KR20190002816A

KR20190002816A - 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템, 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체

Info

Publication number: KR20190002816A
Application number: KR1020170082996A
Authority: KR
Inventors: 주형찬
Original assignee: (주)트러시스
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-01-09
Also published as: KR101984383B1

Abstract

본 발명은 설비의 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템, 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 모재의 용접부의 온도를 측정하여, 무선으로 상기 측정된 온도를 전송하는 복수의 온도센서와, 상기 용접부를 열처리하기 위한 열처리장치와, 상기 측정된 온도를 수신하여, 상기 측정된 온도에 따라 용접전, 용접중 그리고 용접후로 구분되는 작업 시점에 따라 미리 설정되는 상한온도 및 하한온도 사이의 범위에 있도록 상기 열처리장치를 제어하여 상기 용접부의 온도를 조절하는 메인제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템과, 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.

Description

모재의 온도를 제어하기 위한 시스템, 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체{System for controlling of temperature of basic material, method thereof and computer recordable medium storing program to perform the method}

본 발명은 모재의 온도를 제어하기 위한 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 원자력 발전 설비 제작 시, 용접 공정에서 대상이 되는 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템, 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것이다.

용접 과정 중 또는 용접이 완료된 상태의 용접부에서 대표적으로 대두되는 문제점이 용접균열이다. 이는 용접 전 예열 및 용접 후 후열처리를 실시하여 용접균열 발생을 방지한다. 특히, 원자력 발전소 구조물은 그 안전성이 강조되어 더더욱 중요한 부분이다. 예열은 저온균열이 일어나기 쉬운 재료에 대하여 용접 전에 피용접물의 전체 또는 이음부 부근의 온도를 올리고 용접하고 용접부의 냉각 속도를 늦추어 열영향부의 경도를 낮추고 인성을 증가시킴과 동시에 수소의 방출을 용이하게 하여 저온균열을 방지하기 위한 것이다.

한국등록특허 제0904371호 2009년 06월 16일 등록 (명칭: 원주 용접부의 자동 예열장치)

본 발명의 목적은 모재에 대한 열처리 상태, 예컨대, 예열, 후열 등의 상태를 모니터링하고, 모니터링한 결과에 따라 모재의 용접부의 온도를 제어할 수 있는 시스템, 이를 위한 방법 및 이 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템은 모재의 용접부의 온도를 측정하여, 무선으로 상기 측정된 온도를 전송하는 복수의 온도센서와, 상기 용접부를 열처리하기 위한 열처리장치와, 상기 측정된 온도를 수신하여, 상기 측정된 온도에 따라 미리 설정되는 상한온도 및 하한온도 사이의 범위에 있도록 상기 열처리장치를 제어하여 상기 용접부의 온도를 조절하는 메인제어기를 포함한다.

상기 메인제어기는 상기 열처리장치를 제어하여 용접 전, 상기 용접부의 온도가 시간에 따라 소정의 양의 기울기를 가지는 상한온도와 하한온도 사이의 범위에서 증가하여 최소예열온도(Preheating Temperature) 이상이 되도록 하고, 용접이 시작되어 용접이 종료될 때까지, 상기 용접부의 온도가 하한온도인 최소예열온도 보다 높고 상한온도인 최대층간온도(Inter Pass Temperature) 보다 낮게 유지되도록 하며, 용접 후, 상기 용접부의 온도가 시간에 따라 소정의 음의 기울기를 가지는 상한온도와 하한온도 사이의 범위에서 감소하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 열처리장치는 화염을 방사하는 화염분사기와, 가스를 저장하는 가스탱크와, 상기 가스탱크로부터 상기 화염분사기로 가스를 공급하는 경로인 가스관와, 상기 공급되는 가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스밸브와, 산소를 저장하는 산소탱크와, 상기 산소탱크로부터 상기 화염분사기로 산소를 공급하는 경로인 산소관과, 상기 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하는 산소밸브와, 상기 산소 및 상기 가스가 공급되면 상기 화염분사기를 점화시키는 점화기와, 상기 메인제어기의 제어에 따라 상기 용접부의 온도가 용접전, 용접중 그리고 용접후에 따라 미리 설정되는 상한온도 및 상기 하한온도 사이의 범위에 있도록 상기 가스밸브 및 상기 산소밸브를 제어하여 상기 공급되는 가스의 압력 및 유량과, 상기 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하여 상기 화염분사기가 상기 용접부에 방사되는 화염의 화염량을 조절하는 화염제어기를 포함한다.

상기 복수의 온도센서 각각은 적외선 방식으로 상기 용접부의 온도를 측정하는 온도센서모듈과, 무선으로 데이터를 전송하기 위한 무선통신모듈과, 상기 측정된 온도를 상기 통신모듈을 통해 전송하도록 제어하는 센서제어모듈을 포함한다.

또한, 상기 복수의 온도센서 모두는 온도센서모듈이 온도를 측정하는 용접부의 스팟과 이웃하는 온도센서의 온도센서모듈이 측정하는 용접부의 스팟의 적어도 일부가 겹쳐지게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 메인제어기는 상기 복수의 온도센서 각각으로부터 상기 복수의 온도센서 각각이 측정한 온도를 수신하고, 서로 이웃하는 온도센서가 측정한 온도가 기 설정된 값 이상의 차이가 있으면, 해당하는 온도센서에 오류가 있는 것으로 판단하며, 오류가 있는 것으로 판단되면, 해당하는 온도센서에 오류가 있음을 알리는 메시지를 관리서버로 전송한다.

상기 메인제어기는 상기 복수의 온도센서 각각으로부터 상기 복수의 온도센서 각각이 측정한 온도를 수신하고, 수신된 온도가 용접전, 용접중 그리고 용접후로 구분되는 작업 시점에 따라 미리 설정되는 상한온도 및 하한온도 사이의 범위를 벗어나면, 열처리 작업에 오류가 있음을 알리는 메시지를 관리서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 메인제어기는 상기 측정된 온도를 실시간으로 관리서버로 전송하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템은 상기 메인제어기로부터 상기 측정된 온도를 수신하여 저장하는 관리서버와, 상기 관리서버에 접속하여 상기 측정된 온도를 수신하여 표시하는 고정형관리장치와, 상기 관리서버에 접속하여 상기 측정된 온도를 수신하여 표시하는 이동형관리장치를 더 포함한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 방법은 메인제어기가 복수의 온도 센서로부터 복수의 온도 센서가 측정한 모재의 용접부의 온도를 수신하는 단계와, 상기 메인제어기가 상기 측정된 온도에 따라 상기 용접부의 온도가 상기 상한온도 및 상기 하한온도 사이의 범위에 있도록 상기 용접부에 화염을 방사하는 열처리장치를 제어하여 상기 용접부의 온도를 조절하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템은 모재의 용접부의 온도를 측정하여, 무선으로 상기 측정된 온도를 전송하는 복수의 온도센서와, 상기 용접부를 열처리하기 위한 열처리장치와, 상기 측정된 온도를 수신하여, 상기 측정된 온도에 따라 용접전, 용접중 그리고 용접후로 구분되는 작업 시점에 따라 미리 설정되는 상한온도 및 하한온도 사이의 범위에 있도록 상기 열처리장치를 제어하여 상기 용접부의 온도를 조절하는 메인제어기를 포함한다.

상기 메인제어기는 상기 열처리장치를 제어하여 용접전, 상기 용접부의 온도가 시간에 따라 소정의 기울기로 증가하는 상한온도와 하한온도 사이의 범위 내에서 증가하여 최소예열온도(Preheating Temperature) 이상이 되도록 하고, 용접중, 상기 용접부의 온도가 하한온도인 최소예열온도 보다 높고 상한온도인 최대층간온도(Inter Pass Temperature) 보다 낮게 유지되도록 하며, 용접 후, 상기 용접부의 온도가 시간에 따라 소정의 기울기로 감소하는 상한온도와 하한온도 사이의 범위에서 감소하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 열처리장치는 화염을 방사하는 화염분사기와, 가스를 저장하는 가스탱크와, 상기 가스탱크로부터 상기 화염분사기로 가스를 공급하는 경로인 가스관과, 상기 공급되는 가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스밸브와, 산소를 저장하는 산소탱크와, 상기 산소탱크로부터 상기 화염분사기로 산소를 공급하는 경로인 산소관과, 상기 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하는 산소밸브와, 상기 산소 및 상기 가스가 공급되면 상기 화염분사기를 점화시키는 점화기와, 상기 메인제어기의 제어에 따라 상기 용접부의 온도가 용접전, 용접중 및 용접후로 구분되는 작업 시점 별로 미리 설정되는 상한온도 및 상기 하한온도 사이의 범위에 있도록, 상기 가스밸브 및 상기 산소밸브를 제어하여 상기 공급되는 가스의 압력 및 유량과, 상기 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하여 상기 화염분사기가 상기 용접부에 방사되는 화염의 화염량을 조절하는 화염제어기를 포함한다.

상기 복수의 온도센서 각각은 적외선 방식으로 상기 용접부의 온도를 측정하는 온도센서모듈과, 무선으로 데이터를 전송하기 위한 무선통신모듈과, 상기 측정된 온도를 상기 통신모듈을 통해 전송하도록 제어하는 센서제어모듈을 포함한다. 특히, 상기 복수의 온도센서 각각은 온도센서모듈이 온도를 측정하는 용접부의 스팟과 이웃하는 온도센서의 온도센서모듈이 측정하는 용접부의 스팟의 적어도 일부가 겹쳐지게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 메인제어기는 상기 복수의 온도센서 각각으로부터 상기 복수의 온도센서 각각이 측정한 온도를 수신한 후, 서로 이웃하는 온도센서가 측정한 온도가 기 설정된 값 이상의 차이가 있으면, 해당하는 온도센서에 오류가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 메인제어기는 상기 측정된 온도를 전송하는 것을 특징으로 하며, 상기 시스템은 상기 메인제어기로부터 상기 측정된 온도를 수신하여 저장하는 관리서버와, 상기 관리서버에 접속하여 상기 측정된 온도를 수신하여 표시하는 고정형관리장치와, 상기 관리서버에 접속하여 상기 측정된 온도를 수신하여 표시하는 이동형관리장치를 더 포함한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 방법은 메인제어기가 복수의 온도 센서가 측정한 모재의 용접부의 온도를 수신하여 시간 순서에 따라 저장하는 단계와, 상기 메인제어기가 상기 저장된 온도로부터 용접전, 용접중 및 용접후로 구분되는 작업 시점 별로 미리 설정되는 상한온도 및 하한온도의 중간값을 연결하는 선분인 기준선을 기준으로 온도 증감율을 산출하는 단계와, 상기 메인제어기가 상기 온도 증감율에 따라 상기 용접부의 온도가 상기 상한온도 및 상기 하한온도 사이의 범위에 있도록 상기 용접부에 화염을 방사하는 열처리장치를 제어하여 상기 용접부의 온도를 조절하는 단계를 포함한다.

또한, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 열처리 상태를 모니터링 및 제어하기 위한 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.

본 발명에 따르면, 지속적으로 용접부의 온도, 즉, 용접전, 용접중 그리고 용접후의 예열 온도, 층간 온도 및 후열 온도를 상한온도 및 하한온도 범위 내에서 자동으로 제어할 수 있어, 효율적으로 저온균열을 방지할 수 있다. 특히, 종래의 기술에 따르면, 이러한 열처리 작업은 현재 현장에서 적정온도 이상 시에는 온도를 수동으로 수시로 측정하여 화염 조절 또는 예열패드 작동을 정지하여 온도를 다시 떨어뜨린 후, 다시 온도를 측정하여 적정온도 이하로 떨어지면 예열패드를 자동시켜 온도를 증가시키는 작업을 일정 시간별 용접부 전구역 온도 측정을 반복하고 있는 실정이며, 이에 따른 측정시간 과다 소요 및 24시간 관리를 해야하다보니 늦은 밤이나 새벽시간 등 관리 취약시간에는 온도관리의 어려움이 있다. 하지만, 본 발명은 관리자는 실시간으로 고정형관리장치 또는 이동형관리장치를 통해 용접부의 온도를 모니터링할 수 있기 때문에 용이하게 용접부의 온도를 관리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템의 온도센서의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도센서의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템의 온도를 제어하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템의 온도를 제어하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템의 온도센서의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 또한, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도센서의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템의 온도를 제어하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템(이하, "온도제어시스템"으로 축약함)은 온도센서(100), 열처리장치(200), 메인제어기(300), 관리서버(400), 고정형관리장치(500) 및 이동형관리장치(600)를 포함한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 용접부(10)는 용접대상 설비인 모재(1)에서 용접이 이루어지는 부분이며, 2개의 모재(1)가 연결되는 이음부와 그 주변 영역을 의미한다. 온도센서(100)는 비접촉식이며, 적외선 방식으로 용접부(10)의 온도를 측정하기 위한 것이다. 이러한 온도센서(100)는 복수개가 모재(1)의 용접부(10)의 형상에 따라 용접부(10) 전영역의 온도를 측정하기 위하여 배치된다. 복수의 온도센서(100)는 용접부(10)의 온도를 측정하여, 무선으로 측정된 온도를 메인제어기(300)로 전송한다. 이러한 복수의 온도센서(100) 각각은 온도센서모듈(110), 무선통신모듈(120) 및 센서제어모듈(130)을 포함한다. 온도센서모듈(110)은 적외선 방식으로 용접부(10)의 온도를 측정하기 위한 것이다. 용접부(10)는 용접부(10)의 온도와 스펙트럼 방사율에 따른 파장분배를 가진 비율로 지속적으로 적외선을 방사한다. 이에 따라, 온도센서모듈(110)은 용접부(10)의 적외선 방사의 세기를 센서제어모듈(130)로 전달한다. 센서제어모듈(130)은 이러한 적외선 방사의 세기를 전기 신호로 변환하고, 증폭시킨 후, 디지털 신호로 변환한다. 이러한 센서제어모듈(130)은 예컨대, 마이크로프로세서가 될 수 있다. 한편, 무선통신모듈(120)은 무선으로 데이터를 전송하기 위한 것이다. 이에 따라, 센서제어모듈(130)은 측정된 온도를 무선통신모듈(120)을 통해 메인제어기(300)로 전송할 수 있다.

한편, 거리스팟(D:S)비는 온도센서(100)의 온도센서모듈(110)로부터 온도 측정 대상까지의 거리 대 온도 측정 대상 전면에서 90%의 방사값을 포함하고 있는 크기와의 비율을 나타내며, 이러한 거리스팟(D:S)비는 온도센서모듈(110)의 광학계에 따라 결정된다.

도 4에 보인 바와 같이, 제1 온도센서(101)의 거리스팟(D:S)비는 D1 대 S1의 비율이며, 제2 온도센서(102)의 거리스팟(D:S)비는 D2 대 S2의 비율이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 온도센서(100)의 오류를 검증하기 위하여, 온도센서(100)의 거리스팟(D:S)비에 따라 복수의 온도센서(100) 모두는 온도센서모듈(110)이 온도를 측정하는 용접부(10)의 스팟과 서로 이웃하는 온도센서(100)의 온도센서모듈(110)이 측정하는 용접부의 스팟의 적어도 일부가 겹쳐지게 배치된다. 예컨대, 제1 온도센서(101)의 온도센서모듈(110)이 온도를 측정하는 용접부(10)의 스팟(S1)과 제1 온도센서(101)와 이웃하는 제2 온도센서(102)의 온도센서모듈(110)이 측정하는 용접부의 스팟(S2)은 일부가 겹쳐지게 배치된다. 이에 따라, 메인제어기(300)는 복수의 온도센서(100) 각각으로부터 복수의 온도센서(100) 각각이 측정한 온도를 수신한 후, 서로 이웃하는 온도센서(100: 101, 102)가 측정한 온도가 기 설정된 값 이상의 차이가 있으면, 해당하는 온도센서(100)에 오류가 있는 것으로 판단할 수 있다.

열처리장치(200)는 메인제어기(300)의 제어에 따라 용접부(10)를 열처리하기 위한 것이다. 즉, 메인제어기(300)는 복수의 온도센서(100)가 측정된 온도를 수신하여 측정된 온도에 따라 열처리장치(200)를 제어하여 용접부(10)의 온도를 조절한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 메인제어기(300)는 열처리장치(200)를 통해 작업 시점 별로 다른 기준에 따라 용접부(10)의 온도를 제어한다. 여기서, 작업 시점은 용접전(B), 용접중(M) 그리고 용접후(A)로 구분할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 용접전(B)에는 용접부(10)가 소정 온도, 즉, 최소예열온도(PT: Preheating Temperature) 이상이 될 때까지 예열해야 한다. 여기서, 최소예열온도(PT)는 모재 두께 및 재료에 따라 달리 설정된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 용접전(B), 예열 시, 용접부(10)의 온도가 급격하거나 더디게 상승하지 않도록 범위를 제한하기 위하여, 예열의 시작부터 종료까지 시간의 흐름에 따라 미리 설정된 기울기로 증가하는 상한온도 및 하한온도가 미리 설정된다. 이에 따라, 메인제어기(300)는 열처리장치(200)를 제어하여 용접전(B), 용접부(10)의 온도가 시간에 따라 소정의 기울기로 증가하는 상한온도(H)와 하한온도(L) 사이의 범위 내에서 증가하여 최소예열온도(Preheating Temperature) 이상이 되도록 한다. 용접중(M), 용접부(10)의 온도는 최소예열온도(PT) 보다 높고 최대층간온도(IPT: Inter Pass Temperature) 보다 낮게 유지되도록 해야 한다. 따라서 용접중(M)에는 상한온도(H)는 최대층간온도(IPT)로 설정되며, 하한온도(L)는 최소예열온도(PT)로 설정된다. 이에 따라, 메인제어기(300)는 열처리장치(200)를 제어하여 용접중(M), 용접부(10)의 온도가 하한온도(L)인 최소예열온도(PT) 보다 높고 상한온도(H)인 최대층간온도(IPT) 보다 낮게 유지되도록 한다. 용접후(A), 후열처리를 통해 용접부(10)의 온도를 서서히 온도를 낮추면서 용접 중 발생한 잔류 응력을 감소시켜야 한다. 이러한 응력 제거 효과는 유지 온도가 높을수록, 유지 시간이 길수록 커진다. 따라서 용접후(A), 용접부(10)의 온도가 급격하게 떨어지지 않도록 범위를 제한하기 위하여, 시간의 흐름에 따라 미리 설정된 기울기로 감소하는 상한온도(H) 및 하한온도(L)가 미리 설정된다. 이에 따라, 메인제어기(300)는 열처리장치(200)를 제어하여 용접후(A), 용접부(10)의 온도가 시간에 따라 소정의 기울기로 감소하는 상한온도(H)와 하한온도(L) 사이의 범위 내에서 감소하도록 한다.

한편, 열처리장치(200)는 화염분사기(210), 가스탱크(220), 가스관(230), 가스밸브(240), 산소탱크(250), 산소관(260), 산소밸브(270), 점화기(280) 및 화염제어기(290)를 포함한다.

화염분사기(210)는 용접부(10)에 화염을 방사하기 위한 것이다. 가스탱크(220)는 가스(예컨대, CH4)를 저장하기 위한 용기이다. 가스관(230)은 가스탱크(220)로부터 화염분사기(210)로 가스를 공급하는 경로이다. 가스밸브(240)는 화염제어기(290)의 제어에 따라 화염분사기(210)로 공급되는 가스의 압력 및 유량을 조절하기 위한 밸브이다. 산소탱크(250)는 산소(O2)를 저장하기 위한 용기이다. 산소관(260)은 산소탱크(250)로부터 화염분사기(210)로 산소를 공급하는 경로이다. 산소밸브(270)는 화염제어기(290)의 제어에 따라 화염분사기(210)로 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하기 위한 밸브이다. 점화기(280)는 화염분사기(210)로 산소 및 가스가 공급되는 것을 감지하여 산소 및 가스가 공급되면, 화염분사기(210)를 자동으로 점화시킨다. 화염제어기(290)는 메인제어기(300)의 제어에 따라 용접부(10)의 온도가 용접전(B), 용접중(M) 및 용접후(A)로 구분되는 작업 시점 별로 미리 설정되는 상한온도(H) 및 하한온도(L) 사이의 범위에 있도록, 가스밸브(240) 및 산소밸브(270)를 통해 공급되는 가스의 압력 및 유량과, 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하여 화염분사기(210)가 용접부(10)에 방사되는 화염의 화염량을 조절한다. 한편, 이러한 화염량을 조절을 통해 모재의 용접부(10)의 온도를 제어하는 방법에 대해는 아래에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

메인제어기(300)는 복수의 온도센서(100)로부터 수신한 용접부(10)의 온도를 관리서버(400)로 전송할 수 있다. 그러면, 관리버서(400)는 메인제어기(300)로부터 수신된 온도를 수신하여 저장할 수 있다.

고정형관리장치(500)는 예컨대, 관리자가 사용하는 퍼스널 컴퓨터가 될 수 있다. 관리자의 입력에 따라 고정형관리장치(500)는 관리서버(400)에 접속하여 관리서버(400)가 저장한 용접부(10)의 온도를 수신하여 표시할 수 있다. 이에 따라, 관리자는 고정형관리장치(500)를 통해 용접부(10)의 온도 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다.

또한, 이동형관리장치(600)는 관리자가 사용하는 휴대형 단말, 예컨대, 스마트폰이 될 수 있다. 관리자의 입력에 따라 이동형관리장치(600)는 관리서버(400)에 접속하여 관리서버(400)가 저장한 용접부(10)의 온도를 수신하여 표시할 수 있다. 이에 따라, 관리자는 이동형관리장치(600)를 통해 용접부(10)의 온도 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다.

한편, 메인제어기(300)는 복수의 온도센서(100) 각각으로부터 복수의 온도센서(100) 각각이 측정한 온도를 수신하고, 서로 이웃하는 온도센서가 측정한 온도가 기 설정된 값 이상의 차이가 있으면, 해당하는 온도센서(100)에서 오류가 발생한 것으로 판단하며, 오류가 있는 것으로 판단되면, 해당하는 온도센서(100)에서 오류가 발생하였음을 알리는 메시지를 관리서버(400)로 전송할 수 있다. 또한, 메인제어기(300)는 복수의 온도센서(100) 각각으로부터 복수의 온도센서(100) 각각이 측정한 온도를 수신하고, 수신된 온도가 용접전, 용접중 그리고 용접후로 구분되는 작업 시점에 따라 미리 설정되는 상한온도 및 하한온도 사이의 범위를 벗어나면, 열처리 작업에 오류가 있음을 알리는 메시지를 관리서버(400)로 전송할 수 있다. 그러면, 관리서버(400)는 이러한 온도센서 오류 혹은 열처리 작업 오류를 알리는 메시지를 고정형관리장치(500) 및 이동형관리장치(600)로 전송할 수 있다. 그러면, 고정형관리장치(500) 및 이동형관리장치(600)는 이러한 오류에 대한 정보를 출력하고, 관리자는 고정형관리장치(500) 및 이동형관리장치(600)를 통해 이러한 온도센서 오류 혹은 열처리 작업 오류를 확인하고 대처할 수 있다.

다음으로, 보다 자세히, 화염량 조절을 통해 모재의 용접부(10)의 온도를 제어하는 방법에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템의 온도를 제어하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 복수의 온도센서(100)는 용접부(10)와 소정 간격 이격되어 배치된다. 또한, 복수의 온도센서(100)는 용접부(10)를 복수의 스팟으로 구분하여 그 온도를 측정한다. 즉, 복수의 온도센서(100) 각각은 용접부(10)를 복수의 스팟으로 구분하고, 서로 다른 스팟의 온도를 측정한다. 이때, 어느 하나의 온도센서(100)의 온도센서모듈(110)이 용접부(10)에서 온도를 측정하는 스팟은 이웃하는 온도센서(100)의 온도센서모듈(110)이 용접부(10)에서 온도를 측정하는 스팟과 적어도 일부가 겹쳐지도록 복수의 온도센서(100)가 배치된다.

따라서 복수의 온도센서(100) 각각은 배치된 바에 따라 용접부(10)의 일부인 스팟의 온도를 지속적으로 측정하고, 그 측정된 온도를 지속적으로 전송한다. 이때, 온도센서(100)는 측정된 온도와 더불어, 측정된 온도를 전송하는 온도센서(100)를 다른 온도센서(100)와 구분하기 위한 식별자와, 온도센서(100)가 배치된 위치 및 온도센서(100)가 측정한 스팟의 위치를 나타내는 위치정보와, 측정한 시간을 같이 전송할 수 있다. 그러면, 메인제어기(300)는 S110 단계에서 복수의 온도센서(100)로부터 측정된 온도를 수신하여 시간 순서에 따라 저장한다.

그런 다음, 메인제어기(300)는 S120 단계에서 측정된 온도로부터 용접전(B), 용접중(M) 및 용접후(A)로 구분되는 작업 시점 별로 미리 설정되는 상한온도(H) 및 하한온도(L)의 중간값을 연결하는 선분인 기준선(C)을 기준으로 온도 증감율을 산출한다. 도 7에서 도 5의 일부인 가 부분이 도시되었다. 미리 설정된 용접전(B)의 상한온도(H) 및 하한온도(L)에 따라 기준선(C)이 구해진다. 또한, 도면 부호 'ST'는 시간에 따라 지속적으로 측정된 용접부(10)의 온도라고 가정한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 용접부(10)의 온도가 상한온도(H) 및 하한온도(L)의 범위를 벗어나지 않도록 하기 위하여, 기준선(C)을 기준으로 증감율을 산출한다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 t1에서 온도 증감율은

으로 산출될 수 있다. 도시된 바와 같이, y1은 온도 증감율을 구하는 시점(t1)에서 측정된 용접부(10)의 온도를 나타내는 점(P1)에서 기준선(C)에 대한 수직한 직선, 즉, 수선의 길이를 나타낸다. 이러한 y1은 기준선(C) 대비 온도가 감소하고 있기 때문에 음의 값을 가진다. 또한, x1은 수선의 발로부터 소정 시점(d1) 이전(t1-d1)에 측정된 용접부(10)의 온도와 기준선(C)이 만나는 점(P2)까지의 길이를 의미한다. y1이 음의 값을 가지기 때문에,

또한 음의 값을 가지며, 이는 온도가 감소하고 있음을 나타낸다.

또한, t2에서 온도 증감율은

으로 산출될 수 있다. 여기서, y2는 온도 증감율을 구하는 시점(t2)에서 측정된 용접부(10)의 온도를 나타내는 점(P3)에서 기준선(C)에 대한 수직한 직선, 즉, 수선의 길이를 나타낸다. 이러한 y1은 기준선(C) 대비 온도가 증가하고 있기 때문에 양의 값을 가진다. 또한, x2는 수선의 발로부터 소정 시점(d2) 이전(t2-d2)에 측정된 용접부(10)의 온도와 기준선(C)이 만나는 점(P4)까지의 길이를 나타낸다. y2가 양의 값을 가지기 때문에,

또한 양의 값을 가지며, 이는 온도가 증가하고 있음을 나타낸다. 한편, 도 7을 통해 용접전(B)의 경우에만 예를 들어 설며하였지만, 용접중(M) 그리고 용접후(E)의 경우에도 동일하게 기준선(C)을 기준으로 온도 증감율을 산출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 메인제어기(300)는 시간 순서에 따라 저장된 온도에서 기준선(C)을 기준으로 소정 기간 동안의 온도를 이용하여 증감율을 산출할 수 있다. 이러한 온도 증감율은 통해 용접부(10)의 온도가 기준선(C)이 나타내는 온도로부터 소정 시간 동안의 증가 혹은 감소의 정도를 나타낸다.

그런 다음, 메인제어기(300)는 S230 단계에서 용접부(10)의 온도가 상한 온도(H)와 하한 온도(L) 사이의 범위에 있도록 앞서 산출된 증감율에 따라 제어 신호를 생성한다. 이러한 제어 신호는 용접부(10)의 온도 증감율에 반비례하여 용접부(10)의 온도가 증가 혹은 감소하여 상한온도 및 상기 하한온도 사이의 범위에 있도록 화염의 세기를 조절하기 위한 것이다. 따라서 제어 신호는 온도 증감율을 포함한다.

다음으로, 메인제어기(300)는 S240 단계에서 온도 증감율을 포함하는 제어 신호를 화염제어기(290)로 전송한다. 그러면, 화염제어기(290)는 제어 신호에 따라 온도 증감율에 반비례하여 상한온도(H) 및 하한온도(L) 사이의 범위에 있도록, 가스밸브(240) 및 산소밸브(270)를 제어하여 공급되는 가스의 압력 및 유량과, 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하여 화염분사기(210)가 용접부(10)에 방사하는 화염의 화염량을 조절한다.

한편, 앞서 설명된 본 발명의 실시예에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 방법은 다양한 컴퓨터수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 와이어뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 와이어를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

1: 모재 10: 용접부
100: 온도센서 110: 온도센서모듈
120: 무선통신모듈 130: 센서제어모듈
200: 열처리장치 210: 화염분사기
220: 가스탱크 230: 가스관
240: 가스밸브 250: 산소탱크
260: 산소관 270: 산소밸브
280: 점화기 290: 화염제어기
300: 메인제어기 400: 관리서버
500: 고정형관리장치 600: 이동형관리장치

Claims

모재의 온도를 제어하기 위한 시스템에 있어서,
모재의 용접부의 온도를 측정하여, 무선으로 상기 측정된 온도를 전송하는 복수의 온도센서;
상기 용접부를 열처리하기 위한 열처리장치; 및
상기 측정된 온도를 수신하여, 상기 측정된 온도에 따라 용접전, 용접중 그리고 용접후로 구분되는 작업 시점에 따라 미리 설정되는 상한온도 및 하한온도 사이의 범위에 있도록 상기 열처리장치를 제어하여 상기 용접부의 온도를 조절하는 메인제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 메인제어기는 상기 열처리장치를 제어하여
용접전, 상기 용접부의 온도가 시간에 따라 소정의 기울기로 증가하는 상한온도와 하한온도 사이의 범위 내에서 증가하여 최소예열온도(Preheating Temperature) 이상이 되도록 하고,
용접중, 상기 용접부의 온도가 하한온도인 최소예열온도 보다 높고 상한온도인 최대층간온도(Inter Pass Temperature) 보다 낮게 유지되도록 하며,
용접 후, 상기 용접부의 온도가 시간에 따라 소정의 기울기로 감소하는 상한온도와 하한온도 사이의 범위에서 감소하도록 하는 것을 특징으로 하는 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템.
제2항에 있어서,
상기 열처리장치는
화염을 방사하는 화염분사기;
가스를 저장하는 가스탱크;
상기 가스탱크로부터 상기 화염분사기로 가스를 공급하는 경로인 가스관;
상기 공급되는 가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스밸브;
산소를 저장하는 산소탱크;
상기 산소탱크로부터 상기 화염분사기로 산소를 공급하는 경로인 산소관;
상기 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하는 산소밸브;
상기 산소 및 상기 가스가 공급되면 상기 화염분사기를 점화시키는 점화기; 및
상기 메인제어기의 제어에 따라 상기 용접부의 온도가 용접전, 용접중 및 용접후로 구분되는 작업 시점 별로 미리 설정되는 상한온도 및 상기 하한온도 사이의 범위에 있도록, 상기 가스밸브 및 상기 산소밸브를 제어하여 상기 공급되는 가스의 압력 및 유량과, 상기 공급되는 산소의 압력 및 유량을 조절하여 상기 화염분사기가 상기 용접부에 방사되는 화염의 화염량을 조절하는 화염제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 온도센서 각각은
적외선 방식으로 상기 용접부의 온도를 측정하는 온도센서모듈; 및
무선으로 데이터를 전송하기 위한 무선통신모듈; 및
상기 측정된 온도를 상기 통신모듈을 통해 전송하도록 제어하는 센서제어모듈;을 포함하며,
상기 복수의 온도센서 각각은 온도센서모듈이 온도를 측정하는 용접부의 스팟과 이웃하는 온도센서의 온도센서모듈이 측정하는 용접부의 스팟의 적어도 일부가 겹쳐지게 배치되는 것을 특징으로 하는 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템.
제4항에 있어서,
상기 메인제어기는
상기 복수의 온도센서 각각으로부터 상기 복수의 온도센서 각각이 측정한 온도를 수신한 후, 서로 이웃하는 온도센서가 측정한 온도가 기 설정된 값 이상의 차이가 있으면, 해당하는 온도센서에 오류가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 메인제어기는 상기 측정된 온도를 전송하며,
상기 시스템은
상기 메인제어기로부터 상기 측정된 온도를 수신하여 저장하는 관리서버;
상기 관리서버에 접속하여 상기 측정된 온도를 수신하여 표시하는 고정형관리장치; 및
상기 관리서버에 접속하여 상기 측정된 온도를 수신하여 표시하는 이동형관리장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모재의 온도를 제어하기 위한 시스템.
모재의 온도를 제어하기 위한 방법에 있어서,
메인제어기가 복수의 온도 센서가 측정한 모재의 용접부의 온도를 수신하여 시간 순서에 따라 저장하는 단계;
상기 메인제어기가 상기 저장된 온도로부터 용접전, 용접중 및 용접후로 구분되는 작업 시점 별로 미리 설정되는 상한온도 및 하한온도의 중간값을 연결하는 선분인 기준선을 기준으로 온도 증감율을 산출하는 단계; 및
상기 메인제어기가 상기 온도 증감율에 따라 상기 용접부의 온도가 상기 상한온도 및 상기 하한온도 사이의 범위에 있도록 상기 용접부에 화염을 방사하는 열처리장치를 제어하여 상기 용접부의 온도를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모재의 온도를 제어하기 위한 방법.
제7항에 따른 모재의 온도를 제어하기 위한 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.