KR20210155095A - 공작기계의 공구파손 검출장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 공구파손 검출장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 공작기계의 공구파손 검출장치는, 공작기계의 공구를 촬영하는 카메라부; 공작기계의 공구를 촬영한 공구 이미지를 저장하는 저장부; 카메라부를 통해 촬영한 공구 이미지를 입력받아 저장부에 저장된 공구 이미지와 비교하여 이미지 편차를 기반으로 공구파손을 검출하는 제어부; 및 제어부에서의 검출결과를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계의 공구파손 검출장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DETECTING TOOL BREAKAGE OF MACHINE TOOLS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 공작기계의 공구파손 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공작기계의 공구를 촬영한 전후 이미지를 비교하여 파손부위와 크기를 검출하고, 이를 이미지로 가시화하여 육안 확인이 가능하도록 하는 공작기계의 공구파손 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공작기계를 이용한 절삭가공은 다양한 절삭공구를 이용하여 평삭가공, 측면가공, 구멍가공, 나사가공 등이 이루어지며, 이를 위한 NC(수치제어)공작기계의 경우, 일측에 마련된 공구 수납부(공구 매거진)에 다수의 절삭공구를 배치하고 주축은 이 공구를 이용하여 필요한 가공에 공구를 교환하면서 가공을 하게 된다. 이로서 공작기계는 다수의 공구수납으로 보다 빠르고 신속하게 운용된다.

공작기계에 사용되는 절삭공구는 가공 중에 공구와 공작물과의 마찰로 인해 공구인선이 마모되면서 길이가 변화하거나 가공 중에 공작물의 재질 불균일, 장비 운용 실수 및 외부의 요인에 의하여 파손 또는 절손 등이 발생된다.

이는, 공작물의 가공이 이루어지는 동안에 공작물의 소재 및 절삭공구의 문제로 인하여 부분 손상(웨어링) 및 파손 등을 유발하며, 공작기계의 운용 실수나 과부하는 물론 심각한 파손을 유발한다.

그러나 절삭공구가 다수개의 절삭날을 가지는 경우에는 복수개의 공구 인서트가 파손이나 절손 등이 일어나야 피공작물(제품)에 직접적으로 영향을 일으키게 된다. 하지만 엔드밀, 탭, 드릴 등의 경우에는 절삭 날의 개수가 적어 절삭 날의 파손이 일어나면 공작물에 직접적으로 이상이 생기며 불량을 초래하게 된다.

따라서, 장시간 사용된 절삭공구는 마모의 발생량만큼 가공 오차가 발생됨으로 절삭공구의 길이를 측정하고 마모된 길이를 보정해야 할 필요가 있다.

이로 인해, 종래에 절삭공구의 파손검출이나 길이의 측정은 기계 내부에 설치된 리미터 스위치나 터치센서를 이용하여, 주축에 장착된 공구를 주축이 설치된 축으로 이송시켜 직접 접촉하여 센서가 동작하게 되면 이 동작 시점을 기준으로 이동거리를 환산하는 방법, 레이저 측정장치에 의하여 주사한 레이저가 수광부에 도달하는 시간을 기준으로 측정하는 방법과, 초음파 센서 등을 이용하는 다양한 방법이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0034177호(2010.04.01. 공개, 절삭공구의 길이 및 직경 측정방법과 절삭공구의 길이 및 직경 측정장치)에 개시되어 있다.

이와 같이 절삭공구의 길이 및 직경을 측정하여 공구의 파손을 검출할 경우, 공구의 길이가 변하지 않는 부분 파손의 경우 감지하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 공작기계의 공구를 촬영한 전후 이미지를 비교하여 파손부위와 크기를 검출하고, 이를 이미지로 가시화하여 육안 확인이 가능하도록 하는 공작기계의 공구파손 검출장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치는, 공작기계의 공구를 촬영하는 카메라부; 공작기계의 공구를 촬영한 공구 이미지를 저장하는 저장부; 카메라부를 통해 촬영한 공구 이미지를 입력받아 저장부에 저장된 공구 이미지와 비교하여 이미지 편차를 기반으로 공구파손을 검출하는 제어부; 및 제어부에서의 검출결과를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부는, 이미지 편차를 기반으로 설정크기 이상인 경우 공구 파손으로 검출한 후 촬영한 공구 이미지에 공구 파손부위를 하이라이트하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부는, 촬영한 공구 이미지와 저장된 공구 이미지의 픽셀 데이터를 2차 행렬 변환한 후 행렬의 차를 연산하여 임계값 이상의 행렬 크기에 기초하여 파손부위의 크기를 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부는, 공작기계의 공구 교환 후 촬영한 공구 이미지와 교환 전 저장된 공구 이미지를 비교하여 공구 파손을 검출하거나 공작기계의 가공 후 촬영한 공구 이미지와 가공 전 저장된 공구 이미지를 비교하여 공구 파손을 검출하거나, 공구 교환 후 및 가공 후 공구 파손을 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 공작기계의 공구파손 검출방법은, 제어부가 카메라부를 통해 촬영한 공구 이미지를 입력받는 단계; 제어부가 저장부에 저장된 공구 이미지를 가져오는 단계; 제어부가 촬영한 공구 이미지와 저장된 공구 이미지를 기반으로 공구파손을 검출하는 단계; 및 상기 제어부가 공구파손이 검출된 경우 공구 파손부위를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 공구파손을 검출하는 단계는, 제어부가 촬영한 공구 이미지와 저장된 공구 이미지를 픽셀 단위의 2차 행렬로 변환하는 단계; 제어부가 2차 행렬로 변환한 촬영한 공구 이미지와 저장된 공구 이미지에 대해 행렬 연산을 수행하는 단계; 제어부가 행렬 연산을 수행한 후 임계값 이상의 행렬 크기를 도출하는 단계; 및 제어부가 임계값 이상의 행렬 크기를 도출한 결과를 기반으로 공구파손을 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 공구 파손부위를 출력하는 하는 단계는, 제어부가 촬영한 공구 이미지에 공구 파손부위를 하이라이트하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치 및 그 방법은 공작기계의 공구를 촬영한 전후 이미지를 비교하여 파손부위와 크기를 검출하고, 이를 이미지로 가시화하여 육안 확인이 가능하도록 함으로써, 공구 측면부나 공구 날의 부분 파손도 감지할 수 있어 공구 파손 범위를 확대할 수 있을 뿐만 아니라 가공 성능을 향상시킬 수 있고, 공구 교환 후에는 가공 진행여부를 판단할 수 있고, 가공 후에는 공구를 교환하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치에서 행렬 연산과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치에서 파손부위의 크기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치에서 공구 파손부위를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치 및 그 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치에서 행렬 연산과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치에서 파손부위의 크기를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치에서 공구 파손부위를 나타낸 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출장치는, 카메라부(10), 저장부(30), 제어부(20) 및 출력부(40)를 포함할 수 있다.

카메라부(10)는 공작기계의 주축에 장착된 공구를 촬영하는 카메라와 빛을 조사하는 조명을 포함하여 공구를 촬영한 공구 이미지를 제공할 수 있다.

저장부(30)는 공작기계의 공구를 촬영한 공구 이미지를 저장하여 공구파손을 비교하기 위한 비교 이미지를 제공할 수 있다.

제어부(20)는 카메라부(10)를 통해 촬영한 공구 이미지를 입력받아 저장부(30)에 저장된 공구 이미지와 비교하여 이미지 편차를 기반으로 공구파손을 검출할 수 있다.

먼저, 제어부(20)는 촬영한 공구 이미지와 저장된 공구 이미지의 픽셀 데이터를 도 2에 도시된 바와 같이 2차 행렬 변환한 후 행렬의 차를 연산한다.

여기에 도시된 바와 같이 2차 행렬로 변환할 때 공구 이미지 부분의 픽셀 데이터를 1로 변환하고 배경을 0으로 변환할 수 있다.

따라서, 2차 행렬 변환된 저장된 공구 이미지에서 촬영한 이미지의 차를 계산할 경우 차이가 발생된 부분 즉, 파손된 부분만 1로 남게 된다.

이와 같이 2차 행렬 변환된 공구 이미지에 대해 행렬 차 연산을 수행한 후 제어부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 끝점의 좌표인 (x1, y1)과 (x2, y2)를 기반으로 가로길이와 세로길이를 산출하여 임계값 이상의 행렬 크기를 도출한 후 설정값 이상인 경우 공구의 파손으로 판단할 수 있다.

이렇게 제어부(20)는 공구파손을 검출한 후 출력부(40)를 통해 도 4에 도시된 바와 같이 공구 파손부위를 하이라이트하여 촬영한 공구 이미지나 저장된 공구 이미지에 출력하여 가시적으로 작업자가 확인할 수 있도록 한다.

여기서 출력부(40)는 가시적으로 공구 파손부위를 하이라이트하여 출력할 수도 있고, 알람을 출력할 수도 있다.

또한, 제어부(20)는 공작기계의 공구 교환 후 촬영한 공구 이미지와 교환 전 저장된 공구 이미지를 비교하여 공구 파손을 검출하거나 공작기계의 가공 후 촬영한 공구 이미지와 가공 전 저장된 공구 이미지를 비교하여 공구 파손을 검출할 수 있고, 공구 교환 후 및 가공 후 모든 공정에서 공구 파손을 검출할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 공구파손 검출장치에 따르면, 공작기계의 공구를 촬영한 전후 이미지를 비교하여 파손부위와 크기를 검출하고, 이를 이미지로 가시화하여 육안 확인이 가능하도록 함으로써, 공구 측면부나 공구 날의 부분 파손도 감지할 수 있어 공구 파손 범위를 확대할 수 있을 뿐만 아니라 가공 성능을 향상시킬 수 있고, 공구 교환 후에는 가공 진행여부를 판단할 수 있고, 가공 후에는 공구를 교환하도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 공구파손 검출방법에서는 먼저, 제어부(20)가 카메라부(10)를 통해 촬영한 공구 이미지를 입력받는다(S10).

S10 단계에서 촬영한 공구 이미지를 입력받은 후 제어부(20)는 저장부(30)에 저장된 공구 이미지를 가져온다(S20).

S10 단계에서 카메라부(20)를 통해 촬영한 공구 이미지와 S20 단계에서 저장부(30)로부터 가져온 저장된 공구 이미지에 대해 제어부(20)가 도 2에 도시된 바와 같이 픽셀 데이터를 기반으로 픽셀 단위의 2차 행렬로 변환한다(S30).

즉, 공구 이미지 부분의 픽셀 데이터를 1로 변환하고 배경을 0으로 변환할 수 있다.

S30 단계에서 촬영한 공구 이미지와 저장된 공구 이미지를 픽셀 단위의 2차 행렬로 변환한 후 제어부(20)는 행렬 차 연산을 수행한다(S40).

따라서 2차 행렬 변환된 저장된 공구 이미지에서 촬영한 이미지의 차를 계산할 경우 차이가 발생된 부분 즉, 파손된 부분만 1로 남게 된다.

S40 단계에서 2차 행렬 변환된 공구 이미지에 대해 행렬 차 연산을 수행한 후 제어부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 끝점의 좌표인 (x1, y1)와 (x2, y2)를 기반으로 가로길이와 세로길이를 산출하여 임계값 이상의 행렬 크기를 도출한다(S50).

S50 단계에서 행렬 크기를 도출한 후 제어부(20)는 행렬 크기를 기반으로 설정값과 비교하여 공구의 파손으로 판단한다(S60).

S60 단계에서 공구의 파손을 판단한 후 제어부(20)는 공구파손을 검출한 후 출력부(40)를 통해 도 4에 도시된 바와 같이 공구 파손부위를 하이라이트하여 촬영한 공구 이미지나 저장된 공구 이미지에 출력하여 가시적으로 작업자가 확인할 수 있도록 한다(S70).

여기서 출력부(40)는 가시적으로 공구 파손부위를 하이라이트하여 출력할 수도 있고, 알람을 출력할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 공구파손 검출방법에 따르면, 공작기계의 공구를 촬영한 전후 이미지를 비교하여 파손부위와 크기를 검출하고, 이를 이미지로 가시화하여 육안 확인이 가능하도록 함으로써, 공구 측면부나 공구 날의 부분 파손도 감지할 수 있어 공구 파손 범위를 확대할 수 있을 뿐만 아니라 가공 성능을 향상시킬 수 있고, 공구 교환 후에는 가공 진행여부를 판단할 수 있고, 가공 후에는 공구를 교환하도록 할 수 있다.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

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 : 카메라부
20 : 제어부
30 : 저장부
40 : 출력부

Claims (7)

1. 상기 공작기계의 공구를 촬영하는 카메라부;
   상기 공작기계의 공구를 촬영한 공구 이미지를 저장하는 저장부;
   상기 카메라부를 통해 촬영한 공구 이미지를 입력받아 상기 저장부에 저장된 공구 이미지와 비교하여 이미지 편차를 기반으로 공구파손을 검출하는 제어부; 및
   상기 제어부에서의 상기 검출결과를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구파손 검출장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 이미지 편차를 기반으로 설정크기 이상인 경우 공구 파손으로 검출한 후 상기 촬영한 공구 이미지에 공구 파손부위를 하이라이트하여 출력하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구파손 검출장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 촬영한 공구 이미지와 상기 저장된 공구 이미지의 픽셀 데이터를 2차 행렬 변환한 후 행렬의 차를 연산하여 임계값 이상의 행렬 크기에 기초하여 파손부위의 크기를 판단하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구파손 검출장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 공작기계의 공구 교환 후 상기 촬영한 공구 이미지와 교환 전 상기 저장된 공구 이미지를 비교하여 공구 파손을 검출하거나 상기 공작기계의 가공 후 상기 촬영한 공구 이미지와 가공 전 상기 저장된 공구 이미지를 비교하여 공구 파손을 검출하거나, 공구 교환 후 및 가공 후 공구 파손을 검출하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구파손 검출장치.
   
5. 제어부가 카메라부를 통해 촬영한 공구 이미지를 입력받는 단계;
   상기 제어부가 저장부에 저장된 공구 이미지를 가져오는 단계;
   상기 제어부가 상기 촬영한 공구 이미지와 상기 저장된 공구 이미지를 기반으로 공구파손을 검출하는 단계; 및
   상기 제어부가 공구파손이 검출된 경우 공구 파손부위를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구파손 검출방법.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 공구파손을 검출하는 단계는,
   상기 제어부가 상기 촬영한 공구 이미지와 상기 저장된 공구 이미지를 픽셀 단위의 2차 행렬로 변환하는 단계;
   상기 제어부가 상기 2차 행렬로 변환한 상기 촬영한 공구 이미지와 상기 저장된 공구 이미지에 대해 행렬 연산을 수행하는 단계;
   상기 제어부가 상기 행렬 연산을 수행한 후 임계값 이상의 행렬 크기를 도출하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 임계값 이상의 행렬 크기를 도출한 결과를 기반으로 공구파손을 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구파손 검출방법.
   
7. 제 5항에 있어서, 상기 공구 파손부위를 출력하는 하는 단계는, 상기 제어부가 상기 촬영한 공구 이미지에 공구 파손부위를 하이라이트하여 출력하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구파손 검출방법.
   

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