KR900007293B1 - 공구 감시시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

공구 감시시스템

제 1도는 본 발명에 따른 공구 감시 시스템에 대한 제 1실시예의 블록도.

제 2도는 시스템의 AE센서로부터 발생된 신호의 파워 스땍트럼을 도시한 그래프.

제 3도는 다른 드릴 직경에 따라 설정된 의사 절손 신호의 례벨을 도시한 그래프.

제 4도(a),(b) 및 (c)는 시스템내의 AE신호변환기에 인가된 의사 전손 신호와, AE 센서로부터 얻어지는 수신 AE신호들을 나타낸 도면.

제 5도는 제1도의 공구 감시 시스텀l에서 대치 사용이 가능한 변조된 의사 절손 신호 발생기의 단면도.

제 6도는 제5도의 의사 절손 신호 발생기의 전기적 구성을 나타낸 블록도.

제 7도는 공작기계에 장치된 의사 절손 신호 발생기의 측면도.

제 8도는 본 발명에 따른 공구 감시 시스템의 제2실시예의 블록도.

제 9도(a) 및 제9도(b)는 각각 공구의 절손 및 스크랩 발생시의 AE신호 파형도.

제 10도는 본 발명에 따른 공구 감시 시스템의 제3실시예의 블록도.

제 11도는 AE신호 처리기의 상세한 블록도.

제 12도는 제10도의 공구 감시 시스템의 감도에 대한 자동 설정동작을 설명하는 플로우 챠트.

제 13도는 제12도의 플로우 챠트에서 각 공구들에 상응하는 증폭도의 저장을 나타내는 메모리 맵.

제 14도는 절삭 상태를 감시하는 동작을 설명하는 플로우 챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 작업대 2 : 드릴

3 : AE신호 변환기 4 : 레벨 설정기

5 : 스위프 발견기 6 : AE센서

9,28,43,44 : 대역통과 필터 12 : AE표시기

13 : 절손 표시기 14 : 표시기

20 : 의사 절손 신호 발생기 30 : 기구 지지부

40 : 아날로그 스위치 52 : 절손 검출회로

53 : 비정상 절삭 검출회로 62 : CPU

63 : ROM 65 : RAM

61,66 : 입/출력 인터페이스

본 발명은 공구가 절손되거나 혹은 작업대가 절삭될 때 발생되는 음파 방사를 측정하여 공작기계의 공구절손 혹은 비정상을 감시하거나 자동 검출하는 공구 감시 시스텀1에 관한 것이다.

드릴이 갑자기 파괴되거나 스크랩들에 위해 방해를 받으면 공작기계가 비정상적으로 작업대를 절단한다는 사실은 이이 공지되어 있으며, 최근의 공장 자동화 처리는 상기와 같이 갑작스럽게 발생되는 사건을 자동적으로 검출할 것을 요구한다. 상기와 같은 요구를 충족시키기 위해, 음파 방사(acoustic emission:이하 AE라항)센서를 공구 또는 작업대 가까이에 위치시키고 상기 AE센서에서 발생된 AE신호를 처리하여 공구 절손을 검출하는 공구 감시 시스템이 제안되었다.

상기 제안된 공구 감시 시스템의 AE센서는 공구 근처 혹은 작업대 위에 설치되는데 AE센서에서 발생된 AE신호의 레벨은 센서의 설치 위치에 따라 크게 변한다. 따라서 공작 기계의 공구와 AE센서간의 감쇄율은 공구의 크기에 따라 소정의 기준값으로 AE센서의 감도를 설정함으로서 시행착오로 보상된다.그러나 공구절손시의 AE신호는 공구 절손이 실제로 존재할때에만 얻어지기 때문에, 설치위치 혹은 상태를 설정하고 실제 공구 절손을 정확히 검출하는 것이 어려웠다. 또한, 종래의 공구 감시 시스템에서는 드릴의 지름 등 공구의 형태, 절삭 조건 등이 변경될때에 AE신호 레벨이 변하므로 그 벤동으로 인한 조정 동작이 복잡해지고 결과적으로 시스템의 사용을 어렵게 한다는 문제가 있었다.

게다가, 종래의 공구 감시 시스템은 작업대의 스크랩으로 부러 생성되는 신호. 플런저 코일의 스위치에 의한 전기 잡음, 작업대와 본체 혹은 유사물체와의 접촉에 의한 충격음과 같은 AE잡음 신호 혹은 배경잡음을 분리하기 어려운 AE 센서로 부터 발생된 신호의 특정주파수 혹은 평균 진폭을 근거로 해서 드릴의 절손을 검출하므로 시스템의 신뢰도가 저하되었다.

따라서, 본 발명의 첫번째 목적은 공구 절손시 AE센서에서 실제로 발생된 신호와 동일한 특성을 갖는 의사 공구 절손(artificial tool failure)신호를 발생하는 변환기(필서)와 공구 근처에 장치된 AE센서를 구비하여, 배경 잡음에 영향을 받지 않고 정확한 공구절손 검출을 행할 수 있는 공구 감시 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 두번째 목적은 AE센서의 감도를 최적 조건으로 설정할 수 있는 공구 감시 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 공작기계에서 사용된 공구의 공구 절손을 검출하는 공구 감시 시스템에 있어서, 공구의 실제 절손시 얻어지는 음파 방사 신호와 닮은 소정의 의사 공구 절손 신호를 발생하는 의사 신호 발생수단과, 공작 기계의 공구 근처에 장치되고 의사 공구 절손 신호를 공작 기계에 인가하도록 의사 신호 발생수단에 위해 구동되는 음파 방사 변환 수단과, 변환 수단이 공작 기계에 장치되는 시스템의 설정 모우드에서는 음파 방사 변환 수단으로부터 공작기계를 거쳐 인가된 의사 공구 절손 신호를 수신하고 공구가 작동되는 시스템 감시 모우드에서는 공구로부터의 음파 방사를 수신하도록 공작기계의 공구 근처에 장치된 음파 방사 감지 수단과, 공구의 공구 절손을 검출하기 위해 음파 방사 감지 수단에서 발생된 출력 신호를 분석하는 신호 처리 수단 등을 구비한 공구 감시 시스템을 제공한다.

이하, 제1도를 참조해서 본 발명에 따른 공구 감시 시스템의 제1실시예를 설명한다. 작업대(1)는 바이스(도면에 도시되지 않았음)에 위해 공작 기계 혹은 드릴의 테이블(1a)위에 고정되고, 회전드릴(2)을 하향이동시켜 구명이 뚫어진다. 드릴링 이전에, AE신호 변환기(3)는 드릴(2)의 스핀들부(2a)아래의 작업대 중앙에 설치된다. 레벨 설정기(4)는 스위프 발견기(5)에 접속되어서, 발견기(5)를 구동시키도록 레벨 선정기(4)에 위해 설정된 레벨에 따라 소정의 주파수, 예를들면 100KHz 내지 300KHz범위내에서 발견기(5)가 계속해서 스위프 발진하도록 한다. 의사 절손 신호 발생 수단은 AE신호 변환기(3), 레벨 설정기(4) 및 스의프 발견기(5)로 구성되어 의사 절손 신호를 공작기계에 인가한다. AE센서(6)는 작업대(1)가 설치 된 공구가까이에 위치한다. 제1도에 있어서, AE센서(6)는 AE신호를 감지하도록 테이블(la)위에 설치되고, AE신호를 1KHz 내지 1MHz범위내의 전기 신호로 변환시켜 증폭기(7)에 인가하도록 설계되었다. 본 실시예에서는 AE신호 변환기(3)와 AE센서(6)는 티타늄-지르코늄 산 납(lead)으로 구성된 압전 세라믹 또는 PZT를 사용하지만, 필요하다면 다른 변환소자를 사용할 수 있다. 증폭기(7)의 증폭도는 가변저항기(8)의 저항값을 조정함으로써 선택될 수 있고, 증폭기(7)의 출력은 대역통과필터(BPF)(9)와 표시기(14)의 구동용 증폭기(10)에 인가된다. 증폭기(7)에서 출력된 AE신호는 제2도의 곡선 b로 도시한 바와같이 스크랩을 발생시키지 않는 정상 절삭동작시 100KHz이하에서 피크값을 갖는 주파수 성분과, 제2도의 곡선 a로 도시한 바와같이 공구절손 또는 스크랩을 발생하는 비정상 절삭 동작시 약 300KHz에서 피크값을 갖는 주파수 성분을 갖는다.

그러므로, 대역통과필터(9)는 드릴(2)의 공구 절손시 발생되는 AE신호 주파수를 갖는 신호, 예를들어, 100KHz 내지 300KHz의 신호를 통과시키도록 설계된다. 대역 통과필터(9)에서 발생된 츨력신호는 비교기(11)와 AE신호의 레벨을 표시하기 위한 AE표시기(12)에 인가된다. 비교기(11)는 대역통과 필터(9)의 AE신호가 소정의 기준 레벨(S)보다 높을 때 공구 절손 신호를 발생하여 절손 표시기(13)에 인가한다. AE표시기(l2)는 스크랩 또는 마찰에 위해 발생되어 대역 통과 필터(9)를 통과하는 AE신호를 표시하고, 표시기(14)는 절삭 동작 동안 증폭기(10)에서 발생되는 어떤 신호에 위해 작동된다.

본 실시예에서는 AE센서(6)를 설정하는 동작에 대해 이하 설명하겠다. 공구의 형태를 바꾸거나 드릴을 교체하기 위하여, 드릴의 지름(10,20,30)에 상응하는 드릴 절손시의 AE신호들 각각을 제3도에 도시한 바와같이 소정의 레벨(Ll,L2,L3)로 미리 설정한다. 따라서, 스위프 발견기(5)는 레벨설정기(4)에 위해 설정된 레벨로 간헐적으로 구동하여 의사 절손 신호를 AE신호 변환기(3)를 거쳐 작업대(1)에 인가한다.

제4도,(a)에는 스위프 발견기(5)에서 발생된 의사 절손신호가 도시되어 있다.100KHz 내지 300KHz 범위내의 의사 절손 AE신호를 간헐적으로 혹은 주기적으로 수신하는 AE센서(6)는 전기적으로 변환된 AE신호를 발생하여 증폭기(7)와 대역 통과 필터(9)에 인가한다. 스위프 발견기(5)는 공구 절손을 표시하는 AE신호 주파수에 상응하는 100KHz 내지 300KHz범위의 스위핑 주파수로 이미 설정되어 있고, 스위프 발견기(5)의 출력신호는 비교기(11)와 AE표시기(12)를 통과하게 된다.

AE표시기(12)로 적정레벨을 찾기 위해서, AE센서의 장착위치와 가변저항(8)에 따라 가변하는 증폭기(7)의 증폭율을 조절한다. 본 명세서에서는 스위프 발견기(5)에서 발진된 의사절손 신호 레벨이 공구 파손시 AE신호 레벨과 동일하도록 설계되었기 때문에, 비교기(11)의 임계레벨은 AE신호보다 휠씬 높은 레벨로설정된다. 예를들어, 대역 통과 필터(9)를 통과한 AE신호가 제4도 (b)에 도시된 바와같이 기준신호(S)보다 작으면, 공구 감시 시스템을 적절한 상태로 조정하기 위하여 AE센서(6)를 작업대(l)에 더 가까이 장치 시키거나, 작업대의 베이스에 똑같이 고정시키거나 혹은 증폭기(7)의 증폭율을 확대시킴으로써 수신된 AE신호를 제4도(c)에 도시한 바와 같이 기준 레벨(S)보다 더 높게 수정한다.

조정이 완료된 후에, AE신호 변환기(3)는 작업대(1)에서 제거되고, 작업대는 회전 드릴(2)에 위해 절삭된다. 따라서, AE센서(6)에 설치 의치, 증폭기(7)의 증폭율 및 비교기(11)의 기준 레벨이 적절히 설정되므로, 드릴(2)의 실제파손시의 AE신호는 스크랩 또는 마찰에 의한 어떤 영향없이 얻어 질 수 있다.

만약 드릴(2)을 다른 드릴(예를들면 30)로 교제할 필요가 있다면. 레벨설정기(4)를 제3도에 도시한 레벨(L3)로 설정해야 하고, AE신호 변환기(3)를 작업대(1)위에 장치하여 스위프 발견기(5)를 구동함으로써 의사절손 신호가 작업대(1)에 간헐적으로 인가 되도록 한다. 만약 드릴의 구동 즉 회전속도, 작업의 종류 또는 다른 절삭 조건이 변경되면, 레벨 설정기(4)에 위해 그 절삭 조건에 상응하는 의사 절손신호 레벨이 설정된다. 또한 AE센서(6)의 위치나 상태 혹은 증폭기(7)의 증폭도 또는 증폭율은 공구 감시 시스템이 공구의 실제 절손을 정확하게 검출할 수 있도록 변경된다.

본 실시예의 의사 절손 신호 발진부는 100KHz 내지 300KHz내의 스위핑 주파수에서 간헐적으로 발진하는 스위프 발견기를 사용하고 있지만, AE신호 변환기를 구동시키기 위해 실제공구 절손시 얻어질 수 있는 고정된 주파수 신호를 생성하는 잡음 발견기를 사용할 수도 있다.

제5도에는 본 실시예인 공구 감시 시스템에서 대치 사용이 가능한 변조된 의사 절손 신호발생기의 단면도가 도시되어 있고 제6도에는 상기 발생기의 전기적 구성을 나타내는 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 의사 절손 신호 발생기(20)의 하우징(21)내에는, 건전기(22)와 본 시스템의 발진부에 의사 절손 신호를 제공하는 구동회로(23)가 존재한다. 제6도에 도시된 바와같이. 구동회로(23)는 소정주기로 구형의 클록신호를 발생하는 클록발생기(24), 클록발생기(24)의 출력을 미분하여 삼각파의 출력신호를 발생하는 미분회로(25), 균일한 주파수 왜곡을 갖는 백색 잡음 신호를 생성하는 잡음 발생기(27), 발생된 백색 잡음 신호중 300KHz주파수 성분만을 통과시키는 대역통과 필터(28), 미분회로(25)와 필터(28)에 연결되어 상기 미분회로(25)의 출력신호에 포함된 의사 절손신호를 생성하는 멀티플라이어(26) 및 상기 멀티플레이어(26)의 의사절손 신호를 레벨설정기(4)에 위해 선택된 증폭도로 증폭시키는 증폭기(29)를 포함한다. 증폭기(29)에서 증폭된 의사 절손신호는 하우징(21)내벽에 고정된 AE신호 변환기(3)에 인가된다.

AE신호 변환기(3)는 압전 소자를 이용해서 인가된 전기 신호를 기계신호로 변환하며, 의사 절손 신호는 공작기계의 공구 지지부에 인가된다·하우징(2l)의 상측부에는 금속 부재를 사용해서 AE신호를 쉽게 전송시키고 사용되는 드릴의 지름에 사용하는 소정의 지름을 갖는 원주형 돌출부(31)를 갖는다.

제7도에 도시한 바와같이, 의사 절손 신호 발생기(20)는 공구 지지부(30)내에 설치되도록 개작된다. 스핀들(32)은 베어링(도시되지 않았음)을 거쳐 공구 지지부(30)에 위해 회전가능하게 지지되고 스핀들의 하단부에는 드릴을 설치할 수 있는 척(chuck) 혹은 공구 리셉터 클(33)이 존재한다.

정상상태에서는 척(33)의 하단부에 선택된 드릴이 부착되지만, 공구 감시 시스템의 시동을 위하여 AE센서(6)의 감도를 조정할때에는 의사 절손 신호 발생기(20)가 원주형 돌출부(31)에 부착된다. AE센서(6)는 제7도에 도시된 바와같이 공구 지지부(30)의 측면에 장착된다.

센서(6)의 감도는 제1도의 실시예에서 기술된 공구의 지름에 상응하는 의사 절손 신호 레벨을 레벨설정기(4)로 설정한 후에 조정된다. 만약, 원하는 공구가 조정후에 의사,절손 신호 발생기(20) 대신 척(33)에 부착되면, 공구 감시 시스템은 실제 공구 절손시 얻어지는 AE신호들에 의한 최적의 감도에서 공구 절손을 감지할 수 있다.

제8도에는 본 발명에 따른 공구 감시 시스템의 제2실시예가 도시되어 있다. 이 실시예의 일부는 전술한 실시예와 동일한 방식으로 구성되어 있지만, 이 공구 감시 시스템은 의사 공구 절손 신호 발생기를 사용하여 AE센서의 감도를 조정하고, 공구 절손시 AE 센서에서 발생되는 AE신호의 주파수 및 시간 특성을 처리함으로써 공구 절손을 검출하도록 개작되었다. .

전술한 실시예와 동일한 구성소자는 제8도에서도 동일한 참조번호로 표시하였다. AE신호·변환기(3)는 작업대(1)위에 장착되고 레벨설정기(4)에 위해 설정원 구동회로(23)에 위해 구동된다. 구동회로(23)는 잡음발생기 및 제6도의 구성소자들로부터 얻어지는 공구파손을 나타내는 AE 출력 파형과 유사함과 동시에 동일한 파워 스땍트럼 분포를 갖는 구동 파형을 가진 의사 공구 절손 신호를 발진시킨다. AE센서(6)는 테이블(la)위에 장착되고 공구 절손 검출회로(52)에서 출력된 외부 신호에 따라 AE센서(6)에 위해 인가된 아날로그 신호를 스위칭하는 아날로그 스위치(40)에 접속된다. 증폭기(41)는 가변저항기(42)에 위해 조정되는 가변증폭율을 가지며 스위치(40)로부터 입력된 신호를 증폭하여 한쌍의 대역통과필터(43,44)와 절삭 신호레벨 표시기(45)에 인가한다. 상기 대역 통과 필터들(43,44)은 각각 중앙 필터링 주파수(300KHz,50KHz)의 신호들을 검출기(46,47)로 보낸다. 검출기들(46,47)은 인가된 입력신호를 검출하도록 개작되고, 검출된 입력신호들의 증폭율에 비례한 출력 신호를 발생한다. 검출기(46)의 출력신호는 미분회로(48)와 비교기(49)에 인가되고 검출기(47)의 츨력신호는 비교기(49)에 인가된다.

따라서, 공구 절손시 AE신호를 식별할 수 있는 주파수 식별수단은 필터(43,44), 검출기(46,47) 및 비교기(49)로 구성된다. 미분회로(48)는 미분회로(48)에 인가된 입력신호의 고속 미분성분을 레벨 검출기(50)와 비정상 절손 레벨표시기(51)에 제공한다. 레벨 검출기(50)는 미분회로(48)의 출력신호와 기준 레벨을 비교하여 기준 레벨보다 큰 입력신호를 공구 절손검출회로(52) 및 비정상 절삭 검출회로(53)에 인가한다. 미분회로(48)와 레벨검출기(50)는 검출기(46)에서 발생된 신호에서 신속히 상승하는 성분을 검출할 수 있는 상승 신호 검출수단을 제공한다. 비교기(49)는 검출기(46)의 출력과 검출기(47)의 출력을 비교하여 검출기(46)의 출력이 검출기(47)의 출력보다 클때 공구 절손 검출회로(52)에 출력을 발생한다. 공구 절손 검출회로(52)는 입력들을 논리적으로써 공구파손을 검출할 수 있는 논리회로이며, 아날로그 스위치(40)와 함께 출력회로(54)를 통해 외부로 출력신호를 발생한다·

비정상 절삭 검출 회로(53)는 레벨 비교기(50)의 출력에서 비정상 절삭을 검출하여 출력회로(55)를 통해 외부 소자에 공급한다.

이하, 본 실시예의 AE센서 또는 드릴을 설치하는 동작에 대하여 일예로써 설명하지만, 이것은 복함공각기계, 밀링 머신, 특수 머신, 그라이더 등의 다른 공작기계에도 적용할 수 있다. 드릴의 테이블(la)내의 예정된 위치 AE센서를 장치한 후에, 구동회로(23)를 구동하도록 공작기계의 종류에 따라 예정된 레벨로 레벨설청기(4)를 설정하면, 그것에 위해 AE신호는 AE신호 변환기(3)로부터 작업대(1)와 테이블을 거쳐 AE센서(6)에 인가된다. AE센서(6)에 위해 형성된 의사절손 신호는 실제 공구 절손시의 파워 스땍트럼과 동일한 파워 스떽트럼 및 동일시간 영역에서의 파형과 유사한 파형을 갖는다. 가변 저항기(42)는 레벨 설정기(4)에 위해 정해진 레벨에 따라 조정되어, 증폭기(41)의 증폭율이 후속 신호 처리부에 적당한 AE신호를 공급하도록 조정된다. 이것은 AE신호 감쇄율이 공구와 AE센서(6)간의 구성에서 발견되지 않는다 할지라도 실제 공구 절손 신호와 동일레벨의 신호가 신호 처리부에 인가되는 것을 가능하게 한다.

제2도에 곡선 a 및 곡선 b로 도시한 바와같이, AE센서(6)에서 발생된 AE신호 파워 스떽트럼 분포는 실제공구 파손시 약 300KHz에서 피크치를 갖는다. 이것은 신호원이 기계적 진동에 위해 어떤 영향도 받지않고 공구의′ 비가소성 파괴시에 나타나는 초음파 특유의 현상에 그 근거를 둔 것으로 생각된다. 따라서, 공구 절손과 정상적인 절삭은 대역 통과 필터(43,44)에 위해 여파된 AE신호 주파수 성분들을 각기 검출하는 검출기를(46,47)의 출력들을 비교함으로써 판별된다. 상기 비교 동작은 비교기(49)에 위해 실행되며 공구 결손시 츨력신호를 검츨회로(52)에 인가한다.

제2도에 곡선 a로 나타낸 파워 스떽트럼과 유사한 신호가 절삭시 스크랩들과 공구 작업대간의 마찰 혹은 접촉에 위해 발생되는 경우가 있다. 이러한 경우에, 대역 통과 필터(43,44)의 Q값 및 중앙 주파수와 비교기(49)의 임계 레벨둥이 적절히 조정되어도, 스크랩들과 공구간의 접촉 혹은 마찰에 위해 야기된 신호는 공구 절손 신호로 때때로 잘못 판단된다.

따라서, 이 실시예에서 공구 절손시 AE신호 시간 성분은 유사신호와 구분되도록 주시된다. 실제 공구절손시 발생된 AE신호 유형은 제5도(a)에 도시한 것처럼 공구.절손시 예리한 상승 곡선을 갖는 반면, 스크랩, 공구 및 작업대간의 접촉 또는 마찰에 위해 발생된 AE 신호 파형은 제9도(b)에 도시한것처럼 완만한 상승곡선을 갖는다. 그러므로, 검출기(46)의 출력신호는 미분회로(48)에 인가되고 공구 절손시 단지 예리한 신호 성분만이 추출되어 레벨비교기(50)에 인가된다. 레벨비교기(50)는 예리한 신호 성분을 기준레벨과 비교하여 예리한 성분을 갖는 AE신호를 나타내는 출력을 공구절손을 검출하는 공구 절손 검출회로(52)애 인가한다. 따라서, 공구절손 검출은 주파수 성분의 절손 검출과 시간 성분의 절손 검출을 결함함으로써 확실해진다.

풀런저둥을 스위칭할때의 스파이크식 전기잡음과 같이 기계공구에서 발생되는 다른 잡음이 대역통과 필터(43), 검출기·(46) 및 미분회로(48)를 통하여 비교기(50)에 인가되지만 전기 잡음의 전력 스떽트럼이 제2도에 c로 나타낸 바와 같이 단조로운 감소 분포를 갖기 때문에 비교기(48)애서는 그 어떤 출력도 발생되지 않는다. 작업대(1) 또는 태이블상에서 타격을 받는 물체에 위해 발생된 임펄스과가 파워 스떽트럼이 낮은 주파수에 집중되고 300KHz 주변에서 공정하게 제동되는 기계적 진동이므로, 비교기(49)는 어떤 출력도 발생시키지 않고, 상기 임펄스파에 위해 어떤 공구절손 신호도 발생되지 않는다. 따라서, 공구절손이 검출되면 공구 절손신호가 발생되고 이로써 아날로그 스위치(40)는 AE신호 추가 입력을 금지하고 표시기에 접삭레벨을 유지시키기 위해 오프된다.

제10도에는 본 발명에 따른 공구감시 시스템의 제 3 실시예가 도시되어 있다. 의사 공구 절손 신호 레벨은 중앙처리부(이하 CPU로 언급함)를 사용하는 제어회로에 의한 동작에 의거해서 공작기계를 동작시키는 수치제어(NC)장치(64)에 위해 제공되고, AE신호 처리부(60)는 전술한 제2실시예에서 설명한 주파수 및 시간영역에 관한 AE센서의 AE신호를 분석해서 공구절손을 검출하도록 설계되었다. 이 실시예에 있어서,전술한 실시예와 동일한 소자들에 대하여는 동일한 참조번호를 사용했다.

제10도에 도시한 바와같이, 제8도에 도시된 제2실시예에서와 마찬가지로 AE센서(6)의 감도를 조정하는AE신호 변환기(3)가 작업대(1)위에 장치된다. AE신호 변환기(3)는 응력하의 드릴 파괴시의 음향과 닮은 음향을 방출한다. 상기 모의 음향 혹은 의사 공구 절손 음향은 작업대(1)에서 바이스(도면에도 도시되지 않았음)를 거쳐 테이블(la)에 전송된다.

AE센서(6)는 모의 음향이 전송로를 통과하면서 감소되어도 신뢰성있게 검출될 수 있는 루우트의 어느 위치에 고정되어야 한다. AE센서(6)는 제8도의 구조와 유사한 제11도의 구조를 갖는 AE신호 처리부(60)에 접속된다.

제11도에 있어서, AE신호처리부(60)는 아날로그 스위치(40), 입/출력 인터페이스(61)를 거쳐 CPU(6)에 위해 외부적으로 설정되는 증폭울에 따라 아날로그 스위치(40)의 출력을 증폭하는 가변증폭율 증폭기(41), 가변증폭율 증폭기(41)의 출력을 수신하는 한쌍의 대역 통과 필터(43,44) 및 제8도와 마찬가지로 주파수 식별 수단과 상승 신호 검츌수단을 구성하는 소자들(46∼53)을 포함한다. 제3실시예에 있어서, 공구절손 검출회로(52)와 비정상 절삭 검츨회로(53)는 입/출력 인터페이스(61)를 거쳐 CPU(62)에 결함된다.

CPU(62)는 수치 제어장치(64)에 위해 사용된 공구에 대응하는 감도에 대한 정보를 저장하는 RAM(65)및, 시스템프로그랭을 저장하는 ROM(63)에 결함된다.

또한 CPU(62)는 입/출력 인터페이스(66)를 통해 절삭, 비정상 공구 절삭 및 공구 파손시 AE신호 레벨을 표시하는 표시기(67)와 공구의 수 또는 종류 및 AE센서의 표준감도를 설정하는 입력 키이(68)에 결함되고, 신호 전송 라인(69)을 통해 수치제어 창치(64)에 결함된다. CPU(62)는 상기 결함된 소자들의 입력에 의거해서 구동 회로(23)에 AE신호 변환기(3)의 예정된 구동 레벨을 공급하고, AE신호처리부(60)에서 얻어진 AE신호 레벨을 기초로하여 최적의 감도를 검출하고, 차후에 이 감도에 상응하는 공구가 사용될때 감도를 설정하기 위해 상기 검출감도를 RAM(65)에 저장한다.

이하, 공구 감시 시스템의 동작에 대해 설명한다.

제12도에 있어서, 시스템이 개시되면, 시스템에서 사용된 공구의 크기에 따른 데이터 즉, 오퍼례이터에의해 입력 키이(68)를 통해 입력된 매거진 번호가 판독된다.(단계 70).

그 크기에 대응하는 AE신호 변환기(3)의 구동레벨은 구동회로(23)에 인가된다.(단계 71)

구동레벨이 인가된 구동회로(23)는 AE신호 변환기(3)를 구동시켜 작업대(1)와 테이블(la)을 거쳐 AE센서(6)에 의사 공구 절손 신호를 인가한다. 의사 공구 절손 신호는 실제 공구 절손 신호의 파워 스펙트럼과같은 파워 스땍트럼을 가지며, 시간 영역에서는 실제 공구 절손 신호파형과 유사한 파형을 가지므로, 의사공구 절손 신호는 AE센서(6)로부터 AE신호 처리부(60)와 입/출력 인터페이스(61)를 거쳐 CPU(62)에 인가된다. 따라서, CPU(62)는 AE센서(6)의 신호레벨을 가변증폭율 증폭기(41)에 위해 예정된 레벨로 조정한다(단계 72). 단계 73에서는, 가변증폭율 증폭기(41)의 출력이 예정된 레벨인지를 판단한다. 만약 에정된레벨이 아니면, 단계 74에서 증폭율의 예정된 증감이 산출되고, 가변증폭율 증폭기(41)의 증폭인자는 단계72에서 보존된다. 단계 72 내지 단계 74를 연속 반복함으로써 증폭율은 가변증폭율 증폭기(41)의 출력이 예정된 레벨에 이르도록 최적증폭율로 조정되고 단계 75에서는, 최적증폭율이 매거진 번호와 함께 RAM(65)의 기설정된 기억감소에 기억된다. 단계 76에서는 공구를 설정하기 위한 모든 동작의 종료 여부를 판단한다. 만약 종료되지 않았으면, 단계 76예서 단계 70으론 복귀하여 전술한 동작이 반복된다. 따라서, 감도 설정 동작들은 수치 제어창치(64)에 위해 채택된 모든 공구에 대해 감도 값을 조정하고, 재13도에 도시된 RAM(65)의 에모리 탭에 모든 공구에 관한 매거진 번호와 각 최적의 증폭율 계속해서 기억시킴으로서 완료된다.

제14도를 참조하여 전술한 동작에 따라 설정뒤 각 공구들에 대응하는 최적의 증폭율 데이터를 사용함으로써 공구절손을 감시하는 동작을 이하 설명한다. 작업대(1)에서 AE신호변환기(3)를 제거하고 실제 드릴링동작을 개시함으로써 감시 동작이 시작되면, AE신호 처리부(60)내의 가변증폭율 증폭기(41)의 증폭인자를 입/출력 인터페이스(61)를 거쳐 최적 증폭율로 설정하기 위해 공작기계위에 장치된 공구에 대응하는 최적증폭율이 RAM(65)으로 부터 판독된다(단제 80). 이때 AE센서(6)의 AE신호는 AE신호 처리부(60)에 인가되어 최적의 증폭율로 증폭된다. AE신호는 전술한 제2실시예에서 처리한 것처럼 AE신호 처리부(60)에 위해 주파수 영역과 시간 영역에서 처리된다. 단계 81에서, CPU(62)는 비정상 절삭 신호가 비정상 절삭 검출회로(53)에서 발생되었는지를 판단한다. 만약 비정상 절삭 신호가 발생되지 않았으면, 절삭레벨은 표시기(67)에 표시된다(단계 82). 그리고 단계 80으로 복귀해서 비정상 절삭을 감시하기 위해 단계 80 내지 단계82를 반복한다. 만약, 비정상 절삭 검출 회로(53)에서 비정상 절삭 신호가 발생되면, 단계 81에서 단계 83으로 이동되어, 공구 절손 검출회로(52)에서 어떤 공구 절손 신호가 발생되었는지를 판단한다. 공구 절손검출회로(52)는 비교기(49)와 례벨비교기(50)에 의하여 어떤 공구 절손을 논리적으로 검출하므로, 공구 절손 신호는 공구 절손시 입/출력 인터페이스(61)를 거쳐 CPU(62)에 인가된다.

단계 83에서 공구 절손 신호 부재는 비정상 절삭을 표시하므로, 단계 84에서 비정상 절삭이 표시기(67)에 위해 표시되고, 순서는 단계 83에서 단계＼0으로 복귀한다. 만약 단계 83에서 공구 절손 신호에 위해 어떤 공구 절손이 감지되면, 공구 절손은 단계 85에서 표시기(67)에 위해 표시되고 수치제어창치(64)에 공구절손신호를 전송하여 동작을 정지시킨다. 그 다음, 순서는 단계 86으로 이동되어, 상기 동작을 완료하기 위해 아날로그 스위치(40)를 오프시킨다.

이 실시예에서 공구 절손은 AE신호 처리부(60)에서 아날로그식으로 데이터를 처리함으로써 검출되었지만, 상기 실시예의 상기 공구 감시 시스템은 AE센서(6)의 출력신호를 디지탈 데이터로 변환하여 샘플링하고 샘플된 데이타를 결함된 모든 구성 소자들에 대하여 디지탈식으로 처리하는 방식으로 변경필 수도 있다.이를 위하여, 대역 통과 필터는 디지탈 필터로 대치되어야 하고 미분회로는 미분 연산자로 대치되어야 한다.

각 공구에 대한 매거진 번호와 이것에 대응하는 증폭율을 저장하는 기억영역은 수치 제어장치내의 메모리를 이용할 수도 있다. AE센서(6)는 제7도에 도시한 바와 같이 드릴의 스핀들 헤드에 대신 부착할 수 있다.

상기 실시예의 드릴에 응용된 공구 감시 시스템은 각종 밀링 머신, 대규모 복함공작기계, 그라인더등의 다른 공작기계에 응용될 수 있다.

전술한 설명은 단지 설명을 위하여 기술된 것이며, 본 발명의 범위내에서 여러가지로 변경이 가해질 수 있음을 알아야 한다.

Claims (13)

1. 기계공구에 채용된 공구의 공구절손을 검출할 수 있는 공구감시 시스템에 있어서, 실제 공구 절손시 얻어지는 음파방사신호와 닮은 소정의 의사 공구 절손 신호를 발생하는 의사 신호 발생 수단과, 공구에 인접한 기계공구에 장치되도록 제작되고 의사 공구 절손 신호를 기계공구에 인가할 수 있는 의사 신호 발생수단에 위해 구동되는 음파 방사 변환 수단과, 변환수단이 기계에 장치된 시스템의 설정모우드에서는 음파 방사 변환 수단에서 기계공구를 거쳐 인가된 의사 공구 절손신호를 수신하고, 공구가 작동되는 시스템의 감시모우드에서는 공구로 부터의 음파방사를 수신하기 위해서 공구에 인접하게 기계공구 위에 장치된 음파 방사 감지 수단 및, 공구의 절손을 검출하기 위해 음파방사 감지 수단에서 발생된 출력신호를 분석하는 신호처리수단등을 구비한 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 의사 신호 발생수단이 자신의 출력을 기설정된 레벨로 설정할 수 있는 레벨설정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 의사 신호 발생수단이 실제 공구 절손의 음파방사 신호의 주파수에 걸친 소정의 주파수 범위로 계속해서 스위핑 발진하는 스위프 발견기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 의사 신호 발생수단이 실제 공구 절손의 음파방사 신호의 주파수를 포함한 잡음 신호를 발생하는 잡음 발생기를 포함하는 것을 특징으르 하는 공구 감시 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 의사 신호 발생수단은 소정 사이클로 구형파 클록 신호를 발생시키는 클록발생기와, 상기 구형파 클록신호를 미분하는 미분회로 및, 상기 음파방사 전송 수단에 인가하기 위해 상기 미분회로의 출력과 상기 잡음 발생기의 출력을 곱하는 멀티플라이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
6. 제 1항에 있어서, 상기 의사 신호 발생수단과 상기 음파방사 변환 수단은 기계 공구의 공구 지지부에 위해 수납되도록 개작된 부착부를 갖는 하우징내에 수용되는 것을 특징으로 한 공구 감시 시스템 .
7. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 음파방사 감지 수단에서 발생된 상기 출력신호가 실제 공구 절손의 주파수 성분과 유사한 주파수 성분을 가질때 제1출력신를 발생하는 주파수 식별 수단과, 음파방사 감지 수단에서 발생된 상기 출력신호가 예리한 상승신호 성분을 갖을 때 제2출력 신호를 발생하는 상승 신호 검출 수단 및, 상기 제1 및 제2출력신호의 논리적을 근거로 공구 절손검출신호를 발생시키는 논리수단을 포함하는 것을 특징으로 한 공구 감시 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 주파수 식별수단이 공구 절손시 나타나는 피크 주파수 스펙트럼에서의 중심통과 주파수를 갗는 제1대역통과 필터, 정상 절삭 동작시 나타나는 피크 주파수 스펙트럼에서의 중심 주파수를 제2대역통과 필터 및, 상기 제1출력 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 제2대역 통과 필터들의 출력 레벨을 비교하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
9. 제7항에 있어서, 상기 상승 신호 검출수단이 예리한 진폭 변화를 검출하기 위해 상기 음파방사 감지수단의 상기 출력신호를 미분하는 미분회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 외부 입력신호에 위해 상기 음파방사 감지수단의 상기 출력을 가변증폭율로 증폭시킬 수 있는 가변증폭율 수단과 , 상기 의사 신호 발생수단을 상기 기계공구에 위해 채용된 공구에 상응하는 레벨로 구동시키고 그리고 상기 가변증폭율 수단이 실제 공구 절손의 레벨과 같은 레벨로 증폭된 출력을 발생하도록 상기 증폭율을 최적증폭율로 설정하는 감도설정 수단 및, 최적 증폭율을 기억할 수 있는 기억수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 기억수단은 기계공구에 채용된 공구들에 상응하는 기억 영역들에 다수의 최적증폭율을 기억시키는 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
12. 제10항에 있어서, 일종의 공구 표시용 데이타를 입력 수단을 통해 선택적으로 입력시킬 수 있는 입력수단과, 입력된 데이터가 상기 가변증폭율 수단에서 설정되는 것에 따라 상기 기억 수단에서 최적 증폭 인자를 판독해내는 제어수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.
13. 제1항에 있어서, 소정의 의사 공구 절손 신호가 주파수 스팩트럼 및 시간성분을 갖는 실제 공구 절손시의 음파 방사 신호와 유사한 것을 특징으로 하는 공구 감시 시스템.

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