KR20060109203A - 메인-서브구조의 디지털통신방식 일렉트로가스용접장치와그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메인-서브구조의 디지털통신방식 일렉트로가스용접장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 이는 하나의 제어부를 메인부(1)와 서브부(2)로 분리하고, 이들이 서로 디지털통신으로 연동하게 함으로써, 캐리지(10)의 중량감소 및 연산기능의 분산은 물론, 아크상태 판단기능의 알고리즘을 포함하여 고품질의 용접작업을 유지할 수 있게 되어 있다.

Description

메인-서브구조의 디지털통신방식 일렉트로가스용접장치와 그 제어방법 {Electrogas Welding Apparatus and Controlling Method}

도 1은 본 발명에 따른 EGW장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 EGW장치의 캐리지에 장착된 메인부의 예시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 EGW장치의 입출력 관계도이다.

도 4는 본 발명에 따른 EGW장치가 갖고 있는 아크상태 판단기능의 알고리즘이다.

본 발명은 메인(main)-서브(sub)구조의 디지털통신방식 일렉트로가스용접(Electrogas Welding:이하 EGW)장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 메인부와 서브부 사이의 디지털통신을 이용하여 캐리지가 경량화되고 케이블들이 줄어들 수 있도록 됨과 더불어, 메인부에 현재 작업중인 아크상태를 표시하는 수단을 설치하여 용접하는 작업자가 작업중 아크상태를 확인하고 용접의 정상여부를 판단하면서 실시간으로 작업에 반영할 수 있게 하여서, 고품질의 용접작업을 유지할 수 있게 된 EGW장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, EGW는 용접하는 모재의 틈을 수냉 구리벽으로 둘러싸고 용융지(熔融池)를 이산화탄소와 같은 가스 등으로 실드(shield)한 다음에 와이어를 용융부에 연속적으로 송급하여 아크를 발생시켜서 그 열로 와이어와 모재를 용융시키면서 접합하는 용접으로서, 용접선이 거의 수직인 경우에 적용되며 밑에서 위로 향해 가스분위기 속에서 용접하여 나아간다.

이러한 EGW를 실행하는 장치로는, 실제 용접에 사용되는 전류를 센서로 측정하고서 이 측정값을 주행제어정보로 이용하도록 되어 있는 캐리지를 구비한 자동용접장치가 있다.

이 자동용접장치는 토치의 전극 끝에서부터 돌출된 용접와이어의 아크까지의 길이변화에 따른 실제 용접전류의 변화를 측정함으로써 주행제어를 실시한다. 토치의 전극 끝에서부터 돌출된 용접와이어의 아크까지의 길이는 초기 설정된 용접전류와 전압에 의해 일정하게 유지된다. 그런데, 용접이 진행되면서 용융지가 차올라오면 전극 끝에서 아크까지의 거리가 짧아지게 되고, 이로써 저항이 감소되어 실제 출력되는 용접전류는 증가하게 되는데, 이 전류의 변화를 감지하여 주행을 실시하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 자동용접장치로도 비숙련된 작업자가 용접하는 경우에 는 정상적인 아크상태에 대한 경험이 부족하여서, 부적절한 용접조건임에도 불구하고 이러한 조건을 사용하여 용접을 지속하는 일이 종종 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 자동용접장치에서는 캐리지에만 제어부가 위치하여서 여러 아날로그제어신호를 위한 다수의 케이블이 필요하게 되고, 이로 인해 캐리지의 중량이 불필요하게 무거워지는 한편, 그 연결거리(즉, 케이블의 길이)가 원거리로 되는 경우 아날로그제어신호를 전달하게 되면 그 신호의 레벨이 감쇠되는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 하나의 제어부를 메인부와 서브부로 분리하고, 이들 메인부와 서브부 사이를 디지털통신으로 연동하게 함으로써, 필요한 케이블의 종류의 수를 줄일 수 있고, 원거리 전달시 아날로그제어신호에서 발생하는 신호레벨의 감쇠를 방지할 수 있는 EGW장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 하나의 제어부를 메인부와 서브부로 분리하고, 상기 메인부에 현재 작업중인 아크상태를 표시하는 수단을 설치하여 용접하는 작업자가 작업중 아크상태를 확인하고 용접의 정상여부를 판단하면서 실시간으로 작업에 반영할 수 있게 하여서, 고품질의 용접작업을 유지할 수 있도록 된 EGW장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 제어부를 메인부와 서브부로 분리하여서, 연산부하의 분산과 회로설계의 간략화가 가능하게 되어 캐리지의 경량화가 가능하도록 됨과 더불어, 상기 메인부와 서브부에 각각 개별 마이크로프로세서가 내장되 어 연산능력이 증대되어서, 아크상태 판단기능의 알고리즘을 추가하는 데에 여유롭게 대처할 수 있게 되는 EGW장치를 제공하는 데에 있다.

덧붙여, 본 발명에 따른 EGW장치의 제어방법을 제공하는 데에도 본 발명의 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명은 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 EGW장치의 개략적인 구성도로서, 여기에 도시된 본 발명에 따른 EGW장치의 전체 구성은 크게 캐리지(10)에 장착되는 메인부(1)와, 이와 별도로 구비되는 서브부(2), 그리고 파워소스(power source:20), 냉각용 워터쿨러(water cooler:30), 이산화탄소와 같은 실딩가스의 공급장치(40) 및, 와이어피더(wire feeder:50)로 이루어진다.

상기 파워소스(20)는 용접시 필요한 전원을 공급하고, 워터쿨러(30)는 용접시 발생하는 고열로부터 토치를 냉각시키며 동당금을 이용하여 용접비드를 형성하는 데에 필요한 냉각수를 공급함과 더불어, 실딩가스의 공급장치(40)에서는 이산화탄소와 같은 실딩가스를 공급하여 용융지를 공기와 차단시킴으로써 용접품질을 보장하게 되어 있다. 또한, 상기 와이어피더(50)는 용접시 필요한 용접와이어를 용접부에 공급하게 되어 있다. 이러한 부품들(20,30,40,50)의 구조와 작동은 당해분야에서 이미 널리 알려져 있기 때문에, 여기에서 이들에 대한 자세한 설명은 생략한 다.

또, 상기 캐리지(10)는 레일부재(11)에 장착되고서 이 레일부재(11)를 따라 자동주행하도록 구동용 모터를 갖추고 있으며, 이에 덧붙여 이 캐리지(10)에는 용접토치와, 이 토치를 소정의 자세로 지지하는 토치지지기구, 구리 지지부 및, 이 구리지지부를 지지하는 지지기구 등이 구비된다. 이들 또한 그 구조와 작동이 당해분야에서 이미 널리 알려져 있기 때문에, 여기에서 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.

종래기술에서는 통상 하나로 설치되는 제어부를 구비하고 있으나, 본 발명에서는 메인부(1)와 서브부(2)로 분리하고, 이들 사이를 예컨대 RS422 양방향통신과 같은 디지털통신으로 연동하도록 되어 있는 것을 특징으로 하고 있으므로, 이에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 EGW장치의 캐리지에 장착된 메인부의 예시도로서, 이 메인부(1)에는 각종 설정값 입력과 디스플레이를 할 수 있는 제어반과 마이크로프로세서가 구비되어 있으며, 특히 아크상태를 표시하는 예컨대 LED램프(3)와 같은 시각적 수단이 구비되어 있다. 메인부(1)는 작업자의 설정값 입력에 의해 용접조건의 초기 설정과 캐리지(10)의 구동에 관련된 주행제어와 위빙제어를 수행하며, 아래에 설명될 서브부(2)에서 측정한 실시간 용접전류와 전압 및 아크상태를 예컨대 RS422 양방향통신과 같은 디지털통신을 통해 전달받아 용접을 실시하게 된다.

본 발명에 따른 EGW장치의 캐리지(10)의 주행제어는 전술한 자동용접장치와 유사한 바, 토치의 전극 끝에서 돌출된 용접와이어의 아크까지의 길이변화에 따른 실제 용접전류의 변화를 측정하여 주행제어를 실시하게 된다.

또한, 상기 측정된 용접전류와 전압은 메인부(1)에서 디지털방식으로 디스플레이된다.

더불어, 아래에 설명될 바와 같이 서브부(2)에서 수신된 정보 중에는 아크상태에 대한 정보가 들어 있고, 메인부(1)에 내장된 마이크로프로세서가 이 정보를 판별하여, 상기 LED램프(3)가 그 정보를 표시하도록 제어한다. 도 2의 예시도에서는, 메인부(1)에 구비된 LED램프(3)가 "정상"과 "점검" 및 "이상"의 3단계로 아크상태를 표시하여, 용접상태를 작업자가 쉽게 인식하도록 되어 있다. 한편, 여기에서는 아크상태를 표시하는 수단으로 LED램프(3)가 사용되고 있지만, 이에 한정되지 않고 다른 시각적 수단은 물론 예컨대 차별화된 소리를 발생시키는 청각적 수단 등도 적용될 수 있음은 물론이다.

서브부(2)에도 마이크로프로세서가 구비되어 있어, 예컨대 홀센서(hall sensor)를 이용한 용접전류와 전압의 센싱, 아크센싱, 아크상태 판단연산, 센싱정보가공과 정보전송, 용접전원의 제어 등을 구현하는 별도의 제어부로 동작하게 된다. 메인부(1)에서 입력된 용접전원제어정보와 서브부(2)에서 계측된 아크센싱정보는 예컨대 RS422 양방향통신과 같은 디지털통신을 이용해 서로 공유하게 된다.

이상과 같은 본 발명에 따른 EGW장치의 제어와 관련된 입출력 관계가 도 3에 잘 나타나 있다.

또한, 도 4에 도시된 아크상태 판단기능의 알고리즘에서는, 초기에 작업자에 의해 설정된 전류값에 대하여 측정된 전류값이 그 허용범위를 벗어나는가의 여부로 용접품질을 판단하게 된다. 즉, 정상적인 용접진행시에는 용접전류가 초기 설정된 전류값의 일정 범위내에 분포하게 되는데, 여타의 부적절한 용접변수의 개입에 의해 용접전류가 불안정해지면, 측정된 전류값이 설정된 전류값의 범위를 벗어나게 된다. 이 아크상태의 판단에 관련된 정보는 예컨대 RS422 양방향통신과 같은 디지털통신을 통해 메인부(1)로 전송되어, 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이 아크상태를 "정상"과 "점검" 및 "이상"으로 표시하게 되어 있는 LED램프(3)로 작업자에게 알려줄 수 있게 되는 것이다.

이렇게 하나의 제어부를 본 발명에서와 같이 메인부(1)와 서브부(2)로 분리하면 EGW장치는 여러 가지의 장점을 갖게 되는 바, 전체 시스템의 구성에서 캐리지(10)는 파워소스(20), 워터쿨러(30), 실딩가스의 공급장치(40) 등으로부터 실제로 50m 정도의 이격거리를 갖는다. 따라서, 제어부가 종래와 같이 캐리지 본체에만 위치할 경우에, 여러 아날로그제어신호를 위한 라인(용접전류, 전압, 인칭, 시작 및 정지 등)들이 필요하게 되는데, 제어부를 메인-서브구조로 한 다음 이들 사이를 디지털통신으로 연동하게 함으로써, 필요한 케이블의 수를 줄일 수 있고 원거리 전달시 아날로그제어신호에서 발생하는 신호레벨의 감쇠를 막을 수 있다. 그리고, 기능을 분리함으로써 연산부하의 분산과 회로설계의 간략화가 가능하게 되어 캐리지(10)의 경량화가 가능하게 된다. 상기 메인부(1)와 서브부(2)에 각각 개별적인 마이크로프로세서가 내장되어 있기 때문에, 연산능력이 증대되어 아크상태 판단기능의 알고리즘 등을 추가하는 데에 여유롭게 대처할 수 있으며, 아크상태를 표시하는 수단을 구비하여서 작업자에게 최적의 용접아크상태를 표시해 주어, 미숙련자인 경 우에도 양질의 용접품질을 얻을 수 있게 한다.

이제, 본 발명에 따른 EGW장치의 작동에 대해 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이 레일부재(11) 및 캐리지(10)와, 파워소스(20), 냉각용 워터쿨러(30), 이산화탄소와 같은 실딩가스의 공급장치(40) 및, 와이어피더(50) 등으로 구성된 EGW장치를 작업현장으로 이동시킨 후, 각종 케이블을 용접지점까지 펼쳐(50m내) 놓는다. 그리고, 용접부에 백킹(backing)재를 설치한다. 레일부재(11) 및 캐리지(10)와 와이어피더(50)를 용접장소로 이동시킨 후, 레일부재(11)를 설치하고 나서 캐리지(10)를 설치하며, 각종 케이블을 해당 부품에 연결시켜서 용접조건의 설정값을 입력한 다음, 용접작업을 실시한다.

용접시의 제어방법을 살펴보면, 처음에 캐리지(10)의 메인부(1)에 용접의 시작명령이 입력되면 예컨대 RS422 양방향통신과 같은 디지털통신으로 서브부(2)에 설정된 용접조건과 시작명령 등의 정보를 전송하고, 다시 서브부(2)는 파워소스(20)에 그 정보를 전달한다. 다음으로, 파워소스(20)는 메인부(1)에서 초기 설정된 용접조건에 따라 전원공급라인을 통해 용접전원을 공급하며, 와이어피더(50)로 와이어송급을 위한 전원을 공급한다. 이때, 서브부(2)에서는 파워소스(20)의 출력쪽 전원단자에 있는 예컨대 홀센서와 같은 센서에 의해 실제 용접전류를 검출하고 전압을 측정한다. 이 정보는 서브부(2)에서 1차 가공(예컨대 노이즈 제거, 필터링 등)되어, 상기 RS422 양방향통신과 같은 디지털통신을 매개로 메인부(1)로 전달된 후, 디스플레이되고 주행제어, 아크상태 판단기능 등에 이용된다. 한편, 캐리지(10)에서는 이에 장착된 용접토치로 파워소스(20)에서 공급된 용접전원을 이용하여 아 크를 발생시키며, 와이어피더(50)에서 연속으로 공급되는 용접와이어를 상기 아크로 녹이게 된다.

작업자는 캐리지(10)의 메인부(1)에서 디지털방식으로 디스플레이되는 정보(실제 측정된 용접전류와 전압)와, 아크상태를 간단히 표시하는 LED램프(3)를 참고하여, 필요시 실시간으로 용접조건을 수정할 수 있으며, 이 역시 디지털통신을 매개로 서브부(2)로 전송되고 이어서 파워소스(20)로 전달되어, 파워소스(20)의 용접전원을 조절하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, EGW장치의 제어부를 메인부와 서브부로 분리하여, 연산부하의 분산과 회로설계의 간략화가 가능하게 되어 캐리지의 경량화가 가능하도록 됨과 더불어, 상기 메인부와 서브부 사이를 디지털통신으로 연동하게 함으로써, 필요한 케이블의 종류의 수를 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기 메인부에 현재 작업중인 아크상태를 표시하는 램프를 설치하여서, 용접하는 작업자가 작업중 아크상태를 확인하여 용접의 정상여부를 판단하면서 실시간으로 작업에 반영할 수 있게 하여, 고품질의 용접작업을 유지할 수 있는 효과 등이 있게 된다.

Claims (5)

1. 레일부재(11)에 장착되고서 이 레일부재(11)를 따라 자동주행하도록 된 캐리지(10)와, 용접시 필요한 전원을 공급하는 파워소스(20), 용접시 필요한 냉각수를 공급하는 냉각용 워터쿨러(30), 이산화탄소와 같은 실딩가스의 공급장치(40), 용접시 필요한 용접와이어를 용접부에 공급하는 와이어피더(50) 및, 이들 부품(10,20,30,40,50)을 제어하는 제어부 등을 구비하는 일렉트로가스용접장치에 있어서,

   상기 제어부는 각각 개별적인 마이크로프로세서가 내장되어 있는 메인부(1)와 서브부(2)로 분리되어 있고, 이들 메인부(1)와 서브부(2)가 디지털통신으로 연동하여 정보를 서로 공유하도록 된 것을 특징으로 하는 일렉트로가스용접장치.
2. 제1항에 있어서, 아크상태를 시각적으로 또는 청각적으로 표시하는 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 일렉트로가스용접장치.
3. 각각 개별적인 마이크로프로세서가 내장되어 있는 메인부(1)와 서브부(2)를 구비하고서, 이들 메인부(1)와 서브부(2)가 디지털통신으로 연동하여 정보를 서로 공유하도록 된 일렉트로가스용접장치에서,

   상기 메인부(1)에 용접조건의 설정값과 시작명령을 입력하는 단계와; 상기 메인부(1)에서 설정된 용접조건과 시작명령 등의 정보를 상기 디지털통신으로 상기 서브부(2)에 보내는 단계; 상기 서브부(2)가 파워소스(20)에 그 정보를 전달하는 단계; 상기 설정된 용접조건에 따라 파워소스(20)가 전원을 공급하는 단계; 상기 서브부(2)에서 파워소스(20)의 전원단자에 있는 센서에 의해 용접전류를 검출하고 전압을 측정하는 단계; 이 측정된 정보가 디지털통신으로 상기 서브부(2)에서 상기 메인부(1)로 전달되는 단계 및; 이 정보가 메인부(1)에서 디스플레이되고, 주행제어, 아크상태 판단기능 등에 이용되는 단계;를 포함하는 일렉트로가스용접장치의 제어방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 아크상태 판단기능은 초기에 설정된 전류값에 대하여 측정된 전류값이 그 허용범위를 벗어나는가의 여부로 판단하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로가스용접장치의 제어방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 아크상태의 판단에 관련된 정보가 작업자에게 알려줄 수 있게 시각적으로 또는 청각적으로 표시되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 일렉트로가스용접장치의 제어방법.

Images