KR20220055160A - Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition - Google Patents

Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition Download PDF

Info

Publication number
KR20220055160A
KR20220055160A KR1020200139347A KR20200139347A KR20220055160A KR 20220055160 A KR20220055160 A KR 20220055160A KR 1020200139347 A KR1020200139347 A KR 1020200139347A KR 20200139347 A KR20200139347 A KR 20200139347A KR 20220055160 A KR20220055160 A KR 20220055160A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bearing
tool
data
diagnosis model
normal
Prior art date
Application number
KR1020200139347A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102471830B1 (en
Inventor
이창우
박병희
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 산학협력단 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Priority to KR1020200139347A priority Critical patent/KR102471830B1/en
Publication of KR20220055160A publication Critical patent/KR20220055160A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102471830B1 publication Critical patent/KR102471830B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical 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
    • G05B19/406Numerical 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
    • G05B19/4065Monitoring tool breakage, life or condition
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements 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
    • B23Q17/0952Arrangements 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 during machining
    • B23Q17/0957Detection of tool breakage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements 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
    • B23Q17/0952Arrangements 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 during machining
    • B23Q17/098Arrangements 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 during machining by measuring noise
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements 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
    • B23Q17/0995Tool life management
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/04Bearings
    • G01M13/045Acoustic or vibration analysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00Machine learning
    • G06N20/10Machine learning using kernel methods, e.g. support vector machines [SVM]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02Neural networks
    • G06N3/08Learning methods
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration

Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for simultaneously monitoring states of a bearing and a tool, and the apparatus comprises: a data measurement unit that measures vibration data generated when a machine tool is operated; a bearing diagnosis model unit that generates a bearing diagnosis model by extracting characteristics of the vibration data generated in conditions of a normal bearing and a broken bearing and constructing learning data; a tool state diagnosis model unit that generates a tool state diagnosis model by extracting characteristics of the vibration data generated in a processing process using normal and worn tools and constructing learning data; and a monitoring unit that simultaneously monitors 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 in order to diagnose states of the bearing and the tool. The present invention can improve productivity by diagnosing in real-time the states of the bearing and the tool.

Description

베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SIMULTANEOUS MONITORING OF BEARING AND TOOL CONDITION}Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition

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.

한국등록특허 제10-1957711(2019.03.07)호Korean Patent Registration No. 10-1957711 (2019.03.07) 한국공개특허 제10-2018-0024093(2018.03.08)호Korean Patent Publication No. 10-2018-0024093 (2018.03.08)

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]

Figure pat00001
Figure pat00001

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]

Figure pat00002
Figure pat00002

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 simultaneous monitoring system 100 may include a device 130 for monitoring the condition of the bearing 111 and the tool 113 of the machine tool 110 .

공작기계(110)는 각종 기계를 만드는 기계로, 금속 절삭 등의 가공을 하는 기계를 지칭한다.The machine tool 110 is a machine for making various machines, and refers to a machine for processing such as metal cutting.

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 device 130 for simultaneous monitoring of the bearing and tool status is implemented as a server corresponding to a computer or program capable of diagnosing the status of the bearing 111 and the tool 113 in real time by monitoring the cutting process of the machine tool 110 can be The device 130 for simultaneous monitoring of the bearing and tool state is a bearing diagnostic model that diagnoses the normality and damage of the bearing 111 based on the vibration generated when the machine tool 110 is operated, and the wear of the tool 113. A tool condition diagnosis model to diagnose may be generated, and the states of the bearing 111 and the tool 113 may be monitored based on the bearing diagnosis model and the tool condition diagnosis model.

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 apparatus 130 for simultaneous monitoring of bearing and tool conditions includes a data measuring unit 210 , a bearing diagnosis model unit 230 , a tool condition diagnosis model unit 250 , a monitoring unit 270 , and a control unit. (290).

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 data measurement unit 210 may measure vibration data generated when the machine tool 110 is operated. In one embodiment, the data measuring unit 210 may measure the vibration according to the spindle operation by attaching a 3-axis acceleration sensor to the spindle of the machine tool 110 . Here, the data measuring unit 210 may collect vibration data in each direction of the X-axis, Y-axis, and Z-axis using the 3-axis acceleration sensor.

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 diagnosis model unit 230 may generate a bearing diagnosis model by extracting characteristics of vibration data generated under normal bearing and damaged bearing conditions and composing learning data. In an embodiment, the bearing diagnosis model unit 230 may extract a characteristic of the vibration data measured using an empirical mode decomposition method.

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 diagnosis model unit 230 may extract an intrinsic mode function by separating a frequency component from vibration data measured by applying an empirical mode decomposition method, and extract feature data from the extracted intrinsic mode function. Here, the characteristic data is a natural frequency component of a bearing defect, and represents kurtosis, skewness, standard deviation, and average values compared to normal data. The bearing diagnosis model unit 230 may generate a bearing diagnosis model through machine learning by selecting the feature data extracted through the selection criteria. In an embodiment, the bearing diagnosis model unit 230 may select feature data using a correlation function, and input the selected feature data into a support vector machine to diagnose bearing normality and abnormality. You can create a model.

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 diagnosis model unit 250 may generate a tool condition diagnosis model by extracting characteristics of vibration data generated in a machining process using normal and worn tools and configuring learning data. In one embodiment, the tool state diagnosis model unit 250 extracts characteristic data through a continuous wavelet transformation technique for vibration data measured by a normal tool and vibration data measured by a worn tool, and characteristic data of abnormal data compared to normal data Through deep learning using a convolutional neural network by selecting

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 monitoring unit 270 simultaneously monitors the bearing 111 and the tool 113 of the machine tool 110 through the bearing diagnosis model and the tool state diagnosis model based on the vibration data measured when the machine tool 110 is processed. by performing a quick diagnosis of the state of the bearing 111 and the tool 113 . In one embodiment, the monitoring unit 270 allows the replacement of the bearing 111 and the tool 113 at an appropriate time based on the diagnosis result of the bearing 111 and the tool 113 to thereby increase the productivity of the machine tool 110 . can provide improvement.

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 control unit 290 controls the overall operation of the device 130 for simultaneous monitoring of the bearing and tool conditions, and the data measurement unit 210 , the bearing diagnosis model unit 230 , the tool condition diagnosis model unit 250 , and the monitoring unit It is possible to manage the control flow and data flow between the 270 .

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 diagnosis model unit 230 collects vibration data generated under normal bearing and damaged bearing conditions (step S310 ). The bearing diagnosis model unit 230 may collect vibration data by measuring vibration generated when the machine tool 110 is operated using an acceleration sensor. The bearing diagnosis model unit 230 may collect vibration data generated when the bearing 111 of the machine tool 110 is normal and vibration data generated when the bearing 111 has a defect. For example, as shown in FIG. 4 , the bearing diagnosis model unit 230 collects vibration data generated in the normal bearing 420 and the defective bearing 430 using the acceleration sensor 410 .

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 diagnosis model unit 230 extracts features from the collected vibration data (step S330 ). The bearing diagnosis model unit 230 separates a frequency component from the vibration data and extracts characteristic data for a bearing defect. In an embodiment, the bearing diagnosis model unit 230 extracts an intrinsic mode function of the vibration data using an empirical mode decomposition method, which is a signal processing technique, and extracts feature data from the extracted intrinsic mode function. Here, the feature data may include kurtosis, skewness, standard deviation, and average values. For example, as shown in FIG. 6A , the bearing diagnosis model unit 230 may extract the intrinsic mode function by separating the vibration data of amplitude and time based on frequency using an empirical mode decomposition method.

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 diagnosis model unit 230 may classify by displaying characteristic data according to the normal and defective types of the bearing in the Cartesian coordinate system. For example, the bearing diagnosis model unit 230 may classify the feature data extracted according to the classification criteria of the degree of asymmetry, standard deviation, mean, and root mean square by displaying it in a Cartesian coordinate system including the X-axis and the Y-axis. In an embodiment, the bearing diagnosis model unit 230 may classify the feature data by combining a plurality of classification criteria into different types by displaying the characteristic data in the Cartesian coordinate system. For example, the bearing diagnosis model unit 230 may classify the feature data by displaying the characteristic data in the Cartesian coordinate system based on the kurtosis value of the X-axis and the degree of asymmetry of the Y-axis as a classification criterion. As another example, the bearing diagnosis model unit 230 may classify the normal data and the abnormal data of the bearing by displaying them in the same Cartesian coordinate system based on the same classification criteria. In the case of FIG. 7, the bearing normal data (□) and defect-specific data (flaking (○), ball defect (▽), smearing (◇)) can be located in the same rectangular coordinate system according to a plurality of classification criteria.

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 diagnosis model unit 230 selects the extracted feature data to distinguish between normal and abnormal bearings (step S350 ). In an embodiment, the bearing diagnosis model unit 230 selects the feature data through cluster analysis using a correlation function. As shown in FIG. 8 , the bearing diagnosis model unit 230 clusters each classified individual characteristic data for each normal and defect of the bearing using a correlation function and selects the data based on the distance between the clusters.

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 diagnosis model unit 230 may form a first cluster composed of characteristic data of a normal bearing and a second cluster composed of characteristic data of a damaged bearing by using a correlation function.

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 diagnosis model unit 230 may calculate the dissimilarity through the following equation based on the distance between the first cluster and the second cluster, and select feature data that satisfies a specific criterion for the calculated dissimilarity.

[수학식][Equation]

Figure pat00003
Figure pat00003

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 diagnosis model unit 230 is a case in which there is no overlapping feature between the normal data and the abnormal data of the bearing, which satisfies the condition. Select feature data.

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 diagnosis model unit 230 generates a bearing diagnosis model by performing machine learning with the selected feature data (step S370). In an embodiment, the bearing diagnosis model unit 230 may generate a bearing diagnosis model by inputting the selected feature data into a support vector machine.

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 diagnosis model unit 250 collects tool vibration data (step S410 ). The tool state diagnosis model unit 250 may collect vibration data of a machining process using a worn tool and a normal tool through an acceleration sensor. As illustrated in FIG. 10 , the collected vibration data shows a size distribution over time in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.

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 diagnosis model unit 250 extracts features from the collected vibration data (step S430). The tool state diagnosis model unit 250 may extract features by applying a continuous wavelet transformation technique to vibration data. The tool state diagnosis model unit 250 generates a tool state diagnosis model by inputting the extracted feature data into the neural network (step S440). The tool state diagnosis model unit 250 classifies normal and wear by inputting characteristic data into the input layer of the neural network structure illustrated in FIG. 11 and learning. The tool state diagnosis model unit 250 may display the classified normality and wear as a confusion matrix.

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 device 130 for simultaneous monitoring of bearing and tool status may simultaneously monitor vibration data measured through an acceleration sensor during machining through a bearing diagnostic model and a tool status diagnostic model, and bearing and tool status can be diagnosed

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 베어링
100: 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)

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 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.
제1항에 있어서, 상기 데이터 측정부는
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.
제1항에 있어서, 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 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.
제3항에 있어서, 상기 베어링 진단 모델부는
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.
제4항에 있어서, 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 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.
제5항에 있어서, 상기 베어링 진단 모델부는
상기 비유사도를 아래의 [수학식]에 따라 계산하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 장치.
[수학식]
Figure pat00004

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]
Figure pat00004

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.
제4항에 있어서, 상기 베어링 진단 모델부는
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.
제1항에 있어서, 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 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.
제8항에 있어서, 상기 공구 상태 진단 모델부는
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.
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 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.
제10항에 있어서, 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 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.
제11항에 있어서, 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 선별하는 것을 특징으로 하는 베어링 및 공구 상태 동시 모니터링을 위한 방법.
[수학식]
Figure pat00005

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]
Figure pat00005

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.
제10항에 있어서, 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 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.
KR1020200139347A 2020-10-26 2020-10-26 Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition KR102471830B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200139347A KR102471830B1 (en) 2020-10-26 2020-10-26 Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200139347A KR102471830B1 (en) 2020-10-26 2020-10-26 Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220055160A true KR20220055160A (en) 2022-05-03
KR102471830B1 KR102471830B1 (en) 2022-11-29

Family

ID=81591018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200139347A KR102471830B1 (en) 2020-10-26 2020-10-26 Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102471830B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102589094B1 (en) * 2022-10-26 2023-10-16 (재)대구기계부품연구원 Training data set configuration system and method for development of diagnosis model of the machine tool

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008137102A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Matsushita Electric Works Ltd Machine tool observation device
KR20180024093A (en) 2016-08-26 2018-03-08 한국생산기술연구원 Tool breakage and wear monitoring method
KR101957711B1 (en) 2017-08-01 2019-03-13 사단법인 캠틱종합기술원 An Intelligent CNC machine control system for smart monitering, smart diagnosis and smart control by using the physical cutting characteristic map in which the cutting characteristics are mapped in accordance to cutting location in terms of cutting time on working coordinate
JP2020041849A (en) * 2018-09-07 2020-03-19 オークマ株式会社 Abnormality diagnosis method, abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis program for rolling bearing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008137102A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Matsushita Electric Works Ltd Machine tool observation device
KR20180024093A (en) 2016-08-26 2018-03-08 한국생산기술연구원 Tool breakage and wear monitoring method
KR101957711B1 (en) 2017-08-01 2019-03-13 사단법인 캠틱종합기술원 An Intelligent CNC machine control system for smart monitering, smart diagnosis and smart control by using the physical cutting characteristic map in which the cutting characteristics are mapped in accordance to cutting location in terms of cutting time on working coordinate
JP2020041849A (en) * 2018-09-07 2020-03-19 オークマ株式会社 Abnormality diagnosis method, abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis program for rolling bearing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
박병희 등, 경험적 모드 분해법과 인공 신경 회로망을 적용한 베어링 상태 분류 기법, 한국정밀공학회지 33(12), 2016.12, 985-992(8 pages)* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102589094B1 (en) * 2022-10-26 2023-10-16 (재)대구기계부품연구원 Training data set configuration system and method for development of diagnosis model of the machine tool

Also Published As

Publication number Publication date
KR102471830B1 (en) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109562500B (en) The abnormal detector and method of the tool of lathe
US10860004B2 (en) Management system and non-transitory computer-readable recording medium
WO2008142386A1 (en) Machining process monitor
WO2011145496A1 (en) Monitoring diagnostic device and monitoring diagnostic method
JP6880843B2 (en) Management equipment and management program
US10304263B2 (en) Vehicle system prognosis device and method
US10747212B2 (en) Management system and non-transitory computer-readable recording medium
CN108267312B (en) A kind of subway train bearing intelligent diagnostic method based on fast search algorithm
CN101432864A (en) Method and system for classifying defect distribution, method and system for specifying causative equipment, computer program and recording medium
KR102373655B1 (en) Apparatus and method for diagnosing trouble of machine tool
Züfle et al. A machine learning-based workflow for automatic detection of anomalies in machine tools
DE102018205913A1 (en) Control system for a machine tool
Lim et al. Vibration-based fault diagnostic platform for rotary machines
KR102471830B1 (en) Apparatus and method for simultaneous monitoring of bearing and tool condition
CN108393744B (en) Multi-sensing monitoring method for cutter state
CN113126563A (en) Numerical control machine tool data management system and method
JP7166839B2 (en) Health monitoring system
KR20210006832A (en) Method and apparatus for machine fault diagnosis
JP2019132773A (en) Diagnosis device of rotating shaft device
KR101934705B1 (en) A lifetime diagnosis system for a spindle of multi-axis machine and a lifetime diagnosis method of the same
JP2021125266A (en) State estimation device, system, and production method
WO2020162425A1 (en) Analysis device, analysis method, and program
CN108427375B (en) Method for monitoring cutter state based on band-pass filtering processing multi-sensor
Duo et al. Surface roughness assessment on hole drilled through the identification and clustering of relevant external and internal signal statistical features
JP2018140680A (en) Position determination device, position determination system comprising the same, position determination method, and position determination program

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant