KR20110015630A

KR20110015630A - 마이크로 용접기

Info

Publication number: KR20110015630A
Application number: KR1020107028085A
Authority: KR
Inventors: 양사동
Original assignee: 양사동
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2011-02-16
Also published as: DE112009001225T5; JP5443475B2; GB2474151A; GB2474151B; US20110062123A1; GB201021320D0; WO2009137981A1; JP2011520613A; WO2009137957A1

Abstract

본 발명은 저항용접 영역에서 처음 제출된 마이크로 용접과 마이크로 용접기에 관한 것으로, 주요하게는 마이크로 광학장치를 이용해야만 용접을 진행할 수 있는 미세 작업 부재에 응용되며, 예를 들면, 각종 작은 코일 전자소자 제작 중에 에나멜선에 대하여 접점을 인출하는 용접 등이 있다. 그에 대한 펄스 출력은 0.01v과 1ms의 단위로 조절을 진행하며 단턱파형으로 출력하도록 요구되며, 메인 전원, 용접 헤드, 용접기 헤드를 포함한다. 메인 전원은 저항 용접 변압기와, 전원 제어장치를 포함하며, 메인 전원은 전원 제어장치를 통하여 단턱파형의 펄스를 출력하여 용접을 위하여 적당한 전류를 출력하며, 용접기 헤드는 저항 변압기의 출력단자와 용접 헤드를 연결하며 또한 용접힘을 제공한다. 본 발명은 단턱파로 출력되는 마이크로 용접기를 제공하며, 에나멜선의 절연도료를 연소 제거할 때에, 과대한 전류에 의한 용접 헤드의 손상을 최소화하고, 용접 헤드의 사용수명을 연장할 뿐만 아니라, 용접 품질도 제고할수 있다.

Description

마이크로 용접기{Microscopical welding apparatus}

본 발명은 저항용접 영역에서 처음 제출된 마이크로 용접과 마이크로 용접기에 관한것으로써, 주요하게는 마이크로 광학장치를 이용해야만 용접을 진행할수있는 미세 작업 부재에 응용되며, 예를 들면, 각종 작은코일 전자소자 제작중에서 에나멜선에 대하여 접점을 인출하는 용접 등이 있다.

에나멜선을 직접 용접하는 기술은 새로운 기술이며, 본 특허의 신청인은 "에나멜선을 직접 용접하는 스폿트 전기용접기"(중국특허 신청번호 CN 01114785.7), "스폿트 전기용접의 용접 헤드"(중국특허 신청번호 CN 01114808.X), "프리스트레스트 스폿트 전기용접의 전극"(중국특허 신청번호 CN 93245377.5), "저항용접의 용접 헤드 및 제조방법"(중국특허 신청번호 CN 2005121259.2), "압력표시를 장착한 스폿트 전기용접기의 용접기 헤드"(중국특허 신청번호 CN 01114856.X), "스폿트 전기용접기의 용접 헤드핀"(중국특허 신청번호 CN 01114831.4), "광원을 갖춘 용접 헤드핀"(중국특허 신청번호 CN 01242320.3), 및 "에나멜선을 직접 용접하는 스폿트 전기용접의 용접 헤드의 작업상태 감시장치"(중국특허 신청번호 CN 200410015223.1)등의 다수의 특허신청을 포함하여, 에나멜선을 직접 용접하는 기술을 날로 발전시켰다.

그러나, 종래 기술중의 용접기는, 용접 헤드의 수명이 길지 못하며, 어떤 것은 수 백개의 용접 스폿트만을 제공할 뿐이다. 용접 헤드의 수명이 짧기에, 에나멜선을 직접 용접하는 기술의 광범한 응용에 과대한 영향을 미친다. 그 원인은 종래 기술중의 용접기는, 선의 직경의 굵기에 관계없이 동일한 크기인 구형파의 펄스 출력을 이용하며, 이러한 설계는 미세 세계에서의 절연도료의 두께, 재료, 연소시간, 선의 직경과 코아의 용접전류, 용접시간 등의 매개 요소간의 상호관계를 의식하지 못하고 있다. 특히 0.1mm의 미세 작업 부재의 용접에 있어서, 펄스 출력을 어떻게 조절해야만 관련되는 용접요구를 만족시킬 수 있는 것인가가, 본 발명에서 중점적으로 극복해야 할 문제이다.

"에나멜선을 직접 용접하는 스폿트 전기용접기"(중국특허 신청번호 CN 01114785.7), "스폿트 전기용접의 용접 헤드"(중국특허 신청번호 CN 01114808.X), "프리스트레스트 스폿트 전기용접의 전극"(중국특허 신청번호 CN 93245377.5), "저항용접의 용접 헤드 및 제조방법"(중국특허 신청번호 CN 2005121259.2), "압력표시를 장착한 스폿트 전기용접기의 용접기 헤드"(중국특허 신청번호 CN 01114856.X), "스폿트 전기용접기의 용접 헤드핀"(중국특허 신청번호 CN 01114831.4), "광원을 갖춘 용접 헤드핀"(중국특허 신청번호 CN 01242320.3), 및 "에나멜선을 직접 용접하는 스폿트 전기용접의 용접 헤드의 작업상태 감시장치"(중국특허 신청번호 CN 200410015223.1)

본 발명의 목적은 저항용접 영역을 위하여 마이크로 용접기를 제공하며, 그 용접기가 미세 작업 부재를 용접하고 에나멜선을 직접 용접할 때 정확한 펄스 출력을 제공할 수 있게끔 보장하려는 것이다.

에나멜선을 직접 용접하는 기술과 미세 작업 부재를 용접하는 기술의 연구추진을 더욱 유리하게 하기 위하여, 본 발명은 먼저 마이크로 용접과 마이크로 용접기의 개념에 대해서 설명한다.

마이크로 용접에 대한 개념: 마이크로 용접은, 저항용접을 이용하여 미세 작업 부재에 대하여 스폿트 용접을 진행하며, 미세 용접은 반드시 아래에 기술한 두가지 구조를 구비해야 한다. 그중 한가지 구조는 미세 광학구조이며, 용접하려는 부재가 매우 미세하고, 용접을 진행할 때에 소정의 거리를 보장해야 하기 때문에, 사용자의 시력으로 정확하게 볼 수 없을 뿐으며, 또는 긴 시간 용접부재의 접촉 헤드를 직접 보면서 조작을 할 수 없기에, 체시 현미경 또는 광학 확대 표시장치를 이용해야만 더욱 좋게 용접을 완성할 수 있다. 다른 한가지 구조는, 미세 용접의 저항 용접의 스폿트 용접기의 구조이며, 마이크로 용접기의 구조라고도 말할수 있으며, 용접하려는 부재가 매우 미세하고, 스폿트 용접기가 전원 형태, 전력의 크기, 전극, 전극핀의 구조, 각종 용접 전기 파라미터와 용접힘을 갖춘 조절 제어 도 그것과 적응돼야 하는 것을 요구하며, 특히 펄스 출력의 조절에 대하여 정확해야 하며, 즉 0.01v과 1ms 단위로 조절을 진행한 구형파로 펄스를 출력하며, 추가로 조절해야만 단턱파의 펄스를 위하여 마이크로 용접의 요구를 만족시킬 수 있다. 바꾸어 말해서 마이크로 용접에서 필요한 각종 요구를 만족시키는 저항용접의 스폿트 용접기여만, 마이크로 용접기라고 부를 수 있다.

본 발명의 목적은 저항용접 영역을 위하여 마이크로 용접기를 제공하며, 그 용접기가 미세 작업 부재를 용접하고 에나멜선을 직접 용접할 때 정확한 펄스 출력을 제공할 수 있게끔 보장하는 것으로, 에나멜선을 직접 용접하는 용접 헤드의 사용 수명을 연장하며, 미세 작업 부재를 용접하는 용접 품질을 높일 수 있도록 한다.

종래 기술에서 제출한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서 제출한 신 개념을 결합하여 설명한다. 본 발명이 제공한 미세 용접기는 메인전원과, 용접 헤드와, 용접기 헤드를 포함하고, 메인전원은, 저항 용접 변압기와 전원 제어장치를 포함하며, 메인전원은 전원 제어장치를 통하여 용접을 위하여 단턱파 모양의 펄스 출력을 제공하며, 용접기 헤드는 용접을 진행할 때 저항 용접 변압기와 용접 헤드를 연결한다.

상기의 전원 제어장치는 펄스 출력의 제공에 이용되는 제어회로와, 상기의 제어회로에 신호를 제공해서 펄스 출력을 조절하는 적어도 한개의 기능키와, 제어회로에 전기적으로 연결되어 신호를 출력하는 표시장치를 포함한다.

상기 전원 제어장치가 제공하는 단턱파는 ∠θ1, ∠θ2, 제1단턱(V1, T1), 제2단턱(V2, T2)으로 구성되고, 그 중에서 펄스 출력은 소정의 각도(∠θ1)로 제1단턱까지 상승하고, 그 유지 시간은 T1이고, 계속해서 제2단턱 V2까지 상승하며, 제2단턱에서의 유지 시간은 T2이고, 그 후 소정의 각도∠θ2로 하강해서 끝난다. 상기 단턱파를 구성하는 V1, T1, V2, T2의 각각의 파라미터 값은 조절할 수 있으며, ∠θ1, ∠θ도 조절이 가능하게 설정할 수도 있고, 소정의 수치로 기 설정된 후 조절이 불가능하게 설정할 수도 있다.

상기 전원 제어장치에는 제1단턱의 전압 진폭의 조절에 이용되는 적어도 한 개의 공능키가 설치되어 있다.

상기 전원 제어장치에는 제2단턱의 전압 진폭의 조절에 이용되는 적어도 한 개의 공능키가 설치되어 있다.

상기 전원 제어장치에는 제1단턱에서의 유지 시간의 조절에 이용되는 적어도 한 개의 공능키가 설치되어 있다.

상기 전원 제어장치에는 제2단턱에서의 유지 시간의 조절에 이용되는 적어도 한 개의 공능키가 설치되어 있다.

상기 전원 제어장치에는 펄스 출력의 상승 각도∠θ1의 조절에 이용되는 적어도 한 개의 공능키가 설치되어 있다.

상기 전원 제어장치에는 펄스 출력의 하강 각도∠θ2의 조절에 이용되는 적어도 한 개의 공능키가 설치되어 있다.

이상의 용접기는 커패시터 에너지 저장식 용접기 또는 인버터 전원 용접기이다.

이상의 용접기 헤드는 압력 표시를 장착한 스폿트 용접기의 용접기 헤드이다.

이상의 용접 헤드는 스폿트 용접의 용접 헤드, 저항용접의 용접 헤드, 또는 한 쌍의 평행 전극, 또는 한 쌍의 상하 전극이다.

이상의 전원 제어장치의 제어회로가 제공하는 단턱파의 펄스 출력은 디지털 회로 DAC에 의하여 실현될 수도 있고, 또는 정전류원으로 커패시터를 충전하고 그리고 전위의 전환을 이용하여 실현될 수도 있다.

종래 기술에 비하여, 본 발명의 마이크로 용접기의 메인 전원은 전원제어장치를 통하여 에나멜선의 용접을 위하여 단턱파의 펄스 출력을 제공하기 때문에, 에나멜선의 절연도료를 연소 제거할 때의 과대한 전류로 인하여 용접 헤드에 손상을 주는 것을 감소시키고, 용접 헤드의 사용수명을 연장시킬 뿐만 아니라, 미세 작업 부재를 용접하는 용접 품질을 제고시킬수 있다.

도 1은 본 발명에서 마이크로 용접기가 출력하는 펄스 진폭과 폭에 의하여 단턱파를 구성하는 좌표도이다.
도 2는 용접기의 원리도와 A점의 위치도이다.
도 3은 디지털 회로 DAC에 의하여 도 1에 표시한 단턱파를 실현하는 회로도이다.
도 4는 정전류원으로 커패시터를 충전하고 및 전위의 전환을 이용해서 도 1에 표시된 단턱파를 실현하는 회로도이다.
도 5는 도 4에서 C8051F020싱글칩을 이용한 회로도의 디지털-아날로그 변환기DAC0가 출력하는 파형의 약도이다.
도 6은 식(2)에서의 파라미터 θ와 T의 관계를 나타내는 곡선 약도이다.
도 7 은 도 4 에서 정정류원으로 커패시터를 충전해서 램프를 형성하는 실시예의 파라미터 u _c ( t )－t 의 관계를 나타내는 곡선 약도이다.

아래에 도를 참고하면서 본 발명의 마이크로 용접기의 구체적인 실시방식에 대하여 상세하게 설명한다.

에나멜선을 직접 용접함에 있어서, 일반적으로 중국특허 신청번호 CN93245377.5에 기재되어 있는 프리스트레스트 스폿트 전기용접 전극, 중국특허 신청번호 CN01114808.X에 기재되어 있는 스폿트 용접의 용접 헤드, 또는 중국특허 신청번호 CN2005121259.2(저항용접의 용접 헤드 및 제조방법)에 기재되어 있는 용접 헤드를 이용한다. 이런 몇 가지 용접 헤드의 구조를 보면, 용접 헤드를 구성하는 두개 전극의 팁은 각각 응력접촉, 오믹접촉, 또는 일체로 되어 있다.

본 발명은 대량의 실험, 연구와 분석을 통하여 에나멜선을 직접 용접하는 원리를 종합하였다. 그것을 개괄하면, 용접을 진행할 때 전류를 통과시키며, 에나멜선이 절연층을 갖고 있기에, 전부의 전류가 용접 헤드의 두개 전극의 팁을 흘러지나기 때문에, 용접 헤드에서 방전이 발생하며, 용접 헤드와 접촉하는 절연도료를 연소제거해서 금속을 노출시킨다. 그 다음, 에나멜선 내부의 동심의 도전성과 금속 기판의 도전성이 전극재료의 도전성보다 크며, 용접힘과 저항열의 공동 작용 하에, 용접 헤드와 작업 부재의 접촉 저항은 두개 전극의 팁의 접촉 저항보다 작기에, 대량의 전류가 작업 부재에 흘러 지나기 때문에, 동일한 펄스 출력 내에서 저항 용접의 용접을 완성할 수 있으며, 이때 두개 전극의 팁을 흘러 지나는 전류는 바이어스 전류로 된다.

에나멜선을 직접 용접하는 전체 과정에 있어서, 에나멜선의 직경의 크기에 따라서, 일반적으로 몇 ｍsec 내지 수십 ｍsec라는 시간이 걸린다. 에나멜선을 직접 용접하는 스폿트 전기용접기(중국특허 신청번호 CN 01114785.7) 또는 종래 기술중의 다른 정밀한 용접기는 일반적으로 용접기가 출력하는 전류 전압의 안정만 요구하며, 즉 출력하는 펄스파형은 거의 구형파 또는 구형파에 접근한다. 그러나 상기의 에나멜선을 직접 용접하는 용접원리에 의하여, 에나멜선의 절연도료를 연소제거 하기 전에, 대량의 전류는 먼저 접촉되어 있는 또는 연결되어 있는 두개 전극의 팁을 흘러서 방전을 형성하며, 용접 작업을 계속함으로써 두개 전극의 팁에서 반복적으로 형성하는 방전은 필연적으로 그 구조에 영항을 주게 된다. 두개 전극의 팁에서 방전이 형성되지 않을 때, 절연도료는 연소 제거될수 없으며, 용접도 진행할 수 없다. 때문에 종래 기술중의 용접기에 있어서 용접기 헤드의 수명이 길지 못하며, 어떤 것은 수백개의 용접 스폿트만을 갖고있기 때문에, 에나멜선을 직접 용접하는 기술의 광범한 응용에 영향을 주게 된다.

에나멜선을 직접 용접할 때, 몇 ｍsec 내지 수십 ｍsec 라는 짧은 시간이 걸리지만, 전체적인 과정이 "절연층의 연소제거"와"용접"이라는 두 가지 단계로 나누어지기 때문에, 절연층의 연소제거 시기와 용접 시기에서 필요한 전류가 동일한가, 원래의 펄스 파형이 구형파로 출력하는 것이 합리적인가, 또는 에나멜선의 용접을 위하여 정확한 전류를 어떻게 제공할 수 있는가를 판단할 수 있다.

때문에 본 발명은 1만장/초 주파수의 "고속 카메라"를 이용해서, 에나멜선을 직접 용접하는 전체 과정을 촬영하며, "전기 용접의 테스트 분석 장치"를 이용하여 에나멜선을 직접 용접하는 전체 과정의 전류와 전압의 실제적인 파형을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 전체 용접과정의 동적인 저항의 정황을 측정할 수 있으며, 상기의 높은 과학적 기술과 과학적인 분석에 의하여, 상기의 에나멜선을 직접 용접하는 용접원리를 종합할 수 있을 뿐만 아니라, 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다.

1.에나멜선의 절연도료의 연소제거는 용접 할 때처럼 큰 전류가 필요하지 않으며, 용접하려는 에나멜선의 직경이 달라도, 절연도료의 연소제거에서 필요한 전류는 용접 할 때의 65%∼80%정도의 전류가 필요하다. 말하자면 두개 전극의 팁에서 발생하는 방전으로 절연도료를 연소 제거하는 것을 보장해야 할 뿐만 아니라, 과대한 전류를 출력하여 두개 전극 팁에서 형성하는 방전이 너무 커지는 것을 피해야 하며, 그것은 에나멜선을 제거하는 시기에 과대한 전류로 인하여 용접 헤드의 팁이 해를 받기 때문이다. 고속으로 촬영한 사진에서는 용접시기에 전류가 반대 방향으로 용접 부재에 흘러가기 때문에 두개 전극 팁에 방전이 형성되지 않으며, 두개 전극의 팁을 흘러 지나는 전류가 바이어스 전류로 된다.

2.절연도료를 연소 제거하는데 필요한 펄스 시간과 용접에서 필요한 펄스 시간이 거의 같다.

상기의 실험 분석 연구의 결과에 의하여, 본 발명은 메인 전원과, 용접 헤드와, 용접기 헤드를 포함하며, 메인 전원은 용접기의 주요부분이며, 메인 전원은 저항 용접 변압기와 전원 제어장치를 포함하며, 저항 용접 변압기는 출력과 출력 코일을 갖고 있고, 전원 제어장치는 저항 용접 변압기의 출력을 제어하며, 저항 용접영역에 있어서, 일반적으로 용접기를 메인 전원이라고 말하며, 용접 헤드와 용접기 헤드는 용접기의 세트시설 이라고 말할 수 있으며, 용접 헤드도 전극이라고도 말할 수 있으며 저항 용접 변압기의 출력단자와 연결되어야만 용접 작업을 진행할 수 있으며, 용접기 헤드는 그것을 위하여 연결하고 및 용접힘을 제공하는 부분이기도 하다. 본 발명의 용접 헤드는, 스폿트 전기용접의 용접 헤드(중국 특허 신청번호 CN01114808.X) 또는 저항 용접의 용접 헤드(중국 특허 신청번호 CN2005121259.2)를 사용할 수도 있으며, 에나멜선을 용접하지 않으면, 한 쌍의 평행 전극 또는 상하 전극을 사용할 수도 있으며, 용접기 헤드는 스폿트 전기용접기의 용접기 헤드(중국 특허 신청번호 CN01114856.X)를 사용할 수도 있다.

용접기의 메인 전원은 본 발명의 중요한 내용이다. 메인 전원은 일반적으로 전력요인이 높고, 응답 속도가 빠르고, 가열이 밀집되고, 용접 시간이 짧은 커패시터 에너지 저장식 용접기를 이용하며, 또는 인버터 전원 용접기를 사용할수도 있으며, 중국 특허 신청번호 CN01114785.7에 기재된 용접기를 예로 든다면, 상기의 용접기는 정전압으로 제어하는 커패시터 에너지 저장식 용접기이며, 그 출력은 0.01v(전압)과 1ms(지속시간)의 단위로 조절한 구형파의 펄스 출력이며, 및 펄스를 조절하여 출력 전류의 크기를 제어한다. 연구에 의하면, 상기의 용접기는 에나멜선을 용접하는 사용 요구를 만족시킬 수 없다는 것을 알 수 있다. 본 발명은 전원 제어장치에 의하여, 상기의 구형파로 출력하는 펄스에 대하여 펄스 출력의 전반부와 펄스 출력의 후반부로 재차 분리하며, 두개 부분의 진폭이 다르고 형상이 단턱과 비슷하기에 단턱파라고 부르며, 펄스 출력의 전반부가 제1단턱이며, 펄스 출력의 후반부가 제2단턱이다. 도 1에 표시한바와 같이 단턱파는,펄스 상승각도∠θ1과, 제1단턱V1, T1과, 제2단턱V2, T2와, 펄스 하강각도∠θ2를 포함한다. 펄스 출력이 시작되면, 펄스 전압은 소정의 각도∠θ1로 상승하고, ∠θ1은 조절할 수 있으며(소정의 각도로 기 설정한 후 조절을 불가능하게 할 수도 있다), 펄스 전압이 소정의 크기로 상승해서 그 크기를 유지하며, 그 크기와 유지시간으로 제1단턱V1과 T1을 구성하며， V1과 T1은 조절할 수 있게 설정한다. 제1단턱은 절연도료를 연소 제거하기 위하여 적당한 전류를 제공하며, 전압이 계속해서 설정한 크기까지 상승함에 따라서, 그 크기에서 유지되며, 그 시간대를 제2단턱V2, T2라고 하며, V2와 T2도 조절할 수 있게끔 설정하며, 제2단턱은 용접을 위하여 적당한 전류를 제공하며, 그 다음 펄스 파형은 각도∠θ2로 하강해서 끝난다. 각도∠θ1을 설정하는 것은 펄스가 순식간에 큰 전류를 출력해서 용접 헤드와 작업 부재에 대하여 충격하는 것을 방지하기 때문이며, 각도∠θ2를 설정하는 것은 후열을 유지하기 위한 것이다. ∠θ1과 ∠θ2는 변할 수 있으며, ∠θ1과 ∠θ2가 정해지면 전압의 상승과 하강의 시간도 정해지기 때문에, 펄스 시간을 설치할 때, 전압의 상승과 하강의 시간을 따고 증가하지 않아도 된다.

구체적으로, 상기의 전원 제어장치는 펄스 출력을 제공하는 제어회로와, 상기 제어회로에 신호를 제공해서 펄스 출력을 조절하는 적어도 한 개의 공능키와, 제어회로와 전기적으로 연결되어 신호를 출력하는 표시장치를 포함한다.

본 발명의 마이크로 용접기는 펄스 출력의 설정에 있어서, 한 개의 펄스 출력을 제1단턱V1, T1과, 제2단턱V2, T2로 분리해서 단턱파를 구성한다. 용접하려는 에나멜선의 직경의 크기가 다르고, 절연도료도 다르며, 절연도료의 두께도 다르기 때문에, 본 발명은 V1, T1, V2, T2를 영활하게 조절할 수 있게끔 설정한다. 펄스의 상승과 하강 각도∠θ1, ∠θ2도 영활하게 조절할 수 있게끔 설정하며, 또는 소정의 각도로 설정한 후 조절을 할수 없게끔 설정한다.

본 발명은 0.01v와 1ms라는 정밀한 단위로 조절한 구형파를 스폿트 용접기에 출력하며, 나아가서 펄스에 관하여 ∠θ1, ∠θ2, V1, T1, V2, T2등의 파라미터를 포함하는 조절할 수 있는 구형파를 출력하게 설정하기 때문에, 전류의 출력에 대한 제어가 더욱 정확하며, 단턱파가 출력하는 전원은 마이크로 광학장치에 의하여만 용접되는 미세 작업부재에 응용되기에, 다른 알려진 정밀한 용접기와는 달라서 메인 전원을 마이크로 용접기라고 한다.

아래에서는 실시예에 결합해서 본 발명의 단턱파의 형성에 관하여 상세하게 설명한다.

펄스 출력 진폭(전압)을 조절하는 것으로 전류의 출력을 제어하는 커패시터 에너지 저장식 용접기를 예로 들면, 도 1은 펄스를 출력하는 진폭과 폭으로 단턱파를 구성하는 좌표도이며, 수직축V가 펄스를 출력하는 진폭(전압, 단위V)을 표시하며, 수평축T가 펄스를 출력하는 너비(시간, 단위ms)를 표시한다. 단턱파의 구조는 펄스의 상승 각도∠θ1과, 제1단턱V1, T1과, 제2단턱V2, T2와, 펄스 하강 각도∠θ2로 구성된다. 펄스를 출력하기 시작할 때, 펄스의 진폭V는 소정의 각도∠θ1로 상승한다. 펄스의 진폭이 설정치V1까지 상승해서 그 진폭을 유지하며, 유지 시간은 설정치T1 이며, 그 시간시기를 제1단턱V1, T1라고 하며, 따라서 진폭이 새로운 설정치V2까지 상승해서 그 진폭에서 유지되며, 유지 시간은 설정치T2 이며, 그 시간시기를 제2단턱V2, T2라고 하며, 그 다음 펄스의 출력파는 각도∠θ2로 하강해서 끝을 맺는다. 도 1에서 ∠θ1이 50°이며， V1이 0.75v이며, T1이 4ms이며, V2가 1.00v이며， T2가 4ms이며, ∠θ2가 75°이다.

∠θ1과 ∠θ2는 변할수 있기 때문에, ∠θ1과 ∠θ2을 정한 후, 펄스의 진폭이 설정치까지 상승 또는 하강하는 시간이 정해진다. 때문에 펄스 크기를 설치할 때, ∠θ1과 ∠θ2의 상승과 하강한 시간을 따로 증가하지 않아도 된다.

상기 단턱파는 동일한 펄스 출력에 의하여 완성되며, 제1단턱은 에나멜선의 절연도료의 연소 제거에 이용되며, 제2단턱은 용접에 이용된다. 그것은 알려진 기술 중에 기재되어 있는 용접을 몇 개의 예열 펄스, 용접 펄스, 유지 펄스 등의 파형으로 분리하는 것과는 완전히 다른 개념이다. 예열 펄스, 용접 펄스, 유지 펄스는 각각 독립적인 출력이며, 예열 펄스와 용접 펄스 사이, 또는 용접 펄스와 유지 펄스 사이는 수정의 간헐시간을 갖고 있지만, 본 발명의 단턱파의 제1단턱과 제2단턱은 완전히 연속되는 것이며, 두 가지 단턱 사이에는 간헐시간을 갖고 있지 않으며 전압 크기의 변환일 뿐이다.

본 발명의 마이크로 용접기는 상기의 단턱파를 갖고 있기 때문에, 에나멜선의 용접에 응용될 뿐만 아니라, 인쇄회로기판의 보수, 태양 전지의 연결, 의료, 국방, 항공항천에서의 각종 계기의 용접과 같은 미세 작업 부재의 정밀한 용접에도 응용된다. 단턱파의 제1단턱에서 예열을 진행하며, 펄스 하강 각도에서 후열로 유지하기 때문에, 스패터 발생량을 감소하고, 용접 질량을 높이는데 있어서, 종래의 용접 펄스와 예열 펄스 사이에 간헐이 존재하고, 또는 용접 펄스와 유지 펄스 사이에 간헐이 존재하는 용접기를 이용해서 용접하는 종래 용접기의 용접효과보다 훌륭하며, 이것은 용접하려는 작업 부재가 미세하고, 간헐 기간에 열량이 쉽게 손실되는 것과 관계된다. 동시에 커패시터 에너지 저장식 용접기는 방전시간이 짧고, 순간 전류의 피크값이 크기 때문에, 본 발명의 단턱파의 펄스 상승각도로 순간 큰 전류가 작업 부재에 대한 충격을 제어할 수 있으며, 전극과 작업 부재의 접착을 감소시키며, 전극의 사용 수명을 제고시킨다. 당연히 용접이라는 비에나멜선의 미세 작업 부재는, 평행 전극 또는 상하 전극을 사용해야만 한다.

아래에 중국 특허 신청번호 CN01114785.7에 기재된 용접기의 회로를 결합해서, 어떻게 회로에서 단턱파를 얻는 가에 대하여 설명한다.

도 2는 중국 특허 신청번호 CN01114785.7에 기재된 용접기의 회로 원리도이며, 도 2에서 알 수 있는바와 같이 A점에 진폭이 적당하고, 형상이 규정되어 있지 않은 전압파형을 인가만 하며, 증폭회로와 피드백회로의 공동작용에 의하여, 펄스 변압기의 출력단자에서 진폭이 비례되어 형상이 같은 전압파형을 얻게 된다.

때문에, 용접기에서 도 1과 같은 전압파형을 출력하게 하려면, A점에서 진폭이 비례되며 형상이 도 1과 같은 전압파형이 형성되면 된다. 도 1에 표시한 전압파형을 형성하는 방법은 여러 가지이며, 회로구조에서 아날로그 회로 또는 디지털 회로를 이용하여 전원 제어장치의 제어회로를 구성하며, 또는 아날로그 회로와 디지털 회로를 결합한다. 도 3은 디지털 회로DAC를 통하여 용접기의 출력단에서 도 1과 같은 탄덕파형을 얻는 회로도이며, 도 4에서는 정전류원으로 커패시터를 충전하고 그리고 전위의 전환을 이용하여 용접기의 출력단자에서 도 1과 같은 단턱파형을 얻을수 있는 회로도이다.

아래에서는 두 가지 회로의 운전과정에 대하여 설명한다.

도 3에서는 C8051F020의 싱글칩을 이용하며, 그것은 하나의 집적화된 단일칩 시스템(SOC)이며, 그 운전 속도는 25MPIS이며, 여러 가지 기능의 모듈을 갖는다. 그 내부는 두 가지 12위 디지털-아날로그 변환기DAC0과 DAC1을 갖고 있으며, 변환속도는 1MHz에 달한다, 본 발명의 용접기의 응용 요구를 완전히 만족시킬 수 있으며, 전체 용접기의 제어운전을 완성할 수 있으며, 정확하며 부드러운 전압파형을 출력할 수 있다. 회로에서 DAC0은 도 5에서 제시한 전압파형의 출력에 응용되며, 파형의 형상은 프로그램 연산에 의하여 형성되며, 전압파형의 신호는 전압 팔로워장치(U7324-B)에 의하여, 또한 커패시터C32에 의하여 필터를 부드럽게 하여, A점에 인가된다. DAC1은 인력된 설정 전압치에 근거하여, 프로그램 연산을 통하여 상응한 전압치Ua를 출력해서 충전회로에 공급하며, 에너지가 저장된 커패시터C30의 전압을 조절하여, C30이 에너지를 충분히 출력하게끔 보장하며, 따라서 요구에 부합되는 완전한 출력 파형을 형성한다.

아이들 (idle) 시에, 싱글칩은 전압 다이얼과 시간 다이얼의 데이터를 지속적으로 독출한다. 시간의 다이얼에 설치한 수치에 의하여, 타이머를 설정해서 펄스를 출력하는 폭 T1과 T2를 제어하며, 전압 다이얼에 설치한 수치에 의하여 DAC1의 출력 전압Ua를 설정하는 것으로써, 에너지가 저장된 커패시터C30의 전압을 조절하는 동시에 DAC0의 한 조의 출력 데이터를 계산하여, 형상이 도 1과 같은 전압파형을 출력하게 한다. 그 조의 데이터와 유자가 설정한 전압치가 대응되며 그리고 설정한 수치가 변함에 따라서 변한다. DAC0의 출력 데이터조는 다음의 수학식 1과 수학식 2로 계산할 수 있다:

수학식 1에서 Dn은 DAC0가 출력하려는 제n개의 디지털-아날로그 변환수치를 포시하며, U₀은 DAC0가 출력하는 만폭전압치를 표시하며, 2¹²는 만폭을 출력할 때의 수치를 표시한다. 수학식 2에서 θ는 전압의 상승 각도∠θ1 또는 하강 각도∠θ2이며, T는 DAC0의 갱신 주기를 표시하며, θ와 T는 프로그램에 의하여 설정되며, 편리하게 조절할 수 있다. 그것들의 관계는 도 6에 표시한바와 같다.

아이들 시에, DAC0의 출력 전압은 0V이며, 트리거 조건을 만족할 때, 싱글칩 62핀에서 음극쪽으로의 변환이 발생하여, 중단이 발생하며, 싱글칩은 즉시로 0V부터 시작하여 U1, U2, U3의 주기간격 T로 하나의 수치를 출력하며, DAC0의 출력 핀(100핀)에서 서서히 높아지는 램프 전압이 형성되며, 전압 팔로워장치와 커패시터C32에 의하여 필터는 A점에 인가되며, 램프전압이 V1이 되였을 때, DAC0는 지금의 전압을 변하지 않게끔 유지하며, 타이머를 기동해서 시간을 측정하기 시작하며, 시간 측정이 T1이 되었을 때, DAC0은 제n+1개의 전환 데이터를 출력하여, 출력전압을 V2가 되게 하며, 현재 전압수치를 T2시간 동안 변하지 않게끔 유지하며, T2시간이 되었을 때, DAC0은 매 주기간격 T로 하나의 수치를 출력하며, 그 수치는 점차적으로 감소되며, ∠θ2 각도로 0V까지 하강되는 것으로써 하나의 출력과정이 결속된다. 이것으로 A점에서 형상이 도 5와 같은 전압파형을 이루게 되는 동시에, 목적을 달성하며, 출력단자에서도 진폭이 설정치와 일치하며 형상이 도 5와 같은 전압파형을 얻을 수 있게 된다.

여기에서 알 수 있는바와 같이, DAC0의 갱신 주기T가 충분히 작으면(예를 들면 10마이크로 초), 전체 출력 과정에서, 전압파형의 상승과 하강과정이 부드럽다고 인정할 수 있다. 그리고 파형의 파라미터 ∠θ1, ∠θ2, V1, T1, V2, T2가 완전히 프로그램에 의하여 결정되기 때문에, 펄스의 상승 또는 하강 각도, 진폭과 폭을 쉽게 조절할 수 있다.

도 4에서는 정전류원으로 커패시터에 충전하는 것으로 램프를 형성하고 그리고 전위의 전환을 이용해서 단턱파를 형성하며, 프로그램 제어에 결합하여 도 1에 표시되어 있는 전압파형을 형성한다. 그중 램프의 상승 램프율은 R108과 C12에 의하여 공동으로 결정되며, 단턱파의 진폭의 비율은 R95과 R107에 의하여 결정되며, 폭의 비율과 펄스 폭t는 프로그램에 의하여 제어된다. 도에서 Q7, Q8, Q9, R108은 전형적인 트랜지스터 이미지의 일정한 전류원(정전류원이라 함)을 구성하며, C12는 정전류원의 부하이다. 커패시터의 양단자의 전압은:

이며, i _c (t)는 여기에서 정전류이며, 따라서,

이며, 가정해서 t=0 시각 u _c ( t )= 0 v 일 때에 u _c ( t ) = It이다. 여기에서, 아는 바와 같이 C12의 양단부의 전압 u _c ( t )와 시간 t는 선형 비율 관계이며, I가 0보다 클 때, u _c ( t )는 시간 t의 증가에 따라 증가하여, 상승하는 램프를 형성하며, 램프율은

이다. 때문에 I의 크기를 변하게 하면 u _c ( t )의 상승 램프율도 변하게 할 수 있으며, 파형 중의 상승각도 θ를 변하게 할 수 있다. 따라서 정전류 I로 커패시터를 충전할 때 u _c ( t )-t 의 관계는 도 7에 도시된 바와 같다.

파형의 형성과정은 아래에서 설명된다:

아이들 (idle)일 때에, 싱글칩은 계속 트리거 신호를 기다리며, CON1=0， Q4가 차단되며， CON3=1，Q5가 차단되며，CON2=0， Q6이 턴온되며, C12의 전압 Uc를 영으로 하기 때문에, Ub도 영이 된다. 따라서 U7-C가 구성하는 전압 팔로워장치의 출력도 0V가 된다. 충전회로는 설정한 전압값 Ua에 근거하여 에너지가 저장된 커패시터C30의 전압을 조절함으로써, C30이 충분히 에너지를 출력하게끔 보장하며, 따라서 요구에 부합되는 완전한 출력 파형을 형성한다.

트리거 조건을 만족할 때, 싱글칩 12핀이 음극쪽으로의 변환이 발생하여 중단을 일으키면, 즉시 용접파형을 출력하기 시작한다. 싱글칩의 제어에 의하여 CON2=1, Q6이 차단되며, CON3=1, Q5가 차단되며， CON1=1이며， 전압비교기 U7-B의 반대상 단자의 입력전압 Ub=0이며, 동일한상 단자의 V1가 0V보다 크며, 비교기가 고전압을 출력하기 때문에, Q4가 정전류를 턴온해서 회로가 작업을 시작하게 하며, 정전원I로 C12에 충전을 하며, C12의 양단자의 전압은 영으로부터 선형으로 증가하기 시작하며, A점의 전압은 Ub와 같고 C12의 양단자의 전압과 같으며, 선형으로 증가되어, 램프율이 I인 상승 전압파형을 형성한다.

Ub가 V1까지 상승했을 때, CON1=1， CON2=1， CON3=1는 변하지 않는다. 전압 비교기U7-B의 양측의 전압이 같으며, 비교기의 출력은 저전압으로 변하며, 따라서 Ud도 저전압으로 되며, Q4가 차단되며, 직류원이 작동을 정지하며, C12의 양측의 전압도 상승을 정지하며, 이에 따라서, Ud가 낮게 변하기 때문에, 싱글칩13핀은 즉시 중단되며, 싱글칩이 시간을 측정하기 시작해서, 지속적으로 시간 설정치 T1과 비교를 한다. 이때, 전압 비교기U7-B는 Ub와 Ue(즉, V1)를 일치하게끔 유지하며, A점에서 진폭이 V1인 전압파형을 형성한다.

싱글칩이 설정치T1 까지 도착했다는 것을 비교 판단했을 때, V1은 A점에서 이미T1시간만큼 유지하였으며, CON1=1, CON2=1는 변하지 않으며, 즉시 CON3=0을 설정하며, Q5는 포화되어 턴온되며, 전압치Ua는 즉시 Ub에 인가되며, A점의 전압은 V1부터 V2로 변한다. 이와 동시에 싱글칩은 계속해서 시간을 측정하며, 지속적으로 시간 설정치T2와 비교한다.

싱글칩이 설정치T2 까지 도착했다는 것을 비교 판단했을 때, Ua는 A점에서 이미T2시간만큼 유지하였으며, 싱글칩은 즉시 CON1=0, CON2=0, CON3=1을 설정하며, Q4, Q5는 차단되며, Q6은 턴온되며, 상승각도와의 반대되는 과정을 통하여, 별도의 회로를 추가하여 Q6에 흐르는 전류를 제어하여 정전류로 되게 하며, 또한 Ub를 이용해서 필요한 ∠θ1로 DV까지 하강한다.

따라서, A점에서는 도 5에 표시된 단턱 전압파형이 형성된다. 하나의 완정한 펄스 출력의 과정이 끝나면, 용접기는 아이들 상태에 전입해서 그 다음의 트리거가 오기를 기다린다.

본 실시예의 회로도에 근거하여, 본 발명의 단턱파의 형성은 도 2의 회로원리도의 A점에 전압 파형을 인가하여 얻어진다. 때문에 A점에 절환 스위치를 설치하는 것으로써, 본 발명의 용접기는 사용 요구에 근거하여, 원래의 구형파 또는 단턱파를 구별하여 사용할 수 있다.

전원 제어장치는 에나멜선을 직접 용접하는 것을 위하여 단턱파의 펄스 출력을 제공하며, 본 발명에서 제출한 에나멜선을 직접 용접하는 용접원리에 의하여 설정되었으며, 단턱파의 펄스 출력은 절연도료를 소어제거시의 과대한 전류로 인하여 두개 전극 팁에 대한 충격을 감소시키며, 용접시기의 대량의 전류가 용접 부재에 흘러가기 때문에 용접시기의 전류 전압은 두개 전압 팁에 대하여 크게 영향을 주지 않는다. 본 발명에서 제출한 단턱파로 인한 펄스 출력은, 에나멜선을 직접 용접하는 용접 헤드의 사용 수명을 크게 연장한다. 중국 특허 신청번호 CN01004785.7에서 제출한 용접기를 이용해서 실험하며, 이와 같이 중국 특허 신청번호 CN01114708.8에서 제출한 용접 헤드 또는 중국 특허 신청번호 CN200512159.2에서 제출한 저항 용접의 용접 헤드를 이용해서 동일한 에나멜선과 작업 부재를 용접하며, 단턱파로 출력한 펄스파형과 이전의 구형파를 출력한 펄스파형을 비교하면, 용접 헤드가 용접한 용접 스폿트는 수십배가 증가되며, 에나멜선의 직경이 부동함에 따라서 수만개의 용접 스폿트에 달할 수 있으며, 용접 헤드의 사용수명을 크게 연장시킬 수 있다.

당연히 본 발명은 단턱파를 출력하는 전부의 회로에 관해서 예를 들 수 없으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자인 당업자가 단턱파의 형성에 관한 회로의 개진은, 본 발명에서 공개한 내용을 간단히 변환해서 쉽게 얻을 수 있기 때문에, 이러한 개진은 본 발명의 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 것이다.

Claims

메인 전원과, 용접 헤드와, 용접기 헤드를 포함하는 마이크로 용접기에 있어서, 메인 전원은 저항 용접 변압기와 전원 제어장치를 포함하며, 메인 전원은 전원 제어장치를 통하여 단턱파형의 펄스 출력을 제공하며, 용접을 진행할 때 용접기 헤드는 저항 용접 변압기의 출력단자와 용접 헤드를 연결시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제1항에 있어서, 상기 전원 제어장치는 펄스 출력을 제공하는 제어회로와, 신호를 상기 제어회로에 전달해서 펄스 출력의 조절에 이용되는 적어도 한 개의 공능 키와, 그리고 제어회로와 전기적으로 연결되어서 신호를 출력하는 표시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제2항에 있어서, 상기 전원 제어장치가 제공하는 단턱파는 ∠θ1, ∠θ2, 제1단턱(V1, T1), 제2단턱(V2, T2)에 의하여 구성되며, 펄스 출력은 소정의 각도(∠θ1)로 제1단턱까지 상승하며, 일정한 시간을 유지한 후 계속해서 제2단턱까지 상승해서 임의의 일정한 시간을 유지하며, 그 후에 소정의 각도(∠θ2)로 하강해서 결속되는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제3항에 있어서, 단턱파의 형성에 이용되는 V1, T1와 V2, T2의 각 파라미터의 수치는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제4항에 있어서, 전원 제어장치의 적어도 하나의 공능 키는 제1단턱의 전압(V1)의 조절에 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제4항에 있어서, 전원 제어장치의 적어도 하나의 공능 키는 제1단턱의 시간(T1)의 조절에 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제4항에 있어서, 전원 제어장치의 적어도 하나의 공능 키는 제2단턱의 전압(V2)의 조절에 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제4항에 있어서, 전원 제어장치의 적어도 하나의 공능 키는 제1단턱의 시간(T2)의 조절에 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제3항에 있어서, 전원 제어장치의 적어도 하나의 공능 키는 펄스를 출력하는 상승 각도(∠θ1)의 조절에 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제3항에 있어서, 전원 제어장치의 적어도 하나의 공능 키는 펄스를 출력하는 하강 각도(∠θ2)의 조절에 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제1항에 있어서, 상기 용접기는 커패시터 에너지 저장식 용접기 또는 인버터 전원 용접기인 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제1항에 있어서, 상기 용접 헤드는 압력을 표시하는 스폿트 용접기의 용접기 헤드인 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제1항에 있어서, 상기 용접 헤드는 스폿트 용접의 용접 헤드, 저항 용접의 용접 헤드, 또는 한 쌍의 평행되는 전극, 또는 한 쌍의 상하 전극인 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.
제1항에 있어서, 상기 전원 제어장치의 제어회로가 제공하는 단턱파의 펄스 출력은 디지털 회로DAC를 통하여 실현되며, 또는 정전류원을 이용해서 커패시터를 충전하고 그리고 전위의 전환으로 실현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 용접기.