KR20230022693A - 프레스 금형 평행도 측정 방법 및 장치와 프레스 장치 모니터링 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프레스 금형 평행도 측정 방법 및 장치와 프레스 장치 모니터링 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 프레스 금형 평행도 측정 방법은 상부 금형과 하부 금형을 구비하는 금형 프레스 장치에서, 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하는 단계, 상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계; 및 상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 거리나 각도와 같은 물리량을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 프레스 금형의 상대적 경사도를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 아울러, 본 발명은 프레스 금형을 구비하는 프레스 장치의 운전상태를 모니터링하는 방법에 관한 것이다.
금형 프레스 장치에서는 가공생산이 지속됨에 따라 프레스의 균형이 무너지고 금형의 평행도가 틀어지는 현상이 발생한다. 금형 평행도가 틀어지면 피가공 제품에 압력이 고르게 전달되지 않아 절단면의 불량, 버(Burr) 발생 등으로 인하여 제품의 품질이 저하되며, 금형, 금형 테이블, 베어링 등 부품의 수명이 단축된다. 이와 같은 문제는 생산성 향상을 위해 프레스 장치가 대형화됨에 따라 더욱 부각되고 있다. 따라서 프레스 공정관리를 위해 프레스의 평행도 변화를 측정하여 평행이 되도록 유지하는 것이 중요하다.
일반적인 프레스의 평행도 측정 방법으로 3 가지 유형의 방법들이 있다.
첫 번째로 아날로그 감압지를 활용한 평행도 측정 방법이 있다. 이 방법은 산업용 먹지인 아날로그 감압지를 프레스기에 삽입하여 프레스 가공 후 감압지의 색 변화를 바탕으로 평행도를 측정한다. 그런데, 아날로그 감압지는 일회용이고 작업자가 측정 시 마다 감압지를 교체해야 하기 때문에 비경제적이고 비효율적이다. 또한, 측정 데이터가 저장되지 않아 공정 관리가 어려우며 작업자의 육안에 의존하는 만큼 정밀한 진단이 어렵다는 단점이 있다.
두 번째로 전자 감압지를 활용한 평행도 측정 방법이 있다. 이 방법은 압력 센서가 달린 전자 감압지를 프레스기에 삽입하여 프레스 가공 시 압력 분포의 형상과 무게 중심의 위치를 이용하여 프레스의 평행도를 측정한다. 세 방향 축 중에 연직방향 즉 Z축 방향의 평행도만을 측정할 수 있을 뿐이고 수평방향 즉, X, Y축의 평행도를 측정할 수 없다는 한계가 있다. 그리고 압력 센서의 특성 상 기계적 마모가 발생하기 쉬우며 진동이나 자기간섭에 의한 측정 오류가 발생하는 단점이 있다.
세 번째로 광센서를 활용한 평행도 측정 방법은 광센서를 사용하여 센서와 프레스 상판 및 하판의 거리를 측정하여 평행도를 측정한다. 이 방법의 일 예가 공개특허공보 제10-2021-0015453호에 기재되어 있다. 하지만 대표적인 광센서인 적외선 센서는 사람의 눈에 보이지 않아 올바른 설치가 어렵고, 레이저 센서는 다른 센서에 비해 비용이 많이 든다. 또한 렌즈의 오염과 프레스기와 센서 사이의 먼지, 연기, 이물질 등의 외부 환경에 의한 측정 오류가 발생하는 단점이 있다.
프레스의 평행도는 정지상태의 평행도인 정적평행도와 실제 운전시의 평행도인 동적평행도로 구분된다. 일반적으로 정적 평행도의 문제가 해결된 경우에도 동적 평행도의 문제는 해결되지 않을 수 있으나, 동적 평행도의 문제가 해결된 경우에는 정적 평행도의 문제는 자연스럽게 해결된다. 그런데 가공생산 과정에서 품질에 직접적인 영향을 미치는 동적정밀도는 측정/평가 방법이 규격화되어 있지 않다. 이에 따라 프레스 업체는 정적평행도를 기준으로 검사를 실시하는데 그치고 있는 실정이다. 또한 기존의 평행도 측정 방법은 위에서 설명한 바와 같이 비용 측면이나 설치용이성 측면에서 많은 단점을 가지고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 동적정밀도의 관점에서 프레스 금형의 평행도를 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 프레스 금형의 평행도 측정을 토대로 금형 프레스 장치의 상태를 모니터링 할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 금형 평행도 측정 방법은 상부 금형과 하부 금형을 구비하는 금형 프레스 장치에서, 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하는 단계; 상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계; 및 상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계는, 상기 도출된 네 지점들의 충격시점 중 최소 값의 충격시점을 갖는 지점의 상대적 위치를 0으로 하고, 나머지 지점의 상대적 위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 충격시점은 IMU센서를 이용하여 감지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 금형 프레스 장치 상태 모니터링 방법은 상부 금형과 하부 금형을 구비하는 금형 프레스 장치에서, (a) 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하는 단계와, 상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계와, 상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하는 단계를, 포함하는 프레스의 금형 평행도 측정하는 단계; (b) 상기 프레스 금형 평행도를 상부지지부의 운전속도와 함께 소정의 저장장치에 기록하는 단계; 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 반복적으로 시행하면서, 상기 저장장치에 상기 프레스 금형 평행도와 상기 운전속도를 누적적으로 기록하는 단계; 및 임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계는, 상기 도출된 네 지점들의 충격시점 중 최소 값의 충격시점을 갖는 지점의 상대적 위치를 0으로 하고, 나머지 지점의 상대적 위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 단계는, 진동평가차트를 이용한다.
여기서, 임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 단계는, 운전속도 값은 별도의 센서를 통해 취득한다.
여기서, 임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 단계는, 운전속도 값은 금형 프레스 장치의 제원을 통해 확인하여 적용한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레스 금형 평행도 측정 장치는, 상부 금형과 하부 금형을 구비하는 금형 프레스의 프레스 금형 평행도 측정 장치에 있어서, 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory) 및 상기 메모리에 저장된 하나 이상의 명령을 실행하는 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 명령은, 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하고; 상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하고; 그리고, 상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하도록 수행된다.
여기서, 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 명령은, 상기 도출된 네 지점들의 충격시점 중 최소 값의 충격시점을 갖는 지점의 상대적 위치를 0으로 하고, 나머지 지점의 상대적 위치를 산출할 수 있다.
여기서, 상기 충격시점은 IMU센서를 이용하여 감지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레스 금형 평행도 측정 장치는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory) 및 상기 메모리에 저장된 하나 이상의 명령을 실행하는 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 명령은, (a) 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하고, 상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하고, 그리고 상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하도록 수행되는 프레스의 금형 평행도 측정하는 명령, (b) 상기 프레스 금형 평행도를 상부지지부의 운전속도와 함께 소정의 저장장치에 기록하는 명령, 상기 (a) 명령 및 상기 (b) 명령를 반복적으로 시행하면서, 상기 저장장치에 상기 프레스 금형 평행도와 상기 운전속도를 누적적으로 기록하는 명령 및 임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 명령을 포함한다.
여기서, 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 명령은, 상기 도출된 네 지점들의 충격시점 중 최소 값의 충격시점을 갖는 지점의 상대적 위치를 0으로 하고, 나머지 지점의 상대적 위치를 산출할 수 있다.
여기서, 임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 명령은, 진동평가차트를 이용할 수 있다.
여기서, 임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 명령은, 운전속도 값은 별도의 센서를 통해 취득할 수 있다.
여기서, 임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 명령은, 운전속도 값은 금형 프레스 장치의 제원을 통해 확인하여 적용할 수 있다.
광센서, 적외선 센서 등의 비접촉식 센서를 이용하는 경우에는 프레스 장치의 운전공정상 발생하는 먼지 또는 버(burr) 등의 외부 환경에 의한 측정 오류가 발생하나, IMU센서(Inertial Measurement Unit Sensor), 진동센서, 기울기(inclinometer)센서 등의 센서를 적용함으로써 외부환경에 의한 측정오류를 배제하여 정밀도를 향상시키고 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 신뢰도 높은 동적평행도 측정을 통해 금형 프레스로 제조되는 피가공 제품의 품질을 제고하고, 동적평행도 감시를 통한 신속한 문제 발견 및 조치를 통하여 금형 프레스 장치의 수명 연장 등 금형 프레스를 효율적으로 관리할 수 있고, 프레스의 생상성을 향상시킬 수 있다.
또한, 센서를 활용한 진동데이터를 기반으로 하여 프레스 장치의 모니터링을 통해 이상(고장) 감지할 수 있게 함으로써 기존의 작업자 주관적인 경험과 감각에 의존하는 설비보전 활동에서 벗어나 데이터기반으로 수행하게 되어 객관적이고 정밀한 감시가 가능하다. 이를 통하여 금형 프레스 장치의 효율성을 향상 시킬 수 있고, 금형 프레스 장치의 가동률을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 프레스 장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이세트의 측단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 부착위치를 보여주는 프레스 상부지지부의 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서의 부착위치를 보여주는 프레스 상부지지부의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금형 프레스 평행도 측정 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평행도 측정 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 센서별 진동 감지 신호의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감지 신호에서 충격시점을 토대로 이동거리 계산 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부지지부의 각 지점들의 상대 위치를 계산하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부지지부 및 하부지지부의 기울기 측정을 통한 금형 프레스 장치 평행도 측정 방법 에 대한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기울기 측정 기준 축과 측정 방향을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동데이터 분석을 통한 프레스 장치의 심각도 평가 및 모니터링 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 장치의 진동평가를 위한 진동평가차트 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이세트의 측단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 부착위치를 보여주는 프레스 상부지지부의 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서의 부착위치를 보여주는 프레스 상부지지부의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금형 프레스 평행도 측정 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평행도 측정 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 센서별 진동 감지 신호의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감지 신호에서 충격시점을 토대로 이동거리 계산 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부지지부의 각 지점들의 상대 위치를 계산하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부지지부 및 하부지지부의 기울기 측정을 통한 금형 프레스 장치 평행도 측정 방법 에 대한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기울기 측정 기준 축과 측정 방향을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동데이터 분석을 통한 프레스 장치의 심각도 평가 및 모니터링 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 장치의 진동평가를 위한 진동평가차트 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 적어도 하나"는 "A 또는 B 중에서 적어도 하나" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나"를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 하나 이상"은 "A 또는 B 중에서 하나 이상" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상"을 의미할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 프레스 장치(10)의 측면도이다.
도시된 금형 프레스 장치는 모터(20), 크랭크(30), 슬라이드(40), 볼스터(60), 및 다이 세트(100)를 포함한다.
상기 모터(10)는 전기에너지를 기계에너지로 변화시켜 구동력을 발생한다. 크랭크(30)는 모터의 구동력을 슬라이드(40)에 전달해주며, 이때 크랭크 축(미도시됨)에 의해 회전 운동을 직선운동으로 변환함으로써, 슬라이드(40)가 상하 방향으로 직선왕복운동할 수 있게 해준다. 슬라이드(40)는 다이 세트(100)의 상부 금형(110)을 장착시켜 고정하며, 상하 직선왕복운동하면서 상부 금형(110)을 하방으로 가압하여 하부 금형(130)에 전단력이 인가될 수 있도록 한다. 볼스터(60)는 하측의 베드(50) 위에 설치되는 보조판으로서, 다이 세트(100)의 하부 금형(130)을 고정시킬 수 있다.
이와 같은 프레스 장치에 있어서, 가공재료(미도시)가 다이 세트(100)의 상부 금형(110)과 하부 금형(130) 사이에 삽입된 상태에서 슬라이드(40)가 하방으로 이동하면, 상부 금형(110)이 가공재료에 압력을 가하게 되고, 가공재료에 소성변형이 발생하여 전단, 블랭킹, 피어싱, 트리밍, 노칭, 슬로팅, 슬리팅, 세퍼레이팅, 퍼퍼레이팅, 셰이빙과 같은 전단 가공, 컬링, 시밍, 벤딩, 버링, 플랜징과 같은 굽힘 가공, 드로잉, 재드로잉, 리스트라이킹, 아이어닝과 같은 드로잉 가공, 엠보싱, 비딩, 익스팬딩, 벌징, 네킹, 플래팅과 같은 성형 가공, 압인, 마킹, 업세팅, 스웨이징, 헤딩, 압출, 충격압출과 같은 압축 가공이 이루어질 수 있게 된다. 슬라이드(40)가 다시 상방으로 이동하면, 가공재료로부터 생성된 제품과 스크랩이 하부 금형(130) 측으로 배출된다. 그리고 슬라이드(40)의 왕복운동이 반복됨에 따라, 동일한 규격의 제품을 다량 생산할 수 있게 된다.
한편, 도 1에 도시된 프레스 장치는 모터와 크랭크를 사용하는 크랭크 프레스 장치의 구조를 가지지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 프레스 장치는 유압 장치에 의해 슬라이드와 상부 금형을 구동하는 유압 프레스 장치의 구조를 가질 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 다이 세트(100)의 상세한 구성을 보여준다. 위에서 언급한 바와 같이, 다이 세트(100)는 상부 금형(110)과 하부 금형(130)을 포함한다.
상부 금형(110)은 펀치 홀더(Punch holder: 112), 백킹 플레이트(Backing plate: 114), 펀치 플레이트(116), 및 펀치(118)를 포함할 수 있다. 펀치 홀더(112)는 펀치 플레이트(116)와 펀치(118)를 지지하는 기능을 수행한다. 백킹 플레이트(114)는 펀치(118)가 가공재료를 가압할 때 가공재료와 하부 금형(130)의 반작용으로 인하여 펀치(118)가 펀치 홀더(112)에 손상을 입히는 것을 방지한다. 펀치 플레이트(116)는 펀치(118)를 지지함과 아울러, 펀치(118)의 평행을 맞추는 역할을 함으로써 미평행으로 인한 금형 파손 가능성을 감소시킨다. 펀치(118)는 가공재료에 직접적인 힘을 가하고 가공재료의 변형을 야기한다. 펀치 홀더(112), 백킹 플레이트(114), 펀치 플레이트(116), 및 펀치(118)는 복수의 다월 핀(Dowel pin, 미도시)에 의해 체결되어, 결합 상태를 유지할 수 있다.
하부 금형(130)은 스트리퍼 플레이트(Stripper plate: 132), 다이(134), 및 다이 홀더(136)를 포함할 수 있다. 스트리퍼 플레이트(132)는 가공재료가 적합한 방향으로 이송되도록 유도하고 스크랩의 배출을 용이하게 해준다. 다이(134)는 펀치(118)와 함께 가공재료의 변형을 직접적으로 야기한다. 즉, 다이는 가공재료가 펀치(118)와 다이(134) 사이에 맞물려 있는 상태에서 펀치(118)가 소성변형을 일으키기에 충분한 힘을 가공재료에 인가할 수 있도록 가공재료를 지지함과 아울러, 공정에 따라 소성변형 이후에 하방으로 계속 이동하는 펀치(118)의 하단을 수용할 수 있다. 다이 홀더(136)는 다이(134)를 하방에서 지지함과 아울러 스크랩 배출이 원활이 이루어질 수 있게 해준다. 스트리퍼 플레이트(132), 다이(134), 및 다이 홀더(136)는 복수의 다월 핀(미도시)에 의해 체결되어, 결합 상태를 유지할 수 있다. 한편, 변형된 실시예에서는 스트리퍼 플레이트(132)가 상부 금형(110) 측에 배치될 수도 있다.
상부 금형(110)은 상부 금형(110)에 마련된 가이드 부시(140)와 하부 금형(130)에 설치된 가이드 포스트(142)에 의해 안내되어 상승 및 하강할 수 있다. 상부 금형(110)에서 펀치 홀더(112)의 가장자리 부분의 저면에는 요홈(111)이 형성되어 있으며, 상기 가이드 부시(140)는 상기 요홈(111)에 억지끼워맞춤되어 있다. 하부 금형(110)에서 다이 홀더(136)의 가장자리 부분의 상부면에는 요홈(137)이 형성되어 있으며, 상기 가이드 포스트(142)는 상기 요홈(137)에 억지끼워맞춤되어 있다. 한편, 상부 금형(110)은 섕크(102)에 의해 슬라이드(40)에 결합될 수 있다. 섕크(102)는 그 가상 중심축이 상부 금형(110)의 무게중심을 지나도록 설치되어, 슬라이드(40)가 상부 금형(110)을 안정적으로 승하강시킬 수 있게 해준다.
프레스 장치에서는 부재들 간의 평행도가 매우 중요하다. 평행도가 일정한 범위를 넘어서는 경우, 위에서 언급한 바와 같이 제품의 불량을 야기할 뿐만 아니라 프레스 장치의 파손을 야기할 수도 있다. 일반적으로 고려대상이 되는 평행도는 펀치(118)와 다이(134)의 평행도, 펀치(118)와 볼스터(60)의 평행도, 다이(134)와 볼스터(60)의 평행도, 다이 홀더(136)와 펀치(118)의 직각도, 및 섕크(102)와 펀치(118)의 평행도 등을 들 수 있다. 위와 같은 평행도 중에서, 가장 근본적이고 종국적으로 중요한 평행도는 펀치(118)와 다이(134)의 평행도라고 할 수 있다. 본 발명에 따르면, 펀치(118)와 다이(134) 사이의 평행도를 측정하기 위하여 프레스 장치에 다수의 센서가 설치된다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 부착위치를 보여준다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 펀치 플레이트(116)의 네 모서리 근처에는 진동 센서(150a~150d)가 설치된다. 각 진동 센서(150a~150d)는 펀치 플레이트(116)에 밀착된 상태에서 펀치 플레이트(116)를 통해 전달되는 진동을 검출하고, 검출된 진동 신호를 출력한다. 각 진동 센서(150a~150d)가 검출하는 진동은 펀치(118)와 다이(134)의 충격과 마찰로 인한 진동이 주를 이루고, 가공재료의 전단파열로 인한 진동과 펀치(118)와 가공재료의 충격과 마찰로 인한 진동이 추가되어 있다고 볼 수 있다. 또한, 각 진동 센서(150a~150d)가 검출하는 진동 중에서 펀치(118)와 다이(134)의 충격과 마찰로 인한 진동 중에는 해당 센서에 가장 인접한 펀치(118) 및 다이(134)의 꼭지점에서 발생하는 진동에 다른 꼭지점에서 발생하는 진동이 포함되어 있다. 후술하는 바와 같이 프로세서는 진동 센서들(150a~150d)이 출력하는 진동 신호를 토대로 펀치(118)의 각 꼭지점들 간의 상대 위치를 계산하고 펀치(118)와 다이(134)의 평행도를 산출하게 된다.
진동 신호를 토대로 펀치(118)의 각 꼭지점들 간의 상대 위치를 계산하기 위해서는, 펀치(118)의 각 꼭지점들의 위치에서 진동을 검출하는 것이 이상적이라고 할 수 있다. 그렇지만, 펀치(118)는 공정과정 중 마모 등의 이유로 교체될 수 있으며, 원재료에 직접 접촉하여 가압력을 전달하는 부위로 충격에 의해 센서가 파손될 우려가 있다. 따라서 본 실시예에서는 펀치(118) 대신에 펀치(118)에 가장 인접한 부재인 펀치 플레이트(116)에 센서(150a~150d)를 설치할 수 있다.
그렇지만, 센서(150a~150d)의 설치 위치가 펀치 플레이트(116)에 한정되는 것은 아니며, 여타의 부재 즉, 상부 금형(110)에 있는 펀치 홀더(112), 백킹 플레이트(114), 또는 하부 금형(130)에 있는 다이(134)나 다이 홀더(136)에 설치될 수도 있다. 청구범위를 위시하여 본 명세서에 있어서, "상부지지부"라는 용어는 이와 같이 센서들(150a~150d)이 설치될 수 있는 상부 금형(110) 내의 부재들, 예컨대 펀치 홀더(112), 백킹 플레이트(114), 펀치 플레이트(116), 또는 이와 같은 부재의 균등, 치환, 대체 구성품를 지칭하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, "하부지지부"는 센서들(150a~150d)이 설치될 수 있는 하부 금형(130) 내의 부재들, 예컨대 다이(134)나 다이 홀더(136)를 지칭하는 의미로 사용될 수 있다.
센서들(150a~150d)이 펀치(118) 자체가 아니라 여타 부재들에 설치되지만, 프로세서는 센서들(150a~150d)의 검출 신호를 토대로 각 센서(150a~150d)의 설치 지점의 상대 순시 위치를 결정하고, 각 부재의 규격 데이터를 토대로 펀치(118)의 네 꼭지점들 간의 상대 위치를 산출할 수 있다.
본 실시예와 같이 진동센서를 활용할 경우, 광센서(미도시)나 적외선센서(미도시) 등과 달리 상기 금형 프레스 장치 공정 중 필연적으로 발생하는 먼지, 버(Burr) 등의 간섭으로 인한 오류가 발생하지 않는다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서의 부착위치를 보여준다.
본 실시예에 따르면, 센서들(152a~152d)은 펀치 플레이트(116)의 네 변의 중간점 부위에 설치될 수 있다. 이 경우에도 각 센서(152a~152d)는 진동 센서로 구현될 수 있다. 프로세서는 센서들(152a~152d)의 검출 신호를 토대로 각 센서(152a~152d)의 설치 지점의 상대 순시 위치를 결정하고, 각 부재의 규격 데이터를 토대로 펀치(118)의 네 꼭지점들 간의 상대 위치를 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금형 프레스 평행도 측정 장치의 전기적 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4을 참조하면, 프레스 금형 평행도 측정 장치는 프로세서(1020), 메모리(1040), 및 저장 장치(1060)를 포함할 수 있다.
프로세서(1020)는 메모리(1040) 및/또는 저장 장치(1060)에 저장된 프로그램 명령을 실행할 수 있다. 프로세서(1020)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU)나 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU)에 의해 구현될 수 있으며, 그밖에 본 발명에 따른 프레스 금형 평행도 측정 방법을 수행할 수 있는 여타의 프로세서로 구현될 수도 있다.
메모리(1040)는 예컨대 ROM(Read Only Memory)와 같은 휘발성 메모리와, RAM(Random Access Memory)과 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(1040)는 저장 장치(1060)에 저장된 프로그램 명령을 로드하여, 프로세서(1020)에 제공할 수 있다.
저장 장치(1060)는 프로그램 명령과 데이터를 저장하기에 적합한 기록매체로서, 예컨대 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 플래시 메모리나 EPROM(Erasable Programmable ROM) 또는 이들을 기반으로 제작되는 SSE와 같은 반도체 메모리를 포함할 수 있다.
저장 장치(1060)는 상기 프로그램 명령을 저장한다. 상기 프로그램 명령은 프로세서(1020)의 제어에 의해 메모리(1040)에 로드된 상태에서, 프로세서(1020)에 의해 실행되어 본 발명에 의한 프레스 금형 평행도 측정 방법을 구현할 수 있다. 또한, 센서를 통하여 획득한 정보를 저장함으로써 금형 프레스 장치의 상태를 분석하는데 활용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평행도 측정 방법을 보여주는 흐름도이다.
금형 프레스 장치의 동적평행도 측정에 있어서는 먼저 센서(150a~150d)를 통해 실시간으로 데이터를 수집한다(제601단계). 즉, 도 3a 및 도3b와 같이 상부지지부 또는 하부지지부에 설치된 센서들(150a~150d)로부터 진동신호를 획득하고 일정한 시간간격으로 샘플링하고 양자화하여, 양자화된 진동 데이터를 저장장치(1060)에 저장한다. 진동신호의 획득과 샘플링, 양자화, 및 저장은 프레스 장치에서 상부 금형(110)이 하강하기 시작할 때부터 가공재료에 대한 처리를 완료하고 하단에서 정지할 때까지 이루어질 수 있다. 저장장치(1060)에 저장되는 진동 데이터들의 일 예가 표 1에 정리되어 있다. 표 1의 예에 따르면, 진동 신호는 1/100초마다 샘플링되고, 이 시간간격마다 4개의 센서들(150a~150d)에 대한 진동 데이터가 저장된다. 이에 따라 일정한 시간주기에 따른 진동 데이터가 시계열적으로 수집된다.
| Timestamp | 제1 지점의 진동 | 제2 지점의 진동 | 제3 지점의 진동 | 제4 지점의 진동 |
| 16:00:01 | 120 | 124 | 121 | 123 |
| 16:00:02 | 121 | 123 | 121 | 143 |
| 16:00:03 | 124 | 124 | 145 | 125 |
| 16:00:04 | 143 | 123 | 123 | 120 |
| 16:00:05 | 120 | 141 | 130 | 122 |
| 16:00:06 | 123 | 124 | 122 | 121 |
| ?? | ?? | ?? | ?? | ?? |
이어서 상기의 수집된 진동 데이터를 분석하여 상기 상부지지부 또는 상기 하부지지부의 각 지점 위치별로 충격시점(Collision Time, CTi)을 도출한다(제602단계).도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 센서별 진동 감지 신호의 일 예를 보여주는 그래프이다.
여기서, 도 3a와 같은 센서 배치 예에서, 제1 센서(150a)의 설치 위치를 제1 지점(LOC1), 제2 센서(150b)의 설치 위치를 제2 지점(LOC2), 제3 센서(150c)의 설치 위치를 제3 지점(LOC3), 제4 센서(150d)의 설치 위치를 제4 지점(LOC4)이라 가정한다. 제1 지점(LOC1)에서의 제1 충격 시점(CT1)은 제1 센서(150a)가 감지한 제1 진동 데이터의 크기가 일정 수준 이상이 된 시점으로부터 일정 시간 범위 내에서 제1 진동 데이터의 크기가 피크에 이르는 시점으로 정해진다. 마찬가지로, 제2 지점(LOC2)에서의 제2 충격 시점(CT2)은 제2 센서(150b)가 감지한 제2 진동 데이터의 크기가 일정 수준 이상이 된 시점으로부터 일정 시간 범위 내에서 제2 진동 데이터의 크기가 피크에 이르는 시점으로 정해진다. 제3 지점(LOC3)에서의 제3 충격 시점(CT3)은 제3 센서(150c)가 감지한 제3 진동 데이터의 크기가 일정 수준 이상이 된 시점으로부터 일정 시간 범위 내에서 제3 진동 데이터의 크기가 피크에 이르는 시점으로 정해진다. 제4 지점(LOC4)에서의 제4 충격 시점(CT4)은 제4 센서(150d)가 감지한 제4 진동 데이터의 크기가 일정 수준 이상이 된 시점으로부터 일정 시간 범위 내에서 제4 진동 데이터의 크기가 피크에 이르는 시점으로 정해진다.
각 센서(150a~150d)가 감지하는 진동 신호에 해당 센서에 최근접한 펀치(118) 꼭지점이 아닌 다른 꼭지점으로부터의 진동 신호가 혼입되어, 정상적인 진동 검출에 지장을 주는 것을 방지하기 위하여, 일정한 신호처리 작업을 수행할 수도 있다. 예컨대, 도 6의 예에서 가장 먼저 진동 신호를 검출한 제4 센서(150d)와 연관된 제4 지점(LOC4)에서의 진동이 여타의 센서에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록, 제4 진동 신호를 상쇄하기 위한 신호를 센서들(150b~150d)의 출력 신호에 더해줄 수 있다. 즉, 제4 센서(150d)와 제3 센서(150c)간의 거리와 진동 전달 속도를 감안한 지연시간만큼 제4 진동 신호를 지연시키고, 일정한 감쇠율을 곱한 크기의 감쇠신호를 제3 센서(150c)가 검출하는 제3 진동 신호에서 차감해줄 수 있다. 다른 센서들(150a, 150b)에 대해서도 유사한 처리를 해줄 수 있다.
다음으로 상기의 충격시점들과 금형 프레스의 제원 데이터를 활용하여 각 지점의 상대적인 이동거리를 산출한다(제603단계).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감지 신호에서 충격시점을 토대로 이동거리를 계산하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
펀치(118)의 각 꼭지점들의 이동거리는 상기 제1 내지 제4 지점의 충격시점 중 가장 먼저 감지된 충격시점을 기준으로 나머지 지점의 이동거리를 계산한다. 즉, 가장 먼저 충돌한 꼭지점의 충격시점과 나머지 꼭지점들의 충격시점을 통해 나머지 꼭지점들의 이동시간을 도출할 수 있고, 나머지 꼭지점의 진동 그래프를 먼저 충돌한 지점의 충격시점과 당해 지점의 충격시점으로 이중적분을 실시하면 상기 이동시간 동안 나머지 지점의 이동거리를 산출 할 수 있다. 여기서, 가장 먼저 충돌한 꼭지점의 상대적 위치를 0으로 보게 되면, 상기 이동거리 값은 가장 먼저 충돌한 꼭지점의 충격시점 당시에 당해 꼭지점의 상대적인 위치의 z값을 의미한다. 또한, 상대적인 위치 z값은 상기 금형 프레스의 제원에서 확인할 수 있는 슬라이드의 운전속도에 제일 먼저 충돌한 지점의 충격시점(CTF)부터 계산될 지점의 충격시점(CTi)까지의 시간을 곱하여 구할 수도 있다.
뿐만 아니라, 센서를 통하여 취득한 데이터를 바탕으로 보다 정밀하게 계산 가능하다. 즉, 센서들(150a~150d)의 데이터를 바탕으로 분석된 각 지점별로 감지한 충격시점 중 가장 빠른 충격시점을 CTF라 한다. 상기 CTF를 기준으로 다른 지점의 충격시점까지의 이동거리(Distance Traveled, DTi)를 계산할 수 있다. 도 8을 참조하면, 각 지점의 이동거리(DTi) 계산은 진동그래프 상에서 t 시점의 가속도 값을 at라고 했을 때, 제일 먼저 충돌한 지점의 충격시점(CTF)부터 계산될 지점의 충격시점(CTi)까지의 at를 이중적분 하면 구할 수 있다.
수학식으로 보면 다음과 같다.
(DTi: 센서 위치 i 지점의 이동거리, CTi: 센서 위치 i 지점의 충격시점, CTF: 가장 먼저 충돌을 감지한 센서의 충격시점)
도 6 및 도 7을 참조하여 제1 지점의 이동거리를 구하는 방법을 일 실시예를 설명한다.
예를 들어, 제1 지점의 이동거리는 제1 지점의 진동그래프를 제1 지점의 이동시간 구간으로 이중적분을 하면 된다. 여기서, 제1 지점 내지 제4 지점의 충동시점 중 제4 지점의 충격시점(CT4)이 가장 빠르므로, 제4 충격시점(CT4)이 CTF 값이 된다. 따라서, 제1 지점의 이동시간은 CTF에서 CT1까지의 시간이 되고, 제1 지점의 이동거리(DT1)는 
로 구할 수 있다.
상기의 과정을 통해 산출된 각 지점의 이동 거리와 프레스 금형의 제원 데이터를 바탕으로 각 지점별 상대적 위치를 산출한다(제604단계).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부지지부의 각 지점들의 상대 위치를 계산하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
먼저, 도 8에 포함된 용어에 대해 정의하자면, 제1 지점 내지 제4 지점 중 가장 먼저 충돌을 감지한 지점을 LOC F이라 하고, LOC F를 기준으로 하여 나머지 지점을 설정한다. LOC B1, LOC B2는 상기 LOC F와 인접한 두 지점을 지칭하며, LOC A는 LOC F와 인접하지 않은 지점으로 정의한다.
여기서, wi,j 값은 제1 내지 제4 지점 중 임의의 두 지점 i, j 사이의 이격거리를 의미한다. w1,2값은 제1 지점과 제2 지점 사이의 이격거리를 의미하고, w1,3값은 제1 지점과 제3 지점 사이의 이격거리를 의미하고, w1,4값은 제1 지점과, 제4 지점 사이의 이격거리를 의미한다. W2,3값은 제2 지점과, 제3 지점 사이의 이격거리를 의미하고, w2,4값은 제2 지점과, 제4 지점 사이의 이격거리를 의미하고, w3,4값은 제3 지점과, 제4 지점 사이의 이격거리를 의미한다. wi,j 값은 각 지점 사이의 이격거리를 의미하는 값으로써, 금형 프레스의 제원으로 확인할 수 있거나, 실제 계측함으로써 알 수 있는 상수 값이다.
도 8과 같이, 제1 지점 내지 제4 지점 중 가장 먼저 충돌한 지점인 제4 지점을 LOC F으로 보며, 제4 지점에 인접한 제1 지점과 제3 지점을 각각 LOC B2 및 LOC B1으로 본다. 제1 지점과 제3 지점 중 임의의 지점을 LOC B1으로 보아도 상관없으나, 이하에서는 제3 지점을 LOC B1으로 보고 설명한다. 제4 지점인 LOC F에 인접하지 않은 제2 지점을 LOC A로 본다.
먼저, 제4 지점인 LOC F의 상대적 위치를 0으로 두고, 인접한 2개의 지점 중 임의의 한 지점을 선택하여 상대적 위치 값을 먼저 계산 한다.
여기서, LOC B1=(xB1, yB1, zB1) 이라고 했을 때, zB1 = DTB1, xB1=xF=0, yB1=
로 산출될 수 있다.
각 지점의 상대적인 위치를 정하는 것으로, LOC B1의 x축 또는 y축 값 중 하나의 값을 LOC F의 값과 같이 0으로 두고 나머지 축의 값을 계산한다. 위의 계산은 LOC B1의 상대적 위치에 대해, x축 값을 0으로 두고 계산하였으나, y축을 0으로 두고 x축 값을 계산할 수도 있다. 이하에서는 상기와 같이 LOC B1의 x축 값을 0으로 계산한 LOC B1 위치 값으로 LOC B2와 LOC A의 위치 값을 계산한다.
LOC B2의 상대적 위치의 계산은 아래와 같다.
LOC B2=(xB2, yB2, zB2) 이라고 했을 때, zB2 = DTB2가 되며, xB2, yB2 는 아래의 수학식 3 및 수학식 4를 연립하여 산출한다.
끝으로, LOC F 및 산출된 LOC B1과 LOC B2 상대적 위치값을 이용하여 LOC F와 인접하지 않은 지점인 LOC A의 상대적 위치를 아래의 수학식으로 계산할 수 있다.
LOC A=(xA, yA, zA) 이라고 했을 때, zA = DTA가 되며, xA, yA 는 아래의 수학식 5 및 수학식 6을 연립하여 산출한다.
그 다음은 상기의 산출된 상대적 위치 값을 이용하여 프레스의 평행도를 계산한다(제605단계).
다시 도 8을 참조하면, 아래의 수학식 7과 같이 상기 LOC F와 LOC F에서 인접하지 않은 LOC A의 Z축의 각도를 계산하여 평행도를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 진동센서는 가속도 센서, 예컨대 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서로 대체될 수 있다. 상기 IMU센서는 관성력을 측정하는 센서를 말하며 물체에 작용하는 힘 내지 물체의 가속도를 측정 할 수 있다. IMU 센서를 사용하는 경우에도, 센서의 설치 위치는 도 3a 또는 도 3b와 유사하게 정해질 수 있다. 프로세서는 IMU 센서들로부터의 가속도 검출 신호를 적분하여 각 IMU 센서의 설치 지점의 상대 순시 위치를 결정하고, 각 부재의 규격 데이터를 토대로 펀치(118)의 네 지점의 상대 위치를 산출할 수 있다. 한편, IMU 센서를 사용하는 실시예에 있어서, 측정의 시점을 특정하기 위하여 하나 이상의 진동 센서가 보조적으로 사용될 수도 있다. 이와 같은 실시예에서, 프로세서는 진동 센서의 출력 신호에서 충격이 검출되는 시점에 IMU 센서가 부착된 네 지점의 상대 위치를 산출할 수 있다. 네 지점의 상대위치가 산출된 이후의 과정은 진동센서를 이용하여 평행도를 구하는 방법과 동일과정을 거쳐 평행도를 산출 할 수 있다.
보다 상세히 설명하자면, 상기 가속도 센서를 이용하는 경우, 네 개의 가속도센서에 의하여 검출된 가속도 값들을 위의 수학식 1과 같이 이중적분하여 네 지점의 위치를 알 수 있다. 원칙적으로 정상적인 평행도를 가지고 있는 경우에는 네 가속도 센서는 동일하게 값을 나타내야 하며, 비정상적인 평행도를 가지는 경우 네 가속도 센서들간에 시간에 따른 가속도 값의 차이가 발생하게 된다. 여기서 프레스 장치의 상부금형은 고정된 스트로크(Stroke)를 주기적으로 왕복운동하므로 가속도 값은 1회의 상하운동으로 주기성을 가지게 되고, 상기 금형 프레스 장치의 스트로크 값과 상기 가속도 값을 이중적분하여 계산한 이동거리를 통해 네 지점의 위치를 확인할 수 있다.
예를 들면, 운전시작으로부터 진동센서가 진동을 감지한 시점까지, 또는 진동을 감지하는 시점과 그 다음 시점 사이의 값에 대해 이중적분을 수행 함으로써 가속도 센서가 부착된 지점의 상대위치를 알 수 있다. 또 다른 예로, 가속도 값을 이중적분하여 이동거리를 산출한 결과가 가장 먼저 스트로크 값에 도달한 지점을 기준으로 각 지점의 각도를 계산할 수도 있다. 즉, 가장 먼저 스트로크 값에 도달한 지점의 위치를 0으로 두고, 상기 스트로크 값에서 나머지 지점의 가속도 값을 이중적분한 이동거리 값을 빼면 상대적 위치 값을 확인할 수 있다. 상기 상대적 위치 값을 활용하여 프레스의 평행도를 구할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 상부지지부 및 상기 하부지지부의 기울기 측정을 통한 금형 프레스 장치 평행도 측정 방법에 대한 흐름도이다.
기울기 데이터 분석을 통한 금형 프레스 장치의 평행도를 측정하는 방법은 먼저 상부지지부 및 하부지지부에 설치된 센서에 초기 값을 설정하고, 상기 센서들로부터 상부지지부 및 하부지지부의 기울기에 대한 데이터를 수집한다(제701단계). 그 다음 금형 프레스 장치의 상부지지부 및 하부지지부의 충돌 전/후 시점 기울기를 측정한다(제702단계). 금형 프레스 장치의 상부지지부 및 하부지지부의 축별 상대적 기울기를 산출하고(제703단계), 상대적 기울기에 근거하여 금형 프레스 장치의 평행도를 산출한다(제704단계).
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기울기 측정 기준 축과 측정 방향을 보여주는 도면이다.
상기 수집된 기울기 센서의 데이터 값을 이용하면, 아래와 같이 상대적 기울기(
, 
, 
)를 산출할 수 있다.
기울기 센서를 이용하여 기울기 값을 직접적으로 획득함으로써 프레스의 x축, y축, z축에 대한 평행도를 간단하게 실시간으로 관찰 할 수 있다. 또한, 각 축별 평행도를 개별적으로 확인함으로써 프레스 장치에 평행도에 이상이 생겼을 때에도 이상이 발생한 축을 쉽게 확인할 수 있어, 신속한 문제점 발견 및 정확한 대응이 이루어 질 수 있어 유지보수의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 앞서 가속도 센서를 활용하여 상대적인 위치를 구하는 방법에서 설명한 바와 같이, 가속도 센서를 이용하여 각 축의 기울기를 간접적으로 계산하여 구하는 것도 가능하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동데이터 분석을 통한 프레스 장치의 심각도 평가 및 모니터링 방법을 보여주는 흐름도이다.
진동데이터 분석을 통한 프레스 장치의 심각도 평가 및 프레스 상태 모니터링 방법은 프레스 평행도를 산출하고(제801단계), 프레스 동적하중 및 운전속도에 따른 프레스 진동평가 하고(제802단계), 상기의 산출된 평행도와 진동평가를 통해 프레스 심각도 평가 및 모니터링 한다(제803단계).
프레스의 평행도를 산출하는 경우(제801단계), 본 명세서에 기재된 평행도 측정방법 중 하나의 방법에 따라 산출된 것일 수 있다. 또한, 프레스 동적하중 및 운전속도에 따른 프레스 진동평가 할 경우에는(제802단계)는 진동평가차트를 활용할 수 있다. 또한, 센서를 통해 수집되는 데이터와 그에 기반하여 산출된 평행도 및 프레스의 운전속도에 대한 정보가 진동평가차트에 실시간으로 표시될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 장치의 진동평가를 위한 진동평가차트 예시도이다.
상기 진동평가차트는 상기 진동평가차트의 x축 값은 동작속도 값을 나타내고, y축 값은 평행도 값을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 차트를 특정영역을 정상구간, 주의구간, 위험구간으로 나눌 수 있다. 상기 정상구간, 주의구간, 위험구간의 기준 값은 상기 금형 프레스 장치의 제작사에게 제공하는 값일 수 있다. 또한, 현장의 작업자 또는 감독자가 누적된 데이터를 바탕으로 평가하여 임의로 기준을 설정할 수도 있다. 아울러, 본 발명을 실시하는 과정에서 추가로 누적된 데이터를 바탕으로 기 설정된 기준을 현장 사정에 맞추어 변경할 수도 있다. 예를 들어, 도 12과 같이 진동평가차트 상에 실제운전 중의 금형 프레스 장치의 동적하중 및 운전속도와 진동데이터를 분석하여 얻어진 값을 표시되게 할 수 있다. 상기 표시된 값이 상기 진동평가차트의 정상구간에 있는 경우에는 프레스의 상태는 정상상태임을 확인할 수 있다. 또한, 동적하중 및 운전속도와 진동데이터 값이 진동평가차트 상에서 위험구간에 위치하는 경우 경우에는 측정된 진동데이터가 각 지점에 해당할 경우 알람 설정할 수 있다. 경고구간에 해당하게 되는 경우에는 알람에 더하여 프레스의 정지등으로 즉시 점검 및 보수를 실시할 수 있도록 설정하여 관리할 수 있다.
상기의 진동평가차트를 이용함으로써, 프레스 장치의 상태를 실시간으로 시각적 정보를 통해 확인함으로써 작업자 또는 관리자가 프레스 장치의 상태를 쉽게 확인 할 수 있다. 또한, 실시간으로 확인되는 값이 위치하는 구간에 따라 프레스 장치에 대해 자동적으로 대응하게 함으로써 즉각적인 조치를 실시할 수도 있다.
다시 도 11를 참조하면, 산출된 평행도와 진동평가를 종합하여 프레스 심각도 평가 및 모니터링 할 수 있다.
프레스의 평행도와 감시와 진동평가를 동시에 수행함으로써 다방면으로 프레스 상태를 모니터링을 실시함으로써 프레스 장치의 이상을 조기에 발견할 수 있고, 프레스 장치에 이상이 발생한 경우에도 저장되어있는 프레스 장치 상태의 히스토리 분석을 통하여 신속, 정확하게 원인을 분석하고 대응할 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 프레스 금형 평행도 측정 방법 및 장치와 프레스 장치 모니터링 방법을 실시간으로 수행함으로써 피가공 제품의 품질을 제고하고 프레스의 수명 연장 등 효율적인 금형 프레스 장치에 공정품질 관리에 도움을 준다.
또한, 센서를 활용한 프레스 장치의 운전상태 모니터링으로 프레스 장치의 이상(고장) 감지가 가능케 함으로써 기존의 작업자의 감각 및 경험에 의존하는 설비보전 활동을 데이터기반으로 수행하게 되어 전체 시스템의 효율성이 향상되고, 설비 가동률을 높일 수 있다.
이상 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.
10 금형프레스 장치
20 모터
30 크랭크 40 슬라이드
50 베드 60 볼스터
100 다이 세트 102 섕크
110 상부금형 111 요홈
112 펀치홀더 114 백킹 플레이트
116 펀치 플레이트 118 펀치
130 하부금형 132 스트리퍼 플레이트
134 다이 136 다이홀더
137 요홈 140 가이드 부시
142 가이드 포스트 150 a, 150b, 150c, 150d 센서
1020 메모리 1040 프로세서
1060 저장장치
30 크랭크 40 슬라이드
50 베드 60 볼스터
100 다이 세트 102 섕크
110 상부금형 111 요홈
112 펀치홀더 114 백킹 플레이트
116 펀치 플레이트 118 펀치
130 하부금형 132 스트리퍼 플레이트
134 다이 136 다이홀더
137 요홈 140 가이드 부시
142 가이드 포스트 150 a, 150b, 150c, 150d 센서
1020 메모리 1040 프로세서
1060 저장장치
Claims (16)
- 상부 금형과 하부 금형을 구비하는 금형 프레스 장치에서,
상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하는 단계;
상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계; 및
상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하는 단계를 포함하는 프레스 금형 평행도 측정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계는,
상기 도출된 네 지점들의 충격시점 중 최소 값의 충격시점을 갖는 지점의 상대적 위치를 0으로 하고, 나머지 지점의 상대적 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 프레스 금형 평행도 측정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 충격시점은 IMU센서를 이용하여 감지하는 프레스 금형 평행도 측정방법. - 상부 금형과 하부 금형을 구비하는 금형 프레스 장치에서,
(a) 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하는 단계와,
상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계와,
상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하는 단계를, 포함하는 프레스의 금형 평행도 측정하는 단계;
(b) 상기 프레스 금형 평행도를 상부지지부의 운전속도와 함께 소정의 저장장치에 기록하는 단계;
상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 반복적으로 시행하면서, 상기 저장장치에 상기 프레스 금형 평행도와 상기 운전속도를 누적적으로 기록하는 단계; 및
임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 단계;
를 포함하는 금형 프레스 장치 상태 모니터링 방법. - 제4항에 있어서,
상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 단계는,
상기 도출된 네 지점들의 충격시점 중 최소 값의 충격시점을 갖는 지점의 상대적 위치를 0으로 하고, 나머지 지점의 상대적 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 금형 프레스 장치 상태 모니터링 방법. - 제4항에 있어서,
임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 단계는,
진동평가차트를 이용하는 금형 프레스 장치 상태 모니터링 방법. - 제6항에 있어서,
임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 단계는,
운전속도 값은 별도의 센서를 통해 취득하는 프레스 장치 상태 모니터링 방법. - 제6항에 있어서,
임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 단계는,
운전속도 값은 금형 프레스 장치의 제원을 통해 확인하여 적용하는 프레스 장치 상태 모니터링 방법. - 상부 금형과 하부 금형을 구비하는 금형 프레스의 프레스 금형 평행도 측정 장치에 있어서,
하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory) 및
상기 메모리에 저장된 하나 이상의 명령을 실행하는 프로세서를 포함하고,
상기 하나 이상의 명령은,
상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하는 명령;
상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 명령; 그리고,
상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하는 명령을 포함하는 프레스 금형 평행도 측정 장치. - 제9항에 있어서,
상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 명령은,
상기 도출된 네 지점들의 충격시점 중 최소 값의 충격시점을 갖는 지점의 상대적 위치를 0으로 하고, 나머지 지점의 상대적 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 프레스 금형 평행도 측정 장치. - 제9항에 있어서,
상기 충격시점은 IMU센서를 이용하여 감지하는 프레스 금형 평행도 측정 장치. - 상부 금형과 하부 금형을 구비하는 금형 프레스 장치에서,
하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory) 및
상기 메모리에 저장된 하나 이상의 명령을 실행하는 프로세서를 포함하고,
상기 하나 이상의 명령은,
(a) 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 소정의 대응 위치들이 맞닿는 충격시점들을 검출하고,
상기 충격 시점들과 상기 금형 프레스 장치의 제원 데이터를 토대로 상기 소정의 대응 위치들에 상응하는 상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하고, 그리고
상기 상대적 위치 관계를 토대로 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 간의 평행도를 결정하도록 수행되는 프레스의 금형 평행도 측정하는 명령;
(b) 상기 프레스 금형 평행도를 상부지지부의 운전속도와 함께 소정의 저장장치에 기록하는 명령;
상기 (a) 명령 및 상기 (b) 명령를 반복적으로 시행하면서, 상기 저장장치에 상기 프레스 금형 평행도와 상기 운전속도를 누적적으로 기록하는 명령; 및
임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 명령;
을 포함하는 금형 프레스 장치 상태 모니터링 장치. - 제12항에 있어서,
상기 상부 금형의 소정 지점들의 소정 시점에서의 상대적 위치 관계를 결정하는 명령은,
상기 도출된 네 지점들의 충격시점 중 최소 값의 충격시점을 갖는 지점의 상대적 위치를 0으로 하고, 나머지 지점의 상대적 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 금형 프레스 장치 상태 모니터링 장치. - 제12항에 있어서,
임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 명령은,
진동평가차트를 이용하는 금형 프레스 장치 상태 모니터링 장치. - 제14항에 있어서,
임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 명령은,
운전속도 값은 별도의 센서를 통해 취득하는 프레스 장치 상태 모니터링 장치. - 제14항에 있어서,
임의의 운전속도에 대하여 상기 프레스 금형 평행도가 소정의 임계치와 비교하여 상기 금형 프레스 장치의 심각도를 평가하는 명령은,
운전속도 값은 금형 프레스 장치의 제원을 통해 확인하여 적용하는 프레스 장치 상태 모니터링 장치.
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| KR1020210104764A KR102559051B1 (ko) | 2021-08-09 | 2021-08-09 | 프레스 금형 평행도 측정 방법 및 장치와 프레스 장치 모니터링 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210104764A KR102559051B1 (ko) | 2021-08-09 | 2021-08-09 | 프레스 금형 평행도 측정 방법 및 장치와 프레스 장치 모니터링 방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230022693A true KR20230022693A (ko) | 2023-02-16 |
| KR102559051B1 KR102559051B1 (ko) | 2023-07-21 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210104764A KR102559051B1 (ko) | 2021-08-09 | 2021-08-09 | 프레스 금형 평행도 측정 방법 및 장치와 프레스 장치 모니터링 방법 |
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| JP2007155335A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | プレス金型の動的変形測定法及び動的変形測定システム |
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-
2021
- 2021-08-09 KR KR1020210104764A patent/KR102559051B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|
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