JPS61217760A - 工具折損検出システム - 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〕 本発明は数値制御装置を用いて動作する工作機械におけ
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システムに関する
ものである。

〔発明の概要〕

本発明による工具折損検出システムは、ＡＥセンサから
得られるＡＥ倍信号基づいて工具の折損を検出する工具
折損検出装置を設けると共に、該ＡＥセンサの感度調整
時に数値制御装置より使用される工具のデータを受取る
ことにより、改めて工具データを入力することなく疑似
折損信号発生手段をその工具に対応したレベルで駆動す
ることによりＡＥセンサの感度を自動的に調整するよう
にしたものである。

〔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疑似
折損信号発生手段を提案している（未公開）。この疑似
折損信号発生手段を工作機械の加工位置に取付けて用い
られる工具に対応した駆動レベルで駆動すれば、工作機
械に疑似折損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。しかしながら数値制
御装置を用いて制御される工作機械にあっては一台の工
作機械で使用される工具は多種多様であり、それらの工
具が折損するときに発生するＡＥ倍信号大きさも広範囲
である。そのため工作機械の切削加工時には工具を交換
する毎にその工具に合わせてＡＥセンサの感度を最適値
に調整し直す必要があ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、疑似折損信号発生手段を用いて
ＡＥセンサの感度を調整すると共に、数値制御装置より
用いられる工具のデータを受取って疑似折損信号発生手
段を駆動し、ＡＥセンサの感度を自動的に設定すること
ができる工具折損検出システムを提供することを目的と
する。

〔発明の構成と効果〕

本発明は数値制御装置を用いて制御される工作機械に取
付けられた工具折損検出装置を存する工具折損検出シス
テムであって、工具折損検出装置は、工作機械の工具近
傍に設けられたＡＥセンサと、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、工具の折
損時に得られるＡＥ倍信号周波数を含む疑似折損信号を
発生する疑似折損信号発生手段と、ＡＥセンサの感度調
整時に数値制御装置より用いられる工具のデータの送出
に基づき疑似折損信号発生手段の駆動レベルを設定しＡ
Ｅセンサの感度を調整する感度調整手段と、を具備する
ものであり、数値制御装置は、ＡＥセンサの感度調整時
に使用工具のデータを送出するものであることを特徴と
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、数値制御装置
から用いられる工具のデータが送られ、そのデータに基
づいて疑似折損信号発生手段が駆動される。従って工具
を交換する毎に工具データを人カキ−より入力する必要
はなく、ＡＥセンサの感度を自動的に最適値に調整する
ことが可能となる。各工具についてＡＥセンサの感度の
最適値を工具折損検出装置内の記憶手段、又は数値制御
装置内の記憶手段に記憶させることによって以後使用す
る工具に対応して迅速にＡＥセンサ感度を設定すること
が可能となり、使い易い工具折損検出システムを構成す
ることができる。

〔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。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ｔｘｔ食出装
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１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ｌ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Ａ
Ｅ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及び各工具につい
ての駆動回路５の駆動レベルを記憶するリードオンリメ
モリ　（以下ＲＯＭという）１０と、この数値側ａ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、及び初期設定モードや監視モードの選
択、標準のＡＥセンサの感度等を設定する入カキ−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は数値側？１１装
置３からの工具データに基づいて駆動回路５の駆動レベ
ルを設定してＡＥセンサの感度を調整すると共に、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　ｌ（
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°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、検出信号を人出
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ＡＥセンサ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においてそのときのモードを判別する。この
モードが初期設定モードであればステップ４１に進んで
信号伝送ライン１５を介して数値制御装置（ＮＧ）３に
使用工具のデータを要求し、数値制御装置３より使用工
具データφｍを受取る。第４図に示すように工具番号φ
ｍに対応した疑似折損信号発生器４の駆動レベルがあら
かじめＲＯＭｌ０内にテーブルとして記憶されているの
でステップ４２に進んでこの変換テーブルより使用工具
に対応する駆動レベルを読出す。そしてステップ４３に
進んで駆動回路５を駆動する。そうすれば疑似折損信号
発生器４より発生した疑似折損信号がワーク１及びベー
スを介してＡＥ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ＣＰＵ９に伝えられる。ＣＰＵ９
はステップ４４においてＡＥセンサ６の感度を可変増幅
率増幅器２１の増幅率によって調整し、ステップ４５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４６におい
て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２１の増幅率を変更する。そしてステ
ップ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ＲＡＭＩＩの所定領域にマガジン番号と共に
記憶する（ステップ４７）。次いでステップ４８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４１に戻って数
値制御装置より使用する他の工具情報を受取って同様の
処理を繰り返す。こうして数値制御装置３によって用い
られる工具の全てについての感度値を調整し、工具の全
てのマガジン番号とそのときの最適な増幅率を順次記憶
して感度設定処理を終了する。又ステップ４０でモード
判別の結果監視モードであればルーチン４９の折損監視
処理に進む。

（監視動作） 次にこうして設定したＡＥセンサ感度を用いて工具の折
損を監視する監視動作について説明する。

監視動作を開始するとまず数値制御装置３より使用され
る工具に対応したデータを読込み、ＲＡＭ１１に記憶さ
れているＡＥセンサの感度値をＡＥ信号処理部７の可変
増幅率増幅器２１に設定する。

そうすればワーク１の切削に応じてＡＥセンサ６よりＡ
Ｅ倍信号アナログスイッチ２０に与えられ、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。そして工具の折損時には周波数３０
０　Ｋ　ｌｌｚ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波し、比較器２７により５０　Ｋ
　ｌｌｚ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。さらに微分回路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
よて工具折損の信鯨性を向上させるようにしている。こ
のようにして工具の折損が検出されればアナログスイッ
チ２０をオフとして以後ＡＥ倍信号入力を停止している
。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。

尚本実施例は信号処理部として周波数領域の折損検出と
時間領域の折損検出との論理積により折損を検出するよ
うにしているが、これらのいずれか一方によって折損を
検出するようにしてもよく、又他の折ｔｊＩ検出方式を
用いたり組み合わせ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適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
工具に対応する駆動回路の駆動レベルと各工具に対応す
るＡＥセンサの感度値を記憶している状態を示すメモリ
マツプである。 ■−・・−ワーク　　２・−一−−−−ドリル　　３−
−−−−−一数値制御装置　　４−−−−−−一疑似折
損信号発生器　　５−・−−−一−駆動回路　　６−−
−−−−−Ａ　Ｅセンサ　　７−・・・ＡＥ信号処理部
　　８　、　１２−−−−−−一人出力インターフェー
ス　　　　９−・−−−−−ＣＰＵ　　　　　１　０−
−−−−−−ＲＯＭ　　　　　１１−・−ＲＡＭ　　　
１３−−−−−−一表示器　　１４−−−−−−一人力
キー　　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・・−・−微分回路　　２７−−−−−−−・比較
器　　２８−−−−−−−−レベル判定器　　２９−・
−−−一−−折損検出回路　　３０−−−−−−一異常
切削検波器回路 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−−−−−−ワーク ４−−−−−−１４を似折損侶号発支器６−−−−−−
　ＡＥ　ｔ−プサ 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）数値制御装置を用いて制御される工作機械に取付
   けられた工具折損検出装置を有する工具折損検出システ
   ムであって、 前記工具折損検出装置は、 工作機械の工具近傍に設けられたＡＥセンサと、 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、 工具の折損時に得られるＡＥ信号の周波数を含む疑似折
   損信号を発生する疑似折損信号発生手段と、 前記ＡＥセンサの感度調整時に前記数値制御装置より用
   いられる工具のデータの送出に基づき前記疑似折損信号
   発生手段の駆動レベルを設定し前記ＡＥセンサの感度を
   調整する感度調整手段と、を具備するものであり、 前記数値制御装置は、前記ＡＥセンサの感度調整時に使
   用工具のデータを送出するものであることを特徴とする
   工具折損検出システム。
2. （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シ
   ステム。