KR101633304B1 - 전동 공구의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

토크를 제공하여 너트를 착좌시키는 전동 공구의 제어 방법에 있어서, 토크 센서를 이용하여 상기 너트에 가해지는 측정 토크를 검출하는 단계; 상기 측정 토크를 상기 너트가 착좌된 것을 지시하는 기준 토크와 비교하는 단계; 상기 측정 토크가 상기 기준 토크를 초과하면 상기 측정 토크의 변동을 분석하여 작업 불량, 착좌 완료 중 어느 하나로 판정하는 단계; 및 상기 판정하는 단계에서 상기 작업 불량으로 판정되면, 상기 전동 공구의 펄스 파라미터를 초기화하는 단계;를 포함하고, 상기 판정하는 단계에서 상기 착좌 완료로 판정되면, 상기 너트에 임팩트를 제공하는 펄스 토크를 발생하는 단계;를 포함하는 전동 공구의 제어 방법을 제공한다.

Description

전동 공구의 제어 방법{CONTROL METHOD OF ELECTRICALLY-DRIVE TOOL}
본 발명은 전동 공구의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 등의 조립 공정에서 너트를 정상적으로 착좌시키기 위한 전동 공구의 제어 방법에 관한 것이다.
작업자는 주로 한 손으로 전동 공구를 쥐고 볼트, 너트 등의 체결 작업을 한다. 그러나, 피작업물의 체결 위치에 따라 사용되는 너트 등이 다양하며, 특히 비교적 큰 너트를 체결하기 위해서는 가해지는 토크 또한 증가하게 된다. 그 결과, 작업자는 반복적인 전동 작업 과정에서 발생하는 반력 등을 고스란히 전달 받게 되어 손, 팔 등에 부상을 입을 수 있다.
최근, 자동차 등의 조립 공장은 조립 라인의 상당 부분이 자동화되어 있다. 그러나, 너트의 체결을 담당하는 구역 중 일부는 여전히 작업자에 의해 이루어지고 있는 실정이다. 한편, 자동차에 있어서 너트의 체결은 안전과 밀접한 관련이 있기 때문에 높은 수준의 체결 품질을 요구한다. 동시에, 체결 공정은 고생산성을 위해 신속하게 종료될 것이 요구된다. 따라서, 너트 체결에 사용되는 전동 공구 내부에는 너트 체결을 위한 제어 프로그램이 내장되어 있다.
너트의 체결 과정은 다음과 같다. 먼저 너트는 전동 공구에 의해 볼트의 나사산을 따라 회전하면서 피작업물을 향해 이동하게 된다. 그러나, 너트가 피작업물과 만나게 되면 너트의 회전 속도는 현저히 떨어지게 된다. 이 때, 너트가 착좌된 것으로 볼 수 있다.
이후, 너트에는 너트를 단단히 조여 주기 위한 토크가 더 가해진다. 혹시라도 너트가 풀리는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 피작업물에 따라 정해진 목표 토크를 제공하여 너트를 최종적으로 조여 줌으로써 너트의 체결 공정이 종료된다.
한편, 너트와 결합되는 볼트를 살펴보면 간혹 나사산 일부에 도료 등이 도포되어 있는 불량품이 존재한다. 그런데, 이런 볼트를 사용하여 너트를 착좌시키면 너트가 나사산을 따라 회전 이동할 때 나사산에 굳은 상태로 부착된 도료에 의해 걸림이 발생할 수 있다.
그러나, 이런 경우에도 너트에는 착좌를 위한 일정 토크가 가해지고 있기 때문에 이런 걸림에 의해 측정되는 토크는 상승하게 된다. 그러면, 전동 공구는 너트가 정상 착좌된 것으로 판정하여 이후 너트를 조여 주기 위한 제어를 진행하게 된다. 즉, 전동 공구는 임팩트를 너트에 제공한다.
따라서, 너트를 착좌하는 과정에서 너트를 조여 주기 위한 제어가 진행될 수 있기 때문에 너트의 착좌를 포함한 체결 공정이 불량하게 되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1453891호 (2014.10.16 등록)
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 정상적으로 너트를 착좌시키기 이전에 너트가 착좌된 것으로 잘못 판정하여 너트를 조여 주는 제어를 방지할 수 있는 전동 공구의 제어 방법을 제공함에 있다.
또한, 작업 불량 여부를 보다 정확하게 판정할 수 있는 전동 공구의 제어 방법을 제공하고자 한다. 또한, 작업 이력을 안정적으로 저장, 관리할 수 있는 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 토크를 제공하여 너트를 착좌시키는 전동 공구의 제어 방법에 있어서, 토크 센서를 이용하여 상기 너트에 가해지는 측정 토크를 검출하는 단계; 상기 측정 토크를 상기 너트가 착좌된 것을 지시하는 기준 토크와 비교하는 단계; 상기 측정 토크가 상기 기준 토크를 초과하면 상기 측정 토크의 변동을 분석하여 작업 불량, 착좌 완료 중 어느 하나로 판정하는 단계; 및 상기 판정하는 단계에서 상기 작업 불량으로 판정되면, 상기 전동 공구의 펄스 파라미터를 초기화하는 단계;를 포함하고, 상기 판정하는 단계에서 상기 착좌 완료로 판정되면, 상기 너트에 임팩트를 제공하는 펄스 토크를 발생하는 단계;를 포함하는 전동 공구의 제어 방법을 제공한다.
상기 판정하는 단계는 상기 측정 토크가 상기 기준 토크 미만으로 다시 감소하는지 여부를 포함하여 판정할 수 있다.
상기 판정하는 단계에서 상기 측정 토크가 적어도 1회 이상 간헐적으로 임팩트를 제공하는 형태로 검출된 후 상기 기준 토크 미만으로 다시 감소하면, 상기 작업 불량으로 판정할 수 있다.
상기 판정하는 단계는 상기 기준 토크를 초과하는 상기 측정 토크의 지속 시간을 포함하여 판정할 수 있다.
상기 검출하는 단계와 상기 비교하는 단계 사이에 상기 측정 토크를 상기 전동 공구에 장착된 착탈식 메모리에 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 초기화하는 단계는 상기 펄스 파라미터를 상기 측정 토크가 상기 기준 토크를 초과하기 바로 직전의 펄스 파라미터로 변경할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 간단한 제어 방법을 통해 작업 불량 여부를 정확하게 판정할 수 있기 때문에 너트의 체결 불량률을 현저하게 감소시킬 수 있다. 즉, 체결 공정에서 작업자의 주관적인 판단이 배제될 수 있고 그로 인해 동일한 체결 품질을 기대할 수 있다.
또한, 작업 불량 여부를 보다 높은 신뢰성으로 판정할 수 있다. 또한, 작업 이력을 안정적으로 저장하고 이를 이용하여 품질 관리를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 공구의 제어 방법을 도시한 순서도
도 2는 도 1의 전동 공구를 이용한 측정 토크의 변화를 나타내는 그래프
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 공구의 제어 방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1의 전동 공구를 이용한 측정 토크(etq)의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 공구의 제어 방법은 검출하는 단계(s10), 저장하는 단계(s20), 비교하는 단계(s30), 판정하는 단계(s40) 및 작업 불량으로 판정되면 초기화하는 단계(s50a)를 포함하고, 착좌 완료로 판정되면 펄스 토크를 발생하는 단계(s50b)를 포함한다.
본 발명의 제어 방법은 토크를 제공하여 너트를 착좌(a)시키는 전동 공구에 적용될 수 있다. 이 때, 토크는 전동 공구 내에 배치되는 모터의 회전력에 의해 발생한다. 또한, 토크는 모터에 공급되는 전류를 제어하는 것으로 조절될 수 있다.
여기서 '착좌(a)'라고 함은 볼트의 나사산을 따라 너트를 체결함에 있어 너트가 피작업물과 만나게 될 때, 너트의 회전 속도가 현저히 떨어지는 순간을 말한다. 즉, 너트를 체결하는 공정은 너트가 착좌(a)된 이후 너트를 조여 주는 후속 공정이 마무리되면 비로소 완료된다.
너트가 착좌(a)되면 측정 토크(etq)는 서서히 증가하기 시작한다. 이 때, 너트의 착좌(a) 공정을 반복하여 살펴보면 일반적으로 너트가 착좌(a)된 것을 지시하는 기준 토크(stq)를 설정할 수 있다. 그 결과, 대개 측정 토크(etq)가 기준 토크(stq)를 초과하면, 너트가 착좌(a)된 것으로 판단할 수 있다.
첫 번째 단계인 검출하는 단계(s10)는 토크 센서를 이용하여 너트에 실제 가해지는 측정 토크(etq)를 검출하는 단계이다. 토크 센서는 전동 공구의 선단에 배치되어 너트에 실제 가해지는 측정 토크(etq)를 정확하게 검출할 수 있다. 이 때, 토크 센서는 측정 토크(etq)를 연속적 또는 비연속적으로 검출할 수 있다. 이 단계에서 정상적인 볼트가 사용되면 측정 토크(etq)의 그래프는 변화량이 거의 없는 형태로 나타난다. 다만, 토크 센서를 통해 노이즈 등이 더 검출될 수 있다.
그 다음, 저장하는 단계(s20)는 측정 토크(etq)를 전동 공구에 장착된 착탈식 메모리에 저장하는 단계이다. 여기서, 착탈식 메모리는 유에스비(USB), 에스디(SD) 카드 등을 포함하며, 전동 공구의 일측에 탈부착 가능하게 장착된다.
이는, 작업 이력이 되는 측정 토크(etq)를 저장하여 너트의 체결 품질을 관리하기 위함이다. 왜냐하면, 체결 품질은 너트가 정상적으로 착좌(a)되었는지 여부에 의해 좌우되기 때문이다.
한편, 전동 공구는 무선 통신 등으로 외부 제어 장치에 작업 이력을 전송할 수 있다. 그러나, 전동 공구와 외부 제어 장치 사이의 거리가 멀어지거나 무선 통신이 일시 단절되면 작업 이력이 전송될 수 없다. 이런 경우, 착탈식 메모리를 사용하면 안정적으로 작업 이력을 저장할 수 있다.
그 다음, 비교하는 단계(s30)는 측정 토크(etq)가 기준 토크(stq)를 초과하는지 여부를 비교하는 단계이다. 즉, 측정 토크(etq)를 기준 토크(stq)와 실시간 대비하여 초과 여부를 판단한다.
그 다음, 판정하는 단계(s40)는 측정 토크(etq)가 기준 토크(stq)를 초과하면, 측정 토크(etq)의 변동(변화량)을 분석하여 작업 불량, 착좌 완료 중 어느 하나로 판정하는 단계이다.
한편, 체결에 사용하는 볼트 중 일부는 그 나사산에 도장액, 도료 등이 도포되어 있는 불량품일 수 있다. 그리고, 이는 너트의 착좌(a) 과정에서 전동 공구에 추가적인 부하를 제공한다. 그 결과, 너트가 실제 착좌(a)되기 이전이더라도 측정 토크(etq)가 일시적으로 상승하여 기준 토크(stq)를 초과할 수 있다.
이 때, 판정하는 단계(s40)는 보다 정확하게 판정하기 위해 측정 토크(etq)가 기준 토크(stq)를 초과한 후 기준 토크(stq) 미만으로 다시 감소하는지 여부를 포함하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 측정 토크(etq)가 기준 토크(stq)를 초과하면 전동 공구는 일단 너트가 정상 착좌(a)된 것으로 판단하게 된다. 그와 함께, 전동 공구는 너트를 착좌(a)시키기 위한 토크의 제공을 바로 중단한다. 그 결과, 측정 토크(etq)는 소정의 값에서 급격하게 감소하여 제로 값이 된다.
그 다음, 전동 공구는 너트를 조여 줄 수 있는 임팩트를 제공하는 펄스 토크를 발생시킨다. 여기서, 펄스 토크는 작업자에게 전달되는 반력이 최소화될 수 있도록 간헐적으로 반복 제공되는 토크를 말한다.
이 때, 펄스 토크는 간헐적으로 너트에 가해지기 때문에 이에 대응되는 측정 토크(etq)는 적어도 1회 이상 간헐적으로 임팩트를 제공하는 형태로 검출될 수 있다. 그러나, 불량 볼트가 사용되면 측정 토크(etq)는 기준 토크(stq) 미만으로 다시 감소할 수 있다. 즉, 불량 부분이 볼트의 나사산 일부에 국한되고 너트가 그 부분을 지나게 되면 측정 토크(etq)는 다시 감소하게 된다. 그러면, 이는 판정하는 단계(s40)에서 작업 불량으로 판정된다.
또한, 판정하는 단계(s40)는 기준 토크(stq)를 초과하는 측정 토크(etq)의 지속 시간(t)을 포함하여 판정할 수 있다.
왜냐하면, 나사산 일부에 도장액 등이 도포된 이유로 인한 측정 토크(etq)의 상승은 대개 일시적인 것이기 때문이다. 따라서, 측정 토크(etq)가 짧은 시간 이내에 다시 기준 토크(stq) 이하로 감소하면 작업 불량에 의한 것으로 판정할 수 있다.
또한, 전술한 것처럼 토크 센서는 검출하는 단계(s10)에서 노이즈도 검출할 수 있다. 그런데, 이런 노이즈는 작업 불량과 무관하여 정상 작업인 것으로 판정해야 한다. 즉, 측정 토크(etq)가 기준 토크(stq)를 초과하면 기준 토크(stq) 이하로 다시 감소하는지 여부와 그 지속 시간(t)을 고려하여 노이즈 여부도 보다 정확하게 판정할 수 있다. 그 결과, 착좌(a) 과정의 불량률은 현저히 감소되고 체결 품질에 대한 신뢰성은 보다 향상될 수 있다.
그 다음, 초기화하는 단계(s50a)는 판정하는 단계에서 작업 불량으로 판정되면 전동 공구의 펄스 파라미터를 초기화하는 단계이다. 구체적으로, 펄스 파라미터를 전부 리셋하여 작업 불량에도 불구하고 전동 공구가 너트가 정상 착좌(a)된 것으로 인식하는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 펄스 파라미터는 모터를 구동하는 전류에 관한 파라미터를 포함할 수 있다.
너트가 정상 착좌(a)된 것으로 인식되면 전동 공구는 즉시 너트를 조여 주기 위한 임팩트를 제공하기 시작하는데 그로 인해 체결 공정은 불량이 될 수 있다. 따라서, 전동 공구는 초기화하는 단계(s50a)를 통해 너트를 정상 착좌(a)시키기 위한 과정을 다시 진행하도록 제어된다.
즉, 초기화에 의해 전동 공구는 너트의 착좌(a) 과정을 새로 시작할 수 있다. 반면, 초기화하는 단계(s50a)에서 펄스 파라미터를 측정 토크(etq)가 기준 토크(stq)를 초과하기 바로 직전의 펄스 파라미터로 변경시킬 수도 있다. 그 결과, 초기화 이후 너트의 착좌(a) 과정이 보다 신속하게 종료될 수 있다.
한편, 측정 토크(etq)의 상승에도 정상 작업으로 판정된 경우는 대부분 노이즈로 인한 것이기 때문에 이 때 초기화하는 단계(s50a)는 불필요하다.
그러나, 초기화하는 단계(s50a) 이후 다시 작업 불량으로 판정될 수 있다. 예를 들어, 나사산에 도료 등이 도포된 부분이 복수로 존재하는 경우이다. 이 때, 전술한 각 단계(s10 내지 s40)를 다시 거치면 작업 불량 여부를 신속하고 정확하게 재판정할 수 있다. 따라서, 본 발명은 작업 불량으로 재판정된 경우 재초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 판정하는 단계에서 착좌 완료로 판정되면 전동 공구는 너트에 임팩트를 제공하는 펄스 토크를 발생하는 단계(s50b)를 진행할 수 있다. 즉, 너트가 정상 착좌(a)되면 너트를 조여 주는 단계를 더 진행하여 너트의 체결 공정을 마무리할 수 있다.
본 발명에 의하면, 너트의 착좌(a) 과정에서 발생하는 불량을 현저하게 감소시킬 수 있다. 동시에 너트의 체결 공정에 대한 신뢰성과 작업 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
etq: 측정 토크 stq: 기준 토크
t: 지속 시간 a: 착좌

Claims (6)

  1. 토크를 제공하여 너트를 착좌시키는 전동 공구의 제어 방법에 있어서,
    토크 센서를 이용하여 상기 너트에 가해지는 측정 토크를 검출하는 단계;
    상기 측정 토크를 상기 너트가 착좌된 것을 지시하는 기준 토크와 비교하는 단계;
    상기 측정 토크가 상기 기준 토크를 초과하면 상기 측정 토크의 변동을 분석하여 작업 불량, 착좌 완료 중 어느 하나로 판정하는 단계; 및
    상기 판정하는 단계에서 상기 작업 불량으로 판정되면, 상기 전동 공구의 펄스 파라미터를 초기화하는 단계;를 포함하고,
    상기 판정하는 단계에서 상기 착좌 완료로 판정되면, 상기 너트에 임팩트를 제공하는 펄스 토크를 발생하는 단계;를 포함하는 전동 공구의 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 판정하는 단계는 상기 측정 토크가 상기 기준 토크 미만으로 다시 감소하는지 여부를 포함하여 판정하는 전동 공구의 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 판정하는 단계에서
    상기 측정 토크가 적어도 1회 이상 간헐적으로 임팩트를 제공하는 형태로 검출된 후 상기 기준 토크 미만으로 다시 감소하면, 상기 작업 불량으로 판정하는 전동 공구의 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 판정하는 단계는 상기 기준 토크를 초과하는 상기 측정 토크의 지속 시간을 포함하여 판정하는 전동 공구의 제어 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 검출하는 단계와 상기 비교하는 단계 사이에,
    상기 측정 토크를 상기 전동 공구에 장착된 착탈식 메모리에 저장하는 단계;를 더 포함하는 전동 공구의 제어 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초기화하는 단계는 상기 펄스 파라미터를 상기 측정 토크가 상기 기준 토크를 초과하기 바로 직전의 펄스 파라미터로 변경하는 전동 공구의 제어 방법.
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