KR830002642B1 - 주축 정위치 정지 제어 방식 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주축 정위치 정지 제어 방식

제1a도 및 1b도는 본 발명의 원리 뿐만 아니라 이들 이득의 설명도.

제2도는 주측 정위치 정지 제어 장치의 설명도로써 본 발명의 방식을 구체화 한 회로 블럭도.

제3a도 및 제3b도는 위치 센서의 배치를 보인 설명도.

제3c도는 위치 센서 출력 신호의 파형도.

제4a도 및 제4b도는 제3도의 위치 센서의 내부 구조를 보인 설명도.

제4c도는 위치 센서 각부의 출력 파형도.

제5도는 제3도의 위치 센서의 부분 회로도.

제6a도~제6d도는 위치 센서의 동작의 설명도.

제7a도 및 제7b도는 본 발명의 제어 방식과 관련된 파형도.

제8도는 회전 위치 편차 신호 발생 회로의 주요부의 구체적으로 예시한 회로도.

제9도는 제8도의 회전 위치 편차 신호 발생 회로와 관련된 신호 파형도.

제10도는 위치 이득과 오버슈트 사이의 관계의 설명도.

본 발명의 주축 정위치 정지 제어 방식에 관한 것으로써, 특히 변속 기구에 의해 주축과 전동기 사이의 변속비에 무관하게 위치 이득을 일정하게 하여 제어 동작이 단시간 내에 이루어지도록 하는 주축 정위치정지 제어 방식에 관한 것이다.

공작 기계의 자동 공구 교환기구에서는 공작 기계의 주축상에 키이카 구비되어 있고 사용되는 각종 공구의 개개에는 키이 홈이 형성되어, 주축과 공구가 서로 원활하게 계합하기 위해서는 키이와 키이홈이 정확하게 계합하도록 주축이 정확히 위치하여 정지되어야 한다. 특히, 절삭 작업과 보링 작업하기 위해 공작기계에는 이와 유사한 필수 요건이 있다. 여기에서 보링 바아가 흔들리는 것을 방지하기 위해 직경이 긴 보링 바아를 사용하여 절삭 작업이 안정되고 정밀한 형태로 진행되도록 주축을 정위치에 정지시치는 것이 요망된다.

일반적으로 핀 또는 제동 수단에 의한 기계적 정지 기구가 주축 정위치 정지에 사용된다. 그러나, 이러한 기구는 오래 사용하면 핀 및 제동부가 마모하여 점차적으로 주축이 정확한 위치에 정지하는 것이 곤란하게 되어 이러한 기구들을 유지와 보수를 해야 하는 성가신 문제점에 봉착하게 된다.

따라서, 본 발명자들은 상기와 같이 기계적 제동 수단 등을 사용하지 않고도 순수한 전기적 수단에 의해 주축을 정위치에 정지시키는 방식을 제안했는데, 이 방식은 주축이 고도의 정확도로 정지시키는데는 가능하지만 주축과 주축 구동 전동기 사이의 변속비가 크면 이를 성취하는데 상당한 시간이 소모되어 작업능률이 저하되는 결점이 있다. 통상적으로 각종 공작 기계의 약 90%가 전동기와 주축 사이에 기어 기구와 같은 변속기구를 사용하여 기어의 감속비 하이대 기어의 감속비 로우 사이를 전당히 처환하여 가공을 행한다. 감속비 하이는 목재 또는 알루미늄과 같은 경금속을 가공하는데 사용하고 감속비 로우는 강철등과 같은 중금속 가공에 사용한다. 상술한 주축 정위치 정지 제어 장치에서, 주축이 일회전한 것에 대한 신호를 발생한 후에 주축 정지 제어 모우드가 출력하여 주축을 정위치에 정확히 정지시킨다. 이것을 성취시키기 위해 주축과 전동기 사이의 기어비가 1 : 1인 하이 기어를 설정하여 주축이 일회전 한 후 정지되게 행 수 있다. 전동기 대 주축의 기어비가 전형적으로 4 : 1인 로우 기어 설정에서는 전동기가 4회전한 후 주축이 정지하기 때문에 로우 기어에서 정지 작업에 요하는 시간이 하이 기어의 요소시간에 비해 적어도 4배가 되어 실제가공 작업에 소모되는 시간 비율이 삼소한다. 가공 효율의 감소는 불가피한 결과가 된다.

일반적으로 기어비가 1 : 1인 하이 기어 설정과 함께 부하 관성은 증가하여 속도 루우프 이득은 감소하며 그 반면 기어비가 4 : 1인 로우 기어 설정에서는 그 반대 사실이 된다. 다시 말해, 주축을 정위치에 정지하는 정위치 제어동작을 적용하는데 있어 로우 기어 설정은 하이 기어 설정하에서 속도와 비교하여 전동기 속도를 증가시킨다.

본 발명의 목적은 주축 전동기의 회전 속도가 변속 기구를 통해 주축에 전달되는 형식의 공작 기계에서 변속비가 커도 단시간 내에 주축이 정위치에 정지되는 제어 방식을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 주축 전동기의 회전 속도를 주축의 잔류 회전량으로 제산하여 얻은 위치 이득이 변속비에 관계없이 일정하게 되어 변속비에 관계 업이 주축 정위치 정지에 요하는 시간도 일정하게 되는주측 정위치 정지 제어 방식을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위치 이득이 변속비에 따라 변행 때에도 상기 위치를 오버슈트하지 않고 주축이 정위치에 정지되는 제어 방식을 제공하는데 있다.

이하 첨부 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 원리와 위치 이득을 설명하기 위해 제1도를 참조한다. 제1a도 및 제1b도는 각각 하이 및 로우기어 위치의 설명도이다.

제1a도는 특별한 공작 기계가 시간 t₁까지 절삭작업 등을 수행하기 때문에 주축은 이시간까지 소정 속도로 회전하다가 정위치 지령이 시간 t₁에 발하면 주축의 회전 속도는 감소하여 시간 t₂에 초기 설정 속도 V_H에 도달한다. 주축은 후술하겠지만 주축 일회전 신호 발생까지 이 속도로 회전한다. 이 신호가 시간 t₃에 발생되며 주축 정지를 위한 주축 제어동작이 시간 t₄까지 계속되어 주축상이 소정점이 소정 위치에 정지한다.

한편, 로우 기어에 대한 상태를 보이는 제1b도에서 주축의 회전 속도는 감소하여 시간 t₁에 정위치 지령신호를 발한 후 시간 t₂'에 초기 설정 속도 V_L에 도달한다. 주축은 주축 일회전 신호발생까지 초기 설정속도로 회전한다. 만약, 이 신호가 시간 t₃' 에 발생하면 주축을 정지하는 주축 제어 동작은 이점에서 시작하여 시간 t₄'에 주축상에 소정점이 소정 위치에 정지된다.

하이 기어에서 설정 속도 V_H와 로우 기어에서 선정 속도 V_L이 동일하면 기어비가 하이 기어에서는 1:1 로우 기어에서는 4:1이기 때문에 일회전 신호 발생에서 주축 정지 제어 동작 완료시까지 시간 경과는 하이 기어에 있어서 보다 로우 기어에 있어서 적어도 4배가 더 길다. 따라서, V_L의 값을 V_H의 값의 4배로 선정되면 로우 기어에서 주축을 정지하는데 요하는 시간은 하이 기어에서 요하는 시간과 동일하게 될수 있다. 이것은 하이 기어에서 위치 이득이 로우 기어에서의 위치 이득과 동일하게 한다는 것을 의미하며 여기에서 주축 정지 제어 동작 중에 위치 이득은 V/θ로 정의된다. 여기서, 전동기 속도 V는 rad/sec로 표시되고 주축 상의 소정점과 소정 회전 위치 사이의 회전 편차가 영으로 떨어질 때까지 주축 전동기가 회전하는 양을 나타내는 θ는 rad로 표시된다. 일정속도로 회전하고 있는 전동기가 지시를 받아 주축을 정지시키도록 속도가 감소하면 상기 위치 편차가 여기에서 일어난다. 이때 전동기는 위치 편차가 영이 되도록 구동된다. 따라서 위치 이득 V/θ는 일반적으로 지령 속도를 소정 정지 위치에서 측정된 위치 편차로 계산하여 표시된다. 만약, n_H가 하이기어에서 주축을 일단 회전하는데 필요한 전동기 위전수라 하고, n_L가 로우 기어에서 주축을 일단 회전하는 데 필요한 전동기 회전수라 하면 이때, 주축 정위치 정지 제어 동작시에 하이기어에 대한 위치 이득 PG(H)와 로우 기어에 대한 위치 이득 PG(L)는 하기와 같이 표시된다.

PG(H)=VH/2π n_H(sec^-1)

PG(L)=VH/2π n_L(sec^-1)

V_L의 값을 V_H의 값의 4배가 도는 값과 같게 설정하기 위해 본 발명에 따른 선비는 주축이 소정 위치에 정지하기 위해 위치 제어를 따르고 있을 때 위치 제어 이득이 하이 및 로우 기어에서 변경될 수 있도록 한 것이다.

이하 본 발명이 적용되는 주축 제어 장치의 블럭도를 보이는 제 2도를 참조한다. 상기 제 2도에서 속도 지령 CV를 발생하는 속도 지령 회로(1)와 정위치 지령 ORCM을 발생하는 정위치 지령회로(2)가 구비되어 있다. 속도 제어 회로(3)는 가산기(3a), 가산기의 출력 단자에 연결된 위상 보상 회로(3b), 위상 보상 회로의 출력 단자에 연결된 전압-위상 변환기(3c), 변환기(3c)의 출력 단자에 연결된 다이리스터 변환기(3d)를 구비하고 있다. 가산기(3a)는 속도 제어 동작시 속도 지령 CV전압과 실제 속도 신호 전압 사이의 속도 편차를 나타내는 편차 전압을 입력하고 또, 회전 위치 편차 RPD와 실제 속도 AV 사이의 차전압을 입력한다.

위상 보상 회로(3b)는 가산기(3a)의 출력 전압을 그 위상이 앞서거나 뒤지게 위상을 보상시킨다. 전압-위상 변환기(3c)가 위상 보상 회로(3b)의 출력 전압에 따라 다이리스터 회로(3d)내의 각 다이리스터의 점호각을 제어한다. 다이리스터 변환기(3d)는 다이리스터의 제어 점호각에 따라 동작하여 3상 전원(3e)의 3상 전압을 직류로 변환하여 후술할 직류 전동기(4)에 인가되는 전압치를 변경한 후 전동기의 회전 속도를 조정한다. 상기 직류 전동기(4)는 주축 구동 전동기로 제공된다. 직류 전동기(4)가 회전하면 속도계 발전기(5)는 전동기 속도에 따라 전압을 발생한다. 직류 전동기(4)의 회전 운동은 기어 기구(9)를 통해 주축(7)에 전달된다. 상기 기어 기구(9)는 외부에서 인가되는 절환 신호의 수단으로 하이 또는 로우 기어로 절환 될 수 있다. 주축(7)은 공구(8)를 장착하는 주축 기구(6)에 연결되어 있다. 회전 위치 센서(10)는 주축(7)의 회전 위치를 검출하고 제3a도 및 제3b도로 보인 바와 같이 주축(7)에 부착된 자석체(10a), 자석체(10a)와 대향하도록 주축 베어링부와 같은 기계 정지부에 감지부(10b), 전기 회로(10c)를 구비하고 있다.

위치 센서(10)는 제 3C도에 보인 확인 위치 편차 신호 DV₂와 와 접근 신호 ASV를 발생하며 이 신호들은 주축(7)상의 소정점이 정지되어야 항 소정 회전 위치 OS에 관해 주축(7)의 회전 편차에 따라 변한다.

다시 제2도를 참조하면, 정위치 제어 회로(11)는 화인 위치 편차 신호 DV₂, 접근 신호 ASV 및 속도계 발전기(5)에서 출력하여 실제 속도를 지시하는 신호 AV를 입력하고 주축 정위치 정지 동작이 수행 될 때 주축 속도 지형 신호로 제공되는 회전 위치 편차 RPD, 정위치 완료 신호 ORDEN, 상기 속도에 도달했음을 지시하는 신호 VSR을 출력하는 회전 편자 신호 발생회로(11a)를 구비하고 있다.

정위치 재어 회로(11)는 정위치 지령회로(2)의 출력인 정위치 지령신호 OSCM과 위치 편차신호 발생 회로(11a)의 출력인 신호 VSR을 토대로 하여 루우프 절환 스위치(12)를 작동하는 루우프 절환회로(11b)를 또한 포함하고 있다.

위치 센서(10)의 구조와 동작을 충분히 이해하기 위해 자석체(10a)가 주축(7)에 장작된 경우의 정면도 제3a도와 평면도 제3b도를 참조한다. 여기에서 자석체(10a)와 감지부(10b)의 크기가 주축(7)에 비교하여 너무 확대됐음을 알 수 있다. 자석체(10a)는 주축(7)상에 장착되어 있어 주축(7)상의 소정점이 정지되어야 할 소정 회전 위치에 위치할 때 자석체(10a)의 중심부가 감지부(10b)의 중심부에 일치하게 된다. 주축(7)이 회전할 때 전기회로(10c)는 제3c도에 보인 파형을 갖는 화인 위치 편자신호 DV₂와 접근 신호 ASV를 출력한다. 제4a도에 보인 바와 같이 자석체(10a)는 삼각형의 단면도로 된 자석(10a")(10a"')을 가지고 있으며, 자계의 세기가 주축 회전 방향, 즉 화살표 방향으로 S극에서 N극까지 변하는 방식으로 케이스(10a')내에 장착되어 있다. 감지부는 제4a도에 보인 바와 같이 공작 기계의 기계적 정지부에 장착되어 자석체(10a)와 대향하고 있으며 케이스(10b')내에 구비된 3개의 포화 리애터 SRA₁, SRA₂, SRA₃를 내표하며, 주축 회전 방향으로 배열되어 있다. 코일 L₁, L₂는 제4b도에 표시된 바와 같이, 각 포화 리액터의 코어 CR에 감겨져 있다. 각 코어에 감긴 L₁, L₂는 방대 극성을 띄우도록 권선 되어 있다. 각 코어의 코일은 고주파 신호가 인가되어 공통단자 TA에 연결되며 자석체(10a)의 회전 위치에 따른 신호가 각 코일의 단자 TB, TC로부터 출력한다.

제5도에 보인 리액터에서 출력된 신호를 처리하기 위한 포화 리액터(SRA)들 중 대응 한개와 관련된 회로는 전기 회로(10c)내에 있다. 100kHz의 고주파 신호를 발생하는 펄스 발진기(OSC), 절연 변압기(ITR), 반파 정류기(HWR₁), (HWR₂)가 전기회로(10c)내에 있다. 포화 리액터 SRA는 절연 변압기(1TR)의 중개를 통해 고주파 펄스 신호 HFP에 의해 여기되어, 아날로그 출력 전압이 회로 단자 a, b사이로 출력하며 이 출력 전압은 자석체(10a)의 회전 위치에 따라 자계의 세기가 변하는 외부 자계 H_{e xt}에 비례한다.

단자 a, b로 출력하며 주축(7)의 회전 편차에 따른 아날로그 출력 전압의 작용은 제6도를 참조하여 제4a도에 보인 중앙부에 위치된 리액터(SRA₂)와 관련해서 설명할 것이다. 자석체(10a)가 포화 리액터(SRA₂)에서 멀리 떨어져 리애터에 작용하는 외부 자계가 영의 값이 되면 고주파 펄스 신호 HFP는 제9a도에 보인 바와 같이 신호 HFP의 중심이 리액터 B-H 곡선의 수직 재로신에 위치하여 스윙한다. 다시 말해 코일 L₁, L₂를 쇄교하는 자속수는 동일하여 단자 TB, TC의 출력 전압은 크기에서는 동일하나 위상은 180°만큼 차가난다. 각 포화 리액터(SRA)를 형성하는 코어는 무시할 수 있을 정도로 작은 히스테리시스 특성을 가지고 있다. 단자 TB, TC의 출력 전압은 각각 반파 정류기 HWR₁, HWR₂에 의해 정류되기 때문에, 단자 a, b의 전위는 같으며 a, b사이의 전압은 0볼트가 된다. 지금 주축(7)이 회전하고 자석체(10a)가 중앙부에 설치된 포화 리액터 SRA₂에 접근하면 자석체에 의해 발생되는 외부 자계 H_{e xt}는 포화 리액터 SRA₂에 작용하기 시작한다. 만약, hl이 고주파 펄스신호 HFP에 의해 발생된 자계를 나타낸다고 하면 hl-H_{e xt}에 따른 자속은 제6B 도에 보인 바와 같이 코일 L₁을 쇄교하며, hl+H_{e xt}에 따른 자속은 코일 L₂를 쇄교한다. 만약, 이들 B-H 곡선에 표시한다면, 고주파 펄스신호 HFP는 제6C도에 보인 바와 같이 코일 L₁에 대해 그 중심이 -He xt선에 있으며 스윙하고 재 6D도에 보인 바와 같이 코일 L₂에 대해 +H_{e zt}선에 HFP의 중앙이 위치하여 스윙한다.

따라서 코일 L₁를 쇄고하는 음방향 자속은 코어를 포화시켜서 작은 양의 변화분을 출력시키는 반면 코일 L₂를 쇄교하는 음방향의 자속은 코어를 포화시키지 않기 때문에 비교적 큰 양의 변화분을 출력한다. 유기전압 e는

(여기서 N은 권선수)이 된다는 사실로 볼 때, 단자 b에서의 전위는 단자 a에서의 전위보다 크기 때문에 양 단자 사이의 전위차가 상승하게 된다. 이 전위차는 제4c도의 화인 위치 편차신호 DV₂의 방식으로 변하며 자석체(10a)의 중심이 포화 리액터 SRA₂의 중앙선과 일치하면 0볼트가 되어, 아날로그 전압 신호는 최대 최소 값을 갖는다. 이와 마찬가지로 감지부(10b)의 좌우측에 있는 포화 리액터 SRA₁, SRA₃및 각 리액터와 관련된 2개의 반파 정류기는 다같이 각 대응 회로의 단자 a, b사이로 전위차를 출력한다.

이 전위차는 아날로그 전압 신호로 정의하며 최대 및 최소값을 갖는 화인 위치 편자 신호 DV₂의 전압과 유사하다. 따라서 리액터 SRA₁, SRA₃와 관련된 아날로그 전압 신호는 주축(7)상의 자석체(10a)의 회전에 의존한다.

위치 센서(10)의 전기회로(10c)는 포화 리액터 SRA₃에서 출력하고 자석체(10a)의 회전 운동에 따라 변하는 아날로그 전압 신호를 180°위상 변환을 시킴으로서 제4c도에 보인 신호 DV₃를 출력하는 변환 회로와 포화 리액터 SRA1에서 출력하며 자석체(10a)의 회전 운동에 따라 변하는 DV₁으로 표시되는 아날로그 전압 신호를 신호 DV₃에 합성하여 얻은 제8도에 보인 접근 신호 ASV를 출력하는 회로를 구비하고 있다. 접근 신호 ASV는 주축(7)상의 소정점이 소정 회전 위치 근방의 영역에 도달했음을 지시한다.

회전 위치 편차 신호 발생 회로(11a)의 동작은 제2도 및 제7a도를 참조하여 설명한다. 제2도에 보인 회전위치 편차 신호 발생 회로(11a)는 위치 센서(10)로부터 화인 위치 편차 신호 DV₂와 접근 신호 ASV 및 속도계(5)의 출력인 실제속도 신호 AV를 입력한다. 신호 AV는 회전 위치 편차 신호 발생 회로(11a)에서 적분되고 적분 결과인 출력전압이 초기 설정 전압 ISV와 감산된다(주축이 정방향으로 회전하면 -V_i이고, 역방향으로 회전하면 +V_i이다). 따라서 신호 AV는 콜스(coarse) 위치 편차 신호 CPD로 변환된다. 더우기, 제7a도에 보인 초기 설정 전압 ISV와 바이어스 신호 BIS는 회전 위치 편차 신호 발생 회로(11a)내에서 형성된다. 전압 ISV의 전압치 V_i는 하의 기어 설정의 경우에 주축의 일회전(360°)에 대융하는 회전 위치 편차와 동일하도록 설정된다.

정위치 지령 회로(2)의 출력인 정위치 지령 신호 ORCM에 따라서 속도 지령 CV는 주축 정지 모우드가 제1A도에 보인 바와 같이 하이 기어 조건에 대해 시작하는 속도 V_H와 일치하는 전압에 도달하며, 로우 기어 조건에서는 주축 정지 모우드가 제1b도에 보인 바와 같이 시작되는 속도 V_L과 같은 전압에 도달한다. 따라서, 주축(7)의 회전 속도는 떨어져서 지령속도에 도달하면 전술한 속도가 도달했음을 지시하는 신호 VSR이 논리 "1"이 된다. 이것이 발생하면 회전 위치 편차 신호 발생 회로(11a)는 신호 VSR이 논리 "1"이 되는 시간에서 주축이 소정 회전 위치에 처음으로 도달하는 시간 t₂까지 초기 설정 전압 ISV를 출력한다. 초기 설정 전압 ISV는 물론 로우와 하이 기어 설정 사이에서는 다르다.

예를 들어, ISV는 하이 기어 조건에서 V_H와 일치하며 로우 기어 설정에서는 V_L과 일치한다는 것은 명백하다. 더우기, 소정 회전 위치에서 정지되야 할 시간에서 정방향으로 주축이 회전하고 있다고 가정한다.

주축이 계속 회전하여 자석체(10a)(주축상의 소정점)가 두번째로 소정 회전 위치에 도달하면, 극성이 음이되는 콜스 위치 편차 신호 CPD는 자석체(10a)가 소정 회전 위치 근방의 영역 NCP(-θ₁과 +θ₂사이로 정의함)에 가까이 접근할 때까지 즉 -θ₂위치에 도달할 때까지 출력된다. 더우기, 바이어스 신호 BIS는 상기 영역 NCP에 도달할 때까지 출력한다. 화인 위치 편차 신호 DV₂는 자석체(10a)가 소정 회전 위치 근방의 영역 NCP에 도달하여 들어온 후에 출력한다. 이러한 동작들의 결과로 제7a도에 보인 극성이 음인 회전 위치 편차 신호 RPD가 출력한다. 바이어스 신호 파형 BIS는 θ₂=θ₁라 녹음으로서 신호 RPD에서 제거될 수 있다는 것을 알 수 있다.

만약, 주축이 역방향으로 회전하는 동안 소정 회전 위치에 정지된다면 +V_i가 신호 ISV로서 출력하며, 야의 극성을 갖는 콜스 위치 편차 신호는 신호 CPD로서 그리고, +JV_i는 신호 BIS로서 출력한다. 그 결과, 양의 극성을 갖는 회전 위치 편차 신호 RPD를 출력한다.

주축 정위치 정지 재어 회로의 동작은 주축(7)이 정방으로 회전하는 경우에 대해 제7b도를 참조하여 설명할 것이다. 제7b도의 신호 RPD는 절대값의 형태로 표시됨을 알 수 있다.

주축 회전 중 절환스위치(12)는 제2도와 같이 a측에 연결되어 속도 재어 루우프를 형성한다. 상술하면 가산기(3a)는 속도 지령신호 CV와 속도계발전기(5)의 출력인 평균 속도 신호 AV를 입력 응답으로 회전속도 편자 전압을 출력한다. 전압-위상 변환기(3c)는 속도 편차 전압에 따라 다이리스터 변환기(3d)내의 다이리스터의 점호각을 제어하며 다이리스터 변환기는 직류 전등기(4)에 인가되는 전압을 조정하여 전동기(4)의 실제속도는 조정되어 속도 지령과 일치하게 된다. 따라서, 속도 제어 루우프는 주축이 대략 지령속도에서 회전하도록 전동기의 속도를 조정한다.

가공 작업이 이러한 조건하에서 완료되면 수치 제어 소자와 같은 제어소자는 정위치 지령 회로(2)를 지시하여 정위치 지령 신호 ORCM를 시간 t₀에 루우프 절환회로(11b)에 인가하고 이 회로를 세트 상태에 놓는다. 동시에 정위치 지령 신호 ORCM은 속도 지령 회로(1)에 인가되고, 속도 지령 CV는 V_H또는 V_L과 같은 전압에 도달한다. 결과적으로, 주축의 실제 속도는 감소하여 속도 지령 CV에 도달한다. 실제 속도가 속도 지령갑과 일치하게 되면 신호 VSR가 위치 편차 신호 발생 회로(11a)내에서 출력하며 루우프 절환회로(11b)가 스위치(12)를 b측에 절환시켜 회로 동작이 속도 제어에서 위치 저어로 변하게 한다. 회전 위치 편차 신호 발생 회로(11a)는 신호 VSR에 응답하여 초기 설정 전압 ISV를 출력하기 때문에 속도 루우프가 절환된다해도 주축은 V_H또는 V_L의 일정 속도로 계속 회전한다. 자석체(10a)가 계속 회전하여 시간 t₂에 소정 회전 위치에 도달하면 회전 위치 편차 신호 발생 회로(11a)는 콜스 위치 편차 신호 CPD를 출력하기 시작한다. 축이 계속 회전하여 자석체(10a)가 시간 t₃에 소정 회전 위치 근방의 영역에 도달하면, 위치편차 신호 발생 회로(11a)는 바이어스 신호 BIS를 출력한다. 그후, 자석체(10a)가 시간 t₄에 상기 영역에 도달하면, 화인 위치 편차 신호 DV₂가 술력하기 시작한다. 신호 DV₂가 영까지 감소하면, 즉 자석체의 중심 부분(주축 상의 소정점)이 직접 포화 리액터 SAR₂의 중심부와 대향하면, 주축은 회전을 정지한다. 이것으로 주축의 위치 제어는 완료하게 된다.

회전 위치 편차 신호 발생회로(11a)의 주요부를 충분히 이해하기 위해 제8도의 세부 회로도를 참조하고, 제9도의 관련 타이밍도를 참조한다. 제2도의 부분과 동일한 제8도의 부분은 동일한 에시 번호를 병기하고 이에 대한 설명은 약한다.

제8도에서 회로(101)는 초기 설정 전압 ISV및 바이어스 신호 BIS를 발생하기 위해 구비되어 있고 실제도 전압 신호 AV를 적분하며 적분 동작의 결과인 출력 전압을 초기 설정 전압 ISV에서 감산하도록 구비되어 있다. 특히, 절환 스위치 SW는 주축 회전 방향에 따라서 +15 볼트 또는 -15볼트 중 어느 한쪽에 절환된다. 만약, 주축이 정방향으로 회전한다면 -15볼트 측으로 연결된다. 이 전압은 저항 r₁,r₂에 의해 분압되어 증폭기(AMP₁), 저항 및 스위치(S₉)를 통해 콘덴서(C)에 충전되며 이 콘덴서에 충전된 전압은초기 설정 전압 ISV의 값인 Vi가 되다. 만약, 스위치 S₉가 개방된 후 실제 속도 신호 AV가 스위치 S₈또는 S₇를 통해 회로(101)에 입력한면, 실제 속도 신호 AV의 전압치가 V_i보다 낮기 때문에 콘덴서 C는 시정수 RC로 방전하며, 초기 설정 전압 ISV에 실제속도 신호 AV를 적분하여 얻은 출력 전압을 감산하여얻은 콜스위치 편차신호 CPD가 증폭기(AMP₂)의 출력 단자에 나타난다. 증폭기(AMP₂), 저항(R) 및 콘덴서(C)로 적분 회로가 구성된다. 만약, 신호 CPD의 전압이 특정값 V_i에 도달한 후 스위치 S₉, S₁₀이 단락되면, 회로(101)는 승폭기로서 동작하고 특정 레벨 V_j에 있는 바이어스 신호 BIS는 증폭기 AMP₂의 출력단자에서 출력한다. 다시 말해, 스위치 S₉~S₁₀의 개폐 동작을 조합하여 타이밍을 맞추면 처음에는 초기 설정 전압 ISV가 출력하고 그 다음에 콜 스위치 편차 신호 CPD, 마지막으로 바이어스 신호 BIS가 출력한다.

예시 번호 102,103은 기어비에 따라 이득을 절환하는 절환회로들을 나타낸다. 이 회로들은 직류 전동기 (4)와 주축(7)사이의 기어가 낮게 설정되면 위치 제어 루우프의 위치 이득이 높게 설정되도록 동작한다. 특히, 스위치 S₇, S₂가 단락되면 로우 기어의 경우에 이득이 증가하며, 스위치 S₈, S₃이 단락되면 하이 기어의 경우에 이득은 감소한다.

이득 절환회로(103)는 아날로그 가산기(AAD), 가산기의 이득을 조정하는 가변 저항(VR₁),가산기(AAD)의 출력 전압을 분압하며 분압비를 조정하는 가변 제항(VR₂), 주축 정지 위치를 조정하는 가변 저항(VR₁')(VR₂')및 스위치(S₂)(S₃)를 내포하고 있다. 가변 저항 VR1은 로우 기어 설정에 대해 위치 이득을 조정하기 위한 것이고, 가변 저항 VR₂는 하이 기어 설정에 대해 위치 이득을 조정하기 위한 것이다. 가변저항 VR₁',VR₂'는 주축의 정지 위치를 조정하는데 사용된다. 좀 더 상술하면 위치 이득이 기어의 하이, 로우에 따라 변하므로 정지 위치 축이 정상 편차에서 변하는 경우가 있다. 따라서, 가변 저항 VR₁', VR₂'가 이 축의 정지 위치를 올바로 정정하기 위해 구비되어 있다. 상기 설비에 따라 절환회로(102)(103)에 의해 이득을 절환하므로서 출력단자(OUT)에서 축력하는 회전 위치 편차 전압 RPD의 크기가 하이 기어에 있어서의 크기보다 로우 기어에 있어서 수비나 더 크게 할수 있도록 한다. 따라서 로우 기어 조건하에서 주축 전동기의 회전 속도를 증가하고 주축 위치 제어 동작에 요하는 시간을 감소시킬 수 있는 것이 가능하다.

회로(101)의 출력의 절대 값을 취하는 공지된 절대값 회로는 예시 번호 104로 표시되어 있다. 비교기(105)는 콜스위치 편차 신호 CPD가 소정 값 이하로 떨어졌는지 아닌지를 검출하고 소정 부분 (자석체(10a))이 소정 회전 정지 위치 근방의 영역 NCP에 가까이 왔는지를 지시하는 신호 NRPS를 출력한다. 신호 NRPS는 스위치 S₉, S₁₀을 단락한다.

이득 조정 회로(106)는 자석체(10a)와 감지부(10b) 사이의 공극에 따라 이득을 조정하고 상기 물매를 갖는 검출 전압 DV₂(화인 위치 편차 전압)를 출력한다. 슬라이서 회로(107)는 소정 레벨에서 접근 신호 ASV를 슬라이스 하고, 자석체가 소정 회전 위치 근방의 영역에 도달했음을 지시하는 신호 LS를 출력한다. 신호 LS는 스위치 S₅, S₆을 개방하고 스위치 S₄를 단락한다. 따라서 화인 위치 편차 신호 DV₂는 편차 신호 출력한다.

정-부 절환회로(108)는 주축이 정방향으로 회전 제어되는 경우에 스위치 S₅를 단락시키고, 부영향으로 회전 제어되는 경우에는 스위치 S₆을 단락시킨다. "인포지숀"신호 발생회로(109)는 비교기를 구비하고 있으며 화인 위치 편차 신호 DV₂를 지시하여 주축이 소정 회전 위치 영역내에 있을 때 인포지숀 신호 INPOS를 발생한다. 그 후 정위치 동작의 완료를 지시하는 신호가 수치 제어 장치로 입력한다.

비교기(110)(111)는 화인 위치 편차 신호 DV₂를 지시하고, 주축이 역방향으로 회전하는 동안 소정 회전위치에 도달했는가(논리 "1"에서 신호 NEF) 또는 정방향으로 회전하는 동안 소정 회전 위치에 도달했는가(논리 "1"에서 신호 POS)를 검출하는 신호 NEG, POS를 각각 출력한다. 신호 NEG, POS중 어떤 것이 "1"이냐에 따라 신호 NZR과 LS에 의해 스위치 S₅,S₆중에 한개는 단락되고 다른 쪽은 개방된다. 이득 절환회로(103)의 아날로그 가산기 AAD는 스위치 S₄, S₅는 또는 S₆의 개폐 상태에 따라서 화인 위치 편차 신호 또는 콜 스위치 편차 신호중 어느 한쪽을 입력한다. 속도 검출 회로(113)는 주축의 실제 속도를 지시하는 전압 AV를 입력하여 AV가 영으로 떨어질 때 영 속도 신호 VZR을 발생한다. 정위치 완료 신호 발생 회로(114)는 인포지숀 신호 INPOS, 영 속도 신호 VZR 및 정위치 지령 신호 ORCM을 입력하여 이 신호들의 논리곱을 취한다. 다시 말해 INPOS, VZR 및 ORCM이 모두 논리 "1"이 되면 정위치 완료 신호 ORDEN을 출력한다.

요약해서, 정위치 지령 신호 ORCM이 시간 t₀에 논리 "1"이 되면, 지령 속도 전압 CV는 감소하며 또, 실제 속도 AV도 감소하여 시간 t₁에 AV는 V_i가 된다. 이때 소정 속도에 도달했음을 지시하는 신호 VSR가 논리 "1"이 되고 스위치(12)과 절환되어 스위치 S₂, S₃중 한개가 기어의 하이 토우에 따라 단락되며, 스위치 S₅,S₆중 한개가 주축 회전 방향이 정방향인가 역방향인가에 따라 단락된다. 이것으로 위치 제어루프가 형성되며 하이 기어인 경우에는 초기 설정 전압 ISV(=V_i)가 절환 스위치(12)에서 출력하며 로우기어인 경우에는 K·V_i(>1)가 출력한다. (스위치 S₉는 단락 스위치 S₇, S₈, S₁₀을 개방되어 있음을 알 수 있다).

결과적으로 직류 전동기는 V_i또는 K.V_i에 따라 일정 속도로 회전을 계속하여 주축이 시간 t₁에 소정 회전 위치에 도달한다(즉, 신호 LS는 "1"이고, 신호 INPOS는 "1"이다). 따라서 시간 t₂에 스위치 S₉는 개방되고 스위치 S₇, S₈중 한개가 기어의 로우 하이 설정에 따라 단락된다. 따라서 콜 스위치 편차 신호 CPD는 절환 스위치(12)에서 출력된다. 그 후, 실제 속도와 위치 편차는 감소하고 주축이 시간 t₃에 소정 회전 위치 근방 영역에 도달하면 비교기(105)는 신호 NRPS(논리 "1")를 출력하며 그 반면 스위치 S₉, S₁₀은 단락된다. 결과적으로 소정 레벨의 바이어스 신호 BIS는 절환 스위치(12)에서 출력된다. 주축이 천천히 회전을 계속하여 시간 t₄에 소정 회전 위치 근방의 영역 NCP에 도달하면, 신호 LS는 "1"이 되며 스위치 S₅, S₆은 개방스위치 S₄는 단락된다. 따라서 화인 위치 편차 신호 DV₂는 절환 스위치(12)에서 출력한다. 자석체(10a) (주축상의 소정점)가 소정 회전 위치 영역내에 들어오면 인포지숀 신호 INPOS가 발생한다. 이후 주축의 실제 속도는 영으로 떨어지고 이 때문에 영 속도 신호 VZR은 논리 "1"이된다. 이렇게 하여 주축 정위치 정지 제어 동작이 완료되며, 정위치 완료 신호 ORDEN이 정위치 완료 신호 발생 회로(114)에서 출력한다.

위치 이득이 지령값 근방에서 임계치를 초과하면 오버 슈팅과 헌팅이 발생하는 것으로 알려져 있다.이것은제10도를 참조하여 설명할 것이다.

제10도에서 사선 친 부분은 오버 슈팅이 일어나지 않는 임계 영역을 나타낸다. 실선은 위치 이득이 지령값 근방에서 임계치를 초과하는 경우를 나타내고 점선 부분은 위치 이득이 지령값 근방에서 임계치를 초과하지 않는 경우는 나타낸다. 전자의 경우에는 오버 슈팅이 일어나지만 후자의 경우에는 일어나지 않는다. 따라서, 위치 이득의 설정에는 이점을 고려할 필요가 있다.

상기 설명과 같은 본 발명에 따라 위치 이득은 기어의 하이, 로우 설정에 관계없이 일정하게 유지될 수 있으며 로우 기어 조겅에서도 주축을 소정 위치에 정지시키는데 필요한 시간이 현저하게 감소될 수 있다. 따라서, 가공 시간이 실질적으로 증가하며 작업 효율도 향상된다.

본 발명은 변속 기구로서 기어가 사용된 경우에 대해 설명을 하였지만 본 발명의 클러치형 변속 장치 등에도 적용될 수 있음은 명백하다. 더우기, 상기에 설명된 위치 센서는 자기 센서에 국환되는 것은 아니다. 위치 센서호 적합한 것은 위치 코더, 레졸버 등과 같은 것이다.

본원 발명은 주축 소정 부분의 현재 위치와 조축 소정 부분이 정지되야 할 정위치와의 위치 편차가 영으로 감소되도록 주축을 변속 기구를 통해 구동한 후 주축이 소정 회전 위치에 있는 특정 지점에 정지시키는 주축 정위치 정지 제어 ㅂ아식에 있어서, 주축 전동기의 속도를 주축 위치 편차에 따르는 전동기의 회전양으로 계산하여 얻은 위치 이득이 상기 변속 기구에 의해 주축 전동기와 주축 사이에 설치된 변속비에 관계없이 실질적으로 일정하게 유지하여 주축이 소정 회전 위치에 있는 특정점에 정지하도록 하는 제어 장치를 구비한 것과, 주축상의 특정점이 정위치에 도다하기 전에 주축 전동기의 일회전 속도를 주축 일회전에 요하는 전동기 회전양으로 제산하여 얻은 위치 이득이 주축 정지 제어 모드 중 정밀하게 조정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 보다 양호한 실시예에 관하여 설명됐지만 여러 변형과 수정이 상기 지침면에서 가능하다는 것이 자명하다. 따라서 특허청구범위 내에 본 발명이 특별히 설명된 것과는 다른 실시예가 있을 수 있다는것을 이해하게 될 것이다.

Claims (1)

1. 주축 소정 부분의 현재 위치와 주축 소정 부분이 정지할 정위치와의 위치 편차가 영으로 감소하도록 주축을 변속 기구를 통하여 구동하여 주축 소정 부분을 정위치에 정지시키는 주측 정위치 정지 제어 방식에 있어서, 전동기 속도를 상기 주축의 위치 편차에 따른 전동기의 회전량으로 계산하여 얻어지는 위치 이득이 상기 변속 기구에 의한 전동기와 주축 사이의 변속비에 관계없이 거의 일정하게 되도록 제어하여 주축 소정 부분을 정위치에 정지시킴을 특징으로 하는 주축 정위치 정지 제어 방식.

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