KR101325150B1 - 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치 및 방법 - Google Patents

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최영재
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Abstract

본 발명은 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치 및 방법에 관한 것으로서, 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치는 롤금형 설치 시 얼라인 오차를 측정하는 얼라인 모듈, 공구의 영점 위치를 조정하여 밸런스 상태를 확인하고, 밸런스 오차를 측정하는 밸런스 모듈, 상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차를 합하여 세팅 오차를 계산하고, 상기 계산된 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출하는 예상 편차 산출 모듈 및 상기 롤금형의 패턴 가공 시 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 판단하는 가공 상태 감시 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기와 같은 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치 및 방법에 따르면, 가공 오차의 정확한 원인 및 위치 파악을 통해 세팅 오차 및 가공 오차를 최소화할 수 있으며, 보다 신속한 보정을 가능하게 하므로 가공 실패로 인한 손실 비용을 최소화하는 효과를 가진다.

Description

세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING MACHINING PROCESS REFLECTING SETTING ERROR}
본 발명은 가공 공정 감시 기술에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 디스플레이, 광학, 에너지 분야에서 사용되고 있는 미세형상 부품에 대응하기 위하여 높은 신뢰성과 반복 정밀도가 보장되는 가공법이 요구된다. 특히, 미세 패턴 형상의 복합화 및 대면적화가 급격히 추진되고 있어 기존의 평판 금형에 비해 금형의 납기가 빠르고, 대면적화에 용이하며, 연속성형이 가능한 대면적 롤금형 미세 패턴 가공 기술 개발이 대두되고 있다.
이러한 롤금형의 미세 패턴 가공 정밀도를 향상시키기 위해서 가공 시스템, 공구, 가공 조건 등 여러 가지 중요한 기술적 문제를 고려하여 공정을 설계하고, 가공 시 발생하는 형상 오차를 감시하여 오차의 원인을 정확하게 규명하고 이를 신속하게 보정하는 일이 중요시되고 있다.
하지만, 가공 공정 감시 시스템에 의해 측정되는 오차는 가공 시 발생하는 가공 오차뿐만 아니라, 롤금형을 설치할 때 발생하는 얼라인 오차 및 공구의 밸런스 오차 등 설치 과정에서 발생하는 세팅 오차를 모두 포함한다. 또한, 롤금형 가공 시 여러 단계에 걸쳐 원하는 패턴을 가공하기 때문에, 최종 결과물의 이상 상태를 감지하여 오차의 원인과 그 위치를 정확하게 규명하기란 쉽지 않다. 특허문헌1과 같은 종래 기술의 경우에는 공작기계의 가공 중 공구와 소재 간 그리고 가공 프로그램에 의해 발생하는 불량을 검출하는 방법이 기재되어 있으나 공작기계의 세팅 오차를 감안하여 가공 오차를 산출하지는 못한다.
따라서 최종 결과물에서 측정된 편차로부터 초기 가공 기계를 설치하는 데 발생하는 세팅 오차를 제외한 가공 오차를 정확하게 산출하여 가공 이상 상태를 감시하는 감시 시스템이 필요하다.
대한민국 공개특허 10-2009-0056706호
본 발명의 목적은 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치는 롤금형 설치 시 얼라인 오차를 측정하는 얼라인 모듈, 공구의 영점 위치를 조정하여 밸런스 상태를 확인하고, 밸런스 오차를 측정하는 밸런스 모듈, 상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차를 합하여 세팅 오차를 계산하고, 상기 계산된 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출하는 예상 편차 산출 모듈 및 상기 롤금형의 패턴 가공 시 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 판단하는 가공 상태 감시 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 예상 편차 산출 모듈은 상기 공구 및 가공 조건의 정보를 이용하여 상기 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량 계산하고, 테스트 가공을 통해 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 계산한 후, 상기 계산된 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 이용하여 상기 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량에 따른 예상 편차를 산출할 수 있다.
또한, 상기 가공 상태 감시 모듈은 상기 패턴 가공의 각 차수 별 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 각 차수 별 가공 이상 상태를 판단하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 방법은 롤금형의 설치 시 얼라인 오차를 측정하는 단계, 공구의 영점 위치를 조정하여 밸런스 상태를 확인하고, 밸런스 오차를 측정하는 단계, 상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차를 합하여 세팅 오차를 계산하고, 상기 계산된 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출하는 단계, 상기 롤금형의 패턴 가공 시 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하는 단계, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 판단하는 단계 및 상기 판단 결과, 가공 이상 상태로 판단되는 경우 경고 알람을 울리는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차를 합하여 세팅 오차를 계산하고, 상기 계산된 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출하는 단계는, 상기 공구 및 가공 공정의 정보를 이용하여 상기 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량을 계산하고, 테스트 가공을 통해 단위 재료 제거량 당 센서신호 편차를 계산한 후, 상기 계산된 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 이용하여 상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차로 인한 재료 제거 변화량에 따른 예상 편차를 산출할 수 있다.
그리고 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 판단하는 단계는, 상기 패턴 가공의 각 차수 별 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 각 차수 별 가공 이상 상태를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치 및 방법에 따르면, 얼라인 오차 및 밸런스 오차를 포함하는 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출하고, 패턴 가공 시 발생하는 실제 편차와 예상 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 감지함으로써, 세팅 오차를 제외한 가공 공정상에서 발생하는 가공 오차를 보다 정밀하게 감시할 수 있다.
또한, 패턴 가공 시 각 차수 별로 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고 각 차수 별 이상 상태를 모두 감지함으로써, 가공 공정상의 문제가 되는 위치를 정확하게 인식 가능하며 신속하게 보정할 수 있다.
따라서 가공 오차의 정확한 원인 및 위치 파악을 통해 세팅 오차 및 가공 오차를 최소화할 수 있으며, 보다 신속한 보정을 가능하게 하므로 가공 실패로 인한 손실 비용을 최소화하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치(100)는 얼라인 모듈(110), 밸런스 모듈(120), 예상 편차 산출 모듈(130) 및 가공 상태 감시 모듈(140)을 포함하도록 구성될 수 있다.
얼라인 모듈(110)은 선반에 롤금형을 설치할 때에 정밀하게 얼라인 작업을 하기 위한 런아웃(run out) 정보를 제공하고, 설치된 롤금형의 얼라인 오차를 측정한다. 런아웃이란 스핀들의 수평 방향, 수직 방향의 진동을 말한다.
밸런스 모듈(120)은 공구의 영점 위치를 조정하여 밸런스 상태를 확인하고, 밸런스 오차를 측정한다. 롤금형 가공 공정이 경면 가공과 패턴 가공을 포함하는 경우, 밸런스 오차는 경면 가공용 공구 및 패턴 가공용 공구의 밸런스 상태에 따른 밸런스 오차를 모두 포함하는 것이 바람직하다.
예상 편차 산출 모듈(130)은 얼라인 모듈(110)에서 측정한 얼라인 오차와 밸런스 모듈(120)에서 측정한 밸런스 오차를 합하여 세팅 오차를 계산하고, 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출한다. 여기에서, 예상 편차 산출 모듈(130)은 공구 및 가공 조건의 정보를 이용하여 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량 계산하고, 테스트 가공을 통해 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 계산한 후, 계산된 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 이용하여 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량에 따른 예상 편차를 산출할 수 있다.
가공 상태 감시 모듈(140)은 패턴 가공 시 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고, 예상 편차 산출 모듈(130)에서 산출된 예상 편차와 실제 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 판단한다. 여러 번에 걸쳐 패턴 가공을 하는 경우, 각 차수 별 센서 신호를 모두 측정하여 실제 편차를 산출하고, 각 차수에 따른 가공 이상 상태를 판단하는 가공 상태 감시 모듈을 다수 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 각 차수 별 오차를 따로 측정하여 이상 상태를 감시할 수 있으므로, 이상 상태의 원인이 되는 위치를 정확하게 파악할 수 있으며, 보다 쉽고 빠르게 오차를 보정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 방법의 순서도이다.
도 2를 참조하여 롤금형의 패턴 가공 공정(S100)을 살펴보면, 먼저 롤금형을 설치한후(S110), 공구의 영점 위치를 확인한다(S120). 그리고 테스트 가공(S130)을 통해 가공 형상을 확인하고, 마지막으로 패턴 가공을 실시한다(S140).
이러한 패턴 가공 공정에 있어서, 가공 이상 상태를 감시하는 가공 공정 감시방법(S200)은 다음과 같이 구성될 수 있다.
먼저, 선반에 롤금형을 설치한 후 얼라인 모듈(110)을 통해 얼라인 오차(D1)를 측정한다(S210).
그리고 공구의 영점 위치를 조정하여 밸런스 상태를 확인하고, 밸런스 모듈(120)을 통해 밸런스 오차를 측정한다(S220).
다음으로, 예상 편차 산출 모듈(130)은 얼라인 오차(D1)와 밸런스 오차(D2)를 합한 세팅 오차(D1+D2)로 인한 예상 편차(ΔVe)를 산출하게 된다(S230).
이때, 얼라인 오차(D1), 밸런스 오차(D2) 및 이들의 합으로 이루어진 세팅 오차(D1+D2)는 변위 오차를 의미하며, 예상 편차(ΔVe)는 센서의 신호 크기를 보여주는 전압의 편차를 의미한다. 이상 상태 감시 모듈(140)은 센서 신호를 측정하여 가공 이상 상태를 감지하기 때문에, 세팅 오차와 가공 오차를 비교하기 위해서는 세팅 오차(D1+D2)에 대응하는 예상 편차(ΔVe)를 산출해야 한다.
세팅 오차(D1+D2)로부터 예상 편차(ΔVe)를 산출하는 방법은, 먼저 측정된 얼라인 오차(D1)와 밸런스 오차(D2)를 모두 합하여 세팅 오차(D1+D2)를 계산하고(S231), 계산된 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량을 산출한다(S232). 이후, 테스트 가공(S130)을 통해 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 계산하고(S233), 이를 기준으로 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량에 따른 예상 편차(ΔVe)를 산출할 수 있다(S234).
실제 패턴 가공을 하기 이전에 테스트 가공을 통해 예상 편차(ΔVe)를 이용하여 가공 결과를 미리 예측할 수 있으며, 이를 고려하여 세팅 오차를 최소화할 수 있도록 롤금형의 얼라인 작업 및 공구의 영점 위치 조정을 다시 할 수 있다.
예상 편차(ΔVe)를 산출한 후, 실제 롤금형 패턴 가공을 실시하면서 센서 신호를 측정하여 실제 편차(ΔVn)를 산출한다(S240).
이상 상태 감시 모듈(140)은 예상 편차(ΔVe)와 실제 편차(ΔVn)를 비교하여, 실제 편차(ΔVn)가 예상 편차(ΔVe)의 소정 배율(a)보다 큰 경우 가공 이상 상태인 것으로 판단하고(S250), 경고 알람을 울리게 된다(S260). 그리고 실제 편차(ΔVn)가 예상 편차(ΔVe)의 소정 배율(a)보다 작은 경우에는, 실제 편차(ΔVn)가 발생하는 원인을 세팅 오차로 인한 것으로 규명하고, 가공 상의 이상이 없는 것으로 판단하여 경고 알람을 울리지 않고 계속해서 패턴 가공을 실시하면서 이상 상태를 감시한다.
이때, 여러 번에 걸쳐 패턴 가공을 하는 경우, 각 차수에 따른 가공 이상 상태를 각각 판단하는 가공 상태 감시 모듈을 다수 포함하여 각 차수 별 센서 신호를 각각 측정하고 실제 편차를 산출하여 가공 이상 상태를 판단하도록 구성될 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 가공 공정 감시 장치
110: 얼라인 모듈 120: 밸런스모듈
130: 예상 편차 산출 모듈 140: 가공 상태 감시 모듈

Claims (6)

  1. 롤금형 설치 시 얼라인 오차를 측정하는 얼라인 모듈;
    공구의 영점 위치를 조정하여 밸런스 상태를 확인하고, 밸런스 오차를 측정하는 밸런스 모듈;
    상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차를 합하여 세팅 오차를 계산하고, 상기 계산된 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출하는 예상 편차 산출 모듈;
    상기 롤금형의 패턴 가공 시 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 판단하는 가공 상태 감시 모듈을 포함하되,
    상기 예상 편차 산출 모듈이 상기 공구 및 가공 조건의 정보를 이용하여 상기 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량 계산하고, 테스트 가공을 통해 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 계산한 후, 상기 계산된 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 이용하여 상기 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량에 따른 예상 편차를 산출하는 것을 특징으로 하는 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 가공 상태 감시 모듈은,
    상기 패턴 가공의 각 차수 별 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 각 차수 별 가공 이상 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 장치.
  4. 롤금형의 설치 시 얼라인 오차를 측정하는 단계;
    공구의 영점 위치를 조정하여 밸런스 상태를 확인하고, 밸런스 오차를 측정하는 단계;
    상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차를 합하여 세팅 오차를 계산하고, 상기 계산된 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출하는 단계;
    상기 롤금형의 패턴 가공 시 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하는 단계;
    상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 가공 이상 상태로 판단되는 경우 경고 알람을 울리는 단계를 포함하되,
    상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차를 합하여 세팅 오차를 계산하고, 상기 계산된 세팅 오차로 인한 예상 편차를 산출하는 단계에서,
    상기 공구 및 가공 공정의 정보를 이용하여 상기 세팅 오차로 인한 재료 제거 변화량을 계산하고, 테스트 가공을 통해 단위 재료 제거량 당 센서신호 편차를 계산한 후, 상기 계산된 단위 재료 제거량 당 센서 신호 편차를 이용하여 상기 얼라인 오차 및 상기 밸런스 오차로 인한 재료 제거 변화량에 따른 예상 편차를 산출하는 것을 특징으로 하는 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 가공 이상 상태를 판단하는 단계는,
    상기 패턴 가공의 각 차수 별 센서 신호를 측정하여 실제 편차를 산출하고, 상기 예상 편차 및 상기 실제 편차를 비교하여 각 차수 별 가공 이상 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 세팅 오차를 반영한 가공 공정 감시 방법.
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