KR20200095854A - 용접 전압 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간단한 수동소자를 추가하여 용접기에서 원거리에 떨어진 실제 용접시 발생하는 용접 전압을 큰 오차 없이도 검출할 수 있는 용접 전압 검출 장치를 제공하는 것이 목적이다. 이를 위해서, 본 발명은 용접기의 (+)출력단과 연결되는 용접 전압(+)출력단자, 용접기의 (-)출력단과 연결되는 용접 전압(-)출력단자, 용접 전압 측정단자, 상기 용접 전압 측정단자와 와이어 피더(Wire Feeder) 사이에 연결된 전압 측정선, 상기 용접전압 (+)출력단자와 상기 용접 전압 측정단자 사이에 연결된 제1 저항, 상기 전압 측정선에 형성된 제2 저항, 그리고 상기 용접 전압 측정단과 상기 용접 전압(-)출력단자 사이에 연결되어 있어 용접 전압을 검출하는 전압 검출기를 포함한다.

Description

용접 전압 검출 장치{Welding voltage detector}
본 발명은 용접 전압 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접기에서 원거리에 떨어진 실제 용접 전압을 측정할 수 있는 용접 전압 검출 장치에 대한 것이다.
일반적으로 조선소, 철구사업소, 건설현장 등에서 용접을 하는 공사 현장은 용접기와 실제 용접포인트와는 50m ~ 100m 정도로 멀리 떨어진 경우가 많다.
따라서, 용접기와 와이어 피더 사이에 수십 m 길이의 용접 케이블을 연결하고 용접 현장에서는 용접을 실시하게 된다.
여기서, 종래의 기술에서는 실제 용접 현장의 용접 전압을 측정하기 위해서 용접 파라메터(용접전류 및 용접전압)을 용접기 내부의 출력단에서 측정하여 용접기에 부착된 디스플레이에 표시하고 있는데, 이 용접 파라메터 중에 전압은 용접 전류 및 용접 케이블의 내부 저항에 의하여, 전압강하 현상이 발생하여 실제 용접 현장에서의 용접전압과 용접기 내부의 출력단에서 측정하여 용접기에 표시되는 용접전압과는 현저한 오차가 오차가 발생한다.
도 1은 종래의 용접기에서 용접 전압을 측정하는 것을 설명하기 위한 도면으로, 종래의 기술에서는 용접기 내부의 (+)출력단(A)과 (-)출력단(B) 사이의 출력 전압을 측정하여 용접 전압으로 표시하므로, 실제 용접이 이루어지는 토치 연결단(D)의 용접 전압 보다 더 높게 용접전압을 표시하고 있다.
즉, 실제 용접이 이루어지는 토치 연결단(D)의 용접 전압은 용접 케이블로 인한 전압 강하로 인해 용접기에서 출력되는 출력 전압보다 더 낮아지게 되나, 종래의 기술에서는 이러한 용접 케이블에 의한 전압 강하를 고려하지 않고 용접기의 출력단에서 출력되는 출력 전압을 용접 전압으로 측정하여 표시하고 있다.
따라서, 현재 시행하고 있는 용접기에서의 용접 전압 확인은 오차가 많이 발생하고 있어, 실제 감독관 등이 각종 계측기기를 따로 들고 다니면서, 용접 포인트에서 다시 용접 전압을 측정하는 문제가 있다.
대한민국특허등록번호 제10-1597347호(아크 용접 전압검출시스템 및 그 전압검출방법)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단한 수동소자를 추가하여 용접기에서 원거리에 떨어진 실제 용접시 발생하는 용접 전압을 큰 오차 없이도 검출할 수 있는 용접 전압 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 용접 전압 검출 장치는, 용접기의 (+)출력단과 연결되는 용접 전압(+)출력단자, 용접기의 (-)출력단과 연결되는 용접 전압(-)출력단자, 용접 전압 측정단자, 상기 용접 전압 측정단자와 와이어 피더(Wire Feeder) 사이에 연결된 전압 측정선, 상기 용접전압 (+)출력단자와 상기 용접 전압 측정단자 사이에 연결된 제1 저항, 상기 전압 측정선에 형성된 제2 저항, 그리고 상기 용접 전압 측정단과 상기 용접 전압(-)출력단자 사이에 연결되어 있어 용접 전압을 검출하는 전압 검출기를 포함한다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치는 상기 용접 전압을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치는 상기 용접 전압을 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치는 상기 저장부에 저장된 상기 용접 정보를 빅데이터 분석하여 분석 정보를 제공하는 빅데이터 분석부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치의 상기 전압 측정선은 상기 용접기와 상기 와이어 피더 사이에 연결되는 케이블의 여분의 전선 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치는 상기 제2 저항에 의한 전압 강하가 발생된 것을 보정하여 실제 용접 전압을 계산하는 용접 전압 보정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치는 상기 용접 정보와 상기 분석 정보를 통신을 통해 사용자에게 제공하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 용접기 본체에서 원거리에 있는 용접포인트에서의 용접 전압을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 검출한 용접 전압을 포함하는 용접 정보를 빅데이터를 이용하여 분석하여 사용자에게 분석 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 용접기에서 용접 전압을 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 용접 전압 검출 장치를 이용하여 용접 전압을 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로 용접 전압 검출 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로 용접 전압 검출 장치를 용접기와 와이어 피더에 적용하여 용접기에서 실제 용접 전압을 측정하는 것을 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 용접 전압 검출 장치를 이용하여 용접 전압을 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)를 이용하여 용접 전압을 측정하는 것은 다음과 같다.
발명의 배경이 되는 기술에서 설명하였듯이 종래의 용접 전압을 측정하는 방식은 용접기 내부의 출력단에서 전압을 측정하여 용접기의 디스플레이에 표시하고 있으나, 본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)를 이용하는 경우에는 와이어 피더에서의 토치 연결단(D) 및 용접기의 (+)출력단(A)에 간단한 부품(전압 측정선 및 저항)을 각각 설치하고 이를 연결하여 와이어 피더가 연결되어 있지 않을 때에는 용접기 출력단의 전압을 측정하여 표시하고, 와이어 피더가 연결되어 실제 용접을 실시하는 경우에는 용접 전압 검출 장치(100)를 통해서 용접기에서 토치 연결단(D)의 실제 용접 전압을 측정하도록 한다.
이를 위해서 본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)는 용접 전압(+)출력단자(101)는 용접기의 (+)출력단(A)에 연결되고, 용접 전압(-)출력단자(102)는 용접기의 (-)출력단(B)에 연결되고, 용접 전압 측정단자(103)는 용접기의 (+)출력과 연결된 용접 전압 측정단(C)에 연결된다.
도3을 참조하면 용접기의 (+)출력단(A)과 용접 전압 측정단(C) 사이에 저항값이 매우 큰 제1 저항(105)이 연결되고, 용접 전압 측정단(C)과 토치 연결단(D) 사이에는 전압 측정선(104)이 구성되고 여기에는 저항값이 매우 낮은 제2 저항(106)이 연결된다.
이러한 본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)의 구성으로 인해, 용접기의 용접 전류는 대부분 용접 케이블을 통해 토치 연결단(D)으로 전달되고 일부만 전압 측정선(104)을 통해 통해 토치 연결단(D)으로 전달된다.
따라서, 본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)를 이용하는 경우에, 용접전압 측정단(C)에서 측정된 전압은 실제 용접 전압인 토치 연결단(D)의 전압과 거의 동일하게 된다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)의 구성 및 용접기에 적용한 회로 구조는 도 3 및 도 4에서 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로 용접 전압 검출 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)는 용접기 내부, 용접 케이블 및 와이어 피더에 일부의 구성이 포함될 수도 있고, 용접기 내부에 주요 구성이 포함되어 있을 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 용접 전압 검출 장치(100)의 구성을 개별적으로 서령하고 있으나, 용접 전압 검출 장치(100)의 구성을 어디에 적용시켜 위치하도록 하는 것은 생산 방식, 생산 단가, 판매 전략에 따라 다양하게 변형할 수 있다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)는 용접 전압(+)출력단자(101), 용접 전압(-)출력단자(102), 용접 전압 측정단자(103), 전압 측정선(104), 제1 저항(105), 제2 저항(106), 전압 검출기(107), 저장부(108), 표시부(109), 빅데이터 분석부(110), 용접 전압 보정부(111) 및 통신부(112)를 포함한다.
용접 전압(+)출력단자(101)는 용접기의 (+)출력단(A)과 연결된다.
용접 전압(-)출력단자(102)는 용접기의 (-)출력단(B)과 연결된다.
여기서, 용접 전압(+)출력단자(101)와 용접 전압(-)출력단자(102)는 용접기 내부에서 (+)출력단(A)과 (-)출력단(B)에 각각 고장되어 연결될 수 있고, 용접기 외부에서 (+)출력단(A)과 (-)출력단(B)에 접촉식으로 연결될 수도 있다.
용접 전압 측정단자(103)는 용접전압 (+)출력단자(101) 또는 (+)출력단(A)과 제1 저항(105)을 통해 연결된다.
사용자는 용접 전압 측정단자(103)를 통해 용접 전압을 측정할 수 있다.
전압 측정선(104)은 용접 전압 측정단자(103)와 와이어 피더 사이에 연결된 전선으로, 용접기와 와이어 피더 사이에 연결되는 용접 케이블에 포함된 여분의 전선 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 전압 측정선(104)은 내부 저항을 줄이기 위해서 내부 저항 값이 매우 낮은 도체(예를 들어, 은)로 구성될 수 있다.
제1 저항(105)은 용접전압 (+)출력단자(101) 또는 (+)출력단(A)과 용접 전압 측정단자(103) 사이에 연결된 저항으로 매우 큰 저항값을 가지고 있다.
제2 저항(106)은 용접 전압 측정단자(103)와 와이어 피더 사이에 전압 측정선(104)을 통해 연결된 저항으로 매우 낮은 저항값을 가지고 있다.
여기서, 도4에서는 제2 저항(106)이 와이어 피더에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 용접기 내부 또는 와이어 피더와 용접기 사이에 위치할 수도 있다.
여기서, 용접 전류가 대부분 용접 케이블로 전달되도록 하기 위해서 제1 저항(105)의 저항값은 용접 케이블의 내부 저항값 보다 매우 크도록(예를 들어 10만배 이상) 구성한다.
이렇게 제1 저항(105)의 저항값을 용접 케이블의 내부 저항값 보다 매우 크도록 구성하면, 용접 전류가 대부분 용접 케이블로 전달되어 전압 측정선(104)을 통해 전달되는 용접 전류가 매우 작으므로 용접 전압 측정단자(103)에서 측정한 전압과 와이어 피더의 토치 연결단(D)에서 측정한 전압은 거의 같게 된다.
전압 검출기(107)는 용접 전압 측정 단자(103)와 용접 전압(-)출력단자(102) 또는 용접기의 (-)출력단(B) 사이에 연결되어 있다.
전압 검출기(107)는 용접 전압 측정 단자(103)의 용접 전압을 검출하는 기능을 수행한다.
저장부(108)는 전압 검출기(107)에서 검출한 용접 전압을 포함하는 용접 정보를 저장한다. 이를 위해서 저장부(108)는 메모리, 하드 디스크 및 그외의 저장매체를 포함하여 구성된다.
여기서, 용접 정보는 전압 검출기(107)에서 검출한 용접 전압뿐만 아니라 용접 전류와 용접 전압 및 용접 전류를 포함하는 용접 파라미터와 용접 작업과의 상관 관계 등을 포함한다.
표시부(109)는 전압 검출기(107)에서 검출한 용접 전압을 표시한다. 이를 위해서 표시부(109)는 디스플레이 장치를 포함하여 구성된다.
빅데이터 분석부(110)는 저장부(108)에 저장된 용접 정보를 빅데이터 분석하여 분석 정보를 제공한다.
여기서, 분석 정보는 용접기의 용접 품질관리, 용접 생산관리 등을 위한 분석 자료를 의미한다.
용접 전압 보정부(111)는 용접 전압 측정 단자(103)에서 측정한 용접 전압과 실제 용접작업이 수행되는 토치 연결단(D)의 전압이 차이가 발생하는 경우에 용접 전압 측정 단자(103)에서 측정한 용접 전압에 차이값에 해당하는 보정 전압을 계산하여 보정하는 기능을 수행한다.
예를 들어 제1 저항(105)의 저항값이 전압 케이블의 내부 저항값과 매우 큰 차이가 나지 않는 경우에는 전압 측정선(104)을 통해 전달되는 용접 전류가 증가하여 제2 저항(106)에 의해서 발생되는 전압 강하값이 커지게 된다. 이러한 경우에, 용접 전압 보정부(111)는 제1 저항(105)과 제2 저항(106)의 저항값, 용접 케이블의 내부 저항값 및 용접기에서 출력하는 용접 전류와 출력 전압을 이용하여 보정 전압을 계산하고 용접 전압 측정 단자(103)에서 측정한 용접 전압에 보정 전압을 추가하여 실제 토치 연결단(D)의 전압을 알아낸다.
통신부(112)는 용접 정보와 분석 정보를 통신을 통해 사용자에게 제공하는 기능을 수행한다. 이를 위해서 통신부(112)는 사용자의 단말과 통신을 수행하는 통신모듈을 포함하여 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로 용접 전압 검출 장치를 용접기와 와이어 피더에 적용하여 용접기에서 실제 용접 전압을 측정하는 것을 설명하기 위한 회로도이다.
예를 들어, 용접기의 출력 전압이 30V이고 용접 전류가 200A이며, 용접 케이블의 내부 저항은 0.05Ω인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
여기서, 용접 케이블의 내부 저항에 의한 전압 강하로 인해서 실제 용접이 이루어지는 토치 연결단(D)과 용접기 출력단 사이의 전압 차이는
V(전압 강하)= 200A x 0.05Ω = 10V이다.
따라서, 실제 용접 전압인 토치 연결단(D)의 전압과 용접기의 출력 전압은 10V의 차이를 가지게 된다.
본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)는 이를 극복하기 위하여 용접기에 용접 전압 측정단(C)을 구성하고 용접 케이블내의 콘트롤 선 중 여분으로 남아있는 선을 전압 측정선(104)으로 이용하여, 실제 용접단인 와이어 피더의 토치 연결단(D)부분과 용접기의 용접 전압 측정단(C)을 연결한다.
여기서, 용접기의 (+)출력단(A)과 용접 전압 측정단(C) 사이에는 1/4W 4.7 KΩ 저항값을 가지는 제1 저항(105)을 연결하고, 전압 측정선(104)에는 1/4W 4.7Ω 저항값을 가지는 제2 저항(106)을 연결한다. 그리고, 용접 전압 측정단(C)과 용접기의 (-)출력단(B) 사이에는 용접 전압을 검출하는 전압 검출기를 연결한다.
이렇게 용접기와 와이어 피더에 본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)를 구성하면, 용접기 작동시에 아직 실제 용접 전류가 발생되지 않을 경우에는 전류에 의한 전압 강하가 발생하지 않는다.
용접을 위한 아크 발생 이후 실제 용접 전류가 발생되면, 용접 전류는 용접 케이블의 내부 저항값(0.05Ω)과 제1 저항(105)의 저항값(1/4W 4.7 KΩ)과의 저항의 차이에 의하여 거의 모두 용접 케이블 쪽으로 흐르게 되고, 전압 측정선(104)으로는 전류가 거의 흐르지 않게 된다.
도4의 회로와 관련한 전류에 대한 등가회로를 보면,
I(AB) = I(AD) + I(ACD) 이므로,
V(AD) = I(AD) x 0.05(용접 케이블 내부 저항값) = 200 x 0.05 = 10V 이고,
I(ACD) = V(AD)/(4.7K + 4.7) = 10 / 4704.7 = 0.0021 A 이다.
따라서, 용접기의 (+)출력단(A)에서 용접 전압 측정단(C)를 거쳐 토치 연결단(D)으로 흐르는 전류는 거의 없다고 확인할 수 있다.
이때, 용접기의 (+)출력단(A)에서 용접 전압 측정단(C)를 거쳐 토치 연결단(D)으로 흐르는 전류는 동일하므로, 용접 전압 측정단(C)과 토치 연결단(D)과의 전위차 V(CD)는
V(CD) = I(CD) x 4.7(제2 저항값) = I(ACD) x 4.7(제2 저항값)
= 0.0021 x 4.7 = 0.0098 V 이다.
따라서, 실제 측정하려는 토치 연결단(D)의 전압 V(DB)와 용접 전압 측정단(C)의 전압인 V(CD)+V(DB)와의 차이는 0.0098V 로 거의 같은 전압임을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 용접 전압 검출 장치(100)를 용접기와 와이어 피더에 적용하여 용접기에서 실제 용접이 발생하는 토치 연결단(D)을 측정하면 종래의 기술에서는 10V 의 차이가 나는 것을 0.0098V(오차율 0.09%)로 거의 동일하게 실제 용접 전압을 측정할 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 용접 전압 검출 장치
101 : 용접 전압(+)출력단자
102 : 용접 전압(-)출력단자
103 : 용접 전압 측정단자
104 : 전압 측정선
105 : 제1 저항
106 : 제2 저항
107 : 전압 검출기
108 : 저장부
109 : 표시부
110 : 빅데이터 분석부
111 : 용접 전압 보정부
112 : 통신부

Claims (7)

  1. 용접기의 (+)출력단과 연결되는 용접 전압(+)출력단자,
    용접기의 (-)출력단과 연결되는 용접 전압(-)출력단자,
    용접 전압 측정단자,
    상기 용접 전압 측정단자와 와이어 피더(Wire Feeder) 사이에 연결된 전압 측정선,
    상기 용접전압 (+)출력단자와 상기 용접 전압 측정단자 사이에 연결된 제1 저항,
    상기 전압 측정선에 형성된 제2 저항, 그리고
    상기 용접 전압 측정단과 상기 용접 전압(-)출력단자 사이에 연결되어 있어 용접 전압을 검출하는 전압 검출기
    를 포함하는 용접 전압 검출 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 용접 전압을 저장하는 저장부를 더 포함하는 용접 전압 검출 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 저장부에 저장된 상기 용접 정보를 빅데이터 분석하여 분석 정보를 제공하는 빅데이터 분석부를 더 포함하는 용접 전압 검출 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 용접 전압을 표시하는 표시부를 더 포함하는 용접 전압 검출 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 전압 측정선은 상기 용접기와 상기 와이어 피더 사이에 연결되는 케이블의 여분의 전선 중 어느 하나인 용접 전압 검출 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 저항에 의한 전압 강하가 발생된 것을 보정하여 실제 용접 전압을 계산하는 용접 전압 보정부를 더 포함하는 용접 전압 검출 장치.
  7. 제4항에서,
    상기 용접 정보와 상기 분석 정보를 통신을 통해 사용자에게 제공하는 통신부를 더 포함하는 용접 전압 검출 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012160766A1 (ja) * 2011-05-24 2012-11-29 パナソニック株式会社 溶接機
KR101597347B1 (ko) 2014-02-14 2016-02-24 대구대학교 산학협력단 아크 용접 전압검출시스템 및 그 전압검출방법

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