(57)【要約】【課題】加工機の作動等に起因して生じる振幅信号による影響を抑えて精度良く金型等の破損の状態を検出することにより、被加工物に対する加工精度および被加工物の品質を維持・向上させることが可能な金型等の破損状態検出方法を提供する。【解決手段】ワークＷＫを鍛造加工する鍛造機１００のダイ１０２にアコースティックエミッションを検出するためのＡＥセンサ２００を設置し、鍛造機１００をカラ打ち運転させてＡＥ検出信号を検出する。検出したＡＥ検出信号に基づいて、ワークＷＫの鍛造加工時に検出されるＡＥ検出信号からＡＥを抽出するための有効範囲をコンピュータ装置４０１に設定する。そして、ワークＷＫを鍛造加工する際、検出されたＡＥ検出信号から設定した有効範囲内の振幅信号を抽出し、抽出した振幅信号に基づいてＡＥのフラクタル次元ｍを計算してダイ１０２の寿命を判定する。また、ダイ１０２が寿命に達したとき鍛造機１００の作動を停止させる。【選択図】  図１
2008180558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を塑性加工または切削加工する加工機に用いる前記塑性加工のための金型または前記切削加工のための切削工具の破損の状態を検出する破損状態検出方法において、
アコースティックエミッションを検出するためのＡＥセンサを用いて、前記金型または前記切削工具のアコースティックエミッションを検出して、同アコースティックエミッションに対応する振幅信号を取得するＡＥ検出ステップと、
前記ＡＥ検出ステップにて取得した前記振幅信号のうち、所定の振幅信号を抽出する振幅信号抽出ステップと、
前記振幅信号抽出ステップにて抽出した前記所定の振幅信号に基づいてフラクタル次元を計算するフラクタル次元計算ステップと、
前記フラクタル次元計算ステップにて計算した前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の破損の状態を検出する破損状態検出ステップとを含むことを特徴とする破損状態検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載した破損状態検出方法において、さらに、
前記ＡＥセンサを用いて、前記被加工物に対して前記塑性加工または前記切削加工を行わない前記加工機の作動に起因する振動を検出して、同振動に対応する非加工振幅信号を取得する非加工ＡＥ検出ステップと、
前記非加工ＡＥ検出ステップにて取得した非加工振幅信号に基づいて前記所定の振幅信号を決定する振幅信号決定ステップとを含む破損状態検出方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した破損状態検出方法において、
前記所定の振幅信号は、振幅値によって規定される破損状態検出方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出方法において、
前記破損状態検出ステップは、
前記フラクタル次元計算ステップにて計算した前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の寿命を判定する寿命判定ステップを含む破損状態検出方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出方法において、
前記破損状態検出ステップは、
前記フラクタル次元計算ステップにて計算した前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の寿命を予測する寿命予測ステップを含む破損状態検出方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出方法において、
前記破損状態検出ステップは、
前記フラクタル次元計算ステップにて計算した前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の破損を検出する破損検出ステップを含む破損状態検出方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出方法において、さらに、
前記フラクタル次元計算ステップにて計算した前記フラクタル次元に基づく信号を前記加工機に出力するフラクタル次元出力ステップを含む破損状態検出方法。
【請求項８】
被加工物を塑性加工または切削加工する加工機に用いる前記塑性加工のための金型または前記切削加工のための切削工具の破損の状態の検出を、情報を表示するための表示装置を備えたコンピュータを用いて実現するための破損状態検出プログラムにおいて、
前記コンピュータに、
アコースティックエミッションを検出するためのＡＥセンサを用いて、前記金型または前記切削工具のアコースティックエミッションに対応する振幅信号を取得させ、
前記取得した前記振幅信号のうち、所定の振幅信号を抽出させ、
前記抽出した前記所定の振幅信号に基づいてフラクタル次元を計算させ、
前記計算した前記フラクタル次元に基づく情報を前記表示装置に表示させるようにしたことを特徴とする破損状態検出プログラム。
【請求項９】
請求項８に記載した破損状態検出プログラムにおいて、
前記コンピュータに、さらに、
前記ＡＥセンサを用いて、前記被加工物に対して前記塑性加工または前記切削加工を行わない前記加工機の作動に起因する振動に対応する非加工振幅信号を取得させ、
前記取得した非加工振幅信号に基づいて前記所定の振幅信号を決定させるようにした破損状態検出プログラム。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載した破損状態検出プログラムにおいて、
前記所定の振幅信号は、振幅値によって規定される破損状態検出プログラム。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出プログラムにおいて、
前記コンピュータに、さらに、
前記計算した前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の寿命を判定させるようにした破損状態検出プログラム。
【請求項１２】
請求項８ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出プログラムにおいて、
前記コンピュータに、さらに、
前記計算した前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の寿命を予測させるようにした破損状態検出プログラム。
【請求項１３】
請求項８ないし請求項１２のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出プログラムにおいて、
前記コンピュータに、さらに、
前記計算した前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の破損を検出させるようにした破損状態検出プログラム。
【請求項１４】
請求項８ないし請求項１３のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出プログラムにおいて、
前記コンピュータに、さらに、
前記計算した前記フラクタル次元に基づく信号を前記加工機に出力させるようにした破損状態検出プログラム。
【請求項１５】
被加工物を塑性加工または切削加工する加工機に用いる前記塑性加工のための金型または前記切削加工のための切削工具の破損の状態を検出する破損状態検出装置において、
アコースティックエミッションを検出するためのＡＥセンサを用いて、前記金型または前記切削工具のアコースティックエミッションを検出して、同アコースティックエミッションに対応する振幅信号を出力するＡＥ検出手段と、
前記ＡＥ検出手段から出力された前記振幅信号のうち、所定の振幅信号を抽出する振幅信号抽出手段と、
前記振幅信号抽出手段によって抽出された前記所定の振幅信号に基づいてフラクタル次元を計算するフラクタル次元計算手段と、
前記フラクタル次元計算手段によって計算された前記フラクタル次元に基づく情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする破損状態検出装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載した破損状態検出装置において、さらに、
前記ＡＥセンサを用いて、前記被加工物に対して前記塑性加工または前記切削加工を行わない前記加工機の作動に起因する振動を検出して、同振動に対応する非加工振幅信号を取得する非加工ＡＥ検出手段と、
前記非加工ＡＥ検出手段にて取得した非加工振幅信号に基づいて前記所定の振幅信号を決定する振幅信号決定手段とを備える破損状態検出装置。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６に記載した破損状態検出装置において、
前記所定の振幅信号は、振幅値によって規定される破損状態検出装置。
【請求項１８】
請求項１５ないし請求項１７のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出装置において、さらに、
前記フラクタル次元計算手段によって計算された前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の寿命を判定する寿命判定手段を備えた破損状態検出装置。
【請求項１９】
請求項１５ないし請求項１８のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出装置において、さらに、
前記フラクタル次元計算手段によって計算された前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の寿命を予測する寿命予測手段を備えた破損状態検出装置。
【請求項２０】
請求項１５ないし請求項１９のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出装置において、さらに、
前記フラクタル次元計算手段によって計算された前記フラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の破損を検出する破損検出手段を備えた破損状態検出装置。
【請求項２１】
請求項１５ないし請求項２０のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出装置において、さらに、
前記フラクタル次元計算手段によって計算された前記フラクタル次元に基づく信号を前記加工機に出力するフラクタル次元出力手段を備えた破損状態検出装置。
【請求項２２】
請求項１５ないし請求項２１のうちのいずれか１つに記載した破損状態検出装置において、
前記ＡＥ検出手段にて用いる前記ＡＥセンサは、前記金型または前記切削工具を支持する支持部に取り付けられている破損状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を塑性加工または切削加工する加工機に用いられ、塑性加工に用いられる金型または切削加工に用いられる切削工具の破損の状態を検出する破損状態検出方法、破損状態検出プログラムおよび破損状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属などの被加工物に対して塑性加工または切削加工を行う加工装置においては、被加工物の加工中に塑性加工を行うための金型（例えば、ダイやパンチ）または切削加工を行うための切削工具（ドリルやバイト）に亀裂、欠けまたは割れなどの破損が生じ、被加工物に対する加工精度が低下することがある。このような被加工物の加工中における金型等の破損による加工精度の低下を防止するため、例えば、下記特許文献１〜３に示すようなアコースティックエミッション（Acoustic Emission：以下、単に「ＡＥ」という）を用いた金型等の破損の検出または予測する方法・装置がある。ここでＡＥとは、金型等を構成する材料の変形や破壊の発生または進展に伴って生じる弾性波のことである。
【特許文献１】特開平０９−２５１００７号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９３６３号公報
【特許文献３】特開２００５−１２５４８０号公報
【０００３】
具体的には、上記特許文献１には、被加工物をプレス加工する際に被加工物から生じるＡＥの変化に基づいて被加工物をプレス加工する金型の劣化を評価する方法・装置が開示されている。また、上記特許文献２には、被加工物を加工する金型に破損が存在する場合と破損が存在しない場合とにおける各ＡＥの相違に基づいて金型の破損を検出する方法・装置が開示されている。また、上記特許文献３には、被加工物を切削加工する切削工具から生じるＡＥのフラクタル次元の変化と同切削工具の切削抵抗とを用いて切削工具の寿命を予測しながら加工を行う方法が開示されている。
【０００４】
しかしながら、被加工物に対して塑性加工または切削加工を行いながらＡＥを検出する場合においては、検出信号の中にＡＥ以外に塑性加工・切削加工または加工機の作動等に起因して生じた振幅信号（弾性波）が含まれる。特に、鍛造、転造およびプレス加工などの塑性加工においては、被加工物と金型との衝撃や摩擦に起因して大きな振動および騒音が生じるため、検出信号中にはＡＥ以外の多くの振幅信号が含まれる。また、検出されたＡＥにも塑性加工・切削加工または加工機の作動等に起因するノイズが重畳する。このため、このような検出信号に基づいて行われる金型等の破損の検出または予測の精度が低下し、被加工物に対する加工精度や被加工物の品質が低下するという問題がある。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、被加工物の塑性加工または切削加工、および加工機の作動等に起因して生じる振幅信号およびノイズによる影響を抑えて精度良く金型等の破損の状態を検出することにより、被加工物に対する加工精度および被加工物の品質を維持・向上させることが可能な金型等の破損状態検出方法、破損状態検出プログラムおよび破損状態検出装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、被加工物を塑性加工または切削加工する加工機に用いる前記塑性加工のための金型または前記切削加工のための切削工具の破損の状態を検出する破損状態検出方法において、アコースティックエミッションを検出するためのＡＥセンサを用いて、前記金型または前記切削工具のアコースティックエミッションを検出して、同アコースティックエミッションに対応する振幅信号を取得するＡＥ検出ステップと、ＡＥ検出ステップにて取得した振幅信号のうち、所定の振幅信号を抽出する振幅信号抽出ステップと、振幅信号抽出ステップにて抽出した前記所定の振幅信号に基づいてフラクタル次元を計算するフラクタル次元計算ステップと、フラクタル次元計算ステップにて計算したフラクタル次元を用いて前記金型または前記切削工具の破損の状態を検出する破損状態検出ステップとを含むことにある。この場合、前記所定の振幅信号は、振幅値によって規定するとよい。
【０００７】
このように構成した本発明の特徴によれば、被加工物の塑性加工に用いる金型または切削加工に用いる切削工具に生じるＡＥを含む振幅信号の中から、所定の信号を抽出している。そして、抽出した振幅信号を用いてＡＥのフラクタル次元を計算するとともに、同計算したフラクタル次元に基づいて金型等の破損の状態を検出している。したがって、被加工物の加工に用いる金型等に生じるＡＥの振幅信号が既知であれば、ＡＥセンサによって検出された振幅信号から上記ＡＥの振幅信号を抽出することにより、精度良くフラクタル次元を計算することができる。ＡＥは、物体の破壊に応じて生じる弾性波であり、フラクタル次元はこの破壊の程度を評価できる指標である。したがって、作業者は、このフラクタル次元の値に基づいて金型等の破損の状態を正確に検出することができる。この結果、被加工物に対する加工精度および被加工物の品質を維持・向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、前記破損状態検出方法において、さらに、ＡＥセンサを用いて、被加工物に対して塑性加工または切削加工を行わない加工機の作動に起因する振動を検出して、同振動に対応する非加工振幅信号を取得する非加工ＡＥ検出ステップと、非加工ＡＥ検出ステップにて取得した非加工振幅信号に基づいて前記所定の振幅信号を決定する振幅信号決定ステップとを含むことにある。これによれば、被加工物の加工に用いる金型等に生じるＡＥの振幅信号が不明であっても、この金型およびこの金型が用いられる加工機特有のノイズ成分を検出することができる。そして、検出されたノイズ成分を除外するように抽出する所定の振幅値を決定すればよい。これによっても、精度良く金型等の破損の状態を検出することができ、被加工物に対する加工精度および被加工物の品質を維持・向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、前記破損状態検出方法において、破損状態検出ステップは、フラクタル次元計算ステップにて計算したフラクタル次元を用いて金型または切削工具の寿命を判定する寿命判定ステップを含むことにある。これによれば、被加工物の加工に用いる金型等の破損の前に、金型の使用限界を知ることができる。これにより、破損した金型等で被加工物を加工することを防止することができる。これによっても、被加工物に対する加工精度および被加工物の品質を維持・向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、前記破損状態検出方法において、破損状態検出ステップは、フラクタル次元計算ステップにて計算したフラクタル次元を用いて金型または切削工具の寿命を予測する寿命予測ステップを含むことにある。これによれば、被加工物の加工に用いる金型等が使用できる残存量（期間、加工回数など）を予測することができる。これにより、破損した金型等で被加工物を加工することを防止することができ、被加工物に対する加工精度および被加工物の品質を維持・向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、前記破損状態検出方法において、破損状態検出ステップは、フラクタル次元計算ステップにて計算したフラクタル次元を用いて金型または切削工具の破損を検出する破損検出ステップを含むことにある。これによれば、被加工物の加工に用いる金型等が加工中に破損した場合、迅速に金型等の破損を認識することができる。これにより、破損した金型等で被加工物を加工し続けることを防止することができ、不良品を大量に生産することが防止できる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、前記破損状態検出方法において、さらに、フラクタル次元計算ステップにて計算したフラクタル次元に基づく信号を加工機に出力するフラクタル次元出力ステップを含むことにある。これによれば、計算されたフラクタル次元に基づいて加工機の作動を制御することができる。これにより、例えば、被加工物の加工に用いる金型等が加工中に破損した場合、迅速に加工機を停止させるなど適当な処理を自動で行うことができる。
【００１３】
また、本発明は方法の発明として実施できるだけでなく、この方法を実現する装置の発明としても実施できるものである。この場合、破損状態検出装置において、ＡＥ検出手段にて用いるＡＥセンサを、例えば、金型または切削工具を支持する支持部に取り付けるとよい。これによれば、金型等の大きさやＡＥセンサの設置スペースの広狭、金型等の変位などの金型等の使用環境により、金型等自体にＡＥセンサを取り付けることが困難な場合であっても金型等からのアコースティックエミッションを検出することができる。
【００１４】
また、本発明は装置の発明の他にコンピュータ装置に実行させるプログラムの発明としても実施できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る破損状態検出方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る破損状態検出方法を適用した金型の破損状態検出システムの構成を模式的に示したブロック図である。この金型の破損状態検出システムは、鍛造機１００、ＡＥセンサ２００、ＡＥ装置３００およびパーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」という）４００から構成されている。
【００１６】
鍛造機１００は、パンチ１０１およびダイ１０２を備え炭素鋼からなるワークＷＫを鍛造加工する塑性加工装置である。パンチ１０１は、ワークＷＫに衝突してワークＷＫを塑性変形させる金型であり、超硬材（例えば、ＳＫＤ６１）を略凸状に形成して構成されている。このパンチ１０１は、鍛造機１００の図示しない送り機構によりダイ１０２に向かって水平方向に往復移動する。ダイ１０２は、パンチ１０１が衝突したワークＷＫを支持しつつワークＷＫを塑性変形させる金型であり、超硬材（例えば、ＳＤＫ６１）を略円筒状に形成して構成されている。このダイ１０２は、垂直方向に設けられたバックプレート１０３の側面に水平方向に固定されている。バックプレート１０３は、ダイ１０２を支持するとともに、ワークＷＫの鍛造加工による衝撃を受け止めるための板状の部材である。
【００１７】
また、鍛造機１００には、ワークＷＫを鍛造加工するための各種作動を制御するための制御装置１０４が設けられている。この制御装置１０４は、作業者による入力操作を受け付けるための操作盤１０４ａを備えており、作業者からの入力操作に従ってワークＷＫの鍛造加工のための各種作動を制御する。また、この制御装置１０４には、パソコン４００が接続されており、パソコン４００からの停止制御信号に従ってワークＷＫの鍛造加工を停止する。なお、この鍛造機１００は、ワークＷＫの鍛造加工を連続的（１００回／min）に行う鍛造機である。したがって、この鍛造機１００には、鍛造機１００に連続的にワークＷＫを供給するとともに、鍛造加工したワークＷＫを鍛造機１００から連続的に取り除くためのワーク供給排出機（図示せず）が併設されている。
【００１８】
鍛造機１００におけるダイ１０２の外周部には、ＡＥセンサ２００が取り付けられている。ＡＥセンサ２００は、ダイ１０２から生じるアコースティックエミッション（Acoustic Emission：以下、単に「ＡＥ」という）を検出するとともに、同検出したＡＥに対応する電気信号をＡＥ検出信号として出力する圧電素子である。すなわち、ＡＥセンサ２００は、ワークＷＫの鍛造加工によってダイ１０２に生じる変形や破壊に起因するＡＥを検出する。この場合、ＡＥは弾性波であるため、ＡＥセンサ２００から出力されるＡＥ検出信号は検出したＡＥに対応する振幅信号である。
【００１９】
ＡＥ装置３００は、プリアンプ３０１、バンドパスフィルタ３０２、メインアンプ３０３および検波回路３０４を備えている。プリアンプ３０１は、ＡＥセンサ２００から出力されたＡＥ検出信号を増幅してバンドパスフィルタ３０２に出力する。バンドパスフィルタ３０２は、ＡＥセンサ２００から出力されるＡＥ検出信号に重畳されるノイズを除去するための帯域制限フィルタである。具体的には、ＡＥセンサ２００から出力されたＡＥ検出信号における低周波成分および高周波成分を所定のしきい値によりカットする。ワークＷＫの鍛造加工時におけるＡＥセンサ２００から出力されるＡＥ検出信号には、ダイ１０２が受ける衝撃または鍛造機１００の作動に起因する振動による低周波成分（２０ＫＨｚ以下）が重畳されるとともに、各種制御回路で生じる高周波成分（ＭＨｚ領域）が重畳される。したがって、バンドパスフィルタ３０２は、ＡＥセンサ２００から出力されるＡＥ検出信号から、これらの機械的要因によるノイズおよび電気的要因によるノイズを除去する。なお、このバンドパスフィルタ３０２には、除去するノイズの範囲を電圧値によって調整するための図示しない操作子が設けられている。
【００２０】
メインアンプ３０３は、バンドパスフィルタ３０２から出力されたＡＥ検出信号を増幅して検波回路３０４に出力する。すなわち、バンドパスフィルタ３０２によってノイズが除去されたＡＥ検出信号、換言すれば、ＡＥの含まれる割合が高いＡＥ検出信号を増幅する。なお、本実施形態においては、プリアンプ３０１とメインアンプ３０３とを合わせた総利得を６０dBとした。検波回路３０４は、メインアンプ３０３から出力されたＡＥ検出信号から正の信号を取り出すための回路である。
【００２１】
パソコン４００は、コンピュータ装置４０１、入力装置４０２および表示装置４０３を備えている。コンピュータ装置４０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどから構成され、ＲＯＭやハードディスクに記録された図示しないプログラムに従って各種計算（情報）処理を行う演算装置である。また、コンピュータ装置４０１は、作業者の指示に従って図２および図４に示す各プログラムを実行することにより、ＡＥ装置３００から出力されたＡＥ検出信号を入力してダイ１０２の破損の状態を検出する。入力装置４０２は、キーボードおよびマウスから構成されており、作業者からの指示をコンピュータ装置４０１に入力する。また、表示装置４０３は、液晶ディスプレイで構成されており、コンピュータ装置４０１の作動状態およびコンピュータ装置４０１による処理結果を表示する。
【００２２】
次に、上記のように構成した金型の破損状態検出システムの作動について説明する。まず、作業者は、鍛造機１００、ＡＥ装置３００およびパソコン４００における図示しない各電源スイッチを投入して、作業者からの指令の入力を待つ待機状態とする。次に、作業者は、ＡＥの有効範囲を設定する。ＡＥの有効範囲とは、ＡＥ装置３００から出力されるＡＥ検出信号のうち、金型、具体的には、ダイ１０２の破損の状態の検出に用いるＡＥ検出信号の範囲である。このＡＥの有効範囲は、ＡＥ検出信号の振幅値によって規定される。
【００２３】
まず、作業者は、ＡＥ装置３００のバンドパスフィルタ３０２の図示しない操作子を操作して、ノイズ成分の除去範囲を０、すなわち、ＡＥセンサ２００から出力されるＡＥ検出信号からノイズ成分を除去しない状態に設定する。次に、作業者は、鍛造機１００にワークＷＫを供給しない状態で制御装置１０４の操作盤１０４ａを操作して鍛造機１００の鍛造加工の作動を開始させる。すなわち、鍛造機１００をカラ打ち運転させる。次に、作業者は、パソコン４００の入力装置４０２を操作して、図２に示す有効範囲規定プログラムの実行をコンピュータ装置４０１に指示する。この指示に応答して、コンピュータ装置４０１は、有効範囲規定プログラムの実行をステップＳ１００にて開始して、ステップＳ１０２にて、ＡＥ検出信号の入力を開始する。この場合、鍛造機１００のダイ１０２に取り付けられたＡＥセンサ２００は、鍛造機１００の作動に起因して生じる弾性波を検出してＡＥ装置３００に出力する。
【００２４】
ＡＥ装置３００は、ＡＥセンサ２００から出力されるＡＥ検出信号をそのまま増幅して、正の信号をコンピュータ装置４０１に出力する。したがって、コンピュータ装置４０１は、鍛造機１００のカラ打ち運転に伴って連続的に出力されるＡＥ検出信号を連続的に入力する。次に、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ１０４にて、前記入力したＡＥ検出信号の大きさ（振幅）の経時変化を表示装置４０３に表示させる。この表示装置４０３に表示されるＡＥ検出信号の大きさの経時変化の一例を図３に示す。図３において、縦軸は電圧（Ｖ）、横軸は時間（Ｓ）である。このＡＥ検出信号の大きさの経時変化には、当然、ワークＷＫを鍛造加工することによりダイス１０２に生じるＡＥは含まれていない。すなわち、ＡＥセンサによって検出されたＡＥ検出信号はすべて鍛造機１００のカラ打ち運転に起因して生じた信号である。
【００２５】
次に、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ１０６にて、ＡＥの有効範囲を設定する。具体的には、コンピュータ装置４０１は、内蔵するＲＡＭなどの記憶装置に作業者により入力されたＡＥの有効範囲を記憶する。作業者は、表示装置４０３に表示されるＡＥ検出信号の大きさの経時変化に基づいて適当なＡＥの有効範囲を決定する。具体的には、図３に示すように、ＡＥ検出信号の大きさの経時変化には、略０.６秒間隔で１.０Ｖ以上の振幅が現れている。これは、パンチ１０１がワークＷＫを鍛造加工するタイミングに一致する。すなわち、上記した略等間隔の１.０Ｖ以上の振幅は、パンチ１０１の作動に起因して生じる振幅である。また、０Ｖ付近に連続的に現れている振幅は、鍛造機１００の作動に起因して生じる振幅である。したがって、本実施形態において作業者は、０.２〜１.０Ｖの範囲の振幅のＡＥ検出信号をＡＥの有効範囲として設定する。
【００２６】
そして、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ１０８にて、この有効範囲規定プログラムの実行を終了する。次に、作業者は、ＡＥ装置３００のバンドパスフィルタ３０２の図示しない操作子を操作して、ノイズ成分の除去範囲を０.２Ｖ以下に設定する。これにより、電圧値が０.２Ｖ以下の周波数帯域の信号がノイズ成分としてカットされる。なお、ノイズ成分の除去範囲とＡＥの有効範囲の下限値とは異なる値であってもよい。次に、作業者は、鍛造機１００にワークＷＫの鍛造加工を開始させる。具体的には、ワーク供給排出機によるワークＷＫの供給を開始させるとともに、鍛造機１００の操作盤１０４ａを操作してワークＷＫの鍛造加工の開始を指示する。これにより、鍛造機１００は、１分間に１００個のペースでワークＷＫの鍛造加工を開始する。
【００２７】
次に、作業者は、パソコン４００の入力装置４０２を操作して、図４に示す破損状態検出プログラムの実行をコンピュータ装置４０１に指示する。この指示に応答して、コンピュータ装置４０１は、破損状態検出プログラムの実行をステップＳ２００にて開始して、ステップＳ２０２にて、ＡＥ検出信号の入力を開始する。この場合、鍛造機１００のダイ１０２に取り付けられたＡＥセンサ２００は、鍛造機１００によるワークＷＫの鍛造加工に起因して生じる弾性波を検出してＡＥ装置３００に出力する。
【００２８】
ＡＥ装置３００は、ＡＥセンサ２００から出力されたＡＥ検出信号からノイズ成分を除去するとともに、同ノイズ成分が除去された電気信号を増幅して正の信号をコンピュータ装置４０１に出力する。したがって、コンピュータ装置４０１は、ワークＷＫの鍛造加工に伴って連続的に出力されるＡＥ検出信号を連続的に入力する。次に、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２０４にて、入力した電気信号から前記ＡＥの有効範囲として設定した振幅範囲（０.２〜１Ｖ）のＡＥ検出信号を抽出する。これにより、鍛造機１００の作動（パンチ１０１の作動を含む）に起因して生じる弾性波のうち、ＡＥの有効範囲として設定した振幅範囲（０.２〜１Ｖ）外の振幅の弾性波が除去される。すなわち、ＡＥの有効範囲として設定した振幅範囲（０.２〜１Ｖ）内に含まれる振幅の弾性波はＡＥ以外の成分（ノイズ成分）も含まれることになる。しかし、ＡＥ検出信号に含まれるＡＥ以外のノイズ成分の多くを除去することができ、抽出されたＡＥ検出信号に含まれるＡＥ以外のノイズ成分は破損の状態の検出に影響を与えない程度とすることができる。
【００２９】
次に、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２０６にて、抽出されたＡＥ検出信号における最大振幅値Ａ（Ｖ）を検出し、ステップＳ２０８にて、検出した最大振幅値Ａ（Ｖ）の度数分布を計算する。そして、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２１０にて、前記計算した最大振幅値Ａ（Ｖ）の度数分布を用いてフラクタル次元ｍを計算する。この場合、最大振幅値をＡ（Ｖ）の度数をｆ（Ａ）とすれば、両者には下記に示す式１の関係が成立する。下記式１において、ｃは測定条件ごとに設定される定数である。
ｆ（Ａ）＝ｃ・Ａ−ｍ・・・式１
【００３０】
したがって、ステップＳ２１０にてコンピュータ装置４０１は、上記式１を用いてフラクタル次元ｍを計算するとともに、同計算したフラクタル次元ｍを記憶する。このステップＳ２１０によるフラクタル次元ｍの計算は連続して２０回繰り返し実行される。これにより、時系列的に連続する２０個のフラクタル次元ｍ（１）〜（２０）が計算され記憶される。次に、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２１２にて、前記２０個分のフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖを計算する。これは、２０個のフラクタル次元ｍの値の個々のバラツキによる影響を抑えるためである。そして、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２１４にて、ダイ１０２が寿命（使用限界）に達したか否かの判定を行う。具体的には、前記計算したフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値が２未満か否かを判定する。
【００３１】
これは、材料に変形が生じた際のフラクタル次元ｍは２以上の値となる傾向が強いとともに、材料に破壊が生じた際のフラクタル次元ｍは１に近づく傾向にある公知の事実に基づくものである。なお、本発明者らの実験によってもこのフラクタル次元ｍの性質が確認された。図５は、本発明者らの実験によるワークＷＫの鍛造加工の回数Ｎとフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖとの関係を示したグラフである。図５において、ワークＷＫの鍛造加工の回数Ｎ＝２６５０以降、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値は減少傾向にある。また、ワークＷＫの鍛造加工の回数Ｎ＝２７５０以降に至ってはフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値は２以下となる。そして、ワークＷＫの鍛造加工の回数Ｎ＝２８００に至ってフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値が最小（１.８）となりダイ１０２が破壊した。
【００３２】
したがって、コンピュータ装置４０１は、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値が２以上の場合、ダイ１０２は寿命に達していないとして「Ｎｏ」と判定してステップＳ２１６に進む。一方、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値が２未満の場合、ダイ１０２は寿命に達したとして「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２２２に進む。
【００３３】
ダイ１０２が寿命に達していないと判定された場合、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２１６にて、表示装置４０３にダイ１０２が寿命に達していない旨を表示させる。そして、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２１８にて、記憶している２０個分のフラクタル次元ｍ（１）〜（２０）およびフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖを消去してメモリをリフレッシュする。
【００３４】
次に、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２２０にて、この破損状態検出プログラムの終了判定を行う。具体的には、作業者からのプログラムの実行中断の指示が入力されたか否か、およびＡＥ装置３００から出力されコンピュータ装置４０１に入力されるＡＥ検出信号の有無に応じて破損状態検出プログラムの実行を終了するか否かを判定する。すなわち、作業者からプログラムの実行中断の指示が入力されたとき、または、コンピュータ装置４０１にＡＥ検出信号が入力されなくなったとき、コンピュータ装置４０１は破損状態検出プログラムの実行を終了するものとして「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２２６に進み、ステップＳ２２６にて、この破損状態検出プログラムの実行を終了する。一方、作業者からプログラムの実行中断の指示が入力されないとき、または、コンピュータ装置４０１にＡＥ検出信号が入力されているとき、コンピュータ装置４０１は破損状態検出プログラムの実行を続行するものとして「Ｎｏ」と判定してステップＳ２１０に戻る。すなわち、ダイ１０２の破損の状態の検出を続行する。
【００３５】
一方、ダイ１０２が寿命に達したと判定された場合、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２２２にて、鍛造機１００の制御装置１０４に対して作動を停止させるための停止制御信号を出力するとともに、ステップＳ２２４にて、表示装置４０３にダイ１０２が寿命に達した旨を表示させる。これにより、鍛造機１００は、ワークＷＫの鍛造加工の作動を直ちに停止する。また、作業者は、表示装置４０３による表示を確認することによりダイ１０２が寿命に達したことを認識することができる。この場合、作業者は、鍛造機１００のダイ１０２を新規なものに交換する。そして、コンピュータ装置４０１は、ステップＳ２２６にて、この破損状態検出プログラムの実行を終了する。
【００３６】
ワークＷＫの鍛造加工がすべて終了した場合、作業者は、鍛造機１００の操作盤１０４ａを操作して鍛造機１００の作動を停止させるとともに、パソコン４００の入力装置４０２を操作して破損状態検出プログラムの実行を中断させる。これにより、鍛造機１００の作動が停止するとともに、コンピュータ装置４０１による破損状態検出プログラムの実行が終了し、ワークＷＫの鍛造加工の作業が終了する。
【００３７】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、ワークＷＫの鍛造加工に用いるダイ１０２に生じるＡＥを含むＡＥ検出信号の中から、鍛造機１００の加工動作に起因するノイズ成分を除去してフラクタル次元を計算している。すなわち、ダイ１０２および鍛造機１００のノイズ成分を除去したＡＥ検出信号に基づいてフラクタル次元ｍを計算しダイ１０２の破損の状態を検出している。このため、精度良くダイ１０２の破損の状態を検出することができる。この結果、ワークＷＫに対する加工精度および被加工物の品質を維持・向上させることができる。
【００３８】
また、上記実施形態によれば、計算したフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖに基づいてダイ１０２の寿命を判定している。これによれば、ワークＷＫの鍛造加工に用いるダイ１０２の破損の前に、ダイ１０２の使用限界を知ることができる。これにより、破損したダイ１０２でワークＷＫを加工することを防止することができる。これによっても、ワークＷＫに対する加工精度および被加工物の品質を維持・向上させることができる。
【００３９】
また、上記実施形態によれば、ダイ１０２が寿命に達したと判定された際、コンピュータ装置４０１は鍛造機１００の制御装置１０４に対して停止制御信号を出力している。そして、鍛造機１００は、この停止制御信号に応じて作動を停止させる。このため、ダイ１０２が破損していない状態であっても使用限界に達した、換言すれば、破損の予兆が現れたダイ１０２による加工の続行を中断することができる。これにより、破損したダイ１０２でワークＷＫを鍛造加工することが未然に防止することができる。
【００４０】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４１】
上記実施形態においては、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値によりダイ１０２が寿命に達したか否かをコンピュータ装置４０１が判定するように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値を単に表示装置４０３に表示させ、ダイ１０２の寿命の判定を作業者が行うように構成してもよい。また、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値を用いてダイ１０２が寿命に達したか否か以外の判定を行うようにしてもよい。例えば、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値を用いて、ダイ１０２を使用できる残存時間や残存加工回数などの使用限度を予測するようにしてもよい。また、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値を用いてダイ１０２の破損を検出するようにしてもよい。図５に示したワークＷＫの鍛造加工の回数Ｎとフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖとの関係によれば、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値が１.８でダイ１０２が破壊した。したがって、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値を監視して、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値が１.８に達したとき、ダイ１０２が破壊したと判定するように構成すればよい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、ダイ１０２が寿命に達した際、コンピュータ装置４０１は、鍛造機１００の制御装置１０４に対して停止制御信号を出力するように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、コンピュータ装置４０１は、計算したフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値を表す信号を鍛造機１００の制御装置１０４に出力するように構成してもよい。この場合、鍛造機１００の制御装置１０４は入力したフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値に応じて自ら鍛造加工の作動の続行および停止を判断するように構成するとよい。
【００４３】
また、必ずしもコンピュータ装置４０１と鍛造機１００とを接続して、鍛造機１００の作動を自動制御させる必要はない。すなわち、コンピュータ装置４０１は、計算したフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値に基づく情報（例えば、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値やフラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値に基づく寿命の判定情報）を表示装置４０３に表示するだけでもよい。この場合、作業者は、表示装置４０３の表示に従って自らが鍛造機１００の作動を操作すればよい。なお、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値によって鍛造機１００を自動制御する場合、単に鍛造機１００の作動を停止させることだけではなく、フラクタル次元ｍの平均値ｍＡｖの値に応じて適宜、加工条件、加工環境を変化させるように構成してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態においては、ＡＥ検出信号から抽出する振幅信号を設定するためにワークＷＫの鍛造加工に先駆けて鍛造機１００をカラ打ち運転させた。しかし、ＡＥ検出信号から抽出する振幅信号が既知である場合や予測できる場合などには、必ずしも上記実施形態のようにカラ打ち運転を行う必要はない。
【００４５】
また、上記実施形態においては、ダイ１０２の寿命を判定するために２０個のフラクタル次元ｍ（１）〜（２０）の平均値ｍＡｖを計算したが、これに限定されるものではない。計算された１つのフラクタル次元ｍの値を用いてダイ１０２の寿命を判定するようにしてもよいし、連続するフラクタル次元ｍの変化の割合や変化量、遷移のなどに基づいてダイ１０２の寿命を判定するようにしてもよいし、フラクタル次元ｍの偏差、歪度または尖度などの種々の統計量に基づいてダイ１０２の寿命を判定するようにしてもよい。また、これらの判定結果に加えて、鍛造機１００における加工状態（圧力、変位量、加工数など）をセンシングして、これらの加工状態を加味してダイ１０２の寿命を判定するようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態においては、ダイ１０２の寿命を判定したが、これに変えて、またはこれに加えてパンチ１０１の寿命を判定するように構成してもよい。また、上記実施形態においては横型の鍛造機１００に本発明を適用したが、他の種類の鍛造機に本発明を適用してもよい。例えば、複数のパンチおよびダイを備えた多段鍛造機（パーツフォーマー）に本発明を適用してもよい。この場合、各パンチやダイにＡＥセンサをそれぞれ取り付けて破損の状態を検出してもよいし、各パンチまたは各ダイが共通して取り付けられている（支持されている）支持部にＡＥセンサを取り付けて破損の状態を検出するようにしてもよい。例えば、複数のダイが取り付けられ各ダイを支持する支持部（上記実施形態においてはバックプレート１０３）にＡＥセンサを取り付けて各ダイの破損の検出を行うようにしてもよい。
【００４７】
このように、金型を支持する支持部にＡＥセンサを取り付けることにより、金型自体にＡＥセンサを取り付けることが困難な場合（例えば、金型の大きさやＡＥセンサの設置スペースの広狭、金型の変位など）であっても、金型からのアコースティックエミッションを検出することができる。すなわち、金型から生じたアコースティックエミッション（弾性波）が伝わる物体にＡＥセンサを取り付ければ、必ずしも金型自体にＡＥセンサを取り付ける必要はない。なお、これは、切削工具自体にＡＥセンサを取り付けることが困難な場合も同様である。
【００４８】
また、上記実施形態においては、本発明を鍛造機１００に適用したが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、被加工物に対して他の塑性加工（例えば、転造、プレス加工）に用いる金型、または被加工物に対して切削加工を行う切削工具（例えば、ドリルやバイト）などにも広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る金型の破損状態検出システムの全体構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１に示すコンピュータ装置によって実行される有効範囲規定プログラムの処理過程を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す鍛造機のカラ打ち運転時においてＡＥセンサから出力されるＡＥ検出信号の大きさ（振幅）の経時変化を示すグラフである。
【図４】図１に示すコンピュータ装置によって実行される破損状態検出プログラムの処理過程を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す鍛造機のワークＷＫの鍛造加工の回数とフラクタル次元の平均値との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
ＷＫ…ワーク、１００…鍛造機、１０１…パンチ、１０２…ダイ、１０３…バックプレート、１０４…制御装置、３００…ＡＥ装置、３０１…プリアンプ、３０２…バンドパスフィルタ、３０３…メインアンプ、４００…パソコン、４０１…コンピュータ装置、４０２…入力装置、４０３…表示装置。
【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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