KR20180121347A - 성형선도 자동 생성 기능을 갖는 지능형 ｎｃ 금속분말 유압성형 프레스 및 그 제어방법 - Google Patents

성형선도 자동 생성 기능을 갖는 지능형 ｎｃ 금속분말 유압성형 프레스 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지능형 NC 프로그램과 이를 탑재한 자동 제어시스템을 갖는 금속분말 유압성형 프레스로서, 상기 지능형 NC 프로그램은 고정밀 제품 및 그 성형을 위한 제품정보, 성형 분말의 물성정보, 펀치의 물성 및 치수 정보, 기계장치 구성 데이터, 성형선도 및 레시피를 저장하고 읽어올 수 있는 데이터베이스를 포함하고, 상기 자동 제어시스템은 디지털 분산 시스템이 적용된 500uS이내의 루프 사이클을 갖는 고속 디지털 다축 유압제어장치를 적용하고 전체 시스템이 동기화된 것을 특징으로 하는 지능형 NC 금속분말 유압성형 프레스를 제공한다.

Description

성형선도 자동 생성 기능을 갖는 지능형 ＮＣ 금속분말 유압성형 프레스 및 그 제어방법{Intelligent Numerical Control Hydraulic Metal Powder Press and Control Method Thereof}
본 발명은 지능형 NC 성능을 가진 금속분말 유압성형 프레스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성형 제품의 형상정보, 금형정보, 금속분말의 특성, 유압성형 프레스의 자체 변위 등의 정보를 입력하여 성형선도를 자동으로 생성하고 이를 최적화하여 성형 제품의 품질과 생산성을 향상시키는 금속분말 유압성형 프레스용 지능형 ＮＣ프로그램과 이를 탑재한 자동제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속분말 유압성형 프레스는 금속 등의 재료를 이용하여 그 형상 및 내부 구조를 변화시켜 일정한 형상의 피스들(pieces)을 형성하도록 작업하는데 사용되는 장치를 일컫는 것으로, 성형될 제품들의 형상에 따라 소형 또는 대형일 수 있는 하나 이상의 다이 세트를 구비한다. 이러한 다이 세트는 함께 프레스될 때 워크피스(workpiece) 내에 구멍을 형성하거나 또는 몇몇 원하는 방식으로 워크피스를 변형할 수 있는 한 세트의 수(male) 펀치들 및 암(female) 다이들로 구성된다. 펀치들 및 다이들은, 펀칭 처리동안 램의 단부에 일시적으로 부착되는 펀치에 의해 제거가능하게 될 수 있다. 램은 수직의 직선 움직임으로 상하로 이동된다.
금속분말 유압성형 프레스는 그 내부에 릴리프(relief) 또는 깊이 기반(depth-based) 설계를 갖는 한 세트의 플레이트를 포함할 수 있으며, 이에 따라 금속이 그 플레이트들 사이에 배치되고 그 플레이트들이 서로에 맞서 프레스 업(press up)될 때, 그 금속이 원하는 형태로 변형되게 된다. 또한, 프레스 머신이 자동화된 NC 금속분말 유압성형 프레스의 경우, 프레스 피드(press feed)를 이용하여 재료(예를 들면, 코일스톡(coiled stock) 재료)가 공급될 수 있다. 이와 관련된 선행 특허로서 밤코 인터내셔널 인크에 의해 등록된 특허 제1531434호가 개시되어 있다.
한편, 위와 같은 통상의 금속분말 유압성형 프레스의 제어시스템들은 그 제어 방법에 있어 가압속도와 압력제어에서의 이동속도가 불규칙한 문제가 있으며, 사용자에 의한 각종 입력값 세팅이 번거롭고 불편한 문제가 있었다.
또한, 자동 성형선도 생성에 오류발생이 잦고 고정밀의 동기화 형성이 어려우며, 생산을 위한 잦은 보정이 수행되어야 하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 각각의 축에 성형선도를 입력하거나 단계별 형태(step by step)의 순차적인 입력방법을 채택하여 불규칙한 가압속도 및 압력제어에서의 이동속도와 사용자의 불편한 세팅과 자동 성형선도 생성 오류와 고정밀의 동기화 형성, 생산을 위한 잦은 보정을 개선하고자 새롭게 개발된 지능형 ＮＣ프로그램과 이를 탑재한 자동제어시스템 및 그들 모두를 포함하는 금속분말 유압성형 프레스를 제공하는데 발명의 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따르면, 지능형 NC 프로그램과 이를 탑재한 자동 제어시스템을 갖는 금속분말 유압성형 프레스로서, 상기 지능형 NC 프로그램은 고정밀 제품 및 그 성형을 위한 제품정보, 성형 분말의 물성정보, 펀치의 물성 및 치수 정보, 기계장치 구성 데이터, 성형선도 및 레시피를 저장하고 읽어올 수 있는 데이터베이스를 포함하고, 상기 자동 제어시스템은 디지털 분산 시스템이 적용된 500uS 이내의 루프 사이클을 갖는 고속 디지털 다축 유압제어장치를 적용하고 전체 시스템이 동기화된 것을 특징으로 하는 지능형 NC 금속분말 유압성형 프레스가 제공된다.
본 발명에 있어서, 지능형 NC 프로그램은 성형 프레스 스프링백 연산 기능, CNC 데이터 생성 기능, 자동 성형선도 생성 기능, 및 제품의 밀도·중량·단차의 최적화 기능을 보유한 프레스 제어 변환 프로그램을 포함한다.
또한, 상기 지능형 NC 프로그램은 분말성형 제품을 모사하여 장비 운용을 미리 시뮬레이션 해보는 시뮬레이션 플러그인(plug-in) 프로그램을 포함하고, 아울러 사용자 편의의 트리(tree) 구조의 운전 화면 및 성형선도를 제공하는 프레스 운용 프로그램을 포함하다. 상기 트리 구조의 운전 화면은 메인 화면, 상태 화면, 트리바, 메뉴바를 포함한다.
또한, 지능형 NC 프로그램은 금속분말 유압성형 제어장치의 상·하램 및 다이세트의 동기화 제어 프로그램을 포함한다.
본 발명에 따르면, 자동 제어시스템은 펀치의 높이 보정을 통해 성형 선도의 수치를 실측 수치와 일치시켜 제품 높이, 스프링 백을 포함하는 위치를 설정하고 생산을 하도록 하는 기능과, 그리고 피더의 진입 공간을 자동으로 계산하여 피더의 충돌 사고를 방지하는 기능을 구비한다.
본 발명에 따르면, 자동 제어시스템은 금속분말 유압성형 프레스용 정밀 유압 서보밸브 PID 제어모듈, 센서 보정 모듈, 및 중량보정 프로그램 모듈을 포함하고, 상기 지능형 NC 프로그램은 다축 유압실린더의 각각의 축에 복수의 PID 게인(gain)을 적용하도록 구현하되, 이동 및 안정에 각각 다른 게인을 사용하고 각 이동 및 안정에 따른 특화된 PID를 각각 사용한다.
또한 지능형 NC 프로그램은 중량보정장치, 로봇인출 장치, 피딩장치, 다이세트 교환장치, 및 다이세트 클램핑 장치를 포함하는 유틸리티 장비들의 동기 제어 기능을 보유하고, 상기 프레스 운용 프로그램 내 적어도 5 레이어의 보안 기능 및 네트워크 원격 지원 기능을 보유한다.
본 발명에 따르면, 인출된 제품의 중량을 측정하여 제어시스템에 궤환시키는 중량보정장치에 적용되는 제어시스템 및 지능형 NC 프로그램을 이용한 금속분말 유압성형 프레스의 제어방법이 제공된다. 또한, 성형 제품의 형상정보, 금형정보, 금속분말의 특성, 유압성형 프레스의 자체 변위 등의 정보를 입력하여 성형선도를 자동으로 생성하고 이를 최적화하여 성형 제품의 품질과 생산성 향상을 가져오는 다축 다중 정밀 제어 및 동기화를 위한 다른 형태의 제어시스템 및 지능형 NC프로그램을 이용한 금속분말 유압성형 프레스의 제어방법이 제공된다.
상술된 특징들로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 지능형 NC 프로그램 및 자동제어시스템은 성형선도 자동생성기능을 갖는 지능형 NC 금속분말 유압성형 프레스의 제어수단으로서, 성형 제품의 형상정보, 금형정보, 금속분말의 특성, 유압성형 프레스의 자체 변위의 정보를 입력하면 성형선도를 자동으로 생성하고, 또한 이를 최적화하여 성형 제품의 품질과 생산성 향상을 가져오게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금속분말 유압성형 프레스에 구비되는 성형선도 자동생성 기능을 갖는 지능형 NC 프로그램의 개략적인 구성도,
도 2는 도 1의 지능형 NC 프로그램을 탑재한 지능형 프레스 제어시스템의 구성과 주변 유틸리티 장치와의 상관관계를 나타낸 개념도,
도 3은 도 1에 따른 프레스 제어시스템의 하드웨어 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 성형선도 자동생성을 위한 도 2에 따른 지능형 NC 프로그램의 작동 순서도,
도 5는 도 2의 지능형 NC 프로그램에서의 중량/밀도 자동보정 프로세스의 설계 구성을 나타낸 도면.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
아래의 실시예에서는 명세서 전체를 걸쳐 동일 유사한 요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 반복하지 않고 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 금속분말 유압성형 프레스에 구비되는 성형선도 자동생성 기능을 갖는 지능형 NC 프로그램의 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명의 지능형 NC 금속분말 유압성형 프레스는 기본적으로 가압 압력을 생성하는 상램, 다이유지 압력을 생성하는 하램, 다축의 상부펀치를 갖는 상부펀치부와 다축의 하부펀치를 갖는 하부펀치부, 그리고 코어의 결합 형태로 이루어진 다이세트; 상기 다이세트를 자동으로 수용하는 다이세트 플랫폼; 상기 다이세트 플랫폼으로부터 다이플레이트 내 다이에 금속분말을 공급하는 금속분말 공급장치; 및 상기 다이세트 플랫폼으로부터 성형된 제품을 인출하는 로봇암 형태의 제품 인출장치 등의 각종 유틸리티 장치들을 포함하며, 또한 이들 각 유틸리티 장치를 구동하고 제어하기 위한 지능형 NC 프로그램과 이 지능형 NC 프로그램이 탑재된 자동 제어시스템을 구비한다.
지능형 NC 프로그램은 도 1에 도시한 바와 같이 휴먼-머신 인터페이스(Human Machine Interface; HMI) 프로그램, 및 이 HMI 프로그램과 연동하는 성형선도 자동 생성 프로그램, 최적화 프로그램, 시뮬레이션 프로그램, 프레스 제어 변환 프로그램(Press Automation Generator; PAG), 인터페이스 프로그램 등을 포함하고, 시뮬레이션 프로그램과 프레스 제어 변환 프로그램은 상기 인터페이스 프로그램을 통해 프레스 내 핵심 제어장치와 유틸리티들, 그리고 각종 센서 및 밸브, 스위치, 경보장치 등의 엑튜에이터들과 작동 연결된다. 성형선도 자동 생성 프로그램은 제품제원 입력, 금형제원 입력, 각 세그먼트별 제원 입력, 기타 분말성형에 필요한 탄성모듈, 분말데이터, 플레이트이동, 최대 성형압력 등의 제원 입력, 제품 배출을 위한 각 펀치의 조건정보 입력, 프리로드, 스프링백 값, 피더 안전조건 입력, 상램 운전조건 입력, 하램 운전조건 입력, 피더 운전조건 입력 등의 기능을 포함하고, 최적화 프로그램은 밀도기준 최적화, 중량기준 최적화, 제품 높이기준 최적화 등의 기능을 포함한다.
도 2는 도 1의 지능형 NC 프로그램을 탑재한 지능형 프레스 제어시스템의 구성과 주변 유틸리티 장치와의 상관관계를 나타낸 것으로, 본 발명의 금속분말 유압성형 프레스를 위한 지능형 프레스 제어시스템(Intelligent Press Control System; IPCS)은 주변 구성으로 고정밀 제품 및 그 성형을 위한 제품정보, 성형 분말의 물성정보, 펀치의 물성 및 치수 정보, 기계장치 구성 데이터, 성형선도 및 레시피를 저장하고 읽어올 수 있는 데이터베이스와; 중량보정장치, 로봇인출장치, 피딩장치, 다이세트 교환장치, 다이세트 클램핑 장치 등의 각종 유틸리티 장치들을 구동하고 제어하기 위한 지능형 NC 프로그램; 그리고 이러한 지능형 NC 프로그램과 연동하여 작동하는 제어장치 및 각종 센서들과 액튜에이터, 예를 들면 서보 드라이버, 디지털 변위 센서(displacement sensor), 서보 모터, 서보 밸브, 각종 스위치, 공압장치(pneumatic), 루베 오일펌프(Lube oil pump), 유압펌프 등을 포함한다.
본 발명의 프레스 제어시스템(IPCS)을 구성하는 지능형 NC 프로그램은 사용자 편의의 트리(tree) 구조의 운전 화면 및 성형선도를 제공하는 프레스 운용 프로그램을 포함하고, 상기 트리 구조의 운전 화면은 메인 화면, 상태 화면(STATUS), 트리바(TREE BAR), 메뉴바(MANU BAR)를 포함한다.
트리구조 운용 프로그램은 데이터베이스와 연동하여 제품명, 성형조건, 성형속도, 제품치수, 성형치수, 보정기능(밀도중량), 검사항목, 분말정보, 중량적용율 조정, 알람이력 확인, 펀치물성정보, 제어오차범위 설정, 펀치사용량 표시 등의 기능을 수행한다. 또한, 중량 보정장치 파라미터 설정, 기계장치 실린더 상수 및 제어설정, 서보밸브 파리미터, 교정정보, 안전신호, 인터락(inter lock) 기능과, 성형선도 표시/조작 및 스코프(scope) 기능과, 그리고 개별선도 확인, 유압플러싱, 보안 및 네트웍 원격지원 등의 기능을 수행한다.
상술한 바와 같이, 지능형 NC 프로그램은 분말성형 제품을 모사하여 장비 운용을 미리 시뮬레이션 해보는 시뮬레이션(simulation plugin) 프로그램과 함께 프레스 제어변환 프로그램을 더 포함한다. 프레스 제어변환 프로그램은 프레스 스프링백(spring back) 연산, CNC 데이터 생성, 자동 성형선도 생성, 및 제품의 밀도·중량·단차의 최적화 생성 등의 기능을 보유한다.
또한, 지능형 NC 프로그램은 본 발명에 따른 금속분말 유압성형 프레스의 제어장치에 탑재되는 상·하램 및 다이세트 동기화 제어 프로그램을 포함한다. 또한, 중량보정장치, 로봇인출 장치, 피딩장치, 다이세트 교환장치, 및 다이세트 클램핑 장치를 포함하는 유틸리티 장비들의 동기 제어 기능을 보유하며, 특히 상술한 프레스 운용 프로그램 내 적어도 5중(layers) 보안 및 네트워크 원격 지원 기능을 보유한다.
도 3은 도 1에 따른 프레스 제어시스템의 하드웨어적 구성의 개략도이고, 도 4는 성형선도 자동생성을 위한 도 2의 지능형 NC 프로그램의 작동 순서를 도시한 것으로서, 프레스 제어 시스템의 메인화면에서 운용 프로그램을 통해 성형프로그램 세팅을 시작하게 된다.
먼저, 분말 제원 데이터를 입력한다. 이때, 밀도, 겉보기 밀도(충진비 계수), 각 섹센에 대한 단면적, 성형 단수를 구성하고, 각 제품을 만들기 위한 단차를 입력한다(1개의 기준을 가지고 나머지 측정 단차 수치를 입력).
이후, 보정용 샘플을 생산한다. 그리고, 생산된 샘플의 높이를 측정하고 이를 검증한다. 이때, 샘플이 높이 검증을 통과하지 못한 경우 높이 보정을 위한 실측값을 대입하여 다시 보정용 샘플을 생산한다.
높이 검증이 완료된 샘플에 대해서는 각 섹션 밀도를 측정하고 이를 검증한다. 이때, 샘플이 밀도 검증을 통과하지 못한 경우 밀도 보정을 위한 실측값을 대입하여 다시 보정용 샘플을 생산한다. 이 과정에서 사용 알고리즘(배경NC연산)은 아래의 수학식 2에서 분말 밀도가 실측 밀도보다 높은 경우(분말밀도>실측밀도)에는 편차 만큼 수학식 2의 분말 밀도를 하향 조정하고, 수학식 2의 분말 밀도가 실측 밀도보다 낮은 경우(분말밀도<실측밀도)에는 편차 만큼 수학식 2의 분말 밀도를 상향 조정한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
밀도 검증이 완료된 샘플에 대해서는 각 단차를 측정하고 이를 검증한다. 이때, 샘플이 단차 검증을 통과하지 못한 경우에는 이론치 및 실측치(다이 인디케이터) 비교를 통해 단차를 조정하여 다시 보정용 샘플을 생산한다.
밀도 및 단차 검증이 완료된 샘플에 대해서는 제품의 크랙, 치수를 검증한다. 이때, 샘플이 크랙, 치수 검증을 통과하지 못한 경우에는 보조 기능을 이용하여 보정한 후 다시 크랙, 치수를 검증한다. 한편, 샘플의 크랙, 치수 검증이 완료된 경우에는 성형 프로그램 세팅을 레시피에 저장하고 성형 프로그램 세팅을 완료한다.
시뮬레이션 프로그램은 가공된 성형 선도의 장비 일치 여부와 생산성 판정을 사전에 파악하기 위한 수단으로 시뮬레이션을 통해 선도 전체를 검증하게 된다. 이 선도는 위치제어 기반의 데이터를 기준으로 시점, 속도, 위치 등이 실제와 동일하다고 가정하여 가상으로 운전여부를 확인하며, 자동 생성된 성형선도의 기계장치 가동여부를 사전에 파악하여 생산성을 향상하고 가압구간 등에 기계정지로 인한 안전사고의 위험을 최소화한다.
Figure pat00003
본 발명에서는 램프 함수(Ramp Function)을 개발하여 적용하였으며, 선도 자체가 동기방식을 채용하고 있으며 시점을 기준으로 위치 계산된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
한편, 시뮬레이션 프로그램은 특정구간에 따라 속도를 각각 다르게 설정하도록 하는 방식으로 펀치의 속도를 개선함으로써 생산성과 품질의 향상이 가능하게 하고 있다.
다음은 본 발명에 따른 지능형 NC 프로그램의 프레스 제어변환 프로그램에 의해 제품 샘플의 높이/밀도, 단차를 최적화하는 방법과 상·하램의 위치 보정 및 스프링백 보정 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 높이/밀도를 최적화(보정)하는 방법에 관한 것이다.
이는 유압 프레스 성형을 위한 금속분말 충진량에 대한 이론치(실측치와 근사한 기계적 계산값)와 실측치를 실제로 일치시키는 과정으로서, 이론치에 따라 성형선도가 자동으로 생성된다.
Figure pat00006
이어서 제품 샘플에 대한 실측을 시행하고 실측된 데이터값을 입력한다. 이 과정에서 실측치를 이론치에 대입함으로써 샘플 높이/밀도를 보정(최적화)한다. 한편, 상술한 실측은 예를 들어 아래와 같은 형상의 제품 샘플을 부분적으로 절단하여 해당 펀치에 대응하는 부위들(① ② ③)의 밀도를 각각 측정한다.
Figure pat00007
구체적으로, 충진량을 이론적으로 계산한 값을 사용하였으나 실측을 해보니 편차가 발생한 경우, 예를 들어, 이론치가 7.1, 실측치가 7.2로 나왔다면 실제로 편차는 +0.1이 발생하고, 이를 CNC에 입력한다.
제품의 충진비는 AD(충진비 계수) 2.0을 기준으로 이론치 7.1/ AD 2.0 =3.55배이고,
제품 높이를 10mm로 가정할 경우,
충진 = 10*7.1/3.55= 20mm 충진으로 프로그램에 적용한다.
또한, 제품의 충진비는 AD(충진비 계수) 2.0을 기준으로 실측치 7.2/AD2.0=3.6배이고,
제품높이 10mm로 가정할 경우,
충진= 10*7.2/3.6=19.722mm 충진으로 프로그램에 적용한다.
다음은 단차 보정 및 최적화 방법에 관한 것이다.
제품의 충진비는 제품높이 10mm에서 19.722mm 충진일 때 1.97배이고,
만약 제품높이가 10.1mm로 실측되었다면 단차 높이가 약 1% 큰 상태이다.
따라서, 19.722-1%, 즉 19.722mm-0.1972mm 하향으로 프로그램에 적용한다.
다음은 제품 성형 및 분말 밀도를 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
예를 들어, 제품 형상이 다음과 같은 경우,
Figure pat00008
분말 밀도 ≒ 제품
Figure pat00009
Figure pat00010
= 제품
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
AD (겉보기 밀도) 단위 → 충진비 계수
D = AD * 제품 높이
(D: 분말 밀도, AD: 충진비 계수 → 분말 종류에 따라 상이)
만약 제품높이가 10mm인 경우,
D = 2.0 * 10mm (2.0: 분말 AD값, 통상 약 2.0~2.6) = 20mm
Figure pat00015
이것은 분말을 20mm 충진하라는 의미이다.
다음은 상램 및 하램 위치 보정 방법에 대하여 설명한다.
상부 펀치와 하부 펀치의 위치 관계를 파악하기 위한 계측 도구로서 상램 센서와 하램 센서가 각각 부착되어 제공된다.
Figure pat00016
Figure pat00017
이들 센서는 상램과 하램의 위치를 측정하고 이를 통해 상부 펀치와 하부 펀치의 거리를 정확하게 파악한다. 상부 펀치와 하부 펀치의 거리 파악은 상램과 하램의 위치를 보정할 수 있게 하며, 상램의 기준 펀치와 하램의 기준 펀치 사이의 간격을 정확히 측정하여 위치 제어를 하면 이것이 곧 제품의 높이가 된다. 이것은 프레스 가동 중 발생할 수 있는 피더 충돌 사고를 예방할 수 있게 함과 더불어, 상램과 하램의 행정거리를 최적화하여 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 한편, 상램과 하램 위치 측정에 따른 펀치 거리 조정의 경우 단차 밀도 확보가 용이한 장점이 있다.
다음은 스프링백(spring back) 보정 방법에 대하여 설명한다.
제품 스프링백과 금형 스프링백(시뮬레이션 가능)을 중심으로 살펴본다.
Figure pat00018
Figure pat00019
예를 들어, 금형의 전장이 300mm인 경우,
금형 스프링백은
금형전장 300mm * 0.05% → 0.15mm 만큼 변형된다(가정하는 경우).
가압 위치, 즉 펀치 위치에 따른 공간이 10mm인 위치에서 실측 결과 700MPa 조건에서 10.5mm라고 하면 금형 스프링백 0.3mm + 제품 스프링백 0.2mm 임을 알 수 있다.
여기서, 제품 스프링백 0.2mm는 분말 밀도와 펀치 위치 조정을 통해 보정될 수 있다.
Figure pat00020
Figure pat00021
분말 밀도 조정은 아래와 같은 상하방향 스프링백 유도 프로그램 및 좌우방향 스프링백 유도 프로그램을 통해 수행되며, 여기서 가압과 감압·배출 과정을 통한 분말 밀도 조정에 의해 스프링백이 보정될 수 있게 된다.
Figure pat00022
Figure pat00023
다음은 펀치 위치를 조정하는 방법이다.
가압위치, 즉 펀치 위치에 따른 공간이 10mm가 되는 위치에서 실측 결과 10.5mm가 측정된 경우, 700MPa 조건에서 9.5mm + 0.5mm(스프링백: 제품/금형에서 발생) ≒ 약 10mm로 조정할 수 있다. 이때, 0.5mm에 해당하는 분말 밀도를 분말 충진 방법을 이용하여 조정하는 방식으로 스프링백을 보정할 수 있다. 또한, 상기 조정은 자동선도 추출 이후에 사용자가 인위적으로 상기 형태로 변형되도록 조정할 수 있다.
도 5는 도 2의 지능형 NC 프로그램에서의 중량/밀도 자동보정 프로세스의 설계 구성을 나타낸 것으로서, 본 발명은 인출된 제품의 중량을 측정하여 제어시스템에 궤환시키는 중량보정장치에 적용되는 제어시스템 및 지능형 NC 프로그램을 이용한 금속분말 유압성형 프레스의 제어방법을 제공한다. 지능형 NC 프로그램을 탑재한 본 발명의 금속분말 유압성형 프레스를 위한 자동 제어시스템은 디지털 분산 시스템이 적용된 500uS 이내의 루프 사이클을 갖는 고속 디지털 다축 유압제어장치를 적용하며 전체 시스템이 동기화된다. 도 5의 중량/밀도 자동보정 프로세스에 따르면, 먼저 프레싱(pressing)을 가하여 제품 성형압력을 측정하고 압력보정 파라미터를 이용하여 적정 압력으로 보정한다. 이어서, 중량측정장치로 제품 중량을 측정하고 중량보정 파라미터를 이용하고 가압 밀도 및 파워(power) 파라미터에 따른 피팅(fitting) 방정식을 적용하여 중량/밀도 보정을 수행한다. 이와 같이 성형 압력, 중량/밀도 보정과 함께 충진량 보정을 통해 보정된 프레싱이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 지능형 ＮＣ 금속분말 유압성형 프레스의 위치제어 방법에는 PID(Proportional Integral Derivative control)제어기법이 적용된다. PID 제어는 클로즈 루프 컨트롤 시스템(Close loop control system)을 원형으로 사용하여 오차 성분에 대한 비례, 적분, 미분 연산을 통해 제어기의 출력을 조절하는 제어기법으로서, 다음과 같은 출력 방식을 가지고 있다.
비례(P)는 오차값에 비례상수를 곱하는 구조로서, 같은 오차 값을 가지고 있어도 비례상수의 입력에 따라 출력에 기인되는 값을 달리한다.
(비례연산 : P = β * Error)
적분(I)은 일정시간 동안의 오차 성분의 합으로서, 즉 일정시간 동안 적분한 값을 적분상수를 두어 그 출력을 합을 크게 하거나 작게 하여 제어출력에 기인되는 값을 달리한다.
(적분연산 : I=
Figure pat00024
= Error1 + Error2 + Error3 + …………. +Errorn)
미분은 일정시간 동안의 오차의 변동량으로서, 즉 일정시간 동안 비분한 값을 미분상수를 두어 그 출력을 합을크게 하거나 작게 하여 제어추력에 기인되는 값을 달리한다.
(미분연산 : D=
Figure pat00025
Figure pat00026
)
비례, 적분, 미분 값의 출력을 전체 합산(Sum)하여 출력하는 제어기를 일명 PID제어기라 지칭하고 있으며, 그 모태는 클로즈 루프 컨트롤 시스템(Close loop control system)의 모양을 가지고 있다. 따라서, 클로즈 루프 컨트롤 시스템에서 오차 성분의 PID 연산기법을 적용한 방식 전체를 PID 제어 시스템(PID control system)이라 지칭한다.
PID 제어시스템은 프레스의 분말충진과 펀치의 위치제어에 필요한 기술로서 성형조건의 높은 가압력(Force)에 만족한 성능을 확보하고자 서보(Servo)밸브와 LVDT를 구성으로 하는 유압기기의 위치제어 및 속도제어의 정밀도를 향상하는 기법으로 적용된다.
본 발명의 프레스의 제어프로그램에 적용된 PID 제어기 모듈의 구성은 다음과 같다.
Figure pat00027
본 발명에 따른 PID 제어기는 듀얼 게인(Dual gain)을 사용하여 오차가 많은 상태에서의 P의 기인도를 달리하고, I와 D의 한계(Limit)를 두어 D의 총량을 P의 일정 비율 이상을 차지하지 못하도록 한 것에 특징이 있다. 또한, 각 성형선도의 스텝(Steps)에 각각의 I, D 기능을 별도로 부여하여 각기 다른 스텝의 이동속도 및 목표위치 별로 PID의 제어를 특화하여 입력하며, 이때 이동과 안정에 관한 PID가 연산 및 제어되도록 한 것에 특징이 있다. 즉, 이동 및 안정에 각각 다른 게인을 사용하도록 하고 각 이동 및 안정에 따른 특화된 PID를 각각 사용한다.
1) 1, 2차 게인(Gain)
Figure pat00028
PID 제어기의 출력은 안정성에 따른 시간에 기인되는 특징을 보임에 따라 상기와 같이 제어기의 오차의 설정치 근접 여부를 판단하여 게인(Gain)값을 달리 설정하여 제어하는 구조를 갖는다. 오차가 큰 경우에는 듀얼 게인(Dual Gain)을 오프(Off)하여 P_1and의 게인(Gain)값을 사용하고, 오차가 작은 경우에는 듀얼 게인(Dual Gain)을 온(On)하여 P_2and의 게인(Gain)값을 사용하게 한다.
2) 상한/하한(Limit)값의 설정
Figure pat00029
PID 제어기에 있어 오차의 비례상수의 대한 기인도가 적분 또는 미분 상수 기여도의 비율이 일정 수준을 초과하는 경우에 진동(Hunting)의 요인으로 작용하는 경우를 대비하여 I,D에 한계값(Limit)를 두고 이를 제한하도록 한다.
I 한계값(limit)을 크게 하면 오차 대비 출력의 방향성이 상실된다.
D 한계값(limit)을 크게 하면 출력의 고주파 진동(Hunting)이 발생한다.
3) 클리어(Clear)
Figure pat00030
펀치 등이 정상 위치에 도달하기 전 작동(생산가동)을 정지하는 경우 I의 누적으로 인한 다음 생산(운영)에 문제를 일으키는 경우를 대비하여 I_clear를 적용하여 적분값을 클리어(Clear)하는 기능으로서, 오차의 적분을 통하여 최초 가동시 오버 슈트(Overshoot)기 발생하게 되는 요인을 제거할 수 있게 한다.
이상 설명한 바에 따르면, 본 발명의 지능형 ＮＣ 금속분말 유압성형 프레스에 탑재된 지능형 제어시스템은 NC 제어에 의해 슬라이드 모션을 임의로 설정할 수 있고, 가공 내용에 맞는 최적의 모션에 의한 생산성과 성형성을 향상시키도록 설계되며, 이를 통해 고정도화가 가능하고 클러치 브레이크 등의 열원을 없애고 작업이 가능하며, 소음 감소 및 에너지 절약에 따른 전체 러닝코스트의 절감이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 입출력 프로세서는 성형 제품의 형상정보, 금형정보, 금속분말의 특성 등의 기본데이터를 입력하고 유압성형 프레스 자체의 기계적 변형 등으 구조해석 및 경험보정치 등을 고려하여 성형선도를 자동으로 생성하여 최적의 성형고정 프로세스를 빠르고 편리하게 도출하도록 구성된다.
또한, 지능형 NC 성능의 프로그램을 개발하여 초기 성형선도를 자동으로 생성하고 최초 성형 제품의 상태를 확인 후 프로그램 내 지능형 보정프로세스를 거쳐 양질의 제품을 생산할 수 있는 표준 성형선도를 생성하는 것으로 가늠한다.
이상 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하며, 아래에 첨부된 청구범위에 나타날 수 있는 것을 제외하고는 상술한 내용에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명은 이와 동일한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 범위 내에서 발명의 기술적 사상과 요지를 벗어나지 않으면서 균등물의 많은 변화, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 지능형 NC 프로그램과 이를 탑재한 자동 제어시스템을 갖는 금속분말 유압성형 프레스로서, 상기 지능형 NC 프로그램은 고정밀 제품 및 그 성형을 위한 제품정보, 성형 분말의 물성정보, 펀치의 물성 및 치수 정보, 기계장치 구성 데이터, 성형선도 및 레시피를 저장하고 읽어올 수 있는 데이터베이스를 포함하고,
    상기 지능형 NC 프로그램은 사용자 편의의 트리(tree) 구조의 운전 화면 및 성형선도를 제공하는 프레스 운용 프로그램을 포함하고, 상기 트리 구조의 프레스 운용 프로그램은 데이터베이스와 연동하여 제품명, 성형조건, 성형속도, 제품치수, 성형치수, 보정기능(밀도중량), 검사항목, 분말정보, 중량적용율 조정, 알람이력 확인, 펀치물성정보, 제어오차범위 설정, 펀치사용량 표시 등의 기능을 수행하고, 또한 중량 보정장치 파라미터 설정, 기계장치 실린더 상수 및 제어설정, 서보밸브 파리미터, 교정정보, 안전신호, 인터락(inter lock) 기능과, 성형선도 표시/조작 및 스코프(scope) 기능, 그리고 개별선도 확인, 유압플러싱, 보안 및 네트웍 원격지원 기능을 수행하며, 상기 트리 구조의 운전 화면은 메인 화면, 상태 화면(STATUS), 트리바(TREE BAR), 메뉴바(MANU BAR)를 포함하고,
    상기 지능형 NC 프로그램은 분말성형 제품을 모사하여 장비 운용을 미리 시뮬레이션 해보는 시뮬레이션 플러그인(plug-in) 프로그램과 함께 프레스 제어변환 프로그램을 포함하고, 또한 금속분말 유압성형 제어장치에 탑재되는 상·하램 및 다이세트의 동기화 제어 프로그램을 포함하며, 상기 프레스 제어변환 프로그램은 프레스 스프링백 연산 기능, CNC 데이터 생성 기능, 자동 성형선도 생성 기능, 및 제품의 밀도·중량·단차의 최적화 기능을 보유한 것을 특징으로 하는 지능형 NC 금속분말 유압성형 프레스.
  2. 제 1항에 있어서 ,
    상기 자동 제어시스템은 펀치의 높이 보정을 통해 성형 선도의 수치를 실측 수치와 일치시켜 제품 높이, 스프링 백을 포함하는 위치를 설정하고 생산을 하도록 하는 기능과, 그리고 피더의 진입 공간을 자동으로 계산하여 피더의 충돌 사고를 방지하는 기능을 구비하는 지능형 NC 금속분말 유압성형 프레스.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자동 제어시스템은 금속분말 유압성형 프레스용 정밀 유압 서보밸브 PID 제어모듈, 센서 보정 모듈, 및 중량보정 프로그램 모듈을 포함하고, 디지털 분산 시스템이 적용된 500uS이내의 루프 사이클을 갖는 고속 디지털 다축 유압제어장치가 적용되고 전체 시스템이 동기화된 것을 특징으로 하는 지능형 NC 금속분말 유압성형 프레스.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지능형 NC 프로그램은 중량보정장치, 로봇인출 장치, 피팅장치, 다이세트 교환장치, 및 다이세트 클램핑 장치를 포함하는 유틸리티 장비들의 동기 제어 기능을 보유하고, 또한 다축 유압실린더의 각각의 축에 복수의 PID 게인(gain)을 적용하도록 구현하되 이동 및 안정에 각각 다른 게인을 사용하고 각 이동 및 안정에 따른 특화된 PID를 각각 사용하는 것을 특징으로 하는 지능형 NC 금속분말 유압성형 프레스.
  5. 지능형 NC 프로그램과 이를 탑재한 자동 제어시스템을 갖는 금속분말 유압성형 프레스의 제어방법으로서,
    성형선도를 제공하는 운용 프로그램을 통해 성형 프로그램 세팅을 시작하는 단계;
    성형 프로그램에 분말 제원 데이터를 입력하는 단계로서, 밀도, 겉보기 밀도(충진비 계수), 각 섹센에 대한 단면적, 성형 단수를 구성하고, 각 제품을 만들기 위한 단차를 입력하는 단계;
    보정용 샘플을 생산하는 단계;
    생산된 보정용 샘플의 높이를 측정하고 검증하는 단계로서, 샘플이 높이 검증을 통과하지 못한 경우 높이 보정을 위한 실측값을 대입하여 다시 보정용 샘플을 생산하는 단계;
    높이 검증이 완료된 샘플에 대해 각 섹션 밀도를 측정하고 검증하는 단계로서, 보정용 샘플이 밀도 검증을 통과하지 못한 경우 밀도 보정을 위한 실측값을 대입하여 다시 보정용 샘플을 생산하는 단계;
    밀도 검증이 완료된 샘플에 대해 각 단차를 측정하고 검증하는 단계로서, 보정용 샘플이 단차 검증을 통과하지 못한 경우 이론치와 실측치 비교를 통해 단차를 조정하여 다시 보정용 샘플을 생산하는 단계;
    단차 검증이 완료된 샘플에 대해 제품의 크랙, 치수를 검증하는 단계로서, 샘플이 크랙, 치수 검증을 통과하지 못한 경우 소정의 보조 기능을 통해 보정한 후 다시 크랙, 치수를 검증하는 단계; 및
    샘플의 크랙, 치수 검증이 완료된 경우 성형 프로그램 세팅을 레시피에 저장하고 성형 프로그램 세팅을 완료하는 단계를 포함하는 프레스 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 밀도 보정을 위한 실측값을 대입하여 다시 보정용 샘플을 생산하는 단계에서 사용 연산 알고리즘은 아래의 수학식을 이용하되, 분말 밀도가 실측 밀도보다 높은 경우(분말밀도>실측밀도)에는 편차 만큼 아래 수학식의 분말 밀도를 하향 조정하고, 아래 수학식의 분말 밀도가 실측 밀도보다 낮은 경우(분말밀도<실측밀도)에는 편차 만큼 아래 수학식의 분말 밀도를 상향 조정하는 것을 특징으로 하는 프레스 제어방법.
    Figure pat00031
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3135269B2 (ja) * 1991-02-06 2001-02-13 松下電器産業株式会社 液体冷却加温装置
JP2005118846A (ja) * 2003-10-17 2005-05-12 Tdk Corp 粉末成形用サーボプレス装置の成形条件自動修正方法
JP2016002557A (ja) * 2014-06-13 2016-01-12 花王株式会社 粉末圧縮成型体の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118404062A (zh) * 2024-06-28 2024-07-30 南通国谊锻压机床有限公司 一种粉末制品液压机加粉位置控制方法

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