JP2021081773A - 診断装置、モータ駆動装置および診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の機械に対してもギヤの状態を診断することが可能な診断装置を提供すること。【解決手段】回転数取得部１０１は、モータ２０１の回転数を取得する。電流取得部１０２は、モータ２０１のトルク電流に応じたモータ電流を取得する。時系列データ生成部１０４は、回転数に関する特徴値に所定の変化が起きた時点を基準時点として複数特定し、基準時点ごとに、当該基準時点に応じた所定期間におけるモータ電流の時系列データを生成する。類似度計算部１０６は、各時系列データ間の類似度を算出する。異常診断部１０７は、類似度に基づいて、ギヤ２０３の状態を診断する。【選択図】図１

Description

本開示は、ギヤの状態を診断する診断装置、モータ駆動装置および診断方法に関する。

工作機械（例えば、鉄鋼用圧延機など）のような機械の故障の要因の１つとして、摩耗などによるギヤの異常が挙げられる。

これに対して、ギヤの状態を検出することが可能な技術が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の技術では、モータにて駆動される駆動部に対して診断用駆動を実行させて駆動部のバックラッシュのような評価データを取得し、その評価データの値と予め用意した設定値と比較することで、異常診断を行っている。設定値は、初回または所定回目の診断用駆動において算出された評価データの値に所定割合を加算して設定される。

特開２０１８−７３３２７号公報

産業界においては、ギヤの異常診断機能を備えていない既設の機械に対してギヤの異常診断を行う必要が生じることがある。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、異常診断を行うために、初回または所定回目の診断用駆動において算出された評価データから設定値を求める必要があるが、既設の機械の場合、既にギヤが摩耗している可能性があるため、異常診断の基準として用いる適切な設定値を得ることが難しい。このため、既設の機械に対してはギヤの状態を診断することが困難である。

本発明の目的は、既設の機械に対してもギヤの状態を診断することが可能な診断装置、モータ駆動装置および診断方法を提供することである。

本開示の一態様に従う診断装置は、モータの回転に応じて動作するギヤの状態を診断する診断装置であって、前記モータの回転数を取得する回転数取得部と、前記モータのトルク電流に応じたモータ電流を取得する電流取得部と、前記回転数に関する特徴値に所定の変化が起きた時点を基準時点として複数特定し、前記基準時点ごとに、当該基準時点に応じた所定期間における前記モータ電流の時系列データを生成する生成部と、各時系列データ間の類似度を算出する算出部と、前記類似度に基づいて、前記ギヤの状態を診断する診断部と、を有する。

本発明によれば、既設の機械に対してもギヤの状態を診断することが可能になる。

本開示の実施例１に係る駆動システムを示す構成図である。 モータの角速度指令値とモータ電流との関係の一例を示す図である。 ギヤ異常時に電流脈動が生じる理由を説明するための図である。 モータの角速度指令値とモータ電流との関係の別の例を示す図である。 ギヤ異常時に電流脈動が生じる理由を説明するための図である。 時系列データ生成部の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 時系列データ生成部の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 時系列データ生成部の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 時系列モータ電流データの一例を示す図である。 類似度計算部の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図１０で説明する動作中の時系列モータ電流データの電流波形の一例を示す図である。 異常診断部の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本開示の実施例２に係る駆動システムを示す構成図である。 角速度指令の一例を示す図である。 角速度指令の他の例を示す図である。 角速度指令の他の例を示す図である。 時系列データ生成部の動作の他の例を説明するためのフローチャートである。 本開示の実施例３に係る駆動システムを示す構成図である。

以下、本開示の実施例について図面を参照して説明する。

先ず、本開示の実施例１に係る異常診断装置について図１から図１２を用いて説明する。

図１は、実施例１に係る駆動システムを示す構成図である。図１に示す駆動システム１は、異常診断装置１００と、回転機械部２００と、モータ駆動装置３００と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）４００とを備える。

先ず、回転機械部２００について説明する。
回転機械部２００は、ギヤを必要とする機械（例えば、鉄鋼用圧延機など）に適用される。回転機械部２００は、モータ２０１と、第１出力軸２０２と、ギヤ２０３と、第２出力軸２０４と、回転動作部２０５とを備える。

モータ２０１は、モータ駆動装置３００からの駆動信号に応じて回転駆動される。モータ２０１の回転子は、第１出力軸２０２と接続されている。ギヤ２０３は、第１出力軸２０２および第２出力軸２０４と接続されている。第２出力軸２０４は、回転動作部２０５と接続されている。

モータ２０１が回転駆動されると、モータ２０１の回転子の回転に連動して第１出力軸２０２が回転する。ギヤ２０３は、第１出力軸２０２の回転を減速または増速させ、その減速または増速した回転を第２出力軸２０４に伝達する。第２出力軸２０４の回転に連動して回転動作部２０５が回転する。これにより、機械の所定の動作（例えば、鉄鋼用圧延機の圧延動作）が実現する。

次に、モータ駆動装置３００について説明する。
モータ駆動装置３００は、エンコーダ３０１と、モータ駆動回路３０２と、制御部３０３とを備える。

エンコーダ３０１は、回転機械部２００のモータ２０１の回転子と接続され、モータ２０１の回転に関する回転値を検出する。エンコーダ３０１は、具体的には、回転値として、モータ２０１の回転角（回転位置）を検出する。エンコーダ３０１は、検出した回転角を示す回転検出信号を制御部３０３に送信する。なお、モータ２０１が誘導機などによって構成され、位置制御が行われない場合、エンコーダ３０１の代わりに、モータ２０１の回転数を回転値として検出する回転数検知器が設けられてもよい。

モータ駆動回路３０２は、モータ２０１に電圧または電流の駆動信号を供給することでモータ２０１を駆動する駆動回路である。モータ駆動回路３０２は、電流検出器（図示せず）を備え、その電流検出器を用いてモータ２０１に供給される電流をモータ２０１のトルク電流として検出し、その検出したトルク電流を示す電流検出信号を制御部３０３に出力する。

制御部３０３は、エンコーダ３０１からの回転検出信号と、モータ駆動回路３０２からの電流検出信号と、ＰＬＣ４００からの角速度指令信号とに基づいて、モータ２０１に流す電流に対する指令値である電流指令値を示す電流指令信号を生成してモータ駆動回路３０２に出力する。角速度指令信号は、モータ２０１の角速度に対する指令値である角速度指令値を示す。なお、モータ２０１はエンコーダ３０１のような回転検出部を用いないセンサレスで駆動されてもよい。この場合、制御部３０３は、エンコーダ３０１からの回転検出信号の代わりに、制御部３０３自身が算出するモータ２０１の回転角または回転数の予測値に基づいて電流指令値を算出してもよい。また、制御部３０３は、自身で角速度指令値を算出してもよい。

次に、ＰＬＣ４００について説明する。
ＰＬＣ４００は、異常診断装置１００およびモータ駆動装置３００の上位システムである。ＰＬＣ４００は、回転機械部２００の回転動作部２０５の回転数を制御するために、モータ２０１の角速度指令値を示す角速度指令信号を制御部３０３および異常診断装置１００に出力する。

次に、異常診断装置１００を説明する。
異常診断装置１００は、回転機械部２００のモータ２０１の回転に応じて動作するギヤ２０３の状態を診断する診断装置である。異常診断装置１００は、回転数取得部１０１と、電流取得部１０２と、負荷状態取得部１０３と、時系列データ生成部１０４と、一時記憶部１０５と、類似度計算部１０６と、異常診断部１０７と、表示部１０８とを備える。異常診断装置１００の各部は、プロセッサの動作を規定するプログラムをプロセッサが読み取り、その読み取ったプログラムを実行することで実現されてもよい。

回転数取得部１０１は、モータ２０１の回転数を取得して、一時的に保存する。本実施例では、回転数取得部１０１は、ＰＬＣ４００からの角速度指令信号が示す角速度指令値をモータ２０１の回転数として取得する。なお、回転数取得部１０１は、角速度指令値を制御部３０３から取得してもよい。また、回転数取得部１０１は、角速度指令値の代わりに、エンコーダ３０１からの回転角に基づいて、モータ２０１の回転数を取得してもよい。また、エンコーダ３０１の代わりに回転数検知器が設けられている場合、回転数取得部１０１は、回転数検知器からの回転数を取得してもよい。

電流取得部１０２は、モータ２０１のトルク電流に応じたモータ電流を取得して、一時的に保存する。モータ電流は、具体的には、トルク電流自体またはトルク電流と相関関係を有する電流である。本実施例では、電流取得部１０２は、モータ駆動回路３０２からの電流検出信号が示すモータ電流を取得する。なお、電流取得部１０２は、制御部３０３が出力する電流指令信号が示す電流指令値をモータ電流として取得してもよい。

負荷状態取得部１０３は、回転動作部２０５にかかる負荷の状態である負荷状態を取得する。負荷状態は、回転動作部２０５にかかる負荷の程度を表す数値を示してもよいし、回転動作部２０５に対する負荷の有無を示してもよい。例えば、回転機械部２００が鉄鋼用圧延機に適用される場合、鋼板を圧延している状態が負荷のある有負荷状態となり、鋼板を圧延していない状態が負荷のない無負荷状態となる。

本実施例では、ＰＬＣ４００が回転動作部２０５の負荷状態を検出し、その負荷状態を負荷状態取得部１０３に出力する。負荷状態取得部１０３は、ＰＬＣ４００からの負荷状態を取得する。また、回転動作部２０５の近傍などに負荷状態を検出するセンサ（図示せず）を設け、負荷状態取得部１０３は、そのセンサから負荷状態を取得してもよい。このセンサとしては、例えば、回転動作部２０５の近傍に負荷（例えば、鉄鋼圧延機の場合は鋼板材料）が存在するか否かを検知するセンサなどが挙げられる。また、負荷状態取得部１０３は、回転数取得部１０１にて取得される回転数の変化に応じたモータ電流を計算し、そのモータ電流と電流取得部１０２にて取得されるモータ電流と比較することで回転動作部２０５の負荷状態を推定してもよい。

時系列データ生成部１０４は、回転数取得部１０１にて取得された回転数、具体的には角速度指令値に基づいて、ギヤ２０３の状態が診断可能な時系列モータ電流データを生成する。具体的には、時系列データ生成部１０４は、回転数取得部１０１にて取得された角速度指令値に関する特徴値に所定の変化が起きた時点を基準時点として複数特定し、基準時点ごとに、当該基準時点に応じた所定期間における、電流取得部１０２にて取得されたモータ電流の時系列データを時系列モータ電流データとして生成する。

本実施例では、角速度指令値に関する特徴値は、角速度指令値を時間で微分した角加速度であり、所定期間は、基準時点である角加速度変化時点以降の所定の長さを有する期間であるとする。また、時系列データ生成部１０４は、角加速度変化時点を２つ特定し、その２つの角加速度変化時点のそれぞれに対応する時系列モータ電流データを第１時系列モータ電流データおよび第２時系列モータ電流データとして生成する。

一時記憶部１０５は、時系列データ生成部１０４にて生成された複数の時系列モータ電流データを一時的に記憶する。具体的には、一時記憶部１０５は、第１時系列モータ電流データおよび第２時系列モータ電流データをそれぞれ第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２として一時的に記憶する。

類似度計算部１０６は、一時記憶部１０５に記憶された第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２間の類似度を算出して出力する算出部である。

異常診断部１０７では、類似度計算部１０６からの類似度に基づいて、ギヤ２０３の状態を診断する診断部である。

表示部１０８は、異常診断部１０７による診断結果を表示する。表示部１０８は、異常診断装置１００の外部に設けられてもよい。この場合、異常診断装置１００は、表示部１０８の代わりに、診断結果を外部に出力するためのインタフェースを備える。

図２は、モータ２０１の角速度指令値とモータ２０１のモータ電流との関係の一例を説明するための図である。

図２（ａ）は、角速度指令値の時間変化を示す。図２の例では、角速度指令値は、時点ｔ_１まで減少し、時点ｔ_１から時点ｔ_２までは増加し、時点ｔ_２以降では減少している。つまり、ギヤ２０３は、時点ｔ_１まで減速し、時点ｔ_１から時点ｔ_２までは増速し、時点ｔ_２以降では減速している。

図２（ｂ）は、角速度指令値を時間で微分した微分値である角加速度の時間変化を示す。図２の例では、角加速度は、時点ｔ_１まで負であり、時点ｔ_１で正に変化し、その後、時点ｔ_２まで正であり、時点ｔ_２で負に変化する。時点ｔ_１で変化する前の角加速度を「Ａ_１Ａ」、時点ｔ_１で変化した後の角加速度を「Ａ_１Ｂ」、時点ｔ_２で変化する前の角加速度を「Ａ_２Ａ」、時点ｔ_２で変化した後の角加速度を「Ａ_２Ｂ」とする。図２の例では、角加速度「Ａ_１Ｂ」は角加速度「Ａ_２Ａ」と等しく、角加速度「Ａ_２Ｂ」の絶対値は、角加速度「Ａ_１Ｂ」の絶対値よりも小さい。

図２（ｃ）および（ｄ）は、モータ電流の時間変化を示す。具体的には、図２（ｃ）は、ギヤ２０３が正常状態であるギヤ正常時のモータ電流の時間変化を示し、図２（ｄ）は、ギヤ２０３が異常状態であるギヤ異常時のモータ電流の時間変化を示す。図２（ｃ）および（ｄ）に示されたように、角加速度が負の場合、モータ電流が負となり、角加速度が正の場合、モータ電流が正となる。

また、ギヤ異常時には、図２（ｄ）に示されたように、ギヤ２０３の角加速度の符号が反転（変化）する時点ｔ_１およびｔ_２の後で、モータ電流に電流脈動が生じる。具体的には、時点ｔ_１＋Δｔ_１において、モータ電流に脈動振幅（最大脈動振幅）ΔＩ_１の電流脈動が生じ、時点ｔ_２＋Δｔ_２において、モータ電流に脈動振幅ΔＩ_２の電流脈動が生じる。なお、これらの電流脈動（時点ｔ_１後の電流脈動と時点ｔ_２後の電流脈動）では、角加速度の符号が反転する時点ｔ_１およびｔ_２から電流脈動が生じるまで時間Δｔ_１およびΔｔ_２の間に差が生じ、さらには、脈動振幅ΔＩ_１およびΔＩ_２の間に差が生じる。

図３は、ギヤ異常時に電流脈動が生じる理由を説明するための図であり、図２の時点ｔ_１の直前（角加速度変化前）、ｔ_１＋Δｔ_１およびｔ_２＋Δｔ_２のそれぞれのギヤ２０３の状態を２次元で模式的に示す。図３では、ギヤ２０３は、第１出力軸２０２と接続されたモータ側ギヤ７０１と、第２出力軸２０４と接続され、モータ側ギヤ７０１と噛み合う回転動作部側ギヤ７０２とを含む。

時点ｔ_１の直前では、モータ側ギヤ７０１は、反時計回りに回転し、回転動作部側ギヤ７０２は時計回りに回転している。そして、時点ｔ_１において、モータ側ギヤ７０１の角加速度の符号が反転し、モータ側ギヤ７０１の角速度が変化する。一方、回転動作部側ギヤ７０２は、回転動作部側ギヤ７０２および回転動作部２０５などの慣性により角速度は変化しないため、モータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２とが接触しなくなる。

その後、時点ｔ_１＋Δｔ_１において、モータ側ギヤ７０１の上向きの歯面７０１Ａと、回転動作部側ギヤ７０２の下向きの歯面７０２Ａとが衝突し、その衝突によってトルクがモータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２とに印加される。モータ側ギヤ７０１に印加されたトルクは、第１出力軸２０２を経由してモータ２０１に伝達し、モータ電流に電流脈動を生じさせる。

同様に、時点ｔ_２においても、モータ側ギヤ７０１の角加速度の符号が反転し、モータ側ギヤ７０１の角速度が変化する。一方、回転動作部側ギヤ７０２は、回転動作部側ギヤ７０２および回転動作部２０５などの慣性により角速度が変化しないため、モータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２とが接触しなくなる。

その後、時点ｔ_２＋Δｔ_２において、モータ側ギヤ７０１の下向きの歯面７０１Ｂと、回転動作部側ギヤ７０２の下向きの歯面７０２Ｂとが衝突し、その衝突によってトルクがモータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２とに印加される。モータ側ギヤ７０１に印加されたトルクは、第１出力軸２０２を経由してモータ２０１に伝達し、モータ電流に電流脈動を生じさせる。

上記の動作において、ギヤ２０３が正常でギヤ２０３のバックラッシュ７０３が十分小さい場合、ギヤ２０３の角加速度の符号反転後に生じる、モータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２とが接触しない非接触時間は非常に短く、衝突時におけるモータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２との角速度の差が小さい。このため、衝突によって生成されるトルクが小さく、電流脈動は無視できるほど小さい。一方、ギヤ２０３が異常でギヤ２０３のバックラッシュが大きい場合、非接触時間はギヤ２０３が正常の場合と比べて長くなり、衝突時におけるモータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２との角速度の差が大きくなる。このため、衝突によって生成されるトルクが大きく、電流脈動は顕著に大きくなる。

ギヤ２０３が異常でギヤ２０３のバックラッシュが大きい場合、時点ｔ_１から電流脈動が生じるまでの時間Δｔ_１と、時点ｔ_２から電流脈動が生じるまでの時間Δｔ_２とに差が生じる理由について説明する。時点ｔ_２後の角加速度の大きさは、時点ｔ_１後かつ時点ｔ_２以前の角加速度と比べて小さい。したがって、ギヤ２０３の角加速度が小さい時点ｔ_２後の方が、時点ｔ_１後と比べて、非接触時間が長くなる。このため、時点ｔ_２から電流脈動が生じるまでの時間Δｔ_２は、時点ｔ_１から電流脈動が生じるまでの時間Δｔ_１よりも長くなる。つまり、Δｔ_１＜Δｔ_２となる。

ギヤ２０３が異常でギヤ２０３のバックラッシュが大きい場合、時点ｔ_１後の電流脈動の脈動振幅ΔＩ_１と、時点ｔ_２後の電流脈動の脈動振幅ΔＩ_２とに差が生じる理由について説明する。モータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２との角速度の差は、ギヤ２０３の角加速度が小さい時点ｔ_２後の方が、ギヤ２０３の角加速度が大きい時点ｔ_１後よりも小さい。このため、モータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２との衝突によって生じるトルクも、ギヤ２０３の角加速度が小さい時点ｔ_２後の方が、ギヤ２０３の角加速度が大きい時点ｔ_１後よりも小さい。したがって、時点ｔ_１後の電流脈動の脈動振幅ΔＩ_１は、時点ｔ_２後の電流脈動の脈動振幅ΔＩ_２よりも大きくなる。つまり、ΔＩ_１＞ΔＩ_２となる。

図４は、モータ２０１の角速度指令値とモータ２０１のモータ電流との関係の別の例を説明するための図である。

図４（ａ）は、角速度指令値の時間変化を示す。図４の例では、角速度指令値は、時点ｔ_１まで減少し、時点ｔ_１から時点ｔ_２までと時点ｔ_２以降とでは増加している。また、角速度指令値の増加率は、時点ｔ_１から時点ｔ_２までよりも時点ｔ_２以降の方が大きい。

図４（ｂ）は、角速度指令値を時間で微分した微分値である角加速度の時間変化を示す。図４の例では、角加速度は、時点ｔ_１まで負であり、時点ｔ_１で正に変化し、時点ｔ_２でさらに大きくなる。したがって、時点ｔ２で変化した後の角加速度「Ａ_２Ｂ」は、時点ｔ１で変化した後の角加速度「Ａ_１Ｂ」よりも大きい。

図４（ｃ）および（ｄ）は、モータ電流の時間変化を示す。具体的には、図４（ｃ）は、ギヤ正常時のモータ電流の時間変化を示し、図４（ｄ）は、ギヤ異常時のモータ電流の時間変化を示す。ギヤ異常時には、図４（ｄ）に示されたように、ギヤ２０３の角加速度が負から正に変化する時点ｔ_１の後でモータ電流に電流脈動が生じる。具体的には、時点ｔ_１＋Δｔ_１において電流脈動が生じる。

図５は、ギヤ異常時に電流脈動が生じる理由を説明するための図であり、図４の時点ｔ_１の直前（角加速度変化前）、ｔ_１＋Δｔ_１およびｔ_２＋Δｔ_２のそれぞれのギヤ２０３の状態を２次元で模式的に示す。図５では、ギヤ２０３は、図３の例と同様に、モータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２とを含む。

時点ｔ_１の直前では、モータ側ギヤ７０１は、反時計回りに回転し、回転動作部側ギヤ７０２は時計回りに回転している。そして、時点ｔ_１において、モータ側ギヤ７０１の角加速度の符号が反転し、モータ側ギヤ７０１の角速度が変化する。一方、回転動作部側ギヤ７０２は、回転動作部側ギヤ７０２および回転動作部２０５などの慣性により角速度が変化しないため、モータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２とが接触しなくなる。このため、図３を用いて説明した原理と同様な原理により、ギヤ異常時には、時点ｔ_１＋Δｔ_１において、モータ側ギヤ７０１の上向きの歯面７０１Ａと、回転動作部側ギヤ７０２の下向きの歯面７０２Ａとが衝突し、その衝突によってモータ電流に電流脈動を生じる。

一方、角加速度の符号が反転しない時点ｔ_２では、モータ側ギヤ７０１の角加速度の方向が変化しないため、モータ側ギヤ７０１と回転動作部側ギヤ７０２との接触面は変化しない。したがって、時点ｔ_２以降では、ギヤ異常時でも、ギヤ２０３の衝突による電流脈動は生じない。

図６〜図８は、時系列データ生成部１０４の動作の一例を説明するためのフローチャートである。

図６のステップＳ１０１では、時系列データ生成部１０４は、回転数取得部１０１から角速度指令値を読み込み、電流取得部１０２からモータ電流を読み込み、負荷状態取得部１０３から回転動作部２０５の負荷状態を読み込み、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、時系列データ生成部１０４は、角速度指令値を微分してギヤ２０３の角加速度を算出し、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、時系列データ生成部１０４は、角加速度の変化量と所定の変化閾値とを比較して、角加速度の変化量＞変化閾値が成立するか否かを判断する。角加速度の変化量＞変化閾値が成立する場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、時系列データ生成部１０４は、角加速度が変化したと判定して、ステップＳ１０４へ進む。一方、角加速度の変化量＞変化閾値が成立しない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、時系列データ生成部１０４は、角加速度が変化していないと判定して、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０４では、時系列データ生成部１０４は、回転動作部２０５の負荷状態が所定条件を満たすか否かを判断する。以下では、負荷状態は、回転動作部２０５にかかる負荷の程度を表す数値である負荷度を示し、時系列データ生成部１０４は、回転動作部２０５の負荷度と負荷閾値とを比較して、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立するか否かを判断する。

時系列データ生成部１０４は、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立する場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、回転動作部２０５の負荷状態が所定条件を満たさないと判断して、ステップＳ１０１に戻る。一方、時系列データ生成部１０４は、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立しない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、回転動作部２０５の負荷状態が所定条件を満たすと判断して、ステップＳ１０５へ進む。なお、負荷状態が負荷の有無を示す場合、時系列データ生成部１０４は、負荷がある場合、回転動作部２０５の負荷状態が所定条件を満たさないと判断して、ステップＳ１０１に戻り、負荷がない場合、回転動作部２０５の負荷状態が所定条件を満たすと判断して、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１０３で角加速度が変化したと判断した時点を基準時点（角加速度変化時点）として特定し、その基準時点に応じた所定期間におけるモータ電流、角速度指令値および負荷状態の時系列データを時系列データ生成部１０４内に一時的に保存して、ステップＳ１０６へ進む。所定期間は、本実施例では、基準時点以降の所定の長さＴ_０を有する期間であり、例えば、図２の時点ｔ_１を基準時点として特定した場合、所定期間は、時点ｔ_１から時点ｔ_１＋Ｔ_０までの期間である。

ステップＳ１０６では、時系列データ生成部１０４は、所定期間内の負荷度と負荷閾値とを比較して、所定期間内において常に負荷度が負荷閾値よりも小さいか否かを判断する。時系列データ生成部１０４は、所定期間内において常に負荷度が負荷閾値よりも小さい場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、所定期間内において常に負荷状態が所定条件を満たすと判断して、ステップＳ１０７へ進み、所定期間内において負荷度が負荷閾値以上となることがある場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、所定期間内において負荷状態が所定条件を満たさなくなることがあると判断して、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０７では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１０５で保存したモータ電流の時系列データを第１時系列モータ電流データとして一時記憶部１０５に出力して記憶させ、ステップＳ１０８へ進む。なお、後述するように時系列モータ電流データを規格化する場合、時系列データ生成部１０４は、第１時系列モータ電流データに対応する基準時点前後の角加速度を第１時系列モータ電流データに付与して一時記憶部１０５に記憶させてもよい。

ステップＳ１０８では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１０３にて角加速度が変化したと判断した後（ステップＳ１０５で特定した基準時点後）の角加速度を第１角加速度Ａ１として時系列データ生成部１０４内に一時的に保存し、ステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０９では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１０３にて角加速度が変化したと判断した時点（ステップＳ１０５で特定した基準時点後）前後の角加速度の符号が互いに一致するか否かを判断する。時系列データ生成部１０４は、それらの角加速度の符号が互いに一致する場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、図７のステップＳ１１０へ進み、それらの角加速度の符号が互いに異なる場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、図８のステップＳ１１８へ進む。

図７のステップＳ１１０〜Ｓ１１５の処理は、図６のステップＳ１０１〜１０６の処理と同様である。ステップＳ１１５でＹＥＳの場合、ステップＳ１１６へ進む。

ステップＳ１１６では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１１２にて角加速度が変化したと判断した時点（ステップＳ１１４で特定した基準時点後）前後の角加速度の符号が互いに一致するか否かを判断する。時系列データ生成部１０４は、それらの角加速度の符号が互いに一致する場合（ステップＳ１１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１１７へ進み、それらの角加速度の符号が互いに異なる場合（ステップＳ１１６：ＮＯ）、ステップＳ１１０へ戻る。

ステップＳ１１７では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１１４で保存したモータ電流の時系列データを第２時系列モータ電流データとして一時記憶部１０５に出力し、処理を終了する。なお、後述するように時系列モータ電流データを規格化する場合、時系列データ生成部１０４は、第２時系列モータ電流データに対応する基準時点前後の角加速度を第２時系列モータ電流データに付与して一時記憶部１０５に記憶させてもよい。

図８のステップＳ１１８〜Ｓ１２３の処理は、図６のステップＳ１０１〜１０６の処理と同様である。ステップＳ１２３でＹＥＳの場合、ステップＳ１２４へ進む。

ステップＳ１２４では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１２０にて角加速度が変化したと判断した後（ステップＳ１２２で特定した基準時点後）の角加速度を第２角加速度Ａ２として時系列データ生成部１０４内に一時的に保存し、ステップＳ１２５へ進む。

ステップＳ１２５では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１２０にて角加速度が変化したと判断した時点（ステップＳ１２２で特定した基準時点）前後の角加速度の符号が互いに一致するか否かを判断する。時系列データ生成部１０４は、それらの角加速度の符号が互いに一致する場合（ステップＳ１２５：ＹＥＳ）、ステップＳ１２７へ進み、それらの角加速度の符号が互いに異なる場合（ステップＳ１２５：ＮＯ）、ステップＳ１２６へ進む。

ステップＳ１２６では、時系列データ生成部１０４は、第１角加速度Ａ１の絶対値と第２角加速度Ａ２の絶対値の差分の絶対値である評価値と基準値とを比較して、評価値が基準値よりも大きいか否かを判断する。つまり、時系列データ生成部１０４は、｜｜Ａ１｜−｜Ａ２｜｜＞基準値が成立するか否かを判断する。なお、｜Ｘ｜はＸの絶対値を示す。時系列データ生成部１０４は、｜｜Ａ１｜−｜Ａ２｜｜＞基準値が成立する場合（ステップＳ１２７：ＹＥＳ）、ステップＳ１２７へ進み、｜｜Ａ１｜−｜Ａ２｜｜＞基準値が成立しない場合（ステップＳ１２７：ＮＯ）、ステップＳ１１８に戻る。

ステップＳ１２７では、時系列データ生成部１０４は、ステップＳ１２２で保存したモータ電流の時系列データを第２時系列モータ電流データとして一時記憶部１０５に出力して記憶させ、処理を終了する。なお、後述するように時系列モータ電流データを規格化する場合、時系列データ生成部１０４は、第２時系列モータ電流データに対応する基準時点前後の角加速度を第２時系列モータ電流データに付与して一時記憶部１０５に記憶させてもよい。

なお、以上説明した時系列データ生成部１０４の動作では、時系列モータ電流データとして、以下の２種類の組み合わせのいずれかが生成されることとなる。第１の組み合わせでは、角加速度が変化し、かつ、当該変化の前後で角加速度の符号が異なる第１の時点と、角加速度が変化し、かつ、当該変化の前後で角加速度の符号が一致する第２の時点とのそれぞれに応じた時系列モータ電流データが生成される。第２の組み合わせでは、角加速度が変化し、かつ、当該変化の前後で前記角加速度の符号が異なる第１の時点と、角加速度が変化し、かつ、当該変化の前後で角加速度の符号が異り、かつ、当該変化後の角加速度の絶対値と第１の時点後の前記角加速度の絶対値との差の絶対値が基準値以上である第２の時点とのそれぞれに応じた時系列モータ電流データが生成される。

また、以上説明した時系列データ生成部１０４の動作は、単なる一例であって、これに限るものではない。例えば、モータ２０１の回転数が低い場合、エンコーダ３０１またはエンコーダ３０１の代わりに用いられる回転数検知器の検出精度が低くなることがある。また、モータ２０１に対して弱め界磁制御が行われると、回転数が高くなるが、その場合には、モータ電流とモータ２０１にかかるトルクとが比例関係とならないことがある。このため、時系列データ生成部１０４は、所定期間において角速度指令値（回転数）が所定範囲に含まれている場合に、時系列モータ電流データを生成して出力してもよい。

図９は、一時記憶部１０５に記憶された時系列モータ電流データの一例を示す図である。図９の例では、第１時系列モータ電流データ５０１として、図２の時点ｔ_１からｔ_１＋Ｔ_０までのモータ電流の時系列データが記憶され、第２時系列モータ電流データ５０２として、図２の時点ｔ_２からｔ_２＋Ｔ_０までのモータ電流の時系列データが記憶されている。また、図９（ａ）は、ギヤ正常時の時系列モータ電流データの一例を示し、図９（ｂ）は、ギヤ異常時の時系列モータ電流データの一例を示す。

図９に示されたように、ギヤ異常時には、ギヤ正常時には確認できない電流脈動が第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２に生じている。

図１０は、類似度計算部１０６の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図１１は、図１０で説明する動作中の第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２の一例を示す図である。図１１（ａ）は、ギヤ正常時の時系列モータ電流データの一例を示し、図１１（ｂ）は、ギヤ異常時の時系列モータ電流データの一例を示す。

ステップＳ２０１では、類似度計算部１０６は、一時記憶部１０５から第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２と、それらに対応する基準時点前後の角加速度とを読み込む。そして、類似度計算部１０６は、第１時系列モータ電流データ５０１に対応する基準時点ｔ_１の前後の角加速度の差Ｇ_１（＝Ａ_１Ｂ―Ａ_１Ａ）と、第２時系列モータ電流データ５０２に対応する基準時点ｔ_２の前後の角加速度の差Ｇ_２（＝Ａ_２Ｂ―Ａ_２Ａ）とを算出して、ステップＳ２０２へ進む。なお、一時記憶部１０５に記憶されている時系列モータ電流データが３つ以上ある場合、類似度計算部１０６は、例えば、それらの時系列モータ電流データから任意の２つの時系列モータ電流データを第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２として読み込む。

図１１（ａ‐１）および図１１（ｂ−１）は、ステップＳ２０１で読み込まれた第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２を示す。図１１（ａ−１）および図１１（ｂ−１）に示した第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２は、図９（ａ）および（ｂ）に示した第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２と同じである。

ステップＳ２０２では、類似度計算部１０６は、第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２の初期値（時点ｔ_１およびｔ_２の値）が０となるように、第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２のオフセット調整を行い、ステップＳ２０３へ進む。

例えば、ステップＳ２０１で読み込まれた第１時系列モータ電流データ５０１の値を「Ｉ_１０」、第２時系列モータ電流データ５０２の値を「Ｉ_２０」、第１時系列モータ電流データ５０１の時点ｔ_１での値をＩ_１０（ｔ_１）、第２時系列モータ電流データ５０２の時点ｔ_２での値をＩ_２０（ｔ_２）とした場合、類似度計算部１０６は、以下の式（１）および（２）を用いて、オフセット調整された第１時系列モータ電流データ５０１の値「Ｉ_１１」および第２時系列モータ電流データ５０２の値「Ｉ_２１」を求める。
Ｉ_１１＝Ｉ_１０−Ｉ_１０（ｔ_１）・・・（１）
Ｉ_２１＝Ｉ_２０−Ｉ_２０（ｔ_２）・・・（２）

図１１（ａ-２）および図１１（ｂ-２）は、ステップＳ２０２でオフセット調整された第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２を示す。

ステップＳ２０３では、類似度計算部１０６は、第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２のそれぞれの符号および大きさを角加速度の差により規格化して、ステップＳ２０４へ進む。

例えば、類似度計算部１０６は、以下の式（３）および（４）を用いて、規格化された第１時系列モータ電流データ５０１の値「Ｉ_１２」および第２時系列モータ電流データ５０２の値「Ｉ_２２」を求める。
Ｉ_１２＝Ｉ_１１／Ｇ_１＝Ｉ_１１／（Ａ_１Ｂ−Ａ_１Ａ）・・・（３）
Ｉ_２２＝Ｉ_２１／Ｇ_２＝Ｉ_２１／（Ａ_２Ｂ−Ａ_２Ａ）・・・（４）

図１１（ａ-３）および図１１（ｂ-３）は、ステップＳ２０３で規格化された第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２を示す。

ステップＳ２０４では、類似度計算部１０６は、第１時系列モータ電流データ５０１および第２時系列モータ電流データ５０２の時間軸を揃え（例えば、ｔ_１＝ｔ_２＝ｔ_０とする）、その後、第１時系列モータ電流データ５０１と第２時系列モータ電流データ５０２との類似度を算出して、処理を終了する。

次に類似度の具体例について説明する。

第１の例では、類似度計算部１０６は、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２との各時点tにおける差分の二乗和であるＳＳＤ（Sum of Squared Difference)を類似度として算出する。ＳＳＤは、以下の式（５）を用いて算出することができる。

式（５）では、角加速度変化時点をｔ＝０とし、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２の時間幅をｔ＝０からＴ_０までとしている。また、Ｉ_１２（ｔ）は時系列モータ電流データ５０１の時点tにおける値であり、Ｉ_１２（ｔ）は時系列モータ電流データ５０２の時点tにおける値である。ＳＳＤの値が小さいほど、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２との類似度が高い。

第２の例では、類似度計算部１０６は、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２との各時点tにおける差分の絶対値和であるＳＡＤ（Sum of Absolute Difference)を類似度として算出する。ＳＡＤは、以下の式（６）を用いて算出することができる。

ＳＡＤの値が小さいほど、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２との類似度が高い。

第３の例では、類似度計算部１０６は、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２との正規化相互相関であるＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）を類似度として算出する。ＮＣＣは、以下の式（７）を用いて算出することができる。

ＮＣＣは−１〜１の範囲の値をとる。ＮＣＣが１の場合、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２とが一致または比例関係となり、ＮＣＣが−１の場合、時系列モータ電流データ５０１の−１倍と時系列モータ電流データ５０２とが一致または比例関係となる。このため、ＮＣＣの値が０から離れるほど、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２との類似度が高く、ＮＣＣの値が０に近いほど、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２との類似度が低い。

以上説明した類似度は、単なる一例であって、それらに限定されるものではない。例えば、類似度計算部１０６は、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２と特徴量をそれぞれ求め、それらの特徴量を比較した比較結果に応じて類似度を算出してもよい。特徴量としては、例えば、角加速度変化時点と所定期間内でモータ電流がピーク値となる時点との差、角加速度変化時点のモータ電流と所定期間内のモータ電流のピーク値との差、所定期間内のモータ電流のピーク値、およびそれらの組み合わせなどが挙げられる。比較結果は、例えば、各特徴量の差分または比率などである。また、特徴量は、時系列データの周波数解析の結果に応じた値でもよい。

図１２は、異常診断部１０７の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図１２では、類似度としてＮＣＣを用いているが、他の類似度を使用した場合でも同様である。

ステップＳ３０１では、異常診断部１０７は、類似度計算部１０６にて計算された類似度であるＮＣＣを読み込み、ステップＳ３０２へ進む。

ステップＳ３０２では、異常診断部１０７は、ＮＣＣと閾値ＴＨ_１Ａとを比較して、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２とが類似しているか否かを判断する。異常診断部１０７は、ＮＣＣ＞閾値ＴＨ_１Aが成立する場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２とが類似していると判断して、ステップＳ３０３へ進む。一方、異常診断部１０７は、ＮＣＣ＞閾値ＴＨ_１Aが成立しない場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、時系列モータ電流データ５０１と時系列モータ電流データ５０２とが類似していないと判断して、ステップＳ３０４へ進む。閾値ＴＨ_１Ａは、一定値でもよいが、閾値ＴＨ_１Aは、時系列モータ電流データ５０１および時系列モータ電流データ５０２のそれぞれにおける角加速度変化時点の前後の角加速度に応じて定められてもよい。

ステップＳ３０３では、異常診断部１０７は、ギヤ２０３に異常の予兆がないと判断して、異常の予兆がない旨のメッセージ（例えば、「ギヤに異常予兆なし」）を診断結果として表示部１０８に表示して、処理を終了する。

ステップＳ３０４では、異常診断部１０７は、ギヤ２０３に異常の予兆があると判断して、異常の予兆がある旨のアラーム（例えば、「ギヤに異常予兆あり」）を診断結果として表示部１０８に表示して、処理を終了する。

なお、異常診断部１０７は、類似度の時間的な変化を解析し、その解析結果に基づいてギヤ２０３の状態を診断してもよい。例えば、類似度が徐々に減少している場合、異常診断部１０７は、類似度の減少速度に基づいて、ギヤ２０３に異常が生じる時期を予測し、その予測結果を診断結果として表示部１０８に表示してもよい。

以上説明したように本実施例によれば、回転数取得部１０１は、モータ２０１の回転数を取得する。電流取得部１０２は、モータ２０１のトルク電流に応じたモータ電流を取得する。時系列データ生成部１０４は、回転数に関する特徴値に所定の変化が起きた時点を基準時点として複数特定し、基準時点ごとに、当該基準時点に応じた所定期間におけるモータ電流の時系列データである時系列モータ電流データを生成する。類似度計算部１０６は、各時系列モータ電流データ間の類似度を算出する。異常診断部１０７は、類似度に基づいて、ギヤ２０３の状態を診断する。これにより、モータ２０１の回転数に関する特徴値に所定の変化が起きた基準時点ごとに生成された時系列モータ電流データの類似度に基づいて、ギヤ２０３の状態が診断される。したがって、正常時のモータ電流を予め取得しなくても、ギヤ２０３の状態を診断することが可能となるため、既設の機械に対してもギヤ２０３の状態を診断することが可能になる。

また、本実施例では、特徴値は、回転数を時間で微分した角加速度であり、所定期間は、基準時点以降の所定の長さを有する期間である。このため、適切な時系列モータ電流データを生成することが可能となるため、ギヤ２０３の状態をより正確に診断することが可能となる。

また、本実施例では、上述した第１の組み合わせおよび第２の組み合わせのいずれかの時系列モータ電流データが生成される。このため、適切な時系列モータ電流データを生成することが可能となるため、ギヤ２０３の状態をより正確に診断することが可能となる。

また、本実施例では、規格化された時系列モータ電流データに基づいて類似度が算出されるため、類似度をより正確に算出することが可能となり、ギヤ２０３の状態をより正確に診断することが可能となる。

また、本実施例では、類似度計算部１０６は、各時系列モータ電流データにおける、基準時点と所定期間内でモータ電流がピーク値となる時点との差、基準時点のモータ電流と所定期間内のモータ電流のピーク値との差、および、所定期間内のモータ電流のピーク値の少なくとも１つを比較した比較結果を類似度として算出する。この場合、類似度を容易に算出することが可能となる。

また、本実施例では、所定期間において回転動作部２０５にかかる負荷の状態が所定条件を満たす場合、時系列モータ電流データが生成される。負荷によってギヤ２０３の状態が誤って診断されることを抑制することが可能となるため、ギヤ２０３の状態をより正確に診断することが可能となる。

また、本実施例では、所定期間においてモータ２０１の回転数が所定範囲に含まれている場合、時系列モータ電流データを生成する。この場合、ギヤ２０３の状態をより正確に診断することが可能となる。

また、本実施例では、各時系列モータ電流データが互いに類似していない場合、アラームが出力される。この場合、ギヤ２０３に異常または異常の予兆がある場合に、アラームを通知することが可能となる。

次に、本開示の実施例２に係る異常診断装置について図１３から図１７を用いて説明する。以下では、実施例１とは異なる点について主に説明する。

図１３は、実施例２に係る駆動システムを示す構成図である。図１３に示す駆動システム２は、図１で示した駆動システム１と比較して、異常診断装置１００に角速度指令出力部１０９が追加されている点で異なる。

角速度指令出力部１０９は、モータ２０１の回転数を制御して、モータ２０１の角加速度に所定の変化を起こす指令部である。角速度指令出力部１０９は、具体的には、時系列データ生成部１０４からの指示に従って、モータ２０１の角加速度に所定の変化を起こす診断用の角速度指令信号の出力をＰＬＣ４００に要求することで、モータ２０１の回転数を制御して、モータ２０１の角加速度に所定の変化を起こす。なお、ＰＬＣ４００は、その要求に従って、診断用の角速度指令信号を制御部３０３に出力する。

図１４〜図１６は、診断用の角速度指令信号の一例を示す図である。

図１４〜図１６に示されているように、診断用の角速度指令信号は、互いに重複しない時間に出力される第１の角速度指令信号および第２の角速度指令信号を含む。

第１の角速度指令信号は、角速度指令値の微分値である角加速度が変化する角加速度変化時点を含む角速度指令値を示す。例えば、第１の角速度指令信号は、図１４および図１５で示されるように、角加速度の符号が角加速度変化時点の前後で反転する角速度指令値を示してもよいし、図１６で示すように、その符号が反転しない角速度指令値を示してもよい。

また、第２の角速度指令信号は、第１の角速度指令信号と同様に、角速度指令値の微分値である角加速度が変化する角加速度変化時点を含む角速度指令値を示す。また、図１６で示すように第１の角速度指令信号の角加速度変化時点前後の角加速度の符号が反転していない場合、第２の角速度指令信号は、図１６で示すように角加速度変化時点前後の角加速度の符号が反転する角速度指令値を示す。一方、図１４および図１５で示すように第１の角速度指令信号の角加速度変化時点前後の角加速度の符号が反転した場合、第２の角速度指令信号は、図１５に示すように、角加速度変化時点前後の角加速度の符号が反転していない角加速度指令値を示してもよいし、図１４に示すように、角加速度変化時点前後の角加速度の符号が反転する角加速度指令値でもよい。ただし、角加速度変化時点前後の角加速度の符号が反転する場合、第１の角速度指令信号の角加速度変化時点の後の角加速度「Ａ_１Ｂ」の絶対値と第２の角速度指令信号の角加速度変化時点の後の角加速度「Ａ_２Ｂ」の絶対値との差の絶対値が基準値よりも大きくする。

図１７は、時系列データ生成部１０４の動作の一例を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ５０１では、時系列データ生成部１０４は、回転数取得部１０１から角速度指令値を読み込み、電流取得部１０２からモータ電流を読み込み、負荷状態取得部１０３から回転動作部２０５の負荷状態を読み込み、ステップＳ５０２へ進む。

ステップＳ５０２では、時系列データ生成部１０４は、回転動作部２０５の負荷状態が示す負荷度と負荷閾値とを比較して、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立するか否かを判断する。時系列データ生成部１０４は、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立する場合（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、ステップＳ５０１に戻り、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立しない場合（ステップＳ５０２：ＮＯ）、ステップＳ５０３へ進む。

ステップＳ５０３では、時系列データ生成部１０４は、現在の時点（例えば、図１４〜図１６の時点ｔ_１）から現在の時点よりも所定の長さの時間が経過した時点（例えば、図１４〜図１６のｔ_１＋Ｔ０）までの所定期間において、回転動作部２０５の負荷状態が変化するか否かを予測する。

例えば、ＰＬＣ４００が回転動作部２０５の負荷状態の変化する時点を把握または制御することができる場合、時系列データ生成部１０４は、ＰＬＣ４００から回転動作部２０５の負荷状態の変化する時点を取得し、その時点に基づいて、所定期間において回転動作部２０５の負荷状態が変化するか否かを予測する。また、回転動作部２０５の近傍に負荷の接近を検出可能な検出器を設置し、時系列データ生成部１０４は、検出器からの出力データに基づいて、所定期間において回転動作部２０５の負荷状態が変化するか否かを予測してもよい。また、過去の角速度指令値、モータ電流および負荷状態を学習データとして用いて機械学習を行い、時系列データ生成部１０４は、その学習結果に基づいて、所定期間において回転動作部２０５の負荷状態が変化するか否かを予測してもよい。

時系列データ生成部１０４は、所定期間において負荷状態が変化しないと予測した場合（ステップＳ５０３：ＮＯ）、ステップＳ５０４へ進み、所定期間において負荷状態が変化すると予測した場合（ステップＳ５０３：ＹＥＳ）、ステップＳ５０１へ戻る。

ステップＳ５０４では、時系列データ生成部１０４は、角速度指令出力部１０９に対して第１の角速度指令信号の出力を指示する第１の指示を出力し、ステップＳ５０５へ進む。第１の角速度指令信号は、例えば、図１４〜図１６で示した第１の角速度指令信号のいずれかである。

ステップＳ５０５では、時系列データ生成部１０４は、所定期間内の負荷状態が示す負荷度と負荷閾値とを比較して、所定期間内において常に負荷度が負荷閾値よりも小さいか否かを判断する。時系列データ生成部１０４は、所定期間内において常に負荷度が負荷閾値よりも小さい場合（ステップＳ５０５：ＹＥＳ）、ステップＳ５０６へ進み、所定期間内において負荷度が負荷閾値以上となることがある場合（ステップＳ５０５：ＮＯ）、ステップＳ５０１に戻る。

ステップＳ５０６では、時系列データ生成部１０４は、第１の角速度指令信号の角加速度変化時点以降の所定の長さを有する所定期間におけるモータ電流の時系列データを第１時系列モータ電流データとして一時記憶部１０５に出力し、ステップＳ５０７へ進む。

ステップＳ５０７では、時系列データ生成部１０４は、回転数取得部１０１から角速度指令値を読み込み、電流取得部１０２からモータ電流を読み込み、負荷状態取得部１０３から回転動作部２０５の負荷状態を読み込み、ステップＳ５０８へ進む。

ステップＳ５０８では、時系列データ生成部１０４は、回転動作部２０５の負荷状態が示す負荷度と負荷閾値とを比較して、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立するか否かを判断する。時系列データ生成部１０４は、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立する場合（ステップＳ５０８：ＹＥＳ）、ステップＳ５０１に戻り、回転動作部２０５の負荷度＞負荷閾値が成立しない場合（ステップＳ５０８：ＮＯ）、ステップＳ５０９へ進む。

ステップＳ５０９では、時系列データ生成部１０４は、現在の時点（例えば、図１４〜図１６の時点ｔ_２）から現在の時点よりも所定の長さの時間が経過した時点（例えば、図１４〜図１６のｔ_２＋Ｔ０）までの所定期間において、回転動作部２０５の負荷状態が変化するか否かを予測する。時系列データ生成部１０４は、所定期間において負荷状態が変化しないと予測した場合（ステップＳ５０９：ＮＯ）、ステップＳ５１０へ進み、所定期間において負荷状態が変化すると予測した場合（ステップＳ５０９：ＹＥＳ）、ステップＳ５０７へ戻る。

ステップＳ５１０では、時系列データ生成部１０４は、角速度指令出力部１０９に対して第２の角速度指令信号を出力する旨の第２の指示を出力し、ステップＳ５１１へ進む。第２の角速度指令信号は、例えば、ステップＳ５０５による第１の指示にて出力が指示された第１の角速度指令信号が図１４〜図１６で示した第１の角速度指令信号のいずれかの場合、その第１の角速度指令信号と同じ図面で示された第２の角速度指令信号である。

ステップＳ５１１では、時系列データ生成部１０４は、所定期間内の負荷状態が示す負荷度と負荷閾値とを比較して、所定期間内において常に負荷度が負荷閾値よりも小さいか否かを判断する。時系列データ生成部１０４は、所定期間内において常に負荷度が負荷閾値よりも小さい場合（ステップＳ５１１：ＹＥＳ）、ステップＳ５１２へ進み、所定期間内において負荷度が負荷閾値以上となることがある場合（ステップＳ５１１：ＮＯ）、ステップＳ５０７に戻る。

ステップＳ５１２では、時系列データ生成部１０４は、第２の角速度指令信号の角加速度変化時点以降の所定の長さを有する所定期間におけるモータ電流の時系列データを第２時系列モータ電流データとして一時記憶部１０５に出力し、処理を終了する。

以上説明したように本実施例によれば、角速度指令出力部１０９は、モータ２０１の回転数を制御して、モータ２０１の角加速度に所定の変化を起こす。したがって、ギヤ２０３の状態の診断が可能な状態を生成することが可能になるため、ギヤ２０３の状態を適切に診断することが可能になる。

次に、本開示の実施例３に係る異常診断装置について図１８を用いて説明する。以下では、実施例２とは異なる点について主に説明する。

図１８は、実施例３に係る駆動システムを示す構成図である。図１８に示す駆動システム３は、図１３で示した駆動システム２と比較して、モータ駆動装置３００が異常診断装置１００を備えている点で異なる。

本実施例によれば、例えば、モータ駆動装置３００の構成（例えば、制御部３０３など）を実現するプロセッサなどを用いて異常診断装置１００の各部を実現することができるため、新たなハードウェアの追加をせずにギヤ２０３の状態を診断することができる。

上述した本開示の実施形態は、本開示の説明のための例示であり、本開示の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の範囲を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

例えば、実施例１で説明した異常診断装置１００がモータ駆動装置３００に備わっていてもよい。また、異常診断装置１００はＰＬＣ４００に備わってもよい。

１〜３：駆動システム １００：異常診断装置 １０１：回転数取得部 １０２：電流取得部 １０３：負荷状態取得部 １０４：時系列データ生成部 １０５：一時記憶部 １０６：類似度計算部 １０７：異常診断部 １０８：表示部 １０９：角速度指令出力部 ２００：回転機械部 ２０１：モータ ２０２：第１出力軸 ２０３：ギヤ ２０４：第２出力軸 ２０５：回転動作部 ３００：モータ駆動装置 ３０１：エンコーダ ３０２：モータ駆動回路 ３０３：制御部 ６０１：第１時系列モータ電流データ５０２：第２時系列モータ電流データ ７０１：モータ側ギヤ ７０２：回転動作部側ギヤ

Claims (12)

1. モータの回転に応じて動作するギヤの状態を診断する診断装置であって、
   前記モータの回転数を取得する回転数取得部と、
   前記モータのトルク電流に応じたモータ電流を取得する電流取得部と、
   前記回転数に関する特徴値に所定の変化が起きた時点を基準時点として複数特定し、前記基準時点ごとに、当該基準時点に応じた所定期間における前記モータ電流の時系列データを生成する生成部と、
   各時系列データ間の類似度を算出する算出部と、
   前記類似度に基づいて、前記ギヤの状態を診断する診断部と、を有する診断装置。
2. 前記特徴値は、前記回転数を時間で微分した角加速度であり、
   前記所定期間は、前記基準時点以降の所定の長さを有する期間である、請求項１に記載の診断装置。
3. 前記生成部は、前記基準時点として、前記角加速度が変化し、かつ、当該変化の前後で前記角加速度の符号が異なる第１の時点と、前記角加速度が変化し、かつ、当該変化の前後で前記角加速度の符号が一致する第２の時点とをそれぞれ特定する、請求項２に記載の診断装置。
4. 前記生成部は、前記基準時点として、前記角加速度が変化し、かつ、当該変化の前後で前記角加速度の符号が異なる第１の時点と、前記角加速度が変化し、かつ、当該変化の前後で前記角加速度の符号が異り、かつ、当該変化後の前記角加速度の絶対値と前記第１の時点後の前記角加速度の絶対値との差の絶対値が基準値よりも大きい第２の時点とをそれぞれ特定する、請求項２に記載の診断装置。
5. 前記モータの回転数を制御して、前記特徴値に前記所定の変化を起こす指令部をさらに有する、請求項１に記載の診断装置。
6. 前記算出部は、各時系列データを規格化し、当該規格化した時系列データに基づいて前記類似度を算出する、請求項１に記載の診断装置。
7. 前記算出部は、各時系列データにおける、前記基準時点と前記所定期間内で前記モータ電流がピーク値となる時点との差、前記基準時点の前記モータ電流と前記所定期間内の前記モータ電流のピーク値との差、および、前記所定期間内のモータ電流のピーク値の少なくとも１つを比較した比較結果を前記類似度として算出する、請求項１に記載の診断装置。
8. 前記ギヤと連動する回転動作部にかかる負荷の状態を取得する負荷取得部をさらに有し、
   前記生成部は、前記所定期間において前記負荷の状態が所定条件を満たす場合、前記時系列データを生成する、請求項１に記載の診断装置。
9. 前記生成部は、前記所定期間において前記回転数が所定範囲に含まれている場合、前記時系列データを生成する、請求項１に記載の診断装置。
10. 前記診断部は、前記類似度に基づいて、各時系列データが互いに類似しているか否かを判断し、各時系列データが互いに類似していない場合、アラームを出力する、請求項１に記載の診断装置。
11. 請求項１に記載の診断装置と、
    前記モータを駆動する駆動回路と、を含むモータ駆動装置。
12. モータの回転に応じて動作するギヤの状態を診断する診断装置による診断方法であって、
    前記モータの回転数を取得し、
    前記モータのトルク電流に応じたモータ電流を取得し、
    前記回転数に関する特徴値に所定の変化が起きた時点を基準時点として複数特定し、前記基準時点ごとに、当該基準時点に応じた所定期間における前記モータ電流の時系列データを生成し、
    各時系列データ間の類似度を算出し、
    前記類似度に基づいて、前記ギヤの状態を診断する、診断方法。
    
    

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