KR102648425B1 - The method and device for optimizing machine tool cutting conditions using vibration acceleration - Google Patents
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Abstract
가공이 시작되면 주축에 위치한 검출수단에 의해 정상공구의 진동 가속도 신호가 검출되고, 상기 검출수단이 검출한 진동 가속도 신호를 제어부에서 수집하여 변환하는 신호수집 변환단계; 상기 제어부는 복수의 샘플구간을 설정하고, 상기 신호수집 변환단계에서 도출된 주파수 신호 중 공구파손관련 주파수 신호들의 크기값을 샘플구간별로 도출하는 파손영역 설정단계; 및 실시간으로 수집되어 변환된 주파수 신호와 상기 파손영역 설정단계에서 도출된 주파수 신호를 비교하여 기준값 보다 큰 주파수 신호가 발생된 것으로 판단되면 공구에 이상이 발생되었다고 판단하는 공구이상 판단단계;를 포함하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법이 소개된다.When machining starts, a vibration acceleration signal of the normal tool is detected by a detection means located on the main axis, and a signal collection and conversion step in which the vibration acceleration signal detected by the detection means is collected and converted by a control unit; A damage area setting step in which the control unit sets a plurality of sample sections and derives magnitude values of tool breakage-related frequency signals among the frequency signals derived in the signal collection and conversion step for each sample section; And a tool abnormality determination step of comparing the frequency signal collected and converted in real time with the frequency signal derived in the damage area setting step and determining that a problem has occurred in the tool when it is determined that a frequency signal greater than the reference value has been generated. A method for automatically setting the tool damage detection area using vibration acceleration signals is introduced.
Description
본 발명은 공작기계에 사용되는 공구의 마모 또는 파손을 감지하는 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭 작업을 위해 회전하는 공작기계에 구비된 공구의 진동 가속도 신호를 변환하여 실시간으로 공구의 마모 또는 파손을 감지할 수 있는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법 및 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치에 관한 것이다.The present invention relates to detecting wear or breakage of tools used in machine tools. More specifically, the present invention relates to detecting wear or breakage of tools in real time by converting the vibration acceleration signal of tools provided in a rotating machine tool for cutting work. This relates to a method for automatically setting a tool damage detection area using a detectable vibration acceleration signal and a tool damage detection device using a vibration acceleration signal.
공작기계 중 특히 공구를 사용하여 절삭 작업을 수행하는 밀링 머신(Milling Machine)의 경우, 가공물의 품질 일관성을 유지하기 위해 절삭공구가 파손되지 않았더라도 소정의 횟수 사용 후 새로운 공구로 교체해서 사용하고 있다. 만약, 절삭 가공 중 공구가 파손되었으나 인지하지 못한 채 계속 파손된 공구를 사용하여 절삭 작업을 수행하게 된다면 가공물의 품질저하, 가공소재의 낭비, 공구의 낭비 및 이상진동에 의한 공작기계의 손상 등 여러가지 문제가 발생된다.Among machine tools, especially milling machines that perform cutting work using tools, in order to maintain the quality consistency of the workpiece, even if the cutting tool is not damaged, it is replaced with a new tool after a certain number of uses. . If a tool is damaged during cutting, but you continue to perform cutting work using the damaged tool without being aware of it, it can cause various problems such as deterioration in the quality of the workpiece, waste of processing materials, waste of tools, and damage to the machine tool due to abnormal vibration. A problem arises.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 작업자가 이상신호가 발생되는 경우를 직접 판단하고 공구를 교체하였으나, 이러한 시점을 정확하게 판단하는 것이 어렵고 하나의 공구로 이루어진 가공마다 하나의 파손감지 설정값이 세팅되어 가공 중에 발생되는 파손과 관련없는 순간적인 크기 변화에 반응하여 허위감지하는 문제가 발생된다. 또한, 작업자가 참조 데이터를 바탕으로 임의로 파손감지 설정값을 입력하면 신뢰성이 낮아 공구가 정상이어도 파손으로 인식하거나 공구가 파손상태이나 공구의 파손을 인지하지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 더구나, 진동 가속도 신호의 크기 변화는 가공조건과 환경에 따라 달라지기 때문에 가공 전 작업자가 매번 참조 데이터를 바탕으로 직접 감지영역의 기준값을 설정해야하는 반복적인 작업은 생산성 및 접근성을 저하시키는 단점이 있었다.Therefore, in order to solve this problem, conventionally, workers directly judged when an abnormal signal occurred and replaced the tool, but it was difficult to accurately determine this point and only one damage detection setting value was set for each processing performed with one tool. This causes the problem of false detection in response to momentary changes in size that are unrelated to damage that occurs during processing. In addition, if the operator arbitrarily inputs damage detection settings based on reference data, reliability may be low, resulting in problems such as recognizing the tool as damaged even if it is normal, or failing to recognize the damage of the tool or the damaged state of the tool. Moreover, because the change in the size of the vibration acceleration signal varies depending on processing conditions and environment, the repetitive task of requiring the operator to directly set the standard value of the detection area based on reference data each time before processing had the disadvantage of reducing productivity and accessibility.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as background technology above are only for the purpose of improving understanding of the background of the present invention, and should not be taken as recognition that they correspond to prior art already known to those skilled in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 공구의 파손감지영역을 자동으로 설정하여 작업자가 개입하지 않더라도 신뢰성 있는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법 및 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was proposed to solve this problem, by automatically setting the damage detection area of the tool and using a reliable vibration acceleration signal even without operator intervention, and using the vibration acceleration signal to automatically set the tool damage detection area. The purpose is to provide a tool breakage detection device.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법은 가공이 시작되면 주축에 위치한 검출수단에 의해 정상공구의 진동 가속도 신호가 검출되고, 상기 검출수단이 검출한 진동 가속도 신호를 제어부에서 수집하여 변환하는 신호수집 변환단계; 상기 제어부는 복수의 샘플구간을 설정하고, 상기 신호수집 변환단계에서 도출된 주파수 신호 중 공구파손관련 주파수 신호들의 크기값을 샘플구간별로 도출하는 파손영역 설정단계; 및 실시간으로 수집되어 변환된 주파수 신호와 상기 파손영역 설정단계에서 도출된 주파수 신호를 비교하여 기준값 보다 큰 주파수 신호가 발생된 것으로 판단되면 공구에 이상이 발생되었다고 판단하는 공구이상 판단단계;를 포함한다.In order to achieve the above object, the method of automatically setting the tool damage detection area using the vibration acceleration signal according to the present invention detects the vibration acceleration signal of the normal tool by a detection means located on the main axis when machining begins, and the detection means A signal collection and conversion step in which the detected vibration acceleration signal is collected and converted by a control unit; A damage area setting step in which the control unit sets a plurality of sample sections and derives magnitude values of tool breakage-related frequency signals among the frequency signals derived in the signal collection and conversion step for each sample section; And a tool abnormality determination step of comparing the frequency signal collected and converted in real time with the frequency signal derived in the damage area setting step and determining that a problem has occurred in the tool when it is determined that a frequency signal greater than the reference value has been generated. .
상기 신호수집 변환단계에서 상기 제어부는 상기 검출수단을 통해 검출된 진동 가속도 신호를 고속푸리에변환(FFT)을 수행하여 주파수 신호를 도출할 수 있다.In the signal collection and conversion step, the control unit may perform fast Fourier transform (FFT) on the vibration acceleration signal detected through the detection means to derive a frequency signal.
상기 파손영역 설정단계에서 상기 제어부는 설정된 샘플구간별 소정 개수의 주파수 신호를 저장하는 신호저장단계;를 더 포함하여 수행할 수 있다.In the step of setting the damaged area, the control unit may further include a signal storage step of storing a predetermined number of frequency signals for each set sample section.
상기 파손영역 설정단계에서 상기 제어부는 하나의 샘플구간에 해당되는 복수의 주파수 신호 중 최소값에 대한 최대값의 비율을 가중치로 산정하고 산정된 가중치를 평균값에 적용하여 정상공구의 주파수 신호의 크기영역을 설정하는 크기영역 설정단계;를 더 포함할 수 있다.In the damage area setting step, the control unit calculates the ratio of the maximum value to the minimum value among a plurality of frequency signals corresponding to one sample section as a weight and applies the calculated weight to the average value to determine the size area of the frequency signal of the normal tool. It may further include a size area setting step to set.
상기 파손영역 설정단계에서 상기 제어부는 하나의 샘플구간에서 현재의 주파수 신호의 크기값을 이전의 소정 개수의 주파수 신호의 크기값과의 평균값으로 대체하는 이동평균 연산을 수행하는 평탄화단계;를 더 포함할 수 있다.In the step of setting the damaged area, the control unit further includes a flattening step of performing a moving average calculation in which the magnitude value of the current frequency signal in one sample section is replaced by the average value of the magnitude values of a predetermined number of previous frequency signals. can do.
상기 평탄화단계에서 상기 제어부는 주파수 신호의 크기값 중 중요 피크값은 유지하고, 유지되는 중요 피크값 전후의 나머지 값들에 대하여 이동평균 연산을 수행할 수 있다.In the flattening step, the controller may maintain an important peak value among the magnitude values of the frequency signal and perform a moving average calculation on the remaining values before and after the maintained significant peak value.
상기 파손영역 설정단계에서 각 샘플구간별 파손감지영역은 자동으로 설정될 수 있다.In the damage area setting step, the damage detection area for each sample section can be automatically set.
상기 공구이상 판단단계에서 공구에 이상이 발생되었다고 판단되면, 경고장치를 통해 작업자에게 경고를 수행하는 경고단계;를 더 포함할 수 있다.If it is determined that an abnormality has occurred in the tool in the tool abnormality determination step, a warning step of issuing a warning to the operator through a warning device may be further included.
상기 공구이상 판단단계에서 공구에 이상이 발생되었다고 판단되면, 상기 제어부가 이송축의 구동을 정지하는 제어를 수행할 수 있다.If it is determined that an abnormality has occurred in the tool in the tool abnormality determination step, the control unit may perform control to stop driving the transport shaft.
또한, 본 발명의 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치는 청구항 1항의 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법을 수행하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치에 있어서, 공구가 결합 또는 결합해제 가능하도록 구비되는 주축; 상기 주축에 구비되어 공구의 진동 가속도 신호를 검출하는 검출수단; 및 상기 검출수단에서 검출된 공구의 진동 가속도 신호를 전달받아 변환하여 상기 공구의 이상 여부를 판단하고, 이상 발생이 감지되면 이송축의 구동을 정지하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.In addition, the tool damage detection device using a vibration acceleration signal of the present invention is a tool damage detection device using a vibration acceleration signal that performs the method of automatically setting the tool damage detection area using the vibration acceleration signal of claim 1, where the tool is A main shaft that can be coupled or disengaged; Detection means provided on the main axis to detect a vibration acceleration signal of the tool; and a control unit that receives and converts the vibration acceleration signal of the tool detected by the detection means to determine whether there is an abnormality in the tool, and controls to stop driving the transport shaft when abnormality is detected.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법 및 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치에 따르면, 작업자가 공구파손 감지영역을 설정하기 위한 수동적이고 반복적인 설정 작업들을 공구의 진동 가속도 신호를 이용하여 제어부가 자동으로 설정하는 자동설정방법으로 대체함으로써, 작업자들의 편의성 및 생산성이 증가된다. 또한, 종래 보다 신뢰성 있는 샘플구간별 파손 감지영역 설정으로 가공품의 품질 확보, 공구 사용 횟수 증가 및 가공 소재의 낭비 절감을 통한 원가 절감의 장점이 있다.According to the method for automatically setting the tool damage detection area using the vibration acceleration signal and the tool damage detection device using the vibration acceleration signal structured as described above, the operator performs manual and repetitive setting work to set the tool damage detection area. By replacing them with an automatic setting method that the control unit automatically sets using the vibration acceleration signal of the tool, convenience and productivity of workers are increased. In addition, it has the advantage of securing the quality of processed products by setting a more reliable damage detection area for each sample section than before, and reducing costs by increasing the number of tool uses and reducing waste of processing materials.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법의 제어흐름도.
도 3은 도 1의 순서도.
도 4는 샘플구간을 도시한 그래프.
도 5는 가중치 부여 후를 도시한 그래프.
도 6은 이동평균 연산 후를 도시한 그래프.Figure 1 is a diagram showing a tool breakage detection device using a vibration acceleration signal according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a control flow chart of a method for automatically setting a tool damage detection area using the vibration acceleration signal of Figure 1.
Figure 3 is a flow chart of Figure 1.
Figure 4 is a graph showing a sample section.
Figure 5 is a graph showing after weighting.
Figure 6 is a graph showing the result after calculating the moving average.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법 및 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치에 대하여 살펴본다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, we will look at a method for automatically setting a tool damage detection area using a vibration acceleration signal and a tool damage detection device using a vibration acceleration signal according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법을 수행하기 위한 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 제어흐름도이며, 도 3은 도 1의 순서도이다. 또한, 도 4는 샘플구간을 도시한 그래프이고, 도 5는 가중치 부여 후를 도시한 그래프이며, 도 6은 이동평균 연산 후를 도시한 그래프이다.Figure 1 is a diagram showing a device for performing a method for automatically setting a tool damage detection area using a vibration acceleration signal according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a control flow diagram of Figure 1, and Figure 3 is a diagram of Figure 1 This is the flow chart. Additionally, Figure 4 is a graph showing a sample section, Figure 5 is a graph showing after weighting, and Figure 6 is a graph showing after calculating a moving average.
본 발명의 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법은 여러 공작기계에 적용 가능할 수 있으나, 특히 공구(500)를 사용하여 절삭 작업을 수행하는 밀링 머신(Milling Machine)에 적용되는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 본 명세서에서는 밀링 머신(Milling Machine)을 예를 들어 도시하고 설명하나 이러한 제어방법은 특별히 밀링 머신에 한정하는 것은 아님을 밝힌다.The method of automatically setting the tool damage detection area using the vibration acceleration signal of the present invention can be applied to various machine tools, but is especially preferably applied to a milling machine that performs cutting work using the tool 500. something to do. Therefore, in this specification, a milling machine is shown and described as an example, but it should be noted that this control method is not particularly limited to the milling machine.
도 1 내지 도 2에 도시한 것처럼, 본 발명은 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법을 수행하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치는 공구(500)가 결합 또는 결합해제 가능하도록 구비되는 주축(100); 상기 주축(100)에 구비되어 공구(500)의 진동 가속도 신호를 검출하는 검출수단(300); 및 상기 검출수단(300)에서 검출된 공구(500)의 진동 가속도 신호를 전달받아 변환하여 상기 공구(500)의 이상 여부를 판단하고, 이상 발생이 감지되면 이송축(미도시)의 구동을 정지하도록 제어하는 제어부(700);를 포함한다. 또한, 상기 제어부(700)에서 상기 공구(500)에 이상이 발생된 것으로 판단되면, 작업자에게 경고하는 경고장치(900)를 더 포함하여 구성된다.As shown in Figures 1 and 2, the present invention is a tool damage detection device using a vibration acceleration signal that performs a method of automatically setting a tool damage detection area using a vibration acceleration signal, and the tool 500 can be coupled or uncoupled. A main shaft (100) provided to do so; Detection means 300 provided on the main shaft 100 to detect the vibration acceleration signal of the tool 500; And the vibration acceleration signal of the tool 500 detected by the detection means 300 is received and converted to determine whether there is an abnormality in the tool 500, and when abnormality is detected, the driving of the transfer axis (not shown) is stopped. It includes a control unit 700 that controls to do so. In addition, when the control unit 700 determines that an abnormality has occurred in the tool 500, it further includes a warning device 900 that warns the operator.
도 3에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법은 가공이 시작되면 주축(100)에 위치한 검출수단(300)에 의해 정상공구(500)의 진동 가속도 신호가 검출되고, 상기 검출수단(300)이 검출한 진동 가속도 신호를 제어부(700)에서 수집하여 변환하는 신호수집 변환단계(S100); 상기 제어부(700)는 복수의 샘플구간을 설정하고, 상기 신호수집 변환단계(S100)에서 도출된 주파수 신호 중 공구파손관련 주파수 신호들의 크기값을 샘플구간별로 도출하는 파손영역 설정단계(S300); 및 실시간으로 수집되어 변환된 주파수 신호와 상기 파손영역 설정단계(S300)에서 도출된 주파수 신호를 비교하여 기준값 보다 큰 주파수 신호가 발생된 것으로 판단되면 공구(500)에 이상이 발생되었다고 판단하는 공구이상 판단단계(S500);를 포함한다.As shown in Figure 3, the method of automatically setting the tool damage detection area using a vibration acceleration signal according to a preferred embodiment of the present invention detects a normal tool ( A signal collection and conversion step (S100) in which the vibration acceleration signal of 500) is detected and the vibration acceleration signal detected by the detection means 300 is collected and converted by the control unit 700; The control unit 700 sets a plurality of sample sections and performs a damage area setting step (S300) in which the magnitude values of tool breakage-related frequency signals among the frequency signals derived in the signal collection and conversion step (S100) are derived for each sample section; And tool abnormality, which determines that an abnormality has occurred in the tool 500 when it is determined that a frequency signal greater than the reference value is generated by comparing the frequency signal collected and converted in real time with the frequency signal derived in the damage area setting step (S300). Includes a judgment step (S500).
본 발명에서는 크게 학습모드(Learning Mode)와 관찰모드(Monitoring Mode)로 구분될 수 있으며, 학습모드가 수행되는 중에도 관찰모드는 실시간으로 계속하여 수행될 수 있다. 상기 학습모드에는 상기 파손영역 설정단계(S300)가 포함되며, 나머지 단계는 관찰모드에 포함될 수 있다. 이때, 학습을 위한 상기 신호수집 변환단계(S100)에서 수집된 신호는 정상공구(500)의 진동 가속도 신호인 것이 바람직할 것이다. 또한, 본 명세서에서 "파손"은 상기 공구(500)가 사용할 수 없을 정도로 파손되는 것 뿐만 아니라, 마모의 의미도 포함될 수 있다.In the present invention, it can be largely divided into a learning mode and an observation mode, and the observation mode can continue to be performed in real time even while the learning mode is being performed. The learning mode includes the damaged area setting step (S300), and the remaining steps may be included in the observation mode. At this time, it would be preferable that the signal collected in the signal collection and conversion step (S100) for learning is a vibration acceleration signal of the normal tool 500. Additionally, in this specification, “damage” may mean not only damage to the extent that the tool 500 cannot be used, but also wear.
먼저, 상기 공작기계(밀링 머신)에 상기 공구(500)를 장착하고 가공을 시작한다. 가공의 시작과 동시에 상기 제어부(700)는 상기 신호수집 변환단계(S100)를 수행한다. 따라서, 상기 제어부(700)에는 상기 주축(100)에 구비된 상기 검출수단(300)에 의해 검출되는 상기 공구(500)의 진동 가속도 신호가 입력된다. 상기 제어부(700)는 상기 공구(500)의 진동 가속도 신호가 입력되면 별도의 과정을 통해 변환한다. 이때, 상기 제어부(700)는 검출된 진동 가속도 신호를 First, the tool 500 is mounted on the machine tool (milling machine) and processing begins. Simultaneously with the start of processing, the control unit 700 performs the signal collection and conversion step (S100). Accordingly, the vibration acceleration signal of the tool 500 detected by the detection means 300 provided on the main shaft 100 is input to the control unit 700. When the vibration acceleration signal of the tool 500 is input, the control unit 700 converts it through a separate process. At this time, the control unit 700 sends the detected vibration acceleration signal to
고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 수행하여 주파수 신호를 도출하게 된다(도 4). 상기 신호수집 변환계(S100)에서 FFT 연산을 수행하여 진동 가속도 신호를 주파수 신호로 변환하여 도출되면, 상기 제어부(700)는 학습을 완료하였는지를 확인하는 학습완료 판단단계(S200)를 수행한다. 상기 학습완료 판단단계(S200)에서 학습이 완료된 것으로 판단되면, 상기 제어부(700)는 상기 공구이상 판단단계(S500)를 수행하고, 학습이 완료되지 않은 것으로 판단되면, 상기 제어부(700)는 상기 파손영역 설정단계(S300)를 수행한다. 상기 학습완료 판단단계(S200)는 과정에 따라 생략할 수 있을 것이다.A frequency signal is derived by performing Fast Fourier Transform (FFT) (Figure 4). When the signal collection and conversion system (S100) performs an FFT operation to convert the vibration acceleration signal into a frequency signal and derives it, the control unit (700) performs a learning completion determination step (S200) to check whether learning has been completed. If it is determined that learning is complete in the learning completion determination step (S200), the control unit 700 performs the tool abnormality determination step (S500), and if it is determined that learning is not complete, the control unit 700 performs the above Perform the damage area setting step (S300). The learning completion determination step (S200) may be omitted depending on the process.
상기 파손영역 설정단계(S300)에서 상기 제어부(700)는 먼저 복수의 샘플구간을 설정한다. 상기 제어부(700)는 설정된 샘플구간별 소정 개수(N개)의 주파수 신호를 저장하는 신호저장단계(S310);를 더 포함하여 수행한다. 이때, 상기 제어부(700)는 하나의 샘플구간에 해당되는 복수의 주파수 신호 중 최소값에 대한 최대값의 비율을 가중치로 산정하고 산정된 가중치를 평균값에 적용하여 정상공구의 주파수 신호의 크기영역을 설정하는 크기영역 설정단계(S330);를 더 포함하여 수행한다. 즉, 도 4에 도시한 것처럼, 하나의 샘플구간에는 복수의 주파수 신호의 크기값이 도출되는데, 상기한 크기값들 중 최소값, 최대값의 차이는 정상공구의 신호 크기 변화폭이라고 예상할 수 있으므로, 최소값에 대한 최대값의 비율을 가중치로 산정하여 신호 크기 영역을 설정하는 것이다(도 5). 식으로 나타내면 아래의 수식 1과 같다.In the damage area setting step (S300), the control unit 700 first sets a plurality of sample sections. The control unit 700 further includes a signal storage step (S310) of storing a predetermined number (N) of frequency signals for each set sample section. At this time, the control unit 700 calculates the ratio of the maximum value to the minimum value among the plurality of frequency signals corresponding to one sample section as a weight and applies the calculated weight to the average value to set the size range of the frequency signal of the normal tool. A size area setting step (S330) is further included and performed. That is, as shown in FIG. 4, the magnitude values of a plurality of frequency signals are derived in one sample section, and the difference between the minimum and maximum values among the magnitude values can be expected to be the amplitude of change in the signal magnitude of a normal tool, The signal size area is set by calculating the ratio of the maximum value to the minimum value as a weight (Figure 5). If expressed as an equation, it is as equation 1 below.
(수식 1) (Formula 1)
*따라서, 도 5에 도시한 것처럼, 정상공구의 주파수 신호들의 평균값과 가중치를 반영한 정상상태영역을 확인할 수 있다. 그러나 샘플구간에 따라 정상공구의 주파수 신호들의 변화폭이 작아 특정 샘플구간에서는 정상상태의 영역이 좁게 나타나는 경우가 발생된다. 정상상태 영역이 좁게 나타나면 허위 감지가 발생될 수 있기 때문에 상기 제어부(700)는 또 다른 연산을 수행하여 데이터를 가공하는 평탄화단계(S350)를 수행한다. 상기 평탄화단계(S350)는 상기 파손영역 설정단계(S300)에서 상기 제어부(700)가 하나의 샘플구간에서 현재의 주파수 신호의 크기값을 이전의 소정 개수의 주파수 신호의 크기값과의 평균값으로 대체하는 이동평균 연산을 수행한다. 특히, 본 발명의 상기 평탄화단계(S350)에서 상기 제어부(700)는 주파수 신호의 크기값 중 중요 피크값에 대해서는 이동평균 연산을 수행하지 않고 그 상태를 유지하며, 중요 피크값 전후의 나머지 값들에 대하여만 이동평균 연산을 수행한다.*Therefore, as shown in Figure 5, the steady state area reflecting the average value and weight of the frequency signals of the normal tool can be confirmed. However, depending on the sample section, the range of change in the frequency signals of the normal tool is small, so there are cases where the normal state area appears narrow in a specific sample section. Since false detection may occur if the steady state area appears narrow, the control unit 700 performs a flattening step (S350) to process the data by performing another operation. In the flattening step (S350), the control unit 700 replaces the magnitude value of the current frequency signal in one sample section with the average value of the magnitude values of a predetermined number of previous frequency signals in the damaged area setting step (S300). Performs a moving average calculation. In particular, in the flattening step (S350) of the present invention, the control unit 700 maintains that state without performing a moving average calculation on the significant peak value among the magnitude values of the frequency signal, and the remaining values before and after the significant peak value. Moving average calculation is performed only for
그러한 이유는, 상기한 바와 같이, 통상적인 이동평균이라고 하면, 현재의 주파수 신호를 이전 N개의 주파수 신호와의 평균값으로 대체하는 것을 의미한다. 그러나 진동 가속도 신호에 적용하게 되면, 피크값이 뭉그러져 정상상태영역이 정상적으로 설정되지 않게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 점을 보완하기 위하여 중요 피크값에 대해서는 이동평균 연산을 수행하지 않고 그 상태를 유지하며, 중요 피크값 전후의 나머지 값들에 대하여만 이동평균값을 구하는 것이다. 식으로 나타내면 아래의 수식 2와 같다.The reason for this is that, as mentioned above, a typical moving average means replacing the current frequency signal with the average value of the previous N frequency signals. However, when applied to the vibration acceleration signal, the peak value is crushed and the steady state region is not set properly. Therefore, in the present invention, in order to compensate for this point, the moving average calculation is not performed on the important peak value, but the state is maintained, and the moving average value is obtained only for the remaining values before and after the important peak value. If expressed as an equation, it is as equation 2 below.
(수식 2) (Formula 2)
여기서, 각 주파수 신호의 크기값의 기울기를 구하면 특정 피크값은 평균 기울기 보다 크다는 것을 알 수 있다. 비정상적으로 큰 기울기를 가진 피크값은 가공이 시작되거나 끝나는 부분의 값이기 때문에 이동평균을 하면 뭉그러져 허위 감지 알람이 발생하므로 이러한 값들은 중요 피크값으로 하여 이동평균을 수행하지 않는 것이다. 따라서, 이러한 변환의 결과를 도 6에 도시하였다. 도 6에서 보면 가공시작과 가공종료를 제외한 부분은 평탄화된 것을 확인할 수 있다.Here, by calculating the slope of the magnitude value of each frequency signal, it can be seen that the specific peak value is greater than the average slope. Because peak values with abnormally large slopes are values at the beginning or end of processing, when a moving average is performed, they are crushed and a false detection alarm is generated. Therefore, these values are considered important peak values and the moving average is not performed. Accordingly, the result of this conversion is shown in Figure 6. Looking at Figure 6, it can be seen that the parts excluding the start of processing and the end of processing are flattened.
특히, 이러한 과정을 거치면서 상기 파손영역 설정단계(S300)에서 각 샘플구간별 파손감지영역은 상기 공구(500)에 따라 자동으로 설정되게 되므로, 작업자가 기준값을 별도로 설정하거나, 짐작으로 상기 공구(500)의 마모나 파손을 판단하지 않아도 되므로, 작업 효율성 및 정확도가 증대되는 효과가 있게 된다.In particular, through this process, in the damage area setting step (S300), the damage detection area for each sample section is automatically set according to the tool 500, so the operator can set the reference value separately or guess the tool ( 500), there is no need to determine wear or damage, which has the effect of increasing work efficiency and accuracy.
상기 파손영역 설정단계(S300)의 수행 후, 상기 제어부(700)에서는 실시간으로 수집되어 변환된 주파수 신호와 상기 파손영역 설정단계(S300)에서 도출된 주파수 신호를 비교하는 상기 공구이상 판단단계(S500)을 수행한다. 상기 공구이상 판단단계(S500)에서 상기 제어부(700)는 상기 파손영역 설정단계(S300)에서 도출된 주파수 신호와 실시간으로 수집되어 변환된 주파수 신호를 비교하여 기준값 보다 큰 주파수 신호가 발생된 것으로 판단되면 공구(500)에 이상이 발생되었다고 판단한다. 상기 공구이상 판단단계(S500)에서 공구(500)에 이상이 발생되었다고 판단되면, 경고장치(900)를 통해 작업자에게 경고를 수행하는 경고단계(S700);를 더 포함하여 수행하고, 상기 제어부(700)가 상기 공작기계의 이송축(미도시)의 구동을 정지하는 제어를 수행하여 가공이 더 이상 수행되는 것을 방지하여 불량품이 생산되지 않도록 방지한다. 그러나 만약, 상기 공구이상 판단단계(S500)에서 공구(500)에 이상이 발생되지 않았다고 판단되면, 상기 공구(500)가 정상상태라고 판단하여 지속적으로 가공을 수행하고, 지속적으로 모니터링하여 상기 공구(500)가 이상이 발생되는지를 관찰하게 되는 관찰모드를 수행하는 것이다.After performing the damaged area setting step (S300), the control unit 700 performs a tool abnormality determination step (S500) in which the frequency signal collected and converted in real time is compared with the frequency signal derived in the damaged area setting step (S300). ) is performed. In the tool abnormality determination step (S500), the control unit 700 determines that a frequency signal greater than the reference value has been generated by comparing the frequency signal derived in the damage area setting step (S300) with the frequency signal collected and converted in real time. When this happens, it is determined that an error has occurred in the tool 500. If it is determined that an abnormality has occurred in the tool 500 in the tool abnormality determination step (S500), a warning step (S700) of issuing a warning to the operator through the warning device 900 is performed, and the control unit ( 700) performs control to stop the driving of the transfer axis (not shown) of the machine tool to prevent further processing and prevent defective products from being produced. However, if it is determined that no abnormality has occurred in the tool 500 in the tool abnormality determination step (S500), the tool 500 is determined to be in a normal state, continues processing, and continuously monitors the tool (500). 500) performs an observation mode to observe whether an error occurs.
따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법 및 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지장치에 의하면, 작업자가 공구파손 감지영역을 설정하기 위한 수동적이고 반복적인 설정 작업들을 공구의 진동 가속도 신호를 이용하여 제어부가 자동으로 설정하는 자동설정방법으로 대체함으로써, 작업자들의 편의성 및 생산성이 증가된다. 또한, 종래 보다 신뢰성 있는 샘플구간별 파손 감지영역 설정으로 가공품의 품질 확보, 공구 사용 횟수 증가 및 가공 소재의 낭비 절감을 통한 원가 절감의 장점이 있다.Therefore, according to the method for automatically setting the tool damage detection area using the vibration acceleration signal and the tool damage detection device using the vibration acceleration signal of the present invention as described above, the operator must manually and repeatedly set the tool damage detection area. By replacing setting tasks with an automatic setting method in which the control unit automatically sets the tool using the vibration acceleration signal, workers' convenience and productivity are increased. In addition, it has the advantage of securing the quality of processed products by setting a more reliable damage detection area for each sample section than before, and reducing costs by increasing the number of tool uses and reducing waste of processing materials.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is known in the art that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the technical spirit of the invention as provided by the following claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge.
100 : 주축 300 : 검출수단
500 : 공구 700 : 제어부
900 : 경고장치
S100 : 신호수집 변환단계
S200 : 학습완료 판단단계
S300 : 파손영역 설정단계
S500 : 공구이상 판단단계
S700 : 경고단계100: Main axis 300: Detection means
500: Tool 700: Control unit
900: warning device
S100: Signal collection conversion step
S200: Learning completion judgment step
S300: Damage area setting step
S500: Tool error judgment step
S700: Warning stage
Claims (7)
상기 제어부는 복수의 샘플구간을 설정하고, 상기 신호수집 변환단계에서 도출된 주파수 신호 중 공구파손관련 주파수 신호들의 크기값을 샘플구간별로 도출하는 파손영역 설정단계; 및
실시간으로 수집되어 변환된 주파수 신호와 상기 파손영역 설정단계에서 도출된 주파수 신호를 비교하여 기준값 보다 큰 주파수 신호가 발생된 것으로 판단되면 공구에 이상이 발생되었다고 판단하는 공구이상 판단단계;를 포함하고,
상기 파손영역 설정단계에서 상기 제어부는 하나의 샘플구간에서 현재의 주파수 신호의 크기값을 이전의 소정 개수의 주파수 신호의 크기값과의 평균값으로 대체하는 이동평균 연산을 수행하되, 주파수 신호의 크기값 중 중요 피크값은 유지하고, 유지되는 중요 피크값 전후의 나머지 값들에 대하여 이동평균 연산을 수행하는 평탄화단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법.When machining starts, a vibration acceleration signal of the normal tool is detected by a detection means located on the main axis, and a signal collection and conversion step in which the vibration acceleration signal detected by the detection means is collected and converted by a control unit;
A damage area setting step in which the control unit sets a plurality of sample sections and derives magnitude values of tool breakage-related frequency signals among the frequency signals derived in the signal collection and conversion step for each sample section; and
Comprising a tool abnormality determination step of comparing the frequency signal collected and converted in real time with the frequency signal derived in the damage area setting step and determining that a frequency signal greater than the reference value has been generated, determining that an abnormality has occurred in the tool,
In the damage area setting step, the control unit performs a moving average calculation to replace the magnitude value of the current frequency signal in one sample section with the average value of the magnitude values of a predetermined number of previous frequency signals, but the magnitude value of the frequency signal A method of automatically setting a tool damage detection area using a vibration acceleration signal, further comprising a flattening step of maintaining the significant peak value and performing a moving average calculation on the remaining values before and after the maintained significant peak value.
상기 신호수집 변환단계에서 상기 제어부는 상기 검출수단을 통해 검출된 진동 가속도 신호를 고속푸리에변환(FFT)을 수행하여 주파수 신호를 도출하는 것을 특징으로 하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법.In claim 1,
In the signal collection and conversion step, the control unit performs fast Fourier transform (FFT) on the vibration acceleration signal detected through the detection means to derive a frequency signal. Automatically setting a tool damage detection area using the vibration acceleration signal. method.
상기 파손영역 설정단계에서 상기 제어부는 설정된 샘플구간별 소정 개수의 주파수 신호를 저장하는 신호저장단계;를 더 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법.In claim 1,
In the damage area setting step, the control unit further includes a signal storage step of storing a predetermined number of frequency signals for each set sample section. A method for automatically setting a tool damage detection area using a vibration acceleration signal.
상기 파손영역 설정단계에서 각 샘플구간별 파손감지영역은 자동으로 설정되는 것을 특징으로 하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법.In claim 1,
A method for automatically setting a tool damage detection area using a vibration acceleration signal, characterized in that the damage detection area for each sample section is automatically set in the damage area setting step.
상기 공구이상 판단단계에서 공구에 이상이 발생되었다고 판단되면, 경고장치를 통해 작업자에게 경고를 수행하는 경고단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법.In claim 1,
If it is determined that an abnormality has occurred in the tool in the tool abnormality determination step, a warning step of issuing a warning to the operator through a warning device. Method for automatically setting a tool damage detection area using a vibration acceleration signal.
상기 공구이상 판단단계에서 공구에 이상이 발생되었다고 판단되면, 상기 제어부가 이송축의 구동을 정지하는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구 파손감지 영역 자동설정 방법.In claim 1,
A method of automatically setting a tool damage detection area using a vibration acceleration signal, wherein if it is determined that an abnormality has occurred in the tool in the tool abnormality determination step, the control unit performs control to stop driving the transfer axis.
공구가 결합 또는 결합해제 가능하도록 구비되는 주축;
상기 주축에 구비되어 공구의 진동 가속도 신호를 검출하는 검출수단; 및
상기 검출수단에서 검출된 공구의 진동 가속도 신호를 전달받아 주파수 신호로 변환하고, 복수의 샘플구간을 설정하여 변환된 주파수 신호 중 공구파손관련 주파수 신호들의 크기값을 샘플구간별로 도출하며, 실시간으로 수집되어 변환된 주파수 신호와 상기 샘플구간별로 도출된 주파수 신호를 비교하여 기준값 보다 큰 주파수 신호가 발생된 것으로 판단되면 상기 공구에 이상이 발생되었다고 판단하고, 이상 발생이 감지되면 이송축의 구동을 정지하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 진동 가속도 신호를 활용한 공구파손감지장치.In the tool damage detection device using a vibration acceleration signal that performs the method of automatically setting the tool damage detection area using the vibration acceleration signal of claim 1,
A main axis that allows tools to be coupled or disengaged;
Detection means provided on the main axis to detect a vibration acceleration signal of the tool; and
The vibration acceleration signal of the tool detected by the detection means is received and converted into a frequency signal, a plurality of sample sections are set, the magnitude values of the frequency signals related to tool breakage among the converted frequency signals are derived for each sample section, and collected in real time. If it is determined that a frequency signal greater than the reference value is generated by comparing the converted frequency signal with the frequency signal derived for each sample section, it is determined that an abnormality has occurred in the tool, and when an abnormality is detected, the drive of the transfer axis is controlled to stop. A tool breakage detection device using a vibration acceleration signal that includes a control unit that performs:
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |