JPS62218052A - 工具の破損および摩耗を非接触監視する方法および装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、工具たとえば工作機械の自動的（こ交換可能
な工具である回転切削刃の破損および摩耗を非接触監視
する方法および装置に関する。

数値制御式機械の自動化が増加するにつれて、操作者に
依存しない工具の自動監視がますます要求される。この
ようにして、機械式、誘導式、容量式または光学式検出
装置による間接測定法が公知であり、これらの測定法は
各加工工程の終了ごとに工具をその状態に異常がないか
について検査する。しかしこれらの検出装置には、突発
的に発生する工具全体の破損を適切な時点に検出できず
、したがって工具破損によって引き起こされる後続の損
傷が往々にして避けられないという欠点がある。

従来の技術 バイト刃セラミックの完全な破損を早期検出するため、
バイト刃セラミックにき裂が生じるだけで検出用自由面
に蒸着された薄い導体路が破損されるようにした装置が
開発されている。

しかし検出用自由面それぞれに導体路を蒸製するための
高い費用３よびバイト刃ホルダに接触点を設けることが
欠点である。さらにこの測定法は、バイト刃材料に絶縁
性が必要とされるため、バイト刃セラミックに限定され
、工具の主切刃の微少な破損を検出することができない
。

ざら？ＣＶＤ　’Ｉ（’ｒ”イ”７技術者協会）　−２
１１６（１９７４）第１７号１４２７ページ以下からフ
ァイバー光学式測定法が公知である。この測定法では、
厚さが例えば２５　ａｍの５本のグラスファイバーを装
備した検出ヘッドが平行揺動部材に装着されており、摩
耗を測定するため回転偏心装置によって回転工具の自由
面の近傍を案内されている。閉じた自由面と閉じてない
自由面との異なる反射比にもとづいて光信号が形成され
る。この光信号は、その前縁から後縁までの幅がその時
点の摩耗マーク幅に依存するフォト電圧を有する。

しかしこの測定法もまた動作が非常に不正確であり、破
損が突発的に生じた場合には機械を十分に迅速に停止さ
せることはできない。

発明が解決しようとする問題点 それゆえ工具、工具ホルダないしは工具保持装置に工具
使用時、例えば切削時に生じる力を確実に利用可能な信
号に変換する方法および装置が提供されるべきである。

そのさい要請される方法ないしは所望される装置は、生
じる３それのある工具破損の早期検出ならびに摩耗監視
という観点でできるかぎり簡単に、しかし確実に動作し
なければならない。

問題点を解決するための手段 前記課題は本発明により２つの隣り合う部材間の相対的
位置変化を、誘導測定コイルおよび／またはホールゾン
デを用いて誘導電圧の測定の下に監視するようにし、前
記の工作機械における２つの隣り合う部材の少くとも一
方に切削時に生ずる力が作用するようにした方法により
解決されている。このような部材は例えば工具、工具ホ
ルダおよび／または工具保持装置、場合によってはまた
工具保持装置が取り付けられているレボルバディスクで
ある。部材が変位するかまたは前もって設定可能な限界
値を超過すると、信号が送出される。したがってスタテ
ィックにまたはダイナミックに誘導的に測定することが
できる。

本発明は下記の認識に基づく。即ち工作物の加工時には
、工具ならびに工具ホルダおよびは、工具への、場合に
よってはさらに刃物台が固定されているレボルバディス
クへの力の伝達が十分であると、変位を生じる。前記の
構成部材の１つまたは複数が同時に、非均一な磁界を有
する弱い磁石２の支持体であり、かつこの磁石の付近に
磁界強さの測定装置を位置固定的にかつ非振動的に支承
して配置すれば、この支持体の運動に追従する各磁石の
位置変化が測定される非均一な磁界の変化を引き起こす
。換言すれば、磁石と位置固定された測定装置との間の
相対運動ないしは間隔の変化のさい、磁石の表面が近く
なるほど磁束密度は大きくなり、磁石が遠くなるほどそ
れだけ小さくなる。

も しか〜本発明の実施例によれば、磁界は外部から形成す
ることもできる。すなわち磁石はかならずしも工具、工
具ホルダないしは工具保持装置に固定しておく必要はな
い。たいていの場合これらの工具部材は強磁性体なので
、外部から印加される磁界の磁束密度にそれらの部品の
位置ないしは位置変化に応じて影響を及ぼすからである
。

有利な実施例１こよれば磁界監視は誘導コイルを用いて
行なうこともできる。すなわち工具破損のさいに高い周
波数が発生し、これは誘導コイルによってとくに良好に
検出できろ。

スタティック誘導測定Ｘは、有利にコイルが巻き付けら
れた鉄心に埋め込まれた測定ゾンデがする＼のに対して
、ダイナミック誘導測定は誘導コイルを用いて行なうこ
とができる。制御電流が供給されるこのホールゾンデな
らびにこの誘導コイルは増幅器および電圧測定装置ない
しは表示装置に接続されている。したがってこの測定法
ないしはそれζこ用いる測定装置は感度が著しく一層高
い上にとくべつな価格有利性という利点を有する。

誘導コイルないしはホールゾンデの間隔は、できるかぎ
り小さく、しかしその反面、当該の工作機械部材との接
触が起こり得ないように選定される。

本発明は下記の利点を有する。工具、工具ホルダおよび
工具保持装置の変位はまず第１に工具の、例えば回転刃
の摩耗の尺度とすることができる。摩耗の増加につれて
工具に作用する力も増加するからである。ホールゾンデ
によるスタティック誘導測定および測定結果の監視はま
ず第１に工具の摩耗検査に用いられる。

工具破損が有利ｔｃｖＩ導コイルを介して検出さつまり
それまで存在した形状を化が変わり、その結果電圧が誘
起される。破損過程は数ミ１１秒の間に進行し、磁界変
化も同様にすみやかに追従するので、工具破損時にすで
に工作機械の即時の遮断を行なうことができる。さらに
本発明による方法ないしは本発明による装置を用いれば
、工具、工具ホルダないしは工具保持装置の表面の形状
変化を引き起こす小さい力によってすでに利用可能な信
号を選出することができる。

これらの信号はそれ以上の摩耗を著しく早期に警告する
力１゛、ないしは本来の工具破損を目前に迫っていると
思われると予知する。

通常の工作物加工時、例えば切削工程時憂こ発生される
支配的な周波数は２００　Ｈｚより小さい範囲にあり、
工具破損時には普通は５００　Ｈｚから１０００　Ｈｚ
の周波数領域にある。したがって工作物の加工時に起こ
る運動によって誘導される電圧は、工具破損時の電圧よ
りも著しく小さい。したがって本発明による方法は著し
く良好な８Ｎ比を有し、これは従来一般に使われた測定
技術的方法によっては達成できなかった。

さらに、測定ならびに耗摩−および破損監視用の得られ
た測定データの以後の処理が技術的に簡単に実施される
。最後に本発明は監視センサを監視すべき機械部品ｌこ
近傍に、本来の工作物加工または工具交換を妨げること
なくほとんど任意に配置することができるという利点を
有する。最も簡単な場合には、測定値ぎツクアツゾ（コ
イル、ホールゾンデ）はケーシングに装着し、そのケー
シングは工具、工具ホルダ、工具保持装置またはレボル
バディスクに接着される。

また本発明の構成は直接の測定データ検出が可能である
。

本発明の実施例が図面に示されている。以下に図面に基
づき実施例について本発明の詳細な説明する。

実施例の説明 を 本発明による方法恥実施するためには、原則として１つ
または複数の磁石１しか必要とされない。磁石１は工具
、工具ホルダまたは工具保持装置の上、あるいはこれら
の部材の外部にも、すなわち位置固定的に取り付けられ
る。以下の説明を簡単にするため、磁石１は第２図によ
る工具保持装置２に設けられているとする。磁石１には
誘導コイル３ならびにホールゾンデ４ができるだけ小さ
い間隔で向い合せである。そのさいホールゾンデ４はエ
ネルギ供給装置５から一定の制御戒流が供給される。ホ
ールゾンデならびに誘導コイルは相応の導線を介してそ
れぞれ増幅器６ないしは７に接続されている。これらの
増幅器の信号は評価装置８に与えられる。

この評価装置は加工処理過程を監視し、工ｊ４が過度に
摩耗する（おそれのある）場合または工具破損時に工作
機械を遮断する。

第２図には、誘導コイルならびにホールゾンデ４が鉄わ
く９にコンパクトにかつ著しく耐波１０はこの例では回
転切削刃からなり、この切削刃は切削刃ホルダ１１に固
定されており、切削刃ホルダは工具保持装置２に固定さ
れている。

工具保持装置２は、場合によってはプロフィール部材が
設けられた軸２ａを有する。この軸はタレットディスク
に固定することができる。この軸の端面２ａｌには磁石
１（磁束密度：２０ｍＴ（テスラ））が固定されており
、それに向い合せて、ここでは拡大して描かれた測定装
置が配置されている。この測定装置は誘導コイル３から
なり、このコイルは鉄わく９の中央の脚に巻回されてい
る。この鉄わく９の脚の自由端にはホールゾンデ４が設
けられており、このホールゾンデは給電線を介して、図
示されていないエネルギ供給装置に接続されている。同
様にこの図には増幅器６および７ならびに評価装置１８
への導線は描かれてない。ホールゾンデ４および誘導コ
イル３が磁石からとり得る間隔が小さいため、弱い磁石
（＜　５０　ｍＴ　）でも間に合うので、工作物の加工
過程で万一切削屑が落下してもそれが磁石に付着したま
まになることはない。

さらに図示された構成では磁石は直接の切削領域に配置
されているのではなく、刃物台ならびにタレットディス
クによって、落下する切削屑から十分に保護されている
。磁石とコイルないしはホールゾンデとの間隔ｄとして
は、１０分の１ミリメータの数倍、最大１鵡で十分であ
る。

このすきまは２／１ｏ朋から５／１０　舖までが有利で
ある。

技術的理由から工具保持装置、切削刃ホルダまたは工具
に磁石を固定したくないか、固定できない場合には、第
６図による測定装置を使用することができる。上述のよ
うに、この場合には誘導コイル３ならびにホールゾンデ
４は、コイルコアとして用いられ、１０分の１ミリメー
タの数倍の間隔で工具保持装置２に向い合った磁石１３
に配置されている。磁界は磁石１３によって形成され、
強磁性の工具保持装置２によってこの工具保持装置と磁
石１３との間隔に応じて影響される。工具保持装置のホ
ールゾンデ４に対する相対的な位置の変化ならびをこ工
具保持装置２の位置変化の速度は、それに伴って誘導さ
れる電圧に基づいて直接に検出され増幅されて評価が行
なわれる。このような構成では磁石が包囲ケーシングに
よって切削屑から保護できるので、一層強い磁石を使用
することもできる。

第４図は、永久磁石に代えて電磁石も使用できることを
示す。前記の実施例で説明されたように、誘導コイル１
０が、工具保持装置に対する相対的運動のさいに生じる
誘導電圧を測定するのに使われる。誘導コイル１０は鉄
わく９ののコア１４に巻かれている。しかし磁界の形成
には同じコアに巻かれたコイル１２が使われる。

この実施例は、磁石が必要とされず、磁界を形成するコ
イルは工具監視中のみスイッチが投入され磁界を変化さ
せることができ、したがってセンサの感度が最適化でき
るという利点を有する。有利に使用された誘導コイルは
、巻巌故１０００回ないし２０００回で直径１０Ｊ１ｍ
、長さ５關であった。このようなコイルはその才ま例え
ば刃物台に固定される。１つの実施例では磁石、コイル
およびホルダならびに前置増幅器が管状のアルミニウム
外被の中の小さいプリント板上に集積され、増幅器へ導
びかれる通常はフレキシブルな導線ケーブルのへツｒ部
分として構成された。使用されたホールゾンデは１−２
ｖの給電電圧を必要とし、約２００　ｍＶの出力電圧を
送出した。

ホールゾンデ、誘導コイルおよび従来技術にしたがって
使われたストレンｒ−ジによって得られ、それぞれ増幅
された信号が、第５図から第７図までに示されている。

第５図に示されているように、その送出信号が約１００
０倍に増されたストレンデージから得られ、工具破損を
信号化する電圧の跳躍的変化１Ｔは、濾波後もほとんど
雑音信号と区別されない。電圧の跳躍的変化は増幅後の
大きさがおよそ０．６ｖである。

それに対して第６図は、誘導コイルから得られる測定信
号を同じ工具破損の場合に示す（ダイナミック測定）。

正ならびに負の電圧ピーク値１５は約１４Ｖであり、し
たがって複数倍も大きいのみならず、また雑音レベルか
らもはっきり区別される。さらに、これらのピーク値は
第５図による電圧の跳躍的変化に比較してほとんど遅延
なして生じ、したがって工具および工作物を保護するた
めの工作機械の著しく速い遮断が保証される。

第７図はホールゾンデの使用時の電圧経過を示す（スタ
ティック測定）。この場合もまた電圧の跳躍的変化１６
は極めて短時間であり、イ景雑音からはっきり区別され
て確認できる。その値は約３ｖである。

時間目盛は第５図からに７図で下記のよう−こ統一され
ている。すなわら１２．５　ｍ５ｅｃが１ｃＩＬに相当
する。

発明の効果 工具使用時に工具、工具ホルダ等に作用する力を確実に
利用可能な信号に変換することができる。工具の破損お
よび摩耗の検出ないしは監視が早期に著しく簡単に、確
実Ｃζできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定原理を示す構成図、第２図は誘導測定装置
と接続した工具ホルダおよび工具と結合された工具保持
装置台の概略図、第６図および第４図は異る構成の測定
装置を有する第２図に相応する概略図、第５図は従来技
術にしたがって破損監視用に使用されたストレンデーゾ
の信号を示す線図、第６図および第７図は本発明による
装置の使用時の第５図に相応する線図である。 １・・・磁石、２・・・工具保持装置、３・・・誘導コ
イル、４・・・ホールゾンデ、５・・・エネルイ供給装
置、６．７・・・増幅器、８・・・評価装置、９・・・
鉄わく、１０・・・工具、１１・・・工銭ホルｒ１１３
・・・磁石、１４・・・コア、１５，１６，１７・・・
電圧の跳躍的変化 ０〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工具の破損および摩耗を非接触監視する方法におい
   て、２つの隣り合う部材間の相対的位置変化を、誘導測
   定コイルおよび／またはホールゾンデを用いて誘導電圧
   の測定の下に監視するようにし、前記の工作機械におけ
   る２つの隣り合う部材の少くとも一方に切削時に生じる
   力が作用し、さらに該誘導電圧が変化するとないしはプ
   リセット可能な限界値を越えると信号が送出されること
   を特徴とする工具の破損および摩耗を非接触監視する方
   法。 ２、バイト刃ホルダおよび／または工具保持装置ないし
   はレボルバディスクに固定された磁石の非均一な磁界お
   よび／または磁界変化が測定される、特許請求の範囲第
   １項記載の工具の破損および摩耗を非接触監視する方法
   。 ３、外部から印加された磁界の、バイト刃ホルダおよび
   ／または工具保持装置および／またはレボルバディスク
   によって引きおこされる変化が測定される、特許請求の
   範囲第１項記載の工具の破損および摩耗を非接触監視す
   る方法。 ４、磁石が永久磁石である、特許請求の範囲第２項また
   は第５項記載の工具の破損および摩耗を非接触監視する
   方法。 ５、工具の破損および摩耗を非接触監視する装置であっ
   て、この場合、２つの隣り合う部材間の相対的位置変化
   を、誘導測定コイルおよび／またはホールゾンデを用い
   て誘導電圧の測定の下に監視するようにし、前記の工作
   機械における２つの隣り合う部材の少くとも一方に切削
   時に生ずる力が作用し、さらに該誘導電圧が変化すると
   ないしはプリセット可能な限界値を越えると信号が送出
   されるようにした破損および摩耗を非接触監視する装置
   において、バイト刃ホルダ（１１）および／または工具
   保持装置（２）および／またはレボルバディスクに磁石
   （１）が固定されており、該磁石にできるかぎり小さい
   間隔でエアギャップを形成するように誘導測定コイル（
   ３）および／またはホールゾンデが対向するように設け
   られており、該コイルないしはホールゾンデがそれぞれ
   増幅器および電圧測定装置に接続されていることを特徴
   とする工具の破損および摩耗を非接触監視する装置。 ６、誘導コイルが鉄心またはホールゾンデに巻かれてい
   るか、ないしはホールゾンデが鉄心に埋め込まれている
   、特許請求の範囲第５項記載の工具の破損および摩耗を
   非接触監視する装置。