KR20220165188A - Damage detecting system for working tool of automatic machine tool and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 공작기계의 다양한 툴 사용 시의 손상 여부를 자동으로 진단하고 이상 진단 시 사용자에게 알람 또는 인근 장치로의 제어 연동을 할 수 있도록 하는 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for diagnosing damage to a machining tool of a machine tool, and more specifically, automatically diagnoses damage when using various tools of a machine tool and provides an alarm to a user or interlocking control to a nearby device when diagnosing an abnormality. It relates to a system for diagnosing damage to a machining tool of a machine tool and a method therefor.
Description
본 발명은 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 공작기계의 다양한 툴 사용 시의 손상 여부를 자동으로 진단하고 이상 진단 시 사용자에게 알람 또는 인근 장치로의 제어 연동을 할 수 있도록 하는 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for diagnosing damage to a machining tool of a machine tool, and more specifically, automatically diagnoses damage when using various tools of a machine tool and provides an alarm to a user or interlocking control to a nearby device when diagnosing an abnormality. It relates to a system for diagnosing damage to a machining tool of a machine tool and a method therefor.
일반적으로, 각종 공구를 이용하여 가공대상품의 가공을 행하는 공작기계로서 이미 입력된 수치 데이터에 따라서 공구의 이동을 제어하고, 가공대상품을 자동적으로 가공해 가는 이른바 수치 제어(NC) 공작기계가 알려져있다.In general, a so-called numerical control (NC) machine tool that processes a product to be processed using various tools by controlling the movement of the tool according to numerical data already input and automatically processing the product to be processed is a machine tool that uses various tools. It is known.
예를 들어, 자동차의 실린더 블록의 홀, 밸브시트면의 곡면 혹은 절곡면 등과 같이 복잡한 형상으로 이루어진 가공 대상품은 가공의 정밀도 및 생산성을 향상시키기 위하여 자동화 기술과 지능형 생산 시스템의 일종인 수치 제어(NC) 공작기계에 의하여 가공되고 있다.For example, an object to be processed having a complex shape, such as a hole in a cylinder block of an automobile, a curved surface or a bent surface of a valve seat surface, etc., is a type of automation technology and an intelligent production system, numerical control ( NC) It is being processed by machine tools.
즉, 미리 저장된 소정의 프로그램에 따라 공작기계를 제어하여 공작물을 원하는 치수, 형상 및 모양으로 원하는 수량만큼 가공할 수 있다.That is, the machine tool can be controlled according to a predetermined program stored in advance to process a workpiece in a desired size, shape, and shape in a desired quantity.
이때, 공작기계의 지능화를 위하여 공작물을 가공하는 가공 공정의 이상 상태에 대한 모니터링 및 제어에 컴퓨터 시스템 및 센서를 사용하지만, 공작물 가공 시 공구 특성의 변화는 가공 공정의 이상 상태를 유발할 수 있다.At this time, a computer system and sensors are used to monitor and control the abnormal state of the machining process for processing the workpiece in order to make the machine tool intelligent, but a change in tool characteristics during machining of the workpiece may cause an abnormal state of the machining process.
따라서, 상기와 같은 공작기계는 다양한 툴을 활용하여 자동으로 빠르게 제품 가공을 수행할 수 있는 장점이 있지만, 툴 손상이 발생했을 때 이를 제때 처리하지 못할 경우에는 해당 제품은 물론이고 후속 제품에까지 불량이 이어져 큰 손실 비용 발생 가능하다는 문제점이 있다.Therefore, the machine tool as described above has the advantage of being able to process products quickly and automatically using various tools, but when tool damage occurs, if it is not dealt with in a timely manner, not only the product but also subsequent products are defective. As a result, there is a problem that a large loss cost may occur.
최근에는 다품종 소량생산, 옵션생산 등으로 인해 공작기계 셋팅과 관리는 복잡해지는 반면에 자동화, 무인화의 확산으로 관리자는 줄어들어 툴 손상을 제때 파악하여 조치하는 것은 더욱 어려워졌다.In recent years, machine tool setting and management have become complicated due to multi-variety small-lot production and option production, while automation and unmanned automation have reduced the number of managers, making it more difficult to timely identify tool damage and take action.
한편, 기존의 툴 손상 진단 모니터링 장치는 대부분 접촉식으로써 해당 툴을 작동 전에 다양한 각도로 센서에 접촉시키는 과정에서 접촉 거리의 차이 등으로 손상 여부를 파악하였다.On the other hand, most of the existing tool damage diagnosis monitoring devices are contact type, and in the process of contacting the tool at various angles to the sensor before operation, the difference in contact distance was used to determine whether or not the tool was damaged.
이는, 가공 시간 외에 검사 공정 및 시간이 추가적으로 필요한 단점이 있으며 또는 툴의 크기 별로 접촉 센서가 별도로 필요하다는 단점이 있다.This has a disadvantage in that an inspection process and additional time are required in addition to the processing time, or a contact sensor is separately required for each tool size.
또한, 기존의 공작기계 이상 여부 진단 프로세스는 현장 센싱 데이터 취득 단계, 서버 전송 단계, 서버에서 분석 및 진단하는 단계 및 서버의 분석 결과 이상 발생 시 현장으로 알람 및 제어 신호 전송하는 단계를 포함한다.In addition, the existing process for diagnosing whether or not there is an abnormality in a machine tool includes a step of acquiring field sensing data, a step of transmitting to a server, a step of analyzing and diagnosing in a server, and a step of transmitting an alarm and control signal to the field when an abnormality occurs as a result of server analysis.
상기와 같이, 종래의 기존의 공작기계 이상 여부 진단 프로세스는 많은 단계로 구성되어 있어 복잡하고 네트워크 시스템 구축 등으로 초기 비용 부담 또한 크다는 문제점이 있다.As described above, the conventional machine tool abnormality diagnosis process is composed of many steps, so it is complicated, and the initial cost burden is also high due to the construction of a network system.
본 발명은 공작기계의 다양한 툴 사용 시의 손상 여부를 자동으로 진단하고 이상 진단 시 사용자에게 알람 또는 인근 장치로의 제어 연동을 할 수 있도록 하는 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a system for diagnosing damage to a machining tool of a machine tool and a method for automatically diagnosing damage when using various tools of a machine tool and enabling a user to alarm or link control to a nearby device when diagnosing an abnormality. aims to
또한, 본 발명은 툴 크기에 따라 기능에 영향을 받지 않으며 연산 서버 등이 필요 없이 하나의 장치만으로도 분석 및 처리가 가능한 올인원 진단 장치로서 공작기계 이상 여부 진단 장치를 포함하는 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is an all-in-one diagnostic device that is not affected by tool size and can analyze and process only one device without the need for a calculation server, and diagnoses damage to a machining tool of a machine tool including a machine tool abnormality diagnosis device. It aims to provide a system and its method.
또한, 본 발명은 메인 서버에서 수행되는 모니터링 대상 기기의 분석 과정을 모니터링 대상 기기의 공작기계 이상 여부 진단 장치에서 병행 수행하기 때문에 메인 서버의 과부하 문제점을 해결할 수 있도록 하는 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is a system for diagnosing damage to a machining tool of a machine tool that can solve the overload problem of the main server because the analysis process of the monitoring target device performed in the main server is performed in parallel in the machine tool abnormality diagnosis device of the monitoring target device. and to provide a method thereof.
또한, 본 발명은 별도의 분석 서버 또는 네트워킹 시스템 구축 없이 작은 사이즈의 기기 하나 추가로 현장 활용성을 증대 시킬 수 있도록 하는 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a system and method for diagnosing damage to a machining tool of a machine tool that can increase on-site utilization by adding one small-sized device without building a separate analysis server or networking system.
또한, 본 발명은 툴 손상 발생 시 사용자 알람 및 후속 제어 가능케 함으로써 가공 업체의 품질 손실 비용 최소화 시킬 수 있도록 하는 공작기계의 가공 툴 손상 진단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a system and method for diagnosing damage to a machining tool of a machine tool, which enables a user to alarm and follow-up control when tool damage occurs, thereby minimizing the cost of quality loss for a machining company.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by means of the instrumentalities and combinations indicated in the claims.
이러한 목적을 달성하기 위한 공작기계 이상 여부 진단 시스템은 복수의 모니터링 대상 기기를 제어할 수 있는 메인 서버; 상기 모니터링 대상 기기로부터 공작기계 기본 정보를 수신하기 위하여 유선으로 연결할 수 있는 통신포트를 포함하는 수신부; 상기 공작기계 기본 정보 수신부로부터 수신된 공작기계 기본 정보를 이용하여 가공 주파수를 생성하는 가공 주파수 생성부; 상기 모니터링 대상 기기에 형성된 가속도 센서의 진동 신호가 저장되어 있는 저장부; 초기 신호 분석 요청 신호에 따라 상기 저장부에 저장된 가속도 센서의 진동 신호를 일정 시간 구간 별로 나누어 초기 신호 분석을 수행한 후 초기 신호 분석 결과를 생성하고, 상기 초기 신호 분석 결과에 따라 상세 분석 요청 신호가 수신되면 미리 산출된 가공 주파수 및 가속도 센서의 진동 신호를 비교하여 상기 모니터링 대상 기기의 이상 여부를 진단하는 공작기계 이상 여부 진단부;를 포함하되, 상기 진단부는 고유 주파수 및 공작기계별 가공 주파수의 차이를 산출한 후, 주파수에 따라 모니터링 대상 기기의 정상 여부를 확인하고, 미리 수신된 모니터링 대상 기기의 정보 및 상술한 분석 과정을 통해 획득된 정보가 동일하거나 시간 구간별 데이터 확인 결과 특정 시간 이상 연속으로 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우 종료신호로 판단하는 진단부; 상기 공작기계 기본 정보 수신부로부터 공작기계 기본 정보를 수신하면 스파이크 제거, 필터링 등의 노이즈 제거 과정을 함께 수행할 수 있으며, 특정 값 이상의 진동 신호 발생 여부를 확인하기 위한 대기 모드에 진입하고, 상기 대기 모드에서 공정 시작을 대표하는 신호를 수신하면 신호 취득 모드로 전환되며, 신호 취득 모드에서는 상기 진동 신호가 상기 저장부에 저장되도록 제어한 후 상기 저장부에 저장된 가속도 센서의 진동 신호에 대한 초기 신호 분석 요청 신호를 상기 공작기계 이상 여부 진단부에 제공하며, 상기 초기 신호 분석 결과에 따라 상세 분석 요청 신호를 상기 공작기계 이상 여부 진단부에 제공하는 제어부;를 포함하고, 시스템이 비정상적인 경우 작업자에게 알람을 표시하고 자동공급장치를 중단시키는 제어신호를 발생시키는 복수의 모니터링 대상 기기를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.A machine tool abnormality diagnosis system for achieving this purpose includes a main server capable of controlling a plurality of monitoring target devices; a receiving unit including a communication port connectable by wire in order to receive basic machine tool information from the monitoring target device; a processing frequency generation unit generating a processing frequency using the machine tool basic information received from the machine tool basic information receiving unit; a storage unit for storing a vibration signal of an acceleration sensor formed in the monitoring target device; According to the initial signal analysis request signal, the vibration signal of the acceleration sensor stored in the storage unit is divided into predetermined time intervals to perform initial signal analysis, and then an initial signal analysis result is generated. According to the initial signal analysis result, a detailed analysis request signal is generated. When received, a machine tool abnormality diagnosis unit that compares the previously calculated processing frequency and the vibration signal of the acceleration sensor to diagnose whether or not the monitoring target device is abnormal; wherein the diagnosis unit includes a difference between natural frequency and processing frequency for each machine tool After calculating , it is checked whether the monitoring target device is normal according to the frequency, and the information of the monitoring target device received in advance and the information obtained through the above analysis process are the same or as a result of checking the data for each time interval, continuously for more than a specific time a diagnosis unit for determining an end signal when the data analysis condition is not satisfied; When the machine tool basic information is received from the machine tool basic information receiving unit, noise elimination processes such as spike removal and filtering may be performed together, and a standby mode is entered to check whether a vibration signal exceeding a specific value is generated, and the standby mode When a signal representing the start of the process is received in the signal acquisition mode, the signal acquisition mode controls the vibration signal to be stored in the storage unit, and then requests an initial signal analysis for the vibration signal of the acceleration sensor stored in the storage unit. A control unit providing a signal to the machine tool abnormality diagnosis unit and providing a detailed analysis request signal to the machine tool abnormality diagnosis unit according to the initial signal analysis result, and displaying an alarm to an operator when the system is abnormal. It is characterized in that it can control a plurality of monitoring target devices that generate a control signal to stop the automatic supply device.
또한 이러한 목적을 달성하기 위한 공작기계의 이상 여부 진단 방법은 공작기계 이상 여부 진단 장치에서 실행되는 공작기계 이상 여부 진단 방법에 있어서, 사용자 또는 모니터링 대상 기기로부터 공작기계 기본 정보를 수신하면 스파이크 제거, 필터링 등의 노이즈 제거 과정을 함께 수행할 수 있으며, 특정 값 이상의 진동 신호 발생 여부를 확인하기 위한 대기 모드에 진입하는 단계; 상기 대기 모드에서 공정 시작을 대표하는 신호를 수신하면, 상기 대기 모드에서 신호 취득 모드로 전환하는 단계; 상기 신호 취득 모드에서 메모리에 저장된 가속도 센서의 진동 신호를 일정시간 구간 별로 나누어 초기 신호 분석을 수행하는 단계; 상기 초기 신호 분석을 수행하는 과정에서 유효한 신호가 수신되었는지 여부에 따라 상세 분석 모드로 전환하는 단계; 상기 상세 분석 모드에서 미리 산출된 가공 주파수 및 가속도 센서의 진동 신호를 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 모니터링 대상 기기의 이상 여부를 진단하는 단계;를 포함하되, 고유 주파수 및 공작기계별 가공 주파수의 차이를 산출한 후, 주파수에 따라 모니터링 대상 기기의 정상 여부를 확인하고, 미리 수신된 모니터링 대상 기기의 정보 및 상술한 분석 과정을 통해 획득된 정보가 동일하거나 시간 구간별 데이터 확인 결과 특정 시간 이상 연속적으로 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우 종료신호로 판단하며, 시스템이 비정상적인 경우 작업자에게 알람을 표시하고 자동공급장치를 중단시키는 제어신호를 발생시키고, 상기 모니터링 대상 기기의 공정이 완료될 때마다 공작기계 이상 여부 진단 장치로부터 해당 공정에 대한 결과 데이터를 메인 서버에서 수신하여 상기 수신된 데이터에 따라 모니터링 대상 기기를 제어하되, 복수의 모니터링 대상 기기를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for diagnosing whether or not there is an abnormality in a machine tool to achieve this purpose, in the method for diagnosing whether there is an abnormality in a machine tool executed by a machine tool abnormality diagnosis device, when basic machine tool information is received from a user or a device to be monitored, spike removal and filtering are performed. A step of entering a standby mode to check whether a vibration signal of a certain value or more is generated; switching from the standby mode to a signal acquisition mode when receiving a signal representing the start of a process in the standby mode; performing an initial signal analysis by dividing the vibration signal of the acceleration sensor stored in a memory in the signal acquisition mode by a predetermined time interval; switching to a detailed analysis mode according to whether a valid signal is received in the process of performing the initial signal analysis; Comparing the pre-calculated processing frequency and the vibration signal of the acceleration sensor in the detailed analysis mode; And diagnosing whether or not the monitoring target device is abnormal according to the comparison result; including, after calculating the difference between the natural frequency and the processing frequency for each machine tool, checking whether the monitoring target device is normal according to the frequency, If the information of the device to be monitored previously received and the information obtained through the above-mentioned analysis process are the same, or if the data analysis condition is not satisfied continuously for more than a certain period of time as a result of checking the data for each time period, it is judged as an end signal, and the system is abnormal. It displays an alarm to the worker and generates a control signal to stop the automatic supply device, and whenever the process of the monitoring target device is completed, the main server receives the result data for the process from the machine tool abnormality diagnosis device to receive the The device to be monitored is controlled according to the data obtained, but a plurality of devices to be monitored can be controlled.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 공작기계의 다양한 툴 사용 시의 손상 여부를 자동으로 진단하고 이상 진단 시 사용자에게 알람 또는 인근 장치로의 제어 연동을 할 수 있다는 장점이 있다.According to the present invention as described above, there is an advantage in automatically diagnosing whether a machine tool is damaged when using various tools, and when diagnosing an abnormality, it is possible to alarm the user or interlock control with nearby devices.
또한 본 발명에 의하면, 메인 서버에서 수행되는 모니터링 대상 기기의 분석 과정을 모니터링 대상 기기의 공작기계 이상 여부 진단 장치에서 병행 수행하기 때문에 메인 서버의 과부하 문제점을 해결할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, since the analysis process of the monitoring target device performed by the main server is performed in parallel by the device for diagnosing whether or not the machine tool is abnormal in the monitoring target device, it is possible to solve the overload problem of the main server.
또한 본 발명에 의하면, 종래 가공 공정에 더해지는 추가 검사 공정 또는 시간이 불필요하여 생산력을 높일 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage that productivity can be increased because an additional inspection process or time added to the conventional processing process is unnecessary.
또한 본 발명에 의하면, 별도의 분석 서버 또는 네트워킹 시스템 구축 없이 작은 사이즈의 기기 하나 추가로 현장 활용성을 증대 시킬 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage that on-site utilization can be increased by adding one small-sized device without building a separate analysis server or networking system.
또한 본 발명에 의하면, 툴 손상 발생 시 사용자 알람 및 후속 제어 가능케 함으로써 가공 업체의 품질 손실 비용 최소화 시킬 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage in minimizing the quality loss cost of the machining company by allowing the user to alarm and follow-up control when tool damage occurs.
또한 본 발명에 의하면, LCD 및 터치패널 등의 적용으로 현장에서의 손쉽게 사용 가능하도록 활용성을 증대 시킬 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage in that utilization can be increased so that it can be easily used in the field by applying an LCD and a touch panel.
도 1은 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템이 구현되는 것을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 공작기계 이상 여부 진단 시스템이 구현되는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템을 설명하기 위한 네트워크 구성도이다.
도 4는 본 발명의 공작기계 이상 여부 진단 시스템을 설명하기 위한 네트워크 구성도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6는 본 발명에 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명에 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명에 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명에 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명에 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 장치를 설명하기 위한 사시도이다.1 is a diagram showing that a conventional machine tool abnormality diagnosis system is implemented.
2 is a diagram showing that the system for diagnosing abnormalities in a machine tool according to the present invention is implemented.
3 is a network configuration diagram for explaining a conventional machine tool abnormality diagnosis system.
4 is a network configuration diagram illustrating a system for diagnosing an abnormality in a machine tool according to the present invention.
5 is a block diagram illustrating an internal structure of an apparatus for diagnosing an abnormality in a machine tool according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary view for explaining a method for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary diagram for explaining a method for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to an embodiment of the present invention.
9 is an exemplary diagram for explaining a method for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to an embodiment of the present invention.
10 is an exemplary diagram for explaining a method for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to an embodiment of the present invention.
11 is an exemplary view for explaining a method for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to an embodiment of the present invention.
12 is a perspective view illustrating an apparatus for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to an embodiment of the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above objects, features and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention belongs will be able to easily implement the technical spirit of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
도 1은 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템이 구현되는 것을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing that a conventional machine tool abnormality diagnosis system is implemented.
도 1을 참조하면, 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템은 하나의 메인 서버(10)에 직접적으로 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)의 모든 데이터 및 신호를 송수신하는 방식으로 구현하였다.Referring to FIG. 1 , the conventional system for diagnosing an abnormality in a machine tool is implemented by directly transmitting and receiving all data and signals of the monitoring target devices 20_1 to 20_N to one
자세하게는, 가공 툴을 제어 또는 작동시키기 전에 접촉 거리의 차이 등의 여부로 다양한 각도에서 센서를 접촉시키는 방식을 이용하여 공작기계의 가공 툴 손상 여부를 파악하는 방식을 수행하였다.In detail, a method of determining whether a machining tool of a machine tool is damaged is performed by using a method of contacting a sensor at various angles depending on a difference in contact distance or the like before controlling or operating the machining tool.
이러한 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템은 가공 시간 외에 검사 공정 및 시간이 추가적으로 필요한 단점이 있으며 툴의 크기 별로 접촉 센서가 별도로 필요하다는 단점이 있다.Such a conventional machine tool abnormality diagnosis system has a disadvantage in that an inspection process and additional time are required in addition to processing time, and a contact sensor is separately required for each tool size.
또한, 하나의 메인 서버에서 여러 개의 모니터링 대상 기기의 정보를 직접적으로 송수신 해야하기에, 모니터링 대상 기기의 개수에 비례하여 가공 툴 손상 여부 파악부터 처리까지 소요되는 시간이 증가한다는 문제점이 있었다.In addition, since one main server has to directly transmit and receive information of several devices to be monitored, there is a problem in that the time required from determining whether a machining tool is damaged to processing is increased in proportion to the number of devices to be monitored.
이러한 상기 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제시한다.The present invention is proposed to solve the problems of the conventional machine tool abnormality diagnosis system.
도 2는 본 발명의 공작기계 이상 여부 진단 시스템이 구현되는 것을 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing that the system for diagnosing abnormalities in a machine tool according to the present invention is implemented.
기존에는 하나의 메인 서버에 다수의 모니터링 대상 기기가 직접 접촉하는 방식을 사용하여 상기 메인 서버에서만 모든 분석 및 제어를 수행하던 것과 달리, 본 발명에서는 메인 서버에서 수행되는 모니터링 대상 기기의 분석 및 제어 과정의 병행이 가능한 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)를 추가하였다.Unlike the conventional method in which a plurality of monitoring target devices directly contact one main server and performing all analysis and control only on the main server, in the present invention, the analysis and control process of the monitoring target device performed by the main server A device for diagnosing machine tool abnormalities (300_1 to 300_N) that can be used simultaneously has been added.
본 발명에서는 상기 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)를 추가함으로서 메인 서버의 과부화를 방지하며 데이터의 내용 및 절차를 사용자가 제어할 수 있다.In the present invention, overload of the main server is prevented by adding the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool, and the user can control the contents and procedures of data.
보다 상세히 말하자면, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하는 방법으로 공작기계 이상 여부 진단 장치를 추가하였으며 상기 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 단순 연산 수행 및 데이터 추출 후 가공된 데이터를 외부 제어장치(400_1~400_N)로 제어하고 사용자 표시 신호는 모니터링 기기에 곧바로 송신한다.More specifically, the present invention has added a machine tool abnormality diagnosis device as a method of solving the problems of the prior art, and the machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) performs simple calculations and extracts data, and then exports the processed data to the outside. It is controlled by the control devices (400_1 to 400_N), and the user display signal is directly transmitted to the monitoring device.
한편, 상기 공작기계 이상 여부 진단 장치는 저장이 필요한 필수적인 데이터만을 메인 서버(100)로 전송한다. 상기 공작기계 이상 여부 진단 장치는 바람직하게는 에지 컴퓨터를 사용하기도 하며, 단말 기기에서 수집된 데이터를 중앙 집중식의 클라우드 서버에 직접 보내는 방식이 아닌 데이터가 발생한 현장 또는 근거리에서 처리하는 방식을 수행한다.Meanwhile, the apparatus for diagnosing abnormalities in the machine tool transmits only essential data that needs to be stored to the
또한, 본 발명은 상기 사용자가 제어한 데이터에 대한 결과 값을 전시 또는 알람 등으로 외부로 송출하기 위한 GUI 소프트웨어 및 LCD 화면을 포함함으로써 서버의 의존성을 줄이고 현장 활용성을 높인 진단 방법과 장치를 포함한다.In addition, the present invention includes a diagnosis method and apparatus that reduces dependence on a server and enhances field utilization by including GUI software and an LCD screen for transmitting the result value for the data controlled by the user to the outside as an display or an alarm. do.
이하, 구체적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, it will be described in detail.
도 3은 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템을 설명하기 위한 네트워크 구성도이다.3 is a network configuration diagram for explaining a conventional machine tool abnormality diagnosis system.
상기 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템은 메인 서버(10) 및 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)를 포함한다. The conventional machine tool abnormality diagnosis system includes a
메인 서버(10)는 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)의 데이터를 기초로 제어 신호를 생성하여 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)의 외부 제어 장치(40_1~40_N)에 제공하여 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)를 제어한다.The
일 실시예에서, 메인 서버(10)는 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)의 센서(30_1~30_N)로부터 센싱 정보를 수신한 후, 센싱 정보에 따라 제어 신호를 생성하여 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)의 외부 제어 장치(40_1~40_N)에 제공하여 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)를 제어할 수 있다. In one embodiment, the
모니터링 대상 기기(20_1~20_N)에는 센서(30_1~30_N)가 형성되어 있으며 센서(30_1~30_N)에 의해 센싱된 센싱 정보를 메인 서버(10)에 제공한다.Sensors 30_1 to 30_N are formed in the monitoring target devices 20_1 to 20_N, and sensing information sensed by the sensors 30_1 to 30_N is provided to the
상기와 같이, 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템은 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)의 모든 데이터가 메인 서버(10)에 제공되며, 메인 서버(10)는 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)로부터 데이터를 수신한 후 제어 신호를 생성하고 제어 신호를 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)의 외부 제어 장치(40_1~40_N)에 제공하여 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)를 제어할 수 있다. As described above, in the conventional machine tool abnormality diagnosis system, all data of the monitored devices 20_1 to 20_N are provided to the
하지만, 종래의 공작기계 이상 여부 진단 시스템은 모니터링 대상 기기(20_1~20_N)의 개수가 증가함에 따라 메인 서버(10)에서 분석 및 처리해야 하는 데이터의 양이 매우 많아져 데이터 분석 및 처리에 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.However, in the conventional machine tool diagnosis system, as the number of monitored devices (20_1 to 20_N) increases, the amount of data that needs to be analyzed and processed in the
한편, 도 4는 본 발명의 공작기계 이상 여부 진단 시스템을 설명하기 위한 네트워크 구성도이다.Meanwhile, FIG. 4 is a network configuration diagram illustrating a system for diagnosing an abnormality in a machine tool according to the present invention.
여기서, 본 발명의 네트워크는 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN), 이동 통신망(mobile radio communication network), Wibro(Wireless Broadband Internet) 등과 같은 모든 종류의 유/무선 네트워크로 구현될 수 있다.Here, the network of the present invention is a local area network (LAN), a wide area network (Wide Area Network; WAN), a mobile communication network (mobile radio communication network), all types of wired / wireless, such as Wibro (Wireless Broadband Internet) It can be implemented as a network.
도 4를 참조하면, 공작기계 이상 여부 진단 시스템은 메인 서버(100), 모니터링 대상 기기(200_1~200_N) 및 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the machine tool abnormality diagnosis system includes a
본 발명의 상기 모니터링 대상 기기 및 공작기계 이상 여부 진단 장치는 제한없이 여러 개(N= 1,2,3 …)를 구비 할 수 있으나, 바람직하게는 1 ~ 50개 이다.The apparatus for diagnosing abnormality of the monitoring target device and the machine tool of the present invention may include several (N = 1,2,3...) without limitation, but is preferably 1 to 50.
그 이유는, 모니터링 대상 기기 및 공작기계 이상 여부 진단 장치가 50개를 초과할 경우 무선 연결 시에 연결에 있어서 오류가 발생될 수 있기 때문이다.The reason for this is that if the number of monitoring devices and machine tool abnormality diagnosis devices exceeds 50, a connection error may occur during wireless connection.
본 발명의 메인 서버(100)는 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)로부터 필수 데이터를 수신하여 관리함으로써 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)가 정상적으로 동작하고 있는지 여부를 확인한다. The
이러한 메인 서버(100)는 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)로부터 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 공정이 완료될 때마다 해당 공정에 대한 결과 데이터를 수신한다.The
따라서, 메인 서버(100)는 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)로부터 수신된 데이터에 따라 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)가 정상적으로 동작하고 있다고 판단할 수 있다.Accordingly, the
모니터링 대상 기기(200_1~200_N)는 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)에 의해 이상 여부 진단이 모니터링되는 모니터링 대상 기기이다. 상기의 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)는 서로 다른 형태의 툴, 공작기계로 구현될 수 있다.The monitoring target devices 200_1 to 200_N are monitored devices whose abnormality diagnosis is monitored by the machine tool abnormality diagnosis devices 300_1 to 300_N. The monitoring target devices 200_1 to 200_N may be implemented as different types of tools and machine tools.
이러한 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)에는 가속도 센서(210_1~210_N)가 형성되어 있다.Acceleration sensors 210_1 to 210_N are formed in the monitoring target devices 200_1 to 200_N.
일 실시예에서, 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 챔버 내부에 가공 시의 진동 데이터 센싱을 위해 가속도 센서(210_1~210_N)가 형성되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 가공물 고정 지그에 가속도 센서(210_1~210_N)가 형성되어 있을 수 있다.In one embodiment, acceleration sensors 210_1 to 210_N may be formed inside the chambers of the devices to be monitored 200_1 to 200_N to sense vibration data during processing. More specifically, acceleration sensors 210_1 to 210_N may be formed in a workpiece fixing jig of the monitoring target device 200_1 to 200_N.
공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)와 연결되어 모니터링 대상 기기의 이상 여부를 진단하며 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 공정이 완료될 때마다 데이터를 메인 서버(100)에 제공한다. The machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) is connected to the monitoring target device (200_1 to 200_N) to diagnose the abnormality of the monitored device, and whenever the process of the monitored device (200_1 to 200_N) is completed, the data is sent to the main It is provided to the
따라서, 메인 서버(100)는 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)로부터 수신된 데이터에 따라 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)가 정상적으로 동작하고 있다고 판단할 수 있는 것이다. Therefore, the
공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 수신된 진동 신호 및 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 공작기계 기본 정보를 기초로 생성된 가공 주파수를 이용하여 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 이상 여부를 판단할 수 있다. The machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) monitors the vibration signal received from the monitoring target device (200_1 to 200_N) and the processing frequency generated based on the machine tool basic information of the monitoring target device (200_1 to 200_N). It is possible to determine whether or not the target devices 200_1 to 200_N are abnormal.
이를 위해, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 사용자 또는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 공작기계 기본 정보를 수신한다. 이때, 공작기계 기본 정보는 공구 회전수, 공구 날수, 가공 시작 시점, 가공 시간 등을 포함할 수 있다. To this end, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool receive basic machine tool information from the user or the monitoring target device 200_1 to 200_N. In this case, the machine tool basic information may include the number of revolutions of the tool, the number of blades of the tool, the start point of machining, the machining time, and the like.
일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 공작기계 기본 정보 입력 절차를 표시 패널을 통해 제공하고, 공작기계 기본 정보 입력 절차를 통해 공작기계 기본 정보를 수신한다. In one embodiment, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool provide a machine tool basic information input procedure through a display panel, and receive the machine tool basic information through the machine tool basic information input procedure.
다른 일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 공작기계 기본 정보를 수신할 수 있다. 이를 위해, 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)를 제어하는 외부 제어 장치(400_1~400_N)의 종류에 따라 서로 다른 방법으로 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)를 제어하는 외부 제어 장치 및 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 유선(예를 들어, RS-485)으로 연결된다. In another embodiment, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool may receive basic machine tool information from the monitoring target devices 200_1 to 200_N. To this end, external control devices that control the monitored devices (200_1 to 200_N) and machine tool abnormalities are diagnosed in different ways depending on the type of external control devices (400_1 to 400_N) that control the monitored devices (200_1 to 200_N). Devices 300_1 to 300_N are connected by wire (eg, RS-485).
상기와 같이, 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)를 제어하는 외부 제어 장치 및 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)가 유선으로 연결되기 위해서 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)에는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)를 제어하는 외부 제어 장치에 해당하는 서로 다른 종류의 통신 포트가 형성되어 있을 수 있다. As described above, in order to connect the external control device that controls the monitoring target devices (200_1 to 200_N) and the machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) by wire, the machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) is subject to monitoring. Different types of communication ports corresponding to external control devices that control the devices 200_1 to 200_N may be formed.
그런 다음, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 공작기계 기본 정보를 이용하여 가공 주파수를 생성한다. 일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 하기의 [수학식 1]을 이용하여 가공 주파수를 생성할 수 있다.Then, the machine tool abnormality diagnosis apparatuses 300_1 to 300_N generate a machining frequency using the machine tool basic information. In one embodiment, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool may generate the machining frequency using the following [Equation 1].
[수학식 1][Equation 1]
Frequency = Num_turn × Num_blade Frequency = Num_turn × Num_blade
Frequency: 가공 주파수,Frequency: process frequency,
Num_turn: 공구 회전수,Num_turn: number of tool revolutions,
Num_blade: 공구 날수Num_blade: number of tool blades
즉, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 공작기계 기본 정보 중 공구 회전수(Num_turn) 및 공구 날수(Num_blade)를 이용하여 가공 주파수를 산출한다. 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 가공 주파수 및 모니터링 대상 기기(200_1~200_N) 각각에 형성되어 있는 가속도 센서(210_1~210_N)로부터 수신된 진동 신호를 이용하여 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 이상 여부를 진단한다. 이하에서는 이러한 과정을 설명하기로 한다.That is, the machine tool abnormality diagnosis apparatuses 300_1 to 300_N calculate the machining frequency by using the number of tool revolutions (Num_turn) and the number of tool blades (Num_blade) among basic machine tool information. The machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) uses the processing frequency and the vibration signal received from the acceleration sensors (210_1 to 210_N) formed in each of the monitoring target devices (200_1 to 200_N) to be monitored (200_1 to 200_N). ) to diagnose abnormalities. In the following, this process will be described.
상기와 같이, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 공작기계 기본 정보를 수신한 후 대기 모드에 진입하게 된다. 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 대기 모드에서 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 일정 시간 동안의 진동 신호를 수신한 후 진동 신호를 이용하여 특정 값 이상의 진동 신호가 발생되었는지 여부를 확인한다. As described above, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool enter a standby mode after receiving basic machine tool information. The machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) receives a vibration signal for a certain period of time from the monitoring target device (200_1 to 200_N) in standby mode, and then uses the vibration signal to check whether a vibration signal of a certain value or more is generated. do.
그 후, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 대기 모드에서 신호 취득 모드로 전환되면, 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 수신된 가속도 센서의 진동 신호를 메모리에 저장한다. Thereafter, when the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool are switched from the standby mode to the signal acquisition mode, they store vibration signals of the acceleration sensors received from the monitoring target devices 200_1 to 200_N in memory.
일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 대기 모드에서 공작기계의 1개 공정 시작을 대표하는 신호를 수신하면, 대기 모드에서 신호 취득 모드로 전환할 수 있다.In one embodiment, when receiving a signal representing the start of one process of the machine tool in the standby mode, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool may switch from the standby mode to the signal acquisition mode.
공정 시작을 대표하는 신호란, 공작기계 내에 피가공물이 놓여지고 기계문이 닫히는 충격 진동 또는 이전 공정 이후 정지해 있던 가공 모터의 재시동 충격 진동을 뜻하며 이러한 신호를 수신하면 장치는 신호 취득 모드로 전환한다. 또한 모니터링 대상 기기의 제어장치로부터 신호 취득 모드는 새로운 가공 공정이 시작되었음을 장치가 인식하고, 유효한 신호(즉, 실질 가공 신호) 수신 여부를 판별하기 시작한다.The signal that represents the start of a process means the shock vibration that a workpiece is placed in the machine tool and the machine door is closed, or the shock vibration that restarts the processing motor that had stopped after the previous process. When these signals are received, the device switches to the signal acquisition mode. . Also, in the signal acquisition mode from the control device of the device to be monitored, the device recognizes that a new processing process has started, and determines whether a valid signal (ie, an actual processing signal) has been received.
신호 취득 모드에서는 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 메모리에 저장된 가속도 센서의 진동 신호를 일정 시간 구간 별로 나누어 초기 신호 분석을 수행한다. 예를 들어, 일정 시간 구간은 0.5초이지만 공정 상황에 따라 사용자 조작에 따라 변경될 수 있다. In the signal acquisition mode, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool divide the vibration signals of the acceleration sensors stored in the memory by specific time intervals and perform initial signal analysis. For example, the predetermined time interval is 0.5 seconds, but may be changed according to user manipulation according to process conditions.
상기의 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 유효한 신호 판별을 위해 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상에 해당하는지 대한 제1 조건, 특정 횟수 만큼 최대 값이 기준 값 이하의 특정 값에 해당하는지에 대한 제2 조건 또는 제1 조건 및 제2 조건을 모두 만족하는지 여부를 확인하고 확인 결과에 따라 가속도 센서의 진동 신호에 대한 상세 분석 모드로 진입한다.The above-described machine tool abnormality diagnosis devices 300_1 to 300_N determine whether the maximum value of the vibration signal of the acceleration sensor is greater than or equal to the reference value in order to determine a valid signal. It is checked whether the second condition for a specific value or whether both the first and second conditions are satisfied, and according to the check result, a detailed analysis mode for the vibration signal of the acceleration sensor is entered.
상세 분석 모드에서는 예를 들어, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 최대 기준 값은 0.1g, 수준 값의 지속 반복 조건은 0.07g의 값이 0.1초 내에 10회 이상으로 설정하고, 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상이 되는지 또는 그 이하의 일정 수준 값이 일정 수준 지속 반복이 동시에 발생할 때를 데이터 분석 시작 조건으로 결정한다. 이때, 최대 기준값, 수준값. 지속 반복 조건 및 분석 시작 조건의 기준(or/and)는 피가공물의 재질, 표면 및 심부상태 및 가공 크기/형상 등 공정 조건에 따라서 달라질 수 있으며 이는 사용자가 조절할 수 있다. In the detailed analysis mode, for example, the machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) sets the maximum reference value to 0.1g and the constant repetition condition of the level value to 0.07
만일, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상에 해당하는지 대한 제1 조건, 특정 횟수 만큼 최대 값이 기준 값 이하의 특정 값에 해당하는지에 대한 제2 조건 또는 제1 조건 및 제2 조건을 모두 만족하면 가속도 센서의 진동 신호에 대한 상세 진단 분석을 수행한다. If the machine tool abnormality diagnosis device (300_1 to 300_N) determines whether the maximum value of the vibration signal of the acceleration sensor corresponds to the reference value or more, the first condition, whether the maximum value corresponds to a specific value less than the reference value by a specific number of times. When the second condition or both the first and second conditions are satisfied, a detailed diagnostic analysis is performed on the vibration signal of the acceleration sensor.
이를 위해, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 진동 신호에 대한 신호 처리(예를 들어, FFT(Fast Fourier Transform))를 진행하여 고유 주파수를 추출한다. 상기와 같은 과정을 통해 추출된 고유 주파수 및 가공 주파수의 비교를 통해 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 이상 여부를 확인할 수 있다. To this end, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool perform signal processing (eg, Fast Fourier Transform (FFT)) on the vibration signal to extract a natural frequency. It is possible to check whether or not the monitored devices 200_1 to 200_N are abnormal by comparing the natural frequency and the processing frequency extracted through the above process.
FFT 분석을 통해 상위 5차 또는 그 이상 차수의 고유 주파수를 구하고, 이를 툴 가공 주파수의 1,2,3, …n차 고조파와 비교하여 동일 주파수가 존재하면 해당 툴은 정상 가공이 이루어져 정상 신호가 수신된 것으로 판단하며 만약 동일 주파수가 존재하지 않을 시에는 정상가공이 이루어 지지 않은 것으로 간주하여 이상발생 진단한다.Through FFT analysis, the natural frequencies of the top 5th or higher order are obtained, and these are calculated as 1,2,3, … of the tool machining frequency. Compared to the nth harmonic, if the same frequency exists, the tool judges that normal processing has been performed and a normal signal has been received.
즉, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 고유 주파수 및 툴별 가공 주파수 사이의 차이 주파수를 산출한 후 차이 주파수에 따라 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 정상 여부를 확인할 수 있다. That is, after calculating the difference frequency between the natural frequency and the processing frequency for each tool, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool may check whether the monitored devices 200_1 to 200_N are normal according to the difference frequency.
공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 사전 입력된 툴별로 정상신호가 모두 수신되거나 또는 종료 신호가 수신되기 전까지 계속해서 신호 취득 및 초기 신호 분석 과정을 지속하여 반복적으로 수행한다. 여기서, 종료 신호란 2초 또는 가공상황별로 사전에 입력된 특정 시간 이상 유효 신호가 연속적으로 수신되지 않을 시를 의미하며, 하나의 가공 공정이 종료된 상황을 뜻한다.The apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool continuously and repeatedly perform the signal acquisition and initial signal analysis processes until all normal signals are received for each pre-input tool or an end signal is received. Here, the end signal means when a valid signal is not continuously received for more than 2 seconds or a predetermined time inputted in advance for each processing situation, and refers to a situation in which one processing process is ended.
일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 미리 수신된 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 정보 및 상술한 분석 과정을 통해 획득된 정보가 동일하거나 시간 구간 별 데이터 확인 결과 특정 시간 이상 연속적으로 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우, 종료 신호가 수신되었다고 판단한다. In one embodiment, the device for diagnosing abnormalities in the machine tool (300_1 to 300_N) is the same as the previously received information of the monitoring target device (200_1 to 200_N) and the information obtained through the above-described analysis process, or a specific data check result for each time interval If the data analysis condition is not satisfied continuously for more than this time, it is determined that an end signal has been received.
이때, 특정 시간은 사용자에 의해 변경될 수 있으며, 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 진동이 없는 이상 대기 상황인 경우를 의미할 수 있다. In this case, the specific time may be changed by the user, and when the data analysis condition is not satisfied, it may mean a case of an abnormal standby situation in which there is no vibration of the devices to be monitored (200_1 to 200_N).
상기와 같이, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 종료 신호가 수신되었다고 판단되면, 신호 취득 모드에서 진단 모드로 변경하며, 진단 모드를 통해 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 진단 결과를 출력한 후 대기 모드로 변경한다.As described above, when it is determined that an end signal is received, the device for diagnosing abnormalities in the machine tool (300_1 to 300_N) changes from the signal acquisition mode to the diagnosis mode, and displays the diagnosis result of the monitoring target device (200_1 to 200_N) through the diagnosis mode. After printing, change to standby mode.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating an internal structure of an apparatus for diagnosing an abnormality in a machine tool according to an embodiment of the present invention.
도 5을 참조하면, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 공작기계 기본 정보 수신부(310), 가공 주파수 생성부(320), 공작기계 이상 여부 진단부(330), 저장부(340) 및 제어부(350)를 포함한다.Referring to FIG. 5 , the device for diagnosing whether or not there is an abnormality in the
공작기계 기본 정보 수신부(310)는 사용자 또는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 공작기계 기본 정보를 수신한다. 이때, 공작기계 기본 정보는 공구 회전수, 공구 날수, 가공 시작 시점, 가공 시간 등을 포함할 수 있다. The machine tool basic
일 실시예에서, 공작기계 기본 정보 수신부(310)는 공작기계 기본 정보 입력 절차를 표시 패널을 통해 제공하고, 공작기계 기본 정보 입력 절차를 통해 공작기계 기본 정보를 수신한다. In one embodiment, the machine tool basic
다른 일 실시예에서, 공작기계 기본 정보 수신부(310)는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 공작기계 기본 정보를 수신할 수 있다. 이를 위해, 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)를 제어하는 외부 제어 장치(미도시됨)의 종류에 따라 서로 다른 방법으로 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)를 제어하는 외부 제어 장치 및 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 유선(예를 들어, RS-485)으로 연결된다. In another embodiment, the machine tool
상기와 같이, 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)를 제어하는 외부 제어 장치 및 공작기계 기본 정보 수신부(310)가 유선으로 연결되기 위해서 공작기계 기본 정보 수신부(310)는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)를 제어하는 외부 제어 장치에 해당하는 서로 다른 종류의 통신 포트가 형성되어 있을 수 있다. As described above, in order for the external control device that controls the monitoring target devices 200_1 to 200_N and the machine tool basic
가공 주파수 생성부(320)는 공작기계 기본 정보 수신부(310)로부터 수신된 공작기계 기본 정보를 이용하여 가공 주파수를 생성한다. 일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 상기의 [수학식 1]을 이용하여 가공 주파수를 생성할 수 있다.The processing
즉, 가공 주파수 생성부(320)는 공작기계 기본 정보 중 공구 회전수(Num_turn) 및 공구 날수(Num_blade)를 이용하여 가공 주파수를 산출하여 공작기계 이상 여부 진단부(330)에 제공한다. That is, the machining
따라서, 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 가공 주파수 및 모니터링 대상 기기(200_1~200_N) 각각에 형성되어 있는 가속도 센서(210_1~210_N)로부터 수신된 진동 신호를 이용하여 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 이상 여부를 진단할 수 있는 것이다. Therefore, the machine tool
공작기계 이상 여부 진단부(330)는 제어부(350)로부터 초기 신호 분석 요청 신호를 수신하면, 저장부(340)에 저장된 가속도 센서의 진동 신호를 일정 시간 구간 별로 나누어 초기 신호 분석을 수행한다. 예를 들어, 일정 시간 구간은 0.5초이지만 공정 상황에 따라 사용자 조작에 따라 변경될 수 있다. Upon receiving the initial signal analysis request signal from the
그 후, 상기의 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 제어부(350)로부터 상세 분석 요청 신호를 수신하면, 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상에 해당하는지 대한 제1 조건, 특정 횟수 만큼 최대 값이 기준 값 이하의 특정 값에 해당하는지에 대한 제2 조건 또는 제1 조건 및 제2 조건을 모두 만족하는지 여부를 확인하여 초기 신호 분석 결과를 생성한 후 제어부(350)에 제공한다.Then, upon receiving the detailed analysis request signal from the
예를 들어, 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 최대 기준 값은 0.1g, 수준 값의 지속 반복 조건은 0.07g의 값이 0.1초 내에 10회 이상으로 설정하고, 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상이 되는지 또는 그 이하의 일정 수준 값이 일정 수준 지속 반복이 동시에 발생할 때를 데이터 분석 시작 조건으로 결정한다. 이때, 최대 기준값, 수준값. 지속 반복 조건 및 분석 시작 조건의 기준(or/and)는 공정 조건에 따라서 사용자가 조절할 수 있다. For example, the machine tool
만일, 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상에 해당하는지 대한 제1 조건, 특정 횟수 만큼 최대 값이 기준 값 이하의 특정 값에 해당하는지에 대한 제2 조건 또는 제1 조건 및 제2 조건을 모두 만족하는지 여부를 확인하여 초기 신호 분석 결과를 생성한다. If the machine tool
한편, 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 제어부(350)로부터 상세 분석 요청 신호를 수신하면, 상세 분석을 실행한다.Meanwhile, upon receiving a detailed analysis request signal from the
먼저, 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 진동 신호에 대한 신호 처리(예를 들어, FFT(Fast Fourier Transform))를 진행하여 고유 주파수를 추출한다. 상기와 같은 과정을 통해 추출된 고유 주파수 및 가공 주파수 생성부(320)로부터 수신된 가공 주파수의 비교를 통해 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 이상 여부를 확인할 수 있다.First, the machine tool
즉, 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 고유 주파수 및 가공 주파수 생성부(320)로부터 수신된 가공 주파수 사이의 차이 주파수를 산출한 후 차이 주파수에 따라 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 정상 여부를 확인할 수 있다. That is, the machine tool
공작기계 이상 여부 진단부(330)는 종료 신호가 수신되기 전까지 계속해서 신호 취득 및 초기 신호 분석 과정을 지속하여 반복적으로 수행한다. The machine tool
일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 미리 수신된 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 정보 및 상술한 분석 과정을 통해 획득된 정보가 동일하거나 시간 구간 별 데이터 확인 결과 특정 시간 이상 연속적으로 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우, 종료 신호가 수신되었다고 판단한다. In one embodiment, the machine tool
이때, 특정 시간은 사용자에 의해 변경될 수 있으며, 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 진동이 없는 이상 대기 상황인 경우를 의미할 수 있다. In this case, the specific time may be changed by the user, and when the data analysis condition is not satisfied, it may mean a case of an abnormal standby situation in which there is no vibration of the devices to be monitored (200_1 to 200_N).
제어부(350)는 공작기계 기본 정보 수신부(310)로부터 공작기계 기본 정보를 수신한 후 대기 모드에 진입하게 된다. 제어부(350)는 대기 모드에서 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 일정 시간 동안의 진동 신호를 수신한 후 진동 신호를 이용하여 특정 값 이상의 진동 신호가 발생되었는지 여부를 확인한다. The
그 후, 제어부(350)는 대기 모드에서 신호 취득 모드로 전환되면, 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)로부터 수신된 가속도 센서의 진동 신호를 저장부(340)에 저장되도록 제어한다. Thereafter, when the standby mode is switched to the signal acquisition mode, the
일 실시예에서, 제어부(350)는 대기 모드에서 공작기계의 1개 공정 시작을 대표하는 신호를 수신하면, 대기 모드에서 신호 취득 모드로 전환할 수 있다. In one embodiment, the
공정 시작을 대표하는 신호란, 공작기계 내에 피가공물이 놓여지고 기계문이 닫히는 충격 진동 또는 이전 공정 이후 정지해 있던 가공 모터의 재시동 충격 진동을 뜻하며 이러한 신호를 수신하면 장치는 신호 취득 모드로 전환한다. 신호 취득 모드는 새로운 가공 공정이 시작되었음을 장치가 인식하고, 유효한 신호(즉, 실질 가공 신호) 수신 여부를 판별하기 시작한다.The signal that represents the start of a process means the shock vibration that a workpiece is placed in the machine tool and the machine door is closed, or the shock vibration that restarts the processing motor that had stopped after the previous process. When these signals are received, the device switches to the signal acquisition mode. . In the signal acquisition mode, the device recognizes that a new machining process has started and starts to determine whether a valid signal (i.e., an actual machining signal) has been received.
신호 취득 모드에서는 제어부(350)는 신호 취득 모드로 전환되면 저장부(340)에 저장된 가속도 센서의 진동 신호에 대한 초기 신호 분석 요청 신호를 공작기계 이상 여부 진단부(330)에 제공한다. 따라서, 공작기계 이상 여부 진단부(330)는 초기 신호 분석 요청 신호에 따라 저장부(340)에 저장된 가속도 센서의 진동 신호에 대한 분석을 실행할 수 있는 것이다.In the signal acquisition mode, the
그 후, 제어부(350)는 공작기계 이상 여부 진단부(330)로부터 수신된 초기 신호 분석 결과에 따라 상세 분석 요청 신호를 공작기계 이상 여부 진단부(330)에 제공한다.Then, the
즉, 제어부(350)는 초기 신호 분석 결과가 제1 조건, 제2 조건 또는 제1 조건 및 제2 조건을 모두 만족하는 경우, 상세 분석 요청 신호를 공작기계 이상 여부 진단부(330)에 제공한다.That is, when the initial signal analysis result satisfies the first condition, the second condition, or both the first and second conditions, the
이러한 제어부(350)는 공작기계 이상 여부 진단부(330)로부터 수신된 공작기계 이상 진단 결과를 기초로 알림부(미도시됨)를 통해 알림을 제공하여 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)에 이상 상황이 발생했음을 외부에 알림하거나 또는 비정상 발생시 후속 제어를 위한 제어신호를 제공할 후속 할 수 있다. The
도 6는 본 발명에 따른 공작기계 이상 여부 진단 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart for explaining an embodiment of a method for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to the present invention.
도 6를 참조하면, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 사용자 또는 모니터링 대상 기기로부터 공작기계 기본 정보(즉, 공정 내 사용되는 툴 사양 및 작동 조건)를 수신하면 대기 모드에 진입한다(단계 S410).Referring to FIG. 6 , when machine tool
예를 들어, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 도 7와 같은 과정을 통해 사용자 또는 모니터링 대상 기기로부터 공작기계 기본 정보를 수신하면 대기 모드에 진입할 수 있다. 이때, 공작기계 기본 정보는 공구 회전수, 공구 날수, 가공 시작 시점, 가공 시간 등을 포함할 수 있다. For example, the
일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 도 7와 같이 공작기계 기본 정보 입력 절차를 표시 패널을 통해 제공하고, 공작기계 기본 정보 입력 절차를 통해 공작기계 기본 정보를 수신할 수 있다. In one embodiment, the
공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 대기 모드에서 공정 시작을 대표하는 신호를 수신하면, 상기 대기 모드에서 신호 취득 모드로 전환한다(단계 S420).When receiving a signal representing the start of a process in the standby mode, the
즉, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 대기 모드에서 도 9와 같은 진동 신호를 수신하며, 일반적인 상황과 대비되는 특정값 이상의 진동 신호 발생 여부만을 확인하는 반복 작업만을 계속 수행한다. 이때, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 스파이크 제거, 필터링 등의 노이즈 제거 과정을 함께 수행할 수 있다.That is, the
공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 대기 모드에서 공정 시작을 대표하는 신호를 수신하면, 상기 대기 모드에서 신호 취득 모드로 전환한다(단계 S430). When receiving a signal representing the start of a process in the standby mode, the
공정 시작을 대표하는 신호란, 공작기계 내에 피가공물이 놓여지고 기계문이 닫히는 충격 진동 또는 이전 공정 이후 정지해 있던 가공 모터의 재시동 충격 진동을 뜻하며, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 신호를 수신하면 신호 취득 모드는 새로운 가공 공정이 시작되었음을 장치가 인식하고, 유효한 신호(즉, 실질 가공 신호) 수신 여부를 판별하기 시작한다.The signal representing the start of the process refers to the shock vibration of closing the machine door after the workpiece is placed in the machine tool or the shock vibration of restarting the processing motor that has stopped after the previous process. Upon receipt, the signal acquisition mode causes the device to recognize that a new machining process has started, and begins to determine whether a valid signal (i.e., an actual machining signal) has been received.
공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 신호 취득 모드에서 도 9의 가속도 센서의 진동 신호를 메모리에 저장한 후, 메모리에 저장된 도 9의 가속도 센서의 진동 신호를 일정 시간 구간 별로 나누어 초기 신호 분석을 수행한다. 예를 들어, 일정 시간 구간은 0.5초이지만 공정 상황에 따라 사용자 조작에 따라 변경될 수 있다. After storing the vibration signal of the acceleration sensor of FIG. 9 in a memory in the signal acquisition mode, the machine
상기와 같이, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 초기 신호 분석을 수행하는 과정에서 유효한 신호(즉, 실질 가공 신호)가 수신되었는지 여부에 따라 상세 분석 모드로 전환한다(단계 S440).As described above, the
단계 S440에 대한 일 실시예에서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상이 되는지에 대한 제1 조건 및 특정 횟수 만큼 최대 값이 기준 값 이하의 특정 값에 해당하는지에 대한 제2 조건 또는 제1 조건 및 제2 조건을 모두 만족하면 속도 센서의 진동 신호에 대한 상세 진단 모드로 전환한다. In one embodiment of step S440, the
이를 위해, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 진동 신호에 대한 신호 처리(예를 들어, FFT(Fast Fourier Transform))를 진행하여 고유 주파수를 추출한다. 상기와 같은 과정을 통해 추출된 고유 주파수 및 도 10의 가공 주파수의 비교를 통해 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 이상 여부를 확인할 수 있다. To this end, the
FFT 분석을 통해 상위 5차 또는 그 이상 차수의 고유 주파수를 구하고, 이를 툴 가공 주파수의 1,2,3, …n차 고조파와 비교하여 동일 주파수가 존재하면 해당 툴은 정상 가공이 이루어져 정상 신호가 수신된 것으로 판단하며 만약 동일 주파수가 존재하지 않을 시에는 정상가공이 이루어 지지 않은 것으로 간주하여 이상발생 진단한다.Through FFT analysis, the natural frequencies of the top 5th or higher order are obtained, and these are calculated as 1,2,3, … of the tool machining frequency. Compared to the nth harmonic, if the same frequency exists, the tool judges that normal processing has been performed and a normal signal has been received.
공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 고유 주파수 및 툴별 가공 주파수 사이의 차이 주파수를 산출한 후 차이 주파수에 따라 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 정상 여부를 확인한다.The
마지막으로, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 가공 공정 종료 시(즉, 툴별 정상 신호 수신 시 또는 종료 신호 수신 시) 외부 알람, 알림 메시지 및 외부 제어기능을 제공한다. Finally, the
보다 구체적으로, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 미리 수신된 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 정보 및 상술한 분석 과정을 통해 획득된 정보가 동일하거나 시간 구간 별 데이터 확인 결과 특정 시간 이상 연속적으로 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우, 종료 신호가 수신되었다고 판단한다. More specifically, the device for diagnosing whether or not there is an abnormality in the machine tool (300_1 to 300_N) is the same as the previously received information of the monitoring target device (200_1 to 200_N) and the information acquired through the above-described analysis process, or as a result of checking the data for each time interval at a specific time If the data analysis condition is not satisfied continuously, it is determined that an end signal has been received.
이때, 특정 시간은 사용자에 의해 변경될 수 있으며, 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 진동이 없는 이상 대기 상황인 경우를 의미할 수 있다. In this case, the specific time may be changed by the user, and when the data analysis condition is not satisfied, it may mean a case of an abnormal standby situation in which there is no vibration of the devices to be monitored (200_1 to 200_N).
상기와 같이, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300_1~300_N)는 종료 신호가 수신되었다고 판단되면, 신호 취득 모드에서 도 8과 같은 진단 모드로 변경하며, 진단 모드를 통해 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 진단 결과를 출력한 후 대기 모드로 변경한다. As described above, when it is determined that an end signal is received, the apparatuses 300_1 to 300_N for diagnosing abnormalities in the machine tool change from the signal acquisition mode to the diagnosis mode as shown in FIG. 8, and the monitoring target devices 200_1 to 200_N After outputting the diagnosis result, it changes to standby mode.
도 8의 진단 화면에서 가로축의 툴 별로 정상적일 경우에는 푸른 색의 정상 영역에 결과 값을 표시하고, 비정상적일 경우에는 상하부의 붉은 색 영역에 결과 값을 표시한다. 이때, 도 8의 진단 화면은 사용자에 의해 설정된 시간만큼 표시될 수 있다.In the diagnostic screen of FIG. 8, if each tool on the horizontal axis is normal, the result value is displayed in the blue normal area, and if it is abnormal, the result value is displayed in the upper and lower red area. At this time, the diagnosis screen of FIG. 8 may be displayed for a time set by the user.
비정상적인 경우에는 또한, 알람 부저, 알람 등을 통해 현장 작업자에게 조치를 취할 수 있도록 알람하며, 또한 모니터링 대상 기기가 피가공물을 자동 공급하는 자동화 시스템이 구성되어 있을 경우에는 자동 공급장치를 멈춤하는 제어신호를 송출한다.In case of an abnormality, it also alerts the field worker to take action through an alarm buzzer, alarm, etc. Also, if the monitoring target device is configured with an automated system that automatically supplies the workpiece, a control signal that stops the automatic supply device send out
또한, 때때로 가공 툴의 형태에 따라서, 가공 조건이나 현장 상황에 따라 상기 [수학식 1]과 일치하는 주파수가 아닌 다른 가공 주파수가 발생하기도 하는데, 이와 같은 상황일 때마다 시스템 상에 해당 주파수 대역을 직접 입력하여 진단에 활용하는 것이 가능하나 이는 작업자로 하여금 매우 번거롭고 비효율적이다.In addition, sometimes, depending on the type of machining tool, machining conditions or field conditions, a machining frequency other than the frequency matching the above [Equation 1] may occur. It is possible to directly input and use it for diagnosis, but this is very cumbersome and inefficient for the operator.
본 발명에서는 최초 발생한 주요 주파수 대역을 마지막 소구간에서의 값과 비교하여 이 값이 달라졌을 때, 공구의 파손으로 자동 간주하여 도 8의 진단 화면을 통해 사용자에게 알린다.In the present invention, the value of the first main frequency band is compared with the value of the last subsection, and when this value is different, it is automatically regarded as a tool breakage and notified to the user through the diagnosis screen of FIG. 8 .
본 발명은 가공 상태를 정확히 인지하여 가공 시작에서부터 가공이 끝나는 시점까지의 전 시간 구간 동안의 툴 손상 진단 정확성을 향상 시킨다.The present invention accurately recognizes the machining state and improves the accuracy of tool damage diagnosis during the entire time period from the start of machining to the end of machining.
구체적으로, 일반적으로 종래의 수치 제어(NC) 공작기계의 가공은 전체 깊이를 한번에 가공하지 않고 몇 차례씩 소구간을 나누어 가공을 실시한다. (예를 들어, 깊이 8mm의 탭을 2mm씩 4회의 소구간으로 나눠 가공) 이는, 다시 말하면 가공 중 가공 툴이 수직 이동을 몇 차례 수행하는 것이다.Specifically, in general, machining of a conventional numerical control (NC) machine tool is performed by dividing the entire depth into small sections several times rather than machining the entire depth at once. (For example, a tap with a depth of 8 mm is divided into 4 small sections of 2 mm each) This means that the machining tool performs vertical movement several times during machining.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 구간 동안의 가속도 센서의 신호 및 가공 주파수를 예시로 도시한 것이다.11 illustrates an example of a signal of an acceleration sensor and a processing frequency during a processing section according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 11은 총 4개의 나사 탭을 가공하는 동안의 가속도 센서의 신호를 나타낸 것이며, 3번째 나사 탭을 가공하는 동안의 신호를 확대한 도면이다. 여기서, 주황색 선은 FFT 주파수 스펙트럼 분석을 통해 산출한 가장 주요한 주파수 대역을 나타낸 것이다.Specifically, FIG. 11 shows signals of an acceleration sensor while machining a total of four screw taps, and is an enlarged view of signals while machining a third screw tap. Here, the orange line represents the most important frequency band calculated through FFT frequency spectrum analysis.
도 11을 참조하면, 하나의 나사 탭을 가공하는 중간에 가공 툴이 총 3회의 수직 이송을 실시하였으며, 이 때 차별되는 주파수 신호가 발생함을 알 수 있다.Referring to FIG. 11 , in the middle of machining one screw tap, the machining tool performed vertical feed a total of three times, and it can be seen that a differentiated frequency signal is generated at this time.
전체 가공 구간 동안의 가공 주파수를 계속해서 모두 스캔하는 것은 비효율적이며, 노이즈 등에 의한 오진단 발생의 가능성이 크다.It is inefficient to continuously scan all processing frequencies during the entire processing section, and there is a high possibility of misdiagnosis due to noise.
따라서, 본 발명에서는 가공 구간 전체가 아닌 마지막 수직 이송이 끝난 후로부터의 1개 소구간만을 진단에 활용함으로써 보다 효율적이고 오진단의 발생 가능성을 줄이고자 하였다.Therefore, in the present invention, it is intended to be more efficient and to reduce the possibility of misdiagnosis by using only one subsection after the end of the last vertical transfer instead of the entire processing section for diagnosis.
종래의 공작기계 이상 여부 진단방법은 공정 전체 시간 동안의 가공 주파수를 계속적으로 스캔하는 방식이었다. 이러한 방식은 비효율적이며, 노이즈에 의한 오진단이 발생할 가능성이 매우 크다.A conventional method for diagnosing an abnormality in a machine tool was a method of continuously scanning a processing frequency during the entire process time. This method is inefficient, and there is a high possibility of misdiagnosis due to noise.
또한, 때때로 가공 툴의 형태에 따라서, 가공 조건이나 현장 상황에 따라 상기 [수학식 1]과 일치하는 주파수가 아닌 다른 가공 주파수가 발생하기도 하는데, 이와 같은 상황일 때마다 시스템 상에 해당 주파수 대역을 직접 입력하여 진단에 활용하는 것이 가능하나 이는 작업자로 하여금 매우 번거롭고 비효율적이다.In addition, sometimes, depending on the type of machining tool, machining conditions or field conditions, a machining frequency other than the frequency matching the above [Equation 1] may occur. It is possible to directly input and use it for diagnosis, but this is very cumbersome and inefficient for the operator.
본 발명에서는 최초 발생한 주요 주파수 대역을 마지막 소구간에서의 값과 비교하여 이 값이 달라졌을 때, 공구의 파손으로 자동 간주하여 사용자에게 알람 또는 인근 장치로의 제어 연동을 할 수 있다.In the present invention, when the value of the first main frequency band is compared with the value of the last subsection, when this value is different, it is automatically regarded as a tool breakage, and the user can be alarmed or control-linked to a nearby device.
따라서, 본 발명은 진단 정확도를 향상시키면서도 소요되는 시간을 줄일 수 있으며 효율적인 진단이 가능하도록 한다. Therefore, the present invention can reduce the time required while improving diagnosis accuracy, and enable efficient diagnosis.
또한, 종래의 공작기계 이상 여부 진단에서는 하나의 메인 서버(10)가 이 모든 분석 및 제어를 수행하였기에 서버의 과부화가 발생 할 수 있다는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional machine tool abnormality diagnosis, there is a problem that server overload may occur because one
한편, 본 발명에서는 공정 전체 시간 동안이 아닌 툴 가공이 끝난 후로부터의 마지막 주파수 신호 혹은 데이터만을 진단에 활용함으로써 상기 종래의 문제점을 해결하여 보다 효율적이고 오진단 발생의 가능성을 줄인다.On the other hand, in the present invention, by using only the last frequency signal or data from after the tool machining is finished instead of the entire process time, the above conventional problems are solved more efficiently and the possibility of misdiagnosis is reduced.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계 이상 여부 진단 장치를 설명하기 위한 사시도이다.12 is a perspective view illustrating an apparatus for diagnosing whether a machine tool is abnormal according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 무선통신용 안테나(380), 센서 연결부(360) 및 알림부(370)를 포함한다.Referring to FIG. 12 , the
무선통신용 안테나(380)는 무선으로도 메인 서버(100) 및 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)와의 데이터 송수신이 가능하게 한다.The
센서 연결부(360)는 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 가속도 센서와 연결되어 가속도 센서의 진동 신호를 수신한다. The
이러한 진동 신호는 초기 분석 및 상세 진단 분석 시 사용되며, 초기 신호 분석 시 최대 값이 기준 값 이상에 해당하는지 대한 제1 조건, 특정 횟수 만큼 최대 값이 기준 값 이하의 특정 값에 해당하는지에 대한 제2 조건 또는 제1 조건 및 제2 조건을 모두 만족하는지 여부를 확인하고 확인 결과에 따라 상세 진단 분석이 진행된다. These vibration signals are used for initial analysis and detailed diagnosis analysis. In the initial signal analysis, the first condition for whether the maximum value corresponds to a reference value or more, and the condition for whether the maximum value for a specific number of times corresponds to a specific value less than or equal to the reference value It is checked whether
따라서, 공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 상세 진단 분석 시 진동 신호에 대한 신호 처리(예를 들어, FFT(Fast Fourier Transform))를 진행하여 고유 주파수가 추출되면, 고유 주파수 및 미리 산출된 가공 주파수의 비교 결과에 따라 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)의 이상 상황이 발생되었는지 여부가 확인할 수 있는 것이다.Therefore, when the machine tool
공작기계 이상 여부 진단 장치(300)는 공작기계 이상 진단 결과를 기초로 알림부(370)를 통해 알림을 제공하여 모니터링 대상 기기(200_1~200_N)에 이상 상황이 발생했음을 외부에 알릴 수 있다.The
한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Although described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art can make various modifications and variations from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should be grasped only by the claims described below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention.
100: 메인 서버,
200_1~200_N: 모니터링 대상 기기,
300_1~300_N: 공작기계 이상 여부 진단 장치
310: 공작기계 기본 정보 수신부,
320: 가공 주파수 생성부,
330: 공작기계 이상 여부 진단부,
340: 저장부
350: 제어부
400_1~400_N: 제어장치100: main server,
200_1~200_N: Devices to be monitored,
300_1~300_N: Machine tool abnormality diagnosis device
310: machine tool basic information receiver,
320: processing frequency generator,
330: machine tool abnormality diagnosis unit,
340: storage unit
350: control unit
400_1~400_N: Control device
Claims (7)
상기 모니터링 대상 기기로부터 공작기계 기본 정보를 수신하기 위하여 유선으로 연결할 수 있는 통신포트를 포함하는 수신부;
상기 공작기계 기본 정보 수신부로부터 수신된 공작기계 기본 정보를 이용하여 가공 주파수를 생성하는 가공 주파수 생성부;
상기 모니터링 대상 기기에 형성된 가속도 센서의 진동 신호가 저장되어 있는 저장부;
초기 신호 분석 요청 신호에 따라 상기 저장부에 저장된 가속도 센서의 진동 신호를 일정 시간 구간 별로 나누어 초기 신호 분석을 수행한 후 초기 신호 분석 결과를 생성하고, 상기 초기 신호 분석 결과에 따라 상세 분석 요청 신호가 수신되면 미리 산출된 가공 주파수 및 가속도 센서의 진동 신호를 비교하여 상기 모니터링 대상 기기의 이상 여부를 진단하는 공작기계 이상 여부 진단부;를 포함하되,
상기 진단부는 고유 주파수 및 공작기계별 가공 주파수의 차이를 산출한 후, 주파수에 따라 모니터링 대상 기기의 정상 여부를 확인하고, 미리 수신된 모니터링 대상 기기의 정보 및 상술한 분석 과정을 통해 획득된 정보가 동일하거나 시간 구간별 데이터 확인 결과 특정 시간 이상 연속으로 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우 종료신호로 판단하는 진단부;
상기 공작기계 기본 정보 수신부로부터 공작기계 기본 정보를 수신하면 스파이크 제거, 필터링 등의 노이즈 제거 과정을 함께 수행할 수 있으며, 특정 값 이상의 진동 신호 발생 여부를 확인하기 위한 대기 모드에 진입하고, 상기 대기 모드에서 공정 시작을 대표하는 신호를 수신하면 신호 취득 모드로 전환되며,
신호 취득 모드에서는 상기 진동 신호가 상기 저장부에 저장되도록 제어한 후 상기 저장부에 저장된 가속도 센서의 진동 신호에 대한 초기 신호 분석 요청 신호를 상기 공작기계 이상 여부 진단부에 제공하며, 상기 초기 신호 분석 결과에 따라 상세 분석 요청 신호를 상기 공작기계 이상 여부 진단부에 제공하는 제어부;를 포함하고,
시스템이 비정상적인 경우 작업자에게 알람을 표시하고 자동공급장치를 중단시키는 제어신호를 발생시키는 복수의 모니터링 대상 기기를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계 이상 여부 진단 시스템.
A main server capable of controlling a plurality of monitoring target devices;
a receiving unit including a communication port connectable by wire in order to receive basic machine tool information from the monitoring target device;
a processing frequency generation unit generating a processing frequency using the machine tool basic information received from the machine tool basic information receiving unit;
a storage unit for storing a vibration signal of an acceleration sensor formed in the monitoring target device;
According to the initial signal analysis request signal, the vibration signal of the acceleration sensor stored in the storage unit is divided into predetermined time intervals to perform initial signal analysis, and then an initial signal analysis result is generated. According to the initial signal analysis result, a detailed analysis request signal is generated. When received, a machine tool abnormality diagnosis unit for diagnosing an abnormality of the monitoring target device by comparing a previously calculated processing frequency and a vibration signal of an acceleration sensor;
After calculating the difference between the natural frequency and the processing frequency of each machine tool, the diagnosis unit checks whether the monitoring target device is normal according to the frequency, and the information of the monitoring target device received in advance and the information obtained through the above analysis process are checked. a diagnosis unit that determines that an end signal is obtained when data analysis conditions are not satisfied continuously for a specific period of time or longer as a result of checking data for the same or time interval;
When the machine tool basic information is received from the machine tool basic information receiving unit, noise elimination processes such as spike removal and filtering may be performed together, and a standby mode is entered to check whether a vibration signal exceeding a specific value is generated, and the standby mode When receiving a signal representing the start of the process, it switches to the signal acquisition mode,
In the signal acquisition mode, after controlling the vibration signal to be stored in the storage unit, an initial signal analysis request signal for the vibration signal of the acceleration sensor stored in the storage unit is provided to the machine tool abnormality diagnosis unit, and the initial signal analysis A control unit for providing a detailed analysis request signal to the machine tool abnormality diagnosis unit according to the result,
A machine tool abnormality diagnosis system, characterized in that it can control a plurality of monitoring target devices that display an alarm to the operator when the system is abnormal and generate a control signal to stop the automatic supply device.
상기 공작기계 이상 여부 진단부는
상기 제어부로부터 초기 신호 분석 요청 신호를 수신하면, 상기 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상에 해당하는지에 대한 제1 조건, 특정 횟수 만큼 최대 값이 기준 값 이하의 특정 값에 해당하는지에 대한 제2 조건 또는 상기 제1 조건 및 제2 조건을 모두 만족하는지 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 공작기계 이상 여부 진단 시스템.According to claim 1,
The machine tool abnormality diagnosis unit
When an initial signal analysis request signal is received from the control unit, a first condition for whether the maximum value of the vibration signal of the acceleration sensor corresponds to a reference value or more, whether the maximum value of a specific number of times corresponds to a specific value equal to or less than the reference value Machine tool abnormality diagnosis system, characterized in that for checking whether the second condition or both the first condition and the second condition are satisfied.
상기 공작기계 이상 여부 진단부는
상기 상세 분석 요청 신호에 따라 상기 진동 신호에 대한 신호 처리를 진행하여 고유 주파수를 추출한 후, 상기 고유 주파수 및 상기 가공 주파수 생성부로부터 수신된 가공 주파수를 비교하여 상기 모니터링 대상 기기의 이상 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 공작기계 이상 여부 진단 시스템.
According to claim 1,
The machine tool abnormality diagnosis unit
After extracting a natural frequency by performing signal processing on the vibration signal according to the detailed analysis request signal, comparing the natural frequency and the processing frequency received from the processing frequency generator to check whether the monitoring target device is abnormal Machine tool abnormality diagnosis system, characterized in that.
사용자 또는 모니터링 대상 기기로부터 공작기계 기본 정보를 수신하면 스파이크 제거, 필터링 등의 노이즈 제거 과정을 함께 수행할 수 있으며, 특정 값 이상의 진동 신호 발생 여부를 확인하기 위한 대기 모드에 진입하는 단계;
상기 대기 모드에서 공정 시작을 대표하는 신호를 수신하면, 상기 대기 모드에서 신호 취득 모드로 전환하는 단계;
상기 신호 취득 모드에서 메모리에 저장된 가속도 센서의 진동 신호를 일정시간 구간 별로 나누어 초기 신호 분석을 수행하는 단계;
상기 초기 신호 분석을 수행하는 과정에서 유효한 신호가 수신되었는지 여부에 따라 상세 분석 모드로 전환하는 단계;
상기 상세 분석 모드에서 미리 산출된 가공 주파수 및 가속도 센서의 진동 신호를 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 따라 상기 모니터링 대상 기기의 이상 여부를 진단하는 단계;를 포함하되,
고유 주파수 및 공작기계별 가공 주파수의 차이를 산출한 후, 주파수에 따라 모니터링 대상 기기의 정상 여부를 확인하고, 미리 수신된 모니터링 대상 기기의 정보 및 상술한 분석 과정을 통해 획득된 정보가 동일하거나 시간 구간별 데이터 확인 결과 특정 시간 이상 연속적으로 데이터 분석 조건을 만족시키지 못할 경우 종료신호로 판단하며,
시스템이 비정상적인 경우 작업자에게 알람을 표시하고 자동공급장치를 중단시키는 제어신호를 발생시키고,
상기 모니터링 대상 기기의 공정이 완료될 때마다 공작기계 이상 여부 진단 장치로부터 해당 공정에 대한 결과 데이터를 메인 서버에서 수신하여 상기 수신된 데이터에 따라 모니터링 대상 기기를 제어하되, 복수의 모니터링 대상 기기를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 공작기계 이상 여부 진단 방법.
In the method for diagnosing whether a machine tool is abnormal or not executed in a machine tool abnormality diagnosis device,
When basic machine tool information is received from a user or a device to be monitored, noise elimination processes such as spike elimination and filtering may be performed together, and entering a standby mode to check whether a vibration signal exceeding a specific value is generated;
switching from the standby mode to a signal acquisition mode when receiving a signal representing the start of a process in the standby mode;
performing an initial signal analysis by dividing the vibration signal of the acceleration sensor stored in a memory in the signal acquisition mode by a predetermined time interval;
switching to a detailed analysis mode according to whether a valid signal is received during the initial signal analysis;
Comparing the pre-calculated processing frequency and the vibration signal of the acceleration sensor in the detailed analysis mode; and
Diagnosing whether or not the monitoring target device is abnormal according to the comparison result; includes,
After calculating the difference between the natural frequency and the processing frequency for each machine tool, check whether the monitoring target device is normal according to the frequency, and if the previously received monitoring target device information and the information obtained through the above analysis process are the same or time As a result of checking the data by section, if the data analysis condition is not satisfied continuously for more than a certain time, it is judged as an end signal.
If the system is abnormal, an alarm is displayed to the operator and a control signal is generated to stop the automatic supply device,
Whenever the process of the monitoring target device is completed, the main server receives result data for the corresponding process from the machine tool abnormality diagnosis device, controls the monitoring target device according to the received data, and controls a plurality of monitoring target devices. A method for diagnosing machine tool abnormality, characterized in that it can be done.
상기 사용자 또는 모니터링 대상 기기로부터 공작기계 기본 정보를 수신하면 대기 모드에 진입하는 단계는 공정 내 사용되는 툴 사양 및 작동 조건을 수신하면 대기 모드에 진입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 이상 여부 진단 방법
According to claim 4,
The step of entering the standby mode when basic machine tool information is received from the user or the monitoring target device includes the step of entering the standby mode when tool specifications and operating conditions used in the process are received Diagnosis method
상기 신호 취득 모드에서 메모리에 저장된 가속도 센서의 진동 신호를 일정 시간 구간 별로 나누어 초기 신호 분석을 수행하는 단계는 상기 가속도 센서의 진동 신호에 대해서 최대 값이 기준 값 이상이 되는지에 대한 제1 조건 및 특정 횟수만큼 최대 값이 기준 값 이하의 특정 값에 해당하는지에 대한 제2 조건 또는 제1조건 및 제2 조건을 모두 만족하는 여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 이상 여부 진단 방법.
According to claim 4,
In the signal acquisition mode, the step of dividing the vibration signal of the acceleration sensor stored in the memory by a predetermined time interval and performing the initial signal analysis includes a first condition and specific determination of whether the maximum value of the vibration signal of the acceleration sensor is equal to or greater than a reference value. A method for diagnosing whether a machine tool is abnormal, comprising the step of checking whether the second condition or both the first and second conditions are satisfied as many times as the maximum value corresponds to a specific value less than or equal to the reference value.
상기 초기 신호 분석을 수행하는 과정에서 유효한 신호가 수신되었는지 여부에 따라 상세 분석 모드로 전환하는 단계는 상기 확인 결과에 따라 상기 진동 신호에 대한 신호 처리를 진행하여 고유 주파수를 추출한 후, 상기 고유 주파수 및 상기 공작기계 기본 정보를 기초로 미리 산출된 가공 주파수를 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 공작기계 이상 여부를 진단하는 단계를 포함하는 것
을 특징으로 하는 공작기계 이상 여부 진단 방법.According to claim 6,
In the process of performing the initial signal analysis, the step of switching to the detailed analysis mode according to whether or not a valid signal is received is to extract a natural frequency by performing signal processing on the vibration signal according to the confirmation result, and then extract the natural frequency and Comparing processing frequencies pre-calculated based on the machine tool basic information; And diagnosing whether or not the machine tool is abnormal according to the comparison result.
A method for diagnosing a machine tool abnormality, characterized in that
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|---|---|---|---|---|
| CN116374829A (en) * | 2023-04-06 | 2023-07-04 | 上海振华重工(集团)股份有限公司 | A crane condition monitoring method, device, equipment, medium and program product |
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