마이크로 레이저 빔 용접의 진공 제어 시스템을 위한 압력 조절 솔루션

1. 비례 압력 조절기 소개
마이크로 레이저 빔 용접(LBW), 또는 마이크로 용접이라고도 불리는 이 기술은 매우 작은 직경의 레이저 빔을 투사하여 미세한 용접부를 생성함으로써 서로 다른 금속을 융합하는 기술입니다. 최근 한 고객이 마이크로 레이저 빔 용접 시스템의 정밀한 압력 제어를 위한 맞춤형 진공 제어 시스템을 요청했습니다. 구체적인 요구 사항은 용접 챔버에 불활성 가스를 채우고, 용접 챔버 내부의 절대 압력을 10Pa에서 1기압(0.1MPa) 범위의 진공도 내에서 정밀하고 일정하게 유지하는 것입니다. 또한, 모든 제어 지점에서의 압력 변동률은 ±1% 미만이어야 합니다.


본 논문에서는 마이크로 레이저 빔 용접 진공 제어 시스템의 압력 조절과 관련하여 상기 고객의 기술 요구사항에 대한 해결책을 제시합니다. 구체적인 구현 방안은 다양한 측정 범위의 진공 게이지, Kao Lu사의 입구 비례 압력 조절기, 출구 전동 볼 밸브 및 듀얼 채널 고정밀 PID 컨트롤러를 장착하고, 각 진공 범위에 대해 상류 및 하류 제어 모드를 채택하여 전체 진공 범위 내에서 일정한 압력 조절이 가능하도록 하는 것입니다. 이 솔루션을 통해 전체 진공 범위에서 모든 설정값에 대해 ±1% 미만의 변동률로 일정한 진공 제어가 가능합니다.


2. 비례 압력 조절기 솔루션
마이크로 레이저 빔 용접에 필요한 공기압 조정 범위(절대 압력)는 10Pa~0.1MPa의 진공도이므로, 전체 범위에서 진공도의 변동률을 ±1% 미만으로 자유롭게 설정할 수 있으며, 용접 공정에서 공기압 변동으로 인한 압력 변화도 신속하게 조정하고 안정화할 수 있습니다. 따라서 본 솔루션은 두 개의 제어 루프를 사용하여 전체 범위를 커버합니다.

첫 번째 제어 루프는 1kPa~101kPa 범위의 고압을 제어하는 역할을 하며, 1000Torr 범위의 필름 정전 용량식 진공 게이지를 센서로 사용합니다. 이 진공 게이지는 PID 컨트롤러의 첫 번째 채널에 연결되어 있습니다. PID 컨트롤러는 수신된 진공 신호를 설정값과 비교하여 비례 압력 조절기를 조정함으로써 용접 챔버 내부의 압력이 설정값에 빠르게 도달하고 일정하게 유지되도록 합니다. 두 번째 제어 루프는 10Pa~1kPa 범위의 저압을 제어하는 역할을 하며, 10Torr 범위의 필름 정전 용량식 진공 게이지를 센서로 사용합니다.

진공 게이지는 PID 컨트롤러의 두 번째 채널에 연결되어 있습니다. PID 컨트롤러는 수신된 진공 신호를 설정값과 비교하여 비례 압력 조절기를 조정함으로써 용접 챔버 내부의 공기압이 설정값에 빠르게 도달하고 일정하게 유지되도록 합니다.

제어 정확성과 안정성을 확보하기 위해, 이 솔루션은 1초 이내의 응답 속도를 가진 비례 압력 조절기와 24비트 AD 및 16비트 DA의 고정밀도를 갖춘 듀얼 채널 PID 컨트롤러를 필요로 합니다. 이 솔루션은 이미 널리 성공적으로 사용되고 있습니다.


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