KR100745526B1 - 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동 프레스 마스터링방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동프레스 마스터링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로드셀과 마스터 로드셀을 프레스 본체에 내장함으로써 소형화가 가능하고, 외력에 의한 로드셀의 파손을 방지하며, 가압시 스프링 백(SPRING BACK)에 의한 압입물의 미압입 현상 및 장치 각각 부속품들의 마모, 파손 등의 현상을 파악하여 가압시 요구되는 정확한 가압력을 작업 대상물에 제공 할 수 있는 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동프레스 마스터링 방법에 관한 것이다.

전동 프레스의 상측에 엔코더(15)와, 상기 엔코더(15)의 하측에는 서보모터(14)와, 상기 서보모터(14)의 동력이 전달되는 기어 박스 감속기(13)와, 상기 감속기(13)의 로드축과 연결되어 동력을 전달하는 회전 연결 로드(8)와, 상기 회전 연결 로드(8)의 하측에 연결되어 회전 운동을 하는 볼스크류(2)와, 상기 볼스크류(2)의 하측에는 상,하 왕복운동을 하는 가압로드(1)가 결합되며, 프레스 하부 본체(19)에 중심이 일치하도록 상단부가 고정설치되는 중공 파이프형의 프레스 상부 본체(18)로 구성된 전동 프레스에 있어서, 상기 프레스 상부 본체(18)의 중앙 외측 상측에는 마스터 로드셀 앰프(6)와 하측에 로드셀 앰프(5)가 설치되고, 상기 프레스 하부 본체(19)의 하측 내부와 가압 로드(1) 사이에는 마스터 로드셀(4)이 설치되고, 상기 마스터 로드셀(4)이 설치된 하측 가압로드(1) 내부에 로드셀(3)이 설치된 것을 특징으로 한다.

로드셀, 마스터 로드셀, 로드셀 앰프, 마스터 로드셀 앰프, 직동 베어링 가이드(LM GUIDE), 회전 연결 로드, 로드셀 보호캡

Description

마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동 프레스 마스터링 방법{Electric press mastering method}

도 1은 본 발명의 전동 프레스 단면 구성도.

도 2는 본 발명의 전동 프레스와 컨트롤러가 연결된 구성도.

도 3는 본 발명의 전동 프레스의 동작상태를 나타낸 공정도.

도 4는 본 발명의 프레스 정상 압입 작동시 압입물과 피압입물의 동작 상태 모형 예시도.

도 5은 본 발명의 프레스 비정상 압입 작동시 압입물과 피압입물의 동작 상태 모형 예시도.

도 6은 본 발명의 마스터링 작업시 발생한 값을 연산하여 변환시킨 그래프 예시도.

도 7은 본 발명의 실제 작업시 발생한 값을 연산하여 변환시킨 그래프 예시도.

도 8은 종래 전동 프레스의 단면도.

도 9는 종래 다른 전동 프레스의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:가압로드 2:볼스크류

3:로드셀 4:마스터 로드셀

5:로드셀 앰프 6:마스터 로드셀 앰프

7:직동 베어링 가이드 8:회전 연결 로드

10,16:오일리스 베어링 11:오일씰

12:압압 지그 연결 고정구 13:감속기

14:서보모터 15:엔코더

17:로드셀 보호캡 18:프레스 상부 본체

19:프레스 하부 본체 20:회전 방지 고정 커버

23,24:스러스트 베어링 40:컨트롤러

본 발명은 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동프레스 마스터링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로드셀과 마스터 로드셀을 프레스 본체에 내장함으로써 소형화가 가능하고, 외력에 의한 로드셀의 파손을 방지하며, 가압시 스프링 백(SPRING BACK)에 의한 압입물의 미압입 현상 및 장치 각각 부속품들의 마모, 파손 등의 현상을 파악하여 가압시 요구되는 정확한 가압력을 작업 대상물에 제공 할 수 있는 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동프레스 마스터링 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 전동 프레스 장치의 일 예로서, 도 9를 참조하면, 로드셀(20')이 외부에 노출된 형태로 장착되는 경우, 로드셀(20') 또는 압입 지그(100')에 축방향 이외의 하중이나 외부 충격 및 타격이 작용하게 되면 로드셀(20')이 쉽게 파손되어 사용이 불가능하게 되거나, 고유특성이 변하여 측정값이 부정확하게 된다. 로드셀(20')의 측정값을 바탕으로 제어하는 전동 프레스 장치로써, 종래의 전동 프레스는 정밀한 하중 제어가 불가능하게 된다는 중대한 문제점을 가지고 있었다.

한편, 종래보다 발전된 형태인 전동 프레스로서, 특허출원번호 10-2003-0033793호에 나타나 있는 전동 프레스 장치를 참조하여 설명한다.

종래 문제를 해결하기 위해 도 8와 같이 발전된 전동 프레스가 도시 되어 있으며, 이 전동 프레스는 로드셀(20)을 상부로 취부하여 축방향 이외의 하중이나 외부 충격 및 타격 등으로써 보호는 실현하였지만, 도 9의 종래 방식과 같이 로드셀(20')이 하부에 취부되어져 직접 압입력을 측정하는 방식이 아닌, 상부에 로드셀(20) 취부되어져 간접 압입력을 측정하는 방식을 사용하고 있었다.

상기와 같이 사용을 하였을 경우, 볼스크류 볼트(30) 상부에 스러스트 베어링(5)이 취부되어 있고, 스러스트 베어링(5) 상부와 종동 타이밍 풀리(25)의 하부 스러스트 베어링(5) 사이에 로드셀(20)이 취부되어져 있어, 볼스크류 볼트(30)의 고속 회전시 발생되는 진동이 전부 로드셀(20)에 전달되어져 측정값의 변동이 발생한다는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 가압로드(50)가 볼스크류 볼트(30)와 볼스크류 너트(35)의 회전으로 상,하 왕복 운동을 하여 압입물에 압입을 가하면, 볼스크류 볼트(30)가 상부쪽으로 밀림이 발생하여 로드셀(20)을 가압하여 그 값을 측정하는 간접 방식으로써, 피압입물의 실제 압입 하중이라고 판단하기는 어려운 일이다.

또한, 가압로드(50) 측면에 취부되어진 가이드 키(51)는 가압로드(50)의 상,하 왕복 운동이 진행시 가이드 레일(11)에 항상 마찰되어져 작동이 이루어지게되고, 실제 전동 프레스에서 가이드 키(51)와 가이드 레일(11)은 이종 재질을 사용함으로써, 장시간 사용시 표면 마찰에 의한 재질 소모가 지속되어 치수의 변질이 발생하고, 일정 간격을 유지하며 작동을 하지 못하게 된다. 그로인해 서보모터(40) 하부에 내장되어져 있는 엔코더에서의 이동 거리 각도에 대한 측정값의 변동이 발생 된다는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 종래의 사용하고 있는 프레스에서는 내부의 로드셀(20)의 파손 및 볼스크류 볼트(30), 볼스크류 너트(35), 가이드 키(51), 타이밍 벨트(15) 등의 내부 파손이나 이상 발생시, 별도의 검출 장치의 부재로 인하여 문제가 발생 된 부분의 검출이 불가능함으로써, 프레스는 무시하고 연속 작동을 계속 진행하게 된다. 그러므로 인해 다른 부속물들은 이상이 발생 된 부속물의 과부하에 대하여 직접적인 영향을 받음으로써, 프레스의 내구성 저하 및 오작동, 장비 파손 등의 문제점을 가지고 있었다.

또한, 금속이나 모든 소재는 압입시 압입력에 의하여 압축 변형이 되었다가 압입력이 해제가 되면서 자기 원래 형태로 복귀하려는 특성을 가지고 있다. 이러한 현상을 스프링 백이라고 한다. 통상 프레스를 사용하여 압입물을 피압입물에 압입 을 진행시키면, 압입 하강시는 완전 밀착이 되어 있다가 압입 상승시 소정의 구간 만큼 미압입되는 상태인 스프링 백 현상이 발생하였다. 이러한 스프링 백 현상이 발생될 경우, 정상 압입시는 압입 공차만큼 발생되어 양품으로 판정되지만, 비정상 압입시는 압입 공차 이상 발생되어 불량품으로 판정이 된다. 하지만, 종래에 사용하고 있는 프레스에서는 이러한 스프링 백 현상에 의한 불량에 대하여, 별도의 검출 장치의 부재로 감지해 낼 수 있는 뚜렷한 방안이 없었다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 상기 결점을 극복할 수 있는 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동프레스를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 가압로드 하부 내측에 로드셀을 장착하고, 로드셀 외부에 로드셀 보호캡을 취부하므로써, 외부 충격 및 타격 등으로 인한 작업 안정성 저하 방지를 실현하였고, 축방향 이외의 하중이 로드셀의 측정단에 작용하는 것을 원천적으로 차단하여 측정값의 안전성을 확보할 수 있게 되었으며, 가압로드 하부 내측 장착으로 압입물과 가압로드 사이에서 실제 압입력을 직접 측정하는 방식을 사용함으로써, 정밀한 하중 제어가 가능한 고정밀 전동프레스 마스터링 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가압로드의 회전을 방지하기 위하여 가압로드 측면에 정밀하고도 고강도의 직동 베어링 가이드를 취부함으로써, 장시간 사용시 문제되었던 내구성의 향상과 마찰력의 최소화를 가능하게하며, 고속 직진 운동을 함 에 있어서 클리어런스의 제로화와 회전 운동을 직선 운동으로 변환시 발생되는 모든 작용 하중에 대한 강성의 우월함을 실현함으로써, 가압로드의 정확한 이동 거리를 측정할 수 있는 고정밀 전동프레스 마스터링 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 마스터 로드셀을 프레스 하부 본체에 내장하고, 마스터 로드셀 앰프를 프레스 상부 본체 측면에 설치함으로써, 마스터링 시스템을 구축할 수 있게 되었다. 또한, 종래에 문제가 되었던 내부 부속물의 파손 및 이상을 검출할 수 있으며, 프레스의 내구성 저하 및 오작동, 장비 파손 등의 문제에 대해 사전에 예측할 수 있고, 압입시 발생 되었던 스프링 백 현상에 의한 압입 불량에 대하여 불량 검출 기능을 실현함으로써, 마스터링 시스템을 이용한 고정밀전동 프레스 마스터링 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예와 하기의 상세한 설명에 의하여 명확해 질 것이다.

그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 전동 프레스 단면 구성도이고, 도 2는 본 발명의 전동 프레스와 컨트롤러가 연결된 구성도이며, 도 3는 본 발명의 전동 프레스의 동작상태를 나타낸 공정도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 프레스 정상 압입 작동시 압입물과 피압입물의 동작 상태 모형 예시도이며, 도 5은 본 발명의 프레스 비정상 압입 작동시 압입물과 피압입물의 동작 상태 모형 예시도이고, 도 6은 본 발명의 마스터링 작업시 발생한 값을 연산하여 변환시킨 그래프 예시도이며, 도 7은 본 발명의 실제 작업시 발생한 값을 연산하여 변환시킨 그래프 예시도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이 전동 프레스는 상측에 서보모터(14)가 설치되어 있고, 서보모터(14)의 상부에 일체형으로써 엔코더(15)가 조합되어 있다. 상기 서보모터(14)의 하측에는 동력이 전달되어 회전력을 증속하는 기어박스인 감속기(13)와, 상기 감속기(13) 하부의 출력축에 연결되어 동력 전달을 하는 회전 연결 로드(8)가 취부되어 있다. 회전 연결 로드(8)는 상부에 스러스트 베어링(23)과 하부의 스러스트 베어링(24) 및 베어링(25)의 조합으로써, 압입시 하부로부터 상부로 전달되어지는 하중의 힘이 감속기(13)와 서보모터(14)까지 전달되지 못하도록 베어링 조합으로 지탱을하여 회전력의 손실을 최소화할 수 있으며, 작동이 원할 수 있도록 취부되어져 있다.

상기 회전 연결 로드(8)의 하부에는 볼스크류(2)가 취부되어져 회전 연결 로드(8)의 회전력을 받아 회전 운동을 상,하 왕복 운동으로 변환을 하여 주는 역활을 하지만, 상기 볼스크류(2)와 일체형으로 조합되어져 있는 볼스크류 하우징(26)의 특성상 볼스크류 하우징(26)을 고정하여 구속을 하지 않으면, 볼스크류 하우징(26)은 상,하 왕복 운동으로 변환을 하지 못하고, 볼스크류(2)와 연동되어 회전 운동만을 진행하게 된다. 이러한 볼스크류(2)와 볼스크류 하우징(26) 일체형의 조합을 고정 구속시키기 위하여, 중공형으로 가공이 되어있는 가압로드(1) 좌측 측면과 프레스 상부 본체(18) 사이에 직동 베어링 가이드(7)을 취부하여, 볼스크류(2)의 회전 력을 받은 볼스크류 하우징(26)과 가압로드(1)를 프레스 상부 본체(18)에 고정되어 있는 고강도의 정밀한 직동 베어링 가이드(7)가 고정 구속을 하여 상,하 왕복 운동으로 변환을 하는 역활을 함으로써,직선 운동의 손실을 최소화하여 정확한 이동 거리를 측정할 수 있도록 하여 준다.

상기 가압로드(1) 하부 내측에는 로드셀(3)이 로드셀 보호캡(17)과 조합이 되어 설치되어져 있어, 외부 충격 및 타격으로부터 보호 역활을하고, 로드셀(3) 외부에 조합된 로드셀 보호캡(17)은 조립 및 압입 측정시 압입력이 발생하여 로드셀(3)에 하중이 가해졌을 때, 로드셀(3) 자체의 변형 및 파손을 방지하여 주며, 중공형 가압로드(1) 내부 면과의 마찰에 의한 손실을 최소화할 수 있게 하여준다.

상기 로드셀(3) 하부에 압입 지그 연결 고정구(12)가 같이 가압로드(1) 하부 내측에 포함되어져 가압로드(1) 하부까지 노출되어 취부된다. 압입 지그 연결 고정구(12)는 실제 압입시 압입물에 하중을 가하기 위한 압입 지그를 취부하여 사용하는 것이다. 이러한 역활을 하는 압입 지그 연결 고정구(12)는 축방향 이외의 하중에도 많이 노출이 되어있다. 종래의 전동 프레스에서는 실제로 압입 작업을 할 경우, 로드셀(3)에 축방향의 하중만 전달하여야 하나, 그러하지 못하였다. 이러한 문제에 대하여 해결을 위하여 압입 지그 연결 고정구(12)와 중공형 가압로드(1) 하부 내측면과의 사이에 오일리스 베어링(10)을 조합하여 베어링 공차 관리로 조립을 함으로써, 축방향 이외의 하중의 전달을 원천적으로 차단하는 효과를 볼 수 있게 되었다. 그리고, 압입 지그 연결 고정구(12)는 오일리스 베어링(10)과 조합을 위하여 원형으로 가공을 하여야 하므로, 압입 지그 연결 고정구(12)는 회전하여 움직일 수 있으므로써, 로드셀(3) 측정단에 영향을 주어 측정값의 변동을 발생시킬 수 있기에, 압입 지그 연결 고정구(12) 하부 중간에 약간의 단을 가공하여 회전 방지 고정 커버(20)를 가압로드(1)에 함께 조립함으로써, 압입 지그 연결 고정구(12)의 회전 움직임을 방지할 수 있게 하여준다.

한편 프레스 상부 본체(18) 하부에 프레스 하부 본체(19)가 취부되어져 있고, 프레스 하부 본체(19) 내부에는 마스터링 시스템을 하기 위하여 마스터 로드셀(4)이 내장되어져 있다. 또한, 프레스 하부 본체(19) 하단부 내주면에 밀착되는 오일리스 베어링(10)을 구비하여 가압로드(1)와 미끄럼 접촉을 하도록 함으로써, 마찰이 최소화된 상태에서 안정적인 가압로드(1)의 상,하 왕복 운동이 가능하도록 한다.

또한, 통상 사용시에 프레스 하부 본체(19) 하단부와 가압로드(1) 사이에 오일리스 베어링(10)만을 구비하여 사용하여 왔다. 그러므로 인해 가압로드(1)의 외주면에 이물질 및 금속 칩이 부착되어 오일리스 베어링(10)과 가압로드(1) 사이에 끼임 및 내부 유입이 발생하여, 오일리스 베어링(10)의 내구성 저하 및 가압로드(1) 동작의 제한 등의 영향으로 비정상적인 작동이 이루어지는 현상이 발생하게 되었다. 이러한 현상을 해결하기 위하여 프레스 하부 본체(19)와 가압로드(1) 사이에 이물질 및 금속 칩의 삽입을 방지할 목적으로 오일씰(11)을 취부하여 비정상적인 작동의 최소화가 가능하게 되었다.

또한, 전동 프레스 본체의 연결 부위에 일반적으로는 금속 재질과 볼트를 사용해서 조립하여 왔다. 하지만 금속 재질끼리의 조합을하여 사용 함으로써, 내부 부속물의 작동에 의한 소음 발생과 연결 취부 부위를 통하여 내부 윤활 그리스의 외부 유출 및 외부 미세 먼지 등의 유입로 인해, 전동 프레스의 내구성 저하 및 이상 작동 현상이 발생되는 원인이 되어왔다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 프레스 본체의 각 취부 연결 부위에 오링(27, 28, 29, 30)을 삽입하여 소음 및 이상 작동의 원인을 원천적으로 차단하는 효과를 가져왔다.

또한, 상기 엔코더(15)와 서보모터(14), 로드셀(3), 마스터 로드셀(4), 로드셀 앰프(5), 마스터 로드셀 앰프(6)에는 각각 신호를 주고 받기 위해 컨트롤러(40)와 연결이 되어져 있다.

도 3은 본 발명의 전동 프레스의 동작상태를 나타낸 공정도이다.

우선 로드셀 마스터링 작업(S4)에 대한 공정 설명을 하면, 실제 사용되는 전동 프레스 장비에서 피압입물을 압입물로 압입을 할 경우, 피압입물을 고정하여 작업을 할 수 있도록 하부 고정 지그를 사용하여야 만이 압입 작업이 가능하다. 하부 고정 지그를 취부하는 구조물의 방식으로는 장비에 일체형으로 고정하는 방법과 피압입물을 이동시키면서 작업을 하기위해 하부 팔레트를 사용하여 하는 방법이 일반적으로 사용되어 진다. 장비 일체형으로 고정하는 방법은 하부로 압입력이 전달되어 압입력을 충분히 견딜 수 있는 강성의 구조로 되어 있지만, 팔레트 고정 방식은 이동을 하며 사용하기 위하여 장비 일체형보다는 저강성 구조이므로 변형이 일어날 수 있는 가능성이 존재하여 왔다.

압입 작업 동작의 특성상, 상부에서 전동 프레스의 압입 지그가 압입을하면,하부 고정 지그에 전체 압입력이 그대로 전달되어 진다. 하부 고정 지그에 전달되 어진 압압력은 하부 고정 지그가 취부된 하부로 작용을하게 된다. 만약, 하부 고정 지그가 취부된 구조물이 압입력을 지탱할 수 없는 구조나 강성으로 되어 있다면, 구조물이 변형을 일으키게 된다.

하지만 종래의 전동 프레스에서는 구조물의 변형량을 감지할 수 있는 검출 장치의 부재로 인하여, 변형량 값의 환산, 보상 및 구조물의 불량 판정을 할 수 없다는 문제점이 발생되고 있었으나 뚜렷한 대응 방안이 없는 실정이었다.

이러한 상기의 문제들을 해결하기 위하여 로드셀 마스터링 작업(S4)을 사용하여 해결할 수 있게 되었다. 초기 기준 구조물의 변형량을 검출하여 컨트롤러 내부에 저장을 하고, 일정 횟수나 시간을 설정하여 로드셀 마스터링 작업(S4)을 함으로써, 컨트롤러 내부에 저장 되어진 기준 변형량과의 비교 판정을하여 변형량 검출을 하게 되고, 검출한 병형량을 가지고 양,부 판정을 하여 작업자에게 알려준다. 그러므로써, 프레스 본체가 아닌 그 외의 조건인 구조물 등의 변형량으로 인한 압입력의 손실을 환산, 보상하여 보다 정밀한 하중을 측정할 수 있게 해준다.

상기 로드셀 마스터링 작업(S4)을 도 3의 공정도로써 설명을 하면, 초기 전원 투입(S1)으로, 초기화가 이루어지고 가압로드(1)는 기구 원점 이동(S2)을 하게 된다. 그 다음에 작업 방법 선택(S3)을 하여 로드셀 마스터링 작업(S4)의 작업 지시가 내려지면, 가압로드(1)는 작업자가 설정한 작업 원점으로 이동(S5)되고, 가압로드(1) 하부 내측에 취부된 로드셀(3)은 압입 작업이 시작되기 전에 내부 회로를 통하여 자체적으로 영점 배율 확인(S6)을 하게 된다. 영점 배율 확인(S6)이 완료되면, 프레스 가압로드(1)가 저속 하강(S7)을 하게 되고, 하강을 하여 설정 압입력까 지 도달하면 압입이 완료(S8) 된다. 그 다음에 프레스는 설정 압입력이 작용하고 있는 시점부터 압입력이 제로값이 될 때까지 저속 상승(S9)을 한 후 정지하게 된다. 이때 설정 압입력에서부터 압입력이 제로가 될 때까지의 이동 거리를 엔코더(15)에서 환산하여 가지고 있고, 초기 기준 구조물을 가지고 같은 방법으로 환산하여 저장된 값과의 비교를 하여 구조물의 변위량 확인(S10)을 하게 된다. 기준값에 설정된 존값 이상의 차이가 발생하지 않으면 정상이고, 설정된 존값 이상 차이가 발생하면 비정상으로써, 컨트롤러에서 양,부 판정(S11)을 하게 된다. 판정이 완료되면, 정지하고 있던 프레스가 급속 상승(S12)을 하여 초기 기구 원점으로 되돌아와서 작업 방법 선택(S3)이 이루어져 작업 지시되기 전까지 대기하게 되는 공정으로 이루어진다.

또한, 상기에 설명한 로드셀 마스터링 작업(S4)이 전동 프레스가 취부되어져 응용된 장비의 구조물에 대한 변형량을 검출한다면, 상기 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)은 하부에 아무런 작업물이 없이 가압로드(1)가 마스터 로드셀(4)을 압입하여 측정되는 값을 나타냄으로써, 전동 프레스 내,외부의 변형량을 검출하는데 사용되는 방법이다. 또한, 실제 압입 작업(S13)에서의 스프링 백 확인을 하기 위해 필요한 기준 변형량 값을 산출해 내는 작업이기도 하다.

전동 프레스는 각각 부속물들의 조합으로써 작동되는 특성을 가지고 있다. 그러하기 때문에 각각 부속물들의 내부 클리어런스 및 각각의 변형량이 제각기 다르게 작용을 한다. 이러한 변형량이 합산되어 작용한다면, 실제 작업을 하여 정확한 압입력에 대한 측정값을 환산하기란 어려운 일이다.

또한, 내부 부속물의 이상이 발생 되었을 경우, 검출할 수 있는 장치의 부재로 인하여, 이상이 발생되고 있는 상황에서도 그냥 작업을 진행되어 장비 파손 및 작업물 파손 등의 심각한 문제가 발생되어 왔다. 그리고, 이상 발생시 어느 부분의 이상이 발생 되어 문제가 있는지 판단하여 수리하기엔 많은 시간이 소요되고도 어려운 일이였으며, 전동 프레스 본체를 해체하여 확인 및 교체하여줄 수밖에 없는 일이 허다하게 발생 되었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 마스터 로드셀(4)를 이용한 마스터링 작업을 통하여, 볼스크류에 의한 백래시, 감속기에 의한 백래시 등의 내부 변형에 의한 변형량을 검출할 수 있게 되었다. 초기 제작시 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)을 통하여 검출한 변형량을 기준값으로 컨트롤러(40)에서 저장하고 있고, 일정 횟수나 시간을 설정하여 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)으로 발생된 변형량과의 비교를 통해, 이상이 발생되어 이상 내용의 감지가 되면 작업자에게 표출할 수 있도록 하는 고장 예지 기능의 실현이 가능하게 되었다.

또한, 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)을 도 3의 공정도로써 설명을 하면, 대한 설명을 하면, 초기 전원 투입(S1)으로, 초기화가 이루어지고 가압로드(1)는 기구 원점 이동(S2)을 하게 된다. 그 다음에 작업 방법 선택(S3)을 하여 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)의 작업 지시가 내려지면, 가압로드(1)는 작업자가 설정한 작업 원점으로 이동(S24)되고, 프레스 하부 본체(19) 내부에 취부된 마스터 로드셀(4)은 압입 작업이 시작되기 전에 내부 회로로써 자체적으로 영점 배율 확인(S25)을 하게 된다. 영점 배율 확인(S25)이 완료되면, 프레스 가압로드(1)가 저 속 하강(S26)을 하게되고, 이때 하부에는 아무런 작업물이 없이 가압로드(1)가 마스터 로드셀(4)에 하강을 하여 설정 압입력까지 도달하면 압입이 완료(S27) 된다. 그 다음에 프레스는 설정 압입력이 작용하고 있는 시점부터 압입력이 제로값이 될 때까지 저속 상승(S28)을 한 후 정지하게 된다. 이때 설정 압입력에서부터 압입력이 제로가 될 때까지의 이동 거리를 엔코더(15)에서 환산하여 가지고 있고, 초기 제작시 같은 방법으로 환산하여 저장된 값과의 비교를 하여 프레스 본체 변위량 확인(S29)을 하게 된다. 기준값에 설정된 존값 이상의 차이가 발생하지 않으면 정상이고, 설정된 존값 이상 차이가 발생하면 비정상으로써, 컨트롤러에서 양,부 판정(S30)을 하게 된다. 판정이 완료되면, 정지하고 있던 프레스가 급속 상승(S31)을 하여 초기 기구 원점으로 이동하여 작업 방법 선택(S3)이 이루어져 작업 지시되기 전까지 대기하게 되는 공정으로 이루어진다.

또한, 상기 로드셀 마스터링 작업(S4) 및 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)은 구조물과 프레스 본체 내부 부속물의 변형량을 파악하여 검출하는 방법이였다면, 실제 압입 작업(S13)은 압입물에 나타나는 스프링 백 현상에 대해 발생되는 변형량을 파악하여 불량물을 검출해 내는 방법에 사용되어 지는 것이다.

통상 사용되는 실제 압입물의 압입 작업시, 스프링 백 현상이 발생하여 비정상 압입이 되는 경우가 많이 발생되고 있으나, 스프링 백 현상을 검출해 낼 수 있는 장치의 부재로 인하여 발생되는 불량품을 프레스 자체적으로는 확인할 수 있는 뚜렷한 방법이 없었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)을 통하여 산출된 프레스 본체의 변형량을 기준값으로 하고, 실제 압입 작업(S13)으로 측정된 변형량과의 비교를 통해 스프링 백 유,무의 검출이 가능하게 되고, 불량품 판정을 할 수 있는 기능의 실현이 가능하게 되었다.

상기 실제 압입 작업(S13)을 도 3의 공정도로써 설명을 하면, 초기 전원 투입(S1)으로, 초기화가 이루어지고 가압로드(1)는 기구 원점 이동(S2)을 하게 된다. 그 다음에 작업 방법 선택(S3)을 하여 실제 압입 작업(S13)의 작업 지시가 내려지면, 가압로드(1)는 작업자가 설정한 작업 원점으로 이동(S14)되고, 가압로드(1) 하부 내측에 취부된 로드셀(3)은 압입 작업이 시작되기 전에 내부 회로로써 자체적으로 영점 배율 확인(S15)을 하게 된다. 영점 배율 확인(S15)이 완료되면, 프레스 가압로드(1)가 하강(S16)을 하게 되고, 하강을 하여 설정 압입력까지 도달하면 압입이 완료(S17) 된다. 그 다음에 프레스는 설정 압입력이 작용하고 있는 시점부터 압입력이 제로값이 될 때까지 저속 상승(S18)을 한 후 정지하게 된다. 이때 설정 압입력에서부터 압입력이 제로가 될 때까지의 이동 거리를 엔코더(15)에서 환산하여 가지고 있고, 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)으로 환산하여 저장된 값과의 비교를 하여 압입물의 스프링 백 확인(S19)을 한 후, 재작업 유무를 판단하여(S20) 정상적인 압입이 완료되면, 컨트롤러에서 양,부 판정(S21)을 하게 된다. 만약 비정상 작업이 이루어졌다고 판단(S20)이 되어지면, 재작업이 이루어져 프레스 하강(S16)부터 작업이 재시작되어 재시작 유무 판단(S20)까지 이루어진 후 정상적인 압입이 완료되면, 컨트롤러에서 양,부 판정(S21)을 하게 된다. 그 후 프레스가 급속 상승(S22)을 하여 초기 기구 원점으로 이동하여 작업 방법 선택(S3)이 이루어져 작업 지시되기 전까지 대기하게 되는 공정으로 이루어진다.

이 때 재작업을 계속하게 될 경우, 압입물과 피압입물의 손상이 발생하므로, 1,2회로 제한 설정하여 작동이 이루어 지게 된다.

도 4는 본 발명의 프레스 정상 압입 작동시 압입물과 피압입물의 동작 상태 모형 예시도로서, 실제 압입 작업 현상에 대한 모형 예시도를 나타낸 것이다. 정상 압입시는 압입 지그가 하강을 하여 설정 되어진 압입값까지 압입이 완료되면, 베어링과 허브가 압입의 특성상 압입 하중을 받아 약간의 변형이 일어난다. 압입 완료후 압입 지그가 상승을 하면 베어링과 허브는 각각의 탄성 복원 성질이 작용하여 원상태로의 복귀가 진행되어 지고, 완전히 밀착되어져 정상 조립이 완료되는 동작 상태 모형을 예시하기 위하여 나타낸 것이다.

도 5은 본 발명의 프레스 비정상 압입 작동시 압입물과 피압입물의 동작 상태 모형 예시도로서, 즉 스프링 백 현상에 대한 모형 예시도를 나타낸 것이다. 압입 지그가 하강을 하여 설정 되어진 압입값까지 정상적인 압입을 진행하여야 하나, A 구간 이후부터 베어링이 삽입되는 허브 외주면의 불량으로 인하여, 비정상 압입이 시작이 되어 B 구간까지 진행하게 된다. 비정상 작업으로 강제적인 압입 밀착이 되어지면, 정상 압입 시보다 베어링과 허브의 변형량이 많이 발생되어 지거나, 자체 탄성 이상의 힘이 작용시는 파손이 발생되어 진다. 강제 압입이 완료된 후, 압입 지그가 상승을 하면 원상태로의 복귀가 진행되어지고, 베어링이 S 구간만큼 상승 되어 완전한 밀착을 하지 못하는 스프링 백 현상이 발생되는 동작 상태 모형을 예시하기 위하여 나타낸 것이다.

이러한 스프링 백 현상이 일어나, 비정상 압입이 되는 조건으로는 첫째: 허브(피압입물)의 베어링(압입물) 압입 구간 공차 불량 발생시이고, 둘째: 허브(피압입물) 및 베어링(압입물)의 강도 불량 발생시이며, 세째: 허브(피압입물) 및 베어링(압입물)의 제품 불량 발생시이다.

도 6은 본 발명의 마스터링 작업시 발생한 값을 연산하여 변환시킨 그래프 예시도로써, 전동 프레스에서 로드셀(3)을 이용하여 로드셀 마스터링 작업(S4) 공정 및 마스터 로드셀(4)를 이용하여 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23) 공정을 실행하였을 경우, 압입되는 하중 대비 엔코더(15)에서 발생된 각도를 거리 값으로 환산하여 변환시킨 그래프이다. 이 그래프에서 마스터링 하강 그래프와 마스터링 상승 그래프가 동일한 이유로는, 로드셀 마스터링 작업(S4)시는 하부에 고정 블럭의 기준물을 로드셀(3)로 하중을 가하여 발생되는 값을 환산하기 때문이고, 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)시는 하부에 아무런 물체 없이 가압로드(1)가 로드셀(3) 및 마스터 로드셀(4)에 하중을 가하여 발생되는 값을 환산하기 때문이다. 그래프 중 A 구간은 기구 실제 이동거리이고, B 구간은 기구 변형량에 의한 손실된 압입 거리를 나타낸 것이다.

상기 그래프에서 B 구간의 값인 기구 변형량에 의한 손실된 압입 거리가 컨트롤러에 저장이 되어져 다른 변형량과 비교가 되는 기준값이 된다.

도 7은 본 발명의 실제 작업시 발생한 값을 연산하여 변환시킨 그래프 예시도로써, 전동 프레스 하부에 압입물과 피압입물이 있는 상황에서 로드셀(3)를 이용하여 실제 압입 작업(S13) 공정을 실행하였을 경우, 압입되는 하중 대비 엔코 더(15)에서 발생된 각도를 거리 값으로 환산하여 변환시킨 그래프이다.

실제 압입 하강시 그래프에서 압입시, 설정 압입력까지 도달하면 그 압입력값은 항상 일정하지 않고, 매 작업시마다 약간씩 다른 값이 발생한다. 이러한 변동되는 값의 범위인 존을 설정하여 감시함으로써, 양부 판정을 하게 된다.

실제 압입 상승시 그래프에서 압입을 한 후, 압입력이 제로가 될때까지 상승을 하면 제로가 되었을 시의 엔코더 각도 거리는 항상 같은 값이 아닌, 약간의 차이가 발생하게 되므로, G 구간처럼 압입값의 존 감시 설정 구간을 주어 양부 판정을 하게 된다. 또한 이 그래프에서 F 구간은 실제 작업시 변화량에 의한 손실된 압입 거리이고, B 구간은 도 6의 그래프에서 환산되어 컨트롤러에 저장되어 있는 비교 기준값이고, F 구간에서 B 구간을 제한 값인 E 구간은 실제 작업시 압입물 변형에 의한 상승 높이; 즉, 스프링 백 현상에 의해 압입물이 변형되어 상승된 높이(S);이다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 프레스 본체 내부의 로드셀, 마스터 로드셀과 프레스 본체 외부의 로드셀 앰프, 마스터 로드셀 앰프를 설치하여, 마스터링 시스템을 사용함으로써, 종래 전동 프레스에서 검출할 수 없었던 내부 부속물의 백래시 변형량 검출, 내부 부속물의 이상 및 파손 검출, 스프링 백 현상 검출 등으로 정밀한 하중 제어가 가능하다는 장점을 가지게 되었다.

또한, 로드셀을 가압로드 하부 내측에 취부함으로써, 외부 충격 및 타격 등으로 인한 작업 안정성 저하 방지를 실현하였고, 축방향 이외의 하중이 로드셀의 측정단에 작용하는 것을 원천적으로 차단하여 측정값의 안전성을 확보할 수 있게 되었으며, 가압로드 하부 내측 장착으로 압입물과 가압로드 사이에서 실제 압입력을 직접 측정하는 방식을 사용하였다. 또, 직동 베어링 가이드를 사용함으로써, 고속 직진 운동을 함에 있어서 클리어런스의 제로화와 회전을 직선 운동으로 변환시의 모든 작용 하중에 대한 강성의 우월함을 실현함으로 가압로드의 정확한 이동 거리를 측정할 수 있게 되었다. 이러한 점들을 보완함으로써, 보다 정밀한 값으로 마스터링 작업이 가능하다는 잇점을 가지게 되었다.

Claims (3)

1. 상측에 엔코더(15)와, 상기 엔코더(15)의 하측에는 서보모터(14)와, 상기 서보모터(14)의 동력이 전달되는 기어 박스 감속기(13)와, 상기 감속기(13)의 로드축과 연결되어 동력이 전달하는 회전 연결 로드(8)와, 상기 회전 연결 로드(8)의 하측에 연결되어 회전 운동을 하는 볼스크류(2)와, 상기 볼스크류(2)의 하측에는 상,하 왕복운동을 하는 가압로드(1)가 결합되며, 프레스 하부 본체(19)에 중심이 일치하도록 상단부가 고정 설치되는 중공 파이프형의 프레스 상부 본체(18)로 구성된 전동 프레스에 있어서,

   상기 프레스 상부 본체(18)의 중앙 외측 상측에는 마스터 로드셀 앰프(6)와 하측에 로드셀 앰프(5)를 설치하고, 상기 프레스 하부 본체(19)의 하측 내부와 가압 로드(1) 사이에는 마스터 로드셀(4)을 설치하고, 상기 마스터 로드셀(4)이 설치된 하측 가압로드(1) 내부에 로드셀(3)을 설치한 상기 전동프레스에 초기 전원 투입(S1)을 하게 되면, 초기화가 이루어지고 가압로드(1)는 기구 원점 이동(S2)을 하게 되며, 그 다음에 작업 방법 선택(S3)을 하여 로드셀 마스터링 작업(S4)의 작업 지시가 내려지면, 가압로드(1)는 작업자가 설정한 작업 원점으로 이동(S5)되고, 가압로드(1) 하부 내측에 취부된 로드셀(3)은 압입 작업이 시작되기 전에 내부 회로로써 자체적으로 영점 배율 확인(S6)을 하게 되며, 영점 배율 확인(S6)이 완료되면, 프레스 가압로드(1)가 저속 하강(S7)을 하게되고, 하강을 하여 설정 압입력까지 도달하면 압입이 완료(S8) 되며, 그 다음에 프레스는 설정 압입력이 작용하고 있는 시점부터 압입력이 제로값이 될 때까지 저속 상승(S9)을 한 후 정지되며, 이때 설정 압입력에서부터 압입력이 제로가 될 때까지의 이동 거리를 엔코더(15)에서 환산하여 가지고 있고, 기준 구조물을 가지고 같은 방법으로 환산하여 저장된 값과의 비교를 하여 구조물의 변위량 확인(S10)을 하게 되며, 기준값에 설정된 존값 이상의 차이가 발생하지 않으면 정상이고, 설정된 존값 이상 차이가 발생하면 비정상으로써, 컨트롤러에서 양,부 판정(S11)을 하게 되며, 판정이 완료되면, 정지하고 있던 프레스가 급속 상승(S12)을 하여 초기 기구 원점으로 이동하여 작업 방법 선택(S3)이 이루어져 작업 지시되기 전까지 대기하게 되는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동프레스 마스터링 방법.
2. 상측에 엔코더(15)와, 상기 엔코더(15)의 하측에는 서보모터(14)와, 상기 서보모터(14)의 동력이 전달되는 기어 박스 감속기(13)와, 상기 감속기(13)의 로드축과 연결되어 동력이 전달하는 회전 연결 로드(8)와, 상기 회전 연결 로드(8)의 하측에 연결되어 회전 운동을 하는 볼스크류(2)와, 상기 볼스크류(2)의 하측에는 상,하 왕복운동을 하는 가압로드(1)가 결합되며, 프레스 하부 본체(19)에 중심이 일치하도록 상단부가 고정 설치되는 중공 파이프형의 프레스 상부 본체(18)로 구성된 전동 프레스에 있어서,

   상기 프레스 상부 본체(18)의 중앙 외측 상측에는 마스터 로드셀 앰프(6)와 하측에 로드셀 앰프(5)를 설치하고, 상기 프레스 하부 본체(19)의 하측 내부와 가 압 로드(1) 사이에는 마스터 로드셀(4)을 설치하고, 상기 마스터 로드셀(4)이 설치된 하측 가압로드(1) 내부에 로드셀(3)을 설치한 상기 전동프레스에 초기 전원 투입(S1)을 하게 되면, 초기화가 이루어지고 가압로드(1)는 기구 원점 이동(S2)을 하게 되며, 그 다음에 작업 방법 선택(S3)을 하여 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)의 작업 지시가 내려지면, 가압로드(1)는 작업자가 설정한 작업 원점으로 이동(S24)되고, 프레스 하부 본체(19) 내부에 취부된 마스터 로드셀(4)은 압입 작업이 시작되기 전에 내부 회로로써 자체적으로 영점 배율 확인(S25)을 하게 되며, 상기 영점 배율 확인(S25)이 완료되면 프레스 가압로드(1)가 저속 하강(S26)을 하게 되고, 이때 하부에는 아무런 작업물이 없이 가압로드(1)가 마스터 로드셀(4)에 하강을 하여 설정 압입력까지 도달하면 압입이 완료(S27) 되며, 그 다음에 프레스는 설정 압입력이 작용하고 있는 시점부터 압입력이 제로값이 될 때까지 저속 상승(S28)을 한 후 정지하게 되며, 이때 설정 압입력에서부터 압입력이 제로가 될 때까지의 이동 거리를 엔코더(15)에서 환산하여 가지고 있고, 초기 제작시 같은 방법으로 환산하여 저장된 값과의 비교를 하여 프레스 본체 변위량 확인(S29)을 하게 되며, 기준값에 설정된 존값 이상의 차이가 발생하지 않으면 정상이고, 설정된 존값 이상 차이가 발생하면 비정상으로써, 컨트롤러에서 양,부 판정(S30)을 하게 되며, 판정이 완료되면 정지하고 있던 프레스가 급속 상승(S31)을 하여 초기 기구 원점으로 이동하여 작업 방법 선택(S3)이 이루어져 작업 지시되기 전까지 대기하게 되는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동 프레스 마스터링 방법.
3. 상측에 엔코더(15)와, 상기 엔코더(15)의 하측에는 서보모터(14)와, 상기 서보모터(14)의 동력이 전달되는 기어 박스 감속기(13)와, 상기 감속기(13)의 로드축과 연결되어 동력이 전달하는 회전 연결 로드(8)와, 상기 회전 연결 로드(8)의 하측에 연결되어 회전 운동을 하는 볼스크류(2)와, 상기 볼스크류(2)의 하측에는 상,하 왕복운동을 하는 가압로드(1)가 결합되며, 프레스 하부 본체(19)에 중심이 일치하도록 상단부가 고정 설치되는 중공 파이프형의 프레스 상부 본체(18)로 구성된 전동 프레스에 있어서,

   상기 프레스 상부 본체(18)의 중앙 외측 상측에는 마스터 로드셀 앰프(6)와 하측에 로드셀 앰프(5)를 설치하고, 상기 프레스 하부 본체(19)의 하측 내부와 가압 로드(1) 사이에는 마스터 로드셀(4)을 설치하고, 상기 마스터 로드셀(4)이 설치된 하측 가압로드(1) 내부에 로드셀(3)을 설치한 상기 전동프레스에 초기 전원 투입(S1)을 하게 되면, 초기화가 이루어지고 가압로드(1)는 기구 원점 이동(S2)을 하게 되며, 그 다음에 작업 방법 선택(S3)을 하여 실제 압입 작업(S13)의 작업 지시가 내려지면, 가압로드(1)는 작업자가 설정한 작업 원점으로 이동(S14)되고, 가압로드(1) 하부 내측에 취부된 로드셀(3)은 압입 작업이 시작되기 전에 내부 회로로써 자체적으로 영점 배율 확인(S15)을 하게 되며, 영점 배율 확인(S15)이 완료되면 프레스 가압로드(1)가 하강(S16)을 하게되고, 하강을 하여 설정 압입력까지 도달하면 압입이 완료(S17) 되며, 그 다음에 프레스는 설정 압입력이 작용하고 있는 시점 부터 압입력이 제로값이 될 때까지 저속 상승(S18)을 한 후 정지하게 되며, 이때 설정 압입력에서부터 압입력이 제로가 될 때까지의 이동 거리를 엔코더(15)에서 환산하여 가지고 있고, 마스터 로드셀 마스터링 작업(S23)으로 환산하여 저장된 값과의 비교를 하여 압입물의 스프링 백을 확인(S19)을 한 후, 재작업 유무를 판단(S20)하여 정상적인 압입이 완료되면, 컨트롤러에서 양,부 판정(S21)을 하게 되며, 만약 비정상 작업이 이루어졌다고 판단(S20)이 되어지면, 재작업이 이루어져 프레스 하강(S16)부터 작업이 재시작되어 재시작 유무 판단(S20)까지 이루어진 후 정상적인 압입이 완료되면, 컨트롤러에서 양,부 판정(S21)을 하게 된다. 그 후 프레스가 급속 상승(S22)을 하여 초기 기구 원점으로 이동하여 작업 방법 선택(S3)이 이루어져 작업 지시되기 전까지 대기하게 되는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마스터링 시스템을 이용한 고정밀 전동프레스 마스터링 방법.

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