NI CompactRIO를 활용한 용접 전류 모니터링

솔루션 요약

SPOT GUN 용접 시, 용접불량으로 인한 문제를 해결하기 위해 해당 SPOT GUN의 TIP  드레싱 부하전류 및 용접전류, 전압 데이터를 수집 및 분석하여 용접불량 여부를 판단고자 하였다.

서론

Spot 용접은 저항용접의 일종으로 압력을 가한 상태에서 도체에 큰 전류를 흘려주어 금속끼리의 접촉면에서 생기는 접촉저항과 금속의 고유저항에 의하여 열을 얻고, 이로 인하여 금속이 가열 또는 용융하면 가해진 압력에 의하여 접합이 이루어 지는 용접 공법이다.

Spot 용접 즉, 저항용접(저항발열)의 원리는 저항을 가진 금속에 전류가 흐를 때 발생하는 열량 즉 저항열(Q)에 의해 생기며 발열량이 전류의 제곱(Q=I²R)에 직접 비례한다는 것에 착안하여 용접전류와 전압, 용접시간을 NI CompactRIO를 통해 수집하고 분석한 뒤, 미리 설정된 용접 전류, 전압, 시간, 발열량, 저항값과 비교하여 용접불량을 판별한다.

본론

(1) 시스템 구성도

(2) Main GUI (터치패널)

(3)    메인 블록다이어그램

       1) FPGA 알고리즘

            ①  FPGA 블록다이어그램

수십 KHz의 용접 신호 측정 및 독립적인 Tip Dressing 신호의 측정이 필요하였다.
우리는 FPGA 기반으로 제공되는 40MHz 클럭을 활용하여 알고리즘을 구현할 수 있었다.

             ② 용접 신호 감지 및 수집 알고리즘

용접 신호 및 용접 통전 횟수를 자동으로 감지할 수 있는 알고리즘을 구성하였으며,
측정된 용접 신호를 CompactRIO 컨트롤러(RT Target)로 전달하게 된다.

        2) Real-Time 알고리즘

             ① Tip Dressing 블록다이어그램

FPGA에서 측정된 Tip Dressing 신호를 업데이트하여 OK/NG 연산을 수행한다.

             ② Welding 블록다이어그램

 FPGA를 통해 측정된 용접 신호를 업데이트하여 통전 시간 및 용접전류, 전압, 저항, 열량 값으로 연산을 한다. 
용접 신호를 전류 값으로 연산하기 위해 LabVIEW에서 제공되는 Mathematics 함수를 사용하였다.

            ③ Modbus 블록다이어그램

CompactRIO에서 연산된 결과값 및 각종 파라메터는 Modbus를 통해 Touch Panel과 통신한다.

결론

Spot 용접불량에 따른 시간적 경제적 손실을 예방하고, 용접품질을 높일 수 있는 해결책이며, 기존 타 용접모니터링 시스템과 비교하여, 정확도와 처리능력이 우수하다.

부연 설명 

■ 시스템 구성도와 간단한 설명 및 관련 이미지

■ 사용된 NI 제품 또는 타사 제품 기술

: NI CompactRIO 9075, NI 9239, NI 9742, NI 9421, LabVIEW, Real-Time Module, FPGA Module

필자 정보:

강 재우
인터맥
South Korea