(57)【要約】【課題】チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法を提供する。【解決手段】図（ａ）に示すように、主軸１２に且つ加工工具２１の送り方向に沿うようにして振動センサ１３を取付ける。振動センサ１３で得た振動情報を、アンプ１４で増幅し、計算部１５へ送る。計算部１５では、振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する。この計算の際に、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。結果、図（ｂ）を得る。【効果】図（ｂ）にて、正常域に対して、境界域のＭＤ値が格段に大きいため、異常（寿命）を好ましいタイミングで検出することができる。【選択図】図１２
2020146776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置であって、
この工具寿命検出装置は、前記工作機械の構成要素に取付けられ振動を検出する振動センサと、この振動センサからの振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する計算部と、この計算部で得たマハラノビスの距離が判定値以上であるか否かを判定する判定部と、この判定部がマハラノビスの距離は判定値以上であると判定したときに異常を表示する異常表示部とを備え、
前記計算部では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供することを特徴とする工具寿命検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の工具寿命検出装置であって、
前記工作機械の構成要素は、前記加工工具が取付けられる前記工作機械の主軸であり、
前記振動センサは、前記主軸に且つ前記加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられていることを特徴とする工具寿命検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に１パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、
この基本周波数を１次周波数とし、この１次周波数に基づいて２次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記１次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出装置。
【請求項５】
加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出方法であって、
前記工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程と、
検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程と、
計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程と、からなり、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供することを特徴とする工具寿命検出方法。
【請求項６】
請求項５記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に１パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、この基本周波数を１次周波数とし、この１次周波数に基づいて２次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記１次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に付属され、加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の機械加工において、一定以上の加工品質を保つには、加工工具の寿命を正確に把握し適切な時期に加工工具を交換する必要がある。
従来は、加工対象物（以下、ワークという）の加工面粗さが規格外になるまでの加工回数を調べ、この加工回数に安全率を見込んだ回数を工具交換の目安としてきた。
【０００３】
安全率は、加工工具のチッピングや加工工具のばらつきを考慮して経験的に決定される。チッピングは、いわゆる刃こぼれである。摩耗は加工回数に比例して徐々に発生するが、チッピングは急に発生する。ばらつきは加工工具の出来、不出来に起因して発生する。
そのため、安全率は１０％程度が見込まれる。
【０００４】
安全率を見込んだ回数で交換した加工工具を調べてみた。すると、まだ相当程度使えるものが見つかった。すなわち、加工面粗さが規格内に収まるはずの加工工具が寿命前に交換された。
加工工具が寿命まで使われれば、加工回数の増加による生産性の向上と、加工工具の調達費用の低減とが図れる。
そこで、加工工具の寿命を、高い精度で検出することができる技術が求められる。
【０００５】
そのために、加工工具の寿命を検出する技術が、幾つか提案されてきた（例えば、特許文献１（図５）参照）。
【０００６】
特許文献１は、加工中に得たデータに基づいて、マハラノビス・タグチ法（以下、ＭＴ法という）によりマハラノビスの距離（以下、ＭＤ値という）を求め、このＭＤ値によりフライス（多刃工具）の寿命を検出するというものである。
【０００７】
加工中に得るデータは、工作機械における主軸トルク指令値、Ｘ軸方向振動振幅、Ｙ軸方向振動振幅、Ｚ軸方向振動振幅、Ｘ軸方向ひずみ、Ｙ軸方向ひずみとされる。
図１５に基づいて、従来の技術を説明する。
図１５（ａ）は逃げ面摩耗量の識別を説明するグラフ、（ｂ）はチッピングの識別を説明するグラフである。何れも、加工回数（パス数）を横軸、マハラノビス距離を縦軸に取っている。
【０００８】
図１５（ａ）において、例えば、８０００（縦軸）を判定基準に定めておき、右上がりの曲線が８０００に達したら、工具を交換する（特許文献１段落００３３）。
図１５（ｂ）において、新品の多刃工具に人為的にチッピングを施したときに、２０００程度のＭＤ値が得られ、８３０パス後の多刃工具に人為的にチッピングを施したときに、１８０００程度のＭＤ値が得られる。
摩耗量とチッピングを切り分けて異常を判定することができる（特許文献１段落００４７）。
【０００９】
そして、特許文献１では、逃げ面摩耗量に対応する加工時マハラノビス距離に対して、所定の距離だけ上方に隔離する位置に加工時マハラノビス距離が表示された場合には、チッピングが発生したことを検知する、とされている（特許文献１段落００４６）。
しかし、隔離する位置に表示される距離は、変化する。変化する距離で判定することは、煩雑であり、煩雑であるために、特許文献１はチッピングに対しては有効性に疑問が残る。
すなわち、特許文献１の技術は、摩耗に対しては有効であると認められるが、チッピングに対しては有効性に疑問が残る。
しかし、多刃工具を含む加工工具の有効利用が求められる中、チッピングを含めた異常が正しく検出できることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１７−２２６０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、特許文献１の技術において、次に述べる２つの点に注目した。
第１点は、データとして、トルク指令値と振動振幅とひずみが選ばれている。
第２点は、振動振幅の処理法である。
【００１３】
第１点での、トルク指令値と振動振幅とひずみであるが、コンピュータによるデータ処理はデータの数に比例して処理負担が大きくなる。３種のデータがあると、データ取得も大変である。
本発明者は、実験と検討を進めた結果、摩耗とチッピングとのうち、チッピングに重きを置くことで、取得データの数を減らすことができることに気づいた。すなわち、チッピンは、振動に大きく影響し、トルク指令値とひずみへの影響は小さい。この考えから、取得データは、振動に限定することを思いついた。
【００１４】
第２の点での振動振幅であるが、特許文献１では、振動波の大小に注目している。
同じ大きさの第１の波と第２の波があって、時間軸方向の第１の波の幅（時間軸長さ）が広く、第２の波の幅が狭い場合、この波の幅が加工工具の寿命に影響すると考えられる。特許文献１ではこの点が欠落している。
本発明者らは、振動の振幅に、波の幅を加えることが、必要であると考えるに至った。
【００１５】
本発明者らは、取得データを振動に限定し、得られた振動を振幅と波の幅（時間軸長さ）によって解析することに基づいて実験と検証を進め、本発明を完成するに至った。
【００１６】
請求項１に係る発明は、加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置であって、
この工具寿命検出装置は、前記工作機械の構成要素に取付けられ振動を検出する振動センサと、この振動センサからの振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する計算部と、この計算部で得たマハラノビスの距離が判定値以上であるか否かを判定する判定部と、この判定部がマハラノビスの距離は判定値以上であると判定したときに異常を表示する異常表示部とを備え、
前記計算部では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供することを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の工具寿命検出装置であって、
前記工作機械の構成要素は、前記加工工具が取付けられる前記工作機械の主軸であり、
前記振動センサは、前記主軸に且つ前記加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に１パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、
この基本周波数を１次周波数とし、この１次周波数に基づいて２次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記１次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明は、加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出方法であって、
前記工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程と、
検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程と、
計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程と、からなり、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供することを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に１パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
【００２２】
請求項７に係る発明は、請求項５又は請求項６記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、この基本周波数を１次周波数とし、この１次周波数に基づいて２次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記１次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に係る発明では、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。
なお、波形曲線で区切られた標本線の線分は、波の幅に相当する。
【００２４】
すなわち、本発明では、数あるデータ（一次情報）から、一次情報として振動情報のみを選択した。これにより、計算部での負担を大幅に軽減することができた。
そして、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供することにより、寿命検出の精度を高めることができ、加工工具を限度まで使用することが可能となった。
よって、本発明により、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出装置が提供される。
【００２５】
請求項２に係る発明では、振動センサは、主軸に且つ加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられている。
主軸の軸方向をｚ軸方向、加工工具の送り方向で且つｚ軸に直交する方向をｙ軸方向、このｙ軸とｚ軸の両方に直交する方向をｘ軸方向とすると、振動センサの取付方向はｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向の何れであっても工具寿命検出が可能であることが確認できた。
ただし、ｘ軸方向及びｚ軸方向に比較して、ｙ軸方向が寿命判定の信頼性が高いことが分かった。よって、振動センサは、加工工具の送り方向に沿って取付ることが推奨される。
【００２６】
請求項３に係る発明では、加工工具がワークに対して相対的に１パスするときに得られる振動情報の一部を用いる。振動情報の全部を用いて計算させることに比較して、一部を用いて計算させることとで、計算部の負担を軽減することができ、計算部の低コスト化が図れる。
【００２７】
請求項４に係る発明では、少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングした振動情報を用いて計算を実施する。少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングするため、刃がワークに当たるときの振動情報だけを計算に供することができ、寿命判定の信頼性をさらに高めることができる。
【００２８】
請求項５に係る発明では、請求項１と同様に、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。
【００２９】
すなわち、本発明では、数あるデータ（一次情報）から、一次情報として振動情報のみを選択した。これにより、計算部での負担を大幅に軽減することができた。
そして、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供することにより、寿命検出の精度を高めることができ、加工工具を限度まで使用することが可能となった。
よって、本発明により、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出方法が提供される。
【００３０】
請求項６に係る発明では、請求項３と同様に、加工工具がワークに対して相対的に１パスするときに得られる振動情報の一部を用いる。振動情報の全部を用いて計算させることに比較して、一部を用いて計算させることとで、計算部の負担を軽減することができ、計算部の低コスト化が図れる。
【００３１】
請求項７に係る発明では、請求項４と同様に、少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングした振動情報を用いて計算を実施する。少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングするため、刃がワークに当たるときの振動情報だけを計算に供することができ、寿命判定の信頼性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る実験装置の原理図である。
【図２】実験で得られた加工面粗さと振動波のグラフである。
【図３】ＭＤ値を計算するときに用いる変化量と存在量を説明する図である。
【図４】振動情報の一部を使用することを説明する図である。
【図５】ワークの振動情報に基づいて作成したＭＤ値のグラフである。
【図６】本発明の有効性を説明する図である。
【図７】振動センサを主軸のｘ軸方向に備えた実験装置の原理図である。
【図８】ｘ軸方向の振動情報に基づいて作成したＭＤ値のグラフである。
【図９】フィルタリングを説明する図である。
【図１０】フィルタリング後のｘ軸方向の振動情報に基づいて作成したＭＤ値のグラフである。
【図１１】主軸のｚ軸方向の振動情報に基づいて作成したＭＤ値のグラフである。
【図１２】主軸のｙ軸方向の振動情報に基づいて作成したＭＤ値のグラフである。
【図１３】本発明に係る工具寿命検出装置の基本構成図である。
【図１４】本発明に係る工具寿命検出装置の作用を説明するフロー図である。
【図１５】従来の技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００３４】
本発明に係る工具寿命検出装置３１は、図１３に基づいて説明するが、その前提となる本発明の基本原理を図１〜図１２に基づいて説明する。
図１に示すように、実験装置１０は、テーブル１１と、主軸１２と、振動センサ１３と、この振動センサ１３からの振動情報を増幅するアンプ１４と、増幅された振動情報に基づいてＭＤ値を計算する計算部１５とを備えている。
振動センサ１３は、実験では小型の１軸加速度ピックアップを使用したが、種類や形式は任意に選択してよい。
【００３５】
テーブル１１に、下部板１６を載せ、この下部板１６にワーク１７を載せ、このワーク１７に上部板１８を載せる。そして、複数本（この例では４本）のボルト１９を上部板１８、ワーク１７、下部板１６を貫通させた上で、テーブル１１にねじこむ。なお、下部板１６をテーブル１１に固定し、この下部板１６にボルト１９でワーク１７及び上部板１８を固定することは差し支えない。
【００３６】
主軸１２に、切削工具としてのエンドミル２１を取付ける。エンドミル２１とワーク１７とをｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に相対移動させると共に、エンドミル２１を回転させることで、ワーク１７の一辺を切削する。
【００３７】
実験条件：
・ワークの材質：中心まで焼きを入れたＳＫＤ１１
・ワークの寸法：５ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ
【００３８】
・エンドミルの刃数：６枚
・主軸回転速度：毎分３１７０回転
・切り込み：０．１ｍｍ
・送り速度：５．３ｍｍ／秒
・１パス時間：約２０秒（エンドミルで１００ｍｍ長さを１回切削する時間）
・ワークの交換：約２００パスでワークを交換する。約２００パスで切削代が無くなるため。
【００３９】
・サンプリング周波数：６．４ｋＨｚ
・測定項目：加工面粗さ、切削振動、チッピングの有無：
・・切削振動は、１パス毎に振動データを絶対値にし、絶対値の平均値とする。
・・チッピングは、２５パス（２．５ｍ）毎にマイクロスコープで有無を調べる。
・計算項目：ＭＤ値（詳細は、図３で説明する。）
【００４０】
図２（ａ）に示すように、横軸に切削距離（ｍ）を取り、縦軸に加工面粗さ（Ｒａ（μｍ））を取ると、加工面は徐々に粗くなる。エンドミルが徐々に摩耗するからである。
横軸で２０ｍを超えた時点と、４０ｍを超えた時点でワークを交換し、３枚目のワークを切削しているときに、すなわち切削距離が７０ｍ近傍で、粗さが１．５μｍに跳ね上がった。エンドミルの刃をマイクロスコープで観察したところ、チッピング（刃の欠け）が認められた。
【００４１】
このように、加工面粗さを監視することで、チッピングが検出可能である。しかし、実操業中に、加工面粗さを測ることは困難である。
対して、振動であれば、切削作業中に測ることができる。そこで、振動でチッピングを検出することができるか否かを検討する。
【００４２】
図２（ｂ）に示すように、振動は、徐々に大きくなった。なお、横軸で４０ｍの前に大きな乱れがあるが、この乱れは１日目と２日目の境目であり、切削作業の停止、起動に伴発生した乱れである。
切削距離が７０ｍ近傍で、チッピングが発生するは、図２（ａ）から予測される。しかし、切削距離が７０ｍの前と後で、振動の変化は顕著でない。そのため、チッピングの検出は困難である。
【００４３】
この困難さを克服するために、本発明ではＭＤ値（マハラノビスの距離）を使用する。
ＭＤ値は、変化量や存在値を、ＭＴ法計算式により計算することで得られる。変化量や存在値については、図３で説明する。ＭＴ法計算式は周知であるため、その数式及び計算については説明を省略する。
【００４４】
図３（ａ）に比較例を示す。
図３（ａ）では、横軸に切削時間、縦軸に振動を取った上で、振動値２３をプロットする。この振動値２３はデジタル値である。ＭＴ（マハラノビス・タグチ法）では、適当な標本線２４を横軸（加工時間軸）に平行に引く。そして、標準的な手法では、標本線２４より上に存在する振動値２３の個数を存在量とする。第１の山２５における点の数は６であり、第２の山２６の点の数は５であり、第３の山２７の点の数は３である。６＋５＋３＝１４の計算により、存在量は１４となる。
【００４５】
加工時間軸に平行に引かれた標本線２４は、第１の山２５、第２の山２６、第３の山２７で区切られている。
仮に、第１の山２５で区切られた標本線２４の線分をｍ１とする。なお、線分は、有限長さの線であって、無限長さの線とは異なる。線分ｍ１の単位は、切削時間である。
【００４６】
この線分ｍ１の長短は、エンドミルに与えられるダメージに大きな影響を及ぼすことが想定される。しかし、図３（ａ）で述べた比較例では、単に振動の大小のみを考慮しているだけであり、線分ｍ１は全く考慮していない。本発明者らは、この点に注目した。
【００４７】
そこで、本発明者らは、線分ｍ１を考慮することで、ＭＤ値の信頼性を高めることができることを知見した。
図３（ｂ）は実施例である。
点で与えられていた振動値（図３（ａ）、２３）を滑らかな曲線で結ぶことにより、図３（ｂ）に示す波形曲線２８を得た。そして、この波形曲線２８と標本線２４とが交わる交点２９の数（この例では６）を、変化量とした。
加えて、第１の山２５の線分ｍ１、第２の山２６の線分ｍ２、第３の山２７の線分ｍ３の和（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３）を存在量とした。
本発明では、変化量と存在量に基づいてＭＤ値を計算する。
【００４８】
なお、標本線２７や波形曲線２８は、理解を促すために図形で説明したが、コンピュータ内では仮想的な線であることは言うまでもない。交点２９や線分ｍ１〜ｍ３も仮想的な点や線である。
【００４９】
ＭＤ値は１パス毎に計算するが、計算部の負担を軽減するために、好ましくは、次に述べる対策を講じる。
図４に示すように、２０秒（１パス分）の振動データのうちで、安定期に入った１秒目〜３秒目の２秒間を、ＭＴ法計算領域とする。２０秒中、２秒だけの計算をすることにより、計算部の負担を１／１０に軽減することができる。
なお、ＭＴ法計算領域は、９秒目〜１１秒目の２秒間に変更するなど、任意の箇所に設定することは差し支えない。
【００５０】
図３（ｂ）及び図４に基づいて、計算したＭＤ値を、図５（ｂ）で説明する。
図５（ａ）は図２（ｂ）と同じ図である。
図５（ａ）の横軸で０〜６７．５ｍの間は、図５（ｂ）では詰めで表記し、図５（ａ）の横軸で６７．５〜６９．９ｍの間は、図５（ｂ）では広げて表記した。
【００５１】
横軸で、０〜６７．５ｍの間におけるＭＤ値は、図５（ｂ）に示すように、５以下であった。この間を、便宜的に正常域という。
横軸で、６７．５〜６９．９ｍの間におけるＭＤ値は、図５（ｂ）に示すように、０〜２４９の間で変化した。この間を、便宜的に境界域という。
横軸で、７０ｍ〜におけるＭＤ値は、図５（ｂ）に示すように、１００を超えた。この間を、便宜的に異常域という。
【００５２】
例えば、判定値を「５０」に設定すると、境界域の途中の（６８．６）でＭＤ値が判定値以上となり、この時点で異常と判定することが可能となる。
この可能性を、別の実証実験で確認した。その結果を、図６で説明する。
【００５３】
この実証実験は、タレット旋盤でワークを切削した。
図６（ａ）に示すように、１６０個までワークを研削する間は、ＭＤ値は小さく、安定していた。旋盤を担当する熟練工は、点Ａの時点で、異常に気づいた。点Ａでの生産数は１８４個である。
【００５４】
図６（ｂ）に示すように、判定値を与えると、点Ｂの時点でＭＤ値が判定値以上となる。点Ｂでの生産数は１７１個である。
【００５５】
１７１個目〜１８４個目までの被加工品が「不良品」であると仮定する。
本発明を適用した図６（ｂ）であれば、不良品は１個に止まる。
対して、本発明を適用しない図６（ａ）であれば、１８７−１７０＝１７の計算により、不良品は１７個に達する。
【００５６】
本発明を適用することにより、不良品の発生を最小限に抑えることができるという格別の効果が発揮される。すなわち、本発明により、不良品の発生を最小限に抑えつつ、ぎりぎりまで切削工具を使い続けることができる。
【００５７】
ところで、振動センサ１３は、図１では、上部板１８に取付けた。この取付けでは、ワーク１７を交換するときに、振動センサ１３を脱着する必要があり、脱着の工数が嵩む。
工数の削減が求められるため、振動センサ１３を主軸１２に取付けることを検討する。
【００５８】
図７に示すように、振動センサ１３を主軸１２に且つｘ軸方向に沿って取付け、実験を行い、ＭＤ値を計算した。結果、図８に示す。
図８に示すように、境界域及び異常域のＭＤ値は、正常域のＭＤ値と顕著な差がでなかった。これでは判定値を与えることが難しく、与えたとしても誤った判定が下される危険性があり、その対策が求められる。
【００５９】
本発明者らは、図１では、振動センサ１３がワーク１７側に取付けられていたため、振動が直接的に振動センサ１３で検出できたが、図７では、振動センサ１３が主軸１２に取付けられている。主軸１２とエンドミル２１との間には軸受が介在し、この軸受の隙間により、振動が減衰されたと考えた。この減衰を補う対策を講じる必要がある。
【００６０】
エンドミル２１は、６０°ピッチで１周に６枚の刃が付いており、刃がワーク１７に当たっているときと、当たっていないときで、振動に差があることに注目した。すなわち、刃が当たっていないときの振動データが、信頼性を低下させることに着目した。
【００６１】
図９（ａ）は、図４と同じ図である。
図９（ａ）のＭＴ法計算領域の振動情報を、図９（ｂ）に示すように周波数分析した。６枚刃のエンドミルを、毎分３１７０回転させるため、６×３１７０÷６０＝３１７の計算により、３１７Ｈｚが切削における基本周波数となる。
図９（ｂ）において、３１７Ｈｚ（１次）、６３４Ｈｚ（２次）、９５１Ｈｚ（３次）、１２６８Ｈｚ（４次）、１５８５Ｈｚ（５次）に横線を加える。
そして、図９（ｃ）に示すように、各周波数に１０Ｈｚ程度の幅を持たせたフィルタリングを行い、フィルタリングした波形を新しいＭＴ法計算領域とする。
【００６２】
この新しいＭＴ法計算領域に基づいて、ＭＤ値を計算し直した結果を、図１０に示す。
図８に比較して、図１０では、正常領域のＭＤ値に対して、境界域でのＭＤ値が大きく異なる。よって、図１０であれば、異常検出が容易に且つ正確になる。
【００６３】
なお、図９（ｃ）において、３１７Ｈｚ（基本周波数）のみを新しいＭＴ法計算領域とし、計算したところ、図１０ほどではないが、正常域と境界域及び異常域に差が認められた。
次に、３１７Ｈｚ（１次周波数）と６３４Ｈｚ（２次周波数）とからなる２つの周波数を新しいＭＴ法計算領域とし、計算したところ、少し図１０に近づいた。
すなわち、１次周波数〜ｎ次周波数（ｎは２以上の整数）に基づいて計算する場合に、ｎを大きくする程、正常域と境界域や異常域の差が明確になる。
【００６４】
実施例では、ｎを５としたが、ｎは状況に応じて適宜設定すればよい。状況によってはｎ次周波数はなくてもよい。
よって、基本周波数を１次周波数とし、この１次周波数に基づいて２次以上の周波数を定め、振動情報の一部から少なくとも１次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いてマハラノビスの距離の計算を実施すればよい。
【００６５】
図１１（ａ）に示すように、振動センサ１３を主軸１２に且つｚ軸方向に沿って取付けた。
図１１（ｂ）に示すようなＭＤ値が得られた。このＭＤ値は新しいＭＴ法計算領域による。
【００６６】
図１２（ａ）に示すように、振動センサ１３を主軸１２に且つｙ軸方向に沿って取付けた。「ｙ軸方向に沿って」とは、振動センサ１３の軸を、ｙ軸に平行に配置することを意味する。ｘ軸方向、ｚ軸方向についても同様である。
図１２（ｂ）に示すようなＭＤ値が得られた。このＭＤ値は新しいＭＴ法計算領域による。
【００６７】
図１０（ｘ軸方向）と、図１１（ｂ）（ｚ軸方向）と、図１２（ｂ）（ｙ軸方向）とを比較する。
境界域に注目すると、図１０（ｘ軸方向）と、図１２（ｂ）（ｙ軸方向）とが異常検出の点で優れている。
また、異常域に注目すると図１２（ｂ）（ｙ軸方向）が優れている。
【００６８】
よって、振動センサ１３は主軸１２の何処に取付けても異常検出は可能であるが、好ましくはｘ軸方向又はｙ軸方向に配置し、さらにはｙ軸方向に配置することが最適である。
【００６９】
次に、本発明に係る工具寿命検出装置３１を、図１３及び図１４に基づいて説明する。
図１３に示すように、工作機械３０は、ワーク１７を支えるテーブル１１と、加工工具２１が着脱可能に取付けられる主軸１２とを主要素とし、工具寿命検出装置３１を備えている。
【００７０】
工具寿命検出装置３１は、工作機械３０の構成要素（例えば、ワーク１７や主軸１２）に取付けられる振動センサ１３と、この振動センサ１３で得た振動情報を増幅するアンプ１４と、増幅された振動情報に基づいてＭＤ値を計算する計算部１５と、計算されたＭＤ値と判定値を比較する判定部３２と、この判定部３２で異常と判定されたときに周囲に異常を知らせる異常表示部３３とからなる。異常は、ブザーやベルによる音、ランプや回転式警告灯による光、ディスプレイによる図形表示や文字表示の何れか、又はこれらの組合わせによって、知らされる。
【００７１】
なお、工作機械３０は、ワーク１７を支えるテーブル１１を備えていればよく、フライス盤、ボール盤、中ぐり盤、旋盤の何れでもよい。加工工具２１が切削工具であれば、切削工具は、フライスカッター、エンドミル、ドリル、バイトの何れでもよい。
【００７２】
図１４のＳＴ（ステップ番号）０１で、工作機械に振動センサを取付ける。
ＳＴ０２で、判定値ＭＤｂを読み込む。
次に、加工を開始し（ＳＴ０３）、１パス毎にＭＤ値を計算し（ＳＴ０４）、計算で得られたＭＤｃａｌが判定値ＭＤｂ以上であるか否かを判定する（ＳＴ０５）。
【００７３】
ＭＤｃａｌが判定値ＭＤｂ未満であれば、ＳＴ０４に戻って加工を継続する。なお、休憩などで作業を中断するときや人為的に作業を終えるときは、ＳＴ０６によりこのフローを終える。
【００７４】
ＳＴ０５で、ＭＤｃａｌが判定値ＭＤｂ以上と判定されたときには、異常表示を行う（ＳＴ０７）。
異常表示と共に加工を中止することは差し支えないが、好ましくは、そのパスが終了するまで待つ（ＳＴ０８）。
そのパスが終了したら、加工を停止し（ＳＴ０９）、加工工具を交換し（ＳＴ１０）、作業を継続するときにはＳＴ０３に戻る（ＳＴ１１）。
【００７５】
すなわち、本発明に係る工具寿命検出方法は、次に述べる工程からなる。
工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程（ＳＴ０１〜ＳＴ０３）と、検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程（ＳＴ０４）と、計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程（ＳＴ０５）と、からなる。
【００７６】
そして、マハラノビスの距離を計算する工程では、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。
【００７７】
なお、このフローは、好適な一例を説明したものであり、適宜変更することは差し支えない。
【００７８】
また、実施例では、加工工具２１を切削工具（エンドミルなど）としたが、加工工具２１は研削工具、研磨工具、孔開け工具の何れでもよく、機械加工に供するツールであれば、種類は問わない。
また、実施例では、振動センサの取付け対象である工作機械の構成要素を、ワークまたは主軸としたが、工作機械の構成要素は、加工工具、タレットのベース、ワークを固定するステージの何れでもよく、機械加工に伴って発生する振動が伝わる部位であれば、どの要素でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、工作機械に付属する工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法に好適である。
【符号の説明】
【００８０】
１２…主軸、１３…振動センサ、１５…計算部、１７…ワーク、２１…加工工具（切削工具、エンドミル）、２４…標本線、２８…波形曲線、２９…交点、３０…工作機械、３１…工具寿命検出装置、３２…判定部、３３…異常表示部、ｍ１〜ｍ３…線分。
【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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