JP7040970B2 - 異常検出装置および異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじを含む対象装置の異常検出装置および異常検出方法に関する。

従来、回転機械に取り付けた振動センサから得られた振動データを解析することにより、回転機械の異常を検出する方法が知られている。たとえば、特開２００６－１３３１６２号公報（特許文献１）には、転がり軸受に生じた異常（たとえば損傷）が進展するにつれて振動の大きさ（振動レベル）が増大する傾向を利用して、転がり軸受の異常を検出する方法が開示されている。特開２０１３－２５７２５３号公報（特許文献２）には、ボールねじを含む対象装置に取り付けた振動センサによって計測された振動データからボールねじの異常検出周波数の振動データを濾波することにより、ボールねじの異常を検出する方法が開示されている。

特開２００６－１３３１６２号公報 特開２０１３－２５７２５３号公報

ボールねじを含む対象装置に取り付けた振動センサによって計測された振動データには、ボールねじが備えるナットの固有振動のデータが含まれる。ナットの固有振動の影響により、ある周波数以上の振動データは、異常の有無によって変化がほとんど見られない。そのため、ボールねじの異常に起因する周波数帯とナットの固有振動による周波数帯とが重なる場合、特開２０１３－２５７２５３号公報に記載の周波数解析による異常検出方法では、ボールねじの異常を精度良く検出することができない。

さらに、ボールねじに生じる振動は、ボールねじにかかる負荷、温度などの環境条件に依存する。すなわち、振動レベルは、環境条件に応じて変化する。そのため、特開２００６－１３３１６２号公報に記載の技術をボールねじの異常の検出方法に適用しただけでは、ボールねじの異常を精度良く検出することができない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ボールねじの異常を精度良く検出することが可能な異常検出装置および異常検出方法を提供することである。

本開示の異常検出装置は、ボールねじを含む対象装置に設置された振動センサを用いて、対象装置の異常の有無を判定する。異常検出装置は、生成部と判定部とを備える。生成部は、ボールねじを連続して動作させる期間に振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成する。判定部は、対象装置が正常であるときに生成部によって生成された基準波形データで示される波形に対する、対象装置の異常の有無を判定するときに生成部によって生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出する。判定部は、乖離度に基づいて対象装置に異常が生じているか否かを判定する。

好ましくは、対象装置は、ボールねじ軸と、ボールねじ軸に螺合されたナットと、ボールねじ軸の一方端を回転可能に支持する固定側サポートユニットと、ボールねじ軸の他方端を回転可能に支持する支持側サポートユニットとを備える。振動センサは、ナット、固定側サポートユニットおよび支持側サポートユニットの少なくとも１つに設置される。

好ましくは、生成部は、エンベロープ処理が行なわれた振動データに対して、正規化処理を行なう前にローパスフィルタ処理を行なう。

好ましくは、判定部は、乖離度が第１しきい値を超え、かつ、正規化処理を行なう前の振動データの実効値が第２しきい値を超える場合に対象装置に異常が生じていると判定する。

好ましくは、生成部は、対象装置が正常であるときに複数の基準候補波形データを生成する。複数の基準候補波形データは、対象装置の運転条件が互いに異なる状態において生成される。判定部は、異常の有無を判定するときの対象装置の運転条件に応じて、複数の基準候補波形データの中の１つを基準波形データとして選択する。

好ましくは、判定部は、基準波形データで示される波形と判定対象波形データで示される波形との差分の積分値を乖離度として算出する。

好ましくは、ボールねじは、ボールねじ軸と、ボールねじ軸に螺合されたナットとを有する。判定部は、判定対象波形データで示される波形の中から基準波形データで示される波形と異なる部分を特定し、特定した部分に対応する振動を振動センサが計測したときのナットの位置に基づいて、ボールねじにおける異常が生じている位置を推定する。

本開示の別の局面に係る異常検出方法は、ボールねじを含む対象装置に設置された振動センサを用いて、対象装置の異常の有無を判定する。異常検出方法は、以下の２つのステップを備える。１つ目のステップは、ボールねじを連続して動作させる期間に振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成するステップである。２つ目のステップは、対象装置が正常であるときに生成された基準波形データで示される波形に対する、対象装置の異常の有無を判定するときに生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出し、乖離度に基づいて対象装置に異常が生じているか否かを判定するステップである。

本開示の異常検出装置および異常検出方法によれば、ボールねじの異常を精度良く検出することができる。

実施の形態１に係る異常検出システムを示す図である。 基準波形データの生成処理の流れを示すフローチャートである。 対象装置の異常の検出処理の流れを示すフローチャートである。 基準波形データおよび判定対象波形データの一例を示す図である。 基準波形データおよび判定対象波形データの別の例を示す図である。 実施の形態２に係る異常検出装置における、加速度の実効値および乖離度と判定結果との対応関係を示す図である。 変形例２の生成部が生成した正常波形データで示される画像の一例を示す図である。 変形例２の生成部が生成した判定対象波形データで示される画像の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。また、以下で説明する実施の形態および変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

［実施の形態１］
（ボールねじの異常検出システム）
図１は、本発明の実施の形態１に係る異常検出システムを示す図である。実施の形態１に係る異常検出システムは、異常検出装置１と、対象装置２と、コントローラ３と、振動センサ４とを備える。

対象装置２は、異常検出装置１による異常検出の対象となる装置である。対象装置２は、ボールねじ２０と、固定側サポートユニット２３と、支持側サポートユニット２４と、ボールねじ軸２１を回転させるモータ２５とを備える。

ボールねじ２０は、ボールねじ軸２１と、複数の図示しないボールを介してボールねじ軸２１に螺合されたナット２２とを有する。

固定側サポートユニット２３は、ボールねじ軸２１の一方端を回転可能に支持するとともに、ボールねじ軸２１の軸方向の位置を固定する固定側軸受である。固定側サポートユニット２３は、たとえばスラストアンギュラ玉軸受である。支持側サポートユニット２４は、ボールねじ軸２１の他方端を回転可能かつ軸方向に移動可能に支持する支持側軸受である。支持側サポートユニット２４は、たとえば深溝玉軸受である。

コントローラ３は、上位の制御ユニットからの指令に基づいて、ナット２２を現在位置から指定位置まで移動させるためにモータ２５に電流を印加するタイミング信号を生成し、生成したタイミング信号に従ってモータ２５に電流を印加する。具体的には、コントローラ３は、タイミング信号がアクティブであるときにモータ２５に電流を印加する。コントローラ３は、ナット２２の現在位置から指定位置までの距離とナット２２の移動速度とに応じた時間だけアクティブとなるタイミング信号を生成する。コントローラ３は、タイミング信号を生成するたびに、生成したタイミング信号を異常検出装置１に出力する。

コントローラ３は、上位の制御ユニットからの指令に基づいて、モータ２５に流す電流値を変化させてもよい。モータ２５に流れる電流が変化することにより、ナット２２の移動速度が変化する。

振動センサ４は、固定側サポートユニット２３のハウジングに設置され、振動を計測する。振動センサ４は、振動の大きさを示す加速度を振動データとして計測し、計測した振動データを異常検出装置１に出力する。

異常検出装置１は、振動センサ４によって計測された振動データに基づいて、対象装置２の異常を検出する。異常検出装置１は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とによって構成される。なお、これらの部位は、内部バスを介して互いに接続される。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭなどに展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、異常検出装置１の処理方法が記されたプログラムである。異常検出装置１は、生成部１０と、記憶部１３と、判定部１４とを備える。生成部１０および判定部１４は、ＣＰＵによって構成される。記憶部１３は、ＲＯＭまたはＲＡＭによって構成される。

生成部１０は、ボールねじ２０を連続して動作させる期間の開始時から終了時まで振動センサ４によって計測された振動（加速度）の時間変化を示す波形データを生成する。生成部１０は、データ取得部１１とデータ処理部１２とを含む。波形データは、ボールねじ２０を連続して動作させる期間の開始時からの経過時間と加速度とが対応付けられたＣＳＶ（Comma Separated Values）形式のデータである。

データ取得部１１は、コントローラ３から受けたタイミング信号が連続してアクティブである期間ごとに、当該期間の開始時から終了時までに振動センサ４によって計測された振動データを取得する。

データ処理部１２は、データ取得部１１によって取得された振動データに対して、エンベロープ処理（包絡線処理）、ローパスフィルタ処理、ならびに、時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、上記の波形データを生成する。

記憶部１３は、対象装置２が正常であるときに生成部１０によって生成された基準波形データを記憶する。

判定部１４は、基準波形データで示される基準波形に対する、対象装置２の異常の有無を判定するときに生成部１０によって生成された判定対象波形データで示される判定対象波形の乖離度を算出する。判定部１４は、算出した乖離度が予め定められた第１しきい値Ｔｈ１を超える場合に対象装置２に異常が生じていると判定する。判定部１４は、判定結果を出力する。たとえば、判定部１４は、図示しない表示装置に判定結果を表示する。

（基波波形データの生成処理）
図２を参照して基準波形データの生成処理の流れについて説明する。図２は、基準波形データの生成処理の流れを示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、データ取得部１１は、対象装置２が正常であるときにタイミング信号が連続してアクティブである期間の振動データを振動センサ４から取得する。振動データは、タイミング信号が連続してアクティブである期間の開始時からの経過時間と、振動センサ４によって計測された加速度とを対応付けたＣＳＶ形式のデータである。

次にステップＳ２において、データ処理部１２は、振動データに対してエンベロープ処理を実行することにより、エンベロープ波形データを生成する。エンベロープ処理とは、振動データで示される波形の負の部分を正に反転させ、包絡線を形成する処理であり、振動データで示される波形の振幅の外形を抽出する処理である。

次にステップＳ３において、データ処理部１２は、エンベロープ波形データから高周波成分をローパスフィルタを用いて取り除くローパスフィルタ処理を実行する。これにより、エンベロープ波形データに含まれるノイズ成分と微小区間における振動の変化とが除去される。その結果、エンベロープ波形データで示されるエンベロープ波形がスムージングされる。

次にステップＳ４において、データ処理部１２は、フィルタ処理が施されたエンベロープ波形データを時間領域で正規化する。具体的には、データ処理部１２は、タイミング信号が連続してアクティブである期間の開始時からの経過時間を当該期間の時間長さで割る。

次にステップＳ５において、データ処理部１２は、時間領域で正規化されたエンベロープ波形データに対して、振幅領域で正規化する。具体的には、データ処理部１２は、時間領域で正規化されたエンベロープ波形データで示される加速度を、当該エンベロープ波形データで示される加速度の最大値で割る。

ステップＳ６において、データ処理部１２は、ステップＳ５で得られたデータを基準波形データとして記憶部１３に格納する。

基準波形データの生成処理（ステップＳ１～Ｓ６）は、対象装置２の異常の有無を判定する処理を行なう前に予め実行される。たとえば、対象装置２を新規に設置したタイミング、または、対象装置２のメンテナンスを行なったタイミングで実行される。

なお、生成部１０は、対象装置２が正常であるときにステップＳ１～Ｓ６を複数回実行することによって複数の正規化された波形データを生成し、これらの平均データを基準波形データとしてもよい。

（対象装置の異常の検出処理）
図３を参照して、対象装置２の異常の検出処理の流れについて説明する。図３は、対象装置２の異常の検出処理の流れを示すフローチャートである。

まずステップＳ１１において、データ取得部１１は、対象装置２の異常の有無の判定するときにタイミング信号が連続してアクティブである期間の振動データを振動センサ４から取得する。データ処理部１２は、振動データに対して、エンベロープ処理（ステップＳ１２）、ローパスフィルタ処理（ステップＳ１３）、時間領域の正規化処理（ステップＳ１４）および振幅領域の正規化処理（ステップＳ１５）を順に実行して、判定対象波形データを生成する。ステップＳ１２～Ｓ１５の処理は、上記のステップＳ２～Ｓ５とそれぞれ同一である。そのため、ステップＳ１２～Ｓ１５の処理の詳細な説明を省略する。

次にステップＳ１６において、判定部１４は、記憶部１３に格納された基準波形データで示される基準波形に対する、ステップＳ１５によって得られた判定対象波形データで示される判定対象波形の乖離度を算出する。判定部１４は、基準波形データと判定対象波形データとの差分の積分値を乖離度として算出する。

次にステップＳ１７において、判定部１４は、算出した乖離度と第１しきい値Ｔｈ１とを比較することにより、対象装置２に異常が生じているか否かを判定する。具体的には、判定部１４は、乖離度が第１しきい値Ｔｈ１を超える場合に対象装置２に異常が生じていると判定し、乖離度が第１しきい値Ｔｈ１以下である場合に対象装置２が正常である判定する。

（検出処理の例）
図４は、基準波形データおよび判定対象波形データの一例を示す図である。図４の左側には、対象装置２に損傷がなく正常であるときに生成部１０によって生成された基準波形データＷｃ１が示される。図４の右側には、対象装置２に損傷があるときに生成部１０によって生成された判定対象波形データＷｃ２が示される。

データ処理部１２は、対象装置２が正常であるときにデータ取得部１１が取得した振動データＷａ１に対してエンベロープ処理およびローパスフィルタ処理を行なうことにより、スムージングされたエンベロープ波形データＷｂ１を生成する。データ処理部１２は、エンベロープ波形データＷｂ１に時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、基準波形データＷｃ１を生成する。

同様に、データ処理部１２は、対象装置２を診断するときにデータ取得部１１が取得した振動データＷａ２に対してエンベロープ処理およびローパスフィルタ処理を行なうことにより、スムージングされたエンベロープ波形データＷｂ２を生成する。データ処理部１２は、エンベロープ波形データＷｂ２に時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、判定対象波形データＷｃ２を生成する。

振動センサ４から出力される振動データは、ボールねじの環境条件（負荷、温度、潤滑状態など）に応じてわずかに変化する。しかしながら、ローパスフィルタ処理および正規化処理を行なうことにより、基準波形データＷｃ１および判定対象波形データＷｃ２は、このような動作環境に応じたわずかな変化の成分をほとんど含まない。ただし、対象装置２に損傷が生じているときのデータで示される各波形は、対象装置２が正常であるときのデータで示される波形と異なる部分Ｐを有する。部分Ｐの大きさは、対象装置２の損傷の大きさに比例する。そのため、判定部１４は、基準波形データＷｃ１と判定対象波形データＷｃ２との差分領域Ｄ１の面積（差分の積分値）を乖離度として算出し、乖離度と第１しきい値Ｔｈ１とを比較することにより、対象装置２の異常の有無を判定することができる。

図５は、基準波形データおよび判定対象波形データの別の例を示す図である。図５には、図４で示されるデータを生成したときよりもボールねじ軸２１の回転速度が遅く、タイミング信号のアクティブの期間が長いときのデータが示される。図５の左側には、対象装置２に損傷がなく正常であるときの振動データＷａ３、スムージングされたエンベロープ波形データＷｂ３および基準波形データＷｃ３が示される。図５の右側には、対象装置２に損傷があるときの振動データＷａ４、スムージングされたエンベロープ波形データＷｂ４および判定対象波形データＷｃ４が示される。

図５においても、対象装置２に損傷が生じているときのデータで示される各波形は、対象装置２が正常であるときのデータで示される波形と異なる部分Ｐを有する。そのため、判定部１４は、基準波形データＷｃ３と判定対象波形データＷｃ４との差分領域Ｄ２の面積（差分の積分値）を乖離度として算出し、乖離度と第１しきい値Ｔｈ１とを比較することにより、対象装置２の異常の有無を判定することができる。

図４および図５に示されるように、タイミング信号のアクティブの期間の長さが異なっていたとしても、エンベロープ波形データを時間領域および振幅領域で正規化することにより、基準波形データＷｃ１，Ｗｃ３で示される波形は、類似した形状となる。そのため、基準波形データＷｃ１，Ｗｃ３を平均化したデータを共通の基準波形データとして用いてもよい。これにより、判定部１４は、ボールねじ２０を動作させる期間（タイミング信号のアクティブの期間）の長さが異なる場合でも、当該共通の基準波形データに対する判定対象波形データの乖離度を算出し、算出した乖離度に基づいて異常の有無を判定することができる。

（利点）
以上のように、異常検出装置１は、生成部１０と判定部１４とを備える。生成部１０は、ボールねじ２０を連続して動作させる期間に振動センサ４によって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成する。判定部１４は、対象装置２が正常であるときに生成された基準波形データで示される基準波形に対する、対象装置２の異常の有無を判定するときに生成された判定対象波形データで示される判定対象波形の乖離度を算出する。判定部１４、乖離度に基づいて対象装置２に異常が生じているか否かを判定する。

上記の構成によれば、振動データに対してエンベロープ処理が実行されることにより、波形データが生成される。当該波形データで示される波形は、振動データの振幅の時間変化を示す。対象装置２に何等かの異常が生じると、当該異常に起因して振動データの振幅に変化が見られる。特に、ボールねじは移動するナットを有しているため、ナットの位置に応じて振幅に変化が見られる。つまり、異常が生じている箇所にナットが位置しているときには振幅の変化が大きくなる。そのため、対象装置２に異常が生じているときの波形データで示される波形は、対象装置２が正常であるときの波形データで示される波形から部分的に変化する。したがって、基準波形に対する判定対象波形の乖離度に基づいて、対象装置２の異常を精度良く検出することができる。また、ボールねじ２０の部分的な異常も安定して検出することができる。

特開２００６－１３３１６２号公報に記載の技術では、振動データを周波数解析しているため、ナットの固有振動の周波数帯域の影響を考慮する必要がある。しかしながら、上記の構成によれば、振幅の時間変化を示す波形データに基づいて異常の有無が判定されるため、ナットの固有振動による制限を受けない。そのため、対象装置２の異常を精度良く検出することができる。

さらに、振動データに対して時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、波形データが生成される。これにより、対象装置２の環境条件（負荷、温度、潤滑状態など）の変動による振動への影響を抑制することができる。その結果、対象装置２の異常を精度良く検出することができる。

生成部１０は、エンベロープ処理が行なわれた振動データに対して、正規化処理を行なう前にローパスフィルタ処理を行なう。これにより、エンベロープ処理が行なわれた振動データに含まれるノイズ成分と微小区間における振動の変化とを除去することができる。

判定部１４は、基準波形データで示される基準波形と判定対象波形データで示される判定対象波形との差分の積分値を乖離度として算出する。これにより、容易に乖離度を算出することができる。

［実施の形態２］
上記の実施の形態１では、判定部１４は、乖離度のみに基づいて対象装置２の異常の有無を判定した。これに対し、実施の形態２に係る異常検出装置１の判定部１４は、ローパスフィルタ処理されたエンベロープ波形データで示される振動（加速度）の実効値と、上記の乖離度とに基づいて、対象装置２の異常の有無を判定する。

図６は、実施の形態２に係る異常検出装置における、加速度の実効値および乖離度と判定結果との対応関係を示す図である。

ローパスフィルタ処理されたエンベロープ波形データで示される加速度の実効値は、振動の大きさ（振動レベル）を表している。加速度の実効値が十分に小さいときには、対象装置２に異常が生じている可能性は低い。そこで、図６に示されるように、判定部１４は、乖離度が第１しきい値Ｔｈ１を超え、かつ、正規化処理を行なう前のエンベロープ波形データにおける加速度の実効値が第２しきい値Ｔｈ２を超える場合に、対象装置２に異常が生じていると判定する。

逆に、ローパスフィルタ処理されたエンベロープ波形データにおける加速度の実効値が十分に大きい場合には、対象装置２に何等かの異常が生じている可能性が高い。そこで、図６に示されるように、判定部１４は、乖離度の値にかかわらず、ローパスフィルタ処理されたエンベロープ波形データにおける加速度の実効値が第３しきい値Ｔｈ３を超える場合に、対象装置２に異常が生じていると判定する。第３しきい値Ｔｈ３は、第２しきい値Ｔｈ２よりも大きい。

このように、実施の形態２に係る異常検出装置１によれば、判定部１４は、乖離度が第１しきい値Ｔｈ１を超え、かつ、エンベロープ波形データの実効値が第２しきい値Ｔｈ２を超える場合に対象装置２に異常が生じていると判定する。これにより、対象装置２の異常の有無をより精度良く判定することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３に係る異常検出装置１は、複数の基準候補波形データを予め記憶しておき、異常の有無を判定するときの対象装置２の運転条件に応じて複数の基準候補波形データの中の１つを基準波形データとして選択する。

図４および図５に示されるように、ボールねじ２０を動作させる期間の違いが小さい場合には、それぞれの期間で生成された基準波形データは類似する。しかしながら、対象装置２の運転条件（ナット２２の移動距離、移動速度など）が大きく異なる場合には波形データも変化する。たとえば、対象装置２が製造ラインの一部として適用される場合、製造する製品の型式に応じて、対象装置２の運転条件が大きく異なることがある。以下、対象装置２が製造ラインに適用された場合を例にとり説明する。

実施の形態３に係る異常判定システムにおいて、コントローラ３は、上位の制御ユニットから指示された製品の型式に従って、対象装置２の運転条件を決定し、決定した運転条件に応じてモータ２５を駆動する。コントローラ３は、制御ユニットから指示された製品の型式を示す型式情報を異常検出装置１に出力する。

生成部１０は、対象装置２が正常であるときに複数の基準候補波形データを生成し、生成した複数の基準候補波形データを記憶部１３に格納する。複数の基準候補波形データは、ボールねじ２０の運転条件が互いに異なる状態において生成される。生成部１０は、コントローラ３から受けた型式情報と対応付けて各基準候補波形データを記憶部１３に格納する。なお、型式情報は、対象装置２の運転条件を間接的に示す情報である。

判定部１４は、記憶部１３に記憶された複数の基準候補波形データの中から、コントローラ３から受けた型式情報に対応する１つの基準候補波形データを選択する。判定部１４は、選択した基準候補波形データを基準波形データとして、当該基準波形データに対する判定対象波形データの乖離度を算出し、乖離度と第１しきい値Ｔｈ１との比較結果に従って対象装置２の異常の有無を判定する。

上記の構成によれば、運転条件に適した基準波形データを用いることができ、対象装置２の異常をより精度良く検出することができる。

［実施の形態４］
実施の形態４に係る異常検出装置１の判定部１４は、上記の処理に加えて、基準波形と判定対象波形との差に基づいて、ボールねじ２０における異常が生じている位置を推定する。

図４および図５に示されるように、判定対象波形データＷｃ２，Ｗｃ４は、基準波形データＷｃ１，Ｗｃ３とそれぞれ異なる部分Ｐを有することがある。この場合、部分Ｐに対応する振動が計測されたときにナット２２と螺合しているボールねじ軸２１の部位に損傷が生じている可能性が高い。そこで、実施の形態４の異常検出装置１は、以下のような処理を実行する。

異常検出装置１は、コントローラ３から、タイミング信号とともに、ナット２２の現在位置を示す位置信号を取得する。たとえば、対象装置２は、ナット２２が基準位置に位置しているか否かを検出する図示しない位置センサを備えている。コントローラ３は、位置センサによってナット２２が基準位置に位置していると検出されてからのボールねじ軸２１の回転数に基づいて、位置信号を生成すればよい。

判定部１４は、判定対象波形データで示される判定対象波形の中から基準波形データで示される基準波形と異なる部分の振動を計測した時刻を特定する。たとえば、判定部１４は、基準波形データと判定対象波形データとの差分が最大となる部分を計測した時刻を特定する。判定部１４は、特定した時刻に受けた位置信号で示されるナット２２の位置を、ボールねじ２０における異常が生じている位置として推定する。判定部１４は、推定結果を出力する。たとえば、判定部１４は、図示しない表示装置に推定結果を表示する。

実施の形態４によれば、ユーザは、ボールねじ２０の異常の生じている箇所を容易に把握することができる。

（変形例１）
上記の実施の形態１～４では、判定部１４は、基準波形データと判定対象波形データとの差分の積分値を乖離度として算出した。しかしながら、判定部１４は、別の方法により乖離度を算出してもよい。たとえば、判定部１４は、基準波形データと判定対象波形データとの相関係数σを算出し、１－σを乖離度としてもよい。

（変形例２）
上記の実施の形態１～４では、判定部１４は、ＣＳＶ形式の基準波形データとＣＳＶ形式の判定対象波形データとの差分の積分値を乖離度として算出した。しかしながら、生成部１０は、基準波形データおよび判定対象波形データをＮ×Ｍ画素の画像データとして生成してもよい。

データ処理部１２は、図２に示すステップＳ４および図３に示すステップＳ１４において、ローパスフィルタ処理がされたエンベロープ波形データをある時間単位で所定数Ｎ（たとえば２５６個）の区間に区分する。ある時間単位とは、タイミング信号が連続してアクティブである期間を所定数Ｎで分割した時間である。データ処理部１２は、区間ごとに、エンベロープ波形データで示される加速度の平均値を算出する。

さらに、図２に示すステップＳ５および図３に示すステップＳ１５において、データ処理部１２は、時間領域で正規化されたエンベロープ波形データで示される加速度を、当該エンベロープ波形データで示される加速度の最大値で割る。その後、データ処理部１２は、全ての加速度をＭ倍（Ｍはたとえば２５６）するとともに、整数の値に丸める。これにより、データ処理部１２は、Ｎ個の区間の各々と、正規化された加速度とを対応付けたデータを生成する。

次に、データ処理部１２は、以下のようにしてＮ×Ｍ画素の画像データを波形データとして生成する。すなわち、データ処理部１２は、ｎ番目の区間に対応する加速度がｍである場合、座標（ｎ，１）～座標（ｎ，ｍ）の画素値を１とし、座標（ｎ，ｍ＋１）～座標（ｎ，Ｍ）の画素値を０とする。なお、ｎ番目の区間とは、タイミング信号が連続してアクティブである期間の開始時にｎ番目に近い区間である。

図７は、変形例２の生成部１０が生成した正常波形データで示される画像の一例を示す図である。図８は、変形例２の生成部１０が生成した判定対象波形データで示される画像の一例を示す図である。図７および図８において、斜線部は、画素値が１である領域を示す。図７および図８に示されるように、波形データを画像データとすることにより、正常波形データで示される正常波形と判定対象波形データで示される判定対象波形との違いを視覚的に容易に確認することができる。

判定部１４は、判定対象波形データで示される第１画像のうち、正常波形データで示される第２画像と重ならない部分の面積を乖離度として算出する。もしくは、判定部１４は、第１画像のうち第２画像と重ならない部分の第１面積と、第２画像のうち第１画像と重ならない部分の第２面積との合計値を乖離度として算出してもよい。

（変形例３）
上記の実施の形態１～４では、振動センサ４は、固定側サポートユニット２３に設置されるものとした。しかしながら、振動センサ４は、支持側サポートユニット２４またはナット２２に設置されてもよい。ただし、ナット２２に振動センサ４を設置した場合、ナット２２の移動によって、振動センサ４がナット２２から外れる可能性がある。そのため、振動センサ４は、静止している固定側サポートユニット２３または支持側サポートユニット２４に設置することが好ましい。

あるいは、固定側サポートユニット２３、支持側サポートユニット２４およびナット２２の各々に振動センサ４を設置し、各振動センサ４からの振動データに基づいて対象装置２の異常を検出してもよい。これにより、固定側サポートユニット２３、支持側サポートユニット２４およびナット２２のいずれの部位に異常が生じているかを特定しやすくなる。たとえば、固定側サポートユニット２３に軸受損傷が生じている場合には、固定側サポートユニット２３に設置された振動センサ４の振動レベルが他の振動センサ４の振動レベルよりも大きくなるため、固定側サポートユニット２３に異常が生じていることを特定できる。

（変形例４）
上記の実施の形態１～４では、コントローラ３は、対象装置２を動作させるためのタイミング信号を生成するたびに、生成したタイミング信号を異常検出装置１に出力するものとした。しかしながら、コントローラ３は、対象装置２を特定の動作パターンで動作させるためのタイミング信号のみを異常検出装置１に出力してもよい。特定の動作パターンは、ナット２２を固定側サポートユニット２３側の端部から支持側サポートユニット２４側の端部まで一定速度で移動させるパターンであることが好ましい。これにより、ボールねじ軸２１の部分的な異常を精度良く検出することができる。

たとえば、コントローラ３は、対象装置２の起動時に、特定の動作パターンで動作させるためのタイミング信号に従って対象装置２を動作させるとともに、当該タイミング信号を異常検出装置１に出力すればよい。

（変形例５）
異常検出装置１に上述した動作を実行させるためのプログラムが提供されてもよい。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびメモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。

提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 異常検出装置、２ 対象装置、３ コントローラ、４ 振動センサ、１０ 生成部
１１ データ取得部、１２ データ処理部、１３ 記憶部、１４ 判定部、２０ ボールねじ、２１ ボールねじ軸、２２ ナット、２３ 固定側サポートユニット、２４ 支持側サポートユニット、２５ モータ。

Claims (8)

1. ボールねじを含む対象装置に設置された振動センサを用いて、前記対象装置の異常の有無を判定する異常検出装置であって、
   前記ボールねじを連続して動作させる期間に前記振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成する生成部と、
   前記対象装置が正常であるときに前記生成部によって生成された基準波形データで示される波形に対する、前記対象装置の異常の有無を判定するときに前記生成部によって生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出し、前記乖離度に基づいて前記対象装置に異常が生じているか否かを判定する判定部を備え、
   前記判定部は、前記乖離度が第１しきい値を超え、かつ、前記正規化処理を行なう前の前記振動データの実効値が第２しきい値を超える場合に前記対象装置に異常が生じていると判定する、異常検出装置。
2. 前記対象装置は、ボールねじ軸と、前記ボールねじ軸に螺合されたナットと、前記ボールねじ軸の一方端を回転可能に支持する固定側サポートユニットと、前記ボールねじ軸の他方端を回転可能に支持する支持側サポートユニットとを備え、
   前記振動センサは、前記ナット、前記固定側サポートユニットおよび前記支持側サポートユニットの少なくとも１つに設置される、請求項１に記載の異常検出装置。
3. ボールねじを含む対象装置に設置された振動センサを用いて、前記対象装置の異常の有無を判定する異常検出装置であって、
   前記ボールねじを連続して動作させる期間に前記振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成する生成部と、
   前記対象装置が正常であるときに前記生成部によって生成された基準波形データで示される波形に対する、前記対象装置の異常の有無を判定するときに前記生成部によって生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出し、前記乖離度に基づいて前記対象装置に異常が生じているか否かを判定する判定部を備え、
   前記ボールねじは、ボールねじ軸と、前記ボールねじ軸に螺合されたナットとを有し、
   前記判定部は、前記判定対象波形データで示される波形の中から前記基準波形データで示される波形と異なる部分を特定し、特定した部分に対応する振動を前記振動センサが計測したときの前記ナットの位置に基づいて、前記ボールねじにおける異常が生じている位置を推定する、異常検出装置。
4. 前記生成部は、前記エンベロープ処理が行なわれた前記振動データに対して、前記正規化処理を行なう前にローパスフィルタ処理を行なう、請求項１または３に記載の異常検出装置。
5. 前記生成部は、前記対象装置が正常であるときに複数の基準候補波形データを生成し、
   前記複数の基準候補波形データは、前記対象装置の運転条件が互いに異なる状態において生成され、
   前記判定部は、異常の有無を判定するときの前記対象装置の運転条件に応じて、前記複数の基準候補波形データの中の１つを前記基準波形データとして選択する、請求項１または３に記載の異常検出装置。
6. 前記判定部は、前記基準波形データで示される波形と前記判定対象波形データで示される波形との差分の積分値を前記乖離度として算出する、請求項１または３に記載の異常検出装置。
7. ボールねじを含む対象装置に設置された振動センサを用いて、前記対象装置の異常の有無を判定する異常検出方法であって、
   前記ボールねじを連続して動作させる期間に前記振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成するステップと、
   前記対象装置が正常であるときに生成された基準波形データで示される波形に対する、前記対象装置の異常の有無を判定するときに生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出し、前記乖離度に基づいて前記対象装置に異常が生じているか否かを判定するステップとを備え、
   前記判定するステップは、前記乖離度が第１しきい値を超え、かつ、前記正規化処理を行なう前の前記振動データの実効値が第２しきい値を超える場合に前記対象装置に異常が生じていると判定するステップを含む、異常検出方法。
8. ボールねじを含む対象装置に設置された振動センサを用いて、前記対象装置の異常の有無を判定する異常検出方法であって、
   前記ボールねじを連続して動作させる期間に前記振動センサによって計測された振動データに対してエンベロープ処理ならびに時間領域および振幅領域の正規化処理を行なうことにより、振動の時間変化を示す波形データを生成するステップと、
   前記対象装置が正常であるときに生成された基準波形データで示される波形に対する、前記対象装置の異常の有無を判定するときに生成された判定対象波形データで示される波形の乖離度を算出し、前記乖離度に基づいて前記対象装置に異常が生じているか否かを判定するステップとを備え、
   前記ボールねじは、ボールねじ軸と、前記ボールねじ軸に螺合されたナットとを有し、
   前記判定するステップは、前記判定対象波形データで示される波形の中から前記基準波形データで示される波形と異なる部分を特定し、特定した部分に対応する振動を前記振動センサが計測したときの前記ナットの位置に基づいて、前記ボールねじにおける異常が生じている位置を推定するステップを含む、異常検出方法。

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