JP6813517B2 - 加工異常検出装置および加工異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物であるワークを加工する刃具の異常たとえば欠損、折れ又は寿命などを検出する加工異常検出装置および加工異常検出方法に関する。

特許文献１には、波形処理手段が各主軸モータの負荷電流の分散を算出して刃具の折損などに影響のない波形変化を取り除き、判断手段が主軸モータ毎に電流データを連結して刃具の状態を予兆判断する刃具診断装置が開示されている（要約「解決手段」の欄参照）。即ち、特許文献１は、判断手段がいずれかの刃具の折損の予兆が発生していると判断したら、対象となる工作機械の制御装置に停止信号を入力して加工を停止（「請求項４」参照）させれば、刃具の折損などの不具合の発生を未然に防ぐことができる（段落番号「００２８」参照）。

特許文献２には、刃具を交換しても警報設定値を正しく自動算出することが可能な方法が開示されている（要約「課題」の欄参照）。即ち、特許文献２は、工作機械の刃具ごとの有効電力波形データの特徴に基づき、予めそれぞれの刃具用に警報設定値算出方法を用意し、工作機械と接続された診断装置が工作機械から電力値などの有効電力波形データを収集し、収集の際にどの刃具を使用しているかを表す刃具情報を有効電力波形データに付加しておき、その刃具情報に基づいて警報設定値算出方法を選択することで、刃具を交換しても警報設定値を正しく算出する（要約「解決手段」の欄参照）。

従って、特許文献２は、それぞれの刃具用に警報設定値算出方法を用意しておき工作機械からの刃具情報に基づき、警報設定値算出方法を選択することで、刃具を交換しても警報設定値を正しく自動算出することが可能になる（段落番号「００２０」参照）。

特開２０１３−８６１９６号公報 特開２００６−８２１５４号公報

ところで、特許文献１では、波形処理手段により各主軸モータの負荷電流の分散を算出して刃具の折損などに影響のない波形変化を取り除く作業が行われる（段落番号「００２７」参照）構成となっているが、その具体的な算出方法も明示されていない。また同様に、特許文献１では、判断手段がいずれかの刃具折損の予兆発生をどのように判断するかも明示されていない。

一方、特許文献２では、「閾値と全領域の最小値の差（図６のＤ）、全領域の最大値と最小値の差（図６のＣ）に対する比の値を予め決めておき、取得したデータの平均波形の最大値と最小値をもとに閾値を決定する」（段落番号「００５０」参照）ものです。即ち、この閾値は予め設定されているため、加工時温度などの環境変化に即応するものでなく、且つ刃具折損などの突発的な不具合の発生を未然に防ぐことが困難である。

そこで、本発明は、例えば加工時温度などの環境変化に即応して加工の突発的な不具合となる加工時異常の検出精度または刃具寿命の予測精度が向上し得る加工異常検出装置およびその加工異常検出方法を、提供することを目的とする。

本発明の加工異常検出装置は、加工機械に配置される刃具の異常を検出する加工異常検出装置であって、上記加工機械の駆動モータに供給される加工時の負荷を検出する負荷検出手段と、上記負荷検出手段が検出する上記加工時の負荷データを取込んで記録するデータ収集手段と、上記データ収集手段が収集する上記負荷データに基づき、直前の所定時間幅負荷における総和基礎Σ値およびその直後の所定時間幅負荷における総和新Σ値をそれぞれ演算する演算手段と、上記演算手段で順次演算される新たな基礎演算データとしての総和基礎Σ値を基準に上記総和新Σ値を比較値として上記演算手段で除算し、その除算値が所定範囲内か否かで上記刃具の状態が異常の範囲内か否かを判断する判断手段と、を備える。

ここで、「負荷を検出」の負荷とは、例えば電流または電力などを含む概念である。また、演算手段は、上記総和基礎Σ値および上記総和新Σ値をそれぞれ演算することにより、上記刃具の状態をも演算するものである。更に、上記総和基礎Σ値（分母）は、演算手段で順次演算される新たな基礎演算データ（「基礎対称比」と同義）として、刃具の状態が異常の範囲内か否かを判断手段が判断する。

また、本発明は上述した加工異常検出装置において、上記データ収集手段で収集された所定時間幅負荷における総和基礎Σ値を基準値として上記演算手段で演算すると共に、上記演算手段はその直前までの基準値に予め設定される割合の数値を乗算する規格値を演算し且つ上記規格値より上記基礎演算データである所望Ｎ個の平均値に基づきその直後の規格値を比較値として除算し、この除算した除算値が所定範囲内か否かで上記判断手段は上記刃具の異常を判断するようにしても良い。

更に、本発明は上述した加工異常検出装置において、上記データ収集手段で収集された所定時間幅負荷における総和基礎Σ値を基準値として上記演算手段で演算すると共に、上記演算手段はその直前までの基準値に予め設定される割合の数値を乗算する規格値を演算し且つ上記規格値より上記基礎演算データである所望Ｎ個の平均値に基づきその直後の規格値を比較値として除算し、この除算した除算値が所定範囲内か否かで上記判断手段は上記刃具の異常を判断するようにしても良い。

本発明の加工異常検出装置は、加工機械に配置される刃具の異常を検出する加工異常検出装置であって、上記加工機械の駆動モータに供給される加工時の負荷を検出する負荷検出手段と、上記負荷検出手段が検出する上記加工時の負荷データを取込んで記録するデータ収集手段と、上記データ収集手段で収集された所定時間幅負荷における総和基礎Σ値を基準値として演算すると共に上記基準値に予め設定される割合の数値を規格値として乗算し、且つ上記規格値より所望Ｎ個の初期平均値Ｎａ及びその後における次回所望Ｎ個の次回平均値Ｎｘｎをそれぞれ演算する演算手段と、上記演算手段は上記初期平均値Ｎａを基準に上記次回平均値Ｎｘｎを比較値として除算し、その除算値に基づき上記刃具の寿命予兆を設定する設定値について上記設定値以上か否かを判断する判断手段と、上記判断手段が上記設定値以上と判断する場合、上記寿命予兆であるとの予兆処理を行う処理手段と、を備える。

また、本発明は上述した加工異常検出装置において、上記判断手段は上記除算値が指定回数に亘って上記寿命予兆であると判断する場合に、上記処理手段が予兆警告処理を行う。更に、本発明は上述した各加工異常検出装置において、上記総和基礎Σ値または上記初期平均値Ｎａは、上記刃具の交換時から上記演算手段がそれぞれ演算を開始する。更に本発明は、上述した各加工異常検出装置を、加工設備としてシステム一体的に組込む組込モードとするようにしても良い。

本発明の加工異常検出制御方法は、加工機械に配置される刃具の異常を検出する加工異常検出装置において、負荷検出手段が上記加工機械の駆動モータに供給される加工時の負荷を検出し、且つ上記負荷検出手段が検出する上記加工時の負荷データをデータ収集手段が取込んで記録すると共に、上記データ収集手段が収集する上記負荷データに基づき演算手段が直前の所定時間幅負荷における総和基礎Σ値およびその直後の所定時間幅負荷における総和新Σ値をそれぞれ演算し、且つ上記演算手段で順次演算される新たな基礎演算データとしての総和基礎Σ値を基準に上記総和新Σ値を比較値として上記演算手段で除算し、その除算値が所定範囲内か否かで上記刃具の状態が異常の範囲内か否かを判断手段が判断する。

また、本発明の加工異常検出制御方法は、加工機械に配置される刃具の異常を検出する加工異常検出装置において、負荷検出手段が上記加工機械の駆動モータに供給される加工時の負荷を検出し、且つ上記負荷検出手段が検出する上記加工時の負荷データをデータ収集手段が取込んで記録し、上記データ収集手段で収集された所定時間幅負荷における総和基礎Σ値を基準値として演算手段が演算すると共に上記基準値に予め設定される割合の数値を規格値として乗算し、且つ上記規格値より所望Ｎ個の初期平均値Ｎａ及びその後における次回所望Ｎ個の次回平均値Ｎｘｎをそれぞれ演算し、上記演算手段は上記初期平均値Ｎａを基準に上記次回平均値Ｎｘｎを比較値として除算し、その除算値に基づき上記刃具の寿命予兆を設定する設定値について上記設定値以上か否かを判断手段が判断すると共に、上記判断手段が上記設定値以上と判断する場合に上記寿命予兆であるとの予兆処理を処理手段が行う。

本発明では、総和基礎Σ値（分母）または所望Ｎ個の初期平均値Ｎａ（分母）を基準に比較値（分子）で演算するので、この演算される除算値に基づく加工時異常の検出精度が向上し得る。また、本発明によれば、初期平均値Ｎａ（分母）を基準に次回平均値Ｎｘｎを比較値（分子）として演算するので、この演算される除算値に基づく刃具寿命の予測精度が向上し得る。即ち、本発明では、順次演算される新たな基礎演算データ（分母）で刃具の状態が異常の範囲内か否かなどを判断するので、環境変化すなわち所謂加工変動基準に即応して加工（「刃具」自体の概念をも含む）の突発的な不具合たとえば刃具の欠損などの検出精度が向上し得る。

本実施例における加工異常検出装置の平面図である。 図１に示す加工異常検出装置に関する回路の構成図である。 図２に示す回路のタイミングチャート図である。 図１に示す加工異常検出装置の検出処理に関するフローチャート図である。 図４中のモード１に関するサブルーチン図である。 図４に示すΣ値に関する説明図である。 図４に示すモード１の判定を説明するための判定イメージ図である。 図４におけるモード２に関するサブルーチン図である。 図４に示すモード２の判定を説明するための判定イメージ図である。 図４におけるモード３に関するサブルーチン図である。 図１０のモード３における刃具１０個毎の平均グラフ図である。 図１０のモード３における刃具寿命曲線を示す測定グラフ図である。 図１０のモード３におけるバラツキとＣＶ値との比較グラフ図である。

以下、本発明を実施するための形態について、具体化した一実施例を説明する。

以下、図１または図２に基づいて、本発明の一実施形態である加工異常検出装置１６を含む加工設備システムＳ（図２参照）について説明する。図２に示すように、加工異常検出装置（以下、単に「検出装置」ともいう）１６は、切削などの加工機械１０に配置される刃具Ｗの異常を検出する装置である。また、加工設備システムＳは、加工機械１０を含む加工設備Ｈと、この加工設備Ｈに後付け配置される検出装置１６と、この検出装置１６に接続される種々の接続端末とで構成される。

なお、刃具Ｗは、図示しないが複数本たとえば面取用刃具およびエンドミルなどが切替可能に配置されており、ワーク（「被加工物」と同義）の加工に際して任意に選択可能となっている。また、検出装置１６は、加工設備Ｈの施工時に予め一体的に組込むように製造しても良い。
（加工異常検出装置１６の概略構成）

図１に示すように、検出装置１６は、その装置本体１８に電源線などのコネクタ（図示省略）が着脱可能に接続される構成となっている。即ち、装置本体１８は、その表示面１８Ａに直流２４ボルト供給用の電源コネクタ２０と、図示しない外部機器との接続コネクタ２２と、データ保存のためのＵＳＢコネクタ２４と、ＬＡＮケーブル（図示省略）を接続するＬＡＮコネクタ２６と、デジタルなどのデータ入出力用のＩ／Ｏコネクタ２８と、Ｉ／Ｏ増設時の接続コネクタ３０と、を備える。

また、装置本体１８は、表示面１８Ａに例えば電源・コネクタ接続・異常警告出力・予兆警告出力など複数のランプが配列される点灯器３２と、図２に示すＵＳＢメモリ６２の着脱時に用いるスイッチ３４と、を備える。更に、装置本体１８には、表示面１８Ａの長手方向の両端に、一対の図示しない取付金具がそれぞれ配置されている。なお、装置本体１８は、略片手サイズの箱形状となっており、持運びが容易となっている。
（加工異常検出装置１６の制御系に関する構成）

図２に示すように、検出装置１６は、判断手段および演算手段ならびに処理手段などであるＣＰＵ（中央処理装置）４０と、このＣＰＵ４０などを起動させる電力を供給する電源回路３８と、を備える。また、検出装置１６には、ＬＥＤなどを点灯させるための点灯回路３６及び上述した点灯器３２とを備える。そして、点灯器３２は、ＣＰＵ４０に基づき、点灯または消灯する。なお、加工設備Ｈ内の電源１１と接続された電源回路３８における配線は、ＣＰＵ４０に接続されている部位以外の図示を省略する。これは、ＣＰＵ４０以外の各電子部品に複数の配線を接続する場合の錯綜を防止するためである。
（ＣＰＵ４０に関する構成）

図２に示すＣＰＵ４０は、その制御手段の一部を構成する制御部４２と、演算手段の一部を構成する演算部４４と、データ収集手段および記憶手段であるメモリ４６と、アナログをデジタルへと変換するＡ／Ｄ４８（負荷検出手段の一部を構成）と、例えばゲートウェイなどの通信ネットワークを介して通信する通信部５０を内蔵している。通信手段である通信部５０は、例えばＬＡＮ等で構成されている。なお、ここで「負荷」とは、電流の他に例えば電力などを含む概念である。

ここで、メモリ４６には、後述するモード３の設定値などが予め記憶されている。また、メモリ４６内のテーブル４６Ａには、後述するモード１乃至モード３の演算式（アルゴリズム）などが記憶されている。更に、メモリ４６には、検出装置１６に各種の処理たとえば加工異常検出処理を制御するプログラムが記憶されている。そして、ＣＰＵ４０は、検出装置１６の全体的な動作を司り、例えば駆動／停止信号Ｓ１がＣＰＵ４０へ入力される場合にはその信号Ｓ１に基づき加工異常検出処理を行う。また、検出装置１６には、タイマ５４及び検出装置１６内の温度を計測するための温度センサ５２がＣＰＵ４０に接続されている。
（インタフェイスに関連する構成）

図２に示すように、検出装置１６は、インタフェイスＩ／Ｆとしての運転信号（図３中ではシグナルの「Ｓ」として表す）入力部７０と、負荷検出手段の一部である電圧入力部７２と、異常信号出力部７４と、を備える。そして、この出力部７４などは、加工設備Ｈの図示しない端子に接続される。そして、加工設備Ｈは、加工異常検出装置１６などを一体的に組込む組込モードとすることも可能となっており、且つ各種機器に適応し得る構成となっている。

また、加工設備Ｈは、図示しない各種スイッチと、ランプ等の表示器と、ブザー等の警報器などを備える。加工設備Ｈ中の加工機械１０には、駆動モータＭを駆動させる駆動回路などで構成される駆動部１２及びこの駆動部１２などを制御する制御部１４が配置されている。そして、この制御部１４は、検出装置１６の運転信号入力部７０と接続されており、駆動モータＭの駆動／停止信号Ｓ１と刃具交換信号Ｓ２と刃具チェンジ信号Ｓ３などが運転信号入力部７０へ出力されるされるように構成している。そのため、信号Ｓ１乃至Ｓ３は検出装置１６の運転信号入力部７０へ入力される。

更に、駆動部１４はその駆動用電流ラインＭＬ上に電流センサ（以下、単に「センサ」ともいう）１３が接続され、ラインＭＬはセンサ１３を経て電圧入力部７２及び駆動モータＭにそれぞれ接続される。そのため、駆動モータＭに加工時の電流が供給される。即ち、ラインＭＬのセンサ１３及び電圧入力部７２は、ＣＰＵ４０のＡ／Ｄ４８と共に負荷検出手段を構成する。そして、センサ１３に電流が供給されると、センサ１３は例えば５Ａ＝０．５Ｖなど変換した後に、アナログ値として電圧入力部７２へと出力する。その後、そのアナログ値は、ＣＰＵ４０内のＡ／Ｄ４８でデジタル値へと変換される。

ここで、上述した駆動／停止信号Ｓ１は加工機械１０の駆動モータＭ（例えば図示しないワークを挟持するチャックＣなど）が駆動または停止すると、自動的に出力する信号である。また、刃具交換信号Ｓ２は加工機械１０に配置される刃具Ｗが新たな刃具へ交換される時に制御部１４から出力される信号で、刃具チェンジ信号Ｓ３は上述したように複数種の刃具たとえばタップ刃・エンドミールなどを切替え可能な構成である場合これらの切替わる際の信号である。

また図２に示すように、外部のゲートウェイ又はサーバー６０はＣＰＵ４０内の通信部５０に接続され、検出装置１６から外部通信端末へとデータ等が通信される。更に、検出装置１６は、外部のＵＳＢメモリ６２またはトランシーバ６４などと通信するための通信回路５６及び図１に示すＵＳＢコネクタ２４などで構成される接続部または図示しない送受信部などで構成される通信器５８を備える。
（本実施例の作用）

図３に示すタイミングチャート及び図４などに示すフローチャートを主に用いて、図２に示す加工異常検出装置１６の動作およびＣＰＵ４０の加工異常検出処理（以下、単に「検出処理」ともいう）について説明する。ＣＰＵ４０の検出処理は、加工機械１０から駆動／停止信号Ｓ１が入力されると、メモリ４６に記憶されるプログラムが実行される。実行される処理ルーチンは図４などのフローチャートで表され、これらのプログラムは予めメモリ４６（図２参照）のプログラム領域に記憶されている。

先ず図２に示す駆動モータＭの制御部１４から駆動／停止信号Ｓ１が供給されると、図３に示す検出処理が開始してオンＨ状態になる（立上がる）と共に電圧値などのデータ収集すなわち測定を開始する（立上がる）。そののち再び駆動／停止信号Ｓ１が再入力されると、オフＬ状態になり停止する（立下がる）と共にデータ収集（測定）も停止する（立下がる）。

この停止処理後すなわち立下がりと同期して、ＣＰＵ４０は加工異常か否かの判定処理を行う。ここで、検出処理として駆動／停止信号Ｓ１を用いたのは、切削加工の開始と測定開始のタイミング精度を向上させるためである。なお、本実施例において、読取スピードの設定を１０ｍＳと１００ｍＳと１０００ｍＳなどに選択可能としても良い。

そして、ＣＰＵ４０が正常の範囲内であると判定する場合、異常出力信号を出力することなく、何らの信号も出ないＬ状態を維持する。一方、ＣＰＵ４０が異常であると判定する場合、図３に示すよう判定処理と同期して異常出力信号Ｈが所定時間に亘って出力される。また、異常出力信号Ｈが停止するオフＬ状態と同時に、ＣＰＵ４０はリセット解除信号を所定時間たとえば５００ｍＳ以上に亘って出力させる。この所定時間５００ｍＳは、解除の確実性を考慮したもので、図２に示すタイマ５０をカウントして処理する。なお、５００ｍＳは、任意に例えば２００ｍＳなど変更し得る。

図３の処理をフローチャートで詳述すると、図４に示すステップ１００では、上述した駆動／停止信号Ｓ１（図２及び図３参照）が加工機械１０から運転信号入力部７０へ入力されたか否かを判断する。ステップ１００が肯定の場合すなわち駆動／停止信号Ｓ１が入力されハイＨ状態となる場合には、ステップ１０２でデータ収集（測定）を開始する（図３参照）。なお、ステップ１００が否定の場合は、駆動／停止信号Ｓ１が入力されるのを待つ。

ＣＰＵ４０は、図４に示すステップ１０４において、駆動／停止信号が再入力されたか否かを判断する。ステップ１０４が肯定の場合すなわち再入力された場合は、ステップ１０６でデータ収集（測定）を停止する（図３参照）。ここで、データ収集は、そのデータ例えば後述する加工時総和電流値Σなどをメモリ４６へ記録することも含まれる。なお、ステップ１０４が否定の場合は、駆動／停止信号が再入力されるのを待つ。
（モード１に関する処理）

その後ステップ１０８において、ＣＰＵ４０はモード１か否かを判断する。ここで、本実施例におけるモードは後述するようにモード１乃至モード３が選択可能となっており、その中でモード１及びモード２は刃具異常たとえば図２に示す刃具Ｗが欠損などで加工される被加工物（ワーク）の加工不具合の発生に迅速かつ確実に即応するための手法である。即ち、上述した加工不具合の発生は工場設備の環境たとえば温度・湿度・材料のバラツキなどで変化するため、判定の判断基準（以下、単に「加工変動基準」ともいう）も常時変動する。

そして、その変動に即応するモード１及びモード２は、図２に示すＣＰＵ４０の演算部４４で刃具Ｗを例えば新品などに交換し、最初の加工１回目から順次演算される新たな基礎演算データを基礎対称比（分母）として刃具Ｗの状態が異常の範囲内か否かを判断する手法である。

この中でもモード１は、メモリ４６で収集（「記録」と同義）された直前の所定時間幅負荷（電流）における基礎対称比としての総和基礎Σ値すなわち基準値を演算部４４で演算する手法であり、後述するモード２のいわゆる移動平均と比較して厳しく判定する。具体的にモード１は、上記総和基礎Σ値（分母）を基準に、その直後の所定時間幅電流における総和新Σ値（分子）を比較値として演算部４４で除算して、その除算値が所定範囲内か否かで図２に示すＣＰＵ４０は刃具Ｗの異常を判断する。なお、モード２の詳述及びモード３については、後述する。

ＣＰＵ４０は、ステップ１０８が肯定の場合、ステップ１１０でモード１（図５に示す「サブルーチン」参照）へ移行させる。引続き、このモード１について詳述する。図５に示すように、ステップ１４０では、刃具Ｗ（図２参照）の交換信号Ｓ２が入力されたか否かを判断する。ステップ１４０が肯定の場合すなわち刃具交換信号Ｓ２が入力されたのであれば、ステップ１４２で刃具交換信号Ｓ２からの１回目のデータＰ１（図７参照）の電流測定値Σ（「基準値」と同義）などを演算部４４（図２参照）で順次演算する。

ここで、電流測定値Σとは、刃具Ｗで加工される被加工物の加工時に生じる電流値の合計Σ（「加工時総和電流値Σ」と同義）である。即ち、図６に示す電流測定値Σの例では、上述した読取スピートを１００ｍＳ間隔で測定した値の総和（「合計」と同義）であり、図６中の線Ａ及び線Ｂの面積（図６では斜線で示す）差で良否の判定を行う。例えば、ＣＰＵ４０は、面積差が正常時の約１０％以下に低下する場合に加工異常と判断する。

具体的に線Ａ（図６では破線で示す）は刃具折損発生前である正常時の例であり、そのΣ値は８２８７３である。線Ｂ（図６では実線で示す）は刃具折損発生後である欠損時の例であり、そのΣ値は７３７９１である。そして、発生前後のバラツキ比率は、−１０．９５％である。なお、測定間隔（「読取スピート」と同義）は、上述したよう例えば１０ｍＳなどに変更可能である。なお、上述した面積差のパーセント値は、任意に変更し得る。

次に、ステップ１４４では、刃具Ｗの交換直前のΣ値（図７のＰｅｎｄ）をメモリ４６から読出しその基礎対称比であるＰｅｎｄを基準（分母）に、その直後のΣ値Ｐ１を比較値（分母）として除算する。即ち、モード１は各々判断する一つ前の電流測定値Σ（「総和基礎値Σ」と同義）のデータを基準に判定する方法であり、式としては例えば(Ｐ１／Ｐｅｎｄ)である。なお、モード１では、生データであるΣ値をそのまま利用するのは、数値対称が直前または直後のΣ値だけで判断する手法だからである。

ＣＰＵ４０は、ステップ１４６において、上記除算値を図２に示すメモリ４６に順次記録させる。そして、このステップ１４６以降の処理は、再びステップ１４２に戻り、メモリ４６に記憶されるテーブル４６Ａ中の例えば図７に示す(Ｐ２／Ｐ１)・(Ｐ３／Ｐ２)・(Ｐ４／Ｐ３)・(Ｐ５／Ｐ４)など分母がＰｅｎｄとなるまで除算値を記録する。

引続き図４に示すフローチャートに戻り、ステップ１１６で加工異常か否かを判断する。ステップ１１６が否定の場合すなわち正常である場合は、ステップ１１８で図２に示すサーバ６０などへ電流測定値Σまたは除算値などのデータを出力など処理する。即ち、本実施例によれば、例えば工場などの加工施設Ｈにユーザが不在でも、稼動状況を把握し得る。

一方、ステップ１１６が肯定の場合すなわち加工異常である場合は、ステップ１２０において異常警告たとえば図２に示す異常信号出力部７４などで加工異常である旨のデータ出力または点灯器３２などを点灯させる。その後は、ステップ１１８でトランシーバ６４またはＳＢメモリ６２などへ上述したようなデータを出力など処理する。本実施例によれば、ユーザは上述した稼動状況（データ）をいつでも参照し得るので、検出装置１６を常時稼動していれば稼働率測定装置などとしても兼用し得る。

即ち、本実施例において、順次演算される新たな基礎演算データ（総和基礎Σ値）を基礎対称比として刃具の状態が異常の範囲内か否かを判断するので、環境変化すなわち所謂加工変動基準に即応して加工（「刃具」自体の概念をも含む）の突発的な不具合たとえば刃具の欠損などの検出精度が向上する。従って、本実施例では、基礎対称比である総和基礎Σ値（分母）を基準に比較値としての総和新Σ値（分子）で除算するので、この除算値に基づく加工時異常の検出精度が後述するモード２に比べて厳格な判断となる。
（モード２に関する処理）

ステップ１０８が否定の場合すなわちモード１でない場合には、ステップ１１２でモード２か否かを判断する。ここで、モード２は、上述した加工変動基準に即応し、刃具Ｗを例えば新品など交換した後に最初の加工１回目からＮ回目分の平均値（「規格値」と同義）を用いて判断する手法である。そのため、モード２（いわゆる移動平均法）及びモード１では、基準値（規格値も同様）がリアルタイムに変動して計測するので、加工異常時の判断に適している。

具体的にモード２は、図２に示すメモリ４６で収集された所定時間幅の電流値における総和基礎Σ値（基準値）に、ＣＰＵ４０の演算部４４が基準値に例えば３−５％の値を乗算して、この乗算値を規格値とする。ここで、規格値として基準値に３−５％を乗算するのは、モード２が基礎対称比（分母）として平均値を用いるため、加工機械１０における真の切削などの加工能力をある程度算出して考慮するためである。

なお、３−５％の値は、実験データなどの経験則に基づくもので、その数値は例えば３％以下あるいは５％以上の任意の幅をもって変更でき且つ０．１％きざみにも変更し得る。また、演算部４４は、その直前までの規格値より所定Ｎ個の平均値に基づき、その直後の規格値で除算する。ＣＰＵ４０の制御部４２は、この除算した除算値が所定範囲内か否かで刃具Ｗの異常を判断する。

そして、ＣＰＵ４０は、ステップ１１２が肯定の場合、ステップ１１４でモード２（図８に示す「サブルーチン」参照）へ移行させる。引続き、このモード２について詳述する。図８に示すように、ステップ１５０では、刃具Ｗ（図２参照）の交換信号Ｓ２が入力されたか否かを判断する。ステップ１５０が肯定の場合すなわち刃具交換信号Ｓ２が入力されたのであれば、ＣＰＵ４０はステップ１５２で基準値を演算部４４で順次演算する。

ここで基準値は、モード１で説明した電流測定値から総和基礎Σ値を演算して算出する。そして、図２に示す演算部４４はステップ１５４で算出された基準値より上述した規格値を順次演算し、ステップ１５６でＮ個たとえば５個の規格値を平均値として演算する。なお、Ｎ個は６個・８個など任意に設定変更し得る。

ステップ１５６で演算部４４は上記平均値（分母）を基準にその直後の規格値を比較値（分子）として除算する。本実施例において、規格値Ｎ個の平均がリアルタイムに変動する平均値データ（「移動平均値データ」と同義）を基に演算を繰返すので、除算値も刻々と変動する。

具体的には、メモリ４６に記憶されるテーブル４６Ａ中の式(Ｐ２／Ｐ１)・(Ｐ３／{(Ｐ１＋Ｐ２)／２})・(Ｐ４／{(Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３)／３}）・(Ｐ５／{(Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４)／４})まで５回の平均値（図９参照）を演算部４４が演算する。ここで、分母を{(Ｐ１＋Ｐ２)／２}・{(Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３)／３}などとするのは、判定もれを防止するためである。

また、図９に示す「Ｐ６」以降の演算は、（Ｐ６／{(Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５)／５})・（Ｐ７／{(Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６)／５})・（Ｐ８／{(Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６＋Ｐ７)／５})・・・と順次繰返す。そして、ＣＰＵ４０はステップ１５８で上記除算値をメモリ４６に記録し、再びステップ１５２に戻り順次繰返す。その後は、図４に示すフローチャートに戻り、ステップ１１６以降の処理を行う。なお、異常か否かの判断は、モード１と同様に例えば１０％などのバラツキ比率で行う。

即ち、本実施例において、順次演算される新たな基礎演算データ（所望Ｎ個の初期平均値Ｎａ）を基礎対称比として刃具の状態が異常の範囲内か否かを判断するので、いわゆる加工変動基準に即応して加工の突発的な不具合たとえば刃具の欠損などの検出精度が向上する。従って、本実施例では、基礎対称比である所望Ｎ個の初期平均値Ｎａ（分母）を基準にその直後の規格値（分子）で除算するので、この除算値に基づく加工時異常の検出精度が前述するモード１に比べて実地に即するような判断となる。
（モード３に関する処理）

更に、ステップ１１２が否定の場合すなわちモード２でない場合にはステップ１３０でモード３の処理を行う。ここで、モード３は、モード１及びモード２と異なり、蓄積データを用いて図２に示す刃具Ｗの寿命予兆を判断する手法である。この刃具寿命は、刃具Ｗの素性（「特性」と同義）で長期使用による経時劣化の傾向が検出し難いので、上述した蓄積データを用いる。

即ち、モード３はいわゆる相対平均による判別分析法（「ＣＶ法」ともいう）を応用した手法であり、初期平均値Ｎａ（分母）は刃具交換から初期のＮ個分たとえば１０個分を平均した値とし、その後の次回平均値Ｎｘｎ（分子）はその後の加工時におけるＮ個分たとえば１１個乃至２０個分を平均した値として演算する。具体的にモード３では、図１０のサブルーチンに示すステップ１６０で刃具Ｗの交換信号Ｓ２が入力されたか否かを判断する。

ステップ１６０が肯定の場合すなわち刃具交換信号Ｓ２が入力されたのであれば、ＣＰＵ４０はステップ１６２で基準値を演算部４４で順次演算する。この基準値は、モード１で説明したように、電流測定値から総和基礎Σ値を演算して算出する。そして、演算部４４はステップ１６４で算出された基準値よりモード２で説明した規格値を順次演算し、ステップ１６６で刃具交換信号Ｓ２の入力後における最初（「１回目」と同義）の規格値よりＮ個たとえば１０個の初期平均値Ｎａを演算する。

ＣＰＵ４０はステップ１６８で初期平均値Ｎａをメモリ４６に記録し、ステップ１７０では演算部４４で規格値より次回Ｎ個たとえば刃具交換から１１回目乃至２０回目の１０個分における次回平均値（「移動平均値」と同義）Ｎｘｎを演算する。そして、ＣＰＵ４０において、演算部４４はステップ１７２で初期平均値Ｎａ（分母）を基準に次回平均値Ｎｘｎを比較値（分子）として除算し、ステップ１７４でこの除算値をメモリ４６に記録させる。

具体的に初期平均値Ｎａは、式{(Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３・・・Ｐ８＋Ｐ９＋Ｐ１０)／１０})まで１回乃至１０回分の平均値を演算部４４が演算する。また、次回平均値Ｎｘｎは、式{(Ｐ１１＋Ｐ１２＋Ｐ１３・・・Ｐ１８＋Ｐ１９＋Ｐ２０)／１０})まで１０回分の平均値（「比較値」と同義）Ｎｘ2を演算部４４が演算する。この比較値は、例えば式{(Ｐ２１・・・Ｐ３０)／１０})Ｎｘ3または式{(Ｐ３１・・・Ｐ４０)／１０})Ｎｘ4 ・・式{(Ｐ２５１・・・Ｐ２６０)／１０})Ｎｘ26・・・と順次繰返す。

即ち、上述したステップ１７４以降の処理は、再びステップ１７０に戻り、上述した演算などを順次繰返す。具体的に演算部４４は、メモリ４６に記憶されるテーブル４６Ａ中の式(Ｎｘｎ／Ｎａ）に基づき、(Ｎｘ2／Ｎａ)・・・と順次繰返して演算する。引続き図４に示すフローチャートに戻り、ＣＰＵ４０はステップ１３２でメモリ４６に記録された除算値（図１０に示す「ステップ１７４」参照）が、刃具Ｗの寿命予兆を予め任意に設定している設定値以上か否かを判断する。

この設定値は初期平均値Ｎａの３％として、ＣＰＵ４０は（除算値（％）≦設定値または除算値（％）≧設定値）で判断する。この除算値（％）≦設定値の場合は設定値以下と判断し、除算値（％）≧設定値の場合は設定値以上を越えると判断する。即ち、図１１乃至図１３に示すように、モード３は除算値として表れる測定値の急激な変化が始まるポイントを、寿命予兆警告点とする手法である。ここで、図１１乃至図１３の各図は、複数の実験データのうちの一例であり、刃具Ｗの上述した種類別の例および同一種類の刃具Ｗであってもそれぞれの特性曲線はそれぞれ変動している。

ステップ１３２が肯定の場合すなわち刃具Ｗが寿命予兆点（上述した「寿命予兆警告点」と同義）である設定値以上の場合は、ステップ１３４で指定回数たとえば２回目か否かを判断する。ステップ１３４が肯定の場合すなわち指定回数に亘って寿命予兆であると判断である場合、ＣＰＵ４０はステップ１３６で予兆警告出力たとえば異常信号出力部７４を介して刃具Ｗが上記警告点を越えた旨の警告信号などを出力させる。即ち、本実施例によれば、初期平均値Ｎａ（分母）を基準に次回平均値Ｎｘｎを比較値（分子）として演算するので、この演算される除算値に基づく刃具寿命の予測精度が向上し得る。

ステップ１３６が終了した後、ＣＰＵ４０はステップ１１８で図２に示すサーバ６０などへ例えば除算値などのデータを出力など処理させる。一方、ステップ１３４又はステップ１３２が否定の場合すなわち指定回数でない又は除算値が設定値以下の場合は、ステップ１３２に戻り除算値が設定値以上か否かの判断を再び繰返す。なお、本実施例において、上述した設定値は任意に変更でき、例えば５％などに変更設定し得る。

また、本実施例によれば、ステップ１３４の指定回数処理は予兆警告の確実性を担保するもので、その回数は例えば３回など任意に設定変更し得る。更に、上述したプログラムの処理の流れ（図４など参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、本発明は、モード１乃至モード３を任意に選択し得、それぞれ単独あるいは複数のモードをそれぞれ任意に組合せることができる。

１０…加工機械、１３…電流センサ（負荷検出手段またはデータ収集手段）、１６…加工異常検出装置、４０…ＣＰＵ、４２…制御部（判断手段または処理手段）、４４…演算部（演算手段）、４６…メモリ（記憶手段またはデータ収集手段）、４８…Ａ／Ｄ（負荷検出手段またはデータ収集手段）、５０…通信部（通信手段）、５６…通信回路（通信手段）、５８…通信器（通信手段）、７２…電圧入力部（負荷検出手段またはデータ収集手段）、Ｗ…刃具、Ｍ…駆動モータ、Ｓ…加工設備システム、Ｈ…加工設備

Claims (8)

1. 加工機械に配置される刃具の異常を検出する加工異常検出装置であって、
   上記加工機械の駆動モータに供給される加工時の負荷を検出する負荷検出手段と、
   上記負荷検出手段が検出する上記加工時の負荷データを取込んで記録するデータ収集手段と、
   上記データ収集手段が収集する上記負荷データに基づき、直前の所定時間幅負荷における総和基礎Σ値およびその直後の所定時間幅負荷における総和新Σ値をそれぞれ演算する演算手段と、
   上記演算手段で順次演算される新たな基礎演算データとしての総和基礎Σ値を基準に上記総和新Σ値を比較値として上記演算手段で除算し、その除算値が所定範囲内か否かで上記刃具の状態が異常の範囲内か否かを判断する判断手段と、
   を備える加工異常検出装置。
2. 請求項１に記載の加工異常検出装置において、
   上記データ収集手段で収集された所定時間幅負荷における総和基礎Σ値を基準値として上記演算手段で演算すると共に、上記演算手段はその直前までの基準値に予め設定される割合の数値を乗算する規格値を演算し且つ上記規格値より上記基礎演算データである所望Ｎ個の平均値に基づきその直後の規格値を比較値として除算し、この除算した除算値が所定範囲内か否かで上記判断手段は上記刃具の異常を判断する加工異常検出装置。
3. 加工機械に配置される刃具の異常を検出する加工異常検出装置であって、
   上記加工機械の駆動モータに供給される加工時の負荷を検出する負荷検出手段と、
   上記負荷検出手段が検出する上記加工時の負荷データを取込んで記録するデータ収集手段と、
   上記データ収集手段で収集された所定時間幅負荷における総和基礎Σ値を基準値として演算すると共に上記基準値に予め設定される割合の数値を規格値として乗算し、且つ上記規格値より所望Ｎ個の初期平均値Ｎａ及びその後における次回所望Ｎ個の次回平均値Ｎｘｎをそれぞれ演算する演算手段と、
   上記演算手段は上記初期平均値Ｎａを基準に上記次回平均値Ｎｘｎを比較値として除算し、その除算値に基づき上記刃具の寿命予兆を設定する設定値について上記設定値以上か否かを判断する判断手段と、
   上記判断手段が上記設定値以上と判断する場合、上記寿命予兆であるとの予兆処理を行う処理手段と、
   を備える加工異常検出装置。
4. 請求項３に記載の加工異常検出装置において、
   上記判断手段は上記除算値が指定回数に亘って上記寿命予兆であると判断する場合に、上記処理手段が予兆警告処理を行う加工異常検出装置。
5. 請求項２または請求項３に記載の加工異常検出装置において、
   上記総和基礎Σ値または上記初期平均値Ｎａは、上記刃具の交換時から上記演算手段がそれぞれ演算を開始する加工異常検出装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の加工異常検出装置を、加工設備システムとして一体的に組込む組込モードとする加工異常検出装置。
7. 加工機械に配置される刃具の異常を検出する加工異常検出装置において、
   負荷検出手段が上記加工機械の駆動モータに供給される加工時の負荷を検出し、且つ上記負荷検出手段が検出する上記加工時の負荷データをデータ収集手段が取込んで記録すると共に、
   上記データ収集手段が収集する上記負荷データに基づき演算手段が直前の所定時間幅負荷における総和基礎Σ値およびその直後の所定時間幅負荷における総和新Σ値をそれぞれ演算し、且つ上記演算手段で順次演算される新たな基礎演算データとしての総和基礎Σ値を基準に上記総和新Σ値を比較値として上記演算手段で除算し、その除算値が所定範囲内か否かで上記刃具の状態が異常の範囲内か否かを判断手段が判断する加工異常検出制御方法。
8. 加工機械に配置される刃具の異常を検出する加工異常検出装置において、
   負荷検出手段が上記加工機械の駆動モータに供給される加工時の負荷を検出し、且つ上記負荷検出手段が検出する上記加工時の負荷データをデータ収集手段が取込んで記録し、
   上記データ収集手段で収集された所定時間幅負荷における総和基礎Σ値を基準値として演算手段が演算すると共に上記基準値に予め設定される割合の数値を規格値として乗算し、且つ上記規格値より所望Ｎ個の初期平均値Ｎａ及びその後における次回所望Ｎ個の次回平均値Ｎｘｎをそれぞれ演算し、
   上記演算手段は上記初期平均値Ｎａを基準に上記次回平均値Ｎｘｎを比較値として除算し、その除算値に基づき上記刃具の寿命予兆を設定する設定値について上記設定値以上か否かを判断手段が判断すると共に、上記判断手段が上記設定値以上と判断する場合に上記寿命予兆であるとの予兆処理を処理手段が行う加工異常検出制御方法。

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