JPH11179636A - 工具の交換時期判定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価に構成することができ、かつ信頼性の
高い工具の交換時期判定システムを提供することを目的
とする。 【解決手段】切刃を有する回転工具３１の振動を振動セ
ンサ５１により測定し、回転工具３１の交換時期を判定
する工具の交換時期判定システムは、振動センサ５１か
ら出力される振動センサ信号Ｓ３から所定の周波数帯域
を分離するフィルタ５３と、回転工具３１の１回転に対
して１パルスのトリガ信号Ｓ２と同期させ、フィルタ５
３を通した振動センサ信号Ｓ３を取り込む取込手段と、
この取込手段により取り込まれた振動センサ信号Ｓ３か
ら回転工具３１の交換時期を判定する判定手段とを備え
ている。振動センサ信号Ｓ３を回転工具３１の回転と同
期させて取り込んでいるので、切刃位置に応じた振動特
性を明瞭に検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１または複数の切
刃が設けられた回転工具の振動を振動センサにより測定
し、前記回転工具の交換時期を判定する工具の交換時期
判定システムに関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、数値制御装置（以下、ＮＣ装
置）を備えた工作機械では、ＮＣ装置によりエンドミル
等の回転工具の交換時期を判定し、回転工具が磨耗等で
使用限界に達した場合、自動工具交換装置（ＡＴＣ）に
より当該回転工具を自動的に交換するような工具の交換
時期判定システムが採用されている。このような工具の
交換時期判定システムを備えていることにより、工作機
械の完全自動化を図ることができるので、ＮＣ工作機械
による製品の生産性を著しく向上することができる。

【０００３】上述した工具の交換時期判定システムとし
ては、例えば、回転工具の主軸に作用するトルクを検出
し、この検出トルクが一定のしきい値以上となったら、
工具の交換時期であると判定するシステムや、回転工具
の加工振動を検出し、これを変換して得られる振動レベ
ル値（ｒｍｓ値）が一定のしきい値を超えた時を工具の
交換時期と判定するシステムが知られている。また、他
の工具の交換時期判定システムとしては、回転工具の累
積使用時間をＮＣ装置に記憶させておき、当該回転工具
の累積使用時間により工具の交換時期を判定するシステ
ムが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の工具の交換時期判定システムでは、次のよう
な問題がある。すなわち、主軸のトルクを検出して判定
するシステムは、モータ、動力伝達系等の比較的慣性の
大きい要素を介して回転工具の状態を検出するので、高
い測定精度を必要とし、これに伴い、高価な測定装置を
使用しなければならないという問題がある。また、加工
振動を検出し、振動レベル値に変換して判定するシステ
ムは、ワークの材質等の加工条件によって振動レベル値
が大きく変化するので、種々の加工条件が設定され得る
ＮＣ工作機械のシステムとしては、一般にはあまり信頼
性がないという問題がある。

【０００５】さらに、工具の累積使用時間から判定する
システムは、使用時間と共に進行する磨耗に対しては、
有効なシステムであるが、偶発的に発生する回転工具の
切刃のチッピング、折損等には対処することができない
という問題がある。また、このようなシステムでは、安
全のために、工具の交換時期と判定する設定時間を、実
際の使用可能時間よりも短く設定する必要があり、工具
コストの高騰に伴って工作機械の加工コストが高騰して
しまうという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、安価に構成することがで
き、かつ信頼性の高い工具の交換時期判定システムを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る工具の交換
時期判定システムは、１または複数の切刃が設けられた
回転工具の振動を振動センサにより測定し、前記回転工
具の交換時期を判定する工具の交換時期判定システムで
あって、前記振動センサから出力される振動センサ信号
から所定の周波数帯域を分離するフィルタと、前記回転
工具の１回転に対して１パルスのトリガ信号と同期さ
せ、前記フィルタを通した振動センサ信号を取り込む取
込手段と、この取込手段により取り込まれた振動センサ
信号から前記回転工具の交換時期を判定する判定手段
と、を備えていることを特徴とする。

【０００８】このような本発明によれば、回転工具の振
動以外の外乱振動をフィルタにより除去し、振動センサ
信号を回転工具の回転と同期させて取り込んでいるの
で、回転工具の切刃位置に応じた振動特性を明瞭に検出
することができる。そして、この振動特性の時間的変化
を測定することにより、回転工具の各切刃の磨耗状態を
高精度に検出することが可能となる。従って、回転工具
の磨耗状態を正確に把握することにより、回転工具の交
換時期について信頼性の高い判定を行うことが可能とな
る。

【０００９】また、本発明に係る工具の交換時期判定シ
ステムが回転工具の磨耗状態を正確に把握できることか
ら、回転工具を限界まで使用することができ、工具コス
トが高騰することなく、加工コストの低減が図られる。
さらに、フィルタ、振動センサ等を接続するだけでシス
テムを構築することができるので、システム構築に要す
るコストが低減されるうえ、システムの構成が単純なの
で、工作機械に容易にシステムを構築することが可能と
なる。

【００１０】以上において、上述したフィルタとして
は、振動センサ信号の高周波数成分を取り除くローパス
フィルタを採用し、上述した判定手段としては、ローパ
スフィルタを通した振動センサ信号の１回転分の振動波
形から回転工具の切刃数に応じたピーク値を検出する検
出部と、この検出部により検出されたピーク値の時間的
変化から回転工具の交換時期を判断する判断部とを備え
た判定手段が考えられる。

【００１１】すなわち、回転工具の振動以外の外乱振動
は高周波数帯域に多く現れるので、ローパスフィルタに
より、簡易にかつ効率的に除去することが可能となる。
また、判定手段が回転工具の切刃数に応じた振動センサ
信号のピーク値を検出する検出部を備えているので、こ
のピーク値の時間的変化を測定することにより、判断部
で切刃の磨耗状態を高精度に判断することが可能とな
り、信頼性の高い工具の交換時期判定システムとするこ
とが可能となる。

【００１２】さらに、上述した判定手段としては、フィ
ルタを通した振動センサ信号をウエーブレット解析し
て、当該振動センサ信号に対応するウエーブレット係数
を求める解析部と、このウエーブレット係数の時間的変
化から前記回転工具の交換時期を判断する判断部とを備
えた判定手段を採用することが考えられる。すなわち、
判定手段が振動センサ信号の解析にウエーブレット解析
を利用しているので、時間分解能の高い高周波数域の周
波数範囲について振動波形の解析を行うことが可能とな
り、回転工具の磨耗状態を極めて高精度に検出すること
が可能となる。従って、判定手段による工具の交換時期
の判定も高精度化され、極めて信頼性の高い判定を行う
ことが可能となる。

【００１３】そして、上述した判断部としては、所定時
間内に含まれるウエーブレット係数の平均値を算出する
第１ステップと、この係数平均値の時間的変化を表すス
ムージング曲線を形成する第２ステップと、このスムー
ジング曲線のピークを、前記回転工具の切刃相当位置の
ウエーブレット係数であると判断する第３ステップとを
備えた判断部が考えられる。ここで、ウエーブレット係
数の平均値は、移動平均法等を用いることにより求める
ことができる。すなわち、このように切刃相当位置のウ
エーブレット係数を求めれば、不作為の外乱の混入によ
るピーク変化に影響されることなく、安定した状態で高
精度にウエーブレット係数の時間的変化を測定すること
が可能となる。

【００１４】また、振動センサ信号がＡＤ変換されて取
込手段に取り込まれる場合、フィルタのカットオフ周波
数は、このＡＤ変換におけるサンプル周波数の１／２以
下に設定されているのが好ましい。すなわち、カットオ
フ周波数をＡＤ変換におけるサンプル周波数の１／２以
下に設定することにより、ＦＦＴ解析における最高周波
数以上の周波数成分が当該最高周波数以下に折り重なっ
て現れる、いわゆるエリアジング現象を防止することが
可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。図１には、本発明の第１実施形
態に係る工具の交換時期判定システムが採用されたＮＣ
工作機械が示されている。このＮＣ工作機械１は、テー
ブル２上に設置されたワーク２１を切削加工する機械本
体３と、この機械本体３を数値制御するＮＣ装置４とか
ら構成されている。

【００１６】前記機械本体３は、前記ワーク２１の表面
を切削するエンドミル３１と、このエンドミル３１を主
軸３２回りに回転させる電気−油圧パルスモータ３３と
を含んで構成されている。電気−油圧パルスモータ３３
には、加速度計から構成される振動センサ５１が設けら
れ、これにより、エンドミル３１の回転に伴う振動を検
出することができる。また、エンドミル３１は、図２の
切削面側正面図に示すように、２枚の切刃３１Ａ、３１
Ｂにより切削加工を行う回転工具であり、２枚の切刃３
１Ａ、３１Ｂのうち、いずれかの切刃が磨耗、チッピン
グ等により正常に切削加工を行えなくなった場合、新た
なエンドミル３１に交換する必要がある。

【００１７】前記ＮＣ装置４は、図１に示されるよう
に、上述した電気−油圧パルスモータ３３を制御する制
御装置４１と、この制御装置４１に制御信号Ｓ１を送る
コントローラ４２とを含んで構成され、コントローラ４
２には、信号入出力用のＩＯ拡張ボックス４３が設けら
れている。尚、ＩＯ拡張ボックス４３は、内部にＡＤ変
換器を有し、これにより信号の高速サンプリングが可能
となっている。

【００１８】ＩＯ拡張ボックス４３は複数の入出力用ポ
ートを有し、制御信号ライン６１、トリガ信号ライン６
２により制御装置４１と接続され、振動センサ信号ライ
ン６３により振動センサ５１と接続されている。そし
て、振動センサ信号ライン６３には、振動センサ５１に
より取得した振動センサ信号Ｓ３を増幅する振動アンプ
５２と、取得された振動センサ信号から高周波数成分を
分離除去するローパスフィルタ５３とが設けられてい
る。

【００１９】コントローラ４２は、図３に示すように、
演算装置４４および記録装置４５を含んで構成される中
央処理装置４６と、ＣＲＴディスプレイ等の表示装置４
７と、キーボード等の入力装置４８とを含み構成されて
いる。演算装置４４は、マイクロプロセッサ等からなる
高速演算素子を有するものであり、各種入出力機器を制
御する制御部４４１と、ＩＯ拡張ボックス４３から入力
される種々の信号を取り込む取込手段４４２と、この取
込手段４４２により取り込まれた信号に基づいて前記エ
ンドミル３１の磨耗状況を判断する判定手段４４３とを
備えている。尚、図３では図示を略したが、判定手段４
４３は、信号のピーク値を検出する検出部と、この検出
部により検出された信号のピーク値に基づいてエンドミ
ル３１の交換時期を判断する判断部とから構成されてい
る。

【００２０】このような構成の工作機械１において、工
具の交換時期判定システムは、次のように動作する。 コントローラ４２から制御信号Ｓ１が制御信号ライ
ン６１を介して制御装置４１に出力される。 制御装置４１は、この制御信号Ｓ１に基づいて回転
数、送り速度等を制御しながら電気−油圧パルスモータ
３３を駆動させ、この電気−油圧パルスモータ３３の駆
動制御とともに、エンドミル３１の１回転に対して１パ
ルスのトリガ信号Ｓ２を、トリガ信号ライン６２を介し
てコントローラ４２に出力する。

【００２１】 コントローラ４２は、トリガ信号Ｓ２
をトリガとして、図１では図示を略したセンサ制御ライ
ンを介して振動センサ５１に振動センサ信号Ｓ３を出力
するよう指示する。 振動センサ５１から出力された振動センサ信号Ｓ３
は、振動アンプ５２により増幅され、ローパスフィルタ
５３により高周波数成分が除去された後、前記トリガ信
号Ｓ２と同期させて取込手段４４２に取り込まれる。

【００２２】尚、ローパスフィルタ５３のカットオフ周
波数は、エンドミル３１の切削振動数の数倍程度に設定
され、切削振動数ｆ(Hz)は、主軸３２の回転数をＲ(rp
m)、エンドミル３１の歯数をＮ(枚)とすると、 ｆ＝Ｒ×Ｎ／６０ によって算出される。 〜の繰り返しにより、振動センサ信号Ｓ３の時
間的変化を測定することができ、この測定結果は、制御
部４４１を介して表示装置４７に表示されるとともに、
判定手段４４３にも送られる。

【００２３】次に、判定手段４４３による工具の交換時
期を判定する手順を、具体例に基づいて説明する。図４
には、図２に示される二枚刃エンドミル３１を用い、回
転数５００rpm、送り速度２５０mm／min、切り込み量４
mmに設定し、ＳＳ４００からなるワーク２１を加工した
ときの、時間波形（サンプルタイム０．５msec、ローパ
スフィルタ５３のカットオフ周波数１００Hz（切削振動
数の略６倍））を表した図が示されている。図４におい
て、図４（Ａ）は振動センサ５１から出力される振動セ
ンサ信号Ｓ３の時間波形であり、図４（Ｂ）はローパス
フィルタ５３を通した後の振動センサ信号Ｓ３の時間波
形であり、図４（Ｃ）は制御装置４１から出力されるト
リガ信号Ｓ２の時間波形である。

【００２４】取込手段４４２から判定手段４４３には、
図４（Ｂ）のように所定の間隔でピーク値ＰＡ、ＰＢが
認められる振動センサ信号Ｓ３が送られる。このピーク
値ＰＡ、ＰＢは、エンドミル３１の切刃３１Ａ、３１Ｂ
がワーク２１に衝突した際の振動であり、エンドミル３
１が２枚の切刃３１Ａ、３１Ｂを有しているので、切刃
３１Ａ、３１Ｂのピークは交互に現れる。判定手段は、
図４（Ｂ）の振動センサ信号Ｓ３に基づいて、各ピーク
値ＰＡ、ＰＢの時間的変化を測定し、工具交換時期を判
定する。

【００２５】例えば、判定手段４４３は、ピーク値Ｐ
Ａ、ＰＢが図５（Ａ）に示すように、ばらつきが少ない
状態で変化している時は、エンドミル３１の切刃３１
Ａ、３１Ｂに磨耗、チッピング等が生じておらず、正常
な加工が行われ、工具の交換は必要なし、と判定する。
一方、図５（Ｂ）に示すように、ピーク値ＰＡの時間的
変化およびピーク値ＰＢの時間的変化の間にばらつきが
大きくなった場合、２枚の切刃３１Ａ、３１Ｂのうちの
いずれかに磨耗、チッピング等による損傷が生じたと判
断し、工具を交換すべき、と判定する。

【００２６】また、ピーク値ＰＡ、ＰＢの時間的変化を
より長期的に判断する場合、図６に示すように、エンド
ミル３１の加工回数と前記ピーク値ＰＡ、ＰＢ間の分散
をプロットし、当該分散が一定の値となった時点で判定
手段４４３が工具を交換すべき、と判定するようにして
もよい。このような判定手段４４３の判定に基づいて、
コントローラ４２から制御装置４１に工具を交換すべき
旨の制御信号が出力される。尚、工具の交換を行うか否
かの判断基準となるばらつき、分散のしきい値は、ワー
ク２１の材質、エンドミル３１の形状、切削送り速度等
を勘案して適宜決定する。

【００２７】前述のような第１実施形態によれば、次の
ような効果がある。すなわち、エンドミル３１の振動以
外の外乱振動をローパスフィルタ５３により除去し、エ
ンドミル３１の１回転に対して１パルスのトリガ信号Ｓ
２と同期させて振動センサ信号Ｓ３を取り込んでいるの
で、エンドミル３１の切刃３１Ａ、３１Ｂの位置に応じ
た振動特性ＰＡ、ＰＢを明瞭に検出することができ、こ
れらの時間的変化を測定することにより、各切刃３１
Ａ、３１Ｂの磨耗状態を高精度に検出することができ
る。従って、エンドミル３１の切刃３１Ａ、３１Ｂの磨
耗状態を正確に把握することにより、エンドミル３１の
交換時期の判定について信頼性の高い判定を行うことが
できる。

【００２８】また、エンドミル３１の磨耗状態を正確に
把握できることから、エンドミル３１を限界まで使用す
ることができ、工具コストが高騰することなく、加工コ
ストの低減を図ることができる。さらに、ローパスフィ
ルタ５３、振動センサ５１等を接続するだけでシステム
を構築することができるので、システム構築に要するコ
ストが低減されるうえ、システムの構成が単純なので、
ＮＣ工作機械１に容易にシステムを構築することができ
る。そして、ノイズ等の外乱振動は高周波数帯域に多く
現れるので、図４から判るように、ローパスフィルタ５
３の採用は、本システムの高精度化を図るうえで有効で
ある。

【００２９】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。尚、以下の説明では、既に説明した部分または部
材と同様又は類似の部分等については、その説明を簡略
または省略する。前述の第１実施形態では、振動センサ
信号ライン６３には、振動センサ５１から出力された振
動センサ信号Ｓ３から１００Ｈｚ以上の高周波数成分を
分離除去するローパスフィルタ５３が設けられていた。
これに対して、第２実施形態では、ローパスフィルタ５
３のカットオフ周波数がＩＯ拡張ボックス４３の内部の
ＡＤ変換器のＡＤ変換におけるサンプル周波数の１／２
以下に設定されている点が相違する。

【００３０】また、前述の第１実施形態では、コントロ
ーラ４２の内部の演算装置４４に設定された判定手段４
４３は、振動センサ信号Ｓ３のピーク値ＰＡ、ＰＢに基
づいて工具の交換時期の判定を行っていた。これに対し
て、第２実施形態では、判定手段５４３は、図７に示す
ように、取込手段４４２から送られた振動センサ信号Ｓ
３をウエーブレット解析して、当該振動センサ信号Ｓ３
に対応するウエーブレット係数を求める解析部５４４
と、このウエーブレット係数の時間的変化から工具の交
換時期を判断する判断部５４５とを備えている点が相違
する。尚、上述したウエーブレット解析やＦＦＴ解析に
より振動特性の解析を行う場合、ローパスフィルタ５３
の減衰特性は、７０ｄｂ／ｏｃｔ程度であるのが好まし
い。

【００３１】この判断部５４５は、図７から判るよう
に、第１ステップ５４５Ａ、第２ステップ５４５Ｂ、第
３ステップ５４５Ｃから構成されている。第１ステップ
５４５Ａでは、一定時間内に含まれるウエーブレット係
数の平均値を算出する。第２ステップ５４５Ｂでは、第
１ステップ５４５Ａで算出された係数平均値の時間的変
化を表すスムージング曲線を形成する。第３ステップ５
４５Ｃでは、第２ステップ５４５Ｂで形成されたスムー
ジング曲線のピークを、エンドミル３１の切刃３１Ａ、
３１Ｂに対応するウエーブレット係数であると判断す
る。

【００３２】そして、判定手段５４３は、スムージング
曲線のピークを特性値として、工具の交換を行うか否か
を判断する。尚、これ以外の部分については、上述した
第１実施形態に係る工具の交換時期判定システムと略同
様の構造であり、制御信号Ｓ１の出力から振動センサ信
号Ｓ３までの動作も略同様であるので、その説明を省略
する。

【００３３】次に、上述した判定手段５４３による工具
の交換時期の判定手順を、具体例に基づいて説明する。
図８には、回転数５００rpm、送り速度２５０mm／min、
切り込み量４mmに設定し、ＳＳ４００からなるワーク２
１を加工したときの、時間波形（サンプルタイム０．４
６９msec、ローパスフィルタ５３のカットオフ周波数１
kHz）を表した図が示されている。図８において、図８
（Ａ）には、振動センサ５１から出力された振動センサ
信号Ｓ３をローパスフィルタ５３を通した後の振動セン
サ信号Ｓ３の時間波形、トリガ信号Ｓ２の時間波形が表
されている。図８（Ｂ）には、この振動センサ信号Ｓ３
を、時間分解能の高い高周波数域の周波数範囲について
ウエーブレット解析を行い、当該振動センサ信号Ｓ３に
対応するウエーブレット係数の時間的変化Ｗ１が表され
ている。

【００３４】取込手段４４２から判定手段５４３には、
図８（Ａ）のような形で振動センサ信号Ｓ３が入力され
る。解析部５４４は、この振動センサ信号Ｓ３をウエー
ブレット解析して、振動センサ信号Ｓ３に対応するウエ
ーブレット係数の時間的変化Ｗ１を算出する。判断部５
４５では、まず第１ステップ５４５Ａが一定時間Ｔ内に
含まれるウエーブレット係数の平均値を移動平均法によ
り算出し、第２ステップ５４５Ｂがこの係数平均値の時
間的変化を表すスムージング曲線ＳＭ１を形成し、第３
ステップ５４５Ｃがこのスムージング曲線ＳＭ１のピー
ク値ＱＡ、ＱＢの位置を、エンドミル３１の切刃３１
Ａ、３１Ｂに相当する位置であると判断する。

【００３５】判定手段５４３は、前記ピーク値ＱＡ、Ｑ
Ｂの時間的変化を測定し、工具交換時期を判定する。例
えば、図９（Ａ）に示されるように、ピーク値ＱＡ、Ｑ
Ｂを測定している場合、ピーク値ＱＢに大きな変化が生
ずれば、判定手段５４３は、切刃３１Ｂに損傷が生じた
ものと判断して、工具の交換を制御装置４１に指示す
る。同様に、図９（Ｂ）に示すように、ピーク値ＱＡ、
ＱＢ間の分散に大きな変動が生じた場合、図９（Ｃ）に
示すように、ピーク値ＱＡ、ＱＢの比に大きな変化が生
じた場合も、判定手段５４３は工具の交換を制御装置４
１に指示する。

【００３６】前述のような第２実施形態によれば、第１
実施形態で述べた効果に加えて次のような効果がある。
すなわち、判定手段５４３が振動センサ信号Ｓ３の解析
にウエーブレット解析を利用しているので、時間分解能
の高い高周波数域の周波数範囲について振動波形の解析
を行うことができ、エンドミル３１の磨耗状態を極めて
高精度に検出することができる。従って、判定手段５４
３による工具の交換時期の判定も高精度化され、極めて
信頼性の高い判定を行うことができる。

【００３７】また、平均化処理されたスムージング曲線
ＳＭ１のピーク値ＱＡ、ＱＢを切刃３１Ａ、３１Ｂに対
応するウエーブレット係数としているので、不作為の外
乱の混入等によるピーク値の変化に影響されることな
く、安定した状態で高精度にウエーブレット係数の時間
的変化を測定することができる。さらに、ローパスフィ
ルタ５３のカットオフ周波数がＡＤ変換におけるサンプ
ル周波数の１／２以下に設定されているので、ＦＦＴ解
析における最高周波数以上の周波数成分が当該最高周波
数以下に折り重なって現れるエリアジングを防止するこ
とができる。

【００３８】尚、本発明は、前述の各実施形態に限定さ
れるものではなく、次に示すような変形をも含むもので
ある。すなわち、前述の各実施形態では、エンドミル３
１は、２枚の切刃３１Ａ、３１Ｂから構成されていた
が、これに限らず、図１０に示すように、３枚の切刃１
３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃを有するエンドミル１３１
を備えたＮＣ工作機械に本発明を利用してもよい。

【００３９】この場合、エンドミル１３１が１回転する
と、ワークに対して切刃１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ
が３回衝突するので、当該３枚の切刃１３１Ａ、１３１
Ｂ、１３１Ｃの衝突に応じてウエーブレット係数のピー
クが生じ、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）のようなグラフ
として表される。尚、図１１において、図１１（Ａ）は
エンドミル１３１が新品の状態におけるウエーブレット
係数の時間的変化、図１１（Ｂ）は累積使用により切刃
１３１Ｂに磨耗が生じた場合のウエーブレット係数の時
間的変化を表すグラフである。

【００４０】また、前述の各実施形態では、エンドミル
３１の交換時期を判定するために本発明を利用していた
が、他の回転工具に本発明を利用してもよい。さらに、
前述の第２実施形態では、フィルタとしてローパスフィ
ルタ５３を用いていたが、これに限らず、バンドパスフ
ィルタを用いてもよい。要するに、どのようなフィルタ
を採用するかは、解析する周波数帯域に応じて適宜決定
すればよい。その他、本発明の実施の際の具体的な構造
および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の
構造等としてもよい。

【００４１】

【発明の効果】前述の本発明の工具の交換時期判定シス
テムによれば、回転工具の振動以外の外乱振動をフィル
タにより除去し、振動センサ信号を回転工具の回転と同
期させて取り込んでいるので、回転工具の切刃位置に応
じた振動特性を検出することができ、信頼性の高い工具
の交換時期判定システムとすることができ、フィルタ、
振動センサ等を接続するだけでシステムを構築すること
ができるので、工具の交換時期判定システムを安価に構
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る工具の交換時期判
定システムの構成を表す模式図である。

【図２】前述の実施形態における回転工具の切刃を示す
正面図である。

【図３】前述の実施形態における取込手段、判定手段の
構成を表す模式図である。

【図４】前述の実施形態における振動センサ信号、トリ
ガ信号の振動波形を表すグラフである。

【図５】前述の実施形態における判定手段による判定方
法を説明するためのグラフである。

【図６】前述の実施形態における判定手段による他の判
定方法を説明するためのグラフである。

【図７】本発明の第２実施形態に係る工具の交換時期判
定システムの取込手段、判定手段の構成を表す模式図で
ある。

【図８】前述の実施形態における振動センサ信号の振動
波形およびこの振動波形に対応するウエーブレット係数
を表すグラフである。

【図９】前述の実施形態における判定手段による判定方
法を説明するためのグラフである。

【図１０】前述の実施形態の変形となる工具の交換時期
判定システムに用いられる回転工具を表す正面図であ
る。

【図１１】前述の実施形態の変形における振動センサ信
号の振動波形を表すグラフである。

【符号の説明】

３１ 回転工具 ５１ 振動センサ ５２ トリガ信号 ５３ フィルタ（ローパスフィルタ） ４４２ 取込手段 ４４３、５４３ 判定手段 ５４４ 解析部 ５４５ 判断部 ５４５Ａ 第１ステップ ５４５Ｂ 第２ステップ ５４５Ｃ 第３ステップ ＱＡ、ＱＢ ピーク Ｓ３ 振動センサ信号 ＳＭ１ スムージング曲線 Ｔ 一定時間

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １または複数の切刃が設けられた回転工
   具の振動を振動センサにより測定し、前記回転工具の交
   換時期を判定する工具の交換時期判定システムであっ
   て、 前記振動センサから出力される振動センサ信号から所定
   の周波数帯域を分離するフィルタと、 前記回転工具の１回転に対して１パルスのトリガ信号と
   同期させ、前記フィルタを通した振動センサ信号を取り
   込む取込手段と、 この取込手段により取り込まれた振動センサ信号から前
   記回転工具の交換時期を判定する判定手段と、を備えて
   いることを特徴とする工具の交換時期判定システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の工具の交換時期判定シ
   ステムにおいて、 前記フィルタは、前記振動センサ信号の高周波数成分を
   分離除去するローパスフィルタであり、 前記判定手段は、このローパスフィルタを通した振動セ
   ンサ信号の１回転分の振動波形から前記回転工具の切刃
   数に応じたピーク値を検出する検出部と、この検出部に
   より検出されたピーク値の時間的変化から前記回転工具
   の交換時期を判断する判断部とを備えていることを特徴
   とする工具の交換時期判定システム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の工具の交換時期判定シ
   ステムにおいて、 前記判定手段は、前記フィルタを通した振動センサ信号
   をウエーブレット解析して、当該振動センサ信号に対応
   するウエーブレット係数を求める解析部と、このウエー
   ブレット係数の時間的変化から前記回転工具の交換時期
   を判断する判断部とを備えていることを特徴とする工具
   の交換時期判定システム。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の工具の交換時期判定シ
   ステムにおいて、 前記判断部は、一定時間内に含まれるウエーブレット係
   数の平均値を算出する第１ステップと、この係数平均値
   の時間的変化を表すスムージング曲線を形成する第２ス
   テップと、このスムージング曲線のピークを、前記回転
   工具の切刃相当位置のウエーブレット係数であると判断
   する第３ステップとを備えていることを特徴とする工具
   の交換時期判定システム。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４に記載の工具の
   交換時期判定システムにおいて、 前記振動センサ信号は、ＡＤ変換されて前記取込手段に
   取り込まれ、 前記フィルタのカットオフ周波数は、このＡＤ変換にお
   けるサンプル周波数の１／２以下に設定されていること
   を特徴とする工具の交換時期判定システム。