JPH0586413U - 工具破損監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切削工具にセンサーを取り付けることなく、
工具にかかるトルクを工具と非接触で検出できるように
すること。 【構成】 工具１と工具支持部２にレーザー発光器３，
４でレーザー光を照射し、それぞれ受光素子５，６で反
射レーザーを受光する。受光したレーザー光をアンプ
７，８で増幅した後、最大反射光を検出するためピーク
ホールド回路９，10でピーク点を検出する。工具１と工
具支持部２から得られる反射光ピーク点の時間差をカウ
ンター11でカウントし、その時間差の変化を事前に設定
器13で設定している設定値と判定器12で比較し、設定値
以上の場合にはトルク過大として、制御器14を介して回
転停止信号を出力する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は例えばドリルによる孔明け加工において、ドリルの破損で生じる被加 工物の損傷を防ぐため、常時工具を監視し、ドリルに破損が生じたときドリルの 回転を停止させる工具破損監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

金属加工の代表的な方法に被加工物に切削工具を当てて不要部分を削り落す切 削加工がある。この切削加工では加工条件が不適合であると、工具に過大なトル クがかかり、切削途中で工具が破損することがある。この工具破損により加工中 の製品が損傷を受けたり、工作機械そのものに破損等の悪影響が生じるため、そ の工具破損の兆候を事前に検出し、破損前に工作機械を停止させる検出装置が考 案されている。

【０００３】 こうした破損を検出する主な装置には、工具駆動モータのトルク変動を検出す るもの、工具そのものに歪ゲージなどねじり応力を検出するセンサーを付けその トルク変動を検出するもの、工具破損時にでる高周波の音を検出するアコーステ ィクエミッション法（ＡＥ法）を利用したものがある。

【０００４】 駆動モーターのトルクを検出する方法は簡便な方法であるが、トルク変動をモ ータに流れる電流変化で検出するため微小なトルク変動を検出することは困難で あり、トルク変化によって機械の回転を停止するしきい値を決めるためには、事 前に加工条件毎にいくつかのサンプルで試し切削を行う必要があるなど、使いこ なすには問題が多い。

【０００５】 工具にトルクを検出するセンサーを取り付ける方法は、微小なトルク検出は可 能であるが、工具毎にセンサーを取り付なければならいことや、回転する工具か らセンサー信号をとるための処理が煩雑なことなど、作業性、経済性などに問題 がある。

【０００６】 ＡＥ法を利用した検出方法は、工具破損を的確にとらえられる利点があり、好 ましい方法であるが、モータートルク変動検出方法と同様に加工条件毎に回転を 停止させるしきい値を決める必要があり、取扱いが容易でないという問題点があ る。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

以上述べたように、現在考案あるいは実用化されている工具破損を事前に検出 する方法はいくつかあるが、いずれもその取扱い方法の煩雑さ、経済性、検出能 力の問題があり、優れて実用的で取扱いの容易な方法が求められている。

【０００８】 本考案の目的は切削工具にセンサーを取り付けること無く、工具にかかるトル クを工具と非接触で検出し、異常の有無から工具の回転を停止することのできる 工具破損監視装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案は切削工具と該工具と共に回転する保持部に 設けられた基準部分とにそれぞれレーザ光を照射し、双方の反射光の間に生じる 光量ピーク点の時間的な差を検出する検出部と、この検出された時間差信号と予 め与られた設定値とを比較し、時間差信号が設定値を超えたときに危急停止信号 を出力する判定部と、この危急停止信号が与えられたとき、切削工具の回転を停 止させる制御信号を出力する制御部とを備えることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】

一部分にレーザーが反射する部分を設けた工具とねじれの生じない回転部分（ 基準部分）にレーザーを照射すると、周期的にある一定以上の光量のピーク反射 光が得られる。工具にねじれが生じていない時には、その反射光は工具と基準部 分の反射光の周期は同じであるが、工具にねじれが生じると、ピーク点がずれて くる。 このずれ量をカウンターで計測し、ある一定以上のずれが生じたときに工具回 転を停止する信号を出力する。

【００１１】

【実施例】

以下、添付図面を参照し、本考案の一実施例を詳述する。

【００１２】 図１は本考案の工具破損検出装置の一実施例を示す構成図である。工具１と工 具支持部２にレーザー発光器３、４でレーザー光を照射し、それぞれ受光素子５ ，６で反射レーザーを受光する。受光したレーザー光をアンプ７，８で増幅した 後、最大反射光を検出するためピークホールド回路９，10でピーク点を検出する 。工具１と工具支持部２から得られる反射光ピーク点の時間差をカウンター11で カウントし、その時間差の変化を事前に設定器13で設定している設定値と判定器 12で比較し、設定値以上の場合にはトルク過大として、14を介して回転停止信号 を出力する。 なお、図中符号15はレーザ発振回路を示している。

【００１３】 図２に示すように、回転する工具21の一部に入射レーザー光22が良く反射する 点23が存在すると、その反射光24の強度の時間変化は、図３（ａ）に示すように 、周期的に強度ピーク点が得られる。これをピークホールドし矩形波にすると図 ３（ｂ）に示すようになる。

【００１４】 工具支持部２にも同様のレーザー光を照射し、その反射光強度の時間変化をと ると、工具部と同様の周期的な強度ピーク点が得られ（図３（ｃ））、これをピ ークホールドすると図３（ｄ）に示すような矩形波が得られる。

【００１５】 工具１に負荷がかかっていないときには、反射強度ピーク点は工具１と工具支 持部２は同じタイミングで現れるため、そのピーク点間の時間差をカウンター11 で計測すると、図３（ｅ）に示すようにｔと一定である。

【００１６】 もし、工具１に過大なトルクがかかると、図４に示すように工具41の反射点43 と、工具支持部42の反射点44とはねじれのため角度θだけずれが生ずる。この結 果、上記で述べた工具１の周期的な強度ピーク点は図３（ｆ）で示すように遅く （または早く）なり、ピーク点間の時間差はトルクが無いときの時間ｔに対して 、Δｔだけ増加（あるいは減少）する（図３（ｇ））。 この時間差の増減分Δｔが予め設定された一定値以上になった瞬間に回転停止 などの外部信号を出力し、工具１の破損前に回転を停止することになる。

【００１７】 例えば、直径２ｍｍで50ｍｍ長さのドリルのシャンク部分と支持部分に10ｍｍ の間隔で軸方向に付けられた反射点は、せん断応力約40Ｋｇ／ｍｍ² で破断する 直前には軸線上より約３度のねじれが生じる。3000ｒｐｍでドリルが回転してい るとすると、反射強度ピークは20ミリ秒毎に現れ、３度のねじれにより上述のΔ ｔは約0.2 ミリ秒の変化となって現れる。

【００１８】 このように本考案による工具破損監視装置は、工具１にセンサーなど特別のも のを取り付けること無く、容易に工具にかかるトルクを非接触のまま検出し、異 常の有無から工具の回転を停止することができる。

【００１９】 ここではレーザー反射部分を１箇所とした例を示したが、これを複数個設ける ことも可能であり、この方が異常値検出時間が短くなり、より一層の精度向上が 可能となる。 レーザー反射部分は特別にダイヤモンド痕など特別の形状にする方が精度が高 いが、工具に付けられている工具番号などでもそのまま利用できる。

【００２０】 なお、上記実施例では工具１と工具支持部２との間で比較を行ったが、工具１ 部分だけでも可能で、軸方向にある一定以上離れた工具１部分でトルクによりね じれ差が生じれば同様の効果がある。

【００２１】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、工具にセンサーを取り付けること無く、工 具にかかるトルクを非接触で検出し、工具が破損する前に機械を停止することが できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による工具破損監視装置の一実施例を示
す構成図。

【図２】レーザー入射光と反射光の一例を示す説明図。

【図３】反射光の強度ピーク点の例を示す波形図。

【図４】工具部と工具支持部のねじれの一例を示す説明
図。

【符号の説明】

１…工具 ２…工具支持部 ３，４…レーザー発光器 ５，６…受光素子 ９，10…ピークホールド回路 11…カウンター 12…判定器 14…制御器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 切削工具と該工具と共に回転する保持部
   に設けられた基準部分とにそれぞれレーザ光を照射し、
   双方の反射光の間に生じる光量ピーク点の時間的な差を
   検出する検出部と、この検出された時間差信号と予め与
   えられた設定値とを比較し、時間差信号が設定値を超え
   たときに危急停止信号を出力する判定部と、この危急停
   止信号が与えられたとき、前記切削工具の回転を停止さ
   せる制御信号を出力する制御部とを具備してなる工具破
   損監視装置。