KR102589984B1

KR102589984B1 - 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법

Info

Publication number: KR102589984B1
Application number: KR1020180103425A
Authority: KR
Inventors: 윤철
Original assignee: 주식회사 디엔솔루션즈
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2023-10-16
Also published as: WO2020045975A1; EP3823160A1; US11899420B2; KR20200025683A; EP3823160A4; US20210318664A1; CN112567625A

Abstract

본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치는 수치제어부; 주조작부; 상기 수치제어부 또는 상기 주조작부와의 통신을 통해 제어명령을 행하는 PLC; 상기 PLC의 제어명령을 수행하는 서보 드라이브; 상기 서보 드라이브의 제어에 따라 구동하는 서보 모터부; 및 상기 서보 모터부 및 상기 서보 드리이브와 전기적으로 연결되어 상기 서보 모터부에 전기 에너지를 인가하는 전력 변환부;를 포함하고, 상기 전력 변환부는 상기 서보 드라이브의 신호에 따라 상기 서보 모터부에 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 서보 모터부의 운전에 따른 공진억제를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법{Resonance suppression control device of machine tool and method thereof}

본 발명은 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공진억제 제어부를 통해 전력 변환부로 전달되는 무효토크 지령을 통해 전력 변환부에서 제1 서보모터와 제2 서보모터로 인가되는 전기 에너지를 조절함에 따라 2개의 서보 모터를 1대의 전력 변환부와 1대의 서보 드라이브로 병렬운전할 때에 발생하는 공진 억제를 통해 공작기계의 안정성과 신뢰성을 향상하고, 제조비용과 유지비용을 절감하며 소형화를 도모할 수 있는 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 툴 매거진이나 터렛이 사용된다.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 툴을 툴 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.

일반적으로 공작기계에서 자동공구교환장치(ATC), 자동팔레트교환장치(APC), 심압대, 또는 방진구 등를 구동하기 위해서 서보 모터가 사용된다.

이처럼, 서보 모터(SERVO MOTOR)를 제어하여 최종적으로 자동공구교환장치(ATC)나 자동팔레트교환장치(APC), 심압대, 또는 방진구를 제어하는 장치를 서보 제어장치라 한다.

특히, 대형 자동팔레트교환장치(APC)와 같이 크기가 크거나 큰 힘이 필요한 경우에 생산성 및 경제적인 요인과 하나의 서보모터만으로는 충분한 토크를 얻을 수 없는 기술적인 요인에 의해 2대의 서보모터를 병렬운전하여 하나의 축을 구동하게 되고, 이를 탬덤 제어(Tandem contril)이라 한다.

그러나 도 1에 도시된 것처럼, 종래 2개의 서보 모터를 사용하는 경우에 종래 서보 제어장치는 각각 1대의 서보모터에 1대의 인버터와 1대의 서보 드라이브가 결합되었다. 즉 제1 서보모터(30)에 제1 인버터(20)와 제1 서보 드라이브(10)가 연결되고, 제2 서보모터(31)에 제2 인버터(21)와 제2 서보 드라이브(11)가 연결되는 멀티 인버터 멀티 서보모터(Multi inverter multi servo motor) 방식으로 운영되었다.

그러나 멀티 인버터 멀티 서보모터의 경우 각각의 서보 모터 별로 별도의 인버터와 서보 드라이브를 결합해야 함에 따라 장치의 크기가 증가하고 제조비용과 유지비용이 증가하며, 공작기계의 소형화를 도모할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 도 2에 도시된 것처럼 두대의 서보모터(30, 31)에 1개의 인버터(20)와 1대의 서보 드라이브(10)를 병렬운전하는 방식의 단일 인버터 멀티 서보모터(Single inverter multi servo motor)가 제안되었다.

그러나 슬립이 존재하는 유도 모터와는 달리 서보모터는 영구자석형 동기 모터로 슬립이 존재하지 않아 속도 편차가 없도록 두대의 서보모터를 동기화시켜야만 안정적인 병렬운전이 가능하며 그렇지 못할 경우 공진과 탈조를 통해 서보 제어장치의 안정성과 신뢰도가 저하되고, 최종적으로 공작기계의 안정성과 신뢰도 및 가공 정밀도가 저하되는 문제점이 있었다.

이러한 공진억제 제어 문제를 해결하기 위해 종래 3가지 공진억제 제어장치와 공진억제 제어방법이 제안되었다.

첫째로 보조 인버터와 보조 권선을 이용한 감쇠제어 장치 및 방법으로 이는 주 인버터와 보조 인버터를 따로 구비하고 서보 모터와 보조 권선을 형성하는 구조로 종래 2개의 인버터를 구비함에 따라 발생하는 제조비용 증가, 대량생산 어려움과 같은 문제점이 여전히 남아 있다.

둘째로 능동감쇠제어(active damping control)장치 및 방법으로 공진억제 제어를 단순히 경험적인 방법으로 설정함에 따라 실제 공진발생이나 많은 외란이나 변수에 능동적으로 대처하지 못하여 서보 제어장치의 신뢰성과 안정성이 여전히 보장되지 않고 제조비용만 증가하는 문제점이 있다.

셋째로 부하맥동분석기(load oscillation analyzer)를 이용한 맥동저감 장치 및 방법으로 공진억제 제어를 경험적인 방법으로 산출하고, 자속축 전류의 맥동현상을 감지할 수 있는 센서 등을 구비해야 함에 따라 제조원가가 증가하고, 실제 공진발생이나 장치 운영상태에 따른 실시간 변형량에 대한 고려 없이 공진억제 제어를 수행함에 따라 정확성과 신뢰성이 현저히 감소하며, 최종적으로 공작기계의 가공 정밀도와 신뢰성이 감소하는 문제점이 있다.

대한민국 특허공개공보 제10-1995-0703812호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공진억제 제어부를 통해 전력 변환부로 전달되는 무효토크 지령을 통해 전력 변환부에서 제1 서보모터와 제2 서보모터로 인가되는 전기 에너지를 조절함에 따라 2개의 서보 모터를 1대의 전력 변환부와 1대의 서보 드라이브로 병렬운전할 때에 발생하는 공진 억제를 통해 안정적인 운영과 작업자의 편의를 도모하고, 최종적으로 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치와 같이 서보모터로 구동하는 장치를 제어함에 따라 제조 원가를 절감하고, 노이즈 감소에 따른 신뢰도 향상 및 장치의 소형화를 도모할 수 있는 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 공진억제 제어부를 통해 전력 변환부로 전달되는 무효토크 지령을 통해 전력 변환부에서 제1 서보모터와 제2 서보모터로 인가되는 전기 에너지를 조절함에 따라 2개의 서보 모터의 모든 속도와 위치에서 동기화된 정밀한 제어를 통해 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치의 서보 제어 정밀도와 신뢰도를 극대화할 수 있는 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치는 수치제어부; 주조작부; 상기 수치제어부 또는 상기 주조작부와의 통신을 통해 제어명령을 행하는 PLC; 상기 PLC의 제어명령을 수행하는 서보 드라이브; 상기 서보 드라이브의 제어에 따라 구동하는 서보 모터부; 및 상기 서보 모터부 및 상기 서보 드리이브와 전기적으로 연결되어 상기 서보 모터부에 전기 에너지를 인가하는 전력 변환부;를 포함하고, 상기 전력 변환부는 상기 서보 드라이브의 신호에 따라 상기 서보 모터부에 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 서보 모터부의 운전에 따른 공진억제를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공진억제 제어장치의 서보 모터부는 서로 병렬로 연결되는 제1 서보모터 및 제2 서보모터를 포함하고, 상기 전력 변환부를 통해 각각 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터에 인가되는 전기에너지의 조절에 따라 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터의 병렬운전시에 발생하는 공진이 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공진억제 제어장치의 서보 드라이브는 상기 제1 서보모터를 상기 제2 서보모터와 병렬운전시에 생성되는 상기 제1 서보모터의 위치와 속도 피드백 정보를 저장하는 제1 서보모터 피드백 정보 저장부; 상기 수치제어부로부터 전달 받은 위치지령과 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부로부터 전달 받은 피드백 신호에 따라 상기 서보 모터부의 운전속도 신호를 출력하는 속도 지령부; 상기 속도 지령부로부터 전달 받은 속도지령과 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부로투버 전달 받은 피드백 신호에 따라 상기 서보 모터부를 구동하기 위해 상기 전력 변환부에 전달되는 유효토크 신호를 출력하는 유효토크 지령부; 및 상기 전력 변환부에 전달되는 무효토크 신호를 출력하는 공진억제 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공진억제 제어장치의 서보 드라이브의 공진억제 제어부는 고주파 이득 제한값, 상당 영구자석에 의한 쇄교자속의 최대값, 서모 모터부의 고유주파수, 동작 점에서의 각속도, 공진억제 제어기의 직류이득, 서모 모터부의 고정자의 권선의 인덕턴스, 서보 모터부의 극 상수, 서모 모터부의 고정자 권선 저항, 및 서모 모터부의 회전자 관성 모멘트에 관한 정보를 저장하는 기본 데이터 저장부; 상기 제2 서보모터를 상기 제1 서보모터와 병렬운전시에 생성되는 상기 제2 서보모터의 위치와 속도 피드백 정보를 저장하는 제2 서보모터 피드백 정보 저장부; 상기 기본 데이터 저장부와 저장된 데이터와 상기 제2 서보모터 피드백 정보 저장부 및 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부에 저장된 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서모모터의 피드백 정보를 통해 상기 전력 변환부로 전달되는 무효토크 값을 계산하는 계산부; 및 상기 계산부에서 계산된 무효토크 값이 0이 아닌 경우 계산된 무효토크 값을 상기 전력 변환부에 전달하도록 무효토크 신호를 출력하는 무효토크 지령부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공진억제 제어장치의 전력 변환부는 상기 유효토크 지령부와 상기 무효토크 지령부에서 전달되는 신호에 따라 각각 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터에 인가되는 전류와 전압의 세기를 조절하여 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터의 병렬운전시에 발생하는 공진을 억제하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어방법은 고주파 이득 제한값, 상당 영구자석에 의한 쇄교자속의 최대값, 서모 모터부의 고유주파수, 동작 점에서의 각속도, 공진억제 제어기의 직류이득, 서모 모터부의 고정자의 권선의 인덕턴스, 서보 모터부의 극 상수, 서모 모터부의 고정자 권선 저항, 및 서모 모터부의 회전자 관성 모멘트에 관한 정보를 기본 데이터 저장부에 저장하는 단계; 수치제어부 또는 주조작부와의 통신을 통해 PLC에서 제어명령을 수행하는 단계; 상기 PLC로부터 전달된 제어명령을 서보 드라이브에서 수행하는 단계; 상기 서보 드라이브의 신호에 따라 전력 변환부가 제1 서보모터와 제2 서보모터를 구비하는 서보 모터부에 전기에너지를 인가하는 단계; 상기 제1 서보모터를 상기 제2 서보모터와 병렬운전시에 생성되는 상기 제1 서보모터의 위치와 속도 피드백 정보를 제1 서보모터 피드백 정보 저장부에 저장하는 단계; 상기 제2 서보모터를 상기 제1 서보모터와 병렬운전시에 생성되는 상기 제2 서보모터의 위치와 속도 피드백 정보를 제2 서보모터 피드백 정보 저장부에 저장하는 단계; 및 상기 기본 데이터 저장부와 저장된 데이터와 상기 제2 서보모터 피드백 정보 저장부 및 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부에 저장된 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서모모터의 피드백 정보를 통해 상기 전력 변환부로 전달되는 무효토크 값을 계산부에서 계산하는 단계;를 포함하고, 상기 전력 변환부는 상기 계산부의 계산값에 따라 상기 서보 모터부의 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터에 각각 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 서보 모터부의 운전에 따른 공진억제를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공진억제 제어방법은 상기 계산하는 단계 이후에, 상기 계산부에서 계산된 무효토크 값이 0인지 비교하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공진억제 제어방법은 상기 비교하는 단계 이후에, 무효토크 값이 0이 아닌 경우 계산된 무효토크 값을 상기 전력 변환부에 전달하도록 무효토크 신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 공작기계의 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법은 공진억제 제어부를 통해 전력 변환부로 전달되는 무효토크 지령을 통해 전력 변환부에서 제1 서보모터와 제2 서보모터로 인가되는 전기 에너지를 조절함에 따라 2개의 서보 모터를 1대의 전력 변환부와 1대의 서보 드라이브로 병렬운전할 때에 발생하는 공진 억제를 통해 탠덤제어의 안정성을 극대화하고, 최종적으로 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치를 제어함에 따라 서보 제어장치의 제조 원가를 절감하고, 호환성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법은 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전시에 발생하는 공진을 실시간으로 억제 제어함에 따라 불필요한 구성품을 제거하여 서보 제어장치의 소형화를 도모하고, 공간활용도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법은 제1, 2 서보모터 피드백 정보 저장부로부터 실시간으로 전달 받은 제1, 2 서보모터의 피드백 정보에 따라 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전시에 발생하는 공진을 실시간으로 억제 제어함에 따라 2개의 서보 모터의 정밀한 공직억제 제어를 실시간으로 수행함에 따라 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치의의 서보 제어장치의 정밀도와 신뢰도를 극대화하고 공작기계의 생산성 및 가공효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법은 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전시에 발생하는 공진을 실시간으로 자동으로 억제 제어함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 비가공시간을 최소화하여 공작기계의 생산성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 서보모터 한대에 1대의 인버터와 1대의 서보 드라이브가 결합되는 멀티 인버터 멀티 서보 모터의 개념도를 나타낸다.
도 2는 종래 2대의 서보모터에 1대의 인버터와 1대의 서보 드라이브가 결합되어 탠덤제어가 수행되는 단일 인버터 멀티 서보 모터의 개념도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치의 구성에 대한 블럭도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치의 서보 드라이브의 공진억제 제어부의 구성에 대한 블럭도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어방법의 절차도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치와 공진억제 제어방법에 의해 공진억제 제어 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치의 구성에 대한 블럭도를 나타내고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치의 서보 드라이브의 공진억제 제어부의 구성에 대한 블럭도를 나타내며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어방법의 절차도이다. 도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치와 공진억제 제어방법에 의해 공진억제 제어 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치(1)를 설명한다. 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치(1)는 수치제어부(100), 주조작부(200), PLC(300), 서보 드라이브(400), 서보 모터부(600), 및 전력 변환부(500)를 포함한다.

수치제어부(100)는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 수치제어부(100)에는 서보 모터의 구동프로그램, 공구의 가동프로그램 등이 내장되고, 수치제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 수치제어부(100)는 주조작부(200), PLC(300), 서보 드라이브(400)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.

또한, 수치제어부(100)는 자동공구교환장치(ATC) 또는 자동팔레트교환장치(APC)의 구동에 사용되는 서보 모터부(600)의 제1 서보모터(610) 또는 제2 서보모터(620)로부터 피드백 정보를 전달 받는다. 더욱 구체적으로 수치제어부(100)는 후술하는 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440) 또는 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432)로부터 제1 서보모터(610) 또는 제2 서보모터(620)의 위치와 속도에 대한 피드백 정보를 전달 받는다.

주조작부(200)는 화면표시 프로그램과 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 화면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하고, 소프트웨어 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 수행한다.

또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 주조작부(200)는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.

PLC(Programmable Logic Controller, 300)는 수치제어부(100) 또는 주조작부(200)와의 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC(300)는 수치제어부(100) 또는 주조작부(200)의 수치 제어 프로그램에 따른 제어 명령을 받아 작동한다.

또한, 수치제어부(100)나 주조작부(200)로부터 제어명령을 전달받아 이를 수행한 후에 PLC(300)는 이를 수치제어부(100)로 출력하고, 제어명령을 주조작부(200)를 통해 서보 드라이브(400)에 전달한다. 필요에 따라 PLC(300)는 주조작부(200)를 통해 사용자로부터 실시간 제어명령을 서보 드라이브(400)에 전달할 수도 있다.

서보 드라이브(400)는 PLC(300)의 제어명령을 수행한다. 즉, 서보 드라이브(400)는 PLC(300)의 제어명령을 통해 후술하는 서보 모터부(500)의 서보 모터의 구동을 제어하고, 최종적으로 서보 모터에 의해 구동되는 자동공구교환장치(ATC) 또는 자동팔레트교환장치(APC), 심압대, 방진구와 같은 서보 모터에 의해 구동되는 공작기계의 다양한 부품의 구동를 제어한다. 서보 드라이브(400)는 제어 결과를 접점 또는 소정의 프로토콜에 의한 통신을 통해 PLC(300)에 전달한다.

또한, 서보 드라이브(400)는 자동공구교환장치(ATC) 또는 자동팔레트교환장치(APC)의 구동에 사용되는 서보 모터부(600)의 제1 서보모터(610) 또는 제2 서보모터(620)로부터 피드백 정보를 전달 받는다. 더욱 구체적으로 수치제어부(100)는 후술하는 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440) 또는 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432)로부터 제1 서보모터(610) 또는 제2 서보모터(620)의 위치와 속도에 대한 피드백 정보를 전달 받는다.

서보 모터부(600)는 서보 드라이브(400)의 제어에 따라 구동한다.

도 3 에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 서보 제어장치(1)의 서보 모터부(600)는 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)를 구비한다.

제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)는 후술하는 전력 변환부(500)에 병렬로 연결되어 서보 드라이브의 제어신호에 따라 전력 변환부(500)에서 인가되는 전기 에너지를 통해 병렬운전된다.

또한, 서보 모터부(600)는 서보 드라이브(400)의 제어에 따라 제1 서보모터(610) 또는 제2 서보모터(620)가 해당 시퀀스 정보와 위치 정보나 프로그램에 따라 구동하게 된다.

전력 변환부(500)는 서보 모터부(600) 및 서보 드라이브(400)와 전기적으로 연결된다. 또한, 전력 변환부(500)는 서보 드라이브(400)의 접점 신호에 따라 서보 모터부(600)에 전기 에너지를 인가한다.

이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치는 서보 드라이브(400)의 신호에 따라 전력 변환부(500)를 통해 서보 모터부(600)에 인가되는 전기에너지를 조절하여 서보 모터부(600)의 각각의 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)의 병렬운전에 따라 발생하는 공진을 억제제어한다. 구체적으로 서보 드라이브에서 인가된 유효토크 지령과 무효토크 지령 신호를 전달받은 전력 변환부(500)에서 각각의 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)에 인가되는 전류와 전압을 서로 다르게 하여 각각의 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)에 인가되는 전기 에너지를 실시간으로 조절하여 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)의 병렬운전시에 발생하는 공진억제를 제어한다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치는 서보 드라이브를 통해 전력 변환부로 전달되는 무효토크 지령을 통해 전력 변환부에서 제1 서보모터와 제2 서보모터로 인가되는 전기 에너지를 조절함에 따라 2개의 서보 모터를 1대의 전력 변환부와 1대의 서보 드라이브로 병렬운전할 때에 발생하는 공진 억제를 통해 탠덤제어의 안정성을 극대화하고, 최종적으로 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치를 제어함에 따라 서보 제어장치의 제조 원가를 절감하고, 호환성을 증가시킬 수 있다.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치(1)의 서보 드라이브(400)는 속도 지령부(410), 유효토크 지령부(420), 공진억제 제어부(430), 및 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)를 포함한다.

도면에 도시되지는 공작기계의 공진억제 제어장치의 서보 드라이브(400)는 필요에 따라 컨트롤러를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 컨트롤러는 서보 드라이브(400)의 내부에 설치되고, 세부적인 제어명령 해독 프로그램이나 각종 가공 프로그램, 구동 프로그램이 별도로 내장된다. 또한, 컨트롤러는 수치제어부(100), 주조작부(200), PLC(300), 서보 모터부(600), 전력 변환부(500)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.

필요에 따라 주조작부(200)는 주조작부의 제어명령을 수치제어부(100)를 거치지 않고 바로 PLC(300)를 통해 서보 드라이브(400)에 전달할 수 있다.

이처럼, 세부적인 제어명령 해독 프로그램이나 별도의 제어 프로그램이 후술하는 서보 드라이브(400)의 컨트롤러에 모두 내장되어 있기 때문에 수치제어부(100)로부터 서보 모터부(500)의 구동명령을 받지 않고 주조작부(200)와 PLC(300)를 통한 명령을 서보 드라이브(400)가 실행하여 후술하는 서보 모터부(600)를 구동할 수도 있다.

따라서, 서보 드라이브(400)의 컨트롤러에 의해 수치제어부(100)에서 진행하는 세부적인 제어명령을 수행할 수 있어 다른 수치제어부와 프로토콜 기능만을 프로그램하여 서보 드라이브 기능을 수행할 수 있게 됨에 따라 서보 드라이브를 통해 다양한 프로그램의 구동이 가능하여 장비의 호환성을 극대화하고, 사용자의 편의를 도모할 수 있다.

속도 지령부(410)는 수치제어부(100)로부터 전달 받은 위치지령과 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)로부터 전달 받은 제1 서보모터(610)의 피드백 신호에 따라 서보 모터부(600)의 운전속도 신호를 출력한다.

구체적으로, 속도 지령부(410)는 서보 제어장치의 초기 구동시에는 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)가 병렬운전하기 이전 상태로 최초 수치제어부(100)로부터 전달 받은 위치지령에 따라 서보 모터부(600)의 운전속도 신호를 출력한다. 이후, 속도 지령부(410)에서 출력된 속도지령에 따라 서보 모터부(600)의 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)가 병렬운전함에 따라 발생하는 제1 서보모터(610)의 피드백 정보가 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)로 전달되고, 초기 구동 이후에는 이러한 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)를 통해 전달되는 피드백 신호와 수치제어부(100)로부터 전달 받은 위치지령에 따라 서보 모터부(600)의 운전속도 신호를 출력하게 된다.

유효토크 지령부(420)는 속도 지령부(410)로부터 전달 받은 속도지령과 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)로부터 전달 받은 피드백 신호에 따라 서보 모터부(600)를 구동하기 위해 전력 변환부(500)에 전달되는 유효토크 신호를 출력한다.

구체적으로 유효토크 지령부(420)는 서보 제어장치의 초기 구동시에는 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)가 병렬운전하기 이전 상태로 최초 속도 지령부(410)로부터 전달 받은 속도지령에 따라 서보 모터부(600)를 구동하기 위해 전력 변환부(500)에 전달되는 유효토크 신호를 출력한다. 이후, 유효토크 지령부(420)에서 출력된 유효토크 신호에 따라 전력 변환부(500)가 서보 모터부(600)의 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)를 구동하여 병렬운전됨에 따라 발생하는 제1 서보모터(610)의 피드백 정보가 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)로 전달되고, 초기 구동 이후에는 이러한 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)를 통해 전달되는 피드백 신호와 속도 지령부(410)로부터 전달 받은 운전속도 신호에 따라 전력 변환부(500)로 전달되는 유효토크 신호를 출력하게 된다.

공진억제 제어부(430)는 서보 제어장치의 초기 구동 이후에 서보 모터부(600)의 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)가 병렬운전하는 이후에 전력 변환부(500)에 전달되는 무효토크 신호를 출력하여 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)의 병렬운전에 따라 발생하는 공진을 억제 제어하는 기능을 수행한다.

제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)는 제1 서보모터(610)를 제2 서보모터(620)와 병렬운전시에 생성되는 제1 서보모터(610)의 위치와 속도 피드백 정보를 저장한다.

이러한 속도 지령부(410), 유효토크 지령부(420), 공진억제 제어부(430), 및 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)는 서보 드라이브(400)의 내부에 설치되고, 세부적인 제어명령 해독 프로그램이나 각종 가공 프로그램, 구동 프로그램이 별도로 내장될 수 있다. 또한, 속도 지령부(410), 유효토크 지령부(420), 공진억제 제어부(430), 및 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)는 수치제어부(100), 주조작부(200), PLC(300), 서보 모터부(600), 전력 변환부(500)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치는 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전시에 발생하는 공진을 실시간으로 억제 제어함에 따라 불필요한 구성품을 제거하여 서보 제어장치의 소형화를 도모하고, 공간활용도를 극대화할 수 있다.

도 4에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치(1)의 서보 드라이브(400)의 공진억제 제어부(430)는 기본 데이터 저장부(431), 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432), 계산부(433), 및 무효토크 지령부(434)를 포함한다.

이러한 기본 데이터 저장부(431), 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432), 계산부(433), 및 무효토크 지령부(434)는 공진억제 제어부(430)의 내부에 설치되고, 세부적인 제어명령 해독 프로그램이나 각종 가공 프로그램, 구동 프로그램이 별도로 내장될 수 있다. 또한, 기본 데이터 저장부(431), 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432), 계산부(433), 및 무효토크 지령부(434)는 수치제어부(100), 주조작부(200), PLC(300), 서보 모터부(600), 전력 변환부(500), 속도 지령부(410), 유효토크 지령부(420), 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행할 수 있다.

기본 데이터 저장부(431)는 고주파 이득 제한값, 상당 영구자석에 의한 쇄교자속의 최대값, 서모 모터부의 고유주파수, 동작 점에서의 각속도, 공진억제 제어기의 직류이득, 서모 모터부의 고정자의 권선의 인덕턴스, 서보 모터부의 극 상수, 서모 모터부의 고정자 권선 저항, 및 서모 모터부의 회전자 관성 모멘트에 관한 정보를 저장한다.

기본 데이터 저장은 작업자가 수치제어부(100) 또는 주조작부(200)를 통해 수행할 수 있고, 프로그램 형태로 PLC(300)에 저장할 수도 있다.

제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432)는 제2 서보모터(620)를 제1 서보모터(610)와 병렬운전시에 생성되는 제2 서보모터(620)의 위치와 속도 피드백 정보를 저장한다.

상술한 바와 같이 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432)는 속도 지령부(410), 유효토크 지령부(420), 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)등과 전기적으로 연결되어 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행할 수 있다.

계산부(433)는 기본 데이터 저장부(431)와 저장된 데이터와 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432) 및 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)에 저장된 제1 서보모터(610)와 제2 서모모터(620)의 피드백 정보를 통해 전력 변환부(500)로 전달되는 무효토크 값을 계산한다.

무효토크 지령부(434)는 계산부(433)에서 계산된 무효토크 값이 0이 아닌 경우 계산된 무효토크 값을 전력 변환부(500)에 전달하도록 무효토크 신호를 출력한다. 무효토크 지령부(434)는 전력 변환부(500), 유효토크 지령부(420) 등과 전기적으로 연결되어 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치는 제1, 2 서보모터 피드백 정보 저장부로부터 실시간으로 전달 받은 제1, 2 서보모터의 피드백 정보에 따라 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전시에 발생하는 공진을 실시간으로 억제 제어함에 따라 2개의 서보 모터의 정밀한 공직억제 제어를 실시간으로 수행함에 따라 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치의의 서보 제어장치의 정밀도와 신뢰도를 극대화하고 공작기계의 생산성 및 가공효율을 증가시킬 수 있다.

상술한 공진억제 제어부(430)의 계산부(433)는 하기와 같은 원리로 공진억제를 위해 전력 변환부(500)로 전달되는 무효토크 값을 계산한다.

상태변수들을 정상상태에서 로 표현하여 테일러 급수를 이용해 선형화된 상태 방정식을 구하면 수학식 1로 계산된다.

그러나 수학식 1은 안정도를 평가하기 위해서는 병렬운전하는 서보 제어장치가 너무 복잡하다.

이에 수학식 1을 간단히 하기 위해 서보 모터의 기계적 시정수가 전기적인 시정수 보다 충분히 크다고 가정하고 수학식 1을 정리하면 수학식 2로 계산된다.

따라서, 수학식 2로부터 전달함수를 구하면 수학식 3이 된다.

전달함수인 특성방정식인 수학식 3을 병렬운전하는 서보 제어장치의 감쇠계수와 공진이 발생하는 주파수는 수학식 4로 계산된다.

수학식 4로 계산되는 탠덤제어로 운영되는 병렬운전하는 서보 제어장치에서 공진억제 제어부의 계산부에서 계산식은 최종적으로 수학식 5로 계산된다.

즉, 공진억제 제어부(430)의 계산부(433)에서 제1 서보모터와 제2 서보모터의 피드백 정보를 통해 전력 변환부로 전달되는 무효토크 값은 상기 수학식 5로 계산된다. 여기서 높은 주파수 영역에서 이득값을 제한하기 위해 과 위상이 최대가 되는 시정수 은 수학식 4로부터 직접 구할 수 있어 공진억제 제어부의 이득결정에 따른 시행착오를 근복적으로 줄일 수 있다.

상술한 수학식 1 내지 5에 각 인자는 하기와 같다.

: 고주파 이득 제한 값

: 와 사이의 토크각

: 과도상태에서의 토크각

: 선형화된 토크각

: 입력변수 변동성분

: 상태변수 변동성분

: 선형화된 회전자 각속도

: 감쇠정수

: 임의의 회전자 위치

: 고정자 권선의 쇄교자속

: 공극자속

: 상당 영구자석에 의한 쇄교자속의 최대값

: 영구자석 자속

: 최대위상

: 전기자 반작용 자속

: 와 사이의 역률각

: 와 사이의 내부 전력각

: 시스템의 고유주파수

: 최대위상 주파수

: 동작 점에서의 각속도

: 회전자 각속도

: 임의의 각속도

: 동기각속도

: 여자전압

: 과도상태에서의 여자전압

: 전기자 전류

: 3 상전류

: 회전좌표계 축 고정자 전류

: 임의의 좌표계 축 고정자 전류

: 회전좌표계 축 고정자 지령전류

: 임의의 좌표계 축 고정자 지령전류

: 감쇠이득

: 선형함수 프로파일

: 공진억제 제어기 직류이득

: 전동기 고정자 권선의 인덕턴스

: 전동기 극 상수

: 전동기 고정자 권선의 저항

: 정상상태에서의 기계적 출력토크

: 정상상태에서의 기계적 출력토크 최대값

: 과도상태에서의 기계적 출력토크

: 과도상태에서의 기계적 출력토크 최대값

: 회전좌표계 축 출력토크

: 임의의 좌표계 축 출력토크

: 부하 토크

: 최대위상 시정수

: 단자전압

: 3상 전압

: , 축의 전압 지령

: 동기리액턴스

: 과도상태에서의 동기리액턴스

: 상태변수

: 동작 점에서의 상태변수

J : 모터 회전자 관성모멘트

S : ( 는 실수, 는 허수 즉 s는 주파수 공간에서의 크기와 위상을 나타내는 인자이다.)

이처첨, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치는 계산부가 제1 서보모터와 제2 서보모터의 병렬운전에 따라 실시간으로 제1 서보모터와 제2 서보모터의 피드백 정보를 통해 2대의 서보모터의 병렬운전시에 발생하는 공진을 억제하기 위한 무효토크 지령을 정밀하고 신속하게 계산하여 전력 변환부를 통해 제1 서보모터와 제2 서보모터로 각각 전달되는 전류와 전압의 크기를 조절하여 병렬운전시 발생하는 공진억제를 제어함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 공진발생에 따른 서보 제어장치의 파손이나 손상으로 인해 정비시간 감소에 따라 비가공시간을 최소화하여 공작기계의 생산성을 극대화하며, 공작기계의 신뢰성과 안정성을 극대화할 수 있다.

전력 변환부(500)는 유효토크 지령부(420)와 계산부(433)에서 계산된 무효토크 값에 의해 무효토크 지령부(434)에서 전달되는 신호에 따라 각각 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)에 인가되는 전류와 전압의 세기를 조절하여 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)의 병렬운전시에 발생하는 공진을 실시간으로 가장 효과적이고 정확하게 억제할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치는 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전시에 발생하는 공진을 실시간으로 자동으로 억제 제어함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 비가공시간을 최소화하여 공작기계의 생산성을 극대화할 수 있다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어장치(1)는 입력부와 표시부를 더 포함할 수 있다.

입력부는 조작반 또는 주조작부 등에 스위치 또는 터치 버튼 등의 형태로 설치되어 서보 모터부의 병렬운전시에 실시간으로 공진억제 제어를 수행하거나 수행하지 않도록 작업자가 임의로 선택할 수 있는 기능을 수행한다.

즉, 입력부에서 공작기계의 서보 제어장치의 서보 모터부의 2개의 서보모터의 병렬운전시에 공진억제 제어장치 기능을 선택하지 않는 경우 공작기계의 서보 제어장치가 공진억제 제어 기능이 작동하지 않게 된다.

표시부는 계산부의 무효토크값, 유효토크 지령부의 유효토크 값, 현재 가공프로그램, 공작물의 종류 등을 표시한다. 이에 따라 작업자가 육안으로 실시간으로 서보 모터부의 2대의 서보모터의 병렬운전시에 공진억제 유무와 제어 상태를 확인할 수 있다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 표시부는 주조작부 또는 수치제어부에 LCD, LED, PDP 모니터 등으로 구성될 수 있다.

도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공작기계의 공진억제 제어방법은 기본 데이터를 저장하는 단계(S1), PLC에서 제어명령을 수행하는 단계(S2), 서보 드라이브에서 수행하는 단계(S3), 전력 변환부에서 전기에너지를 서보 모터부에 인가하는 단계(S4), 제 서보모터 피드백 정보를 저장하는 단계(S5), 제2 서보모터 피드백 정보를 저장하는 단계(S6), 무효토크를 계산하는 단계(S7), 무효토크 값이 0인지 비교하는 단계(S8), 및 무효토크 지령을 전달하는 단계(S9)로 이루어진다. 각 단계에서 구체적으로 장치의 수행이나 내용은 본 발명의 명세서의 공작기계의 공진억제 제어장치와 동일한바 이하에서는 공작기계으 공진억제 제어방법의 특이점을 중점으로 설명한다.

기본 데이터 저장부(431)에 고주파 이득 제한값, 상당 영구자석에 의한 쇄교자속의 최대값, 서모 모터부의 고유주파수, 동작 점에서의 각속도, 공진억제 제어기의 직류이득, 서모 모터부의 고정자의 권선의 인덕턴스, 서보 모터부의 극 상수, 서모 모터부의 고정자 권선 저항, 및 서모 모터부의 회전자 관성 모멘트에 관한 정보를 저장한다. 기본 데이터 저장은 작업자가 수치제어부(100) 또는 주조작부(200)를 통해 수행할 수 있고, 프로그램 형태로 PLC(300)에 저장할 수도 있다.

기본 데이터 저장부에 저장하는 단계(S1) 이후에, 수치제어부(100) 또는 주조작부(200)와의 통신을 통해 PLC(300)에서 제어명령을 수행한다.

PLC에서 제어명령을 수행하는 단계(S2) 이후에, PLC(300)로부터 전달된 제어명령을 서보 드라이브(400)가 수행한다.

서보 드라이브에서 수행하는 단계(S3) 이후에. 서보 드라이브(400)의 신호에 따라 전력 변환부(500)가 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)를 구비하는 서보 모터부(600)에 전기에너지를 인가한다. 구체적으로 전력 변환부(500)에서 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)에 각각 계산된 전기에너지를 전달한다. 상술한 바와 같이 최초 서보 제어장치의 구동시에는 제1 서보모터와 제2 서보모터의 병렬운전에 따른 공진 발생이 이루어지지 않아 초기에는 수치제어부, 주조작반, PLC에 있는 가공프로그램이나 제어프로토콜에 따라 전력 변환부(500)를 통해 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620)에 각각 전기에너지를 인가한다.

전력 변환부에서 서보 모터부에 전기에너지를 인가하는 단계(S4) 이후에, 제1 서보모터(610)를 제2 서보모터(620)와 병렬운전시에 생성되는 제1 서보모터(610)의 위치와 속도 피드백 정보를 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)에 저장한다.

제1 서보모터 피드백 정보를 저장하는 하는 단계(S5) 이후에, 제2 서보모터(620)를 제1 서보모터(610)와 병렬운전시에 생성되는 제2 서보모터(620)의 위치와 속도 피드백 정보를 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432)에 저장한다.

제2 서보모터 피드백 정보를 저장하는 단계(S6) 이후에, 기본 데이터 저장부(431)와 저장된 데이터와 제2 서보모터 피드백 정보 저장부(432) 및 제1 서보모터 피드백 정보 저장부(440)에 저장된 제1 서보모터(610)와 제2 서모모터(620)의 피드백 정보를 통해 전력 변환부(500)로 전달되는 무효토크 값을 계산부(433)에서 수학식 5를 통해 계산한다.

무효토크를 계산하는 단계(S7) 이후에, 계산부(433)에서 계산된 무효토크 값이 0인지를 비교한다.

무효토크 값이 0인지 비교하는 단계(S8) 이후에, 무효토크 값이 0이 아닌 경우 계산된 무효토크 값을 전력 변환부(500)에 전달하도록 무효토크 지령부(434)가 무효토크 신호를 출력한다.

전력 변환부는 계산부의 계산값에 따라 서보 모터부의 제1 서보모터와 제2 서보모터에 각각 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 서보 모터부의 운전에 따른 공진억제를 제어한다.

즉, 전력 변환부(500)는 유효토크 지령부(420)에서 전달된 유효토크 값과 무효토크 지령부(434)에서 전달된 무효토크 값에 따라 서보 모터부(600)의 제1 서보모터(610)와 제2 서보모터(620) 각각에 인가되는 전기에너지, 즉 전류와 전압의 세기를 조절하여 공진을 억제하고, 2대의 서보모터의 병렬운전시에 발생하는 공진억제를 실시간으로 정확하고 신속하게 제어하게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공작기계의 공진억제 제어방법은 공진억제 제어부를 통해 전력 변환부로 전달되는 무효토크 지령을 통해 전력 변환부에서 제1 서보모터와 제2 서보모터로 인가되는 전기 에너지를 조절함에 따라 2개의 서보 모터를 1대의 전력 변환부와 1대의 서보 드라이브로 병렬운전할 때에 발생하는 공진 억제를 통해 탠덤제어의 안정성을 극대화하고, 최종적으로 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치를 제어함에 따라 서보 제어장치의 제조 원가를 절감하고, 호환성을 증가시킬 수 있다.

도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법의 효과를 더욱 구체적으로 설명한다. 도 6은 주파수에 따른 진동량의 변화를 나타내는 보데선도이고, 도 7은 주파수에 따른 위상차리를 나타내는 보데선도이다. 도 6 내지 도 7에서 실선은 종래 서보 제어장치에서 2대의 서보모터의 병렬운전을 나타내고, 점선은 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법이 적용된 상태를 나타낸다.

도 6 내지 도 7에서 알 수 있는 것처럼, 종래 탠덤제어가 적용되는 서보 제어장치의 경우 공진이 발생하고, 위상도 180도 기준으로 대략 9도를 나타낸다. 이와 달리 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법이 적용된 경우 변곡점이 없어 공진 발생이 없어 공진을 완벽하게 억제하고, 위상도 180도 기준 60도를 나타낸다. 결국, 종래보다 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법은 6배 이상의 안정성과 신뢰성을 담보할 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 공작기계의 공진억제 제어장치 및 공진억제 제어방법은 계산부에서 수학식 5를 통해 실시간으로 무효토크 값을 계산하여 유효토크 신호와 함께 무효토크 신호를 전력 변환부로 전달하고, 이러한 전력 변환부가 실시간으로 제1 서보모터와 제2 서보모터의 병렬운전시에 각각에 인가되는 전기에너지를 제어함에 따라 외란에 대해 대략 6.2배의 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 : 공진억제 제어장치 10 : 제1 서보 드라이브
11 : 제2 서보 드라이브 20 : 제1 인버터
21 : 제2 인버터 30 : 제1 서보모터
31 : 제2 서보모터 100 : 수치제어부
200 : 주조작부 300 : PLC
400 : 서보 드라이브 410 : 속도 지령부
420 : 유효토트 지령부 430 : 공진억제 제어부
431 : 기본 데이터 저장부
432 : 제2 서보모터 피드백 정보 저장부
433 : 계산부 434 : 무효토크 지령부
440 : 제1 서모모터 피드백 정보 저장부
500 : 전력 변환부 600 : 서보 모터부
610 : 제1 서보모터 620 : 제2 서보모터

Claims

수치제어부;
주조작부;
상기 수치제어부 또는 상기 주조작부와의 통신을 통해 제어명령을 행하는 PLC;
상기 PLC의 제어명령을 수행하는 서보 드라이브;
상기 서보 드라이브의 제어에 따라 구동하는 서보 모터부; 및
상기 서보 모터부 및 상기 서보 드라이브와 전기적으로 연결되어 상기 서보 모터부에 전기 에너지를 인가하는 전력 변환부;를 포함하고,
상기 서보 모터부는,
서로 병렬로 연결되는 제1 서보모터 및 제2 서보모터를 포함하고,
상기 전력 변환부를 통해 각각 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터에 인가되는 전기에너지의 조절에 따라 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터의 병렬운전시에 발생하는 공진을 제어하고,
상기 서보 드라이브는,
상기 제1 서보모터를 상기 제2 서보모터와 병렬운전시에 생성되는 상기 제1 서보모터의 위치와 속도 피드백 정보를 저장하는 제1 서보모터 피드백 정보 저장부;
상기 수치제어부로부터 전달 받은 위치지령과 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부로부터 전달 받은 피드백 신호에 따라 상기 서보 모터부의 운전속도 신호를 출력하는 속도 지령부;
상기 속도 지령부로부터 전달 받은 속도지령과 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부로부터 전달 받은 피드백 신호에 따라 상기 서보 모터부를 구동하기 위해 상기 전력 변환부에 전달되는 유효토크 신호를 출력하는 유효토크 지령부; 및
상기 전력 변환부에 전달되는 무효토크 신호를 출력하는 공진억제 제어부;를 포함하고,
상기 공진억제 제어부는,
고주파 이득 제한값, 상당 영구자석에 의한 쇄교자속의 최대값, 서보 모터부의 고유주파수, 동작 점에서의 각속도, 공진억제 제어기의 직류이득, 서보 모터부의 고정자의 권선의 인덕턴스, 서보 모터부의 극 상수, 서보 모터부의 고정자 권선 저항, 및 서보 모터부의 회전자 관성 모멘트에 관한 정보를 저장하는 기본 데이터 저장부;
상기 제2 서보모터를 상기 제1 서보모터와 병렬운전시에 생성되는 상기 제2 서보모터의 위치와 속도 피드백 정보를 저장하는 제2 서보모터 피드백 정보 저장부;
상기 기본 데이터 저장부와 저장된 데이터와 상기 제2 서보모터 피드백 정보 저장부 및 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부에 저장된 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터의 피드백 정보를 통해 상기 전력 변환부로 전달되는 무효토크 값을 계산하는 계산부; 및
상기 계산부에서 계산된 무효토크 값이 0이 아닌 경우 계산된 무효토크 값을 상기 전력 변환부에 전달하도록 무효토크 신호를 출력하는 무효토크 지령부;를 포함하고,
상기 전력 변환부는 상기 서보 드라이브의 신호에 따라 상기 서보 모터부에 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 서보 모터부의 운전에 따른 공진억제를 제어하고,
상기 계산부에서 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터의 피드백 정보를 통해 상기 전력 변환부로 전달되는 무효토크 값은 하기 수학식 5로 계산되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공진억제 제어장치.
수학식 5
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삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 전력 변환부는,
상기 유효토크 지령부와 상기 무효토크 지령부에서 전달되는 신호에 따라 각각 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터에 인가되는 전류와 전압의 세기를 조절하여 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터의 병렬운전시에 발생하는 공진을 억제하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공진억제 제어장치.
고주파 이득 제한값, 상당 영구자석에 의한 쇄교자속의 최대값, 서보 모터부의 고유주파수, 동작 점에서의 각속도, 공진억제 제어기의 직류이득, 서보 모터부의 고정자의 권선의 인덕턴스, 서보 모터부의 극 상수, 서보 모터부의 고정자 권선 저항, 및 서보 모터부의 회전자 관성 모멘트에 관한 정보를 기본 데이터 저장부에 저장하는 단계;
수치제어부 또는 주조작부와의 통신을 통해 PLC에서 제어명령을 수행하는 단계;
상기 PLC로부터 전달된 제어명령을 서보 드라이브에서 수행하는 단계;
상기 서보 드라이브의 신호에 따라 전력 변환부가 제1 서보모터와 제2 서보모터를 구비하는 서보 모터부에 전기에너지를 인가하는 단계;
상기 제1 서보모터를 상기 제2 서보모터와 병렬운전시에 생성되는 상기 제1 서보모터의 위치와 속도 피드백 정보를 제1 서보모터 피드백 정보 저장부에 저장하는 단계;
상기 제2 서보모터를 상기 제1 서보모터와 병렬운전시에 생성되는 상기 제2 서보모터의 위치와 속도 피드백 정보를 제2 서보모터 피드백 정보 저장부에 저장하는 단계; 및
상기 기본 데이터 저장부와 저장된 데이터와 상기 제2 서보모터 피드백 정보 저장부 및 상기 제1 서보모터 피드백 정보 저장부에 저장된 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터의 피드백 정보를 통해 상기 전력 변환부로 전달되는 무효토크 값을 계산부에서 계산하는 단계; 및
상기 계산부에서 계산된 무효토크 값이 0인지 비교하는 단계;를 포함하고,
상기 전력 변환부는 상기 계산부의 계산값에 따라 상기 서보 모터부의 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터에 각각 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 서보 모터부의 운전에 따른 공진억제를 제어하고,
상기 무효토크 값을 계산부에서 계산하는 단계에서 상기 제1 서보모터와 상기 제2 서보모터의 피드백 정보를 통해 상기 전력 변환부로 전달되는 무효토크 값은 상기 계산부에서 하기 수학식 5로 계산되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공진억제 제어방법.
수학식 5
삭제
제6항에 있어서,
상기 비교하는 단계 이후에, 무효토크 값이 0이 아닌 경우 계산된 무효토크 값을 상기 전력 변환부에 전달하도록 무효토크 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공진억제 제어방법.