KR102263600B1 - 철근의 절단길이 맞춤 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근 절단길이 맞춤용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력패널부를 통해 철근 절단 길이를 입력하면, PLC로 스텝모터와 엔코더를 제어하여 철근의 절단 길이를 자동으로 미세하게 조절할 수 있는 철근의 절단길이 맞춤용 장치에 관한 것이다.

Description

철근의 절단길이 맞춤 방법{Device for tailoring the cutting length of rebar}

본 발명은 철근 절단길이 맞춤용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력패널부를 통해 철근 절단 길이를 입력하면, PLC로 스텝모터와 엔코더를 제어하여 철근의 절단 길이를 자동으로 미세하게 조절할 수 있는 철근의 절단길이 맞춤용 장치에 관한 것이다.

일반적으로 건축용으로 사용되는 철근은 철근을 구입한 다음 각각의 철근에 절단하고자 하는 길이를 줄자로 재어 표시를 하거나, 하나의 셈플을 자로 재어 절단 한 다음 이 절단된 셈플을 이용하여 다른 철근과 길이를 같게 한 다음 절단기로 절단하는 방식 이였다.

그러나 상기와 같은 방법은 사람이 일일이 철근의 길이를 재어 절단하여야 하기 때문에 작업이 복잡하고 힘들며 또한 길이를 재는 사람과 절단하는 사람이 있어야하기 때문에 불필요한 인력의 낭비를 초래하였으며, 전체의 공정이 사람이 움직여야하기 때문에 작업시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.

또한 종래에는 절단된 철근을 사람이 일일이 들고 운반하므로서 작업 시간이 오래 걸리고 비경제적인 단점이 있으며, 부주의 할 경우 철근 운반중 안전사고가 일어나게 됨으로서 사람이 부상을 입게 되는 문제점이 있었다.

한편 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 벨트로 구성되어 있는 콘베어를 이용한 철근절단용 콘베어가 안출되었으나, 상기 종래의 콘베어는 직물로 구성된 콘베어가 작동되는 방법이기 때문에 철근공급시 철근이 콘베어에 걸려 콘베어가 파손되는 단점이 있었다.

또한 콘베어에 철근이 올려진 상태에서 이송될 경우 모우터가 멈추는 속도에 의하여 정확한 길이를 측정할 수가 없는 문제점이 있었다.

더욱이, 철근의 길이를 측정할 때, 각각의 철근에 절단하고자 하는 길이를 줄자로 재어 표시를 하거나, 하나의 샘플을 자로 재어 절단한 다음 절단된 샘플을 이용하여 다른 철근과 길이를 같게 한 다음 절단기로 절단함으로 인해 작업이 복잡하고 불필요한 인력의 낭비를 초래하여 생산성을 저하하는 문제점이 있었다.

등록특허 10-1015541호(철근 절곡장치) 한국공개특허공보 10-1999-0073464호(철근절단기) 등록실용신안 20-0164873호(철근절단용 콘베어의 철근이송장치) 등록특허 10-1400055호(철근의 절단길이 맞춤용 장치)

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 생산량 증대뿐만 아니라, 적은 자본을 투자하여 부가가치를 높일 수 있는 파생산업으로의 모색이 현실의 구조를 타개할 수 있는 대안으로 생각이 되었고, 생산량 증대와 부가가치를 일으킬 수 있는 철근의 절단길이 맞춤용 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

이에 본 발명에서는 수동으로 작동하는 철근 절단기의 장점인 저렴함과 양방향 생산성을 유지하면서 단점인 철근 수치 조절시간과 절단 길이 오차를 개선할 수 있는 철근의 절단길이 맞춤용 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 철근의 절단길이 맞춤용 장치는 철근의 절단길이 맞춤용 장치에 있어서, 절단될 철근의 길이를 입력하는 입력패널부; 상기 입력패널부에서 입력된 철근의 길이 정보에 따라 가이드부의 위치를 제어하는 제어 패널; 절단될 철근이 안내되도록 롤러를 포함하는 이송부; 상기 이송부의 일측 프레임의 측면에 평행하게 연장되도록 결합된 슬라이드레일; 상기 제어 패널에서 전달받은 철근의 길이 정보에 맞도록 슬라이드레일을 따라 슬라이딩 되면서 철근의 절단 길이를 맞춰 정지하는 가이드부;를 구비한다.

상기 가이드부는 상기 롤러의 상부에 나란하게 설치되어 상기 이송부를 좌우로 이동하면서 철근의 끝을 막아주는 스토퍼; 상기 스토퍼와 결합되고 상기 스토퍼를 좌우로 이동시키는 이동장치;를 구비한다.

상기 이동장치는 상기 슬라이드레일의 상부에 평행하게 연장되어 설치되는 랙기어; 상기 슬라이드 레일에 지지되어 결합되고 상기 입력패널부에서 입력된 철근의 길이 값에 따라 정,역회전하는 스텝모터: 상기 스텝모터의 축과 연결되어 상기 스텝모터의 동력을 전달하는 피니언기어;를 구비한다.

상기 스토퍼와 결합되어 상기 스토퍼의 위치를 알려주는 길이표시창;을 더 구비한다.

상기 제어 패널와 상기 스텝모터 간에는 상기 제어전원을 공급하고 제어 정보를 송수신하는 제어케이블로 연결된다.

상기 제어케이블은 좌우 이동에 따라 제어케이블을 보호할 수 있는 플렉서블 구조의 케이블트레이를 구비한다.

상기 제어 패널은 PLC(Programmable logic controller) 시스템의 제어에 따라 스텝모터를 작동하며, 상기 스토퍼는 스텝모터의 회전수에 의해 절단될 철근의 길이를 조절한다.

상기 스텝모터의 구동에 따른 철근의 절단 길이 값을 검증하기 위한 비접촉 레이저 도플러 속도계로 측정하여 길이표시창에 표시되는 절단될 철근의 길이와 레이저 도플러 속도계에 의해 측정된 길이 값을 보정할 수 있다.

상기 스텝모터에는 모터 감속기를 더 구비한다.

상기 철근의 절단길이 맞춤용 장치는, 커터의 절단 회전수와 절단 수량으로부터 커터인 공구의 수명이 예측가능하다.

상기 제어 패널은 상기 입력패널부로 부터 절단된 철근의 길이를 입력 받은 후 상기 스토퍼를 0점 위치로 이동한 후 입력된 길이의 수치로 이동시킨다.

절단 길이 조정기능을 구비한 철근 절단기는 RS_232케이블과 RF 케이블을 통해서 PC와 통신이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PLC 시스템의 제어 프로그램 개발을 통해 미세 조정을 위한 스텝모터와 엔코더를 적용하고, 스텝모터에 브레이크를 장착하여, 안전사고의 우려를 배제하여 쾌적한 작업환경을 유지할 수 있다.

또한 본 발명은 절단되는 과정이 자동화되어 수작업으로 인한 작업자의 부상이 방지될 뿐만 아니라, 정렬 및 절단 작업이 연속적으로 수행되므로 소품종 다량 생산에 따른 제품의 생산성이 현저히 향상될 수 있다.

또한 본 발명은 한쌍의 이동 롤러를 사용하지 않고도 정밀한 절단 길이 맞춤으로 인한 효율적인 작업을 통하여 철근의 단부 처리작업 속도을 증대시키면서 균일한 품질을 지속할 수 있다.

또한 본 발명은 종래 영세 업자들이 사용하고 있는 수동 장치에 부착하여 저렴하게 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 발명인 국내 수동 철근절단기 3사 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용 장치의 주요 구성을 개념화하여 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용 장치의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 길이 연동장치인 철근의 절단길이 맞춤용 장치의 평면도를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단 길이 맞춤용 장치의 전면 사시도이다.
도 6은 도 5의 후면에서 바라본 후면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용 장치에서 스텝 모터와 랙기어, 피니언 기어가 연결된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 8은 레이저 도플러(laser doppler) 속도계의 구성을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 길이 조정기능을 갖는 철근 절단기에서 스텝모터 이동값과 레이저 도플러 속도계를 통해서 측정되는 길이 값을 비교하기 위해 레이저 도플러 속도계를 사용하는 것을 보여주는 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보모터의 클록의 모양을 A 상, B 상, Z 상으로 나누어 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보모터의 클록의 모양을 보여주는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성 요소들에 대한 참조 부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면 상에 도시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용 장치의 주요 구성을 개념화하여 보여주는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명은 절단될 철근의 길이를 입력하는 입력패널부(110), 상기 입력패널부에서 입력된 철근의 길이 정보에 따라 가이드부(155)의 위치를 제어하는 제어 패널(190), 절단될 철근이 안내되도록 롤러를 포함하는 이송부(220), 상기 이송부(220)의 일측 프레임의 측면에 평행하게 연장되도록 결합된 슬라이드레일(153), 상기 제어 패널(190)에서 전달받은 철근의 길이 정보에 맞도록 슬라이드레일을 따라 슬라이딩 되면서 철근의 절단 길이를 맞춰 정지하는 가이드부(155)를 포함한다.

상기 입력패널부(110)에는 표시창과 사용자의 조작을 위한 버튼을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용장치(100)는 상기 버튼을 통해 전달받은 철근의 길이 정보에 맞도록 슬라이드레일(153)을 따라 슬라이딩 되면서 철근의 절단 길이를 맞춰 정지하는 가이드부(155)와 롤러(221)를 포함하는 이송부(220)를 포함하는 데 상기 표시창과 사용자의 조작을 위한 버튼에 의해 상기 철근의 절단 길이가 입력된다.

이러한 작업 결과, 길이 미세 조정 작업이 어렵다는 것을 발견하게 되었고 이에 맞추어 길이 조정을 위한 구성요소로 스텝모터(160) 또는 서보 모터(160')와 감속기(165), 엔코더 등을 채용하게 되었다.

상기 제어 패널(190)은 상기 입력패널부로 부터 절단된 철근의 길이를 입력 받은 후 상기 스토퍼를 0점 위치로 이동한 후 입력된 길이의 수치로 이동시킨다.

또한 상기 철근의 절단길이 맞춤용 장치는, 상기 제어 패널(190) 등을 통해 커터의 절단 회전수와 절단 수량으로부터 커터인 공구의 수명이 예측가능하다.

이 때 PLC시스템(191)이 예정된 대로 서보 모터(160')와 감속기(165), 엔코더 등이 정밀하게 구동하는 지를 감시할 필요가 있는 데, 주로 모니터링 소프트웨어를 저장한 개인용 컴퓨터를 PLC시스템(191)과 연결시키고, 저장된 모니터링 소프트웨어를 이용한다.

일반적으로 PLC시스템(191)은 PC와 연결시키기 위하여 PC에 있는 통신포트를 이용하는데, 주로 PC의 USB 통신포트와 RS232 통신포트를 이용하는 각각의 드라이버(195)를 구비하고 있다.

본 발명에서는 이와 같은 PLC시스템(191)을 효과적으로 활용하기 위해서, 입력패널부(110)을 이용하여 간단한 조작으로 철근 절단 수치를 제어하는 시스템을 개발하게 되었다.

이를 통해서 철근 가공제품의 절단 수치 품질의 향상(오차 10mm이내)과 절단 수치 고정을 위한 시간을 줄여 10%이상으로 생산성을 향상시키는 기능을 구비할 수 있었다. 이러한 기능의 구현을 위해서 본 발명에서는 스텝모터(160) 또는 서보 모터(160')와 감속기(165), 엔코더 등을 사용한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용 장치의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용 장치에 적용된 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이맞춤용 장치의 경우에는, 회전자인 로터에 장착되어있는 계수기로부터 스텝모터(160)의 회전 상태를 판단할 수 있고, 실시간으로 이에 따른 철근(S)의 이동상태를 확인할 수 있다.

또한 철근 배출대(250)는 이송부(220)의 측면에 슬라이드레일(153)이 부착되는 위치의 측면에 설치되어 일정 개수 이상의 철근이 절단되면 외부에 배출되어 출하되도록 작업한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 길이 연동장치인 철근의 절단길이 맞춤용 장치의 평면도를 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, PLC 시스템(191)은 철근(S)을 절단하는 커터(150)를 제어하고, 컨트롤러(193)와 드라이버(195)를 통해서 스텝모터(160)를 제어할 수도 있다.

이때 커터(150)의 작동 상태에 따라 철근 공급부에서 나온 철근(S)이 절단되어 철근 절단부(270)의 롤러(221)를 포함하는 이송부(220) 위에 쌓여 지게 된다.

물론 커터(150)와 연결되어 있는 철근 공급부에 롤러(221)를 포함하는 이송부(220)가 배치되어 있고 종래의 철근 이동 방법을 사용하여 이동을 제어할 수 있도록 설계되어 있다.

이러한 길이 조정 기능이 구비된 본 발명의 철근의 절단길이 맞춤용장치(100)는 휴대용 단말을 통한 제어 역시 가능한 것은 물론이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단 길이 맞춤용 장치의 전면 사시도이다. 도 6은 도 5의 후면에서 바라본 후면 사시도이다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 상기 가이드부(155)는 롤러(221)의 상부에 나란하게 설치되어 이송부(220)를 좌우로 이동하면서 철근(S)의 끝을 막아주는 스토퍼(210)가 포함되어 있다.

따라서 사용자가 입력패널부(110)의 버튼(115)을 통해서 철근(S)의 절단 길이를 입력하면 이에 맞추어 스토퍼(210)의 위치가 이동되어 잘리는 철근(S)의 절단 길이에 대한 조정이 가능하다.

전체적인 철근(S)의 절단 과정을 조절하는 제어 패널(190)과 스텝모터(160) 간에는 제어전원을 공급하고 제어 정보를 송수신하는 제어케이블(175)로 연결되어 있다.

물론 이때 제어케이블(175)은 좌우 이동에 따라 제어케이블(175)을 보호할 수 있는 플렉서블 구조의 케이블트레이(176)를 포함하고 있어서 제어케이블(175)을 통한 전기적인 신호 전송에 지장이 발생하지 않도록 구성되어 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용 장치에서 스텝 모터와 랙기어, 피니언 기어가 연결된 상태를 보여주는 사시도이다.

도 7을 참조하면, 상측부에 스토퍼(210)가 설치된 가이드부(155)는 슬라이드 레일(153)에 지지되어 결합되고 입력패널부(110)에서 입력된 철근(S)의 길이 값에 따라 정,역회전하는 스텝모터(160)와 연결되어 있다.

일실시예로서 스토퍼(210)가 설치된 가이드부(155)가 좌우로 이동하기 위해 이동레일(154)에 폐결합되어 랙기어(162)를 따라 안정적으로 움직일 수 있게 한다.

여기서 스텝모터(160)의 모터축과 연결되어 동력을 전달하는 피니언기어(164)를 포함한다. 상기 피니언기어(164)는 슬라이드 레일(153)의 길이 방향으로 연장되어 지지되도록 설치된 랙기어(162)와 기어 결합되어 있다.

도 7의 확대도에서 제시된 바와 같이 피니언 기어(164)의 빠른 회전은 랙기어(162)에 전달되고, 랙기어(162)는 이송부(220)와 연결되어 있다. 따라서 빠른 피니언 기어(164)의 회전이 잇수가 많은 랙기어(164)를 통해서 스토퍼(210)가 이동할 수 있도록 구성되어 있다.

도 8은 레이저 도플러(laser doppler) 속도계의 구성을 설명하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에서는 서보 모토(160)에 의한 회전수 측정을 통한 철근의 절단 길이 측정에 대한 보조 수단으로 레이저 도플러 속도계를 이용한다.

레이저 도플러 속도계(laser doppler velocimeter)(300)는 도플러 효과를 이용하는 속도 측정계이다.

상기 도플러 효과란 운동하는 물체로부터 산란되는 빛의 주파수가 물체의 운동속도에 따라 입사광의 주파수에서 시프트하는 현상을 말한다. 주파수(f)의 빛을 운동하는 물체의 이동방향에 대하여 일정 각도로 입사하면, 도플러 효과에 의하여 수학식 1과 같은 주파수 변화

를 일으킨다.

[수학식 1]

여기서,

는 매질 중의 빛의 파장, v는 운동하는 물체 즉 철근(S)의 속도이다. 따라서 주파수 변화

를 측정하면, 철근(S)의 이동속도를 측정할 수 있다.

이 측정법은 무접촉 측정으로 측정 대상에 혼란을 일으키지 않고, 공간적 분해력이 높으며, 저속도에서 고속도까지 직선성이 좋고 넓은 범위의 측정이 가능한 것 등의 특징이 있다.

도 8에서 He-Ne 레이저가 출광되고, 이러한 He-Ne 레이저는 빔스플리터에 의하여 f₀의 주파수를 가지고 있는 조사광이 된다.

이와 같은 조사광은 지나가는 철근(S)에 의하여 산란광이 되고, 이와 같이 광프로브선단에서 반사된 빛과 철근에서 반사된 빛은 단일 모드 광섬유를 통해서 빔스플리터로 돌아오게 된다.

이와 같이 되돌아온 빛은 APD(Avalanche photo diode)를 가지고 있는 수신기로 입사되게 된다.

이와 같이 빛을 전기적 에너지로 변환시켜 주는 광통신용 수광소자인 애벌런치 광다이오드를 통해서 입사된 빛이 광수신기를 통해 주파수 분석기로 입사되게 된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 철근의 절단길이 맞춤용 장치에서 스텝모터 이동값과 레이저 도플러 속도계를 통해서 측정되는 길이 값을 비교하기 위해 레이저 도플러 속도계를 사용하는 것을 보여주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 비접촉 방식으로 롤러(221)를 포함하는 이송부(220) 상에 배치된 철근(S)의 길이를 확인할 수 있게 된다. 이때 이동속도를 측정하고 여기에 시간을 곱하여 길이를 구하는 방법을 사용한다.

도 7에 도시된 바와 같이 스텝모터(160)는 도 3의 PLC 시스템(191)의 조작에 의하여 회전하고 로터(미도시) 또는 스토퍼(210) 등에 장착되어 있는 센서에 의하여 철근(S)의 이동 거리를 측정한다. 즉 도 6에 표시된 바와 같은 길이표시창(112)를 통해 로터의 회전수를 알 수 있고, 이러한 랙기어의 회전수를 통해 철근(S)의 이동 거리를 환산하는 방식도 사용할 수 있다.

물론 이러한 측정방법은 여러가지 외부 적인 요소 때문에 레이저 도플러 속도계(300)를 통하여 철근(S)의 이동 거리에 대한 보정을 통해 이동거리를 확정한다고 하는 점은 전술한 바와 같다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터(160) 감속기는 수직 기어 결합 방식을 사용할 수 있다.

상기 스텝모터 감속기(165)가 브레이크 시스템으로 스텝모터(160)의 측면에 결합되어 있다. 이러한 스텝모터 감속기(165)는 감속 기어의 형태로서, 기어비를 낮추어 200/1 이상의 감속비의 효과를 얻을 수 있다.

도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보모터의 클록의 모양을 A 상, B 상, Z 상으로 나누어 보여주는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보모터의 클록의 모양을 보여주는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 서보모터(160')에는 엔코더(펄스 제네레이터)가 내장되며, 회전속도, 회전량 및 회전방향을 검출할 수 있다.

본 발명에 따른 엔코더는 주로 인크리멘탈 엔코더와 앱솔루트 엔코더 방식으로 사용한다.

예를 들어 처음에 여러번 회전해야할 경우 인크리멘탈 엔코더 방식을 사용하고, 멈춘 후 반바퀴와 같이 일정 각도로 회전해야할 경우 앱솔루트 엔코더 방식으로 사용하는 것이 바람직하다.

즉 모터 축에 인크리멘탈 엔코더를 구비하고, 감속기 출력축에 앱솔루트 엔코더를 구비할 수 있다.

인크리멘탈 엔코더

서보모터(160')의 회전량, 회전속도 및 회전방향을 검출할 수 있는 엔코더로, 검출 파형을 그대로 출력하므로 정전시에는 현재 위치가 없어진다.

상기 엔코더 내부에 실장된 LED (발광 다이오드)의 빛이 슬릿을 통해 포토 트랜지스터로 검출된다. 이 때 수광(受光)/차광(遮光)의 반복이 그대로 전기적인 신호로 변환된다.

도 9 (a)에서와 같이 슬릿원반의 원주상에는 2000 펄스 엔코더의 경우, 2000개의 슬릿(구멍)이 만들어진다.

그리고 수학식 2와 같이 회전속도의 검출은 2000 펄스／회전 엔코더가 3000 [r/min]로 회전하면 매초 10만펄스(100[kHz])가 출력되는 것을 이용해 검출한다.

[수학식 2]

도 9 (b)와 같이 정전펄스와 역전펄스의 상태에 따라 회전방향을 검출할 수도 있다.

그리고 도 9 (c)에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 서보앰프에서 서보모터(160')의 제어에 영향이 없을 정도의 500［μｓ］간격으로 펄스 개수를 카운트한다.

왜냐하면 500［μｓ］에서 50개 카운트 한다면 수학식 3과 같이 되며, 3000[r/min]를 검출할 수 있고, 실제로는 서보앰프 내부의 ＣＰＵ의 클락을 병용해 검출 정도를 높일 수 있기 때문이다.

[수학식 3]

동기식 서보모터(160')에서는 로터의 위치를 검출하므로, Ａ, Ｂ, Ｚ상 신호 외 １, ２, ３상 신호를 출력한다. 로터１회전(360도)을 ３개의 상 신호로 검출한다. 실제로는 Ａ, Ｂ상 신호를 병용해, 검출 정도를 높이고 있다.

앱솔루트 엔코더

서보모터(160')의 １회전 내의 절대 위치를 검출할 수 있는 엔코더로, 전원 투입시에 다회전 정보 등을 서보앰프로 전송해, 그 후 현재 위치 데이터를 출력한다.

발광 다이오드(LED) 빛을 투명한 슬릿 원반상의 위치 검출 패턴을 통해 수광 소자로 읽어낸다.

수광 소자에는 포토 트랜지스터가 수십 개분이 집적되어 있다. 엔코더에는 ＣＰＵ를 탑재해 절대 위치 검출용의 패턴을 분석한다. 즉 현재 위치데이터를 USB 통신포트와 RS232 통신포트로 PLC시스템(191)에 전송한다.

서보모터(160')의 회전방향, 회전량, 회전속도 및 자극 위치 등은, RS232 통신 등으로 전송되는 현재 위치 데이터로부터 PLC시스템(191)을 통해 연산된다.

각 발광소자를 통해 나오는 빛이 A상, B상, Z상을 주기적으로 비추게 되는데 엔코더가 회전을 하게 되었을 때 회전 슬릿으로 나오는 빛이 각 상에 비추었다가 가려지는 식으로 회전축이 돌아가는 속도를 측정하는 방식이다.

한편 앱솔루트 방식은 각 지점의 절대값을 설정하여 엔코더가 축을 중심으로 돌던 도중 측정되는 해당 위치에서의 값을 전달하는 방식으로, 인크리멘탈 방식과는 달리 1바퀴 이상 돌아가지 않는 기기, 즉 특정 각도로 미세하게 움직여야 하는 기기에 사용하기 적합한 방식이라 할 수 있다.

회전축이 움직이던 도중 특정 위치에서 이동한 만큼의 위치값이 전달되는데 해당 각도에 대한 값이 회전 슬릿의 구멍을 통해 나타내었으며 해당 슬릿을 통과한 빛의 위치 및 가중치를 고려하여 해당 엔코더가 회전한 위치값을 전달하게 된다.

한편 엔코더의 분해능은 성능 중 가장 중요한 요소로서 사용되는 기기의 특성 및 사양에 따라 달리 사용될 수 있다. 분해능이 높을수록 축의 회전 속도 및 위치를 미세하게 측정할 수 있는데 엔코더가 1회 회전하였을 때 발생신호는 분해능의 갯수만큼 출력된다.

결론적으로 인크리멘탈형 엔코더의 경우 분해능이 360인 엔코더에 연결된 기기가 1바퀴를 정확히 돌았을 때 총 360개의 펄스가 발생한다. 즉, 한 바퀴를 정확히 회전하였을 때 360도이므로 360/360 =1도 이동할 때 마다 1개의 펄스가 발생된다. MCU에 연결된 기기에 타이머를 설정하여 특정 시간동안 MCU에 입력된 횟수를 토대로 엔코더의 회전 각속도를 측정해낼 수 있다.

반면 앱솔루트형 엔코더의 경우 회전체가 회전한 위치를 알아내는 것이 목표로서 만약 분해능이 360일 경우 현재 회전체가 회전한 정도를 실제 도수 단위인 1도 단위로 위치를 측정한다. 만약 90도 정도에 위치했던 회전체가 시계 방향으로 30도 이동하게 되면 엔코더의 출력값이 90도에서 120도로 출력되는 방식이다.

출력 방식

인크리멘탈형 엔코더의 경우 증분 방식으로 회전수를 측정하는 것이 목표이므로 MCU 측에서는 Rising-Edge 입력 인터럽트를 통해 회전율을 측정하게 된다.

도 9 (d)에서 제어 패널(190)이 좌측과 같이 B 상 파형이 A 상 보다 90도 지연된 경우 시계방향(CW)으로, 우측과 같은 B 상 파형이 90도 빠른 경우 반시계방향(CCW)으로 제어된다.

상기 A상과 B상의 위상을 통해 엔코더의 회전 방향을 분석하는 방법을 타나낸 것이다.

상기 엔코더의 축이 시계방향(CW)으로 돌 경우 A상이 B상보다 90 앞서고 있으며 반시계방향(CCW)으로 돌 경우 반대로 B상이 A상보다 90도 앞서게 된다. 이러한 A상과 B상의 위상차를 사용하여 엔코더의 축이 돌아가는 방향을 알아내는 방법은 다음과 같다.

PLC 제어 프로그램

엔코더의 A상을 GPIO(general-purpose input/output) Input 모드로 연결하고 B상을 Rising Edge 방식의 Interrupt로 설정한다.

GPIO 모드에서 상기 B상에 의해 인터럽트가 발생하는 것을 센싱하는 함수인 Interrupt_InputB 함수를 호출해 상기 B상에 의해 인터럽트 발생시 A상을 스테이트(state)에 저장하고, 상기 스테이트가 1일 경우 방향 입력값(rotate_direction)을 1로 저장해 시계방향(CW)으로 회전시키고, 상기 B상에 의해 인터럽트 발생시 상기 A상 스테이트가 0일 경우 방향 입력값(rotate_direction)을 0으로 저장해 반시계방향(CCW)으로 회전

여기에서 Interrupt_InputB 함수는 GPIO 모드에서 상기 B상에 의해 인터럽트가 발생하는 것을 센싱하는 함수이다.

하드웨어 방식

도 10 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명은 제어 패널(190)의 하드웨어를 간단히 개조한 D플립플롭 회로를 사용하여 회전 방향을 알 수 있다.

상기 A상을 입력 D에, B상을 클록에 연결하여 출력 Q값을 통해 방향을 확인할 수 있다.

D 플립플롭의 특성상 클록이 라이징 에지(rising edge)가 입력될 때 까지 출력값 Q가 고정되었다가 라이징 에지가 입력된 순간 A상의 위상을 출력하게 된다.

서보 모터 축의 회전방향에 따라 A상과 B상의 위상이 바뀌는 특성을 이용하여 위에서 보시는 바와 같이 회전방향을 출력해 내는 것을 확인하실 수 있다.

한편, 앱솔루트 방식의 엔코더를 사용할 경우 엔코더의 위치값이 그대로 출력되므로 MCU의 GPIO Input모드로 각 값을 받아들여 값을 처리하면 된다.

도 10 (b)는 앱솔루트형 엔코더의 파형을 나타낸 것이다.

상기 엔코더의 분해능은 6으로 빨간색으로 표시한 부분을 통해 엔코더가 회전한 위치를 알 수 있다. 분해능이 6인 앱솔루트형 엔코더를 통해 기기의 회전체가 60도, 120도, 180도, 240도, 300도, 360도 위치로 움직였음을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예로서 엔코더의 물리적 사용법에 따라 인크리멘탈형과 앱솔루트형을 선택한후 다음으로 엔코더를 설치할 회로의 특성에 따라 파형의 왜곡 및 노이즈의 영향을 적게 받고 엔코더와 회로의 거리가 멀 때 사용하기 좋은 토템폴 방식, 엔코더의 전원전압과 회로의 전원전압이 다를 경우 사용하기 좋은 NPN오픈콜렉터 방식, PNP오픈콜렉터 방식, 엔코더로부터 회로의 위치가 멀리 떨어져 있을 경우 빠른 응답속도로 동작할수 있는 라인드라이버 방식 중 하나의 방식을 사용할 수 있다.

바람직하게는 본 발명에 따른 엔코더를 사용하고자 하는 목적에 따라 철근을 빠르게 이동시키기 위해서 회전횟수를 측정하여야 하는 경우 인크리멘탈형으로, 정미하게 스토퍼(210)의 위치를 확정하기 위해 회전체의 미세한 이동각도를 측정하고자 하는 경우 앱솔루트형 엔코더를 사용한다.

110: 입력패널부
112: 길이표시창
115: 버튼
154 : 이동 레일
155 : 가이드부
153 : 슬라이드 레일
160 : 스텝모터
160' : 서보 모터
162 : 랙기어
164 : 피니언기어
165 : 감속기
210: 스토퍼
220: 이송부
221: 롤러

Claims (12)

1. 절단될 철근의 길이를 입력하는 입력패널부; 상기 입력패널부에서 입력된 철근의 길이 정보에 따라 가이드부의 위치를 제어하는 제어 패널; 상기 철근이 안내되도록 롤러를 포함하는 이송부; 상기 이송부의 일측 프레임의 측면에 평행하게 연장되도록 결합된 슬라이드레일; 상기 제어 패널에서 전달받은 철근의 길이 정보에 맞도록 슬라이드레일을 따라 슬라이딩 되면서 철근의 절단 길이를 맞춰 정지하는 가이드부;를 포함하는 철근의 절단길이 맞춤용 장치를 이용한 방법에 있어서,
   상기 제어 패널이 PLC 시스템의 제어에 따라 스텝모터를 작동하며, 상기 가이드부의 스토퍼는 스텝모터의 회전수에 의해 절단될 철근의 길이를 조절하는 단계;
   상기 제어 패널이 상기 스텝모터의 구동에 따른 철근의 절단 길이 값을 검증하기 위한 비접촉 레이저 도플러 속도계로 측정하여 길이표시창에 표시되는 절단될 철근의 길이와 레이저 도플러 속도계에 의해 측정된 길이 값을 보정하는 단계;
   상기 제어 패널을 통해 커터의 절단 회전수와 절단 수량으로부터 커터인 공구의 수명을 예측하는 단계;로 이루어지되,
   상기 철근의 길이를 조절하는 단계는,
   상기 제어 패널을 통해 엔코더의 물리적 사용법에 따라 인크리멘탈형 또는 앱솔루트형에서 선택한 후 다음으로 엔코더를 설치할 회로의 특성에 따라 파형의 왜곡 및 노이즈의 영향이 일정치 이하인 토템폴 방식, 엔코더의 전원전압과 회로의 전원전압이 다를 경우 사용하는 NPN오픈콜렉터 방식, PNP오픈콜렉터 방식, 엔코더로부터 회로의 위치가 일정 위치 이상 떨어져 있을 경우 일정치 이상의 응답속도로 동작할수 있는 라인드라이버 방식 중 하나의 방식을 선택하는 단계;
   상기 제어 패널이 엔코더를 통해, 회전속도, 회전량 및 회전방향을 검출하는 단계;
   상기 제어 패널을 통해 상기 엔코더의 A상을 GPIO 인풋 모드로 연결하고 B상을 라이징 에지 방식의 인터럽트로 설정하는 단계;
   상기 제어 패널이 상기 GPIO 모드에서 상기 B상에 의해 인터럽트가 발생하는 것을 센싱하는 함수인 Interrupt_InputB 함수를 호출해 상기 B상에 의해 인터럽트 발생시 A상을 스테이트에 저장하고, 상기 스테이트가 1일 경우 방향 입력값을 1로 저장해 시계방향(CW)으로 회전시키고, 상기 B상에 의해 인터럽트 발생시 상기 A상 스테이트가 0일 경우 방향 입력값을 0으로 저장해 반시계방향(CCW)으로 회전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근의 절단길이 맞춤 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 철근의 길이를 조절하는 단계는,
   스텝모터가 슬라이드 레일에 지지되어 결합되고 상기 입력패널부에서 입력된 철근의 길이 값에 따라 정,역회전하는 단계:
   피니언기어가 상기 스텝모터의 축과 연결되어 상기 스텝모터의 동력을 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철근의 절단길이 맞춤 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 철근의 길이를 조절하는 단계에서,
   상기 제어 패널은 상기 입력패널부로 부터 절단된 철근의 길이를 입력 받은 후 스토퍼를 0점 위치로 이동한 후 입력된 길이의 수치로 이동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철근의 절단길이 맞춤 방법.
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