JPS61100347A - 工具被損検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１Ｌ丸１ この発明は工具破損検出器、並びに破損した工具の為に
生じる切削状態の変化を検出する為に加工作業に於て発
生された振動を監視する方法に関する。

切削工具挿着体の破損並びにその後の工作物並びに／又
は工作機械の損傷は、加工の自動化を成功させる為には
、その前に解決しなければならない主要な問題の１つで
ある。工作物並びに工作機械の損傷を招く工具の破損は
、望ましくない程控え目な生産性の低い金属切削速度を
使うことによって防止するか、或いは常に加工過程を人
間が密接に監視することができなけば、自動的に検出す
るかしなければならない。自動工具破損検出装置は、工
作物又は工作機械を損傷する惧れのある殆んど全ての工
具の破損を確実に見つけなければならないが、加工過程
に目立って影響しないこの他の多くの工具の破損や、或
いは考えられる種々の虚偽の警報源によって警報を発し
てはならない。

工具の破損の検出は敏速に行なわれるようにし、損傷を
防止すると共に損傷を制限する為に、工具の送りを制御
することが必要である。

１種類の工具破損検出器は加工の動力並びにカに起こる
変化に基づいている。別の形式は工具挿着体の破損によ
って発生される音響の放出を検出することに基づいてい
る。この発明は、加速度計の様なこれとは異なる音響セ
ンサを用い、普通の音響放出周波数帯より低い３０乃至
１００ｋＨｚの範囲内で作用する。

出願人の係属中の米国特許願出願番号第６６４゜１８９
号に記載された工作機械監視装置は、この発明と同じセ
ンサ及びアナログ信号の処理を用いていて、切削状態に
影響しないとるに足らない工具の破損事象で虚偽の警報
を避ける様にしている。

然し、その方式は、工具挿着体の破損に直ちに続いて切
削雑音に検出可能な変化があること又は破損事象が工作
物に影響しないことを仮定している。

従って、これは一般的には、切削雑音信号の変化を検査
する前に、工具破損信号を検出することに頼っている。

ディジタル・パターン認識回路が、主要な工具破損警報
を発生する前に、処理された　　　　　１′ｆｊｌｖＪ
信号の３工程の検査を行なう。その原因が破損事象にあ
るかも知れない様な信号レベルの過渡的な増加が、平均
変化検出器をトリガして、切削雑音の変化があるかどう
かを検査する。平均の変化が所定の期間の間持続すると
、警報を出す。これは、工具の破損又は過渡状態の検出
器を、切削雑音の大きなピークで、切削雑音変化又は平
均変化検出器を頻繁にトリガするくらいに感度を良くす
ることにより、高い切削雑音が破損信号をマスクする場
合を取扱う。切削雑音変化検出器は正に向かう信号の過
渡状態の時にだけトリガされる。

発明のＲ要 この発明の工作機械監視装置及び方法は、工具の材料の
突然のびず割れによって生じる音響の放出ではなく、主
に切削雑音に対する工具の破損の影響を検出することに
頼っている。処理した振動信号のレベルの突然の実質的
な増減により、持続的な切削雑音レベル変化試験がトリ
ガされる。このトリガは、正に向かう工具破損信号パル
スを検出したことによって発生することが出来るが、工
具破損パルスが検出されなかったか、或いは検出された
が、それに直ぐ続いて切削雑音レベルの変化がないため
に捨てられた時、上向き又は下向きの何れかの切削雑音
レベルの突然の実質的な変化によっても発生される。

装置の部品は、共振周波数の前後の周波数に対する感度
が最も高い加速度計の様な広帯域振動センサを含んでい
る。このセンサは工作機械の上に位置ぎめされていて、
加工過程の間、工具と工作物の界面に於ける振動を感知
する。センサ信号に対するアナログ予備処理装置が、礪
械の低周波雑音を弁別する手段と、３０ｋＨｚ乃至１０
０ｋＨｚの音響周波数帯の信号エネルギを検出する整流
器及び低域フィルタとで構成されている。低域フィルタ
のカットオフ周波数を５００Ｈｚ又はそれ以下にするこ
とにより、この後の標本化動作によるエイリアシングを
防止する。アナログ予備処理装置の単一極性の出力を標
本化し、そのサンプルをデージタル形式に変換して、デ
ィジタル・パターン認識回路によって解析する。このデ
ィジタル・パターン認識回路はプログラム可能な汎用計
算機であってよい。

ディジタル化した信号サンプルの解析は基本的に２段階
に分けて行なわれる。ディジタル回路が選ばれた数のサ
ンプルの移動平均信号レベルを計隷する。第１の段階で
は、ことごとくの新しいサンプルが移動平均と比較され
て、振動信号の突然の過渡的な増減を探索する。その各
々の検出によって、第２の段階がトリガされる。信号レ
ベルの変化並びに切削状態゛の突然の変化が、最低確認
期間の間持続すると、工具破損警報が発生される。

重要な工具の破損事象に関係しない短い過渡状態は排除
し、信号レベルの突然の変化を探索する為に過渡状態検
出器に制御作用を返す。粗面の切削中（交互に金属の切
削と空気の切削が行なわれる）の虚偽の′ｖＩ報を防止
する為、確認期間は工作物の回転周期よりも長い。ラン
アウト中の有効な工具の破損で警報を発生する能力が保
有される。

この発明の目的は、動力及び力を監視する装置よりも、
応答が一層速くて感度が一層高いと共に、こういう装置
は部品プログラムの各々の切込みに対して注意深く調節
をしなければならないので、それよりも設定並びに操作
にそれほど費用がかからず且つ時間もかからない工具破
損検出装置を提供することである。

別の目的は、現存の音響放出検出装置よりも虚偽の警報
を発することが少なく、且つ切削状態に重要な影響のな
い工具の破損事象で警報を発生することを避ける様な破
損工具検出器を提供することである。

別の目的は、相異なる加工作業の色々な需要に応える様
に、工員破損検出感度を調節することが成る程度出来る
様にすることである。

別の目的は、公知の動力、力及び音響の放出を監視する
装置よりも、一層広い範囲の加工用途にわたって有効な
工具の破損検出性能を持つ様にすることである。

別の目的は、粗面の切削中に虚偽の警報を発しない、改
良された、更に感度の高い音響式１具破損検出装置を提
供することである。　　　　　　　　　１別の目的は、
音響式１具接触検出器と容易に一体化して組合せ装置に
することの出来る破損工具検出器を提供することである
。

発明の詳しい記載 前に引用した米国特許願出願番号第６６４．１８９号に
記載される工作礪械監視装置の工具破損検出器は、振動
信号を解析して、重要な工具の破損事象によって生じる
信号の徴候を、擬似的な雑音源又はとるに足らない工具
の破損事象によって生じる１ｆｉｌＥから分離し、こう
いうことを限られた範囲の加工状態にわたって首尾よく
達成している。

この発明の方式は、首尾よく工具の破損を検出出来る加
工状態の範囲を拡大する。工具破損の振動の＠候の性感
並びに擬似的な雑音特性に影響する若干の加工状態は、
挿着体材料の形式と精密な組成、挿着体の形とその他の
幾何学的な因子、工具シートの材料と形状並びにチップ
・ブレーカを使うかどうかを含めた、工具ホルダーに対
する挿着　・体の取付は方法、がたつき、切込み、送り
速度及び主軸速度、表面のスケールとそれまでに加工さ
れた孔を含めた工作物の表面の粗さ、工作物の材料、及
び内側及び外側の隅に於ける切込みの不連続性がある。

一般的に云うと、工具の破損事象が発生する振動の徴候
は２つの部分を持つ。即ち、挿着体材料の突然のびず割
れで原因で生じた１つ又は更に多くの短かなスパイクの
形をしたｇ　Ｉの放出と、破損した挿着体の切削により
、破損していない挿着体とは異なる形で生じる切削状態
の変化による切削雑音の変化とである。

１番目の、挿着体のびず割れが原因で生じた音響の放出
について云うと、挿着体の状態の変化は刃先の状態を変
えることも変えないこともある。

イ〉ひ寸割れが内部のびず割れの成長に制限されていて
、ｌｉｔ’ｉ着体の外面に何の影響もない口）ひイ割れ
が挿着体の外面を通り扱けているが、挿着体取付は装置
の圧縮力並びに切削過程ににより、挿着体のびず割れし
た別々の部分が落下しない ハ）ひイ割れによって挿着体の１片が落下したが、この
１片は刃先に関係がなく、工作物に挟まらない 場合、切削状態は変らないことがある。

２番目の、切削状態の変化による切削雑音信号の変化に
ついて云うと、こういう切削状態の変化は イ）挿着体のろ部分が脱落したことによる切込みの減少 口〉挿着体の破損した１片が工作物に挟まることによる
切込みの増加 ハ）破損した挿着体のぎざぎざの縁による工作物の表面
の粗さの増加 であることがある。

重大な又は主要な工具の破損の定義はオペレータの目的
とする所並びにオペレータが作ろうとする部品の性格に
よって変るが、切削が粗加工、中間加工又は仕上げ加工
であるか、利用し得る人間の監視の程度、加工される部
品の価値等の因子を含む。然し、部品又は工具ホルダに
直ちに損傷の慣れがあるか、或いは切削のやり直しをし
なければならない様な破損だけが重大と考えるのが普通
である。工具破損検出器は、切削過程の不要な中断並び
にそれに伴う生産性の低下を避ける為に、この他の工具
の破損を無視ずべきである。

工具の破損を検出する為の振動センサの取付は位置は１
、監視しようとする各々の工作機械毎に個別に決定され
る。その際に考慮することは、工具接触検出器の場合と
同じであり、係属中の米国特許出願通り番号用６４５，
２０３号（１９８４年８月２９日）に詳しく記載されて
いる。

センサは、加工作業中に工具と工作物の界面で発生され
る振動を容易に感知することが出来る様に、工具ホルダ
ーに機械的に十分接近して結合された工作機械のろ部分
と有効な音響接触を持つ様に取付けられる。工作機械監
視装置の工具破損検出器が、小型で頑丈な１個のセンサ
を使う。このセンサは工具と工作物の界面から妥当な距
離の所に取付けることが出来る。これと対照的に、従来
の多く（７）Ｉ具破損検出装置′１・多数４７）ｔ＞”
ｔｔ必　　　　　１要とし、これらのセンサは厳しい環
境にある切削工具に接近した場所に取付けることを必要
とし、多重位置を持つ機械の１個の工具位置しか１つの
センサで相手にすることが出来ず、センサの取付が簡単
なことではなかった。

第１図及び第２図は横形及び縦形タレット旋盤の略図で
ある。この監視装置は、フライス盤、マシーニング・セ
ンタ及びドリルの様な他の形式の工作機械にも用いるこ
とが出来る。図示の横形タレット旋盤の部分は、機械枠
１０、主軸１１、チャック１２、工作物１４を保持する
治具１３及びＮＣ制御部１５を含む。回転自在の工具タ
レット１６が、工具ホルダ及び挿着体１８を支持する幾
つかの工具柱１７を持っている。タレット１６がタレッ
ト台１９に支持されており、このタレット台が２つの横
スライド２０に沿って移動する。広帯域加速度計の様な
振動センサ２１がタレット１６に取付けられる。この為
、１つの取付は位置にある１個のセンサが、切削作業の
為にオペレータが選択した任意の工具ホルダ位置を監視
することが出来る。普通は、この取付は場所によって満
足し得る信号対擬似雑音比が得られる。タレットは回転
することが出来るし、多くの機械では一方向にだけ回転
するから、簡単なケーブルによってはセンサを不動の信
号処理電子回路に電気的に接続することが出来ない。回
転形電気カップラ２２が変換器から出力される電気信号
を伝達する１つの方法である。随意選択により、振動セ
ンサ２３が横スライドに取付けられる。この場合、回転
形カップラは必要とせず、試験によると、成る旋盤では
良好な動作が達成された。センサをタレットから離した
所に取付けることが出来るかどうかは、監視すべき各々
の機械において実験的に決定しなければならないことで
ある。

縦形タレット旋盤が第２図に示されており、適当な２つ
の振動センサ取付は位置が示されている。

機械枠２４、チ！・ツク２５、工作物保持治具２６、工
作物２７、横スライド２８、垂直スライド２９、回転自
在の工具タレット３０、工具柱３１、及び工具ホルダ及
び切削挿着体３２が示されている（数値制御装置は示し
てない〉。タレットに取付けられたセンサ３３によって
発生された振動信号が、回転形電気カップラ３４を介し
て工具破損検出回路に伝達される。別の取付は位置は工
作機械の１つのスライドである。センサ３５は垂直スラ
イド２９と音響的に良好に接触している。

３０乃至１００ｋＨｚの領域内の音響振動を利用すると
共に、工具の破損車重の影響を背量雑音から識別する為
にパターン認識方法を用いる工具破損検出装置の主な特
徴が第３図に示されている。

センサは、非鼾に低い周波数から、３０ｋＨｚ近辺のそ
の共振周波数の直ぐ下並びにそれ以上までにわたって平
坦な応答を持つ広帯域加速度計３６である。この共振状
態を軽く減衰させ、センサがその共振状態から数キロヘ
ルツ以内の周波数に対する感度が最も大きくなるように
すると共に、共振周波数よりずっと高０周波数に対して
は感度が急速に下がる様にする。このような１つの高周
波振動センサがコネチカット州のビブラメトリックス・
インコーホレーテッド社から販売されているビブラメト
リックＶＭ１０１８加速度計である。

振動信号をフィルタ３７で＾域ろ波する。このフィルタ
のカットオフ周波数はセンサの共振周波数より少し低く
、低い方の周波数に集中する傾向のある機械の振幅の大
きい雑音を弁別し、且つそれを減衰させる。共振形加速
度計と高域フィルタの組合せが、加速度計の共（膜層波
数の近辺の大体２０ｋＨｚの帯域の周波数に有利な振動
信号の帯域ろ波作用をする。

両波整流器及び低域フィルタの組合せが両波エネルギ検
出器３８（ろ波作用が強すぎて真の包絡線検波にならな
い）として作用し、両極性のセンサ信号を単一極性の「
包絡線」信号に変換づる。

標本化周波数が１ｋ）−１ｚのナイキスト周波数より十
分高い限り、この後の標本化動作によるエイリアシング
を防止する為に、低域フィルタのカットオフ周波数は５
００Ｈｚ又はそれ未満にするのが典型的である。この為
、アナログ信号のサンプルの合間に信号の必要なディジ
タル解析が出来るくらいに、標本化周期を長くすること
が出来る。実（□ 際、低域フィルタのカットオフ周波数は１００Ｈ２と云
う様に低くすることが出来る。標本化器３９によって抽
出されたアナログ信号処理装置の出力の信号サンプルが
次にアナログ・ディジタル変換器４０によってディジタ
ル形式に変換され、ディジタル回路４１によって更に処
理されると共に解析される。ディジタル回路４１はプロ
グラム可能な汎用計算礪であってよい。

アナログ予備処理装置の出力に示したろ波された単一極
性の信号が重要な工具の破損による振動の徴候を含んで
いる。工具の破損の兆しが出る前の背景の切削雑音レベ
ルを４２に示しである。正に向かう過渡状態４３が切削
挿着体の破損によって発生されることがあるが、切削雑
音レベルは変らず、破損の疑いの確認期間よりも長い持
続時間の間、ひマ割れを生じた挿着体の部分に対する圧
縮力が切削状態を変らないま１に保っている為に、工員
破損ｎ報は出ない。この後、平均信号レベルの突然の持
続的な低下が続く。減少した切削雑音信号レベル４４は
、元の刃先を含む挿着体のろ部分が破損してなくなった
後の切込みが減少する為である。突然の信号レベルの低
下と時間的に接近した正に向かう過渡状態がない。挿着
体のひイｖ１れによる音響放出信号は高いレベルの光通
の切削雑音によって消されていることがあるし、或いは
前に検出されて排除された正に向かう過渡状態４３を発
生していることもある。こういう種類の工具の破損の徴
候を正しく検出することが、実質的な突然の信号レベル
の増加と共に低下を含める様に、破損の疑いの判断基準
を広げることによって実現される。

第３図に示す様に、ディジタル信号サンプルの解析は基
本的に２段階に分れる。第１の段階では、これは過渡状
態検出器４５で実施されるが、振動信号レベルの突然の
過渡的な増減があれば、それを検出し、各々の検出によ
って第２の段階がトリガされる。これが平均変化持続試
験回路４６によって行なわれる。振動信号レベルの変化
が短い過渡状態であれば、それはこの第２の段階で排除
され、第１の段階に制御作用が戻される。第１の段階が
レベルの突然の変化を捜すことに戻る。振動信号レベル
の変化が持続的である時、第２の段階はこれは認識し、
工具破１ｆｉｌ警報４７を発生する。

段階１の過渡状態の検出の判断基準は、（アナログ信号
処理チャンネルのろ波作用によって制限された）雑音特
性によって生ずるその信号の普通の山と谷の範囲をおそ
らく越えていることを示すくらいの倍数だけ、現在の移
動平均信号レベルより大きいかまたは小さい１個の信号
ナンプルを検出することに主に基づいている。やはり満
たさなければならないこの他の２次的な判断基準を含め
て、低レベルの過渡状態で虚偽の警報を出すことを避け
る。ことごとくの新しい信号サンプルがそれまでのＮ個
のサンプルに対する平均信号値と比較される。こＡでＮ
は移動平均信号レベルを計算する為に使われる「移動窓
」内にあるサンプルの数である。第４図は処理されたア
ナログ信号のディジタル化したサンプルと「移動平均窓
」とを示している。典型的には、Ｎは１６である。振動
信号の突然の増減が存在することは、切削状態の変化に
よる切削雑音の突然の変化を表わすことがあり、その原
因が重要な工具の破損事象であることがある。

段階２のレベル変化持続の判Ｉ／ｆ＋基準は、トリが後
の信号の平均レベルをトリガ時の信号平均レベルと絶え
ず比較する。突然の信号の変化を検出した後の、トリガ
後の平均が最低確認期間の間、低幅受理限界外に止どま
っている時、工具数ＩＱ警報が発生される。第３図に示
す上側及び下側受理限界４８．４９は、典型的には平均
切削雑音信号レベルの上下５０％である。こういう限界
を所定の切込みに対して固定し、利用者が選択すること
ができ、部品プログラムに入れることが出来る。確認期
間中の何れかの時に、振幅受理限界内にある特定された
最低限の故のトリガ後の平均が累積された場合、検出さ
れた突然の過渡状態は工具の破損に関係のないものとし
て排除され、制御作用は段階１に戻される。第３図は正
に向かう信号の過渡状態４３によってトリガされたが、
Ａ１で確認されなかったことを示している。Ａ２では、
負に向かう信号の過渡状態によって２回目のトリがかあ
り、これが８で確認される。この時工具破損警報が発生
される。

第５図及び第６図には重要な工具の破損事象と関連があ
ることが試験によって判っている他の２種項の振動の徴
候が示されている。この場合、解析する信号はアナログ
信号チャンネルのろ波した単一極性の出力である。この
発明の工具破損検出装置は、この２つの判断基準を充た
すこういう様な振動信号パターンで警報を発する。第５
図の処理済み振動信号は、それまでの平均信号レベルよ
り十分に高い、短い正に向かう信号の過渡状態を持ち、
その後に平均信号レベルの持続的な低下が続く。トリが
後信号の振幅受理限界を破線で示しである。正の信号の
過渡状態はひマ割れを生じた１ＩＴＩ着体からの音響の
放出であることもあるし、或いは挿着体の破損した１片
が一時的に工作物に挟まっていることによるものである
ことがある。平均信号の持続的な低下は、挿着体のろ部
分が破損して欠けた後の切込みの実質的な減少によるの
が普通である。正に向かう過渡状態が計算機の論理で「
破１員の疑い」又は過渡状態検出の判断基準を充たし、
平均信号レベルの持続的な経過が「疑い確認」又は持続
試験の判１１Ｆ＋基準を充たす。

第６図の工具の破１０による振動の徴候は、平均信号レ
ベルの突然の持続的な増加を特徴とする。

この増加は、挿着体の破損した１片が挿着体の他の部分
と工作物の間に挟まっていること、又は挿着体のぎざぎ
ざの縁で切削することによるものであることがある。ひ
１割れ事象による音響放出パルスが高いレベルの異常な
切削雑音によって隠される。工具破損信号を検出する確
率は、インコネルの様な硬い金属の高速度セラミック工
具による切削に一般的に伴う高い切削雑音の場合に最低
である。信号レベルの突然の上界が１破損の疑い」及び
過渡状態検出の判ｔ１７ｉ　基準を充たし、持続的な高
い信号レベルが「疑い確認」及び持続検査の判断基準を
充たす。

この発明の工具検出装置は、前掲米国特許願の２つの図
面に示される様な種類の振動の徴候では警報を発しない
。１Ｍ目は、短い正に向かう過渡状態の後に前の信号平
均レベルへの戻りが続く。

切削状態には影響がない。２番目は、一層長い正に向か
う過渡状態等に前の信号レベルへの戻りが続く。過渡状
態は、ｇｉ着体から小さなチップが欠は落らて、一時的
に工作物に挟まっていることが原因であることがある。

これは重大な損傷が起こる前に外れ、その後も切削状態
に影響はない。持続状態の確認の判断基準を充たさない
。この為、とるに足らない工具の破損事象で不要の警報
を出さない様にすることが出来る。

工具の破損事象が原因の変化があるかどうか、切削雑音
を榊視して解釈する工具破損検出器は、良好な工具を用
いて粗い面に最初の切込みを入れる時に生ずる切削雑音
の摂動によって混乱することがある。この装置は、こう
いう切込みでも虚偽の警報を防止しながら、粗面の切込
みを含む任意の時に起こる主要な工具の破損事象で依然
としてＷｌを発することが出来る様にする。それまでの
鋳造又は鍛造作業によって得られた粗い面に対する最初
の加工切込みは、空気から金属へそして空気へと云う変
化を含めて、切込みの突然の変化を特徴とする。これに
よって、往復動雑音レベルへの低下を含めて、切削雑音
レベルに突然の変化が生ずる。粗い面に対する初期の切
込みで「ランアウト」により、工作物の１回転当たり１
回又は更に多く、突然に起こるこの信号レベルの変化の
問題がある為に、虚偽の警報を防止することが必要であ
る。この様な突然の過渡状態は、有効な工具の破損の徴
候の多くの特性を持っている。粗い切削状態の′もとで
は工具の破損事象が尚更起こり易いから、粗い切込みの
時に工具破損検出器を働かなくすることは望ましくない
。粗い面を切削する際に工具の破損があるかどうかを人
間が見守って監視スることは、成る部品プログラムは大
抵の切込みに粗い面の切削を含んでいるから、あまり気
の乗らない解決策である場合が多い。

段階２の持続的な平均の変化の確認期間を工作物の回転
周期よりも長くなる様に調節し、少なくとも完全な１回
転の間持続しない信号レベルの変イ１．．。Ｆ　Ｋ　ｔ
　６　Ｚ　ｈ　Ｃよゆ、ウアアウ、、よ。。　　（の警
報が防止される。第７図は、ランアウトによる切込みの
変化によって生ずる様な、循環的に変化ザる信号レベル
を示している。点Ｓで、突然の増加により、［疑いＪ検
査がトリガされ、現在の平均信号が基準として保持され
る。振動信号が上側の受理限界より高くなるが、確認期
間が終わる前に戻り、この為「疑い」がＤで捨てられる
。制御作用が段階１に戻され、別の突然の信号の増減を
探索する。確認期間が主軸の回転周期よりも若干長い為
に、こういうことが各サイクルで繰返される。第８図は
、切込みが減少する時の信号レベルの突然の減少で最初
の「疑い」が発生した場合も、同様な結果が得られるこ
とを示している。振動信号が下側の振幅受理限界より低
くなるが、確認期間が終わる前に戻る。トリガがＤで捨
てられる。上向きでも下向きでも、信号レベルの突然の
変化が確ル８期間よりも長い間持続するため、装置は重
要な工具の破損で警報を発する。

この発明は、異なる加工作業の需要の変化に合う様に、
工に破損を検出する感度を調節する様な利用者が選択し
得るパラメータを用いて実施することが出来る。例えば
、−例では、粗い切込みの時、利用者は、切込みを実質
的な償だけ変えるが、工具ホルダに危険を及ぼず程では
ない様な工具の破損に対して、切込みを止めないが、仕
上げの切込みでは、切込みに僅かな変化しか生じない様
な工具の破損でも、切込みを止めることを希望すること
がある。切込みの変化と切削雑音の信号レベルの変化と
の間には大まかな相関性があるから、利用者は粗い切込
みよりも、仕上げの切込みに対しては、レベル変化の受
理限界（第５図の４８゜４９）を互いに近づける様に設
定することを希望することがある。

２番目の例として、確認期間は、任意の切込みで使われ
る最低主軸速度でランアウトによる虚偽の警報を防止す
るくらいに長く設定することが出来る。然し、確認期間
を不要に長くすると、工具シートが工作物に接触し、工
具挿着体のろ部分がなくなったことによって低下した後
の雑音信号レベルを増加覆ることにより、真の工具の破
損を見逃す慣れが大きくなる。利用者は、切削状態がラ
ンアウトを含まない時、又は主軸法１女が高い時、確認
期間を一層短く設定することにより、この様に工具の破
損を見落す確率を小さくすることが出来る。

この発明の装置は、工具の破損による音響信号を検出す
るだけではなく、切削時雑音自体の変化を監視すること
に重点を置くことにより、考えとしては、他のあらゆる
公知の音響式１具破損検出装置よりも、加十の動力又は
力の変化を監視する方式に、一層近いものである。この
装置は、高速セラミック工具挿着体を用いた加工に於け
る工具の破損の検出に伴なう成る特別の問題をも取上げ
る。このＶｔ置はセンサ及びアナログ信号処理が殆んど
同じであって、基本的な違いはディジタル化した信号サ
ンプルを解析するやり方並びにパターン認識論理回路の
性格であると云う点で、係属中の米国特許出願通し番号
第６４５，２０３号に記載された音９式１具接触検出器
と一体化して、工具破損検出兼工具接触検出装置にする
ことは容易である。この発明の音響式１具破損検出器は
自動工具交換ＷｉＡ’Ｆｌと共に使うことが出来るし、
単独の製品として用いてｂよいし、又は工作機械数値制
御装置の特徴として用いることも出来る。

この発明の好ましい実施例を具体的に図示し且つ説明し
たが、当業者であればこの発明の範囲内で再度に種々の
変更を加えることが出来ることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は横形タレット旋盤の部分的な側面図で、加速度
計の交代的な位置を示す。第２図は縦形タレット旋盤の
簡略側面図で、センサの交代的な位置を示す。第３図は
工具破損検出装置のブロック図で、最初の場合はトリガ
を捨てることになり、その後で工具破損警報が出る様な
ろ波された単一極性の振動信号をも示している。第４図
は標本化した信号と「移動平均」窓とを示すグラフ、第
５図及び第６図は重大な工具破損の徴候を含んでいて、
警報を発生する様な処理済みアナログ振動信号を示づグ
ラフ、第７図及び第８図は虚偽の警報として排除される
様なランアウトによる切込みの変動によって発生される
循環的に変化する振動信号を示すグラフである。 主な符号の説明 ３６；加速度計（センサ） ３７：高域フィルタ ３８二両波エネルギ検出器 ３９：標本化器 ４０：Ａ／Ｄ変換器 ４１：ディジタル回路 ４５：過渡状態検出器 ４６：平均変化持続試験回路 ４７：エ具破損ド報

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）工作物の加工中に切削工具の破損事象を検出する装
   置に於て、 工具と工作物の界面における振動を表わす電気信号を発
   生する広帯域振動センサと、 機械の低周波雑音を弁別すると共に１００ ｋＨｚより低い音響周波数帯域の信号エネルギを検出す
   る手段を含むアナログ予備処理装置と、該アナログ予備
   処理装置の単一極性の出力信号を標本化して、各サンプ
   ルをディジタル値に変換する手段と、 損傷を招く惧れのある、工具の破損事象による切削状態
   の変化を検出するディジタル・パターン認識回路とを有
   し、該ディジタル・パターン認識回路は、選ばれた数の
   サンプルの移動平均信号レベルを計算する手段、各サン
   プルを移動平均と比較して、切削雑音の実質的な変化に
   よって起こるサンプル信号レベルの突然の過渡的な増減
   を探索する手段、及び突然の変化を検出した後の平均信
   号レベルを検出する前の平均信号レベルと比較して、平
   均の変化が最低確認期間の間持続する時、工具破損警報
   を発生する手段で構成されている装置。 ２）特許請求の範囲１）に記載した装置に於て、前記振
   動センサが３０ｋＨｚより高い共振周波数を持つ加速度
   計である装置。 ３）特許請求の範囲２）に記載した装置に於て、前記ア
   ナログ予備処理装置が、高域フィルタ、整流器及び低域
   フィルタで構成されていて、前記標本化手段の信号標本
   化速度でエイリアシングの防止用のろ波作用を持つ様に
   した装置。 ４）特許請求の範囲３）に記載した装置に於て、前記低
   域フィルタのカットオフ周波数が５００Ｈｚより低い装
   置。 ５）特許請求の範囲１）に記載した装置に於て、最後に
   記載した手段が各々の新しい信号サンプルを振幅受理限
   界と比較し、所定数の信号サンプルが前記受理限界内に
   ある時、信号レベルの検出された突然の変化を工具の破
   損に関係ないものとして捨てる様にした装置。 ６）特許請求の範囲１）に記載した装置に於て、粗面を
   切削中、虚偽の警報を防止する為に、前記確認期間が工
   作物の回転周期よりも長い装置。 ７）工作物の加工中に切削工具の破損事象を検出する装
   置に於て、 共振周波数を中心とする周波数に対する感度が最も大き
   く、工具と工作物の界面における振動を感知する様に工
   作機械に位置ぎめされていて、これらの振動並びにその
   他の振動を電気信号に変換する広帯域加速度計と、 前記振動信号の高域濾波作用を行なって機械の低周波雑
   音を弁別する手段、及び前記信号を整流並びに低域ろ波
   して３０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚの音響周波数帯の信号
   エネルギを検出する整流及び低域フィルタ手段を含むア
   ナログ信号処理手段と、 該アナログ処理手段の単一極性の出力信号を標本化して
   、各サンプルをディジタル形式に変換する手段と、 工作物又は工作機械の損傷を招く惧れのある工具の破損
   事象による切削雑音の変化を検出するディジタル・パタ
   ーン認識回路とを有し、 該ディジタル回路は、選ばれた数のサンプルの移動平均
   信号レベルを計算する手段、各々の新しいサンプルを移
   動平均と比較して、工具の破損事象の結果であるかも知
   れない様な信号レベルの突然の増減を検出する過渡状態
   検出器、及び該過渡状態検出器によってトリガされた後
   、予め設定した確認期間の間、振幅受理限界外に止まる
   平均信号レベルの持続的な変化があるかどうかを試験し
   て、工具破損警報を発生する手段で構成されている装置
   。 ８）特許請求の範囲６）に記載した装置に於て、最後に
   記載した手段が、持続的な平均の変化の試験が成立しな
   かった後、前記過渡検出器に制御作用を戻す装置。 ９）特許請求の範囲７）に記載した装置に於て、信号レ
   ベルの突然の変化が検出されてトリガされた後の各々の
   新しいサンプルが、トリガの時点に於ける平均信号レベ
   ルと比較される装置。 １０）特許請求の範囲７）に記載した装置に於て、工作
   物の粗面に対する交互の金属切削作用及び空気切削作用
   の時に虚偽の警報を発生するのを防止する為に、前記確
   認期間が前記工作機械の主軸の回転周期よりも長い装置
   。 １１）工作物又は工作機械を損傷する惧れのある工具の
   破損を検出する方法に於て、 工具と工作物の界面に於ける振動を感知して、こういう
   振動並びに工作機械のその他の振動を電気信号に変換し
   、 前記振動信号を予備処理して機械の低周波雑音を弁別す
   ると共に、前記信号を整流並びに低域ろ波して、１００
   ｋＨｚより低い音響周波数帯の信号エネルギを検出し、 処理した振動信号を標本化して各サンプルをディジタル
   形式に変換し、 前記信号サンプルを２つの基本的な段階だけで解析して
   、損傷を招く惧れのある工具の破損事象による切削状態
   の変化を検出し、第１の段階は、ことごとくのサンプル
   をそれまでのＮ個のサンプルの移動平均信号レベルと比
   較することによって、切削雑音の変化であるかも知れな
   い様な信号レベルの突然の増減を検出することで構成さ
   れ、第２の段階は、平均信号レベルを振幅受理限界に対
   して絶えず比較し、該限界外であれば工具破損警報を発
   生し、そうでなければそれを捨てて、第１の段階に制御
   作用を戻すことにより、最低確認期間の間持続する切削
   雑音の変化を試験することで構成されている方法。 １２）特許請求の範囲１１）に記載した方法に於て、ラ
   ンアウトの虚偽の警報を防止する為に、前記確認期間が
   前記工作機械の主軸の回転周期よりも長い方法。