KR102126129B1 - Method for detecting tool status of machine tools - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작기계의 공구 상태 감지 방법이 개시된다. 본 발명의 공작기계의 공구 상태 감지 방법은, 제어부가 공작기계의 가동 중 진동센서로부터 진동값을 취득하는 단계; 제어부가 취득된 진동값에 대해 FFT 변환하는 단계; 제어부가 FFT 변환된 진동 데이터를 기반으로 가공 공구에 맞는 마찰 주파수 성분을 추출하여 이동 평균선 그래프를 산출하는 단계; 및 제어부가 이동 평균선 그래프를 저장하고 저장된 정상 밴드와 비교하여 공구의 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention discloses a method for detecting a tool condition of a machine tool. A method for detecting a tool state of a machine tool of the present invention includes: a control unit obtaining a vibration value from a vibration sensor during operation of the machine tool; FFT transforming the vibration value obtained by the control unit; Calculating a moving average line graph by extracting a friction frequency component suitable for the machining tool based on the FFT-converted vibration data; And a step in which the control unit stores the moving average line graph and compares the stored normal band to determine the state of the tool.

Description

공작기계의 공구 상태 감지 방법{METHOD FOR DETECTING TOOL STATUS OF MACHINE TOOLS}METHOD FOR DETECTING TOOL STATUS OF MACHINE TOOLS

본 발명은 공작기계의 공구 상태 감지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샘플링 가공에서 획득한 마찰(Rubbing) 주파수를 기준으로 정상 밴드를 설정한 후 가공 중 발생하는 마찰 주파수의 크기를 합성하여 정상 밴드를 벗어나는지 비교함으로써, 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지하는 공작기계의 공구 상태 감지 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for detecting a tool state of a machine tool, and more specifically, by setting a normal band based on a rubbing frequency obtained in sampling processing, and then synthesizing the magnitude of the friction frequency generated during processing to normal band It relates to a tool state detection method of a machine tool that detects wear and breakage of a tool in real time by comparing whether or not.

일반적으로, 주축에 공구를 장착하여 가공물을 절삭 가공하는 형태의 공작기계는 공구와 가공물 간의 절삭 저항에 의해 공구의 점진적인 마모가 발생하고, 가공 공정 중, 다양한 원인에 의해 공구의 파손이 발생하게 된다. In general, a machine tool in the form of cutting a workpiece by mounting a tool on a main shaft causes gradual wear of the tool due to the cutting resistance between the tool and the workpiece, and breakage of the tool occurs due to various reasons during the machining process .

이러한 공구의 마모 및 파손은 가공품의 가공불량을 야기한다.The wear and breakage of these tools leads to poor machining of the workpiece.

한편, 가공불량의 판단은 가공 종료 후, 최종 검사 단계에서 이루어지는데, 불량 발생 후 최종 검사가 이루어지기 전까지 생산 라인에 정체된 가공품은 모두 가공 불량으로 판단되므로 생산성이 낮아지게 된다.On the other hand, the determination of the defective processing is made at the final inspection stage after the processing is finished. Since the defective products on the production line are judged to be defective processing before the final inspection after the failure occurs, productivity is lowered.

더불어 마모나 파손된 공구의 교체에 따른 공작기계의 비가동 시간이 증가하게 되며 이 역시 생산성 하락의 한 원인이 된다.In addition, the downtime of machine tools increases due to the replacement of worn or damaged tools, which is also a cause of decline in productivity.

따라서, 절삭 작업 중 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 정확하게 감지하여 생산성을 향상시키고 가공품의 가공 정밀도 및 조도를 향상시킬 수 있는 공구의 마모 및 파손 감지 방법을 개발하고자 하는 요구가 있다.Therefore, there is a need to develop a method for detecting wear and tear of a tool that can accurately detect wear and breakage of a tool in real time during a cutting operation, thereby improving productivity and improving machining precision and roughness of a workpiece.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1867136호(2018.06.12. 공고, 절삭 작업을 위한 공구의 마모 및 파손 감지 방법)에 개시되어 있다. Background art of the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 10-1867136 (2018.06.12. Announcement, method of detecting wear and damage of tools for cutting).

종래에는 절삭 작업을 위해 회전하는 공구의 진동 스펙트럼 주파수 성분을 분석하여 실시간으로 공구의 마모 및 파손을 감지하였으나, 이러한 방법은 엔드밀 및 페이스 밀 같이 칩 형태가 불연속인 가공에서는 좋은 결과를 나타내지만, 드릴, 보링, 리머와 같이 칩 형태가 연속적인 가공에서는 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있었다. In the past, the vibration spectrum frequency component of a rotating tool was analyzed for cutting to detect wear and breakage of the tool in real time, but this method shows good results in machining where the chip shape is discontinuous, such as an end mill and a face mill. There is a problem in that the reliability of the chip is poor in continuous processing such as drilling, boring, and reamer.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 샘플링 가공에서 획득한 마찰 주파수를 기준으로 정상 밴드를 설정한 후 가공 중 발생하는 마찰 주파수의 크기를 합성하여 정상 밴드를 벗어나는지 비교함으로써 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지하는 공작기계의 공구 상태 감지 방법을 제공하는 것이다. The present invention was devised to improve the above problems, and the object of the present invention according to one aspect is to synthesize the magnitude of the friction frequency generated during processing after setting a normal band based on the friction frequency obtained in sampling processing. Therefore, it provides a method for detecting a tool condition of a machine tool that detects wear and damage of a tool in real time by comparing whether it is out of a normal band.

본 발명의 일 측면에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법은, 제어부가 공작기계의 가동 중 진동센서로부터 진동값을 취득하는 단계; 제어부가 취득된 진동값에 대해 FFT 변환하는 단계; 제어부가 FFT 변환된 진동 데이터를 기반으로 가공 공구에 맞는 마찰 주파수 성분을 추출하여 이동 평균선 그래프를 산출하는 단계; 및 제어부가 이동 평균선 그래프를 저장하고 저장된 정상 밴드와 비교하여 공구의 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method for detecting a tool state of a machine tool according to an aspect of the present invention includes: a control unit obtaining a vibration value from a vibration sensor during operation of the machine tool; FFT transforming the vibration value obtained by the control unit; Calculating a moving average line graph by extracting a friction frequency component suitable for the machining tool based on the FFT-converted vibration data; And a step in which the control unit stores the moving average line graph and compares the stored normal band to determine the state of the tool.

본 발명에서 진동값을 취득하는 단계는, 제어부가 가공 파라미터를 입력받아 RPM 주파수를 계산하여 진동 RMS값을 취득하는 것을 특징으로 한다. The step of acquiring the vibration value in the present invention is characterized in that the control unit receives the machining parameter and calculates the RPM frequency to obtain the vibration RMS value.

본 발명에서 이동 평균선 그래프를 산출하는 단계는, 제어부가 진동 데이터로부터 설정된 주파수 범위에서 성분값을 추출하는 단계; 제어부가 설정된 주파수 범위를 기준 주파수 단위로 구간을 분할하는 단계; 제어부가 각 구간의 성분값을 합산하여 샘플링 모드보다 변화폭이 가장 큰 구간을 유효구간으로 선정하는 단계; 제어부가 유효구간에 대해 설정된 주기마다 진동값의 평균값을 산출하는 단계; 및 제어부가 평균값을 기반으로 시간에 따른 이동 평균선 그래프를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, calculating the moving average line graph includes: the control unit extracting a component value from a set frequency range from vibration data; A step in which the control unit divides the set frequency range into reference frequency units; A step in which the control unit sums component values of each section and selects a section having the largest change width than the sampling mode as an effective section; Calculating, by the control unit, an average value of vibration values for each period set for the valid period; And the controller calculating a moving average line graph over time based on the average value.

본 발명은 제어부가 샘플링 모드인 경우 유효구간에 대해 설정된 주기마다 진동값의 최대값과 최소값을 계산하는 단계; 제어부가 최대값과 최소값의 평균값을 산출하고 배열로 정렬하여 평균 그래프를 설정하는 단계; 제어부가 최대값과 최소값의 차이를 기반으로 변동률을 산출하는 단계; 및 제어부가 평균 그래프에 변동률을 적용하여 정상 밴드를 설정하여 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention comprises the steps of calculating the maximum value and the minimum value of the vibration value for every period set for the effective period when the control unit is in the sampling mode; The control unit calculates an average value of the maximum and minimum values and sorts them in an array to set an average graph. The control unit calculates a rate of change based on the difference between the maximum value and the minimum value; And setting, by the controller, a normal band by applying a variation rate to the average graph and storing the normal band.

본 발명에서 공구의 상태를 판단하는 단계는, 이동 평균선 그래프가 정상밴드의 상한선을 초과하는 경우 공구 마모로 판정하고, 이동 평균선 그래프가 정상밴드의 하한선 미만인 경우 공구 파손으로 판정하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the step of determining the state of the tool is characterized in that if the moving average line graph exceeds the upper limit of the normal band, it is determined as tool wear, and if the moving average line graph is less than the lower limit of the normal band, it is determined as tool breakage.

본 발명은 제어부가 공구의 상태를 판단한 판단결과를 공작기계로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized in that it further comprises the step of outputting the determination result by the control unit to determine the state of the tool to the machine tool.

본 발명의 일 측면에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법은 샘플링 가공에서 획득한 마찰 주파수를 기준으로 정상 밴드를 설정한 후 가공 중 발생하는 마찰 주파수의 크기를 합성하여 정상 밴드를 벗어나는지 비교함으로써, 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지할 수 있어, 장비 생산성 향상 및 가공 품질 향상, 공구 마모 시점 예측으로 공구 교체 주기 최적화 및 공구 교체 비용 저감, 가공 형태에 따른 알고리즘 적용으로 감지 신뢰성 향상시킬 수 있다. The method for detecting the tool state of a machine tool according to an aspect of the present invention sets a normal band based on the friction frequency obtained in sampling processing, and then synthesizes the magnitude of the friction frequency generated during processing and compares whether it is out of the normal band. The wear and tear of tools can be detected in real time, improving machine productivity and improving machining quality, optimizing tool replacement cycles by predicting tool wear timing, reducing tool replacement costs, and improving detection reliability by applying algorithms according to the type of machining.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법에서 정상 밴드를 설정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법에서 마찰 주파수의 변화 상태를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법에서 정상 밴드와 공구 상태를 나타낸 그래프이다. 1 is a block diagram showing a tool state sensing device of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart for explaining a method of detecting a tool state of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a process of setting a normal band in a method for detecting a tool state of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing a state of change of the friction frequency in the tool state detection method of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a normal band and a tool state in a method of detecting a tool state of a machine tool according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a method of detecting a tool state of a machine tool according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, the definition of these terms should be made based on the contents throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 장치를 나타낸 블록 구성도이다. 1 is a block diagram showing a tool state sensing device of a machine tool according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 장치는 진동센서(10), 저장부(20), 제어부(30) 및 출력부(40)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, a tool state detecting device of a machine tool according to an embodiment of the present invention may include a vibration sensor 10, a storage unit 20, a control unit 30 and an output unit 40. .

진동센서(10)는 공작기계(50)의 주축에 부착되어 공구의 진동을 검출하여 제어부(30)에 제공한다. The vibration sensor 10 is attached to the main axis of the machine tool 50 to detect the vibration of the tool and provides it to the control unit 30.

여기서, 진동센서(10)는 가속도 센서나 자이로 센서를 포함할 수 있다. Here, the vibration sensor 10 may include an acceleration sensor or a gyro sensor.

저장부(20)는 공구의 상태를 판단하기 위한 정상 밴드를 저장하여 제어부(30)에 제공한다. The storage unit 20 stores the normal band for determining the state of the tool and provides it to the control unit 30.

제어부(30)는 진동센서(10)로 부터 공작기계(50)의 가공 파라미터를 기반으로 RPM 주파수를 계산하여 진동값에 대해 진동 RMS값을 취득하여 실시간으로 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)한 후 진동 데이터를 기반으로 가공 공구에 맞는 마찰 주파수 성분을 추출하여 유효구간에 대해 이동 평균선 그래프를 산출하고, 이동 평균선 그래프와 저장부에 저장된 정상 밴드를 비교하여 공구의 마모 및 파손을 판단할 수 있다. The controller 30 calculates the RPM frequency based on the machining parameters of the machine tool 50 from the vibration sensor 10 to obtain a vibration RMS value for the vibration value, and real-time fast Fourier transform (FFT) Then, based on the vibration data, the friction frequency component suitable for the machining tool is extracted to calculate the moving average line graph for the effective section, and the wear and damage of the tool can be judged by comparing the moving average line graph with the normal band stored in the storage unit. have.

출력부(40)는 제어부(30)에서 판단한 공구의 마모 및 파손 상태를 공작기계(50)에 출력하여 알람을 발생시킬 수 있도록 한다. The output unit 40 outputs the worn and damaged state of the tool determined by the control unit 30 to the machine tool 50 so as to generate an alarm.

이하 공작기계의 공구 상태 감지 장치를 기반으로 공구의 마모 및 파손 상태를 감지하는 공작기계의 공구 상태 감지 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a tool state detection method of a machine tool that detects a wear and damage condition of a tool based on a tool state detection device of a machine tool will be described in detail as follows.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법에서 정상 밴드를 설정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법에서 마찰 주파수의 변화 상태를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법에서 정상 밴드와 공구 상태를 나타낸 그래프이다. As shown in Figure 2 is a flow chart for explaining a method of detecting a tool state of a machine tool according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a normal band in the tool state detection method of a machine tool according to an embodiment of the present invention Is a flow chart for explaining the process of setting a, Figure 4 is a graph showing a change state of the friction frequency in the tool state detection method of a machine tool according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is in one embodiment of the present invention It is a graph showing the normal band and the tool status in the method of detecting the tool status of the machine tool.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구 상태 감지 방법에서는 먼저, 공작기계(50)를 통해 소재를 가공하는 동안 제어부(30)가 진동센서(10)로부터 진동값을 취득한다(S10). As shown in FIG. 2, in the method for detecting the state of a tool of a machine tool according to an embodiment of the present invention, first, while processing the material through the machine tool 50, the control unit 30 vibrates from the vibration sensor 10 Acquire (S10).

여기서, 제어부(30)는 공작기계(50)의 가공 파라미터를 입력받아 RPM 주파수를 계산하여 진동센서(10)의 진동신호에 대해 진동 RMS값으로 취득한다. Here, the control unit 30 receives the machining parameters of the machine tool 50 and calculates the RPM frequency to acquire the vibration RMS value for the vibration signal of the vibration sensor 10.

S10 단계에서 진동값을 취득한 후 제어부(30)는 취득한 진동값에 대해 실시간으로 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)하여 주파수 도메인으로 변환한다(S20). After acquiring the vibration value in step S10, the controller 30 transforms the acquired vibration value into a frequency domain by performing Fast Fourier Transform (FFT) in real time (S20).

S20 단계에서 진동 데이터를 주파수 도메인으로 변환한 후 제어부(30)는 진동 데이터로부터 설정된 주파수 범위에서 성분값을 추출한다(S30). After converting the vibration data to the frequency domain in step S20, the control unit 30 extracts the component value from the vibration data in a set frequency range (S30).

본 실시예에서는 1Hz ~ 10,000Hz 범위에서 성분값을 추출할 수 있다. In this embodiment, component values can be extracted in the range of 1 Hz to 10,000 Hz.

S30 단계에서 설정된 주파수 범위에서 성분값을 추출한 후 제어부(30)는 설정된 주파수 범위를 기준 주파수(Fundamental Frequency) 단위로 구간을 분할하고, 각 구간의 성분값을 합산하여 샘플링 모드보다 변화폭이 가장 큰 구간을 유효구간으로 선정한다(S40). After extracting the component values from the set frequency range in step S30, the controller 30 divides the set frequency range into reference frequency units, and sums the component values of each section to show the largest change in sampling mode. Is selected as an effective section (S40).

여기서 유효구간은 가공 공구에 맞는 마찰 주파수 성분을 추출하기 위한 구간으로 변화폭이 가장 큰 구간으로 선정할 수 있다. Here, the effective section is a section for extracting a friction frequency component suitable for a machining tool and can be selected as the section having the largest change width.

도 4에 도시된 바와 같이 가공 공구에 따라 1~1,000Hz에서 변화폭이 크게 나타날 수도 있고, 2,000Hz 근처에서 변화폭이 크게 나타날 수도 있다. As shown in FIG. 4, depending on the machining tool, a variation width may be large at 1 to 1,000 Hz, or a variation width may be large at around 2,000 Hz.

또한, 가공 중 발생하는 마찰 주파수의 성분값을 전부 합성할 경우 정상 가공과 파손 가공의 신호차이가 커져 쉽게 구분이 가능함을 알 수 있다. In addition, it can be seen that when all the component values of the friction frequency generated during processing are synthesized, the signal difference between normal processing and breakage processing is increased, so that it can be easily distinguished.

이와 같이 마찰 주파수 성분의 변화폭이 큰 구간을 유효구간으로 설정할 수 있다. In this way, a section having a large variation of the friction frequency component can be set as an effective section.

S40 단계에서 유효구간을 선정한 후 제어부(30)는 유효구간에 대해 설정된 주기 예를 들어, 0.25초 마다 진동값의 평균값을 산출하여 시간에 따른 이동 평균선 그래프를 산출한다(S50). After selecting an effective period in step S40, the controller 30 calculates a moving average line graph over time by calculating an average value of vibration values every 0.25 seconds, for example, a period set for the effective period (S50).

S50 단계에서 이동 평균선 그래프를 산출하여 저장한 후 제어부(30)는 저장부(20)에 저장된 정상 밴드와 비교한다(S60). After calculating and storing the moving average line graph in step S50, the control unit 30 compares the normal band stored in the storage unit 20 (S60).

S60 단계에서 제어부(30)는 정상 밴드와 가공 중 발생된 진동값을 기반으로 산출한 이동 평균선 그래프를 비교하여 공구의 상태를 판단할 수 있다. In step S60, the control unit 30 may compare the normal band and the moving average line graph calculated based on the vibration value generated during processing to determine the state of the tool.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 이동 평균선 그래프가 정상 밴드의 상한선을 초과하는 경우 공구의 마모가 발생하여 과부하로 판단할 수 있고, 이동 평균선 그래프가 정상 밴드의 하한선 미만인 경우 공구의 파손이 발생하여 소재와 닿는 면적이 현격이 줄어있는 상태로 판정할 수 있다. That is, as shown in FIG. 5, when the moving average line graph exceeds the upper limit of the normal band, wear of the tool may occur and it may be judged as overload. When the moving average line graph is less than the lower limit of the normal band, the tool may break. It can be judged that the area in contact with the material is in a reduced state.

이와 같이 마찰 주파수를 합성하여 신호차이를 비교할 경우 단위 시간당 절삭량이 적거나 알루미늄처럼 소재가 무르거나 가공시간이 짧은 경우에는 전류나 토크의 차이가 거의 발생하지 않는 경우에도 공구의 상태를 판단할 수 있다. When comparing signal differences by synthesizing friction frequencies in this way, if the amount of cutting per unit time is small, the material is soft like aluminum, or the machining time is short, the state of the tool can be judged even if there is little difference in current or torque. .

예를 들어, 스핀들 가공, 볼 엔드밀 가공, 리머 가공 및 브러쉬 가공에서도 마찰 주파수를 합성으로 산출한 이동 평균선 그래프와 정상 밴드를 비교함으로써 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지할 수 있다. For example, even in spindle machining, ball end mill machining, reamer machining, and brush machining, abrasion and breakage of tools can be detected in real time by comparing a normal band with a moving average line graph obtained by synthetically calculating the friction frequency.

여기서 정상 밴드는 도 4에 도시된 바와 같이 제어부(30)가 사전에 샘플링 모드에서 설정하여 저장부(20)에 저장할 수 있다. Here, as shown in FIG. 4, the normal band may be set in the sampling mode by the control unit 30 in advance and stored in the storage unit 20.

먼저, 제어부(30)는 샘플링 모드인 경우 진동센서(10)로부터 취득한 진동값에 대해 주파수 도메인으로 변환한 진동 데이터를 기반으로 주파수 성분값을 추출한 후 가공 공구에 맞는 마찰 주파수 성분을 추출하기 위한 유효구간에 대해 0.25초 구간마다 진동값의 최대값과 최소값을 계산한다(S100). First, in the sampling mode, the control unit 30 is effective for extracting a frequency component value based on vibration data converted into a frequency domain with respect to the vibration value obtained from the vibration sensor 10 and then extracting a friction frequency component suitable for a machining tool. The maximum value and minimum value of the vibration value are calculated for every 0.25 second period for the period (S100).

S100 단계에서 설정주기 마다 최대값과 최소값을 계산한 후 제어부(30)는 최대값과 최소값들의 평균값을 계산하고 이를 배열로 정렬하여 평균 그래프를 설정한다(S110). After calculating the maximum and minimum values for each set cycle in step S100, the controller 30 calculates the average value of the maximum and minimum values and arranges them in an array to set the average graph (S110).

S110 단계에서 평균 그래프를 설정한 후 제어부(30)는 최대값과 최소값의 차이를 나누어 변동률을 산출한다(S120). After setting the average graph in step S110, the controller 30 calculates the variation rate by dividing the difference between the maximum value and the minimum value (S120).

S120 단계에서 최대값과 최소값의 변동률을 산출한 후 제어부(30)는 평균 그래프에 변동률을 적용하여 도 5에 도시된 바와 같이 정상 밴드를 설정한 후 저장부(20)에 저장하여 가공 중 취득한 진동값으로부터 이동 평균선 그래프를 산출하여 비교함으로써 공구의 상태를 판단할 수 있도록 한다(S130). After calculating the rate of change of the maximum and minimum values in step S120, the controller 30 applies the rate of change to the average graph, sets the normal band as shown in FIG. 5, stores it in the storage unit 20, and acquires vibration during processing. By calculating and comparing the moving average line graph from the value, it is possible to determine the state of the tool (S130).

S70 단계에서 공구의 상태를 판단한 후 제어부(30)는 출력부(40)를 통해 판단결과를 공작기계(50)로 출력하여 알람을 발생시킬 수 있도록 한다(S80). After determining the state of the tool in step S70, the control unit 30 outputs the determination result to the machine tool 50 through the output unit 40 so as to generate an alarm (S80).

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 공구 상태 감지 방법에 따르면, 샘플링 가공에서 획득한 마찰 주파수를 기준으로 정상 밴드를 설정한 후 가공 중 발생하는 마찰 주파수의 크기를 합성하여 정상 밴드를 벗어나는지 비교함으로써, 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지할 수 있어, 장비 생산성 향상 및 가공 품질 향상, 공구 마모 시점 예측으로 공구 교체 주기 최적화 및 공구 교체 비용 저감, 가공 형태에 따른 알고리즘 적용으로 감지 신뢰성 향상시킬 수 있다. As described above, according to the method of detecting the tool state of a machine tool according to an embodiment of the present invention, after setting a normal band based on the friction frequency obtained in sampling processing, the magnitude of the friction frequency generated during processing is synthesized and normal By comparing out-of-band, tool wear and tear can be detected in real time, improving machine productivity and improving machining quality, optimizing tool replacement cycles by predicting tool wear timing, reducing tool replacement costs, and applying algorithms according to machining types It can improve the detection reliability.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. The present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs can various modifications and equivalent other embodiments from this. Will understand.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the claims below.

10 : 진동센서 20 : 저장부
30 : 제어부 40 : 출력부
50 : 공작기계 10: vibration sensor 20: storage unit
30: control unit 40: output unit
50: machine tool

Claims (6)

제어부가 공작기계의 가동 중 진동센서로부터 진동값을 취득하는 단계;
상기 제어부가 취득된 상기 진동값에 대해 FFT 변환하는 단계;
상기 제어부가 FFT 변환된 진동 데이터를 기반으로 가공 공구에 맞는 마찰 주파수 성분을 추출하여 이동 평균선 그래프를 산출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 이동 평균선 그래프를 저장하고 저장된 정상 밴드와 비교하여 상기 공구의 상태를 판단하는 단계를 포함하되,
상기 이동 평균선 그래프를 산출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 진동 데이터로부터 설정된 주파수 범위에서 성분값을 추출하는 단계;
상기 제어부가 설정된 주파수 범위를 기준 주파수 단위로 구간을 분할하는 단계;
상기 제어부가 각 구간의 성분값을 합산하여 샘플링 모드보다 변화폭이 가장 큰 구간을 유효구간으로 선정하는 단계;
상기 제어부가 상기 유효구간에 대해 설정된 주기마다 상기 진동값의 평균값을 산출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 평균값을 기반으로 시간에 따른 상기 이동 평균선 그래프를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 상태 감지 방법.
The control unit acquires a vibration value from the vibration sensor while the machine tool is in operation;
FFT transforming the vibration value obtained by the control unit;
Calculating, by the controller, a moving average line graph by extracting a friction frequency component suitable for a machining tool based on the FFT-converted vibration data; And
The controller comprises the step of storing the moving average line graph and comparing the stored normal band to determine the state of the tool,
The calculating of the moving average line graph may include: extracting a component value from a frequency range set by the controller from the vibration data;
Dividing the frequency range by the control unit into a reference frequency unit;
A step in which the control unit sums component values of each section and selects a section having the largest change width than the sampling mode as an effective section;
Calculating, by the control unit, an average value of the vibration values every period set for the effective period; And
And the control unit calculating the moving average line graph over time based on the average value.
제 1항에 있어서, 상기 진동값을 취득하는 단계는, 상기 제어부가 상기 공작기계로부터 가공 파라미터를 입력받아 RPM 주파수를 계산하여 진동 RMS값을 취득하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 상태 감지 방법.
The method of claim 1, wherein in the obtaining of the vibration value, the control unit receives a machining parameter from the machine tool and calculates an RPM frequency to obtain a vibration RMS value.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 제어부가 샘플링 모드인 경우 상기 유효구간에 대해 설정된 주기마다 상기 진동값의 최대값과 최소값을 계산하는 단계;
상기 제어부가 최대값과 최소값의 평균값을 산출하고 배열로 정렬하여 평균 그래프를 설정하는 단계;
상기 제어부가 최대값과 최소값의 차이를 기반으로 변동률을 산출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 평균 그래프에 상기 변동률을 적용하여 상기 정상 밴드를 설정하여 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 상태 감지 방법.
The method of claim 1, further comprising: when the control unit is in the sampling mode, calculating a maximum value and a minimum value of the vibration value every period set for the effective period;
The control unit calculating an average value of the maximum and minimum values and arranging them in an array to set an average graph;
Calculating, by the controller, a rate of change based on the difference between the maximum value and the minimum value; And
And setting, by the controller, the normal band by applying the variation rate to the average graph and storing the normal band.
제 1항에 있어서, 상기 공구의 상태를 판단하는 단계는, 상기 이동 평균선 그래프가 상기 정상 밴드의 상한선을 초과하는 경우 공구 마모로 판정하고, 상기 이동 평균선 그래프가 상기 정상 밴드의 하한선 미만인 경우 공구 파손으로 판정하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 상태 감지 방법.
According to claim 1, The step of determining the state of the tool, if the moving average line graph exceeds the upper limit of the normal band is determined as tool wear, the moving average line graph is less than the lower limit of the normal band tool damage Tool state detection method of a machine tool, characterized in that the determination.
제 1항에 있어서, 상기 제어부가 상기 공구의 상태를 판단한 판단결과를 상기 공작기계로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 상태 감지 방법. The method of claim 1, further comprising the step of outputting, to the machine tool, a result of the determination by the controller to determine the state of the tool.
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