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JP2020181380A - Abnormality sign detection system and method - Google Patents

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JP2020181380A JP2019084214A JP2019084214A JP2020181380A JP 2020181380 A JP2020181380 A JP 2020181380A JP 2019084214 A JP2019084214 A JP 2019084214A JP 2019084214 A JP2019084214 A JP 2019084214A JP 2020181380 A JP2020181380 A JP 2020181380A
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Abstract

To provide technology for detecting an abnormality sign in machine tools with high sensitivity.SOLUTION: An abnormality sign detection system is a system for detecting an abnormality sign in a machine tool 1 having a rotating tool 3, and comprises: an AE sensor 2 installed in the machine tool 1 or a work 4; a signal processing circuit obtaining an AE signal from the AE sensor 2; an AE event detection circuit detecting AE events from the AE signals; an AE event rate calculation circuit calculating an AE event rate that is the number of AE events per unit time by using the AE events; a determination circuit determining whether a plurality of index values arranged in a time series have reached a first state in which they are continuous for the first consecutive number of times or more within a first range, and if so, detecting as an abnormality sign; and an output control circuit performing, when the abnormality sign is detected, output control including an alert output indicating the abnormality sign or processing operation stop.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、情報処理技術を用いて、例えば工作機械の工具等における異常予兆を検知するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting an abnormality sign in a tool of a machine tool, for example, by using an information processing technique.

回転機構を備える機械、例えばドリル等の回転する工具を備える工作機械は、工具の回転駆動によって、ワーク(言い換えると、対象物、被加工材、等)に対する切削や研削等の加工を行う。加工の際には工具またはワーク等の損傷等の異常が生じる場合がある。工作機械または工作機械を含む情報処理システムは、その異常について、異常予兆として前もって検知できることが好ましい。 A machine equipped with a rotating mechanism, for example, a machine tool equipped with a rotating tool such as a drill, performs processing such as cutting or grinding on a work (in other words, an object, a work material, etc.) by rotating the tool. During machining, abnormalities such as damage to tools or workpieces may occur. It is preferable that the machine tool or the information processing system including the machine tool can detect the abnormality in advance as a sign of abnormality.

従来技術例の異常予兆検知システムとしては、AE(アコースティック・エミッション)センサを用いたAE信号の電圧等のパラメータ値を用いて異常または異常予兆を判定する技術がある。一般的な方式としては、異常時に信号のパラメータ値が指数関数的に増加する現象に対応させて、パラメータ値が閾値を越えた場合に異常等と判定する方式が知られている。 As an abnormality sign detection system of the prior art example, there is a technique of determining an abnormality or an abnormality sign using a parameter value such as a voltage of an AE signal using an AE (acoustic emission) sensor. As a general method, there is known a method of determining an abnormality or the like when the parameter value exceeds a threshold value in correspondence with the phenomenon that the parameter value of the signal increases exponentially at the time of abnormality.

上記異常予兆検知に係わる先行技術例として、国際公開第2009/096551号(特許文献1)が挙げられる。特許文献1には、軸受の診断システムとして、軸受に取り付けられたセンサ、センサに接続された監視診断装置等を備える旨や以下の旨が記載されている。この診断システムは、軸受支持された回転軸の1回転時間または間欠動作で1回転する間欠動作時間を複数区間に等分割し、異常判定基準レベルと各区間の計測データとを比較して、区間毎に異常の有無を判定する。 As an example of the prior art related to the above-mentioned abnormality sign detection, International Publication No. 2009/096551 (Patent Document 1) can be mentioned. Patent Document 1 describes that the bearing diagnostic system includes a sensor attached to the bearing, a monitoring and diagnostic device connected to the sensor, and the like, and the following. This diagnostic system divides one rotation time of the rotating shaft supported by the bearing or the intermittent operation time of one rotation by intermittent operation into multiple sections, compares the abnormality judgment reference level with the measurement data of each section, and compares the sections. The presence or absence of abnormality is determined for each.

国際公開第2009/096551号International Publication No. 2009/096551

従来技術例の異常予兆検知システムにおける判定方式は、例えばAE信号の振幅について、閾値を設定し、振幅が閾値を越える場合に、異常または異常予兆と判定する。このような方式は、AE信号の振幅が大きい必要があり、例えば低負荷加工の場合で微小な信号しか生じない場合には、検知が難しい。また、このような方式は、検知ができたとしても、検知時点で手遅れの場合が多く、工具の損傷等の異常を防止しにくい。本発明の目的は、工作機械における異常予兆を高感度に検知できる技術を提供することである。 In the determination method in the abnormality sign detection system of the prior art example, for example, a threshold value is set for the amplitude of the AE signal, and when the amplitude exceeds the threshold value, it is determined as an abnormality or an abnormality sign. In such a method, the amplitude of the AE signal needs to be large, and it is difficult to detect when only a minute signal is generated in the case of low load machining, for example. Further, even if such a method can be detected, it is often too late at the time of detection, and it is difficult to prevent an abnormality such as damage to the tool. An object of the present invention is to provide a technique capable of detecting an abnormality sign in a machine tool with high sensitivity.

本発明のうち代表的な実施の形態は、以下に示す構成を有する。一実施の形態の異常予兆検知システムは、回転する工具を有する工作機械における異常予兆を検知する異常予兆検知システムであって、前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサと、前記AEセンサからのAE信号を取得する信号処理回路と、前記AE信号からAEイベントを検出するAEイベント検出回路と、前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するAEイベントレート計算回路と、時系列上に並ぶ複数の前記指標値が、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知する判定回路と、前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行う出力制御回路と、を備える。 A typical embodiment of the present invention has the following configurations. The abnormality sign detection system of one embodiment is an abnormality sign detection system that detects an abnormality sign in a machine tool having a rotating tool, from the AE sensor installed on the machine tool or the workpiece and the AE sensor. An AE event that calculates the AE event rate, which is the number of AE events per unit time, using the signal processing circuit that acquires the AE signal, the AE event detection circuit that detects the AE event from the AE signal, and the AE event. It is determined whether or not the rate calculation circuit and the plurality of index values arranged in the time series have reached the first state in which they are continuous for the first consecutive number of times or more within the first range, and the first state is reached. If this is the case, the system includes a determination circuit that detects the abnormality sign, and an output control circuit that controls the output including the alert output indicating the abnormality sign or the stop of the machining operation when the abnormality sign is detected.

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、工作機械における異常予兆を高感度に検知できる。 According to a typical embodiment of the present invention, a sign of abnormality in a machine tool can be detected with high sensitivity.

本発明の実施の形態の異常予兆検知システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the abnormality sign detection system of embodiment of this invention. 実施の形態で、工具、ワーク、テーブル、およびAEセンサ等の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a tool, a work, a table, an AE sensor and the like in embodiment. 実施の形態で、ワークにAEセンサを設置する構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example which installs the AE sensor in the work in embodiment. 実施の形態で、AEセンサの構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the AE sensor in embodiment. 実施の形態で、AE信号の伝播経路を示す図である。It is a figure which shows the propagation path of an AE signal in an embodiment. 実施の形態で、AE信号の検出回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the detection circuit of an AE signal in embodiment. 実施の形態で、異常予兆検知機能の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the abnormality sign detection function in embodiment. 実施の形態で、AE波の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the AE wave in embodiment. 実施の形態で、AE波の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of an AE wave in embodiment. 実施の形態で、AEイベント検出の第1方式を示す図である。It is a figure which shows the 1st method of AE event detection in embodiment. 実施の形態で、AEイベント検出の第2方式を示す図である。It is a figure which shows the 2nd method of AE event detection in embodiment. 実施の形態で、AEイベントレートの計算について示す図である。It is a figure which shows the calculation of the AE event rate in embodiment. 実施の形態で、工具の状態の変化に応じたAE波の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the AE wave corresponding to the change of the state of a tool in an embodiment. 実施の形態で、AE波およびAEイベントレートの第1例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the AE wave and the AE event rate in embodiment. 実施の形態で、AE波およびAEイベントレートの第2例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the AE wave and the AE event rate in embodiment. 実施の形態で、AE波およびAEイベントレートの第3例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of the AE wave and the AE event rate in embodiment. 実施の形態で、異常予兆判定の第1例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the abnormality sign determination in embodiment. 実施の形態で、異常予兆判定の第2例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the abnormality sign determination in embodiment. 実施の形態で、異常予兆判定の第3例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of the abnormality sign determination in embodiment. 実施の形態で、長期間におけるAE振幅およびAEイベントレートの推移例等を示す図である。It is a figure which shows the transition example of the AE amplitude and AE event rate in a long-term in embodiment. 実施の形態で、加工時と非加工時のAE波の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the AE wave at the time of processing and the time of not processing in the embodiment. 実施の形態で、GUI画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the GUI screen in embodiment. 実施の形態で、工具の刃先の状態の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the state of the cutting edge of a tool in embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態を説明するための全図面において同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In principle, the same parts are designated by the same reference numerals in all the drawings for explaining the embodiments, and the repeated description will be omitted.

[比較例]
実施の形態に対する比較例として、従来技術例の異常予兆判定方式は、AEセンサ等のセンサからの信号の電圧や電流等のパラメータ値と、予め設定した閾値とを比較して、異常または異常予兆を判定する。例えば、ピーク振幅が閾値を超えた場合に異常と判定される。高負荷加工の場合には、大きな値の電圧や電流が得られるので、その値から判定が可能である。高負荷加工の例は、荒加工や中仕上げ加工が挙げられる。しかし、低負荷加工の場合には、得られる電圧や電流の値が小さいので、その値からの判定が難しく、高感度の検知は実現できない。低負荷加工の場合、例えば主軸の電流には加工状態が反映されにくいので、電流を用いた判定は困難である。低負荷加工の場合、異常発生前において信号変化が小さい場合が多い。また、高価な測定器を用いる場合、電流や電圧の値からも異常または異常予兆を検知できる場合があるが、高価な測定器は現場への導入が難しい。また、この場合でも、パラメータ値が増加して閾値を越える時点を異常として判定する方式が一般的であるため、実際には工具異常の発生直前の時にならないと検知ができない。このように検知が遅いと、殆どの事例では工具の折損等の異常に至ってしまう。すなわち、工具異常に至る前に異常予兆を検知して工具異常を防止することは難しい。
[Comparison example]
As a comparative example with respect to the embodiment, the abnormality sign determination method of the prior art example compares the parameter values such as the voltage and current of the signal from the sensor such as the AE sensor with the preset threshold value to compare the abnormality or abnormality sign. To judge. For example, when the peak amplitude exceeds the threshold value, it is determined to be abnormal. In the case of high-load machining, a large value of voltage or current can be obtained, and the determination can be made from that value. Examples of high-load machining include roughing and semi-finishing. However, in the case of low load machining, since the obtained voltage and current values are small, it is difficult to judge from those values, and high-sensitivity detection cannot be realized. In the case of low-load machining, for example, the machining state is not easily reflected in the current of the spindle, so it is difficult to make a determination using the current. In the case of low load machining, the signal change is often small before the occurrence of an abnormality. Further, when an expensive measuring instrument is used, it may be possible to detect an abnormality or a sign of abnormality from the values of current and voltage, but it is difficult to introduce the expensive measuring instrument to the site. Further, even in this case, since the method of determining the time when the parameter value increases and exceeds the threshold value as an abnormality is common, the detection cannot be performed until immediately before the occurrence of the tool abnormality. If the detection is slow in this way, in most cases, an abnormality such as a broken tool will occur. That is, it is difficult to detect a sign of abnormality and prevent the tool abnormality before the tool abnormality occurs.

(実施の形態)
図1〜図23を用いて、本発明の実施の形態の異常予兆検知システムおよび方法について説明する。実施の形態の異常予兆検知システムは、工作機械の工具等を対象として異常予兆を検知するシステムである。工作機械には、検知に必要な要素であるAEセンサ等が設置される。なお、工作機械内に異常予兆検知機能の一部が実装されてもよいし、実装されてなくてもよい。実施の形態の異常予兆検知方法は、実施の形態の異常予兆検知システムにおいて実行されるステップを有する方法である。
(Embodiment)
An abnormality sign detection system and a method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 23. The abnormality sign detection system of the embodiment is a system that detects an abnormality sign for a tool or the like of a machine tool. The machine tool is equipped with an AE sensor or the like, which is an element necessary for detection. It should be noted that a part of the abnormality sign detection function may or may not be implemented in the machine tool. The abnormality sign detection method of the embodiment is a method having steps executed in the abnormality sign detection system of the embodiment.

異常予兆検知システムは、工作機械によるワークの加工の際、AEセンサを用いて、工具等の異常に係わる異常予兆検知のためのモニタリングを行う。AEセンサは、低負荷加工の場合の微小な信号についても検知可能である。異常予兆検知システムは、低負荷加工の場合で、微小な信号しか得られない場合でも、AEセンサの信号を用いて、所定の方式で判定することで、異常予兆を高精度に検知する。所定の方式は、AEイベントレート(AE事象率)を用いて判定する方式である。異常予兆検知システムは、時系列上でAEイベントレートの状態から異常予兆を判定する。異常予兆検知システムは、AEイベントレートの値が、所定の範囲内で連続的に出現する状態となった場合に、異常予兆と判定する。異常予兆検知システムは、異常予兆を検知した場合、アラーム出力や動作停止等の出力制御を行う。これにより、工具に折損等の異常が生じる前に、言い換えると異常の度合いが拡大する前に、動作停止等の対処が可能である。 The abnormality sign detection system uses an AE sensor to monitor the abnormality sign detection related to an abnormality of a tool or the like when machining a workpiece by a machine tool. The AE sensor can detect even a minute signal in the case of low load machining. The abnormality sign detection system detects an abnormality sign with high accuracy by making a determination by a predetermined method using the signal of the AE sensor even when only a minute signal can be obtained in the case of low load machining. The predetermined method is a method of determining using the AE event rate (AE event rate). The abnormality sign detection system determines the abnormality sign from the state of the AE event rate in chronological order. The abnormality sign detection system determines that the value of the AE event rate is an abnormality sign when it is in a state of continuously appearing within a predetermined range. When an abnormality sign is detected, the abnormality sign detection system performs output control such as alarm output and operation stop. As a result, it is possible to take measures such as stopping the operation before an abnormality such as a breakage occurs in the tool, in other words, before the degree of the abnormality increases.

[異常予兆検知システム]
図1は、実施の形態の異常予兆検知システムの構成を示す。異常予兆検知システムは、主に工作機械1で構成される。工作機械1は、筐体11、制御装置10、プリアンプ70、信号処理回路71、オシロスコープ72等を含む。ユーザは、工作機械1を操作する。ユーザは、加工作業を行う作業者でもよいし、異常を監視する管理者等でもよい。
[Abnormal sign detection system]
FIG. 1 shows the configuration of the abnormality sign detection system of the embodiment. The abnormality sign detection system is mainly composed of the machine tool 1. The machine tool 1 includes a housing 11, a control device 10, a preamplifier 70, a signal processing circuit 71, an oscilloscope 72, and the like. The user operates the machine tool 1. The user may be a worker who performs processing work, an administrator who monitors an abnormality, or the like.

制御装置10は、工作機械1の加工制御を含む主制御を行う装置であり、異常予兆検知機能が実装されている。なお、工作機械1とは別に接続される制御装置を設け、その制御装置に異常予兆検知機能を実装してもよい。工作機械1の制御装置10以外の本体部分は、筐体11、主軸ステージ31、主軸32、工具3、AEセンサ2(AEセンサユニット20)、テーブル6、バイス5、送液管7等を備える。筐体11には、主軸ステージ31やテーブル6等の各部位が接続されている。主軸ステージ31は、主軸32の移動を駆動する。主軸32は、工具3を保持するホルダーを含み、工具3の回転を駆動する。主軸32内には、工具3と接続されている回転軸33を含む。 The control device 10 is a device that performs main control including machining control of the machine tool 1, and is equipped with an abnormality sign detection function. A control device connected separately from the machine tool 1 may be provided, and an abnormality sign detection function may be mounted on the control device. The main body of the machine tool 1 other than the control device 10 includes a housing 11, a spindle stage 31, a spindle 32, a tool 3, an AE sensor 2 (AE sensor unit 20), a table 6, a vise 5, a liquid feed pipe 7, and the like. .. Each part such as the spindle stage 31 and the table 6 is connected to the housing 11. The spindle stage 31 drives the movement of the spindle 32. The spindle 32 includes a holder for holding the tool 3 and drives the rotation of the tool 3. The spindle 32 includes a rotating shaft 33 connected to the tool 3.

テーブル6は、図示の直交する3軸(X,Y,Z)の各軸の方向での移動および回転が可能な機構を有する。テーブル6にはバイス5が設けられている。バイス5はワーク4を固定する。ワーク4は、工具3による切削等の加工が行われる対象物、被加工材である。 The table 6 has a mechanism capable of moving and rotating in the directions of the three orthogonal axes (X, Y, Z) shown in the drawing. A vise 5 is provided on the table 6. The vise 5 fixes the work 4. The work 4 is an object or material to be machined, such as cutting with a tool 3.

送液管7は、工具3によってワーク4が切削等の加工が行われる箇所に対し、加工用の液体として切削液8を送る。なお、主軸32に送液管7を備えてもよい。 The liquid feed pipe 7 sends the cutting fluid 8 as a liquid for machining to a portion where the work 4 is machined by the tool 3, such as cutting. The main shaft 32 may be provided with a liquid feeding pipe 7.

AEセンサ2は、加工の際に発生するAE波を検出する。AEセンサ2は、工作機械1のいずれかの箇所に設置されている。その箇所は、工具3等からのAE波が伝播する箇所であり、特に限定せず、AE波がなるべく検出しやすい位置を選択すればよい。図1中の設置例9Aでは、AEセンサ2は、主軸32に固定されるように設置されている。本例では、2個のAEセンサ2が主軸32に固定されている。AEセンサ2は、後述の図3の例のようなAEセンサユニット20の形態で設置されてもよい。 The AE sensor 2 detects an AE wave generated during processing. The AE sensor 2 is installed at any position on the machine tool 1. The location is a location where the AE wave from the tool 3 or the like propagates, and is not particularly limited, and a position where the AE wave can be detected as easily as possible may be selected. In the installation example 9A in FIG. 1, the AE sensor 2 is installed so as to be fixed to the spindle 32. In this example, two AE sensors 2 are fixed to the spindle 32. The AE sensor 2 may be installed in the form of an AE sensor unit 20 as in the example of FIG. 3 described later.

図1中には、AEセンサ2の他の設置例を併せて示している。設置例9Bは、AEセンサ2をワーク5に設置する例である。設置例9Cは、AEセンサ2をバイス5に設置する例である。設置例9Dは、AEセンサ2をテーブル6に設置する例である。設置例9Eは、AEセンサ2を、支持器具を介して中空の位置に設置する例である。この位置は、加工箇所や切削液8が供給される箇所の付近の位置である。設置例9Fは、AEセンサ2をテーブル6内部に埋め込むようにして設置する例を示す。 In FIG. 1, another installation example of the AE sensor 2 is also shown. Installation example 9B is an example in which the AE sensor 2 is installed on the work 5. Installation example 9C is an example in which the AE sensor 2 is installed on the vise 5. Installation example 9D is an example in which the AE sensor 2 is installed on the table 6. Installation example 9E is an example in which the AE sensor 2 is installed in a hollow position via a support device. This position is a position near a processing portion or a portion to which the cutting fluid 8 is supplied. Installation example 9F shows an example in which the AE sensor 2 is installed so as to be embedded in the table 6.

プリアンプ70、信号処理回路71、およびオシロスコープ72は、AE信号を取得するための要素であり、後述の図6の構成例と対応している。AEセンサ2またはAEセンサユニット20は、信号ケーブルを介してプリアンプ70に接続されている。プリアンプ70から信号ケーブルを介して信号処理回路71に接続され、信号処理回路71から信号ケーブルを介してオシロスコープ72に接続されている。オシロスコープ72から信号ケーブルを介して制御装置10の接続インタフェース部103に接続されている。なお、信号処理回路71から後段では、信号ケーブルを用いた有線通信に限らず、無線通信によるデータ伝送を行ってもよい。 The preamplifier 70, the signal processing circuit 71, and the oscilloscope 72 are elements for acquiring the AE signal, and correspond to the configuration example of FIG. 6 described later. The AE sensor 2 or the AE sensor unit 20 is connected to the preamplifier 70 via a signal cable. The preamplifier 70 is connected to the signal processing circuit 71 via a signal cable, and the signal processing circuit 71 is connected to the oscilloscope 72 via a signal cable. The oscilloscope 72 is connected to the connection interface unit 103 of the control device 10 via a signal cable. In the subsequent stage from the signal processing circuit 71, data transmission may be performed not only by wired communication using a signal cable but also by wireless communication.

工作機械1の各部は、制御装置10と信号ケーブル等を介して接続されており、制御装置10から駆動が制御される。制御装置10は、ワーク4の加工の際に、テーブル6、主軸32、工具3、および送液管7等の駆動を制御する。制御装置10は、加工の際に、AEセンサ2からのAE信号を取得および入力し、工具3等の状態に関わる異常予兆検知を含む制御を行う。 Each part of the machine tool 1 is connected to the control device 10 via a signal cable or the like, and the drive is controlled by the control device 10. The control device 10 controls the drive of the table 6, the spindle 32, the tool 3, the liquid feed pipe 7, and the like when the work 4 is machined. The control device 10 acquires and inputs an AE signal from the AE sensor 2 at the time of machining, and performs control including detection of an abnormality sign related to the state of the tool 3 or the like.

制御装置10は、プロセッサ101、メモリ102、接続インタフェース部103、入力装置104、表示装置105、スピーカ106、ランプ107等を備え、これらはバス等を介して相互に接続されている。プロセッサ101は、CPU、ROM、RAM等で構成され、工作機械1のコントローラを構成する。プロセッサ101は、制御用のプログラム111に従った処理を実行することで、異常予兆検知機能を実現する。 The control device 10 includes a processor 101, a memory 102, a connection interface unit 103, an input device 104, a display device 105, a speaker 106, a lamp 107, and the like, and these are connected to each other via a bus or the like. The processor 101 is composed of a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and constitutes a controller of the machine tool 1. The processor 101 realizes the abnormality sign detection function by executing the process according to the control program 111.

メモリ102は、不揮発性記憶装置等で構成され、プロセッサ101が扱う各種のデータや情報が記憶される。メモリ102には、制御情報121、設定情報122等が格納されている。制御情報121は、NCデータに対応し、ワーク4の加工をNC制御するためのデータや情報である。設定情報122は、異常予兆検知機能に係わるシステム設定情報やユーザ設定情報を含む。 The memory 102 is composed of a non-volatile storage device or the like, and stores various data and information handled by the processor 101. Control information 121, setting information 122, and the like are stored in the memory 102. The control information 121 corresponds to NC data, and is data or information for NC control of machining of the work 4. The setting information 122 includes system setting information and user setting information related to the abnormality sign detection function.

接続インタフェース部103は、入力装置104等や図示しない通信インタフェース装置等を接続するインタフェース部分である。入力装置104は、ユーザの入力操作を受け付ける操作パネルやボタンやキーボード等の装置である。表示装置105は、ユーザに対し表示画面でグラフィカル・ユーザ・インタフェース(GUI)を通じて各種の情報を表示する装置である。スピーカ106は、ガイドやアラーム等の音声を出力する音声出力装置である。ランプ107は、ガイドやアラーム等に応じた発光を行うLED等の装置である。制御装置10は、工作機械1の本体に内蔵されてもよいし、外部接続されてもよい。制御装置10は、PCやサーバ等の計算機で構成されてもよい。制御装置10に別の計算機やストレージ装置や通信装置等が接続される形態でもよい。 The connection interface unit 103 is an interface portion for connecting an input device 104 or the like, a communication interface device (not shown), or the like. The input device 104 is a device such as an operation panel, a button, or a keyboard that accepts a user's input operation. The display device 105 is a device that displays various information to the user through a graphical user interface (GUI) on a display screen. The speaker 106 is a voice output device that outputs voices such as guides and alarms. The lamp 107 is a device such as an LED that emits light in response to a guide, an alarm, or the like. The control device 10 may be built in the main body of the machine tool 1 or may be externally connected. The control device 10 may be composed of a computer such as a PC or a server. Another computer, storage device, communication device, or the like may be connected to the control device 10.

[テーブル、工具、および加工]
図2は、工作機械1のテーブル6、バイス5、ワーク4、工具3等の構成例と、AEセンサ2の設置例9Bとを示す。設置例9Bは、ワーク4の側面にAEセンサ2としてAEセンサユニット20を設置する例である。AEセンサユニット20からは信号ケーブル220が出ており、プリアンプ70と接続されている。なお、AEセンサ2からプリアンプ70までの間は、ノイズを拾いやすいので、ケーブル長が短く低ノイズの信号ケーブル220を用いると好ましい。
[Tables, tools, and machining]
FIG. 2 shows a configuration example of a table 6, a vise 5, a work 4, a tool 3, and the like of the machine tool 1, and an installation example 9B of the AE sensor 2. Installation example 9B is an example in which the AE sensor unit 20 is installed as the AE sensor 2 on the side surface of the work 4. A signal cable 220 comes out from the AE sensor unit 20 and is connected to the preamplifier 70. Since noise is easily picked up between the AE sensor 2 and the preamplifier 70, it is preferable to use a signal cable 220 having a short cable length and low noise.

ワーク4は例えばSUS304ステンレス鋼であり、直方体形状である。ワーク4の例えば上面が加工面WSである。加工面WSに対し工具3が接触して切削等の加工が行われる。工具3の例としてドリルである。加工の例として、工具3であるドリルの切削によって加工面WSに小径の穴を形成する穴加工である。この穴加工は、特に、並列の複数の位置に複数の穴を連続的に形成する複数穴加工である。 The work 4 is, for example, SUS304 stainless steel and has a rectangular parallelepiped shape. For example, the upper surface of the work 4 is a machined surface WS. The tool 3 comes into contact with the machined surface WS to perform machining such as cutting. An example of the tool 3 is a drill. An example of machining is hole machining in which a hole having a small diameter is formed on the machined surface WS by cutting a drill which is a tool 3. This hole drilling is, in particular, a plurality of hole drilling in which a plurality of holes are continuously formed at a plurality of parallel positions.

ワーク4の側面はバイス5によって固定されている。テーブル6の3軸の移動および回転の駆動によって、ワーク4の位置や向き等の状態が変更できる。主軸32の駆動によって工具3の位置や向き等の状態が変更できる。主軸32から鉛直方向(Z方向)の下側に工具3が出ている。工具3の先端は小径ドリルである。 The side surface of the work 4 is fixed by the vise 5. The position, orientation, and other states of the work 4 can be changed by moving and rotating the three axes of the table 6. The position, orientation, and other states of the tool 3 can be changed by driving the spindle 32. The tool 3 protrudes below the main shaft 32 in the vertical direction (Z direction). The tip of the tool 3 is a small-diameter drill.

加工例として、工具3であるドリルを用いたミーリングを扱う。工作機械1は、ミーリングによる穴加工の際、例えば、テーブル6をX,Y方向で移動させることで、ワーク4の加工面WS上の所定の位置(すなわち穴形成対象位置)が工具3の先端の下側に来る状態にする。工作機械1は、工具3を回転させながらZ方向で下側に移動させる。これにより、工作機械1は、加工面WSに工具3を当てながら穴を掘る。穴の形成後、工作機械1は、工具3をZ方向で上側に移動させる。工作機械1は、次の穴の加工のために、主軸ステージ31またはワーク4を固定するテーブル6をX,Y方向で移動させる。なお、横穴加工の場合には、主軸ステージ31、主軸32、および工具3は、図1、図2の位置から90度回転させた位置にあり、工作機械1は、工具3およびワーク4をX,Y,Z方向で移動させる。 As a machining example, milling using a drill, which is a tool 3, is handled. When machine tool 1 drills holes by milling, for example, by moving the table 6 in the X and Y directions, a predetermined position (that is, a hole forming target position) on the machining surface WS of the work 4 is the tip of the tool 3. Make sure it comes to the bottom. The machine tool 1 moves the tool 3 downward in the Z direction while rotating the tool 3. As a result, the machine tool 1 digs a hole while applying the tool 3 to the machining surface WS. After forming the hole, the machine tool 1 moves the tool 3 upward in the Z direction. The machine tool 1 moves the spindle stage 31 or the table 6 for fixing the work 4 in the X and Y directions for machining the next hole. In the case of horizontal hole drilling, the spindle stage 31, the spindle 32, and the tool 3 are located at positions rotated 90 degrees from the positions of FIGS. 1 and 2, and the machine tool 1 Xs the tool 3 and the work 4. , Y, Z direction.

工具3は、例えばハイス鋼による小径ドリルである。工具3は、図示のように先端に螺旋状の溝および刃を有する。工具3は、寸法の例としては、先端側の径(刃径)が1mm、シャンク径が3mm、全長が60mm、突出し(ホルダーから出る長さ)が30mm、溝長が12mmである。 The tool 3 is, for example, a small-diameter drill made of high-speed steel. The tool 3 has a spiral groove and a blade at the tip as shown. As an example of the dimensions of the tool 3, the diameter (blade diameter) on the tip side is 1 mm, the shank diameter is 3 mm, the total length is 60 mm, the protrusion (the length protruding from the holder) is 30 mm, and the groove length is 12 mm.

加工例として切削による穴加工の場合における加工条件は以下の通りである。穴径が1mm、穴深さが1mmである。工具3の回転速度が例えば4800rpmであり、回転周期(=1回転時間)に換算すると12.5ミリ秒である。送り量は0.02mm/revである。1穴の加工時間における接触時間は0.6秒である。複数穴加工における穴数は数百個〜千数百個である。また、加工時に送液管7を用いて切削液8を供給する場合(いわゆる湿式)と供給しない場合(いわゆる乾式)とがあり、いずれも適用可能である。工具3は、材質がハイス鋼である場合、負荷がかかるとしなるため、折れにくい。一方、工具3は、超硬の材質である場合には、大きな負荷がかかると折損が起こりやすい。 As a machining example, the machining conditions in the case of hole drilling by cutting are as follows. The hole diameter is 1 mm and the hole depth is 1 mm. The rotation speed of the tool 3 is, for example, 4800 rpm, which is 12.5 milliseconds when converted into a rotation period (= 1 rotation time). The feed amount is 0.02 mm / rev. The contact time in the machining time of one hole is 0.6 seconds. The number of holes in multi-hole machining is several hundred to one thousand and several hundred. Further, there are cases where the cutting fluid 8 is supplied using the liquid feed pipe 7 during processing (so-called wet type) and cases where the cutting fluid 8 is not supplied (so-called dry type), and both are applicable. When the material of the tool 3 is high-speed steel, a load is applied, so that the tool 3 is hard to break. On the other hand, when the tool 3 is made of a cemented carbide material, it is likely to break when a large load is applied.

[ワークおよびAEセンサ]
図3は、設置例9Bに対応して、ワーク4の一側面にAEセンサ2を含むAEセンサユニット20を設置する場合の構成例を示す。なお、バイス5への設置例9Cの場合の設置箇所の概略についても併せて示している。AEセンサユニット20は、図3では、外側のカバーが図示されている。このカバーは、ワーク4の一側面に固定されている。このカバー内にAEセンサ2(後述の図4)が収容されている。このカバーの一部の穴から信号ケーブル220が出ている。このカバーは、防水性や防油性等を備える。なお、他の実施の形態では、防水性や防油性を備えるタイプのAEセンサ2を適用してもよい。その場合には、カバー等の機構を簡略化できる。ワーク4の側面におけるAEセンサ2の固定箇所には、後述の音響カプラ(図4、図5)が設けられている。この音響カプラは例えばグリースやワックスや接着剤である。
[Work and AE sensor]
FIG. 3 shows a configuration example in which the AE sensor unit 20 including the AE sensor 2 is installed on one side surface of the work 4 corresponding to the installation example 9B. The outline of the installation location in the case of the installation example 9C on the vise 5 is also shown. The outer cover of the AE sensor unit 20 is shown in FIG. This cover is fixed to one side surface of the work 4. The AE sensor 2 (FIG. 4 described later) is housed in this cover. The signal cable 220 comes out from a part of the hole of this cover. This cover has waterproof and oil-proof properties. In another embodiment, a type of AE sensor 2 having waterproof and oil-proof properties may be applied. In that case, the mechanism such as the cover can be simplified. An acoustic coupler (FIGS. 4 and 5) described later is provided at a fixed portion of the AE sensor 2 on the side surface of the work 4. This acoustic coupler is, for example, grease, wax or an adhesive.

[AEセンサ(1)]
図4は、AEセンサ2の構成例として、設置面401に対する設置の状態における断面構造を示す。公知のAEセンサには各種のタイプがあり、いずれも適用可能であるが、実施の形態では、以下のタイプのAEセンサ2を適用した。このタイプは、広帯域型かつシングルエンド型である。広帯域型は、周波数特性としてフラットな帯域を含み、例えば100kHz〜1MHzの広帯域を持つ。このAEセンサ2は、圧電素子21、受信板22、ダンパー23、シールドケース25、蓋26、コネクタ27、信号ケーブル28等を備える。このタイプは、圧電素子21の上側にダンパー23を設けることで、共振を抑えている。このAEセンサ2の感度は例えば40〜55dBである。感度の基準は、0dB=1V/m/sである。受信板22、特にそのうちの受波面は、設置面401に対し、グリース402等の音響カプラを介して固定される。固定は、接着やねじ止め等の各種の手段を適用できる。圧電素子21からの信号ケーブル28は、コネクタ27に接続されており、コネクタ27を通じて外部の信号ケーブル220と接続される。
[AE sensor (1)]
FIG. 4 shows a cross-sectional structure of the AE sensor 2 in an installed state with respect to the installation surface 401 as a configuration example. There are various types of known AE sensors, all of which are applicable, but in the embodiment, the following types of AE sensors 2 are applied. This type is a broadband type and a single-ended type. The wideband type includes a flat band as a frequency characteristic, and has a wide band of, for example, 100 kHz to 1 MHz. The AE sensor 2 includes a piezoelectric element 21, a receiving plate 22, a damper 23, a shield case 25, a lid 26, a connector 27, a signal cable 28, and the like. In this type, resonance is suppressed by providing a damper 23 on the upper side of the piezoelectric element 21. The sensitivity of the AE sensor 2 is, for example, 40 to 55 dB. The standard of sensitivity is 0 dB = 1 V / m / s. The receiving plate 22, particularly the receiving surface thereof, is fixed to the installation surface 401 via an acoustic coupler such as grease 402. For fixing, various means such as adhesion and screwing can be applied. The signal cable 28 from the piezoelectric element 21 is connected to the connector 27, and is connected to the external signal cable 220 through the connector 27.

設置面401は、図1の設置例9Aでは主軸32の面であり、図3の設置例9Bではワーク4の面である。設置面401からのAE波は、音響カプラを介して受信板22に伝播する。伝播経路に空気が介在しないように、部材間の境界面には、グリース402等の音響カプラを用いて密着させることが望ましい。圧電素子21は、受信板22に伝播するAE波を、圧電効果によって電気信号(すなわちAE信号)に変換し、信号ケーブル28から出力する。圧電素子21は、微小な歪を検出できるように、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電セラミクスが使用されている。広帯域型のAEセンサ2は、周波数が異なる様々な特性の現象を観測することに適している。図4のようなAEセンサ2は、さらに、図3のようなカバー内に収容されることで、AEセンサユニット20として構成される。AEセンサユニット20のカバーは、設置面401に対する固定のための構造を持つ。 The installation surface 401 is the surface of the spindle 32 in the installation example 9A of FIG. 1, and the surface of the work 4 in the installation example 9B of FIG. The AE wave from the installation surface 401 propagates to the receiving plate 22 via the acoustic coupler. It is desirable to use an acoustic coupler such as grease 402 to bring air into close contact with the boundary surface between the members so that air does not intervene in the propagation path. The piezoelectric element 21 converts the AE wave propagating on the receiving plate 22 into an electric signal (that is, an AE signal) by the piezoelectric effect, and outputs the AE signal from the signal cable 28. Piezoelectric ceramics such as PZT (lead zirconate titanate) are used in the piezoelectric element 21 so that minute strain can be detected. The wideband type AE sensor 2 is suitable for observing phenomena having various characteristics having different frequencies. The AE sensor 2 as shown in FIG. 4 is further housed in the cover as shown in FIG. 3 to be configured as the AE sensor unit 20. The cover of the AE sensor unit 20 has a structure for fixing to the installation surface 401.

[AEセンサ(2)]
図1の設置例9Aで主軸32に設置されているAEセンサ2や図3の設置例9Bでワーク4に設置されているAEセンサ2は、加工時に工具3およびワーク4から発生して伝播するAE波を、AE信号として検出する。AE波は、工具3の回転に伴って工具3がワーク4から受ける力等の状態が反映されている。AE波は、例えば100kHzから1MHzまでの周波数を含む。AEセンサ2におけるAE信号のサンプリング周波数としては、2MHz以上の周波数、例えば4MHzを用いる。制御装置10は、AEセンサ2からのAE信号を、プリアンプ70、信号処理回路71、およびオシロスコープ72を通じて取得する。制御装置10は、AE信号と共に、日時、ID、および制御情報111に基づいた各種の情報を取得する。ID(識別情報)は、工作機械1、工具3、ワーク4、およびAEセンサ2のID等がある。
[AE sensor (2)]
The AE sensor 2 installed on the spindle 32 in the installation example 9A of FIG. 1 and the AE sensor 2 installed on the work 4 in the installation example 9B of FIG. 3 are generated and propagated from the tool 3 and the work 4 during machining. The AE wave is detected as an AE signal. The AE wave reflects a state such as a force received by the tool 3 from the work 4 as the tool 3 rotates. The AE wave includes frequencies from, for example, 100 kHz to 1 MHz. As the sampling frequency of the AE signal in the AE sensor 2, a frequency of 2 MHz or more, for example, 4 MHz is used. The control device 10 acquires the AE signal from the AE sensor 2 through the preamplifier 70, the signal processing circuit 71, and the oscilloscope 72. The control device 10 acquires various information based on the date and time, the ID, and the control information 111 together with the AE signal. The ID (identification information) includes the ID of the machine tool 1, the tool 3, the work 4, the AE sensor 2, and the like.

なお、工作機械1には、AEセンサ2のみならず、他の種類のセンサが併設されてもよい。他の種類のセンサの例は、電圧計、電流計、力センサ、加速度センサ、変位センサ、ジャイロセンサ、超音波センサ、歪ゲージ、レーザドップラー振動計、温度センサ、騒音計、カメラ、MEMSセンサ等が挙げられる。騒音計は、環境音を計測する。AEセンサ2は、テーブル6等の内部に埋め込まれるように設置されてもよい。AEセンサ2は、なるべく環境音を検出しにくい位置に設置されると好ましい。工作機械1には、動作音等を吸音するための吸音材が設けられてもよい。 In addition to the AE sensor 2, the machine tool 1 may be provided with other types of sensors. Examples of other types of sensors include voltmeters, current meters, force sensors, acceleration sensors, displacement sensors, gyro sensors, ultrasonic sensors, strain gauges, laser Doppler vibration meters, temperature sensors, noise meters, cameras, MEMS sensors, etc. Can be mentioned. Sound level meters measure environmental sounds. The AE sensor 2 may be installed so as to be embedded inside a table 6 or the like. It is preferable that the AE sensor 2 is installed at a position where it is difficult to detect environmental sounds. The machine tool 1 may be provided with a sound absorbing material for absorbing operating sounds and the like.

[AEセンサ(3)]
図1の設置例9Aでは、主軸32に対し2個のAEセンサ2が設置されている。主軸32にAEセンサ2を設置する場合、基本的には1個のAEセンサ2でも十分な効果が得られる。さらに、2個のAEセンサ2を設置する場合には以下のような効果が得られる。2個のAEセンサ2は、例えば周波数帯域の異なるものを用いる。例えばワーク4の材質(特に音速と密度)が変化する場合、AE波の周波数も変化する。そこで、周波数帯域が異なる複数のAEセンサ2を用いて検出することで、幅広い音響特性を持つ材質に対応することができる。
[AE sensor (3)]
In the installation example 9A of FIG. 1, two AE sensors 2 are installed with respect to the spindle 32. When the AE sensor 2 is installed on the spindle 32, basically, a sufficient effect can be obtained even with one AE sensor 2. Further, when two AE sensors 2 are installed, the following effects can be obtained. As the two AE sensors 2, for example, those having different frequency bands are used. For example, when the material of the work 4 (particularly the speed of sound and the density) changes, the frequency of the AE wave also changes. Therefore, by detecting using a plurality of AE sensors 2 having different frequency bands, it is possible to deal with materials having a wide range of acoustic characteristics.

また、設置例9Dのように、テーブル6に設置する場合には、例えば同一の周波数帯域を持つ2個以上のAEセンサ2を設置する形態としてもよい。この場合、2個以上のAE信号を用いて、AE発生源の位置を、AE波の到達時間差から算出することができる。その際のAE波の音速とAEセンサ位置は、既知の情報である。1次元位置標定に必要なAEセンサ2の数は2個である。テーブル6の同一平面上に2個以上のAEセンサ2を設置することで、AE発生源の位置標定が可能である。すなわち、工具3等の異常が発生した位置を詳しく特定することが可能である。位置標定を行う場合、AEセンサ2の設置場所は、テーブル6の側面よりも、設置例9Dのようにテーブル6の上面(または下面やテーブル6内部)等の同一平面が好ましい。3個以上の同一のAEセンサ2を用いる場合、2次元位置標定が可能である。 Further, when the table 6 is installed as in the installation example 9D, for example, two or more AE sensors 2 having the same frequency band may be installed. In this case, the position of the AE generation source can be calculated from the arrival time difference of the AE wave by using two or more AE signals. The sound velocity of the AE wave and the position of the AE sensor at that time are known information. The number of AE sensors 2 required for one-dimensional position positioning is two. By installing two or more AE sensors 2 on the same plane of the table 6, the position of the AE source can be determined. That is, it is possible to specify in detail the position where the abnormality of the tool 3 or the like has occurred. When the position is determined, the AE sensor 2 is preferably installed on the same plane as the upper surface (or the lower surface or the inside of the table 6) of the table 6 as in the installation example 9D, rather than the side surface of the table 6. When three or more identical AE sensors 2 are used, two-dimensional position positioning is possible.

[AE波伝播経路]
図5は、各種の設置例におけるAE波の伝播経路を示す。(A)は、設置例9Aに対応する伝播経路を示す。AE波が発生する音源は、ドリル等の工具3とワーク4とが接触する箇所である。加工に伴い発生するAE波は、工具3から主軸32に伝播する。AE波は、主軸32からグリース等の音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。(B)は、設置例9Bに対応する伝播経路を示す。加工に伴い発生するAE波は、工具3からワーク4に伝播する。AE波は、ワーク4から音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。(C)は、設置例9Cに対応する伝播経路を示す。加工に伴い発生するAE波は、工具3からワーク4に伝播し、ワーク4からバイス5に伝播する。AE波は、バイス5から音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。(D)は、設置例9Dに対応する伝播経路を示す。この伝播経路は、図示する2種類の経路を含む。加工に伴い発生するAE波は、工具3からワーク4に伝播し、ワーク4からテーブル6に伝播し、テーブル6から音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。また、加工に伴い発生するAE波は、工具3からワーク4に伝播し、ワーク4からバイス5に伝播し、バイス4からテーブル6に伝播し、テーブル6から音響カプラ501を通じてAEセンサ2に伝播する。
[AE wave propagation path]
FIG. 5 shows the propagation path of the AE wave in various installation examples. (A) shows a propagation path corresponding to the installation example 9A. The sound source in which the AE wave is generated is a place where the tool 3 such as a drill and the work 4 come into contact with each other. The AE wave generated by machining propagates from the tool 3 to the spindle 32. The AE wave propagates from the spindle 32 to the AE sensor 2 through an acoustic coupler 501 such as grease. (B) shows a propagation path corresponding to the installation example 9B. The AE wave generated during machining propagates from the tool 3 to the work 4. The AE wave propagates from the work 4 to the AE sensor 2 through the acoustic coupler 501. (C) shows the propagation path corresponding to the installation example 9C. The AE wave generated by machining propagates from the tool 3 to the work 4, and propagates from the work 4 to the vise 5. The AE wave propagates from the vise 5 to the AE sensor 2 through the acoustic coupler 501. (D) shows the propagation path corresponding to the installation example 9D. This propagation path includes the two types of paths shown. The AE wave generated during machining propagates from the tool 3 to the work 4, propagates from the work 4 to the table 6, and propagates from the table 6 to the AE sensor 2 through the acoustic coupler 501. Further, the AE wave generated by machining propagates from the tool 3 to the work 4, propagates from the work 4 to the vise 5, propagates from the vise 4 to the table 6, and propagates from the table 6 to the AE sensor 2 through the acoustic coupler 501. To do.

(E)は、設置例9Eに対応する伝播経路を示す。この伝播経路は、図示する3種類の経路を含む。第1経路では、加工に伴い発生するAE波は、工具3から切削液8を介してAEセンサ2に伝播する。切削液8は音響カプラの機能を果たす。第2径路では、AE波は、ワーク4から切削液8を介してAEセンサ2に伝播する。第3経路では、AE波は、工具3からワーク4に伝播し、ワーク4から切削液8を介してAEセンサ2に伝播する。液体である切削液8を介することで、AE波の伝播が可能である。なお、固体と固体の界面ではAE波がよく透過する。固体と液体の界面では、AE波はやや反射が大きいが透過する。固体と気体の界面ではAE波はほぼ全反射してしまう。そのため、伝播経路は、空気を介在しない方が好ましい。 (E) shows a propagation path corresponding to the installation example 9E. This propagation path includes the three types of paths shown. In the first path, the AE wave generated by machining propagates from the tool 3 to the AE sensor 2 via the cutting fluid 8. The cutting fluid 8 functions as an acoustic coupler. In the second path, the AE wave propagates from the work 4 to the AE sensor 2 via the cutting fluid 8. In the third path, the AE wave propagates from the tool 3 to the work 4 and propagates from the work 4 to the AE sensor 2 via the cutting fluid 8. AE waves can be propagated through the cutting fluid 8 which is a liquid. AE waves are well transmitted at the interface between solids. At the interface between solid and liquid, AE waves are slightly reflected but transmitted. At the interface between solid and gas, AE waves are almost totally reflected. Therefore, it is preferable that the propagation path does not involve air.

[回路構成例]
図6は、AEセンサ2からのAE信号を検出して異常予兆検知等を行うための回路等の構成例を示す。AEセンサ2からのAE信号は、プリアンプ70で増幅されてから、信号処理回路71(説明上、第1信号処理回路と記載する場合がある)に入力される。信号処理回路71は、AE信号の第1信号処理を行う部分である。信号処理回路71は、制御装置10内で接続インタフェース部103に接続されている回路としてもよいし、制御装置10外に接続されている独立した装置等としてもよい。信号処理回路71は、BPF(バンドパスフィルタ)81、メインアンプ82、包絡線検波回路83、AEイベント検出回路84を有する。
[Circuit configuration example]
FIG. 6 shows a configuration example of a circuit or the like for detecting an AE signal from the AE sensor 2 and detecting an abnormality sign or the like. The AE signal from the AE sensor 2 is amplified by the preamplifier 70 and then input to the signal processing circuit 71 (may be referred to as a first signal processing circuit for explanation). The signal processing circuit 71 is a portion that performs the first signal processing of the AE signal. The signal processing circuit 71 may be a circuit connected to the connection interface unit 103 inside the control device 10, or may be an independent device connected to the outside of the control device 10. The signal processing circuit 71 includes a BPF (bandpass filter) 81, a main amplifier 82, an envelope detection circuit 83, and an AE event detection circuit 84.

BPF81は、所定の周波数帯域のAE信号を通過させる。BPF81は、振動成分である不要な低周波数領域の信号を除去する。メインアンプ82は、AE信号をさらに増幅する。なお、本例では、プリアンプ70とメインアンプ82との2段の増幅の構成としているが、1段の増幅の構成としてもよい。音源の信号レベルが高い機械加工の場合に、プリアンプ70のみを使用し、メインアンプ82のゲインを0dBとしてもよい。あるいは、プリアンプ70のみを使用し、メインアンプ82を接続しない形態でもよい。包絡線検波回路83は、AE信号から後述の包絡線検波を行う。AEイベント検出回路84は、AE信号から後述の方式でAEイベント(AE事象)を検出する。なお、BPF81がプリアンプ70の前段に設けられていてもよい。また、BPF81がメインアンプ82の後段に設けられてもよい。また、メインアンプ82の後段にさらに全波整流回路等が設けられてもよい。 The BPF 81 passes an AE signal in a predetermined frequency band. The BPF 81 removes unnecessary signals in the low frequency region, which are vibration components. The main amplifier 82 further amplifies the AE signal. In this example, the preamplifier 70 and the main amplifier 82 have a two-stage amplification configuration, but a one-stage amplification configuration may be used. In the case of machining where the signal level of the sound source is high, only the preamplifier 70 may be used and the gain of the main amplifier 82 may be set to 0 dB. Alternatively, only the preamplifier 70 may be used and the main amplifier 82 may not be connected. The envelope detection circuit 83 performs the envelope detection described later from the AE signal. The AE event detection circuit 84 detects an AE event (AE event) from the AE signal by the method described later. The BPF 81 may be provided in front of the preamplifier 70. Further, the BPF 81 may be provided after the main amplifier 82. Further, a full-wave rectifier circuit or the like may be further provided after the main amplifier 82.

信号処理回路71のAEイベント検出回路84の後段には、オシロスコープ72が接続されている。オシロスコープ72は、波形測定器であり、ADC(アナログデジタル変換回路)85、表示器86、記録部87を備える。なお、オシロスコープ72と信号処理回路71とが一体の装置として構成されてもよい。ADC85は、アナログ信号であるAE信号から所定の周波数でのサンプリングによってデジタル信号に変換する。表示器86は、波形表示器であり、AE信号のAE波の状態(振幅、AEイベント等)を表示画面に表示する。記録部87は、AE信号のデータをログとして記録し、出力可能とする。 An oscilloscope 72 is connected to the subsequent stage of the AE event detection circuit 84 of the signal processing circuit 71. The oscilloscope 72 is a waveform measuring instrument, and includes an ADC (analog-to-digital conversion circuit) 85, a display 86, and a recording unit 87. The oscilloscope 72 and the signal processing circuit 71 may be configured as an integrated device. The ADC 85 converts an AE signal, which is an analog signal, into a digital signal by sampling at a predetermined frequency. The display 86 is a waveform display, and displays the state (amplitude, AE event, etc.) of the AE wave of the AE signal on the display screen. The recording unit 87 records the AE signal data as a log and enables output.

オシロスコープ72のADC85の後段には、制御装置10内に設けられている信号処理回路(説明上、第2信号処理回路と記載する場合がある)が接続されている。この第2信号処理回路は、接続インタフェース部103に接続されている回路でもよいし、プロセッサ101によるソフトウェアプログラム処理で実現されてもよい。第2信号処理回路は、AEイベントレート計算回路91、異常予兆判定回路92、出力制御回路93、閾値設定回路94、閾値設定回路95等を含む。なお、制御装置10は、既存の機能として、加工制御機能90を含む。加工制御機能90は、加工のための制御情報121を生成し、制御情報121に基づいて工具3やテーブル6等の駆動を制御する機能である。制御情報121には工具情報123も含まれている。 A signal processing circuit (may be referred to as a second signal processing circuit for explanation) provided in the control device 10 is connected to the subsequent stage of the ADC 85 of the oscilloscope 72. The second signal processing circuit may be a circuit connected to the connection interface unit 103, or may be realized by software program processing by the processor 101. The second signal processing circuit includes an AE event rate calculation circuit 91, an abnormality sign determination circuit 92, an output control circuit 93, a threshold value setting circuit 94, a threshold value setting circuit 95, and the like. The control device 10 includes a machining control function 90 as an existing function. The machining control function 90 is a function that generates control information 121 for machining and controls the drive of the tool 3, the table 6, and the like based on the control information 121. The control information 121 also includes the tool information 123.

AEイベントレート計算回路91は、ADC85からのデジタル信号であるAE信号を入力し、制御情報121のうちの工具情報123を取得する。工具情報123は、工具3の回転数または回転周期等の情報を含む。AEイベントレート計算回路91は、入力情報から、AEイベントレートを指標値EDとして計算する。AEイベントレートは、単位時間あたりのAEイベント数である。 The AE event rate calculation circuit 91 inputs the AE signal, which is a digital signal from the ADC 85, and acquires the tool information 123 of the control information 121. The tool information 123 includes information such as the rotation speed or rotation cycle of the tool 3. The AE event rate calculation circuit 91 calculates the AE event rate as the index value ED from the input information. The AE event rate is the number of AE events per unit time.

異常予兆判定回路92は、AEイベントレート計算回路91からのAEイベントレート(指標値ED)の情報を入力し、閾値を用いて、工作機械1の状態に関わる異常予兆を判定し、判定結果情報を出力する。異常予兆判定回路92は、時系列上に並ぶ複数の指標値EDを閾値と比較して、異常予兆の有無等を判定する。閾値設定回路94は、異常予兆判定回路92に対し、異常予兆判定用の閾値を動的にまたは静的に設定する。設定値である閾値は、後述の連続回数Nや第1範囲H1等がある。 The abnormality sign determination circuit 92 inputs the information of the AE event rate (index value ED) from the AE event rate calculation circuit 91, determines the abnormality sign related to the state of the machine tool 1 by using the threshold value, and determines the determination result information. Is output. The abnormality sign determination circuit 92 compares a plurality of index value EDs arranged in a time series with a threshold value to determine the presence or absence of an abnormality sign. The threshold value setting circuit 94 dynamically or statically sets the threshold value for determining the abnormality sign with respect to the abnormality sign determination circuit 92. The threshold value, which is a set value, includes the number of consecutive times N and the first range H1 described later.

閾値設定回路95は、AEイベント検出回路84に対し、AEイベント検出用の閾値(例えば後述の2レベルの電圧閾値)を設定する。 The threshold value setting circuit 95 sets a threshold value for AE event detection (for example, a two-level voltage threshold value described later) for the AE event detection circuit 84.

出力制御回路93は、異常予兆判定回路92からの判定結果情報に応じて、所定の出力制御を行う。出力制御は、アラート出力93A、動作停止制御93B、グラフ表示93C、信号波形表示93D等がある。アラート出力93Aは、ユーザに対し異常予兆を伝えるアラートであり、例えばスピーカ106からのアラート音声出力、ランプ107のアラート発光、表示装置105の表示画面へのアラート情報表示等である。アラート出力93Aは、後述の複数の段階(言い換えると異常の度合いに関する複数のレベル)のアラート出力とすることも可能である。動作停止制御93Bは、即時に加工動作を停止させる制御である。グラフ表示93Cは、表示装置105等の表示画面へのAEイベントレートのグラフや異常予兆判定結果等の表示である。信号波形表示93Dは、表示装置105等の表示画面へのAE波のグラフ等の表示である。ユーザは、上記のような各出力から、工作機械1の工具3等の損傷等の異常に至る前に異常予兆を認識でき、対処が可能となる。 The output control circuit 93 performs predetermined output control according to the determination result information from the abnormality sign determination circuit 92. Output control includes alert output 93A, operation stop control 93B, graph display 93C, signal waveform display 93D, and the like. The alert output 93A is an alert that conveys an abnormality sign to the user, for example, an alert voice output from the speaker 106, an alert light emission of the lamp 107, an alert information display on the display screen of the display device 105, and the like. The alert output 93A can also be an alert output of a plurality of stages (in other words, a plurality of levels regarding the degree of abnormality) described later. The operation stop control 93B is a control for immediately stopping the machining operation. The graph display 93C is a display of a graph of the AE event rate, an abnormality sign determination result, and the like on a display screen of the display device 105 or the like. The signal waveform display 93D is a display of an AE wave graph or the like on a display screen of the display device 105 or the like. From each of the above outputs, the user can recognize a sign of abnormality before it becomes an abnormality such as damage to the tool 3 of the machine tool 1, and can deal with it.

図6の構成の変形例として、第1信号処理回路71の包絡線検波回路83およびAEイベント検出回路84を、制御装置10の第2信号処理回路内に設けた構成としてもよい。回路部の追加や削除、回路部の分離や併合等、各種の変形が可能である。 As a modification of the configuration of FIG. 6, the envelope detection circuit 83 and the AE event detection circuit 84 of the first signal processing circuit 71 may be provided in the second signal processing circuit of the control device 10. Various modifications are possible, such as adding or deleting circuit parts, separating or merging circuit parts, and so on.

[AE測定条件]
実施の形態におけるAE測定条件については以下の通りである。アンプゲインは、プリアンプ70の利得を20dB、メインアンプ82の利得を0dBとした。BPF81は、振動成分のノイズ除去の目的でハイパスフィルタ処理を行い、サンプリング周波数を4MHzで測定した。BPF81のうちHPF(ハイパスフィルタ)のカットオフ周波数は、一般的な超音波領域である20kHz以上の信号を計測するために、20kHzとした。BPF81のうちLPF(ローパスフィルタ)は、THRU(Through;フィルタリング無し)とした。なお、金属材料の塑性に対するAE周波数帯域は一般的に100kHz〜1MHzであることから、金属材料の塑性変形に伴うAE信号を特化して検出するために、HPFのカットオフ周波数を100kHz程度に設定してもよい。
[AE measurement conditions]
The AE measurement conditions in the embodiment are as follows. As for the amplifier gain, the gain of the preamplifier 70 was set to 20 dB, and the gain of the main amplifier 82 was set to 0 dB. The BPF 81 was subjected to high-pass filter processing for the purpose of removing noise of vibration components, and the sampling frequency was measured at 4 MHz. The cutoff frequency of the HPF (high-pass filter) of the BPF 81 was set to 20 kHz in order to measure a signal of 20 kHz or more, which is a general ultrasonic region. Of the BPF81, the LPF (low-pass filter) was THRU (Through; no filtering). Since the AE frequency band with respect to the plasticity of the metal material is generally 100 kHz to 1 MHz, the cutoff frequency of the HPF is set to about 100 kHz in order to specially detect the AE signal accompanying the plastic deformation of the metal material. You may.

[処理フロー]
図7は、実施の形態の異常予兆検知システムおよび方法における異常予兆検知機能の処理フローを示す。図7は、ステップS1〜S8を有し、以下、ステップの順に説明する。ステップS1は、工作機械1およびワーク4の設定、および加工開始である。設定は、予め、図1等のように工作機械1の所定の箇所にAEセンサ2を設置することを含む。設定は、閾値設定回路94や閾値設定回路95による初期設定値の設定を含む。ユーザは、工作機械1に加工開始指示を入力する。制御装置10は、制御情報121を生成し、加工制御および異常予兆検知制御を開始する。
[Processing flow]
FIG. 7 shows a processing flow of the abnormality sign detection function in the abnormality sign detection system and method of the embodiment. FIG. 7 has steps S1 to S8, which will be described below in the order of steps. Step S1 is the setting of the machine tool 1 and the work 4, and the start of machining. The setting includes installing the AE sensor 2 in advance at a predetermined position of the machine tool 1 as shown in FIG. The setting includes setting of initial setting values by the threshold value setting circuit 94 and the threshold value setting circuit 95. The user inputs a machining start instruction to the machine tool 1. The control device 10 generates control information 121 and starts machining control and abnormality sign detection control.

ステップS2で、制御装置10は、信号処理回路71等を通じて、AEセンサ2からAE信号および関連情報を取得および入力する。ステップS3で、図6の信号処理回路71のAEイベント検出回路84は、AE信号からAEイベントを検出する(後述の図10または図11)。ステップS4で、図6のAEイベントレート計算回路91は、AE信号(AEイベント情報を含む)から、AEイベントレートを指標値EDとして計算する。 In step S2, the control device 10 acquires and inputs the AE signal and related information from the AE sensor 2 through the signal processing circuit 71 and the like. In step S3, the AE event detection circuit 84 of the signal processing circuit 71 of FIG. 6 detects an AE event from the AE signal (FIG. 10 or 11 described later). In step S4, the AE event rate calculation circuit 91 of FIG. 6 calculates the AE event rate as the index value ED from the AE signal (including the AE event information).

ステップS5で、制御装置10の閾値設定回路94は、異常予兆判定回路92に、閾値として例えば動的閾値を設定する。この閾値は、連続回数Nおよび第1範囲H1等である。閾値設定回路94は、AEイベントレート計算回路91からの情報を用いて動的閾値を決定する。 In step S5, the threshold value setting circuit 94 of the control device 10 sets, for example, a dynamic threshold value as the threshold value in the abnormality sign determination circuit 92. This threshold is the number of consecutive times N, the first range H1, and the like. The threshold value setting circuit 94 determines the dynamic threshold value using the information from the AE event rate calculation circuit 91.

ステップS6で、異常予兆判定回路92は、ステップS4で得たAEイベントレートの指標値EDを時系列に並べ、時点毎に、ステップS5で設定された閾値を用いて、異常予兆判定を行う。異常予兆判定は、時系列上で、複数の指標値EDが、第1範囲H1内で、かつ連続回数N以上で連続した状態(第1状態とする)になったかどうかの判定である。ステップS6の判定結果が、異常予兆有り(YES)の場合にはステップS7へ進み、異常予兆無し(NO)の場合にはステップS8へ進む。 In step S6, the abnormality sign determination circuit 92 arranges the index value ED of the AE event rate obtained in step S4 in chronological order, and determines the abnormality sign at each time point using the threshold value set in step S5. The abnormality sign determination is a determination as to whether or not a plurality of index value EDs are in a continuous state (referred to as a first state) within the first range H1 and in a continuous number of times N or more in a time series. If the determination result in step S6 is that there is an abnormality sign (YES), the process proceeds to step S7, and if there is no abnormality sign (NO), the process proceeds to step S8.

ステップS7で、出力制御回路93は、ステップS6の異常予兆判定結果(第1状態)に応じた出力制御(前述のアラーム出力93Aや動作停止制御93B)を行う。 In step S7, the output control circuit 93 performs output control (the above-mentioned alarm output 93A and operation stop control 93B) according to the abnormality sign determination result (first state) in step S6.

ステップS8で、制御装置10は、加工終了かどうか、例えば複数穴加工がすべて終了したかどうかを確認し、未終了の場合にはステップS2へ戻って同様に繰り返し、終了の場合には本処理フローを終了する。 In step S8, the control device 10 confirms whether or not the machining is completed, for example, whether or not all the machining of a plurality of holes is completed. If not, the control device 10 returns to step S2 and repeats the same procedure. End the flow.

[工具回転数および加工時間]
制御装置10は、制御情報121のうちの工具情報123から、工具3の回転数等の情報を参照し、工具3の回転周期(=1回転時間)を把握する。工具3の回転数は、例えば分あたりの回転数([rpm])である。回転数は、例えば4800rpm(周波数では80Hz)である。回転数(または回転速度等)から、回転周期が算出できる。例えば、4800rpmから、回転周期は12.5ミリ秒である。AEイベントレート計算回路91は、工具3の回転周期を単位時間TU(後述の図12)として設定し、単位時間TU毎にAEイベント数をカウントしてAEイベントレートとする。
[Tool rotation speed and machining time]
The control device 10 refers to information such as the rotation speed of the tool 3 from the tool information 123 in the control information 121, and grasps the rotation cycle (= 1 rotation time) of the tool 3. The rotation speed of the tool 3 is, for example, the rotation speed per minute ([rpm]). The rotation speed is, for example, 4800 rpm (80 Hz in frequency). The rotation cycle can be calculated from the number of rotations (or rotation speed, etc.). For example, from 4800 rpm, the rotation period is 12.5 ms. The AE event rate calculation circuit 91 sets the rotation period of the tool 3 as a unit time TU (FIG. 12 described later), and counts the number of AE events for each unit time TU to obtain the AE event rate.

実施の形態における加工例では、複数穴加工における長い時間を対象として、異常予兆検知を行う。1穴の加工時間は例えば1秒である。例えば千個の穴を加工する場合、加工時間は、少なくとも千秒を要する。 In the machining example of the embodiment, abnormality sign detection is performed for a long time in the machining of a plurality of holes. The machining time for one hole is, for example, 1 second. For example, when machining a thousand holes, the machining time requires at least 1,000 seconds.

[AE波および異常]
AEは、材料が変形や破壊する際に内部に蓄積されていた弾性エネルギーが音波(AE波と呼ばれる)として放出される現象である。AE波は超音波である。AE波は、材料が破壊に至る前の変形等の発生に伴って発生する。AE波を用いて材料の変形等を非破壊的に評価する手法は、AE法と呼ばれる。AE法では、AEセンサを用いる。AEセンサは、材料の微視的な破壊を起点として放出される弾性波を検出する。AE信号は微弱であるため、アンプが用いられる。AE法は、AE波の挙動をリアルタイムで観測することで、破壊等の異常の予兆を検知することができる。
[AE waves and abnormalities]
AE is a phenomenon in which elastic energy stored inside when a material is deformed or broken is emitted as sound waves (called AE waves). The AE wave is an ultrasonic wave. The AE wave is generated by the occurrence of deformation or the like before the material is destroyed. A method for non-destructively evaluating deformation of a material using AE waves is called an AE method. In the AE method, an AE sensor is used. The AE sensor detects elastic waves emitted from the microscopic fracture of the material. Since the AE signal is weak, an amplifier is used. The AE method can detect signs of abnormality such as destruction by observing the behavior of AE waves in real time.

図8は、AE波の例として突発型AE波について示す。(A)は、突発型AE波の集合を示す。(A)の一部分を時間的拡大したものを(B)に示す。(B)は、複数の突発型AE波を示す。(B)の一部分を時間的拡大したものを(C)に示す。(C)は、2個の突発型AE波を示す。1個の突発型AE波は、1個のAEイベントに対応する。工具3やワーク4に異常が発生する前の段階では、このような突発型AE波が発生する場合がある。このような突発型AE波は、後述するが、例えば切削により生じた切り屑が穴の外へ排出しきれずに、穴とドリルとの間に残り、あるいは工具3の先端に切り屑が付着し、その切り屑の影響によって発生すると考えられる。 FIG. 8 shows a sudden AE wave as an example of the AE wave. (A) shows a set of sudden AE waves. A part of (A) enlarged in time is shown in (B). (B) shows a plurality of sudden AE waves. (C) shows a part of (B) enlarged in time. (C) shows two sudden AE waves. One sudden AE wave corresponds to one AE event. Such a sudden AE wave may be generated before an abnormality occurs in the tool 3 or the work 4. Such a sudden AE wave will be described later, but for example, chips generated by cutting cannot be completely discharged to the outside of the hole and remain between the hole and the drill, or chips adhere to the tip of the tool 3. , It is thought that it is generated by the influence of the chips.

異常の状態とは、規定された正常の状態とは異なる状態である。異常の例としては、工具3、ワーク4または主軸32等における損傷や破壊が挙げられる。小径ドリルのような工具3の場合、異常として折損が生じる場合がある。他の異常は、クラック、刃先の欠け等が挙げられる。異常予兆検知の対象となる異常とは、このような工具3の損傷や折損等を含む総称である。工具3の折損の場合、ワーク4への損傷も大きく、それまでの加工が無駄になる。また、折損の場合、工作機械1への負荷が大きく、機械故障の原因になる。特に、低負荷加工である仕上げ加工の場合、最終工程である場合が多く、この後の工程では修復が困難となる。ユーザは、工具3の折損をなるべく防止したい。 An abnormal state is a state different from the defined normal state. Examples of abnormalities include damage and breakage in the tool 3, the work 4, the spindle 32, and the like. In the case of a tool 3 such as a small-diameter drill, breakage may occur as an abnormality. Other abnormalities include cracks and chipped cutting edges. The abnormality that is the target of abnormality sign detection is a general term that includes such damage or breakage of the tool 3. In the case of breakage of the tool 3, the damage to the work 4 is also large, and the processing up to that point is wasted. Further, in the case of breakage, the load on the machine tool 1 is large, which causes a machine failure. In particular, in the case of finish processing which is a low load processing, it is often the final process, and it is difficult to repair in the subsequent process. The user wants to prevent the tool 3 from breaking as much as possible.

実施の形態の異常予兆検知システムは、このような突発型AE波をAEイベントとして検出し、複数のAEイベントからAEイベントレートを計算し、AEイベントレートの状態から異常予兆を判定する。特に、異常予兆検知システムは、AEイベントレートの指標値EDが、ある程度の範囲内で連続して生じる現象を、異常予兆として検知する。これにより、工具3の折損に至る前に、対処が可能である。 The abnormality sign detection system of the embodiment detects such a sudden AE wave as an AE event, calculates the AE event rate from a plurality of AE events, and determines the abnormality sign from the state of the AE event rate. In particular, the abnormality sign detection system detects a phenomenon in which the index value ED of the AE event rate continuously occurs within a certain range as an abnormality sign. As a result, it is possible to deal with the problem before the tool 3 is broken.

図9は、突発型AE波のバリエーションを示す。(A)は、単純な減衰を持つ1個の突発型AE波を示す。AEイベント検出回路84は、このような突発型AE波を1AEイベントとしてカウントする。(B)は、立ち上がりに複数のピークを持つように見える複雑な形状の突発型AE波を示す。AEイベント検出回路84は、このような突発型AE波についても1AEイベントとしてカウントする。(C)は、減衰に複数のピークを持つように見える複雑な形状の突発型AE波を示す。AEイベント検出回路84は、このような突発型AE波についても1AEイベントとしてカウントする。 FIG. 9 shows a variation of the sudden AE wave. (A) shows one sudden AE wave with simple attenuation. The AE event detection circuit 84 counts such a sudden AE wave as one AE event. (B) shows a sudden AE wave having a complicated shape that appears to have a plurality of peaks at the rising edge. The AE event detection circuit 84 also counts such a sudden AE wave as one AE event. (C) shows a sudden AE wave having a complicated shape that appears to have a plurality of peaks in attenuation. The AE event detection circuit 84 also counts such a sudden AE wave as one AE event.

上記例のように、様々な形状のAE波があり得る。従来技術例での判定方式は、このような様々な形状のAE波について高精度に異常予兆を検知することは難しい。一方、実施の形態の異常予兆検知システムは、AEイベントレートの現象を判断する判定方式であるため、このような様々な形状のAE波についても高精度に異常予兆の検知が可能である。 As in the example above, there can be AE waves of various shapes. It is difficult for the determination method in the prior art example to detect an abnormality sign with high accuracy for such AE waves having various shapes. On the other hand, since the abnormality sign detection system of the embodiment is a determination method for determining the phenomenon of the AE event rate, it is possible to detect the abnormality sign with high accuracy even for such AE waves having various shapes.

[AEイベント検出]
図10および図11は、AEイベント検出方式の例を示す。AEイベント検出回路84は、図10または図11の方式を用いてAEイベントを検出する。いずれの方式を用いるかについては予め設定可能である。AEイベント検出方式は、本例に限らず、他の方式を適用してもよい。
[AE event detection]
10 and 11 show an example of an AE event detection method. The AE event detection circuit 84 detects an AE event using the method of FIG. 10 or 11. Which method to use can be set in advance. The AE event detection method is not limited to this example, and other methods may be applied.

図10は、閾値として1レベルの電圧閾値V1を用いてAEイベントを判定し検出する方式を示す。図10中のAE信号のAE波は、縦軸が電圧値である。(a)は、AE波の電圧値のピーク振幅を示す。AEイベント検出回路84は、AE波の振幅と電圧閾値V1とを比較し、振幅が電圧閾値V1以上となる時点を、(c)のようにAEカウントとして計測する。(b)は、(c)のAEカウントに対応付けられた、AEイベントの持続時間である。時点t1はAEイベントの開始時点、時点t2はAEイベントの終了時点である。(d)は、AEイベントの立ち上がり時間を示し、時点t1から(a)のピーク振幅の時点となるまでの時間である。AEイベント検出回路84は、(c)のAEカウントに基づいて、(b)のような持続時間を、1AEイベントとしてカウントして検出する。 FIG. 10 shows a method of determining and detecting an AE event using a one-level voltage threshold value V1 as a threshold value. The vertical axis of the AE wave of the AE signal in FIG. 10 is the voltage value. (A) shows the peak amplitude of the voltage value of the AE wave. The AE event detection circuit 84 compares the amplitude of the AE wave with the voltage threshold value V1, and measures the time point at which the amplitude becomes the voltage threshold value V1 or more as the AE count as shown in (c). (B) is the duration of the AE event associated with the AE count of (c). Time point t1 is the start time of the AE event, and time point t2 is the end time of the AE event. (D) indicates the rise time of the AE event, and is the time from the time point t1 to the time point of the peak amplitude of (a). The AE event detection circuit 84 counts and detects the duration as in (b) as one AE event based on the AE count in (c).

図11は、高低の2レベルの電圧閾値{電圧閾値V,V}を用いてAEイベントを判定し検出する方式を示す。(A)は、アナログ信号であるAE信号のAE波を示す。縦軸は電圧の振幅を示す。(B)は、(A)のAE信号から図6の包絡線検波回路83による全波整流および包絡線検波を行った後の波形(エンベロープ波形)を示す。AEイベント検出回路84は、この波形について、2レベルの電圧閾値V,Vと比較してAEイベントを判定し検出する。包絡線とは、電圧のピーク振幅の点を結んだ線である。なお、(B)の波形は、(A)の波形から全波整流を行った後を示す。全波整流は、負電圧部分を正電圧に変換する整流である。 FIG. 11 shows a method of determining and detecting an AE event using two levels of high and low voltage thresholds {voltage thresholds V H , VL }. (A) shows an AE wave of an AE signal which is an analog signal. The vertical axis shows the amplitude of the voltage. (B) shows a waveform (envelope waveform) after performing full-wave rectification and envelope detection by the envelope detection circuit 83 of FIG. 6 from the AE signal of (A). AE event detection circuit 84, for this waveform, two-level voltage threshold V H, as compared with the V L to detect and determine the AE event. The envelope is a line connecting the points of the peak amplitude of the voltage. The waveform of (B) is shown after full-wave rectification is performed from the waveform of (A). Full-wave rectification is rectification that converts a negative voltage part into a positive voltage.

AEイベント検出回路84は、(B)の波形の電圧値が、高側の電圧閾値Vを超えてから低側の電圧閾値V以下になるまでの期間を、1AEイベントとして検出する。(C)は、(B)の波形に基づいた、AEイベントカウントパルス、言い換えるとAEイベント検出信号を示し、1AEイベントとして検出した部分がパルスのオン状態となっている。 The AE event detection circuit 84 detects as one AE event the period from when the voltage value of the waveform of (B) exceeds the voltage threshold voltage V H on the high side to when it becomes equal to or less than the voltage threshold voltage VL on the low side. (C) shows an AE event count pulse, in other words, an AE event detection signal based on the waveform of (B), and the portion detected as a 1AE event is in the pulse-on state.

[AEイベントレート計算]
図12は、AEイベントレートの計算について示す。図12は、横軸を時間としてAE信号の例を示す。AEイベントレート計算回路91は、AE信号の時系列上において、単位時間TU毎に、AEイベント数をカウントし、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを指標値EDとする。図12は、単位時間TU毎にAEイベント数を記載している。
[AE event rate calculation]
FIG. 12 shows the calculation of the AE event rate. FIG. 12 shows an example of an AE signal with the horizontal axis as time. The AE event rate calculation circuit 91 counts the number of AE events for each unit time TU on the time series of the AE signal, and sets the AE event rate, which is the number of AE events per unit time, as the index value ED. FIG. 12 shows the number of AE events for each unit time TU.

(A)のAE信号の例は、ある1穴の加工の際の一部分を示す。(B)のAE信号の例は、同じ工具3を用いた、他の1穴の加工の際の一部分を示す。(A)の例では、突発型AE波が散発的に発生している。単位時間TU1〜TU8において、AEイベントレートである指標値EDは、順に{1,1,1,1,0,0,1,1}となっている。 The example of the AE signal in (A) shows a part of the processing of a certain hole. The example of the AE signal in (B) shows a part of the machining of another one hole using the same tool 3. In the example of (A), sudden AE waves are sporadically generated. In the unit times TU1 to TU8, the index value ED, which is the AE event rate, is {1,1,1,1,0,0,1,1} in order.

(B)の時には、(A)の時よりも、工具3が多数の穴の加工を経験済みであり、劣化が進んでいる。そのため、(B)の例では、複数の突発側AE波が連続的に発生している。単位時間TU1〜TU8において、AEイベントレートである指標値EDは、順に{7,5,6,5,5,5,6,5}となっている。 At the time of (B), the tool 3 has already experienced the machining of a large number of holes as compared with the case of (A), and the deterioration is progressing. Therefore, in the example of (B), a plurality of sudden side AE waves are continuously generated. In the unit times TU1 to TU8, the index value ED, which is the AE event rate, is {7,5,6,5,5,5,6,5} in order.

なお、AEイベントレート計算回路91は、単位時間TUの区間に跨って配置されているAE波については、適切にいずれかの単位時間TUでカウントする。 The AE event rate calculation circuit 91 appropriately counts the AE waves arranged over the section of the unit time TU at any of the unit time TUs.

[工具等の状態の変化に応じたAE波]
図13は、工具3等の状態の変化に応じたAE波の推移の例を示す。(A)は、工具3が正常な状態の場合のAE波を示し、閾値を超えるような突発型AE波(対応するAEイベント)は検出されていない。(B)は、正常範囲内の場合であり、いくつかの突発型AE波が散発的に出現している。(C)は、異常予兆の場合に相当し、複数の突発型AE波が連続的に出現している。言い換えると、複数の突発型AE波が連続型AE波として観測される。すなわち、この状態では、複数のAEイベントが連続して出現している。このような連続型AE波から、AEイベントレートが計算できる。このAEイベントレートが所定の範囲内で連続する状態である場合、異常予兆と判定される。(D)は、工具異常発生直前の異常の場合に相当する連続型AE波を示す。(E)は、工具異常発生時の異常の場合を示す。実施の形態の異常予兆検知システムは、(C)のような時点で異常予兆を検知する。
[AE wave according to changes in the state of tools, etc.]
FIG. 13 shows an example of the transition of the AE wave according to the change in the state of the tool 3 and the like. (A) shows an AE wave when the tool 3 is in a normal state, and a sudden AE wave (corresponding AE event) exceeding the threshold value is not detected. (B) is a case within the normal range, and some sudden AE waves appear sporadically. (C) corresponds to the case of an abnormal sign, and a plurality of sudden AE waves appear continuously. In other words, a plurality of sudden AE waves are observed as continuous AE waves. That is, in this state, a plurality of AE events appear in succession. The AE event rate can be calculated from such a continuous AE wave. When the AE event rate is in a continuous state within a predetermined range, it is determined as an abnormality sign. (D) shows a continuous type AE wave corresponding to the case of an abnormality immediately before the occurrence of a tool abnormality. (E) shows the case of an abnormality when a tool abnormality occurs. The abnormality sign detection system of the embodiment detects the abnormality sign at the time point (C).

[AEイベントレートの推移]
図14は、AE信号の振幅および対応するAEイベントレートの時系列上の推移の例を示す。図14は、ある1穴を加工する時間(加工時間TPとする)における推移を示し、(A)はAE信号の振幅、(B)はAEイベントレートである指標値EDを示す。図14の例は、正常範囲内または初期の異常予兆に相当する場合を示す。(A)で、振幅の単位は[mV]である。加工時間TPは例えば1秒である。(B)で、1個の点は、単位時間TUを工具の1回転時間とした場合のAEイベントレートを示す。最初の正常の期間では、指標値EDが0である。正常の場合、指標値EDとして0が連続し、0以外の値が出現するとしても連続的には出現せずに0に戻る。その後、例えば期間141では、指標値EDとして1や2が出現している。指標値EDとして0以外の値が連続して出現する場合、異常の可能性がある。
[Transition of AE event rate]
FIG. 14 shows an example of the time-series transition of the amplitude of the AE signal and the corresponding AE event rate. FIG. 14 shows the transition in the time for machining a certain hole (referred to as the machining time TP), (A) shows the amplitude of the AE signal, and (B) shows the index value ED which is the AE event rate. The example of FIG. 14 shows a case corresponding to a normal range or an early sign of abnormality. In (A), the unit of amplitude is [mV]. The processing time TP is, for example, 1 second. In (B), one point indicates the AE event rate when the unit time TU is one rotation time of the tool. In the first normal period, the index value ED is 0. In the normal case, 0 is continuous as the index value ED, and even if a value other than 0 appears, it does not appear continuously and returns to 0. After that, for example, in period 141, 1 and 2 appear as index values ED. If a value other than 0 appears continuously as the index value ED, there is a possibility of abnormality.

図15は、別の加工時間TPの例で、異常予兆に相当する場合を同様に示す。図15の例では、図14の場合よりも、指標値EDが大きい。例えば、期間151では、指標値ED=2,3,4が出現している。 FIG. 15 is an example of another processing time TP, and similarly shows a case corresponding to an abnormality sign. In the example of FIG. 15, the index value ED is larger than that of FIG. For example, in period 151, index values ED = 2, 3 and 4 appear.

図16は、別の加工時間TPの例で、異常予兆に相当する場合を同様に示す。図16の例では、工具3の損傷等の異常が発生する直前の場合を示す。図16の例では、図15の場合よりも、指標値EDが大きい。例えば、期間161では、指標値ED=5,6,7が出現している。時点162では、工具3の損傷等の異常が発生している。時点162以降の期間では、指標値EDがそれまでよりも小さい値に低下している。 FIG. 16 is an example of another processing time TP, and similarly shows a case corresponding to an abnormality sign. In the example of FIG. 16, a case immediately before an abnormality such as damage to the tool 3 occurs is shown. In the example of FIG. 16, the index value ED is larger than that of FIG. For example, in period 161 the index values ED = 5, 6 and 7 appear. At time point 162, an abnormality such as damage to the tool 3 has occurred. In the period after the time point 162, the index value ED has decreased to a smaller value than before.

図14、図15、図16の例のように、時系列上で複数のAEイベントレートが、ある程度の範囲内で連続し飽和するような現象が観測でき、この現象を異常予兆と対応付けることができる。この現象において、複数のAEイベントレートは、ある程度の範囲内である程度のばらつきで分布している。 As shown in the examples of FIGS. 14, 15, and 16, a phenomenon in which a plurality of AE event rates are continuously saturated within a certain range can be observed in a time series, and this phenomenon can be associated with an abnormality sign. it can. In this phenomenon, the plurality of AE event rates are distributed within a certain range with some variation.

[異常予兆判定例(1)]
図17は、AEイベントレートを用いた異常予兆判定の例を示す。図17は、図14の期間141に対応する一部分の拡大を示す。閾値設定例として、連続回数Nおよび第1範囲H1の設定例を示す。例えば、連続回数Nが5である。第1範囲H1は、0以上の整数を持つ。第1範囲H1は、基準値D0=1、ばらつき範囲を±1とする。基準値D0は、第1範囲H1の基準である。ばらつき範囲は、指標値EDに許容されるばらつきを示す。ただし、本例では、第1範囲H1は、0を含めずに1以上の整数とする条件を持たせる。すなわち、第1範囲H1は、上限値DHが2、下限値DLが1である範囲{1,2}として設定されている。
[Example of abnormality sign judgment (1)]
FIG. 17 shows an example of abnormality sign determination using the AE event rate. FIG. 17 shows a partial enlargement corresponding to period 141 in FIG. As an example of setting the threshold value, an example of setting the number of consecutive times N and the first range H1 is shown. For example, the number of consecutive times N is 5. The first range H1 has an integer of 0 or more. The first range H1 has a reference value D0 = 1 and a variation range of ± 1. The reference value D0 is the reference of the first range H1. The variation range indicates the variation allowed in the index value ED. However, in this example, the first range H1 has a condition that it is an integer of 1 or more without including 0. That is, the first range H1 is set as a range {1,2} in which the upper limit value DH is 2 and the lower limit value DL is 1.

制御装置10の異常予兆判定回路92は、時系列上で複数の指標値EDが、第1範囲H1内の値で、連続回数N以上で連続した状態である第1状態となった場合に、異常予兆と判定する。図示の例では、期間171や期間172は、指標値EDとして1または2が5回連続しているので、異常予兆として検知される。 The abnormality sign determination circuit 92 of the control device 10 is set in the first state in which a plurality of index values ED are values within the first range H1 and are in a continuous state for the number of consecutive times N or more in the time series. Judged as an abnormal sign. In the illustrated example, the period 171 and the period 172 are detected as an abnormality sign because 1 or 2 is consecutive as the index value ED five times.

上記判定に関する変形例として以下のようにしてもよい。第1範囲H1における指標値EDとして0を許容する条件(言い換えると、第1範囲H1内で複数回連続する値において、一部の値は1以上となり、一部の値には0を含んでもよいという条件)とする。例えば、第1範囲H1は、基準値D0=1、ばらつき範囲を±1、0を許容する条件では、上限値DHが2、下限値DLが0である範囲{0,1,2}として設定される。この場合、例えば期間173では、第1範囲H1内の値が5回連続するので、異常予兆として検知できる。 The following may be used as a modification of the above determination. A condition that allows 0 as the index value ED in the first range H1 (in other words, in the values that are consecutive multiple times in the first range H1, some values are 1 or more, and some values include 0. (Condition that it is good). For example, the first range H1 is set as a range {0, 1, 2} in which the upper limit value DH is 2 and the lower limit value DL is 0 under the condition that the reference value D0 = 1 and the variation range is ± 1, 0. Will be done. In this case, for example, in the period 173, since the values in the first range H1 are continuous five times, it can be detected as an abnormality sign.

図18は、別のAE信号での別の判定例を示す。図18は、図15の期間151に対応する一部分の拡大を示す。閾値設定例として、連続回数Nが10として設定されている。第1範囲H1は、基準値D0=2とし、ばらつき範囲を±2とし、1以上の整数とする。すなわち、第1範囲H1は、上限値DH=4、下限値DL=1で、範囲{1,2,3,4}として設定されている。この設定で、異常予兆検知回路92は、同様に異常予兆判定を行う。例えば、期間181は、第1範囲H1内の値が連続で10回出現しているため、異常予兆として検知される。 FIG. 18 shows another determination example with another AE signal. FIG. 18 shows a partial enlargement corresponding to period 151 in FIG. As a threshold setting example, the number of consecutive times N is set to 10. The first range H1 has a reference value D0 = 2, a variation range of ± 2, and an integer of 1 or more. That is, the first range H1 has an upper limit value DH = 4 and a lower limit value DL = 1, and is set as a range {1, 2, 3, 4}. With this setting, the abnormality sign detection circuit 92 similarly performs the abnormality sign determination. For example, the period 181 is detected as an abnormality sign because the value in the first range H1 appears 10 times in succession.

上記基準値D0=2は、例えば動的に設定される。例えば、最初、基準値D0=1として設定されているとする。次に、指標値ED=2がある程度出現した場合、それに応じて、基準値D0=2として更新される。その後も、ある程度多く出現する指標値EDの値に合わせて基準値D0が更新される。 The reference value D0 = 2 is set dynamically, for example. For example, it is assumed that the reference value D0 = 1 is initially set. Next, when the index value ED = 2 appears to some extent, the reference value D0 = 2 is updated accordingly. After that, the reference value D0 is updated according to the value of the index value ED that appears to some extent.

異常予兆検知システムは、上記判定を用いることで、工具3等の異常に至る前に、異常予兆を検知し、動作停止等の対処が可能である。 By using the above determination, the abnormality sign detection system can detect an abnormality sign and take measures such as stopping the operation before the tool 3 or the like becomes abnormal.

図19は、別のAE信号での別の判定例を示す。図19は、図16の期間161に対応する一部分の拡大を示す。閾値設定例として、連続回数Nが5として設定されている。第1範囲H1は、基準値D0=6とし、ばらつき範囲を±1とし、1以上の整数とする。すなわち、第1範囲H1は、上限値DH=7、下限値DL=5で、範囲{5,6,7}として設定されている。上記基準値D0=6は、動的に設定されている。この設定で、異常予兆検知回路92は、同様に異常予兆判定を行う。例えば、期間191は、第1範囲H1内の値が連続で5回出現しているため、異常予兆として検知される。 FIG. 19 shows another determination example with another AE signal. FIG. 19 shows a partial enlargement corresponding to period 161 of FIG. As a threshold setting example, the number of consecutive times N is set to 5. The first range H1 has a reference value D0 = 6, a variation range of ± 1, and an integer of 1 or more. That is, the first range H1 has an upper limit value DH = 7 and a lower limit value DL = 5, and is set as a range {5, 6, 7}. The reference value D0 = 6 is dynamically set. With this setting, the abnormality sign detection circuit 92 similarly performs the abnormality sign determination. For example, the period 191 is detected as an abnormality sign because the values in the first range H1 appear five times in a row.

他の閾値設定例として、連続回数Nについて、第1範囲H1内で同じ値で連続する必要があるという条件を追加してもよい。例えば、同じ値で連続回数N=5以上とする。この設定の場合、例えば期間192では、指標値ED=6が5回連続するので、異常予兆として検知される。ばらつき範囲を設けない設定の場合でも、同様の判定が可能である。 As another threshold setting example, a condition may be added that the number of consecutive times N needs to be continuous with the same value within the first range H1. For example, the same value and the number of consecutive times N = 5 or more. In the case of this setting, for example, in the period 192, the index value ED = 6 continues 5 times, so that it is detected as an abnormality sign. The same determination can be made even in the case where the variation range is not provided.

[異常予兆判定例(2)]
図20は、長時間におけるAE波の振幅およびAEイベントレートの推移例、および2段階の異常予兆判定の例を示す。(A)は、AE信号の振幅の推移を示す。(B)は、(A)と時系列で対応した、AEイベントレートの推移を示す。なお、時間軸が長いため、(B)の複数の単位時間TUのAEイベントレートを時間的に圧縮して図示している。例えば、時点201では、工具異常として損傷または折損が発生している。(A)のような振幅を用いて異常予兆を判定する従来技術例の場合、時点201の工具異常の直前の期間202になれば振幅が大きくなるため検出が可能である。しかし、その時点で異常予兆が検出できたとしても、対処できず、破壊の度合いが大きく、手遅れである。従来技術例では、期間202よりも前の期間では、振幅が小さいので、異常予兆が検出できない。
[Example of abnormality sign judgment (2)]
FIG. 20 shows an example of changes in the amplitude of the AE wave and the AE event rate over a long period of time, and an example of two-step abnormality sign determination. (A) shows the transition of the amplitude of the AE signal. (B) shows the transition of the AE event rate corresponding to (A) in chronological order. Since the time axis is long, the AE event rates of the plurality of unit time TUs in (B) are compressed in time and shown in the figure. For example, at time point 201, damage or breakage has occurred as a tool abnormality. In the case of the prior art example in which the abnormality sign is determined using the amplitude as in (A), the amplitude becomes large in the period 202 immediately before the tool abnormality at the time point 201, so that the detection is possible. However, even if an abnormality sign can be detected at that time, it cannot be dealt with, the degree of destruction is large, and it is too late. In the prior art example, since the amplitude is small in the period before the period 202, the abnormality sign cannot be detected.

一方、(B)のように実施の形態の異常予兆検知システムにおけるAEイベントレートを用いた判定の場合、工具異常の時点201よりもずっと前に異常予兆を検知できる。例えば、第1の閾値設定で判定を行うことで、期間203内のいずれかの時点で、第1段階の異常予兆検知ができ、対応して第1段階の出力制御が実現できる。第1の閾値設定は、例えば、連続回数N=10で、第1範囲H1が{1,2,3}である。第1段階の出力制御は、例えば第1アラーム出力である。第1アラームは、工具3の寿命が近いことを伝えるアラームである。 On the other hand, in the case of the determination using the AE event rate in the abnormality sign detection system of the embodiment as in (B), the abnormality sign can be detected long before the time point 201 of the tool abnormality. For example, by performing the determination with the first threshold value setting, the abnormality sign detection of the first stage can be performed at any time within the period 203, and the output control of the first stage can be realized correspondingly. The first threshold setting is, for example, the number of consecutive times N = 10, and the first range H1 is {1, 2, 3}. The output control of the first stage is, for example, the first alarm output. The first alarm is an alarm that informs that the life of the tool 3 is near.

また、例えば、第2の閾値設定で第2段階の判定を行うことで、期間204内のいずれかの時点で、第2段階の異常予兆検知ができ、対応して第2段階の出力制御が実現できる。第2の閾値設定は、例えば、連続回数N=10で、第1範囲H1が{1,2,3,4,5}である。第2段階の出力制御は、例えば第2アラーム出力や動作停止制御である。第2アラームは、第1アラームよりも異常の度合いが大きいことを表すアラームである。同様に、3段階以上の判定を行うこともできる。工具異常の時点201に対し、期間204は、例えば数秒から数十秒前の時間とすることができ、時間的に余裕がある。期間203は、さらに前の時間とすることができる。 Further, for example, by performing the determination of the second stage by setting the second threshold value, the abnormality sign of the second stage can be detected at any time within the period 204, and the output control of the second stage can be performed accordingly. realizable. The second threshold setting is, for example, the number of consecutive times N = 10, and the first range H1 is {1, 2, 3, 4, 5}. The output control of the second stage is, for example, a second alarm output or an operation stop control. The second alarm is an alarm indicating that the degree of abnormality is greater than that of the first alarm. Similarly, it is possible to make a determination in three or more stages. The period 204 can be, for example, a time several seconds to several tens of seconds before the time point 201 of the tool abnormality, and there is a time margin. The period 203 can be an earlier time.

[加工時と非加工時のAE波形]
図21は、時系列上で加工時および非加工時のAE波形の例を示す。加工時間TPは、1穴の加工時間であり、非加工時間TNは、加工時間TP間にある非加工状態の時間である。非加工時間TNでは、工具3がワーク4に接触していないので、突発型AE波等が生じない。制御装置10は、このようなAE信号の波形から、加工時間TPと非加工時間TNとを把握することができ、加工制御に利用できる。制御装置10は、その把握に基づいて、例えば、加工時間TPの時に限定して異常予兆判定を実行するようにしてもよい。
[AE waveform during processing and non-processing]
FIG. 21 shows an example of AE waveforms in time series during processing and non-processing. The processing time TP is the processing time of one hole, and the non-processing time TN is the time in the non-processing state between the processing time TP. In the non-machining time TN, since the tool 3 is not in contact with the work 4, a sudden AE wave or the like does not occur. The control device 10 can grasp the machining time TP and the non-machining time TN from the waveform of such an AE signal, and can be used for machining control. Based on the grasp, the control device 10 may execute the abnormality sign determination only at the processing time TP, for example.

[単位時間の設定]
AEイベントレートにおける単位時間TUを工具3の1回転時間(対応する回転周期)として設定する理由等について補足する。制御装置10は、前述の図12等のように、単位時間TUを1回転時間とし、時系列上でこの単位時間TU毎にAEイベントレートを計算する。これにより、異常予兆検知に好適な現象として、前述の図14〜図19の例のような、AEイベントレートの連続や飽和の現象が現れる。
[Unit time setting]
The reason for setting the unit time TU in the AE event rate as one rotation time (corresponding rotation period) of the tool 3 is supplemented. As shown in FIG. 12 and the like described above, the control device 10 sets the unit time TU as one rotation time, and calculates the AE event rate for each unit time TU in the time series. As a result, as a phenomenon suitable for detecting an abnormality sign, a phenomenon of continuous or saturated AE event rate as in the above-mentioned examples of FIGS. 14 to 19 appears.

加工時のAE波に図8等に示した突発型AE波(対応するAEイベント)が現れる理由の1つとしては、加工に伴い工具3に切り屑が付着し、工具3とワーク4の穴との間でその切り屑を噛み込みながら加工が行われる場合が挙げられる。工具3の先端の溝および刃には、切り屑の詰まり等が生じる。このような場合に、工具3等に対する破壊現象が起こる。この破壊現象に基づいて突発型AE波(対応するAEイベント)が発生すると考えられる。上記考察に基づいて、切り屑の付着や離脱を、工具3の1回転時間あたりのAEイベントの出現密度の推移から推測することができる。また、工具3に付着できる切り屑には上限があると考えられる。そのため、切り屑の付着によって1回転時間に生じる破壊現象の頻度(対応するAEイベントレート)には上限があると考えられる。このことから、図20等のようなAEイベントレートに関する連続および飽和の現象が現れると考えられる。 One of the reasons why the sudden AE wave (corresponding AE event) shown in FIG. 8 appears in the AE wave during machining is that chips adhere to the tool 3 during machining and the holes of the tool 3 and the work 4 are formed. There is a case where processing is performed while biting the chips between and. Chips are clogged in the groove and blade at the tip of the tool 3. In such a case, a breaking phenomenon occurs for the tool 3 and the like. It is considered that a sudden AE wave (corresponding AE event) is generated based on this fracture phenomenon. Based on the above consideration, the adhesion and detachment of chips can be estimated from the transition of the appearance density of AE events per rotation time of the tool 3. Further, it is considered that there is an upper limit to the chips that can adhere to the tool 3. Therefore, it is considered that there is an upper limit to the frequency of the fracture phenomenon (corresponding AE event rate) that occurs in one rotation time due to the adhesion of chips. From this, it is considered that the continuous and saturated phenomena related to the AE event rate as shown in FIG. 20 and the like appear.

図23は、突発型AE波が発生する場合に対応する工具の状態の例を示す。突発型AE波が発生する場合として、切削により生じた切り屑が、工具であるドリルの刃先に凝着し、溝部に切り屑が堆積する場合が考えられる。図23の状態は、実施の形態のシステムで、ある閾値設定において異常予兆を検知して動作停止を実行した時に観察されたドリルの刃先の状態である。この状態は、刃先に切り屑が張り付いたような異常な状態である。この状態で加工を続けさせたところ、突発型AE波の発生が確認できた。このような状態では、切り屑が詰まりやすく、加工を続けると工具の折損や欠損に至りやすい。 FIG. 23 shows an example of the state of the tool corresponding to the case where a sudden AE wave is generated. As a case where a sudden AE wave is generated, it is conceivable that chips generated by cutting adhere to the cutting edge of a drill, which is a tool, and chips are accumulated in a groove. The state of FIG. 23 is the state of the cutting edge of the drill observed when an abnormality sign is detected and the operation is stopped in the system of the embodiment. This state is an abnormal state in which chips are stuck to the cutting edge. When processing was continued in this state, it was confirmed that a sudden AE wave was generated. In such a state, chips are likely to be clogged, and if machining is continued, the tool is likely to be broken or broken.

単位時間TUの設定の仕方によっては、上記のようなAEイベントレートの連続や飽和の現象が現れるとは限らず、その場合には好適な異常予兆検知はできない。すなわち、単位時間TUは、好適な時間を選択し設定する必要がある。例えば、単位時間TUを、工具3の1回転時間よりも十分に小さく設定した場合、AEイベントレートの値が連続しない。また、単位時間TUを工具3の1回転時間よりも十分に大きく設定した場合(例えば1秒)、上記現象が現れず、急激に増加する現象となる。この場合、従来技術例の判定方式と類似となってしまい、好適な検知はできない。 Depending on how the unit time TU is set, the above-mentioned phenomenon of continuity or saturation of the AE event rate does not always appear, and in that case, suitable abnormality sign detection cannot be performed. That is, it is necessary to select and set a suitable time for the unit time TU. For example, when the unit time TU is set sufficiently smaller than the one rotation time of the tool 3, the values of the AE event rates are not continuous. Further, when the unit time TU is set sufficiently larger than one rotation time of the tool 3 (for example, 1 second), the above phenomenon does not appear and the phenomenon increases rapidly. In this case, it becomes similar to the determination method of the prior art example, and suitable detection cannot be performed.

また、時間を単位時間TUで区切る際に、適切な単位時間TUを設定しない場合、図21のような加工時間TPと非加工時間TN(特に工具3がワーク4に接触していない時間)とを区別せずに時間を区切ることになる。そのため、例えば単位時間TUが長すぎる場合には、区切られた時間内における加工時間TPの割合が短くなり、異常予兆検知の精度が劣化する。 Further, when an appropriate unit time TU is not set when dividing the time by the unit time TU, the machining time TP and the non-machining time TN (particularly the time when the tool 3 is not in contact with the work 4) as shown in FIG. 21 are used. It will divide the time without distinguishing. Therefore, for example, when the unit time TU is too long, the ratio of the processing time TP within the divided time becomes short, and the accuracy of abnormality sign detection deteriorates.

[閾値設定]
AEイベント検出用の閾値や、異常予兆判定用の閾値については、静的設定値、動的設定値のいずれとしてもよい。連続回数Nや第1範囲H1は、工具3の種類、材質、寸法、回転数や、ワーク4の種類、材質、寸法や、加工の種類や負荷、等に応じて設定されてもよい。一例として、連続回数Nは、3回、5回、10回、15回等に設定できるが、これに限らずに可能である。
[Threshold setting]
The threshold value for detecting an AE event and the threshold value for determining an abnormality sign may be either a static set value or a dynamic set value. The number of consecutive times N and the first range H1 may be set according to the type, material, dimension, rotation speed of the tool 3, the type, material, and dimension of the work 4, the type and load of machining, and the like. As an example, the number of consecutive times N can be set to 3, 5, 10, 15, and the like, but is not limited to this.

AEイベントレートを用いた異常予兆判定に関する閾値を動的に設定する場合の方式については以下が挙げられる。制御装置10は、入力のAE信号から過去のデータ(例えばいくつかの単位時間TU)を測定し、その測定データから、一旦、閾値を決定して設定する。例えば、閾値設定回路94は、第1範囲H1および連続回数Nを決定して設定する。異常予兆判定回路92は、その閾値を用いて、最新の指標値EDと比較し、異常予兆を判定する。制御装置10は、ある程度の時間が経過すると、同様に、過去のデータから、閾値を更新する。 The following is an example of a method for dynamically setting a threshold value for determining an abnormality sign using the AE event rate. The control device 10 measures past data (for example, some unit time TU) from the input AE signal, and once determines and sets a threshold value from the measured data. For example, the threshold value setting circuit 94 determines and sets the first range H1 and the number of consecutive times N. The abnormality sign determination circuit 92 uses the threshold value to compare with the latest index value ED and determines the abnormality sign. After a certain amount of time has passed, the control device 10 similarly updates the threshold value from the past data.

他の方式については以下が挙げられる。制御装置10の閾値設定回路94は、AE信号から、出現する指標値EDの値毎に、出現の回数をカウントする。図18の例では、最初、指標値ED=2が初めて出現し、3回連続している。閾値設定回路94は、指標値ED=2について連続回数をカウントする。閾値設定回路94は、指標値ED=2がある程度の回数で出現した場合、第1範囲H1の基準値D0を2に更新する。その後、指標値ED=3が初めて出現し、3回連続している。同様に、閾値設定回路94は、指標値ED=3について連続回数をカウントし、指標値ED=3がある程度の回数で出現した場合、基準値D0を3に更新する。閾値設定回路94は、例えば、最も出現数が多い指標値EDの値を、基準値D0として設定してもよい。このようにして、第1範囲H1を動的に変更できる。また、閾値設定回路94は、上記指標値EDの各値の出現のばらつき範囲に応じて、第1範囲H1を動的に設定してもよい。 Other methods include the following. The threshold value setting circuit 94 of the control device 10 counts the number of appearances for each value of the index value ED that appears from the AE signal. In the example of FIG. 18, the index value ED = 2 first appears for the first time, and it is continuous three times. The threshold value setting circuit 94 counts the number of consecutive times for the index value ED = 2. When the index value ED = 2 appears a certain number of times, the threshold value setting circuit 94 updates the reference value D0 of the first range H1 to 2. After that, the index value ED = 3 appears for the first time, and it continues three times in a row. Similarly, the threshold value setting circuit 94 counts the number of consecutive times for the index value ED = 3, and updates the reference value D0 to 3 when the index value ED = 3 appears a certain number of times. For example, the threshold value setting circuit 94 may set the value of the index value ED having the largest number of appearances as the reference value D0. In this way, the first range H1 can be changed dynamically. Further, the threshold value setting circuit 94 may dynamically set the first range H1 according to the variation range of the appearance of each value of the index value ED.

実施の形態の異常予兆検知システムは、動的閾値設定での判定方式とする場合には、特定の閾値設定に依存せずに異常予兆検知が可能である。この判定方式の場合には、例えば未知の材料のワーク4等の加工条件に関しても好適に検知が可能である。 In the abnormality sign detection system of the embodiment, when the determination method is based on the dynamic threshold setting, the abnormality sign detection can be performed without depending on the specific threshold setting. In the case of this determination method, it is possible to suitably detect processing conditions such as the work 4 of an unknown material.

[GUI画面]
制御装置10は、表示装置10またはオシロスコープ72等の表示画面に、GUIを通じて、AE信号のAE波、AEイベント、AEイベントレート、および判定用の閾値等の情報を表示し、ユーザによる確認や設定を可能とする。画面には、例えば、図12、図14〜図16、図17〜図19、図20のようなグラフを含む情報が表示できる。
[GUI screen]
The control device 10 displays information such as the AE wave of the AE signal, the AE event, the AE event rate, and the threshold value for determination on the display screen of the display device 10 or the oscilloscope 72 through the GUI, and the user confirms and sets the information. Is possible. Information including graphs such as FIGS. 12, 14 to 16, 17 to 19, and 20 can be displayed on the screen.

図22は、GUI画面の例を示す。この画面例では、ユーザの操作に基づいて、異常予兆判定用の閾値として連続回数Nや第1範囲H1を確認および設定できる。工具3毎に異なる設定等も可能である。変形例として、ユーザが単位時間TUを設定できるようにしてもよい。 FIG. 22 shows an example of a GUI screen. In this screen example, the continuous number N and the first range H1 can be confirmed and set as the threshold value for determining the abnormality sign based on the user's operation. Different settings can be made for each tool 3. As a modification, the user may be able to set the unit time TU.

[効果等]
上記のように、実施の形態の異常予兆検知システムによれば、工作機械1における工具3等の異常予兆を高感度に検知できる。実施の形態によれば、様々な加工条件に対応できる汎用性が高い異常予兆検知が実現できる。実施の形態におけるAEイベントレートを用いて異常予兆を判定する方式によれば、従来技術例におけるAE波の電圧や電流、持続時間、切削力、または加速度等を用いて判定する方式と比べて、微小な信号の場合でも、高精度に異常予兆の検知が可能である。実施の形態によれば、工具3の折損や欠損に至る前に検知して対処が可能である。加工作業を行う作業者が熟練者ではない場合でも、その作業者は、異常予兆検知の結果を確認し、折損や欠損を防止しながら、効率的に作業を行うことができる。実施の形態によれば、工具3の個体毎に寿命直前まで使用可能になるため、加工の効率向上やコスト低減が実現できる。実施の形態によれば、工具3が折損に至る前に、異常の度合いが小さい段階でも検知可能である。そのため、工具3の折損部分がワーク4に埋まってしまい修復不可能になるようなことも防止でき、軽い損傷の段階でワーク4の修復ができる可能性が高くなる。
[Effects, etc.]
As described above, according to the abnormality sign detection system of the embodiment, the abnormality sign of the tool 3 or the like in the machine tool 1 can be detected with high sensitivity. According to the embodiment, it is possible to realize highly versatile abnormality sign detection that can correspond to various processing conditions. According to the method of determining an abnormality sign using the AE event rate in the embodiment, as compared with the method of determining using the voltage, current, duration, cutting force, acceleration, etc. of the AE wave in the prior art example, Even in the case of a minute signal, it is possible to detect an abnormality sign with high accuracy. According to the embodiment, it is possible to detect and deal with the breakage or loss of the tool 3 before it occurs. Even if the worker performing the processing work is not an expert, the worker can check the result of abnormality sign detection and perform the work efficiently while preventing breakage or loss. According to the embodiment, since each tool 3 can be used until just before the end of its life, it is possible to improve processing efficiency and reduce costs. According to the embodiment, it is possible to detect the tool 3 even at a stage where the degree of abnormality is small before the tool 3 breaks. Therefore, it is possible to prevent the broken portion of the tool 3 from being buried in the work 4 and becoming irreparable, and there is a high possibility that the work 4 can be repaired at the stage of minor damage.

従来技術例では、振幅を用いた判定に関する閾値の設定の際に、工具やワーク等における材質、形状、およびセンサ位置等に応じて異なる適切な閾値を設定する必要があるが、適切な閾値の設定が難しい。一方、実施の形態によれば、判定用の閾値の設定が容易であり、未知の材質等の加工条件に関しても適用可能である。 In the prior art example, when setting a threshold value for determination using amplitude, it is necessary to set an appropriate threshold value that differs depending on the material, shape, sensor position, etc. of the tool, work, etc., but the appropriate threshold value Difficult to set. On the other hand, according to the embodiment, it is easy to set the threshold value for determination, and it can be applied to processing conditions such as unknown materials.

また、従来では、例えば未知の材質のワーク等を用いた加工の場合、最適ではない加工条件で試しに加工を行う。実施の形態によれば、その場合にも、異常予兆検知機能を用いて対処ができる。すなわち、実施の形態によれば、最初の最適ではない加工条件で加工を開始し、早い段階で異常予兆を検知し、アラートと共に加工動作を停止でき、その後、ユーザが加工条件をより適切な加工条件に修正して加工を行うことができる。 Further, conventionally, in the case of processing using a workpiece of an unknown material, for example, processing is performed on a trial basis under non-optimal processing conditions. According to the embodiment, even in that case, the abnormality sign detection function can be used to deal with it. That is, according to the embodiment, machining can be started under the first non-optimal machining conditions, an abnormality sign can be detected at an early stage, the machining operation can be stopped with an alert, and then the user can set the machining conditions to be more appropriate. Processing can be performed by modifying the conditions.

実施の形態における異常予兆検知機能および方式は、前述の工具3や加工条件の例に限らず、各種の工作機械1、工具3、ワーク4、および加工条件に関して同様に適用可能である。加工として、リーマ加工、研削加工、旋削加工、フライス加工等にも適用可能である。工具3として旋削用インサート等にも適用可能である。工具3の他の例として、ハイス鋼のドリルで、径が0.5mmから6.0mmまでの範囲内の各値のドリルを用いて加工を行った。また、乾式および湿式の各方式で加工を行った。これらの場合に、同様のAEイベントレートの連続や飽和の現象に基づいて異常予兆の検知が可能であることを確認できた。 The abnormality sign detection function and method in the embodiment are not limited to the above-mentioned examples of the tool 3 and the machining conditions, but are similarly applicable to various machine tools 1, the tool 3, the work 4, and the machining conditions. It can also be applied to reamer processing, grinding processing, turning processing, milling processing, etc. as processing. It can also be applied to a turning insert or the like as a tool 3. As another example of the tool 3, a high-speed steel drill was used to perform machining using a drill having a diameter in the range of 0.5 mm to 6.0 mm. In addition, processing was performed by each of a dry method and a wet method. In these cases, it was confirmed that the abnormality sign can be detected based on the same phenomenon of continuous or saturated AE event rates.

なお、実施の形態の異常予兆検知システムは、ある工具3やワーク4等の条件で加工を行った場合にAEイベントレート等を観測し記録した結果から、その条件における異常の特性をある程度把握することができる。例えば、AEイベントの出現が周期的ではないこと、1以上のある範囲でのAEイベントレートが連続的に生じることがわかる。また、AEイベントレートが急上昇しないこと、AEイベントレートには上限(言い換えると飽和)がみられること、等がわかる。異常予兆検知システムは、このような特性の把握に基づいて、同様の条件の加工に関して、異常予兆判定用の閾値等を設定または更新してもよい。応用として、実施の形態の異常予兆検知システムは、AEイベントレートの指標値EDのデータを入力とした機械学習を用いて、異常予兆判定を行ってもよい。機械学習によって、異常予兆判定のための閾値を含むモデルが更新される。 The abnormality sign detection system of the embodiment grasps the characteristics of the abnormality under the condition of a certain tool 3 or the work 4 from the result of observing and recording the AE event rate or the like when machining is performed. be able to. For example, it can be seen that the appearance of AE events is not periodic and that AE event rates in a range of 1 or more occur continuously. In addition, it can be seen that the AE event rate does not rise sharply, and that the AE event rate has an upper limit (in other words, saturation). The abnormality sign detection system may set or update a threshold value for determining an abnormality sign or the like for processing under the same conditions based on the grasp of such characteristics. As an application, the abnormality sign detection system of the embodiment may perform abnormality sign determination by using machine learning using data of the index value ED of the AE event rate as an input. Machine learning updates a model that includes a threshold for determining anomalous signs.

実施の形態の異常予兆検知システムの変形例として以下も可能である。AEイベントレートを用いて異常予兆を判定する方式に関して以下としてもよい。変形例で、制御装置10は、前述の連続回数Nを用いた連続の判定については行わず、閾値として基準値D0または第1範囲H1を用いて判定を行う。制御装置10は、AE信号の指標値EDが、基準値D0になった場合、あるいは、第1範囲H1内になった場合には、異常予兆として検知する。以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 The following is also possible as a modification of the abnormality sign detection system of the embodiment. The method for determining an abnormality sign using the AE event rate may be as follows. In the modified example, the control device 10 does not perform the continuous determination using the continuous number N described above, but makes a determination using the reference value D0 or the first range H1 as the threshold value. When the index value ED of the AE signal reaches the reference value D0 or falls within the first range H1, the control device 10 detects it as an abnormality sign. Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist.

1…工作機械、2…AEセンサ、3…工具、4…ワーク、5…バイス、6…テーブル、7…送液管、8…切削液、10…制御装置、32…主軸。 1 ... Machine tool, 2 ... AE sensor, 3 ... Tool, 4 ... Work, 5 ... Vise, 6 ... Table, 7 ... Liquid pipe, 8 ... Cutting fluid, 10 ... Control device, 32 ... Spindle.

Claims (12)

回転する工具を有する工作機械における異常予兆を検知する異常予兆検知システムであって、
前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサと、
前記AEセンサからのAE信号を取得する信号処理回路と、
前記AE信号からAEイベントを検出するAEイベント検出回路と、
前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するAEイベントレート計算回路と、
時系列上に並ぶ複数の前記AEイベントレートが、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知する判定回路と、
前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行う出力制御回路と、
を備える、異常予兆検知システム。
An abnormality sign detection system that detects anomaly signs in a machine tool that has a rotating tool.
With the AE sensor installed on the machine tool or workpiece,
A signal processing circuit that acquires the AE signal from the AE sensor, and
An AE event detection circuit that detects an AE event from the AE signal,
An AE event rate calculation circuit that calculates the AE event rate, which is the number of AE events per unit time, using the AE event.
It is determined whether or not the plurality of AE event rates arranged in the time series have reached the first state in which they are continuous for the first consecutive number of times or more within the first range, and if the first state is reached. The judgment circuit that detects as an abnormality sign and
When the abnormality sign is detected, an output control circuit that performs an alert output indicating the abnormality sign or an output control including processing operation stop, and an output control circuit.
An abnormality sign detection system equipped with.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記第1範囲は、0以上の整数を持ち、基準値に対し所定のばらつきが許容される範囲である、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
The first range has an integer of 0 or more, and is a range in which a predetermined variation with respect to a reference value is allowed.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記AE信号に基づいて前記第1範囲を動的に設定する閾値設定回路を備える、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
A threshold setting circuit for dynamically setting the first range based on the AE signal is provided.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記AEイベントレート計算回路は、前記工作機械の制御情報に基づいて、前記工具の回転周期を把握し、前記回転周期を前記単位時間に設定する、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
The AE event rate calculation circuit grasps the rotation cycle of the tool based on the control information of the machine tool, and sets the rotation cycle to the unit time.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記AEイベント検出回路は、1レベルの電圧閾値を用いて、前記AE信号の電圧のピーク振幅が前記電圧閾値以上となる時点をカウントし、前記カウントが持続する期間を1AEイベントとして検出する、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
The AE event detection circuit uses a one-level voltage threshold value to count the time when the peak amplitude of the voltage of the AE signal becomes equal to or higher than the voltage threshold value, and detects the period during which the count continues as one AE event.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記AEイベント検出回路は、2レベルの電圧閾値である第1電圧閾値および第2電圧閾値を用いて、前記AE信号から包飽線検波を行った後の波形における電圧の振幅が、前記第1電圧閾値を越えてから前記第2電圧閾値以下に減衰するまでの期間を、1AEイベントとして検出する、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
In the AE event detection circuit, the voltage amplitude in the waveform after performing saturation line detection from the AE signal using the first voltage threshold and the second voltage threshold, which are two-level voltage thresholds, is the first. The period from when the voltage threshold is exceeded until when the voltage decreases below the second voltage threshold is detected as a 1AE event.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記判定回路は、前記第1範囲および前記第1連続回数を含む閾値として、第1段階の第1閾値と第2段階の第2閾値とを含む複数段階の複数の閾値を用いて、前記指標値の前記第1状態について判定し、
前記出力制御回路は、前記異常予兆を判定した段階に応じて、異なる前記出力制御を行う、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
The determination circuit uses a plurality of threshold values in a plurality of stages including a first threshold value in the first stage and a second threshold value in the second stage as the threshold value including the first range and the first consecutive number of times, and the index is used. Judging about the first state of the value,
The output control circuit performs different output control according to the stage in which the abnormality sign is determined.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記AEセンサは、前記工具が接続されている主軸に設置されている、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
The AE sensor is installed on the spindle to which the tool is connected.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記AEセンサは、前記ワークに設置されている、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
The AE sensor is installed on the work.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記AEセンサは、前記ワークが固定されているバイスまたはテーブルに設置されている、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
The AE sensor is installed on a vise or table to which the work is fixed.
Abnormality sign detection system.
請求項1記載の異常予兆検知システムにおいて、
前記指標値の時系列のグラフ、および前記判定のための閾値を、表示画面に表示する、
異常予兆検知システム。
In the abnormality sign detection system according to claim 1,
A time-series graph of the index value and a threshold value for the determination are displayed on the display screen.
Abnormality sign detection system.
回転する工具を有する工作機械における異常予兆を検知する異常予兆検知システムにおける異常予兆検知方法であって、
前記工作機械またはワークに設置されているAEセンサからのAE信号を取得するステップと、
前記AE信号からAEイベントを検出するステップと、
前記AEイベントを用いて、単位時間あたりのAEイベント数であるAEイベントレートを計算するステップと、
時系列上に並ぶ複数の前記AEイベントレートが、第1範囲内で、第1連続回数以上で連続している第1状態になったかどうかを判定し、前記第1状態になった場合には前記異常予兆として検知するステップと、
前記異常予兆を検知した場合に、前記異常予兆を表すアラート出力または加工動作停止を含む出力制御を行うステップと、
を有する、異常予兆検知方法。
It is an abnormality sign detection method in an abnormality sign detection system that detects an abnormality sign in a machine tool having a rotating tool.
The step of acquiring the AE signal from the AE sensor installed on the machine tool or the work, and
The step of detecting an AE event from the AE signal and
Using the AE event, the step of calculating the AE event rate, which is the number of AE events per unit time, and
It is determined whether or not the plurality of AE event rates arranged in the time series have reached the first state in which they are continuous for the first consecutive number of times or more within the first range, and if the first state is reached. The step to detect as an abnormality sign and
When the abnormality sign is detected, a step of performing output control including an alert output indicating the abnormality sign or a processing operation stop, and
An abnormality sign detection method having.
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