KR100986672B1 - 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템 - Google Patents

서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은 시험 대상의 서보모터 직구동 회전체의 서보모터의 토크를 측정하기 위한 서보모터 토크 측정장치; 및 상기 서보모터 토크 측정장치에 의해 측정된 서보모터의 토크 특성 데이터를 바탕으로, 상기 서보모터 직구동 회전체의 위치 편차량과 보정을 위한 무게 불균형량을, 탑재된 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정을 위한 소프트웨어 프로그램을 이용하여 산출하는 컴퓨터 시스템을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 하드웨어적으로 구현이 용이하고 경제적인 반면에, 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 보정에 있어 종래의 방식에 비해 상대적으로 정밀하게 보정할 수 있을 뿐만 아니라, 부수적으로 마찰 및 스프링 계수를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템{System for measuring and compensating mass unbalance in a rotating body directly driven by a segvomotor}
본 발명은 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 보정에 관한 것으로서, 더 상세하게는 종래의 방식보다 저렴한 비용으로 제작이 용이하고, 고정밀의 불균형 보정이 가능한 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템에 관한 것이다.
서보모터 직구동 회전체는 토크로 구동되는 구동장치로서 유도무기 분야, 위성 분야 등을 포함한 다양한 분야에 구성품으로 적용된다. 그러나, 일반적으로 서보모터 직구동 회전체는 복잡한 3차원 형상이나 전기배선 등으로 인해 초기 제작시 무게 불균형이 항상 존재한다. 그러므로, 초기 제작 후 무게 불균형의 측정 및 보정이 반드시 수행되어야 하는데, 고정밀의 무게 균형을 얻기 위해서는 고가의 측정 및 보정장치가 필요하며, 소요 시간도 장기간을 필요로 한다.
서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정을 위해 종래에는 전통적인 수동 균형 장치(knife edge 혹은 loose 베어링), 진동 균형 장치(shake table), 자전(동적) 균형 장치 및 정밀 무게변이 장치(Center of Gravity 측정 장치) 등을 사용하였다.
전통적인 수동 균형 장치의 정밀도는 서보모터 직구동 회전체의 마찰 및 스프링 토크에 의해 제한되고, 진동 균형장치는 사용상 불편하고 민감하지 않은 진동 균형으로 정밀도가 제한되며, 자전(동적) 균형 장치는 종종 배선 등에 의해 측정이 불가능할 수 있다. 또한 정밀 무게변이 장치는 매우 고가이고, 마찰 등의 측정치를 제공하지 않는다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 종래의 방식보다 저렴한 비용으로 제작이 용이하고, 고정밀의 불균형 보정이 가능한 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템은,
시험 대상의 서보모터 직구동 회전체의 서보모터의 토크를 측정하기 위한 서보모터 토크 측정장치; 및
상기 서보모터 토크 측정장치에 의해 측정된 서보모터의 토크 특성 데이터를 바탕으로, 상기 서보모터 직구동 회전체의 위치 편차량과 보정을 위한 무게 불균형량을, 탑재된 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정을 위한 소프트웨어 프로그램을이용하여 산출하는 컴퓨터 시스템을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 서보모터 토크 측정장치는 서보모터에 설치되어 서보모터의 토크를 측정하는 본체와, 그 본체에 의해 측정된 토크 특성을 모니터 화면상에 표시하는 디스플레이 장치로 구성된다.
또한, 상기 서보모터 토크 측정장치의 본체에는 상기 컴퓨터 시스템으로부터 전송된 서보 명령(서보모터 구동신호)을 입력받아 증폭하여 출력하는 서보증폭기와, 서보모터의 구동시 서보모터의 권선에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정부를 포함하는 회로부가 내장된다.
또한, 상기 서보모터 직구동 회전체의 위치 편차량(
Figure 112010026103861-pat00001
)과 보정을 위한 무게 불균형량(W1,W2)은 상기 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정을 위한 소프트웨어 프로그램에 포함되어 있는 다음과 같은 수식 관계의 알고리즘에 의해 산출된다.
Figure 112010026103861-pat00002
이와 같은 본 발명에 의하면, 하드웨어적으로 구현이 용이하고 경제적인 반면에, 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 보정에 있어 종래의 방식에 비해 상대적으로 정밀하게 보정할 수 있을 뿐만 아니라, 부수적으로 마찰 및 스프링 계수를 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 시스템에서 서보모터 토크 측정장치의 본체에 내장되어 있는 서보증폭기와 전류측정부를 포함하는 회로부의 구성을 보여주는 도면.
도 3은 시험대상의 서보모터 직구동 회전체의 서보모터에 인가되는 서보 입력신호의 특성 그래프.
도 4는 도 3의 서보 입력신호에 대한 이상적인 토크 특성 곡선(α= 0°)을 보여주는 도면.
도 5는 회전체의 초기 위치각도(α = 0°, 90°, 180°, 270°)에 따른 보정 전 토크 특성 곡선을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템에 의해 보정된 토크 특성 곡선(α = 0°)을 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템은, 서보모터 토크 측정장치(110), 컴퓨터 시스템(120)을 포함한다.
상기 서보모터 토크 측정장치(110)는 시험 대상의 서보모터 직구동 회전체의 서보모터의 토크를 측정한다.
상기 컴퓨터 시스템(120)은 상기 서보모터 토크 측정장치(110)에 의해 측정된 서보모터의 토크 특성 데이터를 바탕으로, 상기 서보모터 직구동 회전체의 위치 편차량과 보정을 위한 무게 불균형량을, 탑재된 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정을 위한 소프트웨어 프로그램을 이용하여 산출한다.
여기서, 상기 서보모터 토크 측정장치(110)는 서보모터에 설치되어 서보모터의 토크를 측정하는 본체(110a)와, 그 본체(110a)에 의해 측정된 토크 특성을 모니터 화면상에 표시하는 디스플레이 장치(110b)로 구성된다. 이때, 디스플레이 장치 (110b)로는 LCD 패널이 사용될 수 있다.
또한, 상기 서보모터 토크 측정장치의 본체(110a)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 컴퓨터 시스템(120)으로부터 전송된 서보 명령(서보모터 구동신호)을 입력받아 증폭하여 출력하는 서보증폭기(201)와, 서보모터의 구동시 서보모터의 권선에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정부(202)를 포함하는 회로부가 내장된다.
이상과 같은 서보모터 토크 측정장치(110)는 일반적으로 토크를 직접 측정하는 기존의 방식과 달리, T = KT × Ia (KT : 토크 상수, Ia : 권선자 전류)라는 원리에 의해 전류를 측정함으로써 토크를 직접 측정하는 것과 동일한 효과를 갖는다.
또한, 상기 상기 서보모터 직구동 회전체의 위치 편차량(
Figure 112010026103861-pat00003
)과 보정을 위한 무게 불균형량(W1,W2)은 상기 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정을 위한 소프트웨어 프로그램에 포함되어 있는 다음과 같은 수식 관계의 알고리즘에 의해 산출된다.
Figure 112010026103861-pat00004
여기서, T1, T3, T5, T7은 회전체의 초기 위치각도(α)가 0°, 90°, 180°, 270°일때의 각각의 토크, WT는 측정물의 무게, X1,Y1,X2,Y2는 무게 불균형량(W1,W2)의 부착위치를 각각 나타낸다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템의 동작에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.
도 1의 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템에 있어서, 컴퓨터 시스템(120)으로부터 서보모터 직구동 회전체의 구동모터에 도 3과 같은 삼각파형의 구동신호를 인가한다. 이때, 가속도가 발생하지 않도록 θ=θg,
Figure 112010026103861-pat00005
의 구동신호를 인가한다.
서보모터 직구동 회전체의 회전각(θg)에 대한 이상적인 토크 특성은 도 4와 같이 나타나야 하나, 현실적으로 무게 불균형이 항상 존재하므로, 서보모터 직구동 회전체의 보정 전 토크 특성은 회전체의 초기 위치각도(α= 0°, 90°, 180°, 270°)에 대해 일반적으로 도 5와 같이 나타난다.
이러한 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형을 보정하기 위해, 도 5의 결과를 이용하여 무게 불균형 보정량을 장착시킬 수 있는 위치 편차량(
Figure 112010026103861-pat00006
)과 보정을 위한 무게 불균형량(W1,W2)을 컴퓨터 시스템(120)에 탑재되어 있는 무게 불균형 측정 및 보정 시스템의 소프트웨어 프로그램에 포함되어 있는 다음의 알고리즘을 이용하여 산출한다.
Figure 112010026103861-pat00007
보정을 위한 불균형량(무게 W1,W2)의 부착위치는 각각 (X1,Y1), (X2,Y2)가 되며, 이 위치는 회전체에서 불균형량을 부착할 수 있는 임의의 두 점으로서 그 편차가 위치 편차량(
Figure 112010026103861-pat00008
)이다.
도 6은 위와 같은 과정을 통해 획득된 위치 편차량(
Figure 112010026103861-pat00009
)과 보정을 위한 불균형량(무게 W1,W2)를 서보모터 직구동 회전체에 보정한 결과를 보여주는 것으로서, 도시된 바와 같이 이상적인 토크 특성 그래프에 근접함을 알 수 있다.
이상의 설명과 같은 본 발명에 따른 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템은 통상적으로 0.1T/WT(T: 토크, WT: 측정물의 무게)이하의 균형 정밀도를 얻을 수 있으며, 배선이나 가스관 등을 포함하는 복잡한 구조물에 대해 부산물로서 마찰 및 스프링 계수의 측정치를 제공한다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110...서보모터 토크 측정장치 120...컴퓨터 시스템
110a...(토크 측정장치)본체 110b...디스플레이 장치
201...서보 증폭기 202...전류측정부

Claims (4)

  1. 시험 대상의 서보모터 직구동 회전체의 서보모터의 토크를 측정하기 위한 서보모터 토크 측정장치; 및
    상기 서보모터 토크 측정장치에 의해 측정된 서보모터의 토크 특성 데이터를 바탕으로, 상기 서보모터 직구동 회전체의 위치 편차량과 보정을 위한 무게 불균형량을, 탑재된 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정을 위한 소프트웨어 프로그램을 이용하여 산출하는 컴퓨터 시스템을 포함하며,
    상기 서보모터 직구동 회전체의 위치 편차량(
    Figure 112010056769334-pat00018
    )과 보정을 위한 무게 불균형량(W1,W2)은 상기 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정을 위한 소프트웨어 프로그램에 포함되어 있는 다음과 같은 수식 관계의 알고리즘에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템.
    Figure 112010056769334-pat00019

    여기서, T1, T3, T5, T7은 회전체의 초기 위치각도(α)가 0°, 90°, 180°, 270°일때의 각각의 토크, WT는 측정물의 무게, X1,Y1,X2,Y2는 무게 불균형량(W1,W2)의 부착위치를 각각 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서보모터 토크 측정장치는 서보모터에 설치되어 서보모터의 토크를 측정하는 본체와, 그 본체에 의해 측정된 토크 특성을 모니터 화면상에 표시하는 디스플레이 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서보모터 토크 측정장치의 본체에는 상기 컴퓨터 시스템으로부터 전송된 서보 명령(서보모터 구동신호)을 입력받아 증폭하여 출력하는 서보증폭기와, 서보모터의 구동시 서보모터의 권선에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정부를 포함하는 회로부가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 서보모터 직구동 회전체의 무게 불균형 측정 및 보정 시스템.
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