KR20190043232A - 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공작 기계의 운용 시 공구의 마모 상황을 실시간 검사하여 공구의 사용 수명을 효율적으로 관리하고, 공구마모 측정 인자의 측정데이터에 근거하여 체계적인 공구수명 관리를 제공하며, 적절한 시기의 공구 교체로 공구의 파괴에 의한 사고를 예방하고 가공물의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 공작 기계의 공구수명을 관리하기 위한 방법으로서, 가공물과 공작 기계의 공구별 간의 마찰력 변화를 검출하기 위한 측정인자를 검출하는 측정인자 검출 단계; 공구별 N번의 가공횟수당 상기 검출 단계에서 검출된 검출값의 평균을 구하여 산출된 산출값을 베이스 데이터로서 생성 저장하는 공구마모 베이스데이터 마련 단계; 상기 공구마모 베이스베이터 마련단계의 산출값을 N+1번의 가공횟수에 적용하여 예상 마모값을 구하고 공구마모 추세데이터로서 생성 저장하는 공구마모 추세데이터 마련 단계; 및 상기 공구마모 추세데이터의 마모 예상값에 사용자가 설정한 설정값이 도달하는지 판단하여 공구의 교체 여부를 결정하는 공구교체 판단 단계;를 포함하며, 상기 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 공구마모 추세데이터 마련 단계로 진행되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 공구수명 관리방법이 제공된다.
Description
본 발명은 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작 기계의 운용 시 공구의 마모 상황을 실시간 검사하여 공구의 사용 수명을 효율적으로 관리하고, 공구마모 측정 인자의 측정데이터에 근거하여 체계적인 공구수명 관리를 제공하며, 적절한 시기의 공구 교체로 공구의 파괴에 의한 사고를 예방하고 가공물의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법에 관한 것이다.
생산 시스템의 중핵 기술인 기계 가공의 주류는 공작 기계에 의한 절삭가공으로서 이러한 절삭 가공은 필연적으로 공구를 이용하게 되는데, 최근에는 생산 체계가 다품종 소량 생산으로 이행되고 있으므로 부품 가공을 위한 공구의 종류와 수가 증가하고, 공구 관련 투자가 증가하고 있는 실정이다.
일반적으로, 드릴 가공 작업에서 공구가 파괴되거나 공구마모의 증가에 의한 절삭저항의 급격한 증가, 소음, 진동 등이 있을 때 공구의 교체가 이루어졌다. 이러한 종래 방법에 의하면 공구가 이미 파괴되거나 임계치 이상으로 마모된 상태에서 공구를 교체하므로, 구멍을 가공하는 부품의 손상이나 치수의 부정확성을 초래하며, 그에 따라 구멍도 역시 부정확한 치수로 가공된다.
따라서, 공구가 파괴되거나 임계치 이상으로 마모되기 전에 공구의 마모 상태를 측정하여 공구를 교체함으로써 위와 같은 단점들을 해결할 수 있는 공구 수명 예측 방법이 요구된다.
이를 위하여 근래 공작기계 당 운용하는 공구의 수가 증가하고 있으며, 이에 따라 자동 공구 교환 장치(ATC : Automatic Tool Changer)를 갖춘 머시닝 센터가 많이 사용되고 있다.
이러한 머시닝 센터는 차례로 새로운 가공면에 대응해 필요한 공구를 자동적으로 배치하여 평삭, 엔드밀링, 드릴링, 탭핑, 보링 등 각종 작업을 모두 한 대의 기계로 하며, 작업 순서만 정해 놓으면 전자동으로 운전하는데 비용면으로 볼 때 총 투자 비용의 30% 정도를 공구가 차지하고 있다.
그러나 현실적으로 공구의 수명 관리에 대한 이해 부족으로 공구가 많이 사용되는 기계 공작에서는 많은 경제적 손실이 발생하고 있다.
공구 수명을 관리하는 일반적인 방법으로는 사용시간을 관리하는 방법과, 사용횟수를 관리하는 방법이 있는데, 보통의 CNC(Computerized Numerical Controller)는 각 공구를 권역화(Grouping)하여 공구 수명을 관리할 수 있는 기능을 자체적으로 가지고 있으나 이를 외부로 전송할 수 없는 단점이 있었다.
따라서, 적은 공구를 가지고 동일한 부품을 반복 가공하는 선반의 경우에 있어서는 툴 카운터(Tool Counter)를 각 기계에 설치하여 각 공구의 사용 횟수를 누적하고 사용 횟수가 어느 횟수에 도달하면 공구를 교환하는 방법이 널리 이용되고 있다.
그러나 가공물의 형상이 복잡하고 다양하며, 한 기계당 공구도 20~200개 정도가 운용되는 머시닝 센터의 경우에는 전자와 같은 방법으로는 공구 수명관리가 불가능하며, 또한 가능하다 하더라도 비효율적이다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 공작 기계의 운용 시 공구의 마모 상황을 실시간 검사하여 공구의 사용 수명을 효율적으로 관리하고, 공구마모 측정 인자의 측정데이터에 근거하여 체계적인 공구수명 관리를 제공할 수 있는 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 공구 교체로 결정되는 데이터의 누적 데이터를 통하여 정밀하고 신뢰성 있는 새로운 기준 데이터(공구마모 추이 데이터)를 생성하여 공구마모를 판단함으로써 공구교체 주기를 더 효율적이고 체계적으로 관리할 수 있는 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 공구의 교체 시기를 고지하여 적절한 시기의 공구 교체로 공구의 파괴에 의한 사고를 예방하고 가공물의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 공작 기계의 공구수명을 관리하기 위한 방법으로서, 가공물과 공작 기계의 공구별 간의 마찰력 변화를 검출하기 위한 측정인자를 검출하는 측정인자 검출 단계; 공구별 N번의 가공횟수당 상기 검출 단계에서 검출된 검출값의 평균을 구하여 산출된 산출값을 베이스 데이터로서 생성 저장하는 공구마모 베이스데이터 마련 단계; 상기 공구마모 베이스베이터 마련단계의 산출값을 N+1번의 가공횟수에 적용하여 예상 마모값을 구하고 공구마모 추세데이터로서 생성 저장하는 공구마모 추세데이터 마련 단계; 및 상기 공구마모 추세데이터의 마모 예상값에 사용자가 설정한 설정값이 도달하는지 판단하여 공구의 교체 여부를 결정하는 공구교체 판단 단계;를 포함하며, 상기 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 공구마모 추세데이터 마련 단계로 진행되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 공구수명 관리방법이 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 공구교체 판단 단계에서 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달한 것으로 판단되는 경우, 해당 공구마모 추세데이터를 기준 데이터로 지정하는 기준 데이터 지정 단계; 상기 기준 데이터에 대하여 사용자가 설정한 상한 마진값을 적용한 값의 상한 데이터를 상기 기준 데이터와 함께 생성 저장하는 상한 데이터 마련 단계; 및 상기 상한 데이터와 상기 베이스 데이터를 비교하여 상기 베이스 데이터의 값이 상기 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하는 실시간 모니터링 단계;를 더 포함하며, 상기 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는 것으로 판단되는 경우, 시각적 및 청각적 중 적어도 하나의 방식으로 고지하면서 공작 기계의 동작이 정지되도록 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 측정 인자는 공작 기계의 공구를 회전시키는 서보 모터의 구동을 위한 3상 인버터의 출력 상(phase) 중 임의의 두 상(two phase)의 상전압과 한 상(one phase)의 전류의 위상차로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 실시간 모니터링 단계에서 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상한 데이터를 주기적 또는 실시간 저장하면서 상한 데이터의 증감 추이를 누적 통계하여 상기 기준 데이터로서 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 공구마모 추세데이터, 기준 데이터 및 상한 데이터는 변동 추이 및 변동률을 시각적으로 제공하기 위하여 그래프로 디스플레이되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 공작 기계의 공구수명을 관리하기 위한 시스템으로서, 공작 기계의 공구를 회전시키는 모터의 구동을 위한 3상 인버터의 출력 상(phase)중 임의의 두 상(two phase)의 상전압과 한 상의 전류를 위상차를 검출인자로 검출하는 전압/전류 위상차 검출모듈; 및 상기 검출모듈에서 검출된 검출값에 기초하여 공구의 마모율을 예측하고 실시간 모니터링하는 모니터링 수단;을 포함하고, 상기 모니터링 수단은, 상기 위상차 검출모듈에서 검출된 검출값의 평균을 구하여 산출된 산출값을 베이스 데이터로서 생성하는 베이스 데이터 생성부와, 상기 베이스 데이터 생성부에서 생성된 산출값을 N+1번의 가공횟수에 적용하여 예상 마모값을 구하고 공구마모 추세데이터로서 생성하는 공구마모 추세데이터 생성부와, 상기 공구마모 추세데이터 생성부에 생성된 공구마모 추세데이터의 마모 예상값에 사용자가 설정한 설정값이 도달하는지 판단하여 공구의 교체 여부를 결정하는 공구교체 판단부와, 상기 공구교체 판단부에서 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달한 것으로 판단되는 경우, 해당 공구마모 추세데이터를 기준 데이터로 지정하는 기준 데이터 지정부와, 상기 기준 데이터에 대하여 사용자가 설정한 상한 마진값을 적용한 값의 상한 데이터를 상기 기준 데이터와 함께 생성하는 상한 데이터 생성부와, 상기 각 부에서 생성되는 데이터를 저장하는 데이터베이스부, 상기 상한 데이터 생성부에서 생성되는 상한 데이터와 상기 베이스 데이터 저장부에 저장되는 베이스 데이터를 실시간 비교하여 상기 베이스 데이터의 값이 상기 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하는 실시간 모니터링부, 및 상기 데이터베이스부에 저장되는 공구마모 추세데이터, 기준 데이터 및 상한 데이터를 변동 추이 및 변동률을 나타내는 그래프로 가공하여 디스플레이되는 디스플레이부를 포함하며, 상기 실시간 모니터링부는 상기 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는 것으로 판단되는 경우, 시각적 및 청각적 중 하나 이상의 방식으로 고지하면서 공작 기계의 동작을 정지시키도록 제어하는 것을 포함하는 공작 기계용 공구수명 관리시스템이 제공된다.
상기한 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법에 의하면, 정밀도 있는 측정인자 및 판단인자에 근거하여 공구의 마모 상황을 신뢰성있게 판단함으로써 공구의 정확한 사용 수명을 예측하고 교체할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 누적 데이터를 통하여 더욱 정밀한 기준 데이터(공구마모 추이 데이터)를 생성하여 공구마모를 판단함으로써 공구교체 주기를 보다 효율적이고 체계적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공구의 교체 시기를 고지하여 적절한 시기의 공구 교체를 통해 공구의 파괴에 의한 사고를 예방하고 가공물의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리방법을 나타내는 플로차트이다.
도 2는 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리방법에서 추세 데이터(기준 데이터)를 그래프로 표시하는 일 예를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리방법에서 추세 데이터(기준 데이터)를 그래프로 표시하는 일 예를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 설명에서 공구는 단수의 용어로 기재하고 있으나, 각각의 공구별로 해석될 수 있으며, 발명의 명확화 및 설명의 간략화를 위하여 아래 관리 방법에서 실행되는 제어 과정은 소정의 프로그램 언어를 사용하여 프로그래밍 되는 공지의 소프트웨어 및/또는 하드웨어 각각 또는 이들의 조합으로 실행될 수 있음을 전제로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리방법에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리방법을 나타내는 플로차트이고, 도 2는 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리방법에서 추세 데이터(기준 데이터)를 그래프로 표시하는 일 예를 나타내는 예시도이다.
본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리방법은, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 가공물과 공작 기계의 공구별 간의 마찰력 변화를 검출하기 위한 측정인자를 검출하는 측정인자 검출 단계(S100); 상기 공구별 N번의 가공횟수당 상기 검출 단계에서 검출된 검출값의 평균을 구하여 산출된 산출값을 베이스 데이터로서 생성 저장하는 공구마모 베이스데이터 마련 단계(S200); 상기 공구마모 베이스데이터 마련 단계에서 저장된 산출값을 N+1번의 가공횟수에 적용하여 예상 마모값을 구하고 공구마모 추세데이터로서 생성 저장하는 공구마모 추세데이터 마련 단계(S300); 상기 공구마모 추세데이터 마련 단계(S300)에서 저장된 공구마모 추세데이터의 마모 예상값에 사용자가 설정한 설정값이 도달하는지 판단하여 공구의 교체 여부를 결정하는 공구교체 판단 단계(S400); 상기 공구교체 판단 단계(S400)에서 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 공구마모 추세데이터 마련 단계(S300)로 진행되도록 이루어지는 것을 포함한다.
상기 측정인자 검출 단계(S100)에서 검출되는 측정 인자는 공작 기계의 공구를 회전시키는 서보 모터의 구동을 위한 3상 인버터의 출력 상(phase) 중 임의의 두 상(two phase)의 상전압과 한 상의 전류의 위상차를 검출하는 것으로 이루어진다. 상기 검출된 검출인자(위상차)는 증폭 연산 과정을 거쳐 다음 단계로 진행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리방법은, 상기 공구교체 판단 단계(S400)에서 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달한 것으로 판단되는 경우, 해당 공구마모 추세데이터를 기준 데이터로 지정하는 기준 데이터 지정 단계(S510); 상기 기준 데이터에 대하여 사용자가 설정한 상한 마진값 또는 상기 예상 마모값을 적용하여 데이터화 한 데이터(상한 데이터)를 상기 기준 데이터와 함께 생성 저장하는 상한 데이터 마련 단계(S520); 상기 상한 데이터 마련 단계에서 마련된 상한 데이터와 상기 공구마모 베이스데이터 마련 단계(S200)에서 저장되는 베이스 데이터를 실시간 비교하여 상기 베이스 데이터의 값이 상기 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하는 실시간 모니터링 단계(S530); 상기 실시간 모니터링 단계(S530)에서 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하고(S540), 상기 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는 것으로 판단되는 경우, 관리자 또는 사용자에게 시각적 및/또는 청각적으로 고지하면서 공작 기계의 동작을 정지시키는 것을 포함한다.
또한, 상기 실시간 모니터링 단계(S530)에서 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상한 데이터를 주기적 또는 실시간 저장하면서 상한 데이터들의 증감 추이를 누적 통계하여 상기 기준 데이터에 적용하고, 이에 따라 신규 상한 데이터를 생성 저장하여 상기 상한 데이터를 업데이트하도록 이루어진다.
여기에서, 상기 기준 데이터에 대하여 사용자가 설정한 상한 마진값 또는 상기 예상 마모값을 적용한 상한 데이터를 상기 기준 데이터와 함께 생성 저장하는 상한 데이터 마련 단계(S520)는, 사용자가 설정한 하한 마진값 또는 N-1번의 가공횟수에 적용한 예상 마모값을 적용한 하한 데이터를 함께 생성 저장될 수 있다.
실질적으로, 이러한 기준 데이터를 기준으로 상한 데이터와 하한 데이터에 있어, 공구마모의 판단에는 상한 데이터가 주요하지만, 하한 데이터를 제공함으로써 공구마모의 판단 마진 범위를 확보하고자 하며, 하기에서 설명하는 그래프로 디스플레이되는 화면으로부터 시각적 범위를 제공함으로써 관리자의 관리 효율성을 증대시키고자 하기 위함이다.
상기 공구마모 추세데이터, 기준 데이터, 상한 데이터 등의 데이터는 앞서 언급한 바와 같이, 퍼스널 컴퓨터의 모니터 또는 공작 기계의 제어반의 모니터 등에 그래프로 디스플레이되도록 제공됨으로써 관리자에게 변동 추이, 변동률 등을 시각적으로 제공하여 용이하게 판단할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 실시간 모니터링 단계(S530)는 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하는 것과 별도로, 공작 기계용 공구수명 관리를 위한 과정이 다운 또는 전력 사고 등으로 오프되는 경우, 공작 기계의 동작을 자동 정지시키도록 제어하는 것을 더 포함한다. 다시 말해서, 공작 기계용 공구수명 관리 방법에 의한 과정이 수행되지 못하는 경우, 공작 기계가 동작되지 않도록 하는 디폴트(default) 제어가 이루어지도록 구성된다. 이는 작업자나 관리자가 본 발명의 관리방법을 실행하는 시스템을 착오로 동작시키지 않고 공작 기계를 동작시키거나 임의로 오프시킨 상태에서 공작 기계를 동작시키는 것을 방지하고, 공구의 수명 관리를 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있도록 하기 위함이다.
다음으로, 상기와 같은 공작 기계용 공구수명 관리방법을 실행할 수 있는 공작 기계용 공구수명 관리시스템의 일 예를 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 도면이다. 아래 설명되는 시스템에서 "...부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있는, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터(PC)나 공작기계의 제어반에 포함되어 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리시스템은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 가공물과 공작 기계의 공구별 간의 마찰력 변화를 검출하기 위한 측정인자로서, 공작 기계의 공구를 회전시키는 서보 모터(M)의 구동을 위한 3상 인버터(110)의 출력 상(phase) A상, B상, C상 중 임의의 두 상(two phase)의 상전압과 한 상의 전류를 위상차를 검출인자로 검출하는 전압센서와 전류센서로 이루어지는 위상차 검출모듈(100); 및 상기 검출모듈(100)에서 검출된 검출값에 기초하여 공구의 마모율을 예측하고 실시간 모니터링하는 모니터링 수단(200);을 포함한다.
상기 모니터링 수단(200)은, 상기 위상차 검출모듈(100)에서 검출된 검출값의 평균을 구하여 산출된 산출값을 베이스 데이터로서 생성하는 베이스 데이터 생성부(210)와, 상기 베이스 데이터 생성부(210)에서 생성된 산출값을 N+1번의 가공횟수에 적용하여 예상 마모값을 구하고 공구마모 추세데이터로서 생성하는 공구마모 추세데이터 생성부(220)와, 상기 공구마모 추세데이터 생성부(220)에 생성된 공구마모 추세데이터의 마모 예상값에 사용자가 설정한 설정값이 도달하는지 판단하여 공구의 교체 여부를 결정하는 공구교체 판단부(230)와, 상기 공구교체 판단부(230)에서 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달한 것으로 판단되는 경우, 해당 공구마모 추세데이터를 기준 데이터로 지정하는 기준 데이터 지정부(240)와, 상기 기준 데이터에 대하여 사용자가 설정한 상한 마진값 또는 상기 예상 마모값을 적용하여 데이터화 한 데이터(상한 데이터)를 상기 기준 데이터와 함께 생성하는 상한 데이터 생성부(250), 상기 각 부에서 생성되는 데이터를 저장하는 데이터베이스부(260), 및 상기 상한 데이터 생성부(250)에서 생성되는 상한 데이터와 상기 베이스 데이터 저장부(210)에 저장되는 베이스 데이터를 실시간 비교하여 상기 베이스 데이터의 값이 상기 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하는 실시간 모니터링부(270)를 포함한다.
상기 실시간 모니터링부(260)는 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하고, 상기 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는 것으로 판단되는 경우, 관리자 또는 사용자에게 스피커나 모니터의 색상 표시 또는 경고등을 통해 시각적 및/또는 청각적으로 고지하면서 공작 기계의 동작을 정지시키도록 제어하는 것을 포함한다.
또한, 상기 실시간 모니터링부(260)는 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상한 데이터를 주기적 또는 실시간 저장하면서 상한 데이터들의 증감 추이를 누적 통계하여 상기 기준 데이터에 적용하고, 이에 따라 신규 상한 데이터를 생성 저장하여 상기 상한 데이터를 업데이트하도록 이루어진다.
여기에서, 상기 기준 데이터에 대하여 사용자가 설정한 상한 마진값 또는 상기 예상 마모값을 적용한 상한 데이터를 상기 기준 데이터와 함께 생성하는 상한 데이터 생성부(250)는 사용자가 설정한 하한 마진값 또는 N-1번의 가공횟수에 적용한 예상 마모값을 적용한 하한 데이터를 함께 생성하고, 상기 데이터베이스부(260)에 저장할 수 있다.
또한, 상기 실시간 모니터링부(260)는, 상기 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하는 것과 별도로, 공작 기계용 공구수명 관리시스템의 오프 조작 또는 전력원의 차단 등으로 인해 관리시스템이 다운 또는 오프되는 경우, 공작 기계의 동작을 자동 정지시키도록 제어하는 것을 더 포함한다. 다시 말해서, 공작 기계는 본 발명의 공작 기계용 공구수명 관리시스템이 동작하지 않는 경우 공작 기계가 동작되지 않도록 하는 디폴트(default) 제어가 이루어지도록 구성된다. 이는 작업자나 관리자가 본 발명의 관리시스템을 착오로 동작시키지 않고 공작 기계를 동작시키거나 임의로 오프시킨 상태에서 공작 기계를 동작시키는 것을 방지하고, 공구의 수명 관리를 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 본 발명의 공구수명 관리시스템은 상기 데이터베이스부(260)에 저장되는 공구마모 추세데이터, 기준 데이터, 상한 데이터 및 하한 데이터를 그래프로 가공하여 디스플레이되는 디스플레이부(280)를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터를 그래프로 가공하는 것은 퍼스널 컴퓨터 등에서 동작되는 공지의 프로그램을 통해 구현될 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략하며, 상기 디스플레이부(280)는 퍼스널 컴퓨터의 모니터 또는 공작 기계의 제어반의 모니터 등일 수 있으며, 이러한 디스플레이는 관리자로 하여금 변동 추이, 변동률 등을 시각적으로 제공하여 용이하게 판단할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 공작 기계용 공구수명 관리시스템 및 공구수명 관리방법에 의하면, 정밀도 있는 측정인자 및 판단인자에 근거하여 공구의 마모 상황을 신뢰성있게 판단함으로써 공구의 정확한 사용 수명을 예측하고 교체할 수 있으며, 누적 데이터를 통하여 더욱 정밀한 기준 데이터(공구마모 추이 데이터)를 생성하여 공구마모를 판단함으로써 공구교체 주기를 보다 효율적이고 체계적으로 관리할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공구의 교체 시기를 고지하여 적절한 시기의 공구 교체를 통해 공구의 파괴에 의한 사고를 예방하고 가공물의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 위상차 검출모듈
200: 모니터링 수단
210: 베이스 데이터 생성부
220: 공구마모 추세데이터 생성부
230: 공구교체 판단부
240: 기준 데이터 지정부
250: 상한 데이터 생성부
260: 데이터베이스부
270: 실시간 모니터링부
280: 디스플레이부
S100: 측정인자 검출 단계
S200: 공구마모 베이스데이터 마련 단계
S300: 공구마모 추세데이터 마련 단계
S400: 공구교체 판단 단계
S510: 기준 데이터 지정 단계
S520: 상한 데이터 마련 단계
S530: 실시간 모니터링 단계
S540: 상한 데이터 값에 도달 판단 단계
200: 모니터링 수단
210: 베이스 데이터 생성부
220: 공구마모 추세데이터 생성부
230: 공구교체 판단부
240: 기준 데이터 지정부
250: 상한 데이터 생성부
260: 데이터베이스부
270: 실시간 모니터링부
280: 디스플레이부
S100: 측정인자 검출 단계
S200: 공구마모 베이스데이터 마련 단계
S300: 공구마모 추세데이터 마련 단계
S400: 공구교체 판단 단계
S510: 기준 데이터 지정 단계
S520: 상한 데이터 마련 단계
S530: 실시간 모니터링 단계
S540: 상한 데이터 값에 도달 판단 단계
Claims (6)
- 공작 기계의 공구수명을 관리하기 위한 방법으로서,
가공물과 공작 기계의 공구별 간의 마찰력 변화를 검출하기 위한 측정인자를 검출하는 측정인자 검출 단계;
공구별 N번의 가공횟수당 상기 검출 단계에서 검출된 검출값의 평균을 구하여 산출된 산출값을 베이스 데이터로서 생성 저장하는 공구마모 베이스데이터 마련 단계;
상기 공구마모 베이스베이터 마련단계의 산출값을 N+1번의 가공횟수에 적용하여 예상 마모값을 구하고 공구마모 추세데이터로서 생성 저장하는 공구마모 추세데이터 마련 단계; 및
상기 공구마모 추세데이터의 마모 예상값에 사용자가 설정한 설정값이 도달하는지 판단하여 공구의 교체 여부를 결정하는 공구교체 판단 단계;를 포함하며,
상기 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 공구마모 추세데이터 마련 단계로 진행되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
공작 기계용 공구수명 관리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 공구교체 판단 단계에서 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달한 것으로 판단되는 경우, 해당 공구마모 추세데이터를 기준 데이터로 지정하는 기준 데이터 지정 단계;
상기 기준 데이터에 대하여 사용자가 설정한 상한 마진값을 적용한 값의 상한 데이터를 상기 기준 데이터와 함께 생성 저장하는 상한 데이터 마련 단계; 및
상기 상한 데이터와 상기 베이스 데이터를 비교하여 상기 베이스 데이터의 값이 상기 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하는 실시간 모니터링 단계;를 더 포함하며,
상기 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는 것으로 판단되는 경우, 시각적 및 청각적 중 적어도 하나의 방식으로 고지하면서 공작 기계의 동작이 정지되도록 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
공작 기계용 공구수명 관리방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 측정 인자는 공작 기계의 공구를 회전시키는 서보 모터의 구동을 위한 3상 인버터의 출력 상(phase) 중 임의의 두 상(two phase)의 상전압과 한 상(one phase)의 전류의 위상차로 이루어지는 것을 특징으로 하는
공작 기계용 공구수명 관리방법.
- 제2항에 있어서.
상기 실시간 모니터링 단계에서 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상한 데이터를 주기적 또는 실시간 저장하면서 상한 데이터의 증감 추이를 누적 통계하여 상기 기준 데이터로서 적용하는 것을 특징으로 하는
공작 기계용 공구수명 관리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 공구마모 추세데이터, 기준 데이터 및 상한 데이터는 변동 추이 및 변동률을 시각적으로 제공하기 위하여 그래프로 디스플레이되는 것을 특징으로 하는
공작 기계용 공구수명 관리방법.
- 공작 기계의 공구수명을 관리하기 위한 시스템으로서,
공작 기계의 공구를 회전시키는 모터의 구동을 위한 3상 인버터의 출력 상(phase)중 임의의 두 상(two phase)의 상전압과 한 상의 전류를 위상차를 검출인자로 검출하는 전압/전류 위상차 검출모듈; 및
상기 검출모듈에서 검출된 검출값에 기초하여 공구의 마모율을 예측하고 실시간 모니터링하는 모니터링 수단;을 포함하고,
상기 모니터링 수단은, 상기 위상차 검출모듈에서 검출된 검출값의 평균을 구하여 산출된 산출값을 베이스 데이터로서 생성하는 베이스 데이터 생성부와, 상기 베이스 데이터 생성부에서 생성된 산출값을 N+1번의 가공횟수에 적용하여 예상 마모값을 구하고 공구마모 추세데이터로서 생성하는 공구마모 추세데이터 생성부와, 상기 공구마모 추세데이터 생성부에 생성된 공구마모 추세데이터의 마모 예상값에 사용자가 설정한 설정값이 도달하는지 판단하여 공구의 교체 여부를 결정하는 공구교체 판단부와, 상기 공구교체 판단부에서 사용자가 설정한 설정값이 상기 예상 마모값에 도달한 것으로 판단되는 경우, 해당 공구마모 추세데이터를 기준 데이터로 지정하는 기준 데이터 지정부와, 상기 기준 데이터에 대하여 사용자가 설정한 상한 마진값을 적용한 값의 상한 데이터를 상기 기준 데이터와 함께 생성하는 상한 데이터 생성부와, 상기 각 부에서 생성되는 데이터를 저장하는 데이터베이스부, 상기 상한 데이터 생성부에서 생성되는 상한 데이터와 상기 베이스 데이터 저장부에 저장되는 베이스 데이터를 실시간 비교하여 상기 베이스 데이터의 값이 상기 상한 데이터의 값에 도달하는지 여부를 판단하는 실시간 모니터링부, 및 상기 데이터베이스부에 저장되는 공구마모 추세데이터, 기준 데이터 및 상한 데이터를 변동 추이 및 변동률을 나타내는 그래프로 가공하여 디스플레이되는 디스플레이부를 포함하며,
상기 실시간 모니터링부는 상기 베이스 데이터의 값이 상한 데이터의 값에 도달하는 것으로 판단되는 경우, 시각적 및 청각적 중 하나 이상의 방식으로 고지하면서 공작 기계의 동작을 정지시키도록 제어하는 것을 포함하는
공작 기계용 공구수명 관리시스템.
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