KR20230099001A - 이송시스템의 하중 보상장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적을 달성하기 위한 이송시스템의 하중 보상장치는 중량물의 이송경로를 제공하는 이송레일, 상기 이송레일에 안착되어 상기 중량물을 이송하기 위하여 상기 이송레일에 대응되는 이송유닛을 포함하는 이송부, 상기 이송레일의 일측에 상기 이송레일과 동일 경로를 갖도록 구비되는 자성체 레일, 상기 이송부의 일측에 구비되어 상기 자성체 레일과 전자력에 의해 상기 이송부와 상기 이송레일 사이에 발생하는 마찰력 및 압력 집중 중 적어도 어느 하나를 감소시키는 전자석부 및 상기 이송부의 이송에 따라 상기 전자석부의 전자력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전자석부는 이송부의 이송 중 발생하는 부하량의 변화에 따라 상기 제어부에 의해 상기 부하량의 변화에 대응되는 전자력을 발생한다.

Description

이송시스템의 하중 보상장치 및 이의 제어방법{Load Compensating Device of Transport system and Control Method}

본 발명은 이송시스템의 하중 보상장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이송되는 중량물의 하중에 대응되는 전자력을 발생하여 이송부에 포함되는 구름 베어링 또는 레일에 가해지는 하중을 감소하고, 중량물 이송 중 발생하는 시스템 이상 작동 또는 부하량의 변화에 따라 그와 대응되도록 전자석부의 전자력을 조절하여 구름 베어링 또는 레일의 파손 위험성을 감소하여 유지보수 기간을 증대하고, 유지보수 비용을 절감할 수 있는 이송시스템의 하중 보상장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 중량물과 같은 이송대상물을 이송하기 위해서는 다양한 방법이 사용된다.

일실시예로 중용량 선형 이송 및 회전 이송에는 이송레일을 따라 LM가이드, 볼 베어링 등의 접촉식 구름 베어링을 구비한 이송부가 이동하며 이송을 수행할 수 있다.

하지만, 이러한 방법은 접촉식 구름 베어링이 이송레일과 직접 접촉하여 중량물을 이송시키기 때문에 부하용력이 증가할 수록 구름부의 마모 발생으로 구름성이 감소하며, 사용수명이 단축된다. 특히, 중량물의 안착위치, 구조적 특징 등에 따라 이송부의 무게 중심에서 벗어가는 경우 이송부의 일측에 압력집중이 발생하고, 이러한 경우 이와 대응되는 위치에 배치된 접촉식 구름 베어링의 파손율이 급격히 증가한다.

일반적으로 중량물 이송시스템의 경우 구름 베어링의 교체주기가 2주 내지 3주로 유지보수를 위하여 제품 생산을 중단하여야 하며 이러한 경우 유지보수를 위한 생산중단으로 생산량이 감소하고, 유지보수를 위한 인력투입비용이 상승하는 문제점이 있다.

이를 방지하기 위하여 베어링 수량을 증가시킬 수 있으나, 이러한 경우 비용 증가와 장착을 위한 추가적인 공간확보가 필요한 문제점이 있다. 이에 따라, 베어링 수량을 증가하지 않으면서도 베어링 등의 이송유닛의 파손을 억제할 수 있는 기술이 요구된다.

KR 0464501 20(2012.12.28 등록)

본 발명은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 이송되는 중량물의 하중에 대응되는 전자력을 발생하여 이송부에 포함되는 구름 베어링 또는 레일에 가해지는 하중을 감소하고, 중량물 이송 중 발생하는 시스템 이상 작동 또는 부하량의 변화에 따라 그와 대응되도록 전자석부의 전자력을 조절하여 구름 베어링 또는 레일의 파손 위험성을 감소하여 유지보수 기간을 증대하고, 유지보수 비용을 절감할 수 있는 이송시스템의 하중 보상장치 및 이의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 이송시스템의 하중 보상장치는 중량물의 이송경로를 제공하는 이송레일, 상기 이송레일에 안착되어 상기 중량물을 이송하기 위하여 상기 이송레일에 대응되는 이송유닛을 포함하는 이송부, 상기 이송레일의 일측에 상기 이송레일과 동일 경로를 갖도록 구비되는 자성체 레일, 상기 이송부의 일측에 구비되어 상기 자성체 레일과 전자력에 의해 상기 이송부와 상기 이송레일 사이에 발생하는 마찰력 및 압력 집중 중 적어도 어느 하나를 감소시키는 전자석부 및 상기 이송부의 이송에 따라 상기 전자석부의 전자력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전자석부는 이송부의 이송 중 발생하는 부하량의 변화에 따라 상기 제어부에 의해 상기 부하량의 변화에 대응되는 전자력을 발생한다.

이때, 상기 이송유닛은 상기 이송레일과 대면하는 일측에 구비되는 접촉식 구름 베어링일 수 있다.

또한, 상기 이송부 및 상기 전자석부 중 적어도 어느 하나의 일측에는 상기 부하량의 변화를 측정하기 위한 측정부가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 측정부는 상기 이송부와 이송레일 사이에 구비되는 하중센서일 수 있다.

또한, 상기 측정부는 상기 전자석부의 일측에 구비되어 상기 전자석부와 상기 자성체 레일 사이의 변위를 측정하는 변위센서일 수 있다.

또한, 상기 전자석부는 상기 이송부의 일측에 복수 구비되고, 상기 제어부는 상기 전자석부의 전자력을 각각 개별적으로 제어할 수 다.

다른 카테고리로서 전술한 구성에 따른 이송시스템의 하중 보상장치의 제어방법에 있어서, 상기 이송부의 일측에 안착되는 중량물의 하중에 따라 제어부에서 목표 부하량을 설정하는 설정단계, 상기 제어부에서 상기 목표 부하량을 기준으로 각각의 전자석부에 전류를 인가하여 전자력을 발생하는 전자력 발생 단계, 상기 이송부가 중량물을 이송하는 이송 단계, 상기 각각의 전자석부에 대응되는 부하량을 소정의 주기로 측정하여 제어부로 전달하는 측정 단계, 상기 제어부는 측정 단계에서 전달되는 부하량과 상기 목표 부하량을 비교하는 비교단계, 상기 비교단계의 결과에 따라 각각의 전자석부에 포함되는 전자석 코일에 인가되는 전류를 증가 또는 감소하는 전류 조절 단계를 포함하고, 상기 측정단계 내지 상기 전류 조절단계는 상기 이송부의 이송이 완료되는 시점까지 반복 수행한다.

이때, 상기 비교단계는, 상기 측정단계에서 각각의 전자석부에 대한 부하량의 총합을 상기 목표 부하량과 비교하는 제1비교단계 및 상기 제1비교단계의 판단결과 상호 일치하지 않는 경우 각각의 전자석부에 대한 개별적인 부하량과 상기 목표 부하량을 상기 전자석부의 개수로 나눈 값과 비교하는 제2비교단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 이송시스템의 하중 보상장치 및 이의 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전자석의 전자력 및 자성체 레일을 이용하여 하중의 반대방향으로 지지력을 발생하여 구름 베어링 또는 LM가이드 등의 이송유닛과 이송레일로 전달되는 부하를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 전자석의 전자력을 이용하여 이송부를 소정의 힘으로 들어주어 이송유닛과 이송레일 사이에 과도한 압력이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 이송부의 일측에 복수의 전자석을 구비하여 이송부의 일측에 압력 집중이 발생하는 것을 방지하고, 하중을 이송부 전반에 걸쳐 고르게 분산하여 부하를 감소할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 측정부를 통해 각각의 전자석과 대응되는 일측에 발생하는 부하량을 실시간으로 측정하여, 부하량이 변화하더라도 각각의 전자석부의 전자석 코일로 인가되는 전류를 실시간으로 이와 대응되도록 조절하여 압력 집중을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 전자석부의 전자력에 의해 이송유닛에 인가되는 부하력이 감소되어 구름베어링, LM가이드 등과 같은 이송유닛의 마모 등과 같은 손상 또는 파손을 억제하여 사용수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 이송유닛의 사용수명이 연장됨에 따라 유지 보수 기간이 증대하기 때문에 유지 보수 비용 절감이 가능한 효과가 있다.

여섯째, 유지보수 기간이 증가하기 때문에 유지보수를 위한 생상 중단에 따른 생산성 감소를 방지하여 생산성 향상이 가능한 효과가 있다.

일곱째, 이송유닛과 이송레일 사이에 압력이 감소하여 이송유닛의 접촉력 및 접촉면 감소로 분진 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

여덟째, 분진 발생이 감소하여 분진으로 인한 생산품의 불량률 감소, 생산단가 감소가 가능하고, 반도체 이송 또는 식료품 이송 등 분진에 민감한 분야에도 적용이 가능한 효과가 있다.

아홉째, 이송시작부터 완료까지 실시간으로 각각의 전자석부와 대응되는 일측의 부하를 실시간으로 측정하고 측정결과에 따라 각각의 전자석부를 제어함에 따라 중량물 이송 시 소음 및 진동을 감소할 수 있는 효과가 있다.

열째, 중량물의 무게 등이 변화하더라도 이송장치의 변화 없이 전자력의 크기를 제어하여 다양한 중량물을 장비 교체 없이 운반할 수 잇는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 이송시스템의 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 이송시스템의 하중 보상장치의 개략적인 측면도;
도 3은 도 1의 A부분 확대도; 및
도 4는 본 발명에 따른 이송시스템의 하중 보상장치의 제어방법을 순차적으로 나타내는 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2구성요소일수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

이송시스템의 하중 보상장치의 구성

도 1은 본 발명에 따른 이송시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이송시스템의 하중 보상장치의 개략적인 측면도이다. 본 발명에 따른 이송시스템의 하중 보상장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 이송레일(100), 이송부(200), 자성체 레일(300), 전자석부(400) 및 제어부를 포함한다.

이송레일(100)은 중량물이 이송되는 경로를 제공하는 것이다. 이러한 이송레일(100)은 이송물의 이송경로를 따라 다양한 형태 및 길이로 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 소정의 길이를 갖는 직선형 레일을 중심으로 도시하고 있으나, 이는 일실시예를 나타내는 것일 뿐 사용양태에 따라 다양한 형상 및 구성으로 이루어질 수 있음은 자명하다. 이러한 이송레일(100)은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것으로서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이송부(200)는 중량물이 안착되는 공간을 제공하고, 이송레일(100)을 따라 이동하며 중량물을 이송하는 장치이다. 이러한 이송부(200)는 중량물 등과 같은 이송대상물이 안정적으로 안착되어 이송될 수 있다면 어떠한 형상으로 이루어져도 무방하다. 일실시예로, 이송부(200)는 평판 형상으로 이루어질 수 있으며, 중량물의 구조 등에 따라 다양한 형상 또는 구조를 갖도록 이루어질 수 있다. 이러한 이송부(200)는 이송레일(100) 및 이송부(200)의 구성에 따라 다양한 방법으로 이송레일(100)을 따라 이동할 수 있는 이송유닛(210)을 포함한다. 일실시예로, 이송유닛(210)은 이송레일(100)과 대면하는 이송부(200)의 일측에 구비되는 LM가이드 또는 볼 베어링 등과 같은 접촉식 구름 베어링으로 구성될 수 있고, 이송레일(100) 역시 이와 대응되는 구성으로 이루어질 수 있다.

자성체 레일(300)은 이송레일(100)의 일측 또는 이송레일(100)과 소정간격 이격된 일측에 이송레일(100)과 동일한 경로를 갖도록 구비되는 장치이다. 이러한 자성체 레일(300)은 전자석부(400)의 전자력에 반응할 수 있도록 자성체로 이루어질 수 있으며, 이송레일(100)과 마찬가지로 고정되도록 구비된다. 본 발명에서는 이송레일(100)의 상부 방향으로 소정간격 이격되어 이송레일(100)과 동일한 경로를 갖도록 구비되는 것을 중심으로 설명하고 있으나, 사용양태에 따라서는 다른 위치에 배치될 수 있음은 자명하다.

도 3은 도 3은 도 1의 A부분 확대도이다. 전자석부(400)는 이송부(200)의 일측, 바람직하게는 자성체 레일(300)과 대응되는 이송부(200)의 일측에 배치되어 이송레일(100)을 따라 이동하는 이송부(200)를 전자력에 의해 하중이 발생하는 방향과 반대방향으로 자성체 레일(300) 사이에서 인력 또는 척력을 발생시켜 이송유닛(210)과 이송레일(100) 사이에 발생하는 마찰력 및 압력 집중 중 적어도 어느 하나를 감소시키는 장치이다. 즉, 하중과 반대되는 방향으로 인력 또는 척력을 발생시켜 이송부(200) 및 이송레일(100) 사이의 마찰력을 감소시키고, 이송부(200)가 기울어지는 등의 문제가 발생하는 경우 이러한 이송부(200)의 균형을 제어하여 압력집중이 발생하는 것을 방지하는 장치이다. 이러한 전자석부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전자석 코어(410) 및 전자석 코일(420)로 이루어질 수 있다. 전자석 코어(410)는 자성체 레일(300)과 대응되는 방향으로 극편이 돌출 형성되고, 전자석 코일(420)은 돌출된 극편에 소정 횟수 권취되도록 구성된다. 이때, 전자석 코어(410)에 형성되는 극편의 개수 및 위치, 전자석 코일(420)의 권취 방향 및 권선횟수는 사용양태 등에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 자명하다.

본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 전자석 코어(410) 및 전자석 코일(420)이 노출된 상태로 도시하고 있으나, 사용양태에 따라서는 전자석 코어(410) 및 전자석 코일(420)을 감싸는 별도의 케이스가 더 구비될 수 있다.

전술한 구성을 갖는 전자석부(400)는 이송부(200)에 가해지는 하중 등의 부하량을 용이하게 제어하고, 이송부(200)가 일방향으로 기울어져 압력 집중이 발생하는 것을 방지하기 위하여 복수 구비될 수 있다. 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 상호 평행한 2개의 자성체 레일(300)이 구비됨에 따라 각각의 자성체 레일(300)과 대응되는 일측에 각각 3개씩, 총 6개의 전자석부(400)가 구비될 수 있다. 이러한 전자석부(400)의 개수는 이송대상물의 중량, 부피, 형상, 이송 경로 등과 같이 다양한 상황에 따라 선택적으로 결정될 수 있다.

측정부는 이송부(200)의 이동중 발생하는 부하량의 변화 또는 이로 인해 발생하는 자성체 레일(300) 및 전자석부(400)의 이격거리의 변화 등을 측정하는 측정부가 더 구비될 수 있다. 이러한 측정부는 측정부의 종류에 따라 이송부(200) 또는 전자석부(400)의 일측에 구비될 수 있다. 일실시예로, 측정부는 하중센서(510) 및 변위센서(520)로 구비될 수 있다.

하중센서(510)는 이송부(200)의 일측에 구비되어 이송부(200)에 안착되는 중량물의 하중 및 이송 중 발생하는 중량 변화 등을 용이하게 측정할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다. 일실시예로 하중센서(510)는 이송유닛(210)에 실질적으로 작용되는 힘을 측정하는 장치로서, 이송유닛(210)의 일측에 구비되는 로드셀(Load Cell)로 구성될 수 있다. 이러한 하중센서(510)는 이송부(200)에서 발생하는 부하량의 변화를 일정주기 또는 실시간으로 측정하여 외부로 전송할 수 있도록 유선 또는 무선 통신장치를 포함하는 것이 좋다.

변위센서(520)는 전자석부(400)의 일측, 바람직하게는 전자석부(400)의 케이스의 일측에 자성체 레일(300)을 향하도록 구비되어 이송부(200)의 흔들림 또는 부하량의 변화에 따라 전자석부(400)와 자성체 레일(300) 사이의 이격거리 변화를 일정주기 또는 실시간으로 측정하는 장치이다. 이러한 변위센서(520) 역시 전자석부(400)와 자성체 레일(300) 사이의 이격 거리 변화를 원활하게 측정하고, 측정된 정보를 유선 또는 무선을 통해 외부로 전송할 수 있는 장치라면 어떠한 센서장치를 사용하여도 무방하다.

전술한 구성을 갖는 측정부는 측정결과에 따라 제어되는 전자석부(400)의 전자력의 강도를 정확하게 하기 위하여 복수 구비되는 전자석부(400)와 각각 대응되는 위치에 복수 구비되는 것이 바람직하다.

제어부는 이송부(200) 또는 이송레일(100)의 일측 또는 이와 인접한 일측에 측정부 및 전자석부(400)와 연결되도록 구비되어 측정부에서 측정되는 측정 정보에 기초하여 전자석부(400)에 가해지는 전류를 제어하는 장치이다. 이처럼 제어부는 측정부에서 전달되는 정보를 통해 특정 부분에 압력 집중이 발생하지 않고 이송부(200) 전반에 걸쳐 동일한 힘이 이송유닛(210)에 전달될 수 있도록 전자석부(400)의 전자력을 제어하는 장치이다. 이때, 제어부는 전자석부(400)가 복수 구비되는 경우에는 각각의 전자석부(400)와 대응되는 위치에 구비되는 측정부의 정보를 통해 복수의 전자석부(400)를 개별적으로 제어할 수 있다.

이송시스템의 하중 보상장치의 사용양태

전술한 구성을 갖는 이송시스템의 하중 보상장치(10)의 사용양태를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 다른 이송시스템의 하중 보상장치(10)는 전체적으로 구비할 수 있지만, 기존의 이송시스템에 자성체 레일(300), 전자석부(400)가 구비된 이송부(200) 및 제어부를 추가하여 적용할 수도 있다. 이에 따라, 기존의 이송시스템에 간단한 구조 변경만을 통해 본 기술을 적용할 수 있기 때문에 호환성이 좋다.

도 4는 본 발명에 따른 이송시스템의 하중 보상장치의 제어방법을 순차적으로 나타내는 순서도이다. 먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 이송부(200)의 일측에 이송대상물인 중량물이 안착되면 제어부는 측정부에서 전달되는 측정정보에 기초하여 목표 부하량을 선정하고, 이에 따라 각각의 전자석부(400)에서 발생하여야 하는 전자력의 강도를 설정한다(S100). 여기서 부하량은 중량물의 무게, 이송부(200) 및 전자석부(400)의 무게 등 이송유닛(210)에 실질적으로 전달되는 모든 중량을 의미한다. 이때 설정되는 전자력은 흡인력에 의해 전자석부(400)가 자성체 레일(300)과 접촉되거나, 이송유닛(210)이 이송레일(100)에서 이탈되지 않는 선에서 최대한 강한 흡인력을 발생할 수 있는 적정 값을 설정하는 것이 좋다. 전자석부(400)의 흡인력이 너무 강한 경우에는 전자석부(400)가 자성체 레일(300)과 접촉하여 이송부(200)의 이동이 불가능 하거나, 불필요한 마찰력이 발생할 수 있고, 이송부(200)의 이송유닛(210)이 이송레일(100)에서 이탈되어 이송이 이루어지지 않을 수 있기 때문에 적정 전자력을 설정하는 것이 좋다. 이러한 문제가 발생하지 않는 선에서 최대한 강한 전자력을 발생할수록 이송유닛(210)과 이송레일(100) 사이에 압착력 및 마찰력이 감소하여 이송유닛(210) 또는 이송레일(100)의 손상 또는 파손을 방지 및 억제할 수 있다.

전술한 목표 부하량을 산출하는 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

목표 부하량(f_t: f_target)은 아래의 [수학식 1]과 같이, 로드셀 출력(f_m: f_measured)에서 흡인력(f_a: f_attactive)을 제거한 값을 통해 산출할 수 있다.

여기서, 흡인력(f_a)은 전자석부(400)이 자성체 레일(300)을 당기는 힘을 의미하며, 전자석부(400)가 흡인력을 발생시키기 위해서는 자속이 발생되어야 한다. 자속(Φ)은 아래의 [수학식 2]에 의해 산출될 수 있다.

여기서, N은 전자석 코어(410)에 전자석 코일(420)의 턴수, I는 전류,

는 전자석 코어(410)의 비투자율, μ₀는 진공 투자율, g는 전자석 코어(410)와 자성체 레일(300) 사이의 이격 거리, A는 전자석 코어(410)와 자성체 레일(300)이 대향되는 단면적, l은 자로의 길이를 나타낸다. 이때, 전자석 코어(410)는 도면에 도시된 바와 같이 2개의 극편이 형성되어 있기 때문에 2개의 공극이 존재하여 주로 2g를 사용한다.

전술한 [수학식 2]를 전개하면 다음의 [수학식 3]과 같다.

전술한 [수학식 3]의 마지막 공식에서

은 매우 작은 값이기 때문에 0이라고 가정하면 자속(Φ)은 다음의 [수학식 4]와 같이 정리될 수 있다.

자속(Φ)은 전자석 및 대상물체, 즉, 전자석부(400) 및 자성체 레일(300)로 구성된 자기회로에 작용하는 성분이기 때문에 전자석부(400) 및 자성체 레일(300) 사이의 대향 면적에 작용하는 자속밀도(B)는 대향면적(A)으로 나누어 주면 산출할 수 있으며, 이는 다음의 [수학식 5]와 같다.

[수학식 5]를 통해 산출되는 자속밀도(B)를 통해 흡인력은 아래의 [수학식 6]과 같이 계산될 수 있다.

이에 따라, [수학식 1]에 [수학식 6]에서 도출된 흡인력(fa)를 대입하면 다음의 [수학식 7]와 같다.

이때, 제어부는 중량물의 형상, 이송부(200)의 안착위치 등에 따라 각각의 전자석부(400)에 인가되는 전류의 크기를 상호 다르게 설정할 수 있다. 일실시예로, 본 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이, 이송부(200)의 테두리 일측에 총 6개의 전자석부(400)가 구비되고, 이와 대응되는 위치에 6개의 측정부가 구비될 수 있다. 이처럼 6개의 측정부가 모두 동일한 측정값, 즉 부하량을 6으로 나눈 값을 갖는 것이 이상적이지만 실질적으로는 다양한 변수 등이 발생하여 6개의 측정부 중 적어도 일부는 상이한 측정값을 획득할 수 있다. 이는 이송부(200)의 일측이 상대적으로 많은 하중을 받는 다는 의미이며, 이에 따라 이와 대응되는 일측에 구비되는 이송유닛(210)에 압력 집중이 발생할 수 있다. 이처럼 압력 집중이 발생하면 해당 이송유닛(210)의 손상 또는 파손 위험이 상승하게 된다. 그렇기 때문에 제어부는 각각의 측정부에서 측정되는 측정신호에 기초하여 이와 대응되는 각각의 전자석부(400)에 인가되는 전류의 값을 설정할 수 있다. 즉, 더 많은 하중을 받는 것으로 측정되는 측정부와 대응되는 전자석부(400)에 인가되는 전류를 다른 전자석부(400)와 비교하여 강하게 인가하여 이송부(200)의 수평을 유지하여 압력 집중이 발생하는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.

다음으로, 제어부에서 설정된 전자력의 강도에 대응되는 전류를 각각의 전자석부(400)에 포함된 전자석 코일(420)에 인가하여 전자석부(400)에 전자력을 발생시킨다(S200). 이에 따라, 전자석부(400)에서 발생한 전자력에 의해 전자석부(400)와 자성체 레일(300) 사이에 흡인력이 발생한다. 본 발명에 따른 구조에 의해 전자석부(400)와 자성체 레일(300) 사이에 발생하는 흡인력은 하중의 반대 방향으로 발생하기 때문에 이송부(200)를 하중의 반대 방향으로 소정의 힘으로 들어주는 것과 대응되는 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 이송부(200)는 중량물의 이송을 시작한다(S300). 이때, 전자석에 인가되는 전류는 중량물의 이송이 완료될 때까지 유지한다. 하지만, 이송 중 발생하는 진동, 외부의 충격 등 다양한 요인에 의해 부하량의 변화가 발생할 수 있다. 이에 따라, 측정부는 일정 주기 또는 실시간으로 부하량의 변화를 측정하여 제어부로 측정정보를 전달한다(S400). 즉, 하중센서(510)는 해당 위치에서 전달되는 하중을 일정 주기, 실시간 또는 변화가 발생하는 경우에 제어부로 측정 정보를 전송할 수 있으며, 이러한 측정 주기는 사용자의 설정에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 또한, 전자석부(400)의 일측에 구비되는 변위센서(520)는 전자석부(400)와 자성체 레일(300) 사이의 이격 거리를 일정 주기, 실시간 또는 변위의 변화가 발생하는 경우 제어부로 전달한다. 이때, 변위센서(520)의 측정 주기 역시 사용자의 설정에 따라 다양하게 변경할 수 있다.

전술한 바와 같이, 설정된 주기에 따라 전달되는 각각의 측정부의 측정정보에 기초하여 제어부는 각각의 측정부와 대응되는 전자석부(400)에 인가되는 전류의 양을 조절하여 전자석부(400)의 전자력에 의한 흡인력을 조절한다(S500). 이를 보다 자세하게 설명하면 다음과 같다.

제어부는 각각의 측정부에서 측정되는 현재 부하량의 합이 목표 부하량과 비교한다. 이때, 현재 부하량의 합이 목표 부하량과 비교하여 상대적으로 높거나 낮은 경우에 제어부는 이송부(200)의 이송 중 하중의 변화가 발생한 것으로 판단한다(S510).

다음으로, 제어부는 하중의 변화가 발생된 것으로 판단되는 경우 각각의 측정부의 측정정보를 개별적으로 분석(S520)하여 각각의 전자석부(400)로 인가되는 전류를 조절하여 전자력을 변화시킨다(S600). 전술한 [수학식 7]과 같이 전류(I)를 제어하면 흡인력(f_a)를 조절할 수 있기 때문에 로드셀 출력(fm)에 대응되도록 전류(I)를 조절하여 항상 목표 부하량(f_t)와 대응되는 흡인력을 유지할 수 있다. 본 발명에 따른 이송시스템의 하중 보상장치(10)는 그 구성의 변화가 없기 때문에 다른 값들은 변화가 없으며, 전자석 코어(410)와 자성체 레일(300) 사이의 이격 거리 g의 변화만 발생한다. 이에 대응되도록 전류(I)를 변화시키면서 [수학식 1]과 같이 흡입력(fa)을 조절하여 로드셀 출력(fm)에서 흡입력(fa)을 제거한 값이 목표 부하량(f_t)이 되도록 조절한다.

일실시예로, 현재 부하량의 합이 목표 부하량보다 큰 경우에 1번 전자석부(400)와 대응되는 측정부의 현재 부하량이 목표 부하량을 6으로 나눈 값과 비교하고, 이러한 과정을 1번 전자석부(400) 내지 6번 전자석부(400)에 대해 전체적으로 수행한다. 이에 따라, 각각의 측정부에서 측정된 부하량이 목표 부하량을 6으로 나눈 값보다 큰 경우에는 해당 전자석 코일(420)에 전류를 증가한다.

반대로 현재 부하량의 합이 목표 부하량보다 작은 경우 역시 1번 전자석부(400)와 대응되는 측정부의현재 부하량이 목표 부하량을 6으로 나눈 값과 비교하고, 이러한 과정을 1번 전자석부(400) 내지 6번 전자석부(400)에 대해 전체 적으로 수행한다. 이에 따라, 각각의 측정부에서 측정된 부하량이 목표 부하량을 6으로 나눈 값보다 작은 경우에 대응하는 전자석 코일(420)에 전류를 감소시킨다.

다른 실시예로, 현재 부하량의 합이 목표 부하량과 동일한 경우에도 어느 일측에 부하량이 증가하고, 타측의 부하량이 감소할 수도 있기 때문에 이러한 과정을 일정주기 또는 실시간으로 수행하여 이송부(200) 전반에 걸쳐 고른 부하량을 전달할 수 있도록 하는 것이 좋다.

전술한 공정은 이송부(200)의 공정이 완료되는 순간까지 실시간으로 무한 반복하는 것이 좋다. 이처럼 이송 과정 중 실시간으로 부하를 측정하기 때문에 부하량이 급격하게 변화하는 위치에는 이송레일(100) 등에 문제가 발생한 것으로 판단하여 이송라인 전체를 실시간으로 점검할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 이송시스템의 하중 보상장치
100: 이송레일
200: 이송부
210: 이송유닛
300: 자성체 레일
400: 전자석부
410: 전자석 코어
420: 전자석 코일
510: 하중센서
520: 변위센서

Claims (8)

1. 중량물의 이송경로를 제공하는 이송레일;
   상기 이송레일에 안착되어 상기 중량물을 이송하기 위하여 상기 이송레일에 대응되는 이송유닛을 포함하는 이송부;
   상기 이송레일의 일측에 상기 이송레일과 동일 경로를 갖도록 구비되는 자성체 레일;
   상기 이송부의 일측에 구비되어 상기 자성체 레일과 전자력에 의해 상기 이송부와 상기 이송레일 사이에 발생하는 마찰력 및 압력 집중 중 적어도 어느 하나를 감소시키는 전자석부; 및
   상기 이송부의 이송에 따라 상기 전자석부의 전자력을 제어하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 전자석부는 이송부의 이송 중 발생하는 부하량의 변화에 따라 상기 제어부에 의해 상기 부하량의 변화에 대응되는 전자력을 발생하는 이송시스템의 하중 보상장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이송유닛은 상기 이송레일과 대면하는 일측에 구비되는 접촉식 구름 베어링인 이송시스템의 하중 보상장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이송부 및 상기 전자석부 중 적어도 어느 하나의 일측에는 상기 부하량의 변화를 측정하기 위한 측정부가 더 구비되는 이송시스템의 하중 보상장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 측정부는 상기 이송부와 이송레일 사이에 구비되는 하중센서인 이송시스템의 하중 보상장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 측정부는 상기 전자석부의 일측에 구비되어 상기 전자석부와 상기 자성체 레일 사이의 변위를 측정하는 변위센서인 이송시스템의 하중 보상장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전자석부는 상기 이송부의 일측에 복수 구비되고, 상기 제어부는 상기 전자석부의 전자력을 각각 개별적으로 제어하는 이송시스템의 하중 보상장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 어느 한 항에 따른 이송시스템의 하중 보상장치의 제어방법에 있어서,
   상기 이송부의 일측에 안착되는 중량물의 하중에 따라 제어부에서 목표 부하량을 설정하는 설정단계;
   상기 제어부에서 상기 목표 부하량을 기준으로 각각의 전자석부에 전류를 인가하여 전자력을 발생하는 전자력 발생 단계;
   상기 이송부가 중량물을 이송하는 이송 단계;
   상기 각각의 전자석부에 대응되는 부하량을 소정의 주기로 측정하여 제어부로 전달하는 측정 단계;
   상기 제어부는 측정 단계에서 전달되는 부하량과 상기 목표 부하량을 비교하는 비교단계;
   상기 비교단계의 결과에 따라 각각의 전자석부에 포함되는 전자석 코일에 인가되는 전류를 증가 또는 감소하는 전류 조절 단계;
   를 포함하고,
   상기 측정단계 내지 상기 전류 조절단계는 상기 이송부의 이송이 완료되는 시점까지 반복 수행하는 이송시스템의 하중 보상장치의 제어방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 비교단계는,
   상기 측정단계에서 각각의 전자석부에 대한 부하량의 총합을 상기 목표 부하량과 비교하는 제1비교단계; 및
   상기 제1비교단계의 판단결과 상호 일치하지 않는 경우 각각의 전자석부에 대한 개별적인 부하량과 상기 목표 부하량을 상기 전자석부의 개수로 나눈 값과 비교하는 제2비교단계;
   를 포함하는 이송시스템의 하중 보상장치의 제어방법.

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