JP2021179363A - 機械加工品質判定システム、機械加工品質判定方法、及び機械加工品質判定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】機械加工を用いて製造される部品の品質の判定をより信頼性の高いものとする機械加工品質判定システムを提供する。【解決手段】機械加工品質判定システムは、対象部品の加工部分から発生した弾性波を取得する弾性波取得部と、対象部品に発生した弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータを対象値ａｉとして取得する対象値取得部と、対象値ａｉに基づいて積算対象値ｂｉを得るために積算処理を行い、積算処理では、積算対象値ｂｋは、対象値ａｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ１からａｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる対象積算処理部と、対象積算処理部により算出された積算対象値ｂｉに基づく値と予め用意された所定閾値とを比較する比較部と、比較部で比較した結果に基づいて対象部品の加工部分の品質の良否を判定する判定部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、機械加工品質判定システム、機械加工品質判定方法、及び機械加工品質判定プログラムに関し、特に積算を用いた機械加工品質判定システム、機械加工品質判定方法、及び機械加工品質判定プログラムに関するものである。

従来、機械加工を用いて製造される部品の品質保証において、全数検査ができない場合はロットを構成する一部の部品を抜き取って検査を行い、その検査結果を予め設定された判定基準と比較して、そのロットの品質の良否を決める抜き取り検査を行っていた。

近年では、部品の品質保証の信頼性を上げるために、機械加工中に部品から生じる振動、音、熱などを各種センサーを用いて検出し解析する手法でロットを構成する全ての部品に対して品質判定を実施し、そのロットの品質保証をする全数検査が行われるようになってきた。

具体的には、機械加工の一例として溶接工程を経て製造される部品の場合では、溶接により発生する弾性波をアコースティック・エミッション（ＡＥ）センサーにより検出し、このＡＥセンサーの検出信号を解析することで溶接の品質を判定していた（特許文献１参照）。

特開平６−１５５０５６号公報

しかし、ＡＥによって生じる弾性波を検知するＡＥセンサーの検知信号はその特性として、ノイズの割合が比較的高く、その検知信号自体のばらつきが大きい。さらに、溶接によって生じる弾性波以外の騒音などのノイズを弾性波としてＡＥセンサーが検知してしまうことがある。このため、部品の品質保証をする場合はその安全率を考慮して曖昧な検出信号の態様はすべて不良品として判定せざるを得ないため、部品の品質保証としては信頼性の欠けるものとなることがあった。

そこで、本開示は、機械加工を用いて製造される部品の品質の判定をより信頼性の高いものとすることができる機械加工品質判定システム、機械加工品質判定方法、及び機械加工品質判定プログラムを提供することを目的とする。

すなわち、第１の態様の機械加工品質判定システムは、機械加工工程を経て製造される部品の機械加工工程で加工された加工部分の品質の良否を判定する機械加工品質判定システムであって、機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波を取得する弾性波取得部と、弾性波取得部により取得された対象部品の加工部分の機械加工工程時に発生した弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の対象値ａ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する対象値取得部と、対象値取得部により取得されたｎ個の対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる対象積算処理部と、対象積算処理部により算出された積算対象値ｂ_ｉに基づく値と予め用意された所定閾値とを比較する比較部と、比較部で比較した結果に基づいて対象部品の加工部分の品質を良品または不良品の何れかに判定する判定部とを備える。

第１の態様によれば、機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波に含まれるノイズや弾性波のばらつきなどの影響を抑えつつ当該機械加工の品質を判定することができ、部品の機械加工の品質の判定をより信頼の高いものとすることができる。

第２の態様は、第１の態様の機械加工品質判定システムにおいて、対象部品と同種の部品であって機械加工工程で加工された加工部分の品質が良品と判定された部品の加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波のデータを取得する良品データ取得部と、良品データ取得部により取得された弾性波のデータのうちの所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の基準値α_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する基準値取得部と、基準値取得部により取得されたｎ個の基準値α_ｉに基づいてｎ個の積算基準値β_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算基準値β_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、基準値α_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるα_１からα_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる基準積算処理部と、を備え、所定閾値は、前記基準積算処理部で算出された前記積算基準値β_ｉに基づき予め設定されていることとしてもよい。

第２の態様によれば、機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品と同じ種類の部品の良品に基づいて所定閾値を設定して品質判定をするので、当該対象部品の実際の製造工程の実態を踏まえて機械加工の品質を判定することができる。

第３の態様は、第２の態様の機械加工品質判定システムにおいて、基準積算処理部により算出された積算基準値β_ｉを一次関数に近似し一次関数の傾きを基準傾きとして取得する基準傾き取得部と、対象積算処理部により算出された積算対象値ｂ_ｉを一次関数に近似し一次関数の傾きを対象傾きとして取得する対象傾き取得部と、を備え、所定閾値は、基準傾き取得部により取得された基準傾きであり、比較部は、対象傾きと基準傾きとを比較することとしてもよい。

第４の態様は、第３の態様の機械加工品質判定システムにおいて、基準傾き取得部と対象傾き取得部とは、最小二乗法により一次関数を得ることとしてもよい。
第４の態様によれば、基準傾き取得部と対象傾き取得部とにおいて最小二乗法を用いることで容易に一次関数を得ることができる。

第５の態様は、第４の態様の機械加工品質判定システムにおいて、良品データ取得部は、対象部品と同種の部品であって加工部分の品質が良品と判定された複数の部品の機械加工工程時の加工部分から発生する弾性波のデータを複数の部品毎に取得し、基準値取得部は、良品データ取得部に取得された弾性波のデータのうちの所定サンプリング周期ごとのデータを基準値α_ｉとして複数の部品毎に取得し、基準積算処理部は、基準値取得部により取得された基準値α_ｉを積算処理して得られる積算基準値β_ｉを複数の部品毎に算出し、基準傾き取得部は、基準積算処理部により算出された積算基準値β_ｉを一次関数に近似し一次関数の傾きを基準傾きとして複数の部品毎に取得し、比較部は、基準傾き取得部で取得された複数の基準傾きのうち最小基準傾きと最大基準傾きとで規定される範囲を所定範囲と設定し、対象傾き取得部により取得された対象傾きが所定範囲に中に有るか否かを判定し、判定部は、比較部において、対象傾きが所定範囲の中に有ると判定された対象部品を良品と判定し、対象傾きが所定範囲の中に無いと判定された対象部品を不良品と判定することとしてもよい。

第５の態様によれば、複数の良品に基づいて当該機械加工品質判定システムの判定の対象となる機械加工の品質の良否の判定基準を設定するので、１個の良品に基づいて判定基準を設定する場合より信頼性の高い判定基準とすることができる。

第６の態様は、第１乃至５の態様の機械加工品質判定システムにおいて、機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波を検出するセンサーを備えていることとしてもよい。

第７の態様は、第６の態様の機械加工品質判定システムにおいて、センサーは、アコースティック・エミッションセンサー、ピエゾ素子センサー、ひずみセンサー、静電容量センサー、渦電流センサー、レーザー干渉計の少なくとも何れかであることとしてもよい。

第８の態様は、第６又は７の態様の機械加工品質判定システムにおいて、センサーは、無線通信により機械加工品質判定システムと接続されていることとしてもよい。
第８の態様によれば、当該機械加工品質判定システムから離れた場所に判定対象に係る機械加工装置があっても当該機械加工工程装置の機械加工の品質の判定をすることができる。

第９の態様は、第６乃至８の態様の機械加工品質判定システムにおいて、センサーは、情報通信ネットワークを介して機械加工品質判定システムと接続されていることとしてもよい。

第９の態様によれば、当該機械加工品質判定システムから離れた場所に判定対象に係る機械加工装置があっても当該機械加工工程装置の機械加工の品質の判定をすることができる。

第１０の態様は、第１乃至９の態様の機械加工品質判定システムにおいて、機械加工は、溶接、塑性加工の少なくとも何れかであることとしてもよい。
第１１の態様は、第１０の態様の機械加工品質判定システムにおいて、溶接は、レーザー溶接、アーク溶接、ガス溶接、抵抗溶接の少なくとも何れかであることとしてもよい。
第１２の態様は、第１０の態様の機械加工品質判定システムにおいて、塑性加工は、プレス加工であることとしてもよい。

第１３の態様の機械加工品質判定方法は、機械加工工程を経て製造される部品の機械加工工程で加工された加工部分の品質の良否を判定する機械加工品質判定方法であって、機械加工品質判定方法の判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波を取得する弾性波取得ステップと、弾性波取得ステップにより取得された対象部品の加工部分の機械加工工程時に発生した弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の対象値ａ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する対象値取得ステップと、対象値取得ステップにより取得されたｎ個の対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる対象積算処理ステップと、対象積算処理ステップにより算出された積算対象値ｂ_ｉに基づく値と予め用意された所定閾値とを比較する比較ステップと、比較ステップで比較した結果に基づいて対象部品の加工部分の品質を良品または不良品の何れかに判定する判定ステップとを備える。

第１３の態様に機械加工品質判定方法によれば、機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波に含まれるノイズや弾性波のばらつきなどの影響を抑えつつ当該機械加工の品質を判定することができ、部品の機械加工の品質の判定をより信頼の高いものとすることができる。

第１４の態様の機械加工品質判定プログラムは、機械加工工程を経て製造される部品の機械加工工程で加工された加工部分の品質の良否を判定する機械加工品質判定システムに用いられるコンピュータに、機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波を取得する弾性波取得機能と、弾性波取得機能により取得された対象部品の加工部分の機械加工工程時に発生した弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の対象値ａ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する対象値取得機能と、対象値取得機能により取得されたｎ個の対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる対象積算処理機能と、対象積算処理機能により算出された積算対象値ｂ_ｉに基づく値と予め用意された所定閾値とを比較する比較機能と、比較機能で比較した結果に基づいて対象部品の加工部分の品質を良品または不良品の何れかに判定する判定機能と、を実現させることを特徴とする。

第１４の態様に機械加工品質判定プログラムによれば、機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波に含まれるノイズや弾性波のばらつきなどの影響を抑えつつ当該機械加工の品質を判定することができ、部品の機械加工の品質の判定をより信頼の高いものとすることができる。

機械加工品質判定システムを含む情報通信ネットワークの概略構成を示す図。 アーク溶接機のトーチにセンサーを取り付けた図。 機械加工品質判定システムのＣＰＵの機能部の構成を示すブロック図。 センサーが検出した波形の経時変化を示すグラフ。 センサーが検出した波形の積算処理後のデータの経時変化を示すグラフ。 最小二乗法を説明する図。 機械加工品質判定プログラムのフローチャート。 第１実施例に係る良品の基準値α_ｉの経時変化を示すグラフ。 第１実施例に係る不良品の対象値ａ_ｉの経時変化を示すグラフ。 第１実施例に係る良品と不良品とを比較するグラフ。 第１実施例に係る表示部の表示画面を示す図。 第２実施例に係る表示部の表示画面を示す図。 第３実施例に係る表示部の表示画面を示す図。 第４実施例に係る表示部の表示画面を示す図。 第２実施形態に係るセンサーの取り付け位置を説明する図。 第２実施形態に係る表示部の表示画面を示す図。 第３実施形態に係るセンサーの取り付け位置を説明する図。 第３実施形態に係る表示部の表示画面を示す図。 第１の変形例に係るセンサーの取り付け位置を説明する図。 第２の変形例に係るセンサーの取り付け位置を説明する図。

本開示の機械加工品質判定システム１０に係る第１実施形態について図１乃至図１４を、第２実施形態について図１５、１６を、第３実施形態について図１７、１８を参照して以下に説明する。この他の変形例について図１９、２０を参照して説明する。また、第１実施形態の第１実施例を図８乃至図１１、第２実施例を図１２、第３実施例を図１３、第４実施例を図１４に示す。

本実施形態に係る機械加工品質判定システム１０の判定の対象となる機械加工としてアーク溶接を一例にあげて３台のアーク溶接機（第１アーク溶接機、第２アーク溶接機、第３アーク溶接機）が溶接加工を行うものとして説明する。

第１アーク溶接機、第２アーク溶接機、及び第３アーク溶接機は、１つの生産ラインの中で稼働していてもよいし、複数有る生産ラインのうちのそれぞれ異なる生産ラインの中で稼働していてもよい。本実施形態では、第１アーク溶接機、第２アーク溶接機、及び第３アーク溶接機は、それぞれ異なる生産ラインの中で稼働しているものとする。アーク溶接機各々はトーチを備え、トーチはトーチ本体と溶接棒とを備える。

図１を参照して、機械加工品質判定システム１０を含む情報通信ネットワーク２０の構成の概略について説明する。機械加工品質判定システム１０は、インターネット回線を含む情報通信ネットワーク２０に接続されている。

アーク溶接時に溶接部で生じるアコースティック・エミッション（ＡＥ）による弾性波をセンサーによって検出する。ＡＥによる弾性波は、その周波数帯が超音波領域にあり周波数が高い。ＡＥによる弾性波は空間を伝播する音響信号として検出することができるが、本実施形態では、周波数の高い信号は空間での減衰が大きいので、ＡＥによる弾性波は材料の中を伝播するものを検出する。

超音波領域の信号波形を検出するセンサーとしては、ＡＥセンサー、ピエゾ素子センサー、ひずみセンサー、静電容量センサー、渦電流センサー、レーザー干渉計などが適している。本実施形態では、ＡＥによる振動波を検出するセンサーとして、ＡＥセンサーを例にして説明する。

センサーは、ノイズなど外乱の侵入を避けるためにトーチ本体の溶接棒に近いところに取り付けられるのが望ましい。第１アーク溶接機の第１トーチ７１に第１センサー６１が取り付けられ、第２アーク溶接機の第２トーチ７２に第２センサー６２が取り付けられ、第３アーク溶接機の第３トーチ７３に第３センサー６３が取り付けられる（図２参照）。

図１に示すように、第１センサー６１は、第１センサーアンプ５１に接続され、第１センサー６１から出力された検知信号は電気信号として第１センサーアンプ５１により増幅される。そして、第１センサーアンプ５１は第１送信機４１に接続され、第１センサーアンプ５１により増幅された電気信号が第１送信機４１により無線信号に変換されて受信機３０に向けて送信される。なお、第１センサーアンプ５１及び第１送信機４１は、少なくとも何れかが第１センサー６１と一体にされていてもよい。

第２センサー６２は、第２センサーアンプ５２に接続され、第２センサー６２から出力された検知信号は電気信号として第２センサーアンプ５２により増幅される。そして、第２センサーアンプ５２は第２送信機４２に接続され、第２センサーアンプ５２により増幅された電気信号が第２送信機４２により無線信号に変換されて受信機３０に向けて送信される。なお、第２センサーアンプ５２及び第２送信機４２は、少なくとも何れかが第２センサー６２と一体にされていてもよい。

第３センサー６３は、第３センサーアンプ５３に接続され、第３センサー６３から出力された検知信号は電気信号として第３センサーアンプ５３により増幅される。そして、第３センサーアンプ５３は第３送信機４３に接続され、第３センサーアンプ５３により増幅された電気信号が第３送信機４３により無線信号に変換されて受信機３０に向けて送信される。なお、第３センサーアンプ５３及び第３送信機４３は、少なくとも何れかが第３センサー６３と一体にされていてもよい。

機械加工品質判定システム１０は、情報通信ネットワーク２０を介して受信機３０と繋がっている。受信機３０で受信した第１センサー６１、第２センサー６２、第３センサー６３からの検出信号は、それぞれ情報通信ネットワーク２０を介して機械加工品質判定システム１０へと入力される。

上述したように、機械加工品質判定システム１０は、第１センサー６１、第２センサー６２、及び第３センサー６３と、無線通信及び情報通信ネットワーク２０を介して接続されている。本開示に係る機械加工品質判定システムの実施は、これに限定されるものではない。機械加工品質判定システム１０は、無線通信を用いること無く、有線ケーブル及び情報通信ネットワーク２０を介して第１センサー６１、第２センサー６２、及び第３センサー６３と接続されていてもよい。又は、機械加工品質判定システム１０は、情報通信ネットワーク２０を介すること無く、無線通信を介して第１センサー６１、第２センサー６２、及び第３センサー６３と接続されていてもよい。

又は、機械加工品質判定システム１０は、無線通信及び情報通信ネットワーク２０を介することなく、有線ケーブルにより直接的に第１センサー６１、第２センサー６２、及び第３センサー６３に接続されていてもよい。さらに、第１センサー６１、第２センサー６２、及び第３センサー６３は、ともに共通する方法で機械加工品質判定システム１０に接続されている必要はない。即ち、例えば、第１センサー６１は有線ケーブルにより機械加工品質判定システム１０に接続され、第２センサー６２及び第３センサー６３は無線通信若しくは情報通信ネットワーク２０を介して機械加工品質判定システム１０に接続されていてもよい。

機械加工品質判定システム１０は、Ｉ／Ｏインターフェース１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、記憶部１４、ＣＰＵ１００、出力部１５、表示部１６等を備えて構成されている。機械加工品質判定システム１０は、Ｉ／Ｏインターフェース１１を介してインターネット回線を含む情報通信ネットワーク２０に対しデータの送受信を行う。

記憶部１４は記憶装置として利用でき、後述する機械加工品質判定プログラムを実行するために利用されるアプリケーション及び各種データや、他のアプリケーションなどが記憶される。出力部１５は、表示部１６に表示するデータの入出力を制御する。表示部１６は、液晶ディスプレイなどの表示装置である。

機械加工品質判定システム１０は、後述する機械加工品質判定プログラムをＲｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）１２若しくは記憶部１４に保存し、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）１３などで構成されるメインメモリに機械加工品質判定プログラムを取り込む。そして、ＣＰＵ１００は、機械加工品質判定プログラムを取り込んだメインメモリにアクセスして、機械加工品質判定プログラムを実行する。

図３を参照して、機械加工品質判定システム１０のＣＰＵ１００の機能部の構成について説明する。機械加工品質判定システム１０は、後述する機械加工品質判定プログラムを実行することで、ＣＰＵ１００に、良品データ取得部１１０、弾性波取得部１２０、基準値取得部１３０、対象値取得部１４０、基準積算処理部１５０、対象積算処理部１６０、基準傾き取得部１７０、対象傾き取得部１８０、比較部１９０、判定部２００を備える。

良品データ取得部１１０は、機械加工品質判定システム１０の判定対象となる対象部品と同種の部品であって機械加工工程で加工された加工部分の品質が良品と判定された部品の加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波のデータを取得する。

本実施形態では、良品データ取得部１１０は、機械加工品質判定システム１０の判定対象となる対象部品と同種の部品であって加工部分の品質が良品と判定された複数の部品の機械加工工程時の加工部分から発生する弾性波のデータを複数の部品毎に取得する。良品データ取得部１１０は、取得した複数個の良品のアーク溶接工程時に発生した弾性波のデータを記憶部１４、若しくはＲＡＭ１３などに記憶する。

この良品のデータは、第１センサー６１、第２センサー６２、第３センサー６３を用いて検出されたデータであって、機械加工品質判定システム１０を用いて良品と判定された良品のデータであっても良い。また、第１センサー６１、第２センサー６２、第３センサー６３を用いずに検出されたデータであって、機械加工品質判定システム１０を用いて良品と判定された良品のデータであっても良い。

また、この良品のデータは、第１センサー６１、第２センサー６２、第３センサー６３を用いて検出されたデータであって、機械加工品質判定システム１０とは異なる機械加工品質判定システムを用いて良品と判定された良品のデータであっても良い。また、第１センサー６１、第２センサー６２、第３センサー６３を用いずに検出されたデータであって、機械加工品質判定システム１０とは異なる機械加工品質判定システムを用いて良品と判定された良品のデータであっても良い。

また、良品として用意された複数の部品は、その全てが１つの機械加工品質判定システムによって良品と判定されている必要はない。つまり、複数の良品は、異なる機械加工品質判定システムによって良品と判定されたものであってもよい。ただし、良品と判定するために用いられる判定基準は同一の判定基準、つまり複数の良品の全ては共通する判定基準の下で良品と判定されていなければならない。

弾性波取得部１２０は、機械加工品質判定システム１０の判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波を取得する。すなわち、弾性波取得部１２０は、第１センサー６１、第２センサー６２、第３センサー６３が検出したＡＥによる弾性波を取得し、記憶部１４若しくはＲＡＭ１３に保存する。

なお、弾性波取得部１２０は、第１センサー６１、第２センサー６２、第３センサー６３とは異なるセンサーにより検出されたＡＥによる弾性波を取得して、記憶部１４若しくはＲＡＭ１３に保存してもよい。

基準値取得部１３０は、良品データ取得部１１０により取得された弾性波のデータのうちの所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の基準値α_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する。

本実施形態では、基準値取得部１３０は、良品データ取得部１１０に取得された弾性波のデータのうちの所定サンプリング周期ごとのデータを基準値α_ｉとして複数の部品毎に取得する。ｎはサンプリング数である。

所定サンプリング周期は例えば０．０１秒などである。なお、機械加工品質判定システム１０の運用者は、サンプリング周期は、第１センサー６１、第２センサー６２、第３センサー６３などのＡＥによる弾性波の検出状況などを考慮して、このサンプリング周期を適宜調節して変更可能である。

ここでのサンプリング周期は、少なくとも検出の対象となる弾性波の周期の２分の１以下に設定される必要があり、弾性波の波形を正確に記録するためにはこの弾性波の周期の１０分の１以下の周期に設定されることが望ましい。ただし、サンプリング周期を小さくすると基準値α_ｉの数が増え、即ち、ｎの値が膨大になりＣＰＵ１００への負荷が過多となる場合がある。

対象値取得部１４０は、弾性波取得部１２０により取得された対象部品の加工部分の機械加工工程時に発生した弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の対象値ａ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する。対象値ａ_ｉはＡＥのエネルギーの大きさである。

対象値取得部１４０のサンプリング周期は、基準値取得部１３０のサンプリング周期と同じ値のものを使用する。後に対象値ａ_ｉと基準値α_ｉとを積算し、この両者の積算した値を比較するためである。図４は対象値ａ_ｉの経時変化の様子を示すグラフである。横軸が時間軸であり、縦軸が弾性エネルギーの大きさである。サンプリング周期は１０ｍｍ秒である。

基準積算処理部１５０は、基準値取得部１３０により取得されたｎ個の基準値α_ｉに基づいてｎ個の積算基準値β_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算基準値β_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、基準値α_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるα_１からα_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる。本実施形態では、基準積算処理部１５０は、基準値取得部１３０により取得された基準値α_ｉを積算処理して得られる積算基準値β_ｉを複数の前記部品毎に算出する。

基準積算処理部１５０は、例えば、基準値取得部１３０により取得されたｎ個の基準値α_ｉを数式（１）でもって積算処理して積算基準値β_ｉを算出する。

対象積算処理部１６０は、対象値取得部１４０により取得されたｎ個の対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる。

対象積算処理部１６０は、例えば、対象値取得部１４０により取得された対象値ａ_ｉを数式（２）でもって積算処理して積算対象値ｂ_ｉを算出する。図５は積算対象値ｂ_ｉの経時変化の様子を示すグラフである。横軸が時間軸であり、縦軸が弾性エネルギーの大きさである。サンプリング周期は１０ｍｍ秒である。

なお、積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）をグラフ化する際に、積算対象値ｂｉのｎ個全てを用いてもよい。また、ｎ個の積算対象値ｂ_ｉを用いて描いたグラフを再現できる程度にｎ個の積算基準値ｂ_ｉの内の一部を間引き、残りの積算対象値ｂ_ｉを座標平面上に描いてもよい。

例えば、ｉの１からｎまでの整数のうちの偶数のみ或いは奇数のみの積算対象値ｂ_ｉを座標平面上に描いてもよい。或いは、ｉの１からｎまでの整数のうちの中間点以降或いは中間点以前の積算対象値ｂ_ｉを座標平面上に描いてもよい。或いは、ｉの１からｎまでの整数のうちの中間領域の所定間隔の積算対象値ｂ_ｉを座標平面上に描いてもよい。

基準傾き取得部１７０は、基準積算処理部１５０により算出された積算基準値β_ｉを一次関数に近似し一次関数の傾きを基準傾きとして取得する。本実施形態では、基準傾き取得部１７０は、基準積算処理部１５０により算出された積算基準値β_ｉを一次関数に近似し、一次関数の傾きを基準傾きとして複数の部品毎に取得する。基準傾き取得部１７０は、最小二乗法により一次関数を得る。

なお、基準積算処理部１５０により算出された積算基準値β_ｉが既に一次関数と見なすことができる場合は、基準傾き取得部１７０における一次関数に近似する処理は省略することができる。以下に述べるのは、基準積算処理部１５０により算出された積算基準値β_ｉは一次関数への近似が必要な場合の基準傾き取得部１７０における処理についての説明である。

座標平面上に複数の点（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）が与えられた時に、ｘとｙとの相関関係を一次関数で近似することを直線回帰といい、その傾きを回帰係数という。本開示の発明者らは、積算基準値β_ｉの座標点を直線回帰し、得られた回帰直線の回帰係数を機械加工の品質の状態を推測する目安に用いることを見出した。

回帰直線を求める方法は最小二乗法を用いた。最小二乗法とは、２変数の組（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）が複数与えられた時に、ｘとｙとの関係を表す最も確からしい関数ｙ＝ｆ（ｘ）を求める方法であり、関数ｙ＝ｆ（ｘ）と（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）との間の誤差の二乗の和を最小にする関数ｙ＝ｆ（ｘ）を求める。この誤差はｙ_ｉ−ｆ（ｘ_ｉ）で表される。

即ち、数式（３）で表される値が最小になるように関数ｙ＝ｆ（ｘ）を求めることである（図６参照）。

関数ｆ（ｘ）を数式（４）で表したとき、基準傾きは傾き「ａ」で表され、基準傾き取得部１７０は基準傾き「ａ」を、複数の良品毎にそれぞれ算出する。

対象傾き取得部１８０は、対象積算処理部１６０により算出された積算対象値ｂ_ｉを一次関数に近似し、一次関数の傾きを対象傾きとして取得する。対象傾き取得部１８０は、最小二乗法により一次関数を得る。

なお、基準積算処理部１５０の場合と同様に、対象積算処理部１６０により算出された積算対象値ｂ_ｉが既に一次関数と見なすことができる場合は、対象傾き取得部１８０における一次関数に近似する処理は省略することができる。以下に述べるのは、対象積算処理部１６０により算出された積算対象値ｂ_ｉは一次関数への近似が必要な場合における対象傾き取得部１８０における処理についての説明である。

本開示の発明者らは、積算基準値β_ｉと同様に、積算対象値ｂ_ｉの座標点を直線回帰し、得られた回帰直線の回帰係数を機械加工の品質の状態を推測する目安に用いることを見出した。

積算対象値ｂ_ｉが近似される一次関数を数式（５）で表したとき、対象傾きは傾き「ｃ」で表され、対象傾き取得部１８０は対象傾き「ｃ」を算出する。対象傾き取得部１８０の対象傾き「ｃ」の算出は、基準傾き取得部１７０の基準傾き「ａ」の算出と同様であるので、ここでの説明は省略する。

関数ｆ（ｘ）を数式（５）で表したとき、対象傾きは傾き「ｃ」で表され、対象傾き取得部１８０は対象傾き「ｃ」を算出する。

比較部１９０は、基準傾き取得部１７０で取得された複数の基準傾き「ａ」のうち最小基準傾き（ａ_ｍｉｎ）と最大基準傾き（ａ_ｍａｘ）とで規定される範囲を所定範囲（ａ_ｍｉｎ〜ａ_ｍａｘ）と設定し、対象傾き取得部１８０により取得された対象傾き「ｃ」が所定範囲（ａ_ｍｉｎ〜ａ_ｍａｘ）に中に有るか否かを判定する。

また、積算基準値β_ｉ及び積算対象値ｂ_ｉが一次関数に回帰するまでもなく既に一次関数と見なすことができる場合、比較部１９０における積算基準値β_ｉと積算対象値ｂ_ｉとの比較方法について以下に説明する。

比較部１９０は、複数の積算基準値β_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を仮想化空間内の座標平面上にグラフとして描く。すなわち、複数の積算基準値β_ｉ毎に、それぞれ積算基準値β_ｉを仮想化空間内の座標平面上に横軸をｉ（ｉは１からｎまでの整数）、縦軸をβ_ｉとして描く。

なお、比較部１９０は、積算基準値β_ｉのｎ個全てを仮想化空間内の座標平面上に描いてもよい。また、ｎ個の積算基準値β_ｉを用いて描いたグラフを再現できる程度にｎ個の積算基準値β_ｉの内の一部を間引き、残りの積算基準値β_ｉを座標平面上に描いてもよい。

例えば、ｉの１からｎまでの整数のうちの偶数のみ或いは奇数のみの積算基準値β_ｉを座標平面上に描いてもよい。或いは、ｉの１からｎまでの整数のうちの中間点以降或いは中間点以前の積算基準値β_ｉを座標平面上に描いてもよい。或いは、ｉの１からｎまでの整数のうちの中間領域の所定間隔の積算基準値β_ｉを座標平面上に描いてもよい。

次に、比較部１９０は、積算基準値β_ｉが描かれた仮想化空間内の座標平面と同じ座標平面上に積算対象値ｂ_ｉを描く。そして、仮想化空間内の座標平面上において、グラフとして描かれた積算対象値ｂ_ｉが何れか２本の積算基準値β_ｉに挟まれているか否かを判定する。

判定部２００は、比較部１９０において、対象傾き「ｃ」が所定範囲（ａ_ｍｉｎ〜ａ_ｍａｘ）の中に有ると判定された対象部品を良品と判定し、対象傾き「ｃ」が所定範囲（ａ_ｍｉｎ〜ａ_ｍａｘ）の中に無いと判定された対象部品を不良品と判定する。

また、積算基準値β_ｉ及び積算対象値ｂ_ｉが一次関数に回帰するまでもなく既に一次関数と見なすことができる場合、比較部１９０において仮想化空間内の座標平面上のグラフとして描かれた積算対象値ｂ_ｉが何れか２本の積算基準値β_ｉに挟まれていると判定された対象部品について、判定部２００は良品と判定する。一方、比較部１９０において仮想化空間内の座標平面上のグラフとして描かれた積算対象値ｂ_ｉが何れか２本の積算基準値β_ｉに挟まれていないと判定された対象部品について、判定部２００は不良品と判定する。

続いて、図７の機械加工品質判定プログラムを示すフローチャートを用い、本開示の機械加工品質判定方法を機械加工品質判定プログラムとともに説明する。本開示の機械加工品質判定方法は、機械加工品質判定プログラムに基づいて、機械加工品質判定システム１０のＣＰＵ１００により実行される。

機械加工品質判定プログラムは、図１のＣＰＵ１００に対して、良品データ取得機能、弾性波取得機能、基準値取得機能、対象値取得機能、基準積算処理機能、対象積算処理機能、基準傾き取得機能、対象傾き取得機能、比較機能、判定機能などの各種機能を実行させる。これらの機能は図７に示す順序で処理を行う場合を例示したが、これに限らず、これらの順番を適宜入れ替えて機械加工品質判定プログラムを実行しても良い。なお、各機能は前述の機械加工品質判定システム１０の説明と重複するため、その詳細な説明は省略する。

良品データ取得機能は、機械加工品質判定システム１０の判定の対象となる対象部品と同種の部品であって機械加工工程で加工された加工部分の品質が良品と判定された部品の加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波のデータを取得する（良品データ取得ステップ：Ｓ１１０）。

本実施形態では、良品データ取得機能は、機械加工品質判定システム１０の判定の対象となる対象部品と同種の部品であって加工部分の品質が良品と判定された複数の部品の機械加工工程時の加工部分から発生する弾性波のデータを複数の部品毎に取得する（良品データ取得ステップ：Ｓ１１０）。

弾性波取得機能は、機械加工品質判定システム１０の判定対象となる対象部品の機械加工工程で加工された加工部分から機械加工工程時に発生した弾性波を取得する（弾性波取得ステップ：Ｓ１２０）。

基準値取得機能は、良品データ取得機能により取得された弾性波のデータのうちの所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の基準値α_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する（基準値取得ステップ：Ｓ１３０）。

本実施形態では、基準値取得機能は、良品データ取得機能に取得された弾性波のデータのうちの所定サンプリング周期ごとのデータを基準値α_ｉとして複数の部品毎に取得する（基準値取得ステップ：Ｓ１３０）。

対象値取得機能は、弾性波取得機能により取得された対象部品の加工部分の機械加工工程時に発生した弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータを対象値ａ_ｉ（ｉ＝１〜ｎの整数）として取得する（対象値取得ステップ：Ｓ１４０）。

基準積算処理機能は、対象値取得機能により取得されたｎ個の対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる（基準積算処理ステップ：Ｓ１５０）。

本実施形態では、基準積算処理機能は、基準値取得機能により取得された基準値α_ｉを積算処理して得られる積算基準値β_ｉを複数の部品毎に算出する（基準積算処理ステップ：Ｓ１５０）。

対象積算処理機能は、対象値取得機能により取得されたｎ個の対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる（対象積算処理ステップ：Ｓ１６０）。

基準傾き取得機能は、基準積算処理機能により算出された積算基準値β_ｉを一次関数に近似し一次関数の傾きを基準傾きとして取得する（基準傾き取得ステップ：Ｓ１７０）。本実施形態では、基準傾き取得機能は、基準積算処理機能により算出された積算基準値β_ｉを一次関数に近似し一次関数の傾きを基準傾きとして複数の前記部品毎に取得する。なお、基準傾き取得機能は、最小二乗法により一次関数を得る。

対象傾き取得機能は、対象積算処理機能により算出された積算対象値ｂ_ｉを一次関数に近似し一次関数の傾きを対象傾きとして取得する（対象傾き取得ステップ：Ｓ１８０）。また、対象傾き取得機能は、最小二乗法により一次関数を得る。

比較機能は、対象積算処理機能により算出された積算対象値ｂ_ｉに基づく値と予め用意された所定閾値とを比較する（比較ステップ：Ｓ１９０）。また、所定閾値は、基準積算処理機能で算出された積算基準値β_ｉに基づき予め設定されてもよいし、基準傾き取得機能により取得された基準傾きに基づき予め設定されてもよい。本実施形態では、所定閾値は、基準傾き取得機能で取得された複数の基準傾きのうち最小基準傾き（ａ_ｍｉｎ）と最大基準傾き（ａ_ｍａｘ）とで規定される範囲を所定範囲（ａ_ｍｉｎ〜ａ_ｍａｘ）とする。

比較機能は、対象傾き取得機能により取得された対象傾きと基準傾きとを比較してもよい。本実施形態では、比較機能は、対象傾き取得機能により取得された対象傾きが所定範囲（ａ_ｍｉｎ〜ａ_ｍａｘ）に中に有るか否かを判定する。

判定機能は、比較機能で比較した結果に基づいて対象部品の加工部分の品質を良品または不良品の何れかに判定する（判定ステップ：Ｓ２００）。本実施形態では、判定機能は、比較機能において、対象傾きが所定範囲（ａ_ｍｉｎ〜ａ_ｍａｘ）の中に有ると判定された対象部品を良品と判定し、対象傾きが所定範囲（ａ_ｍｉｎ〜ａ_ｍａｘ）の中に無いと判定された対象部品を不良品と判定する。

次に、本実施形態に係る機械加工品質判定システム１０の実証実験の第１実施例の実験結果を図８乃至図１１に示して、第２実施例の実験結果を図１２に示して、第３実施例を図１３に示して、第４実施例を図１４に示して説明する。当該実証実験の第１実施例から第４実施例では、アーク溶接によるメッキ有り板厚１．２ｍｍの鉄板の重ね溶接を実施した。アーク溶接に用いられる溶接ワイヤーは直径１．２ｍｍである。アーク溶接時のシールドガスは混合ガス（アルゴンと炭酸ガスの混合）を用いた。ＡＥの測定に用いたＡＥセンサーのサンプリング周波数は６０ｋＨｚである。溶接長は６０ｍｍである。

第１実施例から第４実施例では、各種溶接欠陥を有する不良品と良品とを比較する実証実験を行った。良品・不良品ともに５個ずつ用意した。第１実施例から第４実施例を通して共通の良品を用いた。良品の溶接条件は、溶接電流１３０Ａ、アーク電圧１３．８Ｖ、溶接速度３．５ｍ／分とした。溶接時に使用した混合ガスは１５リットルとした。

第１実施例について、図８乃至図１１を参照して説明する。第１実施例ではブローホールによる溶接欠陥の有る不良品と良品とを比較する実証実験を行った。ブローホールによる溶接欠陥の有る不良品の溶接条件は、良品と同じであり、溶接電流１３０Ａ、アーク電圧１３．８Ｖ、溶接速度３．５ｍ／分であった。ブローホールの発生原因の一つとしてシールドガスの不良が挙げられるため、溶接時に使用した混合ガスは５リットルと少なくした。

図８は５個の良品の基準値α_ｉ、即ち、アーク溶接時の良品のＡＥのエネルギーの大きさの経時変化を示したグラフである。図８は良品５個分（１−５）のグラフが重なって描かれている。

図９は５個の不良品の対象値ａ_ｉ、即ち、アーク溶接時の不良品のＡＥのエネルギーの大きさの経時変化を示したグラフである。図９は不良品５個分（６−１０）のグラフが重なって描かれている。

図１０は良品の積算基準値β_ｉと不良品の積算対象値ｂ_ｉとを比較するためのグラフである。実線が良品を示し、破線が不良品を示している。第１実施例によれば、図１０が示す通り、良品と不良品とが目視でも明確に区別することができ、機械加工品質判定システム１０がアーク溶接工程の加工における溶接欠陥であるブローホールの有無に係る品質の良否の判定に有用であることが分かった。

図１１は当該実証実験の第１実施例に係る機械加工品質判定システム１０の表示部１６の表示画面を示している。図１１の上段左側に上述した図８を表示し、上段右側に上述した図９を表示し、下段に上述した図１０を表示している。表示部１６に図１１を表示することにより、機械加工品質判定システム１０の運用者は、良品の基準値α_ｉ、不良品の対象値ａ_ｉ、及びこれらが積算処理された積算基準値β_ｉ及び積算対象値ｂ_ｉを一度に見ることができるため良品と不良品との判別を容易に行うことができる。

次に、図１２から図１４を参照して、第２実施例から第４実施例について説明する。図１２から図１４は、機械加工品質判定システム１０の表示部１６の表示画面を示している。図１２から図１４に示す表示部１６上段左は５個の良品の基準値α_ｉ、即ち、アーク溶接時の良品のＡＥのエネルギーの大きさの経時変化を示したグラフであり、良品５個分（１−５）のグラフが重なって描かれている。

図１２から図１４に示す表示部１６上段右のグラフは５個の不良品の対象値ａ_ｉ（図１２：１１−１５、図１３：１６−２０、図１４：２１−２５）、即ち、アーク溶接時の不良品のＡＥのエネルギーの大きさの経時変化を示したグラフであり、不良品５個分のグラフが重なって描かれている。

図１２から図１４に示す表示部１６下段は、良品の積算基準値β_ｉと不良品の積算対象値ｂ_ｉとの経時変化を示したグラフであり、良品の積算基準値β_ｉと不良品の積算対象値ｂ_ｉとを比較するためのグラフである。実線が良品を示し、破線が不良品を示している。

当該表示部１６下段のグラフが示す通り、良品と不良品とが目視でも明確に区別することができ、機械加工品質判定システム１０がアーク溶接工程の加工における各種溶接欠陥の有無に係る品質の良否の判定に有用であることが分かった。

第２実施例について、図１２を参照して説明する。第２実施例では穴あきによる溶接欠陥のある不良品と良品とを比較した実証実験を行った。穴あきによる溶接欠陥の有る不良品の溶接条件は、良品と同じであり、溶接電流１３０Ａ、アーク電圧１３．８Ｖ、溶接速度３．５ｍ／分であった。溶接時に使用した混合ガスも、良品と同じ１５リットルであって。穴あきの溶接欠陥が生じ易いように不良品に用いた鉄板の中央部の板厚を薄くした。図１２上段右のグラフは不良品５個分（１１−１５）のグラフが重なって描かれている。

第２実施例によれば、図１２の下段のグラフが示す様に、良品と不良品とが目視でも明確に区別することができ、機械加工品質判定システム１０がアーク溶接工程の加工における溶接欠陥である穴あきの有無に係る品質の良否の判定に有用であることが分かった。

第３実施例について、図１３を参照して説明する。第３実施例では脱線による溶接欠陥のある不良品と良品とを比較した実証実験を行った。脱線による溶接欠陥の有る不良品の溶接条件は、良品と同じであり、溶接電流１３０Ａ、アーク電圧１３．８Ｖ、溶接速度３．５ｍ／分であった。溶接時に使用した混合ガスも、良品と同じであり、１５リットルであった。脱線の溶接欠陥が生じるようにアーク溶接をする際に溶接ワイヤーの狙い位置を５ｍｍずらした。図１３上段右のグラフは不良品５個分（１６−２０）のグラフが重なって描かれている。

第３実施例によれば、図１３の下段のグラフが示す様に、良品と不良品とが目視でも明確に区別することができ、機械加工品質判定システム１０がアーク溶接工程の加工における溶接欠陥である脱線の有無に係る品質の良否の判定に有用であることが分かった。

第４実施例について、図１４を参照して説明する。第４実施例では母材の溶け込みが浅いために生じる溶接欠陥のある不良品と良品とを比較した実証実験を行った。母材の溶け込みが浅いために生じる溶接欠陥の有る不良品の溶接条件は、溶接電流８２Ａ、アーク電圧１２．６Ｖ、溶接速度２ｍ／分であった。溶接時に使用した混合ガスは２０リットルであった。溶接電流を抑えることで母材の溶け込みを浅くし、溶接欠陥を起こさせた。図１４上段右のグラフは不良品５個分（２１−２５）のグラフが重なって描かれている。

第４実施例によれば、図１４の下段のグラフが示す様に、良品と不良品とが目視でも明確に区別することができ、機械加工品質判定システム１０がアーク溶接工程の加工における溶接欠陥である母材の溶け込みが浅い箇所の有無に係る品質の良否の判定に有用であることが分かった。

第１実施形態の第１実施例から第４実施例によれば、アーク溶接の品質の不良の原因がブローホール、穴あき、脱線、及び母材の溶け込みが浅いための溶接欠陥である場合に、機械加工品質判定システム１０はアーク溶接工程で加工された加工部分の品質の良否を判定することが可能であることが実証された。

本開示に係る第２実施形態についえ、図１５及び図１６を参照して説明する。第２実施形態では、機械加工品質判定システム１０の加工品質の良否の判定対象をレーザー溶接機２１０による溶接とした。レーザー溶接機２１０では、レーザー光２２０を用いて溶接を実施する。その際に材料７５をクランプ２３０によって固定をする。センサー６０はクランプ２３０の表面に固定する。

第２実施形態に用いられる母材板は、板厚１．２ｍｍの二枚のＩ型の開先の鉄板を突き合わせて両者をレーザー溶接により接合した。レーザー溶接の出力は２０００Ｗとした。センサー６０は、ＡＥセンサーを用い、サンプリング周期は１００Ｈｚである。ＡＥセンサーの出力信号に１５０ｋＨｚのハイパスフィルターを用いた。

第２実施形態に係る機械加工品質判定システムは、第１実施形態に係る機械加工品質判定システム１０と同じ構成である。第２実施形態に係る機械加工品質判定システム１０はレーザー溶接工程で加工された加工部分における突き合わせた二枚の母材板間の隙間によって生じる溶接欠陥を判定対象として実証実験を行った。

当該実証実験では、二枚の母材板間の隙間幅（ＧＡＰ）を０．２ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０ｍｍに設定して、レーザー溶接時に発生したＡＥによる弾性波をセンサー６０で検出した。図１６を参照して、当該実証実験の実験結果について説明する。図１６は、第２実施形態に係る機械加工品質判定システム１０の表示部１６の表示画面を示している。

図１６の上段左のグラフ１は、当該隙間が無い場合、従って、当該隙間幅（ＧＡＰ）を０．０ｍｍに設定した場合の対象値ａ_ｉ、即ち、ＡＥによる弾性波のエネルギーの大きさの経時変化を示したグラフである。図１６の上段中央のグラフ２は、当該隙間幅（ＧＡＰ）を０．１ｍｍに設定した場合の対象値ａ_ｉの経時変化を示したグラフである。図１６の上段右のグラフ３は、当該隙間幅（ＧＡＰ）を０．２ｍｍに設定した場合の対象値ａ_ｉの経時変化を示したグラフである。

図１６の下段のグラフは、グラフ１から３の対象値ａ_ｉを積算処理した積算対象値ｂ_ｉの経時変化を示したグラフである。当該グラフから分かるように、グラフ１から３を明確に識別することができる。従って、当該隙間幅（ＧＡＰ）の違いにより積算対象値ｂ_ｉの経時変化を示したグラフに違いが現れたことを実証することができた。

仮に、当該隙間幅（ＧＡＰ）が０．２ｍｍ以上は不良品であると判定基準を設定した場合に、当該グラフ１から３を明確に識別することができることから、グラフ１及び２に係る部品のレーザー溶接に係る品質は良品、グラフ３に係る部品のレーザー溶接に係る品質は不良品と判定することができる。以上より、本開示の第２実施形態に係る機械加工品質判定システム１０がレーザー溶接工程の加工における隙間幅（ＧＡＰ）による溶接欠陥の有無に係る品質の良否の判定に有用であることが分かった。

本開示に係る第３実施形態について、図１７及び図１８を参照して説明する。第３実施形態では、塑性加工の一例としてプレス加工を例に挙げて説明する。第３実施形態に係る機械加工品質判定システムは、第１実施形態に係る機械加工品質判定システム１０と同じ構成である。

第３実施形態に係る機械加工品質判定システム１０は、機械加工工程でプレス加工された部品の加工部分の品質の良否を判定する。プレス加工に用いられる機械は、トランスファー型のプレス機械８０であり、加圧能力は３５００トンである。プレス速度は毎分２１Ｓｈｏｔ（１個当たり約２．８５秒）である。

プレス機械のモータはクランク角度の９０度から２７０度の間で通電され、この通電時間は約１．４３秒である。センサー６０はＡＥセンサーであり、そのサンプリング周波数は１０ｋＨｚである。センサー６０はプレス機械８０の下型９０の下面に取り付けられている（図１７参照）。

図１８を参照して、第３実施形態に係る機械加工品質判定システム１０の実証実験の実験結果について説明する。この実証実験では、トランスファー型のプレス機械８０によるプレス加工の良品と不良品との比較を行った。プレス加工の欠陥は、異物などの噛み込みに伴うプレス加工の不良を例とした。

図１８は第３実施形態に係る機械加工品質判定システム１０の表示部１６の表示画面を示している。図１８上段は１個の良品の基準値α_ｉ、即ち、プレス加工時の良品のＡＥによる弾性波のエネルギーの大きさの経時変化を示したグラフである。図１８中段は１個の不良品の対象値ａ_ｉ、即ち、プレス加工時の不良品のＡＥによる弾性波のエネルギーの大きさの経時変化を示したグラフである。

図１８下段は、３個の良品の積算基準値β_ｉと３個の不良品の積算対象値ｂ_ｉとの経時変化を示したグラフであり、良品の積算基準値β_ｉと不良品の積算対象値ｂ_ｉとを比較するためのグラフである。実線が良品を示し、破線が不良品を示している。図１８下段のグラフが示す通り、良品と不良品とが目視でも明確に区別することができ、第３実施形態に係る機械加工品質判定システム１０がプレス加工の品質の良否の判定に有用であることが分かった。

上記した本実施形態に係る機械加工品質判定システムは、ガス溶接による加工の品質の判定にも適用可能である。ガス溶接の特徴は、アーク若しくはレーザーなど電気を用いることなく金属を溶融する。さらに、ガス溶接は、溶着材として溶接棒を使わず母材そのものを溶融して接合する。従って、センサーにより検出されたＡＥによる弾性波の波形は、アーク溶接及びレーザー溶接の場合と比べて、ノイズなどの外乱が少ない。ＡＥによる弾性波を検出するセンサーはガス溶接機のトーチに設置することができ、若しくは、母材を固定するクランプにセンサーを設置することができる。

［変形例］
本開示は上記した第１実施形態から第３実施形態に係る機械加工品質判定システム１０に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、若しくは応用例により実施可能である。以下に変形例について説明する。

図１９を参照して第１の変形例について説明する。本開示の第１実施形態において、アーク溶接機による溶接加工の品質の良否を判定する場合、トーチにＡＥセンサーを設置した。センサー６０の設置位置は、トーチに限定されるものではなく、母材７４にセンサー６０を設置してもよい（図１９参照）。センサー６０はノイズの侵入を防ぎながらＡＥによる弾性波を検出できればよく、母材７４にセンサー６０を設置することができる。

図２０を参照して第２の変形例について説明する。第２の変形例では、機械加工品質判定システム１０の加工品質の良否の判定対象を抵抗溶接機２４０による溶接とした。抵抗溶接機２４０を用いて溶接を実施する際に材料７５がクランプ２３０によって固定される。センサー６０はクランプ２３０の表面に固定することができる。

なお、上記した本開示に係る機械加工品質判定システムの判定対象は金属に限定されるものではなく、セラミックス、コンクリート、プラスチックなどでもよい。また、上記した実施形態では、センサーの一例としてＡＥセンサーを挙げたが、これに限定するものではない。ＡＥによる弾性波は超音波領域の弾性波であり、材料などの個体の中を伝播する振動波を検出できるセンサーが適しており、ＡＥセンサーの他にピエゾ素子センサー、ひずみセンサー、静電容量センサー、渦電流センサー、レーザー干渉計などを用いても良い。

１０ 機械加工品質判定システム。
１１ Ｉ／Ｏインターフェース
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 記憶部
１５ 出力部
１６ 表示部
２０ 情報通信ネットワーク
３０ 受信機
４０ 第１送信機
４２ 第２送信機
４４ 第３送信機
５１ 第１センサーアンプ
５２ 第２センサーアンプ
５３ 第３センサーアンプ
６０ センサー
６１ 第１センサー
６２ 第２センサー
６３ 第３センサー
７０ トーチ
７１ 第１トーチ
７２ 第２トーチ
７３ 第３トーチ
７４ 母材
７５ 材料
８０ プレス機械
９０ 下型
１００ ＣＰＵ
１１０ 良品データ取得部
１２０ 弾性波取得部
１３０ 基準値取得部
１４０ 対象値取得部
１５０ 基準積算処理部
１６０ 対象積算処理部
１７０ 基準傾き取得部
１８０ 対象傾き取得部
１９０ 比較部
２００ 判定部
２１０ レーザー溶接機
２２０ レーザー光
２３０ クランプ
２４０ 抵抗溶接機

Claims (14)

1. 機械加工工程を経て製造される部品の前記機械加工工程で加工された加工部分の品質の良否を判定する機械加工品質判定システムであって、
   前記機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の前記機械加工工程で加工された加工部分から前記機械加工工程時に発生した弾性波を取得する弾性波取得部と、
   前記弾性波取得部により取得された前記対象部品の前記加工部分の前記機械加工工程時に発生した前記弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の対象値ａ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する対象値取得部と、
   前記対象値取得部により取得されたｎ個の前記対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、前記対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる対象積算処理部と、
   前記対象積算処理部により算出された前記積算対象値ｂ_ｉに基づく値と予め用意された所定閾値とを比較する比較部と、
   前記比較部で比較した結果に基づいて前記対象部品の前記加工部分の品質を良品または不良品の何れかに判定する判定部と、
   を備える機械加工品質判定システム。
2. 前記対象部品と同種の部品であって前記機械加工工程で加工された加工部分の品質が良品と判定された部品の前記加工部分から前記機械加工工程時に発生した弾性波のデータを取得する良品データ取得部と、
   前記良品データ取得部により取得された前記弾性波のデータのうちの前記所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の基準値α_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する基準値取得部と、
   前記基準値取得部により取得されたｎ個の前記基準値α_ｉに基づいてｎ個の積算基準値β_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算基準値β_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、前記基準値α_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるα_１からα_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる基準積算処理部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の機械加工品質判定システムであって、
   前記所定閾値は、前記基準積算処理部で算出された前記積算基準値β_ｉに基づき予め設定されていることを特徴とする機械加工品質判定システム。
3. 前記基準積算処理部により算出された前記積算基準値β_ｉを一次関数に近似し前記一次関数の傾きを基準傾きとして取得する基準傾き取得部と、
   前記対象積算処理部により算出された前記積算対象値ｂ_ｉを一次関数に近似し前記一次関数の傾きを対象傾きとして取得する対象傾き取得部と、
   を備えた請求項２に記載の機械加工品質判定システムであって、
   前記所定閾値は、前記基準傾き取得部により取得された前記基準傾きであり、
   前記比較部は、前記対象傾きと前記基準傾きとを比較することを特徴とする機械加工品質判定システム。
4. 前記基準傾き取得部と前記対象傾き取得部とは、最小二乗法により前記一次関数を得ることを特徴とする請求項３に記載の機械加工品質判定システム。
5. 前記良品データ取得部は、前記対象部品と同種の部品であって前記加工部分の品質が良品と判定された複数の部品の前記機械加工工程時の前記加工部分から発生する弾性波のデータを複数の前記部品毎に取得し、
   前記基準値取得部は、前記良品データ取得部に取得された前記弾性波のデータのうちの前記所定サンプリング周期ごとのデータを基準値α_ｉとして複数の前記部品毎に取得し、
   前記基準積算処理部は、前記基準値取得部により取得された前記基準値α_ｉを前記積算処理して得られる積算基準値β_ｉを複数の前記部品毎に算出し、
   前記基準傾き取得部は、前記基準積算処理部により算出された前記積算基準値β_ｉを一次関数に近似し前記一次関数の傾きを基準傾きとして複数の前記部品毎に取得し、
   前記比較部は、前記基準傾き取得部で取得された複数の前記基準傾きのうち最小基準傾きと最大基準傾きとで規定される範囲を所定範囲と設定し、前記対象傾き取得部により取得された前記対象傾きが前記所定範囲の中に有るか否かを判定し、
   前記判定部は、前記比較部において、前記対象傾きが前記所定範囲の中に有ると判定された前記対象部品を良品と判定し、前記対象傾きが前記所定範囲の中に無いと判定された前記対象部品を不良品と判定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の機械加工品質判定システム。
6. 前記機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の前記機械加工工程で加工された加工部分から前記機械加工工程時に発生した弾性波を検出するセンサーを備えていることを特徴とする請求項１乃至５に記載の機械加工品質判定システム。
7. 前記センサーは、アコースティック・エミッションセンサー、ピエゾ素子センサー、ひずみセンサー、静電容量センサー、渦電流センサー、レーザー干渉計の少なくとも何れかである、ことを特徴とする請求項６に記載の機械加工品質判定システム。
8. 前記センサーは、無線通信により前記機械加工品質判定システムと接続されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の機械加工品質判定システム。
9. 前記センサーは、情報通信ネットワークを介して前記機械加工品質判定システムと接続されていることを特徴とする請求項６乃至８に記載の機械加工品質判定システム。
10. 前記機械加工は、溶接、塑性加工の少なくとも何れかである、ことを特徴とする請求項１乃至９に記載の機械加工品質判定システム。
11. 前記溶接は、レーザー溶接、アーク溶接、ガス溶接、抵抗溶接の少なくとも何れかである、ことを特徴とする請求項１０に記載の機械加工品質判定システム。
12. 前記塑性加工は、プレス加工であることを特徴とする請求項１０に記載の機械加工品質判定システム。
13. 機械加工工程を経て製造される部品の前記機械加工工程で加工された加工部分の品質の良否を判定する機械加工品質判定方法であって、
    前記機械加工品質判定方法の判定対象となる対象部品の前記機械加工工程で加工された加工部分から前記機械加工工程時に発生した弾性波を取得する弾性波取得ステップと、
    前記弾性波取得ステップにより取得された前記対象部品の前記加工部分の前記機械加工工程時に発生した前記弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の対象値ａ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する対象値取得ステップと、
    前記対象値取得ステップにより取得されたｎ個の前記対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、前記対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる対象積算処理ステップと、
    前記対象積算処理ステップにより算出された前記積算対象値ｂ_ｉに基づく値と予め用意された所定閾値とを比較する比較ステップと、
    前記比較ステップで比較した結果に基づいて前記対象部品の前記加工部分の品質を良品または不良品の何れかに判定する判定ステップと、
    を備える機械加工品質判定方法。
14. 機械加工工程を経て製造される部品の前記機械加工工程で加工された加工部分の品質の良否を判定する機械加工品質判定プログラムであって、
    機械加工品質判定システムに用いられるコンピュータに、
    前記機械加工品質判定システムの判定対象となる対象部品の前記機械加工工程で加工された加工部分から前記機械加工工程時に発生した弾性波を取得する弾性波取得機能と、
    前記弾性波取得機能により取得された前記対象部品の前記加工部分の前記機械加工工程時に発生した前記弾性波の所定サンプリング周期ごとのデータをｎ個の対象値ａ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）として取得する対象値取得機能と、
    前記対象値取得機能により取得されたｎ個の前記対象値ａ_ｉに基づいてｎ個の積算対象値ｂ_ｉ（ｉは１からｎまでの整数）を得るために積算処理を行い、当該積算処理では、積算対象値ｂ_ｋ（ｋは１からｎの任意の整数）は、前記対象値ａ_ｉの文字ｉを１からｋまで順に１ずつ増やすことで特定されるａ_１からａ_ｋの値の全てを足し合わせて算出される、算出処理が行われる対象積算処理機能と、
    前記対象積算処理機能により算出された前記積算対象値ｂ_ｉに基づく値と予め用意された所定閾値とを比較する比較機能と、
    前記比較機能で比較した結果に基づいて前記対象部品の前記加工部分の品質を良品または不良品の何れかに判定する判定機能と、
    を実現させることを特徴とする機械加工品質判定プログラム。

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