KR930001516B1 - 토오치의 초기높이 자동설정방법 및 그 장치 - Google Patents

토오치의 초기높이 자동설정방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

토오치의 초기높이 자동설정방법 및 그 장치
제1도는 연소절단기의 개략도.
제2도는 이행 전기 아아크를 가진 플라즈마 절단 토오치에 의하여 본 발명에 따른 방법을 실시하는 장치의 전체회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 연소절단기 2 : 가로 프레임
3, 4 : 하부 캐리지 5, 6 : 안내레일
7, 7', 7" : 구동 캐리지 8, 8', 8" : 토오치 장치
9 : 초기높이 설정장치 10, 10', 10" : 절단 토오치
11 : 높이 조절장치 12 : 공작물
14 : 모터 15 : 전극
16, 17 : 도선 18 : 전원
19 : 고주파 발생장치 20 : 노즐
21 : 저항 22 : 스위치
23 : 센서 28 : 분리장치
29 : 모터 제어장치 30 : 토오치 높이 제어장치
33 : 표준치 발신장치
본 발명은 청구범위 제1항에 의거하여 토오치의 초기높이를 자동으로 설정하는 방법과 청구범위 제2항에 의거하여 본 발명에 따른 방법을 실시하는 장치에 관한 것이다.
특히, NC 제어 연소 절단기에 의한 절단 및 용접 작업의 초기에는 토오치가 공작물 위에 위치하는 정치 위치(park position)으로부터 토오치가 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크를 발생시킬 수 있는 초기높이에 도달할때까지 공작물 쪽으로 이동하게 된다.
그런데 토오치 또는 전극과 공작물 표면 사이에서 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크를 발생시키는데 필요한 거리는 아아크발생 방법, 전극 및 공작물에서의 전류 밀도, 보호가스, 공작물 등에 따라 달라진다.
초기높이를 기계적 센서에 의하여 자동적으로 설정하는 방법은 독일특허 공개 제28 40 815호에 의하여 공지된 바 있다. 이는 센서가 높이 조절동작에 의하여 공작물과 접촉할때까지 공작물쪽으로 이동되고, 토오치와 공작물 표면 사이의 간격의 변화는 센서에 갖춰진 고정 플랜지를 변위시킴으로써 조절할 수 있도록 되어 있다.
상기 센서는 작업자가 미리 주어진 또는 경험에 의하여 구한 값에 의하여 그 높이를 조절하도록 되어 있다. 따라서, 실제에 있어서 높이 설정이 부정확하게 되면 조절과정 및 아아크발생 과정을 되풀이하여야 하며, 이로 인하여 장치의 작업정지 시간이 길어지게 된다. 또 기계적 센서가 토오치의 작업 공간내에 배치되어 있기 때문에, 토오치의 작업 공간내에 있는 인장요소 또는 기타 인양부재와 충돌할 위험이 높다.
그외에도, 센서는 평탄하지 아니한 공작물 표면과 접촉하기 때문에, 센서와 토오치 사이의 간격을 정확히 조절하였음에도 불구하고, 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크가 발생되지 않을 우려가 있다.
본 발명의 과제는 토오치의 초기높이를 간단한 방법에 의하여 과정 제어적으로 설정하고, 높이 설정작업에 있어서 공작물과 충돌의 위험을 피하고자 하는 것이다.
이러한 과제는 청구범위 제1항의 특징에 의한 방법과 제2항의 특징에 의한 장치로써 해결한다.
본 발명의 장점은 특히 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크를 발생시키는데 필요한 토오치의 초기높이가, 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크가 형성됨에 따라 즉, 아아크 형성과정 자체에 의하여 제어되면서 설정된다는 점이다.
전기 아아크 또는 플라즈마 아아크가 발생될때에는 전원의 무부하 전압이 순간적으로 강하되는바, 이러한 전압강하를 신호로써 출력하도록 하면, 이 전압 신호는 토오치가 공작물위에서 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크를 발생시키기에 충분한 거리에 위치 되었음을 나타내게 된다. 그러나 이러한 토오치의 위치는 동일한 토오치와 동일한 전원이라 하더라도 언제나 일정한 것은 아니다.
본 발명은 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크가 형성될때 소정의 출력 신호를 동시에 발생시키도록 함으로써 토오치가 적절한 "고유 초기높이"에 위치되었음을 지시함과 더불어 이 고유 초기높이에서 확실하게 아아크가 발생되는 것을 보장하는바, 이와 같은 고유 초기높이는 표준치를 미리 부여하여 이와 비교하지 아니하더라도 자동적으로 판명되어 설정되게 된다. 따라서, 종래 기계적 센서의 경우에 있어서와 같이, 고정 플랜지를 변위시킴으로써 달성할 수 있는 예정된 초기높이의 조절 과정을 생략할 수 있게 된다.
본 발명은 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크가 형성될때, 전원의 전기값을 간단한 회로 또는 전기 및 전자적 구성에 의하여 파악함으로써 초기높이를 에러없이 확실하게 설정할 수 있고, 또, 기계적 센서가 배치되지 아니하므로 공작물과의 충돌의 위험이 없는 작업공간을 제공한다. 그리고 이와 같은 회로를 구성하는 데에는 비용이 적게들고, 구조의 크기도 매우 작게되며, 또한 이러한 회로를 전원 케이스내에 설치함으로써 센서가 열, 용접 작업 등과 같은 작업상의 여러가지 조건에 의해서 영향을 받지 아니한다.
특히 전압강하 또는 전압상승으로 인하여 발생하는 출력신호에 의하여 토오치의 이동이 정지되고, 그 높이가 설정유지되는바, 이와 같은 토오치 운동의 탁월한 제어를 통하여 작업시간이 단축된다. 그런데 토오치의 운동을 예정된 시간에 따라 정지시키도록된 타이머를 상기 출력 신호에 의하여 제어하게 할 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예를 첨부도면에 의하여 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 대체로 가로프레임(2)과 하부 캐리지(3, 4)로 구성된 연소 절단기(1)를 도시한 것이다. 하부 캐리지(4)에는 세로방향 이동(화살표 y)용 구동 장치가 갖춰져있고, 하부 캐리지(3, 4)는 안내레일(5, 6)위에서 화살표(y)방향으로 이동할 수 있다. 가로프레임(2)에는 가로방향 구동 캐리지(7, 7', 7")가 이를 화살표(X)방향으로 이동시키기 위한 구동모터와 연결되어 있다.
제1도에는 3개의 구동 캐리지(7, 7', 7")만이 도시되어 있으나, 연소 절단기(1)에는 3개 이상의 구동캐리지 또는 1개의 캐리지(7)도 배치할 수 있다. 구동 캐리지(7, 7', 7")에는 토오치장치(8, 8', 8")가 고정되어 있고, 이 토오치장치에는 절단 토오치(10, 10', 10")(예를들면, WIG 용접 토오치, 플라즈마 절단 토오치등)가 연결되어 있으며, 이러한 절단 토오치는 높이 조절장치(11)(제2도)에 의하여 화살표(Z)방향으로 그 높이를 조절할 수 있도록 되어 있다.
여기서 절단 토오치(10, 10', 10")는 상세히 도시되지 아니한 작업대 위에 놓여있는 공작물(12)(제2도)에 대하여 천공밴드에 의하여 수치제어로, 또는 보조적으로 광 전자식으로 그 높이가 제어된다.
제2도는 예를들면, 높이 조절 미끄럼대로 형성되어 있으면서 상세히 도시되지 아니한 플라즈마 절단 장치의 토오치장치가 고정된 높이 조절장치(11)에 의하여, 토오치(10)와 공작물(12) 사이의 간격(13)(화살표 Z)이 좁혀질 수 있도록 공작물쪽으로 이동하는 플라즈마 절단 토오치(10)를 도시한 것이다.
높이 조절장치(11)는 모터(14)에 의하여 구동되고, 토오치(10)에 병렬연결된 비가용성, 또는 비용극식 전극(15)과 공작물(12)은 도선(16, 17)을 매개로 전원(18), 특히 직류전원과 연결되며, 토오치(10)는 이행(transferred) 전기 아아크로써 작업을 하도록 되어 있다. 여기에서는 절단회로(12, 15, 16, 17, 18)내에 공작물(12)이 양극으로 접속되는바, 즉, 직류전원(18)의 (+)극은 공작물(12)에 접속되고, 음극으로서는 토륨이 첨가된 텅스텐 전극(15)이 이용된다.
전극(15)과 공작물(12)사이에서 전기 아아크를 확실하게 발생시키기 위하여 전극(15)과, 보조 양극으로 접속된 토오치(10)의 노즐(20) 사이에는 고주파 발생장치(19)로써 보조 전기 아아크(파일럿 전기 아아크)를 발생시킨다. 이때 보조 전기 아아크는 전극(15)과 노즐(20) 사이에만 형성되고 아직 공작물(12)까지는 전달되지않는 비이행(non-transferred) 아아크이고, 저항(21)은 보조 전기 아아크의 전류를 일정한 값으로 제한한다.
토오치(10)내로 주입된 보호 가스 또는 가스 혼합물은 보조 전기 아아크에 의하여 이온화되어, 공작물(12)까지 도전성 구간을 형성함으로써 주 전기 아아크가 자발적으로 점화될 수 있는 분위기를 만들게 되는바, 이때 전극(15)과 공작물(12) 사이의 전기 저항은 이들 사이의 간격에 따라 정해지고, 그 저항은 전극(15)과 노즐(20)사이의 저항보다 더 작기 때문에 토오치(10)가 공작물(12)쪽으로 접근하여 적당한 간격(13)을 유지하게 될때, 비로소 주 전기 아아크는 공작물(12)로 이행되고, 전원에서 조절된(미리 결정된) 절단 전류 밀도가 공급·유지된다.
그런데 보조 전기 아아크가 점화되는 동안에는 저항(21)과 노즐(20)사이에 배치된 스위치(22)가 접속되기 때문에(점선으로 도시), 보조 전기 아아크를 발생시킴과 더불어 이를 유지하는데 필요한 보조 회로(32)가 접속된다. 그러나 일단 주 전기 아아크, 특히 플라즈마 절단 전기 아아크가 발생된 후에는 상기 스위치(22)가 개방되기 때문에, 보조회로(32)가 차단되어 전극(15)과 공작물(12) 사이의 가스구간을 이온화시키는데 필요한 상기 보조 전기 아아크는 소멸되게 된다.
한편, 전극(15)과 공작물(12)에는 전압센서(23)와 오옴분압기(24)를 갖춘 초기높이 설정장치(9)가 접속되어 있는바, 여기에서 전압 센서(23)는 이미 공지된 제너다이오드 또는 전압비교기로서 형성할 수 있고, 분압기(24)는 도선(25, 26, 27)에 의하여 형성되는 센서회로내에 배치되어 있는 2개의 저항(R1, R2)을 갖춘 직렬회로로서, 이에 발생되는 전압강하 또는 전압상승을 기록하기 위한 디지탈 출력과 고측정율을 갖는 디지탈 전압계로 구성되어 있다.
저항(R2)에 병렬로 접속된 센서(23)는 플라즈마 전기 아아크가 형성될 경우에 발생하는 저항(R2)의 전압 강하 또는 전압 상승을 감시하면서 출력을 발생하는바, 토오치(10)가 높이 조절장치(11)에 의하여 공작물(12)로 접근하여, 초기높이, 즉 일정한 간격(13)에 도달하여 주 전기 아아크를 형성할 때에 저항(R2)의 전압 강하를 감지하여 출력신호를 발생한다.
상기 센서(23)의 출력은 갈바니(정상)전류 분리장치(28), 예를들면 광연결기(포토커플러) 또는 분리증폭기를 매개로 높이 조절장치(11)구동용 모터(14)의 모터 제어장치(29)와 연결되어 있고, 갈바니 분리장치는 종단의 미끄러짐을 방지한다.
결국, 토오치(10)가 초기높이로 위치하여 아아크를 발생함에 따라 저항(R2)의 전압이 강하되면, 센서(23)가 이를 감지하여 신호를 출력하게 되고, 센서(23)에 의하여 발생된 출력신호는 모터 제어장치(29)에 공급되고, 이 모터 제어장치가 모터(14)를 차단시킴으로써 초기높이 설정장치(11)의 구동을 정지시켜 토오치(10)의 이동을 중지시키게 된다.
한편, 이와는 달리 센서(23)의 출력 신호를, 예를들면, 타이머에 공급하고, 이 타이머가 미리 정해진 시간이 경과한 후 모터 제어장치(29)를 매개로 모터(14)를 차단시키게 할 수도 있는바, 이에따라 높이 조절장치(11)의 모터(14)가 서서히 차단되기 때문에, 전극(15)과 공작물(12) 사이의 간격(13)은 토오치 높이 제어장치(30)가 접속되기 전에 좁혀질 수 있다.
이는 하나의 초기높이 설정장치(9)에 다수의 플라즈마 절단 토오치(10, 10', 10")가 병렬 연결되어 있는 경우에 더욱 유리하다. 이러한 경우에는 하나의 플라즈마 절단 토오치(10)에서 발생된 전압강하는 다수의 플라즈마 절단 토오치(10', 10")를 동시 제어하는데 이용된다. 예를들면, 플라즈마 절단 토오치(10, 10', 10")들 사이의 전극 배치상의 높이 편차는 이를 타이머에 의하여 높이 조절장치(11)를 각기 구동하여 각 전극(15)을 예정된 거리 만큼 공작물(12)쪽으로 각기 이동시킴으로써 보정할 수 있다.
한편, 도선(25, 26, 27)에 의하여 형성되는 회로에는 모터(14)가 모터 제어장치(29)에 의하여 차단되어, 설정된 초기높이를 유지하면서 절단작업등을 수행하다가 전극(15)과 공작물(12) 사이의 간격이 변화될때, 이를 조절하기 위한 토오치 높이 제어장치(30)가 병렬로 접속되어 있다. 즉, 이 높이 제어장치는 작업도중 어떤 원인에 의해 전극(15)과 공작물(12)사이의 간격이 변화하게 될때, 전극(15)과 공작물(12) 사이의 구간에서 발생하는 전기 아아크의 전압을 현재치로서 공급받고, 이 현재치는 표준치와 비교되는바, 이때 표준치는 표준치 발신장치(33)를 매개로 높이 제어장치(30)에 입력된다.
즉, 본 발명의 실시예에 있어서, 높이 조절 신호가 직접 토오치 높이 제어장치(30)로 공급되고, 이 높이 제어장치는 전기 아아크 전압의 표준치 및 현재치를 비교하여 모터 제어장치(29)를 매개로 토오치(10)의 이동을 구속하고, 표준치 발신장치(33)에서의 전기 아아크 전압의 예정된 표준치에 따라 다시 토오치(10)의 높이를 소정높이로 조절한다.
한편 보조 전기 아아크를 발생시킬때 이상이 생겨 토오치와 공작물(12)이 충돌되는 것을 피하기 위하여 고주파 발생장치(19)와 저항(21)으로 구성되는 이온화 장치의 스위치(22)앞에 하나의 감시장치(31)를 도선(16)과 노즐(20)에 접속시키는바, 이 감시장치는 플라즈마 전기 아아크가 발생되지 아니하였을때 모터(14)를 차단한다. 감시장치의 출력은 이와 같은 목적을 위하여 모터 제어장치(29)에 인가되는바, 특히, 이러한 감시장치(31)를 전압비교기로 형성하고, 이 비교기는 노즐(20)과 공작물(12)사이의 전압이 미리 정해진 입력전압차에 도달하면 모터(14)를 정지시키기 위한 출력신호를 발신한다.
본 발명의 대상은 플라즈마 절단장치에만 한정되는 것은 아니고, 특히 기계화된 WIG 용접에 있어서도 보조 전기 아아크가 발생되는 토오치를 사용함으로써 본 발명을 유용하게 응용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 토오치(10)가 높이 조절장치(11)에 의해 공작물(12)쪽으로 이동되고, 초기높이를 조절하기 위해 높이 조절신호가 형성됨과 더불어 이 높이 조절신호에 의해 토오치(10)의 이동이 정지되며, 토오치 전극(15)과 공작물이 전원(18)에 접속되어 아아크 또는 플라즈마 아아크를 발생시키는 플라즈마 절단 토오치의 초기높이를 자동적으로 설정하는 방법에 있어서, 먼저 전원(18)이 스위치 온되고, 이어 토오치전극(15)과 공작물(12)사이에 작동전압이 인가되며, 전극(15)과 공작물(12)사이에 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크가 발생될때까지 토오치(10)가 공작물(12)쪽으로 이동되는 한편, 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크의 발생에 따른 전압 강하가 감지되고 그로부터 높이 조절 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 토오치의 초기높이 자동설정방법.
  2. 전기 아아크 토오치 또는 플라즈마 아아크 토오치(10)와, 이 토오치(10)의 높이를 조절하기 위한 높이 조절장치(11) 및, 토오치(10)와 공작물(12) 사이에 접속되어 전기 아아크 또는 플라즈마 아아크를 발생시키기 위한 전원(18)을 갖추고서, 제1항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서, 토오치 전극(15)와 공작물(12)사이에 전압센서(23)가 접속되고, 이 전압센서(23)는 높이 조절 모터(14)의 모터 제어장치(29)에 접속되며, 이 모터 제어장치(29)는 공지의 토오치 높이 제어장치(30)에 접속된 것을 특징으로 하는 토오치의 초기높이 자동설정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전압센서(23)는 오옴분압기(24)에 접속된 제너다이오드인 것을 특징으로 하는 토오치의 초기높이 자동설정장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전압센서(23)는 전압 비교기인 것을 특징으로 하는 토오치의 초기높이 자동설정장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 분압기(24)가 전압강하 또는 전압상승을 기록하기 위한 디지탈 출력과 고측정율을 갖는 디지탈 전압계인 것을 특징으로 하는 토오치의 초기높이 자동설정장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 전압센서(23)와 모터 제어장치(29)사이에 분리장치(28)로서 광연결기가 접속된 것을 특징으로 하는 토오치의 초기높이 자동설정장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 전압센서(23)와 모터 제어장치(29)사이에 분리장치(28)로서 분리증폭기가 접속된 것을 특징으로 하는 토오치의 초기높이 자동설정장치.
  8. 보조 아아크를 형성하기 위하여 토오치의 노즐에 접속된 보조회로를 갖춘 제2항 내지 제7항중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서, 상기 보조회로(32)와 공작물(12)사이에는, 미리 설정된 입력전압차에 도달함에 따라 토오치 이동을 차단하는 출력신호를 발생하는 감시장치(31)로서 전압 비교기가 접속된 것을 특징으로 하는 토오치의 초기높이 자동설정장치.
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