刀具状态检测系统的制作方法

本发明涉及设备检测技术领域，特别是涉及一种刀具状态检测系统。

背景技术：

当前机械加工产业中与成本关系最紧密的是：工时、原料及加工耗材，其中刀具的使用则是与上述三者最直接相关的。从刀具更换和使用的角度而言，为了避免因刀具的过度使用而造成状态不佳进而影响加工质量，通常采取的解决方案是增加刀具的更换次数，但如此会导致所使用的刀具数量相应地增加，然而，频繁地更换刀具则会带来工时成本与刀具成本(即加工耗材)的增加。相对的，如果要降低这两项成本，则必须延长刀具的使用时间以减少刀具更换的次数，而此方式无疑会带来加工质量不良的风险，因此有效掌握刀具当前的状态，以增加刀具的使用时间，从而提高刀具的使用效率，是目前机械加工产业可以有效降低成本，以提高竞争力的关键。

在现有的刀具状态检测技术方面，是以直接检测的方法为主，其主要是利用光学式与接触式的方法来检测刀具的外观，然而，上述检测方式会因为加工环境中的异物干扰而造成检测难度的增加，并极易导致检测结果存在误差。举例而言，切铣加工过程中会在刀具上喷洒切削油，然而，残留在刀具上的切削油会干扰光线的传递，从而增加利用光学式检测方法检测刀具状态的难度。另外，在切铣加工过程中，部分铁屑会缠绕或吸附于刀具上，从而造成接触式检测方法的检测结果存在误差。

再者，综观上述的所有检测方法，均是以脱机处理的方式检测或诊断刀具的状况，所谓脱机就是指并非在切铣加工过程中可以实时获得信息，因此必须花费额外的时间来做检测，则加工时间势必也会随之增加。产线上产能的效率与成本也有着最直接的关系系，因此如何在最短的时间获得最大的产量也是降低成本的关键因素，如果因为检测刀具而造成时间成本的增加也非产业界乐于见到的，但若因此而减少检测刀具的次数，则又落入质量无法有效控管的恶性循环难题。

因此，如何提供一种刀具状态的检测技术，以克服现有技术中存在的种种问题，即为本案待解决的技术课题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术之种种问题，本发明之主要目的在于提供一种刀具状态检测系统，可无须更改工具机台的机构，而是通过辅具将传感器设置于工具机台的机台主轴上，从而在加工过程中实时检测刀具的使用状态。

本发明的另一目的在于提供一种刀具状态检测系统，可以实时检测刀具的堪用状态，提高刀具的使用效率，并提升工件的加工质量。

为达到上述目的以及其他目的，本发明提供一种刀具状态检测系统，该系统用于工具机台，该工具机台包括机台主轴，该机台主轴为圆柱状体且具有刀具，其中，该刀具状态检测系统用于检测该刀具的状态，并且该刀具状态检测系统包括：c型夹持环，该c型夹持环夹持于该机台主轴，且环绕该机台主轴的轴壁面延伸，并具有至少一个c型夹持环锁付结构；至少一个传感器，该传感器透过该c型夹持环锁付结构锁付于该c型夹持环，以经由该c型夹持环间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响；以及状态检测模块，该状态检测模块在该刀具执行作业时，实时接收该传感器的感测结果，并根据接收到的感测结果检测该刀具的状态。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，还包括理线结构与电性线材，该理线结构通过该c型夹持环锁付结构锁付于该c型夹持环，该电性线材将该传感器与该状态检测模块电性连通，该理线结构用于整理该电性线材。

另外，本发明还提供一种刀具状态检测系统，该系统用于工具机台，该工具机台具有机台主轴，该机台主轴为圆柱状体且具有刀具，其中，该刀具状态检测系统用于检测该刀具的状态，且包括：c型夹持环，该c型夹持环夹持于该机台主轴，且环绕该机台主轴的轴壁面延伸，并具有至少一个磁性部；磁吸块状体，该磁吸块状体磁吸于该磁性部，且具有至少一个磁吸块状体锁付结构；至少一个传感器，该传感器透过该磁吸块状体锁付结构锁付于该磁吸块状体，以经由该磁吸块状体间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响；以及状态检测模块，该状态检测模块在该刀具执行作业时，实时接收该传感器的感测结果，并根据接收到的感测结果检测该刀具的状态。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，还可包括第一磁吸体与第二磁吸体，该第一磁吸体设置于该c型夹持环以形成该磁性部，该第二磁吸体设置于该磁吸块状体以磁吸该磁性部。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，该至少一个磁吸块状体锁付结构为复数磁吸块状体锁付结构，该至少一个传感器为复数传感器，该复数传感器分别通过该复数磁吸块状体锁付结构之其中一者锁付于该磁吸块状体，以分别经由该磁吸块状体在多个感测方向上间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，还可包括理线结构与电性线材，且该至少一个磁性部为复数磁性部，该理线结构磁吸于该复数磁性部之其中一者而固定于该c型夹持环，该电性线材将该传感器与该状态检测模块电性连通，该理线结构用于整理该电性线材。

进一步地，本发明还提供一种刀具状态检测系统，该刀具状态检测系统用于工具机台，该工具机台具有机台主轴，该机台主轴为圆柱状体且具有刀具，其中，该刀具状态检测系统用于检测该刀具的状态，且包括：c型夹持环，该c型夹持环夹持于该机台主轴，且环绕该机台主轴的轴壁面延伸，并具有至少一个c型夹持环锁付结构与至少一个磁性部；磁吸块状体，该磁吸块状体磁吸于该磁性部，且具有至少一个磁吸块状体锁付结构；复数传感器，该复数传感器之其中至少一者通过该c型夹持环锁付结构锁付于该c型夹持环，以经由该c型夹持环间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响：该复数传感器之其中至少一者通过该磁吸块状体锁付结构锁付于该磁吸块状体，以经由该磁吸块状体间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响；以及状态检测模块，该状态检测模块在该刀具执行作业时，实时接收该复数传感器的感测结果，并根据接收到的感测结果检测该刀具的状态。

进一步地，本发明还提供一种刀具状态检测系统，该刀具状态检测系统用于工具机台，该工具机台具有机台主轴，该机台主轴具有磁性且具有刀具，其中，该刀具状态检测系统用于检测该刀具的状态，包括：磁吸块状体，该磁吸块状体磁吸于该机台主轴，且具有至少一个磁吸块状体锁付结构；至少一个传感器，该传感器通过该磁吸块状体锁付结构锁付于该磁吸块状体，以经由该磁吸块状体间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响；以及状态检测模块，该状态检测模块在该刀具执行作业时，实时接收该传感器的感测结果，并据以检测该刀具的状态。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，该至少一个磁吸块状体锁付结构为复数磁吸块状体锁付结构，该至少一个传感器为复数传感器，该复数传感器分别通过该复数磁吸块状体锁付结构之其中一者设置于该磁吸块状体，以分别经由该磁吸块状体在多个感测方向上间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，该多个感测方向的相邻两者之间具有垂直正交关系；该磁吸块状体为矩形块状体。

另外，本发明还提供一种刀具状态检测系统，该刀具状态检测系统用于工具机台，该工具机台具有机台主轴，该机台主轴为圆柱状体且具有刀具，其中，该刀具状态检测系统用于检测该刀具的状态，且包括：c型夹持环，该c型夹持环夹持于该机台主轴，且环绕该机台主轴的轴壁面延伸；串接块状体，该串接块状体串接于该c型夹持环，使得该串接块状体与该c型夹持环结合且无法相对转动，且该串接块状体具有至少一个串接块状体锁付结构；至少一个传感器，该传感器通过该串接块状体锁付结构锁付于该串接块状体，以经由该串接块状体间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响；以及状态检测模块，该状态检测模块在该刀具执行作业时，实时接收该传感器的感测结果，并根据接收到的感测结果检测该刀具的状态。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，该至少一个传感器为一个传感器，该传感器可在多个感测方向上间接感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，还可包括良品特征空间模型建立模块，其中，该传感器感测该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响，进而生成感测结果时域信息，该感测结果时域信息包含良品感测结果时域信息，该良品感测结果时域信息是由该传感器感测属于良品的该刀具执行作业时对该机台主轴造成的影响而生成的；该良品特征空间模型建立模块对该良品感测结果时域信息执行时域与频域的转换处理，以得到良品感测结果频域信息，而采集该良品感测结果频域信息中具有代表性的主要良品特征，以在第二频域空间建立良品特征空间模型；以及该状态检测模块在该刀具执行作业时，对该感测结果时域信息执行时域与频域的转换处理，以在第一频域空间得到第一感测结果频域信息，将该第一感测结果频域信息通过该良品特征空间模型，在该第二频域空间得到第二感测结果频域信息，而后，将该第二感测结果频域信息通过该良品特征空间模型，在该第一频域空间得到第三感测结果频域信息，接着，通过该第一感测结果频域信息与该第三感测结果频域信息的差异比较，从而生成刀具状态指标，以供实时检测该刀具的状态。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，该良品感测结果频域信息中具有代表性的主要良品特征，是从该刀具执行作业的转速定义的倍频上取得的。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，该主要良品特征于该第二频域空间中表示成第二频域主要良品特征，该第二频域空间具有正交关系的主要轴线与次要轴线，该第二频域主要良品特征于该主要轴线的投影分布于第一区间范围，该第二频域主要良品特征于该次要轴线的投影分布于第二区间范围，其中该第一区间范围大于该第二区间范围，使得该第二频域主要良品特征于该主要轴线较该次要轴线明显，使该良品感测结果频域信息可以在该第二频域空间，依据该主要轴线建立该良品特征空间模型。

可选地，于上述刀具状态检测系统中，该良品特征空间模型中保留该第二频域主要良品特征中具有代表性者，且删除该第二频域主要良品特征中不具有代表性者。

综上所述，本发明所提供的刀具状态检测系统，通过c型夹持环或磁吸块状体等辅具，可以在无须更改工具机台的机构设计的情况下，于工具机台的机台主轴上设置传感器，利用撷取刀具在作业时与工件接触所产生的振动信号作为观察检测数据，解决一般的刀具的状态检测需要中断加工程序以脱机检测等问题，故无需花费额外的时间来针对刀具的状态进行检测，可以降低刀具状态的检测成本。

再者，通过感测刀具在执行作业时对机台主轴造成的影响，实时生成感测结果时域信息，并通过良品特征空间模型，通过对感测结果时域信息执行时域与频域的转换处理，在第一频域空间分别得到第一感测结果频域信息与第三感测结果频域信息，并通过将第一感测结果频域信息与第三感测结果频域信息进行差异比较，实时检测刀具的使用状态，藉此，本申请可在加工过程中随时检测刀具的使用状态，无需花费额外的时间来做检测，可以降低刀具的检测成本。此外，本发明所得到的刀具使用状态的检测结果的准确率高，可以有效提高刀具的使用效率，并提升工件的加工质量。

附图说明

图1a为显示本发明的刀具状态检测系统的第一实施状态示意图；

图1b为显示图1a所示的部分构件的分解图；

图2a为显示本发明的刀具状态检测系统的第二实施状态示意图；

图2b为显示图2a所示的部分构件的分解图；

图2c为显示图2b所示的部分构件的分解图；

图3a为显示本发明的刀具状态检测系统的第三实施状态示意图；

图3b为显示图3a所示的部分构件的分解图；

图4a为显示本发明的刀具状态检测系统的第四实施状态示意图；

图4b为显示图4a所示的部分构件的分解图；

图5a为显示本发明的刀具状态检测系统的第五实施状态示意图；

图5b为显示图5a所示的部分构件的结合图；

图6为显示本发明c型夹持环的示意图；

图7为显示图6所示的c型夹持环的俯视图；

图8为显示本发明磁吸块状体的第一实施例的示意图；

图9为显示本发明磁吸块状体的第二实施例的示意图；

图10a为显示本发明的刀具状态检测系统的第一架构示意图；

图10b为显示图10a所示的刀具状态检测系统的应用架构示意图；

图10c为显示图10b的刀具于执行作业时对机台主轴所造成的影响的示意图；

图11a为显示本发明的刀具状态检测系统的第二架构示意图；

图11b为显示图11a所示的刀具状态检测系统的应用架构示意图；

图12为显示本发明的刀具状态检测方法的基本流程示意图；

图13为显示本发明的刀具状态检测系统的复数振动加速度信号波形中的复数区段的其中一个区段的示意图；以及

图14为显示本发明的刀具状态检测系统的在频域中展开振动加速度信号波形中各个区段的频率成分的示意图；

图15为显示本发明的良品特征空间模型的二维空间示意图。

具体实施方式

以下内容将结合附图，通过特定的具体实施例说明本发明的技术内容，本领域的技术人员可由本说明书所揭示之内容轻易地了解本发明之其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明之精神下，进行各种修饰与变更。尤其是，于附图中各个组件的比例关系及相对位置仅具示范性用途，并非代表本发明实施的实际状况。

本发明所提供的刀具状态检测系统，具有可用于将传感器结合于工具机台的辅具，而且可在不更改工具机台的机构设计下，通过感测刀具在执行作业时对机台主轴造成的影响，实时检测刀具的堪用状态，藉此，本发明可在工具机台的加工过程中，实时检测刀具的堪用状态，以解决一般刀具的堪用状态的检测需要中断加工程序以脱机检测等问题，由于可在不中断加工程序的情况下进行刀具状态的检测，故可大幅降低刀具的检测成本。另外，本发明可实时检测刀具的状态，故可以提高刀具的使用效率，并且避免使用状态不佳(即不堪用)的刀具对工件执行加工程序，藉以提升工件的加工质量。

再者，本发明主要以最初始(正常)的加工程序的状态作为比对差异目标，而后重复执行相同的加工程序，并且在加工过程当中实时输出单一的比对指标，以作为判断加工程序是否异于正常状态的依据，从而能够实时判断刀具是否出现异常的状态，因而，本发明可适用于在生产线上重复执行相同的单一加工程序的刀具的状态检测。再者，应说明的是，上述的比对指标亦可扩充应用于实时监控异常状态警告或刀具质量的判定。

另言之，本发明在设备重复执行相同作业程序时，以正常的作业状态作为比对差异目标，而后设备重复执行相同的作业程序并在作业过程当中实时输出单一的比对指标，作为判断设备异于正常作业状态的依据，以实时检测设备的使用状态是否出现异常。因此，本发明还可扩充应用于例如机械手臂、机器人、自动化机台、马达、风力发电机、发动机、发动机(汽车、飞机)等领域的设备状态检测。

针对本发明的揭露，请一并参考本发明图式中的图1a至图12。

本发明的刀具状态检测系统，应用于工具机台，以检测工具机台的机台主轴的刀具的状态，从而避免状态不佳(即不堪用)的刀具对工件进行加工程序，藉以提升工件的加工质量。如图10b及图10c所示，工具机台2上具有机台主轴21，刀具22安装于机台主轴21上且可在机台主轴21的带动下转动(如图1a所示)，以对工件23执行切削作业。刀具22例如为用于执行旋转切削作业的刀具22(即如图1a所示)，然并不以此为限，其亦可为用于执行往复直线切削作业的刀具22。故，本发明的刀具状态检测系统1可用于工具机台2在例如切铣或研磨等机械加工过程中，实时测量刀具22是否处于异于正常(即不堪用)的状态，所谓刀具22异于正常的状态可例如为刀具磨损、断刀、或刀刃磨损等刀具异常状态。

如图1a至图1b所示，刀具状态检测系统1具有c型夹持环14、复数传感器11、状态检测模块13、理线结构15与电性线材16。c型夹持环14由金属材质所制成，从而可弹性夹持于机台主轴21，且环绕且紧贴机台主轴21的轴壁面而延伸，故刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响也会传导到c型夹持环14。另应说明的是，如图1a至图1b所示，c型夹持环14的两端还可以分别增设例如螺孔的结合结构143、144，所述结合结构143、144可彼此结合，而令c型夹持环14的两端结合在一起，以确保c型夹持环14弹性夹持于机台主轴21。

所述传感器11可例如为加速度传感器、应变传感器、应力传感器与电压传感器中的至少一者，然并不以此为限，其他类型的可用于感测刀具22在执行作业时对机台主轴21造成的影响的各类传感器均可适用于本发明。于本发明中，传感器11可选地设置于机台主轴21上，且不与刀具22发生直接接触以避免毁损，用以间接感测刀具22在执行作业时对机台主轴21造成的影响，并以此生成感测结果时域信息，从而间接感测刀具22的使用状态。

于本发明中，c型夹持环14具有复数例如为螺孔的c型夹持环锁付结构141。更具体而言，如图1a至图1b所示，传感器11通过c型夹持环锁付结构141锁付于c型夹持环14，由于刀具22执行作业时对机台主轴21造成例如为振动的影响也会传导到c型夹持环14，所以，传感器11可以经由c型夹持环14间接感测刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响。状态检测模块13由电路组件所制成，可藉由电性线材16电性连通传感器11，以在刀具22执行作业时，实时接收传感器11的感测结果，并据以检测刀具22是否处于堪用的状态。

可选地，如图2a至图2c所示，本发明的刀具状态检测系统1可增设第一磁吸体181、第二磁吸体182与如图7所示的磁吸块状体17。如图8所示，磁吸块状体17可为矩形块状体，但仍可依需求改变形状，举例而言，如图9所示，磁吸块状体17可为具有梯形断面的块状体。第一磁吸体181与第二磁吸体182例如为磁铁，其中，第一磁吸体181可以设置于c型夹持环14以形成磁性部142，而第二磁吸体182设置于磁吸块状体17，用于磁吸于c型夹持环14的磁性部142，故刀具22执行作业时对机台主轴21造成例如为振动的影响也会依序传导到c型夹持环14与磁吸块状体17。

如图2a至图2c所示，磁吸块状体17具有复数磁吸块状体锁付结构171，复数传感器11之其中一者通过c型夹持环锁付结构141锁付于c型夹持环14，以在x轴向上经由c型夹持环14间接感测刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响。另外，复数传感器11之其中两者通过磁吸块状体锁付结构171锁付于磁吸块状体17，以分别在y、z两轴向上经由磁吸块状体17间接感测刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响。故，于本发明中，复数传感器11可在多个(至少三个)感测方向上间接感测刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响，从而所述三个感测方向如图2a至图2c所示的相邻两者之间具有垂直正交关系的x、y、z轴向。当然，所述复数传感器11也可以选择可在多个感测方向上间接感测刀具22执行作业时对机台主轴21造成影响的一个传感器11作为替代，如此，可减少本发明刀具状态检测系统的传感器11需求数量。

另外，应说明的是，由于刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响也会依序传导到c型夹持环14与磁吸块状体17，故复数传感器11可以分别经由c型夹持环14与磁吸块状体17间接感测刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响，也就是说，复数传感器11可以视情况分别设置于c型夹持环14或磁吸块状体17。

可选地，如图5a至图5b所示，本发明的刀具状态检测系统1可增设串接块状体19，所述串接块状体19具有至少一个串接块状体锁付结构191。串接块状体锁付结构191可提供传感器11锁付于串接块状体19。串接块状体19可藉由例如磁吸、螺接、卡接、栓接及/或榫接的方式串接于c型夹持环14，使得串接块状体19与c型夹持环14结合且无法相对转动，从而确保串接块状体19上的传感器11与c型夹持环14的相对位置固定，如此，刀具22执行作业时对机台主轴21造成例如为振动的影响会经由c型夹持环14间接传导到串接块状体19，使得传感器11可以经由串接块状体19间接感测刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响。

如图1a至图1b所示，理线结构15由片状金属材料弯折而制成，且通过c型夹持环锁付结构141锁付于c型夹持环14以用于整理电性线材16，以避免电性线材16在刀具22执行作业时发生意外缠绕而毁损。当然，不以此为限，如图4a至图4b所示，理线结构15亦可藉由磁吸于c型夹持环14的复数磁性部142之其中一者，从而将理线结构15固定于c型夹持环14，以对电性线材16提供整理，进一步可选地，理线结构15还可固定于上述串接块状体19，以对电性线材16提供整理。

再者，如图3a至图3b所示，本发明的刀具状态检测系统1还可选择在不通过c型夹持环14的情况下，将磁吸块状体17直接磁吸于具有磁性的机台主轴21，从而让传感器11可经由磁吸块状体17间接感测刀具22执行作业时对机台主轴21造成的影响，藉此而省略c型夹持环14的设置。

另应说明的是，刀具22在最初使用时，由于磨损程度较低，应属于良品，因此，本发明可藉由传感器11间接感测属于良品的刀具22在执行最初始的切削作业时对于机台主轴21造成的影响，从而生成在时域上的感测结果时域信息，以作为属于刀具22的良品感测结果时域信息。更具体而言，本发明也可以通过增设的复数传感器11，在机台主轴21的各轴向(例如x、y、z轴向)或在机台主轴21的各物理方向上，间接感测属于良品的刀具22对于机台主轴21所造成的影响，从而生成更完整且准确的良品感测结果时域信息。

而后，请参考图10b，本发明的传感器11通过电性线材16与传感器接口电路及信号处理器3电性连通，同时，传感器接口电路及信号处理器3还通过电性线材16与计算机4电性连通，藉以将传感器11所生成的感测结果时域信息再处理后传送至计算机4中，以通过计算机4执行默认的运算公式及运算流程来对所接收的感测结果时域信息进行检测处理，从而据此判断刀具22当前的堪用状态(请容后详述)。

以下，以例示的方式说明本发明的具体实施方式：

如图10c所示，传感器11为设置在机台主轴21上的加速度传感器(即加速规)，当机台主轴21带动刀具22转动以对工件23进行切削作业时，刀具22会受到工件23切削阻力的影响而产生振动，因此带动刀具22转动的机台主轴21亦会受到影响而随之产生振动，在这种情况下，设置于机台主轴21上的传感器11(加速规)即可藉由在时域上搜集机台主轴21当前状态的振动加速度信号波形，来间接感测刀具22振动的物理参数，如此，后续可选择将所搜集的振动加速度信号波形中的复数区段生成感测结果时域信息。如图13所例示的框形圈选处，即复数振动加速度信号波形中的复数区段的其中一个区段：

而后，所生成的感测结果时域信息可利用傅立叶变换(fft)将在时域上所搜集的振动加速度信号波形的各个区段分别转成频域信息，而在频域中展开所述振动加速度信号波形中各个区段的频率成分，如图14所示。由于共振效应，所以在频域展开各个区段的频率成分中，在接近刀具转动频率f的倍频(即图14所示的1f,2f,3f,…)处会明显出现较大的数据值，该些数据值可用于判断刀具执行作业时对机台主轴21造成影响的趋势。然而需要说明的是，由于刀具22在切削时转速的预定值与实际值往往会存在差异，因此，在实际应用中，针对某个倍频上的数据值撷取，可依据转速的差异状况在所述某个倍频上的容许误差范围内撷取，并以该容许误差范围内所撷取的最大数据值来作为所述某个倍频的数据值。

接着，将图14中展开的频率成分中关于刀具转速f的倍频(1f,2f,3f…)的数据值作为检测观察变量项，第i笔数据可表示为：

其中，xi表示振动加速度信号波形中第i区段的频率成分；x1i表示振动加速度信号波形中第i区段倍频1f的数据值(维度1：观察变量项1)；x2i表示振动加速度信号波形中第i区段倍频2f的数据值(维度2：观察变量项2)；xpi表示振动加速度信号波形中第i区段倍频pf的数据值(维度p：观察变量项p)。

请参阅图11a，本发明的刀具状态检测系统1可选择地增设良品特征空间模型建立模块12。良品特征空间模型建立模块12用于对传感器11所生成的良品感测结果时域信息执行时域与频域的转换处理，以在例如第一频域空间中得到良品感测结果频域信息，并采集该良品感测结果频域信息中具有代表性的主要良品特征，以在例如第二频域空间建立良品特征空间模型。

于本发明的一个实施例中，该良品感测结果频域信息中具有代表性的主要良品特征，其是从刀具22执行切削作业的转速而定义的倍频(如图14的1f,2f,3f……pf)频率上取得。

于本发明的一个实施例中，良品特征空间模型建立模块12的差异比对模型建立演算概念如下：

以下所示的x代表p×n维度的矩阵，为含有p个观察变量项的n笔(良品)量测数据：

其中，[xi1xi2…xin]为观察变量项i(i＝1～p)；而以下所示的xi代表x矩阵第i笔数据：

以下所示的为第j个观察变量所有数据平均值

以下所示的d代表p×n维度的矩阵，为含有p个观察变量项的n笔(良品)量测数据，其数据为扣除观察变量数据平均值：

其中，以下所示的di代表矩阵d的第i笔数据：

此外，于本发明的一个实施例中，该主要良品特征于该第二频域空间中表示成第二频域主要良品特征，其中，该第二频域空间具有正交关系的主要轴线与次要轴线，而该第二频域主要良品特征于该主要轴线的投影分布于第一区间范围，该第二频域主要良品特征于该次要轴线的投影分布于第二区间范围，其中该第一区间范围大于该第二区间范围，使得该第二频域主要良品特征于该主要轴线较该次要轴线明显，使该良品感测结果频域信息可以在该第二频域空间，依据该主要轴线建立该良品特征空间模型。

如图15所示，图15示出了良品特征空间模型的二维空间示意图，其中，x1为于第二频域中表示第二频域主要良品特征的第一初始轴线；x2为于第二频域中表示第二频域主要良品特征的第二初始轴线；z1为于第二频域中表示第二频域主要良品特征的主要轴线；z2为于第二频域中表示第二频域主要良品特征的次要轴线。

以下所示的t代表转换矩阵，通过t所代表的转换矩阵将矩阵d转换至新的频域空间而得到矩阵z,可表示为:z＝td。以下所示的t代表p×p维度的矩阵：

以下所示的z代表p×p维度的矩阵，是由矩阵d经由转换矩阵t转换后的结果：

其中，[zi1zi2…zin]为观察变量项i(i＝1～p)；而以下所示的zi代表矩阵z的第i笔数据：

优选地，该良品特征空间模型中保留该第二频域主要良品特征中具有代表性者，且删除该第二频域主要良品特征中不具有代表性者。具体而言，良品特征空间模型建立模块12通过收敛多变异量(观察变量)的差异比对模型矩阵建立方法，用转换空间维度方向的转换矩阵并去除变异量小的维度方向作为差异比对模型矩阵(即该良品特征空间模型)，具体如下：

在新的维度空间中针对矩阵z在每一个维度轴向上求出其变异量var1,var2,…,varp，其中：矩阵z在新维度1方向上的变异量var1可由表示；var([z11，z12，…，z1n])矩阵z在新维度2方向上的变异量var2可由var([z21，z22，...，z2n])表示；矩阵z在新维度p方向上的变异量varp可由var([zp1，zp2，…，zpn])表示；

以下将var1,var2,…,varp变异量值s由大至小排序：

以下方程序演示依据涵盖数据总变异量程度的百分比q％，来选择保留k个维度轴向上之信息，即删除该第二频域主要良品特征中不具有代表性者，而保留该第二频域主要良品特征中具有代表性者，使得转换矩阵t变成差异比对模型矩阵m，从而作为本发明的良品特征空间模型：

其中，以下差异比对模型矩阵m为k×p矩阵：

状态检测模块13用于在刀具22执行作业时，实时将该感测结果时域信息执行时域与频域的转换处理，以在第一频域空间得到第一感测结果频域信息，将该第一感测结果频域信息藉由该良品特征空间模型，在该第二频域空间得到第二感测结果频域信息，而后，将该第二感测结果频域信息藉由该良品特征空间模型，在该第一频域空间得到第三感测结果频域信息，接着，藉由该第一感测结果频域信息与该第三感测结果频域信息的差异比较，从而生成刀具状态指标以实时检测刀具22的状态。于本实施例中，状态检测模块22用于执行实时性差异比对指标计算器制，即每次仅搜集一组数据，将此数据通过差异比对模型矩阵转换至新的维度空间，再利用差异比对模型矩阵的转置矩阵转回原始维度空间，以此数据转换前和转换后的差异程度作为刀具状态指标(即差异比对指标)以实时检测刀具22的状态，上述计算器制请容后结合图10的流程图予以详述。

图11a及图11b为显示本发明的刀具状态检测系统的第二实施例的架构示意图，本实施例中的刀具状态检测系统1与图10b所示的第一实施例的不同之处在于刀具状态检测系统1用于感测工具机台2所处的作业环境，以在作业环境中间接检测刀具执行作业的状态。

请配合参阅图10b，于本实施例中，传感器11设置于工具机台2所处的作业环境中，且不接触机台主轴21，用于感测刀具22执行作业时对该作业环境造成的影响，从而生成感测结果时域信息。于本实施例中，传感器11可例如为声音传感器、光线传感器或颜色传感器等非接触式传感器，然并不以此为限，其他类型的可用于感测刀具22于切削作业时对作业环境造成的影响的各类传感器(包含接触式与非接触式传感器)均可适用于本案。此外，本实施例中的良品特征空间模型建立模块12与状态检测模块13的基本动作原理请参考上述的实施例说明，在此不予赘述。

请参考图12，其为显示本发明的刀具状态检测方法的基本流程示意图，本发明刀具状态检测方法用于工具机台，用以检测在作业环境执行作业的机台主轴的刀具的状态，其操作流程具体说明如下：

步骤s31，感测刀具在执行作业时对机台主轴或作业环境所造成的影响，从而生成感测结果时域信息，于本实施例中，当刀具处于初始使用状态时(即刀具处于良品状态时)，传感器11会对属于良品的刀具22对于机台主轴21造成的影响进行感测，从而生成在时域上的感测结果时域信息，以作为良品感测结果时域信息，也就是说，良品感测结果时域信息由传感器感测属于良品的刀具在执行作业时对机台主轴或作业环境造成的影响而生成。

步骤s32，将该良品感测结果时域信息执行时域与频域的转换处理，以得到良品感测结果频域信息，并且采集该良品感测结果频域信息中具有代表性的主要良品特征，以在第二频域空间建立良品特征空间模型。具体而言，可依据上述良品特征空间模型建立模块所执行的差异比对模型建立概念，而得到如下所示的差异比对模型矩阵m，而作为上述的良品特征空间模型：

(差异比对模型矩阵m)

步骤s33，在该刀具执行作业时，实时将该感测结果时域信息执行时域与频域的转换处理，以在第一频域空间得到如下所示的第一感测结果频域信息d。

步骤s34，将该第一感测结果频域信息d藉由该良品特征空间模型m，在该第二频域空间得到如下所示的第二感测结果频域信息y。

也就是利用差异比对模型矩阵m，将步骤s33所生成的d转换至新观察变量y。

步骤s35，将该第二感测结果频域信息y藉由转置的该良品特征空间模型(差异比对模型矩阵)mt，在该第一频域空间得到第三感测结果频域信息也就是再利用转置的差异比对模型矩阵mt再次将y转换至具体说明如下：

步骤s36，藉由该第一感测结果频域信息d与该第三感测结果频域信息的差异比较，生成差异比对指标而作为刀具状态指标fd，以实时检测刀具的状态，具体如下：

其中，fd为刀具状态指标，fd值越大代表与原标准(良品特征空间模型)数据群差异越大代表刀具的状态与良品特征不符从而可能存在异常状况。

另外，应说明的是，于本发明刀具状态检测系统的运行中，若所搜集的信号愈多且生成多组刀具状态指标fd时，本发明的刀具状态检测系统会取多组刀具状态指标fd的中位数，即将所生成的多组刀具状态指标fd高低排序后找出正中间的一个作为代表的刀具状态指标fd，从而减少因刀具状态指针fd的数据剧烈变化导致长时间趋势判定受到干扰而影响判定准确性的风险。

综上所述，本发明之刀具状态检测系统，通过c型夹持环或磁吸块状体等辅具，于工具机台的机台主轴上设置传感器，利用撷取刀具在作业时与工件接触所产生的振动信号来作为观察检测数据，从而解决一般刀具的状态检测需要中断加工程序以进行脱机检测等问题，故无需花费额外的时间来针对刀具的状态进行检测，可以降低刀具状态的检测成本。

再者，通过建立特定的检测方法机制，以从多个比对特征中找出一个差异比对模型作为良品特征空间模型，并以此差异比对模型来针对加工过程中实时搜集的数据演算出一个单一差异比对指标，用来作为刀具状态指标，进而判定刀具的使用状况是否与良品特征相符，如此不仅可在加工过程中随时进行比对判定，且检测结果准确率高，可以有效提高刀具的使用效率，并提升工件的加工质量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。