KR100844796B1 - 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저렴하면서 조작이 용이한 대용량 서보프레스를 제공할 수 있도록 한 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어방법에 관한 것으로서, 프레임의 전측 하방에 설치되는 볼스터의 상부에 성형을 위한 수단으로 슬라이드가 구비되고, 상기 슬라이드는 크랭크샤프트에 의하여 상,하 운동 가능하게 커넥팅로드와 연결되고, 상기 크랭크샤프트는 서보모터의 동력을 전달받아 작동하는 서보프레스에 있어서;

상기 크랭크샤프트는 비동기서보모터를 이용하여 구동하고, 상기 비동기서보모터는 조작반에 구비되는 터치스크린을 통하여 입력되는 제어데이터를 제공받는 피엘시와, 상기 피엘시에서 수행한 연산결과를 제공받는 인버터를 통하여 제어하도록 하는 것이 특징이다.

비동기, 서보모터, 프레스

Description

인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어방법{PRESS CONTROL METHOD}

본 발명은 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 저렴한 비용으로 서보프레스의 위치 및 속도제어를 용이하게 수행할 수 있도록 개선한 서보프레스 제어관계의 제공에 관한 것이다.

프레스는 큰 힘을 이용하여 재료의 소성가공 또는 절단가공을 수행하는 기계장치를 말하는 것으로서, 크랭크프레스, 크랭크레스프레스, 너클프레스, 링크프레스 등 다양한 종류의 프레스가 개발되어 용도와 목적에 맞게 사용되고 있는 실정이다.

상기와 같은 일반적인 프레스에서는 구조와 제어관계의 한계로 인하여 다양한 제품을 생산하는 것이 곤란한 것은 물론, 프레스 시장의 변화로 인하여 소재의 경량화와 고강성화 등에 대처하는 것이 어려워 새롭게 개발되어 사용되고 있는 것이 서보프레스이다.

상기와 같은 서보프레스는 프레임에 구비되는 볼스터의 상부에 슬라이드가 구비되고 상기 슬라이드는 커넥팅로드와 연결된다.

상기 커넥팅로드는 크랭크샤프트와 연결되고, 상기 크랭크샤프트는 서보모터의 동력을 전달받을 수 있도록 풀리와 밸트 조합 또는 피니언과 드라이브기어 조합에 의하여 위치와 속도를 제어할 수 있도록 구성된다.

상기와 같은 서보모터프레스는 생산하고자 하는 제품에 맞게 위치와 속도 제어가 용이하기 때문에 많이 사용되고 있으나, 생산제품이 클 경우에는 대용량의 서보모터가 생산되지 않기 때문에 용이하게 적용하는 것이 어렵게 된다.

즉, 일반적인 용량의 프레스의 경우에는 하나의 서보모터를 이용하여 적절하게 제어할 수 있으나, 대용량의 프레스일 경우에는 서모모터의 한계로 인하여 여러 대의 서보모터를 장착하여야 하는 어려움이 있다.

또한, 여러 대의 서보모터를 사용함으로서 구조가 복잡하여지는 것은 물론 프레스의 생산원가가 상승하는 원인이 되고, 상기와 같이 설치되는 여러 대의 서보모터를 제어하기 위한 제어장치가 복잡하여지게 된다.

이와 같이 제어장치가 복잡하여짐에 따라 제어장치를 구성하는 비용이 프레스 전체비용의 반 이상을 차지하게 되는 결과를 가져 옴으로서 실질적으로 범용적인 프레스로 제공하는 것이 어렵게 되고 대외적인 경쟁력이 취약하게 되는 등 여러 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서 프레임의 전측 하방에 설치되는 볼스터의 상부에 성형을 위한 수단으로 슬라이드가 구비되고, 상기 슬라이드는 크랭크샤프트에 의하여 상,하 운동 가능하게 커넥팅로드와 연결되고, 상기 크랭크샤프트는 서보모터의 동력을 전달받아 작동하는 서 보프레스에 있어서;

상기 크랭크샤프트는 비동기서보모터를 이용하여 구동하고, 상기 비동기서보모터는 조작반에 구비되는 터치스크린을 통하여 입력되는 제어데이터를 제공받는 피엘시와, 상기 피엘시에서 수행한 연산결과를 제공받는 인버터를 통하여 제어하도록 함으로서 저렴하면서 조작이 용이한 대용량 서보프레스를 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명은 서보모터를 이용하여 제어가능한 기능들을 비동기서보모터와 인버터를 이용하여 제어가능하도록 함으로서 프레스의 생산원가를 저감시키면서 용이한 조작이 가능하여 작업의 편리성을 제공하고 작업환경을 쾌적하게 유지할 수 있는 것은 물론, 저렴한 비용으로 제작하여 공급할 수 있도록 함으로서 대용량 프레스의 범용성에 기여할 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어구성도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어기술이 적용된 장치를 프레스의 간략 사시도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어기술이 적용된 프레스의 간략 정면도로서 함께 설명한다.

통상적인 서보프레스(100)는 프레임(101)의 전측 하방에 설치되는 볼스터(102)의 상부에 성형을 위한 수단으로 슬라이드(103)가 구비되고, 상기 슬라이드(103)는 크랭크샤프트에 의하여 상,하 운동 가능하게 커넥팅로드(CR)와 연결되고, 상기 크랭크샤프트는 서보모터의 동력을 전달받아 작동하도록 구성된다.

본 발명에서는 상기 서보모터 대용으로 대용량으로 제작 가능한 비동기서보모터(105)를 사용하고, 상기 비동기서보모터(105)는 조작반(106)에 구비되는 터치스크린(107)을 통하여 입력되는 제어데이터를 제공받아 논리연산, 순서조작, 시한, 계수 및 산술연산 등의 제어동작을 실행시키기 위하여 제어순서를 일련의 명령어 형식으로 기억하는 메모리를 가지고 기계와 프로세스제어를 디지털 또는 아날로그 입,출력을 통하여 행하는 피엘시(Programmable Logic Controller,108)에 의하여 에더넷(ETHERNET) 통신을 통하여 제어되도록 한다.

상기 비동기서보모터(105)는 피엘시(108)와 캔오픈(CAN OPEN) 통신을 통하여 연결되는 인버터(110)를 통하여 제어되며, 인버터(110)는 비동기서보모터(105)에 장착되는 엔코더(111)의 정보을 통하여 속도를 제어할 수 있도록 한다.

상기 피엘시(108)에는 서보프레스(100)에 설치되는 조작반(106)의 비상정지스위치(112)와 서보프레스(100)와 이격 되게 구비되는 양수조작반(113)의 비상정지스위치(114)를 인가받아 비상정지 가능하도록 하는 것은 물론, 조작반(16)에 구비되는 운전스위치(115)의 운전신호를 입력받아 인버터(110)로 인가하도록 한다.

상기 비동기서보모터(105)의 출력축(116)에는 원동타이밍풀리(117)를 고정하여 크랭크샤프트를 구동시키기 위한 구동타이밍풀리(118)와 타이밍밸트(119)로 연 결하고, 상기 구동타이밍풀리(118)에는 위치결정엔코더(120)를 설치하여 피엘시(108)로 정보를 인가하여 서보프레스의 위치를 결정할 수 있도록 한다.

물론, 상기 서보프레스 제어 과정에서 제동저항(121)을 통하여 감속에 필요한 토크를 제공하여 신속한 감속과 가속이 가능하도록 하고, 제동저항온도센서(122)와 서보모터온도센서(123)를 통하여 제동저항(121)과 비동기서보모터(105)의 상태를 감지하여 피엘시(108)로 전달하여 이상발생시 신속하게 작동을 정지할 수 있도록 구성함은 당연할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 서보프레스(100)는,

조작반(106)에 구비되는 운전스위치(115)를 조작함으로서 작동이 이루어지게 되며, 작동시에는 조작반(107)에 구비되는 터치스크린(107)의 제어정보를 입력받은 피엘시(108)가 인버터(110)를 통하여 비동기서보모터(105)를 동작시킴으로서 이루어진다.

즉, 비동기서보모터(105)가 작동하여 출력축(116)에 고정되는 원동타이밍풀리(117)와 타이밍밸트(119)로 연결된 구동타이밍풀리(118)가 크랭크샤프트를 구동하게 되고, 이와 연결된 커넥팅로드가 슬라이드(103)를 상,하 운동시킴으로서 프레싱 가능하게 되는 것이다.

이러한 과정에서 터치스크린(107)으로부터 입력되는 정보는 피엘시(108)로 인가되면, 논리연산, 순서조작, 시한, 계수 및 산술연산 등의 제어동작을 실행시키기 위하여 제어순서를 일련의 명령어 형식으로 기억하는 메모리를 가지고 기계와 프로세스제어를 디지털 또는 아날로그 입,출력을 통하여 인버터(110)로 전달하고 인버터(110)는 적절하게 비동기서보모터(105)를 제어하여 프레스작업을 수행하는 것이다.

이러한 과정에서 비동기서보모터(105)에 구비되는 엔코더(111)의 정보를 인가받는 피엘시(108)가 다시 인버터(110)를 통하여 비동기서보모터(105)의 속도를 조절하여 슬라이드(103)의 상승 또는 하강속도를 조절하게 되고, 구동타이밍풀리(118)에 구비되는 위치결정엔코더(120)의 정보를 피엘시(108)가 인가받아 인버터(110)로 하여금 서보프레스의 위치 즉, 슬라이드(103)의 위치를 조절하게 되는 것이다.

상기 서보프레스(100)의 작동 과정에서 이상 발생시에는 운전자 또는 관리자가 조작반(106)과 양수조작반(113)에 구비되는 비상정지스위치(112,114)를 제어함으로서 피엘시(108)가 인가받아 인버터(110)로 하여금 비동기서보모터(105)의 동작을 정지시키게 된다.

물론, 제동저항온도센서(122)와 서보모터온도센서(123)를 통하여 항상 감속에 필요한 토크를 제공하는 제동저항(121)과 서보모터(105)의 현재상태를 수시로 파악 감지하여 피엘시(108)로 인가하게 되므로 이상 발생시 피엘시(108)는 신속하게 인버터(110)로 하여금 서보프레스(100)의 동작을 정지시켜 안전한 상태를 유지할 수 있게 된다.

이러한 본 발명은 비동기서보모터(105)를 제어하여 일반적으로 사용하는 크랭크프레스의 보편적인 기술 이외에 슬라이드가 하사점으로 내려오면 속도가 줄어들어 제품 타발 시 충격을 완화시켜 금형을 보호하고 소음을 줄여주는 링크프레스 와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 슬라이드가 하사점에서 일정시간 머무르다 올라가서 고정도 제품 생산이 가능한 너클프레스의 효과는 물론, 슬라이드 하사점 이외의 구간에서 속도를 빨리 하는 고속프레스의 효과를 얻을 수 있는 등 다양한 슬라이드 모션제어가 가능하고 클러치와 브레이크를 사용하지 않음으로서 라이닝 마모로 야기되는 작업환경이 오염되지 않아 쾌적한 작업환경을 유지하는 것은 물론, 라이닝 마모로 인한 자연환경을 유해하게 하는 등의 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어구성도.

도 2는 본 발명의 기술이 적용된 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어기술이 적용된 장치를 프레스의 간략 사시도.

도 3은 본 발명의 기술이 적용된 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어기술이 적용된 프레스의 간략 정면도.

Claims (4)

1. 프레임의 전측 하방에 설치되는 볼스터의 상부에 성형을 위한 수단으로 슬라이드가 구비되고, 상기 슬라이드는 크랭크샤프트에 의하여 상,하 운동 가능하게 커넥팅로드와 연결되고, 상기 크랭크샤프트는 서보모터의 동력을 전달받아 작동하고;

   상기 크랭크샤프트는 비동기서보모터를 이용하여 구동하고,

   상기 비동기서보모터는 조작반에 구비되는 터치스크린을 통하여 입력되는 제어데이터를 제공받는 피엘시와,

   상기 피엘시에서 수행한 연산결과를 제공받는 인버터를 통하여 제어하는 서보프레스에 있어서;

   상기 피엘시는;

   속도제어를 위한 수단으로 비동기서보모터에 장착되는 엔코더의 정보와;

   비상정지 가능하게 조작반의 비상정지스위치와 양수조작반의 비상정지스위치의 신호와;

   작동을 위한 수단으로 조작반에 구비되는 운전스위치의 신호와;

   크랭크샤프트를 구동시키도록 비동기서보모터의 동력을 전달받는 구동타이밍풀리에 설치하는 위치결정엔코더의 정보와;

   감속에 필요한 토크를 제공하도록 구비하는 제동저항의 정보를 인가받아 인버터로 인가하여 비동기서보모터를 제거하는 것을 특징으로 하는 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 비동기서보모터의 이상 유무 감지하여 피엘시로 인가하는 제동저항온도센서와 서보모터온도센서를 비동기서보모터에 더 구비하는 것을 특징으로 하는 인버터와 비동기 서보모터를 이용한 서보프레스 제어방법.

Images