JP6891370B2

JP6891370B2 - 丸鋸切断機

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Publication number: JP6891370B2
Application number: JP2017085872A
Authority: JP
Inventors: 大輔渡邉
Original assignee: Nishijima KK
Current assignee: Nishijima KK
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2037-04-25
Also published as: JP2018183824A

Description

本発明は丸鋸切断機に係り、特に、チッピング検知機能を有する丸鋸切断機に関するものである。

丸鋸切断機において、切断中にチッピングが発生した場合、製品面にチッピング跡が発生して製品不良となるため、チッピングを早期検出し、製品不良の流出を抑制したいという要望がある。加えて、チッピングした丸鋸を再利用するために、欠損が軽微なうちにチッピングを検出したいという要望もある。このため、チッピングの早期検出が望まれている。

こうした要望に対し、反射型光電センサで回転中の丸鋸の凹凸を検出することによりチッピングの発生を検知する技術（特許文献１）や、振動計で装置の機械的振動を検出してチッピングの発生を検知する技術（特許文献２）の適用が考えられる。

特開２０１０−７１６８９特開平８−９０００９

しかしながら、特許文献１の技術では微小なチッピングは検出できないという問題があり、特許文献２の技術では機械の剛性に起因した振動値のばらつきからチッピングが起きていない場合でもチッピング発生と誤検出する問題がある。

そこで、本発明は、丸鋸切断機における切断中のチッピングを的確に早期発見できる様にすることを目的とする。

上記目的を達するためになされた本発明の丸鋸切断機は、主軸モータによって回転駆動される丸鋸のチッピングを検知するために、以下の構成からなるチッピング検知装置を備えていることを特徴とする。
（１Ａ）前記丸鋸が取り付けられた主軸が単位回転角度分の回転をする度に信号を出力するロータリエンコーダと、該ロータリエンコーダからの出力信号を契機として前記単位回転角度分の回転をする間の切断動作に際して前記主軸に加わる負荷に対応するパラメータを計測する計測手段と、を備えていること。
（１Ｂ）前記計測手段の計測結果に基づいて前記丸鋸の刃数に対応する数の切り込み動作毎に生じる前記負荷に対応する判定値を導出する判定値導出手段と、前記切り込み動作毎に導出される判定値の変化を平滑化して基準値とする基準値導出手段と、を備えていること。
（１Ｃ）前記判定値と前記基準値との差が所定の閾値を超過しているか否かの判定を行う閾値超過判定手段と、該閾値超過判定手段による超過の判定が前記主軸が複数回に渡って回転する間に周期的に発生しているか否かを判定する周期性判定手段と、前記周期性判定手段により前記閾値の超過が周期的に発生しているとの判定がなされたときにチッピングの発生と判定するチッピング発生判定手段と、を備えていること。

本発明の丸鋸切断機によれば、主軸が単位回転角度分の回転をする度にロータリエンコーダが出力する信号を契機として、計測手段が、主軸が単位回転角度分の回転をする間の切断動作に際して主軸に加わる負荷に対応するパラメータを計測する。ここで、単位回転角度は、ロータリエンコーダの機構により、１回転で出力するパルス数をｎとすると、単位回転角度は（３６０／ｎ）度となる。このパルス数ｎと丸鋸の刃数Ｎは必ずしも一致せす、かつ、パルス信号の出力タイミングと個々の刃の切り込みタイミングも一致していない。このため、以後の処理において計測結果をそのまま用いるのではなく、判定値導出手段により、計測手段の計測結果に基づいて丸鋸の刃数に対応する数の切り込み動作毎に生じる負荷に対応する判定値を導出し、さらに、基準値導出手段により、この判定値の変化を平滑化して基準値とする。その上で、閾値超過判定手段で、判定値と基準値との差が所定の閾値を超過しているか否かの判定を行い、さらに、周期性判定手段が、超過判定が主軸が複数回に渡って回転する間に周期的に発生しているか否かを判定し、チッピング判定手段は、閾値の超過が周期的に発生しているとの判定がなされたときにチッピングの発生と判定する。即ち、閾値超過判定手段による超過判定がなされたとしても、当該判定に周期性がない場合はチッピング発生とは判定しない。これにより、チッピング以外の原因による主軸に加わる負荷の変動があったとしても、過ってチッピングと判定することがない。

本発明の丸鋸切断機は、さらに、以下の構成を備えるとよい。
（２）前記丸鋸の刃数を入力する刃数入力手段を備え、前記判定値導出手段は、前記刃数入力手段によって入力された刃数と前記単位回転角度との対応関係を考慮して前記判定値の導出を実行する手段として構成されていること。

また、本発明の丸鋸切断機は、さらに、以下の構成を備えるとよい。
（３）前記丸鋸によって切断するワークの断面寸法を入力する断面寸法入力手段を備え、前記周期性判定手段は、前記断面寸法入力手段によって入力されたワークの断面寸法を考慮して、当該ワークの切断の開始から完了までの間に生じる周期性に基づいて前記判定を実行する手段として構成されていること。

刃数入力手段を備えることにより、主軸に装着する丸鋸を取り換えたときも適切な判定値の導出ができる結果、汎用の丸鋸切断機への本発明の適用が可能となるからである。また、断面寸法入力手段を備えることにより、切断するワークに応じてチッピングによって発生する周期性の判定を的確に実行することができるからである。

これら本発明の丸鋸切断機は、さらに、以下の構成を備えるとよい。
（４）前記判定値導出手段は、前記計測手段の計測結果に対する積分処理によって導出した積分値と理論値との差を正規化処理することによって前記判定値を導出する手段として構成されていること。

上述の通り、パルス信号の発生と刃の切り込みとは必ずしも一致しておらず、さらに、チッピング以外の原因、例えば電圧変動やワークの組織のバラツキなどによる負荷の変動に対して、常に適正な判定を実行することができるからである。なお、積分処理は、所定の積分範囲に渡って計測される計測結果について実施する。理論値は、設定回転数の通りに計測されたと仮定して、積分値を導出するのと同じ積分範囲の積分処理によって得られる値である。

これら本発明の丸鋸切断機は、さらに、以下の構成を備えるとよい。
（５）前記判定値導出手段は、移動平均処理を用いて前記切り込み動作毎の判定値を導出する手段として構成されていること。

移動平均処理を用いることによって、パルス信号の発生と刃の切り込みとが必ずしも一致しない中で適切な判定値の導出が可能となる上に、シーケンサの様にデータ処理能力がそれほど高くはないＣＰＵであっても迅速かつ適切な判定を実行することができるからである。

これら本発明の丸鋸切断機は、さらに、以下の構成を備えるとよい。
（６）前記基準値導出手段は、前記主軸が１回転する間に導出された前記判定値に基づいて前記基準値を導出すると共に、所定期間内は、前記判定値導出手段によって判定値が導出される毎に前記基準値を更新する手段として構成されていること。

かかる構成を採用することにより、常に、最新かつ適切な基準値を用いることができ、チッピング以外の原因による誤判定を防止することができるからである。

これら本発明の丸鋸切断機は、さらに、以下の構成を備えるとよい。
（７）前記計測手段が回転角速度を計測する手段として構成され、前記判定値導出手段が回転数によって特定される判定値を導出する手段として構成され、前記基準値導出手段が回転数によって特定される基準値を導出する手段として構成されていること。

主軸に加わる負荷に対応するパラメータとしては、例えば、主軸モータの電流値を用いることもできるが、回転角速度はパルス間隔で計測することでき、精度面、誤判定防止の面などから、より優れているからである。

これら本発明の丸鋸切断機は、さらに、以下の構成を備えるとよい。
（８）前記ロータリエンコーダを、前記主軸の端部の延長線上にカップリングを介して同軸となる様に保持する保持手段を備えていること。

ロータリエンコーダの後付けが容易だからである。

これら本発明の丸鋸切断機には、さらに、以下の構成を備えさせ、現場での対応を促す様にするとよい。
（９）前記チッピング発生判定手段がチッピングの発生と判定したときに報知を実行する報知手段を備えていること。

また、これら本発明の丸鋸切断機には、さらに、以下の構成を備えさせ、判定結果の確認が容易に実施できる様にするとよい。
（１０）前記チッピング発生判定手段がチッピングの発生と判定したときに前記判定値と前記基準値との差を時間軸に沿ったグラフとして表示するグラフ表示手段を備えていること。

本発明によれば、丸鋸切断機における切断中のチッピングを的確に早期発見することができる。

実施例１の丸鋸切断機を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は左側面図である。実施例１における丸鋸切断機の切断機本体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は要部の拡大平面図である。実施例１における制御系統を示し、（Ａ）は全体のブロック図、（Ｂ）は入力装置の概念図である。実施例１における定寸処理の概要を示すフローチャートである。実施例１におけるチッピング検知処理の概要を示すフローチャートである。実施例１におけるハードウェアロジックによる構成を示すブロック図である。実施例１におけるモニタ表示の説明図である。実施例１におけるアラーム報知の説明図である。実施例１におけるチッピングの有無によるグラフ表示の相違を示す説明図である。実施例２における丸鋸切断機の要部の拡大平面図である。

以下、本発明の実施形態についていくつかの実施例で説明する。

［機械構造の概要］
実施例１の丸鋸切断機１は、図１（Ａ），（Ｂ）に示す様に、機械ベース５の上面に、ワーク搬送部６と、切断機本体１０とを備えている。ワーク搬送部６には、ワークＷを軸方向に移動させるワーク搬送モータＭ１と、ワークＷを切断位置でクランプするワーククランプシリンダＣＹＬ１とが備えられている。

切断機本体１０は、切断機ベース１１の上面に斜め傾斜する様に設けたフレームガイド１２に対して摺動可能に設置した機械フレーム１３を備えている。切断機フレーム１３は、移動モータＭ１０により、フレームガイド１２に沿って斜め上方と斜め下方との間を往復動される。切断機フレーム１３の前面には、丸鋸２の刃先を一部だけ露出させた状態に覆う押さえ蓋１４が開閉可能に設置されている。

切断機フレーム１３には、図２（Ａ）に示す様に、丸鋸２を装着する主軸２１に対して主軸モータＭ２０の動力を伝達するためのギヤボックス２２が設置されている。主軸モータＭ２０の動力は、ギヤボックス２２の入力軸２３に対してベルト機構２４を介して伝達される。入力軸２３に伝達された動力は、ギヤボックス２２に収納されたギヤ群を介して主軸２１へと伝達される。なお、ギヤボックス２２には、ブレーキ２５も取り付けられている。切断機フレーム１３には、主軸回転角度を一定とした状態に主軸２１を停止させるための主軸停止位置センサＳＥ２１も設置されている。

丸鋸２は、図２（Ｂ）に示す様に、主軸２１の先端の刃物取り付けフランジ２６と押さえフランジ２７との間に挟み付ける様にして締め付けボルト２８によって固定されている。刃物取り付けフランジ２６と押さえフランジ２７とは、ピン２９，２９によって回り止めしつつ位置合わせされている。

締め付けボルト２８のボルト頭部にはピン３１が、軸心を同一として供回りする様にキー結合される。押さえ蓋１４には、このピン３１を挿通させる貫通穴１４ａが形成されると共に、前方へ突出する様に回転検出器保持フレーム３２が取り付けられている。回転検出器保持フレーム３２は、貫通穴１４ａを中心とする様に同心円状に立設された第１支柱３３，３３，…と、この第１支柱３３，３３，…の先端に取り付けられるリングプレート３４と、このリングプレート３４の前面側に貫通穴１４ａを中心とする同心円状に立設された第２支柱３５，３５，…と、この第２支柱３５，３５，…の先端に取り付けられる円板３６とを備えている。

円板３６には主軸２１と中心を一致させる様にロータリエンコーダ４１が取り付けられている。そして、このロータリエンコーダ４１から主軸２１に向かって突出するエンコーダ軸４２と、主軸２１側からロータリエンコーダ４１に向かって突出するピン３１とをカップリング４３で連結することにより、主軸２１の実際の回転数をロータリエンコーダ４１で計測可能にしている。

［制御系統の概要］
本実施例の丸鋸切断機１は、図３（Ａ）に示す様に、制御装置１００には、主たる入出力対象機器として、ワーク搬送モータＭ１、先端検出センサＳＥ１、ワーククランプシリンダＣＹＬ１、移動モータＭ１０、主軸モータＭ２０、主軸停止位置センサＳＥ２１、ロータリエンコーダ４１、過負荷検出センサＳＥ２０、表示装置１１０、入力装置１２０、及び検出用制御装置１３０が接続されている。

［入力装置の概要］
制御装置１００は、設定条件に従ってワークＷの定寸切断を実行して設定重量の鍛造用ブランクを製造する処理を実行する。この定寸切断の条件等は、入力装置１２０を用いて予め入力しておく。入力作業は、図３（Ｂ）に示す様に、表示装置１１０のモニタに入力画面１２１を表示して実行する。本実施例では、入力画面１２１には、鋼種データ入力部１２２、切断データ入力部１２３、刃具データ入力部１２４、主軸データ入力部１２５、及びテンキー入力部１２６を表示する。入力画面１２１は、タッチパネルとなっており、例えば、切断径Ｄを入力する際には、切断径Ｄの入力欄にタッチし、テンキー入力部１２６の所定のキーにタッチすることにより入力を行う。切断長Ｌ、端切長Ｌ０、刃数ＮＢ、刃厚ｔ、主軸回転数ＮＳ、過負荷設定値Ｘ、ブランク重量Ｖも同様にテンキー入力部１２６のタッチ操作によって数値で入力する。鋼種Ｋは、予め切断対象として設定してある鋼種を特定する番号を数値入力することによって特定する。過負荷設定値Ｘは、丸鋸２の磨耗等によって切れ味が落ちた状態を検出するために設定するものである。

［定寸切断処理の概要］
制御装置１００は、図４に示す様に、ワーク搬送モータＭ１に制御信号を出力してワーク搬送部６にてワークＷを軸方向へ搬送する（Ｓ１０）。制御装置１００は、ワーク搬送部６に設置した先端検出センサＳＥ１から先端検出信号が入力されたら（Ｓ２０：ＹＥＳ）、端切長Ｌ０分だけ送ったところでワーク搬送モータＭ１を停止させ（Ｓ３０）、ワーククランプシリンダＣＹＬ１に対して制御信号を出力する（Ｓ４０）。これにより、ワークＷを端切り位置へと搬送し、端切りを実行可能な状態となる。

制御装置１００は、主軸モータＭ２０へと駆動信号を出力して設定した回転数Ｍで主軸を回転させると共に（Ｓ５０）、移動モータＭ１０へと制御信号を出力して機械フレーム１３をガイドフレーム１２に沿って切断位置へと移動させる（Ｓ６０）。これにより、ワークＷの端切りが実行される。

その後、制御装置１００は、移動モータＭ１０へと制御信号を出力して機械フレーム１３を上昇位置へと戻し（Ｓ７０）、ワーククランプシリンダＣＹＬ１へとアンクランプを指令し（Ｓ８０）、ワーク搬送モータＭ１へと定寸送り量Ｌ１だけ搬送させる駆動指令を出力する（Ｓ９０）。そして、ワーク搬送モータＭ１による定寸送り完了信号を受けてワーククランプシリンダＣＹＬ１にクランプ動作を実行させた後（Ｓ１００）、移動モータＭ１０へと制御信号を出力して機械フレーム１３をガイドフレーム１２に沿って切断位置へと移動させる（Ｓ１２０）。これにより、定寸切断が実行される。

続いて、ワーククランプシリンダＣＹＬ１へとアンクランプを指令し（Ｓ１３０）、演算によって算出した個数のブランクの切り出しが完了したか否かを判定する（Ｓ１４０）。完了していない場合は（Ｓ１４０：ＮＯ）、Ｓ９０へと戻る。一方、完了している場合は（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、主軸モータＭ２０を停止すると共にワーク搬送モータＭ１を原点位置へと戻して処理を終了する（Ｓ１５０）。

以上の制御処理は、ワークＷをセットし、入力装置１２０からスタートを指令することにより、繰り返し実行される。

［ロータリエンコーダのパルス信号］
ロータリエンコーダ４１は、主軸２１が１回転（３６０度回転）する間に、所定個数のパルス信号を出力する。例えば、１回転につき１２０個のパルス信号を出力するならば（パルス数ｐｃ＝１２０）、パルス間隔ｐｔは、回転角度＝（３６０／１２０）＝３度毎の回転角速度に対応する信号となる。Ｓ５０において主軸モータＭ２０を設定回転数ＮＳにて駆動開始して回転が安定した状態であれば、パルス間隔ｐｔは設定回転数ＮＳに対応する回転角速度を示す状態で計測される。

一方、Ｓ６０によって移動モータＭ１０による切断位置への移動が開始されて一刃目がワークＷに切り込む際には、切り込み時の負荷によって主軸回転数は若干遅くなる。この結果、パルス間隔ｐｔに変化が生じる。切り込み開始後は個々の刃がワークＷに切り込む瞬間に若干の回転遅れを生じるものの概ね一定の回転数でワークＷを切り進み、完全に切断が完了した時点では、再び、ほぼ設定回転数ＮＳの状態となる。

これに対し、チッピングが発生すると、それが微小なものであったとしても欠けた刃がワークＷに切り込む瞬間の回転数の低下量が大きくなる。このため、ワークＷの切断が開始されて切り終わるまでの間に、パルス間隔ｐｔが大きな値となる現象が周期的に発生する。本実施例では、この周期的なパルス間隔ｐｔの増大に着目して、以下の様にしてチッピングの検知を実行している。

［チッピング検知処理の概要］
検出用制御装置１３０は、図５に示す様に、パルス信号を受信する毎にパルス間隔ｐｔを計測し（Ｓ２１０）、計測したパルス間隔ｐｔから単位回転角度毎の回転数ｒｐｍ１を導出する（Ｓ２２０）。次に、単位回転角度毎の回転数ｒｐｍ１に基づいて各刃の切り込み時の回転数ｒｐｍ２を導出する（Ｓ２３０，Ｓ２３５）。このため、データ数の関係でｒｐｍ２を導出できないときは（Ｓ２３０＝ＮＯ）、Ｓ２１０へ戻る。

次に、切り込み時の回転数ｒｐｍ２を所定の積分範囲（本実施例では、「３６００パルス／回転の分解能を有するロータリエンコーダからの６０パルス分」＝「主軸が１／６０回転する間」＝「刃数６０の鋸刃の１刃分」）に対する積分処理によって導出した積分値に基づいて実回転数ＮＲを算出すると共に、設定回転数ＮＳと積分範囲とから導出される理論値としての回転数ＮＲ０との差分（ＮＲ０−ＮＲ）を求めた上で二乗して正規化する（Ｓ２４０，Ｓ２４５）。実回転数ＮＲを算出する理由は、主軸２１が切断中は各刃の切り込み毎に若干の遅れを生じる様な状態で回転するからである。また、所定の積分範囲に対する積分処理によって導出した積分値に基づいて実回転数ＮＲを算出する理由は、ロータリエンコーダ４１のパルス信号出力タイミングと丸鋸２の刃の切り込みタイミングとは必ずしも一致してはいないからである。なお、データ数の関係等により、積分による実回転数ＮＲの算出条件を満足していない場合は（Ｓ２４０：ＮＯ）、Ｓ２１０へ戻る。このＳ２４５の処理による実回転数ＮＲの算出は、チッピング報知によって本ルーチンを終えるまでの間、繰り返し実行され、更新されていく。これにより、ワークＷの組織的なバラツキや電圧変動など、チッピングとは無関係な原因による回転数変動が生じたとしても、常に、最新の状態での実回転数ＮＲに対する差分値を算出することができる。

こうして得られた正規化の結果に対して移動平均処理を実行する（Ｓ２５０，Ｓ２５５）。この移動平均処理は、例えば、１〜１０，２〜１１，３〜１２，・・・と、対象データを一つずつずらす様にして、移動平均値ｉｎｐｕｔ（１），ｉｎｐｕｔ（２），ｉｎｐｕｔ（３），・・・を導出する処理である。なお、データ数の関係等により、移動平均処理を実行する条件を満足していない場合（Ｓ２５０：ＮＯ）は、Ｓ２１０へ戻る。

こうして順次導出する移動平均値ｉｎｐｕｔ（ｉ）から基準値ｓｔｏｃｋを導出して基準値格納部へ格納する（Ｓ２６０，Ｓ２６５）。基準値ｓｔｏｃｋは、ｓｔｏｃｋ＝（ｓｔｏｃｋ＋ｉｎｐｕｔ（ｉ））／２という演算によって導出する。なお、最初に格納される基準値は、ｓｔｏｃｋ＝ｉｎｐｕｔ（１）とする。この基準値は、一刃切り込む毎の回転速度を意味するものとなる。なお、データ数の関係等により、移動平均処理を実行する条件を満足していない場合は（Ｓ２６０：ＮＯ）、Ｓ２１０へ戻る。このＳ２６５の処理による基準値ｓｔｏｃｋの導出は、新しく鋸刃を交換したり切断条件を変更してから一定の期間に渡り、繰り返し実行され、更新されていく。一定の期間に渡り更新することにより、ワークＷの組織的なバラツキや電圧変動など、チッピングとは無関係な原因による回転数変動が生じたりするといったことの影響を排除することができる。

基準値の格納を所定回数実行して格納条件を満足したら（Ｓ２７０：ＹＥＳ）、信号周期を判定するための判定値ｄｉｆｆ１を導出し（Ｓ２８０）、チッピング判定用の閾値ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを超過しているか否かを判定する（Ｓ２９０）。判定値は、ｄｉｆｆ１＝（ｉｎｐｕｔ−ｓｔｏｃｋ）という演算により導出する。

判定値が閾値を超過しているときは（Ｓ２９０：ＹＥＳ）、今回の判定値ｄｉｆｆ１を導出するのに用いた移動平均値ｉｎｐｕｔ（ｉ）に基づいてスパイク信号のポイントｓｅａｒｃｈ（ｉ）を抽出する（Ｓ３００）。ここで、ｉは「１」〜「ｐｃ」、即ち、１回の切断毎にｐｃ回取得するサンプル数の移動平均処理数に対応させた特定を行う。

次に、このスパイク信号が周期的に発生しているか否かの判定を行う（Ｓ３１０）。そして、スパイク信号が周期的に発生している場合は（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、当該現象が主軸１回転に１回の割合で、かつ、継続的に発生したものであるか否かを判定する（Ｓ３２０）。これは、周期的なスパイク信号であっても、ワークＷの表面処理などの影響によるものであったり、丸鋸２が新品である場合の切り込み量が小さい状態での周期的なスパイク信号をチッピングと誤判定しない様にするためである。このため、Ｓ３２０においては、ワークＷの直径Ｄとの関係を考慮し、当該ワークＷの切断の開始から完了までの間に１回転毎に生じる周期性を判定している。より具体的には、入力された直径Ｄに基づいて切断開始から完了までに要する主軸２１の回転回数を特定し、この回転回数を条件に、スパイク信号の発生状況が切断開始から完了までの周期性を有するものであるのか、何らかの事情による数回の周期性しか有していないのかを区別した判定を実行することが可能となっている。

そして、Ｓ３２０＝ＹＥＳと判定された場合は、チッピング発生の恐れがあることを報知する（Ｓ３３０）。

［ハードウェアロジックによる構成］
以上の処理は、図６に示した様なハードウェアロジックによって実現することもできる。このハードウェアロジックとしての制御装置２００は、ロータリエンコーダ４１からのパルス信号を入力してチッピング検出のための計算処理を実行する計算処理基板２１０と、この計算処理基板２１０で計算処理された信号を入力してチッピングの検出処理を実行する検出処理基板２２０と、検出処理基板２２０においてチッピングが検出されたときに表示装置１１０に対してアラーム表示を実行する報知回路２３０と、を備えている。

計算処理基板２１０には、パルス受信回路２１１、パルスカウント回路２１２、回転数導出回路２１３、メモリ部データ格納回路２１４、積分回路２１５、正規化処理回路２１６、及び移動平均処理回路２１７が備えられている。検出処理基板２２０には、基準値格納回路２２１、信号抽出回路２２２、スパイク判定回路２２３、スパイク周期抽出回路２２４、及び周期性判定回路２２５が備えられている。

パルス受信回路２１１は、ロータリエンコーダ４１から入力される信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジによってパルス信号を受信するための回路であって、パルス信号を受信したときにパルスカウント回路２１２へと信号を出力する処理を実行するハードウェアロジックを備えている。

パルスカウント回路２１２は、パルス受信回路２１１から信号が入力される間隔（パルス間隔ｐｔ）を高速でカウントするための回路であって、パルス信号が入力される度に、それまでに高速カウントしたパルス間隔ｐｔを確定させて回転数導出回路２１３へと出力する処理を実行するハードウェアロジックを備えている。

回転数導出回路２１３は、パルスカウント回路２１２から入力されたパルス間隔ｐｔに基づいてパルス受信から次のパルス受信までの間における瞬間の回転数を導出する回路であって、式で表すと以下の演算処理を実行し、その演算結果をメモリ部データ格納回路２１４へと出力するハードウェアロジックを備えている。

メモリ部データ格納回路２１４は、回転数導出回路２１３が導出した瞬間の回転数を定周期でメモリ部に格納する回路ある。

積分回路２１５は、メモリ部データ格納回路２１４によりメモリ部に格納されたデータを読み込んで定積分をする回路であって、式で表すと以下の演算処理を実行し、その結果を正規化処理回路２１６へと出力するハードウェアロジックで構成されている。

正規化処理回路２１６は、積分回路２１５の出力値を出力回転数設定値の定積分値によって正規化する回路であって、式で表すと以下の演算処理を実行し、演算結果を移動平均処理回路２１７へと出力するハードウェアロジックで構成されている。

移動平均回路２１７は、正規化処理回路２１６から入力される正規化の結果に対応する直流信号を生成し、移動平均処理によって平滑化する回路であって、式で表すと以下の演算処理を実行し、演算結果を基準値格納回路２２１及び信号抽出回路２２２へと出力するハードウェアロジックで構成されている。

基準値格納回路２２１は、丸鋸切断数が予め設定した一定値になるまで、正常な値をストックするための格納部である。移動平均処理回路２１７から入力される移動平均値（input）とストック値（stock）とを平均して、新たなストック値（stock）として格納する処理を実行するハードウェアロジックで構成されている。基準値格納回路２２１は、丸鋸切断数が予め設定した一定値になった後は、ストック値（stock）を信号抽出回路２２２へと出力する。

信号抽出回路２２２は、基準値格納回路２２１から入力されるストック値（stock）と、移動平均処理回路２１６から入力される移動平均値（input）とに基づいて、丸鋸切断数が予め設定した一定値以上になった後、ストック値と移動平均値との差分値（diff1）を導出してスパイク判定回路２２３へと出力する処理を実行するハードウェアロジックで構成されている。

スパイク判定回路２２３は、信号抽出回路２２２から入力される差分値（diff1）と閾値（threshold）とを比較し、超過している場合はスパイクポイントと判定してポイント抽出を行い、その結果をスパイク周期抽出回路２２４へと出力する演算処理を実行するハードウェアロジックで構成されている。

スパイク周期抽出回路２２４は、スパイク判定回路２２２から入力されるスパイクポイントが発生する周期の導出を行い、その結果を周期数抽出回路２２５へと出力する演算処理を実行するハードウェアロジックで構成されている。

周期性判定回路２２５は、スパイク周期抽出回路２２４から入力される周期（scon）から、スパイクポイントがチッピング発生を推定させる周期性を有するものであるか否かを判定し、チッピング発生を推定させるものと判定したときは、報知回路２３０へとアラートを出力する演算処理を実行するハードウェアロジックで構成されている。

［モニタ表示］
次に、表示装置１１０によるモニタ表示について説明する。本実施例においては、図７（Ａ）に示す様に、表示装置１１０は、「モニタ」「手動」「運転」「設定」「保守」といったタグを備え、タッチ操作によって画面の切り替えを実施することができる様に構成ｓれている。「設定」のタグにタッチすることにより、図７（Ｂ）に示す様に、切断データ等を入力する画面に切り替わる。さらに、「グラフ表示」にタッチすることにより、図７（Ｃ）に示す様に、運転中の回転数変動の様子がグラフ表示される。このグラフに示す通り、丸鋸２の各刃が切り込む毎に回転数に変動が生じていることが分かる。なお、このグラフ表示は、チッピングが生じていない状態を示している。

チッピングが生じたと判定された場合は、図８に示す様に、アラーム画面がポップアップ表示される。このポップアップ表示が出現したときに「グラフ表示」にタッチすると、図７（Ｃ）とは縦軸スケールの異なるグラフが表示される。

図９（Ａ１），（Ａ２）は、チッピングが生じていない状態でのグラフ表示とワーク切断面の様子を示している。図９（Ｂ１），（Ｂ２）は、チッピングが生じたと判定されたときのグラフ表示とワーク切断面の様子を示している。これらのグラフから分かる様に、チッピングが生じた場合には縦軸スケールが変更され、周期的にスパイクが生じている様子を確認することができる。この様な状況では、図９（Ｂ２）に示す様に、ワーク切断面にはチッピング跡が発生していることが分かる。

なお、図９（Ａ１）を見ると、切り始めにおいてそこそこ大きなスパイクが生じていることが分かる。これは、切り込み始めに当たってそれまでの無負荷の状態から負荷が加わった状態になるためである。本実施例では、単にスパイクが生じているか否かだけでなく、スパイクが周期的に発生しているか否かを判定することで、こうした切り始めのスパイクとチッピングによるスパイクとを明確に区別することを可能にしている。また、切り始め以外であっても素材特性によって、例えば、硬さが異なる箇所が存在する様な場合もスパイクが生じ得るが、これも、周期性を有するか否かを判定条件とすることでチッピングと区別することができている。

実施例２の丸鋸切断機は、図１０に示す様に、ロータリエンコーダ７１を、主軸２１の後端部に設置する点以外は、実施例１と同様に構成される。実施例２では、主軸２１の後端を覆うカバー体６０を貫通する様に、主軸２１と軸心を同一とするピン６１を備えている。カバー体６０には、実施例１と同様の回転検出器保持フレーム６２が取り付けられ、主軸２１と中心を一致させる様にロータリエンコーダ７１のエンコーダ軸７２とピン６１とをカップリング７３で連結することにより、主軸２１の実際の回転数をロータリエンコーダ７１で計測可能にしている。

以上説明した様に、本実施例によれば、丸鋸切断機における刃物交換の完全な自動化を可能ならしめ、作業者を配置することなく夜間運転をすることをも可能とすることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこの実施例に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内での種々なる変形実施が可能であることはいうまでもない。

例えば、主軸モータＭ２０としてサーボモータを採用し、サーボモータが内蔵しているロータリエンコーダの信号からパルス間隔ｐｔを導出して実施例と同様の処理を行う様にしても構わない。また、パルス間の時間に代えて、パルス間の電流値を用いて刃毎の切り込み時の電流平均値を導出して実施例と同様の処理を行う様にしてもよい。また、三相モータ自体にロータリエンコーダを付加する構造を採用しても良い。

丸鋸切断機に適用することができる。

１・・・丸鋸切断機、２・・・丸鋸、５・・・機械ベース、６・・・ワーク搬送部、１０・・・切断機本体、１１・・・切断機ベース、１２・・・フレームガイド、１３・・・機械フレーム、１４・・・押さえ蓋、１４ａ・・・貫通穴、２１・・・主軸、２２・・・ギヤボックス、２３・・・入力軸、２４・・・ベルト機構、２５・・・ブレーキ、２６・・・刃物取り付けフランジ、２７・・・押さえフランジ、２８・・・締め付けボルト、２９・・・ピン、３１・・・ピン、３２・・・回転検出器保持フレーム、３３・・・第１支柱、３４・・・リングプレート、３５・・・第２支柱、３６・・・円板、４１・・・ロータリエンコーダ、４２・・・エンコーダ軸、４３・・・カップリング、１００・・・制御装置、１１０・・・表示装置１１０、１２０・・・入力装置、１２１・・・入力画面、１２２・・・鋼種データ入力部、１２３・・・切断データ入力部、１２４・・・刃具データ入力部、１２５・・・主軸データ入力部、１２６・・・テンキー入力部１２、２００・・・制御装置、２１０・・・計算処理基板、２１１・・・パルス受信回路、２１２・・・パルスカウント回路、２１３・・・回転数導出回路、２１４・・・メモリ部データ格納回路、２１５・・・積分回路、２１６・・・正規化処理回路、２１７・・・移動平均処理回路、２２０・・・検出処理基板、２２１・・・基準値格納回路、２２２・・・信号抽出回路、２２３・・・スパイク判定回路、２２４・・・スパイク周期抽出回路、２２５・・・周期性判定回路、２３０・・・報知回路、ＣＹＬ１・・・ワーククランプシリンダ、Ｍ１・・・ワーク搬送モータ、Ｍ１０・・・移動モータ、Ｍ２０・・・主軸モータ、ＳＥ１・・・先端検出センサ、ＳＥ２０・・・過負荷検出センサ、ＳＥ２１・・・主軸停止位置センサ、Ｗ・・・ワーク。

Claims

主軸モータによって回転駆動される丸鋸のチッピングを検知するために、以下の構成からなるチッピング検知装置を備えていることを特徴とする丸鋸切断機。
（１Ａ）前記丸鋸が取り付けられた主軸が単位回転角度分の回転をする度に信号を出力するロータリエンコーダと、該ロータリエンコーダからの出力信号を契機として前記単位回転角度分の回転をする間の切断動作に際して前記主軸に加わる負荷に対応するパラメータを計測する計測手段と、を備えていること。
（１Ｂ）前記計測手段の計測結果に基づいて前記丸鋸の刃数に対応する数の切り込み動作毎に生じる前記負荷に対応する判定値を導出する判定値導出手段と、前記切り込み動作毎に導出される判定値の変化を平滑化して基準値とする基準値導出手段と、を備えていること。
（１Ｃ）前記判定値と前記基準値との差が所定の閾値を超過しているか否かの判定を行う閾値超過判定手段と、該閾値超過判定手段による超過の判定が前記主軸が複数回に渡って回転する間に周期的に発生しているか否かを判定する周期性判定手段と、前記周期性判定手段により前記閾値の超過が周期的に発生しているとの判定がなされたときにチッピングの発生と判定するチッピング発生判定手段と、を備えていること。
（２）前記丸鋸の刃数を入力する刃数入力手段を備え、前記判定値導出手段は、前記刃数入力手段によって入力された刃数と前記単位回転角度との対応関係を考慮して前記判定値の導出を実行する手段として構成されていること。
主軸モータによって回転駆動される丸鋸のチッピングを検知するために、以下の構成からなるチッピング検知装置を備えていることを特徴とする丸鋸切断機。
（１Ａ）前記丸鋸が取り付けられた主軸が単位回転角度分の回転をする度に信号を出力するロータリエンコーダと、該ロータリエンコーダからの出力信号を契機として前記単位回転角度分の回転をする間の切断動作に際して前記主軸に加わる負荷に対応するパラメータを計測する計測手段と、を備えていること。
（１Ｂ）前記計測手段の計測結果に基づいて前記丸鋸の刃数に対応する数の切り込み動作毎に生じる前記負荷に対応する判定値を導出する判定値導出手段と、前記切り込み動作毎に導出される判定値の変化を平滑化して基準値とする基準値導出手段と、を備えていること。
（１Ｃ）前記判定値と前記基準値との差が所定の閾値を超過しているか否かの判定を行う閾値超過判定手段と、該閾値超過判定手段による超過の判定が前記主軸が複数回に渡って回転する間に周期的に発生しているか否かを判定する周期性判定手段と、前記周期性判定手段により前記閾値の超過が周期的に発生しているとの判定がなされたときにチッピングの発生と判定するチッピング発生判定手段と、を備えていること。
（３）前記丸鋸によって切断するワークの断面寸法を入力する断面寸法入力手段を備え、前記周期性判定手段は、前記断面寸法入力手段によって入力されたワークの断面寸法を考慮して、当該ワークの切断の開始から完了までの間に生じる周期性に基づいて前記判定を実行する手段として構成されていること。
主軸モータによって回転駆動される丸鋸のチッピングを検知するために、以下の構成からなるチッピング検知装置を備えていることを特徴とする丸鋸切断機。
（１Ａ）前記丸鋸が取り付けられた主軸が単位回転角度分の回転をする度に信号を出力するロータリエンコーダと、該ロータリエンコーダからの出力信号を契機として前記単位回転角度分の回転をする間の切断動作に際して前記主軸に加わる負荷に対応するパラメータを計測する計測手段と、を備えていること。
（１Ｂ）前記計測手段の計測結果に基づいて前記丸鋸の刃数に対応する数の切り込み動作毎に生じる前記負荷に対応する判定値を導出する判定値導出手段と、前記切り込み動作毎に導出される判定値の変化を平滑化して基準値とする基準値導出手段と、を備えていること。
（１Ｃ）前記判定値と前記基準値との差が所定の閾値を超過しているか否かの判定を行う閾値超過判定手段と、該閾値超過判定手段による超過の判定が前記主軸が複数回に渡って回転する間に周期的に発生しているか否かを判定する周期性判定手段と、前記周期性判定手段により前記閾値の超過が周期的に発生しているとの判定がなされたときにチッピングの発生と判定するチッピング発生判定手段と、を備えていること。
（２）前記丸鋸の刃数を入力する刃数入力手段を備え、前記判定値導出手段は、前記刃数入力手段によって入力された刃数と前記単位回転角度との対応関係を考慮して前記判定値の導出を実行する手段として構成されていること。
（３）前記丸鋸によって切断するワークの断面寸法を入力する断面寸法入力手段を備え、前記周期性判定手段は、前記断面寸法入力手段によって入力されたワークの断面寸法を考慮して、当該ワークの切断の開始から完了までの間に生じる周期性に基づいて前記判定を実行する手段として構成されていること。
さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の丸鋸切断機。
（４）前記判定値導出手段は、前記計測手段の計測結果に対する積分処理によって導出した積分値と理論値との差を正規化処理することによって前記判定値を導出する手段として構成されていること。
さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の丸鋸切断機。
（５）前記判定値導出手段は、移動平均処理を用いて前記切り込み動作毎の判定値を導出する手段として構成されていること。
さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の丸鋸切断機。
（６）前記基準値導出手段は、前記主軸が１回転する間に導出された前記判定値に基づいて前記基準値を導出すると共に、所定期間内は、前記判定値導出手段によって判定値が導出される毎に前記基準値を更新する手段として構成されていること。
さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の丸鋸切断機。
（７）前記計測手段が回転角速度を計測する手段として構成され、前記判定値導出手段が回転数によって特定される判定値を導出する手段として構成され、前記基準値導出手段が回転数によって特定される基準値を導出する手段として構成されていること。
さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の丸鋸切断機。
（８）前記ロータリエンコーダを、前記主軸の端部の延長線上にカップリングを介して同軸となる様に保持する保持手段を備えていること。
さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の丸鋸切断機。
（９）前記チッピング発生判定手段がチッピングの発生と判定したときに報知を実行する報知手段を備えていること。
さらに、以下の構成を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の丸鋸切断機。
（１０）前記チッピング発生判定手段がチッピングの発生と判定したときに前記判定値と前記基準値との差を時間軸に沿ったグラフとして表示するグラフ表示手段を備えていること。