KR20170121869A - 3D Grinding vibration monitering system and method for grinding robot - Google Patents

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KR20170121869A
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Abstract

The present invention relates to processing vibration monitoring and, more specifically, relates to a system and a method to monitor three-dimensional (3D) processing vibration of a processing robot, and attaching a smart vibration sensor to a processing robot and monitoring vibration of the smart vibration sensor to check abnormality during processing of the processing robot. To achieve this, the system comprises: as many smart vibration sensors installed in an arbitrary part of the processing robot as an arbitrary number to measure the vibration of each part, and calculating an average and a standard deviation of a vibration signal measured within an arbitrary processing statistic range of the processing robot to set a reference vibration; a sensor node unit to collect the vibration signal measured from the smart vibration sensor and a reference vibration signal; a determination unit receiving the vibration signal and the reference vibration signal collected by the sensor node unit, determining whether or not the vibration signal received after the received reference vibration signal is included in a reference vibration signal range; and a display unit to display a result determined from the determination unit.

Description

가공로봇의 3차원 가공 진동 모니터링 시스템 및 방법{3D Grinding vibration monitering system and method for grinding robot}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a 3D machining vibration monitoring system and method,

본 발명은 가공 진동 모니터링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공로봇에 스마트 진동 센서를 부착하고, 이 스마트 진동 센서의 진동을 모니터링 함으로써 가공로봇의 가공의 이상 유무를 확인하기 위한 가공로봇의 3차원 가공 진동 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to processing vibration monitoring, and more particularly, to a three-dimensional processing of a processing robot for confirming the abnormality of processing of a processing robot by attaching a smart vibration sensor to the processing robot, Vibration monitoring system and method.

모니터링 기술은 사이트 단위의 생산설비, 건물, 교량, 대기, 수질, 토양 등의 진동(vibration), 압력(pressure), 온도(temperature), 변형률(strain), 오존농도, PH, 유기물함유량, BOD, COD 등 기계와 구조물의 동적 거동 상황 및 환경물리량을 측정, 분석, 및 진단함으로써, 생산 불량률을 최소화시켜 생산설비의 효율을 극대화하거나 구조물의 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 환경감시도 효율적으로 할 수 있게 하는 기술이다.  Monitoring technology can be used to monitor vibration, pressure, temperature, strain, ozone concentration, PH, organic matter content, BOD, By measuring, analyzing, and diagnosing the dynamic behavior of the machinery and structures such as COD, and by measuring and analyzing the environmental physical quantities, it is possible to maximize the efficiency of the production facility or to improve the safety of the structure by minimizing the production defect rate, Technology.

현재까지 모니터링 기술과 관련된 제품은 단위 사이트별로 사이트에 필요한 진동, 압력, 변형률, 오존농도, PH, 유기물함유량, BOD, COD 등의 물리량을 측정할 수 있는 각종 센서(sensor)를 이용하여 측정하고, 그 측정결과를 단위 사이트 내에 설치된 고가의 모니터링 시스템을 이용하여 별도의 운영자를 두고, 지속적으로 모니터링 결과의 분석을 통하여 설비의 상태를 진단하는 방식으로 이루어져 왔다. 따라서 지금까지는 개별 사이트마다 별도의 고가의 모니터링 시설투자(장비, 공간 및 인력)가 필요한 상황이었으며, 시스템의 효율적 유지/보수를 위해서 반드시 사이트 내에 시스템운영에 필요한 전문엔지니어가 필요한 상황이다. 특히, 생산량과 불량률에 밀접한 영향을 주는 생산설비의 진동모니터링에서는 예기치 못한 생산설비의 결함, 고장 등의 문제가 발생되는 경우에 충분한 기술을 보유한 전문가가 조속히 적절히 조치를 취하지 못한다면 결국 설비의 가동중단 및 이에 따른 생산차질에서 비롯된 막대한 기업 손실을 감수해야 한다. 따라서 현재까지 석유화학플랜트, 반도체관련 생산 공장 등과 같이 대규모의 공정(process)으로 이루어진 생산 사이트에서는 중요설비의 진동모니터링 시스템에 대한 필요성을 인식하고 있으나, 이를 위한 설비 및 인력투자, 특히 이를 유지하기 위한 비용 등 경제적 비용에 큰 부담을 느끼고 있는 실정이다. 또한 경제적 투자만으로 기대하는 효과를 얻을 수는 없으며, 이를 효율적으로 유지 및 관리할 수 있는 충분한 기술과 대응능력이 뒷받침되어야 한다. Until now, products related to monitoring technology have been measured by using various sensors that can measure physical quantities such as vibration, pressure, strain, ozone concentration, PH, organic matter content, BOD, The result of the measurement has been consisted of a method of diagnosing the condition of the facility by analyzing the monitoring results continuously by using an expensive monitoring system installed in the unit site and using a separate operator. So far, it has been necessary to invest in expensive monitoring facilities (equipment, space and manpower) for each individual site. In order to maintain and maintain the system effectively, a professional engineer is required to operate the system in the site. In particular, in the case of vibration monitoring of production facilities, which has a close relationship with the production rate and the defect rate, if an unexpected failure or failure of the production facility arises, a specialist with sufficient technology can not immediately take appropriate measures. We have to cope with huge corporate losses caused by production disruptions. Therefore, to date, production sites with large-scale processes, such as petrochemical plants and semiconductor-related production plants, recognize the need for vibration monitoring systems for critical facilities. However, And it is a burden to the economic cost such as the cost. In addition, economic investment alone can not bring about the expected effect, and sufficient technology and responsiveness must be supported to efficiently maintain and manage it.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 발명자는 등록특허공보 10-0444568과 같은 통합 모니터링 운영시스템 사업 방법을 제안하였다. In order to solve such problems, the inventor of the present invention proposed a method of operating an integrated monitoring operating system such as that disclosed in Patent Publication No. 10-0444568.

상기의 통합 모니터링 운영시스템 사업 방법은 (a)원격모니터링 대상물에 설치된 감지센서로부터 전송된 감지자료를 분석하고 상기 자동 분석된 결과에 대응하여 후속처리를 자동으로 진행하게 하는 원격 모니터링 프로그램 및 소정의 모니터링 대상물에 대한 데이터베이스가 구축되어 상호 연동되는 사업자 웹서버가 구축되는 단계; (b)상기 감지센서로부터 감지된 감지신호가 사업자 웹서버에 자동 전송되면, 상기 전송된 감지신호에 대해 원격 모니터링 프로그램의 자동구동에 의해 감지신호를 분석하고, 그 결과를 저장시키는 단계; 및 (c)상기 감지신호 중 소정의 감지신호만을 필터링하여 상기 모니터링 대상물에 대한 원격 모니터링을 진행하고자 하는 이용자의 단말기에 전송하는 단계;를 포함하도록 하여 각 단위사이트의 모니터링에 대한 설비투자, 유지 및 운영, 문제점이 발생하는 경우의 비상조치 등에 따른 부담을 줄이고, 각 사이트에서 송신된 측정 데이터를 분석, 진단 및 예측을 중앙 모니터링 서버에서 일괄적으로 수행하게 함으로써 모니터링 시스템 운영에 효율을 극대화하며, 특히 전문가의 조치가 필요한 사항에 대해서는 기술을 보유한 전문가를 급파함으로써 효과적인 조치가 이루어질 수 있다. (A) a remote monitoring program for analyzing sensed data transmitted from a sensing sensor installed in a remote monitoring object and automatically performing a subsequent process corresponding to the automatically analyzed result, and Establishing a business web server in which a database for an object is constructed and interlinked; (b) analyzing the sensed signal by automatic driving of the remote monitoring program with respect to the transmitted sensing signal and automatically storing the sensed signal when the sensing signal sensed by the sensing sensor is automatically transmitted to the web server of the provider; And (c) filtering only a predetermined detection signal among the detection signals and transmitting the filtered detection signal to a terminal of a user who intends to perform remote monitoring of the monitored object. Thus, It minimizes the burden of emergency management in the event of problems, and maximizes the efficiency of monitoring system operation by collectively analyzing, diagnosing and forecasting measurement data transmitted from each site in a central monitoring server. Effective measures can be taken by dispatching experts who have skills in matters requiring expert action.

진동모니터링을 위하여, 종래에는 진동을 유발하는 기계에 고가의 진동센서(vibration sensor)를 부착하고, 이 센서의 출력을 신호케이블로 진동계측기 또는 진동신호 처리가 가능한 장치를 포함한 컴퓨터 등과 연결한 별도의 진동모니터링장치를 구비하여 기계의 진동을 모니터링 하였다. Conventionally, in order to monitor vibration, an expensive vibration sensor is attached to a vibration inducing machine, and the output of the sensor is connected to a computer including a vibration measuring instrument or a device capable of processing a vibration signal, A vibration monitoring device was provided to monitor the vibration of the machine.

상기와 같은 경우, 센서, 진동계측기 및 진동신호 처리가 가능한 장치 등의 구성장비들이 아주 고가이고, 여러 장치가 연결된 복잡한 시스템이 되며, 설비기계의 진동과 진동모니터링 구성장비를 이해하고 사용할 수 있는 상당한 지식이 있는 고급인력이 있어야 운용할 수 있는 문제점이 있었다. 이러한 문제점으로 지금까지는 아주 고가의 중요한 설비 등에 대해서만 경제적으로 투자여력이 있는 제한된 조건에서 부분적으로 진동모니터링을 실시되고 있는 실정이다.In such a case, the constituent equipments such as the sensor, the vibration measuring instrument and the device capable of processing the vibration signal are very expensive, the complicated system in which the various devices are connected, and the vibration and vibration monitoring equipment of the equipments There was a problem that it was necessary to have a knowledgeable and skilled workforce. These problems have hitherto been the subject of partial vibration monitoring in a limited condition where there is economical investment possibility only for very expensive and important facilities.

또한 발전소 석유화학 플랜트, 반도체를 포함한 정밀제품 생산 공장의 절삭, 도포, 세정, 물류장비 등 기계가공장비 등 설비를 구성하고 있는 주요기계부품의 결함유무를 상시 모니터링하여 생산제품의 품질을 확보하는 동시에 설비의 갑작스러운 고장을 방지할 수 있는 분야는 매우 다양하다. 이러한 다양한 분야에 진동모니터링장치를 적용하기 위해서는 진동센서, 계측 및 처리, 분석장치 등의 하나로 구성된 진동모니터링장치가 필요하며, 전문가의 도움 없이도 설비의 진동을 관리할 수 있도록 손쉽게 기계의 진동특성에 따라서 진단 또는 검사기준을 설정할 수 있어야 한다. In addition, we ensure the quality of production products by constantly monitoring the presence of defects in major mechanical parts constituting the equipment such as cutting, coating, cleaning, and logistics equipments such as power plants, petrochemical plants, and semiconductor manufacturing factories There are a variety of areas that can prevent sudden breakdown of equipment. In order to apply the vibration monitoring device to various fields, it is necessary to have a vibration monitoring device composed of a vibration sensor, a measuring and processing device, and an analyzing device. In order to manage the vibration of the device without the help of a specialist, Diagnostic or inspection criteria.

KR 10-0444568KR 10-0444568

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 스마트 진동 센서를 가공로봇에 부착하여, 이 스마트 진동 센서의 진동을 모니터링 함으로써 가공로봇의 가공의 이상 유무를 확인하기 위한 가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for monitoring a vibration of a processing robot by monitoring the vibration of the smart vibration sensor by attaching a smart vibration sensor to the processing robot, System and method.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템으로서 가공로봇의 임의의 부분에 임의의 수만큼 설치되어 각각의 진동을 측정하며, 가공로봇의 임의의 가공통계범위에서 측정되는 진동신호의 평균값 및 표준편차를 계산하여 진동기준을 설정하는 스마트 진동 센서; 상기 스마트 진동 센서로부터 측정되는 각각의 진동신호 및 진동기준신호를 수집하는 센서노드부; 상기 센서노드부가 수집한 진동신호 및 진동기준신호를 수신하며, 상기 수신된 진동기준신호 이후에 수신되는 진동신호가 상기 진동기준신호 범위에 포함되는지를 판단하는 판정부; 및 상기 판정부로부터 판단되는 결과를 표시하는 표시부를 포함한다. In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, there is provided a processing vibration monitoring system for a machining robot, comprising: an arbitrary number of arbitrary parts installed in a machining robot for measuring respective vibrations; A smart vibration sensor for calculating a mean value and a standard deviation of a vibration signal to set a vibration reference; A sensor node unit for collecting vibration signals and vibration reference signals measured from the smart vibration sensor; A determining unit for receiving the vibration signal and the vibration reference signal collected by the sensor node unit and determining whether the vibration signal received after the received vibration reference signal is included in the vibration reference signal range; And a display unit for displaying a result determined by the determination unit.

바람직하게는 가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템은 상기 판정부로부터 판정되는 진동신호 및 진동기준신호를 저장하는 데이터베이스를 더 포함한다. Preferably, the machining vibration monitoring system of the machining robot further includes a database for storing the vibration signal and the vibration reference signal determined by the determining unit.

바람직하게는 가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템은 상기 스마트 진동 센서로부터 전송되는 신호를 수신하는 통신부를 더 포함한다. Preferably, the processing vibration monitoring system of the processing robot further includes a communication unit for receiving a signal transmitted from the smart vibration sensor.

바람직하게는 상기 표시부에서의 결과 표시는 진동기준신호를 3D 진동궤적으로 나타내어 상기 진동기준신호 이후에 수신되는 진동신호가 상기 3D 진동궤적 내에 포함되는지를 표시한다. Preferably, the result display on the display unit indicates a vibration reference signal as a 3D vibration locus, and indicates whether a vibration signal received after the vibration reference signal is included in the 3D vibration locus.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은 청구항 1에 기재된 가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템을 이용하여 가공로봇의 가공 진동을 모니터링하는 방법으로서, (a) 각각의 스마트 진동 센서가 가공로봇의 임의의 가공통계범위에서 측정되는 진동신호의 평균값 및 표준편차를 계산하여 각각의 스마트 진동 센서의 진동기준신호를 설정하는 단계; (b) 상기 단계(a)에서 설정된 각각의 진동기준신호 및 이후 가공로봇의 진동신호를 판단부가 수신하는 단계; (c) 상기 단계(b)에서 수신된 진동기준신호 범위 안에 상기 이후 수신되는 진동신호가 포함되는지를 판단하는 단계; 및 (d) 상기 단계(c)에서 판단된 결과를 실시간으로 표시하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of monitoring the machining vibration of a machining robot using the machining vibration monitoring system of the machining robot according to claim 1, comprising the steps of: (a) Calculating a mean value and a standard deviation of the vibration signals measured in an arbitrary processing statistical range and setting a vibration reference signal of each smart vibration sensor; (b) receiving a vibration signal of each of the vibration reference signals set in the step (a) and a vibration signal of the machining robot thereafter; (c) determining whether the subsequently received vibration signal is included in the vibration reference signal range received in step (b); And (d) displaying the result determined in step (c) in real time.

바람직하게는 상기 단계(d)에서의 표시는 가공로봇의 가공개시시점, 가공과정 및 완료시점을 포함하여 실시간으로 3D 가공궤적으로 표시된다. Preferably, the indication in step (d) is displayed in real time as a 3D machining locus, including the machining start time, machining time and completion time of the machining robot.

본 발명에 의하면, 스마트 진동 센서의 진동 궤적을 이용하여 가공로봇의 이상 유무를 실시간으로 확인 가능한 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect that the abnormality of the machining robot can be confirmed in real time using the vibration locus of the smart vibration sensor.

또한 생산제품의 품질을 확보하는 동시에 설비의 갑작스러운 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다. In addition, it has the effect of securing the quality of the product to be produced and preventing sudden breakdown of the equipment.

도 1은 본 발명에 따른 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 장치의 전체적인 개념도.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 진동 센서의 사시도.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 진동 센서의 블록 선도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 진동 센서의 진동전달율 특성을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 진동 센서의 교정진동 발생부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6는 본 발명에 일 실시예에 따른 스마트 진동 센서를 이용하는 진동 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 7는 도 6에 도시된 진동 모니터링 시스템에서 이용되는 교정진동 발생부를 구비하지 않는 진동측정장치의 블록 선도.
도 8은 본 발명에 따른 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 장치를 나타낸 블록 구성도.
도 9은 본 발명에 따른 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 방법을 나타낸 순서도.
도 10는 본 발명에 따른 가공로봇의 가공 진동을 표시한 실시예
도 11는 회전체 기계의 진동기준을 나타낸 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a general schematic view of a 3D machining vibration monitoring apparatus of a machining robot according to the present invention; FIG.
2 is a perspective view of a smart vibration sensor according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram of a smart vibration sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a vibration transmission characteristic of a smart vibration sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a view schematically showing a calibration vibration generating section of a smart vibration sensor according to an embodiment of the present invention.
6 schematically illustrates a vibration monitoring system using a smart vibration sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of a vibration measuring apparatus which does not have a calibration vibration generating section used in the vibration monitoring system shown in FIG. 6; FIG.
8 is a block diagram showing a 3D machining vibration monitoring apparatus of a machining robot according to the present invention.
9 is a flowchart showing a method of monitoring 3D machining vibration of a machining robot according to the present invention.
Fig. 10 is a view showing the machining vibration of the machining robot according to the present invention
11 is a view showing a vibration reference of a rotating machine.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명에 따른 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 시스템의 전체적인 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 시스템은 금속 및 기계 가공을 위한 가공로봇(10)과 가공로봇(10)의 동작 가공 중 발생하는 3D 가공 진동을 모니터링하는 가공 진동 모니터링 장치(20)로 구성된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a general conceptual diagram of a 3D machining vibration monitoring system of a machining robot according to the present invention; Fig. As shown in Fig. 1, the 3D machining vibration monitoring system of the machining robot includes a machining robot 10 for metal and machining, and a machining vibration monitoring device for monitoring the 3D machining vibration occurring during the machining operation of the machining robot 10 20).

가공로봇(10)은 자동화된 공작기계를 통한 경제적이고 안정적인 고속 생산을 위하여 생산 현장에서는 점점 더 짧아지는 납기 조건에서 더욱 엄격한 요건 및 정밀도를 만족시켜야 하는 과제를 안고 있다. 이런 환경에서는 생산 시 부품에 의한 결함이 발생할 확률도 증가한다. 뿐만 아니라 배치 사이즈(batch size) 감소로 기계 개조 비용이 증가하며 이는 단위노동비용의 상승으로 이어지고 있다. 이런 상황에서 생산 현장의 생산성 및 경제성을 증대시키는 방법은 무엇일까 라는 의문이 발생하고 있고 이에 대한 해결책으로 임금수준이 낮은 국가로의 아웃소싱은 이미 한계에 부딪치고 있는데, 그 이유로 짧은 공급 체인, 높은 충성심의 자체 인력 및 빠른 품질 점검 시간은 기업의 핵심적 요소로 발생하고 있으며, 따라서 많은 절삭가공 업체들이 로봇 적용을 통해 높은 경쟁력을 확보하고 있다. The machining robot 10 is required to satisfy even more stringent requirements and precision in terms of delivery time, which is getting shorter at the production site, for economical and stable high-speed production through automated machine tools. In such an environment, the probability of defects due to parts in production also increases. In addition, the reduction in batch size leads to an increase in machine remodeling costs, which leads to an increase in unit labor costs. In this situation, there is a question of how to increase the productivity and economy of the production site. As a solution to this problem, outsourcing to low-wage countries has already come to the limit because of short supply chain, high loyalty Its own manpower and quick quality inspection time have become a core element of the company, and thus many cutting processing companies are highly competitive through robot application.

최근 가공로봇은 CFRP와 같이 대형소재를 대상으로 하는 경우도 많아지고 있어 첨차 대형화되고 있으나, 오히려 높은 가공정밀도가 요구되고 있다. 또한 높은 생산성을 위하여 빠른 시간내에 가공이 이루어져야 하기 때문에 가공로봇의 운전속도는 첨차 빨라지고 있다. 이러한 가공로봇의 대형화, 고속화, 정밀화 추세는 기존보다 엄격한 진동스펙관리를 요구하고 있으며, 복수의 가공로봇이 투입되는 가공공정에서 안정된 생산을 위해서는 각 가공로봇의 기계적 결함발생이 최소화되도록 주요기계부품의 결함상태를 확인할 필요가 있다.In recent years, machining robots have been increasingly used for large-sized materials such as CFRP, and they are becoming larger and larger, but they require higher processing precision. In addition, since the machining must be performed in a short time for high productivity, the operation speed of the machining robot is rapidly increasing. In order to ensure stable production in a machining process in which a plurality of machining robots are put in, in order to minimize the occurrence of mechanical defects of each machining robot, It is necessary to check the defect status.

가공로봇은 통상적으로 몸체에 해당하는 바디(body), 베어링, 기어박스 등과 같이 바디의 이음부(joint)를 구성하는 기계요소부품, 모터와 같이 동력을 발생시키는 구동장치, 가공공구(tool) 등으로 구성되며, 이는 가공로봇으로 한정하지 않는다. 가공로봇이 정밀한 가공작업을 수행하기 위해서는 가공툴(tool)이 부착된 로봇 끝단의 진동이 크므로 불가능하며, 이러한 과도한 진동이 발생하는 경우에는 진동이 어느 허용하는 수준까지 줄어들도록 기다리는 시간이 필요하며, 이를 잔류진동시간(settling time)이라고 한다. 로봇바디의 구조강성이 상대적으로 약하거나 이음부를 구성하는 베어링, 기어박스 등의 체결강성이 약화되는 경우에는 로봇 끝단의 진동이 클 수밖에 없으며 잔류진동시간 또한 증가할 수밖에 없다. 이러한 경우 고정밀 가공작업이 불가능하거나 작업에 소요되는 시간이 증가할 수밖에 없게 되어 가공로봇의 성능 한계가 발생한다. 물론 로봇은 제조사에서 충분한 강성이 확보되어 성능기능에 문제가 없도록 개발되어 출시되지만 초기에 문제가 없던 로봇 제품도 장시간 동안 반복적으로 사용하면서 각종 부품의 노후, 헐거움, 체결강성약화, 이물질 탈부착 등 다양한 원인에 의하여 구조적 특성이 변할 수 있다. 따라서 정밀한 가공작업을 항시 보장하기 위해서는 가공 중에 가공툴이 부착된 로봇 끝단과 공작물(work piece) 사이의 상대진동변위가 제어되어야 한다. 가공툴과 고정지그 사이의 상대진동제어측면에서 공작물을 지지하는 고정지그(jig)는 바닥에 고정된 구조물로서 충분한 강성을 갖도록 제작될 수 있어 통상적으로 각 구조물이 이동질량(moving mass)으로서 경량화측면에서 제한을 받으며, 그 크기와 구조가 작업특성이 가능하도록 결정되는 로봇구조물에서 상대적으로 진동이 발생하기 쉽다. 또한, 3차원 운동을 하는 로봇에서 로봇 끝단의 진동 또한 3차원으로 발생하며 3차원 공간에서의 진동이 제어되어야 안정적인 최종작업이 보장될 수 있다.The machining robot typically includes a mechanical element part that forms a joint of the body such as a body, a bearing, a gear box, etc., a drive device that generates power such as a motor, a tool, etc. And is not limited to a machining robot. In order for a machining robot to perform a precise machining operation, it is impossible because the vibrations of the end of the robot equipped with the machining tool are large. When such excessive vibration occurs, it is necessary to wait for the vibration to be reduced to any allowable level , And this is called the settling time. If the structural stiffness of the robot body is relatively weak or the joint rigidity of the bearing, gearbox, etc. constituting the joint part is weakened, the vibration of the end of the robot is inevitably large and the residual vibration time is also inevitably increased. In such a case, high-precision machining operations can not be performed or the time required for the machining operations increases, resulting in performance limitations of the machining robots. Of course, robots are developed and released so that they have enough rigidity in the manufacturer to prevent performance problems. However, the robot products which did not have problems in the beginning are repeatedly used for a long time, and various reasons such as deterioration of various parts, loosening, The structural characteristics can be changed. Therefore, in order to ensure a precise machining operation at all times, the relative vibration displacement between the robot end and the work piece to which the machining tool is attached during machining must be controlled. In terms of relative vibration control between the processing tool and the stationary jig, the stationary jig for supporting the workpiece is a structure fixed to the floor and can be manufactured to have a sufficient rigidity, so that each structure is usually a moving mass, , And it is likely that vibration and vibration are generated in a robot structure whose size and structure are determined so as to be capable of operating characteristics. In addition, in the robot performing the three-dimensional motion, the vibration of the end of the robot also occurs in three dimensions, and the vibration in the three-dimensional space is controlled to ensure stable final operation.

하단에서 설명할 로봇 끝단에 부착되는 스마트진동센서(3축 가속도진동센서)(100, 100a)는 가공툴과 인접하고 충분한 구조강성을 갖는 부위에 부착된다. 센서에서 측정된 진동신호에는 측정하고자하는 진동 외에 다른 기계진동, 바닥진동 등의 외부 노이즈(external noise) 진동이 포함될 수 있다. 따라서 센서에서 진동에 비례해서 출력되는 미약한 출력신호를 크게 증폭하고, 신호에 포함된 외부 노이즈를 제거 및 앨리어징(aliasing)현상을 제거하기 위한 저대역통과필터(low pass filter)를 통하는 등의 신호컨디셔닝(signal conditioning) 과정을 거친 후에 일정한 샘플링속도로 아날로그신호(analog signal)를 디지털신호(digital signal)로 변환(analog to digital convert)하게 된다. 진동신호에 대한 샘플링주파수는 앨리어징현상을 피할 수 있도록 최대관심주파수의 2배 이상 빠른 속도로 샘플링(Nyquist sampling frequency)하여야 하며, 최대관심주파수의 통상 2.56배로 샘플링한다. 디지털값으로 변환된 진동신호는 버퍼(buffer)에 저장된 후에 유무선통신장치를 통해 진동표시장치로 전달된다.A smart vibration sensor (three-axis acceleration vibration sensor) 100, 100a attached to the robot end to be described at the bottom is attached to a portion adjacent to the processing tool and having sufficient structural rigidity. The vibration signal measured by the sensor may include external noise vibration such as mechanical vibration or floor vibration in addition to the vibration to be measured. Therefore, the sensor amplifies a weak output signal output in proportion to the vibration, passes through a low-pass filter for eliminating the external noise included in the signal, and eliminating the aliasing phenomenon After the signal conditioning process, the analog signal is converted to a digital signal (analog to digital convert) at a constant sampling rate. The sampling frequency for the vibration signal should be sampled at a speed of at least twice the maximum frequency of interest (Nyquist sampling frequency) so as to avoid the aliasing phenomenon, and is usually 2.56 times the maximum frequency of interest. The vibration signal converted into the digital value is stored in a buffer and then transmitted to the vibration display device through the wired / wireless communication device.

지금까지는 대부분 단방향(single axis) 진동을 측정하고 기준값(limit)과 비교하는 방식이 주로 사용되어 왔으나, 3차원 운동을 하는 로봇의 진동 또한 3차원으로 발생하며 각 방향의 진동크기가 최종 가공정도에 큰 영향을 줄 수밖에 없으므로 본 특허에서는 3차원 진동궤적모니터링(3 dimensional vibration monitoring)을 제안한다. 3차원 진동궤적 기준값은 각 축방향별로 일정한 값일 때는 박스(box)형태의 입체적 기준이 적용되며, 학습기준과 같이 시간에 따라서 변하는 값인 경우에는 임의의 3차원 체적(volume)형태 기준이 적용된다.Until now, mostly single axis vibration measurement and comparison with the limit value have been mainly used. However, the vibration of the robot performing the three-dimensional motion also occurs in three dimensions, In this patent, three-dimensional vibration monitoring is proposed. When the reference value of the 3D vibration trajectory is a constant value in each axis direction, a cubic reference of box type is applied. In case of a value varying with time such as a learning reference, an arbitrary 3-dimensional volume type reference is applied.

3차원 진동의 크기는 각 방향별 진동크기에 의하여 결정된다. 3차원 진동궤적의 임의의 순간에서 위치는 3축 가속도센서의 각 축에서 측정된 진동값에 의한 좌표에 의해 결정되며 다음 [식 1]과 같다. The magnitude of the three-dimensional vibration is determined by the magnitude of vibration in each direction. The position at any moment of the three-dimensional vibration trajectory is determined by the coordinates of the vibration values measured at each axis of the three-axis acceleration sensor, and is expressed by the following [Equation 1].

[식 1][Formula 1]

Figure pat00001
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따라서 3차원공간상에서 전체 진동의 크기와 좌표를 센서신호를 바탕으로 실시간으로 알 수 있으며, 센서가 정밀작업을 수행하는 로봇끝단에 부착되는 경우에 가공정도에 영향을 주는 끝단의 진동을 궤적기준형태로 관리할 수 있게 된다. 로봇작업이 원활할 때의 로봇 끝단의 각 방향별 진동을 기준으로 평균값과 표준편차, 옵셋값을 적용하여 3차원 공간에서의 학습기준값을 설정할 수 있다. Therefore, it is possible to know in real time the size and coordinates of the total vibration in the three-dimensional space based on the sensor signal. In the case where the sensor is attached to the end of the robot performing precision work, the vibration of the end, As shown in FIG. It is possible to set the learning reference value in the three-dimensional space by applying the mean value, the standard deviation, and the offset value based on the vibration of each end of the robot when the robot works smoothly.

가공로봇(10)은 알루미늄, 스테인레스 스틸, 복합 재료, 수지, 목재, 유리 및 황동을 비롯한 다양한 유형의 재료에 대해 마감, 다이 트리밍, 모델링, 드릴링, 태핑, 디버링, 윤곽 깍기 및 용접 비드 가공 등에 적합하며, 펌프, 모터, 엔진 등의 회전기계 또는 이러한 회전기계가 장착된 로봇들은 회전체의 불평형 질량(Unbalance Mass), 축의 휨, 베어링 마모, 기어 치면의 손상 등의 영향으로 가동 중 필연적으로 진동이 발생한다. 따라서 가공로봇(10)의 진동을 측정하는 스마트 진동 센서(100, 100a)를 부착한다.The machining robot 10 is suitable for finishing, die trimming, modeling, drilling, tapping, deburring, contour cutting and welding bead processing for various types of materials including aluminum, stainless steel, composite, resin, wood, glass and brass Rotors such as pumps, motors, and engines or robots equipped with such rotating machines are inevitably subject to vibrations during operation due to the unbalance mass of the rotating body, shaft bending, bearing wear, Occurs. Therefore, the smart vibration sensor 100, 100a for measuring the vibration of the processing robot 10 is attached.

진동은 로봇(기계)에 고장의 징후가 있으면, 그 고장의 원인과 관계가 있는 특정 주파수 성분의 진동이 급격히 증가한다. 따라서 로봇(기계)의 전체 진동값 또는 특정 주파수의 진동값을 계속적 또는 주기적으로 측정하여, 로봇(기계)에서 발생하는 진동의 양상을 관찰하면 로봇의 고장을 예측할 수 있고, 그 고장의 원인까지 미리 예측할 수 있어서 예방정비 등 적절한 조치를 취할 수 있다. If there is a sign of a failure in the robot (machine), the vibration of the specific frequency component related to the cause of the failure sharply increases. Therefore, it is possible to predict the failure of the robot by observing the overall vibration value of the robot (machine) or the vibration value of the specific frequency continuously or periodically and observing the pattern of vibration occurring in the robot (machine) It can be predicted so that appropriate measures such as preventive maintenance can be taken.

스마트 진동 센서(100, 100a)는 가공로봇의 임의의 부분에 임의의 수만큼 설치될 수 있으며 예시적으로 도 1에 도시된 가공로봇(10)의 관절부위 등에 설치할 수 있다. 스마트 진동 센서(100, 100a)는 가공로봇의 작동조건에 따라 각각의 진동을 다수 측정하여 측정된 진동신호의 평균값 및 표준편차를 계산하여 각각의 작동조건에서 진동기준을 설정한다. 스마트 진동 센서(100, 100a)는 작동버튼 또는 무선리모컨작동수신기를 포함할 수 있으며 사물통신 무선기술을 적용시킬 수 있다. The smart vibration sensors 100 and 100a may be installed in any number of arbitrary portions of the processing robot. For example, the smart vibration sensors 100 and 100a may be installed at joints of the processing robot 10 shown in FIG. The smart vibration sensors 100 and 100a measure a plurality of vibrations according to operating conditions of the processing robot and calculate the average value and the standard deviation of the measured vibration signals to set the vibration reference in each operating condition. The smart vibration sensor 100, 100a may include an activation button or a wireless remote control activation receiver, and may be adapted to apply object communication wireless technology.

그리고 스마트 진동 센서(100, 100a)는 시간영역과 주파수영역에서의 변화를 감지할 수 있으며 가공로봇(10)이 일정한 주기의 진동수준을 가지므로, 시간영역에서 일정주기의 진동이 반복되게 된다. 그러나 가공로봇(10)에 결함이 발생하면, 진동주기 상에 변화가 발생하므로 시간영역 데이터를 통하여 가공로봇(10)의 결함이 발생한 시점을 파악한다. 그러나 시간영역 데이터만으로는 가공로봇(10)을 이루는 모터, 커플링, 기어, 베어링 등의 개별적인 결함 유무를 파악하는 것은 곤란하므로 주파수 영역의 데이터를 이용하여 각각의 결함 유무를 확인할 수 있다. 왜냐하면 모터, 커플링, 기어, 베어링 등은 모두 각각의 고유 주파수를 가지고 있어 해당 주파수 부분의 변화를 살펴보면, 각각의 결함 유무를 확인할 수 있기 때문이다. 가공로봇(10)의 모터의 경우 낮은 주파수 영역을 가지며 진동레벨 역시 높지 않으나 모터에 결함이 발생하여 회전속도 등에 변화가 발생하면 진동레벨 역시 변화가 발생할 수밖에 없다. 따라서 모터의 고유 주파수에 진동레벨의 변화 정도를 확인하면 결함유무를 파악할 수 있다. 즉 시간영역 데이터를 통하여 가공로봇(10)의 결함발생시점을 알 수 있고, 주파수 영역 데이터를 통하여 각 구성의 결함 유무를 확인할 수 있다.The smart vibration sensors 100 and 100a can detect changes in the time domain and the frequency domain. Since the processing robot 10 has a vibration level of a certain period, the vibration of the certain period is repeated in the time domain. However, when a defect occurs in the machining robot 10, a change occurs in the vibration cycle, so that the time when the machining robot 10 is defective through time domain data is grasped. However, since it is difficult to grasp the presence or absence of individual defects such as motors, couplings, gears, and bearings constituting the machining robot 10 with time domain data alone, it is possible to check the presence or absence of each defect using frequency domain data. This is because motors, couplings, gears, and bearings all have their natural frequency, so if you look at the change in frequency, you can check for each defect. The motor of the machining robot 10 has a low frequency range and a high vibration level. However, if a change occurs in the rotation speed due to a defect in the motor, the vibration level is also inevitably changed. Therefore, the presence or absence of a defect can be grasped by checking the degree of change of the vibration level at the natural frequency of the motor. That is, it is possible to know the time of occurrence of a defect in the machining robot 10 through the time domain data, and to check the presence or absence of a defect in each structure through the frequency domain data.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 진동 센서가 도시되어 있으며, 도 3은 본 발명에 따른 스마트 진동 센서의 블록 선도가 도시되어 있다.FIG. 2 shows a smart vibration sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a block diagram of a smart vibration sensor according to the present invention.

본 발명에 따른 스마트 진동 센서(100)는 접촉식 진동센서로서 측정대상물의 표면에 부착되어 해당 표면의 기계적 진동을 측정하는 장치로서, 크게 부착된 표면에서의 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 진동측정부(110), 진동측정부(110)에서 측정된 진동을 교정하기 위하여 미리 정해진 크기의 진동을 발생시키는 교정진동 발생부(130)를 포함한다.The smart vibration sensor 100 according to the present invention is a contact vibration sensor that is attached to a surface of a measurement object to measure mechanical vibration of the surface of the measurement object. And a calibration vibration generating unit 130 for generating a vibration of a predetermined size in order to calibrate the vibration measured by the vibration measuring unit 110.

진동측정부(110)는 스마트 진동 센서(100)가 부착된 표면의 기계적 진동을 전달받아 전기적 신호로 변환한다. 진동측정부(110)의 방식으로서는 종래에 알려진 모든 방식의 것이 채택될 수 있다. 예를 들어, 기계-전자식 또는 압전소자식의 것이 채택될 수 있다.The vibration measuring unit 110 receives the mechanical vibration of the surface to which the smart vibration sensor 100 is attached and converts it into an electrical signal. As a method of the vibration measuring unit 110, any method known in the art can be adopted. For example, mechanical-electronic or piezo-electric devices can be employed.

교정진동 발생부(130)는 미리 정해진 진동을 발생시켜 진동측정부(110)에 제공함으로써 진동측정부(110)를 교정할 수 있도록 한다. 교정진동을 발생시키기 위하여, 예를 들어, 편심질량형 캘리브레이션 어댑터(calibration adaptor)와 같이, 경사지게 배치된 편심질량이 정해진 각속도로 회전하는 방식의 것이 이용될 수 있다. The calibration vibration generating unit 130 generates a predetermined vibration and provides the vibration to the vibration measuring unit 110 so that the vibration measuring unit 110 can be calibrated. In order to generate calibration vibration, for example, a method in which an eccentrically arranged eccentric mass is rotated at a predetermined angular velocity, such as an eccentric mass-type calibration adapter, may be used.

도시된 실시예에서, 교정진동 발생부(130)는 측정대상물의 표면에 부착되고 진동측정부(110)는 교정진동 발생부(130)를 경유하여 전달되는 진동을 감지한다. 따라서, 교정진동 발생부(130)는 측정대상물의 진동이 왜곡되지 않고 전달되도록 설계할 필요가 있다. 이와 관련하여, 도 4에는 진동전달율(transmissibility) 특성 곡선이 도시되어 있다. 진동전달율로부터 알 수 있듯이, 제1 고유진동수보다 작은 주파수 범위에서는 진동 주파수가 증가할수록 전달되는 진동의 진폭이 커지며, 제1 고유진동수보다 큰 주파수 범위에서는 진동 주파수가 증가할수록 전달되는 진동의 진폭이 작아진다. 이러한 진동전달율의 특성으로부터, 진동측정부(110)의 컷오프 주파수(cutoff frequency)보다 교정진동 발생부(130)의 제1 고유진동수가 큰 것이 좋다. 진동측정부(110)의 컷오프 주파수가 교정진동 발생부(130)의 제1 고유진동수의 0.2배 이하인 경우에는 교정진동 발생부(130)를 경유하여 진동발생부(110)로 전달되는 진동이 거의 왜곡되지 않으므로, 교정진동 발생부(130)의 제1 고유진동수가 진동측정부(110)의 컷오프 주파수의 5배 이상이 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 교정진동 발생부(130)의 진동전달율의 제1 고유진동수가 진동측정부(110)의 컷오프 주파수와 비교하여 큰 차이가 나지 않을 경우에는 교정진동 발생부(130)의 진동전달율을 고려하여 측정된 진동 신호를 보정할 수 있다.In the illustrated embodiment, the calibration vibration generating unit 130 is attached to the surface of the object to be measured, and the vibration measuring unit 110 senses the vibration transmitted via the calibration vibration generating unit 130. Therefore, it is necessary to design the calibration vibration generating unit 130 so that the vibration of the measurement object is transmitted without being distorted. In this regard, a vibration transmissibility characteristic curve is shown in Fig. As can be seen from the vibration transmission rate, in the frequency range lower than the first natural frequency, the amplitude of the transmitted vibration increases as the vibration frequency increases. In the frequency range larger than the first natural frequency, as the vibration frequency increases, Loses. It is preferable that the first natural frequency of the calibrating vibration generating unit 130 is larger than the cutoff frequency of the vibration measuring unit 110 from the characteristic of the vibration transmission rate. When the cutoff frequency of the vibration measuring unit 110 is 0.2 times or less the first natural frequency of the calibrating vibration generating unit 130, the vibration transmitted to the vibration generating unit 110 via the calibrating vibration generating unit 130 is almost It is preferable that the first natural frequency of the calibration vibration generating unit 130 is designed to be five times or more the cutoff frequency of the vibration measuring unit 110. [ When the first natural frequency of the vibration transmission rate of the calibration vibration generating unit 130 is not significantly different from the cutoff frequency of the vibration measuring unit 110, the vibration frequency is measured in consideration of the vibration transmission rate of the calibration vibration generating unit 130 The vibration signal can be corrected.

교정진동 발생부의 일 예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 교정진동 발생부는 경사지게 배치된 편심질량(136)을 갖는 회전판(134), 회전판(134)과 연결되고 이를 회전시키는 가진모터(132) 및 회전판과 가진모터를 수용하는 하우징을 구비한다. 가진모터(132)의 회전축과 연결된 회전판(134)의 회전시 회전판(134)의 편심질량(136)으로 인하여 불평형 가진력이 발생한다. 불평형 가진력을 성분별로 나누면 수직 및 수평 가진력이 된다. 이러한 수직 및 수평 가진력에 의하여 교정진동이 발생하고, 이 교정진동은 교정진동 발생부의 하우징을 통해 진동측정부에 전달된다. 교정진동 발생부의 하우징의 구조강성이 약한 경우 공진에 의한 과도한 진동되어 정확한 진동값 측정이 어렵거나, 교정진동 발생부가 방진역할을 하여 진동전달을 어렵게 할 수 있다. 따라서 교정진동 발생부는 교정진동의 주파수 범위보다 높은 고유진동수를 갖도록 충분한 구조강성을 확보하도록 제작되어야 한다. 일반 가속도계 캘리브레이터의 경우에는 절대진동값, 10m/s2 을 기준으로 교정하기 위한 기준 교정진동 주파수가 159.2Hz(10m/s2의 가속도, 10um의 변위를 발생시키는 주파수)로 정해져 있으나 본 장치는 상대적인 교정을 목적으로 하므로 꼭 159Hz 정도의 높은 주파수가 될 필요는 없으며, 30~50Hz(1800~3000rpm) 정도면 좋다. 반드시 높은 교정주파수가 필요한 경우에는 교정진동 발생부 구조체 및 내부의 부품들의 고유진동수가 공진 또는 방진효과에 의하여 영향을 받지 않도록 충분한 강성을 갖도록 해야 한다.An example of a calibration vibration generating portion is shown in Fig. 5, the calibration vibration generating portion includes a rotating plate 134 having an eccentric mass 136 disposed at an inclined position, an exciting motor 132 connected to and rotating the rotating plate 134, And a housing. An unbalanced excitation force is generated due to the eccentric mass 136 of the rotating plate 134 when the rotating plate 134 connected to the rotating shaft of the exciting motor 132 rotates. When the unbalanced excitation force is divided by the component, it becomes a vertical and horizontal excitation force. The calibration vibration is generated by the vertical and horizontal excitation forces, and the calibration vibration is transmitted to the vibration measurement unit through the housing of the calibration vibration generating unit. If the structural stiffness of the housing of the calibrating vibration generating part is weak, it is difficult to accurately measure the vibration value due to excessive vibration due to resonance, or vibration vibration transmitting part may be difficult to transmit due to the vibration vibration generating part. Therefore, the calibration vibration generator should be constructed to ensure sufficient structural rigidity to have a natural frequency higher than the frequency range of the calibration vibration. In the case of a general accelerometer calibrator, the reference calibration vibration frequency for calibration based on the absolute vibration value of 10 m / s 2 is set to 159.2 Hz (the acceleration causing 10 m / s 2, the frequency causing a displacement of 10 μm) It is not necessary to have a high frequency of about 159 Hz, and it is preferable that the frequency is 30 to 50 Hz (1800 to 3000 rpm). If a high calibration frequency is required, the natural frequency of the calibration vibration generating structure and internal components should be sufficiently rigid so as not to be affected by the resonance or vibration effects.

도시된 실시예에서는 교정진동 발생부(130)가 측정대상물의 표면과 진동측정부(110) 사이에 배치되었으나, 다른 방식으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 진동측정부(110)가 측정대상물의 표면에 부착되고 교정진동 발생부(130)는 진동측정부(110) 위에 부착될 수 있다. In the illustrated embodiment, the calibration vibration generating unit 130 is disposed between the surface of the object to be measured and the vibration measuring unit 110, but may be disposed in a different manner. For example, the vibration measuring unit 110 may be attached to the surface of the object to be measured, and the calibration vibration generating unit 130 may be attached to the vibration measuring unit 110.

스마트 진동 센서(100)를 측정대상물에 부착하고 측정대상물이 작동하지 않는 상태일 때 교정진동 발생부(130)에서 발생되는 진동의 크기를 진동측정부(110)에서 발생되는 전기적 신호의 크기와 대비하여 스마트 진동 센서(100a)를 교정할 수 있다. 교정 작업이 끝나면, 교정진동 발생부(130)의 진동발생을 정지시킨다. 스마트 진동 센서(100)가 교정된 상태에서 측정대상물이 작동되면 진동측정부(110)에서는 측정대상물의 표면에서 발생되는 진동을 측정한다.When the smart vibration sensor 100 is attached to the measurement object and the measurement object is not operated, the magnitude of the vibration generated in the calibration vibration generating unit 130 is compared with the magnitude of the electrical signal generated in the vibration measuring unit 110 So that the smart vibration sensor 100a can be calibrated. When the calibration operation is completed, the generation of vibration of the calibration vibration generating unit 130 is stopped. When the measurement object is operated in a state where the smart vibration sensor 100 is calibrated, the vibration measurement unit 110 measures the vibration generated on the surface of the measurement object.

스마트 진동 센서(100)는 측정대상물에 장기간 부착되어 운전 상태를 모니터링하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 출원인이 특허권자인 특허등록 10-1409986호에는 측정대상물의 진동 모니터링을 위하여 진단기준이 자율설정되는 진동모니터링 결함진단장치가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 스마트 진동 센서(100)는 위 문헌에 개시된 방법과 동일한 방식으로 진단기준을 자율설정하고 측정대상물에 대한 진동 모니터링을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 스마트 진동 센서(100)는 자율설정부(120), 상태 진단부(140) 및 진단결과 표시부(150)를 구비한다. The smart vibration sensor 100 may be used for monitoring the operating state for a long time attached to the measurement object. For example, Patent Application No. 10-1409986, which is a patentee of the present applicant, discloses a vibration monitoring defect diagnosis apparatus in which a diagnostic criterion is autonomously set for monitoring vibration of a measurement object. The smart vibration sensor 100 according to the present invention can autonomously set diagnostic criteria and provide vibration monitoring for a measurement object in the same manner as the method disclosed in the above document. For this purpose, the smart vibration sensor 100 includes an autonomic setting unit 120, a state diagnosis unit 140, and a diagnosis result display unit 150.

자율설정부(120)는, 예를 들어, 측정대상물의 작동조건 마다 복수회 진동을 측정한 후, 감지된 진동의 평균값 및 표준편차를 이용하여 각 작동조건에서의 진단기준을 자율적으로 설정한다. 상태 진단부(140)는 자율설정부(120)에 의하여 설정된 진단기준에 기초하여 측정대상물의 상태를 모니터링한다. The autonomic setting unit 120 autonomously sets a diagnostic criterion under each operating condition, for example, by measuring the vibration a plurality of times for each operating condition of the measurement object and using the average value and the standard deviation of the sensed vibration. The state diagnosis unit 140 monitors the state of the measurement object based on the diagnostic criteria set by the autonomic setting unit 120. [

자율설정부(120)는 진동측정장치(100)의 측정조건을 자율적으로 설정하는 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스마트 진동 센서(100)는 최초 측정시에는 높은 주파수 범위로 설정하여 감지된 진동 신호의 주파수 성분을 확인하고, 높은 주파수 영역에 특이한 진동 성분이 없다고 판단되면 측정 주파수 범위를 낮게 조정한다. 측정조건의 자율설정에는 진동측정부(110)의 교정도 포함될 수 있다. 즉, 교정진동 발생부(130)에 의하여 발생된 미리 정해진 진동에 기초하여, 진동측정장치(100)를 교정하는 기능을 포함할 수 있다. 측정조건의 자율설정에 의하여 설정된 측정 주파수 범위, 즉 컷오프 주파수가 교정진동 발생부(130)의 진동전달율에 의하여 영향을 받는 영역에 해당되는 경우, 전술한 바와 같이 교정진동 발생부(130)의 진동전달율을 고려하여 측정된 진동 신호의 교정에 반영할 수 있다.The autonomic setting unit 120 may include a function of autonomously setting the measurement conditions of the vibration measuring apparatus 100. [ For example, the smart vibration sensor 100 sets a high frequency range at the time of initial measurement to check the frequency component of the sensed vibration signal, and adjusts the measurement frequency range to a low level when it is determined that there is no specific vibration component in the high frequency range . The autonomous setting of the measurement conditions may also include calibration of the vibration measurement unit 110. [ That is, it may include a function of calibrating the vibration measuring apparatus 100 based on a predetermined vibration generated by the calibration vibration generating unit 130. When the measurement frequency range set by the autonomous setting of the measurement condition, that is, the cutoff frequency corresponds to the region affected by the vibration transmission rate of the calibration vibration generating unit 130, the vibration of the calibration vibration generating unit 130 It can be reflected in the calibration of the measured vibration signal in consideration of the propagation rate.

스마트 진동 센서(100, 100a)는 사용자가 진동기준 설정을 요구하는 경우, 가공로봇(10)의 작동조건(가공통계범위)에 따라 각각 진동을 다수 측정하여, 측정된 진동신호의 평균값 및 표준편차를 계산하여 각각의 작동조건에서 진동기준을 설정한다. 도 11에서와 같이 회전체 기계나 반도체 정밀제조 장비처럼 표준으로 정해진 진동기준이 있는 경우에는 그 표준을 진동기준으로 하여 측정된 진동값과 비교하는 것이 가능하지만, 진동기준이 설정되지 않은 경우에는 가공로봇(10)의 특성에 부합하는 고유의 기준을 확립할 필요가 있으며, 가공로봇(10)은 작동조건에 따라 회전수가 달라지므로 각각의 작동조건에 따른 진동기준을 확립할 필요가 있다. 따라서 각각의 작동조건에서 진동을 반복 측정하여 그 평균값 및 표준편차를 계산하여 진동기준으로 설정한다. 이때 진동기준은 아래의 [식 2]와 같은 방식으로 계산될 수 있다. The smart vibration sensors 100 and 100a measure a plurality of vibrations in accordance with the operating conditions of the processing robot 10 (the processing statistical range) when the user requests the vibration reference setting, To set the vibration reference in each operating condition. 11, when there is a standard vibration standard, such as a rotating machine or a semiconductor precision manufacturing equipment, it is possible to compare the vibration standard with the vibration value measured with the vibration standard. However, when the vibration standard is not set, It is necessary to establish an inherent criterion in accordance with the characteristics of the robot 10. Since the number of revolutions of the machining robot 10 varies depending on operating conditions, it is necessary to establish a vibration reference according to each operating condition. Therefore, the vibration is repeatedly measured in each operating condition, and the average value and the standard deviation thereof are calculated and set as the vibration reference. At this time, the vibration criterion can be calculated in the same manner as [Equation 2] below.

[식 2] [Formula 2]

진동기준 = 평균값 + 편차계수 * 표준편차 + 옵셋Vibration standard = mean value + deviation coefficient * standard deviation + offset

여기서, 평균값은 각 측정회수마다 측정된 진동값의 평균이며, 표준편차는 각 측정횟수마다 측정된 진동값 사이의 표준편차이며, 편차계수는 표준편차의 영향을 고려하여 표준편차에 곱해주는 계수이다. 또한 옵셋은 측정값 전체에서 일정간격만큼 기준을 떨어뜨리기 위해 더해주는 값이다. 편차계수와 옵셋은 필요에 따라 그 값이 조정될 수 있다. Here, the average value is an average of the vibration values measured for each measurement number, the standard deviation is a standard deviation between the vibration values measured for each measurement number, and the deviation coefficient is a coefficient that multiplies the standard deviation by considering the influence of the standard deviation . Offset is also a value added to drop the reference by a certain interval throughout the measured value. The deviation coefficient and offset can be adjusted as needed.

이러한 측정조건의 자율설정을 위하여 참고하여야 하는 기준값들, 예를 들어, 측정대상물의 진동 모니터링에서 주요한 주파수값들 또는 교정진동 발생부(130)에 의하여 발생되는 진동의 크기 및 주파수에 대한 값 등이 메모리부(180)에 저장될 수 있다. 또한, 자율설정부(120)는 전술한 바와 같은 측정된 진동신호의 평균값과 표준편차를 이용하는 방식 외에 교정된 진동신호값에 기초하여 측정된 진동이 미리 정해진 값을 넘어가는 경우에 측정대상물의 상태에 이상이 있는 것으로 진단할 수도 있다.The reference values to be referred to for the autonomous setting of the measurement conditions, for example, the main frequency values in the vibration monitoring of the measurement object or the magnitude and frequency of the vibration generated by the calibration vibration generating unit 130 And may be stored in the memory unit 180. The autonomic setting unit 120 may set the autonomic setting unit 120 to use the average value and the standard deviation of the measured vibration signals as described above, and also, when the vibration measured based on the calibrated vibration signal value exceeds a predetermined value, It can be diagnosed that there is an abnormality in the diagnosis.

진단결과 표시부(150)는 상태 진단부(140)의 진단결과에 따라 이를 장치 외부로 표출한다. 본 실시예에서는 스마트 진동 센서(100)는 LED를 이용하여 진단결과를 표시한다. 진단결과 표시부(150)는 발광색을 다르게 하는 방식과 점멸 여부에 따라 진단결과를 표시한다. 예를 들어, LED의 발광색을 정상상태일 때 녹색, 관찰이 필요한 상태일 때 황색, 문제가 있다고 판단될 때 적색으로 구분하고 발광색을 달리 표출할 수 있다. 또한, 황색이나 적색으로 표시한 상태에서 점멸하여 상태의 수준을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 진단기준을 약간만 넘은 상태에서는 점멸 주기를 느리게 하고, 진단기준을 많이 넘은 상태에서는 점멸 주기를 빠르게 할 수 있다.The diagnosis result display unit 150 exposes it to the outside of the apparatus according to the diagnosis result of the state diagnosis unit 140. [ In the present embodiment, the smart vibration sensor 100 displays the diagnostic result using the LED. The diagnosis result display unit 150 displays the diagnosis result depending on whether the light emission color is different or whether it is blinking. For example, the emission color of the LED can be classified into green when it is in a steady state, yellow when it is required to observe, and red when it is judged to be a problem, and can emit different colors of light. In addition, it can blink in the state of being displayed in yellow or red to indicate the level of the state. For example, it is possible to slow the blink cycle when the diagnostic criteria are slightly exceeded, and to accelerate the blink cycle when the diagnostic criteria are exceeded.

이하에서는 본 발명에 따른 스마트 진동 센서(100)를 이용하여 측정대상물의 작동상태를 모니터링하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of monitoring the operation state of the measurement object using the smart vibration sensor 100 according to the present invention will be described.

먼저, 스마트 진동 센서(100)를 측정대상물의 표면에 부착한다. 측정대상물이 작동하지 않는 상태에서 교정진동 발생부(130)를 작동시켜 미리 정해진 진동을 발생하도록 한다. 자율설정부(120)는 교정진동 발생부(130)에 의하여 발생되는 진동에 의하여 진동측정부(110)에서 발생되는 전기적 신호를 수신하여 자율적으로 스마튼 진동 센서(100)를 교정한다. 이 때, 교정진동 발생부(130)의 진동전달율 특성에 기초하여 진동측정부(110)에 의하여 측정된 진동의 크기와 위상을 교정할 수 있다. 교정작업이 완료되면, 측정대상물을 각각의 작동조건에 따라 작동시킨 상태에서 자율설정부(120)에 의하여 측정조건이 자율적으로 설정된다. 측정조건에는 예를 들어 측정 주파수 범위(컷오프 주파수)가 포함된다. 측정조건이 설정된 이후, 자율설정부(120)에 의하여 진단기준이 자율적으로 설정된다. 설정된 진단기준은 메모리(180)에 저장된다. 진단기준은 통신부(160)를 통해 다른 장치로 전송될 수도 있다.First, the smart vibration sensor 100 is attached to the surface of the measurement object. The calibration vibration generating unit 130 is operated in a state in which the measurement object is not operated to generate a predetermined vibration. The autonomic setting unit 120 autonomously corrects the smart vibration sensor 100 by receiving an electrical signal generated in the vibration measuring unit 110 by the vibration generated by the calibration vibration generating unit 130. At this time, the magnitude and phase of the vibration measured by the vibration measuring unit 110 can be calibrated based on the vibration transmission characteristic of the calibration vibration generating unit 130. When the calibration operation is completed, the measurement conditions are autonomously set by the autonomic setting unit 120 in a state where the measurement object is operated according to the respective operation conditions. Measurement conditions include, for example, a measurement frequency range (cutoff frequency). After the measurement conditions are set, the autonomic setting unit 120 autonomously sets the diagnostic criteria. The set diagnostic criteria is stored in the memory 180. The diagnostic criteria may be transmitted to another device through the communication unit 160. [

자율설정부(120)에 의한 설정 작업이 완료되면, 스마트 진동 센서(100)가 측정대상물에 대한 모니터링을 할 준비가 된 상태이다. 상태 진단부(140)는 메모리(180)에 저장된 진단기준을 참고하여 측정대상물의 상태를 지속적으로 모니터링하고, 진단기준에 따라 진단결과 표시부(150)에 진단결과를 표시한다.When the setting operation by the autonomic setting unit 120 is completed, the smart vibration sensor 100 is ready to monitor the measurement object. The state diagnosis unit 140 continuously monitors the state of the measurement object with reference to the diagnosis reference stored in the memory 180 and displays the diagnosis result on the diagnosis result display unit 150 according to the diagnosis reference.

도 6에는 본 발명에 따른 스마트 진동 센서(100) 및 교정진동 발생부를 구비하지 않는 스마트 진동 센서(100a) 복수개를 이용하여 측정대상물에 대한 진동 모니터링을 수행하는 시스템이 도시되어 있다.FIG. 6 shows a system for performing vibration monitoring on a measurement object using a plurality of smart vibration sensors 100a without a smart vibration sensor 100 and a calibration vibration generator according to the present invention.

진동 모니터링 시스템은 복수개의 진동측정장치(100, 100a)를 터빈, 공작기계 등과 같은 장치에 부착한 후에 이들로부터 수집된 진동 신호 및/또는 진단결과를 기초로 하여 측정대상물에 대한 진동 모니터링을 수행한다. 스마트 진동 센서는 본 발명에 따른 교정진동 발생부(130)를 구비하는 것과 이를 구비하지 않는 것이 부착된다. 교정진동 발생부(130)가 구비되지 않은 스마트 진동 센서(100a)는 도 6에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 교정진동 발생부(130)가 구비되지 않은 스마트 진동 센서(100a)도 자율설정 기능을 구비한다. 설명의 편의를 위하여, 교정진동 발생부가 구비된 스마트 진동 센서(100)를 '교정 기준 센서'라 한다. The vibration monitoring system attaches the plurality of vibration measuring devices 100, 100a to a device such as a turbine, a machine tool, etc., and then performs vibration monitoring on the object to be measured based on the vibration signals and / . The smart vibration sensor is provided with a calibration vibration generating part 130 according to the present invention, and the smart vibration sensor is attached thereto. The smart vibration sensor 100a without the calibration vibration generating section 130 is shown in Fig. As shown in the figure, the smart vibration sensor 100a without the calibration vibration generating unit 130 also has an autonomous setting function. For convenience of explanation, the smart vibration sensor 100 provided with the calibration vibration generating unit is referred to as a 'calibration reference sensor'.

측정대상물의 모니터링이 이루어지는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 측정대상물이 운전되지 않는 상태에서 복수개의 스마트 진동 센서(100, 100a)에 대한 교정이 이루어진다. 1차로 교정진동 발생부가 구비된 교정 기준 센서가 전술한 방법에 따라 교정되고, 2차로 교정 기준 센서의 진동측정값과 다른 스마트 진동 센서의 진동측정값을 비교하여 다른 스마트 진동 센서들이 교정된다. 교정 기준 센서의 진동측정값과 각 부위에 부착된 다른 스마트 진동 센서의 진동측정값을 비교할 때는 시간 영역에서의 유효값(rms), 주파수영역에서 특정 주파수 크기(peak value), 일정주파수 영역에서의 밴드값(band value), 측정주파수영역에서의 전체진동값(overall value) 등을 사용할 수 있다. The process of monitoring the measurement object will be described as follows. First, a plurality of smart vibration sensors 100, 100a are calibrated while the measurement object is not operated. A calibration reference sensor provided with a calibration vibration generating unit is calibrated according to the method described above and the other smart vibration sensors are calibrated by comparing a vibration measurement value of a calibration reference sensor with a vibration measurement value of another smart vibration sensor. When comparing the vibration measurement value of the calibration reference sensor with the vibration measurement value of the other smart vibration sensor attached to each part, it is necessary to consider the effective value (rms) in the time domain, a specific value in the frequency domain (peak value) A band value, an overall value in a measurement frequency region, and the like can be used.

복수개의 스마트 진동 센서에 대한 교정 작업이 완료되면, 측정대상물이 정상상태로 운전되는 동안 측정대상물에 부착된 복수개의 스마트 진동 센서(100, 100a)는 각각 자율설정된다. 자율설정이 완료되면, 교정 기준 센서를 포함하는 복수개의 진동측정장치에 의하여 측정된 진동에 기초하여 측정대상물의 상태를 모니터링한다.When a calibration operation for a plurality of smart vibration sensors is completed, a plurality of smart vibration sensors 100 and 100a attached to a measurement object are autonomously set while the measurement object is operated in a normal state. When the autonomous setting is completed, the state of the measurement object is monitored based on the vibration measured by the plurality of vibration measurement devices including the calibration reference sensor.

스마트 진동 센서(100, 100a)에 의하여 측정된 진동 신호 및/또는 진단결과는 각 장치의 통신부(160)를 통하여 센서노드(300)로 전송된다. 스마트 진동 센서(100, 100a)와 센서노드(300) 사이의 통신은 무선으로 이루어지는 것이 좋다. 센서노드(300)는 수집된 각 스마튼 진동 센서의 신호를 컴퓨터에 설치된 진동 모니터링 프로그램(200)으로 전송한다. 이러한 전송은 유선 또는 무선으로 이루어질 수 있다. 진동 모니터링 프로그램(200)은 전송받은 각 스마트 진동 센서의 진동 신호 및/또는 진단결과에 기초하여 진동 모니터링을 수행한다.The vibration signals and / or diagnostic results measured by the smart vibration sensors 100 and 100a are transmitted to the sensor node 300 through the communication unit 160 of each device. The communication between the smart vibration sensor 100, 100a and the sensor node 300 is preferably wireless. The sensor node 300 transmits the collected signals of the smart vibration sensors to the vibration monitoring program 200 installed in the computer. Such transmissions may be wired or wireless. The vibration monitoring program 200 performs vibration monitoring based on the vibration signals and / or diagnostic results of the received smart vibration sensors.

도 2 내지 도 4을 참조하여 전술한 실시예에서는 본 발명에 따른 스마트 진동 센서(100)의 자율설정부(120)에서 측정기준을 자율설정할 수 있다고 설명하였으나, 측정기준의 설정이 진동 모니터링 프로그램(200)에서 이루어질 수도 있다. 또한, 진동 모니터링 프로그램(200)은 다양한 진동신호 판단기준에 대한 데이터베이스를 구비하고 이에 기초하여 스마트 진동 센서로부터 전송되는 진동 신호를 분석할 수 있다. 다른 한편으로, 진동 모니터링 프로그램(200)은 각 스마트 진동센서(100, 100a)의 진동 신호를 저장하고 관리하기 위한 데이터베이스를 구비할 수 있다.2 to 4, it has been described that the measurement criterion can be autonomously set in the autonomic setting unit 120 of the smart vibration sensor 100 according to the present invention, 200). In addition, the vibration monitoring program 200 may include a database for various vibration signal judgment criteria and analyze the vibration signal transmitted from the smart vibration sensor based on the database. On the other hand, the vibration monitoring program 200 may have a database for storing and managing vibration signals of the respective smart vibration sensors 100, 100a.

또한, 전술한 실시예에서는 스마트 진동 센서(100)의 교정이 자율설정부(120)에 의하여 이루어질 수 있다고 설명하였으나, 가공 로봇의 가공 진동 모니터링 장치(20)에서 이루어질 수도 있다. 이 경우, 스마트 진동 센서(100)의 교정기준을 이용하여 측정대상물에 부착된 교정진동 발생부가 구비되지 않은 스마트 진동 센서(100a)를 교정할 수 있다. 이를 위해서는, 스마트 진동 센서(100, 100a)의 진동측정부(110)는 동일한 사양으로 제조되어야 한다.Although it has been described in the above-described embodiment that the calibration of the smart vibration sensor 100 can be performed by the autonomic setting unit 120, it may be performed in the processing vibration monitoring apparatus 20 of the processing robot. In this case, it is possible to calibrate the smart vibration sensor 100a that is not provided with the calibration vibration generating unit attached to the measurement object, using the calibration standard of the smart vibration sensor 100. [ For this purpose, the vibration measurement unit 110 of the smart vibration sensors 100 and 100a must be manufactured with the same specifications.

도 8은 본 발명에 따른 가공로봇의 가공 진동 모니터링 장치(20)를 나타낸 블록 구성도이다.Fig. 8 is a block diagram showing a processing vibration monitoring apparatus 20 of the machining robot according to the present invention.

가공 진동 모니터링 장치(20)는 스마트 진동 센서(100, 100a)에서 측정한 진동 신호를 수신하는 통신부(210)와, 통신부(210)로부터 수신되는 진동신호를 수집하는 센서노드부(220)와, 센서노드부(220)가 수집한 진동 신호를 전달받아 진동 신호의 상태를 판정하는 판정부(230)와, 판정부(230)가 판정한 진동 신호의 상태 및 센서노드부(220)로 수집되는 진동신호를 저장하는 데이터베이스(250)와, 판정부(230)가 판정한 스마트 진동 센서(100, 100a)로부터 수신되는 진동신호 상태를 표시하는 표시부(240)를 포함한다. The processed vibration monitoring device 20 includes a communication unit 210 for receiving vibration signals measured by the smart vibration sensors 100 and 100a, a sensor node unit 220 for collecting vibration signals received from the communication unit 210, A determination unit 230 that receives the vibration signal collected by the sensor node unit 220 and determines the state of the vibration signal, and a determination unit 230 that compares the state of the vibration signal determined by the determination unit 230 and the sensor node unit 220 A database 250 for storing vibration signals and a display unit 240 for displaying vibration signal states received from the smart vibration sensors 100 and 100a determined by the determination unit 230. [

통신부(210)는 스마트 진동 센서(100, 100a)와 통신이 이루어지며 무선통신을 통하여 스마트 진동 센서(100, 100a)로부터 측정되는 진동신호를 수신할 수 있다. The communication unit 210 communicates with the smart vibration sensors 100 and 100a and can receive vibration signals measured from the smart vibration sensors 100 and 100a through wireless communication.

센서노드부(220)는 스마트 진동 센서(100, 100a)로부터 측정되는 각각의 진동신호 및 진동기준신호를 수집하며, 현장에 복수개의 가공로봇(10)이 있을 경우 복수개의 가공로봇(10)에 대응되는 수만큼 센서노드부(220)가 구성될 수 있으며, 복수개의 가공로봇(10)보다 작은 수의 센서노드부가(220) 구성될 수도 있다.The sensor node unit 220 collects the respective vibration signals and the vibration reference signals measured from the smart vibration sensors 100 and 100a and, when there are a plurality of processing robots 10 in the field, A corresponding number of sensor node units 220 may be configured and a smaller number of sensor node units 220 than the plurality of processing robots 10. [

판정부(230)는 센서노드부(220)가 수집한 진동신호 및 진동기준신호를 수신하며, 수신된 진동기준신호 이후에 수신되는 진동신호가 진동기준신호 범위에 포함되는지를 판단하며, 자동화 소프트웨어로 프로그래밍 및 컨피그레이션, 시뮬레이션, 모니터링 기능을 하나의 소프트웨어로 통합가능하며 본 발명에는 이를 구분화 하였지만 통합으로도 가능하다. 판정부(230)는 스마트 진동 센서(100, 100a)에서 측정된 진동 신호와 진동기준신호를 비교하는 장치로 측정된 진동값의 시간영역 데이터(Time Domain Data)를 바로 이용하거나, 측정된 진동신호를 주파수 분석을 하여 주파수영역 데이터(Frequency Domain data)를 이용하여 비교한다. The determining unit 230 receives the vibration signal and the vibration reference signal collected by the sensor node unit 220 and determines whether the vibration signal received after the received vibration reference signal is included in the vibration reference signal range, The programming, configuration, simulation, and monitoring functions can be integrated into one software, which can be integrated into the present invention. The determination unit 230 may use the time domain data of the vibration value measured by the device that compares the vibration signal measured by the smart vibration sensor 100 or 100a with the vibration reference signal, And frequency domain data (frequency domain data) are used for comparison.

시간영역 데이터를 이용하는 방법으로는 크래스트 팩터(Crest Factor)를 이상유무의 판정기준으로 하는 방법이 있는데, 크래스트 팩터는 RMS 값에 대한 피크(Peck)값의 비(Peak/RMS)로 정의된다. As a method of using the time domain data, there is a method in which a crest factor is used as a criterion for determining whether there is an abnormality. A crust factor is defined as a ratio (Peak / RMS) of a peak value to an RMS value .

크래스트 팩터(Crest Factor)는 충격성 신호(Impulse Signal) 성분이나 단기 현상(Short Event)에 의한 신호를 검출한다. 베어링의 깨짐, 기어파손 등에 의하여 발생하는 순간적인 진동의 변화를 감지함으로써 비교할 수 있다. 일반적인 신호와 가공로봇(10)에 이상이 있을 때 발생하는 진동신호의 크래스트 팩터는 정해진 기준이 있으므로, 측정된 진동신호의 크래스트 팩터를 구해보면 베어링의 이상 유무를 알 수 있다. The Crest Factor detects impulse signal components or signals due to short events. By detecting the instantaneous change in vibration caused by the breakage of the bearing, the breakage of the gear, and the like. Since the crush factor of the vibration signal generated when there is an abnormality in the general signal and the processing robot 10 has a predetermined reference, it is possible to know the abnormality of the bearing by obtaining the crush factor of the measured vibration signal.

주파수 영역 데이터를 이용하는 방법으로는 피크(Peak) 검사법, 밴드(Band) 검사법, 오버올(Overall) 검사법 등이 있다. Examples of methods using frequency domain data include Peak test, Band test, and Overall test.

피크(Peak) 검사법은 특정주파수 성분에 해당하는 진동값의 크기(Amplitude)를 이상유무의 판정기준으로 하는 방법으로서, 기계에서 발생하는 진동신호의 주파수가 일정한 값인 경우(예: AC 모터에서 120Hz의 자기진동성분이 지배적인 것 등)에 적용된다. Peak test is a method of determining the amplitude of a vibration value corresponding to a specific frequency component as a criterion for determining whether there is an abnormality. When the frequency of the vibration signal generated by the machine is a constant value (for example, Magnetic vibration component is dominant, etc.).

밴드(Band) 검사법은 일정한 특정 주파수 대역폭에서 계산된 진동값의 합을 이상유무의 판정기준으로 하는 방법이다. The band test method is a method in which the sum of the vibration values calculated in a certain specific frequency bandwidth is used as a criterion for the presence or absence of an abnormality.

오버올(Overall) 검사법은 검사주파수 대역 내에서 측정된 모든 진동값(overall 값)의 합을 이상유무의 판정기준으로 하는 방법이다. The overall test is a method in which the sum of all the vibration values measured within the frequency band of the test is used as a criterion for determining an abnormality.

표시부(240)는 판단부(240)로부터 판단되는 결과를 표시한다. 예를 들어 램프, LED, LCD등 디스플레이 장치 등을 통하여 시각적으로 알려줄 수 있고, 스피커(speaker), 부저(buzzer) 등의 알람을 통하여도 표시된다. 본 발명에서는 진동기준신호를 수신한 판단부(230)의 판단에 의하여 3D 진동궤적으로 나타내어 진동기준 신호 이후에 수신되는 진동신호가 3D 진동궤적 내에 포함되는 지를 시각적으로 표시하여 줌으로 작업자가 한눈에 가공로봇(10)의 동작 결함이나 오류 등을 파악할 수 있도록 한다. 도 10은 표시부(240)를 통하여 3D 진동궤적으로 나타낸 모니터링의 일예를 나타낸 도면이다. The display unit 240 displays a result of the determination by the determination unit 240. For example, through a display device such as a lamp, an LED, or an LCD, and is also displayed through an alarm such as a speaker or a buzzer. According to the present invention, when the determination unit 230 receives the vibration reference signal, it is visually displayed as a 3D vibration locus to visually indicate whether the vibration signal received after the vibration reference signal is included in the 3D vibration locus, So that operation defects and errors of the machining robot 10 can be grasped. 10 is a view showing an example of monitoring represented by a 3D vibration locus through the display unit 240. In FIG.

데이터베이스(250)는 판단부(230)로부터 판단되는 진동신호 및 진동기준신호를 저장하여 작업자가 진동로봇(10)의 진동신호를 통하여 이상 유무를 판단할 수 있도록 한다. The database 250 stores the vibration signal and the vibration reference signal judged by the judging unit 230 so that the operator can judge the abnormality through the vibration signal of the vibration robot 10. [

도 9는 본 발명에 따른 가공로봇의 가공 진동을 모니터링하는 방법을 나타낸 순서도이다. 9 is a flowchart showing a method of monitoring the machining vibration of the machining robot according to the present invention.

먼저 설명한 도 1에 도시된 바와 같이 가공로봇(10)의 임의의 부분에 스마트 진동 센서(100, 100a)를 부착한다(S100). 이때 스마트 진동 센서(100, 100a)는 가공로봇(10)의 관절 등에 부착될 수 있으며 하나 이상의 부분에 부착된다. The smart vibration sensors 100 and 100a are attached to an arbitrary portion of the processing robot 10 as shown in FIG. 1 (S100). At this time, the smart vibration sensor 100, 100a can be attached to the joint or the like of the processing robot 10 and attached to one or more parts.

이후, 각각의 스마트 진동 센서(100, 100a)가 진동기준신호를 설정한다(S110). 진동기준신호는 가공로봇의 임의의 가공통계범위(가공횟수)에서 측정되는 진동신호의 평균값 및 표준편차를 계산하여 각각의 스마트 진동 센서의 진동기준신호를 설정한다. Then, each of the smart vibration sensors 100 and 100a sets a vibration reference signal (S110). The vibration reference signal sets the vibration reference signal of each smart vibration sensor by calculating the average value and the standard deviation of the vibration signal measured at an arbitrary processing statistical range (number of processing) of the processing robot.

단계(S110)에서 진동기준신호가 설정되면 스마트 진동 센서(100, 100a)는 설정된 진동기준신호를 가공로봇의 가공 진동 모니터링 장치(20)에 전송한다(S120).When the vibration reference signal is set in step S110, the smart vibration sensors 100 and 100a transmit the set vibration reference signals to the process vibration monitoring device 20 of the processing robot (S120).

이후, 진동기준신호를 전송받은 가공로봇의 가공 진동 모니터링 장치(20)의 판단부(230)는 진동기준신호를 3D 진동궤적으로 표시될 수 있도록 x, y, z 축의 바운더리를 계산하고(S130), 진동기준신호 이후에 전송되는 진동신호가 진동기준신호의 3D 진동궤적 내에 포함되는지를 판단한다(S140). The determination unit 230 of the processing vibration monitoring apparatus 20 of the machining robot having received the vibration reference signal calculates the boundaries of x, y, and z axes so that the vibration reference signal can be displayed in the 3D vibration locus (S130) , It is determined whether the vibration signal transmitted after the vibration reference signal is included in the 3D vibration locus of the vibration reference signal (S140).

판단 이후(S140), 판단된 결과를 실시간으로 표시한다(S150). 이때 가공로봇의 가공개시시점, 가공과정 및 완료시점을 포함하여 실시간으로 3D 가공궤적으로 표시된다. After the determination (S140), the determined result is displayed in real time (S150). At this time, 3D machining trajectory is displayed in real time including machining start point, machining process and completion point of the machining robot.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

10: 가공로봇
100, 100a : 스마트 진동 센서
110: 진동측정부
120: 자율설정부
130: 교정진동 발생부
140: 상태 진단부
150: 진단결과 표시부
160: 통신부
170: 제어부
180: 메모리
200: 진동 모니터링 프로그램
300: 센서노드
20: 가공로봇의 가공 진동 모니터링 장치
210: 통신부
220: 센서노드부
230: 판정부
240: 디스플레이부
250: 데이터베이스
10: Processing robot
100, 100a: Smart vibration sensor
110:
120: autonomous setting unit
130: calibration vibration generating unit
140:
150: Diagnosis result display part
160:
170:
180: Memory
200: Vibration monitoring program
300: sensor node
20: Process vibration monitoring device of processing robots
210:
220: sensor node section
230:
240:
250: Database

Claims (6)

가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 시스템으로서,
가공로봇의 임의의 부분에 임의의 수만큼 설치되어 각각의 진동을 측정하며, 가공로봇의 임의의 가공통계범위에서 측정되는 진동신호의 평균값 및 표준편차를 계산하여 진동기준을 설정하는 스마트 진동 센서;
상기 스마트 진동 센서로부터 측정되는 각각의 진동신호 및 진동기준신호를 수집하는 센서노드부;
상기 센서노드부가 수집한 진동신호 및 진동기준신호를 수신하며, 상기 수신된 진동기준신호 이후에 수신되는 진동신호가 상기 진동기준신호 범위에 포함되는지를 판단하는 판정부; 및
상기 판정부로부터 판단되는 결과를 표시하는 표시부
를 포함하는 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 시스템
As a 3D processing vibration monitoring system of a processing robot,
A smart vibration sensor that is installed in an arbitrary number of arbitrary portions of the processing robot to measure respective vibrations and calculates an average value and a standard deviation of the vibration signals measured in an arbitrary processing statistical range of the processing robot to set a vibration reference;
A sensor node unit for collecting vibration signals and vibration reference signals measured from the smart vibration sensor;
A determining unit for receiving the vibration signal and the vibration reference signal collected by the sensor node unit and determining whether the vibration signal received after the received vibration reference signal is included in the vibration reference signal range; And
And a display unit
A 3D machining vibration monitoring system
청구항 1에 있어서,
가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템은
상기 판정부로부터 판정되는 진동신호 및 진동기준신호를 저장하는 데이터베이스
을 더 포함하는 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 시스템.
The method according to claim 1,
Processing vibration monitoring system of machining robots
A database storing a vibration signal and a vibration reference signal judged by the judging section;
Wherein the machining robot further comprises:
청구항 1에 있어서,
가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템은
상기 스마트 진동 센서로부터 전송되는 신호를 수신하는 통신부
을 더 포함하는 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 시스템.
The method according to claim 1,
Processing vibration monitoring system of machining robots
A communication section for receiving a signal transmitted from the smart vibration sensor
Wherein the machining robot further comprises:
청구항 1에 있어서
상기 표시부에서의 결과 표시는 진동기준신호를 3D 진동궤적으로 나타내어 상기 진동기준신호 이후에 수신되는 진동신호가 상기 3D 진동궤적 내에 포함되는지를 표시하는 것을 특징으로 하는 가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템.
Claim 1
Wherein the result display on the display unit indicates a vibration reference signal as a 3D vibration locus and indicates whether a vibration signal received after the vibration reference signal is included in the 3D vibration locus.
청구항 1에 기재된 가공로봇의 가공 진동 모니터링 시스템을 이용하여 가공로봇의 가공 진동을 모니터링하는 방법으로서,
(a) 각각의 스마트 진동 센서가 가공로봇의 임의의 가공통계범위에서 측정되는 진동신호의 평균값 및 표준편차를 계산하여 각각의 스마트 진동 센서의 진동기준신호를 설정하는 단계;
(b) 상기 단계(a)에서 설정된 각각의 진동기준신호 및 이후 가공로봇의 진동신호를 판단부가 수신하는 단계;
(c) 상기 단계(b)에서 수신된 진동기준신호 범위 안에 상기 이후 수신되는 진동신호가 포함되는지를 판단하는 단계; 및
(d) 상기 단계(c)에서 판단된 결과를 실시간으로 표시하는 단계
를 포함하는 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 방법
A method for monitoring the machining vibration of a machining robot using the machining vibration monitoring system of the machining robot according to claim 1,
(a) setting the vibration reference signal of each smart vibration sensor by calculating an average value and a standard deviation of the vibration signals measured by the respective smart vibration sensors in an arbitrary processing statistical range of the processing robot;
(b) receiving a vibration signal of each of the vibration reference signals set in the step (a) and a vibration signal of the machining robot thereafter;
(c) determining whether the subsequently received vibration signal is included in the vibration reference signal range received in step (b); And
(d) displaying in real time the result determined in the step (c)
A method for monitoring a 3D machining vibration of a machining robot including
청구항 5에 있어서
상기 단계(d)에서의 표시는 가공로봇의 가공개시시점, 가공과정 및 완료시점을 포함하여 실시간으로 3D 가공궤적으로 표시되는 것
을 특징으로 하는 가공로봇의 3D 가공 진동 모니터링 방법.












Claim 5
The indication in the step (d) is displayed in a 3D processing locus in real time including the machining start point, the machining process, and the completion time of the machining robot
Wherein the machining robot is a 3D machining vibration monitoring method.












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