JP2018176329A - Drill abnormality detection system, drill abnormality detection method, boring system and manufacturing method of bored product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、ドリル異常検知システム、ドリル異常検知方法、穿孔システム及び被穿孔品の製造方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to a drill abnormality detection system, a drill abnormality detection method, a drilling system, and a method of manufacturing a workpiece.
穿孔機や工作機械を用いた機械加工においては、工具の摩耗や欠損を検知することが重要である。そこで、従来、様々な工具の異常検出方法が提案されている(例えば特許文献1乃至5参照)。例えば、電動式の穿孔機として、電力やトルクの変動を監視することによって、ドリルの異常を検知する機能を備えたものが市販されている。
In machining using a drilling machine or a machine tool, it is important to detect tool wear and tear. Therefore, conventionally, various tool abnormality detection methods have been proposed (see, for example,
一方、穿孔作業は、手持ち式のドリル駆動装置を用いた作業者による手作業から自動穿孔機による機械加工に移行しつつある(例えば特許文献6参照)。 On the other hand, the drilling operation is shifting from manual work by an operator using a hand-held drill drive to machining by an automatic drilling machine (see, for example, Patent Document 6).
自動穿孔機によって自動的に穿孔を行う場合には、手作業で穿孔を行う場合のように、作業者の手先の感覚や視認によってドリルの欠損や摩耗を検知することができない。欠損や摩耗等の異常が発生したドリルを用いて穿孔を行えば、不具合の発生に繋がる。このため、自動穿孔機によって自動的に穿孔を行う場合には、穿孔のみならず、ドリルの異常についても自動的に検知できるようにすることが望まれる。 In the case of automatically drilling by an automatic drilling machine, as in the case of manual drilling, it is not possible to detect drill defects or wear by feeling or visual recognition of the operator's hand. If drilling is performed using a drill in which an abnormality such as a defect or wear has occurred, it leads to the occurrence of a defect. For this reason, when automatically drilling by an automatic drilling machine, it is desirable to be able to automatically detect not only drilling but also drill abnormalities.
しかしながら、エア駆動式の自動穿孔機のように、電動式でない自動穿孔機の場合には、電力やトルクの変動を必ずしも容易に監視することができない。一方、マシニングセンタやボール盤等の工作機械にドリルの異常検知機能を設ける場合には、工作機械の設計段階から仕様を決定することが必要である。換言すれば、工作機械はもちろん、工作機械以外の自動穿孔機においても、後発的に簡易に工具の異常検知機能を付加できるようにすることが望まれる。また、工具の異常検知機能を後発的に穿孔機に付加するか否かを問わず、穿孔機の駆動源を用いずに異常検知機能システムを作動できるようにすることも有用である。 However, in the case of an automatic drilling machine that is not electrically driven, such as an air-driven automatic drilling machine, it is not always easy to monitor power and torque fluctuations. On the other hand, in the case of providing a drill abnormality detection function in a machine tool such as a machining center or a drilling machine, it is necessary to determine specifications from the design stage of the machine tool. In other words, it is desirable to be able to easily add the abnormality detection function of the tool later in machine tools as well as in automatic drilling machines other than machine tools. It is also useful to be able to operate the anomaly detection function system without using the drilling machine drive source, regardless of whether or not the tool anomaly detection function is added to the drilling machine later.
そこで、本発明は、穿孔機のタイプによらず、ドリルの異常を自動的に検知できるようにすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to enable automatic detection of drill abnormalities regardless of the type of drilling machine.
本発明の実施形態に係るドリル異常検知システムは、振動センサ及び信号処理系を備える。振動センサは、ドリルを回転駆動させる穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられ、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出する。信号処理系は、前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔における異常を監視する。 A drill abnormality detection system according to an embodiment of the present invention includes a vibration sensor and a signal processing system. The vibration sensor is attached to a drilling machine that rotationally drives a drill, a drilling target to be drilled by the drill or a drilling plate attached to the drilling target, and directly or indirectly detects the vibration of the drill during rotation. The signal processing system compares the waveform of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the vibration sensor with a reference waveform corresponding to a case where there is no abnormality in drilling using the drill. Monitor anomalies in the drilling used.
また、本発明の実施形態に係る穿孔システムは、上述したドリル異常検知システムと、前記穿孔機とを備える。 A drilling system according to an embodiment of the present invention includes the above-described drill abnormality detection system and the drilling machine.
また、本発明の実施形態に係るドリル異常検知方法は、ドリルを回転駆動させる穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられた振動センサを用いて、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出するステップと、前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルに異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップとを有する。 In the drill abnormality detection method according to the embodiment of the present invention, rotation is performed using a drilling machine for driving the drill to rotate, a vibration target attached to a drilling target to be drilled by the drill or a drilling plate attached to the drilling target. The step of directly or indirectly detecting the vibration of the drill, the waveform of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the vibration sensor, and the reference waveform corresponding to the case where there is no abnormality in the drill are compared Monitoring the drilling anomalies using the drill by doing.
また、本発明の実施形態に係る被穿孔品の製造方法は、上述したドリル異常検知方法で回転中におけるドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップと、前記穿孔機で前記ドリルを回転駆動させて前記穿孔対象の穿孔を行うことによって被穿孔品を製造するステップとを有する。 In the method of manufacturing a product to be drilled according to an embodiment of the present invention, a drill abnormality is monitored using the drill during rotation according to the above-described drill abnormality detection method, and the drill is driven to rotate by the drill. Manufacturing an article to be drilled by drilling said drilling target.
本発明の実施形態に係るドリル異常検知システム、ドリル異常検知方法、穿孔システム及び被穿孔品の製造方法について添付図面を参照して説明する。 A drill abnormality detection system, a drill abnormality detection method, a drilling system, and a method of manufacturing an article to be drilled according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
(ドリル異常検知システムを備えた穿孔システムの構成及び機能)
図1は本発明の実施形態に係るドリル異常検知システムを備えた穿孔システムの構成を示す機能ブロック図、図2は図1に示す穿孔システムの構成例を示す正面図、図3は図2に示す穿孔システムの上面図、図4は図2に示す穿孔システムに備えられる第1の走行機構の構造例を示す左側面図、図5は図2に示す穿孔システムに備えられる第2の走行機構の構造例を示す右側面図である。
(Configuration and function of drilling system equipped with a drill abnormality detection system)
1 is a functional block diagram showing the configuration of a drilling system provided with a drill abnormality detection system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view showing an example of the configuration of the drilling system shown in FIG. FIG. 4 is a left side view showing a structural example of the first traveling mechanism provided in the perforation system shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a second traveling mechanism provided in the perforation system shown in FIG. It is a right side view showing an example of structure of.
穿孔システム1は、穿孔対象であるワークWの穿孔を機械加工によって自動的に行うシステムである。特に、穿孔システム1は、ワークWの穿孔中においてドリルに欠損や摩耗等の異常や下孔からのドリルの位置ずれ等の異常が発生したか否かを検知する機能を有している。すなわち、穿孔システム1は、ドリル自体の異常及びドリルを用いた穿孔の異常を監視しながらワークWの穿孔を行うことが可能なシステムである。
The
そのために、穿孔システム1は、穿孔機2及びドリル異常検知システム3を備えている。穿孔機2は、実際にドリルを保持してワークWの穿孔を行う穿孔機本体4と、穿孔機本体4の制御を行う制御装置7とによって構成することができる。一方、ドリル異常検知システム3は、ワークWの穿孔中においてドリル及び穿孔の異常を監視し、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したか否かを検知するためのシステムである。
To that end, the
穿孔機本体4は、少なくともドリルを回転駆動させる装置である。このため、穿孔機本体4は、ドリルを保持して回転させる回転駆動機構を内蔵したドリルヘッド5を備えている。穿孔機本体4には、必要に応じてドリルの工具軸方向における送り動作を行うための自動送り機構を設けることができる。
The drilling machine
図示された例では、2種類の直径を有する孔を穿孔することができるように穿孔機本体4に2つのドリルヘッド5が備えられている。各ドリルヘッド5には、ドリルを回転させるエア式の回転駆動機構の他、ドリルの工具軸方向における送り動作を行うためのエア式の自動送り機構が内蔵されている。
In the example shown, the
更に、穿孔機本体4には、各ドリルヘッド5自体をドリルの工具軸方向に移動させる送り機構6を設けることができる。図示された例では、送り機構6が、ラック・アンド・ピニオン6Aと、ラック・アンド・ピニオン6Aのピニオン側を回転させるためのモータ6Bとを用いて構成されている。尚、ラックは、歯切りをした直線状の棒であり、ピニオンはラックと噛み合う小口径の円形歯車である。
Furthermore, the drilling machine
また、穿孔機本体4は、例えば、走行機構8によって走行エリア内を走行可能な自走式の装置とすることができる。図示された例では、板状の部品W1の上に複数の長尺構造物W2を設けた構造体がワークWとなっている。そして、隣接する2つの長尺構造物W2の上面を、多数のローラとチェーンで構成されるクローラ(無限軌道)型の第1及び第2の走行機構8A、8Bが走行するように穿孔機本体4がセットされている。
Further, the drilling machine
長尺構造物W2は、ウェブとフランジとを有する構造を有する。そして、長尺構造物W2のウェブ上における複数の位置が穿孔位置となっている。このため、ドリルで長尺構造物W2を構成するウェブの穿孔を行うことができるように、ドリルの工具軸方向が概ね長尺構造物W2を構成するウェブの板厚方向となるように、各ドリルヘッド5を含む穿孔機本体4が配置される。
The long structure W2 has a structure having a web and a flange. And the some position on the web of elongate structure W2 is a perforation | piercing position. For this reason, in order that the web constituting the long structure W2 can be drilled by using a drill, each tool axis direction of the drill is substantially in the thickness direction of the web constituting the long structure W2. A
尚、穿孔機本体4に備えられるドリルの回転駆動機構、送り機構及び走行機構8等の各駆動機構は、図示された例に限らず、エア式、電動式及び油圧式のいずれであってもよい。
The drive mechanism of the drill, such as the rotary drive mechanism, the feed mechanism, and the
ワークWには、必要に応じて穿孔板9を取付けることができる。図示された例でも、長尺構造物W2の長手方向に沿って、板状の穿孔板9がボルト等の締付器具でウェブの穿孔側に取付けられている。
A
図6は、図2に示す穿孔板9を右方向から見た図である。
FIG. 6 is a view of the
図6に示すように、ワークWの形状に合わせて任意数の穿孔板9を、ボルト等の締付器具でワークWに固定することができる。図示された例では、2つの穿孔板9が並べて設けられている。各穿孔板9には、ワークWの穿孔位置に合わせてガイド用の貫通孔が設けられる他、集積回路(IC:Integrated Circuit)タグ10を貼り付けることができる。
As shown in FIG. 6, an arbitrary number of
図示された例では、穿孔機本体4が走行機構8によって長尺構造物W2上を往復移動できるように構成されているため、穿孔機本体4の往路用のICタグ10と、穿孔機本体4の復路用のICタグ10が、各穿孔板9に取付けられている。ICタグ10には、各穿孔板9の識別情報(ID情報)や穿孔に使用するドリルヘッド5の選択情報等の穿孔に必要な所望の情報を記録することができる。
In the illustrated example, since the drilling machine
尚、ワークWに制約がなければ、ICタグ10を穿孔板9ではなくワークWに直接貼り付けるようにしてもよい。逆に、ワークWに穿孔板9を取付け、穿孔板9にICタグ10を貼り付けるようにすれば、ワークWに直接ICタグ10を貼り付けることが困難な場合であっても、ICタグ10を所望の位置に配置することができる。
If the workpiece W is not restricted, the
ICタグ10をワークW及び穿孔板9の少なくとも一方に取付ける場合には、ICタグ10に記録された情報を読み取るICタグリーダ11を穿孔機本体4側に取付けることができる。これにより、ワークW又は穿孔板9に取付けられたICタグ10によって、RFID(radio frequency identifier)技術を利用した穿孔機本体4の自動走行及び自動穿孔を含む自動制御を行うことができる。尚、RFIDとは、ID情報を記録したICタグ等のRFタグから、無線によってID情報を取得する技術である。
When the
ICタグリーダ11は、ICタグ10に記録された情報を読み取って、穿孔機本体4の制御装置7に転送する機能を有する。一方、制御装置7は、穿孔機本体4に制御信号を出力することによって穿孔機本体4を制御する機能を有する。すなわち、制御装置7は、ドリルヘッド5の駆動、送り機構6の駆動及び走行機構8の走行等を制御する装置である。そして、ICタグ10に記録された情報がICタグリーダ11から制御装置7に転送される場合には、制御装置7は、ICタグリーダ11から転送された情報に基づいて穿孔機本体4を制御するように構成される。
The
穿孔機本体4が走行機構8で走行する場合には、穿孔機本体4の重量を軽減することが望ましい。そこで、制御装置7全体を穿孔機本体4に搭載せずに、制御装置7の一部を穿孔機本体4の走行エリア外に配置することができる。つまり、必ずしも穿孔機本体4に搭載する必要がない制御装置7の主要な部分を、穿孔機本体4の走行エリアの外部に設置することができる。
When the drilling machine
このため、制御装置7は、走行エリア外に設置される本体部7Aと、穿孔機本体4に搭載される制御信号受信装置7Bとによって構成することができる。そして、本体部7Aから穿孔機本体4側の制御信号受信装置7Bに制御信号を伝送することによって、穿孔機本体4を遠隔操作することができる。
Therefore, the control device 7 can be configured by the
本体部7Aと制御信号受信装置7Bとの間は、制御信号を伝送する信号ケーブルで接続することも可能である。但し、穿孔機本体4が走行機構8で走行する場合には、本体部7Aから制御信号を無線で制御信号受信装置7Bに伝送できるようにすることが、信号ケーブルを不要とすることによって穿孔機本体4の移動の自由度を確保する観点から望ましい。
It is also possible to connect the
そこで、制御装置7の本体部7Aは、記憶装置7C、制御信号生成部7D及び無線機7Eで構成することができる。記憶装置7C及び制御信号生成部7Dは、プログラムを読込ませたコンピュータ等の電子回路で構成することができる。
Therefore, the
記憶装置7Cには、穿孔機本体4の制御信号を生成するために参照される情報を保存することができる。具体例として、各穿孔板9のID情報と、穿孔位置との関係を表す情報を記憶装置7Cに保存することができる。そうすると、ICタグ10が穿孔板9に取付けられる場合において、ICタグ10に穿孔板9のID情報を記録すれば、穿孔位置自体をICタグ10に記録しなくても、穿孔板9のID情報に基づいて穿孔位置を特定することが可能となる。
The
簡易な具体例として、図示されるように直線上に配列された特定の直径を有する複数の孔を穿孔する場合には、穿孔位置は1次元の位置情報、すなわち、隣接する孔間のピッチ又は基準となる位置からの各孔までの距離として表すことができる。従って、穿孔板9のID情報と、1次元の穿孔位置との関係を示すテーブルを記憶装置7Cに保存しておけば、穿孔板9のID情報に基づいて、穿孔位置を特定することができる。
As a simple example, when drilling a plurality of holes with a specific diameter arranged in a straight line as shown, the drilling position is one-dimensional position information, ie, the pitch between adjacent holes or It can be expressed as the distance from each reference position to each hole. Therefore, if a table indicating the relationship between the ID information of the
制御信号生成部7Dは、ドリルヘッド5の駆動、送り機構6の駆動及び走行機構8の走行等を行うための穿孔機本体4の各制御信号を生成し、生成した各制御信号を無線機7Eを介して無線によって制御信号受信装置7Bに送信する機能を有する。制御信号を生成する際には、記憶装置7Cに保存された情報を参照することができる。
The control
具体例として、記憶装置7Cに各穿孔板9のID情報と、穿孔位置との関係を表す情報が保存されている場合であれば、制御信号生成部7Dは、穿孔板9のID情報に基づいて穿孔位置を特定し、特定した穿孔位置で穿孔が行われるように穿孔機本体4の制御信号を生成することができる。この場合、穿孔板9のID情報がICタグ10に記録されている場合であれば、制御信号生成部7Dは、ICタグリーダ11から穿孔板9のID情報を取得することができる。逆に、穿孔板9のID情報がICタグ10に記録されていない場合やICタグ10を利用しない場合には、作業者が入力装置の操作によって穿孔板9のID情報を制御信号生成部7Dに入力するようにしてもよい。
As a specific example, if the
もちろん、記憶装置7Cに穿孔機本体4の制御プログラムを保存し、ICタグ10を利用せずに穿孔機本体4を制御することもできる。或いは、ワークW又は穿孔板9にICタグ10を取付け、ICタグ10に穿孔機本体4の制御プログラムを保存するようにしてもよい。この場合、ICタグ10に保存された穿孔機本体4の制御プログラムをICタグリーダ11で制御信号生成部7Dに転送することができる。
Of course, the control program of the drilling machine
他方、穿孔機本体4側に設けられる制御信号受信装置7Bは、本体部7Aから無線で送信された穿孔機本体4の各制御信号を受信して、対象となる機器に出力する機能を有する。すなわち、ドリルヘッド5、送り機構6及び走行機構8等の穿孔機本体4の構成要素は、制御信号受信装置7Bから出力される制御信号に従って駆動するように構成することができる。これにより、穿孔機本体4の所望の動作を無線により遠隔操作することができる。
On the other hand, the control
尚、エア信号や油圧信号で駆動する構成要素が穿孔機本体4に含まれている場合には、制御信号を電気信号からエア信号や油圧信号等の電気信号以外の信号に変換する信号回路が穿孔機本体4に設けられる。そして、必要な制御信号が穿孔機本体4の各構成要素に出力される。
When the drilling machine
制御装置7の本体部7Aと制御信号受信装置7Bとの間で無線通信を行う場合には、ICタグリーダ11と制御装置7の本体部7Aとの間においても無線通信を行うことが信号ケーブルを不要とする観点から望ましい。そこで、ICタグリーダ11についても、ICタグ10に記録された情報を読み取って、制御装置7の本体部7Aに無線で転送するように構成することができる。その場合には、ICタグリーダ11にも無線機11Aが設けられる。
When performing wireless communication between the
一方、ドリル異常検知システム3は、穿孔機本体4の各ドリルヘッド5で保持されるドリルの欠損や摩耗等の異常並びにドリルの下孔からの位置ずれ等の異常を検知するためのシステムである。ドリル異常検知システム3は、振動センサ12、回転数センサ13、信号処理系14、無線機15、入力装置16及び表示装置17を用いて構成することができる。尚、異常の検知対象に応じて振動センサ12及び回転数センサ13の一方を省略してもよい。
On the other hand, the drill
振動センサ12は、回転中におけるドリルの振動を直接又は間接的に検出するセンサである。振動センサ12としては、市販の加速度センサ等を用いることができる。振動センサ12は、穿孔機本体4、ワークW又はワークWに取付けられる穿孔板9に取付けることができる。
The
穿孔板9の数が少数であり、穿孔機本体4やドリルヘッド5の数が多い場合であれば、振動センサ12を穿孔板9に取付けることによって、必要な振動センサ12の数を低減することができる。すなわち、共通の振動センサ12で、複数の穿孔機本体4又は複数のドリルヘッド5に取付けられるドリルの振動を検出することが可能となる。また、振動センサ12をワークW又は穿孔板9に取付けるようにすれば、穿孔機本体4の分解や停止を伴わずに振動センサ12を取付けることができる。
If the number of
逆に、穿孔板9の数が多く、穿孔機本体4やドリルヘッド5の数が少ない場合であれば、振動センサ12を穿孔機本体4側に取付けることによって、必要な振動センサ12の数を低減することができる。
Conversely, if the number of
振動センサ12は、ドリルの振動を良好に検出することが可能な位置に取付けることが適切である。ドリルの振動を良好に検出することが可能な位置は、ドリルの振動が減衰せずに伝搬し、かつ運動する他の機械要素からの振動が重畳することによってドリルの振動の検出が困難とならない位置である。図示された例では、ドリルの回転駆動機構及び送り機構を内蔵する各ドリルヘッド5のケーシング5Aに振動センサ12が取付けられている。
The
回転数センサ13は、回転中におけるドリルの回転数を検出するセンサである。回転数センサ13としては、回転数の検出対象に対して接触する接触式のセンサと、回転数の検出対象に対して接触しない非接触式のセンサのいずれを用いてもよい。非接触式の回転数センサ13としては、回転体に向けてレーザ光を照射し、レーザ光の反射光を検出することによって回転体の回転数を検出するものなどが知られている。図示された例では、各ドリルヘッド5のケーシング5A内に、ドリルとともに回転する回転シャフト5Bの回転数を検出することが可能な非接触式の回転数センサ13が設けられている。すなわち、ドリルとともに回転する回転シャフト5Bの露出部分の近傍に回転数センサ13が非接触で配置されている。
The
信号処理系14は、プログラムを読込ませたコンピュータやA/D(analog−to−digital)変換器等の回路類で構成することができる。穿孔機本体4が走行機構8によって走行エリア内を走行可能な自走式穿孔機である場合には、穿孔機本体4の重量を軽減する観点から、制御装置7の本体部7Aと同様に、信号処理系14を走行エリアの外部に設置することができる。このため、信号処理系14の一部を、制御装置7の本体部7Aと一体化してもよい。
The
信号処理系14は、振動センサ12及び回転数センサ13の少なくとも一方の検出結果に基づいて、ドリルを用いた穿孔の異常を監視する機能を有する。振動センサ12の検出結果に基づいて異常を監視する場合であれば、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。一方、回転数センサ13の検出結果に基づいて異常を監視する場合であれば、回転数センサ13により検出されたドリルの回転数と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する回転数とを更に比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。
The
尚、振動センサ12によって検出されるドリルの振動の周期又は周波数を求めることによって、ドリルの回転数を求めることもできる。従って、回転数センサ13を省略してもよい。換言すれば、振動センサ12を回転数センサ13として用いてもよい。この場合、共通の振動センサ12でドリルの振動及び回転数の双方を検出することができる。
The number of rotations of the drill can also be determined by determining the period or frequency of vibration of the drill detected by the
ドリルを用いた穿孔における異常の具体例としては、ドリルの欠損やドリルの摩耗のようなドリル自体の異常の他、ワークWに予め設けられた下孔の中心軸からのドリルの工具軸のずれや穿孔板9に設けられたガイド孔の中心軸からのドリルの工具軸のずれのようにドリルの位置決めミスに起因する異常が挙げられる。
As a specific example of the abnormality in the drilling using the drill, in addition to the abnormality of the drill itself such as the loss of the drill and the wear of the drill, the deviation of the tool axis of the drill from the central axis of the lower hole provided in advance in the work W Also, there may be an abnormality such as misalignment of the drill tool axis from the center axis of the guide hole provided in the
主にドリルの欠損やドリルの摩耗のようなドリル自体の異常については、ドリルの回転数の変動量を測定することによって、検出することができる。 The abnormalities of the drill itself, such as drill defects and drill wear, can be detected by measuring the amount of fluctuation in the number of rotations of the drill.
図7はドリルの欠損によって回転数が低下した例を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing an example in which the number of rotations is reduced due to a drill defect.
図7において横軸は時間を示し、縦軸はドリルの回転数の変動量を示す。尚、回転数の変動量は、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する割合(%)として示されている。 In FIG. 7, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the fluctuation amount of the rotation number of the drill. The fluctuation amount of the rotational speed is shown as a ratio (%) to the rotational speed of the spindle in a state where no load is applied.
図7中において、実線は、欠損の無いドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合におけるドリルの回転数の変化を、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する比率として示す。一方、一点鎖線は、欠損のあるドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合におけるドリルの回転数の変化を、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する比率として示す。 In FIG. 7, the solid line shows the change in the rotational speed of the drill when drilling titanium and aluminum using a drill without a defect as a ratio to the rotational speed of the spindle in the non-loaded state. On the other hand, the alternate long and short dash line indicates the change in the rotational speed of the drill when drilling titanium and aluminum using a drill with a defect as a ratio to the rotational speed of the spindle in a non-loaded state.
図7の実線で示すように、欠損の無いドリルを用いてチタンの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して約4%回転数が低下している。また、欠損の無いドリルを用いてアルミニウムの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して概ね3%から4%の範囲で回転数が低下している。 As shown by the solid line in FIG. 7, when titanium is drilled using a drill without a defect, the number of rotations is reduced by about 4% with respect to the number of rotations of the spindle in a non-loaded state. In addition, when aluminum is drilled using a drill having no defects, the number of rotations is reduced in the range of approximately 3% to 4% with respect to the number of rotations of the spindle in a non-loaded state.
これに対して、図7の一点鎖線で示すように、欠損のあるドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して約10%回転数が低下している。従って、図7に示す穿孔試験結果が得られた場合であれば、ドリルを保持するスピンドルの実際の回転数がチタン又はアルミニウムの穿孔中においてスピンドルの回転数の制御値に対して10%以上又は10%を超える割合で低下した場合には、ドリルに欠損があると判定することができる。 On the other hand, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7, when drilling titanium and aluminum using a drill with a defect, it is about 10% of the number of rotations of the spindle in the non-loaded state. The number of revolutions is decreasing. Therefore, if the drilling test result shown in FIG. 7 is obtained, the actual number of revolutions of the spindle holding the drill is 10% or more with respect to the control value of the number of revolutions of the spindle during drilling of titanium or aluminum. If it decreases by more than 10%, it can be determined that the drill has a defect.
図7に示す穿孔試験では、スピンドルの毎分回転数の制御値を1000(rpm)としたが、回転数の低下割合の回転数依存性が無視できない場合には、様々な回転数に設定して穿孔試験を行うことができる。マシニングセンタ等における高速加工を除けば、毎分回転数の制御値は、200(rpm)から3000(rpm)程度である。従って、200(rpm)から3000(rpm)の範囲で断続的に穿孔試験を行い、補間によって回転数の制御値ごとにドリルの欠損が生じたと判定するための閾値を決定するようにしてもよい。 In the drilling test shown in FIG. 7, although the control value of the number of revolutions per minute of the spindle is set to 1000 (rpm), when the dependency of the reduction rate of the number of revolutions on the number of revolutions can not be ignored Drilling tests can be performed. The control value of the number of revolutions per minute is about 200 (rpm) to about 3000 (rpm) except for high-speed machining in a machining center or the like. Therefore, a drilling test may be performed intermittently in the range of 200 (rpm) to 3000 (rpm), and a threshold for determining that a drill defect has occurred may be determined for each control value of rotation speed by interpolation. .
また、チタン及びアルミニウムに限らず、鉄等の他の金属はもちろん、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP: Glass fiber reinforced plastics)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics)等の複合材を対象として同様の穿孔試験を行うことができる。 In addition to titanium and aluminum, other metals such as iron, as well as composite materials such as glass fiber reinforced plastics (GFRP) and carbon fiber reinforced plastics (CFRP) Similar drilling tests can be performed.
そして、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する低下割合に対して閾値を設定し、低下割合が閾値以上又は閾値を超える場合には、ドリルに欠損が生じたと判定することができる。同様に、ドリルに無視できない摩耗が生じたと判定するための閾値を穿孔試験によって決定することもできる。また、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する低下割合に限らず、ドリルの回転数自体やドリルの回転数の低下量を示すその他の所望の指標値にドリルの異常を検知するための閾値を設定するようにしてもよい。 Then, a threshold is set for the rate of decrease with respect to the number of rotations of the spindle in a non-loaded state, and when the rate of decrease is equal to or greater than the threshold or exceeds the threshold, it can be determined that a drill has occurred. Similarly, a threshold can be determined by drilling tests to determine that non-negligible wear has occurred on the drill. In addition, the threshold for detecting drill abnormalities not only at the rate of decrease with respect to the number of rotations of the spindle in a non-loaded state, but also at the desired number of rotations of the drill itself or other desired index value May be set.
ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値は、ワークWの材料や回転数等の穿孔条件と関連付けて、テーブル又は関数として信号処理系14の記憶装置14Aに保存することができる。これにより、信号処理系14におけるドリルの回転数に基づく異常の監視が可能となる。
The threshold value for the index value representing the reduction amount of the rotation number of the drill can be stored in the
一方、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれ等の異常については、振動センサ12を用いて異常なドリルの振動を検出することによって、検知することができる。
On the other hand, abnormalities such as drill fracture, drill abrasion, pilot hole displacement, and guide hole displacement provided in the
異常なドリルの振動波形の検出は、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とに基づく所望の信号処理によって行うことができる。
The detection of the abnormal drill vibration waveform is a desired signal based on the waveform of the detection signal representing the drill vibration detected by the
具体例として、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号に対して、包絡線検波処理等の信号処理を施すことができる。そして、振動センサ12により検出された検出信号の包絡線検波後における振幅波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較し、基準波形からの乖離用を示す2乗誤差、相互相関係数、波形の積分値の差、ピーク値の差等の指標値が閾値以上又は閾値を超えた場合に異常が発生したと判定することができる。
As a specific example, signal processing such as envelope detection processing can be performed on a detection signal representing the vibration of the drill detected by the
或いは、フーリエ変換(FT:Fourier Transform)又はウェーブレット変換等の周波数解析を伴って検出信号と、基準信号との比較を行うこともできる。更に、振動の検出信号の、基準信号からの乖離量を求めるために、MT法を併用してもよい。MT法は、多次元空間の中に基準となる点の座標を定め、基準となる座標と、各データの座標との間における距離を計算することによって、距離の分布を求める手法である。 Alternatively, the detection signal may be compared with the reference signal with frequency analysis such as Fourier transform (FT) or wavelet transform. Furthermore, the MT method may be used in combination to obtain the amount of deviation of the vibration detection signal from the reference signal. The MT method is a method of determining the distribution of distance by determining the coordinates of a reference point in a multi-dimensional space and calculating the distance between the reference coordinates and the coordinates of each data.
図8は、ドリルの振動レベルを表す加速度信号に対してFFTを施すことによって得られる周波数スペクトルを比較した例を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing an example in which frequency spectra obtained by applying FFT to an acceleration signal representing a vibration level of a drill are compared.
図8(A)及び図8(B)において各横軸は周波数(Hz)を示し、各縦軸は他の機械要素の振動が重畳したドリルの振動のレベルを表す加速度(m/s2)を示す。また、図8(A)は、欠損が無いドリルの穿孔中における振動のレベルを加速度センサによって加速度として検出し、加速度の検出信号のFFTによって得られた周波数スペクトルを示す。一方、図8(B)は、欠損があるドリルの穿孔中における振動のレベルを加速度センサによって加速度として検出し、加速度の検出信号のFFTによって得られた周波数スペクトルを示す。尚、欠損が無いドリルを用いた穿孔条件と、欠損があるドリルを用いた穿孔条件は、同一である。 In each of FIGS. 8A and 8B, each horizontal axis represents frequency (Hz), and each vertical axis represents acceleration (m / s 2 ) representing the level of vibration of the drill on which the vibration of the other mechanical element is superimposed. Indicates Further, FIG. 8A shows a frequency spectrum obtained by FFT of a detection signal of an acceleration in which a level of vibration during drilling of a drill without a defect is detected as an acceleration by an acceleration sensor. On the other hand, FIG. 8 (B) shows the frequency spectrum obtained by detecting the level of vibration during drilling of a drill having a defect as acceleration by means of an acceleration sensor, and FFT of the detection signal of acceleration. The drilling conditions using a drill without a defect and the drilling conditions using a drill with a defect are the same.
図8(A)及び図8(B)に示すように、欠損の有無によってドリルの振動レベルを表す周波数スペクトルの波形に変化が生じる。具体的には、図8(A)及び図8(B)に示す2つの周波数スペクトルにそれぞれ2つのピークが生じている。そして、図8(B)の破線の枠で示すように、欠損があるドリルに対応する周波数スペクトルにおける周波数が低い側のピーク値が、欠損が無いドリルに対応する図8(A)に示す周波数スペクトルにおける周波数が低い側のピーク値よりも、顕著に大きくなっている。 As shown in FIGS. 8A and 8B, a change occurs in the waveform of the frequency spectrum that represents the vibration level of the drill depending on the presence or absence of the defect. Specifically, two peaks respectively occur in the two frequency spectra shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B). Then, as indicated by the broken-line frame in FIG. 8B, the peak value on the low frequency side in the frequency spectrum corresponding to the drill having a defect corresponds to the frequency shown in FIG. 8A corresponding to the drill having no defect. The frequency in the spectrum is significantly larger than the lower peak value.
このため、予め異常が無い穿孔条件で取得された基準となる周波数スペクトルと、異常の検知対象として取得された周波数スペクトル間における波形の比較によって、ドリルの異常を検知することができる。すなわち、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号のFTを含む信号処理を行うことによって、検出信号の振幅についての周波数スペクトルを取得し、取得した周波数スペクトルの波形と、基準波形として予め準備された周波数スペクトルの基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。
For this reason, it is possible to detect a drill abnormality by comparing the waveform between the frequency spectrum as a reference acquired in advance under the drilling condition without abnormality and the frequency spectrum acquired as a detection target of the abnormality. That is, by performing signal processing including FT of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the
周波数スペクトル間における波形の比較についても、積分値、ピーク値、ピーク値に対する周波数等の周波数スペクトルの所望の代表値を対象として比較を行うことができる。すなわち、穿孔試験等によって経験的に決定した閾値を用いて、周波数スペクトル間における乖離用を表す指標に対する閾値処理を行うことができる。そして、周波数スペクトル間における乖離用を表す指標が閾値以上又は閾値を超えると判定された場合には、ドリル自体又は穿孔に異常が発生したと判定することができる。 The comparison of the waveforms between the frequency spectra can also be performed on a desired representative value of the frequency spectrum such as the integral value, the peak value, and the frequency relative to the peak value. That is, threshold processing can be performed on an index representing a divergence between frequency spectra using a threshold determined empirically by a perforation test or the like. Then, when it is determined that the index indicating the divergence between the frequency spectra is equal to or greater than the threshold value or exceeds the threshold value, it can be determined that an abnormality has occurred in the drill itself or the drilling.
より具体的な例として、振動センサ12を用いて取得されたドリルの振動を表す周波数スペクトルのピーク値自体に閾値を設定したり、ピーク値が生じる周波数帯域に閾値を設定することができる。これにより、異常がなければ本来出現しない周波数において出現する異常なピークや、ピーク値の異常な増加を自動的に検出することができる。
As a more specific example, it is possible to set a threshold to the peak value itself of the frequency spectrum representing the vibration of the drill acquired using the
尚、ドリルを用いた穿孔に異常が生じた場合、通常は、回転数が低下する。このため、周波数スペクトルにおいてピークが生じる周波数が、より低い側にシフトする場合が多い。また、ドリルを用いた穿孔に異常が生じた場合、通常はドリルの振動レベルが増加する。このため、周波数スペクトルに出現するピーク値が増加する場合も多い。そこで、周波数スペクトルにおいてピークが生じる周波数帯域と、周波数スペクトルに出現するピーク値の双方に閾値を設定して閾値処理を行うようにしてもよい。 In addition, when abnormality arises in the drilling using a drill, the number of rotations usually decreases. For this reason, the frequency at which the peak occurs in the frequency spectrum often shifts to the lower side. Also, when an abnormality occurs in drilling using a drill, the vibration level of the drill usually increases. For this reason, the peak value appearing in the frequency spectrum often increases. Therefore, threshold processing may be performed by setting thresholds on both the frequency band in which the peak occurs in the frequency spectrum and the peak value appearing in the frequency spectrum.
また、振動センサ12によって、空間的に異なる複数の軸方向における振動を検出することもできる。すなわち、ドリルの振動をベクトルとして検出することができる。その場合には、ベクトルの成分ごと、すなわち各空間軸方向について周波数スペクトルを取得して比較を行うことができる。これは、周波数スペクトルを生成せずに、振動の検出信号の比較を行う場合においても同様である。
The
ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値も、ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値と同様に、ワークWの材料や回転数等の穿孔条件と関連付けて、テーブル又は関数として信号処理系14の記憶装置14Aに保存することができる。これにより、信号処理系14におけるドリルの振動に基づく異常の監視が可能となる。
The threshold for the index value representing the fluctuation amount of the vibration of the drill is also associated with the drilling condition such as the material and the rotation speed of the work W as the table or function as the threshold for the index value representing the reduction amount of the rotation speed of the drill It can be stored in the
また、入力装置16の操作によって異常の有無を判定するための条件を指定できるようにすることができる。具体例として入力装置16の操作によって異常の有無を判定するための閾値処理の対象と、閾値処理に用いられる閾値を設定できるようにすることができる。
In addition, it is possible to specify a condition for determining the presence or absence of an abnormality by the operation of the
ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値及びドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値は、いずれも材料及び穿孔条件に依存して変化する。そこで、各閾値を特定するための情報を、ICタグ10に記録することができる。すなわち、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形の、基準波形からの乖離量を表す指標に対する閾値を特定するための情報をICタグ10に記録することができる。同様に、ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報についても、ICタグ10に記録することができる。
The threshold value for the index value representing the fluctuation amount of the vibration of the drill and the threshold value for the index value representing the reduction amount of the rotation speed of the drill both change depending on the material and the drilling condition. Therefore, information for specifying each threshold can be recorded in the
実用的な例として、ICタグ10が穿孔板9に取付けられる場合であれば、穿孔板9のID情報を、ドリルを用いた穿孔における異常を検出するための閾値を特定するための情報とすることができる。すなわち、異常を検出するための閾値を穿孔板9のID情報と関連付け、テーブルとして信号処理系14の記憶装置14Aに保存することができる。
As a practical example, when the
或いは、ICタグ10が直接ワークWに取付けられる場合であれば、ワークWのID情報を、ドリルを用いた穿孔における異常を検出するための閾値を特定するための情報とすることができる。すなわち、異常を検出するための閾値をワークWのID情報と関連付け、テーブルとして信号処理系14の記憶装置14Aに保存することができる。
Alternatively, if the
もちろん、ICタグ10が穿孔板9に取付けられる場合であるかワークWに取付けられる場合であるかを問わず、ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報及びドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報として、ICタグ10に各閾値の値自体を記録するようにしてもよい。
Of course, regardless of whether the
そうすると、ICタグ10に記録された閾値を特定するための情報をICタグリーダ11で読み取って、信号処理系14に無線等で転送することができる。ICタグリーダ11で読み取られた情報を、無線で信号処理系14に転送する場合には、信号処理系14に専用の無線機を設けても良いが、図1に例示されるように制御装置7の本体部7Aに備えられる無線機7Eを利用して信号処理系14に転送するようにしてもよい。
Then, the information for specifying the threshold recorded in the
そして、無線等で転送されたICタグ10に記録された情報に基づいて、信号処理系14において異常判定のための閾値処理用の各閾値を自動的に特定することが可能となる。
Then, based on the information recorded in the
すなわち、ICタグリーダ11から転送された情報が穿孔板9又はワークWのID情報であれば、記憶装置14Aに保存された複数の穿孔板9又は複数のワークWのID情報と、複数の閾値の組合せを関連付けたテーブルを参照することによって、ID情報に対応する異常判定用の閾値を特定することができる。或いは、ICタグリーダ11から転送された情報が異常判定用の閾値自体でれば、ICタグリーダ11から転送された情報の取得によって、穿孔板9又はワークWに対応する異常判定用の閾値を特定することができる。
That is, if the information transferred from the
これにより、ワークWの素材、穿孔すべき孔の直径及び穿孔深さ並びにドリルの直径、材質、構造、回転数、送り速度等の穿孔条件が異なる場合であっても、各穿孔条件に適切な閾値を信号処理系14において自動的に決定することができる。すなわち、穿孔条件に依らず、異常検知を行うことが可能となる。
Thereby, even if the material of the work W, the diameter and the drilling depth of the hole to be drilled, the diameter of the drill, material, structure, rotation speed, feeding speed and the like are different, it is appropriate for each drilling condition The threshold can be automatically determined in the
そして、信号処理系14において、閾値処理の対象となる指標値が、特定した閾値以上又は閾値を超えた場合にドリルを用いた穿孔に異常が発生したと自動判定することができる。例えば、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容に応じて閾値が設定されている場合であれば、閾値処理によって、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれのいずれが生じたのかを判定することができる。
Then, in the
ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定された場合には、異常の監視結果として表示装置17に表示させることができる。もちろん、警報ランプやスピーカ等の出力装置に光や音として異常の監視結果を出力するようにしてもよい。すなわち、信号処理系14には、異常の監視結果を表示装置17等の出力装置に出力することによって、作業者に異常の監視結果を通知する機能を設けることができる。
If it is determined that an abnormality has occurred in drilling using a drill, it can be displayed on the
更に、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定された場合には、異常の内容に応じた穿孔機本体4の制御を行うことができる。例えば、穿孔機本体4の回転数の制御値の低減、ドリルの工具軸方向における送り速度の制御値の低減及び穿孔の中断の少なくとも1つを行うことができる。その場合には、穿孔機本体4の制御装置7に必要な制御情報を与える機能が信号処理系14に設けられる。
Furthermore, when it is determined that an abnormality has occurred in drilling using a drill, control of the drilling machine
より具体的な例として、異常の内容がドリルの摩耗、許容され得るドリルの欠損、許容され得るドリルの位置ずれ等の穿孔を行う上で許容され得る異常であれば、穿孔機本体4の回転数の制御値の低減やドリルの工具軸方向における送り速度の制御値の低減を行うことができる。逆に、異常の内容が不具合の発生に繋がるようなドリルの欠損やドリルの位置ずれであれば、穿孔を中断させる穿孔機本体4の制御を行うことができる。具体的には、ドリルをワークWから引き離し、ドリルの回転を停止させる制御や、穿孔機本体4を退避位置まで走行させる制御を行うことができる。
As a more specific example, if the content of the anomaly is an anomaly that can be tolerated in drilling, such as drill wear, an acceptable drill defect, or an allowable drill displacement, the rotation of the
一方、ドリル異常検知システム3の無線機15は、振動センサ12及び回転数センサ13からそれぞれ出力される検出信号を無線で信号処理系14に伝送する機能を有する。振動センサ12及び回転数センサ13からそれぞれ出力される検出信号を無線で転送することによって、穿孔機本体4が走行機構8によって走行可能な自走式の装置である場合のように、穿孔機2のタイプに依らず、振動センサ12及び回転数センサ13を容易に穿孔機2に取付けることが可能となる。加えて、ドリル異常検知システム3を小規模とすることができる。
On the other hand, the
このため、既存の穿孔機2にドリル異常検知システム3をアタッチメントとして後付けすることもできる。また、図示されるような自走式の穿孔機本体4を備えた穿孔機2のみならず、マシニングセンタ等の工作機械や手持ち式のドリル駆動装置等の穿孔機にドリル異常検知システム3を設けることができる。その場合においても、必要に応じてICタグ10及びICタグリーダ11をドリル異常検知システム3の構成要素として設けることができる。
Therefore, the drill
図示された例では、振動センサ12及び回転数センサ13にそれぞれ無線機15が設けられている。このため、煩わしい信号ケーブルを不要とすることができる。特に、振動体の振動を検知してWiFi通信にて振動の検出データを送信するバッテリ駆動のWiFi振動計や回転体の回転数を検知してWiFi通信にて回転数の検出データを送信するバッテリ駆動のWiFi回転計が市販されている。このため、有線接続が不要となるように無線機15を内蔵したバッテリ駆動の振動センサ12及び回転数センサ13を容易に入手することができる。
In the illustrated example, the
もちろん、ICタグリーダ11と同様に、振動センサ12及び回転数センサ13を制御信号の通信用の無線機7Eと信号ケーブルで接続することによって無線機を共通化するようにしてもよい。すなわち、ICタグリーダ11、振動センサ12及び回転数センサ13にそれぞれ専用の無線機11A、15を設けても良いし、制御信号の通信用の無線機7Eを利用するようにしてもよい。
Of course, as in the case of the
或いは、上述したように、本体部7Aと制御信号受信装置7Bとの間を信号ケーブルで接続する場合や穿孔機に制御装置全体を搭載するような場合には、振動センサ12及び回転数センサ13についても有線で信号処理系14と接続するようにしてもよい。すなわち、振動センサ12及び回転数センサ13の少なくとも一方を、検出信号を伝送するための信号ケーブルで信号処理系14と接続するようにしてもよい。
Alternatively, as described above, the
(ドリル異常検知方法及び被穿孔品の製造方法)
次にドリル異常検知システム3によるドリル異常検知方法及び穿孔システム1を用いた被穿孔品の製造方法について説明する。ここでは、振動センサ12及び回転数センサ13が穿孔機本体4に取付けられ、ICタグ10を取付けた穿孔板9がワークWに取付けられる場合を例に説明する。
(Drill abnormality detection method and method of manufacturing a drilled product)
Next, a method for detecting a drill abnormality by the drill
図9は、図1に示すドリル異常検知システム3を備えた穿孔システム1により、ドリルを用いた穿孔の異常監視を伴ってワークWの穿孔を行う場合の流れの一例を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flow chart showing an example of the flow in the case where the workpiece W is to be drilled together with the monitoring of drilling abnormality using a drill by the
まずステップS1において、ICタグ10を取付けた穿孔板9がワークWに取付けられる。ICタグ10には、穿孔位置や孔の直径を特定するための情報のように穿孔機本体4を制御するために参照される情報の他、穿孔の異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値を特定するための情報が記録される。或いは、穿孔機本体4の制御に参照され、かつ穿孔の異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値を特定するための共通の情報、例えば、穿孔板9のID情報が記録される。
First, in step S1, the
より具体的には、振動センサ12により検出されるドリルの振動を表す検出信号の波形の、基準波形からの乖離量を表す指標に対する閾値を特定するための情報及び回転数センサ13により検出されるドリルの回転数の、基準となる回転数からの低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報がICタグ10に記録される。
More specifically, it is detected by information for specifying a threshold for an index representing the amount of deviation from the reference waveform of the waveform of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the
次に、ステップS2において、穿孔機本体4の駆動が開始される。すなわち、制御装置7による遠隔制御によって走行機構8がワークWを構成する長尺構造物W2の上面を走行し、穿孔機本体4が穿孔を開始するための初期位置に移動する。
Next, in step S2, the driving of the drilling machine
次に、ステップS3において、ICタグ10に記録された情報が穿孔機本体4に取付けられたICタグリーダ11で読み取られる。読み取られた情報は、ICタグリーダ11の無線機11Aから制御装置7の本体部7Aに備えられる無線機7Eに無線で転送される。
Next, in step S3, the information recorded in the
そして、穿孔機本体4を制御するために参照される情報については、制御信号生成部7Dに与えられる。一方、穿孔の異常監視を行うための情報については、ドリル異常検知システム3の信号処理系14に与えられる。
The information referred to for controlling the drilling machine
次に、ステップS4において、信号処理系14において、異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値が、ICタグリーダ11から無線で転送された情報に基づいて特定される。例えば、ICタグ10に記録されていた穿孔板9のID情報がICタグリーダ11から信号処理系14に転送された場合であれば、記憶装置14Aに保存されたテーブルを参照することによって穿孔板9のID情報に対応する閾値が信号処理系14において特定される。
Next, in step S4, in the
これにより、ドリルを回転駆動させる一方、穿孔機本体4を移動させてワークWの異なる位置において順次穿孔を行いつつ、回転中におけるドリルを用いた穿孔の異常を監視することが可能となる。
As a result, while the drill is rotationally driven, it is possible to monitor the abnormality of the drilling using the drill during rotation while moving the drilling machine
次に、ステップS5において、制御装置7により穿孔機本体4が遠隔操作されることによってワークWの穿孔が行われる。具体的には、制御装置7の制御信号生成部7Dにおいて生成された穿孔機本体4の制御信号が、無線機7Eから無線で送信される。送信された制御信号は、制御信号受信装置7Bで受信される。そして、制御信号受信装置7Bで受信された制御信号に従って穿孔機本体4が駆動する。すなわち、穿孔板9のID情報に基づいて特定される穿孔位置において穿孔が行われるように、ドリルの回転及び送りに加えて、送り機構6によるドリルヘッド5の送り動作並びに走行機構8の走行による穿孔機本体4の走行が行われる。
Next, in step S5, the control device 7 remotely controls the drilling machine
一方、ワークWの穿孔中において、振動センサ12を用いて、回転中におけるドリルの振動が検出される。また、回転数センサ13で回転中におけるドリルの回転数が検出される。
On the other hand, during the drilling of the workpiece W, the
次に、ステップS6において、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号及び回転数センサ13で検出されたドリルの回転数を表す検出信号が、それぞれ無線機15から無線で送信される。
Next, in step S6, a detection signal representing the vibration of the drill detected by the
次に、ステップS7において、無線で送信されたドリルの振動及び回転数を表す各検出信号が、制御装置7の本体部7Aに備えられる無線機7Eで受信される。受信された各検出信号は、ドリル異常検知システム3の信号処理系14に与えられる。
Next, in step S7, each detection signal representing the vibration and the number of revolutions of the drill transmitted by wireless is received by the
次に、ステップS8において、信号処理系14は、ドリルの振動及び回転数を表す各検出信号と、異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値に基づいて、ドリルを用いた穿孔の異常を監視する。
Next, in step S8, the
すなわち、信号処理系14は、ドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視する。また、信号処理系14は、回転数センサ13により検出された検出信号に基づいて特定される実際のドリルの回転数と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する回転数とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視する。
That is, the
そして、比較対象となる加速度や回転数等のパラメータ間における乖離量を表す指標値が、指標値に対応する許容値を超える場合、すなわち閾値以上又は閾値を超える場合には、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと信号処理系14において判定することができる。また、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容に応じて閾値が設定されている場合であれば、閾値処理によって、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれのいずれが生じたのかを判定することができる。
Then, when the index value representing the amount of deviation between parameters such as acceleration and rotational speed to be compared exceeds the allowable value corresponding to the index value, that is, when it exceeds the threshold value or exceeds the threshold value, drilling using a drill Can be determined in the
尚、ドリルの振動を表す検出信号の比較処理を行う場合には、比較処理の前処理としてFT等の周波数解析処理を検出信号に対して実行することができる。その場合には、ドリルの振動を表す検出信号のFTを含む信号処理を行うことによって、加速度等として検出された検出信号の振幅についての周波数スペクトルが取得される。そして、取得された周波数スペクトルの波形と、基準波形として予め準備された周波数スペクトルの基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常が監視される。 In addition, when performing the comparison process of the detection signal showing the vibration of a drill, frequency analysis processes, such as FT, can be performed with respect to a detection signal as pre-processing of a comparison process. In that case, by performing signal processing including the FT of the detection signal representing the vibration of the drill, a frequency spectrum of the amplitude of the detection signal detected as acceleration or the like is obtained. Then, by comparing the waveform of the acquired frequency spectrum with the reference waveform of the frequency spectrum prepared in advance as the reference waveform, the abnormality in the drilling using the drill is monitored.
次に、ステップS9において、信号処理系14における異常監視結果が表示装置17等の出力装置を介して作業者に通知される。例えば、異常が検出された場合には、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容を作業者に通知することができる。
Next, in step S9, the operator is notified of the abnormality monitoring result in the
次に、ステップS10において、異常の監視結果に応じた必要な穿孔機2の制御が行われる。例えば、想定されるドリルの摩耗のように許容できる異常が検知された場合であれば、ドリルヘッド5に内蔵されるドリルの回転駆動機構に対する回転数の制御値の低減やドリルヘッド5に内蔵されるドリルの送り機構に対する送り速度の制御値の低減を行うことができる。逆に、ドリルの摩耗であってもワークWの加工品質に無視できない影響を与える程度の摩耗が生じた場合やワークWの加工品質に無視できない影響を与える程度のドリルの欠損又は位置ずれが生じた場合には、穿孔を中断させることができる。
Next, in step S10, control of the
異常の監視結果に応じた穿孔機2の制御を行う場合には、信号処理系14から制御装置7の制御信号生成部7Dに制御情報が与えられる。そして、制御信号生成部7Dは、信号処理系14から与えられた制御情報に従って穿孔機本体4の制御信号を生成する。生成された制御信号は、無線機7Eを介して無線で穿孔機本体4側の制御信号受信装置7Bに送信される。これにより、穿孔機本体4が、異常の監視結果に応じた動作を行う。
When controlling the
一方、異常が検知されず、ドリルの回転駆動及び移動を含む穿孔機本体4の駆動によってワークWの全ての穿孔位置における穿孔が完了すると、制御装置7による制御下において穿孔機本体4が退避位置に移動する。これにより、製品又は半製品として被穿孔品を製造することができる。このようにして製造された被穿孔品は、摩耗量が少なく品質が維持されたドリルを用いて製作されているため、高品質な被穿孔品となる。
On the other hand, when abnormality is not detected and the drilling at all the drilling positions of the work W is completed by the driving of the drilling machine
(効果)
以上のようなドリル異常検知システム3、ドリル異常検知方法、穿孔システム1及び被穿孔品の製造方法は、ドリルの振動及び回転数の少なくとも一方をセンサで検出し、ドリルの振動又は回転数の変動量に基づいてドリルの欠損、摩耗、位置ずれ等のドリルを用いた穿孔中における異常を検知できるようにしたものである。また、センサで検出された信号を、無線で出力するようにしたものである。
(effect)
The drill
このため、ドリル異常検知システム3、ドリル異常検知方法、穿孔システム1及び被穿孔品の製造方法によれば、ドリルの欠損、摩耗、位置ずれ等の異常を穿孔中において検知することができる。その結果、穿孔の精度を向上させることができる。すなわち、被穿孔品の品質を向上させることができる。尚、実際に穿孔試験を行った結果、設計された孔の直径、すなわちドリルの基準径に対して0mmから+0.0762mm以内の誤差で穿孔を行えることが確認された。
For this reason, according to the drill
また、異常が検知された場合には異常の内容を確認したり、許容できない異常が検知された場合には、穿孔を中断することによって、連続して不具合が発生することを防止することができる。更に、穿孔試験等によって新たな異常の類型が判明した場合には、異常と判断するための基準を容易に変更することができる。また、異常の検出感度を調整することもできる。 In addition, when an abnormality is detected, the content of the abnormality can be confirmed, or when an unacceptable abnormality is detected, the perforation can be interrupted to prevent continuous occurrence of problems. . Furthermore, when a new abnormality type is found by a perforation test or the like, the criteria for judging an abnormality can be easily changed. Moreover, the detection sensitivity of abnormality can also be adjusted.
しかも、ドリル異常検知システム3を構成する振動センサ12及び回転数センサ13等の部品はいずれも小型化が可能であり、かつ電源供給やデータ通信のため有線接続を不要にすることができる。このため、ドリル異常検知システム3を様々なタイプの穿孔機に搭載することができる。
In addition, parts such as the
例えば、既に運用中の穿孔機に対しても、ドリル異常検知システム3を追加することによって、穿孔中における異常検知機能を付与することができる。特に、穿孔機のタイプに依らずモニタリングが容易な振動及び回転数を異常検知用にモニタリングするため、電動式の穿孔機はもちろん、エア駆動式の穿孔機であってもドリル異常検知システム3を設けることができる。また、有線接続を不要にできるため、図示されるような自走式の穿孔機本体4を備えた穿孔機2や、電源設備がない場所に持ち込んで使用される穿孔機であっても、ドリル異常検知システム3を設けることによって、異常監視を行うことができる。
For example, by adding the drill
(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
(Other embodiments)
Although the specific embodiments have been described above, the described embodiments are merely examples and do not limit the scope of the invention. The novel methods and apparatus described herein may be embodied in various other ways. Also, various omissions, substitutions and changes in the form of the methods and apparatus described herein may be made without departing from the spirit of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to cover such different forms and modifications as fall within the scope and spirit of the invention.
1 穿孔システム
2 穿孔機
3 ドリル異常検知システム
4 穿孔機本体
5 ドリルヘッド
5A ケーシング
5B 回転シャフト
6 送り機構
6A ラック・アンド・ピニオン
6B モータ
7 制御装置
7A 本体部
7B 制御信号受信装置
7C 記憶装置
7D 制御信号生成部
7E 無線機
8 走行機構
8A 第1の走行機構
8B 第2の走行機構
9 穿孔板
10 ICタグ
11 ICタグリーダ
11A 無線機
12 振動センサ
13 回転数センサ
14 信号処理系
14A 記憶装置
15 無線機
16 入力装置
17 表示装置
W ワーク
W1 板状の部品
W2 長尺構造物
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔における異常を監視する信号処理系と、
を備えるドリル異常検知システム。 A drilling machine for rotationally driving a drill, a vibration sensor attached to a drilling plate to be drilled by the drill or the drilling object attached thereto, and detecting the vibration of the drill directly or indirectly during rotation;
An anomaly in the drilling using the drill by comparing the waveform of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the vibration sensor with a reference waveform corresponding to the absence of an anomaly in the drilling using the drill Signal processing system to monitor
Drill anomaly detection system comprising:
前記信号処理系は、前記回転数センサにより検出された前記ドリルの回転数と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する回転数とを更に比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するように構成される請求項1記載のドリル異常検知システム。 It further comprises a rotation number sensor for detecting the rotation number of the drill during rotation,
The signal processing system uses the drill by further comparing the number of rotations of the drill detected by the number of rotations sensor with the number of rotations corresponding to the case where there is no abnormality in the drilling using the drill. The drill anomaly detection system according to claim 1, configured to monitor perforation anomalies.
前記信号処理系は、前記走行エリアの外部に設置される請求項1又は2記載のドリル異常検知システム。 The drilling machine is configured to be able to travel in the traveling area by a traveling mechanism,
The drill abnormality detection system according to claim 1, wherein the signal processing system is installed outside the traveling area.
前記穿孔機と、
を備えた穿孔システム。 A drill abnormality detection system according to any one of claims 1 to 5,
Said drilling machine,
Drilling system with.
前記穿孔機側に取付けられ、前記集積回路タグに記録された前記情報を読み取って、前記信号処理系に転送するリーダと、
を更に備え、
前記信号処理系は、転送された前記情報に基づいて前記閾値を特定し、前記指標値が前記閾値以上又は前記閾値を超えた場合に前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定するように構成される請求項6記載の穿孔システム。 An integrated circuit tag attached to at least one of the object to be drilled and the perforated plate and recording information for specifying a threshold value for an index value representing the amount of deviation from the reference waveform of the waveform of the detection signal.
A reader attached to the drilling machine side, reading the information recorded in the integrated circuit tag, and transferring the information to the signal processing system;
And further
The signal processing system specifies the threshold based on the transferred information, and determines that an abnormality has occurred in drilling using the drill when the index value is equal to or higher than the threshold or exceeds the threshold. A drilling system according to claim 6, wherein the drilling system comprises:
前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルに異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップと、
を有するドリル異常検知方法。 Detecting the vibration of the drill directly or indirectly during rotation using a drilling machine for driving a drill, a vibration sensor attached to a drilling plate attached to the drilling target or the drilling target by the drill, and
Monitoring a drilling anomaly using the drill by comparing a waveform of a detection signal representing the drill's vibration detected by the vibration sensor with a reference waveform corresponding to the absence of the drill anomaly When,
Drill abnormality detection method having:
前記回転数センサにより検出された前記ドリルの回転数と、前記ドリルに異常が存在しない場合に対応する回転数とを更に比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視する請求項8記載のドリル異常検知方法。 The method further includes the step of detecting the number of rotations of the drill during rotation with a rotation number sensor,
The drilling abnormality using the drill is monitored by further comparing the number of rotations of the drill detected by the number of rotations sensor with the number of rotations corresponding to the case where there is no abnormality in the drill. Drill anomaly detection method.
前記集積回路タグに記録された前記情報を、前記穿孔機側に取付けられたリーダで読み取って転送し、
転送された前記情報に基づいて前記閾値を特定し、前記指標値が前記閾値以上又は前記閾値を超えた場合に前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定する請求項8乃至10のいずれか1項に記載のドリル異常検知方法。 An integrated circuit tag recording information for specifying a threshold for an index value representing an amount of deviation from the reference waveform of the waveform of the detection signal is attached to at least one of the object to be perforated and the perforated plate.
Reading and transferring the information recorded on the integrated circuit tag by a reader attached to the drilling machine side;
The method according to any one of claims 8 to 10, wherein the threshold value is specified based on the transferred information, and when the index value exceeds the threshold value or exceeds the threshold value, it is determined that an abnormality occurs in drilling using the drill. The drill abnormality detection method according to 1 or 2.
前記穿孔機で前記ドリルを回転駆動させて前記穿孔対象の穿孔を行うことによって被穿孔品を製造するステップと、
を有する被穿孔品の製造方法。 A method for detecting abnormality in drilling according to any one of claims 8 to 11, monitoring abnormality in drilling using a drill during rotation;
Manufacturing an article to be drilled by rotationally driving the drill with the drilling machine to drill the object to be drilled;
A method of manufacturing a perforated product having:
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