KR100501911B1 - 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공환경에 관계없이 극간거리를 항상 최적의 상태로 추종 제어하며 가공속도를 높일 수 있는 서보제어 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 극간전압을 샘플링 시간간격으로 검출하여 입력하는 제1 단계; 입력된 극간전압을 전진 기준전압과 비교하여 전진 임시변수를 카운트하는 제2 단계; 입력된 극간전압을 전진 기준전압 근방의 다른 부기준전압들과 비교한 후 상기 전진기준전압과의 근사정도에 따라 가중치를 부여하여 전진판단 보조값을 산출하는 제3 단계; 입력된 극간전압을 소정의 후진 기준전압과 비교하여 후진 임시변수를 카운트하는 제4 단계; 제1 내지 제4 단계를 반복하여 입력된 샘플링 수가 유효감지횟수에 도달하면, 전진 임시변수값을 전진 기준횟수와 비교하여 서보 전진을 결정하는 제5 단계; 제5 단계에서 비교결과 서보전진이 아니면, 전진판단 보조값을 전진판단 기준값과 비교하여 서보전진을 결정하는 제6 단계; 및 후진임시변수값을 후진 기준횟수와 비교하여 서보후진 혹은 일시정지를 결정하는 제7 단계를 포함한다.

따라서 본 발명은 전진횟수가 기준회수에 미달하더라도 전체적으로 극간전압이 높으면 전진으로 판단하여 전진하도록 서보를 제어하므로써 가공속도를 향상시킬 수 있다.

Description

와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법{Method of controlling servo in a wire cut electrical discharge machine}

본 발명은 와이어 컷 방전가공기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방전상태, 가공물 두께 및 재질등 가공환경에 관계없이 극간거리(이를 '가공 갭' 혹은 간단히 '갭'이라 한다)를 항상 최적의 상태로 추종 제어하며 가공속도를 높일 수 있는 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어 방법에 관한 것이다.

선반과 같은 일반 접촉식 공작기계와는 달리 와이어 컷 방전 가공기는 비접촉식 공작기계로서, 와이어와 피가공물이 접촉이 되지 않은 상태에서 가공한다. 이러한 와이어 컷 방전 가공기에서 가공효율을 높이기 위해서는 와이어와 피가공물의 극간거리를 최상의 조건으로 제어할 필요가 있다. 즉, 와이어 컷 방전가공기는 와이어와 피가공물에 각각 다른 극성을 가진 전압을 걸어주고, 와이어와 피가공물을 서서히 접근시켜 스파크를 일으켜 스파크가 일어날 때 피가공물을 용융상태로 하여 가공하는 것이므로, 와이어와 피가공물의 극간거리를 제어하는 것이 매우 중요하다. 만약, 와이어와 피가공물의 거리가 너무 가까우면 와이어와 피가공물은 접촉되어 와이어가 단선될 확률이 높고, 너무 떨어져 있으면 방전이 일어나지 않게 된다. 그러므로 와이어와 피가공물 사이의 거리제어를 효과적으로 제어해주기 위한 방법이 필요한 것이다.

와이어와 피가공물 사이의 거리(즉, 극간거리)는 와이어와 피가공물 사이에 걸리는 극간전압으로 알 수 있으며, 이 극간전압을 입력으로 받아 극간전압 감지부에 있는 감지값 처리부에서 축 이동을 전진, 일시정지, 후진할 것인지를 주처리부에 알려주게 된다. 주처리부에서는 이러한 정보들을 입력으로 받아 축 구동부를 제어하므로써 가공물을 원하는 형상으로 가공할 수 있다.

그런데 이와 같이 극간거리를 추종하기 위해 서보를 제어하는 종래의 방법에서는 도 2의 (가)에서 도시된 바와 같이, 극간전압과 비교하여 전진을 결정하기 위한 기준전압(FL)이 하나의 고정된 값으로 정해져 있으므로, 이 기준전압보다 입력된 극간전압이 높은 가 또는 낮은 가만을 비교하여 전진, 일시정지, 후진을 판단하게 되어 있다. 따라서 종래 방법에 따르면 극간전압이 기준전압 바로 아래의 값으로 입력이 될 경우에 실제로 충분히 '전진'할 수 있음에도 '일시정지'로 남아 가공속도가 저하되는 문제점이 있다. 더욱이, 전진하는 것이 바람직함에도 불구하고 일시정지로 남게 되는 경우가 자주 발생하면 가공속도의 저하는 물론, 한 부분에서 계속 가공하게 되므로 치수 정밀도도 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 하나의 기준전압의 근방에 여러개의 가중치를 가진 구간을 설정하여 전진, 일시정지, 후진을 결정하므로써 가공속도를 높일 수 있는 와이어 컷 방전 가공기에서 서보제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 와이어와 피가공물간의 극간전압을 입력받아 샘플링한 후 소정의 기준값들과 비교하여 전진, 일시정지, 후진을 결정하여 서보를 제어하도록 된 와이어 컷 방전 가공기에 있어서, 극간전압을 소정 샘플링 시간간격으로 검출하여 입력하는 제1 단계; 입력된 극간전압을 소정의 전진 기준전압과 비교하여 전진 임시변수를 카운트하는 제2 단계; 입력된 극간전압을 상기 전진기준전압 근방의 다른 부기준전압들과 비교한 후 상기 전진기준전압과의 근사정도에 따라 가중치를 부여하여 전진판단 보조값을 산출하는 제3 단계; 입력된 극간전압을 소정의 후진 기준전압과 비교하여 후진 임시변수를 카운트하는 제4 단계; 상기 제1 내지 제4 단계를 반복하여 입력된 샘플링 수가 유효감지 횟수에 도달하면, 상기 전진 임시변수값을 전진 기준횟수와 비교하여 서보 전진을 결정하는 제5 단계; 상기 제5 단계에서 비교결과 서보전진이 아니면, 전진판단 보조값을 전진판단 기준값과 비교하여 서보전진을 결정하는 제6 단계; 및 상기 후진임시변수값을 후진 기준횟수와 비교하여 서보후진 혹은 일시정지를 결정하는 제7 단계를 포함하여 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전형적인 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 극간전압 감지/ 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 처리부를 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 마이크로프로세서로 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.

도 2는 본 발명에 따른 서보제어방법의 개념을 명확히 하기 위하여 종래의 개념과 비교하여 도시한 도면으로서, (가)는 종래방법에 따라 서보제어를 위해 전진, 일시정지, 후퇴를 결정할 경우에 사용되는 기준값이고, (나)는 본 발명에 따라 전진, 일시정지, 후퇴를 결정할 경우에 사용되는 기준값이다. 도 2의 (가)를 참조하면, 종축은 입력된 극간전압을 샘플링하여 8비트로 나타낼 경우 극간전압 값으로서 0부터 255까지의 크기를 갖고, 횡축은 샘플링 시간의 경과를 나타내는 시간축이다. 샘플링 시간간격으로 샘플링되어 디지털로 변환된 극간전압값에 따라 전진, 정지, 후진을 판단하는데, 입력된 극간전압값이 전진기준전압(FL)값보다 커 전진영역에 속하면 '전진'으로 판단하고, 전진기준전압값과 후진기준전압(BL)값 사이에 있으면 '일시정지'로 판단하며 후진 기준전압(BL)값 이하이면 '후진'으로 판단한다.

도 2의 (나)는 본 발명에 따른 기준값 설정의 예로서, 전진 기준전압(FL)값을 설정함과 아울러 전진기준전압값보다 낮은 레벨로 다수의 전진 부기준전압(FAL1∼FAL3)값들을 설정한다. 그리고 전진 기준전압(FL)값에 가까운 쪽의 영역이 높은 값이 되도록 각 영역에 가중치를 부여한다. 이와 같이 본 발명에서는 전진기준전압 근방에 다른 부기준전압값들로 정해지는 영역을 정의한 후 가중치를 부여하는데, 본 발명의 실시예에서는 전진 기준전압 이하에 3개의 다른 부기준전압값을 설정한 후, 3개의 영역을 구분하여 기중치를 3, 2, 1로 부여한다. 따라서 입력된 극간전압이 전진기준전압(FL)보다 낮으나 제1 부기준전압(FAL1)값보다 높으면 가중치 3을 부여하고, 제1 부기준전압(FAL1)값과 제2 부기준전압(FAL2)값 사이에 속하면 가중치 2를 부여한다.

이와 같이 전진 여부를 결정함에 있어서 본 발명은 전진기준전압보다 낮은 레벨이라 하더라도 가중치에 따라 어느정도 높은 쪽에 집중하면 전진으로 결정하므로써 가공속도를 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 서보 제어방법을 도시한 흐름도이다. 본 발명에 따라 극간전압을 입력받아 서보전진, 일시정지, 서보후진을 결정하기 위해서는 전진기준전압, 제1 전진 부기준전압, 제2 전진 부기준전압, 제3 전진 부기준전압, 후진기준전압, 전진기준횟수, 후진기준횟수, 전진 판단기준값이 요구된다. 초기화 단계에서는 이와 같은 기준값들을 설정한다(단계 301). 이어 극간 전압감지/거리제어부는 극간전압을 입력받아 샘플링한 후 디지털로 변환한다(단계 302). 단계 303에서는 입력된 극간전압이 전진기준전압보다 크거나 같은지를 판단하여 예이면 단계304에서 전진 임시변수값을 1증가시키고 단계 313으로 간다. 단계303에서 아니오이면 단계 305에서 입력된 극간전압이 제1 전진 부기준전압보다 크거나 같은지를 판단한다. 본 발명의 실시예에서 제1 전진 부기준전압은 "전진기준전압-1"로 한다. 단계305에서 판단결과 예이면 단계306에서 전진판단 보조값을 가중치 3만큼 증가시키고 단계313으로 간다. 단계305에서 아니오이면 단계 307에서 입력된 극간전압이 제2 전진 부기준전압보다 크거나 같은지를 판단한다. 본 발명의 실시예에서 제2 전진 부기준전압은 "전진기준전압-2"로 한다. 단계307에서 판단결과 예이면 단계308에서 전진판단 보조값을 가중치 2만큼 증가시키고 단계313으로 간다. 단계307에서 아니오이면 단계 309에서 입력된 극간전압이 제3 전진 부기준전압보다 크거나 같은지를 판단한다. 본 발명의 실시예에서 제3 전진 부기준전압은 "전진기준전압-3"로 한다. 단계309에서 판단결과 예이면 단계310에서 전진판단 보조값을 가중치 1만큼 증가시키고 단계313으로 간다. 단계309에서 아니오이면 단계 311에서 입력된 극간전압이 후진 기준전압보다 작은지를 판단하여 예이면 단계312에서 후진 임시변수를1 증가시키고 단계313으로 간다.

단계 313에서는 현재까지 샘플링하여 입력된 극간전압 검출횟수가 유효감지횟수에 도달했는지를 판단하여 미달이면, 단계 302부터 반복하여 다음 샘플링된 극간전압을 입력받아 단계303 내지 314를 반복한다. 단계315에서 유효감지횟수에 도달하면 단계316에서 전진임시변수가 전진기준횟수 이상이면 단계 317에서 서보 전진으로 판단하고, 전진임시변수가 전진기준횟수 이하이면 단계 318로 간다. 단계 318에서는 전진판단 보조값이 전진 판단기준값 이상인지를 판단하고 판단결과 예이면 단계 319에서 서보전진으로 판단하고, 전진판단 보조값이 전진 판단기준값 이하이면 단계 320으로 간다. 단계 320에서는 후진임시변수가 후진기준횟수 이상인지를 판단하고 판단결과 예이면, 단계 321에서 서보후진으로 판단하고, 아니오이면 단계 322에서 서보 일시정지로 판단한다.

이와 같은 본원발명의 동작을 이해하기 쉽도록 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 4는 종래방식에 따른 서보제어의 예와 본 발명에 따른 서보제어의 예를 설명하기 위하여 도시한 도면으로서, (가)는 종래방법에 따른 예이고, (나)는 본 발명에 따른 예이다. 도 4의 (가) 및 (나)를 참조하면, 8개의 극간전압 샘플이 입력되어 전진 기준전압 근처에 위치하는 것을 알 수 있다. 도 4의 예에서, 전진기준횟수는 5이고, 유효감지횟수는 8, 전진판단 기준값은 30이라 하자. 여기서, 전진판단 기준값은 입력된 극간전압이 전진기준전압 이상일 경우에 가중치를 5로 하고, 그 아래로부터 3, 2, 1로 정의한 경우에 "전진기준회수 x 5 + ａ"로 산출한 값이다.

도 4의 (가)에 따르면 입력된 극간전압이 8개로서 휴효감지횟수(8)에 도달하였으므로 전진, 정지, 후진을 결정할 수 있는데, 전진에 속하는 극간전압이 4개이므로 전진 기준횟수 5에 미달하여 "정지"로 판단한다. 도 4의 (나)에 따르면, 전진에 속하는 극간전압이 4개이므로 전진 기준횟수 5에 미달하나 본 발명에서는 전진 판단기준값에 의해서도 전진를 판단하므로 전진 판단보조값을 계산할 필요가 있다. 전진에 속하는 4개의 샘플은 가중치 5에 해당되고, 가중치 3에 3개의 샘플이, 가중치2에 하나의 샘플이 각각 위치하므로 전진판단 보조값은 "(5x4)+(3x3)+(2x1)=31"이 된다. 그리고 전진판단 보조값이 전진 판단기준값을 넘어서므로, 도 4의 (나)에 따르면 "전진"으로 판단한다.

이와 같이 본 발명에서는 입력된 극간전압을 판정한 전진횟수가 기준전진 횟수에 미달하더라도 전진기준값 근처에 집중되어 편균전압이 높을 경우에는 전진으로 판단하여 가공속도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 극간전압을 감지하여 서보 전진을 판정할 경우에 하나의 기준전압과 그 이하에 설정되는 다수의 부 기준전압값을 설정한 후, 기준전압값에 가까운정도에 따라 가중치를 부여하여 전진횟수가 기준횟수에 미달하더라도 전체적으로 극간전압이 높으면 전진으로 판단하여 전진하도록 서보를 제어하므로써 가공속도와 가공정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전형적인 와이어 컷 방전 가공기를 도시한 블록도,

도 2는 종래의 서보제어 개념과 본 발명에 따른 서보제어 개념을 비교 도시 한 도면,

도 3은 와이어 컷 방전 가공기에서 본 발명에 따른 서보제어방법을 도시한 흐름도,

도 4는 종래방식에 따른 서보제어의 예와 본 발명에 따른 서보제어의 예를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10...와이어전극 20...피가공물

30...가공전원부 40...가공전원제어부

60...극간전압감지/거리제어부 70...가공제어부

80...주처리부 90...서보구동부

92...X축 모터 94...Y축모터

Claims (1)

1. 와이어와 피가공물간의 극간전압을 입력받아 샘플링한 후 소정의 기준값들과 비교하여 전진, 일시정지, 후진을 결정하여 서보를 제어하도록 된 와이어 컷 방전 가공기에 있어서,

   극간전압을 소정 샘플링 시간간격으로 검출하여 입력하는 제1 단계;

   입력된 극간전압을 소정의 전진 기준전압과 비교하여 전진 임시변수를 카운트하는 제2 단계;

   입력된 극간전압을 상기 전진기준전압 근방의 다른 기준전압들과 비교한 후 상기 전진 기준전압과의 근사정도에 따라 가중치를 부여하여 전진판단 보조값을 산출하는 제3 단계;

   입력된 극간전압을 소정의 후진 기준전압과 비교하여 후진 임시변수를 카운트하는 제4 단계;

   상기 제1 내지 제4 단계를 반복하여 입력된 샘플링 수가 유효감지횟수에 도달하면, 상기 전진 임시변수값을 전진 기준횟수와 비교하여 서보 전진을 결정하는 제5 단계;

   상기 제5 단계에서 비교결과 서보전진이 아니면, 전진판단 보조값을 전진판단 기준값과 비교하여 서보전진을 결정하는 제6 단계; 및

   상기 후진 임시변수값을 후진 기준횟수와 비교하여 서보후진 혹은 일시정지를 결정하는 제7 단계를 포함하여 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 와이어 컷 방전 가공기의 서보제어방법.