JP2001157949A

JP2001157949A - 損耗センサ付き切削工具の信号処理装置および信号処理方法

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Publication number: JP2001157949A
Application number: JP33954999A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Mori; 和男森; Oleg Riabofu; オレグリアボフ; Shigeo Nagato; 栄男永戸
Original assignee: Kyocera Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Kyocera Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-12
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP4562051B2; US6556925B1; DE10047218A1; DE10047218B4

Abstract

(57)【要約】【課題】センサラインからの抵抗値信号に基づき切削工
具の寿命を判定するには、抵抗値信号からセンサライン
の摩耗を示す真の信号成分を取り出さなければならない
という課題があった。【解決手段】損耗センサの出力を所定のサンプリング周
期ごとにサンプリングする（ステップＳ１）。そして得
られたデータをメジアンフィルタに通してノイズを除去
する（ステップＳ２）。さらにノイズが除去されたデー
タを分離フィルタに通す（ステップＳ３）。分離フィル
タでは、ノイズが除去されたデータから、時系列的に減
少するデータが分離されて取り除かれる。その結果、セ
ンサの抵抗値変化を表わす真のデータが得られる。その
データにカウンタ関数処理を行って（ステップＳ４）。
何本のセンサラインが摩耗により切断したかを判別し、
所定本数のセンサラインが摩耗したときに寿命と判別す
る（ステップＳ５）。

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、切削加工に使用
する切削工具の寿命を判定するための信号処理装置およ
び信号処理方法に関するものである。特に、この発明
は、切削工具の刃先に備えられた損耗センサか得られる
信号を処理する装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】切削工具の摩耗や折損等を切削加工中に
検知するインプロセス工具損耗診断は、従来、間接的な
モニタリング法を基に行われていた。たとえば、（１）
切削工具が取り付けられている工作機械の切削加工中に
おける動力の変化や切削音の変化により摩耗を予測する
こと、（２）切刃近傍や工具ホルダ等にアコースティッ
クエミション（ＡＥ）を検知するセンサを設け、このＡ
Ｅセンサにより検知する異常信号をもとに、折れ損やチ
ッピングを判断する方法、が用いられていた。

【０００３】しかし、間接的モニタリング法は、切削工
具の摩耗や折損に付随して起こる切削力や切削音の変
化、振動の発生等の付随的な物理現象を介して摩耗を推
定するので、その測定感度が悪く、しかも信頼性に乏し
いという課題があった。また、外乱等により測定結果に
ノイズが含まれ、切削工具の寿命予測精度が悪いという
課題もあった。そこでこれらの課題を解決する提案が、
実開平３−１２０３２３号公報に記載されている。この
公報には、スローアウェイチップの逃げ面に、切刃稜に
沿って導電膜でセンサラインを設けることが開示されて
いる。センサラインの幅は、摩耗許容幅に対応させるこ
とも開示されている。従って、この公報に開示のスロー
アウェイチップによれば、切刃稜の摩耗に伴いセンサラ
インも摩耗し、センサラインが途切れたときに切刃稜が
寿命に達したと判別することができる。

【０００４】また、特開平９−３８８４６号公報には、
スローアウェイチップではない通常の切削工具におい
て、その逃げ面に薄膜回路を設け、逃げ面の摩耗に伴っ
て薄膜回路が摩耗することに伴い電気抵抗が変化するこ
とを検知して、切削工具の寿命を自動的に判定する方法
が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】切削工具の切刃稜に沿
ってセンサラインを設け、そのセンサラインの抵抗値の
変化を検知して、切刃稜の損耗を検知するというやり方
自体は、インプロセス工具診断の仕方として好ましい。
ところで、切削加工中に得られるセンサラインからの抵
抗値信号は、ノイズや誤データが含まれた非常に不安定
な信号である。このため、センサラインからの抵抗値信
号に基づき切削工具の摩耗量や折損等の損耗を判定する
には、抵抗値信号からセンサラインの摩耗を示す真の信
号成分を取り出さねばならないという課題があった。

【０００６】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、損耗センサ付き切削工具から得られる
計測データ（センサデータ）に対して信号処理をし、信
頼性の高い処理データを得ることのできる信号処理装置
および信号処理方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明は、切削工具の刃先に切削による摩耗や折損を検知す
るセンサが設けられた損耗センサ付き工具において、摩
耗量に応じて変化するセンサからの抵抗値信号を、比較
的大局的な不連続変化信号として捉え、その不連続変化
時点で、切削工具の摩耗を判断するものである。具体的
には、請求項１ないし請求項７記載の構成になってい
る。すなわち、請求項１記載の発明は、切削工具の刃先
に切削による摩耗や折損を検知するセンサが設けられた
損耗センサ付き工具のための信号処理装置であって、損
耗センサの出力を所定のサンプリング周期ごとにサンプ
リングして計測データを得る手段と、得られた計測デー
タからノイズを除去するノイズ除去手段と、ノイズが除
去されたデータから、時系列的に減少するデータを分離
する減少データ分離手段と、減少データが分離された処
理データに基づいて、損耗センサ付き切削工具の摩耗量
や折損を判定する手段と、を含むことを特徴とする信号
処理装置である。

【０００８】請求項２記載の発明は、前記ノイズ除去手
段は、サンプリングされた所定数のデータ群ごとの中央
値を出力するメジアン処理手段を含むことを特徴とす
る、請求項１記載の信号処理装置である。請求項３記載
の発明は、前記損耗センサは、切削工具の切刃稜に沿っ
て平行に延びる複数本のセンサラインを含み、前記寿命
判定手段は、前記処理データをセンサラインの数と対応
づけることにより、切削工具の摩耗量や折損を判定する
ことを特徴とする、請求項１または２記載の信号処理装
置である。

【０００９】請求項４記載の発明は、前記寿命判定手段
は、処理データの初期データから複数本のセンサライン
によって得られる初期抵抗値を検知し、前記センサライ
ンが１本切れるごとに増加する抵抗しきい値を決め、処
理データが抵抗しきい値を超えるごとに、切断したセン
サラインの数が増加したことを出力することを特徴とす
る、請求項３記載の信号処理装置である。請求項５記載
の発明は、前記損耗センサ付き切削工具は、損耗センサ
が設けられたスローアウェイチップと、そのスローアウ
ェイチップを保持するホルダとを有し、スローアウェイ
チップの摩耗量や折損が検知できることを特徴とする、
請求項１ないし４のいずれかに記載の信号処理装置であ
る。

【００１０】請求項６記載の発明は、切削工具の刃先に
切削による摩耗や折損を検知するセンサが設けられた損
耗センサ付き工具のための信号処理方法であって、損耗
センサの出力を所定のサンプリング周期ごとにサンプリ
ングし、サンプリングしたデータからノイズを除去し、
ノイズが除去されたデータから、時系列的に減少するデ
ータを分離し、減少データが分離された時系列的に減少
することのない処理データに基づいて、損耗センサ付き
切削工具の摩耗量や折損を判定する方法である。

【００１１】請求項７記載の発明は、前記損耗センサ
は、切削工具の切刃稜に沿って平行に延びる複数本のセ
ンサラインを含み、前記処理データとして、時系列的に
段階的に増加し、その増加がセンサライン数に対応され
た処理データを得ることを特徴とする方法である。請求
項１および６の構成では、サンプリングされた計測デー
タから、ノイズが除去される。このノイズ除去は、請求
項２記載のように、メジアンフィルタ等を用いたメジア
ン処理を行うことにより簡単に行うことができる。

【００１２】ノイズが除去されたデータには、さらに、
分離フィルタ等によってデータ分離処理が施される。デ
ータ分離処理では、時系列的に減少するデータが分離さ
れて除去される。通常、切削時間の増加に伴い、切削工
具の刃先が摩耗し、それに伴ってセンサも摩耗するか
ら、抵抗値は増加していく。しかし、計測データの中に
時系列的に減少するデータが含まれるのは、削り屑等の
作用による誤データであると推測できる。なぜなら、切
削工具の刃先は、被削材と接触しており、切削時の切り
屑に晒された状態である。このため、切削工具の刃先に
は、被削材の切り屑がぶつかったり溶着等したりして、
その結果センサの抵抗値を下げる作用をすると考えられ
る。そこでこの発明では、時系列的に減少するデータ
は、データ分離処理によって取り除き、時系列的に増加
するデータだけを処理データとして取り出すことにし
た。

【００１３】そして取り出した処理データに基づき、切
削工具の摩耗量や折損が判定される。判定では、請求項
３，４または７のように、処理データをセンサラインの
数と対応づけて判定することにより、良好な判定が行え
る。センサラインの数が複数本の場合は、センサライン
が１本切れるごとにセンサラインの抵抗値は段階的に増
加する。それゆえ処理データが段階的に増加する場合
に、その増加した時点をもってセンサラインが１本切れ
たと判別することができる。従って、段階的な抵抗値の
変化から、計測時点における切断センサライン数を判別
でき、切削工具の摩耗量を知ることができる。そして所
定数のセンサラインが切れたときに、切削工具の寿命を
検知できる。

【００１４】この発明は、請求項５記載のように、スロ
ーアウェイチップに適用するのが好ましいが、スローア
ウェイチップに限らず、刃先を交換しない形式の切削工
具に対しても適用可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下には、図面を参照して、この
発明の具体的な実施形態について説明をする。以下の実
施形態では、ホルダ等に装着されて切削刃として機能す
るスローアウェイチップについて説明する。しかしなが
ら、この発明は、スローアウェイチップ型でない通常の
切削工具に対しても、同様に適用可能であることを予め
申し述べておく。

【００１６】図１は、損耗センサ付き切削工具の一例と
して、損耗センサが設けられたスローアウェイチップ１
を示す図である。スローアウェイチップ１は、略直方体
状の母材２を有する。母材２の上面にはすくい面３が形
成され、母材２の下面は着座面４とされている。母材２
の各側面は、逃げ面５となっていて、すくい面３と逃げ
面５との交差稜によって切刃稜６が形成されている。さ
らに、すくい面３および隣接する２つの逃げ面５の交差
部分は切削に使用されるコーナ部７を形成している。

【００１７】コーナ部７には、切刃稜６に沿って延びる
導電性膜のセンサライン１０が設けられている。センサ
ライン１０は、部分拡大図ＡまたはＢに示すように、コ
ーナ部７を形成する隣接する２つの逃げ面５上に、コー
ナ部７を取り巻くように切刃稜６に沿って平行に延びて
いる。センサライン１０は、部分拡大図Ａに示すよう
に、１本のベルト状のセンサラインで形成されていても
よいし、部分拡大図Ｂに示すように、平行に延びるたと
えば３本の細線１０１，１０２，１０３で構成されてお
り、３本の細線１０１，１０２，１０３は、両端におい
て平行結合されていてもよい。

【００１８】切削加工中にモニタリングすると、逃げ面
５の摩耗の進行に伴って、センサライン１０は、切刃稜
６に近い部分から徐々に摩耗し、細くなっていく。ま
た、センサライン１０が３本の細線のときは、切刃稜６
に近い細線１０１から順次細線１０２，１０３と断線し
ていく。よって、センサライン１０の両端の電気抵抗値
も、それに応じて不連続に増加するものと考えられる。
この電気抵抗値の増加回数を信号処理により求めれば、
それが断線した細線数に対応するので、逃げ面５の摩耗
幅をインプロセスで検知することができる。また、セン
サライン１０がベルトタイプであれば、抵抗値が無限大
になったとき、切刃稜の寿命を判定できる。

【００１９】ところで、先行技術で紹介したように、工
具面上に設けた導電性材料の電気抵抗の変化により摩耗
量を直接検知する考え方は、従来より提案されている。
ところが、従来のやり方では、工作物を含んだ系の抵抗
値から直接摩耗量を測定しようとしたため、工作物とセ
ンサ間の断続的な短絡や接触抵抗等に起因する不安定な
抵抗値信号から、精度の高い摩耗量検出をすることが困
難であった。そこでこの発明では、以下の実施例で詳述
するように、摩耗量に応じて抵抗値信号に比較的大局的
な不連続変化を生じさせることにより、低Ｓ／Ｎ比の信
号でも、より確実な情報を検知しようという考えに立脚
して構成されている。つまり、抵抗値そのものを利用す
るのではなく、その信号のパターン変化を検出するとい
う考えに立って、損耗を検知するものである。こうする
ことにより、測定分解能は多少犠牲にはなるが、不安定
な信号からより確実な情報を検出することが可能とな
る。

【００２０】図１のスローアウェイチップ１において、
センサライン１０は、着座面４に設けられた接触領域１
１，１２につながっている。接触領域１１，１２には検
知回路のプローブ等が接触されて、センサライン１０の
抵抗値が検知される。以下の説明では、センサライン１
０が、部分拡大図Ｂに示す３本の細線１０１，１０２，
１０３を有する構成について説明する。なお、部分拡大
図Ａに示す１本のベルト状のラインをセンサライン１０
とした場合、ベルト状のセンサライン１０の幅は、コー
ナ部７の寿命基準量（逃げ面５の摩耗限界）に一致させ
るのが好ましい。たとえば、スローアウェイチップ１の
逃げ面５の摩耗が０．２ｍｍで寿命となる場合には、セ
ンサライン１０の幅を０．２ｍｍとして形成する。そし
てコーナ部７によって切削加工が行われ、加工時間の増
加とともに切刃稜６および逃げ面５の摩耗が進行する。
そして逃げ面５の摩耗幅が寿命基準量以上に達すると、
この寿命基準量に一致された幅のセンサライン１０も摩
耗により断線するという構成になる。この場合は、セン
サライン１０の両端の抵抗値は、有限値から無限値に変
化するから、いわゆる２値化情報によって、コーナ部７
の寿命を検知することができる。

【００２１】図２は、この発明の一実施形態にかかる損
耗センサ付きスローアウェイチップ１のための信号処理
装置の構成を示すブロック図である。ＮＣ旋盤に搭載さ
れた損耗センサ付きスローアウェイチップ１のセンサ信
号（抵抗値）は、ホルダ１３内の信号線等を経由して、
ディジタルマルチメータ２０へ与えられる。ディジタル
マルチメータ２０では、抵抗値がディジタル信号に変換
され、それがコンピュータ２１へ出力される。コンピュ
ータ２１は信号処理装置の中枢であって、後述する所定
の信号処理を行う。そしてコンピュータ２１の出力はＮ
Ｃ旋盤の加工制御装置２２へ与えられる。その結果、加
工制御装置２２によって、被削材１５を回転させるモー
タ２３や、被削材１５に対する切込み深さや切込み長さ
を制御するターレット２４が、必要に応じて停止制御さ
れる。

【００２２】図３は、図２で説明したコンピュータ２１
により行われる制御の内容を示すフローチャートであ
る。制御では、ディジタルマルチメータ２０から与えら
れるディジタル信号に変換された計測抵抗値が、所定の
サンプリング周期ごとにサンプリングされる（ステップ
Ｓ１）。この実施形態では、スローアウェイチップ１の
１つのコーナ部７の寿命が約３０００秒前後であること
を考慮して、サンプリング周期は１秒にされている。も
ちろん、対象となる切削工具や被削材の種類に応じて、
サンプリング周期は適当な時間に設定すればよい。この
実施形態のようにサンプリング周期を１秒とすれば、処
理データが少なくてすみ、信号処理を容量の小さなメモ
リを使って、比較的高速で行うことができるという利点
がある。すなわち、比較的安価なコンピュータ２１（マ
イクロプロセッサ）により、信号処理装置を構成するこ
とが可能である。

【００２３】ステップＳ１でサンプリングされた計測デ
ータの一例を、図４に示す。サンプリングされたデータ
は、抵抗値が小刻みに変動するノイズ成分の混じった信
号である。ステップＳ２では、サンプリングされたデー
タは、メジアンフィルタを通すことにより、ノイズが除
去される。ステップＳ３では、ノイズが除去されたデー
タを分離フィルタを通すことによって、時系列的に減少
するデータが取り除かれる。

【００２４】ステップＳ４では、減少データが取り除か
れた処理データは所定のカウンタ関数に当てはめられ、
センサライン１０を構成する３本の細線１０１，１０
２，１０３のうち何本の細線が切断したかが検知され
る。その結果、細線の切断本数からスローアウェイチッ
プの計測時点の摩耗量を判断することができ、そして細
線１０１，１０２，１０３が３本切断したときには、セ
ンサライン１０が完全に切断されて寿命となるから（ス
テップＳ５でＹＥＳ）、その旨がＮＣ旋盤の加工制御装
置２２へ与えられる。

【００２５】加工制御装置２２は、与えられた信号に基
づき、モータ２３を停止して被削材１５の回転を停止
し、かつ、ターレット２４を移動させて被削材１５から
スローアウェイチップ１を離す等の必要な処理を行う。
また、スローアウェイチップ１の切刃稜の寿命が尽きた
ことがＮＣ旋盤の管理者等に報知される。次に、図３の
ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４の各処理について、順次具体
的に説明をする。メジアン処理（ステップＳ２）メジアン処理とは、サンプリングされた所定数のデータ
群ごとに、中央値を出力する処理である。この処理は、
「メジアンフィルタ」と呼ばれる公知のフィルタを用い
て行うことができる。

【００２６】メジアンフィルタが１回に処理するデータ
群のデータ数ｍを、ｍ＝５と仮定する。メジアンフィル
タでは、図５Ａに示すように、サンプリングされた５つ
のデータが与えられると、その５つのデータを、図５Ｂ
に示すように小さい順に並べる。そして小さい順に並べ
た５つのデータの中央値（４）をそのデータ群の代表値
として出力する。他の例を示せば、図６Ａに示す与えら
れた５つのデータからなるデータ群があれば、それを図
６Ｂに示すように小さい順に並べる。そしてその中央値
（３）をデータ群の代表値として出力する。

【００２７】メジアンフィルタによれば、与えられるサ
ンプリング値からデータ群ごとの中央値を出力すること
により、異常に大きな値や異常に小さな値といった異常
値を取り除くことができる。図７に示すように、サンプ
リングによって、１，２，３，４，…，Ｎと、時系列的
にディジタルデータが与えられる。メジアンフィルタ
が、ｍ＝５で、５つのデータの中央値を出力する構成の
場合、１回目は１〜５のデータ群の中央値、２回目は２
〜６のデータ群の中央値、３回目は３〜７のデータ群の
中央値，…というようにして、データを１つずつずらし
ながら、順に中央値を出力していく。

【００２８】このような構成のメジアンフィルタは、図
８に示すような、２つのメモリＭ１，Ｍ２を用いて簡単
に構成することができる。図８において、メモリＭ１
は、５つのサンプリングデータを新しいものから順に記
憶することのできるメモリで、５つの記憶エリアＥ１〜
Ｅ５を有する。Ｅ１には今回（最新）のサンプリングデ
ータｄ（ｔ_i）（ｉは自然数であり、ｉ＝１，２，３，
…，Ｎである。）が、Ｅ２には前回のサンプリングデー
タｄ（ｔ_i-1）が、Ｅ３には２回前のサンプリングデー
タｄ（ｔ_i-2）が、Ｅ４には３回前のサンプリングデー
タｄ（ｔ_i-3）が、Ｅ５には４回前のサンプリングデー
タｄ（ｔ_i-4）が、それぞれ記憶される。そして１回の
処理が終わるごとに、エリアＥ１〜Ｅ５のデータは、１
つずつ右側にシフトされて、Ｅ１に最新のサンプリング
データが記憶される。かかるメモリＭ１は、たとえばＦ
ＩＦＯメモリにより構成できる。

【００２９】メモリＭ２は、メモリＭ１に記憶された５
つのサンプリングデータｄ（ｔ_i）〜ｄ（ｔ_i-4）を小さ
いもの順にソーティングして並べ変えるためのメモリで
ある。メモリＭ２にはソーティングされたデータを記憶
する記憶エリアＥ１１〜Ｅ１５が備えられている。小さ
いもの順にソーティングされたサンプリングデータは、
Ｅ１１から順にＥ１５へとストアされるから、エリアＥ
１３に、５つのサンプリングデータの中央値が記憶され
る。従ってＥ１３のデータが、代表値として出力され
る。

【００３０】以上の処理をフローチャートで示せば、図
９の通りである。メジアンフィルタについて、数式を用
いて説明すると次の通りである。サンプリングされた測
定抵抗値をｄ（ｔ）とすると、メジアンフィルタでフィ
ルタリングされたデータｆｄは、次のように表わされ
る。

【００３１】

【数１】

【００３２】ここにｔ_iはｉ番目のフィルタリング時間
窓、Ｎはｄ（ｔ）の総データ数、またΦ^mはサイズｍ
（この実施形態ではｍ＝５）のメジアンフィルタで、次
のように示される。

【００３３】

【数２】

【００３４】メジアンフィルタによりフィルタリングさ
れたデータの一例を、図１０に示す。図１０は、図４の
Ａ部分の拡大図であり、破線で示すｄ（ｔ）がサンプリ
ングされた元データ、太い実線で示すｆｄが、メジアン
フィルタでフィルタリングされてノイズ等が除去された
データである。図１０から、メジアン処理によって、ラ
ンダムノイズが除去されて、滑らかなデータが得られて
いることがわかる。分離フィルタ処理（ステップＳ３）分離フィルタによる分離処理は、メジアンフィルタリン
グ後のデータから、真の抵抗値を選別するために必須の
処理である。センサライン１０の抵抗値を変動させる最
も大きな要因は、被削材を切削する際に生じる断続的な
短絡と考えられる。つまり、スローアウェイチップ１の
コーナ部７は被削材と接触しており、切削時の削り屑に
さらされた状態である。このため、センサライン１０近
傍に削り屑がぶつかったり、溶着したりして、抵抗値が
変動する。被削材は、通常、導電性のある金属であるか
ら、その削り屑がコーナ部７に当たったり付着すること
により、センサライン１０の抵抗値を下げる。

【００３５】一方、切削時間の増加に伴い、コーナ部７
の摩耗が進むから、センサライン１０の抵抗値は増加し
ていく。このことから、時系列的に与えられるデータの
うち、減少方向のデータは偽のデータであり、増加方向
のデータが真のデータであると推測できる。そこで、分
離フィルタでは、メジアン処理されたデータから、時系
列的に減少するデータを分離して除去し、時系列的に増
加する抵抗値データだけを選び出す処理をする。つま
り、ｔｄｄをスローアウェイチップの摩耗に伴う真の抵
抗値とすると、

【００３６】

【数３】

【００３７】となる。Πは分離オペレータである。図１
１に、上記分離フィルタにより行われる分離処理のフロ
ーチャートを示す。メジアンフィルタでフィルタリング
されたデータは、順次、分離フィルタに与えられる。分
離フィルタでは、メジアンフィルタからデータｆｄ（ｔ
_i）が入力されると（ステップＳ３１）、その入力デー
タｆｄ（ｔ_i）を１つ前に採用したデータ、すなわちｉ
−１番目に採用したデータｆｄ（ｔ_i-1）と比較する
（ステップＳ３２）。

【００３８】比較の結果、ｆｄ（ｔ_i）≧ｆｄ（ｔ_i-1）
であれば（ステップＳ３３でＹＥＳ）、ｉ番目のデータ
として、入力データｆｄ（ｔ_i）を採用する（ステップ
Ｓ３４）。一方、ステップＳ３３で、ＮＯであれば、ｉ
番目のデータとして、入力データと比較されたデータｆ
ｄ（ｔ_i-1）を採用する（ステップＳ３５）。以上の処
理が順次繰り返されて、時系列的に１〜Ｎのデータが採
用される。

【００３９】以上の処理によって、図１２に実線で示す
データｔｄｄが得られる。図１２において、破線で示し
たのは、図１０に示すメジアンフィルタリング後のデー
タｆｄである。このデータｆｄが分離フィルタに通され
ることにより、実線のデータｔｄｄが得られるのであ
る。カウンタ関数処理（ステップＳ４）図１に示すように、スローアウェイチップ１のセンサラ
イン１０が３本の細線１０１，１０２，１０３により構
成されている場合は、断線した細線数を計数すれば、予
めわかっている細線形状および細線数から計測時点での
摩耗量が推定できる。つまり断線に伴ってステップ状に
増加する抵抗値のステップ数をカウントすればよい。

【００４０】この実施形態のように細線が３本の場合に
は、図１３に示すように、細線が切断するごとに、セン
サライン１０の抵抗値が変化する。すなわち、細線が３
本共つながっていて、摩耗していない切削初期は、上述
した式（３）から初期抵抗Ｒが求められる。細線１０
１，１０２，１０３の抵抗がすべて等しいと仮定する
と、１本ずつ断線するにつれて、図１３に示すように、
断線した瞬間には、センサライン１０の抵抗値は３Ｒ／
２、３Ｒ、∞と変化していく。そこで、これらをしきい
値とする。

【００４１】そして分離フィルタから出力される上記式
（３）のデータが、上記しきい値を超えた時点で、カウ
ンタを１つずつ増加させれば、カウンタのカウント値に
よって、センサライン１０を構成する細線の断線数を検
知することができる。この処理をフローチャートで示す
と、図１４となる。図１４において、ステップＳ４１で
は、分離フィルタで処理されたスローアウェイチップ１
の真の抵抗値ｔｄｄ（ｔ_i）が時系列的に順に入力され
る。入力されたデータは、３つのしきい値１０Ｒ、３Ｒ
および３Ｒ／２と順に比較される。この比較順序は、大
きなしきい値から順に行われる（ステップＳ４２，Ｓ４
４，Ｓ４６）。

【００４２】切削加工の時間が経つに伴い、センサライ
ン１０は徐々に摩耗して、その抵抗値が増加していくか
ら、図４の処理においては、ステップＳ４１→Ｓ４２→
Ｓ４４→Ｓ４６→リターンの処理が繰り返され、ある時
点において、ステップＳ４６でＹＥＳと判断される。そ
の結果、カウンタが「＋１」される（ステップＳ４
７）。そして処理がリターンする。さらに切削加工時間
が経過すると、ステップＳ４４で、抵抗値ｔｄｄ
（ｔ_i）がしきい値３Ｒを超えることが判断される時点
がくる。そうすると、カウンタの値がさらに「＋１」さ
れる（ステップＳ４５）。これにより、カウンタの値は
「２」となる。

【００４３】さらに処理が進むと、ステップＳ４２でＹ
ＥＳと判断されるときが来、この時点でカウンタが「＋
１」されて（ステップＳ４３）、カウンタの値は「３」
となる。以上の処理を数式で示すと次の通りである。す
なわち、しきい値をＳｈ_iとすると、

【００４４】

【数４】

【００４５】となるので、ステップ状変化のカウンタ関
数をｓｏ（ｔ_i）とすると、次のような出力が最終的に
出る。

【００４６】

【数５】

【００４７】カウンタ関数を図４に示すサンプリングデ
ータと一緒に示せば、図１５のようになる。図１５か
ら、センサライン１０の細線１０１，１０２，１０３が
ほぼ断線したと思われる時点で、カウンタ関数ｓｏ（ｔ
_i）が断線数をカウントしていることがわかる。このよ
うに、この実施形態に係る信号処理アルゴリズムの有効
性は、実験によって確認できた。この発明は、以上説明
した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の
範囲内において種々の変更が可能である。例えば、セン
サライン１０の細線数は３本に限定されるものではな
く、任意の数でよい。

【００４８】また、メジアンフィルタにより処理される
サンプリングデータ群の数ｍは、ｍ＝５に限定されるも
のではなく、３以上の奇数であることが好ましい。ま
た、データ群を偶数で構成することもできる。データ群
を偶数で構成した場合は、中央値２つを取り出し、その
平均値を代表値として出力する等の処理を行えばよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】損耗センサ付き切削工具の一例としてのスロー
アウェイチップ１を示す図である。

【図２】この発明の一実施形態にかかる損耗センサ付き
スローアウェイチップ１のための信号処理装置の構成を
示すブロック図である。

【図３】コンピュータ２１により行われる制御の内容を
示すフローチャートである。

【図４】サンプリングされた計測データの一例を示す図
である。

【図５】メジアンフィルタの処理内容を説明するための
図解的な図である。

【図６】メジアンフィルタの処理内容を説明する図解的
な他の例を示す図である。

【図７】メジアンフィルタにより処理されるデータ群の
シフトを説明するための図である。

【図８】メジアンフィルタを構成する２つのメモリの一
例を示す図である。

【図９】図８に示すメモリを用いたメジアン処理を示す
フローチャートである。

【図１０】メジアンフィルタによりフィルタリングされ
たデータの一例を示す図である。

【図１１】分離処理の具体的な処理内容を示すフローチ
ャートである。

【図１２】分離処理により得られたデータの一例を示す
図である。

【図１３】センサラインが切断するごとの抵抗値の変化
を説明するための図である。

【図１４】カウンタ関数処理の具体的な処理内容を示す
フローチャートである。

【図１５】カウンタ関数をサンプリングデータと一緒に
示した図である。

【符号の説明】

１スローアウェイチップ５逃げ面６切刃稜７コーナ部１０，１０１，１０２，１０３センサライン１３ホルダ２０ディジタルマルチメータ２１コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リアボフオレグ茨城県つくば市並木１丁目２番地工業技術院機械技術研究所内 (72)発明者永戸栄男鹿児島県川内市高城町1810番地京セラ株式会社鹿児島川内工場内Ｆターム(参考） 3C029 DD01 DD08 3C046 BB01 EE01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切削工具の刃先に切削による摩耗や折損を
検知するセンサが設けられた損耗センサ付き工具のため
の信号処理装置であって、損耗センサの出力を所定のサンプリング周期ごとにサン
プリングして計測データを得る手段と、得られた計測データからノイズを除去するノイズ除去手
段と、ノイズが除去されたデータから、時系列的に減少するデ
ータを分離する減少データ分離手段と、減少データが分離された処理データに基づいて、損耗セ
ンサ付き切削工具の摩耗量や折損を判定する手段と、を
含むことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】前記ノイズ除去手段は、サンプリングされ
た所定数のデータ群ごとの中央値を出力するメジアン処
理手段を含むことを特徴とする、請求項１記載の信号処
理装置。
【請求項３】前記損耗センサは、切削工具の切刃稜に沿
って平行に延びる複数本のセンサラインを含み、前記判定手段は、前記処理データをセンサラインの数と
対応づけることにより、切削工具の摩耗量や折損を判定
することを特徴とする、請求項１または２記載の信号処
理装置。
【請求項４】前記寿命判定手段は、処理データの初期デ
ータから複数本のセンサラインによって得られる初期抵
抗値を検知し、前記センサラインが１本切れるごとに増
加する抵抗しきい値を決め、処理データが抵抗しきい値
を超えるごとに、切断したセンサラインの数が増加した
ことを出力することを特徴とする、請求項３記載の信号
処理装置。
【請求項５】前記損耗センサ付き切削工具は、損耗セン
サが設けられたスローアウェイチップと、そのスローア
ウェイチップを保持するホルダとを有し、スローアウェ
イチップの摩耗量や折損が検知できることを特徴とす
る、請求項１ないし４のいずれかに記載の信号処理装
置。
【請求項６】切削工具の刃先に切削による摩耗や折損を
検知するセンサが設けられた損耗センサ付き工具のため
の信号処理方法であって、損耗センサの出力を所定のサンプリング周期ごとにサン
プリングし、サンプリングしたデータからノイズを除去し、ノイズが除去されたデータから、時系列的に減少するデ
ータを分離し、減少データが分離された時系列的に減少することのない
処理データに基づいて、損耗センサ付き切削工具の摩耗
量や折損を判定する方法。
【請求項７】前記損耗センサは、切削工具の切刃稜に沿
って平行に延びる複数本のセンサラインを含み、前記処理データとして、時系列的に段階的に増加し、そ
の増加がセンサライン数に対応された処理データを得る
ことを特徴とする方法。