KR101473580B1 - 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법 - Google Patents

절삭 가공 장치의 상태 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 절삭에 소모되는 에너지값을 통하여 실시간으로 가공 상태를 진단함으로써 비교적 저렴하고 신뢰도 높은 시스템 구축이 가능한 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법이 개시된다.
일 예로, 제 1 전력 측정부 및 제 2 전력 측정부로부터 각각 가공 전에 절삭 가공 장치에 공급된 제 1 전력량과 가공 시의 제 2 전력량을 측정하고 연산부로 전송하는 전력량 측정 및 전송 단계; 상기 연산부에서 제 1, 2 전력량을 비교하여 순수 가공에만 소요되는 절삭 에너지값을 도출하는 절삭 에너지값 도출 단계; 상기 연산부에 저장된 기준값 데이터와 상기 절삭 에너지값을 비교하여 상기 절삭 가공 장치의 이상 상태를 판단하는 절삭 에너지값 비교 단계; 및 상기 절삭 에너지값이 기준값보다 클 경우, 상기 연산부가 상기 절삭 가공 장치의 상태를 이상이 있는 것으로 판단하고, 상태 처리 신호를 전송하는 상태 처리 단계를 포함하는 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법이 개시된다.

Description

절삭 가공 장치의 상태 진단 방법 {method for monitoring of cutting machine}
본 발명은 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control, CNC) 기술이 적용된 공작 기기 등의 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법에 관한 것이다.
절삭 가공은 산업현장에서 널리 쓰이는 가장 효과적인 가공 방법 중 하나이다. 절삭 가공의 경우 채터(chatter)와 같은 악조건이나 심각한 공구 마모 등의 발생에 의해 제작물의 품질이 악화되는 것을 방지하기 위하여 가공 상태 혹은 공구 마모 상태를 실시간으로 진단하고자 하는 작업들이 수행되어 왔다. 구체적으로, 가공 상태의 실시간 진단을 위하여 다양한 물리량을 측정하기 위한 센서를 가공 기기에 부착하고, 측정된 신호를 처리함으로써 이론을 통한 계산값이나 기 측정된 실험값과의 비교를 통해 적절한 작업 시점 혹은 절삭 공구의 교체 시점을 알려주는 기술들이 개발되어 왔다. 그러나, 센서가 고가이며, 가공에 의해 발생하는 물리량이 여러 다양한 요인에 의해 영향을 받고, 마모에 의한 물리량 변화값이 매우 미세하기 때문에 신뢰도가 높은 값이 나오지 않는다는 단점이 있었다.
국내등록특허공보 제10-1003876호 (2010년12월30일 공고)
본 발명은 절삭에 소모되는 에너지값을 통하여 실시간으로 가공 상태를 진단함으로써 비교적 저렴하고 신뢰도 높은 시스템 구축이 가능한 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법은 제 1 전력 측정부 및 제 2 전력 측정부로부터 각각 가공 전에 절삭 가공 장치에 공급된 제 1 전력량과 가공 시의 제 2 전력량을 측정하고 연산부로 전송하는 전력량 측정 및 전송 단계; 상기 연산부에서 제 1, 2 전력량을 비교하여 순수 가공에만 소요되는 절삭 에너지값을 도출하는 절삭 에너지값 도출 단계; 상기 연산부에 저장된 기준값 데이터와 상기 절삭 에너지값을 비교하여 상기 절삭 가공 장치의 이상 상태를 판단하는 절삭 에너지값 비교 단계; 및 상기 절삭 에너지값이 기준값보다 클 경우, 상기 연산부가 상기 절삭 가공 장치의 상태를 이상이 있는 것으로 판단하고, 상태 처리 신호를 전송하는 상태 처리 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 절삭 가공 장치는 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control, DMC) 기술이 적용된 기기로 구성될 수 있다.
그리고 상기 제 1, 2 전력 측정부로부터 얻어진 상기 제 1, 2 전력량은 통신부에 의해 상기 연산부로 전송될 수 있다.
또한, 상기 기준값은 상기 절삭 가공 장치의 가공 공구가 마모 한계에 도달하기 전까지 가공물의 품질에 문제가 없는 범위 내에서 이용되었을 때 얻을 수 있는 절삭 에너지의 이론값 또는 실험값 범위일 수 있다.
또한, 상기 절삭 에너지값이 기준값을 초과하지 않는 경우, 상기 절삭 에너지값 비교 단계 이후 다시 상기 전력량 측정 및 전송 단계가 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법은 절삭에 소모되는 에너지값을 통하여 실시간으로 가공 상태를 진단함으로써, 비교적 저렴하고 신뢰도 높은 시스템의 구축이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법에서, 기준값이 될 절삭에너지 모델을 예시한 그래프이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법은 제 1 전력 측정부(110), 제 2 전력 측정부(120), 통신부(130) 및 연산부(140)를 포함한다.
상기 제 1 전력 측정부(110)는 절삭 가공 장치에 전력을 공급하는 전력 공급 단자에 형성되어 상기 절삭 가공 장치에 공급되는 가공 전의 제 1 전력량을 측정한다.
상기 제 2 전력 측정부(120)는 상기 절삭 가공 장치에 형성되어 가공 시에 작용하는 제 2 전력량을 측정한다. 이 때, 상기 절삭 가공 장치는 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control, CNC) 기술이 적용된 공작 기기 등으로 구성될 수 있다.
상기 통신부(130)는 상기 제 1, 2 전력 측정부(110, 120)로부터 전송된 전력량 값을 상기 연산부(140)로 전송한다.
상기 연산부(140)는 상기 통신부(130)로부터 전달된 전력량 값을 통해 절삭 가공에 소모된 전력량을 계산한다. 즉, 상기 제 1 전력 측정부(110)로부터 측정된 가공 전의 제 1 전력량과, 상기 제 2 전력 측정부(120)로부터 측정된 가공 시의 제 2 전력량을 비교하여 순수 가공에만 소요되는 전기 에너지를 도출한다. 이를 통해 상기 연산부(140)는 가공에 소요된 절삭 에너지값을 얻을 수 있다. 한편, 상기 연산부(140)에는 도출된 절삭 에너지값을 통해 상기 절삭 가공 장치의 이상 여부를 판단하는 기준값이 되는 절삭 에너지 모델 데이터가 저장되어 있다. 상기 절삭 에너지 모델은 상기 절삭 가공 장치의 가공 공구가 마모 한계에 도달하기 전까지, 가공물의 품질에 문제가 없는 범위 내에서 가공에 이용되었을 때 얻을 수 있는 절삭 에너지의 이론값 또는 실험값으로 설정된다. 상기 연산부(140)는 상기 도출된 절삭 에너지값과 기준값을 비교함으로써 상기 절삭 가공 장치의 상태를 판단할 수 있다. 다시 말해서, 상기 절삭 에너지는 상기 가공 공구의 마모가 증가함에 따라 증가하므로, 상기 연산부(140)는 상기 도출된 절삭 에너지값이 기준값보다 클 경우 상기 절삭 가공 장치의 가공 상태 또는 마모 상태에 이상이 있는 것으로 판단하게 된다. 상기 연산부(140)는 상기 절삭 가공 장치의 상태가 이상이 있는 것으로 판단했을 경우, 상기 컴퓨터 수치 제어 시스템으로 상태 처리 신호를 보냄으로써 사용자에게 이상 상황을 알린다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법은 전력량 측정 및 전송 단계(S10), 절삭 에너지값 도출 단계(S20), 절삭 에너지값 비교 단계(S30) 및 상태 처리 단계(S40)를 포함한다. 이하에서는 도 1을 함께 참조하여 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법에 대하여 설명하도록 한다.
상기 전력량 측정 및 전송 단계(S10)에서는 상기 제 1, 2 전력 측정부(110, 120)로부터 측정된 제 1, 2 전력량을 상기 연산부(140)로 전송한다. 보다 구체적으로, 상기 절삭 가공 장치에 공급된 가공 전의 제 1 전력량과 가공 시의 제 2 전력량을 측정 및 전송한다. 이 때, 상기 제 1, 2 전력량은 상기 통신부(130)에 의해 상기 제 1, 2 전력 측정부(110, 120)로부터 연산부(140)로 전송될 수 있다.
상기 절삭 에너지값 도출 단계(S20)에서는 상기 연산부(140)에서 상기 제 1, 2 전력량을 비교하여 순수 가공에만 소요되는 전기 에너지, 즉, 절삭 에너지값을 도출한다. 이 때, 상기 절삭 에너지값은 상기 절삭 가공 장치의 가공 공구의 마모가 많이 진행될수록 증가한다.
상기 절삭 에너지값 비교 단계(S30)에서는 상기 연산부(140)에 저장된 기준값과 절삭 에너지를 비교하여 절삭 가공 장치의 이상 상태를 판단한다. 여기서, 상기 기준값은 상기 절삭 가공 장치의 이상 여부를 판단하는 척도가 되는 절삭 에너지 모델 데이터이다. 상기 절삭 에너지 모델은 상기 절삭 가공 장치의 가공 공구가 마모 한계에 도달하기 전까지, 가공물의 품질에 문제가 없는 범위 내에서 이용되었을 때 얻을 수 있는 절삭 에너지의 이론값 또는 실험값 범위로 설정된다. 따라서, 상기 연산부(140)는 상기 기준값과 도출된 절삭 에너지값을 비교함으로써 절삭 가공 장치의 상태를 판단할 수 있다. 즉, 상기 연산부(140)는 상기 절삭 에너지값이 상기 기준값보다 클 경우, 상기 절삭 가공 장치의 가공 상태 또는 마모 상태에 이상이 있는 것으로 판단하고, 상기 상태 처리(S40) 단계가 이루어지도록 신호를 전송한다. 반면, 상기 절삭 에너지값이 상기 기준값보다 작을 경우, 상기 연산부(140)는 현재의 절삭 가공 장치의 상태를 정상 상태로 판단한다. 정상 상태에서 상기 연산부(140)는 위에서 설명한 단계들을 반복하며 상기 절삭 가공 장치의 상태에 이상이 생길 때까지 지속적으로 절삭 가공 장치의 상태를 진단하게 된다.
상기 상태 처리 단계(S40)는 상기 연산부(140)가 상기 절삭 가공 장치의 상태에 이상이 있다고 판단한 이후 이루어진다. 즉, 상기 절삭 에너지값이 기준값보다 클 경우, 상기 연산부(140)는 상기 컴퓨터 수치 제어 시스템으로 상태 처리 신호를 보냄으로써, 사용자에게 이상 상태를 알린다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법에서, 기준값이 될 절삭에너지 모델을 예시한 그래프이다.
도 3의 절삭에너지 모델을 통해, 특정 조건에서의 절삭 에너지의 값을 예측할 수 있다. 일반적으로, 절삭 에너지는 절삭력과 가공 속도의 곱으로 계산된다. 따라서, 가공 속도가 일정할 때, 마모가 증가함에 따라 증가되는 절삭력에 의해 절삭 에너지도 함께 증가한다. 본 발명은 도 3에서 예시된 절삭 에너지 모델과 연산부에서 도출된 절삭 에너지값을 비교함으로써 절삭 가공 장치의 상태 진단이 이루어질 수 있다. 한편, 도 3의 절삭 에너지 모델 그래프는 본 발명을 설명하기 위한 일례일뿐이며, 이로써 절삭 에너지 모델을 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법은 제 1, 2 전력 측정부로부터 측정된 전력량으로 순수하게 가공에만 사용되는 전기 에너지, 즉, 절삭 에너지값을 도출함으로써 절삭 가공 장치의 상태 진단이 가능하다. 또한, 평균화된 개념의 전력량 데이터를 이용하므로 값의 신뢰도가 높고, 가공 외의 여러 다양한 요인이 개입하기 어렵다는 장점이 있다. 또한, 다양한 물리량을 측정하기 위한 고가의 센서 없이, 비교적 단순하고 저렴한 전력량 측정 시스템을 구축함으로써, 비용이 저렴하고 다양한 곳에 쉽게 적용하는 것이 가능하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
110; 제 1 전력 측정부 120; 제 2 전력 측정부
130; 통신부 140; 연산부

Claims (5)

  1. 제 1 전력 측정부 및 제 2 전력 측정부로부터 각각 가공 전에 절삭 가공 장치에 공급된 제 1 전력량과 가공 시의 제 2 전력량을 측정하고 연산부로 전송하는 전력량 측정 및 전송 단계;
    상기 연산부에서 제 1, 2 전력량을 비교하여 순수 가공에만 소요되는 절삭 에너지값을 도출하는 절삭 에너지값 도출 단계;
    상기 연산부에 저장된 기준값 데이터와 상기 절삭 에너지값을 비교하여 상기 절삭 가공 장치의 이상 상태를 판단하는 절삭 에너지값 비교 단계; 및
    상기 절삭 에너지값이 기준값보다 클 경우, 상기 연산부가 상기 절삭 가공 장치의 상태를 이상이 있는 것으로 판단하고, 상태 처리 신호를 전송하는 상태 처리 단계를 포함하고,
    상기 제 1 전력 측정부는 상기 절삭 가공 장치에 전력을 공급하는 전력 공급 단자에 형성되며, 상기 제 2 전력 측정부는 상기 절삭 가공 장치에 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절삭 가공 장치는 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control, DMC) 기술이 적용된 기기로 구성되는 것을 특징으로 하는 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 전력 측정부로부터 얻어진 상기 제 1, 2 전력량은 통신부에 의해 상기 연산부로 전송되는 것을 특징으로 하는 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준값은 상기 절삭 가공 장치의 가공 공구가 마모 한계에 도달하기 전까지 가공물의 품질에 문제가 없는 범위 내에서 이용되었을 때 얻을 수 있는 절삭 에너지의 이론값 또는 실험값 범위인 것을 특징으로 하는 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 절삭 에너지값이 기준값을 초과하지 않는 경우, 상기 절삭 에너지값 비교 단계 이후 다시 상기 전력량 측정 및 전송 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법.
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