KR102023592B1 - 구멍 확장 시험용 시험장치 및 그 시험방법 - Google Patents

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Abstract

구멍 확장성 시험 시 사용되는 금형과 시편을 기계적으로 공급하면서 구멍에 형성되는 버를 최소화하여 구멍 확장성 값의 편차를 줄여줄 수 있도록, 구멍 확장성(HER) 시험을 위해 시편에 구멍을 형성하는 펀칭부, 상기 펀칭부의 펀칭 다이에 금형을 공급하는 금형 공급부, 상기 금형 위에 시편을 공급하는 시편 공급부, 및 상기 금형과 시편을 선택하여 공급하고 펀칭하도록 각 구성부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 구멍 확장 시험용 시험장치 및 그 시험방법을 제공한다.

Description

구멍 확장 시험용 시험장치 및 그 시험방법{TESTING APPARATUS FOR HOLE EXPANSION TEST AND TESTING METHOD THEREFOR}
판재의 구멍 확장성 시험을 위한 시험장치 및 그 시험방법을 개시한다.
판재의 구멍 확장성(HER: Hole Expansion Ratio)은 판재에 대한 펀칭 가공을 통해 가공한 구멍이 크랙(Crack)이나 넥킹(Necking) 등의 불량 없이 얼마나 확장 가능한지에 대한 재료 특성이다.
상기 구멍 확장성을 위한 시험은 판재의 초기 직경에서 금형을 이용하여 구멍을 확장한 후, 구멍의 초기 직경과 확장된 직경을 서로 비교하여 비를 구한다.
상기 구멍 확장성 시험은 초기의 구멍 가공 조건에 따라 확장성에 많은 영향을 받는다. 상기 구멍 확장성 시험을 위한 펀칭 장치는 다이 홀더에 상기 금형이 위치하고, 상기 금형 위에 시편을 올려 놓은 다음 펀치를 금형 내부로 삽입시켜 펀칭 작업을 수행한다.
상기의 구멍 가공 조건에는 펀치와 금형간의 위치, 펀치 단부의 마모도 및 시편에 가해지는 가압조건 등이 있다.
또한, 구멍 가공 시 발생되는 버(Burr)는 구멍 확장성 시험에 큰 영향을 미치게 된다. 상기 버는 구멍 가공에서 소재가 돌출되어 형성되는 것으로 소재 절삭 부위의 끝이 말리면서 형성된다.
상기 버는 펀치의 마모도에 의해 영향을 받는다. 상기 펀치의 마모도가 크면 버의 발생이 많아진다. 상기 버의 발생으로 홀에는 크랙 및 넥킹이 보다 쉽게 형성된다.
상기 구멍에서 형성되는 버로 인해 구멍 확장성 시험 시 구멍 확장성 값이 낮아지게 된다. 이에 따라 구멍 확장성 시험 시 정확한 시험이 어렵고 오차가 발생하게 된다.
그러나, 구멍 확장성 시험 시 버의 발생을 저감시키는 기술 개발이 미흡한 실정이다. 이에 따라 구멍 확장성 시험의 정확도가 떨어질 수 있다.
최근에 고강도강이 증가함에 따라 펀칭 장치에 의한 구멍 확장성 값의 편차 감소가 필요하다.
또한, 상기 구멍 확장성 시험 시 시편의 두께에 따라 다양한 종류의 금형이 사용된다. 상기 금형을 시편에 따라 일일이 수작업으로 교체하고 있는 실정이다. 이에 따라 구멍 확장성 시험 시 작업성 및 생산성이 저하된다.
한국 공개특허공보 제10-2016-0052145호(2016년 05월 12일 공개)
구멍 확장성 시험 시 사용되는 금형과 시편을 기계적으로 공급하면서 구멍에 형성되는 버를 최소화하여 구멍 확장성 값의 편차를 줄여주는 구멍 확장 시험용 시험장치 및 그 시험방법을 제공한다.
구멍 확장 시험용 시험장치는, 구멍 확장성(HER) 시험을 위해 시편에 구멍을 형성하는 펀칭부, 상기 펀칭부의 펀칭 다이에 금형을 공급하는 금형 공급부, 상기 금형 위에 시편을 공급하는 시편 공급부, 및 상기 금형과 시편을 선택하여 공급하고 펀칭하도록 각 구성부의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 금형 공급부는 하나 이상의 금형이 올려져 회전에 의해 선택된 금형을 픽업 위치로 공급하는 금형 다이 및 상기 금형 다이에서 선택된 금형을 픽업하여 상기 펀칭 다이에 공급하는 금형 피딩(Feeding) 로봇을 포함할 수 있다.
상기 시편 공급부는 선택된 시편을 흡착하는 흡착기 및 상기 흡착기를 통해 픽업된 시편을 상기 펀칭 다이의 금형 상부에 공급하는 시편 피딩(Feeding) 로봇을 포함할 수 있다.
상기 펀칭부는 상기 펀치에 의해 형성된 시편의 구멍을 촬영하여 구멍에 형성되는 버(Burr)의 상태를 확인하는 촬영부를 더 포함할 수 있다.
상기 촬영부는 시편을 중심으로 그 상하 및 좌우에서 각각 촬영하는 촬영 카메라를 포함할 수 있다.
상기 펀치는 그 단부에 원추형의 첨상부가 형성될 수 있다.
상기 촬영부는 촬영된 버 이미지 및 구멍 파단부 형상을 저장하여 그 데이터를 관리하는 데이터 중계 시스템을 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 중계 시스템은 상기 펀칭부 및 촬영부를 포함하는 장치와 연결되어 시험지시의 수신 및 데이터를 주고받는 운영자 인터페이스 시스템(HMI : Human Machine Interface)을 포함할 수 있다.
상기 데이터 중계 시스템은 상기 운영자 인터페이스 시스템(HMI)과 연결되어 시험관련 정보를 주고받는 처리 컴퓨터 시스템(PCS : Process Computer System))를 포함할 수 있다.
상기 데이터 중계 시스템은 상기 처리 컴퓨터 시스템(PCS)과 연결되어 각 공정 별로 실시간 발생하는 조업정보를 통해 각 공정 별로 공유하여 생산관리를 최적화하는 생산관리 시스템(MES : Manufacturing Execution System)을 포함할 수 있다.
구멍 확장 시험용 시험방법은, 시편의 두께에 따라 선택된 금형을 픽업하여 펀칭 장치의 펀칭 다이에 공급하는 금형 공급 단계, 상기 시편을 픽업하여 상기 금형의 상부에 공급함으로써 시편을 상기 펀칭 다이에 고정하는 시편 공급 단계, 상기 펀칭 장치의 펀치와 상기 금형 중앙의 펀칭 홈을 일치시킨 상태에서 펀치로 상기 시편에 구멍을 형성하는 펀칭 단계, 및 상기 시편에 형성된 구멍의 초기 직경에서 선택된 상기 금형을 이용하여 구멍을 확장한 후, 구멍의 초기 직경과 확장된 직경을 서로 비교하여 비를 구하는 구멍 확장성 시험 단계를 포함한다.
상기 펀칭 단계는 펀칭 시 상기 펀치에 의해 구멍이 형성되는 시편의 상하 및 좌우에 각각 촬영 카메라가 설치되어 시편의 구멍과 그 구멍에 형성된 버를 촬영하는 촬영 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 촬영 단계는 상기 시편의 펀칭 가공 시 발생하는 시편 두께에 따른 버의 길이 및 구멍 확장성 값을 데이터화하여 저장하는 데이터 전산화 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금형 공급 단계는 상기 펀칭 장치의 제어 신호로 회전하는 금형 다이에서 금형을 선택하는 과정, 선택된 금형을 금형 피딩 로봇으로 픽업하는 과정, 및 픽업된 상기 금형을 이동시켜 상기 펀칭 장치의 펀칭 다이에 고정하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 시편 공급 단계는 상기 펀칭 장치의 제어 신호로 시편 보관장소에서 시편을 선택하는 과정, 선택된 시편을 시편 피딩 로봇으로 픽업하는 과정, 및 픽업된 상기 시편을 이동시켜 상기 펀칭 다이에 고정된 금형 상부에 고정하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 데이터 전산화 단계는 상기 시편의 구멍에 생성된 버의 길이를 데이터화하여 구멍 확장성 값의 오차를 판단하는 데이터 분석 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 전산화 단계는 상기 펀칭 장치에 발생된 데이터 정보를 운영자 컴퓨터와 서로 주고받는 운영자 인터페이스 시스템(HMI) 과정, 상기 운영자 검퓨터에 저장된 데이터 정보를 처리 컴퓨터와 서로 주고받는 처리 컴퓨터 시스템(PCS) 과정, 및 상기 처리 컴퓨터에 저장된 데이터 정보를 생산관리 컴퓨터와 서로 주고받는 생산관리 시스템(MES) 과정을 포함할 수 있다.
본 시험장치 및 시험방법에 따르면, 구멍 확장 시험 시 다양한 금형 및 시편을 기계적으로 공급하여 시험을 진행함으로써 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 펀치 단부의 형상을 개선하여 시편의 펀칭 시 발생하는 버를 최소화함으로써 구멍 확장성 값의 편차를 감소시킬 수 있다.
또한, 구멍 가공 시 발생하는 버를 입체적으로 촬영하여 펀치 단부의 마모도를 판단함으로써 펀치의 교환시기를 결정할 수 있다. 구멍 확장 시험 시의 각종 데이터를 전산화하여 구멍 확장성 값의 편차감소에 적용함으로써 시험의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 구멍 확장 시험용 시험장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 구멍 확장 시험용 시험장치의 금형 공급부 및 시편 공급부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 버 이미지 촬영부로 시편을 촬영하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 펀칭부의 펀치 단부 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 데이터 중계 시스템을 통한 데이터 전산화 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 구멍 확장 시험 과정을 단계별로 도시한 도면이다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 구멍 확장 시험용 시험장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 실시예에 따른 구멍 확장 시험용 시험장치의 금형 공급부 및 시편 공급부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 금속재의 시편(1)에 구멍을 뚫고 그 구멍을 순차적으로 확장함으로써 시편(1)의 구멍 확장성(HER)을 시험하는 구멍 확장 시험용 시험장치를 개시한다. 상기 구멍 확장 시험용 시험장치는 자동화 장치이다.
상기 구멍 확장 시험용 시험장치는 펀칭부(10), 금형 공급부(20), 시편 공급부(30) 및 제어부(40)를 포함한다.
상기 펀칭부(10)는 펀칭 다이(11)에 올려지는 시편(1)을 펀치(12)로 구멍 뚫어 구멍 확장성을 시험할 수 있다. 상기 금형 공급부(20)는 상기 펀칭부(10)의 펀칭 다이(11)에 시편(1)의 두께와 적합한 금형(2)을 선택하여 기계적으로 공급할 수 있다. 상기 시편 공급부(30)는 상기 금형(2)에 올려져 고정되는 시편(1)을 기계적으로 공급할 수 있다. 상기 제어부(40)는 상기 금형(2)과 시편(1)을 선택하여 공급하고 펀칭하도록 각 구성부의 구동을 제어할 수 있다.
즉, 상기 시험장치는 강판의 물성을 시험하기 위한 것으로, 강판 재질의 시편(1)에 상기 펀칭부(10)의 펀치(12)로 구멍을 뚫는다. 상기 시편(1)에 천공된 구멍을 상기 펀치(12)를 이용하여 확장함으로써 시편(1)의 구멍 확장성 값을 얻는다.
상기 구멍 확장성 값은 펀칭 시 상기 시편(1)의 구멍에 형성되는 버(Burr)에 큰 영향을 받는다. 상기 버의 길이가 클수록 구멍 확장성 값의 편차가 커진다. 상기 버는 상기 펀칭부(10)의 펀치(12)에 의해 큰 영향을 받는다. 상기 펀치(12)의 단부 마모도가 크면 클수록 상기 시편(1)의 구멍에 형성되는 버 또한 그 길이가 커진다.
또한, 상기 시험장치는 펀칭이 이루어지는 펀칭 다이(11)에 금형(2)과 시편(1)이 기계적으로 공급될 수 있다.
이를 위해, 상기 금형 공급부(20)는 하나 이상의 금형(2)이 올려져 회전에 의해 선택된 금형(2)을 픽업 위치로 공급하는 금형 다이(21) 및 상기 금형 다이(21)에서 선택된 금형(2)을 픽업하여 상기 펀칭 다이(11)에 공급하는 금형 피딩 로봇(22)을 포함할 수 있다.
상기 금형 다이(21)에는 시편(1)의 종류에 따라 선택될 수 있는 여러 개의 금형(2)이 올려져 있다. 이 상태에서 상기 금형 다이(21)가 회전함에 따라 선택된 금형(2)이 픽업 위치로 이동하게 된다.
상기 금형 피딩 로봇(22)은 금형 다이(21)에서 선택된 금형(2)을 픽업하여 기계적으로 상기 펀칭 다이(11)의 중앙부에 공급할 수 있다. 상기 금형 피딩 로봇(22)은 회전축(20a)을 중심으로 회전되면서 상기 금형 다이(21)와 펀칭 다이(11) 사이를 왕복할 수 있다.
상기 금형 피딩 로봇(22)의 집게(22a)를 이용하여 선택된 금형(2)을 픽업한 후, 상기 회전축(20a)을 통해 상기 펀칭 다이(11)로 금형(2)을 이동시켜 고정하게 된다. 상기 금형(2)은 시험을 하게 되는 시편(1)의 두께나 재질에 따라 그 구조를 달리하게 된다.
또한, 상기 시편 공급부(30)는 선택된 시편(1)을 흡착하는 흡착기(31) 및 상기 흡착기(31)를 통해 픽업된 시편(1)을 상기 펀칭 다이(11)의 금형(2) 상부에 공급하는 시편 피딩 로봇(32)을 포함할 수 있다.
상기 흡착기(31)는 선택된 시편(1)을 흡착하여 고정한 상태에서 상기 시편 피딩 로봇(32)의 작동으로 시편(1)을 상기 펀칭 다이(11)에 공급할 수 있다.
상기 시편 피딩 로봇(32)은 시험을 수행할 시편(1)을 픽업하여 기계적으로 펀칭 다이(11)에 공급할 수 있다. 상기 시편 피딩 로봇(32)은 회전축(30a)을 중심으로 회전되면서 시편(1)이 보관된 장소와 펀칭 다이(11) 사이를 왕복할 수 있다.
상기 시편 피딩 로봇(32)의 단부에 설치된 하나 이상의 흡착기(31)를 이용하여 시험할 시편(1)을 픽업한 후, 상기 회전축(30a)을 통해 상기 펀칭 다이(11)의 금형(2) 상부로 이동시켜 고정하게 된다. 상기 시편(1)은 금형(2) 상부에 고정되어 상기 펀칭부(10)의 펀치(12)로 구멍을 뚫게 된다. 상기 펀치(12)의 직경을 순차적으로 크게 하여 시편(1)의 구멍을 넓혀줌으로써 시편(1)의 구멍 확장성을 시험하게 된다.
이때, 상기 시편(1)의 두께에 따라 시편(1)을 지지하는 금형(2)의 구조 또한 달라지게 된다. 상기 시편(1)이 두꺼울 경우 상기 금형(2) 또한 두꺼운 금형을 사용하게 된다. 상기 금형(2)의 중앙에 형성되는 펀칭 홈(2a) 또한 시편(1)의 구멍과 공차를 크게 주기 위하여 시편(1) 구멍 보다 크고 깊게 형성된다.
상기 시편(1)이 얇은 경우 상기 금형(2) 또한 얇은 금형을 사용하게 된다. 상기 금형(2)의 중앙에 형성되는 펀칭 홈(2a) 또한 시편(1)의 구멍과 공차를 작게 주기 위하여 시편(1) 구멍과 비슷하게 형성된다.
상기 시편(1)이 두꺼울수록 시편(1)에 형성된 구멍의 확장성 값은 커지게 되고, 시편(1)이 얇을수록 시편(1)에 형성된 구멍의 확장성 값은 적어지게 된다.
또한, 상기 펀칭부(10)는 상기 펀치(12)에 의해 형성된 시편(1)의 구멍을 촬영하여 구멍에 형성되는 버의 상태를 확인하는 촬영부(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 촬영부(50)를 이용하여 시편(1)의 구멍에 형성되는 버의 형태 및 길이를 촬영할 수 있다.
이에 따라 시편(1)의 펀칭 시 발생하는 구멍의 버 상태를 정해진 펀칭 횟수에 따라 촬영할 수 있다. 상기 펀치(12)의 펀칭 횟수가 많아질수록 펀치(12) 단부의 마모도는 높아지게 된다. 상기 펀치(12) 단부의 마모도가 높아지면 시편(1)의 구멍에 형성되는 버의 길이가 길어지게 된다.
도 3은 본 실시예에 따른 버 이미지 촬영부로 시편을 촬영하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 시편(1)의 구멍(1a)과 상기 펀치(12)의 단부를 촬영하는 촬영부(50)가 상기 펀칭부(10)의 주변에 설치될 수 있다. 상기 촬영부(50)는 상기 펀치(12)에 의해 구멍(1a)이 형성되는 시편(1) 및 펀치(12)의 단부를 촬영하여 구멍(1a)의 버 상태를 확인할 수 있다.
또한, 상기 촬영부(50)는 시편(1)을 중심으로 그 상하 및 좌우에서 각각 촬영하는 촬영 카메라(51)를 포함할 수 있다. 상기 촬영 카메라(51)를 이용하여 펀칭되는 상기 시편(1)의 구멍(1a)을 실시간 촬영할 수 있다.
상기 시편(1)의 구멍(1a)을 실시간 촬영하여 저장함으로써 시편(1)의 구멍(1a)에서 발생되는 버의 상태를 검토할 수 있다. 상기 버의 상태에 따라 펀치(12)의 교체시기를 결정할 수 있다.
상기 시편(1)을 중심으로 상부와 하부 및 좌우에 배치되는 상기 촬영 카메라(51)를 이용하여 시편(1)의 구멍(1a)에 형성되는 버의 상태를 촬영할 수 있다.
이에 따라, 상기 촬영부(50)는 시편(1)의 구멍(1a)에 형성된 파단부를 촬영하여 파단 넓이를 측정함으로써 시편 구멍(1a)의 구멍 확장성 값을 구할 수 있다. 상기 촬영부(50)의 촬영으로 축적된 데이터를 이용하여 보다 정밀한 구멍 확장성 값을 구할 수 있다.
또한, 상기 펀치(12)의 마모로 시편(1)의 구멍(1a)에 생기는 버는 구멍 확장성 시험 시 시편(1)의 구멍(1a)에 크랙이 빨리 생기게 한다. 이에 따라 시편(1)의 구멍 확장성 값이 낮아지게 된다. 상기 시편(1)의 구멍 확장성 시험 시 오차가 커지게 된다. 보다 정확한 구멍 확장성 시험을 위해 상기 펀치(12)의 마모 관리 및 교체시기 결정은 필수적이다.
상기 시편(1)에 형성되는 버(Burr) 크기에 따른 구멍 확장성(HER) 값의 변화를 [표 1]로 나타내면 다음과 같다.
구분 버 크기(mm) 구멍 확장성 값(%) 비고
비교의 예1 0.13mm 38 불합격
비교의 예2 0.15mm 35 불합격
비교의 예3 0.20mm 32 불합격
실시의 예1 0.03mm 47 합격
실시의 예2 0.07mm 45 합격
실시의 예3 0.10mm 44 합격
상기 [표 1]을 통해 버의 크기가 작으면 작을수록 구멍 확장성 값이 커지게 되어 합격 기준인 40% 이상이 된다.
도 4는 본 실시예에 따른 펀칭부의 펀치 단부 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 펀치(12)는 그 단부에 원추형의 첨상부(12a)가 형성되어 펀칭 시 시편(1)의 구멍에 발생되는 버를 최소화하는 구조이다. 상기 펀치(12)의 단부 구조를 개선하여 버의 발생을 방지하거나 최소화할 수 있다.
상기 펀치(12)의 단부에 형성된 원추형의 첨상부(12a)는 단부의 중심이 뾰족하게 돌출된 구조이다.
이에 따라, 상기 펀치(12)의 단부가 원추형을 이루기 때문에 펀칭 시 펀치(12)의 첨상부(12a)가 시편(1)에 닿는 면적이 기존 보다 적어지기 때문에 펀치(12) 단부와 시편(1)과의 마찰력이 적어진다. 상기 펀치(12) 단부와 시편(1)과의 마찰력 감소로 펀칭 시 구멍이 매끄럽게 형성될 수 있다.
즉, 상기 펀치(12) 단부의 뾰족한 구조를 통해 시편(1)과의 마찰력 감소로 시편(1)의 구멍(1a)에 형성되는 버를 최소화할 수 있다. 상기 시편(1)과 펀치(12) 단부의 마찰력 감소는 펀치(12) 단부의 마모도에 영향을 주게 된다.
따라서, 상기 펀치(12)를 이용한 펀칭 시 펀치(12) 단부의 마모도를 최소화할 수 있다. 이를 [표 2]로 나타내면 다음과 같다.
구분 펀칭 횟수 버 크기(mm) 비고
마모도가 큰 펀치(비교의 예) 100 0.1 불합격
마모도가 적은 펀치(실시의 예) 100 0.05 합격
상기 [표 2]를 통해 마모도가 적은 펀치의 경우 시편 구멍에 형성된 버의 크기가 작게 나타나는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 데이터 중계 시스템을 통한 데이터 전산화 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 촬영부(50)에 의해 촬영된 버 이미지 및 구멍 파단부 형상을 저장하여 그 데이터를 관리하는 데이터 중계 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 중계 시스템(60)은 운영자 인터페이스 시스템(HMI, 61), 처리 컴퓨터 시스템(PCS, 62) 및 생산관리 시스템(MES, 63)을 포함하여 시험 시 각종 데이터를 통계적으로 관리할 수 있다.
구멍 확장성 시험 시 시편(1)의 수량과 강종 및 두께를 데이터화하여 관리할 수 있다. 버의 생성에 따른 상기 펀치(12)의 마모도를 데이터화하여 펀치(12)의 교체시기를 결정할 수 있다. 상기 펀치(12)의 교체시기 결정 시 경고 시그널을 작업자에게 제공할 수도 있다.
구멍 확장성 시험 시 통계적 데이터 관리를 통해 자재의 입고, 자재의 연마의뢰 및 소모품 등 재고관리가 가능하다. 시험 시 촬영 카메라(51)로 촬영된 영상을 데이터화 할 수 있다.
또한, 상기 데이터 중계 시스템(60)은 상기 펀칭부(10)를 포함하는 시험 장치(3)와 연결되어 시험지시의 수신 및 데이터를 주고받는 운영자 인터페이스 시스템(HMI, 61)을 포함할 수 있다. 상기 데이터 중계 시스템(60)은 상기 운영자 인터페이스 시스템(HMI, 61)과 연결되어 시험관련 정보를 주고받는 처리 컴퓨터 시스템(PCS, 62)를 포함할 수 있다. 상기 데이터 중계 시스템(60)은 상기 처리 컴퓨터 시스템(PCS, 62)과 연결되어 각 공정별로 실시간 발생하는 조업정보를 통해 각 공정별로 공유하여 생산관리를 최적화하는 생산관리 시스템(MES, 63)을 포함할 수 있다.
상기 운영자 인터페이스 시스템(HMI, 61)은 실제 작동하는 시험 장치(3)와 상기 처리 컴퓨터 시스템(PCS, 62)를 연결하여 시험지시 수신 및 실적을 주고받는 중계 시스템이다.
상기 처리 컴퓨터 시스템(PCS, 62)은 상기 생산관리 시스템(MES, 63)와 상기 운영자 인터페이스 시스템(HMI, 61)를 연결하여 시험관련 각종 정보를 주고받는 중계 시스템이다.
상기 생산관리 시스템(MES, 63)은 각 공정 별(제선, 제강,연주, 열연, 냉연, 품질, 생산관제, 출하) 실시간을 발생되는 조업정보를 기업 애플리케이션 통합(EAI : Enterprise Application Integration)을 통해서 각 공정 별로 공유하여 생산관리를 최적화하기 위한 시스템이다.
상기 기업 애플리케이션 통합(EAI)은 시스템의 수직(품질설계 → 생산관제 → 조업 → 시험 → 출하) 또는 수평(제선, 제강, 연주, 열연, 냉연, 도금 등)간 조업정보를 전달하는 중계기이다.
즉, 상기 데이터 중계 시스템(60)은 제품의 생산 및 품질보증을 위해 상위 시스템과 하위 시스템간 정보통신망의 최적화를 위해 피라미드식으로 구축된 정보망이다.
도 6은 본 실시예에 따른 구멍 확장 시험 과정을 단계별로 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 구멍 확장 시험용 시험방법은 금형 공급 단계(S1), 시편 공급 단계(S2), 펀칭 단계(S3), 및 구멍 확장성 시험 단계(S4)를 포함할 수 있다.
상기 금형 공급 단계(S1)는 시편(1)의 두께에 따라 선택된 금형(2)을 픽업하여 펀칭 장치의 펀칭 다이(11)에 공급하는 과정이다.
상기 시편 공급 단계(S2)는 상기 시편(1)을 픽업하여 상기 금형(2)의 상부에 공급함으로써 시편(1)을 상기 펀칭 다이(11)에 고정하는 과정이다.
상기 펀칭 단계(S3)는 상기 펀칭 장치의 펀치(12)와 상기 금형(2) 중앙의 펀칭 홈(2a)을 일치시킨 상태에서 펀치(12)로 상기 시편(1)에 구멍을 형성하는 과정이다.
상기 구멍 확장성 시험 단계(S4)는 상기 시편(1)에 형성된 구멍의 초기 직경에서 선택된 상기 금형(2)을 이용하여 구멍을 확장한 후, 구멍의 초기 직경과 확장된 직경을 서로 비교하여 비를 구하는 과정이다.
또한, 상기 구멍 확장성 시험용 시험방법은 촬영 단계 및 데이터 전산화 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 촬영 단계는 상기 펀치(12)에 의해 구멍이 형성되는 시편(1)의 상하 및 좌우에 각각 촬영 카메라(51)가 설치되어 시편(1)의 구멍 및 그 구멍에 형성된 버를 촬영하는 과정이다.
상기 데이터 전산화 단계는 상기 시편(1)의 펀칭 가공 시 발생하는 시편(1) 두께에 따른 버의 길이 및 구멍 확장성 값을 데이터화하여 저장하는 과정이다.
즉, 시편(1)에 구멍을 형성하고 그 구멍을 넓혀 시편(1)의 구멍 확장성 값을 구함으로써 시편(1)이 이루는 소재의 특성을 파악할 수 있다.
이를 위하여 구멍 확장 시험이 효율적으로 이루어질 수 있도록 펀칭 장치에 금형(2) 및 시편(1)이 기계적으로 연속 공급될 수 있다.
상기 금형(2)의 공급을 위해 상기 금형 공급 단계(S1)는 상기 펀칭 장치의 제어 신호로 회전하는 금형 다이(21)에서 금형(2)을 선택하는 과정을 거친다. 선택된 금형(2)을 금형 피딩 로봇(22)으로 픽업하는 과정을 거친다. 픽업된 상기 금형(2)을 이동시켜 상기 펀칭 장치의 펀칭 다이(11)에 고정하는 과정을 거친다.
상기 금형 공급 단계(S1)에서 금형(2)의 선택과 선택된 금형(2)의 픽업 및 이동과 금형(2)의 고정과정이 연속적으로 진행된다.
상기 시편(1)의 공급을 위해 상기 시편 공급 단계(S2)는 상기 펀칭 장치의 제어 신호로 시편 보관장소에서 시편(1)을 선택하는 과정을 거친다. 선택된 시편(1)을 시편 피딩 로봇(32)으로 픽업하는 과정을 거친다. 픽업된 상기 시편(1)을 이동시켜 상기 펀칭 다이(11)에 고정된 금형(2) 상부에 고정하는 과정을 거친다.
상기 시편 공급단계(S2)는 시편(1)의 선택과 선택된 시편(1)의 픽업 및 이동과 시편(1)의 고정과정이 연속적으로 진행된다.
따라서, 상기 금형 피딩 로봇(22) 및 시편 피딩 로봇(32)을 통해 구멍 확장 시험에 사용되는 다양한 두께의 시편(1)과 이 시편(1)에 적합한 금형(2)을 효과적으로 공급할 수 있다. 시험 시 작업성 및 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 촬영 단계는 시편(1)의 구멍 및 구멍에 형성된 버의 촬영 시 시편(1)의 구멍에 생성된 버의 길이와 이에 따른 펀치(12)의 마모도를 데이터화하여 구멍 확장성 값의 오차를 판단하는 데이터 분석 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 촬영 단계는 펀칭 시 시편(1)의 구멍에서 발생되는 버의 상태 및 길이를 데이터화하여 이를 바탕으로 상기 펀치(12)의 마모도를 평가할 수 있다. 이에 따라 펀치(12)의 교환시기를 결정할 수 있다.
상기 시편 구멍의 버 발생과 펀치(12) 단부의 마모도는 구멍 확장 시험 시 구멍 확장성 값을 구하는데 편차를 발생시킨다. 이에 따라 구멍 확장성 값의 편차를 감소시키기 위하여 펀치(12)의 마모에 의한 시편 구멍의 버 발생을 억제하여야 한다. 버 발생과 펀치 마모도를 통해 펀치(12)를 적절하게 교체함으로써 구멍 확장성 값의 신뢰도를 높여줄 수 있다.
한편, 시편(1)의 구멍을 확장하는 시험을 시작하기 전에 종이 시편을 이용하여 버의 발생을 측정함으로써 펀치(12)의 마모도를 인지할 수 있다. 종이 시편에 형성된 버의 길이가 기준치 이상이면 펀치(12)를 교환하여야 한다.
또한, 상기 데이터 전산화 단계는 데이터 정보를 서로 주고받는 운영자 인터페이스 시스템(HMI, 61), 처리 컴퓨터 시스템(PCS, 62) 및 생산관리 시스템(MES, 63)으로 구성된 데이터 중계 시스템(60)을 포함할 수 있다.
상기 데이터 전산화 단계는 상기 펀칭 장치에 발생된 데이터 정보를 운영자 컴퓨터와 서로 주고받는 운영자 인터페이스 시스템(HMI, 61) 과정을 거친다. 상기 운영자 검퓨터에 저장된 데이터 정보를 처리 컴퓨터와 서로 주고받는 처리 컴퓨터 시스템(PCS, 62) 과정을 거친다. 상기 처리 컴퓨터에 저장된 데이터 정보를 생산관리 컴퓨터와 서로 주고받는 생산관리 시스템(MES, 63) 과정을 거친다.
이에 따라, 상기 시스템과 소프트웨어의 개발을 통해 구멍 확장 시험 시 얻을 수 있는 모든 데이터를 전산화하고, 상기 데이터를 통계적으로 관리할 수 있다.
즉, 상기 운영자 인터페이스 시스템(HMI, 61) 컴퓨터 화면을 통해 데이터를 확인하고, 그 데이터를 상기 처리 컴퓨터 시스템(PCS, 62)에 저장할 수 있다. 상기 데이터는 상기 생산관리 시스템(MES, 63)에도 저장하여 상기 펀치(12)의 교체주기를 판단할 수 있다. 이에 따라 펀치(12)의 교체를 위한 시그널을 작업자에게 전송할 수 있다.
또한, 상기 데이터 전산화 단계를 통해 시편(1)의 수량이나 강종 및 두께에 따른 버 길이와 구멍 확장성 값을 자동으로 산정할 수 있다. 제품의 입고 및 소모품 교체 주기와 같은 재고관리를 전산화하여 운영 시스템에 적용할 수 있다.
구멍 확장 시험 시 상기 촬영 단계의 촬영을 통해 확장된 구멍의 파단면 이미지를 확인할 수 있다. 이에 따라 확장된 구멍의 파단 넓이를 효과적으로 측정함으로써 구멍 확장성 값의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 구멍 확장성 값의 편차 감소를 통해 시험의 신뢰도를 높여 제품 및 고객 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
1 : 시편 1a : 구멍
2 : 금형 2a : 펀칭 홈
3 : 시험 장치 10 : 펀칭부
11 : 펀칭 다이 12 : 펀치
12a : 첨상부 20 : 금형 공급부
20a : 회전축 21 : 금형 다이
22 : 금형 피딩 로봇 22a: 집게
30 : 시편 공급부 30a : 회전축
31 : 흡착기 32 : 시편 피딩 로봇
40 : 제어부 50 : 촬영부
51 : 촬영 카메라 60 : 데이터 중계 시스템
61 : 운영자 인터페이스 시스템(HMI) 62 : 처리 컴퓨터 시스템(PCS)
63 : 생산관리 시스템(MES)

Claims (17)

  1. 원추형의 첨상부를 갖는 펀치를 포함하며, 구멍 확장성 시험을 위해 시편에 구멍을 형성하는 펀칭부;
    상기 펀칭부의 펀칭 다이에 금형을 공급하는 금형 공급부;
    상기 금형 위에 상기 시편을 공급하는 시편 공급부; 및
    상기 금형과 상기 시편을 선택하여 공급하고 펀칭하도록 각 구성부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 금형 공급부는 복수의 금형이 올려져 회전에 의해 선택된 금형을 픽업 위치로 공급하는 금형 다이, 및 상기 복수의 금형 중 선택된 금형을 픽업하여 상기 펀칭 다이에 공급하는 금형 피딩 로봇을 포함하고,
    상기 시편 공급부는 선택된 시편을 흡착하는 흡착기, 및 상기 흡착기를 통해 픽업된 시편을 상기 펀칭 다이의 상기 금형 상부에 공급하는 시편 피딩 로봇을 포함하는 구멍 확장 시험용 시험장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 펀치에 의해 형성된 시편의 구멍을 촬영하여 구멍에 형성되는 버의 상태를 확인하는 촬영부를 더 포함하는 구멍 확장 시험용 시험장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 촬영부는 시편을 중심으로 그 상하 및 좌우에서 각각 촬영하는 촬영 카메라를 포함하는 구멍 확장 시험용 시험장치.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 촬영부는 촬영된 버 이미지 및 구멍 파단부 형상을 저장하여 그 데이터를 관리하는 데이터 중계 시스템을 더 포함하는 구멍 확장 시험용 시험장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 데이터 중계 시스템은 상기 펀칭부 및 촬영부를 포함하는 장치와 연결되어 시험지시의 수신 및 데이터를 주고받는 운영자 인터페이스 시스템을 포함하는 구멍 확장 시험용 시험장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터 중계 시스템은 상기 운영자 인터페이스 시스템과 연결되어 시험관련 정보를 주고받는 처리 컴퓨터 시스템을 포함하는 구멍 확장 시험용 시험장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 데이터 중계 시스템은 상기 처리 컴퓨터 시스템과 연결되어 각 공정 별로 실시간 발생하는 조업정보를 통해 각 공정 별로 공유하여 생산관리를 최적화하는 생산관리 시스템을 포함하는 구멍 확장 시험용 시험장치.
  11. 시편의 두께에 따라 선택된 금형을 픽업하여 펀칭 장치의 펀칭 다이에 공급하는 금형 공급 단계;
    상기 시편을 픽업하여 상기 금형의 상부에 공급함으로써 상기 시편을 상기 펀칭 다이에 고정하는 시편 공급 단계;
    원추형의 첨상부를 갖는 펀치를 포함하는 상기 펀칭 장치의 펀치와 상기 금형 중앙의 펀칭 홈을 일치시킨 상태에서 상기 펀치로 상기 시편에 구멍을 형성하는 펀칭 단계; 및
    상기 시편에 형성된 구멍의 초기 직경에서 선택된 상기 금형을 이용하여 구멍을 확장한 후, 구멍의 초기 직경과 확장된 직경을 서로 비교하여 비를 구하는 구멍 확장성 시험 단계를 포함하고,
    상기 펀칭 단계는 상기 펀치의 직경을 순차적으로 크게 하여 상기 시편에 천공된 구멍을 확장하는 단계를 포함하고,
    상기 금형 공급 단계는 상기 펀칭 장치의 제어 신호로 회전하는 금형 다이에서 복수의 금형 중 금형을 선택하는 과정, 선택된 금형을 금형 피딩 로봇으로 픽업하는 과정, 및 픽업된 상기 금형을 이동시켜 상기 펀칭 장치의 펀칭 다이에 고정하는 과정을 포함하고,
    상기 시편 공급 단계는 상기 펀칭 장치의 제어 신호로 시편 보관장소에서 시편을 선택하는 과정, 선택된 시편을 시편 피딩 로봇으로 픽업하는 과정, 및 픽업된 상기 시편을 이동시켜 상기 펀칭 다이에 고정된 금형 상부에 고정하는 과정을 포함하는 구멍 확장 시험용 시험방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 펀칭 단계는 펀칭 시 상기 펀치에 의해 구멍이 형성되는 시편의 상하 및 좌우에 각각 촬영 카메라가 설치되어 시편의 구멍과 그 구멍에 형성된 버를 촬영하는 촬영 단계를 더 포함하는 구멍 확장 시험용 시험방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 촬영 단계는 상기 시편의 펀칭 가공 시 발생하는 시편 두께에 따른 버의 길이 및 구멍 확장성 값을 데이터화하여 저장하는 데이터 전산화 단계를 더 포함하는 구멍 확장 시험용 시험방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 데이터 전산화 단계는 상기 시편의 구멍에 생성된 버의 길이를 데이터화하여 구멍 확장성 값의 오차를 판단하는 데이터 분석 단계를 더 포함하는 구멍 확장 시험용 시험방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 데이터 전산화 단계는 상기 펀칭 장치에 발생된 데이터 정보를 운영자 컴퓨터와 서로 주고받는 운영자 인터페이스 시스템(HMI) 과정, 상기 운영자 컴퓨터에 저장된 데이터 정보를 처리 컴퓨터와 서로 주고받는 처리 컴퓨터 시스템(PCS) 과정, 및 상기 처리 컴퓨터에 저장된 데이터 정보를 생산관리 컴퓨터와 서로 주고받는 생산관리 시스템(MES) 과정을 포함하는 구멍 확장 시험용 시험방법.
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