This study presents a new methodology for realtime tool breakage detection by sensor fusion concept of two hall sensor and an acoustic emission (AE) sensor. Spindle induction motor torque of CNC Lathe during machining is estimated by two hall sensor. Estimated motor torque instead of a tool dynamometer was used to measure the cutting torque and tool breakage detection. A burst of AE signal was used as a triggering signal to inspect the cutting torque. A significant drop of cutting torque was utilized to detect tool breakage. The algorithm was implemented on a NI DAQ (Data Acquisition) board for in-process tool breakage detection. The result of experiment showed an excellent monitoring capability of the proposed tool breakage detection system. This system is available tool breakage monitoring through internet also provides this system's user with current cutting torque of induction motor.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1992.10a
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pp.344-348
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1992
This paper presents a new methodology for on-line tool breakage detection by sensor fusion concept of an acoustic-emission (AE) sensor. A built-in piezoelectric force sensor was used to measure cutting force instead of a tool dynamometer to preserve the machine tool dynamics. he sensor was inserted in the tool turret housing of an NC lathe. FEM analysis was carried out to locate the most sensitive position for the sensor. When a tool is broken, the explicit changes of signals' pattern take place. A burst-type AE signal increases abruptly. Followingly, a cutting force drops significantly. Therefore a burst of AE signal is used as a triggering signal to inspect the following cutting force. Significant drop of cutting force is utilized to detect tool breakage. The algorithm was implemented in a DSP board for in-process tool breakage detection. The proposed monitoring system was capable of a good applicable tool breakage detection.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.3
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pp.130-143
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1995
This paper presents a new methodology for on-line tool breadage detection by sensor fusion of an acoustic emission (AE) sensor and a built-in force sensor. A built-in piezoelectric force sensor, instead of a tool dynamometer, was used to measure the cutting force without altering the machine tool dynamics. The sensor was inserted in the tool turret housing of an NC lathe. FEM analysis was carried out to locate the most sensitive position for the sensor. A burst of AE signal was used as a triggering signal to inspect the cutting force. A sighificant drop of cutting force was utilized to detect tool breakage. The algorithm was implemented on a DSP board for in-process tool breakage detection. Experiental works showed an excellent monitoring capability of the proposed tool breakage detection system.
Kim, Tae-Yong;Choi, Deok-Ki;Chu, Chong-Nam;Kim, Jongwon
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.2
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pp.133-145
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1996
This paper presents an indirect cutting force measuring system, which uses the current signals from the AC servo drive units of the horizontal machining center, with its applications to the adaptive regulation of the cutting forces in various milling processes and to the on-line monitoring of tool breakage. A typical model for the feed-drive control system of a horizontal machining center is developed to analyze cutting force measurement from the drive motor. The pulsating milling forces can be measured indirectly within the bandwidth of the current feedback control loop of the feed-drive system. It is shown that the indirectly measured cutting force signals can be used in the adaptive controller for cutting force regulation. The whole scheme has been embedded in the commercial machining center and a series of cutting experiments on the face cutting processes are performed. The adaptive controller reveals reliable cutting force regulating capability against the various cutting conditions. It is also shown that the tool breakage in milling can be detected within one spindle revolution by adaptively filtering the current signals. The effect of the cutter run-out has been considered for the reliable on-line detection of tool breakage.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.6
no.4
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pp.71-83
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1989
The optimization in the machining process has been a long-standing goal of the manufacturing community. The optimization is composed of two main subjects;one is to select an optimum cutting condition, and the other is to detect the emergency situation and take necessary actions in real-time base. This paper proposes a reliable and practical guide system whose purpose is the optimization of cutting conditions, and the detection of tool failure in the machining process. The optimal cutting conditions are determined through the estimation of tool wear rate and the establishment of access- ible field from the measured cutting temperature and force. Tool breakage is detected by the normal force component acting on minor flank face extracted from on-line sensed feed force and radial force. In experiments, the proposed guide system has proved availability for the decision of reliable cutting conditions for the given tool-work system and the detection of tool breakage in ordinary cutting environments.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.5
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pp.98-107
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1995
The in-process detection of drill wear and breakage is one of the most importnat technical problems in unmaned machining system. In this paper, the monitoring system is developed to monitor abnormal drilling states such as drill breakage, drill wear and unstable cutting using motor current. Drill breakage is detected by level monitoring. Tool wear is classified by fuzzy pattern recognition. The key feature for classification of tool wear is the estimated flank wear which is calculated by the proposed flank wear model. The characteristic of the model is not sensitive to the variation of cutting conditions but is sensitive to drill wear state. Unstable cutting states due to the unsmooth chip disposal and the overload are monitored by the variance/mean ratio of spindle motor current. Variance/mean ratio also includes the information about the prediction of drill wear and drill breakage. The evaluation experiments have shown that the developed system works very well.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.2
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pp.23-34
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1995
This paper is concerned with effective and reliable tool breakage detection method using pattern characteristics of feed motor current in milling operations. Correlation coefficient is derived from the feature vector of signal for two consecutive which are extracted feed motor current over three spindle revolutions. The changing pattern of correlation coefficient is continuously compared to detect tool breakage and monitor cutting conditions. This proposed monitoring scheme is not affected by different tools, friction of motion, and varying cutting conditions and material shapes. Experimental results are presented to support the proposed monitoring scheme.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.6
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pp.1-6
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2015
Tool condition monitoring plays one of the most important roles in the improvement of both machining quality and productivity. In this regard, various process signals and monitoring methods have been developed. However, most of the existing studies used cutting force or acoustic emission signals, which posed risks of interference with the machining system in dynamics, fixturing, and machining configuration. In this study, a feed motor current signal is used as a process signal representing process and tool states in tool breakage monitoring based on an adaptive autoregressive model and unsupervised neural network. From the experimental results using various cases of tool breakage, it is shown that the developed system can successfully detect tool breakage before two revolutions of the spindle after tool breakage.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.369-372
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2002
In this research, a vision system for detecting tool breakage which is hardly detected by such indirect in-process measurement method as acoustic emission, cutting torque and motor current was developed and embedded into a PC-NC system. The vision system consists of CMOS image sensors, a slit beam laser generator and an image grabber board. Slit beam laser was emitted on the tool surface to separate the tool geometry well from the various obstacles surrounding the tool. An image of tool is captured through two steps of signal processing, that is, median filtering and thresholding and then the tool is estimated normal or broken by use of change of the centroid of the captured image. An air curtain made by the jetting high-pressure air in front of the lens was devised to prevent the vision system from being contaminated by scattered coolant, cutting chips in cutting process. To embed the vision system to a Siemens PC-NC controller 840D NC, an HMI(Human Machine Interface) program was developed under the Windows 95 operating system of MMC103. The developed HMI is placed in a sub window of the main window of 840D and this program can be activated or deactivated either by a soft key on the operating panel or M codes in the NC part program. As the tool breakage is detected, the HMI program emit a command for automatic tool change or send alarm to the NC kernel. Evaluation test in a high speed tapping center showed the developed system was successful in detection of the small-radius tool breakage.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.1
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pp.133-139
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2004
High speed machining (HSM) can reduce machining time with the high metal removal rate by high speed spindle and feedrate. This paper supports HSM technology using the small size tool with the optimal tool path generation and modification of tool change. The optimum tool path is generated to reduce cutting length of cavity pattern and change the cutting tool for preventing the tool breakage by wear. The tool path is modified with the experiment data of tool wear and breakage to support tool change on reasonable time. The result can contribute to HSM technology of high hardness materials using the small size end-mill.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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