JPS62228356A - 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〕

本発明は工具に対応した形状の取付部を有し、折損時と
同一レベルで且つ折損時に得られるＡＥ倍信号周波数を
含む擬似折損信号を発生する擬似折損信号発生手段を工
作機械の工具取付位置に取付けると共に、工具支持部に
ＡＥセンサを設けている。そして擬似折損信号発生手段
の外部より電磁誘導によって電力を供給するようにして
いる。

こうすれば擬似折損信号発生手段内に電池を設けること
なく工作機械を動作させてＡＥセンサの感度調整を行う
ことができる。

〔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
ンサはワークの近傍に取付けられるためその取付位置に
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工作機械に与える擬似折損信号発生
手段を設け、それに基づいてＡＥセンサの感度を設定す
る装置や、特願昭５９−２２７１９６号において擬似折
損信号発生手段をボール盤等の主軸に取付けるようにし
た工具折損検出装置も提案している（未公開）。しかし
ながら擬似折損信号発生器内部には電池が内蔵され、長
期間使用する場合には電池の容量を大きくする必要があ
る。そして主軸を回転させて擬似折損信号を発生させる
ためその内部の重量バランスを取る必要があって構成が
制約されるという問題点があった。更に電池を１次電池
とした場合には交換に手間がかかり、２次電池の場合に
は充電作業を必要とするという問題点もあった。

〔発明の目的〕

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
漏みてなされたものであって、電池を用いることなく主
軸に取付けることができる擬似折損信号発生器を用いた
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支持部に設けられた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うぞ、工具の形状に
対応した形状の取付部、電磁誘導される内部コイル、該
内部コイルの誘導電力を整流する電源回路、及び工具の
折損時に得られるＡＥ倍信号周波数を含み工具の種類に
応じたレベルの擬似折損信号を発生する駆動手段を有し
、工具の取付位置に取付けられる擬似折損信号発生手段
と、擬似折損信号発生手段の外部に固定されその内部コ
イルに起電力を誘起する起電力発生手段と、ＡＥセンサ
の出力レベルを表示する表示器と、ＡＥセンサの感度を
設定する感度設定手段と、を具備し、該擬似折損信号発
生手段を工具の取付位置に取付けた際に得られる擬似折
損信号に基づいてＡＥセンサの感度を設定することを特
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、工作機械によ
る工作を行う前にあらかじめ工作機械の工具取付部に取
付けた擬似折損信号発生手段により工具の折損時の擬似
折損信号を発生させてＡＥセンサの感度を調整している
。従って擬似折損信号発生手段より擬似折損信号を発生
させれば、工具の折損時に伝わるＡＥ倍信号同一の伝達
経路によって擬似折損信号がＡＥセンサに伝わる。そし
てＡＥセンサの感度を調整すれば容易にＡＥセンサの取
付位置や感度を最適に調整することができる。そして擬
似折損信号発生手段には電力が外部からの電磁誘導によ
って供給されているため、重量が軽く工具を回転させる
ときと同一の回転数で回転させることができ、必要な場
合には高速回転を行うことも可能である。又主軸を損傷
したり擬似折損信号発生手段自体の損傷の可能性が少な
く安全性を高くすることができる。更に電池の交換や充
電作業が不要となり使い易い工具折損検出装置とするこ
とが可能となる。

〔実施例の説明〕

（工具折損検出装置の全体構成） 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。本実施例はボール盤に取付けられ
た状態を示すものであって、ボール盤のドリル支持部ｌ
にドリルを取付けてベース２上のワークに開口が設けら
れる。ドリル支持部１は図示しないベアリングによって
回転自在に保持された主軸３を有しており、その先端に
ドリルを取付けるチャック４が設けられる。ここでワー
クに切削を行う前にドリル支持部１のチャック４に擬似
折損信号発生器５が取付けられる。擬似折損信号発生器
５は後述するように工具の折損時の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擬似折損信
号を発生するものである。擬似折損信号発生器５を駆動
する際には主軸３と同軸にベース２上に筒形の外部コイ
ル６が設置される。外部コイル６は交流電源７によって
駆動されるものとする。さてドリル支持部１の側面には
図示のようにＡＥセンサ８が設けられる。ＡＥセンサ８
はドリル等の工具からのＡＥ倍信号擬似折損信号発生器
５からのＡＥ倍信号検出する広帯域のＡＥセンサであっ
て、その出力は可変増幅率増幅器９に与えられる。増幅
器９は可変抵抗器の調整により増幅率を任意に設定する
ことができる増幅器であって、その出力を信号処理部１
０に与える。信号処理部１０はＡＥ倍信号周波数識別や
レベルの急激な変化により工具の折損を検出する処理部
であり、その出力を入力信号のレベルを検出するレベル
表示器１１と折損を検出する折損出力回路１２に与える
ものである。

（擬似折損信号発生器の構成） 第２図は擬似折損信号発生器５の一実施例を示す断面図
である。本図において擬似折損信号発生器５のケース２
０内には中心軸に沿って鉄心となる磁性体２１が設けら
れ、磁性体２１に内部コイル２２が巻回されている。内
部コイル２２は擬似折損信号発生器の駆動時に交流電源
７により付勢される外部コイル６の電磁誘導を受けて誘
起電圧を発生させるもので、その出力を電源回路部２３
に与える。電源回路部２３はこの出力を整流・平滑して
所定のレベルの直流電圧を得るものであって、その出力
を駆動回路２４に与える。又その側部には発生する擬似
折損信号のレベルを設定する設定スイッチ２５が設けら
れており、そのスイッチ出力と電源回路２３の出力が駆
動回路２４に与えられる。

第３図はこの擬似折損信号発生器の電気的構成を示すブ
ロック図である。本図において内部コイル２２は電源回
路２３に接続されている。電源回路２３はダイオードブ
リッジ等の整流回路とその整流出力を平滑する平滑用コ
ンデンサを有しており、その整流出力が駆動回路２４の
各ブロックに与えられる。駆動回路２４は第３図に示す
ように所定のタイミングで方形波のクロック信号を発生
するクロック発生器２６とその出力を微分する微分回路
２７が設けられる。微分回路２７は略三角波状の出力を
発生させるものであり、その出力は乗算器２８に与えら
れる。又駆動回路２４は一様な周波数分布を有するホワ
イトノイズを発生するノイズ発生器２９と、そのノイズ
出力から所定の周波数、例えば３００ＫＨｚ付近の信号
のみを取出すバンドパスフィルタ３０が設けられており
、バンドパスフィルタ３０の出力と微分回路２７の出力
が乗算器２８によって乗算される。そうすれば乗算器２
８より微分回路２７の微分出力が包絡線となった擬似折
損信号が発生する。乗算器２８の出力は増幅器３１によ
りレベル設定スイッチ２５によって選択された増幅率で
増幅される。そしてその増幅出力はケース２０の内面上
部に貼付けられた圧電素子３２に与えられる。圧電素子
３２は与えられた電気信号をそれに対応する機械信号に
変換するものであって、擬似折損信号を工作機械のドリ
ル支持部１に伝えるものである。擬似折損信号発生器２
のケース２０の上部はＡＥ倍信号容易略こ伝達する金属
部材が用いられており、その上部は使用されるドリル径
に対応して一定の径を有する円筒部材３３を上方に突出
させるようにしている。

擬似折損信号発生器５をドリル支持部１に取付ける場合
には第１図に示すようにベアリング部によって回転自在
に保持されている主軸３のチャック４に擬似折損信号発
生器５の上部円筒部材３３を固定する。

（本実施例の動作） 次に本実施例の工具折損検出装置を工作機械に設置する
際の操作について説明する。まず擬似折損信号発生器５
を主軸に取付けた後側いる工具の種類、例えばドリル径
に応じてレベル設定スイッチ２５を操作して擬似折損信
号レベルを設定する。

そしてドリル取付部ｌを押下げて擬似折損信号発生器５
が外部コイル６の中心の円筒型溝内に入り込むようにす
る。そして交流電源７によって外部コイル６に交流電圧
を印加する。そうすれば擬似折損信号発生器５内部の内
部コイル２２に起電力が誘起される。その誘起電圧は電
源回路２３により整流・平滑されて直流電源が駆動回路
２４に供給されることとなる。こうして擬似折損信号発
生器５を動作させつつ工作機械の主軸４を回転させれば
、実際の工作時の動作状態に近い状態で擬似折損信号を
得ることができる。このときＡＥ倍信号増幅する折損検
出装置内の可変増幅率増幅器９の増幅率を調整してレベ
ル表示器１０の表示が所定レベルとなるようにその増幅
率を調整する。これを使用する工具毎に設定すればＡＥ
センサ５の感度が一定レベルとなるように調整すること
ができる。このとき擬似折損信号は主軸３からドリル支
持部１を通ってＡＥセンサ８に伝えられるが、チャック
４にドリルを取付けた際にもドリルの折損時に同一の伝
達経路によってＡＥ倍信号伝わるので、ワークの形状や
材質に影響されることがない、従って工具の折損時には
擬似折損信号のＡＥ出力と同一レベルの信号が信号処理
部１０に伝えられる。こうすれば擬似折損信号発生器内
部に電池等の電源を組み込むことなく擬似折損信号を工
作機械の工具取付位置から発生させることができる。

（第２実施例の説明） 次に第５図は本発明の第２の実施例の擬似折損信号発生
器を示す断面図である。本図においテ［似折損信号発生
器４０のに外部に永久磁石４１゜４２を配置する。そし
て擬似折損信号発生器４０の内部には中心軸と直角に鉄
心４３及びその周囲に内部コイル４４を設けている。そ
の他の構成については前述した第１実施例と同様である
。この場合には擬似折損信号発生器４０をチャック４に
取付は主軸３を回転させる。そうすれば内部コイル４４
に発電作用によって起電力が誘起される。

その出力を前述した電源回路２３に与えて整流平滑して
駆動回路２４に与える。こうすれば擬似折損信号発生器
４０より同様にして擬似折損信号を得ることができる。

この場合には主軸の回転によって発電作用により擬似折
損信号発生器４０内に起電力が発生するため、電源回路
２３内に定電圧回路を設けることが好ましい。こうすれ
ば外部より交流電流を与えることなく擬似折損信号発生
器内で発電作用によって起電力を誘起させて擬似折損信
号を発生することができる。

尚本実施例は外部に永久磁石を配置しているが電磁石を
配置してもよいことはいうまでもない。

又上述した各実施例は擬似折損信号発生器にレベル設定
用のスイッチを設け、工具の種類に応じて設定スイッチ
を適宜設定することによって基準レベルの擬似折損信号
を発生するようにしているが、各工具の種類毎に所定レ
ベルを有する擬似折損信号発生器を用いることも可能で
ある。

更に各実施例はボール盤のドリル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に適用することが可能で
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図は本実施例による擬似折損信号発
生器と外部コイルを示す断面図、第３図はその電気的構
成を示すブロック図、第４図は本発明の他の実施例によ
る擬似折損信号発生器と外部磁石の構成を示す断面図で
ある。 ■−・−・・−・−・・−・−ドリル支持部　　３・・
−・９．主軸　　５゜４０−・・・−擬似折損信号発生
器　　６−・・・−・外部コイル　　７・−・−交流電
源　　８−・−・ＡＥセンサ２１−・−・・−・鉄心　
　２２．４４−・−内部コイル２３・−・・−電源回路
　　２４〜・−・・・駆動回路　　２５・−・・・−・
レベル設定スイッチ　　４１．４２・・・−永久磁石 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−−−−−−ドリル久特部 ５−−−−−−［他片ｔ［信号発生器 ６−−−−−−タト部フィル ８−・・−ＡＥｔンサ 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の工具支持部に設けられた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、 工具の形状に対応した形状の取付部、電磁誘導される内
   部コイル、該内部コイルの誘導電力を整流する電源回路
   、及び工具の折損時に得られるＡＥ信号の周波数を含み
   工具の種類に応じたレベルの擬似折損信号を発生する駆
   動手段を有し、工具の取付位置に取付けられる擬似折損
   信号発生手段と、 前記擬似折損信号発生手段の外部に固定されその内部コ
   イルに起電力を誘起する起電力発生手段と、 前記ＡＥセンサの出力レベルを表示する表示器と、 前記ＡＥセンサの感度を設定する感度設定手段と、を具
   備し、 該擬似折損信号発生手段を工具の取付位置に取付けた際
   に得られる擬似折損信号に基づいて前記ＡＥセンサの感
   度を設定することを特徴とする工具折損検出装置。
2. （２）前記起電力発生手段は、交流電源によって駆動さ
   れる外部コイル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）前記起電力発生手段は、外部に設置された磁石で
   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。