KR20170054272A

KR20170054272A - 용접 전력 케이블들을 통해 용접 시스템에서 통신하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20170054272A
Application number: KR1020160142272A
Authority: KR
Inventors: 마이크 볼저; 니콜라스 트린스
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2017-05-17
Also published as: US10525544B2; EP3165316B1; EP3165316A1; JP6829981B2; CN106624290B; US20170120363A1; JP2017080810A; CN106624290A

Abstract

본 발명의 시스템 및 방법은 용접 전원 및 와이어 공급기를 가진 용접 시스템에 관한 것이며, 여기서 전원 및 와이어 공급기는 용접 전력 케이블을 통해 통신한다. 예시적인 실시형태에서, 와이어 공급기는 전원에 의해 생성되어 인식되는 전류 인출 펄스를 이용하여 용접 케이블을 통해 전원과 통신한다. 이와 유사하게, 전원은 용접 전력 케이블을 통해 송신되고 와이어 공급기에 의해 인식되는 전압 펄스를 생성한다.

Description

용접 시스템에서의 용접 전력 케이블을 통한 통신 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF COMMUNICATING IN A WELDING SYSTEM OVER WELDING POWER CABLES}

우선권

본 출원은 2015년 10월 29일자로 출원된 미국 가출원 제 62/248,034호의 우선권을 주장하며, 전체 개시가 참조로 본원에 포함된다.

발명의 분야

본 발명과 일관되는 디바이스, 시스템 및 방법은 용접 시스템에서의 데이터 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용접 케이블을 통한 데이터 통신에 관한 것이다.

용접 기술 및 응용이 진보하였음과 마찬가지로 전력 공급원 및 용접 시스템 상의 수요를 갖는다. 이러한 수요는 보다 험준한 환경에서의 용접 시스템의 증가된 사용과 함께 증가하였다. 통상적 용접 시스템에서, 용접 전원 공급기는 전용 통신 케이블을 통하여 와이어 공급기와 통신한다. 그러나, 이러한 통신 케이블들은 특히, 이러한 험준한 환경들에서의 손상에 민감하다. 게다가, 통신 수단은 용접 시스템에 비용 및 복잡성을 추가하고 전원 공급기에 대하여 와이어 공급기의 위치 선정을 제한할 수 있다. 전력 케이블을 통한 시스템 통신을 가능하게 하기 위한 노력들이 행해졌지만, 이러한 노력들은 간섭 및 다른 문제에 복잡하고 취약할 수 있는 복잡한 통신 프로토콜을 사용한다.

관습적이고, 통상적이고, 제안된 접근법들의 추가 제한들 및 단점들이 도면들을 참조하여 본 출원의 나머지에 제시되는 본 발명의 실시예들과 그러한 접근법들의 비교를 통해 당업자에게 명백해질 것이다.

본 발명의 실시예들은 와이어 공급기와 전원 공급기 사이의 양방향 데이터 통신들을 용이하게 하는 용접 케이블들을 채용하는 것을 포함한다. 와이어 공급기 및 전원 공급기 내부에 포함되는 회로망은 그러한 통신들이 용접 전력 신호들의 전송 전에, 전송 후에 그리고/또는 전송과 동시에 일어나는 것을 가능하게 한다. 와이어 공급기 및 전원 공급기 내에 포함되는 통신 모듈들은 용접 신호 케이블들을 통한 전류 및 전압 펄스들을 사용하는 통신을 가능하게 하고 복잡한 통신 프로토콜들의 사용을 필요로 하지 않는다.

추가의 예시적인 실시예들에서, 용접봉에서의 전압의 작업장 전압 측정 데이터를 연속적으로 수신하는 단계로서, 작업장 전압 측정 데이터가 용접 케이블을 사용하여 어크로스 디 아크(across the arc)로 전해지는 단계, 및 전위차를 식별하기 위해 작업장 전압 측정 데이터를 용접 전원 공급기에서의 용접 출력 전압과 연속적으로 비교하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 방법은 또한 전위차에 적어도 부분적으로 기반하여 용접 전원 공급기를 사용하여 용접 출력 전압을 증가시키거나 감소시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 위의 그리고/또는 다른 양태들은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명함으로써 보다 명백할 것이다:
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전체 용접 시스템의 개략 표현을 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 의해 사용될 예시적인 전류 신호 통신 파형의 개략 표현을 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 의해 사용될 예시적인 전압 신호 통신 파형의 개략 표현을 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 와이어 공급기에서의 통신 모듈의 예시적인 실시예의 개략 표현을 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 와이어 공급기에서의 통신 모듈의 추가의 예시적인 실시예의 개략 표현을 도시한다.
도 6은 본 쇄신의 일 실시예에 따른 적어도 도 7의 용접 출력 회로 경로의 예시적인 회로 표현의 다른 것의 개략 표현을 도시한다.
도 7은 용접 출력 회로 경로를 포함하는 용접 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략 블록도의 개략 표현을 도시한다.
도 8은 용접 출력 회로 경로를 포함하는 용접 시스템의 추가의 예시적인 실시예의 다른 개략 블록도의 개략 표현을 도시한다.
도 9는 용접 출력 회로 경로를 포함하는 용접 시스템의 부가 예시적인 실시예의 개략 블록도의 개략 표현을 도시한다.
도 10은 용접 출력 전기 특성을 제어하는 방법의 예시적인 실시예의 흐름도의 개략 표현을 도시한다.

다양하고 대안적인 예시적인 실시예 및 첨부 도면들에 대해 참조가 이제 상세히 행해질 것이며, 유사 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구조적 요소들을 나타낸다. 각각의 예는 제한으로서가 아닌, 설명을 통하여 제공된다. 실제로, 변경들 및 변형들이 본 발명 및 청구항들의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 행해질 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명되는 특징들이 다른 실시예에서 사용되어 또 추가의 실시예를 가져올 수 있다. 따라서, 본 발명이 첨부된 청구항들 및 그것들의 동등물들의 범위 안에 드는 변경들 및 변형들을 포함한다는 점이 의도된다.

이제 본 출원의 도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 용접 시스템(100)을 도시한다. 용접 시스템(100)은 용접 전원 공급기 및 전원 공급기에 결합되는 와이어 공급기를 채용하는 임의의 알려진 타입의 용접 시스템일 수 있다. 예를 들어, 용접 시스템은 MIG 타입 용접 시스템일 수 있다. 이하에 논의되는 실시예들을 MIG 용접 시스템으로서 일반적으로 설명할 것이지만, 이는 본 발명의 실시예들이 다른 타입들의 용접 시스템들에 채용될 수 있음에 따라, 단지 예시적인 것으로 의도된다. MIG 타입 용접 시스템들이 널리 알려져 있으므로, 시스템(예를 들어, 와이어 공급기)의 용접 토치 및 워크피스에의 결합은 명확성을 위해 도시되지 않는다. 본 발명의 실시예들의 그러한 양태는 변경되지 않고 따라서 본원에 상세히 나타내어지나 논의될 필요가 없다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 시스템은 본원의 통신 방법론 논의를 활용하는 (일반적으로 알려져 있는) 리모컨 및/또는 펜던트 컨트롤 디바이스를 포함할 수 있다. 즉 예를 들어, 리모컨/펜던트는 본원에 논의되는 어크로스 디 아크 통신 프로토콜들을 활용하고 그 밖에 와이어 공급기 또는 전원 공급기 중 임의의 하나에 의해 송신되는 신호들을 검출하고 그러한 신호들을 사용자에게 전할 수 있다. 다른 실시예들에서, 펜던트 컨트롤러/리모컨은 본원에 설명하는 시스템들의 와이어 공급기를 대신하고 와이어 공급기의 후술하는 기능성은 본원에 설명하는 것과 유사한 통신 프로토콜들을 사용하여 펜던트 컨트롤/리모컨에 존재할 것이다. 예를 들어, 스틱 또는 TIG 용접 시스템에서, 리모컨이 와이어 공급기 대신에 사용될 것이며 리모컨은 전원 공급기에 결합되고 본원에 설명하는 바와 같이 통신할 것이다. 본원에 설명하는 예시적인 실시예들을 용접 시스템들로서 설명하지만, 본 발명의 실시예들이 플라즈마 컷팅 등과 같은 다른 시스템들에 사용될 수도 있고, 확장으로서, 다른 구성 요소들이 본원에 설명하는 바와 같은 와이어 공급기 및 용접 전원 공급기 대신에 사용될 수 있다는 점이 추가로 주목되어야 한다. 즉, 전원 공급기는 컷팅 전원 공급기, 부하를 갖는 발전기 등일 수 있다. 시스템들을 단순화 및 효율을 위해 용접으로서 본원에 설명하지만, 본원의 실시예들은 이에 제한되지 않는다. 게다가, 본원에 설명하는 통신 회로망, 시스템들, 방법들 및 프로토콜들은 당업자에 의해 이러한 타입들의 다른 시스템들로 포함될 수 있다.

이제 시스템(100)을 참조하면, 전형적인 바와 같이, 시스템(100)은 용접 케이블들(130)을 통하여 와이어 공급기(120)에 결합되는 전원 공급기(110)를 포함한다. 전원 공급기(110)는 본원에 논의되는 부가 특징들 및 속성들을 갖는 알려져 있는 용접 전원 공급기들 같이 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들에서, 전원 공급기(110)는 Cleveland, Ohio의 The Lincoln Electric Co.에 의해 제조되는 Flextec? 용접 시스템들 같이 구성될 수 있다. 게다가, 와이어 공급기(120)는 일 예가 Cleveland, Ohio의 The Lincoln Electric Company에 의해 제조되는 LN-25 시리즈 와이어 공급기들인 본원에 논의되는 부가물들을 갖는 알려져 있는 와이어 공급기들 같이 구성될 수 있다. 물론, 다른 전원 공급기들 및 와이어 공급기들이 사용될 수 있고 이러한 참조들은 단지 예시적인 것으로 의도된다.

일반적으로 알려진 바와 같이, 전원 공급기(110)는 케이블들(130)을 통하여 와이어 공급기(120)로 보내지는 용접 전류를 출력하여, 와이어 공급기가 워크피스를 용접하기 위해 전류를 용접봉으로 전할 수 있다. MIG 시스템에서, 전극 봉은 또한 소모품이고, TIG와 같은 다른 프로세스들에서, 전극 봉은 용접점으로 용착되는 소모품이 아니다. 케이블들(130)은 전원 공급기(110)의 출력 스터드들(111/112)로부터 와이어 공급기(120)로 용접 전력/전류를 전달하는 주용접 전력 케이블들이다. 알려진 시스템들과 같이, 와이어 공급기(120) 및 전원 공급기(110)는 용접 이전에, 용접 후에 그리고 용접 동안 둘 다 서로와 통신할 수 있다. 흔히 이러한 통신은 용접 파라미터, 설정값, 피드백 등과 관련된다. 알려진 시스템들에서 상술한 바와 같이, 용접 시스템들은 전원 공급기(110)와 와이어 공급기(120) 사이에 전용 통신 케이블들/라인들을 사용한다. 본 발명의 실시예들은 이러한 부가 통신 케이블들에 대한 필요를 없애고 와이어 공급기와 전원 공급기 사이에 강건한 통신 시스템/프로세스를 제공한다.

추가로 후술하는 바와 같이, 용접 전류/전력을 전달할 수 있는 것에 더하여, 용접 케이블들(130)은 전원 공급기(110)와 와이어 공급기(120) 사이에 데이터 통신(예를 들어, 제어 커맨드들)을 전달하도록 설계된다. 본 발명의 실시예들은 와이어 공급기(120)와 전원 공급기(110) 사이에 단방향뿐만 아니라 양방향 통신을 지원한다. 따라서, 전원 공급기 및 와이어 공급기는 둘 다 케이블들(130)을 통해 서로에 대하여 신호들 및/또는 데이터를 송신한다/수신한다.

일반적으로 이해되는 바와 같이, 전원 공급기(110)는 전원 공급기(110)의 입력으로서 AC 신호를 수신한다(도 1에 도시되지 않음). AC 신호는 3상 입력 또는 단상 AC 입력 신호로서 수신될 수 있다. AC 신호는 전원 및/또는 작동 지역에 따라 전압 및 주파수가 다를 수 있다. 예를 들어, AC 입력은 50 또는 60 ㎐에서 100 내지 660 볼트의 범위일 수 있는 - 급전망에서 올 수 있거나 달라지는 전압 및 주파수를 가질 수도 있는 휴대용 발전기에서 올 수 있다. 따라서, 시스템(100)은 입력 AC 전압 크기, 위상 타입 및 주파수에 관계 없이 적절하게 작동하고 용접 또는 컷팅 신호를 제공할 수 있다. 전원 공급기(110)는 다양한 응용에서 적절한 바와 같이 정전압(CV) 및 정전류(CC) 모드들을 포함하는 다양한 모드에서 작동하도록 설계된다. 따라서, 전원 공급기(110)는 수신되는 로우(raw) AC 신호를 조절하고 원하는 용접 신호를 출력하도록 부가 전기 구성 요소들을 포함할 수 있다.

대부분의 예시적인 실시예들에서, 전원 공급기(110)로부터의 전력은 용접에 적절하고 큰 직경 전기 도관들인 용접 케이블들(130)을 통하여 와이어 공급기(120)로 송신된다. 따라서 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 용접 신호(즉, 실제로 용접에 사용되는 접촉 팁으로 송신되는 전류 신호)는 전원 공급기(110) 내에서 본래 생성되고, 제어되고, 변경되고, 그 다음 용접 케이블들(130)을 통하여 와이어 공급기(120)로 전해진다. 용접봉에 공급하는 것에 더하여, 와이어 공급기(120)는 수신된 용접 신호를 케이블들(미도시)을 사용하여 아크로 전한다.

통상적 용접 시스템들에서, 감지 리드들은 용접 작동의 적절한 제어를 가능하게 하도록 흔히 용접 아크의 전압을 감지하는데 사용된다. 감지 리드들은 아크의 전압에 관한 피드백을 제공하도록 워크피스 및 접촉 팁에 전기적 결합된다. 이러한 피드백은 용접 신호의 생성 및 출력을 제어하도록 전원 공급기(110)에 의해 사용된다. 예를 들어, 감지 리드들은 단락 회로 이벤트를 검출하는데 사용될 것이고 전원 공급기(110)는 단락이 제거되는 것을 가능하게 하는 신호를 출력할 것이다. 감지 리드들이 명확성을 위해 도면들에 도시되지 않고, 감지 리드들의 사용이 널리 알려져 있고 추가로 본원에 설명할 필요가 없다.

예를 들어, 일부 응용에서, 와이어 공급기(120)가 전원 공급기(110)로부터 상당한 거리에 위치되므로, 케이블들(130), 및 임의의 다른 데이터 전달 또는 감지 리드 케이블들이 매우 긴 것이 필요하다는 점이 주목된다. 이는 용접 작동이 용접 작동에 근접하게 전원 공급기(110)를 갖는 것에 도움이 되지 않지만, 와이어 공급기(120)가 적절한 와이어 공급을 보장하도록 인근에 위치될 때, 흔히 일어난다. 이러한 긴 케이블들(특히, 용접 전력 케이블들(130))은 용접 작동 동안 전체 시스템 유도 용량을 크게 증가시킬 수 있다. 이러한 임피던스의 증가는 용접 전원 공급기(110)의 전체 반응성에 역으로 영향을 줄 수 있으므로, 용접 작동에 대한 손실일 수 있다. 이는 펄스 용접 작동들에서 특히 문제가 많다. 그러므로, 전체 시스템 임피던스를 가능한 한 많이 감소시키는 것이 바람직하다. 게다가, 별도의 제어 케이블들이 전원 공급기 및 와이어 공급기를 연결시키는데 전형적으로 사용된다. 이들은 그것들의 길이 때문에 손상 및 다른 제약들을 받기 쉽다.

본 발명의 실시예들로, 전원 공급기(110) 및 와이어 공급기(120)는 매우 큰 거리만큼 서로로부터 떨어져 배치될 수 있는데 반해, 통상적 용접 시스템들로, 용접 전원 공급기와 와이어 공급기 사이에 최대 유효 거리가 존재한다. 예를 들어, 통상적 시스템들은 전원 공급기와 와이어 공급기 사이가 100 피트를 초과하지 않아야 한다. 그러나 본 발명의 실시예들로, 그러한 거리는 크게 초과될 수 있다. 실제로, 구성 요소들(110 및 120)은 100 내지 500 피트의 범위 내의 거리만큼 서로로부터 분리될 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 거리는 250 내지 500 피트의 범위 내이다.

간략히 앞서 언급된 바와 같이, 용접 신호 위에 통신 신호를 중첩시킴으로써 전력 케이블들(130)을 통해 통신함으로써 문제들 중 일부를 다루기 위한 노력들이 행해졌다. 그러나, 이는 통신 신호가 용접 신호를 간섭하거나 용접 신호를 포함할 수 있으므로, 일부 심각한 문제점을 가질 수 있고, 복잡한 통신 제어를 필요로 할 수 있다. 그러나 상세히 후술하는 바와 같이, 이러한 문제들은 본 통신 시스템의 실시예들에서는 존재하지 않는다. 즉, 통신 신호를 오버레잉하는 것보다는 오히려, 본 발명의 실시예들은 와이어 공급기와 전원 공급기 사이에서 통신하기 위해 조절된/제어된 전력 인출 프로토콜을 활용한다. 이를 추가로 후술한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전원 공급기(110)는 용접 전력 신호를 와이어 공급기로 생성하고 출력하는 용접 전력 출력 모듈(103)을 포함한다. 용접 출력 모듈은 알려진 시스템들과 일관되게 구성될 수 있고, (예를 들어) 정류기, 조절된 DC 버스를 생성하는 벅, 부스트 또는 벅 부스트 회로, 및 용접 신호를 생성하는데 사용되는 초퍼, PWM, 인버터 등과 같은 출력 회로를 포함할 수 있다. 물론, 다른 알려진 출력 회로들/구성들이 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 사용될 수도 있다. 이러한 출력 모듈은 알려진 시스템들과 일관되게 제어될 수 있다. 전원 공급기(110)는 또한 출력 모듈(103) 및 전원 공급기(110)의 작동을 제어하는데 사용될 수 있는 제어 모듈(101)을 포함한다. 제어 모듈은 알려진 시스템들과 일관되는 전원 공급기(110)의 작동을 제어하기 위해 메모리, 프로세서 등을 포함하는 프로세서 기반 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있다. 게다가, 제어 모듈(101)은 본원에 논의되는 실시예들과 일관되는 와이어 공급기(120)와의 통신을 용이하게 하기 위해 수신기(105) 및 송신기(107)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 수신기(105)는 출력 모듈(103)의 출력 전류를 감지하는 전류 감지 리드(104)로 출력 모듈(103)의 적어도 하나의 출력 라인에 결합된다. 게다가, 제어 모듈(101)은 전원 공급기로부터 와이어 공급기(120)로 데이터 신호의 송신을 용이하게 하는데 사용되는 송신기(107)를 포함한다. 송신기(107)는 전압 신호 리드(106)를 통하여 출력 전력 모듈(103)에 결합되며 - 이 사용을 추가로 후술할 것이다. 물론, 전원(110)은 또한 명확성을 위해 도시되지 않은 입력 제어 장치, 보조 전력 등과 같은 부가 구성 요소들 및 전자 기기를 포함한다. 그러나, 이러한 전원 공급기들의 양태들이 널리 알려져 있으므로, 이러한 전원 공급기들의 양태들은 본원에 상세히 논의될 필요가 없다.

게다가 도시된 바와 같이, 와이어 공급기(120)는 전원 공급기(110)와의 통신을 용이하게 하는데 사용되는 제어기 모듈(121)을 포함한다. 제어기 모듈(121)은 시스템(100)의 작동을 제어하기 위해 사용자가 와이어 공급기(120)로 사용자/용접 데이터를 입력하는 것을 가능하게 하는 사용자 인터페이스 제어 보드(126)를 포함한다/에 결합된다. 사용자 인터페이스(126)는 임의의 알려진 사용자 인터페이스 같이 구성될 수 있고, 데이터 스크린(LED 등), 사용자 제어 장치(노브들, 버튼들 등) 및/또는 터치 감응성 입력 스크린을 포함할 수 있다. 임의의 알려진 사용자 인터페이스 구성이 활용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자 인터페이스 제어 장치(126)는 통신 모듈의 일부일 필요가 없고, 사용자 입력은 사용자 입력 데이터가 본원에 논의되는 바와 같이 통신되는 것을 가능하게 하도록 적어도 통신 모듈에 결합된다. 제어기 모듈(121)은 또한 전압 감지 리드(128)를 통하여 용접 전력 라인들(130) 중 하나에 결합되는 와이어 공급기 스터드들(113/114) 중 하나에 결합되는 수신기(129)를 포함한다. (하나만의 감지 리드가 도시되지만, 스터드들 각각에 대한 감지 리드들이 스터드들에서의 전압을 검출하는데 사용될 수 있다). 추가로 후술하는 바와 같이, 전압 감지 리드(128)는 전원 공급기(110)로부터의 전압 통신 신호를 감지하는데 사용된다. 제어기 모듈(121)은 또한 전원 공급기(110)와의 통신을 용이하게 하기 위해 와이어 공급기(120)에서의 전류 인출을 달리하는데 사용되는 전류 싱크 회로(127) 및 송신기(125)를 갖는 통신 모듈(123)을 포함한다. 이를 추가로 후술한다. 물론, 와이어 공급기(120)는 알려져 있고 명확성을 위해 도시되거나 설명될 필요가 없는 모터들, 모터 제어 장치 등과 같은 다른 시스템들 및 구성 요소들을 가질 수 있다. 제어기 모듈(121)은 와이어 공급기(120)의 적절한 작동을 보장하기 위해 알려진 제어기 모듈들과 일관되는 프로세서, 메모리 등을 가질 수도 있다.

앞서 진술된 바와 같이, 전력 케이블들(130)을 통해 복잡한 통신 신호를 활용하는 일부 시스템이 개발되었다. 본 발명의 실시예들은 이러한 관념을 이용하지 않고, 대신에 통신을 용이하게 하기 위해 전류/전력 인출을 달리한다. 본 발명의 실시예들은 예시적인 통신 시퀀스의 맥락에서 이하에 논의된다. 그러나, 이하의 예시적인 시퀀스/실시예에서, 통신 시퀀스가 와이어 공급기(120)에서 시작하지만, 전원 공급기(110)가 본원에 설명하는 실시예들과 일관되게 통신을 개시할 수 있으므로, 실시예들이 이러한 방식으로 제한되지 않는다는 점이 주목되어야 한다.

일반적으로 알려진 바와 같이, 와이어 공급기(120)는 전원 공급기(110)로부터 케이블들(130)을 통하여 와이어 공급기(120)의 제어 및 작동 전력을 수신할 수 있다. 이러한 작동 전력은 (예를 들어) 대략 60 볼트의 OCV 전압, 및 (예를 들어) 대략 50 와트의 전력을 갖는 전원 공급기(110)로부터의 출력 전압의 형태일 수 있다. (전력 신호가 OCV 신호로 지칭되지만, 전원 공급기(110)로부터의 전력 신호가 와이어 공급기의 보조 회로들에 전력을 공급하는데 사용되고 있다는 사실로 인해 흐르는 일부 전류가 있다는 점이 주목된다). 와이어 공급기(120)가 전원이 넣어질 때, 와이어 공급기(120)는 사용자 인터페이스 제어 장치(126)를 통하여 사용자 입력들을 수신할 수 있다. 이러한 사용자 입력들은 전원 공급기(110)로부터의 전력 신호로부터 와이어 공급기(120)에 의한 전류 인출을 전류 싱크 회로가 달리하게 하는 송신기(125) 및 통신 모듈(123)로 전해진다. 즉, 알려진 통신 프로토콜을 사용하여 통신 신호를 송신하는 것보다는 오히려, 전류 싱크 회로(127)는 전원 공급기(110)가 - 전류 감지 리드(104) 및 수신기(105)를 통하여 - 전류 인출의 변화들을 “알거나” 감지하고, 이러한 전류 인출의 변화들을 데이터 통신 신호로서 해석하도록 와이어 공급기(120)의 전류 인출을 달리한다.

예시적인 전류 인출 통신 신호를 도 2에 나타낸다. 도 2는 어떤 통신도 행해지고 있지 않고 전원 공급기(110)가 단순히 와이어 공급기(120)에 전력을 공급하고 있을 때, (0.5 암페어 미만의) 낮은 OCV 전류 인출을 갖는 전류 신호(200)를 도시한다. 그러나, 와이어 공급기(120)가 전원 공급기(110)와 통신하기를 - 예를 들어, 사용자 입력 설정들을 전하기를 - 원할 때, 와이어 공급기는 파형(200)에 도시된 바와 같이 일련의 펄스들의 전력 신호로부터의 전류 인출을 달리하기 위해 전류 싱크 회로(127)를 사용한다. 이러한 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 전류 싱크 회로(127)는 와이어 공급기(120)로부터의 데이터 신호로서 (전류 인출의 변화들을 감지하는) 전원 공급기(110)에 의해 인식되는 일련의 펄스들로 전원 공급기의 전류 인출이 대략 2.5 암페어의 피크 레벨로 펄스화하게 한다. 와이어 공급기(120)는 데이터를 전하는 수단으로서 이러한 전류 인출 펄스들을 사용한다. 따라서 알려진 통신 시스템들과 달리, 와이어 공급기(120)는 (다양한 알려진 통신 프로토콜을 사용하여) 전원 공급기로 송신되는 통신 신호를 생성하지 않고, 대신에 데이터 신호로서 전원 공급기에 의해 알게 되는 미리 결정된 형식/패턴으로 전류 인출을 달리한다. 이는 보다 강건하고 안정된 통신 프로토콜이다.

예를 들어, 도시된 예시적인 실시예에서, 통신 모듈(123)/전류 싱크 회로(127)는 메시지 시작 전류 펄스(201)가 개시되게 한다. 이러한 펄스 (및 이후의 펄스들)의 경우, 전류 싱크 회로(127)는 펄스(201)를 생성하기 위해 원하는 부가 전류가 전력 신호로부터 인출되게 하는 전류 경로를 생성하도록 전환한다. 이러한 신호 시작 전류 인출 펄스(201)는 신호 시작 펄스로서 전원 공급기(110)에 의해 알게 되는 미리 결정된 펄스폭 및/또는 피크 전류를 갖는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 신호 시작 펄스(201)는 3 ㎳의 펄스폭 및 대략 2.5 암페어의 피크 전류를 갖는다. 따라서, 이러한 전류 인출이 전원 공급기(110)에 의해 감지될 때, 전원 공급기(110) 제어 모듈(101)은 데이터가 와이어 공급기로부터 전원 공급기로 송신될 것을 인식한다. 신호 시작 펄스(201)를 뒤따라, 일련의 전류 인출 펄스들(203/205)이 전류 싱크 회로(127)에 의해 생성되고 전원 공급기(110)에 의해 감지된다. 펄스들(203/205)은 전원 공급기(110)의 제어 모듈(101)에 의해 인식되는 2진 코드(“1”들 및 “0”들)을 나타낼 수 있어, 제어 모듈(101)은 와이어 공급기(120)로부터의 데이터 메시지를 수신하기 위해 이러한 전류 인출 펄스들을 해석한다/사용한다. 예를 들어, 전원 공급기(110)는 주어진 용접 작동에 대한 원하는 용접 신호를 제공하기 위해 이러한 메시지를 사용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 데이터 펄스들(203/205)은 원하는 2진 코드를 제공하기 위해 상이한 펄스폭 및/또는 피크 전류를 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 펄스들은 동일한 피크 전류를 갖지만, 펄스들의 펄스폭이 달라지며, 하나의 데이터 펄스(203)는 다른 데이터 펄스(205)보다 큰 펄스폭을 갖는다. 이러한 2진 펄스 방법론을 사용하여, 2진 신호는 와이어 공급기에서의 달라지는 전류 인출만을 사용하여 와이어 공급기(120)로부터 전원 공급기(110)로 송신될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 신호 종료 전류 인출 펄스(미도시)가 전원 공급기에 데이터 송신의 종료를 시그널링하기 위해 회로(127)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 신호 종료 펄스는 신호 시작 펄스(201)와 동일할 수 있지만, 신호 종료 펄스가 두 번째로 수신되므로, 신호 종료 펄스는 신호 종료 펄스로서 인식된다. 다른 실시예들에서, 신호 종료 펄스는 신호 종료 펄스로서 전원 공급기에서 인식되는 상이한 피크 전류 및/또는 펄스폭을 가질 수 있다. 추가의 예시적인 실시예에서, 수신기(105) 및/또는 제어 모듈(101)은 와이어 공급기로부터의 정보의 패킷에 대해 미리 결정된 비트 크기를 가질 수 있고, 적절한 양의 정보(예를 들어, 비트들)가 와이어 공급기(120)로부터 수신될 때, 제어 모듈(101)은 전체 패킷이 송신되었다고 판단하고 그 다음 그러한 패킷을 처리하고 추가 신호 시작 펄스(201)를 대기한다. 그러한 일 실시예에서, 신호 종료 펄스는 필요하지 않다. 게다가 부가 실시예들에서, 신호 시작 및/또는 종료는 단일 펄스가 아닐 수 있고, 데이터 패킷의 개시 및/또는 종료를 시그널링하는데 사용되는 동일한 타입의 2개 이상의 펄스일 수 있다. 예를 들어, 실시예들은 데이터 메시지의 개시를 나타내기 위해 일정 펄스 특성들을 갖는 2개의 동일한 데이터 펄스를 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의해 활용되는 전류 인출 펄스들(201/203/205)은 전원 공급기(110) 및 와이어 공급기(120) 각각이 펄스 데이터를 각각 인식하는 한은, 임의의 미리 결정된 펄스폭/피크 전류를 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 펄스(201/203/205)가 전원 공급기(110)에 의해 적절하게 인식되도록 충분히 서로와 구별 가능한 한은, 펄스들은 0.25 내지 5 암페어의 범위 내의 피크 전류를 가질 수 있고, 0.05 내지 100 ㎳의 범위 내의 펄스폭을 가질 수 있다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 펄스폭들은 0.5 내지 5 ㎳, 1 내지 3 ㎳의 범위 내일 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 신호 시작 펄스(201)는 3 ㎳의 펄스폭을 가질 수 있는데 반해, 데이터 펄스들(203 및 205)은 각각 2 ㎳ 및 1 ㎳의 펄스폭들을 가질 수 있다. 이러한 펄스들은 동일한 피크 전류를 가질 수 있거나, 상이한 예시적인 실시예들에서, 상이한 피크 전류들을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 각각의 펄스의 피크 전류들은 1 내지 5 암페어의 범위 내일 수 있다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 펄스들에 대한 피크 전류들은 2 내지 4 암페어의 범위 내일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 전류 인출 신호는 10 ㎐ 내지 10 ㎑의 범위 내의 주파수를 가질 수 있는 반면에, 다른 실시예들에서, 상기 범위는 100 ㎐ 내지 500 ㎐일 수 있다. 물론, 통신 프로토콜이 전원 공급기(110)에 의해 인식 가능한 한은, 실시예들은 이러한 파라미터들에 제한되지 않고, 다른 펄스폭들, 피크 전류들 및 주파수들이 사용될 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 펄스들의 피크 전류의 지속 기간은 통신을 위해 상이한 펄스들을 구별하도록 바뀌어질 수 있다. 즉, 그러한 실시예들에서, 펄스들 각각의 펄스폭은 동일하지만, 상이한 펄스들의 피크값의 지속 기간은 상이하고, 이러한 차이는 상이한 펄스들을 인식하기 위해 전원 공급기(110)에 의해 사용된다. 임의의 수의 상이한 펄스 타입이 데이터를 전하는데 사용될 수 있으며, 펄스들은 상이한 피크들 및/또는 폭들이 전원 공급기에 의해 인식 가능한 한은, 펄스들을 구별하기 위해 상이한 피크들 및/또는 폭들을 갖는다. 게다가, 펄스 주기 또는 주파수가 데이터 송신을 위해 펄스를 구별하는데 사용될 수 있다.

그러나, 전류 싱크 회로(127)가 OCV 신호로부터 전류를 인출하고 있으므로, 인출된 전력이 와이어 공급기(120) 내에서 소산될 필요가 있다는 점이 주목되어야 한다. 이는 저항기들의 사용, 또는 유사한 열/에너지 소산 구성 요소들/기법들로 행해질 수 있다. 따라서, 와이어 공급기(120)에 의해 인출된 전력/전류는 와이어 공급기(120)에 의해 소산될 수 있는 양이어야 한다. 즉, 임의의 주어진 메시지에서 소산될 전력의 양(메시지의 지속 기간을 통한 총전류 & 전압)은 임의의 구성 요소를 과열시키지 않고 소산될 수 있는 양이어야 한다. 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 데이터 신호의 평균 전력은 25 와트를 초과하지 않는다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 전류 인출 데이터 신호의 평균 전력은 5 내지 25 와트의 범위 내이다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 상기 평균 전력은 7 내지 20 와트의 범위 내이다. 물론, 와이어 공급기(120)가 더 많은 열 에너지/전력을 소산시킬 수 있는 한은, 전류 인출 신호의 평균 전력은 앞서 논의된 것보다 더 높을 수 있다.

통신 모듈(121)에서 (생성된 열을 통하여) 전력을 소산시키는 것을 돕기 위해, 와이어 공급기(120)는 에너지를 소산시키는데 사용되는 임의의 저항기 구성 요소를 냉각시키기 위해 기존 냉각 팬(미도시)을 활용할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 보조 팬, 열 싱크 등과 같은 전용 냉각 메커니즘(미도시)은 전력 소산으로 인해 임의의 생성된 열을 적절하게 소산시키기 위해 통신 동안 전류 싱크 회로(127)를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 온도 모니터링 회로(미도시)는 회로(127)의 온도, 또는 회로(127)의 구성 요소들 중 일부를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 그러한 온도 모니터링 회로들/시스템들이 일반적으로 알려져 있다. 온도를 모니터링함으로써, 시스템 제어기는 회로(127)의 열을 제어하도록 일정 프로토콜들을 구현할 수 있다. 예를 들어, 일부 예시적인 실시예들에서, 제어기는 - 미리 결정된 열 임계 레벨과 비교하여 - 원하는 구성 요소들을 냉각하는 것을 돕기 위해 보조 냉각 팬이 턴 온되게 하도록 검출된 열을 사용할 수 있다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 제어기는 열 임계 레벨이 초과되지 않는 것을 보장하도록 통신 프로세스를 중단시키거나, 통신 프로세스를 바꾸기 위해 검출된 열을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 정보 패킷은 통신이 잠시 중단될 것을 나타내도록 전원 공급기로 송신될 수 있고, 그 다음 와이어 공급기 제어기는 온도가 허용할 수 있을 때까지, 온도를 모니터링하고 다시 통신하는 것을 시작할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 제어기는 필요한 에너지 흡수를 감소시키기 위해 전류 인출 펄스들을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 제어기는 온도가 허용할 수 있는 레벨에 도달하고, 그 다음 본래 펄스 피크들이 사용될 수 있을 때까지, 더 적은 에너지가 흡수되도록 회로(127)가 펄스들의 피크 전류 레벨들을 감소시키게 할 수 있다. 물론, 전원 공급기(110)는 또한 이러한 2차 펄스 구성들을 인식하도록 구성되어야 한다. 펄스 파라미터들의 변화는 전원 공급기(110)가 변화된 펄스들을 인식하도록 적절하게 구성되도록 상기 변화 이전에 와이어 공급기(120)로부터 전원 공급기(110)로 전해질 수 있다. 추가의 예시적인 실시예에서, 와이어 공급기(120)의 제어기는 적어도 2개의 미리 결정된 온도 임계 레벨을 갖는다. 제1 열 레벨이 검출될 때, 제어기는 열 레벨이 감소되도록 통신이 중단되어야 하고/하거나, 부가 냉각이 필요하고/하거나, 통신이 변경되어야 한다고 판단한다. 제2 레벨은 제1 레벨보다 더 낮고 제2 레벨이 검출될 때, 제어기는 그 다음 정상적 통신이 재개될 수 있다고 판단한다. 이는 정상적 작동들이 다시 시작되기 전에, 열이 충분히 감소되는 것을 가능하게 할 수 있다. 정상적 통신이 재개되면, 제1 레벨이 빠르게 도달되지 않도록 충분히 낮은 이러한 제2 레벨을 갖는 것이 유익할 수 있다.

앞서 진술된 바와 같이, 전원 공급기(110)는 전류 인출 펄스들(201, 203 및 205)을 인식하기 위해 전류 감지 회로(104) 및 수신기(105)를 사용하고 와이어 공급기(120)로부터의 명령어들과 일관되는 전원 공급기(110)의 작동을 제어하기 위해 그러한 펄스들을 사용한다. 전원 공급기(110)는 원하는 용접 작동을 수행하도록 전원 공급기(110)의 파형, 출력 설정들 등을 조정하기 위해 이러한 정보를 사용한다.

전류 펄스들과는 대조적으로, 전압 펄스들이 사용되는 것을 제외하면, 유사한 통신 프로토콜이 사용되는 바와 같은, 전원 공급기(110)로부터 와이어 공급기(120)로의 통신을 이제 참조한다. 즉, 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 전원 공급기(110)는 와이어 공급기(120)로 승인들 및/또는 다른 데이터를 송신하도록 공급된 OCV 전압 내의 전압 펄스들을 사용한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제어 모듈(101)은 와이어 공급기(120)에 의해 송신되는 데이터 패킷이 수신되었다는 것을 나타내도록 와이어 공급기(120)로 승인 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 와이어 공급기(120)는 (전류 인출 펄스들을 통하여) 데이터 패킷을 송신할 수 있고, 전원 공급기(110)에 의해 수신될 때, 전원 공급기는 승인 펄스 및/또는 메시지를 송신하고, 그러한 승인이 와이어 공급기(110)에 의해 수신될 때, 와이어 공급기(110)는 다른 데이터 패킷을 송신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 어떤 승인도 와이어 공급기(110)에 의해 수신되지 않으면, 와이어 공급기(110)는 데이터 패킷을 재송신한다. 물론, 다른 데이터가 또한 이하의 방법론을 통하여 와이어 공급기(120)로 송신될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 전원 공급기(110)는 출력 전력 모듈(103)로 전압 펄스 신호를 제공하기 위해 송신기(107)를 사용한다. 출력 전력 모듈(103)은 출력 전력 모듈(103)의 출력을 제어하고 전력 케이블들(130)을 통하여 와이어 공급기(120)로 미리 결정된 통신 프로토콜과 일관되는 전압 펄스들을 제공하기 위해 전압 펄스 신호를 사용한다. 출력 전력 모듈의 제어는 널리 알려져 있고 본원에 상세히 설명할 필요가 없다.

전압 통신 파형(300)의 예시적인 실시예가 도 3에 도시된다. 이러한 도면에 도시된 바와 같이, 전류 인출 펄스들을 사용하는 것보다는 오히려, 전압 펄스들이 채용되는 것을 제외하고, 유사한 통신 방법론이 도 2에 대하여 설명하는 바와 같이 채용된다. 즉, 전원 공급기(110)가 (예를 들어, 용접 이전에 또는 후에) 와이어 공급기로 OCV 전압을 제공하고 있음에 따라, 전원 공급기(110)는 또한 와이어 공급기로 정보를 전하기 위해 전압 펄스들(301, 303 및 305)을 제공한다. 펄스들은 와이어 공급기(110) 스터드(113)를 수신기(129)에 결합시키는 전압 감지 리드(128)에 의해 감지된다. 이러한 전압 펄스들은 감지되고 와이어 공급기의 제어기(121)에 의해 사용될 정보 신호로 변환된다.

이제 도 3을 참조하면, 앞서 논의된 프로토콜과 마찬가지로, 전원 공급기(110)는 메시지가 뒤따른다는 것을 와이어 공급기(110)에 지시하는 메시지 시작 전압 펄스(301)를 출력할 수 있다. 제1 펄스(301)는 데이터 메시지의 개시로서 와이어 공급기(120)에 의해 인식되는 펄스폭, 전압 레벨, 전압 레벨 지속 기간 및/또는 주파수와 같은 특정 세트의 파라미터들을 가질 수 있다. 도 2와 마찬가지로, 와이어 공급기(110)로 2진 메시지를 전하기 위해 서로와 상이한 일련의 데이터 전압 펄스들(303, 305)이 메시지 시작 전압 펄스(301)를 뒤따르고 있다.

도 3의 예에 도시된 바와 같이, 전원 공급기(110)로부터의 OCV 신호는 60 볼트의 OCV 전압을 갖는다. 전압 펄스들(301, 303, 305)은 미리 결정된 지속 기간 동안 각각 대략 20 볼트로 강하하고, 이러한 전압 강하는 수신기(129)에 의해 검출되고 제어기(121)는 수신된 메시지/확증과 일관되는 와이어 공급기(110)의 작동을 제어하기 위해 수신된 펄스들을 사용한다. 도시된 바와 같이, 펄스(303)는 제1 펄스폭을 갖는 제1 데이터 펄스 타입이고, 펄스(305)는 제2 펄스폭을 갖는 제2 데이터 펄스 타입이다. 도시된 실시예에서, 펄스 타입들 각각의 전압 레벨은 동일하다(도시된 실시예에서, 펄스 전압은 대략 20 볼트이다). 물론 다른 예시적인 실시예들에서, 상이한 펄스 타입들은 상이한 전압 레벨들 및/또는 주파수들을 가질 수 있다. 예를 들어, (도 3에 도시된 바와 같이) 펄스들의 펄스폭들을 변화시키는 것보다는 오히려, 펄스들은 동일한 펄스폭이지만 상이한 전압 레벨들을 가질 수 있으며 - 예를 들어, 펄스들(303)은 20 볼트의 레벨을 갖고 펄스들(305)은 40 볼트의 레벨을 갖는다. 물론 다른 실시예들에서, 펄스들(303/305)이 서로와 구별 가능하고 와이어 공급기(120)에 의해 별개의 펄스들로서 인식될 수 있는 한은, 다른 펄스 파라미터들은 변경될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전원 공급기(110)로부터 와이어 공급기(120)로의 전압 펄스들은 전원 공급기(110)로부터의 OCV 전압 신호로 만들어지고 대략 20 볼트의 전압을 갖는데 반해, 상이한 펄스들의 펄스폭들은 상이하다. 물론, 이러한 실시예는 예시적인 것으로 의도되고 다른 예시적인 실시예들에서, 펄스들의 전압 레벨은 펄스들이 데이터 펄스들로서 인식 가능한 한은, 1 내지 70 볼트의 범위 내일 수 있는 반면에, 다른 실시예들에서, 전압은 10 내지 55 볼트의 범위 내일 수 있다. 물론, 펄스들(301, 303 및 305)의 전압 레벨은 어떤 용접 작동도 진행 중이지 않을 때의 전원 공급기(110)로부터 와이어 공급기(120)로 제공되는 전력 신호에 대한 OCV 전압 레벨의 함수일 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 펄스들에 대한 전압 레벨은 비용접 전력 신호의 OCV 전압 레벨의 20 내지 95%의 범위 내이다. 다른 예시적인 실시예들에서, 전압 레벨은 OCV 전압 레벨의 30 내지 90%의 범위 내이고, 추가 실시예들에서, 전압 레벨은 OCV 전압 레벨의 33 내지 75%의 범위 내이다. 물론, 송신된 데이터가 정확히 그리고 확실히 수신된다는 것을 보장하기 위해 펄스의 전압 레벨이 와이어 공급기에서의 수신기에 의해 충분히 인식 가능한 한은, 펄스들의 전압 레벨이 주어진 시스템에 적절한 임의의 레벨일 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 예시적인 실시예들에서, OCV 전압 펄스 신호는 100 ㎐ 내지 10 ㎑의 범위 내의 주파수를 가질 수 있다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 신호의 주파수는 1 내지 5 ㎑의 범위 내일 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 주파수는 100 ㎐ 내지 1 ㎑의 범위 내이다. 게다가 전류 인출 신호 방법과 마찬가지로, 임의의 수의 상이한 전압 펄스 타입이 데이터를 전하는데 사용될 수 있으며, 전압 펄스들은 상이한 피크들 및/또는 폭들이 와이어 공급기에 의해 인식 가능한 한은, 펄스들을 구별하기 위해 상이한 피크들 및/또는 폭들을 갖는다. 게다가, 펄스 주기 또는 주파수가 데이터 송신을 위해 펄스를 구별하는데 사용될 수 있다.

일부 예시적인 실시예들에서, 신호 펄스들에 대한 전압이 0 볼트만큼 낮게 강하할 수 있다는 점이 주목된다. 그러나 그러한 실시예들에서, 신호 지속 기간은 와이어 공급기(110)의 작동에 영향을 주도록 와이어 공급기(110)에 공급되는 전력과 절충하기 위해 너무 길지 않아야 한다.

위의 방법론들은 전원 공급기로부터 와이어 공급기로의 표준 OCV 전력 신호가 복잡한 통신 프로토콜들에 대한 필요 없이 구성 요소들 사이에서 통신하는 수단으로서 사용되는 용접 시스템의 와이어 공급기와 전원 공급기 사이의 통신의 예시적인 실시예들을 설명하였다. 즉, 예시적인 실시예들에서, 통신을 용이하게 하기 위해, 와이어 공급기는 OCV 신호 상의 달라지는 전류 인출을 사용하는데 반해, 전원 공급기는 OCV 신호 내에 전압 펄스들을 삽입한다. 본원에 설명하는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 용접 시스템 구성 요소들 사이에서 데이터를 통신하도록 적어도 2개의 상이한 전류 인출/전압 펄스를 사용할 수 있으며, 상이한 펄스들은 상이한 적어도 하나의 특성을 갖는다. 즉, 펄스들은 차이가 정확한 데이터 송신을 위해 각각의 수신기가 펄스들을 구별하는 것을 가능하게 하기에 충분한 한은, 펄스폭, 주파수, 피크 지속 기간 및/또는 피크 크기 중 적어도 하나가 다를 수 있다. 물론 다른 실시예들에서, 이러한 펄스 특성들의 임의의 조합은 데이터 펄스들을 구별하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제1 데이터 펄스는 제1 펄스폭 및 피크를 가질 수 있고, 제2 타입의 데이터 펄스는 상이한 펄스폭 및 피크를 가질 수 있다. 물론, 다른 조합들이 본원에 설명하는 예시적인 실시예들의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 데이터 펄스들을 구별하는데 사용될 수 있다. 이러한 통신 방법론은 매우 강건하고 믿을 수 있다.

게다가, 통신의 모드 때문에, OCV 신호의 온 시간이 충분한 한은, 전원 공급기(110)로부터 와이어 공급기(120)로 메시지를 보내는 지속 기간의 어떤 실제적 제한도 없다. 그러나, 와이어 공급기(120)로부터 전원 공급기(110)로의 메시지들의 전체 지속 기간의 제한들이 있을 수 있다. 와이어 공급기(120)가 메시징 프로토콜로서 OCV 신호로부터 전류를 인출하고 있으므로, 에너지는 소산될 필요가 있으며 - 상술한 바와 같이, 이는 열 소산을 통하여 행해질 수 있다. 따라서, 와이어 공급기(120)로부터의 메시지들은 와이어 공급기(120)에 의한 적절한 열/에너지 소산을 보장하는 길이일 수 있다.

위의 실시예들을 통신하는 것으로서 설명하였더라도, 케이블들(130)을 통해 와이어 공급기(120)로 송신되는 어떤 용접 신호도 없다는 점이 주목되어야 한다. 본 발명의 다른 예시적인 실시예들에서, 와이어 공급기(120)는 상술한 통신 프로토콜과 유사한 통신 프로토콜 - 전류 인출 펄스를 사용하여 용접 동안 전원 공급기(110)와 통신할 수 있다. 물론, 와이어 공급기(120)로부터 전원 공급기(110)로의 전류 인출 펄스 메시지들은 용접 작동과 간섭하지 않도록 구성될 것이고 용접 파형인, 통신이 용접 동안 발생할 수 있다. (와이어 소모품을 공급하는데 사용되는) 와이어 공급기 모터로부터의 전류 인출은 또한 모터에 필요한 전류가 와이어 공급에 대한 토크 필요 조건들의 변경들로 인해 변화될 수 있으므로, 강건한 통신을 용이하게 하도록 고려되어야 한다. 그러므로 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 와이어 공급기(120)가 용접 동안 전원 공급기와 통신하는 경우, 전류 인출 펄스 메시지의 주파수는 - 간섭하지 않도록 - 비교적 낮아야 한다. 예를 들어, 예시적인 실시예들에서, 데이터 신호에 대한 주파수는 20 내지 100 ㎐의 범위 내이어야 한다. 즉, 메시지가 (상술한 바와 같이) 다수의 주파수를 포함하는 결과로, 주파수들 각각은 진술된 범위 내에 있어야 한다. 다른 예시적인 실시예들에서, 주파수는 30 내지 70 ㎐의 범위 내이어야 한다. 이러한 비교적 낮은 주파수들은 통신 동안 용접 작동과의 간섭이 없는 것을 보장하는데 사용될 수 있다. 물론 다른 실시예들에서, 다른 주파수들이 어떤 간섭도 발생하지 않는 한은, 사용될 수 있고 용접 작동에 사용되는 주파수들에 의해 좌우될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 통신 신호가 용접 신호와 충분히 구별될 수 있고 용접 신호와 간섭하지 않을 것인 한은, CC, CV, 펄스, 짧은 아크, STT 등을 포함하는 모든 타입의 용접 동안 사용될 수 있다.

추가의 예시적인 실시예들에서, 하나보다 더 많은 와이어 공급기(부하)가 전원 공급기에 연결될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 그러한 실시예들에서, 와이어 공급기로부터의 데이터 신호는 전원 공급기에 의해 인식되고 전원 공급기가 적절한 와이어 공급기에 적절한 출력을 제공하고 있다는 것을 보장하는 것을 돕는데 사용되는 와이어 공급기 식별을 포함한다. 따라서 일부 실시예들에서, 전원 공급기는 본원에 논의되는 방법들을 사용하여 하나보다 더 많은 와이어 공급기에 결합되고 이것들과 통신하는 것이 가능할 수 있다.

도 4 및 도 5는 전류 싱크 회로(127)의 예시적인 실시예들에 관한 부가 상세를 제공한다. 도시된 예시적인 실시예들은 상술한 바와 같은 메시징 동안의 전류 인출 펄스들을 조절하고 받아들이기 위해 스위치들(403 및 405), 저항기들(407, 409 및 411) 및 전류 분권 조절기(401)를 포함한다. 전류 분권 조절기(401)는 원하는 바와 같이 수행할 수 있는 한은, 임의의 알려진 그러한 조절기일 수 있다. 그러한 조절기의 일 예는 Texas Instruments의 TL431 3단자 조정 가능 분권 조절기이다. 물론, 다른 마찬가지로 기능하는 구성 요소들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 예시적인 실시예들에서, 연산 증폭기인, MOSFET 조합이 분권 조절기(401) 대신에 사용될 수 있다. 게다가 부가 실시예들에서, 부하 저항기(409)가 필요한 바에 따라 성능을 개선하기 위해 입력 전압에 기반하여 (알려진 전환 회로망을 사용하여) 스위칭 인 또는 아웃될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 회로들에서, 저항기(409)는 와이어 공급기의 전류 인출 펄스들의 생성 동안 대량의 에너지 소산을 제공한다.

도 5 실시예에서, 풀 브리지 정류기(500)가 전원 공급기(110)의 출력 스터드들에 연결 융통성을 추가하기 위해 회로에 추가된다. 즉, 정류기(500)의 사용으로, 전원 공급기(110)의 양 및 음 단자들에 대한 연결들의 융통성이 증가된다. 물론, 다른 예시적인 회로들이 상술한 바와 같은 동일한 기능들을 달성하는데 사용될 수 있고, 이러한 회로들이 본원에 설명하는 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 사용될 수 있다는 점이 이해된다.

앞서 논의된 속성들 및 구성들 때문에, 본 발명의 예시적인 시스템들은 알려진 용접 시스템들을 넘는 상당한 이점들을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들을 사용하여, 와이어 공급기 및 전원 공급기는 별도의 통신 케이블들 없이 서로와 통신하고 용접 시스템의 증가된 강건성 및 유용성으로 그렇게 할 수 있다. 게다가, 이러한 통신 및 데이터 송신은 데이터가 용접 신호와 동일한 용접 케이블들을 통해 송신되고 있더라도, 용접 신호 또는 용접 작동에 역으로 영향을 주지 않고 일어난다.

앞서 진술된 바와 같이, 와이어 공급기(120) 및 전원 공급기(110) 각각은 본원에 설명하는 통신 프로토콜들을 용이하게 하기 위해 다양한 프로그램을 실행시키는 컴퓨터 또는 마이크로프로세서 타입 시스템을 채용할 수 있는 제어기를 사용한다. 컴퓨터 프로그램(예를 들어, 컴퓨터 프로그램 시스템)은 컴파일되거나 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어의 임의의 형태로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성 요소, 서브루틴 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서를 포함하여 임의의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 장소에서의 또는 다수의 장소에 걸쳐 분포되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되는 다수의 컴퓨터 또는 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.

작업장 전압 측정 데이터가 용접 케이블을 사용하여 어크로스 디 아크로 전해지는 용접봉에서의 전압의 작업장 전압 측정 데이터를 연속적으로 수신하고 전위차를 식별하기 위해 작업장 전압 측정 데이터를 용접 전원 공급기에서의 용접 출력 전압과 연속적으로 비교하는 것을 포함하는 시스템 및 방법을 제공하는 추가의 예시적인 실시예들을 이제 참조한다. 통신 방법론은 상술한 것들일 수 있다. 방법은 또한 전위차에 적어도 부분적으로 기반하여 용접 전원 공급기를 사용하여 용접 출력 전압을 증가시키거나 감소시키는 단계를 포함한다.

추가 실시예들은 워크피스 리드 연결부 및 용접 케이블 연결부를 갖는 와이어 공급기를 포함하는 용접 시스템을 제공하며, 용접 케이블 연결부는 와이어 공급기를 전원 공급기에 작동적 결합시키도록 구성되며, 워크피스 리드 연결부는 와이어 공급기와 워크피스 사이에 회로를 완성하도록 구성된다. 시스템은 와이어 공급기와 작동적 결합되는 작업장 전압 측정 구성 요소를 더 포함하며, 작업장 전압 측정 구성 요소는 작업장 전압 측정치를 연속적으로 결정한다. 그러한 실시예들에서, 와이어 공급기는 작업장 전압 측정치를 수신하도록 구성되고, 와이어 공급기는 용접 케이블 연결부 및 워크피스 리드 연결부 중 적어도 하나를 통해 작업장 전압 측정 데이터를 송신하도록 구성된다.

상술한 바와 같이, 어크로스 디 아크 전압 및 전류 검출들과 같은 용접 작동과 관련되는 전달 정보, 그리고 케이블 임피던스 변화들 등을 포함하는 용접 작동의 다른 측면들을 포함하는 다양한 타입의 통신이 시스템 구성 요소들 사이에서 일어날 수 있다.

앞서 진술된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 “어크로스 디 아크” 용접 구성들로 사용될 수 있다. 상술한 실시예들 같이, 어크로스 디 아크 구성들은 한 쌍의 케이블이 전력 및 통신 둘 다를 제공하도록 전원 공급기로부터 워크피스로 이어지며, 하나가 워크피스에 연결되고 다른 하나가 와이어 공급기를 대기하면서 부착되지 않은 것이다. 와이어 공급기는 워크피스에 고정시키는 와이어 공급기 자체의 리드로 플러그로 연결되고, 부가 제어 케이블들의 사용 없이 작업 리드를 통해 원거리 전원 공급기와 통신한다. 어크로스 디 아크 구성들은 용접 시스템들에 대한 복잡성, 무게, 부대용품 비용 및 가능한 고장점들을 감소시킨다.

용접 시스템의 다양한 실질적 특성은 용접 시스템의 성능에 영향을 줄 수 있고 이러한 특성들 및 데이터는 본원에 설명하는 통신 프로토콜들을 통하여 송신될 수 있다. 특정 방식으로 용접하거나 용접 품질을 개선하려 할 때, 특정 용접 파형들과 연관된 용접 설정들이 선택되고 전해질 수 있다. 그러한 파형들 및 다른 용접 파라미터들에 따르면, 용접 전원 공급기는 용접 작동에 전력을 공급한다. 그러나, 파라미터들은 예상되거나 이상적인 조건들에 기반한다.

일부 상황에서, “어크로스 디 아크” 및 다른 용접 시스템 구성들의 예상되거나 이상적인 조건들로부터의 벗어남은 케이블 임피던스가 전원 공급기와 와이어 공급기 사이에 전압 강하를 야기할 수 있어, 전원 공급기 출력 전압이 와이어 공급기의 필요 조건으로 설정되지만 와이어 공급기 전력 입력이 규정된 전압을 실제로 수신하지 않는다는 것이다. 임피던스로 인한 전압 강하는 케이블(들)의 길이 및 조성, (감겨진 대 연장된) 케이블들의 기하학적 구조, 공급되는 용접 전류, 용접 파형 및 용접 파라미터들, 및 다른 요인들에 따라 달라진다. 따라서, 전원 공급기에서의 단순한 전압 오프셋은 용접 도구에서의 예상된 출력에서의 불일치들이 본질적으로 동적일 수 있으므로, 그러한 불일치들을 일관되게 보정하지 않을 것이다.

이러한 가변의 불일치를 모니터링하기 위해, (전압계, 멀티미터, 또는 다른 디바이스 또는 구성 요소를 포함하지만, 이에 제한되지 않는) 전기 측정 디바이스가 와이어 공급기의 전압을 결정하기 위해 와이어 공급기에 배치되거나 이것으로 통합될 수 있다. 이러한 전압은 어크로스 디 아크로 그리고 예상된/용접 전압과 비교하여 또는 본원에 설명하는 통신 프로토콜들을 통하여 전원 공급기 (또는 전원 공급기와 통신하는 다른 디바이스)로 다시 송신될 수 있다. 그러한 비교는 연속적으로 그리고 실시간으로 행해질 수 있다. 전원 공급기 작동 파라미터들은 그 다음 정확한 적절한 전압 (또는 다른 파라미터)가 와이어 공급기에 제공되는 것을 보장하도록 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이는 평균 강하가 즉각적이거나 가장 최근에 검출된 전압 강하에 따라 연속적으로 조정하는 것과는 대조적으로 충분한 데이터에 기반하여 평균 전압 강하에 (크기가) 실질적으로 대등할 때까지의 기간을 통해 평균 전압 강하를 결정하는 반복된 피드백 프로세스들이다.

본원에 개시되는 실시예들에서의 통신은 본원에 설명하는 방법론들을 통하여 일어날 수 있다. 이는 부가 제어 와이어들이 많은 환경에서 다루기 힘들 수 있고, 무선 통신이 (예를 들어, 송수신 직결선이 문제이거나 사용 전에 상이한 무선 디바이스들 사이의 페어링을 필요로 하는 다수의 전원 공급기가 존재할 수 있는 조선소들에서) 항상 실현 가능하지는 않으므로, 단순한 통신을 제공한다. 이러한 구성은 와이어 공급기들에 플러그 앤드 플레이 능력을 제공하면서, 유선 연결의 수를 최소화한다.

도 6은 본 쇄신의 일 실시예에 따른 도 7의 1205 그리고 다른 도면들에서 도시되는 것과 같은 용접 출력 회로 경로의 예시적 회로 표현(1100)이다. 회로 표현(1100)은 용접 출력 회로 경로(1205)의 용접 케이블(1220)측의 유도 용량(Lc)(1110) 및 저항(Rc)(1120)을 포함한다. 이러한 값들은 (배타적이어야 하는 것은 아니지만) 용접 케이블(1220)의 특성들에 의해 한정될 수 있다. 회로 표현(1100)은 또한 용접 출력 회로 경로(1205)의 용접 전원 공급기(1210)측의 유도 용량(Lm)(1130), 내부 저항(Ri)(1140) 및 다이오드(D1)(1150)를 포함한다. 이러한 값들은 (배타적이어야 하는 것은 아니지만) 단독으로 또는 와이어 공급기(1270)(예를 들어, 기계측)와 함께, 용접 전원 공급기(1210)의 특성들에 의해 한정될 수 있다. 용접 케이블(1220)은 전기 노드들(1160 및 1170)을 갖는 용접 출력부(1212)에서 용접 전원 공급기(1210)에 연결되고, 워크피스는 용접 출력 단자들(1191 및 1192)의 근처에 위치될 수 있다.

전류(I)(1180)가 용접 출력 회로 경로(1205)를 통해 흐를 때, 출력 전압(V)(1165)이 노드들(1160 및 1170) 사이에서 생성된다. 전원 공급기에서의 임피던스는 (예를 들어, 기계 출력 초크로 인해 그리고 전류에 의존하여) 미리 결정될 수 있지만, 전원 공급기 외부에서의 외부 임피던스들 (또는 다른 외면적 성질들)은 모든 환경에서 전원 공급기에서 인지되거나 예측될 수 없다. 적어도 용접 케이블(1220)의 특성들이 정적이 아니므로 - 용접 케이블(1220)의 배향 및/또는 내구성이 시간에 따라 변화되고, 더욱이, (상이한 예를 들어, 길이, 직경, 마손, 및 다른 특질을 갖는) 상이한 케이블들이 동일한 용접 전원 공급기(1210)와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 시스템의 총임피던스는 케이블들에 기반하여 시간에 따라 변화된다.

달라지는 임피던스는 시스템의 다양한 지점에서의 전압 불일치들이 용접봉 또는 워크피스에서의 예상된 전압과 실제 전압 사이의 차이들을 포함하게 할 수 있다. 전압 불일치들을 결정하는 다양한 기법을 본원에 설명한다. (반드시 모두는 아니지만) 일부 실시예들에서, 전원 공급기들, 와이어 공급기들, 도구들 또는 독립적 전기 피드백 디바이스들은 전원 공급기 설정들 및 전체 용접 시스템에 기반하여 실제 전기 특성과 예상된 특성 사이의 불일치를 결정할 수 있다. 하나 이상의 특정 실시예들에서, 와이어 공급기들은 측정 부위에서의 예상된 전압(예를 들어, 워크피스에서의 예상된 전압, 전원 공급기로부터의 예상된 전압, 다른 값들)과 측정 부위에서의 실제 전압(예를 들어, 워크피스에서의 실제 전압, 용접 도구의 실제 전압, 와이어 공급기에 의해 검출되는 실제 전압 및 다른 것들) 사이의 차이를 결정하는, 용접 케이블 임피던스에 의해 야기되는 전압 오류 또는 불일치를 결정하는 전압 피드백 능력들을 포함한다.

전기 측정치들(예를 들어, 와이어 공급기 또는 용접 도구에서의 전압 측정치)는 어크로스 디 아크로 송신되어, 별도의 제어 와이어들 또는 복잡한 무선 통신 기법들에 대한 필요를 제거할 수 있다. 용접 케이블들을 시스템으로 연결시키는 것은 그러한 용접 케이블들을 사용하는 통신을 가능하게 하고 적어도 전기 측정들과 관련되는 피드백을 가능하게 할 것이다. 이는 용접 케이블들에 더하여 별도의 센서 및/또는 제어 리드들을 선택적으로 사용할 수 있는 (표면 장력 전달과 같은) 용접 구성들을 포함하는 많은 용접 구성에서 유익하다. 어크로스 디 아크 기법들은 총시스템 복잡성을 감소시킬 뿐만 아니라 오류의 소스들 및 고장 지점들을 제거하면서, 성능의 개선을 가능하게 한다.

그러한 일 실시예를 참조하면, 도 7은 본 쇄신의 다양한 양태에 따른 용접 출력 회로 경로(1205)를 포함하는 용접 시스템(1200)의 예시적 실시예의 개략 블록도를 도시한다. 용접 시스템(1200)은 용접 출력부(1212), 비교기 구성 요소(1216) 및 선택적으로, 디스플레이(1214)를 갖는 용접 전원 공급기(1210)를 포함한다. 용접 출력 회로 경로(1205)는 용접 출력부(1212)에서 용접 전원 공급기(1210)에 연결된다.

일 실시예에 따르면, 용접 출력 회로 경로(1205)는 용접 케이블(1220), 용접 도구(1230), 워크피스 연결기(1250), 용접 와이어의 스풀(1260), 용접 와이어 공급기(1270), 용접 와이어(1280), 용접 전기 측정 구성 요소(1290) 및 선택적 워크피스(1240)를 포함한다. 용접 케이블(1220)은 용접 도구들 및/또는 선택적 워크피스(1240)에의 연결을 위한 리드들을 포함한다.

작동 동안, 용접 와이어(1280)는 일 실시예에 따라, 용접 와이어의 스풀(1260)로부터 와이어 공급기(1270)를 통하여 용접 도구(1230)로 공급된다. 다른 실시예에 따르면, 용접 시스템(1200)은 와이어의 스풀(1260), 와이어 공급기(1270) 또는 용접 와이어(1280)를 포함하지 않고, 대신에, 예를 들어, 스틱 용접에서 사용되는 것과 같은 소모품 전극 봉을 포함하는 용접 도구를 포함한다. 본 쇄신의 다양한 실시예들에 따르면, 용접 도구(1230)는 용접 토치, 용접 건, 전극 봉 홀더 및 용접 소모품 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

용접 출력 회로 경로(1205)는 용접 전원 공급기(1210)의 용접 출력부(1212)로부터 용접 케이블(1220)을 통해 용접 도구(1230)로, 워크피스(1240)를 통해 워크피스 연결기(1250)로, 그리고 다시 용접 케이블(1220)을 통해 용접 전원 공급기(1210)로 이어진다. 작동 동안, 용접 전원 공급기(1210)는 용접 출력 파형을 용접 출력 회로 경로(1205)에 인가하여, 시간 가변성 전기 전류가 용접 출력 회로 경로(1205)를 통해 흐르게 하고 와이어 (또는 전극 봉)과 워크피스(1240) 사이에 아크를 생성할 수 있다. 본 쇄신의 일 실시예에 따르면, 용접 케이블(1220)은 동축 케이블 어셈블리를 포함한다. 본 쇄신의 다른 실시예에 따르면, 용접 케이블(1220)은 용접 전원 공급기(1210)로부터 용접 도구(1230)로 이어지는 제1 케이블 길이, 그리고 워크피스 연결기(1250)로부터 용접 전원 공급기(1210)로 이어지는 제2 케이블 길이를 포함한다.

용접 케이블(1220)을 통해 송신될 수 있는 데이터의 하나의 부분은 전기 측정 구성 요소(1290)로부터의 전기 측정치들이다. 전기 측정 구성 요소(1290)는 선택적 워크피스(1240)에서 또는 이것 상에서, 와이어 공급기(1270)에서 또는 이것 근처에서, 또는 다른 곳에서 작업장에서의 전기 변수값을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 전기 측정 구성 요소(1290)는 (예를 들어, 워크피스에서, 다른 위치에서) 하나 이상의 전압 측정치를 취하고 용접 케이블(1220)을 통해 송신함으로써 다시 용접 전원 공급기(1210)로 전압값들을 송신한다. 전기 측정 구성 요소(1290)가 용접 도구(1230)의 근처에 있는 것으로 도시되지만, 전기 측정 구성 요소(1290)는 독립형이거나 (예를 들어, 와이어 공급기(1270) 내에서) 다양한 다른 구성 요소로 통합될 수 있다.

비교기 구성 요소(1216) (또는 용접 전원 공급기(1210)의 다른 구성 요소들)은 전기 측정 구성 요소(1290)에 의해 측정되는 값들을 용접 출력부(1212)에서의 출력에 기반하여 예상된 값들과 비교할 수 있다. 이러한 비교에 기반하여, 비교기 구성 요소(1216)는 예상된 전기 측정치와 실제 전기 측정치 사이의 전기 신호 불일치를 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 불일치는 전위차이다. 전위차에 기반하여, 용접 전원 공급기(1210)는 예를 들어, 케이블 유도 용량 및 다른 시스템 특성들로 인한 전위차를 보정하기 위해 용접 출력 전압을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

도 8은 본원에 설명하는 기법들을 사용하는 용접 시스템(1500)의 대안적인 실시예를 도시한다. 용접 시스템(1500)은 용접 와이어 공급기(1570), 용접 케이블(1520), 용접 도구 리드(1521) 및 워크피스 리드(1522)를 포함한다. 용접 시스템(1500)은 용접 전원 공급기(1530), 용접 도구(1510) 및/또는 용접 워크피스(1540)를 선택적으로 포함할 수도 있다. 전원(1530)은 비교기 구성 요소(1516)를 포함하고 적어도 용접 케이블(1520)을 통하여 전기 측정 구성 요소(1590)와 통신적 결합된다. 이 점에서, 통신은 어크로스 디 아크로 일어날 수 있다.

전기 측정 구성 요소(1590)는 용접 회로 내의 실제 전기 측정치를 기록하고 예상된 전기값을 고려하여 실제 전기 측정치를 분석하는 비교기 구성 요소(1516)로 다시 전기 측정치를 송신한다. 실제 및 예상된 값들의 차이에 기반하여, 용접 파라미터들은 변경될 수 있다. 이는 전압 불일치에 기반하여 용접 와이어 공급기(1570)를 통해 제공되는 용접 전압을 증가시키거나 감소시키기 위해 전원 공급기(1530)로 신호를 송신하는 것을 포함할 수 있다.

용접 시스템(1500)이 용접 와이어 공급기(1570)를 선택적인 다른 요소들을 갖는 시스템의 중추적 구성 요소로서 도시하지만, 도시되는 요소들의 다양한 조합이 쇄신의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 용접 와이어 공급기(1570) 및 용접 전원 공급기(1530)는 결합된 유닛일 수 있다. 게다가, 비교기 구성 요소(1516)가 용접 와이어 공급기 내에 통합된 것으로 도시되지만, 이러한 구성 요소는 전원 공급기(1530), 용접 도구(1510) 또는 전기 측정 구성 요소(1590)를 포함하는 대안적인 실시예들에서의 다른 요소들에 존재할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 예상된 전압값은 용접 와이어 공급기(1570) (및/또는 용접 전원 공급기(1530)) 외부의 위치에서 측정된 값의 비교를 비교기 구성 요소(1516)가 완료하는 것을 가능하게 하도록 용접 케이블(1520)을 사용하여 송신된다. 더욱이, 와이어 공급기 및/또는 전원 각각은 사용자가 시스템 및 구성 요소들과 상호 작용하고 데이터 및 파라미터들을 입력하고 정보 및 파라미터들을 판독하는 것을 가능하게 하도록 사용자 인터페이스를 가질 수 있다.

도 9는 용접 시스템(1600)이 전기 특성 신호 프로세서(1692)를 포함하는 도 8의 실시예와 유사한 추가 실시예를 도시한다. 실시예들에서, 전기 특성 신호 프로세서(1692)는 전압 신호 프로세서일 수 있다. 전기 특성 신호 프로세서(1692)는 (예를 들어, 전기 측정 구성 요소(1590)로부터) 측정된 전기 특성을 다른 형식으로 변환할 수 있다. 실시예들에서, 전기 특성 신호 프로세서(1692)는 측정된 전기 특성의 송신에 의해 필요한 대역폭을 감소시키기 위해 측정된 전기 특성을 압축된 크기 신호로 변환한다. 일 실시예에서, 전기 특성 신호 프로세서(1692)는 비교를 위한 전압값을 송신하기 위해 압축된 크기 전압 데이터를 생성한다. 대안적이거나 상호 보완적인 실시예들에서, 전기 특성 신호 프로세서(1692)는 부호화, 암호화 또는 재형식화를 포함하도록 측정된 전기 특성의 형식을 변경할 수 있다.

측정된 전기 특성의 변경은 어크로스 디 아크 통신의 확장된 사용을 가능하게 할 수 있다. 일 예에서, 표면 장력 전달 및 다른 짧은 아크 용접 프로세스들은 이러한 작동들의 제어를 위한 빠른 계산들을 수행하기 위해 전원 공급기로 다시 정보를 제공하도록 감지 리드들을 포함할 수 있다. 감지 리드들 대신에 용접 케이블(1520)에 대한 의존은 때로는 복잡한 프로세스들의 제어에 필요한 실시간 피드백을 제공하기에 불충분한 대역폭을 야기할 수 있다. 예를 들어, 와이어 공급기(1570) (및/또는 다른 구성 요소들)에서의 파라미터들을 측정하고 계산들을 수행하는 부가 회로망의 포함은 더 작은 신호들에 따라 조정되는 전원 공급기(1530) (및/또는 다른 구성 요소들)로 용접 케이블(1520)을 사용하여 다시 송신되는 이용 가능한 대역폭에 순응하는 더 작은 제어 신호들로, 더 큰 데이터 부분들이 내부에서 수신되고, 처리되고, 분석되는 것을 가능하게 할 수 있다. 이는 더 많은 결정 또는 제어 단계가 결정 또는 제어 단계 당 더 낮은 대역폭에서 수행되는 것을 가능하게 하여, 제어의 속도를 증가시킨다. 이는 전력 케이블을 사용하여 전원 공급기로 제공하기 전에, 전압과 같은 아날로그 파라미터 신호를 디지털 신호로 변환하는 것을 포함할 수 있다.

특정 실시예에서, 시간이 지남에 따른 전압은 와이어 공급기(1570)에서 실시간으로 측정될 수 있다. 와이어 공급기는 비교기 구성 요소(1516)를 포함하고, 전기 측정 구성 요소(1590) 및 전기 특성 신호 프로세서(1692)를 포함하거나 이것들과 작동적 결합될 수 있다. 이러한 구성 요소들 중 하나 이상은 모든 파라미터가 와이어 공급기(1570) 또는 (선택적) 워크피스(1540)에서 측정된다면 필요할 것보다 정보의 더 작은 부분을 포함하는 압축된 크기 신호를 포함하는 트리거를 생성하도록 계산을 수행할 수 있다. 트리거는 계산들 또는 조정들에서의 사용을 위해 전원 공급기(1530)로 송신된다. 실시예들에서, 트리거는 계산들 또는 조정들에서의 사용을 위해 대안적이거나 부가적인 구성 요소들(예를 들어, 용접 와이어 공급기(1570), 비교기 구성 요소(1516), 다른 것들)로 송신될 수 있다. 다른 그러한 실시예에서, 즉각적인 전압 또는 전위차는 용접 케이블(1520)을 통해 용접 와이어 공급기(1570) 및/또는 전원 공급기(1530)로 실시간으로 제공된다. 상술한 것들과 같은 실시예들에서, 와이어 공급기에서 비교기를 갖는 것은 와이어 공급기가 용접 신호 비교를 행하고 그 다음 (본원에 설명하는 통신 수단을 통하여) 다시 와이어 공급기로 설정값을 송신하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 비교기는 검출된 용접 전압을 (앞서 와이어 공급기로 전해졌거나 이것에서 설정되었던) 원하는 전압 설정값과 비교하는데 사용될 수 있고 그 다음 검출된 전압을 전원 공급기로 송신하는 것보다는 오히려, 와이어 공급기는 비교를 행하고 전원 공급기에 대한 새로운 전압 설정값을 송신한다. 전원 공급기는 그 다음 새로운 설정값에 기반하여 전원 공급기의 출력 전력을 변경한다. 물론, 전류와 같은 다른 용접 파라미터들이 이러한 방식으로 변경될 수도 있다.

일 실시예에서, 제어는 “내부 루프” 및 “외부 루프”로 두 갈래로 나뉘어질 수 있으며, 내부 루프 제어는 와이어 공급기(1570)에서 일어나고 외부 루프 제어는 전원 공급기(1530)에서 일어난다. 표면 장력 전달 프로세스들의 타이밍을 제어하는 것과 같은 실시간으로 수행되어야 할 제어의 경우, 높은 속도 제어는 와이어 공급기(1570)에 의해 행해진다. 더 적은 시간 임계 프로세스 제어들은 전원 공급기(1530)에 의해 행해질 것이다. 전원 공급기 제어는 파라미터들을 활용하고 다른 데이터는 그러한 전원 공급기(1530) 내에서 처리하고 이것 내에 응답하기 위해 온보드 제어 회로망을 사용하는 전원 공급기(1530)로 다시 송신된다. 와이어 공급기(1570)와 전원 공급기(1530) 사이의 정보는 그러한 실시예들에서 용접 케이블(1520)을 통하여 송신될 수 있다.

일 실시예에서, 전원 공급기에 대한 제어 회로의 적어도 일부는 와이어 공급기로 이동되고, 전력 케이블을 통해 전원 공급기와 통신한다. 대안적이거나 상호 보완적인 실시예에서, 다른 높은 속도 통신 링크가 포함될 수 있다. 예를 들어, 와이어 공급기 및 전원 공급기는 케이블을 사용하여 페어링하고 그 후에 적어도 부분적으로 무선으로 통신할 수 있다. 대안적인 높은 속도 통신 링크들이 또한 사용하는 것이 가능하다.

다른 대안적인 실시예들에 따르면, 용접 출력 회로 경로의 전기 특성들을 결정하고 전기 특성들에 기반하여 용접 출력 파형을 선택하는 다양한 기능적 양태는 신중한 설계 판단, 비용 제한 및/또는 다른 고려 사항 및 트레이드오프에 따라 다양한 방식으로 용접 전원 공급기와 용접 출력 분석기 사이에 분포될 수 있다.

도 10은 용접 전원 공급기에서의 출력 전기 특성을 변경하는 방법(1700)의 예시적 실시예의 흐름도이다. 방법(1700)은 1710에서 시작하고 용접봉 (또는 근처의 구성 요소)에서의 작업장 전압 측정 데이터가 (예를 들어, 와이어 공급기, 전원 공급기, 또는 정보를 처리하는 구성 요소들을 포함하는 다른 구성 요소에 의해) 수신되는 1720으로 진행한다. 방법론(1700)은 그 다음 전위차를 식별하기 위해 작업장 전압 측정 데이터를 용접 전원 공급기에서의 용접 출력 전압과 비교하는 1730으로 진행한다. 그 후에 1740에서, 용접 출력 전압의 증가 또는 감소가 전위차에 적어도 부분적으로 기반하여 용접 전원 공급기를 사용하여 적용된다.

본 발명의 추가의 예시적인 실시예들에서, 와이어 공급기는 공급기에서 이벤트를 검출하는 것에 응하여 전원 공급기로 (예를 들어, 앞서 논의된 통신 프로토콜들을 사용하여) 트리거 신호를 송신할 수 있다. 트리거는 그러한 미리 결정된 이벤트가 일어났다는 것을 나타내는 것으로서 전력 공급기에서 인식되는 빠른/짧은 신호이다. 예를 들어, STT와 같은 일정 용접 응용들에서, 전압의 변화의 도함수 또는 비율(dv/dt)이 단락 회로의 미리 결정된 값을 초과할 때를 검출하는 것이 바람직하다. 이러한 미리 결정된 값은 용접 파형의 임계 이벤트를 나타내어, 용접 파형에 대한 전원 공급기로부터의 응답을 필요로 할 수 있다. 알려진 시스템들에서, 이러한 타입의 전압 변화 원격 감지 리드들을 검출하는 것이 필요하다. 그러나 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 원격 감지 리드들은 제거된다. 즉, 예시적인 실시예들에서, 와이어 공급기는 (예를 들어, 앞서 논의된 전압 도함수에 대해) 모니터링될 미리 결정된 이벤트의 타입을 검출하는 (알려진 전압 도함수 검출 회로와 같은) 검출 회로를 포함한다. 그러한 검출 회로들이 알려져 있다. 이벤트가 검출 회로를 통하여 검출될 때, 이벤트의 검출은 용접 케이블들을 통해 “트리거” 신호를 통하여 전해진다. 예시적인 실시예들에서, 와이어 공급기는 상술한 전류 인출 변조 기법을 사용한다. 트리거 이벤트는 이벤트가 일어났다는 것을 나타내는 것으로서 전원 공급기에서 인식되고, 예시적인 실시예들에서, 전원 공급기는 응답을 다시 송신하지 않고 전해지는 트리거 이벤트에 응답하거나 이것에 기반하여 전원 공급기의 출력 신호/전력을 변경한다. 따라서, 본원에 설명하는 다른 실시예들 중 일부와 달리, 전체 디지털 신호가 전류 인출 펄스들을 통하여 송신되는 것보다는 오히려, 단일 미리 결정된 이벤트가 트리거 통신을 통하여 시그널링되고 전원 공급기는 그러한 트리거 신호에 반응한다. 예시적인 실시예들에서, 트리거 신호는 전원 공급기에 대한 전류의 단계 변화처럼 보일 미리 결정된 특성들을 갖는 단일 전류 펄스이다. 예를 들어, 일부 예시적인 실시예들에서, 트리거 전류 인출 펄스는 2 내지 10 암페어의 범위 내의 피크 전류를 가질 수 있고, 다른 실시예들에서, 3 내지 7 암페어의 범위 내의 피크 전류를 가질 수 있다. 게다가, 전류 펄스는 0.25 내지 3 ㎳의 범위 내의 펄스폭을 가질 수 있고, 다른 실시예들에서, 펄스폭은 0.5 내지 1.5 ㎳의 범위 내이다. 그러한 실시예들에서, 전원은 전원의 출력을 변화시키기 위해 (예를 들어, 도함수 전압의 변화를 확인하는 것을 대기하는 것 대신에) 트리거 전류 펄스를 인식한다. 다른 예시적인 실시예들에서, 단일 펄스보다는 오히려, 복수의 펄스가 사용될 수 있지만, 반면에 전체 신호가 전원 공급기에 의한 반응 시간을 최소화하도록 짧다.

예시적인 실시예들에서, 트리거 펄스는 수행되는 용접 작동에 따라 상이한 이벤트들을 나타낼 수 있다. 즉, 특정 타입의 용접 작동(예를 들어, STT)이 선택될 때, 전원 공급기는 그 때 특정 타입의 dv/dt 검출을 나타내는 트리거 이벤트를 인식한다. 그러나 다른 용접 작동들에서, 트리거 이벤트는 측정된 전압이 피크값을 초과하는 것 등과 같은 상이한 타입의 이벤트를 나타낼 수 있다. 따라서, 트리거 이벤트가 와이어 공급기에서 검출될 때, 트리거 펄스는 와이어 공급기의 미리 결정된 프로토콜과 일관되게 인식되고 반응하는 전원 공급기로 송신된다. 물론 그러한 실시예들에서, 와이어 공급기는 원하는 검출 이벤트에 필요한 바에 따라 전압, 전압 도함수, 전류 및/또는 전류 도함수를 검출하고 비교할 수 있는 비교기들과 같은 검출 회로들 등을 포함한다. 그러한 검출 및 비교 회로들은 알려져 있고 여기서 상세히 설명할 필요가 없다.

요컨대, 용접 출력 회로 경로의 측정된 전기 특성들에 기반하여 용접 출력을 선택하는 시스템들 및 방법들이 개시된다. 예상된 전기값과 측정된 전기값 사이의 불일치 또는 차이는 분간되고 어크로스 디 아크로 전해져 적어도 용접 전원의 조정이 차이 또는 불일치를 보정하는 것을 가능하게 할 수 있다.

방법 단계들은 입력 데이터 상에서 작동하고 출력을 생성함으로써 본 발명의 기능들을 수행하도록 컴퓨터 프로그램을 실행시키는 하나 이상의 프로그래밍 가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 방법 단계들은 특수 목적 논리 회로망 예를 들어, FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 반도체)에 의해 수행될 수도 있고, 장치는 이것들로서 구현될 수 있다. 모듈들은 그러한 기능성을 구현하는 컴퓨터 프로그램 및/또는 프로세서/특수 회로망의 부분들을 지칭할 수 있다.

본원에 논의되는 통신 프로토콜들을 포함하는 컴퓨터 프로그램의 실행에 적절한 프로세서들은 예로서, 일반 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 그리고 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 필수적 요소들은 명령어들을 실행시키는 프로세서 그리고 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 디바이스이다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하는 하나 이상의 대용량 저장 디바이스(예를 들어, 자기, 광자기 디스크들, 또는 광 디스크들)를 포함하거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나, 이것들로 데이터를 전송하거나, 둘 다이도록 작동적 결합될 것이다. 데이터 송신 및 명령어들은 통신 네트워크를 통해 발생할 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 내장하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서, 반도체 메모리 디바이스 예를 들어, EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 디바이스; 자기 디스크 예를 들어, 내부 하드 디스크 또는 제거 가능 디스크; 광자기 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함하는 모든 형태의 비휘발성 메모리를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로망에 의해 보완되거나, 이것에 포함될 수 있다.

와이어 공급기 및/또는 전원 공급기 상의 사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해, 상술한 기법들은 사용자에게 정보를 표시하는 디스플레이 디바이스 예를 들어, CRT(브라운관) 또는 LCD(액정 디스플레이) 모니터, 그리고 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있는(예를 들어, 사용자 인터페이스 요소와 상호 작용할 수 있는) 키보드 및 포인팅 디바이스 예를 들어, 마우스 또는 트랙볼을 갖는 CNC 또는 컴퓨터 상에서 구현될 수 있다. 다른 종류들의 디바이스들이 또한 사용자와의 상호 작용을 제공하는데 사용될 수 있으며; 예를 들어, 사용자에게 제공되는 피드백은 임의의 형태의 감각 피드백 예를 들어, 시각 피드백, 청각 피드백 또는 촉각 피드백일 수 있고; 사용자로부터의 입력은 음향, 발성 또는 촉각 입력을 포함하는 임의의 형태로 수신될 수 있다.

상술한 기법들은 예를 들어, 데이터 서버로서의 백 엔드 구성 요소, 및/또는 미들웨어 구성 요소 예를 들어, 애플리케이션 서버, 및/또는 프론트 엔드 구성 요소 예를 들어, 사용자가 예시적 구현과 상호 작용할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스 및/또는 웹 브라우저를 갖는 클라이언트 컴퓨터, 또는 그러한 백 엔드, 미들웨어 또는 프론트 엔드 구성 요소들의 임의의 조합을 포함하는 분산 컴퓨팅 시스템으로 구현될 수 있다. 시스템의 구성 요소들은 임의의 형태 또는 매체의 디지털 데이터 통신 예를 들어, 통신 네트워크에 의해 상호 연결될 수 있다. 통신 네트워크들의 예들은 로컬 영역 네트워크("LAN") 및 광역 네트워크("WAN") 예를 들어, 인터넷을 포함하고, 유선 및 무선 네트워크들 둘 다를 포함한다.

포함하다, 구비하다, 및/또는 각각의 복수형들은 제한이 없고 목록으로 나열된 부분들을 포함하고 목록으로 나열되지 않은 부가 부분들을 포함할 수 있다. 및/또는은 제한이 없고 목록으로 나열된 부분들 중 하나 이상 그리고 목록으로 나열된 부분들의 조합들을 포함한다.

앞서 진술된 바와 같이, 본 출원의 논의의 대부분이 용접 전원 공급기들 및 와이어 공급기들의 맥락 내에서 논의되었지만, 이러한 논의들은 예시적이었다. 즉, 본 발명이 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 특히 나타내어졌고 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시예들에 제한되지 않는다. 형태 및 상세들의 다양한 변경이 본원에 정의되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 형태 및 상세들 내에서 행해질 수 있다는 점이 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims

제1 수신기, 제1 송신기 및 전류 감지 회로를 갖는 제어기를 포함하는 용접 전원;
제2 수신기, 제2 송신기 및 전압 감지 회로를 갖는 통신 회로를 포함하는 와이어 공급기; 및
용접 작동 동안 상기 용접 전원으로부터 상기 와이어 공급기로 용접 전력을 전달하는 상기 용접 전원 및 상기 와이어 공급기 각각에 결합되는 적어도 하나의 용접 전력 케이블을 포함하며;
상기 용접 전원은 상기 와이어 공급기에서 상기 전압 감지 회로에 의해 검출되는 전압 펄스 신호를 생성함으로써 상기 적어도 하나의 용접 전력 케이블을 통해 상기 와이어 공급기와 통신하고;
상기 전압 펄스 신호는 상기 용접 전원에 의해 생성되는 복수의 전압 펄스를 포함하는, 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 적어도 제1 펄스 타입 및 제2 펄스 타입을 포함하는, 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 통신 신호의 개시로서 상기 와이어 공급기에 의해 인식되는, 미리 결정된 피크 및 지속 기간을 갖는 신호 시작 전압 펄스를 포함하는, 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 통신 회로는 상기 전압 펄스들을 검출하는데 사용되는 전압 감지 회로를 포함하는, 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 제1 타입의 상기 전압 펄스들 및 제2 타입의 상기 전압 펄스들을 포함하며, 상기 제1 타입은 상기 제2 타입과 상이한, 용접 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타입들의 상기 전압 펄스들은 동일한 피크 전압 레벨을 갖는, 용접 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타입들의 상기 전압 펄스들은 상이한 펄스폭을 갖는, 용접 시스템.
제3항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 상기 신호 시작 전압 펄스와 동일한 신호 종료 전압 펄스를 포함하는, 용접 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 상기 용접 전원으로부터 상기 와이어 공급기로의 OCV 신호로 생성되는, 용접 시스템.
제9항에 있어서,
상기 복수의 전압 펄스에 대한 피크 전압 레벨은 상기 OCV 신호에 대한 전압 레벨의 20 내지 95%의 범위 내인, 용접 시스템.
용접 시스템에서 용접 케이블들을 통해 통신하는 방법으로서:
제1 수신기, 제1 송신기 및 전류 감지 회로를 갖는 제어기를 포함하는 용접 전원을 제공하는 단계;
제2 수신기, 제2 송신기 및 전압 감지 회로를 갖는 통신 회로를 포함하는 와이어 공급기를 제공하는 단계;
용접 작동 동안 상기 용접 전원으로부터 상기 와이어 공급기로 용접 전력을 전달하는 적어도 하나의 용접 전력 케이블로 상기 용접 전원을 상기 와이어 공급기와 결합시키는 단계;
상기 적어도 하나의 용접 전력 케이블을 통하여 송신되는 복수의 전압 펄스를 갖는 전압 펄스 신호를 상기 용접 전원에서 생성하는 단계; 및
상기 와이어 공급기에서 상기 복수의 전압 펄스를 검출하고 상기 용접 전원으로부터의 통신 신호로서 상기 전압 펄스들을 인식하는 단계를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 적어도 제1 펄스 타입 및 제2 펄스 타입을 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 통신 신호의 개시로서 상기 와이어 공급기에 의해 인식되는, 미리 결정된 피크 및 지속 기간을 갖는 신호 시작 전압 펄스를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 통신 회로는 상기 전압 펄스들을 검출하는데 사용되는 전압 감지 회로를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 제1 타입의 상기 전압 펄스들 및 제2 타입의 상기 전압 펄스들을 포함하며, 상기 제1 타입은 상기 제2 타입과 상이한, 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타입들의 상기 전압 펄스들은 동일한 피크 전압 레벨을 갖는, 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타입들의 상기 전압 펄스들은 상이한 펄스폭을 갖는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 상기 신호 시작 전압 펄스와 동일한 신호 종료 전압 펄스를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 전압 펄스 신호는 상기 용접 전원으로부터 상기 와이어 공급기로의 OCV 신호로 생성되는, 방법.
제19항에 있어서,
상기 복수의 전압 펄스에 대한 피크 전압 레벨은 상기 OCV 신호에 대한 전압 레벨의 20 내지 95%의 범위 내인, 방법.