JPH04500481A - 母材の切削加工処理をモニタするための方法及び装置 - 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】 母材の切削加工処理をモニタするための方法及び装置本発明は、工具から検出さ れる音響放射を電気−音響変換器により電気的な音響放射信号に変換し、この信 号をフィルターし、かつ所定の時間にわたって検出されたその振幅を、適応変化 可能な閾値と比較することにより分析することを以て、特に旋盤加工に於て、母 材の切削加工処理をモニタするための方法に関する。

本発明は更に、工具ホルダに配設され、音響放射信号に変換するための電気−音 響変換器を用いて、該信号を、バイパスフィルタ、増幅器及び弁別器を介して平 均値算出器に供給し、該平均値算出器の出力を比較器の第１の入力に供給し、該 比較器の他方の入力に対して閾電圧値を加え得るようにしてなる、上記した方法 を実行するための装置にも関する。

このような方法及び装置が米国特許第４，３３２．１６１号明細書により公知と なっており、工具の磨耗が所定の度合を超えた時に、比較器の出力に出力信号を 発生させることができる。音響放射信号は、パルス状のチップ破壊信号を含むた め、音響放射信号の周波数及び振幅は必ずしも工具の磨耗及び処理性能に対して 直接的かつ明瞭に関連しておらず、従って積分器の出力及び比較器の切換え動作 を、工具の所定の磨耗に対して信頼性高く対応させることができなかった。積分 器の出力に発生する電圧は、チップの破壊現象に応じて変化せず、従って工具の 磨耗についての信頼できる尺度とはならない。

このような従来技術に鑑み、本発明の主な目的は、あらゆる形式の工具の磨耗を 検出することができ、しかもチップ破壊挙動を信頼性高く評価し得るような方法 及び装置を提供することにある。

本発明によれば、このような問題は、一方に於て切削ノイズ及び摩擦ノイズに基 づく連続的な基本的ノイズ信号及び、他方に於て、この信号に重畳されたより大 きな振幅を有するパルス状のチップ破壊信号からなる音響放射信号に含まれる各 成分を分離し、各成分を個別に分析すると共に評価することにより解決される。

本発明によれば、音響放射信号のノイズ平均信号を連続的に形成するが、チップ 破壊信号に割当てられた時間ウィンドウの間に発生する音響放射信号の値をブラ ンキング（Ａｕｓｂ　１　ｅｎｄｅｎ）することにより除外する。

本発明に基づく方法を実行するための装置には、パルス状のチップ破壊信号の間 に平均値算出回路への音響放射信号の供給を停止するような切換え構造が設けら れている。

工具の磨耗及び処理性能を評価するために、複数の特性信号成分が分離されかつ 個別に分析されると共に、個別に統計学的に評価されることから、高い信頼性を 以て評価を行い、モニタリングを行うことが可能となる。

好適な実施例や本発明の発展形態が従属請求項の対象となっている。

以下本発明を添付の図面に示された実施例について詳しく説明する。

第１図は、本発明に基づく音響放射分析装置のブロック回路図を示す。

第２図は、本発明に基づく音響放射分析装置の分離段のブロック回路図を示す。

特に旋盤加工に於ける切削加工処理に伴う切削過程の挙動及び工具の磨耗状態を モニタするための、第１図のブロック回路図によりその全体が示された音響放射 分析装置を用いて、加工時に於けるいくつもの異なる物理的過程により発生する 音響放射を検出しかつ処理することにより、加工処理性能及び加工品質を評価す ることが可能となる。評価されるべき音響放射は、第１図に模式的に示された工 具ホルダに於ける電気−音響変換器１により広帯域に亘って評価される。前記電 気−音響変換器１は広帯域形式のものであって、例えば圧電素子プローブからな る。変換器の帯域幅は、２０ｋＨｚ〜２　ＭＨｚの範囲に亘る。

変換器１は、切削加工過程に際して発生する音響放射を電気信号に変換し、この 電気信号をライン２を介してバンドパスフィルタ３に伝送する。バンドパスフィ ルタ３に到達した電気音響放射信号は、切断エツジの塑性変形により引起こされ る成分、母材及び工具間の摩擦過程により引起こされる成分、発生したチップと 工具との間の摩擦過程により引起こされる成分、チップの破壊による成分、及び 工具の破壊過程（工具破壊）により発生する成分を含む。

チップの破壊に伴い、上記した物理的過程により引起こされる切断ノイズ及び摩 擦ノイズにより得られる連続的な基本ノイズ信号のレベルよりも高い振幅ピーク を有するパルス状のチップ破壊信号が発生する。

バンドパスフィルタ３はチップ破壊信号の低周波信号成分を減衰する働きを有し 、それにより、個々のチップ破壊信号のオーバーラツプを回避することができる 。チップ破壊信号は極めて広帯域の信号であって、その低周波成分が工具ホルダ に於て比較的わずかにダンピングされるのみで往復動することから、それにより チップ破壊信号の持続時間が決定される。チップ破壊信号の発生頻度が高い場合 には、フィルタを用いないと、個々のチップ破壊信号が好ましくないオーバーラ ツプを行うことから、その評価が困難となる。

バンドパスフィルタ３は、２０〜５００　ｋ）Ｉｚの範囲の低周波限界周波数を 有するように調節し得るものであるが好ましい。バンドパスフィルタ３の上限周 波数は約２ＭＨｚとなっている。チップ破壊信号の個々のパルスを可及的に良好 に検出するために、バンドパスフィルタ３は、いずれの場合に於ても最も良好な 中心周波数を有するように、製造パラメータや処理されるべき材料に応じて調節 される。脆い材料や、短いチップを伴う材料の場合には、中心周波数を高め、展 延性を有する材料や長いチップを伴う材料については、中心周波数を低くするの が好ましい。チップ破壊信号の個々のパルスを検出することを可能にすることに 加えて、バンドパスフィルタ３は、機械のノイズをダンピングする働きも有する 。

連続的な背景ノイズ信号とパルス状のチップ破壊信号とからなるフィルタされた 音響放射信号は、増幅器入力ライン４を経て、広帯域増幅器５に伝送される。広 帯域増幅器５は、一方に於て、音響放射信号を後段の処理に適する電圧増幅する ような増幅作用を行う。また、広帯域増幅器５は、後段がアナログ入力信号を必 要とする場合には全波整流回路或いは２乗回路をなし、後段がデジタル手法に基 づくものである場合にはアナログ−デジタル変換器をなすような弁別器或いは絶 対値回路を含む。

広帯域増幅器５の出力は、分離段６及びチップ破壊信号処理回路７への入力信号 を供給する。

分離段６により、音響放射信号内に含まれる連続的な背景ノイズ信号からパルス 状のチップ破壊信号が分離される。

この際に、パルス状のチップ破壊信号が、背景のノイズ信号に比較して大幅に高 い振幅ピークを有するものであることが利用される。第２図に示された分離段は 、増幅された音響放射信号を閾値信号と比較する比較器８を有している。

閾値信号は常に背景ノイズ信号のレベルよりも高く、従ってパルス状チップ破壊 信号のパルスのみが、比較器の出力を第１の状態から第２の状態へとシフトさせ ることができる。従って、チップ破壊信号の個々のパルスを検出し、分離したり あるいはブランキングすることが可能となる。

分離段６の比較器８に供給された閾値信号は、特定の信号間の関係に基づき自動 的に自らを適応変化させることができる。そのために、閾値信号は音響放射信号 から平均値形成回路により得られ、この閾値信号形成回路は、パルス状のチップ 破壊信号が発生する間の音響放射信号値を無視する。このようにして、閾値信号 は、チップ破壊信号に依存することなく、特定の連続的な背景ノイズ信号のレベ ルに向けて自動的に適応変化することができ、チップ破壊信号のパルスのブラン キングにより、チップ破壊信号のパルス振幅値あるいは頻度が閾値信号に対して 影響を及ぼさないようにすることができる。分離段６の比較器８に供給される閾 値信号は、音響放射信号を特定の時間幅にわたって平均することにより得られる が、このような平均値形成過程ニ際して、チップ破壊信号のパルスがブランキン グ、すなわち無視される。

このような、切削及び摩擦ノイズに割当てられたノイズ信号と、チップの破壊に 対して割当てられたチップ破壊信号とを互いに分離することは、これら両信号成 分が互いに無関係に変化し得ることから、重要な意義を有する。所定の時間にわ たって音響放射信号を平均する際にチップ破壊信号のパルスを考慮することは、 信号の有用性を低下させるものであり、背景ノイズ信号のレベル及びチップ破壊 信号のパルス振幅の変化は異なる度合を以てしかも異なる方向に変化し得るもの であることから、閾値信号を形成する際にチップ破壊信号のパルスがブランキン グされる。

所定の時間にわたって決定される背景ノイズ信号の例えばＲＭＳ値として与えら れる平均値を、チップ破壊信号のパルスに割当てられた時間セグメントのブラン キングを行いつつ音響放射信号の平均過程として連続的に供給するキード（Ｔａ ｓｔｂａｒｅｎ）積分器或いは平均値形成回路が分離段６に設けられている。分 離段６の構造の詳細は第２図について以下に説明する。

分離段６は、第１の出力及び背景ノイズ信号ライン９を介して背景ノイズ信号プ ロセッサ】０に向けて、チップ破壊信号の頻度やパルス振幅に依存しないデータ を供給する。

背景ノイズ信号プロセッサ１０は、平均された背景ノイズ信号の統計的な解析を 行う。予測される時間区間内に、背景ノイズ信号の平均信号レベル及び背景ノイ ズ信号に於ける主なスペクトル成分の周波数を決定することにより、平均背景ノ イズ信号をまずパラメータ化する。更に、背景ノイズ信号プロセッサにより、背 景ノイズの主なスペクトル成分の分布関数及び予測される時間区間内に於て平均 化された背景ノイズ信号のレベルの分布関数並びにその偏差値を決定することが 可能となる。このとき、平均背景（基本）ノイズレベルの分布が、例えば１〜１ ０秒の時間にわたって決定される。平均化された背景ノイズレベルの分布関数の 幅は、工具側面の磨耗またはクレータ磨耗の尺度を与える。

背景ノイズ信号プロセッサ１０は、平均化された背景ノイズレベルの周波数分布 を決定するのみならず、その最大値、幅、急峻さ、過剰度、その他の値を決定す ることによりその解析を可能にする。

背景ノイズ信号プロセッサ１０により、１０マイクロ秒〜１ミリ秒の範囲の時間 にわたって得られた背景ノイズ信号に基づくデータは、評価プロセッサ１１に供 給され、この評価プロセッサは評価ユニットとしても機能する。評価プロセッサ １１は、特に、平均化された背景ノイズ信号レベルの分布が所定の幅を超えたか 否かをモニタする。所定の幅を超えた場合には、更に処理されるようにあるいは 過大な工具の磨耗により母材の加工を中断するように、対応する出力信号を磨耗 出力ライン１２に供給する。平均信号レベルあるいは主なスペクトル成分の周波 数が、変換器１が装着された工具ホルダにクランプされた工具に磨耗が発生した ことを示すものである場合には、評価プロセッサ１１により磨耗出力ライン１２ 上に信号が供給される。

工具の磨耗をモニタし、その信頼性を高め、チップ形成過程の挙動をモニタする 上での改善を図るために、分離され或いは平均化された背景ノイズ信号を評価す ることに加えて、チップ破壊信号の解析及び評価が行われる。

第１図に示されるように、チップ破壊信号プロセッサ７は、一方に於いて、広帯 域増幅器５の出力から、他方に於いて、測定ゲート信号ライン１３からの入力信 号を受ける。

ゲート信号ライン１３は、広帯域増幅器５の出力にチップ破壊信号のパルスが発 生（７たときに、チップ破壊信号プロセッサ７に伝達させるべき解除信号を分離 段から７供給する。

チップ破壊信号プロセッサ７は、従って、チップ破壊信号に割当てられた音響放 射信号の部分のみを処理する。パルス状をなすチップ破壊信号の時系列時な解析 を行うためには、チップ破壊信号７は、チップ破壊信号の到着時間及び持続時間 を決定するための内部クロックを有している。

上記したパラメータに加えて、チップ破壊信号プロセッサ７は、パルス状をなす チップ破壊信号のピーク振幅値をも決定する。

チップ破壊信号プロセッサにより決定されたバースト信号パラメータは、プロセ ッサ出力ライン１４を介して周波数プロセッサ１５に送られ、周波数プロセッサ １５は、種々の信号パラメータ、特に上記した種々のパラメータの分布関数の統 計学的な解析を可能にする。

チップ破壊信号プロセッサ７は、チップ破壊信号パルスの到着時間及び持続時間 を決定するものであるため、周波数プロセッサ１５により、チップ破壊信号の個 々のパルスの間の時間の分布関数を決定することができる。決定された頻度分布 は、チップ破壊信号がいくつもの個々のパルスからなる信号のグループをなして いることを示す。個々のチップの破壊に伴い、信号のグループが割当てられ、チ ップ破壊事象列は信号グループ間の間隔を決定する。

チップ破壊信号のパルスの間隔の分布関数から、周波数プロセッサ１５により、 信号間隔フィルタが形成される。

後続のパルスに対する間隔が、信号間隔分布関数により決定される値よりも小さ いようなチップ破壊信号の個々のパルスはすべて、周波数プロセッサ１５の働き により信号グループへと集められる。

周波数プロセッサ１５に於て、個々の信号のグループの時間間隔が決定され、こ の過程に於て、時間間隔は、例えば、あるグループの最後の信号と次のグループ の最後の信号との間の時間間隔として検出される。チップが破壊した時点間の時 間間隔に対応する信号のグループの時間間隔の値が、第１の出力ライン１６を介 して、チップ破壊シーケンスプロセッサ１７に、統計学的な解析のために供給さ れる。

周波数プロセッサ１５は、第２の出力ライン１８を介して、チップ破壊信号の個 々のパルスのピーク振幅の分布関数として与えられる信号の振幅の頻度分布を供 給する。ピーク振幅の分布関数は、振幅プロセッサ１９に於て評価される。第１ 図に示された音響放射解析装置の基礎となる過程の更なる発展形態によれば、振 幅プロセッサ１９は、振幅の分布関数に加えて、パルス状のチップ破壊信号のエ ネルギーの分布関数を処理する。そのために、チップ破壊信号プロセッサ７に於 て、個々のパルスまたはバースト信号の最大振幅のみならず、個々のパルスの持 続時間にわたる振幅の２乗値の時間積分として与えられるそれらのエネルギーも 決定される。

振幅プロセッサ１９により、それに供給されるチップ破壊信号の振幅分布を特殊 な方法で解析することができる。

小さな振幅から、発生し得る最大振幅よりも小さいある振幅値との間にわたる割 当てされた振幅範囲について、それ以上の振幅値を考慮することなく、（ベスト フィツトのプロセスに基づき）近似的な関数が決定される。実際に発生した振幅 分布から得られたこの関数により、分布関数に基づき、成る限界値よりも大きい 振幅の信号の数が計算される。振幅プロセッサ１９は、第２の出力ライン］９８ を介して上記した限界値を超える振幅の数に関する情報の供給を受ける。振幅プ ロセッサ１９に於ては、これら２つの値が互いに比較され、即ち限界値を超える 振幅を有する信号の数が、限界値を下回る信号の振幅分布から計算される数に対 応するか否かが判定される。限界値を超える振幅を有する信号の実際の数が、低 振幅範囲の分布関数に基づき予測される数よりも大きい場合には、切削面に於て 工具の破断が起きたことを示している。上記した、成る限界値を超える振幅の数 は、振幅ライン２０を介して評価プロセッサ１１に供給される。

従って、評価プロセッサ１１は、上記した要領を以て背景ノイズ信号のパラメー タをモニタするのみならず、チップ破壊信号から得られたパラメータをもモニタ する。

第１図から理解されるように、評価プロセッサ１１は、背景ノイズ信号に割当て られた入力ライン及び振幅ライン２０に加えて、チップ破壊シーケンスプロセッ サ１７の出力に接続された第３の入力ライン２１を有する。このように、評価プ ロセッサ１１は、連続的な背景ノイズの分布関数及びある限界値を超える振幅の 数のみならず、チップ破壊シーケンスプロセッサ１７により判定されるチップ破 壊シーケンス頻度に関する情報をも与える。

チップ破壊シーケンスプロセッサ１７は、各割当て可能な時間について、信号グ ループの時間間隔の頻度分布を決定する。更に、チップ破壊シーケンスプロセッ サ１７は１、分布関数の解析を行うが、その際に分布関数の最大値、その幅など が評価される。

信号グループ間の時間間隔は、チップ破壊事象間の時間間隔に対応している。そ のために、信号グループの頻度分布即ち信号グループの時間間隔の分布関数は、 チップ破壊シーケンスの分布関数に対応し、従って、与えられた処理パラメータ について、チップの長さの尺度を与える。工具の磨耗（工具側面磨耗及びクレー タ磨耗）はチップの長さの変化に対応することから、評価プロセッサ１１を用い て、チップ破壊間隔分布関数の統計学的なパラメータから、工具の磨耗を判定し 評価することができる。そのために、チップ破壊シーケンスの分布の特性値（最 大値、幅など）が第３の入力ライン２１を介して評価プロセッサ１１に送られる 。

ある実施例によれば、評価プロセッサ１１に於て、種々の信号パラメータについ ての異なる分布関数について、決定された分布関数と比較されるべき基準分布関 数が記憶されている。そのために、統計学的なモーメントに於ける偏差が決定さ れる。分布関数及びそれらの基準分布関数からの偏差は、評価プロセッサ１１に よるチップ形成過程の様子及び工具の磨耗の評価の基礎となる。

磨耗出力１２に加えて、評価プロセッサ１１は、例えば、チップジャムなどのよ ゛うに定常的なチップ破壊シーケンスにも拘らず磨耗ノイズの上昇が引起こされ るような場合などのような、評価プロセッサ１１に矛盾する入力振幅が発生した 場合に、外乱状態を示すための外乱出力２２を有している。

評価プロセッサ１１は更に、ドキュメント出力２３を有しており、運転過程の品 質に関するドキュメントの作成及び評価プロセッサ１１の入力振幅のプリントア ウトを行うことができる。

評価プロセッサ１１により果される機能の１つは、入力の振幅を所定の限界値（ 基準分布）と比較することである。

所望値と実際の値との間の偏差に基づき、以下に述べるような要領を以て、切削 過程に対する外乱或いは工具の磨耗を表示することができる。

所定値を超える単位時間当りの信号の数が第３の入力ライン２１を介して供給さ れた場合には、工具の破壊が引起こされたことが明瞭であることから、機械を停 止する。

第３の入力ライン２１を介して供給される信号の単位時間当りの数が所定限界値 を超えており、振幅ライン２０に接続された入力に於ける値も同様に限界値を超 えている場°合には、工具の磨耗が限度を超えたことを意味することから、工具 の交換が必要となる。

背景ノイズ信号プロセッサ１０から供給される値が限界値を超えているが、振幅 ライン２０に於ける値が限界値内である場合には、例えばチップジャムなどの外 乱が発生したことを意味する。これは例えば、工具の空送りなどにより処理する ことができる。

第１図に関して説明された部品グループは種々の態様を以て実現することができ る。特に、永久的に配線されたユニットや、個別にブログム可能なプロセッサな どを用いて実現することができる。また、いくつものブロモ・ノサからなるグル ープをブログマブルプロセッサとして構成することもできる。

チップ破壊信号を、その振幅及び周波数に依存することなくブランキングし得る ように、背景ノイズに適応変化可能な閾電圧値を発生する分離段６を、第２図に 示されたアナログ式の実施例について説明する。

比較器８を含み、第２図に於てブロック回路図により示された分離段６は、入力 ライン５０を介して、広帯域増幅器５の出力に接続されている。入力ライン５０ に送りこまれる広帯域増幅器５の出力信号により、分離段６は、背景ノイズ信号 ライン９を介して、分離されかつ平均化された背景ノイズ信号を供給する。第１ 図に示されたチップ破壊信号プロセッサ７は、一方に於て、広帯域増幅器５の出 力に接続され、他方に於て、第１図及び第２図に示された測定ゲート信号ライン １３を介して分離段６に接続されている。

入力ライン５０は、一方に於て、広帯域増幅器５の出力をマルチプレクサ５２の 第１の入力５１に接続し、他方に於て、比較器８の信号入力５３に接続されてい る。この比較器８の比較人力５４は、以下に説明するようにして得られる閾値信 号の供給を受ける。

マルチプレクサ５２の出力は平均値形成回路５５の入力に接続されており、該平 均値形成回路５５は、マルチプレクサ５２を介して供給される、特に連続的な背 景ノイズ信号を積分し、該信号を平均化する。平均値の形成は、所定の時間にわ たって行われる。信号の平均化は、ＲＭＳ値が得られるようにして行われる。平 均値形成回路５５は、ＣＲ部品により実現することもできるが、第２図に示され たようなアナログ式の構造に代えて、デジタル式の構造を用いた場合には、人力 信号の所定の数の走査値についての平均値を決定するようなアキュムレータ及び 割算器を備える計算機により実現することもできる。

第２図に示された平均値形成回路５５は、出力ライン５６を介してアナログ平均 値信号を供給するが、該信号の振幅は、所定の時間間隔に於ける振幅値により決 定される。

この時間間隔は、例えばＣＲ部品により実現される構造の場合に於ては、積分コ ンデンサの大きさにより与えられる。

出力ライン５６は、アナログ−デジタル変換器５７の入力に接続されており、該 変換器５７はアナログ平均値をデジタル平均値に変換し、それを一時的に記憶す るためのレジスタ５８に伝送する。レジスタ５８は、デジタル走査及び保持回路 を構成し、それによりシステムの振動が防止される。レジスタ５８の出力は背景 ノズル信号ライン９に接続されており、背景ノイズ信号プロセッサ１０に送られ るべき背景ノイズ信号の実際の平均値を、該ライン上に分離することができる。

結合ライン５９を介して、デジタル化されかつ平均化された背景ノイズ信号がデ ジタル−アナログ変換器６０に送られ、その出力がマルチプレクサ５２の第２の 入力６１に接続される。

マルチプレクサ５２は、第１の入力５１あるいは第２の入力６１のいずれか一方 に伝えられた信号を選択的に平均値形成回路５５に供給し得るように、制御人力 ６２により切換え可能にされている。また連続的な背景ノイズ信号のみが与えら れた場合には、第１の入力が常に選択され、チップ破壊信号の立上がりが検出さ れた場合には、マルチプレクサ５２が切換えられることにより、平均化された背 景ノイズ信号を一定に保持し、それを平均値形成回路に供給し、この時発生する チップ破壊信号が出力ライン５６及び背景ノイズ信号ライン９に於ける平均値に 対して影響を与えないように、分離段６の構造が定められている。更に、分離段 ６の出力端に接続された背景ノイズ信号ブロモ・ンサが一時的に非作動状態にさ れる。マルチプレクサ５２及び背景ノイズ信号プロセッサ１０の切換えは、レジ スタ５８のための制御信号を発生する、かつ制御ライン６５を介してレジスタ５ ８に接続され測定ゲート６４の出力に接続された制御ライン６３を介して行われ る。パルス状のチ・ツブれた信号を発生し、その際に、制御ライン６３を介して マルチプレクサ５２の第２の入力６１への切換えが行われ、測定ゲート信号ライ ン１３を介してチップ破壊信号プロセッサ７の解除動作が行われる。

比較器８の比較人力５４に供給されたアナログ閾値電圧は、閾値ライン６７を介 して比較器８に接続された閾値発生回路６６により得られる。閾値発生回路６６ は、平均値形成回路５５の出力ライン５６を介して供給される平均化された背景 ノイズ信号の作用を受ける。閾値電圧を発生するために、以下に説明するような 乗算回路及び加算回路が用いられる。乗算回路に於ては、平均化された背景ノイ ズ信号が実験的に定められたピーク係数と掛合わされる。この係数は、例えば１ ．４〜８の値からなる。それに引続いて、比較器８の閾値電圧を発生するために 一定のオフセット電圧が加算される。比較器８に供給される閾値電圧を特定の条 件に最も適するように適応させるように、閾値発生回路６６は、一定のオフセッ ト値を入力するためのオフセットライン７４及び実験的に定められたピーク値係 数を入力するためのピーク値ライン７５を有する。

第２図に示されるように、マルチプレクサ５２を切換え、チップ破壊信号プロセ ッサ７を解放するための測定ゲート６４は、比較器８の出力ライン６８により直 接的に制御されない。むしろ、出力ライン６８は、繰返し起動可能なモノステー ブルマルチバイブレータ６９及び繰返し起動できないモノステーブルマルチバイ ブレータ７２に接続されている。モノステーブルマルチバイブレータ６９は遅延 回路として機能し、そのデッドタイムはデッドタイムライン７０を介して調節可 能であり、１０マイクロ秒〜１ミリ秒の間で調節することができる。

比較器８の信号入力５３の音響放射信号が、パルス状のチップ破壊信号が発生し た場合のように、比較器人力５４の閾電圧値を超えた場合には、モノステーブル マルチバイブレータ６９が起動される。その結果、切換えライン７１を介して測 定ゲート６４が開かれ、マルチプレクサ５２が第２の入力６１に切換えられ、チ ップ破壊信号プロセッサ７が解除される。

比較器８の信号入力５３の音響放射信号が比較器人力５４の閾値電圧を下回り、 モノステーブルマルチバイブレーク６９のデッドタイムが満了すると、切換えラ イン７１を介して測定ゲート６４が再び閉じられ、マルチプレクサ５２が第１の 入力５１へと切換えられ、背景ノイズプロセッサ１０が解放される。これは、各 パルス状チップ破壊信号の終了の時点に対応する。

チップ破壊信号の持続時間中に背景ノイズ信号の急激な上昇があった場合には、 モノステーブルマルチバイブレータ５２［７２］が、分離段６のブロッキングを 防止する。

これは、第２の入力６１への切換えの後に、パルス状チップ破壊信号の予測され る最も長い時間よりも長い時間が経過した時には、測定ゲート６４を介して、マ ルチプレクサ５２が必ず第１の入力５１へと切換えられることによるものである 。このダウンタイムは、１０〜１００ミリ秒のオーダであって、ダウンタイムラ イン７３を介してモノステーブルマルチバイブレータ７２に伝達される。従って 、比較器８は、チップ破壊信号が発生する度に、両モノステーブルマルチバイブ レータ６９及び７２を作動させ、上記から理解されるように、通常、モノステー ブルマルチバイブレータ６９のみがマルチプレクサ５２の切換えを引起こす。

ｒｓｓｔｍ＊ｓ告 国際調査報告 ＤＥ　８９００５７２ ＳＡ　３０７１９

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．工具から検出される音響放射を電気−音響変換器により電気的な音響放射信 号に変換し、この信号をフィルターし、かつ所定の時間にわたって検出されたそ の振幅を、適応変化可能な閾値と比較することにより分析することを以て、特に 旋盤加工に於て、母材の切削加工処理をモニタするための方法であって、 一方に於て切削ノイズ及び摩擦ノイズに基づく連続的な基本的ノイズ信号及び、 他方に於て、この信号に重畳されたより大きな振幅を有するパルス状のチップ破 壊信号からなる音響放射信号に含まれる各成分を分離し、各成分を個別に分析す ると共に評価することを特徴とする方法。
2. ２．音響放射信号のノイズ平均値が連続的に形成され、プランキングに基づく平 均値の形成過程に於て、チップ破壊信号に割当てられた時間ウィンドウの間に発 生する音響放射の値を考慮しないことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方 法。
3. ３．チップ破壊信号及び背景ノイズ信号の分離のために、前記音響放射信号が背 景ノイズ信号のノイズ平均値から得られた閾値信号と比較されることを特徴とす る請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．チップ破壊信号及びまたは背景ノイズ信号の解析のために、これらの信号の 種々のパラメータの分布関数が決定され、これらが個々に或いは互いに組合わさ れて評価されることを特徴とする請求の範囲第１乃至第３項のいずれかに記載の 方法。
5. ５．切削過程の品質の均一性をモニタするために、チップ破壊信号から得られた チップ破壊シーケンス頻度の一定の度合及び分散を検出しかつ解析することを特 徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。
6. ６．加工処理される母材の材料特性値及びまたは工具の磨耗に伴うチップの温度 変化をモニタするために、チップ破壊信号の振幅の平均値及び分布並びにエネル ギーを評価しかつモニタすることを特徴とする請求の範囲第４項若しくは第５項 に記載の方法。
7. ７．工具の磨耗を評価し或いは工具の破壊を検出するために、時間及び周波数領 域に於けるチップ破壊信号のパルスのシーケンスにより定められる時間ウィンド ウの外側に於いて背景ノイズ信号の信号レベルを解析することを特徴とする請求 の範囲第４項に記載の方法。
8. ８．背景ノイズ信号の信号振幅の平均値を所定の時間範囲にわたって決定するこ とを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
9. ９．工具の破壊を検出するために背景ノイズの主要なスペクトル成分をモニタす ることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
10. １０．材料の特性の変化を、背景ノイズ信号のレベルの変化を伴わないように、 チップ破壊信号パラメータの変化を検出することにより決定することを特徴とす る請求の範囲第４項乃至第８項のいずれかに記載の方法。
11. １１．背景ノイズ信号のパラメータが、チップ破壊信号のパラメータとリンクさ れることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。
12. １２．工具の磨耗に関する評価過程の信頼性を向上させるために背景ノイズ信号 及びチップ破壊信号の両者に於て変化が引起こされたか否かを判定することを特 徴とする請求の範囲第７項乃至第１１項のいずれかに記載の方法。
13. １３．チップ破壊信号のチップ破壊シーケンス頻度、振幅、エネルギー、立上り 時間及び信号持続時間の分布関数及び背景ノイズのレベル及びスペクトル成分の 分布関数を、記憶された基準分布と比較し、該基準分布に対する偏差をチップ形 成過程及び工具の磨耗の評価の基礎とすることを特徴とする請求の範囲第４項に 記載の方法。
14. １４．所定の振幅区間のチップ破壊信号のパルスの振幅分布を検出し、検出され た分布関数に基づき、所定の振幅範囲の外側に位置する限界値を超える予想され る信号の数を計算し、計算された頻度値が限界値を超える振幅を有するパルスの 実際の数と比較され、実際の値が計算された値よりも高い場合には、工具の切削 面に於ける工具の破壊が生じたことを示すものとすることを特徴とする請求の範 囲第４項若しくは第６項に記載の方法。
15. １５．音響放射信号を変換するべく工具ホルダに設けられた電気−音響変換器を 備え、該変換器がハイパスフィルタ、増幅器及び弁別器を介して、平均値形成回 路に対して信号を供給し、平均値形成回路の出力信号が比較器の第１の入力に供 給され、該比較器の第２の入力に対して閾値電圧が供給されるような、請求の範 囲第１項に記載された方法を実施するための装置であって、平均値形成回路５５ に対して、パルス状のチップ破壊信号の持続時間中にあっては、音響放射信号５ ０°の平均値形成回路５５への供給を停止させるための切換え構造５２、６４が 、前記平均値形成回路５５に設けられていることを特徴とする装置。
16. １６．音響放射信号の供給が中断されている間に、チップ破壊信号に影響される ことなく、最後に決定された音響放射信号の平均値５８が前記切換え構造５２、 ６４により供給されるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の 装置。
17. １７．前記切換え構造が、前記平均値形成回路５５の入力側に接続されたマルチ プレクサ５２からなり、該マルチプレクサの第１の入力５１が前記弁別器に接続 されていると共に、該マルチプレクサの第２の入力６１が、最後に決定された平 均値を記憶する一時的記憶装置５８に接続されていることを特徴とする請求の範 囲第１６項に記載の装置。
18. １８．前記切換え構造６４を介してチップ破壊信号プロセッサ７、１５、１７、 １９が駆動され、該チップ破壊信号プロセッサにより、音響放射信号の背景ノイ ズ信号から分離されたチップ破壊信号が統計学的に解析されることを特徴とする 請求の範囲第１５項乃至第１７項のいずれかに記載の装置。
19. １９．前記平均値形成回路５５が背景ノイズ信号プロセッサ１０に接続され、該 背景ノイズ信号プロセッサより、前記チップ破壊信号から分離された音響放射信 号の統計学的な解析を行うことを特徴とする請求の範囲第１５項乃至第１８項の いずれかに記載の装置。
20. ２０．前記チップ破壊信号プロセッサ７、１５、１７、１９及び背景ノイズ信号 プロセッサ１０が、工具の磨耗及び処理品質を評価する評価ユニット１１に向け て信号を供給することを特徴とする請求の範囲第１８項若しくは第１９項に記載 の装置。