JPH06218655A - 工具異常監視方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 工具の材質及び切削条件等の変動に拘わらず
信頼性が高い工具異常監視方法及びその実施に使用する
装置を提供する。 【構成】 ＡＥセンサ１が検出した突切りバイト14取り
替え直後のＡＥは、包絡線検波されて、計算器５のＡＤ
変換器51に入力され、データ記憶装置52が所定時間分記
憶する。このデータを用いて閾値演算器53が第１閾値を
算出して第１比較演算器54に与える。第１比較演算器54
は前記データにおける第１閾値を越える振幅の実効値を
算出し、これを基準値とすべく基準値記憶装置56に記憶
する。一方実際の工作中のＡＥについて、同様に第２閾
値を算出して実効値を算出し、第２比較演算器57に与え
る。第２比較演算器57はこの実効値と前記基準値とを比
較して、実効値が基準値を越えた場合、警報装置６を動
作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械の工具の摩耗，
欠損等による工具異常を監視する方法及びその実施に使
用する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロニクス関連機器の大幅な信頼
性の向上と金属加工における生産性向上の要求とが相ま
って、夜間無人の生産方式が採用されるようになってい
る。このような生産方式を実施するにおいて、工作機械
の工具の摩耗，欠損等による工具異常は、加工不良を招
くだけでなく、工作機械の損傷，切削油引火による火災
等の事故につながるため、工具異常を監視して工具の摩
耗，欠損の程度に応じて工具の取り替えまたは工作機械
の停止といった処置を施さなければならない。

【０００３】従来例えば切削機械の工具の異常を監視す
る方法には、（１）動力モータの負荷電流の変化を検出
する方法、（２）工作機械の機械振動の変化を検出する
方法、（３）工具に作用する力の変化を歪みゲージ等で
検出する方法及び（４）工具より発生するＡＥ（Ａcous
tic Ｅmission ）の増加を検出する方法等がある。

【０００４】しかし（１）の方法は、動力モータに比べ
て切削力が小さい場合、異常切削による動力変化が小さ
いため、検出能が劣る。また（２）の方法は、切削以外
の振動、例えば被加工物の取替えの際の被加工物または
これを搬送する装置の切削機械への衝突による振動等の
ノイズが誤検出の原因となる。更に（３）の方法は、切
削機械への検出装置の配設加工により切削機械が高価と
なり、また検出装置に付随して温度保証装置を配設しな
ければならない。

【０００５】一方（４）の方法は、測定周波数帯が高い
ので切削機械の振動によるノイズを除去し得、また検出
装置の配設が簡便であり、更に工具欠損時には通常切削
時よる大きなＡＥが測定されるため、工具の欠損検出に
有用な方法であるが、切削中の切屑の工具へのからみつ
き、または切屑の切断による突発的なＡＥノイズが発生
し、誤検出となる問題があった。

【０００６】そこで突発的なＡＥノイズによる誤検出を
防ぐために、特公平２−１５９５４号公報に記載されて
いる如き方法が提案されている。図３及び図４は特公平
２−１５９５４号公報に記載されている従来のＡＥによ
る工具異常の監視を説明するグラフである。切削時に発
生するＡＥ信号の中から10ｋHz〜１ＭHzの周波数領域の
信号ＡＥ１を取り出す。そしてＡＥ１が予め設定された
第１摩耗閾値Ａに対して越えた差分ＡＥ２のみを時間積
分し、積分値ＡＥ３が第２摩耗閾値Ｂ1 を越えたとき摩
耗アラーム信号を出力し、更に第３摩耗閾値Ｂ2 （Ｂ1
＜Ｂ2 ）を越えたとき異常摩耗アラームを出力する。一
方前記ＡＥ１が異常閾値Ｃ（Ａ＜Ｃ）を越えたときは加
工停止を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような従
来の方法にあっては、使用する工具の材質及び切削条件
等に応じて個々に閾値Ａ，Ｂ1 ，Ｂ2 及びＣが定められ
ており、これらの変更に伴い検出装置に閾値を設定しな
おさなければならない。また前記工具の材質のバラツキ
及び切削条件の変動が生じると、発生するＡＥ信号が異
なるため検出能力に差異が生じる。更に同種の工具であ
ってもその工具の摩耗状態の差異により、発生するＡＥ
信号が異なり、同一の閾値では検出能力にバラツキが生
じて信頼性が低下するといった問題があった。

【０００８】本発明はかかる問題に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところはサンプリングしたＡ
Ｅ信号の振幅より設定すべき閾値を求め、求めた閾値を
越えるＡＥ信号の振幅の実効値を、工具取り替え直後に
求めた基準値と比較することにより、工具材質のバラツ
キ及び切削条件の変動等に拘わらず信頼性の高い工具異
常監視方法及びその実施に使用する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】第１発明に係る工具異常
監視方法は、工作機械に取付けられた工具が工作中に発
生するＡＥを検出して前記工具の異常を監視する方法に
おいて、予め、ＡＥを検出して電気信号を得、その振幅
に基づいて求めた第１閾値を越えた前記電気信号の振幅
の実効値を求めてこれを基準値とし、前記ＡＥを検出し
て電気信号を得、その振幅に基づいて第２閾値を求め、
該第２閾値を越えた前記電気信号の振幅から求められる
実効値と、前記基準値とを比較し、比較した実効値が基
準値を越えた場合、工具異常と判断することを特徴とす
る。

【００１０】また第２発明に係る工具異常監視装置は、
工作機械に取付けられた工具が工作中に発生するＡＥを
検出して前記工具の異常を監視する装置において、前記
ＡＥを検出して電気信号を得る手段と、該電気信号の振
幅に基づいて閾値を求める手段と、該閾値を越える前記
電気信号の振幅の実効値を求める手段と、予め求めた実
効値を基準値として記憶する手段と、該基準値と前記実
効値とを比較して工具異常を判断する手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１１】

【作用】第１発明の工具異常監視方法にあっては、予め
工具取り替え直後に検出したＡＥ信号の振幅に基づいて
求めた第１閾値を越えた前記ＡＥ信号の振幅の実効値を
求めてこれを基準値とするため、工具材質のバラツキに
拘わらず工具毎に基準値が設定される。そして工具が工
作中に発生するＡＥを検出し、その検出したＡＥ信号の
振幅に基づいて第２閾値を求めるため、切削条件の変動
に応じて第２閾値が経時的に設定され、第２閾値を越え
たＡＥ信号の振幅の実効値について、前記基準値と比較
するため、工具の摩耗状態の差異の影響が低減され、こ
れらによって工具異常監視の信頼性が向上する。

【００１２】また第２発明の工具異常監視装置にあって
は、工具取り替え直後に検出したＡＥから電気信号を
得、この電気信号の振幅に基づいて第１閾値を求め、該
第１閾値を越える前記電気信号の振幅の実効値を求め
て、これを基準値として記憶する。そして工具の工作中
に検出したＡＥから電気信号を得、この電気信号の振幅
に基づいて第２閾値を求め、該第２閾値を越える前記電
気信号の振幅の実効値を求めて、これを前記基準値と比
較し、工作中に検出したＡＥに基づいて求めた実効値が
基準値を越えた場合、工具異常と判断する。

【００１３】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明の装置を鋼管切断の
旋盤に適用した場合を示すブロック図であり、図中15は
鋼管Ｐを切断する突切りバイト14を支持する支持台であ
る。支持台15には突切りバイト14にて発生されるＡＥを
検出するＡＥセンサ１が設置されている。ＡＥセンサ１
は検出したＡＥを電気信号として増幅器２へ出力し、増
幅器２はこれを増幅してバンドパスフィルタ３へ出力す
る。そしてバンドパスフィルタ３は入力したＡＥ増幅信
号から、機械の振動に起因する低周波数のノイズ及び不
要な高周波数のノイズをカットすべく、通過帯域を200
ｋHz〜１ＭHzとしてある。通過信号は包絡線検波器４へ
出力され、包絡線検波器４はこれを包絡線検波して計算
器５のＡＤ変換器51へ出力する。

【００１４】計算器５においては、ＡＤ変換器51が入力
信号をＡＤ変換し、そのデジタル信号をデータ記憶装置
52に与えてこれを所定時間分記憶させる。データ記憶装
置52は記憶したデータを閾値演算器53及び第１比較演算
器54に与え、閾値演算器53はそのデータに基づいて閾値
を演算し、該閾値は第１比較演算器54に与えられる。そ
して第１比較演算器54は比較した結果を実効値演算器55
与え、実効値演算器55は突切りバイト14取り替え直後の
前記データに基づいて演算した実効値を基準値とすべく
これを基準値記憶装置56に記憶し、基準値記憶装置56は
記憶した基準値を第２比較演算器57に与える。一方実効
値演算器55は、取り替え直後以外の工作中のＡＥに基づ
く実効値を第２比較演算器57に与え、第２比較演算器57
はこの実効値と前記基準値とを比較し、前記実効値が基
準値を越えた場合、警報信号を出力する。そして計算器
５からの警報信号が警報装置６に入力されると、警報装
置６は警報を出力する。

【００１５】次にこのような装置にて突切りバイト14の
異常を監視する方法を説明する。突切りバイト14取り替
え直後にＡＥセンサ１にて検出されたＡＥは、増幅器２
にて増幅され、バンドパスフィルタ３を通過し、包絡線
検波器４にて包絡線検波されて計算器５に入力される。
計算器５では、入力信号を所定時間ＡＤ変換器51でデジ
タル信号に変換し、これをデータ記憶装置52が記憶し、
このデータを用いて閾値演算器53が閾値を算出し、閾値
演算器53は算出した閾値を第１比較演算器54に与える。

【００１６】図２は閾値演算器53による閾値の算出を説
明するグラフであり、（ａ）はデータ記憶装置52に記憶
されている、突切りバイト14取り替え直後の振幅に関す
るデータ、（ｂ）は閾値演算器53にて演算された、前記
データにおける振幅の発生頻度を示している。なお前記
データはＡＤ変換器51にて20kHz でサンプリングした場
合の一部である。

【００１７】図２（ａ）から明らかな如くサンプリング
されたデータは横軸の時間に対して様々な振幅を有して
おり、これら振幅の発生頻度を演算すると（ｂ）の如き
ヒストグラムが得られ、そのピークであるＡ点の振幅が
求められる。そして前記Ａ点の振幅に所定値を乗算する
ことによって第１閾値を算出する。なおＡ点の振幅に乗
算する値は、1.5 〜3.0 が好ましい。

【００１８】一方データ記憶装置52に記憶されたデータ
は第１比較演算器54に与えられ、ここで前記閾値と比較
されて該閾値を越えた部分の振幅が実効値演算器55に与
えられて実効値が算出さる。そして実効値演算器55は算
出した実効値を基準値記憶器56に与え、基準値記憶器56
はこれに所定値（1.5 〜3.0 ）を乗じて工具異常の基準
値としてその値を記憶する。

【００１９】次に、実際の工作中のＡＥをＡＥセンサ１
で検出し、前述した如く、ＡＤ変換器51にてＡＤ変換
し、工作中のＡＥの振幅に関するデータを所定時間デー
タ記憶装置52に記憶し、そのデータに基づいて閾値演算
器53が第２閾値を前述した如く算出し、該第２閾値を越
えた実効値を実効値演算器55にて算出する。そして実効
値演算器55は算出した実効値を第２比較演算器57に与え
る。第２比較演算器57には基準値記憶装置56から前記基
準値も与えられており、第２比較演算器57は与えられた
基準値と、実際の工作中のＡＥに基づく実効値とを比較
して、該実効値が基準値を越えた場合は、警報装置６を
動作してオペレータに工具の取り替えを指示する。以上
のような処理は連続的としてもよいし、または周期的と
してもよい。

【００２０】このように突切りバイト14取り替え直後に
検出したＡＥに基づいて閾値値及び基準値を設定するた
め、工具材料のバラツキに影響されず、また実際の工作
中に検出したＡＥに基づいてその検出のタイミング毎に
閾値及び実効値を求め、その実効値と前記基準値とを比
較するため、切削条件の変化に影響されない。なお本実
施例では閾値の算出に、ＡＤ変換器51にて所定時間サン
プリングしたデータにおいて発生頻度がピークの振幅を
用いたが、本発明はこれに限らず前記データにおける平
均振幅を用いても本発明の効果は変わらない。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明にあっては、工
具の材質のバラツキ及び切削条件の変動等に拘わらず信
頼性の高い工具異常監視を行い得るため、これらの要因
に拘わらず適切な時期で工具交換ができ、加工不良及び
事故等を防止し、また閾値の再設定を行わなくてもよい
ため、作業効率が向上する等、本発明は優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置を鋼管切断の旋盤に適用した場合
を示すブロック図である。

【図２】閾値の算出を説明するグラフである。

【図３】従来のＡＥによる工具異常の監視を説明するグ
ラフである。

【図４】従来のＡＥによる工具異常の監視を説明するグ
ラフである。

【符号の説明】

１ ＡＥセンサ ２ 増幅器 ３ バンドパスフィルタ ４ 包絡線検波器 ５ 計算器 ６ 警報装置 14 突切りバイト 53 閾値演算器 55 実効値演算器 56 基準値記憶装置 Ｐ 鋼管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械に取付けられた工具が工作中に
   発生するＡＥを検出して前記工具の異常を監視する方法
   において、 予め、ＡＥを検出して電気信号を得、その振幅に基づい
   て求めた第１閾値を越えた前記電気信号の振幅の実効値
   を求めてこれを基準値とし、前記ＡＥを検出して電気信
   号を得、その振幅に基づいて第２閾値を求め、該第２閾
   値を越えた前記電気信号の振幅から求められる実効値
   と、前記基準値とを比較し、比較した実効値が基準値を
   越えた場合、工具異常と判断することを特徴とする工具
   異常監視方法。
2. 【請求項２】 工作機械に取付けられた工具が工作中に
   発生するＡＥを検出して前記工具の異常を監視する装置
   において、 前記ＡＥを検出して電気信号を得る手段と、該電気信号
   の振幅に基づいて閾値を求める手段と、該閾値を越える
   前記電気信号の振幅の実効値を求める手段と、予め求め
   た実効値を基準値として記憶する手段と、該基準値と前
   記実効値とを比較して工具異常を判断する手段とを備え
   ることを特徴とする工具異常監視装置。