KR101231439B1 - 초음파 진동테이블 제어장치 - Google Patents

초음파 진동테이블 제어장치 Download PDF

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곽태수
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경남과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 초음파 진동테이블 제어장치에 관한 것으로, 특히 난삭재(難削材)의 연삭가공 시 사용되는 초음파 연삭가공 장치에 구비된 초음파 진동테이블을 구동ㆍ제어시키기 위한 초음파 진동테이블 제어장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 초음파 연삭가공 장치에 구비된 초음파 진동테이블을 구동ㆍ제어시키는 초음파 진동테이블 제어장치에 있어서, 상기 제어장치에 교류전원인 220V/60Hz의 입력전압을 공급하는 전원공급부(100)와; 상기 전원공급부의 출력측과 연결되며, 전원공급부로부터 공급된 입력전압의 위상 보정(phase correction)과, CPU 회로를 통해 피드백(feedback)되어진 초음파 진동테이블의 출력전압을 위상 보정하는 위상회로(200)와; 상기 위상회로를 통해 위상 보정된 출력전압과 상기 전원공급부로부터 공급된 입력전압을 위상 동기화(phase synchronization)시켜 최적의 주파수를 갖는 신호로 변환하는 PLL(phase locked loop)회로(300)와; 상기 PLL회로의 출력측과 연결되며, 상기 위상회로와 PLL회로를 통해 위상 보정 및 최적 주파수로 변환된 신호를 고주파(high frequency)의 구동전압으로 발진(oscillation) 및 증폭(amplification)하는 구동전압 발진용 출력회로(400)와; 상기 구동전압 발진용 출력회로의 출력측과 연결되며, 상기 초음파 진동테이블로 구동전압을 공급하되, 부하측인 초음파 진동테이블과 임피던스 매칭(impedance matching)을 수행하며, 상기 초음파 진동테이블로 일정한 진폭을 갖는 구동전압이 공급되도록 하는 정진폭 제어회로(510)와, 손실전력의 감소를 위한 역률 보정회로(520)가 구비된 정합회로(500)와; 상기 구동전압 발진용 출력회로 또는 정합회로로부터 공급되는 구동전압에 의해 초음파 진동을 발생시키는 다수개의 초음파 진동자(610a 내지 610d)를 갖는 초음파 진동테이블(600)과; 상기 초음파 진동테이블에 공급된 구동전압에 따른 진동에 비례한 출력전압을 직류전압으로 변환하여 전압을 검출하는 진동 검출회로(700)와; 상기 진동 검출회로를 통해 검출된 전압을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 회로(800) 및; 상기 A/D 회로로부터 출력전압의 디지털 신호를 입력받아 출력전압과 사전에 저장된 최적 전압과 비교ㆍ연산하여 상기 위상회로(200)로 상기 출력전압의 위상 보정 명령 신호와 출력전압을 피드백(feedback)시키는 CPU 회로(900)가 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동테이블 제어장치를 제공한다.
따라서 본 발명에 의하면, 부하측인 초음파 진동테이블로부터 피드백(feedback)되어진 출력전압의 보정을 수행하는 위상회로 및 PLL(phase locked loop)회로를 통해 초음파 진동테이블에 항상 균일한 주파수, 위상을 갖는 구동전압을 공급할 수 있으며, 초음파 진동테이블과 임피던스 매칭(impedance matching)을 수행하며, 정진폭 제어 회로와 역률 보정 회로가 더 포함된 정합회로를 통해 초음파 진동테이블로의 최대 전력 전달이 가능하여 전력 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

초음파 진동테이블 제어장치{control equipment for ultrasonic vibration table}
본 발명은 초음파 진동테이블 제어장치에 관한 것으로, 특히 난삭재(難削材)의 연삭가공 시 사용되는 초음파 연삭가공 장치에 구비된 초음파 진동테이블을 구동ㆍ제어시키기 위한 초음파 진동테이블 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작물의 표면을 원하는 모양과 치수에 맞춰 다듬질하기 위해 고속으로 회전하는 연삭숫돌을 이용하여 공작물을 가공하는 방식인 연삭가공(grinding) 방식이 사용되어지며, 특히 공작물 중에서도 초경합금, 글라스, 세라믹부품, 광학 디스크부품과 같은 난삭재(難削材)의 연삭가공 시에는 정밀도 및 연삭 효율의 향상을 위하여 전해연속 드레싱(ELID : Electrolytic In-process Dressing)과 초음파 연삭가공 장치를 통한 연삭가공 방식이 사용되어진다.
여기서, 전해연속 드레싱(ELID : Electrolytic In-process Dressing)이란 금속결합재가 본딩(bonding)된 숫돌과 전해 드레싱 기법이 복합된 연삭가공 방식으로, 전원공급장치로부터 공급된 직류펄스에 의해 금속결합재가 전기분해 및 화학반응을 하여 숫돌표면에 부도체 피막이 지속적으로 형성되도록 함으로써, 눈메움 현상과 같은 연삭효율을 떨어뜨리는 요인을 제거하여 무정지 드레싱이 가능하도록 하는 방식이다.
또한, 초음파 연삭가공 장치를 통한 연삭가공 방식은 공작물의 연삭가공을 위한 초음파 다이싱 블레이드(Ultrasonic Dicing Blade)가 반경방향으로 신축(伸縮)이 반복되도록 상기 초음파 다이싱 블레이드의 스핀들(spindle)에 초음파 진동자를 설치하거나 공작물에 직접적으로 초음파 진동을 가하기 위한 다수개의 초음파 진동자를 갖는 초음파 진동 테이블을 통해 연삭가공 시 직ㆍ간접적으로 공작물에 초음파 진동을 가해 연삭가공이 수행되도록 하는 방식이다. 상기 초음파 진동자는 초음파 진동을 발생시키는 것으로 일반적으로 전압을 가하면 신축(伸縮)되는 압전소자(piezoelectric element, 혹은 PIEZO 세라믹소자)의 양측에 금속혼을 볼트로 체결하여 전압을 가하면 축방향으로 진동된다.
한편, 상기 전해연속 드레싱과 초음파 연삭가공 장치는 별개의 장치로 연삭가공이 수행되거나, 하나의 장치에 위 두가지 연삭가공 방식이 병행되어 장치화될 수도 있다.
그 예로, 대한민국 등록특허 제10-0527459호(2005. 11. 02)에는, 작업테이블(7)의 상면 일측에 공구재료(110)를 고정시킬 수 있도록 하기 위해 정밀 척(chuck)(72)이 장착되고, 타측에는 선단에 트루잉숫돌(52)이 축설된 트루잉장치(5)가 수평되게 설치되며, 하부에는 초음파 진동 테이블(Ultrasonic Vibration Table)(10)이 장착된 후 상기 정밀 척(72)의 직상부에는 하부에 연삭숫돌(34)이 축설된 에어 스핀들(air spindle)(3)이 수직되게 설치되며, 상기 연삭숫돌(34)은 상기 트루잉장치(5)와 근접되게 설치되되, 연삭숫돌(34)에는 (+)전극이 연결되고, 트루잉숫돌(52)에는 (-)전극이 연결되어 전해 연속 드레싱(ELID : Electrolytic In-process Dressing)이 이루어지게 하여 구성된 연삭가공부(2); 상기 에어 스핀들(3)을 제어하는 스핀들 제어부(40)와, 상기 초음파 진동 테이블(10)에 전원을 공급하는 초음파 발전부(42), 상기 트루잉장치(5)에 전원을 공급하는 이엘아이디 엠프(44), 연삭가공시 가공점에 절삭유를 미스트(mist) 형태로 공급하기 위한 미스트 탱크(47)와 콤프레셔(48), 쿨런트탱크(46) 및 콘트롤러(43)로 구성된 주변장치부(4) 및 사용자가 직접 가공작업 데이터를 입력시켜 상기 연삭가공부(2) 및 상기 주변장치부(4)의 동작을 제어할 수 있게 한 PC제어부(6)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 초음파 진동을 이용한 마이크로 복합 가공기가 제안된 바 있다.
그러나 상기 제안된 기술은 초음파 진동 테이블에 구동전압을 공급하는 초음파 발전부가 기재되어 있으나, 그 세부 구성수단은 전혀 기재되어 있지 않아 초음파 진동 테이블의 구동ㆍ제어 방식을 전혀 예측할 수 없다.
따라서, 본 발명은 상기 제안된 기술과 같은 초음파 연삭가공 장치에 구비된 초음파 진동테이블을 구동ㆍ제어하는 전혀 새로운 초음파 진동테이블 제어장치를 제공하도록 한다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 상세하게는, 난삭재(難削材)의 연삭가공 시 사용되는 초음파 연삭가공 장치에 구비된 초음파 진동테이블을 구동ㆍ제어하며, 초음파 진동테이블로부터 피드백(feedback)되어진 출력전압을 위상 보정(phase correction) 및 위상 동기화(phase synchronization)시켜 최적의 주파수를 갖는 신호로 변환하여 초음파 진동테이블로 재공급되도록 제어하는 초음파 진동테이블 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 초음파 연삭가공 장치에 구비된 초음파 진동테이블을 구동ㆍ제어시키는 초음파 진동테이블 제어장치에 있어서, 상기 제어장치에 교류전원인 220V/60Hz의 입력전압을 공급하는 전원공급부(100)와; 상기 전원공급부의 출력측과 연결되며, 전원공급부로부터 공급된 입력전압의 위상 보정(phase correction)과, CPU 회로를 통해 피드백(feedback)되어진 초음파 진동테이블의 출력전압을 위상 보정하는 위상회로(200)와; 상기 위상회로를 통해 위상 보정된 출력전압과 상기 전원공급부로부터 공급된 입력전압을 위상 동기화(phase synchronization)시켜 최적의 주파수를 갖는 신호로 변환하는 PLL(phase locked loop)회로(300)와; 상기 PLL회로의 출력측과 연결되며, 상기 위상회로와 PLL회로를 통해 위상 보정 및 최적 주파수로 변환된 신호를 고주파(high frequency)의 구동전압으로 발진(oscillation) 및 증폭(amplification)하는 구동전압 발진용 출력회로(400)와; 상기 구동전압 발진용 출력회로의 출력측과 연결되며, 상기 초음파 진동테이블로 구동전압을 공급하되, 부하측인 초음파 진동테이블과 임피던스 매칭(impedance matching)을 수행하며, 상기 초음파 진동테이블로 일정한 진폭을 갖는 구동전압이 공급되도록 하는 정진폭 제어회로(510)와, 손실전력의 감소를 위한 역률 보정회로(520)가 구비된 정합회로(500)와; 상기 구동전압 발진용 출력회로 또는 정합회로로부터 공급되는 구동전압에 의해 초음파 진동을 발생시키는 다수개의 초음파 진동자(610a 내지 610d)를 갖는 초음파 진동테이블(600)과; 상기 초음파 진동테이블에 공급된 구동전압에 따른 진동에 비례한 출력전압을 직류전압으로 변환하여 전압을 검출하는 진동 검출회로(700)와; 상기 진동 검출회로를 통해 검출된 전압을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 회로(800) 및; 상기 A/D 회로로부터 출력전압의 디지털 신호를 입력받아 출력전압과 사전에 저장된 최적 전압과 비교ㆍ연산하여 상기 위상회로(200)로 상기 출력전압의 위상 보정 명령 신호와 출력전압을 피드백(feedback)시키는 CPU 회로(900)가 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동테이블 제어장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 구동전압 발진용 출력회로(400)는 상기 위상회로(200)와 PLL회로(300)를 통해 위상 보정 및 최적 주파수로 변환된 신호를 상기 초음파 진동테이블이 구동될 수 있도록 고주파(high frequency)의 구동전압으로 발진(oscillation)하는 구동회로(driver circuit, 410)와, 상기 구동회로의 출력측과 연결되어 구동전압의 전력을 증폭하는 전력 증폭회로(420)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 정합회로(500)의 출력측에는 정합 트랜스(530a 내지 530d)를 통해 상기 초음파 진동테이블(600)에 구비된 다수개의 초음파 진동자(610a 내지 610d)와 각각 직렬접속시켜 상기 다수개의 초음파 진동자에 균일한 진동ㆍ진폭의 전력이 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 초음파 진동테이블(600)은 다수개의 초음파 진동자가 "
Figure 112012067221690-pat00001
"형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 초음파 진동테이블 제어장치는 상기 전원공급부(100)로부터 공급되는 최초 입력전압은 상기 정합회로(500)를 거쳐 초음파 진동테이블(600)로 공급되며, 상기 CPU 회로(900)를 통해 상기 위상회로(200)로 피드백(feedback)되어진 출력전압은 상기 정합회로를 거치지않고 상기 구동전압 발진용 출력회로(400)에서 초음파 진동테이블로 구동전압이 공급되도록 회로가 설계되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 초음파 진동테이블 제어장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 부하측인 초음파 진동테이블로부터 피드백(feedback)되어진 출력전압의 보정을 수행하는 위상회로 및 PLL(phase locked loop)회로가 구비됨으로써, 출력전압의 위상 보정(phase correction)과 최적 주파수 변환을 수행하여 초음파 진동테이블에 항상 균일한 주파수, 위상을 갖는 구동전압을 공급할 수 있다.
(2) 초음파 진동테이블에 구비된 다수개의 초음파 진동자와 임피던스 매칭(impedance matching)을 수행하며, 정진폭 제어 회로와 역률 보정 회로가 더 포함된 정합회로가 구비됨으로써, 초음파 진동자로의 최대 전력 전달이 가능하여 전력 손실을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 초음파 진동을 이용한 마이크로 복합 가공기를 나타낸 도면
도 2의 (가), (나)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 진동테이블 제어장치 및 다수개의 초음파 진동자를 갖는 초음파 진동테이블을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 진동테이블 제어장치에 대한 전체 구성을 블록도로 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 진동테이블 제어장치에 대한 초음파 진동테이블의 다수개의 초음파 진동자와 정합회로의 회로 구성을 나타낸 도면
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 진동테이블 제어장치를 상세하게 설명한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시하더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 진동테이블 제어장치의 주요 기술적 구성수단을 설명함에 앞서, 본 발명의 초음파 진동자는 초음파 연삭가공 장치에 구비되어 공작물에 직ㆍ간접적으로 진동을 가하는 수단으로 도 2의 (나)와 같이 다수개의 초음파 진동자를 갖는 초음파 진동 테이블에 해당되며, 본 발명의 초음파 진동테이블 제어장치는 위 초음파 진동테이블의 구동ㆍ제어를 위한 장치이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 진동테이블 제어장치의 주요 기술적 구성수단은, 전원공급부(100), 위상회로(200), PLL(phase locked loop)회로(300), 구동전압 발진용 출력회로(400), 정합회로(500), 초음파 진동테이블(600), 진동 검출회로(700), A/D 회로(800), CPU 회로(900)로 이루어진다.
먼저, 도 3을 참조하여, 상기 전원공급부(100)는, 본 발명의 초음파 진동테이블 제어장치에 교류전원인 220V/60Hz의 입력전압을 공급하는 전원공급수단으로, 작업자의 조작에 의해 전원공급이 ON/OFF 될 수 있도록 스위칭 방식이 채택될 수 있다.
다음으로, 상기 위상회로(200)는, 상기 전원공급부의 출력측과 연결되며, 전원공급부로부터 공급된 입력전압의 위상 보정(phase correction)과, CPU회로(900)를 통해 피드백(feedback)되어진 초음파 진동테이블의 출력전압을 위상 보정하는 회로이다.
다시 말해서, 상기 위상회로(200)는 전원공급부로부터 공급된 최초 입력전압은 전원공급 상태 및 회로 내 부하 상태에 의해 위상이 뒤틀릴 수 있으므로 위상 보정할 필요성이 있으며, 또한, CPU 회로(900)를 통해 부하측인 초음파 진동테이블(600)로부터 피드백되어진 출력전압은 상기 CPU 회로의 위상 보정 명령 신호에 의해 위상 보정이 수행되도록 하는 것이다.
다시 도 3을 참조하여, PLL(phase locked loop)회로(300)는, 상기 위상회로(200)를 통해 위상 보정된 출력전압과 상기 전원공급부(100)로부터 공급된 입력전압을 위상 동기화(phase synchronization)시켜 최적의 주파수를 갖는 신호로 변환하는 회로이다.
다시 말해서, 상기 PLL회로(300)는 위상을 동기화(synchronization)시켜 발진주파수가 일정하게 되도록 하는 위상동기 발진회로로, 본 발명에서는 초음파 진동자로부터 피드백된 출력전압의 위상과 상기 전원공급부의 입력전압의 위상을 동기화시켜 특정 위상으로 고정ㆍ유지되도록 하는 것으로 특정 위상으로 고정함에 따라 주파수 또한 고정ㆍ유지되는 것이다.
따라서, 상기 PLL회로(300)를 통해 입력전압과 출력전압의 위상이 동기화되어 특정 위상 및 주파수로 고정ㆍ유지됨에 따라 항상 균일한 주파수를 갖는 최적의 주파수 신호를 후술하는 구동전압 발진용 출력회로로 송출하도록 하는 것이다.
한편, 상기 위상회로(200) 및 PLL회로(300)를 두어 상기 초음파 진동테이블(600)로부터 피드백된 출력전압을 보정하는 이유는, 부하측에 해당되는 초음파 진동테이블이 공작물 또는 초음파 연삭가공 장치와의 접촉에 따른 온도변화와 다수개의 초음파 진동자(610)의 부하상태 및 주변전자파환경과 같이 주변의 여러 영향에 의하여 출력전압의 위상 및 주파수가 변형될 수 있으며 이러한 출력전압을 그대로 피드백(feedback)하여 초음파 진동 테이블 제어장치의 회로 및 초음파 진동테이블로 재송출할 경우 회로 및 초음파 진동테이블이 파손될 우려가 있으므로 상기 출력전압을 전원공급부로부터 공급되는 입력전압의 신호와 비교하여 특정 위상 및 주파수를 갖도록 위상 보정 및 최적 주파수로 변환할 필요성이 있기 때문이다.
도 3을 참조하여, 상기 구동전압 발진용 출력회로(400)는, 상기 PLL회로의 출력측과 연결되며, 상기 위상회로(200)와 PLL회로(300)를 통해 위상 보정 및 최적 주파수로 변환된 신호를 고주파(high frequency)의 구동전압으로 발진(oscillation) 및 증폭(amplification)하는 회로이다.
상기 구동전압 발진용 출력회로(400)의 구성을 더욱 상세히 설명하면, 상기 위상회로(200)와 PLL회로(300)를 통해 위상 보정 및 최적 주파수로 변환된 신호를 상기 초음파 진동자가 구동될 수 있도록 고주파(high frequency)의 구동전압으로 발진(oscillation)하는 구동회로(driver circuit,410)와, 상기 구동회로의 출력측과 연결되어 구동전압의 전력을 증폭하는 전력 증폭회로(420)가 구비된다.
여기서, 상기 전력 증폭회로(420)는 대용량 반도체 스위칭 소자인 TR(transistor) 또는 FET(field effect transistor) 중에서 어느 하나가 선택되어 구성될 수 있으며, 상기 TR(transistor)은 트랜지스터로 전류를 증폭하고, 상기 FET(field effect transistor)는 전계 효과(電界效果) 트랜지스터로 일반 트랜지스터와는 달리 전압을 증폭한다.
따라서, 상기 TR 또는 FET에 의해 전류 또는 전압이 증폭됨에 따라 상기 구동회로를 통해 발진된 고주파의 구동전압의 전력을 증폭할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 상기 정합회로(500)는, 상기 구동전압 발진용 출력회로(400)의 출력측과 연결되며, 다수개의 초음파 진동자(610)를 갖는 초음파 진동테이블(600)로 구동전압을 공급하되, 부하측인 상기 다수개의 초음파 진동자와 임피던스 매칭(impedance matching)을 수행하는 회로이다.
또한, 상기 정합회로는 상기 초음파 진동테이블(600)로 일정한 진폭을 갖는 구동전압이 공급되도록 하는 정진폭 제어회로와 손실전력의 감소를 위한 역률 보정 회로가 더 포함된다.
한편, 임피던스 매칭(impedance matching)이란, 어떤 하나의 출력단과 입력단을 연결할때, 서로 다른 두 연결단의 임피던스 차에 의해 발생되는 반사파(reflected wave)를 줄여 출력단으로 최대전력이 전달되도록 하는 것으로, 상기 임피던스 매칭은 일반적으로 두개의 연결단 사이에 별도의 매칭단(matching unit)을 삽입하여 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하도록 하며, 본 발명의 정합회로를 통한 임피던스 매칭 방법은 LC 매칭을 사용하도록 한다.
여기서, 상기 LC 매칭에서 L은 인덕터(Inductor)를 나타내며, C는 캐패시터(Capacitor)를 나타내는 것으로 L,C를 사용한 LC 매칭은 널리 공지된 기술이므로 상세한 살명을 생략한다.
또한, 상기 정합회로(500)의 출력측에는 정합 트랜스(530a 내지 530d)를 통해 상기 초음파 진동테이블(600)에 구비된 다수개의 초음파 진동자(610a 내지 610d)와 각각 직렬접속시켜 상기 다수개의 초음파 진동자에 균일한 진동ㆍ진폭의 전력이 공급되도록 한다.
다시 도 2 내지 도 4를 참조하여 상기 초음파 진동테이블(600)은, 상기 구동전압 발진용 출력회로 또는 정합회로로부터 공급되는 구동전압에 의해 초음파 진동을 발생시키는 테이블로, 다수개의 초음파 진동자(610a 내지 610d)를 갖는다.
여기서, 상기 초음파 진동테이블(600)은 다수개의 초음파 진동자가 "
Figure 112012067221690-pat00002
"형으로 배치되어 초음파 진동테이블의 전체면에 진동이 균일하게 발생되도록 하여 초음파 연삭 가공 시 연삭 가공이 용이하게 진행될 수 있도록 한다(도 2의 (나) 참조).
도 3을 참조하여 상기 진동 검출회로(700)는 상기 초음파 진동테이블에 공급된 구동전압에 따른 진동에 비례한 출력전압을 검출하는 회로이며, 상기 A/D 회로(800)는 상기 진동 검출회로를 통해 검출된 전압을 아날로그 신호(analogue signal)에서 디지털 신호(digital signal)로 변환하는 변환 회로이다.
여기서, 상기 A/D 회로(800)를 통해 디지털 신호로 변환하는 이유는, 초음파 진동테이블(600)에 구비된 다수개의 초음파 진동자(610a 내지 610b)에서 발생되는 진동에 비례한 출력전압은 아날로그 신호이나, 후술하는 CPU 회로(900)를 통해 사전에 저장된 최적 전압과 비교ㆍ연산하기 위해서는 디지털 신호가 필요하므로 상기 출력전압의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해야 한다.
또한, 상기 CPU 회로(900)는 상기 A/D 회로로부터 출력전압의 디지털 신호를 입력받아 출력전압과 사전에 저장된 최적 전압과 비교ㆍ연산하여 상기 위상회로(200)로 상기 출력전압의 위상 보정 명령 신호와 출력전압을 피드백(feedback)시키는 제어 회로로, ROM(Read Only Memory)과 같은 저장수단에 최적 전압값을 저장하여 출력전압과 비교ㆍ연산할 수 있도록 한다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면 본 발명의 초음파 진동테이블 제어장치는 상기 전원공급부(100)로부터 공급되는 최초 입력전압은 상기 정합회로(500)를 거쳐 초음파 진동테이블(600)로 공급되며, 상기 CPU 회로(900)를 통해 상기 위상회로(200)로 피드백(feedback)되어진 출력전압은 상기 정합회로를 거치지 않고 상기 구동전압 발진용 출력회로(400)에서 초음파 진동테이블로 구동전압이 공급되도록 회로가 설계됨으로써, 피드백 되어진 출력전압을 위상 보정 및 최적 주파수로 변환 후 초음파 진동테이블로 재송출 시 정합회로를 거치지 않고 신속하게 초음파 진동테이블로 도달할 수 있도록 한다. 이러한 회로 설계는 상기 CPU 회로(900)의 제어에 의해 상기 구동전압 발진용 출력회로(400)의 출력측이 정합회로(500) 또는 초음파 진동테이블(600)로 변환되도록 하는 스위칭 수단(미도시)을 두어 설계될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 진동테이블 제어장치는, 부하측인 초음파 진동테이블로부터 피드백(feedback)되어진 출력전압의 보정을 수행하는 위상회로 및 PLL(phase locked loop)회로가 구비됨으로써, 출력전압의 위상 보정(phase correction)과 최적 주파수 변환을 수행하여 초음파 진동테이블에 항상 균일한 주파수, 위상을 갖는 구동전압을 공급할 수 있으며, 초음파 진동테이블에 구비된 다수개의 초음파 진동자와 임피던스 매칭(impedance matching)을 수행하며, 정진폭 제어 회로와 역률 보정 회로가 더 포함된 정합회로가 구비됨으로써, 초음파 진동테이블로의 최대 전력 전달이 가능하여 전력 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전원공급부 200 : 위상회로
300 : PLL(phase locked loop)회로
400 : 구동전압 발진용 출력회로
410 : 구동회로 420 : 전력 증폭회로
500 : 정합회로 510 : 정진폭 제어회로
520 : 역률 보정회로
530a 내지 530d : 정합 트랜스 600 : 초음파 진동테이블
610, 610a 내지 610d : 다수개의 초음파 진동자
700 : 진동 검출회로 800 : A/D 회로
900 : CPU 회로

Claims (7)

  1. 초음파 연삭가공 장치에 구비된 초음파 진동테이블을 구동ㆍ제어시키는 초음파 진동테이블 제어장치에 있어서,
    상기 제어장치에 교류전원인 220V/60Hz의 입력전압을 공급하는 전원공급부(100)와;
    상기 전원공급부의 출력측과 연결되며, 전원공급부로부터 공급된 입력전압의 위상 보정(phase correction)과, CPU 회로를 통해 피드백(feedback)되어진 초음파 진동테이블의 출력전압을 위상 보정하는 위상회로(200)와;
    상기 위상회로를 통해 위상 보정된 출력전압과 상기 전원공급부로부터 공급된 입력전압을 위상 동기화(phase synchronization)시켜 최적의 주파수를 갖는 신호로 변환하는 PLL(phase locked loop)회로(300)와;
    상기 PLL회로의 출력측과 연결되며, 상기 위상회로와 PLL회로를 통해 위상 보정 및 최적 주파수로 변환된 신호를 고주파(high frequency)의 구동전압으로 발진(oscillation) 및 증폭(amplification)하는 구동전압 발진용 출력회로(400)와;
    상기 구동전압 발진용 출력회로의 출력측과 연결되며, 상기 초음파 진동테이블로 구동전압을 공급하되, 부하측인 초음파 진동테이블과 임피던스 매칭(impedance matching)을 수행하며, 상기 초음파 진동테이블로 일정한 진폭을 갖는 구동전압이 공급되도록 하는 정진폭 제어회로(510)와, 손실전력의 감소를 위한 역률 보정회로(520)가 구비된 정합회로(500)와;
    상기 구동전압 발진용 출력회로 또는 정합회로로부터 공급되는 구동전압에 의해 초음파 진동을 발생시키는 다수개의 초음파 진동자(610a 내지 610d)를 갖는 초음파 진동테이블(600)과;
    상기 초음파 진동테이블에 공급된 구동전압에 따른 진동에 비례한 출력전압을 직류전압으로 변환하여 전압을 검출하는 진동 검출회로(700)와;
    상기 진동 검출회로를 통해 검출된 전압을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 A/D 회로(800) 및;
    상기 A/D 회로로부터 출력전압의 디지털 신호를 입력받아 출력전압과 사전에 저장된 최적 전압과 비교ㆍ연산하여 상기 위상회로(200)로 상기 출력전압의 위상 보정 명령 신호와 출력전압을 피드백(feedback)시키는 CPU 회로(900)가 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동테이블 제어장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 구동전압 발진용 출력회로(400)는 상기 위상회로(200)와 PLL회로(300)를 통해 위상 보정 및 최적 주파수로 변환된 신호를 상기 초음파 진동테이블이 구동될 수 있도록 고주파(high frequency)의 구동전압으로 발진(oscillation)하는 구동회로(driver circuit, 410)와, 상기 구동회로의 출력측과 연결되어 구동전압의 전력을 증폭하는 전력 증폭회로(420)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동테이블 제어장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 정합회로(500)의 출력측에는 정합 트랜스(530a 내지 530d)를 통해 상기 초음파 진동테이블(600)에 구비된 다수개의 초음파 진동자(610a 내지 610d)와 각각 직렬접속시켜 상기 다수개의 초음파 진동자에 균일한 진동ㆍ진폭의 전력이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동테이블 제어장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 초음파 진동테이블(600)은 다수개의 초음파 진동자가 "
    Figure 112012067221690-pat00003
    "형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동테이블 제어장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 초음파 진동테이블 제어장치는 상기 전원공급부(100)로부터 공급되는 최초 입력전압은 상기 정합회로(500)를 거쳐 초음파 진동테이블(600)로 공급되며, 상기 CPU 회로(900)를 통해 상기 위상회로(200)로 피드백(feedback)되어진 출력전압은 상기 정합회로를 거치지않고 상기 구동전압 발진용 출력회로(400)에서 초음파 진동테이블로 구동전압이 공급되도록 회로가 설계되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동테이블 제어장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0866851A (ja) * 1994-08-29 1996-03-12 Noritake Co Ltd 研削砥石のドレッシング装置
JP2000084484A (ja) * 1998-09-16 2000-03-28 Sumitomo Bakelite Co Ltd 超音波振動子の駆動装置

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