JP2006205350A - 工具損傷異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 工具に加わる負荷を表わす指標について現在値と近過去平均値との比較値の許容範囲の設定を簡便、適切に行うこと。
【解決手段】 加工サイクル計数指標ｉ＝０とし、加工を実行しながら負荷を所定周期で検出し、指標Ｈ(i)（負荷値の面積Ｓ、負荷下降時の２点間最大傾斜絶対値Ｇ-等）をｎサイクル分作成する（Ｓ１〜５）。以後、各指標とともに近過去ｎサイクル分の各指標と現在サイクルの指標値の比較値を作成する。第１回の比較値は、しきい値の初期値設定に利用できる（Ｓ６〜１０）。いずれかの比較値が許容範囲から逸脱したら許容範囲を拡張する方向にしきい値を更新し、更新履歴を保存する（Ｓ１１〜１２）。損傷異常の目視等により、しきい値更新停止指令を入力し、加工をそのサイクル完了後に停止し、最新のしきい値の更新値を集めて設定しきい値とする（Ｓ１３〜１５）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば同一材質のワークに同一形状の加工を行うときや、同一仕様の部品等のワークを工作機械を用いて多数連続的に加工する際に、同加工で使用される工具の折損等の損傷異常を検知する工具損傷異常検出装置に関し、更に詳しく言えば、同装置において、工具の損傷異常検知のために用いられる指標の許容範囲を適正、簡便に設定できるようにするための技術に関する。損傷異常検知が行われる代表的な工具としては、マシニングセンタにおけるドリルや、タップ加工におけるタッピングツールなどがある。

一般に工作機械で使用される工具は、加工に使用する時間の経過と共に刃先が摩耗して切削抵抗が漸増する。更に時間を経ると摩耗、あるいはそれに折損の態様が加わって工具が損傷あるいはそれに類した異常を起こした状態となり、ワークに求められる所定の加工精度を維持できなくなる。このような事態が生じた場合には、当然、そのまま加工を続行することは不適当であり、工具を新しいものと交換するなどの措置が必要になる。なお、本願においては、上記の「損傷あるいはそれに類した異常」を「損傷異常」ということにする。

さて、このような背景の下、昨今多用されている無人加工や長時間の自動加工において、工具の損傷異常に相当する状態を自動的に検出する技術が、既に提案されている。従来より提案されている技術の多くは、工作物を加工するための工具に加わる負荷を表わす指標（工具を駆動するモータのトルクや工具に作用するスラスト荷重）を複数の加工サイクルに渡って検出し、各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る指標の平均値とを比較し、それが「予め設定した指標の許容範囲」から逸脱したならば工具損傷異常の発生と判定するという方式を採用している（下記特許文献１〜３を参照）。

ここで、指標の許容範囲の設定は、その指標に関するしきい値（通常は上限値と下限値）を予め設定する形で行われるので、予め設定するしきい値をどのようにして決めるかということが重要になる。予め設定するしきい値が適正でない場合、損傷異常の検出が遅れて加工不良品が出たり（許容範囲を上方あるいは下方に広くとりすぎた場合）、逆に、損傷異常の検出が時期尚早で十分な寿命の残った工具を無駄にしたり（許容範囲の上方あるいは下方について狭めすぎた場合）することになる。
ところが、このような工具にかかる負荷を表わす指標に関するしきい値の設定をいかにして適正に行うかについて、十分な技術開発が行われていないのがこれまでの実態であった。
例えば、切削テストによる負荷平均値、あるいは加工中の直前の負荷平均値などに、所定係数を乗算することで指標（負荷平均値）のしきい値を決定する方法があるが、所定係数の具体的な設定方法は明示されていない。一例として、下記特許文献１（回転工具の異常検出方法およびその装置）の開示をみると、負荷値の変化率に応じてしきい値を設定することにより、リアルタイムで精度よく適切に異常検出されるとしている。具体的には、しきい値の設定は、ドリルの大きさ等に応じて一定に設定される損傷負荷レベルＬmaxに、負荷値の変化率ΔＦnから決定される０乃至１の範囲の定数ｋを乗算することによってしきい値を設定している。
しかし、ここで用いられるＬmaxやｋについて具体的な決定方法が必ずしも明確に示されていない。ところで、損傷負荷のデータは一般に、加工機械、工具、被削材、加工条件等に応じて異なるため、加工が行われる適用現場で採取することが極めて望ましい。また、ドリルやタップの場合、加工中に異常検出が行なえても、その異常に対する対処は該１加工サイクルが終了してからとなり、必ずしもリアルタイムの検出の必要性はない。

特許第３４４６５１８号公報 特開２００３−３２６４３８号公報 特開２００４−１３０４０７号公報

そこで、本発明の目的は、工作物を加工するための工具に加わる負荷を表わす指標（工具を駆動するモータのトルクや工具に作用するスラスト荷重など）を複数の加工サイクルに渡って検出し、各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る指標の平均値とを比較して比較値（定量的に大小関係を表わす量で、典型的には両者の比である；以下、同様）を求め、それが予め設定した許容範囲から逸脱した場合に工具に損傷異常が発生したと判定する方式で工具の損傷異常を検出する工具損傷異常検出装置において、上記許容範囲の設定を簡便、適切に行うことができるようにすることである。

本発明は、上記方式で工具の損傷異常を検出する工具損傷異常検出装置に、実際の損傷異常の検出に際して判定基準に用いられる指標（工具にかかる負荷を表わす指標；以下、同様）の許容範囲を定めるしきい値（以下、「設定しきい値」ともいう）を決定する設定しきい値決定手段を設けることで、上記課題を解決するものである。
本発明においては、この設定しきい値決定手段により、指標に関するしきい値の初期値を設定する一方、工具の損傷異常発生を監視しながら、試験的に加工を実行し、複数の加工サイクルを通して得られる指標のデータを利用して、同指標に関するしきい値を、同指標の許容範囲を拡張する方向に順次更新して行き、同更新を行わなくする指令を受けて更新が停止された時に、同時点における最新の更新後のしきい値、あるいは、それに準じたしきい値データ（近過去の更新で得られたしきい値履歴データ）に基づいて、前記設定しきい値を決定することで、試験的に行われた加工における工具の損傷異常発生時の指標値を反映した許容範囲設定（設定しきい値の決定）が行われる。

即ち、本発明は、工作物を加工するための工具に加わる負荷を表わす指標を複数の加工サイクルに渡って検出し、現在の加工サイクルにおける前記指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る前記指標の平均値とを比較して、該比較の結果を表わす比較値が、該比較値について設定される設定しきい値が表わす許容範囲を逸脱した場合に、前記工具に損傷異常が発生したと判定するようにした工具損傷異常検出装置に適用されるものである。

そして本発明に共通する基本要件を規定した請求項１に係る工具損傷異常検出装置は、前記設定しきい値を決定する設定しきい値決定手段を更に備え、
該設定しきい値決定手段は、前記指標を複数の加工サイクルに渡って検出する手段と、各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける前記指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る前記指標の平均値とを比較して、該比較結果を表わす比較値を得る比較手段と、前記比較値についてのしきい値を記憶するための第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に、前記しきい値の初期値を書き込む手段と、ある加工サイクルで得られた前記比較値が、その時点において前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値が表わす許容範囲を逸脱した時に、該許容範囲を逸脱した比較値に対応するしきい値に、前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値を更新する手段と、前記しきい値の更新を停止させる指令に応じて、前記しきい値の更新が行われなくなるようにする手段と、前記しきい値の更新が行われなくなった時点において前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値に基づいて、前記設定しきい値を決定する手段を含んでいることを特徴としている。

ここで、最新の更新に先行して実行済みの更新によって前記第１の記憶手段に記憶された前記しきい値の内の少なくとも一部を含むしきい値履歴を記憶する第２の記憶手段を更に設け、前記設定しきい値を決定するに際して、前記しきい値の更新が行われなくなった時点において前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値に代えて、前記しきい値の更新が行われなくなった時点において前記第２の記憶手段に記憶されているしきい値履歴に基づいて、前記設定しきい値を決定するようにしても良いし（請求項２）、前記しきい値の更新が行われなくなった時点において前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値と前記第２の記憶手段に記憶されているしきい値履歴の両方に基づいて、前記設定しきい値を決定するようにしても良い（請求項３）。

これらいずれの発明においても、前指標には、前記指標に、ある加工サイクルにおける最大負荷値と最小負荷値との差（Ｍ）、ある加工サイクルにおける負荷値の面積（Ｓ）、ある加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値（Ｌ）、ある加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｌとその１つ手前の加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｌ’の差（Ｌdiff）、ある加工サイクルにおける最大負荷値と最小負荷値との差Ｍを、同加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｌで除した値（Ｍ／Ｌ）、ある加工サイクルにおける負荷上昇時の２点間最大傾斜絶対値（Ｇ+）、及び、ある加工サイクルにおけるにおける負荷下降時の２点間最大傾斜絶対値（Ｇ-）の内の１種又は複数種を含ませることができる。

そして、各種類の前記指標に対して前記設定しきい値を決定し、該決定された設定しきい値の内の少なくとも１つに基づいて工具の損傷異常を検出することができる（請求項４）。また、前記工具に加わる負荷としては、該工具を駆動するモータのトルク（請求項５）や、前記工具に作用するスラスト荷重が代表的である（請求項６）。

更にまた、前記しきい値の初期値を、前記比較手段によって得られた初回の比較値に基づいて定め、該定められた初期値を前記第１の記憶手段に書き込むようにしても良い（請求項７）。なお、上記の各発明において、前記工具として代表的なものは、ドリル又はタップである（請求項８）。

本発明によれば、上記方式で工具の損傷異常を検出する工具損傷異常検出装置において、上記指標の許容範囲の設定を簡便、適切に行うことができるようになる。また、本発明によれば、上記指標の許容範囲の設定を、その加工が行われる現場で行うことも容易となる。

図１は本発明に係る工具の損傷異常検出装置をも兼ねる工作機械を制御する制御装置（数値制御装置）１００のブロック図である。同図において、ＣＰＵ１１は制御装置１００を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムをバス２０を介して読み出し、該システムプログラムに従って制御装置全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び表示器／ＭＤＩユニット８０を介してオペレータが入力した各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、制御装置１００の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。

ＣＭＯＳメモリ１４中には、インターフェイス１５を介して読み込まれた加工プログラムや表示器／ＭＤＩユニット８０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。

また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や自動運転のための処理を実施するための各種システムプログラムが予め書き込まれている。また更に、本実施形態では、（ａ）工具の損傷異常検出のための処理プログラムと、（ｂ）設定しきい値を決定するための処理プログラムが、格納されている。
前者（ａ）のプログラムは、周知のもので、前述した工具損傷異常検出方式、即ち、工作物を加工するための工具に加わる負荷を表わす指標を複数の加工サイクルに渡って検出し、各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る指標の平均値とを比較し、それが「予め設定した指標の許容範囲」から逸脱した場合に工具に損傷異常が発生したと判定する方式（以下、同様）により、工具の損傷異常を検出するための処理プログラムである。

一方、後者（ｂ）のプログラムは、本発明に固有のもので、上記（ａ）の処理において、「予め設定した指標の許容範囲」を規定するしきい値、即ち、“設定しきい値”を決定するための処理プログラムである。これらプログラム、特に、（ｂ）のプログラムの処理内容については後に詳述する。

図１に戻ると、インターフェイス１５は、制御装置１００とアダプタ等の外部機器８２との接続を可能とするものである。外部機器８２側からは加工プログラム等が読み込まれる。また、制御装置１００内で編集した加工プログラムは、外部機器８２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、制御装置１００に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械の補助装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。

表示器／ＭＤＩユニット８０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インターフェイス１８は表示器／ＭＤＩユニット８０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インターフェイス１９には、工作機械の本体に配備された操作盤８１が接続され、該操作盤８１には、警報装置や警報灯が設けられ、さらに、機械に対する各種指令を入力する各種スイッチが設けられている。

各軸の軸制御回路３０〜３２はＣＰＵ１１からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ４０〜４２に出力する。サーボアンプ４０〜４２はこの指令を受けて、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸のサーボモータ５０〜５２を駆動する。各軸のサーボモータ５０〜５２は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置、速度フィードバック信号を軸制御回路３０〜３２にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。

また、サーボアンプ４０〜４２から各サーボモータ５０〜５２に出力される駆動電流も電流検出器６０〜６２で従来と同様に検出され、軸制御回路３０〜３２にそれぞれフィードバックされ電流（トルク）制御がなされる。各モータについて、モータに流れる駆動電流とモータにかかる負荷トルクあるいはモータで駆動される送り軸のスラスト荷重は概略一致するので、この実施形態では工具送りに使用されるＺ軸駆動用のサーボモータ５２に流れる駆動電流を検出する電流検出器６２を利用して、工具にかかるスラスト荷重の検出手段を構成する。なお、位置、速度のフィードバックについては描示を省略した。

次に、主軸制御回路７０は主軸回転指令を受け、指令速度と、主軸モータ７２の回転に同期して帰還パルスを発生するポジションコーダ７３からのフィードバック信号に基づいて速度制御を行い、さらに、主軸モータ７２に流れる駆動電流を検出する電流検出器７４からの電流フィードバック信号を受けて、電流ループ制御を行い、主軸モータ７２の回転速度を制御する。この主軸モータに加わる負荷（トルク）と駆動電流はほぼ比例することから、この実施形態では、電流検出器７４で主軸モータに加わる負荷（トルク）の検出手段を構成する。

本実施形態で主軸に装着する工具としては、ドリルとタッピングツールを想定する。そして、仕様が同一である部品等の多数のワークに対して順次穴開け加工、あるいは、ねじ切り加工（タッピング）を行い、該ドリルあるいはタッピングツールの損傷異常の検出を前述の方式で行うための設定しきい値を決定する。工具（ドリル又はタッピングツール；以下、同様）は、主軸に取り付けられ、ワークは送り軸のＸ軸、Ｙ軸のサーボモータ５０、５１で駆動されるテーブルに取り付けられる。そして、Ｘ軸、Ｙ軸と直交するＺ軸方向に主軸を移動させる送り軸のＺ軸のサーボモータ５２により、工具はワークに対して相対的に移動する。

次に、前出（ａ）のプログラム（工具の損傷異常検出のための処理プログラム）に備えて「設定しきい値」を決定する（ｂ）のプログラム（設定しきい値決定の処理プログラム）の処理内容と、そこで決定される「設定しきい値」に関連した事項（「比較値」、「指標」等）について、図２〜図４を参照図に加えて説明する。
図２は、（ｂ）のしきい値決定の処理プログラムの諸ステップの概略を記したフローチャートであり、図３、図４は、２種類の工具（図３；穴開けドリル／図４；タッピングツール）について、損傷異常が発生した加工サイクルとその直前／直後の加工サイクルにおける、同工具にかかる負荷（検出値）の推移例を示したグラフである。

（ｂ）のプログラムの処理では、（ａ）のプログラムが適用される実際の加工（工具の損傷異常が検出されるまで多数回繰り返される加工サイクル）の条件（ワークの種類、加工の種類、使用する工具の型式等）と同等の条件が準備され、試験的な加工が行われる。
以下、各ステップの要点を説明する。また、設定しきい値に関連する「指標」、「比較値」等の説明のために、適宜、図３、図４を参照する。

ステップＳ１；加工サイクル計数のための計数指標ｉをクリアし、初期値（ｉ＝０）とする。
ステップＳ２；第ｉサイクルの加工を実行しながら、工具にかかる負荷（以下、単に「負荷」ともいう）を所定周期（例えば８msec；以下、同じ）で検出し、工具にかかる負荷を表わす指標Ｈ(i)を作成する。なお、本実施形態で算出される指標を適宜符号Ｈで代表させる。また、第ｉサイクルについて得られる指標Ｈ等を添字(i)でＨ(i)等と表記する。
検出される負荷として代表的なものは、工具を回転駆動するモータのトルクと、工具のＺ軸送りのスラスト荷重である。既述の通り、前者の検出には、主軸を駆動するサーボモータ７２に流れる駆動電流を検出する電流検出器７４が使用できる。また、後者の検出には、Ｚ軸駆動用のサーボモータ５２に流れる駆動電流を検出する電流検出器６２が利用できる。

周知のように、工具にかかる負荷は加工サイクル毎に類似した負荷推移パターンを呈するが、一般に、工具に損傷異常が発生すると、その直後から負荷推移パターンに顕著な変化が現れる。図３、図４はその例を示す。

図３は、工具として直径６．８mmの超硬ドリルを用い、板厚２７．２mmの鋼材Ｓ５０Ｃのワークを主軸回転数Ｓ７４９０min-1、送り速度Ｆ３７５０mm/minで繰り返し穴開け加工を行った際の送り軸（Ｚ軸）のスラスト負荷の測定値を、損傷異常が発生（矢印Ａ参照）した加工サイクル（第ｊサイクル；例えばｊ＝２４５６）と、その直前と直後の加工サイクルについてプロットしたグラフである。なお、図示は省略したが、工具（超硬ドリル）を駆動する主軸モータのトルク（駆動電流）を検出した場合も、類似した推移パターンが得られる。

一方、図４は、工具として直径４mmのハイスタップ（タッピングツール）を用い、同種ワークに対して主軸回転数Ｓ７１７min-1、送り速度Ｆ５０１．９mm/minで繰り返しタッピング（ねじ穴開け）加工を行った際の送り軸（Ｚ軸）のスラスト負荷の測定値を、損傷異常が発生（矢印Ｂ参照）した加工サイクル（第ｋサイクル；例えばｋ＝１８２６）と、その直前の加工サイクル及び直後の加工サイクルの一部についてプロットしたグラフである。なお、図示は省略したが、工具（ハイスタップ）を駆動する主軸モータのトルク（駆動電流）を検出した場合も、類似した推移パターンが得られる。

このようにして検出される負荷のデータに基づいて、順次、各種指標の算出が行われる。

作成される指標Ｈには種々のものが考えられ、それらの内の１つ以上が算出される。ここでは、下記の指標Ｍ、Ｓ、Ｌ、Ｌdiff、Ｍ／Ｌ、Ｇ+、Ｇ-を算出するものとする。なお、図３、図４において、符号Ｔは加工時間（穴開けでドリルを引き抜く時間は含まない）を表わしている。
Ｍ；ある加工サイクルにおける最大負荷値と最小負荷値との差で、一般に正の値をとる。最大負荷値と最小負荷値は正負の符号が逆になることがある。例えば図４（タッピング）では、サイクルの後半では、工具が逆回転し、スラスト荷重も逆向きにかかるので最小負荷値は負の値となる。
Ｓ；ある加工サイクルにおける負荷値の面積。サイクルの前後半で負荷の符号が逆転する場合は、図４に示したように、負荷＞０となる部分の面積Ｓ+と、負荷＜０となる部分の面積Ｓ-を加算して、Ｓ＝Ｓ+＋Ｓ-を算出する。

Ｌ；ある加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｓ／Ｔ。
Ｌdiff；ある加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｌとその１つ手前の加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｌ' の差（絶対値）。
Ｍ／Ｌ；ある加工サイクルにおけるＭを、同加工サイクルにおけるＬで除した値。
Ｇ-；ある加工サイクルにおける負荷下降時の２点間最大傾斜絶対値（図３、図４参照）。
Ｇ+；ある加工サイクルにおける負荷上昇時の２点間最大傾斜絶対値（図３、図４参照）。

なお、これら指標の値の最終確定値は、その加工サイクル終了後に決まるが、所定周期毎に積算値等の途中経過値を更新していく手法で計算できる指標については、加工中に計算が開始される。例えば指標Ｓは、検出周期毎に負荷の検出値（絶対値）を積算していく手順で求めることができる（最終積算値×検出周期がＳとなる）。

ステップＳ３；計数指標ｉの値を１アップする。
ステップＳ４；計数指標ｉの値をチェックし、予め定めたｎを越えていればステップＳ５へ進み、越えていなければ、ステップＳ２へ戻る。ここで、ｎは２以上の正整数で、前述した検出方式で、現在の加工サイクルにおける指標と比較される平均値をとる先行加工サイクルの数に対応する数が予め設定される。ｎの適値は通常３〜１０程度である。例えば、ｎ＝５と設定した場合、処理開始から６回目のステップＳ４で初めて、イエスの判断出力が得られ、この間に５回分の指標Ｈ(1)、Ｈ(2)、Ｈ(3)、Ｈ(4)、Ｈ(5)が蓄積される。

ステップＳ５；第ｉサイクルの加工を実行しながら、工具にかかる負荷を所定周期で検出し、工具にかかる負荷を表わす指標Ｈ(i)を作成する。作成する指標Ｈ(i)の種類はステップＳ２で述べた通りである。
ステップＳ６；作成した指標Ｈ(i)の種類毎に、比較値Ｒ(1)を作成／記憶する。ｎ＝５の場合、Ｒ(1)の算出式は、
Ｒ(1)＝５×Ｈ(6)／（Ｈ(1)＋Ｈ(2)＋Ｈ(3)＋Ｈ(4)＋Ｈ(5)）
となる。例えば指標Ｌについては、
Ｒ(1)L＝５×Ｌ(6)／（Ｌ(1)＋Ｌ(2)＋Ｌ(3)＋Ｌ(4)＋Ｌ(5)）
で計算される。

なお、比較値としてここでは「比」を採用しているがこれは典型例であり、それに類した他の量（大小関係を定量的に表わす量）を採用することもあり得る。また、比較値の算出に用いる先行複数サイクル数ｎについては、実際に工具の損傷検査で用いる比較値の算出時に用いる先行複数サイクル数（ｎrealとする）とは必ずしも等しくなくても良く、一般には、ｎreal≦ｎであるが、ｎreal＝ｎであることが好ましい。

ステップＳ７；指標Ｈ(6)について作成した比較値Ｒ(1)を用いて、設定しきい値ｒmax0、ｒmin0を初期設定しきい値としてしきい値リストに書き込む。初期設定の仕方は種々あり、例えば次のように行う。
ｒmax0＝（１＋α）Ｒ(1)
ｒmin0＝（１−α）Ｒ(1)
ここで、ｒmax0は、比較値Ｒの上限しきい値ｒmaxの初期設定値を表わし、ｒmin0は、比較値Ｒの下限しきい値ｒminの初期設定値を表わしている。そして、αは「各指標の比較値について、初期設定される許容範囲」を調整するパラメータで、０〜０．１程度とする。α＝０とすれば、ｒmax0＝ｒmin0＝Ｒ(1)となり、初期設定時の比較値の許容範囲の幅がゼロであることを意味するが、後に更新されるので全く問題はない。逆に、αを過大に設定しないように注意するべきである。

但し、指標Ｍ、Ｓ、Ｌ、Ｌdiff、Ｍ／Ｌ、Ｇ+、Ｇ-の内、Ｇ+とＧ-（今回サイクルの値と過去ｎサイクルの値）に基づいて算出される比較値Ｒのしきい値ｒについては、ｒmax0のみを上記のように初期設定し、ｒmin0についてはｒmin0＝０に初期設定する（傾斜の絶対値の下限を管理することに意味がないため形式的な下限で良い）。
このようにして、本実施形態の場合、下記の１４個のしきい値が初期設定される。
Ｍについての比較値の上限
Ｍについての比較値の下限
Ｓについての比較値の上限
Ｓについての比較値の下限
Ｌについての比較値の上限
Ｌについての比較値の下限
Ｌdiffについての比較値の上限
Ｌdiffについての比較値の下限
Ｍ／Ｌについての比較値の上限
Ｍ／Ｌについての比較値の下限
Ｇ-についての比較値の上限
Ｇ-についての比較値の下限
Ｇ+についての比較値の上限
Ｇ+についての比較値の下限
また、このステップＳ７に代えて、各指標から算出される比較値について、ｒmax0、ｒmin0を別途初期設定しても良い。その場合の設定値の例を下記に示す。

（１）指標Ｇ+、Ｇ-についての各比較値については、ｒmax0＝１、ｒmin0＝０とする。
（２）指標Ｍ、Ｓ、Ｌ、Ｌdiff、Ｍ／Ｌについての各比較値については、ｒmax0＝１．０５、ｒmin0＝０．９５とする。
ステップＳ８；計数指標ｉの値を１アップする。
ステップＳ９；第ｉサイクルの加工を実行しながら、工具にかかる負荷を所定周期で検出し、工具にかかる負荷を表わす指標Ｈ(i)を作成する。作成する指標Ｈ(i)の種類はステップＳ２で述べた通りである。
ステップＳ１０；作成した指標Ｈ(i)の種類毎に、比較値Ｒ(i-n)を作成／記憶する。ｎ＝５の場合、Ｒ(i-5)の算出式は、
Ｒ(i-5)＝５×Ｈ(i)／（Ｈ(i-1)＋Ｈ(i-2)＋Ｈ(i-3)＋Ｈ(i-4)＋Ｈ(i-5)）
となる。例えば指標Ｓについては、
Ｒ(i-5)S＝５×Ｓ(i)／（Ｓ(i-1)＋Ｓ(i-2)＋Ｓ(i-3)＋Ｓ(i-4)＋Ｓ(i-5)）
Ｒ(1)L＝５×Ｌ(6)／（Ｌ(1)＋Ｌ(2)＋Ｌ(3)＋Ｌ(4)＋Ｌ(5)）
で計算される。

ステップＳ１１；指標の種類毎に、比較値Ｒ(i-n)がその時点における許容範囲（下限しきい値〜上限しきい値の間）から外れているか否かをチェックし、すべて許容範囲内であればステップＳ８へ戻る。そうでなければ、ステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１２；許容範囲から外れた比較値に従って、しきい値リストの最新しきい値を更新する。それまでのデータは履歴データとして保存する（しきい値の更新と履歴データの追記）。履歴データには、その比較値の値、それを得たサイクル番号、上限、下限のいずれを逸脱したかを区別するコードが含まれる。

ステップＳ１３；しきい値更新を停止する指令が入力されているか否かチェックする。
入力されていなければ、ステップＳ８へ戻る。入力されていれば、ステップＳ１４へ進む。しきい値更新の停止指令は、例えばオペレータが工具の損傷異常の発生を目視あるいは別途設けた破損センサの出力等で監視し、損傷異常の発生を認めた時にマニュアル操作で入力する。加工後の状態（例えば穴の形状、寸法等）をオペレータが速やかにチェックし、精度低下が始まったと判断した時にマニュアル操作で入力することも考えられる。あるいは、破損センサの出力等で自動的にしきい値更新を停止する指令を入力しても良い。

ステップＳ１４；現在開始済みの加工サイクルを完了させてから、加工を停止する。 ステップＳ１５；しきい値リストに書き込まれているデータに基づいて、各指標種類毎に、比較値についての「設定しきい値」ｒmaxset、ｒminsetを決定する。最終決定は、例えば所定のルールに基づいて自動的に決めることができる。代表的なルールは、各指標種類の比較値毎に、最新のしきい値の更新値を集めてそのまま設定しきい値とする方法である。他のルールとしては、例えば「最新のしきい値の更新値を集め、それぞれ安全率をかける等の微小調整を行う」などがある。

以上が、設定しきい値の決定処理プログラムの概要である。本実施形態では、Ｍについての比較値、Ｓについての比較値、Ｌについての比較値、Ｌdiffについての比較値、Ｍ／Ｌについての比較値、Ｇ-についての比較値及びＧ+についての比較値について、それぞれ上限及び下限で許容範囲を定める設定しきい値（計１４個）が決定される。但し、これはあくまで例であり、上記の内の一部のみを決定する場合もあり得る。また、工具にかかる負荷を表わす指標には上記の例以外のものもあり、それらを指標に採用しても良い。

以上の如く決定された設定しきい値は、その全部または一部が前記方式による工具の損傷異常検出に利用される。この検出方式は周知なので一例を簡単に説明する。
先ず、工具異常検出で実際に使用する設定しきい値（例えば上記の１４個の値）の設定、新品の工具を装着するなど準備の後、上記ステップＳ１〜Ｓ５と同様の処理でｎサイクル分の指標値を作成し、第ｎ＋１サイクルからは、各指標値種類毎に比較値を作成する。
比較値の作成法は、上記の処理と同様で、特に、「現在の加工サイクルに先行する加工サイクルの数」は、上記ステップＳ６等で採用した数と同じ（例えば５サイクル）とする。

そして、各比較値が作成される毎に、それが設定しきい値で規定される許容範囲から逸脱していないかチェックし、１つでも比較値が許容範囲を逸脱していれば工具に損傷異常が発生したものと判定し、アラームを出力し、加工を停止する。ここで用いられる設定しきい値は、前述した設定しきい値決定の過程から分かるように、オペレータの勘や熟練に頼って決めたものでなく、実際の試験結果を自動的に反映させたものである。そのため、経験の多寡によるしきい値設定のばらつきがなくなり、工具の損傷異常検知の信頼性が向上する。

本発明の一実施形態を構成し、工作機械の制御を行う制御装置の要部ブロック図である。 実施形態で実行されるしきい値決定の処理プログラムの諸ステップの概略を記したフローチャートである。 工具として超硬ドリルを用いたケースについて、損傷異常が発生した加工サイクルとその直前／直後の加工サイクルにおける、同工具にかかる負荷（検出値）の推移例を示したグラフである。 工具としてタッピングツール（ハイスタップ）を用いたケースについて、損傷異常が発生した加工サイクルとその直前／直後の加工サイクルにおける、同工具にかかる負荷（検出値）の推移例を示したグラフである。

符号の説明

Ｔ １加工サイクルの加工時間
Ｓ 加工時の負荷波形の面積
Ｇ- 負荷下降時の２点間最大傾斜絶対値
Ｇ+ 負荷上昇時の２点間最大傾斜絶対値

Claims (8)

1. 工作物を加工するための工具に加わる負荷を表わす指標を複数の加工サイクルに渡って検出し、
   各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける前記指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る前記指標の平均値とを比較して、該比較の結果を表わす比較値が、該比較値について設定される設定しきい値が表わす許容範囲を逸脱した場合に、前記工具に損傷異常が発生したと判定するようにした工具損傷異常検出装置において、
   前記設定しきい値を決定する設定しきい値決定手段を更に備え、
   該設定しきい値決定手段は、
   前記指標を複数の加工サイクルに渡って検出する手段と、
   各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける前記指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る前記指標の平均値とを比較して、該比較結果を表わす比較値を得る比較手段と、
   前記比較値についてのしきい値を記憶するための第１の記憶手段と、
   前記第１の記憶手段に、前記しきい値の初期値を書き込む手段と、
   ある加工サイクルで得られた前記比較値が、その時点において前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値が表わす許容範囲を逸脱した時に、該許容範囲を逸脱した比較値に対応するしきい値に、前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値を更新する手段と、 前記しきい値の更新を停止させる指令に応じて、前記しきい値の更新が行われなくなるようにする手段と、
   前記しきい値の更新が行われなくなった時点において前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値に基づいて、前記設定しきい値を決定する手段を含んでいることを特徴とする、工具損傷異常検出装置。
2. 工作物を加工するための工具に加わる負荷を表わす指標を複数の加工サイクルに渡って検出し、
   各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける前記指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る前記指標の平均値とを比較して、該比較の結果を表わす比較値が、該比較値について設定される設定しきい値が表わす許容範囲を逸脱した場合に、前記工具に損傷異常が発生したと判定するようにした工具損傷異常検出装置において、
   前記設定しきい値を決定する設定しきい値決定手段を更に備え、
   該設定しきい値決定手段は、
   前記指標を複数の加工サイクルに渡って検出する手段と、
   各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける前記指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る前記指標の平均値とを比較して、該比較結果を表わす比較値を得る比較手段と、
   前記比較値についてのしきい値を記憶するための第１の記憶手段と、
   前記第１の記憶手段に、前記しきい値の初期値を書き込む手段と、
   ある加工サイクルで得られた前記比較値が、その時点において前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値が表わす許容範囲を逸脱した時に、該許容範囲を逸脱した比較値に対応するしきい値に、前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値を更新する手段と、 最新の更新に先行して実行済みの更新によって前記第１の記憶手段に記憶された前記しきい値の内の少なくとも一部を含むしきい値履歴を記憶する第２の記憶手段と、
   前記しきい値の更新を停止させる指令に応じて、前記しきい値の更新が行われなくなるようにする手段と、
   前記しきい値の更新が行われなくなった時点において前記第２の記憶手段に記憶されている前記しきい値履歴に基づいて、前記設定しきい値を決定する手段を含んでいることを特徴とする、工具損傷異常検出装置。
3. 工作物を加工するための工具に加わる負荷を表わす指標を複数の加工サイクルに渡って検出し、
   各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける前記指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る前記指標の平均値とを比較して、該比較の結果を表わす比較値が、該比較値について設定される設定しきい値が表わす許容範囲を逸脱した場合に、前記工具に損傷異常が発生したと判定するようにした工具損傷異常検出装置において、
   前記設定しきい値を決定する設定しきい値決定手段を更に備え、
   該設定しきい値決定手段は、
   前記指標を複数の加工サイクルに渡って検出する手段と、
   各加工サイクル毎に、現在の加工サイクルにおける前記指標と、現在の加工サイクルに先行した複数の加工サイクルに渡る前記指標の平均値とを比較して、該比較結果を表わす比較値を得る比較手段と、
   前記比較値についてのしきい値を記憶するための第１の記憶手段と、
   前記第１の記憶手段に、前記しきい値の初期値を書き込む手段と、
   ある加工サイクルで得られた前記比較値が、その時点において前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値が表わす許容範囲を逸脱した時に、該許容範囲を逸脱した比較値に対応するしきい値に、前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値を更新する手段と、 最新の更新に先行して実行済みの更新によって前記第１の記憶手段に記憶された前記しきい値の内の少なくとも一部を含むしきい値履歴を記憶する第２の記憶手段と、
   前記しきい値の更新を停止させる指令に応じて、前記しきい値の更新が行われなくなるようにする手段と、
   前記しきい値の更新が行われなくなった時点において前記第２の記憶手段に記憶されているしきい値履歴並びに前記第１の記憶手段に記憶されているしきい値に基づいて、前記設定しきい値を決定する手段を含んでいることを特徴とする、工具損傷異常検出装置。
4. 前記指標は、ある加工サイクルにおける最大負荷値と最小負荷値との差（Ｍ）、ある加工サイクルにおける負荷値の面積（Ｓ）、ある加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値（Ｌ）、ある加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｌとその１つ手前の加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｌ’の差（Ｌdiff）、ある加工サイクルにおける最大負荷値と最小負荷値との差Ｍを、同加工サイクルにおける負荷の絶対値の平均値Ｌで除した値（Ｍ／Ｌ）、ある加工サイクルにおける負荷上昇時の２点間最大傾斜絶対値（Ｇ+）、及び、ある加工サイクルにおける負荷下降時の２点間最大傾斜絶対値（Ｇ-）の内の少なくとも１種を含み、
   各種類の前記指標に対して前記設定しきい値が決定され、該決定された設定しきい値の内の少なくとも１つに基づいて工具の損傷異常を検出することを特徴とする、請求項１に記載の工具損傷異常検出装置。
5. 前記工具に加わる負荷は、該工具を駆動するモータのトルクであることを特徴とする、請求項１乃至請求項４の内、いずれか１項に記載の工具損傷異常検出装置。
6. 前記工具に加わる負荷は、該工具に作用するスラスト荷重であることを特徴とする、請求項１乃至請求項５の内、いずれか１項に記載の工具損傷異常検出装置。
7. 前記比較手段によって得られた初回の比較値に基づいて、前記しきい値の初期値を定める手段と、
   該定められた初期値を前記第１の記憶手段に書き込む手段を備えたことを特徴とする、請求項１乃至請求項６の内、いずれか１項に記載の工具損傷異常検出装置。
8. 前記工具は、ドリル又はタップであることを特徴とする、請求項１乃至請求項６の内、いずれか１項に記載の工具損傷異常検出装置。
   

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