KR102496699B1 - 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법 - Google Patents

다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가공 중에도 공구 파손검지가 가능한 비접촉식 공구 파손검지 시스템으로서 기존의 가공부하 감시 뿐만 아니라, 미분 감시와 에너지 감시를 통해 다축헤드에 장착된 다수 공구의 이상 유무를 정확하게 감지할 수 있는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법을 제공한다.

Description

다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법{Method and Apparatus for Detecting Broken Tool for Multi-Axis Head Machining Equipment}
본 발명은 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공부하 감시 뿐만 아니라, 미분 감시와 에너지 감시를 통해 다축헤드에 장착된 다수 공구의 이상 유무를 정확하게 감지할 수 있는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법에 관한 것이다.
다축헤드 가공설비는 멀티 스핀들에 설치되는 다수의 공구로 금속 등을 가공하는 설비이며, 상기 멀티 스핀들을 회전시키기 위한 스핀들 모터와 직선 운동시키기 위한 축이송 모터를 구비한다.
다축헤드 가공설비는 가공 작업 중 일부 공구가 파손될 수 있는데(도 1 참조), 이때 파손된 공구에 의해 설비 자체가 파손되거나 가공 불량이 발생될 수 있으므로, 공구 파손을 검지하는 시스템을 구비한다.
가공설비의 공구파손을 검지하는 시스템으로는 접촉식과 비접촉식이 있다.
도 2는 접촉식 공구 파손검지 시스템의 일례를 도시한 도면으로, 도 2를 참조하면, 접촉식 공구 파손검지 시스템(10)은 절삭 공구(12)에 접촉해 공구의 파손을 검지하는 파손검지 센서(11)로 이루어지는데, 이러한 접촉식 공구 파손검지 시스템(10)은 가공 중에는 공구 파손검지가 불가능하므로, 가공 중 설비 파손이나 가공 불량을 근본적으로 방지할 수는 없는 문제점이 있다.
비접촉식 공구 파손검지 시스템은 스핀들 축에 걸리는 과부하를 검지하여 공구 파손을 예측하는 시스템으로서 가공 중에도 공구 파손검지가 가능하나, 멀티 스핀들과 하나의 스핀들 모터로 이루어지는 다축헤드 가공설비에는 적용하기 어려우며, 또한 가공부하가 작은 가공작업 중에는 스핀들 축에 걸리는 부하의 검지 자체가 어려워 공구 파손검지가 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 가공 중에도 공구 파손검지가 가능한 비접촉식 공구 파손검지 시스템으로서 기존의 가공부하 감시 뿐만 아니라, 미분 감시와 에너지 감시를 통해 다축헤드에 장착된 다수 공구의 이상 유무를 정확하게 감지할 수 있는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템은 다축헤드 가공설비와, 상기 가공설비에 연결되어 공구의 파손을 검지하는 공구파손 검지 장치를 포함하여 구성되는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템에 있어서, 상기 공구파손 검지 장치는 상기 다축헤드 가공설비의 전류 및 전류 변화량를 측정하여 가공부하, 미분 및 에너지를 모두 감시함으로써 가공 중 다축헤드에 장착된 다수 공구의 이상 유무를 감지하는 것을 특징으로 한다.
상기 다축헤드 가공설비는, 다수의 공구를 장착하기 위한 멀티 스핀들; 상기 멀티 스핀들을 회전시키기 위한 스핀들 모터와 직선 운동시키기 위한 축이송 모터; 상기 스핀들 모터와 축이송 모터에 동력선으로 연결되어 전류를 공급하는 전류 공급장치; 및 PLC 및 PMC 회로를 포함할 수 있다.
상기 공구파손 검지 장치는, 상기 다축헤드 가공설비의 상기 전류 공급장치와 상기 스핀들 모터 또는 상기 축이송 모터 사이의 상기 동력선에 직접 연결되어 전류 및 전류 변화량을 측정하는 전류 측정센서; 및 콘트롤러를 포함할 수 있다.
상기 콘트롤러는 상기 다축헤드 가공설비의 NC 가공 프로그램에 의해 제어되며, 할당된 I/O를 통해 상기 다축헤드 가공설비의 PLC 및 PMC 회로에 신호 연결될 수 있다.
상기 다축헤드 가공설비는 PLC 회로에 알람 대응 회로를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비는 다수의 공구를 장착하기 위한 멀티 스핀들; 상기 멀티 스핀들을 회전시키기 위한 스핀들 모터와 직선 운동시키기 위한 축이송 모터; 상기 스핀들 모터와 축이송 모터에 동력선으로 연결되어 전류를 공급하는 전류 공급장치; 및 PLC 및 PMC 회로를 포함하며, 상기 PLC 회로는 상기 동력선의 전류 및 전류 변화량를 측정하여 가공부하, 미분 및 에너지를 모두 감시함으로써 가공 중 상기 공구의 이상 유무를 검지하는 공구파손 검지 장치와 신호 연결되어 가공 중 상기 공구의 파손 검지시 알람을 발생하고 상기 공구를 비상 후진시키는 알람 대응 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치는 다축헤드 가공설비의 전류 공급장치와 스핀들 모터 또는 축이송 모터 사이의 동력선에 직접 연결되어 전류 및 전류 변화량을 측정하는 전류 측정센서; 및 콘트롤러를 포함하며, 상기 측정된 동력선의 전류 및 전류 변화량으로부터 가공부하, 미분 및 에너지를 모두 감시함으로써 상기 다축헤드 가공설비의 가공 중 공구의 이상 유무를 검지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법은 가공 시작 단계, 가공부하 감시 단계, 미분 감시 단계, 에너지 감시 단계를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 가공부하 감시 단계 또는 미분 감시 단계에서 이상이 검지되면 알람 발생 단계, 비상후진 단계 및 가공 종료 단계를 순차적으로 수행할 수 있다.
상기 비상후진 단계는 상기 이상 검지시 바로 공구의 회전을 멈추고 작업물에서 멀어지도록 상기 공구를 후진시킬 수 있다.
상기 에너지 감시 단계에서 이상이 검지되면 가공을 완료한 후 가공 종료시 공구 교환 알람이 발생되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법에 의하면, 가공설비의 가공 중 공구의 파손을 정확하게 감지하고 즉각적인 비상후진이 이루어지도록 함으로써, 공구의 파손으로 인한 가공 불량품 발생 및 설비의 손상을 방지하고, 이에 따라 가공설비의 가동율 및 생산성 향상에 기여하게 되는 효과가 있다.
도 1은 다축헤드 가공설비의 작업 중 공구가 파손된 예를 도시한 도면이다.
도 2는 접촉식 공구 파손검지 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치에서 가공부하 감시와 미분 감시에 의한 공구의 파손 검지의 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치에서 에너지 감시에 의한 절삭 공구의 수명 감지의 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법을 도시한 순서도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템(1)은 가공설비(2)와, 상기 가공설비(2)에 연결되어 공구의 파손을 검지하는 공구파손 검지 장치(3)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치(3)는 가공설비(2)의 전류 공급장치(21)와 구동모터(22) 사이의 동력선(23)에 직접 연결되어 전류 및 전류 변화량을 측정하는 전류 측정센서(31)와 자체 콘트롤러(32)를 포함한다.
상기 전류 측정센서(31)에 의해 전류 및 전류 변화량이 측정되는 상기 구동모터(22)는 스핀들 모터(22') 또는 축이송 모터(22") 중 어느 하나가 될 수 있으며, 가공 작업이나 공구 형상에 따라 모니터링에 적합한 어느 하나의 모터를 선택하게 된다.
상기 콘트롤러(32)는 가공설비(2)의 NC 가공 프로그램에 의해 제어되며, 할당된 I/O를 통해 가공설비(2)의 PLC(Programmable Logic Controller) 회로(24) 및 PMC(Programmable Motion Controller) 회로(25)에 신호 연결된다.
한편, 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템(1)은 도 3에 도시된 바와 같이 PLC 회로(24)에 알람 대응 회로(26)를 포함하며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치(3)는 상기 전류 측정센서(31)로부터 측정되는 전류 및 전류 변화량으로부터 가공부하(Power)뿐만 아니라, 미분(Derivative) 및 에너지(Energy)를 감시함으로써 가공 중 다축헤드에 장착된 다수 공구의 이상 유무를 감지한다.
도 4는 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치에서 가공부하 감시와 미분 감시에 의한 공구의 파손 검지의 실시예를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치에서 에너지 감시에 의한 절삭 공구의 수명 감지의 실시예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치(3)는 가공 중 가공부하, 즉 파워값의 이상 변동을 감시하여 공구의 파손을 검지할 수 있으며, 이에 더해 파워값의 미분치에 대한 이상 변동을 감시함으로써 가공부하 감시만으로는 검지할 수 없는 공구의 미세 파손까지도 정확하게 검지할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치(3)는 매 가공시 마다 가공에 사용된 에너지, 즉 전체 파워값에 대한 가공 횟수에 따른 변동량을 감시함으로써 공구마모 검지 및 교환시기를 검지할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법을 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법은 가공 시작 단계(S100), 가공부하 감시 단계(S200), 미분 감시 단계(S300), 에너지 감시 단계(S400)를 순차적으로 수행한다.
이때, 가공부하 감시 단계(S200) 또는 미분 감시 단계(S300)에서 이상이 검지되면 알람 발생 단계(S510), 비상후진 단계(S520) 및 가공 종료 단계(S530)를 순차적으로 수행한다. 여기서, 비상후진 단계(S520)는 손상 공구의 2차 파손이나 다른 공구로의 연이은 파손을 방지하기 위한 것으로, 이상 검지시 바로 공구의 회전을 멈추고 작업물에서 멀어지도록 공구를 후진시키는 단계이다.
본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템(1)은 상기 비상후진을 위한 알람 대응 회로(26)를 포함하며, 상기 알람 대응 회로(26)는 신호지연에 따른 비상후진의 시간지연을 방지하기 위해 공구파손 검지 장치(3)의 콘트롤러(32)가 아닌 가공설비(2)의 PLC 회로(24) 상에 구비된다. 상기 알람 대응 회로(26)를 상기 콘트롤러(32) 상에 구비하거나, NC 가공 프로그램 상에서 비상후진 프로그램으로써 구비하는 경우에는, 비상후진의 시간지연이 발생하게 되어 손상 공구의 2차 파손이나 다른 공구로의 연이은 파손을 피하기 어렵다.
한편, 에너지 감시 단계(S400)에서는 이상이 검지되면 가공(S610)을 완료한 후 가공 종료(S620)시 공구 교환 알람(S630)이 발생되도록 한다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 장치 및 방법에 의하면, 가공설비의 가공 중 공구의 파손을 정확하게 감지하고 즉각적인 비상후진이 이루어지도록 함으로써, 공구의 파손으로 인한 가공 불량품 발생 및 설비의 손상을 방지하고, 이에 따라 가공설비의 가동율 및 생산성 향상에 기여하게 된다.
1: 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템
2: 가공설비 3: 공구파손 검지 장치
10: 접촉식 공구 파손검지 시스템
11: 파손검지 센서 12: 절삭 공구
21: 전류 공급장치 22: 구동모터
22': 스핀들 모터 22": 축이송 모터
23: 동력선 24: PLC 회로
25: PMC 회로 26: 알람 대응 회로
31: 전류 측정센서 32: 콘트롤러
S100: 가공 시작 단계 S200: 가공부하 감시 단계
S300: 미분 감시 단계 S400: 에너지 감시 단계
S510: 알람 발생 단계 S520: 비상후진 단계
S530: 가공 종료 단계 S610: 가공 단계
S620: 가공 종료 단계 S630: 공구 교환 알람 단계
S710: 가공 단계 S720: 가공 종료 단계

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 다축헤드 가공설비와, 상기 가공설비에 연결되어 공구의 파손을 검지하는 공구파손 검지 장치를 포함하며,
    상기 공구파손 검지 장치는 상기 다축헤드 가공설비의 전류 및 전류 변화량를 측정하여 가공부하, 상기 가공부하의 미분 및 에너지를 모두 감시함으로써 가공 중 다축헤드에 장착된 다수 공구의 이상 유무를 감지하고,
    상기 다축헤드 가공설비는,
    다수의 공구를 장착하기 위한 멀티 스핀들;
    상기 멀티 스핀들을 회전시키기 위한 스핀들 모터와 직선 운동시키기 위한 축이송 모터;
    상기 스핀들 모터와 축이송 모터에 동력선으로 연결되어 전류를 공급하는 전류 공급장치; 및
    PLC 및 PMC 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공구파손 검지 장치는,
    상기 다축헤드 가공설비의 상기 전류 공급장치와 상기 스핀들 모터 또는 상기 축이송 모터 사이의 상기 동력선에 직접 연결되어 전류 및 전류 변화량을 측정하는 전류 측정센서; 및
    콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 콘트롤러는 상기 다축헤드 가공설비의 NC 가공 프로그램에 의해 제어되며, 할당된 I/O를 통해 상기 다축헤드 가공설비의 PLC 및 PMC 회로에 신호 연결되는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 다축헤드 가공설비는 PLC 회로에 알람 대응 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템.
  6. 다수의 공구를 장착하기 위한 멀티 스핀들;
    상기 멀티 스핀들을 회전시키기 위한 스핀들 모터와 직선 운동시키기 위한 축이송 모터;
    상기 스핀들 모터와 축이송 모터에 동력선으로 연결되어 전류를 공급하는 전류 공급장치; 및
    PLC 및 PMC 회로를 포함하며,
    상기 PLC 회로는 상기 동력선의 전류 및 전류 변화량를 측정하여 가공부하, 상기 가공부하의 미분 및 에너지를 모두 감시함으로써 가공 중 상기 공구의 이상 유무를 검지하는 공구파손 검지 장치와 신호 연결되어 가공 중 상기 공구의 파손 검지시 알람을 발생하고 상기 공구를 비상 후진시키는 알람 대응 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비.
  7. 삭제
  8. 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 따른 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 시스템에 의한 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법으로서,
    가공 시작 단계, 가공부하 감시 단계, 미분 감시 단계, 에너지 감시 단계를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가공부하 감시 단계 또는 미분 감시 단계에서 이상이 검지되면 알람 발생 단계, 비상후진 단계 및 가공 종료 단계를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 비상후진 단계는 상기 이상 검지시 바로 공구의 회전을 멈추고 작업물에서 멀어지도록 상기 공구를 후진시키는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 에너지 감시 단계에서 이상이 검지되면 가공을 완료한 후 가공 종료시 공구 교환 알람이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 다축헤드 가공설비의 공구파손 검지 방법.
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