KR20060104769A - Appartus for micro spot welding using an accelerometer and control method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치에 관한 것으로서, 서보모터를 통해 피용접물에 압력을 가하며, 하기의 제어부로부터 공급받은 전류를 상부전극(가동전극)을 통해 피용접물에 인가하여 점용접을 수행하는 가동전극부; 상기 가동전극부와 마주하게 하측에 구비되어 상기 피용접물을 지지함과 동시에 하기의 제어부로부터 공급받은 전류를 하부전극(고정전극)을 통해 피용접물에 인가하여 점용접을 수행하는 고정전극부; 상기 가동전극부의 몸체에 구비되어 가동전극부의 상하 움짐임에 따른 가속도를 측정하는 가속도계; 및 상기 서보모터, 가동전극부, 고정전극부 및 가속도계의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하되, 상기 제어부는 점용접 시, 전극팽창현상에 의한 가동전극부의 상하 위치 변화를 상기 가속도계를 통해 측정하고, 상기 측정된 결과를 기반으로 상기 피용접물에 가해지는 압력의 세기 및 인가되는 전류의 세기를 조절하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a micro spot welding apparatus using an accelerometer, and pressurizes the object to be welded through a servomotor, and performs spot welding by applying a current supplied from the following controller to the object to be welded through the upper electrode (movable electrode). A movable electrode unit; A fixed electrode part provided on the lower side facing the movable electrode part to support the object to be welded, and at the same time, applying a current supplied from the following controller to the object to be welded through a lower electrode (fixed electrode) to perform spot welding; An accelerometer provided on the body of the movable electrode unit to measure acceleration according to vertical movement of the movable electrode unit; And a control unit controlling the operations of the servo motor, the movable electrode unit, the fixed electrode unit, and the accelerometer. Including, but the control unit is measured by the accelerometer to measure the vertical position change of the movable electrode portion due to the electrode expansion phenomenon during the spot welding, the strength of the pressure applied to the welded object and the applied current based on the measured result It is characterized by adjusting the intensity of the.
용접, 점용접, Spot welding, 가속도계, Accelerometer Welding, Spot Welding, Spot welding, Accelerometer, Accelerometer
Description
도 1 은 종래의 갭센서를 이용한 접용접기를 나타낸 예시도.1 is an exemplary view showing a welder using a conventional gap sensor.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치를 나타낸 개략도. Figure 2a is a schematic diagram showing a micro spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention.
도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치의 시간별 가동전극부의 위치 변화와 피용접물의 단계별 접합 상태를 나타낸 예시도. Figure 2b is an exemplary view showing a step-by-step bonding state of the position and the position of the movable electrode of the micro-spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention.
도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치의 제어부에 대한 블럭도.Figure 2c is a block diagram of a control unit of a micro spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치의 제어 순서를 나타낸 순서도.Figure 3 is a flow chart showing the control sequence of the micro spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
110 : 가동전극부 112 : 상부전극(가동전극)110: movable electrode 112: upper electrode (moving electrode)
114 : 가동축 120 : 고정전극부114: movable shaft 120: fixed electrode portion
122 : 하부전극(고정전극) 130 : 가속도계122: lower electrode (fixed electrode) 130: accelerometer
140 : 제어부 141 : 증폭기140: control unit 141: amplifier
142 : 제 1 적분기 143 : 제 2 적분기142: first integrator 143: second integrator
144 : A/D컨버터 145 : 마이크로프로세서144: A / D converter 145: microprocessor
146 : 메모리 147 : 전류발생기146: memory 147: current generator
148 : 서보모터구동기148: servo motor driver
본 발명은 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 가동전극부의 움직임에 따른 가속도를 측정할 수 있는 가속도계를 통해, 점용접 시 가동전극부의 상하 위치 변화에 따른 가속도를 측정하여, 상기 측정된 가속도의 변위에 따라 상기 가동전극부를 통해 피용접물에 가해지는 압력 및 인가되는 전류량을 제어함으로써, 정밀한 점용접이 가능한 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro spot welding apparatus using an accelerometer and a control method thereof, and more particularly, through an accelerometer that can measure acceleration according to the movement of the movable electrode part, A micro spot welding apparatus using an accelerometer capable of precise spot welding by controlling acceleration and controlling the pressure applied to the object to be welded through the movable electrode part according to the measured displacement of the acceleration, and a control method thereof will be.
일반적으로 점용점(Spot Welding) 방법은, 움직임이 가능한 가동전극과 고정전극 사이에 용접하고자 하는 두 금속판(피용접물)을 소정 압력을 가한 상태로 접촉시킨 후, 상기 두 전극부(가동전극, 고정전극)에 대전류를 통전시킴으로써, 대전류에 의한 접촉 부분의 저항발열을 통해 극히 짧은 시간동안 반 용융시켜 상기 피용접물을 용접시키는 접합방법이다.In general, a spot welding method involves contacting two metal plates (welded objects) to be welded between a movable electrode and a fixed electrode with a predetermined pressure, and then moving the two electrode parts (movable electrode and fixed). A large current is applied to the electrode), thereby half-melting for a very short time through the resistance heating of the contact portion caused by the large current, thereby welding the welded object.
이러한 점용접(Spot Welding) 방법은 기존 고온압접법의 일종인 융접(Fusion Welding)과 납접(Brazing and Soldering) 그리고 리벳팅(Riveting) 등의 접합방법 에 비해 작업성, 신뢰성, 안정성 및 생산성에 있어 보다 우수한 장점이 있는 바, 자동차, 열전대 응용 계측기, 미세 전기접점, 배터리의 전극부위 또는 휴대폰의 LCD화면 연결부 등 여러 분야에서 널리 이용되고 있다.This spot welding method is more efficient in terms of workability, reliability, stability and productivity than the conventional welding methods such as Fusion Welding, Brazing and Soldering, and Riveting. It is widely used in various fields such as automobiles, thermocouple application instruments, fine electrical contacts, battery electrodes, or LCD screen connections of mobile phones.
더욱 상세하게, 상기 점용접(Spot Welding)을 이용한 용접기는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 가동전극(11), 고정전극(12), 갭센서(Gap Sensor)(13) 및 제어기(14)를 포함한다.In more detail, the welder using spot welding, as shown in FIG. 1, the
상기 가동전극(11)은 미도시된 위치 구동기를 통해 상하 방향으로 이동 가능한 전극(Electrode)이며, 상기 고정전극(12)은 상기 가동전극과 마주한 고정된 전극이다.The
상기 두 전극(11, 12)은 제어기(14)에 의해 제어되는 전류를 공급받아 전극 사이에 위치한 금속판(M)에 대전류를 인가하는 기능을 수행한다.The two
이때 상기 가동전극(11)은 상기 제어기(14)의 제어에 의해 구동되는 위치 구동기를 통해 상기 금속판(M)에 소정의 압력을 인가하게 된다.In this case, the
또한 상기 갭센서(13a)는 소정 길이의 가이드에 의해 상기 고정전극(12)의 일측에 고정되어, 'ㄱ'자 형태의 가이드에 의해 상기 가동전극(11)과 부착되어 있는 센싱플레이트(13b)를 통해 두 전극의 상하 간격(거리)을 측정하는 기능을 수행한다.In addition, the
여기서 상기 두 전극(11, 12)을 통해 피용접물(M)에 대전류가 인가되면, 상기 금속판(M)에는 전술한 바와 같이 그 접촉 부분이 반 용융되는 상태의 용융부가 형성되며, 도 1 에 도시된 미설명 부호(N)과 같은 형상(이하, "너겟"이라 한다)으 로 열팽창하게 되고, 이는 두 전극(11, 12)의 거리가 멀어지는 전극팽창현상을 야기시킨다.Here, when a large current is applied to the object to be welded M through the two
상기 접촉 부분의 팽창 형상은, 상기 전극(11, 12)을 통해 피용접물(M)로 인가되는 전류의 세기에 따라 그리고 인가되는 시간에 따라 달라지게 된다.The expansion shape of the contact portion depends on the intensity of the current applied to the welded object M through the
이때 상기 전극(11, 12)에는 대전류가 흐르는 바, 전극의 고유저항 값에 의한 저항열 및 상기 금속판을 통해 전도된 고온의 열로 인해 상기 전극(11, 12)은 상기 너겟(Nugget)과 마찬가지로 미소한 열팽창을 하게 된다.In this case, a large current flows through the
이러한 전극팽창현상은, 주지된 바와 같이 용접의 질을 결정하는 주요 변수로 밝혀진 바 있다.This electrode expansion phenomenon has been found to be a major parameter that determines the quality of welding, as is well known.
따라서 보다 신뢰성 있는 용접을 위해, 상기 제어기(14)는 갭센서(13)를 통해 측정한 전극(11, 12)의 간격 변동에 따른 변위 값을 기반으로, 상기 위치 구동기를 통해 피용접물(M)에 인가되는 압력을 제어함과 아울러 전극(11, 12)을 통해 피용접물(M)로 인가되는 전류의 세기 및 그 시간을 제어한다.Therefore, for more reliable welding, the
그러나, 상술한 바와 같은 갭센서를 이용한 점용접기는, 전극에 갭센서를 고정하는 별도의 가이드가 위치하고 있는 바, 금속판과 같은 피용접물의 운반과 탈착에 방해가 되는 문제점이 있었다.However, the spot welder using the gap sensor as described above has a problem that a separate guide for fixing the gap sensor to the electrode is located, which hinders the transport and detachment of the welded object such as a metal plate.
그리고, 전극의 간격 변동에 따른 변위 값을 측정함에 있어, 상기 갭센서와 센싱플레이트는 어떠한 방해 요소 없이 일정한 간격으로 마주해야고, 그리고 상호 개방되어 있어야 하는 바, 용접 대상이 소정 넓이 이상의 대형 피용접물인 경우 용접이 용이치 못하다는 문제점도 있었다.In measuring the displacement value according to the gap variation of the electrode, the gap sensor and the sensing plate should face each other at regular intervals without any disturbance, and should be open to each other. There was also a problem that welding is not easy.
본 발명의 목적은, 가동전극부의 움직임(전극팽창현상)에 의한 가속도를 측정할 수 있는 가속도계를 통해, 점용접 시, 상기 가동전극부의 상하 위치 변화에 따른 가속도를 측정하여, 상기 측정된 가속도의 변위에 따라 상기 가동전극부를 통해 피용접물에 가해지는 압력의 세기 및 인가되는 전류의 세기를 제어함으로써, 정밀하고 신뢰성 있는 점용접이 가능한 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.An object of the present invention, through the accelerometer which can measure the acceleration due to the movement of the movable electrode (electrode expansion phenomenon), by measuring the acceleration according to the vertical position change of the movable electrode portion during spot welding, The present invention provides a micro spot welding apparatus using an accelerometer capable of precise and reliable spot welding, and a method of controlling the same, by controlling the strength of the pressure applied to the object to be welded and the applied current through the movable electrode unit according to the displacement.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치에 관한 것으로서, 서보모터를 통해 피용접물에 압력을 가하며, 하기의 제어부로부터 공급받은 전류를 상부전극(가동전극)을 통해 피용접물에 인가하여 점용접을 수행하는 가동전극부; 상기 가동전극부와 마주하게 하측에 구비되어 상기 피용접물을 지지함과 동시에 하기의 제어부로부터 공급받은 전류를 하부전극(고정전극)을 통해 피용접물에 인가하여 점용접을 수행하는 고정전극부; 상기 가동전극부의 몸체에 구비되어 가동전극부의 상하 움짐임에 따른 가속도를 측정하는 가속도계; 및 상기 서보모터, 가동전극부, 고정전극부 및 가속도계의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하되, 상기 제어부는 점용접 시, 전극팽창현상에 의한 가동전극부의 상하 위치 변화를 상기 가속도계를 통해 측정하고, 상기 측정된 결과를 기반으로 상기 피용접물에 가해지는 압력의 세기 및 인가되는 전류의 세기를 조절하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the present invention relates to a micro spot welding apparatus using an accelerometer, the pressure to be welded through the servomotor, the current supplied from the following control unit through the upper electrode (movable electrode) A movable electrode unit which is applied to spot welding; A fixed electrode part provided on the lower side facing the movable electrode part to support the object to be welded, and at the same time, applying a current supplied from the following controller to the object to be welded through a lower electrode (fixed electrode) to perform spot welding; An accelerometer provided on the body of the movable electrode unit to measure acceleration according to vertical movement of the movable electrode unit; And a control unit controlling the operations of the servo motor, the movable electrode unit, the fixed electrode unit, and the accelerometer. Including, but the control unit is measured by the accelerometer to measure the vertical position change of the movable electrode portion due to the electrode expansion phenomenon during the spot welding, the strength of the pressure applied to the welded object and the applied current based on the measured result It is characterized by adjusting the intensity of the.
바람직하게 상기 가속도계는, 진자 방식 또는 압전효과 방식인 것을 특징으로 한다.Preferably, the accelerometer is characterized in that the pendulum method or piezoelectric effect method.
그리고 바람직하게 상기 제어부는, 상기 가속도계를 통해 측정된 가속도 신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기를 통해 증폭된 가속도 신호를 적분하는 제 1 적분기 및 제 2 적분기; 상기 적분기를 통해 적분된 가속도 신호(변위 신호)를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터; 상기 증폭기, 적분기 및 A/D컨버터를 제어하며 상기 변위 신호를 기반으로 분석을 수행하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서가 수행하는 분석에 관련된 프로그램과 이에 관련된 데이터 및 제어 관련 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리; 상기 마이크로프로세서에 의해 분석된 결과에 따라 상기 가동전극 및 고정전극에 전류를 공급하는 전류발생기; 및 상기 마이크로프로세서에 의해 분석된 결과에 따라, 상기 서보모터를 구동시키는 서보모터구동기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.And preferably, the control unit, an amplifier for amplifying the acceleration signal measured through the accelerometer, the first and second integrators for integrating the acceleration signal amplified by the amplifier; An A / D converter for converting an acceleration signal (displacement signal) integrated through the integrator into a digital signal; A microprocessor controlling the amplifier, the integrator and the A / D converter and performing an analysis based on the displacement signal; A nonvolatile memory configured to store a program related to an analysis performed by the microprocessor, data related thereto, and control related data; A current generator for supplying current to the movable electrode and the fixed electrode according to a result analyzed by the microprocessor; And a servo motor driver for driving the servo motor according to a result analyzed by the microprocessor. Characterized in that it comprises a.
한편, 본 발명은 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치의 제어방법에 관한 것으로서, (a) 상기 제어부가 피용접물에 인가되는 초기 가압력, 용접 시간 및 피용접물에 형성되는 너겟의 크기를 입력 받아 이를 메모리에 저장함과 아울러 용접 시작을 위한 초기 설정을 수행한 후, 상기 피용접물에 대한 용접을 시작하는 단계; (b) 상기 제어부가 상기 제 (a) 단계에서 설정된 용접 시간이 경과 했는지 여부를 판단하여, 그 판단결과 초기 설정된 용접 시간이 경과 하였다면, 상기 제어부가 용접을 위한 모든 절차를 종료시키고, 초기 설정된 용접 시간이 경과하지 않았다면, 상기 제어부가 가속도계(130)를 통해 전극팽창현상에 의한 가속도 신호를 수신하는 단계; (c) 상기 제어부가 제 1 적분기 및 제 2 적분기를 통해 상기 제 (b) 단계의 가속도 신호를 2차 적분하여 변위 신호를 산출하는 단계; (d) 상기 제어부가 상기 제 (c) 단계의 변위 신호를 기반으로 피용접물에 형성된 용융부(너겟)의 크기를 추정하는 단계; (e) 상기 제어부가 상기 제 (d) 단계의 추정된 용융부(너겟)의 크기가 상기 제 (a) 단계에서 설정된 용융부의 크기보다 작은지 여부를 판단하여, 그 판단결과 작다면, 상기 제어부가 서보모터구동기 및 서보모터를 통해 상기 피용접물에 가압되는 압력의 세기를 낮추거나, 전류발생기를 통해 상기 피용접물에 인가되는 전류의 세기를 높인 후 상기 제 (b) 단계로 절차를 리턴시키는 단계; (f) 상기 제 (e) 단계의 판단결과, 상기 제 (d) 단계의 추정된 용융부(너겟)의 크기가 상기 제 (a) 단계에서 설정된 용융부의 크기보다 작지 않다면, 상기 제어부가 상기 추정된 용융부의 크기가 초기 설정된 용융부의 크기보다 큰지 여부를 판단하는 단계; (g) 상기 제 (f) 단계의 판단결과, 상기 제 (d) 단계의 추정된 용융부(너겟)의 크기가 상기 제 (a) 단계에서 설정된 용융부의 크기보다 크다면, 상기 제어부가 전류발생기를 통해 상기 피용접물에 인가되는 전류의 세기를 낮추거나, 서보모터구동기 및 서보모터를 통해 상기 피용접물에 가압되는 압력의 세기를 높인 후, 상기 제 (b) 단계로 절차를 리턴시키는 단계; 및 (h) 상기 제 (f) 단계의 판단결과, 상기 제 (d) 단계의 추정된 용융부(너겟)의 크기가 상기 제 (a) 단계에서 설정된 용융부의 크기보다 크지 않다면, 상기 제어부가 상기 제 (b) 단계로 절차를 리턴시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the present invention relates to a method for controlling a micro spot welding apparatus using an accelerometer, (a) the control unit receives the initial pressing force applied to the welded object, the welding time and the size of the nugget formed in the welded object to the memory Starting the welding of the to-be-welded object after performing initial setting for starting welding and storing together; (b) The controller determines whether the welding time set in step (a) has elapsed. If the initial welding time has passed as a result of the determination, the controller terminates all procedures for welding, and the initial set welding is performed. If the time has not elapsed, the control unit receiving an acceleration signal due to electrode expansion through an accelerometer (130); (c) calculating, by the controller, a displacement signal by secondly integrating the acceleration signal of step (b) through a first integrator and a second integrator; (d) estimating, by the controller, the size of the melted part (nuggets) formed in the welded object based on the displacement signal of step (c); (e) the controller determining whether the estimated size of the melted part (nuggets) of step (d) is smaller than the size of the melted part set in step (a); Returning the procedure to step (b) after lowering the strength of the pressure applied to the welded object through the servomotor driver and the servomotor or increasing the strength of the current applied to the welded object through the current generator. ; (f) If the size of the estimated melted part (nuggets) of step (d) is not smaller than the size of the melted part set in step (a) as a result of the determination of step (e), the control unit determines Determining whether the size of the melted portion is larger than the size of the initially set melt portion; (g) If the estimated size of the melter (nuggets) of step (d) is greater than the size of the melter set in step (a) as a result of the determination of step (f), the controller generates a current generator. Reducing the intensity of the current applied to the object to be welded through, or increasing the strength of the pressure applied to the object to be welded through the servomotor driver and the servomotor, and then returning the procedure to step (b); And (h) if the estimated size of the melter (nuggets) of step (d) is not greater than the size of the melter set in step (a), as a result of the determination of step (f), Returning the procedure to step (b); Characterized in that it comprises a.
바람직하게 상기 제 (c) 단계 이전에, 상기 제어부가 상기 제 (b) 단계의 가 속도 신호를 증폭기를 통해 소정 레벨 이상으로 증폭하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, before the step (c), the control unit amplifies the acceleration signal of the step (b) by a amplifier to a predetermined level or more; It characterized in that it further comprises.
그리고 바람직하게 상기 제 (d) 단계 이전에, 상기 제어부가 상기 제 (c) 단계의 2차 적분된 신호를 A/D컨버터를 통해 디지털 신호로 변환하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And preferably, before the step (d), the control unit converts the second integrated signal of the step (c) into a digital signal through an A / D converter; It characterized in that it further comprises.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Before describing the present invention in detail, it should be noted that the detailed description of known functions and configurations related to the present invention is omitted if it is determined that the gist of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. .
본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치에 관하여 도 2a 내지 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다. A micro spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 3.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치를 나타낸 개략도이며, 도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치의 시간별 가동전극부의 위치 변화와 피용접물의 단계별 접합 상태를 나타낸 예시도이고, 도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치의 제어부에 대한 블럭도이다.Figure 2a is a schematic diagram showing a micro spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is a position change and the hourly movement of the electrode portion of the micro spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention 2 is a block diagram of a controller of a micro spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention.
상기 도 2a 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치(100)는, 가동전극부(110), 고정전극부(120), 가속도계(130) 및 제어부(140)를 포함한다.As shown in FIG. 2A, the micro
상기 가동전극부(110)는 하기의 제어부(140)를 통해 제어되는 전류를 피용접 물(M)에 인가하여 점용접(Spot Welding)을 하는 기능을 수행한다.The
더욱 구체적으로 상기 가동전극부(110)는, 그 몸체의 일측에 하측 방향으로 수직하게 구비되어 상부전극(가동전극)(112)과, 상기 몸체의 타측에 미도시된 서보모터(Servo Motor)를 통해 상하 움직임이 가능하도록 하는 수직한 가동축(114)을 포함한다.More specifically, the
여기서 상기 서보모터는 하기의 제어부(140)의 제어를 통해 가동전극부(110)의 상하 위치를 미세하게 조절함과 아울러 상기 가동전극(112)의 하부 선단(팁, Tip)을 통해 피용접물(M)에 가해지는 압력을 조절하는 기능을 수행한다.Here, the servo motor finely adjusts the up and down positions of the
또한, 상기 고정전극부(120)는 상기 가동전극부(110)와 마주하게 하측에 구비되어 피용접물(M)을 지지함과 동시에, 상기 가동전극부(110)와 마찬가지로, 하기의 제어부(140)를 통해 제어되는 전류를 피용접물(M)에 인가하여 점용접을 하는 기능을 수행한다.In addition, the
더욱 구체적으로 상기 고정전극부(120)는, 그 몸체와 상측으로 수직한 하부전극(고정전극)(122)을 포함하고 있다.More specifically, the
여기서 상기 고정전극(122)의 상부 선단은 상기 가동전극(112)의 하부 선단에 대향하여 수직하게 위치하고 있으며, 상기 가동전극(112)을 통해 하측 방향으로 가압되는 피용접물(M)을 하측에서 상측으로 지지하는 기능을 수행한다.Here, the upper end of the fixed
또한, 상기 가속도계(130)는 전술한 가동전극부(110)의 몸체에 부착되어 가동전극부(110)의 상하 움직임에 따른 가속도를 측정하는 기능을 수행한다.In addition, the
상기 측정된 가속도(이하, "가속도 신호"라 한다)는 하기의 제어부(140)를 통해 분석되어 피용접물(M)에 가해지는 압력의 세기 및 인가되는 전류의 세기를 조절하기 위한 주요한 지표로써 이용되게 된다.The measured acceleration (hereinafter, referred to as an "acceleration signal") is analyzed by the
참고적으로 상기 가속도계(130)는 일반적으로 운동체의 가속도 크기를 측정하는 계기를 의미하며, 운동하는 물체에 장치한 진자가 가속도의 영향을 받아서 움직일 때, 그 흔들림이 운동하는 물체의 가속도에 비례한다는 원리를 이용하고 있다.For reference, the
부연하면, 상기 도 1 을 참조하여 전술한 바와 같이, 두 전극(112, 122)에 대전류가 인가될 경우 전극이 팽창함과 아울러 두 전극 사이에 위치한 피용접물(M) 역시 팽창하게 되며, 이에 따라 전극팽창현상이 일어난다.In detail, as described above with reference to FIG. 1, when a large current is applied to the two
따라서 상기 가동전극부(110)는 상하 방향으로 마이크로미터(㎛) 범위 내로 미세하게 움직이게 된다.Therefore, the
한편 상기 전극팽창현상에 의한 가동전극부(110)의 위치 변화와 아울러 피용접물의 용접 상태를 측정하게 되면, 도 2b 에 도시된 바와 같이, 가동전극부(110)의 상하 위치 변화(변위)에 대한 피용접물(M)의 일반적인 용접 상태를 추정할 수 있다.On the other hand, when the welding state of the welded object is measured together with the positional change of the
여기서 상기 도 2b 에 도시된 파형에 대해 좀더 상세히 살펴보면 다음과 같다.Here, the waveform shown in FIG. 2B will be described in more detail.
설명하기에 앞서 피용접물(M')에 가압되는 압력 및 인가되는 전류는 일정하게 설정되었음을 밝힌다.Prior to the description, it is revealed that the pressure and current applied to the to-be-welded object M 'are set to be constant.
그리고 상기 피용접물(M') 및 전극의 재료와, 인가되는 전류의 양에 따라 형 성되는 곡선의 형태가 변동될 수 있으나, 그 전체적인 형태는 도 2 에 도시된 바와 같은 패턴을 갖게 됨을 밝힌다.In addition, although the shape of the curve formed according to the material of the welded object M 'and the electrode and the amount of current applied may vary, the overall shape has a pattern as shown in FIG. 2.
먼저 제 1 단계에서, 상하측 피용접물(M')의 접촉면은 불규칙한 붕괴가 이루어진다.First, in the first step, the contact surface of the upper and lower to-be-welded object M 'is irregularly collapsed.
다음으로 제 2 단계에서, 불규칙한 붕괴가 이루어진 접촉면이 균일화된다.Next, in the second step, the contact surface in which the irregular collapse is made uniform.
이때 상기 제 1 단계에서 제 2 단계로 진행됨에 따라 가동전극부는 초기 위치에 비해 하측으로 이동한다.At this time, as the process proceeds from the first step to the second step, the movable electrode part moves downward relative to the initial position.
다음으로 제 3 단계에서, 접합면의 온도 상승이 이루어지며, 가동전극부의 위치가 상측으로 이동한다.Next, in the third step, the temperature of the bonding surface rises, and the position of the movable electrode portion moves upward.
다음으로 제 4 단계에서, 접합면을 기준으로 초기 용융부(너겟)(N')가 형성되며, 상기 너겟(N')의 열팽창에 의해 가동전극부의 위치는 초기에 비해 상측 최대 이동거리(Smax) 근방까지 이동되어 있다.Next, in the fourth step, an initial melting portion (nuggets) N 'is formed based on the bonding surface, and the position of the movable electrode portion is increased by the thermal expansion of the nugget N'. ) Is moved to the vicinity.
다음으로 제 5 단계에서, 너겟(N')이 성장하고 상기 피용접물(M')의 물리적인 결합이 시작된다.Next, in the fifth step, the nugget N 'is grown and physical bonding of the welded object M' is started.
여기서 상기 너겟(N')의 크기(사이즈)는 공지된 바와 같이 파형의 기울기 증가에 따라 커지게되는 특징을 갖는다.Herein, the size (size) of the nugget N 'is increased as the slope of the waveform increases, as is known.
이후 상기 너겟(N')이 주변으로 확산되면서 연화된 주변 조직은 두 전극을 통해 가압되는 압력을 더 이상 지탱하지 못하고 함입되고, 이에 따라 두 전극의 간격은 초기에 비해 더욱 가까워지게 된다.Since the nuggets N 'are diffused to the surroundings, the softened surrounding tissue can no longer support the pressure pushed through the two electrodes, and thus the gap between the two electrodes becomes closer than the initial stage.
즉 상기 가동전극부는 하측 최대 이동거리(Smin)까지 이동하게 됨을 의미한 다.That is, it means that the movable electrode moves up to the maximum movement distance (Smin) at the bottom.
이상에서 설명한 바를 통해 알 수 있듯이, 시간에 따른 가동전극부의 상하 위치 변화에 따라 형성되는 곡선의 기울기(가속도)를 측정함으로써, 피용접물의 단계별 접합 과정 및 너겟(N')의 크기를 추정할 수 있게 되고, 따라서 이를 제어할 수 있게 된다.As can be seen from the above description, by measuring the slope (acceleration) of the curve formed according to the change of the vertical position of the movable electrode part with time, it is possible to estimate the step size of the welding process and the nugget N 'of the welded object. So that it can be controlled.
참고적으로 실제 점용접 공정에서, 용접 전원의 변동, 가압력의 불안정성, 전극의 마모, 피용접물의 불균일성, 분류효과(Shunt Effect) 등의 외란으로 용융부(너겟)에 흐르는 전류의 변동이 야기되고 이에 따라 점용접시 용접의 질이 저하되나, 이러한 외란은 상기 전극팽창현상에 따른 가속도 측정에 반영되는 바, 이를 제어할 수 있음은 자명하다.For reference, in the actual spot welding process, disturbances such as fluctuations in welding power, instability of the pressing force, electrode wear, nonuniformity of the welded object, and shunt effect may cause fluctuations in the current flowing in the molten part (nuggets). Accordingly, the quality of welding during spot welding is deteriorated, but this disturbance is reflected in the acceleration measurement due to the electrode expansion phenomenon.
본 실시예에서 상기 가속도계(130)는, 상기 가동전극부(110)의 상부에 부착되어 있는 것으로 설정하겠으나, 가동전극부(110)의 상하 움직임에 따른 가속도 측정에 그 목적이 있는 바, 본 발명이 그 부착되는 위치에 한정되는 것은 아니다.In the present embodiment, the
또한 본 실시예에서 상기 가속도계(130)는 진자의 흔들림을 이용한 일반적인 가속도계(Accelerometer)로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 바, 압전효과(Piezoelectric Effect)를 이용한 가속도계로도 설정할 수 있다.In addition, in this embodiment, the
그리고, 상기 제어부(140)는 전술한 바와 같이 가동전극부(110), 고정전극부(120) 및 가속도계(130)를 제어하는 기능을 수행한다.As described above, the
이를 위해 상기 제어부(140)는, 도 2c 에 도시된 바와 같이, 증폭기(141), 제 1 적분기(142), 제 2 적분기(143), A/D컨버터(144), 전류발생기(145), 서보모터 구동기(146), 및 마이크로프로세서(147)를 포함한다.To this end, the
상기 증폭기(141)는 가속도계(130)를 통해 측정된 가속도 신호를 증폭하는 기능을 수행한다.The amplifier 141 amplifies the acceleration signal measured by the
본 실시예에서 상기 증폭기(141)는 가속도계 전용 증폭기(Amplifier)로써 "Power Unit 480E09"인 것으로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, the amplifier 141 will be set as "Power Unit 480E09" as an accelerometer-only amplifier, but the present invention is not limited thereto.
또한 상기 제 1 적분기(142) 및 제 2 적분기(143)는 상기 증폭기(141)를 통해 증폭된 가속도 신호를 차례로 적분(Integration)하는 기능을 수행하며, 상기 증폭된 가속도 신호는 이중 적분을 통해 그 변위를 나타내는 신호(이하, "변위 신호"라 한다)로 추출 변환된다.In addition, the first integrator 142 and the second integrator 143 perform a function of integrating an acceleration signal amplified by the amplifier 141, and the amplified acceleration signal is integrated through a double integration. Extraction and conversion into a signal representing a displacement (hereinafter referred to as a "displacement signal").
또한 상기 A/D컨버터(144)는 상기 변위 신호, 즉 아날로그 신호를 하기의 마이크로프로세서(145)가 판독 가능하도록 하기 위해 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다.In addition, the A / D converter 144 converts the displacement signal, that is, the analog signal into a digital signal so that the
여기서 상기 제 1 적분기(142), 제 2 적분기(143) 및 A/D컨버터(144)를 통해 추출된 변위 신호는 도 2b 에 도시된 바와 같은 파형 선상의 위치와 상기 위치에 따른 용용부(너겟)의 크기를 판별하는데 사용된다.Herein, the displacement signal extracted through the first integrator 142, the second integrator 143, and the A / D converter 144 may be a position along the waveform line as shown in FIG. ) Is used to determine the size.
또한 상기 마이크로프로세서(145)는 상기 증폭기, 제 1 적분기, 제 2 적분기, 및 A/D컨버터를 제어하는 기능을 수행하고, 그리고 상기 변위 신호를 수치해석하여 이를 기반으로 하기의 전류발생기(146) 및 서보모터구동기(147)를 통해 피용접물(M)에 인가되는 전류의 세기 및 시간과, 압력의 세기를 조절하는 기능을 수행 한다.In addition, the
여기서 상기 마이크로프로세서(145)가 수행하는 수치해석에 관련된 프로그램과 이에 관련된 데이터 및 제어 관련 데이터는, 상기 제어부(140)가 포함하는 재기록 가능한 비휘발성 메모리(146)에 저장되어 있다.The program related to the numerical analysis performed by the
또한 상기 전류발생기(147)는 상기 마이크로프로세서(145)의 제어를 통해 전극(112, 122)에 인가되는 전류의 세기를 조절하는 기능을 수행한다.In addition, the current generator 147 adjusts the strength of the current applied to the
그리고 상기 서보모터구동기(148)는 상기 전류발생기(147)와 마찬가지로 마이크로프로세서(145)의 제어를 통해 상기 가동전극부(110)의 서보모터를 구동하는 기능을 수행한다.The servo motor driver 148 functions to drive the servo motor of the
지금까지, 도 2a 내지 도 2c 를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치에 대해 설명하였고, 이하, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치의 제어방법에 대해 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.So far, the micro spot welding apparatus using the accelerometer according to an embodiment of the present invention has been described with reference to FIGS. 2A to 2C. Hereinafter, the control of the micro spot welding apparatus using the accelerometer according to an embodiment of the present invention. The method will be described with reference to FIG. 3 as follows.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치의 제어 순서를 나타낸 순서도이다.Figure 3 is a flow chart showing the control sequence of the micro spot welding apparatus using an accelerometer according to an embodiment of the present invention.
먼저, 제어부(140)의 마이크로프로세서(145)는 상기 제어부(140)에 연결되어 있는 미도시된 입력장치를 통해 피용접물(M)에 인가되는 초기 가압력, 용접 시간 및 피용접물에 형성되는 너겟의 크기를 입력 받아 이를 메모리(146)에 저장함과 더불어 용접 시작을 위한 초기 설정을 수행한 후, 상기 피용접물(M)에 대한 용접을 시작한다(S301).First, the
다음으로, 상기 마이크로프로세서(145)는 상기 제 S301 단계에서 초기 설정된 용접 시간이 경과했는지 여부를 판단(S302)하여, 초기 설정된 용접 시간이 경과 하였다면, 상기 마이크로프로세서(145)는 용접을 위한 모든 절차를 종료시키고, 초기 설정된 용접 시간이 경과하지 않았다면, 상기 마이크로프로세서(145)는 가속도계(130)를 통해 전극팽창현상에 의한 가속도 신호를 수신한다(S303). Next, the
이때, 상기 제 S301 단계에서 수신한 가속도 신호는 증폭기(141)를 통해 소정 레벨 이상으로 증폭된다.At this time, the acceleration signal received in step S301 is amplified to a predetermined level or more through the amplifier 141.
이후, 상기 마이크로프로세서(145)는 제 1 적분기(142) 및 제 2 적분기(143)를 통해 상기 가속도 신호를 2차 적분하여 변위 신호를 추출한다(S304, S305).Thereafter, the
여기서 상기 2차 적분된 신호는 A/D컨버터(144)를 통해 디지털 신호로 변환된다.The second integrated signal is converted into a digital signal through the A / D converter 144.
다음으로, 상기 마이크로프로세서(145)는 상기 제 S305 단계에서 추출된 변위 신호를 기반으로 피용접물(M)에 형성된 용융부(너겟)의 크기를 추정한다(S306).Next, the
이때, 상기 변위 신호에 대한 용융부(너겟)의 크기 추정은 상기 메모리에 기저장되어 있는 수치 데이터를 통해 이루어진다.In this case, the size of the melter (nuggets) for the displacement signal is estimated through numerical data previously stored in the memory.
상기 수치 데이터는 전술한 바와 같이 인가되는 전류의 세기 및 시간과, 가압력의 세기 등을 포함하는 변수를 기반으로 추정된 데이터로서, 용접 진행에 따라 변화하는 너겟의 크기에 대한 실험적인 또한 예측 가능한 데이터이다.The numerical data is estimated based on the variables including the intensity and time of the applied current and the strength of the pressing force, as described above, and the experimental and predictable data on the size of the nugget that changes as the welding progresses. to be.
이후, 상기 마이크로프로세서(145)는 상기 제 S306 단계에서 추정된 용융부의 크기가 상기 제 S301 단계에서 초기 설정된 용융부의 크기보다 작은지 여부를 판단한다(S307).Thereafter, the
상기 제 S307 단계의 판단결과, 추정된 용융부의 크기가 초기 설정된 용융부의 크기보다 작지 않다면, 상기 마이크로프로세서(145)는 상기 추정된 용융부의 크기가 초기 설정된 용융부의 크기보다 큰지 여부를 판단한다(S308).As a result of the determination in step S307, if the estimated melted portion is not smaller than the initially set melted portion, the
다음으로, 상기 제 S307 단계의 판단결과, 상기 추정된 용융부의 크기가 초기 설정된 용융부의 크기보다 작다면, 상기 마이크로프로세서(145)는 전류발생기(147)를 통해 상기 피용접물(M)에 인가되는 전류의 세기를 높이거나, 서보모터구동기(148) 및 서보모터를 통해 상기 피용접물(M)에 가압되는 압력의 세기를 낮춘 후, 상기 제 S302 단계로 절차를 리턴시킨다(S309).Next, as a result of the determination in step S307, if the estimated size of the melted portion is smaller than the size of the initially set melted portion, the
여기서 상기 조절되는 전류의 세기 및 압력의 세기의 레벨은 상기 메모리(146)에 기저장되어 있는 제어관련 데이터이다.The level of the intensity of the current and the pressure to be adjusted are control-related data previously stored in the memory 146.
한편, 상기 제 S308 단계의 판단결과, 상기 추정된 용융부의 크기가 초기 설정된 용융부의 크기보다 크다면, 상기 마이크로프로세서(145)는 전류발생기(147)를 통해 상기 피용접물(M)에 인가되는 전류의 세기를 낮추거나, 서보모터구동기(148) 및 서보모터를 통해 상기 피용접물(M)에 가압되는 압력의 세기를 높인 후, 상기 제 S302 단계로 절차를 리턴시킨다(S310).On the other hand, if it is determined in step S308 that the estimated size of the melted portion is larger than the size of the initially set melted portion, the
그리고, 상기 제 S308 단계의 판단결과, 상기 추정된 용융부의 크기가 초기 설정된 용융부의 크기보다 크지 않다면, 상기 마이크로프로세서(145)는 상기 제 S302 단계로 절차를 리턴시킨다.If the estimated size of the melted portion is not greater than the size of the initially set melted portion, the
상술한 바와 같은 절차를 통해 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따 른 가속도계를 이용한 마이크로 스팟 용접장치는, 용접이 진행되는 동안 가속도계를 통해 전극팽창현상에 따른 변위 신호를 실시간으로 측정하고 분석하여, 상기 피용접물에 가해지는 압력의 세기 및 인가되는 전류의 세기를 조절할 수 있는 바, 용접의 질을 높일 수 있다는 특유의 장점이 있다.As described above, the micro spot welding apparatus using the accelerometer according to an embodiment of the present invention measures and analyzes the displacement signal according to the electrode expansion phenomenon in real time through the accelerometer during welding. Thus, the strength of the pressure applied to the welded object and the strength of the applied current can be adjusted, which has the unique advantage of improving the quality of welding.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited to the drawing.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 가동전극부의 움직임(전극팽창현상)에 의한 가속도를 측정할 수 있는 가속도계를 통해, 상기 가동전극부의 상하 위치 변화에 따른 가속도를 실시간으로 측정하여, 상기 측정된 가속도의 변위에 따라 피용접물에 가해지는 압력의 세기 및 인가되는 전류의 세기를 제어할 수 있는 바, 정밀한 또한 신뢰성 있는 점용접이 가능한 효과가 있다.According to the present invention as described above, through the accelerometer which can measure the acceleration by the movement (electrode expansion phenomenon) of the movable electrode portion, by measuring in real time the acceleration according to the vertical position change of the movable electrode portion, It is possible to control the strength of the pressure applied to the object to be welded and the strength of the applied current in accordance with the displacement, there is an effect capable of precise and reliable spot welding.
또한 본 발명에 따르면, 종래와 같은 갭센서를 이용한 점용접기와는 달리, 별도의 가이드 없이도 가속도계를 구비할 수 있는 바, 피용접물의 운반과 탈착이 용이한 효과도 있다.In addition, according to the present invention, unlike the conventional spot welding using a gap sensor, it can be provided with an accelerometer without a separate guide, there is also an effect of easy transport and removal of the welded object.
그리고 본 발명에 따르면, 종래와 같은 갭센서를 이용한 점용접기에서와 같은 갭센서에 대향하는 센서플레이트 없이도, 가속도계를 통해 전극의 간격 변동을 측정할 수 있는 바, 소정 넓이 이상의 대형 피용접물인 경우에도 용접이 용이한 효 과도 있다.And according to the present invention, even without a sensor plate facing the gap sensor as in the conventional spot welder using a gap sensor, it is possible to measure the gap variation of the electrode through the accelerometer, even in the case of large welded objects of a predetermined width or more It is also easy to weld.
Claims (6)
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| KR1020050027188A KR100644925B1 (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Appartus for micro spot welding using an accelerometer and control method thereof |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101221052B1 (en) * | 2010-11-18 | 2013-01-10 | 한국생산기술연구원 | Resistance spot welding method |
-
2005
- 2005-03-31 KR KR1020050027188A patent/KR100644925B1/en active IP Right Grant
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