JP2023085577A - diagnostic system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、診断システムに関する。 The present invention relates to diagnostic systems.
例えばギヤモータやギヤボックスなどの機器(診断対象装置)を診断するための診断システムが知られている。診断システムは、一般に、診断対象装置に取り付けられるセンサと、センサからの情報に基づいて、診断対象装置に異常が発生しているか否かを診断する診断処理を実施する診断装置と、を備える。従来では、例えば特許文献1に記載されるような診断システムが提案されている。
Diagnostic systems are known for diagnosing devices (devices to be diagnosed) such as gear motors and gear boxes. A diagnostic system generally includes a sensor attached to a device to be diagnosed, and a diagnostic device that performs diagnostic processing to diagnose whether an abnormality has occurred in the device to be diagnosed based on information from the sensor. Conventionally, there has been proposed a diagnostic system such as that described in
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、より正確に、診断処理を実施できる診断システムを提供することにある。 It is an exemplary object of some aspects of the present invention to provide a diagnostic system that can more accurately perform diagnostic procedures.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の診断システムは、診断対象装置を加振する加振器と、診断対象装置の振動を検出する振動センサと、加振器により診断対象装置が加振されているときに振動センサにより検出される振動情報に基づいて診断を実施する診断部と、を備える。 In order to solve the above problems, a diagnostic system according to one aspect of the present invention includes a vibration exciter that vibrates a diagnostic target device, a vibration sensor that detects the vibration of the diagnostic target device, and a diagnostic target device that vibrates with the vibration exciter. a diagnosis unit that performs diagnosis based on vibration information detected by the vibration sensor when being vibrated.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Arbitrary combinations of the above constituent elements, and mutual replacement of the constituent elements and expressions of the present invention between methods, devices, systems, etc. are also effective as embodiments of the present invention.
本発明によれば、より正確に診断処理を実施できる。 According to the present invention, diagnostic processing can be performed more accurately.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The embodiments are illustrative rather than limiting the invention, and not all features and combinations thereof described in the embodiments are necessarily essential to the invention. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate.
実施の形態に係る診断システムを得るに至った経緯を説明する。
ギヤモータやギヤボックスなどの回転装置(診断対象装置)に異常が発生しているか否かを診断する診断システムが知られている。診断対象装置は他の装置に組み込まれる場合があり、この場合に診断対象装置の筐体の周りにスペースがなく、筐体に振動センサを取り付けられない場合がある。また、診断対象装置が他の装置に接続または組み込まれる場合があり、この場合に当該他の装置に起因する振動に埋もれてしまって診断対象装置に起因する振動をそれに取り付けられた振動センサで検出できない場合がある。いずれにせよ、診断対象装置の筐体に振動センサを取り付けて診断対象装置の振動を検出できず、したがって診断対象装置の異常を検出できない場合がある。
The details of how the diagnostic system according to the embodiment was obtained will be described.
2. Description of the Related Art Diagnosis systems are known for diagnosing whether or not there is an abnormality in a rotating device (device to be diagnosed) such as a gear motor or gearbox. The device to be diagnosed may be incorporated into another device, and in this case, there may be no space around the housing of the device to be diagnosed, and the vibration sensor may not be attached to the housing. In addition, there are cases where the device to be diagnosed is connected or incorporated into another device, and in this case, the vibration caused by the other device is buried and the vibration caused by the device to be diagnosed is detected by the vibration sensor attached to it. Sometimes you can't. In any case, it may not be possible to detect the vibration of the device to be diagnosed by attaching the vibration sensor to the housing of the device to be diagnosed, and therefore it may not be possible to detect an abnormality in the device to be diagnosed.
そこで本実施の形態では、診断対象装置の出力軸を加振し、出力軸を加振しているときの出力軸の振動を検出し、検出した振動に基づいて診断対象装置に異常が発生しているか否かを診断する。以下、具体的に説明する。 Therefore, in the present embodiment, the output shaft of the device to be diagnosed is vibrated, the vibration of the output shaft is detected while the output shaft is being vibrated, and an abnormality occurs in the device to be diagnosed based on the detected vibration. Diagnose whether or not A specific description will be given below.
図1は、実施の形態に係る診断システム1の構成を示す模式図である。診断システム1は、診断対象装置10を加振する加振器100と、診断対象装置10の振動を検出する振動センサ102と、加振器100が診断対象装置10を加振しているときに振動センサ102が検出する振動情報に基づいて、診断対象装置10に異常が発生しているか否かを診断する「診断処理」を実施する診断装置104と、を備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a
本実施の形態の診断対象装置10は、ギヤモータすなわち回転装置であり、モータ12と、変速機構(減速機構)14と、を備える。モータ12は、電動モータである。変速機構14は、歯車により構成される。本実施の形態の変速機構14は、入力軸(不図示)と出力軸14aとが略平行な平行軸歯車式変速機構である。出力軸14aは、出力軸14aの回転軸Rに沿って延びる棒状の連結軸30介して被駆動装置20の入力軸20aに連結される。
A
本実施の形態の加振器100は、診断対象装置10の回転軸、具体的には出力軸14aを加振する。加振器100は、出力軸14aを直接的に加振してもよいし、図示の例のように連結軸30を加振しても、すなわち連結軸30を介して間接的に出力軸14aを加振してもよい。
The vibration exciter 100 of the present embodiment excites the rotating shaft of the
振動センサ102は、加速度センサ、変位センサまたは速度センサである。本実施の形態の振動センサ102は、診断対象装置10の出力軸14aの振動を検出する。振動センサ102は、出力軸14aに取り付けられて出力軸14aの振動を直接的に検出してもよいし、図示の例のように連結軸30に取り付けられ、連結軸30を介して間接的に出力軸14aの振動を検出してもよい。
The
本実施の形態では、加振器100は軸方向(すなわち、回転軸Rと平行な方向)に出力軸14aを加振し、振動センサ102は軸方向における出力軸14aの振動を検出する。加振器100は、特に限定しないが、出力軸14aを正弦波加振する。すなわち、加振器100は、出力軸14aに正弦波振動を与える。
In this embodiment, the vibration exciter 100 vibrates the
加振器100が出力軸14aに与える正弦波振動の周波数は、診断対象装置10に異常が発生していないときにおける出力軸14aの回転周波数と被駆動装置20の回転周波数との最小公倍数の周波数である。すなわち、当該正弦波振動の周波数は、診断対象装置10に異常が発生していないときにおける、診断対象装置10および被駆動装置20を備える機械システムの共振周波数または共振周波数に近い周波数である。
The frequency of the sinusoidal vibration given to the
診断対象装置10に異常が発生していない場合、加振器100により出力軸14aに与えられる正弦波振動の周波数は上述のように機械システムの共振周波数と等しいまたは近いため、診断対象装置10に起因する出力軸14aの振動は増幅され、したがって振動センサ102によって検出される振動の振幅は大きくなる。
When there is no abnormality in the
診断対象装置10に異常が発生すると、異常が発生する前と比べ、機械システムの共振周波数は変化する。加振器100により出力軸14aに与えられる正弦波振動の周波数は、機械システムの共振周波数から大きく外れる。この場合、診断対象装置10に起因する出力軸14aの振動は増幅されず、したがって振動センサ102によって検出される振動の振幅は小さくなる。
When an abnormality occurs in the
つまり、診断対象装置10に異常が発生しているときに振動センサ102によって検出される振動は、診断対象装置10に異常が発生していないときに振動センサ102によって検出される振動と比べて振幅が大きくなる。また、異常が発生しているときに検出される振動は、正弦波振動でもなくなりうる。いずれにせよ、異常が発生しているときに検出される振動は、異常が発生していないときに検出される振動と特徴が異なる。診断装置104は、詳しくは後述するように、この相違に基づいて診断処理を実施する。
That is, the vibration detected by the
図2は、診断装置104の機能および構成を示すブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのCPUやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。以降のブロック図についても同様である。
FIG. 2 is a block diagram showing the functions and configuration of the
診断装置104は、振動センサ102との通信処理を実行する通信部120と、ユーザインタフェース処理を担当するU/I部122と、各種の情報処理を実行するデータ処理部124と、データ処理部124により参照、更新されるデータを保持するデータ保持部126と、を含む。
The
データ保持部126は、基準情報保持部134と、振動情報保持部136と、を含む。基準情報保持部134は、診断処理において使用される基準振動情報を保持する。基準振動情報は、診断対象装置10に異常が発生していないときに振動センサ102によって検出された振動情報である。
データ処理部124は、振動情報取得部128と、診断部130と、表示制御部132と、を含む。振動情報取得部128は、通信部120を介して、所定のサンプリング周波数で振動センサ102から振動情報を取得する。振動情報取得部128は、取得した振動情報を、当該振動情報が生成された時刻と対応付けて振動情報保持部136に格納する。
診断部130は、振動センサ102によって検出される振動情報(以下、今回振動情報ともいう)と、基準情報保持部134に保持される基準振動情報とを比較することにより、診断対象装置10に異常が発生しているか否かを診断する。
The
図3は、振動センサ102によって検出される振動情報に基づく振動波形を示す。振動波形70は診断対象装置10に異常が発生しているときの今回振動情報に基づく振動波形を示し、振動波形72は基準振動情報に基づく振動波形を示す。
FIG. 3 shows a vibration waveform based on vibration information detected by the
例えば診断部130は、今回振動情報に基づく振動波形70と基準振動情報に基づく振動波形72との類似度を示す相関係数を求め、相関係数が所定値以上、すなわち両者が類似している場合は診断対象装置10に異常は発生していないと判定し、相関係数が所定値未満、すなわち両者が類似していない場合は診断対象装置10に異常が発生していると判定する。図3の例では、振動波形70の振幅は振動波形72の振幅と大きく異なっており、両者は類似していない。
For example, the
また例えば診断部130は、単純減算により、今回振動情報と基準振動情報との絶対差を求め、絶対差が所定値未満の場合は診断対象装置10に異常は発生していないと判定し、絶対差が所定値以上の場合は診断対象装置10に異常は発生していると判定する。例えば、今回振動情報と基準振動情報との絶対差は、今回振動情報が示す振動のピーク値(診断区間内における振幅の最大値と最小値との距離)Pcと、基準振動情報が示す振動のピーク値Prとの絶対差であってもよい。また例えば、今回振動情報と基準振動情報との絶対差は、今回振動情報と基準振動情報との1周期分の絶対差、すなわち今回振動情報に基づく振動波形70と基準振動情報に基づく振動波形72との絶対差(図3における斜線部分の面積)であってもよい。
Further, for example, the
表示制御部132は、各種の画面を生成してディスプレイに表示させる。表示制御部132は、例えば診断結果を示す画面を生成してディスプレイに表示させる。なお、表示制御部132は、異常が発生していると診断された場合のみ診断結果を示す画面を生成してディスプレイに表示させてもよい。
The
以上が診断システム1の構成である。続いてその動作を説明する。
所定の診断処理間隔のたびに、所定の時間の間、加振器100は診断対象装置10の出力軸14aを加振し、診断装置104は所定のサンプリング周波数で振動センサ102から振動情報を取得する。つまり、診断装置104は、所定の診断処理間隔のたびに、所定の時間の間、加振器100により出力軸14aが加振されているときに振動センサ102により検出される振動情報を取得する。そして診断装置104は、取得した振動情報に基づいて診断処理を実施する。診断装置104は、診断結果を所定のディスプレイに表示する。これにより、ユーザは診断対象装置10に異常が発生しているか否かを知ることができる。
The above is the configuration of the
At each predetermined diagnostic processing interval, the
以上説明した実施の形態に係る診断システム1によれば、診断対象装置10の筐体ではなく、出力軸14aまたは連結軸30に取り付けられた振動センサ102によって検出される振動情報に基づいて、診断対象装置10に異常が発生しているか否か診断できる。
According to the
以上、実施の形態に係る診断システムについて説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下変形例を示す。 The diagnosis system according to the embodiment has been described above. Those skilled in the art will understand that these embodiments are merely examples, and that various modifications can be made to combinations of each component and each treatment process, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way. Modifications are shown below.
(変形例1)
実施の形態では、加振器100は軸方向に出力軸14aを加振し、振動センサ102は軸方向における出力軸14aの振動を検出する場合について説明したが、これには限定されない。
(Modification 1)
In the embodiment, the
例えば、加振器100は軸方向に直交する方向である直交方向に出力軸14aを加振し、振動センサ102は直交方向における出力軸14aの振動を検出してもよい。
For example, the
また例えば、加振器100は軸方向および直交方向に出力軸14aを加振し、振動センサ102は軸方向および直交方向における出力軸14aの振動を検出してもよい。この場合、基準情報保持部134は、診断処理において使用される、軸方向および直交方向のそれぞれの基準振動情報を保持する。診断部130は、相関関係に基づいて診断処理を実施する場合、軸方向および直交方向の少なくとも一方において今回振動情報に基づく振動波形と基準振動情報に基づく振動波形との相関関係が所定値未満の場合に診断対象装置10に異常が発生していると判定してもよいし、軸方向および直交方向の両方において今回振動情報に基づく振動波形と基準振動情報に基づく振動波形との相関関係が所定値未満の場合に診断対象装置10に異常が発生していると判定してもよい。また、診断部130は、差に基づいて診断処理を実施する場合、軸方向および直交方向の少なくとも一方において今回振動情報と基準振動情報との差が所定値以上の場合に診断対象装置10に異常が発生していると判定してもよいし、軸方向および直交方向の両方において今回振動情報と基準振動情報との差が所定値以上の場合に診断対象装置10に異常が発生していると判定してもよい。
Further, for example, the
(変形例2)
診断部130による診断処理の別の例を説明する。図4は、当該別の診断処理による診断結果画面を示す図である。図4の診断結果画面は、診断結果領域80と、診断根拠領域82と、を含む。診断結果領域80には、診断対象装置10に異常が発生しているか否かの診断結果が表示される。図示の例では、「異常あり」が表示されている。
(Modification 2)
Another example of diagnostic processing by the
診断根拠領域は82は、第1根拠領域84と、第2根拠領域86と、第3根拠領域88と、を含む。第1根拠領域84には、今回振動情報に対してFFT(Fast Fourier Transform)を実行して得られるスペクトル図が表示される。第2根拠領域86には、今回振動情報を複素数平面にプロットした図が表示される。
第3根拠領域88には、今回振動情報について、位相角範囲ごとの振幅の分布を色の濃さで示した図が表示される。当該図では、色が濃いほど密度が高く、色が薄いほど密度が低くなっている。また、当該図では、基準振動情報に基づく振幅の分布と異なる部分には、斜線が付されている。図示の例では、3/4π~πの範囲に斜線が付された部分が存在している。つまり、3/4π~πの範囲では、今回振動情報と基準振動情報とは分布が異なっており、したがって診断対象装置10に異常が発生していると判定される。
In the third basis region 88, a diagram showing the distribution of amplitude for each phase angle range with respect to the current vibration information is displayed. In the figure, the darker the color, the higher the density, and the lighter the color, the lower the density. Further, in the figure, portions different from the amplitude distribution based on the reference vibration information are hatched. In the illustrated example, there is a hatched portion in the range from 3/4π to π. That is, in the range of 3/4π to π, the current vibration information and the reference vibration information have different distributions, and therefore it is determined that the
(変形例3)
実施の形態では特に言及しなかったが、振動センサ102によって検出される振動情報に基づいて加振器100による加振の度合いを制御してもよい。この場合、診断部130は、振動情報に加えて、加振器100に対する制御の情報も考慮して、診断対象装置10に異常が発生しているか否かを診断してもよい。
(Modification 3)
Although not specifically mentioned in the embodiment, the degree of vibration by the
(変形例4)
実施の形態では、診断対象装置10がギヤモータである場合について説明したが、診断対象装置10は例えば撹拌機、エンジン、射出成形機、工作機械、産業用ロボットなどの他の装置であってもよい。診断対象装置10がモータを備える回転装置であれば、その回転軸を加振すればよい。
(Modification 4)
In the embodiment, the
上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。 Any combination of the above-described embodiments and modifications is also useful as embodiments of the present invention. A new embodiment resulting from the combination has the effects of each of the combined embodiment and modification.
1 診断システム、 10 診断対象装置、 100 加振器、 102 振動センサ、 104 診断装置、 130 診断部。
Claims (5)
診断対象装置の振動を検出する振動センサと、
前記加振器により診断対象装置が加振されているときに前記振動センサにより検出される振動情報に基づいて診断を実施する診断部と、
を備えることを特徴とする診断システム。 a vibrator for vibrating the diagnosis target device;
a vibration sensor that detects vibration of the diagnosis target device;
a diagnosis unit that performs diagnosis based on vibration information detected by the vibration sensor when the device to be diagnosed is vibrated by the vibrator;
A diagnostic system comprising:
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