KR20220070157A - 모션 제어기를 포함하는 성형 장치 - Google Patents

모션 제어기를 포함하는 성형 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220070157A
KR20220070157A KR1020200157208A KR20200157208A KR20220070157A KR 20220070157 A KR20220070157 A KR 20220070157A KR 1020200157208 A KR1020200157208 A KR 1020200157208A KR 20200157208 A KR20200157208 A KR 20200157208A KR 20220070157 A KR20220070157 A KR 20220070157A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
upper block
unit
force
mold
motor
Prior art date
Application number
KR1020200157208A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102415687B1 (ko
Inventor
정영화
이연형
정동연
Original Assignee
(주)대호테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)대호테크 filed Critical (주)대호테크
Priority to KR1020200157208A priority Critical patent/KR102415687B1/ko
Publication of KR20220070157A publication Critical patent/KR20220070157A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102415687B1 publication Critical patent/KR102415687B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/16—Gearing or controlling mechanisms specially adapted for glass presses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12—Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Abstract

본 발명의 성형 장치는, 피성형물이 수납된 금형을 예열하는 예열 유니트, 상기 금형을 가열 또는 가압하는 성형 유니트, 상기 금형을 냉각하는 냉각 유니트 중 적어도 하나가 마련되는 메인 챔버; 상기 메인 챔버의 내부에서 상기 금형에 접촉되는 상부 블록; 상기 상부 블록 및 모터를 연결하고, 상기 모터에 의하여 직선 이동되는 이동부; 상기 금형에 대한 상기 상부 블록의 위치를 제어하는 위치 제어부, 상기 상부 블록의 이동 속도를 제어하는 속도 제어부, 및 상기 금형을 누르는 상기 상부 블록의 가압력을 제어하는 포스 제어부 중 적어도 하나를 구비하는 모션 제어기; 를 포함할 수 있다.

Description

모션 제어기를 포함하는 성형 장치{FORMING DEVICE WITH MOTION CONTROLLER}
본 발명은 금형에 수납된 피성형물을 성형하는 성형 장치에 관한 것이다.
휘어진 곡면부를 갖는 유리 또는 렌즈는 스마트폰의 정면 커버, 후면 커버, 카메라용 렌즈 등으로 사용될 수 있다.
피성형물을 금형에 넣고 금형을 가열 및 가압하면 원하는 3D 형상의 유리 또는 렌즈를 성형할 수 있다.
본 발명은 메인 챔버 내부에서 승강되는 상부 블록의 위치 및 가압력을 제어하는 모션 제어기를 구비한 성형 장치에 관한 것이다.
피성형물의 물성 특성이 달라져도 서보 제어되는 성형 장치로서 모든 요구 조건에 대응할 수 있으며, 피성형물의 파손 방지를 위하여 위치 및 접촉력 제어가 가능한 성형 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 성형 장치는, 피성형물이 수납된 금형을 예열하는 예열 유니트, 상기 금형을 가열 또는 가압하는 성형 유니트, 상기 금형을 냉각하는 냉각 유니트 중 적어도 하나가 마련되는 메인 챔버; 상기 메인 챔버의 내부에서 상기 금형에 접촉되는 상부 블록; 상기 상부 블록 및 모터를 연결하고, 상기 모터에 의하여 직선 이동되는 이동부; 상기 금형에 대한 상기 상부 블록의 위치를 제어하는 위치 제어부, 상기 상부 블록의 이동 속도를 제어하는 속도 제어부, 및 상기 금형을 누르는 상기 상부 블록의 가압력을 제어하는 포스 제어부 중 적어도 하나를 구비하는 모션 제어기; 를 포함할 수 있다.
공압에 의하여 가압되는 아날로그 제어 방식에 비하여 위치 및 접촉력을 모두 제어하는 모션 제어기가 마련되면 디지털 제어가 가능하고 신속한 제어 응답을 확보할 수 있다.
서보 제어에 의하면, 각 공정 위치별로 금형이 머무르는 주기를 줄일 수 있고, 피성형물의 양호한 성형 품질을 얻을 수 있으며, 단위 시간당 가장 많은 수의 금형을 처리할 수 있고, 최소의 택 타임(tact time)을 만족하는 조건에서 가공 수율을 높일 수 있다.
유리가 덜 가열되어 아직 연화온도에 이르지 못했을 때 상부 블록이 금형을 과다 위치까지 누르면 유리의 취성때문에 성형되기도 전에 유리가 파단될 수 있다. 만약, 상부 블록이 과다 위치까지 진입하기 전에 가압력을 제어할 수 있다면 일정한 가압력에 도달하지 않게 제어할 수 있으므로 예열 전의 유리 파손을 방지할 수 있다.
한편, 유리가 연화온도까지 충분히 가열된 경우에도, 유리 성형에 최적인 가압력 프로파일이 있을 수 있다. 가압력 제어가 안되면 가압력 프로파일을 준수하지 못하고 임의의 가압력으로 누르게 되므로 양호한 성형 품질을 달성할 수 없다. 따라서, 위치와 가압력의 제어가 가능하면 공압 등에 의하지 않고 서보 구동에 의하여 성형을 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 성형 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 성형 장치를 도시한 측면도이다.
금형(324)은 피성형물을 휴대 단말기의 커버 글라스, 렌즈 등으로 성형할 수 있다. 금형(324)을 가열 및 가압하면 금형(324) 내부에 수납된 피성형물의 일부 또는 전부가 곡면으로 성형될 수 있다.
피성형물은 카메라 렌즈, 곡면부를 갖는 글라스, 시계 커버 유리, 자동차 계기판 유리, 각종 계측기 커버 유리, 사파이어, 광투과성 플레이트, 휴대 단말기의 프론트 커버 및 백 커버를 포함할 수 있다.
금형(324)은 상부 금형(324) 및 하부 금형(324)을 포함할 수 있다. 상부 금형(324) 및 하부 금형(324) 사이에 평판 형태의 피성형물이 수납되고, 금형(324)을 예열하면 평판 형태의 피성형물은 연화될 수 있다. 연화된 피성형물은 금형(324)에 의하여 가압되며 적절한 곡면으로 성형될 수 있다. 피성형물로서 곡면부 성형을 위한 글라스가 예시되지만 이에 한정되지 않는다. 금형(324)의 구조도 예시된 바에 한정되지 않는다. 피성형물은 렌즈, 반고체 또는 액체 상태의 유리로부터 렌즈가 성형되는 경우를 모두 포함하며, 피성형물의 종류는 본 발명의 한정 사항이 아니다.
피성형물에 곡면부를 형성하는 금형(324)은 메인 챔버(320)의 내부를 통과하며, 예열, 성형 또는 냉각될 수 있다.
메인 챔버(320)의 입구측으로부터 메인 챔버(320)의 출구측을 향하여 예열 유니트, 성형 유니트, 냉각 유니트가 순차적으로 배열될 수 있다.
예열 유니트에서 금형(324)을 예열 온도로 예열할 수 있다. 성형 유니트는 성형 온도로 금형(324)을 가열할 수 있다. 성형 유니트는 금형(324)을 가열 및 가압하여 피성형물을 성형할 수 있다. 성형 유니트의 하류측에는 피성형물의 성형이 완료된 금형(324)을 서서히 냉각시키는 냉각 유니트가 마련될 수 있다.
예열 유니트, 성형 유니트, 냉각 유니트는 메인 챔버(320)의 바닥에 설치된 하부 블록(326)을 포함할 수 있다. 하부 블록(326)은 금형(324)을 지지하고, 금형(324)을 가열하거나 냉각할 수 있다.
예열 유니트에 마련되는 상부 블록(322)은 메인 챔버(320)에 대하여 승강되며 금형(324)에 접촉하여 열전도 방식으로 예열 기능을 할 수 있다. 냉각 유니트에 마련되는 상부 블록(322)은 메인 챔버(320)에 대하여 승강되며 금형(324)에 접촉하여 열전도 방식으로 냉각 기능을 할 수 있다. 예열 유니트 또는 냉각 유니트에 마련되는 상부 블록(322)은 금형(324)에 가압력을 작용할 수도 있지만, 자중 등이 제거된 무부하 상태로 금형(324)에 접촉될 수 있다. 아직 취성이 강한 예열 유니트에 설치되는 상부 블록(322)은 무부하 상태의 접촉을 위하여 금형(324)에 가압력이 작용하지 않는 위치로 정확하게 제어될 필요가 있다.
성형 유니트에 마련되는 상부 블록(322)은 메인 챔버(320)에 대하여 승강되며 금형(324)을 가압할 수 있다. 성형 유니트에 설치되는 상부 블록(322)은 금형(324)을 가압력 프로파일대로 가압할 수 있는 높이까지 정확한 위치 및 포스 제어가 필요할 수 있다. 또한, 자중 제어는 물론 가압력 제어가 필요할 수 있다.
본 발명의 성형 장치는, 상부 블록(322), 모터(304), 이동부, 모션 제어기를 포함할 수 있다.
모터(304)의 회전력을 직선 왕복 운동으로 변환하는 리드 스크류가 마련될 수 있다. 모터(304)는 감속기(306)에 연결되며, 감속기(306)가 리드 스크류를 회전시킬 수 있고, 리드 스크류의 나사산에 제1 이동부(310)가 연결되며 직선 이동될 수 있다. 이동부는 감속기(306) 및 상부 블록(322)을 연결하며 승강될 수 있다.
모션 제어기는 금형(324)에 대한 상부 블록(322)의 위치 및 상부 블록(322)이 금형(324)에 가하는 접촉력 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 모션 제어기는 위치 제어부, 속도 제어부, 포스 제어부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
모터(304)의 전류는 토크에 비례할 수 있다. 모터(304)의 토크가 이동부에 의하여 직선 왕복 운동으로 바뀌면 모터(304)의 전류 또는 토크는 이동부 또는 상부 블록(322)의 직선 왕복 힘, 상부 블록(322)과 금형(324)의 접촉력으로 변환될 수 있다. 따라서, 모터(304)의 전류 또는 토크는 금형(324)에 가해지는 가압력으로 환산될 수 있다. 모션 제어기에 입력되는 포스 지령은 모터(304)의 토크 지령, 모터(304)의 전류 지령, 상부 블록(322)의 가압력 지령, 상부 블록(322)의 포스 지령으로 환산되므로 동일한 물성값으로 이해해야 한다. 모션 제어기에 입력되는 포스 지령은 금형(324)에 가할 목표 접촉력으로 환산될 수 있다. 모터(304)의 전류 제어값 또는 토크 제어값은 접촉력의 제어값으로 환산될 수 있다.
엔코더(302)는 모터(304)의 회전 각도를 측정할 수 있다. 엔코더(302)의 측정값은 모션 제어기에 피드백될 수 있다. 엔코더(302)의 측정값 또는 모터(304)의 회전 각도는 단어 자체의 뜻에 한정되지 않고 회전 각도, 각도를 미분한 회전 속도, 회전 속도를 미분한 회전 가속도 중 적어도 하나일 수 있다. 각도, 각속도, 각가속도는 모션 제어기의 미적분 연산에 의하여 쉽게 변환 가능하기 때문이다. 각도, 각속도, 각가속도는 엔코더(302)의 제1 위치 측정값으로 통칭할 수 있다.
모션 제어기는 모터(304)의 회전 각도, 회전 속도, 회전 가속도를 토대로 감속기(306)의 감속비와, 변환부 또는 이동부의 직선 운동 변환비를 연산하여 상부 블록(322)의 위치를 연산할 수 있다. 모터(304)의 제1 위치 측정값은 상부 블록(322)의 위치 측정값에 대응될 수 있다.
모션 제어기는 모터(304) 또는 상부 블록(322)에 대한 위치 지령을 입력받고 엔코더(302)의 제1 위치 측정값을 피드백받으며, 위치 지령에 피드백값을 연산하여 위치 에러를 위치 제어부에 입력할 수 있다. 위치 제어부는 모터(304)의 회전 각도 제어값인 위치 출력을 생성할 수 있다. 위치 출력은 상부 블록(322)의 위치 제어값과 동일한 개념일 수 있다. 모션 제어기의 출력값에 따라 위치 제어 정밀도가 향상될 수 있고, 제어 응답으로서 위치 수렴 시간이 감소될 수 있다.
로드셀은 금형(324)에 대한 상부 블록(322)의 접촉력을 측정할 수 있다. 포스 제어부는 상부 블록(322)의 힘 제어 수단일 수 있다. 로드셀의 포스 측정값은 포스 제어부에 피드백될 수 있다. 로드셀의 포스 측정값은 상부 블록(322)이 금형(324)에 가하는 실제 접촉력으로 환산될 수 있다.
로드셀은 가장 말단에 해당하는 제2 이동부(318)의 작용력을 측정할 수 있다. 상부 블록(322)과 금형(324) 사이에 로드셀을 장착한다면, 상부 블록(322)에서 발생하는 약 1000도에 육박하는 고열 때문에 로드셀의 측정 신뢰성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상부 블록(322)과 모터(304)의 연결 부위 중에서 가장 금형(324)에 가깝다고 볼 수 있는 제2 이동부(318)에 로드셀이 장착되는 것이 바람직하며, 이때 착탈 가능한 구조로 장착되는 것이 센서의 교체나 유지 보수에 용이할 수 있다.
이동부를 모터(304)에 가까운 제1 이동부(310)와 상부 블록(322)에 가까운 제2 이동부(318)로 분리하고, 제1 이동부(310) 및 제2 이동부(318) 사이에 로드셀을 장착할 수 있다.
로드셀이 상부 블록(322)에 가깝게 장착되면 모터(304)의 토크는 물론, 상부 블록(322)의 자중, 상부 블록(322)에 작용하는 노이즈성의 외력, 상부 블록(322)의 틸팅 오차 때문에 발생하는 노이즈성의 외력 등이 모두 포스 측정값으로서 측정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 로드셀의 장착 위치 선택은 모션 제어기의 응답 특성을 좌우하는 중요한 요소일 수 있다.
포스 제어부는 모터(304)에 대한 전류 지령과 로드셀의 포스 측정값을 연산하여 모터(304)의 전류/토크 제어값을 출력할 수 있다. 따라서, 포스 제어부는 상부 블록(322)이 금형(324)에 가하는 접촉력을 목표값에 도달하도록 응답 시간내에 정확하게 수렴시킬 수 있다.
위치 제어부 및 포스 제어부가 함께 동작되는 모드시(예를 들어 성형 유니트의 상부 블록(322) 제어의 경우), 모션 제어기는 엔코더(302)/외부 스케일부의 위치 측정값 및 로드셀의 포스 측정값을 피드백받고, 상부 블록(322)의 위치 및 접촉력을 모두 제어할 수 있다. 목표 위치 및 목표 가압력이 모두 만족되는 제어 상태를 추구할 수 있다. 피성형물의 파손 방지 및 성형 품질 만족을 위하여 위치 프로파일 및 가압력 프로파일을 모두 만족시킬 수 있다.
모션 제어기는 위치 제어부만 동작시키는 위치 제어 모드, 포스 제어부만 동작시키는 접촉력 제어 모드, 위치 제어부 및 포스 제어부를 함께 동작시키는 위치 및 접촉력 동시 제어 모드를 포함한 세 가지 제어 모드를 선택적으로 스위칭할 수 있다. 그 밖에도 속도 프로파일 만족을 위하여 속도 제어부를 함께 동작시키는 모드도 가능할 수 있다. 피성형물의 재료 특성, 성형 조건, 택 타임, 온도 등 다양한 주변 환경의 변화에 대응하여 모션 제어기는 최적의 제어 모드를 선택할 수 있다.
한편, 이물질이나 고장 발생에 의하여 상부 블록(322)의 이상 동작이 발생하는 경우, 단일 제어 변수만으로는 응답 특성 불량이 될 확률이 높을 수 있다. 본 발명의 모션 제어기는 위치와 접촉력을 포함하는 두 가지 제어 변수를 입출력할 수 있으므로 고장이나 외란에 대한 적응적 제어가 신속하게 이루어질 수 있다.
다음은 실시예를 더욱 자세하게 설명한다.
이동부는 제1 이동부(310) 및 제2 이동부(318)를 포함할 수 있다. 제1 이동부(310)와 제2 이동부(318) 사이에 로드셀이 설치될 수 있다. 제1 이동부(310)는 모터(304)에 연결되며, 제2 이동부(318)는 상부 블록(322)에 연결되고, 가압력을 측정하는 로드셀이 제1 이동부(310)와 제2 이동부(318) 사이에 배치될 수 있다. 이 위치가 상부 블록(322)에 가장 가까운 최적의 로드셀 설치 위치일 수 있다. 메인 챔버(320) 내부나 상부 블록(322)의 고열이 차단될 수 있다.
제2 이동부(318)는 예열 유니트, 성형 유니트, 냉각 유니트 중 적어도 하나에 마련되는 상부 블록(322)에 연결될 수 있다. 각각의 상부 블록(322)은 제2 이동부(318)와 함께 승강될 수 있다. 제2 이동부(318)는 예열 블록에 연결된 피스톤 또는 로드, 성형 블록에 연결된 피스톤 또는 로드, 냉각 블록에 연결된 피스톤 또는 로드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 이동부(310)는 제2 이동부(318)에 연결될 수 있다. 제1 이동부(310)는 감속기(306)를 거쳐 모터(304)에 연결되며 모터(304)의 회전에 따라 승강될 수 있다.
감속기(306)에 연결된 리드 스크류와 제1 이동부(310)가 연결되는 경우, 제1 이동부(310)의 접촉 부위에서 백래쉬나 관성 오차가 발생할 수 있다. 백래쉬 등의 비선형 오차로 말미암아, 모션 제어기의 동일 위치 지령에 대하여 상부 블록(322)의 상승시의 위치와 하강시의 위치가 다를 수 있다. 하강시 금형(324)에 대한 위치 제어를 정밀하게 한다고 하여도 접촉 순간에 백래쉬로 인한 접촉력의 급격한 변화가 있을 수 있다. 본 발명의 모션 제어기는 위치 제어와 접촉력 제어를 동시 수행할 수 있으므로, 백래쉬와 같은 급격한 외란에 응답 특성이 매우 좋을 수 있다.
각 금형(324)의 위치 및 접촉력의 독립 제어를 위하여 각각의 상부 블록(322)마다 모터(304) 및 이동부가 각각 마련될 수 있다. 모터(304) 및 이동부가 상부 블록(322)마다 마련되면, 메인 챔버(320)에 마련되는 어느 하나의 상부 블록(322)은 다른 하나의 상부 블록(322)과 독립적으로 위치 및 접촉력이 제어될 수 있다.
본 발명의 모터(304) 및 이동부는 상부 블록(322)의 상측에 설치되며 상부 블록(322)의 상측 방향 및 일측 방향으로 몰아서 설치할 수 있고, 상부 블록(322)과 상부 블록(322) 사이의 일정 간격 내에 충분히 설치할 수 있도록 모듈화된 구조로 되어 있다.
모터(304) 및 이동부는 각각 분리 가능하며, 로드셀와 외부 스케일부, 엔코더(302)도 각 부위의 연결 부분에 장착되므로 교환이 용이한 구조로 이루어진다. 기존의 성형 장치에도 별도의 모듈로서 착탈 가능할 수 있다. 공압 실린더로 동작하는 상부 블록(322)과 모터(304) 및 이동부에 의하여 동작하는 상부 블록(322)이 하나의 성형 장치에 공존하는 공압/서보 하이브리드 형태의 성형 장치도 가능할 수 있다.
공압 실린더에 의하여 동작하는 제1 상부 블록(322) 및 상기 모터(304)에 의하여 구동되는 제2 상부 블록(322)이 하나의 성형 장치내에 각 위치별로 마련될 수 있다. 제2 상부 블록(322)은 모션 제어기에 의하여 제어될 수 있다. 공압 실린더는 공압을 제어하는 별도의 PLC 에 의하여 제어될 수 있고, 외부 스케일부나 로드셀없이 공압 실린더의 오픈 루프 제어로 위치 제어될 수 있다.
이동부는 상부 블록(322) 및 모터(304)를 연결하고, 모터(304)에 의하여 직선 이동될 수 있다.
모션 제어기는 위치 제어부, 속도 제어부, 포스 제어부 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. 위치 제어부는 금형(324)에 대한 상부 블록(322)의 위치를 제어할 수 있다. 속도 제어부는 금형(324)에 대한 상부 블록(322)의 이동 속도를 제어할 수 있다. 포스 제어부는 금형(324)을 누르는 상부 블록(322)의 가압력을 제어할 수 있다.
엔코더(302)와 로드셀의 피드백을 받는 경우, 모션 제어기는 엔코더(302)의 제1 위치 측정값을 피드백받아 위치 제어부의 위치 출력을 생성하고, 상부 블록(322)의 가압력에 해당하는 로드셀의 포스 측정값을 피드백받아 포스 제어부의 포스 출력을 생성할 수 있다.
엔코더(302)는 상부 블록(322)의 위치를 간접적으로 측정하므로, 감속기(306)의 백래쉬, 감속기(306)나 이동부의 휨 변형 또는 관성 부하 등 다양한 동력 전달 오차를 포함하지 못할 수 있다. 따라서, 상부 블록(322)에 가장 인접한 위치에서 상부 블록(322)의 위치를 측정하는 수단으로서 외부 스케일부를 구비하고, 엔코더(302)의 제1 위치 측정값은 참고 자료 내지 보조 자료로 활용하며, 외부 스케일부의 제2 위치 측정값을 정확한 위치 측정값으로 활용할 수 있다.
외부 스케일부와 로드셀의 피드백을 받는 경우, 모션 제어기는 외부 스케일부의 제2 위치 측정값을 피드백받아 위치 제어부의 위치 출력을 생성하고, 상부 블록(322)의 가압력에 해당하는 로드셀의 포스 측정값을 피드백받아 포스 제어부의 포스 출력을 생성할 수 있다.
외부 스케일부는 상부 블록(322)의 직선 이동량을 측정할 수 있다.
이동부는 제1 이동부(310) 및 제2 이동부(318)를 포함하고, 제1 이동부(310)는 모터(304)에 연결되며, 제2 이동부(318)는 상부 블록(322)에 연결될 수 있다. 제1 이동부(310) 및 제2 이동부(318)는 메인 챔버(320) 상부의 지지대(308)에 이동 가능하게 설치될 수 있다. 리니어 베어링이 제1 이동부(310) 및 제2 이동부(318)를 지지할 수 있다.
외부 스케일부은 고정부(312)와 스케일부(314)를 구비하고, 비접촉 광학식으로 직선 이동량을 측정할 수 있다. 고정부(312)는 메인 챔버(320) 또는 지지대(308)에 고정될 수 있다. 스케일부(314)는 상부 블록(322) 또는 제2 이동부(318)에 설치될 수 있다. 고정부(312)에 스케일부(314)가 대면되고, 외부 스케일부는 고정부(312)에 대한 스케일부(314)의 이동량을 제2 위치 측정값으로서 모션 제어기에 피드백할 수 있다. 지지대(308)에 형성된 개구(316)를 통하여 스케일부(314)가 지지대(308의 간섭없이 승강될 수 있다.
정확한 위치 측정을 위하여 상부 블록(322)과 외부 스케일부 사이에는 탄성 압축이 없는 것이 바람직하다. 이를 위하여 외부 스케일부는 상부 블록(322)에 가장 가까운 위치에 장착될 수 있다. 외부 스케일부가 설치된 위치와 상부 블록(322) 사이는 강체로 이루어질 수 있다. 상부 블록(322)의 가압력에 의한 강체의 탄성 변형이 없도록 외부 스케일부 근처의 강체는 1000 kgf/제곱mm 이상의 탄성계수를 가질 수 있다. 탄성 계수가 클수록 탄성 변형이 적을 수 있다. 약 1000도에 육박하는 고열에 불구하고 열팽창이 적으며 성형에 필요한 고압의 작용에도 탄성 또는 소성 변형이 없어야 하므로, 다음은 강체 재료의 탄성 계수 예시이다.
Figure pat00001
한편, 모터(304)에 장착된 엔코더(302)와 외부 스케일부를 모두 활용하여 위치 정확도를 높일 수 있다. 이때, 보상부가 마련될 수 있다.
보상부는 엔코더(302)의 제1 위치 측정값 및 외부 스케일부의 제2 위치 측정값을 연산하는 수단이다. 보상부는 제1 위치 측정값 및 제2 위치 측정값 중 어느 하나를 선택하여 위치 제어부에 피드백하는 단일 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 연산의 속도 향상을 위하여 냉각 유니트에서는 엔코더(302) 신호만 피드백할 수 있다. 마찬가지로 처리 시간을 단축하기 위하여 성형 유니트에서는 외부 스케일부의 신호만 피드백할 수 있다.
보상부는 제1 위치 측정값 및 제2 위치 측정값을 연산하여 위치 제어부에 피드백하는 연산 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어 성형 유니트에서는 엔코더(302) 신호와 외부 스케일부 신호의 평균값을 피드백하거나, 외부 스케일부의 신호를 주로 피드백하고 엔코더(302) 신호는 모터(304) 폭주 등을 감지하기 위한 일정치 비교 수단으로 사용할 수 있다.
보상부는 엔코더(302) 신호와 외부 스케일부 신호를 비교하여 모터(304)로부터 상부 블록(322)에 이르는 구동력 전달 경로의 비선형 오차인 백래쉬를 측정할 수 있다. 위치 제어부는 측정된 백래쉬를 상승 방향 또는 하강 방향 별로 테이블에 저장하고 위치 지령을 보정하는 비선형 오차 보정값으로 활용할 수 있다.
모션 제어기에 설치된 위치 제어부의 위치 출력, 속도 제어부의 속도 출력, 포스 제어부의 포스 출력 중 적어도 하나가 파워 앰프에 입력될 수 있다. 모터(304)는 파워 앰프에 연결되며, 파워 앰프는 모션 제어기의 입력값에 따라 계산된 PWM 출력을 모터(304)에 입력할 수 있다. 파워 앰프는 모션 제어기에서 출력된 제어 신호대로 모터(304)의 구동 전원인 PWM 출력을 생성할 수 있다.
종래의 공압 제어에 비하여 본 발명의 서보 제어로 상부 블록(322)을 구동하면, 장치 소형화를 달성할 수 있다. 공압 호스류의 연결이 불필요하여 호스류의 걸림에 의한 작업 안전을 확보할 수 있다. 가압력에 따라 공압 실린더를 직렬로 다단 설치할 필요없이 공통 모듈로서 전기 액츄에이터만 설치하면 임의의 가압력을 획득할 수 있으므로 장치의 높이가 낮아지고 조립이 간편한 장점이 있다.
공압 실린더, 위치 센서, 밸브, PLC 로 이루어진 종래의 구성을 본 발명의 모터(304), 모션 제어기, 동력 전달 기구, 센서로 변경하면, 부품 표준화 및 AS가 간편한 장점이 있다.
한편, 원격지에서 SW로 성형 장치를 구동할 수 있다. 원격에서 신호 입출력 가능하므로 원격 또는 무인 가동이 가능할 수 있다. 이를 위하여, 모션 제어기에 입력될 위치 지령, 속도 지령, 포스 지령 중 적어도 하나가 입력되는 지령 입력기가 마련될 수 있다. 지령 입력기는 메인 챔버(320) 또는 모션 제어기에 대하여 원격으로 배치될 수 있다. 지령 입력기는 EtherNet 또는 Modbus-TCP를 포함하는 통신망에 의하여 모션 제어기에 연결될 수 있다.
예열 유니트만 모터(304)로 구동하거나, 예열 유니트는 공압 구동하고, 성형/냉각 유니트는 모터(304)로 구동할 수 있다. 피성형물 파손 방지를 위하여 모터(304) 구동을 기본으로 하되 피성형물 파손 방지를 위하여 공압을 보조적으로 활용할 수 있다. 그 밖에 모터(304) 구동 및 공압 구동을 섞어서 각 공정 위치별로 조합하면 특수 목적 하이브리드 성형 장치를 구현할 수 있다.
따라서, 정밀 성형, 원격 성형이 가능할 수 있다. 한편, 서로 다른 설치 장소, 사용 계절, 환경 조건에 무관하게 균일한 성형 품질 확보가 가능하며, 모션 제어기는 변형 상태에 따라 복잡한 특성을 갖는 피성형물의 가공이 가능하고, 온도나 압력에 비선형 특성을 갖는 피가공물 성형이 가능할 수 있다.
302...엔코더 304...모터
306...감속기 308...지지대
310...제1 이동부 312...외부 스케일부의 고정부
314...외부 스케일부의 스케일부 316...지지대의 개구
318...제2 이동부 320...메인 챔버
322...상부 블록 324...금형
326...하부 블록

Claims (11)

  1. 피성형물이 수납된 금형을 예열하는 예열 유니트, 상기 금형을 가열 또는 가압하는 성형 유니트, 상기 금형을 냉각하는 냉각 유니트 중 적어도 하나가 마련되는 메인 챔버;
    상기 메인 챔버의 내부에서 상기 금형에 접촉되는 상부 블록;
    상기 상부 블록 및 모터를 연결하고, 상기 모터에 의하여 직선 이동되는 이동부;
    상기 금형에 대한 상기 상부 블록의 위치를 제어하는 위치 제어부, 상기 상부 블록의 이동 속도를 제어하는 속도 제어부, 및 상기 금형을 누르는 상기 상부 블록의 가압력을 제어하는 포스 제어부 중 적어도 하나를 구비하는 모션 제어기; 를 포함하는 성형 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 회전각을 측정하는 엔코더;
    상기 상부 블록의 가압력을 측정하는 로드셀; 을 포함하고,
    상기 모션 제어기는 상기 엔코더의 제1 위치 측정값을 피드백받아 상기 위치 제어부의 위치 출력을 생성하고, 상기 상부 블록의 가압력에 해당하는 상기 로드셀의 포스 측정값을 피드백받아 상기 포스 제어부의 포스 출력을 생성하는 성형 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 블록의 직선 이동량을 측정하는 외부 스케일부;
    상기 상부 블록의 가압력을 측정하는 로드셀; 을 포함하고,
    상기 모션 제어기는 상기 외부 스케일부의 제2 위치 측정값을 피드백받아 상기 위치 제어부의 위치 출력을 생성하고, 상기 상부 블록의 가압력에 해당하는 상기 로드셀의 포스 측정값을 피드백받아 상기 포스 제어부의 포스 출력을 생성하는 성형 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 회전각을 측정하는 엔코더;
    상기 상부 블록의 직선 이동량을 측정하는 외부 스케일부; 을 포함하고,
    상기 엔코더의 제1 위치 측정값 및 상기 외부 스케일부의 제2 위치 측정값을 연산하는 보상부가 마련되며,
    상기 보상부는 상기 제1 위치 측정값 및 상기 제2 위치 측정값 중 어느 하나를 선택하여 상기 위치 제어부에 피드백하는 단일 모드, 상기 제1 위치 측정값 및 상기 제2 위치 측정값을 연산하여 상기 위치 제어부에 피드백하는 연산 모드 중 어느 하나로 동작하는 성형 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는 제1 이동부 및 제2 이동부를 포함하고,
    상기 제1 이동부는 상기 모터에 연결되며,
    상기 제2 이동부는 상기 상부 블록에 연결되고,
    상기 가압력을 측정하는 로드셀이 상기 제1 이동부와 상기 제2 이동부 사이에 배치되며,
    상기 모션 제어기는 상기 로드셀의 포스 측정값을 상기 포스 제어부에 피드백받아 상기 상부 블록의 가압력을 제어하는 성형 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는 제1 이동부 및 제2 이동부를 포함하고,
    상기 제1 이동부는 상기 모터에 연결되며,
    상기 제2 이동부는 상기 상부 블록에 연결되고,
    상기 제1 이동부 및 제2 이동부는 상기 메인 챔버 외부의 지지대에 이동 가능하게 설치되며,
    상기 상부 블록의 직선 이동량을 측정하는 외부 스케일부가 마련되고,
    상기 외부 스케일부은 고정부와 스케일부를 구비하며,
    상기 고정부는 상기 메인 챔버 또는 지지대에 고정되고, 상기 스케일부는 상기 상부 블록 또는 상기 제2 이동부에 설치되며,
    상기 고정부에 상기 스케일부가 대면되고,
    상기 외부 스케일부은 상기 고정부에 대한 상기 스케일부의 이동량을 제2 위치 측정값으로서 상기 모션 제어기에 피드백하는 성형 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 블록의 직선 이동량을 측정하는 외부 스케일부가 마련되고,
    상기 외부 스케일부가 설치된 위치와 상기 상부 블록 사이는 강체로 이루어지며,
    상기 상부 블록의 가압력에 의한 상기 강체의 탄성 변형이 없도록 상기 강체는 1000 kgf/제곱mm 이상의 탄성계수를 갖는 성형 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위치 제어부의 위치 출력, 상기 속도 제어부의 속도 출력, 상기 포스 제어부의 포스 출력 중 적어도 하나가 파워 앰프에 입력되고,
    상기 모터는 상기 파워 앰프에 연결되며,
    상기 파워 앰프는 상기 모션 제어기의 입력값에 따라 계산된 PWM 출력을 상기 모터에 입력하는 성형 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모션 제어기에 입력될 위치 지령, 속도 지령, 포스 지령 중 적어도 하나가 입력되는 지령 입력기를 포함하고,
    상기 지령 입력기는 상기 메인 챔버 또는 상기 모션 제어기에 대하여 원격으로 배치되며,
    상기 지령 입력기는 EtherNet 또는 Modbus-TCP를 포함하는 통신망에 의하여 상기 모션 제어기에 연결되는 성형 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 일측 및 타측에 엔코더 및 감속기가 연결되고,
    상기 감속기의 회전시 직선 이동되는 제1 이동부가 상기 감속기에 연결되며,
    상기 제1 이동부와 제2 이동부 사이에 로드셀이 설치되고,
    상기 제2 이동부에 상기 메인 챔버 내부의 상부 블록이 연결되며,
    상기 제1 이동부와 상기 제2 이동부를 이동 가능하게 지지하는 지지대가 상기 메인 챔버의 상부에 설치되는 성형 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    공압 실린더에 의하여 동작하는 제1 상부 블록 및 상기 모터에 의하여 구동되는 제2 상부 블록이 마련되는 성형 장치.





KR1020200157208A 2020-11-21 2020-11-21 모션 제어기를 포함하는 성형 장치 KR102415687B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200157208A KR102415687B1 (ko) 2020-11-21 2020-11-21 모션 제어기를 포함하는 성형 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200157208A KR102415687B1 (ko) 2020-11-21 2020-11-21 모션 제어기를 포함하는 성형 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220070157A true KR20220070157A (ko) 2022-05-30
KR102415687B1 KR102415687B1 (ko) 2022-07-05

Family

ID=81796673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200157208A KR102415687B1 (ko) 2020-11-21 2020-11-21 모션 제어기를 포함하는 성형 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102415687B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040087906A (ko) * 2003-04-07 2004-10-15 가부시키가이샤 니콘 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법
KR200441471Y1 (ko) * 2007-02-26 2008-08-20 (주)대호테크 고화소 다초점 렌즈 제조장치용 실린더 위치 제어장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040087906A (ko) * 2003-04-07 2004-10-15 가부시키가이샤 니콘 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법
KR200441471Y1 (ko) * 2007-02-26 2008-08-20 (주)대호테크 고화소 다초점 렌즈 제조장치용 실린더 위치 제어장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102415687B1 (ko) 2022-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0987092B1 (en) Clamping controller
US4923383A (en) Apparatus for mold aligning in a compression molding machine
EP1201416B1 (en) Bottom dead center correction device for servo press machine
WO2006030649A1 (ja) サーボプレスの制御装置およびその制御方法
EP1013400B1 (en) Mould clamping control device for injection moulding
KR102415687B1 (ko) 모션 제어기를 포함하는 성형 장치
US6970767B2 (en) Die height adjusting device for pressing machine
KR930000300B1 (ko) 구조물의 변위 혹은 변형보정방법 및 그 장치
US5425794A (en) Pneumatic position controller for I.S. machine mechanism
JPH08508234A (ja) ガラス製品成形機に適した制御システム
JPH08206896A (ja) プレスのダイハイト補正装置
JP2018161841A (ja) 金型重量計測機能付き型締装置
KR102257288B1 (ko) 제어부를 구비한 성형 장치
CN116197544A (zh) 一种可切换打标范围的激光加工设备及其对焦方法
JPH0469040B2 (ko)
US11225007B2 (en) Method for moving a movable platen
JP2002192399A (ja) サーボプレスの下死点補正方法
US7318715B2 (en) Press for producing shaped parts from powder material
JP2860935B2 (ja) プレスのダイハイト補正装置
EP1537988B1 (en) Bottom dead centre correction device for servo press machines
KR100295424B1 (ko) 본딩하중의보정방법및와이어본딩장치
US20210221040A1 (en) Method for moving a movable platen
WO2020052226A1 (zh) 夹紧机构、焊接机、夹紧力的控制方法及装置
JP2001071196A (ja) 加圧装置
JPH11123600A (ja) サーボプレスの成形制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant