KR20080105938A - 프레스 장치의 압입제어장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 시스템의 압입제어장치 및 압입제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피 압입물에 압입물을 압입하여 조립하는 압입제어장치 및 압입제어방법에 관한 것으로서, 피 압입물과 압입물의 압입 상태를 확인하고, 과다한 압입력으로 인하여 피 압입물이나 압입물의 변형이 발생하지 않도록 하여 장치의 신뢰성을 향상시키는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압입과 관련된 부하, 및 위치와 시간 데이터 중 하나 이상의 데이터를 검출하고; 검출된 데이터 값이 미리 주어진 데이터 시작 설정값 모두를 만족하는지 판단하고;

데이터시작 설정값을 모두 만족할 경우, 압입 제어를 실행하고; 제어 시작 이후, 미리 설정된 소정 간격으로 연속 샘플링하고; 샘플링에 대해 설정된 제어샘플수 와 제어 부하 구배 만큼의 변동이 있는지 판단하고; 데이터 구배에 변동이 있을 경우 동작을 정지하는 압입제어방법을 제공한다.

압착점, 압착제어, 피압입물, 압입물, 가공공차, 기울기

Description

프레스 장치의 압입제어장치 및 그의 제어방법{Press-fitting device and control method thereof for a press machine}

도 1은 본 발명에 따른 압입제어장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 압입제어장치의 제어부의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 압입제어방법의 플로우챠트

도 4는 압착점 제어설정 항목 및 제어 설명에 관한 테이블.

도 5는 하중제어 설정항목에 관한 테이블.

도 6은 위치-부하 그래프.

도 7은 부하-위치 표시항목.

*도면부호에 대한 간단한 설명*

100: 프레스 본체 200: 로드

300: 구동수단 400: 마이크로컴퓨터

500: 입력수단

본 발명은 프레스장치의 압입제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피 압입물에 압입물을 압입하여 조립하는 압입제어장치 및 압입제어방법에 관한 것으로서, 피 압입물과 압입물의 압입 상태를 확인하고, 과다한 압입력으로 인하여 피 압입물이나 압입물의 변형이 발생하지 않도록 하는 프레스 장치의 압입제어장치 및 압입제어방법을 제공한다.

일반적으로, 정밀축, 핀, 베어링 등과 같은 압입물을 축구멍, 핀구멍, 베어링 보어 등의 피압입물에 끼워맞추는 작업, 즉 압입 작업을 실행하는 장치는 널리 알려져 있다.

이러한 압입물을 피압입물에 압입 시킬 때, 피 압입 부품의 내경이나 외경에는 가공 공차가 존재하고 피 압입물의 홀 깊이와 압입물의 높이에도 가공 공차가 존재하기 때문에 압입작업의 정밀도를 증대시키기 위하여 이러한 가공오차를 고려해야 했다.

이러한 압입 작업에서 종래에서는 압입물을 피압입물의 압착면까지 압입하기 위하여 압입 부하까지 압입하고, 깊이 공차를 설정하여 감지하는 방식을 사용하여 왔다.

종래의 압입 작업에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

피 압입물 및 압입물 각각은 높이가공 공차, 내경가공 공차, 또는 외경 공차 등이 존재할 수 있다. 또한 압입력에 의한 압입 기준면의 변형량 공차도 존재한다.

기존의 프레스 작업에서는 압입물을 샘플링 한 후, 압입 부하를 압입 시 부하의 최대 부하 이상으로 압입함으로써 피 압입물이나 압입물의 변형이나 파손이 발생할 수 있다. 또한 최고 부하로 압입하여 그 높이가 소정 범위 내에 존재할 경우, 압입이 완료 된 것으로 판단하여 압입이 양호한 것으로 판단하는 압입 방식을 채택하여 왔다.

그러나 이러한 종래 방식에서는 피 압입물의 내경이나, 압입물의 외경에 따라 압입 부하가 변화하고, 압입 깊이도 공차가 있어 실제적으로 압입시 압입 부하에 도달하고 압입 깊이에 도달하는 경우더라도 소재에 따라 완전 압입이 안된 경우가 발생하였다.

또한 이런 현상이 발생할 경우, 완전 미압입을 감지하기 위하여 피 압입물의 기준면에서 압입 깊이를 측정 센서로 사용하여 확인하는 과정을 거치지만, 이 방법 또한 가공공차가 있어 완전한 미 압입 이외에는 가공 공차 내에서 미 압입은 감지하지 못하는 문제점이 있었다.

또한 압입물의 압입 중, 압입 깊이에 대한 부하 영역을 설정하여 영역 감시를 행하는 방식도 있지만, 이 또한 압입 깊이의 최소 위치에서만 가능한 관계로 가공 공차내에서는 확인이 불가능하였다.

따라서 본 발명에 따른 압입제어장치 및 압입제어방법은 가공 공차가 서로 존재하는 피압입물에 압입물을 압입함에 있어서, 압입물의 압입이 피압입물의 압착면에 압입된 지점을 정확히 판단하여 압착이 완료된 것으로 처리하여 품질 불량을 획기적으로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 미 압입 감지를 위한 별도의 측정 시스템을 설비할 필요가 없어 설비 투자비를 감소시킬 수 있는 압입제어장치 및 압입제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 압입시 미 압입 방지를 위하여 압입 부하를 최대 압입 부하 이상으로 압입하지 않아 소재의 변형이나 파손을 방지할 수 있는 압입제어장치 및 압입제어방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프레스 시스템에서 피압입물에 대한 압입물을 압입하기 위한 압입제어장치로서, 프레스 본체; 상기 프레스 본체의 하단부에 상하 이동가능하게 구비되는 로드; 상기 프레스 본체의 상부 내측에 구비되어 상기 로드를 구동시키기 위한 구동수단; 상기 프레스 본체에 구비되어 압입되는 로드의 거리에 따라 피 압입물에 대한 압입물의 압입 위치를 검출하기 위한 위치검출수단; 상기 프레스 본체에 구비되어 압입되는 로드의 부하를 검출하기 위한 부하검출수단; 및 상기 위치판단수단과 부하량 판단수단에 의해 제공되는 신호에 따라 압입물의 압입 상태를 판단하고 제어하는 제어수단을 포함한다.

또한 본 발명은 압입과 관련된 부하와, 위치 및 시간 데이터 중 하나 이상의 데이터를 검출하고; 검출된 데이터 값이 미리 주어진 데이터 시작 설정값 모두를 만족하는지 판단하고; 데이터시작 설정값을 모두 만족할 경우, 압입 제어를 실행하고; 제어 시작 이후, 미리 설정된 소정 간격으로 연속 샘플링하고; 샘플링에 대해 설정된 제어샘플수 와 제어 부하 구배 만큼의 변동이 있는지 판단하고; 데이터 구배에 변동이 있을 경우 동작을 정지하는 압입제어방법을 제공한다.

상기 데이터 구배에 변동이 없을 경우, 최종상한위치나 압착점 최종상한부하에 도달하였는지를 판단하고, 최종상한위치나 압착점 최종상한부하에 도달할 경우 동작을 정지한다.

여기에서, 구배가 시작된 초기지점을 압착점이라 하고 압착점이 발생하는 값이 압착점 제어 설정항목에 설정된 범위 이내인지 판단하여 압입물의 압입상태를 판단한다.

상기 압입 부하가 미리 설정된 최종 상한부하 이상일 경우, 압입 제어를 정지한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 프레스 시스템에서 피압입물에 대한 압입물을 압입하기 위한 압입제어장치로서, 도 1은 본 발명에 따른 압입제어장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 압입제어장치의 제어부의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 프레스 본체(100); 상기 프레스 본체(100)의 하단부에 상하 이동가능하게 구비되어 피압입물(미도시)에 압입물(미도시)을 압입시키는 로드(200); 상기 프레스 본체(100)의 상부 내측에 구비되어 상기 로드(200)를 구동시키기 위한 구동수단(300); 상기 프레스 본체(100)에 구비되어 압입되는 로드(200)의 거리에 따라 피 압입물에 대한 압입물의 압입 위치를 검출하기 위한 위치검출수단; 상기 프레스 본체(100)에 구비되어 압입되는 로드의 부하를 검출하기 위한 부하검출수단; 및 상기 위치판단수단과 부하량 판단수단에 의해 제공되는 신호에 따라 압입물의 압입 상태를 판단하고 제어하는 제어수단을 포함한다.

상기 제어수단은 마이크로컴퓨터(400)로서 기능한 중앙처리장치(CPU)를 비롯하여, A/D변환기나 그에 각종 데이터나 연산 결과를 일시적으로 기억해 두는 메모리, 구동부 등을 구동하기 위한 드라이브(구동회로)을 구비한다. 그리고, 각 검출수단으로부터의 검출 신호 등으로부터 파악되는 조건에 근거하여 압입 제어를 실행한다.

또한 상기 제어수단은 압입물과 피 압입물에 대한 데이터에 근거하여 압입 제어를 위하여 유저를 통해 압입물과 피 압입물의 데이터에 따른 압입위치 및 압입부하 설정값을 세팅하거나 데이터 관리를 위한 입력 수단(500)을 포함하며, 상기 제어수단에 의하여 압입 제어의 실행 시, 유저에게 압입 제어상태를 디스플레이 할 수 있도록 표시하는 모니터수단(600)을 포함한다. 또한 도 1에서는 나타내지 않았지만, 중앙처리장치와 통신하는 통신수단을 더 포함하고 있다.

도 1에서는 입력수단(500)과 모니터수단(600)이 별개의 구성으로 나타내고 있지만, 데이터 입력과 모니터링이 하나의 구성에서 가능한 일체형으로 이루어질 수도 있다.

상기 구동수단은 서보 모터 및 감속기로 구성되고, 상기 위치검출수단은 압입물의 위치를 확인하는 엔코더이며, 상기 부하검출수단은 압입 부하를 검출하기 위한 로드셀로 구성된다.

이에 따라서 상기 제어수단은 서보모타를 제어하고, 엔코더의 신호에 따라 압입물의 위치를 확인하며, 상기 로드셀의 신호에 따른 부하를 감지하여 연산 처리하여 압입물의 압입을 제어한다.

도 2는 제어수단에 따른 제어부의 개략 구성도로서, 크게 외부 입출력부, 제어 콘트롤러부, 및 외부 서보프레스부를 포함한다.

구체적으로, 1은 주전원 입력으로서 3상 220V AC 전원을 입력하는 것이고, 2는 제어 전원으로서 단상 220V AC 전원 입력하고, 내부 회로에 필요한 DC 전원을 공급한다. 3은 DC 전원으로서 3상 220V AC 전원을 모터 구동에 필요한 DC 전원으로 변환시킨다. 4는 서보 구동부로서 320V DC 전원을 이용하여 모터 3상에 구동 전압을 인가한다. 5는 AC 서보 모터 및 인크리멘탈 엔코더이다. 6은 CPU인 서보 드라이버의 중앙처리장치로서 각종 연상 및 I/O 처리, 통신 등을 수행한다. 7은 RAM으로서 로드셀의 프레스 압력 측정 값 및 위치 데이터 등을 저장한다. 8은 EEPROM으로서 파라미터, 프로그램 등을 저장한다. 9는 A/D 컨버터로서 모터 전류, 로드셀 출력, DC 전압 센서 출력의 아날로그 값을 디지털로 변환한다. 10은 전압 센싱으로서 320V DC 전압을 A/D 컨버터 입력 범위로 변환하는 증폭부이다. 11은 모터 전류 센 싱으로서 모터의 U상, W상의 전류를 측정하여 A/D 컨버터 입력 범위로 변환하는 증폭부이다. 12는 앰프로서 로드셀의 출력전압을 A/D 컨버터 입력 범위로 변환하는 증폭부이다. 13은 로드셀로서 서보 프레스의 압력을 전압출력으로 변환한다. 14는 마스터 앰프로서 마스터 로드셀의 출력전압을 A/D 컨버터 입력 범위로 변환하는 증폭부이다. 15는 마스터 로드셀로서 서보 프레스의 압력을 전압 출력으로 변환한다. 16은 엔코더 입력부로서 엔코더 A,B,Z상 출력을 처리하여 CPU로 전달한다. 17은 통신부로서 PC와의 RS232통신부이다. 18은 I/0로서 센서 입력, PLC와의 IN/OUT 인터페이스부이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 압입제어장치는 압입물과 피 압입물에 대하여 입력수단(500)을 통해 미리 주어진 압입 위치와 압입부하 설정값을 설정해 놓고, 압입물의 압입 시 압입위치 검출수단과 압입부하 검출수단에 의해 검출된 압입위치와 압입부하에 근거하여 샘플링하고, 샘플링된 값이 미리 주어진 설정값과 연산 처리하여 모니터를 통해 확인하면서 압입제어를 실행한다.

구체적으로, 샘플링된 값의 샘플링 수는 유저가 설정할 수 있으나, 대체로 두 차례의 샘플링을 통한 샘플링 값이 설정된 값만큼의 변동이 있는지를 판단하여 압입 동작의 정지 등 압입제어를 실행한다.

여기에서, 압입 제어의 실행 시, 압입위치 데이터 대신에 또는 그와 통합하여 압입 시의 시간에 따른 시간 데이터를 설정하여 압입 제어를 실행할 수도 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 압입제어방법을 설명한다. 본 발명의 압입제어방법은 압착점 압입 방식에 따른 것이다. 여기에서, 압착점이란 설정값 만큼의 구배 가 시작된 초기지점를 말한다.

본 발명의 압입제어방법은 압입하중을 모니터링하면서 제어하는 방식으로 이루어질 수 있다. 압입물 위치판단수단에 의한 위치 및 압입물의 부하판단수단에 의한 부하별 데이타를 통해 소정의 부하 지점에서 압착 포인트가 발생한다.

또한 제어시작위치와 제어시작부하 모두를 만족하는 시점부터 압착점 제어를 실행한다. 이때 제어의 방식은 제어를 하기 위하여 부하와 위치.시간 데이타를 프로그램의 별도의 창에서 제어수단에 의해 설정된다.

상기 제어수단은 미리 주어진 설정값, 즉 설정된 위치, 하중, 시간 제어 샘플수를 기초하여 압착점이 설정 범위 내인지 여부를 판단한다.

이후 제어수단은 압착점 최종 상한 부하와 최종 거리를 기준으로 구동모터를 구동시키고, 이때 구동 속도는 소정의 설정된 속도로 구동된다.

이때 설정으로는 시간 또는 위치로 하고 시간으로 했을 경우에는 샘플링 간격을 지정하게 된다(예를 들면, 1msec,5msec.10msec..등등) 또한 거리로 했을 경우에는 샘플링거리를 지정하여 샘플간격을 설정한다.

설정된 제어 샘플수 2개 만큼 제어부하 구배가 설정되어 있으므로 샘플수 2개에 대해 소정 제어부하 구배 이상의 변동이 생기는 시점(변곡점)에서 서보 모터를 즉시 정지한다. 즉, 압입을 정지한다.

제어수단은 압입중 변곡점이 발생하지 않은 경우라도, 미리 주어진 압착점 최종 상한 위치나 압착점 최종 상한 부하에 도달할 경우는 모터를 즉시 정지한다.

한편, 내부 압착부에 칩이 들어 있을 경우는 부하가 칩을 짓누르면서 압착되 므로 압입 부하는 증가하나 압착점은 발견되지 않는다. 이때는 설정된 압착점 최종 상한부하에서 즉시 정지하고 압착점이 발견되지 않았으므로 부하 오버 에러를 발생시킨다.

또한 압착점 에러를 동시에 발생시키므로 압착점 에러인지, 압착점이 있다하더라도 최종 부하 이상인지를 쉽게 판별할 수 있다.

이러한 압입제어방법을 도 3의 플로우 챠트를 참조하여 설명한다.

압입물을 피 압입물에 압입시키는 과정에서, 압입부하 검출수단 및 압입위치 검출수단을 통해 압입부하 및 압입위치를 검출한다(S100). 검출된 압입부하 및 압입위치 값이 미리 주어진 제어시작위치 및 제어시작부하 설정값 모두를 만족하는 지 판단한다(S200). S200에서 모두 만족할 경우, 제어를 시작하고(S300), 그렇지 않을 경우 S100 단계로 되돌아 간다.

제어 시작 이후, 미리 설정된 압입부하 및 압입위치(또는 압입시간) 데이터를 소정 회수 만큼 샘플링한다(S400). 샘플링 이후, 미리 주어진 압입부하 및 압입거리 설정값에 압착점이 발생하는 값이 설정범위 이내인지 판단한다(S500). 설정범위 이내일 경우(S500에서 예), 압착점 최종 상한부하와 압착점 최종 상한 거리를 기준으로 구동시킨다(S600). 여기에서 설정범위 이내가 아닐 경우(S500에서 아니요), S300 단계로 되돌아 간다.

이후, 샘플링 수에 대해 제어부하 및 제어거리구배에 변동이 있는지 판단한다(S700). S700에서 예를 경우 동작을 정지시킨다. 한편, S700에서 아니요일 경우, 최종상한위치나 압착점 최종상한부하에 도달하였는지를 판단한다(S800). S800에서 예를 경우, 동작을 정지시킨다.

다음으로, 본 발명자에 의해 실행된 압입제어방법에 대하여 위치-부하 데이터와 관련하여 실시된 예시를 설명한다.

도 4는 압착점 제어설정 항목 및 제어 설명에 관한 테이블이고, 도 5는 하중제어 설정항목에 관한 테이블이며, 도 6은 모니터수단에 표시되는 위치-부하 그래프이고, 도 7은 모니터수단에 표시되는 부하-위치 표시항목이다.

본 실시 예시에서, 샘플포인트수는 2, 부하 구배는 90kg, 제어시작위치는 80.80, 제어시작부하는 200인 경우로 하였다.

먼저 제어시작위치 및 제어시작부하 둘 모두를 만족하는 시점, 즉 위치가 80.80이고, 부하가 200인 시점(도 4에서는 (1) 및 (2))부터 압착점 제어를 시작한다. 다시 말해서, 도 7에서는 ①번부터 연산을 시작하여 제어 샘플수인 두 포인트 이후 점인 ③번 일 때 부하 구배인 90kg의 변동이 있었는지 판단한다.

이때의 판단에서 90kg의 변동이 아니므로, ②번부터 다시 ④번 점의 부하 변동량을 판단한다(도 7 참조). 이때 또한 90kg의 변동이 아니므로 계속해서 상기 방식으로 연산한다.

여기에서, 제어 샘플수(도 4에서의 (3))는 조정가능하며, 샘플은 시간 또는 거리로 샘플링된다(본 실시형태는 거리(위치)로 한 것이다). 또한 샘플링 간격은 조정가능하다.

제어부하구배(도 4에서의 (4))는 설정된 수(테이블에서는 2개)에서 부하변동량 이상 발생시 정지하고, 최초 샘플 위치를 압착점으로 산출한다. 즉, ⑪번에서 2 포인트 이후인 ⑬번 포인트에서(도 7 참조), 90kg 이상의 변동이 발생(109kg)하였으므로 정지한다. 이때, 정지하기 위한 최초 포인트인 ⑪번을 압착점으로 판단한다. 그때 압착점의 상한 및 하한 위치-부하를 판정하고, 종료점의 상한 및 하한 위치-부하를 판정하여 동작 정지 여부를 결정한다.

이와 같은 압입제어를 통해 가공 공차가 서로 존재하는 피압입물에 압입물을 압입함에 있어서, 압입물의 압입이 피압입물의 압착면에 압입된 지점을 정확히 판단하여 압착이 완료된 것으로 처리하여 품질 불량을 획기적으로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 미 압입 감지를 위한 별도의 측정 시스템을 설비할 필요가 없어 설비 투자비를 감소시킬 수 있다. 압입시 미 압입 방지를 위하여 압입 부하를 최대 압입 부하 이상으로 압입할 필요가 없어 소재의 변형이나 파손을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경의 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 압입제어장치 및 그의 제어방법은 가공 공차에 관계없이 완전 밀착을 할 수 있고, 완전 밀착이 되지 않을 경우에는 압입 불량을 판별할 수 있어 생산현장에서 별도의 압입 확인을 위한 측정이 필요 없고, 현재 사용하고 있는 측정기로도 판정 불가능한 압입이 밀착되었는지를 판단할 수 있으므로 품질을 획기적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.

또한 압입 하중을 홀의 내경이나 압입물의 내경공차에 관게없이 가장 적정한 부하로 압입할 수 있어 소재의 변형이나, 기준면의 변형 등의 기계적 변형을 감소시켜 소재 불량에 의한 재료비의 감소와 기계의 수명 증가로 인한 보수 유지비의 감소를 도모하는 효과가 있으며, 별도의 압입 감지 확인장치(측정기 등)가 필요 없어 초기 설비 투자비를 감소시키는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 압입과 관련된 부하와, 위치 및 시간 데이터 중 하나 이상의 데이터를 검출하고;

   검출된 데이터 값이 미리 주어진 데이터 시작 설정값 모두를 만족하는지 판단하고;

   데이터시작 설정값을 모두 만족할 경우, 압입 제어를 실행하고;

   제어 시작 이후, 미리 설정된 소정 간격으로 연속 샘플링하고;

   샘플링에 대해 설정된 제어샘플수 와 제어 부하 구배 만큼의 변동이 있는지 판단하고;

   데이터 구배에 변동이 있을 경우 동작을 정지하는

   압입제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   데이터 구배에 변동이 없을 경우, 최종상한위치나 압착점 최종상한부하에 도달하였는지를 판단하고,

   최종상한위치나 압착점 최종상한부하에 도달할 경우 동작을 정지하는

   압입제어방법.
3. 제1항에 있어서,

   구배가 시작된 초기지점인 압착점의 값이 미리 설정된 압착점 제어 설정항목에 설정된 범위 이내인지 판단하여 압입물의 압입상태를 판단하는

   압입제어방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 압입 부하가 미리 설정된 최종 상한부하 이상일 경우, 압입 제어를 정지하는

   압입제어방법.
5. 프레스 본체;

   상기 프레스 본체의 하단부에 상하 이동가능하게 구비되는 로드;

   상기 프레스 본체의 상부 내측에 구비되어 상기 로드를 구동시키기 위한 구동수단;

   상기 프레스 본체에 구비되어 압입되는 로드의 거리에 따라 피 압입물에 대한 압입물의 압입 위치를 검출하기 위한 위치검출수단;

   상기 프레스 본체에 구비되어 압입되는 로드의 부하를 검출하기 위한 부하검 출수단; 및

   상기 위치판단수단과 부하량 판단수단에 의해 제공되는 신호에 따라 압입물

   의 압입 상태를 판단하고 제어하는 제어수단을 포함하는

   압입제어장치.

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