JPS6186162A - 切削工具と工作物との接触を音響式に検出する方法と装置 - 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　　背　　景 この発明は工作鍬械の監視装置、並びに工作物の寸法を
オンラインで測定する為に、工作物に対する初期接触を
検出する為、切削工具の振動を感知１”る方法に関する
。

航空機用エンジンの部品の様な複雑な金属部品を機械加
工する場合、観械加工過程の間に１００回近くまで、各
々の部品の寸法を検査しなければならないことがある。

この検査の為に要する時間が全体の機械加工時間のかな
りの割合を占め、この為、機械加工過程の生産性に大き
な影響を持つ。

■貝自体を部品の寸法を測る為に使う融通性のある方法
は、この作用に専用になる時間を短縮し、生産性を高め
る。工具は、精密に工作物の表面でその前進を停止しな
いと、部品を損傷する倶れがあるから、工具接触感知装
置は非常に感度が高く■つ非常に高速でなければならな
い。

部品の寸法を測定するオフライン及びオンラインの相異
なる多数の方法が開発され又は提案されている。オンラ
インの方法としては、レーザ干渉計及び後退可能な接触
トリガ・プローブがある。

■貝自体を使って、工具の振動を感知することにより、
工具と工作物の接触を検出する技術が米国特許第４．４
２８．０５５号に記載されている。

この発明は上記並びにその他の従来の装置の改良であっ
て、虚偽の警報を少なくすると共に、感度を一層高くす
る。

工具が工作物を汚す慣れがある前に、前進する切削工具
と工作物の表面との初期接触を検出する為には、工具接
触検出器は、軽い擦れ合い接触によって発生される非常
に小さい振動信号を検出しなければならない。虚偽の警
報を避ける為、工具接触感知装置は他の全ての信号を無
視し又は排除しなければならない。現場試験によると、
接触試験の際、成る旋盤の動作によって、普通は低い振
動周波数の機械の雑音源を周波数領域で弁別しているに
もか）わらず、軽い擦れ合い接触の信号の振幅の”１０
０倍又はそれ以上を越える振幅を持つスパイク状雑音が
発生されることが判った。問題は、この様な振幅の大き
い、持続時間の小さい雑音パルスを排除しながら、振幅
の小さい、連続的な軽い擦れ合い接触の信号を即座に検
出することである。

、　　明　　の　　要　　約 この発明の目的は、切削工具をプローブとして使わない
同等の装置よりも、必要とする遅延が短く、多くの競合
する装置よりも実施する為のコストが安い工具接触検出
装置を提供することである。

別の目的は、大抵の旋盤及び工作機械設備で、適切な感
度を持つと共に虚偽の警報にねずらりされない改良され
た■貝接触検出器を提供することである。

別の目的は、音響式１具破損検出器と容易に一体化して
、工具破損兼工具接触検出装置にすることの出来る監視
装置を提供することである。

共振周波数の前後の振動周波数に対重る感度が最も大き
い加速度計の様な振動センサを工作機械に配置して、工
具と工作物の界面に於ける振動を感知する。アナログ予
備処理装置が、振動周波数が一層低い礪械雑音を弁別す
る為に、この振動信号を高域通過ろ波して増幅する手段
と、信号を整流し且つ低域通過ろ波して、共振周波数を
中心とする帯域内のエネルギを検出する手段とを有する
。

低域通過ろ波器のカットオフ周波数は、この後の標本化
動作によるエイリアシング（ａｉｌｉａｓｉｎ（１）を
防止する為に、５００Ｈｚより低い。アナログ予備処理
装置の単一極性の出力信号を標本化し、サンプルをディ
ジタル形式に変換し、ディジタル回路によって解析する
。このディジタル回路はプログラム可能な汎用；１棹機
であってよい。工具と工作物が接触しない状態で工作機
械が運転することによって発生される連続的なトラバー
ス（ｔｒａｖｅｒｓｅ）Ｘｔｆｆｉ信号レベルより成る
最小限の倍数だけ高い既知の振幅の閾値レベルと、こと
ごとくのサンプルとを比較し、振幅閾値より高い少なく
とも１つの１サンプルが検出された後、工具の前進を停
止する為に工作機械の制御部に送られる工具接触警報信
号を直ちに発生する手段を設ける。

好ましい実施例では、振幅閾値より高い１つの勺ンプル
が検出された後、有効な工具の接触を確認すると共に、
虚偽の警報を防止する為に接触前のスパイク状雑音パル
スを無視するパターン認識論理回路を設ける。工具接触
善報は、振幅の大きい雑音パルスの既知の最大の持続時
間より長い期間だけ理延させられる。１つの方法は、各
々のサンプルを処理し、予め設定された確認期間の間、
振幅閾値より高いサンプルの数又は振幅閾値より低いサ
ンプルの数を計数することである。確認期間が終る前に
振幅聞直より高いサンプルの数が予め設定された数に達
した時、或いは振幅同値より低いサンプルを計数する場
合には、確認期間の終りまでにサンプルの数が予め設定
した数に達しない時、接触警報が発生される。増数／減
数計数器を用いる別の方法は、゛振幅閾値より高いサン
プルに応じてカウントを増致し、振幅閾値より低いサン
プルに応じてカウントを減数しく或いはその逆に動作し
）、１番目の予定数の過剰サンプルが検出された時に警
報を出す。

発明の詳細な説明 ■只の接触を検出づる為の振動センサの取付は場所は、
監視しようとする各々の工作機械に対して個別に決定さ
れる。この工作１械監視装置が作用し得る旋盤は広範囲
に種々のものがある。水平主軸を持つ旋盤並びに垂直主
軸を持つ旋盤がある。

成る旋盤は１個の工具ホルダ取付は位置しか持たないが
、伯の旋盤は幾つもの位置を持ち、後者の場合、幾つか
の工具ホルダ位置がタレットの周辺に分布していて、こ
のタレットを回転して、オペレータが選択した任意の工
具を切削位置に持って来ることが出来る様になっている
。成る旋盤は自動工具交換装置の様な補助動力装置を取
付けることがある。この監視装置は、フライス盤、マシ
ニング・センタ及びドリルの様な他の形式の工作機械に
も応用することが出来る。　　　　　　９工作機械のセ
ンサ取付は位置を選択し且つ評価する場合、その兼合い
をとらなければならない様な、場合によって相反する多
数の目的がある。それらの例を挙げると、第１に、工具
接触信号情報を含む振動信号の帯域の音響的な結合であ
る。こういう信号は切削工具ＪＩＩＩ着体と工作物との
間の界面又はその近くで発生される。それを検出する前
に、それをセンサの場所へ伝搬させなければならない。

伝搬通路での減衰及び歪みは通路の距離及び形状の関数
であり、特に信号源とセンサの間の機械的な界面の数の
関数である。第２に、スプリアス信号源の場所である。

スプリアス信号源は所望の信号源の近くにあることがあ
り、同じ通路又は同様な通路を介してセンサに達する。

然し、任意の所定の機械で、流体圧弁、軸受及び補助装
置の様なスプリアス信号源は、特定のセンサの取付け位
置への伝搬通路に対して幾分好ましい別の場所にある。

センサは、所望の信号源に対するその音響的な結合が比
較的良好であって、主要な干渉源すなわちスプリアス信
号源に対する音響的な結合が比較的よくない所に取付け
ることが望ましい。

第３に、センサ及びそのケーブルの物理的な保護である
。音響的な結合の観点から見た最もよいセンサの場所は
、恐らく■具挿着体の刃先の近くの工具ホルダ上である
。然し、この取付は位置では、センサ、そのケーブル及
びケーブル・コレクタは、力、温度及び切削用流体の汚
染の点で、物理的に極めて悪い環境にざらされる。第４
に、センサ並びにセンサ信号処理チャンネルを最小限に
することである。幾つかのホルダ取付は位置を持つ機械
では、センサを工具ホルダに取付けるという決定は、各
々の工具ホルダ取付は位置に対してそれぞれセンサ及び
信号処理チャンネルを設けることを意味する。これは非
常に望ましくない。第５に、利用し得る物理的な場所が
、機械毎に大幅に変化することである。この発明のセン
サ並びに一体化した電子パッケージは、物理的に非常に
小さく、この為利用し得る取付は場所の選択が大きくな
る。

第１図（よ機械のフレーム１０、主軸１１、チャック１
２）工作物１４を保持する治具１３及びＮＯ制御部１５
を持つ横形タレット旋盤の一部分の略図である。回転可
能な工具タレット１６が工具ホルダ及び挿着体１８を支
持する幾つかの工具柱１７を持っている。タレット１６
が、２つの横スライド２０に沿って移動するタレット台
１９に支持されている。

広帯域加速度計の様な振動センサ２１がタレット１６に
取付けられる。この為、１個の取付は位置にある１個の
センサが、オペレータにより切削動作の為に選択した任
意の工具ホルダ位置を監視することが出来る。この取付
は位置は普通は信号とスプリアス信号（雑音）との比が
満足し得るものになる。タレットは回転可能であり、多
くの機械では、一方向にだけ回転するので、センサは簡
単なケーブルによって不動の信号処理回路に電気的に接
続することが出来ない。回転形電気結合部２２がセンサ
から出力された電気信号を伝送する１つの方法である。

随意選択により、振動レンサ２３が横スライドに取付け
られる。この場合、試験によると、成る旋盤では良好な
動作が得られることが判った。センサをタレットから離
して取付けることが出来るかどうかは、監視する各々の
機械で実験的に決定しなければならないことである。

竪形タレット旋盤が第２図に示されており、振動センサ
の適当な２つの取付は位置が示されている。ＩＭ械のフ
レーム２４、チｔシック２５、工作物保持治具２６、工
作物２７、横スライド２８、垂直スライド２９、回転可
能な工具タレット３０、工具柱３１、及び工具ホルダ及
び切削挿着体３２が示されている（数値制御装置は示し
てない）。

タレットに取付けられたセンサ３３によって発生された
振動信号が回転形電気結合部３４を介して工具接触検出
回路に伝送される。別の取付は位置は、工作機械の１つ
の工具スライドである。センサ３５が垂直スライド２９
と音響的に良好な接触をしている。

工具接触検出装置の主な特徴が第３図に示されている。

Ｃレザ３６は広帯域加速度計であって、これは非常に低
い周波数から、例えば４０ＫＨｚまたはそれより高い共
振周波数の直ぐ下まで、平坦な応答特性を持っている。

この共振を軽く減衰させ、この為センサはその共振周波
数から数キロヘルツ以内の振動周波数に対する感度が最
も高く、共振周波数よりずっと高い振動周波数に対して
は、感度が急速に低下する。この様な高周波数振動セン
サの１つがビブラメトリックス社（Ｖ　１ｂｒａ−Ｍｃ
ｔｒｉｃｓ、　　Ｉ　ｎｃ、　）の商品名ＶＭ１０１８
加速度計である。１作物の寸法を検査する作業の間、工
具ホルダ及び切削挿着体１８（第１図）を工作物１４に
向けて急速に移動し、その後接触が起るまで、約１イン
チ／分の速度に減速する。工具と工作物が接触しない時
の工作機械の普通の運転によって発生される背景雑音で
ある連続的なトラバース雑音が感知される。工作機械に
よっては、持続時間が短いが、振幅の大きいスパイク状
雑音が出ることがあり、また工作機械によっては比較的
静かであって、この様な雑音パルスを発生しないものも
ある。ゆっくりと前進する工具挿着体が初めて工作物と
接触する時、振動レベルに突然の略連続的な増加がある
。こういう振動を加速度計で感知して、電気信号に変換
する。

振動信号が高域通過が波器３７でろ波される。

この子波器のカットオフ周波数はセンサの共振周波数よ
り若干低くなっていて、比較的低い周波数に集中する傾
向のある、振幅の大きい機械の雑音を弁別する。共振形
加速度計と＾域通過−波器の組合せが、加速度計の共振
周波数の近辺の約２０ＫＨ２の帯域内にある周波数を持
つ振動信号に対して帯域−波作用を生ずる。高域通過−
波器は、センサからの弱い工具接触信号を、装置の後続
の整流器段で必要とされる様なレベルまで高める為に、
約６０又は７０ｄｂの高い利得を持っている。

両波整流器と低域通過か波器の組合せが両波エネルギ検
出器３８として作用しく一波作用が真実の包絡線検波に
とっては強すぎる）、両極性のセンサ信号を単一極性の
「包絡線」信号に変換する。

低域通過ろ波器のカットオフ周波数は典型的には５００
　Ｈｚであって、標本化周波数が１ＫＨ２のナイキスト
周波数より十分高い限り、この後の標本化動作から生ず
るエイリアシングを防止する。

この為、標本化期間は、アナログ信号のサンプルの間に
、信号の必要なディジタル解析を行なう位に十分長くす
ることが出来る。実際、低域通過ろ波器のカットオフ周
波数は１００Ｈ２という様に低くすることが出来る。ア
ナログ予備処理装置の出力に出る単一極性の信号が第３
図に示されている。低い連続的なトラバース雑音信号が
３９に示されており、振幅が大きい雑音スパイクが４０
に示されており、徐々に上昇する工具接触信号が４１に
示されている。前に述べた様に、旋盤及び工作機械によ
っては、この様な雑音スパイクを持たない接触前の振動
信号を持っている。

アナログ信号処理による出力を標本化器４２で抽出した
信号サンプルが、アナログ・ディジタル変換′ａ４３に
よってディジタル形式に変換され、ディジタル回路４４
によって更に処理され且つ解析される。ディジタル回路
４４はブＯグラム可能な汎用計口践にすることが出来る
。ディジタル回路は工具接触事象に関連した信号パター
ンを認識して、所定の接触検出の判断基準を充たす時、
接触警報信号を発生する。この信号が工作機械の制御部
４５に送られ、−この制御部が工具の前進を停止し、出
発基準位置から工作物の表面までの工具の行程を測定す
る。部品寸法計算機及び表示装置４６がこの情報を部品
寸法に変換し、結果を表示する。

工具接触検出装置は、雑音スパイクが存在しても、それ
を無視し、工具が最初に工作物に接触してから数ミリ秒
後に警報を発する。雑音スパイクによって発生される様
な虚偽の警報が防止される。

第４図は、工具接触検出装置が、工具接触信号を検出し
ながら、雑音スパイクを排除することが出来る様にする
１つの方法、即ち′引外しく　ｔｒｉｌ））及び工具接
触確認検出方法を例示している。振幅閾値レベル４７を
選択して予め設定し、これは工具と工作物が接触しない
状態の工作機械の運転によって発生される連続的なトラ
バース雑音信号のピークに対して成る最小限の倍数、例
えば２倍乃至３倍高い所にする。希望によっては、振幅
閾値レベルは工・作機械の運転の雑音レベルの変化に追
従させることが出来る。雑音スパイク４０が振幅閾値と
交差する時、それが検出されて、検出器を引外す。アル
ゴリズムが、雑音パルスの既知の最大の持続時間よりも
若干長く設定された確認期間に入る。この確認期間の間
、アルゴリズムは振幅閾値より高い信号サンプルを連続
的に検査する。確認期間の間に、こういうサンプルが予
め設定された数Ｎより少ない数しか検出されないと、雑
音パルスは虚偽の接触信号として排除され又は捨てられ
る。信号が工具と工作物の擦れ合い接触の為に振幅閾値
４７より高くなると、アルゴリズムは再び確認期間に入
る。この場合、信号サンプルは確認期間全体にわたって
振幅閾値４７より高いま）であり、確認期間が切れる前
に、振幅閾値より高いサンプルの数が予め設定したＩｔ
！Ｎに達した時、工具接触事象が発生される。上記の代
りに、振幅閾値より低い４ノンプルを用いることが出来
る。この場合、検出論理は逆にする。Ｎ個のサンプルが
確認期間中に計数されない場合警報を発生する。

この場合はへか振幅閾値より低いサンプルの予め設定さ
れた数である。

第５ａ図及び第５ｂ図は、工具接触検出装置が工具接触
信号を検出しながら、Ｉ音スパイクを無視することが出
来る様にする別の方法、即ち増数／減数計ｖｌＢによる
工具接触検出方法を例示している。ディジタル回路４４
の一部分を構成する増数／減数計数器に、カウントＴＡ
の工具接触警報閾値を予め設定しておき、信号サンプル
の振幅が振幅閾値を越える時には、何時でも警報閾値に
向って増数計数し、信号サンプルの振幅が振幅閾値より
小さい時には、何時でも警報閾値から逆の方向に減数計
数する。この代りに、計数器は振幅閾値より高いサンプ
ルで減数計数し、振幅閾値より小さいサンプルで増数計
数してもよい。この場合、警報閾値はカウントＯに設定
することが出来る。

Ｗ報閾値のカラシミ〜丁八は、１ｍの雑音スパイクによ
って警報を発生Ｊることがない様に、予想される最も長
い雑音スパイクの持続時間の間に生じ得る信号サンプル
の数より大きくなる様に定められる。例えば、第５ｂ図
では、警報閾値のカウントＴＡはカウント４である（実
際には、これはずっと大きな数のカウントである）。振
幅閾値より高いサンプルを最初に検出してから２番目乃
至５番目のサンプルの時刻に、振幅闇値より高い２つの
サンプルにより、語数器が増数し、振幅闇値より小ざい
サンプルによって計数器が減数されてＯに戻る。これに
より雑音スパイクが無視され、警報は出ない。有効な工
具接触信号４１は、確認期間全体にわたって、＠幅１４
値より高いサンプルを発生ずる。この場合、各々のサン
プルが検出されて解析される時に、計数器を増数し、カ
ウント４で接触警報が発生される。工具接触信号はＴＡ
個のサンプルよりも多いサンプルの期間の間高にとイま
り、接触信号が最初に振幅閾値を越えてからＴ＾番目の
信号サンプルで工具接触警報を発生する。

減数割数速度は、間隔が密な雑音スパイクによって警報
が出るのを避ける為に、増数計数速度よりも大きくなる
様に設定することが出来る。

第６ａ図は振幅闇値より高いサンプルを用いて、第４図
に示した引外し及び接触確認検出方法を実施する為のフ
ローチャートと工具接触信号パータン認識論理を示して
いる。ディジタル回路４４は、プログラムされた計ＯＨ
であってよいが、２つの計数器を持ち、この何れも、Ｏ
から開始して増数計数する第５ｂ図に示した計数器とは
対照的に、Ｏまで減数計数する。計数器Ｂが、振幅闇値
より高い最初のサンプルから開始して、全ての信号サン
プルを計数し、０まで減数した時にリセットされる。こ
の計数器が確認期間を決定する。計数器Ａが振幅量ピ（
より高い信号サンプルだ【プを計数し、：を数品ＢがＯ
に減数した時にリセットされる。計数器ＡがＯに減数し
た時に警報が発生される。

ｒ開始」後の最初の工程４９で、オペレータが振幅１；
２１１Ｑ　＝　Ｔと設定づる。振幅閾値は実際には第３
図の△／Ｄ変換器４３がらのカウントの所定の数であり
、１カウントが約２．５ミリボルトを表ゎす。次の工程
５０及び５１で、計数器ＡｔｆｉＮに設定され、計数器
ＢがＭに設定される。こ）でＭはＮより大きいか又はそ
れと等しい（Ｍ及びＮは工程４９でオペレータによって
入力される）。この例では、論理の動作の説明を簡単に
する為に、Ｎ及びＭの両方を３カウントとするが、実際
に使われるり゛ンブルの計数期間及び実際に生じる雑音
スパイクの持続時間は、Ｎが約１５、Ｍが約２０に通常
設定される様になっている。

第６ａ図乃至第６Ｃ図について説明すると、最初は計数
器ＡはＮ＝３カウントになっている。工程５２で振幅閾
値より高い全ての信号サンプルを計数するπ１数器Ａが
Ｎであると決定され、従って、工程５３で、サンプル１
を検査する。工程５４はサンプルの振幅を振幅閾値と比
較することを要求する。この場合、サンプル１は振幅閾
値より低いので、何ら起らず、論理ループ■を経由して
、次のリーンプルが検査される。論理ループ■は、信号
が振幅閾値より小さい場合にたどるものであり、どの語
数器も変化しないことに注意されたい。信号サンプル２
では、雑音スパイク信号が振幅閾値より高くなっており
、計数器ＡはＮ＝３カウントである。工程５２乃至５４
を★施した後、論理ループ■を通り、工程５５及び５６
で両方の計数器Ａ及び８を２に減数することを要求する
。振幅閾値より高い１つのサンプルが検出されると、論
理ループ■及び■をたどらない。信号サンプル３では、
雑音スパイク信号が閾値より高く、この時計数器Ａは２
カウント（Ｎカウントに等しくない）である。工程５２
で、工程５７ヘブランチし、そこで次のサンプルを検査
して、工程５８乃至６１に進む。サンプルが振幅閾値よ
り高いので、計数器Ａを減数し、その後計数器Ａ＝０で
あるかどうかを試験しくこの場合、Ａ＝０ではない）、
計数器Ｂを減数する。この為、両方の計数器が論理ルー
プ■を介して１に減数される。工程６２が計数器Ｂ＝０
であるかどうかを検査する。この場合、Ｂ−０ではない
ので、工程５２及び５７により次のサンプルが検査され
る。信号サンプル４で、雑音スパイクが終了し、この為
信号は振幅閾値より小さい。工程５８で論理ループ■ヘ
ブランチし、計数器Ｂだけが減数される。この時計数器
Ｂが０になるから、工程６２は、工程５０及び５１で両
方の計数器を３にリセットすることを指示する。

信号サンプル５で、接触信号が開始し、信号は伽幅閾値
より高くなる。両方の計数器Ａ及びＢが論理ループ■を
介して２に減数される。信号サンプル６で、接触信号が
引続いて上昇し、この為振幅閾値より高いサンプルが検
出される。計数器Ａが２である（Ｎに等しくない）ので
、両方の計数器は次に論理ループ■を介して１に減数さ
れる。

信号サンプル７で、接触信号が引続いて上昇し、この為
信号は振幅閾値より高い。計数器Ａが工程５９で０に減
数され、工程６０で工程６３ヘブランチし、そこで接触
検出警報が発生される。これがプログラムの終りである
。

まとめて云えば、両方の計数器が振幅閾値より高いり′
ンプルによって始動する。確認期間を決定する計数器Ｂ
が、自分と計数器Ａをリセットする前に、この後のＭ個
のサンプルを計数する。計数器Ａがこの後の振幅閾値よ
り高いサンプルを計数する様に設定されている時、計数
器Ａが計数器Ｂによってリセットされる前に計数器Ａが
ＩＷのサンプル番計数すると、工具接触情報を表わす警
報が発生される。そうでなければ、別の振幅閾値より高
いサンプルにより計数器ＢのＭカウントから成る別の確
認期間が開始されるまで、両方の計数器はリセットされ
る。

この代りの方式として、第７ａ図乃至１７ｃ図に示すよ
うに、計数器Ａはこの後の振幅ｒａ＋ｉより低いサンプ
ルを計数する様に設定することが出来る。計数器ＡＩｆ
ｉＮＩＩＮのサンプルを計数しない内に計数器ＢがＯに
なると、工具接触情報を表わす警報が発生される。計数
器ＡがＮ個のサンプルを計数すると、両方の計数器へ及
びＢがリセットされる。この代替方式を示す第７ａ図及
び第７ｃ図の例では、Ｍ＝６及びＮ＝３である。工程６
４乃至６６は最初の方式と同じである。工程６７及び６
８で、サンプル１が検査され、振幅閾値より低いので、
次のサンプルが検査される。サンプル２は振幅閾値より
高いので、工程６９乃至７１により、計数器Ｂが減数さ
れる。このとき計数器ＢはＯではないので、サンプル３
が検査される。このサンプルは振幅閾値より低くないの
で（工程７２）、計数器Ｂが再び減数される。論理ルー
プをたどることにより、信号サンプル４は振幅閾値より
低いので、工程７２乃至７４により、計数器Ａが減数さ
れ、このとき計数器Ａは０ではないので、計数器Ｂが再
び減数される。サンプル５乃至７は全部振幅閾値より高
く、Ｂ＝Ｏになるまで、計数器Ｂを繰り返し減数する。

Ｂ＝Ｏになると工程７０でブランチして、接触警報を発
生する（工程７５）。

静かな工作機械の場合の様に、振幅閾値より低いサンプ
ルがない場合、所定数の計数の後、計数器Ｂが直接的に
０になり、警報が発生される。所定数の振幅閾値より低
いサンプルを検出した時、雑音スパイクが即座に排除さ
れることに注意されたい。

第８ａ図は、第５ａ図及び第５ｂ図に示した増数／減数
計数器による方式を実施する為のフローチャー１−であ
り、工具接触信号パターン認識論理を示している。この
方法は、サンプルが振幅閾値より低ければ増数計数し、
サンプルが振幅閾値より高ければ減数計数する１つの計
数器を用いる。

計数器がＯまで減数すると、装置が警報を出す。

「開始」後の最初の工程７６乃至７８は、オペレータが
保幅閾値＝王と設定し、計数器＝Ｎとし、サンプルが検
査される。この例では、説明を簡単にする為にＮ＝３で
ある。信号サンプル１が振幅閾値より低く、計数器はＮ
に設定されている。このとき、工程７９及び８０を含む
論理ループ■をたどり、次のサンプルを検査する。信号
サンプル２は雑音スパイク信号であり、計数器はまだＮ
である。次に論理ループ■及び工程８１及び８２により
、計数器は２に減数されるが、Ｏではないので、次のサ
ンプルが検査される。雑音スパイクによる信号サンプル
３は振幅閾値より高く、同じ論理ループにより、計数器
が１に減数される。信号サンプル４は、雑音パルスが終
了した為に、振幅閾値より低い。このため工程８０で、
論理ループ■へブランチし、工程８３により、計数器が
２に増数される。

信号サンプル５は接触信号の初めにあり、振幅閾値より
高い。論理ループ■により、計数器が１に減数される。

上昇する接触信号からの信号サンプル６が取出され、振
幅閾値より高いま）である。

工程８１及び８２で、計数器がＯに減数され、工程８４
ヘブランチし、接触警報が発生される。これがプログラ
ムの終りである。警報が発生される為には、その前に、
振幅閾値より高いサンプルの数が振幅閾値より低いサン
プルの数より予定数だ　　゛け越えていなければならな
い。監視する旋盤又はその他の工作機械が比較的静かな
動作機構を持つていて、その振幅が設定した振幅閾値を
越える様な雑音スパイクを発生しない場合、第６ａ図、
第７ａ図又は第８ａ図に示した工具接触信号パターン認
識論理は通常のルーチンをたどり、徐々に上昇する接触
工具信号を検出して、有効な警報を発生する。第６ａ図
では、信号サンプルが振幅閾値を越えるまで、論理ルー
プ■をたどる。振幅閾値より高い最初のサンプルにより
、両方の計数器が論理ループ■によって減数される。そ
の後のサンプルは振幅閾値より高く、計数器ＡはＮでは
な（、したがるて習報が発生されるまで、論理ループ■
を何回か通る。第７ａ図については前に述べた。

第８ａ図について云うと、サンプルが振幅同値より低い
とき、振幅同値より高いサンプルが検出されるまで、論
理ループ■を通る。その後、警報が発生されるまで、論
理ループ■を何回か通る。

この振動感知工具接触検出装置は単独の装置としても効
用があるし、数値制御の工作機械中にも用いることが出
来る。切削工具をオンラインで工作物の寸法を検査する
為のプローブとして使う利点は前に説明した。この接触
検出器及び方法の別の利点は、それを音響式１具破損検
出器と組合せて、工具接触兼工具破損検出装置に容易に
組合せることが出来ることである。

この発明を好ましい実施例について図示し且つ説明した
が、当業者であれば、この発明の範囲内で種々の変更が
可能であることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は加速度計の交代的な位置を示す横形タレット旋
盤の部分的な側面図である。第２図は交代的なセンサの
位置を示す竪形タレット旋盤の簡単な側面図である。第
３図は工具接触検出装置のブロック図である。第４図は
スパイク状雑音が存在した場合の、引外し及び接触確認
検出方法を例示するためのアナログ信号処理による出力
の振動信号を示すグラフである。第５ａ図及び第５ｂ図
は増￥！ｉ／減数計数器による接触検出方法に関連して
、振動信号と増数／計数器のカウントを示すグラフであ
る。第６ａ図は振幅同値より高いサンプルを利用する１
番目の（引外し及び確認）方法のプログラムのフローチ
ャートである。第６ｂ図は計数器へ及びＢのカウントを
示すグラフである。 第６Ｃ図は幾つかのサンプル時刻に於ける雑音スパイク
と接触信号を示すグラフである。第７ａ図は閾値より低
いサンプルを用いる別の方法の７０−チャートである。 第７ｂ図及び第７Ｃ図は、第７ａ図の場合の計数器のカ
ウントと、雑音及び接触信号を夫々示すグラフである。 第８ａ図は２番目の（増数／減数計数器による）方法の
プログラムのフローヂャートである。＠８ｂ図は有効な
警報までのカウントを示すグラフである。第８Ｃ図は幾
つかのサンプル時刻に於ける雑音スパイク及び接触信号
を示すグラフである。 １１：主軸 １２．２５：チャック １３．２６：治具 １４．２７：工作物 １６．３０：工具タレット １７．３１：工具柱 １８．３２：工具ホルダ及び切削挿着体２１．２３．３
３．３５：振動センサ １９：タレット台

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）工作機械で工作物に対する切削工具の初期接触を音
   響式に検出する装置に於て、 共振周波数を中心とする周波数に対する感度が最も高い
   振動センサであって、工具と工作物の界面に於ける振動
   を感知する様に前記工作機械に配置されていて、これら
   の振動並びにその他の振動を電気信号に変換する振動セ
   ンサと、 機械の一層低い振動周波数の雑音を弁別する為に、前記
   振動信号を高域通過ろ波し且つ増幅する手段、及び該信
   号を整流し低域通過ろ波して、前記共振周波数を中心と
   する帯域内のエネルギを検出する手段を含むアナログ予
   備処理装置と、該予備処理装置の出力に出る単一極性信
   号を標本化して、各サンプルをディジタル形式に変換す
   る手段と、 工具と工作物の接触がない状態で前記工作機械の運転に
   よって発生される連続的な雑音レベルよりも所定の最小
   限の倍数だけ高い既知の振幅閾値レベルと各サンプルを
   比較する手段、及び前記振幅閾値より高い少なくとも１
   つのサンプルが検出された後に直ちに接触警報信号を発
   生する手段を持っていて、該接触警報信号を、前記切削
   工具の前進を停止する為に工作機械の制御部に送る様に
   するディジタル回路とを有する装置。 ２）特許請求の範囲第１項に記載した装置に於て、前記
   振動センサが４０ＫＨｚより高い共振周波数を持つ高周
   波数加速度計である装置。 ３）特許請求の範囲第１項に記載した装置に於て、前記
   低域通過ろ波のカットオフ周波数が５００Ｈｚより低く
   、前記標本化手段の標本化周波数がエイリアシングを防
   止する為に１ＫＨｚより高い標本化周波数である装置。 ４）特許請求の範囲第１項に記載した装置に於て、前記
   ディジタル回路が、虚偽の警報を防止する為に、振幅閾
   値より高い１つのサンプルを検出した後に工具の接触を
   確認し、且つ接触前のスパイク状雑音パルスを無視する
   手段を含んでいる装置。 ５）工作機械で切削工具挿着体と工作物の間の接触を検
   出する工具接触監視装置に於て、 挿着体と工作物の界面に於ける振動並びに工作機械のそ
   の他の雑音を表わす電気信号を発生する広帯域振動セン
   サと、 振動周波数が一層低い機械の雑音を弁別する為に、前記
   振動信号を高域通過ろ波して増幅する手段、及び該信号
   を整流して低域通過ろ波する両波エネルギ検出手段を含
   むアナログ信号処理手段と、該アナログ処理手段の単一
   極性の出力信号を標本化して、各サンプルをディジタル
   形式に変換する手段と、 ことごとくの信号サンプルを検査して、連続的なトラバ
   ース雑音信号レベルに最小限の倍数を乗じた値に設定さ
   れた振幅閾値レベルよりも信号の振幅が大きい時を検出
   する手段、所定の確認期間の間、前記振幅閾値より高い
   まゝである有効な接触信用を検出し、且つ前記振幅閾値
   より高いスパイク状雑音パルスを虚偽接触警報として排
   除する手段、及び前記工具挿着体の前進を停止する為に
   使うべき接触警報信号を発生する手段で構成されたディ
   ジタル・パターン認識回路とを有する工具接触監視装置
   。 ６）特許請求の範囲第５項に記載した工具接触監視装置
   に於て、雑音パルスを排除し且つ工具接触信号を検出す
   る前記手段が、前記確認期間中の前記振幅閾値より高い
   サンプルを計数し、該確認期間中に予め設定された数の
   、前記振幅閾値より高いサンプルが検出されない時に排
   除する計数手段で構成される工具接触監視装置。 ７）特許請求の範囲第６項に記載した工具接触監視装置
   に於て、前記計数手段が２つの計数器で構成され、一方
   の計数器は全てのサンプルを計数し、他方の計数器は前
   記振幅閾値より高いサンプルだけを計数する工具接触監
   視装置。 ８）特許請求の範囲第５項に記載した工具接触監視装置
   に於て、雑音パルスを排除し且つ工具接触信号を検出す
   る前記手段が、前記確認期間中に前記振幅閾値より低い
   サンプルを計数し、該確認期間中に予め設定された数の
   、前記振幅閾値より低いサンプルが検出された時にスパ
   イク状雑音パルスを排除する手段で構成されている工具
   接触監視装置。 ９）特許請求の範囲第５項に記載した工具接触監視装置
   に於て、雑音パルスを排除し且つ工具接触信号を検出す
   る前記手段が、前記振幅閾値より高いサンプルで増数計
   数し、前記振幅閾値より低いサンプルで減数計数するか
   、或いはその逆の動作をし、前記振幅閾値より高いサン
   プルの数が前記振幅閾値より低いサンプルの数より予定
   の数だけ越える時に警報を出す増数／減数計数器で構成
   される工具接触監視装置。 １０）特許請求の範囲第５項に記載した工具接触監視装
   置に於て、前記振動センサが高周波数加速度計であり、
   前記エネルギ検出手段が整流器と５００Ｈｚより低いカ
   ットオフ周波数を持つ低域通過ろ波器とで構成されてい
   て、前記標本化手段の信号標本化速度でエイリアシング
   防止ろ波器用を行なう工具接触監視装置。 １１）工作機械で工作物に対する切削工具挿着体の初期
   接触を検出する方法に於て、 前記工具挿着体が工作物に向ってゆっくりと前進して擦
   れ合い接触をした時の工作機械の振動を感知して、該振
   動を電気信号に変換し、 振動周波数が一層低い機械の雑音を弁別する為に増幅並
   びに帯域ろ波し、次いで整流及び低域通過ろ波作用によ
   って帯域内のエネルギを検出することによって前記振動
   信号を予備処理し、この処理による出力信号は、工具接
   触事象の表示、工作機械の機構によって発生された振幅
   の大きい雑音スパイク及び連続的なトラバース雑音を含
   んでおり、 前記出力信号を標本化して、各サンプルをディジタル形
   式に変換し、 前記工作機械の連続的なトラバース雑音信号レベルより
   も高い振幅検出閾値に対してことごとくの信号サンプル
   を検査して、前記閾値より高いサンプルを検出し、その
   後、振幅の大きいスパイク状雑音パルスの既知の最大の
   持続時間より長い期間の間、前記閾値より高いサンプル
   及び前記閾値より低いサンプルの何れか一方を検査する
   と共に、雑音パルスを虚偽警報として無視し、前記閾値
   より高いサンプルが前記期間全体を通じて検出された時
   に工具接触警報を発生する工程から成る方法。 １２）特許請求の範囲第１１項に記載した方法に於て、
   前記振幅検出閾値が予め設定されていて、前記連続的な
   トラバース雑音信号の信号ピークの約２倍乃至３倍であ
   る方法。 １３）特許請求の範囲第１２項に記載した方法に於て、
   前記閾値より高いサンプル及び前記閾値より低いサンプ
   ルが第１の計数器で計数され、前記閾値より高いサンプ
   ルだけが第２の計数器で計数され、該第１の計数器が予
   め設定された数のサンプルを計数した後に両方の計数器
   がリセットされ、前記期間が終る前に予め設定された数
   の前記閾値より高いサンプルを計数した後に該第２の計
   数器が前記接触警報を発生する方法。 １４）特許請求の範囲第１２項に記載した方法に於て、
   前記閾値より低いサンプルが計数され、前記期間が終る
   前に、予め設定された数が計数されない時に前記警報が
   発生される方法。 １５）特許請求の範囲第１１項に記載した方法に於て、
   工作機械の機構によって振幅が大きい雑音スパイクが発
   生されない場合、予め設定された数の前記閾値より高い
   サンプルを計数した直後に、前記接触警報が発生される
   方法。