KR20020037148A - 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한모니터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공작기계, 금형 또는 공구의 진동에 따라 발생하는 진동신호의 크기를 감지하여 진동레벨신호로 출력시키는 진동감지부(센서부), 공작기계의 운전상태에 대한 운전상태신호를 출력시키는 운전상태감지부, 상기 운전상태신호를 기준으로 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호의 변환된 신호에 대한 설정기준치를 달리 설정하고, 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호의 변환된 신호가 상기 설정기준치보다 큰 경우에는 경보신호를 출력시키는 제어부를 포함하는 모니터링 장치와 상기 공작기계의 운전상태에 따른 운전상태신호를 기준으로 상기 진동레벨신호 또는 진동레벨 신호의 변환된 신호에 대한 설정기준치를 변경하여 공작기계의 마이크로 크랙 발생여부와 같은 안전상태 또는 생산제품의 불량여부를 판단하는 다양한 공작기계 안전상태 모니터링 방법에 관한 것이다.
또한 상기 모니터링 장치는 상기 출력된 경보신호에 따라 경보음 또는 경광을 발생시키도록 경보발생장치를 더 포함할 수 있다.

Description

공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 장치 및 그 방법 {A monitoring system of a safety status of a machine tool and a soundness of products and method using the same}
본 발명은 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공작기계, 금형 또는 공구의 진동에 따라 발생하는 진동신호의 크기를 감지하여 진동레벨신호로 출력시키는 진동감지부(센서부), 공작기계의 운전상태에 대한 운전상태신호를 출력시키는 운전상태감지부, 상기 운전상태신호를 기준으로 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호의 변환된 신호에 대한 설정기준치를 달리 설정하고, 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호의 변환된 신호가 상기 설정기준치보다 큰 경우에는 경보신호를 출력시키는 제어부를 포함하는 모니터링 장치와 상기 공작기계의 운전상태에 따른 운전상태신호를 기준으로 상기 진동레벨신호 또는 진동레벨 신호의 변환된 신호에 대한 설정기준치를 변경하여 공작기계, 금형 또는 공구의 마이크로 크랙 발생여부와 같은 안전상태 또는 생산제품의 불량여부를 판단하는 다양한 공작기계 안전상태 모니터링 방법에 관한 것이다.
또한 상기 모니터링 장치는 상기 출력된 경보신호에 따라 경보음 또는 경광을 발생시키도록 경보발생장치를 더 포함할 수 있다.
일반적으로 설비의 고장 또는 생산제품의 불량발생은 출력의 변화, 온도의 이상 및 소음과 진동을 수반하게 되는데, 거의 예외 없이 설비의 이상은 진동을 유발하게 된다. 이러한 변화는 설비고장의 경우, 설비가 완전히 중단되기 전부터 나타나기 때문에 설비의 진동상태를 측정해서 설비를 분해하거나 중단하지 않고 진단하는 기술이 보편화되어지고 있다. 즉, 진동 신호를 이용한 모니터링 방법은 교각, 지지대, 또는 기계장비의 메인 프레임 등의 고정된 장치나 터보 동력기, 스팀 터빈, 회전축 등의 회전장치에 변위형, 속도형 또는 가속도형 센서를 부착하고 상기 센서로부터 얻은 진동파형을 고속 푸리에 변환(FFT)분석법 또는 밴드패스필터(Band-pass Filter)를 이용한 아날로그 분석법과 같은 주파수 분석법을 활용하여 밸런스 불량에 의한 진동, 마찰에 의한 진동, 정렬불량에 의한 진동, 부품파손에 의한 진동, 툴의 마모에 의한 이상음, 기초불량에 의한 진동 등을 검출할 수 있다. 특히 부품 파손의 경우는 대부분의 기계나 금형의 파손이 피로파괴에 의하여 발생하는데 이는 피로에 따른 전위(Dislocation)의 누적, 이에 따른 마이크로 크랙발생, 마이크로 크랙의 크랙으로의 진전에 의해 발생하므로 마이크로 크랙 단계에서 진동신호의 증가를 감지하여 설비의 진단을 실시할 수 있다.
이를 통하여 설비의 상태를 정확하게 진단할 수 있어서 설비 및 부품을 한계수명까지 안심하고 사용할 수 있어서 보전 및 재료비를 삭감할 수 있고, 설비 진단을 위하여 설비를 정지시키는 시간을 감소시켜 설비의 조업률을 향상시키며, 설비의 상태를 정확히 파악하게됨에 따라 보수시기와 범위를 정확히 판단할 수 있어서 효율적인 보전작업을 수행할 수 있는 장점을 가지고 있다.
그러나 상기 설비 진동 측정 및 분석의 경우에는 진동신호를 계속적으로 측정하고 전체 모니터링 구간에 대해서 일정한 설정 기준치를 적용하므로 프레스, 포밍머신, 선반, 머시닝센터, 연삭기 등과 같이 공작기계의 운전상태에 따라 진동신호의 레벨이 큰 차이를 보이는 경우에는 일정한 설정 기준치의 적용을 통해서는 기계의 이상여부를 판단할 수 없다. 즉, 프레스기의 경우에 램이 실제로 가공물을 프레싱하는 구간과 그 이외의 램의 이동구간사이에는 진동신호의 레벨에서 큰 차이를 보이므로 동일한 설정기준치를 적용할 경우에 프레싱구간에서 항상 상기 설정기준치의 임계치를 초과하는 경우가 발생하므로 공작기계의 운전상태에 따라 설정기준치를 변경하는 것이 필요하다.
따라서 본 발명은, 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 진동을 감지할 수 있고, 공작기계의 운전상태를 감지할 수 있고, 이에 따라 공작기계의 운전상태에 따른 과진동의 설정기준치를 변경하여 과진동의 경보신호를 발생시킬 수 있는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 공작기계의 운전상태에 따른 운전상태 신호를 기준으로진동신호에 대한 내부 설정기준치를 변경하여 공작기계의 마이크로 크랙 발생여부또는 생산제품의 불량여부를 판단하는 다양한 공작기계 안전상태 모니터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 본 발명의 모니터링 장치의 구성에 관한 실시예이다.
제2도는 본 발명에 사용되는 진동센서의 구체예이다.
제3도는 본 발명의 프레스기의 작동시에 시간에 따른 운전상태신호, 진동신호, 주파수에 따른 진동신호 및 진동신호의 주파수 스펙트럼의 측정예이다.
제4도는 본 발명의 프레스기의 작동시에 시간에 따른 진동신호와 가변 설정기준치의 실시예이다.
제5도는 본 발명의 프레스기의 작동시에 시간에 따른 진동신호와 윈도우 설정의 실시예이다.
제6도는 본 발명의 프레스기의 작동시에 일정 주기를 평균하여 표준화시킨 신호로부터 상/하한 설정기준치를 구하는 과정과 시간에 따른 주파수 스펙트럼 적분값에 이를 적용한 실시예이다.
<도면의 주요 부호의 설명>
1:하우징2:전기신호연결자
3:압전소자4:접착판
11: 시간에 따른 주파수 스펙트럼 적분값의 n주기 평균값
12: 시간에 따른 주파수 스펙트럼 적분값의 상한 설정 기준치
13: 시간에 따른 주파수 스펙트럼 적분값의 하한 설정 기준치
본 발명의 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 장치는 공작기계, 금형 또는 공구의 진동에 따라 발생하는 진동신호의 크기를 감지하여 진동레벨신호로 출력시키는 진동감지부(센서부), 공작기계의 운전상태에 대한 운전상태신호를 출력시키는 운전상태감지부, 상기 운전상태신호를 기준으로 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호의 변환된 신호에 대한 설정기준치를 달리 설정하고, 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호의 변환된 신호가 상기 설정기준치보다 큰 경우에는 경보신호를 출력시키는 제어부를 포함한다. 상기 모니터링 장치는 상기 출력된 경보신호에 따라 경보음 또는 경광을 발생시키도록 경보발생장치를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 공작기계의 운전상태에 따른 운전상태신호를 기준으로 상기 진동레벨신호 또는 진동레벨 신호의 변환된 신호에 대한 설정기준치를 변경하여 공작기계, 금형 또는 공구의 마이크로 크랙 발생여부와 같은 안전상태 또는 생산제품의 불량 여부를 판단하는 다양한 공작기계 안전상태 모니터링 방법에 관한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제1도를 참조하면, 본 발명의 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 장치는 진동감지부, 운전상태 감지부, 제어부와, 경보발생장치를 구비하여, 진동을 감지할 수 있고, 과진동인 경우에 경보음 및 경광을 발생할 수 있다.
제1도에 도시된 진동감지부는 공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 감지하고자 하는 부분에 장착된다. 이와 같이 장착된 진동감지부는 공작기계, 금형 또는 공구의 진동에 따라 아날로그의 진동레벨신호로 출력된다. 이와 같이 진동감지부로부터 출력된 진동레벨신호는 제어부(140)로 입력된다. 제2도는 상기 진동감지부에 적용될 수 있는 센서의 실시예를 나타낸다. 공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 감지하기 위한 센서로는 변위형, 속도형, 가속도형이 사용될 수 있지만 일반적으로는 제2도에 나타낸 바와 같이 하우징(1), 전기신호연결자(2), 압전소자(3) 및 접착판(4)으로 구성되는 압전소자 형태의 가속도 센서를 사용하고 이에 대한 일반적인 사양을 아래 표1에 나타내었다. 이는 본 발명에서 사용하는 센서의 형태를 구정하는 것이 아니라 사용되는 센서의 예시에 불과하다. 따라서 보다 낮은 주파수 범위를 가지는 센서나 압전소자 형태가 아닌 스트레인게이지 형태의 센서 등의 다양한 형태의 센서가 사용되어질 수 있다.
표1
특 성 사양의 일반적 범위
주파수 범위접착판 종류온도 범위형상크기 (소형)크기 (대형) 200Hz - 1MHz(또는 그 이상)세라믹, 에폭시, 스테인레스강, 알루미늄, 황동-154℃∼+540℃실린더형이 전형적직경 0.14″× 높이 0.095″직경 1.125″× 높이 1.16″
이러한 진동 감지부는 회전축을 포함하는 드릴링 머신, 탭핑 머신, 밀링과 같은 공작기계의 회전축에 직접 장착되어질 수 있고 이 경우에는 회전체에 장착된진동감지부에서 고정부인 제어부에 상기 진동신호를 일반적인 유선방식으로 전송하는 것은 불가능하므로 무선 또는 슬립링(slip ring)을 통하여 상기 진동신호를 진동감지부에서 제어부로 전달할 수 있다.
한편, 운전상태감지부는 제3도에 나타낸 바와 같이 프레스기의 경우, 시간에 따른 램의 위치를 제3도(a)와 같이 나타낼 수 있다. 램의 이동구간의 상/하단에 위치센서를 부착하여 시간에 따른 램의 위치를 감지할 수 있다. 상기 램의 위치에 관한 신호는 운전상태신호로서 제어부에 입력된다. 또는 선반이나 머시닝센터의 경우에는 구동축의 토오크 변화, 회전수변화, 가공물이 전도체인 경우에 공구와 가공물과의 접촉시에 도전을 이용하여 예비운전 구간과 실가공구간을 구분하여 운전상태에 대한 신호를 제어부에 입력할 수 있다.
이와 같은 운전상태 신호의 입력에 따라 실제로 프레싱이 이루어지는 구간(램이 하부에 위치하는 구간)에서의 높은 레벨의 진동신호와 램이동구간 또는 램이 상부에 위치하는 구간에서의 낮은 진동신호레벨에 대해서 상이한 설정기준치를 제어부에서 적용할 수 있다.
즉, 제어부는 상기 운전상태신호를 기준으로 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호의 변환된 신호에 대한 설정기준치를 달리 설정하고, 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호의 변환된 신호가 상기 설정기준치보다 큰 경우에는 경보신호를 출력하는데 이에 대한 방법은 다음에 자세히 설명토록 한다.
상기 경보신호를 입력받은 경보신호발생장치는 경보음 발생부에서 경보음을 발생시키거나 경광발생부에서 경광을 발생시킨다.
경보음 발생부는 예컨대 부저로 구성되어, 상기 경보신호에 따라 소리를 발생시킨다. 여기서 경보음 발생부로부터 발생되는 경보음은 제어부에서 사이렌 등의 특수 효과음을 발생토록 하는 방법 등을 통하여 다양하게 발생시킬 수 있다.
그리고 경광발생부는 예컨대 발광다이오드(LED) 또는 다양한 색상의 램프로 구성되어, 상기 경보신호에 따라 빛을 발생시킨다. 여기서 경광발생부로부터 발생되는 경광은 제어부에서 소정의 주기로 점멸되도록 제어될 수 있다.
제3도는 본 발명의 실시예로서 공작기계 가운데서 특히, 프레스기의 작동시에 시간에 따른 운전상태신호, 진동신호, 주파수에 따른 진동신호 및 진동신호의 주파수 스펙트럼의 측정예이다.
제3도의 (a)는 프레스기의 상부와 하부에 각각 위치센서를 부착하여 램의 시간에 따른 위치를 나타낸 것이다. 제3도의 (b)는 프레스기의 동작에 따른 시간에 따른 진동신호를 나타낸다. 즉, 프레스기의 램이 가공물을 프레싱하는 구간에서 높은 진동레벨을 나타내고, 램의 이동구간에서는 상기 프레싱 구간에 비하여 현격히 낮은 진동레벨을 나타내고 있다. 제3도의 (c)는 상기 시간에 따른 진동신호를 주파수에 따라 변환한 주파수스펙트럼이다. 상기 주파수 스펙트럼은 상기 시간에 따른 진동신호를 일정시간에 대하여 고속 푸리에 변환(FFT:Fast Fourier Transform)한 예를 나타낸 것이다. 즉, 상기 주파수 스펙트럼 또한 일정시간 간격으로 시간에 따라서 계속적으로 다른 형태를 나타내지만 제3도의 (c)에서는 어느 한 시점에서의 주파수 스펙트럼만을 나타내었다.
제4도는 본 발명의 프레스기의 작동시에 시간에 따른 진동신호와 가변 설정기준치의 실시예이다.
제3도에서와 같이 공작기계의 운전상태에 따라서 진동신호의 레벨이 크게 변화하므로 진동신호가 일정기준치 이상 증가하는 경우에 기계를 비정상 상태로 정의하기 위해서는 공작기계의 운전상태에 따라서 다른 기준치를 적용하는 것이 필요하다. 따라서 제4도의 (b)와 같이 프레스의 램이 가공물을 프레싱하여 진동레벨이 높은 구간에서는 프레스의 하부 위치센서의 온(ON)신호에 따라 제어부는 미리 실시한 예비실험을 통하여 얻은 높은 설정기준치를 적용하고, 프레스의 하부 위치센서의 오프(OFF)신호 또는 상부 위치센서의 온(ON)신호에 따라 제어부는 낮은 설정 기준치를 적용토록 하여 운전구간에 따라 가변되는 설정 기준치를 적용하고, 상기 진동레벨 신호가 상기 가변 설정기준치를 초과하는 지를 제어부가 모니터링 할 수 있다. 이에 따라 운전상태에 무관하게 동일한 민감도를 가지고 공작기계의 비정상상태를 진동신호의 레벨이 제어부내의 설정기준치 이상으로 증가하는 지의 여부를 모니터링 함으로써 감지할 수 있다.
시간에 따른 진동신호의 변동을 모니터링하는 방법이외에 주파수 스펙트럼을 이용하여 상기 방법과 유사한 모니터링을 실시할 수 있다. 즉, 일정시점에서의 주파수 스펙트럼은 제3도의 (c)에서와 같이 나타낼 수 있다. 이러한 주파수 스펙트럼을 주파수에 대해서 적분하면 일정시점에서 하나의 값으로 나타낼 수 있고, 상기 적분값을 시간별로 나타내면 시간에 대한 주파수 스펙트럼의 적분값 형태의 그래프를 구할 수 있다.
또한 상기 주파수 스펙트럼의 적분값 대신에 옥타브 밴드분석을 통한 일정주파수대역의 신호의 크기를 시간에 따라 나타내거나 옥타브 밴드분석에 따른 주파수에 따른 신호값을 적분하여 시간에 따라 나타낼 수도 있다.
정상 상태의 공작기계의 운전으로부터 시간에 대한 주파수 스펙트럼의 적분값에 대한 그래프를 구하고 이를 통하여 운전 구간별 안전영역에 대한 설정기준치를 구할 수 있다.
따라서 상기 시간에 따른 제3도의 (a)와 같은 시간에 따른 공작기계의 운전상태를 기준으로 상기 가변 설정 기준치를 제어부에서 적용하여 상기 시간에 따른 적분값이 각 설정기준치를 상회할 경우에 기계의 비정상을 제어부가 판단할 수 있다.
제5도는 본 발명의 프레스기의 작동시에 시간에 따른 진동신호와 윈도우 설정의 실시예이다. 즉, 상기 가변 설정기준치를 적용하는 방법이외에 제5도에 나타낸 바와 같이 설정기준치는 하나의 값으로 일정하게 유지하고, 대신에 공작기계의 운전상태중 특정한 운전상태의 진동신호 또는 주파수 적분값의 신호만을 설정기준치와 비교하기 위하여 진동신호 또는 주파수 적분값 신호에 대해서 특정 운전상태에 대해서만 윈도우를 설정하는 방법이다. 즉, 제5도의 경우는 프레스기의 램이 가공물을 가공하는 구간은 진동 레벨 자체가 너무 크게 나타나므로 부품의 이상에 따라 발생하는 미세한 신호를 포착하기 어려우므로 그 이외의 구간에 대해서만 일정한 설정기준치를 설정하고 이에 대해서 시간에 따른 진동신호를 비교한 예이다. 상기 시간에 따른 진동신호 이외에 시간에 따른 주파수 스펙트럼의 적분값도 동일한 방법으로 작용이 가능하다.
공작기계의 비정상작동의 경우에 미소 파괴에 따른 발생진동은 일정의 고유주파수를 가질 수 있으므로 일정 주파수 구간의 신호만을 모니터링 하는 경우에 더욱 민감하게 공작기계의 비정상을 나타낼 수 있다. 따라서 상기 시간에 따른 진동신호의 모니터링을 공작기계, 금형 또는 공구의 진동으로부터 직접 구해지는 시간에 따른 진동신호대신에 상기 진동신호를 일정 주파수 밴드 폭을 가지는 밴드패스필터를 통과시킨 후 모니터링 할 수도 있다. 즉, 회전기계의 경우, 이상진동의 주파수는 회전체의 회전수의 n배수 차에 나타나게 되므로 회전기계의 회전수 주파수를 중심으로 하는 밴드패스 필터를 진동신호에 적용할 경우 비정상 진동에 대한 높은 민감도를 얻을 수 있다. 밴드패스 필터링을 한 진동신호에 대해서 상기 가변 설정기준치를 적용방법 또는 윈도우 설정방법을 동일하게 적용할 수 있다.
상기 방법보다 더욱 정교한 모니터링을 위해서는 제6도에 나타낸 방법을 적용할 수 있다. 제6도는 본 발명의 프레스기와 같은 주기적 작동이 이루어지는 공작기계의 경우, 주기적 작동시에 일정 주기를 평균하여 표준화시킨 신호로부터 상/하한 설정기준치를 구하는 과정과 시간에 따른 주파수 스펙트럼 적분값에 이를 적용한 실시예이다. 즉, 시간에 따른 진동신호 또는 주파수 스펙트럼의 적분값(제6도의 (a))은 주기적으로 운전되는 공작기계의 동작상태에 따라서 주기적인 신호로 나타날 수 있다.(제6도의 (b),(c)) 따라서 정상상태의 상기 신호를 n회의 주기에 대하여 평균하면 표준화된 기준값으로서의 평균값(11)을 구할 수 있다. 따라서 상기 기준값에 대하여 일정량 또는 일정비율의 오프셋을 지정하여 위쪽으로는 상한 한계(12)를 아래쪽으로는 하한 한계(13)를 설정할 수 있고, 실제 공작기계의 주기적 운전중에 발생한 진동신호는 상기 상/하한 한계를 벗어난 신호가 발생할 경우에 비정상에 따른 경보신호를 발생하도록 한다.
상기 진동신호의 평균값을 구하는 경우, 시간에 따른 진동신호는 음/양의 신호를 가지면서 흔들리는 신호이므로 상기 신호의 평균을 구하는 방법으로서 이에 대한 절대값을 취하여 평균값을 구하거나 신호를 제곱한 값에 대한 평균값을 구하는 방법이 있을 수 있다.
또한 n회의 주기에 대해서 평균을 구할 때, 상기 n회는 금회에 측정하는 신호의 바로 직전 주기로부터 n회전의 주기까지의 n개의 주기적 신호로부터 평균을 구할 수 있다. 즉, 신호가 시간에 따라 드리프팅(Drifting)이 발생하는 경우에는 초기 n주기의 신호로부터 평균값을 정하여 이로부터 구한 상한/하한 한계를 계속적으로 적용하면 시간이 지남에 따라 신호가 서서히 한쪽으로 이동되므로 시간에 따라 상한/하한 한계도 신호의 드리프팅 방향으로 함께 옮겨줄 필요성이 있다. 따라서 p번째 주기의 신호(fp(t))에 대한 정상상태 여부를 판단하는 평균값의 분포(Avgp(t))는 아래 식에서와 같이 p-n번째 주기에서부터 p-1번째 주기까지의 신호를 평균하여 구할 수 있고 상기 평균값의 분포를 기준으로 일정한 오프셋을 설정하여 상한/하한 한계를 결정할 수 있다.
Avgp(t)={fp-n(t)+fp-n-1(t)+ ... +fp-2(t)+fp-1(t)}/n
상기 공작기계의 진동신호를 이용한 모니터링 장치 및 방법에서, 진동 특성을 통한 설비의 안전상태 모니터링 이외에 설비내의 일정부위에 작용하는 힘, 공작기계의 회전축에 걸리는 토크(Torque), 베어링 부위나 가열부위 등의 공작기계내의 일정부위에 대한 온도, 공작기계의 운동부위의 위치, 공작기계의 고정부위에 대한 위치변동 또는 공작기계내의 모터의 전류 또는 전압 등의 진동레벨신호 이외의 데이터를 진동레벨 신호 또는 이의 신호처리 데이터와 함께 측정하여 상기 진동레벨신호 이외의 데이터에도 상기 진동레벨 신호와 동일한 방법을 적용하여 이상여부를 판단하고 상기 이상여부 판단신호와 진동레벨신호에 대한 경보신호를 논리합 또는 논리곱의 형태로 조합하여 안전성 여부를 판단할 수 있다.
상기 진동레벨신호와 기타 진동레벨신호 이외의 신호를 조합하여 공작기계의 이상여부 또는 불량품 발생여부를 판단함에서 상기 단순한 논리곱 또는 논리합의 적용이외에 퍼지(Fuzzy) 이론 또는 뉴랄(Neural) 네트워크 이론을 적용한 알고리즘을 적용할 수 있다. 즉, 상기 입력되는 각 신호별로 기준설정치와의 차이값 또는 실제 신호값의 기준 설정치 초과여부를 입력인자로 하는 퍼지 엔코더, 상기 각 신호별 기준설정치와의 차이값 또는 실제 신호값이 기준 설청치 초과여부에 의한 최종 경보신호 발생여부를 각 신호의 종류 및 다른 신호의 상태에 따라 각 신호가 최종 경보신호 발생여부의 판단에 미치는 영향도를 달리하여 결정하는 규칙을 포함하는 퍼지제어의 규칙기반(Knowledge Base), 상기 규칙기반을 기준으로 퍼지추론을 실시하여 경보신호 발생을 결정하는 의사결정로직(Decision Making Logic), 의사결정로직의 결과로부터 경보발생을 실시하는 퍼지 디코더를 제어부에 포함시킴에 따라 퍼지 제어를 가능하게 할 수 있다.
상기의 방법이외에 특히, 생산제품의 불량여부를 판단하기 위해서는 공작기계 또는 금형에 이격하여 2개의 진동감지부를 장착하고 상기 두 감지부의 시간에 따른 진동레벨 신호에서 제1센서의 진동레벨신호에서 제2센서의 진동레벨신호를 뺀 값을 모니터링하여 양품의 생산시 신호를 기준으로 상기 가변 설정기준치 방법 또는 1주기에 대한 기준설정방법을 통하여 설정기준치를 설정하고 실제 모니터링 신호가 상기 설정기준치를 초과하는 경우에 불량품 발생을 알리는 신호를 발생시킬 수 있다.
또한 각 공작기계와 중앙 모니터링 장치를 네트워크로 연결하여 상기 측정된 데이터를 온라인 상으로 전송하여 각 장비의 정상상태 운전을 중앙의 모니터링 장치(서버)를 통하여 모니터링 할 수 있다.
상기 모니터링 장치 및 그 방법에 따라, 공작기계와 같이 운전상태에 따라서 진동레벨의 현격한 차이를 가지는 기계장비에서 운전상태에 따라 가변적인 설정기준치를 설정하고, 진동 또는 미소파괴음이 상기 운전상태에 따른 가변 설정기준치 이상인 경우에 경보를 발생시킬 수 있다.
이를 통하여 설비의 상태를 정확하게 진단할 수 있어서 설비 및 부품을 한계수명까지 안심하고 사용할 수 있어서 보전 및 재료비를 삭감할 수 있고, 설비 진단을 위하여 설비를 정지시키는 시간을 감소시켜 설비의 조업률을 향상시키며, 설비의 상태를 정확히 파악하게됨에 따라 보수시기와 범위를 정확히 판단할 수 있어서 효율적인 보전작업을 수행할 수 있어서 설비의 사용효율을 극대화할 수 있다. 또한생산제품의 불량여부를 조기에 진단함에 따라 불량률 감소를 통하여 자재 및 생산설비의 효율적 이용이 가능하다.

Claims (16)

  1. 진동 측정장치에서,
    공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 진동레벨신호로 출력시키는 진동감지부;
    상기 공작기계의 운전상태를 신호로 출력하는 운전상태감지부; 및
    상기 운전상태감지부의 운전상태신호와 상기 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호를 신호처리한 변환신호에 따른 설정기준치를 설정하고, 실제 모니터링에 의한 진동감지부의 진동레벨신호 또는 이를 신호처리한 변환신호와 상기 설정기준치를 비교하여, 상기 실제 신호가 설정기준치 이상일 경우에 경보신호를 발생하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 장치.
  2. 제1항에서, 상기 경보신호에 따라 경보음 또는 경광등에 의한 경광을 발생시키는 경보발생장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 장치.
  3. 제1항에서 상기 공작기계가 회전체를 포함하는 공작기계이고, 상기 진동감지부가 상기 회전체에 장착되고, 상기 진동레벨신호가 무선 또는 슬립링으로 상기 제어부에 입력되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 장치.
  4. 진동 측정방법에서,
    공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 시간에 따른 진동레벨신호로서 감지하는 진동감지단계;
    상기 공작기계의 운전상태를 운전상태신호로 감지하는 운전상태감지단계;
    상기 공작기계의 정상상태 운전시에 상기 운전상태신호에 따라 공작기계의 운전상태별로 시간에 따른 상기 진동레벨신호에 대한 안전영역의 설정기준치를 설정하는 기준치 설정단계; 및,
    실제 모니터링에 의한 시간에 따른 진동레벨신호와 상기 설정기준치를 비교하여, 상기 실제 신호가 설정기준치 이상일 경우에 경보신호를 발생하는 경보발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  5. 제4항에서, 상기 진동감지 단계가 공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 시간에 따른 진동레벨신호로서 감지한 후, 상기 진동레벨신호를 일정 주파수대역을 가지는 밴드 패스필터를 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에서, 상기 진동레벨 신호에 모터의 전류, 모터의 전압, 일정부위에 작용하는 힘, 회전축에 걸리는 토크, 일정부위의 온도, 운동부나 고정부의 위치 중의 어느 하나이상을 공작기계에서 측정한 물리량 측정신호를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  7. 제6항에서, 상기 진동레벨 신호에 따른 경보신호와 상기 물리량 측정신호에 따른 경보신호들을 논리합 또는 논리곱을 포함하는 조합을 통하여 최종경보신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  8. 제6항에서, 상기 경보발생단계가 상기 진동레벨 신호 및 상기 물리량 측정신호와 각 신호에 대한 설정기준치를 입력인자로 하는 퍼지추론을 통한 경보발생을 판단하여 경보발생을 실시하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  9. 진동 측정방법에서,
    공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 진동레벨신호로서 감지하는 진동감지단계;
    상기 공작기계의 운전상태를 운전상태신호로 감지하는 운전상태감지단계;
    상기 진동레벨신호를 주파수 스펙트럼으로 신호처리하고, 주파수 구간에서 적분하여 적분값을 구하는 단계;
    상기 공작기계의 정상상태 운전시에 상기 운전상태신호에 따라 공작기계의 운전상태별로 시간에 따른 상기 적분값에 대한 안전영역의 설정기준치를 설정하는 기준치 설정단계; 및,
    실제 시간에 따른 적분값 신호와 상기 설정기준치를 비교하여, 상기 실제 신호가 설정기준치 이상일 경우에 경보신호를 발생하는 경보발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  10. 진동 측정방법에서,
    공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 시간에 따른 진동레벨신호로서 감지하는 진동감지단계;
    상기 공작기계의 운전상태를 운전상태신호로 감지하는 운전상태감지단계;
    상기 공작기계의 정상상태 운전시에 상기 운전상태신호에 따라 공작기계의 특정 운전상태의 시간에 따른 상기 진동레벨신호에 대한 안전영역의 설정기준치를 설정하는 기준치 설정단계; 및,
    실제 모니터링에 의한 시간에 따른 진동레벨신호와 상기 설정기준치를 상기 특정운전상태에서만 비교하여, 상기 실제 신호가 설정기준치 이상일 경우에 경보신호를 발생하는 경보발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  11. 제10항에서, 상기 진동감지 단계가 공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 시간에 따른 진동레벨신호로서 감지한 후, 상기 진동레벨신호를 일정 주파수대역을 가지는 밴드 패스필터를 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  12. 진동 측정방법에서,
    공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 진동레벨신호로서 감지하는 진동감지단계;
    상기 공작기계의 운전상태를 운전상태신호로 감지하는 운전상태감지단계;
    상기 진동레벨신호를 주파수 스펙트럼으로 신호처리하고, 주파수 구간에서적분하여 적분값을 구하는 단계;
    상기 공작기계의 정상상태 운전시에 상기 운전상태신호에 따라 공작기계의 특정 운전상태의 시간에 따른 상기 적분값에 대한 안전영역의 설정기준치를 설정하는 기준치 설정단계; 및,
    실제 모니터링에 의한 시간에 따른 적분값 신호와 상기 설정기준치를 상기 특정운전상태에서만 비교하여, 상기 실제 신호가 설정기준치 이상일 경우에 경보신호를 발생하는 경보발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  13. 주기적으로 작동하는 공작기계의 진동측정방법에서,
    공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 진동레벨신호로서 감지하는 진동감지단계;
    상기 공작기계의 운전상태를 운전상태신호로 감지하는 운전상태감지단계;
    상기 공작기계의 정상상태 운전시에 상기 운전상태신호에 따라 공작기계의 일정한 반복주기동안의 시간에 따른 진동레벨신호 또는 상기 진동레벨신호를 주파수 스펙트럼으로 신호처리하고, 주파수 구간에서 적분하여 얻은 적분값을 평균하여 1주기에 대한 기준신호를 설정하는 단계;
    상기 1주기에 대한 기준신호로부터 일정량 또는 일정비율로 상/하로 오프셋시킨 상/하한 설정기준치를 안전영역의 설정기준치로 설정하는 기준치 설정단계;및,
    실제 모니터링에 의한 시간에 따른 진동레벨신호 또는 적분값과 상기 설정기준치를 비교하여, 상기 실제 신호가 설정기준치의 범위를 벗어나는 경우에 경보신호를 발생하는 경보발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  14. 제13항에서, 상기 기준 주기신호를 현재 모니터링 시점을 기준으로 과거의 일정 개수 주기신호로부터 매번 갱신하고, 상기 갱신되어진 기준 주기신호로부터 상/하한 설정기준치를 매번 갱신하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  15. 주기적으로 작동하는 공작기계의 진동측정방법에서,
    공작기계, 금형 또는 공구의 진동을 진동레벨신호로서 감지하는 진동감지단계;
    상기 공작기계의 운전상태를 운전상태신호로 감지하는 운전상태감지단계;
    상기 공작기계의 정상상태 운전시에 상기 운전상태신호에 따라 공작기계의 일정한 반복주기동안의 양수화처리된 시간에 따른 진동레벨신호를 평균하여 1주기에 대한 기준신호를 설정하는 단계;
    상기 1주기에 대한 기준신호로부터 일정량 또는 일정비율로 상/하로 오프셋시킨 상/하한 설정기준치를 안전영역의 설정기준치로 설정하는 기준치 설정단계; 및,
    실제 모니터링에 의한 양수화처리된 시간에 따른 진동레벨신호와 상기 설정기준치를 비교하여, 상기 실제 신호가 설정기준치의 범위를 벗어나는 경우에 경보신호를 발생하는 경보발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
  16. 진동 측정방법에서,
    공작기계, 금형 또는 공구의 두개이상의 지점에서 진동을 시간에 따른 진동레벨신호로서 감지하는 진동감지단계;
    상기 공작기계의 운전상태를 운전상태신호로 감지하는 운전상태감지단계;
    상기 두개이상의 진동신호에서 두 신호의 선택하여 제1신호에서 제2신호를 뺀 차이값 신호를 생성하는 단계;
    상기 공작기계의 정상상태 운전시에 상기 운전상태신호에 따라 공작기계의 운전상태별로 시간에 따른 상기 차이값 신호에 대한 안전영역의 설정기준치를 설정하는 기준치 설정단계; 및,
    실제 모니터링에 의한 차이값 신호와 상기 설정기준치를 비교하여, 상기 실제 신호가 설정기준치 이상일 경우에 경보신호를 발생하는 경보발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 안전상태 및 생산제품의 불량여부에 관한 모니터링 방법.
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