JP2567124B2 - 工作機械監視装置及び監視方法 - Google Patents

工作機械監視装置及び監視方法

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JP2567124B2 JP2055217A JP5521790A JP2567124B2 JP 2567124 B2 JP2567124 B2 JP 2567124B2 JP 2055217 A JP2055217 A JP 2055217A JP 5521790 A JP5521790 A JP 5521790A JP 2567124 B2 JP2567124 B2 JP 2567124B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は切削過程の中断を必要とすることもあるし
必要としないこともある様な異なる種類の工具の破損を
検出する為に工作機械の動作を監視する装置と方法に関
する。
切削工具が破損すると云う現象は、加工過程の自動化
にとって大きな障害である。自動的な工具破損検出装置
を持たない大抵の加工作業では、各々の工作機械のオペ
レータが、工具の破損事象を直ちに検出し、その破損事
象によって、工作物又は工作機械に重大な損傷を招くこ
とがない様な措置をとること、或いは計算機式数値制御
（CNC）機械を、破損が起った場所で、過度の切込みに
よって起る工具の破損の繰返しを招く様な状況にするこ
とを防止する措置を講ずることが必要である。個々の工
作機械の人間による監視レベルが低い時、加工の自動化
には、工具破損及び機械の応答の機能を自動化すること
が必要である。こう云う機能を自動化する為の工作機械
監視（MTM）装置が開発されており、いろいろな特許及
び係属中の特許出願の対象となっている。これは、切削
過程によって発生された高周波振動を感知し、信号処理
及びパターン認識論理方式を適用して、平均振動レベル
に主要な変化となって現れる切削状態の即時の重要な変
化を生ずる主要な工具の破損事象を検出する。振動のパ
ターン中の通常の切削時の雑音成分によって、虚偽の警
報が生ずる問題を避ける為、切削状態の即時の重要な変
化を生じない様な他の工具の破損事象をわざと無視して
いる。
MTM装置は本来、強靭な宇宙空間用材料の積極的な切
削に硬いが脆いセラミック工具を使う用途の為に開発さ
れ、従って、各々の切込みは新しい刃先で行なうと想定
している。こう云う状況では、自動工具破損検出装置
が、切削状態に即時の目立った変化を生じない様な工具
の破損を無視することは、許容さればかりでなく、実際
に好ましい。然し、大抵の加工の用途では、工具の刃先
を相次いで何回かの切込みに使ってから、工具の交換を
行なう。この動作条件の変化により、自動工具破損検出
装置の所望の機能が変わる。そこで、工具は破損した
が、切削状態が即時に余り変化しない時、少なくとも次
に計画された切込みを開始する前に、工具を交換するの
が望ましいのが普通である。
繊維で補強したセラミック工具を含むセラミック工具
は、切削過程に余り影響のない様な剥離破損を起すこと
がある。然し、こう云う破損は工具を弱め、次の切込み
で破損を生ずる可能性を大きくする。セラミック工具も
カーバイド工具も主要な破砕を起すことがあるが、破砕
の後の少しの時間の間、切削する力によって一緒に保持
されていて、切削状態には殆ど影響がない。切込みの終
りに切削の力が解放された時、又は次の切込みの初めに
変化を受けた時、破砕を起こした工具の異なる切片が離
れ、その内の１つ又は更に多くが落下する。従って、切
削状態は工具の破損によって急激に変化することがある
が、この変化は、最初の工具の破砕の事象からなり経つ
まで起らないことがある。MTM工具破損検出装置は、こ
う云う場合の初期の工具の破砕を無視する傾向があり、
切削状態が変化するまで、一般的に警報を発しない。次
に計画された切込みの開始まで、この変化が起らない
と、MTMは、その切込みに普通の切削期間がない為に、
それをとにかく検出するのが困難であることがあり、基
本的には、MTMは破損前の想定された正常な切削状態か
ら破損後の想定された異常な状態への変化を捜すもので
ある。
工具の交換の合間に工具が相次ぐ何回かの切込みに使
われる様な大抵の自動加工作業では、自動工具破損検出
装置は、切削状態に即時に主要な変化を生ずる様な工具
の破損だけでなく、その様な変化は生じないが、次の切
込みを開始する前に工具を交換すべきである様な工具の
破損をも検出する能力が要求される。MTM装置は非常に
融通性があり、切削状態に即時に主要な変化を生じない
多くの破損を検出する様に調節することが出来る。工具
の破砕の過渡状態が普通の切削時の雑音によってはっき
りしなくなる場合は、わずかではあるがそのような工具
の破損は検出できない。この解決策に伴う大きい問題
は、切削状態の主要な変化を表わす振動信号が後続しな
いような工具の破砕を過渡状態に対し、MTM装置が警報
を発生する様に設定する為には、工具の破砕に伴う振動
のパターンを模倣する様な通常の切削時の振動信号の雑
音成分による虚偽の警報の確率をかなり高めなければな
らなくなることである。
振動信号や、別の物理的な量を感知する別の信号の情
報を、工具の破損及び摩耗の検出の為に利用する装置が
提案されている。1988年２月５日に出願された係属中の
米国特許出願通し番号第153,300号（米国特許番号第483
1365号）では、工具の摩耗と特定の形式の工具の破損、
即ちセラミック工具の破砕破損を検出する為にスピンド
ル動力又は力信号を利用している。更に、同じ目的の為
に、高周波及び低周波の両方の振動信号を利用してい
る。しかし、それは、それらの信号のどれがにある急激
な過渡状態をも利用せず、突然の工具破砕事象を検出す
る様には設計されていない。英国特許第2,140,951Aは、
切削過程から放出される超音波、主駆動力及び送込み駆
動力の３つの加工パラメータが、過程の不規則性と工具
の破損とを明確に区別すると述べている。３つのパラメ
ータ全部の測定値が同時に突然に変化すれば、工具の破
損を表わし、３つのパラメータの内の２つが予定の時間
の間同時に変化すれば、過程の不規則性を示す。
発明の要約 この発明の目的は、切削状態の即時の主要な変化を生
ずるもの及び生じないものを含めた切削工具の全ての破
損を、虚偽警報率を低くして、確実に且つ自動的に同定
することである。
別の目的は、数値制御工作機械の利用者に、どんな用
途の要求にも合う様に、異なる種類の工具破損事象に対
する制御装置−工作機械−工具交換装置の異なる応答を
特定する能力を持たせることである。
別の目的は、進行中の切込みを停止する為に即時の注
意を必要とする主要な切削工具の破損、並びにそれに対
する工作機械制御装置の最適な応答が、必ずしも切削過
程を即時に停止することではない様な、それより検出し
難い小さな工具の破損を検出する改良された装置と方法
を提供することである。
この発明の改良された工具破損検出装置は、切削工具
と工作物の相互作用によって発生される振動を感知し
て、30kHz乃至100kHzの範囲内の高周波振動信号を取出
す手段と、切削過程の間に切削工具に作用する力に影響
される１つ又は更に多くのパラメータを感知して、直流
から1kHz未満までの低周波信号を発生する手段とを有す
る。第１のセンサは典型的には広帯域振動センサであ
り、第２のセンサは低周波振動センサ、工作機械軸駆動
電流センサ又は軸速度センサである。この代りに、両方
の信号を１個の広帯域振動センサの出力から抽出する。
各々の信号を予備処理、標本化及びディジタル化して、
所定数のそれまでのサンプルから夫々第１及び第２の移
動平均を計算する手段を設ける。更に装置は、工具の破
損を原因として起る様な信号レベルの瞬間的な変化を示
す過渡状態を検出するパターン認識論理回路を各チャン
ネルに有する。警報手段が、第１及び第２の平均信号の
過渡状態が所定の短かい時間幅（時間窓）の中で起った
ことを判定し、微小工具破損警報を発生する。
この装置にその他の特徴として、高周波チャンネルに
あるパターン認識論理回路は、第１の平均振動信号に検
出された信号の過渡状態の後、切削状態の大きな変化に
よる実質的で持続的な平均レベルの変化が続くことを検
査する手段を有する。その時、切削過程の即時の停止を
要求する主要工具破損警報が発生される。第１及び第２
の平均信号の疑いのある過渡状態を検出する為の時間幅
は、例えば、工作物の１回転に要する時間より短かく、
主要工具破損警報をトリガする為の第１の平均信号の持
続的なレベルの変化は、工作物の１回転に要する時間よ
りも長い間持続する。
この発明の別の一面は、異なる種類の工具の破損を検
出する改良された方法である。切削工具と工作物の界面
で発生された振動、並びに工具に作用する力に関係する
少なくとも１つのパラメータを感知し、選ばれた高周波
帯域にある振動の振幅を表わす高周波チャンネル信号及
び低周波チャンネル信号を取出す。これらの信号を標本
化し、サンプルをディジタル値に変換し、移動平均を計
算する。工具の破損が疑われる様な高周波チャンネル平
均信号レベルの瞬間的な変化を示す過渡状態、並びに工
具の破損の確認となり得る様な低周波チャンネル信号レ
ベルの瞬間的な変化を示す別の過渡状態を検出する。両
方のチャンネルで検出された過渡状態が短かい時間幅内
で生じたと判定されると、微小工具破損警報が発生さ
れ、そうでなければ、論理回路をリセットして、別の疑
わしい過渡状態を捜す。疑わしい過渡状態を検出した
後、高周波チャンネル平均を更に処理して、切削状態の
主要な変化による、平均振動レベルの突然で実質的で持
続的な変化があるかどうかを検査し、それによって主要
工具破損警報を発生する。そうでなければ、論理回路を
リセットして大きな過渡状態を捜す。
利用者は、異なる２種類の警報に対して異なる制御作
用を自由に割当てることが出来る。微小工具破損の場
合、部品プログラムは現在の切込みの終りまで、又は主
要な警報が発生するまで、そのどちらか最初の時まで、
続行する様に指定することが出来、新しい切込みを開始
する前に、工具を交換する。普通、主要工具破損警報は
切込みの即時の停止を必要とする。特定の場合に合せた
この他の応答にしてもよい。
発明の詳しい説明 第１図及び第２図の上側のグラフは、平均振動レベル
に突然の主要な変化を招く様な、切削状態の即時の主要
な変化の原因となる工具破損の高周波振動徴候の２つの
例を示す。第１図は、旋削作業に使われる繊維で補強し
た丸いセラミック工具の主要破損の振動徴候を示す。振
幅の大きい、立上りの速い信号の過渡状態10の後に、ず
っと小さい振動信号レベル11が続き、これが選ばれた確
認期間より長い間、普通は工作物の１回転に要する時間
よりも長い間持続する。第２図の上側の曲線は、やはり
旋削作業に使われる菱形カーバイド工具の主要破損の振
動徴候を示す。工具破損のこの特性的な徴候は振幅の大
きい信号の過渡状態12を持ち、その直ぐ後に、13に示す
様な多数の雑音スパイクを持つ信号レベルの実質的で持
続的な増加が続く。平均振幅信号レベルの突然の変化を
示すこう云う形式並びにその他の幾つかの形式の工具破
損の徴候が、こう云う形式の工具やその他の形式の工具
の破損で観察されている。これに対して、第３図及び第
４図の上側のグラフは、主要な平均レベルの変化を含ま
ない様な、旋盤の工具破損の振動徴候を示している。第
３図は、繊維で補強されたセラミック工具の剥離破損の
時に得られた。大きな過渡状態14の前後の振動レベルは
略同じである。これは、工具の破損によって切削状態に
目立った変化がないからである。第４図の上側のグラフ
は、破砕事象によって形成された工具の断片が切削する
力によって一緒に保持されていた為に、切削状態の即時
の変化を生じなかった菱形カーバイド工具の主要な破砕
の時に得られた。振幅の大きい過渡状態15の前後の信号
レベルは大体同じである。これらの図面並びに第５図及
び第６図の全てのグラフは、信号を何等かの形で処理し
て移動平均を計算する前の生のセンサ出力である。
第１図乃至第４図の真中及び下側のグラフは、工具破
損事象の領域に於ける種々の他のセンサからの出力信号
を示す。夫々の場合、工具破損事象と時間的に一致する
過渡状態を示すセンサ信号を各図面に対して選んであ
る。検査された全ての工具破損事象は、工具破損事象の
時点で、低周波加速度計信号のグラフの一方（Ｘ方向）
又は両方（Ｘ及びＹ方向）の過渡的な擾乱を示した。比
較的微小なセラミック工具の剥離破損を除いた全ての場
合、種々の工作機械軸駆動電流及び速度を含む他のセン
サ信号にも、過渡状態が認められた。即ち、第１図で
は、低周波振動信号及びＸ軸駆動電流に過渡状態16及び
17があり、これらの過渡状態は高周波振動信号の過渡状
態10と時間的に一致状態に近い。第２図でも、低周波加
速度計信号及びＺ軸速度信号に時間的に一致する過渡状
態18及び19がある。第３図では、直交して取付けた低周
波信号センサの出力の過渡状態20,21は短かい時間幅の
中で発生している。第４図は、高周波振動信号、低周波
加速度計信号及びＺ軸駆動電流の過渡状態15,22,23が時
間的に一致することを非常にはっきりと示している。以
上枚挙した他のセンサは、切削工具に働く力に影響され
るパラメータを何れも測定すると云う共通の特徴を有す
る。云い換えれば、切削工具に作用する力に関係する信
号を発生する。もう１つの共通性は、何れも直流乃至1k
Hz未満と云う共通の低周波範囲である。
これらの図面が示す様に、高周波振動信号の過渡状態
は、切削状態の即時の主要な変化を招かない大抵の事象
を含めて、工具破損事象の敏感な表示子である。工具破
損事象によって検出可能な高周波振動信号の過渡状態を
発生しない稀な場合があるが、実時間の高周波振動信号
の解析によって全ての工具破損事象を検出しようとする
時の主な問題は、通常の加工信号の過渡状態の特性と、
切削状態の即時の主要な変化を生じない様な工具破損事
象によって発生される特性との重なりである。この重な
りにより、虚偽の警報が出される惧れがある。工具破損
事象の唯一の表示子として１個のセンサを用いた場合に
は、どんなものを用いても、同様な問題が存在する。
この発明はこの基本的な問題を、工具破損事象を２種
類に分けることによって解決する。即ち、切削状態に検
出可能な即時の主要な変化を生ずるものと、生じないも
のとである。切削状態に検出可能な即時の主要な変化を
生ずる工具破損事象は、高周波振動信号を解析する略現
存のまゝのMTM（工作機械モニタ）工具破損検出装置に
よって検出される。この装置が、疑わしい過渡状態の後
に、振幅の変化、その疑いからの持続時間及び最大の遅
延と云う予定の判断基準を充たす平均振動レベルの変化
が続くことを工具破損警報に対して要求することによ
り、工具の破損が原因で起った信号の過渡状態を通常の
切削信号の人為効果による過渡状態から分離する。こう
して、通像の切削信号に人為効果を排除するだけでな
く、切削状態に即時の主要な変化を起さない工具破損事
象をも排除する。この点については米国特許第4,636,77
9号及び同第4,636,780号を参照されたい。
切削状態に即時の主要な必要を生じない様な工具破損
事象をも検出する為、この発明はMTM装置がフラグをつ
けた高周波振動信号の疑わしい過渡状態を確認又は排除
する別の手段及び方式を提供する。並列解析チャンネル
が低周波振動センサ信号、又は直交する様に取付けた２
つの低周波振動センサからの信号を監視し、その信号又
はこれらの信号の内の一方の過渡状態を検出する。高周
波振動信号チャンネルと低周波振動信号チャンネルとの
両方で時間的に一致に近い状態で疑わしい過渡状態が検
出された時、工具破損警報が発生される。この代りに、
軸駆動電流センサ又は軸速度センサの信号を監視しても
よい。
第１図乃至第４図に示す様なセンサ信号のグラフを検
査すれば、両方のチャンネルで時間的に一致した過渡状
態を生ずる事象は、何れか一方のチャンネルで過疎状態
を生ずるが、他方のチャンネルで時間的に一致する過渡
状態を生じない事象よりも、虚偽の警報となる可能性は
ずっと小さいことが判る。第５図は旋盤用の菱形カーバ
イド工具の破損の例を示す。上側の曲線の高周波振動信
号は、時間目盛で約20秒の工具破損の時刻に突然の過渡
状態24を示しているが、その前後でも比較的振幅の大き
い過渡状態を示している。中央及び下側の曲線で示した
Ｘ方向及びＹ方向の低周波加速度計信号は、工具破損の
時点でだけ、過渡状態25及び26を示している。旋盤用の
別の菱形カーバイド工具破損事象では、第６図の信号が
発生された。この場合、上側のグラフに示す高周波振動
信号は、時間目盛で19秒の直後の工具破損の時点に起る
過渡状態27を含めて幾つもの過渡状態を持っている。そ
れより下側の２つのグラフに示したＸ及びＹ方向の低周
波加速度計信号は、工具破損の時点に主要な過渡状態2
8,29を持っている。これらは、工具破損が起る前に、ス
ピンドルの１回転当たり１回、反復的に短い過渡状態が
起ることを示しているが、検出器としては、工具破損の
長い過渡状態を検出し、それより短い正常な切削時の過
渡状態を無視する様に設計することは容易である。この
場合、低周波加速度計信号の一層長い過渡状態だけを使
って、高周波振動信号の工具破損の表示を確認する。
この様にして発生された微小工具破損警報は、工具破
損検出装置全体の高周波振動信号部分又はMTM部分によ
って発生された主要警報から分離することが出来、利用
者は、２種類の工具破損警報に対し、工作機械／工具交
換装置に異なる制御作用を自由に割当てることが出来
る。前に述べた工具破損の種類の分類と合う１つの選び
方は、次の通りである。第１に、装置の高周波振動信号
部分、即ち、MTM部分が主要工具破損警報を発生した
ら、即時に切込みを停止し、後退させ、工具を交換し、
新しい工具をプローブで検査してその正確な寸法を測定
し、途中までゞであった切込みを繰返し、次に計画され
た切込みに進む。第２に、高周波チャンネル及び低周波
チャンネルの過渡状態の組合せの検出器が微小工具破損
警報を発生した場合、現在の切込みの終り、或いはこの
後の主要な警報が発生する時点の内の最初の時まで、何
もしない。新しい切込みを開始する前に、工具を交換
し、新しい工具をプローブで調べ、次に計画された切込
みに進む。特定の用途の必要に更によく合うこの他の応
答も可能であり、適当な部品プログラム及び数値制御ソ
フトウエアによって、利用者が構成することが出来る。
例えば、微小工具破損警報が発生された場合、利用者
は、実際に交換しなければならないと判断する前に、疑
わしい工具をプローブで検査することを選んでもよい。
工具をプローブで検査することがセンサーズ誌1985年11
月５日−７日号（SME刊行物）所載のS.R.ハヤシ他の論
文「旋削に於ける自動工具接触及び破損の検出」並びに
出願人の米国特許に記載されている。
第７図は横形ターレット旋盤の略図である。この発明
の工具破損検出装置は竪形ターレット旋盤、フライス盤
及びドリルの様なこの他の工作機械にも用いることが出
来る。図示の部品は機械の枠30、スピンドル軸31、チャ
ック32、工作物34を保持する治具33、NC制御ステーショ
ン35、及びＸ軸、Ｚ軸及びスピンドル・モータに対する
モータ制御装置36である。回転自在の工具パレット37
は、工具ホルダ及び工具挿着体39を支持する幾つかの工
具ポスト38を持っている。ターレット37がターレット台
40に支持されており、このターレット台は２つの横スラ
イド41のみに沿って移動する。
広帯域加速度計42が回転自在のターレット37の面上に
直接的に取付けられ、ターレットの面に結合された小さ
い金属ブロック43がＸ及びＹ方向の振動を感知する為の
低周波加速度計44,45を支持する。これらの加速度計は
０−200Hz装置であってよく、低周波振動はその性質
上、指向性である為に、２個用いる。この代りに、１つ
の低周波加速度計だけでも十分である場合が多い。２個
又は３個１組のセンサが、オペレータが切削作業の為に
選んだ工具ホルダの位置を監視することが出来る。変換
器から出力された電気信号を不動の電子回路に伝達する
為に、回転電気カップラ46が設けられている。軸駆動電
流センサ及び軸速度センサの様なこの他のセンサを上に
述べたものゝ代りに又はそれに付加えて用いてもよい。
Ｘ軸駆動電流は、Ｘ軸駆動装置のモータに供給される電
流であり、Ｚ軸速度はＺ軸方向又はスピンドル軸方向の
ターレット台40の直線速度であって、Ｚ方向に於ける切
削工具の直線速度に等しい。こう云うセンサ信号はモー
タ制御装置36で直接的に利用し得る。こう云うセンサ
が、切削工具に作用する力に関係するパラメータを感知
し、何れも直流乃至1kHzと云う共通の周波数範囲を持っ
ている。典型的には異なる種類のセンサを使うが、第８
図に示す様に、１個の広帯域加速度計信号から高周波振
動信号及び低周波加速度計信号の両方を取出すことが出
来る場合は例外である。この場合、０−70kHz広帯域加
速度計47によって発生された信号を帯域フィルタ48に通
して、30−70kHzの高周波振動信号を発生すると共に、
低域フィルタ49にかけて、０−200Hzの低周波振動信号
を発生する。
第９図は切削状態の即時の変化を招くもの並びに招か
ないものを含む工具破損を検出するこの発明の工具破損
検出装置のブロック図並びにフローチャートである。こ
の例の装置は広帯域加速度計50と１つの低周波加速度計
51を有する。高周波チャンネルでは、生のセンサ信号が
帯域フィルタ52に送られ、これが低い方の周波数に集中
する傾向を持つ工作機械の雑音を減衰させる。30−70kH
z振動信号のエネルギが、両波整流器53及び低域フィル
タ54の組合せによって検出される。低域フィルタのカッ
トオフ周波数は典型的には500Hz又はそれ以下であるか
らナイキスト周波数は1kHzであり、したがって、標本化
周波数が1kHzのナイキスト周波数より十分高い限り、こ
の後の標本化によるエーリアシングは防止される。アナ
ログ予備処理装置の出力は、選ばれた高周波数帯に於け
る振動の振幅を表わす単一極性の高周波チャンネル信号
である。ディジタル・プロセッサの第１の部分がサンプ
ルホールド回路55であって、これが例えば2kHzでアナロ
グ波形を標本化し、アナログ・ディジタル変換器56がサ
ンプルをディジタル値に変換する。これらのサンプルの
振幅をMTM又は高周波チャンネルのパターン認識論理回
路57で実時間で解析する。
ブロック58について説明すると、Ｎは16であってよい
が、それまでのＮ個のサンプルを平均することにより、
移動平均が計算され、ことごとくの新しいサンプルをこ
の移動平均と比較して、工具破損が原因で起るか或いは
その疑いを生ずる様な、高周波チャンネル平均信号の一
層振幅の大きい過渡状態があるかどうかを捜す。ブロッ
ク59で疑わしい過渡状態が検出されると、平均信号を更
に処理して、工作物の１回転に要する時間よりも長い予
め選ばれた確認期間の間持続する様な、平均信号レベル
の突然で実質的な変化、即ち平均の増減を検査する。疑
いが確認され、切削状態の主要な変化により平均振動レ
ベルに持続的な変化があると、主要形式１の工具破損警
報が発生され、それが工作機械制御装置に送られる。主
要形式警報は、切削過程を即時に停止して、切削工具を
後退させ、工作物及び工作機械の損傷を防止することを
必要とする。
低周波チャンネルでは、低周波加速度計51によって発
生された０−200Hz信号は殆んど処理されない。両波整
流器61からの単一極性信号がサンプルホールド回路62に
送られ、サンプルがアナログ・ディジタル変換器63によ
ってディジタル値に変換される。低周波加速度計のパタ
ーン認識論理回路64は、65の所で所定数、例えば16個の
それまでのサンプルから移動平均を計算し、新しいサン
プルをこの移動平均と比較することを最初に要求する。
ブロック66乃至68に進むと、ディジタル化した低周波チ
ャンネル平均信号に、工具破損が原因で起ったかも知れ
ない疑わしい過渡状態が検出されると（66）、所定の時
間幅内の検査を行なって（67）、検出された高周波及び
低周波チャンネルの過渡状態が所定の短かい時間幅の中
で発生したがどうかを判定する。この時間幅は、工作物
の１回転に要する時間より長くないことが好ましい。時
間幅の初めは、高周波チャンネルの疑いのある過渡状
態、又は何れかのチャンネルの疑いのある過渡状態の検
出によって開始することが出来る。両方のチャンネルか
らの過渡状態が時間的に一致した状態に近く、時間幅の
中で発生すると（68）、微小形式２の工具破損警報が発
生され、工作機械制御装置に送られる。論理回路がブロ
ック66でリセットされて、何も検出されていなければ、
低周波チャンネル平均信号に疑いのある過渡状態がある
かどうか、サンプル毎の探索を続ける。同様に、ブロッ
ク68で、高周波チャンネルの疑いのある過渡状態が、低
周波チャンネルで大体同時の疑いのある過渡状態を検出
したことによって確認されない場合、工具破損の疑いが
取消され、探索が新たに開始される。
２つ又は更に多くの低周波チャンネルが並列に動作
し、高周波振動信号の疑いのある過渡状態がその低周波
チャンネル信号の検出された過渡状態と大体時間的に一
致している時に、何れも微小工具破損警報を発生する様
にすることにより、切削状態の即時の変化を招かない様
な微小工具破損を検出する時の信頼性が一層高くなる。
図面には、センサの考えられる６つの組合せが示されて
いる。これらもこの発明の範囲内に属する。前に述べた
様に、その警報が形式１の主要工具破損警報を取消すこ
とが出来ないことを別として、形式２の微小工具破損警
報の後、種々の制御作用をとることが出来る。切込みの
終りまで、何等の措置もとらない場合が多いが、微妙な
工作物では、微小破損でも危険であることがあり、切込
みを即時に停止することがよいことがある。これは、高
価な工作物を加工した終り頃の場合、特にそうである。
この発明を好ましい実施例について具体的に図面に示
して説明したが、当業者であれば、この発明の範囲内で
種々の変更が可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は切削状態に即時の主要な変化を招く
工具破損を示す図で、両方の図面の上側の曲線は平均信
号レベルに突然の変化を伴う高周波振動徴候であり、両
方の図面の中央の曲線は低周波加速度計信号であり、下
側の曲線は軸駆動電流及び軸速度信号である。 第３図及び第４図は切削状態の即座の変化を生じない様
な工具破損を示すグラフであり、両方の図面の上側の曲
線は主要な平均レベルの変化を含まない高周波振動徴候
であり、両方の図面の中央の曲線は低周波加速度計信号
であり、下側の曲線は直交する低周波加速度計信号及び
軸駆動電流である。 第５図及び第６図は高周波及び低周波振動チャンネルの
両方に時間的に一致する過渡状態を生ずる工具破損事象
を示すグラフであり、両方の図面の上側の曲線は高周波
振動信号であり、両方の図面の中央及び下側の直線は直
交する低周波加速度計信号である。 第７図は横形ターレット旋盤の部分的な側面図で、広帯
域及び低周波加速度計の場所を示しており、軸駆動電流
及び速度は工作機械のモータ制御装置で測定される。 第８図は一個の広帯域加速度計から高周波振動信号及び
低周波加速度計信号の両方を取出す様子を示すブロック
図、 第９図は多重レベル工具破損警報及び多重センサを備え
た工作機械監視装置のブロック図並びにフローチャート
である。 主な符号の説明 50,51:加速度計 52:フィルタ 55,62:サンプルホールド回路 57,64,:パターン認識論理回路 58,65:移動平均計算工程 67:所定の時間幅内（時間窓）検査工程
フロントページの続き (72)発明者 ダグラス・グレン・ワイルズ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボー ルストン・レイク、グレテル・テラス、 52番 (56)参考文献 特開 昭61−100348（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−6329（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−76345（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−59108（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】切削状態の即時の主要な変化を招くもの並
    びに招かないものを含めた切削工具の破損を検出する工
    作機械監視装置に於て、 切削工具と工作物の相互作用によって発生される振動を
    感知して、30kHz及び100kHzの間の範囲内の周波数を持
    つ高周波振動信号を取出す手段と、 切削過程の間に工具に作用する力に関係する少なくとも
    １つのパラメータを感知して、約1kHzより低い周波数を
    持つ低周波信号を発生する手段と、 各々の信号を予備処理、標本化及びディジタル化して、
    所定数のそれまでのサンプルから第１及び第２の移動平
    均信号を夫々計算する手段と、 工具の破損によって起ったと思われる信号レベルの瞬間
    的な変化を示す過渡状態を検出するパターン認識手段
    と、 前記第１及び第２の移動平均信号の前記過渡状態が、所
    定の短かい時間幅の中で発生したことを判定して、微小
    工具破損警報を発生する警報手段とを有する工作機械監
    視装置。
  2. 【請求項２】前記パターン認識手段が、前記高周波振動
    信号から取出された前記第１の移動平均信号の信号過渡
    状態の後に、切削状態の主要な変化による平均レベルの
    実質的で持続的な変化を伴うことを判定する論理回路を
    有し、前記警報手段が切削過程を即時停止することを必
    要とする主要工具破損警報を発生する手段を有する請求
    項１記載の工作機械監視装置。
  3. 【請求項３】切削状態の即時の主要な変化を招くもの及
    び招かないものを含む切削工具を破損を検出する工作機
    械監視装置に於て、 切削工具と工作物の相互作用によって発生される振動を
    感知し、約100kHz未満の周波数を持つ電気信号を発生す
    る広帯域振動センサと、 それから高周波及び低周波振動信号を抽出してそれを再
    処理する手段と、 各々の振動信号を標本化及びディジタル化して、所定数
    のそれまでのサンプルから第１及び第２の移動平均振動
    信号を計算する手段と、 工具の破損によって起ったと思われる信号レベルの瞬間
    的な変化を示す過渡状態を検出するパターン認識手段
    と、 前記第１及び第２の平均振動信号の前記過渡状態が、所
    定の短かい時間幅の中で発生することを判定して、微小
    工具破損警報を発生する警報手段とを有する工作機械監
    視装置。
  4. 【請求項４】異なる種類の工具の破損を検出する方法に
    於て、 切削作業中の工作機械の切削工具と工作物の界面で発生
    される振動を感知して電気信号を発生し、該電気信号か
    ら、選ばれた高周波数帯の振動の振幅を表わす高周波チ
    ャンネル信号を取出し、 切削工具に作用する力に関係する少なくとも１つのパラ
    メータを感知して低周波チャンネル信号を発生し、 各々の信号を標本化及びディジタル化して、所定数のそ
    れまでのサンプルから高周波及び低周波チャンネルの移
    動平均信号を計算し、 工具の破損と疑われる前記高周波チャンネル平均信号レ
    ベルの瞬間的な変化を示す過渡状態、及び前記工具の破
    損の確認と見られる前記低周波チャンネル平均信号レベ
    ルの瞬間的な変化を示す別の過渡状態を検出し、 前記２つの過渡状態が所定の短かい時間幅内で生じるこ
    とを判定して、微小工具破損警報を発生する工程を含む
    方法。
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