KR20130057844A - 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치 및 그 제어방법 - Google Patents

롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치는 베이스 상에 다단의 롤 포머들로 구성되는 롤 포밍유닛을 통하여 롤 성형된 성형빔을 생산하는 롤 포밍 시스템에서, 상기 롤 포밍유닛의 후방측 베이스 상에 일정간격을 두고 설치되어 상기 성형빔의 이동을 안내하는 전측 및 후측 안내롤 수단; 상기 전측 및 후측 안내롤 수단 사이의 상기 베이스 상에 공정방향을 따라 양측에 구성되는 안내레일을 따라 양측 안내 프레임이 각각 이동 가능하도록 구성되는 안내수단; 상기 성형빔의 상면에 대응하여 상기 양측 안내 프레임의 상단을 상호 연결하는 상부 플레이트에 코일 하우징이 조립되고, 상기 코일 하우징의 내부에는 외부의 펄스 발생기와 연결되어 입력되는 전류에 의해 자기장을 발생시키는 코일이 구성되는 전자기 성형수단; 상기 전측 안내롤 수단의 일측에 구성되어 상기 성형빔 상의 성형구간 및 성형빔의 이동속도를 연산하도록 상기 성형빔의 이동량을 감지하는 이동량 감지수단; 상기 베이스 상의 양측 안내레일 사이에서, 상기 양측 안내 프레임의 하부 일측을 상호 연결하는 스크루 하우징에 리드 스크루가 체결된 상태로 모터 구동하여 상기 양측 안내 프레임을 상기 성형빔의 이동속도에 맞게 공정방향으로 동기 구동시키는 동기수단; 및 상기 전자기 성형수단에 대응하여 상기 스크루 하우징의 상측에 승하강 실린더를 통하여 설치되며, 상기 성형빔의 하면을 지지하여 상기 코일에 의한 자기장의 상호작용으로 발생되는 전자기력에 의해 상기 성형빔 상에 일정한 형상이 성형되도록 성형면을 갖는 성형금형을 포함한다.

Description

롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치 및 그 제어방법{ELECTRO MAGNETIC FORMING DEVICE FOR ROLL FORMING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 롤 포밍유닛의 후방에서 롤 포밍 성형속도에 동기하면서 성형빔 상의 일측에 전자기력을 이용하여 보강용 비드부를 성형하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 직선타입의 빔류는 상부 롤과 하부 롤을 한 쌍으로 하여 구성되는 롤 포머가 다단으로 일렬 배치되어 공급되는 코일소재를 다양한 형상으로 절곡 성형하는 롤 포밍 시스템에 의해 생산된다.
도 1은 일반적인 롤 포밍 시스템 및 단계별 공정 개념도이다.
도 1을 참조하면, 상기한 롤 포밍 시스템 및 그 공정은 먼저, 공급되는 코일(210)을 풀어주는 언코일러(201)가 공정라인 전방에 구성되어 언코일 단계(S110)를 이룬다.
상기 언코일러(201)로부터 풀려 나온 코일(210)을 평판의 패널(220)로 펴주는 스트레이트너(203)가 상기 언코일러(201)의 후방에 구비되어 스트레이트닝 단계(S120)를 이룬다.
그리고 상기 스트레이트너(203)의 후방에는 스트레이트너(203)로부터 공급된 패널(220)에 성형될 빔류의 조립을 위한 여러 용도의 홀을 가공하는 브레이크 프레스(205)가 구비되어 피어싱 단계(S130)를 이룬다.
상기 브레이크 프레스(205)의 후방에는 다단의 롤 포머(R1~R7; 7단 롤 포머의 예)들로 구성되는 롤 포밍유닛(207)이 구성되어 상기 언코일러(201), 스트레이트너(203), 및 브레이크 프레스(205)를 거쳐 공급되는 패널(220)을 순차적으로 절곡하여 얻고자 하는 성형빔(230)의 형상으로 롤 성형하는 롤 포밍 단계(S140)를 이룬다.
그리고 상기 롤 포밍유닛(207)의 후방에는 라운드 벤더(209)가 구비되어 상기 성형빔(230)을 설정된 곡률의 반경을 따라 통과시킴으로써 일정 곡률의 성형빔(240)으로 벤딩 성형하는 벤딩단계(S150)를 이룬다.
또한, 상기 라운드 벤더(209)의 후방에는 상기 성형빔(240)을 일정규격으로 절단하는 컷팅 프레스(211)가 구성되어 제품화하기 위한 완성품의 규격대로 성형빔(240)을 절단하는 컷팅단계(S160)를 이룬다.
이러한 롤 포밍 시스템 및 그 공정을 통하여 생산되는 성형빔(240)의 사용 예로, 도 2에서는 길이방향을 따라 오픈타입의 일정한 형상으로 절곡 성형된 차량용 범퍼빔(300)을 도시하고 있다.
그러나 상기한 바와 같은 범퍼빔(300)은 범퍼 스태이를 통한 차체와의 지지점인 양측 단부에 비하여 중앙부가 충격에너지에 대한 강성이 취약하며, 특히, 차량의 정면 충돌 시에는 범퍼빔(300)의 중앙부 변형 및 파손이 심각한 수준이다.
이러한 범퍼빔의 중앙부 강성을 보강하기 위하여 대부분의 범퍼빔에는 그 중앙부에 보강재를 추가로 구성하거나, 별도의 지지빔을 추가로 적용하고는 있으나, 이는 공정이 추가되어야 하고, 중량 및 비용을 증가시키는 단점이 있다.
이에, 최근에는 롤 포밍 공정 상에서, 중량 및 비용을 최소화하면서 성형빔에 국부적으로 강성을 보강할 수 있도록 하는 기술에 대한 다양한 연구개발이 요구된다.
본 발명의 실시 예는 롤 포밍 공정 상에서, 롤 포밍 공정의 사이클타임에 영향을 미치지 않으면서 롤 포밍된 성형빔에 강성 보강을 위한 특정 형상을 실시간 성형할 수 있도록 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
특히, 본 발명의 실시 예는 롤 포밍유닛의 후방에서 롤 포밍 성형속도에 동기하면서 성형빔 상에 국부적으로 전자기력을 이용하여 보강용 비드부를 성형하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 베이스 상에 다단의 롤 포머들로 구성되는 롤 포밍유닛을 통하여 롤 성형된 성형빔을 생산하는 롤 포밍 시스템에서, 상기 롤 포밍유닛의 후방측 베이스 상에 일정간격을 두고 설치되어 상기 성형빔의 이동을 안내하는 전측 및 후측 안내롤 수단; 상기 전측 및 후측 안내롤 수단 사이의 상기 베이스 상에 공정방향을 따라 양측에 구성되는 안내레일을 따라 양측 안내 프레임이 각각 이동 가능하도록 구성되는 안내수단; 상기 성형빔의 상면에 대응하여 상기 양측 안내 프레임의 상단을 상호 연결하는 상부 플레이트에 코일 하우징이 조립되고, 상기 코일 하우징의 내부에는 외부의 펄스 발생기와 연결되어 입력되는 전류에 의해 자기장을 발생시키는 코일이 구성되는 전자기 성형수단; 상기 전측 안내롤 수단의 일측에 구성되어 상기 성형빔 상의 성형구간 및 성형빔의 이동속도를 연산하도록 상기 성형빔의 이동량을 감지하는 이동량 감지수단; 상기 베이스 상의 양측 안내레일 사이에서, 상기 양측 안내 프레임의 하부 일측을 상호 연결하는 스크루 하우징에 리드 스크루가 체결된 상태로 모터 구동하여 상기 양측 안내 프레임을 상기 성형빔의 이동속도에 맞게 공정방향으로 동기 구동시키는 동기수단; 및
상기 전자기 성형수단에 대응하여 상기 스크루 하우징의 상측에 승하강 실린더를 통하여 설치되며, 상기 성형빔의 하면을 지지하여 상기 코일에 의한 자기장의 상호작용으로 발생되는 전자기력에 의해 상기 성형빔 상에 일정한 형상이 성형되도록 성형면을 갖는 성형금형을 포함하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 전측 및 후측 안내롤 수단은 상기 베이스 상에 설치되는 롤 프레임; 상기 롤 프레임의 하부에 슬라이더를 통하여 설치되어 상기 성형빔의 하면을 구름 안내하는 하부 안내롤; 및 상기 롤 프레임의 상부에 슬라이더를 통하여 설치되어 상기 성형빔의 상면을 구름 안내하는 상부 안내롤로 구성될 수 있다.
또한, 상기 안내수단은 상기 베이스 상의 양측에 공정방향을 따라 각각 설치되는 양측 안내레일; 상기 양측 안내레일 상에 각각 슬라이드 가능하게 설치되는 양측 슬라이드 블록; 및 상기 양측 슬라이드 블록 상에 각각 수직방향으로 세워져 설치되며, 각 상단이 상부 플레이트를 통하여 상호 연결되는 양측 안내 프레임으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 전자기 성형수단은 내부 콘덴서에 충전된 고전압 전기를 일시에 방출하여 펄스 전류를 발생시키는 펄스 발생기; 상기 상부 플레이트의 하면에 고정되는 코일 하우징; 상기 코일 하우징의 내측에 설치되어 상기 펄스 발생기와 전기적으로 연결되며, 상기 펄스 발생기로부터 입력되는 펄스 전류를 방전하여 자기장을 형성하는 코일; 및 상기 코일에 이웃하여 상기 코일 하우징 내에 설치되며, 상기 성형빔의 상면에 대응하여 자기장을 집중시키는 필드 쉐이퍼로 구성될 수 있다.
또한, 상기 필드 쉐이퍼는 상기 성형빔의 성형부에 대응하는 일측에 자기장을 집중시키는 돌출단을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이동량 감지수단은 상기 성형빔의 일측에 구름 접촉된 상태로 상기 성형빔의 이동량에 비례하여 회전하는 회전롤러; 및 상기 회전롤러가 회전축에 설치된 상태로 상기 전측 안내롤 수단의 일측에 구성되며, 상기 성형빔의 이동량에 따른 상기 회전롤러의 회전수 신호를 제어기로 출력하는 엔코더로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 회전롤러는 고무재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 동기수단은 양측 안내 프레임 사이의 하부 중앙에 배치되며, 양측이 각 안내 프레임의 하부 일측에 연결 브라켓을 통하여 설치되는 스크루 하우징; 상기 스크루 하우징에 체결된 상태로, 양단이 상기 베이스 상에 각각 베어링 유닛을 통하여 회전 가능하게 설치되는 리드 스크루; 상기 베어링 유닛 중, 하나의 베어링 유닛에 설치되며, 상기 리드 스크루의 일단이 회전축과 동축으로 연결되는 동기모터; 및 상기 안내레일의 일 단부에 설치되어 상기 안내 프레임의 일측을 감지하여 상기 제어기에 리턴신호를 출력하는 리턴스위치로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 동기모터는 정역 회전제어가 가능한 서보모터로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 승하강 실린더는 유압라인 상의 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 공급 제어되는 유압을 작동압으로 하는 유압 실린더로 이루어지며, 작동로드의 선단에 상기 성형금형이 설치될 수 있다.
또한, 상기 성형금형은 상기 양측 안내 프레임의 각 내 측면에 상하방향으로 형성되는 안내홈을 따라 안내되도록 양 측면에 안내단이 형성될 수 있다.
또한, 상기 성형면은 상기 성형빔의 하면에 대응하여 일정형상의 성형홈을 가질 수 있다.
그리고 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 베이스 상에 다단의 롤 포머들로 구성되는 롤 포밍유닛을 통하여 롤 성형된 성형빔을 생산하는 롤 포밍 시스템에서, 엔코더로부터 상기 성형빔의 이동량에 따른 상기 회전롤러의 회전수 신호 및 리턴스위치로부터 리턴신호를 실시간 검출하는 제1단계; 상기 회전롤러의 회전수 신호를 연산하여 성형빔 상의 성형구간 및 성형빔의 이동속도를 실시간 연산하는 제2단계; 상기 성형빔의 성형구간인가를 판단하는 제3단계; 상기 제3단계에서, 성형빔의 성형구간이 아니면, 상기 제1단계로 리턴하고, 상기 성형빔의 성형구간이면, 솔레노이드 밸브를 통하여 승하강 실린더가 전진 구동하도록 유압공급을 제어하여 성형금형을 상승 구동시키고, 동시에 상기 성형금형과 함께 전자기 성형수단을 상기 성형빔의 이동속도에 동기하도록 동기모터를 정방향 구동 제어하는 제4단계; 상기 제4단계에 이어, 상기 전자기 성형수단의 펄스 발생기를 방출 제어하여 내부 콘덴서에 충전된 고전압 전기를 코일을 통하여 방전하고, 이때, 형성되는 자기장이 필드 쉐이퍼에 의해 상기 성형빔의 성형구간에 전자기력으로 집중되도록 하여 상기 성형금형에 대하여 성형빔을 국부적으로 전자기 성형하는 제5단계; 상기 리턴스위치로부터 리턴신호가 감지되었는가를 판단하는 제6단계; 상기 제6단계에서, 리턴신호가 감지되지 않으면, 상기 제1단계로 리턴하고, 상기 리턴신호가 감지되면, 상기 솔레노이드 밸브를 통하여 승하강 실린더가 하강 구동하도록 유압공급을 제어하여 성형금형을 하강 구동시키고, 동시에 상기 성형금형과 함께 전자기 성형수단이 초기위치로 복귀하도록 동기모터를 역방향 구동 제어한 후, 상기 제1단계로 리턴하는 제7단계를 포함하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치의 제어방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 전자기 성형수단은 내부 콘덴서에 충전된 고전압 전기를 일시에 방출하여 펄스 전류를 발생시키는 펄스 발생기; 상기 상형빔의 상면에 대응하여 배치되는 코일 하우징; 상기 코일 하우징의 내측에 설치되어 상기 펄스 발생기와 전기적으로 연결되며, 상기 펄스 발생기로부터 입력되는 펄스 전류를 방전하여 자기장을 형성하는 코일; 및 상기 코일에 이웃하여 상기 코일 하우징 내에 설치되며, 상기 성형빔의 상면에 대응하여 자기장을 집중시키는 필드 쉐이퍼로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 엔코더는 회전축에 상기 성형빔의 일측에 구름 접촉된 상태로 상기 성형빔의 이동량에 비례하여 회전하는 회전롤러가 설치되어 상기 성형빔의 이동량에 따른 상기 회전롤러의 회전수 신호를 제어기로 출력할 수 있다.
또한, 상기 동기모터는 정방향 구동 제어 시, 상기 전자기 성형수단과 성형금형이 성형빔의 이동속도에 동기하도록 출력 제어될 수 있다.
또한, 상기 동기모터는 정역 회전제어가 가능한 서보모터로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 승하강 실린더는 유압라인 상의 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 공급 제어되는 유압을 작동압으로 하는 유압 실린더로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예는 롤 포밍 공정의 후방에서, 전자기 성형수단과 성형금형이 롤 성형된 성형빔과 동기 이동하면서 롤 포밍 공정의 사이클타임에 영향을 미치지 않으면서 성형빔의 일측에 국부적으로 전자기 성형을 통하여 강성 보강을 위한 특정 형상을 실시간 성형할 수 있다.
도 1은 일반적인 롤 포밍 시스템 및 단계별 공정 개념도이다.
도 2는 일반적인 롤 포밍 시스템 및 공정을 이용하여 제조된 차량용 범퍼빔의 일 예에 의한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치가 적용되는 롤 포밍 시스템 및 단계별 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치의 측면도이다.
도 5는 도 4의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치의 제어 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치의 작동 상태도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자기 성형장치의 제어방법에 의한 제어 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치가 적용된 롤 포밍 시스템을 이용하여 제조된 성형품의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치가 적용되는 롤 포밍 시스템 및 단계별 공정도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치의 측면도이고, 도 5는 도 4의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치(5)는 베이스(9) 상에 다단의 롤 포머(R1,R2,R3...R6,R7)들로 구성되는 롤 포밍유닛(4)의 후방에 구성되어 롤 성형된 성형빔(30)의 일측에 특정형상을 전자기 성형한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치(5)가 적용되는 롤 포밍 시스템은 공정라인 전방에 언코일러(1)가 구성되어 공급되는 코일(10)을 풀어준다.
상기 언코일러(1)의 후방에는 스트레이트너(2)가 구성되어 언코일러(1)로부터 풀려 나온 코일(10)을 평판의 패널(20)로 펴준다.
그리고 상기 스트레이트너(2)의 후방에는 상기 스트레이트너(2)로부터 공급되는 패널(20)에 성형할 빔류의 조립을 위한 여러 용도의 홀을 성형하도록 브레이크 프레스(3)가 구성된다.
상기 브레이크 프레스(3)의 후방에는 상기 스트레이트너(2)와 브레이크 프레스(3)를 거쳐 공급되는 패널(20)을 순차적으로 절곡하여 일정한 형상의 성형빔(30)으로 롤 성형하는 롤 포밍유닛(4)이 구성된다.
상기한 롤 포밍유닛(4)은 다단의 롤 포머(R1,R2,R3...R6,R7)들이 일렬로 배치되어 구성된다.
그리고 상기 롤 포밍유닛(4)의 후방에는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 성형빔(30)의 일측에 국부적으로 전자기 성형을 진행하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치(5)가 적용된다.
이러한 전자기 성형장치(5)의 후방에는 전자기 성형공정을 거친 성형빔(40)에 일정 곡률을 성형하기 위해 5세트의 곡률 성형롤로 구성되는 라운드 벤더(6)가 구성된다.
또한, 상기 라운드 벤더(6)의 후방에는 상기 곡률 성형된 성형빔(50)을 일정규격으로 절단하는 컷팅 프레스(7)가 구성된다.
도 4와 도 5를 참조하면, 상기한 구성의 롤 포밍 시스템에 적용되는 전자기 성형장치(5)는 전측 및 후측 안내롤 수단(110,120), 안내수단(130), 전자기 성형수단(140), 이동량 감지수단(150), 동기수단(160), 및 성형금형(170)으로 구성된다.
먼저, 상기 전측 안내롤 수단(110)과 후측 안내롤 수단(120)은 상기 롤 포밍유닛(4)의 최후단 롤 포머(즉, 도 3에서 R7)와 그 후방의 라운드 벤더(6) 사이의 베이스(9) 상에 일정간격을 두고 각각 구성되어 성형빔(30)의 이동을 안내한다.
여기서, 상기 전측 및 후측 안내롤 수단(110,120)은 동일한 기능 및 형상으로 구성되는데, 그 각각의 구성은 먼저, 베이스(9) 상에 롤 프레임(111,121)이 설치된다.
상기 롤 프레임(111,121)의 하부에는 슬라이더(113,123)를 통하여 상기 성형빔(30)의 하면을 구름 안내하는 하부 안내롤(115,125)이 회전 가능하게 설치된다.
또한, 상기 롤 프레임(111,121)의 상부에는 역시 슬라이더(117,127)를 통하여 상기 성형빔(30)의 상면을 구름 안내하는 상부 안내롤(119,129)이 회전 가능하게 설치된다.
이러한 전측 및 후측 안내롤 수단(110,120)은 롤 포밍유닛(4)으로부터 일정속도로 롤 포밍 성형된 성형빔(30)을 각각의 상부 및 하부 안내롤(119,129)(115,125)을 통하여 구름 지지하여 안내한다.
즉, 상기 상부 및 하부 안내롤(119,129)(115,125)은 롤 포밍 성형과정에 성형빔(30)에 남아 있는 잔류응력으로 인한 스프링백(spring back)을 잡아주어 상기 전자기 성형장치(5)에 의한 전자기 성형 시, 성형빔(30)의 양단이 뒤틀리는 것을 방지해준다.
그리고 상기 안내수단(130)은 상기 전측 및 후측 안내롤 수단(110,120) 사이의 상기 베이스(9) 상에 공정방향을 따라 양측에 구성된다.
즉, 상기 안내수단(130)은 상기 베이스(9) 상의 양측에 공정방향을 따라 안내레일(131)이 각각 설치된다.
상기 각 안내레일(131) 상에는 슬라이드 블록(133)이 각각 슬라이드 가능하게 설치되고, 상기 각 슬라이드 블록(133) 상에는 안내 프레임(135)이 각각 수직방향으로 세워져 설치된다.
또한, 상기 양측 안내 프레임(135)은 그 상단이 상부 플레이트(137)를 통하여 상호 연결된다.
그리고 상기 전자기 성형수단(140)은 상기 성형빔(30)의 상면에 대응하여 상기 상부 플레이트(137)에 조립되어 외부의 펄스 발생기(141)에서 입력되는 고전압 전류을 방전하여 발생되는 자기장에 의한 전자기력을 이용하여 성형빔(30)의 일측을 전자기 성형하도록 구성된다.
즉, 상기 전자기 성형수단(140)은 내부 콘덴서(미도시)에 충전된 고전압 전기를 일시에 방출하여 펄스 전류를 발생시키는 펄스 발생기(141)가 구성된다.
또한, 상기 상부 플레이트(137)의 하면에는 코일 하우징(143)이 고정되고, 상기 코일 하우징(143)의 내측에는 코일(145)이 설치된다.
상기 코일(145)은 펄스 발생기(141)와 전기적으로 연결되며, 상기 펄스 발생기(141)로부터 입력되는 펄스 전류를 방전하여 자기장을 형성하는 유도 코일이다.
또한, 상기 코일 하우징(143) 내에는 코일(145)에 이웃하여 필드 쉐이퍼(147)가 설치되는데, 상기 필드 쉐이퍼(147)는 성형빔(30)의 상면에 대응하여 자기장을 집중시켜 전자기력에 의한 성형이 가능하도록 해준다.
이러한 필드 쉐이퍼(147)는 상기 성형빔(30)의 성형부에 대응하는 일측에 자기장을 집중시키는 돌출단(149)을 일체로 형성하여 구성된다.
그리고 상기 이동량 감지수단(150)은 상기 전측 안내롤 수단(110)의 롤 프레임(111) 일측에 구성되어 상기 성형빔(30) 상의 성형구간 및 성형빔의 이동속도를 연산할 수 있도록 성형빔(30)의 이동량을 감지한다.
상기 이동량 감지수단(150)은 상기 성형빔(30)의 하면 일측에 구름 접촉된 상태로 상기 성형빔(30)의 이동량에 비례하여 회전하는 회전롤러(151)가 구성되고, 상기 회전롤러(151)는 엔코더(153)의 회전축(155)에 설치된 상태로 상기 롤 프레임(111)의 일측에 설치된다.
즉, 상기 엔코더(153)는 성형빔(30)의 이동량에 따른 상기 회전롤러(151)의 회전수 신호를 제어기(C)로 출력하여 제어기(C)가 상기 성형빔(30) 상의 성형구간 및 성형빔(30)의 이동속도를 연산할 수 있도록 해준다.
이때, 상기 회전롤러(151)는 고무소재의 롤러 또는 실리콘 등의 수지재 롤러로 구성되어 접촉력을 유지할 수 있도록 한다.
그리고 상기 동기수단(160)은 상기 베이스(9) 상의 양측 안내레일(131) 사이에 구성되어 상기 양측 안내 프레임(135)을 성형빔(30)의 이동속도에 맞게 공정방향으로 동기 구동시켜준다.
상기 동기수단(160)은 양측 안내 프레임(135) 사이의 하부 중앙에 스크루 하우징(161)이 배치되고, 이 스크루 하우징(161)은 양측이 각 안내 프레임(135)의 하부 일측에 연결 브라켓(163)을 통하여 설치된다.
상기 스크루 하우징(161)에는 리드 스크루(165)가 체결되는데, 상기 리드 스크루(165)는 양단이 상기 베이스(9) 상에 각각 베어링 유닛(BU)을 통하여 회전 가능하게 설치된다.
또한, 상기 베어링 유닛(BU) 중, 상기 전측 안내롤 수단(110)에 이웃한 베어링 유닛(BU)에는 동기모터(167)가 설치되는데, 상기 동기모터(167)는 그 회전축이 상기 리드 스크루(165)의 일단과 동축으로 연결되어 리드 스크루(165)를 구동 제어한다.
여기서, 상기 동기모터(167)는 정역 회전제어가 가능한 서보모터로 이루어질 수 있다.
또한, 일측의 안내레일(131)에는 후단부 일측에 리턴스위치(169)가 설치되어 안내 프레임(135)의 일측을 감지하여 상기 제어기(C)에 리턴신호를 출력한다.
그리고 상기 성형금형(170)은 전자기 성형수단(140)의 필드 쉐이퍼(147)에 대응하여 상기 스크루 하우징(161)의 상측에 승하강 실린더(171)를 통하여 설치된다.
이때, 상기 승하강 실린더(171)는 유압라인(L) 상의 솔레노이드 밸브(SV)의 작동에 따라 공급 제어되는 유압을 작동압으로 하는 유압 실린더로 이루어진다.
즉, 상기 성형금형(170)은 상기 승하강 실린더(171)의 작동로드(173)의 선단에 설치되어 승하강 실린더(171)의 구동에 따라 양측 안내 프레임(135) 사이에서 승하강 구동한다.
이러한 성형금형(170)은 성형빔(30)의 하면을 지지하여 상기 코일(145)에 의한 자기장의 상호작용으로 발생되는 전자기력에 의해 상기 성형빔(30) 상에 일정한 형상이 성형되도록 성형면(F)을 갖는데, 이때, 상기 성형면(F)은 성형빔(30)의 하면에 대응하여 일정형상의 성형홈(G)을 갖는다.
또한, 상기 성형금형(170)은 상기 양측 안내 프레임(135)의 각 내 측면에 상하방향으로 형성되는 안내홈(175)을 따라 안내되도록 양 측면에 안내단(177)이 형성된다.
이러한 전자기 성형장치(5)는 도 6에서 도시한 바와 같이, 제어기(C)가 엔코더(153)와 리턴스위치(169)로부터 출력되는 회전롤러(151)의 회전수 신호 및 리턴신호가 입력되면, 상기 회전롤러(151)의 회전수 신호로부터 성형빔(30) 상의 성형구간 및 성형빔(30)의 이동속도(V)를 실시간 연산하고, 상기 리턴신호로부터 동기리턴시점을 판단한다.
또한, 상기 제어기(C)는 동기모터(167)의 모터출력제어를 통하여 전자기 성형수단(140)의 동기속도를 제어하고, 상기 펄스 발생기(141)의 방출제어를 통하여 전자기 성형시점을 제어하고, 상기 솔레노이드 밸브(SV)의 온(ON), 오프(OFF)제어를 통하여 승하강 실린더(171)의 구동을 제어한다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치(5)의 제어 작동을 전체적인 롤 포밍 시스템의 공정과 함께 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, 공정라인의 전방에서, 언코일러(1)를 이용하여 코일(10)을 풀어주는 언코일 단계(S1)를 진행한다.
상기 언코일 단계(S1)에 이어, 상기 언코일러(1)의 후방에서는 스트레이트너(2)를 이용하여 상기 언코일 단계(S1)로부터 풀려 나온 코일(10)을 평판의 패널(20)로 펴주는 스트레이트닝 단계(S2)를 진행한다.
이어서, 상기 스트레이트너(2)의 후방에서는 브레이크 프레스(3)를 이용하여 상기 스트레이트닝 단계(S2)로부터 공급되는 패널(20)에 성형할 빔류의 조립을 위한 여러 용도의 홀을 성형하는 피어싱 단계(S3)를 진행한다.
이후, 상기 브레이크 프레스(3)의 후방에서는 다단의 롤 포머(R1,R2,R3.. R6,R7)로 구성되는 롤 포밍유닛(4)을 이용하여 상기 피어싱 단계(S3)로부터 공급되는 패널(20)을 각각 순차적으로 절곡하여 얻고자 하는 성형빔(30)의 형상으로 성형하는 롤 포밍 단계(S4)를 진행한다.
상기 롤 포밍유닛(4)의 후방에서는, 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치(5)에 의해, 도 8에서 도시한 바와 같은 전자기 성형장치의 제어방법으로 이동하는 성형빔(30)에 동기하면서 그 일측에 강성 보강을 위한 비드부(61)를 전자기 성형하는 전자기 성형단계(S5)를 진행한다.
또한, 상기 전자기 성형장치(5)의 후방에서는 라운드 벤더(6)를 이용하여 상기 전자기 성형단계(S5)로부터 공급되는 성형빔(40)을 성형하고자하는 일정 곡률로 성형하는 벤딩 단계(S6)를 진행한다.
상기 라운드 벤더(6)의 후방에서는 컷팅 프레스(7)를 이용하여 상기 벤딩 단계(S6)로부터 공급되는 성형빔(50)을 일정규격으로 절단하여 컷팅 단계(S7)를 진행함으로써, 도 9에서 도시한 바와 같이, 중앙부에 일정구간 강성 보강용 비드부(61)를 갖는 성형빔(60)을 생산하게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 성형장치(5)의 제어방법을, 도 8을 통하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 제어기(C)는 엔코더(153)로부터 상기 성형빔(30)의 이동량에 따른 상기 회전롤러(151)의 회전수 신호와 리턴스위치(169)로부터 리턴신호를 실시간 검출한다.(ST1)
이어서, 상기 제어기(C)는 상기 회전롤러(151)의 회전수 신호로부터 성형빔(30) 상의 성형구간 및 성형빔(30)의 이동속도를 실시간 연산하고, 상기 리턴신호로부터 동기리턴시점을 연산한다.(ST2)
이와 동시에, 상기 제어기(C)는 상기 연산으로부터 성형빔(30)의 성형구간인가를 판단한다.(ST3)
이때, 상기 제어기(C)는 성형빔(30)의 성형구간이 아니면, 상위 단계(ST1)로 리턴하다.
반면, 상기 제어기(C)는 성형빔(30)의 성형구간으로 판단되면, 솔레노이드 밸브(SV)를 통하여 승하강 실린더(171)가 전진 구동하도록 유압공급을 제어하여 성형금형(170)을 상승 구동시키고, 이와 동시에 상기 성형금형(170)과 함께 전자기 성형수단(140)을 상기 성형빔(30)의 이동속도(V)에 동기하도록 동기모터(167)를 정방향 구동 제어한다.(ST4)
그러면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 성형금형(170)은 상승하여 성형빔(30)의 하면에 접촉된 상태가 되고, 상기 성형금형(170)과 함께 전자기 성형수단(140)은 성형빔(30)의 이동속도(V)에 동기하여 공정방향을 따라 이동한다.
이러한 상태에서, 상기 제어기(C)는 상기 전자기 성형수단(140)의 펄스 발생기(141)를 방출 제어하여 내부 콘덴서(미도시)에 충전된 고전압 전기를 코일(145)을 통하여 방전한다.
그러면, 도 7에 도시된 바와 같이, 이때 형성되는 자기장이 필드 쉐이퍼(147)에 의해 상기 성형빔(30)의 성형구간에 전자기력으로 집중되어 상기 성형금형(170)에 대하여 성형빔(30)의 일측을 국부적으로 전자기 성형한다.(ST5)
이후, 제어기(C)는 상기 리턴스위치(169)로부터 리턴신호가 감지되었는가를 판단한다.(ST6)
이때, 제어기(C)는 상기 리턴신호가 감지되지 않으면, 상위 단계(ST1)로 리턴하한다.
반면, 상기 제어기(C)는 리턴신호가 감지되면, 상기 솔레노이드 밸브(SV)를 통하여 승하강 실린더(171)가 하강 구동하도록 유압공급을 제어하여 성형금형(170)을 하강 구동시키고, 이와 동시에 상기 성형금형(170)과 함께 전자기 성형수단(140)이 초기위치로 복귀하도록 동기모터(167)를 역방향 구동 제어하며, 이후, 상위 단계(ST1)로 리턴한다.(S7)
그러면, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 성형금형(170)은 다시 하강하여 성형빔(30)의 하면으로부터 분리되며, 상기 성형금형(170)과 함께 전자기 성형수단(140)은, 도 4에서와 같이, 공정 반대방향으로 이동하여 초기위치로 복귀한다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 언코일러 2: 스트레이트너
3: 브레이크 프레스 4: 롤 포밍유닛
5: 전자기 성형장치 6: 라운드 벤더
7: 컷팅 프레스 9: 베이스
10: 코일 20: 패널
30,40,50,60: 성형빔 110,120: 안내롤 수단
130: 안내수단 140: 전자기 성형수단
150: 이동량 감지수단 160: 동기수단
170: 성형금형 111,121: 롤 프레임
113,123,117,127: 슬라이더 115,125,119,129: 안내롤
131: 안내레일 133: 슬라이드 블록
135: 안내 프레임 137: 상부 플레이트
141: 펄스 발생기 143: 코일 하우징
145: 코일 147: 필드 쉐이퍼
151: 회전롤러 153: 엔코더
161: 스크루 하우징 163: 연결 브라켓
165: 리드 스크루 167: 동기모터
169: 리턴스위치 171: 승하강 실린더
175: 안내홈 177: 안내단
V: 이동속도 C: 제어기

Claims (18)

  1. 베이스 상에 다단의 롤 포머들로 구성되는 롤 포밍유닛을 통하여 롤 성형된 성형빔을 생산하는 롤 포밍 시스템에서,
    상기 롤 포밍유닛의 후방측 베이스 상에 일정간격을 두고 설치되어 상기 성형빔의 이동을 안내하는 전측 및 후측 안내롤 수단;
    상기 전측 및 후측 안내롤 수단 사이의 상기 베이스 상에 공정방향을 따라 양측에 구성되는 안내레일을 따라 양측 안내 프레임이 각각 이동 가능하도록 구성되는 안내수단;
    상기 성형빔의 상면에 대응하여 상기 양측 안내 프레임의 상단을 상호 연결하는 상부 플레이트에 코일 하우징이 조립되고, 상기 코일 하우징의 내부에는 외부의 펄스 발생기와 연결되어 입력되는 전류에 의해 자기장을 발생시키는 코일이 구성되는 전자기 성형수단;
    상기 전측 안내롤 수단의 일측에 구성되어 상기 성형빔 상의 성형구간 및 성형빔의 이동속도를 연산하도록 상기 성형빔의 이동량을 감지하는 이동량 감지수단;
    상기 베이스 상의 양측 안내레일 사이에서, 상기 양측 안내 프레임의 하부 일측을 상호 연결하는 스크루 하우징에 리드 스크루가 체결된 상태로 모터 구동하여 상기 양측 안내 프레임을 상기 성형빔의 이동속도에 맞게 공정방향으로 동기 구동시키는 동기수단; 및
    상기 전자기 성형수단에 대응하여 상기 스크루 하우징의 상측에 승하강 실린더를 통하여 설치되며, 상기 성형빔의 하면을 지지하여 상기 코일에 의한 자기장의 상호작용으로 발생되는 전자기력에 의해 상기 성형빔 상에 일정한 형상이 성형되도록 성형면을 갖는 성형금형;
    을 포함하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  2. 제1항에서,
    상기 전측 및 후측 안내롤 수단은
    상기 베이스 상에 설치되는 롤 프레임;
    상기 롤 프레임의 하부에 슬라이더를 통하여 설치되어 상기 성형빔의 하면을 구름 안내하는 하부 안내롤; 및
    상기 롤 프레임의 상부에 슬라이더를 통하여 설치되어 상기 성형빔의 상면을 구름 안내하는 상부 안내롤로 구성되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안내수단은
    상기 베이스 상의 양측에 공정방향을 따라 각각 설치되는 양측 안내레일;
    상기 양측 안내레일 상에 각각 슬라이드 가능하게 설치되는 양측 슬라이드 블록; 및
    상기 양측 슬라이드 블록 상에 각각 수직방향으로 세워져 설치되며, 각 상단이 상부 플레이트를 통하여 상호 연결되는 양측 안내 프레임;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 성형수단은
    내부 콘덴서에 충전된 고전압 전기를 일시에 방출하여 펄스 전류를 발생시키는 펄스 발생기;
    상기 상부 플레이트의 하면에 고정되는 코일 하우징;
    상기 코일 하우징의 내측에 설치되어 상기 펄스 발생기와 전기적으로 연결되며, 상기 펄스 발생기로부터 입력되는 펄스 전류를 방전하여 자기장을 형성하는 코일; 및
    상기 코일에 이웃하여 상기 코일 하우징 내에 설치되며, 상기 성형빔의 상면에 대응하여 자기장을 집중시키는 필드 쉐이퍼;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필드 쉐이퍼는
    상기 성형빔의 성형부에 대응하는 일측에 자기장을 집중시키는 돌출단을 형성하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이동량 감지수단은
    상기 성형빔의 일측에 구름 접촉된 상태로 상기 성형빔의 이동량에 비례하여 회전하는 회전롤러; 및
    상기 회전롤러가 회전축에 설치된 상태로 상기 전측 안내롤 수단의 일측에 구성되며, 상기 성형빔의 이동량에 따른 상기 회전롤러의 회전수 신호를 제어기로 출력하는 엔코더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전롤러는
    고무재로 구성되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 동기수단은
    양측 안내 프레임 사이의 하부 중앙에 배치되며, 양측이 각 안내 프레임의 하부 일측에 연결 브라켓을 통하여 설치되는 스크루 하우징;
    상기 스크루 하우징에 체결된 상태로, 양단이 상기 베이스 상에 각각 베어링 유닛을 통하여 회전 가능하게 설치되는 리드 스크루;
    상기 베어링 유닛 중, 하나의 베어링 유닛에 설치되며, 상기 리드 스크루의 일단이 회전축과 동축으로 연결되는 동기모터; 및
    상기 안내레일의 일 단부에 설치되어 상기 안내 프레임의 일측을 감지하여 상기 제어기에 리턴신호를 출력하는 리턴스위치;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 동기모터는
    정역 회전제어가 가능한 서보모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 승하강 실린더는
    유압라인 상의 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 공급 제어되는 유압을 작동압으로 하는 유압 실린더로 이루어지며, 작동로드의 선단에 상기 성형금형이 설치되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 성형금형은
    상기 양측 안내 프레임의 각 내 측면에 상하방향으로 형성되는 안내홈을 따라 안내되도록 양 측면에 안내단이 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 성형면은
    상기 성형빔의 하면에 대응하여 일정형상의 성형홈을 갖는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  13. 베이스 상에 다단의 롤 포머들로 구성되는 롤 포밍유닛을 통하여 롤 성형된 성형빔을 생산하는 롤 포밍 시스템에서,
    엔코더로부터 상기 성형빔의 이동량에 따른 상기 회전롤러의 회전수 신호 및 리턴스위치로부터 리턴신호를 실시간 검출하는 제1단계;
    상기 회전롤러의 회전수 신호를 연산하여 성형빔 상의 성형구간 및 성형빔의 이동속도를 실시간 연산하는 제2단계;
    상기 성형빔의 성형구간인가를 판단하는 제3단계;
    상기 제3단계에서, 성형빔의 성형구간이 아니면, 상기 제1단계로 리턴하고, 상기 성형빔의 성형구간이면, 솔레노이드 밸브를 통하여 승하강 실린더가 전진 구동하도록 유압공급을 제어하여 성형금형을 상승 구동시키고, 동시에 상기 성형금형과 함께 전자기 성형수단을 상기 성형빔의 이동속도에 동기하도록 동기모터를 정방향 구동 제어하는 제4단계;
    상기 제4단계에 이어, 상기 전자기 성형수단의 펄스 발생기를 방출 제어하여 내부 콘덴서에 충전된 고전압 전기를 코일을 통하여 방전하고, 이때, 형성되는 자기장이 필드 쉐이퍼에 의해 상기 성형빔의 성형구간에 전자기력으로 집중되도록 하여 상기 성형금형에 대하여 성형빔을 국부적으로 전자기 성형하는 제5단계;
    상기 리턴스위치로부터 리턴신호가 감지되었는가를 판단하는 제6단계;
    상기 제6단계에서, 리턴신호가 감지되지 않으면, 상기 제1단계로 리턴하고, 상기 리턴신호가 감지되면, 상기 솔레노이드 밸브를 통하여 승하강 실린더가 하강 구동하도록 유압공급을 제어하여 성형금형을 하강 구동시키고, 동시에 상기 성형금형과 함께 전자기 성형수단이 초기위치로 복귀하도록 동기모터를 역방향 구동 제어한 후, 상기 제1단계로 리턴하는 제7단계;
    를 포함하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전자기 성형수단은
    내부 콘덴서에 충전된 고전압 전기를 일시에 방출하여 펄스 전류를 발생시키는 펄스 발생기;
    상기 상형빔의 상면에 대응하여 배치되는 코일 하우징;
    상기 코일 하우징의 내측에 설치되어 상기 펄스 발생기와 전기적으로 연결되며, 상기 펄스 발생기로부터 입력되는 펄스 전류를 방전하여 자기장을 형성하는 코일; 및
    상기 코일에 이웃하여 상기 코일 하우징 내에 설치되며, 상기 성형빔의 상면에 대응하여 자기장을 집중시키는 필드 쉐이퍼;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치의 제어방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 엔코더는
    회전축에 상기 성형빔의 일측에 구름 접촉된 상태로 상기 성형빔의 이동량에 비례하여 회전하는 회전롤러가 설치되어 상기 성형빔의 이동량에 따른 상기 회전롤러의 회전수 신호를 제어기로 출력하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치의 제어방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 동기모터는
    정방향 구동 제어 시, 상기 전자기 성형수단과 성형금형이 성형빔의 이동속도에 동기하도록 출력 제어되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치의 제어방법.
  17. 제13항 또는 제16항에 있어서,
    상기 동기모터는
    정역 회전제어가 가능한 서보모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 승하강 실린더는
    유압라인 상의 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 공급 제어되는 유압을 작동압으로 하는 유압 실린더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 시스템용 전자기 성형장치의 제어방법.
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