JPS61210952A - 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〕

本発明による工具折損検出装置は、用いられる工具に対
応したレベルにより駆動される擬似折損信号発生器を用
いてＡＥセンサの感度を調整すると共に、感度調整時に
ＡＥセンサの感度が最大値に設定されれば擬似折損信号
発生器のレベルを増加させ、それに伴って擬似折損信号
発生器とＡＥセンサ間の信号伝達系に何らかの異常があ
るかどうかを自動的に判断するものである。

〔発明の背景〕

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、その取付位置によってＡＥ倍信号レベルが大幅に
異なる。そこで出願人は既に特願昭５９−１０１５５４
号等において工具の折損時と同一の信号を発生する擬似
折損信号発生器を提案している（未公開）。この擬似折
損信号発生器を工作機械の加工位置に取付け、用いられ
る工具に対応した駆動レベルで駆動すれば工作機械に擬
折損ｍ信号を与えることができ、ＡＥセンサの感度を最
適値に調整することができる。

しかるにＡＥセンサや擬似折損信号発生器は工作機械に
取付けられ、ケーブルにより工具折損検出装置本体と接
続されるが、ＡＥセンサや擬似折損信号発生器が正しく
取付けられていなかったり信号を伝送するケーブルに接
触不良や断線が生じていることがある。このような場合
には工具から通切なレベルのＡＥ倍信号得られず折損検
出ができなくなるという問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような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センサや擬似折損信号発生
器が工作機械に正しく取付けられており、又ＡＥ倍信号
伝達系に異常がないかどうかをＡＥセンサの感度設定時
に自動的に判断することができる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、ＡＥセンサの出
力信号に基づいて工具の折損を識別する信号処理部と、
設定されたレベルにより工具の折損時に得られるＡＥ倍
信号周波数成分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Ａ
ＥセンサのＡＥ倍信号増幅する可変増幅率増幅器と、用
いられる工具に対応した駆動レベルにより擬似折損信号
発生手段を駆動し、可変増幅率増幅器の増幅率を最適値
に設定するＡＥ感度設定手段と、ＡＥ感度設定手段によ
り可変増幅率増幅器が最大感度に設定されたときに得ら
れるＡＥセンサの出力レベル及び擬似折損信号発生手段
の駆動レベルを増大させたときに得られる出力レベルと
の差を所定レベルと比較する比較手段と、比較手段の出
力に基づいて擬似折損信号発生器とＡＥセンサの異常を
識別１表示する異常状態識別手段と、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によれば、Ａ’Ｅセンサ
の感度調整時にその出力レベルをチェックし感度が最大
値になるまで上昇した場合には、そのときのＡＥセンサ
の出力レベルと擬似折損信号発生器の駆動レベルを増加
させて得られるＡＥセンサの出力レベルを比較し、その
比に基づいてＡＥセンサの取付位置や擬似折損信号の伝
達系の異常の有無を表示するようにしている。従ってＡ
Ｅセンサの感度設定時に取付状態やケーブルの断線等を
識別することが可能となり、誤ったレベルで擬似折損信
号発生器を動作させることがなくなる。

それ故ＡＥセンサの感度を最適値に調整することができ
、工具折損の信頼性を向上させることが可能となる。

〔実施例の説明〕

（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０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ｌ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ｌ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、その出力レベルは外部より与えられる。そし
てワークエが配置される工具の近傍、例えば第１図に示
すようにベース上にＡＥ倍信号検出するＡＥセンサ６を
設ける。ＡＥセンサ６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ＡＥ信号処理部
７に与えられる。ＡＥ信号処理部７はＡＥセンサ６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を通
じて中央演算装置（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や数値制
御装置３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）１０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
感度情報やＡＥセンサの出力レベルを一時的に記憶する
領域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ている。ＣＰＵ９
には更に入出力インターフェース１２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１３、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−１４が接続される。更に信号伝
送ライン１５を介して数値制御装置３が接続されている
。

ＣＰＵ９はこれらの入力に基づいてＡＥセンサの感度を
自動的に設定すると共に、信号処理部からの折損検出出
力が与えられたとき折損レベルと比較して折損出力を出
す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７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６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３００　Ｋ　ｌｌ
ｚ　。

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２４
．２５の出力↓よ夫々比較器２７に与えられる。これら
のバンドパスフィルタ２２，２３、検波器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。又比較器２
７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。

（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
る工具毎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において人カキ−１４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４の
駆動レベルを駆動回路５に与える。そうすれば駆動回路
５は擬似折損信号発生器４を駆動するため擬似折損信号
発生器４よりＡＥ倍信号ワーク１及びベースを介してＡ
Ｅセンサ６に伝えられる。このときＡＥセンサ６より得
られる擬似折損信号は工具の折損時と同一のパワースペ
クトルを有し、更に時間領域においても折損時の波形と
類似の波形を有している。このＡＥ倍信号ＡＥ信号処理
部７に伝えられアナログスイッチ２０及び可変増幅率増
幅器２１を介して入出力インターフェース８からＣＰＵ
９に伝えられる。ＣＰＵ９はステップ４２においてＡＥ
センサ６の信号レベルを可変増幅率増幅器２１の増幅率
によって調整し、ステップ４３に進んでその出力レベル
が適正であるかどうかをチェックする。このレベルが適
正でなければステップ４４において可変増幅率増幅５２
１の増幅率が最大値に設定されたかどうかをチェックし
、最大レベルでなければステップ４５に進んで必要な増
幅率の増減を算出しステップ４２に戻って可変増幅率増
幅器２１の増幅率を変更する。そしてステップ４２から
４５のループを繰り返しその増幅率を適正に調整する。

このループによってＡＥセンサの感度が最適値に調整さ
れれば、ステップ４６に進んで第４図にメモリマツプを
示すように最適の増幅率をＲＡＭＩＩの所定領域にマガ
ジン番号と共に記憶する。そしてステップ４７に進んで
全ての工具の設定が終了したかどうかをチェックし、そ
の設定が終了していなければステップ４０に戻って他の
工具によって同様の処理を繰り返す。

さてステップ４４において可変増幅率増幅器２１の増幅
率が最大値に設定されていればステップ４８に進んでそ
のときの可変増幅率増幅器２１の出力レベルＶｏを第４
図に示すようにＲＡＭＩＩに一時記憶する。そしてステ
ップ４９に進んで駆動回路５の駆動レベルを最大値に設
定し、擬似折損信号発生器４を駆動する。そしてステッ
プ５０に進んでそのときの増幅器２１の出力レベルｖｍ
を記憶し、ステップ５１に進んでその差Ｖ＋ｍ−Ｖｏが
所定の偏差ε以下となるかどうかをチェックする。擬似
折損信号発生器４やＡＥセンサ６を接続するケーブルに
断線がなく、夫々が工作機械に正しく固定されていれば
可変増幅率増幅器２１の出力レベルは増加することとな
る。従って駆動回路５の駆動レベルを上昇させることに
よって増幅器２１の出力レベルも増加し、偏差ε以上と
なればケーブルの断線等はないと判断される。しかしＡ
Ｅセンサ６の取付位置が不適当で充分擬似折損信号を受
信することができない位置にあると考えられるので、ス
テップ５２に進んでＡＥセンサ取付位置の変更を表示器
１３により表示してこの処理を一旦終了する。又ステッ
プ５１において出力レベルの差Ｖｍ　−Ｖｏが所定偏差
ε以下であればＡＥセンサ６や擬似折損信号発生器４が
工作機械に正しく取付けられていなかったり、又はケー
ブルに断線等があると考えられるのでステップ５３に進
んで表示′！ｓ１３より擬似折損信号系、即ち擬似折損
信号発生器４からのＡＥセンサ６までの信号伝達系の異
常を表示して一旦この処理を終了する。こうすればＡＥ
センサの感度が最大値になっても最適増幅率が得られな
い場合にその異常状態を識別することができる。このよ
うな異常を修正することによって再び感度設定処理を繰
り返せば最適感度を得ることが可能となる。そしてすべ
ての工具について最適な増幅率を設定しＲＡＭＩＩに順
次記憶して感度設定処理を終了する。

（監視動作） 工作機械の動作時にはこのようにして最適感度に設定さ
れ、たＡＥセンサ６からの信号を信号処理部に与え工具
の折損を検出する。工具の折損時には周波数３００ＫＨ
ｚ付近にピークを有する折損信号が得られるため、バン
ドパスフィルタ２２を介して検波器２４によってそのレ
ベルを検出し、比較器２７により５０ＫＨｚの周波数成
分を有する信号と比較することによって工具の折損を検
出している。

更に微分回路２６により信号が急激に立上る場合にその
レベルが所定値以上であればレベル判定器２８より出力
が得られ、折損検出回路２９によりその論理積条件に基
づいて工具の折損を検出している。このようにこの工具
折損検出装置では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工具折損の信
頼性を向上させるようにしている。

こうして工具の折損が検出されればアナログスイッチ２
０をオフとして以後ＡＥ倍信号入力を禁止する。これは
工具の折損後に折損した工具とワークとの異常切削や摩
擦により発生する大きなＡＥ倍信号表示器１３によって
表示させないようにして折損時の信号レベルを認識でき
るようにするためである。

このように本実施例では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て工具折損を検出して
いるが、他の種々の方法により工具の折損を検出する信
号処理を用いることも可能である。

又本実施例は数値制御装置を用いたボール盤に適用した
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、
更に大規模なマシニングセンタに通用することも可能で
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
の感度の自動設定処理を示すフローチャート、第４図は
記憶手段の記憶内容を示すメモリマツプである。 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　　
６−−−−−−−Ａ　Ｅセンサ　　７−−−−−・−Ａ
Ｅ信号処理部　　８　、　１２−−−−−−一人出力イ
ンターフェース　　　　９・−−−−・−ＣＰＵ　　　
　　１０・−−−−一−・ＲＯＭ　　　　　１１−−−
−−−−ＲＡＭ　　　１３−・・−表示器　　１４−・
−・−人力キー　　２０−−−−−−−アナログスイッ
チ　　２１・・−一一一一・可変増幅率増幅器　　２２
．２３−・−・・バンドパスフィルタ　　２４　、　２
５−・・・検波器　　２６−・−・−・微分回路　　２
７・−・−比較器　　２８−−−−−−−レベル判定器
　　２９・−・−・−折損検出回路　　３０−−一−−
・−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（他１名） 第１図 １−−−−−−ワーフ ４−−−−−一篭＋Ｘ竹１１信月１器 ６−−−−−−　ＡＥ　１！シサ 第４図

Claims (3)

【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、 前記ＡＥセンサの出力信号に基づいて工具の折損を識別
   する信号処理部と、 設定されたレベルにより工具の折損時に得られるＡＥ信
   号の周波数成分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Ａ
   Ｅ信号を増幅する可変増幅率増幅器と、用いられる工具
   に対応した駆動レベルにより前記擬似折損信号発生手段
   を駆動し、前記可変増幅率増幅器の増幅率を最適値に設
   定するＡＥ感度設定手段と、 前記ＡＥ感度設定手段により前記可変増幅率増幅器が最
   大感度に設定されたときに得られるＡＥセンサの出力レ
   ベル及び前記擬似折損信号発生手段の駆動レベルを増大
   させたときに得られる出力レベルとの差を所定レベルと
   比較する比較手段と、前記比較手段の出力に基づいて擬
   似折損信号発生器とＡＥセンサの異常を識別、表示する
   異常状態識別手段と、具備することを特徴とする工具折
   損検出装置。
2. （２）前記異常状態識別手段は、前記比較出力が所定値
   以上であるときに前記ＡＥセンサの取付位置変更を表示
   し、前記比較手段の出力が所定値以下のときに擬似折損
   信号伝達系の異常を表示する表示手段であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の工具折損検出装置。
3. （３）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、該周波数識別手段及
   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
   を識別する論理出力手段と、を有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。