JP4230814B2 - 異常診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時系列的なシーケンス制御信号に基づいた動作を行なう対象機械の正常、異常を診断する異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機械設備の異常診断手法として、正常稼動しているときのそれらから発生する音響・振動信号をスペクトル解析しておき、その後の、それらから発生する音響・振動信号をスペクトル解析し、そのスペクトル中に、正常時には見られない特定の周波数成分のピークが存在するか否か、あるいはピークの組み合わせが正常時のそれと異なっているか否かなどにより異常の検出を行なう診断手法が知られている。
【０００３】
また、機械設備が正常稼動しているときの、それらから発生する音響・振動信号に基づいて逆フィルタを作成しておき、その後、それらから発生する音響・振動信号に定期的に作用させることで残差信号を求め、この残差信号を解析することによって、これら機械設備の異常を検出する提案もなされている。
【０００４】
そのような提案の中には、設備機械で行われる一連の動作について、この一連の動作を構成する複数の動作ごとに逆フィルタを作成し、それら複数の動作それぞれに応じて発生する音響・振動信号に対し、対応する逆フィルタを作用させ、得られた残差信号を解析することで機械設備の異常検出を行なうものがある（特許文献１参照。）。
【０００５】
この提案では、この一連の動作を構成する複数の動作それぞれの開始を指示する各タイミング信号に応じて作成した各逆フィルタを、その後の、この各タイミング信号に応じてこの機械設備から発生する各音響・振動信号に対して作用させていることから、この一連の動作全体について１つの逆フィルタしか作成しなかった場合と比べ、異常の有無の検出精度を格段に向上させることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２６８７２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記提案では、上記複数の動作それぞれの開始を指示するタイミング信号に応じて逆フィルタを作成するとの記述に留まっており、これでは、このタイミング信号についての逆フィルタの作成の仕方によっては、異常検出の精度をむざむざ低下させてしまうおそれも出てくる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、診断対象である機械設備に発生する異常の有無の検出精度の維持についての工夫がされた異常診断装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の異常診断装置は、
時系列的なシーケンス制御信号に基づいた動作を行なう対象機械の正常、異常を診断する異常診断装置において、
上記シーケンス制御信号をモニタする制御モニタ部と、
複数の時間窓それぞれの開始時刻および終了時刻を、上記シーケンス制御信号に関連づけて操作に応じて設定する時間窓設定部と、
上記時間窓設定部で設定された時間窓を記憶しておく時間窓記憶部と、
上記対象機械から得られる、所定の物理量を担持する時系列信号を取得する信号取得部と、
上記信号取得部で取得された時系列信号を上記時間窓記憶部に記憶された各時間窓で切り出し各時間窓内の各時系列信号に基づいて各基準情報を求める基準演算部と、
上記基準演算部で求められた各基準情報を上記各時間窓に対応づけて記憶しておく基準記憶部と、
上記基準演算部で各基準情報を求めた後において上記信号取得部で取得した時系列信号を上記時間窓記憶部に記憶された各時間窓で切り出し、各時間窓内の各時系列信号と、上記基準記憶部にこの各時間窓に対応づけて記憶された各基準情報とに基づいて、この各時間窓で切り出した各時系列信号に異常が存在するか否かを判定する異常有無判定部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の異常診断装置では、上記時系列信号から基準情報の基となる信号部分を切り出すための時間窓の設定をシーケンス制御信号に関連づけて自由に行なうことができる。これにより、例えば、診断しようとする信号部分の特徴に合わせて、時間窓の開始時刻および終了時刻を、関連するシーケンス制御信号ごとに異ならせて設定することができる。したがって、このように設定された時間窓によれば、異常の発生が表れやすい信号部分を的確に切り出すことができるため、このような時間窓によって切り出された信号部分に基づいて作成された基準情報による異常の有無の検出が行なわれることで、検出精度を高レベルに維持することができる。
【００１１】
ここで、上記時間窓設定部は、上記シーケンス制御信号に関連づけた、上記異常有無判定部による異常判定動作を禁止するための異常判定禁止時間窓の開始時刻および終了時刻の、操作に応じた設定が自在なものであり、
上記異常有無判定部は、上記異常判定禁止時間窓内では、異常判定が禁止されるものであることが好ましい。
【００１２】
このようにすると、例えば、所定の音響・振動信号が、不定期に出力される所定のシーケンス信号によるものであるために基準情報の基となる正常時の時系列信号には含まれておらず、診断対象の時系列信号の方に含まれていた場合であっても、異常であるとの判定を下さずに済ますことができる。
【００１３】
また、上記基準演算部は、上記信号取得部で取得され上記各時間窓で切り出された各時間系列信号に基づいて各逆フィルタを求める演算を含む演算により、上記各基準情報を求めるものであり、
上記異常有無判定部は、上記基準演算部により上記各基準情報が求められた後における、上記信号取得部で取得された上記各時間窓で切り出された各時系列信号にこの各時間窓に対応する各逆フィルタを作用させることにより、各残差信号を求める演算を含む演算を行ない、この演算の結果に基づいて、上記各時間窓で切り出した各時系列信号に異常が存在するか否かを判定するものであることも好ましい態様である。
【００１４】
ここで、上記の「逆フィルタを求める演算を含む演算」は、逆フィルタを求める演算のみで構成されている場合を含む概念であり、その場合は、逆フィルタを上記の基準情報とすることができる。また、「逆フィルタを求める演算を含む演算」は、逆フィルタを求める演算が含まれていればよく、複数の基準情報作成用の時系列信号のうちの例えば１つの時系列信号に基づいて逆フィルタを作成し、その逆フィルタを他の複数の時系列信号に作用させて複数の統計的変量を求める演算であってもよい、その場合は、そのようにして求めた複数の統計的変量が基準情報となり得る。また、上記の「逆フィルタを作用させることにより残差信号を求める演算を含む演算」も上記と同様であり、残差信号を求める演算のみで構成されていてもよく、あるいは、その残差信号のパワーの移動平均値を求めるなど、その残差信号を演算して異常の有無を判定するのに都合のよいデータを求める演算や、あるいは、複数の診断用の時系列信号に逆フィルタを作用させて複数の残差信号を求め、それら複数の残差信号に基づいて複数の統計的変量を求める演算であってもよい。逆フィルタを用いると信号上から定常的な騒音を消し去ることができ、診断対象機械の異常の有無を一層高精度に判定することができる。
【００１５】
さらに、上記基準演算部は、上記信号取得部で取得され上記各時間窓で切り出された各時系列信号に基づいて各逆フィルタを求めると共にこの各逆フィルタを、この各逆フィルタを求める基礎になったこの各時系列信号自身に作用させて各残差信号を求め、この各残差信号のレベルをユーザに向けて知らせる逆フィルタ精度情報通知手段を有するものであってもよい。
【００１６】
このようにすると、作成した逆フィルタの性能を確認することができるので便利である。
【００１７】
ここで、上記基準演算部は、上記信号取得部で取得され上記各時間窓で切り出された各時系列信号の各ピーク値を、上記各基準情報として求めるものであり、上記異常有無判定部は、上記基準演算部により上記各基準情報が求められた後における、上記信号取得部で取得された上記各時間窓で切り出された各時系列信号の各ピーク値を求め、この各ピーク値と、上記基準演算部で求められた対応する各ピーク値との比較を行ない、この比較の結果に基づいて上記各時間窓で切り出した各時系列信号に異常が存在するか否かを判定するものであってもよい。
【００１８】
また、上記基準演算部は、上記信号取得部で取得された上記下記時間窓で切り出された各時間系列信号の各固有振動数を、上記各基準情報として求めるものであり、
上記異常有無判定部は、上記基準演算部により上記各基準情報が求められた後における、上記信号取得部で取得された上記各時間窓で切り出された各時系列信号の各固有振動数を求め、この各固有振動数と、上記基準演算部で求められた対応する各固有振動数との比較を行ない、この比較の結果に基づいて上記各時間窓で切り出した各時系列信号に異常が存在するか否かを判定するものであってもよい。
ここで、上記目的を達成するための本発明の異常診断プログラムは、
プログラムを実行する情報処理装置内で実行され、この情報処理装置を、時系列的なシーケンス制御信号に基づいた動作を行なう対象機械の正常、異常を診断する異常診断装置として動作させる異常診断プログラムにおいて、
上記情報処理装置を、
上記シーケンス制御信号をモニタする制御モニタ部と、
複数の時間窓それぞれの開始時刻および終了時刻を、上記シーケンス制御信号に関連づけて操作に応じて設定する時間窓設定部と、
上記対象機械から得られる、所定の物理量を担持する時系列信号を取得する信号取得部と、
上記信号取得部で取得された時系列信号を上記時間窓設定部で設定された各時間窓で切り出し各時間窓内の各時系列信号に基づいて各基準情報を求める基準演算部と、
上記基準演算部で各基準情報を求めた後において上記信号取得部で取得した時系列信号を上記時間窓設定部で設定された各時間窓で切り出し、各時間窓内の各時系列信号と、この各時間窓に対応づけられた上記各基準情報とに基づいて、この各時間窓で切り出した各時系列信号に異常が存在するか否かを判定する異常有無判定部とを備えた異常診断装置として動作させることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の異常診断装置の一実施形態を含む異常診断システムの概念図である。
【００２０】
図１に示される異常診断システム１は、ベルトコンベア１５によって運ばれてくる半製品に対し所定の加工を施す４ヶの工作機械から発生する音響を、これら工作機械ごとに配置された４ヶのマイクロホンで音響信号としてそれぞれ検出し、検出した音響信号を分析して各工作機械に異常が発生していないかを診断するシステムである。
【００２１】
図１には、診断対象である４ヶの工作機械１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、これら４ヶの工作機械それぞれに対し動作を指示するシーケンス信号を出力する４ヶのシーケンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと、これら工作機械から発生する音響を信号で検出する４ヶのマイクロフォン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと、本発明の異常診断装置の一実施形態である、４ヶのマイクロホンそれぞれで検出された音響信号を取得すると共に後述するリレー１２からタイミング信号を取得する異常診断装置１４と、診断対象の工作機械に対応するシーケンサのシーケンス信号と同期するタイミング信号を異常診断装置１４に伝達するリレー１２とが示されている。、
図２は、本発明の異常診断装置の一実施形態として動作する診断用コンピュータの外観斜視図である。本発明の一実施形態としての異常診断装置１４は、この診断用コンピュータ１００のハードウェアとその内部で実行されるソフトウェアとの組合せにより実現されている。
【００２２】
この診断用コンピュータ１００は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ、磁気ディスク等を内蔵した本体１０１、本体からの指示によりその表示画面１０２ａ上に画面表示を行なうＣＲＴ１０２、この診断用コンピュータ内に、オペレータの指示や文字情報を入力するためのキーボード１０３、表示画面上の任意の位置を指定することによりその位置に表示されているアイコン等に応じた指示を入力するマウス１０４を備えている。
【００２３】
本体１０１には、ＣＤ−ＲＯＭ１０５が取り出し自在に装填される際に使用されるＣＤ−ＲＯＭ装填口１０５ａも備えられている。
【００２４】
ここでは、ＣＤ−ＲＯＭ１０５に、異常診断プログラムが記憶されており、そのＣＤ−ＲＯＭ１０５が本体１０１内に装填され、ＣＤ−ＲＯＭドライブによりそのＣＤ−ＲＯＭ１０５に記憶された異常診断プログラムがその診断用コンピュータ１００の磁気ディスク内にインストールされる。診断用コンピュータ１００の磁気ディスク内にインストールされた異常診断プログラムが起動されると、この診断用コンピュータ１００は、本発明の異常診断装置の一実施形態として動作する。
【００２５】
図３は、図２に示す診断用コンピュータのハードウェア構成図である。
【００２６】
図３には、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１０７、磁気ディスクコントローラ１１６、磁気ディスク１０６、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１１５、マウスコントローラ１１４、キーボードコントローラ１１３、ディスプレイコントローラ１１２が示されており、それらはバス１１０で相互に接続されている。
【００２７】
また、図３には、詳しくは後述する、ＣＰＵ１１１に接続されたイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）用のＨｕｂ（ハブ）１４４、Ｈｕｂ１４４を介してＣＰＵ１１１に接続されたＡ／Ｄ変換ユニット１４１、および、ＰｒｏｇｒａｍａｂｌｅＬｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（以下、これをＰＬＣと称呼する）１４３も示されており、Ａ／Ｄ変換ユニット１４１には、４ヶのマイクロホンが接続され、ＰＬＣ１４３には、リレー１２が接続されている。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１１５は、ＣＤ−ＲＯＭ１０５が装填され、装填されたＣＤ−ＲＯＭ１０５をアクセスするものである。
【００２８】
図４は、異常診断装置の内部構成図である。
【００２９】
図４には、４ヶのマイクロホンで得られるアナログ音響信号を受信し、これらアナログ音響信号の中から選択的に読み込んだアナログ音響信号をデジタル音響信号に変換するＡ／Ｄ変換ユニット１４１、この装置全体を制御するＣＰＵ１１１、リレー１２と接続されたＰＬＣ１４３、および、これらをイーサネットで結ぶためのＨｕｂ１４４が示されている。
【００３０】
図１に示すように、これら工作機械の上方には、音響を音響信号として検出するためのセンサとしてマイクロホン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが配備されており、Ａ／Ｄ変換ユニット１４１は、指定したマイクロホンによって得られている音響信号の読み込みを、詳しくは後述するが、リレー１２からの読込指示タイミング信号を受けて所定時間行なう。また、Ａ／Ｄ変換ユニット１４１には、４ヶのマイクロホンが接続される第１チャネル１４１ａから第４チャネル１４１ｄまでの４つのチャネルが備えられている。ＰＬＣ１４３は、各シーケンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが各工作機械１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに出力するシーケンス信号と同期したタイミング信号をリレー１２を通じてモニタしている。
【００３１】
この異常診断装置１４では、複数の工作機械それぞれが正常稼動している場合の、各工作機械における一連の動作によって生じた音響信号から、この一連の動作を構成する複数の動作を指示する各タイミング信号の出力タイミングを基点とする時間指定によって設定された複数の時間窓によって信号を切り出し、これら切り出した信号に基づいてそれぞれの工作機械について逆フィルタを作成する。逆フィルタは、逆フィルタの基となる信号を切り出した時間窓および工作機械と対応付けられて記憶される。
【００３２】
この異常診断装置１４における異常の検出は、別時点で、逆フィルタを作成したときと同じ一連の動作によって得られた音響信号から、時間窓によって切り出される信号に対し、その時間窓に対応して記憶されている逆フィルタを作用させ、その結果得られる残差信号を解析することで行なわれる。
【００３３】
また、この異常診断装置１４では、各時間窓で切り出された正常稼動時の信号の固有振動数、その固有振動数のレベル、ピークのタイミング、そのピークのレベルについても解析されて時間窓に対応付けられて記憶されており、記憶されているこれらと、別時点において診断用の音響信号から同じ時間窓によって切り出されるこれらとの差異の検出も行なわれ、異常発生の有無の判定材料となっている。
【００３４】
図５は、本発明の一実施形態としての異常診断プログラムの構成を示す図である。
【００３５】
ここでは、この異常診断プログラム２００は、ＣＤ−ＲＯＭ１０５に記憶されており、この異常診断プログラム２００は、制御モニタ部２１０、時間窓設定部２２０、信号取得部２３０、基準演算部２４０、および異常有無判定部２５０で構成されている。この異常診断プログラム２００を構成する各部２１０〜２５０の作用については後述する。
【００３６】
図６は、図３に示す診断用コンピュータに図５に示す異常診断プログラムがインストールされて実行されることにより実現された、本発明の異常診断装置の一実施形態の機能ブロック図である。
【００３７】
図６に示す異常診断装置３００は、制御モニタ部３１０、時間窓設定部３２０、信号取得部３３０、基準演算部３４０、異常有無判定部３５０、時間窓記憶部３６０、および基準記憶部３７０で構成されている。
【００３８】
ここで、この図５に示す異常診断装置３００を構成する各部３１０〜３７０のうち、時間窓記憶部３６０および基準記憶部３７０を除く制御モニタ部３１０、時間窓設定部３２０、信号取得部３３０、基準演算部３４０、異常有無判定部３５０は、図５にそれぞれ同一の名称で示されている、異常診断プログラム２００を構成する各要素に対応する要素であるが、図６に示す異常診断装置３００を構成する、制御モニタ部３１０、時間窓設定部３２０、信号取得部３３０、基準演算部３４０、異常有無判定部３５０は、ハードウェアとソフトウェアとの複合を指しており、図５に示す異常診断プログラム２００を構成する制御モニタ部２１０、時間窓設定部２２０、信号取得部２３０、基準演算部２４０、異常有無判定部２５０は、アプリケーションプログラムとしての異常診断プログラム２００の各プログラム部品を表わしている。尚、図６の異常診断装置３００を構成する時間窓記憶部３６０および基準記憶部３７０は、図３に示すコンピュータの磁気ディスク１０６により構成されるものであるため、図５の異常診断プログラム２００には含まれていない。
【００３９】
以下、図６に示す異常診断装置３００の各要素について説明することで、図５に示す異常診断プログラム２００の各要素についても同時に説明する。
【００４０】
制御モニタ部３１０は、図１に示す異常診断システムのシーケンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄから、診断対象である工作機械１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの制御状況を表わす前述したタイミング信号の中からＣＰＵ１１１によっつて指定されたシーケンサからのシーケンス制御信号に同期したタイミング信号をモニタする役割りを担っている。この制御モニタ部３１０は、ハードウェア上は、図４に示す、主としてＰＬＣ１４３がこれに相当する。
【００４１】
時間窓設定部３２０は、図４における説明において述べたように、工作機械が行なう一連の動作を構成する複数の動作それぞれの実行を指示する各タイミング信号の出力タイミングを基点とする時間指定による時間窓の設定を行なう役割をなしており、ハードウェア上は、図４に示す、主としてキーボード１０３、マウス１０４などがこれに相当する。時間窓設定部３２０で設定された時間窓についての情報は、その時間窓の設定の基となったタイミング信号に対応付けられて時間窓記憶部３６０に記憶される。時間窓記憶部３６０は、磁気ディスク１０６等がこれに相当する。
【００４２】
信号取得部３３０は、図１に示すマイクロホンからの音響信号を選択的に読み込む役割りをなしており、ハードウェア上は、図４に示す、主としてＡ／Ｄ変換ユニット１４１がこれに相当する。尚、本実施形態のＡ／Ｄ変換ユニット１４１は、４ヶのマイクロホンで得られた複数の音響信号を４ヶのチャネルで受信しているが、Ａ／Ｄ変換ユニット内への信号の読み込みは、ＣＰＵ１１１から指定されたチャネルについて、リレー１２からの読込指示信号に応じて開始されるようになっている。
【００４３】
基準演算部３４０では、制御モニタ部３１０でモニタしているタイミング信号に同期して信号取得部３３０で読み込まれた正常な音響信号から、この制御モニタ部３１０で得られるタイミング信号に対応付けられて時間窓記憶部３６０に記憶されている時間窓によって切り出される信号について、逆フィルタの作成、固有振動数およびピークの解析を行なう。ハードウェア上は、主として、ＣＰＵ１１１等がこれに相当する。この基準演算部３４０で作成された逆フィルタなどの情報は、時間窓の情報に対応付けられて基準記憶部３７０に記憶される。この基準記憶部３７０は、磁気ディスク１０６等がこれに相当する。
【００４４】
異常有無判定部３５０は、制御モニタ３１０からの制御モニタ３１０がモニタするタイミング信号と、信号取得部３３０からのこのタイミング信号に応じて発生した診断用の音響信号とを受け取ると共に、さらに基準記憶部３７０からも、そのタイミング信号に対応付けられた時間窓と、この時間窓に対応付けられている逆フィルタなどの基準情報とを読み出し、受け取った音響信号から診断対象である信号を読み出した時間窓で切り出す。その後、この切り出した信号に逆フィルタを作用させると共に固有振動数およびピークの比較を行なって異常の有無の判定を行なう。ハードウェア上は、主として、ＣＰＵ１１１等がこれに相当する。
【００４５】
ここで、図７は、本発明の異常診断装置の一実施形態における初期画面を示す図である。
【００４６】
図７に示す異常診断装置１４の表示画面１０２ａには、図１に示す異常診断システム１が有する３つのモード、‘コンフィグレーション’、‘設定’、‘診断’のうちのいずれかを選択するために画面表示されるアイコンが示されている。
【００４７】
‘コンフィグレーション’モードでは、ハード設定、診断対象の巡回パターンの設定、診断のインターバルの設定が行なわれる。
【００４８】
‘設定’モードでは、時間窓の設定、異常発生と判断する閾値の設定などが行なわれ、さらには、逆フィルタの作成、固有振動数の解析なども行なわれる。
【００４９】
‘診断’モードでは、‘コンフィグレーション’モードおよび‘設定’モードにおいて設定された条件に基づく診断が行なわれる。
【００５０】
ここで、‘コンフィグレーション’モードについて説明する。
【００５１】
図８は、図７に示されるアイコン‘コンフィグレーション’をクリックした場合の画面表示を示す図である。
【００５２】
図８には、上から順に、‘ハード設定’、‘診断対象選択パターン’、および‘診断インターバル’の各項目が示されており、項目‘ハード設定’では、図４に示すＡ/Ｄ変換ユニット１４１に設けられている第１チャネル１４１ａから第４チャネル１４１ｄまでの４つのチャネルそれぞれに接続されているマイクロホンによって音響信号が受信されている工作機械の名称と、この工作機械の動作を制御するシーケンサのＩＤとがチャネル番号に対応付けられる。
【００５３】
項目‘診断対象選択パターン’では、デフォルトである‘全体巡回’、あるいはチャネル番号を指定することで実行される‘特定巡回’のうちのいずれかの選択がラジオスイッチのクリックによって行なわれる。‘特定巡回’では、特定のチャネル番号を指定することによって、その指定されたチャネル番号に対応する工作機械だけの診断を行なうことができる。
【００５４】
項目‘診断インターバル’では、診断用の音響信号の読み込みについての時間間隔の設定が行なわれ、デフォルトである‘ＸＸＸ’ｓｅｃ、あるいは、‘時間指定’のうちのいずれかの選択がラジオスイッチのクリックによって行なわれる。図８に示されるアイコン‘変更’は、一旦設定した内容を変更する際に使用され、アイコン‘登録’は、設定内容を確定するために使用される。また最下段に示されるアイコン‘戻る’は、図７に示す初期画面に戻る際に使用される。
【００５５】
次に、‘設定’モードについて説明する。
【００５６】
図９は、図１に表示されるアイコン‘設定’をクリックすることで表示される画面表示を示す図である。
【００５７】
図９には、Ａ/Ｄ変換ユニット１４１における、音響信号の読み込み開始の合図であるリレー１２から発信された読込指示信号の受信から５．２秒間に読み込まれた音響信号が上段に示されている。この音響信号は、‘コンフィグレーション’モードにおいて設備名称が設定された工作機械のうちの１つにおける一連の動作によって発生した音響から検出されたものである。さらに、図９の中段には‘１’から‘１６’までの時間窓設定ボタン、下段には、図示の煩雑さを避けるため、読み込みを指示したリレー１２からの読込指示信号のステータス変化以外についてのここでの図示は省略するが、この上段に示される音響信号の基となった、この工作機械に出されたシーケンサ信号と同期したタイミング信号のステータス変化が示される。尚、この異常診断装置１４では、サンプリング周波数が５０ｋＨｚの場合に１０秒間の音響信号の読み込みが可能となっており、下段のグラフの横軸には、読込指示信号がＡ／Ｄ変換ユニットで受信された時点からの経過時間を示す数字が示されており、読込指示信号が、７．５ｓｅｃ間アサート状態にあったことが示されている。
【００５８】
図１０は、図２に示す１から１６の時間窓設定ボタンのうちのボタン‘１’がクリックされたことで設定用ウインドウが開かれた様子を示す図である。
【００５９】
図１０に示すウインドウには、設定メニューが表示されており、この設定メニューは、上段に示されている音響信号波形のうちのどの部分を診断の対象とするかを決定する項目‘時間窓設定’と、項目‘時間窓設定’で設定された範囲についての診断方法を選択する項目‘診断方法’とで構成されている。
【００６０】
ここで、項目‘時間窓設定’では、時間窓の範囲設定が行なわれ、ここには、複数あるタイミング信号のうちの１つのタイミング信号のステータス変化を表わす‘ステータス１’の１回目の立ち上りを基点として１００ｍｓeｃ遡った時点を時間窓の開始時刻とし、‘ステータス１’の１回目の立ち上りから３００ｍｓeｃ経過した時点をこの時間窓の終了時刻とする時間窓の設定が行なわれている様子が示されている。
【００６１】
また、ここには、‘測定無効同期信号’として‘ステータス１３’および‘ステータス１５’が指定されている様子が示されているが、診断用の音響信号の読み込みの際に、これら２つのステータスで表わされるタイミング信号のうち１つでもアサートされていた場合には、当該時間窓における異常検出は中止される。これは、所定の音響信号が、不定期に出力される所定のシーケンス信号によるものであるために逆ファイルなどの基準情報の基となる正常時の音響信号には含まれておらず、診断対象の音響信号の方に含まれていた場合に、正常であるにもかかわらず異常であるとの判定を下してまうのを防止するためである。
【００６２】
さらに、ここには、アイコン‘初期解析’、‘設定終了’、および‘確定’も示されているが、これらについては後述する。
【００６３】
項目‘時間窓設定’の下方に示される項目‘診断方法’には、項目‘時間窓設定’において設定した時間窓によって切り出される診断対象の音響信号に対する診断方法である、‘逆フィルタ’、‘固有振動数’、および‘波高’が示されており、診断方法の選択は、診断方法名の左横に設けられたチェックボックスに対するクリックによって行なわれる。
【００６４】
図１０に示される診断方法‘逆フィルタ’の下方には、上から順に、フィルタ係数次数を指定するための入力欄‘フィルタ係数次数’、作成された逆フィルタが作用した結果が表示される表示欄‘現在’、この表示欄‘現在’の下方には、表示欄‘現在’に示される値の評価基準となる閾値の入力が行われる入力欄‘注意’および‘警告’が示されており、ここには、逆フィルタを作用させた結果について‘注意’あるいは‘警告’と判断するための基準となる閾値が入力される。これら入力欄‘注意’および‘警告’の右側には、結果が‘注意’あるいは‘警告’に該当した場合に表示する診断メッセージを指定するコード番号が入力される入力欄‘Ａｌｍ’が示されている。
【００６５】
診断方法‘固有振動数’の下方には、上から順に、正常時の音響信号のうちの、項目‘時間窓設定’において設定した時間窓によって切り出された信号部分についての固有振動数のレベルを１００とした場合の、診断用の音響信号の、この時間窓によって切り出される信号部分の固有振動数のレベルが１００に対する割合で示される表示欄‘現在’が示されており、この下方には、この表示欄‘現在’に示される値の評価についての基準の設定が行なわれる入力欄‘注意’および‘警告’が示されており、これらの説明は、診断方法‘逆フィルタ’においてした説明と同じとなるので省略する。さらに、これらの下方には、正常時の音響信号のうちの、この時間窓によって切り出された信号部分における固有振動数と、診断用の音響信号のうちの、この時間窓によって切り出された信号部分の固有振動数とのずれが表示欄‘現在’に示され、この表示欄‘現在’の下方には、表示欄‘現在’に示される値の評価についての基準の設定が行われる入力欄‘注意’、‘警告’、および‘Ａｌｍ’が示されている。尚、これらの説明は、診断方法‘逆フィルタ’においてした説明と同じとなるので省略する。
【００６６】
診断方法‘波高’の下方には、上から順に、正常時の音響信号のうちの、上記時間窓によって切り出された信号部分におけるピークのレベルを１００とした場合の、診断用の音響信号の、この時間窓によって切り出される信号部分のピークのレベルが１００に対する割合で示される表示欄‘現在’が示されており、この下方には、この表示欄‘現在’に示される値の評価についての基準の設定が行われる入力欄‘注意’および‘警告’が示されており、これらの説明は、診断方法‘逆フィルタ’においてした説明と同じとなるので省略する。さらに、これらの下方には、正常時の音響信号のうちの、上記時間窓によって切り出された信号部分におけるピークが発生するタイミングと、診断用の音響信号のうちの、この時間窓によって切り出される信号部分のピークが発生するタイミングとのずれが表示欄‘現在’に示され、この表示欄‘現在’の下方には、この表示欄‘現在’に示される値の評価についての基準の設定が行われる入力欄‘注意’、‘警告’、および‘Ａｌｍ’が示されている。尚、これらの説明も、診断方法‘逆フィルタ’においてした説明と同じとなるので省略する。
【００６７】
ここで、項目‘時間窓設定’の右端に示されるアイコン‘初期解析’、‘設定終了’、および‘確定’について説明する。
【００６８】
アイコン‘設定終了’は、項目‘時間窓設定’および項目‘診断方法’における設定内容によって、逆ファイルの作成、固有振動数およびピークの検出など行なわせるために使用されるものであり、このアイコンのクリックにより、図１０の上段に示されるような、設定内容に応じた時間窓が画面表示される。
【００６９】
アイコン‘初期解析’は、このアイコン‘設定終了’のクリックによって作成された逆フィルタの性能検査のために使用されるものであり、このアイコン‘初期解析’をクリックすると、項目‘時間窓設定’で設定した時間窓について作成した逆フィルタを、この逆フィルタ作成の基となった信号部分に作用させることができる。これによる結果は、項目‘診断方法’の診断方法‘逆フィルタ’の表示欄‘現在’に表示される。
【００７０】
この異常診断装置１４では、このような時間窓の設定が１６ヶまで可能となっており、所定の設備名称で指定される１つの設備についての所望の数の時間窓設定が終了し、アイコン‘確定’がクリックされると、作成された逆フィルタなどの基準情報が、磁気ディスク１０６に記憶され、図１０の最下段に示されるアイコン‘変更’への操作を経ずしては変更できないようになる。さらには、図１０の最上段に示される設備名称が、診断対象として、‘コンフィグレーション’モードで設定されている次の設備名称に変化し、この設備名称に対応する工作機械の設定が可能となる。‘コンフィグレーション’モードにおいて登録されている設備全てについての設定が終了し、このモードを抜けると時には、図１０の最下段に示されるアイコン‘戻る’を選択することで、図７に示す画面表示に戻る。
【００７１】
次に、‘診断’モードにおいて行なわれる内容について説明する。
【００７２】
図１１は、図７に表示されるアイコン‘診断’をクリックすることで表示される画面表示を示す図である。
【００７３】
図１１には、‘コンフィグレーション’において設定された名称が付された設備機械のうちの１つの機械における一連の動作によって発生した、診断対象である音響信号波形と、すでに設定されている７つの時間窓が示されている。この音響信号波形は、‘コンフィグレーション’モードにおいて設定された巡回パターンに沿って決定された工作機械からの音響信号のうちの、診断用の音響信号の読み込み開始の合図である読込指示信号の受信から５．２秒間にＡ/Ｄ変換ユニット１４１において読み込まれた信号であり、この上方には、ここでの図示は省略されているが、‘コンフィグレーション’において設定された、この工作機械の設備名称も示される。図１１の下段には、ここでの図示は省略されているが、時間枠ごとに選択されている診断方法による診断結果と、その検査結果の根拠値とが表示される。これら表示は、‘コンフィグレーション’モードで設定された方法に沿って行なわれ、診断対象である設備が変化するごとに、図１１の最上段の設備名称もそれに応じて変化し、上段に表示される診断用の音響信号波形も該当する工作機械から読み取られたものが表示される。診断結果が異常有りと判定されると、その旨が欄‘診断結果’に表示されると共に診断は一旦停止される。その後、図１１の最下段に示されるアイコン‘継続’がクリックされると、診断はその後も続けられることとなり、アイコン‘戻る’がクリックされると、診断は中止され、図７に示す画面表示に戻る。
【００７４】
図１２は、本発明の診断装置の一実施形態において起動されるルーチンのフローチャートである。
【００７５】
図１２に示すステップＳ１では、図７に示すこの異常診断装置１の初期画面の表示が行なわれる。ステップＳ２では、初期画面に示されるアイコン‘コンフィグレーション’がクリックされたか否かが判定され、ステップＳ２において、アイコン‘コンフィグレーション’がクリックされたと判定されると、ステップＳ３に進み、現在画面上に表示されているメッセージがあればその消去が行なわれる。ステップＳ４では、サブルーチン‘コンフィグレーション’が実行され、このサブルーチンが実行された後、ステップＳ５において、‘コンフィグレーション’モードにおける設定が終了していることを意味するフラグがオンされる。このサブルーチン‘コンフィグレーション’については後述する。その後、ステップＳ２に戻る。
【００７６】
一方、ステップＳ２において、アイコン‘コンフィグレーション’がクリックされていないと判定されると、ステップＳ６に進み、アイコン‘設定’がクリックされたか否かが判定され、ステップＳ６において、アイコン‘設定’がクリックされていると判定されると、ステップＳ７に進み、サブルーチン‘設定’が実行される。このサブルーチン‘設定’については後述する。そのサブルーチン‘設定’が終了すると、ステップＳ２に戻る。
【００７７】
ステップＳ６において、アイコン‘設定’がクリックされていないと判定されると、ステップＳ８に進み、アイコン‘診断’がクリックされたか否かが判定され、ステップＳ８において、アイコン‘診断’がクリックされたと判定されると、ステップＳ９に進み、‘コンフィグレーション’モードにおける設定が終了しているか否かを表わすフラグがオンされているか否かが判定され、ステップＳ９において、フラグがオンされていると判定されると、ステップＳ１０に進み、サブルーチン‘診断’が実行される。サブルーチン‘診断’については後述する。その後、ステップＳ２に戻る。尚、ステップＳ９において、フラグがオンになっていないと判定されると、ステップＳ１１に進み、ステップ１１において、‘コンフィグレーション’モードにおける設定を指示するメッセージの表示が行なわれる。その後、ステップＳ２に戻る。
【００７８】
図１３は、サブルーチン‘コンフィグレーション’のフローチャートである。
【００７９】
図１３に示すステップＳ２１では、図８に示す登録画面の表示が行なわれ、その後、ステップＳ２２に進み、項目‘ハード設定’の登録が、図８に示すアイコン‘登録’がクリックされることで登録済みか否かが判定される。ステップＳ２２において、登録済みであると判定されると、ステップＳ２３に進み、アイコン‘変更’がクリックされているか否かが判定され、ステップＳ２３において、アイコン‘変更’がクリックされていないと判定されると、ステップＳ２４に進み、チャネル番号に対応付けられて、‘設備名称’および‘シーケンサＩＤ’が記憶される。その後、ステップＳ２５に進み、項目‘診断対象選択パターン’の内容の記憶が行なわれ、ここでは、デフォルトで‘全体巡回’が選択されているため、ラジオスイッチによる変更がなければそのままデフォルトが記憶される。ステップＳ２６では、項目‘診断インターバル’の内容の記憶が行なわれ、ここでは、デフォルトで‘ＸＸＸ’ｓｅｃが選択されているため、ラジオスイッチによる変更がなければそのままデフォルトが記憶される。その後、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、図８に示すアイコン‘戻る’がクリックされているか否かが判定され、ステップＳ２７において、アイコン‘戻る’がクリックされていると判定されると、このサブルーチンを抜けて、図１２に示すメインルーチンに戻る。尚、ステップＳ２２において、項目‘ハード設定’の登録がアイコン‘登録’のクリックによって未だなされていないと判定されるとステップＳ２２を繰り返し、ステップＳ２３において、アイコン‘変更’がクリックされていると判定されると、ステップＳ２８に進み、アイコン‘登録’のクリックによる登録状態の解除が行なわれ、その後、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２７において、アイコン‘戻る’がクリックされていないと判定されると、ステップＳ２２に戻る。
【００８０】
図１４は、サブルーチン‘設定’のフローチャートである。
【００８１】
図１４に示すステップＳ３１では、サブルーチン‘コンフィグレーション’で登録された工作機械の数の取得が行なわれ、その数がカウンタ（Ｋ）に格納される。ステップＳ３２では、カウンタ（Ｎ）に‘１’が格納される。ステップＳ３３では、第‘Ｎ’チャネルに対応して‘コンフィグレーション’モードで登録された工作機械からの正常時の音響信号とシーケンス制御信号の読み込みが行なわれる。第‘Ｎ’チャンネルの‘Ｎ’は、ステップＳ３２におけるカウンタ（Ｎ）に格納されるカウント値と同じ値となる。ステップＳ３４では、図９に示す設定画面が表示される。ステップＳ３５では、設定画面の中段に表示される時間窓番号がクリックされたか否かが判定され、ステップＳ３５において、窓番号が指定されたと判定されると、ステップＳ３６に進み、図１０に示す設定事項の入力が終了しアイコン‘設定終了’がクリックされたか否かが判定される。ステップＳ３６において、アイコン‘設定終了’がクリックされたと判定されると、ステップＳ３７に進み、設定された時間窓で切り出される各信号について、逆フィルタの演算、固有振動数の検出、検出した固有振動数のレベル検出、ピークを迎えたタイミングの検出、検出したピークのレベル検出が行われる。その後、ステップＳ３８に進み、図１０の上段に示されるように、設定された時間窓の表示が行われる。ステップＳ３９では、図１０に示すアイコン‘初期解析’がクリックされたか否かが判定され、ステップＳ３９において、アイコン‘初期解析’がクリックされていないと判定されると、ステップＳ４０に進み、図１０に示すアイコン‘確定’がクリックされたか否かが判定される。ステップＳ４０において、アイコン‘確定’がクリックされたと判定されると、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４１では、時間窓で切り出された信号について演算あるいは検出して得た、逆フィルタ、固有振動数、検出した固有振動数のレベル、ピークを迎えたタイミング、検出したピークのレベルが時間窓番号と対応付けられて記憶される。その後、ステップＳ４２に進み、チャネルを指定するカウンタ（Ｎ）のカウント値と、診断対象である工作機械の総数が記憶されているカウンタ（Ｋ）のカウント値とが等しいか否かが判定され、ステップＳ４２において、等しいと判定されると、すなわち、‘コンフィグレーション’モードで登録された全ての工作機械について逆フィルタなどの作成が完了したと判定されると、ステップＳ４３に進み、図１０の最下段に示されるアイコン‘戻る’がクリックされたか否かが判定される。ステップＳ４３において、アイコン‘戻る’がクリックされたと判定されると、このサブルーチンを抜けて図１２に示すメインルーチンに戻る。尚、ステップＳ３５において、窓番号が指定されていないと判定されると、ステップＳ３５を繰り返し、ステップＳ３６において、アイコン‘設定終了’がクリックされていないと判定されると、ステップＳ３６を繰り返す。また、ステップＳ３９において、アイコン‘初期解析’がクリックされていると判定されると、ステップＳ４４に進み、作成された逆フィルタの基となった信号に逆フィルタを作用させる。ステップＳ４５では、この初期解析の結果の表示が、図１０の‘逆フィルタ’の表示欄‘現在’において行なわれる。その後、ステップＳ４０に進む。また、ステップＳ４０において、アイコン‘確定’がクリックされていないと判定されると、ステップＳ３６に戻る。ステップＳ４２において、カウンタ（Ｎ）のカウント値が、カウンタ（Ｋ）のカウント値と等しくないと判定されると、ステップＳ４６に進み、カウンタ（Ｎ）について１の加算が行われ、ステップＳ３３に戻る。ステップＳ４３において、アイコン‘戻る’がクリックされていないと判定されると、逆フィルタなどの作成が完了していない工作機械が残っているとして、ステップＳ４７に進み、アイコン‘変更’がクリックされているか否かが判定され、ステップＳ４７において、アイコン‘変更’がクリックされていないと判定されると、ステップＳ４３に戻り、ステップＳ４７において、アイコン‘変更’がクリックされていると判定されると、ステップＳ３２に戻る。
【００８２】
図１５は、サブルーチン‘診断’のフローチャートである。
【００８３】
図１５に示すステップＳ５１では、図１１に示す画面の表示が行われ、ステップＳ５２では、カウンタ（Ｌ）に‘１’が格納され、ステップＳ５３において、カウンタ（Ｍ）に‘１’が格納される。その後、ステップＳ５４に進み、‘コンフィグレーション’モードにおいて設定された、カウンタ（Ｌ）に格納されている数と同じ番号のチャネルに対応して登録されている工作機械からの診断用の音響信号の読み込みを行う。ステップＳ５５では、カウンタ（Ｍ）に格納されている数と同じ番号の時間窓で切り出された診断用の音響信号に対する逆フィルタの作用と波形比較などが行われる。ステップＳ５６では、時間窓毎に指定されている診断方法についての診断結果を図１１に示す所定の表示位置上に表示する。その後、ステップＳ５７に進み、診断の結果異常が検出されたか否かが判定され、ステップＳ５７において異常は検出されていないと判定されると、ステップＳ５８に進み、図１１の最下段に示されているアイコン‘戻る’が操作されているか否かが判定される。ステップＳ５８において、アイコン‘戻る’が操作されていると判定されると、このサブルーチンを抜けて、図１２に示すメインルーチンに戻る。尚、ステップＳ５８において、アイコン‘戻る’が操作されていないと判定されると、ステップＳ５９に進み、カウンタ（Ｌ）に格納されている数と同じ番号のチャネルに対応する工作機械について設定されているすべての時間窓についての診断が終了したか否かが判定され、ステップＳ５９において、未だ、設定されている全ての時間窓による診断が終了していないと判定されると、ステップＳ６０に進み、カウンタ（Ｍ）の１の加算が行われ、その後、ステップＳ５５に進む。ステップＳ５９において、カウンタ（Ｌ）に記憶されている数と同じ番号の工作機械について設定されているすべての窓による診断が終了したと判定されると、ステップＳ６１に進み、カウンタ（Ｌ）に記憶されている数が‘コンフィグレーション’で設定された機械設備の総数と同じであるか否かが判定され、ステップＳ６１において、同じでないと判定されると、ステップＳ６２に進み、カウンタ（Ｌ）の１の加算が行われる。その後、ステップＳ５３に戻り、‘コンフィグレーション’モードにおいて設定されている、新たな第‘Ｌ’チャネルに対応する工作機械についての診断が行なわれる。一方、ステップＳ６１において、同じであると判定されると、ステップＳ５２に戻り、‘コンフィグレーション’モードにおいて設定されている工作機械についての診断が一巡したとしてまた最初から診断を開始する。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態の異常診断装置１４では、診断しようとする信号部分の特徴に合わせて、時間窓の開始時刻および終了時刻を、関連するタイミング信号ごとに異ならせて設定することができる。したがって、このように設定された時間窓によれば、異常の発生が表れやすい信号部分を的確に切り出すことができるため、このような時間窓によって切り出された信号部分に基づいて作成された逆フィルタなどの基準情報による異常の有無の検出が行なわれることで、検出精度を高レベルに維持することができる。
【００８５】
尚、以上に説明した実施形態では、工作機械から発生する音響を信号として検出した場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、設備機械からの振動を信号として検出し、それを利用するものであってもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の異常診断装置によれば、診断対象である機械設備に発生する異常の有無を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異常診断装置の一実施形態を含む異常診断システムの概念図である。
【図２】本発明の異常診断装置の一実施形態として動作する診断用コンピュータの外観斜視図である。
【図３】図２に示す診断用コンピュータのハードウェア構成図である。
【図４】異常診断装置の内部構成図である。
【図５】本発明の一実施形態としての異常診断プログラムの構成を示す図である。
【図６】図３に示す診断用コンピュータに図５に示す異常診断プログラムがインストールされて実行されることにより実現された、本発明の異常診断装置の一実施形態の機能ブロック図である。
【図７】本発明の異常診断装置の一実施形態における初期画面を示す図である。
【図８】図１の表示画面に示されるアイコン‘コンフィグレーション’をクリックした場合の画面表示を示す図である。
【図９】図１に表示されるアイコン‘設定’をクリックすることで表示される画面表示を示す図である。
【図１０】図２に示す１から１６の時間窓設定ボタンのうちのボタン‘１’がクリックされたことで設定用ウインドウが開かれた様子を示す図である。
【図１１】図７に表示されるアイコン‘診断’をクリックすることで表示される画面表示を示す図である。
【図１２】本発明の診断装置の一実施形態において起動されるルーチンのフローチャートである。
【図１３】サブルーチン‘コンフィグレーション’のフローチャートである。
【図１４】サブルーチン‘設定’のフローチャートである。
【図１５】サブルーチン‘診断’のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 異常診断システム
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 工作機械
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ シーケンサ
１２ リレー
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ マイクロフォン
１４ 異常診断装置
１５ ベルトコンベア
１００ 診断用コンピュータ
１０１ 本体
１０２ ＣＲＴ
１０２ａ 表示画面
１０３ キーボード
１０４ マウス
１０５ ＣＤ−ＲＯＭ
１０５ａ ＣＤ−ＲＯＭ装填口
１０６ 磁気ディスク
１０７ ＲＡＭ
１１０ バス
１１１ ＣＰＵ
１１２ ディスプレイコントローラ
１１３ キーボードコントローラ
１１４ マウスコントローラ
１１５ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
１１６ 磁気ディスクコントローラ
１４１ Ａ／Ｄ変換ユニット
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ チャネル
１４３ ＰＬＣ
１４４ Ｈｕｂ
２００ 異常診断プログラム
２１０、３１０ 制御モニタ部
２２０、３２０ 時間窓設定部
２３０、３３０ 信号取得部
２４０、３４０ 基準演算部
２５０、３５０ 異常有無判定部
３６０ 時間窓記憶部
３７０ 基準記憶部

Claims (1)

1. 時系列的なシーケンス制御信号に基づいた動作を行なう対象機械の正常、異常を診断する異常診断装置において、
   前記シーケンス制御信号をモニタする制御モニタ部と、
   複数の時間窓それぞれの開始時刻および終了時刻を、前記シーケンス制御信号に関連づけて操作に応じて設定する時間窓設定部と、
   前記時間窓設定部で設定された時間窓を記憶しておく時間窓記憶部と、
   前記対象機械から得られる、所定の物理量を担持する時系列信号を取得する信号取得部と、
   前記信号取得部で取得された時系列信号を前記時間窓記憶部に記憶された各時間窓で切り出し、該各時間窓で切り出された各時間系列信号に基づいて各逆フィルタを求める演算を含む演算により各基準情報を求めるものであって、該各逆フィルタを、該各逆フィルタを求める基礎になった該各時系列信号自身に作用させて各残差信号を求め、該各残差信号のレベルをユーザに向けて知らせる逆フィルタ精度情報通知手段を有する基準演算部と、
   前記基準演算部で求められた各基準情報を前記各時間窓に対応づけて記憶しておく基準記憶部と、
   前記基準演算部により前記各基準情報が求められた後における、前記信号取得部で取得され前記各時間窓で切り出された各時系列信号に、該各時間窓に対応する前記各逆フィルタを作用させることにより各残差信号を求める演算を含む演算を行ない、該演算の結果に基づいて、該各時間窓で切り出した各時系列信号に異常が存在するか否かを判定する異常有無判定部とを備えたことを特徴とする異常診断装置。

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