KR20140058537A - 디지털 통신 기반 아크 제어 용접 시스템 및 방법 - Google Patents

디지털 통신 기반 아크 제어 용접 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

용접 시스템은 용접 동작과 연관되는 태스크들(54, 60, 68, 80)의 동기화 및 조정을 위한 디지털 통신 회로를 구비한 컴포넌트들을 포함한다. 태스크들은 이 회로의 동기화에 기반하여 조정하여 또는 독립적으로 개시되고 종료될 수 있다. 태스크들 중 특정한 태스크가 용접 파라미터들의 피드백에 기반하여 개루프 방식으로 또는 폐루프 방식으로 컴포넌트들에 의해 수행될 수 있다. 또한 특정 태스크들은 상이한 시스템 컴포넌트에 의해 동시에 실행될 수 있으나, 서로 독립적이거나 또는 상호의존적일 수 있다.

Description

디지털 통신 기반 아크 제어 용접 시스템 및 방법 {DIGITAL COMMUNICATION BASED ARC CONTROL WELDING SYSTEM AND METHOD}
이 출원은 2011년 7월 15일자로 출원된 "Digital Communication Based Arc Control Welding System and Method"라는 제목의 미국 가특허 출원 제61/508,413호의 정식 특허 출원이며, 상기 가특허출원은 인용에 의해 본원에 포함된다.
발명은 일반적으로 용접 시스템들에 관한 것이며, 더 구체적으로는 시스템 컴포넌트들의 디지털 제어 및 조정을 통한 용접 아크들의 효율적인 제어를 위한 향상된 기법들에 관한 것이다.
다수의 용접 시스템들 및 프로세스들이 개발되었고, 현재 사용중에 있다. 일반적으로 이들은 전극과 워크 피스(work piece) 사이의 아크(arc)의 생성을 수반하며, 이는 필러(filler) 금속과 워크 피스를 용융시키는 역할을 한다. 이들은 원하는 접합을 달성하지 못하게 한다. 가스 금속 아크 용접(GMAW: gas metal arc welding)(그 서브세트는 흔히 금속 비활성 가스(MIG: metal inert gas) 용접으로 불림), 플럭스-코어드 아크 용접(FCAW: flux-cored arc welding), 및 실딩된 금속 아크 용접(SMAW: shielded metal arc welding)(흔히 "스틱(stick)" 용접으로 불림)과 같은 몇몇 프로세스들에서, 전극 자체가 용융되어, 용접점(weld)의 일부분이 된다. 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW: tungsten arc welding)(흔히 텅스텐 비활성 가스(TIG: tungsten inert gas)로 불림)과 같은 다른 프로세스들에서, 전극은 용융되지 않으나, 단지 워크 피스 및 개별적인 애더 금속(adder metal)(사용되는 경우)을 용융시키는 아크를 지속시키는 역할을 한다.
이들 용접 프로세스들 전부에서, 다른 컴포넌트들과 함께 전력 공급부(power supply)들이 사용되며, 그 구성 및 동작은 프로세스의 타입 및 프로세스가 실행되는 방식에 기반하여 변화할 수 있다. 예를 들어, MIG 시스템들에서, 전력 공급부는 일반적으로 용접 건(welding gun)을 통해 용접 와이어 전극의 제어된 공급을 제공하는 와이어 피더(wire feeder)에 결합된다. 전력 공급부 또는 와이어 피더는 또한 통상적으로 실딩 가스의 공급부에 결합된다. 또한 MIG 및 TIG 시스템들 양자 모두에 있어, 전력은 결국 용접 건 또는 토치(torch)에 공급되어, 용접 아크를 위한 전기 회로를 완성하기 위하여 사용된다.
그러한 용접 시스템들의 제어는 통상적으로 다른 것의 개루프 제어와 함께, 다양한 측정된 파라미터들의 피드백에 기반한다. 예를 들어, 전류 및/또는 전압이 종종 측정되며, 선택된 특정 용접 체제에 의해 지시되는 바와 같이, 펄스, 출력 전력 레벨 등의 폐루프 제어의 기반으로 사용된다. 태코미터(tachometer) 판독들, 모터 구동 전압들 및 유사한 파라미터들이 또한 폐루프 방식으로 감지되고 및/또는 제어될 수 있으나, 와이어 피드(wire feed) 속도와 같은 다른 설정들은 본질적으로 개루프일 수 있다.
이 타입의 종래의 제어 방식들은 고품질 용접을 제공하는데 매우 유용하지만 특정한 단점들을 겪는다. 특히 대부분의 프로세스 제어에 대한 피드백의 의존은 시스템을 내재적으로 반응성으로 만들어, 통신 및 제어 접근법의 성질로 인하여 간단히 방지될 수 없는 지연들을 초래한다. 이들 역시 내재적 제한들을 갖지만, 예컨대 더 빠른 신호 전달, 더 높은 프로세싱 속도 등을 통해 단지 제한된 개선들만이 이루어질 수 있다.
따라서 지연들을 감소시키고 용접 동작들을 향상시킬 수 있는 용접 프로세스들의 제어를 위한 향상된 기법들이 필요하다.
본 발명은 그러한 필요성에 응답하도록 설계된 용접 시스템 제어에 대한 신규한 접근법을 제공한다. 이 접근법은 용접 컴포넌트들의 동작들의 동기화에 기반하고, 그에 의해 특정 동작들이 감지된 파라미터들의 피드백에 기반하여 수행되기보다 차라리 스케줄링될 수 있는 더욱 한정적인 제어를 초래한다. 확실히, 시스템은 종래의 용접 시스템들에서처럼, 계산들 및 폐루프 제어가 뒤따르는 파라미터 감지 및 피드백을 사용할 수 있고 통상적으로 사용할 것이지만, 제안된 동기화에 의하여 이벤트들을 스케줄링하는 능력이 용접 동작의 다수의 태스크들의 수행을 크게 촉진시킬 수 있다. 이들은 상이한 동기화된 컴포넌트들에 의해 수행되고, 병렬로 동작하도록 스케줄링될 수 있으며, 특정 스케줄링된 동작들에 뒤이어 태스크들 및 폐루프 제어가 진행된다. 다수의 옵션들 및 장래의 혁신들은 특히 이들이 적어도 어느 정도 반응-전용(reactive-only) 폐루프 제어로부터 자유롭게 되는 경우, 용접 시스템 컴포넌트들의 동기화로부터 생겨날 수 있는 것으로 여겨진다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 특징들, 양상들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참고로 하여 하기의 상세한 설명이 판독될 때 더 잘 이해될 것이며, 도면들 전반에 걸쳐 동일한 문자들은 동일한 부분들을 나타낸다.
도 1은 본 개시물에 따른 시스템 컴포넌트들의 조정된 동기화 및 조정된 동작을 위해 설계된 용접 시스템의 도식적 표현이다.
도 2는 도 1에 예시된 시간의 다양한 용접 시스템 컴포넌트들 상에서의 태스크들의 실행을 예시하는 흐름도 또는 타이밍도이다.
도 3은 도 2에 따른 조정된 이벤트들의 타이밍의 그래픽적 표현이다.
이제 도면들을 참고하여, 도 1은 용접 동작들을 위해 동기화 및 조정된 태스크들이 구현될 수 있는 예시적인 용접 시스템(10)을 나타낸다. 용접 시스템(10)은 용접 전력 공급부(12) 및 와이어 피더(14)를 포함하는 것으로서 예시된다. 용접 전력 공급부 및 와이어 피더는 용접 건 또는 토치(16)에 전력 및 용접 서비스들을 제공한다. 동작시, 워크 피스(18) 상에서 용접을 실행하도록, 적용예에 따라 실드 및 가스와 함께 전력 및 용접 와이어가 공급된다.
MIG 용접 시스템이 도 1에 예시되나, 본 기법들은 임의의 용접 시스템, 용접 프로세스 및 용접 컴포넌트와 함께 이용될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 따라서 TIG 시스템들, 스틱 시스템들 등은 본 개시물에 기반하여 유사한 기법들을 이용할 수 있다. 또한, 프로세스들은 정전류 프로세스들, 정전압 프로세스들, 펄스 프로세스들 등을 포함할 수 있으며, 단락 이행, 스프레이 이행, 글로뷸러 이행(globular transfer) 등과 같은 다수의 상이한 물질 이행 모드들이 수용될 수 있다.
예시된 실시예에서, 용접 전력 공급부(12)는 게이트 구동 회로(22)에 결합된 아크 제어 회로(20)를 포함한다. 아크 제어 회로는 특히 본 논의에서 설명되는 동기화된 그리고 조정된 제어에 기반하여, 용접 전극과 워크 피스 사이에 구축된 용접 아크를 제어하도록 설계된다. 실제로, 아크 제어 회로는 전력 공급부 및 용접 시스템에서 다수의 다른 기능들을 수행하는 제어기의 일부일 수 있다. 아크 제어 회로는 통상적으로 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서 및 연관 메모리를 포함할 것이다. 메모리는 용접 프로세스들 전반에 걸쳐 아크 제어 회로에 의해 이용되는 사전-정의된 용접 프로세스들, 용접 파라미터들, 용접 설정들 등을 저장한다. 게이트 구동 회로(22)는 전력 변환 회로(24) 내의 전자 전력 디바이스들의 전력의 도전 상태들을 조절하기 위하여 아크 제어 회로로부터 신호들을 수신한다. 전력 제어 회로(24)는 전력 그리드, 엔진-구동 발전기, 배터리들, 연료 전지들 또는 임의의 다른 적절한 전원과 같은 전력원에 결합될 것이다. 동작시, 아크 제어 회로(20)에 의하여 구현되는 프로세스에 기반하여, 게이트 구동 회로(22)는 용접을 위한 적절한 전력을 발생시키기 위하여 전력 변환 회로 내의 전자 스위치들에 전력을 공급하기 위해 구동 신호들을 제공하도록 명령될 것이다. 본 기술분야의 당업자들에 의하여 인식될 바와 같이, 그러한 디바이스들은 SCR들, IGBT들 및/또는 임의의 다른 적절한 디바이스들을 포함할 수 있다. 또한, 전력 변환 회로는 부스트 컨버터들(boost converter), 벅 컨버터(buck converter)들, 전력 트랜스(power transformer)들 등을 포함하는, 그러한 시스템들에서 일반적으로 발견되는 타입일 수 있다. 전력 변환 회로에 의하여 생성되는 전력은 참조 번호(26)에 표시된 바와 같이 와이어 피더로, 그리고 워크 피스에 통상적으로 결합될 워크 케이블(28)로, 또는 워크 피스가 위치된 픽스쳐로 전달된다.
용접 전력 공급부는 와이어 피더와 같은 다른 용접 시스템 컴포넌트들과 동기화된 동작을 제공하도록 설계되는 디지털 통신 회로(30)를 더 포함한다. 디지털 통신 회로는 아크 제어 회로(20)와 독립적으로 제공될 수 있거나, 또는 아크 제어 회로와 함께 단일 지지부, 회로 보드 등 내로 통합될 수 있다. 디지털 통신 회로(30)는 용접 전력 공급부와 다른 시스템 컴포넌트들 간의 용접 파라미터들, 명령들, 피드백 등의 통신을 허용한다. 회로는 그러한 통신을 위한 알려진 디지털 통신 프로토콜들에 따라 동작하도록 적응될 수 있다. 예시된 실시예에서, 전력 공급부의 디지털 통신 회로(30)는 와이어 피더의 유사한 디지털 통신 회로(32)와 통신한다. 2개의 디바이스들은 전력 공급부 및 와이어 피더의 동작의 동기화를 허용하며, 통상적으로 이 동기화를 위한 기반을 형성할 수 있는 신호들을 제공하는 그들 자신의 클록들을 포함할 것이다. 특정 실시예들에서, 동기화는 개별적 클록들 없이 회로에서 수행될 수 있다. 현재 고려되는 실시예에서, 동기화의 다른 주기들 및 주파수들이 사용될 수 있음에도 불구하고, 통신 회로는 적어도 매 밀리초마다 동기화된다.
용접 전력 공급부(12)는 통상적으로 전류 및 전압과 같은, 용접 프로세스들, 용접 설정들, 용접 파라미터들 등의 사용자 선택을 허용하는 작동자 인터페이스(미도시)를 더 포함할 것임이 또한 유념되어야 한다. 그러한 파라미터들은 용접 동작을 제어하는데 사용하기 위하여 아크 제어 회로(20)로 전달되고, 메모리에 저장되는 등의 방식으로 처리될 수 있다. 도 1에 또한 예시된 바와 같이, 디지털 통신 회로(30)는 원격 디바이스들/자동 시스템들(34)로의 통신을 허용할 수 있다. 따라서 수동 MIG 시스템이 예시되나, 본 발명의 기법들은 용접이 사전에 구축된 프로그래밍에 기반하여 완전히 또는 부분적으로 자동화될 수 있는 자동화된(예를 들어, 로보틱) 시스템들과 함께 이용될 수 있다.
와이어 피더(14)는 디지털 통신 회로(32)에 결합된 모터/운동 제어 회로(36)를 포함한다. 다수의 적용예들에서, 모터/운동 제어 회로(36)는 하기에 설명되는 바와 같은 용접 전력 공급부와 조정된 동작들을 실행할 수 있는 개별 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서를 포함할 것이다. 그러한 프로세서들은 작동 프로그래밍, 교정 설정들, 용접 설정들, 운영자-입력 선호도 등을 저장할 수 있는 메모리(개별적으로 도시되지 않음)와 연관될 것이다. 일반적으로 이들은 예를 들어, 와이어 피드 속도를 포함할 것이나, 이들은 와이어 타입들 등을 또한 포함할 수 있다. 모터/운동 제어 회로(36)는 구동 어셈블리(42)에 결합된 모터(40)의 동작을 명령함으로써 스풀(spool)(36)로부터 와이어를 구동시키도록 구성된다. 그러한 제어 신호들은 예를 들어, 가변 전압 신호들의 형태를 취할 수 있으며, 모터(40) 및 시스템의 다른 컴포넌트들의 성질에 좌우될 것이다. 와이어 피더(14)는 또한 용접 동작을 위해 실드 및 가스를 제공하기 위하여 가스 공급부(44)에 결합된다. 따라서 밸브(46)는 용접 토치에 제공될 가스의 유동을 허용하기 위하여 그리고 유동을 중단시키기 위하여 제공된다. 특정 실시예들에서, 밸브는 또한 어느 정도의 계량(metering)을 허용할 수 있다. 예시된 실시예에서, 밸브는 제어 회로(36)에 의하여 제어된다.
동작시, 도 1의 시스템은 용접 동작들이 용접 시스템 컴포넌트들 사이에서 조정될 수 있는 태스크들로 나뉠 수 있도록, 디지털 통신 회로 간의 통신에 의해 동기화된다. 즉, 종래의 시스템들에서 동작들은 통상적으로 피드백에 기반하여 개루프 방식으로 또는 폐루프 방식으로 수행되는 반면, 본 명세서에 설명된 바와 같은 용접 시스템의 컴포넌트들에 의하여 수행되는 태스크들 중 적어도 일부는 스케줄링 기반으로 수행될 수 있다. 도 2는 동기화된 그리고 조정된 방식으로 도 1에 예시된 타입의 용접 시스템 상에서 수행되는 회로 태스크들을 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 용접 동작(48)은 통상적으로 참조 번호(50)에 의해 표시된 바와 같은 명령에 의해 개시된다. 이 명령은 용접 건 상에서 트리거를 누르는 운영자에 대응할 수 있으나, 또한 자동화된 동작들에 대한 것과 같이 원격 디바이스로부터의 명령의 수신 또는 스틱 프로세스에서의 용접 아크의 개시를 포함할 수 있다. 명령의 수신은 시간(52)에서 표시된 바와 같이 용접 동작을 시작한다. 도 2의 도면에서, 수 개의 컴포넌트들이 태스크들을 수행하는 것으로서 예시되며, 태스크들 중 몇몇은 다른 태스크들과 조정되고, 몇몇은 다른 태스크들과 독립적이다. 이 예시에서, 제1 컴포넌트는 블록(54)에 의해 표시된 바와 같이 시간(52)에 제1 태스크를 시작한다. 이 태스크는 제2 태스크가 참조 번호(58)에서 표시된 바와 같이 제1 컴포넌트에 의해 개시되는 시간(56)까지 지속되는 것으로 예시된다. 이들 시간들 동안에 상기 논의된 통신 회로와 같은 회로의 동기화에 의해 다른 시스템 컴포넌트들 간에 조정이 이루어질 것으로 고려된다. 따라서 예시된 실시예에서, 제2 컴포넌트는 블록(60)에서 표시된 바와 같이 제1 스케줄링된 태스크를 시작한다. 태스크들(58 및 60)은 시간(62)까지 병렬적으로 계속된다. 시간(62)에, 제1 컴포넌트는 제3 태스크(64)를 실행하는 한편, 제2 컴포넌트는 제2 태스크(66)를 시작한다. 동시에, 제3 컴포넌트는 블록(68)에서 표시된 바와 같이 그것의 제1 태스크를 시작한다.
이들 개시된 태스크들에 후속하여, 제1 컴포넌트는 무기한으로 제3 태스크를 계속하는 것으로 도시되는 한편, 시간(70)에 제2 및 제3 컴포넌트들은 각각 태스크들(72 및 74)을 시작한다. 제어의 이 시점은 용접 동작에서 안정 상태의 용접 조건들에 대응할 수 있다.
이들 태스크들의 동기화 및 조정에 관한 수 회의 관찰들이 이루어져야 한다. 먼저, 태스크들 중 특정 태스크는 동시에 시작 및/또는 종료하도록 스케줄링되고 조정될 수 있다. 그러나 특정 태스크들은 다른 컴포넌트들에 의해 수행되는 다른 태스크들보다 먼저 종료할 수 있으며, 먼저 종료하는 태스크에 대한 컴포넌트는 다른 컴포넌트에 의하여 태스크가 완료될 때까지 대기하도록 지시될 수 있다. 예를 들어, 태스크(58)는 태스크(60) 이전에 완료될 수 있으나, 컴포넌트(1)는 그것의 후속 태스크(64)를 시작하기 위하여 태스크(60)의 완료까지 대기하도록 지시될 수 있다. 또한, 몇몇 이들 태스크들은 컴포넌트가 턴 오프 또는 턴 온되거나 또는 미리 결정된 레벨로 작동하도록 명령되는 개루프 동작일 수 있음이 유념되어야 한다. 다른 태스크들은 통상적으로 현재 용접 시스템들에서와 같이 하나 이상의 감지된 용접 파라미터들의 피드백에 기반한 폐루프일 수 있다. 이 폐루프 동작은 태스크들(66, 72 및 74)에서 순환형 화살표들에 의해 도 2에 예시된다. 그러나 이들은 단지 예시적이며, 태스크들 중 임의의 태스크가 적어도 부분적으로 특정 컴포넌트에 대한 폐루프일 수 있음이 유념되어야 한다. 또한 태스크들 중 임의의 태스크는 다른 컴포넌트 태스크들과 완전히 독립적일 수 있거나 또는 이들은 실질적으로 상호의존적일 수 있다. 즉, 예를 들어 참조 번호(72)에 의해 표시되는 컴포넌트(2)의 제3 태스크는 그것의 스케줄링된 태스크(74)를 수행함에 있어 컴포넌트(3)에 의해 또한 이용되는 피드백을 이용할 수 있다. 그러한 상호의존성은 용접 동작의 특정 위상들에서, 예컨대 조정된 와이어 피드 및 전력 제어에 대해 공통적일 수 있다. 조정된 동작에 대해, 컴포넌트들은 특히 특정 태스크들이 다른 컴포넌트들 상의 다른 태스크들의 완료 이후에만 시작하는 경우에, 디지털 통신 회로를 통해 다양한 태스크들의 상태를 통신할 수 있다.
도 2에 추가로 예시된 바와 같이, 몇몇 시점에서 참조 번호(76)에서 표시된 바와 같이 용접 동작을 종료하기 위하여 명령이 수신될 것이다. 수행된 프로세스 및 시스템 타입에 따라, 이것은 용접 토치 트리거를 릴리즈하는 작동자, 아크를 종결시키기 위해 토치 또는 스틱을 워크 피스로부터 멀리 이동시키는 것, 또는 (예를 들어, 워크 피스 상의 원하는 위치에 도달한 이후에 용접을 종결시키기 위해) 원격 디바이스로부터 수신되는 자동화된 명령으로 구성될 수 있다. 도 2의 예시에서, 이 명령은 시간(78)에 수신되고, 여기서 제1 컴포넌트는 용접 동작의 종결을 시작하기 위해 스케줄링된 태스크(80)를 시작한다. 이 태스크의 종결에 이어, 컴포넌트는 자신의 최종 태스크(82)를 수행한다. 제1 컴포넌트에 의해 스케줄링된 태스크들의 수행과 별개로, 제2 컴포넌트는 용접 동작의 종결을 시작하기 위하여 시간(78)으로부터 얼마 후의 시간(86)에 자신의 마지막 스케줄링된 태스크를 시작할 수 있다. 예시된 실시예에서, 제3 컴포넌트는 또한 참조 번호(88)에 의하여 표시된 바와 같은 이 스테이지에서 태스크를 시작한다. 이들 2개 태스크들은 시간(90)에 완료되는 것으로 예시되고, 최종 태스크는 그 후 참조 번호(92)에서 표시된 바와 같이 제3 컴포넌트에 의해 수행된다. 여기서 다시, 이들 태스크들 중 일부 또는 전부는 감지된 용접 파라미터들에 기반하여 개루프 또는 폐루프일 수 있다. 모든 태스크들의 완료에 이어, 용접 동작이 종결된다.
도 2에 약술된 프로세스들 전반에 걸쳐, 용접 컴포넌트들의 동기화가 발생한다. 따라서 동기화의 시계(time horizon) 내에서, 다양한 태스크들이 용이하게 조정될 수 있다. 태스크들의 명령은 각각의 개별적 컴포넌트의 제어 회로에서 비롯될 수 있거나, 또는 특정 컴포넌트들이 다른 것의 동작을 명령할 수 있다. 그러나 본 발명의 기법들은 동기화 및 조정된 태스크들을 허용하는 회로를 갖는 적어도 2개의 컴포넌트들을 고려한다. 태스크들 중 일부 또는 전부는 특히 자동화된 적용예들에 대해, 도 1에 예시된 것과 같은 원격 디바이스들에 의해 명령될 수 있다는 것이 또한 유념되어야 한다. 또 추가로, 특히 자동화된 설정들에서, 용접 시스템 컴포넌트들에 의하여 수행되는 태스크들은 예컨대 어셈블리 라인들 상의 그리고 용접 셀(weld cell)들 내의 위치 및 준비가 된 워크 피스들, 어셈블리들 등에 기반하여 특정 위치들 및 시간들에 용접 동작들을 시작 및 종료하기 위하여 다른 머신 시스템들에 의해 수행되는 태스크들과 조정될 수 있다.
도 3은 도 2에 요약된 타입의 예시적인 용접 프로세스(94)의 그래픽적 표현이다. 도 3은 접근에 따른 컴포넌트(96) 및 접근에 따른 시간(98)의 크기 또는 상태의 관점에서 용접 프로세스를 나타낸다. 도 3의 예시에서, 트레이스(100)는 그 후 밸빙(valving)(여기서는 "컴포넌트(1)")의 제어하에 실드 및 가스의 유동을 나타내고, 트레이스(102)는 용접 와이어 피드(와이어 피드 모터 및 어셈블리의 제어를 통해, 여기서는 "컴포넌트(2)")을 나타내는 반면, 트레이스(104)는 전력 공급부의 전압 출력(전력 변환 회로의 제어 하의, 여기서는 "컴포넌트(3)")을 나타낸다. 도면에서 보여지는 바와 같이, 태스크들은 원하는 용접 동작에 대한 특징 시간에 개시되고 완료된다.
특히, 시간(t0)에, 용접 동작은 상기 설명된 바와 같은 명령의 수신에 의해 개시된다. 이 시점에서, 실드 및 가스의 사전-유동은 가스 밸브의 제어에 의해 시작된다. 이 태스크는 미리 결정된 길이의 시간 동안 개루프로 수행되고, 시간들(t1 및 t2) 사이에 제2 태스크으로서 가스의 유량의 변화가 후속될 수 있다. 시간(t2) 에, 그 후 실드 및 가스의 유동은 안정 상태 레벨에 도달했을 것이고, 추가로 변화되지 않는다(일반적으로 도 2에 예시된 제3 태스크(64)에 대응함). 또한 시간(t2)에, 전력 공급부의 전압 출력은 용접 아크의 개시를 예측하기 위하여 현저히 증가된다. 시간(t3)에 전압은 피크에 도달하고, 트레이스(102)에 의해 표시되는 바와 같이 용접 와이어 피드가 시작된다. 시간들(t3 및 t4) 사이에, 용접 전력 공급부는 와이어 피드 레이트를 계속해서 증가시킬 것이고, 결국 이 기간 동안 아크가 구축될 것이다. 아크의 구축 시, 전압은 트레이스(104)에 의하여 표시된 바와 같이 감소될 수 있다. 여기서 용접 아크의 구축을 표시하는 전압 및/또는 전류의 검출시, 이들 동작들 중 하나 또는 양자 모두는 폐루프 방식으로 수행될 수 있다는 것이 유념되어야 한다. 시간(t4)에, 그 후 와이어 피드 속도 및 전압은 안정 상태 레벨에 도달할 것이며, 용접 동작이 진행될 것이다.
상기 언급된 바와 같이, 이들 태스크들 및 동작들 중 임의의 것은 실질적으로 상호의존적일 수 있다는 것이 유념되어야 한다. 예를 들어, 특정 경우들에 있어, 와이어 피드 속도는 아크를 지속시키기 위하여 전력의 인가 및 아크의 개시와 조정될 수 있다. 도 3에 구체적으로 예시되지 않으나, 태스크들 간의 피드백 제어 및 상호의존성을 가지고 또는 갖지 않고 이들 태스크들에 대한 다수의 변경들이 예상될 수 있다.
도 3의 예시에서, 용접 동작을 종결시키기 위하여 신호가 수신되는 시간(t5)까지 용접 동작은 계속된다. 이것은 예를 들어, 용접 토치 상에 트리거를 릴리즈하는 용접 동작에 대응할 수 있다. 예시된 실시예에서, 이 신호는 시간(t6)까지 가스 유동의 감소의 시작을 초래하며, 시간(t8)까지 가스 유동의 연속적인 감소가 후속된다. 본 기술분야의 당업자들에 의해 인식될 바와 같이, 그러한 동작들에서 가스 유동은 냉각 용접 비드(cooling weld bead) 및 용접 퍼들(weld puddle)을 충분히 실딩하기 위하여 계속될 수 있다. 여기서 이 동작은 와이어 피드 및 인가된 전압에 영향을 미치는 수행된 동작들과 다소 독립적으로 수행된다.
시간(t7)에, 와이어 피드의 레이트는 램프 다운(ramp down)되어, 결국 시간(t9)에 종착점에 도달한다. 전압은 또한 시간(t9)까지 램프 다운되며, 이 시점에서 전압은 시간(t10)에서 표시되는 바와 같이 종결된다. 여기서 다시, 이들 동작들은 상호의존적일 수 있으며, 판결된 용접 파라미터들에 기반할 수 있다.
그러한 프로세스들 전반에 걸쳐, 독립적으로 또는 의존적으로 용접 시스템 컴포넌트들 중 하나 이상의 것들의 태스크들을 스케줄링하는 능력에 의하여 상당한 장점들이 획득될 수 있는 것으로 여겨진다 . 컴포넌트들의 동기화는 때때로 피드백에 그리고 때때로 시작점, 종착점 등에 의존할 수 있는 병렬적 동작을 허용한다. 다시 여기서, 태스크들 각각 내에서, 개루프 또는 폐루프 동작이 구현될 수 있으며, 이들 중 특정한 것에서 종래의 용접 시스템들의 것들과 동일할 수 있다. 그러나 스케줄-기반 태스크들의 동기화는 향상된 플렉서빌리티를 제공하고, 용접 동작 동안 특정 동작들의 개시 및 종결에 있어서 지연들을 감소시킨다.
발명의 단지 특정 피쳐들만이 본 명세서에서 예시되고 설명되었으나, 다수의 변형들 및 변경들이 본 기술분야의 당업자들에게 발견될 것이다. 따라서 첨부된 청구항들은 발명의 진의에 포함되는 모든 그러한 변형들 및 변경들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 용접 동작에 적합한 용접 출력 전력을 생산하도록 구성되고, 용접 동작 동안 용접 파라미터들을 전송 및 수신하도록 구성되는 제1 디지털 통신 회로를 포함하는 용접 전력 공급부(welding power supply); 및
    상기 용접 전력 공급부에 결합되고, 상기 용접 동작의 일부를 수행하도록 구성되며, 상기 제1 디지털 통신 회로와 통신하고 상기 용접 동작 동안 상기 용접 파라미터들을 전송 및 수신하도록 구성되는 제2 디지털 통신 회로를 포함하는 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트
    를 포함하며, 상기 제1 및 제2 디지털 통신 회로는 동기화되는 것인, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부 및 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트는 디지털 통신 회로를 통한 동기화에 의해 조정된, 동시에 시작 및/또는 종료하는 태스크(task)들을 상기 용접 동작 동안 수행하도록 구성되는 것인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부는 용접 파라미터의 피드백에 기반하여 폐루프 방식으로 상기 용접 동작 동안 태스크를 수행하도록 구성되는 것인, 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트는 동일한 또는 상이한 용접 파라미터의 피드백에 기반하여 폐루프 방식으로 상기 용접 동작 동안 태스크를 수행하도록 구성되며, 상기 용접 전력 공급부에 의하여 수행되는 태스크는 상기 디지털 통신 회로를 통한 동기화에 의해 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트에 의해 수행되는 태스크와 조정되는 것인, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부에 의하여 수행되는 태스크 및 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트에 의하여 수행되는 태스크는 상호의존적인 것인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 통신 회로는 원격 자동 시스템에 데이터를 전송하고 원격 자동 시스템으로부터 데이터를 수신하도록 구성되는 것인, 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용접 동작은 적어도 부분적으로 상기 원격 자동 시스템에 의하여 명령되는 것인, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 통신 회로는 적어도 매 밀리초마다 동기화하도록 구성되는 것인, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부 및 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트 각각은 상기 디지털 통신 회로를 통해 동기화된 태스크들을 제어하도록 구성되는 개별적 프로세싱 회로를 포함하는 것인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부의 디지털 통신 회로는 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트의 디지털 통신 회로와 통신하되, 상기 용접 전력 공급부로부터의 전력을 운반하는데 사용되는 컨덕터와 별개인 컨덕터를 통해 서로 통신하도록 구성되는 것인, 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부의 디지털 통신 회로는 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트의 디지털 통신 회로와 통신하되, 상기 용접 전력 공급부로부터의 전력을 운반하는데 사용되는 컨덕터를 통해 서로 통신하도록 구성되는 것인, 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부의 디지털 통신 회로는 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트의 디지털 통신 회로와 통신하되, 서로 무선으로 통신하도록 구성되는 것인, 시스템.
  13. 용접 시스템을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    용접 동작에 적합한 용접 출력 전력을 생성하도록 구성되는 용접 전력 공급부를, 상기 용접 전력 공급부에 결합되고 상기 용접 동작의 일부를 수행하도록 구성되는 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트와 동기화하고;
    상기 용접 동작을 개시하며;
    상기 동기화에 기반하여 조정하여, 상기 용접 전력 공급부 및 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트에 대하여 상기 용접 동작을 위해 스케줄링된 태스크들을 수행하는 것
    을 포함하는, 용접 시스템을 제어하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부 또는 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트에 의하여 수행되는 태스크는 개루프 방식으로 수행되는 것인, 용접 시스템을 제어하기 위한 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부 또는 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트에 의하여 수행되는 태스크는 용접 파라미터의 측정된 피드백 또는 추정된 피드백에 기반하여 폐루프 방식으로 수행되는 것인, 용접 시스템을 제어하기 위한 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    적어도 매 밀리초마다 상기 용접 전력 공급부 및 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트를 동기화시키는 것을 포함하는 것인, 용접 시스템을 제어하기 위한 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부에 의하여 그리고 상기 적어도 하나의 다른 용접 컴포넌트에 의하여 수행되는 태스크들은 동시에 시작 및/또는 종료하도록 조정되는 것인, 용접 시스템을 제어하기 위한 방법.
  18. 용접 시스템에 있어서,
    용접 동작에 적합한 용접 출력 전력을 생성하도록 구성되고, 용접 동작 동안 용접 파라미터들을 전송 및 수신하도록 구성되는 제1 디지털 통신 회로를 포함하는 용접 전력 공급부; 및
    상기 용접 전력 공급부에 결합되고, 상기 용접 동작 동안 용접 와이어를 제공하도록 구성되며, 상기 제1 디지털 통신 회로와 통신하고 상기 용접 동작 동안 상기 용접 파라미터들을 전송 및 수신하도록 구성되는 제2 디지털 통신 회로를 포함하는 용접 와이어 피더(welding wire feeder)
    를 포함하며, 상기 제1 및 제2 디지털 통신 회로는 동기화되는 것인, 용접 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 용접 전력 공급부 및/또는 상기 와이어 피더에 의하여 수행되는 적어도 하나의 태스크는 개루프 방식으로 수행되고, 상기 용접 전력 공급부 및/또는 상기 와이어 피더에 의하여 수행되는 적어도 하나의 다른 태스크는 용접 파라미터의 피드백에 기반하여 폐루프 방식으로 수행되는 것인, 용접 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 용접 동작을 위한 실딩(shielding) 가스의 유동을 제어하기 위하여 밸빙(valving)하는 단계를 포함하며, 상기 밸딩의 동작은 상기 디지털 통신 회로를 통한 동기화에 기반하여 상기 용접 와이어 피더에 의한 상기 용접 와이어의 제공 그리고 상기 용접 전력 공급부에 의한 전력의 제공에 의해 조정되는 것인, 용접 시스템.
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