JPH02274455A - 工作機械監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は一切削過程の中断を必要とすることもあるし
必要としないこともある様な異なる種類の工具の破損を
検出する為に工作機械の動作を監視する装置と方法に関
する。

切削工具が破損すると云う現象は、加工過程の自動化に
とって大きな障害である。自動的な工具破損検出装置を
持たない大抵の加工作業では、各々の工作機械のオペレ
ータが、工具の破損事象を直ちに検出し、その破損事象
によって、工作物又は工作機械に重大な損傷を招くこと
がない様な措置をとること、或いは計算機式数値制御（
ＣＮＣ）機械を、破損が起った場所で、過渡の切込みに
よって起った工具の破損の繰返しを招く様な状況にする
ことを防止する措置を講することが必要である。個々の
工作機械の人間による監視レベルが低い時、加工の自動
化には、工具破損及び機械の応答の機能を自動化するこ
とが必要である。こう云う機能を自動化する為の工作機
械監視（ＭＴＭ）装置が開発されており、いろいろな特
許及び係属中の特許出願の対象となっている。これは、
切削過程によって発生された高周波振動を感知し、信号
処理及びパターン認識論理方式を適用して、平均振動レ
ベルに主要な変化となって現れる切削状態の即時の重要
な変化を生ずる主要な工具の破損事象を検出する。振動
の徴候に於ける通常の切削時の人為効果によって、虚偽
の警報が生ずる問題を避ける為、切削状態の即時の重要
な変化を生じない様な他の工具の破損事象をわざと無視
している。

ＭＴＭ装置は本来、強靭な宇宙空間用材料の積極的な切
削に硬いが脆いセラミック工具を使う用途の為に開発さ
れ、従って、各々の切込みは新しい刃先で行なうと想定
している。こう云う状況では、自動工具破損検出装置が
、切削状態に即時の目立った変化を生じない様な工具の
破損を無視することは、受入れることが出来るばかりで
なく、実際に好ましい。然し、大抵の加工の用途では、
工具の刃先を相次いで何回かの切込みに使ってから、工
具の交換を行なう。この動作条件の変化により、自動工
具破損検出装置の所望の機能が変わる。そこで、工具が
破損したが、切削状態を即時に余り変化させない時、少
なくとも次に計画された切込みを開始する前に、工具を
交換するのが望ましいのが普通である。

こう云う種類の異なる２形式の場合にであった。

繊維で補強したセラミック工具を含むセラミック工具は
、切削過程に余り影響のない様な剥離破損を起すことが
ある。然し、こう云う破損は工具を弱め、次の切込みで
破損を生ずる可能性を大きくする。セラミック工具もカ
ーバイド工具も主要な破砕を起すことがあるが、破砕の
後の少しの時間の間、切削する力によって一緒に保持さ
れていて、切削状態には殆んど影響がない。切込みの終
りに切削の力が解放された時、又は次の切込みの初めに
変化を受けた時、破砕を起した工具の異なる切片が離れ
、その内の１つ又は更に多くが落下する。

従って、切削状態は工具の破損によって急激に変化する
ことがあるが、この変化は、最初の工具の破砕の事象か
らかなり立つまで起らないことがある。ＭＴＭ工具破損
検出装置は、こう云う場合の初期の工具の破砕を無視す
る傾向があり、切削状態が変化するまで、−船釣に警報
を発しない。次に計画された切込みの開始まで、この変
化が起らないと、ＭＴＭは、その切込みに普通の切削期
間かない為に、それをとにかく検出するのが困難である
ことがあり、基本的には、ＭＴＭは破損前の想定された
正常な切削状態から破損後の想定された異常な状態への
変化を捜すものである。

工具の交換の合間に工具が相次ぐ何回かの切込みに使わ
れる様な大抵の自動加工作業では、自動工具破損検出装
置は、切削状態に即時に主要な変化を生ずる様な工具の
破損だけでなく、その様な変化は生じないが、次の切込
みを開始する前に工具を交換すべきである様な工具の破
損をも検出する能力が要求される。ＭＴＭ装置は非常に
融通性があり、切削状態に即時に主要な変化を生じない
多くの破損を検出する様に調節することが出来る。

工具の破砕の過渡状態が普通の切削時の雑音によってぼ
ける場合、この様な検出出来ない工具の破損は僅かしか
ない。この解決策に伴う大きい問題は、工具の破砕の過
渡状態の後、切削状態の主要な変化を表わす振動信号が
続かない場合に、ＭＴＭ装置が警報を発生する様に設定
する為には、工具の破砕に伴う振動の徴候を模倣する様
な通常の切削時の振動信号の人為効果による虚偽の警報
の確率をかなり高めることが必要であることである。

振動信号や、別の物理的な量を感知する別の信号の情報
を、工具の破損及び疲労の検出の為に利用する装置が提
案されている。１９８８年２月５日に出願された係属中
の米国特許出願通し番号節１５３．３００号では、工具
の疲労と特定の形式の工具の破損、即ちセラミック工具
の粉くずれ破損を検出する為にスピンドル動力又は力信
号を利用している。更に、同じ目的の為に、高周波及び
低周波の両方の振動信号を利用している。こう云う信号
のどれにある急激な過渡状態をも利用せず、突然の工具
破砕事象を検出する様には設計されていない。英国特許
箱２，１４０．９５１Ａは、切削過程から放出される超
音波、主駆動力及び送込み駆動力の３つの加工パラメー
タが、過程の不規則性と工具の破損とを明確に区別する
と述べている。３つのパラメータ全部の測定値が同時に
突然に変化すれば、工具の破損を表わし、３つのパラメ
ータの内の２つが予定の時間の間開時に変化すれば、過
程の不規則性を示す。

発明の要約 この発明の目的は、切削状態の即時の主要な変化を生ず
るもの及び生じないものを含めた切削工具の全ての破損
を、虚偽警報率を低くして、確実に１つ自動的に同定す
ることである。

別の目的は、数値制御工作機械の利用者に、どんな用途
の要求にも合う様に、異なる種類の工具破損事象に対す
る制御装置−工作機械−工具交換装置の異なる応答を特
定する能力を持たせることである。

別の目的は、進行中の切込みを停止する為に即時の注意
を必要とする主要な切削工具の破損、並びにそれに対す
る工作機械制御装置の最適な応答が、必ずしも切削過程
を即時に停止することではない様な、それより検出し難
い小さな工具の破損を検出する改良された装置と方法を
提供することである。

この発明の改良された工具破損検出装置は、切削工具と
工作物の相互作用によって発生される振動を感知して、
３０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚの範囲内の高周波振動信号
を取出す手段と、切削過程の間に切削工具に作用する力
に影響される１つ又は更に多くのパラメータを感知して
、直流から１　ｋｌｌｚ未満までの低周波信号を発生す
る手段とを有する。

第１のセンサは典型的には広帯域振動センサであり、第
２のセンサは低周波振動センサ、工作機械軸駆動電流セ
ンサ又は軸速度センサである。この代りに、両方の信号
を１個の広帯域振動センサの出力から抽出する。各々の
信号を予備処理、標本化及びディジタル化して、所定数
のそれまでのサンプルから夫々第１及び第２の移動平均
を計算する手段を設ける。更に装置は、工具の破損を原
因として起る様な信号の過渡状態を検出するパターン認
識論理回路を各チャンネルに有する。警報手段が、第１
及び第２の平均信号の過渡状態が時間的に一致に近く、
選定された時間窓の中で起ったことを判定し、微小工具
破損警報を発生する。

この装置のその他の特徴として、高周波チャンネルにあ
るパターン認識論理回路は、第１の平均振動信号に検出
された信号の過渡状態の後、切削状態の大きな変化によ
る実質的で持続的な平均レベルの変化が続くことを検査
する手段を有する。

その時、切削過程の即時の停止を要求する主要工具破損
警報が発生される。第１及び第２の平均信号の疑いのあ
る過渡状態の一致に近い状態を検出する為の時間窓は、
例えば、工作物の１回転の小さな端数であり、主要工具
破損警報をトリガする為の第１の平均信号の持続的なレ
ベルの変化は、工作物の１回転よりも長い間持続する。

この発明の別の一面は、異なる種類の工具の破損を検出
する改良された方法である。切削工具と工作物の界面で
発生された振動、並びに工具に作用する力に関係する少
なくとも１つのパラメータを感知し、選ばれた高周波数
帯にある振動の振幅を表わす高周波チャンネル信号及び
低周波チャンネル信号を取出す。これらの信号を標本化
し、サンプルをディジタル値に変換し、移動平均を計算
する。工具の破損が疑われる様な高周波チャンネル平均
信号の過渡状態、並びに工具の破損の確認となり得る様
な低周波チャンネル信号の別の過渡状態を検出する。両
方のチャンネルで検出された過渡状態が時間的に一致に
近い状態であると判定されると、微小工具破損警報が発
生され、そうでなければ、論理回路をリセットして、別
の疑わしい過渡状態を捜す。疑わしい過渡状態を検出し
た後、高周波チャンネル平均を更に処理して、切削状態
の主要な変化による、平均振動レベルの突然で実質的で
持続的な変化があるかどうかを検査し、それによって主
要工具破損警報を発生する。そうでなければ、論理回路
をリセットして大きな過渡状態を捜す。

利用者は、異なる２種類の警報に対して異なる制御作用
を自由に割当てることが出来る。微小工具破損の場合、
部品プログラムは現在の切込みの終りまで、又は主要な
警報が発生するまで、そのどちらか最初の時まで、続行
する様に指定することが出来、新しい切込みを開始する
前に、工具を交換する。普通、主要工具破損警報は切込
みの即時の停止を特徴とする特定の場合に合せたこの他
の応答にしてもよい。

発明の詳細な説明 第１図及び第２図の上側のグラフは、平均振動レベルに
突然の主要な変化を招く様な、切削状態の即時の主要な
変化の原因となる工具破損の高周波振動徴候の２つの例
を示す。第１図は、旋削作業に使われる繊維で補強した
丸いセラミック工具の主要破損の振動徴候を示す。振幅
の大きい、立上りの速い信号の過渡状態１０の後に、ず
っと小さい振動信号レベル１１が続き、これが選ばれた
確認期間より長い間、普通は工作物の１回転よりも長い
間持続する。第２図の上側の曲線は、やはり旋削作業に
使われる菱形カーバイド工具の主要破損の振動徴候を示
す。工具破損のこの特性的な徴候は振幅の大きい信号の
過渡状態１２を持ち、その直ぐ後に、１３に示す様な多
数の雑音スパイクを持つ信号レベルの実質的で持続的な
増加が続く。平均振動信号レベルの突然の変化を示すこ
う云う形式並びにその他の幾つかの形式の工具破損の徴
候が、こう云う形式の工具やその他の形式の工具の破損
で観察されている。これに対して、第３図及び第４図の
上側のグラフは、主要な平均レベルの変化を含まない様
な、旋盤の工具破損の振動徴候を示している。第３図は
、繊維で補強されたセラミック工具の剥離破損の時に得
られた。大きな過渡状態１４の前後の振動レベルは略同
じである。これは、工具の破損によって切削状態に目立
った変化がないからである。第４図の上側の“グラフは
、破砕事象によって形成された工具の断片が切削する力
によって一緒に保持されていた為に、切削状態の即時の
変化を生じなかった菱形カーバイド工具の主要な破砕の
時に得られた。振幅の大きい過渡状態１５の前後の信号
レベルは大体同じである。これらの図面並びに第５図及
び第６図の全てのグラフは、信号を何等かの形で処理し
て移動平均を計算する前の生のセンサ出力である。

第１図乃至第４図の真中及び下側のグラフは、工具破損
事象の領域に於ける種々の他のセンサからの出力信号を
示す。夫々の場合、工具破損事象と時間的に一致する過
渡状態を示すセンサ信号を各図面に対して選んである。

検査された全ての工具破損事象は、工具破損事象の時点
で、低周波加速度計信号のグラフの一方（Ｘ方向）又は
両方（Ｘ及びＹ方向）の過渡的な擾乱を示した。比較的
微小なセラミック工具の剥離破損を除いた全ての場合、
種々の工作機械軸駆動電流及び速度を含む他のセンサ信
号にも、過渡状態が認められた。

即ち、第１図では、低周波振動信号及びＸ軸駆動電流に
過渡状態１６及び１７があり、これらの過渡状態は高周
波振動信号の過渡状態１０と時間的に一致状態に近い。

第２図でも、低周波加速度計信号及びＺ軸速度信号に時
間的に一致する過渡状態１８及び１９がある。第３図で
は、直交して取付けた低周波振動センサの出力の過渡状
態２０゜２１は小さい時間窓の中で発生している。第４
図は、高周波振動信号、低周波加速度計信号及びＺ軸駆
動電流の過渡状態１５．２２．２３が時間的に一致する
ことを非常にはっきりと示している。

以上枚挙した他のセンサは、切削工具に働く力に影響さ
れるパラメータを何れも測定すると云う共通の特徴を有
する。云い換えれば、切削工具に作用する力に関係する
信号を発生する。もう１つの共通性は、何れも直流乃至
１　ｋＨｚ未満と云う共通の低周波範囲である。

これらの図面が示す様に、高周波振動信号の過渡状態は
、切削状態の即時の主要な変化を招かない大抵の事象を
含めて、工具破損事象の敏感な表示子である。工具破損
事象によって検出可能な高周波振動信号の過渡状態を発
生しない稀な場合があるが、実時間の高周波振動信号の
解析によって全ての工具破損事象を検出しようとする時
の主な問題は、通常の加工信号の過渡状態の特性と、切
削状態の即時の主要な変化を生じない様な工具破損事象
によって発生される特性との重なりである。

この重なりにより、虚偽の警報が出される慣れがある。

工具破損事象の唯一の表示子として１個のセンサを用い
た場合には、どんなものを用いても、同様な問題が存在
する。

この発明はこの基本的な問題を、工具破損事象を２種類
に分けることによって解決する。即ち、切削状態に検出
可能な即時の主要な変化を生ずるものと、生じないもの
とである。切削状態に検出可能な即時の主要な変化を生
ずる工具破損事象は、高周波振動信号を解析する略現存
のま−のＭＴＭ（工作機械モニタ）工具破損検出装置に
よって検出される。この装置が、疑わしい過渡状態の後
に、振幅の変化、その疑いからの持続時間及び最大の遅
延と云う予定の判断基準を充たす平均振動レベルの変化
が続くことを工具破損警報に対して要求することにより
、工具の破損が原因で起った信号の過渡状態を通常の切
削信号の人為効果による過渡状態から分離する。こうし
て、通常の切削信号の人為効果を排除するだけでなく、
切削状態に即時の主要な変化を起さない工具破損事象を
も排除する。この点については米国特許第４，６３６゜
７７９号及び同第４．６３６，７８０号を参照されたい
。

切削状態に即時の主要な変化を生じない様な工具破損事
象をも検出する為、この発明はＭＴＭ装置がフラグをつ
けた高周波振動信号の疑わしい過渡状態を確認又は排除
する別の手段及び方式を提供する。並列解析チャンネル
が低周波振動センサ信号、又は直交する様に取付けた２
つの低周波振動センサからの信号を監視し、その信号又
はこれらの信号の内の一方の過渡状態を検出する。高周
波振動信号チャンネルと低周波振動信号チャンネルとの
両方で時間的に一致に近い状態で疑わしい過渡状態が検
出された時、工具破損警報が発生される。この代りに、
軸駆動電流センサ又は軸速度センサの信号を監視しても
よい。

第１図乃至第４図に示す様なセンサ信号のグラフを検査
すれば、両方のチャンネルで時間的に一致した過渡状態
を生ずる事象は、何れか一方のチャンネルで過渡状態を
生ずるが、他方のチャンネルで時間的に一致する過渡状
態を生じない事象よりも、虚偽の警報となる可能性はず
っと小さいことが判る。第５図は旋盤用の菱形カーバイ
ド工具の破損の例を示す。上側の曲線の高周波振動信号
は、時間目盛で約２０秒の工具破損の時刻に突然の過渡
状態２４を示しているが、その前後でも比校内振幅の大
きい過渡状態を示している。中央及び下側の曲線で示し
たＸ方向及びＹ方向の低周波加速度計信号は、工具破損
の時点でだけ、過渡状！＠２５及び２６を示している。

旋盤用の別の菱形カーバイド工具破損事象では、第６図
の信号が発生された。この場合、上側のグラフに示す高
周波振動信号は、時間目盛で１９秒の直後の工具破損の
時点に起る過渡状態２７を含めて幾つもの過渡状態を持
っている。それより下側の２つのグラフに示したＸ及び
Ｙ方向の低周波加速度計信号は、工具破損の時点に主要
な過渡状態２８．２９を持っている。これらは、工具破
損が起る前に、スピンドルの１回転当たり１回、反復的
に短い過渡状態が起ることを示しているが、検出器とし
ては、工具破損の長い過渡状態を検出し、それより短い
正常な切削時の過渡状態を無視する様に設計することは
容易である。この場合、低周波加速度計信号の一層長い
過渡状態だけを使って、高周波振動信号の工具破損の表
示を確認する。

この様にして発生された微小工具破損警報は、工具破損
検出装置全体の高周波振動信号部分又はＭＴＭ部分によ
って発生された主要警報から分離することが出来、利用
者は、２種類の工具破損警報に対し、工作機械／工具交
換装置に異なる制御作用を自由に割当てることが出来る
。前に述べた工具破損の種類の分類と合う１つの選び方
は、次の通りである。第１に、装置の高周波振動信号部
分、即ち、ＭＴＭ部分が主要工具破損警報を発生したら
、即時に切込みを停止し、後退させ、工具を交換し、新
しい工具をプローブで検査してその正確な寸法を測定し
、途中までソあった切込みを繰返し、次に計画された切
込みに進む。第２に、高周波チャンネル及び低周波チャ
ンネルの過渡状態の組合せの検出器が微小工具破損警報
を発生した場合、現在の切込みの終り、或いはこの後の
主要な警報が発生する時点の内の最初の時まで、何もし
ない。新しい切込みを開始する前に、工具を交換し、新
しい工具をプローブで調べ、次に計画された切込みに進
む。特定の用途の必要に更によく合うこの他の応答も可
能であり、適当な部品プログラム及び数値制御ソフトウ
ェアによって、利用者が構成することが出来る。例えば
、微小工具破損警報が発生された場合、利用者は、実際
に交換しなければならないと判断する前に、疑わしい工
具をプローブで検査することを選んでもよい。

工具をプローブで検査することがセンサーズ誌１９８５
年１１月５日−７日号（ＳＭＥ刊行物）所載のＳ、　Ｒ
，ハヤシ他の論文「旋削に於ける自動工具接触及び破損
の検出」並びに出願人の米国特許に記載されている。

第７図は横形ターレット旋盤の略図である。この発明の
工具破損検出装置は竪形ターレット旋盤、フライス盤及
びドリルの様なこの他の工作機械にも用いることが出来
る。図示の部品は機械の枠３０、スピンドル軸３１、チ
ャック３２、工作物３４を保持する治具３３、ＮＣ制御
ステーション３５、及びＸ軸、２軸及びスピンドル・モ
ータに対するモータ制御装置３６である。回転自在の工
具パレット３７は、工具ホルダ及び工具挿着体３９を支
持する幾つかの工具ポスト３８を持っている。

ターレット３７がターレット台４０に支持されており、
このターレット台は２つの横スライド４１のみに沿って
移動する。

広帯域加速度計４２が回転自在のターレット３７の面上
に直接的に取付けられ、ターレットの面に結合された小
さい金属ブロック４３がＸ及びＹ方向の振動を感知する
為の低周波加速度計４４゜４５を支持する。これらの加
速度計は０−２００１１ｚ装置であってよく、低周波振
動はその性質上、指向性である為に、２個用いる。この
代りに、１つの低周波加速度計だけでも十分である場合
が多い。２個又は３個１組のセンサが、オペレータが切
削作業の為に選んだ工具ホルダの位置を監視することが
出来る。変換器から出力された電気信号を不動の電子回
路に伝達する為に、回転電気カップラ４６が設けられて
いる。軸駆動電流センサ及び軸速度センサの様なこの他
のセンサを上に述べたもの１代りに又はそれに付加えて
用いてもよい。

Ｘ軸駆動電流は、Ｘ軸駆動装置のモータに供給される電
流であり、２軸速度はＺ軸方向又はスピンドル軸方向の
ターレット台４０の直線速度であって、２方向に於ける
切削工具の直線速度に等しい。

こう云うセンサ信号はモータ制御装置３６で直接的に利
用し得る。こう云うセンサが、切削工具に作用する力に
関係するパラメータを感知し、何れも直流乃至１　ｋＨ
ｚと云う共通の周波数範囲を持っている。典型的には異
なる種類のセンサを使うが、第８図に示す様に、１個の
広帯域加速度計信号から高周波振動信号及び低周波加速
度計信号の両方を取出すことが出来る場合は例外である
。この場合、０−７０ｋＨｚ広帯域加速度計４７によっ
て発生された信号を帯域フィルタ４８に通して、３０−
７０　ｋｌｌｚの高周波振動信号を発生すると共に、低
域フィルタ４９にかけて、０−２００１１ｚの低周波振
動信号を発生する。

第９図は切削状態の即時の変化を招くもの並びに招かな
いものを含む工具破損を検出するこの発明の工具破損検
出装置のブロック図並びにフローチャートである。この
例の装置は広帯域加速度計５０と１つの低周波加速度計
５１を有する。高周波チャンネルでは、生のセンサ信号
が帯域フィルタ５２に送られ、これが低い方の周波数に
集中する傾向を持つ工作機械の雑音を減衰させる。３０
−７０　ｋＨｚ振動信号のエネルギが、両波整流器５３
及び低域フィルタ５４の組合せによって検出される。低
域フィルタのカットオフ周波数は典型的には５００　Ｈ
ｚ又はそれ以下であって、標本化周波数が１　ｋｌｌｚ
のナイキスト周波数より十分高い限り、この後の標本化
動作によるエーリアシングを防止する。アナログ予備処
理装置の出力は、選ばれた高周波数帯に於ける振動の振
幅を表わす単一極性の高周波チャンネル信号である。デ
ィジタル・プロセッサの第１の部分がサンプルホールド
回路５５であって、これが例えば２　ｋＨｚでアナログ
波形を標本化し、アナログ・ディジタル変換器５６がサ
ンプルをディジタル値に変換する。これらのサンプルの
振幅をＭＴＭ又は高周波チャンネルのパターン認識論理
回路５７で実時間で解析する。

ブロック５８について説明すると、Ｎは１６であってよ
いが、それまでのＮ個のサンプルを平均することにより
、移動平均が計算され、ことごとくの新しいサンプルを
この移動平均と比較して、工具破損が原因で起るか或い
はその疑いを生ずる様な、高周波チャンネル平均信号の
一層振幅の大きい過渡状態があるかどうかを捜す。ブロ
ック５９で疑わしい過渡状態が検出されると、平均信号
を更に処理して、工作物の１回転よりも長い予め選ばれ
た確認期間の間持続する様な、平均信号レベルの突然で
実質的な変化、即ち平均の増減を検査する。疑いが確認
され、切削状態の主要な変化により平均振動レベルに持
続的な変化があると、主要形式１の工具破損警報が発生
され、それが工作機械制御装置に送られる。主要形式警
報は、切削過程を即時に停止して、切削工具を後退させ
、工作物及び工作機械の損傷を防止することを必要とす
る。

低周波チャンネルでは、低周波加速度計５１によって発
生された０−２００１１ｚ信号は殆んど処理されない。

両波整流器６１からの単一極性信号がサンプルホールド
回路６２に送られ、サンプルがアナログ・ディジタル変
換器６３によってディジタル値に変換される。低周波加
速度計のパターン認識論理回路６４は、６５の所で所定
数、例えば１６個のそれまでのサンプルから移動平均を
計算し、新しいサンプルをこの移動平均と比較すること
を最初に要求する。ブロック６６乃至６８に進むと、デ
ィジタル化した低周波チャンネル平均信号に、工具破損
が原因で起ったかも知れない疑わしい過渡状態が検出さ
れると（６６）　、時間窓の検査を行なって（６７）　
、検出された高周波及び低周波チャンネルの過渡状態が
時間的に一致に近い状態であって、選定された時間窓の
中で発生したかどうかを判定する。この時間窓は、工作
物の１回転の小さな端数より長くないことが好ましい。

時間窓の初めは、高周波チャンネルの疑いのある過渡状
態、又は何れかのチャンネルの疑いのある過渡状態の検
出によって開始することが出来る。

両方のチャンネルからの過渡状態が時間的に一致した状
態に近く、時間窓の中で発生すると（６８）、微小形式
２の工具破損警報が発生され、工作機械制御装置に送ら
れる。論理回路がブロック５６でリセットされて、何も
検出されていなければ、低周波チャンネル平均信号に疑
いのある過渡状態があるかどうか、サンプル毎の探索を
続ける。同様に、ブロック６８で、高周波チャンネルの
疑いのある過渡状態が、低周波チャンネルで大体同時の
疑いのある過渡状態を検出したことによって確認されな
い場合、工具破損の疑いが取消され、探索が新たに開始
される。

２つ又は更に多くの低周波チャンネルが並列に動作し、
高周波振動信号の疑いのある過渡状態がその低周波チャ
ンネル信号の検出された過渡状態と大体時間的に一致し
ている時に、何れも微小工具破損警報を発生する様にす
ることにより、切削状態の即時の変化を招かない様な微
小工具破損を検出する時の信頼性が一層高くなる。図面
には、センサの考えられる６つの組合せが示されている
。

これらもこの発明の範囲内に属する。前に述べた様に、
その警報が形式１の主要工具破損警報を取消すことが出
来ないことを別として、形式２の微小工具破損警報の後
、種々の制御作用をとることが出来る。切込みの終りま
で、何等の措置もとらない場合が多いが、微妙な工作物
では、微小破損でも危険があることがあり、切込みを即
時に停止することがよいことがある。これは、高価な工
作物を加工した終り頃の場合、特にそうである。

この発明を好ましい実施例について具体的に図面に示し
て説明したが、当業者であれば、この発明の範囲内で種
々の変更が可能であることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図及びｉ２図は切削状態に即時の主要な変化を招く
工具破損を示す図で、両方の図面の上側の曲線は平均信
号レベルに突然の変化を伴う高周波振動徴候であり、両
方の図面の中央の曲線は低周波加速度計信号であり、下
側の曲線は軸駆動電流及び軸速度信号である。 第３図及び第４図は切削状態の即座の変化を生じない様
な工具破損を示すグラフであり、両方の図面の上側の曲
線は主要な平均レベルの変化を含まない高周波振動徴候
であり、両方の図面の中央の曲線は低周波加速度計信号
であり、下側の曲線は直交する低周波加速度計信号及び
軸駆動電流である。 第５図及び第６図は高周波及び低周波振動チャンネルの
両方に時間的に一致する過渡状態を生ずる工具破損事象
を示すグラフであり、両方の図面の上側の曲線は高周波
振動信号であり、両方の図面の中央及び下側の直線は直
交する低周波加速度計信号である。 第７図は横形ターレット旋盤の部分的な側面図で、広帯
域及び低周波加速度計の場所を示しており、軸駆動電流
及び速度は工作機械のモータ制御装置で測定される。 第８図は一個の広帯域加速度計から高周波振動信号及び
低周波加速度計信号の両方を取出す様子を示すブロック
図、 第９図は多重レベル工具破損警報及び多重センサを備え
た工作機械監視装置のブロック図並びにフローチャート
である。 主な符号の説明 ｓｏ、ｓｌ：加速度計 ５２：フィルタ ５５．６２：サンプルホールド回路 ５７．６４．：パターン認識論理回路 ５８．６５：移動平均計算工程 ６７：時間窓検査工程

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、切削状態の即時の主要な変化を招くもの並びに招か
   ないものを含めた切削工具の破損を検出する工作機械監
   視装置に於て、 切削工具と工作物の相互作用によって発生される振動を
   感知して、３０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚの間の範囲内の
   周波数を持つ高周波振動信号を取出す手段と、 切削過程の間に工具に作用する力に関係する少なくとも
   １つのパラメータを感知して、約１ｋＨｚより低い周波
   数を持つ低周波信号を発生する手段と、 各々の信号を予備処理、標本化及びディジタル化して、
   所定数のそれまでのサンプルから第１及び第２の移動平
   均信号を夫々計算する手段と、工具の破損によって起っ
   たと思われる信号の過渡状態を検出するパターン認識手
   段と、 前記第１及び第２の移動平均信号の過渡状態が時間的に
   一致に近い状態であって、選定された時間窓の中で発生
   したことを判定して、微小工具破損警報を発生する警報
   手段とを有する工作機械監視装置。 ２、前記パターン認識手段が、前記高周波振動信号から
   取出された前記第１の移動平均信号の信号過渡状態の後
   に、切削状態の主要な変化による平均レベルの実質的で
   持続的な変化を伴うことを判定する論理回路を有し、前
   記警報手段が切削過程を即時停止することを必要とする
   主要工具破損警報を発生する手段を有する請求項１記載
   の工作機械監視装置。 ３、前記第１及び第２の移動平均信号の過渡状態の一致
   に近い状態を検出する為の時間窓が、工作物の１回転の
   小さな端数であり、前記第１の移動平均信号の、第２の
   形式の警報をトリガする持続的なレベルの変化が、工作
   物の１回転よりも長い間持続する請求項２記載の工作機
   械監視装置。 ４、前記振動を感知する手段が広帯域振動センサであり
   、工具に作用する力に関係する少なくとも１つのパラメ
   ータを感知する手段が低周波振動センサである請求項２
   記載の工作機械監視装置。 ５、前記振動を感知する手段が広帯域振動センサであり
   、工具に作用する力に関係する少なくとも１つのパラメ
   ータを感知する手段が、直交して取付けられた２つの低
   周波振動センサで構成される請求項２記載の工作機械監
   視装置。 ６、振動を感知する手段が広帯域振動センサであり、工
   具に作用する力に関係する少なくとも１つのパラメータ
   を感知する手段が工作機械軸駆動電流センサである請求
   項２記載の工作機械監視装置。 ７、振動を感知する手段が広帯域振動センサであり、工
   具に作用する力に関係する少なくとも１つのパラメータ
   を感知する手段が工作機械軸速度センサである請求項２
   記載の工作機械監視装置。 ８、切削状態の即時の主要な変化を招くもの及び招かな
   いものを含む切削工具の破損を検出する工作機械監視装
   置に於て、 切削工具と工作物の相互作用によって発生される振動を
   感知し、約１００ｋＨｚ未満の周波数を持つ電気信号を
   発生する広帯域振動センサと、それから高周波及び低周
   波振動信号を抽出してそれを再処理する手段と、 各々の振動信号を標本化及びディジタル化して、所定数
   のそれまでのサンプルから第１及び第２の移動平均振動
   信号を計算する手段と、 工具の破損によって起ったと思われる信号の過渡状態を
   検出するパターン認識手段と、 前記第１及び第２の平均振動信号の過渡状態が時間的に
   一致に近い状態であって、選定された時間窓の中で発生
   することを判定して、工具破損警報を発生する警報手段
   とを有する工作機械監視装置。 ９、パターン認識手段が、前記高周波振動信号から導き
   出した第１の平均信号の信号過渡状態の後に、切削状態
   の主要な変化による平均レベルの実質的で持続的な変化
   が続くことを判定する論理回路を有し、前記警報手段が
   切削過程を即時停止することを必要とする主要工具破損
   警報を発生する手段を有する請求項８記載の工作機械監
   視装置。 １０、異なる種類の工具の破損を検出する方法に於て、 切削作業中の工作機械の切削工具と工作物の界面で発生
   される振動を感知して電気信号を発生し、該電気信号か
   ら、選ばれた高周波数帯の振動の振幅を表わす高周波チ
   ャンネル信号を取出し、切削工具に作用する力に関係す
   る少なくとも１つのパラメータを感知して低周波チャン
   ネル信号を発生し、 各々の信号を標本化及びディジタル化して、所定数のそ
   れまでのサンプルから高周波及び低周波チャンネルの移
   動平均信号を計算し、 工具の破損と疑われる前記高周波チャンネル平均信号の
   過渡状態、及び前記工具の破損の確認と見られる前記低
   周波チャンネル平均信号の別の過渡状態を検出し、 １番目及び２番目に記載した過渡状態が時間的に一致に
   近い状態であることを判定して、微小工具破損警報を発
   生する工程を含む方法。 １１、前記疑わしい過渡状態を検出した後に続く前記高
   周波チャンネル平均信号をディジタル処理して、切削状
   態の主要な変化による、予め選ばれた期間の間持続する
   平均信号のレベルの急激で実質的な変化があるかどうか
   を検出し、主要工具破損警報を発生する工程を含む請求
   項１０記載の方法。 １２、切削工具に作用する力に関係する少なくとも１つ
   のパラメータを感知することが、工具と工作物の界面で
   発生される低周波振動を感知して、それから前記低周波
   チャンネル信号を取出す為の第２の電気信号を発生する
   ことを含む請求項１１記載の方法。 １３、切削工具に作用する力に関係する少なくとも１つ
   のパラメータを感知することが、それから前記低周波チ
   ャンネル信号を取出す為の工作機械軸駆動電流を感知す
   ることを含む請求項１１記載の方法。 １４、切削工具に作用する力に関係する少なくとも１つ
   のパラメータを感知することが、それから前記低周波チ
   ャンネル信号を取出す為の工作機械軸速度を感知するこ
   とを含む請求項１１記載の方法。 １５、切削工具に作用する力に関係する少なくとも１つ
   のパラメータを感知することが、振動を感知する為に広
   帯域加速度計を用い、前記電気信号をろ波して、それか
   ら前記低周波チャンネル信号を取出す為の低周波信号を
   抽出することを含む請求項１１記載の方法。 １６、選ばれた高周波数帯が３０ｋＨｚより高く、１０
   ０ｋＨｚより低く、前記低周波チャンネル信号が直流か
   ら１ｋＨｚ信号までゞ取出される請求項１１記載の方法
   。