JPH0572354U - 破損検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ジグ等の破損を検出する破損検出装置につい
て、破損基準レベルを自動的に設定できるようにする。 【構成】 測定センサー１はジグからの超音波を測定し
てサンプリング部３へ出力する。サンプリング部３は測
定信号をサンプリングして記憶制御部５へ出力する。記
憶制御部５は設定モード時にサンプリング信号を基準レ
ベル信号として記憶部７へ格納し、測定モード時に基準
レベル信号を読出して比較部９へ出力する。設定部１１
は設定モードと測定モードを切換え設定する。比較部９
は測定モード時に測定センサー１からの測定信号が記憶
制御部５からの基準レベル信号を越えるとき指示信号を
破損検出部１３へ出力する。破損検出部１３は指示信号
が所定量を越えたときそのジグの破損を検出する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は破損検出装置に係り、例えばジグや工作機械の変形、破壊等の破損を 検出する破損検出装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

固体ではこれが変形や破壊する際に弾性エネルギーが放出され、１０ＫＨｚ〜 ２ＭＨｚ程度の弾性超音波を主体とした特有の音響パルスが発生して伝播する。 この現象を一般的にアコスティック・エミンション（ Acoustic Emission：ＡＥ ）現象と言われる。 そして、このＡＥ現象を利用して切削バイト等のジグ、ベアリングや回転軸等 の工作機械の機械要素の破損を検出する破損検出装置が提案されている。

【０００３】 従来、この種の破損検出装置は、図示はしないが例えば切削バイトに取付けた 測定センサーから得られた測定信号と予め設定した一定の基準レベルとを比較し 、測定信号が基準レベルを越えるか否かを検出するもので、例えば図５に示すよ うに適当な基準レベルＢを設定することにより、変形や破壊に伴って測定信号Ａ が基準レベルＢを越えたとき、切削バイトの変形や破壊等破損が生じたとして警 報信号Ｃを出力可能に構成したものである。 もっとも、実際の破損検出装置では、偶発的な原因から一時的に測定信号Ａが 基準レベルＢを越えて誤検出しないように、図６のように測定信号Ａが基準レベ ルＢを越える回数（ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、……）を加算して所定の積算回数 に達したとき警報信号を出力可能に構成したり、図７のように測定信号Ａが基準 レベルＢを越える時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、……）を加算して所定の積算 時間に達したとき警報信号を出力可能に構成したり、更にはそれら積算回数およ び積算時間の双方に達したとき警報信号を出力可能に構成することが行なわれて いる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、一般に被測定物毎にその基準レベルＢが異なるから、上述した 破損検出装置では、例えば一度ある切削バイトについて基準レベルＢを設定して 測定した後、別の切削バイトを測定するには基準レベルＢを外部から再設定しな ければ正確な測定を確保できず、予め被測定物毎に適性な基準レベルＢを調べて おいてその都度設定する必要が生じるから、基準レベルＢに設定にはかなりの手 間を必要とし煩雑であった。 しかも、被測定物からの測定信号レベルは、図５〜図７のように正常の動作又 は使用時において一定ではなく変化するし、被測定物自体の超音波信号以外にも この周囲の機械からの超音波信号も測定される場合もあり、被測定物自体の基準 レベルが分っていても正確な破損検出が困難な場合もある。

【０００５】 本考案者は破損時に種々の被測定物から発生する超音波信号を詳細に比較検討 した結果、正常な動作又は使用時に被測定物から発生する超音波信号レベルがあ る程度規則的に変化し、これら変化する測定信号を基準レベルとして使用可能な 点に着目して本考案を完成させた。 本考案はこのような状況の下になされたもので、破損状態を検出する被測定物 に対応した破損基準レベルを自動的に設定することが可能で、取扱いの簡単な破 損検出装置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

このような課題を解決するために本考案は、被測定物に接続されこの被測定物 の変形又は破壊時に発生伝播する超音波を電気信号に変換する測定センサーと、 この測定センサーからの測定信号を所定のサンプリング周期でサンプリングする サンプリング部と、このサンプリング部からのサンプリング信号を基準レベル信 号として順次記憶設定する記憶部と、少なくとも基準レベル設定動作と上記被測 定物の破損検出動作を設定する設定部と、この設定部による基準レベル設定時に その基準レベル信号の記憶部への格納を制御するとともに破損検出動作設定時に その基準レベル信号の読出しを制御する記憶制御部と、この記憶制御部で読出し た基準レベル信号と上記測定センサーからの測定信号と開始タイミングを合せて 順次比較して測定信号が基準レベル信号を越えるとき指示信号を出力する比較部 と、この比較部からの指示信号が所定量を越えたときその被測定物の変形又は破 壊を検出する破損検出部とを有して構成されている。

【０００７】

【作用】

このような手段を備えた本考案では、設定部で基準レベル設定動作が設定され ると、サンプリング部にてサンプリングされた測定信号が基準レベル信号として 記憶制御部によって記憶部へ順次格納されて基準レベル信号が設定される。 設定部で破損検出動作が設定されると、予め記憶部に格納されたその基準レベ ル信号が記憶制御部で読出されて比較部に加えられ、この比較部ではそれら基準 レベル信号と測定センサーからの測定信号とを開始タイミングを合せて順次比較 して測定信号が基準レベル信号を越えるとき指示信号を出力し、破損検出部では その比較部からの指示信号が所定量を越えたとき上記被測定物の変形又は破壊を 検出する。

【０００８】

【実施例】

以下本考案の実施例を図面を参照して説明する。 図１は本考案に係る破損検出装置の一実施例を示すブロック図である。 図１において、測定センサー１は、被測定物例えば切削バイト（図示せず）の 表面に貼付ける等して接続され、切削バイトを伝播する例えば１０ＫＨｚ〜２Ｍ Ｈｚ程度の超音波をアナログ測定信号に変換するものであり、圧電セラミック板 の対向面に検出電極を形成した公知の構成を有している。 なお、固体が変形又は破壊する際に発生する超音波は２００ＫＨｚ付近の周波 数にピークを有するので、測定センサー１もこの付近の感度を高めた構成にする ことが好ましい。

【０００９】 サンプリング部３は、アナログ測定信号をデジタル信号にＡ／Ｄ変換するとと もに例えば１０ｍ秒（０．０１ｓｅｃ）のサンプリング周期でサンプリングする ものであり、記憶制御部５に接続されている。サンプリング周期は後述する設定 部１１によって設定変更される。 記憶制御部５は、サンプリングされた測定信号を基準レベル信号として記憶部 ７へ順次格納して設定制御する一方、この格納された基準レベル信号を繰返し読 出して比較部９へ出力制御するものである。 記憶制御部５は、読出し後の基準レベル信号全体をレベルアップさせて比較部 ９へ出力する機能を有している。なお、格納前の基準レベル信号をレベルアップ して記憶部７へ格納する構成も可能である。

【００１０】 記憶部７は、基準レベル信号を読書き自在に格納できる不揮発性メモリー例え ばＥＥＰ−ＲＯＭであるが、電源バックアップされたＲＡＭであってもよい。 設定部１１は、サンプリング部３によるサンプリング周期の設定や変更、基準 レベル設定（設定モード）と破損検出動作（測定モード）の切換えを外部から設 定するもので、基準レベル設定（設定モード）時に記憶制御部５による基準レベ ル信号の記憶部７へ格納を制御し、破損検出動作（測定モード）時に格納された 基準レベル信号の読出しを制御する他、後述する設定機能を有するスイッチであ り、外部から設定可能になっている。 比較部９は、記憶制御部５からの基準レベル信号と測定センサー１からの測定 信号とを順次比較し、測定信号が基準レベル信号を越えるとき指示信号を破損検 出部１３へ出力するものである。

【００１１】 記憶制御部５で読出された基準レベル信号や測定センサー１からの測定信号は 時間とともに常にレベルが変化するのが一般的であるから、基準レベル信号の設 定開始と同じ開始タイミングで測定センサー１から取込んだ測定信号を比較する ことが必要である。 例えば、工作機械に取付けた切削バイトの破損状態を検出する場合、基準レベ ル設定（設定モード）時にはその工作機械の起動時から又は起動後に切削バイト がある位置まで前進した時から一定期間の測定信号を基準レベル信号として設定 し、破損検出動作（測定モード）時にもその工作機械の起動時から又は起動後に 切削バイトが同じ位置まで前進した時から切削バイトの測定信号とその基準レベ ルを比較する。

【００１２】 正確な比較を確保する観点から、所定位置まで切削バイトが前進したとき例え ば公知のマイクロスイッチをＯＮ動作させ、このＯＮ動作による測定スタート検 出動作に合せて測定信号を取込んで基準レベル設定および信号比較をすると良い 。 破損検出部１３は、比較部９からの指示信号が所定量を越えたとき、その被測 定物の変形又は破壊を検出し、図１では図示しない表示部に出力するものである 。

【００１３】 破損検出部１３は、上述した図６および図７のように、指示信号の出現回数の 積算回数が所定の設定回数に達したときに被測定物の破壊又は変形と判断したり 、指示信号の出力時間の積算時間が設定時間に達したときに被測定物の破壊又は 変形と判断したり、これら積算回数や積算時間の双方が設定数や設定時間に達し たときに被測定物の破壊又は変形と判断し、その判断結果を出力する機能を有し ている。 なお、それら積算回数や積算時間は設定部１１によって設定される。

【００１４】 図２は上述した破損検出装置の構成をより具体的に示すブロック図である。 測定センサー１は、増幅回路１５を介してＡ／Ｄ変換回路１７および比較部９ を形成するＯＰアンプ１９、２１の一方の入力端に接続されている。なお、増幅 回路１５は必須ではない。 Ａ／Ｄ変換回路１７は、増幅回路１５で増幅された測定センサー１からのアナ ログ測定信号を後述する制御回路２３の管理下でサンプリングしてＡ／Ｄ変換す るもので、デジタル測定信号を制御回路２３に出力するものである。

【００１５】 制御回路２３は、演算機能や比較判別機能の主体をなすＣＰＵ２３ａと、この ＣＰＵ２３ａの動作プログラムを格納したＲＯＭ２３ｂと、インタフェースＩ／ Ｏ２３ｃを有する、いわゆるコンピュータの主要部からなっており、記憶回路２ ５、設定回路２７、ＯＰアンプ１９、２１、Ｄ／Ａ変換回路２９、３１、出力回 路３３、表示回路３５が接続されている。この制御回路２３の動作機能は後述す る。 記憶回路２５は、制御回路２３の管理下で、図１の記憶部７として機能するＥ ＥＰ−ＲＯＭである。なお、この記憶回路２５の記憶容量によって基準レベル信 号の格納時間（データ数）が決定される。

【００１６】 設定回路２７は、外部から設定可能な機械的切換えスイッチ等で形成され、制 御回路２３の管理下で図１の設定部１１として機能するものである。 すなわち、サンプリング周期の設定や変更、基準レベル設定（設定モード）と 破損検出動作（測定モード）の切換え設定、積算回数や積算時間の設定や変更を 外部から入力するものであり、これらの設定データは制御回路２３の管理下で記 憶回路２５へ格納される。

【００１７】 制御回路２３は、設定回路２７によって基準レベル設定（設定モード）が設定 された状況下では、Ａ／Ｄ変換回路１７からのデジタル測定信号を所定のサンプ リング周期で平均化演算し、これを基準レベル信号として記憶回路２５へ順次格 納制御する一方、設定回路２７によって破損検出動作（測定モード）が設定され た状況下では、予め格納された基準レベル信号を記憶回路２５から繰返し読出す とともにＤ／Ａ変換回路２９、３１へ出力するもので、図１の記憶制御部５とし て機能している。 なお、制御回路２３は、Ａ／Ｄ変換回路１７からのデジタル測定信号を所定の サンプリング周期でサンプリングするとともに、例えば数十秒間分のサンプリン グ信号を１期間として複数期間分のサンプリング信号を平均化演算して基準レベ ル信号とするよう構成可能である。

【００１８】 制御回路２３でサンプリングするサンプリング周期は上述したように例えば１ ０ｍ秒（０．０１ｓｅｃ）であって設定回路２７で設定され、このサンプリング 周期は任意に変更可能であるが、記憶回路２５の記憶容量に応じてサンプル時間 、換言すればサンプル数（データ数）が変化する。すなわち、サンプリング周期 を小さくするとサンプル時間が減少する。 例えば、２Ｋバイトの記憶回路２５を用いて１０ｍ秒のサンプリング周期を設 定すると、２０秒間程度の基準レベル信号が記憶回路２５に格納される。

【００１９】 図３は、測定信号Ａと制御回路２３でのサンプリング周期Ｔの関係を示す図で ある。 Ｄ／Ａ変換回路２９は、制御回路２３からの基準レベル信号をアナログ基準レ ベル信号にＤ／Ａ変換するとともにレベルアップ（例えば格納前の基準レベル信 号の２０〜３０％アップ）した破壊検出用の第１の基準レベル信号をＯＰアンプ １９の他方の入力端に出力するもので、Ｄ／Ａ変換回路３１は同じ基準レベル信 号をＤ／Ａ変換するとともに第１の基準レベル信号より低いレベルでアップした 変形検出用第２の基準レベル信号をＯＰアンプ２１の他方の入力端に出力するも のである。すなわち、これらＤ／Ａ変換回路２９、３１は制御回路２３とともに 図１の記憶制御部５を形成している。

【００２０】 なお、基準レベル信号をレベルアップして記憶回路２５へ格納する構成では、 制御回路２３が増幅演算して記憶回路２５へ格納することになり、この場合には これらＤ／Ａ変換回路２９、３１はＯＰアンプ１９、２１とともに図１の比較部 ９を形成すると考えられる。 ＯＰアンプ１９は増幅回路１５を介した測定センサー１からの測定アナログ信 号と第１の基準レベル信号を比較し、測定アナログ信号が第１の基準レベル信号 を越えるとき第１の指示信号を制御回路２３に出力するものであり、ＯＰアンプ ２１はその測定アナログ信号と第２の基準レベル信号を比較し、測定アナログ信 号が第２の基準レベル信号を越えるとき第２の指示信号を制御回路２３に出力す るものである。

【００２１】 ところで、ＯＰアンプ１９、２１で測定アナログ信号と第１および第２の基準 レベル信号を同じ比較開始タンミングで比較するために、切削バイト（図示せず ）の近傍に配置されこの測定スタート検出部としてのマイクロスイッチ３７から の開始信号の入力により、制御回路２３が記憶回路２５へ基準レベル信号を格納 する一方、制御回路２３が記憶回路２５から基準レベル信号を読み出すようにな っている。 なお、マイクロスイッチ３７を設ける代りに、例えばＡ／Ｄ変換回路１７を介 して検知した測定アナログ信号の取込み開始に合せて制御回路２３で記憶回路２ ５へ基準レベル信号を格納する一方、同様に読み出す構成も可能である。

【００２２】 制御回路２３は、破損検出動作（測定モード）時に、第１の指示信号の積算回 数および積算時間の双方が所定の設定数および設定時間に達したときに被測定物 が破壊したと判断し、出力回路３３へその旨の信号を出力するとともに表示部３ ５の破壊警報ランプ（図示ぜず）を点灯させる機能を有している。 制御回路２３は、第２の指示信号の積算回数および積算時間の双方が設定数お よび設定時間に達したときに被測定物が変形したと判断し、出力回路３３へその 旨の信号を出力するとともに、表示部３５の変形警報ランプ（図示ぜず）を点灯 させる機能を有するものである。すなわち、制御回路２３は図１の破損検出部１ ３として機能する。

【００２３】 制御回路２３では、第１および第２の指示信号の積算回数又は積算時間のいず れかが設定数や設定時間に達したときに被測定物が破壊又は変形したと判断する ように動作させることが可能であり、これらは設定回路２７によって任意に設定 される。 また、比較する基準レベル信号および指示信号を１種類にする構成も可能であ り、この構成ではＤ／Ａ変換回路３１およびＯＰアンプ２１は不要となる。 図４は、測定信号Ａと１種類の基準レベルｂの関係を示す図であり、測定信号 Ａが基準レベルｂを越えると指示信号がＯＰアンプ１９から制御回路２３へ出力 される。

【００２４】 図２中の符号３９は測定センサー１からの測定信号、Ｄ／Ａ変換回路２９、３ １からの第１および第２の基準レベル信号をバーグラフ表示するレベルメーター であり、切換スイッチＳＷを介してそれらに接続されているが、必須の要件では ない。 このように構成された破損検出装置では、基準レベル設定（設定モード）時に は正常に動作中の被測定物についての測定信号をサンプリングして基準レベル信 号として順次記憶し、破損検出動作（測定モード）時には予め格納した基準レベ ル信号を順次繰返して読み出し、測定センサー１からの測定信号と同じ開始タイ ミングで比較する構成としたから、被測定物についてその正常動作中の測定信号 を得ることによって破損基準レベルの設定が可能となり、この基準レベルと測定 信号を比較すれば被測定物の破壊又は変形の検出が可能となる。

【００２５】 そのため、破壊や変形等の破損状態を検出する被測定物毎に予め基準レベルを 調べておく必要はなく、個々の被測定物の破損基準レベルを自動設定可能となり 、設定動作が容易で取扱いも簡単となる。 しかも、被測定物からの測定信号が変化するものであっても、これを基準レベ ルとして設定可能であるから、広範囲の被測定物についての破損検出が容易であ る。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案は、設定モードの下で正常に動作中の被測定物の測 定信号を基準レベルとして所定期間分順次格納し、測定モードの下でその記憶格 納した基準レベルと測定センサーからの測定信号とを同じ開始タイミングで比較 する構成としたから、被測定物についての正常動作中の測定信号を格納すれば基 準レベルが自動設定される。 そのため、破損状態を検出する被測定物に応じた適切な破損基準レベルを簡単 に自動設定できるうえ、被測定物が変更されても同様に測定信号を基準レベルと して記憶格納すれば測定可能となり、種々の被測定物の破損検出が簡単となる利 点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る破損検出装置の一実施例を示すブ
ロック図である。

【図２】図１の破損検出装置の構成を具体的に示すブロ
ック図である。

【図３】図１の破損検出装置の動作を説明する波形図で
ある。

【図４】図１の破損検出装置の動作を説明する波形図で
ある。

【図５】従来の破損検出装置の動作を説明する波形図で
ある。

【図６】従来の破損検出装置の動作を説明する波形図で
ある。

【図７】従来の破損検出装置の動作を説明する波形図で
ある。

【符号の説明】

１ 測定センサー ３ サンプリング部 ５ 記憶制御部 ７ 記憶部 ９ 比較部 １１ 設定部 １３ 破損検出部 １５ 増幅回路 １７ Ａ／Ｄ変換回路 １９、２１ ＯＰアンプ（比較部） ２３ 制御回路（サンプリング部、記憶制御部、破損検
出部） ２３ａ ＣＰＵ ２３ｂ ＲＯＭ ２３ｃ インタフェース（Ｉ／Ｏ） ２５ 記憶回路（記憶部） ２７ 設定回路（設定部） ２９、３１ Ｄ／Ａ変換回路 ３３ 出力回路 ３５ 表示回路 ３７ マイクロスイッチ（測定スタート部） ３９ レベルメーター

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に接続されこの被測定物の変形
   又は破壊時に発生伝播する超音波を電気信号に変換する
   測定センサーと、 この測定センサーからの測定信号を所定のサンプリング
   周期でサンプリングするサンプリング部と、 このサンプリング部からのサンプリング信号を基準レベ
   ル信号として順次記憶設定する記憶部と、 少なくとも基準レベル設定動作と前記被測定物の破損検
   出動作を設定する設定部と、 この設定部による前記基準レベル設定時に前記基準レベ
   ル信号の前記記憶部への格納を制御し、前記破損検出動
   作時に前記記憶部からの前記基準レベル信号の読出しを
   制御する記憶制御部と、 この記憶制御部で読出した前記基準レベル信号と前記破
   損検出動作時の前記測定センサーからの測定信号と開始
   タイミングを合せて順次比較して前記基準レベル信号を
   越えるとき指示信号を出力する比較部と、 この比較部からの前記指示信号が所定量を越えたとき前
   記被測定物の変形又は破壊を検出する破損検出部と、 を具備することを特徴とする破損検出装置。