(57)【要約】【課題】穿孔機のタイプによらず、ドリルの異常を自動的に検知できるようにすることである。【解決手段】実施形態に係るドリル異常検知システムは、振動センサ及び信号処理系を備える。振動センサは、ドリルを回転駆動させる穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられ、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出する。信号処理系は、前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔における異常を監視する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリルを回転駆動させる穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられ、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出する振動センサと、
前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔における異常を監視する信号処理系と、
を備えるドリル異常検知システム。
【請求項２】
回転中における前記ドリルの回転数を検出する回転数センサを更に備え、
前記信号処理系は、前記回転数センサにより検出された前記ドリルの回転数と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する回転数とを更に比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するように構成される請求項１記載のドリル異常検知システム。
【請求項３】
前記穿孔機は、走行機構によって走行エリア内を走行可能に構成され、
前記信号処理系は、前記走行エリアの外部に設置される請求項１又は２記載のドリル異常検知システム。
【請求項４】
前記信号処理系は、前記検出信号のフーリエ変換を含む信号処理を行うことによって、前記検出信号の振幅についての周波数スペクトルを取得し、取得した前記周波数スペクトルの波形と、前記基準波形として予め準備された周波数スペクトルの基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するように構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載のドリル異常検知システム。
【請求項５】
前記信号処理系は、前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定した場合には、前記異常に応じた前記穿孔機の制御を行うことによって、前記穿孔機の回転数の制御値の低減、前記ドリルの工具軸方向における送り速度の制御値の低減及び穿孔の中断の少なくとも１つを行うように構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のドリル異常検知システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のドリル異常検知システムと、
前記穿孔機と、
を備えた穿孔システム。
【請求項７】
前記穿孔対象及び前記穿孔板の少なくとも一方に取付けられ、前記検出信号の波形の、前記基準波形からの乖離量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報を記録した集積回路タグと、
前記穿孔機側に取付けられ、前記集積回路タグに記録された前記情報を読み取って、前記信号処理系に転送するリーダと、
を更に備え、
前記信号処理系は、転送された前記情報に基づいて前記閾値を特定し、前記指標値が前記閾値以上又は前記閾値を超えた場合に前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定するように構成される請求項６記載の穿孔システム。
【請求項８】
ドリルを回転駆動させる穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられた振動センサを用いて、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出するステップと、
前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルに異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップと、
を有するドリル異常検知方法。
【請求項９】
回転中における前記ドリルの回転数を回転数センサで検出するステップを更に有し、
前記回転数センサにより検出された前記ドリルの回転数と、前記ドリルに異常が存在しない場合に対応する回転数とを更に比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視する請求項８記載のドリル異常検知方法。
【請求項１０】
前記検出信号のフーリエ変換を含む信号処理を行うことによって、前記検出信号の振幅についての周波数スペクトルを取得し、取得した前記周波数スペクトルの波形と、前記基準波形として予め準備された周波数スペクトルの基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視する請求項８又は９記載のドリル異常検知方法。
【請求項１１】
前記検出信号の波形の、前記基準波形からの乖離量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報を記録した集積回路タグを前記穿孔対象及び前記穿孔板の少なくとも一方に取付け、
前記集積回路タグに記録された前記情報を、前記穿孔機側に取付けられたリーダで読み取って転送し、
転送された前記情報に基づいて前記閾値を特定し、前記指標値が前記閾値以上又は前記閾値を超えた場合に前記ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定する請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のドリル異常検知方法。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のドリル異常検知方法で回転中におけるドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップと、
前記穿孔機で前記ドリルを回転駆動させて前記穿孔対象の穿孔を行うことによって被穿孔品を製造するステップと、
を有する被穿孔品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ドリル異常検知システム、ドリル異常検知方法、穿孔システム及び被穿孔品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
穿孔機や工作機械を用いた機械加工においては、工具の摩耗や欠損を検知することが重要である。そこで、従来、様々な工具の異常検出方法が提案されている（例えば特許文献１乃至５参照）。例えば、電動式の穿孔機として、電力やトルクの変動を監視することによって、ドリルの異常を検知する機能を備えたものが市販されている。
【０００３】
一方、穿孔作業は、手持ち式のドリル駆動装置を用いた作業者による手作業から自動穿孔機による機械加工に移行しつつある（例えば特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０９６４９号公報
【特許文献２】実開平０６−０２７０５１号公報
【特許文献３】実開平０２−１１７８５０号公報
【特許文献４】特開昭６１−２７４８４８号公報
【特許文献５】実開昭６０−０２２２５２号公報
【特許文献６】特開２０１６−１７５１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動穿孔機によって自動的に穿孔を行う場合には、手作業で穿孔を行う場合のように、作業者の手先の感覚や視認によってドリルの欠損や摩耗を検知することができない。欠損や摩耗等の異常が発生したドリルを用いて穿孔を行えば、不具合の発生に繋がる。このため、自動穿孔機によって自動的に穿孔を行う場合には、穿孔のみならず、ドリルの異常についても自動的に検知できるようにすることが望まれる。
【０００６】
しかしながら、エア駆動式の自動穿孔機のように、電動式でない自動穿孔機の場合には、電力やトルクの変動を必ずしも容易に監視することができない。一方、マシニングセンタやボール盤等の工作機械にドリルの異常検知機能を設ける場合には、工作機械の設計段階から仕様を決定することが必要である。換言すれば、工作機械はもちろん、工作機械以外の自動穿孔機においても、後発的に簡易に工具の異常検知機能を付加できるようにすることが望まれる。また、工具の異常検知機能を後発的に穿孔機に付加するか否かを問わず、穿孔機の駆動源を用いずに異常検知機能システムを作動できるようにすることも有用である。
【０００７】
そこで、本発明は、穿孔機のタイプによらず、ドリルの異常を自動的に検知できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係るドリル異常検知システムは、振動センサ及び信号処理系を備える。振動センサは、ドリルを回転駆動させる穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられ、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出する。信号処理系は、前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔における異常を監視する。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る穿孔システムは、上述したドリル異常検知システムと、前記穿孔機とを備える。
【００１０】
また、本発明の実施形態に係るドリル異常検知方法は、ドリルを回転駆動させる穿孔機、前記ドリルによる穿孔対象又は前記穿孔対象に取付けられる穿孔板に取付けられた振動センサを用いて、回転中における前記ドリルの振動を直接又は間接的に検出するステップと、前記振動センサにより検出された前記ドリルの振動を表す検出信号の波形と、前記ドリルに異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによって前記ドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップとを有する。
【００１１】
また、本発明の実施形態に係る被穿孔品の製造方法は、上述したドリル異常検知方法で回転中におけるドリルを用いた穿孔の異常を監視するステップと、前記穿孔機で前記ドリルを回転駆動させて前記穿孔対象の穿孔を行うことによって被穿孔品を製造するステップとを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るドリル異常検知システムを備えた穿孔システムの構成を示す機能ブロック図。
【図２】図１に示す穿孔システムの構成例を示す正面図。
【図３】図２に示す穿孔システムの上面図。
【図４】図２に示す穿孔システムに備えられる第１の走行機構の構造例を示す左側面図。
【図５】図２に示す穿孔システムに備えられる第２の走行機構の構造例を示す右側面図。
【図６】図２に示す穿孔板を右方向から見た図。
【図７】ドリルの欠損によって回転数が低下した例を示すグラフ。
【図８】ドリルの振動レベルを表す加速度信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を施すことによって得られる周波数スペクトルを比較した例を示すグラフ。
【図９】図１に示すドリル異常検知システムを備えた穿孔システムにより、ドリルを用いた穿孔の異常監視を伴ってワークの穿孔を行う場合の流れの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係るドリル異常検知システム、ドリル異常検知方法、穿孔システム及び被穿孔品の製造方法について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
（ドリル異常検知システムを備えた穿孔システムの構成及び機能）
図１は本発明の実施形態に係るドリル異常検知システムを備えた穿孔システムの構成を示す機能ブロック図、図２は図１に示す穿孔システムの構成例を示す正面図、図３は図２に示す穿孔システムの上面図、図４は図２に示す穿孔システムに備えられる第１の走行機構の構造例を示す左側面図、図５は図２に示す穿孔システムに備えられる第２の走行機構の構造例を示す右側面図である。
【００１５】
穿孔システム１は、穿孔対象であるワークＷの穿孔を機械加工によって自動的に行うシステムである。特に、穿孔システム１は、ワークＷの穿孔中においてドリルに欠損や摩耗等の異常や下孔からのドリルの位置ずれ等の異常が発生したか否かを検知する機能を有している。すなわち、穿孔システム１は、ドリル自体の異常及びドリルを用いた穿孔の異常を監視しながらワークＷの穿孔を行うことが可能なシステムである。
【００１６】
そのために、穿孔システム１は、穿孔機２及びドリル異常検知システム３を備えている。穿孔機２は、実際にドリルを保持してワークＷの穿孔を行う穿孔機本体４と、穿孔機本体４の制御を行う制御装置７とによって構成することができる。一方、ドリル異常検知システム３は、ワークＷの穿孔中においてドリル及び穿孔の異常を監視し、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したか否かを検知するためのシステムである。
【００１７】
穿孔機本体４は、少なくともドリルを回転駆動させる装置である。このため、穿孔機本体４は、ドリルを保持して回転させる回転駆動機構を内蔵したドリルヘッド５を備えている。穿孔機本体４には、必要に応じてドリルの工具軸方向における送り動作を行うための自動送り機構を設けることができる。
【００１８】
図示された例では、２種類の直径を有する孔を穿孔することができるように穿孔機本体４に２つのドリルヘッド５が備えられている。各ドリルヘッド５には、ドリルを回転させるエア式の回転駆動機構の他、ドリルの工具軸方向における送り動作を行うためのエア式の自動送り機構が内蔵されている。
【００１９】
更に、穿孔機本体４には、各ドリルヘッド５自体をドリルの工具軸方向に移動させる送り機構６を設けることができる。図示された例では、送り機構６が、ラック・アンド・ピニオン６Ａと、ラック・アンド・ピニオン６Ａのピニオン側を回転させるためのモータ６Ｂとを用いて構成されている。尚、ラックは、歯切りをした直線状の棒であり、ピニオンはラックと噛み合う小口径の円形歯車である。
【００２０】
また、穿孔機本体４は、例えば、走行機構８によって走行エリア内を走行可能な自走式の装置とすることができる。図示された例では、板状の部品Ｗ１の上に複数の長尺構造物Ｗ２を設けた構造体がワークＷとなっている。そして、隣接する２つの長尺構造物Ｗ２の上面を、多数のローラとチェーンで構成されるクローラ（無限軌道）型の第１及び第２の走行機構８Ａ、８Ｂが走行するように穿孔機本体４がセットされている。
【００２１】
長尺構造物Ｗ２は、ウェブとフランジとを有する構造を有する。そして、長尺構造物Ｗ２のウェブ上における複数の位置が穿孔位置となっている。このため、ドリルで長尺構造物Ｗ２を構成するウェブの穿孔を行うことができるように、ドリルの工具軸方向が概ね長尺構造物Ｗ２を構成するウェブの板厚方向となるように、各ドリルヘッド５を含む穿孔機本体４が配置される。
【００２２】
尚、穿孔機本体４に備えられるドリルの回転駆動機構、送り機構及び走行機構８等の各駆動機構は、図示された例に限らず、エア式、電動式及び油圧式のいずれであってもよい。
【００２３】
ワークＷには、必要に応じて穿孔板９を取付けることができる。図示された例でも、長尺構造物Ｗ２の長手方向に沿って、板状の穿孔板９がボルト等の締付器具でウェブの穿孔側に取付けられている。
【００２４】
図６は、図２に示す穿孔板９を右方向から見た図である。
【００２５】
図６に示すように、ワークＷの形状に合わせて任意数の穿孔板９を、ボルト等の締付器具でワークＷに固定することができる。図示された例では、２つの穿孔板９が並べて設けられている。各穿孔板９には、ワークＷの穿孔位置に合わせてガイド用の貫通孔が設けられる他、集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）タグ１０を貼り付けることができる。
【００２６】
図示された例では、穿孔機本体４が走行機構８によって長尺構造物Ｗ２上を往復移動できるように構成されているため、穿孔機本体４の往路用のＩＣタグ１０と、穿孔機本体４の復路用のＩＣタグ１０が、各穿孔板９に取付けられている。ＩＣタグ１０には、各穿孔板９の識別情報（ＩＤ情報）や穿孔に使用するドリルヘッド５の選択情報等の穿孔に必要な所望の情報を記録することができる。
【００２７】
尚、ワークＷに制約がなければ、ＩＣタグ１０を穿孔板９ではなくワークＷに直接貼り付けるようにしてもよい。逆に、ワークＷに穿孔板９を取付け、穿孔板９にＩＣタグ１０を貼り付けるようにすれば、ワークＷに直接ＩＣタグ１０を貼り付けることが困難な場合であっても、ＩＣタグ１０を所望の位置に配置することができる。
【００２８】
ＩＣタグ１０をワークＷ及び穿孔板９の少なくとも一方に取付ける場合には、ＩＣタグ１０に記録された情報を読み取るＩＣタグリーダ１１を穿孔機本体４側に取付けることができる。これにより、ワークＷ又は穿孔板９に取付けられたＩＣタグ１０によって、ＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）技術を利用した穿孔機本体４の自動走行及び自動穿孔を含む自動制御を行うことができる。尚、ＲＦＩＤとは、ＩＤ情報を記録したＩＣタグ等のＲＦタグから、無線によってＩＤ情報を取得する技術である。
【００２９】
ＩＣタグリーダ１１は、ＩＣタグ１０に記録された情報を読み取って、穿孔機本体４の制御装置７に転送する機能を有する。一方、制御装置７は、穿孔機本体４に制御信号を出力することによって穿孔機本体４を制御する機能を有する。すなわち、制御装置７は、ドリルヘッド５の駆動、送り機構６の駆動及び走行機構８の走行等を制御する装置である。そして、ＩＣタグ１０に記録された情報がＩＣタグリーダ１１から制御装置７に転送される場合には、制御装置７は、ＩＣタグリーダ１１から転送された情報に基づいて穿孔機本体４を制御するように構成される。
【００３０】
穿孔機本体４が走行機構８で走行する場合には、穿孔機本体４の重量を軽減することが望ましい。そこで、制御装置７全体を穿孔機本体４に搭載せずに、制御装置７の一部を穿孔機本体４の走行エリア外に配置することができる。つまり、必ずしも穿孔機本体４に搭載する必要がない制御装置７の主要な部分を、穿孔機本体４の走行エリアの外部に設置することができる。
【００３１】
このため、制御装置７は、走行エリア外に設置される本体部７Ａと、穿孔機本体４に搭載される制御信号受信装置７Ｂとによって構成することができる。そして、本体部７Ａから穿孔機本体４側の制御信号受信装置７Ｂに制御信号を伝送することによって、穿孔機本体４を遠隔操作することができる。
【００３２】
本体部７Ａと制御信号受信装置７Ｂとの間は、制御信号を伝送する信号ケーブルで接続することも可能である。但し、穿孔機本体４が走行機構８で走行する場合には、本体部７Ａから制御信号を無線で制御信号受信装置７Ｂに伝送できるようにすることが、信号ケーブルを不要とすることによって穿孔機本体４の移動の自由度を確保する観点から望ましい。
【００３３】
そこで、制御装置７の本体部７Ａは、記憶装置７Ｃ、制御信号生成部７Ｄ及び無線機７Ｅで構成することができる。記憶装置７Ｃ及び制御信号生成部７Ｄは、プログラムを読込ませたコンピュータ等の電子回路で構成することができる。
【００３４】
記憶装置７Ｃには、穿孔機本体４の制御信号を生成するために参照される情報を保存することができる。具体例として、各穿孔板９のＩＤ情報と、穿孔位置との関係を表す情報を記憶装置７Ｃに保存することができる。そうすると、ＩＣタグ１０が穿孔板９に取付けられる場合において、ＩＣタグ１０に穿孔板９のＩＤ情報を記録すれば、穿孔位置自体をＩＣタグ１０に記録しなくても、穿孔板９のＩＤ情報に基づいて穿孔位置を特定することが可能となる。
【００３５】
簡易な具体例として、図示されるように直線上に配列された特定の直径を有する複数の孔を穿孔する場合には、穿孔位置は１次元の位置情報、すなわち、隣接する孔間のピッチ又は基準となる位置からの各孔までの距離として表すことができる。従って、穿孔板９のＩＤ情報と、１次元の穿孔位置との関係を示すテーブルを記憶装置７Ｃに保存しておけば、穿孔板９のＩＤ情報に基づいて、穿孔位置を特定することができる。
【００３６】
制御信号生成部７Ｄは、ドリルヘッド５の駆動、送り機構６の駆動及び走行機構８の走行等を行うための穿孔機本体４の各制御信号を生成し、生成した各制御信号を無線機７Ｅを介して無線によって制御信号受信装置７Ｂに送信する機能を有する。制御信号を生成する際には、記憶装置７Ｃに保存された情報を参照することができる。
【００３７】
具体例として、記憶装置７Ｃに各穿孔板９のＩＤ情報と、穿孔位置との関係を表す情報が保存されている場合であれば、制御信号生成部７Ｄは、穿孔板９のＩＤ情報に基づいて穿孔位置を特定し、特定した穿孔位置で穿孔が行われるように穿孔機本体４の制御信号を生成することができる。この場合、穿孔板９のＩＤ情報がＩＣタグ１０に記録されている場合であれば、制御信号生成部７Ｄは、ＩＣタグリーダ１１から穿孔板９のＩＤ情報を取得することができる。逆に、穿孔板９のＩＤ情報がＩＣタグ１０に記録されていない場合やＩＣタグ１０を利用しない場合には、作業者が入力装置の操作によって穿孔板９のＩＤ情報を制御信号生成部７Ｄに入力するようにしてもよい。
【００３８】
もちろん、記憶装置７Ｃに穿孔機本体４の制御プログラムを保存し、ＩＣタグ１０を利用せずに穿孔機本体４を制御することもできる。或いは、ワークＷ又は穿孔板９にＩＣタグ１０を取付け、ＩＣタグ１０に穿孔機本体４の制御プログラムを保存するようにしてもよい。この場合、ＩＣタグ１０に保存された穿孔機本体４の制御プログラムをＩＣタグリーダ１１で制御信号生成部７Ｄに転送することができる。
【００３９】
他方、穿孔機本体４側に設けられる制御信号受信装置７Ｂは、本体部７Ａから無線で送信された穿孔機本体４の各制御信号を受信して、対象となる機器に出力する機能を有する。すなわち、ドリルヘッド５、送り機構６及び走行機構８等の穿孔機本体４の構成要素は、制御信号受信装置７Ｂから出力される制御信号に従って駆動するように構成することができる。これにより、穿孔機本体４の所望の動作を無線により遠隔操作することができる。
【００４０】
尚、エア信号や油圧信号で駆動する構成要素が穿孔機本体４に含まれている場合には、制御信号を電気信号からエア信号や油圧信号等の電気信号以外の信号に変換する信号回路が穿孔機本体４に設けられる。そして、必要な制御信号が穿孔機本体４の各構成要素に出力される。
【００４１】
制御装置７の本体部７Ａと制御信号受信装置７Ｂとの間で無線通信を行う場合には、ＩＣタグリーダ１１と制御装置７の本体部７Ａとの間においても無線通信を行うことが信号ケーブルを不要とする観点から望ましい。そこで、ＩＣタグリーダ１１についても、ＩＣタグ１０に記録された情報を読み取って、制御装置７の本体部７Ａに無線で転送するように構成することができる。その場合には、ＩＣタグリーダ１１にも無線機１１Ａが設けられる。
【００４２】
一方、ドリル異常検知システム３は、穿孔機本体４の各ドリルヘッド５で保持されるドリルの欠損や摩耗等の異常並びにドリルの下孔からの位置ずれ等の異常を検知するためのシステムである。ドリル異常検知システム３は、振動センサ１２、回転数センサ１３、信号処理系１４、無線機１５、入力装置１６及び表示装置１７を用いて構成することができる。尚、異常の検知対象に応じて振動センサ１２及び回転数センサ１３の一方を省略してもよい。
【００４３】
振動センサ１２は、回転中におけるドリルの振動を直接又は間接的に検出するセンサである。振動センサ１２としては、市販の加速度センサ等を用いることができる。振動センサ１２は、穿孔機本体４、ワークＷ又はワークＷに取付けられる穿孔板９に取付けることができる。
【００４４】
穿孔板９の数が少数であり、穿孔機本体４やドリルヘッド５の数が多い場合であれば、振動センサ１２を穿孔板９に取付けることによって、必要な振動センサ１２の数を低減することができる。すなわち、共通の振動センサ１２で、複数の穿孔機本体４又は複数のドリルヘッド５に取付けられるドリルの振動を検出することが可能となる。また、振動センサ１２をワークＷ又は穿孔板９に取付けるようにすれば、穿孔機本体４の分解や停止を伴わずに振動センサ１２を取付けることができる。
【００４５】
逆に、穿孔板９の数が多く、穿孔機本体４やドリルヘッド５の数が少ない場合であれば、振動センサ１２を穿孔機本体４側に取付けることによって、必要な振動センサ１２の数を低減することができる。
【００４６】
振動センサ１２は、ドリルの振動を良好に検出することが可能な位置に取付けることが適切である。ドリルの振動を良好に検出することが可能な位置は、ドリルの振動が減衰せずに伝搬し、かつ運動する他の機械要素からの振動が重畳することによってドリルの振動の検出が困難とならない位置である。図示された例では、ドリルの回転駆動機構及び送り機構を内蔵する各ドリルヘッド５のケーシング５Ａに振動センサ１２が取付けられている。
【００４７】
回転数センサ１３は、回転中におけるドリルの回転数を検出するセンサである。回転数センサ１３としては、回転数の検出対象に対して接触する接触式のセンサと、回転数の検出対象に対して接触しない非接触式のセンサのいずれを用いてもよい。非接触式の回転数センサ１３としては、回転体に向けてレーザ光を照射し、レーザ光の反射光を検出することによって回転体の回転数を検出するものなどが知られている。図示された例では、各ドリルヘッド５のケーシング５Ａ内に、ドリルとともに回転する回転シャフト５Ｂの回転数を検出することが可能な非接触式の回転数センサ１３が設けられている。すなわち、ドリルとともに回転する回転シャフト５Ｂの露出部分の近傍に回転数センサ１３が非接触で配置されている。
【００４８】
信号処理系１４は、プログラムを読込ませたコンピュータやＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）変換器等の回路類で構成することができる。穿孔機本体４が走行機構８によって走行エリア内を走行可能な自走式穿孔機である場合には、穿孔機本体４の重量を軽減する観点から、制御装置７の本体部７Ａと同様に、信号処理系１４を走行エリアの外部に設置することができる。このため、信号処理系１４の一部を、制御装置７の本体部７Ａと一体化してもよい。
【００４９】
信号処理系１４は、振動センサ１２及び回転数センサ１３の少なくとも一方の検出結果に基づいて、ドリルを用いた穿孔の異常を監視する機能を有する。振動センサ１２の検出結果に基づいて異常を監視する場合であれば、振動センサ１２により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。一方、回転数センサ１３の検出結果に基づいて異常を監視する場合であれば、回転数センサ１３により検出されたドリルの回転数と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する回転数とを更に比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。
【００５０】
尚、振動センサ１２によって検出されるドリルの振動の周期又は周波数を求めることによって、ドリルの回転数を求めることもできる。従って、回転数センサ１３を省略してもよい。換言すれば、振動センサ１２を回転数センサ１３として用いてもよい。この場合、共通の振動センサ１２でドリルの振動及び回転数の双方を検出することができる。
【００５１】
ドリルを用いた穿孔における異常の具体例としては、ドリルの欠損やドリルの摩耗のようなドリル自体の異常の他、ワークＷに予め設けられた下孔の中心軸からのドリルの工具軸のずれや穿孔板９に設けられたガイド孔の中心軸からのドリルの工具軸のずれのようにドリルの位置決めミスに起因する異常が挙げられる。
【００５２】
主にドリルの欠損やドリルの摩耗のようなドリル自体の異常については、ドリルの回転数の変動量を測定することによって、検出することができる。
【００５３】
図７はドリルの欠損によって回転数が低下した例を示すグラフである。
【００５４】
図７において横軸は時間を示し、縦軸はドリルの回転数の変動量を示す。尚、回転数の変動量は、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する割合（％）として示されている。
【００５５】
図７中において、実線は、欠損の無いドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合におけるドリルの回転数の変化を、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する比率として示す。一方、一点鎖線は、欠損のあるドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合におけるドリルの回転数の変化を、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する比率として示す。
【００５６】
図７の実線で示すように、欠損の無いドリルを用いてチタンの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して約４％回転数が低下している。また、欠損の無いドリルを用いてアルミニウムの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して概ね３％から４％の範囲で回転数が低下している。
【００５７】
これに対して、図７の一点鎖線で示すように、欠損のあるドリルを用いてチタン及びアルミニウムの穿孔を行った場合には、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対して約１０％回転数が低下している。従って、図７に示す穿孔試験結果が得られた場合であれば、ドリルを保持するスピンドルの実際の回転数がチタン又はアルミニウムの穿孔中においてスピンドルの回転数の制御値に対して１０％以上又は１０％を超える割合で低下した場合には、ドリルに欠損があると判定することができる。
【００５８】
図７に示す穿孔試験では、スピンドルの毎分回転数の制御値を１０００（ｒｐｍ）としたが、回転数の低下割合の回転数依存性が無視できない場合には、様々な回転数に設定して穿孔試験を行うことができる。マシニングセンタ等における高速加工を除けば、毎分回転数の制御値は、２００（ｒｐｍ）から３０００（ｒｐｍ）程度である。従って、２００（ｒｐｍ）から３０００（ｒｐｍ）の範囲で断続的に穿孔試験を行い、補間によって回転数の制御値ごとにドリルの欠損が生じたと判定するための閾値を決定するようにしてもよい。
【００５９】
また、チタン及びアルミニウムに限らず、鉄等の他の金属はもちろん、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：  Ｇｌａｓｓ  ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材を対象として同様の穿孔試験を行うことができる。
【００６０】
そして、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する低下割合に対して閾値を設定し、低下割合が閾値以上又は閾値を超える場合には、ドリルに欠損が生じたと判定することができる。同様に、ドリルに無視できない摩耗が生じたと判定するための閾値を穿孔試験によって決定することもできる。また、負荷をかけない状態におけるスピンドルの回転数に対する低下割合に限らず、ドリルの回転数自体やドリルの回転数の低下量を示すその他の所望の指標値にドリルの異常を検知するための閾値を設定するようにしてもよい。
【００６１】
ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値は、ワークＷの材料や回転数等の穿孔条件と関連付けて、テーブル又は関数として信号処理系１４の記憶装置１４Ａに保存することができる。これにより、信号処理系１４におけるドリルの回転数に基づく異常の監視が可能となる。
【００６２】
一方、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板９に設けられたガイド孔のずれ等の異常については、振動センサ１２を用いて異常なドリルの振動を検出することによって、検知することができる。
【００６３】
異常なドリルの振動波形の検出は、振動センサ１２により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とに基づく所望の信号処理によって行うことができる。
【００６４】
具体例として、振動センサ１２により検出されたドリルの振動を表す検出信号に対して、包絡線検波処理等の信号処理を施すことができる。そして、振動センサ１２により検出された検出信号の包絡線検波後における振幅波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較し、基準波形からの乖離用を示す２乗誤差、相互相関係数、波形の積分値の差、ピーク値の差等の指標値が閾値以上又は閾値を超えた場合に異常が発生したと判定することができる。
【００６５】
或いは、フーリエ変換（ＦＴ：Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）又はウェーブレット変換等の周波数解析を伴って検出信号と、基準信号との比較を行うこともできる。更に、振動の検出信号の、基準信号からの乖離量を求めるために、ＭＴ法を併用してもよい。ＭＴ法は、多次元空間の中に基準となる点の座標を定め、基準となる座標と、各データの座標との間における距離を計算することによって、距離の分布を求める手法である。
【００６６】
図８は、ドリルの振動レベルを表す加速度信号に対してＦＦＴを施すことによって得られる周波数スペクトルを比較した例を示すグラフである。
【００６７】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において各横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、各縦軸は他の機械要素の振動が重畳したドリルの振動のレベルを表す加速度（ｍ／ｓ２）を示す。また、図８（Ａ）は、欠損が無いドリルの穿孔中における振動のレベルを加速度センサによって加速度として検出し、加速度の検出信号のＦＦＴによって得られた周波数スペクトルを示す。一方、図８（Ｂ）は、欠損があるドリルの穿孔中における振動のレベルを加速度センサによって加速度として検出し、加速度の検出信号のＦＦＴによって得られた周波数スペクトルを示す。尚、欠損が無いドリルを用いた穿孔条件と、欠損があるドリルを用いた穿孔条件は、同一である。
【００６８】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、欠損の有無によってドリルの振動レベルを表す周波数スペクトルの波形に変化が生じる。具体的には、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す２つの周波数スペクトルにそれぞれ２つのピークが生じている。そして、図８（Ｂ）の破線の枠で示すように、欠損があるドリルに対応する周波数スペクトルにおける周波数が低い側のピーク値が、欠損が無いドリルに対応する図８（Ａ）に示す周波数スペクトルにおける周波数が低い側のピーク値よりも、顕著に大きくなっている。
【００６９】
このため、予め異常が無い穿孔条件で取得された基準となる周波数スペクトルと、異常の検知対象として取得された周波数スペクトル間における波形の比較によって、ドリルの異常を検知することができる。すなわち、振動センサ１２により検出されたドリルの振動を表す検出信号のＦＴを含む信号処理を行うことによって、検出信号の振幅についての周波数スペクトルを取得し、取得した周波数スペクトルの波形と、基準波形として予め準備された周波数スペクトルの基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視することができる。
【００７０】
周波数スペクトル間における波形の比較についても、積分値、ピーク値、ピーク値に対する周波数等の周波数スペクトルの所望の代表値を対象として比較を行うことができる。すなわち、穿孔試験等によって経験的に決定した閾値を用いて、周波数スペクトル間における乖離用を表す指標に対する閾値処理を行うことができる。そして、周波数スペクトル間における乖離用を表す指標が閾値以上又は閾値を超えると判定された場合には、ドリル自体又は穿孔に異常が発生したと判定することができる。
【００７１】
より具体的な例として、振動センサ１２を用いて取得されたドリルの振動を表す周波数スペクトルのピーク値自体に閾値を設定したり、ピーク値が生じる周波数帯域に閾値を設定することができる。これにより、異常がなければ本来出現しない周波数において出現する異常なピークや、ピーク値の異常な増加を自動的に検出することができる。
【００７２】
尚、ドリルを用いた穿孔に異常が生じた場合、通常は、回転数が低下する。このため、周波数スペクトルにおいてピークが生じる周波数が、より低い側にシフトする場合が多い。また、ドリルを用いた穿孔に異常が生じた場合、通常はドリルの振動レベルが増加する。このため、周波数スペクトルに出現するピーク値が増加する場合も多い。そこで、周波数スペクトルにおいてピークが生じる周波数帯域と、周波数スペクトルに出現するピーク値の双方に閾値を設定して閾値処理を行うようにしてもよい。
【００７３】
また、振動センサ１２によって、空間的に異なる複数の軸方向における振動を検出することもできる。すなわち、ドリルの振動をベクトルとして検出することができる。その場合には、ベクトルの成分ごと、すなわち各空間軸方向について周波数スペクトルを取得して比較を行うことができる。これは、周波数スペクトルを生成せずに、振動の検出信号の比較を行う場合においても同様である。
【００７４】
ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値も、ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値と同様に、ワークＷの材料や回転数等の穿孔条件と関連付けて、テーブル又は関数として信号処理系１４の記憶装置１４Ａに保存することができる。これにより、信号処理系１４におけるドリルの振動に基づく異常の監視が可能となる。
【００７５】
また、入力装置１６の操作によって異常の有無を判定するための条件を指定できるようにすることができる。具体例として入力装置１６の操作によって異常の有無を判定するための閾値処理の対象と、閾値処理に用いられる閾値を設定できるようにすることができる。
【００７６】
ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値及びドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値は、いずれも材料及び穿孔条件に依存して変化する。そこで、各閾値を特定するための情報を、ＩＣタグ１０に記録することができる。すなわち、振動センサ１２により検出されたドリルの振動を表す検出信号の波形の、基準波形からの乖離量を表す指標に対する閾値を特定するための情報をＩＣタグ１０に記録することができる。同様に、ドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報についても、ＩＣタグ１０に記録することができる。
【００７７】
実用的な例として、ＩＣタグ１０が穿孔板９に取付けられる場合であれば、穿孔板９のＩＤ情報を、ドリルを用いた穿孔における異常を検出するための閾値を特定するための情報とすることができる。すなわち、異常を検出するための閾値を穿孔板９のＩＤ情報と関連付け、テーブルとして信号処理系１４の記憶装置１４Ａに保存することができる。
【００７８】
或いは、ＩＣタグ１０が直接ワークＷに取付けられる場合であれば、ワークＷのＩＤ情報を、ドリルを用いた穿孔における異常を検出するための閾値を特定するための情報とすることができる。すなわち、異常を検出するための閾値をワークＷのＩＤ情報と関連付け、テーブルとして信号処理系１４の記憶装置１４Ａに保存することができる。
【００７９】
もちろん、ＩＣタグ１０が穿孔板９に取付けられる場合であるかワークＷに取付けられる場合であるかを問わず、ドリルの振動の変動量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報及びドリルの回転数の低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報として、ＩＣタグ１０に各閾値の値自体を記録するようにしてもよい。
【００８０】
そうすると、ＩＣタグ１０に記録された閾値を特定するための情報をＩＣタグリーダ１１で読み取って、信号処理系１４に無線等で転送することができる。ＩＣタグリーダ１１で読み取られた情報を、無線で信号処理系１４に転送する場合には、信号処理系１４に専用の無線機を設けても良いが、図１に例示されるように制御装置７の本体部７Ａに備えられる無線機７Ｅを利用して信号処理系１４に転送するようにしてもよい。
【００８１】
そして、無線等で転送されたＩＣタグ１０に記録された情報に基づいて、信号処理系１４において異常判定のための閾値処理用の各閾値を自動的に特定することが可能となる。
【００８２】
すなわち、ＩＣタグリーダ１１から転送された情報が穿孔板９又はワークＷのＩＤ情報であれば、記憶装置１４Ａに保存された複数の穿孔板９又は複数のワークＷのＩＤ情報と、複数の閾値の組合せを関連付けたテーブルを参照することによって、ＩＤ情報に対応する異常判定用の閾値を特定することができる。或いは、ＩＣタグリーダ１１から転送された情報が異常判定用の閾値自体でれば、ＩＣタグリーダ１１から転送された情報の取得によって、穿孔板９又はワークＷに対応する異常判定用の閾値を特定することができる。
【００８３】
これにより、ワークＷの素材、穿孔すべき孔の直径及び穿孔深さ並びにドリルの直径、材質、構造、回転数、送り速度等の穿孔条件が異なる場合であっても、各穿孔条件に適切な閾値を信号処理系１４において自動的に決定することができる。すなわち、穿孔条件に依らず、異常検知を行うことが可能となる。
【００８４】
そして、信号処理系１４において、閾値処理の対象となる指標値が、特定した閾値以上又は閾値を超えた場合にドリルを用いた穿孔に異常が発生したと自動判定することができる。例えば、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板９に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容に応じて閾値が設定されている場合であれば、閾値処理によって、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板９に設けられたガイド孔のずれのいずれが生じたのかを判定することができる。
【００８５】
ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定された場合には、異常の監視結果として表示装置１７に表示させることができる。もちろん、警報ランプやスピーカ等の出力装置に光や音として異常の監視結果を出力するようにしてもよい。すなわち、信号処理系１４には、異常の監視結果を表示装置１７等の出力装置に出力することによって、作業者に異常の監視結果を通知する機能を設けることができる。
【００８６】
更に、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと判定された場合には、異常の内容に応じた穿孔機本体４の制御を行うことができる。例えば、穿孔機本体４の回転数の制御値の低減、ドリルの工具軸方向における送り速度の制御値の低減及び穿孔の中断の少なくとも１つを行うことができる。その場合には、穿孔機本体４の制御装置７に必要な制御情報を与える機能が信号処理系１４に設けられる。
【００８７】
より具体的な例として、異常の内容がドリルの摩耗、許容され得るドリルの欠損、許容され得るドリルの位置ずれ等の穿孔を行う上で許容され得る異常であれば、穿孔機本体４の回転数の制御値の低減やドリルの工具軸方向における送り速度の制御値の低減を行うことができる。逆に、異常の内容が不具合の発生に繋がるようなドリルの欠損やドリルの位置ずれであれば、穿孔を中断させる穿孔機本体４の制御を行うことができる。具体的には、ドリルをワークＷから引き離し、ドリルの回転を停止させる制御や、穿孔機本体４を退避位置まで走行させる制御を行うことができる。
【００８８】
一方、ドリル異常検知システム３の無線機１５は、振動センサ１２及び回転数センサ１３からそれぞれ出力される検出信号を無線で信号処理系１４に伝送する機能を有する。振動センサ１２及び回転数センサ１３からそれぞれ出力される検出信号を無線で転送することによって、穿孔機本体４が走行機構８によって走行可能な自走式の装置である場合のように、穿孔機２のタイプに依らず、振動センサ１２及び回転数センサ１３を容易に穿孔機２に取付けることが可能となる。加えて、ドリル異常検知システム３を小規模とすることができる。
【００８９】
このため、既存の穿孔機２にドリル異常検知システム３をアタッチメントとして後付けすることもできる。また、図示されるような自走式の穿孔機本体４を備えた穿孔機２のみならず、マシニングセンタ等の工作機械や手持ち式のドリル駆動装置等の穿孔機にドリル異常検知システム３を設けることができる。その場合においても、必要に応じてＩＣタグ１０及びＩＣタグリーダ１１をドリル異常検知システム３の構成要素として設けることができる。
【００９０】
図示された例では、振動センサ１２及び回転数センサ１３にそれぞれ無線機１５が設けられている。このため、煩わしい信号ケーブルを不要とすることができる。特に、振動体の振動を検知してＷｉＦｉ通信にて振動の検出データを送信するバッテリ駆動のＷｉＦｉ振動計や回転体の回転数を検知してＷｉＦｉ通信にて回転数の検出データを送信するバッテリ駆動のＷｉＦｉ回転計が市販されている。このため、有線接続が不要となるように無線機１５を内蔵したバッテリ駆動の振動センサ１２及び回転数センサ１３を容易に入手することができる。
【００９１】
もちろん、ＩＣタグリーダ１１と同様に、振動センサ１２及び回転数センサ１３を制御信号の通信用の無線機７Ｅと信号ケーブルで接続することによって無線機を共通化するようにしてもよい。すなわち、ＩＣタグリーダ１１、振動センサ１２及び回転数センサ１３にそれぞれ専用の無線機１１Ａ、１５を設けても良いし、制御信号の通信用の無線機７Ｅを利用するようにしてもよい。
【００９２】
或いは、上述したように、本体部７Ａと制御信号受信装置７Ｂとの間を信号ケーブルで接続する場合や穿孔機に制御装置全体を搭載するような場合には、振動センサ１２及び回転数センサ１３についても有線で信号処理系１４と接続するようにしてもよい。すなわち、振動センサ１２及び回転数センサ１３の少なくとも一方を、検出信号を伝送するための信号ケーブルで信号処理系１４と接続するようにしてもよい。
【００９３】
（ドリル異常検知方法及び被穿孔品の製造方法）
次にドリル異常検知システム３によるドリル異常検知方法及び穿孔システム１を用いた被穿孔品の製造方法について説明する。ここでは、振動センサ１２及び回転数センサ１３が穿孔機本体４に取付けられ、ＩＣタグ１０を取付けた穿孔板９がワークＷに取付けられる場合を例に説明する。
【００９４】
図９は、図１に示すドリル異常検知システム３を備えた穿孔システム１により、ドリルを用いた穿孔の異常監視を伴ってワークＷの穿孔を行う場合の流れの一例を示すフローチャートである。
【００９５】
まずステップＳ１において、ＩＣタグ１０を取付けた穿孔板９がワークＷに取付けられる。ＩＣタグ１０には、穿孔位置や孔の直径を特定するための情報のように穿孔機本体４を制御するために参照される情報の他、穿孔の異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値を特定するための情報が記録される。或いは、穿孔機本体４の制御に参照され、かつ穿孔の異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値を特定するための共通の情報、例えば、穿孔板９のＩＤ情報が記録される。
【００９６】
より具体的には、振動センサ１２により検出されるドリルの振動を表す検出信号の波形の、基準波形からの乖離量を表す指標に対する閾値を特定するための情報及び回転数センサ１３により検出されるドリルの回転数の、基準となる回転数からの低下量を表す指標値に対する閾値を特定するための情報がＩＣタグ１０に記録される。
【００９７】
次に、ステップＳ２において、穿孔機本体４の駆動が開始される。すなわち、制御装置７による遠隔制御によって走行機構８がワークＷを構成する長尺構造物Ｗ２の上面を走行し、穿孔機本体４が穿孔を開始するための初期位置に移動する。
【００９８】
次に、ステップＳ３において、ＩＣタグ１０に記録された情報が穿孔機本体４に取付けられたＩＣタグリーダ１１で読み取られる。読み取られた情報は、ＩＣタグリーダ１１の無線機１１Ａから制御装置７の本体部７Ａに備えられる無線機７Ｅに無線で転送される。
【００９９】
そして、穿孔機本体４を制御するために参照される情報については、制御信号生成部７Ｄに与えられる。一方、穿孔の異常監視を行うための情報については、ドリル異常検知システム３の信号処理系１４に与えられる。
【０１００】
次に、ステップＳ４において、信号処理系１４において、異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値が、ＩＣタグリーダ１１から無線で転送された情報に基づいて特定される。例えば、ＩＣタグ１０に記録されていた穿孔板９のＩＤ情報がＩＣタグリーダ１１から信号処理系１４に転送された場合であれば、記憶装置１４Ａに保存されたテーブルを参照することによって穿孔板９のＩＤ情報に対応する閾値が信号処理系１４において特定される。
【０１０１】
これにより、ドリルを回転駆動させる一方、穿孔機本体４を移動させてワークＷの異なる位置において順次穿孔を行いつつ、回転中におけるドリルを用いた穿孔の異常を監視することが可能となる。
【０１０２】
次に、ステップＳ５において、制御装置７により穿孔機本体４が遠隔操作されることによってワークＷの穿孔が行われる。具体的には、制御装置７の制御信号生成部７Ｄにおいて生成された穿孔機本体４の制御信号が、無線機７Ｅから無線で送信される。送信された制御信号は、制御信号受信装置７Ｂで受信される。そして、制御信号受信装置７Ｂで受信された制御信号に従って穿孔機本体４が駆動する。すなわち、穿孔板９のＩＤ情報に基づいて特定される穿孔位置において穿孔が行われるように、ドリルの回転及び送りに加えて、送り機構６によるドリルヘッド５の送り動作並びに走行機構８の走行による穿孔機本体４の走行が行われる。
【０１０３】
一方、ワークＷの穿孔中において、振動センサ１２を用いて、回転中におけるドリルの振動が検出される。また、回転数センサ１３で回転中におけるドリルの回転数が検出される。
【０１０４】
次に、ステップＳ６において、振動センサ１２により検出されたドリルの振動を表す検出信号及び回転数センサ１３で検出されたドリルの回転数を表す検出信号が、それぞれ無線機１５から無線で送信される。
【０１０５】
次に、ステップＳ７において、無線で送信されたドリルの振動及び回転数を表す各検出信号が、制御装置７の本体部７Ａに備えられる無線機７Ｅで受信される。受信された各検出信号は、ドリル異常検知システム３の信号処理系１４に与えられる。
【０１０６】
次に、ステップＳ８において、信号処理系１４は、ドリルの振動及び回転数を表す各検出信号と、異常監視を行うための閾値処理に用いられる閾値に基づいて、ドリルを用いた穿孔の異常を監視する。
【０１０７】
すなわち、信号処理系１４は、ドリルの振動を表す検出信号の波形と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視する。また、信号処理系１４は、回転数センサ１３により検出された検出信号に基づいて特定される実際のドリルの回転数と、ドリルを用いた穿孔に異常が存在しない場合に対応する回転数とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常を監視する。
【０１０８】
そして、比較対象となる加速度や回転数等のパラメータ間における乖離量を表す指標値が、指標値に対応する許容値を超える場合、すなわち閾値以上又は閾値を超える場合には、ドリルを用いた穿孔に異常が発生したと信号処理系１４において判定することができる。また、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板９に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容に応じて閾値が設定されている場合であれば、閾値処理によって、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板９に設けられたガイド孔のずれのいずれが生じたのかを判定することができる。
【０１０９】
尚、ドリルの振動を表す検出信号の比較処理を行う場合には、比較処理の前処理としてＦＴ等の周波数解析処理を検出信号に対して実行することができる。その場合には、ドリルの振動を表す検出信号のＦＴを含む信号処理を行うことによって、加速度等として検出された検出信号の振幅についての周波数スペクトルが取得される。そして、取得された周波数スペクトルの波形と、基準波形として予め準備された周波数スペクトルの基準波形とを比較することによってドリルを用いた穿孔の異常が監視される。
【０１１０】
次に、ステップＳ９において、信号処理系１４における異常監視結果が表示装置１７等の出力装置を介して作業者に通知される。例えば、異常が検出された場合には、ドリルの欠損、ドリルの摩耗、下孔のずれ及び穿孔板９に設けられたガイド孔のずれ等の異常の内容を作業者に通知することができる。
【０１１１】
次に、ステップＳ１０において、異常の監視結果に応じた必要な穿孔機２の制御が行われる。例えば、想定されるドリルの摩耗のように許容できる異常が検知された場合であれば、ドリルヘッド５に内蔵されるドリルの回転駆動機構に対する回転数の制御値の低減やドリルヘッド５に内蔵されるドリルの送り機構に対する送り速度の制御値の低減を行うことができる。逆に、ドリルの摩耗であってもワークＷの加工品質に無視できない影響を与える程度の摩耗が生じた場合やワークＷの加工品質に無視できない影響を与える程度のドリルの欠損又は位置ずれが生じた場合には、穿孔を中断させることができる。
【０１１２】
異常の監視結果に応じた穿孔機２の制御を行う場合には、信号処理系１４から制御装置７の制御信号生成部７Ｄに制御情報が与えられる。そして、制御信号生成部７Ｄは、信号処理系１４から与えられた制御情報に従って穿孔機本体４の制御信号を生成する。生成された制御信号は、無線機７Ｅを介して無線で穿孔機本体４側の制御信号受信装置７Ｂに送信される。これにより、穿孔機本体４が、異常の監視結果に応じた動作を行う。
【０１１３】
一方、異常が検知されず、ドリルの回転駆動及び移動を含む穿孔機本体４の駆動によってワークＷの全ての穿孔位置における穿孔が完了すると、制御装置７による制御下において穿孔機本体４が退避位置に移動する。これにより、製品又は半製品として被穿孔品を製造することができる。このようにして製造された被穿孔品は、摩耗量が少なく品質が維持されたドリルを用いて製作されているため、高品質な被穿孔品となる。
【０１１４】
（効果）
以上のようなドリル異常検知システム３、ドリル異常検知方法、穿孔システム１及び被穿孔品の製造方法は、ドリルの振動及び回転数の少なくとも一方をセンサで検出し、ドリルの振動又は回転数の変動量に基づいてドリルの欠損、摩耗、位置ずれ等のドリルを用いた穿孔中における異常を検知できるようにしたものである。また、センサで検出された信号を、無線で出力するようにしたものである。
【０１１５】
このため、ドリル異常検知システム３、ドリル異常検知方法、穿孔システム１及び被穿孔品の製造方法によれば、ドリルの欠損、摩耗、位置ずれ等の異常を穿孔中において検知することができる。その結果、穿孔の精度を向上させることができる。すなわち、被穿孔品の品質を向上させることができる。尚、実際に穿孔試験を行った結果、設計された孔の直径、すなわちドリルの基準径に対して０ｍｍから＋０．０７６２ｍｍ以内の誤差で穿孔を行えることが確認された。
【０１１６】
また、異常が検知された場合には異常の内容を確認したり、許容できない異常が検知された場合には、穿孔を中断することによって、連続して不具合が発生することを防止することができる。更に、穿孔試験等によって新たな異常の類型が判明した場合には、異常と判断するための基準を容易に変更することができる。また、異常の検出感度を調整することもできる。
【０１１７】
しかも、ドリル異常検知システム３を構成する振動センサ１２及び回転数センサ１３等の部品はいずれも小型化が可能であり、かつ電源供給やデータ通信のため有線接続を不要にすることができる。このため、ドリル異常検知システム３を様々なタイプの穿孔機に搭載することができる。
【０１１８】
例えば、既に運用中の穿孔機に対しても、ドリル異常検知システム３を追加することによって、穿孔中における異常検知機能を付与することができる。特に、穿孔機のタイプに依らずモニタリングが容易な振動及び回転数を異常検知用にモニタリングするため、電動式の穿孔機はもちろん、エア駆動式の穿孔機であってもドリル異常検知システム３を設けることができる。また、有線接続を不要にできるため、図示されるような自走式の穿孔機本体４を備えた穿孔機２や、電源設備がない場所に持ち込んで使用される穿孔機であっても、ドリル異常検知システム３を設けることによって、異常監視を行うことができる。
【０１１９】
（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
【符号の説明】
【０１２０】
１  穿孔システム
２  穿孔機
３  ドリル異常検知システム
４  穿孔機本体
５  ドリルヘッド
５Ａ  ケーシング
５Ｂ  回転シャフト
６  送り機構
６Ａ  ラック・アンド・ピニオン
６Ｂ  モータ
７  制御装置
７Ａ  本体部
７Ｂ  制御信号受信装置
７Ｃ  記憶装置
７Ｄ  制御信号生成部
７Ｅ  無線機
８  走行機構
８Ａ  第１の走行機構
８Ｂ  第２の走行機構
９  穿孔板
１０  ＩＣタグ
１１  ＩＣタグリーダ
１１Ａ  無線機
１２  振動センサ
１３  回転数センサ
１４  信号処理系
１４Ａ  記憶装置
１５  無線機
１６  入力装置
１７  表示装置
Ｗ  ワーク
Ｗ１  板状の部品
Ｗ２  長尺構造物
【図１】
2018176329.tif 000003
【図２】
2018176329.tif 000004
【図３】
2018176329.tif 000005
【図４】
2018176329.tif 000006
【図５】
2018176329.tif 000007
【図６】
2018176329.tif 000008
【図７】
2018176329.tif 000009
【図８】
2018176329.tif 000010
【図９】
2018176329.tif 000011