特許 7058210 工作機械、欠損検知方法、および欠損検知プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-13

(45)【発行日】2022-04-21

(54)【発明の名称】工作機械、欠損検知方法、および欠損検知プログラム

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/09 20060101AFI20220414BHJP

   G05B 19/4065 20060101ALI20220414BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/09 F

G05B19/4065

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018230512

(22)【出願日】2018-12-10

(65)【公開番号】P2020093305

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2021-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西川 静雄

(72)【発明者】

【氏名】河合 謙吾

【審査官】村上 哲

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０５４５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７７６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８３７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１９３７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－０３３２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８５６２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－３０９６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１６４５３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ １７／０９

Ｇ０５Ｂ １９／４０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械であって、
ワークを切削するための複数の刃を有する工具と、
前記工具を回転するための主軸と、
前記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するための取得部と、
前記工作機械を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記時系列の物理量に基づいて、前記主軸の回転速度と前記工具の刃数とに相関するＴＰＦ（Tooth Passing Frequency）から前記主軸の回転速度に相関するＳＲＦ（Spindle Rotation Frequency）を減算した第１周波数に対応する前記主軸の第１振動強度と、前記ＴＰＦに前記ＳＲＦを加算した第２周波数に対応する前記主軸の第２振動強度との少なくとも一方を算出し、
前記第１振動強度と、前記第２振動強度と、前記第１振動強度および前記第２振動強度の合成値との内の少なくとも１つが予め定められた条件を満たした場合に、前記工具の欠損を検知する、工作機械。

【請求項2】

前記予め定められた条件は、前記第１振動強度が所定の第１閾値を超え、かつ、前記第２振動強度が所定の第２閾値を超えた場合に満たされる、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記第１閾値は、前記第２閾値よりも大きい、請求項２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記予め定められた条件は、前記第１振動強度が所定閾値を超えた場合に満たされる、請求項１に記載の工作機械。

【請求項5】

前記制御装置は、前記第１振動強度に所定の第１の重みを乗算した値と、前記第２振動強度に所定の第２の重みを乗算した値とを加算した結果を前記合成値として算出し、
前記予め定められた条件は、前記合成値が所定閾値を超えた場合に満たされる、請求項２に記載の工作機械。

【請求項6】

前記第１の重みは、前記第２の重みよりも大きい、請求項５に記載の工作機械。

【請求項7】

前記制御装置は、前記主軸の回転速度の変更前後で前記第１振動強度および前記第２振動強度が変化しないときには、当該第１振動強度および当該第２振動強度を前記工具の欠損の検知には用いない、請求項１～６のいずれか１項に記載の工作機械。

【請求項8】

工作機械で用いられる工具の欠損を検知するための欠損検知方法であって、
前記工具は、ワークを切削するための複数の刃を有し、
前記工作機械は、前記工具を回転するための主軸を備え、
前記欠損検知方法は、
前記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するステップと、
前記時系列の物理量に基づいて、前記主軸の回転速度と前記工具の刃数とに相関するＴＰＦ（Tooth Passing Frequency）から前記主軸の回転速度に相関するＳＲＦ（Spindle Rotation Frequency）を減算した第１周波数に対応する前記主軸の第１振動強度と、前記ＴＰＦに前記ＳＲＦを加算した第２周波数に対応する前記主軸の第２振動強度との少なくとも一方を算出するステップと、
前記第１振動強度と、前記第２振動強度と、前記第１振動強度および前記第２振動強度の合成値との内の少なくとも１つが予め定められた条件を満たした場合に、前記工具の欠損を検知するステップとを備える、欠損検知方法。

【請求項9】

工作機械で用いられる工具の欠損を検知するための欠損検知プログラムであって、
前記工具は、ワークを切削するための複数の刃を有し、
前記工作機械は、前記工具を回転するための主軸を備え、
前記欠損検知プログラムは、前記工作機械に、
前記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するステップと、
前記時系列の物理量に基づいて、前記主軸の回転速度と前記工具の刃数とに相関するＴＰＦ（Tooth Passing Frequency）から前記主軸の回転速度に相関するＳＲＦ（Spindle Rotation Frequency）を減算した第１周波数に対応する前記主軸の第１振動強度と、前記ＴＰＦに前記ＳＲＦを加算した第２周波数に対応する前記主軸の第２振動強度との少なくとも一方を算出するステップと、
前記第１振動強度と、前記第２振動強度と、前記第１振動強度および前記第２振動強度の合成値との内の少なくとも１つが予め定められた条件を満たした場合に、前記工具の欠損を検知するステップとを実行させる、欠損検知プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、工作機械で利用される工具の欠損を検知するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特開昭６２－１９３７５１号公報（特許文献１）は、工具の欠損を検知することが可能な工作機械を開示している。より具体的には、特許文献１は、工具の近傍に設けられたＡＥ（Acoustic Emission）センサから出力されるＡＥ信号の周波数成分の内、ＳＲＦ（Spindle Rotation Frequency）に対応する周波数成分が、工具の欠損時において正常時よりも大きくなることを開示している。この点に着目して、特許文献１に開示される工作機械は、ＳＲＦに対応する周波数成分に基づいて、工具の欠損を検知する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６２－１９３７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＳＲＦに相当する信号強度は、工具の欠損時において正常時よりも必ず大きくなるとは限らない。そのため、他の方法で工具の欠損を検知することが望まれている。

【0005】

本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、従来とは異なる方法で工具の欠損を検知することができる工作機械を提供することである。他の局面における目的は、従来とは異なる方法で工具の欠損を検知することができる欠損検知方法を提供することである。他の局面における目的は、従来とは異なる方法で工具の欠損を検知することができる欠損検知プログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一例では、工作機械は、ワークを切削するための複数の刃を有する工具と、上記工具を回転するための主軸と、上記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するための取得部と、上記工作機械を制御するための制御装置とを備える。上記制御装置は、上記時系列の物理量に基づいて、上記主軸の回転速度と上記工具の刃数とに相関するＴＰＦ（Tooth Passing Frequency）から上記主軸の回転速度に相関するＳＲＦ（Spindle Rotation Frequency）を減算した第１周波数に対応する上記主軸の第１振動強度と、上記ＴＰＦに上記ＳＲＦを加算した第２周波数に対応する上記主軸の第２振動強度との少なくとも一方を算出し、上記第１振動強度と、上記第２振動強度と、上記第１振動強度および上記第２振動強度の合成値との内の少なくとも１つが予め定められた条件を満たした場合に、上記工具の欠損を検知する。

【0007】

本開示の一例では、上記予め定められた条件は、上記第１振動強度が所定の第１閾値を超え、かつ、上記第２振動強度が所定の第２閾値を超えた場合に満たされる。

【0008】

本開示の一例では、上記第１閾値は、上記第２閾値よりも大きい。
本開示の一例では、上記予め定められた条件は、上記第１振動強度が所定閾値を超えた場合に満たされる。

【0009】

本開示の一例では、上記制御装置は、上記第１振動強度に所定の第１の重みを乗算した値と、上記第２振動強度に所定の第２の重みを乗算した値とを加算した結果を上記合成値として算出し、上記予め定められた条件は、上記合成値が所定閾値を超えた場合に満たされる。

【0010】

本開示の一例では、上記第１の重みは、上記第２の重みよりも大きい。
本開示の一例では、上記制御装置は、上記主軸の回転速度の変更前後で上記第１振動強度および上記第２振動強度が変化しないときには、当該第１振動強度および当該第２振動強度を上記工具の欠損の検知には用いない。

【0011】

本開示の他の例では、工作機械で用いられる工具の欠損を検知するための欠損検知方法が提供される。上記工具は、ワークを切削するための複数の刃を有する。上記工作機械は、上記工具を回転するための主軸を備える。上記欠損検知方法は、上記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するステップと、上記時系列の物理量に基づいて、上記主軸の回転速度と上記工具の刃数とに相関するＴＰＦ（Tooth Passing Frequency）から上記主軸の回転速度に相関するＳＲＦ（Spindle Rotation Frequency）を減算した第１周波数に対応する上記主軸の第１振動強度と、上記ＴＰＦに上記ＳＲＦを加算した第２周波数に対応する上記主軸の第２振動強度との少なくとも一方を算出するステップと、上記第１振動強度と、上記第２振動強度と、上記第１振動強度および上記第２振動強度の合成値との内の少なくとも１つが予め定められた条件を満たした場合に、上記工具の欠損を検知するステップとを備える。

【0012】

本開示の他の例では、工作機械で用いられる工具の欠損を検知するための欠損検知プログラムが提供される。上記工具は、ワークを切削するための複数の刃を有する。上記工作機械は、上記工具を回転するための主軸を備える。上記欠損検知プログラムは、上記工作機械に、上記主軸の振動に相関する時系列の物理量を取得するステップと、上記時系列の物理量に基づいて、上記主軸の回転速度と上記工具の刃数とに相関するＴＰＦ（Tooth Passing Frequency）から上記主軸の回転速度に相関するＳＲＦ（Spindle Rotation Frequency）を減算した第１周波数に対応する上記主軸の第１振動強度と、上記ＴＰＦに上記ＳＲＦを加算した第２周波数に対応する上記主軸の第２振動強度との少なくとも一方を算出するステップと、上記第１振動強度と、上記第２振動強度と、上記第１振動強度および上記第２振動強度の合成値との内の少なくとも１つが予め定められた条件を満たした場合に、上記工具の欠損を検知するステップとを実行させる。

【発明の効果】

【0013】

ある局面において、従来とは異なる方法で工具の欠損を検知することができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】工作機械の外観を示す図である。

【図2】工作機械の内部構造の一例を示す図である。

【図3】工具によるワークの切削態様を示す図である。

【図4】ワークの切削中において加速度センサから出力される信号波形の２つの例を示す図である。

【図5】信号波形の近似式を示す図である。

【図6】工具欠損時の近似波形をフーリエ変換した結果を示す図である。

【図7】工作機械の機能構成の一例を示す図である。

【図8】サンプリングされた振動周波数を示す図である。

【図9】欠損条件の一例を説明するための図である。

【図10】欠損条件の他の例を説明するための図である。

【図11】工作機械の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。

【図12】工作機械が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。

【図13】実験例１に基づく実験結果を示す図である。

【図14】実験例２に基づく実験結果を示す図である。

【図15】実験例３に基づく実験結果を示す図である。

【図16】実験例４に基づく実験結果を示す図である。

【図17】実験例５に基づく実験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

【0016】

＜Ａ．工作機械１００の構成＞
図１および図２を参照して、工作機械１００の構成について説明する。図１は、工作機械１００の外観を示す図である。図２は、工作機械１００の内部構造の一例を示す図である。

【0017】

図１および図２には、マシニングセンタとしての工作機械１００が示されている。以下では、マシニングセンタとしての工作機械１００について説明するが、工作機械１００は、マシニングセンタに限定されない。たとえば、工作機械１００は、旋盤であってもよいし、その他の切削機械や研削機械であってもよい。また、工作機械１００は、工具が鉛直方向に取り付けられる縦形のマシニングセンタであってもよいし、工具が水平方向に取り付けられる横形のマシニングセンタであってもよい。

【0018】

工作機械１００は、切削に関する各種情報を表示するためのディスプレイ１３０と、工作機械１００に対する各種操作を受け付ける入力デバイス１３１とを含む。

【0019】

また、工作機械１００は、その内部に、主軸頭２１を有する。主軸頭２１は、主軸２２と、ハウジング２３とで構成されている。主軸２２は、ハウジング２３の内部に配置されている。主軸２２には、被加工物であるワークを加工するための工具が装着される。図２の例では、エンドミルとしての工具３２が主軸２２に装着されている。

【0020】

主軸頭２１は、ボールねじ２５に沿ってＺ軸方向に駆動可能に構成されている。ボールねじ２５にはサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ２５を駆動することで主軸頭２１を移動させ、Ｚ軸方向の任意の位置に主軸頭２１を移動する。

【0021】

また、主軸２２にはサーボモータなどの駆動機構が接続される。当該駆動機構は、Ｚ軸方向（鉛直方向）に平行な中心軸ＡＸ１を中心に主軸２２を回転駆動する。その結果、主軸２２に装着された工具３２は、主軸２２の回転に伴って中心軸ＡＸ１を中心に回転する。なお、工作機械１００が旋盤である場合には、主軸２２には、ワークが装着される。この場合、主軸２２の回転に伴って、主軸２２に装着されたワークが回転する。

【0022】

工作機械１００は、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）３０をさらに有する。自動工具交換装置３０は、マガジン３１と、押出し機構３３と、アーム３６とで構成されている。マガジン３１は、ワークを加工するための種々の工具３２を収容するための装置である。マガジン３１は、複数の工具保持部３４と、スプロケット３５とで構成されている。

【0023】

工具保持部３４は、種々の工具３２を保持可能なように構成されている。複数の工具保持部３４は、スプロケット３５の周囲に環状に配列されている。スプロケット３５は、モータ駆動により、Ｘ軸に平行な中心軸ＡＸ２を中心に回転可能に設けられている。スプロケット３５の回転に伴って、複数の工具保持部３４が中心軸ＡＸ２を中心に回転移動する。

【0024】

自動工具交換装置３０は、工具の交換命令を受けたことに基づいて、マガジン３１から装着対象の工具３２を抜き取り、当該工具３２を主軸２２に装着する。より具体的には、自動工具交換装置３０は、目的の工具３２を保持する工具保持部３４を押出し機構３３の前に移動する。次に、押出し機構３３は、アーム３６による交換位置に向けて目的の工具３２を押し出す。その後、アーム３６は、目的の工具３２を工具保持部３４から抜き取るとともに、現在装着されている工具３２を主軸２２から抜き取る。その後、アーム３６は、これらの工具３２を保持した状態で半回転し、目的の工具３２を主軸２２に装着するとともに、元の工具３２を工具保持部３４に収容する。これにより、工具３２の交換が行われる。

【0025】

工作機械１００は、加工対象のワークをＸＹ平面上で移動するための移動機構５０をさらに有する。移動機構５０は、ガイド５１，５３と、ボールねじ５２，５４と、ワークを保持するためのテーブル５５（ワーク保持部）とで構成されている。

【0026】

ガイド５１は、Ｙ軸に対して平行に設置されている。ガイド５３は、ガイド５１上に設けられており、Ｘ軸に対して平行に設置されている。ガイド５３は、ガイド５１に沿って駆動可能に構成されている。テーブル５５は、ガイド５３上に設けられており、ガイド５３に沿って駆動可能に構成されている。

【0027】

ボールねじ５２にはサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ５２を駆動することでガイド５３をガイド５１に沿って移動し、Ｙ軸方向の任意の位置にガイド５３を移動する。同様に、ボールねじ５４にもサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ５４を駆動することでテーブル５５をガイド５３に沿って移動し、Ｘ軸方向の任意の位置にテーブル５５を移動する。すなわち、工作機械１００は、ボールねじ５２，５４のそれぞれに接続される駆動機構を協働して制御することで、ＸＹ平面上の任意の位置にテーブル５５を移動する。これにより、工作機械１００は、テーブル５５上で保持されるワークをＸＹ平面上で移動させながら加工を行うことができる。

【0028】

ハウジング２３には、主軸２２または工具３２の振動周波数を検知するための加速度センサ１１０が設けられている。好ましくは、複数の加速度センサ１１０がハウジング２３に設けられ、各加速度センサ１１０は、主軸２２または工具３２の異なる方向（たとえば、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）の振動を検知する。なお、振動周波数を検知するためのセンサは、加速度センサ１１０に限定されず、工具３２または主軸２２の振動周波数を検知することが可能な任意のセンサが用いられ得る。

【0029】

＜Ｂ．欠損検知方法の原理＞
本実施の形態に従う工作機械１００は、下記の「Ｃ．欠損検知機能」で説明するように、工具３２の欠損を検知する。具体的な欠損検知方法を説明する前に、まず、工具３２の欠損を検知するための原理について説明する。

【0030】

図３は、工具３２によるワークＷの切削態様を示す図である。図３には、エンドミルとしての工具３２が示されている。工具３２は、その側面に複数の刃を有し、回転しながらワークＷに接触することでワークＷを切削する。一例として、工具３２は、切込み幅Ａｐの１段目の切削部分を切込み幅Ａｅごとに順次切削する。次に、工具３２は、切込み幅Ａｐの２段目の切削部分を切込み幅Ａｅごとに順次切削する。このような切削が繰り返されることで、ワークＷは、任意の形状に切削される。

【0031】

工作機械１００は、ワークＷの切削中において、主軸２２の振動に相関する時系列の物理量を取得する。取得される物理量は、主軸２２の振動に伴って変化する物理量であれば、いずれの種類の物理量でもよい。一例として、当該物理量は、上述の加速度センサ１１０から出力される加速度である。以下では、理解を容易にするために、主軸２２の振動に相関する物理量として、加速度センサ１１０から出力される加速度を例に挙げて欠損検知方法の原理を説明する。

【0032】

図４は、ワークＷの切削中において加速度センサ１１０から出力される信号波形の２つの例を示す図である。より詳細には、図４（Ａ）には、工具３２が欠損していない場合に加速度センサ１１０から出力される正常な信号波形Ｗ１が示されている。図４（Ｂ）には、工具３２が欠損している場合に加速度センサ１１０から出力される異常な信号波形Ｗ２が示されている。

【0033】

図４に示される「ｆ_Ｓ」は、ＳＲＦ（Spindle Rotation Frequency）を表わす。すなわち、「ｆ_Ｓ」は、主軸回転速度に相関する周波数である。より具体的には、「ｆ_Ｓ」は、下記の式（１）で表わされる。

【0034】

ｆ_Ｓ＝Ｓ／６０・・・（１）
式（１）に示される「ｆ_Ｓ」は、１秒当たりの主軸２２の回転数を示す。「Ｓ」は、１分間当たりの主軸２２の回転数を示す。式（１）に示されるように、６０で割ることで「ｆ_Ｓ」の単位と「Ｓ」の単位とが揃えられる。

【0035】

図４に示される「ｆ_Ｔ」は、切刃通過周波数（ＴＰＦ：Tooth Passing Frequency）を表わす。「ｆ_Ｔ」は、主軸回転速度と工具３２の刃数とに相関する周波数である。より具体的には、「ｆ_Ｔ」は、下記の式（２）で表わされる。

【0036】

ｆ_Ｔ＝Ｓ＊Ｚ／６０＝ｆ_Ｓ＊Ｚ・・・（２）
式（２）に示される「Ｓ」は、主軸回転速度を示す。「Ｓ」は、１分間当たりの主軸２２の回転数に相当する。「Ｚ」は、工具３２の刃数を示す。式（２）に示されるように、６０で割ることで「ｆ_Ｓ」の単位と「Ｓ」の単位とが揃えられる。

【0037】

ワークＷの切削中において、工具３２は、回転しながらワークＷを切削する。そのため、工具３２の刃は、ワークＷに対して接触と非接触とを繰り返す。その結果、信号波形Ｗ１に示されるように、加速度センサ１１０から出力される加速度は、周期的に変化する。

【0038】

信号波形Ｗ１の周波数は、切刃通過周波数「ｆ_Ｔ」に依存する。たとえば、工具３２の刃数が「４」である場合には、ワークＷに対する工具３２の刃の接触／非接触は、工具３２の１回転当たりに４回繰り返される。その結果、図４（Ａ）に示されるように、信号波形Ｗ１は、工具３２が１回転する１／ｆ_Ｓ秒の間に４回振動することとなる。このように、信号波形Ｗ１の周波数は、工具３２の各刃が接触／非接触を繰り返す周期に依存する。

【0039】

これに対して、工具３２の刃が欠損している場合には、信号波形Ｗ２に示されるように、工具３２の刃が欠損している部分において、加速度が正常時よりも小さくなる。この理由は、刃の欠損部分においては、ワークＷとの接触が弱くなるため、あるいは、ワークＷとの接触が生じないためである。工具３２は、回転しながらワークＷを切削するため、工具３２の刃が欠損している場合には、図４（Ｂ）に示される信号波形Ｗ２が繰り返し出力される。

【0040】

図４（Ａ）に示される正常時の信号波形Ｗ１と、図４（Ｂ）に示される工具欠損時の信号波形Ｗ２とは、周期的に変化するため、それぞれ式で近似することができる。図５は、信号波形Ｗ１，Ｗ２の近似式を示す図である。より詳細には、図５（Ａ）には、正常時の信号波形Ｗ１の近似波形Ｗ１’が示されている。図５（Ｂ）には、工具欠損時の信号波形Ｗ２の近似波形Ｗ２’が示されている。

【0041】

正常時の信号波形Ｗ１は、下記の式（３）で近似することができ、図５（Ａ）に示される近似波形Ｗ１’として表わされる。

【0042】

Ｗ＝Ａｃｏｓ（２πｆ_Ｔｔ）・・・（３）
式（３）に示される「Ａ」は、定数である。「ｆ_Ｔ」は、ＴＦＰを表わす。「ｔ」は、時間を表わす。式（３）に示されるように、信号波形Ｗ１’の周波数は、切刃通過周波数「ｆ_Ｔ」と等しい。

【0043】

これに対して、工具欠損時の信号波形Ｗ２は、下記の式（４）で近似することができ、図５（Ｂ）に示される近似波形Ｗ２’として表わされる。

【0044】

Ｗ＝{Ａ＋Ｂｃｏｓ（２πｆ_Ｓｔ）}ｃｏｓ（２πｆ_Ｔｔ）・・・（４）
式（４）に示される「Ａ」，「Ｂ」は、定数である。「ｆ_Ｓ」は、ＳＲＦを表わす。「ｆ_Ｔ」は、ＴＦＰを表わす。「ｔ」は、時間を表わす。

【0045】

上記式（４）の右辺は、三角関数の加法定理により、下記の式（５）のように展開され得る。

【0046】

{Ａ＋Ｂｃｏｓ（２πｆ_Ｓｔ）}ｃｏｓ（２πｆ_Ｔｔ）＝Ａｃｏｓ（２πｆ_Ｔｔ）＋Ｂｃｏｓ（２πｆ_Ｓｔ）ｃｏｓ（２πｆ_Ｔｔ）＝Ａｃｏｓ（２πｆ_Ｔｔ）＋（Ｂ／２）ｃｏｓ{２π（ｆ_Ｔｔ－ｆ_Ｓｔ）}＋（Ｂ／２）ｃｏｓ{２π（ｆ_Ｔｔ＋ｆ_Ｓｔ）}・・・（５）
上記式（５）に示されるように、工具欠損時の近似波形Ｗ２’には、ＴＰＦ「ｆ_Ｔ」の周波数成分だけでなく、ＴＰＦからＳＲＦを差分した「ｆ_Ｔ－ｆ_Ｓ」の周波数成分と、ＴＰＦにＳＲＦを加算した「ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｓ」の周波数成分とが含まれている。これに対して、正常時の近似波形Ｗ１’には、上記式（３）に示されるように、「ｆ_Ｔ－ｆ_Ｓ」の周波数成分と「ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｓ」の周波数成分とが含まれていない。このことから、「ｆ_Ｔ－ｆ_Ｓ」の周波数成分と「ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｓ」の周波数成分とが現れる場合には、工具３２の欠損が生じている可能性が高い。このような発見自体が新規であり、発明者らの功績と言える。

【0047】

図６は、工具欠損時の近似波形Ｗ２’をフーリエ変換した結果を示す図である。図６に示されるグラフの横軸は、周波数を表わす。図６に示されるグラフの縦軸は、振動強度を表わす。

【0048】

図６に示されるグラフからも分かるように、工具欠損時の近似波形Ｗ２’には、「ｆ_Ｔ」の周波数成分だけでなく、「ｆ_Ｔ－ｆ_Ｓ」の周波数成分と、「ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｓ」の周波数成分とが含まれている。本実施の形態に従う工作機械１００は、「ｆ_Ｔ－ｆ_Ｓ」の周波数成分と「ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｓ」の周波数成分との少なくとも一方に基づいて、工具３２の欠損を検知する。

【0049】

＜Ｃ．欠損検知機能＞
次に、図７～図１０を参照して、工具３２の欠損の検知機能について説明する。図７は、工作機械１００の機能構成の一例を示す図である。

【0050】

図７に示されるように、工作機械１００は、主要なハードウェア構成として、取得部９０と、制御装置１０１とを含む。

【0051】

取得部９０は、ワークＷの切削中において、主軸２２の振動に相関する時系列の物理量を取得する。取得部９０によって取得される物理量は、主軸２２の振動に伴って変化する物理量であればいずれの種類の物理量でもよい。一例として、当該物理量は、上述の加速度センサ１１０から出力される加速度である。他の例として、当該物理量は、主軸２２を回転制御する後述のサーボモータ１１２Ｄ（図１１参照）に出力する制御信号（電流値）である。他の例として、当該物理量は、主軸２２の回転速度や回転角度を検知する後述のエンコーダ１１３Ｄ（図１１参照）の出力信号（電流値）である。他の例として、当該物理量は、後述の位置検知ユニット１１５（図１１参照）によって検知される主軸２２の位置信号である。

【0052】

なお、工具３２は主軸２２に取り付けられているため、工具３２および主軸２２は連動する。そのため、「主軸２２の振動に相関する時系列の物理量」は、「工具３２の振動に相関する時系列の物理量」と同義である。

【0053】

取得部９０は、主軸２２の振動に相関する物理量を逐次的に検知する。検知された物理量は、制御装置１０１に逐次出力される。

【0054】

制御装置１０１は、たとえば、ＮＣ（Numerical Control）プログラムを実行可能なＮＣ制御装置である。ＮＣ制御装置は、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはそれらの組み合わせなどによって構成される。

【0055】

制御装置１０１は、後述の欠損検知プログラム１２７（図１１参照）の実行時において、算出部１５４、欠損検知部１５６、および異常処理部１６０として機能する。以下では、算出部１５４、欠損検知部１５６、および異常処理部１６０の機能について順に説明する。

【0056】

（Ｃ１．算出部１５４）
算出部１５４は、取得部９０によってワークＷの切削中に取得された上記物理量を所定のサンプリングレートでサンプリングし、当該サンプリング結果を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）する。より具体的には、算出部１５４は、取得された時系列の物理量から、一定の時間範囲の物理量を切り出し、当該一定の時間範囲の物理量を高速フーリエ変換する。当該高速フーリエ変換は、ワークＷの加工中に行われてもよいし、ワークＷの加工が完了した後に行われてもよい。

【0057】

図８は、サンプリングされた振動周波数６９Ａを示す図である。算出部１５４は、高速フーリエ変換により振動周波数６９Ａを周波数分解し、周波数ごとの振動強度を算出する。図８には、フーリエ変換の結果の一例として、スペクトル６９Ｂが示されている。スペクトル６９Ｂの横軸は、周波数を表わす。スペクトル６９Ｂの縦軸は、振動強度を表わす。当該振動強度は、各周波数成分の振幅の大きさを示す。

【0058】

算出部１５４は、スペクトル６９Ｂに含まれる周波数成分の中から、ＴＰＦ「ｆ_Ｔ」からＳＲＦ「ｆ_Ｓ」を差分した周波数「ｆ１」（第１周波数）に対応する振動強度「ＡＭ１」（第１振動強度）と、「ｆ_Ｔ」に「ｆ_Ｓ」を加算した「ｆ２」（第２周波数）に対応する振動強度「ＡＭ２」（第２振動強度）との少なくとも一方を算出する。すなわち、異なる言い方をすれば、算出部１５４は、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」のいずれかを算出しなくてもよい。算出された振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」は、欠損検知部１５６に出力される。

【0059】

なお、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」の算出方法は、フーリエ変換に限定されない。たとえば、算出部１５４は、取得部９０によって取得された時系列の物理量に対して周波数「ｆ１」を乗算し、その乗算結果を振動強度「ＡＭ１」として算出してもよい。あるいは、算出部１５４は、取得部９０によって取得された時系列の物理量に対して周波数「ｆ２」を乗算し、その乗算結果を振動強度「ＡＭ２」として算出してもよい。

【0060】

（Ｃ２．欠損検知部１５６）
次に、図９および図１０を参照して、欠損検知部１５６の機能について説明する。

【0061】

欠損検知部１５６は、周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」に対応する振動強度「ＡＭ１」と、周波数「ｆ２（＝ＴＰＦ＋ＳＲＦ）」に対応する振動強度「ＡＭ２」と、振動強度「ＡＭ１」および振動強度「ＡＭ２」の合成値との内の少なくとも１つが予め定められた条件（以下、「欠損条件」ともいう。）を満たした場合に、工具３２の欠損を検知する。欠損条件が満たされたか否かは、種々の方法で判断され得る。

【0062】

図９は、欠損条件の一例を説明するための図である。ある局面において、欠損条件は、振動強度「ＡＭ１」が閾値「ｔｈ１」（第１閾値）を超え、かつ、振動強度「ＡＭ２」が閾値「ｔｈ２」（第２閾値）を超えた場合に満たされる。このように、振動強度「ＡＭ１」，Ｍ２の両方に着目することで、欠損検知の精度がより高くなる。

【0063】

なお、閾値「ｔｈ１」および閾値「ｔｈ２」の大小関係は、任意である。閾値「ｔｈ１」は、閾値「ｔｈ２」と等しくてもよいし、閾値「ｔｈ２」よりも大きくてもよいし、閾値「ｔｈ２」よりも小さくてもよい。好ましくは、閾値「ｔｈ１」は、閾値「ｔｈ２」よりも大きい。これは、工具欠損時において、周波数「ｆ１」に対応する振動強度ＡＭ１は、周波数「ｆ２」に対応する振動強度ＡＭ２よりも大きくなる傾向にあるためである。

【0064】

閾値「ｔｈ１」，「ｔｈ２」は、予め設定されていてもよいし、自動で決定されてもよい。閾値「ｔｈ１」，「ｔｈ２」の大きさを自動で決定する方法について説明する。上記式（５）から、「ｆ_Ｔ（＝ＴＰＦ）」の振動強度「ＡＭ」と、「ｆ_Ｔ±ｆ_Ｓ（＝ＴＰＦ±ＳＲＦ）」の振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」との比は、「Ａ」：「Ｂ／２」となる。すなわち、ＴＰＦの振幅は「Ａ」になるのに対して、ＴＰＦ±ＳＲＦの振幅は「Ｂ／２」となる。定数「Ａ」は、正常時のＴＰＦの振幅を示し、定数「Ｂ」は、工具３２の欠損時においてＴＰＦの振幅が正常時から減少する量を示すので、刃が完全に欠けた場合には「Ａ」＝「Ｂ」となる。この場合、振動強度「ＡＭ」と振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」との比は、「１」：「１／２」となる。そのため、閾値「ｔｈ１」，「ｔｈ２」は、振動強度「ＡＭ」の１／２以下であることが好ましい。

【0065】

但し、これは、１つの刃が完全に無くなった場合を前提としている。すなわち、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」は、工具３２の刃の欠損が進むにつれて大きくなり、当該刃が完全に無くなった時点で、振動強度「ＡＭ」の１／２の大きさとなる。そのため、閾値「ｔｈ１」，「ｔｈ２」は、ある程度余裕を見て、ＴＰＦの振動強度「ＡＭ」の１／４程度であることが好ましい。これらの点に鑑みて、閾値「ｔｈ１」，「ｔｈ２」は、たとえば、振動強度「ＡＭ」の１／４以上で、かつ、振動強度「ＡＭ」の１／２以下に設定される。

【0066】

図１０は、欠損条件の他の例を説明するための図である。他の局面において、欠損条件は、振動強度「ＡＭ１」が所定の閾値「ｔｈ１」（第１閾値）を超えた場合に満たされる。すなわち、本例においては、欠損検知部１５６は、欠損検知のために振動強度「ＡＭ２」を用いない。上述のように、工具欠損時において、振動強度ＡＭ１は、振動強度ＡＭ２よりも大きくなる傾向にある。そのため、振動強度「ＡＭ２」に着目するよりも、振動強度「ＡＭ１」に着目する方が、欠損検知の精度が高くなる。そのため、欠損検知部１５６は、振動強度「ＡＭ１」が所定の閾値「ｔｈ１」を超えた場合に、工具３２の欠損を検知する。

【0067】

好ましくは、上述のように、閾値「ｔｈ１」は、振動強度「ＡＭ」の１／４以上で、かつ、振動強度「ＡＭ」の１／２以下に設定される。

【0068】

他の局面において、欠損条件は、振動強度「ＡＭ１」および振動強度「ＡＭ２」の合成値が所定閾値を超えた場合に満たされる。一例として、当該合成値は、振動強度「ＡＭ１」に第１の重みを乗算した値と、振動強度「ＡＭ２」に第２の重みを乗算した値とを加算することで算出される。すなわち、当該合成値は、下記式（６）によって算出される。

【0069】

ＡＭ３＝ｗ１・ＡＭ１＋ｗ２・ＡＭ２・・・（６）
式（６）に示される「ｗ１」は、第１の重みを示す。「ｗ２」は、第２の重みを示す。重み「ｗ１」，「ｗ２」は、たとえば、正数である。重み「ｗ１」，「ｗ２」の大小関係は、任意である。重み「ｗ１」は、重み「ｗ２」と等しくてもよいし、重み「ｗ２」よりも大きくてもよいし、重み「ｗ２」よりも小さくてもよい。好ましくは、欠損検知の指標としては、振動強度「ＡＭ１」の信頼性の方が振動強度「ＡＭ２」の信頼性よりも高いため、重み「ｗ１」は、重み「ｗ２」よりも大きく設定される。これにより、欠損検知の精度がより高くなる。

【0070】

好ましくは、欠損検知部１５６は、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」が工具欠損に起因して現れたものであるか否かを主軸回転数を変更することで判断する。上述のように、工具３２が欠損している場合には、周波数「ｆ１」と周波数「ｆ２」とにおいて、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」が大きくなる。これらの周波数「ｆ１」，「ｆ２」は、主軸周波数「ｆ_Ｔ」を基準として決まる。そのため、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」が工具欠損に起因して現れたものであれば、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」に対応する周波数「ｆ１」，「ｆ２」は、主軸回転速度に連動するはずである。反対に、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」に対応する周波数「ｆ１」，「ｆ２」が主軸回転速度に連動しないのであれば、振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」は、工具欠損とは異なる他の要因で生じたものと言える。この点に着目して、欠損検知部１５６は、主軸回転速度の変更前後で振動強度「ＡＭ１」および振動強度「ＡＭ２」が所定値以上変化しないときには、当該振動強度「ＡＭ１」および当該振動強度「ＡＭ２」を工具３２の欠損の検知には用いない。これにより、欠損検知精度がさらに改善される。

【0071】

（Ｃ３．異常処理部１６０）
次に、異常処理部１６０の機能について説明する。異常処理部１６０は、欠損検知部１５６によって工具３２の欠損が検知された場合に、異常対応処理を実行する。

【0072】

ある局面において、異常処理部１６０は、工具３２の欠損が検知された場合に、ワークＷの切削を中断するための指令を工作機械１００に出力する。工具３２が欠損した状態でワークＷの切削が続けられると、工作機械１００内の各種部品が故障する可能性がある。工具欠損時において切削処理が中断されることで、工作機械１００内の各種部品の故障が防止される。

【0073】

他の局面において、異常処理部１６０は、工具欠損が検知された場合に、工具欠損を示す異常を報知する。工具欠損の報知方法には、任意の報知手段が採用される。一例として、異常処理部１６０は、工具欠損を示すメッセージを画面上（たとえば、工作機械１００のディスプレイ１３０上）に表示してもよいし、工具欠損を示すメッセージを音で出力してもよい。あるいは、異常処理部１６０は、工具欠損を示すメッセージを工作機械１００と通信可能な他のユーザ端末に送信してもよい。

【0074】

＜Ｄ．工作機械１００のハードウェア構成＞
図１１を参照して、工作機械１００のハードウェア構成の一例について説明する。図１１は、工作機械１００の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。

【0075】

工作機械１００は、主軸２２と、ボールねじ２５，５２，５４と、制御装置１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、通信インターフェイス１０４と、表示インターフェイス１０５と、入力インターフェイス１０９と、加速度センサ１１０と、サーボドライバ１１１Ａ～１１１Ｄと、サーボモータ１１２Ａ～１１２Ｄと、エンコーダ１１３Ａ～１１３Ｄと、位置検知ユニット１１５と、記憶装置１２０とを含む。

【0076】

制御装置１０１は、工作機械１００の制御プログラム１２６（ＮＣプログラム）などの各種プログラムを実行することで工作機械１００の動作を制御する。制御装置１０１は、制御プログラム１２６の実行命令を受け付けたことに基づいて、記憶装置１２０からＲＯＭ１０２に制御プログラム１２６を読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、制御プログラム１２６の実行に必要な各種データを一時的に格納する。

【0077】

通信インターフェイス１０４には、ＬＡＮやアンテナなどが接続される。工作機械１００は、通信インターフェイス１０４を介して、外部の通信機器との間でデータをやり取りする。外部の通信機器は、たとえば、サーバーや、その他の通信端末などを含む。工作機械１００は、当該通信端末から欠損検知プログラム１２７をダウンロードできるように構成されてもよい。

【0078】

表示インターフェイス１０５は、ディスプレイ１３０などの表示機器と接続され、制御装置１０１などからの指令に従って、ディスプレイ１３０に対して、画像を表示するための画像信号を送出する。ディスプレイ１３０は、たとえば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、またはその他の表示機器である。

【0079】

入力インターフェイス１０９は、入力デバイス１３１に接続され得る。入力デバイス１３１は、たとえば、ディスプレイ１３０に設けられるタッチパネル、マウス、キーボード、またはユーザ操作を受け付けることが可能なその他の入力機器である。

【0080】

サーボドライバ１１１Ａは、制御装置１０１から目標回転速度（または目標位置）の入力を逐次的に受け、サーボモータ１１２Ａが目標回転速度で回転するようにサーボモータ１１２Ａを制御する。より具体的には、サーボドライバ１１１Ａは、エンコーダ１１３Ａのフィードバック信号からサーボモータ１１２Ａの実回転速度（または実位置）を算出し、当該実回転速度が目標回転速度よりも小さい場合にはサーボモータ１１２Ａの回転速度を上げ、当該実回転速度が目標回転速度よりも大きい場合にはサーボモータ１１２Ａの回転速度を下げる。このように、サーボドライバ１１１Ａは、サーボモータ１１２Ａの回転速度のフィードバックを逐次的に受けながらサーボモータ１１２Ａの回転速度を目標回転速度に近付ける。サーボドライバ１１１Ａは、ボールねじ５４に接続されるテーブル５５（図２参照）をＸ軸方向に沿って移動し、テーブル５５をＸ軸方向の任意の位置に移動する。

【0081】

同様のモータ制御により、サーボドライバ１１１Ｂは、ボールねじ５２に接続されるガイド５３（図２参照）をＹ軸方向に沿って移動し、ガイド５３上のテーブル５５（図２参照）をＹ軸方向の任意の位置に移動する。同様のモータ制御を行うことにより、サーボドライバ１１１Ｃは、ボールねじ２５に接続される主軸頭２１（図２参照）をＺ軸方向の任意の位置に移動する。同様のモータ制御を行うことにより、サーボドライバ１１１Ｄは、主軸回転速度を制御する。

【0082】

位置検知ユニット１１５は、ボールねじ５４に接続されるテーブル５５の位置を検知する。より具体的には、位置検知ユニット１１５は、磁気スケール１１６と、磁気センサ１１７とを含む。磁気スケール１１６は、非可動の部品に取り付けられる。磁気センサ１１７は、テーブル５５と連動する可動部品に設けられる。磁気センサ１１７は、磁気スケール１１６と対向して配置される。磁気スケール１１６には、複数の磁石が配置される。第１の磁石のＮ極は、第２の磁石のＮ極に対向する。第２の磁石のＳ極は、第３の磁石のＳ極に対向する。このように、複数の磁石は、磁気スケール１１６上において同じ極が対向するように配置される。すなわち、磁気スケール１１６と磁気センサ１１７との位置関係は、テーブル５５の移動に伴って変化する。磁気センサ１１７は、テーブル５５の位置に伴って変化する磁気スケール１１６の磁界の変化を検知する。

【0083】

なお、上述では、位置検知ユニット１１５がボールねじ５４に接続されるテーブル５５の位置を検知する例について説明を行ったが、位置検知ユニット１１５は、他の移動体の位置を検知するように設けられてもよい。一例として、位置検知ユニット１１５は、ボールねじ５２に接続されるガイド５３の位置を検知するために設けられてもよい。あるいは、位置検知ユニット１１５は、ボールねじ２５に接続される主軸２２の位置を検知するために設けられてもよい。

【0084】

記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。記憶装置１２０は、切削経路や主軸回転速度などの切削条件を規定した制御プログラム１２６、各工具の直径や刃数などを規定した工具情報１２８などを格納する。制御プログラム１２６は、上述の工具欠損検知機能を実現するための欠損検知プログラム１２７を含む。制御プログラム１２６および工具情報１２８の格納場所は、記憶装置１２０に限定されず、制御装置１０１の記憶領域（たとえば、キャッシュ領域など）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、外部機器（たとえば、サーバー）などに格納されていてもよい。

【0085】

欠損検知プログラム１２７は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う制御処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う欠損検知プログラム１２７の趣旨を逸脱するものではない。さらに、欠損検知プログラム１２７によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが欠損検知プログラム１２７の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で工作機械１００が構成されてもよい。

【0086】

＜Ｅ．工作機械１００の制御構造＞
図１２を参照して、工作機械１００の制御構造について説明する。図１２は、工作機械１００が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。

【0087】

ステップＳ１１０において、制御装置１０１は、上述の取得部９０（図７参照）から、主軸２２の振動に相関する時系列の物理量を取得する。当該物理量は、主軸２２の振動に伴って変化する物理量であれば、いずれの種類の物理量でもよい。一例として、当該物理量は、上述の加速度センサ１１０から出力される加速度である。

【0088】

ステップＳ１１２において、制御装置１０１は、上述の算出部１５４（図７参照）として機能し、制御プログラム１２６（図１１参照）や現在の設定情報などから現在の主軸回転速度を読み取る。その後、制御装置１０１は、当該主軸回転速度を上記式（１）に代入し、ＳＲＦを算出する。

【0089】

ステップＳ１１４において、制御装置１０１は、上述の算出部１５４として機能し、制御プログラム１２６（図１１参照）や工具情報１２８などから現在の工具３２の刃数を読み取る。その後、制御装置１０１は、当該刃数と、ステップＳ１１２で算出したＳＲＦとを上記式（２）に代入し、ＴＰＦを算出する。

【0090】

ステップＳ１１６において、制御装置１０１は、上述の算出部１５４として機能し、ステップＳ１１０で取得された時系列の物理量を周波数変換し、ＴＰＦからＳＲＦを差分した周波数に対応する振動強度「ＡＭ１」と、ＴＰＦにＳＲＦを加算した周波数に対応する振動強度「ＡＭ２」との少なくとも一方を算出する。振動強度「ＡＭ１」，「ＡＭ２」の算出方法については上記「Ｃ１．算出部１５４」で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。

【0091】

ステップＳ１２０において、制御装置１０１は、上述の欠損検知部１５６（図７参照）として機能し、振動強度「ＡＭ１」と振動強度「ＡＭ２」との少なくとも一方に基づいて、上記欠損条件が満たされたか否かを判断する。上記欠損条件については上記「Ｃ２．欠損検知部１５６」で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。制御装置１０１は、上記欠損条件が満たされたと判断した場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１２０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１３０に切り替える。

【0092】

ステップＳ１２２において、制御装置１０１は、上述の異常処理部１６０（図７参照）として機能し、異常対応処理を実行する。当該異常対応処理については上記「Ｃ３．異常処理部１６０」で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。

【0093】

ステップＳ１３０において、制御装置１０１は、欠損検知処理を終了するか否かを判断する。一例として、制御装置１０１は、上述の欠損検知プログラム１２７（図１１参照）の終了指示を受けたことに基づいて、欠損検知処理を終了する。当該終了指示は、たとえば、ワークＷの切削が終了した場合や、ユーザから終了操作を受けた場合に発せられる。制御装置１０１は、欠損検知処理を終了すると判断した場合（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、図１２に示される処理を終了する。そうでない場合には（ステップＳ１３０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１１０に戻す。

【0094】

＜Ｆ．実験結果＞
出願人は、ＴＰＦからＳＲＦを差分した周波数「ｆ１」に対応する振動強度ＡＭ１と、ＴＰＦにＳＲＦを加算した周波数「ｆ２」に対応する振動強度ＡＭ２とが、工具３２の欠損時において大きくなることを確認するために、振動強度ＡＭ１，ＡＭ２の大きさを正常時と工具欠損時とで比較する実験を行った。以下では、図１３～図１７を参照して、実験例１～５について順に説明する。

【0095】

（Ｆ１．実験例１）
図１３は、実験例１に基づく実験結果を示す図である。本実験例では、主軸２２の振動に相関する物理量として、主軸２２の制御信号（以下、「主軸電流値」ともいう。）が用いられた。また、本実験例では、ワークＷの切込み幅Ａｅが「５ｍｍ」に設定された。

【0096】

図１３（Ａ）には、時系列の主軸電流値を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７１Ａが示されている。スペクトル７１Ａは、欠損が無い正常な工具３２を用いた場合の実験結果を示す。

【0097】

図１３（Ｂ）には、時系列の主軸電流値を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７１Ｂが示されている。スペクトル７１Ｂは、インサート（すなわち、刃）を１枚外した工具３２を用いた場合の実験結果を示す。

【0098】

スペクトル７１Ａ，７１Ｂを比較すると、スペクトル７１Ｂにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度は、スペクトル７１Ａにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度よりも大きい。実験例１により、正常時と欠損時との間で周波数「ｆ１」の振動強度に差が現れることが明らかになった。

【0099】

（Ｆ２．実験例２）
図１４は、実験例２に基づく実験結果を示す図である。上述の実験例１では、ワークＷの切込み幅Ａｅが「５ｍｍ」であったのに対して、本実験例では、ワークＷの切込み幅Ａｅは「１２．５ｍｍ」である。実験例２のその他の実験条件は、上述の実験例１と同じである。

【0100】

図１４（Ａ）には、時系列の主軸電流値を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７２Ａが示されている。スペクトル７２Ａは、欠損が無い正常な工具３２を用いた場合の実験結果を示す。

【0101】

図１４（Ｂ）には、時系列の主軸電流値を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７２Ｂが示されている。スペクトル７２Ｂは、インサート（すなわち、刃）が１枚外された工具３２を用いた場合の実験結果を示す。

【0102】

スペクトル７２Ａ，７２Ｂを比較すると、スペクトル７２Ｂにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度は、スペクトル７２Ａにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度よりも大きい。実験例２により、正常時と欠損時との間で周波数「ｆ１」の振動強度に差が現れることが明らかになった。

【0103】

（Ｆ３．実験例３）
図１５は、実験例３に基づく実験結果を示す図である。本実験例では、主軸２２の振動に相関する物理量として、主軸電流値が用いられた。また、本実験例では、工具３２として、グラインダが用いられた。

【0104】

図１５（Ａ）には、時系列の主軸電流値を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７３Ａが示されている。スペクトル７３Ａは、欠損が無い正常なグラインダを用いた場合の実験結果を示す。

【0105】

図１５（Ｂ）には、時系列の主軸電流値を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７３Ｂが示されている。スペクトル７３Ｂは、刃の一部（刃先を除く）が欠けているグラインダを用いた場合の実験結果を示す。

【0106】

スペクトル７３Ａ，７３Ｂを比較すると、スペクトル７３Ｂにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度は、スペクトル７３Ａにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度よりも大きい。実験例３により、正常時と欠損時との間で周波数「ｆ１」の振動強度に差が現れることが明らかになった。

【0107】

また、スペクトル７３Ｂにおける周波数「ｆ２（＝ＴＰＦ＋ＳＲＦ）」の振動強度は、スペクトル７３Ａにおける周波数「ｆ２（＝ＴＰＦ＋ＳＲＦ）」の振動強度よりも大きい。実験例３により、正常時と欠損時との間で周波数「ｆ２」の振動強度に差が現れることが明らかになった。

【0108】

（Ｆ４．実験例４）
図１６は、実験例４に基づく実験結果を示す図である。上述の実験例３では、グラインダの欠損箇所が刃の一部（刃先を除く）であったのに対して、本実験例は、グラインダの欠損箇所は刃先である。実験例４のその他の実験条件は、上述の実験例３と同じである。

【0109】

図１６（Ａ）には、時系列の主軸電流値を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７４Ａが示されている。スペクトル７４Ａは、欠損が無い正常なグラインダを用いた場合の実験結果を示す。

【0110】

図１６（Ｂ）には、時系列の主軸電流値を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７４Ｂが示されている。スペクトル７４Ｂは、刃先が欠けているグラインダを用いた場合の実験結果を示す。

【0111】

スペクトル７４Ａ，７４Ｂを比較すると、スペクトル７４Ｂにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度は、スペクトル７４Ａにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度よりも大きい。実験例４により、正常時と欠損時との間で周波数「ｆ１」の振動強度に差が現れることが明らかになった。

【0112】

また、スペクトル７４Ｂにおける周波数「ｆ２（＝ＴＰＦ＋ＳＲＦ）」の振動強度は、スペクトル７４Ａにおける周波数「ｆ２（＝ＴＰＦ＋ＳＲＦ）」の振動強度よりも大きい。実験例４により、正常時と欠損時との間で周波数「ｆ２」の振動強度に差が現れることが明らかになった。

【0113】

（Ｆ５．実験例５）
図１７は、実験例５に基づく実験結果を示す図である。本実験例では、主軸２２の振動に相関する物理量として、上述の加速度センサ１１０の出力値（加速度）が用いられた。また、本実験例では、工具３２として、グラインダが用いられた。

【0114】

図１７（Ａ）には、時系列の加速度を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７５Ａが示されている。スペクトル７５Ａは、欠損が無い正常なグラインダを用いた場合の実験結果を示す。

【0115】

図１７（Ｂ）には、時系列の加速度を高速フーリエ変換して得られたスペクトル７５Ｂが示されている。スペクトル７５Ｂは、刃先が欠けているグラインダを用いた場合の実験結果を示す。

【0116】

スペクトル７５Ａ，７５Ｂを比較すると、スペクトル７５Ｂにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度は、スペクトル７５Ａにおける周波数「ｆ１（＝ＴＰＦ－ＳＲＦ）」の振動強度よりも大きい。実験例５により、正常時と欠損時との間で周波数「ｆ１」の振動強度に差が現れることが明らかになった。

【0117】

また、スペクトル７５Ｂにおける周波数「ｆ２（＝ＴＰＦ＋ＳＲＦ）」の振動強度は、スペクトル７５Ａにおける周波数「ｆ２（＝ＴＰＦ＋ＳＲＦ）」の振動強度よりも大きい。実験例５により、正常時と欠損時との間で周波数「ｆ２」の振動強度に差が現れることが明らかになった。

【0118】

＜Ｇ．まとめ＞
以上のようにして、工作機械１００は、主軸２２の振動に相関する時系列の物理量を取得し、当該時系列の物理量に基づいて、ＴＰＦからＳＲＦを差分した周波数「ｆ１」に対応する振動強度ＡＭ１と、ＴＰＦにＳＲＦを加算した周波数「ｆ２」に対応する振動強度ＡＭ２との少なくとも一方を算出する。そして、工作機械１００は、振動強度ＡＭ１と、振動強度ＡＭ２と、振動強度ＡＭ１，ＡＭ２の合成値との少なくとも１つが予め定められた条件（すなわち、上述の欠損条件）を満たした場合に、工具３２の欠損を検知する。

【0119】

このように、工作機械１００は、ＴＰＦからＳＲＦを差分した周波数「ｆ１」に対応する振動強度ＡＭ１と、ＴＰＦにＳＲＦを加算した周波数「ｆ２」に対応する振動強度ＡＭ２との少なくとも一方に着目することで、工具３２の欠損を検知する。振動強度ＡＭ１，ＡＭ２が工具３２の欠損と相関があることを発見したこと自体が新規である。工作機械１００は、このような新規な指標に基づいて工具３２の欠損を検知することで、より確実に工具３２の欠損を検知することができる。

【0120】

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0121】

２１ 主軸頭、２２ 主軸、２３ ハウジング、２５，５２，５４ ボールねじ、３０ 自動工具交換装置、３１ マガジン、３２ 工具、３３ 押出し機構、３４ 工具保持部、３５ スプロケット、３６ アーム、５０ 移動機構、５１，５３ ガイド、５５ テーブル、６９Ａ 振動周波数、６９Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ，７２Ａ，７２Ｂ，７３Ａ，７３Ｂ，７４Ａ，７４Ｂ，７５Ａ，７５Ｂ スペクトル、９０ 取得部、１００ 工作機械、１０１ 制御装置、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１０４ 通信インターフェイス、１０５ 表示インターフェイス、１０９ 入力インターフェイス、１１０ 加速度センサ、１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ サーボドライバ、１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ サーボモータ、１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ，１１３Ｄ エンコーダ、１１５ 位置検知ユニット、１１６ 磁気スケール、１１７ 磁気センサ、１２０ 記憶装置、１２６ 制御プログラム、１２７ 欠損検知プログラム、１２８ 工具情報、１３０ ディスプレイ、１３１ 入力デバイス、１５４ 算出部、１５６ 欠損検知部、１６０ 異常処理部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】