KR20160053353A - 플라즈마 절단 장치 및 이를 이용한 대상물 절단 방법 - Google Patents

플라즈마 절단 장치 및 이를 이용한 대상물 절단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대상물을 절단하기 위한 플라즈마 토치, 상기 플라즈마 토치가 상기 대상물을 절단하기 위한 작업을 수행한 누적시간에 따른 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 사이의 전압정보를 획득하기 위한 정보획득부, 상기 정보획득부가 획득한 전압정보를 기준으로 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 간의 간격을 조절하기 위한 간격조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 절단 장치 및 이를 이용한 대상물 절단 방법에 관한 것이다.

Description

플라즈마 절단 장치 및 이를 이용한 대상물 절단 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND CUTTING METHOD FOR OBJECT USING THE SAME}
본 발명은 플라즈마를 이용하여 대상물을 절단하기 위한 플라즈마 절단 장치 및 이를 이용한 대상물 절단 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 강판을 절단하기 위하여 사용되는 열 절단에는 산소절단, 플라즈마 절단, 레이저 절단, 워터젯 절단 등 여러 가지가 있으며, 이 중에서 특히 플라즈마 절단은 타 절단 방법에 비하여 비교적 넓은 범위의 두께에 적용이 가능하기 때문에 조선, 건설, 등 산업 현장에서 상당히 널리 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 절단기를 살펴보면, 플라즈마 토치(plasma torch)와 작업대, 플라즈마 토치를 이송시키기 위한 서보모터, CNC 제어기, 플라즈마 토치에 인가할 고전압을 발생시키는 플라즈마 발진기, 집진기 등으로 구성된다.
이때, 플라즈마 토치의 하단에 배치된 전극은 강판과의 직접적인 대면관계를 가지기 때문에, 이 전극의 마모 및 손상은 절단공정의 품질에 막대한 영향을 미치게되며, 과도하게 마모 및 손상된 전극이 그대로 방치될 경우, 강판의 손상으로 인해 재작업을 해야 하는 등의 심각한 문제점이 발생하게 된다. 이러한 문제에 따라, 작업자 측에서는 전극의 마모정도 및 손상여부를 판단하여 전극으로 인한 절단 불량이 발생하기 전에 절단작업을 중단하거나, 절단 불량 즉시 절단작업을 중지하여야 한다.
종래 기술에 따른 전극의 손상 여부를 판단하는 방법으로는 작업자의 경험에 의존하는 방법, 사용 시간으로 판단하는 방법, 소리 감지에 의한 방법, 초음파 감지에 의한 방법 등이 제시되어 있다.
여기서, 전술한 여러 방법중에서 작업자의 경험에 의존하는 방법은 작업자가 전극에 가까이 있으면서 소리의 변화를 듣거나 전극으로부터 나타나는 빛의 변화를 시각적으로 판단하여아 하므로, 숙련자의 경험에 의존해야 하며, 절단 작업 중인 토치에 계속 붙어서 감시해야 하는 문제점이 있고, 사용 시간으로 판단하는 방법은 주변 환경과 강판에 따라서 사용 시간이 달라지므로 신뢰성이 낮은 문제점이 있다. 또한, 소리와 초음파를 이용하는 방법도 전극이 손상된 경우에 감지가 가능한 상태로 주변의 노이즈에 의한 오판의 경우가 많다. 따라서, 종래 기술에 따른 전극의 손상 여부를 판단하는 방법 들은 작업자 측에서 전극의 과도한 마모로 인한 절단 불량 발생에 좀 더 효과적으로 대처할 수 없는 문제가 있다.
뿐만 아니라, 플라즈마 절단은 절단 토치와 절단 부재간의 거리가 일정해 져야지만 원하는 품질의 절단면을 가질 수 있게 되는데 작업 대상물의 고정 방식 또는 부재 상태(작업 부재의 휨 정도, 쳐짐 정도)에 따라 최초 절단 시작할 때 부재 및 토치간의 거리가 고정이 되었다고 하더라도 실제 절단을 진행하면서 부재의 상태에 따라서 부재 및 토치간의 거리 변화가 있을 수 있다. 절단 작업을 시작하기 전에는 부재 및 토치간의 거리를 육안으로 확인이 가능하지만, 절단 중에 높이 변화는 확인 할 수가 없다. 이에, 변화되는 절단 높이에 따른 절단 불량 발생에 효과적으로 대처할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하고자 안출된 것으로, 절단 부재 및 토치간의 거리변화 및 전극의 과도한 마모로 인한 절단 불량에 효과적으로 대처할 수 있는 플라즈마 절단 장치 및 이를 이용한 대상물 절단 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치는 대상물을 절단하기 위한 플라즈마 토치; 상기 플라즈마 토치가 상기 대상물을 절단하기 위한 작업을 수행한 누적시간에 따른 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 사이의 전압정보를 획득하기 위한 정보획득부; 상기 정보획득부가 획득한 전압정보를 기준으로 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 간의 간격을 조절하기 위한 간격조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치는 상기 정보획득부가 획득한 전압정보가 기설정된 기준범위 이내인지 판단하기 위한 판단부를 포함하고, 상기 판단부는 상기 전압정보가 상기 기준범위 이내인지 n(n은 1보다 큰 정수)번 판단한 결과가 기준범위를 초과하면, 상기 정보획득부의 누적시간이 초기화되도록 상기 정보획득부에 초기화신호를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 대상물 절단 방법은 기설정된 경로를 따라 대상물을 절단하는 단계; 상기 대상물을 절단하기 위한 작업을 수행한 시간에 따른 전압정보를 데이터베이스화 하는 단계; 및 데이터베이스화된 전압정보를 기준으로 플라즈마 토치의 높이를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 대상물 절단 방법은 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 사이의 전압정보가 기준범위 이내인지 판단하는 단계; 및 상기 전압정보가 상기 기준범위를 벗어나면, 상기 전압정보가 상기 기준범위 이내가 되도록 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 간의 간격을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 대상물 절단 방법은 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 간의 간격이 조절된 상태에서 상기 전압정보가 기준범위 이내인지 재판단하는 단계; 및 재판단한 전압정보가 기준범위를 벗어나면, 상기 플라즈마 토치를 교체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 작업 시간에 따른 전압정보를 이용하여 플라즈마 토치와 대상물 간의 간격을 조절할 수 있도록 구현됨으로써, 절단 부재 및 토치간의 거리변화 및 전극의 과도한 마모로 인한 절단 불량에 효과적으로 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치를 설명하기 위한 개략도
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치에서 간격조절부의 작동을 설명하기 위한 개략도
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 대상물 절단 방법을 설명하기 위한 공정흐름도
이하에서는 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치에서 간격조절부의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치(100)는 플라즈마 토치(120), 정보획득부(130) 및 간격조절부(140)를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 토치(120)는 플라즈마 가스(101)를 이용하여 대상물(110)을 절단한다. 상기 플라즈마 토치(120)는 중심부에 설치된 전극(121), 그 외측에 플라즈마 가스(101)의 통로를 사이에 두고 상기 전극(121)을 둘러싸는 노즐(122)을 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 토치(120)는 외부로부터 공급되는 플라즈마 가스(101)로부터 발생되는 플라즈마 아크를 이용하여 상기 대상물(110)을 절단한다. 즉, 상기 플라즈마 토치(120)는 고온의 플라즈마 가스(101)를 노즐(122)로 압축하여 상기 대상물(110)에 분사하고, 이 대상물(110)의 일정 위치를 용융, 제거함으로써 상기 대상물(110)을 절단할 수 있다.
상기 정보획득부(130)는 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 사이의 전압정보를 획득한다. 상기 정보획득부(130)는 상기 플라즈마 토치(120)가 상기 대상물(110)을 절단하기 위한 작업을 수행한 시간에 따른 전압정보를 획득할 수 있다. 즉, 상기 정보획득부(130)는 상기 플라즈마 토치(120)가 절단작업을 수행한 누적시간에 따라 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 사이의 전압 변화량을 획득할 수 있다. 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격이 변경되면, 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 사이의 전압이 변화하므로, 상기 정보획득부(130)는 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 사이의 전압 변화량을 획득함으로써, 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격이 변경된 것을 측정할 수 있다. 상기 정보획득부(130)는 상기 전압정보를 누적시간별로 분류하여 저장할 수 있다.
상기 간격조절부(140)는 상기 정보획득부(130)가 획득한 전압정보를 기준으로 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격을 조절한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 정보획득부(130)가 측정한 전압이 변경되면, 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 사이의 전압이 변화되므로, 상기 간격조절부(140)는 누적시간별로 저장된 전압정보에 대응되는 간격으로 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110)의 간격을 적절하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치(100)는 상기 전극(121)이 과도하게 마모됨으로써 변경되는 전압정보를 기준으로 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격을 적절하게 유지할 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 절단장치(100)는 상기 전극(121)의 과도함 마모로 인해 상기 대상물(110)에 대한 절단 불량 및 부재 및 토치 사이의 거리변화가 발생하더라도 효과적으로 대처할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 플라즈마 절단장치(100)는 상기 절단작업에 소요되는 시간 및 상기 대상물(110)의 절단 불량을 줄일 수 있으므로, 상기 절단작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치(100)는 판단부(150)를 포함할 수 있다.
상기 판단부(150)는 상기 정보획득부(130)가 획득한 전압정보가 기설정된 기준범위 이내인지 판단한다. 상기 판단부(150)는 상기 전압정보가 기준범위를 벗어나면, 상기 간격조절부(140)에 의해 상기 플라즈마 토치(120)가 상기 대상물(110)로부터 이격된 거리가 조절되도록 상기 간격조절부(140)에 제어명령을 전송할 수 있다. 또한, 상기 판단부(150)는 상기 상기 전압정보가 상기 기준범위 이내인지 n번 판단하여 그 결과에 따라 상기 정보획득부(130)에 초기화신호를 제공할 수 있다. 예컨대, 상기 판단부(150)는 상기 전압정보가 상기 기준범위 이내인지 재판단하여, 그 결과가 기준범위를 계속 초과하면, 상기 정보획득부(130)에 초기화신호를 제공할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치(100)는 상기 초기화신호를 받으면, 상기 절단작업을 수행하면서 손상된 전극(121)을 교체하고, 그에 따라, 상기 정보획득부(130)에 누적된 시간을 초기화 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치(100)는 상기 판단부(150)의 판단 결과에 따라 손상된 전극(121)을 교체할 수 있으므로, 손상된 전극(121)의 적절한 교체시기를 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 플라즈마 절단 장치(100)는 상기 전극(121)을 적절한 시기에 교체함으로써, 상기 대상물(110)에 대한 절단 불량이 발생하는 것을 방지하는데 더 기여할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 대상물 절단 방법에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 대상물 절단 방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
먼저, 대상물(110)을 절단한다(S110). 이러한 공정(S110)은 고온의 플라즈마 가스(101)를 이용하여 상기 대상물(110)의 일정 위치를 용융 제거하여 기설정된 경로를 따라 상기 대상물(110)을 절단함으로써 이루어질 수 있다. 상기 대상물(110)을 절단하는 공정(S110)은 상술한 플라즈마 절단장치(100)의 플라즈마 토치(120)에 의해 수행될 수 있다.
다음, 전압정보를 데이터베이스화 한다(S120). 이러한 공정(S120)은 상기 대상물(110)을 절단하기 위한 작업을 수행한 시간에 따른 전압정보를 시간별로 정리하여 기준데이터를 만듬으로써 수행될 수 있다. 상기 전압정보를 데이터베이스화 하는 공정(S120)은 상술한 플라즈마 절단장치(100)의 정보획득부(130)가 누적시간에 따른 전압 변화량을 데이터형식으로 정리하여 기준데이터를 저장함으로써 이루어질 수 있다.
다음, 플라즈마 토치(120)의 높이를 설정한다(S130). 이러한 공정(S130)은 상기 전압정보를 데이터베이서화 하는 공정(S120)에서 저장된 기준데이터에 대응되는 높이로 플라즈마 토치(120)의 높이를 설정함으로써 이루어질 수 있다. 상기 플라즈마 토치(120)의 높이를 설정하는 단계(S130)는 상술한 플라즈마 절단장치(100)의 상기 간격조절부(140)가 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110)의 간격을 조절함으로써 수행될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 전극(121)이 과도하게 마모됨으로써 변경되는 전압정보를 기준으로 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격을 적절하게 유지할 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 전극(121)의 과도한 마모로 인해 상기 대상물(110)에 대한 절단 불량 및 부재 및 토치 사이의 거리변화가 발생하더라도 효과적으로 대처할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 절단작업에 소요되는 시간 및 상기 대상물(110)의 절단 불량을 줄일 수 있으므로, 상기 절단작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 전압정보가 기준범위 이내인지 판단하는 공정(S140) 및 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격을 조절하는 공정(S150)을 포함할 수 있다.
상기 전압정보가 기준범위 이내인지 판단하는 공정(S140)은 누적시간에 따른 전압정보에 따라 상기 간격조절부(140)에 제어신호를 제공함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공정(S140)은 상술한 플라즈마 절단 장치(100)의 판단부(150)가 판단한 결과가 기준범위를 초과하면, 상기 간격조절부(140)에 제어신호를 제공함으로써, 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 판단부(150)가 판단한 결과가 기준범위 이내이면, 상기 대상물(110)을 절단하는 공정(S110)을 수행할 수 있다.
상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110)의 간격을 조절하는 공정(S150)은 상기 전압정보가 기준범위 이내인지 판단하는 공정에서 제공되는 제어신호에 따라 상기 전압정보가 기준범위 이내가 되도록 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공정(S150)은 상기 간격조절부(140)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 대상물(110)에 대한 절단작업을 수행하면서, 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격을 적절하게 유지할 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 전극(121)의 과도함 마모로 인해 상기 대상물(110)에 대한 절단 불량이 발생하더라도 더 효과적으로 대처할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 절단작업에 소요되는 시간 및 상기 대상물(110)의 절단 불량을 줄일 수 있으므로, 상기 절단작업의 효율성을 더 향상시킬 수 있다.
도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 전압정보가 기준범위 이내인지 재판단하는 공정(S160) 및 상기 플라즈마 토치(120)를 교체하는 공정(S170)을 포함할 수 있다.
상기 전압정보가 기준범위 이내인지 재판단하는 공정(S160)은 상술한 공정들(S140, S150)을 거쳐 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110) 간의 간격이 조절된 상태에서 상기 전압정보가 기준범위 이내인지 다시한번 측정함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공정(S160)은 상기 간격조절부(140)에 제어신호를 제공함으로써 수행될 수 있다.
상기 플라즈마 토치(120)를 교체하는 공정(S170)은 상기 전압정보가 기준범위 이내인지 재판단하는 공정(S160)에서 판단된 전압정보가 기준범위를 벗어나면, 상기 플라즈마 토치(120)를 교체할 수 있도록 작업자에게 신호를 제공함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공정(S170)은 작업자에게 경고음, 경고방송 등의 신호를 통해 상기 플라즈마 토치(120)의 교체를 알림으로써 수행될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 플라즈마 토치(120) 및 상기 대상물(110)사이의 전압을 반복적으로 체크함으로써, 상기 전극(121)의 손상 여부를 정확하게 파악할 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 대상물 절단 방법(S100)은 상기 전극(121)의 교체시기를 작업자에게 알릴 수 있으므로, 상기 대상물(110)에 대한 절단 불량이 발생하는 것을 방지하는데 더 기여할 수 있다.
100: 플라즈마 절단 장치 110: 대상물
120: 플라즈마 토치 130: 정보획득부
140: 간격조절부 150: 판단부

Claims (5)

  1. 대상물을 절단하기 위한 플라즈마 토치;
    상기 플라즈마 토치가 상기 대상물을 절단하기 위한 작업을 수행한 누적시간에 따른 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 사이의 전압정보를 획득하기 위한 정보획득부;
    상기 정보획득부가 획득한 전압정보를 기준으로 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 간의 간격을 조절하기 위한 간격조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 절단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정보획득부가 획득한 전압정보가 기설정된 기준범위 이내인지 판단하기 위한 판단부를 포함하고,
    상기 판단부는 상기 전압정보가 상기 기준범위 이내인지 n(n은 1보다 큰 정수)번 판단한 결과가 기준범위를 초과하면, 상기 정보획득부의 누적시간이 초기화되도록 상기 정보획득부에 초기화신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 절단 장치.
  3. 기설정된 경로를 따라 대상물을 절단하는 단계;
    상기 대상물을 절단하기 위한 작업을 수행한 시간에 따른 전압정보를 데이터베이스화 하는 단계; 및
    데이터베이스화된 전압정보를 기준으로 플라즈마 토치의 높이를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 절단 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 사이의 전압정보가 기준범위 이내인지 판단하는 단계; 및
    상기 전압정보가 상기 기준범위를 벗어나면, 상기 전압정보가 상기 기준범위 이내가 되도록 상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 간의 간격을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 절단 방법,
  5. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 토치 및 상기 대상물 간의 간격이 조절된 상태에서 상기 전압정보가 기준범위 이내인지 재판단하는 단계; 및
    재판단한 전압정보가 기준범위를 벗어나면, 상기 플라즈마 토치를 교체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 절단방법.
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