JPH0698553B2 - Ultrasonic signal feature extraction device - Google Patents
Ultrasonic signal feature extraction deviceInfo
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- JPH0698553B2 JPH0698553B2 JP63205419A JP20541988A JPH0698553B2 JP H0698553 B2 JPH0698553 B2 JP H0698553B2 JP 63205419 A JP63205419 A JP 63205419A JP 20541988 A JP20541988 A JP 20541988A JP H0698553 B2 JPH0698553 B2 JP H0698553B2
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- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、切削加工などにおいて、切削工具(ツー
ル)と被切削物(ワーク)との摩擦によって発生する超
音波信号すなわちアコースティック・エミッション信号
(以下、AE信号という)を検出し、そのAE信号の特徴を
検出することによって、例えば切削工具の摩耗、損傷な
どを検出することができるようにする超音波信号の特徴
抽出装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to an ultrasonic signal generated by friction between a cutting tool (tool) and an object to be cut (work), that is, an acoustic emission signal ( Hereinafter, the present invention relates to an ultrasonic signal feature extraction device that detects, for example, wear and damage of a cutting tool by detecting an AE signal) and detecting the feature of the AE signal.
従来、旋盤、フライス盤、ボール盤などによる切削加工
に伴ってその切削工具と被切削物との摩擦によって発生
するAE信号を検出することによって、切削工具の状態す
なわち摩耗、損傷状態を推定しようとする試みが多くな
されている。Conventionally, an attempt was made to estimate the state of the cutting tool, that is, the wear and damage states, by detecting the AE signal generated by the friction between the cutting tool and the object to be cut during cutting with a lathe, milling machine, drilling machine, etc. Has been done a lot.
それは、このAE信号の検出によって、例えば切削加工に
用いている切削工具の摩耗や損傷が判定できれば、それ
に従って、新しい切削工具に交換して切削を行い、製品
の高品質化を行うことができ、また、新しい切削工具に
自動交換する装置(ツールチェンジャ)を工作機械に備
えることによって、工作機械の無人運転が可能になるか
らである。If the wear and damage of the cutting tool used for cutting, for example, can be determined by detecting this AE signal, it can be replaced with a new cutting tool and cutting can be performed to improve the quality of the product. Also, by providing the machine tool with a device (tool changer) for automatically changing to a new cutting tool, unmanned operation of the machine tool becomes possible.
工作機械から発生するAE信号は、切削に伴う被切削物の
塑性変形あるいは切削工具と被切削物との摩擦などによ
って発生するため、加工の状態に関する多くの情報をも
っていると考えられる。Since the AE signal generated from the machine tool is generated due to the plastic deformation of the work piece during cutting or the friction between the cutting tool and the work piece, it is considered to have a lot of information on the processing state.
しかし、実際にAEセンサによって検出されるAE信号に
は、加工に関する情報ばかりではなく、主軸モータや減
速機の歯車機構あるいはベアリングなどから発生するメ
カニカルノイズ、あるいはスイッチや蛍光灯からの電気
的ノイズが含まれており、このようなAE信号の中から切
削に関する情報信号のみを抽出しなければならない。も
っとも、このAE信号の中に含まれるメカニカルノイズの
多くは、その周波数成分が、検出対象である切削加工に
関する情報信号に比べてかなり低い周波数領域に分布し
ており、これらは簡単なハイパスフィルタで取り除くこ
とができる。However, the AE signal actually detected by the AE sensor contains not only information about machining, but also mechanical noise generated from the gear mechanism or bearings of the spindle motor or speed reducer, or electrical noise from switches or fluorescent lamps. It is included and only the information signal regarding cutting must be extracted from such AE signal. However, most of the mechanical noise contained in this AE signal has its frequency component distributed in a frequency region considerably lower than the information signal related to the cutting process to be detected, and these are simple high-pass filters. Can be removed.
このようにして、ノイズを含まないAE信号が得られたと
しても、切削に伴って発生するあらゆるAE信号、例えば
切り屑と切削工具との衝突、切削工具の摩耗、切削工具
の欠損あるいは亀裂などが同時に含まれることになり、
これらを分離することは容易ではない。その上、切削速
度、切り込み、送り、切り屑の形状などが変化すること
により、AE信号は複雑に変化する。In this way, even if an AE signal that does not contain noise is obtained, any AE signal that occurs with cutting, such as collision between chips and cutting tools, wear of cutting tools, chipping or cracking of cutting tools, etc. Will be included at the same time,
It is not easy to separate them. In addition, the AE signal changes intricately due to changes in cutting speed, cutting, feed, chip shape, and so on.
もっとも、定常状態(切り屑も安定している)の切削で
は、短い時間間隔(10m秒程度)でAE信号を観察する
と、ランダムに発生しているAE信号でも、統計的にみれ
ばかなり落ち着いている。したがって、比較的長い時間
(1秒程度)で考えると、AE信号の平均値や周波数分
布、単位時間当たりのAE信号の発生数などは大きく変動
することはなく、極端に大きな振幅を有するAE信号が発
生することもない。このとき切削工具であるバイトやド
リルが例えば折損すると、大きな振幅のAE信号が或る程
度の時間持続し、その折損の前後でAE信号の発生状況
は、平均振幅、周波数分布とも一般にかなり大きく変化
する。However, in steady-state cutting (chips are also stable), when AE signals are observed at short time intervals (about 10 msec), even randomly generated AE signals are statistically stable. There is. Therefore, when considered over a relatively long time (about 1 second), the average value and frequency distribution of the AE signal, the number of AE signals generated per unit time, etc. do not fluctuate significantly, and the AE signal having an extremely large amplitude. Does not occur. At this time, if the cutting tool bit or drill breaks, for example, the AE signal with a large amplitude lasts for a certain period of time, and the AE signal generation state before and after the breakage generally changes significantly with both the average amplitude and the frequency distribution. To do.
工作機械の加工監視装置としては、このAE信号にしかる
べき処理を加えて、目的とする現象を検出しなければな
らない。この監視装置の機能としての理想は、目的とす
る現象(切削工具の摩耗や欠損など)を確実に検出する
ことである。しかし、加工現場に設置される装置として
は、さらに操作が簡単で廉価であることが要求される。As a machining monitoring device for machine tools, appropriate processing must be applied to this AE signal to detect the desired phenomenon. The ideal function of this monitoring device is to reliably detect a desired phenomenon (such as wear or breakage of the cutting tool). However, the device installed at the processing site is required to be simpler to operate and inexpensive.
市販の装置は、以上のような条件をバランスよく満足し
つつ、目的のAE信号を検出しなければならない。A commercially available device must detect the target AE signal while satisfying the above conditions in a well-balanced manner.
このようなAE信号検出の従来の第1の手段は、そのAE信
号は、その発生原因から考えて、不規則に発生する数μ
秒の長さの減衰振動の重ね合わせであると考えられる
が、このような本質的に過渡的な信号を処理する場合、
研究所などで最も利用されるのはFFTアナライザであ
る。このFFTアナライザは、特に過渡信号の処理装置と
して大変優れたものであり、これにコンピュータを演算
装置として接続したものが、現在最も高度なAE信号の解
析装置であるといえる。The first conventional means for detecting such an AE signal is that the AE signal is a few μ
It can be thought of as a superposition of damping oscillations of the order of a second, but when processing such an essentially transient signal,
The FFT analyzer is most used in laboratories. This FFT analyzer is extremely excellent especially as a transient signal processing device, and it can be said that the one to which a computer is connected as an arithmetic device is the most advanced AE signal analysis device at present.
また、AE信号検出の従来の第2の手段は、第13図に示す
ように、AEセンサaからのAE信号を増幅回路bによって
適当なレベルに増幅した後、ハイパスフィルタcにより
前記メカニカルノイズを取り除き、残りの信号を全波整
流回路dで全波整流した後に、平均化回路(積分回路)
eで平均化し、この平均化した信号がしきい値設定回路
fによって予じめ設定したしきい値と比較回路gによっ
て比較され、前記しきい値を越えたとき、異常信号と判
断するものである。このように構成した装置の利点は、
信号処理の原理が明確で構造が簡単であり、廉価である
ことにある。The second conventional means for detecting an AE signal is, as shown in FIG. 13, that an AE signal from an AE sensor a is amplified to an appropriate level by an amplifier circuit b, and then the mechanical noise is removed by a high-pass filter c. After removing the remaining signals and performing full-wave rectification on the full-wave rectification circuit d, an averaging circuit (integrating circuit)
The signal averaged by e is compared with the threshold value preset by the threshold value setting circuit f by the comparison circuit g, and when it exceeds the threshold value, it is judged as an abnormal signal. is there. The advantages of the device configured in this way are
The principle of signal processing is clear, the structure is simple, and the price is low.
また、AE信号検出の従来の第3の手段は、前記第13図に
示すハイパスフィルタとして特性の違う二つのフィルタ
を用意し、両者のフィルタからの信号をそれぞれ平均
し、その大きさの比によって例えば切削工具の折損を検
出する。これは、ツールチェンジャなどから発生するAE
信号は、切削工具の折損によるAE信号と周波数分布が違
うため、これらのAE信号の比をとることにより、両者の
AE信号を判別している。また、AE信号の絶対値が多少変
動してもその検出能力が低下しない、という利点があ
り、前記第13図に示す装置の欠点をかなり改善したもの
であるといえる。また、AE信号の平均値信号をAD変換し
た後に、マイクロコンピュータなどで数値処理して、切
り屑によるAE信号の変動などを取り除き、工具摩耗のみ
を検出する装置などもある(特開昭60−228058号公報参
照)。The third conventional means for detecting AE signals is to prepare two filters having different characteristics as the high-pass filter shown in FIG. 13, average the signals from both filters, and then calculate the ratio of their magnitudes. For example, breakage of the cutting tool is detected. This is an AE generated from a tool changer etc.
The signal has a different frequency distribution from the AE signal due to breakage of the cutting tool, so by taking the ratio of these AE signals,
The AE signal is being discriminated. Further, even if the absolute value of the AE signal fluctuates to some extent, there is an advantage that its detection capability does not deteriorate, and it can be said that the drawbacks of the device shown in FIG. 13 are considerably improved. In addition, there is also a device for detecting only tool wear by AD conversion of the average value signal of the AE signal and then performing numerical processing by a microcomputer or the like to eliminate fluctuations in the AE signal due to chips and the like (JP-A-60- 228058 publication).
また、AE信号検出の従来の第4の手段は、AE信号をラン
ダムに発生するパルスであると考えて、設定されたしき
い値を越えたパルスの数をカウントし、そのカウント値
の総数や単位時間当たりの変化率の時間的変動をマイク
ロコンピュータなどで算出し、切削工具の初期欠損や摩
耗を検出する手段もある。Further, the fourth conventional means for detecting an AE signal is to consider the pulse to randomly generate an AE signal, count the number of pulses exceeding a set threshold value, and There is also a means for calculating the temporal change in the rate of change per unit time with a microcomputer or the like to detect the initial damage or wear of the cutting tool.
しかしながら、前記AE信号検出の従来の第1の手段のよ
うな場合は、当然価格も高く、この装置で検出ができる
といって、これをそのまま加工現場に持ち込むことは実
用的ではない。また、AE信号はその周波数が非常に高く
(100KHz〜1MHz)、この装置では、僅かな時間で取り込
んだAE信号を時間をかけて解析するため、不感時間をも
つことになり、これは監視装置としては致命的な欠点で
あるといえる。したがって、一般的にはこのような装置
を用いて研究室で開発された手段を基に、もっと廉価
で、操作性がよく不感時間をもたない装置を開発するこ
とになる。However, in the case of the conventional first means for detecting the AE signal, the price is naturally high, and it is not practical to bring the AE signal to the processing site as it is because it can be detected by this device. Also, the AE signal has a very high frequency (100 KHz to 1 MHz), and this device has dead time because it analyzes the AE signal captured in a short time over time. Can be said to be a fatal drawback. Therefore, generally, based on the means developed in the laboratory using such a device, a more inexpensive device which is easy to operate and has no dead time will be developed.
また、前記AE信号検出の従来の第2の手段のような場合
は、検出の確実さという点では問題が多い。例えばツー
ルチェンジャなどの間欠動作をする付属機構から発生す
る衝撃によるAE信号を拾って異常信号を発生したりす
る。また、操作の単純さという点で考えると、しきい値
設定用の可変抵抗器は、作業者が加工条件が変わる度に
調整し直さなければならない。前述したとおり、AE信号
は多くの要因で変動するので、その調整は非常に微妙で
あり、多様な加工が要求される今日では、ほとんど実用
にならない。Further, in the case of the conventional second means for detecting the AE signal, there are many problems in terms of detection reliability. For example, an abnormal signal is generated by picking up an AE signal due to a shock generated from an accessory mechanism that operates intermittently such as a tool changer. Further, considering the simplicity of the operation, the variable resistor for setting the threshold value must be readjusted every time the operator changes the processing conditions. As mentioned above, since the AE signal fluctuates due to many factors, its adjustment is very delicate, and it is hardly practical in the present day when various processing is required.
また、前記AE信号検出の従来の第3の手段のような場合
は、数100KHzの帯域を有するAE信号を、直接処理するに
は現在のマイクロコンピュータの処理速度では遅過ぎる
ため、平均化をせざるを得ない。いずれにせよこの装置
は、AE信号を平均化するので、AE信号の全体的な変動を
大まかに捉えるだけであり、AE信号の微細な検出はでき
ない。Also, in the case of the third conventional means for detecting the AE signal, the AE signal having a band of several 100 KHz is too slow at the processing speed of the current microcomputer to directly process the AE signal. I have no choice. In any case, since this device averages the AE signal, it only roughly captures the overall fluctuation of the AE signal, and cannot detect the AE signal finely.
また、前記AE信号検出の従来の第4の手段の場合は、振
幅に関する情報を利用していないので、切削工具の破損
などの突発的な信号を検出できない。Further, in the case of the conventional fourth means for detecting the AE signal, since the information on the amplitude is not used, it is impossible to detect a sudden signal such as breakage of the cutting tool.
以上説明したように、AE信号検出の従来の手段は、AE信
号を取り込んで何らかの特徴を抽出する「特徴抽出装
置」と、その出力をマイクロコンピュータなどで処理す
る「後処理装置」とで構成され、従来はこの後処理装置
の機能を強化する傾向にあった。As described above, the conventional means for detecting an AE signal is composed of a "feature extraction device" that takes in an AE signal and extracts some features, and a "post-processing device" that processes the output by a microcomputer or the like. Conventionally, there has been a tendency to enhance the function of this post-processing device.
しかし、これらの手段は、特徴抽出装置の段階で、平均
化を行ったり、設定されたしきい値を越えるものを一律
に扱うことなどにより、本来AE信号に含まれている多く
の情報を失っているので、後処理装置の能力を強化して
も、その検出能力には限界がある。また、AE信号に含ま
れる信号は非常に多くの情報を有しており、その全ての
情報を処理する装置は、現在では大変な規模になってし
まう以上、何らかの特徴抽出を行うことが必要である
が、さらに性能の良い監視装置を開発するには、できる
限り多くの情報を失うことなく、しかも高速に、安価に
処理できるAE信号の特徴抽出装置が必要である。However, these means lose much of the information originally contained in the AE signal by performing averaging or uniformly handling those exceeding the set threshold value at the stage of the feature extraction device. Therefore, even if the capability of the post-processing device is enhanced, its detection capability is limited. Also, the signal included in the AE signal has a great deal of information, and since the device that processes all of that information is currently in a very large scale, it is necessary to perform some feature extraction. However, in order to develop a monitoring device with even better performance, an AE signal feature extraction device that can process at high speed and low cost without losing as much information as possible is required.
従来のAE信号の検出手段は、AE信号に有する情報の一部
分に注目し、他の部分は切り捨てることにより、処理す
べき情報量を減らしていた。したがって、検出できる現
象も特定のものに限られていた。The conventional AE signal detecting means reduces the amount of information to be processed by paying attention to a part of the information contained in the AE signal and discarding the other part. Therefore, the phenomena that can be detected are limited to specific ones.
この発明は、従来同時には検出することが困難であっ
た、突発現象や緩やかに変化する現象などを広範囲に監
視するため、AE信号の周波数成分と振幅成分に関係する
波形的特徴を全帯域にわたって、不感時間なく抽出する
ことで、AE信号の有する情報の全てから均等に情報を間
引くことにより、AE信号の有する情報の全体像は保存し
たまま、後処理装置として簡易なマイクロコンピュータ
などでも処理可能な量に情報を縮小し、後処理装置が処
理し易い形で情報を出力する超音波信号の特徴抽出装置
を提供することを目的とするものである。The present invention, which has been difficult to detect at the same time in the past, monitors a wide range of sudden phenomena and gradually changing phenomena.Therefore, the waveform characteristics related to the frequency component and the amplitude component of the AE signal are monitored over the entire band. By extracting without dead time, the information is thinned out evenly from all of the information contained in the AE signal, so that the entire image of the information contained in the AE signal can be stored and processed by a simple microcomputer as a post-processing device. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic signal feature extraction device that reduces information to an appropriate amount and outputs the information in a form that the post-processing device can easily process.
この発明は、前記のような課題を解決するための手段と
して、切削工具と被切削物などとの摩擦によって発生す
る超音波を電気信号に変換する超音波信号センサと、こ
の超音波信号を適当なレベルに増幅する増幅回路と、こ
の増幅回路の出力側に接続され前記超音波信号からその
高域成分のみを抽出するハイパスフィルタと、このハイ
パスフィルタから得られる超音波信号が零電圧を通過し
て正または負の最大電圧に到達し再び零電圧を通過する
毎にその経過時間を計測数値化し経過時間値を発生する
パルス幅数値化回路および経過時間内の最大電圧を測定
数値化し最大電圧値を発生する振幅数値化回路と、これ
らパルス幅数値化回路および振幅数値化回路にそれぞれ
接続されこれらにより数値化された経過時間値と最大電
圧値とにより二次元的に選択されたカウンタが各経過時
間毎に更新されるカウンタアレイとからなることを特徴
とする超音波信号の特徴抽出装置としたものである。As a means for solving the above problems, the present invention uses an ultrasonic signal sensor that converts an ultrasonic wave generated by friction between a cutting tool and an object to be cut into an electric signal, and an appropriate ultrasonic wave signal. A high-pass filter that is connected to the output side of this amplification circuit and that extracts only the high-frequency component from the ultrasonic signal, and the ultrasonic signal obtained from this high-pass filter passes zero voltage. Each time the positive or negative maximum voltage is reached and the zero voltage is passed again, the elapsed time is measured and digitized to generate an elapsed time value.A pulse width digitizing circuit and the maximum voltage within the elapsed time are measured and digitized to the maximum voltage value. The amplitude quantification circuit that generates the pulse width and the pulse width quantification circuit and the amplitude quantification circuit respectively connected to the lapsed time value and the maximum voltage value In which the manner selected counter and feature extracting unit of the ultrasonic signals, characterized by comprising a counter array that is updated every elapsed time.
この発明の超音波信号の特徴抽出装置は、前記のような
構成により、超音波信号センサにより検出された超音波
信号を増幅回路で適当なレベルに増幅し、100KHz程度の
超音波を通過させるハイパスフィルタで、メカニカルノ
イズや電気的なノイズを除去する。前記超音波信号はパ
ルス幅および振幅ともに不規則に変化するが、これをパ
ルス幅数値化回路および振幅数値化回路でパルス幅およ
び振幅をそれぞれ数値化する。ここまでの段階では、前
記超音波信号はいかなる平均化も、積分処理も行われて
いないので、超音波信号の有する情報は数値化によりそ
の分解能が、数値化の程度によって減少してはいるもの
の、全ての信号に対して平等な処理であり、信号の平均
化などで問題となる高域信号の喪失というような、超音
波信号の特定の成分が全て失われてしまうといった問題
がない。また、このパルス幅数値化回路および振幅数値
化回路での処理により、この超音波信号はデジタル化さ
れ、以後、アナログ信号を取り扱う必要が無いので、回
路の多くの部分はデジタル回路のみの構成でよく、した
がって、この装置では前記パルス幅数値化回路および振
幅数値化回路で数値化された、超音波信号の一つ一つの
パルス信号の、パルス幅に対応する数値と、振幅に対応
する数値によりカウンタアレイを構成する二次元的に指
定された位置のメモリに、このようなパルス幅と振幅の
パルス信号が何回記憶されたかをカウントする。そし
て、このカウントアレイに記憶された前記のような情報
を、適宜の読み出し手段で読み出すことによって、超音
波信号の特徴を判別することができる。The ultrasonic signal feature extraction device of the present invention has the above-described configuration, amplifies the ultrasonic signal detected by the ultrasonic signal sensor to an appropriate level with an amplifier circuit, and passes the ultrasonic wave of about 100 KHz by high-pass. A filter removes mechanical noise and electrical noise. The ultrasonic signal changes irregularly both in pulse width and amplitude, and the pulse width and amplitude are converted into numerical values for the pulse width and amplitude, respectively. At this stage, since the ultrasonic signal has not been subjected to any averaging or integration processing, the information contained in the ultrasonic signal is digitized, but its resolution is reduced depending on the degree of digitization. Since all the signals are processed equally, there is no problem that all the specific components of the ultrasonic signal are lost, such as loss of a high frequency signal which is a problem in signal averaging. In addition, since the ultrasonic signal is digitized by the processing in the pulse width digitizing circuit and the amplitude digitizing circuit, and it is not necessary to handle the analog signal thereafter, most of the circuit is configured only by the digital circuit. Well, therefore, in this device, by the numerical value corresponding to the pulse width and the numerical value corresponding to the amplitude of each pulse signal of the ultrasonic signal, which is numerically converted by the pulse width numerical value circuit and the amplitude numerical value circuit. The number of times a pulse signal having such a pulse width and amplitude is stored in a memory at a two-dimensionally specified position that constitutes a counter array is counted. Then, the characteristics of the ultrasonic signal can be discriminated by reading the above-mentioned information stored in the count array by an appropriate reading means.
第1図はこの発明の実施例のブロック図であり、1は切
削工具と被切削物などとの摩擦によって発生する超音波
すなわちアコースティック・エミッション(AE)を電気
信号に変換する超音波信号センサ(以下、AEセンサとい
う)、2はこの超音波信号(以下、AE信号という)を適
当なレベルに増幅する増幅回路、3はこの増幅回路2の
出力側に接続され前記AE信号からその高域成分のみを抽
出するハイパスフィルタ、4は随時パルス幅および振幅
が変動する一つ一つのAE信号からパルス幅を抽出し数値
化するパルス幅数値化回路、5は同じく振幅を抽出し数
値化する振幅数値化回路、6はこれらパルス幅数値化回
路4および振幅数値化回路5にそれぞれ接続されこれら
により数値化されたパルス幅と振幅とにより二次的に指
定された位置のメモリにこのようなパルスが何回記憶さ
れたかをカウントするカウンタアレイである。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, in which 1 is an ultrasonic signal sensor for converting an ultrasonic wave generated by friction between a cutting tool and an object to be cut, that is, acoustic emission (AE) into an electric signal ( Hereinafter, referred to as an AE sensor), 2 is an amplifier circuit for amplifying the ultrasonic signal (hereinafter referred to as AE signal) to an appropriate level, 3 is connected to the output side of the amplifier circuit 2, and the high frequency component from the AE signal A high-pass filter that extracts only the signal, 4 is a pulse width digitization circuit that extracts and digitizes the pulse width from each AE signal whose pulse width and amplitude fluctuate at any time, and 5 is an amplitude value that also extracts and digitizes the amplitude. A digitizing circuit 6 is connected to the pulse width digitizing circuit 4 and the amplitude digitizing circuit 5, respectively, and is a memory at a position secondarily designated by the pulse width and the amplitude digitized by these. It is a counter array that counts how many times such a pulse is stored.
前記パルス幅数値化回路4は、AE信号の一つ一つのパル
スの振幅の絶対値が設定値を越えた後、再び設定値を下
まわるまでの時間を数値化し、また、前記振幅数値化回
路5は、AE信号の一つ一つのパルスのピーク値を数値化
するようにしてある。The pulse width digitization circuit 4 digitizes the time until the absolute value of the amplitude of each pulse of the AE signal exceeds the set value and then falls below the set value again, and the amplitude digitization circuit 4 5 is adapted to digitize the peak value of each pulse of the AE signal.
また、前記カウンタアレイ6は、数値化されたパルス幅
と振幅の、2個の数値によって、二次元的に決まるメモ
リの配列集合体である。Further, the counter array 6 is an array aggregate of memories that is two-dimensionally determined by two numerical values of a pulse width and an amplitude that are digitized.
以上のように構成された超音波信号の特徴抽出装置は、
AEセンサ1により検出されたAE信号を増幅回路2で適当
なレベルに増幅し、100KHz程度のAE信号を通過させるハ
イパスフィルタ3で、基本的なメカニカルノイズや電気
的ノイズなどを除去する。このAE信号はパルス幅および
振幅ともに不規則に変化するが、第2図に示すように、
全てのAE信号についてパルス幅と振幅を独立して検出
し、それぞれ数値化する。したがって、ここまでの段階
では、いかなる平均化も、積分処理も行われていないの
で、AE信号の有する情報は数値化によりその分解能が、
数値化の程度によって減少してはいるものの、全てのAE
信号に対して平等な処理であり、信号の平均化などで問
題となる高域信号の喪失というような、AE信号の特定の
成分が全て失われてしまうといった問題がない。また、
前記パルス幅数値化回路4および振幅数値化回路5でAE
信号を処理することにより、このAE信号はデジタル化さ
れ、以後アナログ信号を取り扱う必要が無いので、回路
の多くの部分はデジタル回路のみの構成でよく、装置が
安価に構成できる。The ultrasonic signal feature extraction device configured as described above,
An AE signal detected by the AE sensor 1 is amplified by an amplifier circuit 2 to an appropriate level, and a high-pass filter 3 that passes an AE signal of about 100 KHz removes basic mechanical noise and electrical noise. This AE signal changes irregularly in pulse width and amplitude, but as shown in FIG.
The pulse width and amplitude of all AE signals are detected independently and digitized. Therefore, at this stage, since neither averaging nor integration processing has been performed, the resolution of the information contained in the AE signal is
All AEs, although decreasing depending on the degree of digitization
Since the processing is equal to the signal, there is no problem that all the specific components of the AE signal are lost, such as loss of a high frequency signal which is a problem in signal averaging. Also,
With the pulse width digitizing circuit 4 and the amplitude digitizing circuit 5, AE is performed.
By processing the signal, the AE signal is digitized, and since it is not necessary to handle the analog signal thereafter, many parts of the circuit may be composed only of digital circuits, and the device can be inexpensively constructed.
7は前記カウンタアレイ6に記憶されたAE信号の発生回
数の読み出し手段である。Reference numeral 7 is a reading means for reading the number of times the AE signal is stored, which is stored in the counter array 6.
ここで、第2図に示すように、AE信号のパルス幅に対応
する数値をX、振幅に対応する数値をYとすると、AE信
号の一つ一つのパルスが検出される度に、X,Yの一組の
数値(デジタル信号)が発生し、これがカウンタアレイ
6に送られる。このカウンタアレイ6は、送られて来る
X,Yの数値の組み合わせにより、二次元的に指定される
ひとつのメモリのカウント内容(AE信号を何回記憶した
かのカウント数値)にその同じ数値の組み合せのAE信号
が送られて来る度に1を加算する。したがって、検出さ
れたAE信号は全てカウンタアレイ6の中のどれか一つの
メモリのカウント内容に必ず反映されるので、一定時間
後のカウンタアレイ6に記憶されたカウント内容を、前
記読み出し手段7としてマイクロコンピュータにより画
面に表示させると、例えば第3図に示すような二次元的
数値分布を有することになる。これによってAE信号の全
体的特徴をつかむことができる。Here, as shown in FIG. 2, when the numerical value corresponding to the pulse width of the AE signal is X and the numerical value corresponding to the amplitude is Y, X, A set of numerical values (digital signals) of Y is generated and sent to the counter array 6. This counter array 6 is sent
Each time an AE signal of the same combination of numerical values is sent to the count contents (count value of how many times the AE signal is stored) of one memory specified two-dimensionally by the combination of numerical values of X and Y. Add 1 to. Therefore, all the detected AE signals are always reflected in the count content of any one of the memories in the counter array 6, and the count content stored in the counter array 6 after a fixed time is used as the reading means 7. When it is displayed on the screen by a microcomputer, it has a two-dimensional numerical value distribution as shown in FIG. 3, for example. This makes it possible to capture the overall characteristics of the AE signal.
一般的に、大きな振幅のAE信号の発生しない定常的な切
削では、適当な時間間隔でカウンタアレイのカウント内
容を読み出すと、大振幅信号に対応するメモリのカウン
ト内容は常に0であるが、定常的に発生している小振幅
のAE信号に対応するメモリのカウント内容は、数千から
数万になる。この時、例えば突発的大振幅のAE信号(切
削工具の折損などによる)が3回発生すると、そのAE信
号の振幅とパルス幅に対応するメモリのカウント内容
は、今まで0であった所が3となるので、切削工具の折
損などを確実に検出できる。また、定常的に発生するAE
信号に対応するメモリのカウント内容は数千から数万の
値を有するので、カウンタアレイに記憶された数値パタ
ーンの統計的処理により、定常的に発生するAE信号の全
体的な変動が問題となる加工現象(例えば切削工具の摩
耗や微小な欠損)も正しく判断できる。このことから、
異常監視のみならず加工状態のモニターとしても利用で
きる。Generally, in steady cutting without generating an AE signal with a large amplitude, when the count content of the counter array is read at appropriate time intervals, the count content of the memory corresponding to the large amplitude signal is always 0. The count content of the memory corresponding to the small-amplitude AE signal that is generated as a result becomes thousands to tens of thousands. At this time, for example, if an AE signal with a sudden large amplitude (due to breakage of a cutting tool, etc.) occurs three times, the count content of the memory corresponding to the amplitude and pulse width of the AE signal is 0 until now. Since 3, the breakage of the cutting tool can be reliably detected. Also, the AE that occurs constantly
Since the count content of the memory corresponding to the signal has a value of several thousands to tens of thousands, the statistical fluctuation of the numerical pattern stored in the counter array causes a problem of the overall fluctuation of the AE signal which is constantly generated. A machining phenomenon (for example, wear of a cutting tool or a minute defect) can be correctly determined. From this,
It can be used not only for abnormality monitoring but also as a processing status monitor.
カウンタアレイのカウント内容は、その読み出し手段と
してマイクロコンピュータなどによって読み出せるよう
になっており、また、例えばAE信号の取り込み中でも読
み出せるようにすることにより、以後の処理のためにカ
ウンタアレイからのカウント内容を読み出す時間は必要
最小限に押さえることができる。また、カウントアレイ
のカウント内容の読み出しやカウント内容の消去を行っ
ている間に、AE信号のカウントを取りこぼすことが無い
ように、カウンタアレイを複数備え、切り換え手段(図
示しない)を介して、このカウンタアレイを、前記パル
ス幅数値化回路4および振幅数値化回路5と、カウンタ
アレイのカウント内容の読み出し手段7とに接続するよ
うに構成することにより、外からの指令によって前記切
り換え手段を介して前記複数のカウンタアレイを瞬時に
切り換えることもできる。The count content of the counter array can be read out by a microcomputer as a reading means, and by making it possible to read out even during the acquisition of the AE signal, the count from the counter array can be read for subsequent processing. The time to read the contents can be kept to a minimum. In addition, while reading the count contents of the count array and erasing the count contents, a plurality of counter arrays are provided so as not to miss the count of the AE signal, and through the switching means (not shown), By configuring this counter array to be connected to the pulse width digitizing circuit 4 and the amplitude digitizing circuit 5 and the reading means 7 for reading the count content of the counter array, an external command is issued to the switching means via the switching means. It is also possible to instantaneously switch the plurality of counter arrays.
この発明の実施例を第4図乃至第6図と共にさらに詳し
く説明すると、第4図における8はAEパルス検出回路で
あり、カウンタアレイ6を構成する、6aはAE信号のパル
ス幅と振幅とが数値化された2個の数値によって二次元
的に決まるメモリの配列集合体、6bはこのメモリの配列
集合体6aと振幅数値化回路5との間に介在するメモリ選
択回路、6cはメモリの配列集合体6aとパルス幅数値化回
路4との間に介在するメモリ選択回路、6dはメモリの配
列集合体6aとAEパルス検出回路8との間に介在する+1
回路、6eはメモリの配列集合体6aと例えばマイクロコン
ピュータなどの読み出し手段7との間に介在する読み出
し回路である。The embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4 to 6. Reference numeral 8 in FIG. 4 denotes an AE pulse detection circuit, which constitutes a counter array 6. Reference numeral 6a denotes a pulse width and an amplitude of an AE signal. An array aggregate of memory that is two-dimensionally determined by two digitized numerical values, 6b is a memory selection circuit interposed between the array aggregate 6a of this memory and the amplitude digitizing circuit 5, and 6c is an array of memory. A memory selection circuit interposed between the aggregate 6a and the pulse width digitizing circuit 4, and 6d interposed between the memory array aggregate 6a and the AE pulse detection circuit +1.
A circuit, 6e, is a read circuit interposed between the memory array assembly 6a and the read means 7 such as a microcomputer.
次に動作について説明すると、AE信号の例として、第6
図に示すような波形が入力された場合について考える。Next, the operation will be described. As an example of the AE signal, the sixth
Consider a case where a waveform as shown in the figure is input.
一般にAE信号の波形は、振幅、パルス幅とも第6図に示
すように不規則に変動する。このAE信号の特徴抽出装置
は、これらの波形をパルスとして処理する。すなわち、
AE信号が0レベルを通過して、設定された信号高さすな
わち振幅を越えない場合、AE信号は無視され、設定され
た振幅を越えた後、再び0レベルを通過するまで(例え
ば第6図のaからbまで)を一つのAE信号とみなし、
「1個のAE信号を検出した」と表現する。したがって、
第6図ではAE信号が5個含まれていることになる。Generally, the waveform of the AE signal varies irregularly in both amplitude and pulse width as shown in FIG. The AE signal feature extraction apparatus processes these waveforms as pulses. That is,
When the AE signal passes the 0 level and does not exceed the set signal height, that is, the amplitude, the AE signal is ignored, and after passing the set amplitude, it passes through the 0 level again (see, for example, FIG. 6). A) to b) are regarded as one AE signal,
It is expressed as "one AE signal is detected". Therefore,
In FIG. 6, five AE signals are included.
このようなAE信号の始まりと終わりを検出する回路が、
前記AEパルス検出回路8である。このAEパルス検出回路
8は、一つ一つのAE信号について、その前端(第6図の
a点)で測定開始信号を、後端(第6図のb点)でカウ
ンタアレイ6のメモリの配列集合体にAE信号の発生を記
録するための「記録指令信号」を発生する。ただし、測
定開始信号はAE信号の前端で必ず出力されるが、記録指
令信号はAE信号の振幅が設定された値を越えないと出力
されない(第5図参照)。なお、前記パルス幅数値化回
路4と振幅数値化回路5は、前記二つの信号に同期して
作動する。A circuit that detects the beginning and end of such an AE signal
It is the AE pulse detection circuit 8. The AE pulse detection circuit 8 outputs a measurement start signal at the front end (point a in FIG. 6) of each AE signal and the memory array of the counter array 6 at the rear end (point b in FIG. 6). A "recording command signal" is generated to record the generation of the AE signal in the aggregate. However, the measurement start signal is always output at the front end of the AE signal, but the recording command signal is not output unless the amplitude of the AE signal exceeds the set value (see FIG. 5). The pulse width digitizing circuit 4 and the amplitude digitizing circuit 5 operate in synchronization with the two signals.
前記パルス幅数値化回路4は、クロック発生回路4aと計
時カウンタ4bとから構成されている。計時カウンタ4bは
前記AEパルス検出回路8からの測定開始信号により0に
リセットされ、クロック発生回路4aからのクロックパル
スを数えることにより時間(AE信号のパルス幅)を計り
始める。The pulse width digitizing circuit 4 comprises a clock generating circuit 4a and a clock counter 4b. The clock counter 4b is reset to 0 by the measurement start signal from the AE pulse detection circuit 8 and starts counting time (pulse width of AE signal) by counting clock pulses from the clock generation circuit 4a.
また、前記振幅数値回路5は、測定開始信号で0にリセ
ットされ、以後再び測定開始信号が発生するまでのAE信
号の最大振幅を数値化する。Further, the amplitude numerical value circuit 5 digitizes the maximum amplitude of the AE signal until it is reset to 0 by the measurement start signal and thereafter the measurement start signal is generated again.
第6図の縦軸には、0から3の数値が示されているが、
これは、測定できる最大の振幅を例えば4等分したとき
に、振幅が1/4から2/4、2/4から3/4、3/4から4/4、4/4
以上のそれぞれの信号に対して、振幅数値化回路5が数
値データとして0から3をそれぞれ発生することを意味
している(説明の便宜上、信号の正負は考えていな
い)。1/4以下の信号は無視され、「AE信号は発生して
いない」と判断されるので、「記録指令信号」は発生せ
ず、AE信号は記録されない。この時はパルス幅数値化回
路4と振幅数値化回路5は次の測定開始信号でリセット
され、それまでのデータは捨てて新しいAE信号の検出を
始めることになる。これは、回路のノイズをAE信号と誤
認しないようにするためである。これらのことは、認識
できる最大の振幅を仮に電圧で4V(ボルト)とすると、
第1表のようにまとめられる。The vertical axis of FIG. 6 shows numerical values from 0 to 3,
This is because when the maximum measurable amplitude is divided into 4 equal parts, the amplitude is 1/4 to 2/4, 2/4 to 3/4, 3/4 to 4/4, 4/4.
It means that the amplitude digitizing circuit 5 generates 0 to 3 as numerical data for each of the above signals (for the sake of convenience of explanation, whether the signal is positive or negative is not considered). Since signals of 1/4 or less are ignored and it is determined that "AE signal is not generated", "Record command signal" is not generated and AE signal is not recorded. At this time, the pulse width digitizing circuit 4 and the amplitude digitizing circuit 5 are reset by the next measurement start signal, discarding the data up to that point and starting to detect a new AE signal. This is to prevent the noise of the circuit from being mistaken for the AE signal. These things, if the maximum recognizable amplitude is 4V (volt) in voltage,
It is summarized as shown in Table 1.
検出できるAE信号の最小レベル(振幅数値化回路5から
数値0が出力される最低レベル、しきい値)は回路のノ
イズレベルによって決定され、最小レベルをノイズレベ
ルより低く設定すると、AE信号が発生していなくてもカ
ウンタアレイ6のメモリの配列集合体に記録指令信号が
送られ、このカウンタアレイ6の出力情報の中にAE信号
以外のノイズが含まれることになり、正しいAE信号の検
出ができない。しかしながら、装置の感度という点で
は、できる限り低い振幅を有するAE信号を検出したい。
このためには、例えばノイズレベルが0.4Vであったな
ら、振幅数値化回路5で数値化された数値0に対応する
レベルを1〜2Vではなく、0.5〜2V程度に変更すればよ
い。このような振幅数値化回路5から出力される数値と
実際の振幅の範囲との対応は、この装置の場合は僅かな
回路の変更で可能である。また、各々の数値(0、1、
2、3)が対応する振幅の範囲は独立して設定できるの
で、分割する間隔は等間隔である必要はない。 The minimum level of the AE signal that can be detected (the minimum level at which the numerical value 0 is output from the amplitude digitizing circuit 5 and the threshold value) is determined by the noise level of the circuit. If the minimum level is set lower than the noise level, the AE signal is generated. Even if it is not done, the recording command signal is sent to the memory array aggregate of the counter array 6, and noise other than the AE signal is included in the output information of the counter array 6, so that the correct detection of the AE signal is possible. Can not. However, in terms of device sensitivity, we want to detect AE signals with the lowest possible amplitude.
For this purpose, for example, if the noise level is 0.4V, the level corresponding to the numerical value 0 digitized by the amplitude digitizing circuit 5 may be changed to about 0.5 to 2V instead of 1 to 2V. Correspondence between the numerical value output from the amplitude digitizing circuit 5 and the actual amplitude range is possible with a slight modification of the circuit in the case of this device. In addition, each numerical value (0, 1,
Since the amplitude ranges corresponding to (2) and (3) can be set independently, the division intervals need not be equal.
このようにして、一つのAE信号の検出が終了し、振幅数
値化回路5で設定されたレベルの数値信号が検出される
と、前記AEパルス検出回路8から「記録指令信号」が発
生し、カウンタアレイ6のメモリの配列集合体にAE信号
が記録される。以下にAE信号がどのように記録されるの
かを詳しく述べる。In this way, when the detection of one AE signal is completed and the numerical value signal of the level set by the amplitude numerical value conversion circuit 5 is detected, a "recording command signal" is generated from the AE pulse detection circuit 8, The AE signal is recorded in the array aggregate of the memory of the counter array 6. The following describes in detail how the AE signal is recorded.
カウンタアレイ6のメモリの配列集合体は、概念的には
第7図に示すような二次元構造を有しており、多くのメ
モリの配列要素(第7図ではC00〜C33までの16個)の一
つ一つが、メモリとして現在もっている数値に1を加算
する機能を有している。The memory array aggregate of the counter array 6 conceptually has a two-dimensional structure as shown in FIG. 7, and many memory array elements (16 elements from C00 to C33 in FIG. 7). Each of them has a function of adding 1 to the numerical value that it currently has as a memory.
第2表は第6図に示すAE信号P1〜P5を、パルス幅、振
幅、対応するカウンタアレイのメモリの配列要素を表に
したものである。Table 2 shows the AE signals P1 to P5 shown in FIG. 6 in the form of pulse widths, amplitudes, and corresponding array elements of the memory of the counter array.
第7図乃至第9図および第2表では、メモリの総数が16
個となっているが、メモリの総数はこの発明の原理には
関係がない。 In Figures 7 to 9 and Table 2, the total number of memories is 16
However, the total number of memories is not related to the principle of the present invention.
一例として、第6図におけるAE信号P1が検出された場
合、第7図のメモリの配列要素C21が選択され、現在も
っている記録数値に1が加算される。したがって、AE信
号P1を検出する前に全てのメモリの配列要素の記憶数値
が0であった場合(第8図参照)、第6図のAE信号P1か
らAE信号P5までのAE信号(第6図および第2表参照)を
検出した結果として、メモリ配列は第9図に示す値をも
つことになる。したがって、例えばメモリの配列要素C3
2の記憶数値を調べることにより、パルス幅が3で、振
幅が2のAE信号は2個検出されたことが分かる。As an example, when the AE signal P1 shown in FIG. 6 is detected, the array element C21 of the memory shown in FIG. 7 is selected and 1 is added to the currently recorded value. Therefore, when the stored numerical values of the array elements of all the memories are 0 before the AE signal P1 is detected (see FIG. 8), the AE signals from the AE signal P1 to the AE signal P5 in FIG. As a result of detecting (see FIG. 2 and Table 2), the memory array will have the values shown in FIG. So, for example, the memory array element C3
By examining the stored numerical value of 2, it can be seen that two AE signals with a pulse width of 3 and an amplitude of 2 were detected.
このようなAE信号の記憶機能は如何なる手段で実現して
もよいが、回路規模の縮小やコストの面から、この装置
では第4図に示すように、メモリの配列集合体6aとメモ
リ選択回路6b,6cと+1回路6dと読み出し回路6eとによ
ってカウンタアレイ6を構成している。メモリは実用的
にはメモリICであり、数値情報を記憶できるが、カウン
タとしての「1を加算する機能」を有していないので、
この機能を+1回路6dを付加することで実現している。
この+1回路6dは、メモリ選択回路6b,6cで選択された
メモリの記憶数値を読み出し、その記憶数値に1を加算
して、再度同じメモリに数値情報を書き込む機能を有し
ている。したがって、+1回路6dが作動する度にAE信号
が記録されるので、「記録指令信号」は+1回路6dを作
動させる信号に他ならない。読み出し回路6eはメモリの
配列集合体6aの記憶数値を外部から読み出すための回路
であり、読み出し手段7が情報を読み出すために利用す
る。Such a function of storing the AE signal may be realized by any means, but in view of the reduction of the circuit scale and the cost, in this device, as shown in FIG. 4, the memory array assembly 6a and the memory selection circuit are arranged. The counter array 6 is composed of 6b, 6c, the +1 circuit 6d, and the read circuit 6e. The memory is practically a memory IC and can store numerical information, but since it does not have the "function of adding 1" as a counter,
This function is realized by adding a +1 circuit 6d.
The +1 circuit 6d has a function of reading the stored numerical value of the memory selected by the memory selection circuits 6b and 6c, adding 1 to the stored numerical value, and writing the numerical value information to the same memory again. Therefore, since the AE signal is recorded every time the +1 circuit 6d is activated, the "recording command signal" is nothing but a signal for activating the +1 circuit 6d. The reading circuit 6e is a circuit for reading the stored numerical value of the array assembly 6a of the memory from the outside, and is used by the reading means 7 for reading information.
さて、検出されたAE信号のパルス幅と振幅の2つの数値
情報は、メモリの配列集合体6aに接続された2つのメモ
リ選択回路6b,6cに送られ、メモリの配列集合体6aの一
つを二次元的に選択する。次に、「記録指令信号」が+
1回路6dに送られ、選択されたメモリの記憶数値に1が
加えられる。このようにして、一つのAE信号の記録が終
了する。Now, two pieces of numerical information of the pulse width and the amplitude of the detected AE signal are sent to the two memory selection circuits 6b and 6c connected to the memory array assembly 6a, and one of the memory array assembly 6a. Is selected two-dimensionally. Next, the "recording command signal" is +
1 is sent to the circuit 6d, and 1 is added to the stored numerical value of the selected memory. In this way, recording of one AE signal is completed.
前記パルス幅数値化回路4と振幅数値化回路5からの出
力は数値データであり、2進数として重み付けされた信
号線によりカウンタアレイ6に送られる。信号線の本数
は振幅およびパルス幅の分割の細かさに依存する。例え
ばパルス幅を8段階に分けて検出しようとすれば、0か
ら7までの数値データが転送されることになる。このと
き2進数で3桁が必要であり、したがって、3本の信号
線を必要とする。分割数を更に増やした場合は、分割数
が2倍になる(2進数で1桁増える)度に、信号線を1
本増やす必要がある。分割数は2の倍数でなくても構わ
ないが、例えば4本の信号線が在れば16とおりの信号が
送れるので、この場合、16段階に分割するのが効率的で
あると考えられる。なお、振幅の場合も分割数と信号線
の本数の関係は、パルス幅の場合と同様である。The outputs from the pulse width digitizing circuit 4 and the amplitude digitizing circuit 5 are numerical data, which are sent to the counter array 6 by signal lines weighted as binary numbers. The number of signal lines depends on the amplitude and the fineness of the pulse width division. For example, if the pulse width is divided into 8 steps and detection is performed, numerical data from 0 to 7 will be transferred. At this time, three digits in binary number are required, and therefore three signal lines are required. When the number of divisions is further increased, the signal line is set to 1 each time the number of divisions is doubled (increase by one digit in binary).
I need more books. The number of divisions does not have to be a multiple of 2, but 16 signals can be sent if there are, for example, 4 signal lines. In this case, it is considered efficient to divide into 16 stages. In the case of amplitude, the relationship between the number of divisions and the number of signal lines is the same as in the case of pulse width.
以上のことから、例えばパルス幅、振幅共に16段階に分
割している場合、信号線の本数はパルス幅、振幅共に各
4本、計8本の信号線がメモリの配列集合体に接続され
る。この信号線の本数により、必要とされるメモリの総
数が決定され、信号線の本数が8本の場合は28=256個
のメモリが必要である。このメモリの個数がそのまま例
えばマイクロコンピュータなどの読み出し手段(二次処
理装置)の処理すべき情報量となるので、細かく分割す
ると、より詳細な情報を取り出せる反面、処理すべき情
報の量が増大して処理に時間がかかる。第7図は振幅と
パルス幅を4段階にした場合であり、メモリの配列の大
きさ(メモリの総数)は4×4=16個必要である。パル
ス幅や振幅を何段階にするかは自由に決定でき、試作し
た回路では16×16=256個の大きさのメモリの配列を有
している。From the above, for example, when the pulse width and the amplitude are divided into 16 steps, the number of signal lines is 4 for each of the pulse width and the amplitude, and a total of 8 signal lines are connected to the array assembly of the memory. . The total number of memories required is determined by the number of signal lines, and when the number of signal lines is 8, 2 8 = 256 memories are required. Since the number of the memories directly becomes the amount of information to be processed by the reading means (secondary processing device) such as a microcomputer, if the memory is finely divided, more detailed information can be taken out, but the amount of information to be processed increases. Processing takes time. FIG. 7 shows the case where the amplitude and the pulse width are set in four steps, and the size of the memory array (total number of memories) needs to be 4 × 4 = 16. The pulse width and amplitude can be freely determined, and the prototype circuit has a memory array with a size of 16 × 16 = 256.
この超音波信号の特徴抽出装置の応用として、加工状態
の監視装置を構成した場合、設定された周期(例えば1
秒に10枚)で超音波信号の特徴抽出装置から送られて来
る数表を、どのように二次処理するかで、検出できる現
象(切削工具の異常や摩耗など)が決まることになる。
例として、以下にいくつかの二次処理を示すが、これら
の機能の実現にはかなりの処理能力が必要であるため、
二次処理装置としてはマイクロコンピュータなどが必要
となるが、これはこの発明の必須の要件ではない。When a processing state monitoring device is configured as an application of this ultrasonic signal feature extraction device, a set cycle (for example, 1
The phenomenon that can be detected (abnormality or wear of the cutting tool) will be determined by how the secondary processing is performed on the numerical table sent from the ultrasonic signal feature extraction device at 10 sheets per second).
As an example, some secondary processes are shown below, but since considerable processing power is required to realize these functions,
A microcomputer or the like is required as the secondary processing device, but this is not an essential requirement of the present invention.
第10図は加工機の異常を操作者に知らせることを目的と
し、この超音波信号の特徴抽出装置を応用した監視装置
である。FIG. 10 shows a monitoring device to which the feature extracting device of the ultrasonic signal is applied for the purpose of notifying the operator of the abnormality of the processing machine.
この応用例は、AE信号の特徴抽出装置を構成する前記カ
ウンタアレイ6に記憶されたAE信号の発生回数の読み出
し手段として、下記のような動作を行うマイクロコンピ
ュータ9を用いたものであり、その動作を説明すると、
カウンタアレイ6からの信号は、マイクロコンピュータ
9を構成する判定手段9aの一方の入力端と基準値取込手
段9bとに送られる。この基準値取込手段9bでは、正常切
削時のAE信号が基準値として取り込まれ、以後の加工で
参照するために基準値記憶手段9cに送られて記憶され
る。この基準値記憶手段9cに記憶された情報が基準値選
択手段9dに送られる。この基準値選択手段9dでは、マイ
クロコンピュータの外部のダイヤル10などで指令された
切削条件に合わせて前記基準値記憶手段9cから送られて
来た基準値が選択されて、この選択された基準値が前記
判定手段9aの他方の入力端に送られ、この判定手段9aに
よって一方の入力端に送られて来たAE信号が他方の入力
端に送られて来た基準値と比較して現在の加工状態の良
否を判定する。その判定結果は、マイクロコンピュータ
の外部に接続された、その点灯によって加工異常を表わ
す赤ランプ11a、要注意を表わす黄ランプ11b、正常を表
わす緑ランプ11cの点灯によって表わされる。In this application example, a microcomputer 9 that performs the following operation is used as a means for reading the number of times the AE signal is generated and stored in the counter array 6 that constitutes the AE signal feature extraction device. To explain the operation,
The signal from the counter array 6 is sent to one input end of the judging means 9a and the reference value fetching means 9b which constitute the microcomputer 9. The reference value fetching means 9b fetches the AE signal at the time of normal cutting as a reference value and sends it to the reference value storage means 9c for storage in the subsequent processing for reference. The information stored in the reference value storage means 9c is sent to the reference value selection means 9d. In this reference value selection means 9d, the reference value sent from the reference value storage means 9c is selected in accordance with the cutting condition instructed by the dial 10 or the like outside the microcomputer, and the selected reference value is selected. Is sent to the other input end of the judging means 9a, the AE signal sent to the one input end by this judging means 9a is compared with the reference value sent to the other input end, The quality of the processed state is determined. The determination result is represented by the lighting of a red lamp 11a connected to the outside of the microcomputer, which indicates a machining abnormality by its lighting, a yellow lamp 11b indicating a caution, and a green lamp 11c indicating normality.
小品種大量生産では、同じ加工を何度も繰り返すので、
過去の実績から切削工具の摩耗量を予測でき、加工精度
が基準値から外れる前に、摩耗した切削工具を交換でき
るが、多品種少量生産ではそれが不可能である。このた
め、切削工具の摩耗は、加工の終了後に加工機から切削
工具を取り外し、顕微鏡で観察して摩耗の大きさを測定
したり、自動加工機では、切削工具の寸法を直接測るサ
イクルを加工プログラムに組込んで、直接測定してい
た。したがって、加工能率の低下が問題であった。In mass production of small varieties, the same processing is repeated many times,
The amount of wear of the cutting tool can be predicted from past results, and the worn cutting tool can be replaced before the machining accuracy deviates from the standard value, but this is not possible in high-mix low-volume production. For this reason, wear of cutting tools can be measured by removing the cutting tool from the processing machine after the completion of processing and observing it with a microscope to measure the amount of wear.In automatic processing machines, the cycle of directly measuring the dimensions of the cutting tool is processed. It was incorporated into the program and measured directly. Therefore, there has been a problem that the processing efficiency is lowered.
そこで、この超音波信号の特徴抽出装置の他の応用例と
して、第11図に示すような切削工具の摩耗表示装置が考
えられる。この摩耗表示装置は、前記第10図に示すよう
に切削工具の良、不良の判断をするものではなく、超音
波信号の特徴抽出装置から出力されるAE信号の発生回数
の数値情報を基に、その数値情報の読み出し手段とし
て、下記のようなマイクロコンピュータ12を用いて、現
在の切削工具の摩耗度を定量的に表示するものであり、
カウンタアレイ6からのAE信号の発生回数の数値情報信
号は、マイクロコンピュータ12を構成する摩耗度演算手
段12aの一方の入力端と方程式算出手段12bとに送られ
る。この方程式は、事前の試験切削によりこの方程式算
出手段12bで決定され、加工の種類の数だけ方程式の記
憶手段12cに記憶される。この方程式の記憶手段12cに記
憶された方程式が方程式選択手段12dに送られる。この
方程式選択手段12dでは、マイクロコンピュータの外部
のダイヤル13などで指令された切削条件に合わせて前記
方程式の記憶手段12cから送られて来た方程式が選択さ
れて、この選択された方程式が前記摩耗度演算手段12a
の他方の入力端に送られて、この方程式と、前記一方の
入力端に送られて来たAE信号の発生回数の数値と、切削
速度や切削工具の送り速度の値とによって、この摩耗度
演算手段12aが切削工具の摩耗を演算し、その演算結果
がマイクロコンピュータの外部に接続された表示器14に
表示される。Therefore, as another application example of this ultrasonic signal feature extraction apparatus, a wear tool wear display apparatus as shown in FIG. 11 is conceivable. This wear display device does not judge whether the cutting tool is good or bad as shown in FIG. 10, but based on the numerical information of the number of times the AE signal is output from the ultrasonic wave feature extraction device. , As a means for reading out the numerical information, by using the following microcomputer 12, to quantitatively display the current degree of wear of the cutting tool,
A numerical information signal of the number of times the AE signal is generated from the counter array 6 is sent to one input end of the wear degree calculating means 12a and the equation calculating means 12b which constitute the microcomputer 12. This equation is determined by the equation calculating means 12b by the preliminary test cutting, and is stored in the equation storing means 12c by the number of machining types. The equation stored in the equation storage means 12c is sent to the equation selection means 12d. In this equation selection means 12d, the equation sent from the equation storage means 12c is selected according to the cutting conditions instructed by the dial 13 or the like outside the microcomputer, and the selected equation is subjected to the wear. Degree calculation means 12a
Of the wear rate by this equation, the number of times the AE signal is generated sent to the one input end, and the cutting speed and the feed speed of the cutting tool. The calculation means 12a calculates the wear of the cutting tool, and the calculation result is displayed on the display 14 connected to the outside of the microcomputer.
このようにして、切削工具の摩耗が定量的にインプロセ
スで測定できれば、加工上許容できる切削工具の摩耗の
最大量を100として表示することなどにより、現在の切
削工具の摩耗量を加工中に監視、表示できるので、加工
の能率を低下することなく、切削工具の摩耗が管理で
き、切削工具を経済的に運用することができる。In this way, if the wear of the cutting tool can be quantitatively measured in-process, the maximum amount of wear of the cutting tool that can be processed is displayed as 100. Since it is possible to monitor and display, it is possible to manage the wear of the cutting tool without lowering the machining efficiency and to operate the cutting tool economically.
AE信号は、加工の状態を非常に忠実に反映しているの
で、AE信号の発生状態を分かり易い形で表示できれば、
加工状態の微妙な変化を知ることができ、超精密加工で
は利用価値が大きい。Since the AE signal reflects the processing state very faithfully, if the AE signal generation state can be displayed in an easy-to-understand format,
It is possible to know subtle changes in the processing state, and it has great utility value in ultra-precision processing.
このことは、カウンタアレイのメモリの配列要素の数値
データの大きさに対応して明るさの変わるランプをカウ
ンタアレイのメモリの配列要素に対応して並べたり、メ
モリの配列要素をCRTディスプレイに視覚的に表示する
ことで実現できる。This means that the lamps whose brightness changes according to the size of the numerical data of the array elements of the counter array are arranged corresponding to the array elements of the memory of the counter array, or the array elements of the memory are visualized on the CRT display. It can be realized by displaying it in a static manner.
このCRTディスプレイを用いた装置を第12図に示す。AE
信号の特徴抽出装置を構成する前記カウンタアレイ6に
記憶されたAE信号の発生回数の読み出し手段として、下
記のようなマイクロコンピュータ15とCRTディスプレイ1
6を用いたものであり、前記カウンタアレイ6から転送
された信号は、マイクロコンピュータ15を構成する表示
情報変換手段15aで作業者に分かり易い表示形態信号に
変換され、さらにこの信号がビデオ信号発生手段15bに
よりビデオ信号に変換され、このビデオ信号がCRTディ
スプレイ16に送られて表示される。この表示を見れば、
三次元的なパターンすなわちAE信号のパルス幅、振幅、
およびそれらで分類されたAE信号の発生数の変化によ
り、AE信号の微妙な変化を目で確認することができる。
これによって、従来は勘にたよっていた切削工具の摩耗
度を正確に管理することができる。An apparatus using this CRT display is shown in FIG. AE
As a means for reading the number of times the AE signal is stored, which is stored in the counter array 6 which constitutes the signal feature extraction device, the following microcomputer 15 and CRT display 1 are used.
6, the signal transferred from the counter array 6 is converted by the display information converting means 15a constituting the microcomputer 15 into a display form signal which is easy for the operator to understand, and this signal is further generated as a video signal. It is converted into a video signal by the means 15b, and this video signal is sent to the CRT display 16 for display. If you look at this display,
Three-dimensional pattern, that is, pulse width, amplitude of AE signal,
Also, the subtle changes in the AE signal can be visually confirmed by the change in the number of AE signals generated classified by them.
As a result, it is possible to accurately manage the degree of wear of the cutting tool, which has hitherto been taken into consideration.
この発明は、以上説明したように、切削工具と被切削物
などとの摩擦によって発生する超音波を電気信号に変換
する超音波信号センサと、この超音波信号を適当なレベ
ルに増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力側に接続
され前記超音波信号からその高域成分のみを抽出するハ
イパスフィルタと、このハイパスフィルタから得られる
超音波信号が零電圧を通過して正または負の最大電圧に
到達し再び零電圧を通過する毎にその経過時間を計測数
値化し経過時間値を発生するパルス幅数値化回路および
経過時間内の最大電圧を測定数値化し最大電圧値を発生
する振幅数値化回路と、これらパルス幅数値化回路およ
び振幅数値化回路にそれぞれ接続されこれらにより数値
化された経過時間値と最大電圧値とにより二次元的に選
択されたカウンタが各経過時間毎に更新されるカウンタ
アレイとからなる超音波信号の特徴抽出装置としたの
で、超音波信号センサから得られる超音波信号のすべて
を、振幅とパルス幅により二次元的に選択されるカウン
タアレイの数値分布として、不感時間なく抽出すること
ができる。したがって、以前は超音波信号の特定の性質
を抽出するために、超音波信号のもつ情報の一部分だけ
に注目していたため、超音波信号の突発的変動に注目す
ると全体的変動は捉えられず、全体的変動に注目すると
突発的変動を検出できなかったのに対し、この発明の超
音波信号の特徴抽出装置は、比較的簡単な構成でこれら
の変動を同時に検出することができる。As described above, the present invention provides an ultrasonic signal sensor for converting an ultrasonic wave generated by friction between a cutting tool and an object to be cut into an electric signal, and an amplifier circuit for amplifying the ultrasonic signal to an appropriate level. And a high-pass filter that is connected to the output side of this amplification circuit and extracts only the high-frequency component from the ultrasonic signal, and the ultrasonic signal obtained from this high-pass filter passes through zero voltage, and the maximum positive or negative voltage Pulse width digitizing circuit that measures and digitizes the elapsed time every time it reaches zero voltage and passes through zero voltage again, and amplitude digitizing circuit that measures and digitizes the maximum voltage within the elapsed time and generates the maximum voltage value And a counter which is connected to the pulse width digitizing circuit and the amplitude digitizing circuit, and which is selected two-dimensionally by the elapsed time value and the maximum voltage value digitized by them. Since the ultrasonic signal feature extraction device is composed of the counter array that is updated at each elapsed time, all the ultrasonic signals obtained from the ultrasonic signal sensor are two-dimensionally selected by the amplitude and the pulse width. As the numerical distribution of the counter array, it can be extracted without dead time. Therefore, in the past, in order to extract a specific property of the ultrasonic signal, we focused on only a part of the information that the ultrasonic signal has, so if we focused on sudden changes in the ultrasonic signal, we could not capture the overall change, While paying attention to the overall variation, it was not possible to detect the sudden variation, whereas the ultrasonic signal feature extraction apparatus of the present invention can detect these variations simultaneously with a relatively simple configuration.
そして、この超音波信号の特徴抽出装置で抽出された情
報を、各種の読み出し手段、例えばマイクロコンピュー
タなどで読み出すようにすることによって、高度な加工
監視装置に容易に応用することができるものである。Then, the information extracted by the feature extracting device of the ultrasonic signal is read by various reading means, for example, a microcomputer or the like, so that it can be easily applied to an advanced processing monitoring device. .
第1図はこの発明の超音波信号の特徴抽出装置の実施例
のブロック図、第2図は超音波信号の一例を示す図、第
3図はこの超音波信号の特徴抽出装置で抽出された超音
波信号をマイクロコンピュータを介してCRTディスプレ
イに表示させた図、第4図はこの超音波信号の特徴抽出
装置のより具体的な実施例のブロック図、第5図はその
動作説明図、第6図は超音波信号のパルス幅および振幅
の説明図、第7図乃至第9図はこの発明の構成要素の一
つであるカウンタアレイを形成するメモリの配列および
その記憶数値の説明図、第10図乃至第12図はこの発明の
応用例を示す図、第13図は従来の超音波信号の検出装置
を示す図である。 1……超音波信号センサ、2……増幅回路 3……ハイパスフィルタ 4……パルス幅数値化回路 4a……クロック発生回路 4b……計時カウンタ、5……振幅数値化回路 6……カウンタアレイ 6a……メモリの配列集合体 6b,6c……メモリ選択回路 6d……+1回路、6e……読み出し回路 7……読み出し手段 8……AEパルス検出回路 9……マイクロコンピュータ 10……ダイヤル 11a,11b,11c……赤,黄,緑ランプ 12……マイクロコンピュータ 13……ダイヤル 14……表示器 15……マイクロコンピュータ 16……CRTディスプレイFIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an ultrasonic signal feature extraction apparatus of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of an ultrasonic signal, and FIG. 3 is an ultrasonic signal feature extraction apparatus. FIG. 4 is a diagram in which ultrasonic signals are displayed on a CRT display via a microcomputer. FIG. 4 is a block diagram of a more specific embodiment of the ultrasonic signal feature extraction apparatus. FIG. FIG. 6 is an explanatory view of the pulse width and amplitude of the ultrasonic signal, and FIGS. 7 to 9 are explanatory views of an array of memories forming a counter array which is one of the constituent elements of the present invention and the stored numerical values thereof. 10 to 12 are views showing an application example of the present invention, and FIG. 13 is a view showing a conventional ultrasonic signal detecting apparatus. 1 ... Ultrasonic signal sensor, 2 ... Amplifier circuit 3 ... High-pass filter 4 ... Pulse width digitizing circuit 4a ... Clock generating circuit 4b ... Time counter, 5 ... Amplitude digitizing circuit 6 ... Counter array 6a …… Memory array assembly 6b, 6c …… Memory selection circuit 6d …… + 1 circuit, 6e …… Reading circuit 7 …… Reading means 8 …… AE pulse detection circuit 9 …… Microcomputer 10 …… Dial 11a, 11b, 11c …… Red, yellow, green lamps 12 …… Microcomputer 13 …… Dial 14 …… Display 15 …… Microcomputer 16 …… CRT display
Claims (2)
発生する超音波を電気信号に変換する超音波信号センサ
と、この超音波信号を適当なレベルに増幅する増幅回路
と、この増幅回路の出力側に接続され前記超音波信号か
らその高域成分のみを抽出するハイパスフィルタと、こ
のハイパスフィルタから得られる超音波信号が零電圧を
通過して正または負の最大電圧に到達し再び零電圧を通
過する毎にその経過時間を計測数値化し経過時間値を発
生するパルス幅数値化回路および経過時間内の最大電圧
を測定数値化し最大電圧値を発生する振幅数値化回路
と、これらパルス幅数値化回路および振幅数値化回路に
それぞれ接続されこれらにより数値化された経過時間値
と最大電圧値とにより二次元的に選択されたカウンタが
各経過時間毎に更新されるカウンタアレイとからなるこ
とを特徴とする超音波信号の特徴抽出装置。1. An ultrasonic signal sensor for converting an ultrasonic wave generated by friction between a cutting tool and an object to be cut into an electric signal, an amplifier circuit for amplifying the ultrasonic signal to an appropriate level, and this amplifier circuit. A high-pass filter connected to the output side of the ultrasonic signal for extracting only the high-frequency component from the ultrasonic signal, and the ultrasonic signal obtained from this high-pass filter passes zero voltage and reaches the maximum positive or negative voltage, and is zero again. Each time a voltage is passed, the elapsed time is measured and digitized to generate an elapsed time value.A pulse width digitization circuit and the maximum voltage within the elapsed time are digitized to generate a maximum voltage value. A counter connected two-dimensionally to the digitizing circuit and the amplitude digitizing circuit and selected two-dimensionally by the digitized elapsed time value and maximum voltage value is updated at each elapsed time. Feature extraction unit of the ultrasonic signals, characterized by comprising a counter array.
を介して、このカウンタアレイをパルス幅数値化回路及
び振幅数値化回路とに接続するようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の超音波信号の特徴抽
出装置。2. A counter array comprising a plurality of counter arrays, the counter array being connected to a pulse width numerical value circuit and an amplitude numerical value circuit via a switching means. An ultrasonic signal feature extraction device according to item 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63205419A JPH0698553B2 (en) | 1988-08-19 | 1988-08-19 | Ultrasonic signal feature extraction device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63205419A JPH0698553B2 (en) | 1988-08-19 | 1988-08-19 | Ultrasonic signal feature extraction device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0253552A JPH0253552A (en) | 1990-02-22 |
JPH0698553B2 true JPH0698553B2 (en) | 1994-12-07 |
Family
ID=16506538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63205419A Expired - Lifetime JPH0698553B2 (en) | 1988-08-19 | 1988-08-19 | Ultrasonic signal feature extraction device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0698553B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20230088015A1 (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-23 | Shenzhen Reolink Technology Co., Ltd. | Range-finding method, range-finding apparatus, range-finding system, and non-transitory computer-readable storage medium |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5741315B2 (en) * | 2011-08-16 | 2015-07-01 | 東京エレクトロン株式会社 | Film crack detection apparatus and film formation apparatus |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5537226A (en) * | 1978-09-04 | 1980-03-15 | Toshiba Corp | Overload monitor for cutting operation |
JPS5660344A (en) * | 1979-10-22 | 1981-05-25 | Toshiba Corp | Ae wave detector |
US4636779A (en) * | 1984-10-24 | 1987-01-13 | General Electric Company | Acoustic detection of tool break events in machine tool operations |
-
1988
- 1988-08-19 JP JP63205419A patent/JPH0698553B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20230088015A1 (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-23 | Shenzhen Reolink Technology Co., Ltd. | Range-finding method, range-finding apparatus, range-finding system, and non-transitory computer-readable storage medium |
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JPH0253552A (en) | 1990-02-22 |
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