KR0153361B1 - 기계 및 이와 연결된 구동장치요소를 가지는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계(1)나 기계구성부품(이하 하중이라 칭한다) 및 하중의 위치를 잡아주기 위하여 이와 연결된 구동장치요소(2, 3;28)를 가지는 장치에 관한 것으로 이때 구동장치요소(2,3;8)의 최대 위치 조절 속도는 하중 구조의 고유 진동수에 의하여 제한되어 있다.

Description

기계 및 이와 연결된 구동장치요소를 가지는 장치

제1도는 두 개의 프렉시블 카플링소자들(연체)과 결합된 구동장치요소를 가지는 자수 프레임(embroidery hoop)의 약도이다.

제2a도 및 2b도는 각각 연체가 없을 때 (제2a도) 및 있을 때(제2b도)의 제1도에서 보인 자수 프레임의 진폭 스펙트럼도.

제3a도 및 제3b도는 제1도에 보인 연체가 없을 때 (제3a도)와 있을 때 (제3b도)의 일차 고유주파수의 경우 나타난 고유진동형태도.

제4도는 제1도에 보인 실시예의 제어체인(chain)의 신호흐름 계획도.

제5도는 제1도에 보인 자수프레임을 포함한 제어회로의 제어범위에로의 신호흐름도.

제6도는 또 다른 실시예의 신호흐름도이며, 이때 유연성은 대응 조절기를 가진 서보모터에 의해서 이루어진다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2, 3 : 구동장치요소 4, 5 : 모터축

6, 7 : 탄성의 결합요소 가요성부(연체)

8, 9 :구동축 10-14 : 풀리

15, 16 : 제어 또는 조절장치 17 : 완충

18 : 케블 19 : 위치조절기

20 : PID-조절기 22 : 제어범위

22' : 조정범위 23 : 피드백

24 : 기준 또는 실제값-비교기 26, 27 : 전달유닛트

28 : 서보모터 29 : 위치조절기

30 : P-조절기 31 : 기준검출기

32 : 완충 33 : 제어범위

34 : 귀환로 35 : 모터축

f_S: 하중구조의 고유주파수 f_E: 단일-질량-진동자의 고유주파수

본 발명은 청구범위 제1항의 상위개념 특징에 의하여 기계 또는 기계구성부품(둘다 이하 하중이라 칭한다)을 가지며 그리고 하중의 위치를 잡아주기 위하여 이와 연결된 구동장치요소를 가지는 장치에 관한 것이다.

위치를 잡아줄 하중에 관한 동력학적 특성에 의하여 위치의 정확도 및 이에 따른 또한 자리잡는 속도에 한계가 정해진다. 하중의 구동장치요소는 발생하는 구동모멘트 예를 들면 보다 고회전에는 도달할 수 있다해도 그 이유로 하중은 고유진동 때문에 어느 일정한 한계회전수 이후부터는 요구되는 위치 정확도를 유지할 수 없기 때문에 이것이 적용될 수 없다.

이러한 구동장치요소의 임계 회전수는 자주 하중의 고유진동수와 직접적인 관계가 있다. 부하의 일차 고유형태는 구동 기본진동 또는 기본진동수의 조파나 반 기본 진동수에 의하여 여기(勵起)된다. 일반적으로 대단히 복잡한 진동형태(예, 굽힘진동, 비틀림 진동등)가 발생함으로 이것은 대표할 수 있는 비용을 가지고 규제가 되거나 뛰어넘을 수가 없다.

이러한 경우의 대표적인 예는 대형 다두 자동 자수기의 자수 프레임의 동력학적 거동을 나타낸다.

이러한 종류의 프레임의 일차 고유주파수는 예를 들면 40㎐에서와 같이 비교적 낮은 주파수 범위에 들어 있으며 종방향(Y-방향)에 대하여 횡방향으로의 프레임의 운동(굴곡)에로 되돌아가게 된다.

이러한 굴곡진동체의 해당 고유진동형상은 대단히 복잡하며 자수 그림에 심한 비틀림을 주고 있다. 특히 고유주파수와 고유진동형상은 장소에 따라 다른데 즉 이들은 자수 프레임의 그때그때의 위치에 따른다.

본 발명은 서두에 언급한 유형의 장치를 더 개발을 하여 현존하는 부하 구조의 고유 주파수가 현저하게 증대되어 위치설정의 정확도가 이로 인하여 낮아지지 않고도 구동장치요소들의 위치설정 속도도 또한 커질 수 있는 과제를 기초로 하고 있다.

이러한 과제는 발명에 따라 청구범위 제1항, 2항 또는 4항의 특징으로 하는 부품들의 특징에 의해서 해결된다.

발명의 특히 유리한 또다른 형성들을 종속항들이 명백히 하고 있다.

본 발명은 대체로 구동장치요소의 더 높은 주파수에로의 변위를 위하여 하중구조의 고유주파수를 탄성체의 카풀링 요소를 거치는 하중과 연결시키는 착상에 기인한다(이하 또 연체라 칭한다).

하중 구조의 주파수 변위는 이 경우 물론 일반적으로 구동장치요소의 작동범위(회전수범위)내에 추가된 고유진동을 가져오며, 그러나 이 고유 진동은 간단한 방식으로 전체 시스템에 걸치는 조절기에 의하여 조절이 되거나 구동장치요소의 상응하는 조정으로 보상이 되게한다.

결국 추가 고유진동은 어떤 주파수 범위에서 발생되고 여기서 고유한 기계적인 하중 구조는 강체로 간주될 수 있으며 부여된 유연성으로 단일-질량-진동자(ein-Massen-Schwinger)를 형성한다.

하중구조의 자리잡기가 다방면으로 이루어져야하는 한 일반적으로 고유 주파수의 각결합(減結合) 이나 하중구조의 고유형태들이 만들어져야 한다.

이는 모든 해당하는 위치를 잡아주는 구동장치가 각 위치 방향에 대한 하중이 하나의 단일-질량-진동자를 형성하도록 각각 연체를 거쳐서 하중과 결합되지 않으면 안된다.

연체를 부여하지 않는 하중구조의 고유진동형상과는 달리 고유주파수와 단일-질량-진동자의 고유진동형태는 위치와 무관하다.

진동하는 자수 프레임의 경우에 있어서 따라서 이것은 고유주파수와 해당 고유형상이 더 이상 프레임 위치 자체와 무관하다는 것을 역시 의미한다.

제안된 해결방안에서 따라서 고도의 동조(同調)시스템 즉 연체와 하중으로 구성된 총합 시스템의 일차 고유주파수는 강체 고유 주파수 유입과 동시에 하중구조의 일차 고유 주파수를 증대시킬 경우 감소된다.

어떤 제어 시스템의 경우 단일-질량-진동자 고유주파수를 감안 한 것은 따라서 다음의 특징을 가진다:

예컨대 자수프레임의 경우 원하는 프레임 운동이 되는 기준치가 단일-질량-진동자(연체와 하중)의 역전달 함수에 의하여 일차 고유주파수(강체진동)에서의 작동이 원하여진 위치조정 거동이 되도록 보정이 된다.

이 경우 일반적으로 여러 가지 잡음은 기계 시스템을 용이하게 이조(離調) 시킬 수 있음으로 단일-질량-진동자의 이상적인 모델은 이 이상 제대로 나타나지 않으며 기준치의 유도를 위한 전달함수는 시험적으로 보정되어야 함에 주의해야 한다.

단일-질량-진동자의 잡음은 주로 강성-, 질량- 그리고 경우에 따라서는 감쇠진동만이 될 수 있다,

강성과 감쇠는 일반적으로 더 나아가 일정하다고 볼 수 있음으로 고유잡음의 경우 질량 변동이 문제가 된다.

이것은 물론 예컨대 자수프레임의 경우 자수 자체에서 나타나지 않고 변화하는 적용예에 의하여 기인하여지고 있다. 상기한 잡음을 고려하기 위하여 작동전에(예를 들면 자수기계의 경우 자수의 시작에)하중은 회전력과 가속도 측정으로 하중의 바로 유효한 대체질량에 일치하며 단일-질량-진동자-모델이 접합하여진다.

본 발명의 또 다른 형성의 경우에 연체와 하중이 조정 대상을 형성함으로 이때 잡음에 의하여 기준치의 필요한 수정 비용의 절감이 가능하다.

모터 축과 하중 간에는 연체로서 예를 들면 토숀스프링, 토숀바 프렉시블 카플링 그러나 역시 해당 탄성풀리 등 등의 것이 배열 가능하다.

탄성적인 결합요소의 강성은 이 경우에 단일-질량-진동자와 거동을 결정하며 모터축의 실제 도달가능한 모멘트 경과에서 하중구조의 가능한한 높은 첫 번째 고유진동수가 유지가 되도록 정해져야 한다.

본 발명의 유리한 또 하나의 구성에서 구동장치로서 해당 위치조정기와 연결된 서보 모터가 사용된다.

이 경우에 서보모터 자체는 연체의 기능을 떠맡으며 그 결과로 별도의 연체의 결합요소가 없어질 수 있다.

연체 구동장치요소의 스프링 상수들은 이 경우에 위치조정기의 P-부분비율에 상당하며 항시 하중구조의 간단한 유형과 방식에 적합하다.

이밖에도 이 경우에 서보구동장치에 대한 동력학적 요구조건은 일반적으로 연결된 별도의 연체를 가지는 모터를 사용할 경우보다 더 적어진다.

또한 이 장치의 경우 단일-질량-진동자의 고유 주파수와 고유진동형상은 하나의 제어회로(특히 또한 가감회로로 형성할 수 있는 것)에 의해서는 물론이고 또한 제어회로에 의하는 것도 고려되어 질 수 있다.

본 발명에 따라 전술한 여러 가지 실시예들은 특히 자수기계에 있어서 유리하게 적용되며 이들의 경우에 자수프레임의 위치조정은 종방향(X-방향)으로는 물론이고 횡방향(Y-방향)으로도 구동장치요소로서의 해당 모터에 의해서 이루어진다. 이 경우에 X-방향 구동에서도 Y-구동방향에서도 고유주파수와(단일-질량-진동자의) 고유형상의 완전한 감결함(憾結含)을 보증하기 위하여 해당하는 연체가 설치된다.

여기서 연체는 그때 그때에 전체의 임계 하중구조전에서 -역시 이 경우에는 구동장치풀리를 가지는 고유자수 프레임전에 배열되어 질 수 있다.

이것은 예컨대 모터와 구동풀리간의 구동 축상에서 일어날 수도 있다.

증속기어장치를 사용하는 경우에 연체는 변속장치 전에도 후에도 배치 가능하다.

본 발명의 보다 상세한 내용과 장점들은 다음의 도면들에 의하여 설명된 실시예에서 나타난다.:

제1도에서 1은 다두자동 자수기의 그 자체가 공지된 자수프레임이며 이것은 모터들(예컨대 서보모터나 스텝모터)들 이 문제가 되는 해당 구동장치요소들(2, 3)에 의해서 X-방향은 물론 Y-방향에로의 위치조정되어 진다. 또한 모터(2, 3)의 모터축들(4, 5)는 본 발명에 따라 예를 들면, 토숀 스프링(6, 7)과 같은 탄성결합요소(연체)를 거쳐서 각각 자수 프레임(1)에 소속된 구동축(8, 9)과 연결이 되고 이들은 다시 그 자체가 공지된 방법으로 풀리(10, 14)에 의해서 자수 프레임(1)을 움직인다.

위치조정 운동의 과정은 제1도에서 다만 개략적으로 보인 제어 및 조절장치(15, 16)만이 제시되어 있다. 이러한 제어나 조절장치들은 이밖에도 연체에 의하여 발생하는 프레임(1)의 고유진동 이나 고유형상의 보다 상세히 아래에 기술된 보상에 사용된다.

제2a도와 2b도에서는 각각 프레임(1)의 진폭 스펙트럼 Y(f)이 제시되어 있으며 여기서는 더 잘보이도록 다만 횡방향(Y-방향)의 위치조정운동 만이 고려되었다(프레임(1)의 X-방향 운동에 관해서는 단일-질량-진동자)에 관한 다음의 관찰이 의의가 있는데 왜냐하면 대응 구동장치(2)는 마찬가지로 연체(6)를 거쳐서 프레임(1)과 연결되어서 프레임 구조의 강체 운동에 대한 고유진동수는 X-와 Y-방향에서 상호간에 감결함(憾結含)이 되어 있기 때문이다). 모터 축(5)을 축(9)과 직접결합 시킬 경우에는 진동하는 프레임구조의 일차 고유주파수(f_S)가 발생하고 이것은 대략 40㎐정도이며 (제2a) 제3a에 보인 프레임의 고유진동 형상(1)으로 된다(프레임(1)의 초기위치는 제3a도와 3b도에 점선으로 표시되어 있다).

모터축(5)와 구동축(9) 사이에 연체(7)을 부가하면 (제1도)프레임 구조의 고유주파수(F_S)는 예컨대 65㎐로 변위한다. (제2b도; 프레임(1)의 이러한 고유주파수에 조속된 고유진동 형상은 재차 제3a도에 상응한다).

그러나 추가로 예를 들면 15㎐에서 고유주파수를 얻으며 이것은 주로 연체(7)와 프레임(1)의 질점에 상당한 단일-질량-진동자의 주파수에 해당된다. 이러한 고유진동수f_E에 상당한 프레임(1)의 고유진동형상이 제3b도에 재차 주어져 있으며 대체로 프레임외 Y-방향 진동만을 나타낸다.

또한 제3a도에 보인 자수 프레임의 고유진동형상과는 달리 모터(3)에 의하여 프레임(1)의 위치조정의 경우에 비교적 간단한 방법으로 보상된다.

이것은 다음에 제4도 내지 제6도의 도움으로 보다 상세히 설명이 된다.

제4도에서 다시 프레임(1)의 Y-방향 위치조정을 위하여 필요한 모터가 3으로 표시되어 있으며(표시된 실시예에서는 서보모터가 문제가됨) 해당하는 모터축을 5로 표시되어 있다. 축(5)는 연체(7)과 감쇠부(17)이 감쇠부는(제어범위의 감쇠를 다시 부여함)에 의하여 질점으로 나타낸 프레임(1)과 연결되어 있다.

모터(3)의 축(5)로부터 도선(18)에 의하여 그 자체가 공지된 방법으로 PID-조절기(20)를 가지는 모터(2)에 소속된 위치조절기로 조절기 귀환이 행해진다. 위치조절기(19)와 목표치 검출기(21)가 연결되어 있으며 이것은 압내크기(목표치)를 발생시키며 이 목표치는 프레임의 원하는 운동을 유도한다.

이것에 대하여 이상적 목표치(의도하는 프레임 운동이 생기는 모터축 운동으로 유도하는 목표치)는 제어범위(22)의 역전달 함수와의 곱셈에 의하여 실제 제어범위(22)가 최종적으로 원하는 운동거동을 보이도록 그렇게 변조된다.

제3b도에 보인 고유진동형상은 이 실시예에서 역시 위치 조절기(19)에 부여된 목표치의 수정에 의해서 보상 된다.

연체(7)에 의하여(제1도) 발생된 하부 고유진동수(f_E)의 보정의 또 다른 가능성을 제5도가 보여준다.

이 때 제어회로가 적용되는데 여기서 제4도에 (22)로 표시한 제어범위 및 모터(3)와 그리고 이에 상당한 위치 조절기(27)가 제어범위(22')로 형성된다.

귀환로(23)를 거쳐서 프레임 운동은 목표치 또는 실제치-비교기(24)에 유도되고 그의 출력부는 조절기(26)과 연결되어서 이 조절기는 서보모터(3)의 목표치 부여를 생성시킨다.

제6도는 최종적으로 본 발명의 또 다른 유리한 실시예를 묘사하며 여기서는 제1도에 (7)로 표시된 별도 연체는 생략이 되고 이의 기능은 서보모터(28)의 위치 조절기(29)에 포함된 P-조절기(30)와 연결하여 (28)로 나타낸 서보모터에 의하여 대신 맡는다.

일차 고유진동형상의 보상(제3b도)은 이때 제4도에 의한 실시예의 경우와 유사하게 목표치의 상응하는 수정에 의해서 행해진다.

이를 위하여는 동시에 목표치 검출기(31)가 설치되며 이것은 서보모터(28)의 위치 조절기(29)와 연결되어 있다.

목표치는 다시금 단일-질량-진동자의 고유주파수 범위내에서 프레임(1)의 역 전달함수, 서보모터(28) 그리고 주어진 경우에는 감쇠(32)를 포함한 제어범위(33)에 의하여 교정이 된다.

모터 축 운동의 귀환부(34)에 의하여 간단한 방법으로 역 전달함수의 그때 그때 실제 부여된 상항에의 적응이 이루어진다.(응답제어)

또한 제5도에 보인 실시예의 경우에 비슷하게 상기한 실시예의 경우에는 프레임(1)이 제어범위에 포함될 수 있다. 이때에 상기한 경우에는 하중 즉, 프레임(1)의 위치는 경우에 따라서는 해당 구동축(9) 및 풀리(12, 14)(제1도)와 더불어 서보모터(26)의 모터축(35)에서 직접 측정된다.

제6도에서 점선으로 표시한 귀환로(34)를 거쳐서 해당 실제치가 여기엔 나타나지 않는 목표치 또는 실제치-비교기에 이송된다.

Claims (6)

1. 구동장치요소(2, 3; 28)의 최대의 위치조절속도가 하중구조의 고유진동에 의하여 제한되어 있는 곳에서 기계(1)나 기계구조부품(이하 하중이라 칭함) 및 하중의 위치를 잡아주기 위하여 이와 연결된 구동장치요소(2, 3; 28)를 가지는 장치에 있어서, a) 구동장치요소(2, 3; 28)는 하중구조의 고유진동(고유주파수)의 주파수(f_S)를 증가시키기 위하여 탄성의 결합요소(연체)(6, 7; 28, 30)를 거쳐서 하중(1)과 연결되어 있으며, b) 하중(1)은 제어범위(22, 23)의 일부이며, c) 구동장치요소(2, 3, 28)는 기준치 검출기(21, 31)와 연결되어 있으며, d) 기준치 검출기(21, 31)는 연체(6, 7, 28, 30)부가에 의하여 야기되는 강체 진동의 고유진동수(f_E)를 감안한 기준치를 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 구동장치요소(2, 3; 28)의 최대의 위치조절속도가 하중구조의 고유진동에 의하여 제한되어 있는 곳에서 기계(1)나 기계구성부품(이하 하중이라 칭함) 및 하중(1)의 위치 조정을 위하여 상기 부품과 연결된 구동장치요소(2, 3; 28)를 가지는 장치에 있어서, a)구동장치요소(28)서에는 서보모터가 문제가되며 그의 축(35)은 위치조절을 위한 하중(1)과 연결되어 있으며, b)하중구조의 고유주파수(f_S)를 증가시키기 위하여 서보모터(28)는 해당 위치 조절기(30)와 결합되어 연체의 결합요소 형성하고 있으며,c) 하중(1)은 제어범위(33)의 부분이며, d) 위치조절기(30)는 기준치 검출기(31)와 연결되어 있으며, e) 기준치 검출기(31)는 연체부가에 의하여 야기되는 강체진동의 고유진동수(f_e)를 감안한 기준치를 만드는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제2항에 있어서, 위치 조절기(30)에서 P-부품비율을 가진 조절기 특히 하나의 P-조절기가 문제가 되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 구동장치요소(2, 3; 28)의 최대의 위치조절속도가 하중구조의 고유진동에 의하여 제한되어 있는 곳에서 기계(1)나 기계구성부품(이하 하중이라 칭함) 및 하중(1)의 위치조정을 위하여 이와 연결된 구동장치요소(2, 3; 28)를 가지는 장치에 있어서, a) 구동요소장치(2, 3; 28)는 하중구조의 고유 진동진동수(f_S)(고유주파수)의 주파수(f_S)를 증대시키기 위하여 탄성의 결합요소(연체)(6, 7;28, 30)을 거쳐서 하중(1)과 결합되어 있으며, b) 하중(1)과 구동장치요소(2, 3, 28)는 제어회로의 일부임으로 연체(6, 7; 28, 30) 부가에 의하여 야기되고 하중구조의 고유진동수(f_S) 아래에 있는 강체 진동의 추가 고유주파수(fe)는 제어가 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 구동장치요소(2, 3)에는 하나의 모터가 그리고 연체(6, 7)에는 토션스프링(6, 7)이 문제가 되며 이 토션스프링은 모터(2, 3)의 축(4, 5)과 위치조절하려하는 하중(1) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 하중(1)의 경우에는 자수기계의 프레임이 문제가되며 여기서 프레임(1)의 위치조절은 X-축방향은 물론 Y방향으로도 각각 모터(2, 3)에 의해서 이루어지며, 모터축(4, 5)은 각각 토션스프링(6, 7)에 의해서 프레임(1)에 소속된 또 다른 구동축(8, 9)과 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.