JP7312009B2 - Anomaly sign detection system - Google Patents
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Description
本発明は、情報処理技術を用いて、例えば工作機械の工具等における異常予兆を検知するための技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technology for detecting signs of abnormality in, for example, tools of machine tools, using information processing technology.
回転機構を備える機械、例えばドリル等の回転する工具を備える工作機械は、工具の回転駆動によって、ワーク(言い換えると、対象物、被加工材、等)に対する切削や研削等の加工を行う。加工の際には工具またはワーク等の損傷等の異常が生じる場合がある。工作機械または工作機械を含む情報処理システムは、その異常について、異常予兆として前もって検知できることが好ましい。 2. Description of the Related Art A machine having a rotating mechanism, for example, a machine tool having a rotating tool such as a drill performs processing such as cutting and grinding on a workpiece (in other words, an object, a workpiece, etc.) by rotating the tool. During machining, an abnormality such as damage to a tool or workpiece may occur. A machine tool or an information processing system including a machine tool is preferably capable of detecting anomalies in advance as anomaly signs.
従来技術例の異常予兆検知システムとしては、AE(アコースティック・エミッション)センサを用いたAE信号の電圧等のパラメータ値を用いて異常または異常予兆を判定する技術がある。一般的な方式としては、異常時に信号のパラメータ値が指数関数的に増加する現象に対応させて、パラメータ値が閾値を越えた場合に異常等と判定する方式が知られている。 As a prior art example of an anomaly portent detection system, there is a technology for determining an anomaly or an anomaly portent using parameter values such as the voltage of an AE signal using an AE (acoustic emission) sensor. As a general method, there is known a method of judging that the signal is abnormal when the parameter value exceeds a threshold value in response to the phenomenon that the parameter value of the signal increases exponentially in the event of an abnormality.
上記異常予兆検知に係わる先行技術例として、国際公開第2009/096551号(特許文献1)が挙げられる。特許文献1には、軸受の診断システムとして、軸受に取り付けられたセンサ、センサに接続された監視診断装置等を備える旨や以下の旨が記載されている。この診断システムは、軸受支持された回転軸の1回転時間または間欠動作で1回転する間欠動作時間を複数区間に等分割し、異常判定基準レベルと各区間の計測データとを比較して、区間毎に異常の有無を判定する。
As a prior art example related to the abnormality sign detection, there is International Publication No. 2009/096551 (Patent Document 1).
従来技術例の異常予兆検知システムにおける判定方式は、例えばAE信号の振幅について、閾値を設定し、振幅が閾値を越える場合に、異常または異常予兆と判定する。このような方式は、AE信号の振幅が大きい必要があり、例えば低負荷加工の場合で微小な信号しか生じない場合には、検知が難しい。また、このような方式は、検知ができたとしても、検知時点で手遅れの場合が多く、工具の損傷等の異常を防止しにくい。本発明の目的は、工作機械における異常予兆を高感度に検知できる技術を提供することである。 In the determination method of the abnormality portent detection system of the prior art example, for example, a threshold value is set for the amplitude of the AE signal, and when the amplitude exceeds the threshold value, it is determined as an abnormality or an abnormality portent. Such a method requires the amplitude of the AE signal to be large, and is difficult to detect, for example, when only a minute signal is generated in the case of low-load machining. Moreover, even if such a method can detect, it is often too late at the time of detection, and it is difficult to prevent abnormalities such as tool damage. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a technique capable of detecting a sign of abnormality in a machine tool with high sensitivity.
本発明のうち代表的な実施の形態は、以下に示す構成を有する。一実施の形態の異常予兆検知システムは、回転する工具を有する工作機械における異常予兆を検知する異常予兆検知システムであって、前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサと、前記AEセンサからのAE信号を取得する信号処理回路と、前記AE信号からAEイベントを検出するAEイベント検出回路と、前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するAEイベントレート計算回路と、時系列上に並ぶ複数の前記指標値が、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知する判定回路と、前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行う出力制御回路と、を備える。 A representative embodiment of the present invention has the following configuration. An abnormality sign detection system according to one embodiment is an abnormality sign detection system for detecting an abnormality sign in a machine tool having a rotating tool, comprising an AE sensor installed on the machine tool or a workpiece, and an AE sensor from the AE sensor. an AE event detection circuit for detecting an AE event from the AE signal; and an AE event rate for calculating an AE event rate, which is the number of AE events per unit time, using the AE event. a rate calculation circuit for determining whether or not a plurality of said index values arranged in time series have reached a first state in which they are consecutive for a first consecutive number of times or more within a first range; and an output control circuit that performs output control including an alert output indicating the anomaly sign or a machining operation stop when the anomaly sign is detected.
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、工作機械における異常予兆を高感度に検知できる。 According to the representative embodiments of the present invention, an abnormality sign in a machine tool can be detected with high sensitivity.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態を説明するための全図面において同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明は省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In principle, the same parts are denoted by the same reference numerals in all the drawings for describing the embodiments, and repeated descriptions are omitted.
[比較例]
実施の形態に対する比較例として、従来技術例の異常予兆判定方式は、AEセンサ等のセンサからの信号の電圧や電流等のパラメータ値と、予め設定した閾値とを比較して、異常または異常予兆を判定する。例えば、ピーク振幅が閾値を超えた場合に異常と判定される。高負荷加工の場合には、大きな値の電圧や電流が得られるので、その値から判定が可能である。高負荷加工の例は、荒加工や中仕上げ加工が挙げられる。しかし、低負荷加工の場合には、得られる電圧や電流の値が小さいので、その値からの判定が難しく、高感度の検知は実現できない。低負荷加工の場合、例えば主軸の電流には加工状態が反映されにくいので、電流を用いた判定は困難である。低負荷加工の場合、異常発生前において信号変化が小さい場合が多い。また、高価な測定器を用いる場合、電流や電圧の値からも異常または異常予兆を検知できる場合があるが、高価な測定器は現場への導入が難しい。また、この場合でも、パラメータ値が増加して閾値を越える時点を異常として判定する方式が一般的であるため、実際には工具異常の発生直前の時にならないと検知ができない。このように検知が遅いと、殆どの事例では工具の折損等の異常に至ってしまう。すなわち、工具異常に至る前に異常予兆を検知して工具異常を防止することは難しい。
[Comparative example]
As a comparative example with respect to the embodiments, the abnormality predictor determination method of the prior art example compares parameter values such as voltage and current of a signal from a sensor such as an AE sensor with preset threshold values to determine an abnormality or an abnormality predictor. judge. For example, when the peak amplitude exceeds a threshold, it is determined to be abnormal. In the case of high-load machining, large values of voltage and current are obtained, so determination can be made from these values. Examples of high-load machining include roughing and semi-finishing. However, in the case of low-load machining, the obtained voltage and current values are small, so it is difficult to make judgments based on these values, and high-sensitivity detection cannot be achieved. In the case of low-load machining, for example, the current of the spindle does not easily reflect the machining state, so it is difficult to make a determination using the current. In the case of low-load machining, signal changes are often small before an abnormality occurs. Moreover, when expensive measuring instruments are used, anomalies or signs of anomalies can sometimes be detected from current and voltage values, but expensive measuring instruments are difficult to introduce into the field. Also in this case, since it is common to determine an abnormality when the parameter value increases and exceeds the threshold value, the tool abnormality cannot actually be detected until immediately before the occurrence of the tool abnormality. Such slow detection leads to anomalies such as tool breakage in most cases. In other words, it is difficult to detect an abnormality sign and prevent tool abnormality before the tool abnormality occurs.
(実施の形態)
図1~図23を用いて、本発明の実施の形態の異常予兆検知システムおよび方法について説明する。実施の形態の異常予兆検知システムは、工作機械の工具等を対象として異常予兆を検知するシステムである。工作機械には、検知に必要な要素であるAEセンサ等が設置される。なお、工作機械内に異常予兆検知機能の一部が実装されてもよいし、実装されてなくてもよい。実施の形態の異常予兆検知方法は、実施の形態の異常予兆検知システムにおいて実行されるステップを有する方法である。
(Embodiment)
An abnormality sign detection system and method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 23. FIG. An abnormality sign detection system according to an embodiment is a system for detecting an abnormality sign for a tool of a machine tool or the like. An AE sensor or the like, which is an element necessary for detection, is installed in the machine tool. A part of the abnormality sign detection function may or may not be installed in the machine tool. The abnormality portent detection method of the embodiment is a method having steps executed in the abnormality portent detection system of the embodiment.
異常予兆検知システムは、工作機械によるワークの加工の際、AEセンサを用いて、工具等の異常に係わる異常予兆検知のためのモニタリングを行う。AEセンサは、低負荷加工の場合の微小な信号についても検知可能である。異常予兆検知システムは、低負荷加工の場合で、微小な信号しか得られない場合でも、AEセンサの信号を用いて、所定の方式で判定することで、異常予兆を高精度に検知する。所定の方式は、AEイベントレート(AE事象率)を用いて判定する方式である。異常予兆検知システムは、時系列上でAEイベントレートの状態から異常予兆を判定する。異常予兆検知システムは、AEイベントレートの値が、所定の範囲内で連続的に出現する状態となった場合に、異常予兆と判定する。異常予兆検知システムは、異常予兆を検知した場合、アラーム出力や動作停止等の出力制御を行う。これにより、工具に折損等の異常が生じる前に、言い換えると異常の度合いが拡大する前に、動作停止等の対処が可能である。 The abnormality sign detection system uses an AE sensor to perform monitoring for abnormality sign detection related to an abnormality in a tool or the like when a work is machined by a machine tool. The AE sensor can detect even minute signals during low-load machining. The abnormality sign detection system detects an abnormality sign with high precision by using the signal from the AE sensor and making a determination according to a predetermined method even when only a minute signal is obtained in the case of low-load machining. The predetermined method is a method of determination using an AE event rate (AE event rate). The anomaly sign detection system determines an anomaly sign from the state of the AE event rate in time series. The anomaly predictor detection system determines an anomaly predictor when the value of the AE event rate continuously appears within a predetermined range. The anomaly sign detection system performs output control such as alarm output and operation stop when an anomaly sign is detected. As a result, it is possible to take measures such as stopping the operation before an abnormality such as breakage occurs in the tool, in other words, before the degree of abnormality increases.
[異常予兆検知システム]
図1は、実施の形態の異常予兆検知システムの構成を示す。異常予兆検知システムは、主に工作機械1で構成される。工作機械1は、筐体11、制御装置10、プリアンプ70、信号処理回路71、オシロスコープ72等を含む。ユーザは、工作機械1を操作する。ユーザは、加工作業を行う作業者でもよいし、異常を監視する管理者等でもよい。
[Abnormality sign detection system]
FIG. 1 shows the configuration of an abnormality sign detection system according to an embodiment. The abnormality sign detection system is mainly composed of the
制御装置10は、工作機械1の加工制御を含む主制御を行う装置であり、異常予兆検知機能が実装されている。なお、工作機械1とは別に接続される制御装置を設け、その制御装置に異常予兆検知機能を実装してもよい。工作機械1の制御装置10以外の本体部分は、筐体11、主軸ステージ31、主軸32、工具3、AEセンサ2(AEセンサユニット20)、テーブル6、バイス5、送液管7等を備える。筐体11には、主軸ステージ31やテーブル6等の各部位が接続されている。主軸ステージ31は、主軸32の移動を駆動する。主軸32は、工具3を保持するホルダーを含み、工具3の回転を駆動する。主軸32内には、工具3と接続されている回転軸33を含む。
The
テーブル6は、図示の直交する3軸(X,Y,Z)の各軸の方向での移動および回転が可能な機構を有する。テーブル6にはバイス5が設けられている。バイス5はワーク4を固定する。ワーク4は、工具3による切削等の加工が行われる対象物、被加工材である。
The table 6 has a mechanism capable of moving and rotating in directions of three orthogonal axes (X, Y, Z) shown in the figure. A
送液管7は、工具3によってワーク4が切削等の加工が行われる箇所に対し、加工用の液体として切削液8を送る。なお、主軸32に送液管7を備えてもよい。
The
AEセンサ2は、加工の際に発生するAE波を検出する。AEセンサ2は、工作機械1のいずれかの箇所に設置されている。その箇所は、工具3等からのAE波が伝播する箇所であり、特に限定せず、AE波がなるべく検出しやすい位置を選択すればよい。図1中の設置例9Aでは、AEセンサ2は、主軸32に固定されるように設置されている。本例では、2個のAEセンサ2が主軸32に固定されている。AEセンサ2は、後述の図3の例のようなAEセンサユニット20の形態で設置されてもよい。
The
図1中には、AEセンサ2の他の設置例を併せて示している。設置例9Bは、AEセンサ2をワーク5に設置する例である。設置例9Cは、AEセンサ2をバイス5に設置する例である。設置例9Dは、AEセンサ2をテーブル6に設置する例である。設置例9Eは、AEセンサ2を、支持器具を介して中空の位置に設置する例である。この位置は、加工箇所や切削液8が供給される箇所の付近の位置である。設置例9Fは、AEセンサ2をテーブル6内部に埋め込むようにして設置する例を示す。
FIG. 1 also shows another installation example of the
プリアンプ70、信号処理回路71、およびオシロスコープ72は、AE信号を取得するための要素であり、後述の図6の構成例と対応している。AEセンサ2またはAEセンサユニット20は、信号ケーブルを介してプリアンプ70に接続されている。プリアンプ70から信号ケーブルを介して信号処理回路71に接続され、信号処理回路71から信号ケーブルを介してオシロスコープ72に接続されている。オシロスコープ72から信号ケーブルを介して制御装置10の接続インタフェース部103に接続されている。なお、信号処理回路71から後段では、信号ケーブルを用いた有線通信に限らず、無線通信によるデータ伝送を行ってもよい。
A
工作機械1の各部は、制御装置10と信号ケーブル等を介して接続されており、制御装置10から駆動が制御される。制御装置10は、ワーク4の加工の際に、テーブル6、主軸32、工具3、および送液管7等の駆動を制御する。制御装置10は、加工の際に、AEセンサ2からのAE信号を取得および入力し、工具3等の状態に関わる異常予兆検知を含む制御を行う。
Each part of the
制御装置10は、プロセッサ101、メモリ102、接続インタフェース部103、入力装置104、表示装置105、スピーカ106、ランプ107等を備え、これらはバス等を介して相互に接続されている。プロセッサ101は、CPU、ROM、RAM等で構成され、工作機械1のコントローラを構成する。プロセッサ101は、制御用のプログラム111に従った処理を実行することで、異常予兆検知機能を実現する。
The
メモリ102は、不揮発性記憶装置等で構成され、プロセッサ101が扱う各種のデータや情報が記憶される。メモリ102には、制御情報121、設定情報122等が格納されている。制御情報121は、NCデータに対応し、ワーク4の加工をNC制御するためのデータや情報である。設定情報122は、異常予兆検知機能に係わるシステム設定情報やユーザ設定情報を含む。
The
接続インタフェース部103は、入力装置104等や図示しない通信インタフェース装置等を接続するインタフェース部分である。入力装置104は、ユーザの入力操作を受け付ける操作パネルやボタンやキーボード等の装置である。表示装置105は、ユーザに対し表示画面でグラフィカル・ユーザ・インタフェース(GUI)を通じて各種の情報を表示する装置である。スピーカ106は、ガイドやアラーム等の音声を出力する音声出力装置である。ランプ107は、ガイドやアラーム等に応じた発光を行うLED等の装置である。制御装置10は、工作機械1の本体に内蔵されてもよいし、外部接続されてもよい。制御装置10は、PCやサーバ等の計算機で構成されてもよい。制御装置10に別の計算機やストレージ装置や通信装置等が接続される形態でもよい。
The
[テーブル、工具、および加工]
図2は、工作機械1のテーブル6、バイス5、ワーク4、工具3等の構成例と、AEセンサ2の設置例9Bとを示す。設置例9Bは、ワーク4の側面にAEセンサ2としてAEセンサユニット20を設置する例である。AEセンサユニット20からは信号ケーブル220が出ており、プリアンプ70と接続されている。なお、AEセンサ2からプリアンプ70までの間は、ノイズを拾いやすいので、ケーブル長が短く低ノイズの信号ケーブル220を用いると好ましい。
[Tables, tools and machining]
FIG. 2 shows a configuration example of the table 6, the
ワーク4は例えばSUS304ステンレス鋼であり、直方体形状である。ワーク4の例えば上面が加工面WSである。加工面WSに対し工具3が接触して切削等の加工が行われる。工具3の例としてドリルである。加工の例として、工具3であるドリルの切削によって加工面WSに小径の穴を形成する穴加工である。この穴加工は、特に、並列の複数の位置に複数の穴を連続的に形成する複数穴加工である。
The
ワーク4の側面はバイス5によって固定されている。テーブル6の3軸の移動および回転の駆動によって、ワーク4の位置や向き等の状態が変更できる。主軸32の駆動によって工具3の位置や向き等の状態が変更できる。主軸32から鉛直方向(Z方向)の下側に工具3が出ている。工具3の先端は小径ドリルである。
A side surface of the
加工例として、工具3であるドリルを用いたミーリングを扱う。工作機械1は、ミーリングによる穴加工の際、例えば、テーブル6をX,Y方向で移動させることで、ワーク4の加工面WS上の所定の位置(すなわち穴形成対象位置)が工具3の先端の下側に来る状態にする。工作機械1は、工具3を回転させながらZ方向で下側に移動させる。これにより、工作機械1は、加工面WSに工具3を当てながら穴を掘る。穴の形成後、工作機械1は、工具3をZ方向で上側に移動させる。工作機械1は、次の穴の加工のために、主軸ステージ31またはワーク4を固定するテーブル6をX,Y方向で移動させる。なお、横穴加工の場合には、主軸ステージ31、主軸32、および工具3は、図1、図2の位置から90度回転させた位置にあり、工作機械1は、工具3およびワーク4をX,Y,Z方向で移動させる。
As an example of processing, milling using a drill, which is the
工具3は、例えばハイス鋼による小径ドリルである。工具3は、図示のように先端に螺旋状の溝および刃を有する。工具3は、寸法の例としては、先端側の径(刃径)が1mm、シャンク径が3mm、全長が60mm、突出し(ホルダーから出る長さ)が30mm、溝長が12mmである。
The
加工例として切削による穴加工の場合における加工条件は以下の通りである。穴径が1mm、穴深さが1mmである。工具3の回転速度が例えば4800rpmであり、回転周期(=1回転時間)に換算すると12.5ミリ秒である。送り量は0.02mm/revである。1穴の加工時間における接触時間は0.6秒である。複数穴加工における穴数は数百個~千数百個である。また、加工時に送液管7を用いて切削液8を供給する場合(いわゆる湿式)と供給しない場合(いわゆる乾式)とがあり、いずれも適用可能である。工具3は、材質がハイス鋼である場合、負荷がかかるとしなるため、折れにくい。一方、工具3は、超硬の材質である場合には、大きな負荷がかかると折損が起こりやすい。
As an example of processing, processing conditions for hole processing by cutting are as follows. The hole diameter is 1 mm and the hole depth is 1 mm. The rotation speed of the
[ワークおよびAEセンサ]
図3は、設置例9Bに対応して、ワーク4の一側面にAEセンサ2を含むAEセンサユニット20を設置する場合の構成例を示す。なお、バイス5への設置例9Cの場合の設置箇所の概略についても併せて示している。AEセンサユニット20は、図3では、外側のカバーが図示されている。このカバーは、ワーク4の一側面に固定されている。このカバー内にAEセンサ2(後述の図4)が収容されている。このカバーの一部の穴から信号ケーブル220が出ている。このカバーは、防水性や防油性等を備える。なお、他の実施の形態では、防水性や防油性を備えるタイプのAEセンサ2を適用してもよい。その場合には、カバー等の機構を簡略化できる。ワーク4の側面におけるAEセンサ2の固定箇所には、後述の音響カプラ(図4、図5)が設けられている。この音響カプラは例えばグリースやワックスや接着剤である。
[Workpiece and AE sensor]
FIG. 3 shows a configuration example in which the
[AEセンサ(1)]
図4は、AEセンサ2の構成例として、設置面401に対する設置の状態における断面構造を示す。公知のAEセンサには各種のタイプがあり、いずれも適用可能であるが、実施の形態では、以下のタイプのAEセンサ2を適用した。このタイプは、広帯域型かつシングルエンド型である。広帯域型は、周波数特性としてフラットな帯域を含み、例えば100kHz~1MHzの広帯域を持つ。このAEセンサ2は、圧電素子21、受信板22、ダンパー23、シールドケース25、蓋26、コネクタ27、信号ケーブル28等を備える。このタイプは、圧電素子21の上側にダンパー23を設けることで、共振を抑えている。このAEセンサ2の感度は例えば40~55dBである。感度の基準は、0dB=1V/m/sである。受信板22、特にそのうちの受波面は、設置面401に対し、グリース402等の音響カプラを介して固定される。固定は、接着やねじ止め等の各種の手段を適用できる。圧電素子21からの信号ケーブル28は、コネクタ27に接続されており、コネクタ27を通じて外部の信号ケーブル220と接続される。
[AE sensor (1)]
FIG. 4 shows a cross-sectional structure of the
設置面401は、図1の設置例9Aでは主軸32の面であり、図3の設置例9Bではワーク4の面である。設置面401からのAE波は、音響カプラを介して受信板22に伝播する。伝播経路に空気が介在しないように、部材間の境界面には、グリース402等の音響カプラを用いて密着させることが望ましい。圧電素子21は、受信板22に伝播するAE波を、圧電効果によって電気信号(すなわちAE信号)に変換し、信号ケーブル28から出力する。圧電素子21は、微小な歪を検出できるように、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電セラミクスが使用されている。広帯域型のAEセンサ2は、周波数が異なる様々な特性の現象を観測することに適している。図4のようなAEセンサ2は、さらに、図3のようなカバー内に収容されることで、AEセンサユニット20として構成される。AEセンサユニット20のカバーは、設置面401に対する固定のための構造を持つ。
The
[AEセンサ(2)]
図1の設置例9Aで主軸32に設置されているAEセンサ2や図3の設置例9Bでワーク4に設置されているAEセンサ2は、加工時に工具3およびワーク4から発生して伝播するAE波を、AE信号として検出する。AE波は、工具3の回転に伴って工具3がワーク4から受ける力等の状態が反映されている。AE波は、例えば100kHzから1MHzまでの周波数を含む。AEセンサ2におけるAE信号のサンプリング周波数としては、2MHz以上の周波数、例えば4MHzを用いる。制御装置10は、AEセンサ2からのAE信号を、プリアンプ70、信号処理回路71、およびオシロスコープ72を通じて取得する。制御装置10は、AE信号と共に、日時、ID、および制御情報111に基づいた各種の情報を取得する。ID(識別情報)は、工作機械1、工具3、ワーク4、およびAEセンサ2のID等がある。
[AE sensor (2)]
The
なお、工作機械1には、AEセンサ2のみならず、他の種類のセンサが併設されてもよい。他の種類のセンサの例は、電圧計、電流計、力センサ、加速度センサ、変位センサ、ジャイロセンサ、超音波センサ、歪ゲージ、レーザドップラー振動計、温度センサ、騒音計、カメラ、MEMSセンサ等が挙げられる。騒音計は、環境音を計測する。AEセンサ2は、テーブル6等の内部に埋め込まれるように設置されてもよい。AEセンサ2は、なるべく環境音を検出しにくい位置に設置されると好ましい。工作機械1には、動作音等を吸音するための吸音材が設けられてもよい。
Note that the
[AEセンサ(3)]
図1の設置例9Aでは、主軸32に対し2個のAEセンサ2が設置されている。主軸32にAEセンサ2を設置する場合、基本的には1個のAEセンサ2でも十分な効果が得られる。さらに、2個のAEセンサ2を設置する場合には以下のような効果が得られる。2個のAEセンサ2は、例えば周波数帯域の異なるものを用いる。例えばワーク4の材質(特に音速と密度)が変化する場合、AE波の周波数も変化する。そこで、周波数帯域が異なる複数のAEセンサ2を用いて検出することで、幅広い音響特性を持つ材質に対応することができる。
[AE sensor (3)]
In installation example 9A of FIG. 1, two
また、設置例9Dのように、テーブル6に設置する場合には、例えば同一の周波数帯域を持つ2個以上のAEセンサ2を設置する形態としてもよい。この場合、2個以上のAE信号を用いて、AE発生源の位置を、AE波の到達時間差から算出することができる。その際のAE波の音速とAEセンサ位置は、既知の情報である。1次元位置標定に必要なAEセンサ2の数は2個である。テーブル6の同一平面上に2個以上のAEセンサ2を設置することで、AE発生源の位置標定が可能である。すなわち、工具3等の異常が発生した位置を詳しく特定することが可能である。位置標定を行う場合、AEセンサ2の設置場所は、テーブル6の側面よりも、設置例9Dのようにテーブル6の上面(または下面やテーブル6内部)等の同一平面が好ましい。3個以上の同一のAEセンサ2を用いる場合、2次元位置標定が可能である。
Also, as in installation example 9D, when installing on the table 6, for example, two or
[AE波伝播経路]
図5は、各種の設置例におけるAE波の伝播経路を示す。(A)は、設置例9Aに対応する伝播経路を示す。AE波が発生する音源は、ドリル等の工具3とワーク4とが接触する箇所である。加工に伴い発生するAE波は、工具3から主軸32に伝播する。AE波は、主軸32からグリース等の音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。(B)は、設置例9Bに対応する伝播経路を示す。加工に伴い発生するAE波は、工具3からワーク4に伝播する。AE波は、ワーク4から音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。(C)は、設置例9Cに対応する伝播経路を示す。加工に伴い発生するAE波は、工具3からワーク4に伝播し、ワーク4からバイス5に伝播する。AE波は、バイス5から音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。(D)は、設置例9Dに対応する伝播経路を示す。この伝播経路は、図示する2種類の経路を含む。加工に伴い発生するAE波は、工具3からワーク4に伝播し、ワーク4からテーブル6に伝播し、テーブル6から音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。また、加工に伴い発生するAE波は、工具3からワーク4に伝播し、ワーク4からバイス5に伝播し、バイス4からテーブル6に伝播し、テーブル6から音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。
[AE wave propagation path]
FIG. 5 shows propagation paths of AE waves in various installation examples. (A) shows a propagation path corresponding to installation example 9A. A sound source for generating AE waves is a portion where the
(E)は、設置例9Eに対応する伝播経路を示す。この伝播経路は、図示する3種類の経路を含む。第1経路では、加工に伴い発生するAE波は、工具3から切削液8を介してAEセンサ2に伝播する。切削液8は音響カプラの機能を果たす。第2径路では、AE波は、ワーク4から切削液8を介してAEセンサ2に伝播する。第3経路では、AE波は、工具3からワーク4に伝播し、ワーク4から切削液8を介してAEセンサ2に伝播する。液体である切削液8を介することで、AE波の伝播が可能である。なお、固体と固体の界面ではAE波がよく透過する。固体と液体の界面では、AE波はやや反射が大きいが透過する。固体と気体の界面ではAE波はほぼ全反射してしまう。そのため、伝播経路は、空気を介在しない方が好ましい。
(E) shows the propagation path corresponding to installation example 9E. This propagation path includes three types of paths shown. On the first path, AE waves generated during machining propagate from the
[回路構成例]
図6は、AEセンサ2からのAE信号を検出して異常予兆検知等を行うための回路等の構成例を示す。AEセンサ2からのAE信号は、プリアンプ70で増幅されてから、信号処理回路71(説明上、第1信号処理回路と記載する場合がある)に入力される。信号処理回路71は、AE信号の第1信号処理を行う部分である。信号処理回路71は、制御装置10内で接続インタフェース部103に接続されている回路としてもよいし、制御装置10外に接続されている独立した装置等としてもよい。信号処理回路71は、BPF(バンドパスフィルタ)81、メインアンプ82、包絡線検波回路83、AEイベント検出回路84を有する。
[Example of circuit configuration]
FIG. 6 shows a configuration example of a circuit or the like for detecting an AE signal from the
BPF81は、所定の周波数帯域のAE信号を通過させる。BPF81は、振動成分である不要な低周波数領域の信号を除去する。メインアンプ82は、AE信号をさらに増幅する。なお、本例では、プリアンプ70とメインアンプ82との2段の増幅の構成としているが、1段の増幅の構成としてもよい。音源の信号レベルが高い機械加工の場合に、プリアンプ70のみを使用し、メインアンプ82のゲインを0dBとしてもよい。あるいは、プリアンプ70のみを使用し、メインアンプ82を接続しない形態でもよい。包絡線検波回路83は、AE信号から後述の包絡線検波を行う。AEイベント検出回路84は、AE信号から後述の方式でAEイベント(AE事象)を検出する。なお、BPF81がプリアンプ70の前段に設けられていてもよい。また、BPF81がメインアンプ82の後段に設けられてもよい。また、メインアンプ82の後段にさらに全波整流回路等が設けられてもよい。
The
信号処理回路71のAEイベント検出回路84の後段には、オシロスコープ72が接続されている。オシロスコープ72は、波形測定器であり、ADC(アナログデジタル変換回路)85、表示器86、記録部87を備える。なお、オシロスコープ72と信号処理回路71とが一体の装置として構成されてもよい。ADC85は、アナログ信号であるAE信号から所定の周波数でのサンプリングによってデジタル信号に変換する。表示器86は、波形表示器であり、AE信号のAE波の状態(振幅、AEイベント等)を表示画面に表示する。記録部87は、AE信号のデータをログとして記録し、出力可能とする。
An
オシロスコープ72のADC85の後段には、制御装置10内に設けられている信号処理回路(説明上、第2信号処理回路と記載する場合がある)が接続されている。この第2信号処理回路は、接続インタフェース部103に接続されている回路でもよいし、プロセッサ101によるソフトウェアプログラム処理で実現されてもよい。第2信号処理回路は、AEイベントレート計算回路91、異常予兆判定回路92、出力制御回路93、閾値設定回路94、閾値設定回路95等を含む。なお、制御装置10は、既存の機能として、加工制御機能90を含む。加工制御機能90は、加工のための制御情報121を生成し、制御情報121に基づいて工具3やテーブル6等の駆動を制御する機能である。制御情報121には工具情報123も含まれている。
A signal processing circuit provided in the control device 10 (may be referred to as a second signal processing circuit for explanation) is connected to the rear stage of the
AEイベントレート計算回路91は、ADC85からのデジタル信号であるAE信号を入力し、制御情報121のうちの工具情報123を取得する。工具情報123は、工具3の回転数または回転周期等の情報を含む。AEイベントレート計算回路91は、入力情報から、AEイベントレートを指標値EDとして計算する。AEイベントレートは、単位時間あたりのAEイベント数である。
The AE event
異常予兆判定回路92は、AEイベントレート計算回路91からのAEイベントレート(指標値ED)の情報を入力し、閾値を用いて、工作機械1の状態に関わる異常予兆を判定し、判定結果情報を出力する。異常予兆判定回路92は、時系列上に並ぶ複数の指標値EDを閾値と比較して、異常予兆の有無等を判定する。閾値設定回路94は、異常予兆判定回路92に対し、異常予兆判定用の閾値を動的にまたは静的に設定する。設定値である閾値は、後述の連続回数Nや第1範囲H1等がある。
The abnormality
閾値設定回路95は、AEイベント検出回路84に対し、AEイベント検出用の閾値(例えば後述の2レベルの電圧閾値)を設定する。
The
出力制御回路93は、異常予兆判定回路92からの判定結果情報に応じて、所定の出力制御を行う。出力制御は、アラート出力93A、動作停止制御93B、グラフ表示93C、信号波形表示93D等がある。アラート出力93Aは、ユーザに対し異常予兆を伝えるアラートであり、例えばスピーカ106からのアラート音声出力、ランプ107のアラート発光、表示装置105の表示画面へのアラート情報表示等である。アラート出力93Aは、後述の複数の段階(言い換えると異常の度合いに関する複数のレベル)のアラート出力とすることも可能である。動作停止制御93Bは、即時に加工動作を停止させる制御である。グラフ表示93Cは、表示装置105等の表示画面へのAEイベントレートのグラフや異常予兆判定結果等の表示である。信号波形表示93Dは、表示装置105等の表示画面へのAE波のグラフ等の表示である。ユーザは、上記のような各出力から、工作機械1の工具3等の損傷等の異常に至る前に異常予兆を認識でき、対処が可能となる。
The
図6の構成の変形例として、第1信号処理回路71の包絡線検波回路83およびAEイベント検出回路84を、制御装置10の第2信号処理回路内に設けた構成としてもよい。回路部の追加や削除、回路部の分離や併合等、各種の変形が可能である。
As a modified example of the configuration of FIG. 6, the
[AE測定条件]
実施の形態におけるAE測定条件については以下の通りである。アンプゲインは、プリアンプ70の利得を20dB、メインアンプ82の利得を0dBとした。BPF81は、振動成分のノイズ除去の目的でハイパスフィルタ処理を行い、サンプリング周波数を4MHzで測定した。BPF81のうちHPF(ハイパスフィルタ)のカットオフ周波数は、一般的な超音波領域である20kHz以上の信号を計測するために、20kHzとした。BPF81のうちLPF(ローパスフィルタ)は、THRU(Through;フィルタリング無し)とした。なお、金属材料の塑性に対するAE周波数帯域は一般的に100kHz~1MHzであることから、金属材料の塑性変形に伴うAE信号を特化して検出するために、HPFのカットオフ周波数を100kHz程度に設定してもよい。
[AE measurement conditions]
AE measurement conditions in the embodiment are as follows. As for the amplifier gain, the gain of the
[処理フロー]
図7は、実施の形態の異常予兆検知システムおよび方法における異常予兆検知機能の処理フローを示す。図7は、ステップS1~S8を有し、以下、ステップの順に説明する。ステップS1は、工作機械1およびワーク4の設定、および加工開始である。設定は、予め、図1等のように工作機械1の所定の箇所にAEセンサ2を設置することを含む。設定は、閾値設定回路94や閾値設定回路95による初期設定値の設定を含む。ユーザは、工作機械1に加工開始指示を入力する。制御装置10は、制御情報121を生成し、加工制御および異常予兆検知制御を開始する。
[Processing flow]
FIG. 7 shows the processing flow of the abnormality portent detection function in the abnormality portent detection system and method of the embodiment. FIG. 7 has steps S1 to S8, which will be described in order below. Step S1 is to set the
ステップS2で、制御装置10は、信号処理回路71等を通じて、AEセンサ2からAE信号および関連情報を取得および入力する。ステップS3で、図6の信号処理回路71のAEイベント検出回路84は、AE信号からAEイベントを検出する(後述の図10または図11)。ステップS4で、図6のAEイベントレート計算回路91は、AE信号(AEイベント情報を含む)から、AEイベントレートを指標値EDとして計算する。
In step S2, the
ステップS5で、制御装置10の閾値設定回路94は、異常予兆判定回路92に、閾値として例えば動的閾値を設定する。この閾値は、連続回数Nおよび第1範囲H1等である。閾値設定回路94は、AEイベントレート計算回路91からの情報を用いて動的閾値を決定する。
In step S<b>5 , the
ステップS6で、異常予兆判定回路92は、ステップS4で得たAEイベントレートの指標値EDを時系列に並べ、時点毎に、ステップS5で設定された閾値を用いて、異常予兆判定を行う。異常予兆判定は、時系列上で、複数の指標値EDが、第1範囲H1内で、かつ連続回数N以上で連続した状態(第1状態とする)になったかどうかの判定である。ステップS6の判定結果が、異常予兆有り(YES)の場合にはステップS7へ進み、異常予兆無し(NO)の場合にはステップS8へ進む。
In step S6, the abnormality
ステップS7で、出力制御回路93は、ステップS6の異常予兆判定結果(第1状態)に応じた出力制御(前述のアラーム出力93Aや動作停止制御93B)を行う。
In step S7, the
ステップS8で、制御装置10は、加工終了かどうか、例えば複数穴加工がすべて終了したかどうかを確認し、未終了の場合にはステップS2へ戻って同様に繰り返し、終了の場合には本処理フローを終了する。
In step S8, the
[工具回転数および加工時間]
制御装置10は、制御情報121のうちの工具情報123から、工具3の回転数等の情報を参照し、工具3の回転周期(=1回転時間)を把握する。工具3の回転数は、例えば分あたりの回転数([rpm])である。回転数は、例えば4800rpm(周波数では80Hz)である。回転数(または回転速度等)から、回転周期が算出できる。例えば、4800rpmから、回転周期は12.5ミリ秒である。AEイベントレート計算回路91は、工具3の回転周期を単位時間TU(後述の図12)として設定し、単位時間TU毎にAEイベント数をカウントしてAEイベントレートとする。
[Tool rotation speed and machining time]
The
実施の形態における加工例では、複数穴加工における長い時間を対象として、異常予兆検知を行う。1穴の加工時間は例えば1秒である。例えば千個の穴を加工する場合、加工時間は、少なくとも千秒を要する。 In the machining example according to the embodiment, abnormality sign detection is performed for a long period of time during machining of multiple holes. The machining time for one hole is, for example, one second. For example, when processing 1000 holes, the processing time takes at least 1000 seconds.
[AE波および異常]
AEは、材料が変形や破壊する際に内部に蓄積されていた弾性エネルギーが音波(AE波と呼ばれる)として放出される現象である。AE波は超音波である。AE波は、材料が破壊に至る前の変形等の発生に伴って発生する。AE波を用いて材料の変形等を非破壊的に評価する手法は、AE法と呼ばれる。AE法では、AEセンサを用いる。AEセンサは、材料の微視的な破壊を起点として放出される弾性波を検出する。AE信号は微弱であるため、アンプが用いられる。AE法は、AE波の挙動をリアルタイムで観測することで、破壊等の異常の予兆を検知することができる。
[AE waves and abnormalities]
AE is a phenomenon in which elastic energy accumulated inside a material is emitted as sound waves (called AE waves) when the material deforms or breaks. AE waves are ultrasonic waves. The AE wave is generated with the occurrence of deformation or the like before the material breaks down. A method of non-destructively evaluating material deformation and the like using AE waves is called an AE method. The AE method uses an AE sensor. The AE sensor detects elastic waves emitted starting from microscopic destruction of materials. Since the AE signal is weak, an amplifier is used. The AE method can detect signs of abnormalities such as destruction by observing the behavior of AE waves in real time.
図8は、AE波の例として突発型AE波について示す。(A)は、突発型AE波の集合を示す。(A)の一部分を時間的拡大したものを(B)に示す。(B)は、複数の突発型AE波を示す。(B)の一部分を時間的拡大したものを(C)に示す。(C)は、2個の突発型AE波を示す。1個の突発型AE波は、1個のAEイベントに対応する。工具3やワーク4に異常が発生する前の段階では、このような突発型AE波が発生する場合がある。このような突発型AE波は、後述するが、例えば切削により生じた切り屑が穴の外へ排出しきれずに、穴とドリルとの間に残り、あるいは工具3の先端に切り屑が付着し、その切り屑の影響によって発生すると考えられる。
FIG. 8 shows a sudden AE wave as an example of the AE wave. (A) shows a set of sudden AE waves. A part of (A) expanded in time is shown in (B). (B) shows a plurality of sudden AE waves. (C) shows a part of (B) expanded in time. (C) shows two sudden AE waves. One sudden AE wave corresponds to one AE event. Such a sudden AE wave may occur before an abnormality occurs in the
異常の状態とは、規定された正常の状態とは異なる状態である。異常の例としては、工具3、ワーク4または主軸32等における損傷や破壊が挙げられる。小径ドリルのような工具3の場合、異常として折損が生じる場合がある。他の異常は、クラック、刃先の欠け等が挙げられる。異常予兆検知の対象となる異常とは、このような工具3の損傷や折損等を含む総称である。工具3の折損の場合、ワーク4への損傷も大きく、それまでの加工が無駄になる。また、折損の場合、工作機械1への負荷が大きく、機械故障の原因になる。特に、低負荷加工である仕上げ加工の場合、最終工程である場合が多く、この後の工程では修復が困難となる。ユーザは、工具3の折損をなるべく防止したい。
An abnormal state is a state different from the defined normal state. Examples of abnormalities include damage or breakage in the
実施の形態の異常予兆検知システムは、このような突発型AE波をAEイベントとして検出し、複数のAEイベントからAEイベントレートを計算し、AEイベントレートの状態から異常予兆を判定する。特に、異常予兆検知システムは、AEイベントレートの指標値EDが、ある程度の範囲内で連続して生じる現象を、異常予兆として検知する。これにより、工具3の折損に至る前に、対処が可能である。
The abnormality portent detection system of the embodiment detects such a sudden AE wave as an AE event, calculates an AE event rate from a plurality of AE events, and determines an abnormality portent from the state of the AE event rate. In particular, the abnormality portent detection system detects, as an abnormality portent, a phenomenon in which the index value ED of the AE event rate continuously occurs within a certain range. This makes it possible to take action before the
図9は、突発型AE波のバリエーションを示す。(A)は、単純な減衰を持つ1個の突発型AE波を示す。AEイベント検出回路84は、このような突発型AE波を1AEイベントとしてカウントする。(B)は、立ち上がりに複数のピークを持つように見える複雑な形状の突発型AE波を示す。AEイベント検出回路84は、このような突発型AE波についても1AEイベントとしてカウントする。(C)は、減衰に複数のピークを持つように見える複雑な形状の突発型AE波を示す。AEイベント検出回路84は、このような突発型AE波についても1AEイベントとしてカウントする。
FIG. 9 shows variations of sudden AE waves. (A) shows a single burst AE wave with simple decay. The AE
上記例のように、様々な形状のAE波があり得る。従来技術例での判定方式は、このような様々な形状のAE波について高精度に異常予兆を検知することは難しい。一方、実施の形態の異常予兆検知システムは、AEイベントレートの現象を判断する判定方式であるため、このような様々な形状のAE波についても高精度に異常予兆の検知が可能である。 As in the above example, there can be various shapes of AE waves. It is difficult for the determination method in the conventional technique to detect an abnormality sign with high precision for such various shapes of AE waves. On the other hand, since the anomaly portent detection system of the embodiment employs a judgment method for judging the phenomenon of the AE event rate, it is possible to detect an anomaly portent with high accuracy even for such various shapes of AE waves.
[AEイベント検出]
図10および図11は、AEイベント検出方式の例を示す。AEイベント検出回路84は、図10または図11の方式を用いてAEイベントを検出する。いずれの方式を用いるかについては予め設定可能である。AEイベント検出方式は、本例に限らず、他の方式を適用してもよい。
[AE event detection]
10 and 11 show examples of AE event detection schemes. AE
図10は、閾値として1レベルの電圧閾値V1を用いてAEイベントを判定し検出する方式を示す。図10中のAE信号のAE波は、縦軸が電圧値である。(a)は、AE波の電圧値のピーク振幅を示す。AEイベント検出回路84は、AE波の振幅と電圧閾値V1とを比較し、振幅が電圧閾値V1以上となる時点を、(c)のようにAEカウントとして計測する。(b)は、(c)のAEカウントに対応付けられた、AEイベントの持続時間である。時点t1はAEイベントの開始時点、時点t2はAEイベントの終了時点である。(d)は、AEイベントの立ち上がり時間を示し、時点t1から(a)のピーク振幅の時点となるまでの時間である。AEイベント検出回路84は、(c)のAEカウントに基づいて、(b)のような持続時間を、1AEイベントとしてカウントして検出する。
FIG. 10 shows a scheme for determining and detecting an AE event using a 1-level voltage threshold V1 as the threshold. The vertical axis of the AE wave of the AE signal in FIG. 10 is the voltage value. (a) shows the peak amplitude of the voltage value of the AE wave. The AE
図11は、高低の2レベルの電圧閾値{電圧閾値VH,VL}を用いてAEイベントを判定し検出する方式を示す。(A)は、アナログ信号であるAE信号のAE波を示す。縦軸は電圧の振幅を示す。(B)は、(A)のAE信号から図6の包絡線検波回路83による全波整流および包絡線検波を行った後の波形(エンベロープ波形)を示す。AEイベント検出回路84は、この波形について、2レベルの電圧閾値VH,VLと比較してAEイベントを判定し検出する。包絡線とは、電圧のピーク振幅の点を結んだ線である。なお、(B)の波形は、(A)の波形から全波整流を行った後を示す。全波整流は、負電圧部分を正電圧に変換する整流である。
FIG. 11 shows a scheme for determining and detecting an AE event using two levels of high and low voltage thresholds {voltage thresholds V H , V L }. (A) shows an AE wave of an AE signal, which is an analog signal. The vertical axis indicates the voltage amplitude. (B) shows a waveform (envelope waveform) after performing full-wave rectification and envelope detection by the
AEイベント検出回路84は、(B)の波形の電圧値が、高側の電圧閾値VHを超えてから低側の電圧閾値VL以下になるまでの期間を、1AEイベントとして検出する。(C)は、(B)の波形に基づいた、AEイベントカウントパルス、言い換えるとAEイベント検出信号を示し、1AEイベントとして検出した部分がパルスのオン状態となっている。
The AE
[AEイベントレート計算]
図12は、AEイベントレートの計算について示す。図12は、横軸を時間としてAE信号の例を示す。AEイベントレート計算回路91は、AE信号の時系列上において、単位時間TU毎に、AEイベント数をカウントし、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを指標値EDとする。図12は、単位時間TU毎にAEイベント数を記載している。
[AE event rate calculation]
FIG. 12 shows the calculation of the AE event rate. FIG. 12 shows an example of an AE signal with the horizontal axis representing time. The AE event
(A)のAE信号の例は、ある1穴の加工の際の一部分を示す。(B)のAE信号の例は、同じ工具3を用いた、他の1穴の加工の際の一部分を示す。(A)の例では、突発型AE波が散発的に発生している。単位時間TU1~TU8において、AEイベントレートである指標値EDは、順に{1,1,1,1,0,0,1,1}となっている。
An example of the AE signal in (A) shows a portion of machining of a certain hole. An example of the AE signal in (B) shows part of machining of another hole using the
(B)の時には、(A)の時よりも、工具3が多数の穴の加工を経験済みであり、劣化が進んでいる。そのため、(B)の例では、複数の突発側AE波が連続的に発生している。単位時間TU1~TU8において、AEイベントレートである指標値EDは、順に{7,5,6,5,5,5,6,5}となっている。
At the time of (B), the
なお、AEイベントレート計算回路91は、単位時間TUの区間に跨って配置されているAE波については、適切にいずれかの単位時間TUでカウントする。
Note that the AE event
[工具等の状態の変化に応じたAE波]
図13は、工具3等の状態の変化に応じたAE波の推移の例を示す。(A)は、工具3が正常な状態の場合のAE波を示し、閾値を超えるような突発型AE波(対応するAEイベント)は検出されていない。(B)は、正常範囲内の場合であり、いくつかの突発型AE波が散発的に出現している。(C)は、異常予兆の場合に相当し、複数の突発型AE波が連続的に出現している。言い換えると、複数の突発型AE波が連続型AE波として観測される。すなわち、この状態では、複数のAEイベントが連続して出現している。このような連続型AE波から、AEイベントレートが計算できる。このAEイベントレートが所定の範囲内で連続する状態である場合、異常予兆と判定される。(D)は、工具異常発生直前の異常の場合に相当する連続型AE波を示す。(E)は、工具異常発生時の異常の場合を示す。実施の形態の異常予兆検知システムは、(C)のような時点で異常予兆を検知する。
[AE waves according to changes in the state of tools, etc.]
FIG. 13 shows an example of transition of AE waves according to changes in the state of the
[AEイベントレートの推移]
図14は、AE信号の振幅および対応するAEイベントレートの時系列上の推移の例を示す。図14は、ある1穴を加工する時間(加工時間TPとする)における推移を示し、(A)はAE信号の振幅、(B)はAEイベントレートである指標値EDを示す。図14の例は、正常範囲内または初期の異常予兆に相当する場合を示す。(A)で、振幅の単位は[mV]である。加工時間TPは例えば1秒である。(B)で、1個の点は、単位時間TUを工具の1回転時間とした場合のAEイベントレートを示す。最初の正常の期間では、指標値EDが0である。正常の場合、指標値EDとして0が連続し、0以外の値が出現するとしても連続的には出現せずに0に戻る。その後、例えば期間141では、指標値EDとして1や2が出現している。指標値EDとして0以外の値が連続して出現する場合、異常の可能性がある。
[Change in AE event rate]
FIG. 14 shows an example of the time series transition of the amplitude of the AE signal and the corresponding AE event rate. FIG. 14 shows the transition in the time (assumed to be machining time TP) for machining one hole, where (A) shows the amplitude of the AE signal and (B) shows the index value ED which is the AE event rate. The example of FIG. 14 shows a case corresponding to within the normal range or an early sign of abnormality. In (A), the unit of amplitude is [mV]. The processing time TP is, for example, 1 second. In (B), one point indicates the AE event rate when the unit time TU is one rotation time of the tool. In the first normal period, the index value ED is zero. In the normal case, 0 continues as the index value ED, and even if a value other than 0 appears, it returns to 0 without appearing continuously. After that, for example, in
図15は、別の加工時間TPの例で、異常予兆に相当する場合を同様に示す。図15の例では、図14の場合よりも、指標値EDが大きい。例えば、期間151では、指標値ED=2,3,4が出現している。
FIG. 15 shows another example of the machining time TP, similarly showing a case corresponding to an abnormality sign. In the example of FIG. 15, the index value ED is larger than in the case of FIG. For example, in
図16は、別の加工時間TPの例で、異常予兆に相当する場合を同様に示す。図16の例では、工具3の損傷等の異常が発生する直前の場合を示す。図16の例では、図15の場合よりも、指標値EDが大きい。例えば、期間161では、指標値ED=5,6,7が出現している。時点162では、工具3の損傷等の異常が発生している。時点162以降の期間では、指標値EDがそれまでよりも小さい値に低下している。
FIG. 16 shows another example of the machining time TP, similarly showing a case corresponding to an abnormality sign. The example of FIG. 16 shows the case immediately before an abnormality such as damage to the
図14、図15、図16の例のように、時系列上で複数のAEイベントレートが、ある程度の範囲内で連続し飽和するような現象が観測でき、この現象を異常予兆と対応付けることができる。この現象において、複数のAEイベントレートは、ある程度の範囲内である程度のばらつきで分布している。 As in the examples of FIGS. 14, 15, and 16, a phenomenon in which multiple AE event rates saturate continuously within a certain range can be observed on the time series, and this phenomenon can be associated with an anomaly sign. can. In this phenomenon, a plurality of AE event rates are distributed within a certain range with some variation.
[異常予兆判定例(1)]
図17は、AEイベントレートを用いた異常予兆判定の例を示す。図17は、図14の期間141に対応する一部分の拡大を示す。閾値設定例として、連続回数Nおよび第1範囲H1の設定例を示す。例えば、連続回数Nが5である。第1範囲H1は、0以上の整数を持つ。第1範囲H1は、基準値D0=1、ばらつき範囲を±1とする。基準値D0は、第1範囲H1の基準である。ばらつき範囲は、指標値EDに許容されるばらつきを示す。ただし、本例では、第1範囲H1は、0を含めずに1以上の整数とする条件を持たせる。すなわち、第1範囲H1は、上限値DHが2、下限値DLが1である範囲{1,2}として設定されている。
[Abnormal sign determination example (1)]
FIG. 17 shows an example of abnormality sign determination using the AE event rate. FIG. 17 shows an enlargement of a portion corresponding to
制御装置10の異常予兆判定回路92は、時系列上で複数の指標値EDが、第1範囲H1内の値で、連続回数N以上で連続した状態である第1状態となった場合に、異常予兆と判定する。図示の例では、期間171や期間172は、指標値EDとして1または2が5回連続しているので、異常予兆として検知される。
When the abnormality
上記判定に関する変形例として以下のようにしてもよい。第1範囲H1における指標値EDとして0を許容する条件(言い換えると、第1範囲H1内で複数回連続する値において、一部の値は1以上となり、一部の値には0を含んでもよいという条件)とする。例えば、第1範囲H1は、基準値D0=1、ばらつき範囲を±1、0を許容する条件では、上限値DHが2、下限値DLが0である範囲{0,1,2}として設定される。この場合、例えば期間173では、第1範囲H1内の値が5回連続するので、異常予兆として検知できる。
As a modification regarding the above determination, the following may be performed. Conditions that allow 0 as the index value ED in the first range H1 (in other words, in the values that continue multiple times within the first range H1, some values are 1 or more, and some values include 0 condition that it is good). For example, the first range H1 is set as a range {0, 1, 2} in which the reference value D0 is 1, the variation range is ±1, and the upper limit value DH is 2 and the lower limit value DL is 0 under the condition that 0 is allowed. be done. In this case, for example, in the
図18は、別のAE信号での別の判定例を示す。図18は、図15の期間151に対応する一部分の拡大を示す。閾値設定例として、連続回数Nが10として設定されている。第1範囲H1は、基準値D0=2とし、ばらつき範囲を±2とし、1以上の整数とする。すなわち、第1範囲H1は、上限値DH=4、下限値DL=1で、範囲{1,2,3,4}として設定されている。この設定で、異常予兆検知回路92は、同様に異常予兆判定を行う。例えば、期間181は、第1範囲H1内の値が連続で10回出現しているため、異常予兆として検知される。
FIG. 18 shows another determination example with another AE signal. FIG. 18 shows an enlargement of a portion corresponding to
上記基準値D0=2は、例えば動的に設定される。例えば、最初、基準値D0=1として設定されているとする。次に、指標値ED=2がある程度出現した場合、それに応じて、基準値D0=2として更新される。その後も、ある程度多く出現する指標値EDの値に合わせて基準値D0が更新される。 The reference value D0=2 is set dynamically, for example. For example, it is assumed that the reference value D0=1 is initially set. Next, when the index value ED=2 appears to some extent, the reference value D0 is updated as 2 accordingly. After that, the reference value D0 is updated in accordance with the value of the index value ED that appears frequently to some extent.
異常予兆検知システムは、上記判定を用いることで、工具3等の異常に至る前に、異常予兆を検知し、動作停止等の対処が可能である。
By using the above determination, the abnormality sign detection system can detect an abnormality sign before an abnormality occurs in the
図19は、別のAE信号での別の判定例を示す。図19は、図16の期間161に対応する一部分の拡大を示す。閾値設定例として、連続回数Nが5として設定されている。第1範囲H1は、基準値D0=6とし、ばらつき範囲を±1とし、1以上の整数とする。すなわち、第1範囲H1は、上限値DH=7、下限値DL=5で、範囲{5,6,7}として設定されている。上記基準値D0=6は、動的に設定されている。この設定で、異常予兆検知回路92は、同様に異常予兆判定を行う。例えば、期間191は、第1範囲H1内の値が連続で5回出現しているため、異常予兆として検知される。
FIG. 19 shows another determination example with another AE signal. FIG. 19 shows an enlargement of a portion corresponding to
他の閾値設定例として、連続回数Nについて、第1範囲H1内で同じ値で連続する必要があるという条件を追加してもよい。例えば、同じ値で連続回数N=5以上とする。この設定の場合、例えば期間192では、指標値ED=6が5回連続するので、異常予兆として検知される。ばらつき範囲を設けない設定の場合でも、同様の判定が可能である。
As another threshold setting example, a condition may be added that the number of consecutive times N must be consecutive with the same value within the first range H1. For example, with the same value, the number of consecutive times N=5 or more. In this setting, for example, in
[異常予兆判定例(2)]
図20は、長時間におけるAE波の振幅およびAEイベントレートの推移例、および2段階の異常予兆判定の例を示す。(A)は、AE信号の振幅の推移を示す。(B)は、(A)と時系列で対応した、AEイベントレートの推移を示す。なお、時間軸が長いため、(B)の複数の単位時間TUのAEイベントレートを時間的に圧縮して図示している。例えば、時点201では、工具異常として損傷または折損が発生している。(A)のような振幅を用いて異常予兆を判定する従来技術例の場合、時点201の工具異常の直前の期間202になれば振幅が大きくなるため検出が可能である。しかし、その時点で異常予兆が検出できたとしても、対処できず、破壊の度合いが大きく、手遅れである。従来技術例では、期間202よりも前の期間では、振幅が小さいので、異常予兆が検出できない。
[Abnormal sign determination example (2)]
FIG. 20 shows an example of the transition of the amplitude of the AE wave and the AE event rate over a long period of time, and an example of two-step abnormality sign determination. (A) shows the transition of the amplitude of the AE signal. (B) shows changes in the AE event rate corresponding to (A) in time series. Since the time axis is long, the AE event rates of a plurality of unit times TU in (B) are temporally compressed and illustrated. For example, at time 201, damage or breakage occurs as a tool abnormality. In the case of the prior art example in which the sign of abnormality is determined using the amplitude as shown in (A), the amplitude increases during the period 202 immediately before the tool abnormality at the time 201, so detection is possible. However, even if an anomaly sign can be detected at that time, it is too late because it cannot be dealt with and the degree of destruction is large. In the prior art example, since the amplitude is small in the period before the period 202, the sign of abnormality cannot be detected.
一方、(B)のように実施の形態の異常予兆検知システムにおけるAEイベントレートを用いた判定の場合、工具異常の時点201よりもずっと前に異常予兆を検知できる。例えば、第1の閾値設定で判定を行うことで、期間203内のいずれかの時点で、第1段階の異常予兆検知ができ、対応して第1段階の出力制御が実現できる。第1の閾値設定は、例えば、連続回数N=10で、第1範囲H1が{1,2,3}である。第1段階の出力制御は、例えば第1アラーム出力である。第1アラームは、工具3の寿命が近いことを伝えるアラームである。
On the other hand, in the case of determination using the AE event rate in the abnormality portent detection system of the embodiment as in (B), the abnormality portent can be detected long before the tool abnormality point 201 . For example, by performing the determination with the first threshold setting, the first stage of abnormality sign detection can be performed at any point in the
また、例えば、第2の閾値設定で第2段階の判定を行うことで、期間204内のいずれかの時点で、第2段階の異常予兆検知ができ、対応して第2段階の出力制御が実現できる。第2の閾値設定は、例えば、連続回数N=10で、第1範囲H1が{1,2,3,4,5}である。第2段階の出力制御は、例えば第2アラーム出力や動作停止制御である。第2アラームは、第1アラームよりも異常の度合いが大きいことを表すアラームである。同様に、3段階以上の判定を行うこともできる。工具異常の時点201に対し、期間204は、例えば数秒から数十秒前の時間とすることができ、時間的に余裕がある。期間203は、さらに前の時間とすることができる。
Further, for example, by performing the second-stage determination with the second threshold setting, the second-stage abnormality sign detection can be performed at any point in the
[加工時と非加工時のAE波形]
図21は、時系列上で加工時および非加工時のAE波形の例を示す。加工時間TPは、1穴の加工時間であり、非加工時間TNは、加工時間TP間にある非加工状態の時間である。非加工時間TNでは、工具3がワーク4に接触していないので、突発型AE波等が生じない。制御装置10は、このようなAE信号の波形から、加工時間TPと非加工時間TNとを把握することができ、加工制御に利用できる。制御装置10は、その把握に基づいて、例えば、加工時間TPの時に限定して異常予兆判定を実行するようにしてもよい。
[AE waveform during processing and non-processing]
FIG. 21 shows examples of AE waveforms during processing and non-processing in time series. The machining time TP is the machining time for one hole, and the non-machining time TN is the non-machining time between the machining times TP. Since the
[単位時間の設定]
AEイベントレートにおける単位時間TUを工具3の1回転時間(対応する回転周期)として設定する理由等について補足する。制御装置10は、前述の図12等のように、単位時間TUを1回転時間とし、時系列上でこの単位時間TU毎にAEイベントレートを計算する。これにより、異常予兆検知に好適な現象として、前述の図14~図19の例のような、AEイベントレートの連続や飽和の現象が現れる。
[Unit time setting]
The reason for setting the unit time TU in the AE event rate as one rotation time (corresponding rotation period) of the
加工時のAE波に図8等に示した突発型AE波(対応するAEイベント)が現れる理由の1つとしては、加工に伴い工具3に切り屑が付着し、工具3とワーク4の穴との間でその切り屑を噛み込みながら加工が行われる場合が挙げられる。工具3の先端の溝および刃には、切り屑の詰まり等が生じる。このような場合に、工具3等に対する破壊現象が起こる。この破壊現象に基づいて突発型AE波(対応するAEイベント)が発生すると考えられる。上記考察に基づいて、切り屑の付着や離脱を、工具3の1回転時間あたりのAEイベントの出現密度の推移から推測することができる。また、工具3に付着できる切り屑には上限があると考えられる。そのため、切り屑の付着によって1回転時間に生じる破壊現象の頻度(対応するAEイベントレート)には上限があると考えられる。このことから、図20等のようなAEイベントレートに関する連続および飽和の現象が現れると考えられる。
One of the reasons why the sudden AE wave (corresponding AE event) shown in FIG. There is a case where machining is performed while biting the chips between. Chip clogging occurs in the grooves and blades at the tip of the
図23は、突発型AE波が発生する場合に対応する工具の状態の例を示す。突発型AE波が発生する場合として、切削により生じた切り屑が、工具であるドリルの刃先に凝着し、溝部に切り屑が堆積する場合が考えられる。図23の状態は、実施の形態のシステムで、ある閾値設定において異常予兆を検知して動作停止を実行した時に観察されたドリルの刃先の状態である。この状態は、刃先に切り屑が張り付いたような異常な状態である。この状態で加工を続けさせたところ、突発型AE波の発生が確認できた。このような状態では、切り屑が詰まりやすく、加工を続けると工具の折損や欠損に至りやすい。 FIG. 23 shows an example of a tool state corresponding to the occurrence of a sudden AE wave. A sudden type AE wave is generated when chips generated by cutting adhere to the cutting edge of a drill, which is a tool, and the chips accumulate in the groove. The state of FIG. 23 is the state of the cutting edge of the drill observed when the system according to the embodiment detects an anomaly sign and stops the operation at a certain threshold setting. This state is an abnormal state in which chips stick to the cutting edge. When the machining was continued in this state, it was confirmed that a sudden type AE wave was generated. In such a state, chips tend to clog the tool, and if machining continues, the tool tends to break or chip.
単位時間TUの設定の仕方によっては、上記のようなAEイベントレートの連続や飽和の現象が現れるとは限らず、その場合には好適な異常予兆検知はできない。すなわち、単位時間TUは、好適な時間を選択し設定する必要がある。例えば、単位時間TUを、工具3の1回転時間よりも十分に小さく設定した場合、AEイベントレートの値が連続しない。また、単位時間TUを工具3の1回転時間よりも十分に大きく設定した場合(例えば1秒)、上記現象が現れず、急激に増加する現象となる。この場合、従来技術例の判定方式と類似となってしまい、好適な検知はできない。
Depending on how the unit time TU is set, the phenomenon of continuation or saturation of the AE event rate as described above does not always occur, and in such cases, suitable anomaly sign detection cannot be performed. That is, it is necessary to select and set a suitable time for the unit time TU. For example, if the unit time TU is set to be sufficiently smaller than the one-rotation time of the
また、時間を単位時間TUで区切る際に、適切な単位時間TUを設定しない場合、図21のような加工時間TPと非加工時間TN(特に工具3がワーク4に接触していない時間)とを区別せずに時間を区切ることになる。そのため、例えば単位時間TUが長すぎる場合には、区切られた時間内における加工時間TPの割合が短くなり、異常予兆検知の精度が劣化する。
Also, when dividing the time by the unit time TU, if the appropriate unit time TU is not set, the machining time TP and the non-machining time TN (especially the time during which the
[閾値設定]
AEイベント検出用の閾値や、異常予兆判定用の閾値については、静的設定値、動的設定値のいずれとしてもよい。連続回数Nや第1範囲H1は、工具3の種類、材質、寸法、回転数や、ワーク4の種類、材質、寸法や、加工の種類や負荷、等に応じて設定されてもよい。一例として、連続回数Nは、3回、5回、10回、15回等に設定できるが、これに限らずに可能である。
[Threshold setting]
The threshold value for AE event detection and the threshold value for abnormality sign determination may be either static set values or dynamic set values. The number of consecutive times N and the first range H1 may be set according to the type, material, size, and number of rotations of the
AEイベントレートを用いた異常予兆判定に関する閾値を動的に設定する場合の方式については以下が挙げられる。制御装置10は、入力のAE信号から過去のデータ(例えばいくつかの単位時間TU)を測定し、その測定データから、一旦、閾値を決定して設定する。例えば、閾値設定回路94は、第1範囲H1および連続回数Nを決定して設定する。異常予兆判定回路92は、その閾値を用いて、最新の指標値EDと比較し、異常予兆を判定する。制御装置10は、ある程度の時間が経過すると、同様に、過去のデータから、閾値を更新する。
Methods for dynamically setting a threshold for abnormality sign determination using an AE event rate are as follows. The
他の方式については以下が挙げられる。制御装置10の閾値設定回路94は、AE信号から、出現する指標値EDの値毎に、出現の回数をカウントする。図18の例では、最初、指標値ED=2が初めて出現し、3回連続している。閾値設定回路94は、指標値ED=2について連続回数をカウントする。閾値設定回路94は、指標値ED=2がある程度の回数で出現した場合、第1範囲H1の基準値D0を2に更新する。その後、指標値ED=3が初めて出現し、3回連続している。同様に、閾値設定回路94は、指標値ED=3について連続回数をカウントし、指標値ED=3がある程度の回数で出現した場合、基準値D0を3に更新する。閾値設定回路94は、例えば、最も出現数が多い指標値EDの値を、基準値D0として設定してもよい。このようにして、第1範囲H1を動的に変更できる。また、閾値設定回路94は、上記指標値EDの各値の出現のばらつき範囲に応じて、第1範囲H1を動的に設定してもよい。
Other methods include the following. The
実施の形態の異常予兆検知システムは、動的閾値設定での判定方式とする場合には、特定の閾値設定に依存せずに異常予兆検知が可能である。この判定方式の場合には、例えば未知の材料のワーク4等の加工条件に関しても好適に検知が可能である。
The abnormality portent detection system of the embodiment can perform abnormality portent detection without depending on a specific threshold value setting when a determination method with dynamic threshold setting is used. In the case of this determination method, for example, it is possible to suitably detect the machining conditions of the
[GUI画面]
制御装置10は、表示装置10またはオシロスコープ72等の表示画面に、GUIを通じて、AE信号のAE波、AEイベント、AEイベントレート、および判定用の閾値等の情報を表示し、ユーザによる確認や設定を可能とする。画面には、例えば、図12、図14~図16、図17~図19、図20のようなグラフを含む情報が表示できる。
[GUI screen]
The
図22は、GUI画面の例を示す。この画面例では、ユーザの操作に基づいて、異常予兆判定用の閾値として連続回数Nや第1範囲H1を確認および設定できる。工具3毎に異なる設定等も可能である。変形例として、ユーザが単位時間TUを設定できるようにしてもよい。
FIG. 22 shows an example of a GUI screen. In this screen example, it is possible to confirm and set the number of consecutive times N and the first range H1 as a threshold value for abnormality sign determination based on the user's operation. Different settings for each
[効果等]
上記のように、実施の形態の異常予兆検知システムによれば、工作機械1における工具3等の異常予兆を高感度に検知できる。実施の形態によれば、様々な加工条件に対応できる汎用性が高い異常予兆検知が実現できる。実施の形態におけるAEイベントレートを用いて異常予兆を判定する方式によれば、従来技術例におけるAE波の電圧や電流、持続時間、切削力、または加速度等を用いて判定する方式と比べて、微小な信号の場合でも、高精度に異常予兆の検知が可能である。実施の形態によれば、工具3の折損や欠損に至る前に検知して対処が可能である。加工作業を行う作業者が熟練者ではない場合でも、その作業者は、異常予兆検知の結果を確認し、折損や欠損を防止しながら、効率的に作業を行うことができる。実施の形態によれば、工具3の個体毎に寿命直前まで使用可能になるため、加工の効率向上やコスト低減が実現できる。実施の形態によれば、工具3が折損に至る前に、異常の度合いが小さい段階でも検知可能である。そのため、工具3の折損部分がワーク4に埋まってしまい修復不可能になるようなことも防止でき、軽い損傷の段階でワーク4の修復ができる可能性が高くなる。
[Effects, etc.]
As described above, according to the abnormality sign detection system of the embodiment, an abnormality sign of the
従来技術例では、振幅を用いた判定に関する閾値の設定の際に、工具やワーク等における材質、形状、およびセンサ位置等に応じて異なる適切な閾値を設定する必要があるが、適切な閾値の設定が難しい。一方、実施の形態によれば、判定用の閾値の設定が容易であり、未知の材質等の加工条件に関しても適用可能である。 In the prior art example, when setting the threshold for determination using amplitude, it is necessary to set an appropriate threshold that differs according to the material, shape, sensor position, etc. of the tool or workpiece. Difficult to set. On the other hand, according to the embodiment, it is easy to set the threshold for determination, and it is applicable to processing conditions such as unknown materials.
また、従来では、例えば未知の材質のワーク等を用いた加工の場合、最適ではない加工条件で試しに加工を行う。実施の形態によれば、その場合にも、異常予兆検知機能を用いて対処ができる。すなわち、実施の形態によれば、最初の最適ではない加工条件で加工を開始し、早い段階で異常予兆を検知し、アラートと共に加工動作を停止でき、その後、ユーザが加工条件をより適切な加工条件に修正して加工を行うことができる。 Further, conventionally, for example, in the case of machining using a workpiece of an unknown material, the machining is performed on a trial basis under machining conditions that are not optimal. According to the embodiment, even in such a case, the abnormality sign detection function can be used to cope with the situation. That is, according to the embodiment, it is possible to start machining under the initial non-optimal machining conditions, detect an anomaly sign at an early stage, stop the machining operation with an alert, and then allow the user to adjust the machining conditions to more appropriate machining. Processing can be performed by modifying the conditions.
実施の形態における異常予兆検知機能および方式は、前述の工具3や加工条件の例に限らず、各種の工作機械1、工具3、ワーク4、および加工条件に関して同様に適用可能である。加工として、リーマ加工、研削加工、旋削加工、フライス加工等にも適用可能である。工具3として旋削用インサート等にも適用可能である。工具3の他の例として、ハイス鋼のドリルで、径が0.5mmから6.0mmまでの範囲内の各値のドリルを用いて加工を行った。また、乾式および湿式の各方式で加工を行った。これらの場合に、同様のAEイベントレートの連続や飽和の現象に基づいて異常予兆の検知が可能であることを確認できた。
The abnormality sign detection function and method according to the embodiment are not limited to the examples of the
なお、実施の形態の異常予兆検知システムは、ある工具3やワーク4等の条件で加工を行った場合にAEイベントレート等を観測し記録した結果から、その条件における異常の特性をある程度把握することができる。例えば、AEイベントの出現が周期的ではないこと、1以上のある範囲でのAEイベントレートが連続的に生じることがわかる。また、AEイベントレートが急上昇しないこと、AEイベントレートには上限(言い換えると飽和)がみられること、等がわかる。異常予兆検知システムは、このような特性の把握に基づいて、同様の条件の加工に関して、異常予兆判定用の閾値等を設定または更新してもよい。応用として、実施の形態の異常予兆検知システムは、AEイベントレートの指標値EDのデータを入力とした機械学習を用いて、異常予兆判定を行ってもよい。機械学習によって、異常予兆判定のための閾値を含むモデルが更新される。
In addition, the abnormality sign detection system of the embodiment can grasp the characteristics of abnormality to some extent from the results of observing and recording the AE event rate etc. when machining is performed under the conditions of a
実施の形態の異常予兆検知システムの変形例として以下も可能である。AEイベントレートを用いて異常予兆を判定する方式に関して以下としてもよい。変形例で、制御装置10は、前述の連続回数Nを用いた連続の判定については行わず、閾値として基準値D0または第1範囲H1を用いて判定を行う。制御装置10は、AE信号の指標値EDが、基準値D0になった場合、あるいは、第1範囲H1内になった場合には、異常予兆として検知する。以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
The following is also possible as a modified example of the abnormality sign detection system of the embodiment. The method of determining an abnormality sign using the AE event rate may be as follows. In a modified example, the
1…工作機械、2…AEセンサ、3…工具、4…ワーク、5…バイス、6…テーブル、7…送液管、8…切削液、10…制御装置、32…主軸。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサと、
前記AEセンサからのAE信号を取得する信号処理回路と、
前記AE信号から突発型AE波をAEイベントとして検出するAEイベント検出回路と、
前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するAEイベントレート計算回路と、
時系列上に並ぶ複数の前記AEイベントレートが、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知する判定回路と、
前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行う出力制御回路と、
を備え、
前記第1範囲は、0以上の整数を持ち、基準値に対し所定のばらつきが許容される範囲であり、
前記基準値と前記所定のばらつきとを用いて規定される前記第1範囲、および前記第1連続回数は、前記工具の種類、材質、寸法、前記ワークの種類、材質、寸法、加工の種類や負荷に応じて、実際の加工の結果に現れる前記AEイベントレートの分布の現象に基づいて、ユーザによって画面で設定される静的な設定値である、
異常予兆検知システム。 An anomaly sign detection system for detecting an anomaly sign in a machine tool having a rotating tool,
an AE sensor installed on the machine tool or workpiece;
a signal processing circuit that acquires an AE signal from the AE sensor;
an AE event detection circuit that detects a sudden AE wave from the AE signal as an AE event;
an AE event rate calculation circuit that calculates an AE event rate, which is the number of AE events per unit time, using the AE events;
It is determined whether or not the plurality of AE event rates arranged in chronological order has entered a first state in which the AE event rates are consecutive for a first consecutive number of times or more within a first range, and if the first state has occurred, a determination circuit that detects the abnormality sign;
an output control circuit that performs output control including an alert output indicating the anomaly sign or a machining operation stop when the anomaly sign is detected;
with
The first range has an integer of 0 or more and is a range in which a predetermined variation is allowed with respect to the reference value,
The first range defined using the reference value and the predetermined variation, and the first number of consecutive times, are the type, material, and dimensions of the tool, the type, material, and dimensions of the work, the type of processing, and the It is a static setting value set by the user on the screen based on the phenomenon of the distribution of the AE event rate that appears in the result of actual machining according to the load.
Abnormal sign detection system.
前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサと、
前記AEセンサからのAE信号を取得する信号処理回路と、
前記AE信号から突発型AE波をAEイベントとして検出するAEイベント検出回路と、
前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するAEイベントレート計算回路と、
時系列上に並ぶ複数の前記AEイベントレートが、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知する判定回路と、
前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行う出力制御回路と、
前記AE信号に基づいて前記第1範囲を動的に設定する閾値設定回路と、を備え、
前記第1範囲、および前記第1連続回数は、前記工具の種類、材質、寸法、前記ワークの種類、材質、寸法、加工の種類や負荷に応じて、実際の加工の結果に現れる前記AEイベントレートの分布の現象に基づいて、設定される設定値であり、特に、前記第1範囲は、動的な設定値であり、
前記閾値設定回路は、過去の時間の前記AEイベントレートのデータに基づいて、出現する前記AEイベントレートの値ごとに、出現の回数、および連続回数をカウントし、当該カウントに基づいて、前記第1範囲を更新する、
異常予兆検知システム。 An anomaly sign detection system for detecting an anomaly sign in a machine tool having a rotating tool,
an AE sensor installed on the machine tool or workpiece;
a signal processing circuit that acquires an AE signal from the AE sensor;
an AE event detection circuit that detects a sudden AE wave from the AE signal as an AE event;
an AE event rate calculation circuit that calculates an AE event rate, which is the number of AE events per unit time, using the AE events;
It is determined whether or not the plurality of AE event rates arranged in chronological order has entered a first state in which the AE event rates are consecutive for a first consecutive number of times or more within a first range, and if the first state has occurred, a determination circuit that detects the abnormality sign;
an output control circuit that performs output control including an alert output indicating the anomaly sign or a machining operation stop when the anomaly sign is detected;
a threshold setting circuit that dynamically sets the first range based on the AE signal ;
The first range and the first number of consecutive times are determined by the AE event that appears in the actual machining result according to the type, material, and dimensions of the tool, the type, material, and dimensions of the workpiece, the type of machining, and the load. a setting value that is set based on a rate distribution phenomenon, in particular, the first range is a dynamic setting value;
The threshold setting circuit counts the number of appearances and the number of consecutive occurrences for each value of the AE event rate that appears based on the AE event rate data of the past time, and based on the count, the 1 update range,
Abnormal sign detection system.
前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサと、
前記AEセンサからのAE信号を取得する信号処理回路と、
前記AE信号から突発型AE波をAEイベントとして検出するAEイベント検出回路と、
前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するAEイベントレート計算回路と、
時系列上に並ぶ複数の前記AEイベントレートが、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知する判定回路と、
前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行う出力制御回路と、
を備え、
前記AEイベントレート計算回路は、前記工作機械の制御情報に基づいて、前記工具の回転周期を把握し、前記回転周期を前記単位時間に設定し、
前記第1範囲、および前記第1連続回数は、前記工具の種類、材質、寸法、前記ワークの種類、材質、寸法、加工の種類や負荷に応じて、実際の加工の結果に現れる前記AEイベントレートの分布の現象に基づいて、設定される設定値である、
異常予兆検知システム。 An anomaly sign detection system for detecting an anomaly sign in a machine tool having a rotating tool,
an AE sensor installed on the machine tool or workpiece;
a signal processing circuit that acquires an AE signal from the AE sensor;
an AE event detection circuit that detects a sudden AE wave from the AE signal as an AE event;
an AE event rate calculation circuit that calculates an AE event rate, which is the number of AE events per unit time, using the AE events;
It is determined whether or not the plurality of AE event rates arranged in chronological order has entered a first state in which the AE event rates are consecutive for a first consecutive number of times or more within a first range, and if the first state has occurred, a determination circuit that detects the abnormality sign;
an output control circuit that performs output control including an alert output indicating the anomaly sign or a machining operation stop when the anomaly sign is detected;
with
The AE event rate calculation circuit grasps the rotation period of the tool based on the control information of the machine tool, sets the rotation period to the unit time,
The first range and the first number of consecutive times are determined by the AE event that appears in the actual machining result according to the type, material, and dimensions of the tool, the type, material, and dimensions of the workpiece, the type of machining, and the load. A setting value that is set based on the phenomenon of rate distribution,
Abnormal sign detection system.
前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサと、
前記AEセンサからのAE信号を取得する信号処理回路と、
前記AE信号から突発型AE波をAEイベントとして検出するAEイベント検出回路と、
前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するAEイベントレート計算回路と、
時系列上に並ぶ複数の前記AEイベントレートが、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知する判定回路と、
前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行う出力制御回路と、
を備え、
前記AEイベント検出回路は、2レベルの電圧閾値である第1電圧閾値および第2電圧閾値を用いて、前記AE信号から包飽線検波を行った後の波形における電圧の振幅が、前記第1電圧閾値を越えてから前記第2電圧閾値以下に減衰するまでの期間を、1AEイベントとして検出し、
前記第1範囲、および前記第1連続回数は、前記工具の種類、材質、寸法、前記ワークの種類、材質、寸法、加工の種類や負荷に応じて、実際の加工の結果に現れる前記AEイベントレートの分布の現象に基づいて、設定される設定値である、
異常予兆検知システム。 An anomaly sign detection system for detecting an anomaly sign in a machine tool having a rotating tool,
an AE sensor installed on the machine tool or workpiece;
a signal processing circuit that acquires an AE signal from the AE sensor;
an AE event detection circuit that detects a sudden AE wave from the AE signal as an AE event;
an AE event rate calculation circuit that calculates an AE event rate, which is the number of AE events per unit time, using the AE events;
It is determined whether or not the plurality of AE event rates arranged in chronological order has entered a first state in which the AE event rates are consecutive for a first consecutive number of times or more within a first range, and if the first state has occurred, a determination circuit that detects the abnormality sign;
an output control circuit that performs output control including an alert output indicating the anomaly sign or a machining operation stop when the anomaly sign is detected;
with
The AE event detection circuit uses a first voltage threshold and a second voltage threshold, which are two-level voltage thresholds, to perform envelope detection on the AE signal. detecting a period from exceeding the voltage threshold to attenuating below the second voltage threshold as one AE event;
The first range and the first number of consecutive times are determined by the AE event that appears in the actual machining result according to the type, material, and dimensions of the tool, the type, material, and dimensions of the workpiece, the type of machining, and the load. A setting value that is set based on the phenomenon of rate distribution,
Abnormal sign detection system.
前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサと、
前記AEセンサからのAE信号を取得する信号処理回路と、
前記AE信号から突発型AE波をAEイベントとして検出するAEイベント検出回路と、
前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するAEイベントレート計算回路と、
時系列上に並ぶ複数の前記AEイベントレートが、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知する判定回路と、
前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行う出力制御回路と、
を備え、
前記判定回路は、前記第1範囲および前記第1連続回数を含む閾値として、第1段階の第1閾値と第2段階の第2閾値とを含む複数段階の複数の閾値を用いて、前記AEイベントレートの前記第1状態について判定し、
前記出力制御回路は、前記異常予兆を判定した段階に応じて、異なる前記出力制御を行い、
前記第1範囲、および前記第1連続回数は、前記工具の種類、材質、寸法、前記ワークの種類、材質、寸法、加工の種類や負荷に応じて、実際の加工の結果に現れる前記AEイベントレートの分布の現象に基づいて、設定される設定値である、
異常予兆検知システム。 An anomaly sign detection system for detecting an anomaly sign in a machine tool having a rotating tool,
an AE sensor installed on the machine tool or workpiece;
a signal processing circuit that acquires an AE signal from the AE sensor;
an AE event detection circuit that detects a sudden AE wave from the AE signal as an AE event;
an AE event rate calculation circuit that calculates an AE event rate, which is the number of AE events per unit time, using the AE events;
It is determined whether or not the plurality of AE event rates arranged in chronological order has entered a first state in which the AE event rates are consecutive for a first consecutive number of times or more within a first range, and if the first state has occurred, a determination circuit that detects the abnormality sign;
an output control circuit that performs output control including an alert output indicating the anomaly sign or a machining operation stop when the anomaly sign is detected;
with
The determination circuit uses a plurality of thresholds in multiple stages including a first threshold in a first stage and a second threshold in a second stage as thresholds including the first range and the first number of consecutive times, and the AE determining for the first state of event rate;
The output control circuit performs different output controls according to the stage at which the abnormality sign is determined,
The first range and the first number of consecutive times are determined by the AE event that appears in the actual machining result according to the type, material, and dimensions of the tool, the type, material, and dimensions of the workpiece, the type of machining, and the load. A setting value that is set based on the phenomenon of rate distribution,
Abnormal sign detection system.
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