JPS61187653A - 工具折損検出装置 - Google Patents
工具折損検出装置Info
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- JPS61187653A JPS61187653A JP60028989A JP2898985A JPS61187653A JP S61187653 A JPS61187653 A JP S61187653A JP 60028989 A JP60028989 A JP 60028989A JP 2898985 A JP2898985 A JP 2898985A JP S61187653 A JPS61187653 A JP S61187653A
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- tool
- breakage
- sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
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。
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、7クエミノシヨン
(以下AEという)を利用して監視。
及び折損時に発生するアコースティ、7クエミノシヨン
(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し、特に大きい加工
対象を所定の工具により加工する工作機械において用い
られる工具折損検出装置に関するものである。
対象を所定の工具により加工する工作機械において用い
られる工具折損検出装置に関するものである。
C発明の概要〕
本発明による工具折損検出装置は、擬似折損信号発生器
を用いて折損時のAE倍信号発生させ、それを加工対象
の複数の位置に設置して夫々の位置でのAEセンサの最
適感度を調整し、それに基づいてAE倍信号減衰特性を
算出しておく。そして加工対象を工作する際工具の切削
開始からAE倍信号得られる迄の間、算出した減衰特性
に基づいてAEセンサの感度を連続的に上昇させその後
感度を固定する。こうして任意の工具の位置に応じてA
Eセンサを最適感度に保って工具の折損を検出するよう
にしたものである。そのため大きい加工対象に対しても
工具の位置にかかわらず最適感度によりAE倍信号受け
ることができる。
を用いて折損時のAE倍信号発生させ、それを加工対象
の複数の位置に設置して夫々の位置でのAEセンサの最
適感度を調整し、それに基づいてAE倍信号減衰特性を
算出しておく。そして加工対象を工作する際工具の切削
開始からAE倍信号得られる迄の間、算出した減衰特性
に基づいてAEセンサの感度を連続的に上昇させその後
感度を固定する。こうして任意の工具の位置に応じてA
Eセンサを最適感度に保って工具の折損を検出するよう
にしたものである。そのため大きい加工対象に対しても
工具の位置にかかわらず最適感度によりAE倍信号受け
ることができる。
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量−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。
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量−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。
しかしながら従来の工具折損検出装置によれば、AEセ
ンサは工具の近傍やワークに接触するように取付けられ
るが、ワークが大きい場合には工具の位置によってAE
センサから得られる信号レベルが相当に異なる。そのた
め標準位置でAEセンサの感度を最適に調整しても工具
が移動して切削。
ンサは工具の近傍やワークに接触するように取付けられ
るが、ワークが大きい場合には工具の位置によってAE
センサから得られる信号レベルが相当に異なる。そのた
め標準位置でAEセンサの感度を最適に調整しても工具
が移動して切削。
加工を行う場合には、ワーク内で工具の位置に基づいて
折損信号の減衰量が異なることとなる。それ故大きなワ
ークに対しては工具の位置毎に最適感度を変えなければ
得られるAE信号レベルが異なるため、工具の折損を確
実に検出することができなくなるという問題点があった
。
折損信号の減衰量が異なることとなる。それ故大きなワ
ークに対しては工具の位置毎に最適感度を変えなければ
得られるAE信号レベルが異なるため、工具の折損を確
実に検出することができなくなるという問題点があった
。
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、用いられている工具に対
応し更に加工対象の加工位置に基づいてAEセンサの感
度を自動的に最適値に設定することによって、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。
鑑みてなされたものであって、用いられている工具に対
応し更に加工対象の加工位置に基づいてAEセンサの感
度を自動的に最適値に設定することによって、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。
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折損信号を発生す
る擬似折損信号発生手段と、外部入力に基づいて増幅率
を変えてAEセンサのAE倍信号増幅する可変増幅率増
幅器と、擬似折損信号発生手段を加工対象の異なる位置
に設置したときに、夫々の位置に対して可変増幅率増幅
器の最適感度を調整する感度調整手段と、感度調整手段
により調整された各工具の複数の位置の最適感度に基づ
いてAE倍信号減衰特性を算出すると共に、工具の加工
対象への接触時から切削によるAE倍信号得られる迄の
信号伝播時間だけAE倍信号減衰特性に応じて可変増幅
率増幅器の増幅率を連続的に上昇させる制御手段と、可
変増幅率増幅器より得られるAE倍信号基づいて工具の
折損を識別する信号処理部と、を具備することを特徴と
するものである。
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折損信号を発生す
る擬似折損信号発生手段と、外部入力に基づいて増幅率
を変えてAEセンサのAE倍信号増幅する可変増幅率増
幅器と、擬似折損信号発生手段を加工対象の異なる位置
に設置したときに、夫々の位置に対して可変増幅率増幅
器の最適感度を調整する感度調整手段と、感度調整手段
により調整された各工具の複数の位置の最適感度に基づ
いてAE倍信号減衰特性を算出すると共に、工具の加工
対象への接触時から切削によるAE倍信号得られる迄の
信号伝播時間だけAE倍信号減衰特性に応じて可変増幅
率増幅器の増幅率を連続的に上昇させる制御手段と、可
変増幅率増幅器より得られるAE倍信号基づいて工具の
折損を識別する信号処理部と、を具備することを特徴と
するものである。
このような特徴を有する本発明の工具折損検出装置は、
擬似折損信号発生器をワークの異なる位置に設置し夫々
の位置に対応したAEセンサの最適感度を記憶手段に記
憶する。そして工具の切削開始時に与えられる信号によ
って減衰特性関数に従ってAEセンサの感度を変化させ
、常に最適な感度でAE倍信号受けるようにしている。
擬似折損信号発生器をワークの異なる位置に設置し夫々
の位置に対応したAEセンサの最適感度を記憶手段に記
憶する。そして工具の切削開始時に与えられる信号によ
って減衰特性関数に従ってAEセンサの感度を変化させ
、常に最適な感度でAE倍信号受けるようにしている。
従って大型のワークについても工具からAEセンサまで
のAE倍信号減衰等の影響を受けることがなくなる。又
工具の位置を各切削毎に入力する必要がないので使い易
く、工具の折損検出の信頼性を大幅に向上させることが
可能となる。
のAE倍信号減衰等の影響を受けることがなくなる。又
工具の位置を各切削毎に入力する必要がないので使い易
く、工具の折損検出の信頼性を大幅に向上させることが
可能となる。
(実施例の全体構成)
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を開口する。ドリル3
は数値制御装置4によってその動作が制御されている。
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を開口する。ドリル3
は数値制御装置4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3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5が取
付けられる。駆動回路6はこの擬似折損信号発生器5を
駆動するものであって、あらかじめ工具の折損時のAE
信号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ごその振幅レ
ベルは外部より与えられる。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倍信号検出するAEセンサ7ヲ設ケる。AEセンサ
7はドリル3等の工具からのAE倍信号擬似折損信号発
生器5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AE信号処理部8に与えられる。A
E信号処理部8はドリル3の先端がワーク1に接した時
点からAEセンサ7の信号を徐々に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9を通じて中央演算装置(以下CPUという)10
に与えるものである。CPU10にはシステム制御プロ
グラムや数値制御装置4との通信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)11と
、この数値制御装置4によって用いられる工具の標準距
離に対応するAEセンサの感度情報、及びデータバッフ
ァ等を含むランダムアクセスメモリ(以下RAMという
)12から成る記憶手段が接続されている。CP、Ul
oには又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
器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及びドリル3のワーク1への
接触を検知する接触センサ16が接続される。更に信号
伝送ライン17を介して数値制御装置4が接続されてい
る。CPUl0はこれらの入力に基づいて所定の擬似折
損信号発生器5の駆動レベルを駆動回路6に与え、AE
信号処理部8より得られるAE信号レベルに基づいて各
位置での最適感度を調整し、それをRAM12に順次保
持すると共に、以後使用される工具の位置に応じた最適
感度に設定するように制御するものである。
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5が取
付けられる。駆動回路6はこの擬似折損信号発生器5を
駆動するものであって、あらかじめ工具の折損時のAE
信号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ごその振幅レ
ベルは外部より与えられる。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倍信号検出するAEセンサ7ヲ設ケる。AEセンサ
7はドリル3等の工具からのAE倍信号擬似折損信号発
生器5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AE信号処理部8に与えられる。A
E信号処理部8はドリル3の先端がワーク1に接した時
点からAEセンサ7の信号を徐々に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9を通じて中央演算装置(以下CPUという)10
に与えるものである。CPU10にはシステム制御プロ
グラムや数値制御装置4との通信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)11と
、この数値制御装置4によって用いられる工具の標準距
離に対応するAEセンサの感度情報、及びデータバッフ
ァ等を含むランダムアクセスメモリ(以下RAMという
)12から成る記憶手段が接続されている。CP、Ul
oには又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
器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及びドリル3のワーク1への
接触を検知する接触センサ16が接続される。更に信号
伝送ライン17を介して数値制御装置4が接続されてい
る。CPUl0はこれらの入力に基づいて所定の擬似折
損信号発生器5の駆動レベルを駆動回路6に与え、AE
信号処理部8より得られるAE信号レベルに基づいて各
位置での最適感度を調整し、それをRAM12に順次保
持すると共に、以後使用される工具の位置に応じた最適
感度に設定するように制御するものである。
(AE信号処理部の構成)
次に第2図はAE信号処理部8の詳細な構成を示すブロ
ック図である。本図においてAEセンサ7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CPUl0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・ノチであって、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CPU
9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9を介してCPUl0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2
4.25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24.25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2
8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。又比較器27は検波器2
4.25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29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9を介してCPUI Oに伝える。又異常切削検
出回路30はレベル判定器28の出力に基づいて入出力
インターフェース9を介してCPUl0に伝えるもので
ある。
ック図である。本図においてAEセンサ7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CPUl0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・ノチであって、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CPU
9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9を介してCPUl0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2
4.25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24.25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2
8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。又比較器27は検波器2
4.25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29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9を介してCPUI Oに伝える。又異常切削検
出回路30はレベル判定器28の出力に基づいて入出力
インターフェース9を介してCPUl0に伝えるもので
ある。
(AEセンサの感度設定動作)
次に本実施例の動作について説明する。まず本発明によ
る工具の感度設定方法について第3図のフローチャート
を参照しつつ説明する。動作を開始するとまずステップ
40において入カキ−15より使用者によって入力され
たそのとき用いられている工具の大きさに対応するデー
タ(マガジン番号)を読み込む。そしてステップ41に
進んでその大きさに対応した擬似折損信号発生器5の駆
動レベルを駆動回路6に与える。次いでステップ42に
おいて駆動回路6を駆動する。そうすれば擬似折損信号
発生器5よりAE傷信号ワーク1及びへ−ス2を介して
AEセンサ7に伝えられる。ここで擬似折損信号発生器
5の取付位置は最初は例えば第1図に実線で示すように
ワーク1上のAEセンサ7に最も近い位置としておく。
る工具の感度設定方法について第3図のフローチャート
を参照しつつ説明する。動作を開始するとまずステップ
40において入カキ−15より使用者によって入力され
たそのとき用いられている工具の大きさに対応するデー
タ(マガジン番号)を読み込む。そしてステップ41に
進んでその大きさに対応した擬似折損信号発生器5の駆
動レベルを駆動回路6に与える。次いでステップ42に
おいて駆動回路6を駆動する。そうすれば擬似折損信号
発生器5よりAE傷信号ワーク1及びへ−ス2を介して
AEセンサ7に伝えられる。ここで擬似折損信号発生器
5の取付位置は最初は例えば第1図に実線で示すように
ワーク1上のAEセンサ7に最も近い位置としておく。
さてCPUl0はステップ43において最短距離にある
擬似折損信号発生器5の取付位置を読込み、ステップ4
4に進んでAEセンサ7の感度を調整する。このときA
E信号処理部8より入出力インターフェース9を介して
得られる可変増幅率増幅B21の出力レベルが適正であ
るかどうかをチェックしくステップ45)、このレベル
が適正でなければステ、プ46に進んで必要な増幅率の
増減を算出しステップ44に戻って可変増幅率増幅器2
1の増幅率を変更する。
擬似折損信号発生器5の取付位置を読込み、ステップ4
4に進んでAEセンサ7の感度を調整する。このときA
E信号処理部8より入出力インターフェース9を介して
得られる可変増幅率増幅B21の出力レベルが適正であ
るかどうかをチェックしくステップ45)、このレベル
が適正でなければステ、プ46に進んで必要な増幅率の
増減を算出しステップ44に戻って可変増幅率増幅器2
1の増幅率を変更する。
そしてステ、フプ44から46のループを繰り返しその
増幅率を適正に調整する。こうして得られた最適の増幅
率を第4図に示すようにRAM12のデータ一時記憶バ
ッファ領域にマガジン番号及び擬似折損信号発生器5の
位置データと共に記憶する(ステップ47)。次いでス
テップ48に進んで規定された取付位置の全てが終了し
たかどうかをチェックする。擬似折損信号発生器5は第
1図に破線で示すように複数、例えば少なくとも最短位
置と最遠位置及びその中間の3つの取付位置についての
AEセン、す感度を調整するよう定められているものと
すると、取付位置の全てについて感度設定が行われてい
なければステップ49に進んで使用者による擬似折損信
号発生器5の取付位置の変更を待受ける。取付位置が変
更されるとステップ42に戻って駆動回路6を駆動し、
以後同様の処理を繰り返し新な取付位置での最適感度を
求める。こうして規定されている全ての取付位置での感
度調整を行ってステップ50に進む。そしてこれらの操
作が用いられる釡での工具について終了したかどうかを
チェックし、これが終了していなければステップ40に
戻って異なる工具について同様の処理を繰り返す。こう
して全ての工具について最適感度をq調整した後ステッ
プ51に進んで各位置についてのAEセンサの感度減衰
特性関数を算出する。即ちある工具の距離に対する減衰
特性関数は第5図に概念図を示すように f (x) = Go + CLX + C2X +−
−−−−−−十CnX −・・−(11と仮定する。
増幅率を適正に調整する。こうして得られた最適の増幅
率を第4図に示すようにRAM12のデータ一時記憶バ
ッファ領域にマガジン番号及び擬似折損信号発生器5の
位置データと共に記憶する(ステップ47)。次いでス
テップ48に進んで規定された取付位置の全てが終了し
たかどうかをチェックする。擬似折損信号発生器5は第
1図に破線で示すように複数、例えば少なくとも最短位
置と最遠位置及びその中間の3つの取付位置についての
AEセン、す感度を調整するよう定められているものと
すると、取付位置の全てについて感度設定が行われてい
なければステップ49に進んで使用者による擬似折損信
号発生器5の取付位置の変更を待受ける。取付位置が変
更されるとステップ42に戻って駆動回路6を駆動し、
以後同様の処理を繰り返し新な取付位置での最適感度を
求める。こうして規定されている全ての取付位置での感
度調整を行ってステップ50に進む。そしてこれらの操
作が用いられる釡での工具について終了したかどうかを
チェックし、これが終了していなければステップ40に
戻って異なる工具について同様の処理を繰り返す。こう
して全ての工具について最適感度をq調整した後ステッ
プ51に進んで各位置についてのAEセンサの感度減衰
特性関数を算出する。即ちある工具の距離に対する減衰
特性関数は第5図に概念図を示すように f (x) = Go + CLX + C2X +−
−−−−−−十CnX −・・−(11と仮定する。
そしてAEセンサ7と擬似折損信号発生器5との距離が
夫々Xi、 X2−・−・−・Xnのときに最適感度が
夫々al、 a2・−・−・−anであったとすると、
f (XI) =al r(χ2) −a2 f (Xn) −an である。従ってこの連立方程式を解いて係数Co。
夫々Xi、 X2−・−・−・Xnのときに最適感度が
夫々al、 a2・−・−・−anであったとすると、
f (XI) =al r(χ2) −a2 f (Xn) −an である。従ってこの連立方程式を解いて係数Co。
C1・・・・Cnを求める。ここで減衰特性係数01〜
Cnは各工具について共通の値であり、係数COのみが
各工具についての固有の値である。従って用いられる工
具について夫々Coを求める。このときCoは標準位置
のAEセンサ感度となっている。こうして得られた各工
具毎の固有の係数Cof、 Co2・・・・と各工具
に共通の係数01〜CnO値を第4図に示すようにRA
M12の所定領域に記憶した後感度設定処理を終了する
。
Cnは各工具について共通の値であり、係数COのみが
各工具についての固有の値である。従って用いられる工
具について夫々Coを求める。このときCoは標準位置
のAEセンサ感度となっている。こうして得られた各工
具毎の固有の係数Cof、 Co2・・・・と各工具
に共通の係数01〜CnO値を第4図に示すようにRA
M12の所定領域に記憶した後感度設定処理を終了する
。
(監視動作)
次にこうして設定した各工具に対応する減衰特性と標準
位置における最適感度のデータを用いて工具の折損を監
視する監視動作について説明する。
位置における最適感度のデータを用いて工具の折損を監
視する監視動作について説明する。
第6図はこの監視動作を示すフローチャートであって、
監視動作を開始するとまずステップ60において数値制
御装置4又は大カキ−16より使用工具の情報を読取る
。そしてステップ61に進んで接触センサ16より接触
信号が与えられるかどうかをチェックする。ドリル3の
先端がワーク1に接触し接触センサ16より信号が与え
られた場合にはステップ62に進んで可変増幅率増幅器
21の増幅率を設定する。
監視動作を開始するとまずステップ60において数値制
御装置4又は大カキ−16より使用工具の情報を読取る
。そしてステップ61に進んで接触センサ16より接触
信号が与えられるかどうかをチェックする。ドリル3の
先端がワーク1に接触し接触センサ16より信号が与え
られた場合にはステップ62に進んで可変増幅率増幅器
21の増幅率を設定する。
この場合にはドリル3がワーク1の任意の位置にあり、
そのときAEセンサ7に得られるAE倍信号減衰率は前
述のように距離Xの関数となるが、ワーク1内の音速を
Vとすると伝播に必要な時間tは次式によって与えられ
る。
そのときAEセンサ7に得られるAE倍信号減衰率は前
述のように距離Xの関数となるが、ワーク1内の音速を
Vとすると伝播に必要な時間tは次式によって与えられ
る。
t = X / V
即ち
X=v t
となり、距離Xと伝播時間tとは比例する。従って第(
1)式の減衰特性関数f (X)はf (tlで書き改
めることができる。そしてこの減衰量f (t) (d
B)に等しくなるように可変増幅率増幅器21の増幅率
を上昇させれば、時間と共に減衰するAE倍信号補正さ
れる。即ち可変増幅率増幅器21の出力はドリル3の位
置にかかわらず一定とすることが可能となる。従ってス
テップ62において減衰特性関数f (t)に応じた増
幅率を可変増幅率増幅器21に設定し、ステップ63に
進んで可変増幅率増幅器21より切削時のAE倍信号得
られるかどうかをチェックする。この信号が得られなけ
ればステップ62に戻って関数f (tlに応じて増幅
率を上昇させる。
1)式の減衰特性関数f (X)はf (tlで書き改
めることができる。そしてこの減衰量f (t) (d
B)に等しくなるように可変増幅率増幅器21の増幅率
を上昇させれば、時間と共に減衰するAE倍信号補正さ
れる。即ち可変増幅率増幅器21の出力はドリル3の位
置にかかわらず一定とすることが可能となる。従ってス
テップ62において減衰特性関数f (t)に応じた増
幅率を可変増幅率増幅器21に設定し、ステップ63に
進んで可変増幅率増幅器21より切削時のAE倍信号得
られるかどうかをチェックする。この信号が得られなけ
ればステップ62に戻って関数f (tlに応じて増幅
率を上昇させる。
こうしてステップ62.63のループを繰り返し切削時
のAE倍信号得られる迄可変増幅率増幅器21の増幅率
を減衰特性関数f (t)に沿って増加させ、AE倍信
号得られればその時点で増幅率を固定する。そうすれば
ワークlの切削に応じてAEセンサ7よりAE倍信号ア
ナログスイッチ20を介して与えられ、最適の増幅率に
よって増幅されて二つのバンドパスフィルタ22.23
に与えられる。
のAE倍信号得られる迄可変増幅率増幅器21の増幅率
を減衰特性関数f (t)に沿って増加させ、AE倍信
号得られればその時点で増幅率を固定する。そうすれば
ワークlの切削に応じてAEセンサ7よりAE倍信号ア
ナログスイッチ20を介して与えられ、最適の増幅率に
よって増幅されて二つの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7より与えられるA
E倍信号パワースペクトルの分布は第7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
。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7図の曲線aにより表され、周
波数300 K Hz付近にピークを持つことが明らか
となっている。
E倍信号パワースペクトルの分布は第7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
。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7図の曲線aにより表され、周
波数300 K Hz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2
2.23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。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。
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2
2.23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。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。
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7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
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8図(
al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8図(b)に示すように鋭い立
上りを示さず所定時間信号が継続する波形となっている
。従って第2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。異常切削検出回路30はレベル判
定器28の出力に基づいて入出力インターフェース9よ
りCPUI Oに異常切削を伝える。
擦によって第7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
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8図(
al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8図(b)に示すように鋭い立
上りを示さず所定時間信号が継続する波形となっている
。従って第2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。異常切削検出回路30はレベル判
定器28の出力に基づいて入出力インターフェース9よ
りCPUI Oに異常切削を伝える。
第6図に示すフローチャートにおいてCPUl0は異常
切削検出回路30から異常切削信号が伝えられるかどう
かをチェックしており(ステップ64)、この信号がな
ければ正常な切削動作が行われているのでステップ65
に進んで表示器14より切削レベルを表示する。そして
ステップ66において工具の位置が変更されたかどうか
をチェックし、位置が変更されていなければステップ6
4に戻って同様の処理を繰り返す。こうしてステップ6
4〜66の処理を繰り返して切削の異常を監視している
。
切削検出回路30から異常切削信号が伝えられるかどう
かをチェックしており(ステップ64)、この信号がな
ければ正常な切削動作が行われているのでステップ65
に進んで表示器14より切削レベルを表示する。そして
ステップ66において工具の位置が変更されたかどうか
をチェックし、位置が変更されていなければステップ6
4に戻って同様の処理を繰り返す。こうしてステップ6
4〜66の処理を繰り返して切削の異常を監視している
。
工具の位置が変更された場合にはステップ66からステ
ップ61に戻って再び接触信号の有無をチェックする。
ップ61に戻って再び接触信号の有無をチェックする。
そして接触信号が与えられればステップ62、63のル
ープに進んでAE倍信号得られる迄の時間によってAE
センサの感度を補正し、ステップ64に進んで異常切削
を検出する。
ープに進んでAE倍信号得られる迄の時間によってAE
センサの感度を補正し、ステップ64に進んで異常切削
を検出する。
さて異常切削検出回路30より異常切削信号が伝えられ
ればステップ67に進んで折損検出回路29より折損信
号が与え、られるかどうかをチェ・2りする。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知し、工具折損時には入出力インタ
ーフェース9よりCPUl0に折損出力を伝える。従っ
てステップ67において折損信号が与えられなければ異
常切削が行われているので、ステップ68において表示
器14より異常切削を表示してステップ66に戻る。又
ステップ67において折損検出信号が与えられれば工具
の折損が検出されたので、ステップ69に進んで表示器
14より工具の折損を表示すると共に数値制御装置4に
そのデータを伝えて動作を停止する。そしてステップ7
0に進んでAE信号処理部8のアナログスイッチ20を
オフとして処理を終了する。これは工具の折損後に折損
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AE倍信号表示器I4によって表示させないように
して折損時の信号レベルが認識できるようにするためで
ある。
ればステップ67に進んで折損検出回路29より折損信
号が与え、られるかどうかをチェ・2りする。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知し、工具折損時には入出力インタ
ーフェース9よりCPUl0に折損出力を伝える。従っ
てステップ67において折損信号が与えられなければ異
常切削が行われているので、ステップ68において表示
器14より異常切削を表示してステップ66に戻る。又
ステップ67において折損検出信号が与えられれば工具
の折損が検出されたので、ステップ69に進んで表示器
14より工具の折損を表示すると共に数値制御装置4に
そのデータを伝えて動作を停止する。そしてステップ7
0に進んでAE信号処理部8のアナログスイッチ20を
オフとして処理を終了する。これは工具の折損後に折損
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AE倍信号表示器I4によって表示させないように
して折損時の信号レベルが認識できるようにするためで
ある。
このように工具の位置にかかわらずAEセンサの感度を
常に自動的に最適値に設定し、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ようにしている。
常に自動的に最適値に設定し、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ようにしている。
尚本実施例はAE信号処理部8のアナログ信号処理によ
って工具の折損を検出するようにしているが、AEセン
サの出力をA/D変換した後にサンプリングしその後の
処理を全てデジタル信号処理によって行うことも可能で
ある。この場合にはバンドパスフィルタをデジタルフィ
ルタに、微分回路を差分演算等に置き換えてCPUを用
いた信号処理を行うことが考えられる。
って工具の折損を検出するようにしているが、AEセン
サの出力をA/D変換した後にサンプリングしその後の
処理を全てデジタル信号処理によって行うことも可能で
ある。この場合にはバンドパスフィルタをデジタルフィ
ルタに、微分回路を差分演算等に置き換えてCPUを用
いた信号処理を行うことが考えられる。
又本実施例は数値制御装置に制御されるボール盤に適用
した折損検出装置について説明したが、通常の工作機械
に適用することも可能であり、又他の工作機械、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。
した折損検出装置について説明したが、通常の工作機械
に適用することも可能であり、又他の工作機械、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。
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図は本実施例の工具折損検出装置
の工具位置に対するAEセンサの最適感度と減衰特性曲
線のデータを得るための処理を示すフローチャート、第
4図はそのとき得られる最適感度の減衰特性関数の係数
等を記憶している状態を示すメモリマツプ、第5図はA
Eセンサの感度と距離との関係を示す概念図、第6図は
工具の位置に対して最適な感度を設定しつつ切削状況を
監視する場合の処理を示すフローチャート、第7図はA
Eセンサ7より得られるAE倍信号パワースペクトルを
示す図、第8図(a)は工具折損時に得られるAE信号
波形、第8図(bl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−・・・・ベース 3−−−−
−−ドリル4−=−数値制御装置 5−・・・−擬似
折損信号発生器 6−・−−−−一駆動回路 7−
・−A Eセンサ8−−−−−A E信号処理部 9
、 13−−−−−−一人出力インターフェース
10・・−・・・−CPU 11・−・−ROM
12−・・−RAM 14・−−−一−−表示
器15−−−−一人カキー 16−−−−−−−接触
センサ 20−−−−−アナログスイッチ 21−
−−−−−一可変増幅率増幅器 22 、 23−−
−−−−−バンドパスフィルタ24、 25・−−一一
−−検波器 26−・−−−−一微分回路27−・・
−比較器 28−・−−一−−レベル判定器 29
・−・−・折損検出回路 30−・−・−異常切削検
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(化1名) 第1図 1−m−・−ワーク 5−−−−−一匿似竹榎信号葵生轟 7−−−−−・AE2ンサ 第7図 100K 200K 300K 400K H2
第8図(a) 第8図+1))
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図は本実施例の工具折損検出装置
の工具位置に対するAEセンサの最適感度と減衰特性曲
線のデータを得るための処理を示すフローチャート、第
4図はそのとき得られる最適感度の減衰特性関数の係数
等を記憶している状態を示すメモリマツプ、第5図はA
Eセンサの感度と距離との関係を示す概念図、第6図は
工具の位置に対して最適な感度を設定しつつ切削状況を
監視する場合の処理を示すフローチャート、第7図はA
Eセンサ7より得られるAE倍信号パワースペクトルを
示す図、第8図(a)は工具折損時に得られるAE信号
波形、第8図(bl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−・・・・ベース 3−−−−
−−ドリル4−=−数値制御装置 5−・・・−擬似
折損信号発生器 6−・−−−−一駆動回路 7−
・−A Eセンサ8−−−−−A E信号処理部 9
、 13−−−−−−一人出力インターフェース
10・・−・・・−CPU 11・−・−ROM
12−・・−RAM 14・−−−一−−表示
器15−−−−一人カキー 16−−−−−−−接触
センサ 20−−−−−アナログスイッチ 21−
−−−−−一可変増幅率増幅器 22 、 23−−
−−−−−バンドパスフィルタ24、 25・−−一一
−−検波器 26−・−−−−一微分回路27−・・
−比較器 28−・−−一−−レベル判定器 29
・−・−・折損検出回路 30−・−・−異常切削検
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(化1名) 第1図 1−m−・−ワーク 5−−−−−一匿似竹榎信号葵生轟 7−−−−−・AE2ンサ 第7図 100K 200K 300K 400K H2
第8図(a) 第8図+1))
Claims (2)
- (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折損信号を発生する
擬似折損信号発生手段と、外部入力に基づいて増幅率を
変えて前記AEセンサのAE信号を増幅する可変増幅率
増幅器と、前記擬似折損信号発生手段を加工対象の異な
る位置に設置したときに、夫々の位置に対して前記可変
増幅率増幅器の最適感度を調整する感度調整手段と、前
記感度調整手段により調整された各工具の複数の位置の
最適感度に基づいてAE信号の減衰特性を算出すると共
に、工具の加工対象への接触時から切削によるAE信号
が得られる迄の信号伝播時間だけAE信号の減衰特性に
応じて前記可変増幅率増幅器の増幅率を連続的に上昇さ
せる制御手段と、前記可変増幅率増幅器より得られるA
E信号に基づいて工具の折損を識別する信号処理部と、
を具備することを特徴とする工具折損検出装置。 - (2)前記信号処理部は、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
号が前記最適増幅率に設定された可変増幅率増幅器に与
えられたときに出力を出す周波数識別手段と、前記AE
センサより急激に立上る信号が与えられたときに出力を
出す立上り信号検出手段と、前記周波数識別手段及び立
上り信号検出手段の論理積出力に基づいて工具折損検出
出力を出す論理出力手段と、を具備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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60028989A JPS61187653A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 工具折損検出装置 |
YU20586A YU20586A (sh) | 1985-02-15 | 1986-02-13 | Novi berivati 1,8-naftiridina i postupci za njihovo dobijanje |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60028989A JPS61187653A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 工具折損検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61187653A true JPS61187653A (ja) | 1986-08-21 |
Family
ID=12263822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60028989A Pending JPS61187653A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 工具折損検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61187653A (ja) |
-
1985
- 1985-02-15 JP JP60028989A patent/JPS61187653A/ja active Pending
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