KR101678353B1 - 이음 검지 장치, 가공기 이음 검지 시스템 및 이음 검지 방법 - Google Patents

이음 검지 장치, 가공기 이음 검지 시스템 및 이음 검지 방법 Download PDF

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Abstract

피검지 대상의 동작이 불변 구간에 있어서의 동작인지 아닌지 판정을 행하는 불변 구간 판정부(1)와, 불변 구간에 있어서의 동작이라고 판정한 경우에, 불변 구간에 있어서의 동작음을 관측한 관측 신호로부터, 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 관측 신호를 보정하기 위한 보정용 파라미터를 생성하는 보정용 파라미터 생성부(3)와, 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 동작이라고 판정한 경우에, 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 피검지 대상의 관측 신호 및 보정용 파라미터에 근거하여, 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 피검지 대상의 동작음의 특징량을 추출하는 특징 추출부(4)와, 추출한 특징량에 근거하여 피검지 대상에 이음이 발생하고 있는지 아닌지 판정을 행하는 이음 판정부(5)를 구비한다.

Description

이음 검지 장치, 가공기 이음 검지 시스템 및 이음 검지 방법{ABNORMAL SOUND DETECTION DEVICE, ABNORMAL PROCESSING-MACHINE-SOUND DETECTION SYSTEM, AND ABNORMAL SOUND DETECTION METHOD}
본 발명은, 기기의 동작음을 감시하고, 해당 기기의 이상 동작에 의해 발생하는 이음(異音)을 검지하는 기술에 관한 것이다.
우선, 이음 검지의 대상으로 하는 기기로서는, 예컨대 NC(Numerical Control : 수치 제어) 가공기 등을 들 수 있다. NC 가공기에는, 예컨대 레이저 가공기나 NC 절삭기, NC 선반 등이 있다.
검지 대상이 되는 기기 등의 동작음으로부터 이음을 검지하기 위해서는, 해당 기기의 동작음으로부터 이음의 특징을 수치화한 특징량을 추출할 필요가 있다. 이음의 특징량(이하, 특징량이라고 칭한다)의 추출 방법은, 종래로부터 다양하게 개시되고 있다.
예컨대, 특허 문헌 1에는 기기의 동작을 관측하는 센서의 관측 신호를 몇 개의 주파수 대역으로 분할했을 때의 시간 파형의 피크값을 이음의 특징량으로 하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 센서의 관측 신호의 제곱 평균을 평면 형상으로 플롯한 다음, 소정의 임계치를 넘는 부분의 평균 레벨, 혹은 임계치를 넘지 않는 부분의 평균 레벨 등을 특징량으로 하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 3에는, 센서의 관측 신호의 주파수 스펙트럼의 피크값을 평균치로 나눈 것을 특징량의 하나로 하는 방법이 개시되어 있다. 해당 특징량은, 스펙트럼의 평균치에 대한 변화의 정도를 나타내고 있고, 센서의 감도로 정규화된 무차원량이기 때문에, 센서의 감도나 설치 부분에 관계없이, 대상으로 하는 기기의 동작음이 동일하면 동일한 특징량이 추출된다. 그 때문에, 센서의 종류나 세팅 조건을 변경한 경우에도, 보정용 파라미터의 재설정이 불필요하게 된다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2008-076246호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 2007-114052호 공보
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 2003-214944호 공보
그렇지만, 상술한 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시된 특징량의 추출 방법에서는, 검지 대상이 되는 기기의 동작음이 동일하더라도, 이용하는 센서의 종류, 및 센서의 설치 위치나 센서의 감도 등의 세팅 조건에 따라 추출되는 특징량이 변화한다. 그 때문에, 임의의 센서의 세팅에 있어서 이음 검지에 적합한 특징량의 임계치를 결정했다고 하더라도, 해당 임계치를 상이한 센서 혹은 상이한 세팅 조건에 적용할 수 없다. 따라서, 센서 또는 센서의 세팅을 변경하는 경우에는, 센서의 관측 신호에 곱하는 보정 계수 등의 보정용 파라미터를 재설정하거나, 혹은 특징량의 임계치를 재설정할 필요가 있어, 큰 작업 비용이 든다고 하는 과제가 있었다.
한편, 상술한 특허 문헌 3에 개시된 기술에서는, 센서의 종류나 세팅 조건의 차이에 따른 영향을 받지 않는 특징량의 추출이 가능하고, 센서의 관측 신호의 상대적인 변화량을 인식할 수 있지만, 센서의 관측 신호의 절대적인 양을 인식할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
예컨대, 레이저 가공기에 의한 금속판의 절단 가공을 행할 때에, 절단이 정상적으로 행해지고 있는 경우에는 일정한 높은 음압이 발생하고, 이상이 발생하고 있는 경우에는 일정한 낮은 음압이 발생한다고 하는 가공 조건이 존재한다. 해당 가공 조건에서는, 레이저 가공기의 정상 동작시에도 이상 동작시에도 음압은 일정하고 거의 시간 변화가 없기 때문에, 특허 문헌 3에 개시된 기술과 같이 상대적인 변화량을 인식하는 특징량은 적합하지 않고, 음압 레벨 등의 절대적인 양을 인식하는 특징량이 적합하다. 그러나, 음압 레벨을 특징량으로서 이용하기 위해서는, 전술한 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시된 기술과 같이 센서의 종류나 세팅 조건을 변경할 때에 보정용 파라미터 혹은 특징량의 임계치를 재설정할 필요가 있었다.
다시 말해, 상술한 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3에 개시된 기술에서는, 센서의 종류나 세팅 조건을 변경하는 경우에 보정 수순이 필요하게 되고, 해당 보정 수순을 회피하고자 하면 이용 가능한 특징 추출 방법이 한정되어, 검지 능력이 저하된다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이음의 검지 능력을 저하시키는 일 없이, 센서의 종류나 세팅 조건을 변경할 때의 보정 수순의 작업 비용을 저감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명과 관련되는 이음 검지 장치는, 피검지 대상의 동작 상태를 나타내는 상태 정보를 참조하여, 피검지 대상의 동작이, 피검지 대상의 정상 동작과 이상 동작의 상이에 유래하는 동작음의 차이가 없는 시간 구간인 불변 구간에 있어서의 동작인지 아닌지 판정을 행하는 불변 구간 판정부와, 불변 구간 판정부가 불변 구간에 있어서의 동작이라고 판정한 경우에, 피검지 대상의 불변 구간에 있어서의 동작음을 관측한 관측 신호로부터, 피검지 대상의 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 관측 신호를 보정하기 위한 보정용 파라미터를 생성하는 보정용 파라미터 생성부와, 불변 구간 판정부가 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 동작이라고 판정한 경우에, 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 피검지 대상의 관측 신호 및 보정용 파라미터 생성부가 생성한 보정용 파라미터에 근거하여, 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 피검지 대상의 동작음의 특징량을 추출하는 특징 추출부와, 특징 추출부가 추출한 특징량에 근거하여 피검지 대상에 이음이 발생하고 있는지 아닌지 판정을 행하는 이음 판정부를 구비하는 것이다.
본 발명에 의하면, 이음 검지에 있어서의 특징 추출 방법을 선택할 때의 자유도가 증가하여, 높은 검지 능력을 발휘할 수 있다. 또한, 센서의 종류나 세팅 조건을 변경할 때의 보정 처리를 필요로 하지 않고서 보정 수순의 작업 비용을 저감할 수 있다.
도 1은 실시의 형태 1에 의한 이음 검지 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 레이저 가공기의 동작음을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시의 형태 1에 의한 이음 검지 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 4는 실시의 형태 4에 의한 이음 검지 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 실시의 형태 4에 의한 이음 검지 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 첨부한 도면에 따라 설명한다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 이음 검지 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
이음 검지 장치(10)는, 불변 구간 판정부(1), 전환부(2), 보정용 파라미터 생성부(3), 특징 추출부(4) 및 이음 판정부(5)로 구성되어 있다. 또한, 이음 검지 장치(10)의 이음 검지의 대상(피검지 대상)은 기기(20)이고, 기기(20)에는 1개 이상의 센서(30)가 마련되어 있다.
이하에서는, 이음 검지의 대상으로 하는 기기(20)로서 레이저 가공기를 예로 설명을 행한다. 단, 본 발명의 이음 검지 장치(10)는 레이저 가공기 이외에도 적용 가능하고, 레이저 가공기 이외를 이용한 구성도 당연히 포함되는 것으로 한다. 또, 레이저 가공기 이외의 적용예는 후술한다.
레이저 가공기에 의해 금속판의 가공을 행할 때, 가공이 정상적으로 행해지고 있는 경우와, 이상이 발생하고 있는 경우에는 상이한 동작음이 발생한다. 여기서, 이상의 발생이란, 예컨대 레이저에 의한 금속판의 피어싱 가공(재료에 구멍을 뚫는 가공)이나 절단 가공 등을 행할 때에, 용융된 금속이 금속판의 위에 분출되는 경우 등을 나타낸다. 이와 같은 이상이 발생한 경우, 가공 품질을 악화시킬 뿐만 아니라, 레이저 가공기에 손상을 줄 가능성도 있기 때문에, 이상의 발생을 검지하여 레이저 가공기의 동작을 자동적으로 긴급 정지하는 등의 제어 동작이 요구된다. 레이저 가공기의 경우, 이상이 발생하고 있을 때의 동작음을 이음으로서 검지하는 것에 의해, 상술한 제어 동작을 실현한다.
센서(30)는, 이음 검지의 대상으로 하는 기기(20)의 동작을 관측한다. 센서(30)로서는, 예컨대 마이크나 진동 센서(가속도 센서) 등을 적용할 수 있다. 또 이하에서는, 센서(30)가 마이크로 구성되고, 기기(20)인 레이저 가공기의 동작음을 관측하는 경우를 예로 나타낸다. 또한, 이하에서는 마이크의 배치 수가 1개인 경우를 예로 나타내지만, 배치 수는 1개로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 복수의 마이크를 이용하여 빔포밍을 행하고, 기기(20)의 동작음을 보다 명확하게 관측하는 구성으로 하더라도 좋다.
불변 구간 판정부(1)는, 기기(20)가 동작하고 있는 경우에, 기기(20)로부터 입력되는 상태 정보를 참조하여 기기(20)의 정상 동작과 이상 동작의 상이에 유래하는 동작음의 차이가 없는 시간 구간(이하, 불변 구간이라고 칭한다), 예컨대 불변의 동작음을 발생시키는 시간 구간(마찬가지로, 이하 불변 구간이라고 칭한다)인지 아닌지 판정을 행한다. 해당 판정 처리는, 기기(20)가 정상적으로 동작하고 있는 경우, 및 기기(20)에 이상이 발생하고 있는 경우의 양쪽에 있어서 실행된다. 불변 구간의 판정 방법으로서는, 예컨대 기기(20)가 불변 구간의 개시시 및 종료시에 트리거 신호를 송신하도록 설정을 행하고, 불변 구간 판정부(1)가 송신된 트리거 신호에 근거하여 불변 구간을 판정한다.
또한, 기기(20)가 불변 구간의 개시시에만 트리거 신호를 송신하고, 불변 구간 판정부(1)는 트리거 신호의 수신으로부터 미리 설정된 가공 중의 소정의 시간 구간을 불변 구간으로 하도록 구성하더라도 좋다. 구체적으로는, 불변 구간의 개시시의 트리거 신호의 수신으로부터 0.5초간을 불변 구간으로 하는 시간 구간으로 설정한 경우, 불변 구간 판정부(1)는 트리거 신호 수신으로부터 0.5초 이내의 구간을 불변 구간으로 판정, 0.5초를 넘은 구간을 불변 구간이 아니라고 판정한다.
다음으로, 기기(20)가 레이저 가공기인 경우의 불변 구간을 구체적인 예를 들어 설명한다. 레이저 가공기에서는, 피어싱 가공이나 절단 가공에 선행하여 가공의 최초로 행해지는 가스 퍼지의 공정이 불변 구간에 해당한다. 가스 퍼지란, 레이저 가공기가 불필요한 가스를 배기하는 공정이고, 「슈」라고 하는 기류음이 발생한다. 도 2는 레이저 가공기가 가스 퍼지 및 피어싱 가공을 행할 때의 동작음을 나타내는 도면이다. 도 2(a)는 시간 파형을 나타내고, 도 2(b)는 스펙트로그램을 나타내고, 각각 가공 개시로부터 3초간의 레이저 가공기의 동작음을 플롯한 것이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 가공 개시시에 우선 가스 퍼지가 행해지고, 그것에 계속하여 피어싱 가공이 행해지고 있는 것을 알 수 있다.
가스 퍼지는, 후속의 다양한 레이저 가공에 선행하여 행해지지만, 단지 불필요한 가스의 배기뿐이기 때문에, 레이저 가공의 정부(正否)와는 무관계하다. 그 때문에, 가스 퍼지시에는 후속의 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있는지 아닌지에 관계없이 매회 동일한 동작음이 발생한다. 따라서, 레이저 가공기에 있어서는 가스 퍼지시를 불변 구간으로 하고, 해당 가스 퍼지의 동작음을 센서(30)의 관측 신호를 보정할 때의 기준, 즉 보정용 파라미터로서 이용한다.
전환부(2)는, 불변 구간 판정부(1)의 판정 결과를 참조하여, 센서(30)의 관측 신호를 송출할 곳을 보정용 파라미터 생성부(3)와 특징 추출부(4)의 사이에서 전환한다. 구체적으로는, 불변 구간 판정부(1)가 불변 구간이라고 판정하고 있는 동안은 센서(30)의 관측 신호를 보정용 파라미터 생성부(3)에 송출하고, 불변 구간 이외의 구간, 즉 이음 검지의 대상으로 하는 구간(이하, 이음 검지 대상 구간이라고 칭한다)이라고 판정하고 있는 동안은 센서(30)의 관측 신호를 특징 추출부(4)에 송출하도록 전환을 행한다. 관측 신호를 송출할 곳의 전환에 의해, 불변 구간에 있어서만 보정용 파라미터 생성부(3)가 입력된 관측 신호에 근거하여 보정용 파라미터를 생성한다.
보정용 파라미터 생성부(3)는, 불변 구간에 있어서의 센서(30)의 관측 신호에 근거하여, 센서(30)를 보정하기 위한 파라미터를 생성한다. 이하에서는, 시간 영역의 수법을 이용하여 센서(30)를 보정하는 경우를 예로 설명을 행한다. 또, 주파수 영역의 수법을 이용하여 센서(30)를 보정하는 방법에 대해서는, 실시의 형태 2에 있어서 나타낸다.
보정용 파라미터 생성부(3)는, 이하의 식 (1)에 근거하여 불변 구간에 있어서의 센서(30)의 관측 신호의 RMS(Root Mean Square)값 a를 계산한다.
Figure 112016088591811-pct00001
식 (1)에 있어서, x(t)는 시각 t에 있어서의 관측 신호, tstart는 불변 구간의 개시 시각, tend는 불변 구간의 종료 시각이다. 이때, RMS값 a는 불변 구간에 있어서의 관측 신호의 평균 진폭에 상당하는 양이 된다.
그래서, 이하의 식 (2)를 이용하여 RMS값 a의 역수를 계산하여 관측 신호의 보정 계수 c를 산출한다.
Figure 112016088591811-pct00002
산출한 보정 계수 c는, 보정용 파라미터로서 특징 추출부(4)에 출력된다.
특징 추출부(4)는, 센서(30)의 관측 신호 및 보정용 파라미터에 근거하여, 관측 신호의 특징량을 추출한다. 구체적으로는, 전환부(2)를 통해서 센서(30)로부터 입력된 관측 신호 x(t)와, 보정용 파라미터 생성부(3)에서 생성된 보정 계수 c를 이용하여, 이하의 식 (3)에 근거하여 보정된 관측 신호 y(t)를 계산한다.
Figure 112016088591811-pct00003
식 (3)에 있어서, 관측 신호 y(t)는 불변 구간에 있어서의 평균 진폭이 1이 되도록 정규화된 관측 신호라고 간주할 수 있다.
그 때문에, 특징 추출부(4)가 센서의 종류나 세팅 조건에 의존하는 특징 추출 방법을 이용하는 경우에도, 관측 신호 x(t) 대신에 보정된 관측 신호 y(t)를 이용하여 특징 추출을 행함으로써, 센서의 종류나 세팅 조건에 의존하지 않는 특징량을 추출할 수 있다. 다시 말해, 특징 추출부(4)는 센서의 종류나 세팅 조건에 관계없이 기기(20)로부터 발생하는 동작음이 동일한 때에는 동일한 특징량이 추출된다. 이것에 의해, 후술하는 이음 판정부(5)에 있어서 설정하는 임계치는, 센서의 종류나 세팅 조건을 변경한 경우에도 재설정할 필요가 없다. 시간 영역에 있어서의 이음의 특징 추출법으로서는, 예컨대 특허 문헌 1, 2에서 개시되어 있는 방법 등을 적용할 수 있다.
이음 판정부(5)는, 특징 추출부(4)가 추출한 특징량을 참조하여 이음이 발생하고 있는지 아닌지 판정을 행한다. 이음 판정에서는, 특징 추출부(4)가 추출한 특징량이 미리 설정한 임계치 이상인 경우에는 기기(20)에 이음이 발생하고 있다고 판정하고, 임계치 미만인 경우에는 기기(20)가 정상적으로 동작하고 있다고 판정한다. 이음 판정부(5)는, 이음이 발생하고 있다고 판정한 경우에는, 예컨대 레이저 가공기를 긴급 정지하는 제어 신호를 출력하거나, 혹은 알람 등으로 작업자에게 이상을 통지하는 이상 통지 정보를 출력한다. 또, 동작음이 이상이라고 판정된 경우의 처리 동작은 상술한 것 이외로도 다양하게 적용 가능하다.
다음으로, 이음 검지 장치(10)의 동작에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1의 이음 검지 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다.
불변 구간 판정부(1)는, 기기(20)의 상태 정보를 참조하여 기기(20)의 동작이 불변 구간인지 아닌지 판정을 행한다(스텝 ST1). 불변 구간이라고 판정된 경우(스텝 ST1; 예), 전환부(2)는 센서(30)로부터 입력되는 관측 신호를 송출할 곳을 보정용 파라미터 생성부(3)로 전환한다(스텝 ST2). 보정용 파라미터 생성부(3)는, 전환부(2)를 통해서 입력되는 관측 신호를 취득함과 아울러(스텝 ST3), 해당 관측 신호를 참조하여 불변 구간이 종료됐는지 아닌지 판정을 행한다(스텝 ST4). 불변 구간이 종료되고 있지 않은 경우(스텝 ST4; 아니오), 스텝 ST3의 처리로 돌아온다. 한편, 불변 구간이 종료된 경우(스텝 ST4; 예), 보정용 파라미터 생성부(3)는 스텝 ST3에서 취득한 관측 신호를 이용하여 보정용 파라미터인 보정 계수를 산출한다(스텝 ST5). 산출한 보정 계수는 특징 추출부(4)에 출력되고, 스텝 ST1의 처리로 돌아온다.
한편, 불변 구간이 아니라고, 다시 말해 이음 검지 대상 구간이라고 판정된 경우(스텝 ST1; 아니오), 전환부(2)는 센서(30)로부터 입력되는 관측 신호를 송출할 곳을 특징 추출부(4)로 전환한다(스텝 ST6). 특징 추출부(4)는, 전환부(2)로부터 송출되는 관측 신호와, 스텝 ST5에서 산출된 보정 계수를 이용하여 관측 신호의 특징량을 추출한다(스텝 ST7). 이음 판정부(5)는, 스텝 ST7에서 추출된 관측 신호의 특징량이 미리 설정한 임계치 이상인지 아닌지 판정을 행한다(스텝 ST8). 임계치 이상인 경우(스텝 ST8; 예), 기기(20)에 이음이 발생하고 있다고 판정하고(스텝 ST9), 이상 통지 정보를 출력하고(스텝 ST10), 스텝 ST1의 처리로 돌아온다. 한편, 임계치 미만인 경우(스텝 ST8; 아니오), 기기(20)가 정상적으로 동작하고 있다고 판정하고(스텝 ST11), 스텝 ST1의 판정 처리로 돌아온다.
또, 상술한 예에서는, 스텝 ST10에 있어서 이상 통지 정보를 출력하는 경우를 나타냈지만, 기기(20)에 대하여 긴급 정지 등의 제어 신호를 출력하도록 구성하더라도 좋다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 1에 의하면, 기기(20)의 불변 구간을 검출하는 불변 구간 판정부(1)와, 불변 구간에 있어서 전환부(2)를 통해서 입력되는 센서(30)의 관측 신호에 근거하여 보정용 파라미터를 계산하는 보정용 파라미터 생성부(3)와, 불변 구간 이외에 있어서 전환부(2)를 통해서 입력되는 센서(30)의 관측 신호와 보정용 파라미터에 근거하여 특징량을 추출하는 특징 추출부(4)와, 추출된 특징량에 근거하여 센서(30)의 관측 신호가 이음을 나타내고 있는지 아닌지 판정하는 이음 판정부(5)를 구비하도록 구성했으므로, 센서(30)의 종류나 세팅 조건에 의존하지 않는 특징 추출이 가능하게 된다. 이것에 의해, 특징 추출 방법이 한정되는 것에 의한 이음 검지 능력의 저하를 회피할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 1에 의하면, 보정용 파라미터 생성부(3)가 불변 구간에 있어서의 센서(30)의 관측 신호의 평균 진폭의 역수를 보정 계수로서 계산하고, 특징 추출부(4)가 센서(30)의 관측 신호와 해당 보정 계수를 곱한 신호에 근거하여 특징 추출을 행하도록 구성했으므로, 불변 구간에 있어서의 평균 진폭을 기준으로 하여 정규화된 관측 신호에 대한 특징 추출을 행할 수 있고, 동일한 진폭의 동작음을 상이한 세팅 조건의 센서로 관측한 경우에도, 동일한 특징량이 추출되고, 검지 능력의 저하를 회피할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 1에 의하면, 기기(20)가 불변 구간의 개시시에만 트리거 신호를 송신하고, 불변 구간 판정부(1)는 트리거 신호의 수신으로부터 미리 설정된 가공 중의 소정의 시간 구간을 불변 구간으로 하도록 구성 가능하기 때문에, 기기(20)로부터의 통지는 가공 개시시만으로 좋고, 이음 검지 장치(10)의 구성을 단순화할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 1에 의하면, 기기(20)로서 레이저 가공기를 적용한 경우에, 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있는지 아닌지에 무관계한 가스 퍼지시를 불변 구간으로 하고, 이음 검지 장치(10)가 해당 불변 구간의 관측 신호를 취득하여 보정용 파라미터를 생성하도록 구성했으므로, 올바른 보정용 파라미터를 생성할 수 있고, 가공 이상의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 상술한 실시의 형태 1의 불변 구간 판정부(1), 전환부(2), 보정용 파라미터 생성부(3), 특징 추출부(4), 이음 판정부(5)는, 예컨대 센서(30)의 관측 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환기와, 불변 구간의 개시시와 종료시에 기기(20)로부터 송신되는 트리거 신호의 수신기를 구비하는 컴퓨터와, 해당 컴퓨터상에서 동작하는 소프트웨어로서 실현할 수 있다.
실시의 형태 2.
상술한 실시의 형태 1에서는, 센서(30)의 관측 신호를 시간 영역에서 보정하는 구성을 나타냈지만, 본 실시의 형태 2에서는 센서(30)의 관측 신호를 주파수 영역에서 보정하는 구성을 나타낸다. 또, 실시의 형태 2의 이음 검지 장치(10)의 구성은 실시의 형태 1과 동일하기 때문에, 블록도의 기재를 생략하고, 도 1에서 사용한 부호와 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간략화한다.
보정용 파라미터 생성부(3)는, 이하의 식 (4)에 근거하여 불변 구간에 있어서의 센서(30)의 관측 신호의 평균 진폭 스펙트럼 A(ω)를 이산 주파수마다 계산한다.
Figure 112016088591811-pct00004
식 (4)에 있어서, ω는 주파수 빈 번호(bin number), Xk(ω)는 관측 신호의 k번째의 단시간 프레임의 이산 푸리에 변환, kstart는 불변 구간의 최초의 프레임 번호, kend는 불변 구간의 최후 프레임 번호이다.
다음으로, 보정용 파라미터 생성부(3)는, 보정용 파라미터가 불변 구간에 대하여 너무 특화되는 것을 방지하기 위해, 이하의 식 (5)를 이용하여 평균 진폭 스펙트럼 A(ω)를 주파수 축 방향으로 평활화한 진폭 스펙트럼 S(ω)를 구한다.
Figure 112016088591811-pct00005
식 (5)에 있어서, n은 이동 평균에 의한 평활화의 강도이다.
마지막으로, 보정용 파라미터 생성부(3)는, 이하의 식 (6)을 이용하여 진폭 스펙트럼 S(ω)의 역수를 계산하고, 보정 계수 C(ω)를 얻는다. 해당 보정 계수 C(ω)를 보정용 파라미터로서 특징 추출부(4)에 출력한다.
Figure 112016088591811-pct00006
특징 추출부(4)는, 전환부(2)를 통해서 센서(30)로부터 입력되는 관측 신호 Xk(ω)와, 보정용 파라미터 생성부(3)에서 생성된 보정 계수 C(ω)를 이용하여, 이하의 식 (7)에 근거하여 보정된 관측 신호 Yk(ω)를 계산한다.
Figure 112016088591811-pct00007
산출한 관측 신호 Yk(ω)를 이용하여 특징 추출을 행하는 것에 의해, 센서(30)의 종류나 세팅 조건에 의존하지 않는 특징량이 추출된다. 주파수 영역에 있어서의 이음의 특징 추출법으로서는, 예컨대 특허 문헌 3에서 개시되어 있는 방법 등을 적용할 수 있다.
센서(30)의 관측 신호를 주파수 영역에서 보정하는 경우, 센서(30)의 단순한 감도뿐만 아니라, 주파수 특성에 대한 보정도 동시에 행해진다고 하는 이점이 있다. 단, 불변 구간에 있어서의 동작음이, 파워가 극단적으로 작은 주파수 성분을 갖는 경우, 보정 계수가 무한대로 발산하여 버릴 가능성이 있기 때문에, 불변 구간으로 하는 동작음은 가능한 한 넓은 주파수에 파워가 분포하는(백색 잡음에 가까운) 소리로 하는 것이 바람직하다.
실시의 형태 2의 이음 검지 장치(10)는 레이저 가공기 이외에도 적용 가능하지만, 레이저 가공기에 적용한 경우에 특유의 이점이 몇 가지 존재한다.
예컨대, 실시의 형태 1의 도 2(b)에서 나타낸 가스 퍼지(불변 구간)에 있어서의 스펙트럼을 보면, 관측 가능한 범위의 거의 전체에 파워가 분포하고 있고, 백색 잡음에 가까운 것으로 되어 있다. 그 때문에, 주파수 영역에 있어서의 센서(30)의 보정에 적합하다고 할 수 있다.
또한, 레이저 가공기에서는 통상, 가공 헤드로 불리는 가동부에 레이저를 집광하기 위한 렌즈나 가스의 배기구(노즐)가 있다. 이 가공 헤드는, 가공시마다 이동하므로, 가공시의 주된 동작음의 발생원인 레이저의 조사점과 센서의 거리는 가공시마다 변화한다. 이 거리의 변화가 특징량에 영향을 미칠 가능성은 있지만, 상기와 같이, 집광용 렌즈와 노즐은 거의 동일 부분에 존재하므로, 가스 퍼지의 소리는 레이저의 조사점의 아주 근방으로부터 발생한다. 그 때문에, 실시의 형태 2의 이음 검지 장치(10)에 의한 보정을 가공시마다 행하는 것은, 레이저 조사점의 위치의 변화에 근거하는 관측 신호의 변화를 보정하는 것에 상당한다. 따라서, 가공 헤드의 위치가 특징량에 주는 영향도 포함하여 보정되는 효과를 기대할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 2에 의하면, 불변 구간에 있어서의 관측 신호의 주파수 스펙트럼의 평균 진폭의 역수를 보정 계수로 하는 보정용 파라미터 생성부(3)를 구비하도록 구성했으므로, 센서(30)의 단순한 감도뿐만 아니라, 주파수 특성에 대한 보정을 동시에 행할 수 있고, 보다 정밀도가 높은 보정용 파라미터를 생성할 수 있다.
또, 이상의 레이저 가공기의 예에서는, 피검지 대상의 불변 구간에 있어서의 정상 동작과 이상 동작의 상이에 유래하지 않는 동작음의 차이(이하, 랜덤 성분이라고 칭한다)가 충분히 작다고 가정하고 있다. 랜덤 성분은, 예컨대 기기의 동작의 불안정성이나 외부 소음 등이 원인이 되어 발생한다. 피검지 대상의 랜덤 성분을 무시할 수 없는 경우는, 보정용 파라미터 생성부(3)가 보정용 파라미터를 생성할 때, 과거에 생성한 복수의 보정용 파라미터와, 신규로 생성한 보정용 파라미터의 평균치를 특징 추출부(4)에 출력함으로써, 랜덤 성분이 평활화되고, 안정한 특징 추출이 가능하게 된다.
실시의 형태 3.
상술한 실시의 형태 1 및 실시의 형태 2에서는, 이음 검지 장치를 레이저 가공기에 적용하는 경우를 예로 나타냈지만, 본 실시의 형태 3에서는 이음 검지 장치를 NC 절삭기에 적용하는 경우에 대하여 설명한다. 또, 실시의 형태 3의 이음 검지 장치(10)의 구성은 실시의 형태 1 및 실시의 형태 2와 동일하기 때문에, 블록도의 기재를 생략하고, 도 1에서 사용한 부호와 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간략화한다.
우선, NC 절삭기는 드릴 등을 이용하여 수치 제어에 의해 자동적으로 재료를 절삭하는 가공기이다. 절삭 가공에 있어서 드릴을 이용하는 경우, 예컨대 드릴의 마모에 의해 가공 품질이 악화되는 일이 있고, 정상(드릴이 마모되어 있지 않은 상태)의 경우와 이상(드릴이 마모되어 있는 상태)의 경우에는, 절삭시의 동작음이 상이하다. 그 때문에, 이음 검지 장치(10)는, 마모된 드릴에 의한 절삭시의 동작음을 이음으로 판정하여 이상을 검지한다.
NC 절삭기는, 가공의 개시시에, 재료의 절삭에 선행하여 드릴의 회전 속도를 충분히 높이기 위한 초기 가속을 행한다. 해당 초기 가속시에는 드릴이 재료에 접촉하지 않기 때문에, 절삭시의 정상 동작 혹은 이상 동작과는 관계없이, 매회 동일한 동작음이 발생한다. 따라서, 초기 가속시를 불변 구간으로 하는 것에 의해, 이음 검지 장치(10)를 이용한 NC 절삭기의 이음 판정을 행할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 3에 의하면, 가공 개시시의 초기 가속시를 불변 구간으로 하고, NC 절삭기로 구성된 기기(20)로부터 입력되는 상태 정보를 참조하여 불변 구간인지 아닌지 판정하는 불변 구간 판정부(1)를 구비하도록 구성했으므로, 레이저 가공기로 한정하는 일 없이, 이음 검지 장치(10)를 가공기 전반에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시의 형태 3에 의하면, 기기(20)로서 NC 절삭기를 적용한 경우에, 드릴이 재료에 접촉하고 있지 않고, 절삭이 정상적으로 행해지고 있는지 아닌지에 무관계하게 매회 동일한 동작음이 발생하는 초기 가속시를 불변 구간으로 하고, 이음 검지 장치(10)가 해당 불변 구간의 관측 신호를 취득하여 보정용 파라미터를 생성하도록 구성했으므로, 올바른 보정용 파라미터를 생성할 수 있고, 절삭 이상의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
실시의 형태 4.
본 실시의 형태 4에서는, 상술한 실시의 형태 1 내지 실시의 형태 3의 구성에 더하여, 불변 구간에 있어서의 기기(20)에서의 이상의 발생을 검지하는 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 4의 이음 검지 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
실시의 형태 4의 이음 검지 장치(10a)는, 도 1에서 나타낸 실시의 형태 1의 이음 검지 장치(10)에 보정시 이상 판정부(6)를 추가하여 마련하고 있다. 또 이하에서는, 실시의 형태 1에 의한 이음 검지 장치(10)의 구성 요소와 동일 또는 상당하는 부분에는, 도 1에서 사용한 부호와 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간략화한다.
보정시 이상 판정부(6)는 일시 기억 영역(6a)을 구비하고, 해당 일시 기억 영역(6a)에 미리 기억된 보정용 파라미터와, 보정용 파라미터 생성부(3)가 생성한 보정용 파라미터를 비교하고, 불변 구간에 있어서 이상이 발생하고 있는지 아닌지 판정을 행한다. 불변 구간에 있어서 이상이 발생하고 있는 경우에는, 기기(20)를 긴급 정지하는 제어 신호를 출력하거나, 혹은 알람 등으로 작업자에게 이상을 통지하는 이상 통지 정보를 출력한다. 또, 불변 구간에 있어서 이상이 발생하고 있다고 판정된 경우의 처리 동작은 상술한 것 이외에도 다양하게 적용 가능하다.
보정시 이상 판정부(6)의 처리 동작을 보다 상세하게 설명한다. 우선, 보정용 파라미터 생성부(3)는 불변 구간이 발생할 때마다 보정용 파라미터를 생성하고, 보정시 이상 판정부(6)에 출력한다. 보정시 이상 판정부(6)는, 판정 처리에 이용한 가장 최근의 보정용 파라미터를 일시 기억 영역(6a)에 겹쳐 써서 기억한다. 이것은, 다음에 발생하는 불변 구간에 있어서의 보정용 파라미터와의 비교를 행할 때에 참조하기 위해서이다. 보정시 이상 판정부(6)는, 보정용 파라미터 생성부(3)로부터 새롭게 보정용 파라미터가 입력되면, 입력된 보정용 파라미터와, 일시 기억 영역(6a)에 기억된 보정용 파라미터를 비교하고, 파라미터 사이의 차분을 산출한다. 산출한 파라미터 사이의 차분이 미리 설정한 임계치 이상인 경우에, 불변 구간에 있어서 이상이 발생하고 있다고 판정한다.
다음으로, 이음 검지 장치(10a)의 동작에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 4의 이음 검지 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다.
또, 이하에서는 실시의 형태 1과 관련되는 이음 검지 장치(10)와 동일한 스텝에는 도 3에서 사용한 부호와 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략 또는 간략화한다.
보정용 파라미터 생성부(3)가 스텝 ST3에서 취득한 관측 신호를 이용하여 보정용 파라미터로서 보정 계수를 산출하면(스텝 ST5), 산출한 보정 계수는 특징 추출부(4) 및 보정시 이상 판정부(6)에 출력된다. 보정시 이상 판정부(6)는, 스텝 ST5에서 생성된 보정용 파라미터를 취득하면(스텝 ST21), 일시 기억 영역(6a)에 미리 기억된 보정용 파라미터와의 차분을 산출하고, 산출한 파라미터 사이의 차분이 미리 설정된 임계치 이상인지 아닌지 판정을 행한다(스텝 ST22).
파라미터 사이의 차분이 임계치 이상인 경우(스텝 ST22; 예), 보정시 이상 판정부(6)는 불변 구간에 있어서 기기(20)에 이상이 발생하고 있다고 판정하고(스텝 ST23), 이상 통지 정보를 출력한다(스텝 ST24). 한편, 파라미터 사이의 차분이 임계치 미만인 경우(스텝 ST22; 아니오), 불변 구간에 있어서 기기(20)가 정상적으로 동작하고 있다고 판정한다(스텝 ST25). 그 후, 보정시 이상 판정부(6)는, 스텝 ST21에서 취득한 보정용 파라미터를 일시 기억 영역(6a)에 겹쳐 써서 기억시키고(스텝 ST26), 스텝 ST1의 처리로 돌아온다.
실시의 형태 4의 이음 검지 장치(10a)를 레이저 가공기에 적용하면, 레이저 가공기의 가스 퍼지의 이상에 의해 배기 압력이 저하하고, 불변 구간에 있어서의 음압이 작아지면, 보정용 파라미터 생성부(3)가 생성하는 보정 계수가 커지고, 해당 보정 계수를 이용하여 보정한 관측 신호도 상대적으로 커져 버린다고 하는 문제가 있다. 그러나, 실시의 형태 4의 이음 검지 장치(10a)를 레이저 가공기에 적용하면, 불변 구간에 있어서의 음압의 저하를 이상의 발생으로 검지할 수 있고, 상기의 문제를 회피할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 4에 의하면, 불변 구간에 있어서의 기기(20)의 이상을 검지하는 보정시 이상 판정부(6)를 구비하도록 구성했으므로, 보다 많은 종류의 기기(20)의 이상에 대응할 수 있다.
또, 상술한 실시의 형태 1 내지 실시의 형태 4에서는, 전환부(2)를 마련하는 구성을 나타냈지만, 해당 전환부(2)를 마련하는 일 없이, 보정용 파라미터 생성부(3) 및 특징 추출부(4)가 각각 불변 구간 판정부(1)의 판정 결과를 참조하여, 보정용 파라미터 생성 혹은 특징 추출의 동작을 행하도록 구성하더라도 좋다.
또, 상술한 실시의 형태 1 내지 실시의 형태 4에서는, 기기(20)로서 레이저 가공기 혹은 NC 절삭기의 이음 검지를 예로 나타냈지만, 이들 기기로 한정되지 않고 정상시와 이상시에 차이가 있는 동작음을 발하는 기기이면 본 발명의 이음 검지 장치를 적용할 수 있다.
또, 본원 발명은 그 발명의 범위 내에 있어서, 각 실시의 형태의 자유로운 조합, 혹은 각 실시의 형태의 임의의 구성 요소의 변형, 또는 각 실시의 형태에 있어서 임의의 구성 요소의 생략이 가능하다.
(산업상 이용가능성)
본 발명과 관련되는 이음 검지 장치는, 센서의 종류나 세팅 조건에 의존하지 않는 특징 추출이 가능하기 때문에, NC 가공기 등에 적용하여, 센서의 종류나 세팅 조건에 의한 이음 검지 능력의 저하를 회피하는데 적합하다.
1 : 불변 구간 판정부
2 : 전환부
3 : 보정용 파라미터 생성부
4 : 특징 추출부
5 : 이음 판정부
6 : 보정시 이상 판정부
6a : 일시 기억 영역
10, 10a : 이음 검지 장치
20 : 기기
30 : 센서

Claims (11)

  1. 피검지 대상의 동작음으로부터 이음을 검지하는 이음 검지 장치에 있어서,
    상기 피검지 대상의 동작 상태를 나타내는 상태 정보를 참조하여, 상기 피검지 대상의 동작이, 상기 피검지 대상의 정상 동작과 이상 동작의 상이에 유래하는 동작음의 차이가 없는 시간 구간인 불변 구간에 있어서의 동작인지 아닌지 판정을 행하는 불변 구간 판정부와,
    상기 불변 구간 판정부가 불변 구간에 있어서의 동작이라고 판정한 경우에, 상기 피검지 대상의 상기 불변 구간에 있어서의 동작음을 관측한 관측 신호로부터, 상기 피검지 대상의 상기 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 관측 신호를 보정하기 위한 보정용 파라미터를 생성하는 보정용 파라미터 생성부와,
    상기 불변 구간 판정부가 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 동작이라고 판정한 경우에, 상기 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 상기 피검지 대상의 관측 신호 및 상기 보정용 파라미터 생성부가 생성한 보정용 파라미터에 근거하여, 상기 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 상기 피검지 대상의 동작음의 특징량을 추출하는 특징 추출부와,
    상기 특징 추출부가 추출한 특징량에 근거하여 상기 피검지 대상에 이음이 발생하고 있는지 아닌지 판정을 행하는 이음 판정부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 이음 검지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정용 파라미터 생성부는, 상기 보정용 파라미터로서 상기 관측 신호의 평균 진폭의 역수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이음 검지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정용 파라미터 생성부는, 상기 보정용 파라미터로서 상기 관측 신호의 평균 진폭 스펙트럼의 역수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이음 검지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부 기기로부터 입력되는 상기 피검지 대상의 관측 신호를 취득하고, 상기 불변 구간 판정부의 판정 결과에 근거하여 상기 피검지 대상의 관측 신호를 출력할 곳을 상기 보정용 파라미터 생성부와 상기 특징 추출부 사이에서 전환하는 전환부를 구비한 것을 특징으로 하는 이음 검지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 불변 구간 판정부는, 상기 불변 구간의 개시시 및 종료시에 상기 피검지 대상으로부터 송출되는 트리거 신호를 수신하고, 해당 불변 구간의 개시시의 트리거 신호의 수신으로부터 종료시의 트리거 신호의 수신까지의 구간을 상기 불변 구간으로 판정하는 것을 특징으로 하는 이음 검지 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 불변 구간 판정부는, 상기 불변 구간의 개시시에 상기 피검지 대상으로부터 송출되는 트리거 신호를 수신하고, 해당 불변 구간의 개시시의 트리거 신호의 수신으로부터 소정의 시간 구간을 상기 불변 구간으로 판정하는 것을 특징으로 하는 이음 검지 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정용 파라미터 생성부가 생성한 보정 파라미터와, 일시 기억 영역에 미리 기억된 보정 파라미터의 차분을 산출하고, 산출한 차분에 근거하여 상기 불변 구간에 있어서 상기 피검지 대상에 이상이 발생하고 있는지 아닌지 판정을 행하는 보정시 이상 판정부를 구비한 것을 특징으로 하는 이음 검지 장치.
  8. 이음 검지 대상인 가공기와, 상기 가공기의 동작음을 관측하는 센서와, 상기 센서가 관측한 상기 가공기의 동작음으로부터 이음을 검지하는 이음 검지 장치를 구비한 가공기 이음 검지 시스템에 있어서,
    상기 가공기는, 자기의 동작 상태를 나타내는 상태 정보를 출력하고,
    상기 센서는, 상기 가공기의 동작음을 관측하여 관측 신호를 출력하고,
    상기 이음 검지 장치는, 상기 가공기로부터 입력된 상태 정보를 참조하여, 상기 가공기의 동작이, 상기 가공기의 정상 동작과 이상 동작의 상이에 유래하는 동작음의 차이가 없는 시간 구간인 불변 구간에 있어서의 동작인지 아닌지 판정을 행하는 불변 구간 판정부와, 상기 불변 구간 판정부가 불변 구간에 있어서의 동작이라고 판정한 경우에, 상기 센서로부터 입력된 상기 불변 구간의 관측 신호를 이용하여 상기 가공기의 상기 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 관측 신호를 보정하기 위한 보정용 파라미터를 생성하는 보정용 파라미터 생성부와, 상기 불변 구간 판정부가 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 동작이라고 판정한 경우에, 상기 센서로부터 입력된 불변 구간 외의 시간 구간의 관측 신호 및 상기 보정용 파라미터 생성부가 생성한 보정용 파라미터에 근거하여, 상기 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 상기 가공기의 동작음의 특징량을 추출하는 특징 추출부와, 상기 특징 추출부가 추출한 특징량에 근거하여 상기 가공기에 이음이 발생하고 있는지 아닌지 판정을 행하는 이음 판정부를 구비한
    것을 특징으로 하는 가공기 이음 검지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가공기는 레이저 가공기이고, 불필요한 가스를 배기하는 공정을 상기 불변 구간에 있어서의 동작인 것을 나타내는 상태 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 가공기 이음 검지 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가공기는 NC 절삭기이고, 절삭 공정 전의 초기 가속을 행하는 공정을 상기 불변 구간에 있어서의 동작인 것을 나타내는 상태 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 가공기 이음 검지 시스템.
  11. 피검지 대상의 동작음으로부터 이음을 검지하는 이음 검지 방법에 있어서,
    불변 구간 판정부가, 상기 피검지 대상의 동작 상태를 나타내는 상태 정보를 참조하여, 상기 피검지 대상의 동작이, 상기 피검지 대상의 정상 동작과 이상 동작의 상이에 유래하는 동작음의 차이가 없는 시간 구간인 불변 구간에 있어서의 동작인지 아닌지 판정을 행하는 스텝과,
    상기 불변 구간 판정부에 있어서 불변 구간에 있어서의 동작이라고 판정된 경우에, 보정용 파라미터 생성부가, 상기 피검지 대상의 상기 불변 구간에 있어서의 동작음을 관측한 관측 신호로부터, 상기 피검지 대상의 상기 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 관측 신호를 보정하기 위한 보정용 파라미터를 생성하는 스텝과,
    상기 불변 구간 판정부에 있어서 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 동작이라고 판정된 경우에, 특징 추출부가, 상기 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 상기 피검지 대상의 관측 신호 및 상기 보정용 파라미터에 근거하여, 상기 불변 구간 외의 시간 구간에 있어서의 상기 피검지 대상의 동작음의 특징량을 추출하는 스텝과,
    이음 판정부가, 상기 특징량에 근거하여 상기 피검지 대상에 이음이 발생하고 있는지 아닌지 판정을 행하는 스텝
    을 구비한 것을 특징으로 하는 이음 검지 방법.
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