KR101168240B1 - 서보 프레스 설비 및 그 제어 방법 - Google Patents

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모토나오 니이즈마
타케시 타카하시
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가부시키가이샤 아이에이치아이
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Abstract

서보 모터로 슬라이드를 구동하는 서보 프레스 장치(10)와, 서보 프레스 장치에 가공물(work)을 반입 및/또는 반출하는 반송 장치(20, 30)를 구비한 서보 프레스 설비의 제어 방법. 서보 프레스 장치와 반송 장치의 희망하는 운전 상태에 따라 시간적으로 변화하는 마스터 신호(1)를 발생시키는 마스터 신호 발생 단계(S1)와, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 서보 프레스 장치의 슬라이드 위치의 지령값을 일의적으로(uniquely) 출력하는 서보 프레스 제어 단계(S2)와, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 반송 장치의 작동 위치의 지령값을 일의적으로 출력하는 반송 제어 단계(S3)를 가진다.

Description

서보 프레스 설비 및 그 제어 방법{SERVO PRESS FACILITY AND ITS CONTROL METHOD}
본 발명은, 서보 모터로 슬라이드를 구동하는 서보 프레스 장치와 이 장치에 가공물(work)을 반입 및/또는 반출하는 반송 장치를 구비한 서보 프레스 설비 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
프레스 장치에 가공물을 반입?반출하는 반송 장치를 부설하는 경우, 가공물을 성형가공하는 금형과 반송 장치가 충돌(간섭)하지 않게 서로의 움직임을 동기시킬 필요가 있다.
종래의 제어 방법에서는 주로 기계 프레스(크랭크 프레스, 너클 프레스, 크랭크리스 프레스, 링크 프레스 등)를 대상으로 하며, 프레스 자체의 동작을 마스터로 한다. 즉, 예를 들어, 크랭크 프레스의 경우, 슬라이드를 구동하는 크랭크축(주 구동축)의 회전에 동기하여 반송 장치가 동작하는 구성이다. 한편, 이와 같은 제어 수단의 일 예가 특허 문헌 1에 개시되어 있다.
또한, 최근 서보 모터로 슬라이드를 구동하는 서보 프레스 장치가 개발되어 있다.(예를 들어, 특허 문헌 2).
특허 문헌 1의 ‘프레스용 자동 반송 제어 방법 및 장치’는, 프레스용 펄스 인코더가 발생시키는 펄스 수에 근거하여 위치 곡선을 프로그램에 의해 작성하고 이에 따라 반송 장치가 동작하는 것이다.
특허 문헌 2의 ‘서보 모터 구동식 링크 프레스’는, 비교적 저출력의 모터를 이용해도 높은 프레스 하중에 의한 가공 및 가공의 사이클 시간의 향상이 가능하고, 제어성이 뛰어나며, 다양한 종류의 가공이 가능할 것을 목적으로 하여, 도 1에 나타내는 바와 같이, 회전 동작을 직선 동작으로 변환하는 링크 기구(a)와, 이 직선 동작으로 프레스 가공을 위해 승강하는 램(b)을 구비하고, 서보 모터(c)로부터 링크 기구(a)의 크랭크축(d)에 구동을 전달하는 구동 전달계(e)를 마련하고, 구동 전달계(e)는 서보 모터(c)의 회전 제어에 의해 램(b)의 승강 동작을 제어 가능하게 구동 전달 가능한 것으로 하고, 램(b)을 승강 스트로크 범위 내에서 임의의 위치에서 정지하도록 서보 모터(c)를 제어하는 서보 모터 제어 수단(f)을 마련한 것이다.
특허 문헌 1: 일본 특허 제3340095호 명세서, ‘프레스용 자동 반송 제어 방법 및 장치’
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2003-320489호 공보, ‘서보 모터 구동식 링크 프레스’
서보 모터로 슬라이드를 구동하는 서보 프레스 장치는 링크 프레스로 한정되지 않고 다른 형식의 기계 프레스(크랭크 프레스, 너클 프레스, 크랭크리스 프레스, 스크류 프레스 등)도 서보 프레스화할 수 있어 최근 이들 서보 프레스 장치의 개발이 진행되고 있다.
그러나, 이들 서보 프레스 장치에 가공물을 반입?반출하는 반송 장치를 부설하는 경우, 특허 문헌 1과 같이 주 구동축(예를 들어 크랭크축)의 회전을 마스터로 하여 이것에 동기시켜 반송 장치(반입 장치와 반출 장치)를 동작시키면 이하의 문제점이 있다.
(1) 서보 프레스 장치는 주 구동축(예를 들어 크랭크축)의 회전 속도를 자유롭게 변화시킬 수 있는 특징이 있다. 따라서, 공정 중간에 일시적으로 역전하는 것 조차 가능하다.
그러나, 반송 장치의 동작을 종래와 같이 주 구동축에 동기시키면, 주 구동축의 회전 속도를 변화시키면 그에 따라 반송 장치의 동작도 변화하기 때문에, 반송 장치의 동작이 매끄럽게 되지 않아 파지하고 있는 가공물을 떨어뜨리거나, 반송 장치의 모터 토크가 순간적으로 과대해져 보호 장치가 작동하게 될 우려가 있다.
(2) 또한, 주 구동축이 공정 중간에 일시적으로 역전하는 경우에는, 주 구동축의 각도와 반송 장치의 위치가 1대 1로 대응하지 않기 때문에 동기가 불가능하게 된다.
(3) 또한, 프레스 가공하는 금형이 가공물에 접촉하는 순간이나, 클리핑 가공으로 가공물이 잘리는 순간 등 부하가 급변하는 타이밍에 주 구동축의 회전에 흔들림이 생기는데, 상술한 종래의 제어 방법에서는 흔들린 크랭크축의 회전에 동기하여 반송 장치가 동작하려고 하기 때문에, 반송 장치의 동작도 흔들려 파지하고 있는 가공물이 떨어지게 되거나, 반송 장치의 모터 토크가 순간적으로 비정상적으로 커져 보호 장치가 작동하게 되는 문제가 있다.
(4) 프레스 기계의 생산성을 향상시키기 위해서는 금형과 반송 장치를 충돌하기 바로 직전의 범위까지 접근시켜 동작시킴으로써, 프레스 기계의 성형 동작과 반송 장치의 반송 동작이 가능한 한 끊임없이 행해지는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 금형과 반송 장치의 간섭을 체크하면서 프레스 기계의 모션 커브와 반송 장치의 모션 커브를 최적화할 필요가 있는데, 종래 기술에서는 반송 장치의 모션이 프레스 기계의 모션에 의존하기 때문에 프레스 기계의 모션과 반송 장치의 모션을 독립적으로 변경할 수 없어 모션 커브의 최적화가 어렵다.
(5) 스크류 프레스와 같이 주 구동축을 가지지 않는 구성의 서보 프레스도 가능하지만, 주 구동축을 가지지 않기 때문에 주 구동축의 회전을 마스터로 하여 이것에 동기시켜 반송 장치를 동작시킬 수 없거나, 또는 프레스의 동작과 반송 장치의 동작의 연동을 간헐적으로 행할 수 밖에 없다.
본 발명은 상술한 여러 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 서보 프레스 장치에 가공물을 반입?반출하는 반송 장치를 부설하는 경우에 있어서, 서보 프레스 장치의 작동 위치 및 작동 속도의 영향을 받지 않고 서보 프레스 장치와 반송 장치를 동기시켜 이것들의 충돌(간섭)을 피할 수 있는 서보 프레스 설비 및 그 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면, 서보 모터로 슬라이드를 구동하는 서보 프레스 장치와, 서보 프레스 장치에 가공물을 반입 및/또는 반출하는 반송 장치와, 상기 서보 프레스 장치와 반송 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
제어 장치는 상기 서보 프레스 장치와 반송 장치의 희망하는 운전 상태에 따라 시간적으로 변화하는 마스터 신호를 발생시키는 마스터 신호 발생기와,
상기 마스터 신호값의 변화에 동기하여 서보 프레스 장치의 슬라이드 위치의 지령값을 일의적으로(uniquely) 출력하는 서보 프레스 제어 장치와,
상기 마스터 신호값의 변화에 동기하여 반송 장치의 작동 위치의 지령값을 일의적으로 출력하는 반송 제어 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 서보 프레스 제어 장치는 마스터 신호값에 대응하는 슬라이드 위치를 할당하는 모션 커브를 구비하고, 마스터 신호값의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 위치 지령값으로 슬라이드를 움직이도록 제어하며,
상기 반송 제어 장치는 마스터 신호값에 대응하는 반송 장치의 작동 위치를 할당하는 모션 커브를 구비하고, 마스터 신호값의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 작동 위치로 반송 장치를 움직이도록 제어한다.
또한, 상기 반송 제어 장치의 모션 커브는 반송 장치의 독립된 동작축마다 그 축의 위치를 할당하는 독립된 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화한다.
또한, 상기 반송 제어 장치의 모션 커브는 반송 장치의 피드 위치를 할당하는 피드 모션 커브와, 반송 장치의 리프트 위치를 할당하는 리프트 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화한다.
또한 본 발명에 따르면, 서보 모터로 슬라이드를 구동하는 서보 프레스 장치와, 서보 프레스 장치에 가공물을 반입 및/또는 반출하는 반송 장치를 구비한 서보 프레스 설비의 제어 방법으로서,
상기 서보 프레스 장치와 반송 장치의 희망하는 운전 상태에 따라 시간적으로 변화하는 마스터 신호를 발생시키는 마스터 신호 발생 단계와,
상기 마스터 신호값의 변화에 동기하여 서보 프레스 장치의 슬라이드 위치의 지령값을 일의적으로 출력하는 서보 프레스 제어 단계와,
상기 마스터 신호값의 변화에 동기하여 반송 장치의 작동 위치의 지령값을 일의적으로 출력하는 반송 제어 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비의 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 서보 프레스 제어 단계는 마스터 신호값에 대응하는 슬라이드 위치를 할당하는 모션 커브를 기억하고 있고, 마스터 신호값의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 위치 지령값으로 슬라이드를 움직이도록 제어하며,
상기 반송 제어 단계는 마스터 신호값에 대응하는 반송 장치의 작동 위치를 할당하는 모션 커브를 기억하고 있고, 마스터 신호값의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 작동 위치로 반송 장치를 움직이도록 제어한다.
또한, 상기 반송 제어 단계의 모션 커브는 반송 장치의 독립된 동작축마다 그 축의 위치를 할당하는 독립된 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화한다.
또한, 상기 반송 제어 단계의 모션 커브는 반송 장치의 피드 위치를 할당하는 피드 모션 커브와, 반송 장치의 리프트 위치를 할당하는 리프트 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화한다.
상기 본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 서보 프레스 장치와 반송 장치의 양쪽 모두가 서보 프레스 장치와 반송 장치의 희망하는 운전 상태에 따라 시간적으로 변화하는 마스터 신호에 동기하므로, 마스터 신호를 통하여 간접적으로 서보 프레스 장치와 반송 장치를 동기시킬 수 있다.
또한, 서보 프레스 장치의 슬라이드 모션을 변경할 때에는 슬라이드 위치에 상응하는 모션 커브를 바꾸면 되며, 이에 의해 반송 장치의 모션 커브는 영향을 받지 않는다.
마찬가지로, 반송 장치의 모션을 바꿀 때에는 반송 장치의 작동 위치에 상응하는 모션 커브를 바꾸면 되며, 이에 의해 서보 프레스 장치의 모션 커브는 영향을 받지 않는다.
따라서, 서보 프레스 장치와 반송 장치의 양쪽 모두를 각각 독립적으로 조정?최적화할 수 있다. 또한, 역전(逆轉)을 포함한 모션 커브의 설정도 가능하다.
또한, 마스터 신호를 전자적으로 생성하는 것이 가능하므로 값이 변하지 않으며, 이것에 동기하여 동작하는 프레스 기계?반송 장치의 움직임도 흔들리지 않는다.
스크류 프레스와 같이 주 구동축을 가지지 않는 구성의 서보 프레스의 경우에도 프레스의 동작과 반송 장치의 동작을 시시각각 연동시키는 것이 가능하다.
도 1은 특허 문헌 2의 ‘서보 모터 구동식 링크 프레스’의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 서보 프레스 설비의 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 서보 프레스 설비의 제어 방법의 전체 흐름도이다.
도 4는 서보 프레스 장치와 반송 장치를 동기시키는 1주기 분의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5a는 희망하는 운전 상태에 따른 마스터 신호값의 시간 변화 패턴의 예를 나타내는 도면이다.
도 5b는 희망하는 운전 상태에 따른 마스터 신호값의 시간 변화 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5c는 희망하는 운전 상태에 따른 마스터 신호값의 시간 변화 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5d는 희망하는 운전 상태에 따른 마스터 신호값의 시간 변화 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 서보 프레스 설비의 구체적 실시예이다.
도 7은 서보 프레스 장치와 반송 장치를 동기시키는 2주기 분의 관계도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 2는, 본 발명에 따른 서보 프레스 설비의 전체 구성도이다. 도면에서, 본 발명의 서보 프레스 설비는 서보 프레스 장치(10), 반입측 반송 장치(20), 반출측 반송 장치(30) 및 제어 장치(40)를 구비한다.
서보 프레스 장치(10)는 서보 모터(11)로 슬라이드(14)를 구동하는 프레스 장치이다. 동력 전달 기구(13)는 크랭크 프레스, 너클 프레스, 크랭크리스 프레스, 링크 프레스, 스크류 프레스 등 주지의 기계 프레스 중 어느 것이어도 되며, 서보 모터(11)로 동력 전달 기구(13)를 통하여 슬라이드(14)를 구동하는 한 그 밖의 형식이어도 된다.
반입측 반송 장치(20)는 서보 프레스(10)에 가공물을 반입하는 장치이고, 반출측 반송 장치(30)는 서보 프레스 장치(10)로부터 가공물을 반출하는 장치이다. 반입측 반송 장치(20)와 반출측 반송 장치(30)는 가공물의 반입?반출에 필요한 움직임의 자유도를 가진다. 예를 들어, 반입측 반송 장치(20)와 반출측 반송 장치(30)가 모두, 가공물을 수평 방향으로 이동시키는 피드 모션축과, 가공물을 수직 방향으로 이동시키는 리프트 모션축을 가지는 구성이 가능하다.
반입측 반송 장치?반출측 반송 장치의 구성은 이상의 설명으로 한정되는 것은 아니며, 반입측 반송 장치(20)와 반출측 반송 장치(30) 중 어느 일방밖에 없는 구성(반출 또는 반입 동작은 수동에 의한다), 반입측 반송 장치(20)와 반출측 반송 장치(30)의 양쪽 모두의 기능을 1대에 가지는 반입 반출 장치여도 된다. 또한, 반입측 반송 장치(20), 반출측 반송 장치(30)의 형식은 임의이며, 가공물을 수평 방향으로 이동시키는 이송 동작(피드)과 가공물을 수직 방향으로 이동시키는 승강 동작(리프트)을 각각의 기구로 행하는 장치여도 되고, 로봇 아암 등으로 양쪽 모두를 같은 기구로 행하는 장치여도 된다. 클램프 등, 피드와 리프트 이외의 움직임의 자유도를 가지는 반입 반출 장치여도 된다.
이하, 본 출원에서, 반입측 반송 장치(20) 및/또는 반출측 반송 장치(30)를 특별히 구별하지 않는 경우에는 ‘반송 장치’라고 부른다.
제어 장치(40)는 서보 프레스 장치(10)와 반송 장치(반입측 반송 장치(20) 및/또는 반출측 반송 장치(30))를 제어하는 제어 장치이다.
제어 장치(40)는 마스터 신호 발생기(42), 서보 프레스 제어 장치(44) 및 반송 제어 장치(46)를 가진다. 제어 장치(40)는 단독의 제어 장치(예를 들어, NC 제어 장치)여도 되고, 1대의 상위 제어 장치와 복수의 하위 제어 장치로 이루어지는 복합 제어 장치여도 된다.
마스터 신호 발생기(42)는 서보 프레스 장치(10)와 반송 장치(20, 30)의 희망하는 운전 상태에 따라 값 A와 B 사이에서 시간적으로 변화하는 값 M의 마스터 신호(1)를 발생시킨다.
여기서 ‘희망하는 운전 상태에 따라’라는 의미는 ‘이와 같이 운전하고자 하는(정전(正轉)하고 싶은?역전하고 싶은?빨리 움직이고 싶은?천천히 움직이고 싶은) 의도에 따라’라는 의미이다.
희망하는 운전 상태에 따라 변화시키는 것은 마스터 신호의 시간 패턴이며, 모션 커브는 희망하는 운전 상태에는 영향을 받지 않는다.
즉, 본 발명에서는 마스터 신호와 서보 프레스, 혹은 마스터 신호와 반송 장치의 동기 관계를 그 모션 커브로 정의하고 있으며, ‘희망하는 운전 상태’라고 부르는 상태에 따라 마스터 신호의 시간 변화 패턴을 절환한다.
서보 프레스 제어 장치(44)는 마스터 신호값 M에 대응하는 슬라이드 위치를 할당하는 모션 커브(후술함)를 구비하고, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 서보 프레스 장치(10)의 슬라이드 위치의 지령값을 일의적으로 출력하고, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 위치 지령값으로 슬라이드를 움직이도록 제어한다.
반송 제어 장치(46)는 이 예에서는 반입측 반송 제어 장치(46A)와 반출측 반송 제어 장치(46B)로 이루어지고, 각각 마스터 신호값 M에 대응하는 반송 장치(20, 30)의 작동 위치를 할당하는 모션 커브(후술함)를 구비하고, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 반송 장치(20, 30)의 작동 위치의 지령값을 일의적으로 출력하고, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 작동 위치로 반송 장치를 움직이도록 제어한다.
반송 제어 장치(46)(46A, 46B)의 모션 커브는 반송 장치(20, 30)의 피드 위치를 할당하는 피드 모션 커브와, 반송 장치의 리프트 위치를 할당하는 리프트 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 변화한다.
도 3은, 본 발명에 따른 서보 프레스 설비의 제어 방법의 전체 흐름도이다.
본 발명의 제어 방법은, 상술한 서보 프레스 장치(10)와 반송 장치(20, 30)를 구비한 서보 프레스 설비의 제어 방법이다.
도면에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제어 방법은 마스터 신호 발생 단계 Sl, 서보 프레스 제어 단계 S2 및 반송 제어 단계 S3를 가진다.
마스터 신호 발생 단계 S1에서는 서보 프레스 장치(10)와 반송 장치(20, 30)의 희망하는 운전 상태에 따라 값 A와 B 사이에서 시간적으로 변화하는 값 M의 마스터 신호(1)를 발생시킨다.
서보 프레스 제어 단계 S2에서는 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 서보 프레스 장치(10)의 슬라이드 위치의 지령값을 일의적으로 출력한다. 서보 프레스 제어 단계 S2는 마스터 신호값 M에 대응하는 슬라이드 위치를 할당하는 모션 커브를 기억하고 있고, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 위치 지령값으로 슬라이드를 움직이도록 제어한다.
반송 제어 단계 S3에서는 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 반송 장치(20, 30)의 작동 위치의 지령값을 일의적으로 출력한다. 반송 제어 단계 S3는 마스터 신호값 M에 대응하는 반송 장치의 작동 위치를 할당하는 모션 커브를 기억하고 있고, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 작동 위치로 반송 장치를 움직이도록 제어한다.
반송 제어 단계 S3의 모션 커브는 반송 장치(20, 30)의 하나 하나의 모션축에 대한 모션 커브로 이루어진다. 예를 들어, 반송 장치(20, 30)가 피드 모션축과, 리프트 모션축을 가지는 구성이면, 반송 제어 단계 S3의 모션 커브는 반송 장치(20, 30)의 피드 위치를 할당하는 피드 모션 커브와, 반송 장치의 리프트 위치를 할당하는 리프트 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화한다.
도 4는, 서보 프레스 장치와 반송 장치를 동기하여 주기(사이클 시간) T로 정전 운전시키는 경우의 1주기 분의 관계를 나타내는 도면이다. 도면에서, (A)는 주기 T내의 경과 시간 t와 마스터 신호의 관계, (B)는 마스터 신호와 슬라이드 위치의 관계, (C) 및 (D)는 마스터 신호와 반입측 반송 장치(20)의 피드 위치 및 리프트 위치와의 관계, (E) 및 (F)는 마스터 신호와 반출측 반송 장치(30)의 피드 위치 및 리프트 위치와의 관계를 나타낸다.
마스터 신호 발생 단계 S1에서 발생시키는 마스터 신호는 이 예에서는 일정한 주기 T마다 초기값 A(본 예에서는 0으로 한다)에서 최종값 B(B는 예를 들어, 1)까지 직선적으로 증가한다. 즉, 주기 T내의 경과 시간 t에 있어서의 마스터 신호(1)의 값 M은, M=(B-A)×t/T+A로 부여할 수 있다.
마스터 신호(1)는 주기 T마다 리셋되어 연속적으로 반복된다.
도 4의 (B)는 슬라이드의 모션 커브이며, 마스터 신호(1)의 값 M에 대응하여 슬라이드 위치를 할당한다. 즉, 각 주기 T마다의 어느 시간 t에 대해서는 직접적으로는 슬라이드 위치는 정해지지 않고, 시간 t에 대한 마스터 신호(1)의 값 M에 대응하여 슬라이드 위치가 정해지며, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 위치 지령값으로 슬라이드를 움직이도록 제어하게 되어 있다.
따라서, 만일 주기 T내의 경과 시간 t와 마스터 신호(1)의 관계를 변경하면(예를 들어, 직선에서 임의의 곡선으로의 변경), 같은 시간 t에 대한 마스터 신호(1)의 값 M이 변화하기 때문에, 이에 대응하여 슬라이드 위치도 변화한다.
도 4의 (C) 및 (D)는 반입측 반송 장치(20)의 피드 위치의 모션 커브와 리프트 위치의 모션 커브이며, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 작 동 위치로 반송 장치를 움직이도록 제어하게 되어 있다.
마찬가지로, 도 4의 (E) 및 (F)는 반출측 반송 장치(30)의 피드 위치의 모션 커브와 리프트 위치의 모션 커브이며, 마스터 신호값 M의 변화에 동기하여 이것에 대응하는 작동 위치로 반송 장치를 움직이도록 제어하게 되어 있다.
반송 장치(20, 30)도 만일 주기 T내의 경과 시간 t와 마스터 신호(1)의 관계를 변경하면(예를 들어, 직선에서 곡선으로의 변경), 같은 시간 t에 대한 마스터 신호(1)의 값 M이 변화하기 때문에, 이에 대응하여 작동 위치도 변화한다.
도 5a 내지 도 5d는, 서보 프레스 장치와 반송 장치를 동기시키는 1주기 분의 관계를 나타내는 다른 도면이다.
서보 프레스 장치와 반송 장치의 희망하는 운전 상태를 바꾸고 싶을 때에는 도 5a 내지 도 5d에 나타내는 바와 같이, 시간에 대하여 마스터 신호를 변화시킴으로써 실현할 수 있다. 예를 들어, 사이클 시간을 변화시키고자 하는 경우에는 도 5a에 나타내는 바와 같이, 마스터 신호의 1주기의 시간을 주기마다 변화시키거나, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 시간에 대한 마스터 신호의 변화율을 연속적으로 변화시킨다. 한편, 여기에서는 도 4의 (B) 내지 (F)와 같이 설정한 마스터 신호값 M과 슬라이드 위치와의 관계, 마스터 신호값 M과 반입측 반송 장치의 피드 위치와의 관계, 마스터 신호값 M과 반입측 반송 장치의 리프트 위치와의 관계, 마스터 신호값 M과 반출측 반송 장치의 피드 위치와의 관계, 마스터 신호값 M과 반출측 반송 장치의 리프트 위치와의 관계는 변경하지 않는다. 단, 이들 관계를 조정을 위해 변경할 수도 있다.
또한, 임의의 장소에서 정지시키고자 하는 경우에는 도 5c에 나타내는 바와 같이 마스터 신호의 값을 일정하게 하면 되고, 서보 프레스 장치와 반송 장치를 정전에서 한 번 정지시켜 다시 역전시키고자 하는 경우에는 도 5d에 나타내는 바와 같이 시간에 대한 마스터 신호의 변화 방향을 역전시키면 된다. 한편, 여기에서는 도 4의 (B) 내지 (F)와 같이 설정한 마스터 신호값 M과 슬라이드 위치와의 관계, 마스터 신호값 M과 반입측 반송 장치의 피드 위치와의 관계, 마스터 신호값 M과 반입측 반송 장치의 리프트 위치와의 관계, 마스터 신호값 M과 반출측 반송 장치의 피드 위치와의 관계, 마스터 신호값 M과 반출측 반송 장치의 리프트 위치와의 관계는 변경하지 않는다. 단, 이들 관계를 조정을 위해 변경할 수도 있다.
실시예
도 6은, 본 발명에 따른 서보 프레스 설비의 구체적 실시예이다.
도 6에 있어서, 상술한 서보 프레스 장치(10)는 프레스 기계(100)에 해당한다. 프레스 기계(100)는 이하와 같이 구성된다.
메인 모터(101)의 회전이 슬라이드 구동 기구(102)로 직선 이동으로 변환되어 슬라이드(103)를 상하 운동시킨다. 슬라이드(103)에는 상부 금형(104)이 장착되어 슬라이드(103)와 함께 상하 운동한다.
상부 금형(104)에 대향하여 하부 금형(105)이 볼스터(106)에 장착된다. 상부 금형(104)에 가해지는 하중은 슬라이드(103)와 슬라이드 구동 기구(102)를 통하여 프레임(107)의 상부에서 지지되고, 하부 금형(105)에 가해는 하중은 볼스터(106)를 통하여 프레임(107)의 하부에서 지지된다.
프레스 성형의 대상이 되는 가공물(108)은 상부 금형(104)과 하부 금형(105)의 사이에 삽입되고, 슬라이드(103)가 하강하여 상부 금형(104)과 가공물(108)과 하부 금형(105)이 접촉하면, 상부 금형(104) 및 하부 금형(105)으로부터 가공물(108)에 대하여 프레스 성형력이 발생한다.
슬라이드 구동 기구(102)로서는 크랭크 방식, 크랭크리스 방식, 너클 방식, 링크 방식, 스크류 방식 등이 있다. 메인 모터(101)로서는 유도 모터, 동기 모터, 직류 모터 등이 사용 가능하지만, 본 발명에서는 제어성이 뛰어난 서보 모터를 사용한다.
슬라이드(103)의 위치를 검출하기 위하여 메인 모터(101)의 회전각을 검출하는 인코더(121)가 마련된다.
메인 모터 제어기(122)는 인코더(121)가 검출한 메인 모터(101)의 회전각을 슬라이드 구동 기구(102)의 치수에 근거하여 얻는 슬라이드(103)의 현재 위치와, 슬라이드 위치 지령 생성기(141)로부터 부여되는 슬라이드 위치 지령값에 근거하여 메인 모터(101)에 대한 토크 지령값을 생성한다.
메인 모터 앰프(123)는 메인 모터(101)가 토크 지령값에 따라 토크를 발생시키도록 메인 모터(101)로 공급되는 전류?전압?전력을 변화시킨다.
이상의 구성에 의해, 슬라이드 위치 지령 생성기(141)로부터 슬라이드 위치 지령값이 시시각각 부여되면, 이에 따라 슬라이드(103)의 위치가 시시각각 변화하는 클로즈드 루프 제어가 행해진다.
도 2의 반입측 반송 장치(20)는 도 6의 반입측 반송 장치(200)에 해당한다. 가공물을 프레스 기계(100)로 반입하기 위한 반입측 반송 장치(200)는 이하와 같이 구성된다. 가공물을 파지하기 위한 반입측 반송 장치 가공물 파지 툴(201)이 반입측 반송 장치 캐리지(202)로부터 지지된다.
반입측 반송 장치 캐리지(202)를 피드 방향(도면 중 좌우 방향)으로 움직이기 위한 반입측 반송 장치 피드 기구(203)가 반입측 반송 장치 피드 모터(204)에 의해 구동되고, 반입측 반송 장치 캐리지(202)를 리프트 방향(도면 중 상하 방향)으로 움직이기 위한 반입측 반송 장치 리프트 기구(205)가 반입측 반송 장치 리프트 모터(206)에 의해 구동된다.
반입측 반송 장치 캐리지(202)의 피드 방향(도면 중 좌우 방향)의 위치를 검출하기 위하여, 반입측 반송 장치 피드 모터(204)의 회전각을 검출하는 반입측 반송 장치 피드 인코더(221)가 마련된다.
반입측 반송 장치 피드 모터 제어기(222)는 반입측 반송 장치 피드 인코더(221)가 검출한 반입측 반송 장치 피드 모터(204)의 회전각을 반입측 반송 장치 피드 기구(203)의 치수에 근거하여 얻어지는 반입측 반송 장치 캐리지(202)의 피드 방향 현재 위치와, 반입측 반송 장치 위치 지령 생성기(241)로부터 부여되는 반입측 반송 장치 피드 위치 지령값에 근거하여 반입측 반송 장치 피드 모터(204)에 대한 토크 지령값을 생성한다.
반입측 반송 장치 피드 모터 앰프(223)는 반입측 반송 장치 피드 모터(204)가 토크 지령값에 따라 토크를 발생시키도록 반입측 반송 장치 피드 모터(204)로 공급되는 전류?전압?전력을 변화시킨다.
리프트 방향(도면 중 상하 방향)에 대해서도 동일한 구성과 작용을 가지는 반입측 반송 장치 리프트 인코더(224), 반입측 반송 장치 리프트 모터 제어기(225), 반입측 반송 장치 리프트 모터 앰프(226)가 마련된다.
이상의 구성에 의해, 반입측 반송 장치 위치 지령 생성기(241)로부터 반입측 반송 장치 위치 지령값(본 예에서는, 피드 방향과 리프트 방향의 위치 지령값)이 시시각각 부여되면, 이에 따라 반입측 반송 장치 캐리지(202)의 위치(본 예에서는, 피드 방향과 리프트 방향의 위치)가 시시각각 변화하는 클로즈드 루프 제어가 행해진다.
반입측 반송 장치 가공물 파지 툴(201)은 반입측 반송 장치 캐리지(202)와 일정한 위치 관계를 유지하도록 유지되어 있으므로, 반입측 반송 장치 파지 툴(201)의 위치도 반입측 반송 장치 위치 지령 생성기(241)로부터 부여되는 반입측 반송 장치 위치 지령값에 따르게 된다.
피드 기구나 리프트 기구로서는 모터의 회전을 볼 스크류로 직선 운동으로 바꾸는 방법과, 모터의 회전을 기어로 감속하고 랙/피니언(rack and pinion) 방식에 의해 직선 운동으로 바꾸는 방법 등이 있다.
도 2의 반출측 반송 장치(30)는 도 6의 반출측 반송 장치(300)에 해당한다. 가공물을 프레스 기계(100)로부터 반출하기 위한 반출측 반송 장치(300)도 반입측 반송 장치(200)와 동일한 구성을 가진다. 또한 도 6에 있어서, 대응하는 구성 요소에는 대응하는 번호가 부여되어 있다.
프레스 기계(100), 반입측 반송 장치(200), 반출측 반송 장치(300)에서 모두 인코더로서는 광학식 인코더나 리졸버가 사용 가능하다. 모터 구동 앰프에는 직류 모터를 사용하는 경우에는 사이리스터 레오나드(thyristor leonard)나 IGBT를 사용한 초퍼(chopper) 방식, 교류 모터를 사용하는 경우에는 파워 MOSFET나 IGBT를 사용한 PWM 방식의 인버터 등이 사용된다. 모터 제어기의 제어 방법으로서는 PI?PID?IPD 등의 피드백 제어나 피드 포워드 제어의 조합 등이 사용된다.
슬라이드 위치 지령 생성기(141), 반입측 반송 장치 위치 지령 생성기(241), 반출측 반송 장치 위치 지령 생성기(341)에는 마스터 신호 발생기(42)로부터 마스터 신호가 분배되어 있다. 마스터 신호 발생기로서는 전자 회로로 실현된 카운터나, 시퀀서나 컴퓨터 프로그램으로 실현된 카운터를 사용할 수 있다.
가공물 파지 툴로서는 가공물을 진공 흡착하는 흡반을 장착한 크로스바나, 가공물을 끼워 넣는 핑거(finger) 등이 사용된다.
도 7은, 서보 프레스 장치와 반송 장치를 동기시키는 2주기 분의 관계도이다. 이하, 도 6 및 도 7을 이용하여 본 발명의 장치의 동작예를 설명한다.
마스터 신호 발생기(42)는 시간에 대하여 단조롭게 변화하는 마스터 신호(1)를 발생시킨다. 슬라이드 위치 지령 생성기(141), 반입측 반송 장치 위치 지령 생성기(241), 반출측 반송 장치 위치 지령 생성기(341)는 각각 마스터 신호(1)에 대한 슬라이드 위치, 반입측 반송 장치 피드/리프트 위치, 반출측 반송 장치 피드/리프트 위치의 대응 관계를 나타내는 모션 커브를 유지하고 있고, 마스터 신호가 입력되었을 때 각각 슬라이드 위치, 반입측 반송 장치 피드/리프트 위치, 반출측 반송 장치 피드/리프트 위치를 출력한다.
출력된 슬라이드 위치, 반입측 반송 장치 피드/리프트 위치, 반출측 반송 장치 피드/리프트 위치는 각각 메인 모터 제어기(122), 반입측 반송 장치 피드 모터 제어기(222)/반입측 반송 장치 리프트 모터 제어기(225), 반출측 반송 장치 피드 모터 제어기(322)/반출측 반송 장치 리프트 모터 제어기(325)로의 위치 지령값이 되고, 상술한 구조에 의해 슬라이드(103)의 위치, 반입측 반송 장치 캐리지(202)의 피드/리프트 방향 위치, 반출측 반송 장치 캐리지(302)의 피드/리프트 방향 위치가 위치 지령값에 따르도록 제어되고, 슬라이드(103), 반입측 반송 장치 캐리지(202)와 일정한 위치 관계를 유지하는 반입측 반송 장치 가공물 파지 툴(201), 반출측 반송 장치 캐리지(302)와 일정한 위치 관계를 유지하는 반입측 반송 장치 가공물 파지 툴(301)이 마스터 신호에 동기하여 모션 커브로 규정된 위치 관계로 동작한다.
모션 커브를 유지하는 방법으로서는 적당한 간격으로 샘플링한 값을 테이블로 기억하고 그 사이를 다항식이나 스프라인으로 보간하는 방법, 커브의 전체 또는 적당히 분할한 구간마다 함수로 표현하는 방법 등이 있다.
도 6 및 도 7에서는 마스터 신호가 일정한 비율로 변화하는 예, 즉 서보 프레스와 반송 장치가 사이클 시간을 일정하게 정전하는 예를 나타내었지만, 도 5a 내지 도 5d에 나타내는 바와 같이, 마스터 신호의 비율을 도중에서 변화시키거나, 비율을 제로로 함으로써, 서보 프레스와 반송 장치의 사이클 시간을 바꾸거나 도중에 정지시키거나 역전시킬 수 있다.
모션 커브는 프레스 기계 및 반송 장치의 성능의 범위 내에서 프레스 기계와 반송 장치가 기계적으로 간섭하지 않게 결정한다. 모션 커브를 결정하는 방법으로서는 간섭 체크 기능을 가지는 3차원 CAD를 사용하여 오프 라인에서 결정하는 방법과, 모션 커브를 바꾸어 실제로 프레스 기계와 반송 장치를 동작시켜 보아 모션 커브를 온라인에서 결정해 가는 방법 등이 있다.
상술한 실시예에서는 프레스 기계가 1대이고 그 전후에 반송 장치가 있는 경우를 나타내었지만, 복수의 프레스 기계 및 복수의 반송 장치로 생산 라인을 구성하는 경우, 마스터 신호를 복수의 프레스 기계, 반송 장치에 입력함으로써 라인 전체에 본 방식을 적용할 수 있다. 각 프레스 기계, 반송 장치마다 독립된 슬라이드 위치 지령 생성기, 반송 장치 위치 지령 생성기를 마련함으로써, 1대마다의 프레스 기계, 반송 장치마다 가공물의 가공 특성?가공물의 반송 거리나 간섭물의 회피에 적합하고, 인접한 프레스 기계와 반송 장치 사이의 가공물 수수(授受)의 시간 낭비를 줄이는 모션 커브를 설정할 수 있다.
어느 프레스 기계 내지 반송 장치에서 이상이 검출된 경우에 마스터 신호의 비율을 바꾸거나 제로로 하는 기능을 추가함으로써, 이상 발생시에도 프레스 기계와 반송 장치의 동기를 유지한 채로 모든 프레스 기계?반송 장치를 감속?정지시킬 수 있다.
상술한 실시예에서는 프레스 기계와 반송 장치의 동작의 1사이클 전체에 걸쳐 프레스 기계와 반송 장치가 마스터 신호에 동기하여 동작하는 예를 나타내었지만, 프레스 기계와 반송 장치와의 간섭 조건이 엄격한 범위, 즉, 반송 장치가 프레스 기계의 내부에 가공물을 두고 있거나?가공물을 취출하고 있는 기간만 프레스 기계와 반송 장치가 마스터 신호에 동기하여 동작하고, 그 이외의 기간, 즉 프레스 기계와 반송 장치와의 간섭 조건이 엄격하지 않은 기간에는 프레스 기계와 반송 장치가 독립적으로 동작하는 구성도 가능하다.
상술한 실시예에서는 모터의 회전을 기구적으로 슬라이드의 직선 운동으로 변환하는 서보 프레스를 나타내었지만, 리니어 모터를 사용하여 슬라이드를 구동하는 서보 프레스에도 적용 가능하다.
상술한 실시예에서는 슬라이드의 위치 검출 방법으로서 메인 모터의 회전각을 인코더로 검출하고, 슬라이드 구동 기구의 치수에 근거하여 슬라이드의 위치로 변환하는 예를 나타내었지만, 슬라이드의 위치를 광학식 리니어 스케일이나 자기왜곡(magnetostriction)식 리니어 인코더로 직접 검출하는 방법도 가능하다.
상술한 실시예에서는 독립적으로 동작할 수 있는 피드와 리프트를 가지는 반송 장치를 나타내었지만, 본 발명에서는 가공물의 위치 결정이 가능하면 반송 장치의 기구는 불문한다. 피드와 리프트와 클램프를 가지는 3차원 트랜스퍼 기구나, 도핑식이라고 칭해지는 링크식의 로더, 각종 산업용 로봇의 기구 등이 사용 가능하다. 반입측과 반출측에서 기구가 서로 달라도 된다.
상술한 실시예에서는 인코더를 모터축에 장착하는 예를 나타내었지만, 모터로 구동되는 기구측에 로터리 인코더 내지 리니어 인코더를 마련하여 위치를 검출하는 방법도 가능하다.
위치 제어 가능한 다이 쿠션(die cushion) 장치를 가지는 프레스 기계의 경우, 다이 쿠션 장치의 제어 장치를 실시예에 나타내는 프레스 기계 내지 반송 장치 의 제어 장치와 동등한 기능을 포함하는 것으로 하고, 다이 쿠션을 마스터 신호에 동기시키는 구성이 가능하다.
상술한 본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 서보 프레스 장치(10)와 반송 장치(20, 30)가 모두, 일정한 주기마다 초기값에서 최종값까지 단조롭게 증가 또는 감소하는 값의 마스터 신호(1)에 동기하므로 마스터 신호(1)를 통하여 간접적으로 서보 프레스 장치와 반송 장치를 동기시킬 수 있다.
또한, 서보 프레스 장치(10)의 슬라이드 모션을 변경할 때에는 슬라이드 위치에 상응하는 모션 커브를 바꾸면 되며, 이에 의해 반송 장치(20, 30)의 모션 커브는 영향을 받지 않는다.
마찬가지로, 반송 장치(20, 30)의 모션을 바꿀 때에는 반송 장치의 작동 위치에 상응하는 모션 커브를 바꾸면 되며, 이에 의해 서보 프레스 장치(10)의 모션 커브는 영향을 받지 않는다.
따라서, 서보 프레스 장치와 반송 장치의 양쪽 모두를 각각 독립적으로 조정?최적화할 수 있다. 또한, 역전을 포함한 모션 커브의 설정도 가능하다.
모션 커브는 상부 금형이나 하부 금형의 형상, 가공물 형상, 가공물 재질, 가공물 성형에 적합한 슬라이드 모션 등의 조건에 따라 변경하는 것도 가능하다. 예를 들어, 금형을 교체하여 다양한 가공물 성형을 하는 프레스 기계의 경우, 각각의 금형?가공물마다 최적의 모션 커브를 미리 구해 두고, 금형?가공물을 변경할 때에 모션 커브도 동시에 변경하는 구성도 가능하다.
또한, 마스터 신호를 전자적으로 생성하는 것이 가능하므로 값이 변동되지 않으며, 이것에 동기하여 동작하는 프레스 기계?반송 장치의 움직임도 변동되지 않는다.
스크류 프레스와 같이 주 구동축을 가지지 않는 구성의 서보 프레스의 경우에도 프레스의 동작과 반송 장치의 동작을 시시각각 연동시키는 것이 가능해진다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 더할 수 있음은 물론이다.

Claims (8)

  1. 서보 모터로 슬라이드를 구동하는 서보 프레스 장치와, 상기 서보 프레스 장치로의 가공물(work)의 반입 및 반출 중 적어도 어느 일방을 행하는 반송 장치와, 상기 서보 프레스 장치와 반송 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 서보 프레스 장치와 반송 장치의 희망하는 운전 상태에 따라, 시간의 경과에 따라 값이 변화하는 마스터 신호를 발생시키는 마스터 신호 발생기와,
    상기 마스터 신호값의 변화에 동기하여 서보 프레스 장치의 슬라이드 위치의 지령값을 일의적으로(uniquely) 출력하는 서보 프레스 제어 장치와,
    상기 마스터 신호값의 변화에 동기하여 반송 장치의 작동 위치의 지령값을 일의적으로 출력하는 반송 제어 장치를 가지고,
    적어도 일부의 경과 시간 범위에서, 시간에 대한 마스터 신호값의 변화율이 변화하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서보 프레스 제어 장치는 마스터 신호값에 대응하는 슬라이드 위치를 할당하는 모션 커브를 구비하고, 마스터 신호값의 변화에 동기하여 이에 대응하는 위치 지령값으로 슬라이드를 움직이도록 제어하며,
    상기 반송 제어 장치는 마스터 신호값에 대응하는 반송 장치의 작동 위치를 할당하는 모션 커브를 구비하고, 마스터 신호값의 변화에 동기하여 이에 대응하는 작동 위치로 반송 장치를 움직이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설 비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반송 제어 장치의 모션 커브는 반송 장치의 독립된 동작축마다 그 축의 위치를 할당하는 독립된 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 반송 제어 장치의 모션 커브는 반송 장치의 피드 위치를 할당하는 피드 모션 커브와, 반송 장치의 리프트 위치를 할당하는 리프트 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비.
  5. 서보 모터로 슬라이드를 구동하는 서보 프레스 장치와, 상기 서보 프레스 장치로의 가공물의 반입 및 반출 중 적어도 어느 일방을 행하는 반송 장치를 구비한 서보 프레스 설비의 제어 방법으로서,
    상기 서보 프레스 장치와 반송 장치의 희망하는 운전 상태에 따라, 시간의 경과에 따라 값이 변화하는 마스터 신호를 발생시키는 마스터 신호 발생 단계와,
    상기 마스터 신호값의 변화에 동기하여 서보 프레스 장치의 슬라이드 위치의 지령값을 일의적으로 출력하는 서보 프레스 제어 단계와,
    상기 마스터 신호값의 변화에 동기하여 반송 장치의 작동 위치의 지령값을 일의적으로 출력하는 반송 제어 단계를 가지고,
    적어도 일부의 경과 시간 범위에서, 시간에 대한 마스터 신호값의 변화율이 변화하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서보 프레스 제어 단계는 마스터 신호값에 대응하는 슬라이드 위치를 할당하는 모션 커브를 기억하고 있고, 마스터 신호값의 변화에 동기하여 이에 대응하는 위치 지령값으로 슬라이드를 움직이도록 제어하며,
    상기 반송 제어 단계는 마스터 신호값에 대응하는 반송 장치의 작동 위치를 할당하는 모션 커브를 기억하고 있고, 마스터 신호값의 변화에 동기하여 이에 대응하는 작동 위치로 반송 장치를 움직이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반송 제어 단계의 모션 커브는 반송 장치의 독립된 동작축마다 그 축의 위치를 할당하는 독립된 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비의 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 반송 제어 단계의 모션 커브는 반송 장치의 피드 위치를 할당하는 피드 모션 커브와, 반송 장치의 리프트 위치를 할당하는 리프트 모션 커브로 이루어지고, 각각 마스터 신호값의 변화에 동기하여 변화하는 것을 특징으로 하는 서보 프레스 설비의 제어 방법.
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