JPH055618B2 - - Google Patents
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- JPH055618B2 JPH055618B2 JP59210176A JP21017684A JPH055618B2 JP H055618 B2 JPH055618 B2 JP H055618B2 JP 59210176 A JP59210176 A JP 59210176A JP 21017684 A JP21017684 A JP 21017684A JP H055618 B2 JPH055618 B2 JP H055618B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の分野〕
本発明は工作機械における工具の折損や異常を
切削加工及び折損時に発生するアコーステイツク
エミツシヨン(以下AEという)を利用して監視、
自動検出する工具折損検出装置に関するものであ
る。[Detailed Description of the Invention] [Field of the Invention] The present invention is a method for monitoring tool breakage and abnormalities in machine tools using acoustic emission (hereinafter referred to as AE) that occurs during cutting and tool breakage.
This invention relates to a tool breakage detection device that automatically detects tool breakage.
工作機械において工具を用いて加工対象を切削
加工する場合、何らかの原因で工具が折損し又切
屑のつまりを起こして異常切削している場合があ
る。近年の工場自動化の進展に伴いこのような工
具の折損や異常切削を自動的に検出することが強
く要求されている。こうした工作機械の工具の折
損を検出する一手法として、従来より工作機械の
工具やワークの近傍にAEセンサを設け、そこか
ら得られるAE信号に基づいて工具の折損を検出
する装置が提案されている。
When cutting a workpiece using a tool in a machine tool, the tool may break for some reason or become clogged with chips, resulting in abnormal cutting. With the recent progress in factory automation, there is a strong demand for automatic detection of tool breakage and abnormal cutting. As one method for detecting tool breakage in machine tools, a device has been proposed that installs an AE sensor near the tool or workpiece of the machine tool and detects tool breakage based on the AE signal obtained from the AE sensor. There is.
しかしながら従来の工具折損検出装置によれ
ば、AEセンサは工具の近傍やワークに接触する
ように取付けられるが、その取付位置によつて
AE信号のレベルが大幅に異なる。そのため従来
の工具折損検出装置ではAEセンサの感度を工具
の大きさに応じてあらかじめ定められた標準値に
設定し、個々の工作機械の工具、AEセンサ間の
減衰率を試行錯誤で補正していた。しかるに工具
の折損時のAE信号は折損時にしか得られないの
でAEセンサの取付位置や取付状態の確認が難し
く、工具の折損を確実に検出することが困難であ
つた。更に工具の種類、例えばドリル径を変更し
た時や切削条件を異ならせたときにもAE信号レ
ベルが異なるため、調整が困難であり使い難いと
いう欠点があつた。 However, according to conventional tool breakage detection devices, the AE sensor is installed near the tool or in contact with the workpiece, but depending on the installation position,
The level of the AE signal is significantly different. Therefore, in conventional tool breakage detection devices, the sensitivity of the AE sensor is set to a predetermined standard value according to the size of the tool, and the attenuation rate between the tool and AE sensor of each machine tool is corrected by trial and error. Ta. However, since the AE signal when a tool breaks can only be obtained when the tool breaks, it is difficult to confirm the mounting position and mounting condition of the AE sensor, making it difficult to reliably detect tool breakage. Furthermore, the AE signal level varies when the type of tool is changed, such as when the drill diameter or cutting conditions are changed, making adjustment difficult and difficult to use.
又従来の工具折損検出装置では、AEセンサよ
り得られる信号の振幅の平均値や特定の周波数に
基づいて工具の折損を検出しており、他の原因で
得られるAE信号例えばワークの切屑から発生す
る信号やソレノイドの開閉に伴う電気ノイズ、ワ
ークに物体が接触した場合の衝撃音等と充分に分
離することができず、信頼性が低いという問題点
があつた。 In addition, conventional tool breakage detection devices detect tool breakage based on the average value of the amplitude of the signal obtained from the AE sensor or a specific frequency. There was a problem in that reliability was low because it could not be sufficiently separated from the signals generated by the process, the electrical noise associated with the opening and closing of the solenoid, and the impact sound caused when an object comes into contact with the workpiece.
本発明はこのような従来の工具折損検出装置の
問題点に鑑みてなされたものであつて、用いられ
ている工具に対応してAEセンサの感度を自動的
に最適値に設定し、しかも工具の大きさや切屑、
他の信号等に影響されず確実に工具の折損を検出
することができる信頼性が高い工具折損検出装置
を提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the problems of the conventional tool breakage detection device, and it automatically sets the sensitivity of the AE sensor to the optimum value corresponding to the tool being used. size and chips,
It is an object of the present invention to provide a highly reliable tool breakage detection device that can reliably detect tool breakage without being influenced by other signals.
本発明は工作機械の工具近傍に設けられたAE
センサを有し、工具の折損時に得られるAE信号
に基づいて折損を検出する工具折損検出装置であ
つて、工具の折損時に得られるAE信号の周波数
を含む擬似AE信号を発生する擬似AE信号発生手
段と、外部入力に基づいて増幅率を変えてAEセ
ンサのAE信号を増幅する可変増幅率増幅器と、
用いられる工具に対応した駆動レベルにより擬似
AE信号発生手段を駆動し可変増幅率増幅器の増
幅率を最適値に設定するAE感度設定手段と、AE
感度設定手段により設定された工具毎の最適増幅
率を記憶する記憶手段と、工具の折損時に得られ
るAE信号の周波数成分と強い相関を持つ周波数
成分のAE信号が最適増幅率に設定された可変増
幅率増幅器より与えられたときに出力を出す周波
数識別手段と、AEセンサより急激に立上る信号
が与えられたときに出力を出す立上り信号検出手
段と、周波数識別手段及び立上り信号検出手段の
論理積出力に基づいて工具折損検出出力を出す論
理出力手段と、を具備することを特徴とするもの
である。
The present invention is an AE installed near the tool of a machine tool.
A tool breakage detection device that has a sensor and detects breakage based on an AE signal obtained when a tool breaks, and generates a pseudo AE signal that includes the frequency of the AE signal obtained when a tool breaks. a variable amplification factor amplifier that amplifies the AE signal of the AE sensor by changing the amplification factor based on an external input;
Simulated by drive level corresponding to the tool used
AE sensitivity setting means for driving the AE signal generation means and setting the amplification factor of the variable amplification factor amplifier to an optimum value;
A storage means for storing the optimum amplification factor for each tool set by the sensitivity setting means, and a variable means for storing the optimum amplification factor for the AE signal of a frequency component that has a strong correlation with the frequency component of the AE signal obtained when the tool breaks. A frequency identification means that outputs an output when a signal is given from the amplification factor amplifier, a rising signal detection means that produces an output when a rapidly rising signal is given from the AE sensor, and the logic of the frequency identification means and the rising signal detection means. The present invention is characterized by comprising logic output means for outputting a tool breakage detection output based on the product output.
このような特徴を有する本発明によれば、工作
機械により用いられる工具毎にあらかじめ使用環
境に応じてAEセンサの最適感度を記憶している。
従つて任意の工具を用いる場合にも自動的にAE
センサの感度を最適値に調整することが可能とな
る。こうして調整した後、周波数識別手段により
工具の折損時に得られるAE信号のパワースペク
トルと強い相関を持つAE信号を識別し、同時に
立上り信号検出手段により折損時に見られるAE
信号の急峻な立上りの検出を独立して判定し、そ
れらの論理積条件によつて工具の折損を検出して
いる。従つてワークの切屑や電気ノイズ等の信号
によつて誤動作することがなく、又工具からAE
センサまでのAE信号の減衰等の影響を受けるこ
ともないので、工具の折損検出の信頼性を大幅に
向上させることが可能となる。 According to the present invention having such characteristics, the optimum sensitivity of the AE sensor is stored in advance for each tool used in a machine tool according to the usage environment.
Therefore, even when using any tool, AE is automatically performed.
It becomes possible to adjust the sensitivity of the sensor to an optimal value. After adjusting in this way, the frequency identification means identifies the AE signal that has a strong correlation with the power spectrum of the AE signal obtained at the time of tool breakage, and at the same time, the rising signal detection means identifies the AE signal observed at the time of tool breakage.
Detection of a steep rise in the signal is determined independently, and tool breakage is detected based on the logical product condition. Therefore, there is no possibility of malfunction due to signals such as chips from the workpiece or electrical noise, and there is no AE from the tool.
Since it is not affected by the attenuation of the AE signal up to the sensor, it is possible to greatly improve the reliability of tool breakage detection.
第1図は本発明による工具折損検出装置の一実
施例を示すブロツク図である。本実施例は数値制
御装置を用いて制御されるボール盤に取付けられ
た工具折損検出装置を示すものであつて、ワーク
1はボール盤のベース上に固定されており、ワー
ク1の上部よりドリル2を回転させて所定速度で
押下しワーク1を開口する。ドリル2は数値制御
装置3によつてその動作が制御されている。ここ
で用いられるドリルは図示しない自動工具交換器
によつて自動的に交換されるものとする。さてワ
ーク1の上部のドリルの刃が接触する位置にワー
ク1に切削を行う前にあらかじめAEセンサと同
じくPZT等からなる擬似AE信号発生器4が取付
けられる。駆動回路5はこの擬似AE信号発生器
4を駆動するものであつて、あらかじめ工具の折
損時のAE出力波形と相似で且つ同一のパワース
ペクトル分布を持つ駆動波形を発振するよう構成
されており、その振幅レベルは外部より与えられ
る。そしてワーク1が配置される工具の近傍、例
えば第1図に示すようにベース上にAE信号を検
出するAEセンサ6を設ける。AEセンサ6はドリ
ル2等の工具からのAE信号や擬似AE信号発生器
4からのAE信号を検出する広帯域のAEセンサで
あつて、その出力はAE信号処理部7に与えられ
る。AE信号処理部7はAEセンサ6からの信号を
所定のレベルで増幅すると共に工具の折損、異常
切削の信号を検知し、入出力インターフエース8
を通じて中央演算装置(以下CPUという)9に
与えるものである。CPU9にはシステム制御プ
ログラムを記憶するリードオンリメモリ(以下
ROMという)10と、この数値制御装置3によ
つて用いられる工具に対応するAEセンサの感度
情報を含むランダムアクセスメモリ(以下RAM
という)11から成る記憶手段が接続されてい
る。CPU9には更に入出力インターフエース1
2を介して切削中のAE信号レベル、工具の異常
切削や折損を表示する表示器13、及び工具の番
号や種類、標準のAEセンサの感度を設定する入
力キー14が接続される。更に信号伝送ライン1
5を介して数値制御装置3が接続されている。
CPU9はこれらの入力に基づいて所定の擬似AE
信号発生器4の駆動レベルを駆動回路5に与え、
AE信号処理部7より得られるAE信号レベルに基
づいて最適の感度を検出し、それをRAM11に
順次保持すると共に以後それに対応する工具が用
いられるときにその感度に設定するように制御す
るものである。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a tool breakage detection device according to the present invention. This embodiment shows a tool breakage detection device attached to a drilling machine controlled using a numerical control device. A workpiece 1 is fixed on the base of the drilling machine, and a drill 2 is inserted from the top of the workpiece 1. The workpiece 1 is opened by rotating and pushing down at a predetermined speed. The operation of the drill 2 is controlled by a numerical control device 3. It is assumed that the drill used here is automatically replaced by an automatic tool changer (not shown). Now, before cutting the workpiece 1, a pseudo AE signal generator 4 made of PZT or the like, like the AE sensor, is installed in advance at a position on the upper part of the workpiece 1 where the drill blade comes into contact with the workpiece 1. The drive circuit 5 drives the pseudo AE signal generator 4, and is configured in advance to oscillate a drive waveform that is similar to and has the same power spectrum distribution as the AE output waveform when the tool breaks. Its amplitude level is given externally. An AE sensor 6 for detecting an AE signal is provided near the tool on which the workpiece 1 is placed, for example, on the base as shown in FIG. The AE sensor 6 is a wideband AE sensor that detects AE signals from tools such as the drill 2 and AE signals from the pseudo AE signal generator 4, and its output is given to the AE signal processing section 7. The AE signal processing unit 7 amplifies the signal from the AE sensor 6 to a predetermined level, detects signals of tool breakage and abnormal cutting, and connects the input/output interface 8 to the input/output interface 8.
It is provided to the central processing unit (hereinafter referred to as CPU) 9 through the CPU. The CPU 9 has a read-only memory (hereinafter referred to as "read-only memory") that stores system control programs.
Random access memory (hereinafter referred to as RAM) containing sensitivity information of the AE sensor corresponding to the tool used by this numerical control device 3
11) is connected to the storage means. CPU9 also has input/output interface 1
A display 13 for displaying the AE signal level during cutting, abnormal cutting or breakage of the tool, and an input key 14 for setting the number and type of tool and the sensitivity of the standard AE sensor are connected through the terminal 2. Furthermore, signal transmission line 1
A numerical control device 3 is connected via 5.
The CPU 9 performs a predetermined pseudo AE based on these inputs.
Applying the drive level of the signal generator 4 to the drive circuit 5,
It detects the optimum sensitivity based on the AE signal level obtained from the AE signal processing section 7, stores it sequentially in the RAM 11, and controls the sensitivity to be set to that sensitivity when the corresponding tool is used from now on. be.
次に第2図はAE信号処理部7の詳細な構成を
示すブロツク図である。本図においてAEセンサ
6の出力はまずアナログスイツチ20に与えられ
る。アナログスイツチ20はCPU9からの制御
信号に基づいてアナログ信号を断続するスイツチ
であつて、その出力端は可変増幅率増幅器21に
接続されている。増幅器21はCPU9からの制
御入力に基づいて増幅率を設定することができる
可変増幅率増幅器であつて、その出力を二つのバ
ンドパスフイルタ22,23及び入出力インター
フエース8を介してCPU9に与えるものである。
バンドパスフイルタ22は中心周波数300KHz、
バンドパスフイルタ23は中心周波数50KHzのフ
イルタであつて、夫々の中心周波数付近の信号の
みを次段の検波器24,25に伝える。検波器2
4,25は夫々その入力信号を検波し振幅に応じ
た出力を得るものであつて、検波器24の出力は
微分回路26に、検波器24,25の出力は夫々
比較器27に与えられる。これらのバンドパスフ
イルタ22,23、検出器24,25及び比較器
27により折損時のAE信号を識別する周波数識
別手段を形成している。微分回路26は入力信号
の急峻な変化分のみを次段のレベル判定器28に
伝える。レベル判定器28は所定の基準レベルと
入力信号とを比較するものであり、入力信号が大
きければ出力を折損検出回路29と異常切削検出
回路30に伝える。又比較器27は検波器24,
25の出力を比較し、検波器24の出力が大きい
場合にのみ出力を折損検出回路29に伝える。折
損検出回路29はこれらの入力の論理積をとつて
工具の折損を検出する論理回路であつて、検出信
号を入力インターフエース8を介してCPU9に
伝える。又異常切削検出回路30はレベル判定器
28の出力に基づいて異常切削を検出して入出力
インターフエース8を介してCPU9に伝えるも
のである。 Next, FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the AE signal processing section 7. As shown in FIG. In this figure, the output of the AE sensor 6 is first given to an analog switch 20. The analog switch 20 is a switch that cuts off and on the analog signal based on the control signal from the CPU 9, and its output end is connected to the variable gain amplifier 21. The amplifier 21 is a variable amplification factor amplifier whose amplification factor can be set based on the control input from the CPU 9, and provides its output to the CPU 9 via two bandpass filters 22, 23 and the input/output interface 8. It is something.
The bandpass filter 22 has a center frequency of 300KHz.
The bandpass filter 23 is a filter with a center frequency of 50 KHz, and transmits only signals near the respective center frequencies to the next-stage detectors 24 and 25. Detector 2
Reference numerals 4 and 25 each detect the input signal and obtain an output according to the amplitude.The output of the detector 24 is applied to a differentiating circuit 26, and the outputs of the detectors 24 and 25 are applied to a comparator 27, respectively. These bandpass filters 22, 23, detectors 24, 25, and comparator 27 form a frequency identification means for identifying the AE signal at the time of breakage. Differentiating circuit 26 transmits only steep changes in the input signal to level determiner 28 at the next stage. The level determiner 28 compares the input signal with a predetermined reference level, and if the input signal is large, transmits the output to the breakage detection circuit 29 and the abnormal cutting detection circuit 30. Also, the comparator 27 is the detector 24,
The outputs of the wave detector 25 are compared, and the output is transmitted to the breakage detection circuit 29 only when the output of the wave detector 24 is large. The breakage detection circuit 29 is a logic circuit that performs the logical product of these inputs to detect tool breakage, and transmits a detection signal to the CPU 9 via the input interface 8. The abnormal cutting detection circuit 30 detects abnormal cutting based on the output of the level determiner 28 and transmits the detected abnormal cutting to the CPU 9 via the input/output interface 8.
次に本実施例の動作について説明する。まず本
発明による工具毎の感度設定方法について第3図
のフローチヤートを参照しつつ説明する。動作を
開始するとまずステツプ40において入力キー14
より使用者によつて入力されたそのとき用いられ
ている工具の大きさに対応するデータ(マガジン
番号)を読み込む。そしてステツプ41に進んでそ
の大きさに対応した擬似AE信号発生器4の駆動
レベルを駆動回路5に与える。そうすれば駆動回
路5は擬似AE信号発生器4を駆動するため擬似
AE信号発生器4よりAE信号がワーク1及びベー
スを介してAEセンサ6に伝えられる。このとき
AEセンサ6より得られる擬似AE信号は工具の折
損時と同一のパワースペクトルを有し、更に時間
領域においても折損時の波形と類似の波形を有し
ている。このAE信号がAE信号処理部7に伝えら
れアナログスイツチ20及び可変増幅率増幅器2
1を介して入出力インターフエース8からCPU
9に伝えられる。CPU9はステツプ42において
AEセンサの信号レベルを可変増幅率増幅器21
の増幅率によつて調整し、ステツプ43に進んでそ
の出力レベルが適正であるかどうかをチエツクす
る。このレベルが適正でなければステツプ44にお
いて必要な増幅率の増減を算出し、ステツプ42に
戻つて可変増幅率増幅器21の増幅率を変更す
る。そしてステツプ42から44のループを繰り返し
その増幅率を適正に調整する。こうして得られた
最適の増幅率をRAM11の所定領域にマガジン
番号と共に記憶する(ステツプ45)。次いでステ
ツプ46に進んで全ての工具の設定が終了したかど
うかをチエツクし、その設定が終了していなけれ
ばステツプ40に戻つて他の工具によつて同様の処
理を繰り返す。こうして数値制御装置3によつて
用いられる工具の全てについての感度値を調整
し、第4図にメモリマツプを示すように数値制御
装置により用いられる工具の全てのマガジン番号
とそのときの最適な増幅率を順次記憶して感度設
定処理を終了する。 Next, the operation of this embodiment will be explained. First, the sensitivity setting method for each tool according to the present invention will be explained with reference to the flowchart of FIG. When the operation starts, the input key 14 is first pressed in step 40.
Then, the data (magazine number) corresponding to the size of the tool being used at the time inputted by the user is read. The process then proceeds to step 41, where a drive level of the pseudo AE signal generator 4 corresponding to the magnitude is applied to the drive circuit 5. Then, the drive circuit 5 generates a pseudo AE signal generator 4 to drive the pseudo AE signal generator 4.
An AE signal is transmitted from the AE signal generator 4 to the AE sensor 6 via the workpiece 1 and the base. At this time
The pseudo AE signal obtained from the AE sensor 6 has the same power spectrum as when the tool breaks, and also has a waveform similar to the waveform when the tool breaks in the time domain. This AE signal is transmitted to the AE signal processing section 7, where it is connected to an analog switch 20 and a variable gain amplifier 2.
1 to the CPU via input/output interface 8
9 will be informed. CPU9 at step 42
Variable amplification factor amplifier 21 for the signal level of the AE sensor
The output level is adjusted according to the amplification factor, and the process proceeds to step 43 to check whether the output level is appropriate. If this level is not appropriate, a necessary increase or decrease in the amplification factor is calculated in step 44, and the process returns to step 42 to change the amplification factor of the variable amplification factor amplifier 21. Then, the loop of steps 42 to 44 is repeated to adjust the amplification factor appropriately. The optimal amplification factor thus obtained is stored in a predetermined area of the RAM 11 together with the magazine number (step 45). Next, the process advances to step 46 to check whether the settings for all tools have been completed, and if the settings have not been completed, the process returns to step 40 to repeat the same process with other tools. In this way, the sensitivity values for all the tools used by the numerical control device 3 are adjusted, and as shown in the memory map in FIG. are stored in sequence and the sensitivity setting process is completed.
次にこうして設定した各工具に対応する最適感
度のデータを用いて工具の折損を監視する監視動
作について説明する。第5図はこの監視動作を示
すフローチヤートであつて、監視動作を開始する
とまずステツプ50においてその工具に対応した増
幅率の最適値をRAM11より読出し、入出力イ
ンターフエース8を介してAE信号処理部7の可
変増幅率増幅器21の増幅率を設定する。そうす
ればワーク1の切削に応じてAEセンサ6よりAE
信号がアナログスイツチ20を介して与えられ、
最適の増幅率によつて増幅されて二つのバンドパ
スフイルタ22,23に与えられる。さて通常の
切削加工時にAEセンサ6より与えられるAE信号
のパワースペクトルの分布は第6図の曲線bに示
すように周波数50KHz付近に集中しており、それ
より高い周波数領域では単調に減衰する分布とな
つている。又多くの実験より知られるように工具
の折損時のパワースペクトルの分布は第6図の曲
線aにより表され、周波数300KHz付近にピーク
を持つことが明らかとなつている。これは信号源
が機械的振動を原因とするものでなく、工具の非
可塑性破壊時に生じる超音波特有の現象が起こる
ためと考えられる。従つて二つのバンドパスフイ
ルタ22,23により夫々の周波数成分付近の
AE信号のみを取出して検波器24,25より検
波し、その出力レベルを比較すれば通常時と工具
折損時とを明確に識別することが可能である。即
ち通常の切削時には周波数50KHz付近のAE信号
のパワーが周波数300KHz付近のパワーより大き
く、工具の折損時には300KHz付近のパワーが周
波数50KHz付近のパワーより大きいからである。
比較器27はこれらの出力を比較して工具の折損
時にのみ信号を折損検出回路29に与えている。 Next, a description will be given of a monitoring operation for monitoring tool breakage using the optimal sensitivity data corresponding to each tool set in this manner. FIG. 5 is a flowchart showing this monitoring operation. When the monitoring operation starts, first, in step 50, the optimum value of the amplification factor corresponding to the tool is read out from the RAM 11, and the AE signal is processed via the input/output interface 8. The amplification factor of the variable amplification factor amplifier 21 of the section 7 is set. Then, depending on the cutting of workpiece 1, the AE sensor 6 will
A signal is applied via an analog switch 20,
The signal is amplified by an optimum amplification factor and provided to two bandpass filters 22 and 23. Now, the distribution of the power spectrum of the AE signal given by the AE sensor 6 during normal cutting is concentrated around the frequency of 50 KHz, as shown by curve b in Figure 6, and the distribution monotonically attenuates in the higher frequency range. It is becoming. Furthermore, as is known from many experiments, the distribution of the power spectrum when a tool breaks is represented by curve a in FIG. 6, and it has become clear that it has a peak around a frequency of 300 KHz. This is considered to be because the signal source is not caused by mechanical vibration, but a phenomenon peculiar to ultrasonic waves that occurs during non-plastic fracture of a tool occurs. Therefore, the two band-pass filters 22 and 23 filter out frequencies near the respective frequency components.
By extracting only the AE signal, detecting it by the detectors 24 and 25, and comparing the output levels, it is possible to clearly distinguish between normal conditions and tool breakage conditions. That is, during normal cutting, the power of the AE signal near a frequency of 50 KHz is greater than the power near a frequency of 300 KHz, and when a tool breaks, the power near 300 KHz is greater than the power near a frequency of 50 KHz.
The comparator 27 compares these outputs and provides a signal to the breakage detection circuit 29 only when the tool breaks.
一方切削加工時に生じる切屑と工具ワークとの
接触や摩擦によつて第6図の曲線aで示されるパ
ワースペクトル分布と似た信号が発生する場合が
ある。この場合にはバンドパスフイルタ22,2
3の中心周波数やQの値、及び比較器27のスレ
ツシユホールドレベル等を適切に設定しても切屑
と工具やワークの接触、摩擦による信号を工具の
折損信号と誤つて判断することがある。従つて本
発明においては工具の折損時に見られるAE信号
の時間領域の波形にも着目し、これらの信号を分
離している。即ち工具の折損時に得られるAE信
号波形は第7図aに示すように折損時に鋭い立上
がりを有する信号となつており、一方切屑と工具
やワークの接触、摩擦によつて発生するAE信号
は第7図bに示すように鋭い立上がりを示さず所
定期間信号が継続する波形となつている。従つて
第2図のブロツク図に示すように検波器24の出
力を微分回路26に与え、折損時等の急峻な信号
のみを分離してレベル判定器28に与える。レベ
ル判定器28は入力信号が大きいときに出力を折
損検出回路29及び異常切削検出回路30に与え
る。異常切削検出回路30はレベル判定器28の
出力に基づいて入出力インターフエースより
CPU9に異常切削を伝える。第5図に示すフロ
ーチヤートにおいてCPU9は異常切削検出回路
30から異常切削信号が伝えられるかどうかをチ
エツクしており(ステツプ51)、この信号がなけ
れば正常な切削動作が行われているのでステツプ
52に進んで表示器13より切削レベルを表示す
る。そしてステツプ50に戻つて同様の処理を繰り
返し、ステツプ50〜52の処理を実行しつつ切削の
異常を監視している。さて異常切削検出回路30
より異常切削信号が伝えられればステツプ53に進
んで折損検出回路29より折損信号が与えられる
かどうかをチエツクする。折損検出回路29は比
較器27とレベル判定器28の論理積によつて工
具の折損を検知し、工具折損時には入出力インタ
ーフエースよりCPU9に折損出力を伝える。従
つてステツプ53において折損信号が与えられるか
どうかをチエツクし、これが与えられなければ異
常切削が行われているのでステツプ54において表
示器13より異常切削を表示してステツプ50に戻
る。又ステツプ53において折損検出信号が与えら
れれば工具の折損が検出されたので、ステツプ55
に進んで表示器13より工具の折損を表示すると
共に数値制御装置3にそのデータを伝えて動作を
停止する。そしてステツプ56に進んでAE信号処
理部7のアナログスイツチ20をオフとして処理
を終了する。 On the other hand, a signal similar to the power spectrum distribution shown by curve a in FIG. 6 may be generated due to contact or friction between chips and a tool workpiece during cutting. In this case, the bandpass filters 22, 2
Even if the center frequency and Q value of 3, the threshold level of the comparator 27, etc. are set appropriately, a signal caused by contact or friction between chips and a tool or workpiece may be mistakenly judged as a tool breakage signal. . Therefore, in the present invention, attention is also paid to the time-domain waveform of the AE signal seen when a tool breaks, and these signals are separated. That is, the AE signal waveform obtained when the tool breaks is a signal with a sharp rise as shown in Figure 7a, while the AE signal generated by contact and friction between chips and the tool or workpiece has a sharp rise. As shown in FIG. 7b, the waveform does not show a sharp rise and continues for a predetermined period of time. Therefore, as shown in the block diagram of FIG. 2, the output of the wave detector 24 is applied to a differentiating circuit 26, which separates only steep signals such as those caused by breakage, and provides the separated signal to a level determiner 28. The level determiner 28 provides an output to the breakage detection circuit 29 and the abnormal cutting detection circuit 30 when the input signal is large. The abnormal cutting detection circuit 30 is connected to the input/output interface based on the output of the level judger 28.
Inform CPU9 of abnormal cutting. In the flowchart shown in FIG. 5, the CPU 9 checks whether or not an abnormal cutting signal is transmitted from the abnormal cutting detection circuit 30 (step 51). If there is no abnormal cutting signal, normal cutting operation is being performed, so the CPU 9 checks whether the abnormal cutting signal is transmitted from the abnormal cutting detection circuit 30 or not.
Proceeding to step 52, the cutting level is displayed on the display 13. Then, the process returns to step 50 and repeats the same process, and while the processes in steps 50 to 52 are executed, cutting abnormalities are monitored. Now, the abnormal cutting detection circuit 30
If an abnormal cutting signal is transmitted, the process advances to step 53 to check whether the breakage detection circuit 29 provides a breakage signal. The breakage detection circuit 29 detects tool breakage based on the AND of the comparator 27 and the level determiner 28, and when the tool breaks, it transmits the breakage output to the CPU 9 via the input/output interface. Therefore, it is checked in step 53 whether or not a breakage signal is given. If not, abnormal cutting is being performed, so in step 54 the display 13 displays abnormal cutting, and the process returns to step 50. Also, if a breakage detection signal is given in step 53, tool breakage has been detected, so step 55 is performed.
Then, the broken tool is displayed on the display 13, and the data is transmitted to the numerical control device 3 to stop the operation. Then, the process proceeds to step 56, where the analog switch 20 of the AE signal processing section 7 is turned off, and the process ends.
こうすれば工作機械において見られる他の信
号、例えばソレノイドの開閉に伴うスパイク状の
電気ノイズはバンドパスフイルタ20、検波器2
4を介して微分回路26よりレベル判定器28に
伝えられることもあるが、そのパワースペクトル
は第6図の曲線cに示すように単調減少の分布を
有しており、比較器27から出力が得られない。
又ワーク1やワーク1のベースに物体が衝突した
ときに生じる衝撃波が考えられるが、この場合に
も機械的な振動のためパワースペクトルは低い周
波数に集中しており周波数300KHz付近では大き
く減衰しているため、比較器27より出力は得ら
れず工具折損信号を生じることはない。このよう
に周波数領域の折損検出と時間領域の折損検出の
両者を組み合わせることによつて確実に工具の折
損のみを検出することが可能となる。このように
して工具の折損が検出されればアナログスイツチ
20をオフとして以後AE信号の入力を停止して
いる。これは工具の折損後に発生する折損した工
具とワークとの異常接触や摩擦により発生する大
きなAE信号を更に折損と判定しないようにする
ためである。 In this way, other signals seen in machine tools, such as spike-like electrical noise caused by the opening and closing of a solenoid, can be removed by the bandpass filter 20 and the detector 2.
4 from the differentiating circuit 26 to the level determiner 28, but its power spectrum has a monotonically decreasing distribution as shown in curve c in FIG. 6, and the output from the comparator 27 I can't get it.
Another possibility is the shock wave generated when an object collides with workpiece 1 or the base of workpiece 1, but in this case as well, the power spectrum is concentrated at low frequencies due to mechanical vibration, and is greatly attenuated at frequencies around 300KHz. Therefore, no output is obtained from the comparator 27 and no tool breakage signal is generated. In this way, by combining both frequency domain breakage detection and time domain breakage detection, it is possible to reliably detect only tool breakage. If tool breakage is detected in this manner, the analog switch 20 is turned off and input of the AE signal is subsequently stopped. This is to prevent a large AE signal generated due to abnormal contact or friction between the broken tool and the workpiece that occurs after the tool breaks from being further determined as a breakage.
尚本実施例はAE信号処理部7のアナログ処理
によつて折損を検出するようにしているが、AE
センサの出力をA/D変換した後にサンプリング
しその後の処理を全てデジタル信号処理によつて
行うことも可能である。この場合にはバンドパス
フイルタをデジタルフイルタに、微分回路を差分
演算等に置き換えてCPUを用いた信号処理を行
うことが考えられる。 In this embodiment, breakage is detected by analog processing in the AE signal processing section 7, but the AE
It is also possible to sample the sensor output after A/D conversion and perform all subsequent processing by digital signal processing. In this case, it is conceivable to replace the bandpass filter with a digital filter, replace the differentiation circuit with a difference operation, etc., and perform signal processing using the CPU.
又本実施例は工具毎のマガジン番号とそれに対
応する増幅率のデータを工具折損検出装置内のメ
モリに保持するようにしているが、数値制御装置
内のメモリにこのデータを保持するしてもよい。 Furthermore, in this embodiment, the magazine number for each tool and the corresponding amplification factor data are held in the memory in the tool breakage detection device, but even if this data is held in the memory in the numerical control device, good.
更に本実施例は数値制御装置に適用した折損検
出装置について説明しているが、本発明は他の工
作機械、例えば旋盤やフライス盤等の種々の工作
機械、更に大規模なマシニングセンタに適用する
ことも可能である。 Furthermore, although this embodiment describes a breakage detection device applied to a numerical control device, the present invention can also be applied to other machine tools, such as various machine tools such as lathes and milling machines, and even large-scale machining centers. It is possible.
第1図は本発明による工具折損検出装置の一実
施例を示すブロツク図、第2図はAE信号処理部
の詳細な構成を示すブロツク図、第3図は本実施
例の工具折損検出装置の感度の自動設定処理を示
すフローチヤート、第4図はそのとき得られる増
幅率を記憶している状態を示すメモリマツプ、第
5図はこうして得られた感度データに基づいて切
削状況を監視する場合の処理を示すフローチヤー
ト、第6図はAEセンサ6より得られるAE信号の
パワースペクトルを示す図、第7図aは工具折損
時に得られるAE信号波形、第7図bは切屑が生
じる場合に得られるAE信号波形を示す図である。
1……ワーク、2……ドリル、3……数値制御
装置、4……擬似AE信号発生器、5……駆動回
路、6……AEセンサ、7……AE信号処理部、
8,12……入出力インターフエース、9……
CPU、10……ROM、11……RAM、13…
…表示器、14……入力キー、20……アナログ
スイツチ、21……可変増幅率増幅器、22,2
3……バンドパスフイルタ、24,25……検波
器、26……微分回路、27……比較器、28…
…レベル判定器、29……折損検出回路、30…
…異常切削検出回路。
Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the tool breakage detection device according to the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the AE signal processing section, and Fig. 3 is a block diagram showing the detailed configuration of the tool breakage detection device according to the present embodiment. A flowchart showing the automatic sensitivity setting process, Figure 4 is a memory map showing the state in which the amplification factor obtained at that time is stored, and Figure 5 is a flowchart showing the state in which the amplification factor obtained at that time is stored. A flowchart showing the process, Fig. 6 shows the power spectrum of the AE signal obtained from the AE sensor 6, Fig. 7a shows the AE signal waveform obtained when the tool breaks, and Fig. 7b shows the AE signal waveform obtained when chips are generated. FIG. 3 is a diagram showing an AE signal waveform. 1... Work, 2... Drill, 3... Numerical control device, 4... Pseudo AE signal generator, 5... Drive circuit, 6... AE sensor, 7... AE signal processing section,
8, 12...I/O interface, 9...
CPU, 10...ROM, 11...RAM, 13...
...Display device, 14...Input key, 20...Analog switch, 21...Variable gain amplifier, 22,2
3...Band pass filter, 24, 25...Detector, 26...Differentiating circuit, 27...Comparator, 28...
...Level judger, 29...Breakage detection circuit, 30...
...Abnormal cutting detection circuit.
Claims (1)
を有し、工具の折損時に得られるAE信号に基づ
いて折損を検出する工具折損検出装置において、 工具の折損時に得られるAE信号の周波数を含
む擬似AE信号を発生する擬似AE信号発生手段
と、 外部入力に基づいて増幅率を変えて前記AEセ
ンサのAE信号を増幅する可変増幅率増幅器と、 用いられる工具に対応した駆動レベルにより前
記擬似AE信号発生手段を駆動し前記可変増幅率
増幅器の増幅率を最適値に設定するAE感度設定
手段と、 前記AE感度設定手段により設定された工具毎
の最適増幅率を記憶する記憶手段と、 工具の折損時に得られるAE信号の周波数成分
と強い相関を持つ周波数成分のAE信号が前記最
適増幅率に設定された可変増幅率増幅器より与え
られたときに出力を出す周波数識別手段と、 前記AEセンサより急激に立上る信号が与えら
れたときに出力を出す立上り信号検出手段と、 前記周波数識別手段及び立上り信号検出手段の
論理積出力に基づいて工具折損検出出力を出す論
理出力手段と、を具備することを特徴とする工具
折損検出装置。 2 前記周波数識別手段は、工具折損検出時に得
られる周波数と通常の切削時に得られる周波数の
最大値を夫々中心周波数とするバンドパスフイル
タと、該バンドパスフイルタの夫々の出力レベル
を比較する比較器を有し、該比較器より工具の折
損信号を得ることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の工具折損検出装置。 3 前記立上り信号検出手段は、AE信号を微分
する微分回路を有し、該微分出力に基づいて急激
な振幅変動を検出するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の工具折損検出装
置。[Claims] 1. In a tool breakage detection device that has an AE sensor installed near a tool of a machine tool and detects breakage based on an AE signal obtained when the tool breaks, the AE obtained when the tool breaks. A pseudo AE signal generating means for generating a pseudo AE signal including a signal frequency; a variable amplification amplifier for amplifying the AE signal of the AE sensor by changing the amplification factor based on an external input; and a drive corresponding to the tool used. AE sensitivity setting means for driving the pseudo AE signal generation means according to a level and setting the amplification factor of the variable amplification factor amplifier to an optimum value; and a memory for storing the optimum amplification factor for each tool set by the AE sensitivity setting means. and frequency identification means that outputs an output when an AE signal having a frequency component having a strong correlation with a frequency component of an AE signal obtained when a tool breaks is given by the variable amplification factor amplifier set to the optimum amplification factor. , a rising signal detecting means that outputs an output when a signal that rises suddenly from the AE sensor is given, and a logical output means that produces a tool breakage detection output based on the AND output of the frequency identifying means and the rising signal detecting means. A tool breakage detection device comprising: 2 The frequency identification means includes a bandpass filter whose center frequency is the maximum value of the frequency obtained when detecting tool breakage and the frequency obtained during normal cutting, and a comparator that compares the output level of each of the bandpass filters. 2. The tool breakage detection device according to claim 1, wherein the tool breakage detection device has a comparator and obtains a tool breakage signal from the comparator. 3. The tool according to claim 1, wherein the rising signal detection means includes a differentiation circuit that differentiates the AE signal, and detects rapid amplitude fluctuations based on the differential output. Breakage detection device.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210176A JPS6188147A (en) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | Broken loss detector of tool |
| US06/734,679 US4918616A (en) | 1984-05-18 | 1985-05-16 | Tool monitoring system |
| EP85106105A EP0165482B1 (en) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | Tool monitoring system |
| KR1019850003399A KR900007293B1 (en) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | Tool monitoring system |
| DE8585106105T DE3573333D1 (en) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | Tool monitoring system |
| AT85106105T ATE46777T1 (en) | 1984-05-18 | 1985-05-17 | TOOL MONITORING SYSTEM. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210176A JPS6188147A (en) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | Broken loss detector of tool |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6188147A JPS6188147A (en) | 1986-05-06 |
| JPH055618B2 true JPH055618B2 (en) | 1993-01-22 |
Family
ID=16585037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59210176A Granted JPS6188147A (en) | 1984-05-18 | 1984-10-05 | Broken loss detector of tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6188147A (en) |
-
1984
- 1984-10-05 JP JP59210176A patent/JPS6188147A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6188147A (en) | 1986-05-06 |
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