WO2017052017A1 - 전동 공구의 제어 방법 - Google Patents

전동 공구의 제어 방법 Download PDF

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WO2017052017A1
WO2017052017A1 PCT/KR2016/003604 KR2016003604W WO2017052017A1 WO 2017052017 A1 WO2017052017 A1 WO 2017052017A1 KR 2016003604 W KR2016003604 W KR 2016003604W WO 2017052017 A1 WO2017052017 A1 WO 2017052017A1
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WO
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nut
current
torque
electric motor
speed
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PCT/KR2016/003604
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Inventor
오성섭
이종진
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계양전기 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors

Definitions

  • the present invention relates to a control method of a power tool, and more particularly, to a control method of a power tool capable of fastening a nut in an assembling process of an automobile or the like.
  • the fastening process of the nut is as follows. First, the nut is moved toward the workpiece by rotating along the thread of the bolt by the power tool. However, if the nut meets the workpiece, that is, at the time of seating, the rotational speed of the nut is significantly reduced. The nut is then further torqued to tighten it. This is to prevent the nut from loosening in the future. That is, the fastening process is terminated by providing the nut with a predetermined target torque to finally tighten the nut.
  • the power tool quickly seated the nut while rotating at high speed with low torque to the nut before seating.
  • the nut was set either to 1) a continuous torque continuously provided without being interrupted in the middle, or 2) an impact torque that occurs intermittently but provides an instant impact.
  • the continuous torque has a problem that a relatively large reaction force is generated compared to the impact torque.
  • impact torque has a problem that can not accurately control the torque compared to the continuous torque, there was a problem that the energy consumption is relatively higher.
  • Embodiments of the present invention have been made to solve the above problems, to provide a control method of a power tool that can be fastened nuts, etc. accurately. In particular, it aims to be able to fasten at the same time while minimizing the energy required by the power tool.
  • an object of the present invention is to reduce the defective rate of the fastening process in case the power tool is not controlled as set in advance due to a defective fastening member.
  • an electric motor is disposed, the control method of the power tool for fastening the nut by controlling the current supplied thereto, the step of seating the nut; Determining whether the rotational speed of the electric motor reaches a preset speed Vt at the time of seating; And in the determining step, a first-first control step of gradually reducing the speed Vt by supplying a brake current to the electric motor when the speed Vt is reached. And a second control step of intermittently supplying a square wave current whose magnitude gradually increases after stopping the supply of the current to zero the rotation speed.
  • the seating step includes the step of rapidly increasing the rotational speed of the electric motor from zero; And maintaining the rotational speed constant until the nut is seated.
  • the first-first control step may provide continuous torque to the nut, and the continuous torque is gradually increased to apply a target torque to the nut.
  • the continuous torque may reach the target torque when the rotation speed becomes zero.
  • the instantaneous rate of change with respect to the rotational speed in the step 1-1 is greater than or equal to D, stopping the supply of the current to zero the rotational speed, and then intermittently supplying a square wave current gradually increasing in magnitude. It may further include a 1-2 control step.
  • the first and second control steps are performed such that the final value of each square wave current coincides with an initial value, and every increment of the initial value is smaller than an increase with respect to the initial value of the immediately preceding square wave current. Can be controlled.
  • the square wave current may provide an impact torque to the nut, and the impact torque is gradually increased in magnitude so that a target torque is applied to the nut.
  • the fastening process of the nut can be proceeded at the same time while minimizing the required energy.
  • the method of providing torque may be immediately switched to significantly reduce the failure rate of the fastening process.
  • the impact torque can be reached quickly to the target torque, thereby improving productivity.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a control method of a power tool according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph of current and impact torque in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the control method of the power tool includes a seating step (S10), a determining step (S20), a first-first control step (s30), a first-second control step (s35), and a second control step. (s40).
  • the control method of the present invention can be applied to a power tool using an electric motor as a means for providing torque. At this time, the nut is fastened through the control of the electric current supplied to the electric motor.
  • the step of seating (s10) is a step of applying a torque to the nut or bolt to give a predetermined fastening force.
  • the term "seating" refers to the state of the nut when the rotational speed of the nut sharply drops from the moment when the nut meets the workpiece as the nut moves forward along the thread of the bolt.
  • the fastening process of the nut is completed only after the nut is further tightened after the nut is seated.
  • the step of seating (s10) includes the step of raising and maintaining.
  • the raising step is a step of rapidly increasing the rotational speed of the electric motor at zero.
  • the current is temporarily supplied to the stationary electric motor to increase its rotational speed instantaneously. This can shorten the time required for the seating step (s10), thereby improving productivity.
  • the operator can calculate the approximate average required energy in the fastening process using a particular kind of nut.
  • the average required energy may vary depending on the fastening method. Therefore, it should be preceded by first optimizing the fastening method so that the minimum average required energy is consumed.
  • the inertial force may be utilized by controlling the current supplied to the electric motor to control the rotational speed of the electric motor. At this time, assuming that the calculated average required energy is used, the same electrical energy may be supplied to the electric motor to complete the fastening process.
  • the rotational speed of the electric motor reached to a constant speed is kept constant until the nut is seated. That is, as described above, the control method controls the rotational speed of the electric motor to proceed with the fastening process of the nut. At this time, a relatively constant low torque is constantly applied to the nut, but the nut can be quickly seated by the high speed rotation of the electric motor.
  • the timing of seating can be predicted accurately, and the time taken for seating by the electric motor rotating at high speed can be shortened. That is, productivity of the fastening process can be improved.
  • the determining step S20 is a step S20 of determining whether the rotational speed of the electric motor has reached a preset speed Vt at the time of seating.
  • the speed Vt is an optimized speed for finally tightening the nut after seating and finally applying the target torque to the nut. That is, the nut can be tightened by the inertia force of the electric motor having the speed Vt.
  • the rotational speed of the electric motor can reach the speed Vt at the time of seating.
  • the rotation speed may not reach the speed Vt.
  • the first-first control step s30 is a step of gradually decelerating the speed Vt by supplying a brake current to the electric motor.
  • the rate of deceleration may be variable or may be a constant. That is, the brake current is controlled in consideration of the inertial force due to the speed Vt at the time of seating.
  • the power tool may further include a current control unit for controlling the rotational speed of the electric motor.
  • the current controller is responsible for controlling the current supplied to the electric motor.
  • the brake current has a direction opposite to the direction of the current previously supplied to the electric motor.
  • the brake current is supplied continuously only after the seating time is changed until the target torque is applied to the nut. That is, the brake current can be represented in various forms of graph if the target torque can be applied to the nut. However, the brake current is preferably controlled so that the target torque is applied to the nut at the moment when the magnitude thereof becomes zero.
  • the power tool may further include a speed sensor that can detect the rotational speed of the electric motor. And even if the rotational speed is controlled as set, the power tool needs to measure in real time the measured torque actually applied to the nut.
  • the power tool may further comprise a torque sensor. At this time, the speed sensor and the torque sensor are continuously provided.
  • the current controller can appropriately control the brake current as described above. Specifically, the current controller may consider both the real-time rotational speed of the electric motor and the real-time measurement torque actually applied to the nut by the power tool to control the brake current.
  • the first-first control step s30 may be regarded as providing continuous torque to the nut. This is because the nut is tightened little by little with the torque gradually increasing by the brake current, and finally the target torque is applied to the nut because the provision of this torque is continuous.
  • continuous torque refers to torque continuously provided without being interrupted in the middle.
  • target torque refers to the torque finally applied to the seated nut, the fastening process can be terminated normally if the measured torque detected by the torque sensor matches the target torque.
  • the graph of the measured torque is controlled by the brake current supplied to the electric motor so that the measured torque gradually increases continuously.
  • the continuous torque can reach the target torque when the rotational speed of the electric motor becomes zero. That is, the current control unit preferably controls the rotational speed to zero when the target torque is applied to the nut.
  • control method of the power tool having the seating step (s10), the determining step (s20) and the first-first control step (s30) is a method of controlling only the rotational speed of the electric motor, the average required for the fastening process Energy can be saved. This is a result of precisely controlling the rotational speed of the electric motor while utilizing the inertia force of the electric motor.
  • the second control step s35 is additionally performed immediately.
  • a defect may exist in the fastening surface of the fastening member such as the thread of the bolt. Then, the rotational speed of the electric motor is affected by such a defect and the change rate at that moment may change.
  • D is a value exceeding 0 and may have a relatively large value because the rotation speed may change rapidly according to a failure.
  • the flow of current supplied to the electric motor is immediately stopped and its rotational speed is zero. At this time, the rotational speed may become zero only after a certain time is taken by the action of the inertia force due to the shaft rotation of the electric motor.
  • the current controller performs control for intermittently supplying the square wave current whose magnitude gradually increases to the electric motor.
  • the power tool may be switched from a method of providing a continuous torque by controlling the rotational speed of the electric motor to a control method of providing an impact torque.
  • the impact torque refers to a torque that occurs intermittently but provides an instantaneous impact force.
  • the square wave current controls the current so that the final value corresponds to the initial value and every increment of the initial value is smaller than an increase with respect to the initial value of the immediately preceding square wave current.
  • f1 is greater than f2.
  • f2 is larger than f3.
  • f1, f2 and f3 correspond to increments between neighboring currents. That is, a control method is used in which the increase of the current is increased at the beginning and the increment is gradually decreased.
  • d1 is larger than d2.
  • D2 is larger than d3.
  • d1, d2 and d3 correspond to the increment between neighboring measurement torques. In other words, the impact torque may gradually increase to quickly reach the target torque.
  • the above-described torque sensor can measure the torque actually applied to the nut.
  • the current controller may supply a current corresponding to the initial value of the square wave current corresponding to the initial value of the next impact torque.
  • the current controller supplies the square wave current. Blocking will terminate the fastening process.
  • the second control step S40 is performed. This is because, if the rotational speed does not reach the speed Vt at the time of seating, the fastening process using the inertia force of the electric motor cannot provide the target torque to the nut and thus becomes a defect.
  • the second control step s40 stops the flow of the current supplied to the electric motor at this time, and makes the rotational speed zero.
  • the rotation speed may become zero only after a predetermined time elapses due to the action of inertial force.
  • the current controller performs control to intermittently supply the square wave current whose magnitude gradually increases to the electric motor.
  • the second control step s40 is mostly the same as the control method of the square wave current for providing the impact torque described in the 1-2 control step s35. Therefore, the detailed description thereof will be omitted below.
  • the control method including the seating step (S10), the determining step (S20), and the second control step (s40) may minimize the average required energy for the fastening process.
  • a method which can prevent the failure of the fastening process resulting from it when the power tool is sometimes not properly controlled may minimize the average required energy for the fastening process.

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Abstract

전동 모터가 배치되고, 이에 공급되는 전류를 제어하여 너트를 체결하는 전동 공구의 제어 방법에 있어서, 상기 너트를 착좌시키는 단계; 착좌되는 시점에서 상기 전동 모터의 회전 속도가 미리 설정된 속도 Vt에 도달하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계에서, 상기 속도 Vt에 도달하면, 상기 전동 모터에 브레이크 전류를 공급하여 상기 속도 Vt를 점진적으로 감속시키는 제1-1 제어 단계;를 포함하고, 상기 속도 Vt에 도달하지 못하면, 상기 전류의 공급을 중단하여 상기 회전 속도를 제로로 한 후, 크기가 점차 증가하는 사각파 전류를 간헐적으로 공급하는 제2 제어 단계;를 포함하는 전동 공구의 제어 방법을 제공한다.

Description

전동 공구의 제어 방법
본 발명은 전동 공구의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 등의 조립 공정에서 너트를 정확하게 체결할 수 있는 전동 공구의 제어 방법에 관한 것이다.
볼트, 너트 등을 체결하는 작업자는 작업 중 전동 공구에서 반복적으로 발생하는 반력에 의해 부상에 노출되기 쉽다. 최근, 자동차 등의 조립 공장은 조립 라인의 상당 부분이 자동화되어 있다. 그러나, 볼트, 너트의 체결을 담당하는 구역 중 일부는 여전히 작업자에 의해 이루어지고 있는 실정이다.
한편, 자동차 산업에서 너트 등의 체결은 안전과 밀접한 관련이 있기 때문에 특히 더 높은 수준의 체결 품질을 요구한다. 동시에, 그 체결 공정은 고생산성을 위해 신속하게 종료될 것이 요구된다. 따라서, 전동 공구 내부에는 너트 체결을 전담하는 제어 프로그램이 내장되어 있다.
너트의 체결 과정은 다음과 같다. 먼저 너트는 전동 공구에 의해 볼트의 나사산을 따라 회전하면서 피작업물을 향해 이동하게 된다. 그러나, 너트가 피작업물과 만나게 되면 즉, 착좌되는 시점에서 너트의 회전 속도는 현저히 떨어지게 된다. 이후, 너트에는 이를 단단히 조여 주기 위한 토크가 더 가해진다. 혹시라도 추후에 너트가 풀리는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 체결 공정은 너트에 미리 정해진 목표 토크를 제공하여 너트를 최종적으로 조여 줌으로써 종료된다.
종래, 전동 공구는 착좌 이전에는 너트에 낮은 토크로 고속으로 회전시키면서 너트를 신속하게 착좌시켰다. 그리고, 착좌된 이후에는 전동 공구에 따라 1) 중간에 단절됨이 없이 연속적으로 제공되는 연속 토크 또는 2) 간헐적으로 발생하되 순간적인 임팩트를 제공하는 임팩트 토크 중 어느 하나가 너트가 가해지도록 설정되어 있었다.
그러나, 연속 토크는 임팩트 토크에 비해 상대적으로 큰 반력이 발생되는 문제점이 있었다. 반면, 임팩트 토크는 연속 토크에 비해 토크를 정확하게 제어할 수 없다는 문제점, 상대적으로 에너지 소비가 더 높다는 문제점이 있었다.
또한, 연속 또는 임팩트 토크를 사용할 때, 볼트 등의 나사산에 간혹 도장면 등이 남아 있는 경우 즉, 볼트 등이 불량이면 체결 품질의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 너트 등을 정확하게 체결할 수 있는 전동 공구의 제어 방법을 제공하고자 한다. 특히, 전동 공구에서 소요되는 에너지를 최소화 하면서 동시에 신속하게 체결 가능한 것을 목적으로 한다.
또한, 체결 부재의 불량 등으로 전동 공구가 미리 설정된 대로 제어되지 못하는 경우 이를 대비하여 체결 공정의 불량률을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 전동 모터가 배치되고, 이에 공급되는 전류를 제어하여 너트를 체결하는 전동 공구의 제어 방법에 있어서, 상기 너트를 착좌시키는 단계; 착좌되는 시점에서 상기 전동 모터의 회전 속도가 미리 설정된 속도 Vt에 도달하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계에서, 상기 속도 Vt에 도달하면, 상기 전동 모터에 브레이크 전류를 공급하여 상기 속도 Vt를 점진적으로 감속시키는 제1-1 제어 단계;를 포함하고, 상기 속도 Vt에 도달하지 못하면, 상기 전류의 공급을 중단하여 상기 회전 속도를 제로로 한 후, 크기가 점차 증가하는 사각파 전류를 간헐적으로 공급하는 제2 제어 단계;를 포함하는 전동 공구의 제어 방법을 제공한다.
상기 착좌시키는 단계는 상기 전동 모터의 회전 속도를 제로에서 급격하게 상승시키는 단계; 및 상기 회전 속도를 상기 너트가 착좌되는 시점까지 일정하게 유지하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1-1 제어 단계는 상기 너트에 연속 토크를 제공할 수 있고, 상기 연속 토크는 점진적으로 증가하여 상기 너트에 목표 토크가 가해지는 것이 바람직하다.
상기 연속 토크는 상기 회전 속도가 제로로 되는 시점에서 상기 목표 토크에 도달할 수 있다.
상기 제1-1 제어 단계에서 상기 회전 속도에 대한 순간 변화율이 D이상이면, 상기 전류의 공급을 중단하여 상기 회전 속도를 제로로 한 후, 크기가 점차 증가하는 사각파 전류를 간헐적으로 공급하는 제1-2 제어 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1-2 및 제2 제어 단계는 각각의 상기 사각파 전류의 최종값이 최초값과 일치하고, 상기 최초값의 매 증가분은 바로 이전 사각파 전류의 최초값에 대한 증가분보다 작아지도록 전류를 제어할 수 있다.
상기 사각파 전류는 상기 너트에 임팩트 토크를 제공할 수 있고, 상기 임팩트 토크는 크기가 점진적으로 증가하여 상기 너트에 목표 토크가 가해지는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명에 의해, 너트의 체결 공정은 소요되는 에너지를 최소화할 수 있으면서 동시에 신속하게 진행될 수 있다. 또한, 체결 부재의 불량 등으로 전동 공구가 적절하게 제어되지 못하는 경우 토크의 제공 방식이 즉시 전환되면서 체결 공정의 불량률을 현저하게 감소시킬 수 있다.
동시에, 전동 공구에서 임팩트 토크를 제공할 때, 임팩트 토크는 신속하게 목표 토크에 도달될 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 공구의 제어 방법을 나타내는 순서도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 및 임팩트 토크의 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 공구의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 전동 공구의 제어 방법은 착좌시키는 단계(s10), 판단하는 단계(s20), 제1-1 제어 단계(s30), 제1-2 제어 단계(s35) 및 제2 제어 단계(s40)를 포함한다.
본 발명의 제어 방법은 토크의 제공 수단으로 전동 모터를 사용하는 전동 공구에 적용될 수 있다. 이 때, 너트는 전동 모터에 공급되는 전류의 제어를 통해 체결되게 된다.
우선, 착좌시키는 단계(s10)는 너트 또는 볼트에 토크를 가하여 소정의 체결력을 부여하는 단계이다. 구체적으로, '착좌'라고 함은 너트가 볼트의 나사산을 따라 회전하면서 전진하게 됨에 따라, 너트가 피작업물과 만나 접촉하는 순간부터 너트의 회전 속도가 급격하게 떨어질 때의 너트의 상태를 말한다. 그런데, 너트의 체결 공정은 너트가 착좌된 이후 너트를 더 조여 준 후에 비로소 완료된다.
그리고, 착좌시키는 단계(s10)는 상승시키는 단계 및 유지하는 단계를 포함한다. 상승시키는 단계는 전동 모터의 회전 속도를 제로에서 급격하게 상승시키는 단계이다. 즉, 정지 상태의 전동 모터에 일시적으로 전류를 공급하여 순간적으로 그 회전 속도를 상승시키는 것이다. 이는, 착좌시키는 단계(s10)에서 소요되는 시간을 단축할 수 있어 생산성 향상의 효과가 있다.
한편, 작업자는 특정 종류의 너트를 사용하는 체결 공정에서 대략적인 평균 소요 에너지를 산출할 수 있다. 다만, 평균 소요 에너지는 체결 방법에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 먼저 체결 방법을 최적화함으로써 최소의 평균 소요 에너지가 소비되도록 하는 것이 선행되어야 할 것이다.
예를 들어, 전동 모터의 관성력을 이용하면 그 만큼 에너지 소비를 줄일 수 있다. 구체적으로, 전동 모터에 공급되는 전류를 제어하여 전동 모터의 회전 속도를 제어하는 방식으로 관성력을 활용할 수 있다. 이 때, 산출된 평균 소요 에너지를 사용한다는 가정 하에 이와 동일한 전기 에너지를 전동 모터에 공급하여 체결 공정을 완료할 수 있다.
그리고, 일정 속도에 도달된 전동 모터의 회전 속도는 너트가 착좌되는 시점까지 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 즉, 전술한 것처럼 본 제어 방법은 전동 모터의 회전 속도를 제어하여 너트의 체결 공정을 진행하게 된다. 이 때, 너트에는 비교적 일정한 낮은 토크가 지속적으로 가해지지만, 너트는 전동 모터의 고속 회전에 의해 신속하게 착좌될 수 있다.
그 결과, 착좌되는 시점을 정확하게 예측할 수 있고, 고속으로 회전하는 전동 모터에 의해 착좌되는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 체결 공정의 생산성이 향상될 수 있다.
그 다음, 판단하는 단계(s20)는 착좌되는 시점에서 전동 모터의 회전 속도가 미리 설정된 속도 Vt에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계(s20)이다. 이 때, 속도 Vt는 착좌된 이후 너트를 더 조여 주면서 최종적으로 너트에 목표 토크를 가하기 위한 최적화된 속도이다. 즉, 너트는 속도 Vt를 갖는 전동 모터의 관성력에 의해 조여질 수 있다.
착좌시키는 단계(s10)는 대부분 정상적으로 이루어지기 때문에 착좌되는 시점에서 전동 모터의 회전 속도는 속도 Vt에 도달할 수 있다. 그러나, 볼트 또는 너트 등의 접촉면에 불량 등이 있는 경우 때때로 회전 속도가 속도 Vt에 도달하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
먼저 전동 모터의 회전 속도가 속도 Vt에 도달하면, 제1-1 제어 단계(s30)를 진행한다. 제1-1 제어 단계(s30)는 전동 모터에 브레이크 전류를 공급하여 속도 Vt를 점진적으로 감속시키는 단계이다. 이 때, 감속되는 비율은 가변적일 수 있고 또는 일정 상수일 수도 있다. 즉, 브레이크 전류는 착좌되는 시점의 속도 Vt에 의한 관성력을 고려하여 제어된다.
이를 위해, 전동 공구는 전동 모터의 회전 속도를 제어할 수 있는 전류 제어부를 더 포함할 수 있다. 이 때, 전류 제어부는 전동 모터에 공급되는 전류의 제어를 전담하게 된다. 한편, 브레이크 전류는 앞서 전동 모터에 공급되던 전류의 방향과 반대 방향을 갖는다.
그리고, 브레이크 전류는 착좌된 시점 이후부터 너트에 목표 토크가 가해질 때까지 그 크기가 변화될 뿐 지속적으로 공급된다. 즉, 브레이크 전류는 너트에 목표 토크가 가해질 수 있다면 다양한 형태의 그래프로 나타낼 수 있다. 다만, 브레이크 전류는 그 크기가 제로가 되는 순간 너트에 목표 토크가 가해지도록 제어되는 것이 바람직하다.
이 때, 전동 모터의 회전 속도 Vt는 브레이크 전류에 의해 완만하게 감속되며, 브레이크 전류와 마찬가지로 제로가 되는 순간 너트에는 목표 토크가 가해진다.
또한, 전동 공구는 전동 모터의 회전 속도를 검출할 수 있는 속도 센서를 더 포함할 수 있다. 그리고, 회전 속도를 설정된 대로 제어하더라도 전동 공구는 너트에 실제 가해지는 측정 토크를 실시간 측정할 필요가 있다. 따라서, 전동 공구는 토크 센서를 더 포함할 수 있다. 이 때, 속도 센서 및 토크 센서는 연속적으로 측정 가능한 것이 구비된다.
착좌된 이후, 측정 토크는 비례적으로 증가하는 것이 바람직하다. 그 결과, 너트는 일정 비율로 조여질 수 있다. 이를 위해, 전류 제어부는 전술한 것처럼 브레이크 전류를 적절하게 제어할 수 있다. 구체적으로, 전류 제어부는 브레이크 전류를 제어하기 위해 전동 모터의 실시간 회전 속도와 전동 공구에 의해 너트에 실제 가해지는 실시간 측정 토크를 함께 고려할 수 있다.
다른 관점에서 살펴보면, 제1-1 제어 단계(s30)는 너트에 연속 토크를 제공하는 것으로 볼 수 있다. 왜냐하면, 너트는 브레이크 전류에 의해 점진적으로 증가하는 토크로 조금씩 조여지며, 최종적으로 너트에는 목표 토크가 가해지는데 이런 토크의 제공은 연속적이기 때문이다.
즉, 연속 토크는 중간에 단절되지 않고 지속적으로 제공되는 토크를 말한다. 또한, 목표 토크는 착좌된 너트에 최종적으로 가해지는 토크를 지칭하는데, 체결 공정은 토크 센서에 의해 검출되는 측정 토크가 목표 토크와 일치하면 정상적으로 종료될 수 있다.
이를 그래프로 살펴보면, 측정 토크에 대한 그래프는 전동 모터에 공급되는 브레이크 전류에 의해 제어되어 측정 토크가 점진적으로 연속 증가하는 모양을 갖게 된다. 한편, 연속 토크는 전동 모터의 회전 속도가 제로가 될 때, 목표 토크에 도달할 수 있다. 즉, 전류 제어부는 너트에 목표 토크가 가해질 때 그 회전 속도가 제로가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
즉, 착좌시키는 단계(s10), 판단하는 단계(s20) 및 제1-1 제어 단계(s30)를 갖는 전동 공구의 제어 방법은 전동 모터의 회전 속도만을 제어하는 방법으로 체결 공정에 소요되는 평균 소요 에너지를 절감할 수 있다. 이것은 전동 모터의 관성력을 활용하면서, 전동 모터의 회전 속도를 정밀하게 제어한 결과이다.
한편, 제1-1 제어 단계(s30)에서 회전 속도에 대한 순간 변화율이 D이상이면 즉시 제1-2 제어 단계(s35)를 추가 진행한다. 전술한 것처럼, 볼트의 나사산 등 체결 부재의 체결면에는 불량이 존재할 수 있다. 그러면, 전동 모터의 회전 속도는 이런 불량 등에 의해 영향을 받아 그 순간 변화율이 변할 수 있다. 여기서, D는 0을 초과하는 값으로 불량에 따라 회전 속도는 급변할 수 있기 때문에 비교적 큰 값을 갖을 수도 있다.
구체적으로, 순간 변화율이 D이상이면 전동 모터에 공급되는 전류의 흐름을 즉시 중단하여 그 회전 속도를 제로로 한다. 이 때, 회전 속도는 전동 모터의 축 회전에 따른 관성력의 작용으로 일정 시간이 더 소요된 후에 비로소 제로가 될 수 있다.
그러면, 전류 제어부는 전동 모터에 크기가 점차 증가하는 사각파 전류를 간헐적으로 공급하는 제어를 진행한다. 이 때, 전동 공구는 전동 모터의 회전 속도를 제어하여 연속 토크를 제공하는 방법에서 임팩트 토크를 제공하는 제어 방법으로 전환될 수 있다. 여기서, 임팩트 토크는 간헐적으로 발생하되 순간적으로 충격력을 제공하는 토크를 말한다.
왜나하면, 전동 모터의 회전 속도를 제어하는 방법은 회전 속도가 미리 설정된 값과 다르게 변동하면 최종에 목표 토크를 제공할 수 없기 때문이다. 전술한 것처럼, 체결면에 불량이 존재하여 회전 속도가 급격히 감소하면 브레이크 전류를 제어하더라도 미린 설정된 회전 속도를 추종할 수 없게 된다.
따라서, 이런 예외적인 상황이 발생하면 제1-2 제어 단계(s35)를 통해 너트 등에 연속 토크 대신 임팩트 토크를 제공하는 것이 더 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 및 임팩트 토크의 그래프이다. 도 2를 참조하면, 사각파 전류는 최종값이 최초값과 일치하며 최초값의 매 증가분은 바로 이전 사각파 전류의 최초값에 대한 증가분보다 작아지도록 전류를 제어하는 것이 바람직하다.
그래프를 살펴보면, f1은 f2 보다 크다. 또한, f2는 f3 보다 크다. 여기서, f1, f2 및 f3는 이웃하는 전류 사이의 증가분에 해당된다. 즉, 초반부에 전류의 증가분을 크게 하고 점차 증가분을 작게 하는 제어 방법을 사용한다.
그 결과, d1은 d2 보다 크다. 또한, d2는 d3 보다 크다. 여기서, d1, d2 및 d3는 이웃하는 측정 토크 사이의 증가분에 해당된다. 즉, 임팩트 토크는 점진적으로 증가하여 목표 토크에 신속하게 도달할 수 있다.
이를 위해, 전술한 토크 센서는 너트에 실제 가해지는 토크를 측정할 수 있다. 그리고, 이 때 측정된 측정 토크를 고려하여 전류 제어부는 바로 다음 임팩트 토크의 최초값에 대응하는 사각파 전류의 최초값에 해당하는 전류를 공급할 수 있다.
즉, 검출되는 측정 토크가 목표 토크에 도달하였는지 여부를 지속적으로 판단하여 미 도달시 바로 다음 임팩트 토크를 제공하는 과정을 반복하면서, 비로소 측정 토크가 목표 토크에 도달하면 전류 제어부는 사각파 전류의 공급을 차단하여 체결 공정을 종료하게 된다.
반면, 판단하는 단계(s20)에서 전동 모터의 회전 속도가 속도 Vt에 도달하지 못하면, 제2 제어 단계(s40)를 진행한다. 왜냐하면, 착좌되는 시점에서 회전 속도가 속도 Vt에 도달하지 못하면, 전동 모터의 관성력을 이용하는 체결 공정은 너트에 목표 토크를 제공할 수 없어 불량이 되기 때문이다.
따라서, 제2 제어 단계(s40)는 이 때, 전동 모터에 공급되는 전류의 흐름을 즉시 중단하여 그 회전 속도를 제로로 한다. 다만, 전술한 것처럼 회전 속도는 관성력의 작용으로 일정 시간이 경과한 후에야 제로가 될 수 있다. 그 다음, 전류 제어부는 전동 모터에 크기가 점차 증가하는 사각파 전류를 간헐적으로 공급하는 제어를 진행한다.
즉, 제2 제어 단계(s40)는 제1-2 제어 단계(s35)에서 상술한 임팩트 토크를 제공하기 위한 사각파 전류의 제어 방법과 대부분 동일하다. 따라서, 중복되는 내용에 대해서는 이하 상세한 설명은 생략한다.
이상의 착좌시키는 단계(s10), 판단하는 단계(s20) 및 제2 제어 단계(s40)를 포함하는 제어 방법은 체결 공정을 위한 평균 소요 에너지를 최소화할 수 있다. 동시에, 전동 공구가 때때로 적절하게 제어되지 못할 때 그로 인한 체결 공정의 불량을 방지할 수 있는 방법을 제공한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (7)

  1. 전동 모터가 배치되고, 이에 공급되는 전류를 제어하여 너트를 체결하는 전동 공구의 제어 방법에 있어서,
    상기 너트를 착좌시키는 단계;
    착좌되는 시점에서 상기 전동 모터의 회전 속도가 미리 설정된 속도 Vt에 도달하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단하는 단계에서,
    상기 속도 Vt에 도달하면, 상기 전동 모터에 브레이크 전류를 공급하여 상기 속도 Vt를 점진적으로 감속시키는 제1-1 제어 단계;를 포함하고,
    상기 속도 Vt에 도달하지 못하면, 상기 전류의 공급을 중단하여 상기 회전 속도를 제로로 한 후, 크기가 점차 증가하는 사각파 전류를 간헐적으로 공급하는 제2 제어 단계;를 포함하는 전동 공구의 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 착좌시키는 단계는
    상기 전동 모터의 회전 속도를 제로에서 급격하게 상승시키는 단계; 및
    상기 회전 속도를 상기 너트가 착좌되는 시점까지 일정하게 유지하는 단계;를 포함하는 전동 공구의 제어 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1-1 제어 단계는
    상기 너트에 연속 토크를 제공할 수 있고, 상기 연속 토크는 점진적으로 증가하여 상기 너트에 목표 토크가 가해지는 전동 공구의 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 연속 토크는 상기 회전 속도가 제로로 되는 시점에서 상기 목표 토크에 도달하는 전동 공구의 제어 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1-1 제어 단계에서
    상기 회전 속도에 대한 순간 변화율이 D이상이면, 상기 전류의 공급을 중단하여 상기 회전 속도를 제로로 한 후, 크기가 점차 증가하는 사각파 전류를 간헐적으로 공급하는 제1-2 제어 단계;를 더 포함하는 전동 공구의 제어 방법.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제1-2 및 제2 제어 단계는 각각의 상기 사각파 전류의 최종값이 최초값과 일치하고,
    상기 최초값의 매 증가분은 바로 이전 사각파 전류의 최초값에 대한 증가분보다 작아지도록 전류를 제어하는 전동 공구의 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 사각파 전류는 상기 너트에 임팩트 토크를 제공할 수 있고, 상기 임팩트 토크는 크기가 점진적으로 증가하여 상기 너트에 목표 토크가 가해지는 전동 공구의 제어 방법.
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