JP7315072B2 - 異常検知装置、異常検知システム、異常検知方法および異常検知プログラム - Google Patents

Description

本開示は、異常検知装置、異常検知システム、異常検知方法および異常検知プログラムに関するものである。

従来、特許文献１に記載されているように、加工室と、加工室内の音を収集するマイクとを備える工作機械が知られている。この工作機械では、マイクによって収集された音から工作機械の運転中の定常状態の音が除去され、その除去された残りの音が抽出される。そして、その抽出された音の信号レベルが規定された範囲外であると、そのことが報知される。

特許第６２８２１４８号公報

発明者の検討によれば、マイクによって収集された音には、工作機械の運転中の定常状態の音以外にも、工作機械の周辺の外部音や工作機械に備えられる電子部品等によるノイズが含まれる。このノイズにより、特許文献１に記載された工作機械では、その抽出された音の信号レベルが規定された範囲外となることで異常であると誤判定される。

本開示は、異常の誤判定を抑制する異常検知装置、異常検知システム、異常検知方法および異常検知プログラムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、異常検知装置であって、加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）と、周波数成分において加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）と、算出部によって平滑化された値が摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）を超えた差分の積算値に関する値が閾値以上であるとき、加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定し、算出部によって平滑化された値が摩耗閾値以上から摩耗閾値よりも小さい破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）未満に変化したとき、工具が破損したと判定することで、加工機の異常であると判定する判定部と、を備え、物理量は、音または振動である、異常検知装置である。

また、請求項１０に記載の発明は、異常検知システムであって、加工機（１０）の加工によって発生する物理量を検出するセンサ（２０）と、物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）と、周波数成分において加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）と、算出部によって平滑化された値が摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）を超えた差分の積算値に関する値が閾値以上であるとき、加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定し、算出部によって平滑化された値が摩耗閾値以上から摩耗閾値よりも小さい破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）未満に変化したとき、工具が破損したと判定することで、加工機の異常であると判定する判定部と、を有する異常検知装置（３０）と、を備え、物理量は、音または振動である、異常検知システムである。

さらに、請求項１１に記載の発明は、異常検知方法であって、加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得し、周波数成分において加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出し、平滑化された値が摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）を超えた差分の積算値に関する値が閾値以上であるとき、加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定し、平滑化された値が摩耗閾値以上から摩耗閾値よりも小さい破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）未満に変化したとき、工具が破損したと判定することで、加工機の異常であると判定し、物理量は、音または振動である、異常検知方法である。

また、請求項１２に記載の発明は、異常検知プログラムであって、異常検知装置を、加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）、周波数成分において加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）、および、算出部によって平滑化された値が摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）を超えた差分の積算値に関する値が閾値以上であるとき、加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定し、算出部によって平滑化された値が摩耗閾値以上から摩耗閾値よりも小さい破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）未満に変化したとき、工具が破損したと判定することで、加工機の異常であると判定する判定部として、機能させ、物理量は、音または振動である、異常検知プログラムである。

これにより、所定範囲の周波数に対応する強度に関する値が平滑化されるため、平滑化されない場合と比較してノイズが小さくなる。したがって、ノイズにより、所定範囲の周波数に対応する強度に関する値が破損閾値および摩耗閾値の間の範囲外であると誤判定されることが抑制される。よって、加工機の異常の誤判定が抑制される。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態の異常検知システムの構成図。 第１、第４実施形態の異常検知システムの異常検知装置の処理を示すフローチャート。 異常検知システムのセンサの電気信号に対応する強度と時間との関係図。 異常検知装置によって取得される周波数特性を示す図。 図４のＶ部拡大図。 周波数特性と摩耗量との関係図。 平滑化した値と時間との関係図。 切削加工機による穴あけを示す図。 時間と平滑化した値と差分とその差分和との関係図。 第２実施形態の異常検知システムの異常検知装置の処理を示すフローチャート。 異常検知システムの切削加工機の環境音の周波数特性を示す図。 第３実施形態の異常検知システムの異常検知装置の処理を示すフローチャート。 第５実施形態の異常検知システムの異常検知装置の処理を示すフローチャート。 第６実施形態の異常検知システムの異常検知装置の処理を示すフローチャート。 第７実施形態の異常検知システムの構成図。 異常検知システムの異常検知装置の処理を示すフローチャート。 第８実施形態の異常検知システムの構成図。 第９実施形態の異常検知システムの構成図。 異常検知システムの異常検知装置の処理を示すフローチャート。 他の実施形態の異常検知システムの異常検知装置による平滑化した値と時間との関係図。

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
本実施形態の異常検知システム１は、切削加工機１０の工具１３の摩耗または破損による異常を検知する。具体的には、異常検知システム１は、図１に示すように、切削加工機１０、センサ２０、異常検知装置３０および警報装置４０を備える。

切削加工機１０は、被加工物６０の切削を行う。具体的には、切削加工機１０は、加工制御部１１、工具用モータ１２、工具１３、ステージ１４、スライド１５および工具交換機５０を有する。

加工制御部１１は、マイコン等を主体として構成されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、駆動回路およびこれらの構成を接続するバスライン等を備えている。また、加工制御部１１は、加工制御部１１のＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、後述の異常検知装置３０からの信号に基づいて、後述の工具用モータ１２、ステージ１４およびスライド１５に流す電流を制御する。さらに、加工制御部１１は、その制御した電流を後述の工具用モータ１２、ステージ１４およびスライド１５に流す。

工具用モータ１２は、加工制御部１１によって制御された電流により回転する。工具１３は、ドリルであって、工具用モータ１２とともに回転する。

ステージ１４は、図示しないステージ板上に置かれた被加工物６０を、工具１３の軸と直交する一方向およびその一方向と直交する方向に移動させる。具体的には、ステージ１４は、図示しないステージ板、ステージ用第１モータ、ステージ用第１ボールねじ、ステージ用第１レールおよびステージ用第１ブロックを含む。また、ステージ１４は、図示しないステージ用第２モータ、ステージ用第２ボールねじ、ステージ用第２レールおよびステージ用第２ブロックを含む。

ステージ板は、工具１３の軸と直交する。ステージ用第１ボールねじおよびステージ用第１レールは、工具１３の軸と直交する一方向に延びている。ステージ用第１ボールねじおよびステージ用第１レールには、ステージ用第１ブロックが取り付けられており、このステージ用第１ブロックには、ステージ板が取り付けられている。ステージ用第１モータは、加工制御部１１によって制御された電流により回転する。ステージ用第１モータが回転すると、ステージ用第１モータとともにステージ用第１ボールねじが回転することによって、ステージ用第１ブロックがステージ用第１レールに沿って工具１３の軸と直交する一方向に移動する。これにより、ステージ板は、ステージ用第１ブロックとともに、工具１３の軸と直交する一方向に移動する。このため、ステージ板に置かれた被加工物６０が工具１３の軸と直交する一方向に移動する。また、ステージ用第２ボールねじおよびステージ用第２レールは、上記一方向と直交する方向に延びている。ステージ用第２ボールねじおよびステージ用第２レールには、ステージ用第２ブロックが取り付けられており、このステージ用第２ブロックには、ステージ板が取り付けられている。ステージ用第２モータは、加工制御部１１によって制御された電流により回転する。ステージ用第２モータが回転すると、ステージ用第２モータとともにステージ用第２ボールねじが回転することによって、ステージ用第２ブロックがステージ用第２レールに沿って上記一方向と直交する方向に移動する。これにより、ステージ板は、ステージ用第２ブロックとともに、上記一方向と直交する方向に移動する。このため、ステージ板に置かれた被加工物６０が上記一方向と直交する方向に移動する。

スライド１５は、工具１３を軸方向に移動させる。具体的には、スライド１５は、図示しないスライド用モータ、スライド用ボールねじ、スライド用レールおよびスライド用ブロックを含む。

スライド用ボールねじおよびスライド用レールは、工具１３の軸方向に延びている。スライド用ボールねじおよびスライド用レールには、スライド用ブロックが取り付けられており、このスライド用ブロックには、工具１３が取り付けられている。スライド用モータは、加工制御部１１によって制御された電流により回転する。スライド用モータが回転すると、スライド用モータとともにスライド用ボールねじが回転することによって、スライド用ブロックがスライド用レールに沿って工具１３の軸方向に移動する。これにより、工具１３は、スライド用ブロックとともに、工具１３の軸方向に移動する。

工具交換機５０は、ＡＴＣであって、後述の異常検知装置３０からの信号により、摩耗または破損した工具１３を新しい工具１３と交換する。

センサ２０は、マイクロホンを有することにより、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音を電気信号に変換する。さらに、センサ２０は、この変換した電気信号を後述の異常検知装置３０に出力する。なお、マイクロホンは、ムービングコイル型、リボン型、コンデンサ型、カーボンマイク、圧電マイクおよびレーザーマイク等である。

また、センサ２０は、レゾルバ、エンコーダ等を有することにより、工具用モータ１２の回転数を検出することで工具１３の回転数を検出する。さらに、センサ２０は、この検出した工具１３の回転数に応じた信号を後述の異常検知装置３０に出力する。

異常検知装置３０は、マイコン等を主体として構成されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、駆動回路およびこれらの構成を接続するバスライン等を備えている。また、異常検知装置３０は、異常検知装置３０のＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、センサ２０からの電気信号に基づいて、切削加工機１０の工具１３の異常を示す信号を後述の警報装置４０に出力する。さらに、異常検知装置３０は、異常検知装置３０のＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、センサ２０からの電気信号に基づいて、工具交換機５０に工具１３を交換させる。

警報装置４０は、異常検知装置３０からの信号により、例えば、音および光を用いて、切削加工機１０の作業者等に、工具１３の異常を知らせる。

以上のように、第１実施形態の異常検知システム１は、構成されている。この異常検知システム１の異常検知装置３０によって、工具１３の摩耗または破損による異常が検知される。次に、この異常検知について、図２のフローチャートおよび図３－図９を参照して説明する。なお、異常検知装置３０のプログラムは、例えば、切削加工機１０の図示しない電源がオンされたとき、実行される。また、下記では、異常検知装置３０のステップＳ１００の処理が開始されてからステップＳ１００の処理に戻るまでの一連の動作の期間を、異常検知装置３０の制御周期τとする。

ステップＳ１００において、異常検知装置３０は、工具１３の回転数をセンサ２０から取得する。また、異常検知装置３０は、図３に示すような切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音に対応する電気信号をセンサ２０から取得する。さらに、異常検知装置３０は、この時間波形を所定の長さの時間区間分、抽出する。なお、図３において、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音に対応する電気信号が強度で示されている。

続いて、ステップＳ１０２において、異常検知装置３０は、ステップＳ１００にて取得した時間波形の強度成分を短時間フーリエ変換する。これにより、異常検知装置３０は、図４および図５に示すように、ステップＳ１００にて取得したセンサ２０からの電気信号の周波数と強度との関係を示す周波数特性を取得する。さらに、異常検知装置３０は、この取得した周波数特性の所定範囲の周波数とその強度との関係を示す線によって囲まれる面積Ｓｒを算出する。なお、この周波数特性は、周波数ドメインにおける波形であって、所定の周波数区間内における複数の周波数ビンのそれぞれに強度の値が割り当てられたデータである。また、図５において、面積Ｓｒの範囲が斜線ハッチングで示されている。

ここで、上記所定範囲は、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときの工具１３が摩耗するときの音の周波数を含む範囲である。具体的には、図６に示すように、摩耗量の増加に伴って、３．０～１２．０ｋＨｚの範囲のうち１．０ｋＨｚ～２．０ｋＨｚの区間、例えば、４．０～５．０ｋＨｚの区間、１０．０～１２．０ｋＨｚの区間における強度のベースラインとピーク値との差が増加する。このことから、工具１３の摩耗状態を検知するため、上記所定範囲は、３．０～１２．０ｋＨｚの範囲のうち１．０ｋＨｚ～２．０ｋＨｚの区間である。そして、ここでは、上記所定範囲は、例えば、４．０ｋＨｚ～５．０ｋＨｚとされている。

図２に戻って、ステップＳ１０２に続くステップＳ１０４において、異常検知装置３０は、ステップＳ１００にて取得した工具１３の回転数から、工具１３の周波数を算出する。また、異常検知装置３０は、この算出した工具１３の周波数の倍数が上記所定範囲内であるかを判定する。この倍数が上記所定範囲内であるとき、異常検知装置３０は、その倍数を工具１３の回転周波数として算出する。なお、ここでは、工具１３の回転周波数は、例えば、４．０１２ｋＨｚである。

続いて、ステップＳ１０６において、異常検知装置３０は、ステップＳ１０４にて算出した工具１３の回転周波数を中心とする所定の周波数帯、例えば、４．００２～４．０２２ｋＨｚの周波数帯を算出する。また、異常検知装置３０は、図６に示すように、この算出した所定の周波数帯とその強度との関係を示す線によって囲まれる面積Ｓｔを算出する。さらに、異常検知装置３０は、ステップＳ１０２にて算出した面積Ｓｒから上記算出した面積Ｓｔを減算する。これにより、異常検知装置３０は、減算値を算出する。このため、ステップＳ１０２にて取得されたセンサ２０の電気信号に対応する周波数特性から工具１３の回転によるノイズが除去される。なお、図６において、面積Ｓｔの範囲が網掛けハッチングで示されている。

続いて、ステップＳ１０８において、異常検知装置３０は、ステップＳ１０６にて算出した減算値を所定範囲の区間にて除算することで、平均値Ｓｓを算出する。これにより、異常検知装置３０は、周波数成分の中の所定範囲の単位周波数に対応する強度に関する値を算出する。

続いて、ステップＳ１１０において、異常検知装置３０は、ステップＳ１０８にて算出した平均値Ｓｓにおいて時間についての平滑化した値Ｓａを算出する。これにより、図７に示すように、時間に対して平均値Ｓｓが平滑化されるため、平滑化した値Ｓａに含まれるノイズは、平均値Ｓｓに含まれるノイズよりも小さい。なお、ここで、平滑化とは、統計および信号処理において、ノイズ、その他の微細な構造または急激な現象を排除しながら、データの重要な特徴を抽出した近似関数を作成することをいう。また、平滑化は、例えば、単純移動平均、加重移動平均、指数移動平均、三角移動平均、正弦加重移動平均および累積移動平均等を用いて行われる。さらに、平滑化は、畳み込み、ＫＺフィルタ、包絡線および移動標準偏差等を用いて行われてもよい。また、平滑化は、平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ、メディアンフィルタ、最大値フィルタおよび最小値フィルタ等のフィルタを用いて行われてもよい。

ここで、工具用モータ１２によって工具１３が回転しつつスライド１５によって工具１３が軸方向に移動することで、図８に示すように、１つの穴について複数回に分けて被加工物６０が穿孔される。このため、図７では、１つの穴の切削初期時において平滑化した値Ｓａのピーク値が生成される。また、１つの穴の切削初期後に、平滑化した値Ｓａは、時間が経過するに伴ってピーク値から減少する。さらに、複数の穴について被加工物６０が穿孔されていることから、時間が経過するに伴って、平滑化した値Ｓａのピーク値が複数生成されている。

図２に戻って、ステップＳ１１０に続くステップＳ１１２において、異常検知装置３０は、ステップＳ１１０にて算出した今回制御周期（ｔ）における平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上であるか否かを判定する。これにより、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下している可能性が高いか否かを判定する。なお、摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈは、工具１３の摩耗による切削精度の低下の可能性が異常検知装置３０によって判定されるように、実験やシミュレーション等により設定される。また、ｔは、０以上の整数であって、異常検知装置３０のステップＳ１００からの一連の処理の実行回数を示す。さらに、制御周期τ（０）における平滑化した値Ｓａは、例えば、０である。また、図２のフローチャートにおいて、今回制御周期τ（ｔ）における平滑化した値ＳａがＳａ（ｔ）で示されている。

そして、平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上であるとき、工具１３の摩耗音の強度が高いことから、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下している可能性が高いと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１１４に移行する。また、平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ未満であるとき、平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上であるときと比較して工具１３の摩耗音の強度が低い。このことから、このとき、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下している可能性が低いと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１１２に続くステップＳ１１４において、異常検知装置３０は、図９に示すように、ステップＳ１１０にて算出した平滑化した値Ｓａから摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈを減算する。これにより、異常検知装置３０は、今回制御周期τ（ｔ）における平滑化した値Ｓａのうち摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈを越えた差分Ｓｗｔを算出する。なお、平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ未満であるとき、今回制御周期τ（ｔ）における差分Ｓｗｔは、０である。さらに、制御周期τ（０）における差分Ｓｗｔは、例えば、０である。

また、異常検知装置３０は、この算出した今回制御周期τ（ｔ）における差分Ｓｗｔを、前回制御周期τ（ｔ－１）における差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍに加算する。これにより、異常検知装置３０は、今回制御周期τ（ｔ）における差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍを算出する。なお、制御周期τ（０）における差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍは、例えば、０である。

図２に戻って、ステップＳ１１４に続くステップＳ１１６において、異常検知装置３０は、ステップＳ１１４にて算出した差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍが和閾値Ｓｗｔ＿ｔｈ以上であるか否かを判定する。これにより、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下しているか否かを判定する。なお、和閾値Ｓｗｔ＿ｔｈは、工具１３の摩耗による切削精度の低下が異常検知装置３０によって判定されるように、実験やシミュレーション等により設定される。また、和閾値Ｓｗｔ＿ｔｈは、異常検知装置３０のユーザによって自由に設定されてもよい。

そして、差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍが和閾値Ｓｗｔ＿ｔｈ以上であるとき、瞬間的に工具１３の摩耗音の強度が高くなったのではなく、工具１３の摩耗による切削精度の低下が生じている。このため、このとき、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下していると判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１１８に移行する。また、差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍが和閾値Ｓｗｔ＿ｔｈ未満であるとき、瞬間的に工具１３の摩耗音の強度が高くなっているため、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下していないと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１１６に続くステップＳ１１８において、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度の低下が生じている旨を示す信号を警報装置４０に出力する。このとき、警報装置４０は、音および光を用いて、切削加工機１０の作業者等に、工具１３の摩耗による切削精度の低下による切削加工機１０の工具１３の異常を知らせる。また、異常検知装置３０は、ステップＳ１１４にて算出した差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍを０にすることによって、差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍをリセットする。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１２４に移行する。

ステップＳ１２０において、異常検知装置３０は、ステップＳ１１０にて算出した平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上である状態から破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ未満に変化したか否かを判定する。これにより、異常検知装置３０は、工具１３が破損したか否かを判定する。なお、破損閾値Ｓｂ＿ｔｈは、工具１３の破損が異常検知装置３０によって判定されるように、実験やシミュレーション等により設定される。また、ここでは、破損閾値Ｓｂ＿ｔｈは、摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈよりも小さくなっている。さらに、破損閾値Ｓｂ＿ｔｈは、異常検知装置３０のユーザによって自由に設定されてもよい。

具体的には、異常検知装置３０は、過去制御周期τ（ｔ－ｘ）における平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上、かつ、今回制御周期τ（ｔ）における平滑化した値Ｓａが破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ未満であるか否かを判定する。そして、過去制御周期τ（ｔ－ｘ）における平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上、かつ、今回制御周期τ（ｔ）における平滑化した値Ｓａが破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ未満であるとする。このとき、平滑化した値Ｓａが低下していることから切削加工機１０の切削による発生音が小さくなっている。このため、このとき、異常検知装置３０は、工具１３が破損したと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１２２に移行する。なお、過去制御周期τ（ｔ－ｘ）は、今回制御周期τ（ｔ）よりも前の制御周期τである。また、図２のフローチャートにおいて、過去制御周期τ（ｔ－ｘ）における平滑化した値ＳａがＳａ（ｔ－ｘ）で示されている。さらに、ｘは、ｔが１以上の整数であるとき、１以上の整数である。また、ｘは、ｔが０であるとき、０である。さらに、ｘは、工具１３の破損が異常検知装置３０によって判定されるように、実験やシミュレーション等により設定される。

また、前回制御周期τ（ｔ－１）における平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上、かつ、今回制御周期τ（ｔ）における平滑化した値Ｓａが破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ以上であるとする。このとき、平滑化した値Ｓａの変化が小さいことから切削加工機１０の切削による発生音の変化が小さい。このため、このとき、異常検知装置３０は、工具１３が破損していないと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１００に戻る。

さらに、前回制御周期τ（ｔ－１）における平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ未満、かつ、今回制御周期τ（ｔ）における平滑化した値Ｓａが破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ未満であるとする。このとき、平滑化した値Ｓａの変化が小さいことから切削加工機１０の切削による発生音の変化が小さい。このため、このとき、異常検知装置３０は、工具１３が破損していないと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１００に戻る。

また、前回制御周期τ（ｔ－１）における平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ未満、かつ、今回制御周期τ（ｔ）における平滑化した値Ｓａが破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ以上であるとする。このとき、平滑化した値Ｓａの変化が小さいことから切削加工機１０の切削による発生音の変化が小さい。このため、このとき、異常検知装置３０は、工具１３が破損していないと判定する。このため、このとき、異常検知装置３０は、工具１３が破損していないと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１２０に続くステップＳ１２２において、異常検知装置３０は、工具１３の破損したことを示す信号を警報装置４０に出力する。このとき、警報装置４０は、音および光を用いて、切削加工機１０の作業者等に、工具１３が破損したことを知らせる。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１２４に移行する。

ステップＳ１２４において、異常検知装置３０は、工具１３を交換させるための信号を工具交換機５０に出力する。これにより、工具交換機５０は、摩耗または破損した工具１３を新しい工具１３と交換する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１００に戻る。

以上のように、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗または破損による異常を検知する。この異常検知装置３０によって、工具１３の摩耗または破損による異常の誤判定が抑制される。次に、この誤判定の抑制について説明する。

異常検知装置３０は、ステップＳ１０２にて、切削加工機１０の切削によって発生する音の周波数成分を取得する。また、異常検知装置３０は、ステップＳ１０８にて、前記周波数成分において工具１３が切削により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値、ここでは、平均値Ｓｓを算出する。さらに、異常検知装置３０は、ステップＳ１１０にて、平均値Ｓｓにおいて時間についての平滑化した値Ｓａを算出する。また、異常検知装置３０は、ステップＳ１１２にて、平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上であるとき、工具１３の摩耗による切削精度が低下している可能性が高いと判定する。また、異常検知装置３０は、ステップＳ１２０にて、平滑化した値Ｓａが破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ以上から破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ未満に変化したとき、工具１３が破損したと判定する。したがって、異常検知装置３０は、平滑化した値Ｓａが破損閾値Ｓｂ＿ｔｈおよび摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈの間の範囲外であるとき、工具１３が異常であると判定する。なお、異常検知装置３０は、解析部、算出部、判定部に対応する。また、音は、物理量に対応する。さらに、平均値Ｓｓは、周波数成分の中の所定範囲の周波数に対応する強度に関する値に相当する。

異常検知装置３０によって、平均値Ｓｓにおいて時間についての平滑化した値Ｓａが算出されることから、時間に対して平均値Ｓｓが平滑化される。このため、平滑化した値Ｓａに関する値に含まれるノイズは、平均値Ｓｓに含まれるノイズよりも小さい。したがって、ノイズにより、平滑化した値Ｓａに関する値が破損閾値Ｓｂ＿ｔｈおよび摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈの間の範囲外であると誤判定されることが抑制される。よって、工具１３の摩耗または破損による異常の誤判定が抑制される。

また、この誤判定が抑制されることから、工具１３が破損しているにもかかわらず、工具１３が破損していないと誤判定されることが抑制される。これにより、工具１３が破損した状態で切削加工機１０による切削されることが抑制されることから、加工時間の無駄が省かれる。したがって、切削加工機１０の設備総合効率が向上するため、切削加工機１０の生産性が向上する。

また、異常検知装置３０では、以下に記載する効果も奏する。

［１－１］ここで、特開２００２－５９３４２号公報に記載された摩耗検出装置では、切削工具の固有振動数を含む所定範囲の周波数成分の信号レベルが予め設定された設定値以上であれば、切削工具が摩耗していると判定される。しかし、上記摩耗検出装置では、切削工具の固有振動数によるノイズにより、取り出された所定範囲の周波数成分の信号レベルが予め設定された設定値以上となることで切削工具が異常であると誤判定される。

これに対して、異常検知装置３０は、ステップＳ１０６にて、ステップＳ１０４にて算出した工具１３の回転周波数を中心とする所定の周波数帯を算出する。また、異常検知装置３０は、この算出した所定の周波数帯とその強度との関係を示す線によって囲まれる面積Ｓｔを算出する。さらに、異常検知装置３０は、ステップＳ１０２にて算出した面積Ｓｒから上記算出した面積Ｓｔを減算する。これにより、所定範囲の周波数に対応する強度に関する値は、所定範囲の周波数に対応する強度に関する値から、工具１３の回転による周波数のうち所定範囲に含まれる周波数に対応する強度に関する値を減算した値となる。このため、工具１３の回転によるノイズが除去されることから、平滑化した値Ｓａに関する値に含まれるノイズが小さくなる。したがって、ノイズにより、平滑化した値Ｓａに関する値が破損閾値Ｓｂ＿ｔｈおよび摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈの間の範囲外であると誤判定されることが抑制される。よって、工具１３の摩耗または破損による異常の誤判定が抑制される。

［１－２］ステップＳ１１４にて算出した差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍが和閾値Ｓｗｔ＿ｔｈ以上であるとする。このとき、異常検知装置３０は、ステップＳ１１６にて、工具１３が摩耗による異常である、ここでは、工具１３の摩耗による切削精度が低下していると判定する。これにより、異常検知装置３０が工具１３の摩耗状態を認識できる。このため、工具１３の摩耗による切削精度が低下するまで工具１３を使い切ることができる。また、差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍ、すなわち、積算値が用いられることにより、瞬間的に工具１３の摩耗音の強度が高くなったことによる異常の誤判定が抑制される。なお、差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍは、所定範囲の周波数に対応する強度に関する値の積算値に対応する。

［１－３］破損閾値Ｓｂ＿ｔｈは、摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈよりも小さくなっている。また、異常検知装置３０は、ステップＳ１２０にて、ステップＳ１１０にて算出した平滑化した値Ｓａに関する値が摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上である状態から破損閾値Ｓｂ＿ｔｈ未満に変化したとき、工具１３が破損したと判定する。これにより、異常検知装置３０は、工具１３の破損を認識できる。

［１－４］異常検知装置３０は、ステップＳ１１８にて、工具１３の摩耗による切削精度の低下が生じている旨を示す信号を警報装置４０に出力する。このとき、警報装置４０は、音および光を用いて、切削加工機１０の作業者等に、工具１３の摩耗による切削精度の低下による切削加工機１０の工具１３の異常を知らせる。また、異常検知装置３０は、ステップＳ１２２にて、工具１３の破損したことを示す信号を警報装置４０に出力する。このとき、警報装置４０は、音および光を用いて、切削加工機１０の作業者等に、工具１３が破損したことを知らせる。したがって、異常検知装置３０は、報知部に対応しており、工具１３が異常であると判定したとき、警報装置４０に工具１３が異常であることを報知させる。これにより、切削加工機１０の作業者等の外部の者が、工具１３が異常であることを知ることができる。

［１－５］異常検知装置３０は、交換部に対応しており、ステップＳ１２４にて、工具１３が異常であることから、工具１３を交換させるための信号を工具交換機５０に出力する。このとき、工具交換機５０は、摩耗または破損した工具１３を新しい工具１３と交換する。これにより、作業者等の人による交換がなくなることで、切削加工機１０の停止時間が短くなることから、切削加工機１０の設備総合効率が向上する。このため、切削加工機１０の生産性が向上する。

（第２実施形態）
第２実施形態では、異常検知装置３０の処理が異なる。これ以外は、第１実施形態と同様である。この異常検知装置３０の処理について、図１０のフローチャートおよび図１１を参照して説明する。

ステップＳ１００において、異常検知装置３０は、第１実施形態と同様に、切削加工機１０によって発生する音に対応する電気信号をセンサ２０から取得する。また、異常検知装置３０は、この時間波形を所定の長さの時間区間分、抽出する。さらに、異常検知装置３０は、異常検知装置３０のメモリに記憶された環境音に対応する電気信号をそのメモリから読み出す。なお、環境音は、切削加工機１０の外部の音、切削加工機１０の被加工物６０の切削前における工具１３の回転による音および切削加工機１０の図示しないエアブロー音等を含む切削加工機１０の空転時の音である。また、異常検知装置３０は、環境音についての情報をメモリから読み出すことに限定されない。例えば、異常検知装置３０は、工具１３が被加工物６０と接触しているときおよび接触していないときを時間的に分離することで、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音と環境音とを分離することにより、環境音を取得してもよい。

続いて、ステップＳ１０２において、異常検知装置３０は、ステップＳ１００にて取得した時間波形の強度成分を短時間フーリエ変換する。これにより、異常検知装置３０は、第１実施形態と同様に、ステップＳ１００にて取得したセンサ２０からの電気信号の周波数と強度との関係を示す周波数特性を取得する。さらに、異常検知装置３０は、この取得した周波数特性の所定範囲の周波数とその強度との関係を示す線によって囲まれる面積Ｓｒを算出する。また、異常検知装置３０は、図１１に示すように、短時間フーリエ変換を行うことにより、ステップＳ１００にて読み出した環境音の周波数特性を取得する。さらに、異常検知装置３０は、この取得した環境音の周波数特性における上記所定範囲の周波数とその強度との関係を示す線によって囲まれる面積Ｓｅを算出する。

図１０に戻って、ステップＳ１０２に続くステップＳ２００において、異常検知装置３０は、ステップＳ１０２にて取得した面積Ｓｒから面積Ｓｅを減算する。これにより、異常検知装置３０は、減算値を算出する。このため、ステップＳ１０２にて取得されたセンサ２０の電気信号に対応する周波数特性から環境音によるノイズが除去される。その後、ステップＳ１０８～ステップＳ１２４の処理は、第１実施形態と同様に行われる。

以上のように、第２実施形態では、異常検知装置３０の処理が行われる。第２実施形態では、下記に説明する効果を奏する。

［２］ここで、特許第６７１２２３６号公報に記載された異常予兆検知システムでは、センシングした音響波形と設定した標本線との隣り合う交点間の時間が積算される。そして、その積算値と正常時における値との割合が所定値以下であるとき、上記異常予兆検知システムの加工工具に異常予兆があると判定される。しかし、上記異常予兆検知システムでは、環境音によるノイズが考慮されていないことから、環境音によるノイズにより、上記割合が所定値以下となることで加工工具に異常予兆があると誤判定される。

これに対して、異常検知装置３０は、ステップＳ２００にて、ステップＳ１０２にて取得した面積Ｓｒから面積Ｓｅを減算する。これにより、所定範囲の周波数に対応する強度に関する値は、所定範囲の周波数に対応する強度に関する値から、環境音の周波数のうち所定範囲に含まれる強度に関する値を減算した値となる。このため、環境音によるノイズが除去されることから、平滑化した値Ｓａに関する値に含まれるノイズが小さくなる。したがって、ノイズにより、平滑化した値Ｓａに関する値が破損閾値Ｓｂ＿ｔｈおよび摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈの間の範囲外であると誤判定されることが抑制される。よって、工具１３の摩耗または破損による異常の誤判定が抑制される。

（第３実施形態）
第３実施形態では、異常検知装置３０の処理が異なる。これ以外は、第１実施形態および第２実施形態と同様である。この異常検知装置３０の処理について、図１２のフローチャートを参照して説明する。

第３実施形態では、異常検知装置３０は、ステップＳ１０２の処理後、第１実施形態のステップＳ１０４、ステップＳ１０６および第２実施形態のステップＳ２００を行わないで、ステップＳ１０８の処理を行う。

具体的には、ステップＳ１０８において、異常検知装置３０は、ステップＳ１０２にて算出した面積Ｓｒにおいて周波数についての平均値Ｓｓを算出する。これにより、周波数についてのノイズが小さくなる。

続いて、ステップＳ１１０において、異常検知装置３０は、ステップＳ１０８にて算出した平均値Ｓｓにおいて時間についての平滑化した値Ｓａを算出する。これにより、時間に対して平均値Ｓｓが平滑化されるため、平滑化した値Ｓａに含まれるノイズは、平均値Ｓｓに含まれるノイズよりも小さい。その後、ステップＳ１１２～ステップＳ１２４の処理は、第１実施形態と同様に行われる。この第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第４実施形態）
第４実施形態では、異常検知装置３０のステップＳ１０４の処理が第１実施形態と異なる。これ以外は、第１実施形態と同様である。

図２に示すように、ステップＳ１０２に続くステップＳ１０４において、異常検知装置３０は、工具１３の回転周波数を算出する。また、ここでは、異常検知装置３０は、ステップＳ１００にて取得した工具１３の回転数から工具１３の周波数を算出することに代えて、ステップＳ１０２にて取得した周波数特性から工具１３の回転周波数を算出する。

ここで、工具１３の回転周波数に対応する強度は、図６に示すように、摩耗に関する強度のピーク値と比較して大きい。したがって、異常検知装置３０は、ステップＳ１０２にて取得した周波数特性から、教師データを元にピーク値を検出するような機械学習等を用いて、摩耗に関する強度のピーク値を算出する。また、異常検知装置３０は、この算出した摩耗に関する強度のピーク値よりも大きいピーク値を検出する。さらに、異常検知装置３０は、この検出したピーク値の周波数を中心とする所定の周波数帯、ここでは、４．００２～４．０２２ｋＨｚの周波数帯を、工具１３の回転周波数として算出する。なお、異常検知装置３０は、上記した統計的手法によって、工具１３の回転周波数を算出することに限定されない。例えば、異常検知装置３０は、教師データを元にピーク値を検出するような機械学習等を用いて、工具１３の回転周波数を算出してもよい。

以上のように、第４実施形態の異常検知装置３０は、処理を行う。第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第４実施形態では、下記に記載する効果も奏する。

［３］異常検知装置３０は、ステップＳ１０４にて、所定範囲の周波数に含まれる摩耗に関するピーク値よりも大きいピーク値を算出する。これにより、工具１３の回転周波数が実験的に算出される場合と比較して算出されやすくなる。

（第５実施形態）
第５実施形態では、異常検知装置３０のステップＳ１１４、ステップＳ１１６およびステップＳ１１８の処理が第１実施形態と異なる。これ以外は、第１実施形態と同様である。次に、これらのステップＳ１１４、ステップＳ１１６およびステップＳ１１８の処理について、図１３のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１１２に続くステップＳ１１４において、異常検知装置３０は、ステップＳ１１０にて算出した平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上であるときの時間和Ｔｗ＿ｓｕｍを算出する。例えば、異常検知装置３０は、平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上であるとき、前回制御周期τ（ｔ－１）における時間和Ｔｗ＿ｓｕｍに制御周期τを加算する。これにより、異常検知装置３０は、今回制御周期τ（ｔ）における時間和Ｔｗ＿ｓｕｍを算出する。なお、制御周期τ（０）における時間和Ｔｗ＿ｓｕｍは、例えば、０である。

ステップＳ１１４に続くステップＳ１１６において、異常検知装置３０は、ステップＳ１１４にて算出した時間和Ｔｗ＿ｓｕｍが時間閾値Ｔｗ＿ｔｈ以上であるか否かを判定する。これにより、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下しているか否かを判定する。なお、時間閾値Ｔｗ＿ｔｈは、工具１３の摩耗による切削精度の低下が異常検知装置３０によって判定されるように、実験やシミュレーション等により設定される。また、時間閾値Ｔｗ＿ｔｈは、異常検知装置３０のユーザによって自由に設定されてもよい。

そして、時間和Ｔｗ＿ｓｕｍが時間閾値Ｔｗ＿ｔｈ以上であるとき、瞬間的に工具１３の摩耗音の強度が高くなったのではなく、工具１３の摩耗による切削精度の低下が生じている。このため、このとき、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下していると判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１１８に移行する。また、時間和Ｔｗ＿ｓｕｍが時間閾値Ｔｗ＿ｔｈ未満であるとき、瞬間的に工具１３の摩耗音の強度が高くなっているため、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度が低下していないと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１１６に続くステップＳ１１８において、異常検知装置３０は、工具１３の摩耗による切削精度の低下が生じている旨を示す信号を警報装置４０に出力する。このとき、警報装置４０は、音および光を用いて、切削加工機１０の作業者等に、工具１３の摩耗による切削精度の低下による切削加工機１０の工具１３の異常を知らせる。また、異常検知装置３０は、ステップＳ１１４にて算出した時間和Ｔｗ＿ｓｕｍを０にすることによって、時間和Ｔｗ＿ｓｕｍをリセットする。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１２４に移行する。

以上のように、第５実施形態の異常検知装置３０は、処理を行う。第５実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第６実施形態）
第６実施形態では、異常検知装置３０の処理が第１実施形態と異なる。これ以外は、第１実施形態と同様である。次に、この異常検知装置３０の処理について、図１４のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１００において、異常検知装置３０は、第１実施形態と同様に、切削加工機１０によって発生する音に対応する電気信号をセンサ２０から取得する。また、異常検知装置３０は、この時間波形を所定の長さの時間区間分、抽出する。さらに、異常検知装置３０は、異常検知装置３０のメモリに記憶された切削加工機１０、工具１３、センサ２０および被加工物６０に関する情報をそのメモリから読み出す。なお、切削加工機１０に関する情報は、例えば、環境音の強度および周波数、切削加工機１０の図示しないエアブローによる音の強度および周波数、切削加工機１０の温度、ならびに、切削加工機１０に用いられる油の添加量、種類および添加周期等である。また、工具１３に関する情報は、例えば、工具１３の大きさ、材質、形状、回転速度およびトルク、ならびに、工具１３と切削加工機１０との取り付け状態等である。さらに、センサ２０に関する情報は、例えば、センサ２０の位置、センサ２０から工具１３までの距離、センサ２０から被加工物６０までの距離、ならびに、センサ２０の種類および個数等である。また、被加工物６０に関する情報は、例えば、被加工物６０の大きさ、材質および形状、ならびに、被加工物６０と工具１３との接触角度等である。さらに、切削加工機１０、工具１３、センサ２０および被加工物６０に関する情報は、異常検知装置３０のユーザによって自由に設定されるとともにメモリに更新される。

続いて、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４およびステップＳ１０６において、異常検知装置３０は、第１実施形態と同様の処理を行う。

ステップＳ１０６に続くステップＳ１３０において、異常検知装置３０は、ステップＳ１００にて取得した切削加工機１０、工具１３、センサ２０および被加工物６０に関する情報とマップとを用いる。これにより、異常検知装置３０は、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときの工具１３が摩耗するときの音の周波数を含む所定範囲の周波数を算出する。なお、所定範囲の周波数を算出するためのマップは、実験やシミュレーション等により設定される。

ステップＳ１３０に続くステップＳ１０８において、異常検知装置３０は、ステップＳ１３０にて算出した所定範囲の周波数の強度に関する値、ここでは、平均値Ｓｓを算出する。続いて、ステップＳ１１０～ステップＳ１２４において、異常検知装置３０は、第１実施形態と同様の処理を行う。

以上のように、第６実施形態の異常検知装置３０は、処理を行う。第６実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第６実施形態では、下記に記載する効果も奏する。

［４］異常検知装置３０は、ステップＳ１３０にて、切削加工機１０、工具１３、センサ２０および被加工物６０に関する情報に基づいて、工具１３が摩耗するときの音の周波数を含む所定範囲の周波数を算出する。これにより、切削加工機１０、工具１３、センサ２０および被加工物６０毎によって変化する上記所定範囲の設定調整がしやすくなる。

（第７実施形態）
第７実施形態では、図１５に示すように、異常検知システム１のセンサ２０が２つ備えられる。また、異常検知装置３０の処理が第１実施形態と異なる。これ以外は、第１実施形態と同様である。

一方のセンサ２０は、マイクロホンを有することにより、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音を電気信号に変換する。さらに、一方のセンサ２０は、この変換した電気信号を異常検知装置３０に出力する。また、一方のセンサ２０は、レゾルバ、エンコーダ等を有することにより、工具用モータ１２の回転数を検出することで工具１３の回転数を検出する。さらに、一方のセンサ２０は、この検出した工具１３の回転数に応じた信号を異常検知装置３０に出力する。

もう一方のセンサ２０は、マイクロホンを有することにより、環境音を電気信号に変換する。また、もう一方のセンサ２０は、この変換した電気信号を異常検知装置３０に出力する。

次に、第７実施形態の異常検知装置３０の処理について、図１６のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１００において、異常検知装置３０は、工具１３の回転数を一方のセンサ２０から取得する。また、異常検知装置３０は、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音に対応する電気信号を一方のセンサ２０から取得することに加えて、環境音に対応する電気信号をもう一方のセンサ２０から取得する。さらに、異常検知装置３０は、これらの時間波形を所定の長さの時間区間分、抽出する。

ステップＳ１００に続くＳ１４０において、異常検知装置３０は、ステップＳ１００にて取得した切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音の強度から、環境音の強度を時間毎に減算する。これにより、異常検知装置３０は、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音から環境音を除去することで、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音に含まれるノイズを除去する。

ステップＳ１４０に続くステップＳ１０２において、異常検知装置３０は、ステップＳ１４０にて算出した時間波形の強度成分を短時間フーリエ変換する。これにより、異常検知装置３０は、周波数と強度との関係を示す周波数特性を取得する。さらに、異常検知装置３０は、この取得した周波数特性の所定範囲の周波数とその強度との関係を示す線によって囲まれる面積Ｓｒを算出する。続いて、ステップＳ１０４～ステップＳ１２４において、異常検知装置３０は、第１実施形態と同様の処理を行う。

以上のように、第７実施形態の異常検知装置３０は、処理を行う。第７実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第７実施形態では、下記に記載する効果も奏する。

［５］異常検知装置３０は、複数のセンサ２０によって検出された音の周波数成分を取得する。これにより、複数のセンサ２０がそれぞれ異なる音を集音することで、異常検知装置３０は、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音とその音に含まれるノイズの周波数成分を取得することができる。このため、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音に含まれるノイズを除去できるため、切削加工機１０によって被加工物６０が切削されるときに発生する音のＳＮ比が向上する。

（第８実施形態）
第８実施形態では、図１７に示すように、異常検知装置３０は、インターネット等のネットワークに接続されている。また、切削加工機１０、センサ２０および警報装置４０は、このネットワークを介して異常検知装置３０と通信する図示しない通信部を有する。さらに、異常検知装置３０は、ネットワークを介して切削加工機１０、センサ２０および警報装置４０と通信することで、切削加工機１０、センサ２０および警報装置４０を作動させる。また、異常検知装置３０は、ネットワークを経由して切削加工機１０、センサ２０および警報装置４０と通信することで、切削加工機１０、センサ２０および警報装置４０についての情報を切削加工機１０、センサ２０および警報装置４０から取得する。これら以外は、第１実施形態と同様である。この第８実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第８実施形態では、下記に記載する効果も奏する。

異常検知装置３０は、ネットワークに接続されており、ネットワークを介して切削加工機１０と通信する。このため、ネットワーク経由でユーザにサービス、すなわち、クラウドサービスを提供することができる。これにより、例えば、複数の異常検知装置３０を使用する場合に、異常検知装置３０のそれぞれが異常検知装置３０を機能させるプログラムを持つ必要がなくなるため、異常検知装置３０のコストを削減できる。また、異常検知装置３０を機能させるための情報の一元管理をすることができる。このため、例えば、工場等で複数の異常検知装置３０を使用する場合に、複数の異常検知装置３０の管理がしやすくなることから、工場の生産性向上につながる。

（第９実施形態）
第９実施形態では、図１８に示すように、切削加工機１０は、加工制御部１１、工具用モータ１２、工具１３、ステージ１４、スライド１５および工具交換機５０に加えて、測定器８０を有する。また、異常検知装置３０の処理が第１実施形態と異なる。これら以外は、第１実施形態と同様である。

測定器８０は、例えば、レーザ測定器や画像測定器であって、異常検知装置３０の信号により、光を用いて工具１３の形状を測定する。

次に、異常検知装置３０の処理について、図１９のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１００～ステップＳ１２２において、異常検知装置３０は、第１実施形態と同様の処理を行う。

ステップＳ１１８およびステップＳ１２２のどちらかの処理後、ステップＳ１５０において、異常検知装置３０は、工具１３の形状を測定させるための信号を測定器８０に出力する。これにより、測定器８０は、工具１３の形状を測定する。また、異常検知装置３０は、測定器８０によって測定された工具１３の形状に関する情報を測定器８０から取得する。

続いて、ステップＳ１５２において、異常検知装置３０は、ステップＳ１５０にて取得した今回制御周期τ（ｔ）における工具１３の形状と、前回制御周期τ（ｔ－１）における工具１３の形状とを比較する。これにより、異常検知装置３０は、工具１３の異常度合が大きいか否かを判定する。なお、工具１３の異常度合とは、例えば、工具１３の寸法変化や形状変化である。

例えば、異常検知装置３０は、今回制御周期τ（ｔ）における工具１３の大きさと前回制御周期τ（ｔ－１）における工具１３の大きさとの差の絶対値を算出することにより、工具１３の大きさの変化量を算出する。また、異常検知装置３０は、この算出した変化量が変化量閾値以上であるとき、工具１３の大きさの変化が大きいことから、工具１３の異常度合が大きいと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１２４に移行する。さらに、異常検知装置３０は、この算出した変化量が変化量閾値未満であるとき、工具１３の大きさの変化が小さいことから、工具１３の異常度合が小さいと判定する。その後、異常検知装置３０の処理は、ステップＳ１００に戻る。なお、変化量閾値は、工具１３の形状変化の大小が異常検知装置３０によって判定されるように、実験やシミュレーション等により設定される。また、変化量閾値は、異常検知装置３０のユーザによって自由に設定されてもよい。

以上のように、第９実施形態の異常検知装置３０は、処理を行う。第９実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第９実施形態では、下記に記載する効果も奏する。

［６］異常検知装置３０は、ステップＳ１５０にて、切削加工機１０が異常であると判定したとき、工具１３の形状を測定器８０に測定させる測定部としての役割を果たす。また、異常検知装置３０は、ステップＳ１５２にて、工具１３の形状変化を算出することにより工具１３の異常度合を算出する度合算出部としての役割を果たす。

これにより、切削加工機１０の切削によって発生する音から工具１３の摩耗または破損による異常の判定をしていることに加えて、工具１３の形状変化から工具１３の摩耗または破損による異常の判定をすることができる。このため、工具１３の摩耗または破損による異常の誤判定が抑制される。また、測定器８０が光を用いて工具１３の形状を測定する。これにより、工具１３の形状が非接触で測定されるため、工具１３の異常度合への影響が抑制される。したがって、工具１３の異常度合の精度が向上することから、工具１３の摩耗または破損による異常の誤判定が抑制される。

（他の実施形態）
本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態に対して、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

本開示に記載の解析部、算出部、判定部、報知部、交換部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の解析部、算出部、判定部、報知部、交換部およびその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の解析部、算出部、判定部、報知部、交換部およびその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

上記各実施形態では、切削加工機１０は、被加工物６０の穴あけを切削として行っている。これに対して、切削加工機１０による切削は、被加工物６０の穴あけであることに限定されない。切削加工機１０による切削は、旋削、中ぐり、フライス削り、平削り、形削り等であってもよい。

上記各実施形態では、センサ２０は、切削加工機１０の切削によって発生する音を物理量として検出する。これに対して、センサ２０は、切削加工機１０の切削によって発生する音を物理量として検出することに限定されない。センサ２０は、例えば、圧電素子等を有することにより、切削加工機１０の切削によって発生する工具１３の加速度または振動を物理量として検出してもよい。この場合、異常検知装置３０は、センサ２０からの電気信号に対応する加速度または振動の周波数成分を用いて、ステップＳ１００からステップＳ１２４までの一連の処理を行う。これにより、異常検知装置３０は、上記各実施形態と同様に、工具１３の摩耗または破損による異常を検知する。この場合においても、上記各実施形態と同様に、工具１３の摩耗または破損による異常の誤判定が抑制される。

上記各実施形態では、破損閾値Ｓｂ＿ｔｈは、摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈよりも小さくなっている。これに対して、破損閾値Ｓｂ＿ｔｈは、摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈよりも小さくなっていることに限定されない。異常検知システム１の構成によって工具１３の摩耗および破損状態が異なることから、破損閾値Ｓｂ＿ｔｈは、摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上であってもよい。

上記各実施形態では、異常検知装置３０は、ステップＳ１１０において、ステップＳ１０８にて算出した平均値Ｓｓにおいて時間についての平滑化した値Ｓａを算出する。これに対して、異常検知装置３０は、例えば、図２０に示すように、包絡線検出を行うことにより、平滑化した値Ｓａを算出してもよい。

上記各実施形態では、異常検知装置３０は、ステップＳ１１４において、平滑化した値Ｓａのうち摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈを越えた差分Ｓｗｔおよび差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍを算出する。これに対して、異常検知装置３０は、ステップＳ１１４において、差分Ｓｗｔおよび差分和Ｓｗｔ＿ｓｕｍを算出することに限定されない。例えば、異常検知装置３０は、ステップＳ１１０にて算出した平滑化した値Ｓａに制御周期τを乗算する。これにより、異常検知装置３０は、平滑化した値Ｓａが摩耗閾値Ｓｗ＿ｔｈ以上であるときの平滑化した値Ｓａと時間との関係を示す線によって囲まれる面積を算出する。また、異常検知装置３０は、この算出した面積の和を算出する。そして、異常検知装置３０は、この算出した面積和と閾値とを用いて、工具１３の摩耗による切削精度が低下していると判定してもよい。この場合、面積和は、所定範囲の周波数に対応する強度に関する値の積算値に対応する。

上記各実施形態では、ステージ１４は、被加工物６０を工具１３の軸と直交する一方向およびその一方向と直交する方向に移動させる。これに対して、ステージ１４は、被加工物６０を工具１３の軸と直交する一方向およびその一方向と直交する方向に移動させるに加えて、工具１３の軸方向に移動させてもよい。

上記各実施形態では、スライド１５は、工具１３を軸方向に移動させる。これに対して、スライド１５は、工具１３を軸方向に移動させることに加えて、工具１３の軸と直交する一方向およびその一方向と直交する方向に移動させてもよい。

上記各実施形態は、適宜組み合われてもよい。

（本発明の特徴）
［請求項１］
加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）と、
前記周波数成分において前記加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）と、
前記算出部によって平滑化された値が破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）および摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）の間の範囲外であるとき、前記加工機が異常であると判定する判定部（Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６、Ｓ１２０）と、
を備える異常検知装置。
［請求項２］
前記所定範囲の周波数に対応する強度に関する値は、前記所定範囲の周波数に対応する強度に関する値から、前記加工機の工具（１３）の回転による周波数のうち前記所定範囲に含まれる周波数に対応する強度に関する値を減算した値であって、
前記算出部は、前記減算した値を平滑化した値を算出する請求項１に記載の異常検知装置。
［請求項３］
前記所定範囲の周波数に対応する強度に関する値は、前記所定範囲の周波数に対応する強度に関する値から、前記加工機の空転時に発生する前記物理量の周波数のうち前記所定範囲に含まれる周波数に対応する強度に関する値を減算した値であって、
前記算出部は、前記減算した値を平滑化した値を算出する請求項１に記載の異常検知装置。
［請求項４］
前記算出部は、前記所定範囲の周波数に含まれる前記加工機の加工による摩耗に関するピーク値よりも大きいピーク値を算出する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検知装置。
［請求項５］
前記判定部（Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６）は、前記算出部によって平滑化された値が前記摩耗閾値以上であるとき、前記加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の異常検知装置。
［請求項６］
前記破損閾値は、前記摩耗閾値よりも小さくなっており、
前記判定部（Ｓ１２０）は、前記算出部によって平滑化された値が前記摩耗閾値以上から前記破損閾値未満に変化したとき、前記加工機の工具（１３）が破損したと判定する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の異常検知装置。
［請求項７］
前記判定部（Ｓ１１４、Ｓ１１６）は、前記算出部によって平滑化された値の積算値が閾値以上であるとき、前記工具が摩耗による異常であると判定する請求項５に記載の異常検知装置。
［請求項８］
前記解析部は、複数のセンサ（２０）によって検出された前記物理量の周波数成分を取得する請求項１ないし７のいずれか１つに記載の異常検知装置。
［請求項９］
前記異常検知装置は、ネットワークに接続されており、前記ネットワークを介して前記加工機と通信する請求項１ないし８のいずれか１つに記載の異常検知装置。
［請求項１０］
前記判定部によって前記加工機が異常であると判定されたとき、前記加工機が異常であることを警報装置（４０）に報知させる報知部（Ｓ１１８、Ｓ１２２）さらに備える請求項１ないし９のいずれか１つに記載の異常検知装置。
［請求項１１］
前記判定部によって前記加工機が異常であると判定されたとき、前記加工機の工具（１３）を工具交換機（５０）に自動交換させる交換部（Ｓ１２４）をさらに備える請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の異常検知装置。
［請求項１２］
前記判定部によって前記加工機が異常であると判定されたとき、光を用いて前記加工機の工具（１３）の形状を測定する測定器（８０）に前記工具の形状を測定させる測定部（Ｓ１５０）と、
前記工具の形状変化を算出することにより前記工具の異常度合を算出する度合算出部（Ｓ１５２）と、
をさらに備える請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の異常検知装置。
［請求項１３］
加工機（１０）の加工によって発生する物理量を検出するセンサ（２０）と、
前記物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）と、前記周波数成分において前記加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）と、前記算出部によって平滑化された値が破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）および摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）の間の範囲外であるとき、前記加工機が異常であると判定する判定部（Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６、Ｓ１２０）と、を有する異常検知装置（３０）と、
を備える異常検知システム。
［請求項１４］
加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得し、
前記周波数成分において前記加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出し、
平滑化された値が破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）および摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）の間の範囲外であるとき、前記加工機が異常であると判定する、異常検知方法。
［請求項１５］
異常検知装置を、
加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）、
前記周波数成分において前記加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）、および、
前記算出部によって平滑化された値が破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）および摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）の間の範囲外であるとき、前記加工機が異常であると判定する判定部（Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６、Ｓ１２０）として、機能させる異常検知プログラム。

１ 異常検知システム
１０ 切削加工機
１１ 加工制御部
１２ 工具用モータ
１３ 工具
２０ センサ
３０ 異常検知装置
４０ 警報装置
５０ 工具交換機

Claims (12)

1. 異常検知装置であって、
   加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）と、
   前記周波数成分において前記加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）と、
   前記算出部によって平滑化された値が摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）を超えた差分の積算値に関する値が閾値以上であるとき、前記加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定し、前記算出部によって平滑化された値が前記摩耗閾値以上から前記摩耗閾値よりも小さい破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）未満に変化したとき、前記工具が破損したと判定することで、前記加工機の異常であると判定する判定部と、
   を備え、
   前記物理量は、音または振動である、異常検知装置。
2. 前記所定範囲の周波数に対応する強度に関する値は、前記所定範囲の周波数に対応する強度に関する値から、前記工具の回転による周波数のうち前記所定範囲に含まれる周波数に対応する強度に関する値を減算した値であって、
   前記算出部は、前記減算した値を平滑化した値を算出する請求項１に記載の異常検知装置。
3. 前記所定範囲の周波数に対応する強度に関する値は、前記所定範囲の周波数に対応する強度に関する値から、前記加工機の空転時に発生する前記物理量の周波数のうち前記所定範囲に含まれる周波数に対応する強度に関する値を減算した値であって、
   前記算出部は、前記減算した値を平滑化した値を算出する請求項１に記載の異常検知装置。
4. 前記算出部は、前記所定範囲の周波数に含まれる前記加工機の加工による摩耗に関するピーク値よりも大きいピーク値を算出する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検知装置。
5. 前記解析部は、複数のセンサ（２０）によって検出された前記物理量の周波数成分を取得する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検知装置。
6. 前記異常検知装置は、ネットワークに接続されており、前記ネットワークを介して前記加工機と通信する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検知装置。
7. 前記判定部によって前記加工機が異常であると判定されたとき、前記加工機が異常であることを警報装置（４０）に報知させる報知部（Ｓ１１８、Ｓ１２２）さらに備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検知装置。
8. 前記判定部によって前記加工機が異常であると判定されたとき、前記工具を工具交換機（５０）に自動交換させる交換部（Ｓ１２４）をさらに備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検知装置。
9. 前記判定部によって前記加工機が異常であると判定されたとき、光を用いて前記工具の形状を測定する測定器（８０）に前記工具の形状を測定させる測定部（Ｓ１５０）と、
   前記工具の形状変化を算出することにより前記工具の異常度合を算出する度合算出部（Ｓ１５２）と、
   をさらに備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の異常検知装置。
10. 異常検知システムであって、
    加工機（１０）の加工によって発生する物理量を検出するセンサ（２０）と、
    前記物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）と、前記周波数成分において前記加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）と、前記算出部によって平滑化された値が摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）を超えた差分の積算値に関する値が閾値以上であるとき、前記加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定し、前記算出部によって平滑化された値が前記摩耗閾値以上から前記摩耗閾値よりも小さい破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）未満に変化したとき、前記工具が破損したと判定することで、前記加工機の異常であると判定する判定部と、を有する異常検知装置（３０）と、
    を備え、
    前記物理量は、音または振動である、異常検知システム。
11. 異常検知方法であって、
    加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得し、
    前記周波数成分において前記加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出し、
    平滑化された値が摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）を超えた差分の積算値に関する値が閾値以上であるとき、前記加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定し、
    平滑化された値が前記摩耗閾値以上から前記摩耗閾値よりも小さい破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）未満に変化したとき、前記工具が破損したと判定することで、前記加工機の異常であると判定し、
    前記物理量は、音または振動である、異常検知方法。
12. 異常検知プログラムであって、
    異常検知装置を、
    加工機（１０）の加工によって発生する物理量の周波数成分を取得する解析部（Ｓ１０２）、
    前記周波数成分において前記加工機の加工により摩耗するときの周波数を含む所定範囲の周波数に対応する強度に関する値を平滑化した値を算出する算出部（Ｓ１１０）、および、
    前記算出部によって平滑化された値が摩耗閾値（Ｓｗ＿ｔｈ）を超えた差分の積算値に関する値が閾値以上であるとき、前記加工機の工具（１３）が摩耗による異常であると判定し、前記算出部によって平滑化された値が前記摩耗閾値以上から前記摩耗閾値よりも小さい破損閾値（Ｓｂ＿ｔｈ）未満に変化したとき、前記工具が破損したと判定することで、前記加工機の異常であると判定する判定部として、機能させ、
    前記物理量は、音または振動である、異常検知プログラム。

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