JPS6188147A - Broken loss detector of tool - Google Patents

Broken loss detector of tool

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JPS6188147A
JPS6188147A JP59210176A JP21017684A JPS6188147A JP S6188147 A JPS6188147 A JP S6188147A JP 59210176 A JP59210176 A JP 59210176A JP 21017684 A JP21017684 A JP 21017684A JP S6188147 A JPS6188147 A JP S6188147A
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JP
Japan
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tool
signal
output
frequency
breakage
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Japanese (ja)
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秀明 中村
Koichi Tsujino
辻野 孝一
Koji Takinami
滝波 孝治
Tatemitsu Hirayama
平山 盾満
Tatsuhiko Naito
内藤 辰彦
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

PURPOSE:To detect the broken loss of a tool precisely by setting the sensitivity of an AE sensor automatically to an optimum value in accordance with the tool used. CONSTITUTION:A false AE signal generator 4 is arranged on a position where the knife of a drill arranged on the upper part of a work 1 contacts. The output of the AE sensor 6 arranged close to the tool is applied to an AE signal processing part 7 and amplified with a prescribed level and a signal indicating the broken loss or abnormal cutting of the tool is detected and applied to a CPU9 through an I/O interface 8. The CPU9 applies a prescribed driving level of the generator 4 to a driving circuit 5 on the basis of the kind of the tool, detects the optimum sensitivity on the basis of an AE signal level obtained from the AE signal processing part 7 and controls the sensitivity so as to be set to the optimum sensitivity.

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
及び折損時に発生ず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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention solves the problem of tool breakage and abnormality in machine tools by acoustic emissions (
(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.

〔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ti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
&’M 、t=4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 progress of factory automation in recent years, there is a strong demand for automatically detecting such folding and abnormal cutting of tools. As a method for detecting tool breakage in machining &'M, t=4, conventionally an AE sensor is installed near the machine tool or workpiece, and the AE multiplied signal obtained from the sensor is used to detect tool breakage. A device for detecting has been proposed.

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。そのため従来の工具折損検出装置ではAEセン
サの感度を工具の大きさに応じてあらかじめ定められた
標準値に設定し、個々の工作機械の工具、AEセンサ間
の減衰率を試行錯誤で補正していた。しかるに工具の折
損時のAE倍信号折損時にしか得られないのでノ\Eセ
ンザの取付位置や取付状態の確認が難しく、工具の折損
を確実に検出することが困難であった。更に工具の種類
、例えばドリル径を変更した時や切削条件を異ならせた
ときにもAE信号レベルが異なるため、調整が困難であ
り使い難いという欠点があ っ ノこ。
However, according to the conventional tool breakage detection device, the AE sensor is mounted near the tool or in contact with the workpiece, but the AE multiplied signal level varies greatly depending on the mounting position. Therefore, in conventional tool breakage detection devices, the sensitivity of the AE sensor is set to a predetermined standard value according to the size of the tool, and the attenuation rate between the tool and AE sensor of each machine tool is corrected by trial and error. Ta. However, since the AE multiplied signal at the time of tool breakage can only be obtained at the time of breakage, it is difficult to confirm the mounting position and mounting condition of the E sensor, making it difficult to reliably detect tool breakage. Furthermore, the AE signal level changes when the type of tool is changed, such as when the drill diameter or cutting conditions are changed, making adjustment difficult and difficult to use.

又従来の工具折損検出装置では、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。
In addition, 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, and the AE multiplied signal obtained from other causes, such as chips from the workpiece, is detected. Electrical noise associated with generated signals and opening/closing of solenoids.

ワークに物体が接触した場合の?IT ”A音等と充分
に分離することかできず、信頼性が低いという問題点が
あった。
What if an object comes into contact with the workpiece? IT ``There was a problem that it could not be sufficiently separated from the A sound, etc., and reliability was low.

〔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、用いられている工具に対
応してAEセンサの感度を自動的に最適値に設定し、し
かも工具の大きさや切屑。
The present invention was made in view of the problems of the conventional tool breakage detection device, and it automatically sets the sensitivity of the AE sensor to the optimum value corresponding to the tool being used. size and chips.

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
とができる信頼性が高い工具折損検出装置を提供するこ
とを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a highly reliable tool breakage detection device that can reliably detect tool breakage without being influenced by other signals.

〔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近傍に設けられたAEセセンを
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AE倍信号発生す
る凝似AE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、用いられる工具に対応した駆動レベルにより凝
似AE信号発生手段を駆動し可変増幅率増幅器の増幅・
Bを最適値に設定するAE感度設定手段と、ΔE感度設
定手段により設定された工具毎の最適増幅率を記憶する
記憶手段と、工具の折損時に得られるAE倍信号周波数
成分と強い相関を持つ周波数成分のAE倍信号最適増幅
率に設定された可変増幅率増幅器より与えられたときに
出力を出す周波数識別手段と、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、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ものである。
The present invention is a tool breakage detection device that has an AE sensor installed near the tool of a machine tool and detects breakage based on the AE multiplied signal obtained when the tool breaks. A condensed AE signal generating means that generates a pseudo AE multiplied signal including frequency, a variable amplification amplifier that amplifies the AE sensor's AE multiplied signal by changing the amplification factor based on external input, and a drive level corresponding to the tool used. Drives the condensed AE signal generating means to amplify the variable amplification factor amplifier.
AE sensitivity setting means for setting B to the optimum value; storage means for storing the optimum amplification factor for each tool set by the ΔE sensitivity setting means; and a strong correlation with the AE multiplied signal frequency component obtained when a tool breaks. AE multiplied signal of frequency component A frequency identification means that outputs an output when a variable amplification amplifier set to the optimum amplification factor is given, and a rising signal that outputs when a rapidly rising signal is given from the AE sensor. The present invention is characterized by comprising a detection means, and logic output means for outputting a tool breakage detection output based on the logic and product output of the frequency identification means and the rising signal detection means.

このような特徴を有する本発明によれば、工作機械によ
り用いられる工具毎にあらかしめ使用環境に応じてAE
センサの最適感度を記1.キしている。
According to the present invention having such features, the AE is adjusted for each tool used in a machine tool according to the usage environment.
Describe the optimum sensitivity of the sensor.1. I'm kicking.

従って任意の工具を用いる場合にも自動的にAEセンサ
の感度を最適値に調整することが可能となる。こうして
調整した後、周波数識別手段により工具の折損時に得ら
れるAE倍信号パワースペクトルと強い相関を持つAE
倍信号識別し、同時に立上り信号検知手段により折損時
に見られるAE倍信号急峻な立上りの検出を独立して判
定し、それらの論理積条件によって工具の折損を検出し
ている。従ってワークの切屑や電気ノイズ等の信号によ
って誤動作することがなく、又工具からAEセンサまで
のAE倍信号減衰等の影響を受けることもないので、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。
Therefore, even when using any tool, it is possible to automatically adjust the sensitivity of the AE sensor to the optimum value. After adjusting in this way, the AE that has a strong correlation with the AE multiplied signal power spectrum obtained at the time of tool breakage is determined by the frequency identification means.
The multiplication signal is identified, and at the same time, the detection of a steep rise of the AE multiplication signal, which is observed at the time of breakage, is independently determined by the rising signal detection means, and the breakage of the tool is detected based on the logical product condition. Therefore, there will be no malfunction caused by signals such as chips from the workpiece or electrical noise, and there will be no effect of AE multiplied signal attenuation from the tool to the AE sensor, greatly improving the reliability of tool breakage detection. becomes possible.

〔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1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
AE信号発生器4が取付けられる。駆動回路5はこの擬
似AE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AE倍
信号凝似AE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センナ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所
定の擬似AE信号発生器4の駆動レベルを駆動回路5に
与え、AE信号処理部7より得られるAE信号レしベに
基づいて最適の感度を検出し、それをRAM1lに順次
保持すると共に以後それに対応する工具が用いられると
きにその感度に設定するように制御するものである。
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. 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 1 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 AE signal generator 4 made of PZT or the like, which is the same as the AE sensor, is installed in advance at the position where the drill blade comes into contact with the upper part of the workpiece 1. The drive circuit 5 drives the pseudo AE signal 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. Its amplitude level is given externally. An AE sensor 6 for detecting the AE multiplied signal is provided near the tool on which the workpiece 1 is placed, for example, on the base as shown in FIG. The AE sensor 6 is a wideband AE sensor that detects an AE multiplied signal from a tool such as a drill 2 or the like, and an AE multiplied signal from the AE signal generator 4, and its output is given to an AE signal processing section 7. The AE signal processing unit 7 amplifies the signal from the AE sensor 6 to a predetermined level, detects a signal indicating tool breakage or abnormal cutting, and provides the signal to a central processing unit (hereinafter referred to as CPU) 9 through an input/output interface 8. be. The CPU 9 includes a read-only memory (hereinafter referred to as ROM) 10 that stores a system control program.
Random access memory containing sensitivity information of the AE sensor corresponding to the tool used by this numerical control device 3
A storage means (hereinafter referred to as RAM) consisting of 11 is connected. The CPU 9 also has an input/output interface 12.
A display 13 for displaying the AE signal level during cutting, abnormal cutting or breakage of the tool, and an input key 14 for setting the number and type of tool and the sensitivity of the standard AE sensor are connected. Furthermore, a numerical control device 3 is connected via a signal transmission line 15. Based on these inputs, the CPU 9 applies a predetermined drive level of the pseudo AE signal generator 4 to the drive circuit 5, detects the optimum sensitivity based on the AE signal level obtained from the AE signal processing section 7, and selects the optimum sensitivity. are sequentially held in the RAM 1l, and the sensitivity is controlled to be set to that sensitivity when the corresponding tool is used thereafter.

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。
Next, FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the AE signal processing section 7. As shown in FIG. In this figure, the output of the AE sensor 6 is first given to an 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.

バンドパスフィルタ22は中心周波数300KHz。The bandpass filter 22 has a center frequency of 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し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
バントパスフィルタ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。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29に伝える。
The 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 corresponding to the amplitude, and the output of the detector 24 is sent to the differentiator 26 and
.. The outputs of 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. Also comparator 27
compares the outputs of the wave detectors 24 and 25, and transmits the output to the breakage detection circuit 29 only when the output of the wave detector 24 is large.

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、検出信号を入力イ
ンターフェース8を介してCP tJ 9に伝える。又
異字切削検出回路30ばレベル刊定2:(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。
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 CP tJ 9 via the input interface 8. In addition, the abnormal cutting detection circuit 30 is level 2: (based on the output of 28, detects abnormal cutting and outputs the input/output interface 8.
The information is transmitted to the CPU 9 via the .

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において入カキ−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4
1に進んでその大きさに対応した擬似AE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AE信号発生器4を駆動するため擬似AE信
号発生器4よりAE倍信号ワークl及びヘースを介して
AEセンサ6に伝えられる。このときAEセンサ6より
得られる凝似AE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¥j’ 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42にお
いてAEセンサ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4
4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RAMIIの所定領域に
マガジン番号と共に記憶する(ステップ45)。次いで
ステップ46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。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、第4図にメモリマツプ
を示すように数値制御装置により用いられる工具の全て
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。
Next, the operation of this embodiment will be explained. First, the sensitivity setting method for each tool according to the present invention will be explained with reference to the flowchart of FIG. - When the operation is started, first, in step 40, data (magazine number) corresponding to the size of the tool being used at the time, input by the user, is read from the input key 14. and step 4
1 and a pseudo AE signal generator 4 corresponding to the magnitude.
A drive level of 1 is applied to the drive circuit 5. Then, in order for the drive circuit 5 to drive the pseudo AE signal generator 4, the AE multiplied signal is transmitted from the pseudo AE signal generator 4 to the AE sensor 6 via the work 1 and the HASE. At this time, the approximate AE signal obtained from the AE sensor 6 has the same power spectrum as that at the time of tool breakage, and also has a waveform similar to the waveform at time of breakage in the time domain. This AE multiplied signal AE
The signal is transmitted to the signal processing section 7, and is transmitted from the input/output interface 8 to the CPU 9 via the analog switch 20 and the variable gain amplifier 21. The CPU 9 adjusts the signal level of the AE sensor using the amplification factor of the variable amplification factor amplifier 21 in step 42, and proceeds to step 43 to check whether the output level is appropriate. If this level is not appropriate, a necessary increase or decrease in the amplification factor is calculated in step 44, and the process returns to step 42 to change the amplification factor of the variable amplification factor amplifier 21. and steps 42 to 4
Repeat loop 4 and adjust the amplification factor appropriately. The optimal amplification factor thus obtained is stored in a predetermined area of RAMII together with the magazine number (step 45). Next, the process advances to step 46 to check whether the settings for all tools have been completed, and if the settings have not been completed, the process returns to step 40 to repeat the same process with other tools. In this way, the sensitivity values of all the tools used by the numerical control device 3 are adjusted, and as shown in the memory map shown in FIG. Save and end the sensitivity setting process.

次にこうして設定した各工具に対応する最適感度のデー
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5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50において
その工具に対応した増幅率の最適値をRAMIIより読
出し、入出力インターフェース8を介してAE信号処理
部7の可変増幅率増幅器21の増幅率を設定する。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信号がナナログスイッチ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6より与えられるAE倍信号パワースペクトルの
分布は第6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6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2
4.25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tij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50 K Ilz付近
のAE倍信号パワーが周波数周波数300 K Ilz
付近のパワーより大きく、工具の折損時には300KH
z付近のパワ−が周波数50 K Hz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。
Next, a description will be given of a monitoring operation for monitoring tool breakage using the optimal sensitivity data corresponding to each tool set in this way. FIG. 5 is a flowchart showing this monitoring operation. When the monitoring operation is started, first, in step 50, the optimum value of the amplification factor corresponding to the tool is read out from the RAM II, and is sent to the AE signal processing unit 7 via the input/output interface 8. The amplification factor of the variable amplification factor amplifier 21 is set. Then, depending on the cutting of the workpiece 1, the AE sensor 6 will
The E signal is applied via the analog switch 20, amplified by an optimal amplification factor, and applied to two bandpass filters 22 and 23. Now, during normal cutting, AE
The distribution of the power spectrum of the AE multiplied signal given by the sensor 6 is concentrated around a frequency of 50 KHz, as shown by the curve in FIG. 6, and has a monotonically attenuated distribution in the higher frequency range. Furthermore, as is known from many experiments, the distribution of the power spectrum when a tool breaks is represented by curve a in FIG. 6, 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 peculiar to ultrasonic waves that occurs during non-plastic fracture of a tool occurs. Therefore, the two band-pass filters 22 and 23 extract only the AE-multiplied signals near the respective frequency components and send them to the detector 2.
4.25, and by comparing the output levels, it is possible to clearly distinguish between normal times and tool break times. In other words, during normal cutting, the AE multiplied signal power at a frequency of around 50 K Ilz increases to a frequency of 300 K Ilz.
Higher power than nearby, 300KH when tool breaks
This is because the power near the frequency 50 KHz is greater than the power near the frequency 50 KHz. The comparator 27 compares these outputs and provides a signal to the breakage detection circuit 29 only when the tool breaks.

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6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2及
び比較器27のスレソ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. 6 may be generated due to contact or friction between chips and the tool workpiece during cutting. In this case, even if the center frequency of the band-pass filters 22, 23, the value of Q2, the threshold level of the comparator 27, etc. are set appropriately, the signal due to the contact between chips and the tool or workpiece, or the friction of the tool may be It may be mistakenly judged as a broken signal. 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へE信号波形は第7図(a
)に示すように折損時に鋭い立上が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7図山)に示すように鋭い立上
がりを示さず所定期間信号が継続する波形となっている
。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2
8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3
0はレベル判定器28の出力に基づいて人出力インター
フェースよりCPU9に異常切削を伝える。第5図に示
すフローチャートにおいてCPU9ば異常切削検出回路
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51)、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52に進んで表示
器13より切削レベルを表示する。そしてステップ50
に戻って同様の処理を繰り返し、ステップ50〜52の
処理を実行しつつ切削の異常を監視している。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53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ックする。折損検出回路29は比
較器27とレベル判定器28の論理禎によって工具の折
損を検知し、工具折損時には入出力インターフェースよ
りCPU9に折損出力を伝える。従ってステップ53に
おいて折損信号が与えられるかどうかをチェックし、こ
れ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54において表示器13より異常切削を表示してス
テップ50に戻る。又ステップ53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55に進んで表示器13より工具の折損を表示すると
共に数値制御装置3にそのデータを伝えて動作を停止す
る。そしてステップ56に進んでAE信号処理部7のア
ナログスイッチ20をオフとして処理を終了する。
In other words, the E signal waveform obtained when the tool breaks is shown in Figure 7 (a).
), the signal has a sharp rise at the time of breakage, while the AE multiplied signal caused 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 7). is a continuous waveform. 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 judge 2
8 provides an output to the breakage detection circuit 29 and the abnormal cutting detection circuit 30 when the input signal is large. Abnormal cutting detection circuit 3
0 notifies the CPU 9 of abnormal cutting from the human output interface based on the output of the level determiner 28. In the flowchart shown in FIG. 5, the CPU 9 checks whether an abnormal cutting signal is transmitted from the abnormal cutting detection circuit 30 (step 51), and if there is no signal, normal cutting operation is being performed, so step 52 Then, the cutting level is displayed on the display 13. and step 50
The process returns to , and the same process is repeated, and cutting abnormalities are monitored while executing the processes of steps 50 to 52. Now, if an abnormal cutting signal is transmitted from the abnormal cutting detection circuit 30, the process proceeds to step 53, and it is checked whether or not a breakage signal is supplied from the breakage detection circuit 29. The breakage detection circuit 29 detects tool breakage based on the logic of the comparator 27 and the level determiner 28, and when the tool breaks, it transmits the breakage output to the CPU 9 through the input/output interface. Therefore, it is checked in step 53 whether or not a breakage signal is given, and if this is not given, abnormal cutting is being performed, so in step 54 the display 13 displays abnormal cutting, and the process returns to step 50. If a breakage detection signal is given in step 53, the tool breakage is detected, so the process proceeds to step 55, where the display 13 displays the tool breakage, and the data is transmitted to the numerical control device 3 to stop the operation. . Then, the process proceeds to step 56, where the analog switch 20 of the AE signal processing section 7 is turned off, and the process ends.

こうすれば工作機械において見られる他の信号、例えば
ソレノイドの開閉に伴うスパイク状の電気ノイズはバン
ドパスフィルタ20.検波器24を介して微分回路26
よりレベル判定器28に伝えられることもあるが、その
パワースペクトルは第6図の曲線Cに示すようにR調減
少の分布を有しており、比較器27から出力が得られな
い。又ワ−りlやワークlのベースに物体が衝突したと
きに生じる衡撃波が考えられるが、この場合にも機械的
な振動のためパワースペクトルは低い周波数に集中して
おり周波数300 K Hz付近では太き(減衰してい
るため、比較器27より出力は得られず工具折損信号を
住しることはない。このように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ことが可能となる。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
In this way, other signals found in machine tools, such as spike-like electrical noise associated with opening and closing of solenoids, are filtered through the bandpass filter 20. Differentiator circuit 26 via detector 24
However, the power spectrum thereof has an R-key decreasing distribution as shown by curve C in FIG. 6, and no output is obtained from the comparator 27. Also, an equilibrium wave that is generated when an object collides with the base of the workpiece L or the base of the workpiece L can be considered, but in this case as well, the power spectrum is concentrated at a low frequency due to mechanical vibration, and the frequency is 300 KHz. Since it is thick (attenuated) in the vicinity, no output is obtained from the comparator 27 and no tool breakage signal is generated.In this way, both frequency domain breakage detection and time domain breakage detection can be combined. This makes it possible to reliably detect only tool breakage.If tool breakage is detected in this manner, the analog switch 20 is turned off and input of the AE multiplication signal is subsequently stopped.

これは工具の折損後に発生する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倍信号更に
折損と判定しないようにするためである。
This is to prevent a large AE multiplied signal generated due to abnormal contact or friction between the broken tool and the workpiece that occurs after the tool is broken, and to prevent it from being determined as broken.

尚本実施例はAE信号処理部7のアナログ処理によって
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。
In this embodiment, breakage is detected by analog processing in the AE signal processing section 7, but it is also possible to sample the output of the AE sensor after A/D conversion and perform all subsequent processing by digital signal processing. It is. In this case, it is conceivable to replace the bandpass filter with a digital filter, replace the differential circuit with a difference calculation, etc., and perform signal processing using the CPU.

又本実施例は工具毎のマガジン番号とそれに対応する増
幅率のデータを工具折損検出装置内のメモリに保持する
ようにしているが、数値制御装置内のメモリにこのデー
タを保持するしてもよい。
Furthermore, in this embodiment, the magazine number for each tool and the corresponding amplification factor data are held in the memory in the tool breakage detection device, but even if this data is held in the memory in the numerical control device, good.

更に本実施例は数値制御装置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。
Furthermore, although this embodiment describes a breakage detection device applied to a numerical control device, the present invention can also be applied to other machine tools, such as various machine tools such as lathes and milling machines, and even large-scale machining centers. It is possible.

【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
そのとき得られる増幅率を記憶している状態を示すメモ
リマツプ、第5図はこうして得られた感度データに基づ
いて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6図はAEセンサ6より得られるAE倍信号パワ
ースペクトルを示す図、第7図(a)は工具折+i時に
得られるAE信号波形、第7図(b)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・−−−−−一擬似AE信
号発生器  5−・−=駆動回路  6−−−−−−A
 Eセンサ  7−・−A E信し・処理部  8.1
2− ・−人出力インターフェース    !L−−−
−−−−CPU     1 0−−−−−・−ROM
     11−−−−−−−RAM   L3−・−
表示器  14・・・−人カキ−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. 2
5−−−−−・−検波器  26−−−−−・−微分回
路  27−−−−−一比較器  28・−−一−−−
レベル判定器  29−−−−−一折韻検出回路  3
0・−〜−−−−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 岡本官喜(化1名) 第3図 第4図 第5図 第6図 100K 200K BOOK 400K    H1
第7図(a) イ 第7図tt。 小 手   続   補   正   書 (自発)昭和5
9年11月 9日
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 tool breakage detection device according to the present embodiment. A flowchart showing the automatic sensitivity setting process, Figure 4 is a memory map showing the state in which the amplification factor obtained at that time is stored, and Figure 5 is the process when monitoring the cutting situation based on the sensitivity data obtained in this way. FIG. 6 is a diagram showing the AE multiplied signal power spectrum obtained from the AE sensor 6, FIG. 7(a) is the AE signal waveform obtained when the tool breaks +i, and FIG. 7(b) is when chips are generated. FIG. 3 is a diagram showing an AE signal waveform obtained in this case. 1--------Work 2--Drill 3--
---1 Numerical controller 4.-----1 Pseudo AE signal generator 5-.-=Drive circuit 6-----A
E-sensor 7-・-A E-transmission/processing section 8.1
2- - Human output interface! L---
-----CPU 1 0------・-ROM
11------RAM L3-・-
Display device 14...-Person key-20--Analog switch 21--Variable gain amplifier 22,
-23---Band pass filter 24. 2
5--------・-Detector 26-------Differential circuit 27-----Comparator 28・--1---
Level judger 29----One-break rhyme detection circuit 3
0・-~----Abnormal cutting detection circuit Patent applicant Tateishi Electric Co., Ltd. Agent Patent attorney Kanki Okamoto (1 person) Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 100K 200K BOOK 400K H1
Fig. 7(a) b Fig. 7tt. Small procedure amendment (voluntary) 1932
November 9, 9

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (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A
E信号を発生する疑似AE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AE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設定された工具毎の最適増
幅率を記憶する記憶手段と、 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より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工具折損検出装置。
(1) In a tool breakage detection device that has an AE sensor installed near the tool of a machine tool and detects breakage based on the AE signal obtained when the tool breaks, the frequency of the AE signal obtained when the tool breaks is Contains pseudo A
pseudo AE signal generating means for generating an E signal; and A of the AE sensor by changing an amplification factor based on external input.
a variable amplification factor amplifier that amplifies the E signal; and an AE sensitivity setting device that drives the pseudo AE signal generating means at a drive level corresponding to the tool used and sets the amplification factor of the variable amplification factor amplifier to an optimum value; a storage means for storing an optimum amplification factor for each tool set by the AE sensitivity setting means; and an AE signal having a frequency component having a strong correlation with a frequency component of an AE signal obtained at the time of tool breakage is set to the optimum amplification factor. a frequency identifying means that outputs an output when a signal that rises rapidly is given from the AE sensor; a rising signal detecting means that outputs an output when a signal that rises rapidly is given from the AE sensor; and the frequency identifying means and the rising signal. A tool breakage detection device comprising: logic output means for outputting a tool breakage detection output based on a logical product output of the detection means.
(2)前記周波数識別手段は、工具折損検出時に得られ
る周波数と通常の切削時に得られる周波数の最大値を夫
々中心周波数とするバンドパスフィルタと、該バンドパ
スフィルタの夫々の出力レベルを比較する比較器を有し
、該比較器より工具の折損信号を得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) The frequency identification means compares the output level of each band-pass filter with a band-pass filter whose center frequency is the maximum value of the frequency obtained when detecting tool breakage and the frequency obtained during normal cutting. 2. The tool breakage detection device according to claim 1, further comprising a comparator, from which a tool breakage signal is obtained.
(3)前記立上り信号検出手段は、AE信号を微分する
微分回路を有し、該微分出力に基づいて急激な振幅変動
を検出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。
(3) The rising signal detection means includes a differentiating circuit that differentiates the AE signal, and detects rapid amplitude fluctuations based on the differentiated output. tool breakage detection device.
JP59210176A 1984-05-18 1984-10-05 Broken loss detector of tool Granted JPS6188147A (en)

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