KR0166123B1 - 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법에 관한 것으로, 상기 극간전압 감지/거리 제어부의 파라메터를 초기화하는 제1단계와; 검출된 극간전압을 읽어오는 제2단계; 읽어온 극간전압을 전진 기준전압과 비교하여 극간전압이 기준전압보다 높으면 전진임시변수를 1증가시키는 제3단계; 읽어온 극간전압을 후퇴기준전압과 비교하여 극간전압이 기준전압보다 낮으면 후퇴임시변수를 1증가시키는 제4단계; 일시정지 임시변수를 1증가시키는 제5단계; 제2단계부터 제5단계를 수행한 후 유효감지횟수를 1회 카운트한 후 누적된 카운트 횟수가 설정된 기준 횟수를 초과하지 않으면 제2단계부터 5단계를 반복하는 제6단계; 전진 기준 횟수와 상기 전진 임시변수값을 비교하여 서보전진을 결정하는 제7단계; 후퇴 기준 횟수와 후퇴 임시변수값을 비교하여 서보후퇴를 결정하는 제8단계; 서보전진 및 서보후퇴가 아니면 서보일시정지를 결정하는 제9단계; 및 상기 가공제어부의 위치제어주기와 극간전압 감지주기를 동기시켜 극간정보를 상기 가공제어부로 전달하는 제10단계를 구비하여 가공제어부의 서보 위치제어주기에 따라 극간전압 감지주기를 가변시켜 가공 효율을 증가시킨다.

Description

와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법

제1도는 일반적인 와이어 컷 방전 가공기의 블럭도.

제2도는 제1도의 극간 전압 감지/거리 제어부에 대한 상세 블럭도.

제3도는 와이어 컷 방전 가공기에 대한 종래의 서보제어 흐름도.

제4도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 와이어전극 20 : 피가공물

30 : 가공전원부 40 : 가공전원제어부

60 : 극간전압 감지/거리 제어부 70 : 가공제어부

80 : 주처리부 90 : 서보구동부

본 발명은 와이어 컷(Wire cut) 방전 가공기에 있어서 서보제어방법에 관한 것으로, 특히 가공환경에 관계없이 극간거리(이를 '가공갭' 혹은 간단히 '갭'이라 한다)를 항상 최적의 가공상태로 추종(tracking)하도록 제어하는 서보제어방법에 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. 이러한 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), 극간전압 감지/거리 제어부(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, 와이어전극(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 극간전압 감지/거리 제어부(60)로부터 입력된 서보정보 등을 고려하여 최적의 가공이 이루어질 수 있도록 가공전압 펄스와 서보 등을 제어한다.

극간전압 감지/거리 제어부(60)에서는 와이어전극(10)과 피가공물(20)간의 가공상태에 따른 극간전압을 감지하여 아날로그 전압을 디지탈로 변환한 후, 극간전압 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 극간전압 감지/거리 제어부(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 극간전압 감지/거리 제어부에 대한 상세블럭도로서, 극간전압 감지/거리 제어부(60)는 외이어전극(10)과 피가공물(20)간의 극간전압을 검출하여 디지탈화하는 극간전압검출부(62)와 검출된 극간전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 전진, 후퇴, 일시정지를 결정하는 감지값처리부(64)로 구성되어 서보정보를 가공제어부(70)로 출력한다. 이때 감지값 처리부(64)는 원칩 마이콤으로 구현된다.

가공제어부(70)는 위치제어를 위한 서보제어부(100)를 포함하는데, 감지값 처리부(64)로부터 입력된 극간정보를 소정의 알고리즘에 따라 처리하여 서보의 전진, 후퇴, 일시정지를 제어함과 아울러 가공전원제어부(40)를 통해 가공전원부(30)에서 발생되는 펄스전압을 제어한다. 즉, 극간전압 감지/거리 제어부(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, 단계 240에서 읽어들인 극간전압을 후퇴 기준전압과 비교한다. 비교결과, 극간전압이 후퇴 기준전압보다 작으면 후퇴 임시변수를 1만큼 증가시킨다(제250단계). 그렇지 않으면 단계 260에서 일시정지 임시변수를 1만큼 증가시킨다.

다음, 단계 270에서 유효 감지횟수를 1 감소시키고, 단계 280에서 현재의 유효감지횟수가 미리 설정된 유효감지 횟수(기준횟수)를 넘었는지를 판단한다.

단계 280에서 현재의 유효감지횟수가 기준횟수를 넘었으면, 단계 290에서 전진 기준횟수와 전진 임시변수를 비교한다. 만약, 전진 임시변수가 전진 기준횟수보다 크면 단계 300에서 서보전진으로 결정한다.그렇지 않으면 단계 310에서 후퇴 기준횟수와 후퇴 임시변수를 비교한다. 비교결과, 후퇴 임시변수가 후퇴 기준횟수보다 크면 단계 320에서 서보후퇴를 결정하고, 그렇지 않을 경우 단계 330에서 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 위해 극간전압 감지구간을 조정하여 가공 갭을 일정하게 유지할 수 있는 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 서보제어방법은, 극간전압 감지/거리 제어부의 파라메터를 초기화하는 제1단계와; 설정된 극간전압 무시시간이 경과하면 검출된 극간전압을 읽어오는 제2단계; 읽어온 극간전압을 전진기준전압과 비교하여 극간전압이 기준전압보다 높으면 전진임시변수를 1증가시키는 제3단계; 읽어온 극간전압을 후퇴기준전압과 비교하여 극간전압이 기준전압보다 낮으면 후퇴임시변수를 1증가시키는 제4단계; 읽어온 극간전압이 후퇴기준전압보다 낮지도, 전진기준전압보다 높지도 않으면 일시정지 임시변수를 1증가시키는 제5단계; 상기 제2단계부터 제5단계를 수행한 후 유효감지횟수를 1회 카운트한 후 누적된 카운트 횟수가 설정된 기준 횟수를 초과하지 않으면 상기 제2단계부터 제5단계를 반복하는 제6단계; 제6단계에서 카운트 횟수가 기준횟수를 초과하면, 전진 기준 횟수와 상기 전진 임시변수값을 비교하여 서보전진을 결정하는 제7단계; 후퇴 기준 횟수와 상기 후퇴 임시변수값을 비교하여 서보후퇴를 결정하는 제8단계; 서보전진 및 서보후퇴가 아니면 서보일시정지를 결정하는 제9단계; 및 상기 가공제어부의 위치제어주기와 상기 제1단계 내지 제9단계의 수행에 따른 극간전압 감지주기를 동기시켜 극간정보를 상기 가공제어부로 전달하는 제10단계를 구비하여 가공제어부의 서보 위치제어주기에 따라 극간전압 감지주기를 가변시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 서보제어방법은 제1도에 도시된 바와 같은 전형적인 와이어 컷 방전 가공기에 적용될 수 있으므로 제1도의 구성을 그대로 참조하여 본 발명의 방법을 설명한다.

먼저, 본 발명에 따라 서보제어에 필요한 주요 파라메터들은 다음 표 1과 같다.

상기 표 1에 있어서, FORE_PERCENT는 단위시간 동안의 전진(TRACT) 기준전압을 넘은 횟수를 나타내는 파라메터이고, BACK_PERCENT는 단위시간 동안에 후퇴(RETRACT) 기준전압을 넘은 횟수를 나타내는 파라메터이고, FORE_LEVEL은 전진 기준전압값을 나타내고, BACK_LEVEL은 후퇴 기준전압값을 나타내고, SENSING_CNT는 단위시간 동안의 총 감지횟수를 나타내고, WASTE_TIME은 극간감지 무시 시간을 나타내며, EFFECT_CNT는 단위 시간동안의 유효감지 횟수를 나타낸다. 또한, MAIN_FORE_PERCENT는 가공제어부(70)로부터 설정된 전진 기준 횟수를 나타내고, MAIN_BACK_PERCENT는 가공제어부(70)로부터 설정된 후퇴 기준 횟수를 나타낸다. 또한, SYNC_CNT는 극간 전압의 처리를 위해 원칩 마이콤이 극간전압을 감지하여 처리하는 주기로서 '극간전압 감지구간'이라 하고, 이는 통상적으로 가공제어부(70)가 서보의 위치를 제어하는 위치제어주기와 같다.

본 발명에 따른 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법에서는 상기 표 1과 같은 각종 파라메터를 설정하여 극간전압 감지/거리 제어부(60)가 검출한 전압을 설정된 기준전압과 비교하여, 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 전류 펄스의 폭을 작게 하며 방전 휴지폭을 크게 하거나 칩의 제거능력을 높이기 위해서 서보의 일시정지 또는 이전위치로 후퇴하여 가공액의 흐름을 증가시킬 필요가 있는데, 본 발명에서는 발생 칩의 제거능력을 향상시키기 위하여 극간 거리를 가공소재 및 두께등 가공환경에 관계없이 일정하게 자동적으로 조절한다.

이때, 와이어 방전 가공기의 운영시스템(OS)에 따라 가공제어부(70)의 위치제어주기가 결정되는데 주기는 반드시 일정해야 하며, 가공제어부(70)가 위치제어지령을 출력시에는 현 주기동안의 가공상태에 대한 서보정보를 참조하여 서보의 전진, 일시정지 및 후퇴를 결정한다.

이와 같이 가공제어부(70)의 주 마이크로프로세서(MAIN CPU)가 궤적의 다음 위치점을 계산하는 동안 극간전압 처리를 위한 전용 원칩 마이콤은 수회에서 수십회에 걸쳐 극간전압을 감지하여 현재의 가공상태에 대한 정보를 유지하여 주 마이크로프로세서(MAIN CPU)가 이용하도록 하고, 이를 위해 극간전압의 처리를 위한 원칩 마이콤의 극간전압 감지구간은 가공제어부(70)의 위치제어주기에 동기시킬 필요가 있다.

따라서 본 발명은 극간전압의 처리를 위한 원칩 마이콤의 극간전압 감지 구간을 조정하여 다소 불합리한 가공 조건하에서도 가공 불안정을 방지하고, 유효방전을 증대시키며 와이어의 단선을 방지하는 방법에 대한 것이다.

제4도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어 흐름을 도시한 흐름도인 바, 제4도의 흐름도에 대한 동작을 상기 표 1과 결부시켜 설명하기로 한다.

먼저, 초기화단계에서는 극간전압 감지/거리 제어부(제1도의 60)에 있는 원칩 마이콤을 원하는 모드로 운용하기 위해 레지스터 및 플래그에 대한 값을 설정한다(400단계). 임시변수 초기화단계에서는 상기 표 1과 같은 전진, 후퇴, 일시정지에 대한 임시변수들을 초기화한다(410단계). 이어서, 가공상태의 최근정보를 이용하기 위해 매번 실질적인 서보 지령이 출력되고 나서, 다음번 서보 지령의 출력까지 초기의 일정 시간 동안의 정보를 버릴 필요가 있는 바, 이를 위해 설정된 극간 감지 무시 시간(WASTE_TIME)의 경과를 체크한다(420단계). 이 시간(WASTE_TIME)의 경과후에는 극간 전압 감지/거리 제어부(제1도의 60)가 검출하여 양자화한 극간전압(즉, 가공갭 전압)값을 읽는다(430단계).

제440단계에서는 430단계에서 읽어들인 극간전압을 표 1의 전진 기준 전압(FORE_LEVEL)과 비교하여 극간전압이 전진 기준 전압보다 클 경우, 제450단계에서 전진 임시 변수(FORE_PERCENT)의 값을 1만큼 증가시킨다. 제440단계에서 전진 기준 전압(FORE_LEVEL)보다 크지 않을 경우, 제460단계에서 극간전압을 후퇴 극간전압이 기준 전압(BACK_LEVEL)과 비교하여 극간전압이 후퇴 기준 전압(BACK_LEVEL)보다 작을 경우 제470단계에서 후퇴 임시 변수(BACK_PERCENT)를 1만큼 증가시키고, 극간전압이 후퇴 기준 전압(BACK_LEVEL)보다 작지 않을 경우에는 제480단계에서 일시 정지 임시변수(PAUSE_PERCENT)를 1만큼 증가시킨다.

이어서, 상기 제430단계부터 제480단계까지를 수행하여 1회의 극간전압에 대한 처리가 종료되었으면, 제490단계에서 표 1의 7번항 파라메터인 단위시간 동안의 유효 감지 횟수(EFFECT_CNT)를 1만큼 감소키고, 제500단계에서 극간전압에 대한 처리 횟수가 유효 감지횟수(EFFECT_CNT)를 넘었는지를 판단한다. 이때 유효 감지횟수는 초기화 단계에서 소정의 값으로 설정한 후 매 처리시마다 1씩 감소시키는데, 따라서 그 값이 0이 될 경우에 유효감지횟수를 넘은 것으로 판단할 수 있다.

제500단계에서 현재의 유효감지 횟수가 유효 감지 횟수(EFFECT_CNT)를 넘지 않을 경우, 제430단계로 돌아가 극간전압 감지/거리 제어부(60)가 검출한 다음 극간전압값을 읽어온 후 기준값과 비교하는 단계들(440~490)을 반복한다.

제500단계에서 유효 감지 횟수(EFFECT_CNT)를 넘으면, 제510단계에서 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 제520단계에서 서보 전진(TRACT)을 결정한다. 제510단계에서 전진 임시 변수(FORE_PERCENT)가 전진 기준 횟수(MAIN_FORE_PERCENT)보다 크지 않으면 제530단계에서 후퇴 임시 변수(BACK_PERCENT)와 후퇴 기준 횟수(MAIN_BACK_PERCENT)를 비교하여 후퇴 임시 변수(BACK_PERCENT)가 후퇴 기준 횟수(MAIN_BACK_PERCENT)보다 크면, 제540단계에서 서보 후퇴(RETRACT)를 결정한다. 그외의 경우는 제550단계에서 서보 일시 정지를 결정한다.

다음, 제560단계에서 가공제어부(제1도의 70)의 서보위치제어주기와 극간전압 감지/거리 제어부(60)의 극간전압 감지주기가 동기되었는지를 체크하여 동기되었을 경우는 제570단계에서 가공제어부(70)로 전진, 후퇴 및 일시정지 등의 서보정보를 넘겨주며 동시에 제400단계의 초기화부터 반복 실행한다.

즉, 본 발명의 방법에서는 가공제어부(70)의 서보의 위치제어주기(즉, 서보제어지령 생성주기)에 따라 유효정보 감지구간을 조정하기 위하여 가공제어부의 위치제어주기와 극간전압 감지구간의 주기를 동기시킨다.

이상에서 상술한 바와같이 본 발명은 극간 제어 파라메터값을 참조하여 서보를 제어함으로써 각종 가공환경과 가공조건의 변경없이 최적의 가공 갭을 유지할 수 있으며, 다소 불합리한 가공조건하에서도 가공 불안정을 방지하고, 유효 방전의 증대 및 단선 등을 방지할 수 있으므로 가공 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 와이어전극과 피가공물간의 극간전압을 검출하여 디지탈로 변환하고 설정된 기준값들과 비교하여 서보정보를 발생하는 극간전압 감지/거리 제어부(60)와 상기 극간전압 감지/거리 제어부(60)의 서보정보에 따라 서보의 위치를 제어하여 가공 갭을 조정하며 가공전원제어부(40)를 제어하여 가공전원 펄스를 조정하는 가공제어부(70)를 구비한 와이어 컷 방전 가공기에 있어서, 상기 극간전압 감지/거리 제어부(60)의 파라메터를 초기화하는 제1단계와; 설정된 극간전압 무시시간이 경과하면 검출된 극간전압을 읽어오는 제2단계; 읽어온 극간전압을 전진 기준전압과 비교하여 극간전압이 이 기준전압보다 크면 전진 임시변수를 1증가시키는 제3단계; 읽어온 극간전압을 후퇴 기준전압과 비교하여 극간전압이 이 기준전압보다 작으면 후퇴 임시변수를 1증가시키는 제4단계; 읽어온 극간전압이 전진 기준전압보다 크지 않고, 후퇴 기준전압보다 작지 않으면 일시정지 임시변수를 1증가시키는 제5단계; 상기 제2단계부터 제5단계를 수행한 후 유효감지횟수를 1회 카운트한 후 누적된 카운트 횟수가 설정된 기준 횟수를 초과하지 않으면 상기 제2단계부터 제5단계를 반복하는 제6단계; 제6단계에서 카운트 횟수가 기준횟수를 초과하면, 전진 기준 횟수와 상기 전진 임시변수값을 비교하여 서보전진을 결정하는 제7단계; 후퇴 기준 횟수와 상기 후퇴 임시변수값을 비교하여 서보후퇴를 결정하는 제8단계; 서보전진 및 서보후퇴가 아니면 서보 일시정지를 결정하는 제9단계; 및 상기 가공제어부의 위치제어주기와 상기 제1단계 내지 제9단계의 수행에 따른 극간전압 감지주기를 동기시켜 극간정보를 상기 가공제어부로 전달하는 제10단계를 구비하여 가공제어부의 서보 위치제어주기에 따라 극간전압 감지주기를 가변시키는 것을 특징으로 하는 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법.