KR20220069600A

KR20220069600A - 공작기계의 진동판단 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20220069600A
Application number: KR1020200156889A
Authority: KR
Inventors: 김인탁
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-05-27

Abstract

본 발명에서는 증강현실 기법을 이용하여 공작기계에 발생되는 진동 특성을 분석함으로써 진동 특성의 파악 정확성도가 향상되는 공작기계의 진동판단 시스템 및 방법이 소개된다.

Description

공작기계의 진동판단 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR VIBRATION PROPERTIES ANALYSIS OF MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계의 진동 특성을 분석하는 공작기계의 진동판단 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 주축에 고정된 공구를 사용하여 정해진 형상 및 치수로 공작물을 가공하도록 마련된다. 이러한 공작기계는 공작물을 특정의 모양으로 깎아내기 위하여 바이트, 드릴빗 및 밀링커터와 같은 툴이 사용되며, 공작물 또는 툴을 회전시키거나 왕복 운동시켜 강제적으로 절삭가공 작업을 한다.

한편, 종래에는 공작기계의 진동 특성을 분석할 경우, 임펙트 해머를 사용하였으며, 구체적으로는 공작기계에서 하중이 잘 전달되는 부분을 찾아 임펙트 해머를 사용하여 가진하였고, 가진시 X축,Y축,Z축에 각각 평행하게 3번을 가진하여 공작기계의 진동 특성을 분석하기 위한 시험을 실시하였다.

하지만, 임펙트 해머를 이용한 진동 특성 분석은 테스트를 위한 장치들이 추가적으로 설치되어야 하여 부품들의 수가 증대되고, 그 크기도 커짐에 따라 활용성이 저하된다. 또한, 공작기계의 전체 구성 중 하중이 잘 전달되는 부분을 찾아 임펙트 해머로 가진을 하였기 때문에, 사전 시험 진행이 반드시 필요하였고 사전 시험에 많은 시간이 소요되었으며, 공작기계의 크기에 따라 적정한 크기의 임펙트 해머로 교체하여 분석해야하는 문제점이 있었다

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2020-0125834 A (2020.11.05)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 증강현실 기법을 이용하여 공작기계에 발생되는 진동 특성을 분석하는 공작기계의 진동판단 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공작기계의 진동판단 시스템은 공작물을 가공하도록 마련되고, 마커가 표식되어 있는 공작기계; 공작기계의 주변에 마련되어 공작기계에 표식된 마커를 연속적으로 촬영하는 촬영부; 촬영부로부터 마커 정보를 입력받고, 마커의 위치 이동을 시계열적으로 정리하여 저장하는 정보수집부; 및 시계열적으로 정리된 마커의 위치 데이터를 이용하여 공작기계의 진동 특성을 분석하는 정보도출부;를 포함한다.

공작기계는 본체부와, 본체부에 설치되고 툴의 위치를 공작물의 가공 위치로 이동시키는 동작부로 구성되며, 마커는 툴과 동작부에 표식된 것을 특징으로 한다.

촬영부는 공작기계로부터 이격되게 설치되고, 공작기계에 표식된 마커를 촬영하도록 마련된 것을 특징으로 한다.

정보수집부는 마커의 최초 위치가 기저장되고, 촬영부를 통해 촬영된 마커의 위치와 최초 위치의 차이를 시계열적으로 저장하는 것을 특징으로 한다.

촬영부는 마커의 이미지에 따른 특이점의 좌표를 추출하고, 정보수집부는 마커가 위치 이동되거나 형상이 변화됨에 따른 좌표 변화를 시계열적으로 정리하여 저장하는 것을 특징으로 한다.

정보수집부는 촬영부를 통해 촬영된 마커의 이미지를 3D 이미지화하고, 마커의 위치가 이동되거나 마커의 형상이 변화됨에 따른 3D 이미지의 변화를 시계열적으로 저장하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 공작기계의 진동판단 방법은 공작물을 가공하는 공작기계에 마커를 표식하는 표식단계; 공작기계에 표식된 마커를 연속적으로 촬영하는 촬영단계; 촬영된 마커의 위치 이동을 시계열적으로 정리하여 저장하는 저장단계; 및 시계열적으로 정리된 마커의 위치 데이터를 이용하여 공작기계의 진동 특성을 분석하는 분석단계;를 포함한다.

저장단계는 마커의 최초 위치가 기저장되고, 촬영단계에서 촬영된 마커의 위치와 최초 위치의 차이를 시계열적으로 저장하는 것을 특징으로 한다.

촬영단계는 마커의 이미지에 따른 특이점의 좌표를 추출하고, 저장단계는 마커가 위치 이동되거나 형상이 변화됨에 따른 좌표 변화를 시계열적으로 정리하여 저장하는 것을 특징으로 한다.

촬영단계는 마커의 이미지를 3D 이미지화하여 표시하는 이미지화단계;를 더 포함하고, 저장단계는 마커가 위치 이동되거나 형상이 변화됨에 따른 3D 이미지의 변화를 시계열적으로 저장하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 공작기계의 진동판단 시스템 및 방법은 증강현실 기법을 이용하여 공작기계에 발생되는 진동 특성을 분석함으로써 진동 특성의 파악 정확성도가 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 공작기계의 진동판단 시스템의 구성도.
도 2 내지 3은 도 1에 도시된 공작기계의 진동판단 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 공작기계의 진동판단 방법의 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공작기계의 진동판단 시스템 및 방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 공작기계의 진동판단 시스템의 구성도이고, 도 2 내지 3은 도 1에 도시된 공작기계의 진동판단 시스템을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 공작기계의 진동판단 방법의 순서도이다.

본 발명에 따른 공작기계의 진동판단 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 공작물(A)을 가공하도록 마련되고, 마커(M)가 표식되어 있는 공작기계(10); 공작기계(10)의 주변에 마련되어 공작기계(10)에 표식된 마커(M)를 연속적으로 촬영하는 촬영부(20); 촬영부(20)로부터 마커(M) 정보를 입력받고, 마커(M)의 위치 이동을 시계열적으로 정리하여 저장하는 정보수집부(30); 및 시계열적으로 정리된 마커(M)의 위치 데이터를 이용하여 공작기계(10)의 진동 특성을 분석하는 정보도출부(40);을 포함한다.

여기서, 공작기계(10)는 본체부(11)와, 본체부(11)에 설치되고 툴(12)의 위치를 공작물(A)의 가공 위치로 이동시키는 동작부(13)로 구성된다. 본체부(11)는 공작물(A)이 안착되는 테이블을 포함하며, 본체부(11)에 설치된 동작부(13)를 통해 툴(12)이 설치되어 테이블에 안착된 공작물(A)이 가공되도록 한다.

특히, 본 발명은 공작기계(10)에 증강인식을 위한 마커(M)가 표식되어 있다. 이는, 마커 기반 증강현실을 이용하기 위한 것으로, 촬영부(20)가 마커(M)를 촬영하고 마커(M)의 위치 이동 또는 형상 변화에 따라 객체가 되는 공작기계(10)의 진동 특성을 파악하는 정보로 이용된다. 여기서, 마커(M)는 툴(12)과 동작부(13)에 표식되어 툴(12)이 공작물(A)을 가공함에 따라 발생되는 진동을 파악할 수 있도록 한다. 또한, 마커(M)는 툴(12)과 동작부(13)에 복수로 표식될 수 있고, 촬영부(20)도 복수 구성되어 각 마커(M)를 촬영함으로써, 각 마커(M)의 위치 이동 및 형상 변형에 대한 정보를 취합하여 더 정확한 진동 특성을 파악할 수 있다.

한편, 촬영부(20)는 카메라가 될 수 있다. 이러한 촬영부(20)는 공작기계(10)로부터 이격되게 설치되고, 공작기계(10)에 표식된 마커(M)를 촬영하도록 마련될 수 있다. 즉, 촬영부(20)가 공작기계(10)와 이격되어 별도 구성됨으로써, 공작기계(10)로부터 전달되는 진동의 영향을 받지 않고 위치가 고정될 수 있다. 이로 인해, 촬영부(20)는 공작기계(10)에 표식된 마커(M)의 위치 이동 및 형상 변화를 정확하게 촬영할 수 있다.

한편, 촬영부(20)에서 촬영된 마커(M)에 대한 정보는 정보수집부(30)로 전달되고, 정보수집부(30)는 공작기계(10)에서 발생된 진동에 의하여 위치가 변화되는 마커(M)의 위치 이동을 시계열적으로 정리하여 저장한다. 즉, 공작기계(10)가 가공물을 가공시 공작기계(10)에 진동이 발생된다. 이로 인해, 공작기계(10)의 표식된 마커(M)는 진동에 의해 위치가 이동되고, 정보수집부(30)는 촬영부(20)가 촬영한 마커(M)의 위치 변동을 시계열적으로 정리하여 저장함으로써, 공작기계(10)에 발생되는 진동 특성을 파악하기 위한 소스로 사용한다. 이를 위해, 정보수집부(30)는 일정시간 간격으로 마커(M)의 위치 변동을 저장할 수 있으며, 연속적으로 변화되는 마커(M)의 위치 변동을 일정구간에 따라 저장할 수 있다.

이러한 정보수집부(30)는 촬영부(20)를 통해 입력된 마커(M)의 정보를 다양한 실시 형태로 저장할 수 있다.

일실시예로서, 정보수집부(30)는 마커(M)의 최초 위치가 기저장되고, 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 위치와 최초 위치의 차이를 시계열적으로 저장할 수 있다.

이렇게, 정보수집부(30)는 마커(M)의 최초 위치와 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 위치를 연속적으로 비교하고, 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 위치와 최초 위치의 차이에 따라 진동 특성을 도출할 수 있다. 즉, 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 위치가 최초 위치와 차이가 발생되었다 함은 공작기계(10)에 진동이 발생된 것으로서, 정보수집부(30)는 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 위치와 최초 위치의 차이를 연속적으로 비교하여 공작기계(10)에 발생되는 진동 특성을 파악하기 위한 정보를 수집한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)가 최초 위치(C)로부터 이동되는 경우 공작기계(10)에 진동이 발생된 것으로 판단하고, 최초 위치(C)로부터 반복되어 위치가 변동되는 마커(M)의 위치에 따라 공작기계(10)의 진동 특성을 파악하기 위한 정보를 도출한다.

다른 실시예로서, 촬영부(20)는 마커(M)의 이미지에 따른 특이점의 좌표를 추출한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 마커(M)의 이미지 형상은 특정 패턴이 반복되는 형상으로 이루어 질 수 있으며, 도 3에 따른 마커(M)의 이미지 형상은 하나의 예시로서, 마커(M)의 패턴은 다양한 형태로 적용 가능하다. 여기서, 마커(M)의 이미지에 따른 특이점은 각 패턴의 테두리가 될 수 있다.

정보수집부(30)는 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 위치가 이동되거나 마커(M)의 형상이 변화됨에 따른 좌표 변화를 시계열적으로 정리하여 저장할 수 있다. 즉, 정보수집부(30)는 마커(M)의 위치가 이동됨에 따라 좌표가 변화되는 것을 시계열적으로 정리하여, 좌표 변화를 통해 공작기계(10)에 발생되는 진동 특성을 파악하기 위한 정보로 수집하는 것이다. 특히, 정보수집부(30)는 좌표의 변화를 시계열적으로 정리하여 저장함으로써, 공작기계(10)에 연속적으로 발생되는 진동 특성을 용이하게 파악할 수 있다. 이를 위해, 정보수집부(30)는 일정시간 간격으로 마커(M)의 위치 변동에 따른 좌표를 저장할 수 있으며, 연속적으로 변화되는 마커(M)의 위치 변동에 따른 좌표를 일정구간에 따라 저장할 수 있다.

한편, 또 다른 실시예로서, 정보수집부(30)는 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 이미지를 3D 이미지화하고, 마커(M)의 위치가 이동되거나 마커(M)의 형상이 변화됨에 따른 3D 이미지의 변화를 시계열적으로 저장한다.

이렇게, 정보수집부(30)는 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 이미지를 3D 이미지화하여 표시할 수 있다. 또한, 정보수집부(30)는 촬영부(20)를 통해 연속적으로 촬영되는 마커(M)의 이미지를 연속적으로 3D 이미지화함으로써 마커(M)의 위치 및 마커(M)의 형상에 따라 변화되는 3D 이미지를 저장할 수 있다. 즉, 정보수집부(30)는 연속적으로 변화되는 3D 이미지의 변화를 수집함에 따라 공작기계(10)의 진동 특성을 도출할 수 있는 정보를 도출하는 것이다.

이렇게, 정보수집부(30)를 통해 시계열적으로 정리된 마커(M)의 위치 데이터는 정보도출부(40)에 전달되고, 정보도출부(40)는 시계열적으로 정리된 마커(M)의 위치 데이터를 이용하여 진동 특성을 분석한다. 즉, 정보도출부(40)는 정보수집부(30)를 통해 마커(M)의 최초 위치(C)를 기준으로 촬영부(20)를 통해 촬영된 마커(M)의 위치가 차이나는 것을 시계열적으로 정리된 것을 이용하여 진동 특성을 분석하거나, 마커(M)의 위치가 이동됨에 따른 좌표 변화를 취합하여 진동 특성을 분석하거나, 마커(M)를 3D 이미지화하고 연속적으로 변화되는 3D 이미지를 통해 진동 특성을 분석할 수 있다. 이를 위해, 정보도출부(40)에는 정보수집부(30)를 통해 전달된 정보에 따른 보정데이터가 미리 저장될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 공작기계(10)의 진동판단 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 공작물을 가공하는 공작기계에 마커를 표식하는 표식단계(S10); 공작기계에 표식된 마커를 연속적으로 촬영하는 촬영단계(S20); 촬영된 마커의 위치 이동을 시계열적으로 정리하여 저장하는 저장단계(S30); 및 시계열적으로 정리된 마커의 위치 데이터를 이용하여 공작기계의 진동 특성을 분석하는 분석단계(S40);를 포함한다.

여기서, 저장단계(S30)는 마커의 최초 위치가 기저장되고, 촬영단계(S20)에서 촬영된 마커의 위치와 최초 위치의 차이를 시계열적으로 저장할 수 있다.

한편, 다른 실시예로, 촬영단계(S20)는 마커의 이미지에 따른 특이점의 좌표를 추출하고, 저장단계(S30)는 마커가 위치 이동되거나 형상이 변화됨에 따른 좌표 변화를 시계열적으로 정리하여 저장할 수 있다.

한편, 또 다른 실시예로, 촬영단계(S20)는 마커의 이미지를 3D 이미지화하여 표시하는 이미지화단계;를 더 포함하고, 저장단계(S30)는 마커가 위치 이동되거나 형상이 변화됨에 따른 3D 이미지의 변화를 시계열적으로 저장할 수 있다.

이렇게, 저장단계(S30)를 통해 마커의 위치 이동이 시계열적으로 정리되면, 분석단계(S40)를 통해 시계열적으로 정리된 마커의 위치 데이터를 이용하여 공작기계의 진동 특성을 분석할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 공작기계의 진동판단 시스템 및 방법은 증강현실 기법을 이용하여 공작기계에 발생되는 진동 특성이 분석되어 진동 특성의 파악 정확성이 확보된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10:공작기계
11:본체
12:툴
13:동작부
20:촬영부
30:정보수집부
40:정보도출부
S10:표식단계
S20:촬영단계
S30:저장단계
S40:분석단계

Claims

공작물을 가공하도록 마련되고, 마커가 표식되어 있는 공작기계;
공작기계의 주변에 마련되어 공작기계에 표식된 마커를 연속적으로 촬영하는 촬영부;
촬영부로부터 마커 정보를 입력받고, 마커의 위치 이동을 시계열적으로 정리하여 저장하는 정보수집부; 및
시계열적으로 정리된 마커의 위치 데이터를 이용하여 공작기계의 진동 특성을 분석하는 정보도출부;를 포함하는 공작기계의 진동판단 시스템.
청구항 1에 있어서,
공작기계는 본체부와, 본체부에 설치되고 툴의 위치를 공작물의 가공 위치로 이동시키는 동작부로 구성되며, 마커는 툴과 동작부에 표식된 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동판단 시스템.
청구항 1에 있어서,
촬영부는 공작기계로부터 이격되게 설치되고, 공작기계에 표식된 마커를 촬영하도록 마련된 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동판단 시스템.
청구항 1에 있어서,
정보수집부는 마커의 최초 위치가 기저장되고, 촬영부를 통해 촬영된 마커의 위치와 최초 위치의 차이를 시계열적으로 저장하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동판단 시스템.
청구항 1에 있어서,
촬영부는 마커의 이미지에 따른 특이점의 좌표를 추출하고,
정보수집부는 마커가 위치 이동되거나 형상이 변화됨에 따른 좌표 변화를 시계열적으로 정리하여 저장하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동판단 시스템.
청구항 1에 있어서,
정보수집부는 촬영부를 통해 촬영된 마커의 이미지를 3D 이미지화하고, 마커의 위치가 이동되거나 마커의 형상이 변화됨에 따른 3D 이미지의 변화를 시계열적으로 저장하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동판단 시스템.
공작물을 가공하는 공작기계에 마커를 표식하는 표식단계;
공작기계에 표식된 마커를 연속적으로 촬영하는 촬영단계;
촬영된 마커의 위치 이동을 시계열적으로 정리하여 저장하는 저장단계; 및
시계열적으로 정리된 마커의 위치 데이터를 이용하여 공작기계의 진동 특성을 분석하는 분석단계;를 포함하는 공작기계의 진동판단 방법.
청구항 7에 있어서,
저장단계는 마커의 최초 위치가 기저장되고, 촬영단계에서 촬영된 마커의 위치와 최초 위치의 차이를 시계열적으로 저장하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동판단 방법.
청구항 7에 있어서,
촬영단계는 마커의 이미지에 따른 특이점의 좌표를 추출하고,
저장단계는 마커가 위치 이동되거나 형상이 변화됨에 따른 좌표 변화를 시계열적으로 정리하여 저장하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동판단 방법.
청구항 7에 있어서,
촬영단계는 마커의 이미지를 3D 이미지화하여 표시하는 이미지화단계;를 더 포함하고,
저장단계는 마커가 위치 이동되거나 형상이 변화됨에 따른 3D 이미지의 변화를 시계열적으로 저장하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 진동판단 방법.