WO2024101609A1 - 멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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WO2024101609A1
WO2024101609A1 PCT/KR2023/012312 KR2023012312W WO2024101609A1 WO 2024101609 A1 WO2024101609 A1 WO 2024101609A1 KR 2023012312 W KR2023012312 W KR 2023012312W WO 2024101609 A1 WO2024101609 A1 WO 2024101609A1
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main
output torque
command speed
driver
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PCT/KR2023/012312
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Inventor
김민수
이홍주
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한화정밀기계 주식회사
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    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/01—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work
    • B26D1/547—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a wire-like cutting member
    • B26D1/553—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a wire-like cutting member with a plurality of wire-like cutting members
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    • 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
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
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    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B26D2001/008—Cutting members therefor in the form of wires

Definitions

  • the present invention relates to a cutting device using a multi-wire and a control method thereof, and more specifically, to a cutting device using a multi-wire that can rotate a wire at the same speed even if the diameters of a plurality of rollers are different from each other, and a method of controlling the same. It's about.
  • Silicon substrates, sapphire substrates, quartz substrates (submaterials), and silicon parts (submaterials) used in the semiconductor process are generally used by cutting multi-wires from large-sized specimens.
  • individual wafers are made by cutting an ingot of as large a diameter as possible, and integrated circuit elements are mass-produced on the wafers.
  • the main method of cutting the ingots into wafers is to use multi-wires.
  • the cutting wire may be a high carbon steel wire uniformly coated with very small diamonds of about 10 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • Figure 1 shows a diagram showing an example of a cutting device using a conventional multi-wire.
  • the device shown in FIG. 1 is a device for cutting an ingot of polycrystalline silicon or single crystalline silicon into thin pieces.
  • the main components of this cutting device include a pair of rollers 3, a wire 5, a drive unit 4 for rotating the pair of rollers 3 on which the wire is wound, and an ingot for transporting the ingot 1. It includes a transfer unit (2).
  • This conventional cutting device uses a cutting wire connected in one line.
  • the fact that the cutting distance is smaller than the diameter of the roller means that the size of the specimen that can be cut is limited by the distance between the two rollers and the diameter of the roller, and a larger roller must be used to cut a larger specimen.
  • the height of the cutting device in order to process a 1m high specimen, the height of the cutting device must be at least 1m in addition to the 1m where the specimen is placed.
  • the space occupied by the entire facility requires more than twice the size of the specimen. Accordingly, there is a great need to find a way to utilize the advantages of cutting devices using wires without significantly increasing the space occupied by the overall equipment.
  • the problem that the present invention aims to solve is cutting using a multi-wire that consists of at least three rollers, enabling cutting of large ingots, and can use small-sized rollers to reduce the load on the driving unit connected to the rollers.
  • the purpose is to provide a device and its control method.
  • the driving part is connected to one roller, and the rollers can rotate independently, which can reduce the load on the driving part.
  • a cutting device and its control method using a multi-wire that can individually control the speed of a plurality of rollers are provided. It is provided.
  • the wire can be rotated at the same speed, reducing the load on the motor, thereby minimizing vibration and damage to the wire, so that the equipment can be operated efficiently.
  • the present invention provides a cutting device using a multi-wire and its control method that can provide high cutting force by increasing the linear speed of the wire as the wire rotates stably.
  • a cutting device using a multi-wire includes a main roller that rotates according to the driving of the main driving part, and at least one sub-driving part that is arranged to be spaced apart from the main roller and connected to each.
  • At least one adjusting roller that rotates independently according to the driving of the main roller and a plurality of cutting wires wound around the at least one adjusting roller, the surface speed of the main roller and the at least one adjusting roller rotating the cutting wire It may include a control unit that controls the main driver and at least one sub driver so that they are identical.
  • the control unit may initially control the main driving unit and at least one sub driving unit at an initial command speed.
  • control unit may control the sub-driver at the changed command speed.
  • the sub-driver when the output torque of the sub-driver is greater than the output torque of the main driver, the sub-driver is controlled at the changed command speed that is slower than the initial command speed, and the output torque of the sub-driver is greater than the output torque of the main driver.
  • the sub-driver can be controlled at the changed command speed that is faster than the initial command speed.
  • control unit calculates a compensation speed value for the output torque of the sub-drive unit to follow the output torque of the main drive unit, and calculates the changed command speed by adding or subtracting the compensation speed value from the initial command speed value. It may include a control unit.
  • the compensation control unit may feed back the changed command speed to the sub-driver so that the output torque of the sub-driver becomes equal to the output torque of the main driver.
  • the control unit determines that the diameters of the main roller and the adjustment roller are different from each other. can do.
  • main roller and the at least one adjustment roller may be formed to have different diameters.
  • the control unit controls the sub-driver connected to the adjustment roller at a changed command speed that is slower than the command speed of the main drive unit, and
  • the sub-drive unit connected to the adjustment roller can be controlled at a changed command speed that is faster than the command speed of the main drive unit.
  • the adjustment rollers are provided in two, and the main roller and the two adjustment rollers may be arranged so that their rotation centers form an inverted triangle.
  • the multi-wire is generally a single wire in the form of one wire being wound around a plurality of rollers, but it can also be used as a concept of a multi-wire when viewed based on the cutting object.
  • the method of controlling a cutting device using a multi-wire includes a main driving part that rotates the main roller, at least one sub-driving part that respectively rotates at least one adjustment roller, and the main roller and at least one Preparing a plurality of cutting wires wound around an adjustment roller, controlling the main drive unit and at least one sub drive unit at an initial command speed, so that the surface speed of the main roller and the at least one adjustment roller are the same. It may include controlling the speed of one sub-drive unit.
  • the step of adjusting the speed of the at least one sub-driver includes comparing the output torque of the main driver and the output torque of the sub-driver, wherein the output torque of the sub-driver is different from the output torque of the main driver. If so, it may include controlling the sub-drive unit at the changed command speed.
  • the step of adjusting the speed of the at least one sub-driver may further include controlling the sub-driver at the initial command speed if the output torque of the sub-driver is equal to the output torque of the main driver.
  • the step of controlling the sub-drive unit at the changed command speed includes controlling the sub-drive unit at the changed command speed that is slower than the initial command speed if the output torque of the sub-drive unit is greater than the output torque of the main drive unit, If the output torque of the sub-driver is smaller than the output torque of the main driver, the sub-driver can be controlled at the changed command speed that is faster than the initial command speed.
  • the step of controlling the sub-drive unit at the changed command speed may include calculating a compensation speed value for the output torque of the sub-drive unit to follow the output torque of the main drive unit, and adding or subtracting the compensation speed value from the initial command speed value. This may include calculating the changed command speed.
  • the step of controlling the sub-driver at the changed command speed may further include feeding back the changed command speed to the sub-driver so that the output torque of the sub-driver is equal to the output torque of the main driver.
  • the output torque of the sub-driver with respect to the initial command speed is smaller or greater than the output torque of the main driver with respect to the initial command speed. If so, it can be determined that the diameters of the main roller and the adjustment roller are different from each other.
  • the main roller and at least one adjustment roller having different diameters may be prepared.
  • the step of adjusting the speed of the at least one sub-drive unit includes, when the diameter of the control roller is larger than the diameter of the main roller, the sub-drive unit connected to the control roller is adjusted to a changed command speed that is slower than the command speed of the main drive unit. , and when the diameter of the adjustment roller is smaller than the diameter of the main roller, the sub drive connected to the adjustment roller can be controlled at a changed command speed that is faster than the command speed of the main drive unit.
  • the cutting device and its control method using a multi-wire of the present invention is composed of at least three rollers, enabling cutting of bulky ingots, and small-sized rollers can be used, so that the cutting device and its control method are composed of at least three rollers. It has the effect of reducing the load.
  • the driving part is connected to one roller, and the rollers can rotate independently, so the load applied to the driving part can be reduced, and the speed of a plurality of rollers can be individually controlled.
  • the cutting wire can be rotated at the same speed, reducing the load on the motor, thereby minimizing vibration and damage to the cutting wire, enabling efficient operation of the equipment. It works.
  • the linear speed of the wire can be increased, which has the effect of providing high cutting force.
  • Figure 1 is a diagram showing an example of a cutting device using a conventional wire.
  • Figure 2 is a configuration diagram of a cutting device using a multi-wire according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are flowcharts of a control method of a cutting device using a multi-wire according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a configuration diagram of a cutting device using a multi-wire according to an embodiment of the present invention
  • Figures 3 and 4 are flowcharts of a control method of a cutting device using a multi-wire according to an embodiment of the present invention.
  • the cutting device using a multi-wire is arranged to be spaced apart from the main roller 10 and the main roller 10, which rotate according to the driving of the main driving unit 20, respectively.
  • At least one adjustment roller 30 that rotates independently according to the driving of at least one sub-drive unit 40 connected to the main roller 10 and a plurality of cutting wires wound around the at least one adjustment roller 30 ( 50), a control unit that controls the main drive unit 20 and at least one sub drive unit 40 so that the surface speed of the main roller 10, which rotates the cutting wire 50, and the at least one adjustment roller 30 are the same. It can be included.
  • a cutting device using a multi-wire may include a plurality of rollers 10 and 30, a plurality of driving units 20 and 40, a plurality of cutting wires 50, and a control unit.
  • the plurality of rollers 10 and 30 may include one main roller 10 and at least one adjustment roller 30 and are disposed to be spaced apart from each other so that a cutting wire 50, which will be described later, is wound.
  • These plurality of rollers 10 and 30 have grooves formed along the circumference of each outer peripheral surface so that the plurality of cutting wires 50 are positioned, and the plurality of cutting wires 50 are inserted into the grooves to prevent interference.
  • the main roller 10 and the at least one adjustment roller 30 generally have the same diameter, but the diameters may be slightly different depending on processing errors, and may differ depending on the size of the specimen 1. Can be configured in different diameters.
  • These main rollers 10 and at least one adjustment roller 30 are each connected to driving units 20 and 40 so that they can rotate at individual speeds, and the driving units 20 and 40 are connected to one main driving unit 20. It may be configured to include at least one sub-drive unit 40.
  • the main roller 10 is connected to the main drive unit 20 and rotates according to the driving of the main drive unit 20, and can rotate at an initial command speed input until an external operation is input.
  • the initial command speed may be a set speed input by the operator to obtain a certain cutting force and may be changed by the operator.
  • At least one adjustment roller 30 is arranged to be spaced apart from the main roller 10, and at least one sub-drive unit 40 is connected to each, so that it can rotate independently according to the driving of the sub-drive unit 40.
  • At least one adjustment roller 30 may initially rotate at an initial command speed and then change its speed.
  • the plurality of cutting wires 50 are wound around the main roller 10 and at least one adjustment roller 30 and are wound around the main roller 10 and at least one adjustment roller 30 according to the rotation of the main drive unit 20 and at least one sub drive unit 40. As one adjustment roller 30 rotates, the cutting wire 50 is transported and cutting of the specimen 1 is possible.
  • the plurality of cutting wires 50 are also continuously transferred, and the plurality of cutting wires 50 can cut the specimen 1.
  • the rollers (10, 30) are used to cut the specimen (1).
  • the rollers (10, 30) must be larger than the size of the specimen (1).
  • the plurality of rollers 10 and 30 may be configured to include one main roller 10 and a plurality of adjustment rollers 30.
  • the plurality of rollers 10 and 30 are composed of one main roller 10 and two adjustment rollers 30 and may be arranged so that the center of rotation forms an inverted triangle.
  • the plurality of rollers 10 and 30 are composed of the main roller 10 and two adjustment rollers 30, it is preferable to arrange the specimen 1 in an inverted triangle structure so that it can be cut by being transported in the direction of gravity. do.
  • the specimen 1 may be a large ingot, such as a silicon substrate, sapphire substrate, quartz substrate, or silicon part used in a semiconductor process, and may be cut to form a wafer in the form of a thin plate-shaped disk.
  • the specimen transfer unit 2 is equipment for holding the specimen 1 and transferring it to the cutting wire 50 in order to cut the specimen 1, and detailed description will be omitted.
  • the cutting device includes a control unit that controls at least one sub-drive unit 40 so that the surface speed of the main roller 10, which rotates the cutting wire 50, and the at least one adjustment roller 30 are equal to each other. .
  • the surface speed of the main roller 10 refers to the speed at which the main roller 10 rotates the cutting wire 50
  • the surface speed of the adjusting roller 30 refers to the speed at which the adjusting roller 30 rotates the cutting wire 50. It means rotation speed.
  • the fact that the load on the driving units 20 and 40 is relatively large means that the output torque is relatively large, and it is difficult for the driving units 20 and 40 to rotate the cutting wire 50, and a relatively large force is required. It means that
  • the driving units 20 and 40 require relatively large force to rotate the cutting wire 50, it means that the surface speed of the rollers 10 and 30 connected to the driving units 20 and 40 is relatively high. can do.
  • control unit can recognize that the surface speed of the rollers 10, 30 connected to the drive unit with a relatively large output torque is high, and can reduce the current applied to lower the speed of the drive unit with a relatively large output torque. there is.
  • the relatively small load on the driving units 20 and 40 means that the output torque is relatively small, which means that there is no difficulty in rotating the cutting wire 50 and that a relatively small force is required. This may mean that the surface speed of the rollers 10 and 30 connected to this drive unit is relatively slow.
  • control unit can recognize that the surface speed of the rollers 10, 30 connected to the driving part with a relatively small output torque is slow, and can increase the applied current to increase the speed of the driving part with a relatively small output torque. there is.
  • the controller may control the main driver 20 and at least one sub-driver 40 at the same initial command speed.
  • control unit controls the main roller 10 and the adjustment roller 30 when the output torque of the sub-drive unit 40 for the initial command speed is smaller or greater than the output torque of the main drive unit 20 for the initial command speed. It is determined that the diameters are different, and the sub-drive unit 40 can be controlled at the changed command speed.
  • the control unit can determine that the diameters of the main roller 10 and the adjustment roller 30 connected to each other are different.
  • control unit can control the sub-drive unit 40 at the changed command speed to control the surface speeds of the main roller 10 and the adjustment roller 30 to be the same.
  • This changed command speed may be faster or slower than the initial command speed, and can be set by comparing the output torque of the main drive unit 20 and the output torque of the sub drive unit 40.
  • the sub-drive unit 40 can be controlled at a changed command speed that is slower than the initial command speed.
  • the sub-drive unit 40 can be controlled at a changed command speed that is faster than the initial command speed.
  • control unit may include a compensation control unit that calculates the changed command speed, and the compensation control unit calculates a compensation speed value for the output torque of the sub-drive unit 40 to follow the output torque of the main drive unit 20, and
  • the changed command speed can be calculated by adding or subtracting the compensation speed value from the command speed value.
  • the compensation speed value can be calculated using a separate formula or calculated from data through repeated experiments.
  • the compensation control unit can obtain the changed command speed value by subtracting the compensation speed value from the initial command speed value.
  • the compensation control unit can obtain the changed command speed value by adding the compensation speed value to the initial command speed value.
  • the compensation control unit may feed back the changed command speed to the sub-drive unit 40 so that the output torque of the sub-drive unit 40 is equal to the output torque of the main drive unit 20.
  • the compensation control unit feeds back the changed command speed to the sub-drive unit 40 until the output torque of the sub-drive unit 40 becomes the same as the output torque of the main drive unit 20, so that the output torque of the sub-drive unit 40 becomes equal to the output torque of the main drive unit 20. It is controlled to follow the output torque of the driving unit 20.
  • control unit may control the main drive unit 20 and at least one according to the size measured during initial operation.
  • the speed of one sub-drive unit 40 can be controlled differently.
  • the main roller 10 and the at least one adjustment roller 30 are formed to have different diameters, and the part where the cutting wire 50 of the main roller 10 is wound and the cutting wire 50 of the adjustment roller 30 are formed. ), if each wound part can be precisely measured, the control unit can control the main drive unit 20 and the sub drive unit 40 at different speeds from the beginning.
  • the main drive unit 20 and the sub drive unit 40 are adjusted so that the surface speeds of the main roller 10 and at least one adjustment roller 30 are the same without comparing the output torques of the main drive unit 20 and the sub drive unit 40. ) can be controlled individually.
  • control unit controls the sub drive unit 40 connected to the adjustment roller 30 at a changed command speed that is slower than the command speed of the main drive unit 20. can do.
  • control unit controls the sub drive unit 40 connected to the adjustment roller 30 at a changed command speed that is faster than the command speed of the main drive unit 20. can do.
  • control unit can control the sub drive unit 40 connected to the adjustment roller 30 at the same speed as the command speed of the main drive unit 20. there is.
  • the method of controlling a cutting device using a multi-wire includes a main driving unit 20 that rotates the main roller 10 and at least one sub unit that rotates at least one adjustment roller 30.
  • S100 the initial command speed
  • controlling the speed of at least one sub-drive unit 40 so that the surface speed of the main roller 10 and the at least one adjustment roller 30 are the same (S300).
  • the method of controlling a cutting device using a multi-wire according to the present invention may proceed with preparing the main roller 10, at least one adjustment roller 30, and a plurality of cutting wires 50 (S100).
  • the main roller 10 and at least one adjustment roller 30 of different diameters are installed, or the main roller 10 and at least one adjustment roller (30) of slightly different diameters due to processing errors are installed even if they are installed with the same diameter ( 30) can be installed.
  • the initial command speed is the speed input to suit the desired cutting force and can be adjusted according to the operator's input.
  • a step (S300) of controlling the speed of at least one sub-drive unit 40 is performed so that the surface speed of the main roller 10 and the at least one adjustment roller 30 are the same.
  • a step (S310) is performed to check whether there is a difference between the output torque of the main driver 20 and the output torque of the sub driver 40.
  • the control unit determines that the surface speeds of the main roller 10 and at least one adjustment roller 30 connected to each are at the same level.
  • the step of controlling the initial command speed can be performed without changing the speed of the sub-drive unit 40.
  • control unit may determine that the diameters of the main roller 10 and the at least one adjustment roller 30 are at the same level.
  • the control unit determines the diameter of the main roller 10 and the adjustment roller 30. They can be judged as different things.
  • a step (S320) of controlling the sub driver 40 at the changed command speed can be performed.
  • step (S320) of controlling the sub-drive unit 40 at the changed command speed if the output torque of the sub-drive unit 40 is greater than the output torque of the main drive unit 20, the sub-drive unit 40 is initialized. Controls at a changed command speed that is slower than the command speed.
  • the sub-drive unit 40 is controlled at a changed command speed that is faster than the initial command speed.
  • the changed command speed is calculated by comparing the magnitude of the output torque of the sub-drive unit 40 and the output torque of the main drive unit 20. You can change it again and repeat steps S320 and S330.
  • a compensation speed value for the output torque of the sub-drive unit 40 to follow the output torque of the main drive unit 20 is calculated, and the initial command speed is calculated. It may include calculating the changed command speed by adding or subtracting the compensation speed value from the value.
  • a step can be performed to feed back the changed command speed to the sub-drive unit 40 so that the output torque of the sub-drive unit 40 is equal to the output torque of the main drive unit 20.
  • the step of feeding back the changed command speed to the sub driver 40 may be repeated.
  • control unit may control the main drive unit 20 and at least one according to the size measured during initial operation.
  • the speed of one sub-drive unit 40 can be controlled differently.
  • the main roller 10 and at least one adjustment roller 30 having different diameters are prepared, and the diameters of the main roller 10 and at least one adjustment roller 30 are precisely measured. .
  • the sub-drive unit 40 connected to the adjustment roller 30 is connected to the main roller 30. It is possible to control the changed command speed that is slower than the command speed of the driving unit 20.
  • the sub-drive unit 40 connected to the adjustment roller 30 is connected to the main roller 30. It is possible to control the changed command speed faster than the command speed of the driving unit 20.
  • the present invention having such a shape and structure, it is composed of at least three rollers to enable cutting of large ingots and allows the use of small-sized rollers to reduce the load applied to the driving unit connected to the rollers. It works.
  • the driving part is connected to one roller, and the plurality of rollers can rotate independently, so the load applied to the driving part can be reduced, and the speed of the plurality of rollers can be individually controlled.
  • the cutting wire can be rotated at the same speed, reducing the load on the motor, thereby minimizing vibration and damage to the cutting wire, enabling efficient operation of the equipment. It works.
  • the linear speed of the wire can be increased, which has the effect of providing high cutting force.

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Abstract

멀티 와이어를 이용한 절단 장치는 메인 구동부의 구동에 따라 회전하는 메인 롤러, 상기 메인 롤러와 서로 이격되어 배치되며 각각에 연결되는 복수의 서브 구동부의 구동에 따라 독립적으로 회전하는 복수의 조정 롤러, 상기 메인 롤러와 복수의 조정 롤러에 감기는 복수의 절단 와이어, 상기 절단 와이어를 회전시키는 상기 메인 롤러와 복수의 조정 롤러의 표면속도가 같아지도록 상기 메인 구동부와 복수의 서브 구동부를 제어하는 제어부로 구성된다.

Description

멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 롤러의 직경이 서로 다르더라도 와이어를 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판, 사파이어 기판, 쿼츠 기판(부자재) 실리콘 파트(부자재)등은 크기가 큰 시편으로부터 멀티 와이어를 사용, 절단하여 사용되는 것이 일반적이다.
예를 들어 실리콘 기판의 경우에는 직경을 최대한 키운 잉곳을 절단하여 개별 웨이퍼를 만들고 그 웨이퍼 상에서 집적 회로 소자들을 양산하게 되는데, 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단하는 주요 방법은 멀티 와이어를 사용하는 방법이다.
절단 와이어는 고탄소강 와이어에 약 10㎛ 내지 120㎛의 매우 작은 다이아몬드가 균일하게 코팅된 형태일 수 있다.
도 1에는 종래의 멀티 와이어를 사용한 절단 장치의 일례를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
즉, 도 1에 도시된 장치는 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘 등의 잉곳을 얇게 절단하기 위한 장치이다.
이 절단 장치의 주 구성 요소로서는, 한 쌍의 롤러(3), 와이어(5), 와이어가 감겨진 한 쌍의 롤러(3)를 회전시키기 위한 구동부(4) 및 잉곳(1)을 이송하는 잉곳 이송부(2)를 포함하고 있다.
이러한 종래의 절단 장치는 하나의 선으로 이어진 절단 와이어를 사용하는 형태이다.
이와 같이 끊이지 않고 하나의 선으로 이어진 멀티 와이어를 이용하는 절단 장치의 경우에는 두 개의 롤러 사이에 노출되는 두 층의 와이어 중 하나의 층에서 절삭이 이루어지면 시편이 다른 층의 와이어들(반대편 와이어들)에 닿기 전에 절단 작업을 완료하여야 하므로 절단 거리가 롤러의 직경 보다 작을 수밖에 없다.
절단 거리가 롤러의 직경보다 작은 것은 결국 절단 가능한 시편의 크기가 두 개의 롤러 사이의 거리와 롤러의 직경에 의해 제한된다는 것이고, 더 큰 시편을 절단하기 위해서는 더 큰 롤러를 사용하여야 한다는 것이 된다.
즉, 1m 높이의 시편을 가공하기 위해서는 시편이 놓이는 1m 외에 절단 장치의 높이가 1m 이상 필요하게 된다.
즉, 전체 설비가 차지하는 공간이 시편 크기의 두 배 이상이 필요하게 된다. 이에 전체 설비가 차지하는 공간을 크게 증가시키지 않으면서도 와이어를 이용한 절단 장치의 장점을 활용할 수 있는 방안을 강구할 필요성이 크게 대두된다.
한편, 도 1에 도시된 것과 같은 절단 장치에 있어서는 롤러의 회전 방향에 따라 모든 와이어들이 한 방향으로 움직이면서 시편에 절삭력을 가하게 된다.
이때, 한 쌍의 롤러가 동일한 직경이 아니라 가공상의 이유로 서로 다른 직경인 경우에는 한 쌍의 롤러가 단순히 동일한 속도로 회전하기 때문에 롤러의 외경차이로 모터에 부하가 발생하게 되고 이는 롤러에 감겨진 와이어에 그대로 전달됨에 따라, 와이어가 진동하거나 손상되는 문제점이 발생한다.
또한, 한 쌍의 롤러는 정밀가공되어도 직경차이가 발생할 수 있고 지속적으로 동일한 속도로 회전하게 되면 모터의 부하가 점차 커지고 와이어가 진동하거나 손상되는 정도가 커지게 되므로 모터의 효율이 대폭 감소하게 되고 장비를 효율적으로 운영하기 어려우며, 와이어의 선속을 높일 수 없어서 보다 높은 절삭력을 제공할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 적어도 3개 이상의 롤러로 구성되어 부피가 큰 잉곳의 절단이 가능하고 작은 크기의 롤러를 사용할 수 있어서 롤러와 연결된 구동부에 가해지는 부하를 줄일 수 있는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 하는 것이다.
또한, 구동부는 하나의 롤러와 연결되며 롤러는 독립적으로 회전할 수 있어서 구동부에 가해지는 부하를 줄일 수 있으며 복수의 롤러의 속도를 개별적으로 제어할 수 있는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 복수의 롤러의 직경이 서로 다르더라도 와이어를 동일한 속도로 회전시킬 수 있어서 모터의 부하를 줄일 수 있고, 이에 따라 와이어의 진동과 손상을 최소화할 수 있어서 장비를 효율적으로 운영할 수 있는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
특히, 와이어가 안정적으로 회전함에 따라 와이어의 선속을 높일 수 있어서 높은 절삭력을 제공할 수 있는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치는 메인 구동부의 구동에 따라 회전하는 메인 롤러, 상기 메인 롤러와 서로 이격되어 배치되며 각각에 연결되는 적어도 하나의 서브 구동부의 구동에 따라 독립적으로 회전하는 적어도 하나의 조정 롤러, 상기 메인 롤러와 적어도 하나의 조정 롤러에 감기는 복수의 절단 와이어, 상기 절단 와이어를 회전시키는 상기 메인 롤러와 적어도 하나의 조정 롤러의 표면속도가 같아지도록 상기 메인 구동부와 적어도 하나의 서브 구동부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
이러한 상기 제어부는 초기에 상기 메인 구동부와 적어도 하나의 서브 구동부를 초기 지령속도로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 초기 지령속도에 대한 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 초기 지령속도에 대한 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작거나 큰 경우, 상기 서브 구동부를 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 큰 경우 상기 서브 구동부는 상기 초기 지령속도 보다 느린 상기 변경된 지령속도로 제어되고, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작은 경우 상기 서브 구동부는 상기 초기 지령속도 보다 빠른 상기 변경된 지령속도로 제어될 수 있다.
또는 상기 제어부는, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크를 추종하기 위한 보상속도 값을 산출하고, 상기 초기 지령속도 값에 상기 보상속도 값을 가감하여 상기 변경된 지령속도를 계산하는 보상 제어부를 포함할 수 있다.
이러한 상기 보상 제어부는 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크와 같아지도록, 상기 서브 구동부에 상기 변경된 지령속도를 피드백할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 초기 지령속도에 대한 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 초기 지령속도에 대한 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작거나 큰 경우, 상기 메인 롤러와 조정 롤러의 직경이 서로 다른 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 메인 롤러와 적어도 하나의 조정 롤러는 서로 다른 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 조정 롤러의 직경이 상기 메인 롤러의 직경 보다 큰 경우 상기 조정 롤러와 연결된 상기 서브 구동부를 상기 메인 구동부의 지령속도 보다 느린 변경된 지령속도로 제어하고, 상기 조정 롤러의 직경이 상기 메인 롤러의 직경 보다 작은 경우 상기 조정 롤러와 연결된 상기 서브 구동부를 상기 메인 구동부의 지령속도 보다 빠른 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
또한, 상기 조정 롤러는 두개로 구비되고, 상기 메인 롤러와 두개의 조정 롤러는 회전 중심이 역삼각형을 이루도록 배치될 수 있다. 또한, 본 발명에서 멀티 와이어는 통상적으로 하나의 와이어가 다수의 롤러에 감겨 돌아 가는 형태로 개수가 하나이지만 절단 대상물을 기준으로 볼 때에 멀티 와이어의 개념으로 사용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법은 메인 롤러를 회전시키는 메인 구동부와, 적어도 하나의 조정 롤러를 각각 회전시키는 적어도 하나의 서브 구동부와, 상기 메인 롤러와 적어도 하나의 조정 롤러에 감기는 복수의 절단 와이어를 준비하는 단계, 상기 메인 구동부와 적어도 하나의 서브 구동부를 초기 지령속도로 제어하는 단계, 상기 메인 롤러와 적어도 하나의 조정 롤러의 표면속도가 같아지도록 상기 적어도 하나의 서브 구동부의 속도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 서브 구동부의 속도를 조절하는 단계는, 상기 메인 구동부의 출력토크와 상기 서브 구동부의 출력토크를 비교하는 단계, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크와 차이가 있다면 상기 서브 구동부를 변경된 지령속도로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 적어도 하나의 서브 구동부의 속도를 조절하는 단계는, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크와 같다면 상기 서브 구동부를 상기 초기 지령속도로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 서브 구동부를 상기 변경된 지령속도로 제어하는 단계는, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 크다면 상기 서브 구동부를 상기 초기 지령속도 보다 느린 상기 변경된 지령속도로 제어하고, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작다면 상기 서브 구동부를 상기 초기 지령속도 보다 빠른 상기 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
또는, 상기 서브 구동부를 상기 변경된 지령속도로 제어하는 단계는, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크를 추종하기 위한 보상속도 값을 산출하고, 초기 지령속도 값에 보상속도 값을 가감하여 상기 변경된 지령속도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 서브 구동부를 상기 변경된 지령속도로 제어하는 단계는, 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크와 같아지도록 상기 서브 구동부에 상기 변경된 지령속도를 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 구동부의 출력토크와 상기 서브 구동부의 출력토크를 비교하는 단계에서, 상기 초기 지령속도에 대한 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 초기 지령속도에 대한 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작거나 크다면, 상기 메인 롤러와 조정 롤러의 직경이 서로 다른 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 준비하는 단계에서, 서로 다른 직경을 갖는 상기 메인 롤러와 적어도 하나의 조정 롤러를 준비할 수 있다.
그리고, 상기 적어도 하나의 서브 구동부의 속도를 조절하는 단계는, 상기 조정 롤러의 직경이 상기 메인 롤러의 직경 보다 큰 경우 상기 조정 롤러와 연결된 상기 서브 구동부를 상기 메인 구동부의 지령속도 보다 느린 변경된 지령속도로 제어하고, 상기 조정 롤러의 직경이 상기 메인 롤러의 직경 보다 작은 경우 상기 조정 롤러와 연결된 상기 서브 구동부를 상기 메인 구동부의 지령속도 보다 빠른 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 멀티 와이어를 이용한 절단 장치 및 그 제어 방법에 따르면 적어도 3개 이상의 롤러로 구성되어 부피가 큰 잉곳의 절단이 가능하고 작은 크기의 롤러를 사용할 수 있어서 롤러와 연결된 구동부에 가해지는 부하를 저감시키는 효과가 있다.
또한, 구동부는 하나의 롤러와 연결되며 롤러는 독립적으로 회전할 수 있어서 구동부에 가해지는 부하를 줄일 수 있으며 복수의 롤러의 속도를 개별적으로 제어하여 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 복수의 롤러의 직경이 서로 다르더라도 절단 와이어를 동일한 속도로 회전시킬 수 있어서 모터의 부하를 줄일 수 있고, 이에 따라 절단 와이어의 진동과 손상을 최소화할 수 있어서 장비를 효율적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.
특히, 와이어가 안정적으로 회전함에 따라 와이어의 선속을 높일 수 있어서 높은 절삭력을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 와이어를 이용한 절단 장치의 일례를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 구성도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법의 순서도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 멀티 와이어를 이용한 절단 장치는 메인 구동부(20)의 구동에 따라 회전하는 메인 롤러(10), 메인 롤러(10)와 서로 이격되어 배치되며 각각에 연결되는 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 구동에 따라 독립적으로 회전하는 적어도 하나의 조정 롤러(30), 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)에 감기는 복수의 절단 와이어(50), 절단 와이어(50)를 회전시키는 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 같아지도록 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치는 복수의 롤러(10, 30), 복수의 구동부(20, 40), 복수의 절단 와이어(50), 제어부를 포함할 수 있다.
복수의 롤러(10, 30)는 하나의 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)를 포함하여 구성될 수 있으며 서로 이격되게 배치되어 후술할 절단 와이어(50)가 감긴다.
이러한 복수의 롤러(10, 30)는 각각의 외주면에 복수의 절단 와이어(50)가 위치되도록 둘레를 따라 형성된 홈을 구비하며 홈에 복수의 절단 와이어(50)가 삽입되어 간섭이 방지된다.
메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)는 일반적으로 동일한 직경으로 구성되는 것이 바람직하나, 가공상의 오차에 따라 직경이 미세하게 다르게 형성될 수 있고, 시편(1)의 크기에 따라 서로 다른 직경으로 구성될 수 있다.
이러한 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)는 각각 개별적인 속도를 가지며 회전할 수 있도록 각각 구동부(20, 40)와 연결되며, 구동부(20, 40)는 하나의 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
메인 롤러(10)는 메인 구동부(20)와 연결되어 메인 구동부(20)의 구동에 따라 회전하며, 외부의 조작이 입력되기 전까지 초기에 입력되는 초기 지령속도로 회전할 수 있다. 이때, 초기 지령속도는 작업자가 일정 절삭력을 얻기 위해 입력하는 설정된 속도일 수 있으며 작업자에 의해 변경될 수 있다.
적어도 하나의 조정 롤러(30)는 메인 롤러(10)와 서로 이격되어 배치되며 각각에 적어도 하나의 서브 구동부(40)가 연결되어 서브 구동부(40)의 구동에 따라 독립적으로 회전할 수 있다.
그리고, 적어도 하나의 조정 롤러(30)는 초기에 초기 지령속도로 회전하다가 속도가 변경될 수 있다.
복수의 절단 와이어(50)는 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)에 감기며 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 회전에 따라 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)가 회전함에 따라 절단 와이어(50)가 이송되며 시편(1)에 대한 절삭이 가능하게 된다.
즉, 복수의 롤러(10, 30)가 정해진 방향으로 계속해서 회전하면 복수의 절단 와이어(50)도 연속적으로 이송되고, 복수의 절단 와이어(50)가 시편(1)을 절단할 수 있게 된다.
이때, 복수의 롤러(10, 30)가 하나의 메인 롤러(10)와 하나의 조정 롤러(30)를 포함하여 2개의 롤러로 구성되는 경우에 시편(1)을 절단하기 위해서는 롤러(10, 30)의 크기가 시편(1)의 크기 보다 커야 한다.
이러한 이유로, 본 발명의 실시예에 따른 복수의 롤러(10, 30)는 하나의 메인 롤러(10)와 복수의 조정 롤러(30)를 포함하여 구성될 수도 있다.
특히, 도면에 도시된 바와 같이 복수의 롤러(10, 30)는 하나의 메인 롤러(10)와 두개의 조정 롤러(30)로 구성되며 회전 중심이 역삼각형을 이루도록 배치될 수 있다.
이처럼 복수의 롤러(10, 30)가 메인 롤러(10)와 두개의 조정 롤러(30)로 구성되는 경우에는 시편(1)이 중력방향으로 이송하여 절단될 수 있도록 역삼각형 구조로 배치되는 것이 바람직하다.
이때, 시편(1)은 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판, 사파이어 기판, 쿼츠 기판, 실리콘 파트 등은 크기가 큰 잉곳일 수 있으며, 절단되어 얇은 판 모양의 디스크 형태인 웨이퍼를 형성할 수 있다.
시편 이송부(2)는 시편(1)을 절단하기 위해 시편(1)을 파지하고 절단 와이어(50) 측으로 이송시키기 위한 장비이며 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 절단 장치는 절단 와이어(50)를 회전시키는 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 같아지도록 적어도 하나의 서브 구동부(40)를 제어하는 제어부를 구비한다.
여기서, 메인 롤러(10)의 표면속도는 메인 롤러(10)가 절단 와이어(50)를 회전시키는 속도를 의미하며 조정 롤러(30)의 표면속도는 조정 롤러(30)가 절단 와이어(50)를 회전시키는 속도를 의미한다.
그리고, 메인 롤러(10)의 표면속도와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 같지 않을 경우 절단 와이어(50)의 일부 구간이 팽팽해지거나 절단 와이어(50)에 진동이 발생하게 되고, 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40) 중 일부는 부하가 커지게 되고 다른 일부는 부하가 작아지게 된다.
이때, 구동부(20, 40)의 부하가 상대적으로 크다는 것은 출력토크가 상대적으로 큰 것을 의미하고, 구동부(20, 40)가 절단 와이어(50)를 회전시키기 위해 어려움이 있으며 상대적으로 큰 힘이 필요하다는 것을 의미한다.
그리고, 구동부(20, 40)가 절단 와이어(50)를 회전시키기 위해 상대적으로 큰 힘이 필요한 경우는 이 구동부(20, 40)와 연결된 롤러(10, 30)의 표면속도가 상대적으로 빠른 것을 의미할 수 있다.
따라서, 제어부는 상대적으로 출력토크가 큰 구동부와 연결된 롤러(10, 30)의 표면속도가 빠르다는 것을 인지할 수 있고, 상대적으로 출력토크가 큰 구동부의 속도를 낮추기 위해 인가하는 전류를 감소시킬 수 있다.
반대로, 구동부(20, 40)의 부하가 상대적으로 적다는 것은 출력토크가 상대적으로 작다는 것을 의미하며, 절단 와이어(50)를 회전시키기 위한 어려움이 없고 상대적으로 작은 힘이 필요하다는 것을 의미하며, 이 구동부와 연결된 롤러(10, 30)의 표면속도가 상대적으로 느리다는 것을 의미할 수 있다.
따라서, 제어부는 상대적으로 출력토크가 작은 구동부와 연결된 롤러(10, 30)의 표면속도가 느리다는 것을 인지할 수 있고, 상대적으로 출력토크가 작은 구동부의 속도를 높이기 위해 인가하는 전류를 증가시킬 수 있다.
아래에서는 제어부에 대해 구체적으로 설명한다. 제어부는 초기에 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)를 구동시킬 때 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)를 동일한 초기 지령속도로 제어할 수 있다.
그 다음, 제어부는 초기 지령속도에 대한 서브 구동부(40)의 출력토크가 초기 지령속도에 대한 메인 구동부(20)의 출력토크 보다 작거나 큰 경우, 메인 롤러(10)와 조정 롤러(30)의 직경이 서로 다른 것으로 판단하고, 서브 구동부(40)를 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
즉, 서브 구동부(40)와 서브 구동부(40)를 동일한 초기 지령속도로 제어했을 때 출력토크가 같지 않다는 것은 각각에 연결된 메인 롤러(10)와 조정 롤러(30)의 표면속도가 다르다는 것을 의미할 수 있기 때문에, 제어부는 각각에 연결된 메인 롤러(10)와 조정 롤러(30)의 직경이 서로 다른 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 제어부는 메인 롤러(10)와 조정 롤러(30)의 표면속도가 같아지도록 제어하기 위해 서브 구동부(40)를 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
이러한 변경된 지령속도는 초기 지령속도보다 빠르거나 느릴 수 있으며, 메인 구동부(20)의 출력토크와 서브 구동부(40)의 출력토크를 비교하여 설정될 수 있다.
즉, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크 보다 큰 경우 서브 구동부(40)는 초기 지령속도 보다 느린 변경된 지령속도로 제어될 수 있다.
그리고, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크 보다 작은 경우 서브 구동부(40)는 초기 지령속도 보다 빠른 변경된 지령속도로 제어될 수 있다.
이때, 제어부는 변경된 지령속도를 계산하는 보상 제어부를 포함할 수 있고, 보상 제어부는 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크를 추종하기 위한 보상속도 값을 산출하고, 초기 지령속도 값에 보상속도 값을 가감하여 변경된 지령속도를 계산할 수 있다.
여기서, 보상속도 값은 별도의 공식을 이용하여 계산되거나 반복적인 실험을 통한 데이터로부터 계산될 수 있다.
그리고, 보상 제어부는 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크 보다 큰 경우 초기 지령속도 값에서 보상속도 값을 빼서 변경된 지령속도 값을 구할 수 있다.
또한, 보상 제어부는 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크 보다 작은 경우 초기 지령속도 값에서 보상속도 값을 더해서 변경된 지령속도 값을 구할 수 있다.
또한, 보상 제어부는 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크와 같아지도록, 서브 구동부(40)에 변경된 지령속도를 피드백할 수 있다.
그리고, 보상 제어부는, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크와 같아질 때까지 서브 구동부(40)에 변경된 지령속도를 피드백하여 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크를 추종할 수 있도록 제어한다.
한편, 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 크기를 정밀하게 측정이 가능하고 측정하는 작업을 추가한다면, 제어부는 초기 구동할 때 측정된 크기에 따라 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 속도를 다르게 제어할 수 있다.
즉, 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)가 서로 다른 직경을 갖도록 형성되고, 메인 롤러(10)의 절단 와이어(50)가 감긴 부분과 조정 롤러(30)의 절단 와이어(50)가 감긴 부분을 각각 정밀하게 측정할 수 있다면 제어부는 메인 구동부(20)와 서브 구동부(40)를 처음부터 다른 속도로 제어할 수 있다.
또는, 메인 구동부(20)와 서브 구동부(40)의 출력토크를 비교하지 않고 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 같아지도록 메인 구동부(20)와 서브 구동부(40)를 각각 제어할 수 있다.
즉, 제어부는 조정 롤러(30)의 직경이 메인 롤러(10)의 직경 보다 큰 경우 조정 롤러(30)와 연결된 서브 구동부(40)를 메인 구동부(20)의 지령속도 보다 느린 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
그리고, 제어부는 조정 롤러(30)의 직경이 메인 롤러(10)의 직경 보다 작은 경우 조정 롤러(30)와 연결된 서브 구동부(40)를 메인 구동부(20)의 지령속도 보다 빠른 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 조정 롤러(30)의 직경이 메인 롤러(10)의 직경과 같은 경우 조정 롤러(30)와 연결된 서브 구동부(40)를 메인 구동부(20)의 지령속도와 동일한 속도로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법은 메인 롤러(10)를 회전시키는 메인 구동부(20)와, 적어도 하나의 조정 롤러(30)를 각각 회전시키는 적어도 하나의 서브 구동부(40)와, 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)에 감기는 복수의 절단 와이어(50)를 준비하는 단계(S100), 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)를 초기 지령속도로 제어하는 단계(S200), 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 같아지도록 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 속도를 제어하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법은 메인 롤러(10), 적어도 하나의 조정 롤러(30), 복수의 절단 와이어(50)를 준비하는 단계(S100)를 진행할 수 있다.
여기서, 서로 다른 직경의 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)를 설치하거나, 동일 직경으로 설치하더라도 가공상의 오차로 미세하게 직경이 다른 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)를 설치할 수 있다.
그 다음 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)를 초기 지령속도로 제어하는 단계(S200)를 진행한다. 초기 지령속도는 원하는 절삭력에 맞게 입력되는 속도이며 작업자의 입력에 따라 조절될 수 있다.
여기서, 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)를 초기 지령속도로 제어할 때 각각에 연결된 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 직경 차이로 인해 표면속도에 차이가 발생할 수 있다.
이에 따라, 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 같아지도록 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 속도를 제어하는 단계(S300)를 진행한다.
이 단계(S300)에 대해 구체적으로 설명하면, 먼저, 메인 구동부(20)의 출력토크와 서브 구동부(40)의 출력토크가 차이가 나는지 확인하는 단계(S310)를 진행한다.
여기서, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크와 같다면 제어부는 각각에 연결된 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 동일한 수준인 것으로 판단하며, 서브 구동부(40)의 속도를 변경하지 않고 초기 지령속도로 제어하는 단계를 진행할 수 있다.
그리고, 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)에 동일한 전류가 인가되어 동일한 속도로 제어될 때 각각에 연결된 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 동일하므로, 제어부는 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 직경이 서로 동일한 수준인 것으로 판단할 수 있다.
반대로, 제어부는 초기 지령속도에 대한 서브 구동부(40)의 출력토크가 초기 지령속도에 대한 메인 구동부(20)의 출력토크와 차이가 있다면, 메인 롤러(10)와 조정 롤러(30)의 직경이 서로 다른 것으로 판단할 수 있다.
그 다음, 메인 구동부(20)의 출력토크와 서브 구동부(40)의 출력토크에 차이가 있다면 서브 구동부(40)를 변경된 지령속도로 제어하는 단계(S320)를 진행할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 서브 구동부(40)를 변경된 지령속도로 제어하는 단계(S320)에서는, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크 보다 크다면 서브 구동부(40)를 초기 지령속도 보다 느린 변경된 지령속도로 제어한다.
그리고, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크 보다 작다면 서브 구동부(40)를 초기 지령속도 보다 빠른 변경된 지령속도로 제어한다.
그 다음, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크와 동일한지 확인하고(S330), 동일하다면 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 표면속도가 같아지도록 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 속도를 제어하는 단계를 종료할 수 있다.
반면에, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크와 동일하지 않다면 서브 구동부(40)의 출력토크와 메인 구동부(20)의 출력토크의 크기를 비교하여 변경된 지령속도를 다시 변경하여 S320 단계와 S330 단계를 반복할 수 있다.
또한, 서브 구동부(40)를 변경된 지령속도로 제어하는 단계(S320)에서는 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크를 추종하기 위한 보상속도 값을 산출하고, 초기 지령속도 값에 보상속도 값을 가감하여 변경된 지령속도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 변경된 지령속도를 계산한 후, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크와 같아지도록 서브 구동부(40)에 변경된 지령속도를 피드백하는 단계를 진행할 수 있다.
그리고, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크와 같은지 확인하고(S330), 같다면 피드백 작업을 완료하고 서브 구동부(40)를 최종 피드백한 변경된 지령속도로 계속해서 제어할 수 있다.
반면에, 서브 구동부(40)의 출력토크가 메인 구동부(20)의 출력토크와 같지 않다면 서브 구동부(40)에 변경된 지령속도를 피드백하는 단계를 반복해서 진행할 수 있다.
한편, 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 크기를 정밀하게 측정이 가능하고 측정하는 작업을 추가한다면, 제어부는 초기 구동할 때 측정된 크기에 따라 메인 구동부(20)와 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 속도를 다르게 제어할 수 있다.
즉, 준비하는 단계에서, 서로 다른 직경을 갖는 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)를 준비하며 메인 롤러(10)와 적어도 하나의 조정 롤러(30)의 직경을 정밀하게 측정한다.
그리고, 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 속도를 조절하는 단계에서, 조정 롤러(30)의 직경이 메인 롤러(10)의 직경 보다 큰 경우 조정 롤러(30)와 연결된 서브 구동부(40)를 메인 구동부(20)의 지령속도 보다 느린 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 서브 구동부(40)의 속도를 조절하는 단계에서, 조정 롤러(30)의 직경이 메인 롤러(10)의 직경 보다 작은 경우 조정 롤러(30)와 연결된 서브 구동부(40)를 메인 구동부(20)의 지령속도 보다 빠른 변경된 지령속도로 제어할 수 있다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 3개 이상의 롤러로 구성되어 부피가 큰 잉곳의 절단이 가능하고 작은 크기의 롤러를 사용할 수 있어서 롤러와 연결된 구동부에 가해지는 부하를 저감시키는 효과가 있다.
또한, 구동부는 하나의 롤러와 연결되며 복수의 롤러는 독립적으로 회전할 수 있어서 구동부에 가해지는 부하를 줄일 수 있으며 복수의 롤러의 속도를 개별적으로 제어하여 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 복수의 롤러의 직경이 서로 다르더라도 절단 와이어를 동일한 속도로 회전시킬 수 있어서 모터의 부하를 줄일 수 있고, 이에 따라 절단 와이어의 진동과 손상을 최소화할 수 있어서 장비를 효율적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.
특히, 와이어가 안정적으로 회전함에 따라 와이어의 선속을 높일 수 있어서 높은 절삭력을 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (19)

  1. 메인 구동부의 구동에 따라 회전하는 메인 롤러;
    상기 메인 롤러와 서로 이격되어 배치되며 각각에 연결되는 복수의 서브 구동부의 구동에 따라 독립적으로 회전하는 복수의 조정 롤러;
    상기 메인 롤러와 복수의 조정 롤러에 감기는 복수의 절단 와이어; 및
    상기 절단 와이어를 회전시키는 상기 메인 롤러와 복수의 조정 롤러의 표면속도가 같아지도록 상기 메인 구동부와 복수의 서브 구동부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    초기에 상기 메인 구동부와 복수의 서브 구동부를 초기 지령속도로 제어하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 초기 지령속도에 대한 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 초기 지령속도에 대한 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작거나 큰 경우,
    상기 서브 구동부를 변경된 지령속도로 제어하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 큰 경우 상기 서브 구동부는 상기 초기 지령속도 보다 느린 상기 변경된 지령속도로 제어되고,
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작은 경우 상기 서브 구동부는 상기 초기 지령속도 보다 빠른 상기 변경된 지령속도로 제어되는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크를 추종하기 위한 보상속도 값을 산출하고, 상기 초기 지령속도 값에 상기 보상속도 값을 가감하여 상기 변경된 지령속도를 계산하는 보상 제어부;
    를 포함하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보상 제어부는 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크와 같아지도록, 상기 서브 구동부에 상기 변경된 지령속도를 피드백하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 초기 지령속도에 대한 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 초기 지령속도에 대한 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작거나 큰 경우, 상기 메인 롤러와 조정 롤러의 직경이 서로 다른 것으로 판단하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 롤러와 복수의 조정 롤러는 서로 다른 직경을 갖도록 형성되는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조정 롤러의 직경이 상기 메인 롤러의 직경 보다 큰 경우 상기 조정 롤러와 연결된 상기 서브 구동부를 상기 메인 구동부의 지령속도 보다 느린 변경된 지령속도로 제어하고,
    상기 조정 롤러의 직경이 상기 메인 롤러의 직경 보다 작은 경우 상기 조정 롤러와 연결된 상기 서브 구동부를 상기 메인 구동부의 지령속도 보다 빠른 변경된 지령속도로 제어하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 롤러는 두개로 구비되고, 상기 메인 롤러와 두개의 조정 롤러는 회전 중심이 역삼각형을 이루도록 배치되는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치.
  11. 메인 롤러를 회전시키는 메인 구동부와, 복수의 조정 롤러를 각각 회전시키는 복수의 서브 구동부와, 상기 메인 롤러와 복수의 조정 롤러에 감기는 복수의 절단 와이어를 준비하는 단계;
    상기 메인 구동부와 복수의 서브 구동부를 초기 지령속도로 제어하는 단계; 및
    상기 메인 롤러와 복수의 조정 롤러의 표면속도가 같아지도록 상기 복수의 서브 구동부의 속도를 제어하는 단계;
    를 포함하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 구동부의 속도를 조절하는 단계는,
    상기 메인 구동부의 출력토크와 상기 서브 구동부의 출력토크를 비교하는 단계; 및
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크와 차이가 있다면 상기 서브 구동부를 변경된 지령속도로 제어하는 단계;
    를 포함하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 구동부의 속도를 조절하는 단계는,
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크와 같다면 상기 서브 구동부를 상기 초기 지령속도로 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 서브 구동부를 상기 변경된 지령속도로 제어하는 단계는,
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 크다면 상기 서브 구동부를 상기 초기 지령속도 보다 느린 상기 변경된 지령속도로 제어하고,
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작다면 상기 서브 구동부를 상기 초기 지령속도 보다 빠른 상기 변경된 지령속도로 제어하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 서브 구동부를 상기 변경된 지령속도로 제어하는 단계는,
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크를 추종하기 위한 보상속도 값을 산출하고, 초기 지령속도 값에 보상속도 값을 가감하여 상기 변경된 지령속도를 계산하는 단계;
    를 포함하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 서브 구동부를 상기 변경된 지령속도로 제어하는 단계는,
    상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 메인 구동부의 출력토크와 같아지도록 상기 서브 구동부에 상기 변경된 지령속도를 피드백하는 단계;
    를 더 포함하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 메인 구동부의 출력토크와 상기 서브 구동부의 출력토크를 비교하는 단계에서,
    상기 초기 지령속도에 대한 상기 서브 구동부의 출력토크가 상기 초기 지령속도에 대한 상기 메인 구동부의 출력토크 보다 작거나 크다면, 상기 메인 롤러와 조정 롤러의 직경이 서로 다른 것으로 판단하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 준비하는 단계에서,
    서로 다른 직경을 갖는 상기 메인 롤러와 복수의 조정 롤러를 준비하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 구동부의 속도를 조절하는 단계는,
    상기 조정 롤러의 직경이 상기 메인 롤러의 직경 보다 큰 경우 상기 조정 롤러와 연결된 상기 서브 구동부를 상기 메인 구동부의 지령속도 보다 느린 변경된 지령속도로 제어하고,
    상기 조정 롤러의 직경이 상기 메인 롤러의 직경 보다 작은 경우 상기 조정 롤러와 연결된 상기 서브 구동부를 상기 메인 구동부의 지령속도 보다 빠른 변경된 지령속도로 제어하는 멀티 와이어를 이용한 절단 장치의 제어 방법.
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