JPS6224945A - モニタとモニタを最適化する方法 - Google Patents

モニタとモニタを最適化する方法

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JPS6224945A
JPS6224945A JP61132936A JP13293686A JPS6224945A JP S6224945 A JPS6224945 A JP S6224945A JP 61132936 A JP61132936 A JP 61132936A JP 13293686 A JP13293686 A JP 13293686A JP S6224945 A JPS6224945 A JP S6224945A
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monitor
signal
machine tool
gain
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JP61132936A
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チャールズ・エドモンド・トマス
ミンヤン・リー
ジェームズ・フレデリック・ベダード
スティーブン・ロバート・ハヤシ
ローソン・パークス・ハリス
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
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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 この発明は工作機械制御装置にある情報に基づいて、変
化する切削条件に対し、音響式の工具破損及び工具接触
検出器を自動的に最適化する装置と方法に関する。
工作機械モニタは、金属部品の加工によって発生される
振動信号を監視して、こういう振動信号のパターンを解
釈して、加工過程を制御する際に重要な事象を検出する
装置である。このモニタは２つの動作モードを持ってい
る。工具破損検出モードでは、切削工具挿着体の破損を
検出する。工具接触検出モードでは、前進する工具と回
転している工作物の最初の接触を検出する。
成果のよいモニタを開発する場合の最も重要な問題の１
つは、工具破損及び背景雑音信号の実際に起る特性の変
化の範囲が非常に大きいことである。工作機械の音響式
モニタが作用しなければならない信号レベルは広い範囲
にわたって変化する。
所定の工作機械の所定の場所に特定の音響センサを取付
けた後でも、切削条件の変化の為に、信号は６０ｄＢ程
度の範囲にわたって変わり得る。こういう変化の範囲は
、低レベルの信号が電気雑音によって汚染されるという
問題、高レベルの信号で電子回路が飽和するという問題
、並びに工具監視アルゴリズムで使われる一定の閾値に
伴う難点を招く程大きい。しかし、経験によると、成る
切込みの、時間に対する信号レベルは、同じ切込みを繰
返す場合、その変化の範囲が２対１より小さいのが普通
であることが判った。数少ない切込みは、切込みの間の
最大信号レベルから最小信号レベルまでの広い範囲を持
つが、普通はこういうふうにならない。工具破損の検出
性能を最善にする為には、信号チャンネルの利得を調節
して、切込みの間の普通の最大切込み信号レベルが、チ
ャンネルの飽和レベルの約２０乃至３０％になる様にす
ることが望ましい。こうすれば、破損による異常に高い
信号を検出する余裕が十分に残り、切込みの一層小さい
信号部分の間、極めて低い信号レベルになることを避け
ることが出来る。毎回の切込みの事前の試験によって、
正しい利得を設定する様にしなくても、切込み毎に利得
の調節を出来る様にすることが望ましい。更に、工具接
触検出モードで発生される振動信号は、工具破損検出モ
ードよりも一層小さく、一層大きな利得が必要である。
工具監視装置には、切込み毎にその最適値が変化する様
な他のパラメータがある。スピンドルのｒｐｍに関連し
た周期的な信号の擾乱で、工具破損警報を出すことを避
けるのが有用である。こういう機能の為に設計されたパ
ラメータは、最低スビンドルｒｐｍの切込み毎の変動に
対して調節する必要があることがある。
加工では何種類かの異なる工具破損が起ることがあり、
夫々の種類が特性的な音響的な徴候を発生する。所定の
一組の加工条件によって、幾つかの種類の工具破損のど
れでも発生し得るが、加工条件とその時起る支配的な種
類の工具破損との間にはかなりの相関性がある。この為
、成る切込みに対する加工条件が前景て判っていれば、
切込みが開始される前に、工具破損検出パラメータを最
適化することが出来、最適の工具検出アルゴリズムを選
択することさえ出来る。工作機械制御装置の情報を利用
して、こういう最適化が出来る様にすることが望ましい
。
１９８４年ｇ　Ｊｌ２９日に出願された係属中の米国特
許出願通し番号第６４５，２０３号、１９８４年１０月
２４日に出願された同通し番号第６６４．１８８号、１
９８４年１０　Ｊｌ　２４日に出願された同通し番号第
６６４，１８９号及び１９８４年１２月２１日に出願さ
れた同通し番号第６８５゜００５号がこの出願と関係を
持つが、この１番目は工具接触の検出、２番目、３番目
及び４番目は工具破損の検出に関するものである。
発明の要約 この発明の目的は、部品プログラムに入っている各々の
切込みに関する情報を利用して、各々の個別の切込みで
予想される加工条件に対し、工作機械モニタのパラメー
タを最適化することである。
別の目的は、部品プログラムの情報を使って、検出器の
利得を決定すると共に、工具破損検出論理回路を制御す
るパラメータを選択並びに設定し、それらを工作機械制
御装置によって特定される切削条件に対して最適化する
ことである。
別の目的は、工作機械数値制御装置からの情報により、
工具破損又は工具接触検出の動作モードを自動的に選択
することである。
この発明のモニタは、工作機械と工作物の界面に於ける
振動に対応する信号を発生する振動センサと、利得制御
部、及び振動信号をろ波して、機械の一層低い周波数の
雑音を減衰させると共に、１００　ＫＨｚより低い制御
された音響周波数帯の信号エネルギを検出する手段を持
つアナログ信号処理チャンネルとを有する。ディジタル
装置が、アナログ・チャンネルの出力を標本化してその
アナログ・サンプルをディジタル値に変換する手段と、
主要な工具接触の特性的な音響的な徴候を試験して、工
作機械制御装置に送ることの出来る警報信号を発生する
信号パターン認識論理回路とををする。アナログ・チャ
ンネルの利得制御部を調節して、モニタに伝達された工
作機械制御装置の情報に基づいて、変化する加工条件に
対してモニタの動作を最適化する手段を設ける。１実施
例では、この情報は、面の速度、切込みの深さ、送り速
度、及び工作物と工具の記述の様な加工パラメータであ
る。これらの加工パラメータから利得の値を計算し、そ
れを利用して、利得制御部を調節する。
別の実施例では、モニタに伝達される工作機械制御装置
の情報が、加工パラメータから導き出された予め計算さ
れた利得の値であり、それが利得制御部に送られる。工
作機械制御装置からの接触／破損モード選択信号が、動
作モードを決定する。
この発明の工具破損検出装置及び方法の別の特徴は、ス
ピンドルのｒｐｌ　ｓ仕上げ／粗加工の選択及び工具の
記述の様な部品プログラムの加工パラメータに関する情
報を使って、工具破損検出論理回路を制御するパラメー
タを選択して設定し、数値制御装置によって要求される
加工条件に対してモニタを最適化することである。この
代りに、論理パラメータが工作機械制御装置からモニタ
に伝達され、パターン認識論理回路に送られる。
発明の詳細な説明 工作物又は工具を損傷する惧れのある主要な工具破損を
検出すると共に、前進する工具と回転する工作物の軽い
擦合い接触を検出するという工作機械モニタの作用は、
工作機械制御装置から何の連絡もなくても実施すること
が出来る。然し、こういう連絡があれば、工作機械モニ
タの性能を高めることが出来ると共に、それを使うこと
が出来る用途の範囲が拡がる。第１に、工作機械制御装
置からの情報は、工具破損又は工具接触検出の動作モー
ドを自動的に選択することが出来、この為、無人作業で
も、工作物に対して・行なわれる切込みの部品プログラ
ムに於ける各々の切込みで、工具破損事象を監視するこ
とが出来、工具の接触の検出を利用して、切込みの合間
に部品又は新しい工具を計測することが出来る。第２に
、工作機械モニタは工具破損又は工具接触事象の情報を
工作機械制御装置に直接的に供給することが出来、この
制御装置は、人間が介入しなくても、検出された事象に
対して正しい応答をする様にプログラムすることが出来
る。第３に、工作機械制御装置にある部品プログラムか
らの情報を使って、各々の個別の切込みで予想される加
工条件に対し、工作機械モニタのパラメータを最適化す
ることが出来る。
第１図はこの発明の工作機械モニタを取付けた横形タレ
ット旋盤を示す。モニタは竪形タレット旋盤や、フライ
ス盤、マシニング・センター及びドリルの様な他の形式
の工作機械にも用いることが出来る。図示の旋盤の部品
は、機械の枠体１０゜Ｚ軸スライド１１、主軸台１２）
チャック１３、工作物１４、及びＸｌＩｈ横スライド１
５である。回転自在の工具タレット１６が幾つかの工具
ブロック１７（１つだけ示す）を持っており、その各々
が工具ホルダー１８及び切削挿着体１９を支持している
。工作機械制御装置２０は数値制御装置又は計算機式数
値制御装置とも呼ばれる。工作機械モニタの主要な部品
は、工具と工作物の界面で発生された振動に対する結合
が良好な場所で、旋盤のタレット又はタレット基部に取
付けられた広帯域加速度計の様な振動センサ２１と、好
ましくは電子雑音を拾うことを最小限に抑える為に、旋
盤のタレット近くに配置されるアナログ予備処理装置２
２と、離れた場所に配置されるディジタル処理装置２３
とである。
工作機械モニタは１個のセンサを用いており、これは小
形で頑丈であって、工具と工作物の界面から妥当な距離
の所に取付けることが出来る。適当な１つの振動センサ
は、ビブラメトリックＶＭ１００Ｏ加速度計（アメリカ
合衆国、コネクチヵット州のビブラ・メトリックス・イ
ンコーホレーテッド社の製品）であり、これはその共振
周波数よりも低い比較的平坦な応答領域内で使われる。
これは、回転自在のタレット上に配置するのが普通であ
り、小形スリップリング及び同軸ワイヤがそれをアナロ
グ予備処理装置に接続する。旋盤の設計によるが、別の
場所は、回転カップラを必要としないタレットから離れ
た場所である。前に引用した係属中の米国特許出願では
、工具接触及び工具破Ｉμ検出器が３０乃至１００　Ｋ
ｌ（ｚの領域内の音響振動を利用することが確立してい
る。一層低い周波数に集中する傾向を持つ、振幅が大き
い機械の雑音を減衰させることが必要であり、センサが
工具ホルダーの上にないと、１００ＫＨｚより高い撮動
は著しく減衰する。
この発明の１実施例が第２図に示されており、これは、
左側に工作機械モニタ２４を示し、右側に工作機械数値
制御装置２０（例えばゼネラル・エレクトリック社のＭ
Ｃ２０００）を示しており、これらの２つの装置の間に
通信線がある。工作機械モニタがアナログ信号チャンネ
ル２５及びディジタル装置２６を含む。アナログ信号チ
ャンネル２５が、振動センサからの生の振動信号出力を
処理し、生の振動信号の制限された帯域内にあるエネル
ギに比例する、出力信号振幅対時間波形を発生する。振
動信号のレベルを好ましい動作範囲内に保つ手段とする
為、アナログ信号チャンネルが、チャンネルの利得をデ
ィジタル装置の制御の下に大きな範囲にわたって変える
ことが出来る利得制御部を含んでいる。図面に示す様に
、センサには一定利得２７が関連している。増幅された
センサ信号が調節自在の減衰器又は利得制御部２８に送
られ、信号をこの装置のダイナミックレンジ内に保つ。
その後、アナログ信号がシ戸波及びエネルギ検出回路２
９に送られる（ろ波作用には一定利得が関連している）
。Ｖ）１１１０００加速度計がセンサである場合、アナ
ログ信号処理チャンネルは、信号を３５　ＫＨｚ乃至６
０　ＫＨｚの領域に制限する為の帯域フィルタを含んで
いてよく、エネルギ検出器は両波整流器及びエーリアシ
ング防止用の５００１１ｚ低域フイルタで構成して、信
号エネルギ対時間のアナログ波形を発生する。この他の
加速度計及びアナログ信号処理装置が前に引用した米国
特許出願に記載されている。
ディジタル装置２６が、アナログ・チャンネルの出力を
標本化して、アナログ・サンプルをディジタル形式に変
換する標本化器３０及びアナログ・ディジタル変換器（
Ａ／Ｄ）３１を持っている。
工具破損検出モードで動作する時は工具破損事象に関連
する信号パターン、又は工具接触検出モードで動作する
時は工具接触事象に関連したパターンを検出するディジ
タル・パターン認識論理回路３２がある。これは、これ
らの事象に関連した特性的な音響的な徴候を試験する。
検出しようとする事象に関連しない他の信号パターンが
、検出しようとする事象に関連するパターンと成る共通
の特徴を持っていても、こういう他のパターンを排除す
ることも、この機能に固有の特性である。この為、他の
同様な信号パターンで多数の虚偽の警報を発生せずに、
検出しようとする事象に関連するパターンに対して適切
な感度を得るという基本的な問題がある。
振動監視装置に伴う別の基本的な問題は、こういう装置
が取扱わなければならない信号の振幅の考えられるダイ
ナミックレンジが大きいこと、並びに電子装置のダイナ
ミックレンジに限界があることである。この発明の工作
機械モニタの場合、更に、検出の確率ならびに虚偽の警
報の確率の点で、工具破損検出論理回路の性能は、工具
接触事象より前の金属切削状態に於ける振動信号の平均
レベルが、電子回路のダイナミックレンジのヒ限より約
２０ｄＢ低い場合に、最もよいという別の要因がある。
信号レベルがずっと高くなるか、ずっと低くなると、性
能は劣化する傾向がある。この為、振動信号のレベルを
好ましい動作領域に保つ為、アナログ信号チャンネル２
５はディジタル装置２６の制御の下に、チャンネルの利
得を６０ｄＢの範囲にわたって変えることが出来る様な
、調節自在の減衰器２８及び減衰器制御装置３３で構成
された利得制御部を持っている。特定の利得制御部は、
掛算形ディジタル・アナログ変換器に計数器を加えたも
のである。減衰制御ワードを計数器から並列に読出して
、ＭＤＡＣの減衰を決定する。
振動センサ２１から受取る信号レベル、従ってアナログ
φチャンネルの利得の最適設定値は、センサの感度、振
動源（工具と工作物の界面の近く）とセンサの間の伝搬
損失、工具の種類、工作物の材料、工作物又は工具の面
速度、切込みの深さ及び工具の送り速度の様な因子の組
合せに関係する特定のセンサを振動信号源に対する特定
の場所に取付けても、残りの因子により、普通の加工作
業では、信号が４０ｄＢより大きな範囲にわたって変化
することがある。この為、上に掲げた加工動作の他の因
子の何れかに大きな変更を加える場合、アナログ・チャ
ンネルの利得を調節することが必要になることがある。
第２図では、部品プログラムが３４に示されており、工
作機械制御装置にある部品プログラムの情報が示されて
いる。部品プログラムは、工作機械制御装置の計算機に
指示するソフトウェア・プログラムであり、この制御装
置が、スピンドル及び工具の送り駆動部を制御して、所
望の切込みの深さ、面速度及び送り速度が得られる様に
すると共に、加工を行なう工具の選択を制御する。部品
プログラムは、切削動作の他に、部品計測及び工具オフ
セット測定サイクルをも制御する。この為、アナログ信
号チャンネル２５の利得の最善の設定値を決定する情報
は、工作機械制御装置２０にある部品プログラム３４に
あることがある（そして大部分はある筈である）。この
加工パラメータの情報が工作機械モニタ２４に伝達され
、このモニタはそれを使ってアナログ・チャンネルの利
得の最善の設定値を計算する。
振動信号レベルに対する種々の加工パラメータの定量的
な影響は、第３図に示す様なデータを発生する大がかり
な実験室の実験から判る。切削信号レベルに対する切込
みの深さ及び面速度の効果が工具の種類、工作物の材料
及び送り速度の１つの組合せに対して図面に示されてい
る。実験によると、こういう情報により、部品プログラ
ムの各々の切込みが開始される前に、アナログ信号チャ
ンネル２５の最適の利得を数ｄＢ以内で計算することが
出来ることが判った。
第２図に示したこの発明の実施例のディジタル装置２６
は、利得調節計算手段３５を含み、これに対して、面速
度、切込みの深さ、送り速度、及び工作物と工具の記述
という加工パラメータが部品プログラム３４から転送さ
れる。テーブル拳ルックアップ手順又は簡単な数式の解
によって決定された、各々の切込みに於ける計算された
利得の値が、利得制御部に送られる。選択信号が減衰器
制御装置３３に送られ、この制御装置が調節自在の減衰
器２８の設定値を決定する。ディジタル処理装置にある
ディジタル回路はプログラム可能な汎用計算機にするの
が典型的である。
工具接触検出モードでは、工具及び工作物の一方又は他
方が回転する時、両者の軽い擦合い接触により、振動信
号が発生される。これは、工具破損検出モードに於ける
切削動作と対照的である。
従って、工具接触検出モードで感知される振動信号のレ
ベルは、工具破損検出モードよりも一層低く、一層大き
なアナログ・チャンネルの利得が必要である。この為、
工作機械制御装置の部品プログラムによって工作機械モ
ニタの動作モードを選択することが、アナログ・チャン
ネルの利得の選択にも影響する。接触／破損モード選択
信号が部品プログラム３４から利得調節計算手段３５及
びパターン認識論理回路３２に転送される。
第４図は、アナログ予備処理装置２２の出力に出る単一
極性信号と、引外し及び確認方式による１つの工具接触
検出方法とを例示している。小さい連続的な往復動雑音
信号３６が、工具がゆっくりと工作物に向って前進する
時に、工具と工作物が接触していない状態で発生される
。振幅が大きい雑音スパイク３７が振幅閾値３８より高
くなるが、持続時間が短く、虚偽の警報として捨てられ
る。成る旋盤及び工作機械は、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。
ゆっくりと上昇する有効な工具接触信号３９が、振幅検
出閾値３８と交差し、検出器を引外す。確認期間の間、
認識論理回路が振幅閾値より高い信号サンプルを連続的
に検査し、確認期間が終る前に、閾値より高い予め定め
られた数のサンプルを計数した時、工具接触警報を発生
する。この代りに、閾値より低いサンプルを使い、検出
論理を逆にしてもよい。第２図のディジタル・パターン
認識論理回路３２は２重の通路を持ち、モード選択信号
が工具接触論理を選択する。
工作機械モニタにあるパターン認識論理回路は、以下論
理パラメータと呼ぶパラメータの組の選択によって調節
して、変化する加工条件に対して性能を最適化すること
が出来る。工具破損検出論理回路は、例えば２４個のパ
ラメータに対する値を選択することにより、相異なる加
工条件に対して最適化することが出来る。大がかりな試
験により、信号レベルの許容し得る変化率、事象より前
の平均信号レベルに対する信号レベルの許容し得る百分
率変化、及び工具破損警報が発生される前のこれらのレ
ベル変化の持続時間を決定するパラメータを適性に選ぶ
ことにより、工作物又は工具を壊す惧れのある様な、又
は切込みのやり直しを必要とする様な重要な工具破損事
象を検出し、通常の切削による雑音の人為効果（アーテ
ィファクト）を無視することが出来ることが判った。更
に、工具破損検出論理回路には、その最適値が工作機械
のスピンドルの回転周期に関係する様な、成る時間窓パ
ラメータがある。これは、孤立した工具破損事象の信号
パターンと、１回転に１回又は更に多く繰返される通常
の切削事象の信号パターンとを弁別する為に、完全な１
回転にわたって信号パターンを検査することが必要にな
ることがある為である。この問題は、工作物の面が粗い
か、前に加工された孔又は溝孔を持つ時に、最も起り易
い。
この為、第２図に見られる様に、部品プログラム３４は
、工作物の面、即ち仕上げ／粗さ加工情報と、工作機械
のスピンドルのｒｐｌＩｌに関する情報をも工作機械モ
ニタ２４に送る。
大抵の加工状態では、重大な工具破損事象により、振動
信号のレベルに実質的な突然の持続的な変化が生ずる。
第５図及び第６図は、突然の実質的な持続的なレベルの
低下及び上ｙ、を夫々示す普通の２種類の工具破損の音
響的な徴候を示している。こういうレベル変化を検出す
ることが、第２図のパターン認識論理回路３２の他方の
部分を形成する工具破損検出論理回路の主な機能である
。
ディジタル化した信号サンプルの解析は基本的に２つの
段階に分れる。新しい各々の信号サンプルを移動平均信
号レベルと比較する。第１段階では、振動信号レベルの
突然の大きな過渡的な増減を検出し、第２段階は、利用
者が選択し得る閾値限界を越える所定の認識期間にわた
って、この平均が持続するかどうかを試験する。振動信
号に突然の持続的な増減が存在することは、切削条件の
変化によって起る切削雑音の突然の変化を示すことがあ
るし、その原因が重要な工具破損事象であることがある
。
然し、成る加工状態では、実質的な信号レベルの変化が
もっと緩やかに起り、正常な切削の雑音信号による人為
効果から識別するのが一層困難な、工具破損の音響的な
徴候を生ずることがある。第７図では、処理されたアナ
ログ振動信号４０の信号レベルが、（１）、（２）及び
（３）の所で急速に低下する。各々の低下は小さな工具
破損事象に関連している。各々の信号レベルの変化は小
さすぎて、突然の信号変化による破損検出の判断基準に
合格しないが、合計の影響は重大である。平均信号レベ
ルの値が予め設定した一層低い破損検出閾値４１より下
がった時、工具破損検出器が信号サンプルの計数を始め
る。平均信号レベルが最低の確認期間の間、閾値より低
いま＼であれば、工具破損警報が発生される。工具破損
検出論理回路はそれ程普通でない、こういう工具破損事
象の信号パターンを検出する様に調節することが出来る
が、それには虚偽の警報の割合が若干増加するという犠
牲を伴う。この様な緩やかなレベル変化を持つ工具破損
パターンが発生する確率は、成る加工状態では、他の状
態の時よりも一層大きい。
こういう種類のパターンは、成る種の工具及び工作物の
状態に関連している傾向がある。従って、第２図に見ら
れる様に、部品プログラム３４がこういう因子に関する
情報をディジタル・パターン認識論理回路３２に供給し
、この論理回路がそれを使ってその論理パラメータを調
節して、それが発生する確率に応じて、こういうパター
ンを検出するか或いは無視する様にする。この他の種類
の工具破損の徴候が、前に引用した係属中の米国特許出
願に記載されている。
破損検出論理回路が無視する様な、普通の１つの正常な
切削信号の人為効果が第８図に示されている。この信号
は面の粗い切削の間に発生し、金属の切削と空気の切削
が交互することを特徴とする。突然の実質的なレベル変
化という判定には合格するが、レベル変化の持続時間（
矢印の間）が、工作物の１回転よりも短い為に、持続的
な平均変化の確認期間の判断に合格しない。少なくとも
完全な１回転の間持続しない信号レベルの変化は排除さ
れる。工具破損警報をトリガしない様な別の正常な切削
の信号パターンは、信号の増加速度が遅すぎる為の、切
削開始時の過渡状態である。３番目は継続的な実質的な
信号レベルの変化がない為に一連の高い振幅の雑音スパ
イク（第４図に示す様な）を生ずる、切くずの動きによ
る雑音である。この様な処理済みのアナログ振動信号は
、特性的な工具破損の音響的な徴候に対して予め設定し
た試験に合格しない。
第２図は、工作機械モニタ２４が工作機械制御装置の部
品プログラム３４に、そういう事象が発生した時の工具
破損及び工具接触警報信号を供給することを示している
。工作機械数値制御装置２０がこういう警報を利用して
、検出された事象にとって適切な特別の工具位置制御順
序を開始する。
成る工作機械制御装置では、工具接触事象に対する制御
装置の応答は、工具の刃先によって工作物のきずがつく
ことを避けられる位に速くない。この場合、図面に示す
様に、部品プログラムと同じく、工具送り軸位置制御装
置に対して直接的に工具接触警報を伝達することが必要
である。
同じ基本的な考えを用いた別の伝達装置が第９図に示さ
れている。この装置では、工具破損及び工具接触検出器
の全てのパラメータが、同じ一組の通信線を介して、部
品プログラム３４から工作機械モニタ２４に送られる。
この中には、工作機械モニタ２４ではなく、工作機械制
御装置２０で（ＡＰＴマクロプログラム等により）決定
された、利得制御ワード又は予め計算されたアナログ・
チャンネルの利得のディジタル値が含まれる。ＭＴＭパ
ラメータが部品プログラム３４からディジタル装置２６
にあるパラメータ確認及び配送論理回路４２に転送され
る。利得制御ワードが減衰器制御装置３３に送られて、
調節自在の減衰器２８が信号チャンネルに加える信号減
衰係数を決定し、こうしてチャンネルの合計利得を設定
する。論理回路のパラメータがパターン認識論理回路３
２に送られる。こういうパラメータは、例えば、仕上げ
／粗加工情報、利得及び工作機械のスピンドルのｒｐｍ
であり、これらのパラメータからパターン認識論理回路
が適当な内部パラメータの設定値を定める。
第９図は、送られる信号を実際に受取ったことを検査す
るハンドシェーク装置に使われる別の通信線を示してい
る。これらは破損モード付能及び接触モード付能の信号
と、モード付能受領確認及びデータ受領確認の信号であ
る。前と同じく、破損警報及び接触警報信号が工作機械
制御装置２０に供給され、この制御装置から工具送り軸
位置制御装置へ送られて、工具の後退を早める。
まとめて云えば、加工パラメータに関する部品プログラ
ムの情報を使って、工具破損及び工具接触検出器の利得
を計算すると共に設定することにより、工作機械制御装
置によって要求される加工条件に対して、この検出器を
最適化する。更に、加工パラメータに関する部品プログ
ラムの情報を使って、工具破損検出論理回路を制御する
パラメータを選択して設定し、工作機械制御装置によっ
て要求される切削条件に対して、この論理回路を最適化
する。工具の破損を検出するか又は工具の接触を検出す
るかの所要の動作モードが、工作機械制御装置によって
選択される。
この発明を好ましい実施例について具体的に図示して説
明したが、当業者であれば、この発明の範囲内で、形式
並びに細部に種々の変更を加えることが出来ることは当
業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は工具の破損と工作物に対する工具の接触を検出
する為の工作機械モニタを備えた横形タレット旋盤の簡
略斜視図、第２図は部品プログラムの情報に基づいて工
作機械モニタのパラメータを最適化する装置を示すブロ
ック図、第３図は切込みの深さ及び面速度に対する切削
信号のレベルを示すグラフ、第４図は工具の接触による
振動の徴候と捨てられる雑音スパイクを示すグラフ、第
５図乃至第７図は普通にみられる３種類の工具破損の音
響的な徴候を示すグラフ、第８図は粗い面を間欠的に切
削することによって生ずる、工具破損警報をトリガしな
い様な普通の振動信号を示すグラフ、第９図は工作機械
モニタのパラメータを最適化するこの発明の別の実施例
の装置のブロック図である。 主な符号の説明 ｉ３：工作物 １９：切削挿着体 ２０：工作機械数値制御装置 ２１：振動センサ ２５：アナログ信号チャンネル ２６：ディジタル装置 ２８：調節自在の減衰器 ２９　：　’ｔＰ波及びエネルギ検出回路３０：標本化
器 ３２：パターン認識論理回路 ３３：減衰器制御装置

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）工作機械及び工作機械制御装置に使うモニタに於て
    、 切削工具と工作物の界面に於ける振動並びに工作機械の
    その他の雑音に対応する信号を発生する振動センサと、 利得制御部、及び前記振動信号をろ波して機械の一層低
    い周波数の雑音を減衰させると共に制限された音響周波
    数帯の信号エネルギを検出する手段を持つアナログ信号
    チャンネルと、 該アナログ・チャンネルの出力を標本化して、そのサン
    プルをディジタル形式に変換する手段、及び工具の破損
    及び工具の接触の特性的な音響的な徴候を試験して警報
    を発生するパターン認識論理回路で構成されたディジタ
    ル装置と、 前記アナログ信号チャンネルの利得制御部を調節して、
    工作機械制御情報に基づいて変化する切削条件に対して
    モニタの動作を最適化する手段とを有するモニタ。 ２）特許請求の範囲１）に記載したモニタに於て、前記
    工作機械制御情報が、面速度、切込みの深さ、送り速度
    、工作物と工具の記述、及び接触／破損モード選択信号
    の様な加工パラメータを含むモニタ。 ３）特許請求の範囲２）に記載したモニタに於て、前記
    利得制御部を調節する手段が、前記モニタにあって、前
    記加工パラメータから利得を計算する手段を有するモニ
    タ。 ４）特許請求の範囲１）に記載したモニタに於て、前記
    工作機械制御情報が、前記加工パラメータから導き出さ
    れた予め計算された利得の値と、該値を前記利得制御部
    に送る手段とを含んでいるモニタ。 ５）特許請求の範囲１）に記載したモニタに於て、他の
    工作機械の制御情報を用いて、前記パターン認識論理回
    路を制御するパラメータを選択し且つ設定する手段を含
    むモニタ。 ６）特許請求の範囲５）に記載したモニタに於て、前記
    他の工作機械制御情報が、工具の記述、スピンドルの毎
    分回転数及び仕上げ／粗加工の記述の様な加工パラメー
    タを含んでいるモニタ。 ７）特許請求の範囲５）に記載したモニタに於て、前記
    他の工作機械制御情報が論理パラメータ、及び該パラメ
    ータを前記パターン認識論理回路に送る手段を含んでい
    るモニタ。 ８）部品プログラムを持つ工作機械数値制御装置によっ
    て制御される工作機械に用いる工具破損検出器に於て、 切削工具と工作物の界面に於ける振動に対応する信号を
    発生する加速度計と、 調節自在の減衰器、及び前記振動信号を帯域ろ波して、
    ３０ＫＨｚ乃至１００ＫＨｚの周波数帯のエネルギを検
    出する手段を持つアナログ信号チャンネルと、 該アナログ・チャンネルの出力を標本化して、そのアナ
    ログ・サンプルをディジタル形式に変換する手段、及び
    重要な工具破損事象を検出して警報を発生する工具破損
    パターン認識論理回路で構成されたディジタル装置と、 検出器に伝達される前記部品プログラムの情報を利用し
    て、前記アナログ・チャンネルの利得を決定すると共に
    、前記工具破損パターン認識論理回路を制御するパラメ
    ータを選択且つ設定して、前記数値制御装置によって要
    求される切削条件に対して検出器を最適化する手段とを
    有する工具破損検出器。 ９）特許請求の範囲８）に記載した工具破損検出器に於
    て、前記部品プログラムの情報が、工作物の面速度、送
    り速度、切込みの深さ、工作物と工具の記述、スピンド
    ルの毎分回転数及び仕上げ／粗加工の記述を含む加工パ
    ラメータで構成されており、最後に記載した手段が、選
    ばれた加工パラメータを受取り、計算した利得の値を前
    記アナログ・チャンネルの減衰器に送る利得調節計算手
    段で構成されている工具破損検出器。 １０）特許請求の範囲８）に記載した工具破損検出器に
    於て、前記部品プログラムの情報が、予め計算されたア
    ナログ・チャンネルの利得の値、及び既知の加工パラメ
    ータから導き出したパターン認識論理回路のパラメータ
    で構成されている工具破損検出器。 １１）部品プログラムを持つ工作機械制御装置によって
    制御される工作機械に取付けたモニタの性能を最適化す
    る方法に於て、 切削工具と工作物の相互作用から、並びに工作機械のそ
    の他の雑音源から発生する振動を感知して振動信号を発
    生し、 調節自在の利得を持っていて、機械の一層低い周波数雑
    音を減衰させ、１００ＫＨｚより低い選ばれた周波数帯
    にある振動の振幅を表わすアナログ波形を発生するアナ
    ログ・チャンネルで、前記信号を予備処理し、 前記アナログ波形のサンプルをディジタル処理装置で解
    析して、信号パターン認識論理回路により、重要な工具
    の破損並びに工具と工作物の軽い擦合い接触に特有な音
    響的な徴候を検出すると共に、前記工作機械制御装置に
    送られる工具破損及び工具接触警報を発生し、 前記部品プログラムの加工パラメータに関する情報を用
    いて前記アナログ・チャンネルの利得を調節して、前記
    工作機械制御装置によって要求される切削条件に対し、
    モニタの動作を最適化する工程を含む方法。 １２）特許請求の範囲１１）に記載した方法に於て、部
    品プログラムの加工パラメータに関する情報を用いて、
    前記パターン認識論理回路の一部分である破損検出論理
    回路を制御する別のパラメータを決定する工程を含む方
    法。 １３）特許請求の範囲１２）に記載した方法に於て、前
    記部品プログラムにある情報から、前記モニタの工具破
    損又は工具接触の動作モードを選択する工程を含む方法
    。 １４）部品プログラムを持つ工作機械数値制御装置によ
    って制御される工作機械の工具の破損を検出するモニタ
    を最適化する方法に於て、 切削工具と工作物の相互作用から生ずる振動を感知して
    、電気信号を発生し、 アナログ・チャンネルの利得を利得段で調節し、帯域ろ
    波し、３０ＫＨｚ乃至１００ＫＨｚの選ばれた周波数帯
    にある信号エネルギを検出することにより、前記信号を
    アナログ・チャンネルで予備処理し、 前記サンプルをディジタル装置で解析して、信号パター
    ン認識論理回路を用いて、切削工具又は工作物を損傷す
    る惧れのある重要な工具破損に特有な音響的な徴候を検
    出し、前記数値制御装置に送られる工具破損警報を発生
    し、 前記部品プログラムからモニタに情報を転送し、前記部
    品プログラムの情報を用いて、前記アナログ・チャンネ
    ルの利得を調節すると共に前記パターン認識論理回路を
    制御する論理パラメータを選択して設定して、前記数値
    制御装置によって要求される切削条件に対して前記モニ
    タの性能を最適化する工程を含む方法。 １５）特許請求の範囲１４）に記載した方法に於て、前
    記モニタに転送される部品プログラムの情報が選ばれた
    加工パラメータを含み、更に、前記アナログ・チャンネ
    ルの利得段に送られる利得の値をディジタル装置で計算
    し、他の加工パラメータを前記パターン認識論理回路に
    送る工程を含む方法。 １６）特許請求の範囲１４）に記載した方法に於て、前
    記モニタに転送される部品プログラムの情報が、前記ア
    ナログ・チャンネルの利得段に送られる予め計算された
    利得の値、及び前記パターン認識論理回路に送られる予
    定の論理パラメータを含む方法。
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