KR101825290B1 - 스핀들 회전 지속 가능시간을 고려한 모터 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 구동 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공작기계의 스핀들 회전 지속 가능시간을 고려하여 모터를 구동시킴으로써 스핀들의 회전속도를 최적화할 수 있고, 열에 의한 손상을 방지할 수 있는 모터 구동 방법에 관한 것이다.

Description

스핀들 회전 지속 가능시간을 고려한 모터 구동 방법{Motor drive method considering duration time of spindle}

본 발명은 모터 구동 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공작기계의 스핀들 회전 지속 가능시간을 고려하여 모터를 구동시킴으로써 스핀들의 회전속도를 최적화할 수 있고, 열에 의한 손상을 방지할 수 있는 모터 구동 방법에 관한 것이다.

CNC(computer numerical control) 공작기계의 동작 정보화면에는 각 모터의 엔코더(encoder) 상태, 게인(gain), 전류치, 위치 편차, 온도 등이 표시된다.

공작기계의 프로그램에서 스핀들의 회전을 지령하면, 공작기계는 이 정보를 연산처리하여 모터 드라이브를 통해 모터의 회전을 제어한다.

모터는 공작기계에서 스핀들과 같은 회전요소를 구동하기 위해 이용되는데 모터의 회전이 지속될수록 모터의 온도는 상승한다.

또한, 모터의 온도 상승은 모터의 분당회전수(RPM:revolutions per minute)에 따라 달라진다.

일반적으로 고속 회전 시 모터의 온도 상승은 빠르며, 상대적으로 저속 회전을 하면 온도 상승은 더디게 진행된다.

만약, 모터의 온도가 공작기계에서 설정된 최대 허용 온도 값에 도달하면 즉시 회전이 중지되며, 모터의 사양에 따라 차이가 있으나, 통상 70도가 최대 허용 온도 값이 된다.

도 1은 종래의 모터 구동 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 모터 구동 방법은 먼저, 스핀들의 회전이 시작되고(S10), 스핀들을 회전시키는 모터의 온도를 측정한다(S20).

다음, 모터의 현재 온도와 미리 저장된 모터의 최대 허용 온도를 서로 비교하여(S30), 모터 온도가 최대 허용 온도에 도달할 경우, 모터의 동작을 정지시켜 스핀들을 정지시키며(S40), 그렇지 않을 경우, 모터의 온도를 측정하는 단계(S20)로 리턴하여 회전이 지속된다.

즉, 종래의 모터 구동 방법의 경우 최대 허용 온도 값을 설정하여 모터의 동작을 제어함으로써 열에 의해 모터가 손상되는 것을 방지해준다.

한편, 공작기계의 모터는 고속으로 회전할 경우 온도 상승이 급격히 이루어지고 저속으로 회전할 경우에는 온도 상승이 서서히 이루어진다.

또한, 가공중 스핀들이 회전이 정지되면 가공중인 소재는 불량처리된다.

즉, 종래의 모터 구동 방법은 열에 의해 모터가 손상되는 것을 보호할 수 있다 하더라도 모터가 언제까지 지속하여 동작할 수 있는지 알 수 없으므로 모터의 분당 회전수를 최적 분당 회전수로 설정하거나 고속회전에 의한 급격한 온도 상승에 대응할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 모터의 회전 지속 가능시간을 계산하여 모터의 온도가 최대 허용 온도까지 도달하는 것을 방지함으로써 모터를 보호할 수 있는 모터 구동 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 모터의 회전 지속 가능시간을 계산하여 모터의 분당 회전수를 최적으로 조정함으로써, 가중 중에 스핀들이 정지되는 것을 방지하여 가공 불량률을 줄일 수 있는 모터 구동 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 모터의 온도가 최대 허용 온도에 도달하지 않았다 하더라도 모터의 온도 증가률에 이상이 발생할 경우 알람 메시지를 출력하여 작업자가 비정상적인 상황에 대응할 수 있게 하는 모터 구동 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공작기계의 스핀들 회전이 시작되고, 상기 스핀들을 회전시키는 모터의 온도(이하 '모터 온도'라 함)를 측정하는 단계; 소정의 단위 시간(이하, '제1 단위 시간'이라 함) 동안 상기 모터 온도의 온도 변화 값(이하, '제1 온도 변화 값'이라 함)과 상기 모터가 최대 허용 온도까지 동작가능한 시간인 회전 지속 가능시간(이하, '제1 회전 지속 가능시간'이라 함)을 계산하는 단계; 및 상기 제1 회전 지속 가능시간이 임계 지속 가능시간 이내일 경우 상기 모터의 회전을 정지시키고, 상기 제1 회전 지속 가능시간이 임계 지속 가능시간 이내가 아닐 경우 상기 모터의 회전을 지속하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 회전 지속 가능시간이 임계 지속 가능시간 이내일 경우, 상기 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하였는지 판단하는 단계; 및 상기 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하였을 경우 상기 모터의 회전을 정지시키고, 상기 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하지 않았을 경우 상기 모터의 분당 회전수를 감소시켜 회전을 지속하는 단계;를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 모터의 회전을 정지시킨 후에, 알람 메시지를 출력하는 단계;를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 회전 지속 가능시간이 임계 지속 가능시간 이내가 아닌 것으로 판단되어, 상기 모터의 회전이 지속되면, 소정의 단위 시간(이하, '제2 단위 시간'이라 함) 동안 상기 모터 온도의 온도 변화 값(이하, '제2 온도 변화 값'이라 함)을 측정하고, 상기 모터가 최대 허용 온도까지 동작가능한 시간인 회전 지속 가능시간(이하, '제2 회전 지속 가능시간'이라 함)을 계산하는 단계; 및 상기 제2 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내일 경우 상기 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하였는지 판단하는 단계로 이동하고, 상기 제2 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내가 아닐 경우 모터의 회전을 지속하는 단계;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내가 아닌 것으로 판단되어, 상기 모터의 회전이 지속되면, 소정의 단위 시간(이하, '제3 단위 시간'이라 함) 동안 상기 모터 온도의 온도 변화 값(이하, '제3 온도 변화 값'이라 함)을 측정하는 단계; 및 상기 제3 온도 변화 값이 임계 변화 값 이상일 경우 알람 메시지를 출력하고, 상기 제3 온도 변화 값이 임계 변화 값 미만일 경우, 상기 제2 회전 지속 가능시간을 계산하는 단계로 리턴하는 단계;를 더 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 모터 구동 방법을 수행하기 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 더 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 모터 구동 방법으로 모터를 제어하는 공작기계를 더 제공한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 모터 구동 방법에 의하면, 모터의 회전 지속 가능시간을 계산하여 모터가 최대 허용 온도까지 도달하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 모터 구동 방법에 의하면, 모터의 회전 지속 가능시간을 계산하여 모터의 분당 회전수를 조절함으로써 온도가 급격히 상승하는 것을 방지하여 가공중 스핀들의 정지 없이 가공물을 가공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명 모터 구동 방법에 의하면, 최대 허용 온도에 도달하지 않았다 하더라도 모터의 온도 증가률이 임계 증가율 이상일 경우 알람 메시지를 출력하여 온도 증가에 의한 모터의 손상을 최대한 방지할 수 있고, 작업자가 비정상 상황에 효과적으로 대응할 수 있게 하는 장점이 있다.

도 1은 종래의 모터 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법은 공작기계에서 스핀들과 같은 회전요소를 회전시키는 모터의 구동을 제어하여 온도 상승에 따른 모터의 손상을 방지하고, 온도 상승 정도를 조절하여 가공도중 스핀들이 정지되는 것을 방지할 수 있는 방법이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법은 공작기계의 컴퓨터 장치에 저장되는 컴퓨터 프로그램에 의해 수행된다.

또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되어 제공될 수 있으며, 상기 기록 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 사용 가능할 것일 수 있다.

예를 들면, 상기 기록 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다

또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 프로그램일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 컴퓨터 프로그램에 의해 구동하는 완성된 공작기계의 형태로 제공될 수 있다.

또한, 상기 공작기계는 가공물을 올려놓을 수 있는 테이블, 공구를 장착하여 가공물을 가공하는 스핀들, 스핀들을 회전시키는 모터, 테이블의 위치 제어와 모터 제어를 수행하는 컴퓨터 장치로 구성될 수 있고, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 컴퓨터 장치에 저장되어 모터의 구동을 제어한다.

이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법을 상세히 설명한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법은 먼저, 모터가 동작하여 스핀들의 회전이 시작되고(S1000), 공작기계의 센서를 이용하여 모터의 온도를 측정한다(S2000).

또한, 도시하지는 않았으나 상기 스핀들의 회전이 시작되기 전에 상기 컴퓨터 프로그램에는 상기 모터가 견딜 수 있는 최대 허용 온도가 미리 저장된다.

다음, 소정의 단위 시간(이하, '제1 단위 시간'이라 함) 동안 상기 모터의 온도가 변화한 온도 변화값(이하, '제1 온도 변화 값'이라 함)을 계산하고, 상기 제1 온도 변화 값으로부터 상기 모터가 지속하여 동작할 수 있는 시간인 회전 지속 가능 시간(이하, '제1 회전 지속 가능시간'이라 함)을 계산한다(S3000).

또한, 본 발명에서는 상기 제1 단위 시간을 5분으로 설정하였다.

그러나, 상기 제1 단위 시간의 길이는 설계자의 요구에 의해 변경이 가능하다.

예를 들어, 회전 시작시에 모터의 온도가 35도이고, 상기 최대 허용 온도가 70도이며, 5분 동안 5도의 온도 상승이 있었다고 할 때, 최대 허용 온도가 될 때까지 즉, 30도가 상승할 때까지는 30분의 시간이 남아있는 것으로 계산할 수 있으며, 이 30분의 시간이 상기 제1 회전 지속 가능시간이 된다.

다음, 상기 제1 회전 지속 가능시간이 소정의 임계 시간 이내인지 판단하여(S4000), 상기 제1 회전 지속 가능시간이 소정의 임계 시간(이하, '임계 지속 가능시간'이라 함) 이내일 경우 회전을 정지키키고(S5000), 알람 메시지를 영상 또는 음성으로 표시한다(S5100).

또한, 본 발명에서는 상기 임계 시간을 1분으로 설정하였다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법에 의하면, 단순히 현재 모터 온도가 최대 허용 온도인지를 확인하는 것이 아니라 모터의 회전 지속 가능시간을 계산하여 모터의 회전을 정지시키거나 지속하므로 종래의 모터 구동 방법과 비교하여 모터의 구동을 효과적으로 관리할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법은 상기 제1 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내일 경우에 즉시 모터의 회전을 정지시키지 않고, 현재 모터의 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하였는지 판단하여(S4100), 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하지 않았을 경우에는 모터의 분당 회전수를 감소시켜(S4200) 회전을 지속시킴으로써 가공도중에 스핀들이 정지되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법은 상기 제1 회전 지속 가능시간이 소정의 임계 지속 가능시간 이내가 아닐 경우(회전 지속 가능 시간이 1분 이상 남아있을 경우) 상기 모터의 회전을 지속시키는데, 모터의 온도는 지속적으로 관리되어야 하므로 소정의 단위 시간(이하, '제2 단위 시간'이라 함) 동안 모터의 온도 변화 값(이하, '제2 온도 변화 값'이라 함)을 측정하여 회전 지속 가능 시간을 갱신한다(S7000).

또한, 상기 제2 단위 시간은 상기 제1 단위 시간과 달리 1분으로 설정될 수 있다.

그 이유는 모터 구동 중, 분당 회전수가 변화하거나 정지하는 상황이 발생할 수 있는데 이 경우 온도 상승이 이전보다 짧은 싸이클로 변화할 수 있으므로 샘플링 시간을 단축하여 상기 회전 지속 가능 시간의 계산 정확도를 높이기 위함이다.

다음, 상기 회전 지속 가능 시간과 상기 임계 지속 가능시간을 비교하여(S8000), 상기 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내일 경우, 상기 모터 온도가 최대 허용 온도에 도달하였는지 판단하는 단계(S4100)로 이동하여, 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하였을 경우 모터의 회전을 정지시키고(S5000), 알람 메시지를 출력한다(S5100).

그러나, 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하지 않았을 경우에는 모터의 분당 회전수를 감소시켜(S4200) 회전을 지속시킨다.

만약, 상기 제2 온도 변화 값에 따라 계산된 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내가 아닐 경우에는 모터의 회전이 지속되고(S8100), 소정의 단위 시간(이하, '제3 단위 시간'이라 함)동안 상기 모터 온도의 온도 변화 값(이하, '제3 온도 변화 값'이라 함)을 계산한다(S9000).

여기서, 상기 제3 단위 시간은 10분일 수 있고, 상기 제3 온도 변화 값은 상기 제2 온도 변화 값이 10분 동안 누적되어 계산될 수 있다.

다음, 상기 제3 온도 변화 값과 임계 변화 값을 비교하여(S9100), 상기 제3 온도 변화 값이 상기 임계 변화 값 이상일 경우 알람 메시지를 표시한다(S5100).

또한, 상기 제3 온도 변화 값은 시간 대비 온도 상승률(기울기)을 의미하며, 모터 온도의 상승이 가파른지 완만한지를 판단하는 기준이 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법은 모터 온도가 최대 허용 온도에 도달하지 않더라도 비정상적으로 모터 온도가 상승할 경우 알람 메시지를 출력하여 후속 조치가 이루어지게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 제3 온도 변화 값을 계산할 때, 시간의 단위는 분으로 온도의 단위는 0.1도로 하여 계산하였다.

또한, 상기 제3 온도 변화 값이 1/2 즉, 50%를 이상으로 변화가 발생하면 모터의 온도 증가가 비정상인 것으로 판단하였다.

만약, 상기 제3 온도 변화 값이 임계 변화 값 미만일 경우 상기 제2 온도 변화 값을 측정하여 상기 회전 지속 가능 시간을 계산하는 단계로 리턴한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (7)

1. 공작기계의 스핀들 회전이 시작되고, 상기 스핀들을 회전시키는 모터의 온도(이하 '모터 온도'라 함)를 측정하는 단계;
   소정의 단위 시간(이하, '제1 단위 시간'이라 함) 동안 상기 모터 온도의 온도 변화 값(이하, '제1 온도 변화 값'이라 함)과 상기 모터가 최대 허용 온도까지 동작가능한 시간인 회전 지속 가능시간(이하, '제1 회전 지속 가능시간'이라 함)을 계산하는 단계; 및
   상기 제1 회전 지속 가능시간이 임계 지속 가능시간 이내일 경우 상기 모터의 회전을 정지시키고, 상기 제1 회전 지속 가능시간이 임계 지속 가능시간 이내가 아닐 경우 상기 모터의 회전을 지속하는 단계;를 포함하고,
   상기 제1 회전 지속 가능시간이 임계 지속 가능시간 이내일 경우,
   상기 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하였는지 판단하는 단계; 및
   상기 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하였을 경우 상기 모터의 회전을 정지시키고, 상기 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하지 않았을 경우 상기 모터의 분당 회전수를 감소시켜 회전을 지속하는 단계;를 수행하며,
   상기 제1 회전 지속 가능시간이 임계 지속 가능시간 이내가 아닌 것으로 판단되어, 상기 모터의 회전이 지속되면,
   소정의 단위 시간(이하, '제2 단위 시간'이라 함) 동안 상기 모터 온도의 온도 변화 값(이하, '제2 온도 변화 값'이라 함)을 측정하고, 상기 모터가 최대 허용 온도까지 동작가능한 시간인 회전 지속 가능시간(이하, '제2 회전 지속 가능시간'이라 함)을 계산하는 단계; 및
   상기 제2 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내일 경우 상기 모터 온도가 상기 최대 허용 온도에 도달하였는지 판단하는 단계로 이동하고, 상기 제2 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내가 아닐 경우 모터의 회전을 지속하는 단계;를 수행하고,
   상기 제2 회전 지속 가능시간이 상기 임계 지속 가능시간 이내가 아닌 것으로 판단되어, 상기 모터의 회전이 지속되면,
   소정의 단위 시간(이하, '제3 단위 시간'이라 함) 동안 상기 모터 온도의 온도 변화 값(이하, '제3 온도 변화 값'이라 함)을 측정하는 단계; 및
   상기 제3 온도 변화 값이 임계 변화 값 이상일 경우 알람 메시지를 출력하고, 상기 제3 온도 변화 값이 임계 변화 값 미만일 경우, 상기 제2 회전 지속 가능시간을 계산하는 단계로 리턴하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터의 회전을 정지시킨 후에, 알람 메시지를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 방법.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 컴퓨터와 결합하여 제 1 항 또는 제 3 항의 모터 구동 방법을 수행하기 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
   
7. 제 1 항 또는 제 3 항의 모터 구동 방법으로 모터를 제어하는 공작기계.

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