KR20160096016A - 펌프 장치 - Google Patents

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유키노부 다카타
아키노리 시바타
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가부시키가이샤 스기노 마신
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Abstract

복수의 노즐 중에서 선택된 노즐로부터 분사하는 펌프 장치의 토출 압력 또는 토출 유량을, 선택된 노즐마다 설정한 값으로 유지한다. 복수의 노즐 중에서 선택된 노즐로부터 분출하는 펌프 장치(10)로서, 용적식 펌프로서의 피스톤 펌프(13)와, 회전 속도 가변의 구동 장치로서의 영구자석형 동기 전동기(16)와, 선택 장치로서의 터릿 장치(25)와, 토출 배관(19)과, 노즐(27)과, 구동 장치의 회전 속도를 제어하는 제어부와, 제어 파라미터 및 토출 압력의 목표치를 노즐의 각각에 대응하여 기억하는 기억 장치와, 압력 센서(21)를 구비하고, 제어부는, 선택된 노즐에 대응하는 제어 파라미터를 이용하여, 토출 압력이 목표치에 일치하도록, 토출 압력을 피드백하여 구동 장치의 회전 속도를 제어한다.

Description

펌프 장치{PUMPING SYSTEM}
본 발명은, 펌프 장치에 관한 것으로, 특히, 유체를 가압하여, 복수의 노즐 중에서 선택된 노즐로부터 분출하는 펌프 장치의 제어에 관한 것이다.
복수의 노즐이 선택 장치를 개재하여 펌프와 접속되고, 상기 펌프가 토출한 유체를 선택 장치가 선택한 노즐로부터 분출하는 펌프 장치가 있다. 이러한 펌프 장치는, 예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 세정 장치에 이용되고 있다. 특허문헌 1의 세정 장치에는, 선택 장치인 터릿(turret) 장치에 복수의 노즐이 배치되어 있다. 그리고, 펌프가 토출한 유체를, 선택 장치가 선택한 하나의 노즐로부터 분출한다.
용적식 펌프(positive displacement pump)의 토출 압력은, 용적식 펌프의 회전 속도(단위 시간당의 회전수), 노즐의 분출 형상 및 노즐의 구멍 지름에 의해 정해진다. 그리고, 선택하는 노즐을 전환했을 경우에는, 그 펌프의 토출 압력과 토출 유량과의 관계를 나타내는 곡선에 따라서, 노즐에 대응한 압력으로 분사한다.
일본 공개특허공보 평08-90365호
펌프 장치를 이용하여, 세정, 치핑(chipping), 디버링(deburring), 그 외의 작업을 행하는 경우에는, 펌프의 토출 유량 또는 토출 압력과 얻어지는 효과가 밀접하게 관계한다. 따라서, 복수의 노즐을 이용하여 복수의 작업을 행하는 경우에는, 그 작업마다 최적의 토출 압력 또는 토출 유량을 선택하는 것이 바람직하다.
첫 번째로, 본 발명은, 복수의 노즐 중에서 선택된 노즐로부터 분사하는 펌프 장치의 토출 압력 또는 토출 유량을, 선택된 노즐마다 설정한 값으로 유지하는 것을 과제로 한다.
노즐은 분출하는 유체에 의해서 서서히 마모되고, 구멍 지름의 확대, 분사 형상의 악화를 초래한다. 세정 능력, 디버링 능력은, 토출 압력, 분사 형상, 토출 유량의 영향을 받기 때문에, 마모된 노즐은 교환된다. 종래의 펌프 장치는, 펌프의 토출구에 릴리프 밸브를 마련하고, 이 릴리프 밸브에 의해 토출 압력을 일정하게 유지하도록 구성되어 있었다. 그리고, 토출 압력이 저하되었을 경우에는, 이 릴리프 밸브의 릴리프압을 조정하고, 릴리프 밸브의 닫음에 의해서도 소정의 토출 압력을 유지할 수 없는 경우, 노즐을 교환하고 있었다. 그러나, 그 교환 시기를 예상할 수 없었다.
두 번째로, 본 발명은, 노즐의 마모 상황을 확인하고, 노즐 교환의 적합한 시기를 통지하는 것을 과제로 한다.
상기 과제에 비추어 보아, 본 발명은, 유체를 가압하여, 복수의 노즐 중에서 선택된 상기 노즐로부터 분출하는 펌프 장치로서, 상기 유체를 토출하는 토출구를 가지는 용적식 펌프와, 상기 용적식 펌프를 구동하는 회전 속도 가변의 구동 장치와, 상기 유체의 입구와 복수의 출구를 가지고 상기 입구와 상기 복수의 출구 중 어느 하나를 연통시키는 선택 장치와, 상기 토출구와 상기 입구를 연통하는 토출 배관과, 상기 출구에 연통하는 상기 노즐과, 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어하는 제어부와, 상기 회전 속도의 제어에 이용되는 제어 파라미터, 및 상기 용적식 펌프의 토출 압력 또는 토출 유량인 토출 특성의 목표치를, 복수의 상기 노즐의 각각에 대응하여 기억하는 기억 장치와, 상기 토출 배관에 구비되고, 상기 용적식 펌프의 상기 토출 특성을 계측하는 센서를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 선택 장치에 의해서 선택된 상기 노즐에 대응하는 상기 제어 파라미터를 이용하여, 상기 토출 특성이 상기 목표치에 일치하도록 상기 토출 특성을 피드백하여 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어한다.
상기 구성에 의하면, 토출 특성을 피드백하여 펌프의 회전 속도를 제어하고, 펌프의 토출 압력 또는 토출 유량을 노즐마다 설정된 목표치에 일치시킬 수 있다
본 발명은, 바람직하게는, 상기 토출 배관으로부터 분기되는 배관에 마련되는 배출 밸브를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 배출 밸브가 오픈될 때, 또는 상기 선택 장치에 의한 상기 노즐의 선택이 없을 때에, 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 미리 설정된 아이들링 회전 속도로 유지한다.
상기 구성에 의하면, 배출 밸브가 오픈될 때, 또는 선택 장치에 의한 노즐의 선택이 없을 때, 용적식 펌프가 양압(揚壓)한 유체를 배출 밸브로부터 배출하고, 그 사이에 있어서의 용적식 펌프의 회전 속도를 아이들링 회전 속도로 한다. 이 아이들링 회전 속도로서, 노즐을 선택했을 때의 회전 속도보다 낮은 회전 속도를 선택해 두면, 노즐로부터 유체를 분출하지 않을 때의 펌프의 소비 전력을 저감할 수 있다.
본 발명은, 바람직하게는, 상기 구동 장치에 공급하는 교류 전력의 주파수를 변환하는 주파수 변환 장치를 구비하고, 상기 구동 장치는 교류 전동기이며, 상기 제어부는, 상기 토출 특성과 상기 목표치와의 편차에 근거하여, 상기 주파수 변환 장치가 공급하는 상기 교류 전력의 상기 주파수를 PID 제어한다. 여기서, 제어 파라미터는, 노즐의 종별 및 노즐의 구멍 지름(기준 구멍 지름)에 대응하는 비례 계수, 적분 계수, 및 미분 계수를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 간편한 구성으로 응답성이 좋은 피드백 제어를 실현할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 용적식 펌프는 톱니바퀴 펌프 또는 피스톤 펌프이며, 구동 장치는 영구자석형 동기 전동기이다.
상기 구성에 의하면, 영구자석형 동기 전동기는, 전원의 주파수에 비해서 회전 속도의 추종성이 좋기 때문에, 응답성이 더 높은 펌프 장치를 얻을 수 있다. 또한, 영구자석형 동기 전동기는, 에너지 효율이 높기 때문에, 기계 효율이 더 높은 펌프 장치를 얻을 수 있다.
본 발명은, 바람직하게는, 상기 노즐에 관한 경고를 발하는 경고 장치를 구비하고, 상기 구동 장치의 상기 회전 속도가, 상기 선택 장치에 의해서 선택된 상기 노즐에 대해서 미리 설정된 상한 회전 속도를 초과하거나 또는 상기 상한 회전 속도 이상일 때, 상기 경고 장치는, 상기 선택 장치에 의해서 선택된 상기 노즐에 관한 상기 경고를 발한다.
상기 구성에 의하면, 노즐의 마모량에 대응하여 적절하게 경고를 발하고, 또는 노즐의 교환을 재촉할 수 있다. 즉, 노즐의 마모 상황을 확인하고, 노즐 교환의 적기(適期)를 통지할 수 있다. 여기서, 경고 장치는, 경보 발생기, 경보 표시 장치, 외부에의 경보 신호 발진기 그 외의 경고 수단을 구비하는 장치를 말한다.
본 발명은, 바람직하게는, 정보를 표시하는 표시 장치를 구비하고, 상기 기억 장치는, 상기 구동 장치의 상기 회전 속도와 상기 노즐의 구멍 지름을 관계짓는 관계 정보를 상기 노즐마다 기억하고, 상기 제어부는, 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 취득하고, 취득한 회전 속도에 상당하는 상기 노즐의 상기 구멍 지름을 상기 관계 정보에 근거하여 추정하고, 상기 표시 장치에 표시시킨다.
상기 구성에 의하면, 유체의 분출에 수반하여 노즐이 마모되고, 서서히 노즐의 구멍 지름이 확대되는바, 사용자는 현재의 노즐의 구멍 지름의 추정치를 확인할 수 있다. 즉, 노즐의 마모 상황을 확인하고, 노즐 교환의 적기를 통지할 수 있다. 이 때문에, 사용자는, 노즐을 교환할 계획을 미리 책정하고, 세정 등의 작업 품질의 저하를 예방할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 토출 특성이 상기 목표치에 일치하도록 상기 토출 특성을 피드백하여 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어하는 피드백 제어와 함께, 상기 목표치에 대응하여 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어하는 피드 포워드 제어를 행한다.
상기 구성에 의하면, 피드 포워드 제어는, 조작 초기에서의 토출 특성의 응답 지연의 해소를 행한다. 또한, 피드 포워드 제어는, 예를 들면 용적식 펌프의 기동시나 사용하는 노즐의 전환시의 과도 상태에서, 토출 특성을 목표치에 일치시키도록 보상한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 목표치는, 미리 설정된 세정의 순서에 대응하여 변화한다.
상기 구성에 의하면, 예를 들면 수치 제어 프로그램에 프로그램된 세정의 순서에 대응하여, 목표치를 적절하게 변경했을 경우에도, 추종성이 좋은 토출 특성의 조정이 가능하다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 제어 파라미터는, 상기 노즐의 종별, 상기 노즐의 기준 구멍 지름, 및 상기 목표치에 근거하여 취득되어서, 상기 기억 장치에 기억된다.
상기 구성에 의하면, 선택 장치의 각 출구에 접속하는 노즐의 종별이나 구멍 지름을 변경했을 경우라도, 노즐의 종별, 노즐의 기준 구멍 지름, 목표치를 설정하는 것만으로 제어 가능한 펌프 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수의 노즐 중에서 선택된 노즐로부터 분사하는 펌프 장치의 토출 압력 또는 토출 유량을, 선택된 노즐마다 설정한 값으로 유지할 수 있다.
도 1은 실시형태의 펌프 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 실시형태의 펌프 장치의 제어 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 실시형태의 펌프 장치의 제어 방법을 나타내는 블록 선도이다.
도 4는 실시형태의 펌프 장치의 제어 파라미터를 나타낸다.
도 5는 실시형태의 펌프 장치의 제어 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 실시형태의 제1 변형예의 펌프 장치의 제어 파라미터를 나타내며, (a)는 툴 번호에 대한 목표 압력을, (b)는 목표 압력에 대한 상한 주파수 및 하한 주파수를, (c)는 PID 제어의 제어 파라미터를 나타낸다.
도 7은 실시형태의 제2 변형예의 펌프 장치의 제어 파라미터를 나타내며, (a)는 툴 번호에 대한 설정치를, (b)는 노즐의 종별에 대한 제어 파라미터의 함수를, (c)는 툴 번호에 대한 PID 제어의 제어 파라미터를 나타낸다.
이하, 도 1 내지 도 5에 따라서, 발명을 실시하는 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
[실시형태]
(구성)
도 1은 본 발명의 실시형태의 펌프 장치(10)를 나타낸다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 펌프 장치(10)는, 유체(F)를 가압하여, 복수의 노즐(27) 중에서 선택된 노즐(27)로부터 분출한다. 유체(F)는 탱크 장치(11)에 저장되어 있다. 여기서, 유체(F)는 물 또는 세정제, 방부제, 방청제, 그 외의 첨가물을 포함하는 수용액이다. 탱크 장치(11)는 2조(槽)식의 여과 장치를 구비한 탱크 장치이다. 탱크 장치(11)는 세정기, 절삭 장치에 관용(慣用)되고 있기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.
펌프 장치(10)는 용적식(容積式) 펌프를 구비하고 있다. 본 실시형태에서, 용적식 펌프는, 복수의 플런저를 구비하고, 플런저가 왕복하는 것으로, 유체(F)를 흡입구(14)로부터 흡입하고, 토출구(15)로부터 토출하는 피스톤 펌프(13)이다. 피스톤 펌프(13)를 사용하는 것으로, 토출 압력(토출 특성)을 높게 설정할 수 있다. 이 때문에, 펌프 장치(10)는, 기계 부품의 세정 혹은 디버링 가공, 중합 탱크 혹은 컨테이너의 세정, 도장의 박리, 또는 콘크리트의 치핑에 적합하게 이용할 수 있다.
용적식 펌프를 사용하는 것으로써, 유체(F)를 분출하는 노즐(27)의 구멍 지름과 용적식 펌프의 회전 속도(N)[min-1]에 대응하여, 토출 압력(P)[MPa]이 정해진다. 그리고, 회전 속도(N)가 상승함에 따라서 토출 압력(P)이 상승하고, 노즐(27)의 구멍 지름이 확대함에 따라서 토출 압력(P)이 저하하는 작용이 발생한다.
또한, 피스톤 펌프(13) 대신, 톱니바퀴 펌프 그 외의 용적식 펌프를 사용할 수 있다. 본 실시형태의 펌프 장치(10)는, 피스톤 펌프(13)를 1대 구비하고 있는데, 복수대의 용적식 펌프를 구비해도 좋다.
펌프 장치(10)는, 용적식 펌프를 구동하는 회전 속도 가변의 구동 장치와, 구동 장치에 공급하는 교류 전력의 주파수를 변환하는 주파수 변환 장치를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 용적식 펌프로서의 피스톤 펌프(13)의 구동 장치는, 영구자석형 동기 전동기(16)이다. 또한, 본 실시형태에서는, 주파수 변환 장치는 인버터(17)이다. 인버터(17)는, 교류 전원으로부터 임의의 주파수를 가지는 교류 전력을 발생시키는 장치이다. 펌프 장치(10)가 인버터(17)와 영구자석형 동기 전동기(16)를 구비하고 있기 때문에, 피스톤 펌프(13)의 회전 속도의 응답이 빨라진다. 그리고, 피스톤 펌프(13)의 회전 속도를 제어하기 위한 구성을 염가로 간편하게 얻을 수 있다.
또한, 영구자석형 동기 전동기(16) 대신에, 전자석 동기 전동기, 그 외의 교류 동기 전동기, 혹은 직류 동기 전동기 또는 유도 전압기를 이용할 수 있다. 인버터(17) 및 영구자석형 동기 전동기(16) 대신에, 스텝 모터 또는 써보 모터를 이용할 수 있다. 스텝 모터 또는 써보 모터를 이용했을 경우에는, 인버터(17)를 사용하지 않기 때문에, 인버터(17)의 제어 지연이 해소되고, 더욱 빠른 응답이 가능해진다.
펌프 장치(10)는, 유체(F)의 입구(26)와 복수의 출구(18)를 가지는 선택 장치를 구비하고 있다. 이 선택 장치는, 입구(26)와 복수의 출구(18) 중 어느 하나를 연통시킨다. 본 실시형태에서는, 선택 장치는, 터릿 장치(25)이다. 터릿 장치(25)는 써보 모터(30)에 의해, 노즐(27)이 장착되는 복수의 터릿면 중에서 하나의 터릿면을 인덱스한다. 터릿 장치(25)는 XYZ축을 포함하는 직교축 이동 장치(32)로 수치 제어된다. 터릿 장치(25)에는 각 터릿면에 대응하여 레버 조작형의 밸브(28)가 각각 마련되어 있다. 인덱스된 터릿면에 대응하여 마련된 밸브(28)의 레버는, 고정된 캠 팔로워(29)에 의해, 밀리게 된다. 그러면, 터릿 장치(25)의 입구(26)로부터 공급된 유체(F)가, 출구(18)를 거쳐서, 인덱스된 터릿면에 장착된 노즐(27)로부터 분사된다.
또한, 선택 장치로서의 터릿 장치(25)에 있어서의 터릿면의 인덱스에는, 써보 모터(30) 대신에, 롤러 기어 캠, 패러렐 캠, 그 외의 인덱스 캠 장치를 이용할 수 있다. 선택 장치는, 노즐(27)의 수와 동일한 수효의 밸브(28)를 가지고, 각각의 밸브(28)의 유입구가 선택 장치의 입구(26)와 결합되어 있는 여러 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 선택 장치는, 제어 장치(43)의 지령에 대응하여 각각의 밸브(28)를 개폐해도 좋고, 밸브(28)를 직렬로 배치하고, 회전하는 캠 샤프트로 오픈하는 밸브(28)를 선택해도 좋다. 후자의 선택 장치로서는, 예를 들면 일본 특허공보 제3812879호에 기재된 장치를 이용할 수 있다.
토출 배관(19)은, 피스톤 펌프(13)의 토출구(15)와 터릿 장치(25)의 입구(26)를 연통한다.
압력 센서(21)는 토출 배관(19)에 마련되고, 피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P)을 계측하고, 제어 장치(43)에 출력한다.
안전 밸브(23)는 토출 배관(19)으로부터 분기되는 배관에 마련되고, 토출 압력(P)이 소정의 압력(PS)을 초과하면 탱크 장치(11)에 유체(F)를 릴리프하고, 토출 압력(P)을 압력(PS) 이하로 유지한다. 압력(PS)은 상시 사용하는 토출 압력(P)보다 약간 높고, 또한, 피스톤 펌프(13), 토출 배관(19), 압력 센서(21), 터릿 장치(25)의 내압 강도(압력치)보다 낮게 설정된다.
배출 밸브(22)는 토출 배관(19)으로부터 분기되는 배관에 마련된다. 배출 밸브(22)의 유로의 유효 단면적은 노즐(27)과 비교하여 매우 크다. 배출 밸브(22)의 유로의 유효 단면적이 크기 때문에, 배출 밸브(22)가 오픈했을 때에, 토출 배관(19) 내의 압력은 급격하게 저하된다. 피스톤 펌프(13)가 토출한 유체(F)는, 배출 밸브(22)가 오픈될 경우에, 그 전량이 배출 밸브(22)를 통하여 탱크 장치(11)에 돌아온다.
세정 밸브(24)는 토출 배관(19)의 배출 밸브(22)와의 분기점의 하류측에 마련된다. 세정 밸브(24)는, 배출 밸브(22)를 클로즈할 경우에 오픈하고, 배출 밸브(22)를 오픈할 경우에 클로즈한다. 그리고, 이 유체(F)는, 세정 밸브(24)가 오픈될 때에, 그 전량이 터릿 장치(25)에 공급된다.
또한, 세정 밸브(24)는 설치되는 것이 바람직하지만, 반드시 필수는 아니다.
또한, 펌프 장치(10)는 제어 장치(43)를 구비하고 있다. 제어 장치(43)는, 압력 센서(21)가 검지한 토출 압력(P)에 대응하여 인버터(17)를 개재하여, 피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P)을 목표치(이하, 「목표 압력(PO)」이라고도 한다.)에 일치시키도록 제어한다.
도 2는 제어 장치(43)의 구성을 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(43)는 CPU(45), 입력 장치(46), 경고 장치(47), 표시 장치(48), 입력 포트(49), 출력 포트(50), 기억 장치(51)를 구비하고, 이것들을 버스(bus)로 접속하고 있다. 제어 장치(43)는 수치 제어 장치를 포함한다. CPU(45)는 구동 장치로서의 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도를 제어하는 제어부로서의 기능을 가진다. 입력 장치(46)은 키보드, 숫자 패드, 마우스 등, 직접 데이터를 입력하는 장치이다. 경고 장치(47)는 알람을 음성으로 통지하는 스피커 혹은 경보를 표시하는 장치이다. 표시 장치(48)는 압력, 제어 파라미터, 설정치 등의 정보를 표시하는 장치이며, 액정 패널이 이용될 수 있다. 입력 장치(46), 경고 장치(47), 표시 장치(48)를 하나의 터치패널로서 구성해도 좋다. 입력 포트(49)는 써보 모터(30), 압력 센서(21) 그 외의 부속 장치로부터 발신된 신호를 수신한다. 출력 포트(50)는 인버터(17), 써보 모터(30), 직교축 이동 장치(32), 그 외의 구성요소에 신호를 발신한다. 기억 장치(51)는 스토리지이며, 각 노즐(27)에 대한 제어 파라미터, 전달 함수, 수치 제어 프로그램 그 외의 데이터를 기억한다. 제어 파라미터의 상세한 사항은 후술한다. 제어 파라미터, 전달 함수는 입력 장치(46) 또는 입력 포트(49)를 개재하여 입력되고, 기억 장치(51)에 수납된다. 제어 장치(43)는, 기억 장치(51)에 기억되어 있는 제어 파라미터, 전달 함수를 이용하여, 토출 압력(P)을 피드백하여 피스톤 펌프(13)에 공급하는 교류 전력의 주파수를 제어한다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 피드백 제어로 PID 제어를 이용한다.
도 3은 제어계의 블록 선도(線圖)를 나타낸다. 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N), 즉 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)는, 피스톤 펌프(13)의 부하와 주파수(f)에 의해 정해진다. 따라서, 제어 장치(43)는, 토출 압력(P)을 피드백하여 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)를 제어한다. CPU(45)는, 선택한 툴 번호(n)에 대응하는 목표 압력(PO)을 기억 장치(51)에 기억되어 있는 정보로부터 결정한다. CPU(45)는, 출력 포트(50)를 개재하여 인버터(17)에, 압력(POUT)을 지령한다.
노즐(27)로부터 유체(F)를 분사할 때에, 노즐(27)의 구멍 지름과 피스톤 펌프(13)의 회전 속도에 대응하여 토출 배관(19) 내의 압력(P)(피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P))이 상승한다. 이 압력(P)은 압력 센서(21)에 의해 검지되고, 입력 포트(49)를 개재하여 제어 장치(43)의 CPU(45)에 송신된다. CPU(45)는, 이 현재의 압력(P)과 목표 압력(PO)과의 차분(PDEF)을 연산한다. PID 보상은, 이 차분(PDEF)을 0으로 하도록 연산을 행한다. 피드백 보상은 노즐마다 정해진 비례 계수(KP), 적분 시간(TI), 미분 시간(TD)에 근거하여 PID 보상을 행한다.
제어 대상은, 인버터(17), 피스톤 펌프(13)를 구동하는 영구자석형 동기 전동기(16), 및 터릿 장치(25)가 선택하는 툴 번호(n)의 노즐(27)이다. 인버터(17)는, 압력(POUT)을 주파수(f)[S-1]로 변환한다. 인버터(17)가 압력(POUT)을 받아서, 주파수(f)로 변환하는 전달 함수는, 상수(C1)로 나타낸다.
주파수(f)의 교류 전력에 의해, 피스톤 펌프(13)가 구동한다. 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)는 주파수(f)로 정해진다. 즉, 본 실시형태의 펌프 장치(10)에 있어서는, 주파수(f)를 제어하는 것에 의해서, 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)를 제어하고 있다. 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)와 노즐(27)의 구멍 지름으로 나타내는 개구 정도에 의해, 토출 압력(P)이 정해진다. 피스톤 펌프(13)가 인버터(17)가 생성하는 주파수(f)의 교류 전력으로 회전하고, 피스톤 펌프(13)가 유체(F)를 가압하고, 그 유체(F)가 선택된 노즐(27)로부터 분출된다. 교류 전력의 주파수(f)와 발생하는 토출 압력(P)과의 관계를 나타내는 전달 함수는, 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)에 대한 배관 저항을 나타내는 상수(C2)로 나타낼 수 있다.
여기서, C1, C2는, 노즐의 종별, 노즐의 기준 구멍 지름(dO), 목표 압력(PO)에 의해서 정해진다. PID 보상 및 피드 포워드 보상의 전달 함수를 각각 G1, GF로 하면, 제어계의 전달 함수는 식 1로 나타낸다. 노즐의 기준 구멍 지름(dO)는, 설계치인 초기 구멍 지름이다.
Figure pat00001
여기서, G1은 식 2로 나타낸다.
Figure pat00002
피드 포워드 제어는, 목표 압력(PO)에 대해서 행해지고, 제어 대상의 압력 불감대 영역의 보상, 즉, 조작 초기에서의 압력의 응답 지연의 해소를 행한다. 또한, 피드 포워드 제어는, 예를 들면 피스톤 펌프(13)의 기동시나 사용하는 노즐(27)의 전환시의 과도 상태에서, 목표치에 일치시키도록 보상한다.
도 4를 참조하여, 표(60)는, 기억 장치(51)에 기억되는 제어 파라미터 등의 데이터의 구성예를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 툴 번호(n)는 터릿 장치(25)의 터릿면마다 부여된 터릿 번호에 대응한다. 그리고, 툴 번호(n)에는, 장착되는 노즐(27)의 종별, 기준 구멍 지름(dO)이 정해져 있고, 장착되는 노즐(27)에 대응하는 목표 압력(PO)도 미리 정해져 있는 구성을 상정하고 있다.
표(60)는 열(62)의 툴 번호(n)에 대한, 제어 파라미터 등의 데이터의 값을 나타낸다. 열(64)은 툴 번호(n)에 대응하는 목표 압력(PO)[MPa]을 나타낸다. 열(64)에 숫자가 입력되어 있으면, 그 숫자를 목표 압력(PO)으로 한다. 열(64)에 특정의 문자(예를 들면 x)가 입력되어 있으면, 그 툴 번호(n)에 노즐(27)이 마련되지 않은 것을 나타낸다. 열(65)은 툴 번호(n)에 대응하는 PID 제어의 파라미터인 비례 계수(KP)를 나타낸다. 열(66)은 툴 번호(n)에 대응하는 적분 시간(TI)을 나타낸다. 열(67)은 툴 번호(n)에 대응하는 미분 시간(TD)을 나타낸다. 열(68)은 전달 함수인 상수(C1)를 나타낸다. 열(69)은 툴 번호(n)에 대응하는 상한 주파수(fMAX)[S- 1]를, 열(61)은 툴 번호(n)에 대응하는 하한 주파수(fM1N)[S- 1]를 나타낸다. 열(63)은 현재의 주파수(f)를 인수(引數)로 하는, 현재의 노즐의 구멍 지름의 추정치인 환산 구멍 지름(d)을 연산하는 함수 Fd1(f), Fd2(f), …을 나타낸다. CPU(45)는 주파수(f)를 인버터(17)로부터 수취하고, 그 주파수(f)와 열(63)의 함수에 근거하여 환산 구멍 지름(d)을 추정 연산한다. 주파수(f)는 어느 정도의 폭을 가지고 미세하게 진동하기 때문에, 환산 구멍 지름(d)의 산출치도 진동한다. 여기서, 추정치인 환산 구멍 지름(d)은, 이동 평균을 취하여 진동분을 흡수하는 것이 바람직하다.
또한, 영구자석형 동기 전동기(16) 및 인버터(17) 대신에 스텝 모터 또는 써보 모터를 사용하는 경우에는, 주파수에 관한 데이터 대신에, 회전 속도에 관한 데이터를 이용하는 것은 말할 필요도 없다. 물론, 제어 장치(43)는, 펌프 장치(10) 전체를 제어하는 제1의 제어 장치(예를 들면 수치 제어 장치)와 PID 제어 및 인버터(17)에의 지령을 행하는 제2의 제어 장치(예를 들면 시퀀서)로 분할하여 구성할 수 있다.
또한, 인버터(17)가 압력(POUT)의 입력에 대응하여 주파수(f)를 출력하는 것 대신에, 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 압력(POUT)을 일단 전류치(i)로 변환하고, 인버터(17)는 전류치(i)의 입력에 대응하여 주파수(f)를 출력할 수 있다.
열(64)의 특정의 문자(예를 들면 x)의 입력 대신에, 툴 번호(n)에 대해서 노즐(27)이 장착되어 있는지를 나타내는 열을 별도 마련해도 좋다. 이때, 그 열에는, 예를 들면, 노즐(27)이 장착되어 있는 경우에는 1이, 노즐(27)이 장착되지 않는 경우에는 0이 입력된다.
또한, 열(69), 열(61), 또는 열(63)을 적절하게 생략해도 좋다. 열(63)이 마련되어 있는 경우, 경고 장치(47)는, 환산 구멍 지름(d)에 근거하여 경고를 발할 수 있기 때문에, 주파수(f)의 정상 범위를 규정하는 열(61, 69)은 불필요하다. 또한, 노즐(27)의 구멍은 사용에 따라서 확대되기 때문에, 주파수(f)는 이에 수반하여 상승된다. 이 때문에, 열(61)은 통상의 경우 생략해도 좋다. 또한, 주파수(f)에 대해서 경고를 발하지 않는 구성으로 하는 경우, 열(61), 열(69)을 마련하는 것이 필요하지 않다.
도 5는, 상술한 바와 같이 구성된 펌프 장치(10)의 제어 방법을 나타낸다. 도 5에 나타내는 플로우차트의 내용은, 프로그램으로서 기억 장치(51)에 기억된다. 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 직교축 이동 장치(32)의 수치 제어 프로그램에 따라서, 터릿 장치(25)를 이용하여 복수의 노즐(27) 중에서 분사하는 노즐(27)을 툴 번호(n)로 선택한다(S1). 노즐(27)로부터 유체(F)를 분사할 때는, 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 배출 밸브(22)를 클로즈하고, 세정 밸브(24)를 오픈한다. CPU(45)는, 배출 밸브(22)가 클로즈하고 있는지 아닌지를 판단한다(S2). 배출 밸브(22)가 오픈하고 있는 경우(S2에서 No), 후술의 스텝 S12에 진행된다.
또한, 펌프 장치(10)가 세정 밸브(24)를 구비하고 있는 경우, 스텝 S2는, 세정 밸브(24)가 오픈하고 있는지 아닌지의 판단으로 치환해도 좋다.
배출 밸브(22)가 클로즈되어 있는 경우(S2에서 Yes), CPU(45)는, 써보 모터(30)의 출력 신호로부터, 선택된 노즐(27)에 대응하는 번호인, 툴 번호(n)를 인식한다(S3). CPU(45)는 표(60)(도 4 참조)에 근거하여, 선택한 툴 번호(n)에 노즐이 마련되어 있는지를 판단한다(S4). 선택한 툴 번호(n)에 노즐이 마련되어 있는 경우(S4에서 Yes), CPU(45)는, 인식한 툴 번호(n)에 적합한 제어 파라미터를 표(60)에서 취득한다(S5). CPU(45)는, 표(60)에 근거하여, 피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P)의 목표치인 목표 압력(PO)을 결정한다(S6). CPU(45)는, 출력 포트(50)로부터 인버터(17)에 압력(POUT)을 지령한다(S7). 인버터(17)는 압력(POUT)에 근거하여 피스톤 펌프(13)에 주파수(f)의 교류 전력을 송출한다(S8). 피스톤 펌프(13)는, 영구자석형 동기 전동기(16)에 의해서 구동되어서 소정의 회전 속도(N)로 회전한다(S9). 피스톤 펌프(13)는 유체(F)를 흡입구(14)로부터 흡입하고, 가압하여 토출구(15)로부터 토출한다. 가압된 유체(F)는 토출 배관(19), 터릿 장치(25)를 개재하여 툴 번호(n)의 노즐(27)로부터 분출한다. 압력 센서(21)는, 토출 배관(19) 내의 유체(F)의 압력(P)을 계측한다. 이 압력(P)은, 피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P)에 상당한다. 압력(P)의 계측치는, 압력 센서(21)로부터 입력 포트(49)를 개재하여 제어 장치(43)에 입력된다(S10). 스텝 S11에서는, 펌프 장치(10)의 정지 지시가 있었는지 아닌지가 판단된다. 펌프 장치(10)의 정지 지시가 없는 경우(S11에서 No), CPU(45)는, 계측된 압력(P)과 목표 압력(PO)과의 차분(PDEF)을 연산하고, 차분(PDEF)에 대응하여 수정된 값인 압력(POUT)을 표(60)(도 4 참조)에서 얻어진 각 계수와 전달 함수에 대응하여 산출한다. CPU(45)는, 그 수정치인 압력(POUT)을 인버터(17)에 지령한다(S7).
제어 장치(43)의 CPU(45)는, 계측된 토출 압력(P)을 피드백하여, 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)를 제어하는 것으로써, 노즐(27)의 마모 정도에 관계없이, 피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P)을 목표 압력(PO)에 일치시킬 수 있다.
스텝 S2에 있어서 배출 밸브(22)가 오픈되어 있을 때는(S2에서 No), 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 미리 설정되어서 입력된 주파수인 아이들링 주파수(fIDL)의 교류 전력의 출력을 인버터(17)에 지령하고, 아이들링 주파수(fIDL)에 대응한 아이들링 회전 속도(NIDL)로 피스톤 펌프(13)가 회전한다(S12). 이때, 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 계측된 토출 압력(P)에 대응한 주파수(f)의 피드백 제어를 행하지 않는다.
여기서, 펌프 장치(10)가 세정 밸브(24)를 구비하고 있는 경우, 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 세정 밸브(24)의 클로즈에 앞서서, 배출 밸브(22)를 오픈한다.
스텝 S4에 있어서, 선택한 툴 번호(n)에 노즐이 마련되지 않는다고 판단되었을 경우에도(S4에서 No), CPU(45)는, 마찬가지로 스텝 S12를 실행한다.
경고 장치(47)는, 인버터(17)에서 출력하는 교류 전력의 주파수(f)가 하한 주파수(fMIN)(표(60)의 열(61), 도 4 참조)를 밑돌거나 혹은 하한 주파수(fMIN) 이하의 경우, 또는 상한 주파수(fMAX)(열(69) 참조)를 초과하거나 혹은 상한 주파수(fMAX) 이상의 경우에, 경고를 발한다.
또한, 이상의 실시형태에 의하면, 피스톤 펌프(13)의 구동용으로, 인버터(17) 및 영구자석형 동기 전동기(16)를 이용했기 때문에, 제어량이, 공급하는 교류 전력의 주파수(f)이며, 제어 파라미터로서 주파수(f)에 대한 값을 이용했다. 그러나, 피스톤 펌프(13)의 구동용으로 써보 모터, 스텝 모터를 사용하는 경우에는, 제어량이 회전 속도이며, 제어 파라미터가 회전 속도에 대한 값으로 치환된다. 이 경우, 상수인 전달 함수(C1)는, 압력을 받아서 회전 속도에 상당하는 전원 펄스열(列)을 발생시키는 써보 앰프를 표현한다.
이상의 구성에 의한, 본 실시형태의 펌프 장치(10)는 유체(F)를 가압하고, 복수의 노즐(27) 중에서 선택된 노즐(27)로부터 분출한다. 펌프 장치(10)는, 유체를 토출하는 토출구(15)를 가지는 용적식 펌프로서의 피스톤 펌프(13)와, 피스톤 펌프(13)를 구동하는 회전 속도 가변의 구동 장치로서의 영구자석형 동기 전동기(16)를 구비한다. 또한, 펌프 장치(10)는, 유체(F)의 입구(26)와 복수의 출구(18)를 가지고 입구(26)와 복수의 출구(18) 중 어느 하나를 연통시키는 선택 장치로서의 터릿 장치(25)와, 토출구(15)와 입구(26)를 연통하는 토출 배관(19)과, 출구(18)에 연통하는 상기 노즐(27)을 구비한다. 또한, 펌프 장치(10)는, 구동 장치로서의 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)를 제어하는 제어부로서의 CPU(45)와, 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)의 제어에 이용되는 제어 파라미터(KP, TI, TD 등), 및 피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P)의 목표치인 목표 압력(PO)을, 복수의 노즐(27)의 각각에 대응하여 기억하는 기억 장치(51)와, 토출 배관(19)에 구비되고, 피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P)을 계측하는 압력 센서(21)를 구비한다. 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 터릿 장치(25)에 의해서 선택된 노즐(27)에 대응하는 제어 파라미터를 이용하여, 토출 압력(P)이 목표 압력(PO)에 일치하도록, 토출 압력(P)을 피드백하여 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)를 제어한다.
또한, 펌프 장치(10)는, 토출 배관(19)으로부터 분기되는 배관에 마련되는 배출 밸브(22)를 구비하고, 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 배출 밸브(22)가 오픈될 때, 또는 터릿 장치(25)에 의한 노즐(27)의 선택이 없을 때에, 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)를 미리 설정된 아이들링 회전 속도(NIDL)에 대응하는 아이들링 주파수(fIDL)로 유지한다.
또한, 펌프 장치(10)는, 영구자석형 동기 전동기(16)에 공급하는 교류 전력의 주파수(f)를 변환하는 인버터(17)(주파수 변환 장치)를 구비하고, 피스톤 펌프(13)를 구동하는 구동 장치는 영구자석형 동기 전동기(16)(교류 전동기)이며, 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 토출 압력(P)과 목표 압력(PO)과의 편차(PDEF)에 근거하여, 인버터(17)가 영구자석형 동기 전동기(16)에 공급하는 교류 전력의 주파수(f)를 PID 제어한다.
또한, 펌프 장치(10)에 구비되는 용적식 펌프는 피스톤 펌프(13)이며, 피스톤 펌프(13)를 구동하는 구동 장치는 영구자석형 동기 전동기(16)이다.
또한, 펌프 장치(10)는, 노즐(27)에 관한 경고를 발하는 경고 장치(47)를 구비하고, 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)에 대응하는 주파수(f)가, 터릿 장치(25)에 의해서 선택된 노즐(27)에 대해서 미리 설정되어서 영구자석형 동기 전동기(16)의 상한 회전 속도에 대응하는 상한 주파수(fMAX)를 초과하거나 또는 상한 주파수(fMAX) 이상일 때에, 경고 장치(47)는, 터릿 장치(25)에 의해서 선택된 노즐(27)에 관한 경고를 발한다.
또한, 펌프 장치(10)는, 정보를 표시하는 표시 장치(48)를 구비하고, 기억 장치(51)는, 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)에 대응하는 주파수(f)와 노즐(27)의 구멍 지름을 관계짓는 관계 정보인 함수 Fd1(f), Fd2(f), …을 노즐(27)마다 기억한다. 그리고, 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)에 대응하는 주파수(f)를 취득하고, 취득한 주파수(f)에 상당하는 노즐(27)의 구멍 지름을 함수 Fd1(f), Fd2(f), …에 근거하여 추정하고, 환산 구멍 지름(d)으로서 표시 장치(48)에 표시시킨다.
또한, 제어 장치(43)의 CPU(45)는, 토출 압력(P)이 목표 압력(PO)에 일치하도록 토출 압력(P)을 피드백하여 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)에 대응하는 주파수(f)를 제어하는 피드백 제어와 함께, 목표 압력(PO)에 대응하여 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)에 대응하는 주파수(f)를 제어하는 피드 포워드 제어를 행한다.
(효과)
본 실시형태의 펌프 장치(10)는, 노즐(27)이 사용에 수반하여 마모되었을 경우에도, 노즐(27)의 마모량에 관계없이, 토출 압력(P)을 일정하게 유지할 수 있다. 피드백 제어로 PID 제어를 이용하기 때문에, 피스톤 펌프(13)의 토출 압력(P)이 목표 압력(PO)에 수렴하는 시간이 짧아지는 효과를 가진다. 그리고, PID 제어를 사용하기 때문에, 복합계이며 함수화가 곤란한 펌프 장치(10)의 압력 응답에 대해서, 간편하고 수렴성이 높은 피드백 제어가 가능해진다.
툴 번호(n)에 대응하여 다른 목표 압력(PO)을 설정하고, 노즐마다 적절한 토출 압력(P)으로 유체(F)를 분출하기 때문에, 노즐(27)마다의 작업을 최적화할 수 있다. 예를 들면, 툴 번호 1의 노즐(27)을 사용할 때에, 그 설정 압력을 펌프 최고 압력 부근으로 하여 피세정물의 디버링을 행하고, 툴 번호 3의 노즐(27)을 이용하여 피세정물의 수중 세정을 행할 때, 펌프 장치(10)는, 토출 압력(P)을, 그 작업으로 최대의 세정 효과를 기대할 수 있는 압력으로 할 수 있다.
펌프 장치(10)는, 종래 기술의 압력 조정 밸브(릴리프 밸브) 대신에 안전 밸브(23)를 구비하고, 토출 압력(P)을 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)로 조정한다. 이 때문에, 피스톤 펌프(13)가 토출한 유체(F)의 전량을 노즐(27)로부터 토출한다. 종래 기술과 같은 압력 조정 밸브로부터의 배출이 없어지기 때문에, 사용하는 에너지가 작아진다.
노즐(27)은 사용에 의해 마모되며, 펌프 장치(10)는, 피스톤 펌프(13)의 회전 속도(N)에 대응하는 공급 전원(교류 전력)의 주파수(f)를 상시 감시하기 때문에, 주파수(f)와 상한 주파수(fMAX)를 비교하여 노즐(27)의 마모 경보를 발할 수 있다. 이 때문에, 노즐(27)의 마모량에 대응하여 적절하게 경고를 발하고, 또는 노즐(27)의 교환을 재촉할 수 있다. 즉, 노즐(27)의 마모 상황을 확인하고, 노즐 교환의 적기를 통지할 수 있다.
펌프 장치(10)는, 피드 포워드 제어를 행하는 것으로, 배출 밸브(22)를 클로즈하고, 세정 밸브(24)를 오픈하고, 노즐 개폐 밸브인 밸브(28)가 오픈했을 때부터, 피스톤 펌프(13)가 토출한 유체(F)의 압력(토출 압력)(P)이 상승을 시작한다. 압력(P)이 상승되고, 목표 압력(PO)에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 과도 상태, 예를 들면 노즐(27)을 전환한 후, 토출 압력(P)이 안정될 때까지의 시간은, 세정, 디버링, 박리 그 외의 작업에 이용할 수 없다. 그러나, 상술의 작용에 의해, 펌프 장치(10)를 이용한 세정 장치에서는, 작업 이외의 시간(작업에 이용할 수 없는 시간)을 단축할 수 있다.
펌프 장치(10)는 피드 포워드 보상을 행하기 때문에, 조작 초기에서의 토출 압력(P)의 응답 지연을 해소할 수 있다. 또한, 예를 들면 피스톤 펌프(13)의 기동시나 사용하는 노즐(27)의 전환시의 과도 상태에서 목표치에 일치시킬 수 있다.
펌프 장치(10)는, 노즐(27)의 마모량을 예측하고, 표시 장치(48)에 표시시킬 수 있다. 즉, 노즐(27)의 마모 상황을 확인하고, 노즐 교환의 적기를 통지할 수 있다. 펌프 장치(10)의 관리자는, 노즐(27)의 마모량에 대응하여 노즐(27)을 교환할 계획을 입안할 수 있다. 노즐(27)의 마모량을 예측하고, 제시하는 것은, 본 실시형태에 의하여 처음으로 가능하게 되었다. 노즐(27)의 마모는, 노즐 구멍을 왜곡 변형시킨다. 따라서, 마모가 진행되면 분출류가 흐트러지고, 세정 효과가 저하된다. 펌프 장치(10)는, 환산 구멍 지름(d)을 표시하기 때문에, 관리자는, 환산 구멍 지름(d)의 증가 경향에 수반하여, 적절하게 노즐(27)을 교환할 수 있다. 관리자는 노즐 교환 시기를 조정하는 것으로써, 세정 효과를 높이 유지할 수 있다.
(제1 변형예)
본 변형예는, 툴 번호(n)에 장착되는 노즐의 종류, 노즐의 기준 구멍 지름(dO)이 정해져 있는 점에서 상기한 실시형태와 마찬가지지만, 그 압력을 세정 프로그램 중에서 자유롭게 변경할 수 있는 경우의 제어 파라미터의 구성을 제공하는 점에서 상기한 실시형태와 상이하다.
도 6의 (a)을 참조하여, 표(55)는, 툴 번호(n)의 노즐(27)에 대한 목표 압력(PO)을 나타낸다. 열(71)은 툴 번호(n)를 나타낸다. 열(72)은 툴 번호(n)에 대한 노즐(27)의 목표 압력(PO)을 나타낸다. 툴 번호(n)에 노즐(27)이 부여되어 있지 않은 경우, 열(72)에는 특정의 문자열(예를 들면 x)을 입력한다. CPU(45)는 열(72)의 기재 내용에 의해, 선택되어 있는 툴 번호(n)에 노즐(27)이 부여되어 있는지 아닌지, 및 그 노즐(27)에 있어서의 목표 압력(PO)을 읽어들인다.
도 6의 (b)을 참조하여, 표(56)은 툴 번호(n)마다 마련된다. 표(56)는 각 노즐(27)의 목표 압력(PO)(열(73) 참조)에 대한 하한 주파수(fMIN), 상한 주파수(fMAX)를 각각 열(75), 열(76)에 나타낸다. 노즐(27)의 종별 및 기준 구멍 지름(dO)에 의해서, 목표 압력(PO)마다의 주파수(f)의 정상 범위가 다르다. 표(56)에, 툴 번호(n)에 대한 목표 압력(PO)마다의 정상 범위가 입력되는 것으로, 목표 압력(PO)이, 예를 들면 프로그램에 의해서 세정 작업에 대응하여 변경되었을 경우에도, 유연하게 압력 제어를 행할 수 있다.
도 6의 (c)을 참조하여, 표(57)는 툴 번호(n)마다 마련된다. 열(77)은 데이터의 종류를 나타내고, 열(78)은 데이터의 값을 나타낸다. 표(57)는, 각각의 툴 번호(n)에 대한 비례 계수(KP), 적분 시간(TI), 미분 시간(TD), 전달 함수(C1)를 나타낸다. PID 파라미터, 주파수 변환에 관한 전달 함수(C1)는, 노즐(27)마다 다른 값을 취하는 것이 정밀도 향상의 관점에서 바람직하다. 표(57)는 노즐(27)마다 각각의 파라미터(데이터)를 유지하는 것으로, 툴 번호(n)에 대응하는 적절한 제어 파라미터를 이용할 수 있다.
제1 변형예에서는, 목표 압력(PO)은, 미리 설정된 세정의 순서에 대응하여 변화한다.
이와 같이 구성하면, 노즐마다의 목표 압력(PO)은, 입력 장치(46) 또는 입력 포트(49)로부터의 입력 대신에, 수치 제어 장치의 수치 제어 프로그램으로부터의 입력을 이용할 수 있다. 노즐(27)마다의 제어 파라미터, 및 정상 주파수 범위를 구비하고 있기 때문에, 툴 번호(n)에 대해서 적절한 파라미터를 채택할 수 있다. 툴 번호(n)에 마련되어 있는 노즐(27)이 정해져 있는 경우에는, 그 노즐(27)마다, 목표 압력(PO)에 대응한 제어 파라미터를 선택할 수 있기 때문에, 응답성이 높은 압력 제어를 얻을 수 있다. 따라서, 수치 제어 프로그램에 프로그램된 세정의 순서에 대응하여, 목표 압력(PO)을 적절하게 변경했을 경우에 있어서도, 추종성이 좋은 압력 조정이 가능하다. 제어 방법 등은 상술의 실시형태와 동일하기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.
(제2 변형예)
제2 변형예에서는, 제어 파라미터는, 노즐(27)의 종별, 노즐(27)의 기준 구멍 지름(dO), 및 목표 압력(PO)에 근거하여 취득되어서, 기억 장치(51)에 기억된다.
제2 변형예는, 툴 번호(n)에 대해서, 노즐(27)의 종별이나 구멍 지름을 변경했을 경우에도, 노즐(27)의 종별, 노즐(27)의 기준 구멍 지름(dO), 목표 압력(PO)을 설정하는 것만으로 제어 가능한 펌프 장치(10)를 제공한다. 또한, 상기의 실시형태와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 변형예에 관한 제어 파라미터를 나타낸다. 도 7의 (a)을 참조하여, 기억 장치(51)는, 각종 설정치를 표(96) 내에 기억한다. 표(96)는, 열(81)의 툴 번호(n)에 대한 노즐(27)의 종별을 열(82)에, 기준 구멍 지름(dO)[mm]을 열(83)에, 목표 압력(PO)[MPa]을 열(84)에 수납하고 있다. 유저는, 이 표(96)를, 터릿 장치(25)에 장착한 노즐(27)의 데이터로서 입력한다.
도 7의 (b)을 참조하여, 기억 장치(51)는, 미리 사용이 상정되는 여러 가지 노즐(27)에 대응하는 제어 파라미터를 취득하기 위한 함수를 표(97)에 준비하고 있다. 열(85)은, 노즐(27)의 종별이다. 노즐(27)의 종별은, 하향 노즐, 회전 노즐, 횡향(橫向) 노즐, 스프레이 랜스 노즐(spray lance nozzle) 등의, 노즐의 형상 및 분사 방향에 의해서 분류된다. 열(87)은, 노즐(27)의 종별마다의 기준 구멍 지름(dO), 목표 압력(PO)을 인수로 하는 비례 계수(KP)의 함수 F1KP, F2KP, …를 수납하고 있다. 열(88)은, 기준 구멍 지름(dO), 목표 압력(PO)을 인수로 하는 적분 시간(TI)의 함수 F1TI, F2TI, …를 수납하고 있다. 열(89)은, 기준 구멍 지름(dO), 목표 압력(PO)을 인수로 하는 미분 시간(TD)의 함수 F1TD, F2TD, …를 수납하고 있다. 열(86)은, 기준 구멍 지름(dO), 목표 압력(PO)을 인수로 하는 전달 함수(C1)의 함수 F1C1, F2C1, …을 수납하고 있다. 열(91)은, 주파수(f), 토출 압력(P)을 인수로 하는 환산 구멍 지름(d)의 함수 Fdn1, Fdn2, …를 수납하고 있다.
CPU(45)는, 표(96) 내에 입력된 노즐(27)의 종별에 근거하여 표(97)의 행을 선택한다. 다음에 CPU(45)는, 표(96)에 입력된 기준 구멍 지름(dO), 목표 압력(PO)을, 선택한 행에 수납되어 있는 각각의 함수에 입력하여, 제어 파라미터인 비례 계수(KP), 적분 시간(TI), 미분 시간(TD), 전달 함수(C1)를 산출하여 취득한다.
도 7의 (c)을 참조하여, 표(98)는 툴 번호(n)에 대한 각종 제어 파라미터의 일람표이다. 열(90)은 툴 번호(n)를, 열(92)은 비례 계수(KP)를, 열(93)은 적분 시간(TI)을, 열(94)은 미분 시간(TD)을, 열(99)은 전달 함수(C1)를 각각 나타내고 있다. CPU(45)는, 툴 번호(n)에 대해서 산출된 비례 계수(KP), 적분 시간(TI), 미분 시간(TD), 전달 함수(C1)의 각각의 값을 표(98)에 입력한다.
제어 장치(43)의 CPU(45)는, 표(98)에 입력된 수치에 근거하여 펌프 장치(10)를 제어한다. 제어 방법은 상술의 실시형태와 마찬가지이기 때문에, 그 상세한 기재를 생략한다.
CPU(45)는, 지령 주파수(f)에 대응하는 환산 구멍 지름(d)을 열(91)(도 7의 (b)의 표(97) 참조)의 함수에 근거하여 연산한다. 여기서 연산한 환산 구멍 지름(d)을 표시 장치(48)에 표시한다. 환산 구멍 지름(d)이 기준 구멍 지름(dO)의, 예를 들면 110%에 도달했을 경우에, CPU(45)는 경고 장치(47)로부터 경고를 발한다. 당연히, 이 배율은 적절하게 변경할 수 있다.
또한, 상술의 실시형태의 파라미터 구성, 연산 공정을 변형하여 펌프 장치(10)를 구성할 수 있다. 예를 들면, 상한 주파수(fMAX), 하한 주파수(fMIN)는, 환산 구멍 지름(d)의 연산이 가능한 시스템에서는 생략해도 좋다. 원래 노즐 마모의 경고가 불필요한 경우에는, 이들의 기능을 모두 생략할 수 있다. 반대로, 보다 추종성을 높게 추구하는 경우에는, 표(57)(도 6의 (c) 참조)에 있어서, 열(78)에, 목표 압력(PO)과, 노즐(27)의 현재의 구멍 지름의 추정치인 환산 구멍 지름(d)을 인수로 하는 함수를 부여할 수 있다. 이러한 시스템에 있어서는, 노즐(27)의 현재의 구멍 지름의 추정치인 환산 구멍 지름(d)과 목표 압력(PO)에 대해서, 더욱 적절한 파라미터를 이용하여 제어할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에서는, CPU(45)는, 토출 특성으로서의 토출 압력(P)이 목표 압력(PO)에 일치하도록, 토출 압력(P)을 피드백하여 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)를 제어하도록 구성되어 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 용적식 펌프의 토출 압력과 토출 유량은 소정의 관계에 있는 것으로부터, 토출 특성으로서 토출 유량이 이용되어도 좋다. 즉, CPU(45)는, 선택된 노즐(27)에 대응하는 제어 파라미터를 이용하여, 토출 유량이 목표치에 일치하도록, 토출 유량을 피드백하여 영구자석형 동기 전동기(16)의 회전 속도(N)를 제어하도록 구성되어도 좋다.
또한, 제어 장치(43)는, 노즐 번호(n)마다, 또는, 노즐 번호(n)와 목표 압력(PO)에 대응한 초기 회전수(또는 초기 주파수)가 설정되어 있고, 노즐 번호(n)가 선택된 후, 펌프의 토출 압력(P)이 소정의 임계치를 초과할 때까지, 모터(16)가 소정의 초기 회전수로 회전될 수 있다. 이 경우는, 펌프(13)의 토출 압력(P)이 임계치를 초과했을 때로부터, 토출 압력(P), 제어 파라미터에 대응하여 상술의 피드백 제어를 개시한다. 임계치는, 예를 들면, 목표 압력(PO)의 90%의 값으로서 주어진다. 노즐 번호(n) 선택 후, 토출 압력(P)이 임계치에 도달할 때까지의 사이, 미리 정해진 초기 회전수로 모터(16)를 회전하는 것에 의해서, 압력(P)의 상승이 신속하게 이루어지는 효과가 발생한다. 압력(P)의 상승이 신속하게 이루어지기 때문에, 실질적으로 사용할 수 있는 세정 시간을 길게 확보할 수 있다. 또한, 피드백 제어 개시시에, 차분(PDEF)이 작기 때문에, 피드백 제어를 개시했을 때의 압력(P)의 오버슈트를 축소할 수 있다. 토출 압력(P)이 안정되기 때문에, 분출류에 의한 작업 효과를 일정하게 유지하는 펌프 장치를 제공할 수 있다.
10: 펌프 장치
13: 피스톤 펌프(용적식 펌프)
15: 토출구
16: 영구자석형 동기 전동기(구동 장치)
17: 인버터(주파수 변환 장치)
18: 출구
19: 토출 배관
21: 압력 센서
22: 배출 밸브
25: 터릿 장치(선택 장치)
26: 입구
27: 노즐
43: 제어 장치
45: CPU(제어부)
47: 경고 장치
48: 표시 장치
51: 기억 장치
F: 유체
d: 환산 구멍 지름
f: 주파수
n: 노즐 번호
P: 토출 압력
KP: 비례 계수
TI: 적분 시간
TD: 미분 시간

Claims (10)

  1. 유체를 가압하여, 복수의 노즐 중에서 선택된 상기 노즐로부터 분출하는 펌프 장치로서,
    상기 유체를 토출하는 토출구를 가지는 용적식(容積式) 펌프와,
    상기 용적식 펌프를 구동하는 회전 속도 가변의 구동 장치와,
    상기 유체의 입구와 복수의 출구를 가지고 상기 입구와 복수의 상기 출구 중 어느 하나를 연통시키는 선택 장치와,
    상기 토출구와 상기 입구를 연통하는 토출 배관과,
    상기 출구에 연통하는 상기 노즐과,
    상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어하는 제어부와,
    상기 회전 속도의 제어에 이용되는 제어 파라미터, 및 상기 용적식 펌프의 토출 압력 또는 토출 유량인 토출 특성의 목표치를, 복수의 상기 노즐의 각각에 대응하여 기억하는 기억 장치와,
    상기 토출 배관에 구비되고, 상기 용적식 펌프의 상기 토출 특성을 계측하는 센서를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 선택 장치에 의해서 선택된 상기 노즐에 대응하는 상기 제어 파라미터를 이용하여, 상기 토출 특성이 상기 목표치에 일치하도록 상기 토출 특성을 피드백하여 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출 배관으로부터 분기되는 배관에 마련되는 배출 밸브를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 배출 밸브가 오픈될 때, 또는 상기 선택 장치에 의한 상기 노즐의 선택이 없을 때, 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 미리 설정된 아이들링 회전 속도로 유지하는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 장치에 공급하는 교류 전력의 주파수를 변환하는 주파수 변환 장치를 구비하고,
    상기 구동 장치는 교류 전동기이며,
    상기 제어부는, 상기 토출 특성과 상기 목표치와의 편차에 근거하여, 상기 주파수 변환 장치가 공급하는 상기 교류 전력의 상기 주파수를 PID 제어하는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용적식 펌프는 톱니바퀴 펌프 또는 피스톤 펌프이며,
    상기 구동 장치는 영구자석형 동기 전동기인 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐에 관한 경고를 발하는 경고 장치를 구비하고,
    상기 구동 장치의 상기 회전 속도가, 상기 선택 장치에 의해서 선택된 상기 노즐에 대해서 미리 설정된 상한 회전 속도를 초과하거나 또는 상기 상한 회전 속도 이상일 때, 상기 경고 장치는, 상기 선택 장치에 의해서 선택된 상기 노즐에 관한 상기 경고를 발하는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    정보를 표시하는 표시 장치를 구비하고,
    상기 기억 장치는, 상기 구동 장치의 상기 회전 속도와 상기 노즐의 구멍 지름을 관계짓는 관계 정보를 상기 노즐마다 기억하고,
    상기 제어부는, 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 취득하고, 취득한 회전 속도에 상당하는 상기 노즐의 상기 구멍 지름을 상기 관계 정보에 근거하여 추정하고, 상기 표시 장치에 표시시키는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 토출 특성이 상기 목표치에 일치하도록 상기 토출 특성을 피드백하여 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어하는 피드백 제어와 함께, 상기 목표치에 대응하여 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어하는 피드 포워드(feed forward) 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표치는, 미리 설정된 세정의 순서에 대응하여 변화하는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 파라미터는, 상기 노즐의 종별, 상기 노즐의 기준 구멍 지름, 및 상기 목표치에 근거하여 취득되어서, 상기 기억 장치에 기억되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기억 장치는, 상기 토출 특성의 목표치에 대응하는 초기 회전수를 기억하고,
    상기 제어부는, 상기 노즐로부터의 상기 유체의 분사를 개시할 경우에, 상기 구동 장치를 상기 초기 회전수로 회전하고, 상기 토출 특성이 미리 정해진 임계치를 초과한 이후에, 상기 토출 특성을 피드백하여 상기 구동 장치의 상기 회전 속도를 제어하는, 펌프 장치.
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