(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削加工中の切削工具の状態を計測する状態計測装置であって、
前記切削工具は、１以上の刃部を持ち、回転しながら前記刃部を加工物に当接させて前記加工物を加工する回転体で構成され、
前記刃部又は前記刃部の近傍に取り付けられ、前記刃部の状態を計測する計測部と、
前記切削工具に取り付けられ、前記計測部により計測された計測値を、所定のサンプリングレートで取得してＡＤ変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器から前記計測値を取得する都度、前記取得した計測値をデジタルの無線通信を用いて送信する送信部と、
前記切削工具の外部に設けられたモニタ装置とを備え、
前記モニタ装置は、
前記送信部により送信された計測値を受信する受信部と、
前記受信部により前記計測値が受信される都度、前記計測値を表示部に表示させると共に前記計測値を記憶部に蓄積させるデータ管理部とを備え、
前記計測部は、歪みゲージ又は圧電素子で構成され、
前記受信部により受信された計測値の時系列データから前記歪みゲージ又は圧電素子による計測値の振幅を検知し、前記検知した振幅と想定される予め定められた振幅値である基準値との差分を求め、前記差分が基準差分値よりも大きければ異常が発生したと判定し、異常が発生したことを示す情報を前記表示部に表示する異常判定部を更に備える状態計測装置。
【請求項２】
前記計測部は、各刃部について複数存在し、
前記送信部は、前記計測部毎に予め定められた識別情報を前記計測値に付与して前記モニタ装置に送信する請求項１記載の状態計測装置。
【請求項３】
前記計測部は、前記刃部の温度を計測する温度センサを備える請求項１又は２記載の状態計測装置。
【請求項４】
前記送信部は、前記計測値をスペクトラム拡散で変調し、前記変調した計測値を時分割多重方式で送信する請求項１〜３のいずれかに記載の状態計測装置。
【請求項５】
前記基準値は、前記記憶部に記憶された過去の計測値から算出された情報である請求項１〜４のいずれかに記載の状態計測装置。
【請求項６】
切削加工中の切削工具の状態を計測する状態計測システムであって、
前記切削工具は、１以上の刃部を持ち、回転しながら前記刃部を加工物に当接させて前記加工物を加工する回転体で構成され、
各刃部に対応して前記切削工具に設けられた１以上の計測ユニットと、前記計測ユニットの外部に設けられ、前記計測ユニットと通信可能に接続されたモニタ装置とを備え、
前記計測ユニットは、
前記刃部又は前記刃部の近傍に取り付けられ、前記刃部の状態を計測する計測部と、
前記切削工具に取り付けられ、前記計測部により計測された計測値を、所定のサンプリングレートで取得してＡＤ変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器から前記計測値を取得する都度、前記取得した計測値をデジタルの無線通信を用いて送信する送信部とを備え、
前記モニタ装置は、
前記送信部により送信された計測値を受信する受信部と、
前記受信部により前記計測値が受信される都度、前記計測値を表示部に表示させると共に前記計測値を記憶部に蓄積させるデータ管理部とを備え、
前記計測部は、歪みゲージ又は圧電素子で構成され、
前記受信部により受信された計測値の時系列データから前記歪みゲージ又は圧電素子による計測値の振幅を検知し、前記検知した振幅と想定される予め定められた振幅値である基準値との差分を求め、前記差分が基準差分値よりも大きければ異常が発生したと判定し、異常が発生したことを示す情報を前記表示部に表示する異常判定部を更に備える状態計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工中の切削工具の刃部の状態を計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フライス加工機等の工作機械の改善点を検出するために、切削加工中の切削工具の刃部の状態をリアルタイムに監視することが要望されている。工作機械の加工状態を検出する技術として、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１には、工作機械の刃先に熱電対を取付け、刃先の温度を検出し、検出した温度に基づいて、工作機械の加工状態を検出する技術が開示されている。具体的には、特許文献１では、刃先の温度変化が切削加工量（切り込み深さ）に比例するという相関関係を用いて、加工状態が判定されている。
【０００３】
また、特許文献２には、振動センサ、回転センサ、及び温度センサ等のセンサをワイヤレスセンサに取り付け、センサが検出した検出情報にセンサの識別情報を付与して、電波で管理装置に送信し、管理装置が識別情報に基づいて検出情報を分類して、保管することが開示されている。ここで、特許文献２では、加工機や車両等に搭載される回転軸にセンサを取り付けた場合、センサと管理装置とを通信線で接続すると通信線が破損するため、無線により検出情報が管理装置に送信されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０１４２号公報
【特許文献２】特開２００７−３２３６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、切削工具としてバイト工具が想定されており、本願が想定するような回転体から構成される切削工具は想定されていない。また、特許文献１では、刃先の温度のみが計測対象とされているため、刃先の状態の変化を、秒オーダのマクロな分解能でしか計測できず、高分解能で計測できないという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２では、センサで検出された検出情報が無線で管理装置に送信されているが、管理装置は、検出情報を識別情報に基づいて分類して保管することしか行っておらず、検出情報を表示部にリアルタイムで表示することは行っていない。
【０００７】
本発明の目的は、リアルタイムに表示できる状態計測装置及び状態計測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による状態計測装置は、切削加工中の切削工具の状態を計測する状態計測装置であって、前記切削工具は、１以上の刃部を持ち、回転しながら前記刃部を加工物に当接させて前記加工物を加工する回転体で構成され、前記刃部又は前記刃部の近傍に取り付けられ、前記刃部の状態を計測する計測部と、前記切削工具に取り付けられ、前記計測部により計測された計測値を、所定のサンプリングレートで取得してＡＤ変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器から前記計測値を取得する都度、前記取得した計測値をデジタルの無線通信を用いて送信する送信部と、前記切削工具の外部に設けられたモニタ装置とを備え、前記モニタ装置は、前記送信部により送信された計測値を受信する受信部と、前記受信部により前記計測値が受信される都度、前記計測値を表示部に表示させると共に前記計測値を記憶部に蓄積させるデータ管理部とを備え、前記計測部は、歪みゲージ又は圧電素子で構成され、前記受信部により受信された計測値の時系列データから前記歪みゲージ又は圧電素子による計測値の振幅を検知し、前記検知した振幅と想定される予め定められた振幅値である基準値との差分を求め、前記差分が基準差分値よりも大きければ異常が発生したと判定し、異常が発生したことを示す情報を前記表示部に表示する異常判定部を更に備える。
【０００９】
この構成によれば、各刃部又は各刃部の近傍に取り付けられた計測部により計測された刃部の状態を示す計測値が所定のサンプリングレートでＡＤ変換され、送信部はＡＤ変換された計測値を取得する都度、その計測値をモニタ装置に送信する。一方、モニタ装置は、計測値を受信する都度、その計測値を表示部に表示している。その結果、表示部は切削加工中の切削工具の計測値をリアルタイムで表示できる。そのため、オペレータは切削加工中の切削工具の状態をリアルタイムで認識できる。また、モニタ装置は取得した計測値を記憶部に蓄積させているため、蓄積された計測値を分析することで切削工具の切削加工中の改善点を見出すことができる。
この構成によれば、歪みゲージ又は圧電素子を用いて刃部の形状変化を状態として容易に計測することができる。また、この構成によれば、計測部が歪みゲージ又は圧電素子で構成されているため、刃部の状態を高分解能で計測できる。
この構成によれば、切削加工中に異常が発生した場合、そのことが速やかにオペレータに報知される。そのため、不良品が製造される自体を未然に防ぐことができる。
【００１０】
前記計測部は、各刃部について複数存在し、前記送信部は、前記計測部毎に予め定められた識別情報を前記計測値に付与して前記モニタ装置に送信してもよい。
【００１１】
この構成によれば、計測部が計測した計測値には計測部毎に定められた識別情報が付与されてモニタ装置に送信されるため、モニタ装置は、受信した計測値がどの刃部のどの計測部により計測された計測値であるかを認識できる。
【００１４】
前記計測部は、前記刃部の温度を計測する温度センサを更に備えてもよい。
【００１５】
この構成によれば、刃部の形状変化のみならず刃部の温度も状態として計測できる。
【００１６】
前記送信部は、前記計測値をスペクトラム拡散で変調し、前記変調した計測値を時分割多重方式で送信してもよい。
【００１７】
この構成によれば、大量の計測値をモニタ装置に表示することができる。
【００２０】
前記基準値は、前記蓄積部に記憶された過去の計測値から算出された情報であってもよい。
【００２１】
この構成によれば、過去の計測値と現在の計測値とを比較することで刃部の異常が検出されるため、状態計測装置に基準値を予め持たせておかなくても刃部の異常を検出できる。
【００２２】
本発明の別の一態様による状態計測システムは、切削加工中の切削工具の状態を計測する状態計測システムであって、前記切削工具は、１以上の刃部を持ち、回転しながら前記刃部を加工物に当接させて前記加工物を加工する回転体で構成され、各刃部に対応して前記切削工具に設けられた１以上の計測ユニットと、前記計測ユニットの外部に設けられ、前記計測ユニットと通信可能に接続されたモニタ装置とを備え、前記計測ユニットは、前記刃部又は前記刃部の近傍に取り付けられ、前記刃部の状態を計測する計測部と、前記切削工具に取り付けられ、前記計測部により計測された計測値を、所定のサンプリングレートで取得してＡＤ変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器から前記計測値を取得する都度、前記取得した計測値をデジタルの無線通信を用いて送信する送信部とを備え、前記モニタ装置は、前記送信部により送信された計測値を受信する受信部と、前記受信部により前記計測値が受信される都度、前記計測値を表示部に表示させると共に前記計測値を記憶部に蓄積させるデータ管理部とを備え、前記計測部は、歪みゲージ又は圧電素子で構成され、前記受信部により受信された計測値の時系列データから前記歪みゲージ又は圧電素子による計測値の振幅を検知し、前記検知した振幅と想定される予め定められた振幅値である基準値との差分を求め、前記差分が基準差分値よりも大きければ異常が発生したと判定し、異常が発生したことを示す情報を前記表示部に表示する異常判定部を更に備える。
【００２３】
この構成によれば、モニタ装置が切削工具の設置場所とは異なる場所に配置されている場合であっても、モニタ装置は計測値を表示部にリアルタイムで表示できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、切削加工中の切削工具の計測値をリアルタイムで表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態による状態計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】計測対象となる切削工具を示す図であり、（Ａ）は切削工具の前後方向からの断面図であり、（Ｂ）は切削工具の正面図である。
【図３】刃部を裏面から見たときの概要を示した図である。
【図４】切削工具の斜視図である。
【図５】切削工具が加工物を切削加工する様子を模式的に示した図である。
【図６】ある１つの刃部に取り付けられた歪みセンサによる計測結果を示すグラフである。
【図７】温度センサによる計測値の時間的推移を示したグラフである。
【図８】本発明の実施の形態による状態計測装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態による状態計測装置の構成を示すブロック図である。状態計測装置は、切削加工中の切削工具の状態を計測する。切削工具としては、１以上の刃部を持ち、自身が回転しながら刃部を加工物に当接させて加工物を加工する回転体が採用される。具体的には、切削工具としては、フライス加工機の切削工具が採用される。以下の説明では刃部はＮ（Ｎは２以上の整数）個存在するものとして説明する。但し、刃部は１個であってもよい。
【００２７】
状態計測装置は、Ｎ個の刃部に対応するＮ個の計測ユニット１０１と１個のモニタ装置１２０とを備える。計測ユニット１０１は、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ、温度センサ１０２Ｔ、ＡＤ変換器１０３、処理部１０４、無線通信部１０５、及びアンテナ１０６を備える。処理部１０４、無線通信部１０５及びアンテナ１０６は送信部を構成する。歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚは、それぞれ、１軸の歪みゲージにより構成されている。歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚは、刃部又は刃部の近傍に取り付けられ、それぞれ、図２（Ｂ）に示すＸ、Ｙ、Ｚ軸における刃部２０２の歪み（形状変化）を状態として計測する。なお、歪みセンサ１０２Ｘ〜１０２Ｚとして、歪みゲージを採用したが、これは一例にすぎず、圧電素子を採用してもよい。圧電素子としては例えばピエゾ式の圧電素子が採用できる。
【００２８】
温度センサ１０２Ｔは、例えば、熱電対により構成され、刃部２０２に取り付けられ、刃部２０２の温度を状態として検出する。
【００２９】
ＡＤ変換器１０３は、図２に示すホルダ２０１の空間部２０５に設けられた回路基板２０６に実装され、所定のサンプリングレートで対応する歪みセンサ１０２Ｘ〜１０２Ｚ又は温度センサ１０２Ｔから計測値を取り込んでＡＤ変換し、デジタルの計測値を処理部１０４に出力する。ここで、所定のサンプリングレートとしては例えば１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ等のキロヘルツオーダーの値が採用される。
【００３０】
処理部１０４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えるマイクロコンピュータ又は、ＡＳＩＣ等の専用のハードウェア回路で構成され、回路基板２０６に実装されている。そして、処理部１０４は、ＡＤ変換器１０３によりＡＤ変換されたデジタルの計測値をＡＤ変換器１０３から取得する都度、取得した計測値に識別情報を付与して送信データを生成し、無線通信部１０５に出力する。ここで、識別情報はどの歪みセンサ１０２Ｘ〜１０２Ｚ、或いはどの温度センサ１０２Ｔから出力された計測値であるかを識別するための情報である。本実施の形態では、歪みセンサ１０２Ｘ〜１０２Ｚ及び温度センサ１０２ＴはそれぞれＮ個存在するため４×Ｎ種類の識別情報が存在する。
【００３１】
なお、識別情報のコード体系の一例としては、刃部２０２の識別コードと歪みセンサ１０２Ｘ〜１０２Ｚ及び温度センサ１０２Ｔの識別コードとを組み合わせた記号列を採用できる。例えば、刃部２０２の識別コードとしては、Ｈ０１、Ｈ０２、・・・、Ｈ０Ｎが採用され、歪みセンサ１０２Ｘ〜１０２Ｚ及び温度センサ１０２Ｔの識別コードとしてＳ０１、Ｓ０２、・・・、Ｓ０４が採用されるとする。この場合、識別コードがＨ０１の刃部２０２の歪みセンサ１０２Ｘの識別情報は、例えば、Ｈ０１−Ｓ０１と表される。これにより、モニタ装置１２０は、受信した計測値の識別情報からその計測値がどの刃部２０２のどのセンサで計測された計測値であるかを識別できる。
【００３２】
処理部１０４は、ポートＴ１〜Ｔ４を備えている。ポートＴ１〜Ｔ３には、ＡＤ変換器１０３、１０３、１０３を介して、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚが接続され、ポートＴ４には、ＡＤ変換器１０３を介して温度センサ１０２Ｔが接続されている。ここで、処理部１０４は、ポートＴ１に入力された計測値に対しては接続先の歪みセンサ１０２Ｘに対して予め定められた識別情報を付与し、ポートＴ２に入力された計測値に対しては接続先である歪みセンサ１０２Ｙに対して予め定められた識別情報を付与する、というようにして、計測値に識別情報を付与すればよい。
【００３３】
無線通信部１０５は、回路基板２０６に実装されている。無線通信部１０５は、例えばBuluetooth（登録商標）の通信プロトコルに対応する通信モジュールにより構成され、処理部１０４から出力された送信データを取得する都度、取得した送信データを変調し、変調した送信データをアンテナ１０６に出力する。これにより、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ、及び温度センサ１０２Ｔで計測された計測値がリアルタイムでモニタ装置１２０に送信され、モニタ装置１２０は、リアルタイムで計測値を表示部１２６に表示できる。
【００３４】
ここで、無線通信部１０５は、スペクトル拡散で送信データを変調し、時分割多重により変調した送信データを送信すればよい。無線通信部１０５がどのようにスペクトル拡散を行うかは種々の態様が採用できる。以下では、無線通信部１０５毎に１つのＰＮコードを割り当て、無線通信部１０５は自己に割り当てられたＰＮコードを用いて歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ及び温度センサ１０２Ｔに対応する４つの送信データをそれぞれ変調し、変調した４つの送信データを時分割多重で送信するものとする。但し、これは一例であり、４×Ｎ種類の送信データのそれぞれに１つのＰＮコードを割り当て、各無線通信部１０５は、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ及び温度センサ１０２Ｔに対応する４つの送信データをそれぞれ別のＰＮコードで変調し、変調した４つの送信データを時分割多重で送信してもよい。
【００３５】
なお、無線通信部１０５の通信プロトコルとしてBluetooth（登録商標）を採用したが、これは一例に過ぎず、他の無線通信方式の通信プロトコルが採用されてもよい。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズの通信プロトコル（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ等）が使用される無線ＬＡＮの通信プロトコルが採用されてもよい。
【００３６】
アンテナ１０６は、無線通信部１０５が採用する通信プロトコルに準拠するアンテナが採用され、無線通信部１０５から出力された送信データを無線により外部空間に出力する。
【００３７】
次に、モニタ装置１２０について説明する。モニタ装置１２０は、アンテナ１２１、無線通信部１２２（受信部）、制御部１２３、表示部１２６、記憶部１２７、及び操作部１２８を備えている。アンテナ１２１は、無線通信部１０５が採用する通信プロトコルに準拠するアンテナが採用され、計測ユニット１０１から無線で送信された送信データを受信し、無線通信部１２２に出力する。
【００３８】
無線通信部１２２は、無線通信部１０５の通信プロトコルと同じ通信プロトコルを持つ通信モジュールで構成され、アンテナ１２１を介して送信データを受信する都度、受信した送信データを復調し、制御部１２３に出力する。なお、無線通信部１２２は、各無線通信部１０５の通信識別子と各無線通信部１０５が使用するＰＮコードとを予め認識している。そのため、無線通信部１２２は、受信した送信データに含まれる送信元の通信識別子から、受信した送信データがどの無線通信部１０５から送信された送信データであるかを判定する。そして、判定した無線通信部１０５に対して予め定められたＰＮコードを用いて、受信した送信データを復調し、制御部１２３に出力する。例えば、ある無線通信部１０５ｋにＰＮコードＰＮｋが割り当てられているとする。この場合、無線通信部１２２は、無線通信部１０５ｋから送信された送信データをＰＮコードＰＮｋで復調する。
【００３９】
制御部１２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを備えるマイクロコンピュータ或いはＡＳＩＣ等の専用のハードウェア回路により構成され、データ管理部１２４及び異常判定部１２５を備える。データ管理部１２４は、無線通信部１２２から出力された送信データを取得する都度、取得した送信データから計測値を抽出し、抽出した計測値を送信データに含まれる識別情報を用いて分類し、分類した計測値を時系列に表示部１２６に表示させる。これにより、表示部１２６には、計測ユニット１０１（刃部２０２）毎の歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ、及び温度センサ１０２Ｔで計測された計測値がリアルタイムで表示される。
【００４０】
ここで、データ管理部１２４は、計測値を時系列に表示するにあたって、計測値をグラフ化して表示部１２６に表示してもよいし、計測値自体を表示部１２６に表示してもよい。グラフ化の態様としては、例えば、図６や図７に示すように縦軸が計測値、横軸が時間を示す２次元のグラフを用いればよい。また、データ管理部１２４は、計測値を時系列に記憶部１２７に蓄積させる。この場合、データ管理部１２４は分類した計測値に対して、識別情報を関連付けると共に、計測時刻（例えば、無線通信部１２２から計測値を受け取った時刻）を関連付けて記憶部１２７に記憶させればよい。これにより、過去に計測された計測値が、いつ、どの刃部２０２のどのセンサで計測されたものであるかを速やかに識別できる。
【００４１】
異常判定部１２５は、無線通信部１２２により受信された計測値を所定の基準値と比較し、比較結果に基づいて該当する刃部２０２の異常の有無を判定する。ここで、異常判定部１２５は、データ管理部１２４により識別情報毎に分類された計測値を受け取り、分類された計測値のそれぞれを基準値と比較し、刃部の異常の有無を判定する。ここで、基準値としては、例えば、記憶部１２７が蓄積する過去一定期間の歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ及び温度センサ１０２Ｔ毎の計測値の平均値が採用されてもよい。或いは、基準値としては、例えば、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ及び温度センサ１０２Ｔが計測する正常な計測値として予め想定される値が採用されてもよい。
【００４２】
表示部１２６は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬパネル等の表示装置により構成され、データ管理部１２４から出力される計測値をリアルタイムで表示する。記憶部１２７は、例えば、不揮発性の記憶装置により構成され、データ管理部１２４が分類した計測値を時系列に記憶する。
【００４３】
操作部１２８は、例えば、キーボードやマウス等の入力装置で構成され、オペレータからの操作指示を受け付ける。操作指示としては、例えば、記憶部１２７が蓄積する過去のある期間の計測値を表示部１２６に表示させる操作指示や、計測ユニット１０１で計測された計測値をリアルタイムで表示部１２６に表示させる操作指示等が含まれる。
【００４４】
次に、本実施の形態における状態計測装置が状態を計測する切削工具について説明する。図２は計測対象となる切削工具２００を示す図であり、（Ａ）は切削工具２００の前後方向に沿って切ったときの断面図であり、（Ｂ）は切削工具２００の正面図である。なお、図２において、前方向は切削工具２００の中心から正面側に向かう方向を指し、後方向は切削工具２００の中心から後方側に向かう方向を指す。また、前方向と後方向とを総称する場合、前後方向と呼ぶ。また、左方向は切削工具２００を正面から見たときの左側の方向を指し、右方向は切削工具２００を正面から見たときの右側の方向を指す。また、左方向と右方向とを総称する場合、左右方向と呼ぶ。また、上方向は切削工具２００を正面から見たときの上側の方向を指し、下方向は切削工具２００を正面から見たときの下側の方向を指す。また、上方向及び下方向を総称する場合、上下方向と呼ぶ。
【００４５】
なお、切削工具２００は中心軸Ｃ１を基準とした場合、形状が対称であるため、左右及び上下の区別はないが、説明の便宜上、左右方向及び上下方向を定義している。
【００４６】
図２（Ａ）に示すように、切削工具２００は、ホルダ２０１及び刃部２０２を備えている。ホルダ２０１はほぼ円筒状の前方領域と、前方領域より半径の小さな円筒状の後方領域と、前方領域及び後方領域をつなぐテーパ状の中間領域とを備える。ホルダ２０１の前方領域及び中間領域の内部には空間部２０５が形成されている。空間部２０５は、ホルダ２０１の中心軸Ｃ１と同軸の円筒形状を持つ。空間部２０５には、回路基板２０６が設けられている。回路基板２０６は、例えば、円盤状であり、主面が正面を向くよう空間部２０５に設けられている。そして、回路基板２０６には、図１に示す計測ユニット１０１を構成するＡＤ変換器１０３、処理部１０４、無線通信部１０５、及びアンテナ１０６が実装されている。
【００４７】
空間部２０５の前面には空間部２０５を封止する平板状の封止部２０８が設けられている。封止部２０８は例えばポリカーボネートにより構成されている。空間部２０５の後方側には、フランジ状の接続部２０７が設けられている。接続部２０７の後方側に設けられた軸部には、図略の工作機械の本体部が接続される。工作機械からの回転力が接続部２０７を介してホルダ２０１に伝達され、切削工具２００は中心軸Ｃ１を中心に回転する。
【００４８】
図２（Ｂ）に示すように、ホルダ２０１は、前面視において、ほぼ円形であり、径方向に突出した６個の凸部２０４が形成されている。但し、凸部２０４の個数である６個は一例であり、１以上の個数であればどのような個数が採用されてもよい。各凸部２０４の左側の側面には台座２０３を介して刃部２０２が取り付けられている。
【００４９】
刃部２０２にはＸ、Ｙ、Ｚ軸が規定されている。Ｘ軸は、前面からホルダ２０１を見たときのホルダ２０１の径方向を示している。Ｙ軸は、ホルダ２０１の前面内において、Ｘ軸と直交する方向、つまり、ホルダ２０１の前面に外接する円を当てはめたときの円周に対する接線方向を示す。Ｚ軸は前後方向と平行な方向を示す。
【００５０】
図３は、刃部２０２を裏面２０２ａから見たときの概要を示した図である。裏面２０２ａは、刃部２０２の台座２０３側の面を指す。刃部２０２は平板状のほぼ直方体の形状を持つ。裏面２０２ａには歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｚが取り付けられている。刃部２０２の上面には歪みセンサ１０２Ｙが取り付けられている。ここで、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚは、それぞれ、長手方向がＸ、Ｙ、Ｚ軸を向くように刃部２０２に取り付けられている。これにより、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚは、それぞれ、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の刃部２０２の歪みを計測できる。
【００５１】
図４は、切削工具２００の斜視図である。図４の例では、台座２０３の上面には刃部２０２に沿ってＺ軸を長手方向とする溝が形成されており、この溝内に刃部２０２と当接するように歪みセンサ１０２Ｚが取り付けられている。また、台座２０３に対してＺ軸方向側に所定距離離間したホルダ２０１の上面の位置には、穴４０１Ｚが形成されている。穴４０１Ｚは空間部２０５に連通しており、歪みセンサ１０２Ｚを回路基板２０６に電気的に接続するためのケーブル（図略）を通す。
【００５２】
また、台座２０３の前面には刃部２０２に沿ってＸ軸を長手方向とする溝が形成されており、この溝内に刃部２０２と当接するように歪みセンサ１０２Ｘが取り付けられている。台座２０３に対してＸ軸方向側に所定距離離間したホルダ２０１の前面の位置には、穴４０１Ｘが形成されている。穴４０１Ｘは空間部２０５に連通しており、歪みセンサ１０２Ｘを回路基板２０６に電気的に接続するためのケーブル（図略）を通す。
【００５３】
なお、図３では、歪みセンサ１０２Ｙは刃部２０２に取り付けられていたが、図４では、歪みセンサ１０２Ｙは、台座２０３と穴４０１Ｙとの間に取り付けられている。具体的には、台座２０３と穴４０１Ｙとの間にＹ軸方向に沿った溝が形成されており、歪みセンサ１０２Ｙはこの溝内に取り付けられている。穴４０１Ｙは歪みセンサ１０２ＹからＹ軸側に所定距離離間したホルダ２０１の上面の所定の位置に形成されている。穴４０１Ｙは空間部２０５と連通しており、歪みセンサ１０２Ｙを回路基板２０６に電気的に接続するためのケーブル４０２を通す。
【００５４】
このように歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚは刃部２０２に取り付けられてもよいし、刃部２０２の歪みが計測可能な位置であれば刃部２０２以外の刃部２０２の近傍の位置に取り付けられてもよい。例えば、図３において、刃部２０２の裏面２０２ａにＸ、Ｚ軸方向を長手方向とする２つの溝を形成し、これらの溝内に歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｚは取り付けられてもよい。また、刃部２０２の上面にＹ軸を長手方向とする溝を形成し、この溝内に歪みセンサ１０２Ｙは取り付けられてもよい。また、刃部２０２の右側面に溝を形成し、この溝内に温度センサ１０２Ｔは取り付けられてもよい。なお、温度センサ１０２Ｔの取り付け位置は、刃部２０２の右側面に限らず、刃部２０２の左側面や上面や裏面２０２ａ等の刃部２０２の温度が計測可能な位置であればどのような位置に取り付けられてもよい。また、温度センサ１０２Ｔの取り付け位置は刃部２０２に限定されず、刃部２０２の近傍の位置（例えば、台座２０３や刃部２０２の近傍のホルダ２０１の位置）等であってもよい。
【００５５】
図５は、切削工具２００が加工物Ｗを切削加工する様子を模式的に示した図である。加工物Ｗとしては平板状の金属が採用されている。切削工具２００は工作機械本体（図略）からの動力を受けて例えば時計回りに回転しながら、加工物Ｗの長手方向に移動し、加工物Ｗを所定の形状に加工する。図５の例では、切削工具２００は、加工物Ｗの表面に４つの穴を形成している。
【００５６】
図６は、ある１つの刃部２０２に取り付けられた歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚによる計測結果を示すグラフである。図６において、縦軸は歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚの計測値を示し、横軸は時間を示している。
【００５７】
また、図６において、グラフ６０１、６０２、６０３は、それぞれ、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚの計測値の時間的推移を示している。図６に示すように、切削工具２００は一定の速度で回転しながら加工物Ｗを切削するため、１つの刃部２０２に着目すると、刃部２０２は加工物Ｗに当接する期間と加工物Ｗから離れる期間とが交互に表れ、両期間が周期的に表れる。そのため、グラフ６０１〜６０３は、それぞれ、刃部２０２が加工物Ｗに当接したとき振幅が増大し、刃部２０２が加工物Ｗから離れたとき振幅が減少するパルス状の波形となる。
【００５８】
グラフ６０２に着目すると、２パルス目において、振幅が１、３、４、５パルス目に比べて大幅に低くなっており、何かしらの異常が発生していることが分かる。そこで、異常判定部１２５は、データ管理部１２４がリアルタイムで取得する計測値の時系列データから歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚによる計測値の振幅を検知する。ここで、異常判定部１２５は、計測値の時系列データからピークを検出することで歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚの計測値の振幅をリアルタイムで検出すればよい。そして、異常判定部１２５は、検出した振幅と基準値との差分を求め、この差分が基準差分値よりも大きければ、異常が発生したと判定する。そして、異常判定部１２５は、異常が発生したと判定した場合、異常が発生したことを示す情報を表示部１２６に表示させる。例えば、異常判定部１２５は、歪みセンサ１０２Ｙで異常が発生したことを検知したとすると、歪みセンサ１０２Ｙが取り付けられている刃部２０２で異常が発生した旨を示す文言を表示部１２６に表示させてもよいし、画面全体を所定の色（例えば赤色）で表示して異常が発生した旨を表示してもよいし、両者を組み合わせて異常が発生した旨を表示してもよい。
【００５９】
なお、データ管理部１２４は、図６に示すようなグラフを表示部１２６にリアルタイムに表示すればよい。つまり、データ管理部１２４は、無線通信部１２２から計測値が出力されると、速やかにその計測値をグラフ上にプロットし、プロットした計測値を隣接する計測値と線で繋ぐことで、図６に示すグラフを示す画像データを生成し、表示部１２６に表示すればよい。こうすることで、オペレータは、表示部１２６に表示されるグラフの変化から歪みセンサの異常の発生を認識できる。
【００６０】
なお、基準値としては、ある１の歪みセンサにおいて、現在を基準としたときの過去一定期間における振幅の平均値が採用されてもよいし、想定される予め定められた振幅値が採用されてもよい。
【００６１】
歪みセンサ１０２Ｙの異常としては、例えば、刃部２０２の一部しか加工物Ｗに当接していない片当たりや、加工中に発生した加工物Ｗの切りくずを刃部２０２が噛むことが挙げられる。
【００６２】
なお、図６の例では、計測値の振幅を基準値と比較することで異常の発生が検知されていたが、これは一例であり、計測値自体を基準値と比較することで異常の発生が検知されてもよい。この場合、異常判定部１２５は、計測値と基準値との差分が所定の差分閾値より大きければ、異常が発生したと判定すればよい。
【００６３】
図７は、温度センサ１０２Ｔによる計測値の時間的推移を示したグラフである。図７において、縦軸は温度センサの計測値を示し、横軸は時間を示している。刃部２０２の温度変化は歪みの変化に比べて応答性が低い。歪みの変化は切削工具２００が１回転する都度、１回のピークが表れていたが、温度変化は、切削工具２００が加工物Ｗの加工を開始すると、温度が徐々に増大していき、１つの加工物Ｗに対する加工が終了すると、温度が徐々に低下していく。したがって、図７に示すグラフ７０１の周期は、グラフ６０１〜６０３の周期に比べて大幅に大きくなっている。歪みセンサの計測値が刃部２０２のミクロ的な状態の変化を示すとすると、温度変化は刃部２０２のマクロ的な状態の変化を示す。よって、刃部２０２の歪み及び温度をリアルタイムで観測することで、刃部２０２の状態をミクロ及びマクロの両視点から観測できる。
【００６４】
図８は、本発明の実施の形態による状態計測装置の動作を示すフローチャートである。まず、ＡＤ変換器１０３は、計測値の取得タイミングが到来すると、対応する歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ、及び温度センサ１０２Ｔから計測値を取得する（Ｓ８０１）。
【００６５】
次に、ＡＤ変換器１０３は、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ、及び温度センサ１０２Ｔから取得した計測値をＡＤ変換し（Ｓ８０２）、処理部１０４に出力する。次に、処理部１０４は、ＡＤ変換器１０３から出力された計測値に各センサ固有の識別情報を付与し、送信データを生成する（Ｓ８０３）。
【００６６】
次に、無線通信部１０５は、送信データを変調し（Ｓ８０４）、アンテナ１０６を介してモニタ装置１２０に送信する（Ｓ８０５）。次に、無線通信部１２２は、アンテナ１２１を介して送信データを受信し（Ｓ８０６）、受信した送信データを復調し、制御部１２３に出力する。
【００６７】
次に、データ管理部１２４は、復調された送信データから計測値を抽出し、抽出した計測値を識別情報別に分類して表示部１２６に表示させる（Ｓ８０７）。次に、異常判定部１２５は、計測値と基準値との差分を求め、刃部２０２に異常が発生したか否かを判定する（Ｓ８０８）。そして、異常判定部１２５は、刃部２０２に異常が発生したと判定した場合（Ｓ８０９でＹＥＳ）、刃部２０２に異常が発生したことを示す情報を表示部１２６に表示する。
【００６８】
一方、異常判定部１２５は、刃部２０２に異常が発生していないと判定した場合（Ｓ８０９でＮＯ）、処理をＳ８１１に進める。なお、異常判定部１２５が計測値の振幅を基準値と比較することで異常の有無を判定する態様を採用する場合、Ｓ８０８〜Ｓ８１０の処理は振幅が検知されたときのみ実行され、振幅が検知されない場合はスルーされればよい。
【００６９】
次に、計測が終了されない場合（Ｓ８１１でＮＯ）、処理がＳ８０１に戻され、再度、ＡＤ変換器１０３により各センサからの計測値が取得され、Ｓ８０１以降の処理が行われる。一方、計測が終了される場合（Ｓ８１１でＹＥＳ）、処理が終了される。ここで、計測が終了される場合としては、例えば、オペレータが操作部１２８を操作して計測終了の指示を入力した場合が挙げられる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態による状態計測装置によれば、処理部１０４は、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ、及び温度センサ１０２Ｔから計測値を取得する都度、取得した計測値を無線通信部１０５を介してモニタ装置１２０に送信させている。そして、モニタ装置１２０は、受信した計測値を取得する都度、取得した計測値を表示部１２６に表示させている。これにより、表示部１２６には切削加工中の切削工具の状態がリアルタイムで表示される。そのため、オペレータは切削加工中の切削工具の状態をリアルタイムで認識できる。
【００７１】
また、無線通信部１０５は、スペクトラム拡散変調した計測値を時分割多重してモニタ装置１２０に送信しているため、大量の計測値をモニタ装置１２０に送信できる。そのため、歪みセンサ１０２Ｘ〜１０２Ｚ及び温度センサ１０２Ｔの数が膨大であっても、モニタ装置１２０はリアルタイムで計測値を表示できる。
【００７２】
また、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ、及び温度センサ１０２Ｔで計測された計測値はモニタ装置１２０の記憶部１２７に蓄積される。そのため、記憶部１２７に蓄積された計測値を分析することで、フライス加工機の改善点を抽出し、フライス加工機の改善点を見出すことができる。従来、フライス加工機において、切削加工中の切削工具の状態を計測することは行われておらず、コンピュータシミュレーションにより切削工具の状態が計測されることが一般的であった。そのため、切削工具の状態を正確に計測できず、フライス加工機の改善点を抽出するうえで不十分であった。本実施の形態では、切削加工中の切削工具の状態が計測されて記憶部１２７に蓄積されているため、フライス加工機の改善点を正確に抽出できる。
【００７３】
また、本実施の形態では、処理部１０４は、歪みセンサ１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ、及び温度センサ１０２Ｔにより計測された計測値を取得する都度、無線通信部１０５を介してモニタ装置１２０に送信している。よって、処理部１０４又は無線通信部１０５に計測値を一時的に記憶するバッファを設ければ済み、処理部１０４又は無線通信部１０５に大容量の記憶装置を設ける必要がなくなる結果、装置の低コスト化及び簡略化を図ることができる。
【００７４】
なお、図１では、各計測ユニット１０１は、３つの歪みセンサと１つの温度センサとを備えているが、これは一例に過ぎない。各計測ユニット１０１は、１、２、４、５、・・・というように３つ以外の所定個数の歪みユニットを設けてもよい。また、各計測ユニット１０１は、１つの温度センサを備えているが、これも一例に過ぎない。各計測ユニット１０１は、２以上の温度センサを設けてもよい。また、上記実施の形態では、計測部として歪みセンサ及び温度センサを挙げたが、これは一例にすぎない。計測部として歪みセンサや温度センサとは種類が異なるセンサを採用してもよい。種類が異なるセンサの一例としては、例えば、刃部２０２の周囲の湿度を状態として計測する湿度センサ、刃部２０２の画像を状態として計測する画像センサ、刃部２０２の切削音を計測するマイク等が挙げられる。
【００７５】
また、図１に示す状態計測装置を計測ユニット１０１と、計測ユニット１０１の外部に設けられ、計測ユニット１０１と通信可能に接続されたモニタ装置１２０とを備える状態計測システムとして構成してもよい。この場合、計測ユニット１０１とモニタ装置１２０とはインターネット等の通信回線を介して接続されてもよい。具体的には、計測ユニット１０１は、無線ＬＡＮのアクセスポイントを介してインターネットに接続され、モニタ装置１２０は、インターネットのアクセスポイントと有線又は無線で通信可能に接続される。この場合、計測ユニット１０１の無線通信部１０５から送信された計測値は、無線ＬＡＮのアクセスポイントに送信され、インターネットを介してモニタ装置１２０に送信される。
【符号の説明】
【００７６】
１０１  計測ユニット
１０２Ｔ  温度センサ
１０２Ｘ、１０２Ｙ、１０２Ｚ  歪みセンサ
１０３  ＡＤ変換器
１０４  処理部
１０５  無線通信部
１０６  アンテナ
１２０  モニタ装置
１２１  アンテナ
１２２  無線通信部
１２３  制御部
１２４  データ管理部
１２５  異常判定部
１２６  表示部
１２７  記憶部
１２８  操作部
２００  切削工具
２０１  ホルダ
２０２  刃部
【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】
0006001518.tif 000007
【図７】
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【図８】
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