JPH055619B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は工作機械における工具の折損や異常を
切削加工及び折損時に発生するアコーステイツク
エミツシヨン（以下AEという）を利用して監視、
自動検出する工具折損検出装置に関するものであ
る。

〔発明の概要〕

本発明は工作機械の加工対象に表面が必ずしも
均一でないことに鑑み、工具の折損時の擬似AE
信号を発生させる擬似AE信号発生手段の取付強
度を電磁石による駆動力によつて一定レベルの擬
似AE信号を発生させるように調整している。そ
して正しく調整された擬似AE信号から所定レベ
ルのAE信号が得られるので、それに基づいて再
び工作時に用いられるAEセンサの感度を調整す
る。そうすれば工具の折損時と同一レベルのAE
信号がAEセンサに伝わるので、AEセンサの感度
調整が確実となり信頼性の高い工具折損検出装置
とすることができる。

〔従来技術とその問題点〕

工作機械において工具を用いて加工対象（以下
ワークという）を切削加工する場合、何らかの原
因で工具が折損し又切屑のつまりを起こして異常
切削している場合がある。近年の工場自動化の進
展に伴いこのような工具の折損や異常切削を自動
的に検出することが強く要求されている。こうし
た工作機械の工具の折損を検出する一手法とし
て、従来より工作機械の工具やワークの近傍に
AEセンサを設け、そこから得られるAE信号に基
づいて工具の折損を検出する装置が提案されてい
る。

しかしながら従来の工具折損検出装置によれ
ば、ワークの近傍にAEセンサが設けられるため
その取付位置によつてAE信号のレベルが大幅に
異なる。そのため従来の工具折損検出装置では
AEセンサの感度を工具の大きさに応じてあらか
じめ定められた標準値に設定し、個々の工作機械
の工具、AEセンサ間の減衰率を試行錯誤で補正
していた。しかるに工具の折損時のAE信号は折
損時にしか得られないのでAEセンサの取付位置
や取付状態の確認が難しく、工具の折損を確実に
検出することが困難であつた。更に工具の種類、
例えばドリル径を変更した時や回転速度等の切削
条件を異ならせたとき、更に形状材質の異なるワ
ーク毎にAE信号のレベルが異なるため、調整が
困難であり使い難く信頼性に問題があるという欠
点があつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の工具折損検出装置の
問題点に鑑みてなされたものであつて、AEセン
サの感度を調整するために工具折損時のAE信号
と同一のAE信号を発生する擬似AE信号発生手段
を設け、AEセンサの感度設定がワークの形状や
材質、表面状態に依存することなく容易に感度を
設定することができる使い易い工具折損検出装置
を提供することを目的とする。

〔発明の構成と効果〕

本発明は工作機械の工具近傍に設けられたAE
センサを有し、工具の折損時に得られるAE信号
に基づいて折損を検出する工具折損検出装置であ
つて、工具の折損時に得られるAE信号の周波数
を含む擬似AE信号を発生する擬似AE信号発生手
段と、擬似AE信号発生手段を取付ける強度を設
定する設定手段と、設定手段により設定されたレ
ベルにより駆動される電磁石を下面に有し、該電
磁石の吸引力により擬似AE信号発生手段を加工
対象上に取付ける取付手段と、を具備し、設定手
段により電磁石の駆動レベルを変化させて所定レ
ベルの擬似AE信号を発生させ、該擬似AE信号に
基づいてAEセンサの感度を調整することを特徴
とするものである。

このような特徴を有する本発明によれば、工作
機械による加工を行う前に擬似AE信号発生手段
により工具の折損時の擬似AE信号を発生させて
AE信号の感度を調整している。そして擬似AE信
号発生手段を工作機械に取付ける際に電磁石を用
いて取付強度を調整するようにしたので、取付面
の荒さに応じて吸着力を調整することによつて適
正なレベルの擬似AE信号を発生させることが可
能となる。こうして発生する擬似AE信号を用い
てAEセンサの感度を調整すれば、ワークの表面
状態や材質にもかかわらず正確に且つ容易に調整
することが可能となる。

こうした調整を終えた後擬似AE信号発生手段
を外して工具を取付ければ、工具折損時には擬似
AE信号と同一の経路によつてAE信号がAEセン
サに伝えられる。そして適正な感度のAEセンサ
によつてAE信号が信号処理部に伝えられるで、
工具折損の信頼性を大幅に向上させることが可能
となり使い易い工具折損検出装置とすることがで
きる。

〔実施例の説明〕

第１図は本発明による工具折損検出装置の一実
施例を示すブロツク図である。本実施例はボール
盤に取付けられた状態を示すものであつて、ワー
ク１はボール盤のベース２上に固定されており、
ワーク１の上部よりドリル３を回転させて所定速
度で押下しワーク１に開口が設けられる。ここで
ワーク１の上部のドリルの刃が切削する位置にワ
ークに切削を行う前にあらかじめ擬似AE信号発
生器４を取付ける。レベル設定器５はこの擬似
AE信号発生器４の駆動レベルを設定するもので
あつて、使用工具の大きさ、種類に応じて設定さ
れた駆動レベルの信号を駆動回路６に伝える。駆
動回路６は擬似AE信号発生器４を駆動するもの
であつて、あらかじめ工具の折損時のAE信号と
相似で、且つ同一のパワースペクトル分布を持つ
駆動波形により擬似AE信号発生器４を駆動する
ものである。又レベル設定器７は擬似AE信号発
生器４をワーク１に取付ける取付強度を設定する
ものであつて、例えば可変抵抗器等によつてレベ
ル設定が行われる。電磁石駆動回路８はこの設定
されたレベルに応じて後述する取付具を用いて所
定の強度で擬似AE信号発生器４をワークに取付
けるものである。そしてワーク１が配置される工
具の近傍、例えば第１図に示すようにベース２上
にAE信号を検出するAEセンサ９を設ける。AE
センサ９はドリル等の工具からAE信号や擬似AE
信号発生器４からのAE信号を検出する広帯域の
AEセンサであつて、その出力はアナログスイツ
チ１０に与えられる。アナログスイツチ１０は外
部の出力によつてアナログ信号を断続するもの
で、その出力は増幅器１１に与えられる。増幅器
１１は可変抵抗器１２の調整により増幅率を任意
に設定することができる増幅器であつて、その出
力を二つのバンドパスフイルタ１３，１４及び切
削レベル表示器１５に与えるものである。バンド
パスフイルタ１３は中心周波数300KHz、バンド
パスフイルタ１４は中心周波数50KHzのフイルタ
であつて、夫々の中心周波数付近の信号のみを次
段の検波器１６，１７に伝える。検波器１６，１
７は夫々その入力信号を検波し振幅に応じた出力
を得るものであつて、検波器１６の出力は微分回
路１８に、検波器１６，１７の出力は夫々比較器
１９に与えられる。これらのバンドパスフイルタ
１３，１４、検出器１６，１７及び比較器１９に
より折損時のAE信号を識別する周波数識別手段
を形成している。微分回路１８は入力信号の急峻
な変化分のみを次段のレベル判定器２０及び折
損・異常レベル表示器２１に伝える。レベル判定
器２０は所定の基準レベルと入力信号とを比較す
るものであり、入力信号が大きければ出力を折損
検出回路２２と異常切削検出回路２３に伝える。
又比較器１９は検波器１６，１７の出力を比較
し、検波器１６の出力が大きい場合にのみ出力を
折損検出回路２２に伝える。折損検出回路２２は
これらの入力の論理積をとつて工具の折損を検出
する論理回路であつて、検出信号によつてアナロ
グスイツチ１０を閉成すると共に出力回路２４を
介して外部に出力する。又異常切削検出回路２３
はレベル判定器２０の出力に基づいて異常切削を
検出するものであつて、その出力を出力回路２５
を介して外部に伝えるものである。

第２図は擬似AE信号発生器４の取付具３０を
示す断面図である。本図において擬似AE信号発
生器４は図示のように取付具によつて取付けられ
る。取付具３０は断面コ字状の金属筐体から成り
立つており、その内部に擬似AE信号発生器４が
設けられる。擬似AE信号発生器４は取付具３０
内にバネ３１によつて下方に押下されて固定され
る。擬似AE信号発生器４の下面はPZT等の圧電
素子３２が平坦なセラミツク板３３上に固定さ
れ、セラミツク板３３が取付具３０の底面と一体
に形成されている。そしてこの取付具３０の下方
外周には図示のように環状の溝を用する鉄輪３４
が設けられており、この溝内にコイル３５が巻か
れている。コイル３５は前述した第１図の電磁石
駆動回路８より供給される電流によつて駆動され
るものである。

次に本実施例の工具折損検出装置を工作機械に
設置する際の操作について説明する。まず第３図
に示すようにワーク１上に取付具３０を用いて擬
似AE信号発生器４を取付ける。そして用いられ
る工具の種類、例えばドリル径に応じてレベル設
定器５によつて擬似AE信号レベルを設定する。
次いで第３図に示すようにこの擬似AE信号発生
器４から所定間隔、例えば10cmを隔ててワーク
１上にAEセンサ９を取付ける。このときAEセン
サ９も第２図の取付具を用いて取付けるようにす
ることも可能である。ここでAEセンサ９の出力
を増幅する増幅器１１の増幅率は所定値に固定し
ておくものとする。そして擬似AE信号発生器４
より擬似AE信号を発生させれば、AEセンサとの
間隔及びAEセンサの感度は一定であるので、そ
のときに切削レベル表示器１５に得られる切削レ
ベルは擬似AE信号発生器４のワーク１への取付
状態のみに依存することとなる。即ちワーク１の
表面が荒ければ擬似AE信号発生器４の出力が減
衰してAEセンサ９に伝えられることとなるので、
レベル設定器７のレベルを上げるように調整し、
電磁石駆動回路８を介してより強力に擬似AE信
号発生器４をワーク１上に吸着させる。又ワーク
１の表面がなめらかな場合には、減衰せず強い信
号がAEセンサ９に与えられるので設定レベルを
下げる。このように切削レベル表示器１５の表示
によつて所定の切削レベルとなるようにレベル設
定器７を調整し擬似AE信号発生器４のワーク１
への吸着力を調整する。こうして所定のレベル表
示が得られればワーク１の表面状態にかかわらず
擬似AE信号発生器４より一定レベルの擬似AE信
号が出力されていることとなる。

次いでAEセンサ９をワーク１より外して第１
図に示すようにベース２上に取付ける。そして既
に調整したレベルによつて擬似AE信号発生器４
を吸着し、正確なレベルの擬似AE信号を発生さ
せる。このときAEセンサ９の取付状態やAEセン
サ９とワーク１との間隔、ワーク１の材質等によ
つてAEセンサ９に伝えられる信号レベルが異な
るので、可変抵抗器１２を用いて切削レベル表示
器１５の表示値により適正な値になるように感度
を調整する。これを工具毎に設定すればAEセン
サ９の感度、即ち増幅器１１の出力が一定レベル
となるように調整することが可能となる。

さて通常の切削加工時にAEセンサ９より与え
られるAE信号のパワースペクトルの分布は第４
図の曲線ｂに示すように周波数50KHz付近に集中
しており、それより高い周波数領域では単調に減
衰する分布となつている。又多くの実験より知ら
れるように工具の折損時のパワースペクトルの分
布は第４図の曲線ａにより表され、周波数300K
Hz付近にピークを持つことが明らかとなつてい
る。これは信号源が機械的振動を原因とするもの
でなく、工具の非可塑性破壊時に生じる超音波特
有の現象が起こるためと考えられる。従つて二つ
のバンドパスフイルタ１３，１４により夫々の周
波数成分付近のAE信号のみを取出して検波器１
６，１７により検波し、その出力レベルを比較す
れば通常時と工具折損時とを明確に識別すること
が可能である。即ち通常の切削時には周波数50K
Hz付近のAE信号のパワーが周波数周波数300KHz
付近のパワーより大きく、工具の折損時には
300KHz付近のパワーが周波数50KHz付近のパワ
ーより大きいからである。比較器１９はこれらの
出力を比較して工具の折損時にのみ信号を折損検
出回路２２に与えている。

一方切削加工時に生じる切屑と工具ワークとの
接触や摩擦によつて第４図の曲線ａで示されるパ
ワースペクトル分布と似た信号が発生する場合が
ある。この場合にはバンドパスフイルタ１３，１
４の中心周波数やＱの値、及び比較器１９のスレ
ツシユホールドレベル等を適切に設定しても切屑
と工具やワークの接触、摩擦による信号を工具の
折損信号と誤つて判断することがある。従つて本
実施例においては工具の折損時に見られるAE信
号の時間領域の波形にも着目し、これらの信号を
分離している。即ち工具の折損時に得られるAE
信号波形は第５図ａに示すように折損時に鋭い立
上りを有する信号となつており、一方切屑と工具
やワークの接触、摩擦によつて発生すAE信号は
第５図ｂに示すように鋭い立上りを示さず所定期
間信号が継続する波形となつている。従つて第１
図のブロツク図に示すように検波器１６の出力を
微分回路１８に与え、折損時等の急峻な信号のみ
を分離してレベル判定器２０に与える。そしてそ
の入力レベルを所定の基準値と比較し、急峻な立
上りのAE信号が得られたときにレベル判定器２
０より折損検出回路２２に信号を与える。折損検
出回路２２はこれらの論理積信号によつて工具の
折損を検出する。このように周波数領域の折損検
出と時間領域の折損検出の両者を組み合わせるこ
とによつて確実に工具の折損のみを検出すること
が可能となる。

このようにして工具の折損のみを検出すれば出
力回路２４より折損出力を与えると共に、アナロ
グスイツチ１０をオフとして以後AE信号を増幅
器１１に伝えないようにしている。これは工具の
折損後に発生する折損した工具とワークとの異常
接触や摩擦により発生する大きなAE信号を更に
折損と判定しないようにするためである。又第１
図のブロツク図に示すように増幅器１１の出力を
そのまま切削レベル表示器１５により表示し切削
レベルを示しており、更に切屑とワークとの異常
な接触摩擦状態を工具の折損、通常の加工信号と
して分離することが可能である。レベル判定器２
０の出力により異常切削検出器２３を介して出力
回路２５より異常切削出力を外部に与えているの
で、異常切削を同時に検出することも可能とな
る。

又本実施例はボール盤のドリル折損検出装置に
ついて説明しているが、本発明は他の工作機械、
例えば旋盤やフライス盤等の種々の工作機械に適
用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工具折損検出装置の一実
施例を示すブロツク図、第２図は本実施例による
擬似AE信号発生器４とそれをワーク上に取付け
る取付具の構造を示す断面図、第３図は擬似AE
信号発生器とAEセンサ９とをワーク１上に取付
けた状態を示す側面図、第４図はAEセンサ９よ
り得られるAE信号のパワースペクトルを示す図、
第５図ａは工具折損時に得られるAE信号波形、
第５図ｂは切屑が生じる場合に得られるAE信号
波形を示す図である。 １……ワーク、２……ベース、３……ドリル、
４……擬似AE信号発生器、５，７……レベル設
定器、６……AE駆動回路、８……電磁石駆動回
路、９……AEセンサ、１０……アナログスイツ
チ、１１……増幅器、１３，１４……バンドパス
フイルタ、１６，１７……検波器、１８……微分
回路、１９……比較器、２０……レベル判定器、
２２……折損検出回路、２４，２５……出力回
路、３０……擬似AE信号発生器取付具、３１…
…バネ、３５……コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作機械の工具近傍に設けられたAEセンサ
   を有し、工具の折損時に得られるAE信号に基づ
   いて折損を検出する工具折損検出装置において、 工具の折損時に得られるAE信号の周波数を含
   む擬似AE信号を発生する擬似AE信号発生手段
   と、 前記擬似AE信号発生手段を取付ける強度を設
   定する設定手段と、 前記設定手段により設定されたレベルにより駆
   動される電磁石を下面に有し、該電磁石の吸引力
   により前記擬似AE信号発生手段を加工対象上に
   取付ける取付手段と、を具備し、 前記設定手段により電磁石の駆動レベルを変化
   させて所定レベルの擬似AE信号を発生させ、該
   擬似AE信号に基づいてAEセンサの感度を調整す
   ることを特徴とする工具折損検出装置。