JP2020011332A - 刃具の異常検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高い異常検知が可能な刃具の異常検知装置を提供する。【解決手段】ＮＣ工作機械１０が刃具１２、モータ１４、アンプ１８および制御部２０を備え、制御部２０はＮＣ工作機械１０に内蔵されたコンピュータであり、アンプ１８を介してモータ１４に流れる電流を取得する。制御装置３０は、制御部２０からモータ１４に流れる電流に基づいてモータ１４のトルクを取得し、複数の所定期間のそれぞれにおいてトルクの平均値を算出する算出部と、複数の平均値の差が閾値以上である場合、刃具の異常を検知する異常検知部と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は刃具の異常検知装置に関する。

ドリルなどの工具はワークの加工に用いられるが、負荷により工具に折損などの異常が発生することがある。ドリルのトルクおよびスラスト力に基づいて、ドリルの折損予報を行う技術が開発されている（特許文献１）。

特開平１０−２８６７４４号公報

しかし、例えば切子の刃具への噛み込みなどにより、トルクが突発的に変化することがある。この場合、急変化するトルクによって異常の誤検知が発生する恐れがある。そこで、精度の高い異常検知が可能な刃具の異常検知装置を提供することを目的とする。

上記目的は、刃具を回転させるモータのトルクを取得し、複数の所定期間のそれぞれにおいて前記トルクの平均値を算出する算出部と、複数の前記平均値の差が閾値以上である場合、前記刃具の異常を検知する異常検知部と、を具備する刃具の異常検知装置によって達成できる。

精度の高い異常検知が可能な刃具の異常検知装置を提供できる。

図１はＮＣ工作機械および制御装置を例示する模式図である。 図２は制御装置が行う制御を例示するフローチャートである。 図３（ａ）から図３（ｄ）はトルクの平均値を例示する図である。 図４（ａ）から図４（ｄ）はトルクの平均値の差を例示する図である。

以下、図面を参照して本実施形態の刃具の異常検知装置について説明する。図１はＮＣ工作機械１０および制御装置３０を例示する模式図である。ＮＣ工作機械１０は、刃具１２、モータ１４、アンプ１８および制御部２０を備える。

刃具１２はＮＣ工作機械１０の主軸に取り付けられている。モータ１４が回転することで刃具１２は矢印の方向に回転し、ワーク１６を切削し穴１７を形成する。制御部２０はＮＣ工作機械１０に内蔵されたコンピュータであり、アンプ１８を介してモータ１４に流れる電流、および刃具１２の位置などを取得する。

制御装置３０は例えばコンピュータであり、ＮＣ工作機械１０の制御部２０に接続されている。制御装置３０は、制御部２０からモータ１４に流れる電流、および刃具１２の位置などを取得し、電流に基づいてモータ１４のトルクを取得する。制御装置３０は、トルクの平均値を算出する算出部および刃具１２の異常を検知する異常検知部として機能する。

図２は制御装置３０が実行する制御を例示するフローチャートであり、この制御はＮＣ工作機械１０の動作中であって図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す期間中に行われる。図２に示すように、制御装置３０は例えば０．００１秒など所定時間ごとにトルクのデータを取得する（ステップＳ１０、データサンプリング）。

制御装置３０は、例えば０．１秒間など所定期間内におけるトルクの平均値Ａｍを算出する（ｍは自然数、ステップＳ１２）。所定期間は複数であり、制御装置３０は複数の所定期間のそれぞれにおいて平均値を算出する。数１および数２は複数の平均値ＡｍのうちＡ１およびＡ２を例示する式である。

数１および数２に示すように、例えば０．１秒間にわたって０．００１秒ごとにトルクのデータを取得し、１００個のトルクのデータから平均値を算出する。数１のＤ１〜Ｄ１００はある期間内のトルクのデータであり、数２のＤ１０１〜Ｄ２００は、Ｄ１〜Ｄ１００に対応する期間の次の期間内のトルクのデータである。

制御装置３０は平均値の差ΔＡｎを算出する（ｎは自然数、ステップＳ１４）。数３および数４は複数のΔＡｎのうちΔＡ１およびΔＡ２を例示する式である。制御装置３０は、隣り合う期間における平均値Ａ１とＡ２との差ΔＡ１、および隣り合う期間における平均値Ａ２とＡ３との差ΔＡ２などを求める。

制御装置３０は、平均値の差ΔＡｎが閾値Ａｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。否定判定（Ｎｏ）の場合、制御装置３０は、サンプリングの対象となるデータが終了したか否かを判定する（ステップＳ１８）。具体的には、後述の図３（ａ）から図３（ｄ）におけるｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８の期間内のデータが終了したか判定する。否定判定の場合、制御装置３０はステップＳ１０を再び行う。肯定判定の場合、制御は終了する。すなわち、対象のデータが終了するまで制御が繰り返される。

ステップＳ１６において肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、制御装置３０は刃具１２の異常を検知する（ステップＳ２０）。言い換えれば制御装置３０は刃具１２に折損などの前兆があることを予知する。このとき例えば画面への表示または音声などで作業員に通知することができる。ステップＳ２０の後、制御は終了する。

図３（ａ）から図３（ｄ）はトルクの平均値を例示する図である。刃具１２によりワーク１６に複数の穴１７を形成するものとし、図３（ａ）〜図３（ｄ）はそれぞれ１つの穴１７を形成する際のトルクの平均値を示す。横軸は時間を表し、縦軸はトルクの平均値を表す。

図３（ａ）から図３（ｄ）に示すように、トルクの平均値は、刃具１２による加工の開始直後に大きくなり、その後はある程度の大きさで安定し、加工の終了付近では小さくなる。図３（ａ）における時間ｔ１〜ｔ２、図３（ｂ）における時間ｔ３〜ｔ４、図３（ｃ）における時間ｔ５〜ｔ６、および図３（ｄ）における時間ｔ７〜ｔ８は、加工の開始直後および終了付近に比べてトルクの平均値の変化が小さい期間である。制御装置３０はこれらの期間それぞれにおいて図２の制御を行い、加工の開始直後および終了付近では行わない。つまり、制御装置３０は図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す各期間内において複数の平均値Ａｍを算出し、かつそれらの差を求める。図３（ｂ）に円で示すように、時間ｔ４付近では平均値が高い。

図４（ａ）から図４（ｄ）はトルクの平均値の差を例示する図であり、それぞれ図３（ａ）から図３（ｄ）に対応する。横軸は時間を表し、縦軸はトルクの平均値の差を表す。

図４（ａ）、図４（ｃ）および図４（ｄ）において差ΔＡｎは閾値Ａｔｈ未満である。このとき制御装置３０は異常を検知しない（図２のステップＳ１６のＮｏ）。一方、図４（ｂ）のｔ４付近における差ΔＡｎは、図３（ｂ）の円で示した部分を反映し、閾値Ａｔｈ以上である。このとき、制御装置３０は異常を検知する（図２のステップＳ１６のＹｅｓ、およびＳ２０）。

以上のように、本実施形態によれば、制御装置３０がトルクの平均値を算出し、平均値間の差が閾値Ａｔｈ以上である場合、刃具１２の異常を検知する。これにより精度の高い検知が可能である。すなわち、瞬間ごとのトルクが突発的に変化した場合でも、平均値を用いることでこうした変化の影響を軽減し、誤検知を抑制することができる。

加工の開始直後および終了直前ではトルクの変化が大きいため、精度の高い検知が困難である。一方、本実施形態によれば、図３（ａ）のｔ１〜ｔ２などに示すようにトルクが安定している期間に基づいて検知を行うことで、精度の向上が可能となる。例えば安定した平均値の中でも、図３（ｂ）のｔ４付近のように平均値の変化が大きい部分がある。このことを反映して、図４（ｂ）のように平均値の差は閾値Ａｔｈを超える。したがって精度の高い検知が可能である。

異常を精度よく予知することで、折損前に刃具１２を交換し、ワーク１６の破損を予防することができる。また、誤検知が減少することで刃具１２の交換の作業負担も軽減される。平均値を算出する期間（ｔ１〜ｔ２など）の長さおよび閾値Ａｔｈは、刃具１２およびワーク１６の材質、穴１７の大きさなどに応じて設定することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ ＮＣ工作機械
１２ 刃具
１４ モータ
１６ ワーク
１７ 穴
１８ アンプ
２０ 制御部
３０ 制御装置

Claims (1)

1. 刃具を回転させるモータのトルクを取得し、複数の所定期間のそれぞれにおいて前記トルクの平均値を算出する算出部と、
   複数の前記平均値の差が閾値以上である場合、前記刃具の異常を検知する異常検知部と、を具備する刃具の異常検知装置。

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