KR20230114818A - Iot based intelligent monitoring and diagnosis method and device for machine tool - Google Patents

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KR20230114818A
KR20230114818A KR1020220010437A KR20220010437A KR20230114818A KR 20230114818 A KR20230114818 A KR 20230114818A KR 1020220010437 A KR1020220010437 A KR 1020220010437A KR 20220010437 A KR20220010437 A KR 20220010437A KR 20230114818 A KR20230114818 A KR 20230114818A
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강준구
이도행
지영평
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(주)에스엠인스트루먼트
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Abstract

본 발명은 기계 정보 수집부(10)가 회전수, 진동, 음향, 온도, 전류, 전압, 부하 중에서 선택된 적어도 하나의 센서로부터 습득된 공작 기계의 기계 정보 데이터(기계_데이터)와 상태 판정 결과(정상, 비정상, 고장, 고장 전단계, 스코어 )를 포함하는 학습데이터를 습득하는, 학습데이터 습득단계(S10)와; AI 학습부(20)가 상기 학습데이터를 이용하여 기계 정보 데이터(기계_데이터) 입력에 의하여 공작기계의 상태 진단 정보(이상 점수)를 출력하는 상태진단모델을 학습시키는, 상태진단모델 학습단계(S20)와; 학습 완료된 상태진단모델(30)이 공작 기계 정보 데이터(기계_데이터)가 입력되면 공작기계의 상태 진단 정보를 출력하는, 상태 진단 정보 출력 단계(S30);를 포함하여 구성되되, 상기 상태진단모델 학습단계(S20)에서 상태 판정 결과가 "정상"으로 판정된 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 학습시키고, 상기 상태 진단 정보 출력 단계(S30);에서 상태진단모델(30)은 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 입력으로 하여 "비정상 점수(Anormaly Score)"를 출력하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법에 관한 것이다.In the present invention, the machine information collection unit 10 acquires machine information data (machine_data) of a machine tool from at least one sensor selected from among rotation speed, vibration, sound, temperature, current, voltage, and load, and a state determination result ( Learning data acquisition step (S10) of acquiring learning data including normal, abnormal, failure, pre-failure, score); A condition diagnosis model learning step in which the AI learning unit 20 uses the learning data to learn a condition diagnosis model that outputs condition diagnosis information (abnormal score) of the machine tool by inputting machine information data (machine_data) ( S20) and; A state diagnosis information output step (S30) of outputting state diagnosis information of the machine tool when the machine tool information data (machine_data) is input to the learned state diagnosis model 30; In the learning step (S20), machine information data (machine_data) for which the state determination result is determined to be “normal” is learned, and in the state diagnosis information output step (S30); the state diagnosis model 30 is machine information data ( It relates to an intelligent monitoring and diagnosis method of an IoT-based machine tool, characterized in that it outputs an "abnormality score" by taking machine_data) as an input.

Description

IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 및 장치 { Iot based intelligent monitoring and diagnosis method and device for machine tool } IoT based intelligent monitoring and diagnosis method and device for machine tool {Iot based intelligent monitoring and diagnosis method and device for machine tool}

본 발명은 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 및 진단 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for intelligent monitoring and diagnosis of an IoT-based machine tool.

등록특허 제10-1343403호 발명의 명칭 : 공작기계 운전시의 이상 검출방법은 소재의 가공 중 소재안착 불량, 공구 마모 및 파손 등을 검출하는 공작기계 운전시의 이상 검출방법에 있어서, 공작기계의 모터 구동유닛의 전력선에 전류센서와 전압센서를 각각 설치하여 센서 프로세서에 연결하고, 상기 센서 프로세서를 모니터링 제어기와 연결하며, 상기 모니터링 제어기를 호스트 컴퓨터와 공작기계 제어기에 각각 연결한 상태에서, 공구의 종류와 가공 방법 등을 설정하는 준비단계와; 공작기계의 출력이 정상인 상태에서 제품을 가공하면서 상기 전류센서와 전압센서에 의해 제품의 가공에 소요되는 구동전압과 구동전류를 각각 측정하여 공구의 이상 등을 판단하기 위한 기준으로서 기능하는 기준파형을 획득하는 기준파형 획득단계와; 상기 기준파형 획득단계에서 획득된 기준파형에 대해 모니터링 구간을 설정함으로써 최대 부하값과 최소 부하값이 자동으로 산출되는 모니터링 구간 설정단계와; 상기 모니터링 구간 설정단계에서 산출된 최대 부하값과 최소 부하값을 기준으로 알람이 발생하는 영역이 설정되도록 최대 및 최소 허용한계를 설정하는 허용한계 설정단계 및; 소재의 실제 가공시 발생하는 가공부하를 지속적으로 획득하여 상기 모니터링 구간 내에서 상기 획득된 가공부하 중의 최대 부하값과 최소 부하값의 차이가 상기 최대 허용한계 또는 최소 허용한계값을 벗어나는지를 판단하여 정상인지 여부를 출력하는 모니터링단계고, 상기 모니터링단계에는 공작기계 운전에 따른 데이터를 저장하는 모니터링 데이터 저장단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 공작기계 운전시의 이상 검출단계를 개시한다.Registration Patent No. 10-1343403 Name of Invention: Abnormality detection method during machine tool operation is a method for detecting abnormality during machine tool operation that detects poor material seating, tool wear and damage during material processing, A current sensor and a voltage sensor are respectively installed on the power line of the motor driving unit and connected to the sensor processor, the sensor processor is connected to the monitoring controller, and the monitoring controller is connected to the host computer and the machine tool controller, respectively. A preparation step of setting the type and processing method; While processing a product while the output of the machine tool is normal, the drive voltage and drive current required for product processing are measured by the current sensor and the voltage sensor, respectively, to obtain a reference waveform that serves as a standard for determining tool abnormalities. a step of obtaining a reference waveform; A monitoring interval setting step of automatically calculating a maximum load value and a minimum load value by setting a monitoring interval for the reference waveform obtained in the reference waveform acquisition step; a tolerance setting step of setting maximum and minimum allowable limits so that an area in which an alarm occurs is set based on the maximum load value and the minimum load value calculated in the monitoring section setting step; The processing load generated during actual processing of the material is continuously acquired, and it is determined whether the difference between the maximum load value and the minimum load value among the obtained processing loads within the monitoring section is outside the maximum allowable limit or the minimum allowable limit value. A monitoring step for outputting whether or not it is detected, and the monitoring step includes a monitoring data storage step for storing data according to machine tool operation.

NC, CNC 공작 기계는 자동화 프로그램에 의해 무인 가공하고 미리 정해진 작업을 스스로 수행한다. 공구의 손상 등 공작기계가 비정상 상태에 놓인 경우에도 자동화 프로그램에 의해 손상 공구와 작업물 또는 기계 본체가 충돌하는 상황이 되어 큰 손해가 발생하는 상황에 처하게 되는 경우도 발생한다.NC and CNC machine tools perform unmanned processing and pre-determined tasks by themselves through automation programs. Even when a machine tool is in an abnormal state, such as a tool being damaged, a damaged tool may collide with a workpiece or a machine body due to an automation program, resulting in great damage.

그래서 전술한 선행 기술과 같이 소재의 실제 가공시 발생하는 가공부하를 지속적으로 획득하여 상기 모니터링 구간 내에서 상기 획득된 가공부하 중의 최대 부하값과 최소 부하값의 차이가 상기 최대 허용한계 또는 최소 허용한계값을 벗어나는지를 판단하여 정상인지 여부를 출력하는 기술이 사용되고 있다.So, as in the prior art described above, the processing load generated during actual processing of the material is continuously obtained, and the difference between the maximum load value and the minimum load value among the obtained processing loads within the monitoring interval is the maximum allowable limit or the minimum allowable limit A technique of determining whether the value is out of range and outputting whether or not it is normal is being used.

하지만, 정상 가공 시와 이상 가공 시의 주축 모터 부하 차이가 소재 변경, 작업 종류(형상) 변경, 절살량 절삭속도 등의 시간당 작업량 변경에 따른 정상 가공 시의 주축 이송축 부하 변화에 비해 작은 경우 일정한 임계값의 초과에 의해 이상이라고 판단하는 것은 어렵다.However, if the difference in load between the spindle motor during normal and abnormal machining is smaller than the change in load on the spindle feed axis during normal machining due to changes in work per hour, such as material change, work type (shape), cutting amount, and cutting speed, constant It is difficult to determine an abnormality by exceeding a threshold value.

본 발명은 플레너밀러 등과 같은 공작 기계에 있어서 부하 전류, 전압 뿐 아니라 회전수, 진동, 온도, 음향과 같은 기계 상태 정보를 모니터링하여 사전에 공작 기계의 이상 여부를 판단할 수 있는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention is an IoT-based machine tool capable of determining whether or not the machine tool is abnormal in advance by monitoring not only load current and voltage but also machine state information such as rotation speed, vibration, temperature, and sound in a machine tool such as a planer miller. It relates to an intelligent monitoring diagnosis device and method.

본 발명은 비정상 데이터 부족에 따른 인공지능 모델의 학습 문제를 해결하고, 작업 조건 변화에 따른 이상 여부 판단 정확도를 감소의 문제점을 해결한 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 및 장치를 제공하기 위함이다. The present invention is to solve the learning problem of an artificial intelligence model due to the lack of abnormal data and to provide an intelligent monitoring and diagnosis method and apparatus for an IoT-based machine tool that solves the problem of reducing the accuracy of determining abnormalities due to changes in working conditions. .

본 발명은 원격 모니터링 및 자동 제어 시스템 구축을 통해 현장 상태를 시간과 장소 제약 없이 관리 가능. 이를 통해 산업 현장의 작업/장비 운용 효율성을 높일 수 있고. 또한, 관리자 및 작업자가 쉽게 이용가능한 시각화 자료 및 장비의 상태 및 진단 정보를 실시간으로 파악함으로써 산업 현장 관리 시스템 운용 효율을 극대화할 수 있는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 및 장치를 제공하기 위함이다.The present invention can manage field conditions without time and place restrictions through remote monitoring and automatic control system construction. Through this, it is possible to increase work/equipment operation efficiency at industrial sites. In addition, it is to provide an intelligent monitoring and diagnosis method and device for IoT-based machine tools that can maximize the efficiency of industrial site management system operation by grasping visualization data and equipment status and diagnosis information that managers and workers can easily use in real time. .

본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법은, 기계 정보 수집부(10)가 회전수, 진동, 음향, 온도, 전류, 전압, 부하 중에서 선택된 적어도 하나의 센서로부터 습득된 공작 기계의 기계 정보 데이터(기계_데이터)와 상태 판정 결과(정상, 비정상, 고장, 고장 전단계, 스코어 )를 포함하는 학습데이터를 습득하는, 학습데이터 습득단계(S10)와;In the IoT-based machine tool intelligent monitoring and diagnosis method of the present invention, the machine information collection unit 10 acquires machine information of the machine tool from at least one sensor selected from rotation speed, vibration, sound, temperature, current, voltage, and load. learning data acquisition step (S10) of acquiring learning data including data (machine_data) and state judgment results (normal, abnormal, failure, pre-failure stage, score);

AI 학습부(20)가 상기 학습데이터를 이용하여 기계 정보 데이터(기계_데이터) 입력에 의하여 공작기계의 상태 진단 정보(이상 점수)를 출력하는 상태진단모델을 학습시키는, 상태진단모델 학습단계(S20)와; 학습 완료된 상태진단모델(30)이 공작 기계 정보 데이터(기계_데이터)가 입력되면 공작기계의 상태 진단 정보를 출력하는, 상태 진단 정보 출력 단계(S30);를 포함하여 구성되는 것을 특징이다.A condition diagnosis model learning step in which the AI learning unit 20 uses the learning data to learn a condition diagnosis model that outputs condition diagnosis information (abnormal score) of the machine tool by inputting machine information data (machine_data) ( S20) and; It is characterized in that it is configured to include a state diagnosis information output step (S30) of outputting state diagnosis information of the machine tool when the learned state diagnosis model 30 receives machine tool information data (machine_data).

본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법은, 상태진단모델 학습단계(S20)에서 상태 판정 결과가 "정상"으로 판정된 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 학습시키고, 상기 상태 진단 정보 출력 단계(S30);에서 상태진단모델(30)은 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 입력으로 하여 "비정상 점수(Anormaly Score)"를 출력하는 것이 바람직하다.In the intelligent monitoring and diagnosis method of an IoT-based machine tool of the present invention, in the condition diagnosis model learning step (S20), machine information data (machine_data) for which the condition determination result is determined to be “normal” is learned, and the condition diagnosis information is output. In step S30, the condition diagnosis model 30 preferably outputs an "abnormality score" by taking the machine information data (machine_data) as an input.

본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법은, 상태 판정부(40)가 상기 상태진단모델(30)이 출력한 상태 진단 정보, 즉 비정상 점수를 기초로 하여 공작 기계의 상태를 정상 또는 비정상으로 판정하는 상태 판정 단계(S40)와; 제어부(50)가 상기 상태 판정부(40)에서 판단된 상태 판정 결과(정상, 비정상)를 기초로 공작 기계 제어 신호를 발생하거나 서버, 관리자 단말기에 상태 진단 결과(알람)를 제공하는 제어 알람 단계(S50);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In the intelligent monitoring and diagnosis method of the IoT-based machine tool of the present invention, the state determination unit 40 determines the state of the machine tool as normal or abnormal based on the state diagnosis information output by the state diagnosis model 30, that is, the abnormal score. State determination step (S40) to determine as; A control alarm step in which the control unit 50 generates a machine tool control signal based on the status determination result (normal or abnormal) determined by the status determination unit 40 or provides a status diagnosis result (alarm) to a server or manager terminal. (S50); is preferably configured to further include.

본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법에 있어서, 상태 판정부(40)는 정상 상태라고 판정된 기계 정보 데이터(기계_Data)의 비정상 점수(Anormaly Score)를 기초로 하여 임계값(C)을 설정하고, 상기 상태 판정부(40)는 상기 "비정상 점수(Anormaly Score)"가 상기 임계값(C)을 초과하는 경우, 현재의 상태를 비정상으로 판정하는 것이 바람직하다.In the method for intelligent monitoring and diagnosis of an IoT-based machine tool of the present invention, the state determining unit 40 determines a threshold value (C) based on an abnormality score of machine information data (Machine_Data) determined to be in a normal state. ) is set, and the state determining unit 40 determines the current state to be abnormal when the "Anormaly Score" exceeds the threshold value C.

본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 장치는, 회전수, 진동, 음향, 온도, 전류, 전압, 부하 중에서 선택된 적어도 하나의 센서로부터 습득된 공작 기계의 기계 정보 데이터(기계_데이터)와 상태 판정 결과(정상, 비정상, 고장, 고장 전단계, 스코어 )를 포함하는 학습데이터를 습득하는, 기계 정보 수집부(10)와; 학습데이터를 이용하여 기계 정보 데이터(기계_데이터) 입력에 의하여 공작기계의 상태 진단 정보(이상 점수)를 출력하는 상태진단모델을 학습시키고, AI 학습부(20)와;The intelligent monitoring and diagnosis device for an IoT-based machine tool according to the present invention includes machine information data (machine_data) and status of a machine tool obtained from at least one sensor selected from among rotation speed, vibration, sound, temperature, current, voltage, and load. a machine information collection unit 10 that acquires learning data including judgment results (normal, abnormal, failure, pre-failure, score); Learning a condition diagnosis model that outputs condition diagnosis information (abnormal score) of a machine tool by inputting machine information data (machine_data) using learning data, and an AI learning unit 20;

공작 기계 정보 데이터(기계_데이터)가 입력되면 공작기계의 상태 진단 정보를 "비정상 점수(Anormaly Score)"로 출력하는, 상태진단모델(30)과; 상기 상태진단모델(30)이 출력한 상태 진단 정보, 즉 "비정상 점수"를 기초로 하여 공작 기계의 상태를 정상 또는 비정상으로 판정하는, 상태 판정부(40)와; 상기 상태 판정부(40)에서 판단된 상태 판정 결과(정상, 비정상)를 기초로 공작 기계 제어 신호를 발생하거나 서버, 관리자 단말기에 상태 진단 결과(알람)를 제공하는, 제어부(50)와;a condition diagnosis model 30 that outputs condition diagnosis information of the machine tool as an "abnormality score" when machine tool information data (machine_data) is input; a state determination unit 40 that determines whether the state of the machine tool is normal or abnormal based on state diagnosis information output from the state diagnosis model 30, that is, "abnormal score"; a control unit 50 that generates a machine tool control signal based on the state determination result (normal or abnormal) determined by the state determination unit 40 or provides a state diagnosis result (alarm) to a server or manager terminal;

상기 공작 기계에 의해 진행되는 작업의 공구 정보, 피가공 소재 정보, 가공 형상 정보, 시간당 절삭량 정보, 시간당 절삭속도 정보, 주축 회전속도 정보, 이송축 이송속도, 총 가동 시간 정보 중 적어도 하나를 포함하는 작업 조건에 관한 정보작업 _데이터)를 저장하는, 작업 조건 저장부(60)와; 임의의 작업 조건에 관한 정보(작업 _데이터)가 기존의 작업 조건 분류 군(클라스) 중 하나로부터 일정 범위 이내인 경우 동일 작업 조건 군(클라스, W_i)로 분류하는 작업 조건 분류부(70);를 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.At least one of tool information, workpiece material information, processing shape information, cutting amount information per hour, cutting speed information per hour, spindle rotation speed information, feed shaft feed speed, and total operation time information of the work performed by the machine tool a working condition storage unit 60 that stores information about working conditions (work_data); A work condition classification unit 70 that classifies information (task_data) on a given work condition into the same work condition group (class, W_i) when it is within a certain range from one of the existing work condition classification groups (classes); It is characterized in that it is configured to include a.

본 발명에 따르는 경우, 플레너밀러 등과 같은 공작 기계에 있어서 부하 전류, 전압 뿐 아니라 회전수, 진동, 온도, 음향과 같은 기계 상태 정보를 모니터링하여 사전에 공작 기계의 이상 여부를 판단할 수 있는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 장치 및 방법이 제공된다.According to the present invention, in a machine tool such as a planer miller, not only load current and voltage, but also machine state information such as rotation speed, vibration, temperature, and sound are monitored to determine whether or not the machine tool is abnormal in advance Based on IoT An apparatus and method for intelligent monitoring and diagnosis of a machine tool are provided.

본 발명에 따르는 경우, 비정상 데이터 부복에 따른 인공지능 모델의 학습 문제를 해결하고, 작업 조건 변화에 따른 이상 여부 판단 정확도를 감소의 문제점을 해결한 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 및 장치가 제공된다.According to the present invention, an intelligent monitoring and diagnosis method and device for IoT-based machine tools are provided that solves the problem of learning artificial intelligence models due to abnormal data collapse and reduces the problem of reducing the accuracy of determining whether abnormality occurs due to changes in working conditions. do.

또한, 본 발명에 따르는 경우, 원격 모니터링 및 자동 제어 시스템 구축을 통해 현장 상태를 시간과 장소 제약 없이 관리 가능. 이를 통해 산업 현장의 작업/장비 운용 효율성을 높일 수 있고. 또한, 관리자 및 작업자가 쉽게 이용가능한 시각화 자료 및 장비의 상태 및 진단 정보를 실시간으로 파악함으로써 산업 현장 관리 시스템 운용 효율을 극대화할 수 있는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 및 장치가 제공된다.In addition, according to the present invention, it is possible to manage field conditions without time and place restrictions through remote monitoring and automatic control system construction. Through this, it is possible to increase work/equipment operation efficiency at industrial sites. In addition, an intelligent monitoring and diagnosis method and device for IoT-based machine tools that can maximize the operational efficiency of an industrial site management system by grasping visualization data and equipment status and diagnosis information that managers and workers can easily use in real time are provided.

도 1은 본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 흐름도.
도 2는 본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 장치 구성도.
도 3은 본 발명에 사용된 이상 감지 방법(Anormaly Detection) 개념 설명도.
도 4는 통상의 이상 감지 방법(Anormaly Detection)에 사용된 MNIST 데이터.
도 5은 통상의 MNIST 데이터의 이상 감지 방법(Anormaly Detection) 적용예.
도 6은 본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법에 대한 시험 방법 설명도.
도 7은 도 6에 따른 측정 데이터(진동) RMS 값 결과.
도 8은 도 6에 따른 측정 데이터의 Anomaly Detection 분석결과.
도 9는 도 7의 측정 데이터의 RMS 값 vs Anomaly Detection 분석결과 비교도.
1 is a flow chart of an intelligent monitoring and diagnosis method for an IoT-based machine tool according to the present invention.
2 is a configuration diagram of an intelligent monitoring and diagnostic device for an IoT-based machine tool according to the present invention.
3 is a conceptual explanatory diagram of an abnormality detection method used in the present invention;
4 is MNIST data used in a normal abnormality detection method (Anormaly Detection).
5 is an application example of an abnormality detection method of normal MNIST data.
6 is an explanatory diagram of a test method for an intelligent monitoring and diagnosis method for an IoT-based machine tool according to the present invention.
7 is a result of RMS values of measurement data (vibration) according to FIG. 6;
8 is an Anomaly Detection analysis result of measurement data according to FIG. 6;
9 is a comparison diagram of the RMS value of the measurement data of FIG. 7 versus the results of Anomaly Detection analysis;

이하에서 본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 및 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 흐름도, 도 2는 본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 장치 구성도이다.Hereinafter, a method and apparatus for intelligent monitoring and diagnosis of an IoT-based machine tool according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a flow chart of an intelligent monitoring and diagnosing method for an IoT-based machine tool according to the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of an intelligent monitoring and diagnosing device for an IoT-based machine tool according to the present invention.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일시예에 따른 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법은, 학습데이터 습득단계(S10)와 상태진단모델 학습단계(S20)와 상태 진단 정보 출력 단계(S30)와 상태 판정 단계(S40)와 제어 알람 단계(S50)를 포함하여 구성된다. As shown in FIGS. 1 and 2, the method for intelligent monitoring and diagnosis of an IoT-based machine tool according to an embodiment of the present invention includes a learning data acquisition step (S10), a state diagnosis model learning step (S20), and state diagnosis information output. It is configured to include step S30, state determination step S40, and control alarm step S50.

먼저 학습데이터 습득단계(S10)에서, 기계 정보 수집부(10)가 회전수, 진동, 음향, 온도, 전류, 전압, 부하 중에서 선택된 적어도 하나의 센서로부터 습득된 공작 기계의 기계 정보 데이터(기계_데이터)와 상태 판정 결과(정상, 비정상, 고장, 고장 전단계, 스코어 )를 포함하는 학습데이터를 습득한다.First, in the learning data acquisition step (S10), the machine information collection unit 10 acquires machine information data (machine_ Data) and state judgment results (normal, abnormal, failure, pre-failure stage, score) are acquired.

상태진단모델 학습단계(S20)에서, AI 학습부(20)가 상기 학습데이터를 이용하여 기계 정보 데이터(기계_데이터) 입력에 의하여 공작기계의 상태 진단 정보(이상 점수)를 출력하는 상태진단모델을 학습시킨다. 상태진단모델 학습단계(S20)에서 상태 판정 결과가 "정상"으로 판정된 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 학습시킨다.In the condition diagnosis model learning step (S20), the condition diagnosis model in which the AI learning unit 20 outputs condition diagnosis information (abnormal score) of the machine tool by inputting machine information data (machine_data) using the learning data. learn In the state diagnosis model learning step (S20), machine information data (machine_data) for which the state determination result is determined to be “normal” is learned.

상태 진단 정보 출력 단계(S30)에서, 학습 완료된 상태진단모델(30)이 공작 기계 정보 데이터(기계_데이터)가 입력되면 공작기계의 상태 진단 정보를 출력한다. 상태 진단 정보 출력 단계(S30)에서 상태진단모델(30)은 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 입력으로 하여 "비정상 점수(Anormaly Score)"를 출력한다.In the state diagnosis information output step (S30), when the machine tool information data (machine_data) is input to the state diagnosis model 30 that has been learned, state diagnosis information of the machine tool is output. In the condition diagnosis information output step (S30), the condition diagnosis model 30 outputs an "Anormaly Score" by taking machine information data (machine_data) as an input.

상태 판정 단계(S40)에서, 상태 판정부(40)가 상태진단모델(30)이 출력한 상태 진단 정보, 즉 비정상 점수를 기초로 하여 공작 기계의 상태를 정상 또는 비정상으로 판정한다. 제어 알람 단계(S50)에서, 제어부(50)가 상기 상태 판정부(40)에서 판단된 상태 판정 결과(정상, 비정상)를 기초로 공작 기계 제어 신호를 발생하거나 서버, 관리자 단말기에 상태 진단 결과(알람)를 제공한다.In the state determination step (S40), the state determination unit 40 determines the state of the machine tool as normal or abnormal based on the state diagnosis information output by the state diagnosis model 30, that is, the abnormal score. In the control alarm step (S50), the control unit 50 generates a machine tool control signal based on the state determination result (normal or abnormal) determined by the state determination unit 40 or the state diagnosis result ( alarm).

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일시예에 따른 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법에 있어서, 상태 판정부(40)는 정상 상태라고 판정된 기계 정보 데이터(기계_Data)의 비정상 점수(Anormaly Score)를 기초로 하여 임계값(C)을 설정한다. 상태 판정부(40)는 "비정상 점수(Anormaly Score)"가 임계값(C)을 초과하는 경우, 현재의 상태를 비정상으로 판정한다.As shown in FIGS. 1 and 2 , in the method for intelligent monitoring and diagnosis of an IoT-based machine tool according to an embodiment of the present invention, the state determination unit 40 determines machine information data (machine_Data) determined to be in a normal state. A threshold value (C) is set based on the abnormality score of . The state determination unit 40 determines the current state to be abnormal when the "Anormaly Score" exceeds the threshold value C.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법에 있어서, 기계 정보 데이터(기계_데이터)는 기계 운전 정보 데이터(기계_운전데이터)와 기계 상태 정보 데이터(기계_상태데이터)로 구분될 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, in the method for intelligent monitoring and diagnosis of an IoT-based machine tool according to the first embodiment of the present invention, machine information data (machine_data) is machine operation information data (machine_driving data). ) and machine status information data (machine_status data).

기계 운전 정보 데이터(기계_운전데이터)는 주축 모터 또는 이송축 모터의 부하를 모니터링하는 전류 센서, 전압 센서, 또는 부하 센서로부터 각각 습득된 부하 정보와, 주축 회전수 정보 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The machine operation information data (machine_operation data) may include at least one selected from load information obtained from a current sensor, a voltage sensor, or a load sensor that monitors the load of the main shaft motor or the transfer shaft motor, and the spindle rotation speed information. can

기계 상태 정보 데이터(기계_상태데이터)는 주축 헤드, 공작 기계 구조체(기체)에 설치된 진동 센서, 온도 센서, 공작 기계 구조체(기체)에 인접하여 설치된 음향센서 로부터 각각 습득된 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상태 판정부(40)는 정상 상태라고 판정된 기계 운전 정보 데이터(기계_운전데이터) 중 부하 정보, 주축 회전수 정보 각각에 대한 비정상 점수(Anormaly Score)를 기초로 하여 기계 운전 데이터 관련 임계값(C_j, C_1, C_2)을 생성한다. 또한, 정상 상태라고 판정된 기계 상태 정보 데이터(기계_상태데이터) 중 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보 각각에 대한 각각에 대한 비정상 점수(Anormaly Score)를 기초로 하여 기계 상태 데이터 관련 임계값(C_j, C_3, C_4, C_5)를 생성한다. Machine state information data (machine_status data) includes vibration information, temperature information, It may include at least one selected from among sound information. The state determination unit 40 sets a threshold value related to machine operation data based on an abnormality score for each of the load information and the spindle rotation speed information among the machine operation information data (machine_driving data) determined to be in a normal state. C_j, C_1, C_2) are created. In addition, the threshold value (C_j , C_3, C_4, C_5).

여기서, 상태진단모델(30)은 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 입력으로 하여 각각의 비정상 점수(AS_j, AS_1, AS_2, AS_3, AS_4, AS_5)를 출력한다. 상태 판정부(40)는 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 입력으로 하여 각각의 비정상 점수(AS_j, AS_1, AS_2, AS_3, AS_4, AS_5)들과, 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보에 대한 각 임계값(C_i, C_i, C_1, C_2, C_3, C_4)들을 각각 매칭하여 비교한다. 상태 판정부(40)는 비정상 점수(AS_j)가 임계값(C_j)을 초과하는 정보의 종류의 수가 많을수록 판정의 신뢰도가 증가하는 것으로 평가할 수 있다.Here, the condition diagnosis model 30 outputs each of the abnormal scores (AS_j, AS_1, AS_2, AS_3, AS_4, AS_5) by taking load information, spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information as inputs. The state determination unit 40 receives the load information, the spindle speed information, the vibration information, the temperature information, and the sound information as inputs, and obtains the respective abnormal scores (AS_j, AS_1, AS_2, AS_3, AS_4, AS_5), load information, The respective threshold values (C_i, C_i, C_1, C_2, C_3, C_4) for the spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information are matched and compared. The state determination unit 40 may evaluate that the reliability of the determination increases as the number of types of information in which the abnormality score AS_j exceeds the threshold value C_j increases.

예를들어, 상태 판정부(40)는 부하 정보로 출력된 비정상 점수(AS_1)가 매칭되는 부하 정보에 관한 임계값(C_1)을 초과하며, 진동 정보로 출력된 비정상 점수(AS_3)가 매칭되는 부하 정보에 관한 임계값(C_3)을 동시에 초과하는 경우 이상 상태라고 더 높은 신뢰도로 추정할 수 있다.For example, the state determination unit 40 determines that the abnormal score AS_1 output as load information exceeds the threshold value C_1 for matched load information, and the abnormal score AS_3 output as vibration information matches. When the load information critical value (C_3) is exceeded at the same time, it can be estimated with higher reliability that it is an abnormal state.

<제2 실시예><Second Embodiment>

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법 및 장치는 작업 조건 저장부(60)와 작업 조건 분류부(70)을 더 포함한다. As shown in FIG. 2 , the method and apparatus for intelligent monitoring and diagnosis of an IoT-based machine tool according to the second embodiment of the present invention further include a working condition storage unit 60 and a working condition classifying unit 70.

도 2에 도시된 바와 같이, 작업 조건 저장부(60)는 공작 기계에 의해 진행되는 작업의 공구 정보, 피가공 소재 정보, 가공 형상 정보, 시간당 절삭량 정보, 시간당 절삭속도 정보, 주축 회전속도 정보, 이송축 이송속도, 총 가동 시간 정보 중 적어도 하나를 포함하는 작업 조건에 관한 정보작업 _데이터)를 저장한다.As shown in FIG. 2, the working condition storage unit 60 includes tool information, workpiece material information, processing shape information, cutting amount information per hour, cutting speed information per hour, spindle rotation speed information, Stores information about work conditions including at least one of feed axis feed speed and total operation time information (work_data).

작업 조건 분류부(70)는 임의의 작업 조건에 관한 정보(작업 _데이터)가 기존의 작업 조건 분류 군(클라스) 중 하나로부터 일정 범위 이내인 경우 동일 작업 조건 군(클라스, W_i)으로 분류한다.The working condition classification unit 70 classifies information (task_data) on a given working condition into the same working condition group (class, W_i) if it is within a certain range from one of the existing working condition classification groups (classes). .

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, AI 학습부(20)는 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 분류가 된 상태에서 상기 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 학습한다. 상태진단모델(30)은 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 입력으로 "비정상 점수(AS_i, Anormaly Score)"를 출력한다.At this time, as shown in FIG. 2, the AI learning unit 20 learns the machine information data (machine_data) in a state in which it is classified for each working condition group (class, W_i). The state diagnosis model 30 outputs "Anormaly Score (AS_i)" by inputting machine information data (machine_data) for each working condition group (class, W_i).

도 2에 도시된 바와 같이, 기계 정보 데이터(기계_데이터)는 전류 센서, 전압 센서, 또는 부하 센서로부터 각각 습득된 부하 정보와, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기계 정보 데이터이다. AI 학습부(20)는 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 분류가 된 상태에서 상기 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 학습한다. 상태 판정부(40)는 정상 상태라고 판정된 부하 정보, 주축 회전수 정보 , 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 기초로 하여 각각에 대하여 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 기계 데이터 관련 임계값(C_ij, C_i1, C_i2, C_i3, C_i4, C_i5)를 생성한다.As shown in FIG. 2, machine information data (machine_data) is at least one selected from load information obtained from a current sensor, a voltage sensor, or a load sensor, spindle rotation speed information, vibration information, temperature information, and sound information. It is machine information data containing one. The AI learning unit 20 learns the machine information data (machine_data) in a state in which it is classified for each working condition group (class, W_i). The state determination unit 40 determines the machine data-related threshold value for each working condition group (class, W_i) based on the load information, spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information determined to be in a normal state ( C_ij, C_i1, C_i2, C_i3, C_i4, C_i5).

상태진단모델(30)은 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 입력으로 하여 각각의 비정상 점수(AS_ij, AS_i1, AS_i2, AS_i3, AS_i4, AS_i5)를 출력한다. 상태 판정부(40)는 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 입력으로 하여 각각의 비정상 점수(AS_ij, AS_i1, AS_i2, AS_i3, AS_i4, AS_i5)들과, 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보에 대한 각 임계값(C_ij, C_i1, C_i2, C_i3, C_i4, C_i5)들을 각각 매칭하여 비교한다. 상태 판정부(40)는 비정상 점수(AS_j)가 임계값(C_j)을 초과하는 정보의 종류의 수가 많을 수록 판정의 신뢰도가 증가하는 것으로 평가한다.The state diagnosis model 30 takes load information, spindle rotation speed information, vibration information, temperature information, and sound information for each work condition group (class, W_i) as input, and each abnormal score (AS_ij, AS_i1, AS_i2, AS_i3, AS_i4 , AS_i5). The state determining unit 40 takes load information, spindle rotation speed information, vibration information, temperature information, and sound information for each working condition group (class, W_i) as inputs, and generates respective abnormal scores (AS_ij, AS_i1, AS_i2, AS_i3, AS_i4 , AS_i5) and the respective threshold values (C_ij, C_i1, C_i2, C_i3, C_i4, C_i5) for load information, spindle rotation speed information, vibration information, temperature information, and sound information are matched and compared. The state determination unit 40 evaluates that the reliability of the determination increases as the number of types of information in which the abnormality score AS_j exceeds the threshold value C_j increases.

도 3은 본 발명에 사용된 이상 감지 방법(Anormaly Detection) 개념 설명도, 도 4는 통상의 이상 감지 방법(Anormaly Detection)에 사용된 MNIST 데이터, 도 5은 통상의 MNIST 데이터의 이상 감지 방법(Anormaly Detection) 적용예이다. 도 6은 인공지능 모델을 "0"로만 교육을 시키고 0, 9, 6, 4, 8, 3 등 무작위로 비정상 점수를 계산하였을 때의 결과 및 분포를 보여준다. 본 발명의 출원일 이전에 공지된 논문 및 특허 선행서류에 기재된 인공지능 이상 감지 방법(Anormaly Detection)과 관련된 내용은 본 발명의 명세서에 기재된 것으로 보며 인공지능 이상 감지 방법(Anormaly Detection)에 대한 구체적인 기재에 관해서는 본 발명의 명세서에 상세한 기재는 생략하여 이를 이유로 본 발명이 불명하게 된다고 볼수 없다.3 is a conceptual diagram of an abnormality detection method used in the present invention, FIG. 4 is MNIST data used in a normal abnormality detection method, and FIG. 5 is an abnormality detection method of normal MNIST data (Anormaly Detection). Detection) application example. Figure 6 shows the results and distribution when the artificial intelligence model is trained with only "0" and randomly calculated abnormal scores such as 0, 9, 6, 4, 8, and 3. The contents related to the artificial intelligence abnormality detection method (Anormaly Detection) described in the papers and patent prior documents known before the filing date of the present invention are considered to be described in the specification of the present invention, and the specific description of the artificial intelligence abnormality detection method (Anormaly Detection) As for the detailed description in the specification of the present invention, it cannot be seen that the present invention is obscured for this reason.

도 6은 본 발명의 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법에 대한 시험 방법 설명도, 도 7은 도 6에 따른 측정 데이터(진동) RMS 값 결과, 도 8은 도 6에 따른 측정 데이터의 Anomaly Detection 분석결과, 도 9는 도 7의 측정 데이터의 RMS 값 vs Anomaly Detection 분석결과 비교도이다.6 is a diagram illustrating a test method for an intelligent monitoring and diagnosis method for an IoT-based machine tool according to the present invention, FIG. 7 is an RMS value result of measurement data (vibration) according to FIG. 6, and FIG. 8 is an Anomaly Detection of measurement data according to FIG. As a result of the analysis, FIG. 9 is a comparison diagram of the RMS value of the measurement data of FIG. 7 vs. the Anomaly Detection analysis result.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용된 데이터를 얻기 위한 베어링 열화 시험 장치 사양은 다음과 같다. As shown in FIG. 6, the specifications of the bearing deterioration test apparatus for obtaining data used in the present invention are as follows.

-. 하중 : 반경/축방향 (50kN), 최대 회전 속도 : 3000 rpm, 가속도, 온도, 토크 측정, 하중 profile 적용-. Load: radial/axial (50kN), maximum rotational speed: 3000 rpm, acceleration, temperature, torque measurement, load profile application

-. 시험 내용(베어링 열화 시험) : 측정시간 : 3월 18일 ~ 6월 17일, 총 데이터 수 : 20,516개, 데이터 정보, 4채널 진동신호, 저장시간 : 60 sec, 시험 베어링 수 : 18개, 파손 베어링 : 18게-. Test content (bearing deterioration test): Measurement time: March 18th to June 17th, total number of data: 20,516, data information, 4-channel vibration signal, storage time: 60 sec, number of test bearings: 18, damage Bearing: 18

도 7은 도 6에 따른 측정 데이터(진동) RMS 값 결과을 보여준다. 진동 레벨은 점점 증가하다가 베어링 파손 직전에 급증하는 모습을 보인다. 도 8은 도 7의 진동값에 대하여 상태진단모델(30)을 이용하여 Anomaly Detection 분석결과를 보여준다. 도 9는 도 7의 측정 데이터의 RMS 값 vs Anomaly Detection 분석결과 비교도이다. 18개의 베어링 파손이 발생하였고 상태진단모델(30) 및 상태 판정부(40)가 72% 정도의 정확도로 베어링 손상을 검출(예측)하였다. 하지만 전술한 시험 및 분석 결과는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 실시예(습득된 데이터를 모델에 적용한 일실시에 불과함.)에 불과하며 본 발명을 이용한 손상 예측 및 진단 성능이 상기한 결과에 한정된다는 것은 아니다.FIG. 7 shows the RMS value results of the measured data (vibration) according to FIG. 6 . The vibration level gradually increases and then spikes just before bearing failure. FIG. 8 shows the Anomaly Detection analysis result using the state diagnosis model 30 for the vibration value of FIG. 7 . FIG. 9 is a comparison diagram of RMS values of the measured data of FIG. 7 versus Anomaly Detection analysis results. 18 bearing damage occurred, and the condition diagnosis model 30 and the condition determination unit 40 detected (predicted) bearing damage with an accuracy of about 72%. However, the above-mentioned test and analysis results are only one embodiment (applying the acquired data to a model) for explaining the present invention, and the damage prediction and diagnosis performance using the present invention is based on the above results. It is not limited.

본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in relation to the preferred embodiments mentioned above, the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and the scope of the present invention is defined by the following claims, and the scope equivalent to the present invention It will contain various modifications and variations pertaining to.

아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.The reference numerals described in the claims below are merely to aid understanding of the invention and do not affect the interpretation of the scope of rights, and the scope of rights should not be interpreted narrowly by the reference numerals described.

10 : 기계 정보 수집부
20 : AI 학습부
30 : 상태진단모델
40 : 상태 판정부
50 : 제어부
60 : 작업 조건 저장부
70 : 작업 조건 분류부
10: machine information collection unit
20: AI learning unit
30: condition diagnosis model
40: state determination unit
50: control unit
60: working condition storage unit
70: working condition classification unit

Claims (7)

기계 정보 수집부(10)가 회전수, 진동, 음향, 온도, 전류, 전압, 부하 중에서 선택된 적어도 하나의 센서로부터 습득된 공작 기계의 기계 정보 데이터(기계_데이터)와 상태 판정 결과(정상, 비정상, 고장, 고장 전단계, 스코어 )를 포함하는 학습데이터를 습득하는, 학습데이터 습득단계(S10)와;

AI 학습부(20)가 상기 학습데이터를 이용하여 기계 정보 데이터(기계_데이터) 입력에 의하여 공작기계의 상태 진단 정보(이상 점수)를 출력하는 상태진단모델을 학습시키는, 상태진단모델 학습단계(S20)와;

학습 완료된 상태진단모델(30)이 공작 기계 정보 데이터(기계_데이터)가 입력되면 공작기계의 상태 진단 정보를 출력하는, 상태 진단 정보 출력 단계(S30);를 포함하여 구성되되,

상기 상태진단모델 학습단계(S20)에서 상태 판정 결과가 "정상"으로 판정된 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 학습시키고,

상기 상태 진단 정보 출력 단계(S30);에서 상태진단모델(30)은 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 입력으로 하여 "비정상 점수(Anormaly Score)"를 출력하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법.
The machine information collection unit 10 acquires machine information data (machine_data) of the machine tool from at least one sensor selected from among rotation speed, vibration, sound, temperature, current, voltage, and load, and a state determination result (normal or abnormal). Learning data acquisition step (S10) of acquiring learning data including failure, pre-failure, score);

A condition diagnosis model learning step in which the AI learning unit 20 uses the learning data to learn a condition diagnosis model that outputs condition diagnosis information (abnormal score) of the machine tool by inputting machine information data (machine_data) ( S20) and;

A state diagnosis information output step (S30) of outputting state diagnosis information of the machine tool when the learned state diagnosis model 30 receives machine tool information data (machine_data);

In the state diagnosis model learning step (S20), machine information data (machine_data) for which the state determination result is determined to be “normal” is learned;

In the state diagnosis information output step (S30), the state diagnosis model 30 takes machine information data (machine_data) as an input and outputs an "abnormality score" of the IoT-based machine tool, characterized in that Intelligent monitoring diagnostic method.
제1항에 있어서,
상태 판정부(40)가 상기 상태진단모델(30)이 출력한 상태 진단 정보, 즉 비정상 점수를 기초로 하여 공작 기계의 상태를 정상 또는 비정상으로 판정하는 상태 판정 단계(S40)와;

제어부(50)가 상기 상태 판정부(40)에서 판단된 상태 판정 결과(정상, 비정상)를 기초로 공작 기계 제어 신호를 발생하거나 서버, 관리자 단말기에 상태 진단 결과(알람)를 제공하는 제어 알람 단계(S50);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법.
According to claim 1,
a state determination step (S40) in which the state determination unit 40 determines the state of the machine tool as normal or abnormal based on the state diagnosis information output from the state diagnosis model 30, that is, the abnormal score;

A control alarm step in which the control unit 50 generates a machine tool control signal based on the status determination result (normal or abnormal) determined by the status determination unit 40 or provides a status diagnosis result (alarm) to a server or manager terminal. (S50);
Intelligent monitoring and diagnosis method for IoT-based machine tools, characterized in that configured to further include.
제2항에 있어서,
상태 판정부(40)는 정상 상태라고 판정된 기계 정보 데이터(기계_Data)의 비정상 점수(Anormaly Score)를 기초로 하여 임계값(C)을 설정하고,

상기 상태 판정부(40)는 상기 "비정상 점수(Anormaly Score)"가 상기 임계값(C)을 초과하는 경우, 현재의 상태를 비정상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 장진단 방법.
According to claim 2,
The state determining unit 40 sets a threshold value C based on an abnormality score of the machine information data (Machine_Data) determined to be in a normal state;

The state determination unit 40 determines the current state as abnormal when the "Anormaly Score" exceeds the threshold value C, characterized in that the IoT-based machine tool intelligent monitoring diagnosis device diagnostic method.
제3항에 있어서,
상기 기계 정보 데이터(기계_데이터)는
주축 모터 또는 이송축 모터의 부하를 모니터링하는 전류 센서, 전압 센서, 또는 부하 센서로부터 각각 습득된 부하 정보와, 주축 회전수 정보 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기계 운전 정보 데이터(기계_운전데이터)와,

주축 헤드, 공작 기계 구조체(기체)에 설치된 진동 센서, 온도 센서, 공작 기계 구조체(기체)에 인접하여 설치된 음향센서 로부터 각각 습득된 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기계 상태 정보 데이터(기계_상태데이터),를 포함하여 구성되고,

상기 상태 판정부(40)는 정상 상태라고 판정된 기계 운전 정보 데이터(기계_운전데이터) 중 부하 정보, 주축 회전수 정보 각각에 대한 비정상 점수(Anormaly Score)를 기초로 하여 기계 운전 데이터 관련 임계값(C_j, C_1, C_2)을 생성하고, 또한, 정상 상태라고 판정된 기계 상태 정보 데이터(기계_상태데이터) 중 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보 각각에 대한 각각에 대한 비정상 점수(Anormaly Score)를 기초로 하여 기계 상태 데이터 관련 임계값(C_j, C_3, C_4, C_5)를 생성하고,

상기 상태진단모델(30)은 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 입력으로 하여 각각의 비정상 점수(AS_j, AS_1, AS_2, AS_3, AS_4, AS_5)를 출력하고,

상기 상태 판정부(40)는 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 입력으로 하여 각각의 비정상 점수(AS_j, AS_1, AS_2, AS_3, AS_4, AS_5)들과, 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보에 대한 각 임계값(C_i, C_i, C_1, C_2, C_3, C_4)들을 각각 매칭하여 비교하고,

상기 상태 판정부(40)는 비정상 점수(AS_j)가 임계값(C_j)을 초과하는 정보의 종류의 수가 많을 수록 판정의 신뢰도가 증가하는 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법.
According to claim 3,
The machine information data (machine_data) is
Machine operation information data (machine_operation data) including at least one selected from among load information acquired from a current sensor, a voltage sensor, or a load sensor that monitors the load of the main shaft motor or transfer shaft motor, respectively, and the spindle speed information ,

A machine state including at least one selected from vibration information, temperature information, and sound information obtained from a vibration sensor, a temperature sensor, and an acoustic sensor installed adjacent to a spindle head, a machine tool structure (body), and an acoustic sensor installed adjacent to a machine tool structure (body) It is composed of information data (machine_state data),

The state determination unit 40 sets a threshold value related to the machine operation data based on an abnormality score for each of the load information and the spindle speed information among the machine operation information data (machine_driving data) determined to be in a normal state. (C_j, C_1, C_2) is generated, and an abnormality score for each of vibration information, temperature information, and sound information among machine state information data (machine_state data) determined to be in a normal state is obtained. Based on the machine state data related thresholds (C_j, C_3, C_4, C_5) are generated,

The condition diagnosis model 30 outputs each abnormal score (AS_j, AS_1, AS_2, AS_3, AS_4, AS_5) by taking load information, spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information as inputs,

The state determination unit 40 receives load information, spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information as inputs, and each of the abnormal scores (AS_j, AS_1, AS_2, AS_3, AS_4, AS_5) and load information , Each threshold value (C_i, C_i, C_1, C_2, C_3, C_4) for spindle rotation speed information, vibration information, temperature information, and sound information is matched and compared, respectively,

The state determination unit 40 evaluates that the reliability of determination increases as the number of types of information in which the abnormal score AS_j exceeds the threshold value C_j increases, characterized in that for intelligent monitoring diagnosis of IoT-based machine tools. method.
제3항에 있어서,
상기 공작 기계에 의해 진행되는 작업의 공구 정보, 피가공 소재 정보, 가공 형상 정보, 시간당 절삭량 정보, 시간당 절삭속도 정보, 주축 회전속도 정보, 이송축 이송속도, 총 가동 시간 정보 중 적어도 하나를 포함하는 작업 조건에 관한 정보작업 _데이터)를 저장하는, 작업 조건 저장부(60)와;

임의의 작업 조건에 관한 정보(작업 _데이터)가 기존의 작업 조건 분류 군(클라스) 중 하나로부터 일정 범위 이내인 경우 동일 작업 조건 군(클라스, W_i)로 분류하는 작업 조건 분류부(70);를 더 포함하여 구성되고,

AI 학습부(20)는 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 분류가 된 상태에서 상기 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 학습하고,

상기 상태진단모델(30)은 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 입력으로 "비정상 점수(AS_i, Anormaly Score)"를 출력하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법.
According to claim 3,
At least one of tool information, workpiece material information, processing shape information, cutting amount information per hour, cutting speed information per hour, spindle rotation speed information, feed shaft feed speed, and total operation time information of the work performed by the machine tool a working condition storage unit 60 that stores information about working conditions (work_data);

A work condition classification unit 70 that classifies information (task_data) on a given work condition into the same work condition group (class, W_i) when it is within a certain range from one of the existing work condition classification groups (classes); It is composed of further including,

The AI learning unit 20 learns the machine information data (machine_data) in a state in which it is classified for each working condition group (class, W_i),

The state diagnosis model 30 is an IoT-based machine tool, characterized in that it outputs an "Anormaly Score (AS_i)" by inputting machine information data (machine_data) for each working condition group (class, W_i). Intelligent monitoring diagnostic method.
제4항에 있어서,
상기 공작 기계에 의해 진행되는 작업의 공구 정보, 피가공 소재 정보, 가공 형상 정보, 시간당 절삭량 정보, 시간당 절삭속도 정보, 주축 회전속도 정보, 이송축 이송속도, 총 가동 시간 정보 중 적어도 하나를 포함하는 작업 조건에 관한 정보작업 _데이터)를 저장하는, 작업 조건 저장부(60)와;

임의의 작업 조건에 관한 정보(작업 _데이터)가 기존의 작업 조건 분류 군(클라스) 중 하나로부터 일정 범위 이내인 경우 동일 작업 조건 군(클라스, W_i)로 분류하는 작업 조건 분류부(70);를 더 포함하여 구성되고,

상기 기계 정보 데이터(기계_데이터)는 전류 센서, 전압 센서, 또는 부하 센서로부터 각각 습득된 부하 정보와, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기계 정보 데이터이고,

AI 학습부(20)는 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 분류가 된 상태에서 상기 기계 정보 데이터(기계_데이터)를 학습하고,

상기 상태 판정부(40)는 정상 상태라고 판정된 부하 정보, 주축 회전수 정보 , 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 기초로 하여 각각에 대하여 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 기계 데이터 관련 임계값(C_ij, C_i1, C_i2, C_i3, C_i4, C_i5)를 생성하고,

상기 상태진단모델(30)은 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 입력으로 하여 각각의 비정상 점수(AS_ij, AS_i1, AS_i2, AS_i3, AS_i4, AS_i5)를 출력하고,

상기 상태 판정부(40)는 작업 조건 군(클라스, W_i) 별로 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보를 입력으로 하여 각각의 비정상 점수(AS_ij, AS_i1, AS_i2, AS_i3, AS_i4, AS_i5)들과, 부하 정보, 주축 회전수 정보, 진동 정보, 온도 정보, 음향 정보에 대한 각 임계값(C_ij, C_i1, C_i2, C_i3, C_i4, C_i5)들을 각각 매칭하여 비교하고,

상기 상태 판정부(40)는 비정상 점수(AS_j)가 임계값(C_j)을 초과하는 정보의 종류의 수가 많을 수록 판정의 신뢰도가 증가하는 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 방법.
According to claim 4,
At least one of tool information, workpiece material information, processing shape information, cutting amount information per hour, cutting speed information per hour, spindle rotation speed information, feed shaft feed speed, and total operation time information of the work performed by the machine tool a working condition storage unit 60 that stores information about working conditions (work_data);

A work condition classification unit 70 that classifies information (task_data) on a given work condition into the same work condition group (class, W_i) when it is within a certain range from one of the existing work condition classification groups (classes); It is composed of further including,

The machine information data (machine_data) includes load information obtained from a current sensor, a voltage sensor, or a load sensor, and at least one selected from spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information. ego,

The AI learning unit 20 learns the machine information data (machine_data) in a state in which it is classified for each working condition group (class, W_i),

The state determination unit 40 sets a threshold value related to machine data for each working condition group (class, W_i) based on the load information, spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information determined to be in a normal state. create (C_ij, C_i1, C_i2, C_i3, C_i4, C_i5),

The state diagnosis model 30 takes load information, spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information for each working condition group (class, W_i) as inputs, and each abnormal score (AS_ij, AS_i1, AS_i2, AS_i3, AS_i4, AS_i5) output,

The state determination unit 40 receives load information, spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information for each working condition group (class, W_i) as inputs, and sets each abnormality score (AS_ij, AS_i1, AS_i2, AS_i3, AS_i4, AS_i5) and each threshold value (C_ij, C_i1, C_i2, C_i3, C_i4, C_i5) for load information, spindle speed information, vibration information, temperature information, and sound information are matched and compared, respectively,

The state determination unit 40 evaluates that the reliability of determination increases as the number of types of information in which the abnormal score AS_j exceeds the threshold value C_j increases, characterized in that for intelligent monitoring diagnosis of IoT-based machine tools. method.
회전수, 진동, 음향, 온도, 전류, 전압, 부하 중에서 선택된 적어도 하나의 센서로부터 습득된 공작 기계의 기계 정보 데이터(기계_데이터)와 상태 판정 결과(정상, 비정상, 고장, 고장 전단계, 스코어 )를 포함하는 학습데이터를 습득하는, 기계 정보 수집부(10)와;

학습데이터를 이용하여 기계 정보 데이터(기계_데이터) 입력에 의하여 공작기계의 상태 진단 정보(이상 점수)를 출력하는 상태진단모델을 학습시키고, AI 학습부(20)와;

공작 기계 정보 데이터(기계_데이터)가 입력되면 공작기계의 상태 진단 정보를 "비정상 점수(Anormaly Score)"로 출력하는, 상태진단모델(30)과;

상기 상태진단모델(30)이 출력한 상태 진단 정보, 즉 "비정상 점수"를 기초로 하여 공작 기계의 상태를 정상 또는 비정상으로 판정하는, 상태 판정부(40)와;

상기 상태 판정부(40)에서 판단된 상태 판정 결과(정상, 비정상)를 기초로 공작 기계 제어 신호를 발생하거나 서버, 관리자 단말기에 상태 진단 결과(알람)를 제공하는, 제어부(50)와;

상기 공작 기계에 의해 진행되는 작업의 공구 정보, 피가공 소재 정보, 가공 형상 정보, 시간당 절삭량 정보, 시간당 절삭속도 정보, 주축 회전속도 정보, 이송축 이송속도, 총 가동 시간 정보 중 적어도 하나를 포함하는 작업 조건에 관한 정보작업 _데이터)를 저장하는, 작업 조건 저장부(60)와;

임의의 작업 조건에 관한 정보(작업 _데이터)가 기존의 작업 조건 분류 군(클라스) 중 하나로부터 일정 범위 이내인 경우 동일 작업 조건 군(클라스, W_i)로 분류하는 작업 조건 분류부(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 공작기계의 지능형 모니터링 진단 장치.
Machine information data (machine_data) and state judgment result (normal, abnormal, failure, pre-failure stage, score) of the machine tool obtained from at least one sensor selected from among rotation speed, vibration, sound, temperature, current, voltage, and load A machine information collection unit 10 that acquires learning data including;

Learning a condition diagnosis model that outputs condition diagnosis information (abnormal score) of a machine tool by inputting machine information data (machine_data) using learning data, and an AI learning unit 20;

a condition diagnosis model 30 that outputs condition diagnosis information of the machine tool as an "abnormality score" when machine tool information data (machine_data) is input;

a state determination unit 40 that determines whether the state of the machine tool is normal or abnormal based on state diagnosis information output from the state diagnosis model 30, that is, "abnormal score";

a control unit 50 that generates a machine tool control signal based on the state determination result (normal or abnormal) determined by the state determination unit 40 or provides a state diagnosis result (alarm) to a server or manager terminal;

At least one of tool information, workpiece material information, processing shape information, cutting amount information per hour, cutting speed information per hour, spindle rotation speed information, feed shaft feed speed, and total operation time information of the work performed by the machine tool a working condition storage unit 60 that stores information about working conditions (work_data);

A work condition classification unit 70 that classifies information (task_data) on a given work condition into the same work condition group (class, W_i) when it is within a certain range from one of the existing work condition classification groups (classes); Intelligent monitoring and diagnostic device for IoT-based machine tools, characterized in that configured to include.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102626346B1 (en) * 2023-09-04 2024-01-17 주식회사 올니스 Method and apparatus for detecting whether a machine tool is in a state of wear and tear

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102626346B1 (en) * 2023-09-04 2024-01-17 주식회사 올니스 Method and apparatus for detecting whether a machine tool is in a state of wear and tear
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