JP5042164B2

JP5042164B2 - 装置の異常診断装置

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Publication number: JP5042164B2
Application number: JP2008215345A
Authority: JP
Inventors: 伸二小林; 成男石田
Original assignee: JFE Mechanical Co Ltd
Current assignee: JFE Denki Corp
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-08-25
Also published as: JP2010048758A

Description

この発明は、トランスファプレス機等の周期的な動作をする装置の異常の有無を診断する異常診断装置に関するものである。

プレス機等の間欠駆動をする装置の駆動状態が正常であるかどうかを把握する手法としてサーボモータ電流、軸受温度、潤滑油圧、軸変位等のデータを運転中にオンラインで監視して、これらのデータをユーザが設定した基準値とを比較することにより、各駆動装置の異常判定を行う手法が一般的であった。
しかしながら、監視しているサーボモータ電流、軸受温度、潤滑油圧、軸変位等の運転中データは、装置に損傷等の異常が発生した場合にこれらの値が増加するが、これはあくまでも損傷の程度がある程度大きな場合に限られるため、異常の検知精度や異常原因特定精度という観点からは、好ましいとは言えない。

これに対して振動データでは異常に対する検知感度が敏感であり、予兆の段階から異常兆候を捉えることができる。そこで、上記以外の診断装置として、振動データをオンラインで収集し、該振動データに基づいて装置の異常を判断するものが知られている。
このような振動データに基づく診断は、一般的には一定速度で比較的高速回転の装置を対象としている。
これは、プレス機のような間欠駆動する装置は常時駆動しているわけではないので駆動のタイミングに合わせてデータ収集する必要があり、また駆動に加減速を伴うために一定速度で駆動している装置に対する振動診断手法をそのまま利用することができない等の理由により、プレス機のような間欠駆動する装置は振動データに基づく診断には適していないと思われていたからである。

ところが、最近、波形の変化傾向を検出することによって運転中に加減速を伴う場合でも異常の有無の検出を可能とした工作機械の異常診断装置に関する提案が特許文献１においてなされている。
特許文献１に提案されたものは、工作機械の動きを反映した信号を検出する信号検出部と、信号検出部から出力された信号のうち工作機械の運転中における特定期間の信号を対象信号として切り出す信号切出部と、対象信号の波形変化を数値化した評価値を求める評価値演算部と、工作機械の正常運転時における評価値を用いてあらかじめ設定した正常範囲と工作機械の運転時における評価値とを比較し運転時の評価値が正常範囲を逸脱しているときに工作機械の異常と判定する判定部とを備えることを特徴とする工作機械の異常検出装置である（特許文献１の請求項１参照）。
特許文献１においては、信号検出部の例として、工作機械の振動を検出する振動センサを用いることを提案している。
特許文献１に開示された異常検出装置の考え方は、工作機械が加減速を伴うために、異常検出に用いる振動データと工作機械の運転状況を関連付ける必要があるとして、振動データの中から工作機械が運転中に相当する特定期間の対象信号を切り出し、この対象信号について信号波形を評価しようとするものである。
特開２００８−８７０９３号公報（請求項１、請求項５参照）

確かに、特許文献１には工作機械のような運転中に加減速を伴う場合でも異常の有無の検出を可能としている。
しかし、特許文献１に記載のものは、加減速を伴う装置の動きにおける同じ動きの信号を検出対象とするために特定期間の信号を検出対象として切り出すというものであり、この特定期間について評価ができるのみである。
このため、例えば、特許文献１の技術を、トランスファプレス機に用いられるトランスファ装置のようにワークを搬送するビームの上昇と下降、行きと帰り、クランプとアンクランプなどのように、複数の一連の動きによって１サイクルを構成するような被駆動部（ビーム）を有する装置の駆動状況の診断に適用したとしても、１サイクル中の一つの動きにおける一部分のデータを用いて診断することになり、１サイクル中に存在する異常データを取りこぼすことも考えられ、信頼性の高い傾向管理が困難である。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、被駆動部が複数の一連の動きによって１サイクルを構成する動きをするような装置に対して、異常診断を的確に行なうことができ、また、異常原因分析を高い信頼性をもって行なうことができる診断装置を提供することを目的としている。

発明者は、トランスファプレス機に用いられるトランスファ装置のように被駆動部が複数の一連の動きによって１サイクルを構成する動きをするような装置に対しては、一連の１サイクル動き全体についての振動データを取得し、このデータ分析を行なうことでより適切な異常診断が可能であるとの知見を得、この知見に基づいて本発明を完成したものであり、具体的には以下の構成を備えている。

（１）本発明に係る異常診断装置は、被駆動部が複数の一連の動きによって１サイクルを構成するような動きをするトランスファ装置の異常診断装置であって、
前記装置に発生する振動を検出する振動センサと、前記１サイクルの動きを反映した信号を入力し、該入力信号をトリガとして前記振動センサによる振動データの収集を少なくとも１サイクル分行なうサンプリング制御手段と、収集されたデータと予め設定した基準値とを比較して前記駆動部の異常の有無を判定する判定手段とを備え、
該判定手段は、１サイクルの動きを反映した信号と、収集した振動データとに基づいて、異常がどの動作のときに発生しているかを判定する機能を備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、判定手段は、振動波形データについて予め設定した周波数分析及び相関分析を行い、この分析結果と、診断対象となる駆動部において想定される振動波形データに基づいて周波数分析、相関分析を行い予め作成された異常原因判定ロジックとに基づいて異常発生箇所や異常原因を特定する機能を有することを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）のいずれかに記載のものにおいて、振動データに基づく振動波形を表すグラフと、１サイクルの動きを表すグラフとを対比して表示する表示手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明においては、１サイクルの動きを反映した信号を入力し、該入力信号をトリガとして振動センサによる振動データの収集を少なくとも１サイクル分行ない、この１サイクル分の振動データに基づいて駆動部の異常診断を行なうようにしたので、１サイクル中に存在する異常データを取りこぼすことがなく、一連の１サイクル動き全体について適切な異常診断ができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の一実施の形態に係る異常検出装置の概要を示す図である。本実施の形態は、被駆動部が複数の一連の動きによって１サイクルを構成するような動きをする装置の一例としてトランスファ装置を備えたトランスファプレス機を例に挙げ、該プレス機の異常を検出する異常検出装置に関するものである。
まず、トランスファ装置を備えたトランスファプレス機の一例として特開２００７―９２２号公報に開示されたものを例に挙げ、その構成とその動きについて説明し、その後、異常検出装置について説明する。

＜トランスファ装置を備えたトランスファプレス機＞
図２、図３はトランスファプレス機１００の説明図であり、図２（ａ）が縦断面図であり、図２（ｂ）が金型の配列を拡大して示す図であり、図３は図２の横断平面図である。
図２、図３に示すトランスファプレス機１００は、昇降するラム１１とベース１２とに５組の上下金型Ｑ１〜Ｑ５が上流側から下流側へ並べて配列されており、上流側から下流側へ延びるトランスファ装置１の左右一対のビーム２によって、供給台１３に供給されるワークＷ０を順次下流側の金型Ｑ１〜Ｑ５に搬送され、順にワークＷ１〜Ｗ５として鍛造成形するというものである。

一対のビーム２には、各ワークＷ０〜Ｗ５の把持手段としての６対のフィンガ３が設けられており、最下流の上下金型Ｑ５で成形されたワークＷ５は、製品として排出台１４に排出される。鍛造成形された各ワークＷ１〜Ｗ５は、ノックアウトピンによって各下金型Ｑ１〜Ｑ５から浮かされたのち、一対のビーム２の各フィンガ３で把持されるようになっている。

トランスファ装置１は、図４に示すように、左右一対のビーム２をそれぞれ搬送方向、左右方向および上下方向へ移動させるように駆動するサーボモータ４ａ、４ｂ、４ｃを有し、これらの回転駆動力がそれぞれボールねじ５ａ、５ｂ、５ｃを介して、そのナット６ａ、６ｂ、６ｃの往復運動に変換され、各ビーム２に伝達される。

各ビーム２の両端部は、左右方向へ駆動する２台のサーボモータ４ｂにそれぞれ連結されたボールねじ５ｂのナット６ｂに支持されており、各ボールねじ５ｂは上流側と下流側の支持台７に取り付けられている。各支持台７は、上下方向へ駆動する２台のサーボモータ４ｃにそれぞれ連結されたボールねじ５ｃのナット６ｃに取り付けられた昇降台８上に設けられ、上流側の支持台７が、搬送方向へ駆動する１台のサーボモータ４ａに連結されたボールねじ５ａのナット６ａに連結されている。

各サーボモータ４ａ、４ｂ、４ｃは制御装置１０によって駆動され、一対のビーム２は、搬送方向、左右方向および上下方向へ１サイクルずつ間歇的に移動する。
図５、図６はこの一対のビーム２の動きを模式的に示すものである。図５、図６に基づいて一対のビーム２の動きを説明する。
一対のビーム２は、図６に示すように、搬送方向の中間の上昇位置で左右に開けられた待機状態（Ｐ１）から、左右方向へ接近するように移動して各ワークＷ０〜Ｗ５をフィンガ３で把持し（図６のＰ２）（図５のクランプ）、上昇し（図５のリフト）、つぎに搬送方向へ前進（図５のフィード）したのち（図６のＰ３）、下降し（図５のダウン）、左右方向へ離反して把持した各ワークＷ０〜Ｗ５をフィンガ３から開放し（図５のアンクランプ）（図６のＰ４）、後退する（図５のリターン）。これらの動きを繰り返すことにより、各ワークＷ０〜Ｗ５が一段ずつ下流側の各金型Ｑ１〜Ｑ５と排出台１４に順次搬送される。

次に上記のようなトランスファプレス機１００の異常の有無を診断する異常診断装置について説明する。
本実施の形態に係る異常診断装置２１は、図１に示すように、トランスファプレス機１００の所定の箇所に設置された振動センサ２３と、振動センサ２３の信号を入力して増幅等する信号入力ユニット２５と、入力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ユニット２７と、変換された信号を処理して異常の有無を診断する診断装置２８を備えている。
診断装置２８は、データ収集手段２９と、サンプリング制御手段３１と、判定手段３３と、グラフィック表示手段３５と、モニタ３７とを備えている。
以下、各構成をさらに詳細に説明する。

＜振動センサ＞
振動センサ２３は、振動を検出したい部位に取り付けられて、振動データを検出する。
本実施の形態においては、振動センサ２３は、昇降するラムのメタル軸受け部（図示なし）と、トランスファ装置１におけるフィード及びリターン動作を行なうボールネジ５ａが挿入されるナット６ａの部分、トランスファ装置１における一対のビーム２を動作させるボールネジ５ｂが挿入されるナット６ｂの部分にそれぞれ設置されている。
＜信号入力ユニット＞
信号入力ユニット２５は、各振動センサ２３からの信号を増幅してＡＤ変換ユニット２７に出力する。
＜ＡＤ変換ユニット＞
ＡＤ変換ユニット２７は、入力された信号をデジタル信号に変換して診断装置２８へ出力する。

＜診断装置＞
診断装置２８は、前述したように、データ収集手段２９と、サンプリング制御手段３１と、判定手段３３と、グラフィック表示手段３５と、モニタ３７とを備えており、各手段は以下の機能を有している。なお、各手段はＣＰＵがプログラムを実行することによって実現される。以下、診断装置２８を構成する各手段について詳細に説明する。

〔データ収集手段〕
データ収集手段２９は、ＡＤ変換ユニット２７から出力される信号を入力してデータを収集する。

〔サンプリング制御手段〕
サンプリング制御手段３１は、トランスファ装置１の動きを制御する制御装置の制御信号を入力して、この信号をトリガとしてデータ収集手段２９によるデータのサンプリング開始を指示する。また、サンプリング制御手段３１は、サンプリング開始後、予め定めた時間が経過したときにデータ収集手段２９によるデータ収集の終了を指示する。この予め定めた時間とは、例えばトランスファプレス機１００の１サイクルの動きに要する時間、例えば３．５秒である。
なお、サンプリング制御手段３１によるサンプリング終了の指示は、予め定めた時間に代えてトランスファ装置１において１サイクルの動きが終了した旨の制御信号を入力したときにするようにしてもよい。

〔判定手段〕
判定手段３３は、データ収集手段２９によって収集されたデータを入力して収集されたデータと予め設定した基準値とを比較してトランスファプレス機１００の異常の有無を判定する。
判定の方法としては、例えば以下のようにする。
まず、収集した波形データから以下に示すようなパラメータを算出する。
（１）振動速度ピーク値

（２）振動速度実効値

（３）振動速度スキューネス（歪み度）β₁
振動速度スキューネス（歪み度）β₁とは、振動波形がゼロ点を中心にしていかに非対称となっているかを示すパラメータである。
（４）振動速度クートシス（尖り度）β₂
振動速度クートシス（尖り度）β₂とは、振動波形がゼロ点を中心にしていかに尖っているかを示すパラメータである。

これらのパラメータに関して、１サイクル分のデータ全体について予め定めた閾値を超えるものがあるかどうかを判定し、超えるものがなければ異常なしと判定する。
１サイクル分のデータのいずれかに閾値を超えるものがあるときには、異常と判定し、次にそれがトランスファプレス機１００の１サイクルの中のどの動きのときに発生しているかを特定する。
どの動きのときであるかの特定は、振動データのサンプリング開始から閾値を超えるデータが収集されたタイミングと、このタイミングにおけるトランスファプレス機１００の動きを示すデータとを対比することによって特定する。これによって、その動作を行なっている駆動部が特定され、異常個所が特定される。

〔グラフィック表示手段〕
グラフィック表示手段３５は、データ収集手段２９によって収集された振動データとトランスファ装置１の動きを関連付けてグラフィック表示する。
具体例を挙げれば、振動データに基づく振動波形（加速度波形及び／又は速度波形）を時間軸と共に表示し、同じ時間軸でトランスファ装置１のビーム２の移動距離（フィード量）を線図で表示する。

＜動作説明＞
上記のように構成された本実施の形態に係る異常診断装置２１の動作を説明する。
診断装置２８のサンプリング制御手段３１は、トランスファ装置１の制御装置の制御信号を入力してトランスファ装置１の動きを監視する。トランスファ装置１の制御信号により、トランスファ装置１の稼動が確認されると、データ収集手段２９によるデータ収集の開始を指示する。トランスファ装置１の制御信号としては、例えばビーム２によるクランプ動作を行なわせるためのサーボモータ４ｂに対する駆動信号が挙げられる。
データ収集手段２９により、データ収集が開始され、予め定めた所定の時間が経過すると、データ収集が完了する。
データ収集が完了すると、収集したデータに基づいて判定手段３３が上述の要領によって異常判定を行う。

図７は、振動波形（加速度波形）とトランスファ装置１の動作線図とを画像表示したものである。
振動波形を示すグラフにおいては横軸が時間軸を、縦軸（図中左側）が加速度の大きさをそれぞれ示している。動作線図を示すグラフにおいては、横軸が振動波形と同じ時間軸であり、縦軸（図中右側）はフィード量を示している。動作線図において、図中の(a)はクランプしてリフトする動きを示し、(b)は送り１を示し、(c)は中間停止状態を示し、(d)は送り２を示し、(e)はアンクランプとダウンを示し、(f)は戻り（リターン）を示している。

図７に示されるように、(b)(d)(f)の動きのときに加速度が大きくなっていることが判る。(b)(d)(f)の動作は、送り１、２及び戻りの動作であり、このとき駆動するのはボールネジ５ａが挿入されたナット６ａの部分である。したがって、ボールネジ５ａが挿入されたナット６ａの部分に異常が発生していると特定できる。
また、図７から判るように、ボールネジ５ａが挿入されたナット６ａの部分が駆動する動きとしては、送りと戻りの２つの動きがあるが、両方の動きにおいて異常振動が発生していることが分かる。それ故に異常発生部位を確実に特定できる。
なお、同一の駆動部が異なる動きをする場合において、ある動きのときには振動が発生し、他の動きのときには振動が発生しないということも想定できるが、本実施の形態によれば同一駆動部におけるどの動きのときに振動が発生するかということも特定できるので、より適切な診断ができる。

以上のように本実施の形態によれば、トランスファプレス機１００の１サイクルの振動データを採取し、そのデータから診断に必要な振動パラメータを算出し、算出したパラメータを監視・傾向管理することにより、プレス機各装置の劣化状態を的確に、かつ早期に検知することができる。
また、異常発生時も、１サイクルの振動データと動作に関するデータを同時に管理しているので、装置におけるどの部位のどの動きのときに異常が発生しているかを的確に診断することができ、精度の高い異常診断が可能となる。
さらに、１サイクルの全体についてまず診断して、次に異常があるときにその部位を診断するようにしているので、効率的でかつ緻密な診断が可能となっている。

なお、上記の実施の形態においては、１サイクル分の振動データを収集して異常と判定したときに、動作を特定する方法として、データ収集を開始した時間と装置の動きとの関係で異常が発生している装置の部位を特定したが、本発明はこれに限られるものではなく以下のようにしてもよい。
診断対象となる装置において想定される振動波形データに基づいて周波数分析、相関分析等を行い予め異常原因判定ロジックを作成しておく。この異常判定ロジックの例を、表１に示す。

そして、実際の診断において、サンプリングした振動波形データの周波数分析、相関分析等を行い、予め設定されている異常原因判定ロジックとの照合を行い、異常原因を自動分析することによって、異常個所の特定を行なうことも可能である。

また、上記の実施の形態においては、１サイクル分のデータを収集する例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、２サイクル以上のデータを収集してもよいことは言うまでもない。

次に実機において行なった診断例と診断に基づく修復後の状態を示す。
実施の形態で示した異常診断装置２１によって実機であるトランスファプレス機の常時監視を実施していたところ、加速度ピーク値で130m/s²の異常警報が発生した（基準値は100m/s²）。このときの、警報発生時の振動波形を図８（ａ）に示す。
図８（ａ）に示すように、サンプリングした振動波形には異常振動が発生していることが示されている。
この異常振動の発生タイミングは、図７で説明したように、トランスファ装置１における送りと戻り作動時に一致していることから、この動作時に駆動しているボールネジが挿入されたナットの部分に異常があると診断した。

分解点検の結果、診断結果どおり駆動部内に離型剤が固着しており、ボールネジの玉の動きが悪くなっていた。
設備を停止して直動ユニットを交換後は、加速度値が54m/s²に低下して良好値となった。交換後の加速度波形を図８（ｂ）に示す。このことから、診断結果が正しかったことが確認された。

別の診断例について示す。
図９（ａ）は、１０秒間の加速度波形データであるが、この場合にはビーム２によるクランプ動作時に異常波形が発生し、アンクランプ動作時に再度異常波形が発生していることを示している。つまり、クランプ動作の際のボールネジ作動毎に過大振動が発生しており、明らかにボールネジに異常有りと診断することができる。
ボールネジを取り外し、取り外し後のボールネジを点検した結果、実際にネジが曲損していることを確認した。
ボールネジ交換後は図９（ｂ）に示すように、振動が１／２２に小さくなり、診断結果が正しかったことを確認した。

なお、上記の説明においては、被駆動部が複数の一連の動きによって１サイクルを構成するような動きをする装置の一例としてトランスファ装置１を備えたトランスファプレス機１００を例に挙げて説明したが、本発明に係る異常診断装置２１が診断対象とするのはこのようなトランスファプレス機１００に限定されるものではなく、複数の一連の動きによって１サイクルを構成する動きをする駆動部を有する装置であれば広く適用できるものである。
また、上記の例に挙げたトランスファプレス機１００のように複数の駆動部の組合せによって１サイクルの動きを構成する場合の他、単一の駆動部の異なる動きによって１サイクルの動きを構成するような装置のも診断対象に含む。

本発明の一実施の形態に係る異常診断装置の構成の説明図である。本発明の一実施の形態において異常診断の対象としたトランスファプレス機の説明図である。図２の横断平面図である。図１に示したトランスファプレス機に設置されたトランスファ装置の説明図である。図４に示したトランスファ装置の１サイクルの動きを説明する説明図である。図４に示したトランスファ装置の１サイクルの動きを説明する説明図である。本発明の一実施の形態における異常診断装置において振動波形と動作線図を同時に表示した表示例を示す図である。本発明の実施例１における異常時と診断結果に基づく修復時の振動波形を示す図である。本発明の実施例２における異常時と診断結果に基づく修復時の振動波形を示す図である。

符号の説明

１トランスファ装置
２ビーム
３フィンガ
４ａ、４ｂ、４ｃサーボモータ
５ａ、５ｂ、５ｃボールねじ
６ａ、６ｂ、６ｃナット
７支持台
８昇降台
１０制御装置
２１異常診断装置
２３振動センサ
２５信号入力ユニット
２７ＡＤ変換ユニット
２８診断装置
２９データ収集手段
３１サンプリング制御手段
３３判定手段
３５グラフィック表示手段
３７モニタ
１００トランスファプレス機

Claims

被駆動部が複数の一連の動きによって１サイクルを構成するような動きをするトランスファ装置の異常診断装置であって、
前記装置に発生する振動を検出する振動センサと、前記１サイクルの動きを反映した信号を入力し、該入力信号をトリガとして前記振動センサによる振動データの収集を少なくとも１サイクル分行なうサンプリング制御手段と、収集されたデータと予め設定した基準値とを比較して前記駆動部の異常の有無を判定する判定手段とを備え、
該判定手段は、１サイクルの動きを反映した信号と、収集した振動データとに基づいて、異常がどの動作のときに発生しているかを判定する機能を備えたことを特徴とする異常診断装置。
判定手段は、振動波形データについて予め設定した周波数分析及び相関分析を行い、この分析結果と、診断対象となる駆動部において想定される振動波形データに基づいて周波数分析、相関分析を行い予め作成された異常原因判定ロジックとに基づいて異常発生箇所や異常原因を特定する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
振動データに基づく振動波形を表すグラフと、１サイクルの動きを表すグラフとを対比して表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断装置。