KR0166122B1 - 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어장치에 관한 것으로, 와이어와 가공물간의 극간전압을 검출하여 디지탈로 변환하고 설정된 기준값들과 비교하여 극간정보를 발생하는 극간전압감지/거리제어부(60)와 상기 극간전압감지/거리제어부(60)의 극간정보에 따라 서보의 위치를 제어하여 가공 갭을 조정하며 가공전원제어부(40)를 제어하여 가공전압펄스를 조정하는 가공제어부(70)를 구비한 와이어 캇 방전가공기의 서보제어장치에 있어서, 상기 가공제어부(70)는 상기 극간전압감지/거리제어부(60)로부터 입력된 극간정보를 재처리하여 적어도 2회 이상 후퇴정보가 입력될 때 서보 후퇴지령을 발생하고, 상기 가공제어부(70)와 상기 극간전압감지/거리제어부(60) 사이에 상기 극간전압감지/거리제어부(70)의 파라메터를 조정하기 위한 극간 정보조정부(50)를 더 구비하여 파라메터를 변경하므로써 서보 제어지령을 유연하게 결정할 수 있게 된 것이다.

Description

와이어 컷 방전 가공기의 서보제어장치

제1도는 일반적인 와이어 컷 방전 가공기를 도시한 블록도.

제2도는 제1도의 극간 전압 감지/거리 제어부에 대한 상세 블록도.

제3도는 와이어 컷 방전 가공기에 대한 종래의 서보제어 흐름도.

제4도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전 가공기를 도시한 블록도.

제5도 내지 제8도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어동작을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 와이어전극 20 : 피가공물

30 : 가공전원부 40 : 가공전원제어부

50 : 극간정보 조정부 60 : 극간전압감지/거리제어부

70 : 가공제어부 80 : 주처리부

90 : 서보구동부

본 발명은 와이어 컷 방전 가공기에 있어서 서보제어장치에 관한 것으로, 특히 가공환경에 관계없이 극간거리(이를 '가공 갭' 혹은 간단히 '갭'이라 한다)를 항상 최적의 가공상태로 추종 제어하도록 하는 서보제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 와이어 컷 방전 가공기는 0.05∼0.3mm의 가는 와이어 전극과 피가공물 사이에 펄스형의 가공전압을 인가하고 가공액을 개재한 상태에서 전기방전을 일으켜 이때의 에너지에 의해 피가공물을 용융상태로 하여 가공하는 장치이다. 이때 와이어전극은 피가공물과 적정한 갭(gap)을 유지함으로써 안정된 방전이 이루어진다. 이리한 와이어 컷 방전 가공기에 대한 기술은 대한민국 특허공고번호 제94-2877호(공고일:94. 4. 6)와 대한민국 공고번호 제92-6510호(공고일: 92. 8. 7) 등에 개시되어 있다.

제1도는 일반적인 와이어 컷 방전 가공기를 도시한 블럭도로서, 와이어전극(10), 가공전원부(30), 가공전원제어부(40), 극간전압감지/거리제어부(60), 가공제어부(70), 주처리부(80), 서보구동부(90)등으로 구성되어 피가공물(20)을 방전 가공한다. 그리고 피가공물(20)은 크로스 테이블(96)상에 놓여 있고, 크로스 테이블(96)은 X축서보모터(92)와 Y축서보모터(94)에 의해 수평면 내에서 자유자재로 이동하도록 되어 있다. 이하에서는 X축 및 Y축 서보모터를 간단히 서보라고 한다.

상기와 같이 구성되는 방전 가공기의 동작을 개략적으로 살펴보면, 와이어 전극(10)과 피가공물(20)을 대향시키고 가공액을 주입하면서 가공전원부(30)는 와이어전극(10)과 피가공물(20) 사이에 펄스형태의 가공전압을 가해 이들 사이에 방전을 일으켜 방출된 에너지에 의해 피가공물(20)을 용융상태로 하여 미세한 분말(이를 칩이라 한다)로 만들고, 이들을 가공액으로 하여금 냉각시키면서 제거토록 하는 것이다.

이때 가공전원부(30)에서 발생되는 고주파 펄스는 가공전원제어부(40)의 제어에 따라 전압의 크기와 듀티비 등이 가변되고, 가공전원제어부(40)는 가공제어부(70)로부터 펄스제어를 위한 제어정보를 입력받는다.

주처리부(80)는 가공 프로그램을 해석하여 가공을 위한 형상경로를 산출한 후 가공제어부(70)에 전달하고, 가공제어부(70)는 주처리부(80)로부터 입력된 경로정보와 극간전압감지/ 거리제어부(60)로부터 입력된 서보정보등을 고려하여 최적의 가공이 이루어질 수 있도록 가공전압 펄스와 서보등을 제어한다.

극간 전압 감지/ 거리 제어부(60)에서는 와이어전극(10)과 피가공물(20)간의 가공상태에 따른 극간전압을 감지하여 아날로그 전압을 디지탈로 변환한 후, 극간 전압 감지/ 거리 제어부(60) 내의 감지값 처리부(64)를 구현하는 원칩 마이콤에서 양자화된 검출전압과 설정된 기준전압을 비교하여 서보의 전진(Track), 일시 정지(Pause), 후퇴(Retrack)를 결정한 후 이를 가공제어부(70)로 출력한다.

가공제어부(70)는 주 마이크로프로세서(MAIN CPU)로 구현되어 극간 전압감지/ 거리제어부(60)로부터 입력된 서보정보를 이용하여 주처리부(80)로부터 입력된 형상제어정보에 따라 서보구동부(90)를 제어하여 서보를 전진, 후퇴, 일시정지시키고 가공전원제어부(40)를 제어하여 와이어전극과 피가공물 사이에 인가되는 펄스전압의 듀티비 및 크기를 제어한다.

와이어전극(10)은 소모품으로서 도면에는 자세히 도시되지 않았으나 와이어 공급릴로부터 제공되어 상부 가이드와 피가공물(20)을 거쳐 하부 가이드를 통해 와이어 권취릴에서 수거된다.

제2도는 제1도의 극간 전압 감지/거리 제어부에 대한 상세 블럭도로서, 극간 전압 감지/거리제어부(60)는 와이어전극(10)과 피가공물(20)간의 극간전압을 검출하여 디지탈화하는 극간전압검출부(62)와 검출된 극간전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 전진, 후퇴, 일시 정지를 결정하는 감지값처리부(64)로 구성되어 서보정보를 가공제어부(70)로 출력한다. 이때 감지값처리부(64)는 원칩 마이콤으로 구현된다.

가공제어부(70)는 위치제어를 위한 서보제어부(100)를 포함하는 데, 감지값 처리부(64)로부터 입력된 극간정보를 소정의 알고리즘에 따라 처리하여 서보의 전진, 후퇴, 일시정지를 제어함과 아울러 가공전원 제어부(40)를 통해 가공전원부(30)에서 발생되는 펄스전압을 제어한다. 즉, 극간 전압 감지/ 거리제어부(60)는 평균 극간전압과 기준전압 사이의 차에 따라서 서보 구동부(90)를 제어하도록 서보정보를 가공제어부(70)에 제공한다. 한편, 와이어전극(10)과 피가공물(20) 사이의 갭(GAP)은 일반적으로 약 십 마이크론에서 수십 마이크론의 범위이다.

제3도는 와이어 컷 방전 가공기에 의한 종래의 서보제어 흐름을 도시한 흐름도이다.

제3도를 참조하면, 시스템을 초기화한 후, 극간전압 감지/ 거리 제어부(60)가 검출한 극간전압을 읽어들인다(제200단계, 210단계). 다음, 읽어들인 극간전압을 미리 설정된 전진 기준전압과 비교한다(제220단계). 비교결과, 극간전압이 전진 기준전압보다 크면, 전진 임시변수를 1만큼 증가시킨다(제230단계).

다음, 단계240에서 일어들인 극간전압을 후퇴 기준전압과 비교한다. 비교결과, 극간전압이 후퇴 기준전압보다 작으면 후퇴 임시변수를 1만큼 증가시킨다(제250단계). 그렇지 않으면 단계260에서 일시 정지 임시변수를 1만큼 증가시킨다.

다음, 단계270에서 유효 감지횟수를 1 감소시키고, 단계280에서 현재의 유효감지횟수가 미리 설정된 유효감지 횟수(기준칫수)를 넘었는지를 판단한다.

단계280에서 현재의 유효감지횟수가 기준횟수를 넘었으면, 단계290에서 전진 기준횟수와 전진 임시변수를 비교한다. 만약, 전진 임시변수가 전진 기준횟수보다 크면 단계300에서 서보전진으로 결정한다.

그렇지 않으면 단계310에서 후퇴 기준횟수와 후퇴 임시변수를 비교한다. 비교결과, 후퇴 임시변수가 후퇴 기준횟수보다 크면 단계320에서 서보후퇴를 결정하고, 그렇지 않을 경우 단계330에서 서보 일시정지를 결정한다.

그런데 이와 같이 종래의 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어로 가공하는 경우, 가공 갭에 의한 극간전압과 기준전압의 차에 따라 서보를 제어함에 있어서 고정된 비율에 따라 서보의 전진, 후퇴 및 일시정지를 결정하게 되므로 피가공물 및 가공상황에 따라 적응적으로 대처할 수 있는 유연성이 부족한 문제점이 있다.

즉, 일반적으로 방전가공에서는 상하의 가공액의 흐름이 피가공물의 중앙부근에서 상쇄되므로 칩의 누적으로 인해 이상 방전이 일어나기 쉽다. 이와 같이 가공 갭에 이상이 발생하면 와이어는 가공 반대방향의 이전 위치로 자주 후퇴(RETRACK)하게 되며, 이런 현상의 반복은 가공의 불안정을 초래하여 적절한 서보제어가 되지 않을 경우 와이어의 단선을 발생시키게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 가공환경 및 가공조건에 따라 극간 제어정보 파라메터를 조정할 수 있는 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 서보제어장치는, 와이어전극과 가공물간의 극간전압을 검출하여 디지탈로 변환하고 설정된 기준값들과 비교하여 서보정보를 발생하는 극간전압감지/거리제어부와 상기 극간전압감지/거리제어부의 서보정보에 따라 서보의 위치를 제어하여 가공 갭을 조정하며 가공전원제어부를 제어하여 가공전압펄스를 조정하는 가공제어부를 구비한 와이어 컷 방전가공기에 있어서, 상기 가공제어부와 상기 극간전압감지/거리제어부 사이에 상기 극간전압감지/거리제어부의 극간 제어 파라메터들을 조정하기 위한 극간정보 조정부를 구비하고, 상기 가공제어부가 상기 극간전압감지/거리제어부로부터 입력된 서보정보를 재처리하여 적어도 2회 이상 후퇴정보가 입력될 때 서보 후퇴지령을 발생하도록 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명에 따라 서보제어에 필요한 주요 파라메터들은 다음 표1과 같다.

상기 표 1에 있어서, FORE_PERCENT는 단위시간 동안에 전진(TRACT) 기준전압을 넘은 횟수를 나타내는 파라메터이고, BACK_PERCENT는 단위시간 동안에 후퇴(RETRACT) 기준전압을 넘는 횟수를 나타내는 파라메터이고, FORE_LEVEL은 전진 기준전압값을 나타내고, BACK_LEVEL은 후퇴 기준전압값을 나타내며, SENSING_CNT는 단위시간 동안의 총 감지횟수를 나타내고, EFFECT_CNT는 단위시간 동안의 유효감지 횟수를 나타낸다. 또한, MAIN_SERVO_CNT는 가공제어부(70)의 정보 누적횟수를 나타내는 파라메터이고, MAIN_FORE_PERCENT는 가공제어부(70)로부터 설정된 전진 기준 횟수를 나타내고, MAIN_BACK_PERCENT는 가공제어부(70)로부터 설정된 후퇴 기준 횟수를 나타낸다. 또한, CHANGE_PARA는 상기 표 1의 1항 내지 4항의 FORE_PERCENT, BACK_PERCENT, FORE_LEVEL, BACK_LEVEL의 값을 조정할 것인지를 나타내는 파라메터로써, 예를들어 1이면 상기 제1항 내지 제4항의 파라메터를 변경하고, 0이면 파라메터값을 변경하지 않는다.

본 발명에 따른 와이어 컷 방전가공기의 서보제어장치에서는 상기 표1과 같은 각종 파라메터를 설정하여 극간전압감지/거리제어부(60)가 검출한 극간전압을 설정된 기준전압과 비교하고, 그 결과를 누적하여 단위시간에 산출된 파라메터에 의해 서보를 전진, 일시정지, 또는 후퇴시킨다.

즉, 가공 갭에 쌓인 칩에 의한 불안정을 해소하기 위해서는 칩의 양을 억제하기 위하여 가공전원에 의해 공급된 전류펄스의 폭을 작게 하며 방전 휴지폭을 크게 하거나 칩의 제거능력을 높이기 위해서 서보의 일시정지 또는 이전위치로 후퇴하여 가공액의 흐름을 증가시킬 필요가 있는데, 본 발명에서는 발생칩의 제거능력을 향상시키기 위하여 극간 거리를 가공소재 및 두께등 가공환경에 관계없이 일정하게 자동적으로 조절한다.

이때, 종래에는 가공제어부의 서보제어부(100)에 따라 평균 극간전압과 기준전압 사이의 차이를 고정된 비율에 따라 처리하여 서보의 전진, 일시정지, 후퇴등을 판단하였으나 본 발명에서는 제4도에 도시된 바와 같이 극간정보 조정부(50)가 추가되어 각종 가공 환경 및 가공조건 변경없이 최적의 가공 갭을 유지할 수 있다.

제4도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전가공장치를 도시한 블럭도로서, 본 발명의 장치는 와이어(10), 가공전원부(30), 가공전원제어부(40), 극간정보 조정부(50), 극간전압감지/거리제어부(60), 가공제어부(70), 주처리부(80), 서보구동부(90)등으로 구성되어 가공소재(20)를 방전 가공하는 바, 제1도에 도시된 종래의 방전가공장치의 가공제어부(70)와 극간 전압감지/거리제어부(60) 사이에 극간정보 파라메터를 조정할 수 있는 극간정보 조정부(50)가 부가된 것이다.

제4도를 참조하면, 제1도와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한 후 더 이상의 설명을 생략한다. 본 발명의 극간정보 조정부(50)는 가공제어부(70)의 메인 프로세서로부터 감지값 처리부(64)의 원칩 마이콤으로 파라메터 값을 전달하기 위한 인터럽트 회로 및 레지스터 등으로 구현된다.

제5도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전 가공기에서 감지값처리부를 구현하는 원칩 마이콤에 의해 수행되는 흐름을 도시한 흐름도인 바,제5도의 흐름도에 대한 동작을 상기 표 1과 결부시켜 설명하기로 한다.

먼저, 초기화단계에서는 극간전압 감지/ 거리제어부(60)에 있는 원칩 마이콤을 원하는 모드로 운용하기 위해 레지스터 및 플래그에 대한 초기값을 설정한다(400단계). 이어 임시변수 초기화단계에서는 상기 표1과 같은 전진, 후퇴, 일시정지에 대한 임시변수들을 초기화한다(410단계). 이어서, 제420단계에서는 제4도의 극간 전압 감지/거리 제어부(60)가 검출하여 양자화한 극간전압(즉, 가공갭 전압)값을 읽는다.

제430단계에서는 읽어들인 극간전압을 표1의 전진 기준전압(FORE_LEVEL)과 비교하여 극간전압이 전진 기준전압보다 클 경우, 제440단계에서 전진 임시변수(FORE_PERCENT)를 1만큼 증가시킨다. 제430단계에서 극간전압이 전진 기준전압(FORE_LEVEL)보다 크지 않을 경우, 제450단계에서 극간전압을 후퇴 기준전압(BACK_LEVEL)과 비교하며 이 극간전압이 후퇴 기준전압(BACK_LEVEL)보다 작을 경우 제460단계에서 후퇴 임시변수(BACK_PERCENT)를 1만큼 증가시키고, 극간전압이 후퇴 기준전압(BACK_LEVEL)보다 작지 않을 경우에는 제470단계에서 일시 정지 변수(PAUSE_PERCENT)를 1만큼 증가시킨다.

이어서, 상기 제420단계부터 제470단계까지를 수행하여 1회의 극간전압에 대한 처리가 종료되었으면, 제480단계에서 표1의 6번항 파라메터인 단위시간 동안의 유효 감지 횟수(EFFECT_CNT)를 1만큼 감소시키고, 제490단계에서 극간전압에 대한 처리 횟수가 유효 감지횟수(EFFECT_CNT)에 도달했는지를 판단한다. 이때 초기화단계에서 유효 감지횟수값을 설정해 놓은 후, 매 처리시마다 1씩 감소시켜 그 값이 0이 되는 경우에는 유효 감지횟수에 도달한 것으로 판단할 수 있다.

제490단계에서 유효 감지 횟수(EFFECT_CNT)에 도달하지 않은 경우, 제420단계로 돌아가 극간전압감지/ 거리제어부(60)가 감지한 다음 극간전압값을 읽어와 기준값과 비교하는 단계들(420∼480)을 반복한다.

제490단계에서 유효 감지 횟수(EFFECT_CNT)에 도달하면, 제500단계에서 전진 임시 변수(FORE_PERCENT)와 전진 기준 횟수(MAIN_FORE_PERCENT)를 비교하여 전진 임시 변수(FORE_PERCENT)가 전진 기준 횟수(MAIN_FORE_PERCENT)보다 크면 제510단계에서 서보 전진(TRACK)을 결정하고, 전진 임시 변수(FORE_PERCENT)가 전진 기준 횟수(MAIN_FORE_PERCENT)보다 크지 않으면 제520단계에서 후퇴 임시 변수(BACK_PERCENT)와 후퇴 기준 횟수(MAIN_BACK_PERCENT)를 비교한다. 제520단계에서 비교결과 후퇴 임시 변수(BACK_PERCENT)가 후퇴 기준 횟수(MAIN_BACK_PERCENT)보다 크면, 제530단계에서 서보 후퇴(RETRACK)를 결정한다. 후퇴 임시 변수(BACK_PERCENT)가 후퇴 기준 횟수(MAIN_BACK_PERCENT)보다 크지 않으면 제540단계에서 서보 일시정지를 결정한다.

제6도는 극간 제어 파라메터를 조정하기 위한 인터럽트 서비스루틴으로서, 가공제어부(70)에서 극간정보 조정부(50)를 통해 파라메터를 재설정하기 위하여 인터럽트를 요구하면 원칩 마이콤에 의해 수행된다. 원칩 마이콤은 인터럽트가 발생되면 극간정보 조정부(50)를 통해 극간제어 파라메터를 읽어오고(550단계), 이어서 극간 제어 파라메터를 조정한 후 자신의 레지스터에 저장한다(560단계). 이러한 인터럽트 서비스루틴은 제5도의 흐름이 수행되는 도중에 언제든지 발생될 수 있고, 인터럽트가 발생하면 파라메터를 조정한 후에 제5도의 초기화단계부터 다시 시작한다.

제7도는 가공제어부(70)의 주 마이크로프로세서가 서보추종과 관련하여 수행하는 흐름을 도시한 흐름도이다. 제7도를 참조하면, 가공제어부(70)는 극간전압감지/거리제어부(60)로부터 제5도의 흐름에 따라 구한 서보정보를 입력받아 서보구동부에 서보위치제어지령을 바로 발생하지 않고, 연속 후퇴일 경우만 후퇴하도록 하는 등과 같은 서보정보를 재처리하여 가급적 후퇴를 방지한다.

제7도에서, 제600단계는 극간전압감지/거리제어부(60)의 원칩 마이콤이 제5도의 흐름에 따라 처리한 서보정보(전진, 일시정지, 후퇴 등)를 읽어오는 단계이고, 제610단계는 서보정보를 누적하여 재처리하는 단계로서, 예를들어 서보정보의 후퇴가 3번 이상일 경우에만 실제 후퇴지령을 서보구동부(90)로 출력한다. 다음, 재처리 결과인 서보 지령정보를 누적하여 현재의 가공 상태에 대한 기록을 유지하고, 일정 횟수의 누적 결과를 설정치와 비교하고(620단계), 비교결과 설정치 이상이면, 가공상태가 불안정하게 나타나는 경우이므로 상기 표1의 10항과 같은 조정변수(CHANGE_PARA가 1인가를 판단하여(630단계) 1이면 제8도에 도시된 흐름에 따라 극간 제어 파라메터를 수정하고(640단계), 이어서 서보위치제어지령을 출력한다(650단계).

제8도는 제7도에 도시된 극간 제어 파라메터를 수정하기 위한 640단계를 도시한 세부 흐름도이다. 단계700에서는 가공제어부의 전진 기준 횟수를 전진 횟수와 비교하고, 비교결과 전진횟수가 기준횟수 보다 크지 않으면 단계710에서 후퇴 횟수가 가공제어부의 후퇴 기준 횟수보다 큰가를 비교한다. 단계710에서 비교결과 후퇴횟수가 기준횟수보다 크지 않으면 단계740에서 조정변수를 0으로 설정하여 파라메터들을 조정하지 않도록 하고(단계740), 제700단계와 710단계에서 전진 횟수나 후퇴 횟수가 기준횟수보다 크면 상기 표 1의 1항 내지 4항의 파라메터인 FORE_PRECENT, BACK_PERCENT, FORE_LEVEL, BACK_LEVEL를 수정하거나 표1의 3 및 4항의 FORE_LEVEL, BACK_LEVEL를 고정하고, 1 및 2항의 FORE_PERCENT, BACK_PERCENT를 수정한 후(단계720), 외부 인터럽트를 발생시켜 제6도의 인터럽트 서비스루틴을 활성화시킨다(단계730).

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 극간 파라메터값을 참조하여 서보를 제어함으로써 각종 가공환경과 가공조건의 변경없이 최적의 가공 갭을 유지할 수 있으며, 불합리한 가공조건하에서도 가공 불안정을 방지하며, 유효 방전의 증대 및 와이어의 단선등을 방지할 수 있다.

Claims (1)

1. 와이어전극(10)과 피가공물(20)간의 극간전압을 검출하여 디지탈로 변환하고 설정된 기준값들과 비교하여 서보정보를 발생하는 극간전압감지/거리제어부(60)와 상기 극간전압감지/거리제어부(60)의 서보정보에 따라 서보의 위치를 제어하여 가공 갭을 조정하게 하며 가공전원 제어부(40)를 제어하여 가공전압 펄스를 조정하는 가공제어부(70)를 구비한 와이어 컷 방전가공기에 있어서, 상기 가공제어부(70)와 상기 극간전압감지/거리제어부(60) 사이에 상기 극간전압감지/거리제어부(70)의 극간 제어 파라메터들을 조정하기 위한 극간정보 조정부(50)를 구비하고, 상기 가공제어부(70)가 상기 극간전압감지/거리제어부(60)로부터 입력된 서보정보를 재처리하여 적어도 2회 이상 후퇴정보가 입력될 때 서보 후퇴지령을 발생하도록 된 것을 특징으로 하는 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어장치.