JPH0436824B2

JPH0436824B2 -

Info

Publication number: JPH0436824B2
Application number: JP60184322A
Authority: JP
Inventors: Edomondo Toomasu Chaaruzu; Rii Miinyan; Furederitsuku Bedaado Jeemusu; Robaato Hayashi Suteiibun; Sutefuan Ierazunisu Uiriamu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-08-29
Filing date: 1985-08-23
Publication date: 1992-06-17
Also published as: FR2569879B1; GB2163850A; IT1200714B; IT8521964A0; US4631683A; GB2163850B; GB8519140D0; FR2569879A1; DE3530560C2; JPS6186162A; DE3530560A1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景この発明は工作機械の監視装置、並びに工作物
の寸法をオンラインで測定する為に、工作物に対
する初期接触を検出する為、切削工具の振動を感
知する方法に関する。

航空機用エンジンの部品の様な複雑な金属部品
を機械加工する場合、機械加工過程の間に100回
近くまで、各々の部品の寸法を検査しなければな
らないことがある。この検査の為に要する時間が
全体の機械加工時間のかなりの割合を占め、この
為、機械加工の生産性に大きな影響を持つ。工具
自体を使用して部品の寸法を測る寸法は、寸法測
定に使われる時間が短縮されて、生産性を高め
る。工具は、精密に工作物の表面でその前進を停
止しないと、部品を損傷する惧れがあるから、工
具接触感知装置は非常に感度が高く且つ非常に高
速でなければならない。

部品の寸法を測定するオフライン及びオンライ
ンの相異なる多数の方法が開発され又は提案され
ている。オンラインの方法としては、レーザ干渉
計及び後退可能な接触トリガ・プローブがある。
工具自体を使つて、工具の振動を感知することに
より、工具と工作物の接触を検出する技術が米国
特許第4428055号に記載されている。この発明は
上記並びにその他の従来の装置の改良であつて、
虚偽の警報を少なくすると共に、感度を一層高く
する。

工具が工作物を傷つける前に、前進する切削工
具と工作物の表面との初期接触を検出する為に
は、工具接触検出器は、軽い擦れ合い接触によつ
て発生される非常に小さい振動信号を検出しなけ
ればならない。虚偽の警報を避ける為、工具接触
感知装置は他の全ての信号を無視し又は排除しな
ければならない。現場試験によると、接触試験の
際、旋盤の動作によつては、普通は低い振動周波
数の機械の雑音源を周波数領域で弁別しているに
もかゝわらず、軽い擦れ合い接触の信号の振幅の
100倍又はそれ以上を越える振幅を持つスパイク
状雑音が発生されることが判つた。問題は、この
様な振幅の大きい、持続時間の小さい雑音パルス
を排除しながら、振幅の小さい、連続的な軽い擦
れ合い接触の信号を即座に検出することである。

発明の要約この発明の目的は、切削工具をプローブとして
使わない装置よりも必要とする遅延が短く、また
実施する為のコストが安い工具接触検出装置を提
供することである。

別の目的は、旋盤及び工作機械設備で、適切な
感度を持つと共に虚偽の警報にわずらわされない
改良された工具接触検出器を提供することであ
る。

別の目的は、音響式工具破損検出器と容易に一
体化して、工具破損兼工具接触検出装置にするこ
との出来る監視装置を提供することである。

本発明では、センサ自身の共振周波数の前後の
振動周波数に対する感度が最も大きい振動センサ
（例えば加速度計）を工作機械に配置して、工具
と工作物の界面に於ける振動を感知する。アナロ
グ予備処理装置が、感知された振動信号から振動
周波数の一層低い機械雑音を弁別する為に、この
振動信号を高域通過波して増幅する手段と、こ
の波された増幅された信号を整流し且つ低域通
過波することにより、共振周波数を中心とする
帯域内のエネルギを検出する手段とを有する。低
域通過波器のカツトオフ周波数は、この後の標
本化動作によるエイリアシング（aliasing）すな
わち誤差のある信号成分の発生または虚偽信号の
発生を防止する為に、500Hzより低い。アナログ
予備処理装置の単一極性の出力信号を標本化し、
サンプルをデイジタル形式に変換し、デイジタル
回路によつて解析する。このデイジタル回路はプ
ログラム可能な汎用計算機であつてもよい。工具
と工作物が接触しない状態で工作機械が運転する
ことによつて発生される連続的なトラバース
（traverse）雑音信号レベルより所定倍だけ高い
既知の振幅閾値レベルと、ことごとくのサンプル
とを比較し、振幅閾値より高い少なくとも１つの
サンプルが検出されたとき、工具の前進を停止す
る為に工作機械の制御部に送られる工具接触警報
信号を直ちに発生する手段を設ける。

好ましい実施例では、振幅閾値より高い１つの
サンプルが検出されたとき、有効な工具接触を確
認すると共に、虚偽の警報を防止する為に接触前
のスパイク状雑音パルスを無視するパターン認識
論理回路を設ける。工具接触警報は、振幅の大き
い雑音パルスの既知の最大の持続時間より長い期
間だけ遅延させられる。１つの方法は、各々のサ
ンプルを処理し、予め設定された確認期間の間、
振幅閾値より高いサンプルの数又は振幅閾値より
低いサンプルの数を計数することである。確認期
間が終る前に振幅閾値より高いサンプルの数が予
め設定された数に達した時、或いは振幅閾値より
低いサンプルを計数する場合には、確認期間の終
わりまでにサンプルの数が予め設定した数に達し
ない時、接触警報が発生される。増数／減数計数
器を用いる別の方法では、振幅閾値より高いサン
プルに応じてカウントを増数し、振幅閾値より低
いサンプルに応じてカウントを減数し（或いはそ
の逆に動作し）、振幅閾値より高いサンプルの数
が振幅閾値より低いサンプルより予定数だけ多い
ことが検出された時に警報を出す。

発明の詳しい説明工具の接触を検出する為の振動センサの取付け
場所は、監視しようとする各々の工作機械に対し
て個別に決定される。この工作機械監視装置は
種々の旋盤に用いることができる。例えば、水平
主軸を持つ旋盤や垂直主軸を持つ旋盤に用いるこ
とができる。旋盤によつては１個の工具ホルダ取
付け位置しか持たないものがあるが、幾つもの取
付け位置を持つているものもあり、後者の場合、
工具ホルダ取付け位置がタレツトの周縁に分布し
ていて、このタレツトを回転して、オペレータが
選択した任意の工具を切削位置に持つて来ること
が出来る様になつている。旋盤によつては自動工
具交換装置の様な補助動力装置が取付けられるこ
とがある。工作機械監視装置は、フライス盤、マ
シニング・センタ及びドリルの様な他の形式の工
作機械にも適用することが出来る。

工作機械のセンサ取付け位置を選択し且つ評価
する場合、その兼合いをとらなければならない様
な、場合によつて相反する多数の課題がある。そ
れらの例を挙げると、第１は、工具接触信号情報
を含む振動信号を音響的に結合することである。
こういう信号は切削工具挿着体と工作物との間の
界面又はその近くで発生されるので、それを検出
するためには、それをセンサの場所へ伝搬させな
ければならない。伝搬経路での減衰及び歪みは伝
播経路の距離及び形状に応じて変わり、特に信号
源とセンサの間の機械的な界面の数に応じて変わ
る。第２は、スプリアス（疑似）信号源すなわち
所望の工具接触信号以外の不所望の信号の発生源
の場所である。スプリアス信号源は所望の信号源
の近くにあることがあり、両信号は同じ経路又は
同様な経路を介してセンサに達する。然し、機械
によつては、流体圧弁、軸受及び補助装置の様な
スプリアス信号源が、特定のセンサの取付け位置
への伝搬経路に対して幾分好ましい別の場所にあ
る。したがつて、センサは、所望の信号源からの
音響的な結合が比較的良好であつて、主要な干渉
源すなわちスプリアス信号源からの音響的な結合
が比較的よくない所に取付けることが望ましい。
第３は、センサ及びそのケーブルの物理的な保護
である。音響的な結合の観点から見た最もよいセ
ンサの配置場所は、恐らく工具挿着体の刃先の近
くの工具ホルダ上である。然し、この取付け位置
では、センサ、そのケーブル及びケーブル・コネ
クタは、力、温度及び切削用流体による汚染の点
で、物理的に極めて悪い環境にさらされる。第４
は、センサ並びにセンサ信号処理チヤンネルを最
小限にすることである。複数のホルダ取付け位置
を持つ機械では、センサを工具ホルダに取付ける
ということは、各々の工具ホルダ取付け位置に対
してそれぞれセンサ及び信号処理チヤンネルを設
けることを意味する。これは非常に望ましくな
い。第５は、利用し得る物理的な空間が、機械毎
に大幅に変化することである。この発明のセンサ
並びに一体化した電子パツケージは、物理的に非
常に小さく、この為利用し得る取付け場所の選択
が大きくなる。

第１図は機械のフレーム１０、主軸１１、チヤ
ツク１２、工作物１４を保持する治具１３及び
NC制御部１５を持つ横形タレツト旋盤の一部分
の略図である。回転可能なタレツト１６が工具ホ
ルダ及び挿着体１８を支持する複数の刃物台
（tool post）１７を持つている。タレツト１６
が、２つの横スライド２０に沿つて移動するタレ
ツト台１９に支持されている。

広帯域加速度計の様な振動センサ２１がタレツ
ト１６に取付けられる。この為、１個の取付け位
置にある１個のセンサが、オペレータにより切削
動作の為に選択した任意の工具ホルダ位置を監視
することが出来る。この取付け位置は普通は信号
とスプリアス信号（雑音）との比が満足し得るも
のになる。タレツトは回転可能であり、多くの機
械では、一方向にだけ回転するので、センサは簡
単なケーブルによつて不動の信号処理回路に電気
的に接続することが出来ない。回転形電気結合部
２２がセンサから出力された電気信号を伝送する
１つの方法である。随意選択により、振動センサ
２３が横スライドに取付けられる。この場合、試
験によると、旋盤によつては良好な動作が得られ
ることが判つた。センサをタレツトから離して取
付けることが出来るかどうかは、監視する各々の
機械で実験的に決定しなければならないことであ
る。

竪形タレツト旋盤が第２図に示されており、振
動センサの適当な２つの取付け位置が示されてい
る。機械のフエーム２４、チヤツク２５、工作物
保持治具２６、工作物２７、横スライド２８、垂
直スライド２９、回転可能な工具タレツト３０、
刃物台３１、及び工具ホルダ及び切削挿着体３２
が示されている（数値制御装置は示してない）。
タレツトに取付けられたセンサ３３によつて発生
された振動信号が回転形電気結合部３４を介して
工具接触検出回路に伝送される。別の取付け位置
は、工作機械の１つの工具スライドである。セン
サ３５が垂直スライド２９と音響的に良好な接触
をしている。

工具接触検出装置の主な特徴が第３図に示され
ている。センサ３６は広帯域加速度計であつて、
これは非常に低い周波数から、例えば40KHzまた
はそれより高い共振周波数の直ぐ下まで、平坦な
応答特性を持つている。この共振を軽く減衰さ
せ、この為センサはその共振周波数から数キロヘ
ルツ以内の振動周波数に対する感度が最も高く、
共振周波数よりずつと高い振動周波数に対して
は、感度が急速に低下する。この様な高周波数振
動センサの１つがビブラメトリツクス社（Vibra
−Metrics，Inc.）の商品名VM1018加速度計で
ある。工作物の寸法を検査する作業の間、工具ホ
ルダ及び切削挿着体１８（第１図）を工作物１４
に向けて急速に移動し、その後接触が起るまで、
約１インチ／分の速度に減速する。工具と工作物
が接触しない時の工作機械の普通の運転によつて
発生される背景雑音である連続的なトラバース雑
音が感知される。工作機械によつては、持続時間
が短いが、振幅の大きいスパイク状雑音が出るこ
とがあり、また工作機械によつては比較的静かで
あつて、この様な雑音パルスを発生しないものも
ある。ゆつくりと前進する工具挿着体が初めて工
作物と接触する時、振動レベルに突然の略連続的
な増加がある。こういう振動を加速度計で感知し
て、電気信号に変換する。

振動信号が高域通過波器３７で波される。
この波器のカツトオフ周波数はセンサの共振周
波数より若干低くなつていて、比較的低い周波数
に集中する傾向のある、振幅の大きい機械の雑音
を弁別する。共振形加速度計と高域通過波器の
組合せが、加速度計の共振周波数の近辺の約20K
Hzの帯域内にある周波数を持つ振動信号に対して
帯域波作用を生ずる。高域通過波器は、セン
サからの弱い工具接触信号を、装置の後続の整流
器段で必要とされる様なレベルまで高める為に、
約60又は70db（デシベル）の高い利得を持つてい
る。

両波整流器と低域通過波器の組合せが両波エ
ネルギ検出器３８として作用し（波作用が真実
の包絡線検波にとつては強すぎる）、両極性のセ
ンサ信号を単一極性の「包絡線」信号に変換す
る。低域通過波器のカツトオフ周波数は典型的
には500Hzであつて、標本化周波数が1KHzのナイ
キスト周波数より十分高い限り、この後の標本動
作から生ずるエイリアシングを防止する。この
為、標本化期間は、アナログ信号のサンプルの間
に、信号の必要なデイジタル解析を行なう位に十
分長くすることが出来る。実際、低域通過波器
のカツトオフ周波数は100Hzという様に低くする
ことが出来る。アナログ予備処理装置の出力に出
る単一極性の信号が第３図に示されている。低い
連続的なトラバース雑音信号が３９に示されてお
り、振幅が大きい雑音スパイクが４０に示されて
おり、徐々に上昇する工具接触信号が４１に示さ
れている。前に述べた様に、旋盤及び工作機械に
よつては、この様な雑音スパイクを持たない接触
前の振動信号を持つている。

アナログ信号処理による出力を標本化器４２で
抽出した信号サンプルが、アナログ・デイジタル
変換器４３によつてデイジタル形式に変換され、
デイジタル回路４４によつて更に処理され且つ解
析される。デイジタル回路４４はプログラム可能
な汎用計算機にすることが出来る。デイジタル回
路は工具接触事象に関連した信号パターンを認識
して、所定の接触検出の判断基準を充たす時、接
触警報信号を発生する。この信号が工作機械の制
御部４５に送られ、この制御部が工具の前進を停
止し、出発基準位置から工作物の表面までの工具
の行程を測定する。部品寸法計算機及び表示装置
４６がこの情報を部品寸法に変換し、結果を表示
する。

工具接触検出装置は、雑音スパイクが存在して
も、それを無視し、工具が最初に工作物に接触し
てから数ミリ秒後に警報を発する。雑音スパイク
によつて発生される様な虚偽の警報が防止され
る。第４図は、工具接触検出装置が、工具接触信
号を検出しながら、雑音スパイクを排除すること
が出来る様にする１つの方法、即ち引外し
（trip）及び工具接触確認検出方法を例示してい
る。振幅閾値レベル４７を選択して予め設定し、
これは工具と工作物が接触しない状態の工作機械
の運転によつて発生される連続的なトラバース雑
音信号のピークに対して或る最小限の倍数、例え
ば２倍乃至３倍高い所にする。希望によつては、
振幅閾値レベルは工作機械の運転の雑音レベルの
変化に追従させることが出来る。雑音スパイク４
０が振幅閾値と交差する時、それが検出されて、
検出器を引外す。アルゴリズムが、雑音パルスの
既知の最大の持続時間よりも若干長く設定された
確認期間に入る。この確認期間の間、アルゴリズ
ムは振幅閾値より高い信号サンプルを連続的に検
査する。確認期間の間に、こういうサンプルが予
め設定された数Ｎより少ない数しか検出されない
と、雑音パルスは虚偽の接触信号として排除され
又は捨てられる。信号工具と工作物の擦れ合い接
触の為に振幅閾値４７より高くなると、アルゴリ
ズムは再び確認期間に入る。この場合、信号サン
プルは確認期間全体にわたつて振幅閾値４７より
高いまゝであり、確認期間が切れる前に、振幅閾
値より高いサンプルの数が予め設定した数Ｎに達
した時、工具接触警報が発生される。上記の代り
に、振幅閾値より低いサンプルを用いることが出
来る。この場合、検出論理は逆にする。Ｎ個のサ
ンプルが確認期間中に計数されない場合警報を発
生する。この場合はＮが振幅閾値より低いサンプ
ルの予め設定された数である。

第５ａ図及び第５ｂ図は、工具接触検出装置が
工具接触信号を検出しながら、雑音スパイクを無
視することが出来る様にする別の方法、即ち増
数／減数計数器による工具接触検出方法を例示し
ている。デイジタル回路４４の一部分を構成する
増数／減数計数器に、カウントT_Aの工具接触警
報閾値を予め設定しておき、信号サンプルの振幅
が振幅閾値を越える時には、何時でも警報閾値に
向つて増数計数し、信号サンプルの振幅が振幅閾
値より小さい時には、何時でも警報閾値から逆の
方向に減数計数する。この代りに、計数器は振幅
閾値より高いサンプルで減数計数し、振幅閾値よ
り小さいサンプルで増数計数してもよい。この場
合、警報閾値のカウント０に設定することが出来
る。警報閾値のカウントT_Aは、１個の雑音スパ
イクによつて警報を発生することがない様に、予
想される最も長い雑音スパイクの持続時間の間に
生じ得る信号サンプルの数より大きくなる様に定
められる。例えば、第５ｂ図では、警報閾値のカ
ウントT_Aはカウント４である（実際には、これ
はずつと大きな数のカウントである）。振幅閾値
より高いサンプルを最初に検出してから２番目乃
至５番目のサンプルの時刻に、振幅閾値より高い
２つのサンプルにより、計数器が増数し、振幅閾
値より小さいサンプルによつて計数器が減数され
て０に戻る。これにより雑音スパイクが無視さ
れ、警報は出ない。有効な工具接触信号４１は、
確認期間全体にわたつて、振幅閾値より高いサン
プルを発生する。この場合、各々のサンプルが検
出されて解析される時に、計数器を増数し、カウ
ント４で接触警報が発生される。工具接触信号は
T_A個のサンプルよりも多いサンプルの期間の間
高にとゞまり、接触信号が最初に振幅閾値を越え
てからT_A番目の信号サンプルで工具接触警報を
発生する。減数計数速度は、間隔が密な雑音スパ
イクによつて警報が出るのを避ける為に、増数計
数速度よりも大きくなる様に設定することが出来
る。

第６ａ図は振幅閾値より高いサンプルを用い
て、第４図に示した引外し及び接触確認検出方法
を実施する為のフローチヤートと工具接触信号パ
ータン認識論理を示している。デイジタル回路４
４は、プログラムされた計算機であつてよいが、
２つの計数器を持ち、この何れも、０から開始し
て増数計数する第５ｂ図に示した計数器とは対照
的に、０まで減数計数する。計数器Ｂが、振幅閾
値より高い最初のサンプルから開始して、全ての
信号サンプルを計数し、０まで減数した時にリセ
ツトされる。この計数器が確認期間を決定する。
計数器Ａが振幅閾値より高い信号サンプルだけを
計数し、計数器Ｂが０に減数した時にリセツトさ
れる。計数器Ａが０に減数した時に警報が発生さ
れる。「開始」後の最初の行程４９で、オペレー
タが振幅閾値＝Ｔと設定する。振幅閾値は実際に
は第３図のＡ／Ｄ変換器４３からのカウントの所
定の数であり、１カウントが約2.5ミリボルトを
表わす。次の行程50及び51で、計数器ＡがＮに設
定され、計数器ＢがＭに設定される。こゝでＭは
Ｎより大きいか又はそれと等しい（Ｍ及びＮは工
程49でオペレータによつて入力される）。この例
では、論理の動作の説明を簡単にする為に、Ｎ及
びＭの両方の３カウントとするが、実際に使われ
るサンプルの計数期間及び実際に生じる雑音スパ
イクの持続時間は、Ｎが約15、Ｍが約20に通常設
定される様になつている。

第６ａ図乃至第６ｃ図について説明すると、最
初は計数器ＡはＮ＝３カウントになつている。工
程52で振幅閾値より高い全ての信号サンプルを計
数する計数器ＡがＮであると決定され、従つて、
工程53で、サンプル１を検査する。工程54はサン
プルの振幅を振幅閾値と比較することを要求す
る。この場合、サンプル１は振幅閾値より低いの
で、何も起らず、論理ループを経由して、次の
サンプルが検査される。論理ループは、信号が
振幅閾値より小さい場合にたどるものであり、ど
の計数器も変化しないことに注意されたい。信号
サンプル２では、雑音スパイク信号が振幅閾値よ
り高くなつており、計数器ＡはＮ＝３カウントで
ある。工程52乃至54を実施した後、論理ループ
を通り、工程55及び56で両方の計数器Ａ及びＢを
２に減数することを要求する。振幅閾値より高い
１つのサンプルが検出されると、論理ループ及
びをたどらない。信号サンプル３では、雑音ス
パイク信号が閾値より高く、この時計数器Ａは２
カウント（Ｎカウントに等しくない）である。工
程52で、工程57へブランチ（分岐）し、そこで次
のサンプルを検査して、工程58乃至61に進む。サ
ンプルが振幅閾値より高いので、計数器Ａを減数
し、その後計数器Ａ＝０であるかどうかを試験し
（この場合、Ａ＝０ではない）、計数器Ｂを減数す
る。この為、両方の計数器が論理ループを介し
て１に減数される。工程62が計数器Ｂ＝０である
かどうかを検査する。この場合、Ｂ＝０ではない
ので、工程52及び57により次のサンプルが検査さ
れる。信号サンプル４で、雑音スパイクが終了
し、この為信号は振幅閾値より小さい。工程58で
論理ループへブランチし、計数器Ｂだけが減数
される。この時計数器Ｂが０になるから、工程62
は、工程50及び51で両方の計数器を３にリセツト
することを指示する。

信号サンプル５で、接触信号が開始し、信号は
振幅閾値より高くなる。両方の計数器Ａ及びＢが
論理ループを介して２に減数される。信号サン
プル６で、接触信号が引続いて上昇し、この為振
幅閾値より高いサンプルが検出される。計数器Ａ
が２である（Ｎに等しくない）ので、両方の計数
器は次に論理ループを介して１に減数される。
信号サンプル７で、接触信号が引続いて上昇し、
この為信号は振幅閾値より高い。計数器Ａが工程
59で０に減数され、工程60で工程63へブランチ
し、そこで接触検出警報が発生される。これがプ
ログラムの終りである。

まとめて云えば、両方の計数器が振幅閾値より
高いサンプルによつて始動する。確認期間を決定
する計数器Ｂが、自分と計数器Ａをリセツトする
前に、この後のＭ個のサンプルを計数する。計数
器Ａがこの後の振幅閾値より高いサンプルを計数
する様に設定されている時、計数器Ａが計数器Ｂ
によつてリセツトされる前に計数器ＡがＮ個のサ
ンプルを計数すると、工具接触情報を表わす警報
が発生される。そうでなければ、別の振幅閾値よ
り高いサンプルにより計数器ＢのＭカウントから
成る別の確認期間が開始されるまで、両方の計数
器はリセツトされる。

この代りの方式として、第７ａ図乃至第７ｃ図
に示すように、計数器Ａはこの後の振幅閾値より
低いサンプルを計数する様に設定することが出来
る。計数器ＡがＮ個のサンプルを計数しない内に
計数器Ｂが０になると、工具接触情報を表わす警
報が発生される。計数器ＡがＮ個のサンプルを計
数すると、両方の計数器Ａ及びＢがリセツトされ
る。この代替方式を示す第７ａ図及び第７ｃ図の
例では、Ｍ＝６及びＮ＝３である。工程64乃至66
は最初の方式と同じである。工程67及び68で、サ
ンプル１が検査され、振幅閾値より低いので、次
のサンプルが検査される。サンプル２は振幅閾値
より高いので、工程69乃至71により、計数器Ｂが
減数される。このとき計数器Ｂは０ではないの
で、サンプル３が検査される。このサンプルは振
幅閾値より低くないので（工程72）、計数器Ｂが
再び減数される。論理ループをたどることによ
り、信号サンプル４は振幅閾値より低いので、工
程72乃至74により、計数器Ａが減数され、このと
き計数器Ａは０ではないので、計数器Ｂが再び減
数される。サンプル５乃至７は全部振幅閾値より
高く、Ｂ＝０になるまで、計数器Ｂを繰り返し減
数する。Ｂ＝０になると工程70でブランチして、
接触警報を発生する（工程75）。静かな工作機械
の場合の様に、振幅閾値より低いサンプルがない
場合、所定数の計数の後、計数器Ｂが直接的に０
になり、警報が発生される。所定数の振幅閾値よ
り低いサンプルを検出した後、雑音スパイクが即
座に排除されることに注意されたい。

第８ａ図は、第５ａ図及び第５ｂ図に示した増
数／減数計数器による方式を実施する為のフロー
チヤートであり、工具接触信号パターン認識論理
を示している。この方法は、サンプルが振幅閾値
より低ければ増数計数し、サンプルが振幅閾値よ
り高ければ減数計数する１つの計数器を用いる。
計数器が０まで減数すると、装置が警報を出す。
「開始」後の最初の工程76乃至78は、オペレータ
が振幅閾値＝Ｔと設定し、計数器＝Ｎとし、サン
プルが検査される。この例では、説明を簡単にす
る為にＮ＝３である。信号サンプル１が振幅閾値
より低く、計数器はＮに設定されている。このと
き、工程79及び80を含む論理ループをたどり、
次のサンプルを検査する。信号サンプル２は雑音
スパイク信号であり、計数器はまだＮである。次
に論理ループ及び工程81及び82により、計数器
は２に減数されるが、０ではないので、次のサン
プルが検査される。雑音スパイクによる信号サン
プル３は振幅閾値より高く、同じ論理ループによ
り、計数器が１に減数される。信号サンプル４
は、雑音パルスが終了した為に、振幅閾値より低
い。このため工程80で、論理ループへブランチ
し、工程83により、計数器が２に増数される。

信号サンプル５は接触信号の初めにあり、振幅
閾値より高い。論理ループにより、計数器が１
に減数される。上昇する接触信号からの信号サン
プル６が取出され、振幅閾値より高いまゝであ
る。工程81及び82で、計数器が０に減数され、工
程84へブランチし、接触警報が発生される。これ
がプログラムの終りである。警報が発生される為
には、その前に、振幅閾値より高いサンプルの数
が振幅閾値より低いサンプルの数より予定数だけ
越えていなければならない。監視する旋盤又はそ
の他の工作機械が比較的静かな動作機構を持つて
いて、その振幅が設定した振幅閾値を越える様な
雑音スパイクを発生しない場合、第６ａ図、第７
ａ図又は第８ａ図に示した工具接触信号パターン
認識論理は通常のルーチンをたどり、徐々に上昇
する接触工具信号を検出して、有効な警報を発生
する。第６ａ図では、信号サンプルが振幅閾値を
越えるまで、論理ループをたどる。振幅閾値よ
り高い最初のサンプルにより、両方の計数器が論
理ループによつて減数される。その後のサンプ
ルは振幅閾値より高く、計数器ＡはＮではなく、
したがつて警報が発生されるまで、論理ループ
を何回か通る。第７ａ図については前に述べた。
第８ａ図について云うと、サンプルが振幅閾値よ
り低いとき、振幅閾値より高いサンプルが検出さ
れるまで、論理ループを通る。その後、警報が
発生されるまで、論理ループを何回か通る。

この振動感知工具接触検出装置は単独の装置と
しても効用があるし、数値制御の工作機械中にも
用いることが出来る。切削工具をオンラインで工
作物の寸法を検査する為のプローブとして使う利
点は前に説明した。この接触検出器及び方法の別
の利点は、それを音響式工具破損検出器と組合せ
て、工具接触兼工具破損検出装置に容易に組合せ
ることが出来ることである。

この発明を好ましい実施例について図示し且つ
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は云うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は加速度計の交代的な位置を示す横形タ
レツト旋盤の部分的な側面図である。第２図は交
代的なセンサの位置を示す竪形タレツト旋盤の簡
単な側面図である。第３図は工具接触検出装置の
ブロツク図である。第４図はスパイク状雑音が依
存する場合における引外し及び接触確認検出方法
を例示するためのアナログ信号処理による出力の
振動信号を示すグラフである。第５ａ図及び第５
ｂ図は増数／減数計数器による接触検出方法に関
連して、振動信号と増数／計数器のカウントを示
すグラフである。第６ａ図は振幅閾値より高いサ
ンプルを利用する１番目の（引外し及び確認）方
法のプログラムのフローチヤートである。第６ｂ
図は計数器Ａ及びＢのカウントを示すグラフであ
る。第６ｃ図は幾つかのサンプル時刻に於ける雑
音スパイクと接触信号を示すグラフである。第７
ａ図は閾値より低いサンプルを用いる別の方法の
フローチヤートである。第７ｂ図及び第７ｃ図
は、第７ａ図の場合の計数器のカウントと、雑音
及び接触信号を夫々示すグラフである。第８ａ図
は２番目の（増数／減数計数器による）方法のプ
ログラムのフローチヤートである。第８ｂ図は有
効な警報までのカウントを示すグラフである。第
８ｃ図は幾つかのサンプル時刻に於ける雑音スパ
イク及び接触信号を示すグラフである。１１……主軸、１２，２５……チヤツク、１
３，２６……治具、１４，２７……工作物、１
６，３０……工具タレツト、１７，３１……刃物
台、１８，３２……工具ホルダ及び切削挿着体、
２１，２３，３３，３５……振動センサ、１９…
…タレツト台。

Claims

【特許請求の範囲】１工作機械で工作物に対する切削工具の初期接
触を音響式に検出する装置に於て、工具と工作物の界面に於ける振動を感知する様
に前記工作機械に配置されていて、これらの振動
並びにその他の振動を電気信号に変換する振動セ
ンサであつて、センサ自身の共振周波数を中心と
する周波数に対する感度が最も高い振動センサ
と、機械の一層低い振動周波数の雑音を弁別する為
に、前記振動信号を高域通過波し且つ増幅する
手段、及び該信号を整流し低域通過波して、前
記共振周波数を中心とする帯域内のエネルギを検
出する手段を含むアナログ予備処理装置と、該予備処理装置の出力に出る単一極性信号を標
本化して、各サンプルをデイジタル形式に変換す
る手段と、工具と工作物の接触がない状態で前記工作機械
の運転によつて発生される連続的な雑音レベルよ
りも所定の最小限の倍数だけ高い予め設定した振
幅閾値レベルと各サンプルを比較する手段、及び
前記振幅閾値より高いサンプルを検出して工具接
触信号の検出を確認し且つ接触前のスパイク状雑
音パルスを無視することにより、前記切削工具の
前進を停止する為に工作機械の制御部に送るべき
接触警報信号を発生する手段を持つているデイジ
タル・パターン認識回路とを有する装置。２特許請求の範囲第１項に記載した装置に於
て、前記振動センサが40KHzより高い共振周波数
を持つ高周波数加速度計である装置。３特許請求の範囲第１項に記載した装置に於
て、前記低域通過波のカツトオフ周波数が50Hz
より低く、前記標本化手段における標本化周波数
がエイリアシングを防止する為に1KHzより高い
標本化周波数である装置。４工作機械で切削工具挿着体と工作物の間の接
触を検出する工具接触監視装置に於て、挿着体と工作物の界面に於ける振動並びに工作
機械のその他の雑音を表わす電気信号を発生する
広帯域振動センサと、振動周波数が一層低い機械の雑音を弁別する為
に、前記振動信号を高域通過波して増幅する手
段、及び該信号を整流して低域通過波する両波
エネルギ検出手段を含むアナログ信号処理手段
と、該アナログ処理手段の単一極性の出力信号を標
本化して、各サンプルをデイジタル形式に変換す
る手段と、ことごとくの信号サンプルを検査して、連続的
なトラバース雑音信号レベルに最小限の倍数を乗
じた値に設定された振幅閾値レベルよりも信号の
振幅が大きい時を検出する手段、所定の確認期間
の間、前記振幅閾値より高いまゝである有効な接
触信号を検出し、且つ前記振幅閾値より高いスパ
イク状雑音パルスを虚偽接触警報として排除する
手段、及び前記工具挿着体の前進を停止する為に
使うべき接触警報信号を発生する手段で構成され
たデイジタル・パターン認識回路とを有する工具
接触監視装置。５特許請求の範囲第４項に記載した工具接触監
視装置に於て、雑音パルスを排除し且つ工具接触
信号を検出する前記手段が、前記確認期間中の前
記振幅閾値より高いサンプルを計数し、該確認期
間中に予め設定された数の、前記振幅閾値より高
いサンプルが検出されない時に排除する計数手段
で構成される工具接触監視装置。６特許請求の範囲第５項に記載した工具接触監
視装置に於て、前記計数手段が２つの計数器で構
成され、一方の計数器は全てのサンプルを計数
し、他方の計数器の前記振幅閾値より高いサンプ
ルだけを計数する工具接触監視装置。７特許請求の範囲第４項に記載した工具接触監
視装置に於て、雑音パルスを排除し且つ工具接触
信号を検出する前記手段が、前記確認期間中に前
記振幅閾値より低いサンプルを計数し、該確認期
間中に予め設定された数の、前記振幅閾値より低
いサンプルが検出された時にスパイク状雑音パル
スを排除する手段で構成されている工具接触監視
装置。８特許請求の範囲第４項に記載した工具接触監
視装置に於て、雑音パルスを排除し且つ工具接触
信号を検出する前記手段が、前記振幅閾値より高
いサンプルで増数計数し、前記振幅閾値より低い
サンプルで減数計数するか、或いはその逆の動作
をし、前記振幅閾値より高いサンプルの数が前記
振幅閾値より低いサンプルの数より予定の数だけ
越える時に警報を出す増数／減数計数器で構成さ
れる工具接触監視装置。９特許請求の範囲第４項に記載した工具接触監
視装置に於て、前記振動センサが高周波数加速度
計であり、前記エネルギ検出手段が整流器と500
Hzより低いカツトオフ周波数を持つ低域通過波
器とで構成されていて、前記標本化手段で用いた
信号標本化速度においてエイリアシング防止波
作用を行なう工具接触監視装置。１０工作機械で工作物に対する切削工具挿着体
の初期接触を検出する方法に於て、前記工具挿着体が工作物に向つてゆつくりと前
進して擦れ合い接触をした時の工作機械の振動を
感知して、該振動を電気信号に変換し、振動周波数が一層低い機械の雑音を弁別する為
に増幅並びに帯域波し、次いで整流及び低域通
過波作用によつて帯域内のエネルギを検出する
ことによつて前記振動信号を予備処理し、この処
理による出力信号は、工具接触事象の表示、工作
機械の機構によつて発生された振幅の大きい雑音
スパイク及び連続的なトラバース雑音を含んでお
り、前記出力信号を標本化して、各サンプルをデイ
ジタル形式に変換し、前記工作機械の連続的なトラバース雑音信号レ
ベルよりも高い振幅検出閾値に対してことごとく
の信号サンプルを検査して、前記閾値より高いサ
ンプルを検出し、その後、振幅の大きいスパイク
状雑音パルスの既知の最大の持続時間より長い確
認期間の間、前記閾値より高いサンプル及び前記
閾値より低いサンプルの何れか一方を検査すると
共に、雑音パルスを虚偽警報として無視し、前記
閾値より高いサンプルが前記期間全体を通じて検
出された時に工具接触警報を発生する工程から成
る方法。１１特許請求の範囲第１０項に記載した方法に
於て、前記振幅検出閾値が予め設定されていて、
前記連続的なトラバース雑音信号の信号ピークの
約２倍乃至３倍である方法。１２特許請求の範囲第１１項に記載した方法に
於て、前記閾値より高いサンプル及び前記閾値よ
り低いサンプルが第１の計数器で計数され、前記
閾値より高いサンプルだけが第２の計数器で計数
され、該第１の計数器が予め設定された数のサン
プルを計数した後に両方の計数器がリセツトさ
れ、前記確認期間が終る前に予め設定された数の
前記閾値より高いサンプルを計数した後に該第２
の計数器が前記接触警報を発生する方法。１３特許請求の範囲第１１項に記載した方法に
於て、前記閾値より低いサンプルが計数され、前
記期間が終る前に、予め設定された数が計数され
ない時に前記警報が発生される方法。