專利名稱：刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在利用機(jī)床將相同材料且相同形狀的工件加工成一個(gè)或持續(xù)加工大量工件時(shí)，例如相同尺寸大小的組件，用于檢測(cè)例如加工中使用的刀具的破損的損害/異常的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，尤其涉及使得檢測(cè)設(shè)備可以合適的簡(jiǎn)單的設(shè)置損害/異常檢測(cè)使用的指數(shù)允許范圍的技術(shù)。經(jīng)受損害/異常檢測(cè)的典型刀具包括加工中心的鉆頭，用于攻絲的攻絲刀具等。
背景技術(shù)：
通常，機(jī)床中使用的刀具具有緣磨損溝(edge worn)，從而切削阻力隨著加工時(shí)間的推移而逐漸增加。而且隨著加工時(shí)間的推移，刀具的破損與磨損一起造成損害或近似的異常，從而不能維持工件所必須的加工精確性。在這種情況下，實(shí)際上不適合繼續(xù)這樣的加工，而且必須替換新的刀具。前述損害或類似的異常全文中將參考為損害/異常。
在該背景之中已經(jīng)提出一技術(shù)，其用于檢測(cè)在當(dāng)前流行的無人看管的加工或長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)加工中等同于刀具損害/異常的情形。許多提出的傳統(tǒng)技術(shù)是基于JP 3446518B，JP 2003-326438A和JP 2004-130407A中描述的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，在多個(gè)加工循環(huán)中檢測(cè)指數(shù)，該指數(shù)表示作用于加工工件的刀具上的負(fù)荷(用于驅(qū)動(dòng)刀具的電動(dòng)機(jī)的扭矩和施加在刀具上的推力負(fù)荷)。對(duì)于每一加工循環(huán)，比較當(dāng)前加工循環(huán)的指數(shù)和在當(dāng)前加工循環(huán)前一個(gè)加工循環(huán)的指數(shù)的平均值。如果比較的結(jié)果偏離預(yù)設(shè)指數(shù)的允許范圍，則得出該刀具正經(jīng)受損害/異常。
在設(shè)置指數(shù)的允許范圍中，預(yù)設(shè)用于指數(shù)的閾值(通常為，上限和下限值)，從而重要的是如何確定預(yù)設(shè)閾值。如果預(yù)設(shè)閾值不合適，損害/異常的檢測(cè)會(huì)被延遲而使得加工失敗(因?yàn)樵试S范圍向上的或向下的太寬)。另一方面，如果損害/異常的檢測(cè)出現(xiàn)的太早(或者允許范圍向上的或向下的太窄)，浪費(fèi)了具有充分平均壽命的刀具。
實(shí)際上，到目前為止，還未做出令人滿意的技術(shù)開發(fā)，來提供適于設(shè)置閾值的方法，該閾值用于表示施加在刀具上的負(fù)荷的指數(shù)。
例如有一方法，其中，通過例如對(duì)切削試驗(yàn)獲得的平均負(fù)荷或在加工之前即刻獲得的平均負(fù)荷乘以給定系數(shù)，確定用于指數(shù)(平均負(fù)荷)的閾值。然而，沒有為設(shè)置給定系數(shù)設(shè)計(jì)特定方法。依照專利文獻(xiàn)1，其中描述了“用于旋轉(zhuǎn)刀具的異常檢測(cè)方法及其裝置”，通過示例的方式，依照負(fù)荷值的變化率設(shè)置閾值。由此，精確的且在實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)上合適的檢測(cè)異常。更特別的，通過對(duì)依照鉆頭大小等固定的損害負(fù)荷等級(jí)Lmax乘以0到1范圍內(nèi)的常數(shù)k，而設(shè)置閾值，該常數(shù)k基于負(fù)荷值的變化率ΔFn而設(shè)置。
然而，沒有確定前述值Lmax和k的特定方法的明確表述。通常，損害負(fù)荷基于機(jī)床、刀具、機(jī)件材料、加工條件等而變化，從而理想的是收集工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在鉆頭和攻絲的情形下，盡管在加工循環(huán)中可以檢測(cè)到其異常，但是可以只在加工循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行處理。因而實(shí)時(shí)檢測(cè)不是必須的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，可以簡(jiǎn)單且合適的為比較值設(shè)置由閾值設(shè)置值定義的允許范圍。檢測(cè)設(shè)備對(duì)多個(gè)加工循環(huán)檢測(cè)指數(shù)，該指數(shù)表示施加在加工工件的刀具上的負(fù)荷(例如用于旋轉(zhuǎn)刀具的電動(dòng)機(jī)的扭矩，施加在刀具上的推力負(fù)荷，等)；將當(dāng)前加工循環(huán)中的指數(shù)與當(dāng)前加工循環(huán)之前緊接的多個(gè)加工循環(huán)的指數(shù)平均值進(jìn)行比較，從而獲得比較值(代表數(shù)量關(guān)系的值，典型的為當(dāng)前指數(shù)和平均值的比率)；并且當(dāng)比較值背離預(yù)設(shè)允許范圍時(shí)，確定刀具正經(jīng)受損害/異常。
用于檢測(cè)刀具的損害/異常的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備包括用于確定閾值的設(shè)置值(全文中參照為設(shè)置閾值)的設(shè)置閾值確定裝置，該閾值的設(shè)置值定義指數(shù)(表示施加在刀具上的負(fù)荷)的可允許范圍，該可允許范圍用作損害/異常的實(shí)際檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。
依照本發(fā)明，用于指數(shù)的閾值的初始值是由設(shè)置閾值確定裝置設(shè)置的。實(shí)際執(zhí)行加工時(shí)，監(jiān)測(cè)刀具損害/異常的出現(xiàn)。通過利用在多個(gè)加工循環(huán)中獲得的指數(shù)數(shù)據(jù)，在延伸指數(shù)的可允許范圍的方向連續(xù)更新用于指數(shù)的閾值。當(dāng)響應(yīng)于終止更新的指令而終止更新時(shí)，基于最近更新的閾值或相應(yīng)于最近值的閾值數(shù)據(jù)(由最近更新獲取的閾值歷史數(shù)據(jù))確定設(shè)置閾值。通過這樣做，設(shè)置可允許范圍(或確定設(shè)置閾值)，從而其反應(yīng)了實(shí)際加工中刀具損害/異常出現(xiàn)時(shí)的指數(shù)值。
因而，本發(fā)明被用于刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中對(duì)多個(gè)加工循環(huán)獲取每個(gè)皆表示加工工件時(shí)施加在刀具上的負(fù)荷的指數(shù)，將當(dāng)前加工循環(huán)中獲取的指數(shù)和當(dāng)前加工循環(huán)之前的加工循環(huán)中獲取的指數(shù)平均值進(jìn)行比較，從而獲取表示每一加工循環(huán)中比較結(jié)果的比較值，且在比較值背離閾值的設(shè)置值定義的可允許范圍時(shí)確定刀具的損害/異常。
刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備包括確定閾值的設(shè)置值的設(shè)置閾值確定裝置，其包括檢測(cè)裝置，其對(duì)多個(gè)加工循環(huán)檢測(cè)指數(shù)；比較裝置，其將一加工循環(huán)中的指數(shù)與該加工循環(huán)之前的多個(gè)加工循環(huán)的指數(shù)平均值進(jìn)行比較，從而獲取表示比較結(jié)果的比較值；第一存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)閾值；寫入裝置，其將要存入第一存儲(chǔ)裝置的閾值的初始值寫入所述第一存儲(chǔ)裝置中；更新裝置，其用于當(dāng)加工循環(huán)中獲取的比較值背離允許范圍時(shí)，更新存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值為依照背離允許范圍的比較值的值，該允許范圍由存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值所定義；第二存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)閾值歷史，該閾值歷史包括在最近更新之前存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值的至少一部分；用于響應(yīng)停止閾值更新指令而停止閾值的更新的裝置；以及確定裝置，其用于當(dāng)閾值的更新停止時(shí)，基于存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)裝置中的閾值歷史確定閾值的設(shè)置值。
設(shè)置閾值確定裝置可以進(jìn)一步包括第二存儲(chǔ)裝置，其用于在最近更新之前存儲(chǔ)閾值歷史，該閾值歷史包括在所述第一存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的閾值的至少一部分。在這種情況下，當(dāng)閾值的更新停止時(shí)，取代存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)裝置中的閾值，而基于存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)裝置中的閾值歷史確定閾值的設(shè)置值?？蛇x的，當(dāng)閾值的更新停止時(shí)，可以基于存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)裝置中的閾值歷史和存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值兩者確定閾值的設(shè)置值。
所述指數(shù)包括包括對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷之間的差值(M)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷值的區(qū)域(S)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值(L)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L和對(duì)于前一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L’之間的差值(Ldiff)，通過將該一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷值之間的差值M除以相同加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L而獲得的數(shù)值(M/L)，在該一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷增加的過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G+)，和/或該一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷降低的過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G-)。對(duì)于不同類型的指數(shù)確定閾值的設(shè)置值，從而基于至少一個(gè)確定的閾值設(shè)置值檢測(cè)刀具的損害/異常。
施加在刀具上的負(fù)荷被檢測(cè)作為旋轉(zhuǎn)刀具的電動(dòng)機(jī)的扭矩或施加在刀具上的推力負(fù)荷。
寫入裝置可以基于所述比較裝置獲取的第一比較值，將閾值的初始值寫入所述第一存儲(chǔ)裝置。刀具包括鉆孔刀具或攻絲刀具。
使用依照本發(fā)明的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，可以簡(jiǎn)單的且合適的設(shè)置指數(shù)的允許范圍。而且依照本發(fā)明，可以在加工操作點(diǎn)簡(jiǎn)單設(shè)置指數(shù)的允許范圍。


圖1是依照本發(fā)明的實(shí)施例用于控制機(jī)床的控制設(shè)備的示意方框圖；圖2是顯示依照本實(shí)施例確定要實(shí)行的閾值的處理程序的步驟大綱的流程圖；圖3是顯示經(jīng)受損害/異常的加工循環(huán)和損害/異常出現(xiàn)之前緊接和之后緊接的加工循環(huán)中作為刀具的硬質(zhì)合金鉆頭上的負(fù)荷(檢測(cè)值)的轉(zhuǎn)換的示例的曲線圖；圖4是顯示經(jīng)受損害/異常的加工循環(huán)和損害/異常出現(xiàn)之前緊接和之后緊接的加工循環(huán)中作為刀具的攻絲刀具(高速鋼攻絲)上的負(fù)荷(檢測(cè)值)的轉(zhuǎn)換的示例的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是用于機(jī)床控制的控制設(shè)備(數(shù)控設(shè)備)100的方框圖，該控制設(shè)備又可作為依照本發(fā)明的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備。圖1中，CPU11是用于主要控制控制設(shè)備100的處理器。CPU11從ROM12經(jīng)由總線20讀取系統(tǒng)程序，且依照系統(tǒng)程序控制整個(gè)控制設(shè)備100。RAM13存儲(chǔ)暫時(shí)的計(jì)算數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)，和由操作者經(jīng)由顯示/MDI單元80輸入的各種的數(shù)據(jù)。CMOS存儲(chǔ)器14形成作為由電池(未顯示)備份的非易失性存儲(chǔ)器，從而即使關(guān)閉控制設(shè)備100其也可以維持存儲(chǔ)狀態(tài)。
CMOS存儲(chǔ)器14存儲(chǔ)有經(jīng)由接口15讀取的加工程序，由顯示/MDI單元80輸入的加工程序，等。
而且，ROM12預(yù)載有用于處理編輯模式的各種系統(tǒng)程序，該處理編輯模式用于制作和編輯自動(dòng)操作的加工程序和執(zhí)行程序。而且依照本實(shí)施例，ROM12裝載有用于刀具損害/異常檢測(cè)的處理程序(a)和用于確定設(shè)置的閾值的處理程序(b)。
程序(a)是公知的處理程序，用于通過前述刀具損害/異常檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)刀具損害/異常。依照該系統(tǒng)，對(duì)于多個(gè)加工循環(huán)檢測(cè)指數(shù)，該指數(shù)表示施加在加工工件的刀具上的負(fù)荷。對(duì)于每一加工循環(huán)，對(duì)當(dāng)前加工循環(huán)的指數(shù)和多個(gè)之前緊接加工循環(huán)的平均指數(shù)進(jìn)行比較。如果比較結(jié)果背離預(yù)設(shè)指數(shù)的允許范圍，得出該刀具正經(jīng)受損害/異常。
另一方面，程序(b)是合適于本發(fā)明的處理程序，且作用為確定設(shè)置的閾值，該閾值定義了處理(a)中的預(yù)設(shè)閾值的允許范圍。這些程序的處理內(nèi)容，尤其是程序(b)的處理將在后面具體描述。
回到圖1，接口15使得控制設(shè)備100和例如是適配器的外圍設(shè)備82之間的連接成為可能。從外圍設(shè)備82側(cè)讀取加工程序等。而且，在控制設(shè)備100中編輯的加工程序可以經(jīng)由外圍設(shè)備82存儲(chǔ)到外圍存儲(chǔ)裝置。PC16(可編程的控制器)依照控制設(shè)備100中包含的順序程序?qū)⒖刂菩盘?hào)經(jīng)由I/O單元17輸出到用于機(jī)床的輔助設(shè)備(例如，諸如用于刀具改變的機(jī)器人手的制動(dòng)器)。
顯示/MDI單元80是提供有顯示器，鍵盤等的手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。接口18接收來自鍵盤的指令數(shù)據(jù)且將其轉(zhuǎn)送給CPU11。接口19連接于位于機(jī)床本體上的操作面板81。操作面板81提供有告警燈和用于輸入各種指令到機(jī)床的各種開關(guān)。
用于單個(gè)軸的軸控制電路30-32從CPU11接收用于軸的移動(dòng)指令，并將其傳送至伺服放大器40-42。在接收這些指令時(shí)，伺服放大器40-42驅(qū)動(dòng)用于X，Y和Z軸的伺服電動(dòng)機(jī)50-52。伺服電動(dòng)機(jī)50-52單獨(dú)的包含位置/速度傳感器。來自位置/速度傳感器的位置/速度反饋信號(hào)反饋到軸控制電路30-32，且用于位置/速度反饋控制。
而且，分別從伺服放大器40-42傳送到伺服電動(dòng)機(jī)50-52的驅(qū)動(dòng)電流是由電流傳感器60-62以與傳統(tǒng)情形相同的方式進(jìn)行檢測(cè)。它們單獨(dú)的被反饋到軸控制電路30-32，且用于電流(扭矩)控制。單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)具有基本上相同的流過其的驅(qū)動(dòng)電流、負(fù)荷扭矩和由其驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給軸上的推力負(fù)荷。因此在本實(shí)施例中，用于檢測(cè)流經(jīng)用于刀具進(jìn)給的Z軸驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)52的驅(qū)動(dòng)電流的電流傳感器62被用來形成用于檢測(cè)刀具上推力負(fù)荷的裝置。位置/速度反饋沒有圖示。
然后，主軸控制電路70接收主軸旋轉(zhuǎn)指令，并依照指令速度和來自位置編碼器73的反饋信號(hào)執(zhí)行速度控制，該位置編碼器73生成與主軸電動(dòng)機(jī)72的旋轉(zhuǎn)同步的反饋脈沖。而且，在從檢測(cè)流過主軸電動(dòng)機(jī)72的驅(qū)動(dòng)電流的電流傳感器74的電流反饋信號(hào)時(shí)，主軸控制電路70執(zhí)行電流環(huán)路控制且控制主軸電動(dòng)機(jī)72的旋轉(zhuǎn)速度。由于施加在主軸電動(dòng)機(jī)上的負(fù)荷(扭矩)和驅(qū)動(dòng)電流實(shí)質(zhì)上互相成比例，所以電流傳感器74構(gòu)成了本實(shí)施例中檢測(cè)主軸電動(dòng)機(jī)上的負(fù)荷的裝置。
假定鉆頭或攻絲刀具是貼附在本發(fā)明中主軸的刀具。例如具有相同尺寸大小的元件的大量工件被連續(xù)鉆孔或攻絲，并且基于前述系統(tǒng)確定用于鉆頭或攻絲刀具的損害/異常的檢測(cè)的設(shè)置閾值。刀具(鉆頭或攻絲刀具)安裝在主軸上，且工作臺(tái)上的每一工件由用于X和Y軸(進(jìn)給軸)的伺服電動(dòng)機(jī)50和51所驅(qū)動(dòng)。由用于Z軸的伺服電動(dòng)機(jī)52，也就是用于移動(dòng)Z軸方向的主軸的進(jìn)給軸將刀具相對(duì)工件移動(dòng)，該Z軸方向垂直于X和Y軸。
同樣參考圖2到圖4，將描述程序(b)(用于確定設(shè)置閾值的處理程序)的內(nèi)容，該程序用于確定設(shè)置閾值和與確定的設(shè)置閾值相關(guān)的項(xiàng)目(比較值，指數(shù)，等)。程序(a)(用于刀具損害/異常檢測(cè)的處理程序)包括這些內(nèi)容。
圖2是顯示用于確定閾值的處理程序(b)的步驟大綱的流程圖。圖3和圖4顯示經(jīng)受損害/異常的加工循環(huán)和損害/異常出現(xiàn)之前緊接和之后緊接的加工循環(huán)中兩種類型刀具(圖3中的鉆孔刀具和圖4中的攻絲刀具)上的負(fù)荷(檢測(cè)值)的轉(zhuǎn)換的示例的曲線圖。
在程序(b)的處理中，執(zhí)行等同于程序(a)獲得的實(shí)際加工(在刀具損害/異常的檢測(cè)前重復(fù)多次的加工循環(huán))的條件(工件類型，加工類型，使用的刀具型號(hào)，等)的條件，并且執(zhí)行實(shí)驗(yàn)加工。下面是單獨(dú)的步驟的要點(diǎn)描述。與設(shè)置閾值相關(guān)的指數(shù)，比較值等將參照?qǐng)D3和4進(jìn)行描述。
步驟S1將用于加工循環(huán)計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器指數(shù)i清除而設(shè)置初始值(i＝0)。
步驟S2當(dāng)在給定期間(例如8msec)檢測(cè)刀具上的負(fù)荷(全文中也簡(jiǎn)單地參照作負(fù)荷)時(shí)，執(zhí)行第i個(gè)循環(huán)的加工，因此獲取表示刀具上負(fù)荷的指數(shù)H(i)。由本實(shí)施例計(jì)算的指數(shù)由符號(hào)H合適的代表。而且，后綴(i)貼附到第i個(gè)循環(huán)中獲得指數(shù)H，從而獲得指數(shù)H(i)。旋轉(zhuǎn)刀具的電動(dòng)機(jī)的扭矩和刀具的Z軸進(jìn)給的推力負(fù)荷是要檢測(cè)的典型負(fù)荷。如前所述，電動(dòng)機(jī)扭矩可由電流傳感器74檢測(cè)，該電流傳感器74用于檢測(cè)流過驅(qū)動(dòng)主軸的主軸電動(dòng)機(jī)72的驅(qū)動(dòng)電流。推力負(fù)荷可由電流傳感器62檢測(cè)，該電流傳感器62用于檢測(cè)流過Z軸驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)52的驅(qū)動(dòng)電流。
公知的，施加在刀具上的負(fù)荷對(duì)于每一加工循環(huán)具有相似的負(fù)荷轉(zhuǎn)換模式。通常如果刀具承受損害/異常，在損害/異常出現(xiàn)后負(fù)荷轉(zhuǎn)換模式立刻開始急劇的變化。圖3和4顯示的變化的示例。
圖3是經(jīng)受損害/異常(見箭頭A)的加工循環(huán)(例如第j個(gè)循環(huán)；j＝2456)和損害/異常出現(xiàn)之前緊接和之后緊接的加工循環(huán)中進(jìn)給軸(Z軸)的推力負(fù)荷的測(cè)量值所畫的曲線圖。測(cè)量值是基于以7490min-1的主軸速度S、3,758mm/min的進(jìn)給速度F、和使用作為刀具的6.8mm直徑的硬質(zhì)合金鉆頭在27.2mm厚度的steel-S50C工件上的重復(fù)鉆孔工作。如果檢測(cè)用于驅(qū)動(dòng)刀具(硬質(zhì)合金鉆頭)的主軸電動(dòng)機(jī)的扭矩(驅(qū)動(dòng)電流)，可以獲得相似的轉(zhuǎn)換模式(未顯示)。
另一方面，圖4是經(jīng)受損害/異常(見箭頭B)的加工循環(huán)(例如第k個(gè)循環(huán)；k＝1826)和損害/異常出現(xiàn)之前緊接的一個(gè)的加工循環(huán)和之后緊接一部分的加工循環(huán)中進(jìn)給軸(Z軸)的推力負(fù)荷的測(cè)量值所畫的曲線圖。測(cè)量值是基于以717min-1的主軸速度S、501.9mm/min的進(jìn)給速度F、和使用作為刀具的4mm直徑的高速鋼攻絲(攻絲刀具)在相同的工件上的重復(fù)攻絲工作。如果檢測(cè)用于驅(qū)動(dòng)刀具(高速鋼攻絲)的主軸電動(dòng)機(jī)的扭矩(驅(qū)動(dòng)電流)，可以獲得相似的轉(zhuǎn)換模式(未顯示)。
依照該方式中檢測(cè)的負(fù)荷數(shù)據(jù)連續(xù)計(jì)算不同的指數(shù)。
可以獲取不同的指數(shù)H，并且計(jì)算其中一個(gè)。在這種情況下，假定計(jì)算指數(shù)M，S，L，Ldiff，M/L，G+或G-。在圖3和4中，符號(hào)T代表加工時(shí)間(不包括用于鉆孔工作中鉆的移除的時(shí)間)。
M對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷之間的差值。通常，取正值。在一些情況下，最大和最小負(fù)荷值可以被極性反轉(zhuǎn)。例如，在如圖4(攻絲)所示的循環(huán)的后半部分，刀具反向旋轉(zhuǎn)，而且推力負(fù)荷反向施加，從而最小負(fù)荷值是負(fù)。
S對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷值的區(qū)域。如果用于循環(huán)的前半部和后半部的負(fù)荷是極性相反，具有每一負(fù)荷＞0的區(qū)域S+部分和具有每一負(fù)荷＜0的區(qū)域S-部分相加計(jì)算S＝S++S-。
L對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值S/T。
Ldiff對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L和前一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L’之間的差值(絕對(duì)值)。
M/L對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的差值M除以對(duì)于相同加工循環(huán)的平均值L所獲得的值。
G-在某一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷的下降過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(見圖3和圖4)。
G+在某一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷的增加過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(見圖3和圖4)。
在相關(guān)加工循環(huán)終止后確定這些指數(shù)的最終確定值。然而，在加工工作過程中開始這些指數(shù)的計(jì)算，這些指數(shù)可以通過一方法計(jì)算，從而以每一給定期間更新例如積分值的瞬變值。例如，在以每一檢測(cè)期間積分負(fù)荷檢測(cè)值(絕對(duì)值)的過程的步驟中，可以獲得指數(shù)S(S＝最終積分值X檢測(cè)期間)步驟S3對(duì)計(jì)數(shù)器指數(shù)i值增加1。
步驟S4檢查計(jì)數(shù)器指數(shù)i值。如果超出了預(yù)定值n，過程行進(jìn)到步驟S5。如果沒有超出值n，過程返回到步驟S2。這里n是不小于2的正整數(shù)，其是相應(yīng)于具有平均值的之前加工循環(huán)的數(shù)目的預(yù)定數(shù)目，該平均值是與前述檢測(cè)系統(tǒng)中對(duì)于當(dāng)前加工循環(huán)的指數(shù)相比較。通常，n的適當(dāng)值為從3到10。如果例如給定n＝5，從處理開始的第6個(gè)步驟S4時(shí)第一次獲得判決輸出YES。當(dāng)上述完成時(shí)，累積5個(gè)指數(shù)H(1)，H(2)，H(3)，H(4)和H(5)。
步驟S5當(dāng)在給定期間檢測(cè)施加在刀具上的負(fù)荷時(shí)，執(zhí)行第i個(gè)循環(huán)的加工，而且獲取表示施加在負(fù)荷上的指數(shù)H(i)。之前已經(jīng)結(jié)合步驟S2描述了獲取H(i)的類型。
步驟S6對(duì)于獲取的指數(shù)H(i)的每一類，獲取且存儲(chǔ)比較值R(1)。如果給定n＝5，R(1)為R(1)＝5×H(6)/(H(1)+H(2)+H(3)+H(4)+H(5))。
例如對(duì)于指數(shù)L，R(1)L為R(1)L＝5×L(6)/(L(1)+L(2)+L(3)+L(4)+L(5))盡管在這種情況下對(duì)于比較值使用“比率”，也只是一典型的示例。其可以由其他相似的數(shù)量(代表大小優(yōu)選的數(shù)值)代替。而且，在比較值計(jì)算中使用的之前循環(huán)的數(shù)目“n”不需要等于用于在實(shí)際刀具損害/異常檢測(cè)中使用的比較值計(jì)算的之前循環(huán)的數(shù)目“n real”。通常，其關(guān)系可以為n real≤n，然而理想的是n real＝n。
步驟S7利用從指數(shù)H(6)獲取的比較值R(1)，將設(shè)置的閾值rmax0和rmin0在閾值列表中寫為初始設(shè)置閾值。以各種方法執(zhí)行初始設(shè)置，例如rmax0＝(1+α)R(1)，rmin0＝(1-α)R(1)。
這里，rmax0代表比較值R的上限閾值rmax的初始設(shè)置值，而rmin代表比較值R的下限閾值rmin的初始設(shè)置值。而且，α是調(diào)節(jié)允許范圍來對(duì)每一指數(shù)的比較值進(jìn)行初始設(shè)置的參數(shù)，且其范圍為從0到約0.1。如果給定α＝0，獲得了rmax0＝rmin0＝R(1)，意味著對(duì)于初始設(shè)置的比較值的允許范圍的寬度為零。然而由于假設(shè)α之后被更新，所以這沒有產(chǎn)生問題。相反，應(yīng)注意的是α不應(yīng)該設(shè)置得太大。
對(duì)于從指數(shù)G-和G+的當(dāng)前循環(huán)和之前n個(gè)加工循環(huán)中的檢測(cè)值計(jì)算的比較值的閾值，在M，S，L，Ldiff，M/L，G+和G-中，只有rmax0以前述方式初始設(shè)置，且rmin0初始設(shè)置為rmin0＝0。由于管理傾角的絕對(duì)值的下限是沒有意義的，下限值可以只是形式上的。
因而，在本實(shí)施例的情況下，初始設(shè)置下述14個(gè)閾值對(duì)于M的比較值上限，對(duì)于M的比較值下限，對(duì)于S的比較值上限，對(duì)于S的比較值下限，對(duì)于L的比較值上限，對(duì)于L的比較值下限，對(duì)于Ldiff的比較值上限，對(duì)于Ldiff的比較值下限，對(duì)于M/L的比較值上限，對(duì)于M/L的比較值下限，對(duì)于G-的比較值上限，對(duì)于G-的比較值下限，對(duì)于G+的比較值上限，對(duì)于G+的比較值下限。
而且，對(duì)于從各個(gè)指數(shù)計(jì)算的比較值可以分開初始設(shè)置rmax0和rmin0。對(duì)于這種情況的設(shè)置值的示例如下給出(1)對(duì)于指數(shù)G+和G-的每一比較值設(shè)置rmax0＝1和rmin0＝0。
(2)對(duì)于指數(shù)M，S，L，Ldiff和M/L的每一比較值設(shè)置rmax0＝1.05和rmin0＝0.95。
步驟S8對(duì)計(jì)數(shù)器指數(shù)i值增加1。
步驟S9在給定期間檢測(cè)施加在刀具上的負(fù)荷時(shí)，執(zhí)行第i個(gè)循環(huán)的加工，且獲取表示施加在刀具上負(fù)荷的指數(shù)H(i)。之前已經(jīng)結(jié)合步驟S2描述了獲取的指數(shù)H(i)的類型。
步驟S10對(duì)于獲取指數(shù)H(i)的每一類型獲取且存儲(chǔ)比較值R(i-n)。如果給定n＝5，R(i-5)為R(i-5)＝5×H(i)/(H(i-1)+H(i-2)+H(i-3)+H(i-4)+H(i-5))。
例如對(duì)于指數(shù)S，R(i-5)S為R(i-5)S＝5×S(i)/(S(i-1)+S(i-2)+S(i-3)+S(i-4)+S(i-5))。
步驟S11對(duì)于每一指數(shù)類型檢查比較值R(i-n)，從而看是否背離允許范圍(在下限和上限閾值之間)。如果它們是在允許范圍內(nèi)，過程返回到步驟S8。如果不在，過程行進(jìn)到步驟S12。
步驟S12依照背離允許范圍的比較值更新閾值列表中的最近閾值。迄今獲得的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)作為歷史數(shù)據(jù)(閾值的更新和歷史數(shù)據(jù)的續(xù)篇(postscript))。歷史數(shù)據(jù)包括比較值，相關(guān)循環(huán)數(shù)目，和表示數(shù)值所背離的上限和下限的識(shí)別碼。
步驟S13檢查是否輸入停止閾值更新的指令。如果沒有輸入指令，過程返回到步驟S8。如果輸入了該指令，過程行進(jìn)到步驟S14。例如，操作者通過視覺識(shí)別刀具的損害/異常的出現(xiàn)或經(jīng)由分開提供的失敗傳感器的輸出而監(jiān)測(cè)閾值更新停止指令。當(dāng)他/她識(shí)別損害/異常的出現(xiàn)，操作者通過手動(dòng)操作做出輸入。可選的，可以期望加工后操作者很快的檢查狀況(例如，孔的形狀和大小等)，從而在得出低精確性開始時(shí)，他/她可以做出手動(dòng)輸入。而且，可選的，失敗傳感器的輸出等可以用于輸入自動(dòng)停止閾值更新的指令。
步驟S14在當(dāng)前開始的加工循環(huán)完成后停止加工。
步驟S15基于閾值列表中寫入的數(shù)據(jù)，對(duì)于每一指數(shù)類型，確定比較值的設(shè)置閾值rmaxset和rminset。例如依照給定的規(guī)則可以自動(dòng)做出最終判決。典型的規(guī)則是對(duì)于每一指數(shù)類型的每一比較值收集最近閾值的更新值，且直接用于設(shè)置閾值。依照另一規(guī)則，收集最近閾值的更新值，且進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，例如對(duì)每一都乘以安全因數(shù)。
上面是確定閾值的處理程序的大綱的描述。在本實(shí)施例中，確定閾值(共14個(gè))以設(shè)置允許范圍，該允許范圍由指數(shù)M，S，L，Ldiff，M/L，G+和G-的比較值的上限和下限值定義。然而，這些值只作為示例，且可以只是確定其中的一些。而且，除這些示例之外的其他指數(shù)也可用為代表刀具上負(fù)荷的指數(shù)。
以這種方式確定的全部或部分設(shè)置閾值被用于基于前述系統(tǒng)的刀具損害/異常檢測(cè)。由于該系統(tǒng)是公知的，其將只是簡(jiǎn)要的說明。
首先，設(shè)置實(shí)際用于刀具損害/異常檢測(cè)的設(shè)置閾值(例如前述的14個(gè)值)，且將新的刀具安裝在位置上。在這些預(yù)安置后，以如步驟S1到S5的處理獲取對(duì)于n個(gè)循環(huán)的指數(shù)。在第(n+1)個(gè)循環(huán)和之后的循環(huán)中，對(duì)于每一指數(shù)類型獲取比較值。以與前述處理相同的方式獲取比較值。特別的，當(dāng)前加工循環(huán)之前的加工循環(huán)的數(shù)目假定為與步驟S6等中使用的數(shù)目(例如5)相同。
每次獲取比較值，檢查是否背離由設(shè)置閾值定義的允許范圍。如果任一比較值背離允許范圍，則得出刀具正經(jīng)受損害/異常。于是，輸出警報(bào)且停止加工。從前述確定設(shè)置閾值的處理的描述中明顯可知，在該情況中使用的設(shè)置閾值不是由操作者的本能和技巧所設(shè)定，而是自動(dòng)的反映出實(shí)際測(cè)試結(jié)果。因而，可以不具有歸因于經(jīng)驗(yàn)差別的差量而設(shè)定設(shè)置閾值，且提高了刀具損害/異常檢測(cè)的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，對(duì)于多個(gè)加工循環(huán)獲取指數(shù)，每一指數(shù)表示施加在加工工件的刀具上的負(fù)荷，將當(dāng)前加工循環(huán)中獲取的指數(shù)與當(dāng)前加工循環(huán)之前的加工循環(huán)中獲取的指數(shù)的平均值進(jìn)行比較，從而獲取表示每一加工循環(huán)中比較的結(jié)果的比較值，并且當(dāng)比較值背離閾值的設(shè)置值所定義的允許范圍時(shí)確定刀具出現(xiàn)了損害/異常，包括用于確定閾值的設(shè)置值的裝置的所述刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備包括檢測(cè)裝置，其對(duì)多個(gè)加工循環(huán)檢測(cè)指數(shù)；比較裝置，其將一加工循環(huán)中的指數(shù)與該加工循環(huán)之前的多個(gè)加工循環(huán)的指數(shù)平均值進(jìn)行比較，從而獲取表示比較結(jié)果的比較值；第一存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)閾值；寫入裝置，其將要存入第一存儲(chǔ)裝置的閾值的初始值寫入所述第一存儲(chǔ)裝置中；更新裝置，其用于當(dāng)加工循環(huán)中獲取的比較值背離允許范圍時(shí)，更新存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值為依照背離允許范圍的比較值的值，該允許范圍由存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值所定義；用于響應(yīng)停止閾值更新指令而停止閾值的更新的裝置；以及確定裝置，其用于當(dāng)閾值的更新停止時(shí)，基于存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值確定閾值的設(shè)置值。
2.如權(quán)利要求1所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，所述指數(shù)包括對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷之間的差值(M)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷值的區(qū)域(S)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值(L)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L和對(duì)于前一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L’之間的差值(Ldiff)，通過將該一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷值之間的差值M除以相同加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L而獲得的數(shù)值(M/L)，在該一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷增加的過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G+)，和/或該一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷降低的過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G-)，以及對(duì)于不同類型的指數(shù)確定閾值的設(shè)置值，從而基于至少一個(gè)確定的閾值設(shè)置值檢測(cè)刀具的損害/異常。
3.如權(quán)利要求1所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，施加在刀具上的負(fù)荷被檢測(cè)作為旋轉(zhuǎn)刀具的電動(dòng)機(jī)的扭矩。
4.如權(quán)利要求1所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，施加在刀具上的負(fù)荷被檢測(cè)作為施加在刀具上的推力負(fù)荷。
5.如權(quán)利要求1所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，所述寫入裝置基于所述比較裝置獲取的第一比較值，將閾值的初始值寫入所述第一存儲(chǔ)裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，刀具包括鉆孔刀具或攻絲刀具。
7.一種刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，對(duì)于多個(gè)加工循環(huán)獲取指數(shù)，每一指數(shù)表示施加在加工工件的刀具上的負(fù)荷，將當(dāng)前加工循環(huán)中獲取的指數(shù)與當(dāng)前加工循環(huán)之前的加工循環(huán)中獲取的指數(shù)的平均值進(jìn)行比較，從而獲取表示每一加工循環(huán)中比較的結(jié)果的比較值，并且當(dāng)比較值背離閾值的設(shè)置值所定義的允許范圍時(shí)確定刀具出現(xiàn)了損害/異常，包括用于確定閾值的設(shè)置值的裝置的所述刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備包括檢測(cè)裝置，其對(duì)多個(gè)加工循環(huán)檢測(cè)指數(shù)；比較裝置，其將一加工循環(huán)中的指數(shù)與該加工循環(huán)之前的多個(gè)加工循環(huán)的指數(shù)平均值進(jìn)行比較，從而獲取表示比較結(jié)果的比較值；第一存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)閾值；寫入裝置，其將要存入第一存儲(chǔ)裝置的閾值的初始值寫入所述第一存儲(chǔ)裝置中；更新裝置，其用于當(dāng)加工循環(huán)中獲取的比較值背離允許范圍時(shí)，更新存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值為依照背離允許范圍的比較值的值，該允許范圍由存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值所定義；第二存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)閾值歷史，該閾值歷史包括在最近更新之前存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值的至少一部分；用于響應(yīng)停止閾值更新指令而停止閾值的更新的裝置；以及確定裝置，其用于當(dāng)閾值的更新停止時(shí)，基于存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)裝置中的閾值歷史確定閾值的設(shè)置值。
8.如權(quán)利要求7所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，所述指數(shù)包括對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷之間的差值(M)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷值的區(qū)域(S)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值(L)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L和對(duì)于前一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L’之間的差值(Ldiff)，通過將該一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷值之間的差值M除以相同加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L而獲得的數(shù)值(M/L)，在該一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷增加的過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G+)，和/或該一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷降低的過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G-)，以及對(duì)于不同類型的指數(shù)確定閾值的設(shè)置值，從而基于至少一個(gè)確定的閾值設(shè)置值檢測(cè)刀具的損害/異常。
9.如權(quán)利要求7所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，施加在刀具上的負(fù)荷被檢測(cè)作為旋轉(zhuǎn)刀具的電動(dòng)機(jī)的扭矩。
10.如權(quán)利要求7所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，施加在刀具上的負(fù)荷被檢測(cè)作為施加在刀具上的推力負(fù)荷。
11.如權(quán)利要求7所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，所述寫入裝置基于所述比較裝置獲取的第一比較值，將閾值的初始值寫入所述第一存儲(chǔ)裝置。
12.如權(quán)利要求7所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，刀具包括鉆孔刀具或攻絲刀具。
13.一種刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，對(duì)于多個(gè)加工循環(huán)獲取指數(shù)，每一指數(shù)表示施加在加工工件的刀具上的負(fù)荷，將當(dāng)前加工循環(huán)中獲取的指數(shù)與當(dāng)前加工循環(huán)之前的加工循環(huán)中獲取的指數(shù)的平均值進(jìn)行比較，從而獲取表示每一加工循環(huán)中比較的結(jié)果的比較值，并且當(dāng)比較值背離閾值的設(shè)置值所定義的允許范圍時(shí)確定刀具出現(xiàn)了損害/異常，包括用于確定閾值的設(shè)置值的裝置的所述刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備包括檢測(cè)裝置，其對(duì)多個(gè)加工循環(huán)檢測(cè)指數(shù)；比較裝置，其將一加工循環(huán)中的指數(shù)與該加工循環(huán)之前的多個(gè)加工循環(huán)的指數(shù)平均值進(jìn)行比較，從而獲取表示比較結(jié)果的比較值；第一存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)閾值；寫入裝置，其將要存入第一存儲(chǔ)裝置的閾值的初始值寫入所述第一存儲(chǔ)裝置中；更新裝置，其用于當(dāng)加工循環(huán)中獲取的比較值背離允許范圍時(shí)，更新存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值為依照背離允許范圍的比較值的值，該允許范圍由存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值所定義；第二存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)閾值歷史，該閾值歷史包括在最近更新之前存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值的至少一部分；用于響應(yīng)于停止閾值更新指令而停止閾值的更新的裝置；以及確定裝置，其用于當(dāng)閾值的更新停止時(shí)，基于存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)裝置中的閾值歷史和存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)裝置中的閾值確定閾值的設(shè)置值。
14.如權(quán)利要求13所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，所述指數(shù)包括對(duì)于某一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷之間的差值(M)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷值的區(qū)域(S)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值(L)，對(duì)于該一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L和對(duì)于前一個(gè)加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L’之間的差值(Ldiff)，通過將該一個(gè)加工循環(huán)的最大和最小負(fù)荷值之間的差值M除以相同加工循環(huán)的負(fù)荷絕對(duì)值的平均值L而獲得的數(shù)值(M/L)，在該一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷增加的過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G+)，和/或該一個(gè)加工循環(huán)中負(fù)荷降低的過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G-)，以及對(duì)于不同類型的指數(shù)確定閾值的設(shè)置值，從而基于至少一個(gè)確定的閾值設(shè)置值檢測(cè)刀具的損害/異常。
15.如權(quán)利要求13所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，施加在刀具上的負(fù)荷被檢測(cè)作為旋轉(zhuǎn)刀具的電動(dòng)機(jī)的扭矩。
16.如權(quán)利要求13所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，施加在刀具上的負(fù)荷被檢測(cè)作為施加在刀具上的推力負(fù)荷。
17.如權(quán)利要求13所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，所述寫入裝置基于所述比較裝置獲取的第一比較值，將閾值的初始值寫入所述第一存儲(chǔ)裝置。
18.如權(quán)利要求13所述的刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其中，刀具包括鉆孔刀具或攻絲刀具。
全文摘要
一刀具損害/異常檢測(cè)設(shè)備，其可以對(duì)于表示刀具上的負(fù)荷的指數(shù)，簡(jiǎn)單的合適的設(shè)置當(dāng)前值和最近經(jīng)過的平均值之間的比較值的允許范圍。加工循環(huán)計(jì)數(shù)器指數(shù)i調(diào)節(jié)為i＝0，當(dāng)在給定期間檢測(cè)負(fù)荷時(shí)執(zhí)行加工，且對(duì)于n個(gè)循環(huán)獲取指數(shù)H(i)(負(fù)荷值的區(qū)域S，負(fù)荷下降過程中獲得的兩點(diǎn)之間的最大傾角的絕對(duì)值(G
文檔編號(hào)G01N3/58GK1796973SQ20051009388
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者安木國(guó)晴, 前川進(jìn) 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社