KR20220055160A - Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 베어링 및 공구 상태 모니터링 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계 가공공정에서 실시간으로 진동 데이터를 수집하여 베어링과 공구 모니터링을 동시에 수행하고 베어링과 공구의 상태를 진단할 수 있는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bearing and tool condition monitoring technology, and more particularly, a bearing and tool capable of simultaneously performing bearing and tool monitoring and diagnosing the condition of bearing and tool by collecting vibration data in real time in a machine tool machining process. It relates to an apparatus and method for simultaneous state monitoring.
복합 회전체 기계는 일반적으로 소음이나 여러 요인들로 인해 구성 요소의 파손이 예기치 않는 상황에 발생할 수 있다. 공작기계 회전체의 고장은 공작물을 가공하는 공구와 스핀들 베어링에서 나타난다. 베어링은 회전기계에서 중요한 부분을 구성하므로 진동, 온도 등 여러 데이터를 측정하여 베어링의 상태를 예측하거나 진단하였다. 공작기계의 공구는 공작물의 품질을 결정하는 요소로서 여러 센서(가속도 센서, 음향 센서 등)를 이용하여 수집한 데이터로 공구의 상태를 진단하거나 계측 장비를 이용하여 공구 마모 수준을 측정하였다.Composite rotating body machines are generally subject to unpredictable component failure due to noise or other factors. Malfunctions in the rotating body of a machine tool appear in the tools and spindle bearings that process the workpiece. Since bearings constitute an important part of rotating machines, various data such as vibration and temperature were measured to predict or diagnose bearing conditions. The tool of the machine tool is a factor that determines the quality of the workpiece, and the state of the tool was diagnosed with the data collected using various sensors (accelerometer, acoustic sensor, etc.) or the level of tool wear was measured using measuring equipment.
기존의 공작기계 모니터링 시스템은 NC에서 나타내는 주축 부하량을 이용하여 베어링의 상태를 추정하거나 작업자의 판단, 공구의 마모된 부분을 센서를 통해 계측하여 베어링 모니터링 및 공구 모니터링을 개별로 진행함으로써 베어링 및 공구 상태 진단에 많은 시간이 소요되며 이는 가공공정의 생산성을 낮추게 된다.The existing machine tool monitoring system estimates the state of the bearing using the spindle load indicated by the NC or measures the worn part of the tool through a sensor to measure the worn part of the tool and the bearing to individually monitor the bearing and tool status. Diagnosis takes a lot of time, which lowers the productivity of the machining process.
한국등록특허 제10-1957711(2019.03.07)호는 가공좌표계상 가공시간에 따라 가공위치와 물리적 가공절삭 특성값을 매핑하는 절삭특성맵을 활용하여 절삭상태를 지능적으로 감시 및 진단하고, 절삭조건을 제어할 수 있는 지능형 CNC공작기계 제어시스템에 관한 것으로, CNC가공좌표계상에서 가공시간에 따라서 가공위치와 그에 해당하는 가공 진동과 가공음 등 물리적 결과값을 매핑한 절삭특성맵을 이용하여 CNC공작기계가 절삭가공을 수행할 때 절삭상태의 감시기능, 절삭상태의 불량 여부 등에 대한 진단 기능, 불량 및 저생산적 절삭조건을 양질 및 고생산적 절삭조건으로 변경 제어할 수 있는 기능을 수행할 수 있는 기술에 대해 개시한다.Korean Patent No. 10-1957711 (2019.03.07) uses a cutting characteristic map that maps the processing position and physical processing and cutting characteristic values according to the processing time in the processing coordinate system to intelligently monitor and diagnose the cutting state and cutting conditions It relates to an intelligent CNC machine tool control system that can control Technology that can perform a function to monitor the cutting state, diagnose whether the cutting state is defective, etc., and to change and control defective and low-productive cutting conditions into high-quality and high-productive cutting conditions when performing machining. start about
한국공개특허 제10-2018-0024093(2018.03.08)호는 실제 이동속도가 반영된 절삭부하를 기준으로 한 공작기계의 공구 손상 모니터링 방법에 관한 것으로, 공구, 피가공물의 정보, 가공경로 및 이송속도를 고려하여 산술절삭부하를 산출하는 단계, 가공경로 및 이송속도를 공작기계에 입력하여 피가공물을 가공 시 실제 계측되는 계측이송속도를 도출하는 단계, 계측이송속도를 통해 산술절삭부하를 보정하여 기준절삭부하를 산출하는 단계, 공구를 통해 피가공물을 가공 시 공구에 입력되는 실제절삭부하를 계측하는 단계 및 실제절삭부하 및 기준절삭부하에 대비하여 공구의 손상 여부를 판단하는 단계를 포함하여, 공구의 상태 모니터링 정확도를 높일 수 있는 기술을 개시한다.Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2018-0024093 (2018.03.08) relates to a tool damage monitoring method of a machine tool based on a cutting load reflecting the actual movement speed, information on the tool, workpiece, processing path and feed rate Calculating the arithmetic cutting load considering Including the steps of calculating the cutting load, measuring the actual cutting load input to the tool when processing the workpiece through the tool, and judging whether the tool is damaged in comparison with the actual cutting load and the reference cutting load. Disclosed is a technology that can increase the accuracy of condition monitoring.
본 발명의 일 실시예는 공작기계 가공공정에서 실시간으로 진동 데이터를 수집하여 베어링과 공구 모니터링을 동시에 수행하고 베어링과 공구의 상태를 진단할 수 있는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention provides an apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool conditions that can perform bearing and tool monitoring at the same time and diagnose the condition of bearing and tool by collecting vibration data in real time in a machine tool machining process want to
본 발명의 일 실시예는 공작기계의 주축 가속도 신호를 활용하여 기계학습기반의 베어링 및 공구 상태 진단 모델을 각각 생성하고 베어링 진단 모델 및 공구 상태 진단 모델을 통해 공작기계의 절삭 가공 과정에서 실시간으로 베어링 및 공구 상태를 진단함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention generates a machine learning-based bearing and tool condition diagnosis model by utilizing the spindle acceleration signal of the machine tool, and uses the bearing diagnosis model and the tool condition diagnosis model in real time during the cutting process of the machine tool. And it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for simultaneous monitoring of a bearing and a tool state that can improve productivity by diagnosing the tool state.
본 발명의 일 실시예는 3축 가속도 센서를 스핀들에 부착하여 가공 과정에서 측정한 가속도 데이터를 베어링 진단 모델 및 공구 상태 진단 모델에 적용하여 베어링 모니터링과 공구 모니터링을 동시에 진행할 수 있는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention attaches a 3-axis acceleration sensor to a spindle and applies acceleration data measured during the machining process to a bearing diagnosis model and a tool condition diagnosis model to simultaneously perform bearing monitoring and tool monitoring. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for monitoring.
실시예들 중에서, 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치는 공작기계가 가동될 때 발생되는 진동 데이터를 측정하는 데이터 측정부, 정상 베어링과 파손 베어링 조건에서 발생되는 진동 데이터의 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 베어링 진단 모델을 생성하는 베어링 진단 모델부, 정상과 마멸 공구를 사용한 가공 공정에서 발생되는 진동 데이터의 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 공구 상태 진단 모델을 생성하는 공구 상태 진단 모델부, 및 상기 측정한 진동 데이터를 기초로 상기 베어링 진단 모델 및 상기 공구 상태 진단 모델을 통해 상기 공작기계의 베어링 및 공구를 동시에 모니터링을 수행하여 상기 베어링 및 상기 공구의 상태를 진단하는 모니터링부를 포함한다.Among the embodiments, the device for simultaneous monitoring of the bearing and tool condition includes a data measuring unit that measures vibration data generated when the machine tool is operating, extracting characteristics of vibration data generated under normal bearing and damaged bearing conditions, and learning data A bearing diagnosis model unit that creates a bearing diagnosis model by configuring and a monitoring unit diagnosing the state of the bearing and the tool by simultaneously monitoring the bearing and the tool of the machine tool through the bearing diagnosis model and the tool state diagnosis model based on the measured vibration data.
상기 데이터 측정부는 상기 공작기계의 스핀들에 가속도 센서를 부착하고 상기 가속도 센서를 통해 상기 스핀들 가동에 따른 진동을 측정할 수 있다.The data measuring unit may attach an acceleration sensor to the spindle of the machine tool and measure vibration according to the spindle operation through the acceleration sensor.
상기 베어링 진단 모델부는 경험적 모드 분해법을 통해 정상 베어링 및 파손 베어링에서 발생하는 진동 데이터로부터 주파수 성분을 분리하여 정상 데이터 대비 베어링 결함의 고유 주파수에 대한 특징 데이터를 추출할 수 있다.The bearing diagnosis model unit may extract the characteristic data for the natural frequency of the bearing defect compared to the normal data by separating the frequency component from the vibration data generated in the normal bearing and the damaged bearing through the empirical mode decomposition method.
상기 베어링 진단 모델부는 상관함수를 통해 추출한 특징 데이터를 선별하고 선별한 특징 데이터를 입력으로 기계학습을 통해 베어링의 정상 및 이상을 구분하는 베어링 진단 모델을 생성할 수 있다.The bearing diagnosis model unit may generate a bearing diagnosis model for classifying normal and abnormal bearings through machine learning by selecting the characteristic data extracted through the correlation function and inputting the selected characteristic data.
상기 베어링 진단 모델부는 상기 추출한 특징 데이터를 상관함수를 통해 클러스터링하여 정상 베어링의 특징 데이터로 이루어진 제1 클러스터와 파손 베어링의 결함별 특징 데이터로 이루어진 제2 클러스터를 형성하고 상기 제1 클러스터와 상기 제2 클러스터 간의 비유사도에 기초하여 상기 특징 데이터를 선별할 수 있다.The bearing diagnosis model unit clusters the extracted characteristic data through a correlation function to form a first cluster consisting of characteristic data of a normal bearing and a second cluster consisting of characteristic data for each defect of a damaged bearing, and the first cluster and the second cluster The feature data may be selected based on dissimilarity between clusters.
상기 베어링 진단 모델부는 상기 비유사도를 아래의 [수학식]에 따라 계산할 수 있다.The bearing diagnosis model unit may calculate the dissimilarity according to the following [Equation].
[수학식][Equation]
여기에서, rc1은 정상 데이터의 클러스터의 반지름, rc2는 비정상 데이터의 클러스터의 반지름, Dc1,c2는 두 클러스터의 중심 간 거리를 의미한다.Here, r c1 is the radius of the cluster of normal data, r c2 is the radius of the cluster of abnormal data, and D c1,c2 is the distance between the centers of the two clusters.
상기 베어링 진단 모델부는 서포트 벡터 머신에 상기 선별한 특징 데이터를 입력하여 베어링 진단 모델을 생성할 수 있다.The bearing diagnosis model unit may generate a bearing diagnosis model by inputting the selected characteristic data into a support vector machine.
상기 공구 상태 진단 모델부는 가속도 센서를 통해 마모 공구와 정상 공구를 사용한 가공 공정의 진동 데이터를 수집하고 수집한 진동 데이터에 대해 특징을 추출하고 추출한 특징 데이터를 입력으로 신경망 학습하여 정상과 마모를 분류하여 공구 상태 진단 모델을 생성할 수 있다. The tool condition diagnosis model unit collects vibration data of the machining process using a worn tool and a normal tool through an acceleration sensor, extracts features from the collected vibration data, and learns the extracted feature data as an input by neural network learning to classify normal and wear. A tool condition diagnosis model can be created.
상기 공구 상태 진단 모델부는 분류한 정상과 마모를 혼동 행렬로 표시하여 공구의 정상 및 마모 분류율을 확인할 수 있다. The tool state diagnosis model unit may display the classified normality and wear in a confusion matrix to check the normality and wear classification rate of the tool.
실시예들 중에서, 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 방법은 정상 베어링과 파손 베어링 조건에서 발생되는 진동을 기초로 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 베어링 진단 모델을 생성하는 단계, 정상과 마멸 공구를 사용한 가공 공정에서 발생되는 진동을 기초로 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 공구 상태 진단 모델을 생성하는 단계, 공작기계가 가동될 때 발생되는 진동 데이터를 측정하는 단계, 및 상기 측정한 진동 데이터를 기초로 상기 베어링 진단 모델 및 상기 공구 상태 진단 모델을 통해 상기 공작기계의 베어링 및 공구를 동시에 모니터링을 수행하여 상기 베어링 및 상기 공구의 상태를 진단하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, the method for simultaneous monitoring of bearing and tool conditions includes extracting features based on vibrations generated in normal bearing and broken bearing conditions and constructing learning data to generate a bearing diagnostic model; Extracting features based on vibrations generated in the used machining process and constructing learning data to generate a tool condition diagnosis model, measuring vibration data generated when the machine tool is operated, and using the measured vibration data and diagnosing the state of the bearing and the tool by simultaneously monitoring the bearing and the tool of the machine tool based on the bearing diagnosis model and the tool state diagnosis model.
상기 베어링 진단 모델 생성단계는 정상 베어링과 파손 베어링 조건에서 발생되는 진동 데이터를 수집하는 단계, 수집한 진동 데이터로부터 주파수 성분을 분리하여 정상 데이터 대비 베어링 결함의 고유 주파수에 대한 특징 데이터를 추출하는 단계, 베어링의 이상을 식별하기 위한 추출한 특징 데이터를 상관함수를 통해 선별하는 단계, 및 선별한 특징 데이터로 기계학습을 수행하여 베어링 진단 모델을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The bearing diagnostic model generation step includes the steps of collecting vibration data generated under conditions of normal bearings and damaged bearings, separating frequency components from the collected vibration data and extracting characteristic data for the natural frequency of bearing defects compared to normal data; It may include selecting the extracted feature data for identifying the abnormality of the bearing through a correlation function, and generating a bearing diagnostic model by performing machine learning with the selected feature data.
상기 베어링 진단 모델 생성단계는 특징 데이터 선별 과정에서 정상 베어링의 특징 데이터로 이루어진 제1 클러스터와 파손 베어링의 결함별 특징 데이터로 이루어진 제2 클러스터 간의 비유사도를 하기 수학식을 통해 산출하고 산출한 비유사도가 특정 기준을 만족시키는 특징 데이터를 선별할 수 있다.In the bearing diagnosis model generation step, the dissimilarity calculated by calculating the dissimilarity between the first cluster composed of the characteristic data of the normal bearing and the second cluster composed of the characteristic data for each defect of the damaged bearing through the following equation in the characteristic data selection process may select feature data that satisfies a specific criterion.
[수학식][Equation]
여기에서, rc1은 정상 데이터의 클러스터의 반지름, rc2는 비정상 데이터의 클러스터의 반지름, Dc1,c2는 두 클러스터의 중심 간 거리를 의미한다.Here, r c1 is the radius of the cluster of normal data, r c2 is the radius of the cluster of abnormal data, and D c1,c2 is the distance between the centers of the two clusters.
상기 공구 상태 진단 모델 생성단계는 마모 공구와 정상 공구를 사용한 가공 공정의 진동 데이터를 수집하는 단계, 수집한 진동 데이터에 대해 특징을 추출하는 단계, 및 추출한 특징 데이터를 입력으로 신경망 학습하여 정상과 마모를 분류하여 공구 상태 진단 모델을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The tool state diagnosis model generation step includes the steps of collecting vibration data of the machining process using a worn tool and a normal tool, extracting features from the collected vibration data, and learning a neural network using the extracted feature data as an input to obtain normal and wear It may include generating a tool state diagnosis model by classifying the .
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치 및 방법은 공작기계 가공공정에서 실시간으로 진동 데이터를 수집하여 베어링과 공구 모니터링을 동시에 수행하고 베어링과 공구의 상태를 진단할 수 있다.An apparatus and method for simultaneous monitoring of a bearing and a tool state according to an embodiment of the present invention collects vibration data in real time in a machine tool machining process, performs bearing and tool monitoring at the same time, and diagnoses the state of the bearing and tool .
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치 및 방법은 공작기계의 주축 가속도 신호를 활용하여 기계학습기반의 베어링 및 공구 상태 진단 모델을 각각 생성하고 베어링 진단 모델 및 공구 상태 진단 모델을 통해 공작기계의 절삭 가공 과정에서 실시간으로 베어링 및 공구 상태를 진단함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.An apparatus and method for simultaneous monitoring of a bearing and a tool state according to an embodiment of the present invention generates a machine learning-based bearing and tool state diagnosis model, respectively, by utilizing the spindle acceleration signal of a machine tool, and diagnoses a bearing diagnosis model and a tool state. Through the model, productivity can be improved by diagnosing bearing and tool conditions in real time during the cutting process of machine tools.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치 및 방법은 3축 가속도 센서를 스핀들에 부착하여 가공 과정에서 측정한 가속도 데이터를 베어링 진단 모델 및 공구 상태 진단 모델에 적용하여 베어링 모니터링과 공구 모니터링을 동시에 진행할 수 있다.An apparatus and method for simultaneous monitoring of a bearing and a tool state according to an embodiment of the present invention attaches a 3-axis acceleration sensor to a spindle and applies acceleration data measured during machining to a bearing diagnosis model and a tool condition diagnosis model to monitor the bearing and tool monitoring can be performed simultaneously.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2에 있는 베어링 진단 모델부의 베어링 진단 모델 생성 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 도 2에 있는 공구 상태 진단 모델부의 공구 상태 진단 모델 생성 과정을 설명하는 순서도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 베어링 진단 실험 장치의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 베어링의 결함 종류를 나타내는 예시도이다.
도 7a-7b는 일 실시예에 따른 베어링의 정상 및 결함에 따른 진동 데이터의 특징을 나타내는 예시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 베어링의 정상 및 결함에 따른 특징 데이터를 좌표계에 표시한 상태를 나타내는 예시도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 베어링의 정상 및 결함에 따른 특징 데이터의 상관함수를 이용한 클러스터링을 나타내는 예시도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 정상 공구 및 마모 공구의 시간에 따른 진동 데이터 크기 분포를 나타내는 예시도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 공구 상태 진단 모델을 위한 신경망 구조를 나타내는 예시도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 공구 상태 진단 모델의 정상 및 마모를 분류한 혼동 행렬을 나타내는 예시도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링 화면을 나타내는 예시도이다.1 is a view for explaining a system for simultaneously monitoring a bearing and a tool state according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining an apparatus for simultaneous monitoring of bearing and tool conditions in FIG. 1 .
3 is a flowchart illustrating a bearing diagnosis model generation process of the bearing diagnosis model unit of FIG. 2 .
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of generating a tool state diagnosis model of the tool state diagnosis model unit of FIG. 2 .
5 is an exemplary diagram illustrating a configuration of a bearing diagnosis test apparatus according to an exemplary embodiment.
6 is an exemplary view illustrating a defect type of a bearing according to an embodiment.
7A-7B are exemplary views illustrating characteristics of vibration data according to normal and defective bearings according to an embodiment.
8 is an exemplary view illustrating a state in which characteristic data according to normal and defective bearings according to an embodiment are displayed in a coordinate system.
9 is an exemplary diagram illustrating clustering using a correlation function of characteristic data according to normal and defective bearings according to an embodiment.
10 is an exemplary diagram illustrating the size distribution of vibration data according to time of a normal tool and a worn tool according to an embodiment.
11 is an exemplary diagram illustrating a neural network structure for a tool state diagnosis model according to an embodiment.
12 is an exemplary diagram illustrating a confusion matrix in which normal and wear of the tool state diagnosis model according to an embodiment are classified.
13 is an exemplary view illustrating a simultaneous monitoring screen of a bearing and a tool state according to an embodiment.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiment described in the text. That is, since the embodiment may have various changes and may have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, it should not be understood that the scope of the present invention is limited thereby.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected to” another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between elements, that is, "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression is to be understood as including the plural expression unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprises" or "have" refer to the embodied feature, number, step, action, component, part or these It is intended to indicate that a combination exists, and it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, identification numbers (eg, a, b, c, etc.) are used for convenience of description, and identification numbers do not describe the order of each step, and each step clearly indicates a specific order in context. Unless otherwise specified, it may occur in a different order from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium, and the computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. . Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium is distributed in a computer system connected to a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in general used in the dictionary should be interpreted as having the meaning consistent with the context of the related art, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링 시스템을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a system for simultaneously monitoring a bearing and a tool state according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링 시스템(100)은 공작기계(110)의 베어링(111) 및 공구(113)의 상태 모니터링을 위한 장치(130)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the bearing and tool condition
공작기계(110)는 각종 기계를 만드는 기계로, 금속 절삭 등의 가공을 하는 기계를 지칭한다.The
베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치(130)는 공작기계(110)의 절삭공정을 모니터링하여 실시간으로 베어링(111) 및 공구(113) 상태를 진단할 수 있는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치(130)는 공작기계(110)가 가동될 때 발생되는 진동을 기초로 베어링(111)의 정상 및 파손을 진단하는 베어링 진단 모델 및 공구(113)의 마모를 진단하는 공구 상태 진단 모델을 생성하고 베어링 진단 모델 및 공구 상태 진단 모델을 기초로 베어링(111) 및 공구(113)의 상태를 모니터링할 수 있다. The
도 2는 도 1에 있는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치를 설명하는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an apparatus for simultaneous monitoring of bearing and tool conditions in FIG. 1 .
도 2를 참조하면, 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치(130)는 데이터 측정부(210), 베어링 진단 모델부(230), 공구 상태 진단 모델부(250), 모니터링부(270) 및 제어부(290)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
데이터 측정부(210)는 공작기계(110)가 가동될 때 발생되는 진동 데이터를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 측정부(210)는 공작기계(110)의 스핀들에 3축 가속도 센서를 부착하여 스핀들 가동에 따른 진동을 측정할 수 있다. 여기에서, 데이터 측정부(210)는 3축 가속도 센서를 이용하여 X축, Y축 및 Z축 각각의 방향에 대해 진동 데이터를 수집할 수 있다. The
베어링 진단 모델부(230)는 정상 베어링과 파손 베어링 조건에서 발생되는 진동 데이터의 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 베어링 진단 모델을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 베어링 진단 모델부(230)는 경험적 모드 분해법을 이용하여 측정한 진동 데이터의 특징을 추출할 수 있다. The bearing
경험적 모드 분해법은 힐버트 변환(Hilbert Transform)을 응용한 기법으로서, 시간과 진폭의 신호를 주파수를 기준으로 분리할 수 있으며 이를 내재모드함수(Intrinsic Mode Function)라고 한다. 이상 데이터와 정상 데이터 구분은 내재모드함수를 이용하여 구분할 수 있다.The empirical mode decomposition method is a technique applying the Hilbert transform, and it can separate time and amplitude signals based on frequency, and this is called an intrinsic mode function. Abnormal data and normal data can be distinguished using the intrinsic mode function.
베어링 진단 모델부(230)는 경험적 모드 분해법을 적용하여 측정한 진동 데이터로부터 주파수 성분을 분리하여 내재모드함수를 추출하고 추출한 내재모드함수에 대해 특징 데이터를 추출할 수 있다. 여기에서, 특징 데이터는 베어링 결함의 고유 주파수 성분으로, 정상 데이터 대비 첨도, 왜도, 표준편차 및 평균값을 나타낸다. 베어링 진단 모델부(230)는 선별 기준을 통해 추출한 특징 데이터를 선별하여 기계학습을 통해 베어링 진단 모델을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 베어링 진단 모델부(230)는 상관함수(correlation function)를 이용하여 특징 데이터를 선별할 수 있고, 선별한 특징 데이터를 서포트 벡터 머신에 입력하여 베어링 정상 및 이상을 구분하는 베어링 진단 모델을 생성할 수 있다.The bearing
공구 상태 진단 모델부(250)는 정상과 마멸 공구를 사용한 가공 공정에서 발생되는 진동 데이터의 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 공구 상태 진단 모델을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 공구 상태 진단 모델부(250)는 정상 공구에서 측정한 진동 데이터와 마모 공구에서 측정한 진동 데이터에 대해 연속 웨이블릿 변환 기법을 통해 특징 데이터를 추출하고 정상 데이터 대비 이상 데이터의 특징 데이터를 선별하여 컨볼루션 신경망을 활용한 딥러닝을 통해 정상 공구와 마모 공구를 구분하는 딥러닝 기반의 공구 상태 진단 모델을 생성할 수 있다.The tool condition
모니터링부(270)는 공작기계(110)가 가공될 때 측정한 진동 데이터를 기초로 베어링 진단 모델 및 공구 상태 진단 모델을 통해 공작기계(110)의 베어링(111) 및 공구(113)를 동시에 모니터링을 수행하여 베어링(111) 및 공구(113)의 상태를 빠르게 진단할 수 있다. 일 실시예에서, 모니터링부(270)는 베어링(111) 및 공구(113)의 진단 결과를 토대로 적절한 시기에 베어링(111) 및 공구(113)의 교체가 이루어지도록 함으로써 공작기계(110)의 생산성 향상을 제공할 수 있다.The
제어부(290)는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 데이터 측정부(210), 베어링 진단 모델부(230), 공구 상태 진단 모델부(250) 및 모니터링부(270) 간의 제어 흐름 및 데이터 흐름을 관리할 수 있다.The
도 3은 도 2에 있는 베어링 진단 모델부의 베어링 진단 모델 생성 과정을 설명하기 위한 순서도이다.3 is a flowchart for explaining a bearing diagnosis model generation process of the bearing diagnosis model unit of FIG. 2 .
도 3에서, 베어링 진단 모델부(230)는 정상 베어링과 파손 베어링 조건에서 발생되는 진동 데이터를 수집한다(단계 S310). 베어링 진단 모델부(230)는 가속도 센서를 이용하여 공작기계(110)가 가동될 때 발생되는 진동을 측정하여 진동 데이터를 수집할 수 있다. 베어링 진단 모델부(230)는 공작기계(110)의 베어링(111)이 정상일 때 생성되는 진동 데이터와 베어링(111)에 결함이 있을 때 생성되는 진동 데이터를 수집할 수 있다. 예컨대, 베어링 진단 모델부(230)는 도 4에 도시한 바와 같이, 가속도 센서(410)를 사용하여 정상 베어링(420)과 결함 베어링(430)에서 발생하는 진동 데이터를 수집한다.In FIG. 3 , the bearing
도 4는 일 실시예에 따른 베어링 진단 실험 장치의 구성을 나타내는 예시도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 베어링의 결함을 보여주는 예시도이다.4 is an exemplary view showing the configuration of a bearing diagnostic test apparatus according to an embodiment, and FIG. 5 is an exemplary view showing a bearing defect according to an exemplary embodiment.
베어링의 결함은 도 5에 예시된 바와 같이, 케이지 결함, Smearing(얼룩 상태), Flaking(표면이 엷은 조각으로 떨어져 나가는 현상) 등 다양하게 발생한다. 베어링은 결함 상태에 따라 진동 특성이 변화한다.As illustrated in FIG. 5, bearing defects occur in various ways, such as cage defects, smearing (stained state), and flaking (a phenomenon in which the surface is peeled off into thin pieces). Bearings have different vibration characteristics depending on the condition of the defect.
다시, 도 3으로 돌아가서 베어링 진단 모델부(230)는 수집한 진동 데이터에 대해 특징을 추출한다(단계 S330). 베어링 진단 모델부(230)는 진동 데이터로부터 주파수 성분을 분리하여 베어링의 결함에 대해 특징 데이터를 추출한다. 일 실시예에서, 베어링 진단 모델부(230)는 신호처리기법인 경험적 모드 분해법으로 진동 데이터의 내재 모드 함수를 추출하고 추출한 내재 모드 함수에 대해 특징 데이터를 추출한다. 여기에서, 특징 데이터는 첨도, 왜도, 표준편차 및 평균값을 포함할 수 있다. 예컨대, 베어링 진단 모델부(230)는 도 6a에 나타낸 바와 같이, 경험적 모드 분해법을 이용하여 진폭과 시간의 진동 데이터를 주파수를 기준으로 분리하여 내재 모드 함수를 추출할 수 있다.Again, returning to FIG. 3 , the bearing
도 6a 및 6b는 일 실시예에 따른 베어링의 정상 및 결함에 따른 진동 데이터를 경험적 모드 분해법을 이용하여 추출한 내재 모드 함수의 특징을 나타내는 예시도이다.6A and 6B are exemplary diagrams illustrating characteristics of an intrinsic mode function extracted using an empirical mode decomposition method from vibration data according to normal and defective bearings according to an embodiment.
도 6b에 예시된 바와 같이, 이상 베어링의 진동 데이터의 내재 모드 함수는 정상 진동 데이터의 내재 모드 함수 보다 진폭이 크게 나타난다. 이상 베어링의 진동 데이터의 내재 모드 함수는 결함의 종류에 따라 진폭이 다르게 나타난다.As illustrated in FIG. 6B , the amplitude of the intrinsic mode function of the vibration data of the abnormal bearing is larger than that of the intrinsic mode function of the normal vibration data. The intrinsic mode function of the vibration data of an ideal bearing has different amplitudes depending on the type of defect.
도 7은 일 실시예에 따른 특징 데이터를 좌표계에 표시한 상태를 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary diagram illustrating a state in which feature data is displayed in a coordinate system according to an exemplary embodiment.
도 7에 예시된 바와 같이, 베어링 진단 모델부(230)는 베어링의 정상 및 결함 종류에 따른 특징 데이터를 직교 좌표계에 표시하여 분류할 수 있다. 예를 들어, 베어링 진단 모델부(230)는 비대칭도, 표준 편차, 평균 및 제곱평균 제곱근의 분류 기준에 따라 추출된 특징 데이터를 X축과 Y축으로 이루어진 직교 좌표계에 표시하여 분류할 수 있다. 일 실시예에서, 베어링 진단 모델부(230)는 복수의 분류 기준들을 다른 종류로 조합하여 특징 데이터를 직교 좌표계에 표시하여 분류할 수 있다. 예를 들어, 베어링 진단 모델부(230)는 X축은 첨도치 그리고 Y축은 비대칭도를 분류 기준으로 하여 특징 데이터를 직교 좌표계에 표시하여 분류할 수 있다. 다른 예를 들어, 베어링 진단 모델부(230)는 베어링의 정상 데이터 및 비정상 데이터에 대해 동일한 분류 기준을 기초로 동일한 직교 좌표계에 표시하여 분류할 수 있다. 도 7의 경우, 베어링의 정상 데이터(□) 및 결함별 데이터(Flaking(○), Ball defect(▽), Smearing(◇))를 복수의 분류 기준에 따라 동일한 직교 좌표계에 위치시킬 수 있다.As illustrated in FIG. 7 , the bearing
다시, 도 3으로 돌아가서, 베어링 진단 모델부(230)는 베어링의 정상과 이상을 구분하기 위해 추출한 특징 데이터를 선별한다(단계 S350). 일 실시예에서, 베어링 진단 모델부(230)는 상관함수(correlation function)를 이용한 클러스터 분석을 통해 특징 데이터를 선별한다. 베어링 진단 모델부(230)는 베어링의 정상 및 결함별 각각의 분류한 개별 특징 데이터를 도 8에 나타낸 바와 같이, 상관함수를 이용하여 클러스터링하고 클러스터 간의 거리에 기초하여 데이터 선별한다. Again, returning to FIG. 3 , the bearing
도 8은 일 실시예에 따른 데이터 상관 함수를 이용한 특징 데이터의 클러스터링을 나타내는 예시도이다.8 is an exemplary diagram illustrating clustering of feature data using a data correlation function according to an embodiment.
도 8에 예시한 바와 같이, 베어링 진단 모델부(230)는 상관함수를 이용하여 정상 베어링의 특징 데이터로 이루어진 제 1클러스터와 파손 베어링의 특징 데이터로 이루어진 제2 클러스터를 형성할 수 있다. As illustrated in FIG. 8 , the bearing
베어링 진단 모델부(230)는 제1 클러스터와 제2 클러스터 간의 거리에 기초하여 하기 수학식을 통해 비유사도를 산출하고 산출한 비유사도를 특정 기준을 만족시키는 특징 데이터를 선별할 수 있다.The bearing
[수학식][Equation]
여기에서, rc1은 정상 데이터의 클러스터의 반지름, rc2는 비정상 데이터의 클러스터의 반지름, Dc1,c2는 두 클러스터의 중심 간 거리를 의미한다.Here, r c1 is the radius of the cluster of normal data, r c2 is the radius of the cluster of abnormal data, and D c1,c2 is the distance between the centers of the two clusters.
베어링 진단 모델부(230)는 상기 수학식을 통해 산출된 비유사도(DSNF)가 "1" 보다 큰 조건을 만족하면 베어링의 정상 데이터와 비정상 데이터 간의 겹치는 특징이 없는 경우로 해당 조건을 만족하는 특징 데이터를 선별한다. If the dissimilarity (DSN F ) calculated through the above equation satisfies the condition greater than "1", the bearing
베어링 진단 모델부(230)는 선별한 특징 데이터로 기계학습을 수행하여 베어링 진단 모델을 생성한다(단계 S370). 일 실시예에서, 베어링 진단 모델부(230)는 서포트 벡터 머신(support vector machine)에 선별한 특징 데이터를 입력하여 베어링 진단 모델을 생성할 수 있다.The bearing
도 4는 도 2에 있는 공구 상태 진단 모델부의 공구 상태 진단 모델 생성 과정을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 4 is a flowchart for explaining a process of generating a tool state diagnosis model of the tool state diagnosis model unit of FIG. 2 .
도 4를 참조하면, 공구 상태 진단 모델부(250)는 공구 진동 데이터를 수집한다(단계 S410). 공구 상태 진단 모델부(250)는 가속도 센서를 통해 마모 공구와 정상 공구를 사용한 가공 공정의 진동 데이터를 수집할 수 있다. 수집한 진동 데이터는 도 10에 예시한 바와 같이, X축, Y축 및 Z축 각각의 방향에 대해 시간에 따른 크기 분포를 나타낸다.Referring to FIG. 4 , the tool state
공구 상태 진단 모델부(250)는 수집한 진동 데이터에 대해 특징을 추출한다(단계 S430). 공구 상태 진단 모델부(250)는 연속 웨이블릿 변환 기법을 진동 데이터에 적용하여 특징을 추출할 수 있다. 공구 상태 진단 모델부(250)는 추출한 특징 데이터로 신경망에 입력하여 공구 상태 진단 모델을 생성한다(단계 S440). 공구 상태 진단 모델부(250)는 특징 데이터를 도 11에 예시한 신경망 구조의 입력층에 입력하여 학습하여 정상과 마모를 분류한다. 공구 상태 진단 모델부(250)는 분류한 정상과 마모를 혼동 행렬(Confusion Matrix)로 표시할 수 있다. The tool state
도 12는 일 실시예에 따른 공구 상태 진단 모델의 정상 및 마모를 분류한 혼동 행렬을 나타내는 예시도이다.12 is an exemplary diagram illustrating a confusion matrix in which normal and wear of the tool state diagnosis model according to an embodiment are classified.
도 12를 참조하면, 혼동 행렬에서 공구의 정상 및 마모 분류율을 확인할 수 있다. 예컨대, 분류하지 못한 데이터는 마모 데이터의 경우 556개에서 47개를 분류하지 못했고 정상 데이터의 경우 537개에서 66개를 분류하지 못했다.Referring to FIG. 12 , normal and wear classification rates of tools can be identified in the confusion matrix. For example, the unclassified data failed to classify 556 to 47 items for wear data and failed to classify 537 to 66 items for normal data.
도 13은 일 실시예에 따른 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링 화면을 나타내는 예시도이다.13 is an exemplary view illustrating a simultaneous monitoring screen of a bearing and a tool state according to an embodiment.
도 13을 참조하면, 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치(130)는 가공 과정에서 가속도 센서를 통해 측정되는 진동 데이터를 베어링 진단 모델 및 공구 상태 진단 모델을 통해 동시에 모니터링할 수 있고 베어링 및 공구 상태를 진단할 수 있다.Referring to FIG. 13 , the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.
100: 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링 시스템
110: 공작기계
111: 베어링 113: 공구
130: 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치
210: 데이터 측정부 230: 베어링 진단 모델부
250: 공구 상태 진단 모델부 270: 모니터링부
290: 제어부
510: 가속도 센서 520: 정상 베어링
530: 결함 베어링100: Simultaneous monitoring system for bearing and tool condition
110: machine tool
111: bearing 113: tool
130: Device for simultaneous monitoring of bearing and tool condition
210: data measurement unit 230: bearing diagnostic model unit
250: tool state diagnosis model unit 270: monitoring unit
290: control unit
510: acceleration sensor 520: normal bearing
530: defective bearing
Claims (13)
정상 베어링과 파손 베어링 조건에서 발생되는 진동 데이터의 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 베어링 진단 모델을 생성하는 베어링 진단 모델부;
정상과 마멸 공구를 사용한 가공 공정에서 발생되는 진동 데이터의 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 공구 상태 진단 모델을 생성하는 공구 상태 진단 모델부; 및
상기 측정한 진동 데이터를 기초로 상기 베어링 진단 모델 및 상기 공구 상태 진단 모델을 통해 상기 공작기계의 베어링 및 공구를 동시에 모니터링을 수행하여 상기 베어링 및 상기 공구의 상태를 진단하는 모니터링부를 포함하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
a data measurement unit for measuring vibration data generated when the machine tool is operated;
a bearing diagnosis model unit that extracts characteristics of vibration data generated under normal bearing and damaged bearing conditions and constructs learning data to generate a bearing diagnosis model;
a tool condition diagnosis model unit for generating a tool condition diagnosis model by extracting characteristics of vibration data generated in a machining process using normal and worn tools and constructing learning data; and
A bearing and a tool comprising a monitoring unit for diagnosing the state of the bearing and the tool by simultaneously monitoring the bearing and the tool of the machine tool through the bearing diagnosis model and the tool condition diagnosis model based on the measured vibration data Device for simultaneous status monitoring.
상기 공작기계의 스핀들에 가속도 센서를 부착하고 상기 가속도 센서를 통해 상기 스핀들 가동에 따른 진동을 측정하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
The method of claim 1, wherein the data measuring unit
A device for simultaneous monitoring of bearing and tool status, characterized in that an acceleration sensor is attached to the spindle of the machine tool and vibration according to operation of the spindle is measured through the acceleration sensor.
경험적 모드 분해법을 통해 정상 베어링 및 파손 베어링에서 발생하는 진동 데이터로부터 주파수 성분을 분리하여 정상 데이터 대비 베어링 결함의 고유 주파수에 대한 특징 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
According to claim 1, wherein the bearing diagnostic model unit
A device for simultaneous monitoring of bearing and tool condition, characterized by extracting characteristic data about the natural frequency of bearing defects compared to normal data by separating frequency components from vibration data generated in normal bearings and broken bearings through empirical mode decomposition.
상관함수를 통해 추출한 특징 데이터를 선별하고 선별한 특징 데이터를 입력으로 기계학습을 통해 베어링의 정상 및 이상을 구분하는 베어링 진단 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
The method of claim 3, wherein the bearing diagnosis model unit
A device for simultaneous monitoring of bearing and tool status, characterized in that the feature data extracted through the correlation function is selected and the selected feature data is input to generate a bearing diagnostic model that distinguishes between normal and abnormal bearings through machine learning.
상기 추출한 특징 데이터를 상관함수를 통해 클러스터링하여 정상 베어링의 특징 데이터로 이루어진 제1 클러스터와 파손 베어링의 결함별 특징 데이터로 이루어진 제2 클러스터를 형성하고 상기 제1 클러스터와 상기 제2 클러스터 간의 비유사도에 기초하여 상기 특징 데이터를 선별하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
5. The method of claim 4, wherein the bearing diagnosis model unit
The extracted characteristic data is clustered through a correlation function to form a first cluster consisting of characteristic data of a normal bearing and a second cluster consisting of characteristic data for each defect of a broken bearing, and the degree of dissimilarity between the first cluster and the second cluster Device for simultaneous monitoring of bearing and tool conditions, characterized in that the selection of the characteristic data based on the.
상기 비유사도를 아래의 [수학식]에 따라 계산하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
[수학식]
여기에서, rc1은 정상 데이터의 클러스터의 반지름, rc2는 비정상 데이터의 클러스터의 반지름, Dc1,c2는 두 클러스터의 중심 간 거리를 의미한다.
The method of claim 5, wherein the bearing diagnosis model unit
Device for simultaneous monitoring of bearing and tool conditions, characterized in that the dissimilarity is calculated according to the following [Equation].
[Equation]
Here, r c1 is the radius of the cluster of normal data, r c2 is the radius of the cluster of abnormal data, and D c1,c2 is the distance between the centers of the two clusters.
서포트 벡터 머신에 상기 선별한 특징 데이터를 입력하여 베어링 진단 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
5. The method of claim 4, wherein the bearing diagnosis model unit
A device for simultaneous monitoring of bearing and tool status, characterized in that the selected feature data is input to a support vector machine to generate a bearing diagnostic model.
가속도 센서를 통해 마모 공구와 정상 공구를 사용한 가공 공정의 진동 데이터를 수집하고 수집한 진동 데이터에 대해 특징을 추출하고 추출한 특징 데이터를 입력으로 신경망 학습하여 정상과 마모를 분류하여 공구 상태 진단 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
According to claim 1, wherein the tool state diagnosis model unit
It collects vibration data of the machining process using a worn tool and a normal tool through the acceleration sensor, extracts features from the collected vibration data, and uses the extracted feature data as input to learn a neural network to classify normal and wear to create a tool condition diagnosis model A device for simultaneous monitoring of bearing and tool conditions, characterized in that.
분류한 정상과 마모를 혼동 행렬로 표시하여 공구의 정상 및 마모 분류율을 확인하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
The method of claim 8, wherein the tool state diagnosis model unit
Device for simultaneous monitoring of bearing and tool condition, characterized in that the classified normal and wear are displayed in a confusion matrix to check the normal and wear classification rate of the tool.
정상과 마멸 공구를 사용한 가공 공정에서 발생되는 진동을 기초로 특징을 추출하고 학습데이터를 구성하여 공구 상태 진단 모델을 생성하는 단계;
공작기계가 가동될 때 발생되는 진동 데이터를 측정하는 단계; 및
상기 측정한 진동 데이터를 기초로 상기 베어링 진단 모델 및 상기 공구 상태 진단 모델을 통해 상기 공작기계의 베어링 및 공구를 동시에 모니터링을 수행하여 상기 베어링 및 상기 공구의 상태를 진단하는 단계를 포함하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 방법.
generating a bearing diagnosis model by extracting features based on vibrations generated under normal bearing and damaged bearing conditions and composing learning data;
generating a tool state diagnosis model by extracting features based on vibrations generated in a machining process using normal and abrasive tools and configuring learning data;
Measuring vibration data generated when the machine tool is operated; and
A bearing and a tool comprising the step of diagnosing the state of the bearing and the tool by simultaneously monitoring the bearing and the tool of the machine tool through the bearing diagnosis model and the tool state diagnosis model based on the measured vibration data A method for simultaneous status monitoring.
정상 베어링과 파손 베어링 조건에서 발생되는 진동 데이터를 수집하는 단계;
수집한 진동 데이터로부터 주파수 성분을 분리하여 정상 데이터 대비 베어링 결함의 고유 주파수에 대한 특징 데이터를 추출하는 단계;
베어링의 이상을 식별하기 위한 추출한 특징 데이터를 상관함수를 통해 선별하는 단계; 및
선별한 특징 데이터로 기계학습을 수행하여 베어링 진단 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 방법.
The method of claim 10, wherein the generating of the bearing diagnostic model comprises:
collecting vibration data generated under normal bearing and broken bearing conditions;
Separating the frequency component from the collected vibration data to extract the characteristic data for the natural frequency of the bearing defect compared to the normal data;
selecting the extracted feature data for identifying the abnormality of the bearing through a correlation function; and
A method for simultaneous monitoring of bearing and tool status, comprising the step of generating a bearing diagnostic model by performing machine learning with the selected feature data.
특징 데이터 선별 과정에서 정상 베어링의 특징 데이터로 이루어진 제1 클러스터와 파손 베어링의 결함별 특징 데이터로 이루어진 제2 클러스터 간의 비유사도를 하기 수학식을 통해 산출하고 산출한 비유사도가 특정 기준을 만족시키는 특징 데이터를 선별하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 방법.
[수학식]
여기에서, rc1은 정상 데이터의 클러스터의 반지름, rc2는 비정상 데이터의 클러스터의 반지름, Dc1,c2는 두 클러스터의 중심 간 거리를 의미한다.
12. The method of claim 11, wherein the generating of the bearing diagnostic model comprises:
In the feature data selection process, the dissimilarity between the first cluster composed of the characteristic data of the normal bearing and the second cluster composed of the characteristic data for each defect of the damaged bearing is calculated through the following equation, and the calculated dissimilarity satisfies a specific criterion. Method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition, characterized in that the data is screened.
[Equation]
Here, r c1 is the radius of the cluster of normal data, r c2 is the radius of the cluster of abnormal data, and D c1,c2 is the distance between the centers of the two clusters.
마모 공구와 정상 공구를 사용한 가공 공정의 진동 데이터를 수집하는 단계;
수집한 진동 데이터에 대해 특징을 추출하는 단계; 및
추출한 특징 데이터를 입력으로 신경망 학습하여 정상과 마모를 분류하여 공구 상태 진단 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 방법.
The method of claim 10, wherein the generating of the tool state diagnosis model comprises:
collecting vibration data of a machining process using a worn tool and a normal tool;
extracting features from the collected vibration data; and
Method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition comprising the step of generating a tool condition diagnosis model by classifying normal and wear by learning a neural network as an input of the extracted feature data.
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