KR20120064321A - 공작기계의 공구 손상 탐지장치 및 공구손상 탐지방법 - Google Patents

공작기계의 공구 손상 탐지장치 및 공구손상 탐지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계의 공구 손상 탐지장치 및 탐지방법에 관한 것으로, 서보(100)와 스핀들(110)로 부터 토크에 따른 전류 신호를 받는 탐지기(140), 수치제어기(120)로 부터 입력되는 정보를 이용하여 선행 가공 조건을 계산하는 시뮬레이터(150), 현재 장착된 공구와 해당 공구에 의해 과거 가공시 측정된 토크값과 가공 조건등에 대한 정보를 공구 DB(130)에 기록하거나 그로부터 정보를 인출하는 공구 매니저(160), 공구 매니저(160)로 부터 전달받고 시뮬레이터(150)에서 계산된 선행 가공 조건을 이용하여 가공 작업시 발생할 것으로 예측되는 토크의 범위를 계산하는 임계 토크 연산기(190), 임계 토크 연산기(190)에서 예측된 토크의 상한값과 하한값을 저장하는 임계 토크 데이타 저장부(180), 상기 탐지기(140)에서 측정된 토크와 임계 토크 연산기(190)로 부터의 임계 토크 범위를 비교하는 비교기(170), 상기 비교기(170)에서의 비교된 결과에 따라 공작기계의 가공 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구성됨으로써, 단순히 공구 파손의 검출뿐만 아니라 파손의 예측과 예측 이후의 대응 방안도 함께 해결할 수 있는 효과가 있고, 무인 가공작업을 안정되게 수행할 수 있게 되는 효과도 있다.

Description

공작기계의 공구 손상 탐지장치 및 공구손상 탐지방법{Tool Damage Detection Apparatus For Machine Tool and Detection Method Thereby}
본 발명은 공작기계, 특히 CNC 공작기계를 이용하여 작업물을 정밀가공할 때 치수 정밀도 유지와 함께 공구의 파손 가능성을 미리 탐지하여 공구 파손을 예방하도록 제어하여 가공작업을 계속적으로 수행할 수 있도록 하는 공작기계의 공구 손상 탐지장치와, 그에 의한 공구 손상 탐지방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계에 설치되어 사용되는 공구는 절삭 가공과 함께 점차 마모되며, 최종적으로는 파손에 이르게 된다. 이러한 공구의 마모는 가공물의 치수 정밀도는 물론 가공 표면의 품질을 저하시키게 되며, 공구의 돌발적인 파손은 가공물을 파손시키기도 한다. 이와 같은 공구 마모와 파손은 기존 가공물의 파손으로 인한 금전적인 손해를 발생시킬 뿐만 아니라, 특히 CNC 공작기계에서의 무인 가공을 어렵게 만드는 주요한 원인 중 하나이다.
이러한 문제 해결을 위해, 최근에는 공구 수명 관리 기능이 개발되어 공구가 사용된 시간을 체크하고, 미리 설정된 사용 시간에 맞추어 공구를 자동으로 교환되도록 하고 있다. 그러나 이러한 방식은 대량 생산 방식에서 공구가 특정한 가공 조건에서만 사용하는 경우에 적용 가능한 방식이며, 매번 다른 모양의 부품을 가공하는 경우에 대해서는 적용이 불가능하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 음향 센서, 절삭력 센서, 화상 센서등 다양한 측정 방식에 기반하여 공구자체의 파손을 모니터링하는 기술이 제안되었다.
그러나 공구 파손을 모니터링하는 기술은 부가적인 측정 장치를 필요로 함에 따라 실용적인 측면에서 적용에 한계가 있기 때문에, 공작 기계를 구성하는 서보, 스핀들로부터 전류 신호를 감지하고 이에 기반하여 공구 파손을 모니터링하는 방식이 가장 현실적인 것으로 사용되고 있다.
미국 공개특허공보 제20060142893호에는 서보와 스핀들로부터의 전류 신호를 통해 절삭 가공에 사용되는 토크를 모니터링 하고, 시간에 따른 토크의 변화와 순간적인 토크의 변위량을 체크함으로써 공구의 파손 여부를 판별하는 방식이 제안되어 있다.
위 미국 공개특허에서는 이러한 공구 파손 모니터링을 수행하기 위해 복수개의 머시닝 사이클들로부터 인덱스를 검출하는 검출 수단과, 공구 파손을 판별하기 위해 특정 머시닝 사이클에서의 인덱스를 기존 인덱스 값들과 비교하는 비교 수단, 공구 파손을 의미하는 역치값을 저장하는 저장 수단, 상기 저장 수단에 역치의 초기값을 쓸 수 있는 표시수단, 가공 진행과 함께 저장된 역치의 값을 갱신해 주는 갱신 수단, 역치값의 갱신을 중단시키는 수단, 역치값의 갱신이 중단되었을 때 역치의 저장된 값을 기반으로 역치의 설정값을 결정하는 수단으로 구성되어 있다.
위 미국 공개특허의 기술은 공작기계에서 별도의 장치없이 손쉽게 구할 수 있는 전류 시그널을 통해 공구 파손을 검출할 수 있고, 사용자가 역치값을 개별적으로 저장할 필요가 없이 가공 상황에 맞추어 적절한 역치값이 계산된다는 측면에서 실용적인 방법이다.
그러나, 이러한 방법은 공구의 마모와 같이 시간을 두고 천천히 진행되는 공구의 변화로 인해 발생하는 토크의 변화에 대해서 공구 마모로 인한 변화인지 혹은 가공 조건의 변경에 의한 변화인지 알 수 없으며, 또한 가공 조건의 변경에 있어서도 토크의 변화가 공구의 파손 때문인지 실제적인 가공 조건의 변경 때문인지 알 수 없는 문제가 발생한다.
이러한 문제들로 인해 위 미국 특허 기술은 일정한 조건의 가공이 반복되는 경우에만 - 예를들어 밀링 가공의 드릴링과 탭핑 가공- 등에만 한정적으로 적용할 수 있는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 공작 기계의 서보와 스핀들의 전류로부터 얻어지는 절삭 토크와 선행 보간 좌표에 기반한 3차원 예측 시뮬레이터와 수치제어부에 탑재된 공구 매니저에 의해 앞으로 수행될, 절삭 깊이, 피드, 쿨런트 사용 여부 등과 같은 가공 조건과 공구 매니저에 저장된 과거 토크 정보를 기반으로 앞으로 발생할 토크의 범위를 예측하고, 이를 바탕으로 공구 손상을 탐지하는 공작기계의 공구 손상 탐지장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 상기한 공작기계의 공구 손상 탐지장치에 의해 서보와 스핀들로부터 얻어지는 토크를 기반으로 3차원 시뮬레이터와 공구 매니저 및 공구 DB를 적용하여 공구 손상을 탐지할 뿐만 아니라 탐지된 상황에 따라 가공조건을 변경하여 계속적인 가공작업의 수행, 가공중지 또는 공구 파손을 경고하도록 공구손상 탐지방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 공작기계의 공구 손상 탐지장치는, 공작기계의 서보(100)와 스핀들(110)로부터 토크에 따른 전류 신호를 받는 탐지기(140)와, 공작기계의 수치제어기(120)로부터 입력되는 정보를 이용하여 선행 가공 조건을 계산하는 시뮬레이터(150)와, 현재 장착된 공구와 해당 공구에 의해 과거 가공시 측정된 토크값과 가공 조건에 대한 정보를 저장하기 위한 공구 DB(130)와, 현재 장착된 공구와 해당 공구에 의해 과거 가공시 측정된 토크값과 가공 조건에 대한 정보를 상기 공구 DB(130)에 기록하거나 그로부터 정보를 인출하는 공구 매니저(160)와, 상기 공구 매니저(160)로부터 전달받고 상기 시뮬레이터(150)에서 계산된 선행 가공 조건을 이용하여 가공 작업시 발생할 것으로 예측되는 토크의 범위를 계산하는 임계 토크 연산기(190)와, 상기 임계 토크 연산기(190)에서 예측된 토크의 상한값과 하한값을 저장하는 임계 토크 데이타 저장부(180)와, 상기 탐지기(140)에서 측정된 토크와 상기 임계 토크 연산기(190)로부터의 임계 토크 범위를 비교하는 비교기(170)와, 상기 비교기(170)에서의 비교된 결과에 따라 공작기계의 가공 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 공작기계 가공 동작 제어부(250)는 측정된 토크가 역치값에 제1 기준값 이내로 근접한 경우, 공구의 마모가 일정값 이상 넘어가지 않도록 피삭재의 회전 속도 혹은 피드를 조정하도록 공작기계를 제어하여 조정된 가공 조건으로 작동하게 제어하는 공구 파손 방지부(200)와, 측정된 토크가 역치값에 상기 제1 기준값보다 더 작은 제2 기준값 이내로 근접한 경우, 공구를 교체하거나 가공 조건을 변경하는 등의 조치를 취하도록 공작 기계 운전자에게 알람수단을 통하여 경고하는 공구 파손 예측부(210)와, 측정된 토크가 역치값을 벗어난 경우, 수치제어기를 제어하여 공작기계의 가공 작동을 중지하게 공구 파손 탐지부(220)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공구 DB(140)는 공구 매거진의 포트(Pot) 정보와 피삭재의 재질을 한 쌍의 기준 정보로 정하고, 이들에 대해서 절삭 깊이와 피드등의 가공 조건하에서 실제 측정된 토크 정보를 하나의 세트로 저장하도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 공작기계의 공구 손상 탐지장치를 이용한 공구 손상 탐지 방법이 제안된다. 본 발명에 따른 공구 손상 탐지 방법은, (A) 공작기계의 서보(100)와 스핀들(110)로부터 토크에 따른 전류 신호를 받는 단계(S 112)와; (B) 공작기계의 수치제어기(120)로부터 입력되는 정보를 이용하여 선행 가공 조건을 계산하는 단계(S 105, S 106)와; (C) 현재 장착된 공구와 해당 공구에 의해 과거 가공시 측정된 토크값과 가공 조건에 대한 정보를 저장하는 단계(S 101, S 102)와; (D) 상기 (C)단계에서 저장된 정보와 상기 (B)단계에서 계산된 선행 가공 조건을 이용하여 가공 작업시 발생할 것으로 예측되는 토크의 범위 및 역치값을 계산하고 이를 저장하는 단계(S 107 ~ S 111)와; (E) 상기 (A)단계에서 측정된 토크와 상기 (E)단계에서 계산된 토크의 범위 및 역치값과 비교하는 단계(S 112)와; (F) 상기 (E)단계에서 비교된 결과에 따라 공작기계의 가공 동작을 제어하는 단계(S 113 ~ S 119)를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 (F)단계는, 상기 가공 동작을 제어하는 모드로서 공구파손 감지모드와, 공구파손 예방모드 및 공구파손 예측모드를 포함한다.
상기 공구 파손 예방모드에서는, 상기 (A)단계에서 탐지된 현재의 토크가 상기 (D)단계에서 계산된 역치값에 제1 기준값 이내로 근접한 것으로 판단된 경우에 공구 파손이 발생되지 않도록 가공조건 즉 절삭깊이와 피드가 변경되도록 공작기계 작동을 제어한다(S 114, S 115).
상기 공구파손 예측 모드에서는, 상기 (A)단계에서 탐지된 현재의 토크가 상기 (D)단계에서 계산된 역치값에 상기 제1 기준값보다 더 작은 제2 기준값 이내로 근접한 것으로 판단된 경우에 공구파손이 발생될 우려가 있는 것으로 판단하여 알람수단을 통해 경고를 발생시킨다(S 116, S 117).
상기 공구파손 감지모드에서는, 상기 (A)단계에서 탐지된 현재의 토크가 상기 (D)단계에서 계산된 역치값을 초과한 경우에, 공구파손이 발생된 것으로 판단하여 공작기계의 손상이 발생되지 않도록 가공작업 작동을 중지하도록 공작기계를 제어하는 것(S 118,S 119)을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공작기계의 공구 손상 탐지장치는 기존 발명과 같이 서보와 스핀들로부터 얻어지는 토크를 기반으로 공구 파손을 검출 혹은 예측하는 특징을 갖지만, 기존 발명에서 토크의 역치값을 시계열로 갱신해 나가는 방법을 대신하여, 3차원 시뮬레이터와 공구 매니저, 고유의 공구 DB를 적용함으로써 단순히 공구 파손의 검출뿐만 아니라 파손의 예측과 예측 이후의 대응 방안도 함께 해결할 수 있는 효과가 있고, 무인 가공작업을 안정되게 수행할 수 있게 되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공작기계의 공구 손상 탐지장치의 개략적인 구성 블럭도.
도 2는 공구 DB의 예를 보여주는 표.
도 3과 4는 공구 DB에서의 공구 조건의 추가 방법을 보여주는 예시도.
도 5는 공구 DB에 저장된 특정 공구의 가공 조건에 따른 토크 맵.
도 6은 본 발명에 따른 공구 손상 탐지 방법에 대한 플로어 챠트.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 공작기계의 공구 손상 탐지장치는 도 1에 블럭도로 도시된 바와같이, 서보(100)와 스핀들(110)로 부터 토크에 따른 전류 신호를 받는 탐지기(140), 수치제어기(120)로 부터 입력되는 정보를 이용하여 선행 가공 조건을 계산하는 시뮬레이터(150), 현재 장착된 공구와 가공시 측정된 토크값과 가공 조건등에 대한 정보를 공구 DB(130)에 기록하거나 그로부터 정보를 인출하는 공구 매니저(160), 공구 매니저(160)로 부터 전달받고 시뮬레이터(150)에서 계산된 선행 가공 조건을 이용하여 가공 작업시 발생할 것으로 예측되는 토크의 범위를 계산하는 임계 토크 연산기(190), 상기 탐지기(140)에서 측정된 토크와 임계 토크 연산기(190)로 부터의 임계 토크 범위를 비교하는 비교기(170), 상기 비교기(170)에서의 비교된 결과에 따라 공작기계의 가공 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구성된다.
공구 혹은 피삭재를 회전시키거나 축을 움직이는 서보(100)와 스핀들(110)은 전류 제어를 통해 가공 부하에 상관없이 일정한 회전 속도와 이송 속도를 유지하게 되며, 이에 따라 가공 부하가 커지는 경우에 서보/스핀들에 인가되는 전류의 양은 커지게 되며, 이러한 전류 신호가 실시간으로 탐지기(140)에 의해 검출된다.
상기 탐지기(140)는 서보/스핀들에 인가되는 전류의 양을 이용하여 실제 서보/스핀들이 발생시키고 있는 토크를 간접적으로 계산하고, 이를 통해 절삭 부하를 계산하는 역할을 수행하며, 계산된 토크는 비교기(170)에 전달된다.
수치제어기(120)는 피삭물에 대하여 사용자가 입력한 가공 선행 정보에 따라 가공 중 피드를 조절하며, 일정 시간 이후에 공구가 위치해야 할 축 좌표와 절삭유 On/Off등과 같은 공작 기계의 부가 기능을 수행하고, 이러한 정보를 시뮬레이터(150)에 전달한다. 또한 공구 파손이 예상되는 경우에는 공구 파손 방지를 위해 가공 선행 정보로 입력된 피드 정보를 무시하고 변경된 가공 조건으로 작동하도록 공작기계 가공 동작제어부(250)에 의해 제어되며, 이에 대해서는 후술한다.
상기 시뮬레이터(150)는 실측된 공작 기계 모델을 바탕으로 실제 가공과 동일한 피삭재, 공구에 대한 정보를 이용하여 수치제어기(120)에서 보내주는 축 좌표에 맞추어 시뮬레이션을 수행한다. 이때, 시뮬레이터는 현재 시간을 기준으로 수치제어기(120)로부터 제공되는 가공 선행 정보와 가공작업에 사용할 공구와 피삭재에 대해 입력된 정보를 이용하여 미리 설정된 특정 시간 이후의 상황에 대해 시뮬레이션을 수행하며, 특정 시간 이후의 공구의 절삭 깊이와 절삭 폭 정보 등의 가공 조건을 예측하게 된다. 이러한 정보들은 후술하는 임계 토크 연산기(190)로 전달된다.
공구 DB(130)는 도 2에 예시적으로 표시된 바와같이 현재 공작 기계에 장착된 공구에 대해 과거에 발생했던 특정 가공 조건 정보와 특정 가공 조건하에서 발생된 토크의 범위에 대한 데이타를 저장한다. 이때, 가공 조건 정보는 토크에 가장 큰 영향을 주는 절삭 깊이, 피드(날당 이송량), 피삭재 재질 등을 포함하며, 가공 조건에 따른 측정된 토크의 최대값과 최소값이 저장된다.
상기 공구 DB의 구성은 공구 매니저(160)와 시뮬레이터(150)에 의해 자동으로 구성되는 특징을 갖는다. 공구 DB는 공구 매거진의 포트(Pot) 정보와 피삭재의 재질을 한 쌍의 기준 정보로 정하고, 이들에 대해서 절삭 깊이와 피드등의 다양한 가공 조건하에서 실제 측정된 토크 정보를 하나의 세트로 저장한다.
도 2로 표시된 표에서, 포트 1에 부착된 공구의 경우 과거 STS304와 SM45C 재질의 피삭재를 가공한 정보를 갖고 있으며, STS304의 경우 3가지 가공 조건, SM45C의 경우 2가지 가공 조건에 대한 토크값이 저장되어 있다. 또한, 포트 2에 부착된 공구는 과거 SM20C 재질의 피삭재에 대해서 1가지 가공 조건과 이에 대한 토크값이 저장되어 있으며, 포트 3에 부착된 공구는 과거 SM45C 재질의 피삭재에 대해서 4가지 가공 조건과 이에 대한 토크값이 저장되어 있다.
이들 가공 조건과 토크 정보는 포트 1,2,3번에 부착된 공구가 사용되었던 과거의 가공으로부터 얻어지며, 공구 DB에 저장되는 가공 조건과 토크 정보의 쌍은 다음과 같이 결정된다.
일반적으로 토크의 크기는 가공 중에 발생하는 절삭력과 공구와 피삭재간의 마찰력등에 의해 결정되며, 절삭력은 칩의 단면적에 비례하여 증가한다. 이는 선삭에서 절삭 깊이, 피드가 커질수록 토크가 커지는 것을 의미하며 이러한 경향은 과거 실험과 논문을 통해 입증되었다. 그러나 가공 조건 이외에도 토크를 결정하는 여러가지 원인들이 있으며, 이러한 원인들과 토크의 관계를 명확하게 규명한 모델은 존재하지 않는다.
본 발명에서는 이러한 점을 감안하여 토크 예측을 과거 데이터의 보간(interpolation)에 의해 수행하게 된다. 그러므로 가공 조건의 추가도 보간이 가능한 영역을 넓히는 방향으로 진행되며, 자세한 방법은 다음과 같다.
토크의 보간이 가능한 가공 조건 영역은 가공 조건들을 포함하는 최소 크기의 도 3과 도 4에 도시된 볼록한 형태의 컨벡스(convex)영역으로 정의될 수 있으며, 최소 크기의 컨벡스 영역은 가공 조건들을 모서리 혹은 컨벡스 영역의 경계면에 위치함으로써 만들어진다. 이를 바탕으로 새로운 가공 조건이 기존 가공 조건들의 컨벡스 영역 밖에 위치되는 경우 토크의 보간에 의해 가공 조건 영역이 확장되며, 만일 기존 가공 조건이 새롭게 확장된 가공 조건 영역안에 포함되는 경우, 기존 가공조건은 삭제된다.
이에 대하여, 절삭 깊이와 피드 등에 대한 가공 조건이 추가되는 과정을 그림으로 표현한 도 3과 도 4를 참고하여 부연 설명하면, 도 3에서 A라는 가공 조건은 공구 DB에 저장된 기존 가공 조건을 보간해서는 토크를 알아낼 수 없는 영역이므로 이러한 경우 가공 조건의 범위를 넓혀야 하며, 이때 공구 DB에 저장된 기존의 가공 조건들을 연결한 영역이 컨벡스 형태를 갖도록 만들어지게 된다. 도 3에서 B는 A라는 가공 조건을 추가된 이후 새롭게 확장된 가공 조건 영역(실선으로 표시된 영역) 내에 존재하게 되며, B라는 가공 조건은 삭제된다.
그러나 도 4의 경우에서는 A라는 새로운 가공 조건이 추가되었으나, 가공 조건 A가 기존의 가공 조건들과 함께 컨벡스 형태의 가공 조건 영역을 구성하기 때문에 기존 가공 조건들은 그대로 유지된다.
임계 토크 연산기(190)는 상기 시뮬레이터(150)로부터 절삭 깊이와 피드 등의 가공 조건 정보를 입력으로 받고, 공구 DB의 정보를 절삭 깊이와 피드 및 그에 따른 토크에 대한 3개의 축 좌표상에 표현된 토크 맵(Torque Map)으로 구성한 후, 가공 조건에 해당하는 토크를 예측하는 역할을 수행한다.
도 5는 상기 임계 토크 연산기(190)에서 만들어진 토크 맵의 예를 도식화한 것이다. 상기 토크 맵은 측정된 토크의 상한값으로 만들어진 상한 토크 맵(Upper Torque Map)과 측정된 토크의 하한값으로 만들어진 하한 토크 맵(Lower Torque Map)으로 구성된다.
임계 토크 데이타 저장부(180)는 임계 토크 연산기(190)에서 예측된 토크의 상한값과 하한값을 저장한다.
비교기(170)는 임계 토크 데이타 저장부(180)에 저장된 토크의 상한값과 하한값을 기준으로 공구의 파손 감지, 예측, 혹은 예방등의 사용자가 원하는 상황을 체크하는데 적절한 판단 기준이 되는 역치값을 설정하고, 이를 탐지기(140)에서 넘어오는 토크 정보와 비교하는 기능을 수행하며, 비교 결과에 따라 상기 비교기에 미리 설정된 공구 파손/예방/예측 모드들중 어느 하나의 모드에 따라 후술하는 공작기계 가공 동작 제어부로 신호를 출력한다.
공작기계 가공 동작 제어부(250)는 상기 비교기(170)에서 비교된 토크 정보 결과에 따라 판정된 사용자 모드에 따라 공작기계를 제어하도록 공구 파손 방지부(200)와, 공구 파손 예측부(210) 및 공구 파손 탐지부(220)를 포함한다.
공구 파손 방지부(200)는 측정된 토크가 역치값에 제1 기준값 이내로 근접한 경우, 공구의 마모가 일정값 이상 넘어가지 않도록 피삭재의 회전 속도 혹은 피드를 조정하도록 공작기계를 제어하여 조정된 가공 조건으로 작동하게 하며, 이는 안전한 무인 가공작업을 수행할 수 있게 한다.
공구 파손 예측부(210)는 측정된 토크가 역치값에 상기 제1 기준값보다 작은 제2 기준값 이내로 근접한 경우, 이를 공작 기계 운전자에게 예를들어 알람이나 비상등의 점등과 같은 방법으로 알려주는 역할을 수행함으로써, 운전자가 공구를 교체하거나 가공 조건을 변경하는 등의 조치를 취하도록 한다.
또한, 공구 파손 탐지부(220)는 측정된 토크가 역치값을 벗어난 경우, 즉 공구가 파손된 경우를 의미하며, 이 경우는 수치제어부를 제어하여 가공 작동을 중지하게 한다.
이하에서는 도 6에 도시된 플로어챠트를 통해 본 발명에 따른 공작기계의 공구 손상 탐지장치에 의한 공구손상 탐지방법을 설명하기로 한다.
단계(S101)에서 가공에 필요한 공구를 공구 매거진에 제공된 포트에 장착하고, 단계(S102)에서 공구 매니저(160)에 추가된 공구에 대한 정보를 입력하며 이러한 추가 공구에 대한 정보는 공구 DB에 저장된다. 단계(S103)에서 시뮬레이터(150)에 공구와 피삭재에 대한 정보를 입력하고, 단계(S104)에서 가공작업을 시작한다.
시뮬레이터(160)에서 수지제어기(120)에 입력된 가공작업을 위한 선행 좌표를 불러오고(단계(S105))) 선행 가공 조건을 계산한다(단계(S106)).
상기 단계(S106)에서 계산된 선행 가공 조건에 따라 임계 토크 연산기(190)에서 가공 작업시 발생될 토크를 계산한 결과와 임계 토크 데이타 저장부(180)에 저장된 데이타를 비교하여 비교기(170)에서 선행 가공조건에서 발생될 토크가 예측가능한 범위에 있는지를 판단하고(단계(S107)), 예측가능한 범위내에 있는 경우 예상 토크로부터 역치값을 계산한다(단계(S108)).
상기 단계(S107)에서 예상 토크가 예측가능한 범위내에 있지 않는 것으로 판단되는 경우에는, 현재의 가공 조건을 계산하고(단계(S109)), 현재의 가공조건을 공구 DB에 추가하여(단계(S110)) 공구 DB를 최적화하고(단계(S111)), 단계(S105)로 복귀한다.
상기 비교기(170)에서는 단계(S108)에 이어서 탐지기(140)에서 탐지된 서보(100)와 스핀들(110)에서의 현재 가공 토크를 불러오고(단계(S112)), 현재의 가공 토크가 임계 토크 데이타 저장부(180)에 저장된 토크의 상한값과 하한값을 비교하여 미리 설정된 사용자 모드들, 즉 공구파손 감지모드/예방모드/예측모드들중 어느 모드에 해당되는지를 판단한다(단계(S113)).
공구 파손 예방모드에서는, 탐지기(140)에서 탐지된 현재의 토크가 역치값에 제1 기준값 이내로 근접한 것으로 판단된 경우에는(단계(S114))), 공구 파손이 발생되지 않도록 공작기계 동작제어부(250)의 공구파손 방지부(200)에 의해 가공조건 즉 절삭깊이와 피드가 감소되게 공작기계 작동을 제어하고(단계(S115)), 현재의 토크가 역치값에 근접되지 않은 경우에는 단계(S104)로 복귀한다.
공구 파손 예측 모드에서는, 탐지기(140)에서 탐지된 현재의 토크가 역치값에 제1 기준값보다 더 작은 제2 기준값 이내로 근접한 것으로 판단된 경우에(단계(S116)), 공구파손이 발생될 우려가 있는 것으로 판단하여 공구파손 예측부(210)에 의해 예를들어 부저나 경광등과 같은 알람수단을 통해 경고를 발생하고(단계(S117)), 현재의 토크가 역치값에 근접되지 않은 경우에는 단계(S104)로 복귀한다.
공구파손 감지모드에서는, 탐지기(140)에서 탐지된 현재의 토크가 역치값을 초과한 경우에는, 공구파손이 발생된 것으로 판단하여 공작기계의 손상이 발생되지 않도록 공작기계 가공 동작 제어부(250)의 공구 파손 탐지부(220)에 의해 가공작업 작동을 중지하도록 공작기계를 제어하고(단계 (S114)) 종료한다. 현재의 토크가 역치값을 벗어나지 않은 경우 가공시작 단계(S104)로 복귀한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 첨부된 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 변경될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 공작기계의 공구 손상 탐지장치와 공구손상 탐지방법은 CNC와 같은 공작기계에 적용하여 공구 손상 및 손상가능성을 미리 탐지하여 제어하도록 함으로써 공작기계의 안전과 함께 공작기계에 의한 가공작업의 효율적 관리를 가능하도록 한다.
100: 서보 110: 스핀들
120: 수치제어기 130: 공구 DB
140: 탐지기 150: 시뮬레이터
160: 공구 매니저 170: 비교기
180: 임계 토크 데이타 저장부
190: 임계 토크 연산기

Claims (5)

  1. 공작기계의 서보(100)와 스핀들(110)로부터 토크에 따른 전류 신호를 받는 탐지기(140)와,
    공작기계의 수치제어기(120)로부터 입력되는 정보를 이용하여 선행 가공 조건을 계산하는 시뮬레이터(150)와,
    현재 장착된 공구의 과거 가공시 측정된 토크값과 가공 조건에 대한 정보를 저장하기 위한 공구 DB(130)와,
    현재 장착된 공구와 해당 공구에 의해 과거 가공시 측정된 토크값과 가공 조건에 대한 정보를 상기 공구 DB(130)에 기록하거나 그로부터 정보를 인출하는 공구 매니저(160)와,
    상기 공구 매니저(160)로부터 상기 공구 DB(130)에 기록된 정보를 전달받고 상기 시뮬레이터(150)에서 계산된 선행 가공 조건을 이용하여 가공 작업시 발생할 것으로 예측되는 토크의 범위를 계산하는 임계 토크 연산기(190)와,
    상기 임계 토크 연산기(190)에서 예측된 토크의 상한값과 하한값을 저장하는 임계 토크 데이타 저장부(180)와,
    상기 탐지기(140)에서 측정된 토크와 상기 임계 토크 연산기(190)로부터의 임계 토크 범위를 비교하는 비교기(170)와,
    상기 비교기(170)에서의 비교된 결과에 따라 공작기계의 가공 동작을 제어하는 제어부(250)
    를 포함하여 구성된 공작기계의 공구 손상 탐지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공작기계 가공 동작 제어부(250)는 측정된 토크가 역치값에 제1 기준값 이내로 근접한 경우, 공구의 마모가 일정값 이상 넘어가지 않도록 피삭재의 회전 속도 혹은 피드를 조정하도록 공작기계를 제어하여 조정된 가공 조건으로 작동하게 제어하는 공구 파손 방지부(200)와,
    측정된 토크가 역치값에 상기 제1 기준값보다 더 작은 제2 기준값 이내로 근접한 경우, 공구를 교체하거나 가공 조건을 변경하는 등의 조치를 취하도록 공작 기계 운전자에게 알람수단을 통하여 경고하는 공구 파손 예측부(210)와,
    측정된 토크가 역치값을 벗어난 경우, 수치제어기를 제어하여 공작기계의 가공 작동을 중지하게 공구 파손 탐지부(220)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 손상 탐지장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공구 DB(140)는 공구 매거진의 포트(Pot) 정보와 피삭재의 재질을 한 쌍의 기준 정보로 정하고, 이들에 대해서 절삭 깊이와 피드등의 가공 조건하에서 실제 측정된 토크 정보를 하나의 세트로 저장하도록 된 것을 특징으로 하는 공구 손상 탐지장치.
  4. (A) 공작기계의 서보(100)와 스핀들(110)로부터 토크에 따른 전류 신호를 받는 단계(S 112)와,
    (B) 공작기계의 수치제어기(120)로부터 입력되는 정보를 이용하여 선행 가공 조건을 계산하는 단계(S 105, S 106)와,
    (C) 가공에 사용할 새로운 공구를 추가하고, 공구 정보를 설정하는 단계 (S101, S102)와,
    (D) 상기 (C)단계에서 저장된 정보와 상기 (B)단계에서 계산된 선행 가공 조건을 이용하여 가공 작업시 발생할 것으로 예측되는 토크의 범위 및 역치값을 계산하고, 필요시 이를 저장하는 단계(S 107 ~ S 111)와,
    (E) 상기 (A)단계에서 측정된 토크와 상기 (E)단계에서 계산된 토크의 범위 및 역치값과 비교하는 단계(S 112)와,
    (F) 상기 (E)단계에서 비교된 결과에 따라 공작기계의 가공 동작을 제어하는 단계(S 113 ~ S 119)
    를 포함하여 구성된 공작기계의 공구 손상 탐지방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 (F)단계는,
    상기 가공 동작을 제어하는 모드로서 공구파손 감지모드와, 공구파손 예방모드 및 공구파손 예측모드를 포함하고,
    상기 공구 파손 예방모드에서는, 상기 (A)단계에서 탐지된 현재의 토크가 상기 (D)단계에서 계산된 역치값에 제1 기준값 이내로 근접한 것으로 판단된 경우에 공구 파손이 발생되지 않도록 가공조건 즉 절삭깊이와 피드를 변경하도록 공작기계 작동을 제어하고(S 114, S 115),
    공구파손 예측 모드에서는, 상기 (A)단계에서 탐지된 현재의 토크가 상기 (D)단계에서 계산된 역치값에 상기 제1 기준값보다 더 작은 제2 기준값 이내로 근접한 것으로 판단된 경우에 공구파손이 발생될 우려가 있는 것으로 판단하여 알람수단을 통해 경고를 발생시키고(S 116, S 117),
    공구파손 감지모드에서는, 상기 (A)단계에서 탐지된 현재의 토크가 상기 (D)단계에서 계산된 역치값을 초과한 경우에, 공구파손이 발생된 것으로 판단하여 공작기계의 손상이 발생되지 않도록 가공작업 작동을 중지하도록 공작기계를 제어하는 것(S 118,S 119)을 특징으로 하는 공작기계의 공구손상 탐지방법.
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