JP4562051B2

JP4562051B2 - 損耗センサ付き切削工具の信号処理装置および信号処理方法

Info

Publication number: JP4562051B2
Application number: JP33954999A
Authority: JP
Inventors: 和男森; オレグリアボフ; 栄男永戸
Original assignee: Kyocera Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Kyocera Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: DE10047218B4; DE10047218A1; US6556925B1; JP2001157949A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、切削加工に使用する切削工具の寿命を判定するための信号処理装置および信号処理方法に関するものである。特に、この発明は、切削工具の刃先に備えられた損耗センサから得られる信号を処理する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
切削工具の摩耗や折損等を切削加工中に検知するインプロセス工具損耗診断は、従来、間接的なモニタリング法を基に行われていた。たとえば、
（１）切削工具が取り付けられている工作機械の切削加工中における動力の変化や切削音の変化により摩耗を予測すること、
（２）切刃近傍や工具ホルダ等にアコースティックエミション（ＡＥ）を検知するセンサを設け、このＡＥセンサにより検知する異常信号をもとに、折れ損やチッピングを判断する方法、
が用いられていた。
【０００３】
しかし、間接的モニタリング法は、切削工具の摩耗や折損に付随して起こる切削力や切削音の変化、振動の発生等の付随的な物理現象を介して摩耗を推定するので、その測定感度が悪く、しかも信頼性に乏しいという課題があった。また、外乱等により測定結果にノイズが含まれ、切削工具の寿命予測精度が悪いという課題もあった。
そこでこれらの課題を解決する提案が、実開平３−１２０３２３号公報に記載されている。この公報には、スローアウェイチップの逃げ面に、切刃稜に沿って導電膜でセンサラインを設けることが開示されている。センサラインの幅は、摩耗許容幅に対応させることも開示されている。従って、この公報に開示のスローアウェイチップによれば、切刃稜の摩耗に伴いセンサラインも摩耗し、センサラインが途切れたときに切刃稜が寿命に達したと判別することができる。
【０００４】
また、特開平９−３８８４６号公報には、スローアウェイチップではない通常の切削工具において、その逃げ面に薄膜回路を設け、逃げ面の摩耗に伴って薄膜回路が摩耗することに伴い電気抵抗が変化することを検知して、切削工具の寿命を自動的に判定する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
切削工具の切刃稜に沿ってセンサラインを設け、そのセンサラインの抵抗値の変化を検知して、切刃稜の損耗を検知するというやり方自体は、インプロセス工具診断の仕方として好ましい。
ところで、切削加工中に得られるセンサラインからの抵抗値信号は、ノイズや誤データが含まれた非常に不安定な信号である。このため、センサラインからの抵抗値信号に基づき切削工具の摩耗量や折損等の損耗を判定するには、抵抗値信号からセンサラインの摩耗を示す真の信号成分を取り出さねばならないという課題があった。
【０００６】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、損耗センサ付き切削工具から得られる計測データ（センサデータ）に対して信号処理をし、信頼性の高い処理データを得ることのできる信号処理装置および信号処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明は、導電性金属を切削する切削工具の刃先に切削による摩耗や折損を検知するセンサが設けられた損耗センサ付き工具において、摩耗量に応じて変化するセンサからの抵抗値信号を、比較的大局的な不連続変化信号として捉え、その不連続変化時点で、切削工具の摩耗を判断するものである。
具体的には、請求項１ないし請求項５記載の構成になっている。すなわち、
請求項１記載の発明は、切削工具の刃先に切削による摩耗や折損を検知するセンサが設けられた損耗センサ付き工具のための信号処理装置であって、損耗センサの出力を所定のサンプリング周期ごとにサンプリングして計測データを得る手段と、得られた計測データからノイズを除去するノイズ除去手段と、ノイズが除去されたデータから、時系列的に減少する抵抗値データを分離して除去し、時系列的に増加する抵抗値データだけを選び出すデータ分離処理手段と、分離された抵抗値データに基づいて、損耗センサ付き切削工具の摩耗量や折損を判定する手段と、を含み、前記損耗センサは、切削工具の逃げ面の表面上に切刃稜に沿って平行に延びる複数本のセンサラインを含み、前記判定手段は、前記処理データをセンサラインの数と対応づけることにより、切削工具の摩耗量や折損を判定することを特徴とする信号処理装置である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記ノイズ除去手段は、サンプリングされた所定数のデータ群ごとの中央値を出力するメジアン処理手段を含むことを特徴とする、請求項１記載の信号処理装置である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記寿命判定手段は、処理データの初期データから複数本のセンサラインによって得られる初期抵抗値を検知し、前記センサラインが１本切れるごとに増加する抵抗しきい値を決め、処理データが抵抗しきい値を超えるごとに、切断したセンサラインの数が増加したことを出力することを特徴とする、請求項１または２記載の信号処理装置である。
請求項４記載の発明は、前記損耗センサ付き切削工具は、損耗センサが設けられたスローアウェイチップと、そのスローアウェイチップを保持するホルダとを有し、スローアウェイチップの摩耗量や折損が検知できることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の信号処理装置である。
【００１０】
請求項５記載の発明は、導電性金属を切削する切削工具の刃先に切削による摩耗や折損を検知するセンサが設けられた損耗センサ付き工具のための信号処理方法であって、損耗センサの出力を所定のサンプリング周期ごとにサンプリングする工程、サンプリングしたデータからノイズを除去する工程、ノイズが除去されたデータから、時系列的に減少する抵抗値データを分離して除去し、時系列的に増加する抵抗値データだけを選び出すデータ分離処理する工程、分離された抵抗値データに基づいて、損耗センサ付き切削工具の摩耗量や折損を判定する工程、を包含し、前記損耗センサは、切削工具の逃げ面の表面上に切刃稜に沿って平行に延びる複数本のセンサラインを含み、前記処理データとして、時系列的に段階的に増加し、その増加がセンサライン数に対応された処理データを得ることを特徴とする方法である。
【００１１】
請求項１および５の構成では、サンプリングされた計測データから、ノイズが除去される。このノイズ除去は、請求項２記載のように、メジアンフィルタ等を用いたメジアン処理を行うことにより簡単に行うことができる。
【００１２】
ノイズが除去されたデータには、さらに、分離フィルタ等によってデータ分離処理が施される。データ分離処理では、時系列的に減少するデータが分離されて除去される。
通常、切削時間の増加に伴い、切削工具の刃先が摩耗し、それに伴ってセンサも摩耗するから、抵抗値は増加していく。しかし、計測データの中に時系列的に減少するデータが含まれるのは、削り屑等の作用による誤データであると推測できる。なぜなら、切削工具の刃先は、被削材と接触しており、切削時の切り屑に晒された状態である。このため、切削工具の刃先には、被削材の切り屑がぶつかったり溶着等したりして、その結果センサの抵抗値を下げる作用をすると考えられる。そこでこの発明では、時系列的に減少するデータは、データ分離処理によって取り除き、時系列的に増加するデータだけを処理データとして取り出すことにした。
【００１３】
そして取り出した処理データに基づき、切削工具の摩耗量や折損が判定される。
判定では、処理データをセンサラインの数と対応づけて判定することにより、良好な判定が行える。センサラインの数が複数本の場合は、センサラインが１本切れるごとにセンサラインの抵抗値は段階的に増加する。それゆえ処理データが段階的に増加する場合に、その増加した時点をもってセンサラインが１本切れたと判別することができる。従って、段階的な抵抗値の変化から、計測時点における切断センサライン数を判別でき、切削工具の摩耗量を知ることができる。そして所定数のセンサラインが切れたときに、切削工具の寿命を検知できる。
【００１４】
この発明は、請求項４記載のように、スローアウェイチップに適用するのが好ましいが、スローアウェイチップに限らず、刃先を交換しない形式の切削工具に対しても適用可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下には、図面を参照して、この発明の具体的な実施形態について説明をする。
以下の実施形態では、ホルダ等に装着されて切削刃として機能するスローアウェイチップについて説明する。しかしながら、この発明は、スローアウェイチップ型でない通常の切削工具に対しても、同様に適用可能であることを予め申し述べておく。
【００１６】
図１は、損耗センサ付き切削工具の一例として、損耗センサが設けられたスローアウェイチップ１を示す図である。
スローアウェイチップ１は、略直方体状の母材２を有する。母材２の上面にはすくい面３が形成され、母材２の下面は着座面４とされている。母材２の各側面は、逃げ面５となっていて、すくい面３と逃げ面５との交差稜によって切刃稜６が形成されている。さらに、すくい面３および隣接する２つの逃げ面５の交差部分は切削に使用されるコーナ部７を形成している。
【００１７】
コーナ部７には、切刃稜６に沿って延びる導電性膜のセンサライン１０が設けられている。センサライン１０は、部分拡大図ＡまたはＢに示すように、コーナ部７を形成する隣接する２つの逃げ面５上に、コーナ部７を取り巻くように切刃稜６に沿って平行に延びている。センサライン１０は、部分拡大図Ａに示すように、１本のベルト状のセンサラインで形成されていてもよいし、部分拡大図Ｂに示すように、平行に延びるたとえば３本の細線１０１，１０２，１０３で構成されており、３本の細線１０１，１０２，１０３は、両端において平行結合されていてもよい。
【００１８】
切削加工中にモニタリングすると、逃げ面５の摩耗の進行に伴って、センサライン１０は、切刃稜６に近い部分から徐々に摩耗し、細くなっていく。また、センサライン１０が３本の細線のときは、切刃稜６に近い細線１０１から順次細線１０２，１０３と断線していく。よって、センサライン１０の両端の電気抵抗値も、それに応じて不連続に増加するものと考えられる。この電気抵抗値の増加回数を信号処理により求めれば、それが断線した細線数に対応するので、逃げ面５の摩耗幅をインプロセスで検知することができる。また、センサライン１０がベルトタイプであれば、抵抗値が無限大になったとき、切刃稜の寿命を判定できる。
【００１９】
ところで、先行技術で紹介したように、工具面上に設けた導電性材料の電気抵抗の変化により摩耗量を直接検知する考え方は、従来より提案されている。ところが、従来のやり方では、工作物を含んだ系の抵抗値から直接摩耗量を測定しようとしたため、工作物とセンサ間の断続的な短絡や接触抵抗等に起因する不安定な抵抗値信号から、精度の高い摩耗量検出をすることが困難であった。
そこでこの発明では、以下の実施例で詳述するように、摩耗量に応じて抵抗値信号に比較的大局的な不連続変化を生じさせることにより、低Ｓ／Ｎ比の信号でも、より確実な情報を検知しようという考えに立脚して構成されている。つまり、抵抗値そのものを利用するのではなく、その信号のパターン変化を検出するという考えに立って、損耗を検知するものである。こうすることにより、測定分解能は多少犠牲にはなるが、不安定な信号からより確実な情報を検出することが可能となる。
【００２０】
図１のスローアウェイチップ１において、センサライン１０は、着座面４に設けられた接触領域１１，１２につながっている。接触領域１１，１２には検知回路のプローブ等が接触されて、センサライン１０の抵抗値が検知される。
以下の説明では、センサライン１０が、部分拡大図Ｂに示す３本の細線１０１，１０２，１０３を有する構成について説明する。
なお、部分拡大図Ａに示す１本のベルト状のラインをセンサライン１０とした場合、ベルト状のセンサライン１０の幅は、コーナ部７の寿命基準量（逃げ面５の摩耗限界）に一致させるのが好ましい。たとえば、スローアウェイチップ１の逃げ面５の摩耗が０．２ｍｍで寿命となる場合には、センサライン１０の幅を０．２ｍｍとして形成する。そしてコーナ部７によって切削加工が行われ、加工時間の増加とともに切刃稜６および逃げ面５の摩耗が進行する。そして逃げ面５の摩耗幅が寿命基準量以上に達すると、この寿命基準量に一致された幅のセンサライン１０も摩耗により断線するという構成になる。この場合は、センサライン１０の両端の抵抗値は、有限値から無限値に変化するから、いわゆる２値化情報によって、コーナ部７の寿命を検知することができる。
【００２１】
図２は、この発明の一実施形態にかかる損耗センサ付きスローアウェイチップ１のための信号処理装置の構成を示すブロック図である。ＮＣ旋盤に搭載された損耗センサ付きスローアウェイチップ１のセンサ信号（抵抗値）は、ホルダ１３内の信号線等を経由して、ディジタルマルチメータ２０へ与えられる。ディジタルマルチメータ２０では、抵抗値がディジタル信号に変換され、それがコンピュータ２１へ出力される。コンピュータ２１は信号処理装置の中枢であって、後述する所定の信号処理を行う。そしてコンピュータ２１の出力はＮＣ旋盤の加工制御装置２２へ与えられる。その結果、加工制御装置２２によって、被削材１５を回転させるモータ２３や、被削材１５に対する切込み深さや切込み長さを制御するターレット２４が、必要に応じて停止制御される。
【００２２】
図３は、図２で説明したコンピュータ２１により行われる制御の内容を示すフローチャートである。制御では、ディジタルマルチメータ２０から与えられるディジタル信号に変換された計測抵抗値が、所定のサンプリング周期ごとにサンプリングされる（ステップＳ１）。この実施形態では、スローアウェイチップ１の１つのコーナ部７の寿命が約３０００秒前後であることを考慮して、サンプリング周期は１秒にされている。もちろん、対象となる切削工具や被削材の種類に応じて、サンプリング周期は適当な時間に設定すればよい。この実施形態のようにサンプリング周期を１秒とすれば、処理データが少なくてすみ、信号処理を容量の小さなメモリを使って、比較的高速で行うことができるという利点がある。すなわち、比較的安価なコンピュータ２１（マイクロプロセッサ）により、信号処理装置を構成することが可能である。
【００２３】
ステップＳ１でサンプリングされた計測データの一例を、図４に示す。サンプリングされたデータは、抵抗値が小刻みに変動するノイズ成分の混じった信号である。
ステップＳ２では、サンプリングされたデータは、メジアンフィルタを通すことにより、ノイズが除去される。
ステップＳ３では、ノイズが除去されたデータを分離フィルタを通すことによって、時系列的に減少するデータが取り除かれる。
【００２４】
ステップＳ４では、減少データが取り除かれた処理データは所定のカウンタ関数に当てはめられ、センサライン１０を構成する３本の細線１０１，１０２，１０３のうち何本の細線が切断したかが検知される。
その結果、細線の切断本数からスローアウェイチップの計測時点の摩耗量を判断することができ、そして細線１０１，１０２，１０３が３本切断したときには、センサライン１０が完全に切断されて寿命となるから（ステップＳ５でＹＥＳ）、その旨がＮＣ旋盤の加工制御装置２２へ与えられる。
【００２５】
加工制御装置２２は、与えられた信号に基づき、モータ２３を停止して被削材１５の回転を停止し、かつ、ターレット２４を移動させて被削材１５からスローアウェイチップ１を離す等の必要な処理を行う。
また、スローアウェイチップ１の切刃稜の寿命が尽きたことがＮＣ旋盤の管理者等に報知される。
次に、図３のステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４の各処理について、順次具体的に説明をする。
メジアン処理（ステップＳ２）
メジアン処理とは、サンプリングされた所定数のデータ群ごとに、中央値を出力する処理である。この処理は、「メジアンフィルタ」と呼ばれる公知のフィルタを用いて行うことができる。
【００２６】
メジアンフィルタが１回に処理するデータ群のデータ数ｍを、ｍ＝５と仮定する。メジアンフィルタでは、図５Ａに示すように、サンプリングされた５つのデータが与えられると、その５つのデータを、図５Ｂに示すように小さい順に並べる。そして小さい順に並べた５つのデータの中央値（４）をそのデータ群の代表値として出力する。
他の例を示せば、図６Ａに示す与えられた５つのデータからなるデータ群があれば、それを図６Ｂに示すように小さい順に並べる。そしてその中央値（３）をデータ群の代表値として出力する。
【００２７】
メジアンフィルタによれば、与えられるサンプリング値からデータ群ごとの中央値を出力することにより、異常に大きな値や異常に小さな値といった異常値を取り除くことができる。
図７に示すように、サンプリングによって、１，２，３，４，…，Ｎと、時系列的にディジタルデータが与えられる。メジアンフィルタが、ｍ＝５で、５つのデータの中央値を出力する構成の場合、１回目は１〜５のデータ群の中央値、２回目は２〜６のデータ群の中央値、３回目は３〜７のデータ群の中央値，…というようにして、データを１つずつずらしながら、順に中央値を出力していく。
【００２８】
このような構成のメジアンフィルタは、図８に示すような、２つのメモリＭ１，Ｍ２を用いて簡単に構成することができる。図８において、メモリＭ１は、５つのサンプリングデータを新しいものから順に記憶することのできるメモリで、５つの記憶エリアＥ１〜Ｅ５を有する。Ｅ１には今回（最新）のサンプリングデータｄ（ｔ_i）（ｉは自然数であり、ｉ＝１，２，３，…，Ｎである。）が、Ｅ２には前回のサンプリングデータｄ（ｔ_i-1）が、Ｅ３には２回前のサンプリングデータｄ（ｔ_i-2）が、Ｅ４には３回前のサンプリングデータｄ（ｔ_i-3）が、Ｅ５には４回前のサンプリングデータｄ（ｔ_i-4）が、それぞれ記憶される。そして１回の処理が終わるごとに、エリアＥ１〜Ｅ５のデータは、１つずつ右側にシフトされて、Ｅ１に最新のサンプリングデータが記憶される。かかるメモリＭ１は、たとえばＦＩＦＯメモリにより構成できる。
【００２９】
メモリＭ２は、メモリＭ１に記憶された５つのサンプリングデータｄ（ｔ_i）〜ｄ（ｔ_i-4）を小さいもの順にソーティングして並べ変えるためのメモリである。メモリＭ２にはソーティングされたデータを記憶する記憶エリアＥ１１〜Ｅ１５が備えられている。小さいもの順にソーティングされたサンプリングデータは、Ｅ１１から順にＥ１５へとストアされるから、エリアＥ１３に、５つのサンプリングデータの中央値が記憶される。従ってＥ１３のデータが、代表値として出力される。
【００３０】
以上の処理をフローチャートで示せば、図９の通りである。
メジアンフィルタについて、数式を用いて説明すると次の通りである。
サンプリングされた測定抵抗値をｄ（ｔ）とすると、メジアンフィルタでフィルタリングされたデータｆｄは、次のように表わされる。
【００３１】
【数１】

【００３２】
ここにｔ_iはｉ番目のフィルタリング時間窓、Ｎはｄ（ｔ）の総データ数、またΦ^mはサイズｍ（この実施形態ではｍ＝５）のメジアンフィルタで、次のように示される。
【００３３】
【数２】

【００３４】
メジアンフィルタによりフィルタリングされたデータの一例を、図１０に示す。図１０は、図４のＡ部分の拡大図であり、破線で示すｄ（ｔ）がサンプリングされた元データ、太い実線で示すｆｄが、メジアンフィルタでフィルタリングされてノイズ等が除去されたデータである。図１０から、メジアン処理によって、ランダムノイズが除去されて、滑らかなデータが得られていることがわかる。
分離フィルタ処理（ステップＳ３）
分離フィルタによる分離処理は、メジアンフィルタリング後のデータから、真の抵抗値を選別するために必須の処理である。センサライン１０の抵抗値を変動させる最も大きな要因は、被削材を切削する際に生じる断続的な短絡と考えられる。つまり、スローアウェイチップ１のコーナ部７は被削材と接触しており、切削時の削り屑にさらされた状態である。このため、センサライン１０近傍に削り屑がぶつかったり、溶着したりして、抵抗値が変動する。被削材は、通常、導電性のある金属であるから、その削り屑がコーナ部７に当たったり付着することにより、センサライン１０の抵抗値を下げる。
【００３５】
一方、切削時間の増加に伴い、コーナ部７の摩耗が進むから、センサライン１０の抵抗値は増加していく。このことから、時系列的に与えられるデータのうち、減少方向のデータは偽のデータであり、増加方向のデータが真のデータであると推測できる。そこで、分離フィルタでは、メジアン処理されたデータから、時系列的に減少するデータを分離して除去し、時系列的に増加する抵抗値データだけを選び出す処理をする。つまり、ｔｄｄをスローアウェイチップの摩耗に伴う真の抵抗値とすると、
【００３６】
【数３】

【００３７】
となる。Πは分離オペレータである。
図１１に、上記分離フィルタにより行われる分離処理のフローチャートを示す。メジアンフィルタでフィルタリングされたデータは、順次、分離フィルタに与えられる。分離フィルタでは、メジアンフィルタからデータｆｄ（ｔ_i）が入力されると（ステップＳ３１）、その入力データｆｄ（ｔ_i）を１つ前に採用したデータ、すなわちｉ−１番目に採用したデータｆｄ（ｔ_i-1）と比較する（ステップＳ３２）。
【００３８】
比較の結果、ｆｄ（ｔ_i）≧ｆｄ（ｔ_i-1）であれば（ステップＳ３３でＹＥＳ）、ｉ番目のデータとして、入力データｆｄ（ｔ_i）を採用する（ステップＳ３４）。
一方、ステップＳ３３で、ＮＯであれば、ｉ番目のデータとして、入力データと比較されたデータｆｄ（ｔ_i-1）を採用する（ステップＳ３５）。
以上の処理が順次繰り返されて、時系列的に１〜Ｎのデータが採用される。
【００３９】
以上の処理によって、図１２に実線で示すデータｔｄｄが得られる。図１２において、破線で示したのは、図１０に示すメジアンフィルタリング後のデータｆｄである。このデータｆｄが分離フィルタに通されることにより、実線のデータｔｄｄが得られるのである。
カウンタ関数処理（ステップＳ４）
図１に示すように、スローアウェイチップ１のセンサライン１０が３本の細線１０１，１０２，１０３により構成されている場合は、断線した細線数を計数すれば、予めわかっている細線形状および細線数から計測時点での摩耗量が推定できる。つまり断線に伴ってステップ状に増加する抵抗値のステップ数をカウントすればよい。
【００４０】
この実施形態のように細線が３本の場合には、図１３に示すように、細線が切断するごとに、センサライン１０の抵抗値が変化する。すなわち、細線が３本共つながっていて、摩耗していない切削初期は、上述した式（３）から初期抵抗Ｒが求められる。細線１０１，１０２，１０３の抵抗がすべて等しいと仮定すると、１本ずつ断線するにつれて、図１３に示すように、断線した瞬間には、センサライン１０の抵抗値は３Ｒ／２、３Ｒ、∞と変化していく。そこで、これらをしきい値とする。
【００４１】
そして分離フィルタから出力される上記式（３）のデータが、上記しきい値を超えた時点で、カウンタを１つずつ増加させれば、カウンタのカウント値によって、センサライン１０を構成する細線の断線数を検知することができる。
この処理をフローチャートで示すと、図１４となる。図１４において、ステップＳ４１では、分離フィルタで処理されたスローアウェイチップ１の真の抵抗値ｔｄｄ（ｔ_i）が時系列的に順に入力される。入力されたデータは、３つのしきい値１０Ｒ、３Ｒおよび３Ｒ／２と順に比較される。この比較順序は、大きなしきい値から順に行われる（ステップＳ４２，Ｓ４４，Ｓ４６）。
【００４２】
切削加工の時間が経つに伴い、センサライン１０は徐々に摩耗して、その抵抗値が増加していくから、図４の処理においては、ステップＳ４１→Ｓ４２→Ｓ４４→Ｓ４６→リターンの処理が繰り返され、ある時点において、ステップＳ４６でＹＥＳと判断される。その結果、カウンタが「＋１」される（ステップＳ４７）。そして処理がリターンする。
さらに切削加工時間が経過すると、ステップＳ４４で、抵抗値ｔｄｄ（ｔ_i）がしきい値３Ｒを超えることが判断される時点がくる。そうすると、カウンタの値がさらに「＋１」される（ステップＳ４５）。これにより、カウンタの値は「２」となる。
【００４３】
さらに処理が進むと、ステップＳ４２でＹＥＳと判断されるときが来、この時点でカウンタが「＋１」されて（ステップＳ４３）、カウンタの値は「３」となる。
以上の処理を数式で示すと次の通りである。
すなわち、しきい値をＳｈ_iとすると、
【００４４】
【数４】

【００４５】
となるので、ステップ状変化のカウンタ関数をｓｏ（ｔ_i）とすると、次のような出力が最終的に出る。
【００４６】
【数５】

【００４７】
カウンタ関数を図４に示すサンプリングデータと一緒に示せば、図１５のようになる。図１５から、センサライン１０の細線１０１，１０２，１０３がほぼ断線したと思われる時点で、カウンタ関数ｓｏ（ｔ_i）が断線数をカウントしていることがわかる。このように、この実施形態に係る信号処理アルゴリズムの有効性は、実験によって確認できた。
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、センサライン１０の細線数は３本に限定されるものではなく、任意の数でよい。
【００４８】
また、メジアンフィルタにより処理されるサンプリングデータ群の数ｍは、ｍ＝５に限定されるものではなく、３以上の奇数であることが好ましい。また、データ群を偶数で構成することもできる。データ群を偶数で構成した場合は、中央値２つを取り出し、その平均値を代表値として出力する等の処理を行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】損耗センサ付き切削工具の一例としてのスローアウェイチップ１を示す図である。
【図２】この発明の一実施形態にかかる損耗センサ付きスローアウェイチップ１のための信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】コンピュータ２１により行われる制御の内容を示すフローチャートである。
【図４】サンプリングされた計測データの一例を示す図である。
【図５】メジアンフィルタの処理内容を説明するための図解的な図である。
【図６】メジアンフィルタの処理内容を説明する図解的な他の例を示す図である。
【図７】メジアンフィルタにより処理されるデータ群のシフトを説明するための図である。
【図８】メジアンフィルタを構成する２つのメモリの一例を示す図である。
【図９】図８に示すメモリを用いたメジアン処理を示すフローチャートである。
【図１０】メジアンフィルタによりフィルタリングされたデータの一例を示す図である。
【図１１】分離処理の具体的な処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】分離処理により得られたデータの一例を示す図である。
【図１３】センサラインが切断するごとの抵抗値の変化を説明するための図である。
【図１４】カウンタ関数処理の具体的な処理内容を示すフローチャートである。
【図１５】カウンタ関数をサンプリングデータと一緒に示した図である。
【符号の説明】
１スローアウェイチップ
５逃げ面
６切刃稜
７コーナ部
１０，１０１，１０２，１０３センサライン
１３ホルダ
２０ディジタルマルチメータ
２１コンピュータ

Claims

導電性金属を切削する切削工具の刃先に切削による摩耗や折損を検知するセンサが設けられた損耗センサ付き工具のための信号処理装置であって、
損耗センサの出力を所定のサンプリング周期ごとにサンプリングして計測データを得る手段と、
得られた計測データからノイズを除去するノイズ除去手段と、
ノイズが除去されたデータから、時系列的に減少する抵抗値データを分離して除去し、時系列的に増加する抵抗値データだけを選び出すデータ分離処理手段と、
分離された抵抗値データに基づいて、損耗センサ付き切削工具の摩耗量や折損を判定する手段と、を含み、
前記損耗センサは、切削工具の逃げ面の表面上に切刃稜に沿って平行に延びる複数本のセンサラインを含み、
前記判定手段は、前記処理データをセンサラインの数と対応づけることにより、切削工具の摩耗量や折損を判定することを特徴とする信号処理装置。
前記ノイズ除去手段は、サンプリングされた所定数のデータ群ごとの中央値を出力するメジアン処理手段を含むことを特徴とする、請求項１記載の信号処理装置。
前記寿命判定手段は、処理データの初期データから複数本のセンサラインによって得られる初期抵抗値を検知し、前記センサラインが１本切れるごとに増加する抵抗しきい値を決め、処理データが抵抗しきい値を超えるごとに、切断したセンサラインの数が増加したことを出力することを特徴とする、請求項１または２記載の信号処理装置。
前記損耗センサ付き切削工具は、損耗センサが設けられたスローアウェイチップと、そのスローアウェイチップを保持するホルダとを有し、スローアウェイチップの摩耗量や折損が検知できることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の信号処理装置。
導電性金属を切削する切削工具の刃先に切削による摩耗や折損を検知するセンサが設けられた損耗センサ付き工具のための信号処理方法であって、
損耗センサの出力を所定のサンプリング周期ごとにサンプリングする工程、
サンプリングしたデータからノイズを除去する工程、
ノイズが除去されたデータから、時系列的に減少する抵抗値データを分離して除去し、時系列的に増加する抵抗値データだけを選び出すデータ分離処理工程、
分離された抵抗値データに基づいて、損耗センサ付き切削工具の摩耗量や折損を判定する工程、を包含し、
前記損耗センサは、切削工具の逃げ面の表面上に切刃稜に沿って平行に延びる複数本のセンサラインを含み、
前記処理データとして、時系列的に段階的に増加し、その増加がセンサライン数に対応された処理データを得ることを特徴とする方法。