KR102485625B1 - 서보프레스 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보모터의 동작으로 하강하는 로드의 가압으로 인해 제1 제품을 제2 제품에 압입시키는 조립공정을 수행하는 서보프레스의 제어 방법에 관한 것으로서, 상기 로드가 하강함에 따라 일정한 접촉하중의 오차범위 내에서 상기 제1 제품에 접촉하는 위치를 접촉지점으로 판단하고, 상기 접촉지점 이후 상기 로드가 하강함에 따라 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 증가하다가 감소하기 시작하는 위치를 하복점으로 판단하고, 상기 하복점 이후 상기 로드가 하강함에 따라 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 감소하다가 급격히 증가하는 위치를 변곡점으로 판단하고, 상기 변곡점 이후 상기 로드의 하강이 멈추고 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 급격히 증가하는 위치를 종료지점으로 판단하며, 상기 접촉지점, 하복점, 변곡점, 종료지점이 각기 해당 지점에 대하여 정의되는 위치범위 내에 존재하는지 여부로부터 해당 지점에서의 양/불량을 판정하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 로드의 위치 및 하중을 함께 제어하는 혼합 제어를 통해 서보프레스에 의한 압입 공정이 정확하게 이루어질 수 있게 해준다.

Description

서보프레스 제어 방법{SERVO-PRESS CONTROLLING METHOD}

본 발명은 전동 서보모터를 활용하여 각종 조립공정을 수행하기 위해 제작되는 서보프레스의 제어 방법에 관한 것이다.

도 1에 예시된 바와 같이 서보프레스(10)는 서보모터(11)의 동작으로 하강하는 로드(12)의 가압으로 인해 부쉬(21)를 제품(22)에 압입시키는 조립공정을 수행한다. 부쉬(21)의 압입이 완료되면 로드(12)는 상승하여 원위치로 복귀한다.

그러나, 이와 같은 서보프레스(10)를 제어하는 종래의 방법은 로드(12)의 위치로만 제어를 하였던 관계로 부쉬(21)나 제품(22)에 제조오차가 존재하는 경우 이로 인해 압입이 모자라 제품에서 부쉬가 빠지거나 압입이 과도하여 부쉬가 손상되는 문제가 있었다.

[선행기술문헌] 공개특허공보 제10-2016-0065060호(공개일자: 2016.06.08.)

공개특허공보 제10-2019-0071570호(공개일자: 2019.06.24.)

미국특허 US 10,195,810 (등록일자: 2019.02.05.)

따라서, 본 발명의 목적은 로드의 위치 및 하중을 함께 제어하는 혼합 제어를 통해 서보프레스에 의한 압입 공정이 정확하게 이루어질 수 있게 해주는 서보프레스 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 서보모터의 동작으로 하강하는 로드의 가압으로 인해 제1 제품을 제2 제품에 압입시키는 조립공정을 수행하는 서보프레스의 제어 방법에 있어서, 상기 로드가 하강함에 따라 일정한 접촉하중의 오차범위 내에서 상기 제1 제품에 접촉하는 위치를 접촉지점으로 판단하고, 상기 접촉지점 이후 상기 로드가 하강함에 따라 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 증가하다가 감소하기 시작하는 위치를 하복점으로 판단하고, 기존 데이터로 주어지는 평균 하복점의 발생위치에서 10mm 하강한 지점으로부터 기존 데이터로 주어지는 평균 변곡점의 발생위치 도달 전 10mm 지점까지의 거리 대비 로드 하중의 증가량을 압입 기울기로 판단하며, 상기 하복점 이후 상기 로드가 하강함에 따라 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 감소한 이후 압입거리 대비 하중의 증가량이 상기 압입 기울기의 3배를 초과하게 되는 위치를 변곡점으로 판단하고, 상기 변곡점 이후 상기 로드의 하강이 멈추고 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 압입거리 대비 하중의 증가량이 상기 압입 기울기의 3배를 초과하게 되는 위치를 종료지점으로 판단하며, 상기 접촉지점, 하복점, 변곡점, 종료지점이 각기 해당 지점에 대하여 정의되는 위치범위 내에 존재하는지 여부로부터 해당 지점에서의 양/불량을 판정하는 것을 특징으로 하는 서보프레스 제어 방법을 제공한다.

여기서 상기 서보프레스 제어 방법은 상기 위치범위에 더하여 상기 하복점, 변곡점, 종료지점이 각기 해당 지점에 대하여 정의되는 하중범위 내에 존재하는지 여부로부터 해당 지점에서의 양/불량을 추가로 판정하는 구성을 취할 수도 있다.

나아가, 상기 서보프레스 제어 방법은 상기 하복점으로부터 상기 변곡점까지 하중-거리 그래프 상에서의 값이 일정한 기울기 구간 내에 존재하는지 여부로부터 압입기울기의 양/불량을 판정하는 구성을 추가할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 서보프레스의 제어 방법에 의하면 로드의 하강에 따른 하중값의 변화로부터 접촉지점, 하복점, 변곡점 및 종료지점을 측정하고, 이들 지점들이 각 해당 위치범위 내에 존재하는지 여부로부터 압입의 양/불량을 판단함으로써 로드의 위치와 하중을 함께 이용하는 혼합 제어를 통해 서보프레스에 의한 압입 공정이 정확하게 이루어질 수 있게 해주며, 이를 통해 생산되는 제품의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 접촉지점, 하복점, 변곡점 및 종료지점이 각 지점별로 정의되는 위치범위 내에 존재하는지 여부로부터 판정되는 지점별 양/불량에 의해 압입불량이 발생하는 구체적인 원인을 규명할 수 있으므로 발생하는 문제를 조속히 해결하는데 크게 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 서보프레스 제어 방법이 적용되는 서보프레스의 정면도,
도 2는 도 1에서 본 발명의 실시예에 따른 서보프레스 제어 방법을 통해 판단되는 로드의 단계별 하강 지점을 도시한 부분확대도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서보프레스 제어 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 4는 도 3의 순서도에서 로드의 위치별 제어방법을 설명하기 위한 순서도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서보프레스 제어 방법에 의해 측정되는 하중-거리 그래프,
도 6은 도 5에서 주요 판단지점별 양/불량 판정범위를 추가한 그래프,
도 7 및 도 8은 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 서로프레스 제어 방법에 의해 측정되는 하중-거리 그래프에서 주요 판단지점별 양/불량 판정범위를 추가한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 서보프레스 제어 방법은 도 1의 서보프레스(10)에 적용되며, 로드(12)의 하강 제어와 관련하여 도 2에 도시된 바와 같이 하강위치별 특정 지점들을 다음과 같이 정의한다.

1) 절대위치: 로드(12)가 처음 위치해 있는 원점으로부터의 절대적 위치(즉, 원점=0)

2) 거리: 접촉지점 이후부터의 상대적 거리(즉, 접촉지점=0)

3) 접근지점: 로드(12)가 부쉬(21)에 접촉하기 전 고속으로 내려오는 구간의 하단 지점

4) 접촉지점: 로드(12)가 부쉬(21)를 제품(22)에 밀어넣기 위해 접촉되는 지점

5) 하복점: 접촉지점 이후 로드(12)의 하중이 증가하다가 다시 감소하기 시작하는 지점

6) 압입 기울기: 하복점 발생 이후부터 변곡점 발생 전까지 로드(12)의 하중-거리 그래프 상에서의 기울기

7) 변곡점: 부쉬(21)가 제품(22)의 끝 부분에 맞닿아 순간적으로 로드(12)의 하중이 살짝 감소했다가 급격히 증가하는 지점

8) 종료지점: 부쉬(21)의 압입이 완료되어 로드(12)가 원위치로 복귀하기 직전 지점

9) 압입거리: 접촉지점부터 종료지점까지의 거리

상기와 같이 로드(12)의 하강위치 상에서의 주요 지점들을 정의하고, 이들 지점을 정의하는데 사용되는 요소인 위치와 하중을 인자로 하는 로드(12)의 하강위치에 따른 하중의 그래프, 즉 하중-거리 그래프는 도 5에 도시된 바와 같이 표현된다. 이때, 상기한 접촉지점, 하복점, 압입 기울기, 변곡점 및 종료지점은 그래프 상에서의 특이점을 나타내며 압입의 양/불량 판정에 있어서 중요한 측정지표가 될 수 있다.

예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 로드(12)가 하강하기 시작하여 접촉지점으로부터 떨어진 접근지점까지는 위치에 관계없이 일정하게 고속으로 하강하다가(도 4의 S21), 접근지점에 이르러서부터는 일정하게 저속으로 하강하여 소정 값의 접촉하중에 도달할 경우 비로소 접촉지점에 도달한 것으로 판단한다(S22). 만약, 판단된 접촉지점이 일정한 허용범위 내에 위치할 경우, 이 지점과 관련하여서는 양품으로 판정(Y)하여 다음 단계로 진행한다(도 3의 S11). 접촉지점에서 상기 접촉하중과 허용가능한 위치범위는 도 6에 도시된 박스(A)와 같이 표현할 수 있다. 즉, 상기와 같이 측정된 접촉지점이 박스(A)의 범위를 벗어날 경우에는 불량으로 판정(N)한다.

접촉지점에서부터 로드(12)는 도 4에 도시된 바와 같이 로드(12)의 거리제어(위치제어)에 따른 하중의 증감으로부터 하복점에의 도달을 판단한다(S23). 이때에도 판단된 하복점이 도 6에서와 같이 허용되는 박스(B)의 위치범위 및 하중범위를 벗어날 경우에는 불량으로 판정(S12 -> N)한다.

하복점 도달 이후 로드(12)의 하강에 따라 하중이 대체로 비례하여 증가하는 구간에서는 도 6에 도시된 바와 같이 소정의 압입기울기 체크박스(C)를 설정하여, 로드(12)의 거리제어를 통해 체크 시작지점(C1)에 도달할 경우에는(S24), 하중 거리 제어, 즉 하중-거리 기울기 제어를 수행한다. 이는, 거리 증가에 비례하여 하중을 증가시키는 점진적인 제어를 통해 압입기울기 체크박스(C)에서 설정된 소정의 기울기 구간(C2~C3 각도범위 내)에 속하는지를 판단함으로써 압입의 양/불량을 판정하는 것이다(S13). 이러한 하중-거리 기울기 제어는 하중-거리 그래프에서 기울기가 급격하게 변화하게 되는 변곡점의 판단 때까지 수행될 수 있다(S25).

수치적으로는, 변곡점을 판단하기 위해 압입 기울기 값을 이용한다. 압입 기울기는 기존의 데이터로부터 주어지는 평균적인 하복점의 발생위치(예를 들면, 도 5에서는 17mm)에서 10mm 하강한 지점(하복점이 17mm일 경우에는 27mm)으로부터 기존의 데이터로 주어지는 평균적인 변곡점의 발생위치(예를 들면, 도 5에서는 72mm)에 도달하기 전 10mm 지점(변곡점이 72mm일 경우에는 62mm)까지의 거리 대비 로드 하중의 증가량을 압입 기울기로 판단한다.

이와 같이, 압입 기울기가 정해지면, 변곡점은 상기 하복점 이후 로드가 하강함에 따라 로드의 하중이 감소한 이후 압입거리 대비 하중의 증가량이 상기 판단된 압입 기울기의 3배를 초과하게 되는 위치를 변곡점으로 판단한다.

판단된 변곡점이 도 6에서와 같이 허용되는 박스(D)의 위치범위 및 하중범위를 벗어날 경우에는 불량으로 판정(S14 -> N)한다.

변곡점 이후, 로드(12)의 하중을 정해진 시간동안 일정하게 유지하면 압입이 완료된 위치에서 하중은 종료지점에 도달하여 멈추게 되며(S26), 이러한 종료지점이 허용되는 박스(E)의 일정한 위치범위 및 하중범위 내에 존재하는 경우 양품으로 판정(S15 -> Y)한다.

종료지점 또한, 수치적으로는 상기 변곡점의 판단 때와 같이 로드의 하강이 멈추고 압입거리 대비 로드 하중의 증가량이 상기한 압입 기울기의 3배를 초과하게 되는 위치를 종료지점으로 판단한다.

종료지점의 측정을 끝으로 로드(12)는 다시 원점까지 상승 제어된다.

도 6에 나타난 2개의 그래프는 모두 접촉지점, 하복점, 압입기울기, 변곡점 및 종료지점의 각 체크 박스(A, B, C, D, E) 내에 존재하므로 이들 그래프로 나타나는 부쉬(21)와 제품(22)의 결합은 양품으로 판정받게 된다.

그러나, 도 7에서와 같이 5개의 체크 박스(A', B', C', D', E')로 양/불량이 판정되는 경우 그래프 2는 모든 박스를 통과하여 양품으로 판정되는 반면, 그래프 1은 하복점이 해당 박스(B')의 바깥으로 크게 벗어나 존재하므로 불량으로 판정된다.

도 8에서는 5개의 체크 박스(A", B", C", D", E")로 양/불량이 판정되는 경우 그래프 3은 모든 박스를 통과하여 양품으로 판정되는 반면, 그래프 4는 압입기울기 및 변곡점이 각 해당 박스(C", D")의 바깥으로 벗어나 존재하므로 불량으로 판정된다.

이상과 같이 압입 과정을 그래프로 나타내어 주요 측정포인트에서 체크 박스의 범위 내에 존재하는지를 통해 압입의 양/불량을 판정하는 것은 압입공정의 정확도를 크게 높여줄 뿐 아니라, 압입 불량의 발생 시 구체적인 불량원인을 규명하는데에도 큰 위력을 발휘할 수 있다.

실험에 따르면, 상기와 같은 5단계 판정(도 6의 A, B, C, D, E)으로부터 압입불량이 발생한 원인을 다음과 같이 규명할 수 있게 되어 불량 발생률을 근본적으로 낮출 수 있게 되었다.

1) 접촉지점(A) 불량: 이물질의 개재, 부쉬(21)의 길이가 허용범위 이상

2) 하복점(B) 불량: 부쉬(21)나 제품(22)의 첫 부분의 공차가 허용 범위 이상

3) 압입기울기(C) 불량: 부쉬(21)와 제품(22)의 중간 부분의 공차가 허용 범위 이상

4) 변곡점(D) 불량: 부쉬(21)의 모양, 부쉬(21)와 제품(22)의 끝 부분의 공차가 허용 범위 이상

5) 압입 종료지점(E) 불량: 부쉬(21)나 제품(22)의 손상 발생

이상과 같이, 본 발명에 따른 서보프레스의 제어 방법에 의하면 최종 압입 정지에 이르기까지 하중과 거리를 혼합하여 제어하기 때문에 부쉬(21)나 제품(22)의 손상을 줄일 수 있다. 나아가, 본 발명의 상기와 같은 로직들은 압입 공정 외에도 다양한 곳에서 응용하여 활용할 수 있다.

10: 서보프레스
11: 서보모터
12: 로드
21: 부쉬
22: 제품

Claims (3)

1. 서보모터의 동작으로 하강하는 로드의 가압으로 인해 제1 제품을 제2 제품에 압입시키는 조립공정을 수행하는 서보프레스의 제어 방법에 있어서,
   상기 로드가 하강함에 따라 일정한 접촉하중의 오차범위 내에서 상기 제1 제품에 접촉하는 위치를 접촉지점으로 판단하고,
   상기 접촉지점 이후 상기 로드가 하강함에 따라 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 증가하다가 감소하기 시작하는 위치를 하복점으로 판단하고,
   기존 데이터로 주어지는 평균 하복점의 발생위치에서 10mm 하강한 지점으로부터 기존 데이터로 주어지는 평균 변곡점의 발생위치 도달 전 10mm 지점까지의 거리 대비 로드 하중의 증가량을 압입 기울기로 판단하며,
   상기 하복점 이후 상기 로드가 하강함에 따라 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 감소한 이후 압입거리 대비 하중의 증가량이 상기 압입 기울기의 3배를 초과하게 되는 위치를 변곡점으로 판단하고,
   상기 변곡점 이후 상기 로드의 하강이 멈추고 상기 제1 제품에 대한 로드의 하중이 압입거리 대비 하중의 증가량이 상기 압입 기울기의 3배를 초과하게 되는 위치를 종료지점으로 판단하며,
   상기 접촉지점, 하복점, 변곡점, 종료지점이 각기 해당 지점에 대하여 정의되는 위치범위 내에 존재하는지 여부로부터 해당 지점에서의 양/불량을 판정하는 것을 특징으로 하는 서보프레스 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 위치범위에 더하여,
   상기 하복점, 변곡점, 종료지점이 각기 해당 지점에 대하여 정의되는 하중범위 내에 존재하는지 여부로부터 해당 지점에서의 양/불량을 추가로 판정하는 것을 특징으로 하는 서보프레스의 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 하복점으로부터 상기 변곡점까지 하중-거리 그래프 상에서의 값이 일정한 기울기 구간 내에 존재하는지 여부로부터 압입 기울기의 양/불량을 판정하는 것을 특징으로 하는 서보프레스의 제어 방법.

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