KR102263430B1 - 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작 기계의 툴 모델의 소비 에너지 데이터를 수집하고 이를 분석하여 예측치를 산출하고 이를 실측치와 비교하여 공작 기계의 이상 상황을 실시간으로 진단할 수 있게 하는 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법 및 시스템에 관한 것으로서, (a) 복수개의 툴(Tool)들을 장착하고, 다각도로 회전할 수 있는 매거진에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 단계; (b) 상기 매거진으로부터 상기 툴들 중 적어도 하나의 툴을 인계받아서 스핀들의 툴 장착부로 전달하는 공구 교환 시스템(ATC, Automated Tool Change)의 ATC 암(arm)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 단계; (c) 상기 매거진의 소모 전력과 상기 ATC 암의 소모 전력을 합하여 공작 기계의 툴 모델에서 소모되는 총 에너지를 산출하는 단계; 및 (d) 구간별 또는 누적별 실측치를 예측치를 비교하여 실측치와의 차이값이 허용 범위를 넘는 경우, 이상 상황으로 판별하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법 및 시스템{Energy analysis method for Tool model of machine tools and energy analysis system}
본 발명은 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공작 기계의 툴 모델의 소비 에너지 데이터를 수집하고 이를 분석하여 예측치를 산출하고 이를 실측치와 비교하여 공작 기계의 이상 상황을 실시간으로 진단할 수 있게 하는 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 CNC(computer numerical control) 공작 기계를 이용해서 피삭재를 정밀 가공할 때 정상적인 가공이 안 되는 경우는 CNC 공작 기계 자체와 CNC 공작 기계에 사용하는 소모품의 고장 또는 파손 등이 원인이다.
대표적으로 공구 모니터링 시스템(Tool Condition System)은 Acoustic Emission(AE)와 같은 센서를 이용해서 센서 데이터를 수집하고 이를 정상적인 공구의 데이터와 비정상(파손 또는 마모) 공구의 데이터를 비교 분석함으로써 공구 상태 변화를 감지하여 적시에 공구 교체를 할 수 있다.
그러나, 이러한 센서 기반의 공작 기계 모니터링 방법은 다양한 형태의 가공 작업시 소요되는 총 에너지나 구간별 에너지 등을 정확하게 분석할 수 없기 때문에 이상 상황의 원인이나 가공 불량 현상의 이유 등을 파악할 수 없었던 문제점들이 있었다.
특히, 매거진의 공구를 스핀들에 장착하거나 공구를 교환하는 툴 모델에 있어서 소요되는 에너지를 예측하거나 측정 값을 분석에 활용할 수 있는 수단이나 방법이 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함한 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 각종 툴 모델에서 소모되는 에너지의 예측치를 실측치를 분석하고, 이들 간의 차이가 허용 범위를 넘게 되면 이를 이상 상황으로 판별하여 툴 모델 또는 각 구간별로 각종 이상 상황의 원인이나 가공 불량 현상의 원인 등을 정확하게 판단할 수 있고, 이를 토대로 작업자가 적절한 후속 조치를 실시간으로 수행할 수 있게 하는 공작 기계의 소비 에너지 분석 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법은, (a) 복수개의 툴(Tool)들을 장착하고, 다각도로 회전할 수 있는 매거진에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 단계; (b) 상기 매거진으로부터 상기 툴들 중 적어도 하나의 툴을 인계받아서 스핀들의 툴 장착부로 전달하는 공구 교환 시스템(ATC, Automated Tool Change)의 ATC 암(arm)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 단계; 및 (c) 상기 매거진의 소모 전력과 상기 ATC 암의 소모 전력을 합하여 공작 기계의 툴 모델에서 소모되는 총 에너지를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 매거진의 소모 전력은, 상기 매거진에 장착된 공구별 위치에 따라 공구 교환시 회전되는 공구별 회전 거리 또는 회전 각도에 비례하고, 상기 공구별 회전 거리는 현재 공구의 번호(tp)와 교환 공구의 번호(tc)의 차이의 절대값에 비례하며, 이는 상기 매거진에 장착이 필요한 최대 매거진 번호(tm)의 1/2 보다 작을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 ATC 암의 소모 전력은, 암 회전시 소모량과 클램핑 및 언클램핑시 소모량을 합산하고, 동일한 움직임을 반복적으로 수행하는 ATC 암의 특성을 고려하여 교체 횟수 당 1회당 평균값을 곱하여 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 매거진의 소모 전력에 관한 데이터는 공작 기계의 프로그램에서 취득하고, 상기 ATC 암의 소모 전력에 관한 데이터는 상기 ATC 암을 회전시키는 서보 모터의 센서로부터 취득할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, (d) 구간별 또는 누적별 실측치를 예측치를 비교하여 실측치와의 차이값이 허용 범위를 넘는 경우, 이상 상황으로 판별하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 (d) 단계에서, 현재 실측 누적 전력량이 예측 전력량의 위험 구간에 진입하면 이를 경고할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 매거진은, 복수개의 상기 툴들이 등각으로 배치되고, 중심축을 중심으로 다각도로 회전할 수 있는 원판 또는 원통형 매거진이고, 상기 ATC 암은, 양단에 클램핑부가 형성되고, 상기 매거진과 상기 스핀들의 툴 장착부 사이를 번갈아가면서 클램핑 또는 언클램핑할 수 있는 회전 로봇암일 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 시스템은, 복수개의 툴(Tool)들을 장착하고, 다각도로 회전할 수 있는 매거진에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 매거진 분석부; 상기 매거진으로부터 상기 툴들 중 적어도 하나의 툴을 인계받아서 스핀들의 툴 장착부로 전달하는 공구 교환 시스템(ATC, Automated Tool Change)의 ATC 암(arm)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 ATC 암 분석부; 상기 매거진의 소모 전력과 상기 ATC 암의 소모 전력을 합하여 공작 기계의 툴 모델에서 소모되는 총 에너지를 산출하는 툴 모델 에너지 산출부; 및 구간별 또는 누적별 실측치를 예측치를 비교하여 실측치와의 차이값이 허용 범위를 넘는 경우, 이상 상황으로 판별하는 이상 상황 판별부;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 여러 실시예들에 따르면, 각종 툴 모델에서 소모되는 에너지의 예측치를 실측치를 분석하고, 이들 간의 차이가 허용 범위를 넘게 되면 이를 이상 상황으로 판별하여 툴 모델 또는 각 구간별로 각종 이상 상황의 원인이나 가공 불량 현상의 원인 등을 정확하게 판단할 수 있고, 이를 토대로 작업자가 적절한 후속 조치를 실시간으로 수행할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 시스템을 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3 내지 도 15는 도 2의 공작 기계의 소비 에너지 분석 방법을 단계적으로 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법 및 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 시스템(1000)을 개념적으로 나타내는 블록도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공작 기계의 소비 에너지 분석 시스템(1000)은, 크게 매거진 분석부(11)와, ATC 암 분석부(12)와, 툴 모델 에너지 산출부(13) 및 이상 상황 판별부(14)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 매거진 분석부(11)는, 복수개의 툴(Tool)들을 장착하고, 다각도로 회전할 수 있는 매거진(M)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정할 수 있는 각종 프로그램이나, 전자 부품이나, 제어부나, 마이크로 프로세서나, 회로나, 연산 장치나, 중앙 처리 장치나, 컴퓨터나, 각종 단말기나, 각종 스마트 장치나 각종 센서 등 각종 프로그램을 수행할 수 있는 모든 장치들이 모두 적용될 수 있다.
또한, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 ATC 암 분석부(12)는, 상기 매거진(M)으로부터 상기 툴(T)들 중 적어도 하나의 툴을 인계받아서 스핀들(S)의 툴 장착부(C)로 전달하는 공구 교환 시스템(ATC, Automated Tool Change)의 ATC 암(A)(arm)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정할 수 있는 각종 프로그램이나, 전자 부품이나, 제어부나, 마이크로 프로세서나, 회로나, 연산 장치나, 중앙 처리 장치나, 컴퓨터나, 각종 단말기나, 각종 스마트 장치나 각종 센서 등 각종 프로그램을 수행할 수 있는 모든 장치들이 모두 적용될 수 있다.
또한, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 툴 모델 에너지 산출부(13)는, 상기 매거진(M)의 소모 전력과 상기 ATC 암(A)의 소모 전력을 합하여 공작 기계(100)의 툴 모델(10)에서 소모되는 총 에너지를 산출할 수 있는 각종 프로그램이나, 전자 부품이나, 제어부나, 마이크로 프로세서나, 회로나, 연산 장치나, 중앙 처리 장치나, 컴퓨터나, 각종 단말기나, 각종 스마트 장치나 각종 센서 등 각종 프로그램을 수행할 수 있는 모든 장치들이 모두 적용될 수 있다.
또한, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이상 상황 판별부(14)는, 구간별 또는 누적별 실측치를 예측치를 비교하여 실측치와의 차이값이 허용 범위를 넘는 경우, 이상 상황으로 판별하는 이상 상황 판별부(14)를 포함할 수 있다.
여기서, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 매거진(M)은, 복수개(도 1에서는 20개)의 상기 툴(T)들이 등각으로 배치되어 수용할 수 있고, 중심축(P)을 중심으로 다각도로 회전할 수 있는 원판 또는 원통형 매거진일 수 있다.
또한, 상기 ATC 암(A)은, 양단에 클램핑부(L)가 형성되고, 상기 매거진(M)과 상기 스핀들(S)의 툴 장착부(C) 사이를 번갈아가면서 클램핑 또는 언클램핑할 수 있는 회전 로봇암일 수 있다.
그러나, 이러한 상기 매거진(M) 또는 상기 ATC 암(A)의 종류나 형태는 도면에 반드시 국한되지 않고 매우 다양한 형태로 적용될 수 있다.
이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 시스템(1000)은, 도면에 반드시 국한되지 않고, 기존의 공작 기계에서 각종 데이터를 취득하기 위한 다양한 형태의 센서나 전력 분석 장치들이 추가로 설치될 수 있다. 또한, 상술된 각각의 장치들은 모니터 화면에 산출된 각종 데이터들을 표시하기 위한 모니터나, 각종 데이터들을 저장할 수 있는 각종 저장 장치들이나, 각종 명령을 입력할 수 있는 각종 명령 입력 장치들이 추가로 설치될 수 있다.
그러므로, 각종 툴 모델에서 소모되는 에너지의 예측치를 실측치를 분석하고, 이들 간의 차이가 허용 범위를 넘게 되면 이를 이상 상황으로 판별하여 툴 모델 또는 각 구간별로 각종 이상 상황의 원인이나 가공 불량 현상의 원인 등을 정확하게 판단할 수 있고, 이를 토대로 작업자가 적절한 후속 조치를 실시간으로 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1의 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 시스템(1000)을 이용한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법은, (a) 복수개의 툴(T)(Tool)들을 장착하고, 다각도로 회전할 수 있는 매거진(M)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 단계와, (b) 상기 매거진(M)으로부터 상기 툴(T)들 중 적어도 하나의 툴(T)을 인계받아서 스핀들(S)의 툴 장착부(C)로 전달하는 공구 교환 시스템(ATC, Automated Tool Change)의 ATC 암(A)(arm)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 단계 및 (c) 상기 매거진(M)의 소모 전력과 상기 ATC 암(A)의 소모 전력을 합하여 공작 기계의 툴 모델(10)에서 소모되는 총 에너지를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 (a) 단계에서, 상기 매거진(M)의 소모 전력은, 상기 매거진(M)에 장착된 공구별 위치에 따라 공구 교환시 회전되는 공구별 회전 거리 또는 회전 각도에 비례하고, 상기 공구별 회전 거리는 현재 공구의 번호(tp)와 교환 공구의 번호(tc)의 차이의 절대값에 비례하며, 이는 상기 매거진(M)의 최단 거리 회전을 고려하여 상기 매거진(M)에 장착이 필요한 최대 매거진 번호(tm)의 1/2 보다 작을 수 있다.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, ATC의 거동 순서는 공구 교환 지령(M06 코드 지령)이 발생되면, 클램핑 대상 툴(T)의 위치로 상기 매거진(M)이 정회전되고, 이어서, ATC 암(A)이 정회전되어 공구를 클램핑하며, 이어서, 언클림팽 대상 툴의 위치로 상기 매거진(M)이 역회전되고, 이어서, ATC 암(A)이 역회전되어 공구를 언클램핑할 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 거동 순서에 따라 29회 실험을 반복한 결과, ATC 1회당 클램핑/언클램핑 2개씩 총 29쌍의 ATC 암의 소비 전력 데이터와 매거진의 소비 전력 데이터를 확인할 수 있다.
그 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 매거진의 경우 매거진 회전 간격이 차이남에 따라 소비하는 에너지가 달라짐을 실험을 통해 확인했고 회전 간격에 따른 소비 에너지에 대한 회귀 분석을 수행할 수 있다.
즉, 대상 매거진은 시계 또는 반시계 방향으로 양방향 회전을 수행하며, Tool은 매거진의 장착 위치가 번호별로 지정되어 있으며, 교환 과정에서 원래 위치로 이동함을 가정하면, 이를 통해 도출된 모델은, 도 6에 도시된 바와 같이, 선형의 회귀 분석을 수행할 수 있다.
따라서, 매거진의 회전 간격과 전력량 간의 회귀 분석 결과, 도 7에 도시된 바와 같이, y=2.243x-4.317 로 나타낼 수 있다. 여기서, y는 매거진의 소비 에너지, x는 매거진의 회전 반경을 의미하고, x를 도출하기 위해서 tp(현재 사용 공구 번호), tc(교체 대상 공구 번호), tm(매거진에 장착이 필요한 최대 매거진 번호)가 필요하며 최단 거리 이동을 하므로 위 수식과 같이 최대 개수의 절반보다 교체 대상 및 현재 공구의 번호 차이에 대한 절대값이 클 경우와 작거나 같을 경우의 2가지 경우로 구성될 수 있다.
한편, 상기 (b)에서, 상기 매거진(M)으로부터 상기 툴(T)들 중 적어도 하나의 툴(T)을 인계받아서 스핀들(S)의 툴 장착부(C)로 전달하는 공구 교환 시스템(ATC, Automated Tool Change)의 ATC 암(A)(arm)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정할 수 있도록 도 8에 도시된 바와 같이, 서버 모터의 전력에서 서보 아이들 값을 제외한 클램핑/언클램핑 구간 전력량을 도출하면, ATC Arm의 경우 동일한 움직임을 반복적으로 수행하므로, 예컨대, y=68.960 와 같은 평균 값을 도출할 수 있다.
따라서, 상기 ATC 암(A)의 소모 전력은, 암 회전시 소모량과 클램핑 및 언클램핑시 소모량을 합산하고, 도 9와 같이, 동일한 움직임을 반복적으로 수행하는 ATC 암(A)의 특성을 고려하여 교체 횟수 당 1회당 평균값을 곱하여 산출할 수 있다.
여기서, 상기 매거진(M)의 소모 전력에 관한 데이터는 공작 기계(100)의 프로그램에서 취득하고, 상기 ATC 암(A)의 소모 전력에 관한 데이터는 상기 ATC 암(A)을 회전시키는 서보 모터의 센서로부터 취득할 수 있다.
예컨대, magazine의 경우 magazine이 회전할 경우와 공구가 magazine에 장착될 때 전력이 발생하며 유휴 전력은 13w, 회전 전력은 113w, 공구 장착 전력은 39w로 분석될 수 있다. ATC 암은 공구 교환이 일어난 시점의 servo 전력을 통해 산출 가능하며 실험 분석 결과 ATC 암의 가동 전력은 약 409W로 나타날 수 있다.
그러나, 이에 반드시 국한되지 않고, 별도의 센서나 전력 장치나 데이터 장치들을 이용하여 각 구간의 전력량, 전류량, 전압량 등을 측정하여 활용하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법은, (d) 구간별 또는 누적별 실측치를 예측치를 비교하여 실측치와의 차이값이 허용 범위를 넘는 경우, 이상 상황으로 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 (d) 단계에서, 현재 실측 누적 전력량이 예측 전력량의 위험 구간에 진입하면 이를 경고할 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 툴 모델에 대해서도 사용자 UI를 통해 실시간 또는 누적 전력 값을 가시화할 수 있으며 이를 효과적으로 지원하기 위한 화면 설계를 다음과 같이 수행할 수 있다.
예컨대, 도 10의 머신 상태 요약 화면과 같이, 툴 모델 또는 공작 기계의 현재 총 소비 전력량 및 ECU 항목별 전력량 분포를 가시화하며, 툴 모델 이외에도 에너지 사용 기본 단위(ECU, Energy Consumption Unit), 즉 ECU 항목별 총 소비 전력량도 사용자의 선택에 따라 가시화할 수 있다. 이때, 실시간 ECU 모니터링 화면은 탭별로 ECU 항목 및 상태별 실시간 전력과 누적 전력량을 가시화할 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 (d) 단계에서, 현재 실측 누적 전력량이 예측 전력량의 위험 구간에 진입하면 이를 경고할 수 있다. 더욱 구체적으로 예를 들면, 현재 실측 누적 전력량을 파이 그래프나 막대 그래프 등으로 가시화하고, 예측 전력량 또는 현재 실측 전력량 등이 위험 구간, 즉, 도 11의 파이 그래프의 "이상 구간"또는 도 12의 높은 구간(E)에 진입하면 이를 경고할 수 있다.
이외에도, 예컨대, 도 13의 회전 눈금 형상의 화면이나, 도 14의 실시간 전력 그래프 등 매우 다양한 형태의 UI를 이용하여 모니터링용 화면에 가시화할 수 있다.
한편, 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상술된 시스템을 이용하여 가상 머신과 실제 머신으로부터 수집된 데이터는 비교 분석 과정을 통해 이상상황 확인을 수행할 수 있는 것으로서, 비교 분석 과정은 실제 값에 대한 데이터와 예측 값 (Reference값)의 차이에 대한 분석 과정을 활용할 수 있다.
예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이, 예측 값을 기준 값으로 실제 값이 차이가 얼마나 나는 지에 대한 분석을 수행하는 과정으로 이상치와 실제 값 차이에 대한 4분위수(IQR)를 도출하고, 사용자의 설정에 의해 1분위 수 및 3분위 수 범위의 조절이 가능하다.
여기서, 조절된 1분위 수 미만(lower limit) 및 3분위 수 초과(upper limit)에 존재하는 실제 값은 이상치로 판단할 수 있고, 해당 값의 실제 이상 여부 파악 및 상세 분석에 의해 이상 범위 조절이 가능하다.
한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 계산을 수행할 수 있는 컴퓨터는 물론이고, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광자기 디스크, 광데이터 저장장치, 플래시 메모리, USB 메모리 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들면 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함할 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 공작 기계
10: 툴 모델
M: 매거진
T: 툴
P: 중심축
A: ATC 암
L: 클램핑부
S: 스핀들
C: 툴 장착부
11: 매거진 분석부
12: ATC 암 분석부
13: 툴 모델 에너지 산출부
14: 이상 상황 판별부
1000: 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 시스템

Claims (8)

  1. (a) 복수개의 툴(Tool)들을 장착하고, 다각도로 회전할 수 있는 매거진에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 단계;
    (b) 상기 매거진으로부터 상기 툴들 중 적어도 하나의 툴을 인계받아서 스핀들의 툴 장착부로 전달하는 공구 교환 시스템(ATC, Automated Tool Change)의 ATC 암(arm)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 단계; 및
    (c) 상기 매거진의 소모 전력과 상기 ATC 암의 소모 전력을 합하여 공작 기계의 툴 모델에서 소모되는 총 에너지를 산출하는 단계;
    를 포함하는, 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매거진의 소모 전력은, 상기 매거진에 장착된 공구별 위치에 따라 공구 교환시 회전되는 공구별 회전 거리 또는 회전 각도에 비례하고, 상기 공구별 회전 거리는 현재 공구의 번호(tp)와 교환 공구의 번호(tc)의 차이의 절대값에 비례하며, 이는 상기 매거진에 장착이 필요한 최대 매거진 번호(tm)의 1/2 보다 작은, 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 ATC 암의 소모 전력은, 암 회전시 소모량과 클램핑 및 언클램핑시 소모량을 합산하고, 동일한 움직임을 반복적으로 수행하는 ATC 암의 특성을 고려하여 교체 횟수 당 1회당 평균값을 곱하여 산출하는, 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 매거진의 소모 전력에 관한 데이터는 공작 기계의 프로그램에서 취득하고, 상기 ATC 암의 소모 전력에 관한 데이터는 상기 ATC 암을 회전시키는 서보 모터의 센서로부터 취득하는, 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    (d) 구간별 또는 누적별 실측치를 예측치를 비교하여 실측치와의 차이값이 허용 범위를 넘는 경우, 이상 상황으로 판별하는 단계;
    를 더 포함하는, 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    현재 실측 누적 전력량이 예측 전력량의 위험 구간에 진입하면 이를 경고하는, 공작 기계의 소비 에너지 분석 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 매거진은, 복수개의 상기 툴들이 등각으로 배치되고, 중심축을 중심으로 다각도로 회전할 수 있는 원판 또는 원통형 매거진이고,
    상기 ATC 암은, 양단에 클램핑부가 형성되고, 상기 매거진과 상기 스핀들의 툴 장착부 사이를 번갈아가면서 클램핑 또는 언클램핑할 수 있는 회전 로봇암인, 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 방법.
  8. 복수개의 툴(Tool)들을 장착하고, 다각도로 회전할 수 있는 매거진에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 매거진 분석부;
    상기 매거진으로부터 상기 툴들 중 적어도 하나의 툴을 인계받아서 스핀들의 툴 장착부로 전달하는 공구 교환 시스템(ATC, Automated Tool Change)의 ATC 암(arm)에서 소모되는 전력을 예측 또는 측정하는 ATC 암 분석부;
    상기 매거진의 소모 전력과 상기 ATC 암의 소모 전력을 합하여 공작 기계의 툴 모델에서 소모되는 총 에너지를 산출하는 툴 모델 에너지 산출부; 및
    구간별 또는 누적별 실측치를 예측치를 비교하여 실측치와의 차이값이 허용 범위를 넘는 경우, 이상 상황으로 판별하는 이상 상황 판별부;
    를 포함하는, 공작 기계의 툴 모델 소비 에너지 분석 시스템.
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