KR20150019304A - 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치에 관한 것으로서,
스폿 용접을 계속하게 되면 용접 캡의 표면이 산화 또는 오염의 접촉 저항이 증가하여 용접 불량의 원인이 될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일정 횟수마다 용접캡의 오염된 표면을 연마작업으로 수행하고 있으나,
일정 횟수 이전에 재료불량이나 용접캡 표면 오염 등 여러 가지 원인에 의해 용접불량이 발생하게 되어 이때, 용접 불량을 판별하기가 어려웠다.
따라서 본 발명은 실제 용접 부분의 용접 온도를 측정할 수 있는 전극을 제공하는 하는 데 있다.

Description

용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정장치{How to get the welding temperature and welding caps welding defects determined the device using it.}

본 발명은 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치에 관한 것으로서,

스폿 용접기로 용접 작업을 반복적으로 계속 수행하게 되면, 용접 캡 표면의 산화 또는 오염으로 접촉 저항이 증가하여 용접 불량의 원인으로 품질 불량을 발생하는 원인이 된다. 따라서 용접캡 접촉면은 오염 없는 최적의 상태로 재료와의 접촉 저항이 낮은 상태의 깨끗한 상태를 지속적으로 요구되고 있으나, 용접 중 예기치 못한 상태로 오염이 진행될 수 있어서 차체 부품 용접시 용접상태를 확인하기 위해 전파검사, 비파괴검사로 이후에 나오는 데이터를 분석하는 시간과 그 결과를 유추하여 용접캡 교환주기나 관리되고 있는 어려움이 있었다.

그리고 용접불량은 재료표면상태, 접촉압력상태, 용접캡 표면 불량이나 용접캡 과열 등 여러 가지 원인에 의해 용접 불량이 발생할 수 있는 원인을 항상 내포하고 있고, 또 용접 시간이 짧고 쇠의 융점의 고온에서 이루어지므로 즉시 용접불량을 판별하기가 어려웠다.

용접은 산업 전방위에 사용되는 것으로서, 재료 간 접합을 위해 재료의 융점보다 높은 온도로 가열 또는 발생하게 하여 접합하는 공정으로 제조업 전반적으로 사용되고 있는 기술이다.

용접과정 중, 높은 열은 용접 표면의 지속적인 산화 또는 오염으로 정상적이지 못한 용접 온도 도달로 미완성 용접온도로 용접 불량이 발생하는 주원인이 된다.

용접할 재료의 표면 오염상태나 재료의 형상 불량, 용접캡간 가압력 등등 다양한 원인으로 전 세계 용접공을 수행하는 제조업 전반적으로 용접 불량은 발생하고 있으며, 이러한 용접 불량은 특히 자동차 안전에 치명적인 결함으로 연결되기 때문에 매우 세심하게 검사 관리하고 있으며, 여기에 많은 시간과 비용이 소모되고 있다.

본 발명은 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치에 관한 것으로서, 상기와 같은 용접 불량의 상태를 확인하기 위해 실제 용접 재료와 접촉하는 용접캡 표면의 전도열을 용접캡 주변에 위치되는 다수개의 온도센서로 실시간 검출하는 열의 온도를 측정하여 온도 도달시간이나 정상온도 유무로 용접 불량을 판정할 수 있도록 한 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치에 관한 것이다.

지금까지 용접불량은 용접공정이 완료된 이후에, 상당시간과 인력을 들여 전파검사나 비파괴 검사를 일부만으로 전수검사가 아닌 샘플링으로 판정하고 있었다.

본 발명은 스폿 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접장치에 관한 것으로서,

스폿 용접시, 실제 재료와 접촉되고 용접과정에서 발생하는 용접온도를 용접캡 주변에서 즉시 감지할 수 있는 센서 수단을 적용하여 용접시 용접온도를 실시간 측정하여 제어부의 비교 판단으로 즉시 용접불량 상태를 검지할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치는 직접적인 용접 작업시 발생하는 온도 변화를 즉시 측정과 판단할 수 있으므로 생산제조현장에서 신속한 용접불량을 판단 제품 생산라인을 효율적인 운영과 제품의 용접 결함을 예방 및 방지할 수 있게 되므로 제품 제조 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 생산된 제품의 품질관리 지원과 고속 용접 생산기술을 지원하여 경제성을 확보할 수도 있다.

그리고 별도의 제조 공정을 추가하거나 작업자의 작업시간을 배려하지 않고도 스폿 용접의 정상, 불량 판정 정보를 획득 및 독립적으로 처리하여 용접캡의 표면상태 연마 관리 등 품질 향상 자동화 생산공정으로

생산효율과 노동력과 비용을 절감할 수 있는 발명이다.

도 1은 스폿 용접의 용접 작업을 보이는 도.
도 2는 기존 스폿 용접캡을 보이는 도
도 3은 온도센서 기능의 커플링 외관사시도
도 4는 도 3의 절단면도
도 5는 도 3 및 도 4의 적용상태도
도 6은 온도센서 기능의 용접캡 외관사시도.
도 7은 또 다른 온도센서 기능의 용접캡 외관사시도.
도 8은 본 발명에 따른 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치의 구성도
도 9는 본 발명에 따른 일실시 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치 제조 순서도

도 10은 온도센서들로부터 획득한 온도그래프 및 불량 판정 구간 표시 설명 도면

본 발명은 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치에 관한 것으로

일실시 예를 설명하면,

먼저, 도 1은 스폿 용접의 용접 작업을 보이는 도로서,

일부분 그림으로 용접하고자 하는 두 겹 또는 3겹, 4겹 재료(5)를 양쪽에서 가압으로 접촉하면서 많은 순간 전류를 제공할 수 있는 용접캡(1, 1)과 전극 암(3,3)으로 구성되어 접합용접 작업을 수행한다.

일반적인 차체부품제조 공정에서 흔히 사용하는 용접방식이나 구성을 표시하려는 도면이며,

도 2는 기존 스폿 용접캡을 보이는 도면으로서,

도 1의 용접캡(1)과 전극암(3)이 분리되는 구조를 보이는 도면이다.

용접캡(1)은 오염되므로 일정횟수에 따라 표면가공기계로 오염표면을 제거하게 되며 이때 표면 제거로 일정 마모 한계선이 그려져 마모한계선 근처에서는 용접캡(1)의 사용수명 한계점에 다다르면, 새로운 용접캡(1)을 교환하여 제조 생산하고 있는 일반적인 방법이다.

상기와 같은 구성으로 스폿용접을 상세하게 설명하면,

용접하고자 하는 재료(5)를 용접캡(전극)(1) 사이에 두고 가압하면서 전류를 통하면, 주울 법칙에 의한 저항열이 발생하고, 이때 발생하는 저항 열을 이용하여 재료(5) 간 접합 면을 가열 융합(용접)할 수 있는 용접 기술의 하나이다.

도 3은 온도센서 기능의 커플링(7)의 외관사시도이며,

도 4는 도 3의 절단면도이다.

용접캡(1)의 외주면의 온도를 획득할 수 있는 발명으로서,

실제 용접 온도가 정상부근의 온도인지 상태 온도정보를 획득할 수 있도록 한 온도센서 기능의 커플링(7)의 외관사시도이다.

용접캡(1)의 일부분을 통과시킬 홈(9)이 형성되며 홈(9) 내부에는 여러 개의 온도를 측정할 수 있는 센서(10) 즉, 온도센서(10)들이 고정 또는 위치되어 있는 특징이 있다.

그리고 이러한 센서(10)들은 커플링(7) 외부 케이블(15)로 연장되어 제어장치(50)로 연결된다.

도5는 도 3 및 도 4의 적용상 태도이다.

도면에서 보이는 것처럼, 온도센서 기능의 커플링(7)이 용접캡(1)을 일부 관통시켜 일부분에서 고정되는 모습을 보이고 있다.

쉽게 설명하면 손가락에 끼우는 반지 형태로 고정되되 내부에는 여러 가지 온도센서(10)로 온도 정보를 획득할 수 있는 용접캡(1) 전용 용접온도 측정 기능의 커플링(7)으로 예를 들어 설명한다.

도면에서는 도시하지 않았지만, 작업중 용접캡(1)과 이탈을 방지하기 위한 고정나사로 고정하거나 결속 밴드(미표시)로 고정할 수 있다.

따라서 본 발명에서 설명되거나 도시된 도면 이외에 다양한 용접캡(1)에 맞춰 제작 또는 디자인이 될 수 있다.

도 6은 온도센서 기능의 용접캡 외관사시도이며,

도 7은 또 다른 온도센서 기능의 용접캡 외관사시도.

본 발명의 또 다른 일 실시에서는 용접과정에서 실제 용접 온도가 정상부근의 온도인지 또는 재료 표면 오염, 재료 불량 등 여러 가지 원인에 의해 온도가 낮거나 상대적으로 높은 온도를 측정할 수단을 제공하는 용접 캡(1)을 별도로 제공한다.

실제, 용접중 재료의 용접 진행중인 부분의 온도를 확인할 수 있는 수단은 용접 불량 유무 판단에 매우 중요한 요소이나 측정이 어렵다는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 용접캡(1) 일부분에 온도를 측정할 수 있는 온도센서(10)가 내부 삽입되어 용접캡(1)의 온도를 언제든지 측정할 수 있는 구성으로 하였다.

온도센서(10)가 본 발명의 용접캡(1)의 온도를 검출하는데 필요한 1개 이상 또는 여러 센서들이 서로 다른 위치에 고정 또는 설치되어 용접캡(1)의 온도를 측정 할 수 있는 특징이 있다.

온도센서(10)는 전기적 연결이 필요하므로, 본 발명의 온도 센서 기능의 용접캡(1)과 연결 또는 분리가 쉽도록 커넥터 또는 플러그 타입(13)으로 적절한 방법이나 구성으로 할 수 있으며, 용접부위의 온도신호가 케이블전선(15) 연장되어 제어장치(50)까지 연결된다. 제어장치(50)에서는 온도센서의 온도변화를 프로그램으로 제어 처리한다.

제어장치(50)에서는 시간에 따른 온도기울기 구간 등을 판단하는 제어장치(50)로 정상 용접의 상태나 과정을 판단하여 외부로 출력(미표시)하게 되는 구성을 갖는다.

도 8은 본 발명에 따른 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치의 구성도이다.

용접캡(1) 주변에 위치하는 온도센서 기능의 커플링(7) 내부에서는 용접캡(1)과 접촉되어 온도를 측정할 수 있는 다양한 종류의 온도센서(10)가 여러 개 위치하는 것으로 구성되며,

각각의 온도센서(10)로부터 획득한 아날로그 온도정보는 케이블(15)을 통해 제어장치(50)로 전송된다.

제어장치(50) 내부에는 매트릭스회로 & A/D 부와 보상회로를 포함하는 온도처리S/W부와 입/출력부 그리고 전체적으로 제어하는 제어부로 구성된다.

상기 입/출력부는 스폿로봇용접 로봇을 제어하는 PLC나 용접기 그리고 컴퓨터 등 데이터 정보를 유무선 송출할 수 있는 입/출력부를 갖는 특징이 있다.

제어부에서는 입/출력 신호와 정보를 저장할 수 있는 ROM, RAM 조합으로 프로그램 처리로 전체적인 시스템을 제어하고 이상 유무 검사한다.

도9는 본 발명에 따른 일실시 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치 제조 순서도이다.

용접캡(1)을 준비하는 단계(21);는

본 발명의 온도 센서 기능의 용접캡(1)에 사용할 전극인 용접캡(1)을 준비하는 과정으로서 이때, 사용되는 용접캡의 재질은 0.1~1.5% 카드뮴을 혼합한 동합금 재료로 된 전극이나, 0.1~5% 크롬을 첨가한 지르코늄 동 전극 또는 티타늄동 전극 그리고 0.5~5% 베리륨과 1~5%코발트가 첨가된 저베 리륨동 전극, 0.1~1% 베리륨과 1~2% 니켈이 혼합된 니켈 베리륨 동 전극이 있는 특징이 있다.

용접캡(1) 홈 작업 단계(23);는

상기 용접캡(1)을 준비단계(21)에서 준비된 전극 일부분에 온도센서를 장착할 부분에 드릴로 홈(미표시)을 파내는 과정으로 홈을 내는 작업이며,

이때, 전극 상태나 종류별로 전극 외주면 일부분에 적당하게 위치하도록 일정크기나 깊이로 홈을 낸다.

온도센서 삽입 단계(25);는

상기 전극 홈에 온도센서(10)를 삽입하는 단계이며,

온도센서(10) 고정 및 몰딩 작업(27);은

전극(1)과 온도센서(10)가 고정될 수 있도록 나사 체결(미도시) 또는 엑폭시(미도시)로 몰딩하여 방수 및 충격과 온도 센서 측정이 바람직하도록

고정하는 작업이다.

다음으로, 검사 단계(19);는

본 발명의 용접캡(1)의 제조가 정상적으로 만들어졌는지 검사하는 과정으로서 정상적인 온도검출을 하고 있는지, 필요에 따라 방수검사로 누수가 없는지를 검사하는 단계이며,

납품 출하단계(31);는

검사단계(29)에서 정상 제품을 포장 및 출하하는 과정을 나타내고 있다.

즉,

용접캡 외주면 일부분에 온도센서가 적용되어 용접캡의 용접 과정 중 발생하는 온도를 측정할 수 있는 특징의 온도 센서 기능의 용접 캡이다.

그리고 본 발명의 온도 센서 기능의 용접 캡(1)의 제조방법은

용접캡(1)을 준비하는 단계(21);

용접캡 홈 작업 단계(23);

온도센서 삽입 단계(25);

온도센서(10) 고정 및 몰딩 작업(27);

다음으로, 검사 단계(19)로 제조되어

납품 출하(31)하는 과정으로 제조되는 온도 센서 기능의 용접 캡의 제조방법이며,

본 발명의 온도 센서 기능의 용접 캡에 사용할 용접캡(1)은,

0.1~1.5% 카드뮴을 혼합한 동합금 재료로 된 전극(1),

0.1~5% 크롬을 첨가한 지르코늄 동전극(1) 또는 티타늄 전극(3),

0.5~5% 베리륨과 1~5%코발트가 첨가된 저베 리륨동 전극(1),

0.1~1% 베리륨과 1~2% 니켈이 혼합된 니켈 베리륨 동 전극(1)

이 특징인 본 발명의 온도 센서 기능의 용접 캡이라는 특징이 있다.

상기 용접캡에 적용 또는 설치되는 온도센서는 적어도 1개 이상 5개 이내 적용되는 온도 센서 기능의 용접캡이 특징인 발명이다.

이때에는 용접캡 주변의 여러 부위의 용접 온도를 측정하게 되므로 더욱 정확한 용접 품질을 판별하게 기여하는 발명이다.

그리고 제어장치(50) 하나에 여러 개의 커플링(7)이 연결되어 사용될 수도 있는 특징이 있다.

도 10은 온도센서들로부터 획득한 온도그래프 및 불량 판정 구간 표시 설명 도면이다.

여러 개의 온도센서(10)가 각각 독립적으로 획득한 온도정보는 일정시간구간에서 용접표준 구간을 S/W로 용접온도 최저점(가)와 용접온도 최고점(나) 구간을 설정하여 온도센서(10)로부터 전송되는 독립적인 온도정보를 읽어가면서 일정시간 동안 동일한 구간의 온도그래프인지, 벗어나는 온도정보의 유무를 판단해서

용접 불량을 검출 또는 판단할 수 있게 된다.

용접 불량이 판단되면 상기 제어장치(50)의 제어부에서는 출력부를 통해 다시 한번 용접과정을 반복 수행으로 정상용접 타점을 완성해서 생산되는 제품을 제조 및 완성할 수 있는 특징이 있다.

그래프에서 A는 용접상태온도가 정상적인 품질 상태를 만족하는 온도그래프를 보인고 있으며,

B는 정상 용접온도 범위를 넘어선 과열상태나 정상 용접 온도보다 낮은 상태의 온도가 확인되면

불량이라 판단할 수 있는 그래프가 B로 보인다.

그래프 구간A에서는 다수개의 온도정보가 정상 용접온도로 정상판정 상태 표시도로 정상 용접온도범위가 관측되었으므로 합격 판정을 내려 계속 작업을 수행하는 S/W로 처리 그리고

그래프 B구간은 일부 혹은 여러 구간의 온도측정이 비정상적인 용접온도로 용접불량 상태 표시도 이때에는 용접불량임을 알리는 호출 음이나 경고음 그리고 용접캡의 오염된 표면 연마 공정 수행하거나 관리자의 지령을 기다리는 다양한 S/W로서 용접 품질관리 강화에 기여할 수 있다.

1:전극 또는 용접캡
3:전극암(또는 용접캡 암)
5:재료
9:관통홈
10:온도센서
15:케이블
50:용접장치
가:용접온도 최저점
나:용접온도 최고점
A:다수개의 온도정보가 정상 용접온도로 정상판정 상태 표시도
B:일부 혹은 여러구간의 온도측정이 비정상적인 용접온도로 용접불량 상태 표시도.

Claims (5)

1. 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치에 있어서,
   용접캡을 일부 관통할 수 있는 일정 폭을 갖는 도넛형태의 구성에 용접캡의 표면 온도를 측정할 수 있는 다수개의 온도센서가 내부에 수용 또는 고정되며, 각각의 온도정보를 케이블로 연장하여 제어부로 획득한 온도 정보는 전송되고 전송된 실시간 온도정보를 S/W로 비교 처리하여 용접불량 판단 정보를 입출력부를 통해 전송할 수 있는 특징의 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치.
2. 용접캡의 용접온도 획득 방법 및 그것을 이용한 용접불량 판정 장치에 있어서,
   용접캡 외주면 일부분에 온도센서가 적용되어 용접캡의 용접 과정 중 발생하는 온도를 측정할 수 있는 특징의 온도 센서 기능의 용접 캡.
   
3. 본 발명의 온도 센서 기능의 용접 캡의 제조방법은
   용접캡(1)을 준비하는 단계(21);
   용접캡 홈 작업 단계(23);
   온도센서 삽입 단계(25);
   온도센서(10) 고정 및 몰딩 작업(27);
   다음으로, 검사 단계(19)로 제조되어
   납품 출하(31)하는 과정으로 제조되는 온도 센서 기능의 용접 캡의 제조방법.
   
4. 본 발명의 온도 센서 기능의 용접 캡에 사용할 용접캡(1)은,
   0.1~1.5% 카드뮴을 혼합한 동합금 재료로 된 전극,
   0.1~5% 크롬을 첨가한 지르코늄 동전극 또는 티타늄 전극,
   0.5~5% 베리륨과 1~5%코발트가 첨가된 저베 리륨동 전극,
   0.1~1% 베리륨과 1~2% 니켈이 혼합된 니켈 베리륨 동 전극
   이 특징인 본 발명의 온도 센서 기능의 용접 캡.
   
5. 청구항2, 청구항 3, 청구항 4항에 있어서,
   용접캡에 적용 또는 설치되는 온도센서는 적어도 1개 이상 5개 이내 적용되는 온도 센서 기능의 용접캡.
   

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