JPS63185555A - 工作機械モニタ用自動利得制御 - Google Patents
工作機械モニタ用自動利得制御Info
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- JPS63185555A JPS63185555A JP62315474A JP31547487A JPS63185555A JP S63185555 A JPS63185555 A JP S63185555A JP 62315474 A JP62315474 A JP 62315474A JP 31547487 A JP31547487 A JP 31547487A JP S63185555 A JPS63185555 A JP S63185555A
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- 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
- G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
-
- G—PHYSICS
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-
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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
本発明は機械加工中に切削振動信号を監視することによ
って破損した工具を検出するとともに切削振動信号を所
望の平均値になるように自動的に調節するための音響式
１具破損検出システムと方法に関するものである。
って破損した工具を検出するとともに切削振動信号を所
望の平均値になるように自動的に調節するための音響式
１具破損検出システムと方法に関するものである。
切削工具と工作物との相互作用によって発生される振動
信号を解釈して、工具の接触と工具の破損の検出器とし
ての役目を果す工作機械モニタ（ＭＴＭ）については、
ニス・アール・ハヤシ他による論文「旋盤における自動
工具接触及び破損検出Ｊ （ＩＣＭＡ、ＩＩａｎｏｖ
ｃｒ、Ｗｃ５ｔ Ｇｃｒｍａｎｙ、Ｓｃｐｔｅｍｂｃｒ
１８−１９ 、１９８５）のような刊行された論文等に
述べられている。ＭＴＭは加速度計のような振動センサ
、増幅と信号予備処理を行なうアナログ・チャネル、ア
ナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、およびディジタ
ル・ハードウェアをそなえたマイクロプロセッサで構成
されている。加速度計は典型的には広帯域の応答特性を
有しており、これはアナログ・チャネルの帯域フィルタ
により制限される。
信号を解釈して、工具の接触と工具の破損の検出器とし
ての役目を果す工作機械モニタ（ＭＴＭ）については、
ニス・アール・ハヤシ他による論文「旋盤における自動
工具接触及び破損検出Ｊ （ＩＣＭＡ、ＩＩａｎｏｖ
ｃｒ、Ｗｃ５ｔ Ｇｃｒｍａｎｙ、Ｓｃｐｔｅｍｂｃｒ
１８−１９ 、１９８５）のような刊行された論文等に
述べられている。ＭＴＭは加速度計のような振動センサ
、増幅と信号予備処理を行なうアナログ・チャネル、ア
ナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、およびディジタ
ル・ハードウェアをそなえたマイクロプロセッサで構成
されている。加速度計は典型的には広帯域の応答特性を
有しており、これはアナログ・チャネルの帯域フィルタ
により制限される。
利得段が信号をシステムのダイナミック・レンジ内に保
ち、また全波整流器と低域通過エイリアシング防止フィ
ルタで構成されたエネルギー検出器が設けられている。
ち、また全波整流器と低域通過エイリアシング防止フィ
ルタで構成されたエネルギー検出器が設けられている。
１つのアナログ予備処理装置で、加速度計の出力がＯ乃
至１０ポル！・の直流から５００１１ｚまでの信号とな
るように調整されて、ディジタル・プロセッサに人力さ
れる。この信号を解析して、信号レベルの急速な持続的
変化を探すことにより工具の破損が生じたか否かが判定
される。ダイナミック・レンジを考慮してＡ／Ｄ変換器
の平均入力レベルは約１ボルトに維持することが望まし
い。このことは、切削深さまたは工具と工作物との異な
る組合わせのような切削プロセスの変更により信号レベ
ルの変化が予想されるたび毎にアナログ増幅器の利得を
設定しなければならないということを意味する。
至１０ポル！・の直流から５００１１ｚまでの信号とな
るように調整されて、ディジタル・プロセッサに人力さ
れる。この信号を解析して、信号レベルの急速な持続的
変化を探すことにより工具の破損が生じたか否かが判定
される。ダイナミック・レンジを考慮してＡ／Ｄ変換器
の平均入力レベルは約１ボルトに維持することが望まし
い。このことは、切削深さまたは工具と工作物との異な
る組合わせのような切削プロセスの変更により信号レベ
ルの変化が予想されるたび毎にアナログ増幅器の利得を
設定しなければならないということを意味する。
特願昭６１−１３２９３６号（特開昭６２−２４９４５
号）に述べられているように、アナログ・チャネルの利
得制御は、ディジタル・ハードウェアからの信号により
２進入力を設定することによって利得が調節される可変
減衰器として使用される乗算型ディジタル／アナログ（
Ｄ／Ａ）変換器で構成される。所望の利得はパートプロ
グラムから転送される機械加工パラメータを用いてＭＴ
Ｍで計算することができる。そのかわりに所望の利得は
パートプログラムの一部としてプログラムされる。利得
の変更はパートプログラマ−によりパートプログラムに
追加することによって行なうか、または手動でスイッチ
を設定することによって行なうことができる。この操作
をなくせば、プログラマ−は余計なコード作成の負担か
ら解放される。また、切削プロセスが必ずしも一定の信
号レベルを生じないという聞届もある。動作の大部分に
対して平均が１ボルトとなるように利得を設定すると、
信号はプロセス中に１０ボルトの範囲一杯にわたって変
り得る。工具の破損を表わす急速な持続したレベル変化
に悪影響を及ぼさずにこの変動を最小にすることが望ま
しい。
号）に述べられているように、アナログ・チャネルの利
得制御は、ディジタル・ハードウェアからの信号により
２進入力を設定することによって利得が調節される可変
減衰器として使用される乗算型ディジタル／アナログ（
Ｄ／Ａ）変換器で構成される。所望の利得はパートプロ
グラムから転送される機械加工パラメータを用いてＭＴ
Ｍで計算することができる。そのかわりに所望の利得は
パートプログラムの一部としてプログラムされる。利得
の変更はパートプログラマ−によりパートプログラムに
追加することによって行なうか、または手動でスイッチ
を設定することによって行なうことができる。この操作
をなくせば、プログラマ−は余計なコード作成の負担か
ら解放される。また、切削プロセスが必ずしも一定の信
号レベルを生じないという聞届もある。動作の大部分に
対して平均が１ボルトとなるように利得を設定すると、
信号はプロセス中に１０ボルトの範囲一杯にわたって変
り得る。工具の破損を表わす急速な持続したレベル変化
に悪影響を及ぼさずにこの変動を最小にすることが望ま
しい。
米国特許第４．５１４．７９７号には、切削工具摩損検
出器用のソフトウェア制御式自動利得制御（ＡＧＣ）シ
ステムが開示されている。
出器用のソフトウェア制御式自動利得制御（ＡＧＣ）シ
ステムが開示されている。
発明の要約
本発明の１つの目的は急激に発生する破損を検出するた
めに工具破損信号パターン認識論理により必要とされる
時間の間、予備処理された振動信号がほぼ変らないよう
に、工作機械モニタのアナログ・チャネルの利得を動的
制御するハードウェア型ＡＣＣシステムを提供すること
である。
めに工具破損信号パターン認識論理により必要とされる
時間の間、予備処理された振動信号がほぼ変らないよう
に、工作機械モニタのアナログ・チャネルの利得を動的
制御するハードウェア型ＡＣＣシステムを提供すること
である。
もう１つの目的は下記の機能の１つ以上を含む前記シス
テムを提供することである。すなわち、切削信号が生ず
るまで利得をプリセット値に保つこと、切削動作の間、
平均切削信号を選定されたレベルに維持すること、信号
がゼロに低下したとき、ランアウト（ｒｕｎ−ｏｕｔ
）のようなある種の独特なプロセス状況の間、利得のリ
セットを防止し、しかも切削ゼロ・レベルの終りを認識
して利得をリセットできるようにすること、およびブリ
セラ！・利得の設定のための人間の相互作用を最小限に
し、広い範囲の切削条件に対して１つのブリセット利得
を設定できるように適切な応答を行うことである。
テムを提供することである。すなわち、切削信号が生ず
るまで利得をプリセット値に保つこと、切削動作の間、
平均切削信号を選定されたレベルに維持すること、信号
がゼロに低下したとき、ランアウト（ｒｕｎ−ｏｕｔ
）のようなある種の独特なプロセス状況の間、利得のリ
セットを防止し、しかも切削ゼロ・レベルの終りを認識
して利得をリセットできるようにすること、およびブリ
セラ！・利得の設定のための人間の相互作用を最小限に
し、広い範囲の切削条件に対して１つのブリセット利得
を設定できるように適切な応答を行うことである。
更にもう１つの目的は工具破損検出システムに於いてハ
ンチング（ｈｕｎｔｌｎｇ ）を最小にするために所望
の平均アナログ・チャネル出力電圧レベルを中心として
不感帯を設けることである。
ンチング（ｈｕｎｔｌｎｇ ）を最小にするために所望
の平均アナログ・チャネル出力電圧レベルを中心として
不感帯を設けることである。
改良された工具破損検出システムは振動センサ、信号を
２整して限定された周波数範囲内の低い出力電圧となる
ようにし、また利得を制御するための可変減衰器をそな
えたアナログ・チャネル、および上述のディジタル・プ
ロセッサで構成される。
２整して限定された周波数範囲内の低い出力電圧となる
ようにし、また利得を制御するための可変減衰器をそな
えたアナログ・チャネル、および上述のディジタル・プ
ロセッサで構成される。
自動利得制御手段は可変減衰器の利得を動的に制御し、
直流アナログ出力電圧を指定された平均レベルに調節し
て、利得の変化速度が利得にかかわりなく一定になり、
また確認期間中は信号レベルの著しい変化がないように
して、切削雑音の急速な持続する変化を生じるような形
式の工具破損を検出するようにする。可変減衰器は乗算
型ディジタル／アナログ変換器（ＭＤＡＣ）としてもよ
く、この場合にはＡＧＣ回路にアップ／ダウン・カウン
タ設けて、その出力でＭＤＡＣの利得を設定し、またこ
の出力を可変クロックにも供給して、可変クロックが任
意の時点における利得の関数である可変速度でカウンタ
に対してクロックパルスを発生するようにする。アナロ
グ・チャネル出力信号レベルが所望の平均レベルを中心
とした窓の中に入るか、またはカウンタが最大計数値ま
たは最小計数値に達するまで、クロック出力はカウンタ
を駆動する。
直流アナログ出力電圧を指定された平均レベルに調節し
て、利得の変化速度が利得にかかわりなく一定になり、
また確認期間中は信号レベルの著しい変化がないように
して、切削雑音の急速な持続する変化を生じるような形
式の工具破損を検出するようにする。可変減衰器は乗算
型ディジタル／アナログ変換器（ＭＤＡＣ）としてもよ
く、この場合にはＡＧＣ回路にアップ／ダウン・カウン
タ設けて、その出力でＭＤＡＣの利得を設定し、またこ
の出力を可変クロックにも供給して、可変クロックが任
意の時点における利得の関数である可変速度でカウンタ
に対してクロックパルスを発生するようにする。アナロ
グ・チャネル出力信号レベルが所望の平均レベルを中心
とした窓の中に入るか、またはカウンタが最大計数値ま
たは最小計数値に達するまで、クロック出力はカウンタ
を駆動する。
ＡＧＣ回路の他の特徴は、検出されたアナログ出力電圧
が所望の平均レベルよりも低いまたは高いＰめ選定され
たレベルにあるとき、カウント・アップまたはカウント
・ダウン信号を発生するレベル検出手段を設けることで
ある。これらの信号のうちの一方がカウンタに与えられ
て、カウンタを増数または減衰させるかどうかを決定す
る。検出された電圧が予め選定されたレベルの間の窓の
中にある場合に可変クロックを禁止する禁止手段が設け
られている。レベル検出器は更に入力信号を閾値電圧に
対して検査して、閾値電圧より低ければ信号をタイマに
送り、所定の遅延の後、カウンタをプリセットする手段
を作動してプリセット刊１１？を発生させる。この閾値
は、切削と次の切削との間、プリセット拳レベルに利得
を保つ。閾値電圧は工作機械の背景雑音レベルより高く
、また利得をプリセットする前のタイムアウト期間に充
分に長くして、間欠的なゼロまたは閾値より低い切削信
号を発生する正常な切削動作の間はカウンタがプリセッ
トされないようにする。プリセット利得は一定値にする
かまたは切削条件に応じて切削毎に変えて、ＡＧＣ動作
の必要性を減らしてもよい。
が所望の平均レベルよりも低いまたは高いＰめ選定され
たレベルにあるとき、カウント・アップまたはカウント
・ダウン信号を発生するレベル検出手段を設けることで
ある。これらの信号のうちの一方がカウンタに与えられ
て、カウンタを増数または減衰させるかどうかを決定す
る。検出された電圧が予め選定されたレベルの間の窓の
中にある場合に可変クロックを禁止する禁止手段が設け
られている。レベル検出器は更に入力信号を閾値電圧に
対して検査して、閾値電圧より低ければ信号をタイマに
送り、所定の遅延の後、カウンタをプリセットする手段
を作動してプリセット刊１１？を発生させる。この閾値
は、切削と次の切削との間、プリセット拳レベルに利得
を保つ。閾値電圧は工作機械の背景雑音レベルより高く
、また利得をプリセットする前のタイムアウト期間に充
分に長くして、間欠的なゼロまたは閾値より低い切削信
号を発生する正常な切削動作の間はカウンタがプリセッ
トされないようにする。プリセット利得は一定値にする
かまたは切削条件に応じて切削毎に変えて、ＡＧＣ動作
の必要性を減らしてもよい。
本発明では切削工具の破損を検出する方法も提供する。
この方法は振動信号を発生し、この信号をアナログ増幅
器と信号処理チャネルで予備処理することによりアナロ
グ切削雑音信号を発生することを含む。アナログ切削雑
音信号を解析することにより、確認期間の間、典型的に
は約１秒間持続する急速な大きな切削信号の変化を特徴
とする工具破損の音響的な識別特性（ｓｌｇｎａｔｕｗ
）が検出される。アナログ増幅器の利得は、アナログ
切削信号を窓の中の指定された信号レベルに調節するよ
うに制御され、また利得の変化速度がほぼ一定となり、
利得の変化が予め選定された比、たとえば２：１になる
には確認期間よりも長い時間、すなわち確認期間の数倍
までの時間がかかるようにする。
器と信号処理チャネルで予備処理することによりアナロ
グ切削雑音信号を発生することを含む。アナログ切削雑
音信号を解析することにより、確認期間の間、典型的に
は約１秒間持続する急速な大きな切削信号の変化を特徴
とする工具破損の音響的な識別特性（ｓｌｇｎａｔｕｗ
）が検出される。アナログ増幅器の利得は、アナログ
切削信号を窓の中の指定された信号レベルに調節するよ
うに制御され、また利得の変化速度がほぼ一定となり、
利得の変化が予め選定された比、たとえば２：１になる
には確認期間よりも長い時間、すなわち確認期間の数倍
までの時間がかかるようにする。
発明の詳細な説明
先ず第１図を参照して説明すると、工作機械モニタ（Ｍ
ＴＭ）は加速度計のような振動センサ１０を含む。この
振動センサは旋盤またはフライス盤のような工作機械に
取付けられ、その位置は切削工具と工作物との相互作用
によって生じる振動が良好に結合される位置にされる。
ＴＭ）は加速度計のような振動センサ１０を含む。この
振動センサは旋盤またはフライス盤のような工作機械に
取付けられ、その位置は切削工具と工作物との相互作用
によって生じる振動が良好に結合される位置にされる。
１つの加速度計の出力は低レベルの交流アナログ信号で
あり、その周波数成分は約Ｏ乃至７０ｋｌｌｚの間にあ
り、その振幅は切削プロセスによって生じる振動の強さ
とともに変る。入力ポテンショメータ１１は電子回路の
ダイナミック・レンジを加速度計に整合させるものであ
る。アナログ信号処理チャネル１２はこの信号を調整し
てアナログ／ディジタル変換のために必要な限定された
周波数範囲内の低い直流電圧にする。アナログ増幅器が
、固定利得増幅２ｇ１３、乗算型ディジタル／アーチロ
グ変換器のような可変減衰器１４、および固定利得増幅
器１５で構成される。帯域ろ波および包絡線検波すなわ
ちエネルギー検出が帯域フィルタおよびエネルギー検出
器１６で行なわれる。３０ ｋＨｚより低い低周波の機
械工作雑音がろ波される。工作機械モニタは１００ ｋ
ｌｌｚより高い周波数は使わない。というのは、センサ
が工具ホルダに近接していなければ、Ｉ Ｑ ＯｋＨｚ
より高い周波数は大きく減衰されるからである。エネル
ギー検出器は全波整流器と５００１１ｚ以下の低域通過
エイリアシング防止フィルタで構成される。アナログ切
削雑音出力信号はバッファ１７に与えられ、この信号は
典型的には０乃至１０ボルトの、直流から５００１！ｚ
までの帯域幅の信号である。
あり、その周波数成分は約Ｏ乃至７０ｋｌｌｚの間にあ
り、その振幅は切削プロセスによって生じる振動の強さ
とともに変る。入力ポテンショメータ１１は電子回路の
ダイナミック・レンジを加速度計に整合させるものであ
る。アナログ信号処理チャネル１２はこの信号を調整し
てアナログ／ディジタル変換のために必要な限定された
周波数範囲内の低い直流電圧にする。アナログ増幅器が
、固定利得増幅２ｇ１３、乗算型ディジタル／アーチロ
グ変換器のような可変減衰器１４、および固定利得増幅
器１５で構成される。帯域ろ波および包絡線検波すなわ
ちエネルギー検出が帯域フィルタおよびエネルギー検出
器１６で行なわれる。３０ ｋＨｚより低い低周波の機
械工作雑音がろ波される。工作機械モニタは１００ ｋ
ｌｌｚより高い周波数は使わない。というのは、センサ
が工具ホルダに近接していなければ、Ｉ Ｑ ＯｋＨｚ
より高い周波数は大きく減衰されるからである。エネル
ギー検出器は全波整流器と５００１１ｚ以下の低域通過
エイリアシング防止フィルタで構成される。アナログ切
削雑音出力信号はバッファ１７に与えられ、この信号は
典型的には０乃至１０ボルトの、直流から５００１！ｚ
までの帯域幅の信号である。
ダイナミック・レンジを考慮して、既に述べた理由によ
り平均アナログ・チャネル出力電圧を約１ボルトに維持
することが望ましい。ＡＧＣ回路１８はこれを行なうと
ともに、工具破損検出アルゴリズムを変更なしに使える
ようにする。任意の時点における利得の変化速度が利得
の関数となるように、可変減衰器１４の利得がＡＧＣ回
路によって調節される。
り平均アナログ・チャネル出力電圧を約１ボルトに維持
することが望ましい。ＡＧＣ回路１８はこれを行なうと
ともに、工具破損検出アルゴリズムを変更なしに使える
ようにする。任意の時点における利得の変化速度が利得
の関数となるように、可変減衰器１４の利得がＡＧＣ回
路によって調節される。
ディジタルプロセッサ１９の第１の部分はアナログ／デ
ィジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０であり、これはアナログ
・チャネル出力波形をサンプリングして、ディジタル化
する。ディジタル・パターン認識論理装置２１は、工具
または工作物を損傷したり再切削しなければならないよ
うな著しい工具破損事象に特有の工具破損の音響的な識
別特性を検出するたび毎に、工具破損警報２２を発生す
る。急激に生じる重大な工具破損を表わす１つの形式の
振動識別特性が第２図に示されている。切削雑音信号の
選定された数のサンプルの移動平均信号レベルが計算さ
れる。設定された確認期間より長く持続する平均信号レ
ベルの急速なかなり大きい持続した変化は（それが増加
であっても減少であっても）工具の破損を表わす。この
破損検出論理で無視される共通な１つの正常な切削信号
が第３図に示されている。これは、粗い表面の切削の際
に交互の金属切削および空気切削（工作物を切削しない
）が行われるときの切削開始時に発生されるランアウト
信号である。信号レベルは急速にかなり大きく変化する
が、高レベル信号の持続時間は工作物の一回転より短く
、確認試験を満足するほど充分長く持続しない。
ィジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０であり、これはアナログ
・チャネル出力波形をサンプリングして、ディジタル化
する。ディジタル・パターン認識論理装置２１は、工具
または工作物を損傷したり再切削しなければならないよ
うな著しい工具破損事象に特有の工具破損の音響的な識
別特性を検出するたび毎に、工具破損警報２２を発生す
る。急激に生じる重大な工具破損を表わす１つの形式の
振動識別特性が第２図に示されている。切削雑音信号の
選定された数のサンプルの移動平均信号レベルが計算さ
れる。設定された確認期間より長く持続する平均信号レ
ベルの急速なかなり大きい持続した変化は（それが増加
であっても減少であっても）工具の破損を表わす。この
破損検出論理で無視される共通な１つの正常な切削信号
が第３図に示されている。これは、粗い表面の切削の際
に交互の金属切削および空気切削（工作物を切削しない
）が行われるときの切削開始時に発生されるランアウト
信号である。信号レベルは急速にかなり大きく変化する
が、高レベル信号の持続時間は工作物の一回転より短く
、確認試験を満足するほど充分長く持続しない。
アナログ・チャネル出力からの入力信号レベルの関数と
してＡＧＣ回路１８の動作を第４図に示しである。種々
の動作点を表わす図の左端に示す電圧はＭＴＭの１つの
用途に対するものであり、他の用途に対してはこれらの
電圧を変えることができる。図の右側に示すカウント・
ダウンの指令およびカウントφアップの指令は第５図の
アップ／ダウン拳カウンタ２３に対するもので、カウン
ト・ダウンによりアナログ増幅器の利得を下げ、カウン
ト・アップにより利得を上げる。ＡＧＣを解放するため
の０．１５Ｖの閾値電圧は工作機械の背景雑音レベルよ
り高い電圧である。０．１５Ｖと０．７Ｖの間のアナロ
グ切削信号は所望のＩＶの平均レベルより低いので、Ａ
ＧＣにより利得が増大される。この範囲ではカウント・
アップが開始され、１ｖになったとき停止される。１．
７５ｖとＩＯＶとの間の信号レベルではＡＧＣにより利
得が下げられる。カウント・ダウンは１．７５Ｖより高
いレベルのとき開始され、１． ２５Ｖになったとき停
止される。０．７Ｖと１．７５Ｖとの間には不感帯すな
わち窓があり、ここの窓内ではＡＧＣは何の動作も行な
わない。このため、２つのヒステリシス帯が０．７■と
１■との間、および１．７５Ｖと１．２５Ｖとの間に生
じる。
してＡＧＣ回路１８の動作を第４図に示しである。種々
の動作点を表わす図の左端に示す電圧はＭＴＭの１つの
用途に対するものであり、他の用途に対してはこれらの
電圧を変えることができる。図の右側に示すカウント・
ダウンの指令およびカウントφアップの指令は第５図の
アップ／ダウン拳カウンタ２３に対するもので、カウン
ト・ダウンによりアナログ増幅器の利得を下げ、カウン
ト・アップにより利得を上げる。ＡＧＣを解放するため
の０．１５Ｖの閾値電圧は工作機械の背景雑音レベルよ
り高い電圧である。０．１５Ｖと０．７Ｖの間のアナロ
グ切削信号は所望のＩＶの平均レベルより低いので、Ａ
ＧＣにより利得が増大される。この範囲ではカウント・
アップが開始され、１ｖになったとき停止される。１．
７５ｖとＩＯＶとの間の信号レベルではＡＧＣにより利
得が下げられる。カウント・ダウンは１．７５Ｖより高
いレベルのとき開始され、１． ２５Ｖになったとき停
止される。０．７Ｖと１．７５Ｖとの間には不感帯すな
わち窓があり、ここの窓内ではＡＧＣは何の動作も行な
わない。このため、２つのヒステリシス帯が０．７■と
１■との間、および１．７５Ｖと１．２５Ｖとの間に生
じる。
０．１５Ｖと０．ＩＶに於けるヒステリシスはＡＧＣオ
ン・レベルとプリセット・タイムアウト信号レベルを制
御する。０．１５ＶのＡＧＣ解放レベルは切削開始時の
ような上昇する信号に対して働く。０．１ｖのＡＧＣ保
持レベルは切削終了時のような低下する信号に対して作
用する。信号が０、ＩＶのレベルより下った場合、ＡＧ
Ｃは禁止され、また信号がランアウト期間より長いプリ
セット遅延時間の間０．ＩＶより低いレベルに留まって
いれば、利得は開始時に設定された初期値に自動的にプ
リセットされる。
ン・レベルとプリセット・タイムアウト信号レベルを制
御する。０．１５ＶのＡＧＣ解放レベルは切削開始時の
ような上昇する信号に対して働く。０．１ｖのＡＧＣ保
持レベルは切削終了時のような低下する信号に対して作
用する。信号が０、ＩＶのレベルより下った場合、ＡＧ
Ｃは禁止され、また信号がランアウト期間より長いプリ
セット遅延時間の間０．ＩＶより低いレベルに留まって
いれば、利得は開始時に設定された初期値に自動的にプ
リセットされる。
第５図は自動利得制御回路１８と第１図の工作機械モニ
タ（ＭＴＭ）のアナログ増幅器部分のブロック図である
。こＮで装置１５′は固定利得の増幅と整流の両方の機
能を表わす。可変減衰器すなわちディジタル式にプログ
ラム可能な乗算型ディジタル／アナログ変換２Ｓｉ （
ＭＤＡＣ）１４の利得は、アナログ増幅チャネルの利得
を決定するアップ／ダウン・カウンタ２３の並列出力か
らの信号によりＭＤＡＣｌ４の２進入力を設定すること
によって調節される。ＭＤＡＣｌ４は、カウンタ２３か
ら受けるディジタル制御信号に従って１から１０２３ま
での任意の整数の相対利得係数を発生することができる
。ＡＧＣ回路１８は低域通過フィルタ２４、レベル検出
器２５、カウンタ出力と現在のアナログ増幅チャネルの
利得によってきまる速度でクロック・パルスを発生する
可変クロック２６、クロック禁止回路２７、カウント禁
止回路２８、最大／最小計数値検出器２９、ブリセラ！
・可能なアップ／ダウン・カウンタ２３、閾値タイマ３
０、およびカウンタ用の利得プリセット論理装置３１で
構成される。アナログ増幅チャネルの直流から５００１
１ｚまでの出力信号は初期信号平均化を行なう１００１
１ｚの低域通過フィルタ２４を介してＡＧＣ回路に入力
される。次にこの信号はレベル検出器２５に与えられる
。レベル検出器２５は３つの制御信号、すなわちカウン
トφアップ信号、カウント・ダウン信号および閾値信号
を発生する。閾値信号は、人力信号が選定されたレベル
より低いときにＡＧＣをオフに保持するために用いられ
る。入力信号が、閾値タイマ３０によって設定された時
間たとえば約１秒の間、閾値より低い場合、アップ／ダ
ウン・カウンタ２３のプリセット作動人力に信号が送ら
れて、プリセット論理装置３１からの所定のカウントに
カウンタが設定され、ＭＤＡＣｌ ４の利得がプリセッ
ト値に設定される。たとえば５０のプリセット利得を選
択することができる。タイマ３０による遅延時間はラン
アウト信号の閾値以下またはゼロ信号レベル部分（第３
図の矢印の間）の持続時間より長く設定される。他方、
切削ゼロ・レベルの終りが認識されると、利得をリセッ
トすることができる。
タ（ＭＴＭ）のアナログ増幅器部分のブロック図である
。こＮで装置１５′は固定利得の増幅と整流の両方の機
能を表わす。可変減衰器すなわちディジタル式にプログ
ラム可能な乗算型ディジタル／アナログ変換２Ｓｉ （
ＭＤＡＣ）１４の利得は、アナログ増幅チャネルの利得
を決定するアップ／ダウン・カウンタ２３の並列出力か
らの信号によりＭＤＡＣｌ４の２進入力を設定すること
によって調節される。ＭＤＡＣｌ４は、カウンタ２３か
ら受けるディジタル制御信号に従って１から１０２３ま
での任意の整数の相対利得係数を発生することができる
。ＡＧＣ回路１８は低域通過フィルタ２４、レベル検出
器２５、カウンタ出力と現在のアナログ増幅チャネルの
利得によってきまる速度でクロック・パルスを発生する
可変クロック２６、クロック禁止回路２７、カウント禁
止回路２８、最大／最小計数値検出器２９、ブリセラ！
・可能なアップ／ダウン・カウンタ２３、閾値タイマ３
０、およびカウンタ用の利得プリセット論理装置３１で
構成される。アナログ増幅チャネルの直流から５００１
１ｚまでの出力信号は初期信号平均化を行なう１００１
１ｚの低域通過フィルタ２４を介してＡＧＣ回路に入力
される。次にこの信号はレベル検出器２５に与えられる
。レベル検出器２５は３つの制御信号、すなわちカウン
トφアップ信号、カウント・ダウン信号および閾値信号
を発生する。閾値信号は、人力信号が選定されたレベル
より低いときにＡＧＣをオフに保持するために用いられ
る。入力信号が、閾値タイマ３０によって設定された時
間たとえば約１秒の間、閾値より低い場合、アップ／ダ
ウン・カウンタ２３のプリセット作動人力に信号が送ら
れて、プリセット論理装置３１からの所定のカウントに
カウンタが設定され、ＭＤＡＣｌ ４の利得がプリセッ
ト値に設定される。たとえば５０のプリセット利得を選
択することができる。タイマ３０による遅延時間はラン
アウト信号の閾値以下またはゼロ信号レベル部分（第３
図の矢印の間）の持続時間より長く設定される。他方、
切削ゼロ・レベルの終りが認識されると、利得をリセッ
トすることができる。
レベル検出器２５の回路が第６図に更に詳しく示されて
いる。抵抗分圧器３２により３つの基準電圧１．７５Ｖ
、０，７Ｖおよび０．１５Ｖが発生される。これらの基
準電圧は３個の比較器３３゜３４および３５の反転入力
、非反転入力および反転入力にそれぞれ与えられる。比
較Ｗ３３．３４および３５はすべてヒステリシス特性を
そなえている。ンＰ波されたアナログ・チャネル出力信
号は各比較器の他方の入力に与えられる。第１の比較器
３３はアナログ切削信号レベルが１．７５Ｖより高い場
合にカウント・ダウン信号を発生する。
いる。抵抗分圧器３２により３つの基準電圧１．７５Ｖ
、０，７Ｖおよび０．１５Ｖが発生される。これらの基
準電圧は３個の比較器３３゜３４および３５の反転入力
、非反転入力および反転入力にそれぞれ与えられる。比
較Ｗ３３．３４および３５はすべてヒステリシス特性を
そなえている。ンＰ波されたアナログ・チャネル出力信
号は各比較器の他方の入力に与えられる。第１の比較器
３３はアナログ切削信号レベルが１．７５Ｖより高い場
合にカウント・ダウン信号を発生する。
第２の比較器３４は入力電圧が０．７Ｖより低いときカ
ウント・アップ信号を発生する。第３の比較器３５はア
ナログ切削信号が０．１５Ｖの閾値電圧より高い場合に
閾値超過信号（高レベルの閾値信号）を発生する。カウ
ント・ダウン信号およびカウント・アップ信号のいずれ
かが存在する場合は、オア回路３６が「真」の出力を発
生する。
ウント・アップ信号を発生する。第３の比較器３５はア
ナログ切削信号が０．１５Ｖの閾値電圧より高い場合に
閾値超過信号（高レベルの閾値信号）を発生する。カウ
ント・ダウン信号およびカウント・アップ信号のいずれ
かが存在する場合は、オア回路３６が「真」の出力を発
生する。
オア回路３６の出力はナンド回路３７の一方の入力に接
続され、ナンド回路３７の他方の入力は第３の比較器３
５の出力に接続される。したがって、ＡＧＣ回路の入力
信号レベルが閾値より低い場合には、可変クロック２６
は禁止される。カウント・アップ信号およびカウント・
ダウン信号のいずれか一方が発生され、かつ閾値超過信
号が発生された場合には、可変クロックは作動される。
続され、ナンド回路３７の他方の入力は第３の比較器３
５の出力に接続される。したがって、ＡＧＣ回路の入力
信号レベルが閾値より低い場合には、可変クロック２６
は禁止される。カウント・アップ信号およびカウント・
ダウン信号のいずれか一方が発生され、かつ閾値超過信
号が発生された場合には、可変クロックは作動される。
閾値超過信号が発生されているが、カウント・アップ信
号およびカウント・ダウン信号のいずれもが発生されて
いない場合には、可変クロックは禁止される。これは、
入力信号が０．７ｖと１． ７５Ｖとの間の窓の中にあ
る場合を表わす。カウント・アップ信号はカウンタ２３
のアップ／ダウン入力に与えられて（第５図参照）、カ
ウンタがクロック・パルスを計数する方向を設定する。
号およびカウント・ダウン信号のいずれもが発生されて
いない場合には、可変クロックは禁止される。これは、
入力信号が０．７ｖと１． ７５Ｖとの間の窓の中にあ
る場合を表わす。カウント・アップ信号はカウンタ２３
のアップ／ダウン入力に与えられて（第５図参照）、カ
ウンタがクロック・パルスを計数する方向を設定する。
ＭＴＭ急激工具破損検出アルゴリズムがその最功の設計
を変更せずに動作し得るようにするために可変クロック
２６は必須のものである。ＭＴＭ急激工具破損検出アル
ゴリズムの詳細は米国特許第４．６３６，７８０号およ
び同第４，６３６゜７７９号に示されており、詳しくは
これらを参照されたい。移動平均と比較した瞬時信号レ
ベルの急速な変化が選択可能な基準を満足すること、本
例では信号レベルが０． ５に減少または２倍に増加す
ることが検出された場合、次にこの信号レベルを検査し
て、決定可能な確認期間の間、本例では０．６２５秒ま
での間、この変化が持続しているか調べる。そうであれ
ば、破損警報が発生される。したがって、確認期間内に
ＡＧＣの応答によってこの信号レベルが著しく変更され
ないようにして、破損認識のために上記の工具破損検出
アルゴリズムをなお使えるようにすることが必要である
。カウンタ２３の駆動のために一定周波数のクロックを
使用した場合、１クロック周期は１カウントに相当する
ので、利得の変化速度が利得とともに変化することにな
る。したがって、低利得が０、 ５のレベル変化の基鵡
を満足させるクロック周波数を定める。すなわち、０．
６２５秒以内に１から２への利得の変化または２から１
への利得の変化が生じてはならないという基準を満足さ
けるクロック周波数を定める。したがって、０．６２５
秒がクロック周期となる。しかし、高利得では、この変
化速度はＡＧＣの動作を非常に遅くする。たとえば利得
が５１２のときに利得を同じ比に変化させるには、すな
わち利得を５１２から２５６に減少させるには、１６０
秒（２５６カウントと０．６２５秒／カウントの積）か
かることになる。これは遅すぎて使用できない。この問
題は、５１２から２５６への２＝１の利得の変化に要す
る時間が２４から１２への変化に要する時間と同じにな
るように、ＡＧＣにより利得をほぼ一定の速度で変化さ
せるようにすることによって避けられる。すなわちＡＧ
Ｃにより利得を変化させる速度を一定にして、利得とは
独立にする。この利得の変化速度は、２：１の利得変化
に要する時間が工具破損の確認期間より長くなるように
設定される。
を変更せずに動作し得るようにするために可変クロック
２６は必須のものである。ＭＴＭ急激工具破損検出アル
ゴリズムの詳細は米国特許第４．６３６，７８０号およ
び同第４，６３６゜７７９号に示されており、詳しくは
これらを参照されたい。移動平均と比較した瞬時信号レ
ベルの急速な変化が選択可能な基準を満足すること、本
例では信号レベルが０． ５に減少または２倍に増加す
ることが検出された場合、次にこの信号レベルを検査し
て、決定可能な確認期間の間、本例では０．６２５秒ま
での間、この変化が持続しているか調べる。そうであれ
ば、破損警報が発生される。したがって、確認期間内に
ＡＧＣの応答によってこの信号レベルが著しく変更され
ないようにして、破損認識のために上記の工具破損検出
アルゴリズムをなお使えるようにすることが必要である
。カウンタ２３の駆動のために一定周波数のクロックを
使用した場合、１クロック周期は１カウントに相当する
ので、利得の変化速度が利得とともに変化することにな
る。したがって、低利得が０、 ５のレベル変化の基鵡
を満足させるクロック周波数を定める。すなわち、０．
６２５秒以内に１から２への利得の変化または２から１
への利得の変化が生じてはならないという基準を満足さ
けるクロック周波数を定める。したがって、０．６２５
秒がクロック周期となる。しかし、高利得では、この変
化速度はＡＧＣの動作を非常に遅くする。たとえば利得
が５１２のときに利得を同じ比に変化させるには、すな
わち利得を５１２から２５６に減少させるには、１６０
秒（２５６カウントと０．６２５秒／カウントの積）か
かることになる。これは遅すぎて使用できない。この問
題は、５１２から２５６への２＝１の利得の変化に要す
る時間が２４から１２への変化に要する時間と同じにな
るように、ＡＧＣにより利得をほぼ一定の速度で変化さ
せるようにすることによって避けられる。すなわちＡＧ
Ｃにより利得を変化させる速度を一定にして、利得とは
独立にする。この利得の変化速度は、２：１の利得変化
に要する時間が工具破損の確認期間より長くなるように
設定される。
これは第７図に示すように２進重み付け発振器を使うこ
とによって行なわれる。２進関係にあるカウンタ出力の
うち７個だけが使用され、最初の３ビツトは使用されな
い。可変クロックの出力は１６カウントの離散ステップ
で変化する。アップ／ダウン・カウンタ２３の２進出力
は隔離ダイオード３８を介して、適当なタイマ３９を使
用した無安定発振器のタイミング抵抗を駆動する。７個
のタイミング抵抗４０はそれぞれ並列になっており、そ
の各々は抵抗４１およびタイミング・コンデンサ４２と
直列に接続されている。発振器周波数はタイミング抵抗
および抵抗４１の和とコンデンサによって決定される。
とによって行なわれる。２進関係にあるカウンタ出力の
うち７個だけが使用され、最初の３ビツトは使用されな
い。可変クロックの出力は１６カウントの離散ステップ
で変化する。アップ／ダウン・カウンタ２３の２進出力
は隔離ダイオード３８を介して、適当なタイマ３９を使
用した無安定発振器のタイミング抵抗を駆動する。７個
のタイミング抵抗４０はそれぞれ並列になっており、そ
の各々は抵抗４１およびタイミング・コンデンサ４２と
直列に接続されている。発振器周波数はタイミング抵抗
および抵抗４１の和とコンデンサによって決定される。
抵抗４１は出力クロック・パルス４３の長さをタイミン
グ・サイクルの一部分に設定してタイミングに影響しな
いようにする。禁止回路２７は、タイミング・コンデン
サ４２を放電状態に保つことにより第１カウントが常に
完全な１サイクルの時間となるようにする。
グ・サイクルの一部分に設定してタイミングに影響しな
いようにする。禁止回路２７は、タイミング・コンデン
サ４２を放電状態に保つことにより第１カウントが常に
完全な１サイクルの時間となるようにする。
クロック禁止信号がトランジスタ（図示しない）をター
ンオンし、このトランジスタがコンデンサを放電させる
。クロック出力パルス４３はインバータ４４で反転され
、カウント禁止回路２８によって禁ＩＩ：、されない限
りアップ／ダウン・カウンタ２３のクロック計数入力に
与えられる。その速度がカウンタ出力によってきまるク
ロック出力はアナログ・チャネル出力の信号レベルが所
望の窓の中に入るか、またはカウンタが最大計数値また
は最小計数値に達するまでカウンタを駆動する。上記の
ことが起きたとき、クロックは禁止される。
ンオンし、このトランジスタがコンデンサを放電させる
。クロック出力パルス４３はインバータ４４で反転され
、カウント禁止回路２８によって禁ＩＩ：、されない限
りアップ／ダウン・カウンタ２３のクロック計数入力に
与えられる。その速度がカウンタ出力によってきまるク
ロック出力はアナログ・チャネル出力の信号レベルが所
望の窓の中に入るか、またはカウンタが最大計数値また
は最小計数値に達するまでカウンタを駆動する。上記の
ことが起きたとき、クロックは禁止される。
−例として、可変クロックは次の構成部品をそなえてい
る。すなわちタイミング抵抗４０は左から右へ１．５Ｍ
、６８０に、４７０に、２４０Ｉ（。
る。すなわちタイミング抵抗４０は左から右へ１．５Ｍ
、６８０に、４７０に、２４０Ｉ（。
１３０Ｉ（，６２Ｉ（および３２ Ｋオームであり、抵
抗４１は５１０オーム、タイミングコンデンサ４２は０
．４７μＦ（マイクロファラッド）である。
抗４１は５１０オーム、タイミングコンデンサ４２は０
．４７μＦ（マイクロファラッド）である。
クロック・パルスの幅は１６６マイクロ秒である。
計算された１サイクルの時間はカウンタの２進出力“１
６″で２２８ミリ秒、“５１２″で１１゜２４ミリ秒、
“２５６”で２０．２ミリ秒である。
６″で２２８ミリ秒、“５１２″で１１゜２４ミリ秒、
“２５６”で２０．２ミリ秒である。
第８図はカウント期間ｔ （ミリ秒単位）と利得（１か
ら１０２３）との関係を示す。７個の計算された点４５
が示されており、曲線の傾斜はほぼ−１である。この曲
線から利得の２：１の変化、たとえば利得の５００から
２５０への変化または２００から１００への変化を得る
ための平均時間は約３．６秒であることがわかる。ここ
で、この時間Δｔは、２つの利得を０１およびＧ２とも
、ｔを（Ｇ １ ＋０２） ／２の点における時間とし
て、Δｔ−（Ｇｌ−０２）ｔで計算される。この３゜６
秒の平均時間Δｔは０．６２５秒の確認期間より数倍長
いが、効果的なＡＧＣ動作のためには充分短い。このよ
うにＡＧＣは工具破損検出アルゴリズムの確認期間より
かなり長く維持され、急速な持続する信号レベル変化に
よる工具破損の識別特性には殆んど影響を及ぼさない。
ら１０２３）との関係を示す。７個の計算された点４５
が示されており、曲線の傾斜はほぼ−１である。この曲
線から利得の２：１の変化、たとえば利得の５００から
２５０への変化または２００から１００への変化を得る
ための平均時間は約３．６秒であることがわかる。ここ
で、この時間Δｔは、２つの利得を０１およびＧ２とも
、ｔを（Ｇ １ ＋０２） ／２の点における時間とし
て、Δｔ−（Ｇｌ−０２）ｔで計算される。この３゜６
秒の平均時間Δｔは０．６２５秒の確認期間より数倍長
いが、効果的なＡＧＣ動作のためには充分短い。このよ
うにＡＧＣは工具破損検出アルゴリズムの確認期間より
かなり長く維持され、急速な持続する信号レベル変化に
よる工具破損の識別特性には殆んど影響を及ぼさない。
コンデンサを適当に選択することにより、所望の値に時
間を設定することができる。
間を設定することができる。
第９図は工作機械モニタ（ＭＴＭ）によるプリセット利
得の制御を示す。このプリセット利得は別個に変化させ
て、ＭＴＭで現在使用されているのと同様に予想される
切削条件の関数として開始利得に初期設定することがで
きる。これについては前記特願昭６１−１３２９３６号
に示されている。プリセット利得は同じ方法により設定
される。
得の制御を示す。このプリセット利得は別個に変化させ
て、ＭＴＭで現在使用されているのと同様に予想される
切削条件の関数として開始利得に初期設定することがで
きる。これについては前記特願昭６１−１３２９３６号
に示されている。プリセット利得は同じ方法により設定
される。
すなわち、直列データ４６が直列／並列変換器４７に与
えられ、変換器４７はＭＤＡＣ１４の並列入力に入力す
る。これらの装置の間にアップ／ダウン・カウンタ２３
が配置される。データが入力されるまでカウンタを作動
するためにワンショット回路４８が設けられる。切削の
終りに続いて、次の切削に対するプリセット利得値を指
定するＭＴＭからのリセット・データ４６が直列／並列
変換器４７、したがってアップ／ダウン・カウンタ２３
に与えられる。リセット・データの第１ビツトはワンシ
ョット回路４８をトリガしてパルス４９を発生させる。
えられ、変換器４７はＭＤＡＣ１４の並列入力に入力す
る。これらの装置の間にアップ／ダウン・カウンタ２３
が配置される。データが入力されるまでカウンタを作動
するためにワンショット回路４８が設けられる。切削の
終りに続いて、次の切削に対するプリセット利得値を指
定するＭＴＭからのリセット・データ４６が直列／並列
変換器４７、したがってアップ／ダウン・カウンタ２３
に与えられる。リセット・データの第１ビツトはワンシ
ョット回路４８をトリガしてパルス４９を発生させる。
パルス４９はカウンタ２３のプリセット作動入力に与え
られ、このパルス４９の長さはリセット嗜データ流より
長い。操作者は利得を自分の希望する任意の値に設定す
ることができ、所定の切削についての自分の経験からそ
の切削についての平均利得がどの位であるか、たとえば
７５か１５０かについて推定することができる。
られ、このパルス４９の長さはリセット嗜データ流より
長い。操作者は利得を自分の希望する任意の値に設定す
ることができ、所定の切削についての自分の経験からそ
の切削についての平均利得がどの位であるか、たとえば
７５か１５０かについて推定することができる。
その後、ＡＧＣ回路が制御を受は持つ。プリセット利得
は切削毎に変るので、ＡＧＣ動作による利得の変化は小
さくなる。
は切削毎に変るので、ＡＧＣ動作による利得の変化は小
さくなる。
最後に、切削状態において急速な著しい変化を生じさせ
る工具破損の検出方法では、アナログ増幅器を含むアナ
ログ・チャネルで生の（未処理の）センサ信号を予備処
理して直流切削信号を発生し、この直流切削信号をディ
ジタル的に処理して、所定の確認期間の間続く平均信号
レベルの急速な持続した変化を検出する。自動利得制御
回路によりアナログ切削信号を調節して、窓の中の指定
されたレベルにすると共に、工具の重大な破損事象を検
出するための確認期間より長く、その数倍までの長さの
ほぼ一定の時間内の利得の変化を所定の比にする。
る工具破損の検出方法では、アナログ増幅器を含むアナ
ログ・チャネルで生の（未処理の）センサ信号を予備処
理して直流切削信号を発生し、この直流切削信号をディ
ジタル的に処理して、所定の確認期間の間続く平均信号
レベルの急速な持続した変化を検出する。自動利得制御
回路によりアナログ切削信号を調節して、窓の中の指定
されたレベルにすると共に、工具の重大な破損事象を検
出するための確認期間より長く、その数倍までの長さの
ほぼ一定の時間内の利得の変化を所定の比にする。
実施例を参照して本発明を図示し説明してきたが、本発
明の趣旨と範囲から逸脱することなく形式および細部に
ついて種々の変更を加え得ることは当業者には明らかで
あろう。
明の趣旨と範囲から逸脱することなく形式および細部に
ついて種々の変更を加え得ることは当業者には明らかで
あろう。
第１図はアナログ信号処理チャネルに自動利得制御を設
けた、切削工具の破損を検出する工作機械モニタのブロ
ック図である。第２図は工具破損の音響的な識別特性の
一例、すなわち処理した振動信号レベルの急速な大きな
持続した降下を示す時間線図である。第３図は工具破損
警報を発生しない場合の粗い表面の間欠的な切削による
振動信号を示す時間線図である。第４図はＡＧＣの動作
を人力信号レベルの関数として例示する線図である。第
５図はディジタル自動利得制御回路とアナログ増幅器の
ブロック図である。第６図はレベル検出器の回路図であ
る。第７図は乗算型ディジタル／アナログ変換器を制御
するアップ／ダウン・カウンタの出力によって駆動され
る可変クロックの回路図である。第８図は両対数目盛で
利得と発生されたクロック・パルスの計数期間との関係
を示すグラフである。第９図はディジタル・プロセッサ
部分によるカウンタのプリセットを制御する１つの手法
を例示するブロック図である。
けた、切削工具の破損を検出する工作機械モニタのブロ
ック図である。第２図は工具破損の音響的な識別特性の
一例、すなわち処理した振動信号レベルの急速な大きな
持続した降下を示す時間線図である。第３図は工具破損
警報を発生しない場合の粗い表面の間欠的な切削による
振動信号を示す時間線図である。第４図はＡＧＣの動作
を人力信号レベルの関数として例示する線図である。第
５図はディジタル自動利得制御回路とアナログ増幅器の
ブロック図である。第６図はレベル検出器の回路図であ
る。第７図は乗算型ディジタル／アナログ変換器を制御
するアップ／ダウン・カウンタの出力によって駆動され
る可変クロックの回路図である。第８図は両対数目盛で
利得と発生されたクロック・パルスの計数期間との関係
を示すグラフである。第９図はディジタル・プロセッサ
部分によるカウンタのプリセットを制御する１つの手法
を例示するブロック図である。
Claims (14)
- （１）振幅が切削プロセスによって生ずる振動の強さに
応じて変るセンサ信号を発生する振動センサ、該センサ
信号を調整して限定された周波数範囲の出力電圧にする
アナログ・チャネルであって、利得制御するための可変
減衰器を含むアナログ・チャネル、上記出力電圧をサン
プリングしてディジタル化する手段、ならびに切削工具
の破損を表わす、所定の確認期間の間持続する信号レベ
ルの急速な変化を検出する手段を有する工具破損検出シ
ステムに於いて、上記可変減衰器の利得を動的に制御し
、かつ上記出力電圧を指定された平均レベルに調節する
自動利得制御手段であって、利得を変化させる速度を利
得に拘らず一定にすると共に、工具破損を検出するため
の上記確認期間の間は信号レベルが著しく変化しないよ
うにする自動利得制御手段を設けたことを特徴とする工
具破損検出システム。 - （２）特許請求の範囲（１）項記載の工具破損検出シス
テムに於いて、上記自動利得制御手段がカウンタを含み
、上記カウンタの出力が上記可変減衰器の利得を定め、
また上記カウンタの出力は可変クロックにも供給されて
、該可変クロックにより任意の時点における利得の関数
である可変速度で上記カウンタに対するクロック・パル
スを発生させる工具破損検出システム。 - （３）特許請求の範囲第（２）項記載の工具破損検出シ
ステムに於いて、上記可変クロックが、隔離手段を介し
て上記カウンタの出力に接続された２進重み付け発振器
、および上記クロック・パルスを発生するタイマで構成
されている工具破損検出システム。 - （４）特許請求の範囲第（３）項記載の工具破損検出シ
ステムに於いて、上記自動利得制御手段が更に、上記カ
ウンタの計数値が所定の最大値より大きくなったときお
よび所定の最小値より小さくなったときに、上記可変ク
ロックを禁止する手段を含んでいる工具破損検出システ
ム。 - （５）特許請求の範囲第（２）項記載の工具破損検出シ
ステムに於いて、上記カウンタがアップ／ダウン・カウ
ンタであり、上記自動利得制御手段が更に、上記出力電
圧のレベルを検出して、上記カウンタをカウント・アッ
プさせるかカウント・ダウンさせるか決定すると共に、
上記可変クロックを禁止すべきか否かを決定するレベル
検出手段を含んでいる工具破損検出システム。 - （６）特許請求の範囲第（５）項記載の工具破損検出シ
ステムに於いて、上記レベル検出手段は、検出した電圧
が所望の平均レベルよりもそれぞれ低いおよび高い２つ
の予め選定されたレベルのいずれかになったときにカウ
ント・アップ信号またはカウント・ダウン信号を発生し
、発生した上記のカウント・アップ信号またはカウント
・ダウン信号を上記カウンタに供給して、上記カウンタ
をカウント・アップまたはカウント・ダウンできるよう
にする工具破損検出システム。 - （７）特許請求の範囲第（６）項記載の工具破損検出シ
ステムに於いて、上記自動利得制御手段が更に、検出し
た電圧が上記２つの予め選定されたレベルの間の窓の中
にあるときは上記可変クロックを禁止する手段を含んで
いる工具破損検出システム。 - （８）特許請求の範囲第（６）項記載の工具破損検出シ
ステムに於いて、上記レベル検出手段が閾値電圧に対し
て検査して、検出されたレベルが閾値電圧より低い場合
はタイマに閾値信号を与えて、所定の遅延時間の後、上
記カウンタをプリセットして選定されたプリセット利得
を生じさせる利得プリセット手段を作動する工具破損検
出システム。 - （９）特許請求の範囲第（８）項記載の工具破損検出シ
ステムに於いて、上記閾値電圧が上記切削工具を取付け
た工作機械の背景雑音レベルより高く、上記所定の遅延
時間の長さが、間欠的に上記閾値電圧より低い電圧を発
生するランアウトのような正常な切削動作の間は上記カ
ウンタをプリセットしないようにする長さである工具破
損検出システム。 - （１０）特許請求の範囲第（８）項記載の工具破損検出
システムに於いて、上記利得プリセット手段が切削条件
に応じて切削毎に変る利得値を設定する工具破損検出シ
ステム。 - （１１）工具と工作物の界面における振動を監視するこ
とにより工作機械の切削工具の破損を検出する方法に於
いて、 発生した振動信号を、アナログ増幅器を含むアナログ・
チャネルで予備処理して、単極性の切削雑音信号を形成
し、 上記切削信号をディジタル式に処理して、所定の確認期
間の間持続する信号レベルの急速なかなり大きな変化に
より表わされる工具破損の音響的な識別特性を検出する
ことを含み、更に、 上記アナログ増幅器の利得を自動制御して、上記アナロ
グ切削信号を窓の中の指定された信号レベルになるよう
に調節し、利得を変化させる速度をほぼ一定にし、利得
を予め選定された比に変化させる時間が工具破損を検出
するための上記確認期間より長い時間を要するようにす
ることを特徴とする工具破損検出方法。 - （１２）特許請求の範囲第（１１）項記載の工具破損検
出方法に於いて、上記アナログ増幅器の利得が自動利得
制御回路に帰還され、また任意の時点における利得の変
化速度が利得の関数である工具破損検出方法。 - （１３）特許請求の範囲第（１２）項記載の工具破損検
出方法に於いて、閾値電圧より高く上記窓より低いアナ
ログ切削雑音信号を検出したとき利得を大きくし、上記
窓より高い切削信号を検出したとき利得を小さくする工
具破損検出方法。 - （１４）特許請求の範囲第（１３）項記載の工具破損検
出方法に於いて、上記閾値電圧が上記工作機械の背景雑
音レベルより高い電圧であり、遅延期間を超える時間の
間持続する上記閾値電圧より低い電圧が検知された場合
には利得を割当てられた値にプリセットすることを含ん
でいる工具破損検出方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/943,397 US4764760A (en) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | Automatic gain control for machine tool monitor |
| US943,397 | 1986-12-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63185555A true JPS63185555A (ja) | 1988-08-01 |
Family
ID=25479576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62315474A Pending JPS63185555A (ja) | 1986-12-19 | 1987-12-15 | 工作機械モニタ用自動利得制御 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4764760A (ja) |
| JP (1) | JPS63185555A (ja) |
| AU (1) | AU593198B2 (ja) |
| DE (1) | DE3742621A1 (ja) |
| FR (1) | FR2608766B1 (ja) |
| GB (1) | GB2199949B (ja) |
| IT (1) | IT1223481B (ja) |
| SE (1) | SE464227B (ja) |
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