KR20180130173A - 전기저항용접의 실시간 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

전기저항용접의 실시간 모니터링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템은 용접전류를 검출하는 전류검출수단과, 용접 모재의 용접부위 두께를 검출하기 위한 두께검출수단과, 목표 용접 전류 및 전류 허용오차범위, 목표 용접부위 두께 및 두께 허용오차범위를 포함하는 정보를 입력하기 위한 입력부와, 입력정보, 측정 정보 및 용접품질 판정 정보를 표시하는 표시부와, 입력정보, 측정정보 및 용접품질 판정정보를 저장하는 저장부와, 용접 사이클 동안 전류 검출수단 및 두께 검출수단을 통해 실시간으로 샘플링된 전류값과 두께값을 저장부에 저장하고, 용접유지 사이클 동안 샘플링된 전류의 최대값과 두께 최소값을 추출하고, 추출된 전류 최대값과 두께 최소값을 목표 용접 전류 및 목표 용접부위 두께와 각각 비교하고, 그 차이값이 전류 허용오차 범위 및 두께 허용오차범위 이내이면 용접품질 양호를 판정하고 아니면 불량을 판정하여 표시부에 표시하는 동작들을 수행하는 제어부를 구비한다. 따라서 본 발명은 용접 중에 용접전류와 용접부위의 두께를 추출하여 용접품질을 판정함으로 보다 정확한 품질 평가가 가능하다.

Description

전기저항용접의 실시간 모니터링 시스템 및 방법{System and Method for Real time Monitoring of Electric Resistance Welding}
본 발명은 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로 특히 용접시 모재의 용접부위의 두께 및 전류 변화에 응답하여 용접부위의 품질을 실시간으로 판정할 수 있는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기저항 용접(스폿 용접 및 프로젝션 용접)은 금속에 전류가 흐를 때 발생하는 열을 이용하여 압력을 주면서 용접하는 방법을 말한다. 접합하고자 하는 두 금속판을 겹쳐놓고 적당한 기계적 압력을 주면서 전류를 흐르게 하면 저항 열이 발생하는데, 이로 인해 압력 부위가 접합되는 성질을 이용하는 것이며, 이는 자동차의 차체 조립에 매우 많이 쓰이는 용접 방법이다. 특히 스폿 용접은 자동차 1대의 총 용접 수 중 약 95% 를 차지할 정도로 널리 사용되고 있는 용접법이다.
스폿 용접은 용접작업시 용접 팁의 가압력, 전류의 세기, 용접팁의 직진도, 선단경, 영점 등 설정 오류와, 장시간 용접 작업으로 인한 용접 팁의 마모 또는 형상 변경, 용접 팁에 발생된 오염 등에 의해 용접 품질이 변화될 수 있다.
이에 스폿 용접은 용접작업 전에 용접 팁의 가압력, 전류의 세기 등을 측정하여 검사하고, 측정검사가 어려운 용접 팁의 직진도, 선단경, 영점, 용접팁 오염도 검사 등은 작업자가 직접 육안으로 검사한 후 용접작업을 실시한다.
그러나, 종래에는 용접 팁의 직진도, 선단경, 영점, 용접 팁의 오염 등을 직접 육안으로 검사함으로써 용접 팁 검사작업에 상당한 시간이 소요될 뿐 아니라 그 검사의 신뢰도가 낮은 문제점이 있었다.
또한 자동차 차체의 방청화 규제에 의하여 여러 종류의 표면처리 도금강판이 널리 사용됨에 따라 도금 층의 영향으로 인해 점용접성이 현저하게 저하되고 있으며, 이러한 이유로 차체 강도를 유지하기 위한 용접 품질과 용접성의 평가는 중요한 문제로 부각되고 있다.
일반적으로 자동차 산업에서 사용되고 있는 바와 같이 저항용접 방법으로 제품을 생산하는 경우, 이의 품질을 평가하는 방법으로 비파괴 검사와 인장강도 등을 측정하는 파괴검사 방법이 있다. 이러한 방법은 제품의 생산 후 이의 품질을 평가하는 방법이다. 따라서 이러한 방법으로는 제품을 대량으로 생산하는 경우와 같이, 품질을 생산 공정 중에 평가할 수 없다는 단점이 있다.
따라서 근래에는 제품의 생산 공정 중에 저항용접의 품질을 검출하는 방법이 제안되고 있다. 여기서 저항용접의 품질을 결정하는 주요 요소는 용접전류, 통전시간, 가압력의 세 가지이다. 이 물리량을 검출하여 미리 설정되어 있는 기준값과 비교하면 저항용접이 이루어지는 과정의 조건을 판별하는 것이 가능하다. 이들 물리량을 검출할 수 있는 기술은 이미 공지된 기술들이다. 지금까지는 이들 물리량 중 용접 전류와 통전시간의 검출을 변압기의 1차 측 또는 2차 출력 측에서 검출하는 방법을 사용해왔다.
그러나 이러한 방법으로 용접전류를 검출할 경우 경로 상의 전류 누설과 변압기 2차 측의 변환손실로 인해 실제로 용접을 할 때의 전류량과는 차이가 발생한다. 이러한 차이를 보상하기 위해서 차이 량을 미리 측정하거나 산출하여 그 차이만 큼 보상해주는 기능을 가진 시스템도 제안되었으나, 이 역시 보상해야할 정보량을 미리 정해두는 것이므로 생산과정에서 발생하는 임의의 원인에 의한 차이를 그때마다 반영하여 적절하게 보상하는 것은 현실적으로 가능하지 않다는 단점을 갖고 있다.
또한 주지한 바와 같이 변압기의 1차 측 또는 2차측 출력에서 검출한 용접전류 및 통전시간과 가압력 정보를 미리 설정해 둔 기준값과 비교하여 품질의 양호 또는 불량을 판정하는 기준으로 사용해왔다. 이 경우 용접품질을 온라인으로 그 자리에서 판정하는 것이 가능하다. 그러나 용접 품질의 판정은 미리 설정해 둔 기준값과 비교하는 것이므로 기준값을 엄격하게 적용하면 불량이 많이 발생할 가능성이 높으며, 반대로 기준값을 낮게 적용하면 양품으로 판정한 것이 나중에 불량하게 동작할 수 있는 가능성도 있다.
공개특허 제2003-0083650호, 공개특허 10-2015-0008726호에서는 용접부위의 변위를 측정하여 용접품질을 모니터링 하는 기술을 개시한다. 그러나 변위를 측정하여 용접품질을 판정하는 종래 기술에서는 단순히 개별적인 변위값만을 가지고 품질을 판정하기 때문에 정확한 판정을 기대하기 곤란하였다.
한편 등록특허 제10-1350328호, 제1385922호, 제10-1594603호, 공개특허 제10-2016-0116218호에서는 비전장비를 이용하여 용접 팁의 선단 형상을 자동으로 검사하는 기술을 개시한다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 용접 중에 용접전류의 최대값과 0 용접부위의 두께 최소값을 추출하여 이 조합에 의해 용접품질을 판정함으로써 실시간으로 정확하게 판정할 수 있는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용접시간동안 용접부위의 두께 변화율을 산출하여 용접전류를 평가할 수 있는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 용접전류의 평가에 따라 최적의 용접전류를 설정함으로써 전력소비를 최소화할 수 있는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 전기저항 용접기에 설치가 용이한 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 재질에 따른 용접전류 및 두께 목표치 입력이 편리한 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템은 용접전류를 검출하는 전류검출수단과, 용접 모재의 용접부위 두께를 검출하기 위한 두께검출수단과, 목표 용접 전류 및 전류 허용오차범위, 목표 용접부위 두께 및 두께 허용오차범위를 포함하는 정보를 입력하기 위한 입력부와, 입력정보, 측정 정보 및 용접품질 판정 정보를 표시하는 표시부와, 입력정보, 측정정보 및 용접품질 판정정보를 저장하는 저장부와, 용접 사이클 동안 전류 검출수단 및 두께 검출수단을 통해 실시간으로 샘플링된 전류값과 두께값을 저장부에 저장하고, 용접유지 사이클 동안 샘플링된 전류의 최대값과 두께 최소값을 추출하고, 추출된 전류 최대값과 두께 최소값을 목표 용접 전류 및 목표 용접부위 두께와 각각 비교하고, 그 차이값이 전류 허용오차 범위 및 두께 허용오차범위 이내이면 용접품질 양호를 판정하고 아니면 불량을 판정하여 표시부에 표시하는 동작들을 수행하는 제어부를 구비한다. 따라서 본 발명은 용접 중에 용접전류와 용접부위의 두께를 추출하여 용접품질을 판정함으로 보다 정확한 품질 평가가 가능하다.
또한 본 발명의 제어부는 용접 사이클 동안 모재의 초기 두께에서 두께 감소가 시작하는 시점으로부터 추출된 두께 최소값까지 도달하는 시간을 산출하고, 산출된 도달시간이 목표 두께 도달시간 보다 빠르면 그 차이에 대응하여 용접전류의 크기를 감소시키고, 느리면 그 차이에 대응하여 용접전류의 크기를 증가시키는 용접전류 평가 정보를 발생할 수 있다. 이 전류 평가에 따라 용접전류 공급량을 조정할 수 있으므로 불필요한 전력소모를 줄이거나 용접 품질의 향상을 적응적으로 꾀할 수 있다.
본 발명에서 전류검출수단은 전기저항용접기의 1차측 전류 또는 2차측 전류를 검출하기 위한 검류계로 구성할 수 있다. 전기저항용접기의 1차측 전류를 검출하는 검류계인 경우에 제어부는 전기저항용접기의 변압기의 1차측과 2차측 권선비 정보와 용접전류 사이클 정보를 입력부를 통해 입력받아 표시부에 표시하고, 샘플링된 1차 전류값을 권선비 정보와 사이클 정보를 사용하여 2차측 전류값으로 산출하는 동작을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성은 다양한 용접기의 현장 환경에 맞게 실시간 모니터링 시스템의 설치를 가능하게 한다.
본 발명에서 두께검출수단은 전기저항용접기의 한 쌍의 용접 팁들 중 가동 팁의 스트로크를 측정하기 위한 리니어 스케일이거나 유압 실린더의 드라이브하는 서보 모터의 엔코더로 구성할 수 있다.
또한 본 발명의 실시간 모니터링 시스템은 용접품질 불량 판정시 경고음을 발생하는 경보수단을 더 구비하고, 제어부는 용접품질 불량 판정시 전기저항용접기의 용접동작을 락킹하는 락킹제어신호를 발생하고, 경보수단을 통해 용접 불량상태를 경고하는 동작을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성은 용접 불량 판정시에는 불량원인을 파악하여 해결한 후에 용접작업이 가능토록 함으로써 용접 품질이 엄격하게 관리되도록 할 수 있다.
본 발명에서 제어부는 입력부를 통해 패스워드가 입력되면 전기저항용접기의 락킹해제신호를 발생하는 동작을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제어부는 용접품질판정 이후에 용접작업횟수를 카운트하고 카운트된 용접작업회수를 표시부에 표시하는 동작을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성은 용접작업횟수에 따른 용접 품질의 모니터링을 가능케 한다.
본 발명에서 제어부는 측정모드를 더 포함하고, 측정모드에서는 측정된 전류값과 두께값을 목표 용접 전류 및 목표 용접부위 두께 값으로 설정하는 동작을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 모재에 따른 두께 및 전류 목표값을 측정동작에서 자동으로 입력되도록 함으로써 사용상 편리성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 제어부는 산출된 두께 변화를 표시부에 그래프로 표시하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법은 모재의 목표 용접 전류 및 전류 허용오차범위, 목표 용접부위 두께 및 두께 허용오차범위를 포함하는 정보를 입력하는 단계와, 모재를 전기저항용접기의 한 쌍의 용접 팁들로 가압하는 단계와, 용접 타임 동안 전류 검출수단 및 두께 검출수단을 통해 검출된 용접 전류값과 모재의 용접부위 두께값을 실시간으로 샘플링하는 단계와, 용접전류의 공급이 차단되면 용접홀딩타임 동안 샘플링된 전류 및 두께 정보들 중에서 최대 전류값과 두께 최소값을 각각 추출하는 단계와, 전류 최대값이 목표 용접 전류값과 비교하여 그 차이가 입력된 전류허용오차 범위 이내이고, 추출된 용접부위 두께 최소값이 목표 두께 값과 비교하여 그 차이가 입력된 두께 허용오차 범위 이내이면 용접품질을 양호로 판정하고 아니면 불량으로 판정하는 단계를 구비한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다
상술한 바와같이 본 발명은 용접 중에 용접전류와 용접부위의 두께를 추출하여 용접품질을 판정함으로 보다 정확한 품질 평가가 가능하다. 이 전류 평가에 따라 용접전류 공급량을 조정할 수 있으므로 불필요한 전력소모를 줄이거나 용접 품질의 향상을 적응적으로 꾀할 수 있다. 다양한 용접기의 현장 환경에 맞게 실시간 모니터링 시스템의 설치를 가능하게 한다.
다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급된 효과로 제한되는 것은 아니며, 상기에서 언급되지 않은 다른 효과들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 실시간 모니터링 시스템이 설치된 전기저항 용접기의 바람직한 일실시예의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 전기저항 용접기의 실시간 모니터링 시스템의 바람직한 일실시예의 블럭도.
도 3은 본 발명의 실시간 모니터링 동작을 설명하기 위한 타이밍 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 실시간 모니터링 시스템의 동작을 설명하기 위한 바람직한 일 실시예의 흐름도.
도 5 내지 도 7은 리니어 스테일에 의한 두께 측정 과정을 설명하기 위한 도면들.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 의한 실시간 모니터링 시스템이 설치된 전기저항 용접기의 바람직한 일실시예의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 전기저항용접기(100)는 본체(110) 전면에 각각 전방으로 돌출되고 상하로 배치되어 서로 마주보는 상부 암(112)와 하부 암(114)를 포함한다. 상부 암(112)에는 실린더 로드가 하부 암(114)를 향하여 상하로 이동 가능하게 형성된 가압 헤드(120)가 설치된다. 실린더 로드 종단에는 상부 팁 홀더(130)가 고정되어 실린더 로드와 함께 상하로 이동가능하게 설치되어 있다. 상부 팁 홀더(130)에는 상부 용접 팁(132)이 장착되어 있다. 하부 암(114)에는 하부 팁 홀더(140)가 고정되고 하부팁 홀더(140)에는 하부 용접 팁(142)이 장착되어 있다.
따라서 모재(10)는 하부 용접 팁(142) 상에 올려진 상태에서 가압 헤드(120)의 실린더 로드가 하방으로 이동되면서 상부 용접 팁(132)이 모재(10)의 용접부위를 가압하는 형태로 고정하게 된다. 상부 팁 홀더(130)와 하부 팁 홀더(140)에 변압기의 2차측 출력이 연결되어 용접전류가 공급된다. 여기서 용접전류는 전류방식에 따라 교류식, 인버터식 또는 콘덴서식 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
도 1에서 본 발명의 실시간 모니터링 시스템(200)은 크게 본체(210), 리니어 스케일로 구성된 두께 검출수단(220), 검류계로 구성된 전류 검출수단(230)을 포함한다. 두께 검출수단(220)은 통상의 리니어 스케일로 구성되고 리니어 스케일의 고정부는 상부 암(112)에 고정되고, 가동부는 상부 팁 홀더(130)에 고정된다. 따라서 상부 팁 홀더(130) 또는 상부 용접 팁(132)의 스트로크를 검출한다. 전류 검출수단(230)은 통상의 검류계(CT)로 전기저항 용접기(100)의 변압기 1차측 또는 2차측 전류를 검출하도록 결합된다. 여기서 두께 검출수단(220)은 가압헤드의 실린더 로드를 상하로 가동시키는 서보모터의 엔코더 데이터를 입력하여 검출하는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명에 의한 전기저항 용접기의 바람직한 일실시예의 블럭도를 나타낸다.
도 2를 참조하면 실시간 모니터링 시스템(200)은 본체(210)에 입력부(211), 표시부(212), 버저(213), 저장부(214) 및 제어부(215)를 포함한다. 입력부(211)는 표시부9212)와 일체로 구성된 터치패널 디스플레이로 구성할 수 있다. 입력부(211)는 전류 목표값, 전류 허용오차, 권선비, 용접 씨이클, 두께 목표값, 두께 허용오차 등의 정보를 입력할 수 있다. 또한 입력부(211)는 모드 선택, 패스워드 등의 키입력을 포함할 수 있다. 표시부(212)는 입력된 정보를 표시하고 측정된 전류값, 두께 값, 작업횟수 등을 표시할 수 있다. 또한 표시부(212)는 전류, 두께 측정 그래프를 표시하고, 용접품질 판정 메시지, 예컨대 "GOOD" 또는 "NO GOOD" 등을 표시할 수 있다. 버저(213)는 불량 판정시 경고음을 발생한다. 저장부(214)는 반도체 메모리로 구성된 것으로 입력 및 측정 데이터베이스 정보를 저장한다.
두께검출수단(220) 및 전류검출수단(230)은 전기저항 용접기(100)에 설치되고 본체(210)와 케이블로 연결된다. 또한 본체(210)는 별도의 케이블을 통해 전기저항 용접기(100)에 연결되고 이 케이블을 통해 양불 판정에 따른 락킹제어신호를 공급한다.
제어부(215)는 본 발명에 의한 실시간 모니터링 프로그램을 수행한다. 실시간 모니터링 프로그램은 추출모듈(215a), 두께판정모듈(215b), 전류판정모듈(215c), 용접품질 판정모듈(215d), 최소두께 도달시간 산출모듈(215e), 전류평가모듈(215f)를 포함할 수 있다.
추출모듈(215a)은 용접 사이클 동안 검출된 전류값들과 두께 값들 중 전류 최대값 및 두께 최소값을 추출한다.
두께판정모듈(215b)은 추출된 두께 최소값과 설정된 두께 목표값을 비교하고 그 차이가 설정된 허용오차범위 이내 인지를 판정한다. 따라서 차이값이 허용오차범위 이내이면 "두께 GOOD"을 발생하고 벗어나면 "두께 NO GOOD"을 발생한다.
전류판정모듈(215c)은 추출된 전류 최대값과 설정된 전류 목표값을 비교하고 그 차이가 설정된 허용오차범위 이내 인지를 판정한다. 따라서 차이값이 허용오차범위 이내이면 "전류 GOOD"을 발생하고 벗어나면 "전류 NO GOOD"을 발생한다.
용접품질 판정모듈(215d)은 두께 및 전류 판정결과를 조합하여 두 가지 판정 모두 GOOD 인 경우에 "용접품질 GOOD"을 발생하고 두께 및 전류 어느 한 가지라도 벗어나면 "용접품질 NO GOOD"을 발생한다.
최소두께 도달시간 산출모듈(215e)은 두께검출수단(220)을 통해 검출된 초기 두께에서 두께 감소가 발생되는 시작점부터 두께 최소값이 검출된 시점까지의 시간을 산출한다.
전류평가모듈(215f)은 산출된 최소 두께 도달시간 내의 두께 변화율, 즉 두께 슬로프를 평가한다. 기준 슬로프 보다 급하게 형성되면 필요 이상으로 발열량이 많아 용융이 조속히 발생된 것으로 평가하고 적정 발열량이 되도록 전류의 크기를 감소하라는 전류 평가를 표시부에 표시한다. 반대로 기준 슬로프 보다 완만하게 형성되면 발열량이 적어 용융이 지연 발생된 것으로 평가하고 적정 발열량이 되도록 전류의 크기를 증가하라는 전류 평가를 표시부에 표시한다. 여기서 발열량은 아래와 같이 수학식1로 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Q = I2Rt Joul = ρ δ2Vt Joul
(여기서 I는 용접전류(A), R은 용접부의 저항(Ω), t는 통전시간(sec), ρ는 용접부의 고유저항, δ는 전류밀도(A/㎠), V는 통전부의 체적)
도 3은 본 발명의 실시간 모니터링 동작을 설명하기 위한 타이밍 그래프이다.
도 3을 참조하면, 타이밍 그래프는 용접싸이클 시간 그래프, 동저항 특성 그래프, 두께 변화 특성 그래프, 전류크기 특성 그래프를 각각의 시간축 상에 표시한 것들이다.
먼저 용접 싸이클은 스퀴즈 타임, 용접타임, 홀딩 타임, 오프타임을 포함한다. 스퀴즈 타임은 가압헤드를 작동하여 모재의 용접부위에 압력을 서서히 증가하여 적정 압력이 가해진 상태를 유지하는 타임이다. 용접타임은 통전타임으로 전류를 공급하여 접합시키는 타임이다. 홀딩타임은 용접유지타임이다. 오프타임은 용접팀을 개방하는 타임이다.
이어서 용접 팁에 용접전류를 통전시키면 모재의 동저항이 변화된다.
즉 초기전류 통전과 동시에 금속 표면의 오염물질이 붕괴되면서 급격한 저항 감소를 보이게 된다. 제1구간은 수 초이내에 발생되므로 예열이 없는 일반적인 용접 조건의 경우에는 관찰하기가 어렵다. 이후 제2구간 및 제3구간에서는 접촉면의 요철부가 사라지면서 전류가 흐르는 접촉 면적이 증가하여 저항이 감소함과 동시에 접촉부의 온도 상승으로 비저항이 증가한다. 따라서 두 저항변화가 평형을 이루어 극점이 된 후에 비저항의 증가로 동저항이 다시 증가한다. 이후 제4구간에서는 접촉부의 용융이 시작되고 온도 증가에 의한 비저항의 증가가 용융부의 확장에 따른 통전영역 증가 및 소성변형에 따른 통전거리 단축으로 인한 저항감소와 평형을 이루어 극점을 이룬다. 마지막으로 제5구간에서 상기 4구간의 피크를 지나면서 용융 너겟의 성장과 소성변형에 의한 두께 감소가 두드러져 동저항이 현저하게 감소하게 된다. 이후 가압력을 바고 있는 너겟 주위의 고상 금속이 더이상 용융금속을 지탱하지 못하게 되면 중간날림이 발생하고 이로 인하여 순간적인 동저항의 불연속적인 감소를 유발한다.
도 4는 본 발명에 의한 실시간 모니터링 시스템의 동작을 설명하기 위한 바람직한 일 실시예의 흐름도이고, 도 5 내지 도 7은 리니어 스테일에 의한 두께 측정 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도면을 참조하면, 먼저 두께 검출수단인 리니어 스케일의 영점을 조정한다(S100) 영점조정은 도 5에 도시한 바와 같이 상부 용접 팁(132)을 하강시켜서 하부 용접 팁(142)와 접촉되게 위치시킨다. 이 위치에서의 리니어 스케일의 값을 영점위치로 세팅한다.
이어서 모들 선택하여 전류 목표값, 두께 목표값 등의 정보를 직접 입력할 것인지 아니면 테스트를 통해 측정된 값으로 세팅할 것인지를 선택한다(S102). S102단계에서 직접 입력모드가 선택되면 목표값, 허용오차 등의 정보를 입력부를 통해 입력하고 세팅한다(S104). S102단계에서 측정모드가 선택되면 측정 전류 및 두께 값을 목표값으로 세팅한다(S106). 여기서 전류값은 교류식인 경우에 측정된 실효전류값이다. 세팅 작업이 완료되면 용접기에서는 도 6에 도시한 바와 같이 상부 용접 팁(132)과 하부 용접 팁(142) 사이에 모재(10)를 위치시키고 가압헤드로 용접부위를 가압하는 스퀴즈 타임이 수행된다.
이어서 전류가 공급되면(S108) 전류검출수단 및 두께 검출수단으로부터 실시간으로 검출된 데이터를 저장부에 저장한다(S110). 두께 데이터는 통전 시작 초기에 모재의 초기 두께가 검출된다. 이어서 저항발열에 의해 용접부위가 용용되면 도 7에 도시한 바와 같이 상부 용접 팁(132) 및 하부 용접 팁(142)이 모재(10) 내부로 가압되어 오목한 홈을 형성하게 된다. 따라서 용접부위의 두께는 초기 두께 보다 얇아진 용접 두께로 최소화된다. S112단계에서 전류공급이 차단되면, 용접 타임이 종료되고 용접 홀딩 타임이 시작된다. 이 용접 홀딩 타임에서 제어부는 저장된 전류 및 두께 검출 데이터들로부터 전류 최대값 및 두께 최소값을 추출한다(S114). 또한 제어부에서는 초기 두께에서 부터 두께 감소가 시작되는 시점으로부터 두께 최소값이 형성된 시점까지의 도달시간을 산출한다(S116).
이어서 제어부에서는 추출된 전류 최대값 및 두께 최소값을 각각의 전류 목표값과 두께 목표값과 비교하여 용접 품질을 판정한다(S118). S118단계에 각각의 차이가 각각의 허용오차범위 이내이면 GOOD 메시지를 표시한다(S120). 이어서 산출된 도달시간을 평가하여 전류 크기를 평가한다(S122).
S118에서 각각의 차이가 각각의 허용오차범위를 벗어나면 NO GOOD 메시지를 표시하고 버저를 통해 경보를 발생하고 용접기 락킹제어신호를 발생하여 용접기를 락킹상태로 제어한다(S124). 제어부는 입력부를 통해 패스워드를 입력하여 락킹을 해제시시면(S126) S122 단계를 수행한다. S122단계에서 불량상태의 전류 평가를 그래프로 표시할 수 있다.
이어서 S128단계에서 작업종료인지를 판단하고, 작업종료가 아니면 다음 용접 모니터링을 위하여 S108단계로 복귀한다. 여기서 작업종료가 아니면 용접작업횟수를 카운트하고 카운트된 용접작업회수를 표시부에 표시하는 것도 가능하다.
덧붙여 상기한 실시 형태는 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명을 아무런 한정하는 것이 아니고 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능한 것은 물론이다. 예컨대 상술한 설명에서는 스폿용접의 경우에 대해서 주로 설명하였으나 동일한 원리로 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 프로젝션 용접에 적용 가능하다. 프로젝션 용접의 경우에는 돌기부가 용융되어 용접부위의 두께가 최소화 된다는 점이 다르다.

Claims (20)

  1. 용접 모재를 한 쌍의 용접 팁들로 가압하면서 용접전류를 통전시켜서 저항열에 의해 용접하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 실시간 모니터링 시스템은
    상기 용접전류를 검출하는 전류검출수단;
    상기 용접 모재의 용접부위 두께를 검출하기 위한 두께검출수단;
    목표 용접 전류 및 전류 허용오차범위, 목표 용접부위 두께 및 두께 허용오차범위를 포함하는 정보를 입력하기 위한 입력부;
    입력정보, 측정 정보 및 용접품질 판정 정보를 표시하는 표시부;
    입력되거나 생성된 정보를 저장하는 저장부;
    용접 타임 동안 상기 전류 검출수단 및 두께 검출수단을 통해 실시간으로 샘플링된 전류값과 두께값을 상기 저장부에 저장하고, 용접홀딩타임 동안 샘플링된 전류의 최대값과 두께의 최소값을 추출하고, 추출된 전류 최대값과 두께 최소값을 목표 용접 전류 및 목표 용접부위 두께와 각각 비교하고, 그 차이값이 상기 전류 허용오차 범위 및 두께 허용오차범위 이내이면 용접품질 양호를 판정하고 아니면 불량을 판정하여 상기 표시부에 표시하는 동작들을 수행하는 제어부를 구비한 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 용접 타임 동안 상기 모재의 초기 두께에서 감소하기 시작하는 시점으로부터 상기 추출된 두께 최소값까지 도달하는 시간을 산출하고, 산출된 도달시간이 목표 두께 도달시간 보다 빠르면 용접전류의 크기를 감소시키고, 느리면 용접전류의 크기를 증가시키는 용접전류 평가 정보를 발생하는 동작을 더 구비한 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전류검출수단은 상기 전기저항용접기의 1차측 전류 또는 2차측 전류를 검출하기 위한 검류계인 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 두께검출수단은 상기 전기저항용접기의 한 쌍의 용접 팁들 중 가동 팁의 스트로크를 측정하기 위한 리니어 스케일 또는 상기 가동 팁을 가동시키는 서모모터의 엔코더인 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 시스템은
    용접품질 불량 판정시 경고음을 발생하는 경보수단을 더 구비하고,
    상기 제어부는 용접품질 불량 판정시 상기 전기저항용접기의 용접동작을 락킹하는 락킹제어신호를 발생하고, 상기 경보수단을 통해 용접 불량상태를 경고하는 동작을 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 입력부를 통해 패스워드가 입력되면 상기 전기저항용접기의 락킹해제신호를 발생하는 동작을 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 용접품질 판정이 종료되면 용접작업횟수를 카운트하고 카운트된 용접작업회수를 상기 표시부에 표시하는 동작을 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 측정모드를 더 포함하고,
    상기 측정모드에서는 측정된 전류값과 두께값을 상기 목표 용접 전류 및 목표 용접부위 두께 값으로 설정하는 동작을 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  9. 제3항에 있어서, 상기 전류검출수단이 상기 전기저항용접기의 1차측 전류를 검출하는 검류계인 경우에 상기 제어부는 상기 전기저항용접기의 변압기의 1차측과 2차측 권선비 정보와 용접전류 사이클 정보를 상기 입력부를 통해 입력받아 상기 표시부에 표시하고, 샘플링된 1차 전류값을 상기 권선비 정보와 사이클 정보를 사용하여 2차측 전류값으로 산출하는 동작을 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 산출된 두께 변화율을 상기 표시부에 그래프로 표시하는 동작을 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 시스템.
  11. 용접 모재를 한 쌍의 용접 팁들로 가압하면서 용접전류를 통전시켜서 저항열에 의해 용접하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법에 있어서,
    상기 실시간 모니터링 방법은
    상기 모재의 목표 용접 전류 및 전류 허용오차범위, 목표 용접부위 두께 및 두께 허용오차범위를 포함하는 정보를 입력는 단계;
    상기 모재를 상기 전기저항용접기의 한 쌍의 용접 팁들로 가압한 상태에서 용접 타임 동안 전류 검출수단 및 두께 검출수단을 통해 검출된 용접 전류값과 상기 모재의 용접부위 두께값을 실시간으로 샘플링하는 단계;
    용접전류의 공급이 차단되면 용접홀딩타임 동안 샘플링된 전류 및 두께 정보들 중에서 전류 최대값과 두께 최소값을 각각 추출하는 단계; 및
    상기 전류 최대값을 상기 목표 용접 전류값과 비교하여 그 차이가 상기 입력된 전류허용오차 범위 이내이고, 상기 두께 최소값을 상기 목표 두께 값과 비교하여 그 차이가 상기 입력된 두께 허용오차 범위 이내이면 용접품질을 양호로 판정하고 아니면 불량으로 판정하는 단계를 구비한 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 방법은
    상기 용접 사이클 동안 상기 모재의 초기 두께에서 두께가 감소하기 시작한 시점으로부터 상기 추출된 두께 최소값까지 도달하는 시간을 산출하는 단계;
    산출된 도달시간이 목표 두께 도달시간 보다 빠르면 그 차이 만큼 용접전류의 크기를 감소시키고, 느리면 그 차이만큼 용접전류의 크기를 증가시키는 용접전류 평가 정보를 발생하는 단계를 더 구비한 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전류검출은 상기 전기저항용접기의 1차측 전류 또는 2차측 전류를 검류계로 검출하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 두께검출은 상기 전기저항용접기의 한 쌍의 용접 팁들 중 가동 팁의 스트로크를 리니어 스케일로 검출하거나 상기 가동 팁을 가동시키는 서모 모터의 엔코더로 검출하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 방법은
    용접품질 불량 판정시 경고음을 발생하는 단계 및
    상기 전기저항용접기의 용접동작을 락킹하는 락킹제어신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 방법은 패스워드가 입력되면 상기 전기저항용접기의 락킹해제신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 방법은 용접품질 판정 이후에 용접작업횟수를 카운트하고 카운트된 용접작업회수를 표시하는 단계를 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 방법은 측정모드를 더 포함하고,
    상기 측정모드에서는 측정된 전류값과 두께값을 상기 목표 용접 전류 및 목표 용접부위 두께 값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 전류검출이 상기 전기저항용접기의 1차측 전류를 검출하는 경우에는 상기 전기저항용접기의 변압기의 1차측과 2차측 권선비 정보와 용접전류 사이클 정보를 상기 입력부를 통해 입력받아 상기 표시부에 표시하고, 샘플링된 1차 전류값을 상기 권선비 정보와 사이클 정보를 사용하여 2차측 전류값으로 산출하는 단계를 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 실시간 모니터링 방법은 상기 산출된 두께 변화를 그래프로 표시하는 단계를 더 포함하는 전기저항용접기의 실시간 모니터링 방법.
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