JP7104858B1 - 工作機械、工作機械の診断システム、及び、工作機械の診断方法 - Google Patents

工作機械、工作機械の診断システム、及び、工作機械の診断方法 Download PDF

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Abstract

工作機械は、工作機械のアクチュエータの動作に従って状態が変化する構成機器と、構成機器の状態を検出するように構成されるセンサと、センサの信号を処理するように構成される信号処理装置と、アクチュエータの動作を制御するように構成される制御装置と、アクチュエータの動作を制御装置に行わせるための命令を入力し、アクチュエータの動作状況を報知するように構成される入出力デバイスと、を備える。信号処理装置は、構成機器の異常の発生に関する状態記述簡易データを制御装置へ送信するように構成される。信号処理装置は、構成機器の異常箇所を特定するための状態記述詳細データを構成機器の状態を解析するための遠隔監視装置へ送信するように構成される。入出力デバイスは、制御装置に送信された状態記述簡易データに基づいて構成機器において異常が発生しているか否かをオペレータに報知するように構成される。

Description

本発明は、工作機械、工作機械の診断システム、及び、工作機械の診断方法に関する。
工作機械の異常を外部の遠隔監視装置から監視するシステムが普及してきている（例えば、特許文献１）。特許文献１は、工作機械自体が故障を簡易診断して、簡易診断の結果、異常が発見されたときに、遠隔地の詳細診断手段が異常の詳細診断を行うものである。一方、工作機械に取り付けられた異常診断装置によって工作機械の異常診断を行うシステムも従来から知られている（例えば、特許文献２）。特許文献２は、工作機械のベアリングに取り付けられた振動センサの信号から特定周波数成分値を検出してその成分値に基づいてベアリングの損傷を判定する。
特開２００４－２６５００９号公報 特開２００６－２３４７８４号公報
特許文献１及び特許文献２に記載の方法では、工作機械と別の異常診断装置によって異常診断されている。異常診断の際には工作機械の動作も必要であるが、工作機械の動作のための入力と異常診断の報知が別々の装置でなされると、オペレータの利便性が低下する。これを解消するために、工作機械の制御装置が上記異常診断装置の構成を全て取り込むことも考えられる。しかし、異常診断には周波数解析など負荷が重い処理も存在するため、このようなシステム構成では制御装置のプロセッサの処理性能を非常に高くしなければならない。
本願に開示される技術の目的は、異常診断のためにセンサの信号を処理する処理装置を工作機械の制御装置から分離することによって制御装置の負荷をそれほど高くすることなく、工作機械の簡易異常診断処理と遠隔診断装置による工作機械の詳細異常診断処理との両方を実現できるようにし、さらに、工作機械の動作のための入力と簡易異常診断結果の報知とを工作機械側で一元化することによって簡易異常診断及び詳細異常診断の利便性を向上させる工作機械、工作機械の診断システム、及び、工作機械の診断方法を提供することにある。
本開示の第１態様に係る工作機械は、構成機器と、センサと、信号処理装置と、制御装置と、入出力デバイスと、を備える。工作機械のアクチュエータの動作に従って構成機器の状態が変化する。センサは、構成機器の状態を検出するように構成される。信号処理装置は、センサの信号を処理するように構成される。制御装置は、アクチュエータの動作を制御するように構成される。アクチュエータの動作を制御装置に行わせるための命令が入出力デバイスを介して入力される。入出力デバイスは、工作機械の動作状況を報知するように構成される。信号処理装置は、構成機器の異常の発生に関する状態記述簡易データを当該信号から生成し、生成した状態記述簡易データを制御装置へ送信するように構成される。信号処理装置は、構成機器の異常箇所を特定するための、状態記述簡易データよりも情報量の多い状態記述詳細データを当該信号から生成し、生成した状態記述詳細データを、構成機器の状態を解析するための遠隔監視装置へ送信するように構成される。入出力デバイスは、制御装置に送信された状態記述簡易データに基づいて構成機器において異常が発生しているか否かをオペレータに報知するように構成される。
本開示の第２態様によれば、第１態様による工作機械では、制御装置は、状態記述簡易データを当該信号から生成することを指示する第１コマンドを信号処理装置へ送信するように構成される。信号処理装置は、第１コマンドに従って状態記述簡易データを生成し、生成した状態記述簡易データを制御装置へ送信するように構成される。
本開示の第３態様によれば、第１態様または第２態様による工作機械では、遠隔監視装置は、状態記述詳細データを信号から生成することを指示する第２コマンドを信号処理装置へ送信するように構成される。信号処理装置は、第２コマンドに応じて状態記述詳細データを生成し、生成した状態記述詳細データを遠隔監視装置へ送信するように構成される。
本開示の第４態様によれば、第３態様による工作機械は、制御装置と信号処理装置とを接続する通信回線をさらに備える。遠隔監視装置は、通信ネットワークを介して信号処理装置と接続される。信号処理装置と遠隔監視装置との間にゲートウェイが介在される。第１コマンド及び状態記述簡易データが通信回線を介して送信される。第２コマンド及び状態記述詳細データが通信ネットワークを介して送信される。好ましくは、通信回線の通信容量は、通信ネットワークの通信容量よりも小さいが、通信回線の通信容量は、通信ネットワークの通信容量以上であってもよい。
本開示の第５態様によれば、第２態様から第４態様のいずれかによる工作機械では、第１コマンドは、状態記述簡易データを信号から生成するためのプログラムコードと、制御装置から信号処理装置に送信され、信号処理装置に保存されたプログラムコードを実行するための実行コマンドとの少なくとも一方を含む。
本開示の第６態様によれば、第５態様による工作機械では、プログラムコードは、センサの信号のうち、構成機器の異常に関係する複数の成分を特定するための成分特定情報と、複数の成分の少なくとも一部を合成する合成方法を規定する合成情報と、を含む。信号処理装置は、プログラムコードの実行によって、信号から複数の成分を抽出し、合成方法に基づいて複数の成分の少なくとも一部を合成した合成値を算出する。
本開示の第７態様によれば、第６態様による工作機械では、状態記述簡易データは、合成値を含む。
本開示の第８態様によれば、第５態様第７態様のいずれかによる工作機械では、プログラムコードは、構成機器の異常を判定するための閾値を含む。信号処理装置は、プログラムコードの実行によって、複数の成分と閾値とに基づいて、構成機器の異常の有無を判定する。状態記述簡易データは、構成機器の異常の有無を表す情報を含む。
本開示の第９態様によれば、第６態様から第８態様のいずれかによる工作機械では、構成機器は複数の部品を含む。複数の部品の損傷と複数の部品のはめあいの異常とのうちの複数の異常が、それぞれ、複数の成分によって表される。
本開示の第１０態様によれば、第９態様のいずれかによる工作機械では、状態記述詳細データは、複数の成分のそれぞれを識別可能なように複数の成分を含む。
本開示の第１１態様によれば、第９態様または第１０態様による工作機械では、複数の部品は構成機器に設けられるベアリングの内輪、外輪、転動体を含む。センサは、ベアリングの振動を検出するように構成される振動センサである。複数の成分は、内輪の損傷の影響を受けやすい振動センサの信号の第１周波数の成分と、外輪の損傷の影響を受けやすい振動センサの信号の第２周波数の成分と、転動体の損傷の影響を受けやすい振動センサの信号の第３周波数の成分と、を含む。成分特定情報は、第１周波数、第２周波数、及び、第３周波数を特定する情報を含む。
本開示の第１２態様によれば、第３態様または第４態様による工作機械では、入出力デバイスを介して、状態記述詳細データの遠隔監視装置への出力を許可するための許可指令が入力される。許可指令によって遠隔監視装置に状態記述詳細データを送信することが許可されている間に、信号処理装置は、第２コマンドを受け付け、遠隔監視装置に状態記述詳細データを送信するように構成される。
本開示の第１３態様に係る工作機械の診断システムは、第１態様から第１２態様のいずれかの工作機械と、遠隔監視装置と、遠隔監視装置と信号処理装置とを接続する通信ネットワークと、通信ネットワーク上で、遠隔監視装置と信号処理装置との間に介在するゲートウェイと、を備える。
本開示の第１４態様によれば、第１３態様による診断システムは、遠隔監視装置が通信ネットワークを介してアクセス可能な記憶装置をさらに備える。制御装置は、状態記述簡易データを記憶装置に送信するように構成される。記憶装置は、構成機器毎に時系列順に検索可能な態様で、状態記述簡易データを記憶するように構成される。遠隔監視装置は、状態記述詳細データを解析する際に、状態記述簡易データを記憶装置から取得するように構成される。
本開示の第１５態様に係る工作機械の診断方法は、工作機械の入出力デバイスからの入力に基づいて、構成機器の状態を変化させるように工作機械のアクチュエータを駆動し、構成機器の前記状態をセンサによって検出し、センサによって検出された状態を表す信号を信号処理装置へ送信し、信号処理装置によって、構成機器の異常の発生に関する状態記述簡易データを信号から生成し、生成された状態記述簡易データをアクチュエータの動作を制御するための制御装置に送信し、信号処理装置によって、構成機器の異常箇所を特定するための、状態記述簡易データよりも情報量の多い状態記述詳細データを信号から生成し、生成された状態記述詳細データを、構成機器の状態を解析するための遠隔監視装置へ送信し、制御装置に送信された状態記述簡易データに基づいて構成機器において異常が発生しているか否かを、入出力デバイスを介してオペレータに報知する、ことを含む。
本開示の第１６態様によれば、第１５態様による診断方法は、制御装置によって、状態記述簡易データを信号から生成することを指示する第１コマンドを信号処理装置へ送信することをさらに含む。信号処理装置は、第１コマンドに従って状態記述簡易データを生成し、生成した状態記述簡易データを制御装置へ送信する。
本開示の第１７態様によれば、第１５態様または第１６態様による診断方法は、遠隔監視装置によって、状態記述詳細データを信号から生成することを指示する第２コマンドを信号処理装置へ送信することをさらに含む。信号処理装置は、第２コマンドに応じて状態記述詳細データを生成し、生成した状態記述詳細データを遠隔監視装置へ送信する。
本開示の第１８態様によれば、第１７態様による診断方法は、第１コマンド及び状態記述簡易データが制御装置と信号処理装置とを接続する通信回線を介して送信される。第２コマンド及び状態記述詳細データが遠隔監視装置と信号処理装置とを接続する通信ネットワークを介して送信される。信号処理装置と遠隔監視装置との間にゲートウェイが介在される。好ましくは、通信回線の通信容量は、通信ネットワークの通信容量よりも小さいが、通信回線の通信容量は、通信ネットワークの通信容量以上であってもよい。
本開示の第１９態様によれば、第１６態様から第１８態様のいずれかによる診断方法では、第１コマンドは、状態記述簡易データを信号から生成するためのプログラムコードと、制御装置から信号処理装置に送信され、信号処理装置に保存されたプログラムコードを実行するための実行コマンドとの少なくとも一方を含む。
本開示の第２０態様によれば、第１９態様による診断方法では、プログラムコードは、構成機器の異常に関係する複数の成分を特定するための成分特定情報と、複数の成分の少なくとも一部を合成する合成方法を規定する合成情報と、を含む。信号処理装置は、プログラムコードの実行によって、信号から複数の成分を抽出し、合成方法に基づいて複数の成分の少なくとも一部を合成した合成値を算出する。
本開示の第２１態様によれば、第２０態様による診断方法では、状態記述簡易データは、合成値を含むことを特徴とする。
本開示の第２２態様によれば、第１９態様から第２１態様のいずれかによる診断方法では、プログラムコードは、構成機器の異常を判定するための閾値を含む。信号処理装置は、プログラムコードの実行によって、複数の成分と閾値とに基づいて、構成機器の異常の有無を判定する。状態記述簡易データは、構成機器の異常の有無を表す情報を含む。
本開示の第２３態様によれば、第２０態様から第２２態様のいずれかによる診断方法では、構成機器は複数の部品を含む。複数の部品の損傷と複数の部品のはめあいの異常とのうちの複数の異常が、それぞれ、複数の成分によって表される。
本開示の第２４態様によれば、第２３態様による診断方法では、状態記述詳細データは、複数の成分のそれぞれを識別可能なように複数の成分を含む。
本開示の第２５態様によれば、第２３態様または第２４態様による診断方法では、複数の部品は構成機器に設けられるベアリングの内輪、外輪、転動体を含む。センサは、ベアリングの振動を検出するように構成される振動センサである。複数の成分は、内輪の損傷の影響を受けやすい振動センサの信号の第１周波数の成分と、外輪の損傷の影響を受けやすい振動センサの信号の第２周波数の成分と、転動体の損傷の影響を受けやすい振動センサの信号の第３周波数の成分と、を含む。成分特定情報は、第１周波数、第２周波数、及び、第３周波数を特定する情報を含む。
本開示の第２６態様によれば、第１７態様または第１８態様による診断方法は、入出力デバイスを介して、状態記述詳細データの遠隔監視装置への出力を許可するための許可指令を入力することをさらに含む。許可指令によって遠隔監視装置に状態記述詳細データを送信することが許可されている間に、信号処理装置は、第２コマンドを受け付け、遠隔監視装置に状態記述詳細データを送信する。
本開示の第２７態様によれば、第１５態様から第２６態様までのいずれかによる診断方法は、制御装置によって、遠隔監視装置が通信ネットワークを介してアクセス可能な記憶装置に状態記述簡易データを送信し、記憶装置によって、構成機器毎に時系列順に検索可能な態様で、状態記述簡易データを記憶することをさらに含む。遠隔監視装置は、状態記述詳細データを解析する際に、状態記述簡易データを記憶装置から取得する。
第１態様に係る工作機械、第１態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第１５態様の工作機械の診断方法では、異常診断のためにセンサの信号を処理する信号処理が信号処理装置で行われ、工作機械の制御装置から分離される。したがって、制御装置の負荷をそれほど高くすることなく、工作機械の簡易異常診断処理と遠隔診断装置による工作機械の詳細異常診断処理との両方を実現できる。さらに、工作機械の動作のための入力と簡易異常診断結果の報知とが工作機械側で一元化されるため、簡易異常診断及び詳細異常診断の利便性が向上される。
第２態様に係る工作機械、第２態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第１６態様の工作機械の診断方法では、外部からのコマンドを処理可能な上市されている信号処理装置を利用して簡易異常診断を実施することが可能となる。その結果、工作機械の製造コストを低減することができる。
第３態様に係る工作機械、第３態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第１７態様の工作機械の診断方法では、遠隔監視装置がセンサの出力を自由に解析することができる。また、外部からのコマンドを処理可能な上市されている信号処理装置を利用して詳細異常診断を実施することが可能となる。その結果、工作機械の製造コストを低減することができる。
第４態様に係る工作機械、第４態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第１８態様の工作機械の診断方法では、信号処理装置が制御装置を介さずに第２コマンド及び状態記述詳細データを送信することができるので、制御装置の負荷を減少させることができる。また、状態記述簡易データの情報量が状態記述詳細データの情報量よりも少ないため、通信回線の通信容量は、通信ネットワークの通信容量よりも小さくすることができ、通信回線として多様な回線が利用可能となる。
第５態様に係る工作機械、第５態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第１９態様の工作機械の診断方法では、制御装置から信号処理装置へ状態記述簡易データを信号から生成するためのプログラムコードを送信して、当該コードを制御装置から実行することが可能である。したがって、簡易異常診断のアルゴリズムを柔軟に変更することができる。
第６態様に係る工作機械、第６態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第２０態様の工作機械の診断方法では、構成機器の異常に関係する複数の成分を利用して構成機器の異常を判定できるので、高精度に構成機器の異常を判定することができる。さらに、複数の成分を合成した合成値を作成するので、簡易な判定方法で構成機器の異常を判定することができる。
第７態様に係る工作機械、第７態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第２１態様の工作機械の診断方法では、合成値を入出力デバイスに出力できるので、工作機械のオペレータに異常の度合いを報知することができる。
第８態様に係る工作機械、第８態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第２２態様の工作機械の診断方法では、構成機器の異常の有無を表す情報を入出力デバイスに出力できるので、工作機械のオペレータに構成機器の異常の有無を報知することができる。
第９態様に係る工作機械、第９態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第２３態様の工作機械の診断方法では、複数の部品の損傷と複数の部品のはめあいの異常とのうちの複数の異常が表される複数の成分を利用して、構成機器の異常を精度よく判定することができる。
第１０態様に係る工作機械、第１０態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第２４態様の工作機械の診断方法では、複数の部品の損傷と複数の部品のはめあいの夫々の異常を遠隔監視装置が判定することができる。
第１１態様に係る工作機械、第１１態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第２５態様の工作機械の診断方法では、ベアリングの内輪、外輪、転動体の夫々の異常を別々に遠隔監視装置が判定することができる。
第１２態様に係る工作機械、第１２態様の工作機械を備える第１３態様の診断システム、及び、第２６態様の工作機械の診断方法では、工作機械のオペレータが、遠隔監視装置からの信号処理装置へのアクセスを制御することができる。
第１４態様の診断システム、及び、第２７態様の工作機械の診断方法では、遠隔監視装置は、状態記述詳細データを解析する際に、時系列の状態記述簡易データを参照できるので、詳細に構成機器の状態を解析することができる。
本願に開示される技術によれば、異常診断のためにセンサの信号を処理する信号処理装置が工作機械の制御装置から分離されることによって制御装置の負荷をそれほど高くすることなく、工作機械の簡易異常診断処理と遠隔診断装置による工作機械の詳細異常診断処理との両方を実現することができる。さらに、本願に開示される技術によれば、工作機械の動作のための入力と簡易異常診断結果の報知とを工作機械側で一元化することによって簡易異常診断及び詳細異常診断の利便性を向上させることができる。
図１は、実施形態に係る工作機械の診断システムの構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係る簡易診断処理のフローチャートである。 図３は、実施形態に係る簡易診断処理のシーケンス図である。 図４は、簡易診断スクリプトの実装例を示す。 図５は、実施形態に係る詳細診断処理のフローチャートである。 図６は、実施形態に係る詳細診断処理のシーケンス図である。
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、図中において同じ符号は、対応するまたは実質的に同一の構成を示している。
＜実施形態＞
＜工作機械１の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る工作機械の診断システム１００の構成を示すブロック図である。診断システム１００は、工作機械１と、信号処理装置３と、ネットワーク５と、記憶装置７と、遠隔監視装置９とを備える。工作機械１は、主軸１１と、主軸ケース１２と、ベアリング１３と、センサ１４と、モータ１５と、エンコーダ１６と、入出力デバイス１７と、制御装置２０とを備える。主軸１１は、ベアリング１３を介して主軸ケース１２に対して回転可能に取り付けられている。より詳細には、ベアリング１３は、内輪１３Ａ、転動体１３Ｂ、外輪１３Ｃを含む。主軸１１は、内輪１３Ａと接続する。内輪１３Ａは主軸１１と一体に回動可能である。転動体１３Ｂは、内輪１３Ａの回転に従って外輪１３Ｃの内側を回転移動するように構成されている。外輪１３Ｃは、主軸ケース１２に固定されているが、転動体１３Ｂの移動に伴い振動する。主軸１１には、加工をおこなうための回転体ＲＢが取付可能である。回転体ＲＢは、工具であってもワークであってもよい。ベアリング１３もしくはベアリング１３の近傍にはセンサ１４が取り付けられており、センサ１４は、主軸１１が回転することによって生じるベアリング１３の振動を検出するように構成されている。つまり、センサ１４は、ベアリング１３の振動を検出するように構成される振動センサである。なお、センサ１４の他に、ベアリング１３以外の検出対象の近傍にもセンサが取り付けられていてもよい。すなわち、センサは複数個あってもよい。
モータ１５は、工作機械１のアクチュエータＡＣＴであり、主軸１１を回転させる。このように、主軸１１が回転されることで、ベアリング１３の内輪１３Ａ及び転動体１３Ｂが回転し、ベアリング１３の内輪１３Ａ、転動体１３Ｂ、及び、外輪１３Ｃが振動する。このように、アクチュエータＡＣＴの動作に従って状態が変化する工作機械１のパーツを、本実施形態では構成機器(component)ＣＯＭと呼ぶ。したがって、ベアリング１３のことを構成機器ＣＯＭと呼称してもよい。なお、ベアリング１３は、構成機器ＣＯＭの一例であって、工作機械１の他のアクチュエータＡＣＴによって状態が変化する他のパーツが構成機器ＣＯＭであってもよい。この場合、状態とは、振動、音、温度、光、静電容量、油膜厚さ、煙などの化学成分種の放出を含む物理現象の状態を意味し、センサ１４は、その構成機器ＣＯＭの状態を検出するセンサであってもよい。ベアリング１３が構成機器ＣＯＭであるとき、構成機器ＣＯＭは複数の部品を含む。
モータ１５にはエンコーダ１６が設けられて、測定されたモータ１５の回転数(rotation speed)が制御装置２０に入力される。なお、他の回転数検出器によってモータ１５の回転数を検出できるときは、エンコーダ１６は、その回転数検出器によって代替されてもよい。制御装置２０は、アクチュエータＡＣＴの動作を制御するように構成される。具体的には、制御装置２０は、エンコーダ１６によって測定されたモータ１５の回転数に基づいて、制御装置２０に入力された指令回転数に保つようにモータ１５へ供給する電流の制御を行う。入出力デバイス１７は、指令回転数を入力するための入力インタフェースと、エンコーダ１６で測定されたモータ１５の現在の回転数を有する出力インタフェースとを有している。つまり、入出力デバイス１７は、アクチュエータＡＣＴの動作を制御装置２０に行わせるための命令を入力し、アクチュエータＡＣＴの動作状況を報知するように構成される。
入出力デバイス１７は、工作機械１の入出力装置として通常用いられている操作盤(control panel)である。このような入出力デバイス１７の例として、例えば、入出力インタフェースが一体となったタッチパネルや、スイッチ、押しボタン、及び、モニターを含む操作盤がある。なお、入出力デバイス１７は、入力インタフェースと出力インタフェースが同一のパネルになくてもよく、１名のオペレータが出力インタフェースによってモータ１５の現在の回転数を確認しながら入力インタフェースによって入力が可能である程度に入力インタフェースと出力インタフェースとが分離されてもよい。
制御装置２０は、プロセッサ２１と、メモリ２２と、通信インタフェース２３とを備える。制御装置２０は、少なくともコンピュータ数値制御装置(computerized numerical control device)とプログラマブルロジックコントローラ(programmable logic controller)を含む。プロセッサ２１は、メモリ２２に記憶されたプログラムを実行することによって工作機械１の各種動作を制御する。メモリ２２は、当該プログラムやそのプログラムによって利用される各種パラメータを記憶する不揮発性メモリを少なくとも有している。メモリ２２は、制御プログラム２４と、簡易診断プログラム２５と、成分特定情報２６と、合成情報２７と、閾値情報２８と、セキュリティプログラム２９とを記憶するように構成されている。制御プログラム２４は、入出力デバイス１７を介して入力される指令回転数に従ってモータ１５を回転させるように、フィードバック制御を行うプログラムである。具体的には、制御プログラム２４は、エンコーダ１６の信号をもとに、モータ１５の回転数が指令回転数に近づくようにモータ１５へ供給する電流を制御する処理を実行する。
簡易診断プログラム２５は、ベアリング１３の異常を簡易に診断するにあたり、モータ１５の動作と信号処理装置３から簡易診断結果を受信するプログラムである。簡易診断結果は、あらかじめ信号処理装置３にインストールされた簡易診断スクリプト３６の実行により生成される。簡易診断スクリプト３６は、成分特定情報２６と、合成情報２７と、閾値情報２８とに基づいて、あらかじめ制御装置２０において生成され、信号処理装置３に送信されている。ただし、簡易診断プログラム２５が、簡易診断スクリプト３６を生成して、簡易診断結果を受信するために簡易診断スクリプト３６を信号処理装置３に送信してもよい。簡易診断スクリプト３６は、成分特定情報２６と、合成情報２７と、閾値情報２８とのうちの少なくとも１つを利用して、構成機器ＣＯＭの異常の発生に関する状態記述簡易データをセンサ１４の信号から生成するためのプログラムコードである。成分特定情報２６と、合成情報２７と、閾値情報２８とは、簡易診断スクリプト３６において使用されるパラメータを表す。制御装置２０は、簡易診断スクリプト３６を実行するための実行コマンドを含む第１コマンドを生成し、生成した第１コマンドを信号処理装置３へ送信する処理を実行する。つまり、第１コマンドは、状態記述簡易データをセンサ１４の信号から生成するためのプログラムコードと、制御装置３０から信号処理装置３に送信され、信号処理装置３に保存されたプログラムコードを実行するための実行コマンドとの少なくとも一方を含む。簡易診断スクリプト３６が実行された後、信号処理装置３において生成された状態記述簡易データが制御装置２０に送信され、簡易診断プログラム２５は、制御装置２０が受信した状態記述簡易データに基づいて、入出力デバイス１７を介して、構成機器ＣＯＭに異常が発生しているか否かをオペレータに報知する処理を実行する。このように、制御装置２０は、状態記述簡易データをセンサ１４の信号から生成することを指示する第１コマンドを信号処理装置３へ送信するように構成される。また、入出力デバイス１７は、制御装置２０に送信された状態記述簡易データに基づいて、構成機器ＣＯＭにおいて異常が発生しているか否かをオペレータに報知するように構成される。セキュリティプログラム２９は、遠隔監視装置９から信号処理装置３へのアクセスを制御する処理を実行する。簡易診断プログラム２５と、セキュリティプログラム２９との処理の詳細については後述する。
信号処理装置３は、センサ１４の信号を処理するように構成される。センサ１４が複数個の場合には、信号処理装置３は、それぞれのセンサの信号を並列処理するように構成されてもよい。信号処理装置３は、アナログデジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）３１と、メモリ３２と、演算器３３と、通信インタフェース３４とを備える。Ａ／Ｄコンバータ３１は、センサ１４からのアナログ信号をデジタル信号に変換するように構成される。メモリ３２は、デジタル信号に変換されたセンサ１４のデジタル信号データ３５や上述する簡易診断スクリプト３６等を記憶するように構成される。さらに、メモリ３２は、簡易診断スクリプト３６などのスクリプトを実行するためのスクリプトエンジン３７や、演算器３３によって抽出されたデジタル信号の成分を記憶するように構成される。通信インタフェース３４は、制御装置２０の通信インタフェース２３と信号処理装置３との間の通信、及び、遠隔監視装置９と信号処理装置３との間の通信を制御する。
具体的には、上記第１コマンドを制御装置２０から受信すると、通信インタフェース３４は、第１コマンドに基づいた情報を演算器３３に送信し、演算器３３は、スクリプトエンジン３７を実行して簡易診断スクリプト３６に記述された処理を実行する。これによって、演算器３３は、センサ１４のデジタル信号から状態記述簡易データを生成し、生成した状態記述簡易データを通信インタフェース３４に送信する。通信インタフェース３４は、第１コマンドへの返信として状態記述簡易データを制御装置２０に送信する。
このように、信号処理装置３は、構成機器ＣＯＭの異常の発生に関する状態記述簡易データをセンサ１４の信号から生成し、生成した状態記述簡易データを制御装置２０へ送信するように構成される。第１コマンドや状態記述簡易データの詳細は後述する。なお、演算器３３は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などのデジタル信号処理を高速に行える特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含んでもよく、通常のプロセッサとデジタル信号処理を行うプログラムによって構成されてもよい。通信インタフェース３４及び制御装置２０の通信インタフェース２３は、イーサネット、シリアル・パラレル回線などの通信インタフェースとそれを制御するためのソフトウエアで実現されてもよく、専用ハードウェアによって実現されてもよい。
ネットワーク５は、通信回線５１と通信ネットワーク５３とを含む。通信回線５１は、制御装置２０と信号処理装置３とを接続する。具体的には、通信回線５１は、制御装置２０の通信インタフェース２３と信号処理装置３の通信インタフェース３４とを接続する。上述する第１コマンド及び状態記述簡易データが通信回線５１を介して送信される。通信回線５１は、好ましくはイーサネットであるが、ＲＳ－２３２ＣやＵＳＢなどのシリアル回線、ＳＣＳＩなどもパラレル回線であってもよい。さらには、通信回線５１は、有線通信に限らず、無線通信であってもよい。通信回線５１の通信容量は、通信ネットワーク５３の通信容量よりも小さくてもよい。
通信ネットワーク５３は、信号処理装置３と遠隔監視装置９とを接続する。通信ネットワーク５３は、イーサネット５５とインターネット５９とを含む。イーサネット５５は、工作機械１が配置される工場内のネットワークである。通信回線５１は、イーサネット５５と同一のイーサネットであってもよい。なお、通信回線５１がイーサネット５５と別の通信回線である場合、制御装置２０の通信インタフェース２３は、イーサネット５５とも接続していることが好ましい。イーサネット５５とインターネット５９との間にはゲートウェイ５７が介在される。つまり、信号処理装置３と遠隔監視装置９との間にゲートウェイ５７が介在される。ゲートウェイ５７は、アクセスコントロールリスト（ＡＣＬ）などによって、イーサネット５５へのアクセスを、遠隔監視装置９を含むあらかじめ定められた端末からのアクセスに限定するように構成される。
遠隔監視装置９は、構成機器ＣＯＭの状態を解析するように構成される。これを実現するために、遠隔監視装置９は、状態記述詳細データをセンサ１４の信号から生成することを指示する第２コマンドを信号処理装置３へ送信するように構成される。状態記述詳細データとは、構成機器ＣＯＭの異常箇所を特定するための、状態記述簡易データよりも情報量の多いデータである。信号処理装置３は、第２コマンドに応じて状態記述詳細データを生成し、生成した状態記述詳細データを遠隔監視装置９へ送信するように構成される。上述する第２コマンド及び状態記述詳細データは、通信ネットワーク５３を介して送信される。第２コマンド及び状態記述詳細データの詳細については後述する。
記憶装置７は、インターネット５９上に設けられたストレージデバイスである。好ましくは、記憶装置７はインターネット５９上に設けられたクラウドシステムにおけるストレージであって、制御装置２０と遠隔監視装置９のいずれも記憶装置７へアクセス可能である。つまり、遠隔監視装置９が通信ネットワーク５３を介して記憶装置７へアクセス可能であるとともに、制御装置２０が通信ネットワーク５３を介して記憶装置７へアクセス可能である。ただし、記憶装置７は、遠隔監視装置９が配置される事業場の構内に設置され、遠隔監視装置９からイーサネットでアクセス可能であってもよい。制御装置２０は、信号処理装置３から送信された状態記述簡易データを記憶装置７に送信するように構成される。具体的には、制御装置２０は、信号処理装置３から状態記述簡易データを受信すると、すぐに、受信した状態記述簡易データを記憶装置７に送信するように構成される。記憶装置７は、制御装置２０から状態記述簡易データを受信し、受信した状態記述簡易データを記憶するように構成される。具体的には、記憶装置７は、状態記述簡易データを構成機器ＣＯＭ毎に時系列順に検索可能な態様で、状態記述簡易データを記憶するように構成される。センサが複数個の場合には、構成機器ＣＯＭ毎ではなく、構成機器ＣＯＭに接続されたセンサ毎に検索可能な態様で、状態記述簡易データを記憶するように構成されてもよい。時系列順に検索可能な態様であれば、データに含まれる数値の大きさ順など時系列とは異なる順序で状態記述簡易データが記憶装置７に格納されていてもよい。遠隔監視装置９は、状態記述詳細データを解析する際に、状態記述簡易データを記憶装置７から取得するように構成される。
＜簡易診断方法＞
つぎに、本実施形態における簡易診断プログラム２５による構成機器ＣＯＭの簡易診断方法について説明する。簡易診断プログラム２５から呼び出される簡易診断スクリプト３６の実行にあたり、成分特定情報２６と、合成情報２７と、閾値情報２８とを予め設定しておく必要があるが、その設定方法について説明する。成分特定情報２６とは、センサ１４の信号のうち、構成機器ＣＯＭの異常に関係する複数の成分を特定するための情報である。以下、構成機器ＣＯＭがベアリング１３であって、ベアリング１３の内輪１３Ａ、転動体１３Ｂ、及び、外輪１３Ｃのそれぞれに損傷がある場合を例に挙げて説明する。このとき、内輪１３Ａ、転動体１３Ｂ、及び、外輪１３Ｃのそれぞれに対応する特定周波数に振動が生じることが知られている。（例えば、特開昭６３－２９７８１３号公報参照。）
ここで、モータ１５の回転数をＮｏ(min-1)、ベアリング１３の転動体１３Ｂの直径をｄ（mm）、転動体１３Ｂのピッチサークル径をＤ（mm）、転動体１３Ｂの数をＺ、転動体１３Ｂの接触角をα（radian）とする。このとき、内輪１３Ａのレース面に傷や剥離がある場合に振動が発生する周波数ｆＡ(Hz)、転動体１３Ｂに傷や剥離がある場合に振動が発生する周波数ｆＢ(Hz)、外輪１３Ｃのレース面に傷や剥離がある場合に振動が発生する周波数ｆＣ(Hz)は以下の式（１）～（３）により表される。
ｆＡ＝（ＺＮｏ／１２０）・（１＋ｄ・ｃｏｓα／Ｄ） （１）
ｆＢ＝（ＮｏＤ／１２０ｄ）・｛１－（ｄ／Ｄ）２・ｃｏｓ２α｝ （２）
ｆＣ＝（ＺＮｏ／１２０）・（１－ｄ・ｃｏｓα／Ｄ） （３）
上述するパラメータのうち、転動体１３Ｂの直径、転動体１３Ｂのピッチサークル径、転動体１３Ｂの数、及び、転動体１３Ｂの接触角は、ベアリング１３の仕様から定まる。また、モータ１５の回転数については最適値を経験的に定めることができる。成分特定情報２６は、上述のように定められた第１周波数ｆＡ、第２周波数ｆＣ、及び、第３周波数ｆＢを特定する情報を含む。つまり、構成機器ＣＯＭの異常に関係する複数の成分は、内輪１３Ａの損傷の影響を受けやすい振動センサ（センサ１４）の信号の第１周波数ｆＡの成分と、外輪１３Ｃの損傷の影響を受けやすい振動センサ（センサ１４）の信号の第２周波数ｆＣの成分と、転動体１３Ｂの損傷の影響を受けやすい振動センサ（センサ１４）の信号の第３周波数ｆＢの成分と、を含む。別の言い方をすれば、構成機器ＣＯＭの複数の部品の損傷と複数の部品のはめあいの異常とのうちの複数の異常が、それぞれ、上述の複数の成分によって表される。さらに、成分特定情報２６は、ベアリング１３の全体的な損傷具合を特定するパラメータとして周波数成分全体を表す情報を含んでもよい。なお、より詳細には、モータ１５の回転数Ｎｏが変更されても対応しやすいように、成分特定情報２６は、ｆＡ／Ｎｏ、ｆＢ／Ｎｏ、ｆＣ／Ｎｏを含む。また、以降の説明において、簡易診断のために経験的に定められたモータ１５の回転数を簡易診断回転数と呼ぶ。簡易診断プログラム２５は、制御プログラム２４を呼び出してモータ１５を簡易診断回転数で回転させる処理を実行することができる。
合成情報２７は、上述する複数の成分の少なくとも一部を合成する合成方法を規定する情報である。合成情報２７を利用して、上述する複数の周波数成分値を統合した合成値が生成され、合成値によって構成機器ＣＯＭの異常が判定される。合成値は構成機器ＣＯＭの異常に関係する複数の成分が識別不可能であるように統合された値であるため、合成値を解析しても構成機器ＣＯＭの異常箇所を特定することはできない。例えば、合成情報２７は、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣそれぞれの周波数成分の総和または平均値を算出することを定義する情報を格納する。また、合成情報２７は、全周波数成分の積分値、もしくは、全周波数成分の実効値（root mean square value: RMS値）を算出することを定義する情報を格納する。簡易診断回転数、成分特定情報２６、及び、合成情報２７は、簡易診断スクリプト３６が制御装置２０において生成される際に、メモリ２２に記憶される。ただし、簡易診断回転数、成分特定情報２６、及び、合成情報２７は、入出力デバイス１７からの入力によって値が変更されてもよい。
閾値情報２８は、構成機器ＣＯＭの異常を判定するための閾値を含む。具体的には、閾値情報２８は、合成情報２７をもとに合成された合成値（例えば、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣそれぞれの周波数成分の総和や全周波数成分の積分値など）が異常であるか否かを判定するための情報である。閾値情報２８に含まれる閾値は、必ずしも１つであるとは限らず、異常状態(以下、warningと呼ぶ)を判定する閾値、異常状態ではないが注意を有する注意状態（以下、cautionと呼ぶ）を表す閾値など複数段階の閾値が閾値情報２８に含まれてもよい。閾値情報２８は、簡易診断スクリプト３６が制御装置２０において生成される際に、メモリ２２に記憶される。ただし、閾値情報２８は、入出力デバイス１７からの入力によって値が変更されてもよい。
簡易診断プログラム２５は、定期的に実行される。具体的には、簡易診断プログラム２５は、１日の稼動開始時に実行される。図２は、簡易診断プログラム２５により実行される簡易診断処理のフローチャートである。図３は、当該簡易診断処理のシーケンス図である。図２及び図３を参照すると、ステップＳ１１では、工作機械１の入出力デバイス１７からの入力に基づいて、制御装置２０は、構成機器ＣＯＭの状態を変化させるように工作機械１のアクチュエータＡＣＴを駆動する。具体的には、オペレータが１日の稼動開始時に入出力デバイス１７を介して簡易診断プログラムを起動し、制御装置２０は、簡易診断プログラム２５から制御プログラム２４を呼び出して、モータ１５を簡易診断回転数で回転させる指令をモータ１５に送る（図３のステップＳ１１１）。なお、簡易診断プログラム２５が１日の稼動開始時に自動的に起動される場合、工作機械１の入出力デバイス１７からの入力とは、工作機械１を起動するための入力に対応する。
制御装置２０は、制御プログラム２４の実行によって、エンコーダ１６からモータ１５の現在の回転数を取得する。制御装置２０は、モータ１５の現在の回転数が簡易診断回転数となるまでモータ１５の現在の回転数を監視する。そして、制御装置２０は、モータ１５の現在の回転数が簡易診断回転数となることを確認すると（ステップＳ１１２）、第１コマンドを信号処理装置３に送信する（ステップＳ１２）。
第１コマンドは、構成機器ＣＯＭの異常の発生に関する状態記述簡易データをセンサ１４の信号から生成することを指示するコマンドである。具体的には、第１コマンドは、構成機器ＣＯＭの異常の発生に関する状態記述簡易データをセンサ１４の信号から生成する処理内容が記述された簡易診断スクリプト３６を実行するための実行コマンドを含んでいる。簡易診断スクリプト３６は、好ましくは、成分特定情報２６、合成情報２７、及び、閾値情報２８に含まれる閾値を含む。簡易診断スクリプト３６は、状態記述簡易データの生成方法をスクリプト言語で記述されたものである。例えば、（ｉ）センサ１４の信号を５秒間取得してＡ／Ｄ変換してエンベロープ処理をしてＦＦＴをかけて特定周波数ｆＡ、ｆＢ、ｆＣの周波数成分を抽出し、（ｉｉ）その周波数成分の和を求め、（ｉｉｉ）その和が閾値ＴＨ１を超えたとき、状態記述簡易データのうちのcaution値をＴＲＵＥとし、（ｉｖ）その和が閾値ＴＨ２（ＴＨ１＜ＴＨ２）を超えたとき、状態記述簡易データのうちのwarning値をＴＲＵＥとし、（ｖ）全周波数成分の実効値を求め、（ｖｉ）caution値、warning値、実行値を返信する処理を要求するスクリプトを図４のように記述することができる。
図４は、代表的なスクリプト言語であるJavaScriptを利用した簡易診断スクリプト３６の例である。図４はあくまでも一例であって、他のスクリプト言語やXMLなどのマークアップ言語が使用されてもよい。図４の関数RoughDiagnosisは引数Ｎｏ（モータ１５の回転数）を受け取ることができる。図４の"const var"で始まる最初の二行は、プログラムで必要となる定数の宣言である。"th1, th2"は、閾値情報２８から読み込まれた上述するＴＨ１、ＴＨ２の値が代入される。"fa, fb, fc"は、成分特定情報２６から読み込まれたｆＡ／Ｎｏ、ｆＢ／Ｎｏ、ｆＣ／Ｎｏの値に、引数Ｎｏを乗じて、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣに対応する周波数値が代入される。"data"は、センサ１４からの出力をA/D変換した値が格納される配列である。この配列の各要素は、例えば、時間毎のセンサ出力値を表す。"envelopdata"は、"data"にエンベロープ処理をした値が格納される配列である。この配列の各要素は、例えば、時間毎のエンベロープ値を表す。"fftdata"は、"envelopdata"を高速フーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルが格納される配列である。この配列の各要素は、例えば、周波数ごとの成分値である。"sum"には、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣの周波数成分の和が格納される。"rsmvalue"には、周波数成分の実効値が格納される。"level"は、それぞれ、異常なし（no problem）、caution、warningを表す判定値が格納される。
"getData"は、関数呼出から引数に記載された時間の間、信号処理装置３にセンサ１４の信号をA/D変換させて、得られたデジタル値を変数"data"に出力する関数である。"data"は物理的にはメモリ３２に記憶される。なお、"getData"は１つの関数名の例であって、関数名が他の名称であってもよく、引数が省略されてもよい。引数が省略される場合、デフォルトで定められた時間の間、信号処理装置３はセンサ１４の信号を取得する。また、信号処理装置３にセンサ１４と接続可能な接続ポートが複数存在する場合、"getData"の引数としてポート番号が含まれてもよい。
"getEnvelope"は、引数である"data"をエンベロープ処理して、得られるエンベロープデータを変数"envelopedata"に出力する関数である。エンベロープ処理とは、振動波形の絶対値をとって包絡線を検出する処理をいう。"envelopedata"は物理的にはメモリ３２に記憶される。なお、"getEnvelope"は１つの関数名の例であって、関数名が他の名称であってもよい。"getFFT"は、引数である"envelopedata"を高速フーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルを変数"fftdata"に出力する関数である。"fftdata"は物理的にはメモリ３２に記憶される。なお、"getFFT"は１つの関数名の例であって、関数名が他の名称であってもよい。また、特定の周波数範囲に限定して周波数成分を出力する場合、"getFFT"の引数として周波数範囲の最小値及び最大値の少なくとも１つが指定されていてもよい。
"getFrequencyData (A, B)"は、引数Aである周波数スペクトルから、引数Bである周波数値に相当する周波数成分を出力する。"fa, fb, fc"それぞれについて"getFrequencyData"を呼び出して戻り値を足し算することによってsumにｆＡ、ｆＢ、ｆＣの周波数成分の和が代入される。なお、"getFrequencyData"は１つの関数名の例であって、関数名が他の名称であってもよい。また、引数の順序が逆であっても、引数のデータ形式は他の形式であってもよい。例えば、引数Bは配列fftdata[]の何番目のデータかを指定するものであってもよい。また、fftdata[]のサンプリング周波数が分かっている場合、"getFrequencyData"のような関数を使用しなくてもｆＡ、ｆＢ、ｆＣの周波数値に対応する周波数成分がfftdata[]の何番目の配列の値に相当するか算出し、fftdata[]から直接算出してもよい。
"getRMSValue (A, B, C)"は、引数Aである周波数スペクトルから引数B及びCにて規定される周波数範囲[B,C]における実効値を算出する。図４の例では、周波数０から信号処理装置３が算出しうる最大周波数ＭＡＸまでの実効値を算出するものである。なお、最大周波数ＭＡＸは、検出する必要のある周波数の２倍以上の任意の値に指定されていてもよい。"level"には、"sum"がTH1以上TH2未満であるときcautionを表す判定値が代入される。"level"には、"sum"がTH2以上であるときwarningを表す判定値が代入される。"sendData"は引数として記述された文字列を状態記述簡易データとして送信する関数である。"'"と"'"との間に記述される文字列は、制御装置２０が後に続くデータの種類を識別するための文字列（例えば、'level='）とデリミタ'；'とを含む。なお、データの種類を識別するための文字列は省略されてもよく、デリミタは他のコードであってもよい。
合成情報２７は、一例として、図４のスクリプトにおいて定数の宣言を除く他のコードを含む情報であってもよい。そして、制御装置２０は、簡易診断プログラム２５の実行において、成分特定情報２６、合成情報２７、及び、閾値情報２８を読み込んで、合成情報２７として記憶されているコードに、成分特定情報２６、及び、閾値情報２８に格納された値をもとに定数の宣言を加えて、第１コマンドを生成してもよい。なお、第１コマンドは、スクリプトでなく、バイナリコードであってもよい。この場合、制御装置２０は、上述するスクリプトの処理内容を含むバイナリコードを生成するとよい。信号処理装置３の通信インタフェース３４は、第１コマンドのバイナリコードを解析するためのパーサを有するとよい。なお、図４において、第１コマンドは、定格値を出力する関数（"getRMSValue (A, B, C)"）に変えて全周波数成分の積分値を出力する関数を使用してもよい。
第１コマンドは、以上のようなRoughDiagnosisの簡易診断スクリプト３６を実行するための実行コマンドである。また、第１コマンドは、RoughDiagnosisの引数として簡易診断回転数を含む。ただし、あらかじめ信号処理装置３にRoughDiagnosisの引数として簡易診断回転数が送信されている場合であれば、第１コマンドに簡易診断回転数が含まれなくてもよい。信号処理装置３は、第１コマンドを受信すると、スクリプトエンジン３７によって簡易診断スクリプト３６に記述された処理を実行する。そして、信号処理装置３は、"getData"に記述されたコマンドに従って、センサ１４にセンサ起動コマンドを送信する（ステップＳ１２９）。センサ１４は、センサ起動コマンドを受信すると、構成機器ＣＯＭの状態を検出する（ステップＳ１３）。センサ１４は、センサ１４によって検出された状態を表す信号（センサ信号）を信号処理装置３へ送信する（ステップＳ１４）。なお、センサ１４はセンサ起動コマンドの有無に関わらず常時センサ信号を信号処理装置３に出力している場合、ステップＳ１２９は省略されてもよい。センサ信号を受信すると、信号処理装置３は、構成機器ＣＯＭの異常の発生に関する状態記述簡易データを信号から生成する（ステップＳ１５）。具体的には、信号処理装置３はセンサ信号をデジタル値に変換する（ステップＳ１５１）。
そして、信号処理装置３は、信号から状態記述簡易データを生成する（ステップＳ１５２）。具体的には、図４の"getFFT"と"getFrequencyData"によって定義されるコマンドに従って、信号処理装置３は、信号から構成機器ＣＯＭの異常に関係する複数の成分を抽出する。つまり、信号処理装置３は、当該信号から当該複数の成分を抽出するように構成される。信号処理装置３は、状態記述簡易データを生成するときに、図４の"sum=..."で表される数式（複数の成分の少なくとも一部を合成する合成方法）に基づいて、複数の成分の少なくとも一部を合成した合成値（sum）を算出する。つまり、信号処理装置３は、複数の成分の少なくとも一部を合成した合成値を算出するように構成される。図４の"if(sum <th1) ... else if(sum <th2) ... else ..."の論理式に基づいて、信号処理装置３は、構成機器ＣＯＭの異常の有無（caution, warning）を判定する。つまり、信号処理装置３は、上述する複数の成分と閾値とに基づいて、構成機器ＣＯＭの異常の有無を判定する。信号処理装置３は、上述する複数の成分と閾値とに基づいて、構成機器ＣＯＭの異常の有無を判定するように構成される。さらに、信号処理装置３は、"sendData"の引数によって記述された演算に従って、信号処理装置３は、信号から状態記述簡易データを生成する。当該引数は、"sum"、即ち、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣの周波数成分の和を含む。すなわち、状態記述簡易データは、構成機器ＣＯＭの異常に関係する複数の成分の少なくとも一部を構成した合成値を含む。状態記述簡易データは、"level"、即ち、構成機器ＣＯＭの異常の有無を表す情報を含む。
ステップＳ１６において、信号処理装置３は、生成された状態記述簡易データをアクチュエータＡＣＴの動作を制御するための制御装置２０に送信する。制御装置２０は、受信した状態記述簡易データを受信時刻に関連付けて記憶してもよい。状態記述簡易データを信号処理装置３から受信すると、ステップＳ１７において、制御装置２０は、構成機器ＣＯＭにおいて異常が発生しているか否かの情報、及び合成値を入出力デバイス１７に表示させる。つまり、制御装置２０は、制御装置２０に送信された状態記述簡易データに基づいて構成機器ＣＯＭの異常が発生しているか否かの情報を、入出力デバイス１７を介してオペレータに報知する。この報知においては、制御装置２０は、現在の状態記述簡易データのみをオペレータに報知するばかりでなく、過去の状態記述簡易データも利用して、構成機器ＣＯＭの異常の度合いの時系列的変化、合成値の時系列的変化を入出力デバイス１７に表示してもよい。
ステップＳ１７において、異常(warning)が報知されない場合、制御装置２０による加工プログラムの実行が許可される。そして、工作機械１による加工処理が実行可能となる。事後の加工処理は、オペレータによる入出力デバイス１７の操作によって実行されるため、簡易診断の結果を入出力デバイス１７に出力するのは、事後の加工処理をスムーズに行うために有利である。ステップＳ１７において、異常(warning)が報知される場合、制御装置２０は、異常とともにオペレータがとるべき今後の処置方法を、入出力デバイス１７を介して報知する。例えば、詳細診断の実行がオペレータに推奨される。なお、オプションの処理として、ステップＳ１８において、制御装置２０は、受信した状態記述簡易データを、遠隔監視装置９が通信ネットワーク５３を介してアクセス可能な記憶装置７へ送信する。ステップＳ１９において、記憶装置７は、構成機器ＣＯＭ毎に時系列順に検索可能な態様で、状態記述簡易データを記憶する。工作機械１に対して構成機器ＣＯＭが１つしか存在しない場合、記憶装置７は、構成機器ＣＯＭ毎に状態記述簡易データを検索できるように、送信されてきた制御装置２０のアドレスから状態記述簡易データを管理してもよい。あるいは、状態記述簡易データは構成機器ＣＯＭの情報を含み、その情報をもとに、記憶装置７は、構成機器ＣＯＭ毎に状態記述簡易データを管理してもよい。ステップＳ１８とＳ１９はオプションの処理であるため、省略されてもよい。
＜詳細診断方法＞
つぎに、本実施形態における遠隔監視装置９による構成機器ＣＯＭの詳細診断方法について説明する。詳細診断とは以下の（１）～（３）の３つの場合において主に行われる。
（１）簡易診断において異常(warning)が報知されてオペレータの対処方法として詳細診断が推奨される場合
（２）簡易診断において注意情報（caution）が報知されてオペレータが自主的に詳細診断を希望する場合
（３）工作機械１に事故が発生した場合
（１）（２）の場合においては、図４のステップＳ１７の後の状態として、入出力デバイス１７の前に居るオペレータが遠隔監視装置９を操作するメーカ担当者に電話等で連絡する。このため、簡易診断の結果を入出力デバイス１７に出力するのは、事後の対応をスムーズに行うために有利である。（３）の場合の事故も加工作業中に発生することが予想されるため、オペレータが入出力デバイス１７の前に居ることが想定される。このとき、事故に気付いたオペレータが遠隔監視装置９を操作するメーカ担当者に電話等で連絡する。以降における詳細診断処理のフローチャートを図５に示す。また、以降における詳細診断処理のシーケンス図を図６に示す。図５及び図６において、簡易診断方法と同じ処理は簡易診断方法と同じ符号が付されており、詳細な説明が省略される。
まず、ステップＳ２０において、入出力デバイス１７を介して、状態記述詳細データの遠隔監視装置９への出力を許可するための許可指令が入力される。通常、ゲートウェイ５７は、遠隔監視装置９からのアクセスを禁止する制御を行っている。しかし、セキュリティプログラム２９の実行によって、制御装置２０からゲートウェイ５７へ許可指令が入力されると、ゲートウェイ５７は、以下の（１）～（４）のいずれかのイベントが発生するまで遠隔監視装置９からのアクセスを許可する。
（１）セキュリティプログラム２９の実行中のオペレータが、信号処理装置３と遠隔監視装置９との間の通信を不許可とする不許可指令を、入出力デバイス１７を介して入力し、信号処理装置３が不許可指令を受信する。
（２）信号処理装置３と遠隔監視装置９との間の通信がタイムアウトとなる。
（３）信号処理装置３が遠隔監視装置９からの詳細診断の終了指令を受信する。
（４）信号処理装置３がセンサ１４の信号をＡ／Ｄコンバータ３１によってデジタル化のみ行ったデジタルデータを遠隔監視装置９に送信する場合、当該デジタルデータを全て送信し終わる。
ステップＳ２０においてより詳細には、図６のステップＳ２０１において、オペレータは、入出力デバイス１７を介してセキュリティプログラム２９を起動し、許可指令の出力を入力する。ステップＳ２０２において、セキュリティプログラム２９は、上記許可指令をゲートウェイ５７に送信する処理を実行する。つまり、制御装置２０は、上記許可指令をゲートウェイ５７に送信する。ゲートウェイ５７は、許可指令を受信後、上記（１）～（４）のイベントのいずれかが発生する（ステップＳ２０４）までの間、遠隔監視装置９からのアクセスを許可する（ステップＳ２０３）。
ステップＳ２１では、工作機械１の入出力デバイス１７からの入力に基づいて、制御装置２０は、構成機器ＣＯＭの状態を変化させるように工作機械１のアクチュエータＡＣＴを駆動する。具体的には、オペレータは、制御プログラム２４を呼び出して、メーカ担当者から連絡された回転数、もしくは、図３及び図４のステップＳ１７の報知によって通知された回転数で、モータ１５を回転させる指令をモータ１５に送る（ステップＳ２１１）。以降の説明において、この回転数を、遠隔診断回転数と呼ぶ。制御装置２０は、そのときにエンコーダ１６から取得するモータ回転数を遠隔監視装置９に送信する（ステップＳ２１２）。遠隔監視装置９は、制御装置２０から送信されたモータ回転数を参照して、モータ１５が遠隔回転数で回転していることを確認する（ステップＳ２１３）。
ステップＳ２１３の後、遠隔監視装置９は、構成機器ＣＯＭの異常箇所を特定するための、状態記述簡易データよりも情報量の多い状態記述詳細データを信号から生成することを指示する第２コマンドを信号処理装置３へ送信する（ステップＳ２２）。上述する許可指令によって遠隔監視装置９に状態記述詳細データを送信することが許可されている間であれば、信号処理装置３は、第２コマンドを受け付ける。上述する許可指令によって遠隔監視装置９に状態記述詳細データを送信することが許可されている間であれば、信号処理装置３は、第２コマンドを受け付けるように構成される。第２コマンドの例として、以下の（ｉ）～（ｉｖ）のような内容がある。
（ｉ）センサ１４の信号をデジタル化したデジタル信号データ３５の送信を要求
（ｉｉ）（ｉ）のデジタルデータをエンベロープ処理を行って、高速フーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルの送信を要求
（ｉｉｉ）（ｉｉ）の周波数スペクトルから得られる全周波数成分の実効値（RMS値）の送信を要求
（ｉｖ）（ｉｉ）の周波数スペクトルから得られる特定周波数ｆＡ、ｆＢ、ｆＣのいずれかの周波数成分の送信を要求
上記（ｉ）～（ｉｖ）のコマンドは、図４を利用して述べられたスクリプトを利用することによっても実現可能である。例えば、（ｉ）においては、図４の"getData"関数の出力値を"sendData"関数に読み込むスクリプトによって第２コマンドを実現可能である。（ｉｉ）においては、図４の"getFFT"の出力値を"sendData"関数に読み込むスクリプトによって第２コマンドを実現可能である。（ｉｉｉ）においては、図４の"getRMScalue"関数の出力値を"sendData"関数に読み込むスクリプトによって第２コマンドを実現可能である。（ｉｖ）においては、図４の"getFrequencyData(fft, fa)"、"getFrequencyData(fft, fb)"、及び、"getFrequencyData(fft, fc)"のいずれかの関数の出力値を"sendData"関数に読み込むスクリプトによって第２コマンドを実現可能である。なお、これらのスクリプトは第２コマンドの一例であって、バイナリコードなど別の方法によって第２コマンドが実現されてもよい。また、第２コマンドは、上記（ｉ）～（ｉｖ）以外のコマンドを含むものであってもよい。
信号処理装置３が第２コマンドを受信すると、信号処理装置３は、スクリプトエンジン３７によって第２コマンドに記述された処理を実行する。そして、信号処理装置３は、簡易診断方法と同様の方法で、センサ１４にセンサ起動コマンドを送信する（ステップＳ２２９）。なお、センサ１４はセンサ起動コマンドの有無に関わらず常時センサ信号を信号処理装置３に出力している場合、ステップＳ２２９は省略されてもよい。ステップＳ１４の終了後、信号処理装置３は、構成機器ＣＯＭの異常の発生に関する状態記述簡易データをセンサ信号から生成する（ステップＳ２５）。具体的には、信号処理装置３は、Ａ／Ｄ変換する（ステップＳ１５１）とともに、信号から状態記述詳細データを生成する（ステップＳ２５２）。詳細には、信号処理装置３は、第２コマンドに応じて、構成機器ＣＯＭの異常箇所を特定するための、状態記述簡易データよりも情報量の多い状態記述詳細データをセンサ１４の信号から生成する。
具体的には、第２コマンドが上記（ｉ）のようなコマンドである場合、信号処理装置３は、センサ１４の信号をデジタル化したデジタルデータを、状態記述詳細データとして、生成する。第２コマンドが上記（ｉｉ）のようなコマンドである場合、信号処理装置３は、周波数スペクトルを、状態記述詳細データとして、生成する。第２コマンドが上記（ｉｉｉ）のようなコマンドである場合、信号処理装置３は、実効値を、状態記述詳細データとして、生成する。第２コマンドが上記（ｉｖ）のようなコマンドである場合、信号処理装置３は、特定周波数ｆＡ、ｆＢ、ｆＣのいずれかの周波数成分を、状態記述詳細データとして生成する。なお、第２コマンドが上記（ｉ）、（ｉｉ）、または、（ｉｖ）のいずれかのようなコマンドである場合、状態記述詳細データは、構成機器ＣＯＭの異常に関係する複数の成分（例えば、特定周波数ｆＡ、ｆＢ、ｆＣのいずれかの周波数成分）を識別可能なように含んでいる。
ステップＳ２６において、信号処理装置３は、生成された状態記述詳細データを遠隔監視装置９に送信する。より詳細には、信号処理装置３は、上述する許可指令によって遠隔監視装置９に状態記述詳細データを送信することが許可されている間に、生成された状態記述詳細データを遠隔監視装置９に送信する。信号処理装置３は、上述する許可指令によって遠隔監視装置９に状態記述詳細データを送信することが許可されている間に、生成された状態記述詳細データを遠隔監視装置９に送信するように構成される。ステップＳ２７において、遠隔監視装置９は、状態記述詳細データを解析する際に、状態記述簡易データを記憶装置７から取得する。具体的には、ステップＳ２７１において、遠隔監視装置９は、状態記述簡易データのリクエストメッセージを送信する。このリクエストメッセージは、構成機器ＣＯＭを特定するための情報（ＩＤなど）と、送信対象となる状態記述簡易データの期間を指定する情報とを少なくとも含む。ステップＳ２７２において、記憶装置７は、当該リクエストメッセージにて指定される状態記述簡易データを遠隔監視装置９に送信する。なお、ステップＳ２７（ステップＳ２７１、Ｓ２７２）は省略可能である。ステップＳ２８において、遠隔監視装置９は、受信した状態記述詳細データ、及び、状態記述簡易データを利用して、構成機器ＣＯＭの状態を解析する。
＜本実施形態の効果＞
本実施形態に係る工作機械１、診断システム１００、工作機械１の診断方法は、異常診断のためのセンサ信号処理を制御装置２０とは別の信号処理装置３に分離して行わせることによって制御装置２０の負荷をそれほど高くすることなく、工作機械１の簡易異常診断処理と遠隔診断装置による工作機械の詳細異常診断処理との両方を実現できる。さらに、工作機械１の動作のための入力と簡易異常診断結果の報知とを工作機械１の側で一元化することによって簡易異常診断の利便性を向上させることができる。
＜変形例＞
簡易診断回転数、成分特定情報２６、閾値情報２８、及び、簡易診断スクリプト３６は、遠隔監視装置９から別のデータに差し替え可能であってもよい。合成情報２７についても、別な合成情報２７を記述するスクリプトのテンプレート（図４のスクリプトにおいて成分特定情報２６及び閾値情報２８を除く他のコードを含む情報）に遠隔監視装置９から差し替え可能であってもよい。成分特定情報２６、合成情報２７、及び、閾値情報２８は１つの情報にまとめられてもよい。このような１つの情報の例として簡易診断スクリプト３６そのものをメモリ２２に格納することも考えられる。さらに、簡易診断プログラム２５、簡易診断回転数、成分特定情報２６、合成情報２７、及び、閾値情報２８は１つの簡易診断プログラム２５としてメモリ２２に記憶されていてもよい。簡易診断スクリプト３６は、制御装置２０以外から信号処理装置３に送信され、インストールされてもよい。
上述の実施形態では、構成機器ＣＯＭは主軸１１を支持するベアリング１３であったが他の部品であってもよい。また、構成機器ＣＯＭはより大きな構成単位であってもよい。例えば、構成機器ＣＯＭを主軸１１であってもよい。ネットワーク５は必ずしも有線ネットワークでなくてもよく、無線ネットワークであってもよい。通信ネットワーク５３はメーカとの専用回線や電話回線に代替されてもよい。上述の実施形態では、簡易診断回転数として予め定められた値が使用されているが、オペレータが入出力デバイス１７から入力し、簡易診断プログラム２５が第１コマンドを生成する処理を実行してもよい。
上述の実施形態における特定周波数ｆＡ、ｆＢ、ｆＣの成分は、複数の部品のはめあいの異常の影響を受けやすい成分ではないが、複数の部品のはめあいの異常の影響を受けやすい成分も含んでもよい。例えば、ベアリング１３の転動体１３Ｂが保持器に保持されているときに保持器に欠陥がある場合（転動体１３Ｂが本来あるべき場所からずれてモータ１５の回転軸周りを公転している場合）、以下の周波数ｆＤの成分が欠陥の影響を受けやすいが、構成機器ＣＯＭの異常に関係する複数の成分は、複数の部品のはめあいの異常の影響を受けやすい成分として、周波数ｆＤの成分を含んでもよい。
ｆＤ＝（Ｎｏ／１２０）・（１－ｄ・ｃｏｓα／Ｄ） （４）
上述の制御プログラム２４、簡易診断プログラム２５、及び、セキュリティプログラム２９の一部または全ての機能が専用のプロセッサや集積回路によって実現されてもよい。制御プログラム２４、簡易診断プログラム２５、及び、セキュリティプログラム２９は、制御装置２０に内蔵されたメモリ２２にとどまらず、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭおよび磁気ディスク等のディスク、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ、外付けハードディスクなど制御装置２０から取り外し可能で、制御装置２０に読出可能な記憶媒体に記録されたものであってもよい。なお、制御装置２０は、コンピュータの一例である。
本願においては、「備える」およびその派生語は、構成要素の存在を説明する非制限用語であり、記載されていない他の構成要素の存在を排除しない。これは、「有する」、「含む」およびそれらの派生語にも適用される。
「～部材」、「～部」、「～要素」、「～体」、および「～構造」という文言は、単一の部分や複数の部分といった複数の意味を有し得る。
「第１」や「第２」などの序数は、単に構成を識別するための用語であって、他の意味（例えば特定の順序など）は有していない。例えば、「第１要素」があるからといって「第２要素」が存在することを暗に意味するわけではなく、また「第２要素」があるからといって「第１要素」が存在することを暗に意味するわけではない。
程度を表す「実質的に」、「約」、および「およそ」などの文言は、実施形態に特段の説明がない限りにおいて、最終結果が大きく変わらないような合理的なずれ量を意味し得る。本願に記載される全ての数値は、「実質的に」、「約」、および「およそ」などの文言を含むように解釈され得る。
本願において「Ａ及びＢの少なくとも一方」という文言は、Ａだけ、Ｂだけ、及びＡとＢの両方を含むように解釈されるべきである。
上記の開示内容から考えて、本発明の種々の変更や修正が可能であることは明らかである。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本願の具体的な開示内容とは別の方法で本発明が実施されてもよい。

Claims (14)

  1. 工作機械のアクチュエータの動作に従って状態が変化する構成機器と、
    前記構成機器の前記状態を検出するように構成されるセンサと、
    前記センサの信号を処理するように構成される信号処理装置と、
    前記アクチュエータの動作を制御するように構成される制御装置と、
    前記アクチュエータの動作を前記制御装置に行わせるための命令を入力し、前記アクチュエータの動作状況を報知するように構成される入出力デバイスと、
    前記構成機器の前記状態を解析するための遠隔監視装置と、
    前記遠隔監視装置と前記信号処理装置とを接続する通信ネットワークと、
    前記通信ネットワーク上で、前記遠隔監視装置と前記信号処理装置との間に介在するゲートウェイと、
    を備え、
    前記信号処理装置は、
    前記構成機器の異常の発生に関する状態記述簡易データを前記信号から生成し、生成した前記状態記述簡易データを前記制御装置へ送信するように構成され、
    前記構成機器の異常箇所を特定するための、前記状態記述簡易データよりも情報量の多い状態記述詳細データを前記信号から生成し、生成した前記状態記述詳細データを、前記遠隔監視装置へ送信するように構成され、
    前記入出力デバイスは、
    前記制御装置に送信された前記状態記述簡易データに基づいて前記構成機器において前記異常が発生しているか否かをオペレータに報知するように構成され、
    前記遠隔監視装置は、前記状態記述詳細データを前記信号から生成することを指示する第２コマンドを前記信号処理装置へ送信するように構成され、
    前記第２コマンドは、前記構成機器の異常に関係する、前記信号から生成可能な少なくとも１つのデータを指定する情報を含み、
    前記信号処理装置は、前記第２コマンドによって指定された前記少なくとも１つのデータを前記信号から生成し、生成した前記少なくとも１つのデータを互いに識別可能な態様で含む前記状態記述詳細データを生成し、生成した前記状態記述詳細データを前記遠隔監視装置へ送信するように構成される、
    工作機械の診断システム。
  2. 前記少なくとも１つのデータを指定する情報は、
    前記センサの信号をデジタル化したデジタルデータをエンベロープ処理を行って、高速フーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルを指定する情報と、
    前記周波数スペクトルから得られる全周波数成分の実効値を指定する情報と、
    前記周波数スペクトルから得られる特定周波数を指定する情報と、
    を選択的に含む、請求項１に記載の診断システム。
  3. 前記制御装置は、前記状態記述簡易データを前記信号から生成することを指示する第１コマンドを前記信号処理装置へ送信するように構成され、
    前記信号処理装置は、前記第１コマンドに従って前記状態記述簡易データを生成し、生成した前記状態記述簡易データを前記制御装置へ送信するように構成される、
    請求項１または２に記載の診断システム。
  4. 前記制御装置と前記信号処理装置とを接続する通信回線をさらに備え、
    前記第１コマンド及び前記状態記述簡易データが前記通信回線を介して送信され、
    前記第２コマンド及び前記状態記述詳細データが前記通信ネットワークを介して送信され、
    前記通信回線の通信容量は、前記通信ネットワークの通信容量よりも小さい、
    請求項３に記載の診断システム。
  5. 前記第１コマンドは、前記状態記述簡易データを前記信号から生成するためのプログラムコードと、前記制御装置から前記信号処理装置に送信され、前記信号処理装置に保存された前記プログラムコードを実行するための実行コマンドとの少なくとも一方を含む、
    請求項３または４に記載の診断システム。
  6. 前記プログラムコードは、
    前記センサの信号のうち、前記構成機器の異常に関係する複数の周波数成分を特定するための成分特定情報と、
    前記複数の周波数成分の少なくとも一部を合成する合成方法を規定する合成情報と、を含み、
    前記信号処理装置は、前記プログラムコードの実行によって、前記信号から前記複数の周波数成分を抽出し、前記合成方法に基づいて前記複数の周波数成分の少なくとも一部を合成した合成値を算出する、
    請求項５に記載の診断システム。
  7. 前記状態記述簡易データは、前記合成値を含む、
    請求項６に記載の診断システム。
  8. 前記プログラムコードは、前記構成機器の異常を判定するための閾値を含み、
    前記信号処理装置は、前記プログラムコードの実行によって、前記複数の周波数成分と前記閾値とに基づいて、前記構成機器の異常の有無を判定し、
    前記状態記述簡易データは、前記構成機器の異常の有無を表す情報を含む、
    請求項６または７に記載の診断システム。
  9. 前記構成機器は複数の部品を含み、
    前記複数の部品の損傷と前記複数の部品のはめあいの異常とのうちの複数の異常が、それぞれ、前記複数の周波数成分によって表される、
    請求項６から８のいずれかに記載の診断システム。
  10. 前記複数の部品は前記構成機器に設けられるベアリングの内輪、外輪、転動体を含み、
    前記センサは、前記ベアリングの振動を検出するように構成される振動センサであって、
    前記複数の周波数成分は、
    前記内輪の損傷の影響を受けやすい前記振動センサの信号の第１周波数の成分と、
    前記外輪の損傷の影響を受けやすい前記振動センサの信号の第２周波数の成分と、
    前記転動体の損傷の影響を受けやすい前記振動センサの信号の第３周波数の成分と、
    を含み、
    前記成分特定情報は、前記第１周波数、前記第２周波数、及び、前記第３周波数を特定する情報を含む、
    請求項９に記載の診断システム。
  11. 前記入出力デバイスを介して、前記状態記述詳細データの前記遠隔監視装置への出力を許可するための許可指令が入力され、
    前記許可指令によって前記遠隔監視装置に前記状態記述詳細データを送信することが許可されている間に、前記信号処理装置は、前記第２コマンドを受け付け、前記遠隔監視装置に前記状態記述詳細データを送信するように構成される、
    請求項１から４のいずれかに記載の診断システム。
  12. 前記遠隔監視装置が前記通信ネットワークを介してアクセス可能な記憶装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記状態記述簡易データを前記記憶装置に送信するように構成され、
    前記記憶装置は、前記構成機器毎に時系列順に検索可能な態様で、前記状態記述簡易データを記憶するように構成され、
    前記遠隔監視装置は、前記状態記述詳細データを解析する際に、前記状態記述簡易データを前記記憶装置から取得するように構成される、
    請求項１から１１のいずれかに記載の診断システム。
  13. 工作機械の入出力デバイスからの入力に基づいて、構成機器の状態を変化させるように工作機械のアクチュエータを駆動し、
    前記構成機器の前記状態をセンサによって検出し、
    前記センサによって検出された前記状態を表す信号を信号処理装置へ送信し、
    前記信号処理装置によって、構成機器の異常の発生に関する状態記述簡易データを前記信号から生成し、生成された前記状態記述簡易データを前記アクチュエータの動作を制御するための制御装置に送信し、
    前記信号処理装置によって、前記構成機器の異常箇所を特定するための、前記状態記述簡易データよりも情報量の多い状態記述詳細データを前記信号から生成し、生成された前記状態記述詳細データを、前記構成機器の前記状態を解析するための遠隔監視装置へ送信し、
    前記制御装置に送信された前記状態記述簡易データに基づいて前記構成機器において前記異常が発生しているか否かを、前記入出力デバイスを介してオペレータに報知し、
    前記遠隔監視装置によって、前記状態記述詳細データを前記信号から生成することを指示し、前記構成機器の異常に関係する、前記信号から生成可能な少なくとも１つのデータを指定する情報を含む第２コマンドを前記信号処理装置へ送信し、
    前記信号処理装置によって、前記第２コマンドによって指定された前記少なくとも１つのデータを前記信号から生成し、生成した前記少なくとも１つのデータを互いに識別可能な態様で含む前記状態記述詳細データを生成し、生成した前記状態記述詳細データを前記遠隔監視装置へ送信する、
    ことを含む、工作機械の診断方法。
  14. 前記少なくとも１つのデータを指定する情報は、
    前記センサの信号をデジタル化したデジタルデータをエンベロープ処理を行って、高速フーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルを指定する情報と、
    前記周波数スペクトルから得られる全周波数成分の実効値を指定する情報と、
    前記周波数スペクトルから得られる特定周波数を指定する情報と、
    を選択的に含む、請求項１３に記載の診断方法。
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