JPS61105461A - 工具折損検出装置 - 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】 〔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ィックエミッション（
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。

〔発明の概要〕

本発明は工作機械の加工対象の表面が必ずしも均一でな
いことに鑑み、工具の折損時の擬似ＡＥ傷信号発生させ
る擬似ＡＥ信号発生手段の取付強度を電磁石による駆動
力によっ°ζ一定レベルの擬似ＡＥ傷信号発生させるよ
うに調整している。そして正しく調整された擬似ＡＥ傷
信号ら所定レベルのＡＥ倍信号得られるので、それに基
づいて再び工作時に用いられるＡＥセンサの感度を調整
する。そうすれば工具の折損時と同一レベルのＡＥ倍信
号ＡＥセンサに伝わるので、ＡＥセンサの感度調整が確
実となり信頼性の高い工具折損検出装置とすることがで
きる。

〔従来技術とその問題点〕

工作機械において工具を用いて加工対象（以下ワークと
いう）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・りの近傍にＡ
Ｅセン号を設け、そこから得られるＡＥ倍信号基づいて
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、ワーク
の近傍にＡＥセンサが設けられるためその取付位置によ
ってＡＥ倍信号レベルが大幅に異なる。そのため従来の
工具折損検出装置ではＡＥセンサの感度を工具の大きさ
に応じてあらかじめ定められた標準値に設定し、個々の
工作機械の工具。

ＡＥセンサ間の減衰率を試行錯誤で補正していた。

しかるに工具の折損時のＡＥ倍信号折損時にしか得られ
ないのでＡＥセンサの取付位置や取付状態の確認が難し
く、工具の折損を確実に検出することが困難であった。

更に工具の種類、例えばドリル径を変更した時や回転速
度等の切削条件を異ならせたとき、更に形状材質の異な
るワーク毎にＡＥ倍信号レベルが異なるため、調整が困
難であり使い難く信頼性に問題があるという欠点があっ
た。

〔発明、の目的〕

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って、ＡＥセンサの感度を調整
するために工具折損時のＡＥ倍信号同一のＡＥ倍信号発
生ずる擬似ＡＥ信号発生手段を設け、ＡＥセンサの感度
設定がワークの形状や材質１表面状態に依存することな
く容易に感度を設定することができる使い易い工具折損
検出装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成と効果〕

本発明は工作機械の工具近傍に設けられたＡＥ　　　　
　　　。

センサを有し、工具の折損時に得られるＡＥ倍信号基づ
いて折損を検出する工具折損検出装置であって、工具の
折損時に得られるＡＥ倍信号周波数を含む擬似ＡＥ倍信
号発生する擬似ＡＥ信号発生手段と、擬似ＡＥ信号発生
手段を取付ける強度を設定する設定手段と、設定手段に
より設定されたレベルにより駆動される電磁石を下面に
有し、該電磁石の吸引力により擬似ＡＥ信号発生手段を
加工対象上に取付ける取付手段と、を具備し、設定手段
により電磁石の駆動レベルを変化させて所定レベルの擬
４ｇ１ＡＥ信号を発生させ、該擬似ＡＥ倍信号基づいて
ＡＥセンサの感度を調整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、工作機械によ
る加工を行う前に擬似ＡＥ信号発生手段により工具の折
損時の擬似ＡＥ倍信号発生させてＡＥ倍信号感度を調整
している。そして擬似ＡＥ信号発生手段を工作機械に取
付ける際に電磁石を用いて取付強度を調整するようにし
たので、取付面の荒さに応じて吸着力を調整することに
よって適正なレベルの擬似ＡＥ倍信号発生させることが
可能となる。こうして発生する擬似ＡＥ倍信号用いてＡ
Ｅセンサの感度を調整すれば、ワークの表面状態や材質
にもかかわらず正確に且つ容易に調整することが可能と
なる。

こうした調整を終えた後擬似ＡＥ信号発生手段を外して
工具を取付ければ、工具折損時には擬似ＡＥ倍信号同一
の経路によってＡＥ倍信号ＡＥセンサに伝えられる。そ
して適正な感度のＡＥセンサによってＡＥ倍信号信号処
理部に伝えられるので、Ｌ具折損の信頼性を大幅に向上
させることが可能となり使い易い工具折損検出装置とす
ることができる。

〔実施例の説明〕

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
すブロック図である。本実施例はボール盤に取付けられ
た状態を示すものであって、ワーク１はボール盤のベー
ス２上に固定されており、ワーク１の上部よりドリル３
を回転させて所定速度で押下しワーク１に開口が設けら
れる。ここでワーク１の上部のドリルの刃が切削する位
置にワークに切削を行う前にあらかじめ擬似ＡＥ信号発
土器４を取付ける。レベル設定器５はこの擬似ＡＥ信号
発生器４の駆動レベルを設定するものであって、使用工
具の大きさ１種類に応じて設定された駆動レベルの信号
を駆動回路６に伝える。駆動回路６は擬似ＡＥ信号発生
器４を駆動するものであって、あらかじめ工具の折損時
のＡＥ傷信号相似で、且つ同一のパワースペクトル分布
を持つ駆動波形により擬似ＡＥ信号発生器４を駆動する
ものである。又レベル設定器７は擬似ＡＥ信号発生器４
をワーク１に取付ける取付強度を設定するものであって
、例えば可変抵抗器等によってレベル設定が行われる。

電磁石駆動回路８はこの設定されたレベルに応じて後述
する取付具を用いて所定の強度で擬似ＡＥ信号発生器４
をワークに取付けるも、のである。そしてワーク１が配
置される工具の近傍、例えば第１図に示すようにベース
２上にＡＥ傷信号検出するＡＥセンサ９を設ける。ＡＥ
センサ９はドリル等の工具からのＡＥ傷信号擬似ＡＥ信
号発生器４からのＡＥ傷信号検出する広帯域のＡＥセン
サであって、その出力はアナログスイッチ１０に与えら
れる。アナログスイッチｌＯは外部の出力によってアナ
ログ信号を断続するもので、その出力は増幅器１１に与
えられる。増幅器１１は可変抵抗器１２の調整により増
幅率を任意に設定することができる増幅器であって、そ
の出力を二つのバンドパスフィルタ１３．１４及び切削
レベル表示器１５に４えるものである。バンドパスフィ
ルタ１３は中心周波数３００ＫＨｚ、バンドパスフィル
タ１４は中心周波数５０ＫＨｚのフィルタであって、夫
々の中心周波数付近の信号のみを次段の検波器１６．１
７に伝える。検波器１６゜１７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って、検波器１６
の出力は微分回路１８に、検波器１６．１７の出力は夫
々比較器１９に与えられる。これらのバンドパスフィル
タ１３，１４、検出器１６．１７及び比較器１９により
折損時のＡＥ傷信号識別する周波数識別手段を形成して
いる。微分回路１８は入力信号の急峻な変化分のみを次
段のレベル判定器２０及び折損・異常レベル表示器２１
に伝える。レベル判定器２０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２２と異常切削検出回路２３に伝える
や又比較器１９は検波器１６．１７の出力を比較し、検
波器１６の出力が大きい場合にのみ出力を折損検出回路
２２に伝える。折損検出回路２２はこれらの入力の論理
積をとって工具の折損を検出する論理回路であって、検
出信号によってアナログスイッチ１０を閉成すると共に
出力回路２４を介して外部に出力する。又異常切削検出
回路２３はレベル判定器２０の出力に基づいて異常切削
を検出するものであって、その出力を出力回路２５を介
して外部に伝えるものである。

第２図は擬似ＡＥ信号発生器４の取付具３０を示・す断
面図である。本図において擬似ＡＥ信号発生器４は図示
のように取付具によって取付けられる。取付具３０は断
面コ字状の金属筐体から成り立っており、その内部に擬
似ＡＥ信号発生器４が設けられる。擬似ＡＥ信号発生器
４は取付具３０内にバネ３１によって下方に押下されて
固定される。擬似ＡＥ信号発生器４の下面はＰＺＴ等の
圧電素子３２が平坦なセラミック板３３上に固定され、
セラミック板３３が取付具３０の底面と一体に形成され
ている。そしてこの取付具３０の下方外周には図示のよ
うに環状の溝を用する鉄輪３４が設けられており、その
溝内にコイル３５が巻かれている。コイル３５は前述し
た第１図の電磁石駆動回路８より供給される電流によっ
て駆動されるものである。

次に本実施例の工具折損検出装置を工作機械に設置する
際の操作について説明する。まず第３図に示すようにワ
ーク１上に取付具３０を用いて擬似ＡＥ信号発生器４を
取付ける。そして用いられる工具の種類、例えばドリル
径に応じてレベル設定器５によって擬似ＡＥ信号レベル
を設定する。

次いで第３図に示すようにこの擬似ＡＥ信号発生器４か
ら所定間隔ｉ、例えば１０ｃｍを隔ててワーク１上にＡ
Ｅセンサ９を取付ける。このときＡＥセンサ９も第２図
の取付具を用いて取付けるようにすることも可能である
。ごごでＡＥセンサ９の出力を増幅する増幅器１１の増
幅率は所定値に固定しておくものとする。そして擬似Ａ
Ｅ信号発生器４より擬似ＡＥ倍信号発生させれば、ＡＥ
センサとの間隔及びＡＥセンサの感度は一定であるので
、そのときに切削レベル表示器１５に得られる切削レベ
ルは擬似ＡＥ信号発生器４のワーク１への取付状態のみ
に依存することとなる。即ちワーク１の表面が荒ければ
擬似ＡＥ信号発生器４の出力が減衰してＡＥセンサ９に
伝えられることとなるので、レベル設定器７のレベルを
上げるように調整し、電磁石駆動回路８を介してより強
力に擬似ＡＥ信号発生器４をワーク１上に吸着させる。

又ワーク１の表面がなめらかな場合には、減衰せず強い
信号がＡＥセンサ９に与えられるので設定レベルを下げ
る。このように切削レベル表示器１５の表示によって所
定の切削レベルとなるようにレベル設定器７を調整し擬
似ＡＥ信号発生器４のワーク１への吸着力を調整する。

こうして所定のレベル表示が得られればワーク１の表面
状態にかかわらず擬似ＡＥ信号発生器４より一定レベル
の擬似ＡＥ倍信号出力されていることとなる。

次いでＡＥセンサ９をワーク１より外して第１図に示す
ようにベース２上に取付ける。そして既に調整したレベ
ルによって擬似ＡＥ信号発生器４を吸着し、正確なレベ
ルの擬似ＡＥ倍信号発生させる。このときＡＥセンサ９
の取付状態やＡＥセンサ９とワーク１との間隔、ワーク
の材質等によってＡＥセンサ９に伝えられる信号レベル
が異なるので、可変抵抗°器１２を用いて切削レベル表
示器１５の表示値により適正な値になるように感度を調
整する。これを工具毎に設定すればＡＥセンサ９の感度
、即ち増幅器１１の出力が一定レベルとなるように調整
することが可１１シとなる。

さ°ζ通常の切削加工時にＡＥセンサ９より与えられる
ＡＥ倍信号パワースペクトルの分布は第４図の曲線すに
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モは単調に減衰する分布となってい
る。又多くの実験より知らす 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
４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っている。

これは信号源プく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。従って二つのバンドパスフィルタ
１３．１４により夫々の周波数成分付近のＡＥ倍信号み
を取出して検波器１６゜１７により検波し、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５０
ＫＨｚ付近のＡＥ倍信号パワーが周波数周波数３００Ｋ
Ｈｚ付近のパワーより大きく、工具の折損時には３００
Ｋｆｉｚ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１９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２２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
擦によって第４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
ンドパスフィルタ１３，１４の中心周波数やＱの値、及
び比較器１９のスレッシュ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って判断することがある。従って本
実施例においては工具の折損時に見られるＡＥ倍信号時
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５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
っており、一方切屑と工具やワークの接触、摩擦によっ
て発生するＡＥ倍信号第５図中）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っている。

従って第１図のブロック図に示すように検波器１６の出
力を微分回路１８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２０に与える。そしてその入力レ
ベルを所定の基準値と比較し、急峻な立上りのＡＥ倍信
号得られたときにレベル判定器２０より折損検出回路２
２に信号を与える。折損検出回路、２２はこれらの論理
積信号によって工具の折損を検出する。このように周波
数領域の折損検出と時間領域の折損検出の両者を組み合
わせることによって確実に工具の折損のみを検出するこ
とが可能となる。

このようにして工具の折損のみを検出すれば出力回路２
４より折損出力を与えると共に、アナログスイッチ１０
をオフとして以後ＡＥ倍信号増幅器１１に伝えないよう
にしている。これは工具の折損後に発生する折損した工
具とワークとの異常接触や摩擦により発生する大きなＡ
Ｅ倍信号更に折損と判定しないようにするためである。

又第１図のブロック図に示すように増幅器１１の出力を
そのまま切削レベル表示器１５により表示し切削レベル
を示しており、更に切屑とワークとの異常な接触摩擦状
態を工具の折損３通常の加工信号として分離することが
可能である。レベル判定器２０の出力により異常切削検
出器２３を介して出力回路２５より異常切削出力を外部
に与えているので、異常切削を同時に検出することも可
能となる。

又本実施例はボール盤のドリル折損検出装置について説
明しているが、本発明は他の工作機械、例えば旋盤やフ
ライス盤等の種々の工作機械に適用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

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
すブロック図、第２図は本実施例による擬似ＡＥ信号発
生器４とそれをワーク上に取付ける取付具の構造を示す
断面図、第３図は擬似ＡＥ信号発生器とＡＥセンサ９と
をワーク１上に取付けた状態を示す側面図、第４図はＡ
Ｅセンサ９よす得うれるＡＥ倍信号パワースペクトルを
示す図、第５図（ａｌは工具折損時に得られるＡＥ信号
波形、第５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。 ■−・−ワーク　　２・・・・−・−ベース　　３−−
−−一・−ドリル４−−−−−−・擬似ＡＥ信号発生器
　　５，７−・−・−レベル設定器　　６−・−ＡＥ駆
動回路　　８−・−電磁石駆動回路　　９−−一−−・
−ＡＥセンサ　　１０・−−−−−−アナログスイッチ
　　１１−・・−増幅器　　１３．１４−・−バンドパ
スフィルタ　　１６．１７・−・−・検波器　　１８−
・−・−・−微分回路　　１９−−−−−−一比較器２
０−−−−−−−レベル判定器　　２２−・−折損検出
回路２４　、　２５−−−−−一出力回路　　３０−・
−擬似ＡＥ信号発生器取付具　　３１−−ｍ＝−・・バ
ネ　　３５−一−−−−−コイル 特許出願人　　　立石電機株式会社 代理人　弁理士　岡本宜喜（他１名） 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の工具近傍に設けられたＡＥセンサを有
   し、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、 工具の折損時に得られるＡＥ信号の周波数を含む擬似Ａ
   Ｅ信号を発生する擬似ＡＥ信号発生手段と、 前記擬似ＡＥ信号発生手段を取付ける強度を設定する設
   定手段と、 前記設定手段により設定されたレベルにより駆動される
   電磁石を下面に有し、該電磁石の吸引力により前記擬似
   ＡＥ信号発生手段を加工対象上に取付ける取付手段と、
   を具備し、 前記設定手段により電磁石の駆動レベルを変化させて所
   定レベルの擬似ＡＥ信号を発生させ、該擬似ＡＥ信号に
   基づいてＡＥセンサの感度を調整することを特徴とする
   工具折損検出装置。