CN107305157B - 控制装置以及异常诊断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制装置以及异常诊断装置，利用简单的处理把握因旋转而产生的现象，提高异常诊断的精度。控制装置(38)具备：检测信号取得部(50)，其取得来自传感器的检测信号(DS)，该传感器检测通过电动机(10)的旋转在被检测部位产生的振动所引起的物理量；相位信息取得部(52)，其取得电动机(10)的相位信息(PS)；时间宽度决定部(54)，其根据相位信息(PS)决定与通过电动机(10)的旋转在被检测部位产生的现象的周期一致的时间宽度(D)；信号分割部(56)，其根据所决定的时间宽度(D)来分割检测信号(DS)；以及加法平均部(58)，其将分割后的多个分割信号(Sn)相加并平均化。

Description

控制装置以及异常诊断装置
技术领域
本发明涉及一种控制装置以及异常诊断装置，其去除传感器的检测信号中包括的噪音成分，该传感器检测因通过电动机旋转产生的振动而引起的物理量。
背景技术
目前，已知使用从传感器得到的检测信号来诊断旋转部件或旋转部件的异常，其中，该传感器检测通过电动机等进行旋转的旋转部件的振动而引起的物理量。
日本特开2007-285874号公报公开了一种异常诊断装置，其中，检测生产设备的旋转部件的振动引起而产生的物理量，针对基于检测出的物理量的信号进行了同步加法平均后，进行频率分析，根据频率成分对旋转部件有无异常、异常部位进行确定。另外，对基于检测出的物理量的信号赋予随机的尖峰噪音。该尖峰噪音用于使旋转部件的振动简单地放大。
发明内容
一般，在异常诊断中，将得到的信号进行傅立叶转换(例如FFT)并转换为频率区域的信号后，根据转换后的信息进行异常诊断。并且，在傅立叶转换前，为了去除噪音成分，对得到的信号进行加法平均。该加法平均以某个时间宽度分割信号，将分割后的多个信号相加后进行平均化。该时间宽度大多取通过装置的运算器的动作频率或信号的采样周期而决定的固定值。因此，通过旋转产生的现象与分割信号的时间宽度不一致，信号崩溃。因此，为了抑制在进行傅立叶转换前由于通过旋转产生的现象与分割信号的时间宽度不一致而产生的泄漏，必须进行窗口函数处理。
另外，上述日本特开2007-285874号公报中公开了在傅立叶转换前进行同步加法处理的情况，但是对于分割信号的时间宽度没有任何公开。因此，在上述日本特开2007-285874号公报中，通过旋转产生的现象与分割信号的时间宽度不一致，信号崩溃。这样，不能够正确地把握通过旋转产生的现象，从而不能够进行正确的异常诊断。另外，为了防止该情况必须进行窗口函数处理。
因此，本发明的目的为提供一种控制装置以及异常诊断装置，利用简单的处理来把握因旋转而产生的现象，提高异常诊断的精度。
本发明的第一方式为一种控制装置，具备：检测信号取得部，其取得来自传感器的检测信号，该传感器检测通过电动机的旋转在被检测部位产生的振动而引起的物理量；相位信息取得部，其取得上述电动机的相位信息；时间宽度决定部，其根据上述相位信息决定与通过上述电动机的旋转在上述诊断部位产生的现象周期一致的时间宽度；信号分割部，其根据所决定的上述时间宽度来分割上述检测信号；以及加法平均部，其将通过上述信号分割部分割后的多个分割信号进行加法运算并平均化。
通过这样的结构，能够不破坏原来的信号的波形(捕捉到的在被检测部位产生的现象的信号成分)的波形而进行同步加法处理。因此在针对进行了同步加法处理后的加法平均信号进行傅立叶转换之前，不需要进行窗口函数处理，所以处理变得简单。另外，捕捉到在被检测部位产生的现象的信号成分以外的成分被视为是噪音成分而被去除，所以能够提取捕捉在被检测部位产生的现象的信号成分。因此，通过使用该加法平均信号，能够详细地把握被检测部位产生的现象，提高异常诊断的精度。
本发明的第一方式为一种控制装置，通过上述电动机的旋转而产生的现象的周期根据上述被检测部位而不同，上述时间宽度决定部可以决定与上述被检测部位所对应的周期一致的上述时间宽度。这样，通过使用加法平均信号，能够详细地把握在作为诊断对象而关注的被检测部位产生的现象，提高异常诊断的精度。
本发明的第一方式为上述控制装置，通过上述电动机的旋转而产生的现象周期是相同的上述被检测部位，根据构成上述被检测部位的部件或零件而不同，上述时间宽度决定部可以决定与成为诊断对象的上述部件或上述零件所对应的周期一致的上述时间宽度。这样，通过使用加法平均信号，能够详细地把握在被检测部位中作为诊断对象而关注的部件或零件所产生的现象，提高异常诊断的精度。
本发明的第一方式为上述控制装置，上述被检测部位可以是要进行异常诊度的诊断部位。这样，传感器能够检测在要进行异常诊断的诊断部位产生的振动而引起的物理量。
本发明的第一方式为上述控制装置，在上述电动机中设置有检测上述电动机的相位的旋转检测器，上述相位信息取得部可以取得由上述旋转检测器检测出的上述相位信息。这样，能够取得正确的电动机的相位信息。
本发明的第一方式为上述控制装置，上述相位信息取得部可以推定上述电动机的上述相位信息，由此取得上述相位信息。这样，不需要设置旋转检测器，所以成本变得低廉。
本发明的第一方式为上述控制装置，上述控制装置可以经由其他至少一个控制装置取得上述检测信号以及上述相位信息。这样，通过另外导入本发明的第一方式的控制装置，能够不更换不具有异常诊断功能的控制装置而对既存的诊断对象机构进行异常诊断。
本发明的第二方式为异常诊断装置，具备：传感器，其检测通过电动机的旋转在诊断部位产生的振动而引起的物理量；相位信息取得部，其取得上述电动机的相位信息；时间宽度决定部，其根据上述相位信息决定与通过上述电动机的旋转在上述诊断部位产生的现象周期一致的时间宽度；信号分割部，其根据所决定的上述时间宽度来分割上述传感器检测出的检测信号；以及加法平均部，其将通过上述信号分割部分割后的多个分割信号相加并平均化。
通过这样的结构，能够不破坏原来信号的波形(捕捉了在诊断部位产生的现象的信号成分)的波形而进行同步加法处理。因此在针对进行了同步加法处理后的加法平均信号进行傅立叶转换之前，不需要进行窗口函数处理，所以处理变得简单。另外，捕捉到在诊断部位产生的现象的信号成分以外的成分被视为是噪音成分而被去除，所以能够提取捕捉了在诊断部位产生的现象的信号成分。因此，通过使用该加法平均信号，能够详细地把握诊断部位产生的现象，提高异常诊断的精度。
本发明的第二方式为上述异常诊断装置，通过上述电动机的旋转而产生的现象的周期根据上述诊断部位而不同，上述时间宽度决定部可以决定与上述诊断部位所对应的周期一致的上述时间宽度。这样，通过使用加法平均信号，能够详细地把握在作为诊断对象而关注的诊断部位所产生的现象，提高异常诊断的精度。
本发明的第二方式为上述异常诊断装置，即使是相同的上述诊断部位，通过上述电动机的旋转而产生的现象的周期也会根据异常的要因而不同，上述时间宽度决定部可以决定与要诊断的异常要因所对应的周期一致的上述时间宽度。这样，通过使用加法平均信号，能够详细地把握与要诊断的异常的要因对应的现象，提高异常诊断的精度。
本发明的第二方式为上述异常诊断装置，具备检测上述电动机的相位的旋转检测器，上述相位信息取得部可以取得由上述旋转检测器检测出的上述相位信息。这样，能够取得正确的电动机的相位信息。
本发明的第二方式为上述异常诊断装置，上述相位信息取得部可以推定上述电动机的上述相位信息，由此取得上述相位信息。这样，不需要设置旋转检测器，所以成本变得低廉。
本发明的第二方式为上述异常诊断装置，可以具备：频率解析部，其将通过上述加法平均部进行加法平均后的加法平均信号转换为频率信号；以及异常诊断部，其根据上述频率信号进行异常诊断。这样，能够进行异常诊断。
本发明的第二方式为上述异常诊断装置，上述异常诊断装置可以经由其他至少一个控制装置取得上述检测信号以及上述相位信息。这样，通过另外导入本发明的第二方式的异常诊断装置，能够对既存的诊断对象机构进行异常诊断。
根据本发明，能够不破坏捕捉了在被检测部位(诊断部位)产生的现象的信号成分的波形而进行同步加法处理。因此在针对进行了同步加法处理后的加法平均信号进行傅立叶转换之前，不需要进行窗口函数处理，所以处理变得简单。另外，捕捉到在被检测部位(诊断部位)产生的现象的信号成分以外的成分被视为是噪音成分而被去除，所以能够提取捕捉在被检测部位(诊断部位)产生的现象的信号成分。因此，通过使用该加法平均信号，能够详细地把握被检测部位(诊断部位)产生的现象，提高异常诊断的精度。
附图说明
通过参照附图说明以下的实施方式，能够容易理解上述的目的、特征以及优点。
图1是表示第一实施方式的使用电动机和滚珠丝杠构成进给轴的进给机构、应用于进给机构的异常诊断装置的图。
图2A是表示根据旋转检测器检测出的相位信息而决定的时间宽度的图，图2B是表示通过图2A所示的时间宽度分割了检测信号时的多个分割信号的图，图2C是表示将图2B所示的多个分割信号进行加法运算并平均化后的加法平均信号的图。
图3A是表示通过装置运算器的动作频率、信号的采样周期而决定的现有的时间宽度的图，图3B是表示通过图3A所示的时间宽度分割了检测信号时的多个分割信号的图，图3C是表示将图3B所示的多个分割信号进行加法运算并平均化后的加法平均信号的图。
图4是图1所示的异常诊断装置的功能框图。
图5是表示第二实施方式的驱动机构和应用于驱动机构的异常诊断装置的图。
图6是用于说明第一以及第二实施方式的变形例3的图。
图7是表示第三实施方式的异常诊断装置的结构的图。
图8是表示第四实施方式的异常诊断装置的结构的图。
图9是表示第四实施方式的变形例1中的异常诊断装置的结构的图。
具体实施方式
关于本发明的控制装置以及异常诊断装置，列举优选的实施方式，下面一边参照附图一边进行详细说明。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式的使用电动机(例如伺服电动机)10和滚珠丝杠(滚珠螺杆)12构成进给轴的进给机构14、应用于进给机构14的异常诊断装置16的图。与电动机10的转子18连接的旋转轴20和滚珠丝杠(旋转部件)12经由耦合部22而连接。电动机10的转子18可旋转地被轴承(轴承受件)24a、24b支撑。该轴承24a、24b被固定在电动机10的壳体10a上。滚珠丝杠12可旋转地由设置在耦合部22侧的轴承26a和设置在前端侧的轴承26b进行支撑。轴承26a、26b由在设置了进给机构14的设置面E上设置的支撑部件28a、28b进行支撑。将螺母30与滚珠丝杠12螺纹接合，螺母30设置在轴承26a和轴承26b之间。电动机10的转子18进行旋转，由此滚珠丝杠12进行旋转，螺母30在滚珠丝杆12的轴方向移动。
在电动机10中设置有检测电动机10(具体地说是转子18)的相位(旋转位置)的编码器等旋转检测器32。能够根据该旋转检测器32检测出的转子18(电动机10)的相位信息(旋转位置信息)来求出转子18(电动机10)的旋转周期(旋转频率)。为了检测出由于要诊断异常的被检测部位(也称为诊断部位)所产生的振动而引起的物理量，在被检测部位安装传感器34、36。在本第一实施方式中，传感器34、36被安装在支撑部件28a以及滚珠丝杠12上。支撑部件28a、轴承26a以及滚珠丝杠12所产生的振动通过电动机10(转子18)的旋转而产生。即，支撑部件28a、轴承26以及滚珠丝杠12成为被检测部位(诊断部位)。传感器34可以检测由于滚珠丝杠12的旋转而产生的平移成分的振动，传感器36可以检测由于滚珠丝杠12的旋转而产生的旋转成分的振动。
由旋转检测器32检测出的相位信息以及由传感器34、36检测出的检测信号被发送给控制装置38。控制装置38通过有线或无线取得相位信息以及检测信号。旋转检测器32、传感器34、36以及控制装置38构成本第一实施方式的异常诊断装置16。另外，控制装置38具有计算机和存储了程序的存储介质，计算机执行存储介质中存储的程序，由此作为本第一实施方式的控制装置38发挥功能。
控制装置38为了去除由传感器34、36等检测出的检测信号中包括的噪音成分，进行同步加法处理。具体地说，进行以下的同步加法处理，即通过时间宽度D分割检测信号，将分割而得的多个信号相加并平均化。根据旋转检测器32检测出的转子18的相位信息来决定该时间宽度D。
使用图2A～图2C说明本第一实施方式的检测信号的同步加法处理的概念。图2A是表示根据旋转检测器32检测出的相位信息而决定的时间宽度D的图，图2B是表示通过所决定的时间宽度D分割了检测信号时的多个信号(以下为分割信号)的图，图2C是表示将分割而得的多个分割信号进行加法运算并平均化后的信号(以下为加法平均信号)的图。以后详细进行说明，但是如图2A所示，根据由旋转检测器32检测出的相位信息，可知，由传感器34、36检测出的物理量(由于旋转而在被检测部位产生的现象)的周期特性。因此，根据旋转检测器32检测出的相位信息和采样周期，决定时间宽度D，由此能够决定与由于旋转而产生的现象的周期特性一致的时间宽度D。在如图2A所示的例子中，将时间宽度D设为转子18(滚珠丝杠12)旋转一周的时间。
因此，如图2B所示，通过时间宽度D进行分割而得的多个分割信号的每一个，具有彼此相同或类似的波形。而且，如图2C所示，将该分割后的多个分割信号进行加法平均，由此能够得到去除了噪音成分的加法平均信号，并且原来的信号(被分割的各个分割信号)的波形不会由于加法平均而被破坏。因此，在对加法平均信号进行傅立叶转换(例如FFT：高速傅立叶转换)之前，不需要进行窗口函数处理。
对此，如以往，当将时间宽度D设为通过装置的运算器的动作频率、信号的采样周期来决定的值时，如图3A所示，捕捉到通过旋转而产生的现象的检测信号的周期与时间宽度D不一致。因此，如图3B所示，通过时间宽度D被分割的多个分割信号各自成为相互不同的波形，如图3C所示，当将分割后的多个分割信号进行加法平均时，原来信号的波形由于加法平均而崩溃。因此，在对加法平均信号进行傅立叶转换(例如FFT)之前，为了避免在信号的开始值和终止值不一致时产生的泄漏，需要进行窗口函数处理作为预处理。
另外，传感器34、36检测出的检测信号除了包括表示因电动机10(转子18)的旋转而在被检测部位产生的现象的信号成分之外，也包括噪音成分。因此，会有传感器34、36检测出的检测信号的周期与表示被检测部位所产生的现象的信号成分的周期变得不相同的情况。因此，在图2A～图2C以及图3A～图3C中，为了使说明容易理解，只将表示因旋转产生的现象的信号成分表示为检测信号。
以下，具体说明本第一实施方式的异常诊断装置16。图4是异常诊断装置16的功能框图。控制装置38具备检测信号取得部50、相位信息取得部52、时间宽度决定部54、信号分割部56、加法平均部58、频率解析部60以及异常诊断部62。
检测信号取得部50取得由传感器34、36检测出的检测信号DS(DS1、DS2)。检测信号取得部50将取得的检测信号DS(DS1、DS2)输出给信号分割部56。相位信息取得部52取得由旋转检测器32检测出的电动机10(转子18)的相位信息PS。通过该相位信息PS，可知，转子18的旋转周期(旋转频率)。相位信息取得部52将所取得的相位信息PS输出给时间宽度决定部54以及信号分割部56。
时间宽度决定部54根据所取得的相位信息PS来决定分割检测信号DS(DS1、DS2)的时间宽度D。时间宽度决定部54决定与通过电动机10(转子18)的旋转而在被检测部位产生的现象的周期一致的时间宽度D。与在被检测部位产生的现象的周期一致的时间宽度D，意味着在被检测部位产生的现象的周期的整倍数(也包括1倍)的时间。时间宽度决定部54可以考虑采样周期来决定时间宽度D。
通过电动机10的旋转而产生的现象的周期根据被检测部位而不同，因此时间宽度决定部54决定与要进行异常诊断的被检测部位对应的周期一致的时间宽度D。因此，与支撑部件28a对应的时间宽度D、与轴承26a对应的时间宽度D以及与滚珠丝杆12对应的时间宽度D彼此不同。另外，通过电动机10的旋转而产生的现象的周期即使是相同的被检测部位也会由于要诊断的异常的要因而不同。该异常要因根据构成被检测部位的部件或零件而不同。因此，决定与要诊断的异常要因(即成为诊断对象的部件或零件)所对应的周期一致的时间宽度D。例如，轴承26a等的轴承受件由多个部件或零件构成，因此当成为诊断对象的被检测部位是轴承26a时，决定与成为诊断对象的部件或零件所对应的周期一致的时间宽度D。
信号分割部56根据检测出的转子18的相位信息PS和被决定的时间宽度D来分割检测信号DS(DS1、DS2)。信号分割部56将分割后的多个分割信号Sn输出给加法平均部58。加法平均部58将分割后的多个分割信号Sn相加并平均化。加法平均部58将对多个分割信号Sn进行加法运算并平均而得的加法平均信号AS输出给频率解析部60。该时间宽度决定部54、信号分割部56以及加法平均部58构成本第一实施方式的同步加法部59。
频率解析部60解析加法平均信号AS的频率。即，频率解析部60通过将加法平均信号AS从时间区域转换为频率区域来解析频率。这样，时间区域的加法平均信号AS被转化为频率区域的加法平均信号(以下为频率信号)FS。频率解析部60例如使用高速傅立叶转换将时间区域的加法平均信号AS转换为频率信号FS。频率解析部60将转换后的频率信号FS输出给异常诊断部62。异常诊断部62根据被转换为频率区域的频率信号FS来进行异常诊断。即，诊断通过电动机10(转子18)的旋转在被检测部位(诊断部位)产生的现象是否有异常。该异常诊断能够使用公知的技术，所以省略其说明。
接着，以以下情况举例说明，即为了使用设置在支撑部件28a上的传感器34所检测出的检测信号DS1来进行异常诊断，对检测信号DS1进行同步加法运算，去除检测信号DS1中包括的噪音成分。这里，轴承(轴承受件)通过旋转产生的现象的频率(周期)因其规格而不同，即使是相同规格的轴承，由于异常的要因不同而现象所表现的频率(周期)也会不同。因此，根据所专注的轴承以及异常的要因来决定分割信号的时间宽度D，由此能够诊断哪个轴承有什么样的异常。轴承26a由支撑部件28a来支撑，所以能够使用传感器34诊断轴承26a会有什么样的异常。另外，决定支撑部件28a所对应的时间宽度D，由此能够诊断支撑部件28a是否产生了异常。
一般，虽然未图示，但是轴承(轴承受件)具有在内圈、外圈以及内圈与外圈之间即圆周方向上设置的多个滚珠(滚动体)。内圈的外圆周面以及外圈的内圆周面作为用于供滚珠接触并滚动的滚道面发挥功能。通过以下的数学式能够表示构成轴承26a的部件、零件或支撑部件28a的各个振动数(相对于外圈滚动面(滚道面)(转送面)的滚珠的通过振动数fAR、相对于内圈滚动面的滚珠的通过振动数fIR、滚珠的自转振动频率fW以及支撑部件28a的固有振动数fK)。但是，将转子18的旋转频率设为fi、将滚珠径(直径)设为DW、将螺距圆径设为DM、将滚珠的数量设为Z、将接触角设为α0。
Figure BDA0001276115110000091
Figure BDA0001276115110000092
Figure BDA0001276115110000101
Figure BDA0001276115110000102
而且，在要根据轴承26a的滚珠自转振动频率fW进行异常诊断的情况下，时间宽度决定部54根据旋转检测器32检测出的转子18的相位信息PS和使用上述数学式(3)计算出的自转振动频率fW来决定时间宽度D。例如，如果将电动机10的转子18的旋转频率fi设为50Hz(＝3000次/秒)、将滚珠径DW设为8mm、将螺距圆径dM设为40mm、将滚珠的数量Z设为16个、将接触角α0设为15度，则滚珠的自转振动频率fW为约120Hz。因此，时间宽度决定部54根据旋转检测器32检测出的相位信息PS将电动机10的转子18旋转120度的时间决定为时间宽度D。因此，信号分割部56在每次转子18旋转120度时，将传感器34检测出的检测信号DS1区分并取出，由此分割检测信号DS1，加法平均部58将分割后的多个分割信号Sn相加并平均化。这样，能够得到加法平均信号AS，该加法平均信号AS是将检测出的检测信号DS1中的捕捉到了通过电动机10(转子18)的旋转产生的滚珠的自转振动现象的信号成分以外的成分视为噪音成分并将其去除而得的信号。即，得到了将捕捉到所关注的滚珠的自转振动的现象的信号成分进行提取而得的加法平均信号AS。
另外，在要根据支撑部件28a的固有振动数fK进行异常诊断时，时间宽度决定部54根据旋转检测器32检测出的转子18的相位信息PS和使用上述数学式(4)计算出的固有振动数fK来决定时间宽度D。当fi、Dw、dM以及α0为上述数值例的情况下，固有振动数fK约为20Hz。因此，时间宽度决定部54根据旋转检测器32检测出的相位信息PS，例如将电动机10的转子18旋转20度的时间决定为时间宽度D。因此，信号分割部56在转子18每次旋转20度时，将传感器34检测出的检测信号DS1区分并提取，由此分割检测信号DS1，加法平均部58将分割后的多个信号相加并平均化。这样，能够得到加法平均信号AS，该加法平均信号AS是将检测出的检测信号DS1中的捕捉到通过电动机10(转子18)的旋转产生的支撑部件28a的振动现象的信号成分以外的成分视为噪音成分并将其去除而得的信号。即，得到将捕捉到所关注的支撑部件28a的振动现象后的信号成分进行提取而得的加法平均信号AS。
进一步，即使在要根据相对于外圈滚动面的滚珠的通过振动数fAR、相对于内圈滚动面的滚珠的通过振动数fIR进行异常诊断的情况下，同样地，时间宽度决定部54根据旋转检测器32检测出的转子18的相位信息PS、使用数学式(1)和(2)计算出的通过振动数fAR、fIR来决定时间宽度D。该滚珠径DW、螺距圆径dM、滚珠的数量Z以及接触角α0是已知的。
这样，使用去除了噪音成分的加法平均信号AS来进行异常诊断，由此能够高精度地诊断通过电动机10的旋转而在轴承26a以及支撑部件28a中产生的现象中是否有异常，即轴承26a以及支撑部件28a中是否有异常。另外，能够对轴承26a详细地诊断存在什么样的异常。另外，即使是在支撑部件28a中设置有与传感器34同样的传感器时，也能够同样地决定时间宽度D。这样，能够高精度地诊断支撑部件28b以及轴承26b是否有异常。另外，也能够对轴承26a高精度地详细地诊断有什么样的异常。
在将设置在滚珠丝杠12上的传感器36所检测出的检测信号DS2同步相加并去除噪音成分的情况下，时间宽度决定部54也会根据旋转检测器32检测出的相位信息PS来决定时间宽度D。例如，如果转子18(电动机10)旋转10度，则螺母30移动行程的全长的量而形成滚珠丝杠12的螺距，如果将采样周期设为转子18旋转10度的时间，则时间宽度决定部54将转子18旋转10度的时间决定为时间宽度D。因此，信号分割部56在每次转子18旋转10度时，将传感器36检测出的检测信号DS2区分并提取，由此分割检测信号DS2，加法平均部58将分割后的多个分割信号Sn相加并平均化。这样，能够得到加法平均信号AS，该加法平均信号AS是将检测出的检测信号DS2中的捕捉到通过电动机10(转子18)的旋转产生的滚珠丝杠12的振动现象的信号成分以外的成分视为噪音成分并将其去除而得的信号。即，得到将捕捉到所关注的珠丝杠12的振动现象后的信号成分进行提取而得的加法平均信号AS。
这样，通过旋转而产生的现象的周期根据要诊断异常的被检测部位而不同，所以根据要诊断异常的被检测部位来决定时间宽度D。另外，即使是相同的被检测部位，现象的周期由于要诊断的异常的要因而不同，所以根据要诊断异常的被检测部位、要诊断的异常的要因来决定时间宽度D。因此，能够高精度地详细地诊断异常。
另外，电动机10具有磁铁和线圈，控制装置将驱动电流提供给电动机10的线圈，由此驱动控制转子18的旋转。控制该电动机10(转子18)的驱动的控制装置可以是控制装置38，也可以是未图示的电动机10专用的控制装置。
[第二实施方式]
第二实施方式将在上述第一实施方式中说明的异常诊断装置16应用于驱动机构100，该驱动机构100使用电动机10和齿轮(齿轮)来驱动主轴。图5是表示第二实施方式的驱动机构100和应用于驱动机构100的异常诊断装置16A的图。另外，对与上述第一实施方式相同的结构赋予相同的参照标记，省略其说明。
在与电动机10的转子18(省略图示)连接的旋转轴20上，经由耦合部22连接有驱动齿轮(旋转部件)102的旋转轴102a，旋转轴102a由轴承104a、104b可旋转地支撑。从动齿轮106被设置为与驱动齿轮102啮合，从动齿轮(旋转部件)106的旋转轴106a由轴承108a、108b可旋转地支撑。这样，能够将驱动齿轮102的旋转传输给从动齿轮106。将驱动齿轮102的齿数设为M，将从动齿轮106的齿数设为N。另外，转子18与上述第一实施方式同样，由轴承24a、25b可旋转地支撑。
在从动齿轮106的旋转轴106a上经由耦合部110连接有主轴(旋转部件)112，主轴112由轴承114a、114b可旋转地支撑。在主轴112的前端安装有刀具116。因此，如果电动机10的转子18旋转，则该旋转力经由驱动齿轮102、从动齿轮106以及主轴112被传输到刀具116。因此能够进行基于刀具116的加工。转子18的旋转经由驱动齿轮102以及从动齿轮106被传输给主轴112，因此主轴112的转速以及扭矩成为与减速比(也包括增速比)N/M对应的转速以及扭矩。即，主轴112的转速为：主轴112的转速f2＝(减速比)-1×(转子18的转速f1)，主轴112的扭矩为主轴112的扭矩τ2＝减速比×(转子18的扭矩τ1)。
另外，轴承104a、104b、108a、108b、114a、114b均未图示，但是通过在设置有驱动机构100的设置面E上设置的多个支撑部件来支撑。
如上所述，电动机10中设置有检测转子18的相位(旋转位置)的旋转检测器32。为了检测在要诊断异常的被检测部位(诊断部位)产生的振动所引起的物理量，传感器118、120被安装在被检测部位。在本第二实施方式中，传感器118、120被安装在驱动齿轮102的旋转轴102a以及从动齿轮106的旋转轴106a上。在旋转轴102a、106a中产生的振动通过电动机10(转子18)的旋转而产生。传感器118、120可以检测出通过旋转而产生的平移成分的振动，也可以检测出旋转成分的振动。由旋转检测器32检测出的相位信息PS以及由传感器118、120检测出的检测信号DS(DS3、DS4)被发送给控制装置38。旋转检测器32、传感器118、120以及控制装置38构成本第二实施方式的异常诊断装置16A。
另外，控制装置38具有与上述第一实施方式相同的结构，具备检测信号取得部50、相位信息取得部52、时间宽度决定部54、信号分割部56、加法平均部58、频率解析部60以及异常诊断部62。并且，由传感器118、120检测出的检测信号DS(DS3、DS4)被输出给检测信号取得部50，由旋转检测器32检测出的电动机10(转子18)的相位信息PS被输出给相位信息取得部52。
接着，以以下情况举例说明，即为了使用设置在驱动齿轮102的旋转轴102a上的传感器118所检测出的检测信号DS3来进行异常诊断，将检测信号DS3进行同步加法运算，去除检测信号DS3中包括的噪音成分。驱动齿轮102的旋转轴102a与电动机10的转子18不直接连接，因此时间宽度决定部54将转子18旋转一周的时间决定为时间宽度D。因此，信号分割部56在每次转子18旋转一周时，将传感器118检测出的检测信号DS3区分并提取，由此分割检测信号DS3，加法平均部58将分割后的多个分割信号Sn相加并平均化。这样，能够得到加法平均信号AS，该加法平均信号AS是将检测出的检测信号DS3中的捕捉到通过电动机10(转子18)的旋转产生的驱动齿轮102的振动现象的信号成分以外的成分视为噪音成分并将其去除而得的信号。即，得到将捕捉到所关注的驱动齿轮102的振动现象后的信号成分进行提取而得的加法平均信号AS。
另外，在将设置在从动齿轮106的旋转轴106a上的传感器118所检测出的检测信号DS4同步相加并去除噪音成分的情况下，时间宽度决定部54也根据旋转检测器32检测出的相位信息PS来决定时间宽度D。电动机10的转子18的旋转经由驱动齿轮102被传输给从动齿轮106，因此时间宽度决定部54根据减速比N/M将转子18进行N/M旋转的时间决定为时间宽度D。因此，信号分割部56在每次转子18进行N/M旋转时，将传感器120检测出的检测信号DS4区分并取出，由此分割检测信号DS4，加法平均部58将分割后的多个分割信号Sn相加并平均化。这样，能够得到加法平均信号AS，该加法平均信号AS是将检测出的检测信号DS4中的捕捉到通过电动机10(转子18)的旋转产生的从动齿轮106的振动现象的信号成分以外的成分视为噪音成分并将其去除而得的信号。即，得到将捕捉到所关注的从动齿轮106的振动现象后的信号成分进行提取而得的加法平均信号AS。
这样通过旋转而产生的现象的周期根据要诊断异常的被检测部位而不同，所以根据要诊断异常的被检测部位来决定时间宽度D。
另外，在本第二实施方式中，说明了齿轮为1段的情况，即一个驱动齿轮102和与该驱动齿轮102啮合的一个从动齿轮106的情况，但是齿轮为多段的结构的情况也相同，时间宽度决定部54考虑减速比来决定时间宽度D即可。另外，通过在轴承(例如114a、114b等)上设置传感器，能够如上述第一实施方式所说明的那样诊断轴承的异常。
[第一以及第二实施方式的变形例]
上述第一以及第二实施方式能够如以下那样进行变形。
(变形例1)在变形例1中，可以根据旋转检测器32检测出的转子18的相位信息PS来使提供给电动机10的驱动电流发生变化，以便于修正电动机10的转子18的微小变动。可以由未图示的电动机10专用的控制装置进行对电动机10的驱动电流的提供，也可以由控制装置38来进行。
(变形例2)作为异常诊断装置16、16A所应用的机构，以进给机构14、驱动机构100为例子进行了说明，然而不限定于这些机构。例如，在连接了滑轮的情况下也可以使用通过该滑轮构成的减速比(也包括增速比)来决定时间宽度D。另外，对于通过滚珠和驱动盘、从动盘构成的滑动减速机也同样。
(变形例3)在上述各个实施方式中，表示了在各个位置使用1列轴承(轴承受件)的例子，但是如图6所示，也可以是在各个位置使用多列轴承的情况。在图6中表示在主轴112的前端侧的位置设置了轴承130a、130b，在主轴112的后端侧的位置设置了轴承130c、130d的例子。此时，虽然不能够完全确定存在异常的轴承，但是能够判断在哪个位置轴承有异常，因此作为诊断异常是有用的。在图6所示的例子的情况下，能够诊断是前端侧位置的轴承130a、130b有异常还是后端侧位置的轴承130c、130d有异常。
(变形例4)为了取得相位信息PS，设置了旋转检测器32，但是也可以不设置旋转检测器32。此时，相位信息取得部52推定电动机10(转子18)的相位信息PS，由此取得相位信息PS。该电动机10(转子18)的相位信息PS的推定是公知技术，所示省略说明。
(变形例5)为了取得物理量，设置了传感器34、36，但是设置的传感器的个数是几个都可以。根据诊断异常的对象自由决定个数即可。
(变形例6)在上述第一以及第二实施方式(也包括变形例)中，表示了应用于异常诊断的例子，但是也能够应用于电动机10的控制。在同步电动机的旋转时，在电动机的结构上产生进给不均。该进给不均按照每个电动机的个体而不同，表现为驱动电动机时流过的驱动电流的变化。因此，取得驱动电流的波形(以下为电流波形)，通过由旋转检测器检测该波形而得的相位信息，将电流波形按照电动机的每一周的旋转进行分割，并进行加法平均，由此得到包括精度高的进给不均的电流波形。根据该电流波形修正驱动电流，使得对电动机个体取消固有的进给不均，由此能够使电动机顺利地旋转。
(变形例7)也可以在不产生矛盾的范围适当组合变形例1～6。
[第三实施方式]
图7是表示第三实施方式的异常诊断装置16B的结构的图。在第三实施方式中，具备多个不同的控制装置38A～38C，多个不同的控制装置38A～38C的每一个上连接有传感器34A～34C、36A～36C以及旋转检测器32A～32C。传感器34A、36A以及旋转检测器32A、传感器34B、36B以及旋转检测器32B、传感器34C、36C以及旋转检测器32C分别设置在不同的诊断对象机构(例如，进给机构14等)中。本说明中，将控制装置38A、传感器34A、36A以及旋转检测器32A所对应的诊断对象机构表示为140A，将控制装置38B、传感器34B、36B以及旋转检测器32B所对应的诊断对象机构表示为140B，将控制装置38C、传感器34C、36C以及旋转检测器32C所对应的诊断对象机构表示为140C。
在多个不同的控制装置38A～38C中，一台控制装置38A从其他的控制装置38B、38C收集信号，进行诊断。各个控制装置38A～38C的每一个收集来自自身所连接的传感器34A～34C、36A～36C以及旋转检测器32A～32C的信号(检测信号DS以及相位信息PS)。此时，控制装置38B、38C自身不进行异常的诊断而将取得的信号(检测信号DS以及相位信息PS)发送给控制装置38A。控制装置38A通过从自身所连接的传感器34A、36A和旋转检测器32A取得的信号，进行成为自身诊断对象的诊断对象机构140A的异常诊断，并且根据从控制装置38B、38c取得的信号进行控制装置38B、38C所对应的诊断对象机构140B、140C的异常诊断。
这样，只有控制装置38A具有异常诊断功能，控制装置38B、38C不需要具有异常诊断功能。因此，例如既存的控制装置38B、38C虽然没有异常诊断功能，但是当能够向外部输出信号时，导入具有异常诊断功能的控制装置38A，由此能够不更换不具有异常诊断功能的既存的控制装置38B、38C而对诊断对象机构140B、140C进行异常诊断。另外，在本第三实施方式中，旋转检测器32A～32C、传感器34A～34C、36A～36C以及控制装置38A作为异常诊断装置16B发挥功能。
(变形例1)在上述第三实施方式中，表示了通过从传感器34A～34C、36A～36C以及旋转检测器32A～32C收集到的信号来进行异常诊断的例子，但是也可以通过旋转检测器32A～32C和其他的信息(例如驱动电动机10的驱动电流)进行修正电动机10的驱动的控制。
(变形例2)在上述第三实施方式中表示了对个别控制装置进行异常诊断的例子，但是将各个控制装置38A～38C的传感器34A～34C、36A～36C的信号以及旋转检测器32A～32C的信号与部件更换等变化点一致地进行记录，互相比较控制装置38A～38C中的信号，由此可以推定产生部件更换等的变化点的定时，并预先进行更换部件的安排等。
(变形例3)在上述第三实施方式中，表示了所有的控制装置38A～38C具有传感器34A～34C、36A～36C以及旋转检测器32A～32C的例子，但是只有1台控制装置38A具有传感器34A、36A和选择检测器32A，其他的控制装置38B、38C只具有选择检测器32B、32C。此时，具有传感器34A、36A的控制装置38A将传感器34A、36A的信号以及旋转检测器32A的信号的积算值与部件更换等变化点一致地进行记录，将该信号与只具有其他旋转检测器32B、32C的控制装置38B、38C的旋转检测器32B、32C的信号的积算值进行比较，推定产生部件更换等的变化点的定时，预先进行交换部件的安排。
[第四实施方式]
图8是表示第四实施方式的异常诊断装置16C的结构的图。另外，对与第三实施方式相同的结构标注相同的标记。在第四实施方式中，具备与控制装置38A～38C不同地进行异常诊断的控制装置38。控制装置38从控制装置38A～38C收集信号(检测信号DS以及相位信息PS)，进行异常诊断。各个控制装置38A～38C分别与传感器34A～34C、36A～36C以及旋转检测器32A～32C连接，收集信号(检测信号DS以及相位信息PS)。此时，控制装置38A～38C不进行成为自身诊断对象的诊断对象机构140A～140C的异常诊断而将取得的信号发送给控制装置38。控制装置38根据从控制装置38A～38C取得的信号，进行与控制装置38A～38C对应的诊断对象机构140A～140C的异常诊断。
这样，控制装置38A～38C不需要具有异常诊断功能，因此，既存的控制装置虽然没有异常诊断功能，但是当能够向外部输出信号时，导入具有异常诊断功能的控制装置38，由此能够不更换不具有异常诊断功能的控制装置38A～38C而对既存的诊断对象机构140A～140C进行异常诊断。另外，在本第四实施方式中，旋转检测器32A～32C、传感器34A～34C、36A～36C以及控制装置38作为异常诊断装置16C发挥功能。
(变形例1)在上述第四实施方式中，表示了控制装置38A～38C从传感器34A～34C、36A～36C以及旋转检测器32A～32C收集信号(检测信号DS以及相位信息PS)并输出给外部(控制装置38)的例子，但是如图9所示，控制装置38也可以直接取得传感器34A～34C、36A～36C以及旋转检测器32A～32C的信号。
(变形例2)与第三实施方式同样，将各个控制装置的信号与部件更换等变化点一致地进行记录，互相比较控制装置中的信号，由此可以推定产生部件更换等的变化点的定时，并预先进行更换部件的安排等。
如以上那样，通过上述各实施方式以及变形例中的至少一个方式说明的控制装置38、38A具备：检测信号取得部50，其取得来自传感器的检测信号DS，该传感器检测通过电动机10的旋转在被检测部位产生的振动所引起的物理量；相位信息取得52，其取得电动机10(转子18)的相位信息PS；时间宽度决定部54，其根据相位信息PS来决定与通过电动机10的旋转在被检测部位生成的现象的周期一致的时间宽度D；信号分割部56，其根据决定后的时间宽度D来分割检测信号DS；以及加法平均部58，其将分割后的多个分割信号Sn相加并平均化。
这样，能够不使原来的信号波形(捕捉到在被检测部位产生的现象的信号成分)的波形崩溃而进行同步加法处理。因此，在针对进行了同步加法处理后的加法平均信号AS进行傅立叶转换之前，不需要进行窗口函数处理，所以处理变得简单。另外，捕捉到在被检测部位产生的现象的信号成分以外的成分被视为噪音成分而被去除，所以能够提取捕捉了在被检测部位产生的现象的信号成分。因此通过使用该加法平均信号AS，能够详细地把握在被检测部位产生的现象，提高异常诊断的精度。
通过电动机10的旋转而产生的现象的周期根据被检测部位而不同，时间宽度决定部54决定与被检测部位所对应的周期一致的时间宽度D。这样，通过使用加法平均信号AS，能够详细地把握在被关注为诊断对象的被检测部位产生的现象，提高异常诊断的精度。
通过电动机10的旋转而产生的现象的周期即使是相同的被检测部位，也会根据构成被检测部位的部件或零件而不同，时间宽度决定部54决定与成为诊断对象的部件或零件(即要诊断的异常的要因)所对应的周期一致的时间宽度D。这样，通过使用加法平均信号AS，能够详细地把握在被检测部位中被关注为诊断对象的部件或零件所产生的现象，提高异常诊断的精度。
电动机10中设置有检测电动机10(转子18)的相位的旋转检测器32、32A～32C，相位信息取得部52也可以取得由旋转检测器32、32A～32C检测出的相位信息PS。这样，能够取得正确的电动机10(转子18)的相位信息PS。另外，相位信息取得部52可以通过推定电动机10(转子18)的相位信息PS，取得相位信息PS。这样，不必设置旋转检测器32、32A～32C，所以成本变得低廉。
另外，异常诊断装置16、16A～16C具备：传感器，其检测通过电动机10的旋转在被检测部位产生的振动所引起的物理量；相位信息取得部52，其取得电动机10(转子18)的相位信息PS；时间宽度决定部54，其根据相位信息PS来决定与通过电动机10的旋转在诊断部位生成的现象的周期一致的时间宽度D；信号分割部56，其根据决定的时间宽度D来分割由传感器检测出的检测信号DS；以及加法平均部58，其将分割后的多个分割信号Sn相加并平均化。
这样，能够不使原来的信号波形(捕捉到在诊断部位产生的现象的信号成分)的波形崩溃而进行同步加法处理。因此，在针对进行了同步加法处理后的加法平均信号AS进行傅立叶转换之前，不需要进行窗口函数处理，所以处理变得简易。另外，捕捉到在诊断部位产生的现象的信号成分以外的成分被视为噪音成分而被去除，所以能够提取捕捉了在诊断部位产生的现象的信号成分。因此通过使用该加法平均信号AS能够详细地把握在诊断部位产生的现象，提高异常诊断的精度。

Claims (10)

1.一种控制电动机的旋转的控制装置，其特征在于，
该控制装置具备：
检测信号取得部，其取得来自检测基于振动的物理量的传感器的检测信号，上述振动是通过上述电动机的旋转而在被检测部位产生的振动；
相位信息取得部，其取得上述电动机的旋转位置的相位信息；
时间宽度决定部，其根据上述相位信息来决定与上述振动的周期一致的时间宽度；
信号分割部，其根据所决定的上述时间宽度来将上述检测信号进行等分；
加法平均部，其将等分后的多个分割信号一边抑制波形的破坏一边进行加法运算并平均化；
频率解析部，其将由上述加法平均部进行加法平均后的加法平均信号转换为频率信号；以及
异常诊断部，其根据上述频率信号诊断上述振动是否存在异常。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
上述振动的周期根据上述被检测部位而不同，
上述时间宽度决定部决定与上述被检测部位所对应的周期一致的上述时间宽度。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
即使是相同的上述被检测部位，上述振动的周期也根据构成上述被检测部位的部件或零件而不同，
上述时间宽度决定部决定与成为诊断对象的上述部件或上述零件所对应的周期一致的上述时间宽度。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
在上述电动机中设置有检测上述相位信息的旋转检测器，
上述相位信息取得部取得由上述旋转检测器检测出的上述相位信息。
5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
上述相位信息取得部通过推定上述相位信息来取得上述相位信息。
6.一种异常诊断装置，其特征在于，
该异常诊断装置具备：
传感器，其检测基于振动的物理量，该振动是通过电动机的旋转而在诊断部位产生的振动；
相位信息取得部，其取得上述电动机的旋转位置的相位信息；
时间宽度决定部，其根据上述相位信息，决定与上述振动的周期一致的时间宽度；
信号分割部，其根据所决定的上述时间宽度将上述传感器检测出的检测信号进行等分；
加法平均部，其将等分后的多个分割信号一边抑制波形的破坏一边进行加法平均；
频率解析部，其将由上述加法平均部进行加法平均后的加法平均信号转换为频率信号；以及
异常诊断部，其根据上述频率信号诊断上述振动是否存在异常。
7.根据权利要求6所述的异常诊断装置，其特征在于，
上述振动的周期根据上述诊断部位而不同，
上述时间宽度决定部决定与上述诊断部位所对应的周期一致的上述时间宽度。
8.根据权利要求7所述的异常诊断装置，其特征在于，
即使是相同的上述诊断部位，上述振动的周期也根据部件或零件而不同，
上述时间宽度决定部决定与成为诊断对象的部件或零件所对应的周期一致的上述时间宽度。
9.根据权利要求6～8中的任意一项所述的异常诊断装置，其特征在于，
该异常诊断装置具备检测上述相位信息的旋转检测器，
上述相位信息取得部取得由上述旋转检测器检测出的上述相位信息。
10.根据权利要求6～8中的任意一项所述的异常诊断装置，其特征在于，
上述相位信息取得部通过推定上述相位信息来取得上述相位信息。
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