JPS5924441Y2 - 工作機械の工具損傷検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は工作機械の工具損傷検出装置に関し、特に工作
機械現場における実用度の高い工具損傷検出装置に関す
る。

工作機械で被加工物を加工している際、工具は加工の進
捗に従って摩耗、欠は等の損傷を生ずるので適宜新しい
工具と交換する必要がある。

特に省力化された自動工作機械においては、工具が損傷
した状態で加工を続行すると、加工精度が悪化するばか
りでなく、被加工物や工作機械自体にも重大な損傷を与
えるような２次的災害が発生する危険性があるので、工
作機械に取付けた使用工具の損傷を自動的に検出し、警
報、機械停止指令、工具交換指令等を出力するための工
具損傷検出装置が必要とされる。

この種の工具損傷検出装置としては既に、例えば加工開
始前に使用工具の長さを自動測定して予め記憶している
正しい工具長さと比較する形式のもの、又は工具が摩耗
あるいは破損した状態で加工すると振動レベルが高くな
るのでこの振動レベルを検出して予め記憶している正常
時の振動レベルと比較する形式のもの等が提供されてい
る。

更に近年は新しい工具損傷検出方法として物体の塑性変
形、割れの発生と成長、および変態等に伴って貯えられ
ていたひずみエネルギが急速に解放されて音波が放出さ
れる現象、通常これをアコースティックエミッション現
象（以下これをＡＥと略記する。

）と言うが、このＡＥを利用した工具損傷検出方法が提
案され、かつまたその方法を利用した工具損傷検出装置
も提供されている。

このＡＥを利用した工具損傷検出方法又は装置は工具の
欠陥が傷になる前に検出されるという利点を有するため
に加工物や工作機械自体に重大な損傷が与えられるのを
未然に防止できるという好都合を有しているが、既に提
供されているこの種の工具損傷検出装置は次のような欠
点があり、機械工作現場における実用度が低い。

すなわち、検出器で検出したＡＥ信号は非常に微弱なた
め、増幅器へ導く際にノイズが混入したり、導電線の容
量で減衰が大きくなったりする。

また検出器を使用工具の近傍の工作機械構造部材に取付
ける方法として、多くの場合は磁石を利用したり、上記
構造部材の表面に接着貼付する方法が採られ、磁石の場
合には工作用流体（潤滑油、切削液など）や塵埃などの
異物が侵入しやすく、この異物が侵入した場合としない
場合とではＡＥ信号の伝達特性に差異が生じ工具損傷検
出の信頼性が低下し、一方表面接着法では検出感度が落
ちる欠点がある。

依って本考案の目的は、上述の欠点を解消し、ＡＥによ
る工具損傷検出装置を使用工具近傍の工作機械構造部材
に確実かつ一体的に取付け、またその取付構造部分に工
作用流体や塵埃などの異物が侵入しないように防護し得
るよう改善し、工具損傷の検出における信頼性を高めて
工作機械現場における実用度を高めることにある。

上述の目的に鑑みて、本考案においては、ＡＥ波の検出
素子を容器形状のハウジング内部に直接接着して格納す
る検出体構造となし、その検出体を使用工具に接近した
工作機械構造部材に雌雄ねじ結合構造によって取付け、
かつ該雌雄取付構造部分に工作用流体や塵埃などのＡＥ
波伝播特性を乱す異物の侵入防止手段を設けることを特
徴とするものである。

なお、上記の雌雄ねじ取付構造部はそのねじ空隙に充填
剤を封入して上記検出体と工作機械構造部材の密着結合
性を高めＡＥ−波の伝播特性を良好にすることが好まし
い。

また上述の工作用流体や塵埃などの異物の侵入防止手段
は上述した検出体と工作機械構造部材との雌雄取付構造
部を環状に包囲する凸部を上記検出体に設けるようにす
ればよい。

或いは同じく環状に包囲する凹部を設け、該凹部内にＯ
リングを挿入した構成にしてもよい。

以下、本考案を添付図面に基き詳細に説明する。

第１図はＡＥを利用して工作機械の工具損傷を検出する
場合の一般的なシステム構成をフライス盤に応用した例
で示したブロック図である。

第１図において、フライス盤１０は周知の如く上・下摺
動可能な主軸頭１２を具備し、この主軸頭１２には回転
主軸２２が設けられている。

フライス盤１０はまた固定ベース１４に対して例えば水
平面内のＹ軸方向に摺動するサドル１６とこのサドル１
６の上部にＸ軸方向に摺動可能なテーブル１８を具備し
、このテーブル１８の上面に被加工物２０が固定される
。

この被加工物２０の機械加工は主軸２２に取付けられた
加工工具２４によって進捗される。

さて被加工物２０を加工工具２４によって加工する間に
該使用加工工具２４の損傷発生をＡＥ現象によって検出
する検出器２６は上記加工工具２４に接近したフライス
盤１０の構造部分に取付けられるが、その取付位置とし
ては主軸頭１２において回転主軸２２に近い位置がふさ
れしい。

このように検出器２６を主軸頭１２に取付けておけば、
被加工物２０を加工している際に加工部分がら放出され
るＡＥ波を検出して例えば圧電変換原理に基きＡＥ電気
信号を発する。

このＡＥ波から変換されたＡＥ電気信号は極めて微弱な
ために、導電線２７を介して増幅器２８に導き増幅する
。

増幅されたＡＥ電気信号はフィルタ３０に導かれる。

使用加工工具２４の近傍において検出されたＡＥ電気信
号には被加工物２０の加工点から発生するＡＥ電気信号
成分と、加工工具２４の刃先から発生するＡＥ電気信号
戊分とが主に含まれている。

そしてこの２つのＡＥ電気信号の周波数帯域は異なるこ
とがわかっているので、フィルタ３０の遮断周波数を適
当に選ぶことにより、被加工物２０の加工点から発生す
るＡＥ電気信号成分を除去し、加工工具２４の刃先がら
発生するＡＥ電気信号成分のみを取出すことができる。

こうしてフイルタ３０を通過したＡＥ電気信号成分は検
波回路と弁別回路とを具備した弁別器３２に導かれ、予
め設定されたしきい値（スレッシホールド）と比較され
る。

この際にもし使用加工工具２４に損傷原因が生じると検
波されたＡＥ電気信号のレベルが上記の設定しきい値を
越えるので弁別器からは使用加工工具２４に損傷が発生
したことを表示する電気信号が出力される。

依ってこの電気信号を信号制御器３４に導き、該信号制
御器３４から警報、機械停止指令、工具交換指令等を発
するようにしておけば、工具損傷に起因する加工精度の
不良や前述の２次的災害を未然に防止することができる
工具損傷検出システムが構成されるのである。

本考案は上述のような一般的構成を有した工具損傷検出
システムにおいて、ＡＥ信号の検出器２６、導電線２７
、増幅器２８等の諸要素を容器形状のハウジング内部に
格納した工具損傷検出体を形成し、この工具損傷検出体
をフライス盤１０等の工作機械に取付けて工具損傷を検
出する場合に、実際に機械工作現場で高精度に実用が可
能なように改善した構成を有する工具損傷検出装置を提
供するものである。

次にこの本考案による工作機械の工具損傷検出装置を実
施例に基き説明する。

第２図は本考案による工作機械の工具損傷検出装置にお
ける第１の実施例を一部断面して示すと共に信号系路を
も示した正面図である。

第２図において、本考案による工具損傷検出装置は検出
体３６を備え、この検出体３６は容器形状のハウジング
３８を有し、このハウジング３８の内部に形成された有
底穴４０内にＡＥ波を検出する検出素子２５を接着剤に
よって例えば図示の如く有底穴４０の底面に直接接着し
、さらに該検出素子２５で検出・変換されたＡＥ電気信
号を増幅する増幅回路２７をも有底穴４０内に一体的に
組み込んで形成されている。

この場合に検出素子２５と増幅回路２７とはハウジング
３８の有底穴４０の内部で極めて短い導電路手段を介し
て接続される。

さて、本考案によれば、上述した容器状のハウジング３
８には杆状のねＬ部４２が設けられて、このねじ部４２
を利用することによって工作機械の構造部材５０に形成
したねじ孔５２にねし取付けし、以って検出体３６を工
作機械の使用加工工具２４（第１図参照）の近傍に締着
固定するのである。

もちろんハウジング３８にねじ孔を形成し、工作機械の
構造部材５０に突起状のねじ部を形成して両者を雌雄結
合するようにしてもよい。

このようにねし結合を利用した雌雄結合法によって検出
体３６を工作機械の構造部材５０に取付ければ、両者の
一体結合性が優れＡＥ波の伝播が極めて良好におこなわ
れる。

しかも本考案によれば、更に検出体３６と上記構造部材
５０とのねし結合部および取付接触面に工作用流体や塵
埃などの異物が侵入してＡＥ波の検出感度が変化するこ
とを防止すべく、検出体３６と構造部材５０との取付部
に前記異物の侵入を防止する手段が設けられるのである
。

この防止手段は第２図に示す実施例の場合には検出体ハ
ウジング３８のねじ部５２を包囲するように環状の凸部
４４が形成され、検出体３６を構造部材５０に螺挿する
際に上記凸部４４が工作機械の構造部材５０側に喰い込
む程度に締め込まれ、これによって前記異物の侵入防止
が図られるのである。

なお、上記凸部４４が工作機械の構造部材５０に喰い込
む結果として異物侵入防止と共に検出体３６を工作機械
側に確実に接触させてＡＥ波の伝播中の減衰を極力抑止
すると共にその減衰量の変化を最少限にすることが可能
であるという効果も有している。

以上の説明から理解できるように本考案によればＡＥ波
の検出素子２５を内蔵した検出体３６が工作機械におい
て使用加工工具に接近した構造部材５０に強固に定着さ
れ、しかも工作用流体や塵埃などの異物の侵入が防止さ
れているのでＡＥ波の伝播が感度よく確実に検出素子２
５によって検出されることになり、従って工具損傷の検
出が正確におこなわれることになり、実用度が極めて高
くなるのである。

さらに検出素子２５がハウジング３８に直接接着されて
いるのでこの点においてもＡＥ波の検出性能が向上され
、しかも増幅回路２７と一体的にかつ近距離に組み込ま
れているので検出素子２５で検出した微弱なＡＥ信号に
朴部からのノイズ゛が混入することなく増幅されること
になり、検出精度の向上が得られるのである。

なお、増幅回路２７で一旦信号増幅すればその出力側で
ＡＥ電気信号の導電路を長くしてもノイズは混入しにく
いのでフィルタ３０、弁別器３２等の各装置は加工点か
ら離れた操作しやすい場所に設けておけばよい。

従って本考案においてもフィルタ３０以降の各装置は第
１図に示した一般的構成と同じに構成されるのである。

第３図は本考案による工作機械の工具損傷検出装置にお
ける特にＡＥ波の検出体の第２実施例を一部断面して示
す正面図である。

この第３図に示した第２実施例が第２図に示した実施例
と異る点は、検出体３６の工作用流体や塵埃などの異物
の侵入手段としてＯリングを用いた構造を採用した点に
ある。

即ち、同第３図に示すようにハウジング３８の工作機械
における構造部材５０と接する面にねじ部４２を包囲す
るように環状のＯリング溝４６を形成し、このＯリング
溝４６にＯリング４８を挿入して構造部材５０の接触面
に押し付ける構造を採ったものでこのようにしても第２
図に示した第１実施例と同様の効果を得ることができる
。

更に上述した第１、第２実施例において、ねじ結合部分
にシリコンオイルやグリースなどの充填剤を封入すると
、ねじ部５２からのＡＥ波の伝達効率が向上する利点が
ある。

この場合凸部４４やＯリング４８はシリコンオイルやグ
リースなどの充填剤が外部へ流出することを防ぐ作用を
もおこなつ。

以上、本考案を２つの実施例に基き説明したが、上述の
ねし結合を利用した雌雄結合部の構造に換えて例えばハ
ウジング３８に形成した筒状突起を工作機械の使用加工
工具に近い構造部材に形成した対応の嵌合孔に嵌設する
と共に両者間に硬化性の高い接着剤を凝固固着させる雌
雄結合構造としても路上述の２実施例と同様の効果を得
ることができる。

なお、上述した構造部材５０はフライス盤の場合には主
軸頭が選択されるが、他の工作機械、例えば旋盤では工
具台の如く適宜の構造部材に選定すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡＥを利用して工作機械の工具損傷を検出する
場合の一般的なシステム構成をフライス盤に応用した例
に付いて示したブロック図、第２図は工作機械の工具損
傷検出装置における第１の実施例を一部断面して示すと
共に信号系路をも示した正面図、第３図は同工具損傷検
出装置における検出体の第２の実施例を一部断面して示
す正面図。 １０・・・・・・フライス盤、１２・・・・・・主軸頭
、２４・・・・・・工具、２５・・・・・・検出素子、
２６・・・・・・検出器、２７・・・・・・増幅回路、
２８・・・・・・増幅器、３０・・・・・・フィルタ、
３２・・・・・・弁別器、３８・・・・・・ハウジング
、４０・・・・・・有底穴、４２・・・・・・ねじ部、
４４・・・・・・凸部、４６・・・・・・Ｏリング溝、
４８・・・・・・Ｏリング、５０・・・・・・工作機械
の構造部材、５２・・・・・・ねじ孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 工作機械の工具で被加工物を加工している際に発生
   するアコースティックエミッションによる音波を検出素
   子により電気信号に変換検出し、該電気信号を増幅器で
   増幅し、該増幅器の出力をフィルタ装置に通し前記工具
   から発生するＡＥ電気信号成分のみを取出し、この取出
   された信号成分を弁別器に導き工具損傷の発生を弁別検
   出するようにした工作機械の工具損傷検出装置において
   、前記検出素子と前記増幅器の増幅回路とを一体的に有
   底容器形状のハウジング内にかつ該検出素子を底面に密
   着させるように組み込んで工具損傷検出体を形成し、か
   つ前記ハウジングと前記工具の近傍の工作機械構造部材
   とに充填剤をねし条空隙に封入した密着結合性の雌雄ね
   し結合部を有するＡＥ波伝播用の取付構造部を形成する
   と共に工作用流体や塵埃などの音波伝播特性を乱す異物
   の侵入防止手段として前記雌雄ねじ結合部を囲む環状凸
   部を前記ハウジングに設け、かつその環状凸部がＡＥ波
   伝播の減衰抑止を図るように前記工作機械構造部材に圧
   接されていることを特徴とする工作機械の工具損傷検出
   装置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の工作機械の
   工具損傷検出装置において、前記工作用流体や塵埃など
   の音波伝播特性を乱す異物の侵入防止手段として前記雌
   雄ねじ結合構造部を囲む環状凹部を前記ハウジングに設
   け、かつその環状凹部にＯリングを挿入してなる工作機
   械の工具損傷検出装置。