JP2895675B2

JP2895675B2 - 工具異常検知装置

Info

Publication number: JP2895675B2
Application number: JP4073971A
Authority: JP
Inventors: 昭富永
Original assignee: EKUSEDEI KK
Current assignee: EKUSEDEI KK
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH05277898A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具異常検知装置、特
に、工具及びワークのいずれか一方を交流モータ等の駆
動手段により駆動して、ワークに加工を施す加工機の工
具異常検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】旋盤やマシニングセンタ等の加工機で
は、工具の破損を防止することが必要である。工具が破
損すると、ワークが不良品となり、歩留りが低下し、生
産性が低下する。工具の破損を防止するために、従来、
工具の寿命管理や、工具破損の検出を行っている。寿命
管理を行う場合の従来技術として、工具の使用時間や切
削距離を集計して、予想の寿命時間と比較し、その比較
結果により予備工具との交換や使用停止を指示するもの
が知られている。また工具破損を検出する従来技術とし
ては、音響放射センサ（ＡＥセンサ）を用いて、その検
出結果に基づき工具の破損を検出し、運転停止指令を出
すものが知られている。さらに、主軸の電機子電流の変
化を検出して、切削抵抗の増加を判定し、工具破損を検
出するものも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】使用時間や切削距離を
集計して寿命を判定する前記従来技術では、それらの予
想の寿命時間が使用する工具によって異なり、工具を変
更する都度それらを管理する必要がある。このため、そ
の管理が煩雑となる。主軸の電機子電流の変化を検出し
て、切削抵抗の増加を判定し、工具の破損を検出する前
記従来技術では、深孔加工等の加工を行った際に切粉等
が孔に溜まり、僅かに電機子電流が変化した場合等の軽
負荷変動において、それらを検出できず、工具異常を引
き起こすような負荷変動を正確に検出することができな
い。

【０００４】また、ＡＥセンサを使用するものでは、高
価なＡＥセンサを加工機毎に設ける必要があり、装置が
高価になる。本発明の目的は、モータの負荷変動を正確
に検出し、工具の異常を確実に判断することにある。本
発明の他の目的は、複数の加工機の工具異常を簡単かつ
安易に検出することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る工具異
常検知装置は、工具及びワークのいずれか一方を交流モ
ータにより駆動して工具とワークとを接触させることに
よってワークに加工を施す加工機に用いられるものであ
って、有効電力測定手段と判断手段と制御手段とを備え
ている。有効電力測定手段は、ワーク加工時において、
交流モータの有効電力を測定する。判断手段は、有効電
力測定手段の測定結果に基づき、交流モータの有効電力
が予め設定された基準電気的状態値を超えた回数が予め
設定された寿命値を超える場合に、工具が異常であると
判断する。制御手段は、交流モータの有効電力が基準電
気的状態値を超える場合に、交流モータの有効電力が基
準電気的状態値を超えた回数が寿命値を超えていないと
きには、工具及びワークの一方を工具及びワークの他方
に対して接触させるための送りを所定時間だけ停止させ
て、所定時間の経過後に、工具及びワークの一方を工具
及びワークの他方に対して接触させるための送りを再開
させる。

【０００６】第２の発明に係る工具異常検知装置は、複
数の工具及びワークのいずれか一方を駆動手段により駆
動して、前記工具と前記ワークとを接触させることによ
ってワークに加工を施す加工機に用いられるものであっ
て、電気的状態値測定手段と、基準値設定手段と、比較
手段と、判断手段と、制御手段とを備えている。電気的
状態値測定手段は、ワーク加工時における駆動手段の電
気的状態値を測定する。基準値設定手段は、複数の工具
のそれぞれに基準電気的状態値を設定する。比較手段
は、基準値設定手段で設定された基準電気的状態値と電
気的状態値測定手段により測定された電気的状態値とを
比較する。判断手段は、比較手段の比較結果に基づき、
電気的状態値が基準電気的状態値を超えた回数が予め設
定された寿命値を超える場合に、工具が異常であると判
断する。制御手段は、電気的状態値が基準電気的状態値
を超える場合に、電気的状態値が基準電気的状態値を超
えた回数が寿命値を超えていないときには、工具及びワ
ークの一方を工具及びワークの他方に対して接触させる
ための送りを所定時間だけ停止させて、所定時間の経過
後に、工具及びワークの一方を工具及びワークの他方に
対して接触させるための送りを再開させる。

【０００７】

【作用】第１の発明の工具異常検知装置では、ワーク加
工時において、交流モータの有効電力を測定すると、そ
の測定結果に基づき、工具の異常が判断される。この有
効電力は、交流モータの負荷変動に対して敏感に反応す
るので、微小な負荷変動であっても正確に検出可能にな
る。このため、負荷変動により生じる工具の異常を的確
に判断できる。また、工具の異常の判断は、交流モータ
の有効電力が基準電気的状態値を超えた回数が予め設定
された寿命値を超えているか否かによってなされる。こ
こで工具の異常の判断を単に交流モータの有効電力が基
準電気的状態値を超えたか否かによって行わなかったの
は、例えば深孔加工のときに切粉等が深孔内に堆積し負
荷が大きくなったなど切りくずや刃先融着物の影響によ
って一時的に有効電力が上昇したときにまで工具の異常
であると判断させたのでは、工具の異常の判断の信頼性
が低くなるためである。そして、交流モータの有効電力
が基準電気的状態値を超えた場合に、交流モータの有効
電力が基準電気的状態値を超えた回数が寿命値を超えて
いないときには、工具及びワークの一方を工具及びワー
クの他方に対して接触させるための送りを所定時間だけ
停止させている。これにより、切りくずや刃先融着物の
影響によって負荷が大きくなっているときには、この所
定時間に切りくずや刃先融着物が効率よく排出されて負
荷が軽減される。したがって、工具の異常以外の原因に
よる有効電力の上昇によって工具の異常と誤認すること
が抑えられ、工具の異常を的確に判断することが可能と
なる。

【０００８】第２の発明では、電気的状態値が測定され
ると、測定された値と複数の工具のそれぞれに設定され
た基準電気状態値とが比較され、その比較結果により工
具の異常が判断される。ここでは、工具に応じた基準電
気的状態値が設定されているので、１つの設定手段で複
数の工具の異常を判断できる。このため、本装置により
複数の加工機の工具異常を判断することができる。ま
た、工具の異常の判断は、電気的状態値が基準電気的状
態値を超えた回数が予め設定された寿命値を超えている
か否かによってなされる。ここで工具の異常の判断を単
に電気的状態値が基準電気的状態値を超えたか否かによ
って行わなかったのは、例えば深孔加工のときに切粉等
が深孔内に堆積し負荷が大きくなったなど切りくずや刃
先融着物の影響によって一時的に電気的状態値が上昇し
たときにまで工具の異常であると判断させたのでは、工
具の異常の判断の信頼性が低くなるためである。そし
て、電気的状態値が基準電気的状態値を超えた場合に、
電気的状態値が基準電気的状態値を超えた回数が寿命値
を超えていないときには、工具及びワークの一方を工具
及びワークの他方に対して接触させるための送りを所定
時間だけ停止させている。これにより、切りくずや刃先
融着物の影響によって負荷が大きくなっているときに
は、この所定時間に切りくずや刃先融着物が効率よく排
出されて負荷が軽減される。したがって、工具の異常以
外の原因による電気的状態値の上昇によって工具の異常
と誤認することが抑えられ、工具の異常を的確に判断す
ることが可能となる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例による工具異常検知
装置を示している。工具異常検知装置は、制御部１を備
えている。制御部１は、マイクロコンピュータからな
り、ＣＰＵ１３と、書き込みデータレジスタ１４と、工
具番号レジスタ１５とを含んでいる。書き込みデータレ
ジスタ１４には、有効電力計（後述）の測定範囲等を設
定する際の入力データが一時的に格納される。工具番号
レジスタ１５には、設定の際の工具番号が一時的に格納
される。

【００１０】制御部１には、制御プログラム等が格納さ
れているＲＯＭ２と、入力された設定データを格納する
領域を有するＲＡＭ３と、インターフェイス回路５と、
マシニングセンタ（Ｍ／Ｃ）６とが接続されている。ま
た制御部１には、ホストコンピュータ９と、キーボード
１０と、モードスイッチ１１と、表示器１２と、他の入
出力部とが接続されている。インターフェイス回路５に
は有効電力計４が接続されている。

【００１１】有効電力計４には、マシニングセンタ６の
Ｍ／Ｃ制御部７が接続されている。Ｍ／Ｃ制御部７に
は、交流モータ８が接続されている。交流モータ８は、
マシニングセンタ６の主軸を駆動するためのモータであ
る。主軸には工具８ａが取り付けられている。有効電力
計４は、交流モータ８の有効電力を測定する。この有効
電力は、交流モータ８の負荷変動に応じて変化する。ま
た有効電力計４は、ゼロ調整及びスパン調整により、測
定範囲の下限と測定範囲とを設定することが可能であ
る。すなわちゼロ調整により測定範囲の下限を設定し、
スパン調整により下限から上限までの測定範囲を設定す
ることが可能となっている。

【００１２】ホストコンピュータ９は、マシニングセン
タ６にも接続されている。ホストコンピュータ９は、制
御部１やマシニングセンタ６に種々の情報を転送する。
特に、使用する工具番号を制御部１に転送する。またキ
ーボード１０はテンキーを含んでおり、有効電力計４の
測定範囲の設定値等に用いられる。モードスイッチ１１
は、設定モードとモニタモードと表示モードと他のモー
ドとを切り換えるためのスイッチである。表示器１２
は、ＬＥＤディスプレイからなり、入力データの確認及
び工具状態の表示等に用いられている。

【００１３】ＲＡＭ３のエリア構成は、図２に示すよう
に、プログラムエリア２１と、データエリア２２と、設
定エリア２３と、他のエリアとから構成されている。プ
ログラムエリア２１にはＲＯＭ２に格納された制御プロ
グラムが展開されている。データエリア２２には、工具
ごとの有効電力計の設定値（ゼロ調整値，スパン調整
値）、しきい値及び工具の寿命値の４種設定データが格
納されている。設定エリア２３には、データエリア２２
に格納された設定データのうち、加工に用いられる工具
の設定データが格納されている。このうちのゼロ調整値
及びスパン調整値は、前述したように有効電力計４の測
定範囲の設定に用いられる。

【００１４】図３は有効電力計４の入出力インターフェ
イス回路５の詳細構成を示している。入出力インターフ
ェイス回路５は、リードリレー３２とＬＥＤ３３とを含
みそれぞれが並列接続された８組のゼロ調整用リレー回
路３１と、同じくリードリレー３２とＬＥＤ３３とを含
む８組のスパン調整用リレー回路３４とを備えている。
リレー回路３１の各出力は有効電力計４内の抵抗３５を
介して一括接続され、ゼロ調整アンプ３６に与えられて
いる。またリレー回路３４の出力も同様に抵抗３５を介
して一括接続され、スパン調整アンプ３７に接続されて
いる。ゼロ調整アンプ３６及びスパン調整アンプ３７に
より有効電力計４の測定範囲が設定される。

【００１５】ここでゼロ調整値を設定するためのゼロ調
整信号は８ビットの信号であり、各ビットがゼロ１〜ゼ
ロ８０の８組のリレー回路３１のオンオフを制御する。
ここでは、ビットが「１」のとき、リレー回路３１をオ
ンする。たとえばゼロ設定値として「３８」が設定され
た場合には、ゼロ８，ゼロ１０，ゼロ２０のリレー回路
がオンするような信号（＝０００１１１００）がゼロ設
定信号として出力される。スパン設定信号についても同
様である。

【００１６】次に、図４〜図８に示すフローチャートに
基づいて本実施例の制御動作について説明する。まずス
テップＳ１では、書き込みデータレジスタ１４、工具番
号レジスタ１５等の各種レジスタをクリアする等の初期
設定を行う。また後述する寿命測定用の変数Ｄ１もクリ
アする。ステップＳ２〜Ｓ４では、モードスイッチ１１
により設定されたモードを判断する。すなわちステップ
Ｓ２では設定モードか否かを判断する。ステップＳ３で
はモニタモードであるか否かを判断する。ステップＳ４
では他のモードであるか否かを判断する。ステップＳ４
での判断がＮＯの場合にはステップＳ２に戻る。

【００１７】ステップＳ２で設定モードと判断された場
合にはステップＳ５に移行する。ステップＳ５の設定モ
ードでは、図５に示すように、まずステップＳ１１で、
操作者のキーボード入力による工具番号の入力を待つ。
工具番号が入力されると工具番号レジスタ１５に一時的
に工具データが格納され、ステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２では、設定するデータの書き込みアドレ
スを指定する。ここで、工具番号が０から９９の連番で
あり、設定データが４種類であるので、設定データの先
頭アドレスは、４×ｎ（ｎ：工具番号）となる。このた
め、図２に示すように、ゼロ調整値の格納アドレスとし
て４ｎが、スパン調整値の格納アドレスとして４ｎ＋１
が、しきい値の格納アドレスとして４ｎ＋２が、寿命値
の格納アドレスとして４ｎ＋３がそれぞれ指定される。

【００１８】ステップＳ１３では、操作者によるゼロ調
整値入力を受け付ける。ステップＳ１４では、操作者に
よるスパン調整値入力を受け付ける。ステップＳ１５で
は、操作者によるしきい値（Ｗ_T）を受け付ける。この
しきい値Ｗ_Tは、有効電力計４の測定値のしきい値を示
しており、このしきい値より高い場合には工具異常が生
じていると判断する。ステップＳ１６では、寿命値Ｌの
入力を受け付ける。寿命値Ｌは、有効電力の測定値がし
きい値Ｗ_Tを超える回数で設定される。なお、入力され
た設定データは一時的に書き込みデータレジスタ１４に
格納される。ステップＳ１７では、入力された各種設定
データが表示器１２に表示される。ステップＳ１８で
は、操作者による設定データの良否の判断を待つ。設定
データを入力し直す場合にはステップＳ１３に戻る。設
定データの設定が終了した場合にはステップＳ１８から
ステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９では、入力
された設定データを書き込みデータレジスタ１４からＲ
ＡＭ３内のデータエリア２２の指定アドレスに転送す
る。ステップＳ２０では、終了指令がなされたか否かを
判断する。終了指令がなされていない場合にはステップ
Ｓ１１に戻り、次の工具番号の入力を待つ。終了指令が
なされるとメインルーチンに戻る。

【００１９】図４のステップＳ３でモニタモードに設定
されたと判断するとステップＳ６に移行する。ステップ
Ｓ６のモニタモードでは、図６に示すステップＳ３１
で、工具番号の入力を待つ。この工具番号は、たとえば
ホストコンピュータ９から転送される。工具番号を受け
付けると、ステップＳ３２に移行する。ステップＳ３２
では、受け付けた工具番号により、データエリア２２の
読出アドレスの指定を行う。ステップＳ３３では、デー
タエリア２２内の指定された工具番号の設定データを設
定エリア２３に転送する。ステップＳ３４では、設定エ
リア２３に転送された設定データに基づき、ゼロ設定信
号及びスパン設定信号を入出力インターフェイス５に出
力する。これにより、有効電力計４のゼロ調整値及びス
パン調整値が設定され、測定範囲が設定される。ステッ
プＳ３５では、モニタ準備の終了を待つ。モニタ準備が
終了すると、ステップＳ３６に移行しマシニングセンタ
６の起動を待つ。マシニングセンタ６が起動されるとス
テップＳ３７に移行し、モニタ開始フラグをセットす
る。続いてステップＳ３８では、有効電力計４の値をモ
ニタし、その測定値がしきい値Ｗ_Tを超えたか否かを判
断する。しきい値Ｗ_Tを超えた場合にはステップＳ３８
からステップＳ３９に移行する。ステップＳ３９では、
モニタ開始フラグを一旦リセットし、有効電力計４によ
る測定を中断する。ステップＳ４０では、マシニングセ
ンタ６の送りを停止する。これにより工具の送りが停止
される。ステップＳ４１では、寿命計測用の変数Ｄ１を
インクリメントする。ステップＳ４２では、変数Ｄ１が
寿命値Ｌを超えたか否かを判断する。寿命値Ｌを超えて
いない場合にはステップＳ４２から図７のステップＳ４
３に移行する。

【００２０】ステップＳ４３では、オーバーロードフラ
グを設定する。ステップＳ４４では、表示器１２にオー
バーロードである旨を表示する。ステップＳ４５では、
タイマーＴ₁をセットする。ステップＳ４６では、タイ
マーＴ₁が１０秒を超えるのを待つ。タイマーＴ₁が１
０秒を超えると、ステップＳ４７に移行する。ステップ
Ｓ４７では、Ｍ／Ｃ送り停止フラグをリセットし、マシ
ニングセンタ６の送りを再開する。つまり、測定値がし
きい値Ｗ_Tを超えた場合に、変数Ｄ１が寿命値Ｌを超え
ていないときには送りを１０秒間だけ停止し、その後送
りを再開する。これにより、たとえば深孔加工のときに
切粉等が深孔内に堆積し、負荷が大きくなった場合に、
送りを停止することにより深孔内に溜まった切粉を排出
し、負荷を軽減することができる。ステップＳ４８で
は、オーバーロードフラグをリセットする。ステップＳ
４９では、オーバーロード表示を終了する。ステップＳ
５０では、タイマーＴ₁をリセットする。ステップＳ５
１では、Ｍ／Ｃ起動フラグをセットする。ステップＳ５
１では、マシニングセンタ６の起動を待つ。マシニング
センタ６が起動するとステップＳ５２に移行する。ステ
ップＳ５２では、モニタ開始フラグをセットする。ステ
ップＳ５３では、加工が完了したか否かを判断する。加
工が完了した場合にはステップＳ５４に移行し、変数Ｄ
１をリセットする。ステップＳ５５では、モニタ開始フ
ラグをリセットしメインルーチンに戻る。また、ステッ
プＳ５３で加工完了していないと判断した場合には図６
のステップＳ３８に戻り、有効電力の測定を続ける。

【００２１】一方、ステップＳ３８で測定値がしきい値
Ｗ_Tより小さいと判断した場合にはステップＳ５３に移
行する。またステップＳ４２で変数Ｄ１が寿命値Ｌより
大きいと判断した場合には、図８のステップＳ５６に移
行する。ステップＳ５６では工具寿命フラグをセットす
る。ステップＳ５７では表示器１２に工具寿命である旨
を表示する。ステップＳ５８では、Ｍ／Ｃ工具寿命フラ
グをセットする。ステップＳ５９では、操作者による工
具交換後のリセットスイッチの操作を待つ。リセットス
イッチが操作されるとステップＳ６０に移行する。ステ
ップＳ６０では工具寿命をリセットする。ステップＳ６
１では、工具寿命表示を終了する。ステップＳ６２で
は、Ｍ／Ｃ工具寿命フラグをリセットする。ステップＳ
６２での処理が終了すると図７のステップＳ５４に移行
する。

【００２２】ここでは、有効電力計４に工具に応じた測
定範囲を設定できるとともに、工具に応じたしきい値及
び寿命を設定できるので、１つの有効電力計で多数の工
具の異常を検出することが可能となる。また有効電力計
を用いて交流モータの負荷を検出しているので、電流値
検出の場合に比べて微小な負荷変動を検出可能となり、
負荷の状態で工具異常が生じる場合にも簡単に工具の異
常を検出できる。これにより、工具の破損が減り、工具
寿命を延ばすことが可能になる。さらにこれを用いるこ
とにより切削状態が判明し、切削における最適な状態を
見出すことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明では、
有効電力計を用いて交流モータの負荷変動を検出できる
ので、微小な負荷変動による工具の異常を正確に検出す
ることができる。第２の発明では、工具それぞれに応じ
た基準状態値を設定し、設定された基準的状態値と測定
された電気的状態値とを比較することにより、工具の異
常を判断しているので、１つの装置で、複数の加工機の
工具異常を簡単かつ安価に検出することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による工具異常検知装置のブ
ロック構成図。

【図２】ＲＡＭのエリア構成を示す図。

【図３】入出力インターフェイスの回路図。

【図４】工具異常検知装置の制御フローチャート。

【図５】設定モードの制御フローチャート。

【図６】モニタモードの制御フローチャート。

【図７】モニタモードの制御フローチャート。

【図８】モニタモードの制御フローチャート。

【符号の説明】

１制御部３ＲＡＭ４有効電力計５入出力インターフェイス６マシニングセンタ８交流モータ８ａ工具１４書き込みデータレジスタ１５工具番号レジスタ２２データエリア２３設定エリア

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】工具及びワークのいずれか一方を交流モー
タにより駆動し、前記工具と前記ワークとを接触させる
ことによって前記ワークに加工を施す加工機の工具異常
検知装置であって、前記ワーク加工時における前記交流モータの有効電力を
測定する有効電力測定手段と、前記有効電力測定手段の測定結果に基づき、前記交流モ
ータの有効電力が基準電気的状態値を超えた回数が寿命
値を超える場合に、前記工具が異常であると判断する判
断手段と、前記交流モータの有効電力が前記基準電気的状態値を超
える場合に、前記交流モータの有効電力が前記基準電気
的状態値を超えた回数が前記寿命値を超えていないとき
には、前記工具及び前記ワークの一方を前記工具及び前
記ワークの他方に対して接触させるための送りを所定時
間だけ停止させて前記所定時間の経過後に前記送りを再
開させる制御手段と、を備えた工具異常検知装置。
【請求項２】複数の工具及びワークのいずれか一方を駆
動手段により駆動して、前記工具と前記ワークとを接触
させることによって前記ワークに加工を施す加工機の工
具異常検知装置であって、前記ワーク加工時における前記駆動手段の電気的状態値
を測定する電気的状態値測定手段と、前記複数の工具のそれぞれに基準電気的状態値を設定す
る基準値設定手段と、前記基準値設定手段で設定された基準電気的状態値と前
記電気的状態値測定手段により測定された電気的状態値
とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づき、前記電気的状態値が
前記基準電気的状態値を超えた回数が寿命値を超える場
合に、前記工具が異常であると判断する判断手段と、前記電気的状態値が前記基準電気的状態値を超える場合
に、前記電気的状態値が前記基準電気的状態値を超えた
回数が前記寿命値を超えていないときには、前記工具及
び前記ワークの一方を前記工具及び前記ワークの他方に
対して接触させるための送りを所定時間だけ停止させて
前記所定時間の経過後に前記送りを再開させる制御手段
と、を備えた工具異常検知装置。