JP2019168412A - Abnormality detector and abnormality detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボールねじを含む対象装置の異常検出装置および異常検出方法に関する。 The present invention relates to an abnormality detection device and an abnormality detection method for a target device including a ball screw.
従来、回転機械に取り付けた振動センサから得られた振動データを解析することにより、回転機械の異常を検出する方法が知られている。たとえば、特開2006−133162号公報(特許文献1)には、転がり軸受に生じた異常(たとえば損傷)が進展するにつれて振動の大きさ(振動レベル)が増大する傾向を利用して、転がり軸受の異常を検出する方法が開示されている。特開2013−257253号公報(特許文献2)には、ボールねじを含む対象装置に取り付けた振動センサによって計測された振動データからボールねじの異常検出周波数の振動データを濾波することにより、ボールねじの異常を検出する方法が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method for detecting an abnormality in a rotating machine by analyzing vibration data obtained from a vibration sensor attached to the rotating machine is known. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2006-133162 (Patent Document 1) uses a tendency that the magnitude of vibration (vibration level) increases as an abnormality (for example, damage) generated in a rolling bearing progresses. A method for detecting an abnormality in the above is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 2013-257253 (Patent Document 2) discloses a ball screw by filtering vibration data of an abnormal detection frequency of a ball screw from vibration data measured by a vibration sensor attached to a target device including the ball screw. A method for detecting an abnormality in the above is disclosed.
ボールねじを含む対象装置に取り付けた振動センサによって計測された振動データには、ボールねじが備えるナットの固有振動のデータが含まれる。ナットの固有振動の影響により、ある周波数以上の振動データは、異常の有無によって変化がほとんど見られない。そのため、ボールねじの異常に起因する周波数帯とナットの固有振動による周波数帯とが重なる場合、特開2013−257253号公報に記載の周波数解析による異常検出方法では、ボールねじの異常を精度良く検出することができない。 The vibration data measured by the vibration sensor attached to the target device including the ball screw includes data on the natural vibration of the nut included in the ball screw. Due to the natural vibration of the nut, the vibration data above a certain frequency hardly changes depending on whether there is an abnormality. Therefore, when the frequency band resulting from the abnormality of the ball screw and the frequency band due to the natural vibration of the nut overlap, the abnormality detection method based on the frequency analysis described in JP2013-257253A accurately detects the abnormality of the ball screw. Can not do it.
さらに、ボールねじに生じる振動は、ボールねじにかかる負荷、温度などの環境条件に依存する。すなわち、振動レベルは、環境条件に応じて変化する。そのため、特開2006−133162号公報に記載の技術をボールねじの異常の検出方法に適用しただけでは、ボールねじの異常を精度良く検出することができない。 Furthermore, the vibration generated in the ball screw depends on environmental conditions such as load and temperature applied to the ball screw. That is, the vibration level changes according to environmental conditions. For this reason, the ball screw abnormality cannot be detected with high accuracy simply by applying the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-133162 to the ball screw abnormality detection method.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ボールねじの異常を精度良く検出することが可能な異常検出装置および異常検出方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an abnormality detection device and an abnormality detection method capable of accurately detecting an abnormality of a ball screw.
本開示の異常検出装置は、ボールねじを含む対象装置に設置された振動センサを用いて、対象装置の異常の有無を判定する。異常検出装置は、生成部と判定部とを備える。生成部は、ボールねじを連続して動作させる期間に振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成する。判定部は、対象装置が正常であるときに生成部によって生成された基準波形データで示される波形に対する、対象装置の異常の有無を判定するときに生成部によって生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出する。判定部は、乖離度に基づいて対象装置に異常が生じているか否かを判定する。 The abnormality detection device of the present disclosure determines whether there is an abnormality in the target device by using a vibration sensor installed in the target device including the ball screw. The abnormality detection device includes a generation unit and a determination unit. The generator generates waveform data indicating temporal changes in vibration by performing envelope processing and time domain and amplitude domain normalization processing on the vibration data measured by the vibration sensor during a period in which the ball screw is continuously operated. Is generated. The determination unit is indicated by the determination target waveform data generated by the generation unit when determining whether the target device is abnormal with respect to the waveform indicated by the reference waveform data generated by the generation unit when the target device is normal. The degree of divergence of the waveform to be calculated is calculated. The determination unit determines whether an abnormality has occurred in the target device based on the degree of deviation.
好ましくは、対象装置は、ボールねじ軸と、ボールねじ軸に螺合されたナットと、ボールねじ軸の一方端を回転可能に支持する固定側サポートユニットと、ボールねじ軸の他方端を回転可能に支持する支持側サポートユニットとを備える。振動センサは、ナット、固定側サポートユニットおよび支持側サポートユニットの少なくとも1つに設置される。 Preferably, the target device includes a ball screw shaft, a nut screwed to the ball screw shaft, a fixed support unit that rotatably supports one end of the ball screw shaft, and the other end of the ball screw shaft. And a support side support unit. The vibration sensor is installed in at least one of the nut, the fixed side support unit, and the support side support unit.
好ましくは、生成部は、エンベロープ処理が行なわれた振動データに対して、正規化処理を行なう前にローパスフィルタ処理を行なう。 Preferably, the generation unit performs low-pass filter processing on the vibration data subjected to envelope processing before performing normalization processing.
好ましくは、判定部は、乖離度が第1しきい値を超え、かつ、正規化処理を行なう前の振動データの実効値が第2しきい値を超える場合に対象装置に異常が生じていると判定する。 Preferably, the determination unit has an abnormality in the target device when the degree of deviation exceeds the first threshold value and the effective value of the vibration data before performing the normalization process exceeds the second threshold value. Is determined.
好ましくは、生成部は、対象装置が正常であるときに複数の基準候補波形データを生成する。複数の基準候補波形データは、対象装置の運転条件が互いに異なる状態において生成される。判定部は、異常の有無を判定するときの対象装置の運転条件に応じて、複数の基準候補波形データの中の1つを基準波形データとして選択する。 Preferably, the generation unit generates a plurality of reference candidate waveform data when the target device is normal. The plurality of reference candidate waveform data is generated in a state where the operation conditions of the target device are different from each other. The determination unit selects one of the plurality of reference candidate waveform data as reference waveform data in accordance with the operating condition of the target device when determining whether there is an abnormality.
好ましくは、判定部は、基準波形データで示される波形と判定対象波形データで示される波形との差分の積分値を乖離度として算出する。 Preferably, the determination unit calculates an integrated value of a difference between the waveform indicated by the reference waveform data and the waveform indicated by the determination target waveform data as the degree of divergence.
好ましくは、ボールねじは、ボールねじ軸と、ボールねじ軸に螺合されたナットとを有する。判定部は、判定対象波形データで示される波形の中から基準波形データで示される波形と異なる部分を特定し、特定した部分に対応する振動を振動センサが計測したときのナットの位置に基づいて、ボールねじにおける異常が生じている位置を推定する。 Preferably, the ball screw has a ball screw shaft and a nut screwed to the ball screw shaft. The determination unit specifies a portion different from the waveform indicated by the reference waveform data from the waveforms indicated by the determination target waveform data, and based on the position of the nut when the vibration sensor measures the vibration corresponding to the specified portion. The position where the abnormality in the ball screw has occurred is estimated.
本開示の別の局面に係る異常検出方法は、ボールねじを含む対象装置に設置された振動センサを用いて、対象装置の異常の有無を判定する。異常検出方法は、以下の2つのステップを備える。1つ目のステップは、ボールねじを連続して動作させる期間に振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成するステップである。2つ目のステップは、対象装置が正常であるときに生成された基準波形データで示される波形に対する、対象装置の異常の有無を判定するときに生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出し、乖離度に基づいて対象装置に異常が生じているか否かを判定するステップである。 An abnormality detection method according to another aspect of the present disclosure uses a vibration sensor installed in a target device including a ball screw to determine whether there is an abnormality in the target device. The abnormality detection method includes the following two steps. The first step is to perform an envelope process and a time domain and amplitude domain normalization process on the vibration data measured by the vibration sensor during a period in which the ball screw is continuously operated, thereby changing the time change of the vibration. This is a step of generating the waveform data shown. In the second step, the waveform indicated by the determination target waveform data generated when determining whether there is an abnormality in the target device with respect to the waveform indicated by the reference waveform data generated when the target device is normal. This is a step of calculating a divergence degree and determining whether or not an abnormality has occurred in the target device based on the divergence degree.
本開示の異常検出装置および異常検出方法によれば、ボールねじの異常を精度良く検出することができる。 According to the abnormality detection device and the abnormality detection method of the present disclosure, it is possible to accurately detect abnormality of the ball screw.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。また、以下で説明する実施の形態および変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. Further, the embodiments and modifications described below may be combined appropriately and selectively.
[実施の形態1]
(ボールねじの異常検出システム)
図1は、本発明の実施の形態1に係る異常検出システムを示す図である。実施の形態1に係る異常検出システムは、異常検出装置1と、対象装置2と、コントローラ3と、振動センサ4とを備える。
[Embodiment 1]
(Ball screw abnormality detection system)
FIG. 1 is a diagram showing an abnormality detection system according to
対象装置2は、異常検出装置1による異常検出の対象となる装置である。対象装置2は、ボールねじ20と、固定側サポートユニット23と、支持側サポートユニット24と、ボールねじ軸21を回転させるモータ25とを備える。
The
ボールねじ20は、ボールねじ軸21と、複数の図示しないボールを介してボールねじ軸21に螺合されたナット22とを有する。
The
固定側サポートユニット23は、ボールねじ軸21の一方端を回転可能に支持するとともに、ボールねじ軸21の軸方向の位置を固定する固定側軸受である。固定側サポートユニット23は、たとえばスラストアンギュラ玉軸受である。支持側サポートユニット24は、ボールねじ軸21の他方端を回転可能かつ軸方向に移動可能に支持する支持側軸受である。支持側サポートユニット24は、たとえば深溝玉軸受である。
The fixed-side support unit 23 is a fixed-side bearing that rotatably supports one end of the
コントローラ3は、上位の制御ユニットからの指令に基づいて、ナット22を現在位置から指定位置まで移動させるためにモータ25に電流を印加するタイミング信号を生成し、生成したタイミング信号に従ってモータ25に電流を印加する。具体的には、コントローラ3は、タイミング信号がアクティブであるときにモータ25に電流を印加する。コントローラ3は、ナット22の現在位置から指定位置までの距離とナット22の移動速度とに応じた時間だけアクティブとなるタイミング信号を生成する。コントローラ3は、タイミング信号を生成するたびに、生成したタイミング信号を異常検出装置1に出力する。
The
コントローラ3は、上位の制御ユニットからの指令に基づいて、モータ25に流す電流値を変化させてもよい。モータ25に流れる電流が変化することにより、ナット22の移動速度が変化する。
The
振動センサ4は、固定側サポートユニット23のハウジングに設置され、振動を計測する。振動センサ4は、振動の大きさを示す加速度を振動データとして計測し、計測した振動データを異常検出装置1に出力する。
The vibration sensor 4 is installed in the housing of the fixed support unit 23 and measures vibration. The vibration sensor 4 measures acceleration indicating the magnitude of vibration as vibration data, and outputs the measured vibration data to the
異常検出装置1は、振動センサ4によって計測された振動データに基づいて、対象装置2の異常を検出する。異常検出装置1は、たとえばCPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)とによって構成される。なお、これらの部位は、内部バスを介して互いに接続される。CPUは、ROMに格納されているプログラムをRAMなどに展開して実行する。ROMに格納されるプログラムは、異常検出装置1の処理方法が記されたプログラムである。異常検出装置1は、生成部10と、記憶部13と、判定部14とを備える。生成部10および判定部14は、CPUによって構成される。記憶部13は、ROMまたはRAMによって構成される。
The
生成部10は、ボールねじ20を連続して動作させる期間の開始時から終了時まで振動センサ4によって計測された振動(加速度)の時間変化を示す波形データを生成する。生成部10は、データ取得部11とデータ処理部12とを含む。波形データは、ボールねじ20を連続して動作させる期間の開始時からの経過時間と加速度とが対応付けられたCSV(Comma Separated Values)形式のデータである。
The
データ取得部11は、コントローラ3から受けたタイミング信号が連続してアクティブである期間ごとに、当該期間の開始時から終了時までに振動センサ4によって計測された振動データを取得する。
The
データ処理部12は、データ取得部11によって取得された振動データに対して、エンベロープ処理(包絡線処理)、ローパスフィルタ処理、ならびに、時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、上記の波形データを生成する。
The
記憶部13は、対象装置2が正常であるときに生成部10によって生成された基準波形データを記憶する。
The
判定部14は、基準波形データで示される基準波形に対する、対象装置2の異常の有無を判定するときに生成部10によって生成された判定対象波形データで示される判定対象波形の乖離度を算出する。判定部14は、算出した乖離度が予め定められた第1しきい値Th1を超える場合に対象装置2に異常が生じていると判定する。判定部14は、判定結果を出力する。たとえば、判定部14は、図示しない表示装置に判定結果を表示する。
The
(基波波形データの生成処理)
図2を参照して基準波形データの生成処理の流れについて説明する。図2は、基準波形データの生成処理の流れを示すフローチャートである。
(Generation processing of fundamental waveform data)
The flow of the reference waveform data generation process will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing for generating reference waveform data.
まずステップS1において、データ取得部11は、対象装置2が正常であるときにタイミング信号が連続してアクティブである期間の振動データを振動センサ4から取得する。振動データは、タイミング信号が連続してアクティブである期間の開始時からの経過時間と、振動センサ4によって計測された加速度とを対応付けたCSV形式のデータである。
First, in step S <b> 1, the
次にステップS2において、データ処理部12は、振動データに対してエンベロープ処理を実行することにより、エンベロープ波形データを生成する。エンベロープ処理とは、振動データで示される波形の負の部分を正に反転させ、包絡線を形成する処理であり、振動データで示される波形の振幅の外形を抽出する処理である。
Next, in step S2, the
次にステップS3において、データ処理部12は、エンベロープ波形データから高周波成分をローパスフィルタを用いて取り除くローパスフィルタ処理を実行する。これにより、エンベロープ波形データに含まれるノイズ成分と微小区間における振動の変化とが除去される。その結果、エンベロープ波形データで示されるエンベロープ波形がスムージングされる。
Next, in step S3, the
次にステップS4において、データ処理部12は、フィルタ処理が施されたエンベロープ波形データを時間領域で正規化する。具体的には、データ処理部12は、タイミング信号が連続してアクティブである期間の開始時からの経過時間を当該期間の時間長さで割る。
Next, in step S4, the
次にステップS5において、データ処理部12は、時間領域で正規化されたエンベロープ波形データに対して、振幅領域で正規化する。具体的には、データ処理部12は、時間領域で正規化されたエンベロープ波形データで示される加速度を、当該エンベロープ波形データで示される加速度の最大値で割る。
Next, in step S5, the
ステップS6において、データ処理部12は、ステップS5で得られたデータを基準波形データとして記憶部13に格納する。
In step S6, the
基準波形データの生成処理(ステップS1〜S6)は、対象装置2の異常の有無を判定する処理を行なう前に予め実行される。たとえば、対象装置2を新規に設置したタイミング、または、対象装置2のメンテナンスを行なったタイミングで実行される。
The reference waveform data generation process (steps S1 to S6) is executed in advance before performing the process of determining whether the
なお、生成部10は、対象装置2が正常であるときにステップS1〜S6を複数回実行することによって複数の正規化された波形データを生成し、これらの平均データを基準波形データとしてもよい。
The
(対象装置の異常の検出処理)
図3を参照して、対象装置2の異常の検出処理の流れについて説明する。図3は、対象装置2の異常の検出処理の流れを示すフローチャートである。
(Detection process for target device abnormality)
With reference to FIG. 3, the flow of the abnormality detection process of the
まずステップS11において、データ取得部11は、対象装置2の異常の有無の判定するときにタイミング信号が連続してアクティブである期間の振動データを振動センサ4から取得する。データ処理部12は、振動データに対して、エンベロープ処理(ステップS12)、ローパスフィルタ処理(ステップS13)、時間領域の正規化処理(ステップS14)および振幅領域の正規化処理(ステップS15)を順に実行して、判定対象波形データを生成する。ステップS12〜S15の処理は、上記のステップS2〜S5とそれぞれ同一である。そのため、ステップS12〜S15の処理の詳細な説明を省略する。
First, in step S <b> 11, the
次にステップS16において、判定部14は、記憶部13に格納された基準波形データで示される基準波形に対する、ステップS15によって得られた判定対象波形データで示される判定対象波形の乖離度を算出する。判定部14は、基準波形データと判定対象波形データとの差分の積分値を乖離度として算出する。
Next, in step S <b> 16, the
次にステップS17において、判定部14は、算出した乖離度と第1しきい値Th1とを比較することにより、対象装置2に異常が生じているか否かを判定する。具体的には、判定部14は、乖離度が第1しきい値Th1を超える場合に対象装置2に異常が生じていると判定し、乖離度が第1しきい値Th1以下である場合に対象装置2が正常である判定する。
Next, in step S <b> 17, the
(検出処理の例)
図4は、基準波形データおよび判定対象波形データの一例を示す図である。図4の左側には、対象装置2に損傷がなく正常であるときに生成部10によって生成された基準波形データWc1が示される。図4の右側には、対象装置2に損傷があるときに生成部10によって生成された判定対象波形データWc2が示される。
(Example of detection processing)
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the reference waveform data and the determination target waveform data. On the left side of FIG. 4, reference waveform data Wc1 generated by the
データ処理部12は、対象装置2が正常であるときにデータ取得部11が取得した振動データWa1に対してエンベロープ処理およびローパスフィルタ処理を行なうことにより、スムージングされたエンベロープ波形データWb1を生成する。データ処理部12は、エンベロープ波形データWb1に時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、基準波形データWc1を生成する。
The
同様に、データ処理部12は、対象装置2を診断するときにデータ取得部11が取得した振動データWa2に対してエンベロープ処理およびローパスフィルタ処理を行なうことにより、スムージングされたエンベロープ波形データWb2を生成する。データ処理部12は、エンベロープ波形データWb2に時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、判定対象波形データWc2を生成する。
Similarly, the
振動センサ4から出力される振動データは、ボールねじの環境条件(負荷、温度、潤滑状態など)に応じてわずかに変化する。しかしながら、ローパスフィルタ処理および正規化処理を行なうことにより、基準波形データWc1および判定対象波形データWc2は、このような動作環境に応じたわずかな変化の成分をほとんど含まない。ただし、対象装置2に損傷が生じているときのデータで示される各波形は、対象装置2が正常であるときのデータで示される波形と異なる部分Pを有する。部分Pの大きさは、対象装置2の損傷の大きさに比例する。そのため、判定部14は、基準波形データWc1と判定対象波形データWc2との差分領域D1の面積(差分の積分値)を乖離度として算出し、乖離度と第1しきい値Th1とを比較することにより、対象装置2の異常の有無を判定することができる。
The vibration data output from the vibration sensor 4 slightly changes according to the environmental conditions (load, temperature, lubrication state, etc.) of the ball screw. However, by performing the low pass filter process and the normalization process, the reference waveform data Wc1 and the determination target waveform data Wc2 contain almost no component of slight change according to such an operating environment. However, each waveform indicated by the data when the
図5は、基準波形データおよび判定対象波形データの別の例を示す図である。図5には、図4で示されるデータを生成したときよりもボールねじ軸21の回転速度が遅く、タイミング信号のアクティブの期間が長いときのデータが示される。図5の左側には、対象装置2に損傷がなく正常であるときの振動データWa3、スムージングされたエンベロープ波形データWb3および基準波形データWc3が示される。図5の右側には、対象装置2に損傷があるときの振動データWa4、スムージングされたエンベロープ波形データWb4および判定対象波形データWc4が示される。
FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the reference waveform data and the determination target waveform data. FIG. 5 shows data when the rotational speed of the
図5においても、対象装置2に損傷が生じているときのデータで示される各波形は、対象装置2が正常であるときのデータで示される波形と異なる部分Pを有する。そのため、判定部14は、基準波形データWc3と判定対象波形データWc4との差分領域D2の面積(差分の積分値)を乖離度として算出し、乖離度と第1しきい値Th1とを比較することにより、対象装置2の異常の有無を判定することができる。
Also in FIG. 5, each waveform indicated by the data when the
図4および図5に示されるように、タイミング信号のアクティブの期間の長さが異なっていたとしても、エンベロープ波形データを時間領域および振幅領域で正規化することにより、基準波形データWc1,Wc3で示される波形は、類似した形状となる。そのため、基準波形データWc1,Wc3を平均化したデータを共通の基準波形データとして用いてもよい。これにより、判定部14は、ボールねじ20を動作させる期間(タイミング信号のアクティブの期間)の長さが異なる場合でも、当該共通の基準波形データに対する判定対象波形データの乖離度を算出し、算出した乖離度に基づいて異常の有無を判定することができる。
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, even if the length of the active period of the timing signal is different, the reference waveform data Wc1 and Wc3 are obtained by normalizing the envelope waveform data in the time domain and the amplitude domain. The waveform shown has a similar shape. Therefore, data obtained by averaging the reference waveform data Wc1 and Wc3 may be used as common reference waveform data. Thereby, the
(利点)
以上のように、異常検出装置1は、生成部10と判定部14とを備える。生成部10は、ボールねじ20を連続して動作させる期間に振動センサ4によって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成する。判定部14は、対象装置2が正常であるときに生成された基準波形データで示される基準波形に対する、対象装置2の異常の有無を判定するときに生成された判定対象波形データで示される判定対象波形の乖離度を算出する。判定部14、乖離度に基づいて対象装置2に異常が生じているか否かを判定する。
(advantage)
As described above, the
上記の構成によれば、振動データに対してエンベロープ処理が実行されることにより、波形データが生成される。当該波形データで示される波形は、振動データの振幅の時間変化を示す。対象装置2に何等かの異常が生じると、当該異常に起因して振動データの振幅に変化が見られる。特に、ボールねじは移動するナットを有しているため、ナットの位置に応じて振幅に変化が見られる。つまり、異常が生じている箇所にナットが位置しているときには振幅の変化が大きくなる。そのため、対象装置2に異常が生じているときの波形データで示される波形は、対象装置2が正常であるときの波形データで示される波形から部分的に変化する。したがって、基準波形に対する判定対象波形の乖離度に基づいて、対象装置2の異常を精度良く検出することができる。また、ボールねじ20の部分的な異常も安定して検出することができる。
According to the above configuration, waveform data is generated by performing envelope processing on vibration data. The waveform shown by the waveform data indicates a time change of the amplitude of the vibration data. If any abnormality occurs in the
特開2006−133162号公報に記載の技術では、振動データを周波数解析しているため、ナットの固有振動の周波数帯域の影響を考慮する必要がある。しかしながら、上記の構成によれば、振幅の時間変化を示す波形データに基づいて異常の有無が判定されるため、ナットの固有振動による制限を受けない。そのため、対象装置2の異常を精度良く検出することができる。
In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-133162, since vibration data is subjected to frequency analysis, it is necessary to consider the influence of the frequency band of the natural vibration of the nut. However, according to the above configuration, since the presence / absence of abnormality is determined based on the waveform data indicating the time variation of the amplitude, there is no limitation due to the natural vibration of the nut. Therefore, the abnormality of the
さらに、振動データに対して時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、波形データが生成される。これにより、対象装置2の環境条件(負荷、温度、潤滑状態など)の変動による振動への影響を抑制することができる。その結果、対象装置2の異常を精度良く検出することができる。
Furthermore, waveform data is generated by performing normalization processing of the time domain and the amplitude domain on the vibration data. Thereby, the influence on the vibration by the fluctuation | variation of the environmental conditions (a load, temperature, a lubrication state, etc.) of the
生成部10は、エンベロープ処理が行なわれた振動データに対して、正規化処理を行なう前にローパスフィルタ処理を行なう。これにより、エンベロープ処理が行なわれた振動データに含まれるノイズ成分と微小区間における振動の変化とを除去することができる。
The
判定部14は、基準波形データで示される基準波形と判定対象波形データで示される判定対象波形との差分の積分値を乖離度として算出する。これにより、容易に乖離度を算出することができる。
The
[実施の形態2]
上記の実施の形態1では、判定部14は、乖離度のみに基づいて対象装置2の異常の有無を判定した。これに対し、実施の形態2に係る異常検出装置1の判定部14は、ローパスフィルタ処理されたエンベロープ波形データで示される振動(加速度)の実効値と、上記の乖離度とに基づいて、対象装置2の異常の有無を判定する。
[Embodiment 2]
In said
図6は、実施の形態2に係る異常検出装置における、加速度の実効値および乖離度と判定結果との対応関係を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a correspondence relationship between effective values and deviations of acceleration and determination results in the abnormality detection device according to the second embodiment.
ローパスフィルタ処理されたエンベロープ波形データで示される加速度の実効値は、振動の大きさ(振動レベル)を表している。加速度の実効値が十分に小さいときには、対象装置2に異常が生じている可能性は低い。そこで、図6に示されるように、判定部14は、乖離度が第1しきい値Th1を超え、かつ、正規化処理を行なう前のエンベロープ波形データにおける加速度の実効値が第2しきい値Th2を超える場合に、対象装置2に異常が生じていると判定する。
The effective value of acceleration indicated by the envelope waveform data subjected to the low-pass filter processing represents the magnitude of vibration (vibration level). When the effective value of acceleration is sufficiently small, the possibility that an abnormality has occurred in the
逆に、ローパスフィルタ処理されたエンベロープ波形データにおける加速度の実効値が十分に大きい場合には、対象装置2に何等かの異常が生じている可能性が高い。そこで、図6に示されるように、判定部14は、乖離度の値にかかわらず、ローパスフィルタ処理されたエンベロープ波形データにおける加速度の実効値が第3しきい値Th3を超える場合に、対象装置2に異常が生じていると判定する。第3しきい値Th3は、第2しきい値Th2よりも大きい。
On the contrary, when the effective value of the acceleration in the envelope waveform data subjected to the low-pass filter processing is sufficiently large, there is a high possibility that some abnormality has occurred in the
このように、実施の形態2に係る異常検出装置1によれば、判定部14は、乖離度が第1しきい値Th1を超え、かつ、エンベロープ波形データの実効値が第2しきい値Th2を超える場合に対象装置2に異常が生じていると判定する。これにより、対象装置2の異常の有無をより精度良く判定することができる。
As described above, according to the
[実施の形態3]
実施の形態3に係る異常検出装置1は、複数の基準候補波形データを予め記憶しておき、異常の有無を判定するときの対象装置2の運転条件に応じて複数の基準候補波形データの中の1つを基準波形データとして選択する。
[Embodiment 3]
The
図4および図5に示されるように、ボールねじ20を動作させる期間の違いが小さい場合には、それぞれの期間で生成された基準波形データは類似する。しかしながら、対象装置2の運転条件(ナット22の移動距離、移動速度など)が大きく異なる場合には波形データも変化する。たとえば、対象装置2が製造ラインの一部として適用される場合、製造する製品の型式に応じて、対象装置2の運転条件が大きく異なることがある。以下、対象装置2が製造ラインに適用された場合を例にとり説明する。
As shown in FIGS. 4 and 5, when the difference in the period for operating the
実施の形態3に係る異常判定システムにおいて、コントローラ3は、上位の制御ユニットから指示された製品の型式に従って、対象装置2の運転条件を決定し、決定した運転条件に応じてモータ25を駆動する。コントローラ3は、制御ユニットから指示された製品の型式を示す型式情報を異常検出装置1に出力する。
In the abnormality determination system according to the third embodiment, the
生成部10は、対象装置2が正常であるときに複数の基準候補波形データを生成し、生成した複数の基準候補波形データを記憶部13に格納する。複数の基準候補波形データは、ボールねじ20の運転条件が互いに異なる状態において生成される。生成部10は、コントローラ3から受けた型式情報と対応付けて各基準候補波形データを記憶部13に格納する。なお、型式情報は、対象装置2の運転条件を間接的に示す情報である。
The
判定部14は、記憶部13に記憶された複数の基準候補波形データの中から、コントローラ3から受けた型式情報に対応する1つの基準候補波形データを選択する。判定部14は、選択した基準候補波形データを基準波形データとして、当該基準波形データに対する判定対象波形データの乖離度を算出し、乖離度と第1しきい値Th1との比較結果に従って対象装置2の異常の有無を判定する。
The
上記の構成によれば、運転条件に適した基準波形データを用いることができ、対象装置2の異常をより精度良く検出することができる。
According to said structure, the reference waveform data suitable for driving | running conditions can be used, and abnormality of the
[実施の形態4]
実施の形態4に係る異常検出装置1の判定部14は、上記の処理に加えて、基準波形と判定対象波形との差に基づいて、ボールねじ20における異常が生じている位置を推定する。
[Embodiment 4]
In addition to the above processing, the
図4および図5に示されるように、判定対象波形データWc2,Wc4は、基準波形データWc1,Wc3とそれぞれ異なる部分Pを有することがある。この場合、部分Pに対応する振動が計測されたときにナット22と螺合しているボールねじ軸21の部位に損傷が生じている可能性が高い。そこで、実施の形態4の異常検出装置1は、以下のような処理を実行する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the determination target waveform data Wc2 and Wc4 may have portions P different from the reference waveform data Wc1 and Wc3, respectively. In this case, when the vibration corresponding to the portion P is measured, there is a high possibility that the portion of the
異常検出装置1は、コントローラ3から、タイミング信号とともに、ナット22の現在位置を示す位置信号を取得する。たとえば、対象装置2は、ナット22が基準位置に位置しているか否かを検出する図示しない位置センサを備えている。コントローラ3は、位置センサによってナット22が基準位置に位置していると検出されてからのボールねじ軸21の回転数に基づいて、位置信号を生成すればよい。
The
判定部14は、判定対象波形データで示される判定対象波形の中から基準波形データで示される基準波形と異なる部分の振動を計測した時刻を特定する。たとえば、判定部14は、基準波形データと判定対象波形データとの差分が最大となる部分を計測した時刻を特定する。判定部14は、特定した時刻に受けた位置信号で示されるナット22の位置を、ボールねじ20における異常が生じている位置として推定する。判定部14は、推定結果を出力する。たとえば、判定部14は、図示しない表示装置に推定結果を表示する。
The
実施の形態4によれば、ユーザは、ボールねじ20の異常の生じている箇所を容易に把握することができる。
According to the fourth embodiment, the user can easily grasp the location where the abnormality of the
(変形例1)
上記の実施の形態1〜4では、判定部14は、基準波形データと判定対象波形データとの差分の積分値を乖離度として算出した。しかしながら、判定部14は、別の方法により乖離度を算出してもよい。たとえば、判定部14は、基準波形データと判定対象波形データとの相関係数σを算出し、1−σを乖離度としてもよい。
(Modification 1)
In the above-described first to fourth embodiments, the
(変形例2)
上記の実施の形態1〜4では、判定部14は、CSV形式の基準波形データとCSV形式の判定対象波形データとの差分の積分値を乖離度として算出した。しかしながら、生成部10は、基準波形データおよび判定対象波形データをN×M画素の画像データとして生成してもよい。
(Modification 2)
In the above-described first to fourth embodiments, the
データ処理部12は、図2に示すステップS4および図3に示すステップS14において、ローパスフィルタ処理がされたエンベロープ波形データをある時間単位で所定数N(たとえば256個)の区間に区分する。ある時間単位とは、タイミング信号が連続してアクティブである期間を所定数Nで分割した時間である。データ処理部12は、区間ごとに、エンベロープ波形データで示される加速度の平均値を算出する。
In step S4 shown in FIG. 2 and step S14 shown in FIG. 3, the
さらに、図2に示すステップS5および図3に示すステップS15において、データ処理部12は、時間領域で正規化されたエンベロープ波形データで示される加速度を、当該エンベロープ波形データで示される加速度の最大値で割る。その後、データ処理部12は、全ての加速度をM倍(Mはたとえば256)するとともに、整数の値に丸める。これにより、データ処理部12は、N個の区間の各々と、正規化された加速度とを対応付けたデータを生成する。
Further, in step S5 shown in FIG. 2 and step S15 shown in FIG. 3, the
次に、データ処理部12は、以下のようにしてN×M画素の画像データを波形データとして生成する。すなわち、データ処理部12は、n番目の区間に対応する加速度がmである場合、座標(n,1)〜座標(n,m)の画素値を1とし、座標(n,m+1)〜座標(n,M)の画素値を0とする。なお、n番目の区間とは、タイミング信号が連続してアクティブである期間の開始時にn番目に近い区間である。
Next, the
図7は、変形例2の生成部10が生成した正常波形データで示される画像の一例を示す図である。図8は、変形例2の生成部10が生成した判定対象波形データで示される画像の一例を示す図である。図7および図8において、斜線部は、画素値が1である領域を示す。図7および図8に示されるように、波形データを画像データとすることにより、正常波形データで示される正常波形と判定対象波形データで示される判定対象波形との違いを視覚的に容易に確認することができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image represented by normal waveform data generated by the
判定部14は、判定対象波形データで示される第1画像のうち、正常波形データで示される第2画像と重ならない部分の面積を乖離度として算出する。もしくは、判定部14は、第1画像のうち第2画像と重ならない部分の第1面積と、第2画像のうち第1画像と重ならない部分の第2面積との合計値を乖離度として算出してもよい。
The
(変形例3)
上記の実施の形態1〜4では、振動センサ4は、固定側サポートユニット23に設置されるものとした。しかしながら、振動センサ4は、支持側サポートユニット24またはナット22に設置されてもよい。ただし、ナット22に振動センサ4を設置した場合、ナット22の移動によって、振動センサ4がナット22から外れる可能性がある。そのため、振動センサ4は、静止している固定側サポートユニット23または支持側サポートユニット24に設置することが好ましい。
(Modification 3)
In the first to fourth embodiments described above, the vibration sensor 4 is installed on the fixed support unit 23. However, the vibration sensor 4 may be installed on the support
あるいは、固定側サポートユニット23、支持側サポートユニット24およびナット22の各々に振動センサ4を設置し、各振動センサ4からの振動データに基づいて対象装置2の異常を検出してもよい。これにより、固定側サポートユニット23、支持側サポートユニット24およびナット22のいずれの部位に異常が生じているかを特定しやすくなる。たとえば、固定側サポートユニット23に軸受損傷が生じている場合には、固定側サポートユニット23に設置された振動センサ4の振動レベルが他の振動センサ4の振動レベルよりも大きくなるため、固定側サポートユニット23に異常が生じていることを特定できる。
Alternatively, the vibration sensor 4 may be installed in each of the fixed-side support unit 23, the support-
(変形例4)
上記の実施の形態1〜4では、コントローラ3は、対象装置2を動作させるためのタイミング信号を生成するたびに、生成したタイミング信号を異常検出装置1に出力するものとした。しかしながら、コントローラ3は、対象装置2を特定の動作パターンで動作させるためのタイミング信号のみを異常検出装置1に出力してもよい。特定の動作パターンは、ナット22を固定側サポートユニット23側の端部から支持側サポートユニット24側の端部まで一定速度で移動させるパターンであることが好ましい。これにより、ボールねじ軸21の部分的な異常を精度良く検出することができる。
(Modification 4)
In the above-described first to fourth embodiments, the
たとえば、コントローラ3は、対象装置2の起動時に、特定の動作パターンで動作させるためのタイミング信号に従って対象装置2を動作させるとともに、当該タイミング信号を異常検出装置1に出力すればよい。
For example, the
(変形例5)
異常検出装置1に上述した動作を実行させるためのプログラムが提供されてもよい。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)、ROM、RAMおよびメモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
(Modification 5)
A program for causing the
提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。 The provided program product is installed in a program storage unit such as a hard disk and executed. The program product includes the program itself and a recording medium on which the program is recorded.
今回開示された実施の形態は、すべ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、上記した実施の形態の説明で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すべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
1 異常検出装置、2 対象装置、3 コントローラ、4 振動センサ、10 生成部
11 データ取得部、12 データ処理部、13 記憶部、14 判定部、20 ボールねじ、21 ボールねじ軸、22 ナット、23 固定側サポートユニット、24 支持側サポートユニット、25 モータ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ボールねじを連続して動作させる期間に前記振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成する生成部と、
前記対象装置が正常であるときに前記生成部によって生成された基準波形データで示される波形に対する、前記対象装置の異常の有無を判定するときに前記生成部によって生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出し、前記乖離度に基づいて前記対象装置に異常が生じているか否かを判定する判定部を備える、異常検出装置。 Using a vibration sensor installed in a target device including a ball screw, an abnormality detection device that determines whether there is an abnormality in the target device,
Generates waveform data indicating the time change of vibration by performing envelope processing and normalization processing of the time domain and amplitude domain on the vibration data measured by the vibration sensor during the period of continuous operation of the ball screw A generator to
Indicated by the determination target waveform data generated by the generation unit when determining whether or not the target device is abnormal with respect to the waveform indicated by the reference waveform data generated by the generation unit when the target device is normal An abnormality detection apparatus comprising: a determination unit that calculates a divergence degree of a waveform to be determined and determines whether or not an abnormality has occurred in the target apparatus based on the divergence degree.
前記振動センサは、前記ナット、前記固定側サポートユニットおよび前記支持側サポートユニットの少なくとも1つに設置される、請求項1に記載の異常検出装置。 The target device includes a ball screw shaft, a nut screwed to the ball screw shaft, a stationary support unit that rotatably supports one end of the ball screw shaft, and the other end of the ball screw shaft. A support side support unit that supports it,
The abnormality detection device according to claim 1, wherein the vibration sensor is installed in at least one of the nut, the fixed support unit, and the support support unit.
前記複数の基準候補波形データは、前記対象装置の運転条件が互いに異なる状態において生成され、
前記判定部は、異常の有無を判定するときの前記対象装置の運転条件に応じて、前記複数の基準候補波形データの中の1つを前記基準波形データとして選択する、請求項1に記載の異常検出装置。 The generation unit generates a plurality of reference candidate waveform data when the target device is normal,
The plurality of reference candidate waveform data is generated in a state in which operating conditions of the target device are different from each other,
2. The determination unit according to claim 1, wherein the determination unit selects one of the plurality of reference candidate waveform data as the reference waveform data in accordance with an operation condition of the target device when determining whether there is an abnormality. Anomaly detection device.
前記判定部は、前記判定対象波形データで示される波形の中から前記基準波形データで示される波形と異なる部分を特定し、特定した部分に対応する振動を前記振動センサが計測したときの前記ナットの位置に基づいて、前記ボールねじにおける異常が生じている位置を推定する、請求項1に記載の異常検出装置。 The ball screw has a ball screw shaft and a nut screwed to the ball screw shaft,
The determination unit specifies a portion different from the waveform indicated by the reference waveform data from among the waveforms indicated by the determination target waveform data, and the nut when the vibration sensor measures vibration corresponding to the specified portion The abnormality detection device according to claim 1, wherein a position where an abnormality has occurred in the ball screw is estimated based on the position of.
前記ボールねじを連続して動作させる期間に前記振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成するステップと、
前記対象装置が正常であるときに生成された基準波形データで示される波形に対する、前記対象装置の異常の有無を判定するときに生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出し、前記乖離度に基づいて前記対象装置に異常が生じているか否かを判定するステップとを備える、異常検出方法。 An abnormality detection method for determining presence or absence of abnormality of the target device using a vibration sensor installed in the target device including a ball screw,
Generates waveform data indicating the time change of vibration by performing envelope processing and normalization processing of the time domain and amplitude domain on the vibration data measured by the vibration sensor during the period of continuous operation of the ball screw And steps to
The degree of divergence of the waveform indicated by the determination target waveform data generated when determining whether or not the target device is abnormal is calculated with respect to the waveform indicated by the reference waveform data generated when the target device is normal. And determining whether or not an abnormality has occurred in the target device based on the degree of divergence.
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