된 최대 전압, 전류 값과 연속해서 감지된 최대 전압, 전류 값의 시차에서 리스트라이크 주기(Tt-1)를 계산하여 플라즈마 토치의 음극의 마모나 변형 상태를 감지하는 비교/분석부를 포함하며,
상기 비교/분석부는 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt), 전류값(It) 및 리스트라이크 주기(Tt)를 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1), 전류값(It-1) 및 리스트라이크 주기(Tt-1)와 각각 비교/분석하여 전압값, 전류값 및 리스트라이크 주기의 변화를 검출함으로써 플라즈마 토치의 음극의 마모나 변형 상태를 감지함에 있어서,
상기 특정 시점(t)에 감지된 전압값(Vt), 전류값(It) 및 리스트라이크 주기(Tt)가 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 감지된 전압값(Vt-1), 전류값(It-1) 및 리스트라이크 주기(Tt-1)와 각각 같을 경우(Vt = Vt-1, It = It-1, Tt = Tt-1), 플라즈마 토치의 음극(캐소드 전극)의 마모나 변형이 없는 것으로 판정하고,
상기 특정 시점(t)에 감지된 전압값(Vt), 전류값(It) 및 리스트라이크 주기(Tt)가 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 감지된 전압값(Vt-1), 전류값(It-1) 및 리스트라이크 주기(Tt-1)와 각각 다를 경우(Vt ≠ Vt-1, It ≠ It-1, Tt ≠ Tt-1), 플라즈마 토치의 음극(캐소드 전극)의 마모나 변형이 있는 것으로 판정하되,
특정 시점(t)에 감지된 전압값(Vt)이 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 감지된 전압값(Vt-1)보다 크고, 특정 시점(t)에 감지된 전류값(It)이 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 감지된 전류값(It-1)보다 작고, 특정 시점(t)에 감지된 리스트라이크 주기(Tt)가 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 감지된 리스트라이크 주기(Tt-1)보다 클 경우(Vt > Vt-1, It < It-1, Tt > Tt-1)에는, 플라즈마 토치의 캐소드 전극과 애노드 전극의 이격 거리가 증가된 것으로 판정하고,
특정 시점(t)에 감지된 전압값(Vt)이 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 감지된 전압값(Vt-1)보다 작고, 특정 시점(t)에 감지된 전류값(It)이 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 감지된 전류값(It-1)보다 크고, 특정 시점(t)에 감지된 리스트라이크 주기(Tt)가 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 감지된 리스트라이크 주기(Tt-1)보다 작을 경우 경우(Vt <Vt-1, It >It-1, Tt < Tt-1)에는, 플라즈마 토치의 캐소드 전극과 애노드 전극의 이격 거리가 감소된 것으로 판정하는 플라즈마 토치 상태 감지 장치.
A device positioned between a plasma torch generating plasma and a plasma DC power supply supplying DC power to the plasma torch to detect abrasion or deformation of the cathode of the plasma torch,
a voltage sensing unit sensing a DC voltage applied to the plasma torch from the plasma DC power supply;
a current sensing unit sensing a current flowing through the plasma torch as a DC voltage is applied from the plasma DC power supply to the plasma torch; and
A voltage value (V t ) and a current value (I t ) respectively sensed at a specific time point (t) by the voltage sensing unit and the current sensing unit at a time point (t-1) before the specific time point ( V t-1 ) and current value (I t-1 ) by comparing / analyzing respectively to detect a change in voltage value or current value,
The re-strike period (T t ) is calculated from the time difference between the maximum voltage and current values detected before and after a specific time point (t) and the maximum voltage and current values continuously detected, and the A comparison/analysis unit that detects abrasion or deformation of the cathode of the plasma torch by calculating the re -strike period (T t-1 ) from the difference between the maximum voltage and current values detected before and after and the maximum voltage and current values detected continuously includes,
The comparison/analysis unit calculates the voltage value (V t ), the current value (I t ), and the re-strike period (T t ) respectively sensed at a specific time point (t) at a time point (t-1) before the specific time point (t-1). By comparing / analyzing the voltage value (V t-1 ), the current value (I t-1 ), and the re -strike period (T t-1 ), respectively, the change of the voltage value, the current value, and the re-strike period is detected. In detecting the wear or deformation state of the cathode,
The voltage value (V t ), the current value (I t ), and the re-strike period (T t ) sensed at the specific time point (t) are the voltage values (V t− 1 ), when the current value (I t-1 ) and the retry period (T t-1 ) are the same as each (V t = V t-1 , I t = I t-1, T t = T t-1 ) , it is determined that there is no wear or deformation of the cathode (cathode electrode) of the plasma torch,
The voltage value (V t ), the current value (I t ), and the re-strike period (T t ) sensed at the specific time point (t) are the voltage values (V t− 1 ), when the current value (I t-1 ) and the retry period (T t-1 ) are different from each other (V t ≠ V t-1 , I t ≠ I t-1, T t ≠ T t-1 ) , It is determined that there is wear or deformation of the cathode (cathode electrode) of the plasma torch,
The voltage value (V t ) sensed at a specific time point (t) is greater than the voltage value (V t-1 ) sensed at a time point (t-1) before the specific time point (t), and the current value detected at a specific time point (t) ( I t ) is less than the current value (I t-1 ) sensed at the time point t-1 before the specific time point, and the re-strike period (T t ) detected at the specific time point t is the time point before the specific time point ( When the restrike period (T t-1 ) detected at t-1) is greater (V t > V t-1 , I t < I t-1 , T t > T t-1 ), the cathode of the plasma torch It is determined that the separation distance between the electrode and the anode electrode is increased,
The voltage value (V t ) sensed at a specific time point (t) is smaller than the voltage value (V t-1 ) sensed at a time point (t-1) before the specific time point (t), and the current value detected at a specific time point (t) ( I t ) is greater than the current value (I t-1 ) sensed at the time point (t-1) before the specific time point , and the re-strike period (T t ) detected at the specific time point (t) is the time point before the specific time point ( When it is smaller than the detected restrike period (T t-1 ) at t-1) (V t <V t-1 , I t >I t-1 , T t < T t-1 ), the plasma torch A plasma torch state sensing device for determining that the separation distance between the cathode electrode and the anode electrode is reduced.
상기 전압 감지부는,
상기 플라즈마 토치의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 센서와;
상기 전압 센서에 의해 감지된 전압 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 제1 대역 통과 필터; 및
상기 제1 대역 통과 필터의 출력신호를 안정화하기 위한 전압 증폭기로서의 역할을 하는 전압신호 출력 버퍼를 포함하여 구성된 플라즈마 토치 상태 감지 장치.
According to claim 1,
The voltage sensing unit,
a voltage sensor sensing a voltage applied to both ends of the plasma torch;
a first band-pass filter for passing signals of a preset frequency band to the voltage signal sensed by the voltage sensor and attenuating signals of other frequency bands; and
and a voltage signal output buffer serving as a voltage amplifier for stabilizing an output signal of the first bandpass filter.
상기 전류 감지부는,
상기 플라즈마 토치로 유입 또는 플라즈마 토치로부터 유출되는 전류를 감지하는 전류 센서와;
상기 전류 센서에 의해 감지된 전류 신호에 미리 설정된 주파수 대역의 신호는 통과시키고 그 이외의 주파수 대역의 신호는 감쇠시키는 제2 대역 통과 필터; 및
상기 제2 대역 통과 필터의 출력신호를 안정화하기 위한 전류 증폭기로서의 역할을 하는 전류신호 출력 버퍼를 포함하여 구성된 플라즈마 토치 상태 감지 장치.
3. The method of claim 2,
The current sensing unit,
a current sensor for sensing a current flowing into or flowing out of the plasma torch;
a second band-pass filter for passing signals of a preset frequency band to the current signal sensed by the current sensor and attenuating signals of other frequency bands; and
and a current signal output buffer serving as a current amplifier for stabilizing an output signal of the second bandpass filter.
상기 전류 센서는 상기 플라즈마 토치로 유입되는 전류를 감지하기 위해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치와 상기 플라즈마 토치의 애노드 전극 사이에 연결되거나, 상기 플라즈마 토치에서 유출되는 전류를 감지하기 위해 상기 플라즈마 직류전원 공급장치와 상기 플라즈마 토치의 캐소드 전극 사이에 연결되는 플라즈마 토치 상태 감지 장치.
4. The method of claim 3,
The current sensor is connected between the plasma DC power supply device and the anode electrode of the plasma torch to sense the current flowing into the plasma torch, or the plasma DC power supply device and the plasma DC power supply device to detect the current flowing out of the plasma torch A plasma torch state sensing device connected between the cathode electrode of the plasma torch.
상기 비교/분석부는,
상기 전압신호 출력 버퍼 및 전류신호 출력 버퍼로부터의 출력 신호(아날로그 신호)를 각각 입력받아 디지털 데이터로 각각 변환하는 A/D 컨버터와;
상기 A/D 컨버터에 의해 디지털 데이터로 각각 변환된 전압값 및 전류값을 입력받아 특정 시점(t)에 각각 감지된 전압값(Vt) 및 전류값(It)을 특정 시점 이전의 시점(t-1)에 각각 감지된 전압값(Vt-1) 및 전류값(It-1)과 각각 비교/분석하여 전압값 또는 전류값의 변화를 검출함으로써 플라즈마 토치의 음극의 마모나 변형 상태를 감지하는 마이크로컨트롤러; 및
상기 마이크로컨트롤러에 의해 감지된 정보를 반도체 제조 공정 중에 발생하는 각종 가스를 정제하여 배출하는 가스 스크러버의 중앙제어부로 전송하는 정보 송/수신부를 포함하여 구성된 플라즈마 토치 상태 감지 장치.4. The method of claim 3,
The comparison / analysis unit,
an A/D converter that receives output signals (analog signals) from the voltage signal output buffer and the current signal output buffer, respectively, and converts them into digital data;
The voltage value and current value respectively converted into digital data by the A/D converter are received, respectively, the voltage value (V t ) and the current value (I t ) sensed at a specific time point (t) are displayed at a point before the specific time point ( The state of wear or deformation of the cathode of the plasma torch by comparing/analyzing the voltage value (V t-1 ) and the current value (I t-1 ) respectively sensed at t-1) and detecting a change in the voltage value or current value a microcontroller that detects; and
Plasma torch state sensing device configured to include an information transmitting/receiving unit for transmitting the information sensed by the microcontroller to a central control unit of a gas scrubber that purifies and discharges various gases generated during the semiconductor manufacturing process.
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KR1020200187158A KR102313611B1 (en) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | Apparatus and method for sensing the state of plasma torch |
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
JP2001084904A (en) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Dainippon Printing Co Ltd | Electrode inspection device and method of electrode inspection |
KR20110019721A (en) | 2009-08-20 | 2011-02-28 | 더 에삽 그룹 인코포레이티드 | Plasma torch with electrode wear detection system |
JP2016170897A (en) * | 2015-03-11 | 2016-09-23 | 新日鐵住金株式会社 | Plasma torch state monitoring method and plasma torch state monitoring system |
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- 2020-12-30 KR KR1020200187158A patent/KR102313611B1/en active IP Right Grant
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