KR20190063087A - Apparatus and method for canceling vibration of spindle - Google Patents

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이일환
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Abstract

According to the present invention, a spindle vibration control device includes: a sensor sensing vibrations from a vibrator and delivering a vibration signal; a control part activating and outputting a response signal for offsetting a vibration signal; and an actuator operated in response to the response signal. The vibrator is an air bearing spindle including a shaft and an air bearing, the actuator is a rotary body and the rotary body is rotated in the opposite direction to the rotation of the shaft of the spindle in response to the response signal. Meanwhile, according to a spindle vibration control method by the present invention, a response signal, which is obtained by pre-conducting a vibration analysis test on a vibration signal generated from the air bearing spindle, is set to be outputted, and then, the response signal rotating in the opposite direction to a vibrating direction of the air bearing spindle is outputted to the rotary body, which is the actuator, in response to the input of the vibration signal. According to the present invention, since vibration analysis is pre-conducted, a frequency analyzer in an active damping kit is not necessary, and thus an active damping kit, which is small and low-priced, can be formed, and also, real time responding is possible. Moreover, since the pre-conducted vibration analysis enables a simple and effective response signal for vibration control to be supplied, noise and errors can be minimized, and also, there is no need to respond to every signal, and thus the probability of resonance can be considerably lowered.

Description

스핀들 진동 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for canceling vibration of spindle}[0001] Apparatus and method for canceling vibration of spindle [0002]

본 발명은 스핀들 진동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는 진동체의 선행 진동 분석을 통해 최적 대응신호가 공급될 수 있도록 회로를 제작하고 센서에서 신호가 감지되면 대응신호를 액추에이터에 공급하여 진동을 제어하는 스핀들 진동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for controlling a spindle vibration. More particularly, the present invention relates to a spindle vibration control apparatus and a method for manufacturing a circuit so that an optimum corresponding signal can be supplied through a preceding vibration analysis of a vibrating body, and a vibration is controlled by supplying a corresponding signal to an actuator when a sensor detects a signal .

진동 제어는, 설계 단계에서 구조물의 특성을 분석(실험 및 시뮬레이션)하여 공진과 진동의 전달을 억제하는 방법이 가장 효과적이다.Vibration control is most effective when the characteristics of the structure are analyzed (experiment and simulation) at the design stage to suppress resonance and transmission of vibration.

도 1은 구조물/장비 안정화 설계 프로세스와 진동 분석 과정을 나타낸 설명도이다.1 is an explanatory view showing a structure / equipment stabilization design process and a vibration analysis process.

도 1을 참고하면, 실험과 시뮬레이션을 통하여 진동체(외팔보)의 고유진동수와 진동형을 구한 후, 두 결과가 일치하는지 여부를 확인하는 과정을 거쳐 진동 분석이 완성된다.Referring to FIG. 1, the vibration and the vibration type of the vibrating body (cantilever) are obtained through experiments and simulation, and then the vibration analysis is completed by checking whether the two results coincide with each other.

진동을 줄이는 장치로는 댐퍼가 가장 널리 사용되고 있으며, 댐퍼는 수동 댐퍼(Passive Damper)와 능동 댐퍼(Active Damper)로 분류된다.Damper is most widely used as vibration reducing device, and damper is classified as passive damper and active damper.

도 2는 수동 댐퍼의 구성도이고, 도 3은 능동 댐퍼의 구성도이다.Fig. 2 is a configuration diagram of a passive damper, and Fig. 3 is a configuration diagram of an active damper.

도 2 및 도 3을 참고하면, 먼저, 수동 댐퍼는, 스프링이나 진동흡수재를 진동부위에 추가하여 진동하는 물체의 내부 응력, 마찰 에너지를 소산시켜 진동을 흡수하는 장치이다. 그런데, 수동 댐퍼를 설치할 경우 구조물의 강성이 낮아져, 경우에 따라 진동의 전체적인 크기가 더 커질 수도 있으므로, 제품 품질 및 내구성 신뢰도가 저하될 수 있다.2 and 3, the manual damper is a device for absorbing vibration by dissipating internal stress and friction energy of a vibrating object by adding a spring or a vibration absorbing material to the vibrating portion. However, when the passive damper is installed, the rigidity of the structure is lowered, and in some cases, the overall size of the vibration may be larger, so that the reliability of the product quality and durability may be lowered.

한편, 일반적으로 능동 댐퍼는, 감지된 진동신호를 외부의 제어기(주파수분석기 포함)에 전달하여 진동신호를 분석하고, 이 진동신호를 억제할 수 있는 대응신호를 신호발생기를 통하여 발생시켜 액추에이터로 전달함으로써 진동을 경감시키는 장치이다. 그런데, 주파수분석기를 이용하여 진동신호를 분석하는 과정을 거쳐 진동을 줄이는 방법은 고가의 주파수분석기가(최소 1,000만원 이상) 필수적으로 필요하며, 부피가 큰 외부제어기와 센서 및 액추에이터간의 신호 송수신 과정에 여러 부품(안테나, 배터리, 케이블)이 필요하고, 적당한 신호를 공급하기 위한 신호발생기가 추가되는 단점이 있다.Generally, an active damper analyzes a vibration signal by transmitting a sensed vibration signal to an external controller (including a frequency analyzer), generates a corresponding signal capable of suppressing the vibration signal through a signal generator, and transmits the signal to an actuator Thereby reducing vibrations. However, an expensive frequency analyzer (at least 10 million won) is indispensably required to reduce vibration through the process of analyzing a vibration signal using a frequency analyzer, and a high volume external controller, a signal transmission / reception process between the sensor and the actuator There are disadvantages that various parts (antennas, batteries, cables) are required and a signal generator is added to supply an appropriate signal.

이 때, 주파수분석기는 진동에 대한 정확한 값을 얻을 수 있는 효과적인 장비이지만, 가격이 고가이며 연산과정이 복잡하여 신호를 분석하는 과정에만 2~4초(시간영역 신호를 주파수영역 신호로 전환하는 시간)의 시간이 소요되어 진동 발생 후 수십 주기(주파수가 10Hz일 경우 20~40주기)가 지난 후에 반응(대응신호의 출력)이 가능해지므로 실시간 진동제어가 불가능하여 제어 효율이 낮은 문제가 있다.In this case, the frequency analyzer is an effective device for obtaining the accurate value of the vibration, but it is expensive, and the calculation process is complicated, so that only the process of analyzing the signal takes 2 to 4 seconds (time to convert the time domain signal into the frequency domain signal ), And the reaction (output of the corresponding signal) becomes possible after several cycles (20 to 40 cycles when the frequency is 10 Hz) after the generation of vibration, real-time vibration control is impossible and the control efficiency is low.

또한, 능동 댐퍼는 능동 댐핑 키트(Kit) 내에서, 진동 분석을 수행하는 경우와 진동 분석을 수행하지 않는 경우로 구분될 수 있다.In addition, the active damper can be divided into an active damping kit (kit) and a non-active vibration damping kit.

도 4는 능동 댐퍼 내에서 진동 분석이 이루어지는 기술들의 제어회로블록도이다.4 is a block diagram of a control circuit of techniques for performing vibration analysis in an active damper.

구체적으로, 좌측은 일본등록특허 제5632701호, "アクティブ除振裝置(액티브제진장치)"의 회로도이고, 우측은 미국등록특허 US7,047,109, "MACHINERY FOR IMPROVING PERFORMANCE IRREGULARITIES ARISING FROM VIBRATIONS"의 회로도로서, 진동 분석을 수행하는 기존 능동 댐퍼의 작동 메커니즘을 나타낸 것이다.Specifically, the left side is a circuit diagram of Japanese Patent No. 5632701, "Active Vibration Isolation Device (Active Vibration Isolation Device)", and the right side is a circuit diagram of US Patent No. 7,047,109, "MACHINERY FOR IMPROVING PERFORMANCE IRREGULARITIES ARISING FROM VIBRATIONS" The operation mechanism of the existing active damper performing the vibration analysis is shown.

도 4를 참고하면, 이들 기술에서는, 능동 댐핑 키트 내의 주파수분석기를 포함하는 컨트롤 박스 혹은 기타 측정 장비를 통해 진동신호를 분석하여 신호발생기로 역위상의 진동파를 송신한다. 이러한 기존 기술에서 사용된 능동 댐핑 키트 내에 주파수분석 과정이 포함된 능동 댐핑 시스템의 메커니즘을 간단히 요약하면, 센서에 의해 측정된 진동신호를 주파수분석기가 분석하여 유한개의 주파수 성분들을 얻고, 그 신호를 신호발생기가 각각 반대의 위상으로 액추에이터로 공급한다. 이에, 측정된 진동신호와 액추에이터에서 발생된 역신호가 만나 상쇄되어 진동을 완화시키는 것이다.Referring to FIG. 4, in these techniques, a vibration signal is analyzed through a control box or other measuring equipment including a frequency analyzer in an active damping kit, and a vibration wave of a reverse phase is transmitted to the signal generator. The mechanism of the active damping system including the frequency analysis process is briefly summarized in the active damping kit used in this conventional technology. The frequency analyzer analyzes the vibration signal measured by the sensor to obtain a finite number of frequency components, The generator supplies the actuator to the opposite phase. Thus, the measured vibration signal and the inverse signal generated by the actuator meet and cancel each other to alleviate the vibration.

이 방식의 작동 메커니즘은 아래의 도 5에서와 같이 4가지 단계로 요약할 수 있다.The operation mechanism of this method can be summarized into four steps as shown in FIG. 5 below.

도 5는 기존 능동 댐퍼의 작동 메커니즘을 파형으로 나타낸 설명도로서, 각 단계에서 아래와 같은 작동이 이루어진다.FIG. 5 is an explanatory view showing an operation mechanism of a conventional active damper by a waveform, and the following operation is performed in each step.

- 1 단계 : 센서에서 진동을 측정한다.- Step 1: Measure the vibration on the sensor.

- 2 단계 : 센서에서 측정된 시간영역의 신호가 능동 댐핑 키트 내의 주파수분석기에 입력되어 이를 주파수영역의 신호로 전환한다. 이 때, 수학적 연산이 필요한 복잡한 과정을 거치므로 약 2~4초 정도의 시간이 소요된다. 한편, 일반적으로 진동은 무한개의 주파수 성분으로 이루어져 있다. 주파수영역의 그래프를 살펴보면, 여러 피크들이 존재하는데, 그 주파수들이 하나의 진동을 구성하는 주파수 성분들이다.- Step 2: The time domain signal measured by the sensor is input to the frequency analyzer in the active damping kit and converted to the frequency domain signal. In this case, it takes about 2 to 4 seconds because it takes a complicated process requiring mathematical operation. On the other hand, vibration generally consists of infinite number of frequency components. Looking at the graph in the frequency domain, there are several peaks, the frequencies of which constitute one vibration.

- 3 단계 : 분석된 유한개의 주파수 성분별 진동신호를 신호발생기에서 각각 발생시켜 반대의 극성으로 역신호를 생성하고, 이 역신호를 액추에이터로 공급한다.- Step 3: Generate a vibration signal for each analyzed finite frequency component in the signal generator, generate a reverse signal with the opposite polarity, and supply the reverse signal to the actuator.

- 4 단계 : 공급된 역신호로 액추에이터를 작동시킨다.- Step 4: Activate the actuator with the supplied reverse signal.

그런데, 상기한 바와 같이, 주파수분석 과정이 능동 댐핑 키트 내에서 수행되면, 진동을 분석하여 복수의 주파수 성분의 파형을 정확하게 분석하고 재생하여 신호를 공급하는 전체 과정에서 긴 시간이 소요되어 실시간 제어가 실질적으로 불가능하고, 능동 댐핑 키트에 포함될 주파수분석기의 가격이 고가이어서(표 1 ; 주파수분석기 가격) 능동 댐퍼의 가격이 매우 높아지는 문제가 있다.However, as described above, when the frequency analysis process is performed in the active damping kit, it takes a long time to analyze the vibration, accurately analyze the waveforms of the plurality of frequency components, The price of the active damper is very high and the price of the frequency analyzer to be included in the active damping kit is high (Table 1; price of the frequency analyzer).

Figure pat00001
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또한, 센서에서 신호를 주파수분석기로 전송하면 주파수분석기가 주파수, 진폭 및 주기를 분석한 후, 신호발생기로 역 진동파를 공급하기 위해서는 유선 혹은 무선 송수신이 필요하므로 와이어, 안테나, 베터리 등의 부품들이 추가로 필요하므로, 배터리 및 안테나 설치의 불편함 때문에 능동 댐핑 키트 부피가 커지고, 이로 인해 일체형 능동댐퍼 구성이 어렵게 된다.In addition, when a signal is transmitted from a sensor to a frequency analyzer, a frequency analyzer analyzes the frequency, amplitude, and period of the signal, and then a wire or an antenna or a battery Further, the active damping kit is bulky due to the inconvenience of battery and antenna installation, which makes it difficult to construct an integral active damper.

도 6은 능동댐퍼 내에서 진동 분석이 이루어지는 않는 기술의 제어회로블록도이다.Fig. 6 is a block diagram of a control circuit of a technique in which vibration analysis is not performed in an active damper.

구체적으로, 일본공개특허 특개2009-114821호, "建物用制振裝置(건물용제진장치)"의 회로도이다.Specifically, this is a circuit diagram of Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-114821, "Building damping device (building drainage device)".

도 6을 참고하면, 이 기술에서는, 측정된 진동신호의 위상 전체를 그대로 반전시켜 진동신호에 대응한다. 이러한 기존 기술에서 사용된 능동 댐핑 키트 내에 주파수분석 과정이 포함되지 않은 능동 댐핑 시스템의 메커니즘을 간단히 요약하면, 센서(1)로부터 신호가 위상반전기(31, 32)를 통과하여 액추에이터(2)를 구동시켜 진동체(4)의 진동을 제어한다.Referring to FIG. 6, in this technique, the entire phase of the measured vibration signal is directly inverted to correspond to the vibration signal. A brief description of the mechanism of the active damping system which does not include the frequency analysis process in the active damping kit used in this conventional technique is that the signal from the sensor 1 passes through the phase inverters 31 and 32 and the actuator 2 To control the vibration of the vibrating body (4).

그런데, 이 기술은 진동체의 신호 전체에 대응하기 때문에 대응신호가 진동체의 진동과 정반대로 움직여야 하므로, 액추에이터를 진동체에 부착해야만 한다.However, since this technique corresponds to the entire signal of the vibrating body, the corresponding signal must be moved in the opposite direction to the vibration of the vibrating body, so the actuator must be attached to the vibrating body.

이 방식을 사용하면 대응신호가 진동신호에 대한 정반대의 신호이므로 액추에이터의 작동속도는 진동체의 고유진동수와 같게 된다. 따라서 액추에이터와 진동체간 공진이 발생한다. 또한, 신호전체에 대응하기 위하여 무한개의 주파수 성분을 갖는 복잡한 신호의 진동에 대응하는 신호를 발생하는 과정에서 노이즈와 에러의 발생 가능성이 매우 크다. 일반적으로 신호처리는 입력된 신호에 대한 연산인데, 신호가 복잡할수록 신호 처리에 소요되는 시간이 증가한다. 따라서 진동신호가 복잡한 경우에는 딜레이(Delay) 타임이 길어져 실시간으로 정확한 제어가 어려워진다.When this method is used, since the corresponding signal is the opposite signal to the vibration signal, the operating speed of the actuator becomes equal to the natural frequency of the vibrating body. Therefore, resonance occurs between the actuator and the vibrating body. In addition, in the process of generating a signal corresponding to the vibration of a complex signal having an infinite number of frequency components in order to correspond to the entire signal, noise and errors are very likely to occur. In general, signal processing is an operation on an input signal. The more complex the signal, the more time it takes to process the signal. Therefore, when the vibration signal is complicated, the delay time becomes longer and accurate control becomes difficult in real time.

도 7은 진동신호 전체에 대하여 역신호를 발생시키는 능동 댐핑 방식에서 딜레이 타임에 의해 발생할 수 있는 문제점을 설명하기 위해 제시한 파형도이다.FIG. 7 is a waveform diagram for explaining a problem that may occur due to a delay time in an active damping method for generating an inverse signal with respect to the entire vibration signal.

도 7을 참고하면, 능동 댐핑 시스템의 액추에이터가 진동체에 역신호를 가하는 과정에서 발생하는 딜레이 타임이 낮은 주파수와 높은 주파수에 미치는 영향을 살펴보면, 도 7의 (a)는 주파수 성분(10Hz + 100Hz)을 더한 진동신호로서, 도 7의 (a)를 역위상으로 만들어 0.005초의 딜레이 타임을 발생시켜 나타내면 도 7의 (b)와 같이 된다. 0.005초는 100Hz 주파수 기준으로 1/2주기이기 때문에 0.005초 후에는 100Hz 주파수는 같은 위상이 되고, 10Hz의 진동신호는 매우 짧은 딜레이 타임(1/20 주기)이므로 10Hz 주파수는 역신호와 거의 일치하는 신호가 공급된다. 두 신호를 합한 결과에서 낮은 주파수(10Hz) 성분은 역상이 되어 소멸하지만, 높은 주파수 성분(100Hz)은 동상이 되어 두 신호가 합쳐지면서 도 7의 (c)와 같이 진동이 소멸하지 않는다.Referring to FIG. 7, the influence of the delay time generated in the process of applying the reverse signal to the vibrator by the actuator of the active damping system on the low frequency and the high frequency will be described. FIG. 7 (a) (A) of FIG. 7 is reversed and a delay time of 0.005 seconds is generated to be shown in FIG. 7 (b). Since 0.005 second is 1/2 cycle based on 100 Hz frequency, 100 Hz frequency becomes the same phase after 0.005 second, and 10 Hz vibration signal has very short delay time (1/20 cycle). Signal is supplied. As a result of the sum of the two signals, the low frequency (10 Hz) component disappears as a reversed phase, but the high frequency component (100 Hz) becomes in phase and the two signals are combined so that the vibration does not disappear as shown in FIG. 7 (c).

한편, 진동신호 전체에 대응하는 또 다른 문제점에 대해 설명한다.On the other hand, another problem corresponding to the entire vibration signal will be described.

도 8은 원래의 진동신호와 PCB(Printed Circuit Board) 혹은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)를 통과한 신호를 나타낸 파형도이다.8 is a waveform diagram showing the original vibration signal and a signal passed through a PCB (Printed Circuit Board) or an FPCB (Flexible Printed Circuit Board).

도 8의 (a)는 진동신호의 파형도이고, 도 8의 (b)는 PCB 통과 후 노이즈 발생 신호의 파형도이다.FIG. 8A is a waveform diagram of a vibration signal, and FIG. 8B is a waveform diagram of a noise generating signal after passing through a PCB.

도 8을 참고하면, 진동신호(임펄스 진동)가 PCB 통과 후 센서, PCB, 액추에이터 간의 인터페이스(Interface) 문제로 신호에 노이즈가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는 신호의 주파수 성분이 많을수록 발생 가능성이 높아지게 된다. 이러한 노이즈 때문에 작은 신호에도 액추에이터가 반응하여 대응신호 발생 과정에 오류가 많아지게 되고 효율이 낮아지게 된다.Referring to FIG. 8, it can be seen that noise occurs in the signal due to the interface problem between the sensor, the PCB, and the actuator after the vibration signal (impulse vibration) passes through the PCB. This means that the more frequency components of the signal, the higher the probability of occurrence. Because of this noise, the actuator responds to a small signal, causing errors in the process of generating a corresponding signal, and the efficiency is lowered.

이러한 노이즈를 줄이기 위하여 LPF(Low Pass Filter)를 사용하게 되면 도 9와 같은 현상이 발생한다.When the LPF (Low Pass Filter) is used to reduce such noise, the phenomenon shown in FIG. 9 occurs.

도 9의 (a)는 PCB 신호와 LPF 통과신호를 나타낸 파형도이다. 도 9의 (a)의 위 신호는 PCB를 통과한 신호이고 아래 신호는 노이즈를 제거하기 위해 LPF(Low Pass Filter)를 통과시킨 신호이다. 도 9의 (b)는 LPF 통과신호의 확대도이다.9 (a) is a waveform diagram showing a PCB signal and an LPF pass signal. 9 (a) is a signal passed through the PCB, and the lower signal is a signal passed through an LPF (Low Pass Filter) to remove noise. 9 (b) is an enlarged view of the LPF passing signal.

도 9를 참고하면, 층간소음, 코골이 등에서 발생하는 진동의 주파수는 대부분 10Hz 미만의 저주파이므로, LPF가 낮은 주파수만 통과시켜야 고주파인 노이즈를 제거할 수 있다.Referring to FIG. 9, since the frequencies of vibrations generated in the interlayer noise, snoring, etc. are mostly low frequencies less than 10 Hz, high frequency noise can be removed only by passing the LPF through low frequencies.

그런데, 신호를 확대해서 살펴보면, PCB 신호의 노이즈 성분은 일부 제거되었으나, LPF 통과로 Delay time(약 50ms, 10Hz 신호의 경우 반주기)이 발생하게 되고, 이후 대응신호가 공급되면 원래 진동신호와 같은 방향으로 공급될 가능성이 있으므로 공진이 발생할 수 있다.However, when the signal is enlarged, the noise component of the PCB signal is partially removed, but the delay time (about 50 ms, in the case of a 10 Hz signal) occurs due to the passage of the LPF. And resonance may occur.

이에, 가격 문제, 실시간 제어 불가능 문제, 부피가 커지는 문제(액추에이터를 진동체에 일체로 부착), 진동신호 전체에 대응하는 문제(에러 발생, 딜레이 타임) 등을 극복하기 위한 방안이 필요하다할 것이다.Therefore, there is a need to overcome problems such as price problems, problems that can not be controlled in real time, problems of increasing volume (integrally attaching an actuator to a vibrating body), problems corresponding to the entire vibration signal (error occurrence, delay time) .

문헌 1. 일본등록특허 제5632701호, "アクティブ除振裝置(액티브제진장치)"Document 1: Japanese Patent No. 5632701, "Active vibration isolation device (active vibration isolation device)" 문헌 2. 미국등록특허 US7,047,109, "MACHINERY FOR IMPROVING PERFORMANCE IRREGULARITIES ARISING FROM VIBRATIONS"US Patent No. 7,047,109, "MACHINERY FOR IMPROVING PERFORMANCE IRREGULARITIES ARISING FROM VIBRATIONS" 문헌 3. 일본공개특허 특개2009-114821호, "建物用制振裝置(건물용제진장치)"Document 3: Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-114821, "Building Damping Device

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 진동체의 선행분석을 통해 최적 대응신호가 공급될 수 있도록 회로를 제작하고 센서에서 신호가 감지되면 대응신호를 액추에이터에 공급하여 진동을 제어할 수 있도록 하는 스핀들 진동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a circuit capable of supplying an optimum response signal through a preliminary analysis of a vibrating body, To the actuator so as to control the vibration of the spindle.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스핀들 진동 제어 장치는, 진동체로부터 진동을 감지하여 진동신호를 전달하는 센서; 상기 진동신호를 상쇄시키는 대응신호를 활성화하여 출력하는 제어부; 및 상기 대응신호에 대응하여 구동이 이루어지는 액추에이터를 포함하며, 상기 진동체는 샤프트 및 에어베어링을 포함하는 에어베어링 스핀들이며, 상기 액추에이터는 회전체이며, 상기 대응신호에 대응하여 상기 회전체는 상기 스핀들의 샤프트 회전방향과 반대되는 방향으로 회전한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a spindle vibration control apparatus comprising: a sensor for sensing vibration from a vibrating body to transmit a vibration signal; A control unit for activating and outputting a corresponding signal canceling the vibration signal; And an actuator that is driven in response to the corresponding signal, wherein the vibrator is an air bearing spindle including a shaft and an air bearing, the actuator is a rotator, and the rotator corresponds to the corresponding signal, In the direction opposite to the shaft rotation direction of the shaft.

또한, 본 발명의 스핀들 진동 제어 장치는, 진동체로부터 진동을 감지하여 진동신호를 전달하는 센서; 상기 진동신호를 상쇄시키는 대응신호를 활성화하여 출력하는 제어부; 및 상기 대응신호에 대응하여 구동이 이루어지는 액추에이터를 포함하며, 상기 진동체는 샤프트 및 에어베어링을 포함하는 에어베어링 스핀들이며, 상기 액추에이터는 회전체이며, 상기 대응신호에 대응하여 상기 회전체는 상기 스핀들의 샤프트 회전방향과 반대되는 방향으로 회전한다.In addition, the spindle vibration control device of the present invention includes: a sensor that detects vibration from a vibrating body and transmits a vibration signal; A control unit for activating and outputting a corresponding signal canceling the vibration signal; And an actuator that is driven in response to the corresponding signal, wherein the vibrator is an air bearing spindle including a shaft and an air bearing, the actuator is a rotator, and the rotator corresponds to the corresponding signal, In the direction opposite to the shaft rotation direction of the shaft.

이 때, 상기 회전체는 모터일 수 있으며, 상기 모터는 선행 진동 분석을 통하여 선택된 부위에 위치되는 것이 바람직하다.At this time, the rotating body may be a motor, and the motor is preferably positioned at a selected position through a preliminary vibration analysis.

또한, 상기 회전체는 모터이며, 상기 모터는 상기 에어베어링 스핀들의 하우징 원주방향을 따라 상기 하우징 내부 또는 외부에 다수 설치될 수 있다.The rotating body may be a motor, and the motor may be installed inside or outside the housing along the circumferential direction of the housing of the air bearing spindle.

그리고, 상기 대응신호는, 무한개의 주파수 성분별 진동신호 중에서 가장 큰 진폭순으로 설정개수의 주파수 성분 진동신호에만 대응신호를 생성하거나, 상기 진동신호의 (+) 방향 신호 또는 (-) 방향 신호에 대해서만 대응신호를 생성할 수 있다.The corresponding signal may be generated by generating a corresponding signal only in a set number of frequency component vibration signals in the order of the largest amplitude among the vibration signals of the infinite frequency components, It is possible to generate a corresponding signal only.

한편, 본 발명의 스핀들 진동 제어 방법은, 센서로부터 에어베어링 스핀들에서 발생되는 주요 진동 주파수를 획득하는 단계; 상기 주요 진동 주파수로부터 진동 방향을 판단하는 단계; 및 상기 진동 방향에 반대되는 진동 방향으로 회전하는 대응신호를 생성하여 액추에이터인 회전체로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, the spindle vibration control method of the present invention includes: obtaining a main vibration frequency generated from an air bearing spindle from a sensor; Determining a vibration direction from the main vibration frequency; And generating a corresponding signal rotating in a vibration direction opposite to the vibration direction and outputting the corresponding signal to the rotating body as an actuator.

또한, 본 발명의 스핀들 진동 제어 방법은, 에어베어링 스핀들에서 발생되는 진동신호의 진동 분석 실험을 선행하여 획득한 대응신호가 출력되도록 세팅한 상태에서, 상기 진동신호의 입력에 대응하여 상기 에어베어링 스핀들의 진동 방향에 반대되는 진동 방향으로 회전하는 상기 대응신호를 액추에이터인 회전체로 출력할 수 있다.The method of controlling a spindle vibration according to the present invention is a method for controlling a spindle vibration of an air bearing spindle in response to input of a vibration signal in a state in which a corresponding signal obtained by preceding vibration analysis experiment of a vibration signal generated in an air bearing spindle is output, And outputs the corresponding signal, which rotates in the vibration direction opposite to the vibration direction, to the rotating body as an actuator.

이 때, 무한개의 주파수 성분별 진동신호 중에서 가장 큰 진폭순으로 설정개수의 주파수 성분 진동신호에만 대응신호를 생성할 수 있다. 상기 설정개수의 주파수 성분은 1 내지 N 범위에서 설정될 수 있다(여기서, N은 2 이상의 자연수).At this time, the corresponding signals can be generated only in the frequency components of the set number of frequency components in the order of the greatest amplitude among the vibration signals of the infinite frequency components. The frequency component of the set number can be set in a range of 1 to N (where N is a natural number of 2 or more).

또한, 상기 진동신호의 (+) 방향 신호 또는 (-) 방향 신호에 대해서만 대응신호를 생성할 수 있다.Further, a corresponding signal can be generated only for the (+) direction signal or the (-) direction signal of the vibration signal.

그리고, 상기 진동신호의 일부 주기에 대해서만 대응신호를 생성할 수 있다. 이 때, 상기 일부 주기는 1/N 주기이다(여기서, N은 양의 정수).Then, a corresponding signal can be generated only for a part of the period of the vibration signal. At this time, the partial period is 1 / N period (where N is a positive integer).

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 스핀들 진동 제어 장치 및 방법에 따르면, 선행 진동 분석을 수행하므로, 능동 댐핑 키트 내 주파수분석기가 불필요하여 부피가 작고 저가인 능동 댐핑 키트를 구성할 수 있을 뿐 아니라, 능동 댐핑 키트 내에서 주파수분석을 수행하지 않으므로 진동에 대한 실시간 대응이 가능하다.As described above, according to the apparatus and method for controlling the spindle vibration according to the present invention, since the preceding vibration analysis is performed, a frequency analyzer in the active damping kit is not required, so that an active damping kit having a small volume and low cost can be constructed, Since the frequency analysis is not performed in the active damping kit, real-time response to vibration is possible.

또한, 선행 진동 분석을 수행하므로, 댐퍼 설치 위치, 대응신호 크기, 주파수, 공급시간(1/2 혹은 1/4주기), 공급횟수 등을 포함한 능동댐퍼의 대응신호를 진동체에 맞게 설정할 수 있으므로, 다양한 모든 환경에 최적화시켜 적용할 수 있다.In addition, since the preceding vibration analysis is performed, the corresponding signal of the active damper including the damper installation position, corresponding signal size, frequency, supply time (1/2 or 1/4 period), supply frequency, , And can be applied to all kinds of environments.

그리고, 선행 진동 분석을 수행하여 가장 큰 진동을 갖는 유한개의 주파수 성분에만 대응하도록 함으로써, 회로/액추에이터 구성 및 동작 단순화를 이룰 수 있으며, 제어정확성 및 효율 향상과 에러/딜레이 타임 억제를 달성할 수 있다. 즉, 처리할 신호가 간단하여 처리과정 중 에러/딜레이 타임을 줄여 실시간으로 정확한 대응이 가능하다.By performing the preceding vibration analysis so as to correspond only to a finite number of frequency components having the largest vibration, circuit / actuator configuration and operation can be simplified, and control accuracy and efficiency improvement and error / delay time suppression can be achieved . That is, since the signal to be processed is simple, the error / delay time can be reduced during the process, and accurate response in real time is possible.

한편, 액추에이터를 진동체에서 분리하고 액추에이터 구동부와 능동 댐핑 키트 사이에 진동을 절연(Isolation)하도록 설계함으로써, 공진 발생 가능성을 미리 차단하여 정확한 진동 제어가 이루어질 수 있다.On the other hand, by designing the actuator to be isolated from the vibrating body and to isolate the vibration between the actuator driving part and the active damping kit, the possibility of resonance can be prevented in advance and precise vibration control can be achieved.

도 1은 구조물/장비 안정화 설계 프로세스와 진동 분석 과정을 나타낸 설명도이다.
도 2는 수동 댐퍼의 구성도이다.
도 3은 능동 댐퍼의 구성도이다.
도 4는 능동 댐퍼 내에서 진동 분석이 이루어지는 기술들의 제어회로블록도이다.
도 5는 기존 능동 댐퍼의 작동 메커니즘을 파형으로 나타낸 설명도이다.
도 6은 능동 댐퍼 내에서 진동 분석이 이루어지는 않는 기술의 제어회로블록도이다.
도 7은 진동신호 전체에 대하여 역신호를 발생시키는 능동 댐핑 방식에서 딜레이 타임에 의해 발생할 수 있는 문제점을 설명하기 위해 제시한 파형도이다.
도 8은 원래의 진동신호와 PCB를 통과한 신호를 나타낸 파형도이다.
도 9는 PCB 신호와 LPF 통과신호를 나타낸 파형도 및 확대도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 진동 제어 장치의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 진동 제어 장치의 작동 메카니즘 개념도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 PCB 사진이다.
도 13은 주파수 성분별 진동 및 유한개의 대응신호 차감효과를 나타낸 개념도이다.
도 14는 임펄스 진동형을 나타낸 파형도이다.
도 15는 진동신호 전체에 대응하는 경우의 파형도이다.
도 16은 진동신호의 (+) 방향의 신호에만 대응하는 경우의 파형도이다.
도 17 및 도 18은 1/2 주기, 1/4 주기의 신호에만 대응하는 경우의 파형도이다.
도 19는 조화적인 힘에 의한 진동에 대한 분석 파형도이다.
도 20은 가장 큰 주파수를 제거한 결과를 나타낸 파형도이다.
도 21은 기존 스핀들의 구성도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시 예에 의한 에어베어링 스핀들의 구성도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시 예에 의한 에어베어링 스핀들의 제어과정을 나타낸 흐름도이다.
도 24는 작동속도별 스핀들의 진동 크기를 측정한 결과 그래프이다.
도 25는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 에어베어링 스핀들의 제어과정을 나타낸 흐름도이다.
도 26은 1초 동안 발생되는 임펄스 진동 10주기를 예시한 파형도이다.
도 27은 축 진동 제어의 개념도이다.
도 28은 고정용 지그에 댐퍼가 부착되어 축 진동 제어를 수행하는 상태도이다.
1 is an explanatory view showing a structure / equipment stabilization design process and a vibration analysis process.
2 is a configuration diagram of a passive damper.
3 is a configuration diagram of an active damper.
4 is a block diagram of a control circuit of techniques for performing vibration analysis in an active damper.
5 is an explanatory view showing an operation mechanism of a conventional active damper in waveform.
Fig. 6 is a block diagram of a control circuit of a technique in which vibration analysis is not performed in an active damper.
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining a problem that may occur due to a delay time in an active damping method for generating an inverse signal with respect to the entire vibration signal.
8 is a waveform diagram showing an original vibration signal and a signal passed through the PCB.
9 is a waveform diagram and an enlarged view showing a PCB signal and an LPF pass signal.
10 is a configuration diagram of a vibration control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
11 is a conceptual diagram of an operation mechanism of the vibration control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
12 is a photograph of a PCB according to the first embodiment of the present invention.
13 is a conceptual diagram showing the effect of frequency component-based vibration and finite number of corresponding signal subtraction effects.
14 is a waveform diagram showing an impulse oscillation type.
Fig. 15 is a waveform diagram in the case of corresponding to the entire vibration signal.
16 is a waveform diagram in the case where only the signal in the (+) direction of the vibration signal corresponds.
Figs. 17 and 18 are waveform diagrams when only signals of 1/2 cycle and 1/4 cycle are supported.
Fig. 19 is an analysis waveform diagram of vibration due to harmonic force. Fig.
20 is a waveform diagram showing the result of removing the largest frequency.
21 is a configuration diagram of a conventional spindle.
22 is a configuration diagram of an air bearing spindle according to an embodiment of the present invention.
23 is a flowchart illustrating a process of controlling an air bearing spindle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a graph showing a result of measurement of the magnitude of vibration of the spindle by operating speed.
25 is a flowchart illustrating a process of controlling an air bearing spindle according to another embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a waveform diagram illustrating 10 periods of impulse oscillations generated for 1 second.
27 is a conceptual diagram of the shaft vibration control.
28 is a state diagram in which a damper is attached to a fixing jig to perform shaft vibration control.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참고부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention and accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements.

발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "comprising" another element in the description of the invention or in the claims, it is not to be construed as being limited to only that element, And the like.

또한, 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 "~수단", "~부", "~모듈", "~블록"으로 명명된 구성요소들은 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이들 각각은 소프트웨어 또는 하드웨어, 또는 이들의 결합에 의하여 구현될 수 있다.Also, in the description of the invention or the claims, the components named as "means", "parts", "modules", "blocks" refer to units that process at least one function or operation, Each of which may be implemented by software or hardware, or a combination thereof.

본 발명에서는, 진동 제어 장치(능동 댐퍼)를 설계하기 전에 진동 제어 대상(진동체)의 진동 분석 실험을 선행하여 진동의 특성(주파수, 진동크기, 주기, 진동소멸경향 등)을 파악한 후, 해당 진동 제어에 최적인 대응신호가 공급되도록 미리 설계(프로그래밍)한다. 진동 분석이 선행되므로 능동 댐핑 키트에 고가의 주파수분석기를 설치할 필요가 없으며, 또한 부피가 작고 저가인 능동 댐핑 키트의 구성이 가능하게 된다. 즉, 이는 능동 댐핑 키트 내에 신호 분석 과정이 필요 없음을 의미한다.In the present invention, before the vibration control device (active damper) is designed, the vibration analysis experiment of the vibration control object (vibrating body) is preceded and the characteristics of the vibration (frequency, vibration size, cycle, (Programming) in advance so that a corresponding signal that is optimal for vibration control is supplied. Since vibration analysis is performed in advance, it is not necessary to install an expensive frequency analyzer in the active damping kit, and it is possible to construct an active damping kit having a small volume and a low cost. That is, it means that the signal analysis process is not necessary in the active damping kit.

한편, 진동을 억제하는 방법으로는 센서에서 감지된 신호를 이용하여 액추에이터에 직접 전달하는 방식과 구조물의 진동 특성에 맞게 한 방향((+) 방향 또는 (-) 방향)의 신호에만 대응하거나 1/2주기 혹은 1/4주기의 신호에만 대응하여 진동을 제어하는 방법을 이용할 수 있다. 이들 방법 모두 진동 분석을 선행하므로 실시간(Real Time)으로 진동제어가 가능하다.On the other hand, as a method of suppressing the vibration, a method of directly transmitting to the actuator by using the signal sensed by the sensor and a method of responding only to signals of one direction ((+) direction or (-) direction) It is possible to use a method of controlling the vibration corresponding to only two or four periods of the signal. Since all of these methods precede vibration analysis, it is possible to control the vibration in real time.

이하에서는 본 발명의 진동 제어 장치 및 방법이 구현된 일 예를 특정한 실시 예를 통해 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment in which the vibration control apparatus and method of the present invention are implemented will be described with reference to specific embodiments.

도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 진동 제어 장치의 구성도이다.10 is a configuration diagram of a vibration control apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 10을 참고하면, 본 발명의 진동 제어 장치는, 진동체로부터 진동을 감지하여 진동신호를 전달하는 센서(100)와, 진동신호를 상쇄시키는 대응신호를 활성화하여 출력하는 제어부(200)와, 대응신호에 대응하여 구동이 이루어지는 액추에이터(300)를 포함한다.10, the vibration control apparatus of the present invention includes a sensor 100 for sensing a vibration from a vibrating body and transmitting a vibration signal, a control unit 200 for activating and outputting a corresponding signal for canceling the vibration signal, And an actuator 300 that is driven in response to the corresponding signal.

이 때, 제어부(200)는 진동신호의 진동분석을 선행하여 획득한 대응신호가 출력되도록 미리 설계(프로그래밍)되어 있다.At this time, the control unit 200 is designed (programmed) in advance so that a corresponding signal acquired by preceding vibration analysis of the vibration signal is outputted.

한편, 본 실시 예에서는 액추에이터(300)가 진동체에 결합된 상태를 도시하고 있으나, 액추에이터(300)는 진동체와 분리되어 설치될 수 있다.In the present embodiment, the actuator 300 is coupled to the vibrating body. However, the actuator 300 may be installed separately from the vibrating body.

도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 진동 제어 장치의 작동 메카니즘 개념도이다.11 is a conceptual diagram of an operation mechanism of the vibration control apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 11을 참고하면, 본 발명의 진동 제어 장치의 작동 메카니즘은 아래의 3단계로 대별될 수 있다.Referring to FIG. 11, the operation mechanism of the vibration control apparatus of the present invention can be roughly divided into the following three stages.

- 1단계 : 진동체에 대한 진동 분석을 선행한다. 진동 분석 선행을 통하여 진동의 크기, 주기, 진폭의 감쇠정도, 무한개의 주파수 성분 진동 중 가장 큰 진폭을 갖는 유한(1~3)개의 주파수 성분 파악 혹은, 시그널 필터링(PCB 회로(제어부(200))의 컴퓨터 프로그래밍으로 낮은 주파수 성분을 필터링)을 통하여 유한(1~3)개의 주파수 성분(1~3)을 선택한다. 본 실시 예 1~3개의 주파수 성분을 선택하는 경우에 대해 설명하고 있으나, N개의 주파수 성분이 임의로 선택될 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 자연수이다.- Step 1: Precede the vibration analysis for the vibrating body. (1 to 3) frequency components having the greatest amplitude among the vibration amplitude, the cycle, the degree of attenuation of the amplitude, and the infinite number of frequency component vibrations, or signal filtering (PCB circuit (control unit 200) (1 to 3) frequency components (1 to 3) are selected through the filtering of the low frequency components by computer programming of the frequency domain. Although the case of selecting one to three frequency components of the present embodiment is described, N frequency components can be arbitrarily selected. Here, N is a natural number of 1 or more.

이를 통해 제어부는 주파수분석기능이 필요치 않아 저가 제작이 가능하며, 제어부(200)가 유한개(1~3)의 주파수 성분에만 대응하도록 단순화시킴으로써 회로 제작이 용이함은 물론 실시간 대응이 가능하다. 또한, 미리 액추에이터(300)가 반응할 시간을 설계하여 제한할 수 있으므로 전체 신호에 대응하는 신호를 공급하지 않으므로 공진 가능성을 배제할 수 있다. 그리고, 제어부에서 단순한 신호를 처리하므로 노이즈(Noise) 발생, 신호처리 시간, 액추에이터 반응시간 등의 최소화를 이룰 수 있다.Thus, the control unit does not require a frequency analysis function and can be manufactured at a low cost. Simplification is performed so that the control unit 200 corresponds only to the frequency components of the finite elements (1 to 3). In addition, since the time for the actuator 300 to react in advance can be designed and limited, the signal corresponding to the entire signal is not supplied, so that the possibility of resonance can be excluded. Since the control unit processes a simple signal, it is possible to minimize noise, signal processing time, and actuator response time.

- 2단계 : 진동체에서 발생한 진동을 센서(100)에서 감지하여 제어부에 입력한다.- Step 2: The vibration generated by the vibrating body is detected by the sensor 100 and input to the controller.

- 3단계 : 진동신호가 제어부(200)에 입력되면, 미리 설정된 대응신호를 출력하여 액추에이터(300)를 구동한다.Step 3: When the vibration signal is input to the control unit 200, the actuator 300 is driven by outputting a preset corresponding signal.

도 12는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 제어부(PCB) 사진이다.12 is a photograph of a control unit (PCB) according to the first embodiment of the present invention.

도 12를 참고하면, 본 발명의 제어부(200)는, 진동신호를 입력받는 입력부(1)와, 대응신호방법, 대응신호 공급횟수, 대응신호 크기, 대응신호 주기, 반응시간 조절, 딜레이 타임 등을 설계(프로그래밍)한 대응신호 활성화부(2)와, 대응신호를 액추에이터(300)로 출력하는 출력부(3)를 포함한다.12, the control unit 200 of the present invention includes an input unit 1 for receiving a vibration signal, a control unit 200 for controlling the operation of the control unit 200 according to the corresponding signaling method, the number of times of supplying the corresponding signal, A corresponding signal activating unit 2 that is designed (programmed), and an output unit 3 that outputs a corresponding signal to the actuator 300. [

여기에, 액추에이터 구동 전류량을 조절하는 전류 출력 조절 장치(4)를 더 포함할 수 있다.Here, it may further include a current output regulating device 4 for regulating an amount of actuator driving current.

이와 같이 구성된 본 발명의 제어부(200)는, 진동 제어 장치(능동 댐퍼) 내부에서 신호를 입/출력하며, 센서(100)와 액추에이터(300)간의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 센서(100)에서 진동신호가 감지되면 대응신호 활성화부(2)에서 대응신호를 발생시켜 액추에이터(300)로 공급한다.The controller 200 configured as described above inputs and outputs signals in the vibration control device (active damper) and serves as an interface between the sensor 100 and the actuator 300. That is, when a vibration signal is detected by the sensor 100, the corresponding signal activating unit 2 generates a corresponding signal and supplies the corresponding signal to the actuator 300.

한편, 도 11의 2단계에서 발생되는 진동은 무한개의 주파수 성분들로 이루어져 있다. 그 중 약 1~3개 정도의 주파수들이 진동의 80~90%의 에너지를 갖고 있어 1~3개의 주요한 주파수 성분들을 제거하는 것이 가장 효율적이다. 본 발명에서는 선행 주파수분석을 통해 주파수 성분별 진동을 구분하여 유한개의 주파수 성분만을 제거함으로써 효율적으로 진동을 소멸시킬 수 있다.Meanwhile, the vibration generated in the second step of FIG. 11 consists of infinite number of frequency components. Of these, about 1 to 3 frequencies have 80 to 90% energy of vibration, and it is most effective to remove 1 to 3 major frequency components. In the present invention, it is possible to effectively eliminate the vibration by removing only a finite number of frequency components by classifying the vibration according to the frequency component through the preceding frequency analysis.

도 13은 주파수 성분별 진동 및 유한개의 대응신호 차감효과를 나타낸 개념도이다.13 is a conceptual diagram showing the effect of frequency component-based vibration and finite number of corresponding signal subtraction effects.

도 13을 참고하면, 주파수분석을 선행하여 진동 성분(①~⑤)을 미리 얻어낼 수 있으며, 일례로서 주요한 진동 성분(①, ②)을 제거하여 효율적인 진동 소멸을 달성할 수 있다. 즉, 좌측 진동신호는 ①~⑤의 다섯 개의 주파수 성분을 포함한 진동으로 구성된 신호의 그림이며, 이 중 진폭이 가장 큰 두 개(①, ②)의 신호를 제거하면 전체 진동의 80%가 소멸됨을 확인할 수 있다. 이 경우 현재 다섯 개(일반적으로 무한개)의 신호에 대응하는 것보다 딜레이 타임과 오류를 크게 줄일 수 있음을 알 수 있다. 이는 기본 설계가 설계되어 있는 제어부의 대응신호 활성화부(2)에 주요한 진동신호를 제어하기 위한 최적의 대응신호를 발생시키는 설계(프로그래밍)을 통해 달성할 수 있다. 이와 같이, 미리 파악된 1~3개의 주파수 성분에 대한 대응신호를 이용함으로써, 노이즈(Noise) 발생 확률을 낮출 수 있고(매우 단순한 신호 처리이므로), 제어부(200)에서의 실시간 대응이 가능해지는 것이다. 또한, 액추에이터(300)가 구현하기에 단순한 형태의 신호이므로, 반응시간이 짧고, 기계적 오작동을 최소화할 수 있다.Referring to FIG. 13, it is possible to obtain the vibration components (1) to (5) in advance by performing the frequency analysis, and as an example, it is possible to eliminate the major vibration components (1) and (2) to achieve efficient vibration extinction. In other words, the left vibration signal is a picture of vibration consisting of five frequency components ① ~ ⑤. If two signals with the largest amplitude (① and ②) are removed, 80% of the vibration will disappear Can be confirmed. In this case, it can be seen that the delay time and error can be greatly reduced compared with the case where the signals are corresponding to the five signals (generally, infinite). This can be achieved by designing (programming) to generate the optimum corresponding signal for controlling the main vibration signal in the corresponding signal activating part 2 of the control unit for which the basic design is designed. By using the corresponding signals for one to three frequency components that are previously grasped in this way, the probability of noise generation can be lowered (since it is a very simple signal processing), and the control unit 200 can respond in real time . Further, since the actuator 300 is a simple type signal to be implemented, the reaction time is short and mechanical malfunction can be minimized.

한편, 진동의 양상은 일반적으로 충격에 의한 진동(층간소음, 코골이, 순간적인 감속 가속에 의한 진동), 조화적인 힘에 의한 진동(모터 축 등 회전체의 원심력으로부터 발생한 진동), 랜덤 진동(지진)으로 구분할 수 있다. 이하, 각 진동의 양상에 대응한 진동 억제 방법에 대해 설명한다.On the other hand, aspects of vibration generally include vibration caused by impact (vibration due to interlayer noise, snoring, momentary deceleration acceleration), vibration due to harmonic force (vibration generated from the centrifugal force of a rotating body such as a motor shaft) Earthquake). Hereinafter, the vibration suppression method corresponding to each vibration mode will be described.

도 14는 임펄스(충격에 의한 진동) 진동형을 나타낸 파형도이다.14 is a waveform diagram showing an impulse (vibration by impact) oscillation type.

도 14를 참고하면, 임펄스는 '충격'을 의미하며, 임펄스 진동(Impulse Vibration)의 예로는 코골이, 아이들 발자국 소리, 망치소리, 물건 떨어뜨리는 소리 등이 있다. 즉, 임펄스 진동은 짧고 큰 충격에 의한 진동을 의미한다. 여기서, 일례로서, 임펄스 진동을 억제하기 위한 방법을 설명한다.Referring to FIG. 14, impulse means 'shock', and examples of impulse vibration include snoring, children's footsteps, hammer sounds, and object dropping sounds. That is, the impulse vibration means short and large impact vibration. Here, as an example, a method for suppressing impulse vibration will be described.

도 15는 진동신호 전체에 대응하는 경우의 파형도이다.Fig. 15 is a waveform diagram in the case of corresponding to the entire vibration signal.

도 15를 참고하면, 진동신호 전체에 대응하는 방법의 일례로서, 센서(100)에서 감지된 신호를 이용하여 반대신호를 액추에이터(300)에 직접 전달한다. 이 방법은 진동신호의 반대신호 전체를 공급해야 하므로, 본 발명의 진동 제어 장치(능동 댐퍼)가 진동체와 결합되어야 한다. 능동 댐퍼와 진동체간의 결합상태에서 역진동을 공급하기 위한 능동 댐퍼의 진동수는 진동체의 진동수와 같으므로, 상기한 종래 기술에서 언급한 바와 같이, 이 방법은 공진 발생 가능성이 매우 높다. 이에, 본 발명에서는, 기존 기술의 문제점인 공진 발생 가능성을 미리 방지하기 위해, 액추에이터 구동부와 능동 댐퍼 결합부에 수동 댐퍼를 설치하여 진동을 차단(isolation)하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 15, as an example of a method corresponding to the entire vibration signal, a signal detected by the sensor 100 is used to directly transmit an opposite signal to the actuator 300. Since this method needs to supply the entire opposite signal of the vibration signal, the vibration control device (active damper) of the present invention must be combined with the vibrating body. Since the frequency of the active damper for supplying the inverse vibration in the coupled state between the active damper and the vibrating body is equal to the frequency of the vibrating body, as described in the above-mentioned prior art, this method has a very high possibility of resonance. In the present invention, in order to prevent the possibility of resonance, which is a problem of the existing technology, it is preferable that a passive damper is installed in the actuator driving part and the active damper coupling part to isolate the vibration.

한편, 다른 진동 제어 방법으로서, 구조물의 진동 특성에 맞게 한 방향((+) 방향 신호, (-) 방향 신호)의 신호에만 대응하는 방법이 있을 수 있다.On the other hand, as another vibration control method, there may be a method corresponding only to signals of one direction ((+) direction signal and (-) direction signal) according to the vibration characteristics of the structure.

도 16은 진동신호의 (+) 방향의 신호에만 대응하는 경우의 파형도이다.16 is a waveform diagram in the case where only the signal in the (+) direction of the vibration signal corresponds.

도 16을 참고하면, 진동의 크기를 감지하여 액추에이터(300)의 작동을 일정횟수만 대응하도록 한다. 이는 임펄스 진동에서는 초기 진동 대응 이후에는 진동이 미미하여 대응할 필요가 없기 때문이다.Referring to FIG. 16, the magnitude of the vibration is sensed, and the operation of the actuator 300 corresponds to a certain number of times. This is because, in the impulse vibration, after the initial vibration response, the vibration is insignificant and it is not necessary to respond.

이 때, 상기한 도 15의 진동 제어 방법에서 있을 수 있는 공진 가능성을 미리 차단하기 위해 진동체와 액추에이터(300) 사이를 분리시키는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to separate the vibrator and the actuator 300 from each other in order to block the possibility of resonance in the vibration control method of Fig.

또한, 또 다른 진동 제어 방법으로서, 진동신호의 일부 주기에서만 대응할 수도 있다.As another vibration control method, it is also possible to cope with only a part of the cycle of the vibration signal.

도 17 및 도 18은 1/2 주기, 1/4 주기의 신호에만 대응하는 경우의 파형도이다.Figs. 17 and 18 are waveform diagrams when only signals of 1/2 cycle and 1/4 cycle are supported.

도 17 및 도 18을 참고하면, 1/2주기 동안 1회 대응신호를 발생시키거나, 1/4주기 동안 1회 대응신호를 발생시키고 있다.Referring to FIGS. 17 and 18, one corresponding signal is generated for 1/2 period or one corresponding signal is generated for 1/4 period.

이와 같이, 1/2주기 혹은 1/4주기의 신호에만 대응하고 일정시간(혹은 횟수) 동안만 신호를 공급하게 하여 공진의 가능성 없이 진동을 제어할 수 있다. 상기한 4가지 방법 모두 진동 분석을 선행하므로 실시간으로 최적 대응신호를 공급하여 효과적인 진동제어가 가능하다. 테스트용 능동 댐핑 키트를 제작하여 실험한 결과 1/4 주기 1회 신호대응만으로도 진동체의 진동이 80% 이상 소멸됨을 확인하였다. 한편, 본 실시 예에서는 1/2주기 혹은 1/4주기의 신호에만 대응하는 경우에 대해 설명하고 있으나, 1/N(여기서, N은 양의 정수)주기에 대응할 수 있다.In this way, it is possible to control the vibration without the possibility of resonance by supplying signals only for a predetermined time (or a number of times) in correspondence with signals of 1/2 cycle or 1/4 cycle. Since all of the above four methods precede vibration analysis, effective vibration control is possible by supplying an optimum corresponding signal in real time. Experimental results show that the oscillation of the vibrating body can be eliminated by more than 80%. On the other hand, in the present embodiment, only the case of 1/2 period or 1/4 period signal is explained, but it can correspond to 1 / N (where N is a positive integer) period.

도 15 내지 도 18에 있어, 임펄스 진동에 대응한 진동 제어 방법으로 제시한 그래프의 형태에 따른 액추에이터(300)의 작동은, (+) 방향 신호 및 (-) 방향 신호에 대응하여 액추에이터(300)의 앞, 뒤 이동이 이루어진다. 액추에이터(300)와 진동체는 마주보고 있기 때문에, 진동체가 (+) 방향 신호로 앞으로 움직이면 액추에이터(300)는 동일한 에너지 크기를 갖는 (-) 방향 신호로 앞으로 움직여 서로 부딪혀 서로 에너지가 상쇄되어 진동이 소멸하게 되는 것이다. 예를 들면, 층간소음 문제를 해결하기 위한 하나의 방안으로, 거실 천장의 전등을 분해하고 강판에 조립된 능동 댐핑 키트를 천장에 부착할 수 있다. 거실 이외의 장소(주방, 안방, 아이들 방) 어디에서 충격이 작용하든 제일 큰 진폭은 아파트마다 각각 다른 특정 위치(거실 중앙근처)에서 발생하며, 이 위치에 가장 부합되는 곳이 중앙 전등 위치(도 19)이며, 이곳의 진동을 제어하면 아파트 전체의 진동과 소음이 90% 이상 소멸되어 매우 시끄러운 70dB 정도의 소음을 40dB 미만 수준으로 감소시킬 수 있다.15 to 18, the operation of the actuator 300 according to the shape of the graph presented by the vibration control method corresponding to the impulse vibration is performed by the actuator 300 corresponding to the (+) direction signal and the (- Front and rear movement of the vehicle. Since the actuator 300 and the vibrating body are facing each other, when the vibrating body moves toward the positive direction signal, the actuator 300 moves toward the negative direction signal having the same energy magnitude and collides with each other, It will disappear. For example, as an approach to solve the interlayer noise problem, it is possible to disassemble the lamp in the living room ceiling and attach the active damping kit assembled on the steel plate to the ceiling. Regardless of where the impact occurs, the largest amplitude occurs at a specific location (near the center of the living room) for each apartment, and the closest match to this position is the center position 19). By controlling the vibration of this place, vibration and noise of the whole apartment will be extinguished by 90% or more, and very noisy 70dB noise can be reduced to less than 40dB.

한편, 진동의 양상으로서, 조화적인 힘에 의한 진동(주기적 진동, 회전체 진동, 모터 축 등 회전체의 원심력으로부터 발생한 진동)의 양상에 대응한 진동 억제 방법에 대해 설명한다.On the other hand, as a mode of vibration, a vibration suppression method corresponding to an aspect of vibration due to a harmonic force (periodic vibration, rotating vibration, vibration generated from the centrifugal force of a rotating body such as a motor shaft) will be described.

도 19는 조화적인 힘에 의한 진동에 대한 분석 파형도이다.Fig. 19 is an analysis waveform diagram of vibration due to harmonic force. Fig.

도 19를 참고하면, 조화적인 힘에 의한 진동(Harmonic Vibration)은 회전체의 회전에 의해서 생기는 원심력으로부터 발생하며, 일정 주기를 갖고 진동(공작기계, 헬기 블레이드, 선박 프로펠러, 모니터, 스크류, 엔진진동)이 반복된다.Referring to FIG. 19, harmonic vibration occurs from a centrifugal force generated by rotation of a rotating body, and vibrations (machine tools, helicopter blades, ship propellers, monitors, screws, engine vibrations ) Is repeated.

조화적인 힘에 의한 진동 역시, 여러 주파수 성분이 있으며, 반복적으로 발생한다. 진동 분석을 통해 조화적인 힘에 의한 진동신호에 대해 본 실시 예에서는, 4개의 주파수 성분을 예시하고 있다.Vibration by harmonic forces also has several frequency components and occurs repeatedly. In the present embodiment, four frequency components are exemplified with respect to a vibration signal by a harmonic force through vibration analysis.

여기서, 최상단에 도시된 가장 큰 주파수를 제거하면 도 20 좌측과 같이 되고, 가장 큰 주파수 2개를 줄이면 도 20 우측과 같이 되어, 모든 경우에서 진동이 80% 이상 감소하는 것을 확인하였다.In this case, when the largest frequency shown at the top is removed, as shown in the left side of FIG. 20, and when the two largest frequencies are reduced, the right side is as shown in FIG. 20, and the vibration is reduced by 80% or more in all cases.

한편, 진동을 소멸시키기 위해, 축 등과 같은 회전체의 경우 복수의 위치에서 대응신호를 공급하거나(도 27 참고), 진동체의 진동 방향 양측에서 대응신호를 공급할 수 있다. 또한, 선행된 진동 분석을 바탕으로 유한개의 주요 주파수 성분에만 대응신호를 공급하여 진동을 소멸시킬 수도 있다.On the other hand, in order to extinguish the vibration, a corresponding signal may be supplied at a plurality of positions in the case of a rotating body such as an axis (see Fig. 27), or a corresponding signal may be supplied at both sides in the vibration direction of the vibrating body. In addition, based on the preceding vibration analysis, it is also possible to supply a corresponding signal only to a finite number of main frequency components, thereby extinguishing the vibration.

그러면, 여기서 조화적인 힘에 의한 진동을 제어하는 일례로서, 스핀들에 대해 설명한다.Here, spindles will be described as an example of controlling the vibration due to the harmonic force.

스핀들은 선반ㆍ드릴링 머신 등의 공작기계의 부품으로서, 샤프트와 베어링 등으로 구성되어 회전 가공 분야에 사용되는 장치이다. 즉, 스핀들의 축단(軸端)에 절삭 공구 등이 장착되어 연삭, 절삭 등의 가공을 수행할 수 있다.The spindle is a part of a machine tool such as a lathe and a drilling machine, and is composed of a shaft and a bearing, and is a device used in the rotary processing field. That is, a cutting tool or the like is attached to the shaft end of the spindle, and grinding or cutting can be performed.

기존 스핀들은 도 21에 도시된 바와 같이, 샤프트(221)와 직접 접촉하는 볼베어링(222)을 이용하였는데, 마찰과 고속회전의 한계로 인해 최근 비접촉 방식의 에어베어링을 이용하고 있다. 즉, 에어베어링을 갖는 스핀들은 초고속, 고정밀 가공이 가능하다.As shown in FIG. 21, the conventional spindle uses a ball bearing 222 that is in direct contact with the shaft 221, but recently, a non-contact type air bearing is used due to the limitation of friction and high speed rotation. In other words, the spindle with an air bearing can be machined at extremely high speed and with high precision.

그런데, 에어베어링이 샤프트에 비접촉되므로 샤프트의 편심이 발생할 수 있으며, 이는 샤프트 자체의 진동뿐 아니라 스핀들 전체의 진동 원인이 되기도 한다. 스핀들의 진동은 불량품을 양산할뿐 아니라, 스핀들에 연결되어있는 공구를 마모시킨다. 이와 같이 스핀들의 진동은 가공물에 대한 고정밀 가공이 불가능하게 한다. 이에, 스핀들의 진동을 제어하는 것은 매우 중요한 과제 중 하나이다.However, since the air bearing is not in contact with the shaft, eccentricity of the shaft may occur, which may cause vibration of the entire spindle as well as vibration of the shaft itself. The vibration of the spindle produces not only defective products, but also wears the tool connected to the spindle. Thus, the vibration of the spindle makes high-precision machining of the workpiece impossible. Therefore, controlling the vibration of the spindle is a very important task.

한편, 에어베어링 스핀들의 진동을 제어하기 위해 원심력(f0)을 최소화하는 방안이 제시된 바 있다.On the other hand, a method of minimizing the centrifugal force (f 0 ) for controlling the vibration of the air bearing spindle has been proposed.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, m은 질량, e는 편심(회전 중심과 질량 중심의 차이), w는 회전속도를 각각 의미한다.Where m is the mass, e is the eccentricity (the difference between the center of rotation and the center of mass), and w is the rotational velocity.

그러나, 에어베어링 스핀들의 진동 제어를 위한 기존 장치들은 원심력을 최소화하는데 한계가 있다.However, existing devices for vibration control of air bearing spindles have limitations in minimizing centrifugal force.

그러면 여기서, 본 발명에서 에어베어링 스핀들을 포함한 조화적인 힘에 의한 진동을 제어하기 위한 방안을 제시한다.Herein, the present invention proposes a method for controlling the vibration due to the harmonic force including the air bearing spindle.

도 22는 본 발명의 일 실시 예에 의한 에어베어링 스핀들의 구성도이다.22 is a configuration diagram of an air bearing spindle according to an embodiment of the present invention.

도 22를 참조하면, 에어베어링 스핀들(23)은, 전단에 공구가 장착되는 툴 홀더가 구비되어 있는 샤프트(231)와, 샤프트(231)를 따라 축 방향으로 샤프트(231)의 외주면에 형성되는 에어베어링(232)과, 샤프트(231)와 에어베어링(232)을 내포하는 하우징(233)과, 샤프트(231)의 진동을 상쇄시키는 진동상쇄장치(234)를 포함한다.22, the air bearing spindle 23 includes a shaft 231 provided with a tool holder on which a tool is mounted at the front end thereof, and an air bearing spindle 233 formed on the outer peripheral surface of the shaft 231 in the axial direction along the shaft 231 An air bearing 232, a housing 233 containing a shaft 231 and an air bearing 232, and a vibration cancellation device 234 for canceling vibration of the shaft 231.

진동상쇄장치(234)는, 샤프트(231)의 진동을 감지하는 센서와, 샤프트(231)의 진동에 대응한 제어신호를 생성하는 제어부와, 제어신호에 대응하여 샤프트(231)의 회전방향과 반대방향으로 역회전이 이루어지는 액추에이터인 회전체를 포함하고 있다.The vibration canceling apparatus 234 includes a sensor for sensing the vibration of the shaft 231, a control unit for generating a control signal corresponding to the vibration of the shaft 231, And an actuator that rotates in the opposite direction.

진동상쇄장치(234)는 하우징(233)의 내외부에 형성될 수 있으며, 스핀들과 연결된 제3의 몸체에 형성될 수 있다. 그리고, 회전체는 진동제어의 효율을 위하여 진동체의 진동이 가장 큰 위치에 위치되는 것이 바람직하다.The vibration cancellation device 234 may be formed on the inside or outside of the housing 233 or may be formed on a third body connected to the spindle. It is preferable that the rotating body is located at the position where the vibration of the vibrating body is greatest for the efficiency of vibration control.

또한, 진동상쇄장치(234)는 센서, 제어부, 회전체를 일체로 모듈화시킬 수도 있으며, 이들을 각각 분리하여 서로 다른 위치에 설치할 수도 있다. 예를 들어, 센서는 툴 홀더 근처에 설치할 수 있으며, 회전체는 샤프트(231)가 형성되는 임의의 위치에 설치될 수 있으며, 제어부는 배선을 통해 에어베어링 스핀들(23)의 외부에 설치될 수 있다.In addition, the vibration cancellation device 234 may modularize the sensor, the control unit, and the rotating body integrally, or they may be separated from each other and installed at different positions. For example, the sensor may be installed near the tool holder, and the rotating body may be installed at any position where the shaft 231 is formed, and the control unit may be installed outside the air bearing spindle 23 through the wiring have.

한편, 회전체는 모터를 이용할 있으며, 하우징(233)의 원주방향을 따라 방사상으로 다수 배치될 수 있다.On the other hand, the rotating body uses a motor and can be arranged in a plurality of radial directions along the circumferential direction of the housing 233.

그러면 여기서, 본 발명의 에어베어링 스핀들(23)의 제어과정에 대해 설명한다.Hereinafter, the control process of the air bearing spindle 23 of the present invention will be described.

도 23은 본 발명의 일 실시 예에 의한 에어베어링 스핀들의 제어과정을 나타낸 흐름도이다.23 is a flowchart illustrating a process of controlling an air bearing spindle according to an embodiment of the present invention.

도 23을 참조하면, 먼저, 에어베어링 스핀들(23)에서 발생되는 주요 진동 주파수를 측정한다(S241).Referring to FIG. 23, first, the main vibration frequency generated in the air bearing spindle 23 is measured (S241).

일반적으로 에어베어링 스핀들(23)은 작동속도(스핀들 회전 속도)에서 가장 크게 진동한다. 즉, 에어베어링 스핀들(23) 진동에 가장 큰 영향을 미치는 것은 에어베어링 스핀들(23) 회전 시 발생되는 편심에 의한 원심력이다.In general, the air bearing spindle 23 oscillates most at the operating speed (spindle rotational speed). That is, the largest influence on the vibration of the air bearing spindle 23 is the centrifugal force due to the eccentricity generated when the air bearing spindle 23 rotates.

도 24는 작동속도별 에어베어링 스핀들(23)의 진동 크기를 측정(가속도 센서)한 결과이며, 작동속도에서 진동이 가장 크다는 것을 알 수 있다. 이 때, 진동 크기는 가속도센서, 변위센서, 앤코더 등을 이용하여 측정할 수 있다.24 is a result of measuring the vibration magnitude of the air bearing spindle 23 at each operating speed (acceleration sensor), and it can be seen that the vibration is greatest at the operating speed. In this case, the vibration amplitude can be measured using an acceleration sensor, a displacement sensor, an encoder, or the like.

이어서, 에어베어링 스핀들(23)에서 발생하는 진동 방향을 판단한다(S242). 에어베어링 스핀들(23)의 진동 방향은 질량 중심이 이동하는 방향과 일치한다. 센서에서 측정한 진동 그래프의 피크점을 기준으로 진동 방향을 판단할 수 있다. 이 때, 진동 방향은 가속도센서, 변위센서 등을 이용하여 판단할 수 있다.Next, the direction of vibration generated in the air bearing spindle 23 is determined (S242). The vibration direction of the air bearing spindle 23 coincides with the direction in which the center of mass moves. The vibration direction can be determined based on the peak point of the vibration graph measured by the sensor. At this time, the vibration direction can be determined using an acceleration sensor, a displacement sensor, or the like.

그리고 마지막 단계로서, 에어베어링 스핀들(23)의 샤프트(231) 회전방향과 반대방향으로 회전체를 회전시킨다(S243). 즉, 회전체의 진동 방향이 에어베어링 스핀들(23)의 진동 방향과 반대되어 진동이 상쇄된다. 여기서, 회전체와 에어베어링 스핀들(23)과 회전체는 질량 중심이 대칭되도록 제어된다. 한편, 회전체가 하우징(233)에 방사상으로 설치된 경우에는 이들 회전체의 조합 제어를 통해 더욱 정확한 진동 상쇄가 이루어질 수 있다.As a final step, the rotating body is rotated in the direction opposite to the rotating direction of the shaft 231 of the air bearing spindle 23 (S243). That is, the vibration direction of the rotating body is opposite to the vibration direction of the air bearing spindle 23 so that the vibration is canceled. Here, the rotating body, the air bearing spindle 23 and the rotating body are controlled so that the center of mass is symmetrical. On the other hand, when the rotating body is provided in the housing 233 in a radial manner, more precise vibration cancellation can be achieved through combination control of these rotating bodies.

도 25는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 에어베어링 스핀들의 제어과정을 나타낸 흐름도이다.25 is a flowchart illustrating a process of controlling an air bearing spindle according to another embodiment of the present invention.

도 25를 참조하면, 에어베어링 스핀들(23)에서 발생되는 진동신호의 진동 분석 실험을 선행하여 대응신호를 획득한다(S261). 즉, 에어베어링 스핀들(23)에서 진동발생시 진동 분석 실험을 통해 획득한 대응신호가 출력되도록 세팅한다.Referring to FIG. 25, the corresponding signal is acquired by preceding the vibration analysis experiment of the vibration signal generated in the air bearing spindle 23 (S261). That is, the air bearing spindle 23 sets the corresponding signal obtained through the vibration analysis experiment to be outputted when the vibration is generated.

이후, 에어베어링 스핀들(23)에서의 진동발생에 대응하여 대응신호를 회전체로 인가하여 회전체에서 에어베어링 스핀들(23)의 진동 방향과 반대되는 진동 방향으로 회전이 이루어진다(S262).Thereafter, in response to the occurrence of vibration in the air bearing spindle 23, a corresponding signal is applied to the rotating body so that the rotating body is rotated in the vibration direction opposite to the vibration direction of the air bearing spindle 23 (S262).

이 때, 도 23 및 도 25에서 제시한 대응신호는 진동신호의 전체에 대응하여 출력될 수 있으나, 무한개의 주파수 성분별 진동신호 중에서 가장 큰 진폭순으로 설정개수의 주파수 성분 진동신호에만 대응신호를 생성할 수도 있다. 즉, 설정개수의 주파수 성분은 1 내지 N(N은 2 이상의 자연수) 범위에서 설정될 수 있다.At this time, although the corresponding signals shown in FIGS. 23 and 25 can be output corresponding to the entire vibration signal, only the corresponding signals of the set number of frequency component vibration signals in the order of the greatest amplitude among the vibration signals of the infinite frequency components . That is, the frequency component of the set number can be set in the range of 1 to N (N is a natural number of 2 or more).

또한, 도 23 및 도 25에서 제시한 진동신호의 (+) 방향 신호 또는 (-) 방향 신호에 대해서만 대응신호를 생성할 수 있으며, 진동신호의 일부 주기에 대해서만 대응신호를 생성할 수도 있다. 여기서, 일부 주기는 1/N(N은 양의 정수) 주기이다.It is also possible to generate a corresponding signal only for the (+) direction signal or the (-) direction signal of the vibration signal shown in FIGS. 23 and 25, or to generate the corresponding signal only for a part of the period of the vibration signal. Here, some periods are 1 / N (N is a positive integer) period.

상술한 바와 같이, 능동 댐핑 키트 내에 주파수분석 과정이 있는 댐퍼(도 5 참조)의 경우, 댐퍼내의 주파수분석 과정에서 딜레이 타임(2~4초) 발생하여 실시간 제어가 불가능하다. 도 26과 같이 10Hz의 주파수 성분을 갖는 진동의 경우 분석시간(딜레이 타임)이 1초만 경과하여도 큰 진동이 10주기 동안 작용한다. 또한, 주파수분석기를 필요로 하여 능동 댐퍼의 가격이 고가라는 문제가 있다(표 1 참고).As described above, in the case of a damper having a frequency analysis process in the active damping kit (see FIG. 5), a delay time (2 to 4 seconds) occurs in the frequency analysis process in the damper, and real time control is impossible. As shown in FIG. 26, in the case of vibration having a frequency component of 10 Hz, even if analysis time (delay time) has elapsed for only 1 second, large vibration acts for 10 cycles. In addition, there is a problem that the price of the active damper is expensive due to the necessity of a frequency analyzer (see Table 1).

한편, 능동 댐핑 키트 내에 주파수분석 과정이 없는 기존 댐퍼(도 7 참고)의 경우, 능동 댐핑 키트 내에 주파수분석과정이 없으므로 대응시간이 짧지만, 모든 주파수 성분의 신호에 대응하므로 딜레이 타임이 존재하며 오류의 가능성이 크다. 또한, 모든 진동 방향(+, -)에 대응하기 위하여 액추에이터(300)와 진동체를 부착해야하므로 공진 발생 가능성이 크다는 문제가 있다.In the case of a conventional damper (see FIG. 7) in which the frequency analysis is not performed in the active damping kit, since there is no frequency analysis process in the active damping kit, the response time is short. . In addition, since the actuator 300 and the vibrating body must be attached to correspond to all vibration directions (+, -), there is a problem that resonance is likely to occur.

도 27은 축 진동 제어의 개념도이고, 도 28은 고정용 지그에 능동 댐퍼가 부착되어 진동 제어가 이루어지는 개념도이다.Fig. 27 is a conceptual diagram of shaft vibration control, and Fig. 28 is a conceptual diagram in which vibration control is performed by attaching an active damper to a fixing jig.

도 27 및 도 28을 참고하면, 본 발명에서 제시하는 진동 제어 장치(능동 댐퍼)는 센서(100), 제어부(PCB 혹은 FPCB)(200), 액추에이터(300)로 구성된 댐핑 유닛(Unit)을 제작하고, 이 댐핑 유닛을 판재(강체 혹은 유연성 판재)에 조립하여 일체형 능동 댐핑 키트(10)를 완성한다.27 and 28, the vibration control apparatus (active damper) proposed in the present invention is a damping unit constructed by a sensor 100, a control unit (PCB or FPCB) 200, and an actuator 300 And the damping unit is assembled to a plate member (rigid body or flexible plate member) to complete the integral damping kit 10.

완성된 일체형 능동 댐핑 키트(10)는 진동체에 결합되어 설치되거나, 진동체에서 분리되어 설치될 수 있다.The completed integral damping kit 10 may be installed to be coupled to the vibrating body or may be installed separately from the vibrating body.

일체형 능동 댐핑 키트(10)가 진동체에 결합되어 설치되는 경우에는, 댐핑 유닛(액추에이터(300))과 판재 사이에 진동 차단(Isolation), 즉 수동 댐퍼를 설치하여 액추에이터(300)의 진동이 진동체로 전달되는 것을 억제하여 공진을 차단할 수 있다.In the case where the integral active damping kit 10 is installed to be coupled to the vibrating body, vibration is interposed between the damping unit (the actuator 300) and the plate material, It is possible to prevent the resonance from being transmitted to the sieve.

일체형 능동 댐핑 키트(10)가 진동체에 분리되어 설치되는 경우에는, 고정용 지그(20)를 이용하여 진동 방향에 대응하여 적어도 하나 이상의 일체형 능동 댐핑 키트(10)를 설치한다. 이 때, 고정용 지그(20)는 진동체 이외의 영역에 고정되는 것이 바람직하다.When the integral active damping kit 10 is installed separately from the vibrating body, at least one integral damping kit 10 is provided in correspondence to the vibration direction using the fixing jig 20. At this time, it is preferable that the fixing jig 20 is fixed to an area other than the vibrating body.

본 발명에 따르면, 첫째, 선행된 진동 분석을 바탕으로 최대진동을 갖는 유한개의 모드에만 대응하도록 댐퍼를 설계하여 단순 동작으로 진동을 소멸시키므로 복잡한 신호에 대응하는 과정에서 생기는 딜레이 타임과 노이즈 및 에러를 줄일 수 있으며, 둘째, 복잡한 모드에 대응하기 위하여 액추에이터(300)를 여러 곳에 설치할 필요가 없으며, 셋째, 액추에이터(300)를 진동체에서 분리하고 액추에이터 구동부와 능동 댐핑 키트 사이에 진동을 절연(Isolation)하도록 설계하여 공진의 가능성을 차단할 수 있다.According to the present invention, first, a damper is designed to correspond only to a finite number of modes having a maximum vibration based on the preceding vibration analysis, and the vibration is eliminated by a simple operation. Therefore, the delay time, noise, and error It is not necessary to install the actuator 300 in a plurality of places in order to cope with a complicated mode. Third, the actuator 300 is separated from the vibrating body, the vibration is isolated between the actuator driving part and the active damping kit, So that the possibility of resonance can be blocked.

이상 몇 가지의 실시 예를 통해 본 발명의 기술적 사상을 살펴보았다.The technical idea of the present invention has been described through several embodiments.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 상기 살펴본 실시 예를 다양하게 변형하거나 변경할 수 있음은 자명하다. 또한, 비록 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. 첨부하는 도면을 참고하여 설명된 상기의 실시 예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시 예에 국한되지 아니한다.It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made to the embodiments described above from the description of the present invention. Further, although not explicitly shown or described, those skilled in the art can make various modifications including the technical idea of the present invention from the description of the present invention Which is still within the scope of the present invention. The above-described embodiments described with reference to the accompanying drawings are intended to illustrate the present invention and the scope of the present invention is not limited to these embodiments.

1 : 입력부
2 : 대응신호 활성화부
3 : 출력부
4 : 전류 출력 조절 장치
1: Input
2:
3: Output section
4: Current output regulator

Claims (12)

진동체로부터 진동을 감지하여 진동신호를 전달하는 센서;
상기 진동신호를 상쇄시키는 대응신호를 활성화하여 출력하는 제어부; 및
상기 대응신호에 대응하여 구동이 이루어지는 액추에이터를 포함하며,
상기 진동체는 샤프트 및 에어베어링을 포함하는 에어베어링 스핀들이며,
상기 액추에이터는 회전체이며,
상기 대응신호에 대응하여 상기 회전체는 상기 스핀들의 샤프트 회전방향과 반대되는 방향으로 회전하는 스핀들 진동 제어 장치.
A sensor for sensing the vibration from the vibrating body and transmitting the vibration signal;
A control unit for activating and outputting a corresponding signal canceling the vibration signal; And
And an actuator which is driven in response to the corresponding signal,
The vibrating body is an air bearing spindle including a shaft and an air bearing,
The actuator is a rotating body,
Wherein the rotating body rotates in a direction opposite to a shaft rotating direction of the spindle corresponding to the corresponding signal.
진동체로부터 진동을 감지하여 진동신호를 전달하는 센서;
상기 진동신호를 상쇄시키는 대응신호를 활성화하여 출력하는 제어부; 및
상기 대응신호에 대응하여 구동이 이루어지는 액추에이터를 포함하며,
상기 진동체는 샤프트 및 에어베어링을 포함하는 에어베어링 스핀들이며,
상기 액추에이터는 회전체이며,
상기 대응신호에 대응하여 상기 회전체는 상기 스핀들의 샤프트 회전방향과 반대되는 방향으로 회전하는 스핀들 진동 제어 장치.
A sensor for sensing the vibration from the vibrating body and transmitting the vibration signal;
A control unit for activating and outputting a corresponding signal canceling the vibration signal; And
And an actuator which is driven in response to the corresponding signal,
The vibrating body is an air bearing spindle including a shaft and an air bearing,
The actuator is a rotating body,
Wherein the rotating body rotates in a direction opposite to a shaft rotating direction of the spindle corresponding to the corresponding signal.
제2항에 있어서,
상기 회전체는 모터이며,
상기 모터는 선행 진동 분석을 통하여 선택된 부위에 위치되는 스핀들 진동 제어 장치.
3. The method of claim 2,
The rotating body is a motor,
Wherein the motor is positioned at a selected portion through a preceding vibration analysis.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전체는 모터이며,
상기 모터는 상기 에어베어링 스핀들의 하우징 원주방향을 따라 상기 하우징 내부 또는 외부에 다수 설치되는 스핀들 진동 제어 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The rotating body is a motor,
Wherein the plurality of motors are installed inside or outside the housing along the circumferential direction of the housing of the air bearing spindle.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 대응신호는, 무한개의 주파수 성분별 진동신호 중에서 가장 큰 진폭순으로 설정개수의 주파수 성분 진동신호에만 대응신호를 생성하거나, 상기 진동신호의 (+) 방향 신호 또는 (-) 방향 신호에 대해서만 대응신호를 생성하는 스핀들 진동 제어 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The corresponding signal is generated only for the (+) direction signal or the (-) direction signal of the vibration signal by generating a corresponding signal only in the set number of frequency component vibration signals in the order of the greatest amplitude among the vibration signals for every infinite number of frequency components And generates a signal.
센서로부터 에어베어링 스핀들에서 발생되는 주요 진동 주파수를 획득하는 단계;
상기 주요 진동 주파수로부터 진동 방향을 판단하는 단계; 및
상기 진동 방향에 반대되는 진동 방향으로 회전하는 대응신호를 생성하여 액추에이터인 회전체로 출력하는 단계를 포함하는 스핀들 진동 제어 방법.
Obtaining a main vibration frequency generated from an air bearing spindle from a sensor;
Determining a vibration direction from the main vibration frequency; And
Generating a corresponding signal rotating in a vibration direction opposite to the vibration direction and outputting the corresponding signal to a rotating body as an actuator.
에어베어링 스핀들에서 발생되는 진동신호의 진동 분석 실험을 선행하여 획득한 대응신호가 출력되도록 세팅한 상태에서, 상기 진동신호의 입력에 대응하여 상기 에어베어링 스핀들의 진동 방향에 반대되는 진동 방향으로 회전하는 상기 대응신호를 액추에이터인 회전체로 출력하는 스핀들 진동 제어 방법.
In a state in which a corresponding signal obtained by preceding the vibration analysis experiment of the vibration signal generated in the air bearing spindle is set to be outputted, the rotation in the vibration direction opposite to the vibration direction of the air bearing spindle in response to the input of the vibration signal And outputting the corresponding signal to a rotating body as an actuator.
제6항 또는 제7항에 있어서,
무한개의 주파수 성분별 진동신호 중에서 가장 큰 진폭순으로 설정개수의 주파수 성분 진동신호에만 대응신호를 생성하는 스핀들 진동 제어 방법.
8. The method according to claim 6 or 7,
And generating a corresponding signal only in a frequency component vibration signal of the set number of the largest amplitude order among the vibration signals of the infinite frequency components.
제8항에 있어서,
상기 설정개수의 주파수 성분은 1 내지 N 범위에서 설정되는 스핀들 진동 제어 방법.
(여기서, N은 2 이상의 자연수)
9. The method of claim 8,
Wherein the frequency component of the set number is set in a range of 1 to N.
(Where N is a natural number of 2 or more)
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 진동신호의 (+) 방향 신호 또는 (-) 방향 신호에 대해서만 대응신호를 생성하는 스핀들 진동 제어 방법.
8. The method according to claim 6 or 7,
And generating a corresponding signal only for a (+) direction signal or a (-) direction signal of the vibration signal.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 진동신호의 일부 주기에 대해서만 대응신호를 생성하는 스핀들 진동 제어 방법.
8. The method according to claim 6 or 7,
And generating a corresponding signal only for a part of the period of the vibration signal.
제11항에 있어서,
상기 일부 주기는 1/N 주기인 스핀들 진동 제어 방법.
(여기서, N은 양의 정수)
12. The method of claim 11,
Wherein the partial period is a 1 / N period.
(Where N is a positive integer)
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