KR20220129869A - 용접 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접 모니터링 장치에 관한 것으로서, 용접 대상물을 지지하고, 상기 용접 대상물에 전류를 전달할 수 있도록 도체로 형성되는 용접 지그; 상기 용접 지그에 미세전류를 인가하는 전원 공급부; 상기 용접 대상물의 실시간 저항을 측정할 수 있도록 상기 용접 지그에 연결되어 형성되는 측정 장치; 및 상기 측정 장치에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 전압값의 변화를 산출하고, 상기 전압값의 변화를 비교하여 용접 불량을 판단하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 용접 시작시의 전압값을 기준으로 용접 종료시의 전압 감소율이 60% 미만으로 전압값이 감소할 경우, 용접 불량으로 판단하는 제 1 판별부; 및 전압 증가율의 변화가 2번 이상 양수에서 음수로 변화될 경우, 용접 중 결함이 발생된 것으로 판단하는 제 2 판별부;를 포함할 수 있다.

Description

용접 모니터링 장치 및 방법{Monitoring apparatus and method for welding}
본 발명은 용접 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 이종 소재의 용접을 실시간으로 모니터링할 수 있는 용접 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지를 만들기 위해 전극과 탭(tab) 접합, 케이스 용접과 같은 셀(cell) 단위의 접합과 셀과 셀을 결합하는 모듈 단위 접합, 모듈과 모듈을 접합하는 팩 레벨 접합이 필요하다. 이 중 모듈단위 접합에서는 셀의 탭과 탭 사이의 접합과 탭과 버스바 사이의 접합이 요구된다. 탭과 버스바에 이용되는 소재는 구리, 알루미늄 등이 있는데 이차전지의 종류 및 극성에 따라 선호되는 소재가 달라 동종 및 이종소재의 접합이 필요하다.
이들 소재의 접합에서는 전기저항용접, 초음파용접, 레이저용접, 기계적 체결 등이 이용되고 있다. 초음파용접이 가장 선호되고 있으나 적용 두께의 한계가 있고, 표면조건의 영향이 커서 레이저 용접의 적용이 활발해지는 추세이다.
종래의 이차전지의 제작은 초음파 용접으로 생산성 문제 및 공정관리가 어려운 문제점이 있어 생산성 및 공정관리의 용이성을 위해 레이저 용접의 활용이 확대되었으나, 이종 재질에 대한 레이저 용접 품질의 불완전성이 있어 품질의 관리가 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래의 현장 수준에서는 품질 관리 방법은 생산 lot 별 인장시험 및 분리시험 등의 파괴 검사로서 품질을 관리하고 있으며, 연구수준에서 품질 관리 방법은 접합된 전극이 가지는 저항값을 측정하여 양/불 판정에 활용하는 비파괴검사를 황용하고 있으나, 저항 평균값을 사용함으로 실시간 모니터링이 불가능하며, 접촉면적, 온도 등 외부환경에 의하여 저항 평균값이 불균일한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 전기적 통전이 용접 대상물에만 흐를 수 있도록 측정 장치를 구성하여 동저항을 특정할 수 있는 미세전류를 흘리고, 시간에 따른 동저항값과 변곡점의 위치에 따라 용접 품질을 실시간으로 모니터링하는 용접 모니터링 장치 및 방법을 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 용접 모니터링 장치는, 용접 대상물을 지지하고, 상기 용접 대상물에 전류를 전달할 수 있도록 도체로 형성되는 용접 지그; 상기 용접 지그에 미세전류를 인가하는 전원 공급부; 상기 용접 대상물의 실시간 저항을 측정할 수 있도록 상기 용접 지그에 연결되어 형성되는 측정 장치; 및 상기 측정 장치에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 전압값의 변화를 산출하고, 상기 전압값의 변화를 비교하여 용접 불량을 판단하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 용접 시작시의 전압값을 기준으로 용접 종료시의 전압 감소율이 60% 미만으로 전압값이 감소할 경우, 용접 불량으로 판단하는 제 1 판별부; 및 전압 증가율의 변화가 2번 이상 양수에서 음수로 변화될 경우, 용접 중 결함이 발생된 것으로 판단하는 제 2 판별부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 측정 장치에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 전압값의 변화를 산출하는 산출부; 및 상기 전압값을 소정 구간별 평균을 적용하여 정규값으로 정규화하는 정규화 처리부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 용접 지그는, 상기 용접 대상물의 적어도 일부분을 지지하는 제 1 지그; 및 상기 용접 대상물의 적어도 다른 일부분을 지지하는 제 2 지그;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 용접 지그 하부에 형성되는 하부 지그와 상기 용접 지그가 절연될 수 있도록 상기 용접 지그 하부에 형성되는 절연부;를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 용접 모니터링 방법은, 용접 대상물에 전류를 전달할 수 있도록 도체로 형성되는 용접 지그에 상기 용접 대상물을 설치하는 준비 단계; 전원 공급부를 통하여 상기 용접 지그에 미세전류를 인가하는 전류 인가 단계; 상기 용접 대상물을 용접하는 용접 단계; 상기 용접 지그에 연결되어 형성되는 측정 장치를 통하여 상기 용접 대상물의 실시간 저항을 측정하는 측정 단계; 및 상기 측정 장치에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 제어부에서 전압값의 변화를 산출하고, 상기 전압값의 변화를 비교하여 용접 불량을 판단하는 판단 단계; 를 포함하고, 상기 판단 단계는, 용접 시작시의 전압값을 기준으로 용접 종료시의 전압 감소율이 60% 미만인지 여부로부터 용접 양호 또는 용접 불량을 판단하는 제 1 판별 단계; 및 상기 제 1 판별 단계에서 용접 양호로 판단되는 경우에는, 전압 증가율의 변화가 2번 이상 양수에서 음수 혹은 음수에서 양수로 변화되었는지 여부를 판단하여 용접 양호 또는 용접 불량을 추가로 판단하는 제 2 판별 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 판별 단계 이전에 상기 제어부에 형성되는 산출부에서 상기 측정 장치에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 전압값의 변화를 산출하는 산출 단계; 및 상기 제어부에 형성되는 정규화 처리부에서 상기 전압값을 소정 구간별 평균을 적용하여 정규값으로 정규화하는 정규화 처리 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 판단 단계는 미리 설정해둔 일정 구간 또는 일정 시간을 기준으로 반복적으로 진행될 수 있다.
본 발명에 따른 용접 모니터링 장치 및 방법에 의하면, 용접 대상물이 가지는 저항값을 측정하여 용접부의 품질을 실시간으로 판단할 수 있으며, 비파괴 검사가 가능하여 별도의 인장시험이나 분리시험과 같은 파괴시험의 필요성이 감소하고, 레이저 접합을 위하여 기존에 사용하던 지그의 간단한 개조를 통하여 활용이 가능하고, 생산성 및 공정 관리가 용이하고, 용접 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 모니터링 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 도 1의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 용접 모니터링 장치의 제어부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 모니터링 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 정규화 처리 단계를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 판별 단계를 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2 판별 단계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
용접 방법은 하나의 용접 대상물과 이와는 다른 용접 대상물의 적어도 일부를 서로 겹치도록 배치한다. 여기서, 용접 대상물와 다른 용접 대상물가 서로 겹치는 영역은 용접 조건에 따라 상기 영역이 넓어지거나 좁아질 수 있다. 용접 대상물와 다른 용접 대상물가 용접이 가능한 범위 내에서 서로 겹치지 않고 이격되어 배치할 수도 있으며, 서로 접하게 배치될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 모니터링 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 도 1의 단면을 나타내는 단면도이고, 도 3은 용접 모니터링 장치의 제어부를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 모니터링 장치는 크게 용접 지그(10), 전원 공급부(20), 측정 장치(40), 제어부(50) 및 절연부(60)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용접 지그(10)는 용접 대상물(1)을 지지하고, 용접 대상물(1)에 전류를 전달할 수 있도록 도체로 형성될 수 있다.
용접 대상물(1)은 제 1 모재(1-1) 및 제 2 모재(1-2)를 포함할 수 있다. 제 1 모재(1-1) 및 제 2 모재(1-2)는 이차 전지의 전극에 사용되는 알루미늄 및 구리를 포함할 수 있다.
용접 지그(10)는 용접 대상물(1)의 적어도 일부분을 지지하는 제 1 지그(11) 및 용접 대상물(1)의 적어도 다른 일부분을 지지하는 제 2 지그(12)를 포함할 수 있다.
예컨대, 제 1 지그(11) 및 제 2 지그(12)는 소정간격 이격되어, 제 1 지그(11)는 제 1 모재(1-1)를 지지하고, 제 2 지그(12)는 제 2 모재(1-2)를 지지하도록 형성될 수 있다.
제 1 지그(11) 및 제 2 지그(12)는 후술될 전원 공급부에 각각 연결되어, 미세전류가 제 1 지그(11) 및 제 2 지그(12)에 인가될 수 있으며, 제 1 지그(11) 및 제 2 지그(12)의 상부에 지지되고 있는 용접 대상물(1)을 통하여 미세전류가 흐를 수 있다.
제 1 지그(11) 및 제 2 지그(12)가 도체로 형성되고, 전기적 통전이 용접 대상물(1)을 통하여만 통전되어, 용접 대상물(1)의 실시간 전압 또는 저항 측정이 가능할 수 있다.
용접 지그(10)는 용접 대상물(1)을 상부에서 하부로 가압하여 고정하는 방식일 수 있다. 예컨대, 제 1 지그(11) 및 제 2 지그(12)의 상부에 제 1 모재(1-1) 및 제 2 모재(1-2)가 지지되며, 제 1 지그(11) 및 제 2 지그(12)의 상부의 고정장치가 제 1 모재(1-1) 및 제 2 모재(1-2)를 소정 압력으로 가압하며 고정시킬 수 있다.
절연부(60)는 용접 지그(10) 하부에 형성되는 하부 지그(B)와 용접 지그(10)가 절연될 수 있도록 용접 지그(10) 하부에 형성될 수 있다.
하부 지그(B)는 종래의 용접 지그이며, 종래의 용접 지그인 하부 지그(B)에 절연부(60)의 형성으로 설치가 가능하여, 기존 제품에 추가 결합으로 활용이 가능할 수 있다.
전원 공급부(20)는 용접 지그(10)에 미세전류를 인가할 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(20)는 용접 지그(10)의 서로 이격된 제 1 지그(1-1) 및 제 2 지그(1-2)에 각각 연결되어 용접 대상물(1)의 동저항을 측정할 수 있는 수준의 미세전류를 인가할 수 있다.
용접 장치(미도시)는 레이저 용접 장치를 포함하고, 용접 대상부(1)의 용접 구간을 따라 이동하면서 레이저 발진기에서 출력되는 레이저빔을 용접 대상부(1)에 조사할 수 있다.
구체적으로, 상기 레이저 용접 장치는 발진기에서 출력된 광 에너지를 광 케이블을 통해 초점 렌즈가 있는 광학계(가공헤드)까지 이동 시켜 상기 광 에너지를 용접 대상물에 집속하여 용융 용접하는 방법이다. 이때, 레이저 용접 품질에 따라서 동저항의 값의 변화가 발생할 수 있다.
측정 장치(40)는 용접 대상물(1)의 실시간 저항을 측정할 수 있도록 용접 지그(10)에 연결되어 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 측정 장치(40)는 용접 지그(10)의 서로 이격된 제 1 지그(1-1) 및 제 2 지그(1-2)에 각각 연결되어 용접 대상물(1)의 동저항(dynamic resistance)을 측정할 수 있다.
용접 대상물(1)은 전원 공급부(40)을 통해 전원을 공급받으며, 이때 측정 장치(40)는 용접 대상물(1)의 용접이 진행되는 시간에 따른 용접 대상물(1)의 저항 값을 실시간으로 직접 측정할 수 있다.
이를 위해 전기적 통전이 용접 대상물(1)에만 흐를 수 있도록 용접 지그(10), 전원 공급부(20) 및 측정 장치(40)가 배치되어, 정확한 용접 대상물(1)의 실시간 저항값인 동저항을 측정할 수 있다.
제어부(50)는 측정 장치(40)에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 전압값의 변화를 산출하고, 전압값의 변화를 비교하여 용접 불량을 판단할 수 있다.
구체적으로, 전원 공급부(20)에서 고정된 값의 직류 전류를 인가하였을 때, 측정 장치(40)에서 측정된 실시간 전압값은 저항과 비례관계이기 때문에 상기 전압값으로 용접부의 불량을 판단할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(50)는 파형 산출부(51), 정규화 처리부(52), 제 1 판별부(53) 및 제 2 판별부(54)를 포함할 수 있다.
파형 산출부(51)는 전압값의 이동 평균값을 주기적으로 산출할 수 있다.
구체적으로, 측정 장치(40)에 의하여 측정된 용접 전압 및 용접 전류의 주기적인 평균값을 산출하는 것으로, 예컨대, 도 5a와 같이 전압의 측정 주기가 10000Hz인 경우, 초당 10000회의 전압 데이터가 10초간 수집되게 된다. 이렇게 수집된 데이터에 대해서 파형 산출부(51)를 통해 이동 평균(moving average) 값으로 변환하여 도 5b와 같이 소정의 개수, 예를 들어 총 500개의 이동 평균값을 산출할 수 있다. 이동 평균이란 수의 집합에서 특정 크기의 부분 집합을 연속적으로 이동하며 산출한 평균값이다.
파형 산출부(51)의 이동 평균값은 용접 대상물(1)의 종류, 크기, 용접 속도, 용접 시간 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
정규화 처리부(52)는 상기 전압값을 소정 구간별 평균을 적용하여 정규값으로 정규화할 수 있다.
구체적으로, 용접 진행시 초기 전압값, 즉, 용접 전의 전압값은 용접이 진행됨에 따라 접촉면적의 변화로 인하여 일정하지 않을 수 있다. 이에 따라, 정규화 처리부(52)에서는 용접값을 정규화하여, 도 5c와 같이 정규화 그래프를 얻을 수 있다.
예컨대, 정규화 처리부(52)는 용접이 시작되기 전 산출 된 100개의 이동평균 값의 평균으로, 용접이 시작된 후 측정된 이동평균 값을 나누어 정규화 전압값을 산출하여 그래프를 그릴수 있다.
제 1 판별부(53)는 용접 시작시의 전압값을 기준으로 용접 종료시의 전압 감소율이 60% 미만으로 전압값이 감소할 경우, 용접 불량으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 제 1 판별부(53)는 용접이 시작되는 시작과 용접이 끝나는 마지막의 전압값으로 감소율을 산출하여 전압 감소율이 60% 미만인 경우 용접 불량으로 판단하고, 60% 이상인 경우 용접 양호로 1차 판단을 할 수 있다.
예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같이, 용접이 시작되는 시작점은 정규화된 용접값을 기준으로 1이고, 증가하다 급감하여 용접이 끝나는 마지막점은 약 0.74로, 전압 감소율은 23.7%로 나타났다. 이에 따라, 전압 감소율이 60% 미만으로 용접 불량으로 판단할 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 용접이 시작되는 시작점은 정규화된 용접값을 기준으로 1이고, 이후 감소하여 용접이 끝나는 마지막점은 약 0.61로, 전압 감소율은 39%로 나타났다. 이에 따라, 전압 감소율이 60% 미만으로 용접 불량으로 판단할 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 용접이 시작되는 시작점은 정규화된 용접값을 기준으로 1이고, 증가후 감소하여 용접이 끝나는 마지막점은 약 0.31로, 전압 감소율은 69%로 나타났다. 이에 따라, 전압 감소율이 60% 이상으로 1차 판별에서는 용접 양호로 판단할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 용접이 시작되는 시작점은 정규화된 용접값을 기준으로 1이고, 증가후 일부 증감을 반복하다 감소하여 용접이 끝나는 마지막점은 약 0.30로, 전압 감소율은 70.4%로 나타났다. 이에 따라, 전압 감소율이 60% 이상으로 1차 판별에서는 용접 양호로 판단할 수 있다.
제 2 판별부(54)는 전압 증가율의 변화가 2번 이상 양수에서 음수로 변화될 경우, 용접 중 결함이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
제 2 판별부(54)는 정규화된 용접값-시간 그래프에서 기울기가 +에서 -로 변화하는 구간을 검출하여 2차 판단을 할 수 있다.
구체적으로, 정규화된 용접값-시간 그래프에서 용접 시간에 따라 정규화 용접값이 증가하면 기울기는 +값으로 나타나고, 용접 시간에 따라 정규화 용접값이 감소하면 기울기는 -값으로 나타난다.
이러한 특징을 이용하여, 제 2 판별부(54)는 시간에 따라 용접값이 증가하다 감소하는 변화 구간이 2번 이상 발생되면 용접 중 결함이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
예컨대, 도 7a에 도시된 바와 같이, 용접이 시작되는 시작점은 정규화된 용접값을 기준으로 1이고, 지속적으로 증가후 감소하여 용접이 끝나는 마지막까지 기울기가 +값에서 -값으로 변화된 구간이 1번 나타나, 2차 판별에서는 용접 양호로 판단할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 용접이 시작되는 시작점은 정규화된 용접값을 기준으로 1이고, 증가후 일부 증감을 반복하는 것으로 용접이 끝나는 마지막까지 기울기가 +값에서 -값으로 변화된 구간이 총 2번 나타나, 2차 판별에서는 용접 불량으로 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 용접 모니터링 장치는, 용접 불량에 대한 정보가 표시되고 실시간의 용접 변화를 디스플레이시키는 표시부, 용접 지그(10) 및 용접 대상물(1)의 온도를 조절하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 모니터링 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5a 내지 도 5c는 정규화 처리 단계(S52)를 나타내는 그래프이고, 도 6a 및 도 6b는 제 1 판별 단계(S53)를 나타내는 그래프이고, 도 7a 및 도 7b는 제 2 판별 단계(S54)를 나타내는 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 모니터링 방법은, 준비 단계(S10), 전류 인가 단계(S20), 용접 단계(S30), 측정 단계(S40) 및 판단 단계(S50)를 포함할 수 있다.
준비 단계(S10)는 용접 대상물(1)에 전류를 전달할 수 있도록 도체로 형성되는 용접 지그(10)에 용접 대상물(1)을 설치하는 단계이다.
준비 단계(S10)는 제 1 모재(1-1) 및 제 2 모재(1-2)가 용접될 구간이 접하거나 맞대어질 수 있도록 각각 제 1 지그(11) 및 제 2 지그(12)에 지지되고, 용접 지그(10) 상부의 고정장치로 가압되어 고정되는 단계이다.
이때, 준비 단계(S10)는 기존의 용접 지그인 하부 지그(B)에 절연부(60)를 형성하고, 절연부(60)의 상부에 용접 지그(10)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
전류 인가 단계(S20)는 전원 공급부(20)를 통하여 용접 지그(10)에 미세전류를 인가하는 단계이다.
전류 인가 단계(S20)는 전원 공급부(20)가 서로 이격된 제 1 지그(1-1) 및 제 2 지그(1-2)에 각각 연결되어 제어부(50)에서 미리 입력된 용접 대상물(1)의 동저항을 측정할 수 있는 수준의 미세전류를 인가하는 단계이다.
용접 단계(S30)는 용접 대상물(1)을 용접하는 단계이다.
측정 단계(S40)는 용접 지그(10)에 연결되어 형성되는 측정 장치(40)를 통하여 용접 대상물(1)의 실시간 저항을 측정하는 단계이다.
측정 단계(S40)는 전원 공급부(20)에서 미리 입력된 용접 대상물(1)의 동저항을 측정할 수 있는 수준의 미세전류가 제 1 지그(1-1) 및 제 2 지그(1-2)에 인가되면, 제 1 지그(1-1) 및 제 2 지그(1-2) 사이에 고정된 용접 대상물(1)을 통하여 연통되어 용접 대상물(1)의 실시간 저항을 측정할 수 있다.
판단 단계(S50)는 측정 장치(40)에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 제어부(50)에서 전압값의 변화를 산출하고, 상기 전압값의 변화를 비교하여 용접 불량을 판단하는 단계이다.
이때, 판단 단계(S50)는 파형 산출 단계(S51), 정규화 처리 단계(S52), 제 1 판별 단계(S53) 및 제 2 판별 단계(S54)를 포함할 수 있다.
파형 산출 단계(S51)는 제어부(50)에 형성된 파형 산출부(51)에서 측정 전압값의 이동 평균값을 주기적으로 산출하는 단계로서, 파형을 일으키며 수집되는 데이터를 파형을 제외한 평균값의 선형 그래프로 산출하는 단계이다.
예컨대, 전압이 10000Hz로 측정된 경우 초당 10000회의 전압 데이터가 수집되고, 이를 그래프로 나타내면 도 5a에 도시된 바와 같이 수많은 파장이 포함된 그래프로 나타날 수 있다.
이때, 파형 산출 단계(S51)는 일정 시간마다 직전의 소정 구간의 데이터 평균값을 계산하고 이를 연결하여 파형의 평균값으로 연결된 그래프로 나타낼 수 있다. 예컨대, 도 5b에 도시된 바와 같이, 이동평균값을 500으로 설정할 경우, 500개의 주기적인 평균값을 산출할 수 있으며, 도 5a에서 나타난 파형의 그래프가 도 5b에 나타난 파형이 제거된 그래프로 나타날 수 있다.
정규화 처리 단계(S52)는 제어부(50)에 형성된 정규화 처리부(52)에서 상기 전압값을 소정 구간별 평균을 적용하여 정규값으로 정규화하는 단계로서, 용접 전의 전압값은 용접이 진행됨에 따라 접촉면적의 변화로 인하여 전압값의 증감이 일정하도록 보정하는 단계이다.
이때, 파형 산출 단계(S51)는 일정 시간마다 직전의 소정 구간의 데이터 평균값을 계산하고 이를 연결하여 파형의 평균값으로 연결된 그래프로 나타낼 수 있다.
예컨대, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바왁 같이, 이동평균값으로 평균화된 파형의 그래프가 시작점이 1을 기준으로 용접 대상물(1)에 인가되는 시간에 따른 전압값의 그래프로 나타낼 수 있다.
제 1 판별 단계(S53)는 용접 시작시의 전압값을 기준으로 용접 종료시의 전압 감소율이 60% 미만으로 전압값이 감소할 경우, 제 1 판별부(53)에서 용접 불량으로 판단하는 단계이다.
구체적으로, 제 1 판별 단계(S53)는 제어부(50)에 형성되는 제 1 판별부(53)에서 용접 시작의 전압값과 용접 마지막의 전압값을 비교하여 전압 감소율이 60% 미만인 경우 용접 불량으로 판단하고, 60% 이상인 경우 용접 양호로 판단하는 단계이다.
예컨대, 도 6a는 1100W의 전류를 인가하고, 도 6b는 1150W의 전류를 인가하여, 10초 동안의 용접을 진행하고, 이동 평균값은 500으로 하여 용접값을 정규화 처리하였다. 이때, 전압 감소율은 도 6a에서는 23.7%로 나타나고, 도 6b는 39%로 산출되어 용접 불량으로 판단될 수 있다.
도 6a에서의 용접 사진에서는 전구간이 용접이 불량이고, 도 6b에서의 용접 사진에서는 일부 부분 용접 양호하나 나머지 구간이 모두 용접이 불량으로 나타나, 제 1 판별 단계(S53)에서 용접 불량으로 판단된 바와 동일하다.
도 7a는 1200W의 전류를 인가하고, 도 7b는 1300W의 전류를 인가하여, 10초 동안의 용접을 진행하고, 이동 평균값은 500으로 하여 용접값을 정규화 처리하였다. 이때, 전압 감소율은 도 7a에서는 69.1%로 나타나고, 도 7b는 70.4%로 산출되어 1차 판별에서는 용접 양호로 판단될 수 있다.
도 7a에서의 용접 사진에서는 전구간이 용접이 양호하고, 도 7b에서는 일부 부분 용접 불량이나 나머지 구간이 모두 용접이 양호로 나타나, 제 1 판별 단계(S53)에서 용접 양호로 판단된 바와 동일하다.
이와 같이, 제 1 판별 단계(S51)에서 정규화 용접값-시간 그래프의 시작과 종료시의 전압 감소율이 60% 미만일 경우 용접이 불량하다고 판단할 수 있다.
제 2 판별 단계(S54)는 전압 증가율의 변화가 2번 이상 양수에서 음수로 변화될 경우, 제 2 판별부(54)에서 용접 중 결함이 발생된 것으로 판단하는 단계이다.
구체적으로, 제 2 판별 단계(S54)는 제어부(50)에 형성되는 제 2 판별부(54)에서 정규화된 용접값-시간 그래프의 기울기가 +에서 -로 변화하는 구간이 2번 이상 발생되면 용접 중 결함이 발생된 것으로 2차 판단을 하는 단계이다.
예컨대, 도 7a 및 도 7b는 전압 감소율이 60% 이상으로 나타나 1차 판별에서는 용접 양호로 판단되었다. 이에 따라, 제 2 판별 단계(S54)에서 정규화 용접값-시간 그래프 기울기의 변화를 판단할 수 있다.
도 7a는 전규화 용접값이 1.2 까지 상승후 하락하여 기울기가 변화된 구간이 1번 나타나 2차 판별에서는 용접 양호로 판단될 수 있으며, 용접 사진에서는 전구간이 용접이 양호하게 나타났다.
도 7b는 정규화 용접값이 1.1 까지 상승후 하락하다가 다시 1.3 까지 상승후 하락하여 기울기가 변화된 구간이 2번 나타나 2차 판별에서는 용접 불량으로 판단될 수 있으며, 용접 사진에서는 일부 구간의 용접이 불량하게 나타났다.
이와 같이, 제 2 판별 단계(S54)에서 정규화 용접값-시간 그래프의 기울기가 변화하는 구간이 2번 이상 발생할 경우 용접중 일부 구간의 용접이 불량하다고 판단할 수 있다.
용접이 진행되는 동안, 판단 단계(S50)는 미리 설정해둔 일정 구간 또는 일정 시간에서 반복적으로 진행될 수 있다.
예컨대, 전체 용접 구간 중에 미리 설정된 제 1 구간에서 파형 산출 단계(S51), 정규화 처리 단계(S52), 제 1 판별 단계(S53) 및 제 2 판별 단계(S54)를 진행하여 용접 품질을 모니터링하고, 다음 구간인 제 2 구간에서 다시 파형 산출 단계(S51), 정규화 처리 단계(S52), 제 1 판별 단계(S53) 및 제 2 판별 단계(S54)를 진행하여 상기 제 2 구간의 용접 품질을 모니터링할 수 있다.
상기 일정 구간 또는 상기 일정 시간에서 반복적으로 용접 품질을 모니터링 함으로써 전체 용접 품질을 판단할 수 있으며, 중간 구간에 용접 불량이 발생할 경우 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 용접 모니터링 방법은 준비 단계(S10), 전류 인가 단계(S20), 용접 단계(S30), 측정 단계(S40), 제 1 판별 단계(S53) 및 제 2 판별 단계(S54)를 포함할 수 있다. 즉, 판단 단계(S50)는 파형 산출 단계(S51) 및 정규화 처리 단계(S52)를 거치지 않고 제 1 판별 단계(S53) 및 제 2 판별 단계(S54)로 용접 품질을 판별할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 모니터링 시스템을 나타내는 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 용접부에서 용접이 시작되면, 측정 장치에서 측정된 전압값의 전압 감소율을 제 1 판별부에서 판단하여 60% 미만일 경우 용접 불량으로 판단하고, 60% 이상일 경우 제 2 판별부에서 그래프의 기울기 변화를 판단할 수 있다.
제 2 판별부에서 그래프의 기울기 변화가 2개 이상일 경우 용접 불량으로 판단하고, 2개 미만일 경우 용접 양호로 판단할 수 있다.
상술한 바와 같은 용접 모니터링 시스템을 통하여, 용접부의 품질을 실시간으로 비파괴 검사가 가능할 수 있다.
따라서, 본 발명의 여러 실시예들에 따르면 접합된 전극, 즉, 용접될 용접 대상물이 가지는 저항값을 측정하여 용접부의 품질을 실시간으로 판단할 수 있으며, 비파괴 검사가 가능하여 별도의 인장시험이나 분리시험과 같은 파괴시험의 필요성이 감소하고, 레이저 접합을 위하여 사용하는 지그의 간단한 개조를 통하여 활용이 가능하고, 생산성 및 공정 관리가 용이한 용접 모니터링 장치 및 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 : 용접 대상물
1-1 : 제 1 용접 모재
1-2: 제 2 용접 모재
10 : 용접 지그
11 : 제 1 지그
12 : 제 2 지그
20 : 전원 공급부
40 : 측정 장치
50 : 제어부
51 : 파형 산출부
52 : 정규화 처리부
53 : 제 1 판별부
54 : 제 2 판별부
60 : 절연부

Claims (7)

  1. 용접 대상물을 지지하고, 상기 용접 대상물에 전류를 전달할 수 있도록 도체로 형성되는 용접 지그;
    상기 용접 지그에 미세전류를 인가하는 전원 공급부;
    상기 용접 대상물의 실시간 저항을 측정할 수 있도록 상기 용접 지그에 연결되어 형성되는 측정 장치; 및
    상기 측정 장치에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 전압값의 변화를 산출하고, 상기 전압값의 변화를 비교하여 용접 불량을 판단하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    용접 시작시의 전압값을 기준으로 용접 종료시의 전압 감소율이 60% 미만으로 전압값이 감소할 경우, 용접 불량으로 판단하는 제 1 판별부; 및
    전압 증가율의 변화가 2번 이상 양수에서 음수로 변화될 경우, 용접 중 결함이 발생된 것으로 판단하는 제 2 판별부;
    를 포함하는, 용접 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압값의 이동 평균값을 주기적으로 산출하는 파형 산출부; 및
    상기 전압값을 소정 구간별 평균을 적용하여 정규값으로 정규화하는 정규화 처리부;
    를 포함하는, 용접 모니터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 지그는,
    상기 용접 대상물의 적어도 일부분을 지지하는 제 1 지그; 및
    상기 용접 대상물의 적어도 다른 일부분을 지지하는 제 2 지그;
    를 포함하는, 용접 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 지그 하부에 형성되는 하부 지그와 상기 용접 지그가 절연될 수 있도록 상기 용접 지그 하부에 형성되는 절연부;
    를 포함하는, 용접 모니터링 장치.
  5. 용접 대상물에 전류를 전달할 수 있도록 도체로 형성되는 용접 지그에 상기 용접 대상물을 설치하는 준비 단계;
    전원 공급부를 통하여 상기 용접 지그에 미세전류를 인가하는 전류 인가 단계;
    상기 용접 대상물을 용접하는 용접 단계;
    상기 용접 지그에 연결되어 형성되는 측정 장치를 통하여 상기 용접 대상물의 실시간 저항을 측정하는 측정 단계; 및
    상기 측정 장치에서 측정된 실시간 저항값을 통하여 제어부에서 전압값의 변화를 산출하고, 상기 전압값의 변화를 비교하여 용접 불량을 판단하는 판단 단계;
    를 포함하고,
    상기 판단 단계는,
    용접 시작시의 전압값을 기준으로 용접 종료시의 전압 감소율이 60% 미만인지 여부로부터 용접 양호 또는 용접 불량을 판단하는 제 1 판별 단계; 및
    상기 제 1 판별 단계에서 용접 양호로 판단되는 경우에는, 전압 증가율의 변화가 2번 이상 양수에서 음수 혹은 음수에서 양수로 변화되었는지 여부를 판단하여 용접 양호 또는 용접 불량을 추가로 판단하는 제 2 판별 단계;
    를 포함하는, 용접 모니터링 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 판별 단계 이전에
    상기 제어부에 형성된 파형 산출부에서 상기 전압값의 이동 평균값을 주기적으로 산출하는 파형 산출 단계; 및
    상기 제어부에 형성된 정규화 처리부에서 상기 전압값을 소정 구간별 평균을 적용하여 정규값으로 정규화하는 정규화 처리 단계;
    를 포함하는, 용접 모니터링 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    판단 단계(S50)는 미리 설정해둔 일정 구간 또는 일정 시간을 기준으로 반복적으로 진행되는, 용접 모니터링 방법.
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