KR20240024508A - IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법을 제공한다. 본 발명은, 제어부가 전달받은 센싱값을 미리 저장되어 있는 기본 데이터 값과 비교하여서 노후 공작기계의 각 구성장치 중 불량 노후 장치, 및 상기 불량 노후 장치가 아닌 양호 노후 장치의 교체 예정 시기를 예측하여 교체 예정시기가 설정 시기보다 빠른 양호 노후 장치를 교체 필요 장치로 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 구성장치의 교체 시기를 실시간으로 파악할 수 있고, 특정 부품(또는 툴)의 노화 정도 또는 교체 여부를 확인할 수 있다.

Description

IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법{Replacement Control Method for Aging Machine Tools Using IoT}
본 발명은 노후 공작기계의 교체 제어 수행 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IoT를 이용하여, 공작기계를 실시간으로 감시하여 공작기계의 작동 상태를 확인하고 공작기계 부품의 교체 여부를 판단할 수 있도록 한 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법에 관한 것이다.
공작기계란 공구를 통해 피가공물의 가공을 수행하는 기계장치를 총칭한다.
이러한 공작기계를 작동시켜 가공을 수행할 경우에는 현재의 가공 상태를 육안으로 감시하거나 공작기계를 제어할 수 있도록 관리자가 공작기계의 주위에 상주했다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 고안된 제1선행특허문헌으로, 공개특허공보 제10-2006-0043943호(2006년 05월 16일, 공개)의 공작기계들의 원격 감시 및 제어 시스템이 있다.
상기한 제1선행특허문헌의 공작기계들의 원격 감시 및 제어 시스템은, 콘트롤러로부터 감시화면용 데이터를 수신하는 장치와, 상기 감시화면용 데이터를 기초로 감시화면을 화면에 표시하는 장치와, 상기 콘트롤러에 키보드 신호를 전송하여 상기 공작기계들을 제어하는 장치를 포함한다.
또한, 상기한 제1선행특허문헌의 공작기계들의 원격 감시 및 제어 시스템은, 상기 감시화면에는 접속된 콘트롤러에 대한 정보를 표시하는 콘트롤러 정보창과, 접속된 공작기계의 동작 화면을 표시하는 화면 전송창을 포함한다.
그리고 후술하는 본 발명과 관련된 제2선행특허문헌으로, 등록특허공보 제10-2274862호(2021년 07월 02일, 등록)의 공작기계의 작동 감시 시스템이 있다.
상기한 제2선행특허문헌의 공작기계의 작동 감시 시스템은, 재료에 대한 절삭 가공을 행하는 공작기계의 이상 작동을 검출하는 시스템으로서, 복수개의 각 공작 기계에 있어서 구동모터에 있어서의 토오크, 또는 속도가 정상적인 작동에 의한 범위 내를 넘은 경우, 또는 해당 구동모터에 의해서 작동하는 해당 공작기계에 대한 구성 부분 및 상기 재료의 왕복 이동 또는 회전 이동에 있어서의 이동 위치가 소정의 정상적인 작동에 의한 영역의 범위를 넘은 경우에, 각 공작 기계에 구비하고 있는 반사표시판을 공장 내의 조명광을 반사할 수 있는 위치로 이동시키는 것에 의해서, 해당 반사광을 각 공작 기계를 촬영하고 있는 카메라에 투영하고, 해당 투영에 관계된 영상에 대한 감시에 의해서 작동 이상이 발생하고 있는 공작기계를 특정한다.
또한, 상기한 제2선행특허문헌의 공작기계의 작동 감시 시스템은, 상기 토오크 또는 상기 속도 또는 상기 작동 위치에 있어서의 정상적인 작동 범위를 기준으로 해서 구동모터에 대한 입력전압 또는 입력전류를 설정하고, 각 공작기계에 번호를 붙이고, 작동 이상의 검출에 의해서 특정된 공작기계를 번호의 영상 표시에 의한 특정을 더 부가한다.
하지만, 상기한 제1,2선행특허문헌은, 공작기계의 작동 상태를 감시하여 예컨대, 노후화된 공작기계 부품의 교체 여부를 판단하는데 적용하기는 적당하지 않다는 문제점이 있다.
또한, 기계에 따라서 노후 장치의 교체시기가 달라지는 점을 고려하여, 빅데이터를 구축하고, 이와 더불어 현재 노후 장치의 상태를 실시간으로 파악하여서 노후 교체시기를 실시간으로 예측할 필요가 있다.
1. 특허공개특허공보 제10-2006-0043943호 2. 특허등록특허공보 제10-2274862호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, IoT를 이용하여서 공작기계를 실시간으로 감시하여 공작기계의 작동 상태를 확인하고 공작기계 부품의 교체 여부를 판단할 수 있도록 함과 동시에, 교체시기를 실기간으로 예측할 수 있는 한 공작기계의 실시간 감시 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 IIoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법은, 빅데이터를 이용하여 황삭, 중삭, 및 정삭에 따른 각각의 구성 장치의 적정 온도, 진동, 공구 회전수를 이용하여 설정된 교체기준 센싱값과, 각각의 현재기준 센싱값에 따라 제1스텝 및 제2스텝 과거 샘플링 구간에 설정된 제1 과거기준 및 제2 과거기준 센싱값과, 각각의 현재기준 센싱값에 따라 설정된 교체기준예상시기를 제어부가 저장하는 단계와, 제어부가, 각각의 구성 장치에 설치되는 온도센서, 진동센서, 카메라, 및 근접 센서를 포함하는 센서 모듈로부터 실시간으로부터 실제 센싱값을 전달받는 단계와, 상기 실제 센싱값과, 상기 교체기준 센싱값을 비교하여, 상기 구성 장치의 불량 여부를 판단하는 단계와, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 센싱값과 기준 센싱값들의 기울기 경향으로부터 교체기준예상시기를 재설정하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 구성 장치의 불량 여부를 판단하는 단계에서 구성장치가 불량이라고 판단되는 경우, 상기 불량이라고 판단되는 구성 장치를 사용자가 인식하도록 무선 통신을 이용하여서 사용자 단말기에 표시하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 구성장치의 교체기준예상시기를 재설정하는 단계는: 상기 현재 시점에서 얻어진 현재실제 센싱값(n)과, 상기 현재 전달된 센싱값과 동일값 또는 가장 근접한 값을 갖는 현재기준 센싱값(n')과, 제1 스텝 전의 과거기준 센싱값(n'-1)과, 제2 스텝 전의 과거기준 센싱값(n'-2)을 저장부에서 전달받는 단계; 상기 현재실제 센싱값(n) 및 현재기준 센싱값(n')의 차이값을 현재 센싱값차(e(n))를 얻는 단계; 상기 얻어진 현재 센싱값차(e(n))를 순차 지연 시켜서, 제1 스텝 전의 실제 센싱값(e(n-1))과, 제1 스텝 전의 과거기준 센싱값(e(n'-1)의 차이인 제1 스텝 전 센싱값차(Y(n-1))과, 제2 스텝 전의 실제 센싱값(e(n-2))과 제2 스텝 전의 과거기준 센싱값(e(n'-2))의 차이인 제2 스텝 전 센싱값차(Y(n-2))을 얻는 단계; 상기 현재기준 센싱값(n')과 제1 과거기준 센싱값(n'-1)과, 제2 과거기준 센싱값(n'-2)의 기울기 추세와, 현재 센싱값차(e(n))와, 제1 스텝 전 센싱값차(Y(n-1))와, 제2 스텝 전 센싱값차(Y(n-2))의 기울기 추세를 비교하는 단계; 및 상기 비교된 추세를 이용하여서, 미래의 센싱 차이값 추세를 예측하고, 이를 기준으로 상기 각 구성 장치의 교체 시기를 실시간으로 재설정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제어부가, 상기 카메라로부터 수신한 상기 영상을 이미지 처리하는 단계와; 출력되는 상기 온도센서의 온도에 따른 저항값을 계산하고, 상기 저항값과 온도값의 함수를 이용하여 상기 공작기계의 작동시의 온도를 연산하여 영상처리장치에 입력하는 단계와; 상기 영상처리장치는 입력된 상기 온도를 포함하는 입력된 데이터를 상기 영상에 입력하는 단계와; 상기 영상처리장치에 입력된 온도값(T)이 소정 온도 이상이면 경고창에 삽입되게 하는 단계와; 상기 영상처리장치에 입력된 상기 진동센서의 전압값(V)이 5V 이상인지 판단하여 전압값(V)이 5V 이상이면, 경고창에 삽입되게 하는 단계와; 이미지 처리된 상기 영상, 상기 온도센서 및 상기 진동센서의 데이터를 스트리밍하여 원격지의 적어도 하나의 모니터링 장치에 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공작기계가 가공한 공작물의 가공 수량을 파악하기 위해 상기 제어부에 상기 공작기계에 설치된 제1근접센서로부터 데이터를 실시간으로 입력받아 처리하는 단계와; 상기 제1근접센서가 입력한 데이터에서 인터럽트가 발생하였는지 판단하되, 상기 인터럽트가 발생하였다면, 카운트 출력하여, 상기 영상처리장치에 입력하여 상기 모니터링 장치로 출력되게 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 공작기계의 회전수(RPM)를 측정하기 위해 상기 공작기계에 설치된 제2근접센서로부터 데이터를 실시간으로 입력받아 처리하는 단계와; 상기 제2근접센서가 입력한 데이터에서 인터럽트가 발생하였는지 판단하되, 상기 인터럽트가 발생하였다면, 상기 제2근접센서의 라이징 타임과 폴링 타임 사이의 시간을 기록하는 단계와; 상기 라이징 타임과 폴링 타임의 시간 기록 존재 여부를 판단하여, 상기 공작기계의 RPM을 계산 및 출력하여, 상기 영상처리장치에 입력하여 상기 모니터링 장치로 출력되게 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, IoT를 이용하여서 작동하는 공작기계를 촬영하고, 여기에 온도센서 및 진동센서를 적용하여 작동하는 공작기계의 온도 및 진동 정도를 측정한 데이터와 영상을 출력함으로써, 원격지에서 황삭, 중삭, 정삭에 따라서 공작기계의 작동 상태를 육안으로 판단할 수 있고, 공작기계가 소정 온도로 상승하거나 진동을 하면 공작기계의 특정 부품(또는 툴)의 교체 여부를 확인할 수 있다.
또한, 빅데이터를 바탕으로 현재 상태로 작동시킬 경우 구성장치의 교체 시기를 실시간으로 파악할 수 있고, 제1근접센서를 통해 획득한 데이터를 통해 공작기계의 생산성을 판단할 수 있으며, 제2근접센서를 통해 획득한 데이터를 통해 공작기계의 회전수(RPM) 또는 회전속도를 판단하여 공작기계의 정상 작동 여부를 확인할 수 있어, 특정 부품(또는 툴)의 노화 정도 또는 교체 여부를 확인할 수 있다.
따라서 고가의 공작기계를 전부 교체하지 않아도 되고, 교체 시기 또한 알 수 있으며, 저가의 장치들을 이용하여 본 발명을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공작기계의 실시간 감시 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법의 각 단계를 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 3은 도 2에서 제어부가 IoT를 이용한 실시간 교체 여부 판단 제어를 수행하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 4는 제어부가 센서모듈를 비롯한 주변 장치와 함께 제어 수행하는 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온도센서 및 진동센서로부터 획득한 데이터가 출력된 모니터링 장치의 모니터 화면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카운터 기능 및 시간이 출력된 모니터링 장치의 모니터 화면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정된 RPM 값이 출력된 모니터링 장치의 모니터 화면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 모니터링이 구현된 것을 보여주는 실시예 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법을 구현하는 공작기계의 실시간 감시 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록 구성도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 발명에 따른 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법을 구현하는 공작기계의 실시간 감시 시스템은, 예컨대, 노후화된 선반(lathe)과 같은 공작기계(1)의 일측에 설치되어 공작기계(1)의 작동 상태를 촬영하는 카메라(11), 진동센서(32), 온도센서(33), 카메라(11) 및 근접센서(40)를 포함하는 센싱 모듈(2)과, 상기 공작기계(1)의 다른 일측에 설치되어 외부에서 입력되는 신호들을 제어 처리하고 카메라(11)로부터 공작기계(1)의 작동 영상을 실시간으로 수신하여 외부로 상기 영상을 출력되도록 제어하는 제어부(3)를 포함하여 구성된다.
상기 제어부(3)는, 일종의 컴퓨터(PC)와 같은 기능을 하는 장치로, 초소형 및 초저가의 미니 개인용 컴퓨터인 라즈베리 파이(Raspberry Pi)를 적용할 수 있다.
따라서 상기 카메라(11)도 라즈베리 파이와 같은 초소형 컴퓨터에 연결 가능한 소형 카메라모듈을 적용할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 공작기계의 실시간 감시 시스템은, 상기 제어부(3)의 일측으로 적어도 하나가 설치되어 동작하는 공작기계(1)의 온도를 측정하는 온도센서(33)와, 상기 제어부(3)의 다른 일측으로 적어도 하나가 설치되어 동작하는 공작기계(1)의 진동 상태를 측정하는 진동센서(32)와, 상기 온도센서(33) 및 진동센서(32)의 아날로그 데이터가 디지털 신호 처리장치인 제어부(3)에 입력되게 하여 제어부(3)에서 아날로그 데이터가 디지털로 변환되도록 하여 처리 및 출력되도록 하는 AD 컨버터(Analogue-Digital Converter)(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 온도센서(33)는 온도의 변화에 따라 저항이 민감하게 변하는 저항체인 서미스터(Thermistor) 온도센서를 포함한다. 즉, 상기 서미스터 온도센서는 세라믹 재료의 온도에 따른 저항변화를 이용해서 온도를 측정하는 센서이다.
상기 진동센서(32)는 피에조 방식의 진동센서로, 감지된 진동이 전압(또는 전기) 신호로 변환됨으로써, 진동의 정도를 감지한다.
이러한 온도센서(33) 및 진동센서(32)는 아날로그 신호로 출력되며, 따라서 출력된 아날로그 신호를 디지털 장치인 제어부(3)에서 수신하여 처리하기 위해서 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터가 구비되는 것이다.
상기 AD 컨버터와 제어부(3)와는 2개의 통신선(SDA, SCL 선)만 구비하면 되고, 여러 개의 마스터나 슬레이브와 통신할 수 있고, 클럭 신호를 사용하는 동기식 통신 방식이어서 시간에 자유로운 12C(Inter-Integrated Circuit) 통신을 적용한다.
즉, 상기 온도센서(33)와 진동센서(32)의 감지 정보 또는 데이터가 아날로그 신호를 디지털 장치인 제어부(3)에 입력되기 위해서 상기 AD 컨버터가 설치되며, 이 AD 컨버터는 상기 온도센서(33)와 진동센서(32)로부터 전압값 등을 제어부(3)로 읽어오게 한다.
그리고 상기 AD 컨버터는 제어부(3)와 12C 통신을 통해 전압값 등을 제어부(3)에 전송한다.
또한, 본 발명에 따른 공작기계의 실시간 감시 시스템은, 상기 제어부(3)에서 수신한 영상을 후술하는 모니터링 장치(23a~23n)에서 출력되게 처리하는 이미지 처리장치(15)와, 상기 센서들(32,33)의 데이터를 이미지 처리장치(15)가 처리한 영상에 입력되어 후술하는 모니터링 장치(23a~23n)에서 출력되게 하는 영상처리장치(17)와, 이 영상처리장치(17)로부터 데이터가 입력된 영상을 스트리밍 출력되도록 하는 스트리밍 장치(19)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 공작기계의 실시간 감시 시스템에는, 상기 스트리밍 장치(19)로부터 수신한 영상을 출력하여 공작기계(1)의 작동 상태를 확인하여 공작기계(1) 부품의 교체 여부를 판단하는 적어도 하나의 모니터링 장치(23a~23n)와, 상기 스트리밍 장치(19)에서 원격지의 모니터링 장치(23a~23n)로 네트워크 통신을 통해 영상이 송신되게 하는 네트워크 장비(21)가 구비된다.
상기 모니터링 장치(23a~23n)는 모니터가 구비된 컴퓨터(PC)나 서버를 포함하여 구성된다.
그리고 네트워크 장비(21)는 인터넷 통신이 가능한 정도의 통상의 통신장비이면 충분하다.
또한, 상기 제어부(3)에는, 공작기계(1)의 공작물 가공량을 확인하기 위한 제1근접센서(41)가 연결 설치되고, 공작기계(1)의 RPM(회전수)을 측정하기 위한 제2근접센서(41)가 연결 설치된다.
상기 제어부(3)는 저장부(51) 및 연산부(53)를 포함할 수 있다. 상기 저장부(51)는, 빅데이터를 이용하여 구축한 각 구성 장치의 교체 필요 시점의 센싱값을 교체설정 센싱값으로 저장하고, 현재의 센싱값을 기준으로 상기 각 구성 장치의 교체 시기를 저장한다. 연산부(53)는 실시간으로 센서 모듈로부터 전달되는 센싱값과 교체설정 센싱값을 비교하고 연산한다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 공작기계의 실시간 감시 시스템을 이용한 본 발명에 따른 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2에는 본 발명에 따른 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법은, 제어부 저장 단계(S1000)와, 실제 센싱값 전달 단계(S2000)와, 불량 판단 단계(S3000)와, 교체기준시기 재설정 단계(S4000)를 포함한다.
제어부 저장 단계(S1000)는, 빅데이터를 이용하여 황삭, 중삭, 및 정삭에 따른 각각의 구성 장치의 적정 온도, 진동, 공구 회전수를 이용하여 설정된 교체기준 센싱값(N)과, 각각의 현재기준 센싱값(n')에 따라 제1스텝 및 제2스텝 과거 샘플링 구간에 설정된 제1 과거기준 및 제2 과거기준 센싱값(n'-1, n'-2)과, 각각의 현재기준 센싱값에 따라 설정된 교체기준 예상시기를 제어부가 저장하는 단계이다.
황삭 가공은 가공할 양이 많을 경우 최대한 절삭량을 크게 하여서 전체적인 모양을 만들어주기 위한 공정이다. 즉, 공작물의 다듬질에 필요한 가공 여유를 남기고 절삭하는 것이다.
중삭 가공은 황삭 가공후 가공변형, 열처리 변형 등이 다듬질의 정도에 영향을 주지 않도록 다듬질 여유를 남기고 절삭하는 공정이다.
정삭 가공은 정확한 치수로 가공하기 위하여 정밀하게 가공하는 것으로서, 남을 가공물을 천천히 깔끔하게 가공하는 공정이다.
상기 황삭, 중삭, 정삭에 맞추어서 공구 및 공작물에는 적정 온도가 발생하게 되고, 상기 온도 이상으로 열이 발생하는 것을 판단한다면 공구의 교체 시기를 예측할 수 있다.
또한, 상기 황삭, 중삭, 정삭에 맞추어서 적정 공구 회전수(rpm)값, 진동값을 갖는다. 상기 인자들을 조합하여서 교체기준 센싱값을 설정저장한다.
상기 센싱값은 시간 단위의 스텝의 간격단위로 설정하게 된다. 이에 따라서 현재기준 센싱값(n')과, 제1 스텝전의 제1 과거기준 센싱값(n'-1)과, 제2 스텝전의 제2 과거기준 센싱값(n'-2)을 이용하여서 교체기준예상시기를 저장한다.
실제 센싱값 전달 단계(S2000)는, 제어부가, 각각의 구성 장치에 설치되는 온도센서(33), 진동센서(32), 카메라(11), 및 근접 센서(40)를 포함하는 센서 모듈(2)로부터 실시간으로부터 실제 센싱값을 전달받는 단계이다.
상기 실제 센싱값 전달 단계 이전에, 교체전 노후 공작기계에 온도센서(33)와, 진동센서(32)와, 카메라(11) 및 근접 센서(40)를 포함하는 센서모듈(2)을 노후 공작기계의 각 구성장치에 접촉하거나 인접 설치할 수 있다. 이와 더불어 제어부(3)를 상기 센서모듈과 연결되도록 한다.
상기 온도센서(33)는 서미스터 온도센서를 포함할 수 있다. 상기 진동센서(32)는 피에조 진동센서를 포함할 수 있다. 근접센서(40)는 제1근접센서(41)와 제2 근접센서(43)를 포함할 수 있다. 제1근접센서(41)는 상기 공작기계의 공작물 가공량을 확인할 수 있다. 제2근접센서(43)는 기 공작기계의 RPM을 측정할 수 있다.
상기 실제 센싱값 전달 단계(S2000)에서, 제어부(3)의 제1 커맨드를 각각의 센서모듈에게 브로드캐스팅할 수 있다. 상기 제1 커맨드는 센서모듈(2)의 각각의 센서들이 온도, 진동, 촬영 등의 센싱을 하고, 상기 센서모듈이 제어부와 통신가능한 상태가 되도록 활성화하라는 명령이다.
상기 제1커맨드를 수신한 센서 모듈(2)이 활성화되는 단계이다. 상기 제1커맨드에 의하여 센서모듈에 포함된 전체 센서들이 활성화될 수도 있고, 일부만 활성화 될 수도 있다.
이를 통하여, 센서 모듈(2)은 제어부(3)의 신호에 따라서, 센싱값을 제어부(3)로 전달하고, 제어부(3)로부터의 명령을 받을 수 있게 된다.
불량 판단 단계(S3000)는, 실제 센싱값(n)과, 상기 교체기준 센싱값(N)을 비교하여, 상기 구성 장치의 불량 여부를 판단하는 단계이다. 본 발명에 따르면, 제어부(3)는, 빅데이터를 이용하여 구축한 각 구성 장치의 교체 필요 시점의 센싱값을 교체설정 센싱값으로 저장하고, 현재의 센싱값을 기준으로 상기 각 구성 장치의 교체 시기를 저장하고 있다. 이를 이용하여서, 노후화되어서 교체하여야할 공작기계의 구성 장치를 센서모듈 및 제어부를 이용하여 선별 가능하다.
상기 단계 이후에 각각의 구성 장치의 불량 여부를 판단하는 단계(S4000)를 거친다. 만약, 상기 단계에서 불량이라고 판단된 구성 장치가 있다면, 불량된 구성 장치의 정보를 사용자 단말기 등에 표시하는 단계(S6000)를 거칠 수 있다. 만약 구성장치의 불량이 발생되지 않았다면, 교체기준 예상시기를 재설정하는 단계(S5000)를 거칠 수 있다.
구성장치의 교체기준예상시기 재설정 단계(S5000)는, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 센싱값과 기준 센싱값들의 기울기 경향으로부터 교체기준예상시기를 재설정하는 단계이다. 상기 단계는 제어부의 연산부에서 실행될 수 있다.
도 3은 구성장치의 교체기준예상시기를 재설정하는 단계(S5000)를 보다 상세히 기재한 흐름도이다. 상기 구성장치의 교체기준예상시기를 재설정하는 단계는, 연산부가 상기 현재 시점에서 얻어진 현재실제 센싱값(n)과, 상기 현재 전달된 센싱값과 동일값 또는 가장 근접한 값을 갖는 현재기준 센싱값(n')과, 1 스텝 전의 과거기준 센싱값(e(n'-1)과, 스텝 전의 과거기준 센싱값(e(n'-2))을 저장부에서 전달받는 단계(S5100)를 가진다.
즉, 저장부에서 저장되어 있는 현재실제 센싱값(n)과 동일한 값을 가지고 있는 현재기준 센싱값(n')과, 현재기준센싱값(n')의 제1 스텝 이전의 제1 과거기준 센싱값(n'-1)과, 제2 과거기준 센싱값(n'-2)을 연산부로 전달한다.
그 후에, 상기 현재실제 센싱값(n) 및 현재기준 센싱값(n')의 차이값을 현재 센싱값차(e(n))를 얻는 단계(S5200)를 갖는다. 현재실제 센싱값(n) 및 현재기준 센싱값(n')이 동일하다면, 이들의 차이 값인 현재 센싱값차(e(n))는 영(zero)이 된다.
그 후에, 상기 얻어진 현재 센싱값차(e(n))를 순차 지연 시켜서, 제1 스텝 전의 실제 센싱값(e(n-1)) 및 제1 스텝 전의 과거기준 센싱값(e(n'-1) 간의 차이인 제1 스텝 전 센싱값차(Y(n-1))을 얻는다.
또한, 제2 스텝 전의 실제 센싱값(e(n-2)) 및 제2 스텝 전의 과거기준 센싱값(e(n'-2) 간의 차이인 제2 스텝 전 센싱값차(Y(n-2))을 얻는 단계(S5300)를 갖는다.
상기 단계를 통하여, 빅데이터를 통해 얻어진 센싱값과, 실제 센싱값간의 괴리 상태를 알 수 있고, 상기 괴리 추세를 파악할 수 있다.
그 후에, 상기 현재기준 센싱값(n')과 제1 과거기준 센싱값(n'-1)과, 제2 과거기준 센싱값(n'-2)의 기울기 추세(S5500)와, 현재 센싱값차(e(n))와, 제1 스텝 전 센싱값차(Y(n-1))와, 제2 스텝 전 센싱값차(Y(n-2))의 기울기 추세(S5600)를 비교하는 단계를 거친다.
본 발명에 따르면 저장부에 저장된 기준 센싱값의 기울기 경향이, 현재 센싱값과 기준 센싱값간의 차이의 기울기 경향으로부터 실시간으로 보정된다. 상기 값이 빅데이터로서 활용된다.
그 후에, 상기 비교된 추세를 이용하여서, 미래의 센싱 차이값 추세를 예측(S5600)하고, 이를 기준으로 상기 각 구성 장치의 교체 시기를 실시간으로 재설정하는 단계(S5700)를 포함한다.
이와 더불어서, 빅데이터는 구성장치의 교체기준 예상시기를 재설정하는 단계를 통하여서 업데이터 된다. 즉, 실제 센서 모듈에서 측정된 센싱값이 기준설정 센싱값에 근거하여서 교체여부를 판단하되, 현재 및 과거 기간 각각에서 얻어진 실제 센싱값과 기준 설정 센싱값의 차 값들의 기울기 경향으로부터 다음 기간에서의 센싱값을 예측하고, 이를 통하여 교체 시기를 실시간으로 재 설정한다.
도 4는, 본 발명에서 제어부가 센서모듈를 비롯한 주변 장치와 함께 제어 수행하는 단계를 나타낸 흐름도이다. 도 4를 참조하여, 본 발명에서 센서 모듈과 연결된 제어부의 일반 작동에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 제어부(3)가 카메라(11)로부터 공작기계(1)의 작동 영상을 실시간으로 수신하여 외부로 출력되게 제어한다.(단계 120)
그리고 상기 제어부(3)에 연결된 온도센서(33)와 진동센서(32)로부터 공작기계(1)의 작동시의 온도와 진동 상태를 실시간으로 제어부(3)가 AD 컨버터를 통해 입력받아 함께 출력한다.(단계 130,140)
이어서, 상기 제어부(3)로부터 수신한 상기 영상을 이미지 처리장치(15)로 이미지 처리한다.(단계 150)
또한, 출력되는 온도센서(33)에서 수신한 온도값에 따른 저항값을 계산하고, 상기 저항값과 온도값의 함수를 이용하여 공작기계(1)의 작동시의 온도를 연산하여 영상처리장치(17)에 입력한다.(단계 160,170,180)
상기 영상처리장치(17)는 입력된 공작기계(1)의 작동시의 온도와 상기 진동센서(32)의 전압값 등의 입력된 데이터 등을 이미지 처리장치(15)에서 출력한 영상에 입력하여 출력한다.(단계 190)
이어서, 상기 영상처리장치(17)에 입력된 온도값(T)이 소정 온도(50℃) 이상이면, 후술하는 모니터링 장치(23a~23n)의 모니터 경고창에 삽입(또는 출력)되게 한다.(단계 210,220)
그리고 상기 온도값(T)이 소정 온도(50℃) 이하이면, 상기 영상처리장치(17)에 입력된 진동센서(32)의 전압값(V)이 5V 이상인지 판단하여, 전압값(V)이 5V 이상이면 상기 경고창에 삽입(또는 출력)되게 한다.(단계 230,240)
이와 같이, 서미스터 온도센서를 적용하여 서미스터 내에서 일어나는 전하 강하 값을 측정하고, 상기 전하 강하 값을 이용하여 서미스터의 저항값을 계산하고, 이를 온도센서(33)의 제조사에서 제공하는 온도-저항 함수를 이용하여 온도값(T)을 연산한다.
이렇게 획득한 온도값(T)을 영상에 입력하고, 온도값(T)이 소정 값 이상이면 상기 경고창에 삽입되도록 한 것이다.
또한, 피에조 진동센서를 적용하여 공작기계(1)가 진동을 하여 진동센서(32)가 그 진동을 감지하면 진동센서(32)에서 전류를 발생시키며, 진동센서(32)의 데이터시트 상의 최대 전압값(V)은 AD 컨버터의 정격 전압인 5V를 넘어서므로, AD 컨버터의 회로를 보호하기 위해 높은 저항값을 갖는 저항을 연결시켜 준다.
이러한 과정 중에 획득한 진동센서(32)의 전압값도 영상에 입력하여 출력하며, 상기 온도값과 마찬가지로, 상기 진동값(V)이 소정 값 이상이면 경고창에 삽입되게 한다.
또한, 이미지 처리된 영상, 온도센서(33) 및 진동센서(32)의 데이터를 스트리밍하여 원격지의 적어도 하나의 모니터링 장치(23a~23n)에 출력한다.(단계 250,260)
이때, 영상 및 데이터의 스트리밍은 스트리밍 장치(19)에 의해 이루어지고, 스트리밍 장치(19)에서 모니터링 장치(23a~23n)로의 스트리밍은 네트워크 통신이 가능한 네트워크 장비(21)를 통해서 이루어진다.
도 5는 온도센서(33) 및 진동센서(32)로부터 획득한 데이터가 출력된 모니터링 장치(23a~23n)의 모니터 화면으로, 소정 값 이상이면, 경고창을 띄우되, 예컨대, 소정 온도값 이상이면 적색의 경고창을 띄우게 되고, 진동값이 소정 값 이상이면 회색의 경고창을 띄우게 된다.
또한, 상기 단계 120에서, 상기 공작기계(1)가 가공한 공작물의 가공 수량을 파악하기 위해 제어부(3)에 공작기계(1)에 설치된 제1근접센서(41)로부터 데이터를 실시간으로 입력받아 처리한다.(단계 310)
그리고 상기 제1근접센서(41)가 입력한 데이터에서 인터럽트(interrupt)가 발생되었는지 판단한다.(320)
상기 단계 120에서, 인터럽트가 발생하였다면, 카운터 1을 추가(Count=+1)하고, 반면 인터럽트가 발생하지 않았다면 카운터는 추가하지 않으며(Count=+1), 상기 카운터 값을 출력하여, 모니터링 장치(23a~23n)에 출력되도록 영상처리장치(17)로 입력한다.(단계 330,340,350)
상기 단계 310 내지 350은, 상기 제1근접센서(41)는 금속의 공작물이 근접하면 온(ON) 상태가 되고, 가공이 완료되면 공작기계(1)에서 공작물이 이탈되어(즉, 가공작업이 완료되어) 제1근접센서(41)는 오프(OFF)가 된다.
이러한 라이즈-폴(rise-fall) 발생하게 되면, 인터럽트가 발생하며 따라서 카운터 1을 추가하게 된다.
이와 같은 공정을 통해 공작기계(1)의 공작물 생산량(또는 가공량)을 추산할 수 있다.
상기한 단계 310 내지 350의 공정을 통해 획득한 데이터는 제어부(3)와 이미지 처리장치(15) 및 영상처리장치(17)를 통해 처리되어 모니터링 장치(23a~23n)의 모니터를 통해 확인할 수 있다.
도 6은 상기한 카운터 기능 및 시간이 출력되는 모니터링 장치(23a~23n)의 모니터 화면이다.
또한, 상기 단계 120에서, 공작기계(1)의 회전수(RPM)를 측정하기 위해 제어부(3)에 공작기계(1)에 설치된 제2근접센서(41)로부터 데이터를 실시간으로 입력받아 처리한다.(단계 410)
이어서, 상기 제2근접센서(41)가 입력한 데이터에서 인터럽트가 발생하였는지 판단하여, 상기 인터럽트가 발생하였다면, 상기 제2근접센서(41)의 라이징 타임(rising time)과 폴링 타임(falling time) 사이의 시간을 기록한다.(단계 420,430)
또한, 상기 라이징 타임과 폴링 타임의 시간 기록 존재 여부를 판단하여, 공작기계(1)의 RPM을 계산 및 출력하고, 상기 영상처리장치(17)에 입력하여 모니터링 장치(23a~23n)로 출력되게 한다.(단계 440,450)
이와 같이, 공작기계(1)의 RPM을 확인하기 위해 제2근접센서(41) 구비하여, 공작기계(1)가 1회전할 때, 제2근접센서(41)의 1회 라이즈(rise)와 폴(fall)이 발생하도록 제2근접센서(41)를 세팅하고, 각각의 라이즈(rise)와 폴(fall) 사이의 시간값을 측정하여 공작기계(1)의 툴(tool)의 RPM을 측정한다.
이렇게 획득한 RPM 값 또한 영상에 입력하여 출력되도록 한다.
도 7은 측정된 RPM 값이 모니터링 장치(23a~23n)의 모니터 화면에 출력된 것으로, 예를 들어, RPM이 30이하일 경우에는 0으로 출력된다.
그리고 도 8은 멀티 모니터링이 구현된 것을 보여주는 실시예 사진으로, html 프로그래밍을 이용하여 하나의 모니터 화면에서 여러 개의 영상을 모니터링이 가능하도록 한 것이다.
도 8에서의 실시예에서는 2개의 장치를 만들어 각각 다른 영상이 출력되도록 한 것을 나타내 보이고 있다.
상기와 같이, 본 발명은, 작동하는 공작기계(1)를 촬영하고, 여기에 온도센서(33) 및 진동센서(32)를 적용하여 작동하는 공작기계(1)의 온도 및 진동 정도를 측정하였다.
따라서 원격지에서 공작기계(1)의 작동 상태를 육안으로 판단할 수 있고, 공작기계(1)가 소정 온도로 상승하거나 진동을 하면, 공작기계(1)의 특정 부품(또는 툴)의 교체 여부를 확인할 수 있다.
마찬가지로, 제1근접센서(41)를 통해 획득한 데이터를 통해 공작기계(1)의 생산성을 판단할 수 있으며, 제2근접센서(41)를 통해 획득한 데이터를 통해 공작기계(1)의 회전수(RPM) 또는 회전속도를 판단하여 공작기계(1)의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.
제5단계는 상기 교체 필요 장치를 표시하는 단계이다. 상기 단계는 상기한 외부 모니터에 표시할 수도 있고, 사용자의 핸드폰 등 소형 단말기에 표시할 수도 있다.
이러한 과정을 통해 결국 특정 부품(또는 툴)의 노화 정도 또는 교체 여부를 확인할 수 있게 된다. 따라서 고가의 공작기계(1)를 전부 교체하지 않아도 되고, 교체 시기 또한 알 수 있다.
더욱이 본 발명은 저가의 장치들을 이용하여 본 발명을 구현할 수 있는 이점도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1. 공작기계
11. 카메라
13. 제어부
15. 이미지 처리장치
17. 영상처리장치
19. 스트리밍 장치
21. 네트워크 장비
23a~23n. 모니터링 장치
31. AD 컨버터
32. 진동센서
33. 온도센서

Claims (6)

  1. 빅데이터를 이용하여 황삭, 중삭, 및 정삭에 따른 각각의 구성 장치의 적정 온도, 진동, 공구 회전수를 이용하여 설정된 교체기준 센싱값과, 각각의 현재기준 센싱값에 따라 제1 스텝 및 제2스텝 과거 샘플링 구간에 설정된 제1 과거기준 및 제2 과거기준 센싱값과, 각각의 현재기준 센싱값을 이용하여 교체기준예상시기를 제어부가 저장하는 단계;
    제어부가, 각각의 구성 장치에 설치되는 온도센서, 진동센서, 카메라, 및 근접 센서를 포함하는 센서 모듈로부터 실시간으로부터 실제 센싱값을 전달받는 단계;
    상기 실제 센싱값과, 상기 교체기준 센싱값을 비교하여, 상기 구성 장치의 불량 여부를 판단하는 단계; 및
    현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 센싱값과 기준 센싱값들의 기울기 경향으로부터 교체기준예상시기를 재설정하는 단계;를 포함하는 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구성 장치의 불량 여부를 판단하는 단계에서 구성장치가 불량이라고 판단되는 경우, 상기 불량이라고 판단되는 구성 장치를 사용자가 인식하도록 무선 통신을 이용하여서 사용자 단말기에 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구성장치의 교체기준예상시기를 재설정하는 단계는:
    상기 현재 시점에서 얻어진 현재실제 센싱값(n)과, 상기 현재 전달된 센싱값과 동일값 또는 가장 근접한 값을 갖는 현재기준 센싱값(n')과, 제1 스텝 전의 과거기준 센싱값(n'-1)과, 제2 스텝 전의 과거기준 센싱값(n'-2)을 저장부에서 전달받는 단계;
    상기 현재실제 센싱값(n) 및 현재기준 센싱값(n')의 차이값을 현재 센싱값차(e(n))를 얻는 단계;
    상기 얻어진 현재 센싱값차(e(n))를 순차 지연 시켜서, 제1 스텝 전의 실제 센싱값(e(n-1)) 및 제1 스텝 전의 과거기준 센싱값(e(n'-1) 간의 차이인 제1 스텝 전 센싱값차(Y(n-1))과, 제2 스텝 전의 실제 센싱값(e(n-2)) 및 제2 스텝 전의 과거기준 센싱값(e(n'-2)) 간의 차이인 제2 스텝 전 센싱값차(Y(n-2))을 얻는 단계와;
    상기 현재기준 센싱값(n')과 제1 과거기준 센싱값(n'-1)과, 제2 과거기준 센싱값(n'-2)의 기울기 추세와, 현재 센싱값차(e(n))와, 제1 스텝 전 센싱값차(Y(n-1))와, 제2 스텝 전 센싱값차(Y(n-2))의 기울기 추세를 비교하는 단계와;
    상기 비교된 추세를 이용하여서, 미래의 센싱 차이값 추세를 예측하고, 이를 기준으로 상기 각 구성 장치의 교체 시기를 실시간으로 재설정하는 단계를 포함하는 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 카메라로부터 수신한 상기 영상을 이미지 처리하는 단계와;
    출력되는 상기 온도센서의 온도에 따른 저항값을 계산하고, 상기 저항값과 온도값의 함수를 이용하여 상기 공작기계의 작동시의 온도를 연산하여 영상처리장치에 입력하는 단계와;
    상기 영상처리장치는 입력된 상기 온도를 포함하는 입력된 데이터를 상기 영상에 입력하는 단계와;
    상기 영상처리장치에 입력된 온도값(T)이 소정 온도 이상이면 경고창에 삽입되게 하는 단계와;
    상기 영상처리장치에 입력된 상기 진동센서의 전압값(V)이 5V 이상인지 판단하여 전압값(V)이 5V 이상이면, 경고창에 삽입되게 하는 단계와;
    이미지 처리된 상기 영상, 상기 온도센서 및 상기 진동센서의 데이터를 스트리밍하여 원격지의 적어도 하나의 모니터링 장치에 출력하는 단계;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 공작기계가 가공한 공작물의 가공 수량을 파악하기 위해 상기 제어부에 상기 공작기계에 설치된 제1근접센서로부터 데이터를 실시간으로 입력받아 처리하는 단계와;
    상기 제1근접센서가 입력한 데이터에서 인터럽트가 발생하였는지 판단하되, 상기 인터럽트가 발생하였다면, 카운트 출력하여, 상기 영상처리장치에 입력하여 상기 모니터링 장치로 출력되게 하는 단계;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공작기계의 회전수(RPM)를 측정하기 위해 상기 공작기계에 설치된 제2근접센서로부터 데이터를 실시간으로 입력받아 처리하는 단계와;
    상기 제2근접센서가 입력한 데이터에서 인터럽트가 발생하였는지 판단하되, 상기 인터럽트가 발생하였다면, 상기 제2근접센서의 라이징 타임과 폴링 타임 사이의 시간을 기록하는 단계와;
    상기 라이징 타임과 폴링 타임의 시간 기록 존재 여부를 판단하여, 상기 공작기계의 RPM을 계산 및 출력하여, 상기 영상처리장치에 입력하여 상기 모니터링 장치로 출력되게 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법.
KR1020220102567A 2022-08-17 2022-08-17 IoT를 이용한 공작기계의 구성장치 교체 제어 방법 KR20240024508A (ko)

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KR20060043943A (ko) 2004-11-11 2006-05-16 주식회사 터보테크 공작기계의 원격 감시 및 제어 시스템
KR102274862B1 (ko) 2019-08-01 2021-07-08 가부시키가이샤 마쓰우라 기카이 세이사쿠쇼 공작 기계의 작동 감시 시스템

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