KR100859397B1 - 공작기계에서의 수치제어 시스템 및 방법 - Google Patents

공작기계에서의 수치제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작물의 가공 위치 및 중량에 의해 발생하는 우력의 영향을 최소화하여 공작물 가공 위치 결정을 위한 직선축 및 회전축의 공작물 이송 및 회전 능력을 극대화시키도록 한 공작기계에서의 수치제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 직선/회전 구동하여 공작물을 이송/회전시키는 구동부를 구비하고 있는 공작기계에서의 수치제어 시스템에 있어서, 상기 구동부의 위치/회전각도를 측정하는 위치 측정부와; 가감속 시정수 보상 함수, 속도 루프 게인 보상 함수 및 위치 루프 게인 보상 함수를 저장하고 있는 메모리부와; 내부 메모리 영역에 기설정된 크기를 갖는 보상 계수 및 기설정된 범위를 갖는 기준값을 저장하고 있으며, 상기 위치 측정부를 통해 상기 구동부의 위치/회전각도를 인식하며, 인식된 상기 구동부의 위치/회전각도를 이용하여 상기 구동부의 위치/회전각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 계산하고, 해당 계산된 위치/회전각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 이용하여 우력을 계산하고, 해당 계산된 우력과 상기 메모리부에 저장된 가감속 시정수 보상 함수, 속도 루프 게인 보상 함수 및 위치 루프 게인 보상 함수와 상기 보상 계수를 이용하여 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산한 후에, 해당 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위에 해당하는 지에 따라 상기 보상 계수의 크기를 증가 또는 감소시켜 재설정하는 제어부를 포함하여 이루어짐으로써, 경량화된 공작기계를 설계할 수 있고, 공작기계의 장비 수명을 연장할 수 있으며, 정밀도 높은 공작물을 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

공작기계에서의 수치제어 시스템 및 방법{Numerical Control System and Method in a Work Machine}
도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계에서의 수치제어 시스템의 구성을 블록도로 도시한 도면.
도 2는, 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계에서의 수치제어 방법을 순서도로 도시한 도면.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10: 입력부(10) 20: 위치 측정부(20)
30: 구동부(30) 40: 제어부(40)
50: 메모리부(50)
본 발명은 공작기계에서의 수치제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 공 작물의 가공 위치 및 중량에 의해 발생하는 우력의 영향을 최소화하여 공작물 가공 위치 결정을 위한 직선축 및 회전축의 공작물 이송 및 회전 능력을 극대화시킴으로써, 경량화된 공작기계를 설계할 수 있고, 공작기계의 장비 수명을 연장할 수 있으며, 정밀도 높은 공작물을 획득할 수 있도록 한 공작기계에서의 수치제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공작기계의 수치제어 시스템(CNC: Computer Numerically Controller)은 공작물의 가공 위치를 결정하는 직선축(X,Y 및 Z축)으로 이루어진 이송계와 회전축(A,B 및 C축)으로 이루어진 회전계를 포함하여 이루어진다.
이러한, 수치제어 시스템의 직선축 및 회전축이 직선 및 회전 구동하기 위해서는, 직선축 및 회전축 내의 서보 모터 및 이송하려는 공작물 간의 부하 관성 비(Load Inertia Ratio), 이송계 및 회전계의 적절한 가감속 결정을 위한 가감속 시정수, 이송계 및 회전계의 위치 루프 제어를 위한 위치 루프 게인의 설정 값, 이송계 및 회전계의 속도 루프 제어를 위한 속도 루프 게인의 설정 값이 각각 필요하다.
기존의 수치제어 시스템은 사용자 또는 기계 제조사로부터의 입력에 의해서만, 상술한 서보 모터와 부하 관성 비, 가감속 시정수, 위치 루프 게인 관련 값 및 속도 루프 게인 관련 값이 설정되도록 구성되어 있다.
따라서, 기존의 수치제어 시스템은 사용자 또는 기계 제조사로부터의 입력에 의한 설정 값 변경 이전에는 어떠한 조건에서도 설정값의 변경없이 동작하게 된다.
이러한, 수치제어 시스템에는 공작물의 가공 위치 및 중량을 측정할 수 있는 수단 또한 없기 때문에, 공작물 중량의 가변 및 이송계 또는 회전계에 의해 결정되는 공작물의 가공 위치에 대하여 가변적으로 제어를 행할 수 없는 문제점이 있었다.
예를 들어, 일반적으로 C형 머시닝 센터는 공작물의 X축 이송을 위한 새들(Saddle)을 Y축 상에 구비하고 있다. 여기서, 해당 새들 위에는 테이블이 형성되어 있다. 이러한, C형 머시닝 센터에서 해당 테이블을 X축 좌측 및 우측 끝까지 이송하는 경우에, 해당 테이블이 기계의 베이스(Base)를 벗어나는 오버행(Overhang)이 발생하게 된다.
오버행은 공작물의 Y축 '+'방향 또는 '-'방향 이송시, Y축 구동축 중심에 대한 우력(Moment)으로 작용한다.
우력의 크기는 Y축 구동축의 중심으로부터 벗어남 정도에 따라 달라지며, 가공을 위한 공작물 적재시 적재 중량과 공작물의 설치 위치에 따라 달라진다. 그리고, 이렇게 생성된 우력은 공작기계에서 공작물 가공시, 공작기계에 큰 충격을 주어 해당 공작기계 이송계의 수명 단축은 물론, 표면 진동에 의해 가공하려는 공작물의 표면 조도를 악화시키며, 불규칙한 절삭 조건으로 인해 공구 수명을 급격히 단축시킨다.
또 다른 예를 들면, 4축 또는 5축 가공을 하는 머시닝 센터에서의 공작물 회전에 의해 해당 회전된 공작물이 최초 형상 변동 또는 공정 변동되어 회전축 중심에 대하여 편심을 가지게 된 경우, 공작물의 가공 위치 결정시 원심력 및 회전 관 성에 의한 충격이 발생하기 때문에, 이를 방지하기 위하여 최대 회전수를 낮추어 공작기계를 설계 및 제어해야만 한다.
정리하자면, 기존의 공작기계의 수치제어 시스템은 공작물의 가공 위치 결정을 위한 직선축 및 회전축의 구동에 대하여, 어떠한 조건에서도 사용자 또는 기계 제조사에 의해 기설정된 값이 적용되기 때문에, 공작기계의 이송계 및 회전계의 상황에 맞는 제어를 가변적으로 수행할 수 없는 문제점이 있었다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 공작물의 가공 위치 및 중량에 의해 발생하는 우력의 영향을 최소화하여 공작물 가공 위치 결정을 위한 직선축 및 회전축의 공작물 이송 및 회전 능력을 극대화시킴으로써, 경량화된 공작기계를 설계할 수 있고, 공작기계의 장비 수명을 연장할 수 있으며, 정밀도 높은 공작물을 획득할 수 있도록 한 공작기계에서의 수치제어 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계에서의 수치제어 시스템은, 직선/회전 구동하여 공작물을 이송/회전시키는 구동부를 구비하고 있는 공작기계에서의 수치제어 시스템에 있어서, 상기 구동부의 위치/회전각도를 측정하는 위치 측정부와; 가감속 시정수 보상 함수, 속도 루프 게인 보상 함수 및 위치 루프 게인 보상 함수를 저장하고 있는 메모리부와; 내부 메모리 영역에 기설정된 크기를 갖는 보상 계수 및 기설정된 범위를 갖는 기준값을 저장하고 있으며, 상기 위치 측정부를 통해 상기 구동부의 위치/회전각도를 인식하며, 인식된 상기 구동부의 위치/회전각도를 이용하여 상기 구동부의 위치/회전각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 계산하고, 해당 계산된 위치/회전각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 이용하여 우력을 계산하고, 해당 계산된 우력과 상기 메모리부에 저장된 가감속 시정수 보상 함수, 속도 루프 게인 보상 함수 및 위치 루프 게인 보상 함수와 상기 보상 계수를 이용하여 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산한 후에, 해당 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위에 해당하는 지에 따라 상기 보상 계수의 크기를 증가 또는 감소시켜 재설정하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계에서의 수치제어 방법은, 직선/회전 구동하여 공작물을 이송/회전시키는 구동부를 구비하고 있는 공작기계에서의 수치제어 방법에 있어서, 상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량을 측정하기 위해 하나 이상의 측정 지점/각도를 설정하는 제1과정과; 상기 측정 지점/각도에서 상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량을 측정하고, 해당 측정된 결과를 이용하여 상기 구동부의 위치/각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 계산하고, 계산된 상기 구동부의 위치/각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 저장하는 제2과정과; 상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량의 측정이 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 완료되었는 지를 확인하는 제3과정과; 상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량의 측정이 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 완료된 경우에, 상기 저장된 위치/각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 이용하여 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 우력을 계산하고, 계산된 각 측정 지점/각도별 우력을 저장하는 제4과정과; 상기 저장된 각 측정 지점/각도별 우력과 기설정된 크기의 보상 계수와 기저장되어 있는 가감속 시정수 보상 함수, 속도 루프 게인 보상 함수 및 위치 루프 게인 보상 함수를 이용하여 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산하는 제5과정과; 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 기준값의 범위에 해당하는 지에 따라 상기 보상 계수의 크기를 증가 또는 감소시켜 재설정하는 제6과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 공작기계에서의 공작물 가공을 위한 수치제어 시스템의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 입력부(10)와, 위치 측정부(20)와, 구동부(30)와, 제어부(40)와, 메모리부(50)를 구비하여 이루어진다.
상기 입력부(10)는 사용자로부터의 입력 정보를 상기 제어부(40)로 인가하는 사용자 입력 인터페이스이다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치의 키보드 및 마우스 또는 터치패드 및 터치스크린 등으로 이루어진다.
상기 위치 측정부(20)는 상기 구동부(30)의 직선축 상에서의 위치 또는 회전축 상에서의 회전각도를 측정하여 해당 측정된 위치 또는 회전각도에 대한 정보를 상기 제어부(40)로 인가한다. 예를 들어, 상기 위치 측정부(20)는 로터리 엔코더 또는 리니어 스케일 등으로 이루어진다.
상기 구동부(30)는 공작물을 직선 이송하기 위한 직선축(미도시)과 공작물을 회전시키기 위한 회전축(미도시)을 포함하여 이루어지며, 상기 제어부(40)의 제어에 따라 직선 이동 및 회전 구동한다.
상기 제어부(40)는 상기 위치 측정부(20)로부터 상기 구동부(30)의 위치/회전각도에 대한 정보를 인가받아 해당 인가받은 위치/회전각도에 대한 정보를 이용하여 상기 구동부(30)의 이동속도/회전속도를 계산하고, 위치/각도 편차량을 계산하여 해당 계산된 구동부(30) 이동속도/회전속도 및 구동부(30) 위치/각도 편차량에 대한 정보를 상기 메모리부(50)에 저장한다.
또한, 상기 제어부(40)는 상기 구동부(30)의 구동을 제어하기 위해 상기 구동부(30)에 전류를 공급하며, 해당 공급된 전류량에 대한 정보를 이용하여 상기 구동부(30)의 부하량을 계산하여 해당 계산된 구동부(30)의 부하량을 상기 메모리부(50)에 저장한다.
또한, 상기 제어부(40)는 상기 메모리부(50)에 저장된 상기 구동부(30)의 위치/각도 편차량, 구동부(30) 이동속도/회전속도 및 부하량을 이용하여 우력을 계산하여 해당 계산된 우력에 대한 정보를 상기 메모리부(50)에 저장한다.
또한, 상기 제어부(40)는 내부 메모리 영역에 기설정된 크기를 갖는 보상 계수 및 기설정된 범위를 갖는 기준값이 저장되어 있으며, 저장된 보상 계수와 상기 메모리부(50)에 저장된 우력에 대한 정보 및 상기 메모리부(50)에 저장된 가감속 시정수 보상 함수, 위치 루프 게인 보상 함수 및 속도 루프 게인 보상 함수를 이용하여 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산하여 해당 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값 각각의 크기가 내부에 저장되어 있는 기준값의 범위 내에 해당하는지를 확인한다.
또한, 상기 제어부(40)는 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 내부에 저장되어 있는 기준값의 범위를 초과하는 경우에, 내부에 저장되어 있는 보상 계수의 수치를 일정 크기로 감소시켜 재설정한다.
또한, 상기 제어부(40)는 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 내부에 저장되어 있는 기준값의 범위를 초과하는 경우에, 내부에 저장되어 있는 보상 계수의 수치를 일정 크기로 증가시켜 재설정한다.
상기 메모리부(50)는 가감속 시정수 보상 함수, 위치 루프 게인 보상 함수 및 속도 루프 게인 보상 함수를 저장하고 있으며, 상기 제어부(40)의 제어에 따라 정보를 저장하고 해당 저장된 정보를 상기 제어부(40)에게 제공한다.
상술한 바와 같은 구성에 있어서, 본 발명의 실시 예에 따른 공작기계에서의 수치제어 방법을 도 2에 도시된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 구동부(30)의 직선축에서 공작물을 이송하는 경우에, 사용자가 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량을 특정 지점별로 측정하기 위해 상기 입력부(10)를 통해 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량을 측정할 측정 지점을 지정하면, 상기 제어부(40)는 이를 인식하여 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량을 측정할 측정 지점을 설정한다(단계 S21).
구체적으로는, 사용자가 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량을 측정하기 위해 상기 입력부(10)를 통해 직선축의 구간 등분 값을 입력하면, 상기 제어부(40)는 이를 인식하여 해당 직선축의 구간을 등분함으로써, 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량을 측정할 측정 지점을 설정한다.
예를 들어, Y축의 구동 중심을 기준으로 X축의 이송 거리가 1200mm(좌우 각 600mm)인 C형 머시닝 센터에서 사용자로부터 X축 구간 등분 값으로 '3'을 입력받은 경우에, C형 머시닝 센터는 X축 좌우측에서 각각 3회씩 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량 측정을 반복하게 되어 총 6회의 측정을 하게 된다. 이때, 측정 지점은 좌측 및 우측의 이송 거리가 각각 600mm이고 사용자로부터 입력받은 구간 등분 값이 '3'이므로, 해당 X축 좌우측 각각 최초 200mm, 다음으로 400mm, 끝으로 600mm의 지점에서 측정하게 된다. 또는 이의 역순으로 측정하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 제어부(40)는 상기 구동부(30)가 초기 지점부터 측정 지점에 도달할 때까지 위치 이동시 필요한 전류를 상기 구동부(30)로 공급한다. 예를 들어, 해당 초기 지점은 상기 X축의 중심(즉, 0mm)을 의미하며, 해당 측정 지점은 상기 X축의 좌측 또는 우측의 200mm 위치를 의미한다.
여기서, 상기 제어부(40)는 상기 위치 측정부(20)로부터 상기 구동부(30)의 위치를 실시간으로 제공받고 있음을 잘 이해해야 한다.
이에, 상기 제어부(40)는 상기 위치 측정부(20)를 통해 상기 구동부(30)가 상기 측정 지점에 도달했는지 여부를 확인한다.
이때, 상기 구동부(30)가 상기 측정 지점에 도달한 경우에, 상기 제어부(40)는 상기 위치 측정부(20)를 통해 상기 구동부(30)가 측정 지점에 도달했음을 인식하여 상기 구동부(30)에 공급 중이던 전류를 차단하여 상기 구동부(30)의 위치 이동을 중단시키며, 지금까지 상기 구동부(30)에 공급한 전류량을 측정(즉, 확인)하고, 해당 측정된 전류량을 이용하여 상기 구동부(30)의 부하량을 계산한 후에, 해당 계산된 부하량에 대한 정보를 상기 메모리부(50)에 저장한다(단계 S22).
예를 들어, 상기 구동부(30)가 X축 상에서 위치를 이동하는 경우에, 상기 구동부(30)가 측정 지점에 도달하면, 상기 제어부(40)는 상기 위치 측정부(20)를 통해 이를 인식하여 X축 상에서 위치를 이동시키기 위해 상기 구동부(30)에 공급 중이던 구동 전류를 차단하여 상기 구동부(30)의 위치 이동을 중단시킨다.
그리고, 상기 제어부(40)는 상기 구동부(30)로의 전류 공급을 차단한 후에도, 상기 위치 측정부(20)로부터 측정된 상기 구동부(30)의 실제 위치에 대한 정보를 계속 인가받는다. 이는, 상기 구동부(30)가 측정 지점에 도달함에 따라 상기 제어부(40)에서 상기 구동부(30)로 공급하던 전류를 차단하더라도, 상기 구동부(30)는 이송하던 공작물의 가공 위치 및 중량에 의한 우력 발생으로 인해 해당 측정 지점에 정확히 정지하지 못하기 때문이다.
즉, 상기 구동부(30)가 이송 중인 공작물의 중량에 의한 우력에 따라 오버행이 발생하여 상기 구동부(30)의 실제 위치는 상기 측정 지점을 벗어나게 되기 때문임을 잘 이해해야 한다.
이에, 상기 제어부(40)는 상기 위치 측정부(20)로부터 상기 구동부(30)의 실제 위치에 대한 정보를 인가받아 해당 인가받은 상기 구동부(30)의 실제 위치에 대한 정보와 이동 목표 위치였던 측정 지점과의 차이값인 위치 편차량을 계산하여 이를 상기 메모리부(50)에 저장한다(단계 S23).
여기서, 상기 위치 편차량은 상기 구동부(30)가 상기 제어부(40)로부터의 전류 공급 없이, 단지 이송 중인 공작물의 가공 위치 및 중량에 의해 발생된 우력에 의해 이동한 위치 변화량을 의미한다.
또한, 상기 제어부(40)는 상기 구동부(30)가 상기 측정 지점에 도달하기까지의 시간을 분석하여 상기 구동부(30)의 이동속도를 계산하여 이를 상기 메모리부(50)에 저장한다(단계 S24).
여기서, 상기 제어부(40)는 내부 클럭(Clock)을 이용하거나, 별도의 타이머를 구비하여 시간을 기록 및 측정할 수 있음을 잘 이해해야 한다.
이후, 상기 제어부(40)는 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량 측정이 상기 설정된 각 측정 지점별로 완료되었는 지를 확인한다(단계 S25). 예를 들어, 사용자에 의해 입력된 '3' 구간 등분 값에 따른 X축 좌우측의 총 6개의 측정 지점별 구동부(30)의 실제 위치, 이동속도 및 전류량 측정이 완료되었는 지를 확인한다.
이때, 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량 측정이 상기 각 측정 지점별로 완료된 경우에, 상기 제어부(40)는 상기 메모리부(50)에 저장된 상기 구동부(30)의 위치 편차량, 이동속도 및 부하량을 이용하여 상기 설정된 각 측정 지점별로 우력을 계산하여 이를 상기 메모리부(50)에 저장한다(단계 S26).
이후, 상기 제어부(40)는 내부에 저장되어 있는 보상 계수와 상기 메모리부(50)에 저장된 각 측정 지점별 우력 및 가감속 시정수 보상 함수, 위치 루프 게인 보상 함수 및 속도 루프 게인 보상 함수를 이용하여 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산하고(단계 S27), 해당 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값의 적합성을 확인한다. 즉, 상기 제어부(40)는 해당 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 내부에 저장되어 있는 기준값의 범위 이내에 해당하는지를 확인한다(단계 S28).
여기서, 상기 제어부(40)는 상기 메모리부(50)로부터 가감속 시정수 보상 함수, 위치 루프 게인 보상 함수 및 속도 루프 게인 보상 함수를 불러온 후에, 해당 불러온 가감속 시정수 보상 함수, 위치 루프 게인 보상 함수 및 속도 루프 게인 보상 함수에, 자신의 내부에 저장되어 있는 보상 계수의 크기를 각각 입력하고, 해당 보상 계수의 크기를 입력받은 가감속 시정수 보상 함수, 위치 루프 게인 보상 함수 및 속도 루프 게인 보상 함수와 상기 메모리부(50)에 저장된 상기 구동부(30)의 위치 편차량, 이동속도 및 부하량을 이용하여 상기 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산한다.
이러한, 상기 가감속 시정수 보상 함수는 상기 구동부(30)의 공작물 가공을 위한 위치 결정을 위한 가감속 시정수 및 상기 구동부(30)의 공작물 절삭 이송을 위한 시정수를 조정 보상하도록 이루어져 있으며, 상기 위치 루프 게인 보상 함수는 위치 루프 게인 관련 값을 증감하고, 그 값의 변동에 따라 상기 구동부(30)의 정지중 또는 이동중 위치 편차량을 조정 보상하도록 이루어져 있으며, 상기 속도 루프 게인 보상 함수는 상기 구동부(30)와 부하 관성 비의 설정 값을 조정 보상하며, 그 값의 변동에 따른 유관 설정 값(예를 들어, 외란 토오크 보상 값 및 속도 피드포워드 량 등)을 조정 보상하도록 이루어져 있다.
상세히 설명하면, 상기 제어부(40)는 상기 보상 계수가 입력된 가감속 시정수 보상 함수 및 상기 위치 편차량, 이동속도, 부하량을 이용하여 상기 가감속 시정수를 계산하고, 상기 보상 계수가 입력된 루프 게인 보상 함수 및 위치 편차량을 이용하여 상기 위치 루프 게인 관련 값을 계산하고, 상기 보상 계수가 입력된 속도 루프 게인 보상 함수 및 상기 이동속도를 이용하여 상기 속도 루프 게인 관련 값을 계산한다.
여기서, 상기 보상 계수는 가감속 시정수 보상 함수, 위치 루프 게인 보상 함수 및 속도 루프 게인 보상 함수에서 각각 가감속 시정수, 위치 루프 게인 관련 값 및 속도 루프 게인 관련 값 계산시 이용되는, 사용자 또는 기계 제작사로부터의 입력부(10)를 통한 입력에 의해 특정 수치로 갖도록 기설정되어, 상기 제어부(40) 내부에 일반적으로 구비된 메모리 영역에 저장되어 있는 상수값을 의미한다.
그리고, 상기 기준값은 사용자 또는 기계 제작사로부터의 입력부(10)를 통한 입력에 의해 특정 범위를 갖도록 기설정되어, 상기 제어부(40) 내부에 일반적으로 구비된 메모리 영역에 저장되어 있는 값을 의미하며, 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값의 크기가 상기 수치제어 시스템 작동에 적합한 지를 판단하는데 있어서 기준이 되는 값이다. 그리고, 상기 기준값은 상기 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값별로 각각 기설정되어 있다. 이러한, 상기 기준값은 특징이 다른 여러 수치제어 시스템별로 다르게 설정되는 것임을 잘 이해해야 한다.
이때, 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위 이내에 해당하는 경우, 상기 제어부(40)는 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 수치제어 시스템 작동에 적합한 값으로 인식한다. 이는, 상기 수치제어 시스템을 탑재한 공작기계에서 공작물을 안정적으로 가공할 수 있음을 의미한다.
만일에, 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위를 초과한 경우, 상기 제어부(40)는 상기 보상 계수의 크기를 일정 크기만큼 감소시켜 내부에 재설정한 후에(단계 S29), 상기 제22단계(S22)부터 상술한 과정을 다시 수행한다.
그리고, 상기 가감속 시정수, 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위 미만인 경우에는, 상기 제어부(40)는 상기 보상 계수의 크기를 일정 크기만큼 증가시켜 내부에 재설정한 후에(단계 S30), 상기 제22단계(S22)부터 상술한 과정을 다시 수행한다.
한편, 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량 측정이 상기 각 측정 지점별로 완료되지 않은 경우에, 상기 제어부(40)는 상술한 측정 지점 다음에 측정할 측정 지점을 지정한다(단계 S31). 그 다음에, 상기 제어부(40)는 해당 지정된 측정 지점 다음에 위치한 측정 지점에서 상기 위치 측정부(20)를 통해 측정된 상기 구동부(30)의 실제 위치 및 전류량을 인식한다. 즉, 상기 제22단계(S22)부터 제25단계(S25)까지의 과정을 다시 수행한다.
다르게는, 상기 구동부(30)의 회전축에서 공작물을 회전시키는 경우에, 사용자가 상기 구동부(30)의 실제 회전각도 및 전류량을 특정 회전각도별로 측정하기 위해 상기 입력부(10)를 통해 상기 구동부(30)의 실제 회전각도 및 전류량을 측정할 측정 각도를 지정하면, 상기 제어부(40)는 이를 인식하여 상기 구동부(30)의 실제 회전각도 및 전류량을 측정할 측정 각도를 설정한다.
즉, 상기 제어부(40)는 상기 구동부(30)의 실제 위치 대신 실제 회전각도, 위치 편차량 대신 각도 편차량, 이동속도 대신 회전속도를 측정 및 계산하여 상기 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산하고, 해당 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위 내에 해당하는 지를 확인하는 과정을 수행한다. 다시 말해서, 상기 구동부(30)의 실제 위치 대신 실제 회전각도, 위치 편차량 대신 각도 편차량, 이동속도 대신 회전속도로 하여 상술한 단계별(S21~S31) 과정을 수행한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 공작물의 가공 위치 및 중량에 의해 발생하는 우력의 영향을 최소화하여 공작물 가공 위치 결정을 위한 직선축 및 회전축의 공작물 이송 및 회전 능력을 극대화시킴으로써, 경량화된 공작기계를 설계할 수 있고, 공작기계의 장비 수명을 연장할 수 있으며, 정밀도 높은 공작물을 획득할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 직선/회전 구동하여 공작물을 이송/회전시키는 구동부를 구비하고 있는 공작기계에서의 수치제어 시스템에 있어서,
    상기 구동부의 위치/회전각도를 측정하는 위치 측정부와;
    가감속 시정수 보상 함수, 속도 루프 게인 보상 함수 및 위치 루프 게인 보상 함수를 저장하고 있는 메모리부와;
    내부 메모리 영역에 기설정된 크기를 갖는 보상 계수 및 기설정된 범위를 갖는 기준값을 저장하고 있으며, 상기 위치 측정부를 통해 상기 구동부의 위치/회전각도를 인식하며, 인식된 상기 구동부의 위치/회전각도를 이용하여 상기 구동부의 위치/회전각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 계산하고, 해당 계산된 위치/회전각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 이용하여 우력을 계산하고, 해당 계산된 우력과 상기 메모리부에 저장된 가감속 시정수 보상 함수, 속도 루프 게인 보상 함수 및 위치 루프 게인 보상 함수와 상기 보상 계수를 이용하여 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산한 후에, 해당 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위에 해당하는 지에 따라 상기 보상 계수의 크기를 증가 또는 감소시켜 재설정하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계에서의 수치제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위를 초과하는 경우에, 상기 보상 계수의 크기를 감소시켜 재설정하며, 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위 미만인 경우에, 상기 보상 계수의 크기를 증가시켜 재설정하는 것을 특징으로 하는 공작기계에서의 수치제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 구동부에 하나 이상의 측정 지점/각도를 설정하고, 해당 설정된 각 측정 지점/각도별로 상기 구동부의 실제 위치/회전각도 및 전류량 측정이 완료되었는 지를 확인하여, 완료된 경우에 상기 위치/각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 이용하여 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 우력을 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계에서의 수치제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 구동부의 실제 위치/회전각도 및 전류량 측정이 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 완료되지 않은 경우에, 상기 측정 지점/각도 다음에 위치한 측정 지점/각도에서의 상기 구동부의 위치/회전각도를 상기 위치 측정부를 통해 인식하는 것을 특징으로 하는 공작기계에서의 수치제어 시스템.
  8. 직선/회전 구동하여 공작물을 이송/회전시키는 구동부를 구비하고 있는 공작기계에서의 수치제어 방법에 있어서,
    상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량을 측정하기 위해 하나 이상의 측정 지점/각도를 설정하는 제1과정과;
    상기 측정 지점/각도에서 상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량을 측정하고, 해당 측정된 결과를 이용하여 상기 구동부의 위치/각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 계산하고, 계산된 상기 구동부의 위치/각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 저장하는 제2과정과;
    상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량의 측정이 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 완료되었는 지를 확인하는 제3과정과;
    상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량의 측정이 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 완료된 경우에, 상기 저장된 위치/각도 편차량, 이동속도/회전속도 및 부하량을 이용하여 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 우력을 계산하고, 계산된 각 측정 지점/각도별 우력을 저장하는 제4과정과;
    상기 저장된 각 측정 지점/각도별 우력과 기설정된 크기의 보상 계수와 기저장되어 있는 가감속 시정수 보상 함수, 속도 루프 게인 보상 함수 및 위치 루프 게인 보상 함수를 이용하여 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값을 계산하는 제5과정과;
    상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 기준값의 범위에 해당하는 지에 따라 상기 보상 계수의 크기를 증가 또는 감소시켜 재설정하는 제6과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계에서의 수치제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1과정은, 사용자로부터의 상기 구동부의 이동/회전 구간 등분 요청에 따라 상기 구동부의 이동/회전 구간을 등분하여 상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량을 측정할 측정 지점을 설정하는 것을 특징으로 하는 공작기계에서의 수치제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제3과정은, 상기 구동부의 위치/회전각도 및 전류량 측정이 상기 설정된 각 측정 지점/각도별로 완료되지 않은 경우에, 상기 측정 지점/각도 다음에 위치한 측정 지점/각도에서의 상기 구동부의 위치/회전각도를 상기 위치 측정부를 통해 인식하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계에서의 수치제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제6과정은, 상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위를 초과하는 경우에, 상기 보상 계수의 크기를 감소시켜 재설정하고, 상기 제2과정부터 다시 수행하는 단계와;
    상기 계산된 가감속 시정수, 속도 루프 게인 관련 값 및 위치 루프 게인 관련 값이 상기 기준값의 범위 미만인 경우에, 상기 보상 계수의 크기를 증가시켜 재설정하고 상기 제2과정부터 다시 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계에서의 수치제어 방법.
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