KR101792320B1 - 금속 와이어를 일정한 장력으로 피드하기 위한 포지티브 피더 디바이스 - Google Patents

Abstract

금속 와이어 피더 디바이스(1)는, 와이어 브레이킹 부재(12)를 제공하는 몸체(2), 와이어가 와인드되어 있는 개개의 모터들(16, 17)에 의해 구동되는 하나 이상의 풀리(14, 15), 보상기 부재(20)와 장력 센서(25)를 통과하여 처리 기계에 도달하기 전의 와이어, 상기 장력 값을 연속적으로 측정할 수 있고 그것을, 모터들(16, 17)을 작동시키는 제1 레귤레이터 루프 및 상기 보상기 부재(20)를 작동시키는 제2 레귤레이터 루프에 작용하는 것에 의해 미리 정해진 값으로 균일화시킬 수 있는 전자 제어 유닛(18)을 포함한다. 상기 전자 제어 유닛(18)은 와이어 피드 속도 또는 피드 와이어 양을 기초로 하여, 미리 정해진 값으로 상기 장력을 균일화시키는 것에 있어서 자동으로 작동한다.

Description

금속 와이어를 일정한 장력으로 피드하기 위한 포지티브 피더 디바이스 {POSITIVE FEEDER DEVICE FOR FEEDING METAL WIRES AT CONSTANT TENSION}

본 발명은 메인 클레임의 도입부에 따른 와이어 피더 디바이스(wire feeder device)에 관한 것이다.

금속 와이어가, (온도로 자체 접착하는 와이어로 형성되는 “코일 인 에어(coils in air)”로서 알려져 있는 그 코일들의 경우에서와 같이) 제조 스테이지동안에만 사용되거나 최종 제품의 부분을 형성하고, 상이한 재료들로부터 형성되며, 상이한 형태들을 가질 수 있는 물리적인 서포트(support)에 와인드되어져야 하는, 많은 산업 공정들이 알려져 있다(전기 모터 제조, 코일 구성 등).

이러한 공정들에 있어서, 장력 제어는 최종 제품의 항구성 및 질을 보장하기 위해 필수적이다. 예를 들어, 정확한 장력 제어는, “소프트 코일(soft coil)”로서 구어적으로 알려져 있는 것을 회피하기 위해서, 서포트에 있는 구석들에 근접하여서도, 와이어를 정확하게 서포트에 접착시키는 것에 의해 고품질의 정사각형 코일들의 형성을 보장한다.

코일에 가해지는 장력은 또한, 예컨대, 그 단면에 있어서의 그리고 결과적으로 특정한 전기 저항성

에서의 및 그러므로 최종 제품의 임피던스에서의 축소를 유발하는 와이어 세장화(elongation)를 일으킬 수 있다(예컨대,

× 와이어 길이 = 특정 저항).

장력 제어는 코일의 제조시에 초기 스테이지 동안에 특히 중요하며, 그 스테이지에 있어서, 와이어는 단자들 둘레에 래핑(wrapping)되며(래핑 스테이지), 와이어는, 그 다음에 이 단자들에 와이어를 완벽하게 접착시키고 와이어를 브레이킹(breaking)으로부터 방지시키도록 단자들에 용접될 것이다. 게다가, 자동화 기계에서 실행되는 와인딩(winding) 공정 동안에, 2개의 상이한 코일들의 연속적인 와인딩은, 사전에 완성된 코일, 또는 오히려 와이어가 와인드된 서포트가 언로드(unload)되는 스테이지 및 새로운 서프트가 와인드 및 새로운 코일의 배열을 보상하도록 로드(load)되는 스테이지를 포함한다. 이러한 작동은, 일반적으로 와이어를 절단하는 것 그리고 사전에 와인드된 와이어를 가진 서포트가 고정되어 있는 아암(arm)을 기계적으로 이동시키는 것에 의해(로딩 스테이지로서 이후 표시되는 스테이지), 자동적으로 또는 (조작자에 의해) 수동으로 일어날 수 있다. 이러한 후자의 스테이지 동안에, 헐거운 형태가 없도록, 그리고 예컨대, 다음 제조 스테이지를 시작하는데 문제를 유발하는 형태가 없도록, 와이어 장력을 제어하는 것이 중요하다.

보통의 장력 적용 범위는, 와이어 직경에 따라, 5 cN으로부터 4000 cN까지 변화한다; 명백히, 와이어 직경이 작을수록 작업 장력(working tension)이 더 낮고, 와인딩 스테이지 동안의 장력을 제어하는 중요성이 더 크다.

상기 제어를 가능케 하는, 금속 와이어들용으로 특수한, 다양한 유형들의 피더 디바이스(feeder device)들(또는 간단히 피더들)이 알려져 있다.

그러한 디바이스들의 제1 유형은, (일반적으로 펠트 패드(felt pad) 유형의) 와이어 브레이크가 고정되는 몸체가 있는 완전히 기계적인 피더들 - 그것의 목적은 스풀(spool)로부터 비롯되는 와이어를 안정시키고, 와이어에 일반적으로 존재하는 파라핀의 그것을 세정하며 그것을 장력 부재로 피드함 -을 포함한다. 이러한 장력 부재는 일반적으로 일단에서 피더의 몸체로 힌지 결합되는 가동 아암으로부터 형성되고 정지 위치로 복귀시키기 위한 스프링들에 종속된다. 이러한 아암의 목적은 그것의 언와인딩 동안에 와이어 장력을 일정하게 유지시키고 (서포트 체인지-오버(support change-over) 스테이지에서) 공정의 구현에 의해 요구될 때, 그것의 테이크-업(take-up)을 보장하기 위한 것이다.

이러한 피더들은 여러 단점들이 있다. 우선, 금속 와이어의 장력이 장력 아암과 협동하는 하나 이상의 스프링들에 의해 일반적으로 조절됨에 따라, 장력 조절 디바이스가 전제 공정 동안에 수동으로 조정되어야 하고 위치별로 제어되어야 한다. 이에 관하여, 이러한 디바이스는, 공정 동안에 발생하는 임의의 오류들(스풀로부터 비롯하는 금속 와이어의 입구측 장력에서의 변화, 스프링들 중 하나의 손상 또는 디캘리브레이션(decalibration), 전체 와이어 브레이크내의 오염 축적 등)을 교정할 수 없는 “개루프 시스템”을 표명한다.

또한, 상기 유형의 피더에 있어서, 단일 작업 장력이 설정되며, 그러므로, 래핑 스테이지에 대해서, 작업 스테이지에 대해서 그리고 로딩 스테이지에 대해서 상이한 장력들을 설정할 가능성이 없다.

이러한 설정 장력은 또한 와인딩 속도에 좌우되는데, 그것은 부분적으로, 결국 상기 속도의 함수인 마찰 장력의 결과이다; 이러한 이유로, 큰 장력 변화들이 기계 가속 및 감속 스테이지들에서 발생한다.

이러한 장력 변화들은, 최종 제품 품질에 부정적으로 영향을 주고, 또한 와인드된 와이어의 임피던스 및 저항 값에 있어서 변화를 유발한다.

최종적으로, 와이어에 가해지는 장력이 가동 아암에 작용하는 스프링 레버리지(spring leverage)에 의해 생성되므로, 일반적인 금속 와이어들이 처리 기계로 피드되는 장력의 전체 범위를 만족시킬 수 있는 단일 디바이스를 갖는 것이 불가능하다. 그러므로, 몇몇의 피더 디바이스들이 요구되거나, 그것들 중 일부(예컨대, 스프링들)가 임의의 유형의 와이어를 작업하게 될 수 있도록 하기 위해 기계적으로 수정되어야 한다.

순수하게 기계적인 디바이스들과는 대조적으로, 스풀로부터 비롯되는 와이어가, 펠트 패드 와이어 브레이크를 통과한 후, 기계적 피더들의 그것과 유사한 가동 기계 아암을 만나기 전에, 적어도 한 턴(turn)만큼 와인드하는 회전 풀리가 고정되는 전기 모터를 갖는 전기기계 디비이스들 또는 피더들이 또한 알려져 있다.

가동 아암에 작용하는 스프링들은, 모터 작동을 제어하는 것에 더하여, 이러한 아암의 위치를 측정할 수 있는, 전자 제어 유닛과 함께 존재한다. 상기 위치에 따라, 이러한 유닛은, 실제적으로 아암 그 자체를 가속 및 브레이킹을 위한 커맨드로서 이용하여, 모터 속도 및 결과적으로 와이어 피드 속도를 증가시키거나 감소시킨다.

이러한 피더들은 또한, 그것들이 최종 제품의 실제 제어 이외에 “개루프”로 작업하고 와이어에 장력을 가하도록 가동 아암을 이용함에 따라, 상기의 엄격한 기계적 디바이스들의 한정이 있다. 최종적으로, 가동 테이크-업 아암에 추가하여, 보상기 아암의 일반적으로 상류의 사전 브레이킹을 조절하도록, 측정된 장력 값을 이용하는 디바이스 제어 유닛과 더불어, 피더 출구에 위치되는 로드 셀(load cell)(또는 다른 등가의 장력 측정기)을 또한 포함하는 전자 브레이킹 디바이스들이 알려져 있다. 그러한 해결책은 EP 0424770에 예로서 기술되어 있다.

이러한 해결책이 이전에 언급된 디바이스들의 몇몇의 문제점들을 해결할지라도, 여전히 여러 제한들이 있는데, 예컨대, 와이어 장력이 생성되고 로터리 브레이킹 부재에 작용하는 것에 의해 제어된다는 것이다. 디바이스는 그러므로 폐루프로 작동하지만, 이러한 부재가 오로지 와이어를 브레이크하고 그러므로 이러한 장력을 증대시킬 수 있으므로, 장력을 언와인드하는 스풀보다 적은 장력으로 와이어를 피드하는 것이 가능하지 않다.

게다가, 와이어를 처리하는 처리 기계의 속도가 증가함에 따라, 그것으로 들어가는 와이어의 입력측 장력이 마찰로 인해서 증가한다. 그러므로, 이러한 유형의 피더와 더불어서, 작업 장력이 일반적으로 매우 낮은 작은 직경의 금속 와이어들(모세관 와이어들)에 있어서는 특히, 와이어 브레이키지(breakage)를 방지하고 그 요구되는 최소 작업 장력을 보장하도록 피드 속도가 일반적으로 낮아야 한다; 사실, 이러한 해결책에 있어서, 입력측 장력은 항상 출력측 장력보다 낮아야 한다.

다른 종래의 특허, US5421534는, 로터리 부재가 와이어를 피드하고 와이어의 이동시에 와이어를 브레이크하는 상기한 유형의 다른 피더를 기술한다. 기술된 해결책은, EP424770의 주제의 디바이스와 단점과 유사한 단점을 갖고, 본 후자보다 더욱 복잡하다. 게다가, US 특허는 보상기 아암의 사용을 기술하지 않는다.

FR 2 655 888, DE 10 2004 020465 및 US 5 421 534는 청구항 1의 도입부의 주제를 형성하는 것에 대응하는 디바이스들 기술한다. 하지만, 주지의 해결책들은, 그 피드 동안에 와이어 파라미터들(와이어 피드의 양 및 속도)을 측정하는 것에 의해, 완전히 자동화된 방식으로, 제어되는 일정한 장력하에서, 이러한 피드가 일어날 수 있는, 금속 와이어 피드를 위한 디바이스를 기술하고 있지 않다. 환언하면, 상기 종래의 특허들에서의 와이어 피드는, 상기한 와이어 파라미터들에서의 본 후자에 의해 이루어지는 측정을 통해 자동화된 피더 작동에 의해 일어나지 않는다.

본 발명의 목적은, 피드의 폐루프 제어에 의해, 그 장력을 측정하고, 가능성 있는 프로그램 가능한 미리 정해진 값으로 그것을 (그것을 감소시키거나 증가시키는 것에 의해)균일하게 하면서, 금속 와이어를 피드할 수 있는 디바이스를 제공하는 것이다. 이러한 식으로, 디바이스는, 와이어를 브레이크할 수 있는 것만이 아니고, 와이어가 대응하여 비롯하는 스풀로부터 언와인드되는 것보다 낮은 (그리고 오로지 더 크지 않은) 장력으로 그것을 피드할 수도 있다.

본 발명의 다른 목적은, 어느 쪽이든, 단일의 와이어 피드 장력이 그것이 겪게 되는 전체 공정에 대해서 설정될 수 있는 디바이스 또는 기계의 상이한 작동 스테이지들(래핑, 작업, 로딩)에서 상이한 장력들을 달성하기 위해 상이한 장력을, 모두 총체적으로 자동화된 방식으로 또는 기계와 인터페이스하는 것에 의해, 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 또한 시장에 이미 존재하는 처리 기계에, 그러므로 이러한 후자와의 임의의 유형의 특정한 인터페이스 없이, 최적의 성능을 제공하면서, 작동할 수 있는 디바이스를 제공하는 것이며, 상기 디바이스는 이러한 후자에 반드시 연결되지는 않고 그리고 그로부터 커맨드 신호들을 수신하지 않고서, 그러한 기계들의 다양한 작동 스테이지들에 대응하는 작동 특성들을 기초로 하여, 와이어에 작용한다.

본 발명의 다른 목적은, 처리 기계의 속도 변화에 그리고 이러한 후자의 상이한 장력 설정들에 대해 (예컨대, 상이한 와이어 작업 스테이지들을 기초로 하여) 즉각적으로 응답할 수 있고, 그러므로 작동 공정의 전환 스테이지들(래핑 장력으로부터 작업 장력으로의 통과, 속도 램프(velocity ramp) 등) 동안에 피드 제어를 최적할 수 있는 관점에서, 고도로 동적인 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 완벽히 제어하의 와이어 장력을 가지면서, 기계 속도를, 모세관 와이어과 같은, 특정한 특성의 금속 와이어들과 더불어 특히 증가시킬 수 있는 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은, 전체 범위의 금속 와이어들과 그것들이 겪게 되는 전체 범위의 작업 장력들과 더불어 작동할 수 있는 단일 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 낮은 속도에서라도 높은 장력을 와이어를 피드할 수 있는 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은, 처리 기계로 피드되는 금속 와이어의 양이 절대적인 정확성으로 측정될 수 있는 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 장력의 부재 또는 변화로서 검출되는, 임의의 와이어 브레이키지를 감시할 수 있는 디바이스를 제공하는 것이다.

당업자에게 명백할 이 목적들 및 다른 목적들이 첨부된 청구 범위에 따른 피더 디바이스에 의해 달성된다.

본 발명은 비제한의 예로서 제공되는 첨부 도면들로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 피더 디바이스의 전면도이다.
도 2는 더 큰 명료성을 위해 일부분이 제거된, 도 1의 디바이스의 우측으로부터의 뷰(view)이다.
도 3은 더 큰 명료성을 위해 일부분이 제거된, 도 1의 디바이스의 좌측으로부터의 뷰이다.
도 4는 도 1의 4-4 선에 대한 단면이다.

상기 도면들을 참조하여, 금속 와이어 피더 디바이스는 전체적으로 1로 표시되고, 전면(3)과 측면들(4 및 5)을 갖는 케이싱(2) 또는 몸체를 포함한다. 이 후자들은, 몸체(2)의 내부에 대한 가시적인 접근을 주기 위해서, 도 2 및 3에는 도시되지 않은 커버 요소들에 의해 폐쇄된다.

전면(3) 또는 그와 관련되고 그로부터 돌출하는 것에는, (도 1을 참조하여 보면 몸체(2)의 하부로부터 시작하는) 나란한 서포트들(7 및 8) - 개개의 서포트에 고정된 핀에 자유롭게 회전 가능한 대응하는 오목한 롤러(9 또는 10)를 지님- 이 있다. 바람직하게 세라믹으로 이루어진 각각의 롤러(9, 10)의 목적은, 스풀(도시되지 않음)로부터 디바이스(1)로의 그리고 그곳으로부터 처리 기계(또한 도시되지 않음)로의 와이어 궤적(wire trajectory)을 규정하는 것이다. 이러한 궤적들은 각각 F 및 W로 표시된다. 롤러들이 세라믹(또는 등가의 낮은 마찰 계수 재료)으로 이루어졌다는 사실은 와이어와 롤러간의 마찰을 최소화하여 접촉 동안에 와이어에 대한 손상의 가능성을 최소화시킨다.

몸체(2)는, 와이어가 롤러(9)로부터의 그 출구측에서 협동하는 그리고 디바이스에 들어가는 와이어를 안정화시키는 그리고 (이전의 와이어 드로잉(drawing) 스테이지로부터 비롯하는) 임의의 파라핀 찌꺼기를 제거하도록 보통의 펠트(도시되지 않음)로 그것을 세정하는 테스크(task)를 갖는, 와이어 브레이크(12)를 포함한다. 와이어 브레이크(12)를 떠날 때, 이러한 와이어는 제2 풀리(15)를 통과하기 전에 (수분의 1턴만큼 또는 수턴만큼) 그것이 와인드하는 제1 풀리(14)를 마주치는데, 상기 풀리들은 몸체(2)와 각각 관련되고 상기 몸체와 또한 관련된 제어 유닛(18)에 의해 그 자신의 작동에 있어서 제어되고 명령을 받는, 그들 자신의 전기 모터(16 및 17)에 의해 구동된다.

이러한 후자에는, 풀리(15)를 떠나는 (그리고 몸체(2)의 애퍼쳐(2A)를 통과하는) 와이어가 도달하는 와이어용 통로를 바람직하게 (또한 세라믹 등의) 롤러(22)를 통해 자유 단부(21)에서 제공하는, 가동의 테이크-업 또는 보상기 아암(20)이 연결되어 있다. 이러한 가동의 아암은 몸체(2) 내부에, 몸체의 면(3) 뒤에 놓인다.

롤러(22)(또는 등가의 고정된 통로 부재)로부터, 와이어가 애퍼쳐(2a)를 통과하고 난 다음에, 제어 유닛(18)에 또한 연결된, 장력 센서(25), 예컨대, 로드 셀로 패스되며, 그로부터 와이어가 떠나서 롤러(10)로 패스되고 처리 기계로 피드된다(화살표 W).

제어 유닛(18)은 센서(25)를 통해 와이어 장력을 측정할 수 있고, 개개의 모터들(16 및 17)에 작용하는 것에 의해 풀리들(14 및 15)의 회전 속도를 수정할 수 있으며, 결과적으로, 와이어 장력을, (예컨대, 처리 기계의 와이어가 겪는 다양한 작업 스테이지들을 기초로 하여) 가능성 있게 프로그램될 수 있고, 유닛(18) - 마이크로프로세서 유형일 수 있고, 예컨대, 상기한 작업 스테이지들에 대응하는 하나 이상의 장력 값들이 도표 작성되어 있는 메모리를 가질 수 있음 (또는 메모리와 협동할 수 있음) - 에 설정되어 있는 미리 정해진 값으로 제어하고 균일화시킬 수 있다.

프리셋(preset) 장력 값은 와이어가 스풀로부터 언와인드되는 장력보다 크거나 작을 수 있다.

몸체(2)는 또한, 디바이스 작동 조건들(측정된 장력, 설정 장력, 피드 속도 등)이 디스플레이되는, 유닛(18)에 의해 제어되는 디스플레이(33)를 지닌다. 작업 파라미터들이 또한, 이러한 디스플레이상에 나타내어지고, 키보드(34)에 의해 설정될 수 있다.

몸체(2)는, 피더를 전기적으로 파워드될 수 있게 하고, 그 상태(측정된 장력, 속도, 임의의 경보 조건들)를 판독하기 위해서, 또는 그 작동(작업 장력, 작업 모드...)을 프로그램하기 위해서, 표준의 또는 독점적인 버스들(RS485, CANBUS, ETHERNET...)을 통해 디바이스와 통신할 수 있게 하는, 커넥터들(도면에는 도시되지 않음)을 또한 포함한다. 이러한 몸체는, 또한, 아날로그 모드에서 작업 장력을 프로그램하기 위한 0~10 Vdc 및 기계가 작업 스테이지에 있는지의 여부에 대해 디바이스에 표시하기 위한 런-스톱 입력(run-stop input), 그리고 상이한 작업 장력들이 상이한 기계 작동 스테이지들(래핑, 작업, 로딩...)을 기초로 하여 프로그램될 수 있는 하나 이상의 디지털 입력들을 포함한다.

피더 디바이스(1)의 작동이 이제 더욱 상세하게 설명될 것이다. 이러한 후자의 사용 동안에, 제어 유닛(18)은 장력 센서(25)를 통해 와이어 장력을 연속해서 측정하고 이러한 측정 값을 기준 값(세트포인트(setpoint))과 비교한다. 측정된 장력과 설정 장력 또는 세트포인트간의 차이에 기초하여, 제어 유닛(18)은, 상기 측정된 장력 값을 세트포인트 값과 동등하게 만들기 위해서, 알려진 P, PI, PD. PID 또는 FOC(field oriented control) 제어 알고리즘에 따라서, 모터들(16 및 17)에 작용하여 그것들을 가속 또는 감속시킨다.

디바이스(1)가 임의의 설정 장력을 보증할 수 있다는 것이 명백할 것이다: 이에 관하여, 이러한 장력 값을 보증하기 위해서, 디바이스는 순수하게 기계적인 브레이크들(즉, 스프링 시스템들) 또는 전기기계 브레이크들을 사용하지 않고, 와이어가 와인드되는 풀리들(14 및 15)을 구동하는 2개의 모터들(16 및 17)의 토크만을 사용한다. 이러한 식으로, 디바이스는, 2개의 모터들(16 및 17)의 속도를 제어하는 것에 의해 스풀로부터 언와인드하는 동안에 존재하는 것보다 더 크거나 더 작은 출구측 와이어 장력을 보증할 수 있다. 그러므로, (예컨대, 스프링들을 바꾸는 것에 의해서) 기계적인 유형의 임의의 조절없이, 피더(1)는 임의의 요구되는 설정 장력을 보증할 수 있고, 그러므로 모든 알려진 해결책들보다 확실히 더 큰, (와이어 직경에 그리고 결과적으로 작업 장력에 기초하는(표 1 참조)) 적용 가능 범위를 갖는 목적을 달성할 수 있다.

게다가, 설정 장력이 단지 숫자이고 (주지의 해결책들의 경우에서와 같은) 기계적인 조절이 아니므로, 디바이스가 와이어가 겪을 수 있는 다양한 작동 조건들을 기초로 하여 이러한 세트포인트 값을 수정할 수 있다는 것이 명백하다.

피더 디바이스(1)는 처리 기계와 인터페이스되어 또는 완전하게 자동적으로 작동할 수 있다.

기계와 인터페이스하는 경우에 있어서, 기계와 디바이스간에 통신이 있다. 이러한 통신에 의해서, 기계는 그 자신의 작동 상태(금속 와이어가 겪는 작동 상태)를, 작동 상태를 기초로 하여 와이어 장력을 연속적으로 수정할 수 있는 디바이스(1)에 신호한다. 인터페이싱은, 예컨대, 기계가 디바이스에 실시간으로 개입하여 상이한 작업 스테이지들에 대응하는 와이어 작동 장력을 생성하게 하는, 그러므로 상이한 작동 스테이지들에 대해서 상이한 장력들을 갖는 목적을 달성시키는, 예컨대, 0~10V 아날로그 입력을 통해 일어날 수 있다.

대안적으로, 인터페이싱은, 예컨대 유닛(18)내에 프로그램되는, 상이한 작동 장력들에 대응하는 디바이스(1)의 디지털 인렛(digital inlet)들을 통해서 또는 직렬 버스를 통해서 일어날 수 있다. 그러므로, 상이한 인렛들(예컨대, 2진 코드)을 활성화시키는 것에 의해서, 기계는 상이한 작동 장력들을 활성화시켜서, 그에 따라 상이한 작동 스테이지들에 대해 상이한 장력들을 획득하는 목적을 달성한다.

다른 변형에 있어서, 기계는, 표준의 또는 독점적인 필드버스(fieldbus)에 의해서, 기계가 실시간으로 디바이스(1)에 개입하여 와이어 작업 장력을 조절하고, 그러므로 상이한 작동 스테이지들에 대해서 상이한 장력들을 획득하는 목적을 달성하도록, 직렬 인터페이스에 의해 디바이스(1)에 연결될 수 있다.

최종적으로, 기계는 이러한 후자의 싱크 인렛(sync inlet)을 통해 디바이스(1)에 연결될 수 있다. 이러한 작업 방식으로, 제어 유닛(18)은 기계로부터 동기화 펄스(예컨대, 로터리 부재의 각각의 1 회전 또는 서포트 둘레의 와이어의 각각의 와인딩)를 수신하고, 결과적으로, 예컨대, 각각의 동기화 펄스에서, (사전에 확립된 프로파일에 따라서) 와이어 작업 장력을 변화시킨다.

자동 모드 작동의 경우에 있어서, 디바이스는 기계와의 직접적인 인터페이싱을 갖지 않고, 상이한 적용 가능 조건들간의 (즉, 상이한 와이어 장력들간의) 변화가 완벽히 자동적으로 일어난다. 센서(25)를 통해 측정되는 장력을 아는 것에 더해서, 제어 유닛(18)은 언급된 바와 같이, 모터들(16 및 17)의 속도를 또한 제어하고 결과적으로 그 값을 즉각적으로 안다. 이러한 속도 및 결과적으로 피드 와이어 양이 알려진 방식으로, 예컨대, 각각의 모터 또는 모터의 내부에 연결되는 인코더(encoder)의 또는 공통의 홀 센서(hall sensor)들의 상태를 분석하는 것에 의해, 측정된다. 일 실시예에 있어서, 제어 유닛(18)은 하기의 2 방식 중 하나의 방식으로 작용한다: 피드 와이어 양을 기초로 하여 장력을 평가하는 (그리고 제어하는) 것에 의해서, 와이어 피드 속도에 기초하여 장력을 평가하는 (그리고 제어하는) 것에 의해서.

제1 작업 모드에 있어서, 제어 유닛(18)은, 예컨대, 그 속도를 측정하기 위해서가 아니고, (와이어가 와인드되는 모터(16 또는 17)에 연결되는 풀리(14 또는 15의 회전수 또는 수분의 회전으로서 여겨지는)피드 와이어 양을 측정하기 위해서 각각의 모터(16 및 17)와 관련된 센서들을 사용한다. 유닛(18)은, 그것이 협동하는 메모리에 있는 데이터에 기초하여, 와이어 피드의 함수로서 장력에서 변동을 알고 결과적으로 그것을 제어한다. 예를 들어, 유닛(18)은, 프로그램된 작업 장력들의 프로파일에 의해서, 제조 공정의 종료까지, 와이어의 첫 번째 10 mm가 15 그램의 장력으로 피드되어야 하고, 다음의 400 mm가 100 그램의 장력으로 피드되어야 하며, 다음의 10 mm가 15 그램의 장력으로 피드되어야 하는 등을 안다.

그러므로, 총체적인 자동화 방식으로, 디바이스(1)는, 피드 와이어 양을 간단히 측정하는 것에 의해, 상이한 기계 작동 스테이지들에 대해 피드를 더 양호하게 순응시키도록, 작업 장력들의 시퀀스 또는 프로파일에 따라서, 와이어 작동 장력을 변경시킬 수 있다.

제2 작업 모드(와이어 피드 속도의 함수로서의 장력 제어)에 있어서, 제어 유닛(18)은 각각의 모터(16 및 17)와 관련된 센서들을 사용하여 각각의 모터의 속도를 측정한다. 이러한 유닛은, 이러한 측정 값을 장력에 관련시키는 기억된 데이터에 기초하여, 이러한 장력을 제어한다. 유닛은 상이한 작업 장력들을 각각의 속도 범위와 관련시킨다: 예컨대, 0 내지 10 미터/초의 속도에 대해서는, 와이어가 15 그램으로 피드되고, 속도가 10~100 미터/초의 범위로 패스하는 경우에는, 와이어가 100 그램으로 피드된다. 명백히, 피드 속도와 장력간의 관계는 금속 와이어의 물리적인 특성들에 그리고 그것이 겪는 공정에 좌우된다.

따라서, 각각의 모터(16 및 17)의 회전 속도를 간단히 측정하는 것에 의해, 디바이스는, 상이한 기계 작동 스테이지들에 대해 와이어 피드를 더 양호하게 순응시키도록 하기 위해서 와이어 작동 장력을 총체적으로 자동적으로 변경시킬 수 있다는 것이 명백하다. 금속 와이어에 작동하는 기계는, 적어도 래핑 스테이지(보통 낮은 속도에서 수행되는 중대한 공정) 및 기계의 최대 와인딩 속도를 활용하는 것이 추구되는 작업 스테이지에 대해서, 적어도 2개의 별개의 피드 속도들을 일반적으로 제공한다는 사실에 주목해야 한다.

그러므로, 본 발명에 따른 디바이스는, 따라서, 본 발명의 목적들을 달성하는 것에 있어서 성공하고, 특히 상기한 장력들이 상이한 작동 조건들하에서 획득될 수 있는 것을 보장하는 양쪽의 경우에 있어서, 디바이스 그 자체와 기계 사이에 “통신”이 제공되는 기계 및 시장에 이미 존재하는 기계들과 모두 작업하도록 완벽히 순응한다. 이것은, 각각의 작동 스테이지에 대해서, 최적의 장력이 설정될 수 있게 하고, 결과적으로, 제조(와이어 와인딩)의 속도, 양 및 효율성의 관점에서 기계 유효성을 최대화시킬 수 있다.

언급된 바와 같이, 디바이스(1)는 몸체(2)와 관련된 브래킷(bracket)(41)에 고정되는 핀(40) 주위로 자유롭게 회전할 수 있는 보상기 아암(20)을 또한 포함한다(도 2~4 참조). 그러므로, 이러한 아암은, 장력 센서(25)로부터 멀리 떨어진 또는 장력 센서(25)쪽으로의 미리 정해진 각도적인 섹터 α(도 2 참조)를 통해서 몸체(2)내에서 움직일 수 있다.

보상기 아암(20)과 관련되어, 일단에서 디바이스 몸체(2)에 고정된 서포트(44)에 연결되고, (아르키메데스) 웜(worm)(47)을 통해 스테핑 모터(48)에 의해 구동되는 가동 캐리지(movable carriage)(46)를 통해, 타단에서 보상기 아암(20)에 연결되는 스프링(41)(도 2~4에서 인터럽트되어(interrupted) 도시되어 있음)이 있다.

제어 유닛(18)에 연결된 위치 센서(도시되지 않음)는 보상기 아암(20)과, 섹터 α내에 그 위치를 측정하도록, 관련된다.

보상기 아암(20)은 그러므로, 정적이지 않은 동적인 방식으로 와이어의 슬라이딩에 대항할 수 있다: 사실, 제어 유닛(18)은 아암(20)에 이러한 후자에 의해 가해지는 힘의 변화를 획득하고 이러한 후자를 섹터 α내의 요구되는 위치내로 데려오기 위해서, 스프링(41)이 연결되는 캐리지(46)의 위치를 (모터(48)에 작용하는 것에 의해) 변화시킬 수 있다. 이러한 식으로, 아암(20)은, 와이어가 기계로 피드되지 않는 스테이지들(로딩 스테이지) 동안에 특히, 장력 센서(25) 또는 로드 셀상에 와이어를 항상 완벽히 팽팽하게 유지할 수 있다. 스프링(41)의 힘을 변화시킬 수 있다고 하는 사실은 그러므로 상기 장력의 값을 조절될 수 있게 하여, 와이어가 유효하게 피드되는 것에 관련되는 이러한 스테이지에 대해 작업 세트포인트를 차별화시키는 목적을 달성할 수 있다.

아암(20)은 또한, 급작스러운 속도 변동 동안에 기계가 끌어당길 수 있는 금속 와이어의 비축분을 만든다: 그러한 경우에 있어서, 아암(20)은 모터가 교정 피드 속도를 달성하는 것을 기다리면서, 섹터 α내에서 제1 위치 α1으로부터 제2 위치 α2로 움직인다. 아암(20)의 존재는 그러므로, 각각의 모터(16 및 17)의 가속 시간에 의해 주어지는 동적인 제한들을 극복하여, 기계 속도 변동들(가속) 동안에라도, 와이어 장력을 제어하에서 유지될 수 있게 하며, 상기 장력은 그러므로 항상 요구되는 세트포인트로 균일해진다.

아암(20)은 그러므로, 센서(25)와 유닛(18)을 또한 포함하는 제2 장력 제어 루프를 정하며, 이러한 제2 루프는 모터들(16 및 17), 센서들(25) 및 유닛(18)에 의해 정해지는 제1 루프에 더해진다.

상기 아암(20)은 또한, 섹터 α내에서의 제2 작업 위치 α2로부터 제1 위치 α1으로 패스시에, 기계 감속 스테이지 동안에, 임의의 와이어 여분이 취해질 수 있게 한다. 아암의 존재는 그러므로, 모터의 감속 시간에 의해 주어지는 동적 제한들을 극복하여, 이러한 경우에, 기계 속도 변동들(감속) 동안에, 장력을 제어하에서 유지될 수 있게 하며, 상기 장력은 그러므로 항상 요구되는 세트포인트로 균일해진다. 이러한 기능은 또한, 제2 조절 루프의 범위내에 속한다.

보상기 아암(20)의 존재는 그러므로, 디바이스(1)로 하여금, 기계 가속 및 감속 스테이지들에서만이 아니고, 정사각형 코일들을 형성할 때와 같이, 더 많은 또는 더 적은 고흡수 불연속들이 존재하는, 모든 그 조건들하에서 또한, 그 역동성을 증대시킬 수 있게 한다.

본 발명은 또한, 특정 작동 조건에 더 양호하게 순응하는 그리고 작업 장력과는 독립적인 아암(20)의 위치가 프로그램될 수 있게 한다.

이에 관하여, 제어 유닛(18)은, 상기 아암의 위치를 아는 것에 의해, 스프링(41)의 힘을 변화시켜, 예컨대, 아암을 항상 각도적인 섹터 α의 중앙에 놓이게 하는 것에 의해, 아암을 소망되는 위치로 데려올 수 있고, 그러므로 디바이스에 대해, 기계의 있음직한 가속들 그리고 감속들에 대해 와이어의 동등한 “스톡(stock)”을 보증할 수 있다.

본 발명의 디바이스는 그러므로, 피드 스테이지 동안이든 휴지에서든, 처리 기계의 임의의 작동 스테이지에서 와이어 장력 값을 제어할 수 있고, 그것을 가능성 있는 프로그램 가능한 미리 정해진 값으로 균일하게 할 수 있다; (기계와의 임의의 인터페이싱 없이) 와이어의 존재 및/또는 와이어의 부재(브레이키지)를 감시할 수 있다. 제어 유닛(18)은, 측정된 장력이, 그 특정의 작동 스테이지에 대해서 요구되는 필요한 작업 장력의 범위내의 (바람직하게 프로그램 가능한) 범위내인지를 계속적으로 검증한다. 이러한 유닛이, 측정된 값이 상기 범위 외부에 놓이고, (바람직하게 프로그램 가능한) 미리 정해진 시간동안 그곳에 유지되는 것을 검출하자마자, 상기 유닛은 이러한 불규칙을 (예컨대, 알려진 시그널링 수단에 의해, 가시적으로 및/또는 음향적으로) 신호하고, 기계 또는 디바이스에 연결된 독립적인 기계 섹션이 정지되는 경보를 활성화시킨다.

본 발명의 다양한 특성들이 기술되었다; 하지만 다른 특성들이 가능하다. 예를 들어, 디바이스는, 공간 및 비용을 최적화하도록 적절한 토크의 단일 모터(16 또는 17)로 형성될 수 있다

디바이스는, 낮은 속도에서라도 높은 토크를 획득하기 위해서, 동일 출원인의 EP2080724에 기술되어 있는 바와 같이 개발된 모터로 형성될 수 있다.

게다가, 피더 디바이스의 작동 조건들이 변화함에 따라, 예컨대,

그것만이 아니고 다른 설정들, 예컨대, P, PI, PD. PID 또는 FOC(field oriented control) 알고리즘, 또는 브레이크된 와이어의 인식 등과 같은 특정의 상이한 함수들을 인에이블/디스에이블하는 것과도 관련될 수 있는, 상이한 작동 장력이, 상이한 기계 작동 스테이지들에 의해 지시될 수 있다.

게다가, 단순한 단일 스프링만을 대신하여 보상기 아암(20)에 대해 역력으로서 사용되는 스프링(41)이, 각각의 스프링이 상이한 연속적인 장력 범위들에 작용할 수 있는 (점진적인 압축을 가진 스프링을 규정하기 위해서) 상이한 탄성률의 복수의 스프링들을 포함할 수 있다. 그러므로, 단일 스프링으로, 더 넓은 적용 범위가 더 큰 조절 정밀도로 획득된다.

최종적으로, 디바이스(1)는, 예컨대, 로딩 스테이지 동안에, 와이어 피드 및 여분 감기를 가능케 하도록 회전의 2 상이한 그리고 대향하는 방향들로 제어될 수 있는 대응하는 모터(16(또는 17))를 가진 적어도 하나의 풀리(14(또는 15))를 포함할 수 있다.

이러한 변형들이 또한, 다음의 청구 범위의 권리 범위에 속하는 것으로 여겨진다.

Claims (12)

1. 대응하는 스풀(spool)로부터 언와인드(unwind)되는 금속 와이어용의 피더 디바이스(feeder device)(1)로서,
   와이어 브레이킹 부재(wire braking member)(12)를 제공하는 몸체(2) - 상기 와이어는 요구되는 장력으로 와인딩 기계(winding machine)와 같은 처리 기계로 피드(feed)되고, 상기 장력은 상기 몸체(2)와 관련된 장력 센서(25)에 의해 측정됨 -,
   상기 몸체(2)와 관련되는 그 자신의 액츄에이터(actuator)(16, 17)에 의해 구동되고, 로터리 부재(14, 15)를 회전시키는 상기 액츄에이터(16, 17)에 의해 생성되는 구동 토크의 함수인 장력에서 상기 처리 기계로 상기 와이어를 피드하도록, 금속 와이어가 수분의 1턴(turn)만큼 또는 수턴만큼 와인드(wind)되는 적어도 하나의 상기 로터리 부재(14, 15) - 상기 장력은, 조절되거나 증가되거나 감소되고, 적어도 미리 정해진 그리고/또는 프로그램 가능한 기준치(reference value)의 영역에서 일정하게 유지됨 -,
   장력 센서(25)에 연결되는, 제공되어 있는 상기 액츄에이터(16, 17)의 움직임에 대한 제어 수단(18) - 상기 제어 수단은 상기 센서(25)에 의해 측정되는 장력을 기초로 하여 상기 로터리 부재(14, 15)의 상기 액츄에이터(16, 17)에 의해 생성되는 토크를 조절하도록 배열되는, 마이크로프로세서 유형의 제어 유닛(18)이고, 상기 장력은, 와이어가 상기 대응하는 스풀로부터 언와인드되는 장력보다 더 크거나 더 작을 수 있음 -을 포함하며,
   상기 제어 유닛(18)은 상기 피더 디바이스에 의해 독립적으로 측정되는 와이어 피드 값에 관련되는 장력 데이터를 담고 있는 메모리와 협동하고, 상기 피드 값은 상기 디바이스(1)에 의해 피드되는 와이어 양과 와이어 피드 속도 중에 적어도 하나이며, 상기 와이어 장력은 상기 부재(14, 15)의 그리고 상기 대응하는 액츄에이터(16, 17)의 작용에 의한 상기 기계의 작동 스테이지(operative stage)를 기초로 수정되는 것을 특징으로 하는 피더 디바이스.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어 유닛(18)은,
   다음의 방법들:
   직렬 버스, 동기화 펄스, 아날로그/디지털 연결 등,
   중 적어도 하나를 통해 상기 처리 기계와 인터페이스(interface)되며,
   상기 장력 제어 또는 정확히는 상기 기준치의 정의가 상기 기계로부터 시작되는 신호들을 기초로 하여 이루어지며, 상기 신호들이 스테이지와 스테이지간에 상이한 금속 와이어 장력을 포함하는 상이한 기계 작동 스테이지들에 관련되는 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
3. 청구항 1에 있어서,
   미리 규정된 기간내에서 이루어지는, 장력 조절이, 측정된 금속 와이어 장력을 적어도 미리 정해진 값의 영역으로 가져오지 않을 때마다, 활성화되는 경보 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 로터리 부재(14, 15)를 회전시키기 위한 상기 액츄에이터(16, 17)가 높은 토크를 생성할 수 있는 모터인 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 액츄에이터(16, 17)는 전환 가능한 회전 유형이고, 한 방향으로 또는 반대 방향으로 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
6. 청구항 1에 있어서,
   복수의 로터리 부재(14, 15) 및 금속 와이어가 연속적으로 협동하는 대응하는 액츄에이터(16, 17)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
7. 청구항 1에 있어서,
   와이어가 상기 장력 센서(25)로 패스(pass)되기 전에 협동하는 보상기 부재(compensator member)(20)를 포함하고, 상기 보상기 부재는 상기 몸체(2)에 힌지 결합되는 가동 보상기 아암(movable compensator arm)이며, 상기 보상기 부재(20)와 관련해서, 일단에서 상기 디바이스(1)의 몸체(2)에 연결되고 타단에서 상기 제어 유닛(18)의 제어 - 이러한 제어는 설정 값을 기초로 하여 상기 제어 유닛(18)에 의해 유효해짐 - 및 명령을 받는 액츄에이터(48)에 의해 구동되는 가이드적으로(guidedly) 움직일 수 있는 요소(45)에 연결되는 탄성 부재(41)가 있는 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 설정 값은 상기 기계 작동 스테이지의 함수인 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 설정 값은 상기 장력 센서(25)에 의해 상기 피더 디바이스(1)의 출구에서 측정되는 와이어 장력의 함수인 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 탄성 부재(41)는 상호 상이한 탄성 응답의 부분들을 포함하는 스프링인 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 보상기 아암(20)의 위치는 프로그램 가능하고, 상기 위치는 미리 규정된 각도 섹터(angular sector)내에서 스케쥴(schedule)되는 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 보상기 아암(20)의 위치는 상기 기계 작동 스테이지를 기초로 하여 프로그램될 수 있고, 상기 위치는 와이어 작업 장력과는 독립적인 것을 특징으로 하는, 피더 디바이스.

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