(57)【要約】      （修正有）【課題】工具破損の拡大を抑制できる異常検知装置及び方法を提供する。【解決手段】複数の刃を備える切削工具の欠損を検知する異常検知方法又は装置は、（Ａ）切削工具が装着された工作機械の主軸モータの電流値または電力値の測定結果である測定信号を受信し、（Ｂ）測定信号をフィルタ処理して記憶部に時系列に記憶し、（Ｃ）異常検知し、（Ｄ）（Ｃ）の異常検知にて工具欠損有りと判定した場合に、制御パラメータで指定された加工機制御の指令を前記工作機械に出力する。（Ｃ）の異常検知は、（Ｃ１）記憶された測定信号から、同時作用刃数が１個と予測される加工領域の周波数解析データ数の測定信号を抽出して周波数スペクトルを算出し、（Ｃ２）周波数スペクトルにおける制御パラメータで指定された判定周波数(＝回転周波数×ｎ、ただし１≦ｎ＜工具刃数、ｎは整数)の振幅と、制御パラメータで指定された閾値と、に基づいて前記工具欠損有りと判定する。【選択図】図１
2020104257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の刃を備える切削工具の欠損を検知する異常検知装置であって、
前記切削工具が装着された工作機械の主軸を回転させる主軸モータの電流値または電力値を測定する、測定部と、
前記測定部からの測定信号をフィルタ処理して記憶部に時系列に記憶する、信号処理部と、
異常検知処理部と、
前記異常検知処理部で工具欠損有りと判定した場合に、制御パラメータで指定された加工機制御の指令を前記工作機械に出力する加工機指令部と、
を備え、
前記異常検知処理部は、
前記記憶された測定信号から、同時作用刃数が１個と予測される加工領域の測定信号を抽出して周波数スペクトルを算出し、
前記周波数スペクトルにおいて、制御パラメータで指定された判定周波数(＝回転周波数×ｎ、ただし  １≦ｎ＜工具刃数、ｎは整数)の振幅と、制御パラメータで指定された閾値と、に基づいて前記工具欠損有りと判定する、
ことを特徴とする切削工具の異常検知装置。
【請求項２】
前記切削工具の刃数が４であり、
前記判定周波数は、前記切削工具の回転周波数の２倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削工具の異常検知装置。
【請求項３】
前記切削工具の刃数が８であり、
前記判定周波数は、回転周波数の２乃至５倍の少なくとも一つであること、
を特徴とする請求項１に記載の切削工具の異常検知装置。
【請求項４】
前記判定周波数は、前記切削工具が正常状態から１刃が欠損した状態に変化した時の、周波数スペクトルの変化が最大又は最大の次点の周波数を指定する値である、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削工具の異常検知装置。
【請求項５】
前記異常検知処理部では、制御パラメータでデータ抽出開始時間を指定され、
前記データ抽出開始時間は、ＮＣ装置から発する加工開始信号を基準とする測定時間において、同時作用刃数が１個となる加工領域での測定信号を周波数解析するための制御パラメータである、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削工具の異常検知装置。
【請求項６】
前記異常検知処理部は、
所定の加工のタイミングでの判定周波数の振幅を、レベル補正用基準値として記憶し、
その後に続く各加工で算出される前記振幅から、前記レベル補正用基準値を減算するレベル補正を実施してレベル補正値を得て、
前記レベル補正値と、前記閾値と、に基づいて、前記工具欠損有りと判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削工具の異常検知装置。
【請求項７】
前記レベル補正用基準値は、前記切削工具の刃を交換後の初回の加工における前記判定周波数の前記振幅であり、
その後に続く各加工では、前記異常検知処理部は、
前記振幅に基づいて計算されたレベル補正値の過去の値との差分値を計算し、
前記計算した差分と、前記閾値と、に基づいて、前記工具欠損有りと判定する、
請求項６に記載の切削工具の異常検知装置。
【請求項８】
表示部に、累積加工数に従った前記レベル補正値の変化を、刃の交換毎のデータが判別可能となるように表示する、
ことを特徴とする請求項６に記載の切削工具の異常検知装置。
【請求項９】
表示部に、加工数に従った前記レベル補正値の変化と前記差分値の変化と、を刃の交換毎のデータが判別可能となるように表示する、
ことを特徴とする請求項７に記載の切削工具の異常検知装置。
【請求項１０】
複数の刃を備える切削工具の欠損を検知する異常検知方法であって、
（Ａ）前記切削工具が装着された工作機械の主軸を回転させる主軸モータの電流値または電力値の測定結果である測定信号を受信し、
（Ｂ）前記測定信号をフィルタ処理して記憶部に時系列に記憶し、
（Ｃ）異常検知し、
（Ｄ）（Ｃ）の異常検知にて工具欠損有りと判定した場合に、制御パラメータで指定された加工機制御の指令を前記工作機械に出力し、
（Ｃ）の異常検知は、
（Ｃ１）前記記憶された測定信号から、同時作用刃数が１個と予測される加工領域の周波数解析データ数の測定信号を抽出して周波数スペクトルを算出し、
（Ｃ２）前記周波数スペクトルにおける制御パラメータで指定された判定周波数(＝回転周波数×ｎ、ただし  １≦ｎ＜工具刃数、ｎは整数)の振幅と、制御パラメータで指定された閾値と、に基づいて前記工具欠損有りと判定する、
ことを特徴とする切削工具の異常検知方法。
【請求項１１】
前記判定周波数は、前記切削工具が正常状態から１刃が欠損した状態に変化した時の、周波数スペクトルの変化が最大又は最大の次点の周波数を指定する値である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の切削工具の異常検知方法。
【請求項１２】
（Ｃ）の異常検知は、制御パラメータでデータ抽出開始時間を指定され、
前記データ抽出開始時間は、ＮＣ装置から発する加工開始信号を基準とする測定時間において、同時作用刃数が１個となる加工領域での測定信号を周波数解析するための制御パラメータである、
ことを特徴とする請求項１０に記載の切削工具の異常検知方法。
【請求項１３】
（Ｃ２）の前記工具欠損有りとの判定は、
（Ｃ２ａ）所定の加工のタイミングでの判定周波数の振幅を、レベル補正用基準値として記憶し、
（Ｃ２ｂ）その後に続く各加工で算出される前記振幅から、前記レベル補正用基準値を減算するレベル補正を実施してレベル補正値を得て、
（Ｃ２ｃ）前記レベル補正値と、前記閾値と、に基づいて、前記工具欠損有りと判定する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の切削工具の異常検知方法。
【請求項１４】
前記レベル補正用基準値は、前記切削工具の刃を交換後の初回の加工における前記判定周波数の前記振幅であり、
その後に続く各加工では、（Ｃ２ｃ）の前記工具欠損有りとの判定は、
（Ｃ２ｃ１）前記振幅に基づいて計算されたレベル補正値の過去の値との差分値を計算し、
（Ｃ２ｃ２）前記計算した差分値と、前記閾値と、に基づいて、工具欠損有りと判定する、
請求項１３に記載の切削工具の異常検知方法。
【請求項１５】
（Ｅ）表示部に、累積加工数に従った前記レベル補正値の変化を、刃の交換毎のデータが判別可能となるように表示する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の切削工具の異常検知方法。
【請求項１６】
（Ｅ）表示部に、加工数に従った前記レベル補正値の変化と前記差分値の変化と、を刃の交換毎のデータが判別可能となるように表示する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の切削工具の異常検知方法。
【請求項１７】
請求項１０乃至１６のいずれか１つに記載の方法を計算機に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工における切削工具の異常検知装置および異常検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、国際公開第００／０７３０１８号（特許文献１）がある。この公報には、「マシニングセンタの切削加工に伴って発生する振動を検出する振動検出センサと、該センサによって検出される振動に所定値を超えるピークが発生する回数を周期的にカウントするピーク検出部と、該ピーク検出部によって検出されたピーク発生回数を所定の閾値と比較して、ピーク発生回数が所定の閾値を越えたときに比較信号を出力する比較部と、該比較部からの比較信号にしたがってマシニングセンタの制御装置に停止信号を出力する作業停止部と、作業者に切削工具交換の旨を報知するための無線呼出し部とを具えている。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第００／０７３０１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１の構成では、切削工具の刃先が被削材との衝突により徐々に欠けて不規則に発生する振動を、所定時間内のピークの発生回数にて判定し、切削工具を有効使用するものである。しかし、突発的に刃先が大きく欠けた場合には、ピークの発生回数は増加しないため異常検知ができない。
【０００５】
被削材が鋳物の場合、鋳物には異物や巣が内在するため、切削加工時にこれらが起因して突発的に刃先の欠けが発生することがある。切削加工機に対して製品となる被削材を自動搬入搬出する自動生産ラインでは、刃先の欠けに気付かずに生産を継続してしまうことが起こる。これにより、工具は損傷が拡大して破損に至り、また、被削材には傷や削り残しなどの加工不良が連続的に発生する課題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、工具損傷の拡大を抑制し、かつ、連続的な加工不良の発生を抑制することが可能な切削工具の異常検知装置、および異常検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の、複数の刃を備える切削工具の欠損を検知する異常検知方法又は装置は、（Ａ）前記切削工具が装着された工作機械の主軸を回転させる主軸モータの電流値または電力値の測定結果である測定信号を受信し、（Ｂ）前記測定信号をフィルタ処理して記憶部に時系列に記憶し、（Ｃ）異常検知し、（Ｄ）（Ｃ）の異常検知にて工具欠損有りと判定した場合に、制御パラメータで指定された加工機制御の指令を前記工作機械に出力する。ここで（Ｃ）の異常検知は、（Ｃ１）前記記憶された測定信号から、同時作用刃数が１個と予測される加工領域の周波数解析データ数の測定信号を抽出して周波数スペクトルを算出し、（Ｃ２）前記周波数スペクトルにおける制御パラメータで指定された判定周波数(＝回転周波数×ｎ、ただし  １≦ｎ＜工具刃数、ｎは整数)の振幅と、制御パラメータで指定された閾値と、に基づいて前記工具欠損有りと判定する。
【０００８】
本願発明の他の特徴は実施例にて説明する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、工具の損傷拡大と、連続的な加工不良の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】加工機に接続された実施例１に係る切削工具の異常検知装置を示すブロック図である。
【図２】切削工具の概観を示す斜視図である。
【図３】刃先が欠損した切削工具の概観を示す斜視図である。
【図４】刃先と工具ボディが損傷した切削工具の概観を示す斜視図である。
【図５】測定信号の電流値を示すグラフである。
【図６】正常時の測定信号の電流値を示すグラフである。
【図７】異常時の測定信号の電流値を示すグラフである。
【図８】正常時の測定信号の周波数スペクトル分布を示すグラフである。
【図９】異常時の測定信号の周波数スペクトル分布を示すグラフである。
【図１０】加工時間全範囲を分轄した周波数解析結果において、回転周波数のｎ倍成分の変化を示すグラフである。
【図１１】４枚刃工具において欠損が無い正常時の切削シミュレーション結果である。
【図１２】４枚刃工具において欠損が無い正常時の切削シミュレーション結果の周波数スペクトル分布を示すグラフである。
【図１３】４枚刃工具においてインサートが１個欠損した状態を想定した切削シミュレーション結果である。
【図１４】４枚刃工具においてインサートが１個欠損した状態を想定した切削シミュレーション結果の周波数スペクトル分布を示すグラフである。
【図１５】４枚刃工具においてインサートが１個欠損した状態と正常状態の切削シミュレーションの差分の波形である。
【図１６】４枚刃工具において工具のインサートが１個欠損した状態と正常状態の切削シミュレーションの差分の波形の周波数スペクトル分布を示すグラフである。
【図１７】３枚刃から１０枚刃の工具において、正常状態とインサート１個が欠損した状態の周波数スペクトル分布の比較により、振幅の変化量が大きい周波数を回転周波数に対する倍率で示した結果である。
【図１８】異常検知装置の表示部で、制御パラメータを入力する画面の一例である。
【図１９】異常検知装置の異常検知処理部が実行する異常検知処理のフローチャートの例である。
【図２０】加工機に接続された実施例２に係る切削工具の異常検知装置を示すブロック図である。
【図２１】３枚刃工具の加工における主軸サーボモータ電流の周波数スペクトル分布を示すグラフである。
【図２２】３枚刃工具の判定周波数の振幅の変化を累積加工数に対して示すグラフである。
【図２３】１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した３枚刃工具の判定周波数の振幅のレベル補正値の変化を累積加工数に対して示すグラフである。
【図２４】１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した３枚刃工具の判定周波数の振幅のレベル補正値の変化を加工数に対して示すグラフである。
【図２５】３枚刃工具の1つ目の加工の判定周波数の振幅でレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値と、1つ前の加工のレベル補正値との差分を加工数に対して示すグラフである。
【図２６】１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値を用いて異常判定する手法における１つ目の表示例である。
【図２７】１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値を用いて異常判定する手法における２つ目の表示例である。
【図２８】１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値を用いて異常判定する手法における３つ目の表示例である。
【図２９】１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値を用いて異常判定する手法における４つ目の表示例である。
【図３０】１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値を用いて異常判定する手法の４つ目の表示例において、累積加工数が増えた例である。
【図３１】１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値を用いて異常判定する手法における５つ目の表示例である。
【図３２】実施例２に係る異常検知装置の表示部で、制御パラメータを入力する画面の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、加工機において切削工具を駆動するモータ（主軸モータ）の電流値もしくは電力値を測定し、それらの周波数スペクトル分布において、特定の周波数成分の増加により切削工具の欠損である工具刃先の欠損を検知し、加工機の動作を制御するようにしたものである。
【００１２】
以下、実施例を図面を用いて説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付するようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。ただし、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更しえることは当業者であれば容易に理解される。
【実施例１】
【００１３】
本実施例では、工具の異常を電流値もしくは電力値の周波数解析結果を基に検知する異常検知装置の例を説明する。
【００１４】
図１は、実施例１に係わる切削工具の異常検知装置１を備えた加工機４を示すブロック図である。加工機４に切削工具の異常検知装置１が取り付けられた構成である。
【００１５】
加工機４は、工具ホルダ１１０に把持された複数の刃を備える切削工具５を主軸７に装着し、前記主軸と共に前記切削工具を回転させて被削材６に平面や溝などの加工を行うフライス加工工作機械の例である。
加工機４では、切削工具５を主軸７に固定し、主軸モータ８で主軸７を回転させることで被削材６を所望の形状に加工する。このとき、ＮＣプログラムが記憶されたＮＣ装置１０からの指令により、サーボアンプ９が主軸モータ８に入力する電圧値と電流値を制御する。これにより指令通りの回転数にて主軸モータ８を回転させる。
【００１６】
異常検知装置本体１５は、汎用の計算機上に構成することができて、そのハードウェア構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成される演算部２、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどを用いたＳＳＤ（Solid State Drive）などにより構成される記憶部３、キーボードやマウス等の入力デバイスより構成される入力部１１、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置、各種出力装置などにより構成される表示部１２、ＮＩＣ（Network Interface Card）、入出力インターフェース機器などにより構成される通信部１３などを備える。
【００１７】
通信部１３は、有線ネットワーク若しくは無線ネットワーク、または個別の専用ケーブルを介して、加工機４のサーボアンプ９と主軸モータ８の間より電圧値と電流値を測定する測定部１４と、ＮＣ装置１０と接続されている。
【００１８】
測定部１４は、電圧センサ、電流センサ、ＡＤ変換器、通信部などから構成される。異常検知装置１は、異常検知装置本体１５と測定部１４から構成される。
【００１９】
演算部２は、記憶部３に記憶されている切削工具異常検知プログラム３１をＲＡＭへロードしてＣＰＵで実行することにより以下の各機能部を実現する。演算部２は、異常検知処理部２１、信号処理部２２、解析判定部２３、加工機指令部２４、制御パラメータ設定部２５を有する。
【００２０】
記憶部３は、切削工具異常検知プログラム３１、制御パラメータ３２、測定信号３３の各情報を記憶する記憶領域を有する。
【００２１】
異常検知処理部２１は、ＮＣ装置１０が加工を開始する信号を受けて起動され、切削工具の異常検知処理を制御パラメータで指定された加工領域の加工終了まで、または切削工具の異常が検知された場合は事前に設定された加工機４の制御の指示を発行し終えるまで実行する。
【００２２】
信号処理部２２は、異常検知処理部２１により加工開始時に起動され、測定部１４が測定して出力するサーボアンプ９と主軸モータ８の間より得られた電流値または電力値の測定信号(デジタル信号)を、事前信号処理して、記憶部３の測定信号３３記憶領域に記録する。事前信号処理方法としては、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタや、移動平均フィルタなどのノイズ除去フィルタを用いる。本処理は加工終了時まで継続する。
【００２３】
解析判定部２３は、異常検知処理部２１により起動され、予め制御パラメータ３２として記憶された加工継続時間中の所定の開始時間より所定の時間範囲の測定信号３３に対して、切削工具が異常と認められる変化が有るかどうかを解析する。異常と認められる変化が有ると判定した場合には、異常検知処理部２１が加工機指令部２４を起動する。
【００２４】
加工機指令部２４は、切削工具が異常と認められる変化が有ると判定された場合に、予め制御パラメータ３２として記憶された加工機４の動作を実施する指令を、加工機４のＮＣ装置１０に出力する。このときの指令は、工具交換や工具退避等である。
【００２５】
制御パラメータ設定部２５は、ユーザの指示により起動され、加工作業前に、加工条件、測定条件、加工機制御方法、信号処理方法等に係わる制御パラメータのユーザ入力を受付けて、記憶部３の制御パラメータ３２に登録する。
【００２６】
図２に切削工具５の例を示す。切削工具５は工具ボディ４３に工具の刃先となるインサート４１を固定ネジ４４により固定した構成の刃先交換式工具である。切削工具５では、インサート４１のコーナ部４２の近傍で被削材６を加工する。コーナ部４２が切れ刃となる。この切削工具５は４個のインサート４１を有する４枚刃工具で、また、インサート４１は、切れ刃となるコーナ部４２を４個有する４コーナの例である。
【００２７】
図３に刃先が欠損した切削工具５の例を示す。４個のインサート４１の中で、１個のインサート４１ｂのコーナ部４２ｂが欠けた例である。工具ボディ４３には損傷が無いため、インサート４１ｂのみ、または、４個のインサート４１の全てを交換することで工具を正常な状態に戻すことができる。
【００２８】
なお、設定工具寿命に到達した際のインサートの交換は、未使用の切れ刃となるコーナ部がある場合は、それが切れ刃と作用するようにインサートを回転して付け替える。一方、全ての切れ刃を使い切った場合は、インサート自体を取り換える。複数刃の工具では、通常、同じタイミングで全てのインサートを交換する。
【００２９】
図３のようにインサートに欠けが発生した場合、欠けが小さい場合にはインサートを回転して未使用の切れ刃が作用するように付け替え、欠けが大きい場合にはインサート自体を交換する。
【００３０】
図４に刃先と工具ボディが損傷した切削工具５の例を示す。４個のインサート４１のコーナ部４２が全て欠損し、工具ボディ４３にも損傷４６を生じた例である。これは、図３で示した刃先が１個欠けたことに気付かずに切削加工を継続したため、他のインサートと工具ボディに損傷が拡大したものである。この状態の工具で加工した被削材には、傷や削り残しなどを生じるため、工具破損に気付くまでの間、継続して多数の加工不良が発生する。
【００３１】
前述したように被削材が鋳物の場合、鋳物に内在する異物や巣が工具の刃先欠損の要因となるため、工具欠損を完全に防止することは難しい。インサートが１個欠損した段階で加工を停止してインサートを交換できれば、工具ボディの損傷と、また、連続して発生する加工不良の抑制が可能となる。
【００３２】
図５は、測定部１４で測定される電流値を例とする測定信号５０のグラフである。切削速度４５ｍ／ｍｉｎ、１刃送り量０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈの条件で、幅６ｍｍ、深さ５ｍｍの肩削り加工した例である。横軸は時間［ｓ］を示し、縦軸は主軸モータ８とサーボアンプ９の間から測定された加工機の主軸７における電流値［Ａ］である。
【００３３】
図５に示した信号波形では、すでに主軸７が回転している状態から測定しているため、０から２秒あたりまで空転している状態での電流値が発生しており、２秒あたりから切削工具５が被削材６と接触し加工が開始される。加工が開始すると、主軸７に負荷が発生するため、主軸モータ８を一定回転数で回転させる制御がサーボアンプ９から働いて測定部１４で検出される電流値が増大する。
【００３４】
図５は加工中に４個のインサート４１のうち１個が欠損したときの電流値の測定信号５０の例である。加工時間が約１２秒あたりでスパイク状の波形５１が見られ、瞬間的に負荷が増加している。この時、インサート４１の１個に大きな負荷がかかって欠損が発生している。
【００３５】
図６は、工具に大きな負荷がかかる前の測定信号５０のグラフである。これは図５のグラフにおいて、範囲５２の加工時間１０〜１２秒の測定信号５０を抜き出したものである。同時作用刃数（ある時点の被削材の加工に作用している切削工具の刃数）が１個の条件で加工したため、波形の各振幅が各インサート４１の加工に対応する。工具５は４枚刃工具であるため、４個の振幅で工具が１回転したことになる。図６では、振幅にばらつきはあるが極端に小さいものはなく、工具５の各インサート４１がそれぞれ作用していることがわかる。
【００３６】
図７は、工具に大きな負荷がかかった後の測定信号５０のグラフである。これは図５のグラフにおいて、範囲５３の加工時間１３〜１５秒の測定信号５０を抜き出したものである。図７は、振幅のばらつきが大きく、振幅の小さい波形５４のすぐ後に振幅の大きい波形５５が見られる。これは、インサートの１個が欠損して切り込み量が減少したため負荷が小さくなり、その次のインサートに前のインサートで削り残した分の切り込み量が加わり負荷が大きくなったことを表している。また、振幅の小さい波形５４は完全に振幅がゼロになっていないため、インサートの欠損の大きさが切り込み量に比べて、まだ小さい状態と推定できる。
【００３７】
図８は、工具に大きな負荷がかかる前の加工時間１０〜１２秒の測定信号５０の周波数スペクトル分布である。この図では、主軸７の回転数の周波数（以後、回転周波数と呼ぶ）を工具５の刃数倍した周波数（以後、基本周波数と呼ぶ）を基準に、その振幅を１に正規化している（以後、回転周波数の振幅を回転周波数成分、ｎ倍の回転周波数の振幅を回転周波数のｎ倍成分、基本周波数の振幅を基本周波数成分と呼ぶ）。
【００３８】
回転周波数成分６１と、回転周波数の２倍成分６２と、回転周波数の３倍成分６３に山が見られるが、基本周波数成分６０に比べて小さい。これが工具５のインサート４１が欠損していない正常状態の周波数スペクトル分布である。
【００３９】
図９は、工具に大きな負荷がかかった後の加工時間１３〜１５秒の測定信号５０の周波数スペクトル分布である。図８と同様に基本周波数成分６５を１に正規化している。回転周波数成分６６と、回転周波数の２倍成分６７と、回転周波数の３倍成分６８の振幅は、図８に比べて大きい。特に回転周波数の２倍成分６７は、正常時の回転周波数の２倍成分６２に比べて増加量が大きい。この回転周波数の２倍成分６７が超えるように閾値６４を設定することにより、工具５のインサート４１が１個欠損した異常を検知可能となる。なお、図８に閾値６４を示しているが、工具が正常状態では、回転周波数の１から３倍成分のいずれも閾値以下である。
【００４０】
図１０は、加工時間全範囲における周波数解析結果の各周波数成分の変化を示している。加工時間１秒から約３０秒において、約２秒間毎に周波数解析を行い、基本周波数成分７０を１に正規化して、各周波数成分を時間毎に示したものである。なお、プロット時間は周波数解析時間の中央値であり、例えば１〜３秒の解析結果は２秒に示している。
【００４１】
また、周波数解析には、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform, FFT)と離散フーリエ変換があるが、短時間で解析ができるため高速フーリエ変換を用いるのが好ましい。高速フーリエ変換の場合は、データ数(FFTのひとまとめの入力サンプル数)は２のべき乗値でなければならない。図５に示す電流値はサンプリング周期０．００１秒で測定しているため、約２秒間隔で周波数解析を行う場合は、２０４８（２＾１１）データを抽出し、抽出間隔は２．０４８秒となる。
【００４２】
図１０では、基本周波数成分が７０、回転周波数成分が７１、回転周波数の２倍成分が７２、回転周波数の３倍成分が７３であり、一点鎖線７５は図５に示すスパイク状の波形５１発生時間である。したがって一点鎖線７５より前は工具が正常状態であり、一点鎖線７５より後は、工具のインサートが１個欠損した状態である。
【００４３】
一点鎖線７５の前後で、回転周波数成分７１と回転周波数の３倍成分７３の変化量に比べて、回転周波数の２倍成分は増加量が大きい。このため、回転周波数の２倍成分７２に着目して、閾値７４設定することで、インサートが１個欠損した状態を判定することができる。特に、周波数解析結果において、正常時に比べて欠損発生後に増加量が大きい周波数成分の選定により、正常時に異常と判定する誤判定を防止できる。
【００４４】
なお、周波数解析のデータ数としては、１０２４（２＾１０）個以上が周波数スペクトル分布において、回転周波数のｎ倍成分が判別し易くなるため好適である。また、加工時間全データで周波数解析を行うと、欠損発生のタイミングが加工終了間際の場合に周波数解析結果の変化が極めて小さくなるため欠損判定が困難となる。数秒間毎に信号を分轄して周波数解析をした方が、欠損判定には異常発生時に周波数解析結果の変化が大きくなるため好ましい。
【００４５】
図１１は、工具に欠損が無い正常状態の切削シミュレーション結果で、図１２はその結果の周波数スペクトル分布である。加工条件は図５と同じであり、図１１では切削力の最大値を１に正規化している。図１１は切削力のシミュレーション結果であるが、図６の主軸サーボモータ電流値の結果と１刃毎に作用する傾向は同じである。また、図１１では４枚刃の工具の各刃が均等に作用するため、切削力の振幅にばらつきがない。このため、図１２の周波数スペクトル分布には基本周波数成分８０のみ振幅が見られ、回転周波数成分や、そのｎ倍成分には振幅が見られない。
【００４６】
図１３は、工具のインサートが１個欠損した状態を想定した切削シミュレーション結果で、図１４はその結果の周波数スペクトル分布である。なお、図１３では図１１と同じ大きさの切削力を１に正規化している。図１３において、インサートの欠損に対応する波形が８１、欠損したインサートの次に作用して負荷が増加したインサートの波形が８２である。インサートが完全に欠損して作用しないため波形８１はゼロであり、次のインサートは２倍の負荷が作用するため、振幅は２倍となっている。
【００４７】
また、図１４の周波数スペクトル分布では、回転周波数の２倍成分８５が最も大きい。インサートが１個欠損した状態の測定信号の周波数スペクトル分布である図９と振幅の大きさは異なるが、各周波数成分の増加傾向が類似する。
【００４８】
図１５はインサートが１個欠損した状態と正常時との切削シミュレーション結果の波形の差分である。この波形が図１１の正常状態の波形に加わると、インサートが１個欠損した状態の波形である図１３と同じとなる。図１６は差分波形の周波数スペクトル分布である。基本周波数に振幅が見られず、回転周波数の２倍成分が大きい。したがって、インサートが１個欠損した場合に、周波数スペクトル分布では基本周波数成分は変化せず、回転周波数のｎ倍成分が増加するため、基本周波数成分を基準として、回転周波数のｎ倍成分の増加を監視することにより、インサートの欠損が判定可能となることがわかる。
【００４９】
図１７は、３枚刃から１０枚刃の工具において、切削シミュレーションにより切削力を算出し、正常状態とインサート１個欠損状態の周波数スペクトル分布の比較により、振幅の変化量が大きい周波数を回転周波数に対する倍率で示したものである。なお、同時作用刃数は１刃である。ここで示す回転周波数のｎ倍成分を欠損検知の対象に選定することで、特に同時作用刃数が１刃の場合に、精度良く欠損検知が可能となる。なお、図１７の表には変化量が最大の倍率を「変化量１ｓｔ」、変化量１ｓｔに次いで変化量が最大の倍率を「変化量２ｎｄ」として示している。刃数が４刃の場合は図１４に示した通り、２倍（ｎ＝２）が好適だが、例えば刃数が８刃の場合は、２乃至５倍（ｎ＝２から５）がほぼ同程度の特徴を示し、次点として６倍が好適であることがシミュレーションにより算出できている。
【００５０】
ただし、実加工において、複数刃を有する工具ではインサートの取り付け誤差（ずれ）や、インサートの寸法公差、あるいは主軸の回転振れ等により、各インサートが完全に均等には加工には作用しない。このため、インサートが欠損していない正常時でも図６のように各刃の振幅がばらつき、図８のように周波数スペクトル分布には回転周波数成分６１および、そのｎ倍成分６２、６３に振幅が見られるようになる。
【００５１】
このため、実加工にてインサートを１個外した状態と正常状態の主軸サーボモータ電流を測定し、実加工における正常時と１個外した状態の周波数スペクトル分布を比較して、最も変化が大きい周波数成分を選定した方が欠損判定の精度を上げることができる。特に、加工形状が一定でない場合は、加工領域によって（加工する面積の変化によって、加工する場所によって）周波数成分の変化の程度も異なるため、判定に用いる信号は選定した周波数成分の変化の大きい範囲に限定した方が好適である。
【００５２】
これは、同時作用刃数が多い場合、複数の刃（インサート）の合力が測定信号に表れるため、欠損した刃（インサート）の影響が小さくなるためである。欠損の判定は同時作用刃数が少なく、望ましくは１刃のみが作用する加工条件を選定した方が、測定信号の各波形が各インサートの加工状態を反映するため、最も欠損を判定しやすく好ましい。
【００５３】
また、工具を取り付ける主軸の回転振れが大きい場合には、工具が正常状態であっても回転周波数成分が大きく、かつ、ばらつきも大きくなることを確認している。回転周波数成分は欠損以外の要因でも増加するため、欠損の判定周波数は回転周波数成分ではなく、それ以外の周波数成分（例えば、回転周波数の２倍成分〜(刃数−１)倍成分の中で最も変化量の大きい周波数成分）を用いた方が好適である。
【００５４】
なお、回転周波数成分を判定に用いることも可能であり、その場合には、正常時に異常と判定するリスクを低減するために、主軸の回転振れや工具へのインサートの取り付けばらつきなどを抑えて正常時に回転周波数成分が小さくなる施策をすることが必要である。
【００５５】
≪制御パラメータ設定処理≫
図１８は、異常検知装置１による切削工具の異常検知処理を実行する前にユーザが制御パラメータを入力する画面例を示す。ユーザにより起動された制御パラメータ設定部２５は、表示部１２に制御パラメータ入力画面１００を表示して、ガイドに従ってユーザが入力した制御パラメータを受付けて、記憶部３の制御パラメータ３２に登録する。
【００５６】
制御パラメータ入力画面１００の加工条件入力欄１０１には、回転数[min-1]：主軸７の回転数、工具刃数：切削工具５の刃数、を入力する。
【００５７】
測定条件入力欄１０２には、測定時間[s]：加工を開始してから終了するまでの信号測定時間(常時入力する)、サンプリング時間[s]：測定部１４による電流値、電圧値のサンプリング周期、を入力する。
【００５８】
加工機制御方法入力欄１０３には、加工機制御１０５：切削工具５の異常判定時に加工機指令部２４が加工機４へ出力する指令内容(加工機動作)、をプルダウン１０８を押下して表示されるメニュー(工具交換、工具退避、など)から選択して入力する。
【００５９】
測定信号処理方法入力欄１０４には、事前処理方法１０６：信号処理部２２が実行する電圧値、電流値などの測定信号への事前信号処理、をプルダウン１０９を押下して表示されるメニュー(ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、移動平均フィルタ、など)から選択して入力する。
また、データ抽出開始時間[s]：加工中の測定信号を信号処理部２２が記憶部３の測定信号３３に記録し、その測定信号３３から異常検知処理を実行する対象として、同時作用刃数がなるべく１個の加工状態となると予測される加工経路上の加工領域の測定信号を読み出すためのデータ抽出開始時間(測定時間の開始時間からの経過時間で指定される)、を入力する。
周波数解析データ数[個]：周波数解析の高速フーリエ変換を行う場合に、サンプリング時間毎のデジタル信号(測定信号)を２のべき乗の数でひとまとめにしてスペクトル解析をする。そのひとまとめのデータ数、を入力する。
周波数解析回数[回数]：１回でひとまとめに周波数解析データ数の測定信号を高速フーリエ変換する処理を連続して繰り返す回数、を入力する。
判定周波数(回転周波数ｎ倍)１０７：切削工具の欠損を判定するために採用する周波数スペクトル分布における判定周波数(回転周波数のｎ倍の「ｎ」値を指定) 、を入力する。なお、実際の周波数を入力することでもよい。
閾値：切削工具の欠損を判定するために採用する判定周波数の振幅(正規化値)が、工具の欠損後に超えると予測される適正な閾値(加工機で該当切削工具のインサートを１個外して予め実測して決めるのが望ましいが、過去の同様の加工条件における経験値を参考として決めても良い)、を入力する。なお、本実施例では、周波数スペクトル分布を算出する際に、基本周波数の振幅を１に正規化して各周波数の振幅を正規化しているため、閾値は正規化された振幅に対応する値を指定することになるが、周波数スペクトル分布を算出する際に、基本周波数の振幅を１に正規化しない運用の場合には、閾値は正規化されていない振幅に対応する値を指定することになる。
【００６０】
≪異常検知処理≫
図１９は、異常検知装置１の異常検知処理部２１が実行する異常検知処理のフローチャートの例である。本処理に先立ち、制御パラメータ設定部２５により制御パラメータ３２が登録されている。
【００６１】
ステップＳ１０において、加工機４のＮＣ装置１０が被削材６の加工開始時に、加工開始信号を発して、該信号を受けて異常検知処理部２１が起動される。測定部１４も、加工開始時に測定を開始して、加工機４のサーボアンプ９と主軸モータ８の間より得られた電流値あるいは電力値の測定信号(デジタル信号)を出力する。
なお、測定部１４の測定開始は、加工機４の動作を基に行う。対象となる工具の保持具などにセンサを取り付けて工具の回転の検知や、ＮＣプログラムの情報を監視して特定の文字列の読み込みなどを測定開始のトリガとしてもよい。
【００６２】
ステップＳ１１において、信号処理部２２を起動する。信号処理部２２は、以後継続して測定部１４から測定信号を入力して、事前処理方法１０６で指定した事前信号処理を施して、測定信号を記憶部３の測定信号３３記憶領域に時系列に記録する。
【００６３】
ステップＳ１２において、切削加工がなるべく同時作用刃数が１個の加工状態となる加工経路の測定信号だけを周波数解析するように、該当加工経路に達する時間を制御パラメータとして予め設定しておいたデータ抽出開始時間を読み出す。そのデータ抽出開始時間の測定信号から、周波数解析データ数の測定信号が記憶部３の測定信号３３記憶領域に格納されるまで待機する。既に、周波数解析データ数の測定信号が格納されていれば待機は不要である。
【００６４】
ステップＳ１３において、解析判定部２３を起動して、解析判定部２３が記憶部３の測定信号３３記憶領域から、１回の高速フーリエ変換を行うのに使用するデータ数(周波数解析データ数)の測定信号を抽出して、周波数スペクトルを算出する。基本周波数成分を１に正規化する基準で、各周波数成分を正規化する。
【００６５】
ステップＳ１４において、解析判定部２３が、周波数スペクトルの判定周波数の振幅が閾値を超えたか否かを判定する。超えていればＳ１６へ移行する。超えていなければＳ１５へ移行する。
【００６６】
ステップＳ１５において、制御パラメータの周波数解析回数で指定した連続で実施する周波数解析の回数が複数であり、未だ実施すべき周波数解析が残っていればＳ１２へ移行する。連続で実施する周波数解析を全て終了したならばＳ１７へ移行する。ただし、残りの加工経路上で再び周波数解析を実施することを意図して、制御パラメータ設定処理において、データ抽出開始時間を複数入力して、それに対応させて周波数解析回数も複数入力したならば、残りの加工経路上で次の周波数解析が在れば、Ｓ１２へ移行する。
【００６７】
ステップＳ１２において、連続で実施する周波数解析における次の周波数解析が在る場合には、先に実施した周波数解析で使用した測定信号データに続いて、次の周波数解析で使用する周波数解析データ数の測定信号が記憶部３の測定信号３３記憶領域に格納されるまで待機する。既に、周波数解析データ数の測定信号が格納されていれば待機は不要である。
【００６８】
ステップＳ１６において、加工機指令部２４を起動して、加工機指令部２４が制御パラメータの加工機制御１０５により指定された加工機４へ出力する指令を作成して、ＮＣ装置１０へ出力する。
加工機の制御の具体的な例としては、別の切削工具５に交換すること、または切削工具５を退避して加工を停止することなどである。なお、自動工具交換機を備えた加工機の場合、複数の切削工具５を自動工具交換機に搭載しておき、異常検知後に、別の切削工具５に交換する制御をすることで、自動生産ラインの稼動を継続することができる。
【００６９】
ステップＳ１７において、信号処理部２２を停止する。
ステップＳ１８において、異常検知処理部２１を停止する。
【００７０】
異常検知処理は、切削工具が欠損したと判定した場合には、加工機４へ切削工具交換などの指令を出力して処理を終了する。加工機４側で、切削工具を交換などした後、加工を再開する場合には、ＮＣ装置１０から加工再開の信号が送られて、異常検知装置１の異常検知処理部２１が再起動されることになる。その場合には、測定時間は前回の加工中断時点から再開されるようにする。
【００７１】
以上では、測定信号は電流値を用いた例を説明したが、電力値も同様の処理を行えばよい。パラメータの単位が電流値［Ａ］から電力値［Ｗ］に変わり、それ以外は同様である。
【００７２】
本実施例によれば、工具のインサートが１個損傷した状態を検出できるため、工具ボディまでの破損拡大と、連続的な加工不良の発生を抑制できるため、破損抑制による工具費低減および加工不良に係わる対策費用の低減などの効果が得られる。例えば工具径４０ｍｍ、刃数４枚の切削工具で、幅６ｍｍ、深さ５ｍｍ、長さ２００ｍｍの肩削り加工をステンレス系鋳物材で繰返し行う場合、本実施例の適用により工具費を約５０％削減し、工具破損後の段取り時間の低減により、生産数を１０％向上することができる。
【００７３】
本実施例では、切削工具５が複数の刃先(インサート)を交換することが可能なスローアウェイエンドミルと呼ばれるタイプの切削工具で説明した。同様のことが、複数の切れ刃とシャンク（エンドミルの柄部）が一体型のソリッドエンドミルと呼ばれるタイプの切削工具でも説明が可能である。このソリッドエンドミルを使用して、異常検知処理を実施して、１個の切れ刃が損傷した状態を検出した場合には、直ちに取り外して再研磨、再コーティングして使用可能とすることができる。
【実施例２】
【００７４】
本実施例では、加工を始めてから所定のタイミングにおける特定の周波数の振幅を基準値としてレベル補正し、そのレベル補正後の各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値の増加により工具の異常を検知する異常検知装置の例を示す。
【００７５】
図２０は、実施例２に係る切削工具の異常検知装置１１１を備えた加工機４を示すブロック図である。加工機４に切削工具の異常検知装置１１１が取り付けられた構成である。
【００７６】
異常検知装置１１１は、実施例１で示した異常検知装置１に対して、工具情報記憶部を備えた工具ホルダ１６０と、工具情報取得センサ１１２と、インサート交換検知部１１３と、所定タイミングの判定振幅の記憶部１１４と、１つ前の加工の判定振幅のレベル補正値の記憶部１１５を追加した構成となる。
【００７７】
工具情報取得センサ１１２は、切削工具５を把持した工具情報記憶部を備えた工具ホルダ１６０から工具の情報を取得する。工具情報記憶部を備えた工具ホルダ１６０には工具情報を格納したＩＣコードチップ等が備えられている。インサート交換検知部１１３では、工具情報取得センサ１１２で取得した情報からインサートの交換を検知する。
【００７８】
工具情報記憶部を備えた工具ホルダ１６０のＩＣコードチップにおいて、数字などで構成する特定のコードをインサート交換時に書き換えることで、それをインサート交換検知部１１３で検知して、インサートの交換を判断することができる。
【００７９】
記憶部３に備えた所定タイミングの判定振幅の記憶部１１４では、インサート交換の信号を元に、インサート交換直後の加工における判定周波数の振幅を記憶する。解析判定部２３では、次のインサート交換までに継続して実施される各加工において算出される判定周波数の振幅に対して、記憶したインサート交換直後の加工における判定周波数の振幅を基準値としてレベル補正する。その後、レベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値の増加により切削工具５の異常を判定する。このレベル補正の処理により、判定周波数の振幅に生じるインサート交換時の取り付けばらつきの影響が抑制される。
【００８０】
なお、インサート交換後にテスト加工等を行う場合には、判定周波数の振幅を記憶するタイミングは、インサート交換直後ではなく、実際に対象製品の加工を開始する時など、所定のタイミングに設定してもよい。
【００８１】
記憶部３に備えた１つ前の加工の判定振幅のレベル補正値の記憶部１１５では、１つ前の加工におけるレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値を記憶する。解析判定部２３では、その次の加工におけるレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値と、記憶されたデータとの差分を算出し、その差分の増加により切削工具５の異常を判定する。
【００８２】
図２１は、３枚刃工具の加工における主軸サーボモータ電流の周波数スペクトル分布である。切削速度１００ｍ／ｍｉｎ、１刃送り量０．１５ｍｍ／ｔｏｏｔｈの条件で、幅６ｍｍ、深さ３ｍｍの肩削りをした例である。１２１が回転周波数成分で、１２２が基本周波数成分であり、基本周波数成分１２２を１に正規化している。この結果は、インサート交換直後のものであるが、インサートの取り付けばらつきや、主軸の回転振れ等の影響により、３枚刃工具の判定周波数(図１７の表より、判定周波数は回転周波数)である回転周波数の振幅はインサートの使い始めから大きい場合が多い。
【００８３】
図２２は、３枚刃工具の判定周波数の振幅の変化を累積加工数に対して示すグラフである。被削材にはステンレス系鋳物材を用い、直径２０ｍｍの３枚刃の刃先交換式エンドミルで加工した例である。幅６ｍｍ、深さ３ｍｍ、長さ２００ｍｍの肩削り加工を加工数１個とカウントしている。また、工具寿命を３０個に設定し、３０個の加工毎にインサートを交換した（詳しくは切れ刃となるコーナ部の交換（切り替え）であるが、以後、インサート交換と呼ぶ）。
【００８４】
図中の矢印で示す範囲がインサートの同じコーナ部での加工を表す（以後、矢印で示す各範囲を、インサート１２３、インサート１２４、インサート１２５の加工と呼ぶ）。図中の“○”はインサート交換直後の１つ目の加工を示す。
【００８５】
インサート１２４の加工では、インサート交換直後の１つ目（１２４ａ）から他のインサートに比べて判定周波数の振幅が大きい。この図の結果では、いずれのインサートにも欠損が発生していないが、インサート１２４を工具異常と検知しないようにするには、閾値１２６をインサート１２４の振幅より大きく設定する必要がある。それゆえ、インサート１２３や１２５のように判定周波数の振幅が小さい場合には欠損が発生しても、閾値を超えずに異常を検知できない恐れがある。
【００８６】
図２３は、その縦軸が図２２の縦軸が表す判定周波数の振幅の単位と同じ単位を持ち、かつ値域が負の領域まで拡張した座標軸を表し、各インサートの１つ目の加工の判定周波数の振幅を縦軸の０に合わせるようにレベル補正した３枚刃工具の判定周波数の振幅のレベル補正値の変化を累積加工数に対して示すグラフである。これは、図２２に示す各インサートの各加工の判定周波数の振幅に対して、各インサートにおいて１つ目の加工の判定周波数の振幅がゼロになるようにレベル補正した補正量を、続く２つ目以降の各加工の判定周波数の振幅にも同じ量のレベル補正(前記補正量を減算)を施したものである。判定周波数の振幅のレベル補正値はゼロ近傍に集まっており、図２２の閾値１２６に比べて閾値１２７（以後、レベル補正後の閾値と呼ぶ）をインサート１２３とインサート１２５のデータに近づけて設定することができる。
【００８７】
これにより、インサートの欠損発生時に判定周波数の振幅の増加が小さい場合であっても検知が可能となる。この工具異常の判定手法は、回転周波数を判定周波数とする場合に特に有効である。なお、レベル補正は、インサートの１つ目の加工の判定周波数の振幅をレベル補正用の基準値として記憶し、その後の振幅からレベル補正用の基準値を減算することでレベル補正値を得ることが一例である。さらに、なお、「一つ目」は初回の加工の一例である。加工者が定めた作業において、インサート交換後の初回と考えられる加工であれば「二つ目」の加工でも初回の加工でもよい。例えば「一つ目」の加工は工具の状態を確認するための試し加工で、「二つ目」の加工が実際の対象製品を加工する場合である。なお、基準値はほかの時点の振幅を用いてもよい。
【００８８】
図２４は、加工数に対して１つ目の加工の判定周波数の振幅を縦軸の０に合わせる基準にレベル補正した３枚刃工具の判定周波数の振幅のレベル補正値の変化を示すグラフである。これは図２３で示したインサートとは別のインサート（詳しくは別のコーナ部）の結果である。レベル補正後の閾値１２７を超えるデータは見られないが、１０個目の加工（１２８）後に加工面に傷が発生していることに気付き、切削工具の欠損が確認された例である。加工面の傷は６個目の加工（１２９）から発生しており、ここで切削工具に欠損が発生した可能性が高いと推定される。
【００８９】
図２４の事例において、５個目の加工に対して６個目の加工では、判定周波数の振幅のレベル補正値の増加が大きいが、レベル補正後の閾値１２７を超えていない。これは、１個目の加工から５個目の加工までは、加工数の増加に対して判定周波数の振幅のレベル補正値が減少する傾向となっているのが要因と推定される。
【００９０】
この事象としては、インサート交換時に３枚のインサートの中で特に飛び出して固定されたものがあり、加工数の増加に伴い、その飛び出したインサートの損耗が進行して、加工に対する３枚のインサートの作用が均等化されていき回転周波数成分(判定周波数の振幅のレベル補正値)が減少したと考えられる。そして、６個目の加工で損耗が大きくなって、そのインサートに欠損が発生したと推定される。
【００９１】
図２５は、図２４に示す３枚刃工具の１つ目の加工の判定周波数の振幅のレベル補正値を、さらに今回と前回の値の差分値を計算し、差分値を縦軸の座標として各加工ごとにプロットしたグラフである。ここで、１つ目の加工のレベル補正値は自身のレベル補正値との差分を取って縦軸の座標は０とする。なお、差分値を計算するにあたり、「前回の」レベル補正値以外の過去のレベル補正値を用いてもよい。異常値の排除や、数値計算の精度上等何かしらの理由で前回のレベル補正値を用いることが好適でない場合も考えられるためである。
【００９２】
図２５の事例において、インサートの欠損発生を推定した６個目(１３０)の加工で差分値が大きく増加している。これを閾値１３１（以後、差分の閾値と呼ぶ）に対する超過によって異常を検知することで、加工の進行に伴って回転周波数の振幅が減少した後に、異常発生した場合でも工具の異常を検知することが可能となる。なお、ここでは１つ前の加工のレベル補正値との差分は、負の値を含む実数で示したが、絶対値での評価も有効である。
【００９３】
これまで説明した工具異常の各判定手法は、単独での使用だけでなく、組み合わせて使用することも可能である。各判定手法の使用例および特徴を示す。
【００９４】
実施例１で示した判定周波数の振幅を直接閾値判定にて工具の異常を判定する手法（以後、判定周波数の振幅で直接的に工具異常を判定する手法と呼ぶ）は、回転周波数を判定周波数に用いない４枚刃以上の切削工具に有用である。また、データの取得や処理（記憶や演算）が、他の判定手法に比べて簡便なことが特徴である。この手法は単独で使用する。
【００９５】
実施例２で先に示した、１つ目の加工の判定周波数の振幅がゼロになるようにレベル補正した補正量を、続く２つ目以降の各加工の判定周波数の振幅にも同じ量のレベル補正を施したレベル補正値を用いて、閾値超過にて工具の異常を判定する手法（以後、レベル補正したデータによる工具の異常判定手法と呼ぶ）は、回転周波数を判定周波数に用いる３枚刃以下の切削工具に特に有効であり、また、４枚刃以上の切削工具への適用も問題はない。また、この手法は、加工の進行に伴って工具の異常が徐々に進行して最終的に大きくなるケースの工具の異常検知に有効である。例えば、インサートの損耗が少しずつ進行して最終的に欠けが大きくなる場合や、また、インサートを固定するネジが徐々に緩み、緩みが大きくなった場合等も検知することができる。
【００９６】
実施例２で後に示した、1つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値と、１つ前の加工のレベル補正値との差分を算出して、その差分を用いて閾値超過にて工具の異常を判定する手法（以後、差分データによる判定手法と呼ぶ）は、刃先の変化が最も反映され易く、比較的小さい欠損も検知が可能である。そのため、回転周波数を判定周波数に用いる工具を含めて、全ての工具に有効である。
【００９７】
なお、刃先が徐々に損耗（変化）して、その蓄積が大きくなって異常となるケースは、差分データによる判定手法に比べてレベル補正したデータによる工具の異常判定手法の方が好適である。このため、この２つの判定手法を併用することで、より多様なケースの工具異常の検知が可能となる。
【００９８】
≪判定結果表示≫
図２６は、表示部１２におけるレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値の１つ目の表示例である。表示部１２に設けたレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値表示領域１３９に、１つ目の加工の判定周波数の振幅を基準にレベル補正した各加工の判定周波数の振幅のレベル補正値１４１と、レベル補正後の閾値１４０を累積加工に対して表示した例である。インサート交換直後の１つ目の加工の判定周波数の振幅のレベル補正値１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃを他のデータと区別して白丸“〇”で表示している。現状加工中のインサート（１４２ｃ）と、その２つ前までに交換したインサート（１４２ａ、１４２ｂ）の判定周波数の振幅のレベル補正値の推移を確認することができる。
【００９９】
図２７は、表示部１２におけるレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値の２つ目の表示例である。インサート交換直後の１つ目の加工の累積加工数を矢印１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃにて表示した例である。
【０１００】
図２８は、表示部１２におけるレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値の３つ目の表示例である。インサート交換直後の１つ目の加工の累積加工数を一点鎖線１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃにて表示した例である。
【０１０１】
図２９は、表示部１２におけるレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値の４つ目の表示例である。インサート交換毎にマーカを切り替えて表示する例である。１４５、１４６、１４７は異なるインサートの結果であり、マーカの種類によりインサートを判別することができる。
【０１０２】
図３０は、表示部１２におけるレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値の４つ目の表示例において、累積加工数が増えた例である。設定工具寿命３０個の３回分のデータを１度に表示する設定とし、３回分のデータを超えた場合に、横軸の累積加工数を設定工具寿命分（３０個）ずらして表示する例である。図２９で中央に表示されていたインサート１４６のデータが図３０では左端にずれて、インサート１４８のデータがインサート１４６と同じマーカで表示されている。
【０１０３】
図３１は、表示部１２におけるレベル補正後の判定周波数の振幅のレベル補正値の５つ目の表示例である。横軸は加工数を示し、インサート毎（詳しくは切れ刃となるコーナ部毎）に表示する。この例では、図２９のインサート１４５と同じデータを表示している。
【０１０４】
図２６〜図３１は、いずれもインサート交換毎に１つ目の加工の判定周波数の振幅を縦軸の０に合わせるようにレベル補正した時のレベル補正用の基準値を、続く２つ目以降の各加工の判定周波数の振幅にも適用して計算したレベル補正値の推移を確認できるものである。ここでは図示しないが、差分データによる判定手法の結果も、同様にインサート交換毎に確認できるように表示する。
【０１０５】
なお、ここで示した表示例は、あくまでも一例であり、表示するマーカや破線等、また、一度に表示するデータ数には限定はない。また、本実施例は、加工の単位を加工数（個）で示したが、加工の進行によって増加するものであれば、切削体積や切削距離等に置き換えても支障はない。
【０１０６】
≪制御パラメータ設定処理≫
図３２は、実施例２の異常検知装置１１１による切削工具の異常検知処理を実行する前にユーザが制御パラメータを入力する画面例を示す。図１８で示した実施例１の制御パラメータ入力画面１００の中の測定信号処理方法入力欄１０４を、実施例２用に拡張した測定信号処理方法入力欄１５０を図３２に示す。
【０１０７】
測定信号処理方法入力欄１５０には、実施例１の判定周波数の振幅で直接的に工具異常を判定する手法の閾値入力欄１５１に加えて、実施例２のレベル補正後の閾値入力欄１５２と、差分の閾値入力欄１５３が追加されている。レベル補正したデータによる工具の異常判定手法の閾値は、レベル補正後の閾値入力欄１５２に入力する。また、差分データによる判定手法の閾値は、差分の閾値入力欄１５３に入力する。
【０１０８】
なお、各閾値の入力欄は、使用する判定手法の閾値に限定した方がよいが、使用しない閾値の入力欄を設けた場合でも、特定の数値が入力されている場合に、その閾値で判定する手法は使用しない設定等とすれば、入力欄があっても支障はない。
【０１０９】
図３２に示す測定信号処理方法入力欄１５０の閾値入力欄に０．０が入力された場合に、その閾値で判定する手法は使用しない設定の例である。閾値入力欄１５１は、判定周波数の振幅で直接的に工具異常を判定する手法の閾値であり、０．０が入力されているため、この手法は使用しない設定となる。
【実施例３】
【０１１０】
実施例１では、測定部１４によるサーボモータ電流あるいは電力を測定する例を示したが、加工機によっては、イーサネット（登録商標）回線にてＰＣ（パーソナルコンピュータ）を接続して計測用アプリケーションによりサーボモータ電流が取得できる。
【０１１１】
すなわち、図１の測定部１４を、異常検知装置本体１５の演算部２の中に測定部を有する構成とする。この測定結果を測定信号に用いても問題ない。また、計測用アプリケーションにフィルタ等の信号処理機能が備わっている場合には、その機能を用いても問題は無い。
【０１１２】
また、実施例２では、インサート交換のタイミングを工具情報取得センサ１１２と、インサート交換検知部１１３により検出する例を示したが、加工機によっては、これもイーサネット回線にてＰＣ（パーソナルコンピュータ）を接続して加工機から直接的に工具の加工数を取得して、その情報からインサート交換を判断できる。
【０１１３】
すなわち、図２０のインサート交換検知部１１３を、異常検知装置本体１５の演算部２の中にインサート交換検知部を有する構成とする。取得した加工数によるインサート交換の判断結果をインサート交換信号に用いても問題ない。
【０１１４】
また、実施例１および実施例２では、周波数スペクトル分布において基本周波数成分を１に正規化して、制御パラメータで指定した回転周波数のｎ倍の成分を閾値判定しているが、必ずしも１に正規化する必要は無く、比率等で判定しても構わず、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１１５】
以上、実施例１乃至３では、下記を説明した。
【０１１６】
複数の刃を備える切削工具の欠損を検知する異常検知方法は、
（Ａ）前記切削工具が装着された工作機械の主軸を回転させる主軸モータの電流値または電力値の測定結果である測定信号を受信し、
（Ｂ）前記測定信号をフィルタ処理して記憶部に時系列に記憶し、
（Ｃ）異常検知し、
（Ｄ）（Ｃ）の異常検知にて工具欠損有りと判定した場合に、制御パラメータで指定された加工機制御の指令を前記工作機械に出力し、
（Ｃ）の異常検知は、
（Ｃ１）前記記憶された測定信号から、同時作用刃数が１個と予測される加工領域の周波数解析データ数の測定信号を抽出して周波数スペクトルを算出し、
（Ｃ２）前記周波数スペクトルにおける制御パラメータで指定された判定周波数(＝回転周波数×ｎ、ただし  １≦ｎ＜工具刃数、ｎは整数)の振幅と、制御パラメータで指定された閾値と、に基づいて前記工具欠損有りと判定する。
【０１１７】
なお、前記判定周波数は、前記切削工具が正常状態から１刃が欠損した状態に変化した時の、周波数スペクトルの変化が最大又は最大の次点の周波数を指定する値としてもよい。
【０１１８】
なお、（Ｃ）の異常検知は、制御パラメータでデータ抽出開始時間を指定され、
前記データ抽出開始時間は、ＮＣ装置から発する加工開始信号を基準とする測定時間において、同時作用刃数が１個となる加工領域での測定信号を周波数解析するための制御パラメータとしてもよい。
【０１１９】
なお、（Ｃ２）の前記工具欠損有りとの判定は、
（Ｃ２ａ）所定の加工のタイミングでの判定周波数の振幅を、レベル補正用基準値として記憶し、
（Ｃ２ｂ）その後に続く各加工で算出される前記振幅から、前記レベル補正用基準値を減算するレベル補正を実施してレベル補正値を得て、
（Ｃ２ｃ）前記レベル補正値と、前記閾値と、に基づいて、前記工具欠損有りと判定してもよい。
【０１２０】
なお、前記レベル補正用基準値は、前記切削工具の刃を交換後の初回の加工における前記判定周波数の前記振幅であり、
その後に続く各加工では、（Ｃ２ｃ）の前記工具欠損有りとの判定は、
（Ｃ２ｃ１）前記振幅に基づいて計算されたレベル補正値の過去の値との差分値を計算し、
（Ｃ２ｃ２）前記計算した差分値と、前記閾値と、に基づいて、工具欠損有りと判定してもよい。
【０１２１】
なお、（Ｅ）表示部に、累積加工数に従った前記レベル補正値の変化を、刃の交換毎のデータが判別可能となるように表示したり、あるいは、（Ｅ）表示部に、加工数に従った前記レベル補正値の変化と前記差分値の変化と、を刃の交換毎のデータが判別可能となるように表示してもよい。
【０１２２】
なお、以上の説明では、前述の異常検知方法をハードウェア（例えば異常検知装置、又は計算機）で実現する形態や、異常検知方法を計算機で実行させるためのプログラムや、当該ハードウェアと工作機械とを含むシステム形態についても説明した。なお、当該プログラムはコンピュータが読み取り可能な記憶媒体（記憶部３と同種の媒体を用いてもよい）に格納されて配布されてもよい。なお、当該プログラムはプログラム配布計算機により配布されてもよい。プログラム配布計算機は、当該プログラムを記憶した記憶媒体（記憶部３と同種の媒体を用いてもよい）と、当該記憶媒体からプログラムを読み出し、ネットワークインターフェースを介して他の計算機にプログラムを配信する演算部（演算部２と同種でもよい）と、ネットワークインターフェースと、を有してもよい。
【符号の説明】
【０１２３】
１…異常検知装置、２…演算部、３…記憶部、４…加工機、５…切削工具、６…被削材、７…主軸、８…主軸モータ、９…サーボアンプ、１０…ＮＣ装置、１１…入力部、１２…表示部、１３…通信部、１４…測定部、１５…異常検知装置本体、２１…異常検知処理部、２２…信号処理部、２３…解析判定部、２４…加工機指令部、２５…制御パラメータ設定部、３１…切削工具異常検知プログラム、３２…制御パラメータ、３３…測定信号、
４１…インサート、４２…コーナ部、４３…工具ボディ、４４…固定ネジ、４６…損傷、５０…測定信号、５１…スパイク状の波形、５２…工具破損前の範囲、５３…工具破損後の範囲、５４…振幅の小さい波形、５５…振幅の大きい波形、６０…基本周波数成分、６１…回転周波数成分、６２…回転周波数の２倍成分、６３…回転周波数の３倍成分、６４…閾値、６５…基本周波数成分、６６…回転周波数成分、６７…回転周波数の２倍成分、６８…回転周波数の３倍成分、７０…基本周波数成分、７１…回転周波数成分、７２…回転周波数の２倍成分、７３…回転周波数の３倍成分、７４…閾値、７５…一点鎖線、８０…基本周波数成分、８１…インサートの欠損に対応する波形、８２…欠損したインサートの加工を負担したインサートの波形、８３…基本周波数成分、８４…回転周波数成分、８５…回転周波数の２倍成分、８６…回転周波数の３倍成分、９１…回転周波数成分、９２…回転周波数の２倍成分、９３…回転周波数の３倍成分、１００…制御パラメータ入力画面、１０１…加工条件入力欄、１０２…測定条件入力欄、１０３…加工機制御方法入力欄、１０４…測定信号処理方法入力欄、１０５…加工機制御(制御パラメータ)、１０６…事前処理方法(制御パラメータ)、１０７…判定周波数(回転周波数ｎ倍)(制御パラメータ)、１０８…加工機制御方法の項目選定プルダウン、１０９…事前処理方法の項目選定プルダウン、１１０…工具ホルダ、１１１…異常検知装置、１１２…工具情報取得センサ、１１３…インサート交換検知部、１１４…所定タイミングの判定振幅の記憶部、１１５…１つ前の加工の判定振幅のレベル補正値の記憶部、１２１…回転周波数成分、１２２…基本周波数成分、１２３…１つめインサートコーナ部の加工範囲、１２４…２つめインサートコーナ部の加工範囲、１２５…３つめインサートコーナ部の加工範囲、１２６…閾値、１２７…レベル補正後の閾値、１２８…１０個目の加工のレベル補正値、１２９…６個目の加工のレベル補正値、１３０…６個目の加工の１つ前加工データとの差分、１３１…差分の閾値、１３９…レベル補正後の判定周波数の振幅表示領域、１４０…レベル補正後の閾値、１４２…インサート交換直後の１つ目の加工データ、１４３…インサート交換直後の１つ目の加工を示す矢印、１４４…インサート交換直後の１つ目の加工を示す一点鎖線、１４５…１つ目インサートの加工範囲、１４６…２つ目インサートの加工範囲、１４７…３つ目インサートの加工範囲、１４８…４つ目インサートの加工範囲、１５０…測定信号処理方法入力欄、１５１…判定周波数の振幅の直接判定用閾値入力欄、１５２…レベル補正後の閾値入力欄、１５３…差分の閾値入力欄、１６０…工具情報記憶部を備えた工具ホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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