JPH0447632Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えば切削加工機械の運転中に切削
工具が破損したことを検出する切削加工機械等に
おける工具折損検出器に関する。

〔従来の技術〕

例えば切削加工機械において自動装置運転中に
切削工具が折損し、このような状態で運転が続行
すると、被加工物に不所望な疵などがつき、不良
品となる。そこで工具が折損したときに、運転を
停止して新たな工具に交換するために、工具折損
の発生を検出する必要がある。

そこで従来では第６図に示す工具折損検出器１
が用いられている。この工具折損検出器１は、切
削工具の近傍に設けられ工具の運転中に生じる振
動をその振動レベルの変化に応じた電圧レベルに
変換する振動検出素子２と、振動検出素子２から
の出力を増幅する増幅回路３と、増幅回路３から
の出力信号の包絡線を検波する包絡線検波回路４
と、包絡線検波回路４からの検波信号の電圧と予
め定めた基準電圧V_refとを比較し、検波信号の電
圧が基準電圧V_ref以上になつたときにハイレベル
の信号を出力する比較回路５とを有する。

前記検波回路４は、第７図に示すように順方向
接続されるダイオードＤ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２
と、コンデンサＣ１とを有し、抵抗Ｒ２とコンデ
ンサＣ１とは積分回路を構成する。尚、抵抗Ｒ１
と抵抗Ｒ２とはＲ１＜＜Ｒ２の関係に選ばれてい
る。

このような構成を有する工具折損検出器１で
は、先ず振動検出素子２から第８図１で示す検出
信号V0が増幅回路３に与えられて増幅され、包
絡線検波回路４に与えられる。この検出信号V0
には、定常振動波形としての機械ノイズＢと、こ
の機械ノイズＢに重畳される異常信号としての工
具折損時に発生する工具折損検出信号Ａとが含ま
れる。包絡線検波回路４では、検出信号V0がダ
イオードＤ１で整流され、これによつて抵抗Ｒ１
の端子間電圧Ｖ１は第８図２で示す電圧波形が得
られる。この抵抗Ｒ１の端子間電圧Ｖ１によつて
積分コンデンサＣ１は、時定数Ｒ２，Ｒ１で充放
電が繰り返され、これによつて検波信号Ｖ２は第
８図３で示すように一定の遅れをもつた平均値波
形が得られる。こうして信号V0の包絡線検波が
行われる。そして包絡線検波回路４から検波信号
Ｖ２が比較回路５の一方の入力端子に与えられ
る。この比較回路５の他方の入力端子には基準電
圧V_refが印加されており、検波信号Ｖ２の電圧レ
ベルが基準電圧V_refであるときには、比較回路５
はハイレベルの信号を例えばLEDなどによつて
実現される表示装置に導出し、これによつて
LEDが点灯される。こうして第８図の参照符Ａ
で示す工具折損時に発生する異常信号を検出し、
LEDを点灯することができる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記先行技術では、振動検出素子２からの振動
検出信号波形に対してノイズ信号Ｂを検出せず、
工具折損検出信号Ａだけを検出しようとするため
に、ノイズ信号Ｂの電圧と工具折損検出信号Ａの
電圧の中間に閾値電圧を設定した比較回路５が用
いられる。従つて、閾値電圧の設定できる範囲が
非常に狭く、安定な検出が困難となる。特に、ノ
イズ信号Ｂの長期変動が工具折損検出信号Ａに比
べて大きい場合に、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、工具折
損のみを正確に検出することができない。

本考案の目的は、上述の技術的課題を解決し、
振動検出素子からの振動波形のうちの定常振動波
形を低減し、異常時における異常振動波形を強調
してＳ／Ｎ比のよい波形に変換し、振動体の異常
振動状態を確実に検出することができるようにし
た切削加工機械等における工具折損検出器を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、振動体の振動波形をその振動レベル
の変化に応じた電気信号に変換する振動検出素子
により検出し、振動体の定常振動波形に重畳され
る異常振動波形を検波して工具折損等の異常振動
状態を検出する切削加工機械等における工具折損
検出器において、振動検出素子からの検出信号の
包絡線を検波する回路であつて、積分コンデンサ
を急速に充電する抵抗及び緩やかに放電する抵抗
を有する積分回路を含むことにより検出信号の前
端エツジに追従し、後端エツジで緩やかに変化す
る信号波形の検波信号を出力する包絡線検波回路
と、包絡線検波回路からの検波信号を高域濾波す
るハイパスフイルタと、ハイパスフイルタからの
出力信号のレベルと、予め定めた基準レベルとを
比較する比較回路とを備えたことを特徴としてい
る。

〔作用〕

上記構成によれば、振動検出素子からの検出信
号は包絡線検波回路によつてその検出信号の前端
エツジに追従し、後端エツジで緩やかに変化する
ように検波信号の包絡線が検波される。これによ
つて定常振動信号は振幅変化が少なく、周期の長
い波形に変えられ、一方、異常振動時に発生する
異常振動信号はその立上がりまたは立下がりのい
ずれか一方がそのまま残された状態になる。この
ような波形を有する検波信号をハイパスフイルタ
に通すことによつて、周期の長い定常振動波形は
取り除かれ、高域成分のみが残されることにな
る。従つて定常振動信号は低減され、かつ異常振
動信号のみが強調された波形が得られ、Ｓ／Ｎ比
の良好な波形に変換される。従つて比較回路の閾
値電圧の設定範囲を広く取ることができ、これに
よつて安定でかつ正確な検出を行うことが可能と
なる。

〔実施例〕

第１図は本考案の実施例の電気的構成を示すブ
ロツク図である。この振動検出器１０は、例えば
切削加工機械の切削工具の近傍に設けられ、切削
工具の破損を検出するために用いられる。尚、切
削工具が複数備えられた切削加工機械において
は、工具折損検出器１０は各工具切削具毎に設け
られている。この工具折損検出器１０は、工具の
振動をその振動レベルの変化に応じた電圧レベル
に変換する振動検出素子１１と、振動検出素子１
１からの検出信号を増幅する増幅回路１２と、増
幅回路１２からの出力信号の包絡線を検波する包
絡線検波回路１３と、包絡線検波回路１３からの
検波信号を高域濾波するハイパスフイルタ１４
と、ハイパスフイルタ１４からの高周波信号を整
流する整流回路１５と、整流回路１５からの出力
と基準電圧V_refとを比較し、整流回路１５からの
出力の電圧が基準電圧V_ref以上であるときに工具
折損時であると判断し、ハイレベルの信号を出力
する比較回路１７と、比較回路１７からハイレベ
ルの信号が与えられたときに駆動されるLEDな
どによつて実現される表示装置１６とから構成さ
れる。包絡線検波回路１３は、フアーストアタツ
ク・スローレリーズの動作を行なうものであり、
急激な波形の立上がりに追従した後、入力波形が
下がる方向ではゆつくりと出力波形を下げる機能
を果たす。

第２図は包絡線検波回路１３の原理を示す電気
回路図である。包絡線検波回路１３は基本的には
順方向接続されるダイオードＤと、積分回路２０
とから構成される。積分回路２０は、抵抗Ｒ１′，
Ｒ２′と、積分コンデンサＣ１′から構成される。
尚、抵抗Ｒ１′と抵抗Ｒ２′とは第(1)式の関係に選
ばれている。従つて充電時の時定数よりも放電時
の時定数が極めて大きい。

Ｒ１′＜＜Ｒ２′ ……(1) 振動検出素子１１からの第３図１で示される検
出信号V0がダイオードＤ１によつて整流され、
第３図２で示す整流信号V1′が積分回路２０に与
えられる。整流波形Ｖ１′の立上がりで積分コン
デンサＣ１′は時定数Ｒ１′，Ｃ１′で充電され、
信号V1′の立下がりで積分コンデンサＣ１′は時
定数Ｒ２′，Ｃ１′で放電時される。このとき時定
数Ｒ２′，Ｃ１′は時定数Ｒ１′，Ｃ１′よりも極め
て大きく選ばれているため、信号V1′が積分回路
２０を通過することによつて入力信号の立上がり
で急速に追従し、その後入力信号の立下がりで緩
やかに立下がる第３図３で示す検波信号V2′が得
られる。

ところで、切削加工機械の定常加工状態におい
て発生する機械ノイズＢのレベルは急激に変化す
ることなく、ほぼ一定しているか或いは比較的周
期の長い変動を繰り返している。従つて機械ノイ
ズは包絡線検波回路１３を通過することによつ
て、振幅変化が少なく周期の長い波形に変えられ
る。一方、工具折損時に生じる工具折損検出信号
Ａの波形の立上がりは、そのまま残存する。

そして包絡線検波回路１３からの検波信号
V2′は、第４図に示すようにコンデンサＣ２′抵
抗Ｒ３′とから成るハイパスフイルタ１４を通過
し、これによつて周期の長い波形、即ち低減分が
カツトされ、高域成分のみが通過して第３図４で
示す信号V3が得られる。即ち、不要な機械ノイ
ズ信号Ｂは低減され、必要な工具折損検出信号の
成分Ａのみが強調された波形が得られる。即ち、
Ｓ／Ｎ比の良好な信号波形を得ることができる。
従つて後続する比較回路１７の閾値電圧の設定範
囲を広くとることができ、従つて工具折損検出信
号Ａのみを常に安定してかつ確実に検出すること
が可能となる。

第５図は工具折損検出器１０に適用される包絡
線検波回路１３及びハイパスフイルタ１４の具体
的な電気回路図である。包絡線検波回路１３は、
カツプリングコンデンサ３０を介して増幅回路１
２と接続される。また、包絡線検波回路１３は、
インピーダンスマツチング用バツフアアンプ３１
を介してハイパスフイルタ１４と接続されてい
る。包絡線検波回路１３は、カツプリングコンデ
ンサ３０に信号線ｌ１を介してベースが接続され
たNPN型トランジスタTr１と、トランジスタTr
１のエミツタに接続される積分回路３２とを有す
る。積分回路３２は、一方がトランジスタTr１
のエミツタに接続され他方が接地された抵抗Ｒ
２″と、一方が接地され他方がトランジスタTr１
のエミツタに接続されたコンデンサＣ１″とから
構成される。トランジスタTr１のコレクタには
電源電圧＋Ｖが印加される。トランジスタTr１
のベースとコンデンサ３０との接続点３４には、
入力インピーダンスマツチング用抵抗Ｒ５の一端
が接続され、この抵抗Ｒ５の他方端はダイオード
Ｄ２のアノードに接続されている。ダイオードＤ
２のカソードは接地されている。また抵抗Ｒ５と
ダイオードＤ２との接続点３５には、バイアス抵
抗Ｒ６を介してバイアス電源＋Ｖ１が印加され
る。

この包絡線検波回路１３では、トランジスタ
Tr１が前記第２図のダイオードＤ１に対応し、
また積分回路３２は第２図の積分回路２０に対応
している。即ちコンデンサＣ１″はコンネンサＣ
１′に対応しており、抵抗Ｒ２″は抵抗Ｒ２′に対
応している。尚、この積分回路３２では前記積分
回路２０における抵抗Ｒ１′が０として取り扱わ
れている。

次にこのような構成を有する包絡線検波回路１
３の動作について説明する。増幅回路１２によつ
て増幅された検出信号V0は、カツプリングコン
デンサ３０を通過し、直流バイアスに重畳されて
トランジスタTr１のベースに与えられる。そし
て信号V0の交流波形のピーク近傍において、ベ
ースエミツタ間電圧V_BEがトランジスタTr１の動
作点以上になつたときには、トランジスタTr１
は導通し、これによつてコンデンサＣ１″は電源
電圧＋Ｖによつて急速に充電される。そして信号
V0の立下がりによつてトランジスタTr１のベー
スエミツタ間電圧V_BEが動作点以下になつた時に
は、トランジスタTr１はカツトオフされ、これ
によつてコンデンサＣ１″は時定数Ｒ２″，Ｃ１″
で緩やかに放電する。こうして積分回路３２では
入力信号の立上がり時に急速充電し、立下がり時
に緩やかに放電することによつて、前記第３図３
で示す検波出力信号V2′を得ることができる。

尚、参考までに述べると、従来の立上がり及び
立下がりの時定数が等しい積分回路を備えた包絡
線検波回路と、その包絡線検波器の後段にハイパ
スフイルタを接続した構成にすれば、ハイパスフ
イルタによつて機械ノイズを低減することができ
るため、従来の工具折損検出器に比べ、Ｓ／Ｎ比
が良好な検出信号を得ることができ、検出精度を
若干改善することができる。しかしながら、この
ような構成にした場合であつても、積分回路を通
過する際に信号レベルの急激な変動が抑えられる
傾向があり、従つて時定数が充電時と放電時に等
しい積分回路を用いた場合には、信号の立上がり
及び立下がりが十分に強調されない。従つてその
分だけ比較回路１７の基準電圧V_refの設定範囲が
十分に大きくとれず、先行技術に比べ十分に精度
が向上した検出を行うことができない。

本実施例では信号の立上がりの時定数を立下が
りの時定数より十分に小さくすることによつて信
号の前端エツジのみに急速に追従することによ
り、立上がり又は立下がりが十分に強調された検
波信号を得ることができる。従つて比較回路１７
の基準電圧V_refの設定範囲を極めて広範囲にとる
ことができ、検出精度を向上することができる。
また、本考案は工具折損検出器だけでなく、その
他の振動体の異常振動状態を検出する検出器に有
利に用いることができる。

また前述の実施例では異常振動信号Ａは定常振
動信号Ｂ（機械ノイズ）よりもレベルが大きい場
合を説明したが、逆に異常振動信号Ｂのレベルが
定常振動信号Ａよりも小さい場合にも、本考案は
好適に実施することができる。

また前述の実施例では、工具折損時に表示装置
１６に表示するようにしたけれども、工具折損時
に自動的に切削加工機械の運転を停止するように
してもよい。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、振動検出素子か
らの振動波形を、包絡線検波回路によつて検出信
号の前端エツジに追従し、後端エツジで緩やかに
変化する信号波形とし、更にハイパスフイルタに
よつて定常振動波形を低減させることから工具折
損等の異常振動波形を強調することができる。ノ
イズ信号のレベルが高い場合であつても、工具折
損等の異常信号のみを強調してＳ／Ｎ比のよい波
形に変換し、工具折損等の異常振動状態を確実に
検出することができる。

また、比較回路に設定する基準レベル（閾値）
を比較的広い範囲で設定することが可能となり、
ラフな設定であつても確実に検出することが可能
となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の工具折損検出器１
０の電気的構成を示すブロツク図、第２図は包絡
線検波回路１３の原理を示す電気回路図、第３図
は工具折損検出器１０の各構成部分の信号波形
図、第４図はバイパスフイルタ１４の原理を示す
電気回路図、第５図は工具折損検出器１０に適用
される包絡線検波回路１３及びハイパスフイルタ
１４の具体的な電気回路図、第６図は従来の工具
折損検出器１の電気的構成を示すブロツク図、第
７図は包絡線検波回路４の具体的な電気回路図、
第８図は包絡線検波回路４の動作を示す波形図で
ある。 １０……工具折損検出器、１１……振動検出素
子、１３……包絡線検波回路、１４……ハイパス
フイルタ、１７……比較回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 振動体の振動波形をその振動レベルの変化に応
   じた電気信号に変換する振動検出素子により検出
   し、振動体の定常振動波形に重畳される異常振動
   波形を検波して工具折損等の異常振動状態を検出
   する切削加工機械等における工具折損検出器にお
   いて、 振動検出素子からの検出信号の包絡線を検波す
   る回路であつて、積分コンデンサを急速に充電す
   る抵抗及び緩やかに放電する抵抗を有する積分回
   路を含むことにより検出信号の前端エツジに追従
   し、後端エツジで緩やかに変化する信号波形の検
   波信号を出力する包絡線検波回路と、 包絡線検波回路からの検波信号を高域濾波する
   ハイパスフイルタと、 ハイパスフイルタからの出力信号のレベルと予
   め定めた基準レベルとを比較する比較回路とを備
   えたことを特徴とする切削加工機械等における工
   具折損検出器。