JP2021074917A - 異常検知装置、異常検知方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、加速度データの具体的な解析方法及び異常検知方法は開示されていない。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る射出成形機の構成例を示す部分断面正面図である。本実施形態1に係る射出成形機は、射出装置1と、当該射出装置1の前方(図1中左側)に配された型締装置50と、図示しない制御装置と、本実施形態1に係る異常検知装置7とを備える。射出装置1及び型締装置50の動作は制御装置によって制御される。
射出装置1は、射出ユニットIUと、当該射出ユニットIUのスクリュ3を駆動するスクリュ駆動ユニットSDUと、ノズルタッチ装置NTとを備える。
図2は、実施形態1に係る異常検知装置7の構成例を示すブロック図である。
異常検知装置7は、コンピュータであり、演算部71、記憶部72、入力インタフェース(入力I/F)73及び出力インタフェース(出力I/F)74を備える。演算部71は、CPU(Central Processing Unit)、マルチコアCPU、GPU(Graphics Processing Unit)、GPGPU(General-purpose computing on graphics processing units)、TPU(Tensor Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、NPU(Neural Processing Unit)等の演算回路、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の内部記憶装置、I/O端子等を有する。演算部71は、後述の記憶部72が記憶するコンピュータプログラム72aを実行することにより、本実施形態1に係る異常検知装置7として機能する。なお、異常検知装置7の各機能部は、ソフトウェア的に実現してもよいし、一部又は全部をハードウェア的に実現してもよい。
本実施形態1に係るコンピュータプログラム72aは、記録媒体8にコンピュータ読み取り可能に記録されている態様でもよい。記憶部72は、図示しない読出装置によって記録媒体8から読み出されたコンピュータプログラム72aを記憶する。記録媒体8はフラッシュメモリ等の半導体メモリである。また、記録媒体8はCD(Compact Disc)−ROM、DVD(Digital Versatile Disc)−ROM、BD(Blu-ray(登録商標)Disc)等の光ディスクでもよい。更に、記録媒体8は、フレキシブルディスク、ハードディスク等の磁気ディスク、磁気光ディスク等であってもよい。更にまた、図示しない通信網に接続されている図示しない外部サーバから本実施形態1に係るコンピュータプログラム72aをダウンロードし、記憶部72に記憶させてもよい。
振動センサ7aは、ねじ軸31の軸方向(直線移動方向)の加速度が計測される姿勢で、円筒状のナット32の側面に取り付けるとよい。ねじ軸31と、ナット32との間には図示しないボールが循環的に転動しており、ねじ軸31の溝、ボール、ナット32間に働く力の向きは概ね、ねじ軸31の軸線方向であるため、ボールねじ30の異常に起因する振動が大きく発生する。このため、上記姿勢及び位置に振動センサ7aを取り付けることによって、軸方向の加速度を計測することができる。また、ナット32の周面に比べて取り付けが容易である。
なお、射出装置1の特性によっては50〜600Hz程度の周波数成分を分析することによって、ボールねじ30の異常を検知することができる。この場合、計測可能な周波数の上限値が約1.5kHz以上の振動センサ7aを用いればよい。
当該情報は、例えば、正常なボールねじ30から得られる交流電流のデータ(周波数,電流)に基づいて算出される、正規化波形の特徴を示す統計量である。統計量は、例えば分散に係る情報である。なお、統計量は一例であり、上記正規化波形の特徴を示す情報であれば足りる。例えば、正規化波形の平均的な波形を示す画像データであってもよい。また、本実施形態1に係る異常検知装置7は、正規化された波形の統計量を用いる構成であるため、検査対象の射出成形機と異なる機種から得られる正規化波形の統計量を、正常時電流情報72cとして利用しても良い。
射出成形機のボールねじ30の異常を常時監視する構成の場合、振動センサ7a及び電流センサ7bをボールねじ30と、射出用電動モータ29の駆動回路系の任意箇所とにそれぞれ着脱不能に固定してもよい。
以下の説明では、主に振動センサ7a及び電流センサ7bが着脱自在に構成され、保守点検時にボールねじ30の異常を検査する例を説明する。
なお、射出用伝動機構20を介さずに、射出用電動モータ29の出力軸がスプライン軸3aに直結されている構成の場合、射出用電動モータ29の特性を示す特性情報が操作部7cに入力されるようにするとよい。
図3は、振動に基づく異常検知方法の処理手順を示すフローチャートである。以下の説明では、主に、射出成形機の保守点検を行う作業者が本実施形態1に係るコンピュータプログラム72aを起動させ、射出用のボールねじ30の異常の有無を点検する例を説明する。一部の処理については作業者による入力操作が介在するが、全ての処理を演算部71が判断し、実行するように構成してもよい。
なお、コンピュータプログラム72aは、所定の条件をトリガにして演算部71が自発的に起動させる構成であってもよい。
なお、加速度データが記録された計測データファイルのファイル名、サンプリング周期を予め異常検知装置7の記憶部72に記憶させておき、記憶部72が記憶するファイル名及びサンプリング周期に従って、演算部71が自動的に加速度データを読み込むように構成してもよい。
なお、演算部71は、所定時間にわたる解析領域の計測データを解析対象として取得する処理を自動的に実行するように構成してもよい。
射出用電動モータ29がスプライン軸3aに直結されている場合、演算部71は射出用電動モータ29の特性情報を取得する。射出用電動モータ29の特性情報は、射出用電動モータ29が動作したときに生ずる振動の周波数に関わる数値である。
また、演算部71は、射出用伝動機構20又は射出用電動モータ29の特性情報を予め取得して記憶部72に記憶しておき、運転周波数の計算を自動で実行するように構成してもよい。
周波数重心は下記式(1)で表され、加速度重心は下記式(2)で表される。
図16は、モータ電流に基づく異常検知方法の処理手順を示すフローチャートである。異常検知装置7は、射出用電動モータ29の交流電流に係る計測データ、即ち電流データを読み込む(ステップS201)。そして、異常検知装置7は、解析領域の切り出しを行い(ステップS202)、解析対象の計測データに対して周波数解析を行う(ステップS203)。ステップS201〜ステップS203の処理内容は、計測データが電流データである点を除き、振動に係る計測データの読込、切り出し、周波数解析処理と同様である。
演算部71は、分散と閾値とを比較し、閾値より分散が小さい場合、ボールねじ30が正常である旨を表示し、閾値より分散が大きい場合、ボールねじ30が異常である旨を表示してもよい。また、複数の閾値を用いて分散を比較することによって、ボールねじ30が正常な状態から故障状態に至るまえでの各状態、つまり異常な状態に至る可能性がある状態を表示させるように構成してもよい。
演算部71は、正常時の周波数解析波形と、異常時の周波数解析波形とを重畳させ、又は並べて表示部7dに表示させるように構成してもよい。
加速度データ等の振動強度と、射出用電動モータ29の交流電流とを用いてボールねじ30の異常を検知する場合、演算部71は、振動センサ7aが出力する振動強度データと、電流センサ7bが出力する電流データとの同期を取って取得する構成が好ましい。
実施形態2に係る異常検知装置、異常検知方法及びコンピュータプログラムは、故障判定方法が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
第1学習器91の学習は、複数の振動に係る周波数解析波形データと、当該周波数解析波形データを出力したボールねじ30の異常の程度を示す教師データとを含む学習用データを用意し、学習用データの周波数解析波形データが入力された場合、教師情報が示すボールねじ30の異常の程度を示すデータが出力されるように、誤差逆伝播法、誤差勾配降下法等を用いて、ニューラルネットワークの隠れ層91bの重み係数を最適化することによって、生成することができる。
第2学習器92の学習は、複数のモータ電流に係る周波数解析波形データ又は正規化波形データと、当該周波数解析波形データ又は正規化波形データを出力したボールねじ30の異常の程度を示す教師データとを含む学習用データを用意し、学習用データの周波数解析波形データ又は正規化波形データが入力された場合、教師情報が示すボールねじ30の異常の程度を示すデータが出力されるように、誤差逆伝播法、誤差勾配降下法等を用いて、ニューラルネットワークの隠れ層92bの重み係数を最適化することによって、生成することができる。
2 加熱シリンダ
3 スクリュ
3a スプライン軸
4 加熱ヒータ
5 射出ノズル
6 ホッパ
7 異常検知装置
7a 振動センサ
7b 電流センサ
7c 操作部
7d 表示部
8 記録媒体
10 中間プレート
11 可塑化用電動モータ
12 可塑化用駆動プーリ
13 可塑化用従動プーリ
14 可塑化用タイミングベルト
15 スラスト軸受
16 ガイド棒
20 射出用伝動機構
21 射出用駆動プーリ
22 射出用従動プーリ
23 射出用タイミングベルト
29 射出用電動モータ
30 ボールねじ
31 ねじ軸
32 ナット
33 ナット固定部材
39 ノズルタッチ用電動モータ
40 ノズルタッチ用ねじ軸
41 ノズルタッチ用ナット
42 支持部材
43 ノズルタッチ用伝動機構
50 型締装置
51 固定盤
52 可動盤
53 型締ハウジング
54 固定金型
55 可動金型
71 演算部
72 記憶部
72a コンピュータプログラム
72b 正常時振動情報
72c 正常時電流情報
73 入力インタフェース
74 出力インタフェース
91 第1学習器
92 第2学習器
93 故障判別器
SDU スクリュ駆動ユニット
IU 射出ユニット
NT ノズルタッチ装置
MM 型装置
TM トグル機構
Claims (9)
- 射出成形機に設けられたボールねじの異常を検知する異常検知装置であって、
前記ボールねじの振動を検出する振動センサと、
該振動センサにて検出された振動強度を周波数解析することによって得られる周波数成分の分布に係る情報と、正常な前記ボールねじが動作したときに検出される振動強度を周波数解析することによって得られる周波数成分の分布に係る情報とに基づいて、前記ボールねじの異常を検知する演算部と
を備える異常検知装置。 - 前記ボールねじは、
前記ボールねじを駆動するモータによって回転するねじ軸と、
該ねじ軸の回転に伴って、前記ねじ軸に沿って直線移動するナットと
を備え、
前記振動センサは前記ナットに設けられている
請求項1に記載の異常検知装置。 - 前記ナットは円筒状であり、
前記振動センサは前記ナットの端面に設けられており、少なくとも前記ナットの直線移動方向の振動強度を検出する
請求項2に記載の異常検知装置。 - 振動強度を周波数解析することによって得られる周波数成分の分布に係る情報は該周波数成分の分布の重心であり、
前記演算部は、
前記振動センサにて検出された振動強度を周波数解析することによって得られる周波数成分の分布の重心と、正常な前記ボールねじが動作したときに検出される振動強度を周波数解析することによって得られる周波数成分の分布の重心との統計距離を算出し、算出された統計距離に基づいて前記ボールねじの異常を検知する
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の異常検知装置。 - 前記演算部は、
周波数解析することによって得られる周波数成分のうち、前記ボールねじを駆動するモータの特性、又は該モータから前記ボールねじへ駆動力を伝える伝動機構の特性に基づく所定周波数範囲を選択し、選択された所定周波数範囲の情報に基づいて、前記ボールねじの異常を検知する
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の異常検知装置。 - 前記モータの特性又は前記伝動機構の特性を示す情報を取得する取得部を備え、
前記演算部は、
前記取得部にて取得した情報に基づいて、前記所定周波数範囲を決定する
請求項5に記載の異常検知装置。 - 前記演算部は、
前記振動センサにて検出された振動強度を周波数解析することによって得られる情報が入力された場合、前記ボールねじの異常の有無に係る情報を出力するように機械学習させた学習器を備える
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の異常検知装置。 - 射出成形機に設けられたボールねじの異常を検知する異常検知方法であって、
前記ボールねじの振動を検出し、
検出された振動強度を周波数解析し、
周波数解析によって得られる周波数成分の分布に係る情報と、正常な前記ボールねじが動作したときに検出される振動強度を周波数解析することによって得られる周波数成分の分布に係る情報とに基づいて、前記ボールねじの異常を検知する
異常検知方法。 - コンピュータに、射出成形機に設けられたボールねじの異常を検知する処理を実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記ボールねじの振動を検出し、
検出された振動強度を周波数解析し、
周波数解析によって得られる周波数成分の分布に係る情報と、正常な前記ボールねじが動作したときに検出される振動強度を周波数解析することによって得られる周波数成分の分布に係る情報とに基づいて、前記ボールねじの異常を検知する
処理を実行させるためのコンピュータプログラム。
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