JP6920092B2 - Drilling system, drill abnormality detection method and manufacturing method of the product to be drilled - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、穿孔システム、ドリル異常検知方法及び被穿孔品の製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a drilling system, a drill abnormality detection method, and a method for manufacturing a product to be drilled.
穿孔機や工作機械を用いた機械加工においては、工具の摩耗や欠損を検知することが重要である。そこで、従来、様々な工具の異常検出方法が提案されている(例えば特許文献1乃至5参照)。例えば、電動式の穿孔機として、電力やトルクの変動を監視することによって、ドリルの異常を検知する機能を備えたものが市販されている。
In machining using a drilling machine or a machine tool, it is important to detect wear or loss of the tool. Therefore, conventionally, various methods for detecting abnormalities in tools have been proposed (see, for example,
一方、穿孔作業は、手持ち式のドリル駆動装置を用いた作業者による手作業から自動穿孔機による機械加工に移行しつつある(例えば特許文献6参照)。 On the other hand, the drilling work is shifting from manual work by a worker using a hand-held drill drive device to machining by an automatic drilling machine (see, for example, Patent Document 6).
自動穿孔機によって自動的に穿孔を行う場合には、手作業で穿孔を行う場合のように、作業者の手先の感覚や視認によってドリルの欠損や摩耗を検知することができない。欠損や摩耗等の異常が発生したドリルを用いて穿孔を行えば、不具合の発生に繋がる。このため、自動穿孔機によって自動的に穿孔を行う場合には、穿孔のみならず、ドリルの異常についても自動的に検知できるようにすることが望まれる。 When perforation is automatically performed by an automatic perforation machine, it is not possible to detect missing or worn drills by the sense or visual inspection of the operator's hand, unlike the case where perforation is performed manually. If drilling is performed using a drill that has an abnormality such as a chip or wear, it will lead to the occurrence of a defect. Therefore, when the automatic drilling machine automatically drills, it is desired to be able to automatically detect not only the drilling but also the abnormality of the drill.
しかしながら、エア駆動式の自動穿孔機のように、電動式でない自動穿孔機の場合には、電力やトルクの変動を必ずしも容易に監視することができない。一方、マシニングセンタやボール盤等の工作機械にドリルの異常検知機能を設ける場合には、工作機械の設計段階から仕様を決定することが必要である。換言すれば、工作機械はもちろん、工作機械以外の自動穿孔機においても、後発的に簡易に工具の異常検知機能を付加できるようにすることが望まれる。また、工具の異常検知機能を後発的に穿孔機に付加するか否かを問わず、穿孔機の駆動源を用いずに異常検知機能システムを作動できるようにすることも有用である。 However, in the case of a non-electric automatic drilling machine such as an air-driven automatic drilling machine, fluctuations in electric power and torque cannot always be easily monitored. On the other hand, when a machine tool such as a machining center or a drilling machine is provided with a drill abnormality detection function, it is necessary to determine the specifications from the design stage of the machine tool. In other words, it is desired that not only machine tools but also automatic drilling machines other than machine tools can easily add a tool abnormality detection function later. It is also useful to enable the anomaly detection function system to operate without using the drive source of the perforator, regardless of whether or not the tool anomaly detection function is subsequently added to the perforator.
そこで、本発明は、穿孔機のタイプによらず、ドリルの異常を自動的に検知できるようにすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to enable automatic detection of an abnormality in a drill regardless of the type of drilling machine.
本発明の実施形態に係る穿孔システムは、ドリル異常検知システム、ドリルを回転駆動させる穿孔機、集積回路タグ及びリーダを備える。ドリル異常検知システムは、振動センサ及び信号処理系を有する。振動センサは、前記穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられ、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出する。信号処理系は、前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔における異常を監視する。集積回路タグは、前記穿孔対象及び前記穿孔板の少なくとも一方に取付けられ、前記検出信号の波形の、前記基準波形からの乖離量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報が記録される。リーダは、前記穿孔機側に取付けられ、前記集積回路タグに記録された前記情報を読み取って、前記信号処理系に転送する。前記信号処理系は、転送された前記情報に基づいて前記閾値を特定し、前記指標値が前記閾値以上又は前記閾値を超えた場合に前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定するように構成される。 The drilling system according to the embodiment of the present invention includes a drill abnormality detection system, a drilling machine for rotationally driving a drill, an integrated circuit tag, and a reader . The drill abnormality detection system includes a vibration sensor and a signal processing system. The vibration sensor is attached to the drilling machine, the drilling target by the drill, or the drilling plate attached to the drilling target, and directly or indirectly detects the vibration of the drill during rotation. The signal processing system performs the drill by comparing the waveform of the detection signal indicating the vibration of the drill detected by the vibration sensor with the reference waveform corresponding to the case where there is no abnormality in the drilling using the drill. Monitor anomalies in the drilling used. The integrated circuit tag is attached to at least one of the perforation target and the perforation plate, and information for specifying a threshold value for an index value representing the amount of deviation of the waveform of the detection signal from the reference waveform is recorded. The reader is attached to the perforator side, reads the information recorded in the integrated circuit tag, and transfers the information to the signal processing system. The signal processing system identifies the threshold value based on the transferred information, and determines that an abnormality has occurred in the drilling using the drill when the index value is equal to or higher than the threshold value or exceeds the threshold value. It is composed of.
また、本発明の実施形態に係るドリル異常検知方法は、ドリルを回転駆動させる穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられた振動センサを用いて、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出するステップと、前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルに異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップとを有し、前記検出信号の波形の、前記基準波形からの乖離量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報を記録した集積回路タグを前記穿孔対象及び前記穿孔板の少なくとも一方に取付け、前記集積回路タグに記録された前記情報を、前記穿孔機側に取付けられたリーダで読み取って転送し、転送された前記情報に基づいて前記閾値を特定し、前記指標値が前記閾値以上又は前記閾値を超えた場合に前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定するものである。 Further, the drill abnormality detection method according to the embodiment of the present invention uses a drilling machine for rotationally driving the drill, a drilling target by the drill, or a vibration sensor attached to a drilling plate attached to the drilling target during rotation. The step of directly or indirectly detecting the vibration of the drill is compared with the waveform of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the vibration sensor and the reference waveform corresponding to the case where there is no abnormality in the drill. possess and monitoring the abnormality of the perforation with the drill by, the waveform of the detection signal, and records information for specifying a threshold for the index value representing the amount of deviation from the reference waveform integrated The circuit tag is attached to at least one of the perforation target and the perforation plate, and the information recorded in the integrated circuit tag is read and transferred by a reader attached to the perforator side, and based on the transferred information. The threshold value is specified, and when the index value is equal to or higher than the threshold value or exceeds the threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in the drilling using the drill .
また、本発明の実施形態に係る被穿孔品の製造方法は、上述したドリル異常検知方法で回転中におけるドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップと、前記穿孔機で前記ドリルを回転駆動させて前記穿孔対象の穿孔を行うことによって被穿孔品を製造するステップとを有する。 Further, in the method for manufacturing a product to be drilled according to the embodiment of the present invention, a step of monitoring an abnormality in drilling using a drill during rotation by the above-mentioned drill abnormality detection method and a rotary drive of the drill by the drilling machine are performed. It has a step of manufacturing the product to be drilled by drilling the punched object.
本発明の実施形態に係る穿孔システム、ドリル異常検知方法及び被穿孔品の製造方法について添付図面を参照して説明する。 The drilling system, the drill abnormality detection method, and the manufacturing method of the product to be drilled according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(ドリル異常検知システムを備えた穿孔システムの構成及び機能)
図1は本発明の実施形態に係るドリル異常検知システムを備えた穿孔システムの構成を示す機能ブロック図、図2は図1に示す穿孔システムの構成例を示す正面図、図3は図2に示す穿孔システムの上面図、図4は図2に示す穿孔システムに備えられる第1の走行機構の構造例を示す左側面図、図5は図2に示す穿孔システムに備えられる第2の走行機構の構造例を示す右側面図である。
(Configuration and function of drilling system equipped with drill abnormality detection system)
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a drilling system provided with a drill abnormality detection system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view showing a configuration example of the drilling system shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. Top view of the drilling system shown, FIG. 4 is a left side view showing a structural example of the first traveling mechanism provided in the drilling system shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a second traveling mechanism provided in the drilling system shown in FIG. It is a right side view which shows the structural example of.
穿孔システム1は、穿孔対象であるワークWの穿孔を機械加工によって自動的に行うシステムである。特に、穿孔システム1は、ワークWの穿孔中においてドリルに欠損や摩耗等の異常や下孔からのドリルの位置ずれ等の異常が発生したか否かを検知する機能を有している。すなわち、穿孔システム1は、ドリル自体の異常及びドリルを用いた穿孔の異常を監視しながらワークWの穿孔を行うことが可能なシステムである。
The
そのために、穿孔システム1は、穿孔機2及びドリル異常検知システム3を備えている。穿孔機2は、実際にドリルを保持してワークWの穿孔を行う穿孔機本体4と、穿孔機本体4の制御を行う制御装置7とによって構成することができる。一方、ドリル異常検知システム3は、ワークWの穿孔中においてドリル及び穿孔の異常を監視し、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したか否かを検知するためのシステムである。
Therefore, the
穿孔機本体4は、少なくともドリルを回転駆動させる装置である。このため、穿孔機本体4は、ドリルを保持して回転させる回転駆動機構を内蔵したドリルヘッド5を備えている。穿孔機本体4には、必要に応じてドリルの工具軸方向における送り動作を行うための自動送り機構を設けることができる。
The drilling machine
図示された例では、2種類の直径を有する孔を穿孔することができるように穿孔機本体4に2つのドリルヘッド5が備えられている。各ドリルヘッド5には、ドリルを回転させるエア式の回転駆動機構の他、ドリルの工具軸方向における送り動作を行うためのエア式の自動送り機構が内蔵されている。
In the illustrated example, the
更に、穿孔機本体4には、各ドリルヘッド5自体をドリルの工具軸方向に移動させる送り機構6を設けることができる。図示された例では、送り機構6が、ラック・アンド・ピニオン6Aと、ラック・アンド・ピニオン6Aのピニオン側を回転させるためのモータ6Bとを用いて構成されている。尚、ラックは、歯切りをした直線状の棒であり、ピニオンはラックと噛み合う小口径の円形歯車である。
Further, the drilling machine
また、穿孔機本体4は、例えば、走行機構8によって走行エリア内を走行可能な自走式の装置とすることができる。図示された例では、板状の部品W1の上に複数の長尺構造物W2を設けた構造体がワークWとなっている。そして、隣接する2つの長尺構造物W2の上面を、多数のローラとチェーンで構成されるクローラ(無限軌道)型の第1及び第2の走行機構8A、8Bが走行するように穿孔機本体4がセットされている。
Further, the drilling machine
長尺構造物W2は、ウェブとフランジとを有する構造を有する。そして、長尺構造物W2のウェブ上における複数の位置が穿孔位置となっている。このため、ドリルで長尺構造物W2を構成するウェブの穿孔を行うことができるように、ドリルの工具軸方向が概ね長尺構造物W2を構成するウェブの板厚方向となるように、各ドリルヘッド5を含む穿孔機本体4が配置される。
The long structure W2 has a structure having a web and a flange. A plurality of positions of the long structure W2 on the web are drilling positions. Therefore, each tool axis direction of the drill is substantially the plate thickness direction of the web constituting the long structure W2 so that the web forming the long structure W2 can be drilled with the drill. The drilling machine
尚、穿孔機本体4に備えられるドリルの回転駆動機構、送り機構及び走行機構8等の各駆動機構は、図示された例に限らず、エア式、電動式及び油圧式のいずれであってもよい。
Each drive mechanism such as the rotary drive mechanism, the feed mechanism, and the
ワークWには、必要に応じて穿孔板9を取付けることができる。図示された例でも、長尺構造物W2の長手方向に沿って、板状の穿孔板9がボルト等の締付器具でウェブの穿孔側に取付けられている。
A
図6は、図2に示す穿孔板9を右方向から見た図である。
FIG. 6 is a view of the
図6に示すように、ワークWの形状に合わせて任意数の穿孔板9を、ボルト等の締付器具でワークWに固定することができる。図示された例では、2つの穿孔板9が並べて設けられている。各穿孔板9には、ワークWの穿孔位置に合わせてガイド用の貫通孔が設けられる他、集積回路(IC:Integrated Circuit)タグ10を貼り付けることができる。
As shown in FIG. 6, an arbitrary number of
図示された例では、穿孔機本体4が走行機構8によって長尺構造物W2上を往復移動できるように構成されているため、穿孔機本体4の往路用のICタグ10と、穿孔機本体4の復路用のICタグ10が、各穿孔板9に取付けられている。ICタグ10には、各穿孔板9の識別情報(ID情報)や穿孔に使用するドリルヘッド5の選択情報等の穿孔に必要な所望の情報を記録することができる。
In the illustrated example, since the punching machine
尚、ワークWに制約がなければ、ICタグ10を穿孔板9ではなくワークWに直接貼り付けるようにしてもよい。逆に、ワークWに穿孔板9を取付け、穿孔板9にICタグ10を貼り付けるようにすれば、ワークWに直接ICタグ10を貼り付けることが困難な場合であっても、ICタグ10を所望の位置に配置することができる。
If there are no restrictions on the work W, the
ICタグ10をワークW及び穿孔板9の少なくとも一方に取付ける場合には、ICタグ10に記録された情報を読み取るICタグリーダ11を穿孔機本体4側に取付けることができる。これにより、ワークW又は穿孔板9に取付けられたICタグ10によって、RFID(radio frequency identifier)技術を利用した穿孔機本体4の自動走行及び自動穿孔を含む自動制御を行うことができる。尚、RFIDとは、ID情報を記録したICタグ等のRFタグから、無線によってID情報を取得する技術である。
When the
ICタグリーダ11は、ICタグ10に記録された情報を読み取って、穿孔機本体4の制御装置7に転送する機能を有する。一方、制御装置7は、穿孔機本体4に制御信号を出力することによって穿孔機本体4を制御する機能を有する。すなわち、制御装置7は、ドリルヘッド5の駆動、送り機構6の駆動及び走行機構8の走行等を制御する装置である。そして、ICタグ10に記録された情報がICタグリーダ11から制御装置7に転送される場合には、制御装置7は、ICタグリーダ11から転送された情報に基づいて穿孔機本体4を制御するように構成される。
The
穿孔機本体4が走行機構8で走行する場合には、穿孔機本体4の重量を軽減することが望ましい。そこで、制御装置7全体を穿孔機本体4に搭載せずに、制御装置7の一部を穿孔機本体4の走行エリア外に配置することができる。つまり、必ずしも穿孔機本体4に搭載する必要がない制御装置7の主要な部分を、穿孔機本体4の走行エリアの外部に設置することができる。
When the punching machine
このため、制御装置7は、走行エリア外に設置される本体部7Aと、穿孔機本体4に搭載される制御信号受信装置7Bとによって構成することができる。そして、本体部7Aから穿孔機本体4側の制御信号受信装置7Bに制御信号を伝送することによって、穿孔機本体4を遠隔操作することができる。
Therefore, the control device 7 can be composed of a
本体部7Aと制御信号受信装置7Bとの間は、制御信号を伝送する信号ケーブルで接続することも可能である。但し、穿孔機本体4が走行機構8で走行する場合には、本体部7Aから制御信号を無線で制御信号受信装置7Bに伝送できるようにすることが、信号ケーブルを不要とすることによって穿孔機本体4の移動の自由度を確保する観点から望ましい。
It is also possible to connect the
そこで、制御装置7の本体部7Aは、記憶装置7C、制御信号生成部7D及び無線機7Eで構成することができる。記憶装置7C及び制御信号生成部7Dは、プログラムを読込ませたコンピュータ等の電子回路で構成することができる。
Therefore, the
記憶装置7Cには、穿孔機本体4の制御信号を生成するために参照される情報を保存することができる。具体例として、各穿孔板9のID情報と、穿孔位置との関係を表す情報を記憶装置7Cに保存することができる。そうすると、ICタグ10が穿孔板9に取付けられる場合において、ICタグ10に穿孔板9のID情報を記録すれば、穿孔位置自体をICタグ10に記録しなくても、穿孔板9のID情報に基づいて穿孔位置を特定することが可能となる。
The
簡易な具体例として、図示されるように直線上に配列された特定の直径を有する複数の孔を穿孔する場合には、穿孔位置は1次元の位置情報、すなわち、隣接する孔間のピッチ又は基準となる位置からの各孔までの距離として表すことができる。従って、穿孔板9のID情報と、1次元の穿孔位置との関係を示すテーブルを記憶装置7Cに保存しておけば、穿孔板9のID情報に基づいて、穿孔位置を特定することができる。
As a simple embodiment, when drilling a plurality of holes having a specific diameter arranged in a straight line as shown, the drilling position is one-dimensional position information, that is, the pitch between adjacent holes or It can be expressed as the distance from the reference position to each hole. Therefore, if a table showing the relationship between the ID information of the
制御信号生成部7Dは、ドリルヘッド5の駆動、送り機構6の駆動及び走行機構8の走行等を行うための穿孔機本体4の各制御信号を生成し、生成した各制御信号を無線機7Eを介して無線によって制御信号受信装置7Bに送信する機能を有する。制御信号を生成する際には、記憶装置7Cに保存された情報を参照することができる。
The control
具体例として、記憶装置7Cに各穿孔板9のID情報と、穿孔位置との関係を表す情報が保存されている場合であれば、制御信号生成部7Dは、穿孔板9のID情報に基づいて穿孔位置を特定し、特定した穿孔位置で穿孔が行われるように穿孔機本体4の制御信号を生成することができる。この場合、穿孔板9のID情報がICタグ10に記録されている場合であれば、制御信号生成部7Dは、ICタグリーダ11から穿孔板9のID情報を取得することができる。逆に、穿孔板9のID情報がICタグ10に記録されていない場合やICタグ10を利用しない場合には、作業者が入力装置の操作によって穿孔板9のID情報を制御信号生成部7Dに入力するようにしてもよい。
As a specific example, if the
もちろん、記憶装置7Cに穿孔機本体4の制御プログラムを保存し、ICタグ10を利用せずに穿孔機本体4を制御することもできる。或いは、ワークW又は穿孔板9にICタグ10を取付け、ICタグ10に穿孔機本体4の制御プログラムを保存するようにしてもよい。この場合、ICタグ10に保存された穿孔機本体4の制御プログラムをICタグリーダ11で制御信号生成部7Dに転送することができる。
Of course, the control program of the punching machine
他方、穿孔機本体4側に設けられる制御信号受信装置7Bは、本体部7Aから無線で送信された穿孔機本体4の各制御信号を受信して、対象となる機器に出力する機能を有する。すなわち、ドリルヘッド5、送り機構6及び走行機構8等の穿孔機本体4の構成要素は、制御信号受信装置7Bから出力される制御信号に従って駆動するように構成することができる。これにより、穿孔機本体4の所望の動作を無線により遠隔操作することができる。
On the other hand, the control
尚、エア信号や油圧信号で駆動する構成要素が穿孔機本体4に含まれている場合には、制御信号を電気信号からエア信号や油圧信号等の電気信号以外の信号に変換する信号回路が穿孔機本体4に設けられる。そして、必要な制御信号が穿孔機本体4の各構成要素に出力される。
When the drilling machine
制御装置7の本体部7Aと制御信号受信装置7Bとの間で無線通信を行う場合には、ICタグリーダ11と制御装置7の本体部7Aとの間においても無線通信を行うことが信号ケーブルを不要とする観点から望ましい。そこで、ICタグリーダ11についても、ICタグ10に記録された情報を読み取って、制御装置7の本体部7Aに無線で転送するように構成することができる。その場合には、ICタグリーダ11にも無線機11Aが設けられる。
When wireless communication is performed between the
一方、ドリル異常検知システム3は、穿孔機本体4の各ドリルヘッド5で保持されるドリルの欠損や摩耗等の異常並びにドリルの下孔からの位置ずれ等の異常を検知するためのシステムである。ドリル異常検知システム3は、振動センサ12、回転数センサ13、信号処理系14、無線機15、入力装置16及び表示装置17を用いて構成することができる。尚、異常の検知対象に応じて振動センサ12及び回転数センサ13の一方を省略してもよい。
On the other hand, the drill
振動センサ12は、回転中におけるドリルの振動を直接又は間接的に検出するセンサである。振動センサ12としては、市販の加速度センサ等を用いることができる。振動センサ12は、穿孔機本体4、ワークW又はワークWに取付けられる穿孔板9に取付けることができる。
The
穿孔板9の数が少数であり、穿孔機本体4やドリルヘッド5の数が多い場合であれば、振動センサ12を穿孔板9に取付けることによって、必要な振動センサ12の数を低減することができる。すなわち、共通の振動センサ12で、複数の穿孔機本体4又は複数のドリルヘッド5に取付けられるドリルの振動を検出することが可能となる。また、振動センサ12をワークW又は穿孔板9に取付けるようにすれば、穿孔機本体4の分解や停止を伴わずに振動センサ12を取付けることができる。
If the number of
逆に、穿孔板9の数が多く、穿孔機本体4やドリルヘッド5の数が少ない場合であれば、振動センサ12を穿孔機本体4側に取付けることによって、必要な振動センサ12の数を低減することができる。
On the contrary, when the number of the
振動センサ12は、ドリルの振動を良好に検出することが可能な位置に取付けることが適切である。ドリルの振動を良好に検出することが可能な位置は、ドリルの振動が減衰せずに伝搬し、かつ運動する他の機械要素からの振動が重畳することによってドリルの振動の検出が困難とならない位置である。図示された例では、ドリルの回転駆動機構及び送り機構を内蔵する各ドリルヘッド5のケーシング5Aに振動センサ12が取付けられている。
It is appropriate to mount the
回転数センサ13は、回転中におけるドリルの回転数を検出するセンサである。回転数センサ13としては、回転数の検出対象に対して接触する接触式のセンサと、回転数の検出対象に対して接触しない非接触式のセンサのいずれを用いてもよい。非接触式の回転数センサ13としては、回転体に向けてレーザ光を照射し、レーザ光の反射光を検出することによって回転体の回転数を検出するものなどが知られている。図示された例では、各ドリルヘッド5のケーシング5A内に、ドリルとともに回転する回転シャフト5Bの回転数を検出することが可能な非接触式の回転数センサ13が設けられている。すなわち、ドリルとともに回転する回転シャフト5Bの露出部分の近傍に回転数センサ13が非接触で配置されている。
The
信号処理系14は、プログラムを読込ませたコンピュータやA/D(analog−to−digital)変換器等の回路類で構成することができる。穿孔機本体4が走行機構8によって走行エリア内を走行可能な自走式穿孔機である場合には、穿孔機本体4の重量を軽減する観点から、制御装置7の本体部7Aと同様に、信号処理系14を走行エリアの外部に設置することができる。このため、信号処理系14の一部を、制御装置7の本体部7Aと一体化してもよい。
The
信号処理系14は、振動センサ12及び回転数センサ13の少なくとも一方の検出結果に基づいて、ドリルを用いた穿孔の異常を監視する機能を有する。振動センサ12の検出結果に基づいて異常を監視する場合であれば、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。一方、回転数センサ13の検出結果に基づいて異常を監視する場合であれば、回転数センサ13により検出されたドリルの回転数と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する回転数とを更に比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。
The
尚、振動センサ12によって検出されるドリルの振動の周期又は周波数を求めることによって、ドリルの回転数を求めることもできる。従って、回転数センサ13を省略してもよい。換言すれば、振動センサ12を回転数センサ13として用いてもよい。この場合、共通の振動センサ12でドリルの振動及び回転数の双方を検出することができる。
The number of rotations of the drill can also be obtained by obtaining the period or frequency of the vibration of the drill detected by the
ドリルを用いた穿孔における異常の具体例としては、ドリルの欠損やドリルの摩耗のようなドリル自体の異常の他、ワークWに予め設けられた下孔の中心軸からのドリルの工具軸のずれや穿孔板9に設けられたガイド孔の中心軸からのドリルの工具軸のずれのようにドリルの位置決めミスに起因する異常が挙げられる。
Specific examples of abnormalities in drilling using a drill include abnormalities in the drill itself such as missing drills and wear of the drills, as well as deviation of the tool axis of the drill from the central axis of the prepared hole provided in the work W in advance. An abnormality caused by a mispositioning of the drill, such as a deviation of the tool axis of the drill from the central axis of the guide hole provided in the
主にドリルの欠損やドリルの摩耗のようなドリル自体の異常については、ドリルの回転数の変動量を測定することによって、検出することができる。 Abnormalities of the drill itself, such as drill defects and drill wear, can be detected mainly by measuring the amount of fluctuation in the number of revolutions of the drill.
図7はドリルの欠損によって回転数が低下した例を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing an example in which the rotation speed is reduced due to a missing drill.
図7において横軸は時間を示し、縦軸はドリルの回転数の変動量を示す。尚、回転数の変動量は、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する割合(%)として示されている。 In FIG. 7, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the amount of fluctuation in the number of rotations of the drill. The amount of fluctuation in the rotation speed is shown as a ratio (%) with respect to the rotation speed of the spindle in a state where no load is applied.
図7中において、実線は、欠損の無いドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合におけるドリルの回転数の変化を、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する比率として示す。一方、一点鎖線は、欠損のあるドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合におけるドリルの回転数の変化を、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する比率として示す。 In FIG. 7, the solid line shows the change in the number of rotations of the drill when drilling titanium and aluminum using a drill without defects as a ratio to the number of rotations of the spindle in a state where no load is applied. On the other hand, the alternate long and short dash line shows the change in the number of revolutions of the drill when drilling titanium and aluminum using a drill with a defect as a ratio to the number of revolutions of the spindle when no load is applied.
図7の実線で示すように、欠損の無いドリルを用いてチタンの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して約4%回転数が低下している。また、欠損の無いドリルを用いてアルミニウムの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して概ね3%から4%の範囲で回転数が低下している。 As shown by the solid line in FIG. 7, when titanium is drilled using a drill without a defect, the rotation speed is reduced by about 4% with respect to the rotation speed of the spindle when no load is applied. Further, when aluminum is drilled using a drill without a defect, the rotation speed is reduced in a range of approximately 3% to 4% with respect to the rotation speed of the spindle in a state where no load is applied.
これに対して、図7の一点鎖線で示すように、欠損のあるドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して約10%回転数が低下している。従って、図7に示す穿孔試験結果が得られた場合であれば、ドリルを保持するスピンドルの実際の回転数がチタン又はアルミニウムの穿孔中においてスピンドルの回転数の制御値に対して10%以上又は10%を超える割合で低下した場合には、ドリルに欠損があると判定することができる。 On the other hand, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7, when titanium and aluminum are drilled using a defective drill, the rotation speed is about 10% of the rotation speed of the spindle when no load is applied. The number of revolutions is decreasing. Therefore, if the drilling test result shown in FIG. 7 is obtained, the actual rotation speed of the spindle holding the drill is 10% or more or more than the control value of the rotation speed of the spindle during drilling of titanium or aluminum. If it decreases at a rate of more than 10%, it can be determined that the drill has a defect.
図7に示す穿孔試験では、スピンドルの毎分回転数の制御値を1000(rpm)としたが、回転数の低下割合の回転数依存性が無視できない場合には、様々な回転数に設定して穿孔試験を行うことができる。マシニングセンタ等における高速加工を除けば、毎分回転数の制御値は、200(rpm)から3000(rpm)程度である。従って、200(rpm)から3000(rpm)の範囲で断続的に穿孔試験を行い、補間によって回転数の制御値ごとにドリルの欠損が生じたと判定するための閾値を決定するようにしてもよい。 In the drilling test shown in FIG. 7, the control value of the rotation speed per minute of the spindle was set to 1000 (rpm), but if the rotation speed dependence of the decrease rate of the rotation speed cannot be ignored, it is set to various rotation speeds. Can perform a drilling test. Except for high-speed machining in a machining center or the like, the control value of the rotation speed per minute is about 200 (rpm) to 3000 (rpm). Therefore, the drilling test may be performed intermittently in the range of 200 (rpm) to 3000 (rpm), and the threshold value for determining that the drill is defective may be determined for each control value of the rotation speed by interpolation. ..
また、チタン及びアルミニウムに限らず、鉄等の他の金属はもちろん、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP: Glass fiber reinforced plastics)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics)等の複合材を対象として同様の穿孔試験を行うことができる。 In addition to titanium and aluminum, other metals such as iron, as well as composite materials such as glass fiber reinforced plastics (GFRP: Glass fiber reinforced plastics) and carbon fiber reinforced plastics (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics) are targeted. A similar drilling test can be performed.
そして、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する低下割合に対して閾値を設定し、低下割合が閾値以上又は閾値を超える場合には、ドリルに欠損が生じたと判定することができる。同様に、ドリルに無視できない摩耗が生じたと判定するための閾値を穿孔試験によって決定することもできる。また、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する低下割合に限らず、ドリルの回転数自体やドリルの回転数の低下量を示すその他の所望の指標値にドリルの異常を検知するための閾値を設定するようにしてもよい。 Then, a threshold value is set for the rate of decrease with respect to the rotation speed of the spindle in a state where no load is applied, and when the rate of decrease is equal to or greater than the threshold value or exceeds the threshold value, it can be determined that the drill has a defect. Similarly, a perforation test can determine a threshold for determining that the drill has experienced non-negligible wear. In addition, the threshold for detecting an abnormality in the drill is not limited to the rate of decrease with respect to the rotation speed of the spindle when no load is applied, but is set to the drill rotation speed itself or other desired index values indicating the amount of decrease in the drill rotation speed. May be set.
ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値は、ワークWの材料や回転数等の穿孔条件と関連付けて、テーブル又は関数として信号処理系14の記憶装置14Aに保存することができる。これにより、信号処理系14におけるドリルの回転数に基づく異常の監視が可能となる。
The threshold value for the index value representing the amount of decrease in the rotation speed of the drill can be stored in the
一方、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれ等の異常については、振動センサ12を用いて異常なドリルの振動を検出することによって、検知することができる。
On the other hand, abnormalities such as drill loss, drill wear, pilot hole displacement, and guide hole displacement provided in the
異常なドリルの振動波形の検出は、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とに基づく所望の信号処理によって行うことができる。
The detection of the vibration waveform of an abnormal drill is a desired signal based on the waveform of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the
具体例として、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号に対して、包絡線検波処理等の信号処理を施すことができる。そして、振動センサ12により検出された検出信号の包絡線検波後における振幅波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較し、基準波形からの乖離用を示す2乗誤差、相互相関係数、波形の積分値の差、ピーク値の差等の指標値が閾値以上又は閾値を超えた場合に異常が発生したと判定することができる。
As a specific example, signal processing such as envelope detection processing can be performed on the detection signal representing the vibration of the drill detected by the
或いは、フーリエ変換(FT:Fourier Transform)又はウェーブレット変換等の周波数解析を伴って検出信号と、基準信号との比較を行うこともできる。更に、振動の検出信号の、基準信号からの乖離量を求めるために、MT法を併用してもよい。MT法は、多次元空間の中に基準となる点の座標を定め、基準となる座標と、各データの座標との間における距離を計算することによって、距離の分布を求める手法である。 Alternatively, the detection signal and the reference signal can be compared with frequency analysis such as Fourier transform (FT) or wavelet transform. Further, the MT method may be used in combination in order to obtain the amount of deviation of the vibration detection signal from the reference signal. The MT method is a method of obtaining the distribution of distances by determining the coordinates of a reference point in a multidimensional space and calculating the distance between the reference coordinates and the coordinates of each data.
図8は、ドリルの振動レベルを表す加速度信号に対してFFTを施すことによって得られる周波数スペクトルを比較した例を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing an example of comparing the frequency spectra obtained by applying FFT to the acceleration signal representing the vibration level of the drill.
図8(A)及び図8(B)において各横軸は周波数(Hz)を示し、各縦軸は他の機械要素の振動が重畳したドリルの振動のレベルを表す加速度(m/s2)を示す。また、図8(A)は、欠損が無いドリルの穿孔中における振動のレベルを加速度センサによって加速度として検出し、加速度の検出信号のFFTによって得られた周波数スペクトルを示す。一方、図8(B)は、欠損があるドリルの穿孔中における振動のレベルを加速度センサによって加速度として検出し、加速度の検出信号のFFTによって得られた周波数スペクトルを示す。尚、欠損が無いドリルを用いた穿孔条件と、欠損があるドリルを用いた穿孔条件は、同一である。 In FIGS. 8 (A) and 8 (B), each horizontal axis represents frequency (Hz), and each vertical axis represents acceleration (m / s 2 ) representing the vibration level of the drill on which vibrations of other mechanical elements are superimposed. Is shown. Further, FIG. 8A shows a frequency spectrum obtained by detecting the level of vibration during drilling of a drill without defects as acceleration by an acceleration sensor and by FFT of the acceleration detection signal. On the other hand, FIG. 8B shows a frequency spectrum obtained by detecting the level of vibration during drilling of a drill with a defect as acceleration by an acceleration sensor and by FFT of the acceleration detection signal. The drilling conditions using a drill without defects and the drilling conditions using a drill with defects are the same.
図8(A)及び図8(B)に示すように、欠損の有無によってドリルの振動レベルを表す周波数スペクトルの波形に変化が生じる。具体的には、図8(A)及び図8(B)に示す2つの周波数スペクトルにそれぞれ2つのピークが生じている。そして、図8(B)の破線の枠で示すように、欠損があるドリルに対応する周波数スペクトルにおける周波数が低い側のピーク値が、欠損が無いドリルに対応する図8(A)に示す周波数スペクトルにおける周波数が低い側のピーク値よりも、顕著に大きくなっている。 As shown in FIGS. 8A and 8B, the waveform of the frequency spectrum representing the vibration level of the drill changes depending on the presence or absence of defects. Specifically, two peaks are generated in each of the two frequency spectra shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B). Then, as shown by the broken line frame in FIG. 8 (B), the peak value on the lower frequency side in the frequency spectrum corresponding to the drill having a defect is the frequency shown in FIG. 8 (A) corresponding to the drill without a defect. It is significantly larger than the peak value on the lower frequency side of the spectrum.
このため、予め異常が無い穿孔条件で取得された基準となる周波数スペクトルと、異常の検知対象として取得された周波数スペクトル間における波形の比較によって、ドリルの異常を検知することができる。すなわち、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号のFTを含む信号処理を行うことによって、検出信号の振幅についての周波数スペクトルを取得し、取得した周波数スペクトルの波形と、基準波形として予め準備された周波数スペクトルの基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。
Therefore, the abnormality of the drill can be detected by comparing the waveform between the reference frequency spectrum acquired in advance under the drilling condition without abnormality and the frequency spectrum acquired as the abnormality detection target. That is, by performing signal processing including FT of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the
周波数スペクトル間における波形の比較についても、積分値、ピーク値、ピーク値に対する周波数等の周波数スペクトルの所望の代表値を対象として比較を行うことができる。すなわち、穿孔試験等によって経験的に決定した閾値を用いて、周波数スペクトル間における乖離用を表す指標に対する閾値処理を行うことができる。そして、周波数スペクトル間における乖離用を表す指標が閾値以上又は閾値を超えると判定された場合には、ドリル自体又は穿孔に異常が発生したと判定することができる。 As for the comparison of waveforms between frequency spectra, it is possible to compare desired representative values of frequency spectra such as an integral value, a peak value, and a frequency with respect to a peak value. That is, the threshold value for the index indicating the deviation between the frequency spectra can be performed by using the threshold value empirically determined by the perforation test or the like. Then, when it is determined that the index indicating the deviation between the frequency spectra is equal to or greater than the threshold value or exceeds the threshold value, it can be determined that an abnormality has occurred in the drill itself or the drilling.
より具体的な例として、振動センサ12を用いて取得されたドリルの振動を表す周波数スペクトルのピーク値自体に閾値を設定したり、ピーク値が生じる周波数帯域に閾値を設定することができる。これにより、異常がなければ本来出現しない周波数において出現する異常なピークや、ピーク値の異常な増加を自動的に検出することができる。
As a more specific example, a threshold value can be set for the peak value itself of the frequency spectrum representing the vibration of the drill acquired by using the
尚、ドリルを用いた穿孔に異常が生じた場合、通常は、回転数が低下する。このため、周波数スペクトルにおいてピークが生じる周波数が、より低い側にシフトする場合が多い。また、ドリルを用いた穿孔に異常が生じた場合、通常はドリルの振動レベルが増加する。このため、周波数スペクトルに出現するピーク値が増加する場合も多い。そこで、周波数スペクトルにおいてピークが生じる周波数帯域と、周波数スペクトルに出現するピーク値の双方に閾値を設定して閾値処理を行うようにしてもよい。 If an abnormality occurs in drilling with a drill, the rotation speed usually decreases. Therefore, the frequency at which the peak occurs in the frequency spectrum is often shifted to the lower side. In addition, when an abnormality occurs in drilling with a drill, the vibration level of the drill usually increases. Therefore, the peak value appearing in the frequency spectrum often increases. Therefore, threshold processing may be performed by setting threshold values for both the frequency band in which the peak occurs in the frequency spectrum and the peak value appearing in the frequency spectrum.
また、振動センサ12によって、空間的に異なる複数の軸方向における振動を検出することもできる。すなわち、ドリルの振動をベクトルとして検出することができる。その場合には、ベクトルの成分ごと、すなわち各空間軸方向について周波数スペクトルを取得して比較を行うことができる。これは、周波数スペクトルを生成せずに、振動の検出信号の比較を行う場合においても同様である。
In addition, the
ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値も、ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値と同様に、ワークWの材料や回転数等の穿孔条件と関連付けて、テーブル又は関数として信号処理系14の記憶装置14Aに保存することができる。これにより、信号処理系14におけるドリルの振動に基づく異常の監視が可能となる。
Similar to the threshold value for the index value indicating the amount of decrease in the rotation speed of the drill, the threshold value for the index value indicating the fluctuation amount of the vibration of the drill can be used as a table or a function in association with the drilling conditions such as the material of the work W and the rotation speed. It can be stored in the
また、入力装置16の操作によって異常の有無を判定するための条件を指定できるようにすることができる。具体例として入力装置16の操作によって異常の有無を判定するための閾値処理の対象と、閾値処理に用いられる閾値を設定できるようにすることができる。
Further, it is possible to specify a condition for determining the presence or absence of an abnormality by operating the
ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値及びドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値は、いずれも材料及び穿孔条件に依存して変化する。そこで、各閾値を特定するための情報を、ICタグ10に記録することができる。すなわち、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形の、基準波形からの乖離量を表す指標に対する閾値を特定するための情報をICタグ10に記録することができる。同様に、ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報についても、ICタグ10に記録することができる。
The threshold value for the index value indicating the fluctuation amount of the vibration of the drill and the threshold value for the index value indicating the decrease amount of the rotation speed of the drill both change depending on the material and the drilling condition. Therefore, information for specifying each threshold value can be recorded in the
実用的な例として、ICタグ10が穿孔板9に取付けられる場合であれば、穿孔板9のID情報を、ドリルを用いた穿孔における異常を検出するための閾値を特定するための情報とすることができる。すなわち、異常を検出するための閾値を穿孔板9のID情報と関連付け、テーブルとして信号処理系14の記憶装置14Aに保存することができる。
As a practical example, when the
或いは、ICタグ10が直接ワークWに取付けられる場合であれば、ワークWのID情報を、ドリルを用いた穿孔における異常を検出するための閾値を特定するための情報とすることができる。すなわち、異常を検出するための閾値をワークWのID情報と関連付け、テーブルとして信号処理系14の記憶装置14Aに保存することができる。
Alternatively, when the
もちろん、ICタグ10が穿孔板9に取付けられる場合であるかワークWに取付けられる場合であるかを問わず、ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報及びドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報として、ICタグ10に各閾値の値自体を記録するようにしてもよい。
Of course, regardless of whether the
そうすると、ICタグ10に記録された閾値を特定するための情報をICタグリーダ11で読み取って、信号処理系14に無線等で転送することができる。ICタグリーダ11で読み取られた情報を、無線で信号処理系14に転送する場合には、信号処理系14に専用の無線機を設けても良いが、図1に例示されるように制御装置7の本体部7Aに備えられる無線機7Eを利用して信号処理系14に転送するようにしてもよい。
Then, the information for specifying the threshold value recorded in the
そして、無線等で転送されたICタグ10に記録された情報に基づいて、信号処理系14において異常判定のための閾値処理用の各閾値を自動的に特定することが可能となる。
Then, based on the information recorded on the
すなわち、ICタグリーダ11から転送された情報が穿孔板9又はワークWのID情報であれば、記憶装置14Aに保存された複数の穿孔板9又は複数のワークWのID情報と、複数の閾値の組合せを関連付けたテーブルを参照することによって、ID情報に対応する異常判定用の閾値を特定することができる。或いは、ICタグリーダ11から転送された情報が異常判定用の閾値自体でれば、ICタグリーダ11から転送された情報の取得によって、穿孔板9又はワークWに対応する異常判定用の閾値を特定することができる。
That is, if the information transferred from the
これにより、ワークWの素材、穿孔すべき孔の直径及び穿孔深さ並びにドリルの直径、材質、構造、回転数、送り速度等の穿孔条件が異なる場合であっても、各穿孔条件に適切な閾値を信号処理系14において自動的に決定することができる。すなわち、穿孔条件に依らず、異常検知を行うことが可能となる。
As a result, even if the material of the work W, the diameter and depth of the hole to be drilled, and the drilling conditions such as the diameter, material, structure, rotation speed, and feed rate of the drill are different, it is appropriate for each drilling condition. The threshold value can be automatically determined in the
そして、信号処理系14において、閾値処理の対象となる指標値が、特定した閾値以上又は閾値を超えた場合にドリルを用いた穿孔に異常が発生したと自動判定することができる。例えば、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容に応じて閾値が設定されている場合であれば、閾値処理によって、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれのいずれが生じたのかを判定することができる。
Then, in the
ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定された場合には、異常の監視結果として表示装置17に表示させることができる。もちろん、警報ランプやスピーカ等の出力装置に光や音として異常の監視結果を出力するようにしてもよい。すなわち、信号処理系14には、異常の監視結果を表示装置17等の出力装置に出力することによって、作業者に異常の監視結果を通知する機能を設けることができる。
When it is determined that an abnormality has occurred in the drilling using the drill, the
更に、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定された場合には、異常の内容に応じた穿孔機本体4の制御を行うことができる。例えば、穿孔機本体4の回転数の制御値の低減、ドリルの工具軸方向における送り速度の制御値の低減及び穿孔の中断の少なくとも1つを行うことができる。その場合には、穿孔機本体4の制御装置7に必要な制御情報を与える機能が信号処理系14に設けられる。
Further, when it is determined that an abnormality has occurred in the drilling using the drill, the drilling machine
より具体的な例として、異常の内容がドリルの摩耗、許容され得るドリルの欠損、許容され得るドリルの位置ずれ等の穿孔を行う上で許容され得る異常であれば、穿孔機本体4の回転数の制御値の低減やドリルの工具軸方向における送り速度の制御値の低減を行うことができる。逆に、異常の内容が不具合の発生に繋がるようなドリルの欠損やドリルの位置ずれであれば、穿孔を中断させる穿孔機本体4の制御を行うことができる。具体的には、ドリルをワークWから引き離し、ドリルの回転を停止させる制御や、穿孔機本体4を退避位置まで走行させる制御を行うことができる。
As a more specific example, if the content of the abnormality is an abnormality that can be tolerated in drilling, such as drill wear, an acceptable drill defect, or an acceptable drill misalignment, the rotation of the drilling machine
一方、ドリル異常検知システム3の無線機15は、振動センサ12及び回転数センサ13からそれぞれ出力される検出信号を無線で信号処理系14に伝送する機能を有する。振動センサ12及び回転数センサ13からそれぞれ出力される検出信号を無線で転送することによって、穿孔機本体4が走行機構8によって走行可能な自走式の装置である場合のように、穿孔機2のタイプに依らず、振動センサ12及び回転数センサ13を容易に穿孔機2に取付けることが可能となる。加えて、ドリル異常検知システム3を小規模とすることができる。
On the other hand, the
このため、既存の穿孔機2にドリル異常検知システム3をアタッチメントとして後付けすることもできる。また、図示されるような自走式の穿孔機本体4を備えた穿孔機2のみならず、マシニングセンタ等の工作機械や手持ち式のドリル駆動装置等の穿孔機にドリル異常検知システム3を設けることができる。その場合においても、必要に応じてICタグ10及びICタグリーダ11をドリル異常検知システム3の構成要素として設けることができる。
Therefore, the drill
図示された例では、振動センサ12及び回転数センサ13にそれぞれ無線機15が設けられている。このため、煩わしい信号ケーブルを不要とすることができる。特に、振動体の振動を検知してWiFi通信にて振動の検出データを送信するバッテリ駆動のWiFi振動計や回転体の回転数を検知してWiFi通信にて回転数の検出データを送信するバッテリ駆動のWiFi回転計が市販されている。このため、有線接続が不要となるように無線機15を内蔵したバッテリ駆動の振動センサ12及び回転数センサ13を容易に入手することができる。
In the illustrated example, the
もちろん、ICタグリーダ11と同様に、振動センサ12及び回転数センサ13を制御信号の通信用の無線機7Eと信号ケーブルで接続することによって無線機を共通化するようにしてもよい。すなわち、ICタグリーダ11、振動センサ12及び回転数センサ13にそれぞれ専用の無線機11A、15を設けても良いし、制御信号の通信用の無線機7Eを利用するようにしてもよい。
Of course, similarly to the
或いは、上述したように、本体部7Aと制御信号受信装置7Bとの間を信号ケーブルで接続する場合や穿孔機に制御装置全体を搭載するような場合には、振動センサ12及び回転数センサ13についても有線で信号処理系14と接続するようにしてもよい。すなわち、振動センサ12及び回転数センサ13の少なくとも一方を、検出信号を伝送するための信号ケーブルで信号処理系14と接続するようにしてもよい。
Alternatively, as described above, when the
(ドリル異常検知方法及び被穿孔品の製造方法)
次にドリル異常検知システム3によるドリル異常検知方法及び穿孔システム1を用いた被穿孔品の製造方法について説明する。ここでは、振動センサ12及び回転数センサ13が穿孔機本体4に取付けられ、ICタグ10を取付けた穿孔板9がワークWに取付けられる場合を例に説明する。
(Drill abnormality detection method and manufacturing method of the product to be drilled)
Next, a method for detecting a drill abnormality by the drill
図9は、図1に示すドリル異常検知システム3を備えた穿孔システム1により、ドリルを用いた穿孔の異常監視を伴ってワークWの穿孔を行う場合の流れの一例を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of a flow in the case where the work W is drilled with the drilling abnormality monitoring using a drill by the
まずステップS1において、ICタグ10を取付けた穿孔板9がワークWに取付けられる。ICタグ10には、穿孔位置や孔の直径を特定するための情報のように穿孔機本体4を制御するために参照される情報の他、穿孔の異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値を特定するための情報が記録される。或いは、穿孔機本体4の制御に参照され、かつ穿孔の異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値を特定するための共通の情報、例えば、穿孔板9のID情報が記録される。
First, in step S1, the
より具体的には、振動センサ12により検出されるドリルの振動を表す検出信号の波形の、基準波形からの乖離量を表す指標に対する閾値を特定するための情報及び回転数センサ13により検出されるドリルの回転数の、基準となる回転数からの低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報がICタグ10に記録される。
More specifically, the information for specifying the threshold value for the index representing the amount of deviation from the reference waveform of the waveform of the detection signal representing the vibration of the drill detected by the
次に、ステップS2において、穿孔機本体4の駆動が開始される。すなわち、制御装置7による遠隔制御によって走行機構8がワークWを構成する長尺構造物W2の上面を走行し、穿孔機本体4が穿孔を開始するための初期位置に移動する。
Next, in step S2, the driving of the drilling machine
次に、ステップS3において、ICタグ10に記録された情報が穿孔機本体4に取付けられたICタグリーダ11で読み取られる。読み取られた情報は、ICタグリーダ11の無線機11Aから制御装置7の本体部7Aに備えられる無線機7Eに無線で転送される。
Next, in step S3, the information recorded on the
そして、穿孔機本体4を制御するために参照される情報については、制御信号生成部7Dに与えられる。一方、穿孔の異常監視を行うための情報については、ドリル異常検知システム3の信号処理系14に与えられる。
Then, the information referred to for controlling the punching machine
次に、ステップS4において、信号処理系14において、異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値が、ICタグリーダ11から無線で転送された情報に基づいて特定される。例えば、ICタグ10に記録されていた穿孔板9のID情報がICタグリーダ11から信号処理系14に転送された場合であれば、記憶装置14Aに保存されたテーブルを参照することによって穿孔板9のID情報に対応する閾値が信号処理系14において特定される。
Next, in step S4, the threshold value used for the threshold value processing for performing abnormality monitoring in the
これにより、ドリルを回転駆動させる一方、穿孔機本体4を移動させてワークWの異なる位置において順次穿孔を行いつつ、回転中におけるドリルを用いた穿孔の異常を監視することが可能となる。
As a result, while the drill is rotationally driven, the drilling machine
次に、ステップS5において、制御装置7により穿孔機本体4が遠隔操作されることによってワークWの穿孔が行われる。具体的には、制御装置7の制御信号生成部7Dにおいて生成された穿孔機本体4の制御信号が、無線機7Eから無線で送信される。送信された制御信号は、制御信号受信装置7Bで受信される。そして、制御信号受信装置7Bで受信された制御信号に従って穿孔機本体4が駆動する。すなわち、穿孔板9のID情報に基づいて特定される穿孔位置において穿孔が行われるように、ドリルの回転及び送りに加えて、送り機構6によるドリルヘッド5の送り動作並びに走行機構8の走行による穿孔機本体4の走行が行われる。
Next, in step S5, the work W is drilled by remotely controlling the drilling machine
一方、ワークWの穿孔中において、振動センサ12を用いて、回転中におけるドリルの振動が検出される。また、回転数センサ13で回転中におけるドリルの回転数が検出される。
On the other hand, during the drilling of the work W, the
次に、ステップS6において、振動センサ12により検出されたドリルの振動を表す検出信号及び回転数センサ13で検出されたドリルの回転数を表す検出信号が、それぞれ無線機15から無線で送信される。
Next, in step S6, the detection signal representing the vibration of the drill detected by the
次に、ステップS7において、無線で送信されたドリルの振動及び回転数を表す各検出信号が、制御装置7の本体部7Aに備えられる無線機7Eで受信される。受信された各検出信号は、ドリル異常検知システム3の信号処理系14に与えられる。
Next, in step S7, each detection signal representing the vibration and the rotation speed of the drill transmitted wirelessly is received by the
次に、ステップS8において、信号処理系14は、ドリルの振動及び回転数を表す各検出信号と、異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値に基づいて、ドリルを用いた穿孔の異常を監視する。
Next, in step S8, the
すなわち、信号処理系14は、ドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視する。また、信号処理系14は、回転数センサ13により検出された検出信号に基づいて特定される実際のドリルの回転数と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する回転数とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視する。
That is, the
そして、比較対象となる加速度や回転数等のパラメータ間における乖離量を表す指標値が、指標値に対応する許容値を超える場合、すなわち閾値以上又は閾値を超える場合には、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと信号処理系14において判定することができる。また、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容に応じて閾値が設定されている場合であれば、閾値処理によって、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれのいずれが生じたのかを判定することができる。
Then, when the index value indicating the amount of deviation between parameters such as acceleration and rotation speed to be compared exceeds the permissible value corresponding to the index value, that is, when it exceeds the threshold value or exceeds the threshold value, drilling using a drill is performed. It can be determined in the
尚、ドリルの振動を表す検出信号の比較処理を行う場合には、比較処理の前処理としてFT等の周波数解析処理を検出信号に対して実行することができる。その場合には、ドリルの振動を表す検出信号のFTを含む信号処理を行うことによって、加速度等として検出された検出信号の振幅についての周波数スペクトルが取得される。そして、取得された周波数スペクトルの波形と、基準波形として予め準備された周波数スペクトルの基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常が監視される。 When comparing the detection signals representing the vibration of the drill, frequency analysis processing such as FT can be executed on the detection signal as a preprocessing of the comparison processing. In that case, by performing signal processing including FT of the detection signal representing the vibration of the drill, a frequency spectrum regarding the amplitude of the detection signal detected as acceleration or the like is acquired. Then, the abnormality of the perforation using the drill is monitored by comparing the acquired frequency spectrum waveform with the reference waveform of the frequency spectrum prepared in advance as the reference waveform.
次に、ステップS9において、信号処理系14における異常監視結果が表示装置17等の出力装置を介して作業者に通知される。例えば、異常が検出された場合には、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板9に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容を作業者に通知することができる。
Next, in step S9, the abnormality monitoring result in the
次に、ステップS10において、異常の監視結果に応じた必要な穿孔機2の制御が行われる。例えば、想定されるドリルの摩耗のように許容できる異常が検知された場合であれば、ドリルヘッド5に内蔵されるドリルの回転駆動機構に対する回転数の制御値の低減やドリルヘッド5に内蔵されるドリルの送り機構に対する送り速度の制御値の低減を行うことができる。逆に、ドリルの摩耗であってもワークWの加工品質に無視できない影響を与える程度の摩耗が生じた場合やワークWの加工品質に無視できない影響を与える程度のドリルの欠損又は位置ずれが生じた場合には、穿孔を中断させることができる。
Next, in step S10, the
異常の監視結果に応じた穿孔機2の制御を行う場合には、信号処理系14から制御装置7の制御信号生成部7Dに制御情報が与えられる。そして、制御信号生成部7Dは、信号処理系14から与えられた制御情報に従って穿孔機本体4の制御信号を生成する。生成された制御信号は、無線機7Eを介して無線で穿孔機本体4側の制御信号受信装置7Bに送信される。これにより、穿孔機本体4が、異常の監視結果に応じた動作を行う。
When controlling the
一方、異常が検知されず、ドリルの回転駆動及び移動を含む穿孔機本体4の駆動によってワークWの全ての穿孔位置における穿孔が完了すると、制御装置7による制御下において穿孔機本体4が退避位置に移動する。これにより、製品又は半製品として被穿孔品を製造することができる。このようにして製造された被穿孔品は、摩耗量が少なく品質が維持されたドリルを用いて製作されているため、高品質な被穿孔品となる。
On the other hand, when no abnormality is detected and the drilling at all the drilling positions of the work W is completed by the driving of the drilling machine
(効果)
以上のようなドリル異常検知システム3、ドリル異常検知方法、穿孔システム1及び被穿孔品の製造方法は、ドリルの振動及び回転数の少なくとも一方をセンサで検出し、ドリルの振動又は回転数の変動量に基づいてドリルの欠損、摩耗、位置ずれ等のドリルを用いた穿孔中における異常を検知できるようにしたものである。また、センサで検出された信号を、無線で出力するようにしたものである。
(effect)
In the drill
このため、ドリル異常検知システム3、ドリル異常検知方法、穿孔システム1及び被穿孔品の製造方法によれば、ドリルの欠損、摩耗、位置ずれ等の異常を穿孔中において検知することができる。その結果、穿孔の精度を向上させることができる。すなわち、被穿孔品の品質を向上させることができる。尚、実際に穿孔試験を行った結果、設計された孔の直径、すなわちドリルの基準径に対して0mmから+0.0762mm以内の誤差で穿孔を行えることが確認された。
Therefore, according to the drill
また、異常が検知された場合には異常の内容を確認したり、許容できない異常が検知された場合には、穿孔を中断することによって、連続して不具合が発生することを防止することができる。更に、穿孔試験等によって新たな異常の類型が判明した場合には、異常と判断するための基準を容易に変更することができる。また、異常の検出感度を調整することもできる。 Further, when an abnormality is detected, the content of the abnormality can be confirmed, and when an unacceptable abnormality is detected, the perforation can be interrupted to prevent continuous defects from occurring. .. Further, when a new type of abnormality is found by a drilling test or the like, the criteria for determining the abnormality can be easily changed. It is also possible to adjust the abnormality detection sensitivity.
しかも、ドリル異常検知システム3を構成する振動センサ12及び回転数センサ13等の部品はいずれも小型化が可能であり、かつ電源供給やデータ通信のため有線接続を不要にすることができる。このため、ドリル異常検知システム3を様々なタイプの穿孔機に搭載することができる。
Moreover, the parts such as the
例えば、既に運用中の穿孔機に対しても、ドリル異常検知システム3を追加することによって、穿孔中における異常検知機能を付与することができる。特に、穿孔機のタイプに依らずモニタリングが容易な振動及び回転数を異常検知用にモニタリングするため、電動式の穿孔機はもちろん、エア駆動式の穿孔機であってもドリル異常検知システム3を設けることができる。また、有線接続を不要にできるため、図示されるような自走式の穿孔機本体4を備えた穿孔機2や、電源設備がない場所に持ち込んで使用される穿孔機であっても、ドリル異常検知システム3を設けることによって、異常監視を行うことができる。
For example, by adding the drill
(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
(Other embodiments)
Although the specific embodiments have been described above, the described embodiments are merely examples and do not limit the scope of the invention. The novel methods and devices described herein can be embodied in a variety of other modes. In addition, various omissions, substitutions and changes can be made in the methods and devices described herein without departing from the gist of the invention. The appended claims and their equivalents include such various modalities and variations as incorporated in the scope and gist of the invention.
1 穿孔システム
2 穿孔機
3 ドリル異常検知システム
4 穿孔機本体
5 ドリルヘッド
5A ケーシング
5B 回転シャフト
6 送り機構
6A ラック・アンド・ピニオン
6B モータ
7 制御装置
7A 本体部
7B 制御信号受信装置
7C 記憶装置
7D 制御信号生成部
7E 無線機
8 走行機構
8A 第1の走行機構
8B 第2の走行機構
9 穿孔板
10 ICタグ
11 ICタグリーダ
11A 無線機
12 振動センサ
13 回転数センサ
14 信号処理系
14A 記憶装置
15 無線機
16 入力装置
17 表示装置
W ワーク
W1 板状の部品
W2 長尺構造物
1
Claims (3)
前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔における異常を監視する信号処理系と、
を有するドリル異常検知システムと、
前記穿孔機と、
前記穿孔対象及び前記穿孔板の少なくとも一方に取付けられ、前記検出信号の波形の、前記基準波形からの乖離量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報を記録した集積回路タグと、
前記穿孔機側に取付けられ、前記集積回路タグに記録された前記情報を読み取って、前記信号処理系に転送するリーダと、
を備え、
前記信号処理系は、転送された前記情報に基づいて前記閾値を特定し、前記指標値が前記閾値以上又は前記閾値を超えた場合に前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定するように構成される穿孔システム。 A drilling machine that drives the drill to rotate, a vibration sensor that is attached to the drilling target by the drill or a drilling plate attached to the drilling target and directly or indirectly detects the vibration of the drill during rotation.
By comparing the waveform of the detection signal indicating the vibration of the drill detected by the vibration sensor with the reference waveform corresponding to the case where there is no abnormality in the drill using the drill, the abnormality in the drill using the drill is compared. Signal processing system to monitor and
With a drill abnormality detection system,
With the drilling machine
An integrated circuit tag attached to at least one of the perforation target and the perforation plate and recording information for specifying a threshold value for an index value representing the amount of deviation of the detection signal waveform from the reference waveform.
A reader attached to the drilling machine side, reading the information recorded in the integrated circuit tag, and transferring the information to the signal processing system.
With
The signal processing system identifies the threshold value based on the transferred information, and determines that an abnormality has occurred in the drilling using the drill when the index value is equal to or higher than the threshold value or exceeds the threshold value. Consists of a perforation system.
前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルに異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップと、
を有し、
前記検出信号の波形の、前記基準波形からの乖離量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報を記録した集積回路タグを前記穿孔対象及び前記穿孔板の少なくとも一方に取付け、
前記集積回路タグに記録された前記情報を、前記穿孔機側に取付けられたリーダで読み取って転送し、
転送された前記情報に基づいて前記閾値を特定し、前記指標値が前記閾値以上又は前記閾値を超えた場合に前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定するドリル異常検知方法。 A step of directly or indirectly detecting the vibration of the drill during rotation by using a drilling machine for rotating the drill, a drilling target by the drill or a vibration sensor attached to a drilling plate attached to the drilling target, and a step of directly or indirectly detecting the vibration of the drill during rotation.
A step of monitoring an abnormality in drilling using the drill by comparing a waveform of a detection signal indicating the vibration of the drill detected by the vibration sensor with a reference waveform corresponding to the case where there is no abnormality in the drill. When,
Have a,
An integrated circuit tag recording information for specifying a threshold value for an index value representing the amount of deviation of the detection signal waveform from the reference waveform is attached to at least one of the perforation target and the perforation plate.
The information recorded on the integrated circuit tag is read by a reader attached to the drilling machine side and transferred.
Identify the threshold value based on the transferred the information, drill abnormality detection method for determining said index value abnormality occurs in drilling with the drill when it exceeds the threshold value or more or the threshold.
前記穿孔機で前記ドリルを回転駆動させて前記穿孔対象の穿孔を行うことによって被穿孔品を製造するステップと、
を有する被穿孔品の製造方法。 A step of monitoring an abnormality in drilling using a drill during rotation by the drill abnormality detection method according to claim 2, and a step of monitoring the abnormality.
A step of manufacturing a product to be drilled by rotationally driving the drill with the drilling machine to perform drilling of the drilling target.
A method for manufacturing a product to be perforated.
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