JPS63295158A - アコ−スティック・エミッション法による工具の異常検出装置 - Google Patents
アコ−スティック・エミッション法による工具の異常検出装置Info
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- JPS63295158A JPS63295158A JP12869487A JP12869487A JPS63295158A JP S63295158 A JPS63295158 A JP S63295158A JP 12869487 A JP12869487 A JP 12869487A JP 12869487 A JP12869487 A JP 12869487A JP S63295158 A JPS63295158 A JP S63295158A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
- B23Q17/0904—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 before or after machining
- B23Q17/0919—Arrangements for measuring or adjusting cutting-tool geometry in presetting devices
- B23Q17/0947—Monitoring devices for measuring cutting angles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (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】
産業上の利用分野
本発明は、切削工具の刃先摩耗、損傷、折損などの異常
状態をインプロセス検出するのに有効なアコースティッ
ク・エミッション法（以下、ＡＥ法という）による工具
の異常検出装置の改良に関するものである。
状態をインプロセス検出するのに有効なアコースティッ
ク・エミッション法（以下、ＡＥ法という）による工具
の異常検出装置の改良に関するものである。
従来の技術
ＡＥ法を利用した工具の異常検出装置として、加工中の
工具が摩耗又は損傷し、あるいは過負荷によって前記工
具が折損するおそれのある場合に、これに応答して一定
レベル以上の超音波を発生する手段を工具ホルダ又は主
軸頭に組込み、前記手段により発生した超音波をＡＥセ
ンサで受信し、ノイズと弁別して検出信号を発生する検
出器を設け、該検出器からの信号により警報を出し、か
つ前記工具の保護動作を行なうように構成した工具の異
常検出装置は特開昭５８−１８６５５０号公報により知
られている。
工具が摩耗又は損傷し、あるいは過負荷によって前記工
具が折損するおそれのある場合に、これに応答して一定
レベル以上の超音波を発生する手段を工具ホルダ又は主
軸頭に組込み、前記手段により発生した超音波をＡＥセ
ンサで受信し、ノイズと弁別して検出信号を発生する検
出器を設け、該検出器からの信号により警報を出し、か
つ前記工具の保護動作を行なうように構成した工具の異
常検出装置は特開昭５８−１８６５５０号公報により知
られている。
上記特許出願に係る工具の異常検出装置は、特にドリル
、タップなどの小径工具の折損予知を検出するのに有効
で、かつ超音波を発生する前記手段には、作動時に比較
的レベルの大きい超音波を発生するトルクリミッタが簡
便で、かつ工具の保護動作も兼ねるので好適であるとさ
れている。
、タップなどの小径工具の折損予知を検出するのに有効
で、かつ超音波を発生する前記手段には、作動時に比較
的レベルの大きい超音波を発生するトルクリミッタが簡
便で、かつ工具の保護動作も兼ねるので好適であるとさ
れている。
発明が解決しようとする問題点
本願出願人は上記出願に係る工具の異常検出装置の実用
化を進め一応の成果は得て来た。しかし、前記検出装置
は、適用する工作機械によっては切削中の機械ノ・イズ
、突発的に混入する外来雑音の影響で誤動作する場合が
あり、信頼性にやや難点がめった。特に周囲環境の悪い
機械や、断続切削が行なわれる加工条件において誤動作
する頻度が大きかった。また機械ノイズが大きくなる高
速回転では検出自体が困難であった。
化を進め一応の成果は得て来た。しかし、前記検出装置
は、適用する工作機械によっては切削中の機械ノ・イズ
、突発的に混入する外来雑音の影響で誤動作する場合が
あり、信頼性にやや難点がめった。特に周囲環境の悪い
機械や、断続切削が行なわれる加工条件において誤動作
する頻度が大きかった。また機械ノイズが大きくなる高
速回転では検出自体が困難であった。
そこで、本願発明者は前記検出装置をあらゆる環境条件
においても高精度検出ができるように改善すべく鋭意研
究を行ない、特に電気的信号の捕え方及び処理方法につ
いて種々検討した結果、前記検出装置の検出器に組み込
まれるフィルタ及びアンプより２次的に発生する高調波
を利用した高域化検出を行なうと、不要な雑音成分が遮
断され、検出信号と機械ノイズを含む正常切削加工時の
ノイズとの比、すなわちＳ／Ｎ比を大幅に改善でき、高
精度検出が可能となることが判明した。
においても高精度検出ができるように改善すべく鋭意研
究を行ない、特に電気的信号の捕え方及び処理方法につ
いて種々検討した結果、前記検出装置の検出器に組み込
まれるフィルタ及びアンプより２次的に発生する高調波
を利用した高域化検出を行なうと、不要な雑音成分が遮
断され、検出信号と機械ノイズを含む正常切削加工時の
ノイズとの比、すなわちＳ／Ｎ比を大幅に改善でき、高
精度検出が可能となることが判明した。
問題点を解決するための手段
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、前記検
出器が、プリアンプを内蔵したＡＥセンサと、該ＡＥセ
ンサからの超音波信号を選択処理して高調波成分を発生
させる高調波発生回路と、該高調波発生回路で発成した
高調波成分のうち高周波領域のみを通過させる高調波高
域濾波回路とを含んでいることを特徴とする。
出器が、プリアンプを内蔵したＡＥセンサと、該ＡＥセ
ンサからの超音波信号を選択処理して高調波成分を発生
させる高調波発生回路と、該高調波発生回路で発成した
高調波成分のうち高周波領域のみを通過させる高調波高
域濾波回路とを含んでいることを特徴とする。
具体的には、前記高調波発生回路は、周波特性が１００
〜５００ＫＨ２の広域フィルタ、アンプ、周波数特性が
１．０〜１．５ＭＨｚの低域フィルタ及びアンプをこの
順序に配列し信号成分の基本モードを過度増幅して２次
的に高調波を発生させると共に、不要な雑音成分は前記
低域フィルタで遮断するように構成されている。、 前記高調波高域濾波回路は、周波数特性が前記低域フィ
ルタより高い２．０〜２．５ＭＨｚの高域フィルタとア
ンプにより構成されている。
〜５００ＫＨ２の広域フィルタ、アンプ、周波数特性が
１．０〜１．５ＭＨｚの低域フィルタ及びアンプをこの
順序に配列し信号成分の基本モードを過度増幅して２次
的に高調波を発生させると共に、不要な雑音成分は前記
低域フィルタで遮断するように構成されている。、 前記高調波高域濾波回路は、周波数特性が前記低域フィ
ルタより高い２．０〜２．５ＭＨｚの高域フィルタとア
ンプにより構成されている。
実施例
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明による工具異常検出装置の使用状態を示して
いる。１はドリル、タップなどの回転工具、２は工具ホ
ルダで、先端に回転工具１が装着され、後端部に超音波
発生装置付きトリクリミッタ３が組み込まれていて、回
転工具１に過負荷が加わるとトルクリミッタ３がスリッ
プし、スリップの際に超音波信号を発生するようになっ
ている。トルクリミッタ３のトルク設定値は個々の刃具
径などで異なるが、基本的には被剛材の切削トルクと工
具の折損トルクとの中間的な値に設定する。
図は本発明による工具異常検出装置の使用状態を示して
いる。１はドリル、タップなどの回転工具、２は工具ホ
ルダで、先端に回転工具１が装着され、後端部に超音波
発生装置付きトリクリミッタ３が組み込まれていて、回
転工具１に過負荷が加わるとトルクリミッタ３がスリッ
プし、スリップの際に超音波信号を発生するようになっ
ている。トルクリミッタ３のトルク設定値は個々の刃具
径などで異なるが、基本的には被剛材の切削トルクと工
具の折損トルクとの中間的な値に設定する。
工具ホルダ２は、支持筒４を介してＡＥアダプタ５に回
転自在に支持されると共に、テーパシャンク付きホルダ
６を介して機械主軸７に連結され、該主軸７により回転
せしめられる。一方、ＡＥアダプタ５は機械本体８に位
置決めピン９で位置決めして固定され、かつ該ＡＥアダ
プタ５に検出装置１０のＡＥセンサ１２が装着され、前
記トルクリミッタ３の動作時に発生する超音波信号をＡ
Ｅアダプタ５を介してＡＥセンサ１２に取り込むように
なっている。
転自在に支持されると共に、テーパシャンク付きホルダ
６を介して機械主軸７に連結され、該主軸７により回転
せしめられる。一方、ＡＥアダプタ５は機械本体８に位
置決めピン９で位置決めして固定され、かつ該ＡＥアダ
プタ５に検出装置１０のＡＥセンサ１２が装着され、前
記トルクリミッタ３の動作時に発生する超音波信号をＡ
Ｅアダプタ５を介してＡＥセンサ１２に取り込むように
なっている。
検出装置１０はＡＥセンサ１２で取り込んだ超音波信号
を処理し、トルクリミッタ３の動作信号を図示しないＮ
Ｃ装置へ送出すると共に、該ＮＣ装置側からの指令で検
出条件を設定できる機能を備えている。例えば、前記Ｎ
Ｃ装置にステップバックなどの保護動作を取らせ、回転
工具１の折損を未然に防止できるように構成する。
を処理し、トルクリミッタ３の動作信号を図示しないＮ
Ｃ装置へ送出すると共に、該ＮＣ装置側からの指令で検
出条件を設定できる機能を備えている。例えば、前記Ｎ
Ｃ装置にステップバックなどの保護動作を取らせ、回転
工具１の折損を未然に防止できるように構成する。
次に、検出装置１０の主要部である検出器１１の構成を
第２図を参照して説明する。
第２図を参照して説明する。
検出器１１は、プリアンプ１３を内蔵して一体にしたＡ
Ｅセンサ１２と、ＡＥセンサ１２で取り込んだ超音波信
号を選択処理して高調波成分を発生させる高調波発生回
路１４と、高調波成分のうち高周波領域のみを通過させ
る高調波高域濾波回路１５と、平均値検波器１６と、コ
ンパレータ１７及び警報信号発生器１８とからなってい
る。
Ｅセンサ１２と、ＡＥセンサ１２で取り込んだ超音波信
号を選択処理して高調波成分を発生させる高調波発生回
路１４と、高調波成分のうち高周波領域のみを通過させ
る高調波高域濾波回路１５と、平均値検波器１６と、コ
ンパレータ１７及び警報信号発生器１８とからなってい
る。
高調波発生回路１４は、周波数特性が３００ＫＨｚの高
域フィルタ２１、増幅度２０ｄＢのアンプ２２、周波数
特性が１．０ＭＨ２の低域フィルタ２３、及び増幅度２
０ｄＢのアンプ２４をこの順序に配列し、信号成分の基
本モードを過度増幅して２次的に高調波を発生させると
共に、不要な雑音成分は前記低域フィルタで遮断するよ
うに構成されている。また、高調波高域濾波回路１５は
、周波数特性が低域フィルタ２３より高い２．２ＭＨｚ
の高域フィルタ２５と増幅度２０ｄＢのアンプ２６によ
り構成されている。なお、プリアンプ１３の増幅度は２
０ｄＢとする。
域フィルタ２１、増幅度２０ｄＢのアンプ２２、周波数
特性が１．０ＭＨ２の低域フィルタ２３、及び増幅度２
０ｄＢのアンプ２４をこの順序に配列し、信号成分の基
本モードを過度増幅して２次的に高調波を発生させると
共に、不要な雑音成分は前記低域フィルタで遮断するよ
うに構成されている。また、高調波高域濾波回路１５は
、周波数特性が低域フィルタ２３より高い２．２ＭＨｚ
の高域フィルタ２５と増幅度２０ｄＢのアンプ２６によ
り構成されている。なお、プリアンプ１３の増幅度は２
０ｄＢとする。
次に、上記各フィルタ２１．２３及び２５を選定した理
由を説明する。前述した種々の実験結果から、高域フィ
ルタ２１は１００〜５００ＫＨ２（実用３００ＫＨｚ＞
程度が最適でおり、低域フィルタ２３は１．０〜１．５
ＭＨ２程度が適当であった。高域フィルタ２１の周波数
をざらに低く選定すると、ノイズレベルが増加しノイズ
による高周波が発生するため好ましくない。また、低域
フィルタ２３はノイズの高域成分を遮断する目的で設け
られる。なお、信号の高調波成分も低域フィルタ２３で
遮断されてしまうと思われがちであるが、高調波は過度
増幅によるアンプ２２．２４自体から発生するものであ
り、したがって低域フィルタ２３は無関係となり高調波
成分は通過する。
由を説明する。前述した種々の実験結果から、高域フィ
ルタ２１は１００〜５００ＫＨ２（実用３００ＫＨｚ＞
程度が最適でおり、低域フィルタ２３は１．０〜１．５
ＭＨ２程度が適当であった。高域フィルタ２１の周波数
をざらに低く選定すると、ノイズレベルが増加しノイズ
による高周波が発生するため好ましくない。また、低域
フィルタ２３はノイズの高域成分を遮断する目的で設け
られる。なお、信号の高調波成分も低域フィルタ２３で
遮断されてしまうと思われがちであるが、高調波は過度
増幅によるアンプ２２．２４自体から発生するものであ
り、したがって低域フィルタ２３は無関係となり高調波
成分は通過する。
但し、レベルの低いアンプが飽和しない範囲であれば、
ノイズと同様に高調波は発生しない。
ノイズと同様に高調波は発生しない。
また、高調波高域濾波回路１５の高域フィルタ２５は実
測データからノイズが完全に遮断でき、さらに高調波信
号の高いレベルとして選定したものであり、Ｓ／Ｎ比の
最大ポイント周波数を選択し２．０〜２．５Ｍ）（Ｚ程
度が最適であった。
測データからノイズが完全に遮断でき、さらに高調波信
号の高いレベルとして選定したものであり、Ｓ／Ｎ比の
最大ポイント周波数を選択し２．０〜２．５Ｍ）（Ｚ程
度が最適であった。
次に、上記検出器１１の作用を説明する。トルクリミッ
タ３の作動時に発生する超音波信号の周波数特性はせい
ぜい２ＭＨ２程度までであり、実用化の可能性としては
約１．５ＭＨｚまでである。
タ３の作動時に発生する超音波信号の周波数特性はせい
ぜい２ＭＨ２程度までであり、実用化の可能性としては
約１．５ＭＨｚまでである。
この超音波信号をＡＥセンサ１２で取り込んで高調波発
生回路１４で処理するが、ＡＥセンサ１２の入力が一定
レベル以上（工具１に異常が発生している）になると、
アンプ２２．２４内の飽和現象で波形歪みを起し、高調
波が発生する。続いて、高調波高域化回路１５で信号処
理すると、低域側に発生し易い不要な雑音成分が遮断さ
れ、検出信号となる高調波成分のみが高域側で検出され
る。
生回路１４で処理するが、ＡＥセンサ１２の入力が一定
レベル以上（工具１に異常が発生している）になると、
アンプ２２．２４内の飽和現象で波形歪みを起し、高調
波が発生する。続いて、高調波高域化回路１５で信号処
理すると、低域側に発生し易い不要な雑音成分が遮断さ
れ、検出信号となる高調波成分のみが高域側で検出され
る。
第３図及び第４図は、上記検出器１１により測定した切
削ノイズとトルクリミッタ動作時の周波数スペクトラム
を示しており、第３図は工具１の回転数が３００ｒＤｍ
、第４図は工具１の回転数が２０００ｒｌ）ｍである。
削ノイズとトルクリミッタ動作時の周波数スペクトラム
を示しており、第３図は工具１の回転数が３００ｒＤｍ
、第４図は工具１の回転数が２０００ｒｌ）ｍである。
この線図から明らかなように、２．２ＭＨ２以上の高域
側ではＳ／Ｎ比が約５０ｄＢに達しており、従来装置の
Ｓ／Ｎ比約１０ｄＢに比べて約４０ｄＢの改善効果があ
る。
側ではＳ／Ｎ比が約５０ｄＢに達しており、従来装置の
Ｓ／Ｎ比約１０ｄＢに比べて約４０ｄＢの改善効果があ
る。
また、このＳ／Ｎ比は２００Ｏｒｐｍの高速回転時にお
いても変わらないことがわかる。
いても変わらないことがわかる。
上記のようにして高調波高域浦波回路１５で処理された
検出信号は平均値検波器１６で平均値検波されたのち、
コンパレータ１７で予め設定したしきい値とのレベル比
較を行ない、検出信号がしきい値を越えると警報信号発
生器１８が警報を出し、接点信号を機械装置へ送出する
。
検出信号は平均値検波器１６で平均値検波されたのち、
コンパレータ１７で予め設定したしきい値とのレベル比
較を行ない、検出信号がしきい値を越えると警報信号発
生器１８が警報を出し、接点信号を機械装置へ送出する
。
発明の詳細
な説明したように、本発明によればＡＥセンサに取り込
んだ超音波信号を電気的に処理する過程でアンプより２
次的に発生する高調波を利用して高域化検出を行なうよ
うにしたから、不要な雑音成分を効果的に遮断してＳ／
Ｎ比を大幅に改善でき、必らゆる環境条件において高精
度検出が可能である。特に、今まで機械ノイズが高いた
め検出困難とされていた高速回転領域での高精度検出が
可能となった。
んだ超音波信号を電気的に処理する過程でアンプより２
次的に発生する高調波を利用して高域化検出を行なうよ
うにしたから、不要な雑音成分を効果的に遮断してＳ／
Ｎ比を大幅に改善でき、必らゆる環境条件において高精
度検出が可能である。特に、今まで機械ノイズが高いた
め検出困難とされていた高速回転領域での高精度検出が
可能となった。
また、従来側々の切削加工条件（サイズの変更など〉に
よって検出装置のしきい値をそれぞれ厳密に設定してい
たが、Ｓ／Ｎ比の大幅な改善効果によって、工具のサイ
ズに関係なくしきい値を一定にできる。このことは検出
装置の処理内容を簡素化できることを意味し、したがっ
て、検出装置の低廉化とプログラムソフトの簡素化が図
れるという利点を有している。
よって検出装置のしきい値をそれぞれ厳密に設定してい
たが、Ｓ／Ｎ比の大幅な改善効果によって、工具のサイ
ズに関係なくしきい値を一定にできる。このことは検出
装置の処理内容を簡素化できることを意味し、したがっ
て、検出装置の低廉化とプログラムソフトの簡素化が図
れるという利点を有している。
第１図は本発明に係る工具の以上検出装置の使用状態を
示す正面図、第２図は同検出装置の主要部を構成する検
出器のブロック図、第３図及び第４図は同検出機の高調
波高域化回路で測定された周波数スペクトラムを示す線
図である。 １・・・回転工具 ２・・・工具ホルダ３・・
・トルクリミッタ ５・・・ＡＥアダプタ１０・・・
工具異常検出装置 １１・・・検出器 １２・・・ＡＥセンサ１３
・・・プリアンプ １４・・・高調波発生回路 １５・・・高調波高域濾波回路 １６・・・平均値検波器 １７・・・コンパレータ１
８・・・警報信号発生器 特許出願人 を 和 精 機 株式会社第ｊ図 思り度数ｆ〔門Ｈｚ） 第４図 うｏａｒｙｒｔｓ傘へμユリ
示す正面図、第２図は同検出装置の主要部を構成する検
出器のブロック図、第３図及び第４図は同検出機の高調
波高域化回路で測定された周波数スペクトラムを示す線
図である。 １・・・回転工具 ２・・・工具ホルダ３・・
・トルクリミッタ ５・・・ＡＥアダプタ１０・・・
工具異常検出装置 １１・・・検出器 １２・・・ＡＥセンサ１３
・・・プリアンプ １４・・・高調波発生回路 １５・・・高調波高域濾波回路 １６・・・平均値検波器 １７・・・コンパレータ１
８・・・警報信号発生器 特許出願人 を 和 精 機 株式会社第ｊ図 思り度数ｆ〔門Ｈｚ） 第４図 うｏａｒｙｒｔｓ傘へμユリ
Claims (2)
- （１）加工中の工具が摩耗又は損傷し、あるいは過負荷
によって前記工具が折損するおそれのある場合に、これ
に応答して一定レベル以上の超音波を発生する手段を工
具ホルダ又は主軸頭に組込み、前記手段により発生した
超音波をＡＥセンサで受信し、ノイズと弁別して検出信
号を発生する検出器を設け、該検出器からの信号により
警報を出し、かつ前記工具の保護動作を行なうように構
成されている工具の異常検出装置であって、 前記検出器が、プリアンプを内蔵したＡＥセンサと、該
ＡＥセンサからの超音波信号を選択処理して高調波成分
を発生させる高調波発生回路と、該高調波発生回路で発
生した高調波成分のうち高周波領域のみを通過させる高
調波高域濾波路とを含んでいることを特徴とするアコー
スティック・エミッション法による工具の異常検出装置
。 - （２）前記高調波発生回路は、周波数特性が１００〜５
００ＫＨｚの高域フィルタ、アンプ、周波数特性が１．
０〜１．５ＭＨｚの低域フィルタ及びアンプをこの順序
に配列し、信号成分の基本モードを過度増幅して２次的
に高調波を発生させると共に、不要な雑音成分は前記低
域フィルタで遮断するように構成され、 前記高調波高域濾波回路は、周波数特性が前記低域フィ
ルタより高い２．０〜２．５ＭＨｚの高域フィルタとア
ンプにより構成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のアコースティック・エミッション法に
よる工具の異常検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12869487A JPS63295158A (ja) | 1987-05-26 | 1987-05-26 | アコ−スティック・エミッション法による工具の異常検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12869487A JPS63295158A (ja) | 1987-05-26 | 1987-05-26 | アコ−スティック・エミッション法による工具の異常検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63295158A true JPS63295158A (ja) | 1988-12-01 |
Family
ID=14991108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12869487A Pending JPS63295158A (ja) | 1987-05-26 | 1987-05-26 | アコ−スティック・エミッション法による工具の異常検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63295158A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS595252B2 (ja) * | 1977-11-22 | 1984-02-03 | 株式会社安孫子建設 | 魚礁用枠と魚礁との形成方法 |
-
1987
- 1987-05-26 JP JP12869487A patent/JPS63295158A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS595252B2 (ja) * | 1977-11-22 | 1984-02-03 | 株式会社安孫子建設 | 魚礁用枠と魚礁との形成方法 |
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