KR20170005262A - 전동 공구의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

너트가 착좌된 이후 임팩트를 제공하는 토크를 간헐적으로 발생시켜 상기 너트를 조여 주되, 상기 토크의 제공 수단으로 모터를 사용하는 전동 공구의 제어 방법에 있어서, 토크 센서를 이용하여 측정 토크를 검출하는 단계; 최종적인 목표 토크를 고려하여 상기 측정 토크가 순차적으로 증가되도록 상기 모터에 공급되는 전류를 제어하는 단계; 및 상기 측정 토크가 상기 목표 토크에 도달하면, 상기 모터로 공급되는 전류의 흐름을 차단하는 단계를 포함하며, 상기 제어하는 단계에서 상기 측정 토크의 매 증가분은 바로 이전 측정 토크의 증가분보다 작아지도록 상기 전류를 제어하는 전동 공구의 제어 방법을 제공한다.

Description

전동 공구의 제어 방법{CONTROL METHOD OF ELECTRICALLY-DRIVE TOOL}

본 발명은 전동 공구의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 등의 조립 공정에서 너트를 신속하게 체결할 수 있는 전동 공구의 제어 방법에 관한 것이다.

작업자는 주로 한 손으로 전동 공구를 쥐고 볼트, 너트 등의 체결 작업을 한다. 그러나, 피작업물의 체결 위치에 따라 사용되는 너트 등이 다양하며, 특히 비교적 큰 너트를 체결하기 위해서는 가해지는 토크 또한 증가하게 된다. 그 결과, 작업자는 반복적인 전동 작업 과정에서 발생하는 반력 등을 고스란히 전달 받게 되어 손, 팔 등에 부상을 입을 수 있다.

최근, 자동차 등의 조립 공장은 조립 라인의 상당 부분이 자동화되어 있다. 그러나, 너트의 체결을 담당하는 구역 중 일부는 여전히 작업자에 의해 이루어지고 있는 실정이다. 한편, 자동차에 있어서 너트의 체결은 안전과 밀접한 관련이 있기 때문에 높은 수준의 체결 품질을 요구한다. 동시에, 체결 공정은 고생산성을 위해 신속하게 종료될 것이 요구된다. 따라서, 너트 체결에 사용되는 전동 공구 내부에는 너트 체결을 위한 제어 프로그램이 내장되어 있다.

너트의 체결 과정은 다음과 같다. 먼저 너트는 전동 공구에 의해 볼트의 나사산을 따라 회전하면서 피작업물을 향해 이동하게 된다. 그러나, 너트가 피작업물과 만나게 되면 너트의 회전 속도는 현저히 떨어지게 된다. 이후, 너트에는 너트를 단단히 조여 주기 위한 토크가 더 가해진다. 혹시라도 너트가 풀리는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 피작업물에 따라 정해진 목표 토크를 제공하여 너트를 최종적으로 조여 줌으로써 너트의 체결 공정이 종료된다.

종래 전동 공구는 토크를 연속적으로 제공하여 큰 반력을 발생시켰다. 그래서, 이를 개선한 방법이 토크를 간헐적으로 제공하는 것이었는데 그로 인해 반력의 크기를 감소시킬 수 있었다.

그러나, 목표 토크에 도달하기 위한 토크의 제공은 중간에 목표 토크 값보다 작은 접근 값을 더 설정함으로써 2 이상의 구간으로 구분되어 있었다. 그리고, 각 구간은 서로 제어 방법을 달리하여 전체적으로 제어가 복잡하였고 결과적으로 목표 토크에 도달하는 시간이 더 길어져 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 임팩트를 제공하는 토크가 신속하게 목표 토크에 도달될 수 있는 제어 방법을 통해 너트의 체결 공정을 종료할 수 있는 전동 공구의 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 너트가 착좌된 이후 임팩트를 제공하는 토크를 간헐적으로 발생시켜 상기 너트를 조여 주되, 상기 토크의 제공 수단으로 모터를 사용하는 전동 공구의 제어 방법에 있어서, 토크 센서를 이용하여 측정 토크를 검출하는 단계; 최종적인 목표 토크를 고려하여 상기 측정 토크가 순차적으로 증가되도록 상기 모터에 공급되는 전류를 제어하는 단계; 및 상기 측정 토크가 상기 목표 토크에 도달하면, 상기 모터로 공급되는 전류의 흐름을 차단하는 단계를 포함하며, 상기 제어하는 단계에서 상기 측정 토크의 매 증가분은 바로 이전 측정 토크의 증가분보다 작아지도록 상기 전류를 제어하는 전동 공구의 제어 방법을 제공한다.

상기 제어하는 단계에서, 상기 전류를 간헐적으로 공급하되, 각각의 상기 전류의 최종값은 최초값과 일치하며, 상기 전류의 각 공급 시간을 동일하게 제어하는 것이 바람직하다.

상기 최초값의 매 증가분은 바로 이전 전류의 최초값에 대한 증가분보다 작아지도록 제어할 수 있다.

상기 차단하는 단계에서, 상기 측정 토크가 상기 목표 토크의 95% 내지 110% 이내에 속하면, 상기 측정 토크가 상기 목표 토크에 도달한 것으로 간주할 수 있다.

상기 제어하는 단계에서, 상기 측정 토크는 어느 하나라도 상기 목표 토크를 초과하지 않고, 상기 측정 토크는 상기 목표 토크에 점진적으로 수렴하도록 상기 전류를 제어하는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

너트를 조여 주기 위한 토크를 제공함에 있어 토크의 증가분을 점차 감소시키는 간단한 제어 방법으로 신속하게 목표 토크를 제공할 수 있기 때문에 너트의 체결 공정에서 생산성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 공구의 제어 방법을 도시한 순서도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 및 측정 토크의 그래프

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 공구의 제어 방법을 도시한 순서도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 공구의 제어 방법은 검출하는 단계(s10), 제어하는 단계(s20), 차단하는 단계(s30)을 포함할 수 있다.

본 발명의 제어 방법은 너트가 착좌된 이후 임팩트를 제공하는 토크를 간헐적으로 발생시켜 너트를 조여 주되, 토크의 제공 수단으로 모터를 사용하는 전동 공구에 적용될 수 있다.

여기서 '착좌'라고 함은 볼트의 나사산을 따라 너트를 체결함에 있어 너트가 피작업물과 만나게 될 때 너트의 회전 속도가 현저히 떨어지는 순간을 말한다. 즉, 너트를 체결하는 공정은 너트가 착좌된 이후 너트를 조여 주는 후속 공정이 마무리되면 비로소 완료된다.

전술한 것처럼, 간헐적인 토크를 사용하는 것은 작업자에게 가해지는 반력을 감소시키기 위함이다. 토크를 단 한 차례 제공하여 너트를 조여 주면, 그 만큼 작업자에게 큰 반력이 가해지기 때문에 신체적인 상해 등 부상 위험이 있을 수 있다. 이런 이유로, 너트를 조여 주는 공정은 간헐적으로 토크를 제공하는 방법으로 진행하게 된다.

첫 번째 검출하는 단계(s10)는 토크 센서를 이용하여 측정 토크를 검출하는 단계이다. 토크 센서는 주로 전동 공구의 선단 축에 배치되며 측정 토크를 연속적 또는 비연속적으로 측정할 수 있다. 이 때, 측정 토크는 제로 값에서 시작하여 점차 증가하다가 피크점을 갖은 후 급격하게 제로 값으로 떨어지는 그래프 모양을 갖는다. 그리고, 측정 토크는 점차 피크점의 크기가 증가하는 형태로 검출된다. 이를 통해, 전동 공구는 너트를 조금씩 더 조여 줄 수 있다.

그 다음, 제어하는 단계(s20)는 최종적인 목표 토크를 고려하여 측정 토크가 순차적으로 증가될 수 있도록 모터에 공급되는 전류를 제어하는 단계이다. 여기서, 목표 토크는 너트를 조여 주는 과정에서 너트에 맨 마지막으로 가해지는 토크를 지칭하는데, 측정 토크가 목표 토크에 일치하거나 근접한 것으로 검출되면 너트의 체결 공정은 종료된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 및 측정 토크의 그래프이다. 도 2를 참조하면 측정 토크의 피크점을 연결한 그래프는 예를 들어, 초반부에 급격하게 상승하는 포물선 형태일 수 있다.

한편, 측정 토크의 제어는 결국 모터에 공급되는 전류의 제어를 통해 이루어질 수있다. 구체적으로, 토크 센서는 토크가 발생하면 측정 토크를 검출하게 되는데, 이 때 측정 토크의 매 증가분이 바로 이전 측정 토크의 증가분보다 작도록 전류를 제어하는 것이 바람직하다. 그래프를 살펴보면, d1은 d2 보다 크다. 또한, d2는 d3 보다 크다. 여기서, d1, d2 및 d3는 이웃하는 측정 토크 사이의 증가분에 해당된다.

즉, 측정 토크의 그래프를 보면 증가분은 초반부에서 후반부로 갈수록 점차 감소한다. 그리고, 초반부에 제공되는 최초 토크의 크기는 목표 토크의 크기를 고려하여 달리 설정될 수 있다. 예를 들어, 최초 토크의 크기는 목표 토크의 크기와 비례 관계에 놓일 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예처럼 초반부에 측정 토크의 증가분을 크게 하고 점차 증가분을 작게 하는 제어 방법을 통해 측정 토크는 목표 토크에 보다 신속하게 도달할 수 있다.

한편, 측정 토크를 검출하기 위해서는 너트에 토크를 제공해야 한다. 그리고, 토크를 제공하기 위해서는 모터에 전류를 공급해야 한다. 이 때, 전류를 간헐적으로 발생하는 사각파의 파형을 갖는 복수로 공급할 수 있다.

또한, 각각의 전류의 최종값은 최초값과 서로 일치할 수 있다. 다만, 각 전류의 최초값의 매 증가분은 바로 이전 전류의 최초값에 대한 증가분보다 작아지도록 제어하는 것이 바람직하다.

다시 도 2의 그래프를 살펴보면, f1은 f2 보다 크다. 또한, f2는 f3 보다 크다. 여기서, f1, f2 및 f3는 이웃하는 전류 사이의 증가분에 해당된다. 또한, f1, f2 및 f3는 전술한 d1, d2 및 d3에 각각 대응된다.

즉, 각 전류의 크기 역시 초반부에 큰 값을 갖고 점차 증가분이 감소하는 형태를 갖게 된다. 이는, 측정 토크의 매 증가분을 고려할 때, 전류 역시 동일한 제어 방식을 갖는 것이 바람직하다고 이해할 수 있다.

이 때, 각 전류의 공급 시간은 모두 동일할 수 있다. 다만, 전류의 공급 시간을 가변적으로 설정할 수도 있다. 전류의 크기와 전류의 공급 시간에 의해 측정 토크의 크기가 달라질 수 있다. 즉, 이 둘은 모터에 공급되는 에너지와 관계된다.

예를 들어, 초반부에서는 작은 임팩트로도 설정된 것만큼 너트를 조여 줄 수 있기 때문에 전류의 공급 시간을 작게 설정할 수 있다. 대신, 그 이후에서는 공급 시간의 매 증가분을 바로 이전 공급 시간의 증가분보다 더 크게 제어할 수 있다. 즉, 각 전류의 최초값의 증가분은 점차 감소되지만 각 전류의 공급 시간은 점차 증가시킬 수 있어 모터에 공급되는 에너지를 제어할 수 있다.

또한, 측정 토크는 어느 하나라도 목표 토크를 초과하지 않고 측정 토크는 목표 토크에 점진적으로 수렴되도록 전류를 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 초반부에 측정 토크가 목표 토크를 초과하면 너트의 체결 공정은 바로 종료될 수 있다.

따라서, 너트의 체결 공정이 불량 없이 정상적으로 완료되기 위해서는 측정 토크가 목표 토크를 초과하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 전술한 것처럼 전류가 제어되는 것이 바람직하다.

그 다음 차단하는 단계(s30)는 측정 토크가 목표 토크에 도달하면 모터로 공급되는 전류의 흐름을 차단하는 단계이다. 전술한 것처럼, 측정 토크는 점차 증가하기 때문에 어느 시점에서 측정 토크는 목표 토크에 도달할 수 있다.

이 때, 전동 공구는 측정 토크를 목표 토크와 비교하여 측정 토크가 목표 토크에 도달하였는지 여부를 판단하게 된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 측정 토크가 목표 토크의 95% 내지 110% 이내에 속하면, 측정 토크가 상기 목표 토크에 도달한 것으로 간주할 수 있다. 이는, 측정 토크가 정확하게 제어될 수 없기 때문에 목표 토크의 일정 범위 이내에 속하면 목표 토크에 도달된 것으로 판단하는 것이다.

한편, 측정 토크가 목표 토크의 110%를 상회하면 너트에 지나치게 높은 토크가 가해진 것으로 불량 등으로 판단될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (5)

1. 너트가 착좌된 이후 임팩트를 제공하는 토크를 간헐적으로 발생시켜 상기 너트를 조여 주되, 상기 토크의 제공 수단으로 모터를 사용하는 전동 공구의 제어 방법에 있어서,
   토크 센서를 이용하여 측정 토크를 검출하는 단계;
   최종적인 목표 토크를 고려하여 상기 측정 토크가 순차적으로 증가되도록 상기 모터에 공급되는 전류를 제어하는 단계; 및
   상기 측정 토크가 상기 목표 토크에 도달하면, 상기 모터로 공급되는 전류의 흐름을 차단하는 단계를 포함하며,
   상기 제어하는 단계에서, 상기 측정 토크의 매 증가분은 바로 이전 측정 토크의 증가분보다 작아지도록 상기 전류를 제어하는 전동 공구의 제어 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어하는 단계에서,
   상기 전류를 간헐적으로 공급하되, 각각의 상기 전류의 최종값은 최초값과 일치하며, 상기 전류의 각 공급 시간을 동일하게 제어하는 전동 공구의 제어 방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 최초값의 매 증가분은 바로 이전 전류의 최초값에 대한 증가분보다 작아지도록 제어하는 전동 공구의 제어 방법.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 차단하는 단계에서,
   상기 측정 토크가 상기 목표 토크의 95% 내지 110% 이내에 속하면, 상기 측정 토크가 상기 목표 토크에 도달한 것으로 간주하는 전동 공구의 제어 방법.
   
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어하는 단계에서, 상기 측정 토크는 어느 하나라도 상기 목표 토크를 초과하지 않고, 상기 측정 토크는 상기 목표 토크에 점진적으로 수렴하도록 상기 전류를 제어하는 전동 공구의 제어 방법.

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