JPH05285793A - 工具異常検出装置 - Google Patents
工具異常検出装置Info
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- JPH05285793A JPH05285793A JP8683992A JP8683992A JPH05285793A JP H05285793 A JPH05285793 A JP H05285793A JP 8683992 A JP8683992 A JP 8683992A JP 8683992 A JP8683992 A JP 8683992A JP H05285793 A JPH05285793 A JP H05285793A
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- JP
- Japan
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- signal
- abnormality
- tool
- order differential
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 加工中に工具異常を正確に検出する。
【構成】 主軸回転速度検出部９で検出して出力した回
転速度信号を信号サンプリング部でサンプリングし、サ
ンプリングした信号を演算処理部１１で２階微分する。
しきい値設定部１２で設定したしきい値よりも２階微分
値の方が大きくなったことを、異常判定部１３が判定し
たら、出力部１４は異常を出力する。
転速度信号を信号サンプリング部でサンプリングし、サ
ンプリングした信号を演算処理部１１で２階微分する。
しきい値設定部１２で設定したしきい値よりも２階微分
値の方が大きくなったことを、異常判定部１３が判定し
たら、出力部１４は異常を出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械加工中の加工用工
具の異常や損傷をインプロセス（切削加工中）で検出す
る工具異常検出装置に関するものである。
具の異常や損傷をインプロセス（切削加工中）で検出す
る工具異常検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】生産性の向上を目指した工作機械の自動
化への関心が高まっており、ＮＣ機械をはじめとする多
くの自動工作機械が実用化されている。このような自動
工作機械の安定な可動には、工具の異常を検出し、これ
によって機械を停止させたり、警報を発生させたりする
装置の実用化が必要であり、現在まで、切削工具の異常
検出に関する多くの提案がなされている。特に最近で
は、各種検出器及び信号処理技術の発展とあいまって、
切削加工中（インプロセス）での検出方法及び装置への
関心が高まっている。
化への関心が高まっており、ＮＣ機械をはじめとする多
くの自動工作機械が実用化されている。このような自動
工作機械の安定な可動には、工具の異常を検出し、これ
によって機械を停止させたり、警報を発生させたりする
装置の実用化が必要であり、現在まで、切削工具の異常
検出に関する多くの提案がなされている。特に最近で
は、各種検出器及び信号処理技術の発展とあいまって、
切削加工中（インプロセス）での検出方法及び装置への
関心が高まっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の工具
異常検出では、工具に異常（損傷）が発生することによ
って生じる、工作機械駆動系の負荷（例えば、切削抵
抗、主軸モータ電流、送り軸モータ電流）の変化量や、
各種信号（例えば、切削抵抗、モータ電流、振動）の変
化量を測定することによって、工具異常（損傷）を検知
するという方法がとられていた。しかし、工具異常（損
傷）発生時のこれらの信号のレベル変化量は一般に小さ
く、さらに、電気的信号を検出する際には、電気的環境
の悪い工場では電気的ノイズの影響を受けやすく、異常
判定の正確さ、信頼性という点で問題があった。特に、
チッピング、欠け等の比較的軽微な異常の検出はさらに
困難となり、現場での実用に耐えうる高精度な（異常検
出感度が高く、誤判定の少ない）工具異常検出装置はほ
とんど見うけられないのが実状である。
異常検出では、工具に異常（損傷）が発生することによ
って生じる、工作機械駆動系の負荷（例えば、切削抵
抗、主軸モータ電流、送り軸モータ電流）の変化量や、
各種信号（例えば、切削抵抗、モータ電流、振動）の変
化量を測定することによって、工具異常（損傷）を検知
するという方法がとられていた。しかし、工具異常（損
傷）発生時のこれらの信号のレベル変化量は一般に小さ
く、さらに、電気的信号を検出する際には、電気的環境
の悪い工場では電気的ノイズの影響を受けやすく、異常
判定の正確さ、信頼性という点で問題があった。特に、
チッピング、欠け等の比較的軽微な異常の検出はさらに
困難となり、現場での実用に耐えうる高精度な（異常検
出感度が高く、誤判定の少ない）工具異常検出装置はほ
とんど見うけられないのが実状である。
【０００４】本発明は、上記従来技術でのインプロセス
工具異常検出装置の問題点を解消し、感度が高く、誤判
定の少ない高精度な、インプロセスで検出のできる工具
異常検出装置の提供を目的とするもおのである。
工具異常検出装置の問題点を解消し、感度が高く、誤判
定の少ない高精度な、インプロセスで検出のできる工具
異常検出装置の提供を目的とするもおのである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、工作機械の主軸の回転速度を検出し主軸回
転速度信号として送出する主軸回転速度検出手段と、前
記主軸回転速度信号を後段での処理が可能な離散的時系
列信号として送出する信号サンプリング手段と、前記時
系列信号の時間に関する２階微分値を求める演算処理手
段と、前記２階微分値による異常判定レベルを設定する
しきい値設定手段と、前記演算手段での演算結果と前記
しきい値設定手段にて設定された異常判定レベルとにも
とづいて工具異常発生の有無を判定する異常判定手段
と、該異常判定手段での判定結果にもとづいて工具異常
情報を出力する出力手段と、から構成されることを特徴
とする。
明の構成は、工作機械の主軸の回転速度を検出し主軸回
転速度信号として送出する主軸回転速度検出手段と、前
記主軸回転速度信号を後段での処理が可能な離散的時系
列信号として送出する信号サンプリング手段と、前記時
系列信号の時間に関する２階微分値を求める演算処理手
段と、前記２階微分値による異常判定レベルを設定する
しきい値設定手段と、前記演算手段での演算結果と前記
しきい値設定手段にて設定された異常判定レベルとにも
とづいて工具異常発生の有無を判定する異常判定手段
と、該異常判定手段での判定結果にもとづいて工具異常
情報を出力する出力手段と、から構成されることを特徴
とする。
【０００６】また、上記課題を解決する本発明の構成
は、工作機械の駆動系にかかる負荷を検出し負荷信号と
して送出する負荷検出手段と、前記負荷信号を後段での
処理が可能な離散的時系列信号として送出する信号サン
プリング手段と、前記時系列信号の時間に関する２階微
分値を求める演算処理手段と、前記２階微分値による異
常判定レベルを設定するしきい値設定手段と、前記演算
手段での演算結果と前記しきい値設定手段にて設定され
た異常判定レベルとにもとづいて工具損傷発生の有無を
判定する損傷判定手段と、該損傷判定手段での判定結果
にもとづいて工具異常情報を出力する出力手段と、から
構成されることを特徴とする。
は、工作機械の駆動系にかかる負荷を検出し負荷信号と
して送出する負荷検出手段と、前記負荷信号を後段での
処理が可能な離散的時系列信号として送出する信号サン
プリング手段と、前記時系列信号の時間に関する２階微
分値を求める演算処理手段と、前記２階微分値による異
常判定レベルを設定するしきい値設定手段と、前記演算
手段での演算結果と前記しきい値設定手段にて設定され
た異常判定レベルとにもとづいて工具損傷発生の有無を
判定する損傷判定手段と、該損傷判定手段での判定結果
にもとづいて工具異常情報を出力する出力手段と、から
構成されることを特徴とする。
【０００７】
【作用】請求項１の発明では上記手段を講じたことによ
り、次のような作用を呈する。即ち、主軸回転速度検出
手段によって加工中の工作機械主軸の回転速度を連続的
な時系列信号としてインプロセスにて検出し、この信号
を信号サンプリング手段によって離散的な時系列信号に
変換し、演算処理手段によって前記離散的時系列信号か
ら該時系列信号の時間に関する２階微分値をインプロセ
スで求め、求めた２階微分値が、別途しきい値設定手段
によって設定された異常判定レベルをこえるか否かを異
常判定手段によってインプロセスで判定し、該異常判定
手段での判定結果（正常加工中、異常発生等の判定結
果）にもとづいて、出力手段によって工具異常情報を工
作機械側（工作機械の制御装置）あるいは作業者側にイ
ンプロセスで出力する。
り、次のような作用を呈する。即ち、主軸回転速度検出
手段によって加工中の工作機械主軸の回転速度を連続的
な時系列信号としてインプロセスにて検出し、この信号
を信号サンプリング手段によって離散的な時系列信号に
変換し、演算処理手段によって前記離散的時系列信号か
ら該時系列信号の時間に関する２階微分値をインプロセ
スで求め、求めた２階微分値が、別途しきい値設定手段
によって設定された異常判定レベルをこえるか否かを異
常判定手段によってインプロセスで判定し、該異常判定
手段での判定結果（正常加工中、異常発生等の判定結
果）にもとづいて、出力手段によって工具異常情報を工
作機械側（工作機械の制御装置）あるいは作業者側にイ
ンプロセスで出力する。
【０００８】請求項２の発明では上述した手段を講じた
ことにより、次のような作用を呈する。即ち、負荷検出
手段によって加工中の工作機械駆動系にかかる負荷（例
えば、主軸モータ電流、送り軸モータ電流）を連続的な
時系列信号としてインプロセスにて検出し、この信号を
信号サンプリング手段によって離散的な時系列信号に変
換し、演算処理手段によって前記離散的時系列信号から
該時系列信号の時間に関する２階微分値をインプロセス
にて求め、求めた２階微分値が、別途しきい値設定手段
によって設定された異常判定レベルをこえるか否かを損
傷判定手段によってインプロセスで判定し、該損傷判定
手段での判定結果（正常加工中、異常発生等の判定結
果）にもとづいて、出力手段によって工具異常情報を工
作機械側（工作機の制御装置）あるいは作業者側にイン
プロセスで出力する。
ことにより、次のような作用を呈する。即ち、負荷検出
手段によって加工中の工作機械駆動系にかかる負荷（例
えば、主軸モータ電流、送り軸モータ電流）を連続的な
時系列信号としてインプロセスにて検出し、この信号を
信号サンプリング手段によって離散的な時系列信号に変
換し、演算処理手段によって前記離散的時系列信号から
該時系列信号の時間に関する２階微分値をインプロセス
にて求め、求めた２階微分値が、別途しきい値設定手段
によって設定された異常判定レベルをこえるか否かを損
傷判定手段によってインプロセスで判定し、該損傷判定
手段での判定結果（正常加工中、異常発生等の判定結
果）にもとづいて、出力手段によって工具異常情報を工
作機械側（工作機の制御装置）あるいは作業者側にイン
プロセスで出力する。
【０００９】
【実施例】本発明の第１実施例に係る工具異常検出装置
について、図１〜図３を参照して説明する。図１は工具
異常検出の対象となる切削機械の概念図、図２は工具異
常検出装置の基本構成を示すブロック線図であり、図３
は従来技術での異常判定法と本発明の第１実施例での異
常判定法との比較結果を示す実データ例である。
について、図１〜図３を参照して説明する。図１は工具
異常検出の対象となる切削機械の概念図、図２は工具異
常検出装置の基本構成を示すブロック線図であり、図３
は従来技術での異常判定法と本発明の第１実施例での異
常判定法との比較結果を示す実データ例である。
【００１０】図１に於て、１は工具、２は工具１を取り
つける主軸であり、３は主軸２を組み込んであるヘッド
ストック、４は主軸２を回転させる主軸モータ、５は前
後移動（図の左右移動）可能なコラムベース、６はコラ
ムベース５を移動させる為のモータ、７はヘッドストッ
ク３を上下方向に移動させる為のモータである。コラム
ベース５はベッド８上に載置されており、モータ４，
６，７を用いて工具１を駆動し、図には示さなかった被
加工物を加工する。
つける主軸であり、３は主軸２を組み込んであるヘッド
ストック、４は主軸２を回転させる主軸モータ、５は前
後移動（図の左右移動）可能なコラムベース、６はコラ
ムベース５を移動させる為のモータ、７はヘッドストッ
ク３を上下方向に移動させる為のモータである。コラム
ベース５はベッド８上に載置されており、モータ４，
６，７を用いて工具１を駆動し、図には示さなかった被
加工物を加工する。
【００１１】ここで、図２を参照しつつ第１実施例の工
具異常検出装置の一連の動作について、各部の機能とと
もに説明する。
具異常検出装置の一連の動作について、各部の機能とと
もに説明する。
【００１２】主軸回転速度検出部９は、主軸２の回転速
度を検出し、検出信号を後段での処理が可能な信号（例
えば、電圧信号，ディジタル信号）に変換して送出す
る。主軸回転速度検出部９は、図には示さなかった主軸
２の回転数と比例した回転数にて回転するよう設置され
たロータリーエンコーダ（Ｎパルス／１回転）とよく知
られた周波数／電圧変換装置、あるいは、図には示さな
かった主軸２の１回転毎に１パルスの出力を送出する回
転パルス（１パルス／１回転）とよく知られた周期カウ
ンタの組合せ等、従来から知られた装置技術によって構
成することができる。
度を検出し、検出信号を後段での処理が可能な信号（例
えば、電圧信号，ディジタル信号）に変換して送出す
る。主軸回転速度検出部９は、図には示さなかった主軸
２の回転数と比例した回転数にて回転するよう設置され
たロータリーエンコーダ（Ｎパルス／１回転）とよく知
られた周波数／電圧変換装置、あるいは、図には示さな
かった主軸２の１回転毎に１パルスの出力を送出する回
転パルス（１パルス／１回転）とよく知られた周期カウ
ンタの組合せ等、従来から知られた装置技術によって構
成することができる。
【００１３】信号サンプリング部１０は、主軸回転速度
検出部９にて変換・検出した信号を後段での取扱いが容
易となるように処理する。信号サンプリング部１０は主
軸回転速度検出部９の仕様に合わせて、ノイズ除去回
路、増幅回路、アナログ／ディジタル変換器あるいはデ
ィジタル／ディジタル変換器等によって構成され、主軸
回転速度検出部９から送出される連続的なアナログ時系
列信号（あるいは準連続的なディジタル時系列信号）を
離散的な時系列信号に変換する。
検出部９にて変換・検出した信号を後段での取扱いが容
易となるように処理する。信号サンプリング部１０は主
軸回転速度検出部９の仕様に合わせて、ノイズ除去回
路、増幅回路、アナログ／ディジタル変換器あるいはデ
ィジタル／ディジタル変換器等によって構成され、主軸
回転速度検出部９から送出される連続的なアナログ時系
列信号（あるいは準連続的なディジタル時系列信号）を
離散的な時系列信号に変換する。
【００１４】演算処理部１１は、信号サンプリング部１
０から送出される離散的な時系列信号の時間に関する２
階微分値を求める。演算処理部１１はマイクロコンピュ
ータ等の数学的演算処理機能をもった装置、素子等によ
って構成することができる。
０から送出される離散的な時系列信号の時間に関する２
階微分値を求める。演算処理部１１はマイクロコンピュ
ータ等の数学的演算処理機能をもった装置、素子等によ
って構成することができる。
【００１５】ここで演算処理部１１での信号処理の概要
を説明する。主軸回転速度を一般化した変位パラメータ
ｙ（ｔ）として取扱い、下記の手順で主軸回転速度の時
間に関する２階微分値を求める。
を説明する。主軸回転速度を一般化した変位パラメータ
ｙ（ｔ）として取扱い、下記の手順で主軸回転速度の時
間に関する２階微分値を求める。
【００１６】
【数１】
【００１７】(1) 式からわかるように、離散的な時系列
信号のｙ（ｔ）のｉ番目の２階微分値Δ2 ＜ｙi＞
m は、ｙi 及びそれ以前の信号値ｙi-1，ｙi-m，ｙ
i-m-1 から求めることができ、データサンプリング間隔
を上記の演算処理に要する時間以上に設定しておけば、
インプロセスでの演算処理が可能となる。
信号のｙ（ｔ）のｉ番目の２階微分値Δ2 ＜ｙi＞
m は、ｙi 及びそれ以前の信号値ｙi-1，ｙi-m，ｙ
i-m-1 から求めることができ、データサンプリング間隔
を上記の演算処理に要する時間以上に設定しておけば、
インプロセスでの演算処理が可能となる。
【００１８】しきい値設定部１２は、監視対象信号の２
階微分値について、正常加工、異常発生の判定しきい値
を設定する。しきい値設定部１２は従来から知られてい
る各種電圧設定回路、ディジタルスイッチ等によって設
定する方法が考えられ、発生する工具異常の程度に対応
する複数個のしきい値を設定する方式も可能である。な
お、しきい値の具体値は実加工試験による実負荷データ
の測定、解析等を通じて把握した結果をもとに決定する
必要がある。
階微分値について、正常加工、異常発生の判定しきい値
を設定する。しきい値設定部１２は従来から知られてい
る各種電圧設定回路、ディジタルスイッチ等によって設
定する方法が考えられ、発生する工具異常の程度に対応
する複数個のしきい値を設定する方式も可能である。な
お、しきい値の具体値は実加工試験による実負荷データ
の測定、解析等を通じて把握した結果をもとに決定する
必要がある。
【００１９】異常判定部１３は、演算処理部１１での信
号処理結果としきい値設定部１２での設定値とを比較し
て工具異常発生の有無を判定する。つまり、２階微分値
が異常発生しきい値を越えると異常と判定する。異常判
定部１３は演算処理部１１及びしきい値設定部１２から
送出される信号の仕様を考慮して、従来から知られてい
る各種電気回路によって実現することができる。
号処理結果としきい値設定部１２での設定値とを比較し
て工具異常発生の有無を判定する。つまり、２階微分値
が異常発生しきい値を越えると異常と判定する。異常判
定部１３は演算処理部１１及びしきい値設定部１２から
送出される信号の仕様を考慮して、従来から知られてい
る各種電気回路によって実現することができる。
【００２０】出力部１４は、異常判定部１３での判定結
果（正常加工中／異常発生）を受けて、工作機械（また
はその制御装置）あるいは作業者に対し、その結果を出
力する。出力部１４は、各種リレー回路、電気回路、警
報装置等によって構成することができる。
果（正常加工中／異常発生）を受けて、工作機械（また
はその制御装置）あるいは作業者に対し、その結果を出
力する。出力部１４は、各種リレー回路、電気回路、警
報装置等によって構成することができる。
【００２１】なお、図２の説明では各ブロック毎に別体
としたもので説明したが、これらの一部あるいは全体を
マイクロコンピュータやミニコンピュータ等にて処理す
ることも可能であり、上記構成を変更しない範囲での変
形は可能である。
としたもので説明したが、これらの一部あるいは全体を
マイクロコンピュータやミニコンピュータ等にて処理す
ることも可能であり、上記構成を変更しない範囲での変
形は可能である。
【００２２】また、第１実施例では工作機械主軸の回転
速度を主軸そのものの回転を利用して検出する方法につ
いて説明したが、主軸回転に正確に比例して回転する他
の回転体、あるいは主軸回転に正確に比例して移動する
他の移動体等を介して検出する方法も可能であることは
勿論である。
速度を主軸そのものの回転を利用して検出する方法につ
いて説明したが、主軸回転に正確に比例して回転する他
の回転体、あるいは主軸回転に正確に比例して移動する
他の移動体等を介して検出する方法も可能であることは
勿論である。
【００２３】図３は、実際の加工試験で第１実施例を適
用して工具異常検出をした結果の一例を示したものであ
る。図３中で１５は主軸モータの電機子に流れる電流を
示したものであり、従来の一般的な駆動系にかかる負荷
を監視する方式の工具異常検出装置の監視対象信号であ
る。図３中の１６は図には示さなかった工作機械主軸の
回転速度信号の時間に対する２階微分値を求めた結果で
あり、図２の演算処理部１１から送出される信号に対応
している。
用して工具異常検出をした結果の一例を示したものであ
る。図３中で１５は主軸モータの電機子に流れる電流を
示したものであり、従来の一般的な駆動系にかかる負荷
を監視する方式の工具異常検出装置の監視対象信号であ
る。図３中の１６は図には示さなかった工作機械主軸の
回転速度信号の時間に対する２階微分値を求めた結果で
あり、図２の演算処理部１１から送出される信号に対応
している。
【００２４】図３からわかるように、ここに示した例で
は、工具異常発生時、信号１５には約＋４０％程度のレ
ベル変化が発生しているが、信号１６には約＋１８０％
のレベル変化が発生しており、その時刻も信号１５に比
べて約２.９sec 早い。即ち、駆動系にかかる負荷電流
を監視する方式の従来の工具異常検出装置（図３の信号
１５の大きさを監視して工具異常発生の有無を検出する
装置）に比べ、本発明の工具異常検出装置（図３の１６
に示した主軸回転速度の時間に関する２階微分値の大き
さを監視して工具異常発生の有無を検出する装置）で
は、その検出感度も高く、より早期の検出が可能であ
る。さらに、監視対象として主軸の回転という機械的運
動を用いている為、電気的ノイズの影響も受けにくい。
は、工具異常発生時、信号１５には約＋４０％程度のレ
ベル変化が発生しているが、信号１６には約＋１８０％
のレベル変化が発生しており、その時刻も信号１５に比
べて約２.９sec 早い。即ち、駆動系にかかる負荷電流
を監視する方式の従来の工具異常検出装置（図３の信号
１５の大きさを監視して工具異常発生の有無を検出する
装置）に比べ、本発明の工具異常検出装置（図３の１６
に示した主軸回転速度の時間に関する２階微分値の大き
さを監視して工具異常発生の有無を検出する装置）で
は、その検出感度も高く、より早期の検出が可能であ
る。さらに、監視対象として主軸の回転という機械的運
動を用いている為、電気的ノイズの影響も受けにくい。
【００２５】なお、図３に示した例では高速加工開始時
に信号１６に大きなレベル変化が発生しているが、図１
には示さなかった機械加工条件を認識する為の装置（例
えばリレー回路）によって、このような正常加工状態下
での加工条件の変化を認識することは可能であり、監常
監視対象から除外することができる為、実用上の障害に
はならない。
に信号１６に大きなレベル変化が発生しているが、図１
には示さなかった機械加工条件を認識する為の装置（例
えばリレー回路）によって、このような正常加工状態下
での加工条件の変化を認識することは可能であり、監常
監視対象から除外することができる為、実用上の障害に
はならない。
【００２６】次に本発明の第２実施例を図４，図５を参
照して説明する。図４は第２実施例に係る工具異常検出
装置の基本構成を示すブロック線図であり、図５は従来
法での異常判定法と本発明の第２実施例での異常判定法
との比較結果を示す実データ例である。この実施例で
は、図１に示す切削機械の異常を検出する。
照して説明する。図４は第２実施例に係る工具異常検出
装置の基本構成を示すブロック線図であり、図５は従来
法での異常判定法と本発明の第２実施例での異常判定法
との比較結果を示す実データ例である。この実施例で
は、図１に示す切削機械の異常を検出する。
【００２７】ここで、図４を参照しつつ第２実施例の工
具異常検出装置の一連の動作について、主軸モータ４の
電機子に流れる負荷電流を利用した工具損傷判定法を例
に、各部の機能とともに説明する。
具異常検出装置の一連の動作について、主軸モータ４の
電機子に流れる負荷電流を利用した工具損傷判定法を例
に、各部の機能とともに説明する。
【００２８】信号検出部（負荷検出手段）１０９は、主
軸モータ４の電機子に流れる負荷電流を電気回路にて処
理可能な信号（例えば電圧信号）に変換して検出する。
信号検出部１０９は、例えば、よく知られた分流器によ
って構成することができる。
軸モータ４の電機子に流れる負荷電流を電気回路にて処
理可能な信号（例えば電圧信号）に変換して検出する。
信号検出部１０９は、例えば、よく知られた分流器によ
って構成することができる。
【００２９】信号サンプリング部１１０は、信号検出部
１０９にて変換・検出した信号を後段での取扱いが容易
となるように処理するものである。例えばノイズ除去回
路、増幅回路、Ａ／Ｄコンバータ等によって構成され、
信号検出部１０９から送出される連続的な時系列信号を
離散的な時系列信号に変換する。
１０９にて変換・検出した信号を後段での取扱いが容易
となるように処理するものである。例えばノイズ除去回
路、増幅回路、Ａ／Ｄコンバータ等によって構成され、
信号検出部１０９から送出される連続的な時系列信号を
離散的な時系列信号に変換する。
【００３０】演算処理部１１１は、信号サンプリング部
１１０から送出される離散的な時系列信号を、例えば下
記のように演算処理し、当該信号の時間に関する２階微
分値を求める。演算処理部１１１はマイクロコンピュー
タ等の数学的演算処理機能をもった装置、素子等によっ
て構成することができる。演算処理部１１１での信号処
理手順の概要は次のとうりである。なお、負荷電流を一
般化した変位パラメータｙ（ｔ）として取扱う。
１１０から送出される離散的な時系列信号を、例えば下
記のように演算処理し、当該信号の時間に関する２階微
分値を求める。演算処理部１１１はマイクロコンピュー
タ等の数学的演算処理機能をもった装置、素子等によっ
て構成することができる。演算処理部１１１での信号処
理手順の概要は次のとうりである。なお、負荷電流を一
般化した変位パラメータｙ（ｔ）として取扱う。
【００３１】
【数２】
【００３２】(2) 式からわかるように、離散的な時系列
信号ｙ（ｔ）のｉ番目の２階微分値Δ2 ＜ｙi＞m はｙ
i 及びそれ以前の信号値ｙi-m，ｙi-m-1，ｙi-1 から求
めることができる。データサンプリング間隔を上記の演
算処理に要する時間以上に設定しておけば、インプロセ
スでの演算処理が可能となる。
信号ｙ（ｔ）のｉ番目の２階微分値Δ2 ＜ｙi＞m はｙ
i 及びそれ以前の信号値ｙi-m，ｙi-m-1，ｙi-1 から求
めることができる。データサンプリング間隔を上記の演
算処理に要する時間以上に設定しておけば、インプロセ
スでの演算処理が可能となる。
【００３３】しきい値設定部１１２は、監視対象信号の
２階微分値について、正常加工、異常発生の判定しきい
値を設定する。しきい値設定部１１２は各種電気回路に
よって設定する方法が考えられ、発生する工具異常の程
度に対応する複数個のしきい値を設定する方式も考えら
れる。なお、しきい値の具体値は実加工試験による実負
荷データの測定、解析などを通じて把握した結果をもと
に決定する必要がある。
２階微分値について、正常加工、異常発生の判定しきい
値を設定する。しきい値設定部１１２は各種電気回路に
よって設定する方法が考えられ、発生する工具異常の程
度に対応する複数個のしきい値を設定する方式も考えら
れる。なお、しきい値の具体値は実加工試験による実負
荷データの測定、解析などを通じて把握した結果をもと
に決定する必要がある。
【００３４】損傷判定部１１３は、演算処理部１１１で
の信号処理結果としきい値設定部１１２での設定値とを
比較して工具異常発生の有無を判定する。つまり、２階
微分値が異常発生しきい値を越えると異常と判定する。
損傷判定部１１３は各種電気回路によって実現すること
ができる。
の信号処理結果としきい値設定部１１２での設定値とを
比較して工具異常発生の有無を判定する。つまり、２階
微分値が異常発生しきい値を越えると異常と判定する。
損傷判定部１１３は各種電気回路によって実現すること
ができる。
【００３５】出力部１１４は、損傷判定部１１３での判
定結果（正常加工中／異常発生）を受けて、工作機械
（またはその制御装置）あるいは作業者に対し、その結
果を出力する。出力部１１４の各種リレー回路、電気回
路、警報発生装置等によって構成することができる。
定結果（正常加工中／異常発生）を受けて、工作機械
（またはその制御装置）あるいは作業者に対し、その結
果を出力する。出力部１１４の各種リレー回路、電気回
路、警報発生装置等によって構成することができる。
【００３６】なお、図４の説明では各ブロック毎に別体
としたもので説明したが、これらの一部あるいは全体を
マイクロコンピュータやミニコンピュータ等にて処理す
ることも可能であり、上記構成を変更しない範囲での変
形は可能である。
としたもので説明したが、これらの一部あるいは全体を
マイクロコンピュータやミニコンピュータ等にて処理す
ることも可能であり、上記構成を変更しない範囲での変
形は可能である。
【００３７】また、第２実施例では、駆動系にかかる負
荷として主軸モータ電流（回転方向）を例に説明した
が、対象工作機械の特徴・制約等によっては、送り方向
のモータ電流を利用することも勿論可能である。
荷として主軸モータ電流（回転方向）を例に説明した
が、対象工作機械の特徴・制約等によっては、送り方向
のモータ電流を利用することも勿論可能である。
【００３８】図５は実際の加工試験で第２実施例を適用
して工具異常検出結果の一例を示したものである。図５
中で１１５は主軸モータの電機子に流れる電流を示した
ものであり、図４の負荷検出部１０９から送出される信
号に対応している。１１６は(2) 式に示した方法で信号
１１５の時間に対する２階微分を求めた結果であり、図
４の演算処理部１１１から送出される信号に対応してい
る。
して工具異常検出結果の一例を示したものである。図５
中で１１５は主軸モータの電機子に流れる電流を示した
ものであり、図４の負荷検出部１０９から送出される信
号に対応している。１１６は(2) 式に示した方法で信号
１１５の時間に対する２階微分を求めた結果であり、図
４の演算処理部１１１から送出される信号に対応してい
る。
【００３９】図５からわかるように、ここに示した例で
は、工具異常発生時、信号１１５には約＋４０％程度の
レベル変化が発生しているが、信号１１６には約＋１６
０％のレベル変化が発生しており、その時刻も信号１１
５に比べて約２．２sec 早い。即ち、駆動系にかかる負
荷電流を監視する方式の従来の工具異常検出装置（図５
の信号１１５の大きさを監視して工具異常発生の有無を
検出する装置）に比べ、負荷の２階微分値を監視する本
発明の工具異常検出装置（図５の信号１１６の大きさを
監視して工具異常発生の有無を検出する装置）ではその
検出感度も高く（従って誤判断も少なくなり）、より早
期の検出が可能となる。
は、工具異常発生時、信号１１５には約＋４０％程度の
レベル変化が発生しているが、信号１１６には約＋１６
０％のレベル変化が発生しており、その時刻も信号１１
５に比べて約２．２sec 早い。即ち、駆動系にかかる負
荷電流を監視する方式の従来の工具異常検出装置（図５
の信号１１５の大きさを監視して工具異常発生の有無を
検出する装置）に比べ、負荷の２階微分値を監視する本
発明の工具異常検出装置（図５の信号１１６の大きさを
監視して工具異常発生の有無を検出する装置）ではその
検出感度も高く（従って誤判断も少なくなり）、より早
期の検出が可能となる。
【００４０】なお、図５に示した例に於ては高速加工開
始時に信号１１６に大きなレベル変化が発生している
が、図１には示さなかった機械加工条件を認識する為の
装置（例えばリレー回路）によってこのような正常加工
状態下での加工条件の変化は認識することが可能であ
り、異常監視対象から除外することができる為、実用上
の障害とはならない。
始時に信号１１６に大きなレベル変化が発生している
が、図１には示さなかった機械加工条件を認識する為の
装置（例えばリレー回路）によってこのような正常加工
状態下での加工条件の変化は認識することが可能であ
り、異常監視対象から除外することができる為、実用上
の障害とはならない。
【００４１】
【発明の効果】請求項１の発明では、工作機械主軸回転
速度の時間に関する２階微分値の大きさを連続的に監視
することにより、従来法に比べ、より高い感度で、早期
に工具の異常をインプロセスで検出することができる。
さらに、監視対象として主軸の回転という機械的運動を
用いている為、電気的ノイズの影響による誤検知も少な
いというすぐれた特徴がある。
速度の時間に関する２階微分値の大きさを連続的に監視
することにより、従来法に比べ、より高い感度で、早期
に工具の異常をインプロセスで検出することができる。
さらに、監視対象として主軸の回転という機械的運動を
用いている為、電気的ノイズの影響による誤検知も少な
いというすぐれた特徴がある。
【００４２】請求項２の発明では、工作機械の駆動系に
かかる負荷の時間に関する２階微分値の大きさを連続的
に監視することにより、従来法に比べ、より高い感度
で、早期に、誤判定も少なく、工具の異常をインプロセ
スで検出することができる。
かかる負荷の時間に関する２階微分値の大きさを連続的
に監視することにより、従来法に比べ、より高い感度
で、早期に、誤判定も少なく、工具の異常をインプロセ
スで検出することができる。
【図１】本発明を適用する切削機械を示す構成図。
【図２】本発明の第１実施例に係る工具異常検出装置を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図３】従来技術と第１実施例との比較結果を示す特性
図。
図。
【図４】本発明の第２実施例に係る工具異常検出装置を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図５】従来技術と第２実施例との比較結果を示す特性
図。
図。
１ 工具 ２ 主軸 ３ ヘッドストック ４，６，７ モータ ５ コラムベース ８ ベッド ９ 主軸回転速度検出部 １０９ 信号検出部 １０，１１０ 信号サンプリング部 １１，１１１ 演算処理部 １２，１１２ しきい値設定部 １３ 異常判定部 １１３ 損傷判定部 １４，１１４ 出力部
Claims (2)
- 【請求項１】 工作機械の主軸の回転速度を検出し主軸
回転速度信号として送出する主軸回転速度検出手段と、 前記主軸回転速度信号を後段での処理が可能な離散的時
系列信号として送出する信号サンプリング手段と、 前記時系列信号の時間に関する２階微分値を求める演算
処理手段と、 前記２階微分値による異常判定レベルを設定するしきい
値設定手段と、 前記演算手段での演算結果と前記しきい値設定手段にて
設定された異常判定レベルとにもとづいて工具異常発生
の有無を判定する異常判定手段と、 該異常判定手段での判定結果にもとづいて工具異常情報
を出力する出力手段と、 から構成されることを特徴とする工具異常検出装置。 - 【請求項２】 工作機械の駆動系にかかる負荷を検出し
負荷信号として送出する負荷検出手段と、 前記負荷信号を後段での処理が可能な離散的時系列信号
として送出する信号サンプリング手段と、 前記時系列信号の時間に関する２階微分値を求める演算
処理手段と、 前記２階微分値による異常判定レベルを設定するしきい
値設定手段と、 前記演算手段での演算結果と前記しきい値設定手段にて
設定された異常判定レベルとにもとづいて工具損傷発生
の有無を判定する損傷判定手段と、 該損傷判定手段での判定結果にもとづいて工具異常情報
を出力する出力手段と、 から構成されることを特徴とする工具異常検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8683992A JPH05285793A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 工具異常検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8683992A JPH05285793A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 工具異常検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05285793A true JPH05285793A (ja) | 1993-11-02 |
Family
ID=13897986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8683992A Withdrawn JPH05285793A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 工具異常検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05285793A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007291960A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Toyota Motor Corp | 遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置 |
| CN112518421A (zh) * | 2019-09-18 | 2021-03-19 | 发那科株式会社 | 诊断装置以及诊断方法 |
-
1992
- 1992-04-08 JP JP8683992A patent/JPH05285793A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007291960A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Toyota Motor Corp | 遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置 |
| CN112518421A (zh) * | 2019-09-18 | 2021-03-19 | 发那科株式会社 | 诊断装置以及诊断方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990608 |