JPH074733B2 - 加工監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電動モータを駆動源とした加工装置の異常状
態を検出するための加工監視装置に関し、特に、アコー
スティックエミッション（以下「AE」と称する）を利用
した加工監視装置に関する。

［従来の技術］ 従来、ドリル等の加工工具の加工監視装置において、加
工工具の加工状態を知るための情報として、例えば力、
変位、熱、音等がある。一般には、これらのうちの一つ
の加工情報だけを検出して利用しているものが多く、特
に、前記の情報のうち力を検出するもの、すなわち工具
やワークの回転駆動力となる電動モータの負荷電流を検
出するものが多く利用され実用化されている。

［発明が解決しようとしている課題］ しかし、この様な従来技術による加工工具の加工監視装
置では、以下の理由により、正常加工時と異常加工時と
の差異を判別することは困難であった。例えば、直径の
大きなドリル等の加工工具で穴加工を行う場合、正常加
工時と異常加工時のモータの負荷電流の差異がはっきり
しているため、異常加工の監視が或る程度容易に行え
る。ところが、例えば直径3mm以下の小径ドリル等の加
工工具等の場合、その加工抵抗が小さく、モータにかか
る負荷の瞬間的なばらつきがきわめて大きい。そのた
め、モータ及びモータを駆動するためのサーボ制御回路
等からのノイズの影響により、前記加工状態の情報とし
て必要な加工抵抗をこれらのノイズと分別することが困
難であり、正常加工時と異常加工時の判別や工具折損の
検出が不可能であった。

また、ドリルに急激な負荷が生じた場合、モータ電流の
検出による判別が有効な手段である。しかし、ドリルが
工作物に接触して初期に折れた場合、折れた時点ではド
リル切刃全部で切削していないため、モータ負荷電流の
変化が小さく、そのためこのモータ電流によって判別す
ることは困難である。

このような理由から、前記の従来技術による加工工具の
加工監視装置では、特に小径工具の異常検出や折損検出
が可能な装置は非常に高価になってしまうと共に、FAあ
るいはプロセス制御に容易に利用できるものではなく、
インプロセス制御という点からは好ましくなかった。

そこで、本発明は、前記の従来技術における問題点に鑑
み、小径工具の異常や折損を確実に検出することができ
ると共に、加工工具部の不良を未然に防止することが可
能であり、しかもマイクロコンピュータ等を利用して容
易に実現することができ、安価であり、多目的な応用が
可能な加工監視装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、前記の目的を達成するため、瞬間的な変動
の大きな駆動用電動モータの電流を平滑化した状態で検
知すると共に、加工工具からのアコースティックエミッ
ションをアコースティックエミッションセンサで検出
し、前記電流とアコースティックエミッション信号の何
れかが、各々の所定の判別値を越えるたとき、加工中の
前記加工工具が損傷したと判断することとした。

すなわち、本発明は、電動モータを駆動源とする加工工
具と、切削駆動用電動モータに直列に接続されたリアク
トルコイルに流れる電圧を検出するモータ電流検出部
と、前記加工工具の近傍に設けられ、この加工工具から
のアコースティックエミッションを検出するアコーステ
ィックエミッションセンサと、前記モータ電流検出部で
検出された電流とアコースティックエミッションセンサ
で検出されたアコースティックエミッション信号の何れ
かが、各々の所定の判別値を越えるたとき、加工中の前
記加工工具が損傷したと判断する制御部とを備えること
を特徴とするものである。

そして、この制御部は、加工工具の損傷と判断したと
き、前記加工工具の作動を停止するような動作を行う。

［作用］ 前記の本発明による加工監視装置では、切削駆動用電動
モータに流れる電流を、リアクトルコイルにより誘導さ
れる電圧として検出するため、小径ドリルを駆動すると
きの電動モータの負荷電流のように、瞬間的な変動の大
きな電流であっても、これを平滑化して検出することが
できる。これにより、所定の判別値を越えるか否かを容
易に判別でき、小径ドリルのような加工工具の損傷も容
易且つ確実に判断できる。さらに、このようなモータの
電流に加え、前記アコースティックエミッションセンサ
で加工工具からのアコースティックエミッションを検出
し、これによっても工具の損傷を判断するので、前記の
ような駆動用電動モータの電流だけでは判断できない加
工工具の損傷の検知をも行うことが可能となる。これに
より、工具の異常や折損を確実に検出することができ
る。また、このとき、加工工具の動作を停止することに
より、工作物に生じる不良を未然に防止することが可能
となる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照しな
がら詳細に説明する。

第１図に、本発明による加工監視装置を備えた加工機械
が示されており、加工工具として、例えば回転工具であ
るドリル１の例が示されいる。ドリル１は、その上方に
設けられた電動モータ２によって回転駆動され、その上
下位置が図には示されていないサーボ機構によってその
制御される。

これらドリル１と電動モータ２との間には、電動モータ
２の回転出力軸をドリル１に伝達するための駆動力伝達
機構３が設けられており、例えばこの駆動力伝達機構３
の側壁に、アコースティックエミッションセンサ（以
下、「AEセンサ」と称す）４が取り付けられている。こ
のAEセンサ４は、材料の破壊によって発生するアコース
ティックエミッション（AE）を検出し、材料の破壊の検
知を行うためのものである。また、前記ドリル１の下方
には、テーブル５が設けられており、このテーブル５の
上には、前記ドリル１によって穴が開けられるワーク６
が載せられている。

前記AEセンサ４の出力はAE処理部41を介して、例えばマ
イクロコンピュータ等から構成される制御部42に入力さ
れている。このAE処理部41は、前記のAEセンサ４からの
出力信号を所定の周波数に弁別する等の処理により、加
工工具から発生されたAEを取り出す。

一方、ドリル１を駆動するための電動モータ２に供給さ
れる負荷電流はモータ電流検出部43により検出され、こ
れによって検出されたモータ電流信号もまた前記制御部
42に入力されている。このようなモータの負荷電流を検
出するモータ電流検出部43の具体的構成の一例が第２図
に示されている。この図の例では、電動モータ２に直流
リアクトルコイル21が直列に挿入され、この直流リアク
トルコイル21の両端に誘導される電圧を増幅回路431に
よって所定のレベルまで増幅し、さらにフィルタ432や
レベル調整回路433を介してモータ電流信号として出力
される。そして、前記制御部42は、後に詳細に説明する
が、これらの検出手段によって検出されたAE信号及びモ
ータ電流信号に基ずいて前記電動モータ２に供給される
電流の大きさや前記のサーボ機構を制御する。

次に、第３図のフローチャートにより、前記で説明した
本発明による加工監視装置を備えた加工工具の動作につ
いて説明する。まず、加工工具が加工動作を開始する
と、Ｚ軸送りの開始と共にタイマー読み込み（Ｔ）を行
う（ステップ100）。次に、前記のAEセンサ４からの出
力信号が、工具の折損に至る前の値に設定した判定値に
達しているか否かを判別し（ステップ101）、判別の結
果、前記の判定値に達した場合にはＺ軸を後退させて原
点に戻し（ステップ102）、加工工具の主軸の回転を停
止して加工停止を行う（ステップ103）。

一方、前記のAEセンサ４からの出力信号が前記の判定値
に達していない場合には、前回の加工において記憶した
値、例えばタイマーの値（Ｔ′）、モータ回転数
（Ｒ′）、モータ電流（Ｉ′）を読み込み（ステップ10
4）、今回のモータ回転数（Ｒ）を比較して回転数が低
下しているか否かを判断する（ステップ105）と共に、
今回のモータ電流（Ｉ）を比較してモータ電流が過電流
となっているか否かを判断する（ステップ106）。この
結果、回転数（Ｒ）が低下している、あるいは、モータ
電流（Ｉ）が過電流となっている場合には、所定の回数
（本実施例では３回（ステップ107））だけステップフ
ィード加工（ステップ108−110）し、それでも判定値に
達したならば前記と同様に加工停止とする。

前記のモータ回転数及びモータ電流による動作の判定の
結果、所定の判定値に達していない場合、さらにＺ軸送
りが完了したか否かを判断し（ステップ111）、完了し
ている場合には再びタイマーの値（Ｔ′）、モータ回転
数（Ｒ′）、モータ電流（Ｉ′）を記憶し（ステップ11
2）、Ｚ軸を後退させて原点に戻し（ステップ102）た後
に加工工具の主軸の回転を停止して加工停止を行う（ス
テップ103）ことは前記と同様である。一方、Ｚ軸送り
が完了していない場合、前回のタイマーの値（Ｔ′）と
今回のタイマーの値（Ｔ）との差が１秒以内であるか否
かを判断し（ステップ113）、その結果、１秒経過して
いない場合には直截に、１秒以上経過している場合には
再びタイマーの値（Ｔ′）、モータ回転数（Ｒ′）、モ
ータ電流（Ｉ′）を記憶し（ステップ114）、さらに記
憶したタイマーの値（Ｔ′）を今回のタイマーの値
（Ｔ）に置き換え（ステップ115）た後に、再びステッ
プ101に戻る。

以上述べた様な加工監視装置の動作によれば、例えばド
リルが曲がって穴開け加工した場合、加工工具であるド
リルが工作物に接触して初期に折損した場合や、特に小
径工具における切り屑と穴の内周面との摩擦などによる
ドリルの損傷等、従来の負荷電流の検出によってはその
判断が甚だ困難であった加工工具の折損・損傷等の工具
の状態が確実に監視出来るようになる。すなわち、第４
図（ａ）及び（ｂ）には、前記の実施例において、小径
ドリルを使用して１つの穴開け加工を行った時のAE信号
（第４図（ａ））及びモータ電流（第４図（ｂ））の状
態が示されている。また、図中において、破線Ａ及びＢ
はそれぞれ前記AE信号の判別値、モータ電流の判別値を
示している。これらは、スムースに加工が行われている
状態における信号波形を示している。この状態から例え
ばドリルに急激な負荷が生じた場合、モータ電流の検出
による判別が有効な手段である。しかし、ドリルが工作
物に接触して初期に折れた場合、折れた時点ではドリル
切刃全部で切削していないため、モータ負荷電流の検出
値が小さく、そのためこのモータ電流によって判別する
ことは困難である。この様な場合、前記第４図（ａ）に
も示す様に、加工工具であるドリルから生じるAEを常に
監視し、このAE信号が所定の判別値を越えたことによっ
てその損傷・折損を検知することが有効かつ確実な方法
である。

また、従来の加工工具の折損等を監視するためのセンサ
では折損発生後に加工機械を停止するために利用するの
がほとんどであり、これでは加工工具の不良、折損ドリ
ル除去に無駄な時間を要するだけであり、センサを利用
する意義が小さい。これに対し、前記本発明による加工
監視装置では、AE信号を常時監視すると共に、加工工具
を駆動する駆動モータの負荷電流、さらにはその回転数
をも検出してこれらを複合的に制御することによって、
インプロセスで相補的に回転工具の異常や折損を確実に
監視することができるため、マイクロコンピュータ等を
利用した制御装置にも有効かつ容易に適用することが可
能であり、さらにセンサを設けたる意義も小さくなるこ
とはない。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、小径
ドリルのように、駆動時に電動モータの瞬間的な電流変
動値の大きな工具であっても、駆動モータの電流の変動
を確実に検出・監視しすることができる。さらに、この
電流の変動に加え、AEを検知し、これらを相補的にかつ
複合的に制御することによって、インプロセスで回転工
具の異常や折損を確実に監視することができるると共
に、前記加工工具部の不良を未然に防止することが可能
である。加えて、マイクロコンピュータ等を利用して容
易に実現することが容易に可能であり、安価で、かつ多
目的な応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による加工監視装置を備えた加工機械
の構成を示すためのブロック図であり、第２図は前記の
加工監視装置のモータ電流検出部の具体的構成の一例を
示すための回路図であ、第３図は前記加工監視装置の加
工監視動作の詳細を示すためのフローチャートであり、
そして、第４図（ａ）及び（ｂ）は、前記加工監視装置
において検出されたAE信号及びモータ電流の一例を示す
電気信号波形図である。 １…ドリル（加工工具）、２…電動モータ、21…直流リ
アクトルコイル、３…駆動力伝達機構、４…AEセンサ、
41…AE処理部、42…制御部42、43…モータ電流検出部、
431…増幅回路、432…フィルタ、433…レベル調整回
路、５…テーブル、６…ワーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動モータを駆動源とする加工工具と、切
   削駆動用電動モータに直列に接続されたリアクトルコイ
   ルに流れる電圧を検出するモータ電流検出部と、前記加
   工工具の近傍に設けられ、この加工工具からのアコース
   ティックエミッションを検出するアコースティックエミ
   ッションセンサと、前記モータ電流検出部で検出された
   電流とアコースティックエミッションセンサで検出され
   たアコースティックエミッション信号の何れかが、各々
   の所定の判別値を越えるたとき、加工中の前記加工工具
   が損傷したと判断する制御部とを備えることを特徴とす
   る加工監視装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記制御
   部は、加工工具の損傷と判断したとき、前記加工工具の
   作動を停止することを特徴とする加工監視装置。