JPH055618B2 - - Google Patents
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- JPH055618B2 JPH055618B2 JP59210176A JP21017684A JPH055618B2 JP H055618 B2 JPH055618 B2 JP H055618B2 JP 59210176 A JP59210176 A JP 59210176A JP 21017684 A JP21017684 A JP 21017684A JP H055618 B2 JPH055618 B2 JP H055618B2
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- tool
- signal
- output
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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
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-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 program 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 program data in numerical form characterised by monitoring or safety
- G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
-
- 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
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37032—Generate vibrations, ultrasound
-
- 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
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37242—Tool signature, compare pattern with detected signal
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- G—PHYSICS
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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
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37351—Detect vibration, ultrasound
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
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- G05B2219/30—Nc systems
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-
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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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- G05B2219/37498—Variable amplification, gain for detected signal, select correct level range
-
- 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
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- G05B2219/30—Nc systems
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- G05B2219/37536—Rate of change, derivative
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- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
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イツク
エミツシヨン（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。
切削加工及び折損時に発生するアコーステイツク
エミツシヨン（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。
工作機械において工具を用いて加工対象を切削
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信号に基づいて工具の折損を検出
する装置が提案されている。
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信号に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センサは工具の近傍やワークに接触する
ように取付けられるが、その取付位置によつて
AE信号のレベルが大幅に異なる。そのため従来
の工具折損検出装置ではAEセンサの感度を工具
の大きさに応じてあらかじめ定められた標準値に
設定し、個々の工作機械の工具、AEセンサ間の
減衰率を試行錯誤で補正していた。しかるに工具
の折損時のAE信号は折損時にしか得られないの
でAEセンサの取付位置や取付状態の確認が難し
く、工具の折損を確実に検出することが困難であ
つた。更に工具の種類、例えばドリル径を変更し
た時や切削条件を異ならせたときにもAE信号レ
ベルが異なるため、調整が困難であり使い難いと
いう欠点があつた。
ば、AEセンサは工具の近傍やワークに接触する
ように取付けられるが、その取付位置によつて
AE信号のレベルが大幅に異なる。そのため従来
の工具折損検出装置ではAEセンサの感度を工具
の大きさに応じてあらかじめ定められた標準値に
設定し、個々の工作機械の工具、AEセンサ間の
減衰率を試行錯誤で補正していた。しかるに工具
の折損時のAE信号は折損時にしか得られないの
でAEセンサの取付位置や取付状態の確認が難し
く、工具の折損を確実に検出することが困難であ
つた。更に工具の種類、例えばドリル径を変更し
た時や切削条件を異ならせたときにもAE信号レ
ベルが異なるため、調整が困難であり使い難いと
いう欠点があつた。
又従来の工具折損検出装置では、AEセンサよ
り得られる信号の振幅の平均値や特定の周波数に
基づいて工具の折損を検出しており、他の原因で
得られるAE信号例えばワークの切屑から発生す
る信号やソレノイドの開閉に伴う電気ノイズ、ワ
ークに物体が接触した場合の衝撃音等と充分に分
離することができず、信頼性が低いという問題点
があつた。
り得られる信号の振幅の平均値や特定の周波数に
基づいて工具の折損を検出しており、他の原因で
得られるAE信号例えばワークの切屑から発生す
る信号やソレノイドの開閉に伴う電気ノイズ、ワ
ークに物体が接触した場合の衝撃音等と充分に分
離することができず、信頼性が低いという問題点
があつた。
本発明はこのような従来の工具折損検出装置の
問題点に鑑みてなされたものであつて、用いられ
ている工具に対応してAEセンサの感度を自動的
に最適値に設定し、しかも工具の大きさや切屑、
他の信号等に影響されず確実に工具の折損を検出
することができる信頼性が高い工具折損検出装置
を提供することを目的とする。
問題点に鑑みてなされたものであつて、用いられ
ている工具に対応してAEセンサの感度を自動的
に最適値に設定し、しかも工具の大きさや切屑、
他の信号等に影響されず確実に工具の折損を検出
することができる信頼性が高い工具折損検出装置
を提供することを目的とする。
本発明は工作機械の工具近傍に設けられた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であ
つて、工具の折損時に得られるAE信号の周波数
を含む擬似AE信号を発生する擬似AE信号発生手
段と、外部入力に基づいて増幅率を変えてAEセ
ンサのAE信号を増幅する可変増幅率増幅器と、
用いられる工具に対応した駆動レベルにより擬似
AE信号発生手段を駆動し可変増幅率増幅器の増
幅率を最適値に設定するAE感度設定手段と、AE
感度設定手段により設定された工具毎の最適増幅
率を記憶する記憶手段と、工具の折損時に得られ
るAE信号の周波数成分と強い相関を持つ周波数
成分のAE信号が最適増幅率に設定された可変増
幅率増幅器より与えられたときに出力を出す周波
数識別手段と、AEセンサより急激に立上る信号
が与えられたときに出力を出す立上り信号検出手
段と、周波数識別手段及び立上り信号検出手段の
論理積出力に基づいて工具折損検出出力を出す論
理出力手段と、を具備することを特徴とするもの
である。
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であ
つて、工具の折損時に得られるAE信号の周波数
を含む擬似AE信号を発生する擬似AE信号発生手
段と、外部入力に基づいて増幅率を変えてAEセ
ンサのAE信号を増幅する可変増幅率増幅器と、
用いられる工具に対応した駆動レベルにより擬似
AE信号発生手段を駆動し可変増幅率増幅器の増
幅率を最適値に設定するAE感度設定手段と、AE
感度設定手段により設定された工具毎の最適増幅
率を記憶する記憶手段と、工具の折損時に得られ
るAE信号の周波数成分と強い相関を持つ周波数
成分のAE信号が最適増幅率に設定された可変増
幅率増幅器より与えられたときに出力を出す周波
数識別手段と、AEセンサより急激に立上る信号
が与えられたときに出力を出す立上り信号検出手
段と、周波数識別手段及び立上り信号検出手段の
論理積出力に基づいて工具折損検出出力を出す論
理出力手段と、を具備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
機械により用いられる工具毎にあらかじめ使用環
境に応じてAEセンサの最適感度を記憶している。
従つて任意の工具を用いる場合にも自動的にAE
センサの感度を最適値に調整することが可能とな
る。こうして調整した後、周波数識別手段により
工具の折損時に得られるAE信号のパワースペク
トルと強い相関を持つAE信号を識別し、同時に
立上り信号検出手段により折損時に見られるAE
信号の急峻な立上りの検出を独立して判定し、そ
れらの論理積条件によつて工具の折損を検出して
いる。従つてワークの切屑や電気ノイズ等の信号
によつて誤動作することがなく、又工具からAE
センサまでのAE信号の減衰等の影響を受けるこ
ともないので、工具の折損検出の信頼性を大幅に
向上させることが可能となる。
機械により用いられる工具毎にあらかじめ使用環
境に応じてAEセンサの最適感度を記憶している。
従つて任意の工具を用いる場合にも自動的にAE
センサの感度を最適値に調整することが可能とな
る。こうして調整した後、周波数識別手段により
工具の折損時に得られるAE信号のパワースペク
トルと強い相関を持つAE信号を識別し、同時に
立上り信号検出手段により折損時に見られるAE
信号の急峻な立上りの検出を独立して判定し、そ
れらの論理積条件によつて工具の折損を検出して
いる。従つてワークの切屑や電気ノイズ等の信号
によつて誤動作することがなく、又工具からAE
センサまでのAE信号の減衰等の影響を受けるこ
ともないので、工具の折損検出の信頼性を大幅に
向上させることが可能となる。
第１図は本発明による工具折損検出装置の一実
施例を示すブロツク図である。本実施例は数値制
御装置を用いて制御されるボール盤に取付けられ
た工具折損検出装置を示すものであつて、ワーク
１はボール盤のベース上に固定されており、ワー
ク１の上部よりドリル２を回転させて所定速度で
押下しワーク１を開口する。ドリル２は数値制御
装置３によつてその動作が制御されている。ここ
で用いられるドリルは図示しない自動工具交換器
によつて自動的に交換されるものとする。さてワ
ーク１の上部のドリルの刃が接触する位置にワー
ク１に切削を行う前にあらかじめAEセンサと同
じくPZT等からなる擬似AE信号発生器４が取付
けられる。駆動回路５はこの擬似AE信号発生器
４を駆動するものであつて、あらかじめ工具の折
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駆動波形を発振するよう構成
されており、その振幅レベルは外部より与えられ
る。そしてワーク１が配置される工具の近傍、例
えば第１図に示すようにベース上にAE信号を検
出するAEセンサ６を設ける。AEセンサ６はドリ
ル２等の工具からのAE信号や擬似AE信号発生器
４からのAE信号を検出する広帯域のAEセンサで
あつて、その出力はAE信号処理部７に与えられ
る。AE信号処理部７はAEセンサ６からの信号を
所定のレベルで増幅すると共に工具の折損、異常
切削の信号を検知し、入出力インターフエース８
を通じて中央演算装置（以下CPUという）９に
与えるものである。CPU９にはシステム制御プ
ログラムを記憶するリードオンリメモリ（以下
ROMという）１０と、この数値制御装置３によ
つて用いられる工具に対応するAEセンサの感度
情報を含むランダムアクセスメモリ（以下RAM
という）１１から成る記憶手段が接続されてい
る。CPU９には更に入出力インターフエース１
２を介して切削中のAE信号レベル、工具の異常
切削や折損を表示する表示器１３、及び工具の番
号や種類、標準のAEセンサの感度を設定する入
力キー１４が接続される。更に信号伝送ライン１
５を介して数値制御装置３が接続されている。
CPU９はこれらの入力に基づいて所定の擬似AE
信号発生器４の駆動レベルを駆動回路５に与え、
AE信号処理部７より得られるAE信号レベルに基
づいて最適の感度を検出し、それをRAM１１に
順次保持すると共に以後それに対応する工具が用
いられるときにその感度に設定するように制御す
るものである。
施例を示すブロツク図である。本実施例は数値制
御装置を用いて制御されるボール盤に取付けられ
た工具折損検出装置を示すものであつて、ワーク
１はボール盤のベース上に固定されており、ワー
ク１の上部よりドリル２を回転させて所定速度で
押下しワーク１を開口する。ドリル２は数値制御
装置３によつてその動作が制御されている。ここ
で用いられるドリルは図示しない自動工具交換器
によつて自動的に交換されるものとする。さてワ
ーク１の上部のドリルの刃が接触する位置にワー
ク１に切削を行う前にあらかじめAEセンサと同
じくPZT等からなる擬似AE信号発生器４が取付
けられる。駆動回路５はこの擬似AE信号発生器
４を駆動するものであつて、あらかじめ工具の折
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駆動波形を発振するよう構成
されており、その振幅レベルは外部より与えられ
る。そしてワーク１が配置される工具の近傍、例
えば第１図に示すようにベース上にAE信号を検
出するAEセンサ６を設ける。AEセンサ６はドリ
ル２等の工具からのAE信号や擬似AE信号発生器
４からのAE信号を検出する広帯域のAEセンサで
あつて、その出力はAE信号処理部７に与えられ
る。AE信号処理部７はAEセンサ６からの信号を
所定のレベルで増幅すると共に工具の折損、異常
切削の信号を検知し、入出力インターフエース８
を通じて中央演算装置（以下CPUという）９に
与えるものである。CPU９にはシステム制御プ
ログラムを記憶するリードオンリメモリ（以下
ROMという）１０と、この数値制御装置３によ
つて用いられる工具に対応するAEセンサの感度
情報を含むランダムアクセスメモリ（以下RAM
という）１１から成る記憶手段が接続されてい
る。CPU９には更に入出力インターフエース１
２を介して切削中のAE信号レベル、工具の異常
切削や折損を表示する表示器１３、及び工具の番
号や種類、標準のAEセンサの感度を設定する入
力キー１４が接続される。更に信号伝送ライン１
５を介して数値制御装置３が接続されている。
CPU９はこれらの入力に基づいて所定の擬似AE
信号発生器４の駆動レベルを駆動回路５に与え、
AE信号処理部７より得られるAE信号レベルに基
づいて最適の感度を検出し、それをRAM１１に
順次保持すると共に以後それに対応する工具が用
いられるときにその感度に設定するように制御す
るものである。
次に第２図はAE信号処理部７の詳細な構成を
示すブロツク図である。本図においてAEセンサ
６の出力はまずアナログスイツチ２０に与えられ
る。アナログスイツチ２０はCPU９からの制御
信号に基づいてアナログ信号を断続するスイツチ
であつて、その出力端は可変増幅率増幅器２１に
接続されている。増幅器２１はCPU９からの制
御入力に基づいて増幅率を設定することができる
可変増幅率増幅器であつて、その出力を二つのバ
ンドパスフイルタ２２，２３及び入出力インター
フエース８を介してCPU９に与えるものである。
バンドパスフイルタ２２は中心周波数300KHz、
バンドパスフイルタ２３は中心周波数50KHzのフ
イルタであつて、夫々の中心周波数付近の信号の
みを次段の検波器２４，２５に伝える。検波器２
４，２５は夫々その入力信号を検波し振幅に応じ
た出力を得るものであつて、検波器２４の出力は
微分回路２６に、検波器２４，２５の出力は夫々
比較器２７に与えられる。これらのバンドパスフ
イルタ２２，２３、検出器２４，２５及び比較器
２７により折損時のAE信号を識別する周波数識
別手段を形成している。微分回路２６は入力信号
の急峻な変化分のみを次段のレベル判定器２８に
伝える。レベル判定器２８は所定の基準レベルと
入力信号とを比較するものであり、入力信号が大
きければ出力を折損検出回路２９と異常切削検出
回路３０に伝える。又比較器２７は検波器２４，
２５の出力を比較し、検波器２４の出力が大きい
場合にのみ出力を折損検出回路２９に伝える。折
損検出回路２９はこれらの入力の論理積をとつて
工具の折損を検出する論理回路であつて、検出信
号を入力インターフエース８を介してCPU９に
伝える。又異常切削検出回路３０はレベル判定器
２８の出力に基づいて異常切削を検出して入出力
インターフエース８を介してCPU９に伝えるも
のである。
示すブロツク図である。本図においてAEセンサ
６の出力はまずアナログスイツチ２０に与えられ
る。アナログスイツチ２０はCPU９からの制御
信号に基づいてアナログ信号を断続するスイツチ
であつて、その出力端は可変増幅率増幅器２１に
接続されている。増幅器２１はCPU９からの制
御入力に基づいて増幅率を設定することができる
可変増幅率増幅器であつて、その出力を二つのバ
ンドパスフイルタ２２，２３及び入出力インター
フエース８を介してCPU９に与えるものである。
バンドパスフイルタ２２は中心周波数300KHz、
バンドパスフイルタ２３は中心周波数50KHzのフ
イルタであつて、夫々の中心周波数付近の信号の
みを次段の検波器２４，２５に伝える。検波器２
４，２５は夫々その入力信号を検波し振幅に応じ
た出力を得るものであつて、検波器２４の出力は
微分回路２６に、検波器２４，２５の出力は夫々
比較器２７に与えられる。これらのバンドパスフ
イルタ２２，２３、検出器２４，２５及び比較器
２７により折損時のAE信号を識別する周波数識
別手段を形成している。微分回路２６は入力信号
の急峻な変化分のみを次段のレベル判定器２８に
伝える。レベル判定器２８は所定の基準レベルと
入力信号とを比較するものであり、入力信号が大
きければ出力を折損検出回路２９と異常切削検出
回路３０に伝える。又比較器２７は検波器２４，
２５の出力を比較し、検波器２４の出力が大きい
場合にのみ出力を折損検出回路２９に伝える。折
損検出回路２９はこれらの入力の論理積をとつて
工具の折損を検出する論理回路であつて、検出信
号を入力インターフエース８を介してCPU９に
伝える。又異常切削検出回路３０はレベル判定器
２８の出力に基づいて異常切削を検出して入出力
インターフエース８を介してCPU９に伝えるも
のである。
次に本実施例の動作について説明する。まず本
発明による工具毎の感度設定方法について第３図
のフローチヤートを参照しつつ説明する。動作を
開始するとまずステツプ40において入力キー１４
より使用者によつて入力されたそのとき用いられ
ている工具の大きさに対応するデータ（マガジン
番号）を読み込む。そしてステツプ41に進んでそ
の大きさに対応した擬似AE信号発生器４の駆動
レベルを駆動回路５に与える。そうすれば駆動回
路５は擬似AE信号発生器４を駆動するため擬似
AE信号発生器４よりAE信号がワーク１及びベー
スを介してAEセンサ６に伝えられる。このとき
AEセンサ６より得られる擬似AE信号は工具の折
損時と同一のパワースペクトルを有し、更に時間
領域においても折損時の波形と類似の波形を有し
ている。このAE信号がAE信号処理部７に伝えら
れアナログスイツチ２０及び可変増幅率増幅器２
１を介して入出力インターフエース８からCPU
９に伝えられる。CPU９はステツプ42において
AEセンサの信号レベルを可変増幅率増幅器２１
の増幅率によつて調整し、ステツプ43に進んでそ
の出力レベルが適正であるかどうかをチエツクす
る。このレベルが適正でなければステツプ44にお
いて必要な増幅率の増減を算出し、ステツプ42に
戻つて可変増幅率増幅器２１の増幅率を変更す
る。そしてステツプ42から44のループを繰り返し
その増幅率を適正に調整する。こうして得られた
最適の増幅率をRAM１１の所定領域にマガジン
番号と共に記憶する（ステツプ45）。次いでステ
ツプ46に進んで全ての工具の設定が終了したかど
うかをチエツクし、その設定が終了していなけれ
ばステツプ40に戻つて他の工具によつて同様の処
理を繰り返す。こうして数値制御装置３によつて
用いられる工具の全てについての感度値を調整
し、第４図にメモリマツプを示すように数値制御
装置により用いられる工具の全てのマガジン番号
とそのときの最適な増幅率を順次記憶して感度設
定処理を終了する。
発明による工具毎の感度設定方法について第３図
のフローチヤートを参照しつつ説明する。動作を
開始するとまずステツプ40において入力キー１４
より使用者によつて入力されたそのとき用いられ
ている工具の大きさに対応するデータ（マガジン
番号）を読み込む。そしてステツプ41に進んでそ
の大きさに対応した擬似AE信号発生器４の駆動
レベルを駆動回路５に与える。そうすれば駆動回
路５は擬似AE信号発生器４を駆動するため擬似
AE信号発生器４よりAE信号がワーク１及びベー
スを介してAEセンサ６に伝えられる。このとき
AEセンサ６より得られる擬似AE信号は工具の折
損時と同一のパワースペクトルを有し、更に時間
領域においても折損時の波形と類似の波形を有し
ている。このAE信号がAE信号処理部７に伝えら
れアナログスイツチ２０及び可変増幅率増幅器２
１を介して入出力インターフエース８からCPU
９に伝えられる。CPU９はステツプ42において
AEセンサの信号レベルを可変増幅率増幅器２１
の増幅率によつて調整し、ステツプ43に進んでそ
の出力レベルが適正であるかどうかをチエツクす
る。このレベルが適正でなければステツプ44にお
いて必要な増幅率の増減を算出し、ステツプ42に
戻つて可変増幅率増幅器２１の増幅率を変更す
る。そしてステツプ42から44のループを繰り返し
その増幅率を適正に調整する。こうして得られた
最適の増幅率をRAM１１の所定領域にマガジン
番号と共に記憶する（ステツプ45）。次いでステ
ツプ46に進んで全ての工具の設定が終了したかど
うかをチエツクし、その設定が終了していなけれ
ばステツプ40に戻つて他の工具によつて同様の処
理を繰り返す。こうして数値制御装置３によつて
用いられる工具の全てについての感度値を調整
し、第４図にメモリマツプを示すように数値制御
装置により用いられる工具の全てのマガジン番号
とそのときの最適な増幅率を順次記憶して感度設
定処理を終了する。
次にこうして設定した各工具に対応する最適感
度のデータを用いて工具の折損を監視する監視動
作について説明する。第５図はこの監視動作を示
すフローチヤートであつて、監視動作を開始する
とまずステツプ50においてその工具に対応した増
幅率の最適値をRAM１１より読出し、入出力イ
ンターフエース８を介してAE信号処理部７の可
変増幅率増幅器２１の増幅率を設定する。そうす
ればワーク１の切削に応じてAEセンサ６よりAE
信号がアナログスイツチ２０を介して与えられ、
最適の増幅率によつて増幅されて二つのバンドパ
スフイルタ２２，２３に与えられる。さて通常の
切削加工時にAEセンサ６より与えられるAE信号
のパワースペクトルの分布は第６図の曲線ｂに示
すように周波数50KHz付近に集中しており、それ
より高い周波数領域では単調に減衰する分布とな
つている。又多くの実験より知られるように工具
の折損時のパワースペクトルの分布は第６図の曲
線ａにより表され、周波数300KHz付近にピーク
を持つことが明らかとなつている。これは信号源
が機械的振動を原因とするものでなく、工具の非
可塑性破壊時に生じる超音波特有の現象が起こる
ためと考えられる。従つて二つのバンドパスフイ
ルタ２２，２３により夫々の周波数成分付近の
AE信号のみを取出して検波器２４，２５より検
波し、その出力レベルを比較すれば通常時と工具
折損時とを明確に識別することが可能である。即
ち通常の切削時には周波数50KHz付近のAE信号
のパワーが周波数300KHz付近のパワーより大き
く、工具の折損時には300KHz付近のパワーが周
波数50KHz付近のパワーより大きいからである。
比較器２７はこれらの出力を比較して工具の折損
時にのみ信号を折損検出回路２９に与えている。
度のデータを用いて工具の折損を監視する監視動
作について説明する。第５図はこの監視動作を示
すフローチヤートであつて、監視動作を開始する
とまずステツプ50においてその工具に対応した増
幅率の最適値をRAM１１より読出し、入出力イ
ンターフエース８を介してAE信号処理部７の可
変増幅率増幅器２１の増幅率を設定する。そうす
ればワーク１の切削に応じてAEセンサ６よりAE
信号がアナログスイツチ２０を介して与えられ、
最適の増幅率によつて増幅されて二つのバンドパ
スフイルタ２２，２３に与えられる。さて通常の
切削加工時にAEセンサ６より与えられるAE信号
のパワースペクトルの分布は第６図の曲線ｂに示
すように周波数50KHz付近に集中しており、それ
より高い周波数領域では単調に減衰する分布とな
つている。又多くの実験より知られるように工具
の折損時のパワースペクトルの分布は第６図の曲
線ａにより表され、周波数300KHz付近にピーク
を持つことが明らかとなつている。これは信号源
が機械的振動を原因とするものでなく、工具の非
可塑性破壊時に生じる超音波特有の現象が起こる
ためと考えられる。従つて二つのバンドパスフイ
ルタ２２，２３により夫々の周波数成分付近の
AE信号のみを取出して検波器２４，２５より検
波し、その出力レベルを比較すれば通常時と工具
折損時とを明確に識別することが可能である。即
ち通常の切削時には周波数50KHz付近のAE信号
のパワーが周波数300KHz付近のパワーより大き
く、工具の折損時には300KHz付近のパワーが周
波数50KHz付近のパワーより大きいからである。
比較器２７はこれらの出力を比較して工具の折損
時にのみ信号を折損検出回路２９に与えている。
一方切削加工時に生じる切屑と工具ワークとの
接触や摩擦によつて第６図の曲線ａで示されるパ
ワースペクトル分布と似た信号が発生する場合が
ある。この場合にはバンドパスフイルタ２２，２
３の中心周波数やＱの値、及び比較器２７のスレ
ツシユホールドレベル等を適切に設定しても切屑
と工具やワークの接触、摩擦による信号を工具の
折損信号と誤つて判断することがある。従つて本
発明においては工具の折損時に見られるAE信号
の時間領域の波形にも着目し、これらの信号を分
離している。即ち工具の折損時に得られるAE信
号波形は第７図ａに示すように折損時に鋭い立上
がりを有する信号となつており、一方切屑と工具
やワークの接触、摩擦によつて発生するAE信号
は第７図ｂに示すように鋭い立上がりを示さず所
定期間信号が継続する波形となつている。従つて
第２図のブロツク図に示すように検波器２４の出
力を微分回路２６に与え、折損時等の急峻な信号
のみを分離してレベル判定器２８に与える。レベ
ル判定器２８は入力信号が大きいときに出力を折
損検出回路２９及び異常切削検出回路３０に与え
る。異常切削検出回路３０はレベル判定器２８の
出力に基づいて入出力インターフエースより
CPU９に異常切削を伝える。第５図に示すフロ
ーチヤートにおいてCPU９は異常切削検出回路
３０から異常切削信号が伝えられるかどうかをチ
エツクしており（ステツプ51）、この信号がなけ
れば正常な切削動作が行われているのでステツプ
52に進んで表示器１３より切削レベルを表示す
る。そしてステツプ50に戻つて同様の処理を繰り
返し、ステツプ50〜52の処理を実行しつつ切削の
異常を監視している。さて異常切削検出回路３０
より異常切削信号が伝えられればステツプ53に進
んで折損検出回路２９より折損信号が与えられる
かどうかをチエツクする。折損検出回路２９は比
較器２７とレベル判定器２８の論理積によつて工
具の折損を検知し、工具折損時には入出力インタ
ーフエースよりCPU９に折損出力を伝える。従
つてステツプ53において折損信号が与えられるか
どうかをチエツクし、これが与えられなければ異
常切削が行われているのでステツプ54において表
示器１３より異常切削を表示してステツプ50に戻
る。又ステツプ53において折損検出信号が与えら
れれば工具の折損が検出されたので、ステツプ55
に進んで表示器１３より工具の折損を表示すると
共に数値制御装置３にそのデータを伝えて動作を
停止する。そしてステツプ56に進んでAE信号処
理部７のアナログスイツチ２０をオフとして処理
を終了する。
接触や摩擦によつて第６図の曲線ａで示されるパ
ワースペクトル分布と似た信号が発生する場合が
ある。この場合にはバンドパスフイルタ２２，２
３の中心周波数やＱの値、及び比較器２７のスレ
ツシユホールドレベル等を適切に設定しても切屑
と工具やワークの接触、摩擦による信号を工具の
折損信号と誤つて判断することがある。従つて本
発明においては工具の折損時に見られるAE信号
の時間領域の波形にも着目し、これらの信号を分
離している。即ち工具の折損時に得られるAE信
号波形は第７図ａに示すように折損時に鋭い立上
がりを有する信号となつており、一方切屑と工具
やワークの接触、摩擦によつて発生するAE信号
は第７図ｂに示すように鋭い立上がりを示さず所
定期間信号が継続する波形となつている。従つて
第２図のブロツク図に示すように検波器２４の出
力を微分回路２６に与え、折損時等の急峻な信号
のみを分離してレベル判定器２８に与える。レベ
ル判定器２８は入力信号が大きいときに出力を折
損検出回路２９及び異常切削検出回路３０に与え
る。異常切削検出回路３０はレベル判定器２８の
出力に基づいて入出力インターフエースより
CPU９に異常切削を伝える。第５図に示すフロ
ーチヤートにおいてCPU９は異常切削検出回路
３０から異常切削信号が伝えられるかどうかをチ
エツクしており（ステツプ51）、この信号がなけ
れば正常な切削動作が行われているのでステツプ
52に進んで表示器１３より切削レベルを表示す
る。そしてステツプ50に戻つて同様の処理を繰り
返し、ステツプ50〜52の処理を実行しつつ切削の
異常を監視している。さて異常切削検出回路３０
より異常切削信号が伝えられればステツプ53に進
んで折損検出回路２９より折損信号が与えられる
かどうかをチエツクする。折損検出回路２９は比
較器２７とレベル判定器２８の論理積によつて工
具の折損を検知し、工具折損時には入出力インタ
ーフエースよりCPU９に折損出力を伝える。従
つてステツプ53において折損信号が与えられるか
どうかをチエツクし、これが与えられなければ異
常切削が行われているのでステツプ54において表
示器１３より異常切削を表示してステツプ50に戻
る。又ステツプ53において折損検出信号が与えら
れれば工具の折損が検出されたので、ステツプ55
に進んで表示器１３より工具の折損を表示すると
共に数値制御装置３にそのデータを伝えて動作を
停止する。そしてステツプ56に進んでAE信号処
理部７のアナログスイツチ２０をオフとして処理
を終了する。
こうすれば工作機械において見られる他の信
号、例えばソレノイドの開閉に伴うスパイク状の
電気ノイズはバンドパスフイルタ２０、検波器２
４を介して微分回路２６よりレベル判定器２８に
伝えられることもあるが、そのパワースペクトル
は第６図の曲線ｃに示すように単調減少の分布を
有しており、比較器２７から出力が得られない。
又ワーク１やワーク１のベースに物体が衝突した
ときに生じる衝撃波が考えられるが、この場合に
も機械的な振動のためパワースペクトルは低い周
波数に集中しており周波数300KHz付近では大き
く減衰しているため、比較器２７より出力は得ら
れず工具折損信号を生じることはない。このよう
に周波数領域の折損検出と時間領域の折損検出の
両者を組み合わせることによつて確実に工具の折
損のみを検出することが可能となる。このように
して工具の折損が検出されればアナログスイツチ
２０をオフとして以後AE信号の入力を停止して
いる。これは工具の折損後に発生する折損した工
具とワークとの異常接触や摩擦により発生する大
きなAE信号を更に折損と判定しないようにする
ためである。
号、例えばソレノイドの開閉に伴うスパイク状の
電気ノイズはバンドパスフイルタ２０、検波器２
４を介して微分回路２６よりレベル判定器２８に
伝えられることもあるが、そのパワースペクトル
は第６図の曲線ｃに示すように単調減少の分布を
有しており、比較器２７から出力が得られない。
又ワーク１やワーク１のベースに物体が衝突した
ときに生じる衝撃波が考えられるが、この場合に
も機械的な振動のためパワースペクトルは低い周
波数に集中しており周波数300KHz付近では大き
く減衰しているため、比較器２７より出力は得ら
れず工具折損信号を生じることはない。このよう
に周波数領域の折損検出と時間領域の折損検出の
両者を組み合わせることによつて確実に工具の折
損のみを検出することが可能となる。このように
して工具の折損が検出されればアナログスイツチ
２０をオフとして以後AE信号の入力を停止して
いる。これは工具の折損後に発生する折損した工
具とワークとの異常接触や摩擦により発生する大
きなAE信号を更に折損と判定しないようにする
ためである。
尚本実施例はAE信号処理部７のアナログ処理
によつて折損を検出するようにしているが、AE
センサの出力をＡ／Ｄ変換した後にサンプリング
しその後の処理を全てデジタル信号処理によつて
行うことも可能である。この場合にはバンドパス
フイルタをデジタルフイルタに、微分回路を差分
演算等に置き換えてCPUを用いた信号処理を行
うことが考えられる。
によつて折損を検出するようにしているが、AE
センサの出力をＡ／Ｄ変換した後にサンプリング
しその後の処理を全てデジタル信号処理によつて
行うことも可能である。この場合にはバンドパス
フイルタをデジタルフイルタに、微分回路を差分
演算等に置き換えてCPUを用いた信号処理を行
うことが考えられる。
又本実施例は工具毎のマガジン番号とそれに対
応する増幅率のデータを工具折損検出装置内のメ
モリに保持するようにしているが、数値制御装置
内のメモリにこのデータを保持するしてもよい。
応する増幅率のデータを工具折損検出装置内のメ
モリに保持するようにしているが、数値制御装置
内のメモリにこのデータを保持するしてもよい。
更に本実施例は数値制御装置に適用した折損検
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、更に大規模なマシニングセンタに適用する
ことも可能である。
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、更に大規模なマシニングセンタに適用する
ことも可能である。
第１図は本発明による工具折損検出装置の一実
施例を示すブロツク図、第２図はAE信号処理部
の詳細な構成を示すブロツク図、第３図は本実施
例の工具折損検出装置の感度の自動設定処理を示
すフローチヤート、第４図はそのとき得られる増
幅率を記憶している状態を示すメモリマツプ、第
５図はこうして得られた感度データに基づいて切
削状況を監視する場合の処理を示すフローチヤー
ト、第６図はAEセンサ６より得られるAE信号の
パワースペクトルを示す図、第７図ａは工具折損
時に得られるAE信号波形、第７図ｂは切屑が生
じる場合に得られるAE信号波形を示す図である。 １……ワーク、２……ドリル、３……数値制御
装置、４……擬似AE信号発生器、５……駆動回
路、６……AEセンサ、７……AE信号処理部、
８，１２……入出力インターフエース、９……
CPU、１０……ROM、１１……RAM、１３…
…表示器、１４……入力キー、２０……アナログ
スイツチ、２１……可変増幅率増幅器、２２，２
３……バンドパスフイルタ、２４，２５……検波
器、２６……微分回路、２７……比較器、２８…
…レベル判定器、２９……折損検出回路、３０…
…異常切削検出回路。
施例を示すブロツク図、第２図はAE信号処理部
の詳細な構成を示すブロツク図、第３図は本実施
例の工具折損検出装置の感度の自動設定処理を示
すフローチヤート、第４図はそのとき得られる増
幅率を記憶している状態を示すメモリマツプ、第
５図はこうして得られた感度データに基づいて切
削状況を監視する場合の処理を示すフローチヤー
ト、第６図はAEセンサ６より得られるAE信号の
パワースペクトルを示す図、第７図ａは工具折損
時に得られるAE信号波形、第７図ｂは切屑が生
じる場合に得られるAE信号波形を示す図である。 １……ワーク、２……ドリル、３……数値制御
装置、４……擬似AE信号発生器、５……駆動回
路、６……AEセンサ、７……AE信号処理部、
８，１２……入出力インターフエース、９……
CPU、１０……ROM、１１……RAM、１３…
…表示器、１４……入力キー、２０……アナログ
スイツチ、２１……可変増幅率増幅器、２２，２
３……バンドパスフイルタ、２４，２５……検波
器、２６……微分回路、２７……比較器、２８…
…レベル判定器、２９……折損検出回路、３０…
…異常切削検出回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 工作機械の工具近傍に設けられた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、 工具の折損時に得られるAE信号の周波数を含
む擬似AE信号を発生する擬似AE信号発生手段
と、 外部入力に基づいて増幅率を変えて前記AEセ
ンサのAE信号を増幅する可変増幅率増幅器と、 用いられる工具に対応した駆動レベルにより前
記擬似AE信号発生手段を駆動し前記可変増幅率
増幅器の増幅率を最適値に設定するAE感度設定
手段と、 前記AE感度設定手段により設定された工具毎
の最適増幅率を記憶する記憶手段と、 工具の折損時に得られるAE信号の周波数成分
と強い相関を持つ周波数成分のAE信号が前記最
適増幅率に設定された可変増幅率増幅器より与え
られたときに出力を出す周波数識別手段と、 前記AEセンサより急激に立上る信号が与えら
れたときに出力を出す立上り信号検出手段と、 前記周波数識別手段及び立上り信号検出手段の
論理積出力に基づいて工具折損検出出力を出す論
理出力手段と、を具備することを特徴とする工具
折損検出装置。 ２ 前記周波数識別手段は、工具折損検出時に得
られる周波数と通常の切削時に得られる周波数の
最大値を夫々中心周波数とするバンドパスフイル
タと、該バンドパスフイルタの夫々の出力レベル
を比較する比較器を有し、該比較器より工具の折
損信号を得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 前記立上り信号検出手段は、AE信号を微分
する微分回路を有し、該微分出力に基づいて急激
な振幅変動を検出するもの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。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210176A JPS6188147A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 工具折損検出装置 |
| US06/734,679 US4918616A (en) | 1984-05-18 | 1985-05-16 | Tool monitoring system |
| EP85106105A EP0165482B1 (en) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | Tool monitoring system |
| AT85106105T ATE46777T1 (de) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | Werkzeugueberwachungssystem. |
| DE8585106105T DE3573333D1 (en) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | Tool monitoring system |
| KR1019850003399A KR900007293B1 (ko) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | 공구 감시시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210176A JPS6188147A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 工具折損検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6188147A JPS6188147A (ja) | 1986-05-06 |
| JPH055618B2 true JPH055618B2 (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=16585037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59210176A Granted JPS6188147A (ja) | 1984-05-18 | 1984-10-05 | 工具折損検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6188147A (ja) |
-
1984
- 1984-10-05 JP JP59210176A patent/JPS6188147A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6188147A (ja) | 1986-05-06 |
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