JPH01164537A - 主軸回転速度変動信号による工具異常検知法 - Google Patents
主軸回転速度変動信号による工具異常検知法Info
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- JPH01164537A JPH01164537A JP62319687A JP31968787A JPH01164537A JP H01164537 A JPH01164537 A JP H01164537A JP 62319687 A JP62319687 A JP 62319687A JP 31968787 A JP31968787 A JP 31968787A JP H01164537 A JPH01164537 A JP H01164537A
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- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 30
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
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- B23Q17/0919—Arrangements for measuring or adjusting cutting-tool geometry in presetting devices
- B23Q17/0947—Monitoring devices for measuring cutting angles
-
- 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
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-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 programme 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 programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、工作機械の無人運転等に係わる切削加工分野
において、特に、断続切削が行われる場合の工具の欠損
検出に好適な、工具異常検知技術に関する。
において、特に、断続切削が行われる場合の工具の欠損
検出に好適な、工具異常検知技術に関する。
従来技術としては、主軸モータ電流の変動を検出し、自
己回帰モデル等を用いて信号処理を行い工具の異常を検
知する技術がある。
己回帰モデル等を用いて信号処理を行い工具の異常を検
知する技術がある。
従来の主軸モータ電流を検出する方法では、信号が切削
力の変動に起因する以外の雑音成分を多く含むため、複
雑な信号処理が必要となり計算時間がかかるうえ、異常
の兆候を雑音から区別するためのしきい値の設定が容易
でないという問題がある。さらに、信号中に含まれる、
電源に起因するリップルにより、電源周波数以上の変動
成分を観測できず、主軸回転数が高い場合には適用でき
ない。
力の変動に起因する以外の雑音成分を多く含むため、複
雑な信号処理が必要となり計算時間がかかるうえ、異常
の兆候を雑音から区別するためのしきい値の設定が容易
でないという問題がある。さらに、信号中に含まれる、
電源に起因するリップルにより、電源周波数以上の変動
成分を観測できず、主軸回転数が高い場合には適用でき
ない。
上記の問題点を解決するために本発明は、主軸回転速度
の変動信号から、切刃に加わる切削力の変化パターンを
求め、このパターンが異常発生した時に正常パターンか
ら変化するのを判別することによって、工具異常を検知
することを特徴とする。
の変動信号から、切刃に加わる切削力の変化パターンを
求め、このパターンが異常発生した時に正常パターンか
ら変化するのを判別することによって、工具異常を検知
することを特徴とする。
主軸回転速度の検出は、例えば主軸モータの速度制御の
ために通常主軸モータに取り付けられている速度発電機
あるいはパルスジェネレータを用いて行うことができる
。６枚刃の正面フライス工具を用いた時に得られた信号
の例を第４Ａ図および第４Ｂ図に示す。第４Ａ図が正常
工具を用いた場合で、第４Ｂ図が切刃の１枚に欠損があ
る場合である。第４Ａ図から明らかなように、信号には
、各切刃が切削を断続的に行うことによって生じる切削
力の変動がよく現れている。また、この変動は、主軸１
回転を周期として同一のパターンが繰り返される。とこ
ろが、第４Ｂ図に示される欠損工具の場合は、このパタ
ーンが大きく変化している。
ために通常主軸モータに取り付けられている速度発電機
あるいはパルスジェネレータを用いて行うことができる
。６枚刃の正面フライス工具を用いた時に得られた信号
の例を第４Ａ図および第４Ｂ図に示す。第４Ａ図が正常
工具を用いた場合で、第４Ｂ図が切刃の１枚に欠損があ
る場合である。第４Ａ図から明らかなように、信号には
、各切刃が切削を断続的に行うことによって生じる切削
力の変動がよく現れている。また、この変動は、主軸１
回転を周期として同一のパターンが繰り返される。とこ
ろが、第４Ｂ図に示される欠損工具の場合は、このパタ
ーンが大きく変化している。
この主軸１回転分の主軸回転速度変動信号の変化パター
ンの特徴をパターンベクトルの形で抽出する。例えば、
第３図に示すように、主軸１回転分の変動の極大、極小
値を求め、パターンベクトルとする。切刃の数をｍ１主
軸１回転中１番目の極大値、極小値をＨ（ｉ） 、Ｌ（
ｉ） （ｉ ＝ Ｌ・・・、ｍ）とすると、パターン
ベクトルＰは、Ｐ＝（Ｈ（１）、・・・、Ｈ（ｍ） 、
Ｌ（１）、・・・、Ｌ（ｍ＞）となる。しかし、このま
までは、パターンベクトルは切削条件によって変化をす
る。そこで、規格化を行い、切削条件が変化しても、切
刃の状態が変化しない限りパターンベクトルが一定に保
たれるようにする。すなわち、極大値Ｈ（］）に対して
、以下の変換を行う。
ンの特徴をパターンベクトルの形で抽出する。例えば、
第３図に示すように、主軸１回転分の変動の極大、極小
値を求め、パターンベクトルとする。切刃の数をｍ１主
軸１回転中１番目の極大値、極小値をＨ（ｉ） 、Ｌ（
ｉ） （ｉ ＝ Ｌ・・・、ｍ）とすると、パターン
ベクトルＰは、Ｐ＝（Ｈ（１）、・・・、Ｈ（ｍ） 、
Ｌ（１）、・・・、Ｌ（ｍ＞）となる。しかし、このま
までは、パターンベクトルは切削条件によって変化をす
る。そこで、規格化を行い、切削条件が変化しても、切
刃の状態が変化しない限りパターンベクトルが一定に保
たれるようにする。すなわち、極大値Ｈ（］）に対して
、以下の変換を行う。
同様の規格化をＬ（１）についても行うと規格化された
ベクトル ｐ’＝ｃｔ＋’ｃす、 ・・・、 Ｈ′ （ホ）、 Ｌ
’ （１）、 ・・・、Ｌ ′ （ホ）〕が求ま
る。これを切削状態ベクトルと呼ぶ。
ベクトル ｐ’＝ｃｔ＋’ｃす、 ・・・、 Ｈ′ （ホ）、 Ｌ
’ （１）、 ・・・、Ｌ ′ （ホ）〕が求ま
る。これを切削状態ベクトルと呼ぶ。
工具異常の検知のためには、あらかじめ標準的な切削条
件のもとて切削を行い、工具が正常な状態のときの切削
状態ベクトルを基準ベクトルとして求めておく。実際の
作業中には、観測信号から時々刻々計算される切削状態
ベクトルＰ′、と基準ベクトルｐ／、との間の距離を以
下のように求める。
件のもとて切削を行い、工具が正常な状態のときの切削
状態ベクトルを基準ベクトルとして求めておく。実際の
作業中には、観測信号から時々刻々計算される切削状態
ベクトルＰ′、と基準ベクトルｐ／、との間の距離を以
下のように求める。
この距離が一定しきい値を超えた場合に、工具異常が発
生したと判断する。
生したと判断する。
なお、ここで示した検知アルゴリズムは一例であり、こ
の他にも、工具異常にともなう主軸回転速度信号のパタ
ーンの変化を識別する方法は、例えば、変動信号の振幅
値のばらつきや振幅分布を利用したものなど、種々考え
られる。
の他にも、工具異常にともなう主軸回転速度信号のパタ
ーンの変化を識別する方法は、例えば、変動信号の振幅
値のばらつきや振幅分布を利用したものなど、種々考え
られる。
主軸回転速度の変動信号は切削工具に加わる切削抵抗の
変化をよく反映し、雑音も少ない。したがって、切削工
具の異常によって切削過程に変化を生じ、その結果とし
て切削抵抗の変動パターンが変化するのを主軸回転速度
の変動信号から明瞭に識別できる。このため、微小な工
具欠損のような初期異常に対しても、感度のよい、しき
い値の設定に過敏に影響されない信頼性の高い検知がで
きる。また、雑音が少ないために比較的簡単なパターン
マツチングなどを用いた検知アルゴリズムが適用でき、
計算負荷が軽くてすむ。
変化をよく反映し、雑音も少ない。したがって、切削工
具の異常によって切削過程に変化を生じ、その結果とし
て切削抵抗の変動パターンが変化するのを主軸回転速度
の変動信号から明瞭に識別できる。このため、微小な工
具欠損のような初期異常に対しても、感度のよい、しき
い値の設定に過敏に影響されない信頼性の高い検知がで
きる。また、雑音が少ないために比較的簡単なパターン
マツチングなどを用いた検知アルゴリズムが適用でき、
計算負荷が軽くてすむ。
さらに、信号中に電源に起因するリップルが含まれてい
ないために、検出可能な主軸回転数範囲が制限されない
。このため、異常判定のための計算時間が少なくてすむ
こととあいまって、主軸回転数が数千ｒｐｍの場合まで
適用可能である。
ないために、検出可能な主軸回転数範囲が制限されない
。このため、異常判定のための計算時間が少なくてすむ
こととあいまって、主軸回転数が数千ｒｐｍの場合まで
適用可能である。
本発明によれば、自動化生産システムに対して工具異常
監視機能を与えることができ、無人運転を特徴とする特
に、予測が不可能で突発的に生じる工具欠損を感度よく
検知できることは、安定した無人運転を実現する上で、
大きな効果がある。
監視機能を与えることができ、無人運転を特徴とする特
に、予測が不可能で突発的に生じる工具欠損を感度よく
検知できることは、安定した無人運転を実現する上で、
大きな効果がある。
また、主軸回転速度の変動信号は、作業上の邪魔になる
ような、特別な計測装置を必要としないため、安価で簡
便、かつ信頼性の高い工具異常検知システムを実現でき
るという効果がある。
ような、特別な計測装置を必要としないため、安価で簡
便、かつ信頼性の高い工具異常検知システムを実現でき
るという効果がある。
本発明を用いた工具異常検知システムの構成例を第１図
に示す。主軸回転装置の変動検出にはパルスジェネレー
タ１を用いている。この場合は、そこから出力されるパ
ルス信号を周波数／電圧変換器２で電圧信号とする。パ
ルスジェネレータ１の代わりに速度発電機を用いてもよ
い。その場合は、直接電圧信号が得られる。信号は、注
目する周波数（回転数Ｘ刃数）を強調するためにバンド
パスフィルタ３を通した後、アナログ／ディジタル変換
器４より計算機５に入力する。計算機５では、切削状態
ベクトルを求め、基準ベクトルとの距離を計算し、異常
の判定をする。異常が検知された場合は、数値制御装置
６に対し、アラーム信号７が出力される。
に示す。主軸回転装置の変動検出にはパルスジェネレー
タ１を用いている。この場合は、そこから出力されるパ
ルス信号を周波数／電圧変換器２で電圧信号とする。パ
ルスジェネレータ１の代わりに速度発電機を用いてもよ
い。その場合は、直接電圧信号が得られる。信号は、注
目する周波数（回転数Ｘ刃数）を強調するためにバンド
パスフィルタ３を通した後、アナログ／ディジタル変換
器４より計算機５に入力する。計算機５では、切削状態
ベクトルを求め、基準ベクトルとの距離を計算し、異常
の判定をする。異常が検知された場合は、数値制御装置
６に対し、アラーム信号７が出力される。
なお、工具上の個々の切刃と回転数変動信号との対応を
とるために光電変換器８を用いて主軸の回転バ ス信号
を得ている。
とるために光電変換器８を用いて主軸の回転バ ス信号
を得ている。
第２図に本システムによって工具の欠損を検出した例を
示す。使用工具は工具径８０ｍｍ、４枚刃の正面フライ
ス工具、被削材は構造用炭素鋼５４５Ｃである。本図に
は各時点で得られた切削状態ベクトルと基準ベクトルと
の距離が示されている。矢印で示した時点で１枚の切刃
に欠損が生じている。
示す。使用工具は工具径８０ｍｍ、４枚刃の正面フライ
ス工具、被削材は構造用炭素鋼５４５Ｃである。本図に
は各時点で得られた切削状態ベクトルと基準ベクトルと
の距離が示されている。矢印で示した時点で１枚の切刃
に欠損が生じている。
これに対応して、距離が急激に増加して、工具異常の発
生を明確に示しているのが分る。
生を明確に示しているのが分る。
第１図は本発明の実施例を示す工具異常検出システムの
構成図、第２図は本発明を実施した場合の工具欠損検出
例を示すグラフ、第３図は欠損工具が示す主軸１回転分
の主軸回転数変動パターンベクトルのグラフ、第４Ａ図
および第４Ｂ図はそれぞれ正常工具と欠損工具が示す主
軸回転数変動波形のグラフ。 １・・・・パルスジェネレータ、 ２・・・・周波数／電圧変換器、 ３・・・・バンドパスフィルタ、 ４・・・・アナログ／デジタル変換器、５・・・・計算
器、 ６・・・・数値制御装置、 ７・・・・アラーム信号、 ８・・・・光電検出器。 第７区
構成図、第２図は本発明を実施した場合の工具欠損検出
例を示すグラフ、第３図は欠損工具が示す主軸１回転分
の主軸回転数変動パターンベクトルのグラフ、第４Ａ図
および第４Ｂ図はそれぞれ正常工具と欠損工具が示す主
軸回転数変動波形のグラフ。 １・・・・パルスジェネレータ、 ２・・・・周波数／電圧変換器、 ３・・・・バンドパスフィルタ、 ４・・・・アナログ／デジタル変換器、５・・・・計算
器、 ６・・・・数値制御装置、 ７・・・・アラーム信号、 ８・・・・光電検出器。 第７区
Claims (1)
- 工作機械の主軸回転速度の変動パターンより切削工具
の異常を早期に検知する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62319687A JPH01164537A (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 主軸回転速度変動信号による工具異常検知法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62319687A JPH01164537A (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 主軸回転速度変動信号による工具異常検知法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01164537A true JPH01164537A (ja) | 1989-06-28 |
Family
ID=18113063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62319687A Pending JPH01164537A (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 主軸回転速度変動信号による工具異常検知法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01164537A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018081487A (ja) * | 2016-11-16 | 2018-05-24 | 東芝機械株式会社 | 工作機械およびその制御方法 |
| JP2018183824A (ja) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | 西島株式会社 | 丸鋸切断機 |
| JP2020093305A (ja) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | Dmg森精機株式会社 | 工作機械、欠損検知方法、および欠損検知プログラム |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6125754A (ja) * | 1984-07-09 | 1986-02-04 | Osaka Kiko Co Ltd | 工具折損検出装置 |
| JPS62193748A (ja) * | 1986-02-19 | 1987-08-25 | Ichiro Inazaki | 工具損傷検出装置 |
-
1987
- 1987-12-17 JP JP62319687A patent/JPH01164537A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6125754A (ja) * | 1984-07-09 | 1986-02-04 | Osaka Kiko Co Ltd | 工具折損検出装置 |
| JPS62193748A (ja) * | 1986-02-19 | 1987-08-25 | Ichiro Inazaki | 工具損傷検出装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018081487A (ja) * | 2016-11-16 | 2018-05-24 | 東芝機械株式会社 | 工作機械およびその制御方法 |
| US11256229B2 (en) | 2016-11-16 | 2022-02-22 | Shibaura Machine Co., Ltd. | Industrial machinery and control method thereof |
| JP2018183824A (ja) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | 西島株式会社 | 丸鋸切断機 |
| JP2020093305A (ja) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | Dmg森精機株式会社 | 工作機械、欠損検知方法、および欠損検知プログラム |
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