Monitoring of Milling Processes through Measurement of Power Consumption

Abstract

공구 모니터링은 공구의 상태를 진단하거나 공구의 파괴를 진단, 예측하는 데 필수 요소이다. 밀링 가공의 중단시간 중 7-20%가 공구 파괴로 인한 것이며 공정 비용의 3-12%가 공구 파괴로 인한 비용이다. 그 외에 공구 마모로 인한 품질저하 등 간접적인 비용 또한 공정비용을 증가시키는 요인으로 작용한다. 기존 공구 교체 전략들은 많은 비용을 요하거나 중단시간을 필요로 하여 적용하기 어려운 면이 있다. 본 연구는 외부에 부착할 수 있는 모듈로 CNC 밀링 머신의 총 전력소모를 측정하여 저렴하고 중단시간 없는 무선 모니터링시스템을 제안한다. 이를 위해 간단한 형상의 마모가 진행된 공구와 새 공구를 이용해 밀링 공정을 실행하여 공구 마모가 총 전력소모에 어떻게 영향을 미치는 지 알아보았다. 전력 측정은 전류센서와 전압센서가 연결된 아두이노로 측정을 하였고 측정된 데이터는 MQTT를 이용해 Wi-Fi로 전송되었다. G&M code 시뮬레이션을 이용해 전력 소모 프로파일을 가공공정과 일치시켰다. 수학적 모델링을 이용한 모델과 SVM을 이용한 모델을 제안하고 테스트하였다.

Tool condition monitoring is crucial in accurately diagnosing tool wear and detecting or preventing tool failure. 7-20% of total milling-machine downtime is due to tool failure and 3-12% of total processing cost comes from tool change costs. In addition, indirect costs due to poor surface quality can be added with the absence of a monitoring system. Conventional tool monitoring systems are difficult to implement due to high costs or the need for downtime. This thesis proposes a low-cost wireless monitoring system with very little downtime for implementation that can deduce the state of the tool with the monitoring of power consumed by a CNC milling machine.