切削刀具状态在线检测方法及设备与流程

本发明涉及一种切削刀具状态检测方法及设备，特别是涉及一种准确的切削刀具状态在线检测方法及设备。

背景技术：

在金属切削工艺中，切削刀具的状态是影响产品质量与生产成本的主要关键，当切削刀具状态不良(例如磨损、刀口破裂)则需更换切削刀具。然而，过早更换切削刀具会造成成本上的浪费，当切削刀具状态严重不良时才更换则会造成产品不良的缺失。因此，准确地判断何应该时更换切削刀具乃是重要的课题。

通常，切削刀具状态的检测方法分为在线检测与脱机检测两种，脱机检测指切削刀具切削到一定程度后，取下切削刀具观察磨损或破损的状况。然而，脱机检测必须于切削刀具停止运作时执行，即代表要停止生产线，因此仍无法广泛普及于工厂使用，并且此种检测方法也无法实时地判断切削刀具是否损毁。再者，现今所用的刀具形状较为复杂，每一套切削刀具的参数条件皆不同，因此难以实施于检测不同形状的切削刀具。

另一种传统的在线检测的方式在切削刀具的切削过程中，记录切削刀具机台的振动而回推切削刀具的状况。然而此振动具有大量的非相关切削刀具状态的杂音，例如马达振动、切削刀具的各组件之间的旋转、摩擦噪音，且切削刀具机台的振动也未必相关于切削刀具的状况，因此测量准确度不高。另外，与前述的脱机检测相同，现今所用的刀具形状较为复杂，每一套切削刀具的参数条件皆不同，因此难以实施于检测不同形状的切削刀具。

技术实现要素：

因此，为解决上述问题，本发明的目的即在提供一种准确的切削刀具状态在线检测方法及设备。

本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段提供一种切削刀具状态在线检测方法，用于检测一切削刀具的状态，包含下列步骤：撷取步骤，利用声压撷取机构，在该切削刀具切削加工件的同时，撷取该加工件的原始声压信号；提取步骤，对于该原始声压信号以预定的频率范围提取出检测声压信号，其中该频率范围涵盖该加工件的至少一个自然频率；以及判断步骤，将该检测声压信号的特征值与检测基准值相比对，而根据该比对结果判断该切削刀具的劣化与否。

在本发明的一实施例中提供一种切削刀具状态在线检测方法，于该判断步骤之前，还包括基准值建立步骤：在该切削刀具切削测试加工件的同时，取得相关于该测试加工件的检测声压信号，而根据该测试加工件的检测声压信号的特征值决定出该检测基准值。

在本发明的一实施例中提供一种切削刀具状态在线检测方法，于该基准值建立步骤中，取得复数个该测试加工件的检测声压信号，而以统计方式根据复数个该测试加工件的检测声压信号的特征值决定出该检测基准值。

在本发明的一实施例中提供一种切削刀具状态在线检测方法，于该基准值建立步骤中，在该切削刀具切削该测试加工件的过程中的每隔一预定的间隔时间进行撷取及提取，而取得复数个该测试加工件的检测声压信号。

在本发明的一实施例中提供一种切削刀具状态在线检测方法，该检测基准值根据复数个该测试加工件的检测声压信号的特征值的声压标准偏差所决定出。

在本发明的一实施例中提供一种切削刀具状态在线检测方法，于该基准值建立步骤中，将前一次相关于该加工件所取得的检测声压信号作为新的该测试加工件的检测声压信号，而于每次检测时更新该检测基准值。

在本发明的一实施例中提供一种切削刀具状态在线检测方法，该撷取步骤中，过滤掉杂音信号以撷取该加工件的原始声压信号。

本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段提供一种切削刀具状态在线检测设备，用于检测一切削刀具的状态，包含：撷取装置，包括声压撷取机构，利用该声压撷取机构，在该切削刀具切削加工件的同时，撷取该加工件的原始声压信号；提取装置，连接于该撷取装置，经设置而对于该原始声压信号以预定的频率范围提取出检测声压信号，其中该频率范围涵盖该加工件的至少一个自然频率；以及劣化判断装置，连接于该提取装置，经设置而将该检测声压信号的特征值与检测基准值相比对，而根据该比对结果判断该切削刀具的劣化状态与否。

在本发明的一实施例中提供一种切削刀具状态在线检测设备，还包括基准值建立装置，连接于该劣化判断装置，经设置而在该切削刀具切削测试加工件的同时，取得相关于该测试加工件的检测声压信号，而根据该测试加工件的检测声压信号决定出该检测基准值，其中该基准值建立机构经设置而取得复数个该测试加工件的检测声压信号，而以统计方式根据复数个该测试加工件的检测声压信号决定出该检测基准值，其中该基准值建立机构在该切削刀具切削该测试加工件的过程中的每隔一预定的间隔时间进行撷取及提取，而取得复数个该测试加工件的检测声压信号，其中该检测基准值根据复数个该测试加工件的检测声压信号的特征值的声压标准偏差所决定出。

在本发明的一实施例中提供一种切削刀具状态在线检测设备，还包括隔音罩，设置于该声压撷取机构的外围，以隔离噪声。

经由本发明所采用的技术手段，可实时地在线检测切削刀具状态而无需停止生产线，也不需根据不同机台的切削刀具作参数调整，最重要的是，判断切削刀具是否异常的准确度大为提升。

本发明所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。

附图说明

图1为显示根据本发明一实施例的切削刀具状态在线检测方法的流程图。

图2为显示根据本发明一实施例的切削刀具状态在线检测设备的方块图。

图3为显示根据本发明的实施例的原始声压信号的示意图。

图4为显示根据本发明的实施例的检测声压信号的示意图。

附图标记

100切削刀具状态在线检测设备

1撷取装置

11声压撷取机构

2提取装置

3基准值建立机构

4劣化判断装置

s101撷取步骤

s102提取步骤

s103基准值建立步骤

s104判断步骤

v原始声压信号

v1检测声压信号

具体实施方式

以下根据图1至图4，而说明本发明的实施方式。该说明并非为限制本发明的实施方式，而为本发明的实施例的一种。

参阅图1所示，并配合参阅图2，本实施例的说明如下。本发明的一实施例的切削刀具状态在线检测方法，用于检测一切削刀具的状态，包含下列步骤：撷取步骤s101、提取步骤s102以及判断步骤s104。而本发明的一实施例的用以执行上述检测方法的切削刀具状态在线检测设备100，包括撷取装置1、提取装置2以及劣化判断装置4。撷取装置1包括声压撷取机构11，设置于该切削刀具的侧。提取装置2连接于撷取装置1，劣化判断装置4连接于提取装置2。

在撷取步骤s101中，利用声压撷取机构11，在切削刀具切削加工件的同时，撷取加工件的原始声压信号v。第3图显示原始声压信号v的声压对时间的信号示意图。原始声压信号v由各频率的声压信号组成，这些声压信号包括切削刀具的马达震动信号、杂音频号等。在本实施例中，声压撷取机构11例如是麦克风，撷取模拟的原始声压信号v，而撷取装置1还包括模拟数字转换机构，将模拟的原始声压信号转换成数字的原始声压信号v。进一步地，撷取装置1于撷取步骤s101中过滤掉杂音信号以撷取该加工件的原始声压信号v。

接着在提取步骤s102中，提取装置2对于原始声压信号v以预定的频率范围提取出检测声压信号v1，该频率范围涵盖该加工件的至少一个自然频率。自然频率跟该加工件的材质、形状有关，同样的加工件具有相同的自然频率，而加工件受切削刀具切削而振动时，在自然频率所发出的声压信号特别明显。因此透过提取步骤s102提取的检测声压信号v1，可视为该加工件受到切削而振动所发出的声压信号。并且可根据加工件的材质、形状不同，变换提取的频率范围。第4图显示检测声压信号v1的声压对时间的信号示意图，其与第3图在时间与部分信号具有对应关。在一个实施例中，该频率范围为高频范围(例如一万赫至一万二千赫)，因为高频声波的穿透力较低，声压撷取机构11较不易撷取到其他切削刀具(例如隔壁或更远处的切敲刀具)切削另一加工件时所产生的高频范围的声压信号。切削刀具状态在线检测设备100还可包括隔音罩，设置于声压撷取机构11的外围(例如部分围住声压撷取机构11及对应的切削刀具)，以隔离噪声。

在判断步骤s104中，劣化判断装置4将检测声压信号v1的特征值与检测基准值相比对，而根据比对结果判断该切削刀具的劣化与否。特征值及检测基准值可以是波峰的声压值、声压平均值、特定波形等，且本发明不限于此。在一个实施例中，特征值及检测基准值为波峰的声压值，当检测声压信号v1的波峰的声压值低于该检测基准值时，判断该切削刀具劣化。因为这通常代表切削刀具因磨损而形状改变，未完全切割到加工件，致使加工件的振动程度变小，故检测到的检测声压信号v1的声压值也一并降低。在一个实施例中，特征值及检测基准值为特定波形，当检测声压信号v1的波形与该检测基准值时相异，判断该切削刀具劣化。此种情况常发生于切削刀具出现缺口而未切削到加工件，致使检测声压信号v1没有出现预定的波形。

进一步地，本实施例的切削刀具状态在线检测方法，于判断步骤s104之前，还包括基准值建立步骤s103；切削刀具状态在线检测设备100还包括一基准值建立装置3，连接于劣化判断装置4。

于基准值建立步骤s103，基准值建立装置3在切削刀具切削测试加工件的同时，取得相关于该测试加工件的检测声压信号v1，而根据测试加工件的检测声压信号v1的特征值决定出检测基准值，例如决定该检测基准值为检测声压信号v1的波峰的声压值的85％。在一个实施例中，于基准值建立步骤s103中，将前一次相关于该加工件所取得的检测声压信号作为新的该测试加工件的检测声压信号，而于每次检测时更新该检测基准值。

在另一实施例中，基准值建立机构3在切削刀具切削该测试加工件的过程中的每隔一预定的间隔时间进行撷取及提取，而取得复数个测试加工件的检测声压信号v1，而以统计方式根据复数个测试加工件的检测声压信号v1决定出该检测基准值。例如该检测基准值根据复数个该测试加工件的检测声压信号v1的特征值的声压标准偏差所决定出。详细来说，例如计算复数个检测声压信号v1的声压平均值以及声压标准偏差，决定该检测基准值为该声压平均值再减去二个声压标准偏差的声压值。

综上所述，本发明的切削刀具状态在线检测方法及设备，相对于先前技术撷取切削刀具的声音作为判断依据，本发明改采以加工件的自然频率作为检测声压信号的来源，不仅检测准确度大为提升，可实时地在线检测切削刀具状态而无需停止生产线，也不需根据不同机台的切削刀具作参数调整，因此可广泛适用于多种不同的切削刀具以及各种加工材。

以上的叙述以及说明仅为本发明的较佳实施例的说明，对于本领域技术人员当可依据以上所界定权利要求以及上述的说明而作其他的修改，惟此些修改仍应是为本发明的发明精神而在本发明的权利范围中。