KR100494334B1 - 서보 모터 자동추종 제어 방법 및 그 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 서보 구동 시작 신호를 이송시간과 서보 모터 구동 시간을 기계구동 1주기에 맞게 자동으로 계산하고, 계산 결과에 따른 최적의 속도 패턴을 만들어 서보 드라이버에 펄스열을 공급하도록 하는 서보 모터 자동추종 제어 방법 및 그 제어장치에 관한 것이다.
본 발명은 외부 서보 구동 시작신호를 기계구동 주기에 맞추어 계산하는 단계와, 이송거리 및 서보 구동시 시간비 결정에 따른 서보 모터 구동시간을 계산하는 단계와, 직선 가감속 속도패턴에 의한 고속을 결정하는 단계와, 가속도를 출력하는 단계와, 펄스열 카운트 값과 계산된 가속시점이 일치하는지를 판단하는 단계와, 상기 단계에서 펄스열 카운트 값과 계산된 가속시점이 일치 할 경우에는 고속을 유지하는 단계와, 펄스열 카운트 값이 계산된 감속 시점과 일치하는지를 판단하는 단계와, 상기 단계에서 펄스열 카운트 값과 계산된 감속시점이 일치할 경우에는 감속도를 출력하는 단계와, 펄스열 카운트 값이 필름 이송거리와 일치하는지 여부를 판단하여 일치하면 서보 모터를 정지시키는 단계로 이루어진다.

Description

서보 모터 자동추종 제어 방법 및 그 제어 장치{The auto control method and control equipment of servo motor}
본 발명은 외부 서보 구동 시작 신호를 이송시간과 서보 모터(또는 스탭모터 : 이하 서보 모터로 설명함)구동 시간을 기계구동 1주기에 맞게 자동으로 계산하고, 계산 결과에 따른 최적의 속도 패턴을 만들어 서보 드라이버에 펄스열을 공급하도록 하는 서보 모터 자동추종 제어 방법 및 그 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 제대기는 기계적 구동에 의해 일정속도로 필름이 이송/정지를 반복하면서 필름의 정해진 부위를 접착하고 이송시킨 후 절단하도록 구성되어 있다. 즉, 도 1에 도시한바와 같이 필름의 이송/정지는 주 모터(100)와 연결된 크랭크(200)와 일방향 클러치(300)를 로드(400)로 연결하고, 크랭크(200)의 길이를 변경한 상태에서 제대기를 구동시키면 일방향 클러치(300)가 변경된 크랭크(200)의 회전에 따라 좌, 우 반복적으로 움직이게 되고, 이에 의해 이송 로울러(500)가 회전/정지를 반복하면서 필름(9)의 이송/정지를 수행함과 동시에 히팅부(600) 및 커팅부(700)도 크랭크(200)의 회전에 의해 상, 하 작동되면서 이송/정지되는 필름을 접착 및 절단하게 되는 것이다. 도면 중 600'는 히팅부와 아암으로 연결된 편심캠이고, 700'는 절단부와 아암으로 연결된 편심캠이다.
이와 같이 작동하는 기계적 구동에 의한 제대기는 주 모터(100)의 회전속도에 따라 이송 로울러(500)가 일방향 클러치(300)에 의해 일정속도로 회전하게 되므로서 제대기의 구동이 효율적으로 이루어지게 된다. 즉, 필름(9)의 이송 및 정지가 접착 및 절단시간에 알맞게 설정되게 구동 되므로서 이상적 구동이 이루어지게 되는 것이다.
그러나, 기계적 구동에 의한 이송 로울러(500)의 구동 방법은 작업자가 크랭크(200)의 길이를 길게 하거나 짧게 설정하여 일방향 클러치(300)의 좌/우 움직임 크기를 조정하여야 하므로 크랭크(200) 길이 설정에 따른 조작상 오차가 발생될 수 있고, 기구적인 움직임에 의한 것이므로 기계적 마모에 따른 작동 오차에 의해 제품의 품질을 크게 저하시키는 문제점이 발생될 수 있다.
이러한 점을 감안하여 근래에 이르러서는 기계적 작동이 아닌 서보 모터 또는 스탭 모터를 이용하여 필름의 절단길이를 제어하고자하는 시도가 있어 왔다. 이러한 시도는 서보 모터 또는 스탭 모터가 세팅 조작이 쉽고, 단 한번에 필름의 절단길이를 정확하게 셋팅 시킬 수 있는 이점이 있기 때문이다.
일반적으로 서보 모터 또는 스탭 모터 콘트롤러는 서보 모터 또는 스탭 모터 드라이버에 펄스열을 출력하여 위치와 속도를 제어하게 되는데, 이때 펄스열의 주파수는 속도 정보이고, 펄스열의 개수는 위치 정보이다.
기존의 서보 모터 또는 스탭 모터 콘트롤러는 속도패턴(가속, 등속, 감속)으로 위치 값에 도달하게 되는데 이러한 방식은 예컨대 필름을 주기적으로 이송하고 접착 및 절단하는 제대기에 적용시킬 경우에는 이송거리의 변화나 필름의 다음 이송, 접착 및 절단까지의 시간 변화가 있을 때마다 작업자가 수동으로 속도 패턴을 조작 입력하여 하는 불편함이 지적된다.
만약, 작업자가 필름의 다음 이송, 접착 및 절단까지의 시간 변화가 있을 때 속도 패턴을 이에 대응하여 변경시키지 않을 경우 다양한 형태의 문제가 발생하게 되어 제품의 불량을 초래하게 된다.
즉, 도 2에 도시한 바와 같이 서보 모터 또는 스탭 모터 콘트롤러에 발생된 펄스가 외부로부터 입력되면 서보 모터의 파형은 가속 기울기, 등속값, 감속 기울기를 가지면서 가속이 이루어진다.
만일, 필름을 주기적으로 이송하고 접착 및 절단하는 제대기에 적용 할 경우 도 2a에 도시한 바와 같이 기계구동 주기펄스(t0)가 주기적으로 입력 될 경우 도 2b에 도시한 바와 같이 필름 이송시간(t1)과 접착 및 절단 시간(t2)이 일정 비율의 속도 패턴으로 서보 드라이버에 공급되어 필름 이송 시간에 알맞게 필름을 접착 및 절단시키게 된다.
이때, 필름 이송거리(S) = 의 공식이 성립되고, t0 = t1 + t2이다.
이와 같은 상태에서 도 3a와 같이 기계구동주기펄스(t0)가 증가하고, 필름 이송거리(S)가 고정된 상태인 경우 작업자가 수동으로 속도 패턴을 조작하지 않게 되면 도 3b와 같이 필름 이송거리(S)는 짧으나 접착 및 절단 시간(t2)이 상당히 길어지게 된다. 따라서, 이송시간이 짧아지므로 접착 후 필름을 고속으로 잡아당기게 되어 필름을 이송시킬 때 접착부위가 늘어나거나 끊어지는 등 문제점이 있다.
또한, 도 5a와 같이 기계구동주기펄스(t0)는 감소하고 필름 이송거리(S)가 고정된 상태인 경우에는 도 5b와 같이 필름 이송거리(S)는 존재하나 접착 및 절단시간(t2)이 없는 결과를 초래하게 된다.
또한, 도 7a와 같이 기계구동주기펄스(t0)는 고정이고, 필름 이송거리(S)가 증가하는 경우에는 도 7b와 같이 필름 이송시간(t1)은 길어지나 접착 및 절단시간(t2)이 매우 짧아지는 결과를 초래한다. 이 경우에는 접착 및 절단시간 도중에 필름이 이송되는 결과로 인해 봉투의 제작 자체가 어렵게 된다.
또한, 도 9a와 같이 기계구동주기펄스(t0)는 고정이고, 필름 이송거리(S)가 감소한 경우에는 도 9b와 같이 필름 이송시간(t1)은 짧아지나 접착 및 절단시간(t2)이 매우 길어지는 결과를 초래한다.
따라서, 기계 구동 주기펄스 및 필름 이송거리의 변화에 대응하여 속도 패턴을 바꾸어 주어야 하는데, 기존의 콘트롤러는 작업자가 수동으로 적정한 패턴을 입력해야하는 불편함이 뒤따른다.
본 발명은 서보 모터 또는 스탭 모터의 속도 패턴을 만들어 서보 드라이버에 펄스열을 출력시켜 작업시간을 기계 구동 1주기에 알맞게 자동설정 할 수 있도록 함을 기술적 과제로 삼는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 외부 서보 구동 시작신호를 기계구동 주기에 맞추어 계산하는 단계와, 이송거리 및 서보 구동시 시간비 결정에 따른 서보 모터 구동시간을 계산하는 단계와, 직선 가감속 속도패턴에 의한 고속을 결정하는 단계와, 가속도를 출력하는 단계와, 펄스열 카운트 값과 계산된 가속시점이 일치하는지를 판단하는 단계와, 상기 단계에서 펄스열 카운트 값과 계산된 가속시점이 일치 할 경우에는 고속을 유지하는 단계와, 펄스열 카운트 값이 계산된 감속 시점과 일치하는지를 판단하는 단계와, 상기 단계에서 펄스열 카운트 값과 계산된 감속시점이 일치할 경우에는 감속도를 출력하는 단계와, 펄스열 카운트 값이 필름 이송거리와 일치하는지 여부를 판단하여 일치하면 서보 모터를 정지시키는 단계로 이루어진다.
도 11은 본 발명을 설명하기 위한 서보 모터 또는 스탭 모터 콘트롤러(1)하드웨어 블록구성도 이고, 도 12는 본 발명의 흐름도이다.
기계구동 주기를 계산한 신호와 이송거리 및 서보 구동 시간 설정에 따른 신호와를 입력시켜 제어 처리하는 중앙처리장치(10) 및 중앙처리장치(10)에 의해 결정된 제어신호에 의해 디지털 신호를 출력하는 속도 데이터 출력부(20)와, 상기 속도 데이터 출력 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸어주는 D/A변환기(30)와, D/A 변환기(30)로부터의 아날로그신호를 펄스열로 바꾸어주는 펄스 발생부(40)와, 펄스 발생부(40)에 의해 얻어진 펄스열을 카운트하는 카운트부(50)와, 카운트부(50)에 의한 카운터 값을 중앙처리장치(10)에 입력시켜 읽고 처리하고, 처리된 카운트 값에 의한 최적의 속도패턴을 공지의 서보 드라이버(60)에 입력시키되, 서보 모터(70)로부터의 엔코더 신호를 서보 드라이버(60)에 피드백 시키도록 구성된다.
도면 중 A는 데이터 처리회로, 1000은 서보 모터 콘트롤러이다.
상기에 있어서, 중앙처리장치(10)는 기계 구동 주기를 계산하고, 이송시간과 접착 및 절단 시간 계산, 속도 패턴 결정(속도를 높이거나 낮게), 가속ㆍ감속시점 결정 및 카운트 값을 처리하게 된다.
그리고, 기계 구동 시작신호는 서보 구동 개시 펄스 신호로서 예컨대 도 13에서와 같이 회전하는 기계 구동축(캡식) 근방에 근접센서를 설치하여 기계 구동축이 회전될 때 근접 센서가 이를 감지하여 일정한 서보 구동 개시 펄스 신호를 얻게 된다.
또한, 이송거리, 이송시간과 서보 구동 시간비 설정은 미도시한 설정 스위치 조작에 의해 이루어진다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명을 도 12에 도시한 흐름도를 통하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
특히, 본 발명은 도 1에 도시한 제대기에 적용시킨 실시예를 통하여 설명한다.
도 13에서와 같이 주 모터(100)의 축에 끼워진 캠 일측에 근접센서를 설치하여 얻어지는 도 2a와 같은 펄스 시작 신호 주기 즉, 외부 서보 구동 시작 신호를 기계 구동 주기에 맞추어 계산하는 단계(S1)와, 설정 스위치 조작에 의해 설정된 이송거리 및 서보 구동 시간비 설정에 따른 서보 모터 구동 시간을 중앙처리장치(10)에서 계산하는 단계(S2)와, 중앙처리장치(10)에서 직선 가, 감속 속도 패턴에 의해 고속을 결정하는 단계(S3)와, 상기 단계(S3)에 의해 결정된 가속도를 속도 데이터 출력부(20)를 통하여 출력하는 단계(S4)와 , D/A변환된 신호를 펄스 발생부(40)를 통해 카운트부(50)에 의해 카운터하여 중앙처리장치(10)에서 처리하되, 펄스열 카운트 값과 계산된 가속 시점이 일치하는지 여부를 판단하는 단계(S5)와, 상기 단계(S5)에서 일치되면 고속을 유지하는 단계(S6)와, 펄스열 카운트 값과 계산된 감속 시점이 일치하는지 여부를 판단하는 단계(S7)와, 상기 단계(S7)에서 일치되면 감속도를 출력하는 단계(S8)와, 펄스열 카운트 값이 이송거리와 일치하는지 여부를 판단하여 일치하면 서보 모터를 정지시키는 단계(S9)를 통하여 미가공 제품의 이송시간과 미가공 제품의 가공 시간을 항상 일정 비율로 설정되게 제어시킴으로서 서보 모터 콘트롤러의 수동 조작에 따른 불편함을 해소하고 제품의 생산성 향상성은 물론 불량품을 최소화하게된다. 상기에 있어서, 펄스열은 도14와 같이 D/A변환기(30)에 의해 얻어진 파형의 가속/고속/감속 각각에 대응하는 파형으로서, 펄스 발생부(40)에 의해 얻어진다.
이와 같은, 구성 및 단계를 거치는 본 발명을 도 1에 도시한 제대기에 적용시켜 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
예컨대, 도 2a와 같은 시작신호를 상기와 같은 단계를 거쳐 도 2b와 같은 속도패턴으로 서보 모터가 동작하는 도중 도 4a와 같이 기계구동 주기펄스(t0)가 증가하고, 필름 이송거리(S)가 고정된 상태로 설정치가 변경될 경우에는 상기 단계를 거쳐 도 4b와 같이 필름(미가공 제품) 이송거리(S)와 접착 및 절단시간(미가공 제품 가공시간)(t2)이 일정 비율로 자동 설정되어진다.
또한 도 6a와 같이 기계구동 주기 펄스(t0)는 감소하고 필름 이송거리(S)가 고정된 상태로 설정치가 변경될 경우에도 도 6b와 같이 필름 이송거리(S)와 접착 및 절단 시간(t2)이 일정 비율로 자동 설정되어진다.
또한 도 8a와 같이 기계구동 주기 펄스(t0)는 고정이고, 필름 이송거리(S)가 감소한 경우에도 도 8b와 같이 필름 이송거리(S)와 접착 및 절단 시간(t2)이 일정 비율로 자동 설정되어진다.
또한, 도 10a와 같이 기계구동 주기 펄스(t0)는 고정이고, 필름이송거리(S)가 감소한 경우에도 도 10b와 같이 필름 이송거리(S)와 접착 및 절단 시간(t2)이 일정 비율로 자동 설정되어진다.
본 발명은 서보 모터의 속도 패턴을 설정하되, 서보 드라이버에 펄스열을 출력시켜 작업시간 즉, 미가공 제품의 이송거리와 접착 및 절단시간을 기계구동 1주기에 알맞게 자동 설정 할 수 있도록 서보 모터 콘트롤러를 제어하게 함으로써, 제대기에 본 발명을 적용할 시 작업자가 필름의 이송거리, 이송시간과 접착 및 절단 시간비의 변화에 대응하여 수동으로 적정한 속도 패턴을 설정하는 불편함을 해소하고, 적정한 비율로서 작업시간이 자동 설정되므로 가공 제품인 비닐봉투의 불량률을 최소화 할 수 있을 뿐 아니라 제품의 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 기존 기계적 구동에 의한 일 예시의 제대기의 구성도
도 2는 기존 및 본 발명을 설명하기 위한 시작신호 파형 및 서보 모터 속도 패턴도
도 3, 도 5, 도 7, 도 9는 기존 콘트롤러에 의한 경우 작업시간이 잘못 설정됨을 보여주는 파형도
도4, 도 6, 도 8, 도10은 본 발명에 의한 경우 작업시간이 적정한 비율로 설정됨을 보여주는 파형도
도 11은 본 발명을 설명하기 위한 서보 모터 콘트롤러 회로 블록도
도 12는 본 발명을 설명하기 위한 흐름도
도 13은 본 발명에 있어서 시작 신호 검출 예시도
도 14는 본 발명에 있어서 펄스열을 설명하기 위한 파형도
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1000 : 서보 모터 콘트롤러 10 : 중앙처리장치
20 : 속도 데이터 출력부 30 : D/A 변환기
40 : 펄스 발생부 50 : 카운트 부
60 : 서보 모터 드라이버 70 : 서보 모터
100 : 주 모터 200 : 크랭크
300 : 일방향 클러치 500 : 이송 로울러
600 : 히팅부 700 : 커팅부

Claims (2)

  1. 주 모터(100)의 축에 끼워진 캠 일측에 근접센서를 설치하여 얻어지는 펄스 시작 신호 주기를 기계 구동 주기에 맞추어 계산하는 단계(S1)와, 설정 스위치 조작에 의해 설정된 이송거리 및 서보 구동 시간비 설정에 따른 서보 모터 구동 시간을 중앙처리장치(10)에서 계산하는 단계(S2)와, 중앙처리장치(10)에서 직선 가, 감속 속도 패턴에 의해 고속을 결정하는 단계(S3)와, 상기 단계(S3)에 의해 결정된 가속도를 속도 데이터 출력부(20)를 통하여 출력하는 단계(S4)와 , D/A변환된 신호를 펄스 발생부(40)를 통해 카운트부(50)에 의해 카운터하여 중앙처리장치(10)에서 처리하되, 펄스열 카운트 값과 계산된 가속 시점이 일치하는지 여부를 판단하는 단계(S5)와, 상기 단계(S5)에서 일치되면 고속을 유지하는 단계(S6)와, 펄스열 카운트 값과 계산된 감속 시점이 일치하는지 여부를 판단하는 단계(S7)와, 상기 단계(S7)에서 일치되면 감속도를 출력하는 단계(S8)와, 펄스열 카운트 값이 이송거리와 일치하는지 여부를 판단하여 일치하면 서보 모터를 정지시키는 단계(S9)를 통하여 이송시간과 서보 구동 시간을 항상 일정비율로 설정되게 제어함을 특징으로 하는 서보 모터 자동 추종 제어방법.
  2. 기계 구동 주기를 계산한 신호와 이송거리 및 서보 구동 시간 설정에 따른 신호와를 입력시켜 제어 처리하는 중앙처리장치(10) 및 중앙처리장치(10)에 의해 결정된 제어신호에 의해 디지털 신호를 출력하는 속도 데이터 출력부(20)와, 상기 속도 데이터 출력 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸어주는 D/A변환기(30)와, D/A 변환기(30)로부터의 아날로그신호를 펄스열로 바꾸어주는 펄스 발생부(40)와, 펄스 발생부(40)에 의해 얻어진 펄스열을 카운트하는 카운트부(50)와, 카운트부(50)에 의한 카운터 값을 중앙처리장치(10)에 입력시켜 읽고 처리하고, 처리된 카운트 값에 의한 최적의 속도패턴을 공지의 서버드라이버(60)에 입력시키되, 서보 모터(70)로부터의 엔코더 신호를 서보 드라이버(60)에 피드백 시키도록 구성함을 특징으로 하는 서보 모터 자동추종 제어 장치.
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