KR20200036198A - 공구의 마모 및 파손 감지 방법 - Google Patents
공구의 마모 및 파손 감지 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200036198A KR20200036198A KR1020180115518A KR20180115518A KR20200036198A KR 20200036198 A KR20200036198 A KR 20200036198A KR 1020180115518 A KR1020180115518 A KR 1020180115518A KR 20180115518 A KR20180115518 A KR 20180115518A KR 20200036198 A KR20200036198 A KR 20200036198A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tool
- wear
- breakage
- band
- damage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
- B23Q17/0995—Tool life management
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/12—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring vibration
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
- G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
- Drilling And Boring (AREA)
Abstract
본 발명은 공구의 마모 및 파손 감지 방법이 개시된다. 본 발명의 공구의 마모 및 파손 감지 방법은, 진동 RMS값을 획득하는 단계; FFT 변환하는 단계; 가공 공구에 맞는 유효한 성분을 추출하는 단계; 샘플링 모드의 정상 밴드를 저장하는 단계; 및 샘플링 밴드와 모니터링 그래프를 비교하여 공구 마모/파손을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 공구의 마모 및 파손 감지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샘플링 가공에서 획득한 RUBBING 주파수를 기준으로 정상 밴드를 설정한 후 가공 중 발생하는 RUBBING 주파수의 크기를 합성하여 기준 밴드를 벗어나는지 비교함으로써 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지하는 공구의 마모 및 파손 감지 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 주축에 공구를 장착하여 가공물을 절삭 가공하는 형태의 공작기계는 공구와 가공물 간의 절삭 저항에 의해 공구의 점진적인 마모가 발생하고, 가공 공정 중, 다양한 원인에 의해 공구의 파손이 발생하게 된다.
이러한 공구의 마모 및 파손은 가공품의 가공불량을 야기한다.
한편, 가공불량의 판단은 가공 종료 후, 최종 검사 단계에서 이루어지는데, 불량 발생 후 최종 검사가 이루어지기 전까지 생산 라인에 정체된 가공품은 모두 가공 불량으로 판단되므로 생산성이 낮아지게 된다.
더불어 마모나 파손된 공구의 교체에 따른 공작기계의 비가동 시간이 증가하게 되며 이 역시 생산성 하락의 한 원인이 된다.
따라서, 절삭 작업 중 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 정확하게 감지하여 생산성을 향상시키고 가공품의 가공 정밀도 및 조도를 향상시킬 수 있는 공구의 마모 및 파손 감지 방법을 개발하고자 하는 요구가 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1867136호(2018.06.12. 공고, 절삭 작업을 위한 공구의 마모 및 파손 감지 방법)에 개시되어 있다.
종래에는 절삭 작업을 위해 회전하는 공구의 진동 스펙트럼 주파수 성분을 분석하여 실시간으로 공구의 마모 및 파손을 감지하였으나, 이러한 방법은 엔드밀 및 페이스 밀 같이 칩 형태가 불연속인 가공에서는 좋은 결과를 나타내지만, 드릴, 보링, 리머와 같이 칩 형태가 연속적인 가공에서는 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 샘플링 가공에서 획득한 RUBBING 주파수를 기준으로 정상 밴드를 설정한 후 가공 중 발생하는 RUBBING 주파수의 크기를 합성하여 기준 밴드를 벗어나는지 비교함으로써 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지하는 공구의 마모 및 파손 감지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 공구의 마모 및 파손 감지 방법은, 진동 RMS값을 획득하는 단계; FFT 변환하는 단계; 가공 공구에 맞는 유효한 성분을 추출하는 단계; 샘플링 모드의 정상 밴드를 저장하는 단계; 및 샘플링 밴드와 모니터링 그래프를 비교하여 공구 마모/파손을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 공구의 마모 및 파손 감지 방법은 샘플링 가공에서 획득한 RUBBING 주파수를 기준으로 정상 밴드를 설정한 후 가공 중 발생하는 RUBBING 주파수의 크기를 합성하여 기준 밴드를 벗어나는지 비교함으로써 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지할 수 있어, 장비 생산성 향상 및 가공 품질 향상, 공구 마모 시점 예측으로 공구 교체 주기 최적화 및 공구 교체 비용 저감, 가공 형태에 따른 알고리즘 적용으로 감지 신뢰성 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구의 마모 및 파손 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 공구의 마모 및 파손 감지 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구의 마모 및 파손 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공구의 마모 및 파손 감지 방법은 도 1에 도시한 센서부에서 진동 신호를 입력 받고, 이 신호를 데이터 수집 장치에서 취득한 진동 RAW DATA를 연산장치(PC)로 전달하며, 이 연산장치(PC) 내부에서 감지 알고리즘이 동작하여 공구의 마모/파손 상태를 판정 한 후 마모/파손 상태가 감지되면, 공작기계로 알람을 출력 하게 된다.
시스템의 구성은 기존의 방법과 같이 일반적으로 사용되는 방법이다.
종래에는 공구의 상태 감지 인자로 도 2에 도시된 방법으로 공작기계 주축의 회전 속도와 공구 날의 개수를 곱하여 계산되는 날 통과 주파수의 1~5배 harmonic 성분의 크기 변화로 정상/마모/파손을 결정하였으나, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 가공 중 발생하는 rubbing 주파수의 크기를 전부 합성하여 비교한다는 점에서 큰 차이점이 있다.
도 4에 그래프처럼 드릴 6파이 가공 시 기존 알고리즘으로는 구별이 쉽지 않지만 rubbing 주파수 합성을 적용하면 정상가공과 파손가공의 신호차이가 20배 이상 커져 쉽게 구분이 가능함을 알 수 있다.
도 5에는 위에 설명한 일련의 과정을 순서도로 설명하였다. rubbing 마찰 주파수의 위치는 장비의 특성에 따라 달라 지므로 해당 주파수를 찾기 위한 과정이 꼭 필요하다.
공구의 마모 / 파손 상태 감지를 위해 도 5에 도시된 순서도처럼 샘플링 가공에서 획득한 데이터를 기준으로 정상 BAND를 설정하는 과정이 필요하다.
또한 도 6은 MOVING AVERAGE 방법으로 시간에 따른 그래프를 산출하는 과정을 보다 자세하게 설명한다.
이 BAND를 기준으로 도 6과 같이 실제 가공시 실 시간 그래프가 BAND의 상한선을 넘으면 공구의 마모가 발생하여 과부하로 판단하고 마모 알람을 발생시킨다.
또한 실제 가공시 실 시간 그래프가 BAND의 하한선을 내려가면 공구의 파손이 발생하여 소재와 닿는 면적이 현격히 줄어있는 상태로 인식하고 파손 알람을 발생시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 공구의 마모 및 파손 감지 방법에 따르면, 샘플링 가공에서 획득한 RUBBING 주파수를 기준으로 정상 밴드를 설정한 후 가공 중 발생하는 RUBBING 주파수의 크기를 합성하여 기준 밴드를 벗어나는지 비교함으로써 공구의 마모 및 파손을 실시간으로 감지할 수 있어, 장비 생산성 향상 및 가공 품질 향상, 공구 마모 시점 예측으로 공구 교체 주기 최적화 및 공구 교체 비용 저감, 가공 형태에 따른 알고리즘 적용으로 감지 신뢰성 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 진동센서
20 : 데이터 수집 장치
30 : 연산장치
40 : 공작기계
20 : 데이터 수집 장치
30 : 연산장치
40 : 공작기계
Claims (1)
- 진동 RMS값을 획득하는 단계;
FFT 변환하는 단계;
가공 공구에 맞는 유효한 성분을 추출하는 단계;
샘플링 모드의 정상 밴드를 저장하는 단계; 및
샘플링 밴드와 모니터링 그래프를 비교하여 공구 마모/파손을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모 및 파손 감지 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180115518A KR20200036198A (ko) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 공구의 마모 및 파손 감지 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180115518A KR20200036198A (ko) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 공구의 마모 및 파손 감지 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200036198A true KR20200036198A (ko) | 2020-04-07 |
Family
ID=70291158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180115518A KR20200036198A (ko) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 공구의 마모 및 파손 감지 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20200036198A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112008495A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-12-01 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种基于振动监测的刀具破损识别方法 |
| CN114850969A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-08-05 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种基于振动信号的刀具失效监控方法 |
-
2018
- 2018-09-28 KR KR1020180115518A patent/KR20200036198A/ko unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112008495A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-12-01 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种基于振动监测的刀具破损识别方法 |
| CN114850969A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-08-05 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种基于振动信号的刀具失效监控方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Tool condition monitoring in an end-milling operation based on the vibration signal collected through a microcontroller-based data acquisition system | |
| TWI593502B (zh) | 刀具檢測裝置及其刀具檢測方法 | |
| Ritou et al. | Angular approach combined to mechanical model for tool breakage detection by eddy current sensors | |
| KR20140144351A (ko) | 회전 절삭공구의 실시간 회전수 설정방법 및 제어장치 | |
| US20190160619A1 (en) | Tool State Detection Method of Machine Tool and System Thereof | |
| KR20200036198A (ko) | 공구의 마모 및 파손 감지 방법 | |
| JP2011020221A (ja) | 回転刃具の寿命予測方法 | |
| TW201332704A (zh) | 刃口積屑監控方法 | |
| JPH09174383A (ja) | 回転工具の異常検出方法および装置 | |
| KR101329996B1 (ko) | 가공정보 추출 방법 및 장치, 이를 이용한 가공장치 모니터링 방법 및 시스템 | |
| JP6545555B2 (ja) | ドリルの余寿命推定装置及び余寿命推定方法 | |
| Zhong et al. | Correlation analysis of cutting force and acoustic emission signals for tool condition monitoring | |
| JP5831216B2 (ja) | 工具損傷検出方法及び装置 | |
| KR102126129B1 (ko) | 공작기계의 공구 상태 감지 방법 | |
| JP6314885B2 (ja) | 破損防止システム、砥石 | |
| TW202019614A (zh) | 刀具壽命估測裝置及方法 | |
| WO2021075584A1 (ja) | 作業機械の加工状態監視方法及びシステム | |
| TW201334911A (zh) | 工具機斷刀自動偵測方法及其裝置 | |
| KR20070105593A (ko) | 음향신호처리에 의한 천공금형의 마모 상태 감시 방법 | |
| KR20190133888A (ko) | 가속도 센서를 이용한 채터 감지 방법 및 시스템 | |
| KR101865081B1 (ko) | 가공 정밀도 향상을 위한 공작 기계의 채터 검출방법 | |
| JP6466804B2 (ja) | 工作機械の加工異常検出装置及び加工異常検出方法 | |
| TWM542534U (zh) | 刀具剛性預測用於抑制切削顫振之裝置 | |
| WO2022080505A1 (ja) | 作業機械の工具損傷判定方法及びシステム | |
| Karim et al. | Development of machining condition monitoring system using piezoelectric sensor analyzed by I-kaz multilevel method |