JPH0463662A - Tool abnormality detecting device - Google Patents
Tool abnormality detecting deviceInfo
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- JPH0463662A JPH0463662A JP17559990A JP17559990A JPH0463662A JP H0463662 A JPH0463662 A JP H0463662A JP 17559990 A JP17559990 A JP 17559990A JP 17559990 A JP17559990 A JP 17559990A JP H0463662 A JPH0463662 A JP H0463662A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、機械加工中の突発的な工具欠損を自動的に
検出する工具異常検出装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a tool abnormality detection device that automatically detects sudden tool breakage during machining.
従来の工具異常検出には、例えば以下のような方法があ
った。Conventional methods for detecting tool abnormalities include, for example, the following methods.
■加工中に工具が欠損すると、切削抵抗が増加すること
により機械の送りモータに負荷がかかり、モータに供′
給する送すモータ電流値が増加する。■If a tool breaks during machining, the cutting resistance increases, which puts a load on the machine's feed motor, causing the motor to lose power.
The motor current value to be supplied increases.
この現象を利用したものであり、送りモータ電流値を監
視し、この電流値が所定の設定値を越えると、工具異常
と判定する方法。This method utilizes this phenomenon and monitors the feed motor current value, and if this current value exceeds a predetermined set value, it is determined that the tool is abnormal.
■物体が破壊するときに発生する高周波信号(AE倍信
号アコースティックエミッション信号)を利用したもの
で、工具が欠損するときに発生するAE倍信号監視し、
このAE倍信号所定の閾値を越えたとき工具異常と判定
する方法(特開昭59−227354号公報)。■It uses a high frequency signal (AE multiplied signal acoustic emission signal) generated when an object breaks, and monitors the AE multiplied signal generated when a tool breaks.
A method of determining a tool abnormality when this AE multiplied signal exceeds a predetermined threshold (Japanese Patent Laid-Open No. 59-227354).
■刃物台に振動センサをセットし、該振動センサの出力
を所定のオクターブ域で分析し、正常切削時の振動の最
大帯域成分を与える帯域の成分レベルで各帯域成分を正
規化したものを、正常切削時の最大帯域成分を与える帯
域とその前後の複数の帯域で帯域毎に正常切削時のもの
と比較し、それぞれの差が一定値以上になる帯域が1つ
以上あった場合に工具欠損が発生したと判定する方法(
特開昭57−20625号公報)。■Set a vibration sensor on the tool post, analyze the output of the vibration sensor in a predetermined octave range, and normalize each band component at the component level of the band that gives the maximum band component of vibration during normal cutting. The band that gives the maximum band component during normal cutting and multiple bands before and after it are compared with those during normal cutting for each band, and if there is one or more bands where the difference in each band exceeds a certain value, the tool will be damaged. How to determine that has occurred (
(Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-20625).
〔発明が解決しようとするr!lA8〕しかしながら、
上記■の方法では、工具欠損の度合いによっては送りモ
ータ電流値が増加しない場合があり、この時には工具異
常を検出することができない。また、この■の方法は仕
上げ加工など切削抵抗が低い加工へは適用できないとい
う問題がある。[What the invention tries to solve! lA8] However,
In method (2) above, depending on the degree of tool chipping, the feed motor current value may not increase, and in this case, tool abnormality cannot be detected. In addition, this method (2) has the problem that it cannot be applied to machining with low cutting resistance, such as finishing machining.
また、上記■の方法では、切り屑などが折れるときに伺
類のAE倍信号発生するので誤検知が多い問題がある。Furthermore, in the method (2) above, when chips or the like break, an AE multiplied signal is generated, which causes a problem of many false detections.
さらに、上記■の方法では、切削断続加工の際や変肉し
たワーク(黒皮材)を加工する際には、これらの加工に
よって発生する振動と工具欠損時の振動とを区別するこ
とができず、誤検知が多いという問題がある。Furthermore, with method (■) above, when machining interrupted machining or when machining a workpiece with a change in thickness (black skin material), it is not possible to distinguish between the vibrations generated by these machining processes and the vibrations caused by tool breakage. First, there is the problem that there are many false positives.
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、断
続加工や切削抵抗の低い加工の際にも、工具異常を正確
に検出することができる工具異常検出装置を提供するこ
とを目的とす−る。This invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a tool abnormality detection device that can accurately detect tool abnormalities even during interrupted machining or machining with low cutting resistance. -ru.
この発明では、工作機械の加工中における工具異常を検
出する工具異常検出装置において、工作機械の送りモー
タの駆動信号または工具の加工中における所定の物理信
号を検出する第1の検出手段と、工作機械の主軸の回転
数を検出する第2の検出手段と、前記第1の検出手段の
検出値の低周波数域における所定の周波数範囲での周波
数スペクトラムを求める周波数分析手段と、この周波数
スペクトラムからこの周波数スペクトラムの前記第2の
検出手段によって検出した主軸回転数に対応する周波数
成分、その高次周波数成分及びこれら周波数成分の近傍
の周波数スベクトラムを除去し、該除去した後の周波数
スペクトラムの平均値をもとめる演算手段と、この演算
手段の演算値を所定の設定値と比較し、この比較結果に
基すき工具異常を検出する工具異常検出手段とを具える
ようにする。In this invention, a tool abnormality detection device for detecting a tool abnormality during machining of a machine tool includes a first detection means for detecting a drive signal of a feed motor of a machine tool or a predetermined physical signal during machining of a tool; a second detection means for detecting the rotational speed of the main shaft of the machine; a frequency analysis means for obtaining a frequency spectrum in a predetermined frequency range in the low frequency range of the detection value of the first detection means; Remove the frequency component corresponding to the spindle rotation speed detected by the second frequency spectrum detection means, its higher-order frequency components, and the frequency spectrum in the vicinity of these frequency components, and calculate the average value of the frequency spectrum after the removal. The tool includes a calculating means for calculating the value, and a tool abnormality detecting means for comparing the calculated value of the calculating means with a predetermined set value and detecting a plow tool abnormality based on the comparison result.
この発明は、工作機械の送りモータの駆動信号または工
具にかかる負荷など工具の加工中における所定の物理信
号をサンプリングし、その周波数スペクトラムを求める
と、工具異常が発生している場合は該周波数スペクトラ
ムの低周波数領域に信号が発生することに着目して成さ
れたものであり、以下の手順で工具異常を検出する。This invention samples a predetermined physical signal during machining of a tool, such as a drive signal of a feed motor of a machine tool or a load applied to a tool, and calculates its frequency spectrum.If a tool abnormality occurs, the frequency spectrum This method was developed by focusing on the fact that signals are generated in the low frequency region of the tool, and detects tool abnormalities using the following procedure.
まず、上記送りモータの駆動信号等の信号をサンプリン
グし、該サンプリング信号を所定の周波数レンジでフー
リエ変換することでサンプリング信号の周波数スペクト
ラムを求め、この周波数スペクトラムの所定の低周波数
領域(0〜100Hz程度)における総和S1および該
低周波数領域でのデータ数N1を求める。First, a signal such as the drive signal of the feed motor is sampled, and the frequency spectrum of the sampling signal is obtained by Fourier transforming the sampling signal in a predetermined frequency range. The total sum S1 in the frequency range) and the number N1 of data in the low frequency region are determined.
次に、上記所定の低周波数領域内の周波数スペクトラム
中から主軸回転信号の周波数成分、その高次周波数成分
およびこれら周波数成分の近傍のパワースペクトラムを
抽出し、該抽出したスペクトラムの総和S2とそのデー
タ数N2を求める。Next, the frequency components of the spindle rotation signal, its higher-order frequency components, and the power spectrum in the vicinity of these frequency components are extracted from the frequency spectrum in the predetermined low frequency region, and the sum S2 of the extracted spectra and its data are extracted. Find the number N2.
そして、これら求めたデータを用いて例えば、G−(S
l−52)/ (N+ −N2 )の演算を実行するこ
とで、サンプリング信号の周波数スペクトラムから主軸
回転信号の高調波成分を除いた周波数スペクトラムの平
均値Gを演算する。そして、この演算値Gを所定の閾値
Grと比較しG≧Grのとき、工具異常と判定する。Then, using these obtained data, for example, G-(S
By executing the calculation 1-52)/(N+-N2), the average value G of the frequency spectrum obtained by removing the harmonic components of the spindle rotation signal from the frequency spectrum of the sampling signal is calculated. Then, this calculated value G is compared with a predetermined threshold value Gr, and when G≧Gr, it is determined that the tool is abnormal.
以下、この発明を添付図面に示す実施例にしたがって詳
細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments shown in the accompanying drawings.
まず、この発明の詳細な説明する。First, the present invention will be explained in detail.
第2図は、この発明に係る実験用設備であり、ワーク1
には2箇所の欠陥部分(砂喰い部分)2.3を予め作成
している。これらの欠陥部分2.3は、ワーク1の表面
に穴をあけて、砂を接着剤で固めて埋め込んんだもので
ある。このワーク1は両端をチャックとセンターによっ
て支持された状態で主軸の回転によって軸Gを中心にし
て回転駆動される。FIG. 2 shows the experimental equipment according to the present invention, and the workpiece 1
Two defective parts (grained parts) 2.3 are created in advance. These defective parts 2.3 are made by drilling holes in the surface of the workpiece 1 and filling them with sand hardened with an adhesive. This work 1 is rotationally driven around an axis G by rotation of a main shaft with both ends supported by a chuck and a center.
工具4(この場合バイト)を取り付けたテーブル5は、
送りモータ6の回転によりガイトノ〈−7に沿って送り
方向に移動され、これによりワーク1が切削される。テ
ーブル5は切り込み方向に対しても移動自在である。The table 5 with the tool 4 (bite in this case) attached is
As the feed motor 6 rotates, the workpiece 1 is moved in the feed direction along the guide line <-7, thereby cutting the workpiece 1. The table 5 is also movable in the cutting direction.
かかる構成を用いて、加工を行ったところ下記第1表に
示すような結果が得られた。When processing was performed using this configuration, the results shown in Table 1 below were obtained.
第1表
切削領域 ワーク
A 正常
B 砂喰い
C砂喰い
D 正常
工具
正常
正常
欠損
欠損
またこの際、送りモータ6に供給する送りモータ電流値
Iをサンプリングし、該モータ電流値lとその周波数ス
ペクトラムを求めると、各切削領域別に第3図のような
結果が得られた。すなわちこの場合工具4は、上記第1
表に示すように、切削領域C,Dで欠損が発生している
が、送すモータ電流値I(第3図では送すモータ電流値
Iを電圧Vに変換した値を用いている)には各切削領域
A、B、C,Dで大きな変化を現れていない。しかし、
その周波数スペクトラムには、切削領域C1Dにおいて
低周波域にパワースペクトラムが発生しており、欠損の
発生していない切削領域ASBと顕著な差異が生じてい
る。Table 1 Cutting area Workpiece A Normal B Sand eating C Sand eating D Normal tool Normal Normal Defective Defective At this time, the feed motor current value I supplied to the feed motor 6 is sampled, and the motor current value l and its frequency spectrum are When calculated, the results shown in Fig. 3 were obtained for each cutting area. That is, in this case, the tool 4 is
As shown in the table, defects occur in cutting areas C and D, but the sent motor current value I (in Figure 3, the value converted from the sent motor current value I to voltage V is used) There are no major changes in the cutting areas A, B, C, and D. but,
In the frequency spectrum, a power spectrum occurs in the low frequency range in the cutting region C1D, which is significantly different from the cutting region ASB in which no defects occur.
これは、切削加工中に工具が欠損すると、切削点の力の
バランスが崩れ、切削抵抗に相関を持つ信号(この場合
は、送すモータ電流値l)の低周波域の周波数スペクト
ラムに大きな影響を及ぼすことによる。This is because when a tool breaks during cutting, the force balance at the cutting point is disrupted, which has a large effect on the frequency spectrum in the low frequency range of the signal that correlates to cutting resistance (in this case, the sent motor current value l). By exerting
かかる現象を用いて工具異常を検出するようにすれば1
、切削条件に関係なく工具異常を検出できるため、工具
欠損を確実に検出できるようになる。また、この場合に
は、監視する周波数は0〜IClOH2程度、望ましく
はO〜50H2程度の低周波域でよいため、前述した破
壊によるAE倍信号ようなl0KH2〜2 M)IZの
周波域とは全く異なり、切り屑の切断と工具欠損の混同
による誤検知を確実に防止することができる。 また、
上記周波数スペクトラムから主軸の回転周波数とその高
次周波数を除き、該主軸の回転周波数とその高次周波数
が除かれた周波数スペクトラムを用いて工具異常を判定
するようにすれば、断続加工による振動の影響または変
肉したワーク(黒皮材)を加工した時に発生する周波数
スペクトラムの変動による影響はカットされ、工具欠損
のみを確実に検出することができる。If such a phenomenon is used to detect tool abnormalities, 1
Since tool abnormalities can be detected regardless of cutting conditions, tool defects can be reliably detected. Also, in this case, the frequency to be monitored may be in the low frequency range of about 0 to IClOH2, preferably about O to 50H2, so the frequency range of 10KH2 to 2M)IZ, such as the AE multiplied signal due to the destruction described above, is This is completely different, and it is possible to reliably prevent false detection due to confusion between chip cutting and tool loss. Also,
If the rotational frequency of the spindle and its higher-order frequencies are removed from the above frequency spectrum, and tool abnormalities are determined using the frequency spectrum from which the rotational frequency of the spindle and its higher-order frequencies are removed, vibrations caused by intermittent machining can be reduced. The influence of frequency spectrum fluctuations that occur when machining a workpiece (black skin material) that has been damaged or has changed thickness is eliminated, making it possible to reliably detect only tool damage.
第1図はこの発明の実施例を示すもので、この場合はN
C工作機械としてNC旋盤機械10を用い・ている。N
C旋盤機械10は、強電盤を備えたN’ C制御装置2
0によって駆動制御される。FIG. 1 shows an embodiment of this invention, in which N
An NC lathe machine 10 is used as a C machine tool. N
The C lathe machine 10 has an N'C control device 2 equipped with a powerful electric panel.
The drive is controlled by 0.
この場合、2次元の加工まで対処するために送りモータ
電流値IとしてZ軸電流1zおよびX軸電流lxをサン
プリングし、これら電流値1z、Ixを増幅器30に人
力している。また、前述したように、送りモータ電流値
Iの周波数スペクトラムから主軸回転数Sとその高次周
波数n5(n−1,2、・・・・・・)を取り除くため
に主軸回転数Sをサンプリングしており、この主軸回転
数Sも増幅器30に人力している。In this case, in order to handle up to two-dimensional machining, the Z-axis current 1z and the X-axis current lx are sampled as the feed motor current value I, and these current values 1z and Ix are manually input to the amplifier 30. In addition, as mentioned above, the spindle rotation speed S is sampled in order to remove the spindle rotation speed S and its higher-order frequency n5 (n-1, 2, ...) from the frequency spectrum of the feed motor current value I. The spindle rotation speed S is also manually input to the amplifier 30.
増幅器30はこれら入力値を増幅し、Z軸電流IzSX
軸電流Ixの増幅値をA/D変換器50に入力すると共
に、2軸電流1z、X軸電流lx。The amplifier 30 amplifies these input values and generates a Z-axis current IzSX
The amplified value of the axis current Ix is input to the A/D converter 50, and the two-axis current 1z and the X-axis current lx are input.
および主軸回転数Sの増幅値をローパスフィルタ40に
入力する。ローパスフィルタ40は入力信号を雑音除去
した後、A/D変換器50に入力する。A/D変換器5
0では、ローパスフィルタ40を介していないZ軸電流
1z、X軸電流lxをA/D変換し、これらを高速フー
リエ変換器60(以下、FFTという)に入力するとと
もに、ローパスフィルタ40を介したZ軸電流IzSX
軸電流lx、および主軸回転数SをA/D変換し、これ
らをパーソナルコンピュータ70(以下、パソコンとい
う)に入力する。and the amplified value of the spindle rotation speed S are input to the low-pass filter 40. The low-pass filter 40 removes noise from the input signal and then inputs the signal to the A/D converter 50 . A/D converter 5
0, the Z axis current 1z and the Z-axis current IzSX
The shaft current lx and the spindle rotation speed S are A/D converted and input into a personal computer 70 (hereinafter referred to as a personal computer).
FFT60はこの場合2チヤンネルになっており、入力
された2軸電流1z、X軸電流Iそれぞれについてフー
リエ変換を並行して行なうようになっている。FFT6
0とパソコン70とはGPIB方式のバスインタフェー
スを介してデータ通信を行なう。パソコン70はl10
80を介してNC制御装置20に接続されている。In this case, the FFT 60 has two channels, and performs Fourier transform on each of the input two-axis current 1z and the X-axis current I in parallel. FFT6
0 and the personal computer 70 perform data communication via a GPIB bus interface. PC 70 is l10
It is connected to the NC control device 20 via 80.
FFT60では主に次のような処理■■■を実行する。The FFT60 mainly executes the following processes.
この処理では、第4図に示すように、高速フーリエ変換
(周波数レンジ;例えば0〜500 H2)で求めた周
波数スペクトラムP(f)を所定の閾値Thでスライス
して、該閾値Thより小さい部分をカットすることで低
レベル信号に多く含まれるノイズをカットする。演算式
は以下の通りである。In this process, as shown in Fig. 4, the frequency spectrum P(f) obtained by fast Fourier transform (frequency range; e.g. 0 to 500 H2) is sliced by a predetermined threshold Th, and the portion smaller than the threshold Th is sliced. By cutting the noise that is often included in low-level signals. The calculation formula is as follows.
IF P(f’)(Th THEN P(f)−
Thなお、これ以後、閾値Thより小さい部分をカット
した周波数スペクトラムをP(r)−とする。IF P(f')(Th THEN P(f)-
ThNote that from now on, the frequency spectrum obtained by cutting the portion smaller than the threshold Th will be referred to as P(r)-.
この処理では、第5図及び第6図に示すように、閾値T
hより小さい部分をカットした周波数スペクトラムP(
f)−のうちの所定の演算対象範囲内(a〜d)の周波
数スペクトラム(第6図の場合、a−5H2,d−30
Hz)を抽出し、該抽出した部分の周波数スペクトラム
の総和(面積)Slおよび該演算対象範囲内a−d中の
データ数N1を求める。In this process, as shown in FIGS. 5 and 6, the threshold T
Frequency spectrum P(
f) - frequency spectrum within the predetermined calculation target range (a to d) (in the case of Fig. 6, a-5H2, d-30
Hz), and the total sum (area) Sl of the frequency spectrum of the extracted portion and the number N1 of data in the calculation target range a to d are determined.
すなわち、 s 1−dpm−dr N1−a−d中のデータ数 である。That is, s 1-dpm-dr Number of data in N1-a-d It is.
ただし、上記面積S1は演算対象範囲a −dにおける
パワースペクトラムの総和としてデジタル計算される。However, the area S1 is digitally calculated as the sum of the power spectra in the calculation target range a to d.
この処理■についての演算を演算Iと呼称する。なお、
この場合の総和S1は、対数スケールのパワースペクト
ラム(dB値)を用い、これらのdB値を加算している
ため相加演算値となる。The calculation for this process (2) will be referred to as calculation I. In addition,
The sum S1 in this case is an additive calculation value because the logarithmic scale power spectrum (dB value) is used and these dB values are added.
この処理は、第5図及び第6図に示すように、演算対象
範囲内の周波数スペクトラムP(f)−中から主軸回転
信号Sの周波数成分、その高次周波数成分およびこれら
周波数成分の近傍のパワースペクトラムを抽出し、該抽
出したスペクトラムの総和S2 (第5図のハツチン
グ部分の総和)とそのデータ数N2を求めるものである
。As shown in FIGS. 5 and 6, this process includes frequency components of the spindle rotation signal S, its higher-order frequency components, and the vicinity of these frequency components from the frequency spectrum P(f) within the calculation target range. The power spectrum is extracted, and the total sum S2 of the extracted spectra (the total sum of the hatched portion in FIG. 5) and the number of data N2 are determined.
すなわち、
bi−レx 1−h
ci−i−x1+h
S 2− 、? 5pm −ar
N2−抽出したデータ数
i−1,2、・・・・・・L
XI h;設定値
である。この処理■についての演算を演算■と呼称する
。That is, bi-x 1-h ci-i-x1+h S 2- ,? 5pm -ar N2-Number of extracted data i-1, 2,...L XI h; Setting value. The calculation for this process (2) is called operation (2).
また、パソコン70ては主に次のような処理■■■■を
実行する。Further, the personal computer 70 mainly executes the following processes.
■フーリエ変換に必要な各種変数の算出算出する変数の
リストは以下の通りである。■Calculation of various variables necessary for Fourier transform The list of variables to be calculated is as follows.
Th;スライス用の閾値
a;演算対象範囲の下限
d;演算対象範囲の上限
Xl :主軸周波数の基本波
h;近傍周波数を決定するための値
なお、演算対象範囲aおよびdを決定する際には、工具
異常のみによって影響される0〜100H2程度、望ま
しくは0〜50H2程度の低周波域に設定する。例えば
、a−5H2,B−30H2とする。また、主軸周波数
の基本波x1は入力された主軸回転数信号Sから算出さ
れる。Th: Threshold a for slicing; Lower limit d of the range to be calculated; Upper limit Xl of the range to be calculated; Fundamental wave of the main axis frequency h; Value for determining neighboring frequencies. Note that when determining the ranges a and d to be calculated is set to a low frequency range of about 0 to 100H2, preferably about 0 to 50H2, which is affected only by tool abnormalities. For example, a-5H2 and B-30H2. Further, the fundamental wave x1 of the spindle frequency is calculated from the input spindle rotation speed signal S.
これら、各変数はFFT60に入力される。?FFT6
0の上記■■の処理で算出された送りモータ電流の周波
数スペクトラムの総和S1と、演算対象範囲内a −d
中のデータ数N1と、主軸回転信号Sの周波数成分、そ
の高次周波数成分およびこれら周波数成分の近傍のパワ
ースペクトラムの総和S2と、そのデータ数N2とを用
いて下式に従って平均値Gを求める。Each of these variables is input to the FFT 60. ? FFT6
0, the sum S1 of the frequency spectrum of the feed motor current calculated in the above process of ■■, and the calculation target range a - d
The average value G is calculated according to the following formula using the number N1 of data in the middle, the sum S2 of the frequency components of the spindle rotation signal S, its higher-order frequency components, and the power spectrum in the vicinity of these frequency components, and the number N2 of data. .
G−(S+ −32)/ (N1−N2 )この処理■
についての演算を演算■と呼称する。G-(S+-32)/(N1-N2) This process ■
The operation for is called operation (■).
■工具異常信号出力
上記平均値Gを所定の閾値Grと比較し、G≧Grのと
き、工具異常信号をNC制御装置20に出力する。工具
異常信号を入力されたNC制御装置20では、例えば、
NC工作機械10を強制停止する。(2) Output of tool abnormality signal The above average value G is compared with a predetermined threshold value Gr, and when G≧Gr, a tool abnormality signal is output to the NC control device 20. In the NC control device 20 to which the tool abnormality signal is input, for example,
The NC machine tool 10 is forcibly stopped.
以下、FFT60およびパソコン7oての動作処理を第
7図のフローチャートなどに従って順を追って説明する
。Hereinafter, the operation processing of the FFT 60 and the personal computer 7o will be explained in order according to the flowchart of FIG. 7 and the like.
切削加工の開始に伴ってZ軸電流Iz、X軸電流lx、
および主軸回転数fがサンプリングされ、これらの信号
は増幅器30、ローパスフィルタ40、およびA/D変
換器50を通過した後、FFT60、パソコン70に入
力される(第7図ステップ100〜130)。With the start of cutting, Z-axis current Iz, X-axis current lx,
and the spindle rotation speed f are sampled, and after passing through the amplifier 30, the low-pass filter 40, and the A/D converter 50, these signals are input to the FFT 60 and the personal computer 70 (steps 100 to 130 in FIG. 7).
パソコン70ては入力された主軸回転数Sから主軸周波
数の基本波x1を算出し、この算出値x1を他の設定値
TJ a s d sおよびhとともにFFT60に出
力する。The personal computer 70 calculates the fundamental wave x1 of the spindle frequency from the input spindle rotation speed S, and outputs this calculated value x1 to the FFT 60 along with other set values TJ a s d s and h.
FFT60では、これら入力値Th5a Sd 1x1
およびhを使って前述した処理■■■を実行する。In FFT60, these input values Th5a Sd 1x1
The above-mentioned process ■■■ is executed using and h.
すなわちFFT60では、入力されたZ軸電流Iz、X
軸電流Ixのそれぞれについて高速フーリエ変換を施す
ことによりこれらZ軸電流1z。That is, in the FFT60, the input Z-axis current Iz,
These Z-axis currents 1z are obtained by performing a fast Fourier transform on each of the axis currents Ix.
X軸電流Ixの各周波数スペクトラムを求めた後(ステ
ップ140)、これら各周波数スペクトラムP(r)を
第4図に示したように閾値Thてスライスしたスライス
波形P(r)−を求める(ステップ150)。次にFF
T60では、求めたZ軸電流1z。After determining each frequency spectrum of the X-axis current Ix (step 140), each frequency spectrum P(r) is sliced by a threshold Th as shown in FIG. 4 to obtain a slice waveform P(r)- (step 140). 150). Next FF
At T60, the determined Z-axis current 1z.
X軸電流1xの各周波数スペクトラムのスライス波形p
(r)−の所定の演算対象範囲a −d内のバワ−スペ
クトルの総和S1とこの範囲内a −d中のデータ数N
1とを求める、演算Iを実行する(ステップ160)。Slice waveform p of each frequency spectrum of X-axis current 1x
The total sum S1 of the power spectra within a predetermined calculation target range a - d of (r) - and the number N of data in this range a - d
1 and executes operation I (step 160).
また、FFT60では、パソコン70から入力された主
軸周波数の基本波x1、値りを用いて演算対象範囲a−
d内の周波数スペクトラムpH)−中から主軸回転信号
Sの周波数成分、その高次周波数成分およびこれら周波
数成分の近傍のパワースペクトラムを抽出し、該抽出し
たスペクトラムの総和S2とそのデータ数N2を求める
演算■を実行する(ステップ170)。In addition, in the FFT60, the fundamental wave x1 of the spindle frequency input from the personal computer 70 and the value are used to calculate the calculation target range a-
Frequency spectrum within d (pH) - Extract the frequency components of the spindle rotation signal S, its higher-order frequency components, and the power spectrum in the vicinity of these frequency components, and calculate the sum S2 of the extracted spectra and the number N2 of data thereof. Operation (2) is executed (step 170).
そして、FFT60は上記演算I、演算■て求まった各
総和S1、N2および各データ数N1、N2を逐次パソ
コン70へ送出する。Then, the FFT 60 sequentially sends the sums S1 and N2 and the numbers of data N1 and N2 determined by the above operations I and I to the personal computer 70.
これらデータS1、N2、N1、およびN2を受信した
パソコン70は、これらのデータを用いて、送りモータ
電流値のパワースペクトラムから高調波のパワースペク
トラムを除いたパワースペクトラムの平均値G (=
(SI N2 ) / (N1−N2))を算出する
上記演算■を実行する(ステップ180)。The personal computer 70 that has received these data S1, N2, N1, and N2 uses these data to calculate the average value G (=
(SIN2)/(N1-N2)) is executed (step 180).
さらに、パソコン70では上記の演算で求めたパワース
ペクトラムの平均値Gをあらかじめ設定した所定の設定
値G「と比較しくステップ190)G≧Grのとき、工
具異常信号をNC制御装置20に出力する(ステップ2
00)。工具異常信号を入力されたNC制御装置20て
は、例えば、NC工作機械10を強制停止する異常処理
を実行する。G<Grのときはそのまま加工を続行する
ようにする。Furthermore, the personal computer 70 compares the average value G of the power spectrum obtained by the above calculation with a predetermined set value G (step 190), and outputs a tool abnormality signal to the NC control device 20 when G≧Gr. (Step 2
00). The NC control device 20 that receives the tool abnormality signal executes abnormality processing to forcibly stop the NC machine tool 10, for example. When G<Gr, processing is continued as it is.
このように本装置においては、送すモータ電流を周波数
分析することで工具欠陥を検出するようにしたので、従
来の送りモータ電流のレベル比較のみでは検出し得なか
った工具異常をも正確に検出することができるようにな
る。すなわち、第8図(a)、(b)は双方共工具欠陥
か発生した場合の送すモータ電流の変動と周波数スペク
トラムの変動を示す実験結果であるが、従来の送すモー
タ電流のレベル比較では検出し得なかった第8図(b)
のような状態でも、本装置による周波数スペクトラムに
は工具欠陥に対応する変動が発生し、この工具欠陥を確
実に検出することができる。In this way, this device detects tool defects by analyzing the frequency of the feeding motor current, so it can accurately detect tool abnormalities that could not be detected by conventional feeding motor current level comparison alone. You will be able to do this. In other words, Figures 8(a) and (b) both show experimental results showing the fluctuations in the sent motor current and the frequency spectrum when a tool defect occurs, but compared to the level comparison of the conventional sent motor current. Figure 8(b), which could not be detected
Even under such conditions, fluctuations corresponding to tool defects occur in the frequency spectrum obtained by this device, and these tool defects can be reliably detected.
また、第9図は、工具欠陥が発生しない場合および工具
欠陥が発生した場合の双方について、断続加工を行った
場合の前記演算Iの結果と演算■の結果を示す実験結果
である。Further, FIG. 9 shows experimental results showing the results of the calculation I and the calculation (2) when intermittent machining is performed in both the case where no tool defect occurs and the case where a tool defect occurs.
この第9図(a)、(b)の比較からも判るように、演
算Iの結果では工具欠陥の発生の有無に関係なく断続加
工の振動による影響を受けて両者の周波数スペクトラム
は大きな変化はないが、第9図(c)、(d)の比較か
ら判るように、演算■によって主軸の回転周波数とその
高次周波数を除外するようにすれば、工具欠陥が発生し
ない場合と工具欠陥が発生した場合とで周波数スペクト
ラムに顕著な差が現われ、工具欠陥を確実に検出するこ
とができるようになる。As can be seen from the comparison between Figures 9(a) and (b), the results of calculation I show that the frequency spectra of the two do not change significantly due to the influence of vibrations from interrupted machining, regardless of whether a tool defect occurs or not. However, as can be seen from the comparison of Figures 9(c) and (d), if the rotational frequency of the spindle and its higher-order frequencies are excluded by calculation A significant difference appears in the frequency spectrum depending on when a tool defect occurs, making it possible to reliably detect tool defects.
なお、上記実施例では、2次元加工が行われる場合を想
定して、送すモータ電流のZ軸電流Iz、およびX軸電
流lxの双方をサンプリングするようにしたが、1次元
加工の場合はその加工に対応する一方の送すモータ電流
をサンプリングして高速フーリエ変換を施すようにすれ
ばよい。In the above embodiment, assuming that two-dimensional machining is performed, both the Z-axis current Iz and the X-axis current lx of the motor current to be sent are sampled, but in the case of one-dimensional machining, What is necessary is to sample the motor current sent by one of the motors corresponding to the processing and perform fast Fourier transformation.
また、上記実施例では、送りモータ電流を検出し、その
周波数スペクトラムから工具欠陥を検出するようにした
が、この送りモータ電流の指令値を検出するようにして
もよく、また送すモータ電圧を検出するようにしてもよ
い。また、他に刃物台の振動などを検出するようにして
もよい。さらに、例えば、工具を取り付けるテーブル5
(第2図参照)に3次元の動歪計を取り付け、この動歪
計によって工具にかかる負荷を検出するようにしてもよ
い。また、工作機械の切削加工中における他の物理信号
を検出するようにしてもよい。Further, in the above embodiment, the feed motor current is detected and tool defects are detected from its frequency spectrum, but the command value of this feed motor current may also be detected, or the sending motor voltage may be detected. It may also be detected. In addition, vibration of the tool rest may be detected. Furthermore, for example, a table 5 on which a tool is attached
A three-dimensional dynamic strain meter may be attached to the tool (see FIG. 2), and the load applied to the tool may be detected by this dynamic strain meter. Further, other physical signals may be detected during cutting by the machine tool.
また上記実施例では、総和S1、N2をlogスケール
の加算値として求めるようにしたが、周波数スペクトラ
ムにリニアスケールを用いた場合は、上記実施例の総和
S1、N2と等価になるよう各パワースペクトラムを乗
算する相乗演算を行うようにしてもよく、さらにはリニ
アスケール値を加算して上記総和を求めるようにしても
よい。In addition, in the above embodiment, the sums S1 and N2 are obtained as addition values of the log scale, but when a linear scale is used for the frequency spectrum, each power spectrum is A synergistic operation may be performed in which the values are multiplied, or the above-mentioned sum may be obtained by adding linear scale values.
さらに上記実施例では、工具欠陥のみを検出するように
したが、この発明をワーク表面の欠陥の有無検出に適用
するようにしてもよい。すなわち、工具欠陥検出とワー
ク欠陥検出を適当に組み合わせることにより適切な指示
を機械に指令することができるようになり、機械監視の
無人化を図ることができる。Further, in the above embodiment, only tool defects are detected, but the present invention may be applied to detecting the presence or absence of defects on the surface of a workpiece. That is, by appropriately combining tool defect detection and workpiece defect detection, appropriate instructions can be given to the machine, and machine monitoring can be automated.
以上説明したようにこの発明によれば、送りモタ電流値
などの工具欠陥を検出する適当な物理量を検出し、この
検出信号の低周波数域における周波数スペクトラムを求
め、この周波数スペクトラムから主軸回転数に対応する
周波数成分、その高次周波数成分及びこれら周波数成分
の近傍の周波数スペクトラムを除去し、該除去した後の
周波数スペクトラムの平均値をもとめ、この平均値を所
定の設定値と比較し、この比較結果に基ずき工具異常を
検出するようにしたので、切削条件に関係なく工具欠陥
を適切に検出することができると共に、切り屑などの折
れることにより発生するAE倍信号混同による誤検知を
防止することができ、さらには断続加工の際やや変肉し
たワークを加工する際にも工具欠陥を確実に検出するこ
とかてきる。As explained above, according to the present invention, an appropriate physical quantity for detecting tool defects such as the feed motor current value is detected, the frequency spectrum in the low frequency range of this detection signal is determined, and the spindle rotation speed is determined from this frequency spectrum. Corresponding frequency components, their higher-order frequency components, and frequency spectra in the vicinity of these frequency components are removed, the average value of the frequency spectrum after the removal is determined, this average value is compared with a predetermined setting value, and this comparison is performed. Since tool abnormalities are detected based on the results, tool defects can be appropriately detected regardless of cutting conditions, and false detections due to AE multiplication signal confusion caused by broken chips etc. can be prevented. Furthermore, tool defects can be reliably detected even when machining a workpiece with a slight change in thickness during interrupted machining.
第1図はこの発明の実施例を示すブロック図、第2図は
この発明にかかる実験設備を示す図、第3図は実験結果
を示す図、第4図は周波数スペクトラムのスライス波形
を説明するグラフ、第5図及び第6図は実施例の高速フ
ーリエ変換処理を説明する図、第7図は実施例の作用を
示すフローチャート、第8図及び第9図は実験結果を示
す図である。
1・・・ワーク 2.3・・・砂喰い欠陥4・・・工
具 6・・・送りモータ10・・・NC工作機械
20・・・NC制御装置60・・・高速フーリエ変換
器
70・・・パーソナルコンピュータ
第2図
第1図
第3図
周澗歓(f)
(b)
第4図
第7図
第5図
f@叙藪
(Hz)
第6図
第8図FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing experimental equipment according to the invention, FIG. 3 is a diagram showing experimental results, and FIG. 4 explains a slice waveform of a frequency spectrum. Graphs, FIGS. 5 and 6 are diagrams explaining the fast Fourier transform processing of the embodiment, FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the embodiment, and FIGS. 8 and 9 are diagrams showing experimental results. 1... Workpiece 2.3... Sand eating defect 4... Tool 6... Feed motor 10... NC machine tool
20... NC control device 60... Fast Fourier transformer 70... Personal computer Fig. 2 Fig. 1 Fig. 3 Zhou Wanhuan (f) (b) Fig. 4 Fig. 7 Fig. 5 f @ Recording (Hz) Figure 6 Figure 8
Claims (6)
具異常検出装置において、 工作機械の送りモータの駆動信号を検出する第1の検出
手段と、 工作機械の主軸の回転数を検出する第2の検出手段と、 前記第1の検出手段の検出値の低周波数域における所定
の周波数範囲での周波数スペクトラムを求める周波数分
析手段と、 この周波数スペクトラムからこの周波数スペクトラムの
前記第2の検出手段によって検出した主軸回転数に対応
する周波数成分、その高次周波数成分及びこれら周波数
成分の近傍の周波数スペクトラムを除去し、該除去した
後の周波数スペクトラムの平均値をもとめる演算手段と
、 この演算手段の演算値を所定の設定値と比較し、この比
較結果に基ずき工具異常を検出する工具異常検出手段と
、 を具える工具異常検出装置。(1) A tool abnormality detection device that detects a tool abnormality during machining of a machine tool, which includes a first detection means that detects a drive signal of a feed motor of the machine tool, and a second detection means that detects the rotation speed of the main shaft of the machine tool. a detection means, a frequency analysis means for obtaining a frequency spectrum in a predetermined frequency range in a low frequency range of the detected value of the first detection means, and a frequency spectrum detected by the second detection means from this frequency spectrum. a calculation means for removing a frequency component corresponding to the spindle rotation speed, its higher-order frequency component, and a frequency spectrum in the vicinity of these frequency components, and obtaining an average value of the frequency spectrum after the removal; and a calculation value of the calculation means. A tool abnormality detecting device comprising: a tool abnormality detecting means for comparing the value with a predetermined setting value and detecting a tool abnormality based on the comparison result.
電圧値を検出する請求項(1)記載の工具異常検出装置
。(2) The tool abnormality detection device according to (1), wherein the first detection means detects a current value or a voltage value of the feed motor.
令値を検出する請求項(1)記載の工具異常検出装置。(3) The tool abnormality detection device according to (1), wherein the first detection means detects a command value of a drive signal for a feed motor.
定のレベルでスライスすることで、前記所定のレベル以
上の周波数スペクトラムを求める手段を有し、前記演算
手段はこの所定のレベル以上の周波数スペクトラムを用
いて前記演算を行なう請求項(1)記載の工具異常検出
装置。(4) The frequency analysis means has means for obtaining a frequency spectrum at or above the predetermined level by slicing the frequency spectrum at a predetermined level, and the calculation means uses the frequency spectrum at or above the predetermined level. The tool abnormality detecting device according to claim 1, wherein the calculation is performed using the following steps.
具異常検出装置において、 工具の加工中における所定の物理信号を検出する第1の
検出手段と、 工作機械の主軸の回転数を検出する第2の検出手段と、 前記第1の検出手段の検出値の低周波数域における所定
の周波数範囲での周波数スペクトラムを求める周波数分
析手段と、 この周波数スペクトラムからこの周波数スペクトラムの
前記第2の検出手段によって検出した主軸回転数に対応
する周波数成分、その高次周波数成分及びこれら周波数
成分の近傍の周波数スペクトラムを除去し、該除去した
後の周波数スペクトラムの平均値をもとめる演算手段と
、 この演算手段の演算値を所定の設定値と比較し、この比
較結果に基ずき工具異常を検出する工具異常検出手段と
、 を具える工具異常検出装置。(5) A tool abnormality detection device for detecting tool abnormality during machining of a machine tool, comprising a first detection means for detecting a predetermined physical signal during machining of the tool, and a first detection means for detecting the rotation speed of the main axis of the machine tool. a frequency analysis means for obtaining a frequency spectrum in a predetermined frequency range in a low frequency range of the detection value of the first detection means; and a frequency analysis means for determining the frequency spectrum from this frequency spectrum by the second detection means. a calculation means for removing a frequency component corresponding to the detected spindle rotation speed, its higher-order frequency component, and a frequency spectrum in the vicinity of these frequency components, and obtaining an average value of the frequency spectrum after the removal; and calculation of the calculation means. A tool abnormality detection device comprising: tool abnormality detection means for comparing a value with a predetermined set value and detecting a tool abnormality based on the comparison result.
るものである請求項(5)記載の工具異常検出装置。(6) The tool abnormality detection device according to claim (5), wherein the first detection means detects a load applied to the tool.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17559990A JPH0463662A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Tool abnormality detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17559990A JPH0463662A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Tool abnormality detecting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0463662A true JPH0463662A (en) | 1992-02-28 |
Family
ID=15998909
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17559990A Pending JPH0463662A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Tool abnormality detecting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0463662A (en) |
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1990
- 1990-07-03 JP JP17559990A patent/JPH0463662A/en active Pending
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