JPH0751999A - 工具破損検出方式 - Google Patents
工具破損検出方式Info
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- JPH0751999A JPH0751999A JP5195030A JP19503093A JPH0751999A JP H0751999 A JPH0751999 A JP H0751999A JP 5195030 A JP5195030 A JP 5195030A JP 19503093 A JP19503093 A JP 19503093A JP H0751999 A JPH0751999 A JP H0751999A
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- 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
- G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
-
- 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
- B23Q17/0952—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 during machining
- B23Q17/0957—Detection of tool breakage
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- G—PHYSICS
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
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- G05B2219/37233—Breakage, wear of rotating tool with multident saw, mill, drill
-
- G—PHYSICS
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41379—Estimate torque from command torque and measured speed
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
- G05B2219/50062—Measure deviation of workpiece under working conditions, machine correction
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
- Y10T408/21—Cutting by use of rotating axially moving tool with signal, indicator, illuminator or optical means
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
- Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数の刃を有する工具の刃の一枚が破損した
場合でも、その破損を簡単に検出できる工具破損検出方
式を提供することを目的とする。 【構成】 トルク指令値と速度帰還値とからスピンドル
モータの外乱負荷トルクを計算するオブザーバ７１０
と、前記工具の刃の数とその回転数とによって決まる前
記外乱負荷トルクの特定の周波数成分を除去する帯域遮
断フィルタ２と、前記帯域遮断フィルタ２の出力信号を
所定の基準値と比較し、前記出力信号が前記基準値を越
えたときに工具が破損したことを表す信号を出力する比
較器３とで構成される。複数の刃を有する工具の刃に破
損が生じた場合には、前記帯域遮断フィルタ２では除去
できない信号が発生するので、これを比較器３で監視す
るようにしている。
場合でも、その破損を簡単に検出できる工具破損検出方
式を提供することを目的とする。 【構成】 トルク指令値と速度帰還値とからスピンドル
モータの外乱負荷トルクを計算するオブザーバ７１０
と、前記工具の刃の数とその回転数とによって決まる前
記外乱負荷トルクの特定の周波数成分を除去する帯域遮
断フィルタ２と、前記帯域遮断フィルタ２の出力信号を
所定の基準値と比較し、前記出力信号が前記基準値を越
えたときに工具が破損したことを表す信号を出力する比
較器３とで構成される。複数の刃を有する工具の刃に破
損が生じた場合には、前記帯域遮断フィルタ２では除去
できない信号が発生するので、これを比較器３で監視す
るようにしている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は工具の破損を検出する工
具破損検出方式に関し、特に複数の刃を有する工具の破
損を検出する工具破損検出方式に関する。
具破損検出方式に関し、特に複数の刃を有する工具の破
損を検出する工具破損検出方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】数値制御工作機械では長時間の無人運転
をするのに、工具の破損をいちはやく検出して、工具交
換などの対応を行う必要がある。
をするのに、工具の破損をいちはやく検出して、工具交
換などの対応を行う必要がある。
【０００３】このために、主軸の負荷トルク、すなわち
スピンドルモータの駆動電流を常時測定し、この駆動電
流が一定の値以上になったときに、アラームを発生し、
加工の停止、工具交換などを行っていた。
スピンドルモータの駆動電流を常時測定し、この駆動電
流が一定の値以上になったときに、アラームを発生し、
加工の停止、工具交換などを行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、フライス工具
のような複数の刃を有する工具では、刃の一枚が破損し
てもスピドルモータの負荷電流は殆ど変化せず、その検
出が困難であった。
のような複数の刃を有する工具では、刃の一枚が破損し
てもスピドルモータの負荷電流は殆ど変化せず、その検
出が困難であった。
【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、複数の刃を有する工具の刃の一枚が破損した
場合でも、その破損を簡単に検出できる工具破損検出方
式を提供することを目的とする。
のであり、複数の刃を有する工具の刃の一枚が破損した
場合でも、その破損を簡単に検出できる工具破損検出方
式を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、複数の刃を有する工具の破損を検出する
工具破損検出方式において、トルク指令値と速度帰還値
とからスピンドルモータの外乱負荷トルクを計算するオ
ブザーバと、前記工具の刃の数とその回転数とによって
決まる前記外乱負荷トルクの特定の周波数成分を除去す
る帯域遮断フィルタと、前記帯域遮断フィルタの出力信
号を所定の基準値と比較し、前記出力信号が前記基準値
を越えたときに工具が破損したことを表す信号を出力す
る比較器とを有することを特徴とする工具破損検出方式
が提供される。
決するために、複数の刃を有する工具の破損を検出する
工具破損検出方式において、トルク指令値と速度帰還値
とからスピンドルモータの外乱負荷トルクを計算するオ
ブザーバと、前記工具の刃の数とその回転数とによって
決まる前記外乱負荷トルクの特定の周波数成分を除去す
る帯域遮断フィルタと、前記帯域遮断フィルタの出力信
号を所定の基準値と比較し、前記出力信号が前記基準値
を越えたときに工具が破損したことを表す信号を出力す
る比較器とを有することを特徴とする工具破損検出方式
が提供される。
【０００７】
【作用】上記手段によれば、オブザーバは、トルク指令
値と速度帰還値から加減速成分を除いた外乱負荷トルク
を計算する。この外乱負荷トルクには一般に工具の回転
数と工具の刃の枚数とによって決まる特定の周波数変動
成分がある。そして、この周波数成分を帯域遮断フィル
タで取り除く。正常な状態では、帯域遮断フィルタの出
力信号の周波数成分は極めて少ない。しかし、刃が一枚
でも破損するとその周波数成分が変動し、帯域遮断フィ
ルタの遮断特性から外れてくるのでここでは除去でき
ず、帯域遮断フィルタの出力信号のレベルが高くなる。
したがって、この出力信号を所定の基準値と比較するこ
とにより、刃の破損状態を検出することができる。
値と速度帰還値から加減速成分を除いた外乱負荷トルク
を計算する。この外乱負荷トルクには一般に工具の回転
数と工具の刃の枚数とによって決まる特定の周波数変動
成分がある。そして、この周波数成分を帯域遮断フィル
タで取り除く。正常な状態では、帯域遮断フィルタの出
力信号の周波数成分は極めて少ない。しかし、刃が一枚
でも破損するとその周波数成分が変動し、帯域遮断フィ
ルタの遮断特性から外れてくるのでここでは除去でき
ず、帯域遮断フィルタの出力信号のレベルが高くなる。
したがって、この出力信号を所定の基準値と比較するこ
とにより、刃の破損状態を検出することができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明のドリル加工方式を実施するため
の数値制御装置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック図
である。図において、１０は数値制御装置である。プロ
セッサ（ＣＰＵ）１１は数値制御装置１０全体の制御の
中心となるプロセッサであり、バス２１を介して、読み
取り専用メモリ（ＲＯＭ）１２に格納されたシステムプ
ログラムを読み出し、このシステムプログラムに従っ
て、数値制御装置１０全体の制御を実行する。ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）１３には一時的な計算デー
タ、表示データなどが格納される。ランダムアクセスメ
モリ１３にはＤＲＡＭが使用される。不揮発性メモリ
（ＣＭＯＳ）１４には加工プログラム及び各種パラメー
タなどが格納される。不揮発性メモリ１４は、図示され
ていないバッテリによってバックアップされ、数値制御
装置１０の電源が遮断されても、それらのデータはその
まま保持される。
明する。図２は本発明のドリル加工方式を実施するため
の数値制御装置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック図
である。図において、１０は数値制御装置である。プロ
セッサ（ＣＰＵ）１１は数値制御装置１０全体の制御の
中心となるプロセッサであり、バス２１を介して、読み
取り専用メモリ（ＲＯＭ）１２に格納されたシステムプ
ログラムを読み出し、このシステムプログラムに従っ
て、数値制御装置１０全体の制御を実行する。ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）１３には一時的な計算デー
タ、表示データなどが格納される。ランダムアクセスメ
モリ１３にはＤＲＡＭが使用される。不揮発性メモリ
（ＣＭＯＳ）１４には加工プログラム及び各種パラメー
タなどが格納される。不揮発性メモリ１４は、図示され
ていないバッテリによってバックアップされ、数値制御
装置１０の電源が遮断されても、それらのデータはその
まま保持される。
【０００９】インタフェース１５は外部機器用のインタ
フェースであり、紙テープリーダ、紙テープパンチャ、
紙テープリーダ・パンチャなどの外部機器３１が接続さ
れる。紙テープリーダからは加工プログラムが読み込ま
れ、また、数値制御装置１０内で編集された加工プログ
ラムを紙テープパンチャに出力することができる。
フェースであり、紙テープリーダ、紙テープパンチャ、
紙テープリーダ・パンチャなどの外部機器３１が接続さ
れる。紙テープリーダからは加工プログラムが読み込ま
れ、また、数値制御装置１０内で編集された加工プログ
ラムを紙テープパンチャに出力することができる。
【００１０】プログラマブル・マシン・コントローラ
（ＰＭＣ）１６は数値制御装置１０に内蔵され、ラダー
形式で作成されたシーケンスプログラムで機械を制御す
る。すなわち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、
Ｓ機能及びＴ機能に従って、これらをシーケンスプログ
ラムで機械側で必要な信号に変換し、入出力（Ｉ／Ｏ）
ユニット１７から機械側に出力する。この出力信号は機
械側のマグネットなどを駆動し、油圧バルブ、空圧バル
ブ及び電気アクチュエータなどを作動させる。また、機
械側のリミットスイッチ及び機械操作盤のスイッチなど
の信号を受けて、必要な処理をして、プロセッサ１１に
渡す。
（ＰＭＣ）１６は数値制御装置１０に内蔵され、ラダー
形式で作成されたシーケンスプログラムで機械を制御す
る。すなわち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、
Ｓ機能及びＴ機能に従って、これらをシーケンスプログ
ラムで機械側で必要な信号に変換し、入出力（Ｉ／Ｏ）
ユニット１７から機械側に出力する。この出力信号は機
械側のマグネットなどを駆動し、油圧バルブ、空圧バル
ブ及び電気アクチュエータなどを作動させる。また、機
械側のリミットスイッチ及び機械操作盤のスイッチなど
の信号を受けて、必要な処理をして、プロセッサ１１に
渡す。
【００１１】グラフィック制御回路１８は各軸の現在位
置、アラーム、パラメータ、画像データなどのディジタ
ルデータを画像信号に変換して出力する。この画像信号
はＣＲＴ／ＭＤＩユニット（表示装置／マニュアル・デ
ータ・インプットユニット）２５の表示装置２６に送ら
れて表示される。インタフェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩ
ユニット２５内のキーボード２７からのデータを受け
て、プロセッサ１１に渡す。
置、アラーム、パラメータ、画像データなどのディジタ
ルデータを画像信号に変換して出力する。この画像信号
はＣＲＴ／ＭＤＩユニット（表示装置／マニュアル・デ
ータ・インプットユニット）２５の表示装置２６に送ら
れて表示される。インタフェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩ
ユニット２５内のキーボード２７からのデータを受け
て、プロセッサ１１に渡す。
【００１２】インタフェース２０は手動パルス発生器３
２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３２は、ここでは図示されてい
ない機械操作盤に実装され、手動で機械稼働部を精密に
位置決めするのに使用される。
２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３２は、ここでは図示されてい
ない機械操作盤に実装され、手動で機械稼働部を精密に
位置決めするのに使用される。
【００１３】軸制御回路４１〜４３はプロセッサ１１か
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６３を
駆動する。Ｚ軸の送りを制御するサーボモータ６３はボ
ールねじ６４を回転させて、スピンドルモータ７３に接
続された主軸ヘッド７４のＺ軸方向での位置及び送り速
度を制御する。また、サーボモータ６３には、位置検出
用のパルスコーダ６３１が内蔵されており、このパルス
コーダ６３１から位置信号がパルス列として軸制御回路
４３にフィードバックされる。ここでは図示されていな
いが、Ｘ軸の送りを制御するサーボモータ６１、Ｙ軸の
送りを制御するサーボモータ６２にも、上記サーボモー
タ６３と同様に位置検出用のパルスコーダが内蔵され、
そのパルスコーダから位置信号がパルス列としてフィー
ドバックされる。場合によっては、位置検出器として、
リニアスケールが使用される。
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６３を
駆動する。Ｚ軸の送りを制御するサーボモータ６３はボ
ールねじ６４を回転させて、スピンドルモータ７３に接
続された主軸ヘッド７４のＺ軸方向での位置及び送り速
度を制御する。また、サーボモータ６３には、位置検出
用のパルスコーダ６３１が内蔵されており、このパルス
コーダ６３１から位置信号がパルス列として軸制御回路
４３にフィードバックされる。ここでは図示されていな
いが、Ｘ軸の送りを制御するサーボモータ６１、Ｙ軸の
送りを制御するサーボモータ６２にも、上記サーボモー
タ６３と同様に位置検出用のパルスコーダが内蔵され、
そのパルスコーダから位置信号がパルス列としてフィー
ドバックされる。場合によっては、位置検出器として、
リニアスケールが使用される。
【００１４】スピンドル制御回路７１はスピンドル回転
指令及びスピンドルのオリエンテーションなどの指令を
受けて、スピンドルアンプ７２にスピンドル速度信号を
出力する。スピンドルアンプ７２はこのスピンドル速度
信号を受けて、スピンドルモータ７３を指令された回転
速度で回転させる。また、オリエンテーション指令によ
って、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
指令及びスピンドルのオリエンテーションなどの指令を
受けて、スピンドルアンプ７２にスピンドル速度信号を
出力する。スピンドルアンプ７２はこのスピンドル速度
信号を受けて、スピンドルモータ７３を指令された回転
速度で回転させる。また、オリエンテーション指令によ
って、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
【００１５】スピンドルモータ７３には歯車あるいはベ
ルトを介してポジションコーダ８２が結合されている。
したがって、ポジションコーダ８２はスピンドルモータ
７３に同期して回転し、帰還パルスを出力し、その帰還
パルスはインタフェース８１を経由してプロセッサ１１
によって読み取られる。この帰還パルスは他の軸をスピ
ンドルモータ７３に同期させて移動させ、穴開けなどの
加工を行うために使用される。また、この帰還パルスを
Ｆ／Ｖ（周波数／速度）変換することにより、速度信号
Ｘ１ｓを生成することができる。
ルトを介してポジションコーダ８２が結合されている。
したがって、ポジションコーダ８２はスピンドルモータ
７３に同期して回転し、帰還パルスを出力し、その帰還
パルスはインタフェース８１を経由してプロセッサ１１
によって読み取られる。この帰還パルスは他の軸をスピ
ンドルモータ７３に同期させて移動させ、穴開けなどの
加工を行うために使用される。また、この帰還パルスを
Ｆ／Ｖ（周波数／速度）変換することにより、速度信号
Ｘ１ｓを生成することができる。
【００１６】スピンドル制御回路７１は、ここでは図示
されていないプロセッサを備えてソフトウェア処理を行
い、その機能の一部にオブザーバ７１０を有している。
オブザーバ７１０は、上記の速度信号Ｘ１ｓなどを受け
てスピンドルモータ７３に働く外乱負荷トルクＹｓを推
定する。その外乱負荷トルクＹｓはプロセッサ１１に送
られ、プロセッサ１１はその外乱負荷トルクＹｓを読み
取って所定の処理を行う。上記オブザーバ７１０及びプ
ロセッサ１１が行う処理についての詳細は後述する。
されていないプロセッサを備えてソフトウェア処理を行
い、その機能の一部にオブザーバ７１０を有している。
オブザーバ７１０は、上記の速度信号Ｘ１ｓなどを受け
てスピンドルモータ７３に働く外乱負荷トルクＹｓを推
定する。その外乱負荷トルクＹｓはプロセッサ１１に送
られ、プロセッサ１１はその外乱負荷トルクＹｓを読み
取って所定の処理を行う。上記オブザーバ７１０及びプ
ロセッサ１１が行う処理についての詳細は後述する。
【００１７】スピンドルモータ７３の主軸ヘッド７４に
は、複数の刃を有する工具、たとえばフライス工具７５
が取り付けられている。フライス工具７５の回転制御は
スピンドルモータ７３によって行われる。また、フライ
ス工具７５のＺ軸方向での位置及び送り速度の制御は、
上記主軸ヘッド７４を介してサーボモータ６３によって
行われる。
は、複数の刃を有する工具、たとえばフライス工具７５
が取り付けられている。フライス工具７５の回転制御は
スピンドルモータ７３によって行われる。また、フライ
ス工具７５のＺ軸方向での位置及び送り速度の制御は、
上記主軸ヘッド７４を介してサーボモータ６３によって
行われる。
【００１８】フライス工具７５は、サーボモータ６３に
よってＺ軸方向に送られて位置決めされる。ワーク９１
は、テーブル９２に固定されており、そのテーブル９２
は、ここではその機構を図示していないが、上述したＸ
軸サーボモータ６１及びＹ軸サーボモータ６２によって
それぞれＸ方向、Ｙ方向に移動制御され、ワーク９１は
フライス工具７５によってフライス加工される。
よってＺ軸方向に送られて位置決めされる。ワーク９１
は、テーブル９２に固定されており、そのテーブル９２
は、ここではその機構を図示していないが、上述したＸ
軸サーボモータ６１及びＹ軸サーボモータ６２によって
それぞれＸ方向、Ｙ方向に移動制御され、ワーク９１は
フライス工具７５によってフライス加工される。
【００１９】次に、上述した外乱負荷トルクを推定する
オブザーバ７１０について説明する。なお、オブザーバ
によって外乱負荷トルクを得る技術は、既に本願出願人
による特開平３─１９６３１３号公報において開示され
ている。
オブザーバ７１０について説明する。なお、オブザーバ
によって外乱負荷トルクを得る技術は、既に本願出願人
による特開平３─１９６３１３号公報において開示され
ている。
【００２０】図３は外乱負荷トルクを推定するためのオ
ブザーバのブロック図である。ここで、外乱負荷トルク
は、切削負荷トルク、機構部の摩擦トルク等の外乱負荷
トルクを含むものであり、スピンドルモータの全トルク
から加減速のための加減速トルクを除いたものである。
このブロック図に示した処理は、上述したように、スピ
ンドル制御回路７１のオブザーバ７１０において実行さ
れる。
ブザーバのブロック図である。ここで、外乱負荷トルク
は、切削負荷トルク、機構部の摩擦トルク等の外乱負荷
トルクを含むものであり、スピンドルモータの全トルク
から加減速のための加減速トルクを除いたものである。
このブロック図に示した処理は、上述したように、スピ
ンドル制御回路７１のオブザーバ７１０において実行さ
れる。
【００２１】図３において、電流指令値Ｕ１ｓは、上述
したプロセッサ１１からのスピンドル回転指令を受けて
スピンドルモータ７３に出力されるトルク指令値であ
り、要素４０１に入力されてスピンドルモータ７３を駆
動する。スピンドルモータ７３の出力トルクには演算要
素４０２において、外乱負荷トルクＸ２が加算される。
演算要素４０２の出力は要素４０３によって、速度信号
Ｘ１ｓとなる。ここで、Ｊはスピンドルモータ７３のイ
ナーシャである。
したプロセッサ１１からのスピンドル回転指令を受けて
スピンドルモータ７３に出力されるトルク指令値であ
り、要素４０１に入力されてスピンドルモータ７３を駆
動する。スピンドルモータ７３の出力トルクには演算要
素４０２において、外乱負荷トルクＸ２が加算される。
演算要素４０２の出力は要素４０３によって、速度信号
Ｘ１ｓとなる。ここで、Ｊはスピンドルモータ７３のイ
ナーシャである。
【００２２】一方、電流指令値Ｕ１ｓはオブザーバ７１
０に入力される。オブザーバ７１０は電流指令値Ｕ１ｓ
とスピンドルモータ７３の速度Ｘ１ｓとから、外乱負荷
トルクを推定する。なお、ここではスピンドルモータ７
３の速度制御については省略し、外乱負荷トルクを推定
するための演算のみを説明する。電流指令値Ｕ１ｓは要
素４１１で（Ｋｔ／Ｊ）をかけ、演算要素４１２へ出力
される。演算要素４１２では、後述する演算要素４１４
からの帰還信号を加え、さらに、演算要素４１３で演算
要素４１５からの帰還信号を加算する。演算要素４１２
及び４１３の出力単位は加速度である。演算要素４１３
の出力は積分要素４１６に入力され、スピンドルモータ
７３の推定速度ＸＸ１として出力される。
０に入力される。オブザーバ７１０は電流指令値Ｕ１ｓ
とスピンドルモータ７３の速度Ｘ１ｓとから、外乱負荷
トルクを推定する。なお、ここではスピンドルモータ７
３の速度制御については省略し、外乱負荷トルクを推定
するための演算のみを説明する。電流指令値Ｕ１ｓは要
素４１１で（Ｋｔ／Ｊ）をかけ、演算要素４１２へ出力
される。演算要素４１２では、後述する演算要素４１４
からの帰還信号を加え、さらに、演算要素４１３で演算
要素４１５からの帰還信号を加算する。演算要素４１２
及び４１３の出力単位は加速度である。演算要素４１３
の出力は積分要素４１６に入力され、スピンドルモータ
７３の推定速度ＸＸ１として出力される。
【００２３】推定速度ＸＸ１と実速度Ｘ１ｓとの差を演
算要素４１７で求め、それぞれ、演算要素４１４及び４
１５に帰還する。ここで、比例要素４１４は比例定数Ｋ
１を有する。比例定数Ｋ１の単位はｓｅｃ-1である。ま
た、積分要素４１５にも積分定数Ｋ２を有する。積分定
数の単位はｓｅｃ-2である。
算要素４１７で求め、それぞれ、演算要素４１４及び４
１５に帰還する。ここで、比例要素４１４は比例定数Ｋ
１を有する。比例定数Ｋ１の単位はｓｅｃ-1である。ま
た、積分要素４１５にも積分定数Ｋ２を有する。積分定
数の単位はｓｅｃ-2である。
【００２４】ここで、積分要素４１５の出力（ＸＸ２／
Ｊ）は図より、以下の式で求められる。 （ＸＸ２／Ｊ）＝（Ｘ１ｓ−ＸＸ１）・（Ｋ２／Ｓ） ＝（Ｘ２／Ｊ）・〔Ｋ２／（Ｓ2 ＋Ｋ１・Ｓ＋Ｋ２）〕 したがって、極が安定するように定数Ｋ１，Ｋ２を選択
すると上記の式は、以下の式となる。
Ｊ）は図より、以下の式で求められる。 （ＸＸ２／Ｊ）＝（Ｘ１ｓ−ＸＸ１）・（Ｋ２／Ｓ） ＝（Ｘ２／Ｊ）・〔Ｋ２／（Ｓ2 ＋Ｋ１・Ｓ＋Ｋ２）〕 したがって、極が安定するように定数Ｋ１，Ｋ２を選択
すると上記の式は、以下の式となる。
【００２５】（ＸＸ２／Ｊ）≒（Ｘ２／Ｊ） ＸＸ２≒Ｘ２ すなわち、外乱負荷トルクＸ２をＸＸ２で推定できる。
ただし、積分要素４１５の出力は推定外乱負荷トルクＸ
Ｘ２をＪで除した推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）であり、比
例要素４２０によって、電流値に変換される。ただし、
トルク表示をするために、この電流値を推定外乱負荷ト
ルクＹｓで表示する。ここで、Ｊは先の要素４０３のＪ
と同じスピンドルモータ７３のイナーシャであり、Ｋｔ
は要素４０１のトルク定数と同じである。Ａは係数で、
１以下の数値であり、推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）を補正
するための係数である。このように、オブザーバ７１０
を用いてスピンドルモータ７３の外乱負荷トルクＹｓ
（Ｘ２）が推定できる。この推定外乱負荷トルクＹｓは
勿論、推定値であるが、図２ではＹｓを単に外乱負荷ト
ルクとして説明しており、以下の説明でも外乱負荷トル
クとする。
ただし、積分要素４１５の出力は推定外乱負荷トルクＸ
Ｘ２をＪで除した推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）であり、比
例要素４２０によって、電流値に変換される。ただし、
トルク表示をするために、この電流値を推定外乱負荷ト
ルクＹｓで表示する。ここで、Ｊは先の要素４０３のＪ
と同じスピンドルモータ７３のイナーシャであり、Ｋｔ
は要素４０１のトルク定数と同じである。Ａは係数で、
１以下の数値であり、推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）を補正
するための係数である。このように、オブザーバ７１０
を用いてスピンドルモータ７３の外乱負荷トルクＹｓ
（Ｘ２）が推定できる。この推定外乱負荷トルクＹｓは
勿論、推定値であるが、図２ではＹｓを単に外乱負荷ト
ルクとして説明しており、以下の説明でも外乱負荷トル
クとする。
【００２６】図１は本発明の工具破損検出方式の構成を
示すブロック図である。図に示したように、工具破損検
出方式は、オブザーバ７１０と、フィルタ２と、比較器
３とから構成される。
示すブロック図である。図に示したように、工具破損検
出方式は、オブザーバ７１０と、フィルタ２と、比較器
３とから構成される。
【００２７】オブザーバ７１０はスピンドル制御回路７
１がその機能の一部としてもっているものであり、トル
ク指令値と速度帰還値とを受けて、これらの値からスピ
ンドルモータ７３の外乱負荷トルクを計算する。計算さ
れたこの外乱負荷トルクは、モータ出力トルクから加減
速トルクを差し引いた、純粋に加工に係わるトルクのみ
となる。
１がその機能の一部としてもっているものであり、トル
ク指令値と速度帰還値とを受けて、これらの値からスピ
ンドルモータ７３の外乱負荷トルクを計算する。計算さ
れたこの外乱負荷トルクは、モータ出力トルクから加減
速トルクを差し引いた、純粋に加工に係わるトルクのみ
となる。
【００２８】フィルタ２は、外乱負荷トルクの持ってい
る特定の周波数成分のみを取り除くための帯域遮断フィ
ルタであり、たとえばツインＴフィルタによって構成す
ることができる。この外乱負荷トルクには一般に、工具
の回転数と工具の刃の枚数とによって決まる特定の周波
数成分があるので、この特定の周波数成分をこのフィル
タ２で取り除くようにされる。なお、特定の周波数成分
が２以上ある場合には、各周波数を中心周波数にもつ帯
域遮断フィルタを直列に接続して構成することができ
る。
る特定の周波数成分のみを取り除くための帯域遮断フィ
ルタであり、たとえばツインＴフィルタによって構成す
ることができる。この外乱負荷トルクには一般に、工具
の回転数と工具の刃の枚数とによって決まる特定の周波
数成分があるので、この特定の周波数成分をこのフィル
タ２で取り除くようにされる。なお、特定の周波数成分
が２以上ある場合には、各周波数を中心周波数にもつ帯
域遮断フィルタを直列に接続して構成することができ
る。
【００２９】図４は帯域遮断フィルタの周波数特性を示
した図である。図示のように、帯域遮断フィルタの周波
数特性は、工具の回転数と工具の刃の枚数とによって決
まる特定の周波数位置、図の例では４０Ｈｚの周波数位
置において、急峻な減衰特性を有している。
した図である。図示のように、帯域遮断フィルタの周波
数特性は、工具の回転数と工具の刃の枚数とによって決
まる特定の周波数位置、図の例では４０Ｈｚの周波数位
置において、急峻な減衰特性を有している。
【００３０】図５は工具が正常な状態にある場合のフィ
ルタ入力信号の一例を示す図である。複数の刃を有する
工具において、それらの刃が１枚でも欠けることなく、
正常な状態にあるときには、工具の回転数と工具の刃の
枚数とによって決まる特定の周波数の変動がある。この
ようにすべての刃が均等にワークと当接している場合に
は、振幅が同じ様な信号波形となる。
ルタ入力信号の一例を示す図である。複数の刃を有する
工具において、それらの刃が１枚でも欠けることなく、
正常な状態にあるときには、工具の回転数と工具の刃の
枚数とによって決まる特定の周波数の変動がある。この
ようにすべての刃が均等にワークと当接している場合に
は、振幅が同じ様な信号波形となる。
【００３１】図６は工具が正常な状態にある場合にフィ
ルタへ入力される信号の周波数成分を例示した図であ
る。この図の例によれば、工具の回転数と工具の刃の枚
数とによって決まる周波数が４０Ｈｚの場合を示してい
る。
ルタへ入力される信号の周波数成分を例示した図であ
る。この図の例によれば、工具の回転数と工具の刃の枚
数とによって決まる周波数が４０Ｈｚの場合を示してい
る。
【００３２】図７は工具が正常な状態にある場合のフィ
ルタ出力信号の一例を示す図である。この図によれば、
４０Ｈｚの周波数信号が帯域遮断フィルタの特性によっ
て十分に減衰されていて、フィルタ２の出力信号はほと
んど出力されていない。
ルタ出力信号の一例を示す図である。この図によれば、
４０Ｈｚの周波数信号が帯域遮断フィルタの特性によっ
て十分に減衰されていて、フィルタ２の出力信号はほと
んど出力されていない。
【００３３】図８は工具が破損されている状態にある場
合のフィルタ入力信号の一例を示す図である。工具の刃
のたとえば１枚が欠けたような場合には、図示のように
フィルタ２への入力信号の波形の一部が変化する。
合のフィルタ入力信号の一例を示す図である。工具の刃
のたとえば１枚が欠けたような場合には、図示のように
フィルタ２への入力信号の波形の一部が変化する。
【００３４】図９は工具が破損されている状態にある場
合にフィルタへ入力される信号の周波数成分を例示した
図である。この図の例によれば、工具の回転数と工具の
刃の枚数とによって決まる周波数４０Ｈｚを中心として
幾つかの周波数成分が発生される。
合にフィルタへ入力される信号の周波数成分を例示した
図である。この図の例によれば、工具の回転数と工具の
刃の枚数とによって決まる周波数４０Ｈｚを中心として
幾つかの周波数成分が発生される。
【００３５】図１０は工具が破損されている状態にある
場合のフィルタ出力信号の一例を示す図である。この図
によれば、図９に示したような周波数成分を有する信号
が中心周波数４０Ｈｚの帯域遮断フィルタを通ると変動
分の周波数成分が除去されずにフィルタより出力され
る。
場合のフィルタ出力信号の一例を示す図である。この図
によれば、図９に示したような周波数成分を有する信号
が中心周波数４０Ｈｚの帯域遮断フィルタを通ると変動
分の周波数成分が除去されずにフィルタより出力され
る。
【００３６】図１に戻って、フィルタ２の出力には比較
器３が配置されている。この比較器３の一方の入力には
フィルタ２の出力が接続され、他方の入力には所定の値
を有する基準値が入力される。この基準値はたとえば図
１０に示すＬｒｅｆとすることができる。
器３が配置されている。この比較器３の一方の入力には
フィルタ２の出力が接続され、他方の入力には所定の値
を有する基準値が入力される。この基準値はたとえば図
１０に示すＬｒｅｆとすることができる。
【００３７】比較器３はフィルタ２の出力信号を監視
し、工具の破損によって周波数成分が変動すると、その
出力レベルは基準値Ｌｒｅｆを越え、比較器３は工具が
破損したことを表す信号を出力する。このようにして、
刃の破損状態を検出することができるようになる。
し、工具の破損によって周波数成分が変動すると、その
出力レベルは基準値Ｌｒｅｆを越え、比較器３は工具が
破損したことを表す信号を出力する。このようにして、
刃の破損状態を検出することができるようになる。
【００３８】比較器３から出力される信号は、必要に応
じてラッチを掛けるなどして一時記憶され、数値制御装
置１０のプロセッサ１１に伝えられる。プロセッサ１１
は比較器３からの信号を基にして、加工停止、アラー
ム、工具交換などの指示制御を行う。
じてラッチを掛けるなどして一時記憶され、数値制御装
置１０のプロセッサ１１に伝えられる。プロセッサ１１
は比較器３からの信号を基にして、加工停止、アラー
ム、工具交換などの指示制御を行う。
【００３９】上述の例では、比較器３から出力される工
具破損検出の信号は、数値制御装置１０に送られて各種
処理を行うように説明したが、勿論、プログラマブル・
マシン・コントローラ１６や数値制御装置１０に接続さ
れた外部装置で使用することもある。
具破損検出の信号は、数値制御装置１０に送られて各種
処理を行うように説明したが、勿論、プログラマブル・
マシン・コントローラ１６や数値制御装置１０に接続さ
れた外部装置で使用することもある。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、複数の
刃を有する工具の破損を、外乱負荷トルクの周波数成分
の変化によって検出するように構成したので、刃の破損
を簡単確実に検出することができる。しかも、外乱負荷
トルクを工具破損検出のための基としているので、検出
精度を高くすることが可能になる。
刃を有する工具の破損を、外乱負荷トルクの周波数成分
の変化によって検出するように構成したので、刃の破損
を簡単確実に検出することができる。しかも、外乱負荷
トルクを工具破損検出のための基としているので、検出
精度を高くすることが可能になる。
【図１】本発明の工具破損検出方式の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】本発明のドリル加工方式を実施するための数値
制御装置のハードウェアのブロック図である。
制御装置のハードウェアのブロック図である。
【図３】外乱負荷トルクを推定するためのオブザーバの
ブロック図である。
ブロック図である。
【図４】帯域遮断フィルタの周波数特性を示した図であ
る。
る。
【図５】工具が正常な状態にある場合のフィルタ入力信
号の一例を示す図である。
号の一例を示す図である。
【図６】工具が正常な状態にある場合にフィルタへ入力
される信号の周波数成分を例示した図である。
される信号の周波数成分を例示した図である。
【図７】工具が正常な状態にある場合のフィルタ出力信
号の一例を示す図である。
号の一例を示す図である。
【図８】工具が破損されている状態にある場合のフィル
タ入力信号の一例を示す図である。
タ入力信号の一例を示す図である。
【図９】工具が破損されている状態にある場合にフィル
タへ入力される信号の周波数成分を例示した図である。
タへ入力される信号の周波数成分を例示した図である。
【図１０】工具が破損されている状態にある場合のフィ
ルタ出力信号の一例を示す図である。
ルタ出力信号の一例を示す図である。
２ フィルタ ３ 比較器 １０ 数値制御装置 １１ プロセッサ ７３ スピンドルモータ ７５ フライス工具 ９１ ワーク ７１０ オブザーバ
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の刃を有する工具の破損を検出する
工具破損検出方式において、 トルク指令値と速度帰還値とからスピンドルモータの外
乱負荷トルクを計算するオブザーバと、 前記工具の刃の数とその回転数とによって決まる前記外
乱負荷トルクの特定の周波数成分を除去する帯域遮断フ
ィルタと、 前記帯域遮断フィルタの出力信号を所定の基準値と比較
し、前記出力信号が前記基準値を越えたときに工具が破
損したことを表す信号を出力する比較器と、 を有することを特徴とする工具破損検出方式。 - 【請求項２】 前記工具はフライス工具であることを特
徴とする請求項１記載の工具破損検出方式。 - 【請求項３】 前記オブザーバはスピンドル制御回路内
に設けたことを特徴とする請求項１記載の工具破損検出
方式。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5195030A JPH0751999A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 工具破損検出方式 |
| PCT/JP1994/001205 WO1995004631A1 (fr) | 1993-08-06 | 1994-07-21 | Systeme de detection de cassure d'outil |
| US08/397,113 US5659131A (en) | 1993-08-06 | 1994-07-21 | Cutter fracture detecting system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5195030A JPH0751999A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 工具破損検出方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0751999A true JPH0751999A (ja) | 1995-02-28 |
Family
ID=16334372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5195030A Pending JPH0751999A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 工具破損検出方式 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5659131A (ja) |
| JP (1) | JPH0751999A (ja) |
| WO (1) | WO1995004631A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009082949A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦攪拌接合システム及び摩擦攪拌接合方法 |
| JP2009082950A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦攪拌接合システム及び摩擦攪拌接合方法 |
| JP2011161588A (ja) * | 2010-02-12 | 2011-08-25 | Nsk Ltd | 工作機械用荷重測定装置 |
| KR20220068521A (ko) * | 2020-11-19 | 2022-05-26 | 연세대학교 산학협력단 | 토크 계수 산정 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19882982B3 (de) * | 1998-02-27 | 2014-04-03 | Mitsubishi Denki K.K. | Synchronsteuereinrichtung |
| CN104476326B (zh) * | 2014-11-21 | 2017-03-08 | 华中科技大学 | 一种陶瓷刀具沟槽磨损预测的方法 |
| TWI593502B (zh) * | 2015-11-13 | 2017-08-01 | 財團法人工業技術研究院 | 刀具檢測裝置及其刀具檢測方法 |
| US11207763B2 (en) * | 2017-08-29 | 2021-12-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Signal processing apparatus for tool comprising rotating body rotated by impacts delivered from drive apparatus |
| TWI649152B (zh) * | 2017-11-28 | 2019-02-01 | 先馳精密儀器股份有限公司 | 刀具狀態檢測系統及方法 |
| CN114273978B (zh) * | 2021-12-27 | 2023-03-21 | 深圳市玄羽科技有限公司 | 刀具的磨损检测方法、电子设备及计算机可读存储介质 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3299697A (en) * | 1963-09-20 | 1967-01-24 | Taco Inc | Tool condition detector |
| US3873816A (en) * | 1968-12-27 | 1975-03-25 | Agency Ind Science Techn | Automatic adaptive controller |
| JPS5525021B2 (ja) * | 1972-04-25 | 1980-07-03 | ||
| US3809870A (en) * | 1972-06-08 | 1974-05-07 | Gleason Works | Method and apparatus for monitoring condition of cutting blades |
| JPS5525021A (en) * | 1978-08-09 | 1980-02-22 | Ricoh Co Ltd | Camera |
| SE428540B (sv) * | 1981-04-13 | 1983-07-11 | Wibra Kb | Sett och anordning for overvakning av verktygsstatus i en verktygsmaskin med cyklisk bearbetning |
| US4574633A (en) * | 1983-02-04 | 1986-03-11 | Citizen Watch Company Limited | Apparatus for detecting tool damage in automatically controlled machine tool |
| JPS61131856A (ja) * | 1984-11-28 | 1986-06-19 | Anritsu Corp | 切削工具異常検出装置 |
| JPS61195955U (ja) * | 1985-05-29 | 1986-12-06 | ||
| JPS6464537A (en) * | 1987-09-02 | 1989-03-10 | Toshiba Corp | Dust proof device for bearing of rotary electric machine |
| US4942387A (en) * | 1989-09-05 | 1990-07-17 | General Electric Company | Apparatus and method for tool break and wear detection |
| JP2906256B2 (ja) * | 1989-09-25 | 1999-06-14 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | サーボ制御装置 |
| US5304906A (en) * | 1989-12-26 | 1994-04-19 | Fanuc Ltd. | Collision detecting method using an observer |
| JP2665984B2 (ja) * | 1989-12-26 | 1997-10-22 | ファナック株式会社 | 外乱推定オブザーバによる衝突検出方法 |
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| US5407265A (en) * | 1992-07-06 | 1995-04-18 | Ford Motor Company | System and method for detecting cutting tool failure |
-
1993
- 1993-08-06 JP JP5195030A patent/JPH0751999A/ja active Pending
-
1994
- 1994-07-21 US US08/397,113 patent/US5659131A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-21 WO PCT/JP1994/001205 patent/WO1995004631A1/ja active Application Filing
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009082949A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Tokyu Car Corp | 摩擦攪拌接合システム及び摩擦攪拌接合方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1995004631A1 (fr) | 1995-02-16 |
| US5659131A (en) | 1997-08-19 |
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