JP2000121426A - ツールの異常状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ツールによる加工不良の予防(異常ツールによ
るＮＧ加工品発生の防止)と、ツール使用時間の延長と
の両立を図ることができるツールの異常状態検出装置の
提供。 【解決手段】ツールの異常を検出するツールの異常状態
検出装置であって、被加工物の加工作業中におけるツー
ルの振動に伴う振動信号を検出する振動検出手段と、上
記振動検出手段による検出信号の異なる複数の周波数Ｆ
１〜Ｆ６域における信号レベルを抽出し、抽出されたこ
れら各信号レベルに基づいて検出信号の周波数分布状態
を演算する周波数解析手段５２と、上記周波数分布状態
に基づいてツールの異常状態を判定する判定手段５３，
５７，６１とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ドリルのような
刃具や、クランクシャフトのジャーナル部をフィレット
ロール加工法にて加圧加工するローラ等のツールの異常
を検出するようなツールの異常状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例のツールの異常状態検出装
置としては例えば次のようなものがある。すなわち、ツ
ールで加工されるワークの周辺部にツール振動にともな
う振動信号を検出するセンサを配置し、センサ信号を増
幅器で増幅した後に、信号成分の低減および高域をカッ
トして、必要な周波数帯域の信号成分を取出すために、
増幅信号をＢＰＦ(バンドパスフィルタ)に入力して、図
１６に示すように周波数Ｆａと周波数Ｆｂとの間の信号
のみを抽出し、さらにＢＰＦ出力を図１７に示す如く平
滑化して、平滑化された信号と、しきい値とを比較器に
て比較して、信号レベルがしきい値以下の時にツールＯ
Ｋ、しきい値以上の時にツールＮＧ(異常)の判定を行う
装置である。

【０００３】この従来装置によれば、ドリルやフィレッ
トロール加工法で用いられるローラその他のツールの異
常の有無を検出することができる利点がある反面、その
異常が如何なる異常であるかを判定することが不可能な
問題点があった。

【０００４】つまり、上述のツールは正常な場合(図１
６，図１７の特性Ａ参照)は別として、ツール先端部に
摩耗が発生した場合(特性Ｂ参照)、ツール先端部に欠け
が発生した場合(特性Ｃ参照)、ツール先端部にチッピン
グが発生した場合(特性Ｄ参照)があり、このようにツー
ルの異常状態は複数種類に分かれるが、上述の従来装置
ではツールの異なる異常状態を検出することができない
問題点があった。

【０００５】一方、特開平８−９４４３０号公報に記載
のように製品または部品から発生する音や振動をマイク
ロフォン等のセンサで検出し、センサ出力信号を信号処
理することで、検査する異常者検査装置が既に発明され
ているが、この装置をツールの異常状態検出装置に適用
しても、上述同様の問題点が発生する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項１記
載の発明は、ツールの正常状態、摩耗、欠け、チッピン
グ等の異常状態に対応してツール振動の周波数分布状態
が異なることに着目し、ツール振動に伴う振動信号を検
出し、検出された検出信号の異なる複数の周波数域にお
ける信号レベルを抽出し、抽出されたこれら各信号レベ
ルに基づいて検出信号の周波数分布状態を算出し、この
周波数分布状態に基づいてツールの異常状態を判定する
ことで、ツールにおける異なる異常状態(例えば摩耗、
欠け、チッピング等)を検出することができ、異常状態
の適切な判定によりツール交換時期を適切に設定でき、
ツールによる加工不良の予防(異常ツールによるＮＧ加
工品発生の防止)と、ツール使用時間の延長との両立を
図ることができるツールの異常状態検出装置の提供を目
的とする。

【０００７】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、周波数解析手段によ
り得られたデータに基づいて直線または曲線の近似式を
演算し、この近似式により異常状態を判定することで、
近似式により判定速度の向上を達成することができるツ
ールの異常状態検出装置の提供を目的とする。

【０００８】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、ツールの異なる異常
状態(例えば摩耗、欠け、チッピング等)における異常判
定値を設定し、これらの各異常判定値に従って異常警報
を発生すべく構成することで、異常の種類に対応した出
力発生(異常警報)を行うことができるツールの異常状態
検出装置の提供を目的とする。

【０００９】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、被加工部の周辺に配
置された複数の振動検出手段からの検出信号を入力し、
複数の検出信号を比較して、その差異に基づいてツール
の異常信号を特定する特定手段を設けることで、外乱ノ
イズを確実に除去でき、必要な信号成分のみを抽出する
ことができ、検出信頼性の向上を図ることができるツー
ルの異常状態検出装置の提供を目的とする。

【００１０】この発明の請求項５記載の発明は、上記請
求項４記載の発明の目的と併せて、上述の特定手段で複
数の振動検出手段の配置位置に基づく検出信号の時間差
により異常信号を特定することで、所定の許容時間の内
外でツールの異常信号と外乱ノイズとを区別することが
でき、簡単な回路構成によりツールの異常信号を特定す
ることができるツールの異常状態検出装置の提供を目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、ツールの異常を検出するツールの異常状態検
出装置であって、被加工物の加工作業中におけるツール
の振動に伴う振動信号を検出する振動検出手段と、上記
振動検出手段による検出信号の異なる複数の周波数域に
おける信号レベルを抽出し、抽出されたこれら各信号レ
ベルに基づいて検出信号の周波数分布状態を演算する周
波数解析手段と、上記周波数分布状態に基づいてツール
の異常状態を判定する判定手段とを備えたツールの異常
状態検出装置であることを特徴とする。

【００１２】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記判定手段は、周
波数解析手段により得られたデータに基づいて直線また
は曲線の近似式を演算し、この近似式により異常状態を
判定する請求項１記載のツールの異常状態検出装置であ
ることを特徴とする。

【００１３】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記ツールの異なる
異常状態における異常判定値を設定し、これらの各異常
判定値に従って異常警報を発生する異常出力手段を備え
た請求項１記載のツールの異常状態検出装置であること
を特徴とする。

【００１４】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、被加工部の周辺に配
置された複数の振動検出手段からの検出信号を入力し、
複数の検出信号を比較して、その差異に基づいてツール
の異常信号を特定する特定手段を備えた請求項１記載の
ツールの異常状態検出装置であることを特徴とする。

【００１５】この発明の請求項５記載の発明は、上記請
求項４記載の発明の構成と併せて、上記特定手段は複数
の振動検出手段の配置位置に基づく検出信号の時間差に
より異常信号を特定する請求項４記載のツールの異常状
態検出装置であることを特徴とする。

【００１６】

【発明の作用及び効果】この発明の請求項１記載の発明
によれば、上述の振動検出手段は被加工物(ワーク)の加
工作業中におけるツールの振動に伴う振動信号を検出
し、周波数解析手段は振動検出手段による検出信号の異
なる複数の周波数域における信号レベルを抽出し、抽出
されたこれら各信号レベルに基づいて検出信号の周波数
分布状態を検出し、判定手段は周波数分布状態に基づい
てツールの異常状態を判定する。

【００１７】このように算出された周波数分布状態から
ツールの異常状態を判定するので、ツールにおける異な
る異常状態(摩耗、欠け、チッピング等)を良好に検出す
ることができ、異常状態の適切な判定によりツール交換
時期を適切に設定でき、ツールによる加工不良の予防
と、ツール使用時間の延長(ツールを限界まで使用延長
すること)との両立を図ることができる効果がある。

【００１８】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、周波数解析手
段により得られたデータに基づいて直線または曲線の近
似式を算出し、上述の判定手段がこの近似式により異常
状態を判定するので、近似化により判定速度の向上を達
成することができる効果がある。

【００１９】この発明の請求項３記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、ツールの異な
る異常状態における異常判定値が設定され、異常出力手
段はこれらの各異常判定値に従って異常警報を発生す
る。このため、異常の種類(摩耗、欠け、チッピング等)
に対応した出力発生(異常警報)を行うことができる効果
がある。

【００２０】この発明の請求項４記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、被加工部の周
辺には複数の振動検出手段が配置され、上述の特定手段
はこれら複数の振動検出手段から検出信号を比較して、
その差異に基づいてツールの異常信号を特定する。

【００２１】この結果、ツールの異常信号ではない外乱
ノイズを確実に除去でき、必要な信号成分(ツールの異
常信号)のみを抽出することができて、検出信頼性の向
上を図ることができる効果がある。

【００２２】この発明の請求項５記載の発明によれば、
上記請求項４記載の発明の効果と併せて、上述の特定手
段は複数の振動検出手段の配置位置に基づく検出信号の
時間差により異常信号であることを特定する。

【００２３】このため、所定の許容時間差の内外でのツ
ールの異常信号と外乱ノイズとを区別することができ、
簡単な回路構成によりツールの異常信号を特定すること
ができる効果がある。

【００２４】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面はツールの異常状態検出装置を示し、この
異常状態検出装置は図１に示すようにドリルその他のツ
ール１によって加工される被加工物(以下単にワークと
略記する)２の周辺に複数たとえば２つの振動検出手段
としてのセンサ３Ａ，３Ｂを配置し、ワーク２の加工作
業中におけるツール１の振動に伴う振動信号を上述のセ
ンサ３Ａ，３Ｂでそれぞれ検出した後に、検出信号を信
号処理して、ツールの異常状態(摩耗、欠け、チッピン
グ等)を判定するものである。

【００２５】なお、請求項における振動信号とは、ツー
ル自身の振動信号、ワークから発生する超音波信号を含
むものである。

【００２６】上述のセンサ３Ａ，３Ｂとしては、ＡＥ
(アーコスチックエミッションの略で、弾性波の意)セン
サ、振動センサまたは超音波センサを用いることができ
る。本実施例のツールの異常状態検出装置は図２にブロ
ック図で示す信号分別回路と、図５にブロック図で示す
検出回路とから構成される。

【００２７】まず、図２を参照して信号分別回路の構成
についてに説明する。この信号分別回路は、信号源４か
ら各センサ３Ａ，３Ｂまでの距離Ｌａ，Ｌｂを互に等し
く設定し、センサ３Ａ，３Ｂに入力される信号Ｓと外乱
ノイズＮ(図１参照)から外乱ノイズＮを除去して、信号
Ｓのみを取出すための回路である。

【００２８】上述の各センサ３Ａ，３Ｂの次段に増幅回
路５Ａ，５Ｂを介してサンプリング部６Ａ，６Ｂを接続
し、サンプリング同期信号発生部７からの同期信号に基
づいてデータをロギング(logging、記録データを採取す
る動作)すべく構成している。

【００２９】上述のサンプリング部６Ａ，６Ｂには信号
遅延部８Ａ，８Ｂを介して減算部９Ａ，９Ｂを接続し、
ベースレベルに対する信号レベルＥａ，Ｅｂ(図３参照)
の各々について現データ値から過去データ値を減算して
減算部９Ａ，９Ｂの出力段に、減算結果を得るように構
成している。

【００３０】上述の減算部９Ａ，９Ｂの次段にはレベル
比較部１０Ａ，１０Ｂを接続し、上述の信号レベルＥ
ａ，Ｅｂに関する減算結果が変化検出レベル設定部１１
Ａ，１１Ｂで予め設定した変化検出レベル(図３参照、
所謂しきい値)を超えたか否かを比較判定すべく構成し
ている。なお、図３の横軸は時間、縦軸はレベルを示
す。

【００３１】上述のレベル比較部１０Ａ，１０Ｂの次段
には信号レベル記憶部１２Ａ，１２Ｂを接続し、信号レ
ベルに関する減算結果が変化検出レベル(しきい値)に達
した時の図３の立上り変化点Ｕａ，Ｕｂの電圧レベルを
記憶すべく構成している。

【００３２】上述の信号レベル記憶部１２Ａ，１２Ｂの
次段にはレベル比較部１３Ａ，１３Ｂを接続し、信号レ
ベルが立上り変化点Ｕａ，Ｕｂを超えてから立下り変化
点Ｄａ，Ｄｂ(図３参照)に達するまでのＯＮ信号を出力
し、それ以外の時にＯＦＦ信号を出力すべく構成してい
る。

【００３３】上述のレベル比較部１３Ａ，１３Ｂの次段
にはピーク検出部１４Ａ，１４Ｂを接続し、図３に示す
信号のピークＰａ，Ｐｂの電圧(つまりピーク電圧)を検
出すべく構成している。一方、時間計測用のパルスを発
生する時間計測パルス発生部１５を設け、このパルス発
生部１５の次段にパルス設計部としてのリングカウンタ
１６を接続している。

【００３４】而して、上述のリングカウンタ１６の出力
を立上り変化点記憶部１７Ａ，１７Ｂおよび立下り変化
点記憶部１８Ａ，１８Ｂに印加し、上述の立上り変化点
記憶部１７Ａ，１７Ｂにて立上り変化点Ｕａ，Ｕｂを時
間に相当するカウント値として記憶し、上述の立下り変
化点記憶部１８Ａ，１８Ｂにて立下り変化点Ｄａ，Ｄｂ
を時間に相当するカウント値として記憶すべく構成して
いる。

【００３５】上述の各立上り変化点記憶部１７Ａ，１７
Ｂを立上り時間差演算部１９に接続し、カウント値に基
づいて立上り変化点Ｕａ，Ｕｂの差に相当する立上り時
間差Ｔｕ(図３参照)を演算すべく構成している。

【００３６】同様に上述の各立下り変化点記憶部１８
Ａ，１８Ｂを立下り時間差演算部２０に接続し、カウン
ト値に基づいて立下り変化点Ｄａ，Ｄｂの差に相当する
立下り時間差Ｔｄ(図３参照)を演算すべく構成してい
る。

【００３７】一方、前述のレベル比較部１３Ａ，１３Ｂ
の次段に立下り判定部２１，２２を介してアンド回路２
３を接続し、このアンド回路２３の論理積出力を同レベ
ル性判定部２４に印加すべく構成している。

【００３８】この同レベル性判定部２４には各ピーク検
出部１４Ａ，１４Ｂの出力が印加され、同レベル性許容
値設定部２５で予め設定された許容値に基づいてピーク
Ｐａ，Ｐｂが同時刻、同レベル信号としての許容範囲内
か否かを判定すべく構成している。

【００３９】上述の立上り時間差演算部１９の次段には
立上り同時性判定部２６が接続され、同時性許容値設定
部２７で予め設定された許容値に基づいて立上り時間差
Ｔｕが同時刻、同レベル信号としての許容範囲内か否か
を判定すべく構成している。

【００４０】同様に、上述の立下り時間差演算部２０の
次段には立下り同時性判定部２８が接続され、同時性許
容値設定部２７で予め設定された許容値に基づいて立下
り時間差Ｔｄが同時刻、同レベル信号としての許容範囲
内か否かを判定すべく構成している。

【００４１】而して、上述の各判定部２６，２８，２４
の出力をアンド回路２９に入力し、ピーク電圧による同
レベル性と、立上り時間差Ｔｕによる同時性と、立下り
時間差Ｔｄによる同時性との合計３つの論理積により信
号Ｓが外乱ノイズＮかを分別する。

【００４２】上述のアンド回路２９の出力は、各サンプ
リング部６Ａ，６Ｂと検出出力部３０Ａ，３０Ｂ(以下
単に検出部と略記する)とを結ぶライン３１Ａ，３１Ｂ
間に介設された信号遅延マスク部３２Ａ，３２Ｂに印加
され、マスクレベル設定部３３Ａ，３３Ｂで予め設定さ
れたマスクレベルに基づいて、この信号遅延マスク部３
２Ａ，３２Ｂで外乱ノイズＮをマスキング処理により除
去して、検出部３０Ａ，３０Ｂからは信号Ｓのみを出力
すべく構成している。

【００４３】したがって、各センサ３Ａ，３Ｂによる信
号Ｓ、外乱ノイズＮを含む入力信号(図４参照)は、図２
の特定手段３４(同図の各要素３Ａ，３Ｂ，４以外の全
ての要素からなる手段)で外乱ノイズＮが除去されて、
同図に示す検出部３０Ａ，３０Ｂ出力の如く信号成分の
みとなる。なお、図４の横軸は時間を示し、縦軸はレベ
ルを示す。

【００４４】次に図５に示すブロック図を参照して、外
乱ノイズＮが除去された信号Ｓからツールの異常状態を
判別する検出回路の構成について説明する。この図５に
示す検出回路は図２に示す信号分別回路の検出部３０に
接続されるもので、検出部３０の次段には増幅部３５を
接続している。

【００４５】そして、上述の増幅部３５の次段には複数
たとえば合計６つの帯域通過フィルタ(以下単にＢＰＦ
と略記する)３６〜４１を分岐接続している。これらの
各ＢＰＦ３６〜４１の通過帯域周波数は例えば次のよう
に設定されている。

【００４６】 ＢＰＦ３６の帯域周波数Ｆ１＝５０〜１００Hz ＢＰＦ３７の帯域周波数Ｆ２＝１００〜１５０Hz ＢＰＦ３８の帯域周波数Ｆ３＝１５０〜２００Hz ＢＰＦ３９の帯域周波数Ｆ４＝２５０〜３００Hz ＢＰＦ４０の帯域周波数Ｆ５＝３５０〜４００Hz ＢＰＦ４１の帯域周波数Ｆ６＝４００〜４５０Hz なお、これらの数値は一例であって、これに限定さない
ことは勿論であり、ＢＰＦの回路数も６回路以下の複
数、６回路以上の複数であってもよい。

【００４７】上述の各ＢＰＦ３６〜４１の次段にはアナ
ログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部４２〜
４７がそれぞれ別に直列接続され、これら複数のＡ／Ｄ
変換部４２〜４７の出力が１つにまとめられて回帰式演
算部４８に接続されている。

【００４８】上述の検出部３０に入力された信号が図６
の特性Ａ’の場合には、ＢＰＦおよびＡ／Ｄ交換部を通
った周波数分布パターンのスペクトラムレベルは図７の
傾向Ａの如くなり、以下同様に図６の特性Ｂ’の場合に
は図８の傾向Ｂの如くなり、図６の特性Ｃ’の場合には
図９の傾向Ｃの如くなり、図６の特性Ｄ’の場合には図
１０の傾向Ｄの如くなる。

【００４９】ここで、図７のスペクトラムの傾向Ａはツ
ール正常時に対応し、図８のスペクトラムの傾向Ｂはツ
ール１の摩耗異常時に対応し、図９のスペクトラムの傾
向Ｃはツール１の欠け異常時に対応し、図１０のスペク
トラムの傾向Ｄはツール１のチッピング(微細な刃こぼ
れや微細な欠け)異常時に対応する。

【００５０】上述の回帰式演算部４８は図７、図８、図
９、図１０で示した各傾向Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから直線の近
似式(次式参照)を算出する回路である。

【００５１】Ｌ＝αｆ＋β ここに、Ｌは各傾向Ａ〜Ｄのレベル αは傾き ｆは周波数 βは切片。

【００５２】上述の近似式からツール１の正常、異常の
各状態を検出、判定することができるので、傾きαと、
切片βの値と、ツール状態と、スペクトラムの傾向Ａ〜
Ｄとを図１１に示す。なお、図１１中においてβ_０は切
片の初期値を示し、β_ｎはβ _０より大きい値を示す。

【００５３】上述の回帰式演算部４８の次段にはプラス
の傾き＋αを演算する演算部４９と、マイナスの傾き−
αを演算する演算部５０と、レベルＬの最低値を演算す
る演算部５１とを分岐接続している。

【００５４】而して、上述の各要素３６〜５１により周
波数解析手段５２を構成し、この周波数解析手段５２
で、センサ３Ａ，３Ｂによる検出信号の異なる複数の周
波数域(Ｆ１〜Ｆ６参照)における信号レベルを抽出(図
７〜図１０参照)し、抽出されたこれら各信号レベルに
基づいて検出信号の周波数分布状態(スペクトラムの傾
向Ａ〜Ｄ参照)を算出するように構成している。また上
述の回帰式演算部４８はスペクトラムの傾向Ａ〜Ｄから
近似式(Ｌ＝αｆ＋β)を算出する。

【００５５】ところで、上述の演算部４９には比較部５
３、出力部５４、チッピング警報発生部５５を接続し、
チッピング判定値設定部５６にて予め設定したプラスの
傾き＋αに相当する判定値と演算部４９の演算結果とし
てのプラスの傾き＋αとを比較部５３で比較して、演算
結果の傾き＋αの方が大の時、チッピング警報を出力す
べく構成している。

【００５６】また上述の演算部５０には比較部５７、出
力部５８、欠け警報発生部５９を接続し、欠け判定値設
定部６０にて予め設定したマイナスの傾き−αに相当す
る判定値と演算部５０の演算結果としてのマイナスの傾
き−αとを比較部５７で比較して、演算結果の傾き−α
のマイナス方向への傾きが大きい時、欠け警報を出力す
べく構成している。

【００５７】さらに上述の最低値演算部５１には比較部
６１、出力部６２、摩耗警報発生部６３を接続し、摩耗
判定値設定部６４にて予め設定したレベルの最低値に相
当する判定値と演算部５１の演算結果としてのレベルの
最低値とを比較部６１での比較して、演算結果の方が大
の時、摩耗警報を出力すべく構成している。

【００５８】なお、摩耗とチッピングとの双方が異常な
場合には摩耗警報発生部６３とチッピング警報発生部５
５との双方から異常警報が出力され、同様に摩耗と欠け
との双方が異常な場合には摩耗警報発生部６３と欠け警
報発生部５９との双方から異常警報が出力される。ここ
で、上述の各警報発生部５５，５９，６３としては警報
ブザー等のアラーム手段であってもよく警報ランプ等の
表示手段であってもよく、或は出力部５４，５８，６２
に対してモニタを接続してもよい。

【００５９】このように図１〜図１１に示す実施例のツ
ールの異常状態検出装置によれば、上述の振動検出手段
(センサ３Ａ，３Ｂ参照)はワーク２の加工作業中におけ
るツール１の振動に伴う振動信号を検出し、周波数解析
手段５２は振動検出手段(センサ３Ａ，３Ｂ参照)による
検出信号の異なる複数の周波数域(Ｆ１〜Ｆ６参照)にお
ける信号レベルを抽出し、抽出されたこれら各信号レベ
ルに基づいて検出信号の周波数分布状態(スペクトラム
の傾向Ａ〜Ｄ参照)を検出し、判定手段(比較部５３，５
７，６１参照)は周波数分布状態に基づいてツール１の
異常状態を判定する。

【００６０】このように算出された周波数分布状態から
ツールの異常状態を判定するので、ツール１における異
なる異常状態(摩耗、欠け、チッピング等)を良好に検出
することができ、異常状態の適切な判定によりツール交
換時期を適切に設定でき、ツール１による加工不良の予
防と、ツール使用時間の延長(ツールを限界まで使用延
長すること)との両立を図ることができる効果がある。

【００６１】また、周波数解析手段５２により得られた
データに基づいて回帰式演算部４８が直線の近似式(Ｌ
＝αｆ＋βの式参照)を算出し、上述の判定手段(比較部
５３，５７，６１参照)がこの近似式により異常状態を
判定するので、近似化により判定速度の向上を達成する
ことができる効果がある。

【００６２】さらに、ツールの異なる異常状態における
異常判定値(各設定部５６，６０，６４におけるチッピ
ング判定値、欠け判定値、摩耗判定値参照)が設定さ
れ、異常出力手段(各警報発生部５５，５９，６３参照)
はこれらの各異常判定値に従って異常警報を発生する。
このため、異常の種類(摩耗、欠け、チッピング等)に対
応した出力発生(異常警報)を行うことができる効果があ
る。

【００６３】加えて、ワーク２の周辺には複数の振動検
出手段(センサ３Ａ，３Ｂ参照)が配置され、上述の特定
手段３４(図２参照)はこれら複数の振動検出手段(セン
サ３Ａ，３Ｂ参照)から検出信号(信号Ｓと外気ノイズＮ
との双方を含む)を比較して、その差異に基づいてツー
ル１の異常信号(外気ノイズＮのない信号Ｓ)を特定す
る。

【００６４】この結果、ツール１の異常信号ではない外
乱ノイズＮを確実に除去でき、必要な信号Ｓ成分(ツー
ルの異常信号)のみを抽出することができて、Ｓ／Ｎ比
の向上を達成することができるのは勿論、検出信頼性の
大幅な向上を図ることができる効果がある。

【００６５】なお、実施例で示したように立上り同時性
と、立下り同時性と、同レベル性との合計３つの要素の
論理積をアンド回路２９で求めると、Ｓ／Ｎ比のさらな
る向上を図ることができる。

【００６６】図１２は図５で示した検出回路の他の実施
例を示し、各Ａ／Ｄ変換部４２〜４７の出力をファジー
演算部またはニューロ推論演算部などの推論エンジン６
５に入力し、この推論エンジン６５で推論された結果つ
まりツール１の異なる異常状態を各出力部５４，５８，
６２に出力すべく構成したものである。

【００６７】この場合、ＢＰＦ３６〜４１と、Ａ／Ｄ変
換部４２〜４７と推論エンジン６５の一部とで周波数解
析手段５２が構成され、周波数分布状態に基づいてツー
ル１の異常状態を判定する判定手段６６は推論エンジン
６５の他部により構成される。

【００６８】このように構成しても、先の実施例とほぼ
同様の作用、効果を奏するので、図１２において図５と
同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省
略する。図１３、図１４、図１５は図２、図３、図４で
示した外乱ノイズＮ除去用の信号分別回路の他の実施例
を示す。

【００６９】先の図２〜図４の実施例では距離Ｌａ＝Ｌ
ｂに設定し、図４から明らかなように時間差がある場合
と、レベル差がある場合とに外乱ノイズＮであると判定
して、この外乱ノイズＮをマスキング処理すべく構成し
たが、図１３〜図１５で示すこの実施例においては信号
源４と各センサ３Ａ，３Ｂとの間の距離Ｌａ，Ｌｂ異距
離(Ｌａ＜Ｌｂ)に設定かつ固定し、信号源４から一方の
センサ３Ａに振動が伝搬到達する時間と、信号源４から
他方のセンサ３Ｂに振動が伝搬到達する時間との間に一
定の時間差があることを有効利用して、時間差が許容範
囲以内のものは信号Ｓ、許容範囲以外のものは外乱ノイ
ズＮであると判定する回路である。

【００７０】なお、図１３〜図１５において図２〜図４
と同一部分には同一符号を付して、先の実施例に対して
異なる点についてのみ説明する。立上り時間差Ｔｕ(図
１４参照)を演算する立上り時間差演算部１９の次段に
は立上り時間差Ｔｕが許容範囲内か否かを判定する立上
り時間差判定部６７を接続している。

【００７１】同様に立下り時間差Ｔｄ(図１４参照)を演
算する立下り時間差演算部２０の次段には立下り時間差
Ｔｄが許容範囲内か否かを判定する立下り時間差判定部
６８を接続している。一方、時間差の許容値を設定する
時間差許容値設定部６９を設け、この設定部６９には計
測時間差演算部７０を接続している。

【００７２】この計測時間差演算部７０は次の式に基づ
いて計測時間差ΔＴを演算する。 ΔＴ＝（Ｌａ−Ｌｂ）／Ｖｓ ここに、Ｖｓは振動の伝搬速度。

【００７３】この計測時間差ΔＴに許容値が加味された
値Ｔと立上り時間差Ｔｕとが立上がり時間差判定部６７
で判定され、許容範囲内の時に信号Ｓであることを特定
する信号がアンド回路２９に入力される。

【００７４】同様に計測時間差ΔＴに許容値が加味され
た値Ｔと立下り時間差Ｔｄとが立下り時間差判定部６８
で判定され、許容範囲内の時に信号Ｓであることを判定
する信号がアンド回路２９に入力される。

【００７５】このアンド回路２９では立上がり時間差Ｔ
ｕが許容範囲以内であることと、立下り時間差Ｔｄが許
容範囲以内であることとの合計２つの論理積により信号
Ｓか外乱ノイズＮかを分別する。

【００７６】上述のアンド回路２９の出力は、各サンプ
リング部６Ａ，６Ｂと検出出力部３０Ａ，３０Ｂ(以下
単に検出部と略記する)とを結ぶライン３１Ａ，３１Ｂ
間に介設された信号遅延マスク部３２Ａ，３２Ｂに印加
され、マスクレベル設定部３３Ａ，３３Ｂで予め設定さ
れたマスクレベルに基づいて、この信号遅延マスク部３
２Ａ，３２Ｂで外乱ノイズＮをマスキング処理により除
去して、検出部３０Ａ，３０Ｂからは信号Ｓのみを出力
すべく構成している。

【００７７】したがって、各センサ３Ａ，３Ｂによる信
号Ｓ、外乱ノイズＮを含む入力信号(図１５参照)は、図
１３の特定手段７１(同図の各要素３Ａ，３Ｂ，４以外
の全ての要素からなる手段)で外乱ノイズＮが除去され
て、同図に示す検出部３０Ａ，３０Ｂ出力の如く信号成
分のみとなる。

【００７８】このように、上述の特定手段７１では複数
の振動検出手段(センサ３Ａ，３Ｂ参照)の配置位置に基
づく検出信号の時間差(図１４のＴｕ，Ｔｄ参照)により
信号成分としての異常信号Ｓであることを特定するよう
に構成したので、所定の許容時間差の内外でのツール１
の異常信号Ｓと外乱ノイズＮとを区別することができ、
簡単な回路構成によりツール１の異常信号Ｓを特定する
ことができる効果がある。なお、その他の点については
先の実施例とほぼ同様の作用、効果を奏する。

【００７９】また、実施例で示したように２つの時間差
Ｔｕ，Ｔｄの論理積をアンド回路２９で求めると、Ｓ／
Ｎ比のさらなる向上を図ることかできる。

【００８０】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の被加工物は、実施例のワーク２に
対応し、以下同様に、振動検出手段は、センサ３Ａ，３
Ｂに対応し、判定手段は、各比較部５３，５７，６１ま
たは判定手段６６に対応し、近似式は、Ｌ＝αｆ＋βで
示される直線の近似式に対応し、異常判定値は、各設定
部５６，６０，６４で予め設定されたチッピング判定
値、欠け判定値、摩耗判定値に対応し、異常出力手段
は、各警報発生部５５，５９，６３に対応し、特定手段
は、図２に示す同時刻、同レベル信号判定方式の特定手
段３４または図１３に示す計測時間差判定法式の特定手
段７１に対応し、時間差は、図１４に示す立上り時間差
Ｔｕおよび立下り時間差Ｔｄに対応するも、この発明
は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではな
い。

【００８１】例えば、ツール１としては図１で示したド
リル等の刃具の他にフィレットロール加工法で用いられ
るローラやその他のツールであってもよく、直線の近似
式を求める手段に代えて曲線の近似式を求めるように構
成してもよい。さらに上記各実施例においては２つのセ
ンサ３Ａ，３Ｂを用いて振動信号を検出すべく構成した
が、センサを３つ以上設けてもよいことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のツールの異常状態検出装置を示す説
明図。

【図２】 特定手段の実施例を示すブロック図。

【図３】 振動検出手段の入力信号を示す説明図。

【図４】 入力信号と出力との関係を示す説明図。

【図５】 検出回路を示すブロック図。

【図６】 ツールの正常、異常時の周波数に対する信号
レベル変化を示す説明図。

【図７】 ツール正常時の周波数スペクトラムを示す説
明図。

【図８】 ツール摩耗時の周波数スペクトラムを示す説
明図。

【図９】 ツール欠け時の周波数スペクトラムを示す説
明図。

【図１０】 ツールチッピング時の周波数スペクトラム
を示す説明図。

【図１１】 傾き、切片、スペクトラムの傾向に対する
ツール状態の説明図。

【図１２】 検出回路の他の実施例を示すブロック図。

【図１３】 特定手段の他の実施例を示すブロック図。

【図１４】 振動検出手段の入力信号を示す説明図。

【図１５】 入力信号と出力との関係を示す説明図。

【図１６】 従来装置における信号通過幅を示す説明
図。

【図１７】 従来装置におけるツールの異常有無検出方
法を示す説明図。

【符号の説明】

１…ツール ２…ワーク(被加工物) ３Ａ，３Ｂ…センサ(振動検出手段) ３４，７１…特定手段 ５２…周波数解析手段 ５３，５７，６１…比較部(判定手段) ５５，５９，６３…警報発生部 ６６…判定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中津 健治 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 2G024 AD11 BA12 BA21 BA27 CA13 CA26 CA27 EA01 FA04 FA14 2G064 AA13 AB01 AB02 AB22 BA02 BD02 BD17 CC02 CC42 CC52 DD05 DD06 DD15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ツールの異常を検出するツールの異常状態
   検出装置であって、被加工物の加工作業中におけるツー
   ルの振動に伴う振動信号を検出する振動検出手段と、上
   記振動検出手段による検出信号の異なる複数の周波数域
   における信号レベルを抽出し、抽出されたこれら各信号
   レベルに基づいて検出信号の周波数分布状態を演算する
   周波数解析手段と、上記周波数分布状態に基づいてツー
   ルの異常状態を判定する判定手段とを備えたツールの異
   常状態検出装置。
2. 【請求項２】上記判定手段は、周波数解析手段により得
   られたデータに基づいて直線または曲線の近似式を演算
   し、この近似式により異常状態を判定する請求項１記載
   のツールの異常状態検出装置。
3. 【請求項３】上記ツールの異なる異常状態における異常
   判定値を設定し、これらの各異常判定値に従って異常警
   報を発生する異常出力手段を備えた請求項１記載のツー
   ルの異常状態検出装置。
4. 【請求項４】被加工部の周辺に配置された複数の振動検
   出手段からの検出信号を入力し、複数の検出信号を比較
   して、その差異に基づいてツールの異常信号を特定する
   特定手段を備えた請求項１記載のツールの異常状態検出
   装置。
5. 【請求項５】上記特定手段は複数の振動検出手段の配置
   位置に基づく検出信号の時間差により異常信号を特定す
   る請求項４記載のツールの異常状態検出装置。