KR101543801B1 - 공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 원점을 실시간으로 보상하기 위한 제어방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 장비가 파워 온 되면 원점복귀를 수행하는 제1 과정과, 상기 원점복귀 수행 중 원점 도그 스위치(Dog switch)가 감지되면 원점 카운터(counter) 값이 미리 설정된 값인지를 검사하고, 검사결과 원점 카운터 값이 미리 설정된 값이면 장비 운전 가능 상태로 인지하고, 장비 운전 가능 상태에서 원점 카운터 값이 미리 설정된 값인지 여부를 실시간으로 검사한 후 검사결과 원점 카운터 값이 미리 설정된 값이 아니면 그리드 쉬프트(grid shift) 값에서 원점 카운터 값을 뺀 값을 수치제어기에 입력하여 기계원점을 복귀시킨다.

이렇게 함으로써 추가적인 원점복귀 수행시간 및 가공오차에 따른 실패확률을 방지하는 효과가 있다.

공작기계, 서보모터, 원점 보상

Description

공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING COMPENSATING RETURNING REFERENCE POINT OF MACHINE TOOL IN REAL-TIME}

본 발명은 공작기계의 원점복귀 제어방법에 관한 것으로서, 특히 공작기계의 원점을 실시간으로 확인하여 이상 발생 시 바로 원점복귀할 수 있도록 보상하기 위한 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계의 원점복귀 방식으로는 여러 방식이 있다. 다양한 방식들 중 감속도그를 사용하는 인크리멘탈(Incremental) 원점복귀 시스템에서 사용하는 원점복귀 방식에 대하여 설명하면, 서보모터 인크리멘탈(Incremental) 엔코더의 경우 1회전당 수천~수만 펄스를 발생시켜 속도 및 위치 정보를 검출한다.

도 1에 도시된 바와 같이 LED(1)에서 발생되는 빛이 가동판(slit)(10)의 틈과 고정판(fixed board with slit)(20)의 틈을 통과하여 과 트랜지스터에 전달되어 전기신호로 변환되어 회전각에 비례한 구형파 형태의 펄스를 출력한다.

서보모터가 회전할 경우 도 2에 도시된 바와 같이 회전각의 증가분을 검출하는 상대위치 검출기로 A, B, Z-위상(Phase)의 3가지 펄스가 발생되고, 회전방향에 따라 A, B-위상(Phase)의 90° 위상차 변화에 따라 속도와 위치를 검출할 수 있다. 이때, 회전방향에 따라 A, B 펄스의 위상이 변화하고, A, B 상의 위상차는 90°를 이루며 A, B 위상에 의해 회전방향을 판별할 수 있다.

한편, 원점복귀 시 사용되는 Z-위상(Phase)은 모터 1회전당 1개의 펄스(Pulse)를 발생시켜 원점 위치 기준신호로 사용한다.

엔코더의 변위(X)는 하기의 <수학식 1>과 같이 각가속도(W_M)와 T(시간의 변화율)의 곱으로 나타내어지고, 각 변위에 X에 대한 정보는 도 3과 같이 엔코더로부터 얻을 수 있다.

X(rad) = W_M * T

상기 <수학식 1>에서 W_M는 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.

이때, PPR는 해상도 당 펄스(Pulse per Resolution)이다.

감속도그를 사용하는 인크리멘탈(Incremental) 원점복귀 루틴(Routine)은 하기와 같은 동작으로 이루어진다. 이러한 동작에 대하여 도 4를 참조하여 살펴보도록 한다.

먼저, 급속이송 가감속 시정수에 의해 축이 이송되며 원점도그 리미트 스위치가 감속도그를 만나 신호(Signal(*DEC))가 수치 제어기(NC)에 입력되면 원점 이 송속도로 축이 이송된다.(400 신호 참조.)

이후, 이송 중 엔코더의 Z-위상(Phase)은 모터 1회전에 1 펄스(Pulse)씩 출력이 되고, 레퍼런스 카운터(Reference Counter)량에 입력된 그리드(Grid) 값도 출력된다.(410, 420 신호 참조)

다음으로, 원점 이송속도로 축 이송이 완료된 후 원점도그 리미트 스위치의 감속도그 신호가 오프(OFF)되면, 이송속도가 점점 감속하여 정지됨에 따라 Z-위상에서 출력되는 펄스(pluse) 간격은 점점 넒어지게 되고, 감속도그 신호가 오프된 후 발생한 펄스 중 하나의 펄스(412)가 레퍼런스 카운터(Reference Counter) 범위 내에 위치하게 된다. 이때, 수치 제어기(NC)는 레퍼런스 카운터(Reference Counter) 범위 내의 위치를 원점으로 인식한다.

마지막으로, 모든 장비의 원점이 모터 1회전 신호에 의해 출력되는 Z-위상(phase)과 일치하는 것은 아니므로 원점을 이동(Shift)시키기 위해 그리드 쉬프트(Grid Shift)값을 입력하여 정확한 원점을 셋팅하게 된다. 이때, 그리드 쉬프트(Grid Shift)의 역할은 인크레멘탈(Inceremetal) 원점 셋팅 방식에서는 원점도그가 설치되며 원점도그의 위치가 Z-위상과 항상 정확하게 일치하기는 어렵기 때문에 이를 보완하기 위하여 원점을 이동시키기 위함이다.

상기와 같은 과정을 통해 기계원점복귀를 수행하게 된다.

하지만, 상기와 같이 정확한 원점을 맞추었다고 하더라도 장비를 운영하면서 열변위, 진동과 같은 외부의 외란에 의해 모터 1회전 신호에서 출력되는 Z-위상(phase)이 레퍼런스 카운터(Reference Counter)의 범위를 벗어나게 되어 기계원 점의 위치가 변경되는 경우가 발생한다.

현재에는 장비 운영 중 초기에 셋팅된 물리적인 원점이 변경되는 경우 이를 보정하기 위해 장비를 정지시키고, 기구적인 측정을 통해서 그리드 쉬프트(Grid Shift)값을 다시 설정함으로써 원점을 보정하고 있다.

하지만, 이와 같은 방식으로 변경된 원점을 보정할 경우 일일이 장비를 정지시켜야만 하므로 추가적인 원점복귀 수행에 따른 시간 지연이 발생할 뿐만 아니라, 보정을 위한 절차가 번거로운 문제점이 있다.

그에 따라, 가공오차에 따른 원점 보정에 대한 실패 확률이 발생할 수 있는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명은 장비 운영중 외부의 외란에 의해 원점 변위 발생 시 실시간으로 원점복귀를 수행하고, 가공오차에 따른 실패확률을 방지하도록 하기 위한 공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어방법을 제공한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어방법에 있어서, 장비가 파워 온 되면 원점복귀를 수행하는 제1 과정과, 상기 원점복귀 수행 중 원점 도그 스위치(Dog switch)가 감지되면 원점 카운터(counter) 값이 미리 설정된 값인지를 검사하는 제2 과정과, 상기 검사결과 원점 카운터 값이 미리 설정된 값이면 장비 운전 가능 상태로 인지하고, 장비 운전 가능 상태에서 원점 카운터 값이 미리 설정된 값인지 여부를 실시간으로 검사하는 제3 과정과, 상기 제 2과정 및 제3 과정 검사결과 원점 카운터 값이 미리 설정된 값이 아니면 그리드 쉬프트(grid shift) 값에서 원점 카운터 값을 뺀 값을 수치제어기에 입력하여 기계원점을 복귀시키는 제4 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 미리 설정된 값은 “0” 인것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일례에 따라 상기 제 4과정 수행 후 상기 그리드 쉬프트 값에서 원점 카운터 값을 뺀 값을 상기 수치제어기에 입력하고, 상기 입력한 값에 의해 서보보터 엔코더의 패드백 펄스량에 이상이 있는지 확인하는 제5 과정과, 상기 확인 결과 이상이 없으면 장비 운전 가능 상태가 되고, 근접 스위치를 이용하여 원점이상 변위를 체크하는 제6 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 장비 운영중 외부의 외란에 의해 원점 변위 발생 시 실시간으로 원점복귀를 수행하므로 원점복귀 수행을 위한 시간 지연이 발생하지 않고, 종래와 같이 작업자가 원점복귀을 위한 절차에 관여할 필요가 없으므로 편리하게 원점 보정을 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 종래와 같이 작업자가 직접 기구적인 측정을 통해서 원점 보정을 수행하는 것이 아니고, 원점 카운터 값과 그리드 쉬프트 값으로부터 계산된 값을 이용하여 수치 제어기(NC)에서 원점 복귀에 수행하므로 가공오차가 발생할 확률을 줄일 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 장비 운영 중 공작기계의 원점복 귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어 과정에 대하여 살펴보도록 한다.

500단계에서 장비가 최초로 파워 온(Power-ON)이 되면, 502단계에서 원점복귀를 수행한다. 이때, 원점복귀 수행은 기존의 원점복귀 수행 과정과 같이 원점 이송 속도로 축을 이동하다가 원점 도그 스위치가 감지하여 원점을 인식하는 과정으로 원점복귀를 수행한다.

한편, 원점복귀를 수행하는 중 504단계에서 원점 도그 스위치(Dog swich)가 감지되는지를 검사하여 원점 도그 스위치가 감지되면 506단계로 진행하고, 그렇지 않으면 502단계로 진행하여 계속하여 원점복귀를 수행한다.

원점 도그 스위치가 감지되면 장비는 원점을 인식하게 되고, 이후 506단계에서 컴퓨터수치제어기(CNC)의 내부 정보인 원점 카운터 값이 “0”인지를 확인한다. 여기서, 원점 카운터 값이 “0”이라는 의미는 모터 1회전 신호에서 출력되는 Z-위상(phase)이 출력되어 원점이 확립된 상태임을 의미한다.

만약, 원점 카운터 값이 “0”이면 장비가 운전가능 상태가 된다.

하지만, 원점의 카운터 값이 “0”이 아닐 경우에는 512단계로 진행하여 컴퓨터수치제어기(CNC)에서 그리프 쉬프트(Grid Shift) 값 - 원점 카운터(Counter) 값을 실시간으로 계산한다. 이때, 원점 카운터 값은 장비 운영 중 외란으로 초기 셋팅 위치로부터 실제로 물리적 위치가 변경된 양을 의미한다.

514단계에서 자동 계산된 값을 컴퓨터수치제어기(CNC)에 입력하여 기계원점을 실시간으로 보상한다.

이후, 516단계에서 컴퓨터수치제어기(CNC) 입력된 값에 의해 서보모터 엔코 더의 피드백 펄스량에 이상이 있는지 확인한다. 만약, 정상상태이면 장비의 운전 가능 상태가 되고, 518단계에서 근접 스위치를 이용하여 하드웨어적으로 원점이상 변위를 체크할 수 있게 된다.

하지만, 만약 서보모터 엔코더의 피드백 펄스량에 이상이 있으면, 504단계로 진행하여 다시 기계원점을 실시간으로 보상하기 위한 과정을 수행하게 된다.

한편, 506단계 검사결과 원점 카운터 값이 “0”이면 508단계에서 장비가 운전가능 상태가 되고, 장비의 운전 가능 상태에서도 510단계에서 원점 카운터값이 “0” 인지를 실시간으로 확인한다.

이와 같이 실시간으로 원점 카운터값을 확인하여 만약 원점 카운터값 “0”이 아닌 경우 이상 발생하였다고 감지하여 512단계 내지 518단계를 반복 수행하면서 기계원점을 실시간으로 보상한다.

즉, 종래에는 장비 운영중 원점이 변경될 시 장비를 정지시키고, 이를 확인하여 기구적인 측정을 통하여 그리드 쉬프트(grid shift)값을 설정하였지만, 본 발명에서는 장비 운영중 원점이 변경될 시 원점카운터이 “0”인지에 따라 원점 변경 여부를 확인하고, “0”이 아닌 경우 즉, "0"으로 수렴하지 않고 잔류 펄스(pulse)가 남아 있는 경우에는 이것을 상쇄하는 값만큼을 그리드 쉬프트(grid shift)값에서 빼줌으로써 일정한 원점을 유지할 수 있도록 한다.

이렇게 함으로써 장비 운영 중에 원점 변경 여부를 감지하여 실시간으로 기계원점을 보상할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범 위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 일반적인 인크리멘탈(incremental) 엔코더의 원리를 설명하기 위한 도면,

도 2는 서보모터 회전 시 A, B, Z-위상의 펄스를 도시하는 도면,

도 3은 엔코더 변위(X)에 대한 정보를 도시하는 도면,

도 4는 일반적인 원점 복귀 루틴을 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어과정을 도시하는 도면.

Claims (3)

1. 공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어방법에 있어서,

   장비가 파워 온 되면 원점복귀를 수행하는 제1 과정(500, 502)과,

   상기 원점복귀 수행 중 원점 도그 스위치가 감지되면 원점 카운터(counter) 값이 미리 설정된 값인지를 검사하는 제2 과정(504, 506)과,

   상기 검사결과 원점 카운터 값이 미리 설정된 값이면 장비 운전 가능 상태로 인지하고, 장비 운전 가능 상태에서 원점 카운터 값이 미리 설정된 값인지 여부를 실시간으로 검사하는 제3 과정(508, 510)과,

   상기 제 2과정 및 제3 과정 검사결과 원점 카운터 값이 미리 설정된 값이 아니면 그리드 쉬프트(grid shift) 값에서 원점 카운터 값을 뺀 값을 수치제어기에 입력하여 기계원점을 복귀시키는 제4 과정(512, 514)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 미리 설정된 값은 “0” 인것을 특징으로 하는 공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어방법.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 그리드 쉬프트 값에서 원점 카운터 값을 뺀 값을 상기 수치제어기에 입력하고, 상기 입력한 값에 의해 서보보터 엔코더의 패드백 펄스량에 이상이 있는지 확인하는 제5 과정(516)과,

   상기 확인 결과 이상이 없으면 장비 운전 가능 상태가 되고, 근접 스위치를 이용하여 원점이상 변위를 체크하는 제6 과정(517)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 원점복귀를 실시간으로 보상하기 위한 제어방법.

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