JPH03294149A - 工具異常検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、複数の加工用工具を用いて加工を行なう工
作機械において、各々の加工用工具の異常を検出する検
出装置に関するものである。

〔従来の技術及びその課題］ マシニングセンタやＮＣ旋盤等の複数の加工用工具を備
える工作機械は、予め設定された加工プログラムに基づ
いて順次工具を選択し、その加工プログラムの加工条件
に沿って加工を実行する。

このような加工において、種類が異なる工具間では、加
工形状や加工条件の違いにより加工負荷に当然違いが生
じるが、単一の工具においても、その工具が加工プログ
ラムに基づいて複数の加工箇所を加工する場合、その各
加工ステージごとに加り形状や加工条件が異なり、加工
負荷が変化する。

従来、この種の工作機械において、加工負荷から工具の
異常を判定する方法としては、予め各加工用工具に対し
て異常判定のためのしきい値を設定しておき、工具交換
のたびに工具番号信号により交換した工具に対するしき
い値を選択し、そのしきい値と加工負荷を比較して、工
具の異常を判別する方法がとられている。

ところが、この従来の方法では、単一の工具に対して１
つのしきい値しか設定していないため、そのしきい値を
多数の加工ステージに適応させるためには、全ステージ
における最大の加工負荷にしきい値を合わせる必要があ
る。しかし、これでは、軽負荷時の加工ステージでは設
定したしきい値が判定用として機能しなくなり、十分な
工具の監視が行なえない欠点がある。

また、しきい値と加工負荷を監視している状態で、加工
中に加工形状の変化や工具回転数の変更など加工条件が
変化した場合、その変化によって生じる加工負荷の変化
に正確に対応するしきい値を設定することができず、確
実な異常判定ができない欠点がある。

例えば、第３図に示すように、単一の加工用工具２０で
加工物２１を複数箇所加工する際に、加工物２１の形状
が傾斜面２２により変化する場合、加工負荷が変化し、
当然しきい値も変化させる必要があるが、従来の方法で
は各々の加工箇所で全く同じしきい値しか設定されてい
ないため、適切な異常判定ができない不具合がある。

さらに、実際の加工においては、周期的又は非周期的な
加工負荷の変動は発生するが負荷の大きさ自体はそれほ
ど変化しない工具異常や、切粉などの影響によって瞬時
的に加工動力にノイズ波形が発生する場合が多くあるが
、このような場合、加工負荷を一定のしきい値と比較す
る従来の方法では、安定した工具異常検出ができない欠
点がある。

すなわち、上記のような工具異常やノイズ発生の判別に
は、加工負荷の特有の変動量を検出できる機能や、工具
摩耗による負荷の増加分だけを正確に検出できる機能が
必要になるが、加工負荷のしきい値に対する単純なオン
・オフにより異常を検出する方法では、加工負荷の変動
量や増加分を正確に検出することができず、誤動作が生
しやすい問題がある。

この発明は、上記の欠点に鑑みてなされたもので、その
第１の目的は、各加工用工具に対してその各加工ステー
ジごとに加工負荷に対応するしきい値を設定でき、工具
の正確な異常検出が行なえる装置を提供することにある
。

また、この発明の第２の目的は、加工負荷の変動量や、
工具の異常に係る負荷の変化量を正確に検出でき、安定
した工具の摩耗管理が行なえる異常検出装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の第１の目的を達成するために、この発明は、加工
用工具による加工時の負荷を検出する加工負荷検出手段
と；加工プログラムに基づいて各加工用工具が実行する
加工ステージごとに、工具寿命判定用しきい値データと
検出開始時間データと検出時間データをそれぞれ対応し
て収納した記憶手段と：Ｌ記記憶手段から加工用工具に
対する検出データを引き出し、その検出データで設定さ
れた検出時間内においてしきい値と上記加工負荷検出手
段の出力値とを比較して工具の異常を判定する比較判定
手段と；を具備した構造としたものである。

上記の構造において、工具寿命判定用しきい値データを
、各加工用工具毎に指定される基準値と、各加工ステー
ジ毎に指定され、上記基準値と掛け合されてしきい値を
決定する係数データとから構成することができる。

一方、上記の第２の目的を達成するために、この発明は
、第１の手段として、上記の構造における工具寿命判定
用しきい値データを、複数のしきい値と、その各々のし
きい値の監視範囲を規定する監視時間データとから構成
した構造を採用するものである。

また、この発明は、第２の手段として、上述の構造にお
ける加工負荷検出手段に、加工時の負荷信号を波形処理
する波形処理回路を設け、記憶手段に、その波形処理に
対応したしきい値データを収納させた構造を採用したの
である。

〔作用］ 第１の目的を達成する手段においては、比較判定手段が
工作機械等から工具番号や加工物番号等の外部信号を受
けると、その信号から検出対象となる加工ステージを判
定し、その加工ステージに対応した検出用データを記憶
手段から引き出す。

そして、工作機械が加工を開始すると、検出開始時間の
経過後、検出時間の間だけしきい値と加工負荷を比較す
る。

上記の構造では、加工負荷に対する検出期間が時間によ
り指定されるため、検出時間を工作機械において工具が
加工物を実際に加工している期間に正確に一致させるこ
とができる。

また、各々の加工ステージごとにしきい値が設定できる
ため、各ステージの加工負荷に適確に対応したしきい値
を設定することができる。

なお、上記の構造において、しきい値データを基準値と
係数データとから構成すると、各工具に対してしきい値
の基準値を決めておけば、その基準値と係数データを掛
け合せることにより、各加工ステージ毎に簡単に複数の
しきい値を設定することができる。したがって、各加工
ステージごとにそれぞれ異なる複数のしきい値を設定す
るという作業を省くことができる。

一方、第２の目的を達成する第１の手段においては、複
数のしきい値に対する加工負荷のオン・オフを、各しき
い値の監視時間を適宜設定することによって時間をずら
して検出し、その検出した順番を組み合せることにより
、加工負荷の変動量を時間を追って検出することができ
る。したがつて、加工負荷の不規則な変動を正確に判別
することができる。

また、第２の手段では、加工時の負荷信号に対して、積
分処理、最大値検出、振動成分抽出などの波形処理を行
ない、その処理した信号としきい値とを比較する。この
ように負荷信号を波形処理することにより、加工負荷の
瞬時的な変化に影響されずに、工具摩耗による加工負荷
の増加分や変動量だけを正確に検出することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図に示すように、実施例の異常検出装置１は、工作
機械の駆動用電動機９に接続する加工負荷検出手段２と
、比較判定手段として機能するマイクロコンピュータ（
ＣＰＵ）３、及びそのＣＰＵ３に接続する記憶手段４と
から構成される。

上記の駆動用電動機９は、工作機械の加工に関与する電
動機が対象とされ、工具や主軸の回転用電動機や送り軸
の駆動用電動機等が利用される。

加工負荷検出装置２は、駆動用電動機９の加工中の消費
動力を連続的に検出するもので、例えば電力検出器や電
流検出器が用いられる。

この加工負荷検出手段２には、消費動力に含まれる雑音
成分を取除くための回路や無負荷時（電動機のアイドリ
ング時）の動力増加分だけを取除く回路などから成るフ
ィルタ回路５が接続しており、検出手段２により検出さ
れた加工動力は、実際に加工に起因する動力として抽出
された後、Ｃｐｕ３に入力される。

ｃｐｕ３には、工作機械の数値制御装置１０（以下ＮＣ
装置とする）と記憶手段４が送受信可能に接続しており
、ＣＰＵ３からの信号は、インターフェース１１を介し
て工作機械の作動用電動８１１３や警報装置１４を駆動
する駆動回路１２に出力される。また、ＣＰＵ３は、記
憶手段４からのデータ信号を受信して収納するメモリ部
８を備えている。

記憶手段４は、加工物番号と工具番号から行程番号を決
定するための行程番号データファイル６と、行程番号か
ら各々の加工ステージにおける検出情報を得るための検
出情報データファイル７から構成される。

行程番号データファイル６には、第１表に示すように、
各加工物番号と各工具番号に対応させてそれぞれ行程番
号が設定されている。この行程番号は、任意の加工物に
対して、加工プログラムに基づいて各加工用工具が実行
する加工ステージの全ての加工行程を指定する。

第１表 の各加工ステージと対応させて検出用データが収納され
ている。

第２表 一方、検出情報データファイル７は、第２表に示すよう
に、各々の行程番号ごとにそれぞれ行程このファイルで
は、各々の行程において各工具が実行する各ステージ毎
に、それぞれ対応する検出データが収納されており、Ｃ
ＰＵ３が行程番号とステージ番号を指定すると、そのス
テージ番号に対応する検出データがＣＰＵ３のメモリ部
８に引き出せるようになっている。

上記の検出データは、工具寿命判定用しきい値と、検出
タイミングや検出時間を決定する時間データから構成さ
れており、このうち、工具寿命判定用しきい値は、加工
負荷に所定の係数を掛け合せて設定される。この設定は
、加工物を実際に試し加工して消費動力から加工負荷を
割り出して行なわれる。

なお、上記しきい（ｔは、係数の値を種々変化させて複
数個設定することもできる。このようにしきい値を複数
設定すると、工具の定常摩耗や微小チッピング、破損等
の大規模な損傷など複数の検出対象に）いて同時に比較
判定を行なうことができ、きめの細かい判定が行なえる
利点がある。

上記の時間データは、検出開始時間（タイマＴ１）と検
出時間（タイマＴ２）から成っている。

この両持間は、第２図に示すように、工具が実際に加工
物に切込んで加工を行なう際の実加工動力のみが検出範
囲となるように設定される。すなわち、検出時間（タイ
マＴ２）は、加工開始によって加工動力が上昇し始めた
ときから加工が終了し。

て無負荷状態まで下降する寸前までの範囲に設定する。

また、検出開始時間（タイマＴＩ）は、前のステージの
検出時間（タイマＴ２）が終了した時点から（最初の加
工ステージの場合は、加工プログラムにおける加工開始
の時点又は工具交換指令の時点から）、次のステージの
加工が開始されるまでの範囲に設定する。

このように検出タイミングを時間で設定することにより
、実際の加工と検出時間を正確に一致させることができ
る。これは、加工プログラムに基づいて工具交換や主軸
回転等の機械動作が制御されるＮＣ装置付きの工作機械
においては、各行程及び各ステージの間隔や実行期間が
、加工プログラムによって正確に決定されるため、この
プログラムによる間隔や実行期間にタイマの価を合せる
ことにより、実際の加工に検出時間を一致させることが
できるからである。

このような時間データ（タイマＴ１、タイマＴ２）の設
定は、ＮＣ装置１０に収納する加工プログラムから割り
出したり、しきい値の設定と同様に加工物を実際に試し
加工を行ない、その加工動力を時間を追ってサンプリン
グしてそのサンプリング結果から割り出す方法がある。

この実施例の検出装置は上記のような構造であり、次に
その作用を説明する。

工作機械において、工具交換又は加工物の変更がなされ
ると、ＮＣ装置１０から新しく選択された工具の工具番
号、又は対象となる加工物番号が単独又は同時にＣＰＵ
３に出力される。

この信号を受けると、ＣＰＵ３は、記憶手段４の行程番
号データファイル６に工具番号又は加工物番号を指定し
て、対応する行程番号を選択すると共に、その選択した
行程番号を検出情報データファイル７に指定し、それに
対応する全データの検出用データを読み出して、メモリ
部８に収納する。この一連の動作は、工具交換や加工物
が変換されている間に行なわれる。

工作機械において、新しく選択された工具によって第１
ステージの加工が開始されると、ＣＰＵ３は同時にその
第１ステージの加工の監視を始める。この監視は、加工
負荷検出手段２で検出された加工動力がＣＰＵ３に入力
された時点からＴ１時間経過した後、加工動力と時間デ
ータで設定されたしきい値との比較を１２時間が経過す
るまで実行することで行なわれる。

１２時間が経過すると、ＣＰＵ３は第１ステージの監視
の終了を判断すると共に、引き続き第２ステージの監視
を開始する。この場合、ＣＰＵ３のメモリ部８における
しきい値とタイマの値が検出情報データファイルにおけ
る第２ステージのデータに切替えられる。これにより、
第１ステージの場合と同様に、７１時間経過後に１２時
間の間、しきい値と加工動力の比較が行なわれる。第２
ステージの監視が終了すると、引き続いて第３ステージ
、第４ステージと順次各ステージの監視が行なわれる。

１つの工具について全ての加工ステージが終了すると、
工具交換指令信号により次に選択される工具の工具番号
がＮＣ装置１０からＣＰＵ３に入力される。この信号が
入力されると、ＣＰＵ３は記憶手段４から選択された工
具の番号に基づいて行程番号とそれに対応する検出デー
タを引き出す。

これにより、ＣＰＵ３のメモリ部８におけるしきい値と
タイマの値が新しい行程番号の検出データに切替わり、
ＣＰＵ３はその検出データに基づいて加工動力の監視を
行なう。

上記動作は、加工物が変更された場合でも同様に行なわ
れる。すなわち、この場合は、ＮＣ装置１０から変更さ
れた加工物の加工物番号信号と、最初に加工を実行する
工具の工具番号信号がＣＰＵ３に入力され、ＣＰＵ３は
、この加工物信号と工具番号に基づいて記憶手段４から
行程番号と検出データを選択し、監視を実行する。

このように種々の加工物と全ての加工用工具の各々の加
工ステージについて、実加工時間の間だけ加工負荷とし
きい値が比較され、工具の異常が検出される。

ＣＰＵ３による工具異常の判定は、上記の検出において
加工動力がしきい値を越えた時点で、その越えたしきい
値の種類や回数により異常の形態を判断することで行な
われる６例えば、切刃破損などの緊急を要すると判断し
た場合は、駆動回路１２に信号を出力し、作動用電動機
１３を制御することにより、工作機械の回転数や切り込
み量を変化させたり、警報装置１４を作動させる。

また、通常摩耗などの緊急を要しないと判断した場合は
、加工動力がしきい値を越えた回数を記憶し、その累積
回数が一定量を越えたとき信号を出力するようにする。

なお、上記実施例では、ＮＣ装置１０から出力する加工
物番号や工具番号により行程番号を選択したが、バイナ
リコード等の外部信号によって直接ＣＰＵ３に行程番号
を指定するようにしてもよい。

また、検出情報データファイル７には、各行程番号に対
して同じ数のステージが設定されているが、必ずしも同
一個数である必要はなく、各工具の加工箇所の数に合わ
せて増減させることができる。

第４図乃至第１０図は、他の実施例を示している。

第４図に示すように、この例の異常検出装置３１は、加
工負荷検出手段３２と、記憶手段３３と、比較判定手段
３４とから構成され、その基本的構成は、前述の異常検
出装置１と同じである。しかし、加工負荷検出手段３２
に加工電力の信号に対して積分や最大値検出などの波形
処理を行なう回路を設けたことや、記憶手段３３に行程
番号データや検出情報データ以外に、入力波形の種類等
を決定するデータや特殊機能のデータ等を収納したこと
に違いがあり、この違いにより、比較判定手段３４の制
御ＩＩ能にも、前述の異常検出装置１とは興なる機能が
与えられている。

先ず、加工負荷検出手段３２は、電力検出器３５とノイ
ズ除去フィルタ３６を通して得られる消費電力Ｐ　（ｔ
）から、無負時の電力ｆ（ｔｏ）をホールドするサンプ
リング回路３７と、そのサンプリングした無負特電力ｆ
（ｔｏ）を消費電力Ｐ（１）から差し引いて加工電力ｆ
　（ｔ）を算出する演算回路３８とを備え、その演算回
路３８に、得られた加工電力ｆ　（ｔ）の信号に対して
波形処理を行なう複数の回路を接続して成っている。そ
して、この波形処理の回路には、加工電力ｆ　（ｔ）の
波形に対して、積分処理を行なう積分回路３Ｓと、最大
値を検出する最大値検出回路４０、振動波成分をとり出
す振動波検出回路４１、及び加工電力の安定領域を検出
する検出回路４２とが設けられている。

上記積分回路３９と最大値検出回路４０は、加工の開始
と終了に対応して、外部から入力される信号か、又は内
部において加工電力を検出して出力される信号の一方が
入力されると開閉するゲート回路４３を備えており、加
工期間の間だけ正確に波形処理を行なうようになってい
る。

振動波検出回路４１は、第５図に示すように、バイパス
回路４４とバンドパスフィルタ４５及び全波平滑回路４
６から成る振動波抽出回路４７に、積分回路４８と、振
動波抽出回路４７と積分回路４８間のゲートを開閉する
タイミング回１１ｒ４９とを接続して構成されている。

上記の構造では、抽出回路４７において、第６図（ａ）
に示すように、バイパス回路４４で加工電力から直流成
分を除去し、そのとり出した振動波成分ＳＩから、第６
図ら）に示すごとく、バンドパスフィルタ４５のバンド
パス周波数を変化させて必要な周波数の振動波（Ｓｔ　
、　Ｓｓ　）を抽出し、その振動波を全波平滑処理して
出力する。

そして、積分回路４８は、加工時間に合わせてタイミン
グ回路４９で設定される期間の範囲で、上記抽出回路４
７から出力された振動波に対して積分処理５Ｓを行なう
、その場合の出力波形は、第６図（Ｃ）のようになる。

一方、加工電力安定領域検出回路４２は、ドリル加工の
初期などのように、加工電力が激しく変動して一定のし
きい値では安定した比較判定ができない場合に、所定の
しきい値で比較判定が行なえる加工電力の安定時点を検
出し、合せて、しきい値の適切な値を決定しようとする
ものである。

この検出回路４２は、第７図に示すように、加工期間に
応じて開閉するゲート回路５０と、加工電力の信号波形
を積分する積分回路５１を備え、この積分回路５１に、
カウント回路５２から加工回数として得られる平均回数
Ｎと、積分回路５１から入力される積分値の総和とから
積分値の平均（直ｒｃｔｚ）＝Σ５ｒ（ｔ）／Ｎを算出
する平均値演算回路５３を接続している。また、この平
均値演算回路５３に、レジスタ５４と比較回路５５を接
続し、比較回路５５にカウント回路５６を接続している
。

上記の構造では、平均値演算回路５３において、カウン
ト回路５２から入力される信号をカウントし、そのカウ
ント数が予め設定した２以上の平均回数（Ｎ）になるご
とに、この平均回数（Ｎ）を・カウントする間に入力し
た積分値の総和Σｆ（ｔ）をその平均数回数（Ｎ）で割
算し、その算出した平均値をレジスタ５４と比較回ＩＩ
！５５に出力する。

レジスタ５４は、演算回路５３から平均値の信号（これ
をｎ回目に算出された信号として、ｆＤｉ）Ｍとすると
）が入力されると、それを−旦記憶し、次の平均値（ｆ
　ＣＬ工）７゜ｌ）が入力されると、前に記憶した平均
値１ｒ（ｔｔ）、）を比較回路５５に送り出すと共に、
それに入れ変りて入力した平均値（ｒ　（ｔ□）、や、
）を記憶する。そして、この動作を、平均値演算回路５
３から信号が入力されるごとに繰り返し実行する。

比較回路５５は、平均値演算回路５３から入力される平
均値ｒ（を意）ｓ　、ｆ　（ｔｇ）１＋を順次記憶し、
最新の平均値ｆ　（ｔｚＬ＊＋　と、レジスタ５４から
入力される前の平均値ｆ　（ｔｔ　）ａとを差引いて得
られる値の絶対値ｌ　ａ　Ｉ　（−１ｆ　（ｔ）−を−
ｆ（ｔ）、Ｉ）を、予め設定した許容値すと比較して、
絶対値１ａｌが許容値す以下になったとき、信号をカウ
ント回路５６に出力する。

カウント回路５６は、予め２以上の連続数（Ｍ）が設定
・記憶されており、比較回路５５から入力される信号が
連続数（Ｍ）に達したとき、比較回路５５に信号を出力
する。

比較回路５５は、カウント回路５６から較正信号が入力
されると、その時点で記憶部で記憶している平均値ｒ（
ｔ）＋ｔ−＋を、ＣＰＵ６２に出力し、しきい値の基準
値を較正する。

このように、比較回路５５から較正用の平均値が出力さ
れる時点では、加工電力の平均値の変動が一定幅に入り
、加工電力の急激な変動がおさま準備とすることにより
、安定した比較判定を行なうことができる。

なお、上記の例では、検出回路４２に独自に積分回路５
１を設けた構造を示したが、第４図における積分回路３
Ｓの信号を利用することもできる。

また、安定領域検出のための信号には、加工電力の最大
値ｆ　（ｔ）ｍａｘを用いることもできる。

前記記憶手段３３は、第４図に示すように、行程テーブ
ル５７、モードテーブル５８、ステージテーブル５９、
チャンネルテーブル６０、及び特殊機能テーブル６１の
５つのデータテーブルから構成されている。

上記行程テーブル５７は、第３表に示すごとく、前述し
た実施例の行程番号データファイル６と同様に、各加工
物番号（０ナンバー）と各工具番号（Ｔナンバー）とに
対応させてそれぞれ特定の行程条件が収納されているが
、その収納された行程条件には、単なる行程番号でなく
、複数のデータが一体に設定されている。

第３表 Ｏす　　ン　　バ すなわち、行程テーブル５７には、任意の０ナンバーと
Ｔナンバーで選択されるマトリックス上に、それぞれ使
用するモード番号（加工条件に応じた検出条件等が収納
されるモードテーブル５８の番号）、シきい値の基準値
（Ｔナンバーで指定される工具により加工物を加工した
場合の１００％の負荷動力値で、後述する各ＳＥＴ値（
しきい値）の基準電力となる値）、検出開始のステージ
Ｎｏと終了のステージＮｏ（検出時間やしきい値を設定
するステージテーブル５９の番号）、リピート機能（定
義されたステージＮＯを繰り返す機能）の有無、及び特
殊機能の有無を示すデータが収納されており、特定のＯ
Ｔナンバーを選択することにより、上述した全てのデー
タがＣＰＵ６２に読み出されるようになっている。

一方、第４表に示すように、モードテーブル５８には、
各モード番号ごとに異常検出に必要な諸条件が収納され
ており、上述したように、行程テーブルの行程条件によ
りモード番号を選択すると、諸条件が同時に読み出され
る。

（第　４　表） 行程テーブル モードテーブル このモードテーブル５８に収納される条件には、しきい
値とそれと比較する加工動力の種類（消費電力、加工電
力、積分値、最大値）を選択するデータや、工具摩耗を
検出する際に障害となるモータ起動時の電力上昇をカッ
トするラッシュカット時間、及び無負荷電力をサンプリ
ングする際のホールドの遅延時間や補正値等のデータが
ある。

また、加工期間を監視する加工ステージの開始タイミン
グを、外部から指令するか、内部で加工動力のレベルを
検出して指令するか、又は起動中常時監視するかを決め
るデータや、後述する４つのしきい値（ＳＥＴＩ〜５Ｅ
Ｔ４）について、オーバ検知（上限値）とするかアンダ
ー検知（下限値）とするかの指令、またはそのオフから
オンへの監視時間を設定するデータ、その他、電力検出
器３５の電流センサの入力ゲインの切り替えデータ等が
、モードテーブル５８に収納されている。

また、ステージテーブル５９とチャンネルテーブル６０
は、前述した実施例の検出情報データファイル７に相当
するものであるが、その内部構成は、収納できるデータ
量がより広範囲なものに対応できるようになっている。

すなわち、ステージテーブル５９には、各ステージ番号
毎に、それぞれ検出開始時間（タイマＴ１）と検出時間
（タイマＴ２）、及びチャンネル番号が収納されており
、チャンネルテーブル６０には、そのチャンネル番号毎
に、４つのレベル（ＳＥＴＩ〜５ＥＴ４）を１組として
、しきい値を設定するための係数データ４０．１２０．
１３０・・・・・・と、各々しきい値の監視期間を規定
する監視時間データ（タイマＳＴ）が収納されている。

上記の係数データは、行程テーブル５７の基準値に対す
るパーセント値を示しており、各チャンネル番号の係数
を、行程テーブル５７で設定されたしきい値の基準値に
掛け合せることにより、各加工ステージ毎に４つの異な
るしきい値を設定できるようになっている。したがって
、この実施例においては、加工物を実際に試し加工して
割り出す負荷動力を、各工具毎に求めておけば、後はチ
ャンネルテーブル６０の係数データを適当に設定するだ
けで、全ての加工ステージに対して複数のしきい値を設
定することができる。このため、各加工ステージ毎に異
なる複数のしきい値を設定する必要がなく、大幅なデー
タ設定作業の短縮を図ることができる。また、係数を変
えることにより、しきい値の大きさを簡単に変化させる
ことができる利点がある。

上記のように設定される４つのしきい値（ＳＥＴ１〜５
ＥＴ４）は、通常、工具と加工物との接触検出（上限値
）、工具摩耗の検出（下限値）、工具折損の検出（上限
値）、工具折損の検出（下限値）として設定される。

なお、チャンネルテーブル６０において、係数データに
対応して設定される監視時間（タイマＳＴ）は、後述す
る特殊機能で利用されるため、その説明も対応する特殊
機能と合せて行なう。

行程テーブル５７で設定されるリピート機能は、同じス
テージの条件で繰り返して加工動力を監視するようにし
た機能であり、設定するステージの数を減少できる効果
がある。

すなわち、実施例の装置では、行程テーブル５７の開始
ステージＮｏと終了ステージＮｏで指定されるステージ
の数だけシーケンシャルに加工動力を監視するが、監視
したい加工動力が連続加工によってあまり変動しない場
合には、ステージＮＯを加工の数だけ設定するのは無駄
があり、この場合は、連続する加工ステージＮｏを指定
して行程テーブルにリピート機能有りと設定することに
より、そのステージの数だけ同じ監視動作が繰り返され
るようになっている。

一方、同じく行程テーブル５７で設定される特殊機能と
しては、この実施例の装置では、自動演算機能と、振動
波検出機能と、順次判定機能の３つの機能が備えられて
いる。

自動演算機能は、前述した加工電力安定領域検出回路４
２を用いて行なわれるもので、１つの工具で繰り返し同
種の製品を加工し、しかも初期の加工電力と工具交換ま
での途中の加工電力が違う場合に、数回の加工からその
加工動力の安定を検出して基準値を求めるものである。

この機能の作用は、上記したように所定の平均回数Ｎに
おける加工電力の平均値が、連続回数Ｍだけ許容値以下
になったとき、加工動力が安定したと判断して最後の平
均値を基準値として記憶し、その平均値の値に、行程テ
ーブル５７に設定しである基準値を自動的に較正するも
のである。

この場合、平均回数や連続回数などの条件を適当に設定
することにより、試し加工における加工電力のある時点
を１００％負荷動力として、しきい値の基準値に設定す
ることもできる。

この自動演算の機能は、行程テーブル５７に定義されて
いるＯナンバーとＴナンバー毎に使用するか否かを設定
し、使用する場合は、基準値を決定する加工時のどの時
点の電力を１００％負荷動力としてフィードバックする
かを決める加工開始からの時間を、加工物と工具毎に設
定する。

振動波検出機能は、加工電力における振動波の変化を判
定するもので、前述した振動波検出回路４１を用いて、
工具の摩耗やチッピング、破損などによって変動する振
動波成分をとり出し、その成分を積分処理して変動の大
きさがしきい値を越えたとき、工具異常とする機能であ
る。

この振動波検出の機能は、行程テーブル５７でＯナンバ
ー、Ｔナンバー毎に使用するか否かを設定し、使用する
場合は、異常判定用のしきい値を設定する。

また、順次判定機能は、工具異常時に加工動力の変化が
特有の変動を起こす場合に、その動力変化を判定するた
めに用いられるものである。

例えば、ドリル加工等においては、工具の刃先に初期的
な異常が発生すると、第８図に示すように加工動力が一
旦増加した後、通常の加工動力より減少し、その後工具
の異常状態が継続して折損に至ると、減少した加工動力
は増大に転し、折損に至るまでその増大の状態が保持さ
れる傾向がある。

このような異常状態を検出するには、第８図に示すよう
に、３つのしきい値（ＳＥＴＩ　　（上限）、５ＥＴ２
　（下限）、５ＥＴ３　（上限））を設定し、その５Ｅ
ＴＩと５ＥＴ３のしきい値に、それぞれしきい値のレベ
ルを越えてから異常を検知するまでの監視時間（タイマ
ＳＴＩ、５Ｔ３）を設定する。これにより、加工動力が
５ＥＴＩをオンした後５ＥＴ２をオンすることで動力の
増加と減少が検出でき、次にタイマＳＴｌの継続期間に
おいて５ＥＴ３がオンすることにより加工動力の増加に
転じた動きが検出できる。そして、その５ＥＴ３のオン
している時間がタイマＳＴ３の間継続すると、連続する
加工動力の上昇が検出できるので、その時点で異常信号
を出力する。

このように複数のしきい値に対する加工動力のオン、オ
フと、その順番とを組み合せることにより、加工動力の
特有の変動形態を判別することができ、工具異常を検出
することができる。

この順次判定の機能を使用する場合は、モードテーブル
５８から、複数のしきい値に対してオーバ検知かアンダ
ー検知かのデータを選択し、チャンネルテーブル６０か
ら、各ＳＥＴ値に対応する監視時間（タイマＳＴ）を読
み出す。

一方、比較判定手段３４を構成するＣＰＵ６２には、加
工負荷検出手段３２から、駆動用電動機９の消費電力Ｐ
　（ｔ）、加工電力ｆ　（ｔ）、積分値１ｆ（ｔ）、最
大値ｒ　（ｔ）ｍａｘ、振動波の積分値、及び安定領域
検出回路４２からのフィードバック信号がそれぞれ入力
されており、ＣＰＵ６２はその入力信号と記憶手段３３
からのデータ信号に基づいて比較判定を実施し、この判
定結果に応じて制御信号を駆動回路１２に出力するよう
になっている。

この実施例の異常検出装置３１は上記のような構成であ
り、次にその作用を、第９図に示すＣＰＵ６２による制
御の処理フローに基づいて順次説明していく。

ステップ１において、数値制御装置１０から新しく選択
された工具のＴナンバーと加工物の０ナンバーを取り込
むと、ステップ２で、記憶手段３３の行程テーブル５７
に上記０ナンバーとＴナンバーを指定して、監視条件を
決定する。

この監視条件の決定では、例えば、第４表に示すように
、０ナンバー、Ｔナンバー共にＮｃｔｌのものが指定さ
れたとすると、その（０、Ｔ）−（１，１）のマトリッ
クス上に収納されたデータから、モードテーブルＮｏ、
＝１００ 開始ステージＮｏ、　＝４ 終了ステージＮｏ、　＝６ 基準値（１００％基準動力）＝１０ リピート機能有り 特殊機能（自動演算）有り という６つの条件が同時に設定される。

上記の条件が決定されると、次にステップ３で駆動用電
動機Ｓを起動させると共に、ステップ４で、モードテー
ブル５７のモード番号磁１００で指定されるラフシェカ
ット時間（５５ｅｃ）の間だけ、起動立ち上がり時の電
動機の起動電力を監視期間からカットする。

ついで、ステップ５で、サンプリング回路３７において
ホールドされた無負荷電力ｒ　（ｔｏ　）を記憶し、そ
の無負荷電力ｒ　（ｔｏ　）と消費電力Ｐ（１）を演算
して得られる加工電力ｆ　（ｔ）を記憶する。

次に、ステップ６で、外部信号又は内部レベルによりス
テージを開始させるトリガ信号を検出する。このトリガ
信号の種類は、モードテーブル５８の収納データにより
決定される。

上記の処理が実行されると、ステップ７で、ステップ２
において設定された開始ステージから加工を実行し、監
視条件に従って加工電力の監視を開始する。

すなわち、先ずステップ８では、ステージテーブル５９
から検出開始時間（タイマＴＩ）と検出時間（タイマＴ
２）をとり込むと共に、そのステージテーブル５９に設
定されたチャンネル番号によりチャンネルテーブル６０
から５ＥＴＩ〜５ＥＴ４に応じた係数データをとり込み
、この係数データと監視条件の基準値とを掛け合せて４
つのしきい値（ＳＥＴＩ〜５ＥＴ４）を決定する。

ついで、ステップ９において、指定されたタイムＴ２の
期間の範囲で、加工動力としきい値を比較し異常監視を
行なう、なお、この場合の対象となる動力の種類（加工
負荷、積分値など）や、各しきい値（ＳＥＴＩ〜５ＥＴ
４）を上限検出とするか下限検出とするかの検出方法は
、モードテーブル５８に収納されたデータにより決定す
る。

この場合、監視条件に特殊機能が有りの場合は、上記ス
テップ９の次にその機能が実行される。

例えば自動演算機能がある場合は、特殊機能テーブル６
１の自動演算テーブルに設定された条件に基づいて演算
処理が行なわれる（ステップ１０）。

そして、基準値が決定されると、その値を行程テーブル
５７ヘフイードバノクする（ステップ１１．１２）、こ
のフィードバックにおいては、自動演・算により基準値
が決定された時の各動力（消費電力、加工電力、積分値
、最大値）が、行程チーフルの同し種類の基準値（１０
０％負荷動力）にフィードバックされて、その現在の基
準値を新しい値に較正する。

また、振動波検出や順次判定の機能が有りの場合は、順
次その機能を実行する（ステップ１３．１４）。この両
機能の場合も、特殊機能テーブル６１に付属される条件
テーブルのデータに基づいて実行される。

上記の特殊機能において、異常が判別されたときは、異
常出力が動作し、制御信号が出力される。

一方、特殊機能以外に異常が判定された場合は、次のス
テップ１５で、ＳＥＴ出力及び異常出力が動作する。

ステップ１５までが終了すると、ステップ１６では監視
期間の終了を判断するが、その状態でモータの起動が連
続している場合は、ステップ１７で、実行されたステー
ジが行程テーブル５７で設定された最終ステージである
かどうかを判別する。

そして、最終ステージでない場合には、ステップ１８で
監視条件を次のステージの条件に変更し、ステップ８に
戻って上記処理を繰り返す、この繰り返しは、ステージ
が最終ステージになるまで、すなわち、行程テーブル５
７に定義された終了ステージになるまで、順次条件を切
り替えて行なわれる。

設定されたステージが終了すると、リピート機能を使用
する場合は、ステップ７に戻り、開始ステージからリピ
ート回数だけステージを再開する（ステップＩ９）。

一方、リピート回数能を使用しない場合や、リピート機
能が終了した場合は、監視の終了が判断され（ステップ
２０）、駆動用電動機が停止される。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明は、各加工用工具の各々のステ
ージごとにしきい値を設定するものであるから、各加工
ステージの加工負荷を、それに適切に対応したしきい値
と比較することができ、正確できめの細かい工具の異常
検出を行なうことができる。

また、加工負荷に対する検出を時間によって制御するの
で、実際の加工時間と検出時間を正確に一致させること
ができ、確実な加工動力の比較が行なえる利点がある。

さらに、この発明においては、加工負荷を複数のしきい
値と監視時間とを組み合せて検出したり、加工時の負荷
信号に波形処理を施してしきい値と比較できるようにし
たので、加工負荷の特許の変動や工具摩耗による負荷の
増加量を正確に検出することができ、広範囲で確実な工
具異常の判定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の全体構造を示すブロック図
、第２図は同上の時間データの設定範囲を示すグラフ、
第３図は加工物とその加工ステージを示す斜視図、第４
図は他の実施例の全体構造を示すブロック図、第５図は
同上の振動波検出回路を示すブロック図、第６図（ａ）
（ｂ）（Ｃ）は振動波検出の過程を示す波形図、第７図
は加工電力安定領域検出回路を示すブロック図、第８図
は順次判定機能の検出例を示す波形図、第９図はＣＰＵ
の処理フローを示すブロック図、第１０図はｃＰＵの制
御において得られる電力波形を示す図である。 １．３１・・・・・・工具異常検出装置、２．３２・・
・・・・加工負荷検出手段、３．６２・・・・・・マイ
クロコンピュータ（ＣＰＵ）、４．３３・・・・・・記
憶手段、５・・・・・・フィルタ回路、６・・・・・・
行程番号データファイル、で・・・・・検出情報データ
ファイル、８・・・・・・メモリ部、　　　９・・・・
・・駆動用電動機、１０・・・・・・数値制置装置（Ｎ
Ｃ装置）、３４・・・・・・比較判定手段、３９・・・
・・・積分回路、４０・・・・・・最大値検出回路、 ４１・・・・・・振動波検出回路、 ４２・・・・・・加工電力安定領域検出回路、５で・・
・・・行程テーブル、・５８・・・・・・モードテーブ
ル、５Ｓ・・・・・・ステージテーブル、 ６０・・・・・・チャンネルテーブル、６１・・・・・
・特殊機能テーブル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）加工プログラムに基づき加工用工具を選択して加
   工を行なう工作機械の工具異常検出装置であって、加工
   用工具による加工時の負荷を検出する加工負荷検出手段
   と；加工プログラムに基づいて各加工用工具が実行する
   加工ステージごとに、工具寿命判定用しきい値データと
   検出開始時間データと検出時間データをそれぞれ対応し
   て収納した記憶手段と；上記記憶手段から加工用工具に
   対する検出データを引き出し、その検出データで設定さ
   れた検出時間内においてしきい値と上記加工負荷検出手
   段の出力値とを比較して工具の異常を判定する比較判定
   手段と；から成ることを特徴とする工具異常検出装置。
2. （２）工具寿命判定用しきい値データを、各加工用工具
   毎に指定される基準値と、各加工ステージ毎に指定され
   、上記基準値と掛け合されてしきい値を決定する係数デ
   ータとから構成したことを特徴とする請求項（１）に記
   載の工具異常検出装置。
3. （３）工具寿命判定用しきい値データを、複数のしきい
   値と、その各々のしきい値の監視範囲を規定する監視時
   間データとから構成したことを特徴とする請求項（１）
   又は（２）に記載の工具異常検出装置。
4. （４）加工負荷検出手段に、加工時の負荷信号を波形処
   理する波形処理回路を設け、記憶手段に、その波形処理
   に対応したしきい値データを収納させたことを特徴とす
   る（１）乃至（３）のいずれかに記載の工具異常検出装
   置。