JPS61117449A - Tool breakage detecting device - Google Patents

Tool breakage detecting device

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JPS61117449A
JPS61117449A JP59239281A JP23928184A JPS61117449A JP S61117449 A JPS61117449 A JP S61117449A JP 59239281 A JP59239281 A JP 59239281A JP 23928184 A JP23928184 A JP 23928184A JP S61117449 A JPS61117449 A JP S61117449A
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signal
tool
breakage
breakage detection
signal processing
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Kiyokazu Yoshimura
吉村 喜代和
Hideaki Nakamura
秀明 中村
Kazuaki Otsuka
大塚 一明
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Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

PURPOSE:To detect the breakage of a tool securely without the influence of the size of a tool, a chip, other signals, etc., by providing AE sensors and signals processing means, a position decision means and a breakage decision means, etc. CONSTITUTION:The respective AE sensors 6A-6D detect AE signals from tools such as a drill 2a and an artificial breakage signal generator 6 and their outputs are supplied to AE signal processing parts 7A-7D. Those signals are amplified to a specific level and the signal of the breakage of a tool, etc., is detected and sent to a CPU 9. The storage means consisting of an ROM 10 and an RAM 11 stored with sensitivity information on the AE sensors 6A-6D corresponding to tools used by a numerical controller 3 is connected to the CPU 9 and an event timer 12 stored with the time when breakage signals are obtained from the processing parts 7A-7D is connected. Then, the CPU 9 calculates the position where a breakage signal is obtained on the basis of those signals and also outputs the breakage signal through a display part 14. Thus, the breakage of the tool is detected with high precision.

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フション(
以下AEという)を利用して監視。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention is directed to the acoustic emission (acoustic emission) that occurs during cutting and tool breakage in machine tools.
(hereinafter referred to as AE) for monitoring.

自動検出する工具折損検出装置に関するものである。This invention relates to a tool breakage detection device that automatically detects tool breakage.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明による工具折損検出装置は、少なくとも3つ以上
のAEセンサを所定間隔を隔てて加工対象上に配置し、
各AHセンサより得られる折損検知信号の時間差に基づ
いてその信号源の位置を算出している。そして折損検知
信号が得られた瞬間の工具の位置と信号源の位置とを比
較することによって、工具が存在する位置から折損検知
信号が得られたときにだけ真に工具が折損したものとし
て折損信号を出力するようにしている。そして工具の存
在しない場所から発生する折損時のAE倍信号似た信号
を排除することによって、工具折損の信頼性を向上させ
るようにしたものである。
The tool breakage detection device according to the present invention arranges at least three AE sensors on a workpiece at a predetermined interval,
The position of the signal source is calculated based on the time difference between the breakage detection signals obtained from each AH sensor. By comparing the position of the tool at the moment when the breakage detection signal was obtained and the position of the signal source, it is determined that the tool is truly broken only when the breakage detection signal is obtained from the position where the tool is present. I am trying to output a signal. The reliability of tool breakage is improved by eliminating signals similar to the AE multiplied signal at the time of tool breakage that occur from locations where the tool does not exist.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

工作機械において工具を用いて加工対象を切削加工する
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
機械の工具やワークの近傍にAEセンサを設け、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。
When cutting a workpiece using a tool in a machine tool, the tool may break for some reason or become clogged with chips, resulting in abnormal cutting. With the recent progress in factory automation, there is a strong demand for automatic detection of tool breakage and abnormal cutting. As a method for detecting tool breakage in machine tools, a device has been proposed that installs an AE sensor near the tool or workpiece of the machine tool and detects tool breakage based on the AE multiplied signal obtained from the AE sensor. There is.

しかしながら従来の工具折損検出装置によれば、AEセ
ンサより得られる信号の振幅の平均値や特定の周波数に
基づいて工具の折損を検出しており、他の原因で得られ
るAE倍信号えばワークの切屑から発生する信号やソレ
ノイドの開閉等に伴う電気ノイズ、ワークに物体が接触
した場合の衝撃音等と充分に分離することができず、信
頼性が低いという問題点があった。
However, conventional tool breakage detection devices detect tool breakage based on the average amplitude of the signal obtained from the AE sensor or a specific frequency. There was a problem in that reliability was low because it was not possible to sufficiently separate signals generated from chips, electrical noise associated with opening and closing of solenoids, and impact noise when an object came into contact with a workpiece.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

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、工具の大きさや切屑、他
の信号等に影響されず確実に工具の折損を検出すること
ができる信頼性の高い工具折損検出装置を提供すること
を目的とする。
The present invention was made in view of the problems of conventional tool breakage detection devices, and is capable of reliably detecting tool breakage without being affected by tool size, chips, other signals, etc. The purpose is to provide a highly reliable tool breakage detection device.

〔発明の構成と効果〕[Structure and effects of the invention]

本発明は工作機械の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、加
工対象上に所定間隔を隔てて設けられた少なくとも3つ
のAEセンサと、各AEセンサから得られるAE倍信号
基づいて工具の折損検知信号を夫々出力する複数の信号
処理手段と、各信号処理手段より得られる折損信号の時
間差に基づいて折損信号源の位置を判別する位置判別手
段と、信号処理手段より折損検知信号が得られたときの
工具の位置と位置判別手段によって判別された位置とを
比較し、工具の位置より折損信号が得られたときに折損
信号を出力する折損判別手段と、を具備することを特徴
とするものである。
The present invention is a tool breakage detection device that detects breakage based on an AE multiplied signal obtained when a tool of a machine tool breaks. A plurality of signal processing means each outputting a tool breakage detection signal based on the AE multiplied signal obtained from the sensor, and a position determining means that determines the position of the breakage signal source based on the time difference between the breakage signals obtained from each signal processing means. The tool position when a breakage detection signal is obtained from the signal processing means is compared with the position determined by the position determining means, and a breakage signal is output when a breakage signal is obtained from the tool position. The present invention is characterized by comprising a determining means.

このような特徴を有する本発明によれば、複数のAEセ
ン号を用い各AEセン毎へのAE倍信号到達時間差から
信号源の位置をワーク上に特定し、工具の位置と比較す
るようにしている。こうすれば工具が存在する位置以外
から折損信号と極めて似た信号が得られた場合にも工具
折損と誤って判断することがなくなる。そのため工具が
存在する位置から発生するAE倍信号みを工具折損信号
とすることができ、工具折損の信頼性を大幅に向上させ
ることが可能となる。本発明によるこのような工具折損
検出方式は、折損信号の周波数特性や時間領域の特性に
よる工具折損の検出とは独立した一つの論理積条件とす
ることが可能であり、これらの各条件を組み合わせるこ
とによって更に工具折損検出の信頼性を向上させること
が可能となる。
According to the present invention having such characteristics, the position of the signal source is specified on the workpiece from the difference in arrival time of the AE multiplied signal to each AE sensor using a plurality of AE sensors, and is compared with the position of the tool. ing. In this way, even if a signal extremely similar to a broken signal is obtained from a location other than the location where the tool is present, it will not be mistakenly determined that the tool is broken. Therefore, only the AE multiplied signal generated from the position where the tool exists can be used as the tool breakage signal, making it possible to significantly improve the reliability of tool breakage. Such a tool breakage detection method according to the present invention can be set as one AND condition independent of the detection of tool breakage based on the frequency characteristics and time domain characteristics of the breakage signal, and it is possible to combine each of these conditions. This makes it possible to further improve the reliability of tool breakage detection.

〔実施例の説明〕[Explanation of Examples]

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。本実施例は数値制御装置を用いて
制御されるボール盤に取付けられた工具折損検出装置を
示すものであって、ワークlはボール盤のベース上に固
定されており、ワーク1の上部よりドリル2を回転させ
て所定速度で押下しワークIを開口する。ドリル2は数
値制御装置3によってその動作が制御されている。ここ
で用いられるドリルは図示しない自動工具交換器によっ
て自動的に交換されるものとする。さてワーク1の上部
のドリルの刃が接触する位置にワーク1に切削を行う前
にあらかじめAEセンサと同じ(PZT等からなる擬似
折損信号発生器4が取付けられる。駆動回路5はこの擬
似折損信号発生器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出力波形と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を発振するよう構成さ
れており、その振幅レベルは外部より与えられる。そし
てワーク1の上部には第1図に示すように4つのAEセ
ンサ6A、6B、6G、6Dを正方形の各頂点に配置し
、6Aと6B、6Cと6D間の長さを夫々2Cとする。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a tool breakage detection device according to the present invention. This embodiment shows a tool breakage detection device attached to a drilling machine controlled using a numerical control device, in which a workpiece 1 is fixed on the base of the drilling machine, and a drill 2 is inserted from the top of the workpiece 1. The workpiece I is opened by rotating and pushing down at a predetermined speed. The operation of the drill 2 is controlled by a numerical control device 3. It is assumed that the drill used here is automatically replaced by an automatic tool changer (not shown). Now, before cutting the workpiece 1, a pseudo-breakage signal generator 4 made of the same material as the AE sensor (PZT, etc.) is installed in advance at the position where the drill bit comes into contact with the upper part of the workpiece 1.The drive circuit 5 receives this pseudo-breakage signal. It drives the generator 4, and is configured in advance to oscillate a drive waveform that is similar to and has the same power spectrum distribution as the AE output waveform when the tool breaks, and its amplitude level is given from the outside. As shown in Fig. 1, four AE sensors 6A, 6B, 6G, and 6D are arranged at the vertices of a square on the top of the workpiece 1, and the lengths between 6A and 6B and between 6C and 6D are respectively 2C. do.

各AEセンサ6A〜6Dはドリル2等の工具からのAE
倍信号擬似折損信号発生器4からのAE倍信号検出する
広帯域のAEセンサであって、その出力は夫々AE信号
処理部?A、7B、7C,7Dに与えられる。
Each AE sensor 6A to 6D detects AE from a tool such as drill 2.
It is a wideband AE sensor that detects the AE multiplied signal from the multiplied signal pseudo-breakage signal generator 4, and its output is sent to each AE signal processing section. Given to A, 7B, 7C, 7D.

AE信号処理部7八〜7Dは夫々AEセンサ6A〜6D
からの信号を所定のレベルで増幅すると共に工具の折損
、異常切削の信号を検知し、入出力インターフェース8
を介して中央演算装置(以下CPUという)9に与える
ものである。CPU9にはシステム制御プログラムを記
憶するリードオンリメモリ (以下ROMという) 1
0と、この数値制御装置3によって用いられる工具に対
応するAEセンサの感度情報を含むランダムアクセスメ
モリ (以下RAMという)11から成る記憶手段が接
続され、各AE信号処理部7A〜7Dより折損信号が得
られる時間を記憶するイベントタイマ12が接続されて
いる。CPU9には更に入出力インターフェース13を
介して切削中のAE信号レベル、工具の異常切削や折損
を表示する表示部14、及び工具の番号や種類、標準の
AEセンサの感度を設定する入カキ−15が接続される
。更に信号伝送ライン16を介して数値制御装置3が接
続されている。CPU9は後述するように4つのAE信
号処理部7A〜7Dの信号に基づいて折損信号が与えら
れた位置を算出すると共に、その位置が工具の存在する
位置である場合に折損信号を表示部14より出力するも
のである。
AE signal processing units 78-7D are AE sensors 6A-6D, respectively.
The input/output interface 8 amplifies the signal from the
It is provided to a central processing unit (hereinafter referred to as CPU) 9 via the CPU. The CPU 9 has a read-only memory (hereinafter referred to as ROM) 1 that stores the system control program.
0 and a random access memory (hereinafter referred to as RAM) 11 containing sensitivity information of the AE sensor corresponding to the tool used by this numerical control device 3 are connected, and each AE signal processing unit 7A to 7D outputs a breakage signal. An event timer 12 is connected to store the time at which the event is obtained. The CPU 9 further includes, via an input/output interface 13, a display section 14 that displays the AE signal level during cutting, abnormal cutting or breakage of the tool, and input keys that set the tool number, type, and standard AE sensor sensitivity. 15 are connected. Further, a numerical control device 3 is connected via a signal transmission line 16. As described later, the CPU 9 calculates the position where the breakage signal is given based on the signals of the four AE signal processing units 7A to 7D, and displays the breakage signal on the display unit 14 when the position is a position where a tool exists. It outputs more.

次に第2図はAE信号処理部7Aの詳細な構成を示すブ
ロック図である。他のAE信号処理部7B〜7Dについ
ても同一の構成を有している。さて本図においてAEセ
ンサ6Aの出力はまずアナログスイッチ20に与えられ
る。アナログスイッチ20はCPU9からの制御信号に
基づいてアナログ信号を断続するスイッチであって、そ
の出力端は可変増幅率増幅器21に接続されている。増
幅器21はCPU9からの制御入力に基づいて増幅率を
設定することができる可変増幅率増幅器であって、その
出力を二つのバンドパスフィルタ22.23及び入出力
インターフェース8を介してCPU9に与えるものであ
る。バンドパスフィルタ22は中心周波数300KHz
、バンドパスフィルタ23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24.25に伝える。検波器24.25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24の出力は微分回路26に、検波器2
4.25の出力は夫々比較器27に与えられる。これら
のバンドパスフィルタ22,23、検出器24.25及
び比較器27により折損時のAE倍信号識別する周波数
識別手段を形成している。微分回路26は入力信号の急
峻な変化分のみを次段のレベル判定器28に伝える。レ
ベル判定器28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29と異常切削検出回路30に伝える。
Next, FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the AE signal processing section 7A. The other AE signal processing sections 7B to 7D also have the same configuration. Now, in this figure, the output of the AE sensor 6A is first given to the analog switch 20. The analog switch 20 is a switch that connects and disconnects analog signals based on a control signal from the CPU 9, and its output end is connected to a variable gain amplifier 21. The amplifier 21 is a variable gain amplifier whose amplification factor can be set based on control input from the CPU 9, and provides its output to the CPU 9 via two bandpass filters 22, 23 and the input/output interface 8. It is. Bandpass filter 22 has a center frequency of 300KHz
, bandpass filter 23 is a filter with a center frequency of 50 KHz, and transmits only signals near the respective center frequencies to the next-stage detectors 24 and 25. The detectors 24 and 25 each detect the input signal and obtain an output according to the amplitude, and the output of the detector 24 is sent to the differentiator 26 and
The outputs of 4.25 are given to comparators 27, respectively. These bandpass filters 22, 23, detectors 24, 25, and comparator 27 form a frequency identification means for identifying the AE multiplied signal at the time of breakage. Differentiating circuit 26 transmits only steep changes in the input signal to level determiner 28 at the next stage. The level determiner 28 compares the input signal with a predetermined reference level, and if the input signal is large, transmits the output to the breakage detection circuit 29 and the abnormal cutting detection circuit 30.

又比較器27は検波器24.25の出力を比較し、検波
器24の出力が大きい場合にのみ出力を折損検出回路2
9に伝える。折損検出回路29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
信号を入出力インターフェース8を介してCPU9に伝
える。又異常切削検出回路30はレベル判定器28の出
力に基づいて異常切削を検出して入出力インターフェー
ス8を介してCPU9に伝えるものである。
Also, the comparator 27 compares the outputs of the detectors 24 and 25, and sends the output to the breakage detection circuit 2 only when the output of the detector 24 is large.
Tell 9. The breakage detection circuit 29 is a logic circuit that performs the logical product of these inputs to detect tool breakage, and transmits a detection signal to the CPU 9 via the input/output interface 8. Further, the abnormal cutting detection circuit 30 detects abnormal cutting based on the output of the level determiner 28 and transmits the detected abnormal cutting to the CPU 9 via the input/output interface 8.

次に本実施例の動作について説明する。まず入カキ−1
4よりCPU9に数値制御装置3によって用いられる工
具のデータが入力されると、CPU9は駆動回動5に基
準入力を送り込み、そのとき各AEセンサ6A〜6Dよ
り得られる信号レベルに基づいて可変増幅率増@器2 
jの増幅率を調整し、全てのAEセンサ6A〜6Dの感
度を最適値に設定する。
Next, the operation of this embodiment will be explained. First, enter the oysters - 1
When the data of the tool used by the numerical control device 3 is input from 4 to the CPU 9, the CPU 9 sends a reference input to the drive rotation 5, and at that time, variable amplification is performed based on the signal level obtained from each AE sensor 6A to 6D. Rate increase @ vessel 2
The amplification factor of j is adjusted and the sensitivity of all AE sensors 6A to 6D is set to the optimum value.

次に本実施例の信号源を特定するための処理について第
3図のフローチャートを参照しつつ説明する。このフロ
ーチャートにおいて引出し線を用いて示す番号はCPU
9の動作ステップである。
Next, the process for identifying the signal source of this embodiment will be explained with reference to the flowchart of FIG. In this flowchart, the numbers indicated using leader lines are CPU
This is the 9th operational step.

まず動作を開始するとステップ40においてそのときの
音速の値Vを入カキ−15より読込む。そし。
First, when the operation is started, the value V of the sound velocity at that time is read from the input key 15 in step 40. stop.

てステップ41においてCPU9に接続されているイベ
ントクイマ12の動作を開始させる。次いでルーチン4
2〜45に進んで各AE信号処理部7A〜7DよりAE
センサ6A〜6Dの出力の信号処理を行う。この信号処
理は第2図に示す各信号処理部7A〜7Dのハードウェ
アによって実行され、折損検知信号を検知した場合には
入出力インターフェース8を介してCPU9に伝えられ
る。従ってCPU9は各AE信号処理部7A〜7Dより
折損検知信号が与えられるかどうかをチェックしており
(ステップ46〜49)、あるAE信号処理部から折損
信号が検出されれば同一ワーク上にある他のAEセンサ
の信号処理部からも所定の時間差を持って折損信号が検
出される。従って折損信号が検出された場合にはステッ
プ50〜53において検出時のイベントクイマ12のタ
イマ値Ta、Tb。
Then, in step 41, the operation of the event marker 12 connected to the CPU 9 is started. Then routine 4
Proceed to steps 2 to 45 and receive AE from each AE signal processing unit 7A to 7D.
Signal processing of the outputs of the sensors 6A to 6D is performed. This signal processing is executed by the hardware of each of the signal processing units 7A to 7D shown in FIG. 2, and when a breakage detection signal is detected, it is transmitted to the CPU 9 via the input/output interface 8. Therefore, the CPU 9 checks whether or not a breakage detection signal is given from each AE signal processing unit 7A to 7D (steps 46 to 49), and if a breakage signal is detected from a certain AE signal processing unit, it indicates that the work is on the same workpiece. Breakage signals are also detected from the signal processing units of other AE sensors with a predetermined time difference. Therefore, when a breakage signal is detected, in steps 50 to 53, the timer values Ta and Tb of the event timer 12 at the time of detection are determined.

Tc、Tdを夫々RAMIIに記憶する。そしてステッ
プ54に進んでAE信号処理部?A、7B及び7Cと7
Dより得られたタイマ値を早いものの順に並べ変える。
Tc and Td are each stored in RAM II. Then, proceed to step 54 and select the AE signal processing section? A, 7B and 7C and 7
The timer values obtained from D are rearranged in order of earliest.

各AEセンサ6A〜6Dには同一信号源より微小時間差
を持って信号が検出されるが、そのとき信号源からの到
達時間差によりAEセンサからの距離が一定の双曲線が
図示のように求まる。そしてこれらの双曲線の交点は信
号源Pである。従ってこの距離差ΔLl、ΔL2を次式
より求める。
Each of the AE sensors 6A to 6D detects signals from the same signal source with a slight time difference, and at this time, a hyperbola with a constant distance from the AE sensor is determined due to the arrival time difference from the signal source as shown in the figure. The intersection of these hyperbolas is the signal source P. Therefore, the distance differences ΔLl and ΔL2 are calculated from the following equations.

ΔLl =ΔT1−V = l Ta −Tb  l 
V−−−−−=(1)ΔL2 =ΔT2・V = l 
Tc −Td  l v−−−−−−−(2)さて第4
図において原点Oに対して夫々のAEセンサ6A〜6D
を対称な位置、即ち6A (0゜c)、6B (0,−
c)、6C(c、0)、6D (−c、0)に定めるも
のとすると、AEセンサ6A。
ΔLl = ΔT1-V = l Ta -Tb l
V------=(1) ΔL2 = ΔT2・V = l
Tc -Td l v---------(2) Now, the fourth
In the figure, each AE sensor 6A to 6D is connected to the origin O.
at symmetrical positions, i.e. 6A (0°c), 6B (0, -
c), 6C (c, 0), and 6D (-c, 0), the AE sensor 6A.

6Bを焦点とする双曲線Sl、S2は次式によって求め
られる。
The hyperbolas S1 and S2 with 6B as the focal point are determined by the following equations.

但し ΔLl =2a、、b、= F?=さ 又同様にしてAEセンサ6G、6Dを焦点とする双曲線
S3.S4は次式によって求められる。
However, ΔLl=2a,,b,=F? = Similarly, hyperbola S3. with the AE sensors 6G and 6D as focal points. S4 is determined by the following equation.

但し ΔL2−2az  、  bz=i 従って式f3)、 (41の連立方程式よりXs =±
a+bxn)了 Ys夕±a、b、ハマ7石フ了 但しd = b、 b、 −a、 a3≠0となる。こ
こで信号源Pはタイマ値より以下の条件下に位置してい
る。
However, ΔL2-2az, bz=i Therefore, equation f3), (From simultaneous equations 41, Xs = ±
a+bxn) Finished Ys evening ± a, b, Hama 7 stones, however, d = b, b, -a, a3≠0. Here, the signal source P is located under the following conditions than the timer value.

Ta<Tbのとき第1. 2象限 Ta >Tbのとき第3,4象限 Tc<Tdのとき第1,4象限 Tc >Tdのとき第2.3象限 この条件より信号源P(Xs、Ys)を一点に特定する
ことができる。(jlJえばTa <Tb 、 Tc 
<Tdであれば第4図に示すように信号源Pは第1象限
となる。このようにステップ56において以上の式に基
づいて信号源Pの位置、即ちXs、Ysを算出する。そ
してこの信号#Pの位置といずれかのAEセンサ6A〜
6Dに得られた折損時間Ta=Tdに基づいて実際に信
号が発生した時間TOを算出する(ステップ57)。次
いでステップ58において数値制御装置3に信号発生時
間Toのデータを送り、その時点での工具の座標Po(
Xo。
When Ta<Tb, the first. 2nd quadrant Ta > Tb 3rd and 4th quadrants Tc < Td 1st and 4th quadrants Tc > Td 2.3rd quadrant From this condition, it is possible to identify the signal source P (Xs, Ys) at one point. can. (If jlJ, Ta < Tb, Tc
<Td, the signal source P is in the first quadrant as shown in FIG. In this way, in step 56, the position of the signal source P, that is, Xs, Ys, is calculated based on the above equation. Then, the position of this signal #P and any of the AE sensors 6A~
The time TO when the signal actually occurs is calculated based on the breakage time Ta=Td obtained in step 6D (step 57). Next, in step 58, data on the signal generation time To is sent to the numerical control device 3, and the tool coordinates Po(
Xo.

Yo )のデータを受は取る。そして工具の座標POと
信号源P (Xs 、 Ys )との距離Sを次式に基
づいて算出する(ステップ59)。
Yo ) data is received. Then, the distance S between the tool coordinate PO and the signal source P (Xs, Ys) is calculated based on the following equation (step 59).

S = (Xo −Xs )” + (Yo −Ys 
)”−−−(5)更にステップ60に進んでこの工具と
信号源との距離Sが工具の径と許容される測定誤差Eの
和以下であるかどうかを判断する。工具と信号源との距
離Sがこの値以上であれば工具が存在した位置以外から
AE倍信号発生したと考えられるので、各AE信号処理
部7A〜7Dより折損信号が与えられても誤った信号で
あると判断される。従って工具の折損であると判断せず
にステップ41に戻って同様の処理を繰り返す。しかし
ステップ6oにおいて距離Sが工具の径と測定誤差Eの
和以下であれば工具が存在した範囲内から折損信号が得
られたので、工具が折損したものと判断される。従って
ステップ61に進んで表示部14より工具の折損を表示
し動作を停止する。
S = (Xo −Xs)” + (Yo −Ys
)''---(5) The process further advances to step 60 to determine whether the distance S between the tool and the signal source is less than or equal to the sum of the tool diameter and the allowable measurement error E. If the distance S is greater than this value, it is considered that the AE multiplied signal was generated from a location other than the location where the tool existed, so even if a breakage signal is given from each AE signal processing unit 7A to 7D, it is determined that it is an incorrect signal. Therefore, it is not determined that the tool is broken, and the process returns to step 41 to repeat the same process. However, if the distance S is less than or equal to the sum of the tool diameter and the measurement error E in step 6o, the range where the tool existed is determined. Since a breakage signal is obtained from inside, it is determined that the tool is broken.Therefore, the process proceeds to step 61, where the display section 14 displays the tool breakage and the operation is stopped.

次にルーチン42〜45の各AE信号処理部での折損信
号検出についてAE信号処理部7Aに基づいて説明する
。今AEセンサ6AよりAE倍信号アナログスイッチ2
0を介して与えられたとすると、増幅器21により増幅
されバンドパスフィルタ22.23に与えられる。さて
通常の切削加工時にAEセンサ6Aより与えられるAE
倍信号パワースペクトルの分布は第5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
高い周波数領域では単調に減衰する分布となっている。
Next, detection of a broken signal in each AE signal processing section in routines 42 to 45 will be explained based on the AE signal processing section 7A. Now AE double signal analog switch 2 from AE sensor 6A
0, it is amplified by amplifier 21 and provided to bandpass filters 22 and 23. Now, the AE given by the AE sensor 6A during normal cutting
The distribution of the doubled signal power spectrum is concentrated around a frequency of 50 KHz, as shown by the curve in FIG. 5, and is monotonically attenuated in the higher frequency range.

又多くの実験より知ら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5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。これは信号源が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1iしる超音波特有の現
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22゜23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24.25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50KHz付近のAE倍信号パワーが周波数周波数3
00 K llz付近のパワーより大きく、工具の折損
時には300 K Hz付近のパワーが周波数50KH
z付近のパワーより大きいからである。比較器27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29に与えている。
Furthermore, as is known from many experiments, the distribution of the power spectrum when a tool breaks is represented by curve a in FIG. 5, and it has been revealed that it has a peak around a frequency of 300 KHz. This is considered to be because the signal source is not caused by mechanical vibration, but a phenomenon unique to ultrasonic waves of 1i occurs during non-plastic fracture of the tool. Therefore, the two band-pass filters 22 and 23 reduce the AE near each frequency component.
By extracting the doubled signal, detecting it by the detectors 24 and 25, and comparing the output levels, it is possible to clearly distinguish between normal conditions and tool breakage conditions. In other words, during normal cutting, the AE multiplied signal power at a frequency of around 50 KHz is
It is larger than the power near 00 K llz, and when the tool breaks, the power near 300 K Hz becomes a frequency of 50 KH.
This is because it is larger than the power near z. The comparator 27 compares these outputs and provides a signal to the breakage detection circuit 29 only when the tool breaks.

一方墳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5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22,23の中心周波数やQの値、及
び比較器27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
発明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。
On the other hand, a signal similar to the power spectrum distribution shown by curve a in FIG. 5 may be generated due to contact or friction between the chips and the tool workpiece generated during the machining process. In this case, even if the center frequency and Q value of the band-pass filters 22 and 23, the threshold level of the comparator 27, etc. are set appropriately, the signal due to contact and friction between chips and the tool or workpiece cannot be used as the tool breakage signal. may be mistakenly judged. Therefore, in the present invention, attention is also paid to the waveform in the time domain of the AE multiplied signal that is observed when a tool breaks, and these signals are separated.

即ち工具の折損時に得られるAE信号波形は第6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6図(b)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。
That is, the AE signal waveform obtained when the tool breaks is shown in Figure 6 (a
), the signal has a sharp rise at the time of breakage, while the AE multiplied signal generated by contact and friction between the chip and the tool or workpiece does not show a sharp rise and remains for a specified period of time, as shown in Figure 6(b). The signal has a continuous waveform.

従って第2図のブロック図に示すように検波器24の出
力を微分回路26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28に与える。レベル判定器28
は入力信号が大きいときに出力を折損検出回路29及び
異常切削検出回路30に与える。
Therefore, as shown in the block diagram of FIG. 2, the output of the detector 24 is applied to a differentiating circuit 26, and only steep signals such as those caused by breakage are separated and applied to a level determiner 28. Level determiner 28
gives an output to the breakage detection circuit 29 and the abnormal cutting detection circuit 30 when the input signal is large.

折損検出回路29は比較器27とレベル判定器28の論
理積によって工具の折損を検出し、工具折損時には入出
力インターフェース8よりCPU9に折損検知信号を伝
える。これに基づいてCPU9は折損時の時間Taを記
憶し前述した信号処理を行っている。
The breakage detection circuit 29 detects tool breakage based on the AND of the comparator 27 and the level determiner 28, and transmits a breakage detection signal to the CPU 9 from the input/output interface 8 when the tool breaks. Based on this, the CPU 9 stores the time Ta at the time of breakage and performs the signal processing described above.

このように本実施例では各AE信号処理部はAE倍信号
周波数検出及び時間領域の立上り信号検出の論理積によ
って折損検知信号を出力し、各人Eセンサ信号処理部か
ら与えられる折損検知時間に基づいて折損信号の信号源
を算出し、その位置が工具が存在した位置に等しければ
工具が折損したものであると判断している。従って誤っ
た信号に基づいて折損信号が出力される恐れはなく、極
めて高精度に工具の折損を検出することが可能となる。
As described above, in this embodiment, each AE signal processing section outputs a breakage detection signal by the AND of the AE multiplied signal frequency detection and the rising signal detection in the time domain, and calculates the breakage detection signal according to the breakage detection time given from each E sensor signal processing section. Based on this, the signal source of the breakage signal is calculated, and if the position is equal to the position where the tool was present, it is determined that the tool is broken. Therefore, there is no possibility that a breakage signal will be output based on an erroneous signal, and tool breakage can be detected with extremely high accuracy.

尚本実施例は4つのAEセンサとAE信号処理部を用い
て折損信号の信号源を算出しているが、3つのAEセン
サを三角形の各頂点に配置し、その一つの頂点に配置さ
れるAEセンサを共通のセンサとして二つの双曲線から
信号源を算出することも可能である。
In this embodiment, the signal source of the breakage signal is calculated using four AE sensors and an AE signal processing section, but three AE sensors are arranged at each vertex of a triangle, and one of the three AE sensors is arranged at one vertex. It is also possible to calculate the signal source from two hyperbolas using the AE sensor as a common sensor.

又本実施例は周波数領域及び時間領域での折損の検知に
加えて工具の折損信号の位置を検出しているが、周波数
領域及び時間領域のいずれか一方での検出のみと工具折
損の位1検出とを組み合わせるようにして工具の折損を
検出するようにすることも可能である。
Furthermore, in this embodiment, the position of the tool breakage signal is detected in addition to the detection of breakage in the frequency domain and the time domain, but the position of the tool breakage signal is detected only in either the frequency domain or the time domain. It is also possible to detect tool breakage in combination with detection.

更に本実施例は数値制御装置を用いたポール盤にこの折
損信号検出装置を適用したものであるが、本発明は数値
制御装置と組合わせて用いられる他の工作機械、例えば
旋盤やフライス磐等の種々の工作機械や大規模なマシニ
ングセンタに適用することも可能である。
Furthermore, although this embodiment applies this breakage signal detection device to a pole machine using a numerical control device, the present invention is also applicable to other machine tools used in combination with a numerical control device, such as a lathe, a milling cutter, etc. It is also possible to apply it to various machine tools and large-scale machining centers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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AE信号処理部の詳細な構成を
示すブロック図、第3図は本実施例による切削状況を監
視する場合の処理を示すフローチャート、第4図は4つ
のAEセンサと双曲線及び工具折損の信号源Pを示すグ
ラフ、第5図はAEセンサより得られるAE倍信号パワ
ースペクトルを示す図、第6図(a)は工具折損時に得
られるAE信号波形、第6図山)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。 1−−−−−−−ワーク  2−・−ドリル  3−−
−−−−一数値制御装置  4−・−・−擬似折損信号
発生器  5−−−−−・−駆動回路  6A、6B、
6C,6D−−−−一・−AEセンサ  7 A、  
7 B、  7 C,? D−−−−−−−A E信号
処ff!   8.12・−−−一−・入出力インター
フェース9−−−−−CPU   10−−−−−−R
OM   11−−−−−−RAM   12−・−i
−イベントタイマ  14−・・−表示部  15−・
・−・入カキ−20−・−−−−−アナログスイッチ 
 21−・−・−可変増幅率増幅器  22゜23−・
−・バンドパスフィルタ  24.25・・−・−検波
器  26−−−−−−一微分回路  27−−−−−
・=比較器28−・−レベル判定器  29−・−・折
損検出回路特許出願人   立石電機株式会社 代理人 弁理士 岡本宜喜(他1名) 第5図 100K 200K 300K 400K    H7
第6図(a3 第6図(b)
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the tool breakage detection device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the AE signal processing section, and FIG. 3 is a block diagram showing the detailed configuration of the AE signal processing section, and FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the tool breakage detection device according to the present invention. Fig. 4 is a graph showing the four AE sensors and the signal source P of hyperbola and tool breakage, Fig. 5 is a drawing showing the AE multiplied signal power spectrum obtained from the AE sensor, Fig. 6 ( Fig. 6(a) shows the AE signal waveform obtained when the tool breaks, and Fig. 6(a) shows the AE signal waveform obtained when chips are generated. 1--------Work 2--Drill 3--
----One numerical controller 4---Pseudo breakage signal generator 5---Drive circuit 6A, 6B,
6C, 6D----1・-AE sensor 7 A,
7 B, 7 C,? D--------A E signal processing ff! 8.12・---1-・Input/output interface 9-------CPU 10------R
OM 11------RAM 12--i
-Event timer 14-...-Display section 15--
・−・Input key 20−・−−−−−Analog switch
21---Variable gain amplifier 22゜23--
−・Band pass filter 24.25・・−・−Detector 26−−−−−−One differential circuit 27−−−−−
・=Comparator 28−・−Level judger 29−・−・Breakage detection circuit Patent applicant Tateishi Electric Co., Ltd. Agent Patent attorney Yoshiki Okamoto (and one other person) Fig. 5 100K 200K 300K 400K H7
Figure 6 (a3 Figure 6 (b)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)工作機械の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、 加工対象上に所定間隔を隔てて設けられた少なくとも3
つのAEセンサと、 前記各AEセンサから得られるAE信号に基づいて工具
の折損検知信号を夫々出力する複数の信号処理手段と、 前記各信号処理手段より得られる折損信号の時間差に基
づいて折損信号源の位置を判別する位置判別手段と、 前記信号処理手段より折損検知信号が得られたときの工
具の位置と前記位置判別手段によって判別された位置と
を比較し、工具の位置より折損信号が得られたときに折
損信号を出力する折損判別手段と、を具備することを特
徴とする工具折損検出装置。
(1) In a tool breakage detection device that detects breakage based on an AE signal obtained when a tool of a machine tool breaks, at least three
a plurality of signal processing means each outputting a tool breakage detection signal based on the AE signal obtained from each of the AE sensors; and a plurality of signal processing means each outputting a breakage detection signal based on a time difference between the breakage signals obtained from each of the signal processing means a position determining means for determining the position of the tool, and comparing the position of the tool when the breakage detection signal is obtained from the signal processing means with the position determined by the position determining means, and detects a breakage signal from the position of the tool. A tool breakage detection device comprising: a breakage determination unit that outputs a breakage signal when a breakage signal is obtained.
(2)前記複数の信号処理手段は、夫々周波数識別手段
を有し、工具折損時に得られるAE信号の周波数成分と
強い相関を持つ周波数成分のAE信号が与えられたとき
に折損検知信号を出力するものであることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の工具折損検出装置。
(2) Each of the plurality of signal processing means has a frequency identification means, and outputs a breakage detection signal when an AE signal having a frequency component that has a strong correlation with the frequency component of the AE signal obtained at the time of tool breakage is given. A tool breakage detection device according to claim 1, wherein the tool breakage detection device is characterized in that:
(3)前記複数の信号処理手段は、夫々AEセンサより
急激に立上る信号が与えられたときに折損検知信号を出
力する立上り信号検出手段を有することを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の工具折損検出装置。
(3) Each of the plurality of signal processing means includes a rising signal detecting means that outputs a breakage detection signal when a rapidly rising signal is applied from the AE sensor. The tool breakage detection device described.
(4)前記複数の信号処理手段は、工具の折損時に得ら
れるAE信号の周波数成分と強い相関を持つ周波数成分
のAE信号が与えられたときに出力を出す周波数識別手
段、前記AEセンサより急激に立上る信号が与えられと
きに出力を出す立上り信号検出手段の論理積出力に基づ
いて折損検知信号を出力するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の工具折損検出装置。
(4) The plurality of signal processing means include frequency identification means that outputs an output when an AE signal having a frequency component that has a strong correlation with the frequency component of the AE signal obtained when the tool breaks; The tool breakage detection device according to claim 1, wherein the tool breakage detection signal is output based on the AND output of the rising signal detection means which outputs an output when a rising signal is given. .
(5)前記AEセンサは、加工対象上の正方形の各頂点
に配置された4つのAEセンサであることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の工具折損検出装置。
(5) The tool breakage detection device according to claim 1, wherein the AE sensors are four AE sensors arranged at each vertex of a square on the workpiece.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20160282310A1 (en) * 2015-03-23 2016-09-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Detection system and detection method

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US10551353B2 (en) 2015-03-23 2020-02-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Detection system and detection method

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