KR200221210Y1

KR200221210Y1 - 유압체적 제어방식을 이용한 고정밀 압력제어장치

Info

Publication number: KR200221210Y1
Application number: KR2020000032487U
Authority: KR
Inventors: 김대현; 전재영
Original assignee: 주식회사파워엠엔씨
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2001-04-16

Abstract

본 고안의 유압 체적 제어방식을 이용한 고정밀 압력제어장치는 모터(11)에 의해 구동되는 펌프(12)로 가압유체를 저장조(10)로부터 액튜에이터로서의 작동실린더(14)에 공급하도록 되어 있으며, 작동 유체 공급용 관로(13)에는 하나 이상의 가압유체 볼륨 컨트롤러(39)가 연결되어 있다.

상기 펌프(12)에 의해 작동실린더(14)로 가압유체를 공급하는 관로(13)에는 첵밸브(16)을 경유하여 비례밸브 또는 서보밸브(37)가 제공되어 있으며 그 이후에 온/오프 밸브가 있어 초기 압력제어를 위해 온/오프밸브(15)가 열리고 비례밸브 또는 서보밸브(37)로 목표압력의 90%~99%까지 압력을 제어한다. 이때 볼륨 컨트롤러(39)는 작동하지 않고 있으며, 실린더(14)의 압력이 목표치의 90%~99%정도에 다달았을 때, 온/오프 밸브(15)가 잠겨지고 실린더(14)와 온/오프 밸브사이는 폐쇄된 상태를 유지한다. 이런 폐쇄상태에서 볼륨 컨트롤러(39)가 작동하여 실린더의 압력을 목표치로 정밀제어하게 되어, 종래 서보밸브를 이용한 작동유체 조절로 압력을 제어하는 경우 발생되는 일정 밴드에서 작용 압력의 변동에 의한 부정확성의 문제가 제거되므로 압력센서나 하중센서의 정밀한 검사 및 교정 또는 압력용기, 밸브, 파이프의 압력 유지 시험등을 효율적으로 간편하고 정확하게 수행할 수 있는 장점이 있다.

Description

유압체적 제어방식을 이용한 고정밀 압력제어장치 {HIGH PRECISION PRESSURE CONTROL SYSTEM EMPLOYING HYDRAULIC VOLUME CONTROLLER}

본 고안은 유압제어 정밀도를 높이기 위한 것으로 압력센서 및 하중센서와 같은 정밀 계측기기의 검사 및 교정 또는 압력용기, 밸브 및 파이프 등에 대한 내압 시험을 위한 유압제어장치에 관한 것으로, 특히 볼륨 컨트롤러에 의한 작동유체의 체적 제어로 액튜에이터로서 작동실린더의 압력을 정밀하게 제어하도록 된 압력제어장치에 관한 것이다.

종래, 유압 액튜에이터는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 펌프에 의해 유압원(1)으로부터의 압력 유체를 방향제어밸브와 같은 전자제어밸브(2)를 통해 유압실린더로 구성되는 액튜에이터(3)에 선택적으로 공급하여 액튜에이터를 작동시키며, 상기 액튜에이터 동작 모드는 각종 센서에 의해 액튜에이터의 위치 및 조건 등에 대한 데이터에 기초하여 컨트롤러(5)가 서보밸브 또는 비례밸브와 같은 전자제어밸브(2)를 제어하도록 되어 있다.

이와같이, 작동유체 저장조에서 펌프로 작동유체를 실린더와 같은 형태의 액튜에이터로 가압 공급하여 작동시키는 장치에서 제어목표치 부근에서 전자제어밸브와 같은 서보밸브의 온/오프를 제어하여 소정의 압력을 전달 및 유지시키도록 하는 유압제어방식은 서보밸브의 개폐시 관로 및 작동실린더에서의 서징효과와 함께 압력 누설로 인한 미소 압력저하로 인하여 작용압력이 도 2에 도시된 바와 같이 일정 밴드(band)을 두고 요동하는 현상이 발생되어 초정밀 상태로 압력을 유지하여야 하는 시험장치에서 정밀도의 저하를 초래하는 원인이 되었다.

서보밸브를 이용한 유압 제어의 경우에 상기와 같은 밴드를 원천적으로 제거할 수 없으므로 유압을 일정한 목표치에서 원하는 시간동안 일정하게 유지시키는 정적제어가 불가능하고, 유압 제어성능이 서보밸브의 개폐속도, 통과 유량, 및 부품의 마모정도 및 기밀도에 의해 영향을 받게 되므로 사용에 따라 계속적으로 열화되어 결국 제어의 정확도가 낮아지는 문제가 있었다.

따라서, 압력센서나 하중센서의 검사 및 교정의 경우와 같은 고도의 정밀도를 요하는 하중 시험을 위하여 종래 서보밸브를 이용한 가압장치에서와 같은 문제점이 발생되지 않고 목표 하중에서 일정 시간 동안 정확히 유지할 수 있는 새로운 정밀유압제어장치가 요구되었다.

본 고안의 목적은 종래 서보 밸브에 의한 유압 제어방식에서의 문제점을 해소하여 압력 유체의 정적 체적 제어방식을 이용하여 목표 압력에서 압력의 변화없이 일정 시간동안 유지할 수 있는 정밀압력제어장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 유압식 하중부가장치에 사용되는 유압 액튜에이터의 개략적인 제어시스템 구성도.

도 2는 도 1의 종래 유압 제어시스템의 액튜에이터에서 형성되는 유압에 대한 그래프.

도 3는 본 고안에 의한 정밀압력제어장치의 개략적인 유압 회로도에 구성요소들의 제어를 위한 컨트롤러와 마이크로프로세서를 포함하여 압력센서 또는 하중센서 검사 및 교정을 위한 압력제어시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 4는 실린더를 부분단면으로 도시한, 도 3의 볼륨 컨트롤러의 구조를 보여주는 사시도.

도 5는 본 고안의 정밀압력제어장치의 제어를 설명하기 위한 블록도.

도 6은 도 3의 정밀압력제어장치에서 작동 실린더내의 유압 변화에 대한 그래프.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 모터 12 : 펌프

13 : 관로 14 : 작동실린더

15 : 온/오프밸브 39 : 볼륨 컨트롤러

16 : 책밸브 20 : 가동부재

19 : 가이드부재 22 : 스텝모터

21 : 볼 스크류 31 : 마이크로프로세서

23 : 실린더 37 : 비례밸브 또는 서보밸브

32 : 컨트롤러 35 : 압력 또는 하중감지센서

본 고안에 따른 정적 체적 제어방식을 이용한 압력 제어장치는 기존의 유압제어방식에서 상기 펌프에 의해 목표치에 근사한 압력으로 관로를 통해 작동유체를 작동 실린더에 공급한 다음, 온/오프밸브를 차단하여 밀폐형 유압제어계를 구성한 다음 목표 압력으로의 미세 조정을 위해 밀폐된 유압계에서 실린더를 작동하여 체적을 조절하도록하는 적어도 하나의 볼륨 컨트롤러, 및 작동실린더의 내부 압력을 목표 압력으로 가압하여 유지시키도록 미리 프로그램된 바에 따라 상기 펌프를 구동하는 모터와 온/오프밸브 및 상기 볼륨 컨트롤러를 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하여 구성된다.

상기 제어수단은 작동실린더내의 작동유체 압력을 감지하거나 작동실린더로부터 발생하는 하중의 크기를 감지하도록 제공된 감지수단과, 상기 감지수단으로부터의 신호를 입력받아 미리 프로그램된 바에 따라 컨트롤러를 통해 펌프를 구동하는 모터와 온/오프밸브, 관로에 제공된 스톱밸브 및 상기 볼륨 컨트롤러를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 볼륨 컨트롤러는 작동실린더로의 작동유체 공급을 체적 제어하도록 미소 변위로 이동하는 피스톤을 구비하고 작동실린더에 연결된 관로와 연통된 실린더와, 피스톤을 구동시키도록 피스톤 로드에 연결되고 가이드부재에서 가이드되며 볼스크류에 맞물려 이동하도록 장착된 가동부재와, 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되며 볼스크류를 회전시키는 스텝모터를 포함하여 구성된다.

이하에서는 본 고안을 보다 명확히 이해할 수 있도록 본 고안의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 고안을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3에 있어서, 본 고안에 따른 체적 제어방식을 이용한 가압장치는 모터(11)에 의해 구동되는 펌프(12)로 가압유체를 저장조(10)로부터 액튜에이터로서의 작동실린더(14)에 공급하도록 되어 있으며, 작동 유체 공급용 관로(13)에는 적어도 하나 이상의 가압유체 볼륨 컨트롤러(39)가 연결되어 있다.

상기 펌프(12)에 의해 작동실린더(14)로 압력유체를 공급하는 관로(13)에는 첵밸브(16)을 경유하여 비례밸브 또는 서보밸브(37)가 제공되어 있으며 그 이후에 온/오프 밸브가 있어 초기 압력제어를 위해 온/오프밸브(15)가 열리고 비례밸브 또는 서보밸브로 목표압력의 90%~99%까지 압력을 제어한다. 이때 볼륨 컨트롤러(39)는 작동하지 않고 있으며, 실린더(14)의 압력이 목표치의 90%~99%정도에 다달았을 때, 온/오프 밸브(15)가 잠겨지고 실린더(14)와 온/오프 밸브사이는 폐쇄된 밀폐 압력계상태를 유지한다. 이런 밀폐압력계상태에서 볼륨 컨트롤러(39)가 작동하여 실린더의 압력을 목표치로 정밀제어하게 되며, 볼륨 컨트롤러의 스텝모터(22)는 작동실린더내의 압력 또는 이로부터 발생하는 하중크기를 감지하는 감지신호에 따라 제어장치에 의해 제어되는 것이다. 이로써, 비례밸브나 서보밸브에서 발생될 수 있는 작동유체의 누설에 의해 설정 압력의 저하와 이를 만회하기 위한 유압공급작용의 반복에 따른 압력 변동을 방지한다.

본 명세서에서 목표 압력값은 압력시험을 위한 각단계별 압력값 또는 하중시험을 위하여 작동실린더의 피스톤에 의해 작용하고자 하는 힘에 대응되는 압력값을 의미한다.

본 고안에 따라 관로(13)에 제공되는 볼륨 컨트롤러(39)는, 펌프(12)에 의한 작동유체 공급으로 작동실린더(14)에 설정된 목표치에 근접한 압력을 목표치에 정확하게 설정 및 유지하기 위해 실린더내의 압력을 정적 체적 제어하도록 제공되는 것으로, 그 상세한 구조는 도 4에 예로서 도시되어 있다.

도 4에는 상기 볼륨 컨트롤러(39)의 구조가 예시적으로 도시되어 있으며, 도면에서 점선으로 도시된 프레임의 저면에 평행하게 이격되어 고정된 가이드부재(19)에서 슬라이드되게 장착된 가동부재(20)가 볼스크류(21)에 맞물려 있다. 상기 볼스크류(21)는 예를들어 정역회전가능한 스텝모터(22)의 출력축과 연결되어 스텝모터에 의해 볼스크류가 회전됨에 따라 그에 맞물린 가동부재(20)가 전진 또는 후퇴하게 된다.

상기 가동부재(20)에는 실린더(23)의 피스톤 로드(25)의 자유단부가 고정되어서 볼스크류(21)의 회전에 의해 가동부재가 전진되는 경우, 가동부재에 피스톤 로드가 고정된 피스톤(24)이 실린더 내에서 이동함에 따라 비례하여 변화되는 체적에 대응하여 압력이 증가됨으로써 도 3에 도시된 작동실린더(14)내의 압력이 정밀하게 조정된다. 상기 실린더(23)는 도면에 점선으로 도시한 바와같이 블록에 형성된 것으로 구성할 수도 있고, 별도의 실린더로 구성할 수도 있다.

본 고안의 시험장치에서 상기 볼륨 컨트롤러에 의해 압력을 정적 체적 제어함에 있어서, 실린더(23)내에서 피스톤에 의한 체적변화를 작게 할수록, 또는 피스톤 실린더 직경이 작을수록 체적 변화(ΔV)가 작게 됨에 따라 작동 실린더(14)내의 압력 변화가 작아지게 되어 보다 미세한 압력 조정이 가능하게 된다.

그러므로, 볼스크류(21)의 피치, 실린더(23) 직경의 크기, 스텝모터(22)의 회전속도를 작게 함과 아울러, 도면에 도시되지는 않았지만 감속기를 사용하여 스텝모터에 볼스크류를 연결하여 볼스크류의 회전속도를 작게 함으로써 실린더(23)내에서의 피스톤(24)의 변위 크기를 보다 미세하게 하여 결국 작동실린더의 압력 변화를 더욱 미세하게 조정할 수도 있다. 또한 볼륨 컨트롤러의 구성은 볼륨컨트롤러의 실린더의 미소체적을 변화시키기 위하여 스텝모터와 피스톤 로드를 직접 연결하는 것, 솔레노이드를 이용하는 것 등이 있을 수 있으며, 다른 실시예로서 모터의 작동에 의해 회전하는 풀리를 이용하여 실린더의 체적을 변화시키는 것이 가능하다. 이러한 볼륨 컨트롤러의 체적을 미소하게 변화시키기 위한 수단은 위의 예를 포함하여 이에 한정되는 것은 아니며, 통상의 방법에 의해 사용되는 각종의 방법을 이용할 수 있다.

로드셀과 같은 감지수단(30)으로 발생하중의 크기를 직접 감지하여 도 5에 도시된 컨트롤러(32)와 마이크로프로세서(31)에서 처리하여 목표 압력을 얻도록 상기한 모터 및 밸브와 같은 구성요소들에 제어신호를 출력함으로써 보다 정밀하게 압력을 자동 제어할 수 있다.

도 5에 있어서, 본 고안에 따른 가압장치는 압력 조정을 자동 제어하도록 작동실린더(14)에 마이크로프로세서(31)에서 목표 압력과 비교하여 펌프(12)를 통해 작동유체가 공급됨에 따라 비례밸브 또는 서보밸브의 작동으로 실린더의 목표 압력값의 약 90%~99%에 근접하게 되면 컨트롤러(32)를 통해 제어신호를 출력하여 모터(11)를 정지시킴과 함께 온/오프 밸브(15)를 닫아 작동실린더의 압력유체를 폐쇄된 밀폐압력계 상태로 유지한 다음, 볼륨 컨트롤러(39)의 스텝모터(22)를 구동시켜 가동부재를 이동시킴으로써 실린더(23)내의 작동유체 체적의 정적 변화에 대응하여 작동실린더(14)내의 압력이 미세하게 조정되도록 하여 목표 압력값에 더욱 근접하게 조정하며, 이 후 볼륨 컨트롤러(39)를 정지시켜 작동실린더(14)의 내부 압력을 목표 압력에서 유지시킨다.

이상과 같이 볼륨 컨트롤러에서 피스톤의 미소 이동에 의한 체적 변화로 압력을 제어 조정함으로써 종래 서보밸브의 조작에 의해 펌프로 작동유체를 가압 공급하는 동적 체적 제어방식에서와 같이 유체의 서징작용 및 밸브에서의 압력 누설 등에 의한 압력 변화 밴드가 발생되지 않고 도 6에 도시된 바와 같이 압력 변화없이 정확하게 목표 압력에 도달하여 유지시킬 수 있다.

본 고안에 따른 정밀유압제어장치는 정적 체적 제어방식의 볼륨 컨트롤러를 사용하여 밀폐된 유압 시스템내에서 작동 유체의 체적을 미세하게 자동 제어되도록 하여 압력을 정적으로 정밀하게 제어할 수 있게 됨으로써, 종래 서보밸브를 이용한 작동유체 조절로 압력을 제어하는 경우 발생되는 일정 밴드에서 작용 압력의 변동에 의한 부정확성의 문제가 제거되므로 유압발생기의 정적 유압제어정밀도, 본 고안의 유압제어장치를 이용한 하중부가장치의 하중제어 정확도 및 일정하중에서 하중유지 정확도가 크게 향상되어 압력센서 및 하중센서의 정밀한 검사 및 교정 또는 압력용기, 밸브, 파이프의 압력 유지 시험등을 정확하게 수행할 수 있다.

Claims

작동 유체 저장조(10)로 부터의 작동유체를 펌프(12)에 의해 비례밸브 또는 서보밸브(37)를 통해 액튜에이터로서의 작동실린더(14)로 공급하여 유압이 발생토록된 유압발생장치에 있어서, 펌프에 의해 공급되는 작동실린더(14)의 압력을 목표치의 90%~99% 수준으로 접근시키기 위하여 압력유체를 제어하는 비례밸브 또는 서보밸브(37)와, 작동실린더(14)의 압력이 목표치의 90%~99% 수준에 도달되었을 때 압력유체를 밀폐압력계로 구속시키기 위한 온/오프밸브(15)와, 압력유체가 밀폐압력계로 구속된 후 작동실린더의 목표압력으로 압력유체의 미세 조정을 위해 체적 제어하도록 관로(13)에 제공된 볼륨 컨트롤러(39)와, 작동실린더의 내부 압력을 목표 압력까지 가압하여 유지시키도록 미리 프로그램된 바에 따라 펌프(12)를 구동하는 모터(11)와 온/오프 밸브 및 상기 볼륨 컨트롤러(39)를 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하여 구성된 체적 제어방식을 이용한 압력제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 볼륨 컨트롤러(39)는 작동실린더로 작동유체 공급을 체적 제어하도록 미소 변위로 이동하는 피스톤(24)을 구비하고 작동실린더(14)에 연결된 관로(13)와 연통된 실린더(23)와, 피스톤(24)을 구동시키도록 피스톤 로드(25)가 고정되고 가이드부재(19)에서 가이드되며 볼스크류(21)에 맞물려 이동하도록 장착된 가동부재(20)와, 상기 제어수단에 의해 제어되며 볼스크류(21)를 회전시키는 스텝모터(22)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 체적 제어방식을 이용한 압력제어장치
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제어수단은 작동실린더내의 작동유체 압력 또는 발생하중을 감지하도록 제공된 감지수단(35)과, 상기 감지수단으로부터의 신호를 입력받아 미리 프로그램된 바에 따라 컨트롤러(32)를 통해 펌프(12)를 구동하는 모터(11)와 비례밸브 또는 서보밸브(37), 관로(13)에 제공된 온/오프 밸브(15)들 및 상기 볼륨 컨트롤러(39)를 제어하는 마이크로프로세서(31)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 체적 제어방식을 이용한 압력제어장치.