KR20230063751A - Method, apparatus and system for predicting tool-wear of cnc machine based on artificial intelligence - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인공지능 기반으로 CNC 공작기계의 공구 마모를 예측할 수 있는 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial intelligence-based tool wear prediction method, apparatus, and system for predicting tool wear of a CNC machine tool based on artificial intelligence.
컴퓨터 수치 제어(CNC)를 이용한 공작 과정에서 CNC 설비에 부착된 공구가 파손될 경우, 생산하는 부품이 불량품으로 생산되고 이로 인하여 생산수율이 감소하며 원재료 손실이 발생하는 등 막대한 피해가 발생할 수 있다. 또한 공구의 파손은 CNC 설비 자체의 파손을 유발할 수도 있어, CNC 공작기계에서 공구의 마모도를 관리하는 것은 매우 중요한 문제이다.If the tool attached to the CNC equipment is damaged during the machining process using computer numerical control (CNC), the parts to be produced are produced as defective products, which reduces the production yield and causes enormous damage such as loss of raw materials. In addition, tool damage may cause damage to the CNC equipment itself, so it is very important to manage tool wear in CNC machine tools.
이러한 문제를 해결하기 위해 현장 작업자가 주기적으로 CNC 설비를 모니터링하는 방법, 기설정된 주기나 사용횟수에 따라 공구를 교체하는 방법이 이용되고 있다. 그러나 현장 작업자가 모니터링하는 방법은 설비의 소음 등으로 인하여 현장 작업자가 공구의 파손을 검출하기가 어려운 문제점이 있었다. 또한, CNC 설비의 가동 시간 내내 현장 작업자가 상주해야 하므로 불편하고 대규모의 CNC 설비를 운영하는 환경에서는 설비의 규모에 비례하여 현장 작업자의 수를 증원해야 하므로 운영 비용이 증가하는 문제가 있다.In order to solve this problem, a method in which a field worker periodically monitors the CNC equipment and a method in which a tool is replaced according to a preset cycle or number of uses is used. However, the monitoring method by the field worker has a problem in that it is difficult for the field worker to detect tool breakage due to the noise of the facility. In addition, since field workers must reside throughout the operation time of the CNC facility, it is inconvenient and in an environment where a large-scale CNC facility is operated, the number of field workers must be increased in proportion to the size of the facility, which increases operating costs.
정해진 주기나 사용 횟수에 따라 교체하는 방법은 실제 공구 마모도와 관계없이 공구를 교체함에 따라 불필요하게 공구를 교체하게 되어, 생산비효율을 초래하는 문제점이 있었다.The replacement method according to a predetermined cycle or number of uses has a problem in that the tool is replaced unnecessarily as the tool is replaced regardless of the actual tool wear, resulting in production inefficiency.
이와 관련해 학습모델에 센싱값을 적용하여 공구의 마모를 예측하는 기술이 개시되고 있으나, 대부분의 학습모델은 기본적으로 균일한 측정 간격을 가진 시계열 데이터를 기준으로 학습을 수행하는 것에 비해 실제 CNC 공작기계에 부착한 센서로부터 측정되는 측정값은 측정 주기가 불규칙적이며 네트워크 환경상의 문제로 일부 측정값이 누락되는 등의 문제가 발생하여, 실제 CNC 공작기계로부터 측정된 데이터를 학습모델에 적용하기에는 어려움이 있다. In this regard, a technology for predicting wear of a tool by applying a sensing value to a learning model has been disclosed, but most learning models basically learn based on time-series data with uniform measurement intervals, compared to actual CNC machine tools. The measured value measured from the sensor attached to has an irregular measurement cycle, and problems such as missing some measured value due to problems in the network environment occur, making it difficult to apply the data measured from the actual CNC machine tool to the learning model. .
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, CNC 공작기계에 부착된 센서에서 측정된 데이터를 이용하여 공구의 마모 여부를 예측할 수 있는 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, and an artificial intelligence-based tool wear prediction method, apparatus, and to provide the system.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법은 외부로부터 입력되는 CNC 공작기계의 구동 횟수에 따른 툴 카운터값과, CNC 공작기계에 부착된 복수 개의 센서로부터 측정된 복수 개의 센서 각각에 대응되는 복수 개의 측정값과, 사용자의 입력에 따라 CNC 공작기계로 전달되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 시간에 따라 저장하는 단계, 시간에 따라 저장된 복수 개의 모니터링 데이터를 툴 카운터값을 기준으로 구분하여 동일한 툴 카운터값을 가지는 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 분할 데이터 세트를 생성하는 단계, 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터 중 기설정된 제거코드와 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거하며 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성하는 단계, 기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 균일 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 리샘플링하여 항목별 샘플링 레이트에 따른 개수의 측정값을 포함하는 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 단계, 리샘플링 데이터 세트에 포함된 값을 항목별로 최대-최소 정규화하며 정규화 데이터 세트를 생성하는 단계 및 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 적용하여 공구 마모 여부를 예측하는 단계를 포함한다.A method for predicting tool wear of a CNC machine tool based on artificial intelligence according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a tool counter value according to the number of drives of the CNC machine tool input from the outside, and a plurality of attached CNC machine tools. Storing monitoring data over time, including a plurality of measured values corresponding to each of a plurality of sensors measured from two sensors and a G-code transmitted to a CNC machine tool according to a user's input; Generating a divided data set composed of a plurality of monitoring data having the same tool counter value by classifying the monitoring data based on the tool counter value, determining whether the plurality of monitoring data included in the divided data set corresponds to a preset removal code. Removing monitoring data including code and generating a uniform data set in which the time series is uniform, resampling a plurality of measurement values for each item corresponding to each sensor included in the uniform data set based on a preset sampling rate to obtain a uniform data set for each item Generating a resampling data set including the number of measured values according to the sampling rate, maximally-minimum normalizing the values included in the resampling data set for each item, generating a normalized data set, and learning the normalized data set in advance Applying to the model to predict tool wear.
본 발명의 다른 면에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 장치는 CNC 공작기계의 동작을 제어하는 CNC 공작기계 제어모듈로부터 CNC 공작기계의 구동 횟수에 따른 툴 카운터값과, CNC 공작기계에 부착된 복수 개의 센서로부터 측정된 복수 개의 센서 각각에 대응되는 복수 개의 측정값과, 사용자의 입력에 따라 CNC 공작기계로 전달되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 입력받아 시간에 따라 저장하는 데이터 수집부, 시간에 따라 저장된 복수 개의 모니터링 데이터를 툴 카운터값을 기준으로 구분하여 동일한 툴 카운터값을 가지는 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 분할 데이터 세트를 생성하는 데이터 분할부, 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터 중 기설정된 제거코드와 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거하며 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성하는 시계열 균일화부, 기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 균일 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 리샘플링하여 항목별 샘플링 레이트에 따른 개수의 측정값을 포함하는 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 리샘플링부, 리샘플링 데이터 세트에 포함된 값을 항목별로 최대-최소 정규화하며 정규화 데이터 세트를 생성하는 정규화부 및 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 적용하여 공구 마모 여부를 예측하는 공구 마모 예측부를 포함한다.An apparatus for predicting tool wear of a CNC machine tool based on artificial intelligence according to another aspect of the present invention provides a tool counter value according to the number of times the CNC machine tool is driven from a CNC machine tool control module that controls the operation of the CNC machine tool, and a CNC machine tool Data collection that receives monitoring data including a plurality of measured values corresponding to each of the plurality of sensors measured from a plurality of sensors attached to the controller and G-code transmitted to the CNC machine tool according to user input and stored according to time A data division unit that divides a plurality of monitoring data stored according to time based on the tool counter value to create a divided data set composed of a plurality of monitoring data having the same tool counter value, and a plurality of monitoring data included in the divided data set A time series equalization unit that removes monitoring data including a G code corresponding to a preset removal code among data and creates a uniform data set in which the time series is uniform, and responds to each sensor included in the uniform data set based on a preset sampling rate Resampling a plurality of measured values for each item to generate a resampling data set including the number of measured values according to the sampling rate for each item Includes a resampling unit, a normalization unit that normalizes the values included in the resampling data set by item to minimum and maximum, and generates a normalized data set, and a tool wear prediction unit that predicts tool wear by applying the normalized data set to a pre-learned learning model do.
본 발명의 또 다른 면에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템은 외부로부터 입력된 지코드를 CNC 공작기계에 전달하여 CNC 공작기계의 동작을 제어하고, CNC 공작기계의 구동 횟수에 따른 툴 카운터값과 CNC 공작기계에 부착된 복수 개의 센서로부터 측정된 상기 복수 개의 센서 각각에 대응되는 복수 개의 측정값과 CNC 공작기계로 전달된 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 외부로 전송하는 CNC 공작기계 제어모듈 및 CNC 공작기계 제어모듈로부터 모니터링 데이터를 입력받아 시간에 따라 저장하고, 시간에 따라 저장된 복수 개의 모니터링 데이터를 툴 카운터값을 기준으로 구분하여 동일한 툴 카운터값을 가지는 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 분할 데이터 세트를 생성하며, 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터 중 기설정된 제거코드와 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거하며 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성하고, 기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 균일 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 리샘플링하여 항목별 샘플링 레이트에 따른 개수의 측정값을 포함하는 리샘플링 데이터 세트를 생성하며, 리샘플링 데이터 세트에 포함된 값을 항목별로 최대-최소 정규화하며 정규화 데이터 세트를 생성하고, 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 적용하여 공구 마모 여부를 예측하는 공구 마모 예측 장치를 포함한다.A tool wear prediction system for a CNC machine tool based on artificial intelligence according to another aspect of the present invention transfers the G-code input from the outside to the CNC machine tool to control the operation of the CNC machine tool, CNC machine tool that externally transmits monitoring data including a tool counter value according to the tool counter value, a plurality of measurement values corresponding to each of the plurality of sensors measured from a plurality of sensors attached to the CNC machine tool, and a G-code transmitted to the CNC machine tool. It receives monitoring data from the machine control module and CNC machine tool control module and stores it according to time. Creates a split data set, removes monitoring data including a G code corresponding to a preset removal code among a plurality of monitoring data included in the split data set, creates a uniform data set with a uniform time series, and sets a sampling rate Based on , a plurality of measured values for each item corresponding to each sensor included in the uniform data set are resampled to generate a resampling data set including the number of measured values according to the sampling rate for each item, and the value included in the resampling data set and a tool wear prediction device for predicting tool wear by item-by-item maximum-minimum normalization, generating a normalization data set, and applying the normalization data set to a pre-learned learning model.
본 발명에 따르면 CNC 공작기계에 부착된 센서에서 측정된 데이터를 이용하여 공구의 마모 여부를 예측할 수 있는 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing an artificial intelligence-based tool wear prediction method, apparatus, and system for predicting tool wear using data measured by sensors attached to the CNC machine tool.
본 발명에 따르면 측정된 데이터를 기반으로 공구의 마모를 예측하여 마모 예측 정확도를 높일 수 있다.According to the present invention, it is possible to increase wear prediction accuracy by predicting tool wear based on measured data.
따라서, 불필요한 공구 교체를 방지하여 생산 효율을 증가시키는 효과를 기대할 수 있다.Therefore, an effect of increasing production efficiency by preventing unnecessary tool replacement can be expected.
또한, 공구의 마모 여부 예측결과에 따라 공구가 파손되지 이전에 공작기계의 동작을 중단하여 CNC 설비의 파손을 방지하는 효과를 가진다.In addition, it has the effect of preventing the damage of the CNC equipment by stopping the operation of the machine tool before the tool is damaged according to the prediction result of whether the tool is worn or not.
본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법에서 리샘플링 데이터 세트 생성 단계를 더 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 있어서 시간에 따라 저장된 모니터링 데이터를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 있어서 시간에 따라 저장된 모니터링 데이터로부터 생성되는 분할 데이터 세트를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 있어서 시계열 균일화된 균일 데이터 세트를 나타낸 예시도이다.
도 7은 한 센서로부터 시간에 따라 측정된 복수 개의 측정값과 복수 개의 측정값을 다운샘플링하여 선택된 기준치에 대응되는 개수의 측정값을 그래프로 나타낸 예시도이다.1 is a block diagram of a tool wear prediction system for a CNC machine tool based on artificial intelligence according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method for predicting tool wear of a CNC machine tool based on artificial intelligence according to another embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a step of generating a resampling data set in more detail in the method for predicting tool wear of a CNC machine tool based on artificial intelligence according to another embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram for explaining monitoring data stored according to time in embodiments of the present invention.
5 is an exemplary view for explaining a divided data set generated from monitoring data stored according to time according to embodiments of the present invention.
6 is an exemplary diagram illustrating a time-series homogenized uniform data set according to embodiments of the present invention.
7 is an exemplary diagram illustrating a graph of a plurality of measurement values measured over time from one sensor and a number of measurement values corresponding to a reference value selected by downsampling the plurality of measurement values.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the invention is defined only by the recitation of the claims. Meanwhile, terms used in this specification are for describing embodiments, and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템(10)의 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.A tool wear prediction method of an artificial intelligence-based CNC machine tool according to another embodiment of the present invention is an artificial intelligence-based CNC tool
이하 설명의 편의를 위하여 도 1 내지 3에 있어서, 기능적으로 일치되는 기능부들의 도면 부호를 일치시키고 중복하여 설명하지 않도록 한다.For convenience of description below, in FIGS. 1 to 3, reference numerals of functionally identical functional units are identical and overlapping descriptions will not be made.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템(10)은 CNC 공작기계 제어모듈(100)과 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 장치(200)로 구성되는 것일 수 있다.Referring to FIG. 1, the tool wear
CNC 공작기계 제어모듈(100)은 외부로부터 입력된 지코드(G-CODE)를 CNC 공작기계에 전달하여 CNC 공작기계의 동작을 제어하고, CNC 공작기계의 구동 횟수에 따른 툴 카운터값과 CNC 공작기계에 부착된 복수 개의 센서로부터 측정된 복수 개의 센서 각각에 대응되는 복수 개의 측정값과 CNC 공작기계로 전달된 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 외부로 전송하는 것일 수 있다.The CNC machine
CNC 공작기계에 부착되는 복수 개의 센서에는 진동센서, 자이로센서, CNC 공작기계의 모터 전류를 측정하는 전류센서, CNC 공작기계의 스핀들 모터 속도를 측정하는 속도 측정 센서, 피드레이트를 측정하는 피드레이트 센서를 포함하는 것일 수 있다.A plurality of sensors attached to the CNC machine tool include a vibration sensor, a gyro sensor, a current sensor that measures the motor current of the CNC machine tool, a speed measurement sensor that measures the spindle motor speed of the CNC machine tool, and a feed rate sensor that measures the feed rate. It may contain.
여기서, 모니터링 데이터는 툴 카운터값, 복수 개의 진동센서, 복수 개의 자이로센서, 모터 전류 측정센서, 스핀들 모터 속도 측정 센서, 피드레이트 센서 각각에 대응되는 복수 개의 측정값, 측정시점, 측정시점에서 CNC 공작기계에 입력되는 지고드를 포함하는 것일 수 있다.Here, the monitoring data is a tool counter value, a plurality of vibration sensors, a plurality of gyro sensors, a motor current measurement sensor, a spindle motor speed measurement sensor, a plurality of measurement values corresponding to each feed rate sensor, a measurement time point, and a CNC work at the measurement time point. It may be to include a jigod input into the machine.
공구 마모 예측 장치(200)는 CNC 공작기계 제어모듈(100)에서 전송한 모니터링 데이터를 수집하여, 수집한 모니터링 데이터로부터 시계열이 균일화되며 기설정된 샘플링 레이트에 대응되는 개수의 측정값을 포함하는 데이터 세트를 생성해, CNC 공작기계의 공구 마모 여부를 예측하도록 미리 학습된 학습모델에 적용하여 CNC 공작기계의 공구 마모 여부를 예측한다.The tool
공구 마모 예측 장치(200)는 데이터 수집부(210), 데이터 분할부(220), 시계열 균일화부(230), 리샘플링부(240), 정규화부(250), 공구 마모 예측부(260), 통신부(270)를 포함하는 것일 수 있다.The tool
데이터 수집부(210)는 CNC 공작기계 제어모듈(100)에서 전송한 모니터링 데이터를 입력받아 시간순서대로 시간에 따라 저장한다(S100).The
도 4를 참조하면, 데이터 수집부(210)에 저장되는 모니터링 데이터는 각각 CNC 공작기계를 식별하기 위한 기기아이디(equ_id), 입력시점(time), 복수 개의 센서에 대응되는 복수 개의 측정값(current_voltage, sensor1, sensor2, sensor3, sensor4, sensor5, sensor6, current_tool, spindle, feedrate)과, 툴 카운터값(tool_count)과, 지코드(exec_gcode)를 포함하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 4 , monitoring data stored in the
여기서, 복수 개의 센서에 대응되는 복수 개의 측정값은, CNC 공작기계의 진동에 따른 복수 개의 진동값(sensor1, sensor2, sensor3), CNC 공작기계의 이동에 따른 복수 개의 각속도 값(sensor4, sensor5, sensor6), CNC 공작기계 모터의 전류값(current_tool), 스핀들 모터의 속도(spindle), 피드레이트 값(feedrate)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the plurality of measurement values corresponding to the plurality of sensors are a plurality of vibration values (sensor1, sensor2, sensor3) according to the vibration of the CNC machine tool, and a plurality of angular velocity values (sensor4, sensor5, sensor6) according to the movement of the CNC machine tool. ), the current value (current_tool) of the CNC machine tool motor, the speed (spindle) of the spindle motor, and the feedrate value (feedrate), but is not limited thereto.
데이터 수집부(210)는 CNC 공작기계 제어모듈(100)로부터 모니터링 데이터가 입력된 입력시점을 기준으로 시간에 따라 모니터링 데이터를 저장하는 것일 수 있으며, 다른 예에서는 CNC 공작기계 제어모듈(100)로부터 측정시점을 포함하는 모니터링 데이터를 입력받아 측정시점을 기준으로 시간에 따라 저장하는 것일 수 있다. The
데이터 분할부(220)는 데이터 수집부(210)에 시간에 따라 저장된 복수 개의 모니터링 데이터를 툴 카운터값을 기준으로 구분하여 동일한 툴 카운터값을 가지는 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 분할 데이터 세트를 생성한다(S200).The
도 5를 참조하면 데이터 분할부(220)는 툴 카운터값(tool_count)이 동일한 시간에 따른 복수 개의 모니터링 데이터를 묶어, tool_count=71인 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 제1 분할 데이터 세트(301)와, tool_count=72인 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 제2 분할 데이터 세트(302)와, tool_count=73인 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 제3 분할 데이터 세트(303)를 툴 카운터값 별로 생성하는 것일 수 있다(S200).Referring to FIG. 5 , the
CNC 공작기계는 사용자로부터 입력된 지코드를 기반으로 미리 설정된 시간동안 공작을 수행하나 CNC 공작기계에 설치된 센서는 공작 수행중인지와 관계없이 측정 항목 관련 변화가 발생하는 경우 측정값을 측정하므로, 공작과 관련이 없는 시점의 불필요한 모니터링 데이터가 수집되고 이에 따라 툴 카운터값을 기준으로 구분한 분할 데이터 세트에 대응되는 시간간격이 통일되지 않는 문제가 생긴다.The CNC machine tool performs work for a preset time based on the G-code entered by the user, but the sensor installed on the CNC machine tool measures the measurement value when a change in the measurement item occurs regardless of whether the work is being performed. Unnecessary monitoring data at unrelated time points is collected, and accordingly, a problem occurs in which time intervals corresponding to divided data sets divided based on tool counter values are not unified.
시계열 균일화부(230)는 데이터 분할부(220)에서 생성각 각 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터 중 기설정된 제거코드와 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거하며 실제 공작을 수행한 시점과 대응되는 모니터링 데이터만으로 구성되어 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(S300).The time
지코드는 공작기계가 특정 공작 동작을 수행하도록 제어하기 위해 사용자로부터 입력되는 것으로 CNC 공작기계는 사용자로부터 입력되는 지코드에 따라 기설정된 공작시간 동안 공작을 수행하게 된다.The G-code is input from the user to control the machine tool to perform a specific machining operation, and the CNC machine tool performs the operation during a predetermined machining time according to the G-code input from the user.
여기서, 제거코드란 공작 전, 후 공작기계의 위치 조정을 수행하기 위한 코드로, 예를 들어, "G28U0W0", "G0X130.Z30."일 수 있다.Here, the removal code is a code for performing position adjustment of the machine tool before and after the operation, and may be, for example, "G28U0W0" or "G0X130.Z30."
도 5 내지 6을 참조하면, 시계열 균일화부(230)는 tool_count=72에 대응되는 제2 분할 데이터 세트(302)에서, 기설정된 제거코드인 G0X130.Z30.와 대응되는 지코드를 포함하는 첫 번째 모니터링 데이터와 G28U0W0와 대응되는 지코드를 포함하는 마지막 모니터링 데이터를 제거하여, 실제 공작이 수행된 시점에 대응되는 모니터링 데이터만으로 구성된 균일 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(310).Referring to FIGS. 5 and 6, the time
본 발명에 따르면, 공작 전, 후 공작기계의 위치 조정을 수행하기 위한 코드인 제거코드에 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거함으로써, 지코드에 따라 실제 공작이 수행된 일정 공작시간에 대응되는 모니터링 데이터로만 구성되어 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성할 수 있다.According to the present invention, by removing the monitoring data including the G-code corresponding to the removal code, which is a code for performing position adjustment of the machine tool before and after the work, it corresponds to a certain machining time when the actual work was performed according to the G-code. It is possible to create a uniform data set in which the time series are homogenized, consisting only of the monitored data.
즉, 시계열 균일화부(230)는 공작 기계를 제어하는 지코드를 기준으로 공작 전, 후의 공작 동작과 관계없는 불필요한 모니터링 데이터를 제거함으로써, 실제 공작을 수행한 시간에 대응되는 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성할 수 있다.That is, the time
리샘플링부(240)는 시계열 균일화부(230)에서 생성한 균일 데이터 세트를 입력받아 기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 균일 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 리샘플링하여 항목별 기설정된 샘플링 레이트에 따른 개수의 측정값을 포함하는 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(S400).The
구체적으로, 리샘플링부(240)는 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터에 대응되는 복수 개의 시점 중 최선 시점과 최후 시점의 차이에 따른 공작시간과 기설정된 샘플링 레이트를 곱함에 따라 기준치를 산출하고(S410), 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 기준치를 초과하는지 비교하는 것일 수 있다(S420).Specifically, the
분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 상기 기준치를 초과하면, 리샘플링부(240)는 분할 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 시간에 따른 복수 개의 측정값을 기준치에 따른 개수만큼 선택하며 항목별 기준치에 따른 개수만큼 선택된 측정값으로 포함하도록 다운샘플링된 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(S430).When the number of monitoring data included in the divided data set exceeds the reference value, the
이하, 아래의 예시를 참고하여 리샘플링 데이터 세트 생성을 더 구체적으로 설명하도록 한다. 아래의 예시는 설명의 편의를 위해 임의로 설정한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the generation of a resampling data set will be described in more detail with reference to the following example. The following examples are arbitrarily set for convenience of explanation, and are not limited thereto.
아래의 표는 분할 데이터 세트를 예시로 나타낸 것이다.The table below shows a split data set as an example.
기준치가 5로 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 기준치를 초과하는 경우, 리샘플링부(240)는 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 측정값 중, 각 센서에 대응되는, 즉 진동센서에 대응되는 시간에 따른 복수 개의 측정값(15, 15, 12, 17, 19, 18, 19) 중 기준치에 대응되는 개수(5개)의 측정값을 선택하며, 자이로센서에 대응되는 시간에 따른 복수 개의 측정값(0.0366, 0.041, 0.0356, 0.0381, 0.0356, 0.0376, 0.0366)중 기준치에 대응되는 개수(5개)의 측정값을 선택하고, 피드레이트 센서에 대응되는 시간에 따른 복수 개의 측정값(984, 983, 981, 982, 792, 795, 794)중 기준치에 대응되는 개수(5개)의 측정값을 선택하며, 각 센서에 대응되는 항목별 기준치에 따른 개수만큼 선택된 측정값으로 포함하도록 다운샘플링된 리샘플링 데이터 세트를 생성할 수 있다.When the reference value is divided by 5 and the number of monitoring data included in the data set exceeds the reference value, the
여기서, 각 센서에 대응되는 항목별 시간에 따른 복수 개의 측정값으로부터 기준치에 대응되는 개수의 측정값을 선택하는 것은 기준치에 대응되는 개수의 그룹으로 나눠 각 그룹에서 가장 큰 삼각형을 만드는 값을 선정하는 LTTB(Largest Triangle Three Buckets) 기법을 이용하여 선택하도록 한다.Here, selecting the number of measurement values corresponding to the reference value from a plurality of measurement values according to time for each item corresponding to each sensor is divided into groups corresponding to the reference value and selecting a value that makes the largest triangle in each group. Select using the Largest Triangle Three Buckets (LTTB) technique.
이는, 다운샘플링시 기존에 많이 쓰이는 평균을 이용하는 경우 측정값이 평활화되어 시간에 따른 측정값의 패턴을 없애는 문제를 피하기 위한 것으로, LTTB(Largest Triangle Three Buckets) 기법을 이용하여 측정값을 선택함으로써 시간에 따른 측정값의 특징적인 패턴은 유지되되 데이터 양을 줄이는 이점이 있다.This is to avoid the problem of eliminating the pattern of measured values over time due to the smoothing of measured values when using the average, which is commonly used in downsampling. There is an advantage in reducing the amount of data while maintaining the characteristic pattern of measured values according to .
구체적으로 리샘플링부(240)는 기준치에 따른 개수의 그룹을 생성하고(S431), 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터에서 각 센서에 대응되는 항목별 시간에 따른 복수 개의 측정값 중 최선 시점에 대응되는 측정값은 첫 번째 그룹에 포함시키며 최후 시점에 대응되는 측정값은 마지막 그룹에 포함시키고 상기 기준치에 따른 개수의 그룹 중 첫 번째 그룹과 마지막 그룹을 제외한 복수 개의 그룹에 상기 복수 개의 측정값 중 최선 시점과 최후 시점에 대응되는 측정값을 제외한 복수 개의 측정값을 시간 순으로 균일하게 분배하며 분할 데이터 세트에 포함된 각 항목에 대응되는 복수 개의 측정값을 기준치에 대응되는 개수의 그룹에 시간 순으로 분배하고(S433), 첫 번째 그룹과 마지막 그룹을 제외한 각 그룹에 포함된 측정값에 대한 점수를 산출하는 것일 수 있다(S435).Specifically, the
여기서, 리샘플링부(240)는 복수 개의 그룹에 대응되는 좌표축과 측정값에 대응되는 좌표축으로 구성된 좌표영역에 첫 번째 그룹과 마지막 그룹을 제외한 어느 한 그룹인 제1 그룹에 포함된 어느 하나의 측정값에 대응되는 제1 좌표, 제1 그룹 이후의 그룹인 제2 그룹에 포함된 측정값의 평균값에 대응되는 제2 좌표, 마지막 그룹에 포함된 측정값에 대응되는 제3 좌표를 각각 배치하였을 때, 제1 내지 제3 좌표를 연결함에 따라 생성되는 삼각형을 너비를 제1 그룹에 포함된 상기 측정값에 대한 점수로 산출하여, 각 그룹에 포함된 측정값 각각에 대한 점수를 산출하는 것일 수 있다(S435).Here, the
이후, 리샘플링부(240)는 첫 번째 그룹과 마지막 그룹을 제외한 각 그룹에 포함된 측정값 중 가장 높은 점수가 산출된 측정값을 선택하며(S437), 각 센서에 대응되는 항목별 첫 번째 그룹에 포함된 측정값과, 첫 번째 그룹과 마지막 그룹을 제외한 각 그룹에서 선택된 측정값과, 마지막 그룹에 포함된 측정값을 포함하여 항목별 기준치에 대응되는 개수의 측정값으로 구성되게 다운샘플링된 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(S479).Thereafter, the
도 7은 시간에 대응되는 좌표축과 측정값에 대응되는 좌표축으로 구성된 좌표영역상에 어느 한 센서로부터 시간에 따라 측정된 복수 개의 측정값과 복수 개의 측정값을 다운샘플링하여 선택된 기준치에 대응되는 개수의 측정값을 나타낸 예시도로, 도 6을 참조하면 LTTB기법을 이용하여 기준치에 대응되는 개수(예를 들어 20개)만큼 선택된 측정값을 연결한 제1 라인(610)은 시간에 따라 측정된 복수 개의 측정값을 연결한 제2 라인(620)의 특징적인 패턴을 반영하는 것을 확인할 수 있다,7 is a number corresponding to a reference value selected by downsampling a plurality of measured values and a plurality of measured values measured over time from a sensor on a coordinate area composed of a coordinate axis corresponding to time and a coordinate axis corresponding to measured values. Referring to FIG. 6 as an example diagram showing the measured values, the
즉, 리샘플링부(240)는 다운샘플링시 기존에 많이 쓰이는 평균을 이용하지 않고, 기준치에 대응되는 개수의 그룹으로 나눠 각 그룹에서 가장 큰 삼각형을 만드는 값을 선정하는 LTTB (Largest Triangle Three Buckets) 기법을 이용하여, 시간에 따른 측정값의 독특한 패턴이 유지되도록 다운샘플링할 수 있다.That is, the
따라서, 기설정된 기준보다 과도한 양의 측정값을 다운 샘플링함으로써, 다운샘플링에 의한 공구 마모 예측 품질이 저하되지 않게 하며 학습모델에 과도한 양의 데이터가 입력되어 연산 시간이 늘어나는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.Therefore, by downsampling an excessive amount of measured values than the preset standard, the quality of tool wear prediction due to downsampling is not deteriorated, and the effect of preventing an increase in calculation time due to an excessive amount of data being input to the learning model can be expected. there is.
그리고, 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 상기 기준치를 초과하지 않으면, 리샘플링부(240)는 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 센서에 대응되는 시간에 따른 복수 개의 측정값 중 각 센서에 대응되는 항목별 시간에 따른 복수 개의 측정값을 1차원 최근접 이웃 보간법에 적용하여 각 센서에 대응되는 항목별로 시간에 따라 기준치에 대응되는 개수의 측정값을 포함하도록 업샘플링된 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(S440).And, if the number of monitoring data included in the divided data set does not exceed the reference value, the
이는, 변화가 발생할 때 측정값을 측정하는 센서의 특성을 고려한 것으로, 리샘플링부(240)는 1차원 최근접 이웃 보간법으로 업샘플링을 수행하여 통신상황 등에 따라 누락된 측정값을 보완할 수 있다.This is in consideration of the characteristics of a sensor that measures a measurement value when a change occurs, and the
또한, 업샘플링을 통해 시간에 따른 복수 개의 측정값이 시계열 상에서 계단 함수를 가지도록 하여 노이즈 처리에 강점을 가지도록 한다.In addition, through upsampling, a plurality of measured values according to time have a step function on a time series, so that noise processing is strong.
정규화부(250)는 리샘플링부(240)에서 생성한 리샘플링 데이터 세트에 포함된 측정값을 항목별로 최대-최소 정규화하며 정규화 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(S500).The
정규화부(250)는 리샘플링 데이터 세트에 포함된 측정값을 각 항목에 포함된 측정값 중 최댓값과 각 항목에 포함된 최솟값을 이용하여, 각 항목에 포함된 측정값을 0 내지 1 사이의 값이 되도록 정규화하며, 리샘플링 데이터 세트에 포함된 복수 개의 측정값들을 항목별로 최대-최소 정규화한 정규화 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(S500).The
정규화부(250)는 아래의 수학식을 이용하여 리샘플링 데이터 세트에 포함된 각 항목에 속하는 복수 개의 측정값 각각에 대한 정규화값을 산출하고 각 항목에 대한 측정값을 각 항목의 측정값에 대해 산출한 정규화값으로 대체하며 복수 개의 측정값들을 항목별로 최대-최소 정규화한 정규화 데이터 세트를 생성하는 것일 수 있다(S500).The
여기서 X는 어느 한 항목에 속하는 측정값이고, 은 X가 속한 항목의 측정값 중 최솟값이며, 는 X가 속한 항목의 측정값 중 최댓값을 의미한다.where X is a measurement value belonging to any one item, is the minimum value of the measurements of the item to which X belongs, means the maximum value among the measured values of the item to which X belongs.
아래의 표 2는 정규화를 설명하기 위해 리샘플링 데이터를 예시로 나타낸 것이다.Table 2 below shows resampling data as an example to explain normalization.
아래의 표 3은 표 2로부터 정규화한 정규와 데이터 세트를 나타낸 것이다.Table 3 below shows the normalized data set from Table 2.
표 2, 3을 참조하면 정규화부(250)는 진동센서에 대응되는 항목의 측정값 15를 진동센서에 대응되는 항목의 측정값 중 최솟값인 12로 빼고, 15에 최솟값 12를 뺀 3을 진동센서에 대응되는 항목의 측정값 중 최댓값 19과 최솟값 12의 차이인 7로 나눠 15에 대한 정규화값 0.43을 산출하는 것일 수 있다.Referring to Tables 2 and 3, the
또한, 자이로센서에 대응되는 각 측정값(0.0366, 0.041, 0.0356, 0.0381, 0.0356)에 자이로센서에 대응되는 측정값 중 최솟값 0.0356을 빼고 자이로센서에 대응되는 측정값 중 최댓값 0.0381과 최솟값 0.0356의 차이인 0.0054로 나눔에 따라 0~1사이의 값으로 정규화된 정규화값을 산출할 수 있다.In addition, the minimum value 0.0356 of the measured values corresponding to the gyro sensor is subtracted from each measured value corresponding to the gyro sensor (0.0366, 0.041, 0.0356, 0.0381, 0.0356), and the difference between the maximum value 0.0381 and the minimum value 0.0356 among the measured values corresponding to the gyro sensor is By dividing by 0.0054, a normalized value normalized to a value between 0 and 1 can be calculated.
정규화부(250)는 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 정규화하여 각 항목별 정규화된 정규화값으로 이루어진 정규와 데이터 세트를 생성할 수 있다.The
상기한 구성에 따라, 복수 개의 센서(진동 센서, 자이로 센서, CNC 공작기계 모터의 전류센서, 스핀들의 속도 측정 센서, 피드레이트 센서) 각각에 대응되어 모두 다른 척도(scale)를 가지는 복수 개의 측정값을 항목별 최소-최대 정규화로 0과 1 사이의 정규화된 정규화값으로 변환하여 정규화 데이터 세트를 생성할 수 있다.According to the configuration described above, a plurality of measured values corresponding to each of a plurality of sensors (vibration sensor, gyro sensor, current sensor of CNC machine tool motor, speed measurement sensor of spindle, and feed rate sensor) and all having different scales. A normalized data set can be created by converting to a normalized normalized value between 0 and 1 with itemwise min-max normalization.
공구 마모 예측부(260)는 정규화부(250)에서 생성한 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 적용하여 공구 마모 여부를 예측하는 것일 수 있다(S600).The
여기서, 학습모델은 시간에 대응되는 복수 개의 행과 복수 개의 센서에 대응되는 복수 개의 열로 구성되어 시간에 따라 복수 개의 센서 각각에서 측정된 복수 개의 측정값을 포함하는 데이터 세트와, 각 데이터 세트에 대한 지도학습값으로 공구 정상에 대응되는 제1 분류값 또는 공구 비정상에 대응되는 제2 분류값을 입력받으며, 시간에 따른 복수 개의 센서에서 측정된 복수 개의 측정값에 대응되는 값으로 구성된 데이터 세트를 입력받아 공구 정상에 대응되는 제1 분류값 또는 공구 비정상에 대응되는 제2 분류값 중 어느 하나를 출력하도록 학습되는 것일 수 있다.Here, the learning model is composed of a plurality of rows corresponding to time and a plurality of columns corresponding to a plurality of sensors, a data set including a plurality of measurement values measured by each of the plurality of sensors according to time, and a data set for each data set. A first classification value corresponding to tool normality or a second classification value corresponding to tool abnormality is input as a supervised learning value, and a data set composed of values corresponding to a plurality of measurement values measured by a plurality of sensors over time is input. It may be learned to receive and output either a first classification value corresponding to tool normality or a second classification value corresponding to tool abnormality.
제2 분류값은 공구가 마모되었음을 의미하는 것일 수 있다.The second classification value may mean that the tool is worn out.
학습모델은 합성곱 신경망 구조를 가지는 것일 수 있다. 구체적으로, 학습모델은 1d convolutional layer로, 예를 들어 케라스의 1D ResNet을 이용하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The learning model may have a convolutional neural network structure. Specifically, the learning model may be a 1d convolutional layer, for example, using Keras' 1D ResNet, but is not limited thereto.
공구 마모 예측부(260)는 정규화부(250)에서 생성한 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 입력하여, 정규화 데이터 세트에 대해 학습모델에서 공구 정상에 대응되는 제1 분류값(예를 들어 0) 또는 공구 비정상에 대응되는 제2 분류값(예를 들어 1) 중 어느 하나가 출력되도록 하며 공구 마모를 예측할 수 있다.The tool
통신부(270)는 공구 마모 예측부(260)에서 공구 마모로 예측하면, CNC 공작기계의 동작을 제어하는 CNC 공작기계 제어모듈(100)로 CNC 공작기계의 구동을 중단시키기 위한 기설정된 중단명령코드를 전송하여, CNC 공작기계의 동작이 중단되도록 하는 것일 수 있다.When the tool
본 발명에 따르면 실제 CNC 공작기계에 설치된 센서로부터 측정된 측정값을 이용하여 공작기계의 공구 마모를 예측할 수 있다. According to the present invention, tool wear of a machine tool can be predicted using a measurement value measured from a sensor installed in an actual CNC machine tool.
이에 따라, 현장 작업자의 모니터링에 비해 객관화된 공구 마모 예측이 가능하며, 불필요한 공구 교체를 방지하는 이점이 있다.Accordingly, there is an advantage in that it is possible to predict tool wear more objectively than monitoring by field workers, and to prevent unnecessary tool replacement.
또한, CNC 공작기계를 제어하는 지코드를 기준으로 불필요한 모니터링 데이터는 제거하고 기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 업샘플링 또는 다운샘플링을 수행하여 학습모델의 연산 시간이 증가하는 것을 막으며 마모 예측 정확도가 떨어지지 않게 한다.In addition, unnecessary monitoring data is removed based on the G-code that controls the CNC machine tool, and upsampling or downsampling is performed based on a preset sampling rate to prevent an increase in the computation time of the learning model and reduce wear prediction accuracy. don't let
본 발명이 속하는 기술분야의 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템
100 : CNC 공작기계 제어모듈
200 : 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 장치
210 : 데이터 수집부
220 : 데이터 분할부
230 : 시계열 균일화부
240 : 리샘플링부
250 : 정규화부
260 : 공구 마모 예측부
270 : 통신부10: Tool wear prediction system for CNC machine tools based on artificial intelligence
100: CNC machine tool control module
200: Tool wear prediction device for CNC machine tools based on artificial intelligence
210: data collection unit
220: data division
230: time series equalization unit
240: resampling unit
250: normalization unit
260: tool wear prediction unit
270: Ministry of Communication
Claims (10)
시간에 따라 저장된 복수 개의 모니터링 데이터를 툴 카운터값을 기준으로 구분하여 동일한 툴 카운터값을 가지는 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 분할 데이터 세트를 생성하는 단계;
상기 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터 중 기설정된 제거코드와 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거하며 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성하는 단계;
기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 상기 균일 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 리샘플링하여 항목별 상기 샘플링 레이트에 따른 개수의 측정값을 포함하는 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 단계;
상기 리샘플링 데이터 세트에 포함된 값을 항목별로 최대-최소 정규화하며 정규화 데이터 세트를 생성하는 단계; 및
상기 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 적용하여 공구 마모 여부를 예측하는 단계;를 포함하는 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법.The tool counter value according to the number of driving of the CNC machine tool input from the outside, the plurality of measured values corresponding to each of the plurality of sensors measured from the plurality of sensors attached to the CNC machine tool, and the CNC machine tool according to the user's input Storing the monitoring data including the G-code transmitted to the machine according to time;
Generating a divided data set composed of a plurality of monitoring data having the same tool counter value by dividing a plurality of monitoring data stored according to time based on a tool counter value;
removing monitoring data including a G code corresponding to a predetermined removal code among a plurality of pieces of monitoring data included in the divided data set, and generating a uniform data set having a uniform time series;
generating a resampling data set including the number of measurement values according to the sampling rate for each item by resampling a plurality of measurement values for each item corresponding to each sensor included in the uniform data set based on a predetermined sampling rate;
generating a normalized data set by maximum-minimum normalizing the values included in the resampling data set for each item; and
Applying the normalized data set to a pre-learned learning model to predict tool wear; artificial intelligence-based tool wear prediction method of a CNC machine tool comprising the.
상기 공구 마모 여부를 예측하는 단계에서 공구 마모로 예측되면,
상기 공구 마모 여부를 예측하는 단계 이후에 있어서,
CNC 공작기계의 동작을 제어하는 CNC 공작기계 제어모듈로 CNC 공작기계의 구동을 중단시키기 위한 기설정된 중단명령코드를 전송하여, 상기 CNC 공작기계의 동작이 중단되도록 하는 단계;를 포함하는 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법.According to claim 1,
If tool wear is predicted in the step of predicting tool wear,
After the step of predicting whether or not the tool is worn,
Transmitting a preset stop command code for stopping the operation of the CNC machine tool to a CNC machine tool control module that controls the operation of the CNC machine tool, so that the operation of the CNC machine tool is stopped; artificial intelligence-based including A tool wear prediction method for CNC machine tools.
상기 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 단계는
상기 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터에 대응되는 복수 개의 시점 중 최선 시점과 최후 시점의 차이에 따른 공작시간과 기설정된 샘플링 레이트를 곱함에 따라 기준치를 산출하는 단계와,
상기 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 상기 기준치를 초과하는지 비교하는 단계와,
상기 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 상기 기준치를 초과하면, 상기 분할 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 시간에 따른 복수 개의 측정값을 상기 기준치에 따른 개수만큼 선택하며 항목별 상기 기준치에 따른 개수만큼 선택된 측정값으로 포함하도록 다운샘플링된 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 단계를 포함하는 것
인 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 방법.According to claim 1,
The step of generating the resampling data set is
Calculating a reference value by multiplying a work time according to a difference between a first time point and a last time point among a plurality of time points corresponding to a plurality of monitoring data included in the divided data set by a preset sampling rate;
Comparing whether the number of monitoring data included in the divided data set exceeds the reference value;
When the number of monitoring data included in the split data set exceeds the reference value, a plurality of measurement values over time for each item corresponding to each sensor included in the split data set are selected as many as the number according to the reference value, and Generating a downsampled resampling data set to include as many selected measurement values as the number according to the reference value
A tool wear prediction method for CNC machine tools based on artificial intelligence.
시간에 따라 저장된 복수 개의 모니터링 데이터를 툴 카운터값을 기준으로 구분하여 동일한 툴 카운터값을 가지는 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 분할 데이터 세트를 생성하는 데이터 분할부;
상기 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터 중 기설정된 제거코드와 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거하며 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성하는 시계열 균일화부;
기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 상기 균일 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 리샘플링하여 항목별 상기 샘플링 레이트에 따른 개수의 측정값을 포함하는 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 리샘플링부;
상기 리샘플링 데이터 세트에 포함된 값을 항목별로 최대-최소 정규화하며 정규화 데이터 세트를 생성하는 정규화부; 및
상기 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 적용하여 공구 마모 여부를 예측하는 공구 마모 예측부;를 포함하는 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 장치.The tool counter value according to the number of driving of the CNC machine tool from the CNC machine tool control module that controls the operation of the CNC machine tool, and the plurality of measurements corresponding to each of the plurality of sensors measured from the plurality of sensors attached to the CNC machine tool a data collection unit for receiving monitoring data including a value and a G-code transmitted to a CNC machine tool according to a user's input and storing the data according to time;
a data division unit configured to divide a plurality of monitoring data stored according to time based on a tool counter value to generate a divided data set composed of a plurality of monitoring data having the same tool counter value;
a time series smoothing unit removing monitoring data including a G code corresponding to a predetermined removal code among a plurality of pieces of monitoring data included in the split data set, and generating a uniform data set in which time series are uniform;
Based on a predetermined sampling rate, resampling a plurality of measurement values for each item corresponding to each sensor included in the uniform data set to generate a resampling data set including the number of measurement values according to the sampling rate for each item resampling unit;
a normalization unit for maximum-minimum normalization of values included in the resampling data set for each item, and generating a normalization data set; and
A tool wear prediction device for an artificial intelligence-based CNC machine tool comprising a; tool wear prediction unit for predicting tool wear by applying the normalized data set to a pre-learned learning model.
상기 공구 마모 예측부에서 공구 마모로 예측하면, CNC 공작기계의 동작을 제어하는 CNC 공작기계 제어모듈로 CNC 공작기계의 구동을 중단시키기 위한 기설정된 중단명령코드를 전송하여, 상기 CNC 공작기계의 동작이 중단되도록 하는 통신부;를 더 포함하는 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 장치.According to claim 4,
If the tool wear predictor predicts tool wear, a predetermined stop command code for stopping the operation of the CNC machine tool is transmitted to the CNC machine tool control module that controls the operation of the CNC machine tool, and the operation of the CNC machine tool is performed. Tool wear prediction device for artificial intelligence-based CNC machine tools further comprising a; communication unit to stop this.
상기 리샘플링부는
상기 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터에 대응되는 복수 개의 시점 중 최선 시점과 최후 시점의 차이에 따른 공작시간과 기설정된 샘플링 레이트를 곱함에 따라 기준치를 산출하고, 상기 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 상기 기준치를 초과하는지 비교하며, 상기 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 상기 기준치를 초과하면, 상기 분할 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 시간에 따른 복수 개의 측정값을 상기 기준치에 따른 개수만큼 선택하며 항목별 상기 기준치에 따른 개수만큼 선택된 측정값으로 포함하도록 다운샘플링된 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 것
인 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 장치.According to claim 4,
The resampling unit
A reference value is calculated by multiplying the work time according to the difference between the earliest time and the last time among the plurality of time points corresponding to the plurality of monitoring data included in the divided data set by the preset sampling rate, and It compares whether the number of monitoring data exceeds the reference value, and if the number of monitoring data included in the divided data set exceeds the reference value, a plurality of monitoring data according to time for each item corresponding to each sensor included in the divided data set is compared. Selecting as many measured values as the number according to the reference value and generating a downsampled resampling data set to include as many measured values as the number according to the reference value for each item.
A tool wear prediction device for CNC machine tools based on artificial intelligence.
상기 CNC 공작기계 제어모듈로부터 모니터링 데이터를 입력받아 시간에 따라 저장하고, 시간에 따라 저장된 복수 개의 모니터링 데이터를 툴 카운터값을 기준으로 구분하여 동일한 툴 카운터값을 가지는 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 분할 데이터 세트를 생성하며, 상기 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터 중 기설정된 제거코드와 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거하며 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성하고, 기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 상기 균일 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 리샘플링하여 항목별 상기 샘플링 레이트에 따른 개수의 측정값을 포함하는 리샘플링 데이터 세트를 생성하며, 상기 리샘플링 데이터 세트에 포함된 값을 항목별로 최대-최소 정규화하며 정규화 데이터 세트를 생성하고, 상기 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 적용하여 공구 마모 여부를 예측하는 공구 마모 예측 장치;를 포함하는 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템.The G-code input from the outside is transferred to the CNC machine tool to control the operation of the CNC machine tool, and the tool counter value according to the number of driving of the CNC machine tool and the measured value from a plurality of sensors attached to the CNC machine tool A CNC machine tool control module that externally transmits monitoring data including a plurality of measured values corresponding to a plurality of sensors and a G-code transmitted to the CNC machine tool; and
A divided data set composed of a plurality of monitoring data having the same tool counter value by receiving monitoring data from the CNC machine tool control module and storing it according to time, and dividing the plurality of monitoring data stored according to time based on the tool counter value. Creates a uniform data set with a uniform time series by removing monitoring data including a G code corresponding to a preset removal code among a plurality of monitoring data included in the divided data set, and based on a preset sampling rate resampling a plurality of measurement values for each item corresponding to each sensor included in the uniform data set to generate a resampling data set including the number of measurement values according to the sampling rate for each item, and included in the resampling data set An artificial intelligence-based CNC machine tool including a tool wear prediction device that normalizes the maximum-minimum value for each item, generates a normalized data set, and predicts tool wear by applying the normalized data set to a pre-learned learning model. tool wear prediction system.
상기 공구 마모 예측 장치는
상기 정규화 데이터 세트를 미리 학습된 학습모델에 입력하여 공구 마모로 예측된 경우 CNC 공작기계의 구동을 중단시키기 위한 기설정된 중단명령코드를 상기 CNC 공작기계 제어모듈로 전송하는 것이며,
상기 CNC 공작기계 제어모듈은
상기 중단명령코드가 입력되면 상기 CNC 공작기계의 동작이 멈추도록 제어하는 것
인 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템.According to claim 7,
The tool wear prediction device
By inputting the normalized data set into a pre-trained learning model, when tool wear is predicted, a predetermined stop command code for stopping the operation of the CNC machine tool is transmitted to the CNC machine tool control module,
The CNC machine tool control module
Controlling the operation of the CNC machine tool to stop when the stop command code is input
A tool wear prediction system for CNC machine tools based on artificial intelligence.
상기 공구 마모 예측 장치는
상기 CNC 공작기계 제어모듈로부터 모니터링 데이터를 입력받아 시간에 따라 저장하는 데이터 수집부와,
상기 데이터 수집부에 시간에 따라 저장된 복수 개의 모니터링 데이터를 툴 카운터값을 기준으로 구분하여 동일한 툴 카운터값을 가지는 복수 개의 모니터링 데이터로 구성된 분할 데이터 세트를 생성하는 데이터 분할부와,
상기 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터 중 기설정된 제거코드와 대응되는 지코드를 포함하는 모니터링 데이터를 제거하며 시계열이 균일화된 균일 데이터 세트를 생성하는 시계열 균일화부와,
기설정된 샘플링 레이트를 기준으로 상기 균일 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 복수 개의 측정값을 리샘플링하여 항목별 상기 샘플링 레이트에 따른 개수의 측정값을 포함하는 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 리샘플링부와,
상기 리샘플링 데이터 세트에 포함된 값을 항목별로 최대-최소 정규화하며 정규화 데이터 세트를 생성하는 정규화부와,
상기 정규화 데이터 세트를 시간에 따른 복수 개의 측정값들로 구성된 데이터 세트를 입력받아 공구 마모 여부를 예측하도록 미리 학습된 학습모델에 적용하여 공구의 마모 여부를 예측하는 공구 마모 예측부를 포함하는 것
인 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템.According to claim 7
The tool wear prediction device
A data collection unit that receives monitoring data from the CNC machine tool control module and stores it according to time;
a data division unit configured to divide the plurality of monitoring data stored according to time in the data collection unit based on a tool counter value to generate a divided data set composed of a plurality of monitoring data having the same tool counter value;
A time series smoothing unit for removing monitoring data including a G code corresponding to a preset removal code among a plurality of pieces of monitoring data included in the split data set and generating a uniform data set in which time series are uniform;
A resampling unit resampling a plurality of measurement values for each item corresponding to each sensor included in the uniform data set based on a predetermined sampling rate to generate a resampling data set including the number of measurement values according to the sampling rate for each item and,
a normalization unit for maximum-minimum normalization of values included in the resampling data set for each item, and generating a normalization data set;
And a tool wear predictor for predicting tool wear by applying the normalized data set to a learning model pre-learned to predict tool wear by receiving a data set consisting of a plurality of measured values over time.
A tool wear prediction system for CNC machine tools based on artificial intelligence.
상기 리샘플링부는
상기 분할 데이터 세트에 포함된 복수 개의 모니터링 데이터에 대응되는 복수 개의 시점 중 최선 시점과 최후 시점의 차이에 따른 공작시간과 기설정된 샘플링 레이트를 곱함에 따라 기준치를 산출하고, 상기 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 상기 기준치를 초과하는지 비교하며, 상기 분할 데이터 세트에 포함된 모니터링 데이터의 개수가 상기 기준치를 초과하면, 상기 분할 데이터 세트에 포함된 각 센서에 대응되는 항목별 시간에 따른 복수 개의 측정값을 상기 기준치에 따른 개수만큼 선택하며 항목별 상기 기준치에 따른 개수만큼 선택된 측정값으로 포함하도록 다운샘플링된 리샘플링 데이터 세트를 생성하는 것
인 인공지능 기반의 CNC 공작기계의 공구 마모 예측 시스템.
According to claim 9,
The resampling unit
A reference value is calculated by multiplying the work time according to the difference between the earliest time and the last time among the plurality of time points corresponding to the plurality of monitoring data included in the divided data set by the preset sampling rate, and It compares whether the number of monitoring data exceeds the reference value, and if the number of monitoring data included in the divided data set exceeds the reference value, a plurality of monitoring data according to time for each item corresponding to each sensor included in the divided data set is compared. Selecting as many measured values as the number according to the reference value and generating a downsampled resampling data set to include as many measured values as the number according to the reference value for each item.
A tool wear prediction system for CNC machine tools based on artificial intelligence.
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KR20170014840A (en) | 2015-07-31 | 2017-02-08 | 주식회사 지앤에스코스메틱 | Mini mask pack |
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2021
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KR20170014840A (en) | 2015-07-31 | 2017-02-08 | 주식회사 지앤에스코스메틱 | Mini mask pack |
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