JP6786181B2 - 設備診断装置および設備診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１特徴量によって異常検出が可能な第１機器と、第２特徴量によって異常検出可能な第２機器と、を備える設備の異常を診断する設備診断装置および設備診断方法に関する。

特開２０１２−８０３０号公報（特許文献１）には、モータと、当該モータの回転軸に軸受を介して支持された回転体を有するポンプと、から構成された回転機器の異常を診断する診断装置が記載されている。

当該診断装置では、軸受に取り付けた振動計によって振動波形データを検出し、検出したそのままの振動波形データ、検出した振動波形データに包絡線処理を施した振動波形データ、および、検出した振動波形データから所定個数のデータを間引き処理した後の振動波形データのそれぞれをＦＦＴ解析することによって、回転機器のどの構成部品に異常が発生しているのかを検知している。即ち、軸受の振動波形データという一つの特徴量を検出し、当該特徴量に様々な処理を施してＦＦＴ解析することによって、どの構成部品に異常が生じたのかを特定している。

特開２０１２−８０３０号公報

ところで、近年、設備のオートメーション化や安全性向上、安定した作動性の確保などの観点から複数の機器や構成部品を備える設備が増加しているが、異常検出に適した特徴量が機器類あるいは構成部品によって異なる場合がある。即ち、ある機器・構成部品では異常検出に適した特徴量は電流、ある機器・構成部品では当該特徴量が振動、また、ある機器・構成部品では当該特徴量が応力であるという場合があり、上述した公報に記載の診断装置では、どの機器あるいはどの構成部品に異常が生じたのかを確実に特定できない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、異常検出に適した特徴量が異なる複数の機器あるいは構成部品を備える設備において、異常が生じた機器・構成部品の特定を確実に行うことができる設備診断装置を提供することを目的とする。

本発明の設備診断装置およびその方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る設備診断装置の好ましい形態によれば、第１特徴量によって異常検出が可能な第１機器と、第２特徴量によって異常検出可能な第２機器と、を備える設備の異常を診断する設備診断装置が構成される。当該設備診断装置は、第１所定時間毎に第１特徴量を検出する第１検出手段と、第１所定時間毎に第２特徴量を検出する第２検出手段と、第１および第２検出手段によって検出された第１および第２特徴量を記憶する記憶手段と、記憶された前記第１および第２特徴量を異なる時間間隔で同時に抽出した後に周波数解析する周波数解析手段と、当該周波数解析手段による解析結果に基づいて異常が生じた機器を特定する機器特定手段と、を備えている。ここで、本発明における「機器」は、設備を構成する構成部品を含む概念として規定される。

本発明によれば、異常検出に適した特徴量が異なる複数の機器・構成部品を備える設備であっても、各特徴量を各別に検出すると共に各別に周波数解析を行い、当該解析結果に基づいて異常が生じた機器・構成部品を特定する構成であるため、いずれの機器・構成部品に異常が生じたのかを確実に特定することができる。なお、複数の特徴量の検出から異常が生じた機器・構成部品の特定までを一つの装置で行うことができるため、各特徴量毎に装置を設ける場合に比べて装置の簡素化およびコスト低減を図ることができる。さらに、第１および第２特徴量を同じ時間間隔（第１所定時間毎）で検出する構成であるため、制御を容易にすることができる。また、周波数解析を行う際には、記憶された各特徴量を異なる時間間隔で同時に抽出して周波数解析を行う構成、即ち、各特徴量から異常検出に適した値（データ数）のみを抽出して周波数解析を行う構成であるため、異常診断に不要な感度の低いデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができる。

本発明に係る設備診断装置の更なる形態によれば、第１および第２検出手段による第１および第２特徴量の検出開始を指示する指示手段をさらに備えている。そして、当該指示手段は、第１のタイミングで第１特徴量の検出を開始して第１時間の間第１特徴量の検出を継続するように第１検出手段を制御すると共に、第２のタイミングで第２特徴量の検出を開始して第２時間の間第２特徴量の検出を継続するように第２検出手段を制御する。

本形態によれば、異常検出に適したタイミングおよび検出区間で各特徴量を検出することができるため、異常診断に不要なデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができると共に、より正確に機器の異常を検出することができる。

本発明に係る設備診断装置の更なる形態によれば、指示手段は、第３特徴量に基づいて第１および第２のタイミングを設定するように構成されている。

本形態によれば、各機器・構成部品の異常を検出するために適した第１および第２特徴量とは異なる第３特徴量、例えば、設備の稼働状態（設備が所定の処理を実行中の状態であるのか、あるいは、設備が所定の処理を実行する前のアイドル状態であるのか、など）を検出するために適した特徴量に基づいて第１および第２特徴量の検出開始タイミングを設定することができる。これにより、第１および第２特徴量の検出感度が第３特徴量に依存するような場合、例えば、設備の稼働状態に依存するような場合に、検出感度の良いタイミングで第１および第２特徴量の検出を行うことができる。この結果、異常診断に不要なデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができると共に、より一層正確に機器・構成部品の異常を検出することができる。

本発明に係る設備診断装置の更なる形態によれば、第３特徴量は、第１および第２特徴量の少なくとも一方に基づいて算出される量である。

本形態によれば、第１および第２特徴量の少なくとも一方に基づいて第３特徴量を算出することができるため、第１および第２特徴量の検出開始タイミングを容易に設定することができる。

本発明に係る設備診断装置の更なる形態によれば、周波数解析手段は、記憶された第１および第２特徴量の少なくとも一方を第１所定時間よりも長い第２所定時間間隔で抽出した後に周波数解析するように構成されている。

本形態によれば、第１および第２特徴量を同じ時間間隔で検出する構成であるため、制御を容易にすることができると共に、周波数解析を行う際には、検出した各特徴量から異常検出に適した値（データ数）のみを抽出して周波数解析を行う構成であるため、異常診断に不要な感度の低いデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができる。また、第１および第２特徴量を所定時間の間のみ検出する態様においては、当該所定時間の間に検出し記憶した第１および第２特徴量を周波数解析して異常が生じた機器・構成部品の特定を行うことができるため、設備が稼働している最中にリアルタイムに機器・構成部品の異常発生診断を行うことができる。これにより、設備の稼働が停止してから機器・構成部品の異常発生を診断する従来の構成に比べて、機器・構成部品の異常発生に迅速に対処することができる。

本発明に係る設備診断装置の更なる形態によれば、第２所定時間は、第１所定時間の整数倍の値として設定されている。

本形態によれば、記憶した各特徴量から異常検出に適した値（データ数）を抽出する処理を容易に行うことができる。

本発明に係る設備診断方法の好ましい形態によれば、第１特徴量によって異常検出が可能な第１機器と、第２特徴量によって異常検出可能な第２機器と、を備える設備の異常を診断する設備診断方法が構成される。当該設備診断方法では、（ａ）第１所定時間毎に第１および第２特徴量を検出し、（ｂ）検出された前記第１および第２特徴量を記憶し、（ｃ）記憶された前記第１および第２特徴量を異なる時間間隔で同時に抽出した後に周波数解析し、（ｄ）当該周波数解析の結果に基づいて異常が生じた機器を特定する。ここで、本発明における「機器」は、設備を構成する構成部品を含む概念として規定される。

本発明によれば、異常検出に適した特徴量が異なる複数の機器・構成部品を備える設備であっても、各特徴量を各別に検出すると共に各別に周波数解析を行い、当該解析結果に基づいて異常が生じた機器・構成部品を特定する構成であるため、いずれの機器・構成部品に異常が生じたのかを確実に特定することができる。なお、複数の特徴量の検出から異常機器・構成部品の特定までを一つの装置で行うことができるため、各特徴量毎に装置を設ける場合に比べて装置の簡素化およびコスト低減を図ることができる。さらに、第１および第２特徴量を同じ時間間隔（第１所定時間毎）で検出する構成であるため、制御を容易にすることができる。また、周波数解析を行う際には、記憶された各特徴量を異なる時間間隔で同時に抽出して周波数解析を行う構成、即ち、各特徴量から異常検出に適した値（データ数）のみを抽出して周波数解析を行う構成であるため、異常診断に不要な感度の低いデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができる。

本発明に係る設備診断方法の更なる形態によれば、（ｅ）第１および第２特徴量の検出開始を指示するステップをさらに備えている。そして、当該ステップ（ｅ）は、第１のタイミングで第１特徴量の検出を開始して第１時間の間第１特徴量の検出を継続すると共に、第２のタイミングで第２特徴量の検出を開始して第２時間の間第２特徴量の検出を継続するステップである。

本形態によれば、異常検出に適したタイミングおよび検出区間で検出することができるため、異常診断に不要なデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができると共に、より正確に機器・構成部品の異常を検出することができる。

本発明に係る設備診断方法の更なる形態によれば、ステップ（ｅ）は、第３特徴量に基づいて第１および第２のタイミングを設定するステップである。

本形態によれば、各機器・構成部品の異常を検出するために適した第１および第２特徴量とは異なる第３特徴量、例えば、設備の稼働状態（設備が所定の処理を実行中の状態であるのか、あるいは、設備が所定の処理を実行する前のアイドル状態であるのか、など）を検出するために適した特徴量に基づいて第１および第２特徴量の検出開始タイミングを設定することができる。これにより、第１および第２特徴量の検出感度が第３特徴量に依存するような場合、例えば、設備の稼働状態に依存するような場合に、検出感度の良いタイミングで第１および第２特徴量の検出を行うことができる。この結果、異常診断に不要なデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができると共に、より一層正確に機器・構成部品の異常を検出することができる。

本発明に係る設備診断方法の更なる形態によれば、ステップ（ｅ）は、第１および第２特徴量の少なくとも一方に基づいて第３特徴量を算出するステップである。

本形態によれば、第１および第２特徴量の少なくとも一方に基づいて第３特徴量を算出することができるため、第１および第２特徴量の検出開始タイミングを容易に設定することができる。

本発明に係る設備診断方法の更なる形態によれば、ステップ（ｃ）は、記憶された第１および第２特徴量の少なくとも一方を第１所定時間よりも長い第２所定時間間隔で抽出した後に周波数解析するステップである。

本形態によれば、第１および第２特徴量を同じ時間間隔で検出する構成であるため、制御を容易にすることができると共に、周波数解析を行う際には、検出した各特徴量から異常検出に適した値（データ数）のみを抽出して周波数解析を行う構成であるため、異常診断に不要な感度の低いデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができる。また、第１および第２特徴量を所定時間の間のみ検出する態様においては、当該所定時間の間に検出し記憶した第１および第２特徴量を周波数解析して異常が生じた機器・構成部品の特定を行うことができるため、設備が稼働している最中にリアルタイムに機器・構成部品の異常発生診断を行うことができる。これにより、設備の稼働が停止してから機器・構成部品の異常発生を診断する従来の構成に比べて、機器・構成部品の異常発生に迅速に対処することができる。

本発明に係る設備診断方法の更なる形態によれば、ステップ（ｃ）は、第１所定時間の整数倍の値として第２所定時間を設定するステップである。

本形態によれば、検出した各特徴量から異常検出に適した値（データ数）のみの抽出処理を容易に行うことができる。

本発明によれば、異常検出に適した特徴量が異なる複数の機器・構成部品を備える設備において、異常が生じた機器・構成部品の特定を確実に行うことができる設備診断装置を提供することができる。

本実施の形態に係る設備診断装置１の構成の概略を示す概略構成図である。 異常判定装置２により実行される異常機器特定処理の一例を示すフローチャートである。 ２０ｍｓｅｃ間隔で抽出した電流値Ｉおよび電圧値Ｖから算出される電力値Ｐの時間変化、および、各抽出間隔（０．２５ｍｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ）で抽出した電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂおよび応力ＳＴの時間変化を示す説明図である。 抽出した電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂおよび応力ＳＴの周波数解析結果を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

本実施の形態に係る設備診断装置１は、図１に示すように、ワークＷに加工を施す加工設備１０に電気的に接続された異常判定装置２を備え、当該加工設備１０の構成機器・構成部品に異常が発生していないか否かを診断する装置として構成されている。設備診断装置１は、本発明における「診断装置」に対応し、加工設備１０は、本発明における「設備」に対応する実施構成の一例である。

加工設備１０は、図１に示すように、ワークＷを固定する固定台１２と、当該固定台１２にスライド可能に取り付けられたスライドテーブル１４と、当該スライドテーブル１４に固定されたギヤボックスＧＢと、当該ギヤボックスＧＢにツールホルダー１５を介して取り付けられた刃具ＢＬＤと、ギヤボックスＧＢにベルトＢＬＴを介して接続された主軸モータＭ１と、スライドテーブル１４を固定台１２に対してスライドさせるボールスクリュー１６と、当該ボールスクリュー１６を駆動する駆動モータＭ２と、主軸モータＭ１に電気的に接続されたＡＣサーボアンプ１８と、駆動モータＭ２に電気的に接続されたＡＣサーボアンプ１９と、各ＡＣサーボアンプ１８，１９に指令信号を出力する制御装置２０と、を備えている。ＡＣサーボアンプ１８は、本発明における「第１機器」に対応し、固定台１２、スライドテーブル１４および主軸モータＭ１は、本発明における「第２機器」に対応する実施構成の一例である。

主軸モータＭ１および駆動モータＭ２は、同期型ＡＣサーボモータとして構成されている。主軸モータＭ１および駆動モータＭ２には、図示しない回転軸の回転速度および回転角度（位置）を検出可能な図示しない検出器、例えば、ロータリーエンコーダが設けられている。

ボールスクリュー１６は、図１に示すように、主に、駆動モータＭ２の回転軸に接続されたネジ軸１７ａと、ネジ軸１７ａに固定されたナット部材１７ｂと、から構成されている。ナット部材１７ｂは、スライドテーブル１４に固定されている。これにより、駆動モータＭ２が駆動されると、ネジ軸１７ａが駆動モータＭ２の回転軸と共に回転されて、ナット部材１７ｂと共にスライドテーブルが軸方向（図１の左右方向）に往復移動される。

ＡＣサーボアンプ１８，１９は、図示はしないが、主回路部と、制御回路部と、から構成されており、主回路部によって図示しない電源からの交流電力の周波数、電圧、電流、位相などを制御して主軸モータＭ１および駆動モータＭ２の駆動にふさわしい形に電力形態を変換すると共に、主軸モータＭ１および駆動モータＭ２の検出器（ロータリーエンコーダ）からの信号を利用して主軸モータＭ１および駆動モータＭ２が制御装置２０からの指令信号通りに駆動されるようにフィードバック制御する。

制御装置２０は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサを備え、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ（図示せず）や、入出力ポート、通信ポート（いずれも図示せず）などを備えており、予めＲＯＭに記憶された加工処理プログラムに応じた指令信号などが出力ポートを介してＡＣサーボアンプ１８，１９に出力されている。

異常判定装置２は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサを備え、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５６と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５４と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートと、を備えている。異常判定装置２には、加工設備１０を構成する機器・部品、具体的には、固定台１２やスライドテーブル１４、ボールスクリュー１６、ＡＣサーボアンプ１８，１９、主軸モータＭ１、駆動モータＭ２、刃具ＢＬＤなどに異常が発生しているか否かを判定するために必要な信号、例えば、固定台１２の振動を検出するＸＹＺ加速度計６２からの振動や、スライドテーブル１４の振動を検出するＸＹＺ加速度計６４、ツールホルダー１５に作用する応力を検出する応力センサ６６からの応力、主軸モータＭ１および駆動モータＭ２に供給される電流および電圧などが入力されている。また、異常判定装置２は、通信ポートを介して制御装置２０と接続されており、必要に応じて当該制御装置２０と各種制御信号やデータのやりとりを行っている。主軸モータＭ１に供給される電流が入力される異常判定装置２は、本発明における「第１検出手段」に対応し、ＸＹＺ加速度計６２，６４および応力センサ６６は、本発明における「第２検出手段」に対応する実施構成の一例である。

次に、こうして構成された設備診断装置１の動作、特に、加工設備１０を構成する機器・構成部品のうち固定台１２やスライドテーブル１４、ＡＣサーボアンプ１８および主軸モータＭ１のどの機器・構成部品に異常が発生しているのかを異常判定装置２が診断する際の動作について説明する。図２は、異常判定装置２により実行される異常機器・構成部品特定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、加工設備１０の運転が開始されたときから実行される。

異常機器特定処理が実行されると、異常判定装置２のＣＰＵ５２は、まず、ＡＣサーボアンプ１８に入力される電流値Ｉおよび電圧値Ｖを入力すると共に（ステップＳ１００）、入力した電流値Ｉおよび電圧値ＶをＲＡＭ５４の所定領域に設定された電流値用バッファおよび電圧値用バッファに格納する処理を実行する（ステップＳ１０２）。ここで、本実施の形態では、電流値Ｉおよび電圧値Ｖの入力は０．１２５ｍｓｅｃ間隔で実行される構成とした。

続いて、記憶した電流値Ｉおよび電圧値Ｖを用いて電力値Ｐを算出する処理を実行すると共に（ステップＳ１０４）、加工設備１０の刃具ＢＬＤによるワークＷの加工が開始したか否かの判定を行う（ステップＳ１０６）。本実施の形態では、電力値Ｐの算出は、電流値用バッファおよび電圧値用バッファに格納された電流値Ｉおよび電圧値Ｖ（０．１２５ｍｓｅｃ間隔で入力した電流値Ｉおよび電圧値Ｖ）を２０ｍｓｅｃ間隔で抽出し（読み込み）、抽出した（読み込んだ）２０ｍｓｅｃ毎の電流値Ｉおよび電圧値Ｖを用いて算出する構成とした（Ｐ＝√３×Ｖ×Ｉ×ｃｏｓθ）。また、加工開始の判定は、算出した電力値Ｐに基づいて行う構成とした。なお、電力値Ｐに基づく加工開始判定は、例えば、刃具ＢＬＤがワークＷに接触する前後において電力値Ｐが大きく変動することを利用して電力値Ｐの変化率などを検知することによって行うことができる。

ステップ１０６において加工設備１０によるワークＷの加工が実行が開始されたと判定された場合には、固定台１２およびスライドテーブル１４の振動値ｆａ，ｆｂを入力し（ステップＳ１０８）、入力した振動値ｆａ，ｆｂをＲＡＭ５４の所定領域に設定された固定台振動値用バッファおよびスライドテーブル振動値用バッファにそれぞれ格納する（ステップＳ１１０）。ここで、本実施の形態では、振動値ｆａ，ｆｂの入力は電流値Ｉおよび電圧値Ｖの入力と同様、０．１２５ｍｓｅｃ間隔で実行される構成とした。刃具ＢＬＤによるワークＷの加工が開始したか否かの判定を行い、振動値ｆａ，ｆｂを入力するステップＳ１０６およびＳ１０８の処理を実行する異常判定装置２は、本発明における「指示手段」に対応する実施構成の一例である。

続いて、加工設備１０によるワークＷの加工が終了したか否かの判定を行う（ステップＳ１１２）。加工終了の判定は、上述した加工開始の判定と同様、電力値Ｐに基づいて行う構成とした。なお、電力値Ｐに基づく加工終了の判定は、上述した加工開始の判定と同様、例えば、刃具ＢＬＤがワークＷに接触する前後において電力値Ｐが大きく変動することを利用して電力値Ｐの変化率などを検知することによって行うことができる。

ステップＳ１１２において加工設備１０によるワークＷの加工が終了していないと判定された場合には、加工設備１０によるワークＷの加工が終了するまでステップＳ１０８〜Ｓ１１２の処理を繰り返し行う。即ち、加工設備１０によるワークＷの加工が終了するまで振動値ｆａ，ｆｂを入力し（ステップＳ１０８）、入力した振動値ｆａ，ｆｂを固定台振動値用バッファおよびスライドテーブル振動値用バッファにそれぞれ格納する（ステップＳ１１０）処理を繰り返し実行する。

そして、ステップＳ１１２において加工設備１０によるワークＷの加工が終了したと判定された場合には、固定台振動値用バッファおよび電流値用バッファそれぞれに格納された振動値ｆａおよび電流値Ｉ（０．１２５ｍｓｅｃ間隔で入力した振動値ｆａおよび電流値Ｉ）を０．２５ｍｓｅｃ間隔で抽出すると共に、スライドテーブル振動値用バッファに格納された振動値ｆｂ（０．１２５ｍｓｅｃ間隔で入力した振動値ｆｂ）を０．５ｍｓｅｃ間隔で抽出し、当該抽出した０．２５ｍｓｅｃ毎の振動値ｆａ、電流値Ｉおよび０．５ｍｓｅｃ毎の振動値ｆｂのそれぞれについて周波数解析を行う処理を実行する（ステップＳ１１４）。ここで、本実施の形態では、振動値ｆａおよび電流値Ｉの抽出間隔を０．２５ｍｓｅｃに設定すると共に、振動値ｆｂの抽出間隔を０．５ｍｓｅｃに設定する構成としたが、各特徴量（振動値ｆａ，ｆｂや電流値Ｉ）の抽出間隔は、各機器・構成部品において異常を発見し易い特有の値に設定することができる。抽出した０．２５ｍｓｅｃ毎の振動値ｆａ、電流値Ｉおよび０．５ｍｓｅｃ毎の振動値ｆｂのそれぞれについて周波数解析を行うステップＳ１１４の処理を実行する異常判定装置２は、本発明の「周波数解析手段」に対応する。

そして、周波数解析の結果に基づいて振動値ｆａ，ｆｂおよび電流値Ｉに異常値が発生しているか否かを判定し（ステップＳ１１６）、異常値が発生していない場合には何もせず本処理を終了し、異常値が発生している場合には異常値が発生した振動値ｆａ，ｆｂおよび電流値Ｉに関連する機器・構成部品を表示して（ステップＳ１１８）、本処理を終了する。異常値が発生した振動値ｆａ，ｆｂおよび電流値Ｉに関連する機器・構成部品を表示するステップＳ１１８の処理を実行する異常判定装置２は、本発明における「機器特定手段」に対応する実施構成の一例である。

ここで、振動値ｆａ，ｆｂおよび電流値Ｉに異常値が発生しているか否かの判定は、本実施の形態では、機器・構成部品が正常な状態における振動値ｆａ，ｆｂおよび電流値Ｉの周波数解析結果を予め求めて基準値としてＲＯＭ５６に記憶しておき、加工設備１０によるワークＷの加工の際に検出した振動値ｆａ，ｆｂおよび電流値Ｉの周波数解析結果と比較することにより行う構成とした。

なお、振動値ｆａの周波数解析において異常値を検知した場合には、固定台１２に異常が発生していることを検知でき、振動値ｆｂの周波数解析において異常値を検知した場合には、スライドテーブル１４に異常が発生していることを検知でき、電流値Ｉの周波数解析において異常値が発生していることを検知した場合には、ＡＣサーボアンプ１８に異常が発生していることを検知できる。

一方、ステップ１０６において加工中でない、即ち、刃具ＢＬＤがワークＷに接触していない加工前のアイドル状態であると判定された場合には、ツールホルダー１５の応力ＳＴを入力すると共に（ステップＳ１２０）、入力した応力ＳＴをＲＡＭ５４の所定領域に設定された応力用バッファに格納する（ステップＳ１２２）。ここで、本実施の形態では、応力ＳＴの入力は振動値ｆａ，ｆｂ、電流値Ｉおよび電圧値Ｖの入力と同様、０．１２５ｍｓｅｃ間隔で実行される構成とした。

続いて、加工設備１０によるワークＷの加工が開始されたか否かの判定を行う（ステップＳ１２４）。加工開始の判定は、上述した加工開始の判定と同様、電力値Ｐに基づいて行う。ステップＳ１２４において加工設備１０によるワークＷの加工が開始されていないと判定された場合には、加工設備１０によるワークＷの加工が開始されるまでステップＳ１２０〜Ｓ１２４の処理を繰り返し行う。即ち、加工設備１０によるワークＷの加工が開始されるまで応力ＳＴを入力し（ステップＳ１２０）、入力した応力ＳＴを応力用バッファに格納する（ステップＳ１２２）処理を繰り返し実行する。

そして、ステップＳ１２４において加工設備１０によるワークＷの加工が開始されたと判定された場合には、応力用バッファに格納された応力ＳＴ（０．１２５ｍｓｅｃ間隔で入力した応力ＳＴ）を２０ｍｓｅｃ間隔で抽出し、当該抽出した２０ｍｓｅｃ毎の応力ＳＴについて周波数解析を行う処理を実行する（ステップＳ１２６）。ここで、本実施の形態では、応力ＳＴの抽出間隔を２０ｍｓｅｃに設定する構成としたが、応力ＳＴの抽出間隔は、各機器・構成部品において異常を発見し易い特有の値に設定することができる。

そして、周波数解析の結果に基づいて応力ＳＴに異常値が発生しているか否かを判定し（ステップＳ１１６）、異常値が発生していない場合には何もせず本処理を終了し、異常値が発生している場合には異常が発生している機器・部品、例えば、主軸モータＭ１や刃具ＢＬＤ、ギヤボックスＧＢなどを表示して（ステップＳ１１８）、本処理を終了する。なお、いずれの機器・部品に異常が発生しているのかの判定は、本実施の形態では、各機器・部品に異常が生じた際に発生する特有の周波数成分を予め実験などによって求めておき、基準値を超えた周波数成分が分かると、当該周波数成分から異常が発生した機器・部品を特定する構成とした。

図３は、２０ｍｓｅｃ間隔で抽出した電流値Ｉおよび電圧値Ｖから算出される電力値Ｐの時間変化、および、各抽出間隔（０．２５ｍｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ）で抽出した電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂおよび応力ＳＴの時間変化を示す説明図であり、図４は、抽出した電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂおよび応力ＳＴの周波数解析結果を示す説明図である。

加工設備１０の運転が開始されると、０．１２５ｍｓｅｃ毎に電流値Ｉおよび電圧値Ｖが入力されると共に（ステップＳ１００）、入力された電流値Ｉおよび電圧値Ｖが電流値用バッファおよび電圧値用バッファに格納され（ステップＳ１０２）、格納された電流値Ｉおよび電圧値Ｖから２０ｍｓｅｃ間隔で電流値Ｉおよび電圧値Ｖを抽出して電力値Ｐを算出する（ステップＳ１０４）。

そして、当該電力値Ｐの値に基づいて、刃具ＢＬＤによるワークＷの加工が開始されるまでのアイドル状態（図３（ａ）の区間ＩＤＬ）であるのか、あるいは、刃具ＢＬＤによりワークＷが加工中（図３（ａ）の区間ＭＡＣ）であるのかを判定し（ステップＳ１０６）、アイドル状態であると判定された場合には、図３（ｅ）に示すように、０．１２５ｍｓｅｃ毎に入力され応力用バッファに格納された主軸モータＭ１の応力ＳＴから２０ｍｓｅｃ間隔で応力ＳＴを抽出すると共に（ステップＳ１２０、Ｓ１２２）、図４（ｄ）に示すように、抽出した応力ＳＴの周波数解析を実施する（ステップＳ１２６）。

一方、加工中であると判定された場合には、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、０．１２５ｍｓｅｃ毎に入力され電流値用バッファおよび固定台振動値度用バッファにそれぞれ格納された電流値Ｉおよび振動値ｆａから０．２５ｍｓｅｃ間隔で電流値Ｉおよび振動値ｆａを抽出すると共に（ステップＳ１０８、Ｓ１１０）、図３（ｄ）に示すように、０．１２５ｍｓｅｃ毎に入力されスライドテーブル振動値度用バッファに格納された振動値ｆｂから０．５ｍｓｅｃ間隔で振動値ｆｂを抽出する（ステップＳ１０８、Ｓ１１０）。そして、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、抽出した電流値Ｉおよび振動値ｆａ，ｆｂの周波数解析を実施する（ステップＳ１１４）。

周波数解析の結果、図４に示すように、各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂおよび応力ＳＴ）において異常判定に適した各周波数帯域（Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄ，Ｈｅ，Ｈｆ）の振幅値を基準値（図４中の二点鎖線）と比較して、当該基準値よりも大きい振幅を示す特徴量に関連する機器・構成部品を異常と判定して表示する（ステップＳ１１６、Ｓ１１８）。ここで、本実施の形態では、Ｈｄは主軸モータＭ１の異常判定に適した周波数帯域、Ｈｅは刃具ＢＬＤの異常判定に適した周波数帯域、ＨｆはギヤボックスＧＢの異常判定に適した周波数帯域とした。図４では、周波数帯域Ｈｃ，Ｈｄにおいて、振動値ｆｂおよび応力ＳＴの振幅が基準値を超えているため、スライドテーブル１４および主軸モータＭ１に異常が生じているものとして、スライドテーブル１４および主軸モータＭ１が表示される。

以上説明した本発明の実施の形態に係る設備診断装置１によれば、加工設備１０を構成する複数の機器・構成部品である固定台１２やスライドテーブル１４、主軸モータＭ１、ＡＣサーボアンプ１８の異常を検知するために有用な（適した）複数の特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂ、応力ＳＴ）を検出すると共に、検出した各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂ、応力ＳＴ）に関して周波数解析を行い、当該周波数解析結果に基づいて異常が発生した機器・構成部品を特定することができる。これにより、複数の特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂ、応力ＳＴ）の検出から異常が発生した機器・構成部品の特定までを一つの装置で行うことができるため、各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂ、応力ＳＴ）毎に装置を設ける場合に比べて装置の簡素化およびコスト低減を図ることができる。

また、本発明の実施の形態に係る設備診断装置１によれば、異常検出に適したタイミングおよび検出区間で各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂ、応力ＳＴ）を検出して周波数解析を行う構成、即ち、振動値ｆａ，ｆｂや電流値Ｉについては、刃具ＢＬＤによるワークＷの加工中に検出した値を用いて周波数解析を行い、応力ＳＴについては、刃具ＢＬＤによるワークＷの加工前のアイドル状態において検出した値を用いて周波数解析を行う構成であるため、異常診断に不要なデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができると共に、より正確に機器・構成部品の異常を検出することができる。

なお、所定の検出区間のみ各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ,ｆｂ、応力ＳＴ）を検出し、当該所定の検出区間に検出し記憶した各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ,ｆｂ、応力ＳＴ）を周波数解析して異常が生じた機器・構成部品の特定を行うことができるため、設備が稼働している最中にリアルタイムに機器・構成部品の異常発生診断を行うことができる。

また、本発明の実施の形態に係る設備診断装置１によれば、特徴量の一つである電流値Ｉを用いて算出される電力値Ｐの値に基づいて加工設備１０の稼働状況、即ち、刃具ＢＬＤによるワークＷの加工中であるのか、あるいは、刃具ＢＬＤによるワークＷの加工前のアイドル状態であるのかを判定する構成であるため、異常検出に適したタイミングおよび検出区間を容易に設定することができる。

さらに、本発明の実施の形態に係る設備診断装置１によれば、電圧値Ｖを加えた各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ,ｆｂ、応力ＳＴ）全てを０．１２５ｍｓｅｃ毎に検出すると共にＲＡＭ５４に記憶し、電力値Ｐを算出する際や周波数解析する際には、記憶された各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ,ｆｂ、応力ＳＴ）を必要な間隔（０．２５ｍｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ）で抽出する構成、即ち、記憶したデータから所定個のデータを間引いた上で電力値Ｐの算出や周波数解析を行う構成であるため、各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ,ｆｂ、応力ＳＴ）を異なるタイミングで検出する構成に比べて制御を容易にすることができると共に、不要なデータを排除した上で異常診断を行うことができ、診断速度の向上を図ることができる。

なお、各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ,ｆｂ、応力ＳＴ）の抽出間隔（０．２５ｍｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ）は、各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ,ｆｂ、応力ＳＴ）の検出時間（０．１２５ｍｓｅｃ）の整数倍に設定されているため、記憶した各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ,ｆｂ、応力ＳＴ）から異常検出に適したデータ数のみを抽出する処理を容易に行うことができる。

本実施の形態では、ワークＷに加工を施す加工設備１０に適用したが、これに限らない。例えば、ワークＷに熱処理を施す熱処理炉設備に適用しても良い。

本実施の形態では、主軸モータＭ１や刃具ＢＬＤ、ギヤボックスＧＢなどの異常をツールホルダー１５の応力ＳＴに基づき判定する構成としたが、主軸モータＭ１や刃具ＢＬＤ、ギヤボックスＧＢなどの異常は、電流値Ｉに基づき判定する構成としても良い。この場合も、電流値Ｉの周波数解析結果から各機器・部品に異常発生した際に発生する特有の周波数帯域において振幅値が基準値を超えたか否かを検知することにより、いずれの機器・部品に異常が発生しているのかを特定することができる。

本実施の形態では、刃具ＢＬＤによりワークＷが加工中であるのか否かの判定は、電力値Ｐに基づき行う構成としたが、これに限らない。刃具ＢＬＤによりワークＷが加工中であるのか否かの判定は、例えば、予めプログラミングされＲＯＭ５６に記憶された加工処理プラグラムに基づいて行う構成、具体的には、プログラムに基づく時間によって行う構成としても良い。

本実施の形態では、ＲＡＭ５４に記憶された各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂおよび応力ＳＴ）から各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂおよび応力ＳＴ）を抽出する間隔（０．２５ｍｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ）は、各特徴量（電流値Ｉ、振動値ｆａ，ｆｂおよび応力ＳＴ）の検出間隔（０．１２５ｍｓｅｃ）の整数倍に設定したが、これに限らない。

本実施形態は、本発明を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではない。

１ 設備診断装置（診断装置）
２ 異常判定装置（第１検出手段、周波数解析手段、機器特定手段、指示手段）
１０ 加工設備（設備）
１２ 固定台（第２機器）
１４ スライドテーブル（第２機器）
１５ ツールホルダー
１６ ボールスクリュー
１７ａ ネジ軸
１７ｂ ナット部材
１８ ＡＣサーボアンプ（第１機器）
１９ ＡＣサーボアンプ
２０ 制御装置
５２ ＣＰＵ
５４ ＲＡＭ（記憶手段）
５６ ＲＯＭ
６２ ＸＹＺ加速度計（第２検出手段）
６４ ＸＹＺ加速度計（第２検出手段）
６６ 応力センサ（第２検出手段）
Ｍ１ 主軸モータ（第２機器）
Ｍ２ 駆動モータ
ＧＢ ギヤボックス
ＢＬＴ ベルト
ＢＬＤ 刃具
Ｉ 電流値（第１特徴量）
Ｖ 電圧値
ｆａ 振動値（第２特徴量）
ｆｂ 振動値（第２特徴量）
ＳＴ 応力（第２特徴量）
Ｐ 電力値（第３特徴量）

Claims (12)

1. 第１特徴量によって異常検出が可能な第１機器と、第２特徴量によって異常検出可能な第２機器と、を備える設備の異常を診断する診断装置であって、
   第１所定時間毎に前記第１特徴量を検出する第１検出手段と、
   前記第１所定時間毎に前記第２特徴量を検出する第２検出手段と、
   前記第１および第２検出手段によって検出された前記第１および第２特徴量を記憶する記憶手段と、
   記憶された前記第１および第２特徴量を異なる時間間隔で同時に抽出した後に周波数解析する周波数解析手段と、
   該周波数解析手段による解析結果に基づいて異常が生じた機器を特定する機器特定手段と、
   を備える設備診断装置。
2. 前記第１および第２検出手段による前記第１および第２特徴量の検出開始を指示する指示手段をさらに備え、
   該指示手段は、第１のタイミングで前記第１特徴量の検出を開始して第１時間の間前記第１特徴量の検出を継続するよう前記第１検出手段を制御すると共に、第２のタイミングで前記第２特徴量の検出を開始して第２時間の間前記第２特徴量の検出を継続するよう前記第２検出手段を制御する
   請求項１に記載の設備診断装置。
3. 前記指示手段は、第３特徴量に基づいて前記第１および第２のタイミングを設定するよう構成されている
   請求項２に記載の設備診断装置。
4. 前記第３特徴量は、前記第１および第２特徴量の少なくとも一方に基づいて算出される量である
   請求項３に記載の設備診断装置。
5. 前記周波数解析手段は、記憶された前記第１および第２特徴量の少なくとも一方を前記第１所定時間よりも長い第２所定時間間隔で抽出した後に周波数解析するよう構成されている
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の設備診断装置。
6. 前記第２所定時間は、前記第１所定時間の整数倍の値として設定されている請求項５に記載の設備診断装置。
7. 第１特徴量によって異常検出が可能な第１機器と、第２特徴量によって異常検出可能な第２機器と、を備える設備の異常を診断する設備診断方法であって、
   （ａ）第１所定時間毎に前記第１および第２特徴量を検出し、
   （ｂ）検出された前記第１および第２特徴量を記憶し、
   （ｃ）記憶された前記第１および第２特徴量を異なる時間間隔で同時に抽出した後に周波数解析し、
   （ｄ）該周波数解析の結果に基づいて異常が生じた機器を特定する
   設備診断方法。
8. （ｅ）前記第１および第２特徴量の検出開始を指示するステップをさらに備え、
   該ステップ（ｅ）は、第１のタイミングで前記第１特徴量の検出を開始して第１時間の間前記第１特徴量の検出を継続すると共に、第２のタイミングで前記第２特徴量の検出を開始して第２時間の間前記第２特徴量の検出を継続するステップである
   請求項７に記載の設備診断方法。
9. 前記ステップ（ｅ）は、第３特徴量に基づいて前記第１および第２のタイミングを設定するステップである
   請求項８に記載の設備診断方法。
10. 前記ステップ（ｅ）は、前記第１および第２特徴量の少なくとも一方に基づいて前記第３特徴量を算出するステップである
    請求項９に記載の設備診断方法。
11. 前記ステップ（ｃ）は、記憶された前記第１および第２特徴量の少なくとも一方を前記第１所定時間よりも長い第２所定時間間隔で抽出した後に周波数解析するステップである
    請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の設備診断方法。
12. 前記ステップ（ｃ）は、前記第１所定時間の整数倍の値として前記第２所定時間を設定するステップである
    請求項１１に記載の設備診断方法。
    

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