JPH055622B2 - - Google Patents
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- JPH055622B2 JPH055622B2 JP59239281A JP23928184A JPH055622B2 JP H055622 B2 JPH055622 B2 JP H055622B2 JP 59239281 A JP59239281 A JP 59239281A JP 23928184 A JP23928184 A JP 23928184A JP H055622 B2 JPH055622 B2 JP H055622B2
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- Japan
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- signal
- tool
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- signal processing
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02854—Length, thickness
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
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。
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。
本発明による工具折損検出装置は、少なくとも
３つ以上のAEセンサを所定間隔を隔てて加工対
象上に配置し、各AEセンサより得られる折損検
知信号の時間差に基づいてその信号源の位置を算
出している。そして折損検知信号が得られた瞬間
の工具の位置と信号源の位置とを比較することに
よつて、工具が存在する位置から折損検知信号が
得られたときにだけ真に工具が折損したものとし
て折損信号を出力するようにしている。そして工
具の存在しない場所から発生する折損時のAE信
号と似た信号を排除することによつて、工具折損
の信頼性を向上させるようにしたものである。
３つ以上のAEセンサを所定間隔を隔てて加工対
象上に配置し、各AEセンサより得られる折損検
知信号の時間差に基づいてその信号源の位置を算
出している。そして折損検知信号が得られた瞬間
の工具の位置と信号源の位置とを比較することに
よつて、工具が存在する位置から折損検知信号が
得られたときにだけ真に工具が折損したものとし
て折損信号を出力するようにしている。そして工
具の存在しない場所から発生する折損時のAE信
号と似た信号を排除することによつて、工具折損
の信頼性を向上させるようにしたものである。
工作機械において工具を用いて加工対象を切削
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。
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、AEセンサより得られる信号の振幅の平均値
や特定の周波数に基づいて工具の折損を検出して
おり、他の原因で得られるAE信号例えばワーク
の切屑から発生する信号やソレノイドの開閉等に
伴う電気ノイズ、ワークに物体が接触した場合の
衝撃音等と充分に分離することができず、信頼性
が低いという問題点があつた。
ば、AEセンサより得られる信号の振幅の平均値
や特定の周波数に基づいて工具の折損を検出して
おり、他の原因で得られるAE信号例えばワーク
の切屑から発生する信号やソレノイドの開閉等に
伴う電気ノイズ、ワークに物体が接触した場合の
衝撃音等と充分に分離することができず、信頼性
が低いという問題点があつた。
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、工具の大
きさや切屑、他の信号灯に影響されず確実に工具
の折損を検出することができる信頼性の高い工具
折損検出装置を提供することを目的とする。
問題点に鑑みてなされたものであつて、工具の大
きさや切屑、他の信号灯に影響されず確実に工具
の折損を検出することができる信頼性の高い工具
折損検出装置を提供することを目的とする。
本発明は工作機械の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、加工対象上に所定間隔を隔てて設
けられた少なくとも３つのAEセンサと、各AEセ
ンサから得られるAE信号に基づいて工具の折損
検知信号を夫々出力する複数の信号処理手段と、
各信号処理手段より得られる折損信号の時間差に
基づいて折損信号源の位置を判別する位置判別手
段と、信号処理手段より折損検知信号が得られた
ときの工具の位置と位置判別手段によつて判別さ
れた位置とを比較し、工具の位置より折損信号が
得られたときに折損信号を出力する折損判別手段
と、を具備することを特徴とするものである。
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、加工対象上に所定間隔を隔てて設
けられた少なくとも３つのAEセンサと、各AEセ
ンサから得られるAE信号に基づいて工具の折損
検知信号を夫々出力する複数の信号処理手段と、
各信号処理手段より得られる折損信号の時間差に
基づいて折損信号源の位置を判別する位置判別手
段と、信号処理手段より折損検知信号が得られた
ときの工具の位置と位置判別手段によつて判別さ
れた位置とを比較し、工具の位置より折損信号が
得られたときに折損信号を出力する折損判別手段
と、を具備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、複数
のAEセンサを用い各AEセンサへのAE信号の到
達時間差から信号源の位置をワーク上に特定し、
工具の位置と比較するようにしている。こうすれ
ば工具が存在する位置以外から折損信号と極めて
似た信号が得られた場合にも工具折損と誤つて判
断することがなくなる。そのため工具が存在する
位置から発生するAE信号のみを工具折損信号と
することができ、工具折損の信頼性を大幅に向上
させることが可能となる。本発明によるこのよう
な工具折損検出方式は、折損信号の周波数特性や
時間領域の特性による工具折損の検出とは独立し
た一つの論理積条件とすることが可能であり、こ
れらの各条件を組み合わせることによつて更に工
具折損検出の信頼性を向上させることが可能とな
る。
のAEセンサを用い各AEセンサへのAE信号の到
達時間差から信号源の位置をワーク上に特定し、
工具の位置と比較するようにしている。こうすれ
ば工具が存在する位置以外から折損信号と極めて
似た信号が得られた場合にも工具折損と誤つて判
断することがなくなる。そのため工具が存在する
位置から発生するAE信号のみを工具折損信号と
することができ、工具折損の信頼性を大幅に向上
させることが可能となる。本発明によるこのよう
な工具折損検出方式は、折損信号の周波数特性や
時間領域の特性による工具折損の検出とは独立し
た一つの論理積条件とすることが可能であり、こ
れらの各条件を組み合わせることによつて更に工
具折損検出の信頼性を向上させることが可能とな
る。
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。本実施例は数値制
御装置を用いて制御されるボール盤に取付けられ
た工具折損検出装置を示すものであつて、ワーク
１はボール盤のベース上に固定されており、ワー
ク１の上部よりドリル２を回転させて所定速度で
押下しワーク１を開口する。ドリル２は数値制御
装置３によつてその動作が制御されている。ここ
で用いられるドリルは図示しない自動工具交換器
によつて自動的に交換されるものとする。さてワ
ーク１の上部のドリルの刃が接触する位置にワー
ク１に切削を行う前にあらかじめAEセンサと同
じくPZT等からなる擬似折損信号発生器４が取
付けられる。駆動回路５はこの擬似折損信号発生
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出力波形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を発振するように
構成されており、その振幅レベルは外部より与え
られる。そしてワーク１の上部には第１図に示す
ように４つのAEセンサ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ
を正方形の各頂点に配置し、６Ａと６Ｂ，６Ｃと
６Ｄ間の長さを夫々２ｃとする。各AEセンサ６
Ａ〜６Ｄはドリル２等の工具からのAE信号や擬
似折損信号発生器４からのAE信号を検出する広
帯域のAEセンサであつて、その出力は夫々AE信
号処理部７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに与えられる。
AE信号処理部７Ａ〜７Ｄは夫々AEセンサ６Ａ〜
６Ｄからの信号を所定のレベルで増幅すると共に
工具の折損、異常切削の信号を検知し、入出力イ
ンターフエース８を介して中央演算装置（以下
CPUという）９に与えるものである。CPU９に
はシステム制御プログラムを記憶するリードオン
リメモリ（以下ROMという）１０と、この数値
制御装置３によつて用いられる工具に対応する
AEセンサの感度情報を含むランダムアクセスメ
モリ（以下RAMという）１１から成る記憶手段
が接続され、各AE信号処理部７Ａ〜７Ｄより折
損信号が得られる時間を記憶するイベントタイマ
１２が接続されている。CPU９には更に入出力
インターフエース１３を介して切削中のAE信号
レベル、工具の異常切削や折損を表示する表示部
１４、及び工具の番号や種類、標準のAEセンサ
の感度を設定する入力キー１５が接続される。更
に信号伝送ライン１６を介して数値制御装置３が
接続されている。CPU９は後述するように４つ
のAE信号処理部７Ａ〜７Ｄの信号に基づいて折
損信号が与えられた位置を算出すると共に、その
位置が工具の存在する位置である場合に折損信号
を表示部１４より出力するものである。
施例を示すブロツク図である。本実施例は数値制
御装置を用いて制御されるボール盤に取付けられ
た工具折損検出装置を示すものであつて、ワーク
１はボール盤のベース上に固定されており、ワー
ク１の上部よりドリル２を回転させて所定速度で
押下しワーク１を開口する。ドリル２は数値制御
装置３によつてその動作が制御されている。ここ
で用いられるドリルは図示しない自動工具交換器
によつて自動的に交換されるものとする。さてワ
ーク１の上部のドリルの刃が接触する位置にワー
ク１に切削を行う前にあらかじめAEセンサと同
じくPZT等からなる擬似折損信号発生器４が取
付けられる。駆動回路５はこの擬似折損信号発生
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出力波形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を発振するように
構成されており、その振幅レベルは外部より与え
られる。そしてワーク１の上部には第１図に示す
ように４つのAEセンサ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ
を正方形の各頂点に配置し、６Ａと６Ｂ，６Ｃと
６Ｄ間の長さを夫々２ｃとする。各AEセンサ６
Ａ〜６Ｄはドリル２等の工具からのAE信号や擬
似折損信号発生器４からのAE信号を検出する広
帯域のAEセンサであつて、その出力は夫々AE信
号処理部７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに与えられる。
AE信号処理部７Ａ〜７Ｄは夫々AEセンサ６Ａ〜
６Ｄからの信号を所定のレベルで増幅すると共に
工具の折損、異常切削の信号を検知し、入出力イ
ンターフエース８を介して中央演算装置（以下
CPUという）９に与えるものである。CPU９に
はシステム制御プログラムを記憶するリードオン
リメモリ（以下ROMという）１０と、この数値
制御装置３によつて用いられる工具に対応する
AEセンサの感度情報を含むランダムアクセスメ
モリ（以下RAMという）１１から成る記憶手段
が接続され、各AE信号処理部７Ａ〜７Ｄより折
損信号が得られる時間を記憶するイベントタイマ
１２が接続されている。CPU９には更に入出力
インターフエース１３を介して切削中のAE信号
レベル、工具の異常切削や折損を表示する表示部
１４、及び工具の番号や種類、標準のAEセンサ
の感度を設定する入力キー１５が接続される。更
に信号伝送ライン１６を介して数値制御装置３が
接続されている。CPU９は後述するように４つ
のAE信号処理部７Ａ〜７Ｄの信号に基づいて折
損信号が与えられた位置を算出すると共に、その
位置が工具の存在する位置である場合に折損信号
を表示部１４より出力するものである。
次に第２図はAE信号処理部７Ａの詳細な構成
を示すブロツク図である。他のAE信号処理部７
Ｂ〜７Ｄについても同一の構成を有している。さ
て本図においてAEセンサ６Ａの出力はまずアナ
ログスイツチ２０に与えられる。アナログスイツ
チ２０はCPU９からの制御信号に基づいてアナ
ログ信号を断続するスイツチであつて、その出力
端は可変増幅率増幅器２１に接続されている。増
幅器２１はCPU９からの制御入力に基づいて増
幅率を設定することができる可変増幅率増幅器で
あつて、その出力を二つのバンドパスフイルタ２
２，２３及び入出力インターフエース８を介して
CPU９に与えるものである。バンドパスフイル
タ２２は中心周波数300KHz、バンドパスフイル
タ２３は中心周波数50KHzのフイルタであつて、
夫々中心周波数付近の信号のみを次段の検波器２
４，２５に伝える。検波器２４，２５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２４の出力は微分回路２６に、検
波器２４，２５の出力は夫々比較器２７に与えら
れる。これらのバンドパスフイルタ２２，２３、
検出器２４，２５及び比較器２７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２６は入力信号の急峻な変化分のみ
を次段のレベル判定器２８に伝える。レベル判定
器２８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２９と異常切削検出回路３０に伝える。
又比較器２７は検波器２４，２５の出力を比較
し、検波器２４の出力が大きい場合にのみ出力を
折損検出回路２９に伝える。折損検出回路２９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、検出信号を入出力インタ
ーフエース８を介してCPU９に伝える。又異常
切削検出回路３０はレベル判定器２８の出力に基
づいて異常切削を検出して入出力インターフエー
ス８を介してCPU９に伝えるものである。
を示すブロツク図である。他のAE信号処理部７
Ｂ〜７Ｄについても同一の構成を有している。さ
て本図においてAEセンサ６Ａの出力はまずアナ
ログスイツチ２０に与えられる。アナログスイツ
チ２０はCPU９からの制御信号に基づいてアナ
ログ信号を断続するスイツチであつて、その出力
端は可変増幅率増幅器２１に接続されている。増
幅器２１はCPU９からの制御入力に基づいて増
幅率を設定することができる可変増幅率増幅器で
あつて、その出力を二つのバンドパスフイルタ２
２，２３及び入出力インターフエース８を介して
CPU９に与えるものである。バンドパスフイル
タ２２は中心周波数300KHz、バンドパスフイル
タ２３は中心周波数50KHzのフイルタであつて、
夫々中心周波数付近の信号のみを次段の検波器２
４，２５に伝える。検波器２４，２５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２４の出力は微分回路２６に、検
波器２４，２５の出力は夫々比較器２７に与えら
れる。これらのバンドパスフイルタ２２，２３、
検出器２４，２５及び比較器２７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２６は入力信号の急峻な変化分のみ
を次段のレベル判定器２８に伝える。レベル判定
器２８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２９と異常切削検出回路３０に伝える。
又比較器２７は検波器２４，２５の出力を比較
し、検波器２４の出力が大きい場合にのみ出力を
折損検出回路２９に伝える。折損検出回路２９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、検出信号を入出力インタ
ーフエース８を介してCPU９に伝える。又異常
切削検出回路３０はレベル判定器２８の出力に基
づいて異常切削を検出して入出力インターフエー
ス８を介してCPU９に伝えるものである。
次に本実施例の動作について説明する。まず入
力キー１４よりCPU９に数値制御装置３によつ
て用いられる工具のデータが入力されると、
CPU９は駆動回路５に基準入力を送り込み、そ
のとき各AEセンサ６Ａ〜６Ｄより得られる信号
レベルに基づいて可変増幅率増幅器２１の増幅率
を調整し、全てのAEセンサ６Ａ〜６Ｄの感度を
最適値に設定する。
力キー１４よりCPU９に数値制御装置３によつ
て用いられる工具のデータが入力されると、
CPU９は駆動回路５に基準入力を送り込み、そ
のとき各AEセンサ６Ａ〜６Ｄより得られる信号
レベルに基づいて可変増幅率増幅器２１の増幅率
を調整し、全てのAEセンサ６Ａ〜６Ｄの感度を
最適値に設定する。
次に本実施例の信号源を特定するための処理に
ついて第３図のフローチヤートを参照しつつ説明
する。このフローチヤートにおいて引出し線を用
いて示す番号はCPU９の動作ステツプである。
まず動作を開始するとステツプ40においてそのと
きの音速の値Ｖを入力キー１５より読込む。そし
てステツプ41においてCPU９に接続されている
イベントタイマ１２の動作を開始させる。次いで
ルーチン４２〜４５に進んで各AE信号処理部７
Ａ〜７ＤよりAEセンサ６Ａ〜６Ｄの出力の信号
処理を行う。この信号処理は第２図に示す各信号
処理部７Ａ〜７Ｄのハードウエアによつて実行さ
れ、折損検知信号を検知した場合には入出力イン
ターフエース８を介してCPU９に伝えられる。
従つてCPU９は各AE信号処理部７Ａ〜７Ｄより
折損検知信号が与えられるかどうかをチエツクし
ており（ステツプ46〜49）、あるいはAE信号処理
部から折損信号が検出されれば同一ワーク上にあ
る他のAEセンサの信号処理部からも所定の時間
差を持つて折損信号が検出される。従つて折損信
号が検出された場合にはステツプ50〜53において
検出時のイベントタイマ１２のタイマ値Ta，
Tb，Tc，Tdを夫々RAM１１に記憶する。そし
てステツプ54に進んでAE信号処理部７Ａ，７Ｂ
及び７Ｃと７Ｄより得られたタイマ値を早いもの
の順に並べ変える。各AEセンサ６Ａ〜６Ｄには
同一信号源より微小時間差を持つて信号が検出さ
れるが、そのとき信号源からの到達時間差により
AEセンサからの距離が一定の双曲線が図示のよ
うに求まる。そしてこれらの双曲線の交点は信号
源Ｐである。従つてこの距離差ΔL1，ΔL2を次式
より求める。
ついて第３図のフローチヤートを参照しつつ説明
する。このフローチヤートにおいて引出し線を用
いて示す番号はCPU９の動作ステツプである。
まず動作を開始するとステツプ40においてそのと
きの音速の値Ｖを入力キー１５より読込む。そし
てステツプ41においてCPU９に接続されている
イベントタイマ１２の動作を開始させる。次いで
ルーチン４２〜４５に進んで各AE信号処理部７
Ａ〜７ＤよりAEセンサ６Ａ〜６Ｄの出力の信号
処理を行う。この信号処理は第２図に示す各信号
処理部７Ａ〜７Ｄのハードウエアによつて実行さ
れ、折損検知信号を検知した場合には入出力イン
ターフエース８を介してCPU９に伝えられる。
従つてCPU９は各AE信号処理部７Ａ〜７Ｄより
折損検知信号が与えられるかどうかをチエツクし
ており（ステツプ46〜49）、あるいはAE信号処理
部から折損信号が検出されれば同一ワーク上にあ
る他のAEセンサの信号処理部からも所定の時間
差を持つて折損信号が検出される。従つて折損信
号が検出された場合にはステツプ50〜53において
検出時のイベントタイマ１２のタイマ値Ta，
Tb，Tc，Tdを夫々RAM１１に記憶する。そし
てステツプ54に進んでAE信号処理部７Ａ，７Ｂ
及び７Ｃと７Ｄより得られたタイマ値を早いもの
の順に並べ変える。各AEセンサ６Ａ〜６Ｄには
同一信号源より微小時間差を持つて信号が検出さ
れるが、そのとき信号源からの到達時間差により
AEセンサからの距離が一定の双曲線が図示のよ
うに求まる。そしてこれらの双曲線の交点は信号
源Ｐである。従つてこの距離差ΔL1，ΔL2を次式
より求める。
ΔL1＝ΔT1・Ｖ＝｜Ta−Tb｜Ｖ ……(1)
ΔL2＝ΔT2・Ｖ＝｜Tc−Td｜Ｖ ……(2)
さて第４図において原点Ｏに対して夫々のAE
センサ６Ａ〜６Ｄを対称な位置、即ち６Ａ（０，
ｃ）、６Ｂ（０，−ｃ）、６Ｃ（ｃ，０）、６Ｄ（−ｃ
，
０）に定めるものとすると、AEセンサ６Ａ，６
Ｂを焦点とする双曲線S1，S2は次式によつて求
められる。
センサ６Ａ〜６Ｄを対称な位置、即ち６Ａ（０，
ｃ）、６Ｂ（０，−ｃ）、６Ｃ（ｃ，０）、６Ｄ（−ｃ
，
０）に定めるものとすると、AEセンサ６Ａ，６
Ｂを焦点とする双曲線S1，S2は次式によつて求
められる。
x2／a2／1−y2／b2／1＝１ ……(3)
但し
ΔL1＝2a1，b1＝√2 1−2
又同様にしてAEセンサ６Ｃ，６Ｄを焦点とす
る双曲線S3，S4は次式によつて求められる。
る双曲線S3，S4は次式によつて求められる。
y2／a2／2−x2／b2／2＝１ ……(4)
但し
ΔL2＝2a2，b2＝√2 2−2
従つて式(3)，(4)の連立方程式より
Xs＝±a1b2√（2 1＋2 2）
Ys＝±a2b1√（2 1＋2 2）
但しｄ＝b2 1b2 2−a2 1a2 2≠０
となる。ここで信号源Ｐはタイマ値より以下の条
件下に位置している。
件下に位置している。
Ta＜Tbのとき第１、第２象限
Ta＞Tbのとき第３、第４象限
Tc＜Tdのとき第１、第４象限
Tc＞Tdのとき第２、第３象限
この条件より信号源Ｐ（Xs，Ys）を一点に特
定することができる。例えばTa＜Tb，Tc＜Td
であれば第４図に示すように信号源Ｐは第１象限
となる。このようにステツプ56において以上の式
に基づいて信号源Ｐの位置、即ちXs，Ysを算出
する。そしてこの信号源Ｐの位置といずれかの
AEセンサ６Ａ〜６Ｄに得られた折損時間Ta〜
Tdに基づいて実際に信号が発生した時間Toを算
出する（ステツプ57）。次いでステツプ58におい
て数値制御装置３に信号発生時間Toのデータを
送り、その時点での工具の座標Po（Xo，Yo）の
データを受け取る。そして工具の座標Poと信号
源（Xs，Ys）との距離Ｓを次式に基づいて算出
する（ステツプ59）。
定することができる。例えばTa＜Tb，Tc＜Td
であれば第４図に示すように信号源Ｐは第１象限
となる。このようにステツプ56において以上の式
に基づいて信号源Ｐの位置、即ちXs，Ysを算出
する。そしてこの信号源Ｐの位置といずれかの
AEセンサ６Ａ〜６Ｄに得られた折損時間Ta〜
Tdに基づいて実際に信号が発生した時間Toを算
出する（ステツプ57）。次いでステツプ58におい
て数値制御装置３に信号発生時間Toのデータを
送り、その時点での工具の座標Po（Xo，Yo）の
データを受け取る。そして工具の座標Poと信号
源（Xs，Ys）との距離Ｓを次式に基づいて算出
する（ステツプ59）。
Ｓ＝√（−）2＋（−）2 ……(5)
更にステツプ60に進んでこの工具と信号源との
距離Ｓが工具の径と許容される測定誤差Ｅの和以
下であるかどうかを判断する。工具と信号源との
距離Ｓがこの値以上であれば工具が存在した位置
以外からAE信号が発生したと考えられるので、
各AE信号処理部７Ａ〜７Ｄより折損信号が与え
られても誤つた信号であると判断される。従つて
工具の折損であると判断せずにステツプ41に戻つ
て同様の処理を繰り返す。しかしステツプ60にお
いて距離Ｓが工具の径と測定誤差Ｅの和以下であ
れば工具が存在した範囲内から折損信号が得られ
たので、工具が折損したものと判断される。従つ
てステツプ61に進んで表示部１４より工具の折損
を表示し動作を停止する。
距離Ｓが工具の径と許容される測定誤差Ｅの和以
下であるかどうかを判断する。工具と信号源との
距離Ｓがこの値以上であれば工具が存在した位置
以外からAE信号が発生したと考えられるので、
各AE信号処理部７Ａ〜７Ｄより折損信号が与え
られても誤つた信号であると判断される。従つて
工具の折損であると判断せずにステツプ41に戻つ
て同様の処理を繰り返す。しかしステツプ60にお
いて距離Ｓが工具の径と測定誤差Ｅの和以下であ
れば工具が存在した範囲内から折損信号が得られ
たので、工具が折損したものと判断される。従つ
てステツプ61に進んで表示部１４より工具の折損
を表示し動作を停止する。
次にルーチン４２〜４５の各AE信号処理部で
の折損信号検出についてAE信号処理部７Ａに基
づいて説明する。今AEセンサ６ＡよりAE信号が
アナログスイツチ２０を介して与えられたとする
と、増幅器２１により増幅されバンドパスフイル
タ２２，２３に与えられる。さて通常の切削加工
時にAEセンサ６Ａより与えられるAE信号のパワ
ースペクトルの分布は第５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５図の曲線ａに
より表され、周波数300KHz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２
２，２３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２４，２５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50KHz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２７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２９に与えている。
の折損信号検出についてAE信号処理部７Ａに基
づいて説明する。今AEセンサ６ＡよりAE信号が
アナログスイツチ２０を介して与えられたとする
と、増幅器２１により増幅されバンドパスフイル
タ２２，２３に与えられる。さて通常の切削加工
時にAEセンサ６Ａより与えられるAE信号のパワ
ースペクトルの分布は第５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５図の曲線ａに
より表され、周波数300KHz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２
２，２３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２４，２５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50KHz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２７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２９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５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２２，２
３の中心周波数やＱの値、及び比較器２７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
発明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６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るAE信号は
第６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２
図のブロツク図に示すように検波器２４の出力を
微分回路２６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２８に与える。レベル判
定器２８は入力信号が大きいときに出力を折損検
出回路２９及び異常切削検出回路３０に与える。
折損検出回路２９は比較器２７とレベル判定器２
８の論理積によつて工具の折損を検出し、工具折
損時には入出力インターフエース８よりCPU９
に折損検知信号を伝える。これに基づいてCPU
９は折損時の時間Taを記憶し前述した信号処理
を行つている。
接触や摩擦によつて第５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２２，２
３の中心周波数やＱの値、及び比較器２７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
発明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６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るAE信号は
第６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２
図のブロツク図に示すように検波器２４の出力を
微分回路２６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２８に与える。レベル判
定器２８は入力信号が大きいときに出力を折損検
出回路２９及び異常切削検出回路３０に与える。
折損検出回路２９は比較器２７とレベル判定器２
８の論理積によつて工具の折損を検出し、工具折
損時には入出力インターフエース８よりCPU９
に折損検知信号を伝える。これに基づいてCPU
９は折損時の時間Taを記憶し前述した信号処理
を行つている。
このように本実施例では各AE信号処理部はAE
信号の周波数検出及び時間領域の立上り信号検出
の論理積によつて折損検知信号を出力し、各AE
センサ信号処理部から与えられる折損検知時間に
基づいて折損信号の信号源を算出し、その位置が
工具が存在した位置に等しければ工具が折損した
ものであると判断している。従つて誤つた信号に
基づいて折損信号が出力される恐れはなく、極め
て高精度に工具の折損を検出することが可能とな
る。
信号の周波数検出及び時間領域の立上り信号検出
の論理積によつて折損検知信号を出力し、各AE
センサ信号処理部から与えられる折損検知時間に
基づいて折損信号の信号源を算出し、その位置が
工具が存在した位置に等しければ工具が折損した
ものであると判断している。従つて誤つた信号に
基づいて折損信号が出力される恐れはなく、極め
て高精度に工具の折損を検出することが可能とな
る。
尚本実施例は４つのAEセンサとAE信号処理部
を用いて折損信号の信号源を算出しているが、３
つのAEセンサを三角形の各頂点に配置し、その
一つの頂点に配置されるAEセンサを共通のセン
サとして二つの双曲線から信号源を算出すること
も可能である。
を用いて折損信号の信号源を算出しているが、３
つのAEセンサを三角形の各頂点に配置し、その
一つの頂点に配置されるAEセンサを共通のセン
サとして二つの双曲線から信号源を算出すること
も可能である。
又本実施例は周波数領域及び時間領域での折損
の検知に加えて工具の折損信号の位置を検出して
いるが、周波数領域及び時間領域のいずれか一方
での検出のみと工具折損の位置検出とを組み合わ
せるようにして工具の折損を検出するようにする
ことも可能である。
の検知に加えて工具の折損信号の位置を検出して
いるが、周波数領域及び時間領域のいずれか一方
での検出のみと工具折損の位置検出とを組み合わ
せるようにして工具の折損を検出するようにする
ことも可能である。
更に本実施例は数値制御装置を用いたボール盤
にこの折損信号検出装置を適用したものである
が、本発明は数値制御装置を組合わせて用いられ
る他の工作機械、例えば旋盤やフライス盤等の
種々の工作機械や大規模なマシニングセンタに適
用することも可能である。
にこの折損信号検出装置を適用したものである
が、本発明は数値制御装置を組合わせて用いられ
る他の工作機械、例えば旋盤やフライス盤等の
種々の工作機械や大規模なマシニングセンタに適
用することも可能である。
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AE信号処理部
の詳細な構成を示すブロツク図、第３図は本実施
例による切削状況を監視する場合の処理を示すフ
ローチヤート、第４図は４つのAEセンサと双曲
線及び工具折損の信号源Ｐを示すグラフ、第５図
はAEセンサより得られるAE信号のパワースペク
トルを示す図、第６図ａは工具折損時に得られる
AE信号波形、第６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……ドリル、３……数値制御
装置、４……擬似折損信号発生器、５……駆動回
路、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ……AEセンサ、７
Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ……AE信号処理部、８，
１２……入出力インターフエース、９……CPU，
１０……ROM，１１……RAM，１２……イベ
ントタイマ、１４……表示部、１５……入力キ
ー、２０……アナログスイツチ、２１……可変増
幅率増幅器、２２，２３……バンドパスフイル
タ、２４，２５……検波器、２６……微分回路、
２７……比較器、２８……レベル判定器、２９…
…折損検出回路。
施例を示すブロツク図、第２図はAE信号処理部
の詳細な構成を示すブロツク図、第３図は本実施
例による切削状況を監視する場合の処理を示すフ
ローチヤート、第４図は４つのAEセンサと双曲
線及び工具折損の信号源Ｐを示すグラフ、第５図
はAEセンサより得られるAE信号のパワースペク
トルを示す図、第６図ａは工具折損時に得られる
AE信号波形、第６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……ドリル、３……数値制御
装置、４……擬似折損信号発生器、５……駆動回
路、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ……AEセンサ、７
Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ……AE信号処理部、８，
１２……入出力インターフエース、９……CPU，
１０……ROM，１１……RAM，１２……イベ
ントタイマ、１４……表示部、１５……入力キ
ー、２０……アナログスイツチ、２１……可変増
幅率増幅器、２２，２３……バンドパスフイル
タ、２４，２５……検波器、２６……微分回路、
２７……比較器、２８……レベル判定器、２９…
…折損検出回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 工作機械の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、 加工対象上に所定間隔を隔てて設けられた少な
くとも３つのAEセンサと、 前記各AEセンサから得られるAE信号に基づい
て工具の折損検知信号を夫々出力する複数の信号
処理手段と、 前記各信号処理手段より得られる折損信号の時
間差に基づいて折損信号源の位置を判別する位置
判別手段と、 前記信号処理手段より折損検知信号が得られた
ときの工具の位置と前記位置判別手段によつて判
別された位置とを比較し、工具の位置より折損信
号が得られたときに折損信号を出力する折損判別
手段と、を具備することを特徴とする工具折損検
出装置。 ２ 前記複数の信号処理手段は、夫々周波数識別
手段を有し、工具折損時に得られるAE信号の周
波数成分と強い相関を持つ周波数成分のAE信号
が与えられたときに折損検知信号を出力するもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の工具折損検出装置。 ３ 前記複数の信号処理手段は、夫々AEセンサ
より急激に立上る信号が与えられたときに折損検
知信号を出力する立上り信号検出手段を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工具
折損検出装置。 ４ 前記複数の信号処理手段は、工具の折損時に
得られるAE信号の周波数成分と強い相関を持つ
周波数成分のAE信号が与えられたときに出力を
出す周波数識別手段、前記AEセンサより急激に
立上る信号が与えられたときに出力を出す立上り
信号検出手段の論理積出力に基づいて折損検知信
号を出力するものであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の工具折損検出装置。 ５ 前記AEセンサは、加工対象上の正方形の各
頂点に配置された４つのAEセンサであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工具折損
検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59239281A JPS61117449A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 工具折損検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59239281A JPS61117449A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 工具折損検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61117449A JPS61117449A (ja) | 1986-06-04 |
| JPH055622B2 true JPH055622B2 (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=17042413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59239281A Granted JPS61117449A (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 工具折損検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61117449A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6486739B2 (ja) * | 2015-03-23 | 2019-03-20 | 株式会社東芝 | 検知システム、検知方法及び信号処理装置 |
-
1984
- 1984-11-13 JP JP59239281A patent/JPS61117449A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61117449A (ja) | 1986-06-04 |
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