KR20120133196A - 일렉트로 서보 프레스의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보 프레스의 가압시 위치 및 가압하중과 함께 그 통합제어를 이용해 보다 정밀한 가압작업이 가능한 새로운 일렉트로 서보 프레스(Electro Servo Press)의 제어방법에 관한 것이다.
즉, 서보 프레스 상단의 가압시작점(P1)으로부터 하부의 목표이동거리(go)까지 이동한 가압부의 이동거리값과 이때 걸리는 하중값 및 가압부의 실제이동거리를 각각 검출한 다음, 상기 검출된 가압부의 실제 이동거리값에 가압부의 목표이동거리값을 뺐을 때 나타나는 오차값을 하중값에 대한 가압 변형량으로 산출하는 가압 변형량 테스트 단계 및 상기 가압 테스트는 다양한 소재, 형태 및 종류의 프레싱 제품을 대상으로 각각 실시하여 각 프레싱 대상물(제품)에 대한 가압 변형량을 각각 학습하고 저장하는 학습단계를 거친 다음, 이를 실전 가압작업시의 목표이동거리에 그 보정값으로 피드백하여 더욱 정밀한 가압작업이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

Description

일렉트로 서보 프레스의 제어방법{Control Method of Electro Servo Press}

본 발명은 서보 프레스의 가압시 위치 및 가압력의 정밀제어를 위해 그 통합제어를 이용해 보다 정밀한 가압작업이 가능한 새로운 일렉트로 서보 프레스(Electro Servo Press)의 제어방법에 관한 것이다.

통상 가압공정을 수반하는 산업용 프레스는 유압식 프레스가 많이 사용되는데,

이 유압식 프레스는 가압공정시 가압력이나 가압위치 등에 대한 효과적인 관리 및 제어가 부정확하고 어려워 정밀제품의 생산에 한계를 갖는 문제점이 있고,

게다가, 공정수행 중 불량률이 크고 특히 다수 설치된 프레스기의 작업 상태를 각 개별적으로만 모니터링되는 비효율적인 관리형태라 유지관리에 따른 인력 및 비용의 손실 또한 컸던 문제점이 있었다.

나아가, 유압식 프레스는 가압하는 과정에서 수반되는 하중에 의해 프레임의 변형이 상당하여 정밀성이 떨어지고 불량률은 많은 실정이지만,

유압제어의 특성상 이를 보정하는 정밀한 피드백 제어 혹은 통합제어가 불가능하거나 어려워 단순한 가압제어만 실시하는 형태여서,

그 제어 정밀도에 한계를 가질 수밖에 없고 따라서 더욱 높은 부가가치의 정밀한 제품생산이 불가한 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 관련업계에서는 최근 서보모터를 활용한 서보 프레스 제어방법에 관한 연구가 진행되고 있으나, 현재까지 서보모터가 갖는 위치제어의 정밀도를 활용하는 정도의 수준밖에 진척된 것이 없어 이 또한 더욱 정밀하고 초정밀 제품의 생산에 한계가 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 서보 프레스 가압 시작 전에 가압 대상물(제품)에 대한 가압 변형량(=가압시 거리 오차)을 학습한 다음 이를 실전 가압시 피드백 보정(+)할 수 있게 하여 보다 정밀한 가압제어가 가능하도록 하는 고효율 서보 프레스 제어방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 서보 프레스 상단의 가압시작점(P1)으로부터 하부의 목표이동거리(go)까지 이동한 가압부의 이동거리값과 이때 걸리는 하중값 및 가압부의 실제이동거리를 각각 검출한 다음, 상기 검출된 가압부의 목표이동거리값에 가압부의 실제 이동거리값을 뺐을 때 나타나는 오차값을 하중값에 대한 가압 변형량으로 산출하는 가압 변형량 테스트 단계 및 상기 가압 테스트는 다양한 소재, 형태 및 종류의 가압 제품을 대상으로 각각 실시하여 각 가압 대상물(제품)에 대한 가압 변형량을 각각 학습하고 저장하는 학습단계를 거친 다음, 이를 실전 가압작업시의 실제이동거리에 그 보정값으로 피드백하여 더욱 정밀한 가압작업이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 가압작업 전에 프레스 대상물(제품)에 대한 가압 변형량(=가압시 거리 오차)을 학습한 다음 이를 실전 작업시 그 가압부 이동거리에 그 변형량(=가압시 거리 오차) 만큼 피드백 보정(+)하는 정밀한 가압제어가 가능함으로 프레스 작업의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 서보 프레스의 예시도
도 2는 본 발명의 전체적인 제어 시스템의 개략도
도 3은 본 발명에서 제시된 학습알고리듬의 개념이해를 위한 참고도

본 발명의 일렉트로 서보 프레스 제어방법은 첨부된 각 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

즉, 일측에는 정,역 회전 정밀도와 그 제어기능이 뛰어나면서 회전속도와 회전수 및 회전각도와 그 회전에 따른 프레스 램부(150)의 이동거리에 대한 정밀한 측정값의 검출이 가능한 엔코더(111)가 구비되는 동시에 다른 일단에는 브레이크유닛(112)이 구비된 것을 포함하는 서보모터(110)를 설치한 것과;

상기 서보모터(110)의 상측에는 입력풀리(121), 동력전달벨트(122), 출력풀리(123)로 구성되는 회전동력전달수단(120)이 내장 설치된 상부 프레임(125)을 설치한 것과;

상기 상부 프레임(125)의 일측 하방으로는 상기 회전동력전달수단(120)을 통해 전달된 회전동력에 따라 회전되면서 하부 램부(150)의 하강과 상승운동을 주도하는 상하강구동수단(볼스크류, 130)을 설치한 것과;

상기 상하강구동수단(130)의 하측 끝단에는 상기 상하강구동수단(130)의 동작에 따라 상하강하면서 가압작업을 실현하는 가압용 램부(150)를 설치한 것과;

상기 상하강구동수단(130)의 일단에는 가압 대상물에 대한 가압시 상기 램부(150)에 걸리는 일정한 하중을 실시간 측정할 수 있는 가압하중 검출용 로드셀(140)을 설치한 것과;

상기 서보모터(110)와 신호 연결된 별도의 위치에는 PC일체형 컨트롤 보드(261)와 디스플레이 및 프로그램 입력용 터치스크린(262)이 일체화된 프레스 제어장치(260)를 구성시킨 것을 포함하는 서보 프레스(100, 도 1 참조)를 이용한 가압 작업시,

사전에, 상기 서보 프레스 상단의 가압시작점으로부터 하부의 목표이동거리까지 이동한 가압부의 이동거리값과 이때 걸리는 하중값 및 가압부의 실제이동거리를 각각 검출한 다음, 상기 검출된 가압부의 목표이동거리 값에 가압부의 실제이동거리 값 을 뺐을 때 나타나는 오차 값을 하중 값에 대한 가압 변형량으로 산출하는 가압 변형량 테스트 단계 및

상기 가압 테스트는 다양한 소재, 형태 및 종류의 가압공정을 수반되는 제품을 대상으로 각각 실시하여 각 가압 대상물(제품)에 대한 가압 변형량을 각각 학습하고 저장하는 학습단계를 거친 다음,

상기 단계를 통해 학습된 가압 대상물(제품)에 대한 모든 상황의 가압 변형량을, 실전 가압 작업을 위해 이동하는 가압부(램)의 실전 작업의 실제이동거리에에 그 보정값으로 피드백하여 더욱 정밀한 가압 작업 및 제어가 이루어질 수 있도록 하는 것을 그 특징적 요지로 하였다. (도 3 참조)

이와 같이 가압 작업 전에, 다양한 종류의 가압 대상물(제품)이 갖는 가압 변형량값을 상기 가압 변형량 테스트 단계와 학습단계를 통한 학습알고리듬으로 정확히 정립될 수 있기 때문에,

실제로 가압작업이 이루어질 때 상기 학습알고리듬을 적용해 피드백 제어가 이루어지면 가압 작업의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있고 불량률 또한 대폭 감소시킬 수 있는 유용한 방안이 될 수 있다.

예컨데, 일정한 목표이동거리가 필요한 가압 대상물에 서보 프레스를 이용한 가압 작업시,

상기 목표이동거리 만큼 가압부를 이동한 결과 일정한 크기의 가압하중이 걸리게 되는데,

이때, 상기 학습알고리듬을 적용해 검출된 가압하중에 대비한 변형량(=가압시 거리 오차) 만큼 피드백 보정(+)을 한 새로운 목표이동거리를 정하여 이동하면, 가압 변형량(=가압시 거리 오차)이 상쇄된 정밀한 작업이 가능함으로 가압 작업의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 프레스 제어장치(260)의 내부에 구성되는 PC 일체형 컨트롤 보드(261)의 일측에는,

PLC 접점(10)을 구성시켜 그 접점(310)을 통해 외부 기기와의 연동 및 데이터 송수신이 가능한 PLC 연동기능을 갖출 수 있고,

뿐만 아니라 시리얼(Serial)통신 및 이더넷(Ethernet) 통신포트(320) 구축해 외부기기와의 시리얼 통신 및 이더넷 통신은 물론 이를 이용한 효과적인 통신제어가 가능토록 할 수 있다.(도 2 참조)

그리고, 상기 프레스 제어장치(260)에 내장될 수 있는 제어프로그램에는 가압 작업시 검출 측정된 데이터를 변수화하는 기능을 할당하면 더욱 정밀한 가압 작업이 가능해진다.

즉, 서보 프레스 가압부의 이동거리와 하중 등의 측정 및 검출 값들을 임의의 변수 D1, D2 .... 등으로 각각 정한 다음 수식화하면,

서보 프레스의 구동을 위해 프레스 제어장치(260) 내에 작성되는 구동 프로그램이 간단해져 프로그램의 길이가 대폭 줄어 더욱 효과적일 뿐 아니라 기기동작 및 제어시 보다 신속하고 정밀한 동작과 제어가 가능하고, 기기의 조작 및 제어 또한 훨씬 간편화 되는 등 아주 유용하게 사용될 수 있다.

예를 들어, 스프링을 프리셋 할 경우 그 프리셋량을 결정하기 위해 변수화 하고 수식연산기능을 활용하면,

아래와 같이 수식을 프로그램에 입력하고 가압에 의한 임의의 지점의 데이터(위치, 하중)를 변수화 하여 정확한 프리셋 량을 산출하고 이를 이용하여 스프링을 프리셋 할 수 있다.

ex) D20={(D15-D11)×D13}-D12

D20=프리셋 량, D15=검사위치의 하중값, D11=하중 초기값, D12= 프리셋 거리의 초기값, D13=변환상수값(하중계수)

위 예제와 같은 자동 연산기능이 동작하면서 정밀하고 효과적인 제어가 이루어질 수 있게 된다.

100 : 유니트(UNIT) 타입 서보 프레스 110 : 서보모터
120 : 회전동력전달수단 121 : 입력풀리
122 : 동력전달벨트 123 : 출력풀리
125 : 프레임 130 : 상하강구동수단
150 : 램부 260 : 프레스 제어장치
261 : PC일체형 컨트롤 보드 310 : 외부 PLC 접점
320 : 통신포트 W : 작업구간

Claims (3)

1. 일측에는 정,역 회전 정밀도와 그 제어기능이 뛰어나면서 회전속도와 회전수 및 회전각도와 그 회전에 따른 프레스 램부(150)의 이동거리에 대한 정밀한 측정값의 검출이 가능한 엔코더(111)가 구비되는 동시에 다른 일단에는 브레이크유닛(112)이 구비된 것을 포함하는 서보모터(110)를 설치한 것과;
   상기 서보모터(110)의 상측에는 입력풀리(121), 동력전달벨트(122), 출력풀리(123)로 구성되는 회전동력전달수단(120)이 내장 설치된 상부 프레임(125)을 설치한 것과;
   상기 상부 프레임(125)의 일측 하방으로는 상기 회전동력전달수단(120)을 통해 전달된 회전동력에 따라 회전되면서 하부 램부(150)의 하강과 상승운동을 주도하는 상하강구동수단(볼스크류, 130)을 설치한 것과;
   상기 상하강구동수단(130)의 하측 끝단에는 상기 상하강구동수단(130)의 동작에 따라 상하강하면서 프레스 가압작업을 실현하는 가압용 램부(150)를 설치한 것과;
   상기 상하강구동수단(130)의 일단에는 가압 대상물에 대한 가압시 상기 램부(150)에 걸리는 일정한 하중을 실시간 측정할 수 있는 가압하중 검출용 로드셀(140)을 설치한 것과;
   상기 서보모터(110)와 신호 연결된 별도의 위치에는 PC일체형 컨트롤 보드(261)와 디스플레이 및 프로그램 입력용 터치스크린(262)이 일체화된 프레스 제어장치(260)로 이루어지는 서보 프레스(100)를 이용한 가압 제어시,
   
   사전에, 상기 서보 프레스 상단의 가압시작점으로부터 하부의 목표이동거리까지 이동한 가압부의 이동거리값과 이때 걸리는 하중값 및 가압부의 실제이동거리를 각각 검출한 다음, 상기 검출된 가압부의 목표 이동거리값에 가압부의 실제 이동거리 값을 뺐을 때 나타나는 오차값을 하중값에 대한 가압 변형량으로 산출하는 가압 변형량 테스트 단계 및
   상기 가압 테스트는 다양한 소재, 형태 및 가압공정이 수반되는 제품을 대상으로 각각 실시하여 각 가압 대상물(제품)에 대한 가압 변형량을 각각 학습하고 저장하는 학습단계를 거친 다음,
   상기 단계를 통해 학습된 가압 대상물(제품)에 대한 모든 상황의 가압 변형량을,
   실전 가압 작업을 위해 이동하는 가압부(램)의 실전 작업의 실제 이동거리에에 그 보정값으로 피드백하여 더욱 정밀한 가압 작업 및 제어가 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한 일렉트로 서보 프레스의 고효율 제어방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 서보 프레스 제어장치(260)의 내부에 구성되는 PC 일체형 컨트롤 보드(261)의 일측에는,
   PLC 접점(10)을 구성시켜 외부 기기와 인터페이스가 가능한 인터페이스 기능을 부여한 것과;
   시리얼(Serial)과 이더넷(Ethernet) 통신포트(320)를 설치해 외부기기와의 시리얼통신 및 이더넷 통신을 이용한 통신제어기능을 부여한 것을 특징으로 한 일렉트로 서보 프레스의 고효율 제어방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 서보 프레스 제어장치(260)를 통한 가압 작업시 검출 측정된 각 데이터를 임의의 수로 변수화하는 것을 특징으로 한 일렉트로 서보 프레스의 고효율 제어방법.
   

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