KR101704488B1 - 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 초음파 발진부에서 출력되는 교류 신호에 대한 전류 실효치를 시간 흐름에 따라 연속적으로 측정하는 단계와, 현재 시점을 포함한 직전 M개의 시점에서 측정된 상기 전류 실효치의 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 시간 흐름에 따라 연산하는 단계와, 상기 이동 표준편차 데이터에 임계치 이상의 변화가 발생하는 시점이 감지되면, 상기 이동 평균 데이터와 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터 간의 오차를 실시간 연산하는 단계, 및 상기 초음파 발진부에 대해 기 설정된 발진 출력에 상기 실시간 연산되는 오차를 반영하여 상기 발진 출력을 실시간 제어하는 단계를 포함하는 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법을 제공한다.
상기 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치에 따르면, 피세척물의 부하 또는 작업 상황의 변화에 따라 진동자의 발진 출력을 자동으로 증가 또는 감소시킨 후 원래의 발진 출력으로 회귀시킴으로써 초음파 세척기의 전력 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 발진 출력의 자동 조절 기능을 이용하여 작업자나 주변인에게 고통을 주는 소음이나 하울링을 최소화할 수 있으며 초음파 세척기의 작업 성능을 개선시킬 수 있다.

Description

초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치{Method for controlling power of ultrasonic cleaner and apparatus thereof}

본 발명은 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세척 작업 조건의 변화에 따라 발진 출력을 자동 제어할 수 있는 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

초음파 세척기는 각종 산업이 첨단화, 고급화되면서 전 제조 업체 및 정비 업체 분야, 병의원 의료 업체, 업소용과 가정용 식기 세척용 등으로 광범위하게 적용되고 있다.

초음파 세척기의 원리는 특수세제가 세척물 표면에 붙어있는 이물질들을 부풀려주면 초음파 발진기(transducer)가 용액 내에서 캐비테이션(cavitation, 공동) 현상에 의해 포화 수증기 공동을 만들고, 이 공동이 세척물 표면에서 부피가 급속히 수축함으로써 이물질이 떨어져 나가게 하는 것이다.

캐비테이션이란 유체 속에서 고속으로 운동하는 물체(초음파 발진기)의 표면에 압력이 낮은 부분이 생기고 그 압력이 포화 증기압보다 낮으면 유체에 용해되어 있는 기체가 방출되어 포화 수증기로 가득 찬 공동이 만들어지는 것을 의미한다.

현재의 초음파 세척기는 회전 노브(knob)나 버튼 등을 통하여 발진 출력을 수동으로 조절하게 되어 있으며 운전 중에는 발진 출력이 고정되어 있다. 그러므로 피세척물의 부하가 변동하거나 피세척물의 제거와 투입 등에 의해 작업 상황이 변화하여 발진 출력을 높이거나 낮춰야 하는 경우에도 동일한 발진 출력이 지속적으로 세척기에 인가됨에 따라, 불필요한 전력 소비와 함께 작업자와 주변인에게 고통을 주는 소음 또는 하울링 현상을 유발하는 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록실용신안공보 제0155005호(1999.08.16 공고)에 개시되어 있다.

본 발명은 세척 작업 조건의 변화에 따라 진동자의 발진 출력을 자동 제어하여 초음파 세척기의 전력 효율을 향상시킬 수 있는 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 초음파 세척기에 포함된 초음파 발진부에서 출력되는 교류 신호에 대한 전류 실효치를 시간 흐름에 따라 연속적으로 측정하는 단계와, 현재 시점을 포함한 직전 M개의 시점에서 측정된 상기 전류 실효치의 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 시간 흐름에 따라 연산하는 단계와, 상기 이동 표준편차 데이터에 임계치 이상의 변화가 발생하는 시점이 감지되면, 상기 이동 평균 데이터와 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터 간의 오차를 실시간 연산하는 단계, 및 상기 초음파 발진부에 대해 기 설정된 발진 출력에 상기 실시간 연산되는 오차를 반영하여 상기 발진 출력을 실시간 제어하는 단계를 포함하는 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법을 제공한다.

여기서, 상기 발진 출력을 실시간 제어하는 단계는, 상기 기 설정된 발진 출력에 상기 실시간 연산되는 오차를 반영하면, 상기 발진 출력이 상기 오차의 크기에 대응하여 하강 또는 상승된 이후 다시 상기 기 설정된 발진 출력으로 회복될 수 있다.

또한, 상기 전류 실효치의 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 연산하는 단계는, 상기 현재 시점에 측정된 전류 실효치를 기준으로 상기 현재 시점을 포함한 직전 M개의 데이터의 열에 유한한 크기의 윈도우를 씌우고 상기 윈도우를 기 설정된 샘플링 시간 간격으로 이동시키면서 상기 샘플링 시간마다 상기 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 연산할 수 있다.

또한, 상기 이동 표준편차 데이터는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.

여기서, I_std(kT)는 k번째의 상기 이동 표준편차 데이터, I_avg(kT)는 현재 시점의 전류 실효치 I(kT)를 포함한 직전 M개의 전류 실효치인 I((k-M+1)T),…,I(kT)에 대한 상기 이동 평균 데이터, T는 상기 전류 실효치가 측정되는 샘플링 시간을 의미한다.

또한, 상기 발진 출력을 제어하는 단계는 아래의 수학식을 이용할 수 있다.

여기서, u(kT)는 상기 제어되는 발진 출력, p_ref는 상기 기 설정된 발진 출력, Δu(kT)는 상기 오차, k_p는 기 설정된 비례이득을 나타낸다.

또한, 상기 이동 표준편차 데이터에 대한 상기 임계치 이상의 변화는 펄스 모양으로 감지되며, 상기 오차는 아래의 수학식으로 연산되고 상기 오차는 아래의 수학식으로 연산되고 상기 이동 평균 데이터가 상기 변화가 발생하기 이전의 정상 범위 이내에 해당되면 0의 값을 가질 수 있다.

여기서, I_avg(kT)는 현재 시점의 전류 실효치 I(kT)를 포함한 직전 M개의 전류 실효치인 I((k-M+1)T),…,I(kT)에 대한 상기 이동 평균 데이터, I⁰ _avg는 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터를 의미한다.

그리고, 본 발명은, 초음파 세척기에 포함된 초음파 발진부에서 출력되는 교류 신호에 대한 전류 실효치를 시간 흐름에 따라 연속적으로 측정하는 전류 신호 처리부와, 현재 시점을 포함한 직전 M개의 시점에서 측정된 상기 전류 실효치의 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 시간 흐름에 따라 연산하는 데이터 획득부와, 상기 이동 표준편차 데이터에 임계치 이상의 변화가 발생하는 시점이 감지되면, 상기 이동 평균 데이터와 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터 간의 오차를 실시간 연산하는 오차 연산부, 및 상기 초음파 발진부에 대해 기 설정된 발진 출력에 상기 실시간 연산되는 오차를 반영하여 상기 발진 출력을 실시간 제어하는 출력 제어부를 포함하는 초음파 세척기의 발진 출력 제어 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치에 따르면, 피세척물의 부하 또는 작업 상황의 변화에 따라 진동자의 발진 출력을 자동으로 증가 또는 감소시킨 후 원래의 발진 출력으로 회귀시킴으로써 초음파 세척기의 전력 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 발진 출력의 자동 조절 기능을 이용하여 작업자나 주변인에게 고통을 주는 소음이나 하울링을 최소화할 수 있으며 초음파 세척기의 작업 성능을 개선시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세척기의 발진 출력 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전류 신호 처리부의 상세 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 초음파 발진 제어부의 개념도이다.
도 4는 도 1의 장치를 이용한 발진 출력 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 S420 단계에서 현재 측정된 전류 실효치를 기준으로 직전 M개의 전류 실효치 데이터에 윈도우를 씌우는 개념을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 4의 S420 단계 내지 S440 단계의 동작을 설명하는 예시도이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로 세척 작업 조건의 변화(피세척물의 부하 변화, 교체 투입 등)에 따라 초음파 세척기의 발진 출력을 자동으로 조절하여 초음파 세척기의 성능과 효율을 개선할 수 있는 방법을 제공한다.

구체적으로, 본 발명의 실시예는 초음파 세척기의 가동 시에 초음파 발진 출력에 대한 전류 실효치 값을 실시간 측정하면서, 세척 작업 조건이나 피세척물의 부하 변동에 의하여 직전 M개의 전류 실효치 값들에 대한 이동 평균과 이동 분산 값이 유의미하게 변화하면 발진 출력을 적절히 감소 또는 증가시킨 이후 다시 이전의 값으로 복귀시킨다. 이를 통하여 초음파 세척기의 소비 전력의 낭비를 줄이고 소음 또는 하울링(howling)을 감소시켜서 초음파 세척기의 성능과 효율을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세척기의 발진 출력 제어 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세척기의 발진 출력 제어 장치(100)는 초음파 발진 제어부(110), 초음파 발진부(120), 초음파 진동자(130), 전류 신호 처리부(140)를 포함한다. 이러한 초음파 세척기의 발진 출력 제어 장치(100)는 초음파 세척기에 포함되어 구현될 수 있다.

우선 도 1에서, 설정 출력이란, 초음파 세척기의 작업자로부터 회전 노브(knob)나 버튼 등의 조작부를 통해 설정받는 발진 출력을 의미한다. 이러한 설정 출력은 정격 전력의 0~100%의 값을 가진다. 설정 출력은 작업 전에 작업자로부터 설정받을 수 있고 세척 작업 중에도 임의 변경될 수 있다.

초음파 발진 제어부(110)는 상기 설정된 발진 출력(설정 출력)에 따라 초음파 발진부(120)에 인가되는 전압을 조절하는 부분이다. 초음파 발진부(120)는 이 초음파 발진 제어부(110)에서 출력된 전압을 이용하여 초음파 진동자(130)에 일정한 교류 전압을 인가한다.

전류 신호 처리부(140)는 초음파 발진부(120)에서 흐르는 전류를 센서로 측정하여 교류 신호를 전류 실효치(RMS;Root Mean Square)로 변환하고 이 전류 실효치를 초음파 발진 제어부(110)로 전달한다.

초음파 발진 제어부(110)는 초음파 발진부(120)에 대한 전류 실효치를 통하여 전류 신호의 특성을 분석하여 세척 상황의 변화 시 발진 출력을 조정한다. 여기서, 세척 상황의 변화가 없을 때에는 이전에 설정된 발진 출력을 그대로 유지하게 되며 세척 상황의 변화가 발생한 때에는 그러한 변화에 대응하여 발진 출력을 감소 또는 증가시킨 다음 이전에 설정된 발진 출력 값으로 다시 조정한다. 그 상세한 원리는 추후에 상세히 설명할 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 전류 신호 처리부의 상세 구성도이다. 전류 신호 처리부(140)는 초음파 발진부(120)에 의한 교류 전류를 홀 센서(141)를 통하여 측정하고 이를 OP 앰프(142)로 증폭한 다음 저역통과필터(143)를 통과시켜서 부드러운 사인 파형의 교류 전류 신호로 만든다. 또한 이 신호를 다시 실효치 변환부(144)에 통과시켜서 전류 신호의 크기 값(Magnitude)을 얻는다.

도 3은 도 1에 도시된 초음파 발진 제어부의 개념도이다. 초음파 발진 제어부(110)에는 두 가지의 입력 신호(설정 출력, 전류 실효치)가 인가된다. 설정 출력은 도 1에서 나타낸 것과 같이 작업자가 직접 설정하는 초음파 세척기의 발진 출력 값에 해당하고, 전류 실효치는 초음파 발진부(120)의 측정 전류를 실효치로 변환한 값을 나타낸다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 초음파 발진 제어부(110)는 데이터 획득부(111), 오차 연산부(112), 그리고 출력 제어부(113)로 구성된다. 데이터 획득부(111)는 전류 신호 처리부(140)로부터 전류 실효치를 매시간 입력받으며 최근 M개의 전류 실효치 값에 대한 이동 평균과 이동 표준편차를 지속적으로 연산한다.

시간에 따른 이동 표준편차 값이 일정 크기 이상의 펄스 형태로 변화하면서 이동 평균도 함께 유의미하게 변화했다면 세척 조건에 변화가 발생한 경우에 해당된다. 이러한 변화가 감지되면 오차 연산부(112)는 실시간 연산되는 이동 평균 값을 변화 이전의 이동 평균 값과 지속적으로 비교하면서 상호 간의 오차를 연산한다.

그러면, 출력 제어부(113)는 해당 오차에 비례하는 만큼의 크기를 상기 기 설정된 발진 출력(설정 출력)의 크기에 반영함으로써 발진 출력을 실시간 제어(감소 또는 증가)하게 된다. 시간이 지남에 따라 오차가 줄어들수록 발진 출력은 원래의 설정 출력대로 회복될 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다. 도 4는 도 1의 장치를 이용한 발진 출력 제어 방법의 흐름도이다.

먼저, 전류 신호 처리부(140)는 초음파 발진부(120)에서 출력되는 교류 신호에 대한 전류 실효치를 시간 흐름에 따라 연속적으로 측정하여 초음파 발진 제어부(110)로 전달한다(S410).

그러면, 데이터 획득부(111)는 현재 시점을 포함한 직전 M개의 시점에서 측정된 상기 전류 실효치의 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 시간 흐름에 따라 연산한다(S420).

데이터 획득부(111)는 샘플링 타임 T의 간격으로 상기 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 연산한다. 이동 평균 데이터는 현재 샘플링 타임을 기준으로 최근 M개의 샘플링 타임에서 측정된 M개의 전류 실효치 값들을 이용하여 매 샘플링 시간마다 연산한다.

이러한 이동 평균 데이터는 아래의 수학식 1을 이용하여 연산할 수 있다.

여기서, I_avg(kT)는 현재 시점의 전류 실효치 I(kT)를 포함한 직전 M개의 전류 실효치인 I((k-M+1)T),…,I(kT)에 대한 이동 평균 데이터를 나타내고, T는 상기 전류 실효치가 측정되는 샘플링 시간을 의미한다.

이동 표준편차 데이터는 상기 연산된 이동 평균 데이터를 이용하여 실시간 연산하며 아래의 수학식 2를 이용할 수 있다.

여기서, I_std(kT)는 k번째의 상기 이동 표준편차 데이터, I_avg(kT)는 상기 이동 평균 데이터를 나타낸다. I_avg(kT) 및 T는 앞서 정의한 바 있다.

도 5는 도 4의 S420 단계에서 현재 측정된 전류 실효치를 기준으로 직전 M개의 전류 실효치 데이터에 윈도우를 씌우는 개념을 설명하는 도면이다. 본 발명의 실시예에서는 수학식 1, 2의 연산에 있어서 도 5와 같이 현재 전류 실효치 신호 I(kT)를 포함하는 직전 M개의 전류 실효치의 신호들에 대해 윈도우(Window)를 씌워서 연산하는 방법을 사용한다. 여기서 수학식 1, 2의 값을 매시점마다 실시간 연산하기 위해서는 이 윈도우를 상기 샘플링 시간 간격만큼 이동시키면 된다.

즉, 본 발명의 실시예에서 S420 단계는 현재 시점에 측정된 전류 실효치를 기준으로 상기 현재 시점을 포함한 직전 M개의 데이터의 열에 유한한 크기의 윈도우를 씌우고, 상기 윈도우를 기 설정된 샘플링 시간 간격으로 이동시키면서 상기 샘플링 시간마다 상기 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 연산한다.

발진 출력 제어부(113)는 상기한 전류 신호의 이동 평균과 이동 표준편차 데이터의 변화량을 실시간으로 계산하며 이를 바탕으로 설정 출력을 그대로 유지하거나, 상승 또는 하강시킨 후 원래 값으로 복귀시키는 역할을 한다.

만일 시간에 따른 이동 표준편차 값이 일정 크기 이상의 펄스 형태로 변화하면서 이동 평균도 함께 유의미하게 변화했다면, 세척 부하 조건의 변화(ex, 세척물 투입)가 발생한 것으로 판단하여, 그러한 변화에 대응하는 오차만큼 상기 설정 출력을 상승 또는 하강 제어하도록 하고, 이후에 이동 표준편차에는 큰 변화가 없는 상태에서 현재의 이동 평균값이 세척 조건 변화 이전의 이동 평균값의 범위 안에 들어가게 되면 다시 기존 설정된 발진 출력 값으로 회복시키면 된다.

아래의 도 6은 상기의 상황에 대한 일례를 나타낸다. 도 6은 도 4의 S420 단계 내지 S440 단계의 동작을 설명하는 예시도이다.

본 발명의 실시예에서 세척 부하 조건의 변화가 발생하는 경우는 세척물 투입, 세척물 추가 투입, 제거 등 다양할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 초음파 세척기에 세척물이 투입되는 경우를 예시로 하여 설명한다.

도 6의 (a)는 S410 단계에서 측정된 시간에 따른 전류 실효치 값, (b)는 (a)로부터 연산되는 시간에 따른 이동 평균 데이터, (c)는 (b)로부터 연산되는 시간에 따른 이동 표준편차 데이터를 나타낸다. 즉, (a), (b), (c)는 전류 실효치 값, 이동 평균 데이터, 이동 표준편차 데이터의 시간 추이를 나타낸다.

도 6의 (a)의 전류 실효치 데이터를 보면, 초기에는 설정 출력에 따르고 있으며, 세척 부하 조건의 변화(세척물 투입)가 발생되면 전류 실효치 값이 급격히 커진 이후 서서히 감소하다가 다시 초기의 상태로 복귀하는 것을 관찰할 수 있다. 이는 세척물 투입 이후 시간이 조금 더 지나면서 캐비테이션이 안정화되면 세척물 투입 이전의 전류 실효치 범위로 회복함에 따른 것이다.

이러한 현상은 도 6의 (a)의 데이터를 도 6의 (b)와 같은 이동 평균 데이터 형태로 변환함에 따라 더욱 또렷한 양상으로 관측된다. 도 6의 (b)에 도시된 두 점선 라인은 이동 평균 데이터의 정상 범위(상한 및 하한)를 나타낸다. 세척물 투입 이전의 구간과, 캐비테이션이 안정화된 구간에서는 이동 평균 데이터가 정상 범위 이내에 존재하는 것을 알 수 있다.

도 6의 (c)을 통해서는 세척물이 투입되면 이동 표준편차 데이터에 임계치 이상의 변화가 펄스 모양으로 발생한 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 이동 표준편차 데이터에 대한 임계치 이상의 변화는 펄스 모양으로 감지되는 것을 알 수 있다.

여기서, 오차 연산부(112)는 이동 표준편차 데이터에 임계치 이상의 펄스 모양의 신호가 감지된 시점 이후부터, 상기 이동 평균 데이터와 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터 간의 오차를 실시간 연산한다(S430).

여기서, 도 6의 예시와 같이 세척물 투입과 함께 전류 실효치가 올라간 경우에는 오차 값이 양의 값으로 연산이 된다. 물론, 세척 조건 변화 시에 전류 실효치가 낮아지는 경우도 존재하며 이 경우에는 연산되는 오차 값이 음의 값을 가지게 될 것이다.

상기 오차 Δu(kT)는 아래의 수학식 3을 통하여 연산될 수 있다.

여기서, I_avg(kT)는 현재 시점의 이동 평균 데이터, I⁰ _avg는 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터를 의미한다.

즉, 펄스 신호가 발생한 이후부터는 I_avg(kT)-I⁰ _avg 값을 연산하여 상기 오차를 구한다. 그 과정에서 상기 이동 평균 데이터가 상기 변화가 발생하기 이전의 정상 범위 이내에 다시 들어오게 되면 상기 오차를 0으로 간주하게 된다.

본 발명의 실시예는 세척물 투입에 따른 변화가 감지되어 펄스 신호가 발생하면, 도 6의 (b)에서 실시간 연산되는 이동 평균 데이터에 세척물 투입 전의 이동 평균 데이터 값을 차감하면서, 현재 데이터와 정상 범위의 데이터 간의 오차를 실시간 연산한다. 여기서, 투입 전의 값은 세척물 투입 직전의 이동 평균 데이터, 상기 정상 범위에 대한 평균치, 혹은 세척물 투입 전에 측정된 다수의 이동 평균 데이터 중 임의의 값 등에 해당될 수 있다.

다만, 세척물 투입 이전의 구간과, 세척물 투입 이후 캐비테이션의 안정화 시에는 이동 평균 데이터 값이 상기 정상 범위 이내에 해당되므로 오차를 0으로 간주할 수 있다.

이와 같이 오차가 연산되면, 상기 출력 제어부(113)는 아래의 수학식 4와 같이, 상기 초음파 발진부(120)에 대해 기 설정된 발진 출력(설정 출력)에 대해 상기 실시간 연산되는 오차를 반영하여, 상기 발진 출력을 실시간 제어한다(S440).

여기서, u(kT)는 상기 제어되는 발진 출력, p_ref는 상기 기 설정된 발진 출력(설정 출력), Δu(kT)는 상기 오차, k_p는 기 설정된 비례이득을 나타낸다. 이러한 수학식 4는 이산 시간 비례 제어기 형태를 가진다. 상기 비례이득은 임의로 설정되는 값에 해당된다.

이러한 수학식 4에 따르면, 세척물 투입에 따라 전류 실효치가 급증한 도 6의 예시에서는 상기 연산되는 오차 값이 양의 값이기 때문에, 제어되는 발진 출력(u(kT))은 기존의 설정 출력(p_ref)보다 감소하게 된다.

이러한 도 6의 예시에서, 세척물 투입 이후 시간 흐름에 따라 오차 값은 감소하다가 0의 값으로 회복되는 양상을 나타내기 때문에, 제어되는 발진 출력 u(kT)은 세척물 투입 시점에는 기존의 설정 출력(p_ref)보다 감소했다가 이후에는 감소폭이 점차로 작아지면서 다시 기존의 설정 출력(p_ref)으로 복귀하게 된다.

즉, 도 6의 (c)에서 이동 표준편차 데이터가 펄스 모양으로 튄 경우에는 제어기가 가동되어 Δu(kT)는 전류 값 간의 차이에 비례한 값이 된다. 또한, 도 6의 후반부처럼 I(kT) 값이 I⁰ _avg 값 주변의 상한선과 하한선 이내로 수렴하면 오차 값이 0이 되어 더이상 제어기가 동작하지 않는다.

물론, 도시되어 있지는 않으나, 세척 조건 변화에 따라 전류 실효치가 낮아지는 반대의 상황에서는, 상기 오차인 Δu(kT) 값이 음의 값으로 환산되기 때문에, 제어되는 발진 출력 u(kT) 값은 오히려 기존의 설정 출력(p_ref)보다 증가했다가 그 증가폭이 점차로 감소하면서 다시 기존의 설정 출력(p_ref)으로 복귀할 것이다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에서 상기 발진 출력을 실시간 제어하는 단계에서는, 상기 기 설정된 발진 출력에 상기 실시간 연산되는 오차를 반영하면, 상기 발진 출력이 상기 오차의 크기에 대응하여 하강 또는 상승된 이후 다시 상기 기 설정된 발진 출력으로 회복되게 된다.

물론, 본 발명의 실시예는 세척물의 투입뿐만 아니라, 수량 변경, 제거 등과 같은 부하 변동 발생 등에 대해서도 상기의 원리에 따라 발진 출력을 효과적으로 제어할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법에 따르면, 피세척물의 부하 또는 작업 상황의 변화에 따라 진동자의 발진 출력을 자동으로 증가 또는 감소시킨 후 원래의 발진 출력으로 회귀시킴으로써 초음파 세척기의 전력 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 발진 출력의 자동 조절 기능을 이용하여 작업자나 주변인에게 고통을 주는 소음이나 하울링을 최소화할 수 있으며 초음파 세척기의 작업 성능을 개선시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 초음파 세척기의 발진 출력 제어 장치
110: 초음파 발진 제어부 111: 데이터 획득부
112: 오차 연산부 113: 출력 제어부
120: 초음파 발진부 130: 초음파 진동자
140: 전류 신호 처리부

Claims (12)

1. 초음파 세척기에 포함된 초음파 발진부에서 출력되는 교류 신호에 대한 전류 실효치를 시간 흐름에 따라 연속적으로 측정하는 단계;
   현재 시점을 포함한 직전 M개의 시점에서 측정된 상기 전류 실효치의 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 시간 흐름에 따라 연산하는 단계;
   세척 부하 조건의 변화로 인하여 상기 이동 표준편차 데이터에 임계치 이상의 변화가 펄스 모양으로 감지되면, 상기 이동 평균 데이터와 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터 간의 오차를 실시간 연산하는 단계; 및
   상기 초음파 발진부의 기 설정된 발진 출력(p_ref)에 상기 실시간 연산되는 오차(Δu(kT))를 반영함에 따라, 상기 발진 출력이 상기 오차의 크기에 대응하여 하강 또는 상승된 이후 다시 상기 기 설정된 발진 출력으로 회복되는 단계를 포함하며,
   상기 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 연산하는 단계는,
   상기 현재 시점에 측정된 전류 실효치를 기준으로 상기 현재 시점을 포함한 직전 M개의 데이터의 열에 유한한 크기의 윈도우를 씌우고 상기 윈도우를 기 설정된 샘플링 시간 간격으로 이동시키면서 상기 샘플링 시간마다 상기 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 연산하며,
   상기 오차(Δu(kT))가 반영된 발진 출력(u(kT))은 기 설정된 비례이득(k_p)을 사용하여 아래의 수학식으로 연산되고,
   

   

   
   상기 오차(Δu(kT))는 아래의 수학식으로 연산되되 상기 이동 평균 데이터가 상기 변화가 발생하기 이전의 정상 범위 이내에 해당되면 0의 값을 가지며,
   

   

   
   상기 이동 표준편차 데이터는 아래의 수학식으로 정의되는 초음파 세척기의 발진 출력 제어 방법.
   

   

   
   (여기서, I_avg(kT)는 현재 시점의 전류 실효치 I(kT)를 포함한 직전 M개의 전류 실효치인 I((k-M+1)T),…,I(kT)에 대한 상기 이동 평균 데이터, I⁰ _avg는 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터, I_std(kT)는 k번째의 상기 이동 표준편차 데이터, T는 상기 전류 실효치가 측정되는 샘플링 시간을 의미한다.)
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7. 초음파 세척기에 포함된 초음파 발진부에서 출력되는 교류 신호에 대한 전류 실효치를 시간 흐름에 따라 연속적으로 측정하는 전류 신호 처리부;
   현재 시점을 포함한 직전 M개의 시점에서 측정된 상기 전류 실효치의 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 시간 흐름에 따라 연산하는 데이터 획득부;
   세척 부하 조건의 변화로 인하여 상기 이동 표준편차 데이터에 임계치 이상의 변화가 펄스 모양으로 감지되면, 상기 이동 평균 데이터와 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터 간의 오차를 실시간 연산하는 오차 연산부; 및
   상기 초음파 발진부의 기 설정된 발진 출력(p_ref)에 상기 실시간 연산되는 오차(Δu(kT))를 반영하는 것을 통하여, 상기 발진 출력을 상기 오차의 크기에 대응하여 하강 또는 상승시킨 이후 다시 상기 기 설정된 발진 출력으로 회복시키는 출력 제어부를 포함하며,
   상기 데이터 획득부는,
   상기 현재 시점에 측정된 전류 실효치를 기준으로 상기 현재 시점을 포함한 직전 M개의 데이터의 열에 유한한 크기의 윈도우를 씌우고 상기 윈도우를 기 설정된 샘플링 시간 간격으로 이동시키면서 상기 샘플링 시간마다 상기 이동 평균 데이터 및 이동 표준편차 데이터를 연산하며,
   상기 오차(Δu(kT))가 반영된 발진 출력(u(kT))은 기 설정된 비례이득(k_p)을 사용하여 아래의 수학식으로 연산되고,
   

   

   
   상기 오차(Δu(kT))는 아래의 수학식으로 연산되되 상기 이동 평균 데이터가 상기 변화가 발생하기 이전의 정상 범위 이내에 해당되면 0의 값을 가지며,
   

   

   
   상기 이동 표준편차 데이터는 아래의 수학식으로 정의되는 초음파 세척기의 발진 출력 제어 장치.
   

   

   
   (여기서, I_avg(kT)는 현재 시점의 전류 실효치 I(kT)를 포함한 직전 M개의 전류 실효치인 I((k-M+1)T),…,I(kT)에 대한 상기 이동 평균 데이터, I⁰ _avg는 상기 변화가 발생하기 이전의 이동 평균 데이터, I_std(kT)는 k번째의 상기 이동 표준편차 데이터, T는 상기 전류 실효치가 측정되는 샘플링 시간을 의미한다.)
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