KR102512173B1 - 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값, 평균값, 또는 중앙값 중 어느 하나를 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 자동으로 검출할 수 있는 공작기계의 백래쉬 보정장치 및 보정방법에 관한 것이다.

Description

공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법{Tool error detecting device of machine tool and method thereof}
본 발명은 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 자동으로 검출할 수 있는 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.
터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.
일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.
또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.
일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.
이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.
또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.
또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.
종래 공작기계에 사용되는 공구들은 과도한 부하(LOAD)가 걸리면 파손된다. 공구가 파손되거나 손상된 경우에는 가공 정밀도가 감소되고 심한 경우 주축까지 손상됨에 따라 공작기계 자체를 교체하여 유지보수 비용이 증가하고, 손상된 공구를 교체함에 따라 생산성이 감소되며, 손상된 공작물의 낭비를 초래하게 된다.
이에 따라, 작업자는 가공 중에 공구파손 여부를 지속적으로 확인해야 했다.
그러나, 도 1에 도시된 것처럼, 종래 공작기계의 공구이상 유무 검출장치 및 검출방법은 공구들에 과도한 부하가 걸리는지에 대해 주축의 최대 부하를 검출하여 저장하고, 가공 중에 최대 부하보다 현재 부하가 큰 경우에만 공구 이상 유무로 판단하고 가공 작업을 중단하여 최대 부하 이하의 부하가 발생하는 공구 이상에 대해서는 판단할 수 없는 문제점이 있었다. 도 1에서 T1, T2, T3, T4, T5는 각각의 서로 다른 공구를 의미한다.
즉, 종래 공작기계의 공구이상 유무 검출장치 및 검출방법은 공구의 완전 파손에 따른 무부하 발생하는 경우나 공구의 손상이 적어 부하 변동량이 작아 최대 부하 이상으로 검출되지 않은 경우에는 공구 이상이 발생하였음에도 불구하고, 가공을 중단하지 않아 가공정밀도를 감소시키고, 공작물을 낭비하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 공작기계의 공구이상 유무 검출장치 및 검출방법은 공구 이상이 발생함에도 불구하고 이를 정확하게 판단할 수 없어 공작기계의 신뢰성과 정밀성을 감소시키는 문제점이 있었다.
더욱이, 종래 공작기계의 공구이상 유무 검출장치 및 검출방법은 가공작업, 가공 소재 종류, 가공 공구 종류 등에 대한 변수에 대해 전혀 고려가 되지 않아 공구의 부하 트랜드(LOAD TREND)에 따른 공구이상 검출을 수행하지 않음에 따라 작업자가 지속적으로 육안으로 모니터링을 수행해야 함에 따라 작업자의 불편을 초래하고, 생산성을 감소시키며, 공작기계의 유지보수 비용을 증가시키는 문제점이 있었다.
대한민국 특허등록공보 제10-0579083호 대한민국 특허등록공보 제10-0600015호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 자동으로 검출함에 따라 신뢰성과 정확성을 극대화하고, 자원낭비를 방지할 수 있는 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 비교부의 공구이상 유무 판단 및 판단부의 소재 가공 완료 판단에 따라 기존의 데이터를 판단데이터 저장부에 저장하고 이를 반복 수행함에 따라 표준 데이터로 활용하여 최적의 정상범위 설정을 통해 머신러닝을 도모하여 사용자의 편의를 향상시키고 유지보수 비용을 절감할 수 있는 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출치는 소재를 이송하는 소재 이송부; 공구에 의해 상기 소재를 가공하는 소재 가공부; 및 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 공구의 이상 유무를 검출하기 위한 정보를 저장하는 저장부; 상기 소재 이송부 또는 상기 소재 가공부의 부하를 측정하는 측정부; 상기 측정된 부하 데이터들의 정상범위를 계산하는 계산부; 및 상기 계산부에 의해 계산된 상기 부하 데이터의 정상범위와 상기 측정부에서 측정된 데이터를 비교하여 공구의 이상 유무를 검출하는 비교부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출장치의 제어부는 상기 소재 이송부 또는 상기 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터들 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출장치의 제어부는 상기 비교부의 이상 유무 검토결과와 상기 소재 가공부에서 소재 가공 유무를 판별하는 판단부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출장치의 제어부의 계산부는 상기 측정부에서 측정된 부하 데이터 중에서 최대 최빈값과 최소 최빈값을 계산하는 최빈값 계산부; 상기 측정부에서 측정된 부하 데이터의 표준편차를 계산하는 표준편차 계산부; 및 상기 저장부에 저장된 데이터와 상기 최빈값 계산부, 및 상기 표준편차 계산부의 계산값에 의해 최대 정상범위와 최소 정상범위를 계산하는 정상범위 계산부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출장치의 제어부의 저장부는 최대 기준범위, 최소 기준범위, 최대 적용률, 및 최소 적용률 데이터를 저장하는 기본 데이터 저장부; 상기 측정부에서 측정된 부하 데이터를 저장하는 부하 데이터 저장부; 및 상기 정상범위 계산부에서 계산된 최대 정상범위와 최소 정상범위를 저장하는 정상범위 데이터 저장부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출장치의 제어부의 저장부는 상기 판단부의 판단결과, 소재 가공이 정상으로 종료되면 상기 기본 데이터 저장부, 상기 부하 데이터 저장부, 상기 정상범위 데이터 저장부에 저장된 데이터를 표준 데이터로 저장하는 판단 데이터 저장부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출장치는 상기 제어부의 공구이상 검출 자동 선택 기능 입력부; 및 상기 비교부와 상기 판단부의 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출장치의 제어부의 계산부는 상기 측정된 부하 데이터들 중에서 최빈값, 평균값, 또는 중앙값 중 어느 하나를 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 계산할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출방법은 기본 데이터를 저장하는 단계; 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 측정하는 단계; 측정된 부하 데이터를 저장하는 단계; 상기 측정된 부하 데이터에 따라 최대 최빈값과 최소 최빈값을 계산하는 단계; 상기 부하 데이터에 따라 최대 표준편차와 최소 표준편차를 계산하는 단계; 상기 기본 데이터와 상기 최대 최빈값과 최소 최빈값 및 상기 최대 표준편차와 최소 표준편차에 의해 최대 정상범위와 최소 정상범위를 계산하는 단계; 상기 계산된 정상범위를 저장하는 단계; 실시간으로 측정된 부하 데이터와 상기 계산된 정상범위를 비교하는 단계; 및 공구 이상 유무와 상기 소재 가공부에서 소재 가공 유무를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출방법은 상기 비교하는 단계 이후에, 측정된 부하 데이터가 정상범위를 벗어나는 경우에 표시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 공구이상 검출방법 상기 공구 이상 유무와 상기 소재 가공부에서 소재 가공 유무를 판단하는 단계 이후에, 소재 가공이 정상 종료되면 상기 기본 데이터, 상기 부하 데이터, 상기 정상범위 데이터를 표준 데이터로 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법은 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 검출함에 따라 신뢰성과 정확성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법은 신뢰성과 정확성의 극대화를 통해 공작기계의 유지비용을 절감하고, 사용자의 편의를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법은 비교부의 공구이상 유무 판단 및 판단부의 소재 가공 완료 판단에 따라 기존의 데이터를 판단데이터 저장부에 저장하고 이를 반복 수행함에 따라 표준 데이터로 활용하여 최적의 정상범위 설정을 통해 머신러닝을 도모하여 공작기계의 불량품 발생률을 최소화하고, 자원이 낭비되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치 및 검출방법은 입력부의 간단한 조작을 통해 공구이상 유무를 정확하게 검출함에 따라 비가공시간을 감소하여 공작기계의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 부하 측정에 따라 공구이상 유무 판단을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 정상범위를 계산하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출장치의 제어부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출방법을 나타내는 절차도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 조립식 베개의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 정상범위를 계산하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출장치의 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출장치의 제어부의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출방법을 나타내는 절차도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출장치(1)를 설명한다. 도 4 내지 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출장치(1)는 소재 이송부(200), 소재 가공부(300), 및 제어부(400)를 포함한다. 또한, 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출장치(1)는 입력부(100)와 표시부(500)를 더 포함할 수 있다.
입력부(100)는 조작반 등에 스위치 또는 터치 버튼 등의 형태로 설치되어 소재 가공 중에 제어부의 공구이상 검출 자동 선택 기능을 수행한다.
즉, 입력부(100)에 의해 조작자가 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 빈복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 검출 자동 선택 기능을 임의로 선택할 수 있다. 입력부(100)에서 공구 이상 검출 자동 선택 기능을 선택하지 않는 경우 공작기계의 공구이상 검출 기능이 작동하지 않게 된다.
이처럼, 입력부의 간단한 조작을 통해 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 빈복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상유무를 자동으로 검출함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 비가공시간을 감소하여 공작기계의 생산성을 향상할 수 있다.
소재 이송부(200)는 소재(WORKPIECE)를 이송한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 소재 이송부(200)는 가공 전 소재가 놓이는 팔렛트, 가공을 위한 소재가 안착되는 테이블 또는 선반을 이송하는 기능을 수행한다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 소재 이송부(200)는 회전운동을 직선운동으로 바꾸기 위해 볼스크류로 형성된다. 볼스크류는 볼스크류와 접촉하는 베어링과 이를 둘러싸는 베어링 하우징 및 볼스크류를 회전시키는 동력전달부로 이루어진다. 또한, 이러한 동력전달부는 모터 특히 서보모터로 형성될 수 있다. 필요에 따라 소재 이송부(200)는 랙피니언으로 형성될 수도 있고, 소재 이송부는 이송축으로 형성된다.
소재 가공부(300)는 공구(TOOL)에 의해 소재를 원하는 형상으로 가공한다. 즉, 소재 가공부(300)는 공구에 의해 소재를 절삭하고 이러한 소재 가공부는 보링머신, 드릴링 머신, 밀링 머신, 세이빙 머신, 터렛, 어태치먼트 등 공작물을 가공할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 소재 가공부(300)는 공구가 장착되는 스핀들(SPINDLE, 주축)으로 형성된다.
제어부(400)는 소재 이송부(200) 또는 소재 가공부(300)의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 검출하고, 공작기계의 소재 가공을 정시시킬 수 있다.
표시부(500)는 제어부(400)에 의해 공구 이상 유무와 측정 부하 데이터 등을 표시한다. 이에 따라 조작자가 육안으로 가공 중에 공구 이상유무를 실시간으로 모니터링하고, 부하 데이터를 실시간으로 확인할 수 있다.
또한, 표시부(500)는 후술하는 비교부(440)의 판단결과 계산부에서 계산된 부하데이터의 정상범위와 측정부에서 측정된 실시간 측정 데이터를 비교하여 실시간 측정 데이터가 정상범위에 포함되지 않는 경우에는 알람을 표시하여 공작기계의 이상을 조작자에게 알림에 따라 공작기계의 유지보수를 용이하게 하고, 공작물의 손상을 최소화할 수 있다. 이때에 알람은 모니터에 표시되는 형태, 경고음 또는 경광등 등의 형태로 표시될 수 있다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 표시부(500)는 LCD, LED, PDP 모니터 등으로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치는 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 빈복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 검출함에 따라 신뢰성과 정확성을 극대화할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치(1)의 제어부(400)는 저장부(410), 측정부(420), 계산부(430), 비교부(440), 및 판단부(450)를 포함한다.
저장부(410)는 공구의 이상 유무를 검출하기 위한 정보를 저장한다.
측정부(420)는 소재 이송부(200) 또는 소재 가공부(300)의 부하를 복수회 측정한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 측정부(420)는 소재 이송부(200)의 부하를 측정하는 소재 이송부 부하 데이터 측정부(421)와 소재 가공부(300)의 부하 데이터를 측정하는 소재 가공부 부하 데이터 측정부(422)를 구비한다.
소재 이송부 부하 데이터 측정부(421)와 소재 가공부 부하 데이터 측정부(422)는 다양한 방식에 의해 부하 데이터를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소재 이송부 부하 데이터 측정부(421)와 소재 가공부 부하 데이터 측정부(422)는 외부센서인 부하측정센서에 의해 소재 이송부와 소재 가공부의 부하 데이터를 측정할 수 있다.
또한, 부하측정센서는 소재 가공시에 공구의 주축에 가해지는 부하 또는 소재 이송부의 이송축이 직결타입이거나 기어로 연결되는 경우에도 기어비가 소정크기보다 작은 경우에 소재 이송부의 이송축에 가해지는 부하를 측정할 수 있다.
만약, 소재 이송부의 이송축이 직결타입이 아닌 기어로 연결되는 경우에 기어비가 크게 되면 모터에서 발생하는 부하 데이터는 모터가 연결되는 기어비의 제곱에 반비례하기 때문에 부하 데이터가 노이즈와 크기가 비슷해져 이를 측정할 수 없기 때문이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 소재 이송부 부하 데이터 측정부(421)와 소재 가공부 부하 데이터 측정부(422)는 CNC 컨트롤러를 이용하여 주축 모터와 서보모터의 부하 전류치를 검출하는 방식으로 부하를 측정할 수 있다.
계산부(430)는 측정부(420)에 의해 측정된 부하 데이터들의 정상범위를 계산한다. 또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 계산부(430)는 측정된 부하 데이터들 중에서 최빈값, 평균값 또는 중앙값 중 어느 하나를 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 계산한다. 특히, 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 따른 계산부(430)는 측정부(420)에 의해 측정된 부하 데이터들 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 계산한다. 이처럼, 계산부(430)가 측정부(420)에서 측정된 부하 데이터들의 정상범위를 최빈값, 평균값, 또는 중앙값 중 어느 하나를 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 계산함에 따라 신뢰성과 정확성을 극대화하고, 이를 통해 공작기계의 유지비용을 절감하고, 사용자의 편의를 향상시킬 수 있다.
비교부(440)는 계산부(430)에 의해 계산된 부하 데이터의 정상범위와 측정부에서 실시간으로 측정된 부하 데이터를 비교하여 공구의 이상 유무를 검출한다.
판단부(450)는 비교부(440)의 이상유무 비교결과와 소재 가공부에서 소재 가공 유무에 따른 공작기계 상태를 판별한다.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치는 가공 유무와 실시간으로 가공시에 공구이상 유무를 비교하고 가공 유무를 판별하여 실시간으로 제어하고 가공을 수행함에 따라 가공 정밀도의 극대화를 통해 정밀가공이나 초정밀가공과 같이 가공 정밀도에 대한 오차가 적은 가공이 가능하여 공작기계의 신뢰도를 향상시키고 공작기계의 판매와 수출을 증대할 수 있다.
도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 공구이상 검출장치(1)의 제어부(400)의 계산부(430)는 최빈값 계산부(431), 표준편차 계산부(432), 및 정상범위 계산부(433)를 포함한다.
최빈값 계산부(431)는 측정부에서 측정된 복수의 부하 데이터 중에서 최대 최빈값(MODEMAX[TX-PX])과 최소 최빈값(MODEMIN[TX-PX])과 최소 최빈값을 계산한다.
여기에서 최대 최빈값(MODEMAX[TX-PX])은 측정된 복수의 부하 데이터의 상위 복수개의 최빈값 중 최대치를 계산하고, 최소 최빈값(MODEMIN[TX-PX])은 측정된 복수의 부하 데이터의 하위 복수개의 최빈값 중 최소치를 계산한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 정상범위의 기준치와 공구이상 판단의 신뢰성을 향상하기 위해 최대 최빈값(MODEMAX[TX-PX])은 측정된 복수의 부하 데이터의 상위 3개의 최빈값 중 최대치를 계산하고, 최소 최빈값(MODEMIN[TX-PX])은 측정된 복수의 부하 데이터의 하위 3개의 최빈값 중 최소치로 계산된다.
표준편차 계산부(432)는 측정부(420)에서 실시간으로 측정된 복수의 부하 데이터들의 표준편차(σ[TX-PX])를 계산한다. 표준편차 계산부(432)는 측정된 부하 데이터의 평균에서 각각의 측정값을 빼고 이 값을 각각 제곱하여 합산한 후에 측정된 횟수로 나누고, 이러한 값에 루트로 계산한 값으로 결정된다.
정상범위 계산부(433)는 저장부(410)의 기본 데이터 저장부(411)에 저장된 최대 기준범위(a0), 최소 기준범위(b0), 최대 적용률(f(+)), 최소 적용률(f(-)) 데이터와 최빈값 계산부(431)의 최대 최빈값, 최소 최빈값, 및 표준편차 계산부(432)의 계산값에 의해 최대 정상범위(a)와 최소 정상범위(b)를 계산한다.
이러한 정상범위 계산부(433)에 의해 최대 정상범위(a)와 최소 정상범위(b)가 최종적으로 계산되고, 이러한 정상범위 값이 후술하는 저장부(410)의 정상범위 데이터 저장부(414)에 저장된다.
계산부(430)의 계산 원리를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
측정부(420)의 소재 이송부 데이터 측정부(421) 및/또는 소재 가공부 데이터 측정부(422)가 공구 3에 대한 부하를 복수회 측정한다. 이때 도 2와 같은 부하 데이터가 획득된다.
도 3과 같이 공구 3에 대해 측정부가 소재 가공부의 부하를 10회 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위는 아래의 수학식(1)(최대 정상범위(a))과 수학식(2)(최소 정상범위(b))를 통해 계산된다.
[수학식 1]
최대 정상범위(a) = TX-PXMAX = MODEMAX[TX-PX] + σ[TX-PX]×f(+) + a0
최대 최빈값 : MODEMAX[TX-PX]
표준편차 : σ[TX-PX]
최대 적용률 : f(+)
최대 기준범위 : a0
[수학식 2]
최소 정상범위(b) = TX-PXMAX = MODEMIN[TX-PX] - σ[TX-PX]×f(-) + b0
최소 최빈값 : MODEMIN[TX-PX]
표준편차 : σ[TX-PX]
최소 적용률 : f(-)
최소 기준범위 : b0
도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 공구이상 검출장치(1)의 제어부(400)의 저장부(410)는 기본 데이터 저장부(411), 부하 데이터 저장부(412), 및 정상범위 데이터 저장부(413)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출장치(1)의 저장부(410)는 판단 데이터 저장부(414)를 더 포함할 수 있다.
기본 데이터 저장부(411)는 최대 기준범위(a0), 최소 기준범위(b0), 최대 적용률(f(+)), 및 최소 적용률(f(-)) 데이터를 저장한다. 상술한 바와 같이 소재와 모터 등의 종류와 성능에 따라 최대 기준범위(a0), 최소 기준범위(b0), 최대 적용률(f(+)), 및 최소 적용률(f(-)) 데이터는 미리 입력된 룩업 데이터 형태로 저장될 수 있다.
부하 데이터 저장부(412)는 상술한 바와 같이 측정부(420)의 소재 이송부 부하 데이터 측정부(421)와 소재 가공부 부하 데이터 측정부(422)에서 측정된 부하 데이터를 저장한다.
정상범위 데이터 저장부(413)은 정상범위 계산부(433)에서 계산된 최대 정상범위(a)와 최소 정상범위(b)를 저장한다.
판단 데이터 저장부(414)는 상술한 바와 같이 비교부의 이상유무와 소재 가공부의 가공 유무에 따른 판단부의 판단결과, 소재 가공이 정상으로 종료되면 기본 데이터 저장부(411), 부하 데이터 저장부(412), 정상범위 데이터 저장부(413)에 저장된 데이터를 표준 데이터로 저장하여 머신러닝을 도모한다. 이처럼, 판단 데이터 저장부(414)에 일정 횟수 이상의 데이터자 저장되면 최대 정상범위와 최소 정상범위 계산시에 최대 기준범위(a0), 최소 기준범위(b0), 최대 적용률(f(+)), 및 최소 적용률(f(-)) 데이터가 자동으로 최적화된 상수로 해당 상황에 맞도록 변경되어 수학식 1과 수학식 2에 적용된다.
이처럼, 본 발명은 단순히 부하 데이터의 최대값과 실시간 부하 데이터를 비교하는 것이 아니라 복수의 부하 데이터 측정을 통해 트랜드를 반영하고 이러한 트랜드를 최빈값을 기준으로 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 최대 정상범위와 최소 정상범위를 설정하고 이러한 정상범위에 소재 이송부 또는 소재 가공부의 실시간 부하 데이터가 포함되는지를 비교부에서 판단하여 이상유무를 검출함에 따라 공작기계의 신뢰성을 극대화하고, 공작기계의 가공 정밀도를 향상할 수 있다. 또한, 비교부의 판단결과 이상으로 검출될 경우에 표시부를 통해 알람을 발생하여 작업자에에 이를 신속하게 알려줌에 따라 공작기계의 불량품 발생률을 최소화하여 자원낭비를 방지할 수 있다.
또한, 수학식 1 및 수학식 2에서 최대 기준범위, 최소 기준범위, 최대 적용률, 최소 적용률은 기준 데이터 저장부에 저장된 상수이고, 이러한 상수는 비교부의 공구이상 유무 판단 및 판단부의 소재 가공 완료 판단에 따라 기존의 데이터를 판단데이터 저장부에 저장하고 이를 반복 수행함에 따라 표준 데이터로 활용하여 최적의 정상범위 설정을 통해 머신러닝을 통해 자동으로 변경하여 본 발명에 의한 공작기계의 공구이상 검출장치를 반복수행할 수록 빅데이터가 축적되어 러닝머신의 정확도가 더욱 증가하여 최적의 정상범위를 산출함에 따라 공작기계의 신뢰도를 더욱 향상시키고, 공작기계의 비가공시간을 감소하여 생산성을 극대화할 수 있다.
도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출방법을 설명한다. 도 6에 도시된 것처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구이상 검출방법은 기본 데이터 저장 단계(S1), 부하 데이터 측정 단계(S2), 부하 데이터 저장 단계(S3), 최빈값 계산 단계(S4), 표준편차 계산 단계(S5), 정상범위 계산 단계(S6), 정상범위 데이터 저장 단계(S7), 비교단계(S8), 및 판단단계(S9)를 포함하고, 표시단계(S10) 또는 판단 데이터 저장단계(S11)를 더 포함할 수 있다.
저장부(410)의 기본 데이터 저장부(411)에 최대 기준범위, 최소 기준범위, 최대 적용률, 및 최소 적용률 데이터를 저장한다.
기본 데이터 저장 단계(S1) 이후에, 측정부(420)의 소재 이송부 부하 데이터 측정부(421)와 소재 가공부 부하 데이터 측정부(422)에서 부하 데이터를 반복하여 측정한다.
부하 데이터 측정 단계(S2) 이후에, 측정부(420)에서 측정된 부하 데이터를 저장부(410)의 부하 데이터 저장부(412)에 저장한다.
부하 데이터 저장 단계(S3) 이후에, 계산부(430)의 최빈값 계산부(431)에서 반복 측정된 부하 데이터들에 의해 상위 복수의 최빈값 중 최대 최빈값과 하위 복수의 최빈값 중 최소 최빈값을 계산한다.
즉 상술한 바와 같이 최대 최빈값(MODEMAX[TX-PX])은 측정된 복수의 부하 데이터의 상위 복수개의 최빈값 중 최대치를 계산하고, 최소 최빈값(MODEMIN[TX-PX])은 측정된 복수의 부하 데이터의 하위 복수개의 최빈값 중 최소치를 계산한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 정상범위의 기준치와 공구이상 판단의 신뢰성을 향상하기 위해 최대 최빈값(MODEMAX[TX-PX])은 측정된 복수의 부하 데이터의 상위 3개의 최빈값 중 최대치를 계산하고, 최소 최빈값(MODEMIN[TX-PX])은 측정된 복수의 부하 데이터의 하위 3개의 최빈값 중 최소치로 계산된다.
최빈값 계산 단계(S4) 이후에, 표준편차 계산부(432)에서 측정부(420)에서 실시간으로 측정된 복수의 부하 데이터들의 표준편차(σ[TX-PX])를 계산한다. 표준편차 계산부(432)는 측정된 부하 데이터의 평균에서 각각의 측정값을 빼고 이 값을 각각 제곱하여 합산한 후에 측정된 횟수로 나누고, 이러한 값에 루트로 계산한 값으로 계산한다.
표준편차 계산 단계(S5) 이후에, 정상범위 계산부(433)에서 저장부(410)의 기본 데이터 저장부(411)에 저장된 최대 기준범위(a0), 최소 기준범위(b0), 최대 적용률(f(+)), 최소 적용률(f(-)) 데이터와 최빈값 계산부(431)의 최대 최빈값, 최소 최빈값, 및 표준편차 계산부(432)의 계산값에 의해 최대 정상범위(a)와 최소 정상범위(b)를 상술한 수학식 1과 수학식 2에 의해 계산한다.
정상범위 계산 단계(S6) 이후에, 정상범위 계산부(433)에 의해 최대 정상범위(a)와 최소 정상범위(b)가 최종적으로 계산되고, 이러한 정상범위 값은 저장부(410)의 정상범위 데이터 저장부(414)에 저장된다.
정상범위 데이터 저장 단계(S7) 이후에, 비교부(440)에서 실시간 측정부(430)에서 측정된 부하 데이터와 정상범위 계산부(433)에서 계산된 정상범위 데이터를 비교한다.
비교단계(S8) 이후에, 비교결과 실시간으로 측정된 부하 데이터가 정상범위를 벗어난 경우는 이상으로 판단하여 표시부(500)에 표시하여 사용자에게 공구 이상 상태를 경고한다.
비교결과 실시간으로 측정된 부하 데이터가 정상범위에 포함된 경우에는 소재 가공 유무와 정상범위 포함여부를 판단부(450)가 한번더 판단한다.
판단단계(S9) 이후에, 판단결과 소재 가공 중인 경우에는 부하 데이터 측정 단계로 회귀하여 이후 절차를 반복한다.
판단단계(S9) 이후에, 판단결과 소재 가공이 정상 종료된 경우에는 소재 가공이 정상으로 종료되면 기본 데이터 저장부(411), 부하 데이터 저장부(412), 정상범위 데이터 저장부(413)에 저장된 데이터를 표준 데이터로 저장하여 머신러닝을 도모한다.
따라서, 본 발명은 소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 자동으로 검출함에 따라 신뢰성과 정확성을 향상하고, 단순히 부하 데이터의 최대값과 실시간 부하 데이터를 비교하는 것이 아니라 복수의 부하 데이터 측정을 통해 트랜드를 반영하고 이러한 트랜드를 최빈값을 기준으로 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 최대 정상범위와 최소 정상범위를 설정하고 이러한 정상범위에 소재 이송부 또는 소재 가공부의 실시간 부하 데이터가 포함되는지를 비교부에서 판단하여 이상유무를 검출함에 따라 공작기계의 신뢰성과 정확성을 극대화하고, 공작기계의 가공 정밀도를 향상할 수 있다. 또한, 비교부의 판단결과 이상으로 검출될 경우에 표시부를 통해 알람을 발생하여 작업자에에 이를 신속하게 알려줌에 따라 공작기계의 불량품 발생률을 최소화하여 자원낭비를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
1 : 공구이상 검출장치, 100 : 입력부,
200 : 소재 이송부, 300 : 소재 가공부,
400 : 제어부, 500 : 표시부.

Claims (11)

  1. 소재를 이송하는 소재 이송부;
    공구에 의해 상기 소재를 가공하는 소재 가공부; 및
    제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 공구의 이상 유무를 검출하기 위한 정보를 저장하는 저장부;
    상기 소재 이송부 또는 상기 소재 가공부의 부하를 측정하는 측정부;
    상기 측정된 부하 데이터들의 정상범위를 계산하는 계산부;
    상기 계산부에 의해 계산된 상기 부하 데이터의 정상범위와 상기 측정부에서 측정된 데이터를 비교하여 공구의 이상 유무를 검출하는 비교부; 및
    상기 비교부의 이상 유무 검토결과와 상기 소재 가공부에서 소재 가공 유무를 판별하는 판단부;를 포함하고
    상기 계산부는,
    상기 측정부에서 측정된 부하 데이터들 중에서 최대 최빈값과 최소 최빈값을 계산하는 최빈값 계산부;
    상기 측정부에서 측정된 부하 데이터의 표준편차를 계산하는 표준편차 계산부; 및
    상기 저장부에 저장된 데이터와 상기 최빈값 계산부, 및 상기 표준편차 계산부의 계산값에 의해 최대 정상범위와 최소 정상범위를 계산하는 정상범위 계산부;를 포함하고
    상기 저장부는,
    최대 기준범위, 최소 기준범위, 최대 적용률, 및 최소 적용률 데이터를 저장하는 기본 데이터 저장부;
    상기 측정부에서 측정된 부하 데이터를 저장하는 부하 데이터 저장부;
    상기 정상범위 계산부에서 계산된 최대 정상범위와 최소 정상범위를 저장하는 정상범위 데이터 저장부; 및
    상기 판단부의 판단결과, 소재 가공이 정상으로 종료되면 상기 기본 데이터 저장부, 상기 부하 데이터 저장부, 상기 정상범위 데이터 저장부에 저장된 데이터를 표준 데이터로 저장하는 판단 데이터 저장부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 소재 이송부 또는 상기 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터들 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구이상 검출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 공구이상 검출 자동 선택 기능 입력부; 및
    상기 비교부와 상기 판단부의 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구이상 검출장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 계산부는,
    상기 측정된 부하 데이터들 중에서 최빈값, 평균값, 또는 중앙값 중 어느 하나를 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 계산하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구이상 검출장치.
  9. 공작기계의 공구의 이상 유무를 검출하는 방법에 있어서,
    기본 데이터를 저장하는 단계;
    소재 이송부 또는 소재 가공부의 부하를 복수회 측정하는 단계;
    측정된 부하 데이터들을 저장하는 단계;
    상기 측정된 부하 데이터들에 따라 최대 최빈값과 최소 최빈값을 계산하는 단계;
    상기 부하 데이터들에 따라 표준편차를 계산하는 단계;
    상기 기본 데이터와 상기 최대 최빈값과 최소 최빈값 및 최대 표준편차와 최소 표준편차에 의해 최대 정상범위와 최소 정상범위를 계산하는 단계;
    상기 계산된 정상범위를 저장하는 단계;
    실시간으로 측정된 부하 데이터와 상기 계산된 정상범위를 비교하는 단계;
    측정된 부하 데이터가 정상범위를 벗어나는 경우에 표시하는 단계;
    공구 이상 유무와 상기 소재 가공부에서 소재 가공 유무를 판단하는 단계; 및
    소재 가공이 정상 종료되면 상기 기본 데이터, 상기 부하 데이터, 상기 정상범위 데이터를 표준 데이터로 저장하는 단계;를 포함하고
    상기 공작기계의 공구의 이상 유무를 검출하는 방법은 상기 소재 이송부 또는 상기 소재 가공부의 부하를 반복 측정하고, 반복 측정된 부하 데이터들 중에서 최빈값을 기준으로 측정된 부하 데이터의 표준편차에 비례하는 부하 데이터의 정상범위를 기준으로 공구의 이상 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구이상 검출방법.

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