KR200485291Y1 - 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 co2 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작업자가 용접작업장에서 멀리 떨어진 용접기 본체까지 가지 않고 작업장에 인접하여 설치된 와이어 송급장치를 통해 직접 용접출력전압/전류값, 크레이터 전류값/전압값 등을 제어할 수 있고, 용접작업시 용접전압 출력값이 유지될 수 있도록 하되, 통신 모듈이 포함되지 않고 기존 방식에 의해 제작된 용접장치에 적용될 수 있는 용접 특성 조절이 가능한 와이어 송급장치를 갖춘 용접장치에 관한 것이다.
본 고안에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 전원과 불순물 차단용 보호가스 공급장치가 결합된 용접기 본체와, 용접 토치 및 상기 용접기 본체와 용접 토치 사이에 위치하여 용접 토치로 용접와이어를 송급하며, 보호가스 공급을 제어하는 보호가스제어밸브와 용접기 작동 조건을 제어하기 위한 컨트롤부가 구비된 와이어 송급장치를 포함한 용접장치로서, 상기 컨트롤부는 상기 용접기 본체에서 공급된 전원이 입력되는 전원입력부가 구비되고 소정의 회로패턴이 인쇄된 기판; 상기 기판에 구비되어 상기 용접토치의 기동신호를 입력받는 토치스위치신호입력부; 상기 기판에 용접기 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받을 수 있게 설치된 메인전압/전류조정스위치; 상기 기판에 크레이터 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받을 수 있도록 설치된 크레이터전압/전류조정스위치; 상기 기판에 설치되어 용접전류값을 입력받아 검출하는 전류검출부; 상기 기판에 설치되어 용접전압값을 입력받아 검출하는 전압검출부; 사용자가 보호가스 사용여부에 따른 용접종류 또는 용접와이어의 굵기를 선택할 수 있도록 상기 기판에 장착된 용접특성선택스위치; 상기 토치스위치입력부, 메인전압/전류조정스위치, 크레이터전압/전류조절스위치, 전류검출부, 전압검출부 또는 용접특성선택스위치에 입력된 신호에 따라 용접기 동작을 제어하기 위한 용접기동제어신호, 출력전압제어신호, 모터속도제어신호, 또는 디스플레이 신호를 출력하는 제어유닛; 상기 제어유닛의 용접기동제어신호를 받아 상기 용접기 본체로 용접기동 신호를 출력하는 용접기동신호부; 상기 제어유닛의 출력전압제어신호를 받아 상기 용접기 본체로 용접전압출력값 조정신호를 보내고, 용접전압출력값이 일정한 값을 유지하도록 제어하는 전압피드백부; 상기 제어유닛의 모터속도제어신호를 받아 상기 용접기 본체로 모터속도값 조정신호를 보내고 상기 용접기 본체로부터 모터전원제어신호를 받아 와이어 송급모터에 제어전원을 출력하는 송급모터제어부; 상기 용접기 본체의 보호가스제어밸브 전원제어신호를 받아 상기 보호가스제어밸브의 구동을 위한 전원을 출력하는 보호가스제어밸브전원부; 및 상기 제어유닛의 디스플레이 신호를 받아 표출하는 디스플레이부;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO2 용접장치{A general-purpose CO2 welding apparatus with a wire feeder}

본 고안은 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작업자가 용접작업장에서 멀리 떨어진 용접기 본체까지 가지 않고 작업장에 인접하여 설치된 와이어 송급장치를 통해 직접 용접출력전압/전류값, 크레이터 전류값/전압값 등을 제어할 수 있고, 용접작업시 용접전압 출력값이 유지될 수 있도록 하되, 통신 모듈이 포함되지 않고 기존 방식에 의해 제작된 용접장치에 적용될 수 있는 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치에 관한 것이다.

용접이란 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가하여 고체 사이에 직접 결합이 되도록 접합시키는 결합방법이다. 이러한 용접은 재료에 가스, 아크, 전기, 저항열, 마찰열 등의 열원을 가하여 이루어지며, 그 중에서도 아크를 열원으로 이용하는 아크 용접은 현재 가장 널리 이용되는 용접 방식이다.

이와 같은 아크 용접시에는 보통 금속전극의 기능을 하는 와이어(wire)를 와이어 송급장치를 이용하여 용접의 대상이 되는 모재(母材)까지 송급하고, 송급된 와이어에 용접을 위한 전기가 공급되면 용접토치 선단의 노즐을 통해 이산화탄소 등과 같은 활성 가스 또는 아르곤 등과 같은 불활성 가스 등의 보호기체가 대기로부터 용접 부위를 감쌀 수 있도록 공급되면서 용접와이어가 모재와 함께 용융되는 가스 실드 아크 용접이 주로 사용되고 있다.

도 1을 참조하여 설명하면, 상기한 종래의 가스 실드 아크 용접 방식의 용접장치는 크게 용접동작을 전체적으로 제어하는 용접기 본체(1), 대기로부터 용접 부위를 보호하는 보호기체를 공급하기 위한 보호가스 공급장치(2), 작업장에 인접하여 설치되어 모재까지 용접와이어를 송급하는 와이어 송급장치(3) 및 모재에 대해 용접을 직접 수행하는 용접 토치(4)로 구성된다.

이와 같은 전원에 접속된 용접기 본체(1)에서는 용접전류가 공급되고, 보호가스 공급장치(2)에서는 예를 들어, 이산화탄소 가스가 공급된다.

한편, 와이어 송급장치(3)는 와이어를 연속 공급할 수 있도록 구성되는데, 와이어는 와이어 송급장치(3)에 설치된 스풀(Spool)에 감겨진 상태에서 송급 모터에 의해 용접토치(4)로 공급된다. 그리고 이러한 와이어 송급장치(3)는 용접작업의 편의를 위해 휴대 가능한 크기 및 중량으로 구성되어 있기 때문에 용접기 본체(1) 및 보호가스 공급장치(2)와는 적어도 수 미터 내지 수십 미터, 예를 들어 1 내지 50m 거리만큼 떨어진 상태에서 전원공급선, 제어선 및 가스공급선을 포함한 용접용 케이블로 연결된다.

용접용 케이블을 통해 공급된 전류는 와이어 송급장치(3)에 의해 송급되는 와이어로 흐르고, 가스호스로 공급된 탄산가스 등의 보호가스는 용접토치(4)에서 와이어의 주위로 분사되면서 용접이 수행된다. 이와 같이 구성된 보호가스 용접장치는 통상적으로 많이 사용되고 있으므로 구성과 작동 방법에 대한 더 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성된 용접장치는 용접용 케이블을 길게 연장하는 방법을 이용하여 용접기 본체(1)를 이동시키지 않고서도, 수십 미터 이상 떨어진 곳에서도 용접 작업이 가능하므로 크고 무거운 용접기 본체(1)를 설치하기 어려운 장소, 예를 들어 지상으로부터 높은 곳의 구조물이나 비좁은 건축물 또는 선박건조 장소 등의 작업장에서 널리 사용되고 있다.

도 2를 참조하면, 종래의 용접장치의 와이어 송급장치(3)에는 용접기 본체(1)의 1차 제어에 따라 공급된 용접전압/전류의 출력값을 세부적으로 조절할 수 있는 2차 조절부를 구비한 컨트롤부(10)가 설치되고 있다.

그러나 용접전압/전류 1차 출력값, 용접와이어 송급모터 제어전압출력값 등을 포함하여 용접 특성을 전체적으로 제어하기 위한 제어부와 1차 조절부가 용접기 본체(1)에 구비되어 있으므로 작업 상황에 따라 용접기 기동신호, 용접기 출력전압 피드백 신호, 와이어 송급모터 속도 제어신호, 보호가스밸브 제어 신호 등 용접기의 정상 작동에 필요한 신호들이 모두 용접기 본체(1)로 입력되고, 입력된 신호에 따라 용접기 본체(1)에서 출력이 발생하도록 구성된다.

이때, 용접케이블의 길이가 길어질수록 제어신호의 감쇄현상과 노이즈 증가에 따른 용접전압출력불량과 같은 문제가 발생할 수 있으며, 용접작업진행 상황에 따라 용접전류/전압값, 용접와이어 송급모터의 제어전압값, 크레이터 전류/전압 출력값 등의 1차 출력값이 조정되어야 할 경우 작업자가 용접을 하면서 용접기 본체(1)까지 빈번하게 이동해야만 하는 문제점이 있었다.

상기한 종래 장치의 문제점을 해결하기 위한 기술로서 용접기 본체(1) 및 와이어 송급장치(3)가 전력선 통신 모듈을 포함하여 용접 작업 중 작업 상황에 따라 용접전류/전압, 모터의 속도, 크레이터 전류/전압 등의 작업 조건 조정을 위해 작업자가 용접기 본체(1)까지 이동할 필요없이 작업장에 인접하여 설치된 와이어 송급장치(3)에 장착된 컨트롤부(10)를 통해 전력선 통신 제어방식으로 용접 조건을 제어할 수 있도록 구성된 대한민국 등록특허 제10-1014254호, 제10-1073745호와 같은 기술이 개발되었다.

그러나 이와 같은 전력선 통신제어방식의 용접장치는 전력선 통신을 위한 통신모듈이 용접기 본체(1)와 와이어 송급장치(3) 양측에 각각 구비되어야만 하므로 용접기 본체(1)에 전력선 통신모듈이 설치되지 않은 기존의 용접장치와는 호환이 되지 않을 뿐만 아니라 용접작업시 용접전압 출력값을 일정하게 하기 위한 구성이 구비되어 있지 않아 제어진동이 발생하게 되면서 용접품질을 관리하기가 어려운 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1014254호 대한민국 등록특허 제10-1073745호

본 고안에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 용접기 본체와 멀리 떨어진 곳에서 이루어지는 용접 작업시 작업자가 용접기 본체까지 이동하지 않고 와이어 송급장치를 통해 용접전류/전압 출력값, 용접와이어 송급모터 속도, 크레이터 전류/전압 등의 용접 특성 조건을 직접 제어할 수 있도록 구성되되 전력선 통신모듈이 포함되지 않은 종래의 용접장치에 적용될 수 있도록 하며, 용접 작업시 용접전압출력이 일정하게 유지되도록 하여 제어진동이 발생하는 것을 방지함으로써 용접 품질을 높일 수 있도록 하는 것을 주요한 과제로 한다.

본 고안에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 전원과 불순물 차단용 보호가스 공급장치가 결합된 용접기 본체와, 용접 토치 및 상기 용접기 본체와 용접 토치 사이에 위치하여 용접 토치로 용접와이어를 송급하며, 보호가스 공급을 제어하는 보호가스제어밸브와 용접기 작동 조건을 제어하기 위한 컨트롤부가 구비된 와이어 송급장치를 포함한 용접장치로서,

상기 컨트롤부는 상기 용접기 본체에서 공급된 전원이 입력되는 전원입력부가 구비되고 소정의 회로패턴이 인쇄된 기판; 상기 기판에 구비되어 상기 용접토치의 기동신호를 입력받는 토치스위치신호입력부; 상기 기판에 용접기 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받을 수 있게 설치된 메인전압/전류조정스위치; 상기 기판에 크레이터 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받을 수 있도록 설치된 크레이터전압/전류조정스위치; 상기 기판에 설치되어 용접전류값을 입력받아 검출하는 전류검출부; 상기 기판에 설치되어 용접전압값을 입력받아 검출하는 전압검출부; 사용자가 보호가스 사용여부에 따른 용접종류 또는 용접와이어의 굵기를 선택할 수 있도록 상기 기판에 장착된 용접특성선택스위치; 상기 토치스위치입력부, 메인전압/전류조정스위치, 크레이터전압/전류조절스위치, 전류검출부, 전압검출부 또는 용접특성선택스위치에 입력된 신호에 따라 용접기 동작을 제어하기 위한 용접기동제어신호, 출력전압제어신호, 모터속도제어신호, 또는 디스플레이 신호를 출력하는 제어유닛; 상기 제어유닛의 용접기동제어신호를 받아 상기 용접기 본체로 용접기동 신호를 출력하는 용접기동신호부; 상기 제어유닛의 출력전압제어신호를 받아 상기 용접기 본체로 용접전압출력값 조정신호를 보내고, 용접전압출력값이 일정한 값을 유지하도록 제어하는 전압피드백부; 상기 제어유닛의 모터속도제어신호를 받아 상기 용접기 본체로 모터속도값 조정신호를 보내고 상기 용접기 본체로부터 모터전원제어신호를 받아 와이어 송급모터에 제어전원을 출력하는 송급모터제어부; 상기 용접기 본체의 보호가스제어밸브 전원제어신호를 받아 상기 보호가스제어밸브의 구동을 위한 전원을 출력하는 보호가스제어밸브전원부; 및 상기 제어유닛의 디스플레이 신호를 받아 표출하는 디스플레이부;를 포함하고,

상기 컨트롤부를 통해 상기 와이어 송급장치에서 용접작업에 필요한 용접기 작동 조건을 직접 조절하고, 용접용 케이블의 제어선을 통해 상기 용접기 본체와 용접기 작동 조건 신호를 송수신하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용접특성선택스위치는 사용자가 가우징 용접 작업을 포함하여 선택할 수 있도록 구성되고, 상기 가우징 용접 작업이 선택되면, 상기 제어유닛은 용접기 본체에서 소정의 용접전류가 출력되도록 하기 위한 용접기동제어신호 및 출력전압제어신호를 출력하며, 상기 와이어 송급모터와 보호가스제어밸브로 전원이 출력되지 않도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어유닛은 상기 전류검출부와 전압검출부의 신호를 입력받아 아크방전에 의한 전압강하를 감지하고, 설정된 시간 동안 전압강하가 발생하지 않으면 상기 보호가스제어밸브전원부로 전원이 출력되지 않도록 밸브전원차단신호를 발생하여 보호가스 절감할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어유닛은 상기 전류검출부와 전압검출부의 신호를 입력받아 아크방전에 의한 전압강하를 감지하되, 설정된 시간 동안 전압강하가 발생하지 않으면서 상기 토치스위치신호입력부로 신호가 입력될 경우 상기 용접토치의 기동신호를 차단하여 보호가스/전원의 공급 및 와이어 송급모터의 가동을 중지시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어유닛은 상기 전류검출부에서 검출된 용접전류값이 상기 저장부에 저장된 정격전류값을 초과하는 현상이 소정의 시간을 넘어서 지속되는 것을 감지하면 전원출력차단신호를 발생하고, 상기 제어유닛의 전원출력차단신호를 받아 상기 용접기동신호부에서 용접기동 신호가 출력되는 것을 차단하는 과전류차단부가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의해 본 고안에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 용접기 본체가 설치된 곳에서 멀리 떨어진 장소에서 용접 작업이 이루어질 때 사용자가 용접기 본체까지 이동하지 않고도 와이어 송급장치를 통해 직접 용접전류/전압 출력값, 와이어 송급모터 속도, 크레이터 전류/전압값 등의 용접 특성 조건을 조절할 수 있도록 하면서도 용접기 본체와 와이어 송급장치가 종래와 같이 용접케이블로 연결되고 용접케이블의 제어선에 의해 제어신호를 송수신하면서 제어하므로 전력선 통신모듈이 포함되지 않은 종래의 용접장치에도 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 용접 작업시 용접전압 출력값을 피드백하여 설정 변경 전까지 일정하게 유지되도록 함으로써 용접 품질을 높여주는 장점이 있다.

또한, 용접 작업시 일반적으로 수백 A의 고전류를 출력하는 용접장치의 사용 중 작업자의 잘못된 조작이나 기계 오작동 등으로 인해 용접기의 정격전류값을 넘은 과전류가 발생하게 될 경우 과전류차단부의 구성을 통해 용접기 본체에서 용접전원의 출력되는 것을 차단하여 용접기 본체 및 연결 장치들과 작업자를 보호할 수 있는 장점이 있다.

또한, 전류검출부 및 전압검출부를 통해 아크방전에 의한 전압강하를 감지하고, 설정된 시간 동안 전압강하가 발생하지 않을 경우 전원과 보호가스의 공급과 와이어 송급모터의 작동을 중단시켜 전력 및 보호가스를 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 용접장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 용접장치를 개념적으로 나타낸 블록도.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치를 도시한 사시도.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치의 컨트롤부를 개념적으로 나타낸 블록도.
도 5는 본 고안의 다른 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치의 컨트롤부를 개념적으로 나타낸 블록도.

이하, 본 고안의 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 고안을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 고안의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 전원장치와 불순물 차단용 보호가스 공급장치(2)가 결합된 용접기 본체(1); 용접하고자 하는 모재에 대해 용접을 직접 수행하는 용접 토치(4); 및 용접기 본체(1)와 용접 토치(4) 사이에 위치하여 용접 토치(4)로 용접와이어를 송급하고, 용접 토치(4)를 통해 분출되는 보호가스의 공급을 제어하는 보호가스제어밸브와 용접전압/전류 출력값을 포함한 용접기 작동 조건을 제어하기 위한 컨트롤부(10)가 설치된 와이어 송급장치(3)를 포함하여 구성된다. 이때, 용접기 본체(1), 보호가스 공급장치(2), 용접토치(4) 및 와이어 송급장치(3)의 기본적인 구성은 종래의 기술에 따라 구성되고 용접기 본체(1)와 와이어 송급장치(3)는 종래와 같이 용접케이블의 제어라인에 의해 연결된 것이므로 도 1과 동일한 부호를 가지며 용접기 본체(1), 보호가스 공급장치(2), 용접토치(4) 및 와이어 송급장치(3)에 대한 자세한 설명은 생략한다.

본 고안의 일 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 와이어 송급장치(3) 일측에 구비되어 용접기의 작동을 제어하기 위한 컨트롤부(10)의 구성이 종래의 기술과 차이점이 있으며, 도 4 내지 도 5를 참조하여 설명하면 본 고안의 일 실시예에서 컨트롤부(10)는 용접기 본체(1)로부터 전원을 입력받는 전원입력부(101)가 구비된 기판(100); 용접토치(4)의 기동신호를 입력받는 토치스위치신호입력부(110); 용접기 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받는 메인전압/전류조정스위치(120); 크레이터 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받는 크레이터전압/전류조정스위치(130); 용접전류값을 입력받아 검출하는 전류검출부(140); 용접전압값을 입력받아 검출하는 전압검출부(150); 용접 종류 또는 와이어 굵기에 따른 용접장치 작동 조건을 입력받기 위한 용접특성선택스위치(160); 입력된 신호에 따라 용접장치가 작동되도록 각 구성을 제어하는 제어유닛(200); 용접기 본체(1)로 용접기동 신호를 출력하는 용접기동신호부(300); 용접전압의 출력을 제어하고, 일정하게 유지시키는 전압피드백부(400); 용접기 본체로 모터속도값 조정신호를 보내며 용접기 본체로부터 모터전원제어신호를 받아 와이어 송급모터에 제어전원을 출력하는 송급모터제어부(500); 보호가스제어밸브의 작동을 제어하기 위한 전원을 출력하는 보호가스제어밸브전원부(600); 및 디스플레이부(700);를 포함하여 구성된다.

본 고안의 일 실시예에서 컨트롤부(10)는 기판(100)을 포함하며, 기판(100)에는 용접기 본체(1)에서 공급된 전원을 입력받는 전원입력단자를 포함한 전원입력부(101)가 구비되고, 기판(100)에 장착된 각 구성들을 전기적으로 연결하도록 형성된 소정의 회로패턴이 인쇄되어 각 구성에서 발생한 신호가 전기적으로 전달될 수 있도록 구성된다.

토치스위치신호입력부(110)는 기판(100)에 구비되어 용접토치(4)의 기동신호를 입력받기 위한 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서는 입력단자를 통해 용접토치(4)에서 전달되는 기동신호를 입력받도록 형성되었으나 다른 방법에 의해서도 형성될 수 있다.

메인전압/전류조정스위치(120)는 사용자로부터 용접기 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받을 수 있게 기판(100)에 설치된 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서는 메인전압값과 메인전류값을 각각 입력받는 한 쌍의 가변저항 볼륨스위치로 구성되어 정/역방향으로 돌려 해당 수치를 조절할 수 있도록 하였으나 공지의 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다.

크레이터전압/전류조정스위치(130)는 기판(100)에 설치되어 사용자가 크레이터 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력할 수 있도록 설치된 구성으로, 용접 작업 종료시 고온에 의해 용접물의 표면이 패이는 크레이터의 발생을 방지하기 위하여 작업자가 용접작업의 마지막에 용접전류/전압의 원래 출력값보다 일정 비율로 낮은 출력값을 갖는 크레이터 전류/전압값을 조절하여 마감처리를 부드럽게 하기 위한 구성이다. 본 고안의 일 실시예에서 크레이터전압/전류조정스위치(130)는 크레이터전압값과 크레이터전류값을 각각 입력받는 한 쌍의 가변저항 볼륨스위치로 구성되어 정/역방향으로 돌려 해당 수치를 조절할 수 있도록 하였으나 공지의 다양한 입력 방식이 적용될 수 있다.

전류검출부(140)는 기판(100)에 설치되어 용접작업시의 용접전류값을 입력받아 검출하기 위한 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서는 기판(100)에 연결단자가 설치되고 연결단자에 용접케이블 출력선으로부터 용접전원출력값을 받아 홀 센서에 의한 비접촉 방식으로 용접전류를 측정하여 검출하는 전류검출모듈이 연결되도록 구성되었으나 다른 전류검출 방식에 따라 구성될 수도 있다.

전압검출부(150)는 기판(100)에 설치되어 용접작업시의 용접전압값을 입력받아 검출하기 위한 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서는 용접토치의 '+'단자와 어스의 '-'단자를 이용하여 피드백된 전압값을 입력받아 검출하도록 구성되었으나, 다른 방법을 통해서도 구성될 수 있으며, 컨버터가 더 구비될 수도 있다.

용접특성선택스위치(160)는 사용자가 보호가스 사용여부에 따른 용접종류 또는 용접와이어의 굵기를 선택할 수 있도록 기판(100)에 장착된 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서는 보호가스를 사용여부에 따른 용접특성, 1.2mm 또는 1.4mm 굵기의 와이어를 이용한 용접특성을 입력할 수 있도록 형성된 3단 토글스위치로 구성되었으나, 또다른 용접특성이나 와이어의 굵기를 더 선택할 수 있도록 다수의 푸시스위치 등으로 형성될 수도 있다.

또한, 용접특성선택스위치(160)는 보호가스 사용여부에 따라 사용자가 가우징 용접 작업을 포함하여 선택할 수 있도록 구성될 수도 있으며, 가우징 용접 작업이 선택되면, 후술할 제어유닛(200)은 용접기 본체(1)에서 소정의 용접전류가 출력되도록 하기 위한 용접기동제어신호 및 출력전압제어신호를 출력하며, 와이어 송급모터와 보호가스제어밸브로 전원이 출력되지 않도록 차단신호를 발생하도록 구성된다.

제어유닛(200)은 토치스위치입력부(110), 메인전압/전류조정스위치(120), 크레이터전압/전류조정스위치(130), 전류검출부(140), 전압검출부(150) 또는 용접특성선택스위치(160) 중 적어도 하나 이상으로부터 입력된 신호를 받아 용접기 동작을 제어하기 위한 용접기동제어신호, 출력전압제어신호, 모터속도제어신호 또는 디스플레이 신호를 출력하는 구성이다. 이때, 디스플레이 신호는 사용자가 설정한 용접전류값/용접전압값, 용접작업시 검출된 용접전류값/용접전압값, 크레이터전류값/전압값 또는 표시되는 값이 메인전류값/전압값인지 크레이터전류값/전압값인지를 나타내는 식별정보 등을 포함할 수 있다.

본 고안의 일 실시예에서 제어유닛(200)은 MCU, 인터페이스 회로를 포함하여 구성되어 기판(100)에 설치되며, 제어유닛(200)은 메인전압/전류조정스위치(120), 크레이터전압/전류조정스위치(130), 전류검출부(140), 전압검출부(150) 및 용접특성선택스위치(160)의 신호를 입력받는 신호입력부(210); 용접기의 작동을 위한 구동프로그램이 저장된 저장부(220); 신호입력부(210)의 신호에 따라 저장부(220)에 저장된 데이터와 비교연산하여 용접기 동작을 제어하기 위한 용접기동제어신호, 출력전압제어신호, 모터속도제어신호 또는 디스플레이 신호를 발생하는 제어연산부(230); 및 제어연산부(230)에서 발생한 용접기동제어신호, 출력전압제어신호, 모터속도제어신호 또는 디스플레이 신호 중 적어도 하나 이상을 출력하는 신호출력부(240);를 포함하여 구성될 수 있다.

이때 제어유닛(200)에는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 입력받기 위한 A/D컨버터 또는 디지털신호를 아날로그신호로 변환하여 출력하기 위한 D/A컨버터가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 제어유닛(200)은 사용자가 용접특성선택스위치(160)를 통해 가우징 용접 특성을 선택하였을 때 용접기 본체(1)에서 소정의 용접전류가 출력되도록 하기 위한 용접기동제어신호 및 출력전압제어신호를 출력하되 와이어 송급모터와 보호가스제어밸브로 전원이 출력되지 않도록 하기 위한 모터전원차단신호 및 밸브전원차단신호를 발생하게 된다.

그리고 제어유닛(200)은 전류검출부(140)와 전압검출부(150)의 신호를 입력받아 아크방전에 의한 전압강하를 감지하고, 저장부(220) 등에 설정된 시간 동안 전압강하가 발생하지 않을 경우 후술할 보호가스제어밸브전원부(600)로 전원이 출력되지 않도록 밸브전원차단신호를 발생하여 보호가스 절감할 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 보호가스를 절감하기 위하여 아크방전이 발생한 이후 보호가스제어밸브에 전원을 공급하여 가스를 분출시키게 되면 보호가스가 분사되기 전까지의 시간 동안에 와이어에 인가된 용접전압/전류에 의해 용접불량이 발생하는 것을 방지하면서 보호가스를 절감할 수 있도록 하기 위한 것이다.

아울러, 제어유닛(200)은 전류검출부(140)와 전압검출부(150)의 신호를 입력받아 아크방전에 의한 전압강하를 감지하되, 저장부(220) 등에 설정된 시간 동안 전압강하가 발생하지 않으면서 토치스위치신호입력부(110)로 신호가 입력될 경우 용접토치(4)의 기동신호를 차단하여 용접토치(4)로 보호가스/전원의 공급되는 것을 방지하며 와이어 송급모터의 가동을 중지시키도록 구성될 수 있다. 이는 용접토치스위치의 오동작에 의해 보호가스나 전원이 계속 공급되어 낭비되는 것을 방지하기 위한 것이면서, 작업자가 일반 탄산가스 용접모드에서 가우징 용접 등 특성이 다른 용접 작업을 수행했을 때 이를 차단하여 용접장치가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이때, 제어유닛(200)은 입력받은 전류검출부(140)와 전압검출부(150)의 신호에 따라 아크방전이 발생하는지 여부를 지속적으로 감지하는 아크방전감지부(250)를 더 포함할 수도 있다.

용접기동신호부(300)는 토치스위치신호입력부(110)의 신호입력에 따라 제어유닛(200)으로부터 발생된 용접기동제어신호를 받아 용접기 본체(1)로 용접기동 신호를 발생하는 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서는 용접기 본체(1)와 와이어 송급장치(3)를 연결하는 공지의 제어선을 통해 용접기동 신호가 전송되도록 구성되어 종래 방식에 따른 용접기와 호환성을 가질 수 있도록 하였다.

전압피드백부(400)는 전압검출부(140)를 통해 검출된 용접출력전압값과 설정전압값에 차이가 있을 경우 제어유닛(200)에서 발생한 출력전압제어신호를 받아 출력전압값을 조정하고 용접 작업 중 설정전압값이 변경되기 전까지 용접출력전압이 일정한 전압을 유지할 수 있도록 제어하기 위한 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서 전압피드백부(400)는 출력전압제어신호를 받아 와이어 송급장치(3)에 구비된 가변저항을 통해 0 내지 15V의 가변전압값 신호방식으로 용접전원출력값 조정신호를 제어선을 통해 용접기 본체(1)로 보내 가변전압값에 비례하여 출력전압값이 조정되도록 하였으나, 가변전압값의 범위 용접기 용량에 따라 변동될 수 있다.

송급모터제어부(500)는 제어유닛(200)의 모터속도제어신호를 받아 용접케이블의 제어선을 통해 용접기 본체(1)로 모터속도값 조정신호를 출력하며, 용접기 본체(1)로부터 발생된 모터전원제어신호를 받아 와이어 송급모터에 제어전원을 출력하는 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서 제어유닛(200)은 용접특성선택스위치(160)에 입력된 신호에 따라 송급모터제어에 필요한 신호를 발생하게 되므로 송급모터제어부(500)는 이에 따라 신호를 출력하거나 제어전원을 출력 또는 차단하게 된다.

예를 들면, 가우징 용접 작업시에는 제어유닛(200)이 모터전원차단신호를 출력하므로 송급모터제어부(500)는 이에 따라 와이어 송급모터에 공급되는 제어전원을 차단하게 된다. 이를 위해 송급모터제어부(500)에는 제어유닛(200)의 제어신호에 따라 작동되는 릴레이 등을 포함한 모터전원차단수단(510)을 구비할 수 있다.

또한, 와이어 굵기에 따라 와이의 송급모터의 속도가 조절되어야 하므로 제어유닛(200)에서 와이어 크기에 따라 발생된 모터속도제어신호를 받아 용접기 본체(1)로 전송하게 된다.

보호가스제어밸브전원부(600)는 용접기 본체(1)의 보호가스제어밸브 전원제어신호를 받아 보호가스제어밸브의 개폐 구동을 위한 전원을 출력하는 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서 보호가스제어밸브전원부(600)는 보호가스제어밸브와 연결되어 전원을 출력하는 출력단자를 포함하며, 출력단자를 통해 출력된 전원신호에 따라 솔레노이드 밸브로 구성된 보호가스제어밸브가 개폐되도록 하였다.

또한, 보호가스제어밸브전원부(600)는 용접특성선택스위치(160)의 입력에 따라 제어유닛(200)에서 발생된 밸브전원차단신호에 따라 보호가스제어밸브로 공급되는 전원을 차단하기 위해 릴레이 등을 포함한 밸브전원차단수단(610)을 더 구비할 수 있다.

디스플레이부(700)는 제어유닛(200)에서 출력된 디스플레이 신호를 받아 사용자가 설정한 전류값/전압값, 용접작업시 검출된 용접전류값/전압값 또는 크레이터 용접시의 크레이터 전류값/전압값 등을 표시하기 위한 구성으로, 본 고안의 일 실시예에서는 가변숫자표시 (Flexible Numeric Display) 방식으로 구성되었으나, 제어유닛(200)에서 출력된 신호를 받아 LCD에 표시하는 방식으로도 구성될 수 있다.

또한, 본 고안의 일 실시예에서 디스플레이부(700)에는 작업자가 디스플레이중인 수치가 용접전류값/전압값인지 크레이터 전류값/전압값인지를 식별할 수 있도록 하기 위한 식별LED부(710)를 더 구비하였으나 모든 수치가 함께 디스플레이되도록 구성될 수도 있다.

그리고 본 고안의 바람직한 실시예에서 기판(100)에는 컨트롤부(10)를 구성하는 구성요소들의 기동에 필요한 데이터를 입력받는 데이터입력부(800)가 일측에 더 구비되어 사용자가 필요에 따라 컨트롤부(10)와 PC 등의 외부장치를 연결하여 제어유닛(200)에 포함된 구동 프로그램의 설치 또는 변경 등을 할 수 있도록 구성된다. 이때, 데이터입력부(800)는 공지의 직렬 케이블 연결 방식인 RS-232포트방식, USB메모리를 이용할 수 있도록 형성된 USB포트방식 또는 근거리 무선통신으로 기기들을 연결하기 위한 블루투스 모듈 방식을 포함한 공지의 여러가지 연결방식에 의해 형성될 수 있다.

한편, 본 고안의 일 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 컨트롤부(10)를 통해 와이어 송급장치(3)에서 용접작업에 필요한 용접기 작동 조건을 직접 조절하되, 상기한 바와 같이 모든 용접기의 작동 조건 신호를 용접용 케이블의 제어선을 통해 용접기 본체(1)와 송수신하도록 구성된다. 이에 따라 전력선 통신 모듈이 장착되지 않고 생산된 종래의 용접장치에 적용할 수 있게 된다.

상기한 구성에 따른 본 고안의 일 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치의 작동 과정 및 작용 효과를 정리하면 다음과 같다.

먼저, 사용자는 용접기 본체(1)와 와이어 송급장치(3) 및 용접토치(4)를 작업 조건에 맞도록 용접케이블을 통해 연결하고, 용접 작업이 이루어질 수 있도록 용접전원선, 접지선 등을 설치한 후 용접기를 구동시킨다.

용접기가 구동되어 용접기 본체(1)로부터 전원이 공급되면 송급장치의 컨트롤부(10)가 작동되어 제어유닛의 저장부(220)에 저장된 구동프로그램을 실행하고 디스플레이부(700)를 통해 용접장치가 구동되고 있음을 표출하게 된다.

사용자가 용접작업을 시작하기 위해 용접토치의 스위치를 기동시키면 토치스위치신호입력부(110)를 통해 용접토치 스위치의 기동신호가 입력되고, 제어유닛(200)은 토치스위치신호입력부(110)의 신호를 입력받아 용접기동제어신호를 발생시킨다. 이때, 용접기동신호부(300)는 용접기동제어신호를 받아 용접기동 신호를 용접기 본체(1)로 보내게 되며, 보호가스제어밸브전원부(600)는 용접기 본체(1)에서 보호가스제어밸브 전원제어신호를 받아 보호가스제어밸브를 구동시키기 위한 보호가스밸브제어전원를 출력한다.

이후, 용접기동 신호가 발생되면 용접와이어 송급모터가 구동 프로그램에 따라 기본 속도로 작동되고, 용접이 시작되면 제어유닛(200)은 용접특성선택스위치(160)를 통해 입력된 특성에 따라 와이어 송급모터의 속도가 일정하게 유지되도록 모터속도제어신호를 발생한다.

또한, 제어유닛(200)은 전압검출부(150)를 통해 측정된 용접전압값을 입력받아 설정전압값과 비교하여 전압피드백부(400)를 통해 용접전압값이 설정전압값보다 높으면 출력전압값을 낮추고 용접전압값이 설정전압값보다 낮으면 출력전압값을 높이게 되며, 용접 작업 중 설정 변경 전까지 용접출력전압값이 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

이와 같은 기본적인 작동 외에 용접 작업 조건에 따라 사용자는 용접특성선택스위치(160)를 통해 보호가스 사용여부, 용접와이어의 굵기와 같은 용접 조건을 설정한 후, 메인전압/전류조정스위치(120)를 이용하여 설정된 용접 조건에 따른 용접전압/전류 출력값을 입력하거나 작업의 진행과정에 따라 크레이터 용접 기능 사용여부, 크레이터전압/전류조정스위치(130)를 통해 크레이터전압/전류값을 입력한다.

그리고 전기의 공급없이 용접와이어만 용접토치(4)로 미리 송급되어야 할 경우 사용자가 와이어인칭스위치를 조작하면 저장부(220)에 설정된 기본 속도로 와이어 송급모터가 구동된다.

상기한 구성에 의해 본 고안의 일 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 용접 작업이 용접기 본체가 설치된 곳에서 멀리 떨어진 장소에서 이루어질 경우 사용자가 용접작업 상황에 따라 용접기 본체까지 이동하지 않고도 와이어 송급장치를 통해 직접 용접전류/전압, 와이어 송급모터 속도, 크레이터 전류/전압 등의 용접기 작동 조건을 조절할 수 있도록 하면서도 용접기 본체(1)와 와이어 송급장치(3)가 종래와 같이 용접케이블의 제어라인을 통해 연결되므로 전력선 통신모듈이 포함되지 않은 종래의 용접장치에도 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 용접 작업시 용접토치(4)로 공급되는 용접전압의 출력값과 용접와이어 송급모터의 속도를 일정하게 유지할 수 있도록 하여 제어진동의 발생을 방지함으로써 용접 품질을 높여줄 수 있다.

또한, 전류검출부 및 전압검출부를 통해 아크방전에 의한 전압강하를 감지하고, 설정된 시간 동안 전압강하가 발생하지 않을 경우 전원과 보호가스의 공급과 와이어 송급모터의 작동을 중단시켜 전력 및 보호가스를 절감할 수 있는 장점이 있으며, 잘못된 조작으로 인한 장치의 손상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 고안의 다른 실시예에 따른 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치는 다른 구성들은 일 실시예와 동일한 구성으로 이루어지고, 전류검출부(140)를 통해 검출된 용접전류값이 저장부(220)에 저장된 정격전류설정값을 초과하는 현상이 저장부(220)에 설정된 소정의 시간을 넘어 지속되는 것이 감지되면 제어유닛(200)이 전원출력차단신호를 발생하도록 구성되며, 제어유닛(200)에서 발생된 전원출력차단신호를 받아 용접기동신호부(300)에서 용접기동 신호가 용접기 본체(1)로 출력되는 것을 차단하여 용접기 본체에서 용접전원이 출력되는 것을 막도록 구성된 과전류차단부(900)를 더 포함할 수 있다.

이때, 본 고안의 일 실시예에서 과전류차단부(800)는 과전류 발생시 작동하는 과전류계전기를 포함한 과전류차단회로 방식으로 구성되어 제어유닛의 신호출력부(240)에서 발생된 전원출력차단신호가 발생하면 용접기동신호부(300)에서 용접기동 신호가 출력되지 않게 제어하도록 구성되었으나, 용접기동 신호가 용접기 본체(1)로 전송되는 것을 차단하도록 구성될 수도 있으며, 과전류차단부(900)의 구성에 의해 일반적으로 정격전류가 500 내지 600A에 해당하는 고전류를 출력하게 되는 용접장치에서 잘못된 조작이나 기계 오작동, 쇼트 등으로 인해 정격전류를 넘어선 과전류가 발생한 경우 용접기 본체(1) 및 연결 장치들과 작업자를 보호할 수 있다.

이상에서 본 고안은 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

1 : 용접기 본체 2 : 보호가스 공급장치
3 : 와이어 송급장치 4 : 용접 토치
10 : 컨트롤부 100 : 기판
101 : 전원입력부 110 : 토치스위치신호입력부
120 ; 메인전압/전류조정스위치 130 ; 크레이터전압/전류조정스위치
140 : 전류검출부 150 : 전압검출부
160 : 용접특성선택스위치 200 : 제어유닛
210 : 신호입력부 220 : 저장부
230 ; 제어연산부 240 : 신호출력부
250 : 아크방전감지부 300 : 용접기동신호부
400 : 전압피드백부 500 : 송급모터제어부
510 : 모터전원차단수단 600 : 보호가스제어밸브전원부
610 : 밸브전원차단수단 700 : 디스플레이부
710 : 식별LED부 800 : 데이터입력부
900 : 과전류차단부

Claims (5)

1. 전원과 불순물 차단용 보호가스 공급장치가 결합된 용접기 본체(1)와, 용접 토치(4) 및 상기 용접기 본체(1)와 용접 토치(4) 사이에 위치하여 용접 토치(4)로 용접와이어를 송급하며, 보호가스 공급을 제어하는 보호가스제어밸브와 용접기 작동 조건을 제어하기 위한 컨트롤부(10)가 구비된 와이어 송급장치(3)를 포함한 용접장치로서,
   상기 컨트롤부(10)는 상기 용접기 본체(1)에서 공급된 전원이 입력되는 전원입력부(101)가 구비되고 소정의 회로패턴이 인쇄된 기판(100);
   상기 기판(100)에 구비되어 상기 용접토치의 기동신호를 입력받는 토치스위치신호입력부(110);
   상기 기판(100)에 용접기 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받을 수 있게 설치된 메인전압/전류조정스위치(120);
   상기 기판(100)에 크레이터 출력제어용 전압/전류값 정보를 입력받을 수 있도록 설치된 크레이터전압/전류조정스위치(130);
   상기 기판(100)에 설치되어 용접전류값을 입력받아 검출하는 전류검출부(140);
   상기 기판(100)에 설치되어 용접전압값을 입력받아 검출하는 전압검출부(150);
   사용자가 보호가스 사용여부에 따른 용접종류 또는 용접와이어의 굵기를 선택할 수 있도록 상기 기판(100)에 장착된 용접특성선택스위치(160);
   상기 토치스위치신호입력부(110), 메인전압/전류조정스위치(120), 크레이터전압/전류조절스위치(130), 전류검출부(140), 전압검출부(150) 또는 용접특성선택스위치(160)에 입력된 신호에 따라 용접기 동작을 제어하기 위한 용접기동제어신호, 출력전압제어신호, 모터속도제어신호, 또는 디스플레이 신호를 출력하는 제어유닛(200);
   상기 제어유닛(200)의 용접기동제어신호를 받아 상기 용접기 본체(1)로 용접기동 신호를 출력하는 용접기동신호부(300);
   상기 제어유닛(200)의 출력전압제어신호를 받아 상기 용접기 본체(1)로 용접전압출력값 조정신호를 보내고, 용접전압출력값이 일정한 값을 유지하도록 제어하는 전압피드백부(400);
   상기 제어유닛(200)의 모터속도제어신호를 받아 상기 용접기 본체(1)로 모터속도값 조정신호를 보내고 상기 용접기 본체(1)로부터 모터전원제어신호를 받아 와이어 송급모터에 제어전원을 출력하는 송급모터제어부(500);
   상기 용접기 본체(1)의 보호가스제어밸브 전원제어신호를 받아 상기 보호가스제어밸브의 구동을 위한 전원을 출력하는 보호가스제어밸브전원부(600); 및
   상기 제어유닛(200)의 디스플레이 신호를 받아 표출하는 디스플레이부(700);를 포함하되,
   상기 컨트롤부(10)를 통해 상기 와이어 송급장치(3)에서 용접작업에 필요한 용접기 작동 조건을 직접 조절하고, 용접용 케이블의 제어선을 통해 상기 용접기 본체(1)와 용접기 작동 조건 신호를 송수신하도록 구성되며,
   상기 제어유닛(200)은 입력받은 전류검출부(140)와 전압검출부(150)의 신호에 따라 아크방전이 발생하는지 여부를 (1) 지속적으로 감지하는 아크방전감지부(250)를 더 포함하여, (2) 설정된 시간 동안 전압강하가 발생하지 않으면 상기 보호가스제어밸브전원부(600)로 전원이 출력되지 않도록 밸브전원차단신호를 발생하여 보호가스를 절감할 수 있도록 구성되고, (3) 설정된 시간 동안 전압강하가 발생하지 않으면서 상기 토치스위치신호입력부(110)로 신호가 입력될 경우 상기 용접토치(4)의 기동신호를 차단하여 보호가스/전원의 공급 및 와이어 송급모터의 가동을 중지시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO2 용접장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용접특성선택스위치(160)는 사용자가 가우징 용접 작업을 포함하여 선택할 수 있도록 구성되고,
   상기 가우징 용접 작업이 선택되면, 상기 제어유닛(200)은 용접기 본체(1)에서 소정의 용접전류가 출력되도록 하기 위한 용접기동제어신호 및 출력전압제어신호를 출력하며, 상기 와이어 송급모터와 보호가스제어밸브로 전원이 출력되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어유닛(200)은 상기 전류검출부(140)에서 검출된 용접전류값이 저장부에 저장된 정격전류값을 초과하는 현상이 소정의 시간을 넘어서 지속되는 것을 감지하면 전원출력차단신호를 발생하고,
   상기 제어유닛(200)의 전원출력차단신호를 받아 상기 용접기동신호부(300)에서 용접기동 신호가 출력되는 것을 차단하는 과전류차단부(900)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 범용 디지털 와이어 송급장치를 갖춘 CO₂ 용접장치.

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