KR102437526B1 - 지능형 단조 시스템 및 이의 정밀 진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도 보정된 압력값을 이용하여 볼트나 너트나 각종 핀 등의 피가공물을 일련의 단계들을 통해 다단계로 냉간 단조 성형할 수 있는 금형의 이상 및 수명을 정확하게 판단할 수 있게 하는 지능형 단조 시스템 및 이의 정밀 진단 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 펀치가 설치되는 펀치 블록; 상기 펀치와 대응되도록 적어도 하나 이상의 금형이 설치되는 다이 블록; 상기 펀치로부터 인가되는 하중을 센싱할 수 있도록 적어도 상기 금형, 상기 금형이 설치된 금형 조립체, 상기 펀치 블록 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되는 압력 센서; 상기 압력 센서에서 측정된 측정 압력 신호의 온도 편차를 보상할 수 있도록 상기 압력 센서 부근에 설치되고, 상기 압력 센서의 압력 측정시 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호를 고려하여 상기 압력 센서로부터 인가된 측정 압력 신호를 온도 보정 압력 신호로 보정하고, 상기 온도 보정 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

지능형 단조 시스템 및 이의 정밀 진단 방법{Intelligent forging machine and its accuracy diagnosis method}

본 발명은 지능형 단조 시스템 및 이의 정밀 진단 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도 보정된 압력값을 이용하여 볼트나 너트나 각종 핀 등의 피가공물을 일련의 단계들을 통해 다단계로 냉간 단조 성형할 수 있는 금형의 이상 및 수명을 정확하게 판단할 수 있게 하는 지능형 단조 시스템 및 이의 정밀 진단 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 단조는 압축하중을 가하여 소재를 원하는 형상으로 성형하는 금속 가공방법의 하나로, 이를 위해 사용되는 통상의 단조기는 가공될 소재 등의 피가공물을 지지하기 위한 다이 또는 금형이 장착되는 다이 블록 및 펀치 등의 공구가 장착되는 펀치 블록 등을 구비하고, 상기 펀치를 유압 또는 전동모터를 이용하여 다이 블럭 측으로 왕복 이동시킴으로써 피가공물을 금형의 형상에 대응되는 형태로 성형하는 구조로 이루어진다. 이러한 단조기 중에서 다단 단조기는 다이 블록에 각각 복수의 금형이 장착된 것으로, 상기 금형은 배열 순서에 따라 조금씩 규격이 달라져 최종적으로 얻고자 하는 성형물에 대응되는 금형이 마지막에 배치되며, 상기 다이 블록에는 피가공물을 이송시키는 트랜스퍼가 설치되어 이 트랜스퍼에 의해 피가공물이 각 다이로 순차적으로 전달되면서 상기 금형들에 의해 단계별로 성형되고 최종적으로 마지막 금형에 의해 원하는 형태로 성형되도록 구성된다.

그러나, 종래의 다단 단조기는, 복수개의 금형들이 다이 블록에 장착되는 것으로서, 장시간의 성형 과정에서 금형소재로 사용되는 공구강, 초경 등에서 소착에 의한 파괴 및 크랙의 전파 등을 통해 피로 파괴현상이 진행될 수 있고, 이러한 현상들에 의해서 금형의 파손이 발생될 수 있다.

이러한 소착 및 피로 파괴에 의한 금형 파손 현상은 복수개의 금형들 중 어느 하나의 금형에서 발생되더라도 다단 단조 성형의 특성상 후속 공정에 치명적인 악영향을 줄 수 있는 것으로서, 특히, 너트나 볼트나 고정핀 등의 고정구들에서 불량이 발생되면 이러한 불량 고정구들로 고정되는 차량, 건물, 구조물 등의 안전에도 치명적일 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 각각의 금형 조립체에 압력 센서들 및 온도 센서들을 장착하여 온도값을 보정한 압력값을 기준으로 각각의 금형의 이상을 보다 정확하게 실시간으로 감지할 수 있는 것은 물론이고, 보정된 압력값과 기준치의 일치율의 변화를 고려하여 금형의 수명을 감지할 수 있으며, 편차를 누적시켜서 피가공물이 다단 단조 과정에서 받는 변형 에너지의 초과 여부를 감지함으로써 불량품의 발생을 원천적으로 방지할 수 있고, 다이 블록과 펀치 블록 간의 압력 센서의 신호 차이를 감지하여 블록들의 이상까지도 감지할 수 있게 하는 지능형 단조 시스템 및 이의 정밀 진단 방법을 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 지능형 단조 시스템은, 적어도 하나 이상의 펀치가 설치되는 펀치 블록; 상기 펀치와 대응되도록 적어도 하나 이상의 금형이 설치되는 다이 블록; 상기 펀치로부터 인가되는 하중을 센싱할 수 있도록 적어도 상기 금형, 상기 금형이 설치된 금형 조립체, 상기 펀치 블록 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되는 압력 센서; 상기 압력 센서에서 측정된 측정 압력 신호의 온도 편차를 보상할 수 있도록 상기 압력 센서 부근에 설치되고, 상기 압력 센서의 압력 측정시 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호를 고려하여 상기 압력 센서로부터 인가된 측정 압력 신호를 온도 보정 압력 신호로 보정하고, 상기 온도 보정 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 정상적인 예상 보정 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하는 예상 보정 파형 저장부; 상기 압력 센서로부터 인가된 상기 측정 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하는 온도 보상 압력 신호 산출부; 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하는 보상 압력 판별부; 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하면 정상 판별 신호를 출력하는 정상 판별 신호 출력부; 및 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 비정상 판별 신호 출력부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 금형의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 금형의 수명을 예측하거나, 또는 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 일치율 또는 일치도를 산출하고, 상기 일치율의 변화 또는 상기 일치도의 변화를 측정하여 상기 금형의 수명을 예측하는 금형 수명 예측부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 피가공물은 1차 금형에서 1차로 단조 성형된 후, 2차 금형으로 이송되거나 또는 1차 금형에서 1차로 단조 성형된 후, 2차 금형에서 2차로 단조 성형된 후, 3차 이상의 다단 금형으로 이송될 수 있도록 상기 펀치 블록은 복수개의 상기 펀치들이 일렬로 설치되는 냉간 다단 단조형 펀치 블록이고, 상기 압력 센서는, 적어도 상기 금형들 중 어느 하나 이상, 상기 금형이 설치된 금형 조립체들 중 어느 하나 이상, 상기 펀치 블록들 중 어느 하나 이상 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 온도 센서는, 상기 압력 센서가 설치된 적어도 상기 금형들 중 어느 하나 이상, 상기 금형이 설치된 금형 조립체들 중 어느 하나 이상, 상기 펀치 블록들 중 어느 하나 이상 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 다이 블록은 복수개의 상기 금형들이 상기 펀치들과 대응되도록 나란하게 설치되는 냉간 다단 단조형 금형 블록일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 센서는, 상기 1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 압력 센서; 및 상기 2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 압력 센서;를 포함하고, 상기 온도 센서는, 상기 1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 온도 센서; 및 상기 2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 온도 센서;를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제 1 압력 센서와 상기 제 1 온도 센서를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하고, 상기 제 2 압력 센서와 상기 제 2 온도 센서를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하며, 이들 상기 편차율들 또는 상기 편차도들의 누적 합계치를 산출하는 편차 누적부; 상기 누적 합계치가 정상 범위 이내인 지를 판별하는 누적 보상 압력 판별부; 상기 누적 합계치가 상기 정상 범위에 속하면 정상 누적 판별 신호를 출력하는 정상 누적 신호 출력부; 및 상기 측정 합계치가 상기 정상 범위를 벗어나면 비정상 누적 판별 신호를 출력하는 비정상 누적 신호 출력부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 금형 조립체는, 상기 펀치와 대응되도록 내부에 피가공물이 삽입되는 캐비티가 형성되는 초경팁과, 상기 초경팁의 하면을 지지하는 서포터 및 상기 초경팁과 상기 서포터의 외경면을 둘러싸는 부싱을 포함하는 금형; 및 상기 금형의 압력이 전달되도록 상면이 상기 금형의 상기 서포터의 하면과 상기 부싱의 하면에 접촉되고, 일측에 상기 금형의 압력 방향과 수직 방향으로 형성되는 제 1 수직홈부 및 제 2 홈부가 형성되는 스페이서;을 포함하고, 상기 압력 센서는, 상기 스페이서의 상기 제 1 수직홈부에 삽입되고, 상기 스페이서에 전달된 압력을 전기적인 형태로 변환하는 피에조(압전) 센서이고, 상기 온도 센서는, 상기 스페이서의 상기 제 2 홈부에 삽입되고, 상기 스페이서에 전달된 열에너지를 전기적인 형태로 변환하는 접촉식 또는 비접촉식 온도 센서일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 펀치 또는 상기 펀치가 설치된 펀치 조립체에 설치되는 펀치측 압력 센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 펀치측 압력 센서로부터 인가된 온도 보상 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력할 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법은, 적어도 하나 이상의 펀치가 설치되는 펀치 블록, 상기 펀치와 대응되도록 적어도 하나 이상의 금형이 설치되는 다이 블록, 상기 펀치로부터 인가되는 하중을 센싱할 수 있도록 적어도 상기 금형, 상기 금형이 설치된 금형 조립체, 상기 펀치 블록 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되는 압력 센서, 상기 압력 센서에서 측정된 측정 압력 신호의 온도 편차를 보상할 수 있도록 상기 압력 센서 부근에 설치되고, 상기 압력 센서의 압력 측정시 온도를 측정하는 온도 센서 및 상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호를 고려하여 상기 압력 센서로부터 인가된 상기 측정 압력 신호를 온도 보정 압력 신호로 보정하고, 상기 온도 보정 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법에 있어서, 정상적인 예상 보정 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하는 예상 보정 파형 저장 단계; 상기 압력 센서로부터 인가된 상기 측정 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하는 온도 보상 압력 신호 산출 단계; 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하는 보상 압력 판별 단계; 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하면 정상 판별 신호를 출력하는 정상 판별 신호 출력 단계; 및 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 비정상 판별 신호 출력 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 금형의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 금형의 수명을 예측하거나, 또는 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 일치율 또는 일치도를 산출하고, 상기 일치율의 변화 또는 상기 일치도의 변화를 측정하여 상기 금형의 수명을 예측하는 금형 수명 예측 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 센서는, 상기 1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 압력 센서; 및 상기 2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 압력 센서;를 포함하고, 상기 온도 센서는, 상기 1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 온도 센서; 및 상기 2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 온도 센서;를 포함하며, 상기 제 1 압력 센서와 상기 제 1 온도 센서를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하고, 상기 제 2 압력 센서와 상기 제 2 온도 센서를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하며, 이들 상기 편차율들 또는 상기 편차도들의 누적 합계치를 산출하는 편차 누적 단계; 상기 누적 합계치가 정상 범위 이내인 지를 판별하는 누적 보상 압력 판별 단계; 상기 누적 합계치가 상기 정상 범위에 속하면 정상 누적 판별 신호를 출력하는 정상 누적 신호 출력 단계; 및 상기 측정 합계치가 상기 정상 범위를 벗어나면 비정상 누적 판별 신호를 출력하는 비정상 누적 신호 출력 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 각각의 금형 조립체에 압력 센서들 및 온도 센서들을 장착하여 온도값을 보정한 압력값을 기준으로 각각의 금형의 이상을 보다 정확하게 실시간으로 감지할 수 있는 것은 물론이고, 보정된 압력값과 기준치의 일치율의 변화를 고려하여 금형의 수명을 감지할 수 있으며, 편차를 누적시켜서 피가공물이 다단 단조 과정에서 받는 변형 에너지의 초과 여부를 감지함으로써 불량품의 발생을 원천적으로 방지할 수 있고, 다이 블록과 펀치 블록 간의 압력 센서의 신호 차이를 감지하여 블록들의 이상까지도 감지할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 지능형 단조 시스템의 단면도이다.
도 3은 도 2의 지능형 단조 시스템의 다이 블록을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 도 3의 지능형 단조 시스템의 금형 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 지능형 단조 시스템의 금형 조립체를 나타내는 부분 절단 사시도이다.
도 6은 도 2의 지능형 단조 시스템의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법의 온도 보상 압력 신호 산출 단계에서 시간에 따라 측정된 압력값을 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 7의 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법의 온도 보상 압력 신호 산출 단계에서 시간에 따라 측정된 압력값에서 온도값을 상쇄시킨 압력 보정값을 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 7의 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법의 금형 수명 예측 단계에서 금형의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 금형의 수명을 예측하는 그래프이다.
도 11은 도 7의 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법의 금형 수명 예측 단계에서 센싱 하중 기반으로 실시간 금형의 수명을 예측하는 캡쳐 화면이다.
도 12 및 도 13은 기존의 단조기의 금형에서 발생되는 초경팁 등 소착 및 피로 파괴 현상에 따른 금형의 파손 현상을 나타내는 사진들이다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템의 단계별 성형시 수치 해석도 및 하중 그래프들의 일례들을 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.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.

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.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)의 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 지능형 단조 시스템(100)의 단면도이다.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)은, 적어도 하나 이상의 펀치(P)가 설치되는 펀치 블록(10)과, 상기 펀치(P)와 대응되도록 적어도 하나 이상의 금형(M)이 설치되는 다이 블록(20)과, 상기 펀치(P)로부터 인가되는 하중을 센싱할 수 있도록 상기 금형(M) 또는 상기 금형(M)이 설치된 금형 조립체(30)에 설치되는 압력 센서(S1)와, 상기 압력 센서(S1)에서 측정된 온도 보상 압력 신호의 온도 편차를 보상할 수 있도록 상기 압력 센서(S1) 부근에 설치되고, 상기 압력 센서(S1)의 압력 측정시 온도를 측정하는 온도 센서(S2) 및 상기 온도 센서(S2)에서 측정된 측정 온도 신호를 고려하여 상기 압력 센서(S1)로부터 인가된 온도 보상 압력 신호를 온도 보정 압력 신호로 보정하고, 상기 온도 보정 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력하는 제어부(40)를 포함할 수 있다.

여기서, 예컨대, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)은, 볼트나 너트나 각종 핀 등의 피가공물을 일련의 단계들을 통해 다단계로 냉간 단조 성형할 수 있는 장비의 일종일 수 있다.

그러나, 이러한 본 발명은 반드시 다단 냉간 단조 성형에만 국한되지 않는 것으로서, 상술된 상기 펀치 블록(10)과 상기 다이 블록(20)을 갖는 모든 단조 장비에 적용될 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 피가공물(1)은 1차 금형(M1)에서 1차로 단조 성형된 후, 2차 금형(M2)으로 이송되고, 2차 금형(M2)에서 2차로 단조 성형된 후, 3차 금형(M3)으로 이송될 수 있도록 상기 펀치 블록(10)은 복수개의 상기 펀치(P1)(P2)(P3)들이 일렬로 설치되는 냉간 다단 단조형 펀치 블록이고, 상기 다이 블록(20)은 복수개의 상기 금형(M1)(M2)(M3)들이 상기 펀치(P1)(P2)(P3)들과 대응되도록 나란하게 설치되는 냉간 다단 단조형 금형 블록일 수 있다.

여기서, 예컨대, 상기 압력 센서(S1)는, 적어도 상기 금형들 중 어느 하나 이상, 상기 금형이 설치된 금형 조립체들 중 어느 하나 이상, 상기 펀치 블록들 중 어느 하나 이상 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 온도 센서(S2)는, 상기 압력 센서(S1)가 설치된 적어도 상기 금형들 중 어느 하나 이상, 상기 금형이 설치된 금형 조립체들 중 어느 하나 이상, 상기 펀치 블록들 중 어느 하나 이상 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치될 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 압력 센서(S1)와 상기 온도 센서(S2)는 다단 금형들 중 비교적 파손이 심하게 발생될 수 있는 예컨대, 3단 금형에만 설치되거나, 그 이후 특정 금형에 설치되는 등 다양한 개수와 다양한 위치에 설치될 수 있다.

그러나, 본 발명의 기술적 사상은 2단 이상의 모든 단조 장비에 모두 적용될 수 있는 것으로서, 도면에서는 3단을 예시하였으나 2단이나 3단 이상의 단조 장비에도 모두 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)의 상기 압력 센서(S1)는, 상기 1차 금형(M1) 또는 상기 1차 금형 조립체(30)에 설치되는 제 1 압력 센서(S11)와, 상기 2차 금형(M2) 또는 상기 2차 금형 조립체(30)에 설치되는 제 2 압력 센서(S12) 및 상기 3차 금형(M3) 또는 상기 3차 금형 조립체(30)에 설치되는 제 3 압력 센서(S13)를 포함할 수 있다.

또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)의 상기 온도 센서(S2)는, 상기 1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 온도 센서(S21)와, 상기 2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 온도 센서(S22) 및 상기 3차 금형 또는 상기 3차 금형 조립체에 설치되는 제 3 온도 센서(S23)를 포함할 수 있다.

그러나, 본 발명의 기술적 사상은 2개 이상의 센서를 설치한 장비에 모두 적용될 수 있는 것으로서, 도면에서는 3개의 센서를 설치한 것을 예시하였으나 2개나 3개 이상의 센서를 설치한 단조 장비에도 모두 적용될 수 있다.

도 3은 도 2의 지능형 단조 시스템(100)의 다이 블록(20)을 확대하여 나타내는 확대 단면도이고, 도 4는 도 3의 지능형 단조 시스템(100)의 금형 조립체(30)를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 지능형 단조 시스템(100)의 금형 조립체(30)를 나타내는 부분 절단 사시도이다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 금형 조립체(30)는, 상기 펀치와 대응되도록 내부에 피가공물(1)이 삽입되는 캐비티가 형성되는 초경팁(31)과, 상기 초경팁(31)의 하면을 지지하는 서포터(32) 및 상기 초경팁(31)과 상기 서포터(32)의 외경면을 둘러싸는 부싱(33)을 포함하는 1차 금형(M1) 및 상기 1차 금형(M1)의 압력이 전달되도록 상면이 상기 1차 금형(M1)의 상기 서포터(32)의 하면과 상기 부싱(33)의 하면에 접촉되고, 일측에 상기 1차 금형(M1)의 압력 방향과 수직 방향으로 형성되는 제 1 수직홈부(G1) 및 제 2 홈부(G2)가 형성되는 스페이서(34)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 1차 금형(M1)과 상기 서포터(32) 및 상기 스페이서(34)에는 도 2 및 도 3의 이젝트핀(35)이 관통될 수 있는 관통홀이 형성되어 1차 성형후 상기 피가공물(1)을 상기 1차 금형(M1)의 외부로 배출시킬 수 있다.

또한, 예컨대, 상기 제 1 압력 센서(S11)는, 상기 스페이서(34)의 상기 제 1 수직홈부(G1)에 삽입되는 것으로서, 상기 스페이서(34)에 전달된 압력을 전류 형태로 변환하는 피에조(Piezo) 소자가 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 상기 제 1 온도 센서(S21)는, 상기 스페이서(34)의 상기 제 2 홈부(G2)에 삽입되고, 상기 스페이서(34)에 전달된 열에너지를 전기적인 형태로 변환하는 접촉식 또는 비접촉식 온도 센서일 수 있다.

따라서, 상기 펀치(P)가 상기 피가공물(1)을 성형할 때, 상기 1차 금형(M1)으로 성형 하중이 전달되고, 이는 상기 서포터(32)를 거쳐서 상기 스페이서(34)로 전달되며, 이 때, 상기 스페이서(34)에 작용되는 하중을 상기 제 1 압력 센서(S11)가 전기적인 신호, 즉 전류로 변환하여 상기 제어부(40)로 인가할 수 있다.

이 때, 상기 제 1 온도 센서(S11)는 상기 제 1 압력 센서(S11)의 압력값 측정시의 주변의 온도를 나타내는 온도값을 전기적인 신호, 즉 전류로 변환하여 상기 제어부(40)로 동시에 인가할 수 있다.

따라서, 상기 제어부(40)는 상기 압력 센서(S1)로부터 인가된 상기 온도 보상 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 온도 센서(S2)에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출할 수 있다.

도 6은 도 2의 지능형 단조 시스템(100)의 제어부(40)를 나타내는 블록도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)의 제어부(40)는, 정상적인 예상 보정 압력 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하는 예상 파형 저장부(41)와, 상기 압력 센서(S1)로부터 인가된 상기 온도 보상 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 온도 센서(S2)에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하는 온도 보상 압력 신호 산출부(42)와, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하는 보상 압력 판별부(43)와, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위(A)에 속하면 정상 판별 신호를 출력하는 정상 판별 신호 출력부(44) 및 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위(A)를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 비정상 판별 신호 출력부(45)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 보상 압력 판별부(43)는 상기 예상 파형 저장부(41)를 이용하여 판별하는 것 이외에도, 딥러닝 방식의 반복 한습을 이용한 인공 지능부가 대신 수행하는 것도 가능하다.

따라서, 본 발명의 상기 제어부(40)는, 정상적인 예상 보정 압력 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하고, 상기 압력 센서(S1)로부터 인가된 상기 온도 보상 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 온도 센서(S2)에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하여, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하고, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하면 정상 판별 신호를 출력하거나, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 일련의 단계들을 수행할 수 있다.

그러므로, 각각의 상기 금형 조립체(30)에 복수개의 상기 압력 센서(S11)(S12)(S13)들과 상기 온도 센서(S21)(S22)(S23)들을 장착하여 각각의 상기 금형(M1)(M2)(M3)들의 이상을 온도 보정된 압력값을 기준으로 실시간으로 감지하여 이들 상기 금형(M1)(M2)(M3)들 중 어느 하나 이상의 금형에 이상이 발생되면 이를 사용자 또는 작업자에게 신속하게 알림으로써 금형의 이물질 소착 현상이나 금형의 파손 현상 등이 발생하면 후속 공정에 악영향을 끼치기 전에 즉시 후속 조치를 취할 수 있다.

또한, 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(40)는, 금형의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 금형의 수명을 예측하거나, 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 일치율 또는 일치도를 산출하고, 상기 일치율의 변화 또는 상기 일치도의 변화를 측정하여 상기 금형의 수명을 예측하는 금형 수명 예측부(46)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 예컨대, 금형의 S-N 커브 곡선에 의하면 온도와는 상관없이 실제 금형에 작용하는 하중과 거의 유사한 상기 온도 보정 압력값으로 N회 응력의 상한값을 기준으로 금형의 수명을 매우 정확하게 예측할 수 있다.

이외에도, 예컨대, 실제 측정치와 예상 기준치의 일치율이 첫달에는 99퍼센트 이상이였지만, 만약, 한달 후에 일치율이 98퍼센트로 1퍼센트가 낮아졌다면 고장시 불일치율 80퍼센트까지 매달 1퍼센트씩 낮아진다면 앞으로 10달 후에는 고장날 가능성이 높다고 볼 수 있기 때문에 10달 이후에는 미리 금형을 준비하는 등 금형의 수명을 미리 예측하여 대응할 수 있다.

그러므로, 측정 압력과 기준치의 일치율의 변화를 고려하여 각각의 금형(M1)(M2)(M3)들의 개별적인 수명을 미리 예상하여 후속 조치를 수행하게 할 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(40)는, 상기 제 1 압력 센서(S11)와 상기 제 1 온도 센서(S21)를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하고, 상기 제 2 압력 센서(S12)와 상기 제 2 온도 센서(S22)를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하며, 상기 제 3 압력 센서(S13)와 상기 제 3 온도 센서(S23)를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하고, 이들 상기 편차율들 또는 상기 편차도들의 누적 합계치를 산출하는 편차 누적부(47)와, 상기 누적 합계치가 정상 범위 이내인 지를 판별하는 누적 보상 압력 판별부(48)와, 상기 누적 합계치가 상기 정상 범위에 속하면 정상 누적 판별 신호를 출력하는 정상 누적 신호 출력부(49) 및 상기 측정 합계치가 상기 정상 범위를 벗어나면 비정상 누적 판별 신호를 출력하는 비정상 누적 신호 출력부(50)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 상기 제어부(40)는, 상기 제 1 압력 센서(S11)와 상기 제 2 압력 센서(S12) 및 상기 제 3 압력 센서(S13)에서 측정된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 각각 산출하고, 이들 상기 편차율들 또는 상기 편차도들의 누적 합계치를 산출하며, 상기 누적 합계치가 정상 범위 이내인 지를 판별하여 상기 누적 합계치가 상기 정상 범위에 속하면 정상 누적 판별 신호를 출력하거나 또는 상기 측정 합계치가 상기 정상 범위를 벗어나면 비정상 누적 판별 신호를 출력하는 일련의 단계들을 수행할 수 있다.

그러므로, 각각의 금형들에서 발생되는 실제치와 이상치 간의 편차를 누적시켜서 피가공물이 다단 단조 과정에서 받는 변형 에너지의 초과 여부를 감지함으로써 불량품의 발생을 원천적으로 방지할 수 있다.

만약, 상기 피가공물(1)이 다단 단조 과정에서 받는 변형 에너지의 총량이 정상치를 초과하는 경우에는 상기 피가공물(1)이 이를 이기지 못하고 내외부에 크랙이 가거나 파손되거나 각종 충격 하중에 쉽게 파손되는 등의 불량품이 발생될 수 있다. 본 발명은 금형은 물론이고 이러한 피가공물의 불량까지도 미연에 방지할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)은, 상기 펀치(P) 또는 상기 펀치(P)가 설치된 펀치 조립체에 설치되는 펀치측 압력 센서(S5)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 상기 제어부(40)는, 상기 펀치측 압력 센서(S5)로부터 인가된 온도 보상 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력할 수 있다.

또한, 상기 제어부(40)는 이러한 상기 다이 블록(20)과 상기 펀치 블록(10) 간의 압력 센서(S1)(S5)의 신호 차이를 감지하여 블록들의 이상까지도 감지할 수 있다.

그러므로, 예컨대, 상기 다이 블록(20)과 상기 펀치 블록(10) 간의 압력 센서(S1)(S5)의 신호 차이가 정상치를 벗어나면 둘 중 어느 하나에서는 비정상적인 이상 현상이 발생되었거나 압력이 불균일하게 작용된 것으로 판단되어 사용자나 작업자로 하여금 후속 조치를 취하게 할 수 있다.

여기서, 도시하진 않았지만, 상기 펀치측 압력 센서(S5) 근체에 온도 센서를 설치하여 온도 보상된 압력값을 산출하는 것도 가능하다.

도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)의 정밀 진단 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)의 정밀 진단 방법은, 제 1차 금형(M1)의 진단 과정에서, 정상적인 예상 보정 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하는 예상 파형 저장 단계(S110)와, 상기 제 1 압력 센서(S11)로부터 인가된 측정 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 제 1 온도 센서(S21)에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하는 온도 보상 압력 신호 산출 단계(120)과, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하는 측정 압력 판별 단계(S130)와, 정상 범위에 속하는 지를 판별하여(S140), 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하면 정상 판별 신호를 출력하는 정상 판별 신호 출력 단계(S150)와, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 비정상 판별 신호 출력 단계(S160) 및 상기 제 1차 금형(M1)의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 상기 제 1차 금형(M1)의 수명을 예측하거나, 또는 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 일치율 또는 일치도를 산출하고, 상기 일치율의 변화 또는 상기 일치도의 변화를 측정하여 상기 제 1차 금형(M1)의 수명을 예측하는 금형 수명 예측 단계(S170)를 포함할 수 있다.

또한, 예컨대, 제 2차 금형(M2)의 진단 과정에서, 정상적인 예상 보정 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하는 예상 파형 저장 단계(S210)와, 상기 제 2 압력 센서(S12)로부터 인가된 측정 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 제 2 온도 센서(S22)에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하는 온도 보상 압력 신호 산출 단계(220)과, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하는 측정 압력 판별 단계(S230)와, 정상 범위에 속하는 지를 판별하여(S240), 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하면 정상 판별 신호를 출력하는 정상 판별 신호 출력 단계(S250)와, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 비정상 판별 신호 출력 단계(S260) 및 상기 제 2차 금형(M2)의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 상기 제 2차 금형(M2)의 수명을 예측하거나, 또는 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 일치율 또는 일치도를 산출하고, 상기 일치율의 변화 또는 상기 일치도의 변화를 측정하여 상기 제 2차 금형(M2)의 수명을 예측하는 금형 수명 예측 단계(S270)를 포함할 수 있다.

또한, 예컨대, 제 3차 금형(M3)의 진단 과정에서, 정상적인 예상 보정 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하는 예상 파형 저장 단계(S310)와, 상기 제 3 압력 센서(S13)로부터 인가된 측정 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 제 3 온도 센서(S23)에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하는 온도 보상 압력 신호 산출 단계(320)과, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하는 측정 압력 판별 단계(S330)와, 정상 범위에 속하는 지를 판별하여(S340), 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하면 정상 판별 신호를 출력하는 정상 판별 신호 출력 단계(S350)와, 상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 비정상 판별 신호 출력 단계(S360) 및 상기 제 3차 금형(M3)의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 상기 제 3차 금형(M3)의 수명을 예측하거나, 또는 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 일치율 또는 일치도를 산출하고, 상기 일치율의 변화 또는 상기 일치도의 변화를 측정하여 상기 제 3차 금형(M3)의 수명을 예측하는 금형 수명 예측 단계(S370)를 포함할 수 있다.

이어서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템(100)의 정밀 진단 방법은, 상기 제 1 압력 센서(S11)와 상기 제 1 온도 센서(S21)를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하고, 상기 제 2 압력 센서(S12)와 상기 제 2 온도 센서(S22)를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하며, 상기 제 3 압력 센서(S13)와 상기 제 3 온도 센서(S23)를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하고, 이들 상기 편차율들 또는 상기 편차도들의 누적 합계치를 산출하는 편차 누적 단계(S410)와, 상기 누적 합계치가 정상 범위 이내인 지를 판별하는 누적 보상 압력 판별 단계(S420)와, 상기 누적 합계치가 정상 범위에 속하는 지를 판별하여(S430), 상기 누적 합계치가 상기 정상 범위에 속하면 정상 누적 판별 신호를 출력하는 정상 누적 신호 출력 단계(S440) 및 상기 측정 합계치가 상기 정상 범위를 벗어나면 비정상 누적 판별 신호를 출력하는 비정상 누적 신호 출력 단계(S450)를 포함할 수 있다.

여기서, 이러한 상기 편차율들이나 상기 편차도들은 센서의 개수만큼 합산할 수 있고, 중간 단계 또는 최종 단계의 이론적인 합계치와 실제 합계치를 비교하여 변형 에너지 누적량이 정상 범위 내에 속하는 지를 단계별로 판별할 수 있다.

예컨대, 상기 피가공물(1)이 1차, 2차에서 각각은 정상 범위 이내지만 조금씩 변형량이 부족하다면 3차에서 변형량이 정상 범위를 넘어 조금 초과하더라도 불량품이 발생되지 않을 것으로 판별할 수 있고, 반대로, 상기 피가공물(1)이 1차, 2차, 3차에서 모두 각각의 변형량이 정상 범위 이내지만 각 단계마다 초과 에너지가 축적되어 최종 변형 에너지의 총 합계치가 합계 정상 범위를 넘었다면 불량품이 발생될 확률이 높을 것으로 예측할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법의 온도 보상 압력 신호 산출 단계(S120)에서 시간에 따라 측정된 압력값을 나타내는 그래프이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 온도 보상 압력 신호 산출 단계(S120)에서 시간에 따라 측정된 압력값(파란색)은, 불규칙적인 파동 형상이나 전체적으로 처음엔 급격하게 높아지다가 시간이 지날수록 완만해지는 특성이 있음을 알 수 있다.

도 9는 도 7의 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법의 온도 보상 압력 신호 산출 단계(S120)에서 시간에 따라 측정된 압력값에서 온도값을 상쇄시킨 압력 보정값을 나타내는 그래프이다.

이어서, 도 9의 상방 그래프에 도시된 바와 같이, 상기 온도 보상 압력 신호 산출 단계(S120)에서 시간에 따라 측정된 온도값(빨간색)은, 전체적으로 상기 압력값과 유사한 형태로서, 처음엔 급격하게 높아지다가 시간이 지날수록 완만해지는 특성이 있음을 알 수 있다.

따라서, 도 9의 하방 그래프에 도시된 바와 같이, 도 8의 압력값(파란색)에서 도 9의 온도값(빨간색)을 상쇄시켜서 보상한 후 추세도를 살펴보면, 일정한 범위, 즉 상한선과 하한선 사이에서 파동 형태로 변동되는 것을 알 수 있다.

그러므로, 이러한 측정된 압력값에서 온도값을 상쇄시킴으로써 온도와 상관없이 매우 정확한 실제 하중치를 측정할 수 있고, 이를 실시간 모니터링할 수 있음은 물론이고, 더 나아가서 이를 토대로 매우 정확한 실제 수명을 예측할 수 있다.

도 10은 도 7의 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법의 금형 수명 예측 단계에서 금형의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 금형의 수명을 예측하는 그래프이다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 기존 금형의 S-N 커브 곡선을 이용하더라도 상기 온도 보정 압력값을 기준으로 실제로 작용된 N회 응력의 상한값을 기준으로 수명을 적확하게 예측할 수 있다.

도 11은 도 10의 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법의 금형 수명 예측 단계(S170)에서 센싱 하중 기반으로 실시간 금형의 수명을 예측하는 캡쳐 화면이다.

따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 실시간으로 현재 금형의 사용량을 온도 보정 압력값을 기준으로 매우 정확하게 예측할 수 있고, 이를 토대로 금형 장착일을 예상할 수 있기 때문에 금형 파손으로 인한 제품 불량과 생산 중단 사태를 사전에 예방할 수 있다.

도 12 및 도 13은 기존의 단조기의 금형에서 발생되는 초경팁 등 소착 및 피로 파괴 현상에 따른 금형의 파손 현상을 나타내는 사진들이다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 기존의 다단 단조기에서는 이물질들이 금형 내에 소착되어 초경팁이 파손되거나 떨어져 나가는 것을 확인할 수 있다.

도 14 내지 도 18는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 지능형 단조 시스템의 단계별 성형시 수치 해석도 및 하중 그래프들의 일례들을 단계적으로 나타내는 도면들이다.

도 14 내지 도 18에 도시된 바와 같이, STEP1에서 STEP5까지 총 5 단계를 거치면서 각각의 금형에 작용하는 하중들의 최고 예상 하중들과 실제 압력 측정 그래프들이 모두 다르고, 각 단계별 형상에 따라 수치 해석된 바와 같이, 압력 분포들이 모두 다르기 때문에 이러한 반복적인 실험과 수치 해석을 통해서 이론적인 정상 그래프들을 추출할 수 있고, 본 발명은 이러한 정상 그래프들의 정상 범위를 벗어난 실제 압력 수치들 또는 이들의 누적 합계치를 실시간으로 감지하여 각각의 금형들 또는 피가공물들의 이상 상태를 즉시 확인할 수 있는 것이다.

여기서, 각각의 하중 그래프들의 피크치는 실제 금형의 형태나 피가공물의 스팩 등에 따라 달라질 수 있고, 수치 해석들 역시 수치 해석 방법이나 수치 등에 따라 달라질 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.

1: 피가공물
10: 펀치 블록
P: 펀치
P1: 제 1 펀치
P2: 제 2 펀치
P3: 제 3 펀치
20: 다이 블록
M: 금형
M1: 1차 금형
M2: 2차 금형
M3: 3차 금형
30: 금형 조립체
31: 초경팁
32: 서포터
33: 부싱
34: 스페이서
35: 이젝트핀
G1: 제 1 수직홈부
G2: 제 2 홈부
S1: 압력 센서
S11: 제 1 압력 센서
S12: 제 2 압력 센서
S13: 제 3 압력 센서
S2: 압력 센서
S21: 제 1 압력 센서
S22: 제 2 압력 센서
S23: 제 3 압력 센서
S5: 펀치측 압력 센서
40: 제어부
41: 예상 파형 저장부
42: 온도 보상 압력 신호 산출부
43: 보상 압력 판별부
44: 정상 판별 신호 출력부
45: 비정상 판별 신호 출력부
46: 금형 수명 예측부
47: 편차 누적부
48: 누적 보상 압력 판별부
49: 정상 누적 신호 출력부
50: 비정상 누적 신호 출력부
100: 지능형 단조 시스템

Claims (10)

1. 적어도 하나 이상의 펀치가 설치되는 펀치 블록;
   상기 펀치와 대응되도록 적어도 하나 이상의 금형이 설치되는 다이 블록;
   상기 펀치로부터 인가되는 하중을 센싱할 수 있도록 적어도 상기 금형, 상기 금형이 설치된 금형 조립체, 상기 펀치 블록 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되는 압력 센서;
   상기 압력 센서에서 측정된 측정 압력 신호의 온도 편차를 보상할 수 있도록 상기 압력 센서 부근에 설치되고, 상기 압력 센서의 압력 측정시 온도를 측정하는 온도 센서; 및
   상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호를 고려하여 상기 압력 센서로부터 인가된 측정 압력 신호를 온도 보정 압력 신호로 보정하고, 상기 온도 보정 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력하는 제어부;
   를 포함하는, 지능형 단조 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   정상적인 예상 보정 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하는 예상 보정 파형 저장부;
   상기 압력 센서로부터 인가된 상기 측정 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하는 온도 보상 압력 신호 산출부;
   상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하는 보상 압력 판별부;
   상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하면 정상 판별 신호를 출력하는 정상 판별 신호 출력부; 및
   상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 비정상 판별 신호 출력부;
   를 포함하는, 지능형 단조 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   금형의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 금형의 수명을 예측하거나, 또는 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 일치율 또는 일치도를 산출하고, 상기 일치율의 변화 또는 상기 일치도의 변화를 측정하여 상기 금형의 수명을 예측하는 금형 수명 예측부;
   를 더 포함하는, 지능형 단조 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   피가공물은 1차 금형에서 1차로 단조 성형된 후, 2차 금형으로 이송되거나 또는 1차 금형에서 1차로 단조 성형된 후, 2차 금형에서 2차로 단조 성형된 후, 3차 이상의 다단 금형으로 이송될 수 있도록 상기 펀치 블록은 복수개의 상기 펀치들이 일렬로 설치되는 냉간 다단 단조형 펀치 블록이고,
   상기 압력 센서는, 적어도 상기 금형들 중 어느 하나 이상, 상기 금형이 설치된 금형 조립체들 중 어느 하나 이상, 상기 펀치 블록들 중 어느 하나 이상 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되고,
   상기 온도 센서는, 상기 압력 센서가 설치된 적어도 상기 금형들 중 어느 하나 이상, 상기 금형이 설치된 금형 조립체들 중 어느 하나 이상, 상기 펀치 블록들 중 어느 하나 이상 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되고,
   상기 다이 블록은 복수개의 상기 금형들이 상기 펀치들과 대응되도록 나란하게 설치되는 냉간 다단 단조형 금형 블록인, 지능형 단조 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 압력 센서는,
   상기 1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 압력 센서; 및
   상기 2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 압력 센서;를 포함하고,
   상기 온도 센서는,
   상기 1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 온도 센서; 및
   상기 2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 온도 센서;를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 제 1 압력 센서와 상기 제 1 온도 센서를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하고, 상기 제 2 압력 센서와 상기 제 2 온도 센서를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하며, 이들 상기 편차율들 또는 상기 편차도들의 누적 합계치를 산출하는 편차 누적부;
   상기 누적 합계치가 정상 범위 이내인 지를 판별하는 누적 보상 압력 판별부;
   상기 누적 합계치가 상기 정상 범위에 속하면 정상 누적 판별 신호를 출력하는 정상 누적 신호 출력부; 및
   상기 누적 합계치가 상기 정상 범위를 벗어나면 비정상 누적 판별 신호를 출력하는 비정상 누적 신호 출력부;
   를 더 포함하는, 지능형 단조 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형 조립체는,
   상기 펀치와 대응되도록 내부에 피가공물이 삽입되는 캐비티가 형성되는 초경팁과, 상기 초경팁의 하면을 지지하는 서포터 및 상기 초경팁과 상기 서포터의 외경면을 둘러싸는 부싱을 포함하는 금형; 및
   상기 금형의 압력이 전달되도록 상면이 상기 금형의 상기 서포터의 하면과 상기 부싱의 하면에 접촉되고, 일측에 상기 금형의 압력 방향과 수직 방향으로 형성되는 제 1 수직홈부 및 제 2 홈부가 형성되는 스페이서;을 포함하고,
   상기 압력 센서는, 상기 스페이서의 상기 제 1 수직홈부에 삽입되고, 상기 스페이서에 전달된 압력을 전기적인 형태로 변환하는 피에조(압전) 센서이고,
   상기 온도 센서는, 상기 스페이서의 상기 제 2 홈부에 삽입되고, 상기 스페이서에 전달된 열에너지를 전기적인 형태로 변환하는 접촉식 또는 비접촉식 온도 센서인, 지능형 단조 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 펀치 또는 상기 펀치가 설치된 펀치 조립체에 설치되는 펀치측 압력 센서;
   를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 펀치측 압력 센서로부터 인가된 온도 보상 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력하는, 지능형 단조 시스템.
8. 적어도 하나 이상의 펀치가 설치되는 펀치 블록, 상기 펀치와 대응되도록 적어도 하나 이상의 금형이 설치되는 다이 블록, 상기 펀치로부터 인가되는 하중을 센싱할 수 있도록 적어도 상기 금형, 상기 금형이 설치된 금형 조립체, 상기 펀치 블록 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상에 설치되는 압력 센서, 상기 압력 센서에서 측정된 측정 압력 신호의 온도 편차를 보상할 수 있도록 상기 압력 센서 부근에 설치되고, 상기 압력 센서의 압력 측정시 온도를 측정하는 온도 센서 및 상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호를 고려하여 상기 압력 센서로부터 인가된 측정 압력 신호를 온도 보정 압력 신호로 보정하고, 상기 온도 보정 압력 신호와 미리 입력된 정상 범위를 비교하여 이를 벗어나면 비정상 신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법에 있어서,
   정상적인 예상 보정 신호의 예상 기준 파형과, 상기 예상 기준 파형으로부터 높게 허용되는 예상 상한 파형 및 상기 예상 기준 파형으로부터 낮게 허용되는 예상 하한 파형에 대한 정보를 저장하는 예상 보정 파형 저장 단계;
   상기 압력 센서로부터 인가된 상기 측정 압력 신호에 대한 압력값에서 상기 온도 센서에서 측정된 측정 온도 신호의 온도값을 상쇄시킨 상기 온도 보정 압력 신호를 산출하는 온도 보상 압력 신호 산출 단계;
   상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하는 지를 판별하는 보상 압력 판별 단계;
   상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위에 속하면 정상 판별 신호를 출력하는 정상 판별 신호 출력 단계; 및
   상기 온도 보상 압력 신호가 상기 예상 상한 파형과 상기 예상 하한 파형 사이의 정상 범위를 벗어나면 비정상 판별 신호를 출력하는 비정상 판별 신호 출력 단계;
   를 포함하는, 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   금형의 S-N 커브 곡선을 이용하여 상기 온도 보정 압력값의 N회 응력의 상한값을 기준으로 금형의 수명을 예측하거나, 또는 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 일치율 또는 일치도를 산출하고, 상기 일치율의 변화 또는 상기 일치도의 변화를 측정하여 상기 금형의 수명을 예측하는 금형 수명 예측 단계;
   를 더 포함하는, 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 센서는,
    1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 압력 센서; 및
    2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 압력 센서;를 포함하고,
    상기 온도 센서는,
    상기 1차 금형 또는 상기 1차 금형 조립체에 설치되는 제 1 온도 센서; 및
    상기 2차 금형 또는 상기 2차 금형 조립체에 설치되는 제 2 온도 센서;를 포함하며,
    상기 제 1 압력 센서와 상기 제 1 온도 센서를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하고, 상기 제 2 압력 센서와 상기 제 2 온도 센서를 이용하여 산출된 상기 온도 보상 압력 신호와 상기 예상 기준 파형의 편차율 또는 편차도를 산출하며, 이들 상기 편차율들 또는 상기 편차도들의 누적 합계치를 산출하는 편차 누적 단계;
    상기 누적 합계치가 정상 범위 이내인 지를 판별하는 누적 보상 압력 판별 단계;
    상기 누적 합계치가 상기 정상 범위에 속하면 정상 누적 판별 신호를 출력하는 정상 누적 신호 출력 단계; 및
    상기 누적 합계치가 상기 정상 범위를 벗어나면 비정상 누적 판별 신호를 출력하는 비정상 누적 신호 출력 단계;
    를 더 포함하는, 지능형 단조 시스템의 정밀 진단 방법.

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