KR102655363B1 - Apparatus and method for measuring tool-wear of cnc machine based on vibration data - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일면에 따른 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치는 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 학습 진동데이터를 입력받는 학습 진동데이터 입력부, 학습 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 푸리에 변환부, 주파수 스펙트럼을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 스펙트로그램 이미지를 생성하는 필터뱅크부 및 스펙트로그램 이미지와 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 CNN 모델을 학습시키는 학습부를 포함한다.The present invention relates to a device and method for measuring tool wear of CNC machine tools based on vibration data. According to one aspect of the present invention, the device for measuring tool wear of CNC machine tools based on vibration data includes a plurality of time points divided according to tool counter values. A learning vibration data input unit that receives learning vibration data including a plurality of measurement values corresponding to the learning vibration data, and a Fourier transform that converts the plurality of measurement values corresponding to the plurality of time points included in the learning vibration data into a frequency spectrum by applying the Fourier transform. A filter bank unit that generates a spectrogram image composed of energy values for each filter bank corresponding to multiple viewpoints and multiple frequencies by passing the frequency spectrum through the Mel filter bank, and corresponds to the spectrogram image and learning vibration data. It includes a learning unit that trains the CNN model by inputting the tool counter value into the preset CNN model.
Description
본 발명은 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공 신경망을 이용해 CNC 공작기계의 공구 마모도를 측정할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for measuring tool wear of CNC machine tools, and more specifically, to a technology that can measure tool wear of CNC machine tools using an artificial neural network.
컴퓨터 수치 제어(CNC)를 이용한 공작 과정에서 CNC 공작기계에 부착된 공구의 파손은 불량품 생산과 생산수율 감소와 원재료 손실 문제를 발생시킨다. 특히, 공구의 파손이 CNC 공작기계의 파손으로 이어지면 CNC 공작기계의 수리 또는 교체에 의해 막대한 피해가 발생할 수 있어, CNC 공작기계의 공구의 마모도 관리는 매우 중요하다.During the machining process using computer numerical control (CNC), damage to tools attached to CNC machine tools causes the production of defective products, reduced production yield, and loss of raw materials. In particular, if tool damage leads to damage to the CNC machine tool, extensive damage may occur due to repair or replacement of the CNC machine tool, so managing the wear of the CNC machine tool tool is very important.
이와 관련하여 종래에는 현장 작업자가 직접 모니터링하는 방식, 정해진 주기나 사용 횟수에 따라 공구를 교체하는 방식으로 공구 관리가 이뤄졌다. 그러나, 현장 작업자가 직접 모니터링 하는 방식은 설비의 가동 시간 내내 현장 작업자가 상주해야 하며, 대규모의 CNC 설비를 운영하는 경우 작업자의 수를 증원해야 하므로 운영 비용이 증가하는 문제가 있다. 그리고, 설비의 소음 등으로 인하여 사람이 공구의 파손을 정확하게 검출하기에는 어려움이 있었다.In relation to this, tool management has traditionally been carried out through direct monitoring by field workers and by replacing tools according to a set cycle or number of uses. However, the method of direct monitoring by field workers requires field workers to be present throughout the operation time of the facility, and when operating large-scale CNC facilities, the number of workers must be increased, which increases operating costs. Additionally, it was difficult for people to accurately detect tool damage due to noise from the equipment.
정해진 주기나 사용 횟수에 따라 공구를 교체하면 작업 환경이나 공작내용에 따른 사용 횟수별 마모 정도의 차이를 고려하지 못한다. 따라서 불필요하게 공구를 교체하거나 실사용 횟수 대비 마모도가 심하더라도 교체가 이뤄지지 않는 문제점이 있다.If tools are replaced according to a set cycle or number of uses, differences in the degree of wear depending on the number of uses depending on the work environment or work content cannot be considered. Therefore, there is a problem in that tools are replaced unnecessarily or are not replaced even if the wear is severe compared to the number of actual uses.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 음성 특징 추출 기법을 이용하여 고차원인 진동데이터를 이미지로 변환해 CNN 모델을 학습시킬 수 있는 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the above problems, and to provide a device and method for measuring tool wear of CNC machine tools that can learn CNN models by converting high-dimensional vibration data into images using voice feature extraction techniques. .
또한, 본 발명은 CNN 모델에 진동데이터로부터 변환된 이미지를 적용하여 예측툴카운터값을 획득할 수 있는 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the purpose of the present invention is to provide an apparatus and method for measuring tool wear of a CNC machine tool that can obtain a predicted tool counter value by applying an image converted from vibration data to a CNN model.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood from the description below.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치는 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 학습 진동데이터를 입력받는 학습 진동데이터 입력부, 학습 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 푸리에 변환부, 주파수 스펙트럼을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 스펙트로그램 이미지를 생성하는 필터뱅크부 및 스펙트로그램 이미지와 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 CNN 모델을 학습시키는 학습부를 포함한다.In order to achieve the above-described object, the tool wear measurement device for CNC machine tools based on vibration data according to one aspect of the present invention provides learning vibration data including a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points divided according to the tool counter value. A learning vibration data input unit that receives input, a Fourier transform unit that converts a plurality of measurement values corresponding to multiple time points included in the learning vibration data into a frequency spectrum by applying Fourier transformation, and a plurality of measurement values by passing the frequency spectrum through a Mel filter bank. A filter bank unit that generates a spectrogram image composed of energy values for each filter bank corresponding to each viewpoint and multiple frequencies, and a tool counter value corresponding to the spectrogram image and learning vibration data are input into a preset CNN model to create a CNN model. It includes a learning unit that learns.
본 발명의 다른 면에 따른 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치는 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 평가 진동데이터를 입력받는 평가 진동데이터 입력부, 평가 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 푸리에 변환부, 주파수 스펙트럼을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 스펙트로그램 이미지를 생성하는 필터뱅크부 및 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 학습 진동데이터를 푸리에 변환하고 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 생성된 이미지와 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 입력받아 미리 학습된 CNN 모델에 평가 진동데이터에 대한 스펙트로그램 이미지를 입력하여 예측툴카운터값을 획득하는 툴카운터값 예측부를 포함한다. According to another aspect of the present invention, the tool wear measurement device for CNC machine tools based on vibration data includes an evaluation vibration data input unit that receives evaluation vibration data including a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points divided according to tool counter values. , a Fourier transform unit that converts a plurality of measured values corresponding to a plurality of time points included in the evaluation vibration data into a frequency spectrum by applying the Fourier transform, and passes the frequency spectrum through a Mel filter bank to obtain a plurality of time points and multiple frequencies. A filter bank unit generates a spectrogram image composed of energy values for each corresponding filter bank, and learning vibration data including multiple measurement values corresponding to multiple viewpoints is Fourier transformed and passed through a Mel filter bank. It includes a tool counter value prediction unit that receives the tool counter value corresponding to the image and learning vibration data and inputs the spectrogram image for the evaluation vibration data into a pre-trained CNN model to obtain a predicted tool counter value.
본 발명의 또 다른 면에 따른 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 방법은 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 학습 진동데이터를 입력받는 단계, 학습 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 단계, 주파수 스펙트럼을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 스펙트로그램 이미지를 생성하는 단계, 스펙트로그램 이미지와 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 CNN 모델을 학습시키는 단계, 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 평가 진동데이터를 입력받는 단계 및 평가 진동데이터를 푸리에 변환하고 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따른 스펙트로그램 이미지를 CNN 모델에 입력하여 예측툴카운터값을 획득하는 단계를 포함한다. A method of measuring tool wear of a CNC machine tool based on vibration data according to another aspect of the present invention includes the steps of receiving learning vibration data including a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points divided according to the tool counter value, learning Converting a plurality of measured values corresponding to a plurality of time points included in the vibration data into a frequency spectrum by applying Fourier transform, passing the frequency spectrum through a Mel filter bank to obtain a plurality of measured values corresponding to a plurality of time points and a plurality of frequencies. A step of generating a spectrogram image composed of energy values for each filter bank, a step of learning a CNN model by inputting the spectrogram image and the tool counter value corresponding to the learning vibration data into a preset CNN model, and a step of learning the CNN model according to the tool counter value. Step of receiving evaluation vibration data containing multiple measurement values corresponding to multiple time points, Fourier transforming the evaluation vibration data, and passing the spectrogram image through the Mel filter bank to input the prediction tool counter value into the CNN model. Includes acquisition steps.
본 발명에 따르면 음성 특징 추출 기법을 이용하여 고차원인 진동데이터를 이미지로 변환해 CNN 모델을 학습시킬 수 있는 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치 및 방법을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, it is effective to provide an apparatus and method for measuring tool wear of CNC machine tools that can learn CNN models by converting high-dimensional vibration data into images using a voice feature extraction technique.
본 발명에 따르면 CNN 모델에 진동데이터로부터 변환된 이미지를 적용하여 예측툴카운터값을 획득할 수 있는 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치 및 방법을 제공하는 효과를 가진다.According to the present invention, it has the effect of providing an apparatus and method for measuring tool wear of a CNC machine tool that can obtain a predicted tool counter value by applying an image converted from vibration data to a CNN model.
이에 따라, CNC공작기계의 사용횟수에 따른 마모도 차이에 관계없이 예측툴카운터값을 이용하여 정확한 마모 여부 판단이 가능한 효과를 기대할 수 있다.Accordingly, it is possible to expect the effect of being able to accurately determine wear using the predicted tool counter value, regardless of the difference in wear depending on the number of times the CNC machine tool is used.
본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 있어서 툴카운터값에 대응되는 진동데이터를 설명하기 위한 데이터셋을 표시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 있어서 생성된 스펙트로그램 이미지를 나타낸 예시도이다.Figure 1 is a block diagram of a device for measuring tool wear of a CNC machine tool based on vibration data according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart of a method for measuring tool wear of a CNC machine tool based on vibration data according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is an example diagram showing a data set for explaining vibration data corresponding to a tool counter value in embodiments of the present invention.
Figure 4 is an example diagram showing a spectrogram image generated in embodiments of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms, but the present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete, and those skilled in the art It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the claims. Meanwhile, the terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context.
도 1을 참조하면, 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치(10)는 학습 진동데이터 입력부(101), 평가 진동데이터 입력부(103), 데이터 분할부(110), 푸리에 변환부(120), 필터뱅크부(130), 그레이스케일 변환부(140), 크기조절부(150), 학습부(160), 툴카운터값 예측부(170), 마모 판단부(180)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the tool
학습 진동데이터 입력부(101)는 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 학습 진동데이터를 입력받을 수 있다.The learning vibration
평가 진동데이터 입력부(103)는 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 평가 진동데이터를 입력받을 수 있다.The evaluation vibration
여기서, 학습 진동데이터는 각 CNC 공작기계에 대해 생성된 진동데이터 중 CNN 모델의 학습에 이용되는 진동데이터를 의미하고, 평가 진동데이터는 각 CNC 공작기계에 대해 생성된 진동데이터 중 마모도 판단의 대상이 되는 진동데이터를 의미한다.Here, the learning vibration data refers to the vibration data used for learning the CNN model among the vibration data generated for each CNC machine tool, and the evaluation vibration data refers to the object of wear judgment among the vibration data generated for each CNC machine tool. This means vibration data.
도 3을 참조하면, 데이터셋은 CNC 공작기계에 부착된 진동센서에서 복수의 시점에서 측정한 복수 개의 측정값으로 구성된 복수 개의 진동데이터(1010), CNC 공작기계의 툴카운터에서 획득되며 복수 개의 진동데이터 각각에 대응되는 복수 개의 툴카운터값(1020)을 포함할 수 있다.Referring to Figure 3, the data set is a plurality of vibration data (1010) consisting of a plurality of measurement values measured at a plurality of points in time from a vibration sensor attached to the CNC machine tool, and is obtained from the tool counter of the CNC machine tool and contains a plurality of vibration data. It may include a plurality of tool counter values 1020 corresponding to each piece of data.
본 발명에 따르면 복수 개의 툴카운터값, 복수 개의 툴카운터값 각각에 대응되는 복수 개의 진동데이터로 구성된 데이터셋에서 각 툴카운터값에 대한 진동데이터를 학습 진동데이터 또는 평가 진동데이터로 입력받을 수 있다.According to the present invention, vibration data for each tool counter value can be input as learning vibration data or evaluation vibration data from a dataset consisting of a plurality of tool counter values and a plurality of vibration data corresponding to each of the plurality of tool counter values.
데이터 분할부(110)는 학습 진동데이터 또는 평가 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값에서 복수의 시점 중 첫 번째 시점부터 시간순서대로 기설정된 길이의 복수의 시점에 대응되는 복수의 측정값을 추출함에 따라 복수 개의 분할데이터를 생성할 수 있다.The
데이터 분할부(110)는 학습 진동데이터 또는 평가 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응하는 복수 개의 측정값을 첫 번째 시점부터 기설정된 길이의 윈도우를 적용하여 시간에 따른 복수의 시점에 대응되는 기설정된 개수의 측정값을 추출해 분할데이터를 생성할 수 있다.The
데이터 분할부(110)는 기설정된 길이의 윈도우를 기설정된 간격만큼 이동시키며 분할데이터를 생성함에 따라, 윈도우의 이전 위치에서 생성된 분할데이터와 적어도 하나 이상의 측정값이 겹치는 분할데이터를 생성할 수 있다.The
예를 들어 데이터 분할부(110)는 복수의 시점에 대응되는 20000개의 측정값으로 구성된 진동데이터에서 시간에 따라 512개의 측정값을 겹쳐 기설정된 길이에 대응되는 복수 개의 측정값으로 구성되는 2048개의 분할데이터를 생성할 수 있다.For example, the
푸리에 변환부(120)는 학습 진동데이터 또는 평가 진동데이터를 입력받아, 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 주파수 스펙트럼으로 변환할 수 있다.The Fourier
푸리에 변환부(120)는 학습 진동데이터 또는 평가 진동데이터에 대해 데이터 분할부(110)에서 생성한 복수 개의 분할데이터 각각 푸리에 변환에 적용하여 복수 개의 주파수 스펙트럼으로 변환할 수 있다.The Fourier
푸리에 변환부(120)는 분할데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 복수의 주파수에 대응되는 값트로 구성된 주파수 스펙트럼으로 변환할 수 있다.The Fourier
필터뱅크부(130)는 푸리에 변환부(120)에서 변환한 주파수 스펙트럼을 멜 필터 뱅크(Mel-filter bank)에 통과시킴에 따라 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 스펙트로그램 이미지를 생성하는 것일 수 있다.The filter bank unit 130 passes the frequency spectrum converted by the Fourier
필터뱅크부(130)는 푸리에 변환부(120)에서 변환된 복수 개의 주파수 스펙트럼 각각을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 학습 진동데이터 또는 평가 진동데이터에 대한 복수 개의 스펙트로그램 이미지를 생성하는 것일 수 있다.The filter bank unit 130 may generate a plurality of spectrogram images for learning vibration data or evaluation vibration data by passing each of the plurality of frequency spectra converted in the Fourier
상기한 구성에 따라 복수의 시점에 대응하는 복수 개의 측정값을 포함하는 고차원 진동데이터를 2차원의 이미지로 변환할 수 있다. 본 발명에 따르면 음성 특징 추출 기법을 이용해 진동데이터를 이미지로 변환하여 CNN 모델에 적용할 수 있다.According to the above configuration, high-dimensional vibration data including a plurality of measurement values corresponding to a plurality of viewpoints can be converted into a two-dimensional image. According to the present invention, vibration data can be converted into an image using a voice feature extraction technique and applied to a CNN model.
그리고, 각 진동데이터에서 복수 개의 분할데이터를 생성하여 각 툴카운터값에 대해 다수개의 이미지를 생성할 수 있다. 이에 따라, 개별로 처리되는 데이터양은 줄이면서 CNN 모델의 학습에 이용할 이미지를 다수 생성하여 예측 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, by generating a plurality of divided data from each vibration data, a plurality of images can be generated for each tool counter value. Accordingly, prediction performance can be improved by generating a large number of images to be used for training the CNN model while reducing the amount of individually processed data.
도 4는 본 발명의 실시예들에 있어서 생성된 스펙트로그램 이미지를 나타낸 예시도이다. 스펙트로그램 이미지는 진동데이터의 특징을 2차원 상에 표현할 수 있으나 에너지값의 범위가 넓은 경우 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.Figure 4 is an example diagram showing a spectrogram image generated in embodiments of the present invention. Spectrogram images can express the characteristics of vibration data in two dimensions, but if the range of energy values is wide, performance may be poor.
상기한 문제를 방지하기 위해, 본 발명은 스펙트로그램 이미지를 CNN 모델에 적용하기 이전에 그레이스케일로 변환하고 기설정된 크기로 변경하는 구성을 포함할 수 있다.In order to prevent the above problem, the present invention may include a configuration for converting the spectrogram image to grayscale and changing it to a preset size before applying it to the CNN model.
그레이스케일 변환부(140)는 필터뱅크부(130)에서 학습 진동데이터 또는 평가 진동데이터에 대해 생성한 스펙트로그램 이미지의 필터뱅크별 에너지값을 그레이스케일값으로 변환하며 그레이스케일 이미지를 생성할 수 있다.The
그레이스케일 변환부(140)는 필터뱅크부(130)에서 학습 진동데이터 또는 평가 진동데이터에 대해 생성한 스펙트로그램 이미지의 필터뱅크별 에너지값에 따른 RGB값을 기설정된 컬러 변환 모델에 적용하여 그레이스케일값으로 변환하며 그레이스케일 이미지를 생성할 수 있다.The
크기조절부(150)는 그레이스케일 이미지의 크기를 기설정된 크기로 변경하여 크기 조절된 이미지를 출력하는 것일 수 있다.The
예를 들어, 크기조절부(150)는 그레이스케일 이미지의 크기를 기설정된 크기(64, 64, 1)로 조절하여 출력할 수 있다.For example, the
학습부(160)는 필터뱅크부(130)에서 학습 진동데이터에 대해 생성한 스펙트로그램 이미지와 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 CNN 모델을 학습시킬 수 있다.The
학습부(160)는 학습 진동데이터에 대한 스펙트로그램 이미지에 대해 크기조절부(150)에서 출력되는 크기 조절된 이미지와 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하며 CNN 모델을 학습시킬 수 있다.The
툴카운터값 예측부(170)는 학습부(160)에서 학습된 CNN 모델에 필터뱅크부(130)에서 평가 진동데이터에 대해 생성한 스펙트로그램 이미지를 입력하여 예측툴카운터값을 획득하는 것일 수 있다.The tool counter
툴카운터값 예측부(170)는 평가 진동데이터에 대한 스펙트로그램 이미지에 대해 크기조절부(150)에서 출력되는 크기 조절된 이미지를 학습부(160)에서 학습된 CNN 모델에 입력하여 예측툴카운터값을 획득할 수 있다.The tool counter
마모 판단부(180)는 예측툴카운터값에 따라 기설정된 복수 개의 마모도 분류값 중 어느 하나를 출력하며 공구의 마모 여부를 판단할 수 있다.The
마모 판단부(180)는 예측툴카운터값이 기설정된 임계카운터값을 초과하지 않으면 기설정된 제1 마모도 분류값을 출력할 수 있다.The
마모 판단부(180)는 예측툴카운터값이 기설정된 임계카운터값을 초과하면 예측툴카운터값과 평가 진동데이터에 대응되는 툴카운터값의 차이에 따른 차이값을 산출하여, 차이값이 기설정된 임계차이값을 초과하지 않으면 기설정된 제2 마모도 분류값을 출력하고 차이값이 기설정된 임계차이값을 초과하면 기설정된 제3 마모도 분류값을 출력할 수 있다.When the predicted tool counter value exceeds the preset threshold counter value, the
마모 판단부(180)에서 제1 마모도 분류값이 출력되면 공구의 교체가 필요하지 않은 것으로 인식될 수 있다. 마모 판단부(180)에서 제2 마모도 분류값이 출력되면 공구의 교체가 필요한 것으로 인식될 수 있다. 마모 판단부(180)에서 제3 마모도 분류값이 출력되면 공구의 교체 및 현장 환경 점검이 필요한 것으로 인식될 수 있다.When the first wear classification value is output from the
본 발명에 따르면 실제 측정된 툴카운터값과 별개로 진동데이터의 분석을 통해 예측툴카운터값을 획득할 수 있으며, 예측툴카운터값을 이용하여 공구의 마모 여부를 판단할 수 있다. 따라서 CNC공작기계가 설치된 환경이나 공작내용에 따른 마모도 차이에도 마모 여부를 정확하게 판단할 수 있다.According to the present invention, a predicted tool counter value can be obtained through analysis of vibration data separately from the actually measured tool counter value, and the wear of the tool can be determined using the predicted tool counter value. Therefore, wear can be accurately determined even if wear varies depending on the environment in which the CNC machine tool is installed or the work performed.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치에 의해 수행될 수 있다.The method of measuring tool wear of a CNC machine tool based on vibration data according to another embodiment of the present invention can be performed by a device for measuring tool wear of a CNC machine tool based on vibration data according to an embodiment of the present invention.
이하 설명의 편의를 위하여 도 1 내지 2에 있어서, 기능적으로 일치되는 기능부들의 도면 부호를 일치시키고 중복하여 설명하지 않도록 한다.For convenience of description below, in FIGS. 1 and 2, the reference numerals of functional parts are identical and are not described in duplicate.
CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치(10)는 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 학습 진동데이터를 입력받고(S10), 학습 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값에서 복수의 시점 중 첫 번째 시점부터 시간순서대로 기설정된 길이의 복수의 시점에 대응되는 복수의 측정값을 추출함에 따라 복수 개의 분할데이터를 생성할 수 있다(S20).The tool wear
CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치(10)는 복수 개의 분할데이터 각각을 푸리에 변환에 적용하여 복수 개의 주파수 스펙트럼으로 변환하고(S30), 복수 개의 주파수 스펙트럼 각각을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 각각 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 복수 개의 스펙트로그램 이미지를 생성할 수 있다(S40).The tool wear
CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치(10)는 S40단계에서 생성한 스펙트로그램 이미지의 필터뱅크별 에너지값을 그레이스케일값으로 변환하며 그레이스케일 이미지를 생성하고(S50), 그레이스케일 이미지의 크기를 기설정된 크기로 변경하여(S60), 기설정된 크기로 크기 변경된 이미지와 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 CNN 모델을 학습시킬 수 있다(S70).The tool wear
이후, CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치(10)는 툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 평가 진동데이터를 입력받고(S80), 평가 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값에서 복수의 시점 중 첫 번째 시점부터 시간순서대로 기설정된 길이의 복수의 시점에 대응되는 복수의 측정값을 추출함에 따라 복수 개의 분할데이터를 생성할 수 있다(S90).Afterwards, the tool
CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치(10)는 복수 개의 분할데이터 각각을 푸리에 변환에 적용하여 복수 개의 주파수 스펙트럼으로 변환하고(S100), 복수 개의 주파수 스펙트럼 각각을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 각각 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 복수 개의 스펙트로그램 이미지를 생성하며(S110), 스펙트로그램 이미지의 필터뱅크별 에너지값을 그레이스케일값으로 변환하며 그레이스케일 이미지를 생성하고(S120), 그레이스케일 이미지의 크기를 기설정된 크기로 변경할 수 있다(S130).The tool wear
CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치(10)는 S130 단계에서 기설정된 크기로 크기 변경된 이미지를 S70단계에서 미리 학습된 CNN 모델에 입력하여 예측툴카운터값을 획득하고(S140), 예측툴카운터값에 따라 기설정된 복수 개의 마모도 분류값 중 어느 하나를 출력하며 공구의 마모 여부를 판단할 수 있다(S150).The tool wear
한편, 첨부된 블록도의 블록과 순서도의 단계는 데이터 프로세싱이 가능한 전자 장치(예를 들어 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터, 휴대용 노트북 컴퓨터, 네트워크 컴퓨터)의 프로세서나 메모리에 탑재되어 지정된 기능들을 수행하는 컴퓨터 명령들(instructions)로 구현될 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터에서 판독 가능한 메모리에 저장될 수 있기 때문에, 블록도의 블록 또는 흐름도의 단계에서 설명된 기능들은 이를 수행하는 명령 수단을 내포하는 제조물로 생산될 수도 있다.Meanwhile, the blocks in the attached block diagram and the steps in the flow chart are computer instructions that are mounted on the processor or memory of an electronic device capable of data processing (e.g., general-purpose computer, special-purpose computer, portable laptop computer, network computer) and perform designated functions. It can be implemented as instructions. Because these computer program instructions can be stored in computer-readable memory, the functions described in the blocks of a block diagram or the steps of a flow diagram can also be produced as an article containing instruction means to perform them.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치
101 : 학습 진동데이터 입력부
103 : 평가 진동데이터 입력부
110 : 데이터 분할부
120 : 푸리에 변환부
130 : 필터뱅크부
140 : 그레이스케일 변환부
150 : 크기조절부
160 : 학습부
170 : 툴카운터값 예측부
180 : 마모 판단부10: Tool wear measurement device for CNC machine tools based on vibration data
101: Learning vibration data input unit
103: Evaluation vibration data input unit
110: data division unit
120: Fourier transform unit
130: Filter bank unit
140: Grayscale conversion unit
150: Size adjustment part
160: Learning Department
170: Tool counter value prediction unit
180: Wear judgment unit
Claims (11)
상기 학습 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 푸리에 변환부;
상기 주파수 스펙트럼을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 스펙트로그램 이미지를 생성하는 필터뱅크부; 및
상기 스펙트로그램 이미지와 상기 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 상기 CNN 모델을 학습시키는 학습부;를 포함하는 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치.A learning vibration data input unit that receives learning vibration data including a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points divided according to the tool counter value;
a Fourier transform unit that converts a plurality of measured values corresponding to a plurality of time points included in the learning vibration data into a frequency spectrum by applying Fourier transform;
A filter bank unit that generates a spectrogram image composed of energy values for each filter bank corresponding to a plurality of viewpoints and a plurality of frequencies by passing the frequency spectrum through a Mel filter bank; and
A tool wear measurement device for a CNC machine tool based on vibration data including a learning unit that inputs the spectrogram image and the tool counter value corresponding to the learning vibration data into a preset CNN model to train the CNN model.
상기 학습 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값에서 상기 복수의 시점 중 첫 번째 시점부터 시간순서대로 기설정된 복수의 시점에 대응되는 복수의 측정값을 추출함에 따라 복수 개의 분할데이터를 생성하는 데이터 분할부;를 더 포함하고,
상기 푸리에 변환부는
상기 복수 개의 분할데이터 각각을 푸리에 변환에 적용하여 복수 개의 주파수 스펙트럼으로 변환하는 것
인 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치.According to paragraph 1,
By extracting a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points preset in time order starting from the first of the plurality of time points from a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points included in the learning vibration data, a plurality of split data are generated. It further includes a data division unit that generates,
The Fourier transform unit
Applying Fourier transform to each of the plurality of divided data to convert them into a plurality of frequency spectra.
Tool wear measurement device for CNC machine tools.
상기 필터뱅크부에서 상기 학습 진동데이터에 대해 생성한 스펙트로그램 이미지의 필터뱅크별 에너지값을 그레이스케일값으로 변환하며 그레이스케일 이미지를 생성하는 그레이스케일 변환부; 및
상기 그레이스케일 이미지의 크기를 기설정된 크기로 변경하여 출력하는 크기조절부;를 더 포함하는 것
인 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치.According to paragraph 1,
A grayscale conversion unit that converts the energy value of each filter bank of the spectrogram image generated for the learning vibration data by the filter bank unit into a grayscale value and generates a grayscale image; and
Further comprising a size adjustment unit that changes the size of the grayscale image to a preset size and outputs it.
A tool wear measurement device for CNC machine tools based on vibration data.
상기 학습부는
상기 학습 진동데이터에 대해 상기 크기조절부에서 출력되는 이미지와 상기 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 상기 CNN 모델을 학습시키는 것
인 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치.According to paragraph 3,
The learning department
Learning the CNN model by inputting the image output from the size control unit for the learning vibration data and the tool counter value corresponding to the learning vibration data into a preset CNN model.
A tool wear measurement device for CNC machine tools based on vibration data.
상기 평가 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 푸리에 변환부;
상기 주파수 스펙트럼을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 스펙트로그램 이미지를 생성하는 필터뱅크부; 및
복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 학습 진동데이터를 푸리에 변환하고 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 생성된 이미지와 상기 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 입력받아 미리 학습된 CNN 모델에 상기 평가 진동데이터에 대한 스펙트로그램 이미지를 입력하여 예측툴카운터값을 획득하는 툴카운터값 예측부;를 포함하는 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치.An evaluation vibration data input unit that receives evaluation vibration data including a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points divided according to the tool counter value;
a Fourier transform unit that converts a plurality of measured values corresponding to a plurality of time points included in the evaluation vibration data into a frequency spectrum by applying Fourier transform;
A filter bank unit that generates a spectrogram image composed of energy values for each filter bank corresponding to a plurality of viewpoints and a plurality of frequencies by passing the frequency spectrum through a Mel filter bank; and
A CNN model trained in advance by receiving an image generated by Fourier transforming learning vibration data containing multiple measurement values corresponding to multiple viewpoints and passing it through a Mel filter bank, as well as a tool counter value corresponding to the learning vibration data. A tool counter value prediction unit that obtains a predicted tool counter value by inputting a spectrogram image for the evaluation vibration data to a tool wear measurement device of a CNC machine tool based on vibration data, including a tool counter value prediction unit.
상기 예측툴카운터값에 따라 기설정된 복수 개의 마모도 분류값 중 어느 하나를 출력하며 공구의 마모 여부를 판단하는 마모 판단부;를 더 포함하는 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 장치.According to clause 5,
A tool wear measurement device for a CNC machine tool further comprising a wear determination unit that outputs one of a plurality of preset wear classification values according to the predicted tool counter value and determines whether the tool is worn.
툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 학습 진동데이터를 입력받는 단계;
상기 학습 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 푸리에 변환에 적용하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 단계;
상기 주파수 스펙트럼을 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따라 복수의 시점 및 복수의 주파수 각각에 대응되는 필터뱅크별 에너지값으로 구성된 스펙트로그램 이미지를 생성하는 단계;
상기 스펙트로그램 이미지와 상기 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 상기 CNN 모델을 학습시키는 단계;
툴카운터값에 따라 구분되는 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값을 포함하는 평가 진동데이터를 입력받는 단계; 및
상기 평가 진동데이터를 푸리에 변환하고 멜 필터 뱅크에 통과시킴에 따른 스펙트로그램 이미지를 상기 CNN 모델에 입력하여 예측툴카운터값을 획득하는 단계;를 포함하는 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 방법.In the tool wear measurement method performed by a tool wear measurement device of a CNC machine tool based on vibration data,
Receiving learning vibration data including a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points divided according to the tool counter value;
Converting a plurality of measured values corresponding to a plurality of time points included in the learning vibration data into a frequency spectrum by applying Fourier transform;
Passing the frequency spectrum through a Mel filter bank to generate a spectrogram image composed of energy values for each filter bank corresponding to a plurality of viewpoints and a plurality of frequencies;
Inputting the spectrogram image and the tool counter value corresponding to the learning vibration data into a preset CNN model to train the CNN model;
Receiving evaluation vibration data including a plurality of measured values corresponding to a plurality of time points divided according to the tool counter value; and
A method for measuring tool wear of a CNC machine tool based on vibration data including; obtaining a predicted tool counter value by inputting a spectrogram image obtained by Fourier transforming the evaluated vibration data and passing it through a Mel filter bank into the CNN model. .
상기 학습 진동데이터를 입력받는 단계 이후와 상기 주파수 스펙트럼으로 변환하는 단계 이전에 있어서,
상기 학습 진동데이터에 포함된 복수의 시점에 대응되는 복수 개의 측정값에서 상기 복수의 시점 중 첫 번째 시점부터 시간순서대로 기설정된 복수의 시점에 대응되는 복수의 측정값을 추출함에 따라 복수 개의 분할데이터를 생성하는 단계;를 더 포함하고,
상기 주파수 스펙트럼으로 변환하는 단계는
상기 복수 개의 분할데이터 각각을 푸리에 변환에 적용하여 복수 개의 주파수 스펙트럼으로 변환하는 것
인 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 방법.In clause 7,
After receiving the learning vibration data and before converting it to the frequency spectrum,
By extracting a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points preset in time order starting from the first of the plurality of time points from a plurality of measurement values corresponding to a plurality of time points included in the learning vibration data, a plurality of split data are generated. generating a; further comprising,
The step of converting to the frequency spectrum is
Converting each of the plurality of divided data into a plurality of frequency spectra by applying Fourier transform.
Method for measuring tool wear of CNC machine tools.
상기 스펙트로그램 이미지를 생성하는 단계 이후와 상기 CNN 모델을 학습시키는 단계 이전에 있어서,
상기 학습 진동데이터에 대해 생성한 스펙트로그램 이미지의 필터뱅크별 에너지값을 그레이스케일값으로 변환하며 그레이스케일 이미지를 생성하는 단계; 및
상기 그레이스케일 이미지의 크기를 기설정된 크기로 변경하여 출력하는 단계;를 더 포함하는 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 방법.In clause 7,
After generating the spectrogram image and before training the CNN model,
Converting energy values for each filter bank of the spectrogram image generated for the learning vibration data into grayscale values and generating a grayscale image; and
A method of measuring tool wear of a CNC machine tool based on vibration data, further comprising changing the size of the grayscale image to a preset size and outputting it.
상기 CNN 모델을 학습시키는 단계는
상기 기설정된 크기로 변경된 그레일스케일 이미지와 상기 학습 진동데이터에 대응되는 툴카운터값을 기설정된 CNN 모델에 입력하여 상기 CNN 모델을 학습시키는 것
인 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 방법.According to clause 9,
The step of training the CNN model is
Learning the CNN model by inputting the grayscale image changed to the preset size and the tool counter value corresponding to the learning vibration data into the preset CNN model.
A method of measuring tool wear of CNC machine tools based on vibration data.
상기 예측툴카운터값을 획득하는 단계 이후에,
상기 예측툴카운터값에 따라 기설정된 복수 개의 마모도 분류값 중 어느 하나를 출력하며 공구의 마모 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 진동데이터에 기초한 CNC 공작기계의 공구 마모도 측정 방법.
In clause 7,
After obtaining the prediction tool counter value,
A method for measuring tool wear of a CNC machine tool based on vibration data, further comprising outputting one of a plurality of preset wear classification values according to the predicted tool counter value and determining whether the tool is worn.
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