JP2022052946A - Plastic working abnormality detector and plastic working abnormality detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、塑性加工異常検出装置及び塑性加工異常検出方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to a plastic working abnormality detecting device and a plastic working abnormality detecting method.
従来、塑性加工装置においては、塑性加工が行われた時に被塑性加工物において微少破壊が発生した場合に生じる弾性波動現象であるアコースティックエミッション(AE)を検出する接触型AEセンサが設けられているものがあった。そして、この接触型AEセンサの出力信号の単位時間ごとの周波数解析を時系列で行って、単位時間ごとに周波数に対するパワーを時系列で演算を行うようにしていた。 Conventionally, in a plastic working apparatus, a contact type AE sensor for detecting acoustic emission (AE), which is an elastic wave phenomenon that occurs when a minute fracture occurs in a work piece to be plastically worked when plastic working is performed, is provided. There was something. Then, the frequency analysis of the output signal of the contact type AE sensor for each unit time is performed in time series, and the power for the frequency is calculated in time series for each unit time.
しかしながら、従来技術においては、被塑性加工物が変形あるいは破壊する際に、内部に蓄えていた弾性エネルギを弾性波として放出する現象をとらえるため、接触型AEセンサは、数10kHz~1MHz程度の音波を検出する構成を採っていた。
したがって、塑性加工時の被加工材表面における工具、被加工材及び加工時に生じる不要な金属屑の相互作用を高感度に検出することはできなかった。
However, in the prior art, in order to capture the phenomenon that the elastic energy stored inside is released as an elastic wave when the work piece to be plastically deformed or broken, the contact type AE sensor is a sound wave of about several tens of kHz to 1 MHz. Was adopted to detect.
Therefore, it was not possible to detect with high sensitivity the interaction between the tool, the work material, and unnecessary metal scraps generated during the work on the surface of the work material during plastic working.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、塑性加工時の被加工材表面における工具、被加工材及び加工時に生じる不要な金属屑の相互作用を高感度に検出することが可能な塑性加工異常検出装置及び塑性加工異常検出方法を提供することを目的としている。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has been made in view of the above, and it is possible to detect with high sensitivity the interaction between a tool, a work material and unnecessary metal scraps generated during machining on the surface of a work material during plastic working. It is an object of the present invention to provide a plastic working abnormality detecting device and a plastic working abnormality detecting method.
実施形態の塑性加工異常検知装置は、被塑性加工物から所定距離離間した位置に配置され、被塑性加工物を塑性加工装置により加工する際に発生し、大気中を伝播したアコースティックエミッションを検出する非接触型アコースティックエミッションセンサと、非接触型アコースティックエミッションセンサの検出信号の時間-周波数分析を行う分析部と、分析部の分析結果に基づいて、所定の周波数帯域に所定閾値以上の周波数成分が存在する場合に、加工異常が発生したことを検出する診断部と、備える。 The plastic working abnormality detection device of the embodiment is arranged at a position separated from the plastic working object by a predetermined distance, and detects acoustic emissions generated when the plastic working object is machined by the plastic working device and propagated in the atmosphere. Based on the analysis results of the non-contact acoustic emission sensor, the analysis unit that performs time-frequency analysis of the detection signal of the non-contact acoustic emission sensor, and the analysis unit, there are frequency components above a predetermined threshold in a predetermined frequency band. In this case, a diagnostic unit for detecting the occurrence of a processing abnormality is provided.
図1は、塑性加工異常検知システムの概要構成ブロック図である。
塑性加工異常検知システム10は、接触型AEセンサ11と、接触型AEセンサ11の出力信号の電圧増幅を行うプリアンプ12と、プリアンプ12の出力信号の電力増幅を行うメインアンプ13と、加速度センサ14と、電荷コンバータ15と、ファブリペロー干渉計の原理を用いて集音を行うレーザマイクロフォン16と、レーザマイクロフォン16の出力信号の分析を行う干渉信号分析ユニット17と、切削装置、プレス装置等の工作機械MTの動作タイミングを検出するレーザセンサ18と、メインアンプの出力信号、電荷コンバータ15の出力信号、干渉信号分析ユニット17の出力信号及びレーザセンサ18の出力信号に基づいて高速信号のデータ分析(リアルタイム周波数分析)を行い特徴量を抽出する高速信号データ分析装置(分析部)19と、高速信号データ分析装置19により抽出された特徴量に基づいて加工条件データベース20A及び閾値データベース20Bを参照して工作機械MTの制御指令を生成して出力し、工作機械MTの制御を行うとともに、所定の周波数帯域に所定閾値以上の周波数成分が存在する場合に、加工異常が発生したことを検出する診断システム(診断部)20と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a plastic working abnormality detection system.
The plastic processing
以下の説明においては、工作機械MTとしてプレス工作機械を例として説明する。
プレス工作機械において可動側金型(パンチ)の上下動の速度は、回転数(回/分)として与えられる。
より詳細には、プレス工作機械として構成された工作機械MTにおいて、半導体に用いられるリードフレーム部品の打ち抜き加工する場合の例を挙げると、数百回転/分の高速加工が行われる。このような材料を打ち抜く加工のほか、曲げ加工、深絞り加工などの塑性加工を行う成形加工を対象としてもよい。
In the following description, a press machine tool will be described as an example of the machine tool MT.
In a press machine tool, the speed of vertical movement of the movable die (punch) is given as the number of rotations (times / minute).
More specifically, in a machine tool MT configured as a press machine tool, high-speed machining of several hundred revolutions / minute is performed, to give an example of punching of lead frame parts used for semiconductors. In addition to the process of punching out such a material, a forming process such as a bending process or a deep drawing process may be performed.
このため、加工動作の時間軸の基準として可動側金型を計測するトリガ用センサ等を備えることが望ましい。そこで、本実施形態においては、動作タイミングを検出するレーザセンサ18を備えているのである。
Therefore, it is desirable to provide a trigger sensor or the like for measuring the movable die as a reference for the time axis of the machining operation. Therefore, in the present embodiment, the
接触型AEセンサ11は材料の破断・パンチの破損・材料噛み込み異常(カス上がり)等の現象を捉え、検出信号をプリアンプ12に出力する。
プリアンプ12は、接触型AEセンサ11の出力した検出信号の電圧増幅を行って電圧増幅信号をメインアンプ13に出力する。
メインアンプ13は、電圧増幅信号の電力増幅を行って高速信号データ分析装置19に出力する。
The contact type AE sensor 11 captures phenomena such as material breakage, punch breakage, and material biting abnormality (residue rising), and outputs a detection signal to the preamplifier 12.
The preamplifier 12 amplifies the voltage of the detection signal output by the contact type AE sensor 11 and outputs the voltage amplification signal to the main amplifier 13.
The main amplifier 13 amplifies the power of the voltage amplification signal and outputs it to the high-speed
加速度センサ14は、上述した接触型AEセンサで検出可能な異常が、より広い範囲で発生する(大きいエネルギを捉える)場合に利用でき、検出信号を電荷コンバータ15に出力する。より具体的には、加速度センサ14は、電荷出力型加速度センサとして構成されており、加えられた加速度に比例した検出信号を電荷コンバータに出力する。
電荷コンバータ15により増幅して高速信号データ分析装置19に出力する。
The
It is amplified by the
レーザマイクロフォン16は、材料表面における潤滑不足(かじり・焼付き)等の接触型AEセンサ11、加速度センサ14では十分な検出感度が得られなかった現象を大気中伝播の音として捉えて検出信号を干渉信号分析ユニット17に出力する。
干渉信号分析ユニット17は、レーザマイクロフォン16の出力信号の分析を行い、高速信号データ分析装置19に出力する。
The laser microphone 16 captures a phenomenon in which sufficient detection sensitivity cannot be obtained by the contact-type AE sensor 11 and the
The interference signal analysis unit 17 analyzes the output signal of the laser microphone 16 and outputs it to the high-speed
高速信号データ分析装置19は、干渉信号分析ユニット17の出力信号及びレーザセンサ18の出力信号に基づいて高速信号のデータ分析(リアルタイム周波数分析)を行い特徴量を抽出する。
The high-speed signal
この場合において、高速信号データ分析装置19は、アナログ/デジタル変換を行うA/D変換機器を有しており、周波数フィルタ機能、リアルタイム周波数分析機能等を備えている。
In this case, the high-speed signal
上述した接触型AEセンサ11の周波数帯域は、数10kHz-1MHz程度となっている。
また、加速度センサ14の周波数帯域は、0-20kHz程度となっている。
さらに、レーザマイクロフォン16の周波数帯域は、10Hz-1MHz程度である。
The frequency band of the contact type AE sensor 11 described above is about several tens of kHz-1 MHz.
The frequency band of the
Further, the frequency band of the laser microphone 16 is about 10 Hz-1 MHz.
一方、金属材料の破壊現象に関連するAEの周波数は、数10kHz-1MHz程度といわれており、さらにAEは現象に応じて周波数や振幅強度が異なることが知られている。
また、切削加工の場合には、安定切削状態では被削材の塑性変形により0.25-0.3MHzの低周波にピークをもっている。また、工具破損のような亀裂伝搬の現象では高周波側に広がっている。
On the other hand, the frequency of the AE related to the fracture phenomenon of the metal material is said to be about several tens of kHz-1 MHz, and it is known that the frequency and the amplitude intensity of the AE differ depending on the phenomenon.
Further, in the case of cutting, in the stable cutting state, there is a peak at a low frequency of 0.25-0.3 MHz due to plastic deformation of the work material. In addition, crack propagation phenomena such as tool breakage spread to the high frequency side.
さらに、工具を長期間使用した際に生じるアブレシブ摩耗では0.25-1MHzの間で比較的小さい振幅で現れる。
また、すべり摩擦面が接触・融着して焼き付いた状態になる強い凝着摩耗では、1~1.5MHzの高い周波数で大きい振幅を発生する。
In addition, the elastic wear that occurs after long-term use of the tool appears with relatively small amplitudes between 0.25-1 MHz.
Further, in strong adhesive wear in which the slip friction surface is in contact with and fused to be seized, a large amplitude is generated at a high frequency of 1 to 1.5 MHz.
このようにAEの周波数は、機械振動や周囲環境の雑音の周波数=0~1kHzと比べて遥かに高く、原信号に対する適切なフィルタ処理を備えれば、工具摩耗や破壊に関連する情報を得ることができる。 In this way, the frequency of AE is much higher than the frequency of mechanical vibration and noise in the surrounding environment = 0 to 1 kHz, and if appropriate filtering is provided for the original signal, information related to tool wear and fracture can be obtained. be able to.
本実施形態のレーザマイクロフォン16は、金属材料の加工・破壊現象に応じて発生する異なる周波数の音(最大1MHz程度)を検出可能となっている。一般的にはミリ秒オーダの時間間隔におけるAEパラメータ(最大振幅、エネルギ、RMS振幅、AEカウント値等)が利用されるが、詳細な周波数情報は失われる。 The laser microphone 16 of the present embodiment can detect sounds of different frequencies (up to about 1 MHz) generated according to a processing / destruction phenomenon of a metal material. Generally, AE parameters (maximum amplitude, energy, RMS amplitude, AE count value, etc.) at time intervals on the order of milliseconds are used, but detailed frequency information is lost.
このため、本実施形態の高速信号データ分析装置19は、上述したように原信号に対する周波数フィルタ、リアルタイム周波数分析機能を備え、現象の発生事由を推定できるようになっている。
Therefore, the high-speed signal
診断システム20は、製品に応じた加工条件を参照するための加工条件データベース(DB)20A及び判定用の閾値を参照するための閾値データベース(DB)20Bを備えている。
そして、診断システム20は、所定の周波数帯域に所定閾値以上の周波数成分が存在する場合に、加工異常が発生したことを検出し、対応する制御を行う。
なお、加工条件データベース20A及び閾値データベースに代えて、あるいは、加えて、リアルタイムに収集したデータを学習したモデルから、状態を推論する機能を備えるようにしてもよい。
The diagnostic system 20 includes a processing condition database (DB) 20A for referring to processing conditions according to a product and a threshold database (DB) 20B for referring to a threshold value for determination.
Then, the diagnostic system 20 detects that a processing abnormality has occurred when a frequency component equal to or higher than a predetermined threshold value is present in a predetermined frequency band, and performs corresponding control.
In addition to or in addition to the processing condition database 20A and the threshold database, it may be provided with a function of inferring a state from a model in which data collected in real time is learned.
また診断システム20による異常(不良)を検知した際の工作機械MTへの制御司令に関しては、対象とするプロセスの品質基準・加工速度等によって適宜選定することが望ましい。 Further, it is desirable to appropriately select the control command to the machine tool MT when an abnormality (defect) is detected by the diagnostic system 20 according to the quality standard, processing speed, etc. of the target process.
したがって、例えば、切削の最終仕上げ加工において表面異常に関連する信号を検出した場合には、その直後に工具回転を停止させると表面性状にさらに悪影響をおよぼす可能性があるため、加工がいったん完了したあとに当該部位を確認する等の手順を行うように制御指令を出力している。 Therefore, for example, when a signal related to a surface abnormality is detected in the final finishing of cutting, if the tool rotation is stopped immediately after that, the surface texture may be further adversely affected, so that the processing is completed once. A control command is output to perform a procedure such as confirming the relevant part later.
また、プレス加工において金型へのダメージを最小限にしたい場合には、異常音を検知した直後に加工動作を停止させるように制御指令を出力すればよい。 Further, when it is desired to minimize the damage to the die in press working, a control command may be output so as to stop the machining operation immediately after detecting an abnormal sound.
さらに、このような制御司令を与える診断システム20に関しては、応答の高速性が重視される場合は、高速信号データ分析装置19と同じハードウエアに組み込まれることが望ましいが、中長期的なデータのトレンドから判断する場合は、ネットワーク上のサーバ等を診断システム20として構築して、制御司令を出力する構成を採ることも可能である。
Further, regarding the diagnostic system 20 that gives such a control command, if high speed of response is important, it is desirable to incorporate it in the same hardware as the high-speed
ここで、上記各センサの配置例について説明する。
接触型AEセンサ11の信号は、切削による除去加工、プレスによる打ち抜き加工ともに材料破断をよく捉えるが、加工対象の表面・外観の異常に起因する信号のみを切り分けて捉えることは難しいという問題がある。
Here, an arrangement example of each of the above sensors will be described.
The signal of the contact type AE sensor 11 catches material breakage well in both the removal process by cutting and the punching process by pressing, but there is a problem that it is difficult to isolate and capture only the signal caused by the abnormality of the surface and appearance of the object to be processed. ..
また、AEは伝搬する固体の構造に応じて複雑なモードで減衰するため、できる限り加工点の近傍にセンサを設置することが望ましい。
しかし、機械の構造によっては部品間の界面における接触状態の影響をうけ、十分な信号強度が得られない可能性もあり、個別の段取りの調整に多くの時間を費やすことがあった。
これに対し、レーザマイクロフォン16は、加工点とセンサ間の空隙の距離を目安として均一の減衰率が期待できるため、高い汎用性と検出再現性を確保できる。
Further, since the AE attenuates in a complicated mode according to the structure of the propagating solid, it is desirable to install the sensor as close to the processing point as possible.
However, depending on the structure of the machine, it may not be possible to obtain sufficient signal strength due to the influence of the contact state at the interface between the parts, and it may take a lot of time to adjust the individual setup.
On the other hand, the laser microphone 16 can be expected to have a uniform attenuation rate with the distance between the processing point and the gap between the sensors as a guide, so that high versatility and detection reproducibility can be ensured.
以下、より具体的に説明する。
工作機械MTとして、上型が可動式、下型が固定式の金型を有し、加工工程が複数の加工工程に分かれている順送プレス装置を用いる場合を例とする。
この順送プレス装置は、例えば、半導体リードフレームの打ち抜き加工に用いられている。
Hereinafter, a more specific description will be given.
As an example, as the machine tool MT, a case where a progressive press device having a movable upper die and a fixed lower die and the machining process is divided into a plurality of machining steps is used as an example.
This progressive press device is used, for example, for punching a semiconductor lead frame.
この場合において、接触型AEセンサ11及び加速度センサ14は、例えば、前半工程寄りの位置において下型に固定されている。
またレーザマイクロフォン16は、例えば、前半工程及び後半工程の双方において検出可能な位置であって、被工作物(上述の例の場合、半導体リードフレーム)の搬送方向上流側に金型とは所定距離離間した位置に設けられている。
さらに動作タイミングを検出するレーザセンサ18は、例えば、可動式の上型に固定されている。
In this case, the contact type AE sensor 11 and the
Further, the laser microphone 16 is located at a position that can be detected in both the first half process and the second half process, and is located upstream of the workpiece (in the case of the above example, the semiconductor lead frame) in the transport direction at a predetermined distance from the mold. It is provided at a separated position.
Further, the
また、加工方法によってセンサの配置位置及び採用する周波数は異なっている。
以下、詳細に説明する。
まず、切削加工の場合について説明する。
切削加工では、新しい工具に交換した直後は刃先が鋭利であるが、使用時間に応じて摩耗が進行し、切削抵抗(材料除去に必要な回転トルク)も増大する。このような経時変化については、比較的低いコストによって公知のトルクセンサ、加速度センサ等の信号を監視することで把握できる。
しかしながら、切削による最終仕上げ加工等、ごく小さい切り込み量で切削を行う場合、切削工具の摩耗は優勢でなく、切屑の排出不良・噛み込みによる表面性状の低下等が問題となるためAEの検出が必要である。
しかし、上述した接触型AEセンサ11のように、固体伝搬のAEセンサでは、回転する切削工具に固定することができず、被加工材への固定では上記の信号を高感度に検出することが難しい。
そこで、レーザマイクロフォン16を切削工具から100mm程度の距離(大気中伝搬の音の減衰が十分に小さい範囲)で設置し、表面性状の状態監視に用いることが望ましい。
In addition, the placement position of the sensor and the frequency to be adopted differ depending on the processing method.
Hereinafter, it will be described in detail.
First, the case of cutting will be described.
In cutting, the cutting edge is sharp immediately after replacing with a new tool, but wear progresses according to the usage time, and cutting resistance (rotational torque required for material removal) also increases. Such changes over time can be grasped by monitoring signals of known torque sensors, acceleration sensors, etc. at a relatively low cost.
However, when cutting with a very small depth of cut, such as final finishing by cutting, the wear of the cutting tool is not predominant, and there are problems such as poor chip discharge and deterioration of surface properties due to biting, so AE detection is possible. is necessary.
However, unlike the contact-type AE sensor 11 described above, the solid-borne AE sensor cannot be fixed to a rotating cutting tool, and the above signal can be detected with high sensitivity when fixed to a work material. difficult.
Therefore, it is desirable to install the laser microphone 16 at a distance of about 100 mm from the cutting tool (a range in which the attenuation of sound propagating in the atmosphere is sufficiently small) and use it for monitoring the state of surface texture.
一例として、原信号に対して150-500kHzの周波数帯のエネルギ量の総和の時間変化を監視する等が考えられる。特に、長時間におよぶ精密加工においては、表面全体にわたり異常の有無を検証することが難しかったが、状態監視結果により特異な信号が発生した部位をあらかじめ把握し、異常リスクのある箇所に検査を限定し、検査リードタイムの短縮を図ることができる。 As an example, it is conceivable to monitor the time change of the total amount of energy in the frequency band of 150 to 500 kHz with respect to the original signal. In particular, in precision machining over a long period of time, it was difficult to verify the presence or absence of abnormalities over the entire surface. It is possible to limit the inspection lead time and shorten the inspection lead time.
次にプレス加工の場合について説明する。
打ち抜きプレス加工では切削と同様の観点から、金型と打ち抜き材料の相互作用に関するセンシングを適用する.一方、深絞りプレス加工では、被加工材料の表面における焼付き等が品質に直結するため、凝着摩耗等の現象に起因した高い周波数帯域(例えば、500-1MHzの周波数帯域)にも着目することが望ましい。
Next, the case of press working will be described.
In punching press working, sensing regarding the interaction between the die and the punching material is applied from the same viewpoint as cutting. On the other hand, in deep drawing press working, seizure on the surface of the material to be processed is directly linked to quality, so we also pay attention to the high frequency band (for example, the frequency band of 500-1 MHz) caused by phenomena such as adhesion wear. Is desirable.
一例として、原信号に対して500-1MHzの周波数バンドエネルギの時間変化を監視する等が考えられる。
このように、着目する周波数帯は検知したい現象に応じて適宜使い分けることが望ましい。
As an example, it is conceivable to monitor the time change of the frequency band energy of 500-1 MHz with respect to the original signal.
In this way, it is desirable to use the frequency band of interest as appropriate according to the phenomenon to be detected.
上記配置例及び検出対象の周波数は、一例であり、所望の信号が検出可能な位置及び周波数であれば、任意に設定することが可能である。 The above arrangement example and the frequency to be detected are examples, and can be arbitrarily set as long as the desired signal can be detected at a position and frequency.
図2は、半導体リードフレーム加工時の時系列波形の一例の説明図である。
図2の例においては、高速信号データ分析装置19の第1入力チャンネルch1にレーザセンサ18の出力に対応する信号が入力されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a time-series waveform during semiconductor lead frame processing.
In the example of FIG. 2, a signal corresponding to the output of the
また高速信号データ分析装置19の第1入力チャンネルch2に加速度センサ14の出力に対応する信号が電荷コンバータ15を介して入力されている。
さらに高速信号データ分析装置19の第1入力チャンネルch3には、接触型AEセンサ11の出力に対応する信号がプリアンプ12及びメインアンプ13を介して入力されている。
Further, a signal corresponding to the output of the
Further, a signal corresponding to the output of the contact type AE sensor 11 is input to the first input channel ch3 of the high-speed
図2(A)に破線円で示すように、接触型AEセンサ11の出力に対応する干渉信号分析ユニット17の出力であるRMS振幅は、パンチ・工作物が接触する際に、衝撃波状の材料破断の信号を捉えている。
そして、診断システム20は、例えば、この材料破断時の時系列波形や周波数分析結果に着目して、プレスショット毎の正常/異常の判定を行うことができるようになっている。
As shown by the broken line circle in FIG. 2A, the RMS amplitude, which is the output of the interference signal analysis unit 17 corresponding to the output of the contact type AE sensor 11, is a shock wave-like material when the punch / workpiece comes into contact with each other. It captures the signal of breakage.
Then, the diagnostic system 20 can determine normality / abnormality for each press shot by paying attention to, for example, the time-series waveform at the time of material breakage and the frequency analysis result.
図3は、接触型AEセンサにより取得した打ち抜きプレス加工時の信号を、時系列AE信号強度及び時間-周波数マップとして示した図である。 FIG. 3 is a diagram showing signals at the time of punching press working acquired by a contact type AE sensor as a time-series AE signal intensity and a time-frequency map.
図3において、上部の図は、接触型AEセンサ11で取得した正常切削時のAE信号強度の時系列信号及び時間周波数分析信号を示している。
また、下部の図は、意図的に端材を挿入し切削時に材料の表面近傍で異常な噛み込み等が発生した場合の接触型AEセンサ11で取得したAE信号強度の時系列信号及び時間周波数分析信号を示している。
In FIG. 3, the upper figure shows a time-series signal and a time-frequency analysis signal of the AE signal strength at the time of normal cutting acquired by the contact type AE sensor 11.
In addition, the lower figure shows the time-series signal and time frequency of the AE signal strength acquired by the contact type AE sensor 11 when the scrap material is intentionally inserted and abnormal biting occurs near the surface of the material during cutting. The analysis signal is shown.
正常時においてはある時刻にひとつの衝撃波が現れているのに対し、異常時にはAE信号強度及び時間周波数分析信号ともに異なる傾向を示している。
したがって、ある時刻範囲を対象として、時系列の振幅強度、特定周波数のバンドエネルギ(異常現象と相関する周波数帯の振幅の総和)等を監視する方法が有効であると考えられる。
以上の説明のように、接触型AEセンサ11で検出される固体伝搬のAE信号では、材料破断の瞬間を捉え、異物介入の異常検知が行えることがわかる。
In the normal state, one shock wave appears at a certain time, but in the abnormal state, both the AE signal strength and the time frequency analysis signal tend to be different.
Therefore, it is considered effective to monitor the amplitude intensity of the time series, the band energy of a specific frequency (the sum of the amplitudes of the frequency bands that correlate with the abnormal phenomenon), and the like for a certain time range.
As described above, it can be seen that the solid-borne AE signal detected by the contact-type AE sensor 11 can capture the moment of material breakage and detect an abnormality in foreign matter intervention.
図4は、レーザマイクロフォンにより取得した超精密加工時の信号を、時間-周波数マップとして示した図である。
図4に示すように、切削時において、表面近傍で噛み込み等の異常が発生した場合にのみ高周波数帯域の音が大気中を伝搬してレーザマイクロフォン16に到達している。
FIG. 4 is a diagram showing a signal during ultra-precision machining acquired by a laser microphone as a time-frequency map.
As shown in FIG. 4, the sound in the high frequency band propagates in the atmosphere and reaches the laser microphone 16 only when an abnormality such as biting occurs in the vicinity of the surface during cutting.
すなわち、図4中破線楕円で示すように、高周波数帯域としては、150-500kHzの帯域に強度をもつ信号が得られている。
したがって、この周波数帯域(150-500kHz)において信号が検出された場合には、レーザマイクロフォン16の出力信号に基づいて異常切削が発生していると容易に検出することができることがわかる。
That is, as shown by the broken line ellipse in FIG. 4, a signal having an intensity in the band of 150 to 500 kHz is obtained as the high frequency band.
Therefore, when a signal is detected in this frequency band (150-500 kHz), it can be easily detected that abnormal cutting has occurred based on the output signal of the laser microphone 16.
図5は、平面形状の被加工材に対して、それぞれ別の位置に対する切削加工が1工程ずつある場合の説明図である。
図5においては、長さ100mmの平面形状の被削材に対して、それぞれ別の位置に3回の切削加工を行い(図5(A)~図5(C)参照)、4回目は切り込み量をゼロとして切削なしとしている(図5(D)参照)。
FIG. 5 is an explanatory diagram in the case where one step is performed for each of the plan-shaped workpieces at different positions.
In FIG. 5, a flat work material having a length of 100 mm is cut three times at different positions (see FIGS. 5 (A) to 5 (C)), and the fourth cut is made. The amount is set to zero and no cutting is performed (see FIG. 5 (D)).
切削による材料破断を直接捉える圧電式AEセンサ(被削材に設置)とは異なり、被削材表面における工具・被削材・切屑の相互作用を高感度に検出していることがわかる。
また、スパイク信号に周期性が見られないことが特徴である。
It can be seen that the interaction between the tool, the work material, and the chips on the surface of the work material is detected with high sensitivity, unlike the piezoelectric AE sensor (installed on the work material) that directly detects the material breakage due to cutting.
Another feature is that the spike signal does not have periodicity.
以上より、プレス加工に適用する場合でも回転トリガ信号を基準としたある時刻範囲のレーザマイクロフォン信号を取り出し、時系列の振幅強度、特定周波数のバンドエネルギ等を監視することで、圧電式AEセンサのみを使用する場合と比べて、加工対象の表面性状・外観品質に関連した状態推定をより正確に行うことができる。 From the above, even when applied to press processing, by extracting a laser microphone signal in a certain time range based on the rotation trigger signal and monitoring the time-series amplitude intensity, band energy of a specific frequency, etc., only the piezoelectric AE sensor can be used. Compared with the case of using the above, it is possible to more accurately estimate the state related to the surface texture and appearance quality of the object to be processed.
次に実施形態の効果について説明する。
接触型AEセンサ11の信号は、切削による除去加工、プレスによる打ち抜き加工ともに材料破断をよく捉えるが、加工対象の表面・外観の異常に起因する信号のみを切り分けて捉えることは難しいという問題がある。
Next, the effect of the embodiment will be described.
The signal of the contact type AE sensor 11 catches material breakage well in both the removal process by cutting and the punching process by pressing, but there is a problem that it is difficult to isolate and capture only the signal caused by the abnormality of the surface and appearance of the object to be processed. ..
また、AEは伝搬する固体の構造に応じて複雑なモードで減衰するため、できる限り加工点の近傍にセンサを設置することが望ましい。 Further, since the AE attenuates in a complicated mode according to the structure of the propagating solid, it is desirable to install the sensor as close to the processing point as possible.
しかし、機械の構造によっては部品間の界面における接触状態の影響をうけ、十分な信号強度が得られない可能性もあり、個別の段取りの調整に多くの時間を費やすことがあった。
これに対し、レーザマイクロフォン16は、加工点とセンサ間の空隙の距離を目安として均一の減衰率が期待できるため、高い汎用性と検出再現性を確保できる。
However, depending on the structure of the machine, it may not be possible to obtain sufficient signal strength due to the influence of the contact state at the interface between the parts, and it may take a lot of time to adjust the individual setup.
On the other hand, the laser microphone 16 can be expected to have a uniform attenuation rate with the distance between the processing point and the gap between the sensors as a guide, so that high versatility and detection reproducibility can be ensured.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10 塑性加工異常検知システム
11 接触型AEセンサ
12 プリアンプ
13 メインアンプ
14 加速度センサ
15 電荷コンバータ
16 レーザマイクロフォン
17 干渉信号分析ユニット
18 レーザセンサ
19 高速信号データ分析装置
20 診断システム
20A 加工条件データベース
20B 閾値データベース
MT 工作機械
10 Plastic machining abnormality detection system 11 Contact type AE sensor 12 Preamplifier 13
Claims (4)
前記非接触型アコースティックエミッションセンサの検出信号の時間-周波数分析を行う分析部と、
前記分析部の分析結果に基づいて、所定の周波数帯域に所定閾値以上の周波数成分が存在する場合に、加工異常が発生したことを検出する診断部と、
を備えた塑性加工異常検出装置。 A non-contact acoustic emission sensor that is placed at a predetermined distance from the work piece and detects acoustic emissions that are generated when the work piece is machined and propagated in the atmosphere.
An analysis unit that performs time-frequency analysis of the detection signal of the non-contact acoustic emission sensor, and
Based on the analysis results of the analysis unit, a diagnostic unit that detects that a processing abnormality has occurred when a frequency component equal to or higher than a predetermined threshold value is present in a predetermined frequency band, and a diagnostic unit.
A plastic working abnormality detection device equipped with.
請求項1記載の塑性加工異常検出装置。 The non-contact acoustic emission sensor is configured as a laser microphone using the Fabry-Perot interferometer principle.
The plastic working abnormality detection device according to claim 1.
請求項1又は請求項2記載の塑性加工異常検出装置。 The predetermined frequency band is 150 kHz to 500 kHz.
The plastic working abnormality detection device according to claim 1 or 2.
前記非接触型アコースティックエミッションセンサの検出信号の時間-周波数分析を行う過程と、
前記時間-周波数分析の結果に基づいて、所定の周波数帯域に所定閾値以上の周波数成分が存在するか否かを判断し、前記所定閾値以上の周波数成分が存在する場合に、加工異常が発生したことを検出する過程と、
を備えた塑性加工異常検出方法。 It is equipped with a non-contact acoustic emission sensor that is placed at a position separated from the work piece by a predetermined distance and detects the acoustic emission generated when the work piece is machined by a plastic working device and propagated in the atmosphere. It is a plastic working abnormality detection method executed by a plastic working abnormality detection device.
The process of performing time-frequency analysis of the detection signal of the non-contact acoustic emission sensor and
Based on the result of the time-frequency analysis, it is determined whether or not a frequency component having a predetermined threshold value or more is present in a predetermined frequency band, and if a frequency component having a predetermined threshold value or more is present, a processing abnormality has occurred. The process of detecting that and
A method for detecting plastic working abnormalities.
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