(57)【要約】【課題】エア駆動式の自動穿孔機に工具の異常検知機能を簡易に付加できるようにすることである。【解決手段】実施形態に係る異常検知システムは、エアで少なくともスピンドルを回転させることによって工具を回転させる動作を行う穿孔機に取付けられ、前記工具及び前記スピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を検出するセンサと、前記センサで検出された振動又は回転数に基づいて穿孔異常を検知する信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記エアに基づいて決定した期間に前記穿孔異常の検知を行うように構成されるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアで少なくともスピンドルを回転させることによって工具を回転させる動作を行う穿孔機に取付けられ、前記工具及び前記スピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を検出するセンサと、
前記センサで検出された振動又は回転数に基づいて穿孔異常を検知する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、前記エアに基づいて決定した期間に前記穿孔異常の検知を行うように構成される異常検知システム。
【請求項２】
前記エアの流量を測定する流量センサを更に備え、
前記信号処理部は、前記流量センサで測定された前記流量が閾値以上となっている期間又は閾値を超えている期間に前記穿孔異常の検知を行うように構成される請求項１記載の異常検知システム。
【請求項３】
複数の前記穿孔機に前記振動又は回転数を検出するセンサと前記流量センサを取付け、
前記信号処理部は、前記複数の穿孔機にそれぞれ取付けられた前記複数の流量センサで測定された前記流量に基づいて前記複数の穿孔機から選択された穿孔機を対象として前記穿孔異常の検知を行うように構成される請求項２記載の異常検知システム。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記センサで検出された前記振動又は回転数の時間変化を表す波形の特徴を表す指標値が許容範囲外となった場合に前記穿孔異常が発生したと判定するように構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異常検知システム。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記工具の回転が開始されてから前記工具が被切削材に接触して穿孔を行い、前記被切削材の穿孔が完了した後に前記工具が前記被切削材から退避して前記工具の回転が終了するまでにおける前記振動又は回転数の時間変化を表す波形の特徴を表す指標値が許容範囲外となった場合に前記穿孔異常が発生したと判定するように構成される請求項４記載の異常検知システム。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記波形の２乗平均平方根を用いて定義された第１の指標値及び前記波形の尖度を用いて定義された第２の指標値の少なくとも一方が許容範囲外となった場合に前記穿孔異常が発生したと判定するように構成される請求項４又は５記載の異常検知システム。
【請求項７】
前記センサを前記穿孔機に固定するための固定具を更に備え、
前記センサのみを前記固定具から着脱可能に構成した請求項１乃至６のいずれか１項に記載の異常検知システム。
【請求項８】
前記固定具は前記センサを着脱可能に固定する磁石を有する請求項７記載の異常検知システム。
【請求項９】
前記固定具に前記センサの位置決め用のガイドを設けた請求項７又は８記載の異常検知システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の異常検知システムを備えた穿孔機。
【請求項１１】
請求項１０記載の穿孔機で被切削材を穿孔することによって製品又は半製品を製造する穿孔方法。
【請求項１２】
エアで少なくともスピンドルを回転させることによって工具を回転させる動作を行う穿孔機に、前記工具及び前記スピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を検出するセンサを取付け、
前記エアに基づいて決定した期間に前記センサで検出された振動又は回転数に基づいて穿孔異常を検知する異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、異常検知システム、異常検知方法、穿孔機及び穿孔方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、穿孔機等の様々な機械加工装置には、加工異常を検知する装置が設けられる場合が多い（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。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。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３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０４９１０５号公報
【特許文献２】特開平５−３３７７９０号公報
【特許文献３】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】
【０００４】
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。このため、エア駆動式の自動穿孔機に後発的に簡易に穿孔の異常検知機能を付加することが困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、エア駆動式の自動穿孔機に工具の異常検知機能を簡易に付加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】
【０００６】
本発明の実施形態に係る異常検知システムは、エアで少なくともスピンドルを回転させることによって工具を回転させる動作を行う穿孔機に取付けられ、前記工具及び前記スピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を検出するセンサと、前記センサで検出された振動又は回転数に基づいて穿孔異常を検知する信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記エアに基づいて決定した期間に前記穿孔異常の検知を行うように構成されるものである。
【０００７】
また、本発明の実施形態に係る異常検知方法は、エアで少なくともスピンドルを回転させることによって工具を回転させる動作を行う穿孔機に、前記工具及び前記スピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を検出するセンサを取付け、前記エアに基づいて決定した期間に前記センサで検出された振動又は回転数に基づいて穿孔異常を検知するものである。
【０００８】
また、本発明の実施形態に係る穿孔機は、上述した異常検知システムを備えたものである。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る穿孔方法は、上述した穿孔機で被切削材を穿孔することによって製品又は半製品を製造するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る異常検知システムを備えた穿孔機の構成図。
【図２】図１に示すセンサを固定具に着脱可能に取付ける方法の例を示す図。
【図３】図２に示す固定具にセンサの位置決め用のガイドを設けた例を示す図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る異常検知システムを備えた穿孔機の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る異常検知システム、異常検知方法、穿孔機及び穿孔方法について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
（異常検知システム及び穿孔機の構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る異常検知システムを備えた穿孔機の構成図である。
【００１３】
穿孔機１は異常検知システム２を備えている。異常検知システム２は、ドリルやリーマ等の工具Ｔの破損等による穿孔異常を検知するアタッチメントとして穿孔機１に取付けることができる。異常検知システム２の取付対象となる穿孔機１はエアで少なくともスピンドル（主軸）を回転させることによって工具Ｔを回転させる動作を行うエア駆動式の穿孔機である。穿孔機１にはエアによって工具Ｔを回転させるエア駆動式の回転装置のみならず、エアによって工具Ｔを工具軸方向に送り出すエア駆動式の送り装置を設けることができる。
【００１４】
異常検知システム２は、工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数に基づいて穿孔異常を検知するシステムである。異常検知システム２は、センサ３、流量センサ４及び信号処理部５で構成することができる。
【００１５】
センサ３は、穿孔異常を検知するために取得されるパラメータである工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を検出する振動センサ又は回転数センサである。従って、センサ３は、穿孔機１に取付けられる。工具Ｔの回転数と、スピンドルの回転数は同一である。従って、回転数を検出する場合には、工具Ｔ及びスピンドルの一方の回転数を検出すれば、他方の回転数も必然的に検出されることになる。
【００１６】
他方、工具Ｔはスピンドルに連結されるため、工具Ｔ及びスピンドルでそれぞれ生じた振動は相互に伝搬する。このため、振動センサの取付位置によっては、工具Ｔ及びスピンドルでそれぞれ生じた振動を合成した振動が検出される。すなわち、振動センサの取付位置をスピンドルから遠い位置とする一方、工具Ｔに近い位置とする程、工具Ｔの振動成分が支配的な振動が検出される。逆に、振動センサの取付位置を工具Ｔから遠い位置とする一方、スピンドルに近い位置とする程、スピンドルの振動成分が支配的な振動が検出される。
【００１７】
穿孔機１に異常検知システム２を後発的に取付ける場合には、穿孔機１にはセンサ３を取付けるための構造が無い。そこで、センサ３を穿孔機１に固定するための金具等の固定具６をアタッチメントとして穿孔機１の筐体や工具Ｔのホルダ等にネジ等の締付具で取付け、固定具６にセンサ３を取付けることができる。
【００１８】
接触式のセンサ３を工具Ｔのホルダ等に配置すれば、振動又は回転数の検出感度を向上させることができる。但し、工具Ｔを交換する際における衝撃や工具Ｔの衝突によってセンサ３が故障する恐れがある。また、工具Ｔを交換する際にセンサ３と接続される信号線が邪魔になる可能性もある。
【００１９】
そこで、穿孔機１に異常検知システム２を取付けた後、固定具６については穿孔機１に常時固定する一方、センサ３のみを固定具６から着脱可能に構成することができる。これにより、工具Ｔの交換に起因するセンサ３の故障を回避しつつ、工具Ｔを容易に交換できるようにすることができる。
【００２０】
センサ３を固定具６に着脱可能に取付ける方法としては、両面テープを用いる方法やネジで締付ける方法も考えられる。但し、両面テープを用いる方法では、センサ３を保持する強度が低い上、同一の位置にセンサ３を取付ける再現性が低い。一方、ネジで締付ける方法の場合にはネジの着脱作業が必要となる。
【００２１】
図２は図１に示すセンサ３を固定具６に着脱可能に取付ける方法の例を示す図である。
【００２２】
そこで、図２に例示されるように固定具６に磁石６Ａを設け、磁石６Ａでセンサ３を着脱可能に固定することができる。すなわち、センサ３の筐体を磁性体で構成し、固定具６に設けたネオジム磁石等の十分な磁場を形成する磁石６Ａにセンサ３を着脱可能に取付けることができる。これにより、ネジの締付等の作業を行うことなく簡単かつ強固にセンサ３を繰返し固定具６に着脱することができる。
【００２３】
図３は図２に示す固定具６にセンサ３の位置決め用のガイド６Ｂを設けた例を示す図である。
【００２４】
図３に例示されるように固定具６にセンサ３の位置決め用のガイド６Ｂを設けることもできる。図示される例ではセンサ３の筐体が矩形である。このため、固定具６に位置決め用のガイド６Ｂとしてセンサ３の筐体を嵌め込むための矩形の枠が形成されている。このようなセンサ３の位置決め用のガイド６Ｂを固定具６に設けることによって、固定具６へのセンサ３の繰返し位置決め精度を確保することができる。
【００２５】
上述した振動センサ又は回転数センサ等のセンサ３とは別に設けられる流量センサ４は、穿孔機１を駆動するためのエアの流量を測定するセンサである。従って、流量センサ４は、穿孔機１又は穿孔機１にエアを供給するための配管７に取付けられる。図１に示す例では、エアを穿孔機１に供給するための配管７に流量センサ４が取付けられている。流量センサ４については、穿孔機１に異常検知システム２を取付けた後、常時取付にすることができる。
【００２６】
振動センサ又は回転数センサ等のセンサ３の出力側と、流量センサ４の出力側は信号処理部５と信号線で接続される。すなわち、センサ３で取得された工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数の検出信号と、流量センサ４で検出されたエアの流量の検出信号は信号処理部５に出力される。
【００２７】
信号処理部５は、センサ３で検出された工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数に基づいて穿孔異常を検知する装置である。穿孔異常の検知は、センサ３から出力される振動又は回転数の検出信号に対する信号処理によって行うことができる。従って、信号処理部５は、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）変換器やプログラムを読込ませたコンピュータ等の電気回路で構成することができる。
【００２８】
工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数に基づく穿孔異常の検知を信号処理部５に電力を供給する電源の切換えのみによって常時行うようにすると、穿孔すべき孔の数によっては信号処理量が大きくなり、信号処理が非現実的となる恐れがある。そこで、工具Ｔの回転が開始されてから終了するまでの間に穿孔異常の検知を行うように信号処理部５を構成することができる。工具Ｔの回転が開始されてから終了するまでの期間は、穿孔機１に工具Ｔの回転を行うためのエアが供給されているか否かで判定することができる。
【００２９】
このため、信号処理部５において、穿孔機１を駆動するために穿孔機１に供給されるエアに基づいて、工具Ｔの回転が開始されてから終了するまでの期間を検出することができる。より具体的には、流量センサ４から信号処理部５に出力されるエアの流量の検出信号に対する閾値処理を信号処理部５において実行することができる。そして、流量センサ４で測定された流量が閾値以上となっている期間又は閾値を超えている期間に信号処理部５において穿孔異常の検知を行うようにすることができる。
【００３０】
信号処理部５において実行される閾値処理の閾値は、試験によって工具Ｔの回転等を行うためのエアの流量の下限値以下に決定することができる。これにより、閾値処理によって、工具Ｔの回転等を行うためのエアが、流量センサ４が取付けられているエアの流路を流れているか否かを判定することができる。
【００３１】
そして、工具Ｔの回転等を行うためのエアが流量センサ４で検出されたことをトリガとして穿孔異常の検知を開始する一方、工具Ｔの回転等を行うためのエアが流量センサ４で検出されなくなったことをトリガとして穿孔異常の検知を終了することができる。つまり、流量センサ４は、信号処理部５における穿孔異常の検知のための工具Ｔ又はスピンドルの振動又は回転数の測定及び記録の開始と終了を指示するためのトリガーを信号処理部５に出力するスイッチとして機能する。これにより、エアに基づいて決定された期間に限り、信号処理部５において穿孔異常の検知を行うようにすることができる。
【００３２】
例えば、工具Ｔの回転と工具軸方向への送りが別々のエア信号で実行される場合には、工具Ｔの送り用のエア信号の流量を流量センサ４で検出することができる。この場合には、流量センサ４で検出されたエアの流量に基づいて、工具Ｔの送りが開始されて穿孔が行われ、再び工具Ｔが工具軸方向における元の位置まで戻る間の期間に信号処理部５において穿孔異常の検知を行うようにすることができる。
【００３３】
一方、工具Ｔの回転のみがエアによって実行される場合、すなわち工具Ｔの送り機能が無い場合や工具Ｔの回転と送りが共通のエアで実行される場合には、エアの流量を流量センサ４で検出することによって、工具Ｔの回転が開始されてから終了するまでの期間に信号処理部５において穿孔異常の検知を行うようにすることができる。
【００３４】
尚、センサ３は、信号処理部５において穿孔異常の検知が行われる期間にのみ電源から電力を供給して動作するようにしても良いし、センサ３については電源のオンとオフとの切換によって動作するようにし、信号処理部５におけるセンサ３の検出信号の記録と信号処理を、エアに基づいて決定した期間にのみ実行するようにしても良い。例えば、センサ３の消費電力が小さい場合であれば、センサ３については電源のオンとオフとの切換によって動作するように制御することにより、センサ３の制御を簡易にすることができる。
【００３５】
信号処理部５における穿孔異常の検知についても、センサ３から出力される工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を表す検出信号に対する閾値処理を含む信号処理によって行うことができる。具体例として、センサ３で検出された振動又は回転数の時間変化を表す波形の特徴を表す指標値が許容範囲外となった場合に穿孔異常が発生したと判定することができる。
【００３６】
振動又は回転数の時間変化を表す波形の特徴を表す指標値としては、振幅やある時刻におけるピーク値など、試験によって所望のパラメータを採用することができる。様々な指標値による試験の結果、波形の２乗平均平方根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）を用いて定義した指標値と、波形の尖度を用いて定義した指標値を対象として評価すると、良好な精度で穿孔異常を検出できることが確認された。従って、信号処理部５において波形のＲＭＳを用いて定義された第１の指標値及び波形の尖度を用いて定義された第２の指標値の少なくとも一方が許容範囲外となった場合に穿孔異常が発生したと判定するアルゴリズムによって穿孔異常の検出を行えば、良好な精度で穿孔異常を検出することができる。尚、指標値の算出前後にノイズ除去処理や正規化処理を行うようにしても良い。
【００３７】
穿孔異常の検知を行うための別の信号処理方法としては、センサ３で検出された振動又は回転数の時間変化を表す波形と、穿孔異常が発生していない場合に対応する基準となる波形との間における最小２乗誤差や相互相関係数等の乖離量を表す指標値が閾値以上又は閾値を超えた場合に穿孔異常が発生したと判定する方法が挙げられる。
【００３８】
エアをトリガとして工具Ｔの回転が開始されてから終了するまでの期間に穿孔異常の検知を行う場合には、工具Ｔの回転が開始されてから工具Ｔが被切削材に接触して穿孔を行い、被切削材の穿孔が完了した後に工具Ｔが被切削材から退避して工具Ｔの回転が終了するまでにおける工具Ｔ又はスピンドルの振動又は回転数の時間変化を表す波形が信号処理部５で取得されることになる。
【００３９】
このため、例えば、工具Ｔの回転が開始されてから終了するまでにおける工具Ｔ又はスピンドルの振動又は回転数の時間変化を表す波形の特徴を表す指標値が許容範囲外となった場合に穿孔異常が発生したと判定することができる。或いは、工具Ｔの回転が開始されてから終了するまでにおける工具Ｔ又はスピンドルの振動又は回転数の時間変化を表す波形と、基準となる波形との間における乖離量を表す指標値を求めて閾値と比較することにより、穿孔異常の有無を判定することができる。
【００４０】
すなわち、工具Ｔが被切削材と接触していない期間における波形も含めて波形の特徴を表す指標値の算出又は基準波形との比較を行うことができる。これにより、センサ３で検出された波形から穿孔中における波形を抽出するための複雑な信号処理を行うことなく穿孔異常の検知を行うことが可能となる。換言すれば、穿孔中であることを検出せずに穿孔異常の検知を行うことができる。
【００４１】
（異常検知方法及び穿孔方法）
異常検知システム２で穿孔機１における穿孔異常の検知を行う場合には、穿孔機１に異常検知システム２が取付けられる。具体的には、工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を検出するセンサ３が、エアで少なくともスピンドルを回転させることによって工具Ｔを回転させる動作を行う穿孔機１に取付けられる。また、エアを穿孔機１に供給する配管７等にエアの流量センサ４が取付けられる。
【００４２】
異常検知システム２を備えた穿孔機１で穿孔異常の検知を行いながら被切削材の穿孔を行う場合には、エア供給系から穿孔機１に少なくともスピンドルを回転させるためのエアが供給される。供給されたエアは、配管７を通って穿孔機１に供給される。これにより、穿孔機１が駆動し、被切削材の穿孔が実行される。
【００４３】
一方、流量センサ４から信号処理部５にエアの流量の検出信号が出力される。これにより、信号処理部５において穿孔機１にエアが供給されたことが検出される。すなわち、信号処理部５において、穿孔機１による穿孔が開始されたことが検出される。そうすると、信号処理部５は、流量センサ４によって検出されたエアに基づいて、工具Ｔの回転が開始されてから終了するまでの間にセンサ３で検出された工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数に基づく穿孔異常の検知を行う。
【００４４】
具体的には、振動センサ又は回転数センサ等のセンサ３で検出された工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数が信号処理部５に出力される。そうすると、信号処理部５は、工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を表す波形信号に対する信号処理を行うことによって穿孔異常が生じたか否かを判定する。穿孔異常が生じたと判定された場合には、穿孔異常の発生をユーザに通知するための情報をディスプレイ等の所望の出力装置に出力することができる。これにより、ユーザは穿孔異常の有無を確認することができる。
【００４５】
穿孔異常が発生しなければ、穿孔機１による被切削材の穿孔を続行することができる。そして、被切削材の穿孔によって、製品又は半製品を製造することができる。
【００４６】
（効果）
以上のような異常検知システム２、異常検知方法、穿孔機１及び穿孔方法は、工具Ｔを回転させるためのエアをトリガとし、工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数に基づいて穿孔異常の検知を行うようにしたものである。このため、異常検知システム２、異常検知方法、穿孔機１及び穿孔方法によれば、エア駆動式の穿孔機１に後発的に穿孔の異常検知機能を付加することができる。
【００４７】
また、穿孔機１に供給されるエアをトリガとして穿孔異常の検知を行うことによって、穿孔異常の検知のためにセンサ３から出力される検出信号を記録する期間を、穿孔機１による穿孔動作の開始から終了までの期間に限定することができる。すなわち、穿孔異常の検知を行う期間を、自動的に穿孔期間に合わせることができる。これにより、センサ３から出力される検出信号の無駄な記録や信号処理を回避することができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係る異常検知システムを備えた穿孔機の構成図である。
【００４９】
図４に示された第２の実施形態における異常検知システム２Ａは、複数の穿孔機１における穿孔異常を検知できるようにした点が第１の実施形態における異常検知システム２と相違する。第２の実施形態における異常検知システム２Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における異常検知システム２と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００５０】
複数の穿孔機１における穿孔異常の検知を行う場合には、図４に例示されるように複数の穿孔機１間において信号処理部５を共通にすることができる。すなわち、共通の信号処理部５で複数の穿孔機１における穿孔異常の検知を行うことができる。
【００５１】
その場合には、複数の穿孔機１にそれぞれ工具Ｔ及びスピンドルの少なくとも一方の振動又は回転数を検出するセンサ３と、流量センサ４が取付けられる。そして、信号処理部５は、複数の穿孔機１にそれぞれ取付けられた複数の流量センサ４で測定された流量に基づいて複数の穿孔機１から選択された単一又は複数の穿孔機１を対象として穿孔異常の検知を行うように構成される。すなわち、エアが供給された穿孔機１のみを対象として穿孔異常の検知を行うようにすることができる。
【００５２】
以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、複数の穿孔機１における穿孔異常を検知する場合において、信号処理部５の構成を簡易にできるという効果が得られる。
【００５３】
（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】
【００５４】
１  穿孔機
２  異常検知システム
３  センサ
４  流量センサ４
５  信号処理部
６  固定具
６Ａ  磁石
６Ｂ  ガイド
７  配管
Ｔ  工具
【図１】
2019209413.tif 000003
【図２】
2019209413.tif 000004
【図３】
2019209413.tif 000005
【図４】
2019209413.tif 000006