KR0166124B1 - 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어 컷 방전가공기에 있어서 서보제어방법에 관한 것으로, 특히 가공환경에 관계없이 극간거리를 항상 최적의 가공상태로 추종제어하는 서보제어방법에 관한 것으로, 서보의 전진, 후퇴 및 일시 정지에 대한 임시변수를 초기화하는 과정; 가공상태의 최근정보를 이용하여 데이타 양을 축소할 수 있도록 극간 정보 무시 시간을 설정하여 극간 정보 무시 시간의 경과를 체크하는 과정; 극간 상태에 따른 서보 추종 제어를 하는 주요 파라미터를 수정 및 외부 인터럽트에 의한 서보 정보 재계산 과정을 더 포함한다. 따라서 각종 가공환경와 가공조건의 변경없이 최적의 방전 갭을 유지할 수 있으며, 다소 불합리한 가공조건하에서도 가공 불안정 방지, 유효 방전의 증대 및 단선등을 방지할 수 있으므로 가공의 효율의 향상을 가져올 수 있는 효과가 있다.

Description

와이어 컷 방전가공기의 서보제어방법

제1도는 일반적인 와이어 컷 방전가공기를 도시한 블럭도.

제2도는 제1도의 극간 전압 감지/거리 제어부에 대한 상세 블럭도.

제3도는 종래의 와이어 컷 방전가공기에 대한 서보제어 흐름도.

제4도는 본 발명이 적용되는 와이어 컷 방전가공기를 도시한 블럭도.

제5~7도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전가공기의 서보제어 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 방전가공기에 있어서 서보제어방법에 관한 것으로, 특히 가공환경에 관계없이 극간거리(이를 '가공 갭' 혹은 간단히 '갭'이라 한다)를 항상 최적의 가공상태로 추종 제어하도록 하는 서보제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 와이어 컷 방전가공기는 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 방전가공기에 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 방전가공기를 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 방전가공기의 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 극간전압감지/거리 제어부(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 상세블럭도로서, 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, 일시정지를 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 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, 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 방전가공기에 의한 종래의 서보제어 흐름을 도시한 흐름도이다.

제3도를 참조하면, 시스템을 초기화한 후, 극간전압 감지/거리제어부(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 읽어들인 극간전압을 후퇴 기준전압과 비교한다. 비교결과, 극간전압이 후퇴 기준전압보다 작으면 후퇴 임시변수를 1만큼 증가시킨다(제250단계). 그렇지 않으면 단계260에서 일시정지 임시변수를 1만큼 증가시킨다.

다음, 단계270에서 유효 감지횟수를 1 감소시키고, 단계 280에서 현재의 유효감지횟수가 미리 설정된 유효감지 횟수(기준횟수)를 넘었는지를 판단한다.

단계 280에서 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 단계 320에서 서보후퇴를 결정하고, 그렇지 않을 경우 단계330에서 서보 일시정지를 결정한다.

그런데 이와 같이 종래의 와이어 컷 방전가공기의 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 대처할수 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 외이어의 단선을 발생시키게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 가공환경 및 가공조건에 따라 극간 제어 파라메터를 조정할 수 있는 와이어 컷 방전가공기의 서보제어방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 서보제어방법은, 와이어전극과 피가공물간의 극간전압을 검출하여 디지탈로 변환하고 설정된 기준값들과 비교하여 서보정보를 발생하는 극간전압감지/거리제어부와 상기 극간전압감지/거리제어부의 서보정보에 따라 서보의 위치를 제어하여 가공 갭을 조정하게 하며 가공전원 제어부를 제어하여 가공전압 펄스를 조정하는 가공제어부를 구비한 와이어 컷 방전가공기에 있어서, 가공상태의 최근정보를 이용하여 데이타 양을 축소할 수 있도록 극간전압 무시 시간을 설정하여 감지된 극간전압 무시 시간의 경과를 체크하는 제1단계; 상기 제1단계를 수행한 후에 상기 극간전압감지/거리제어부에서 감지된 극간전압을 전진기준전압 및 후퇴기준전압과 비교하여 전진임시변수, 후퇴임시변수, 및 일시정지 임시변수에 기록하되 이 과정을 설정된 유효감지횟수만큼 반복하는 제2단계; 상기 제2단계를 수행한 후 상기 전진임시변수 및 후퇴임시변수에 기록된 값을 설정된 전진기준횟수 및 후퇴기준횟수와 각각 비교하여 서보전진, 서보후퇴, 혹은 서보일시정지를 결정하는 제3단계; 및 상기 제1 내지 제3단계를 수행하는 극간전압감지/거리제어부의 극간전압감지주기와 상기 서보제어부의 서보위치지령 주기가 동기되었는지를 검사하여 동기되었으면 서보정보를 출력하는 제4단계를 구비한 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 표1에 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 기준전압을 나타내고, BACK_LEVEL은 후퇴 기준전압을 나타내고, SENSING_CNT는 단위시간동안의 총 감지횟수를 나타내며, EFFECT_CNT는 단위 시간동안의 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 표1의 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 극간 전압감지/ 거리제어부(60)가 검출한 전압을 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 평균가공갭전압과 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 가공 조건 변경없이 최적의 가공 갭을 유지할 수 있다.

제4도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전가공장치를 도시한 블럭도로서, 와이어(10), 가공전원부(30), 가공전원제어부(40), 극간정보 조정부(50), 극간전압감지/거리제어부(60), 가공제어부(70), 주처리부(80), 서보구동부(90)등으로 구성되어 피가공물(20)을 방전 가공하는바, 제1도에 도시된 종래의 방전가공장치의 가공제어부(70)와 극간전압감지/거리제어부(60) 사이에 극간 제어 파라메터를 조정할 수 있는 극간정보 조정부(50)가 부가된 것이다. 제4도에서 제1도와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고, 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

제5도는 본 발명에 따른 와이어 컷 방전가공기의 서보제어 흐름을 도시한 흐름도인 바, 본 발명의 서보제어방법을 상기 표1과 결부시켜 설명하기로 한다.

제5도를 참조하면, 초기화단계에서는 극간 전압감지/ 거리제어부(60)에 있는 원칩 마이콤을 원하는 모드로 운용하기 위해 레지스터 및 플래그에 대한 값을 설정한다(400단계). 임시변수 초기화단계에서는 상기 표1과 같은 전진, 후퇴, 일시정지에 대한 임시변수를 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 전압 무시 시간(WASTE_TIME)의 경과를 체크한다(420단계). 이 시간(WASTE_TIME)의 경과후에는 제4도의 극간 전압 감지/거리 제어부(60)가 검출하여 양자화한 극간전압(즉, 가공갭 전압)값을 읽는다(430단계).

제440단계에서는 읽어들인 극간전압을 표1의 전진 기준 전압(FORE_LEVEL)과 비교하여 극간전압이 전진 기준 전압보다 클 경우, 제450단계에서 전진 임시 변수(FORE_PERCENT)의 값을 1만큼 증가시킨다. 제440단계에서 극간전압이 전진 기준 전압(FORE_LEVEL)보다 크지 않을 경우, 제460단계에서 후퇴 기준 전압(BACK_LEVEL)과 비교한다. 비교결과, 극간전압이 후퇴 기준 전압(BACK_LEVEL)보다 작을 경우 제470단계에서 후퇴 임시 변수(BACK_PERCENT)를 1만큼 증가시키고, 그외에는 제480단계에서 일시 정지 임시변수(PAUSE_PERCENT)를 1만큼 증가시킨다.

이어서, 상기 제430단계부터 제480단계까지를 수행하여 1회의 극간 전압에 대한 처리가 종료되면, 제490단계에서 표1의 7번항 파라메터인 단위시간 동안의 유효 감지 횟수(EFFECT_CNT)를 1만큼 감소키고, 제500단계에서 극간전압값에 대한 현재의 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.

단계500에서 유효 감지 횟수(EFFECT_CNT)를 넘지 않을 경우, 제430단계로 돌아가 극간전압감지/ 거리제어부(60)가 검출한 다음 극간전압을 읽어와 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 변수값(FORE_PERCENT)이 전진 기준 횟수(MAIN_FORE_PERCENT)보다 크면 제520단계에서 서보전진을 결정한다.

전진 임시 변수값(FORE_PERCENT)이 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 변수값(BACK_PERCENT)이 후퇴 기준 횟수(MAIN_BACK_PERCENT)보다 크면, 제540단계에서 서보후퇴(RETRACK)를 결정한다.

제530단계에서 후퇴 임시 변수값(BACK_PERCENT)이 후퇴 기준 횟수(MAIN_BACK_PERCENT) 보다 크지 않으면, 제550단계에서 서보 일시정지를 결정한다.

다음, 제560단계에서 제4도에 도시된 극간전압감지/거리제어부(60)의 극간전압감지주기와 서보제어부(70)의 서보위치지령 주기가 동기되었는지를 검사하여 동기되었을 경우는 제565단계에서 가공 제어부(70)로 서보의 전진, 후퇴 및 일시정지와 같은 서보정보를 넘겨주며 동시에 제400단계의 초기화부터 반복 실행한다.

제6도는 인터럽트 발생에 의해 극간 제어 파라메터값을 조정하는 것을 도시한 도면으로, 인터럽트 발생하는 시점은 제5도의 어는 단계에 관계없이 발생할 수 있다. 인터럽트 발생시 극간전압감지/거리제어부(60)의 원칩 마이콤이 단계 570에서 극간제어 파라메터를 읽어오고, 단계 580에서 극간제어 파라메터 값을 재설정한 후 제5도의 초기화단계로 리턴한다. 이후 실제의 서보 지령이 생성된다.

제7도의 동작 흐름에 대해 설명하면, 단계600에서는 제5도의 처리 결과인 서보정보를 읽어오고, 가급적 가공 후퇴를 막기 위해 단계 610에서는 바로 서보 지령으로 결정하지 않고, 연속신호의 경우에만 후퇴로 결정하는 등 서보 정보를 재처리한다.

다음, 재처리 결과인 서보지령을 누적하여 현재의 가공 상태에 대한 기록을 유지하는데, 단계 620에서는 서보지령 누적 횟수를 판단하여 설정치 이상이면 가공상태가 불안정하게 나타나는 경우이므로 단계 630에서 극간 제어 파라메터를 수정한다. 이때 극간 파라메터를 수정하는 방법은 다음과 같이 세가지이다.

첫째는 표1의 1과 2항인 전진 기준 횟수와 후퇴 기준 횟수에 대한 파라메터를 고정하고 3과 4항인 전진 기준 전압과 후퇴 기준 전압을 조정하는 방법이고, 둘째는 표1의 3과 4항의 파라메터를 고정하고 1과 2항의 파라메터를 조정하는 방법이며, 세째는 표1의 1~4항의 파라메터 모두를 조정하는 방법이다. 이를 위해 표1의 1~4항은 테이블화하여 참조된다.

단계 620에서 설정치를 넘지않으면 단계640에서 서보위치 제어지령을 출력한후 상기 단계들을 반복한다.

이상에서 상술한 바와같이 본 발명은 극간 파라메터값을 참조하여 서보를 제어함으로써 각종 가공환경과 가공조건의 변경없이 최적의 가공 갭을 유지할 수 있으며, 다소 불합리한 가공조건하에서도 가공의 불안정을 방지하고, 유효 방전을 증대시키며 와이어의 단선을 방지할 수 있으므로 가공 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

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 가공전원 펄스를 조정하는 가공제어부(70)를 구비한 와이어 컷 방전가공기에 있어서, 가공상태의 최근정보를 이용하여 데이타 양을 축소할 수 있도록 극간 전압 무시 시간을 설정하여 감지된 극간전압 무시 시간의 경과를 체크하는 제1단계; 상기 제1단계를 수행한 후에 상기 극간전압감지/거리제어부에서 감지된 극간전압을 전진기준전압 및 후퇴기준전압과 비교하여 전진임시변수, 후퇴임시변수, 및 일시정지 임시변수에 기록하되 이 과정을 설정된 유효감지횟수만큼 반복하는 제2단계; 상기 제2단계를 수행한 후 상기 전진임시변수 및 후퇴임시변수에 기록된 값을 설정된 전진기준횟수 및 후퇴기준횟수와 각각 비교하여 서보전진, 서보후퇴, 혹은 서보일시정지를 결정하는 제3단계; 및 상기 제1 내지 제3단계를 수행하는 극간전압감지/거리제어부의 극간전압감지주기와 상기 서보제어부의 서보위치지령 주기가 동기되었는지를 검사하여 동기되었으면 서보정보를 출력하는 제4단계를 구비한 것을 특징으로 하는 와이어 컷 방전가공기의 서보제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 서보정보의 이용시점을 상기 와이어 컷 방전가공기의 가공제어부(70)와 극간전압감지/거리제어부(60)사이에 동기 및 비동기로 처리함을 특징으로 하는 와이어 컷 방전가공기의 서보제어방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 전진 기준 전압, 상기 후퇴 기준 전압, 상기 전진 기준 횟수, 상기 후퇴 기준 횟수를 테이블화한 후 가공상태에 따라 상기 테이블값을 가변하여 서보제어지령을 발생하는 것을 특징으로 하는 와이어 컷 방전가공기의 서보제어방법.