(57)【要約】【課題】生産運転前に機械装置の異常を検知する。【解決手段】機械異常予知装置１は、トルク指令と、該トルク指令を加振するための加振用指令とを加算して、加振トルク指令を生成する加振トルク指令生成部１０と、加振トルク指令に基づいて電動機を制御する電動機制御部２０と、電動機２に接続された機械装置３の振動を周波数解析する周波数解析部４０と、加振用指令と周波数解析の結果とを用いて、機械装置３の共振点を示す共振点データを取得する共振点データ取得部３０と、共振点データから、機械装置３に異常があるか否かを判断する異常判断部５０と、を備える。【選択図】図１
2020022260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク指令と、該トルク指令を加振するための加振用指令とを加算して、加振トルク指令を生成する加振トルク指令生成部と、
前記加振トルク指令に基づいて電動機を制御する電動機制御部と、
前記電動機に接続された機械装置の振動を周波数解析する周波数解析部と、
前記加振用指令と、前記周波数解析の結果とを用いて、前記機械装置の共振点を示す共振点データを取得する共振点データ取得部と、
前記共振点データから、前記機械装置に異常があるか否かを判断する異常判断部と、
を備えることを特徴とする機械異常予知装置。
【請求項２】
前記共振点データ取得部は、前記加振用指令の周波数スペクトル及び前記周波数解析の結果を示す周波数スペクトルから周波数伝達関数を求め、該周波数伝達関数に基づいて前記共振点データを取得することを特徴とする、請求項１に記載の機械異常予知装置。
【請求項３】
前記異常判断部は、前記共振点データ取得部により取得された共振点データと、あらかじめ測定された前記機械装置の正常時の共振点データとを比較することにより、前記機械装置に異常があるか否かを判断することを特徴とする、請求項１又は２に記載の機械異常予知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械装置の異常を予知する機械異常予知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械装置の異常を検知する技術として、例えば、電動機によって速度制御が行われる機械装置に対して速度制御部の出力となるトルク指令の時系列波形データに基づいて複数の振動周波数成分及び振動振幅ピーク値を検出することにより、機械の異常を診断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、機械装置を駆動する電動機に流れる電流とあらかじめ設定された異常電流値と、電動機の駆動周波数とあらかじめ設定された異常周波数値とをそれぞれ比較することにより、機械装置の異常を検出する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６６６８６号公報
【特許文献２】特開２００７−２８８８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、先行技術文献に開示されたいずれの方法も、機械装置を速度制御により稼働（生産運転）させなければ、機械装置の異常を検知することはできなかった。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、機械装置を生産運転させる前に、機械装置の異常を予知することが可能な機械異常予知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る機械異常予知装置は、トルク指令と、該トルク指令を加振するための加振用指令とを加算して、加振トルク指令を生成する加振トルク指令生成部と、前記加振トルク指令に基づいて電動機を制御する電動機制御部と、前記電動機に接続された機械装置の振動を周波数解析する周波数解析部と、前記加振用指令と、前記周波数解析の結果とを用いて、前記機械装置の共振点を示す共振点データを取得する共振点データ取得部と、前記共振点データから、前記機械装置に異常があるか否かを判断する異常判断部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明に係る機械異常予知装置において、前記共振点データ取得部は、前記加振用指令の周波数スペクトル及び前記周波数解析の結果を示す周波数スペクトルから周波数伝達関数を求め、該周波数伝達関数に基づいて前記共振点データを取得することを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る機械異常予知装置において、前記異常判断部は、前記共振点データ取得部により取得された共振点データと、あらかじめ測定された前記機械装置の正常時の共振点データとを比較することにより、前記機械装置に異常があるか否かを判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、機械装置を生産運転させる前に機械装置の異常を予知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る機械異常予知装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に、本発明の一実施形態に係る機械異常予知装置の構成例を示す。図１に示す機械異常予知装置１は、加振トルク指令生成部１０と、電動機制御部２０と、共振点データ取得部３０と、周波数解析部４０と、異常判断部５０と、警報部６０とを備える。
【００１３】
加振トルク指令生成部１０は、機械装置３の共振周波数を探るために、トルク指令の周波数を可変する。具体的には、加振トルク指令生成部１０は、トルク指令出力部１１と、加振用指令出力部１２と、加算部１３とを備え、トルク指令と、該トルク指令を加振するための加振用指令とを加算して、加振トルク指令を生成する。
【００１４】
トルク指令出力部１１は、機械装置３をトルク制御する場合には、入力されたトルク指令をそのまま加算部１３に出力する。また、トルク指令出力部１１は、速度制御部１１１を有している。機械装置３を速度制御する場合には、速度制御部１１１は、電動機（モータ）２の速度が、入力された速度指令の値に一致するようにトルク指令を生成し、加算部１３に出力する。トルク指令出力部１１により、トルク制御が行われる機械装置３、及び速度制御が行われる機械装置３のいずれにも対応することが可能となる。
【００１５】
加振用指令出力部１２は、トルク指令の周波数を可変して機械装置３の共振周波数を探るために、加振用指令を加算部１３及び共振点データ取得部３０に出力する。加振用指令は、図１の加振用指令出力部１２に示すように、周波数を所定の範囲で可変させた信号である。なお、加振用指令の振幅は、機械装置３に悪影響を与えない範囲とする。
【００１６】
加算部１３は、トルク指令出力部１１から入力されたトルク指令と、加振用指令出力部１２から入力された加振用指令とを加算して加振トルク指令を生成し、電動機制御部２０に出力する。
【００１７】
電動機制御部２０は、トルク制御部２１と、電力変換部２２とを備え、加振トルク指令生成部１０から入力された加振トルク指令に基づいて電動機２を制御する。
【００１８】
トルク制御部２１は、加算部１３から入力された加振トルク指令に応じた電流を流すための電圧指令を生成し、電力変換部２２に出力する。
【００１９】
電力変換部２２は、トルク制御部２１から入力された電圧指令に基づいて電圧を生成し、電動機２に該電圧を印加して、電動機２に電流を流す。
【００２０】
電動機２は、加振トルク指令に応じた回転力を、電動機２に接続された機械装置３に与える。
【００２１】
機械装置３に設けられた振動センサ３１は、縦方向、横方向、及び軸方向の３軸のすべて、又は振動が発生しやすい１点を選択して、機械装置３に発生する振動を検知し、検知信号を周波数解析部４０に出力する。
【００２２】
周波数解析部４０は、機械装置３の振動を周波数解析する。具体的には、振動センサ３１から入力された検知信号に対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）などの周波数変換処理を行い、周波数解析結果を共振点データ取得部３０に出力する。
【００２３】
共振点データ取得部３０は、加振用指令出力部１２から入力された加振用指令、及び周波数解析部４０から入力された周波数解析結果から、機械装置３の共振点を示す共振点データを決定する。例えば、加振用指令出力部１２から入力された加振用指令の周波数スペクトル、及び周波数解析部４０による解析結果を示す周波数スペクトルから、周波数伝達関数を求め、周波数伝達関数のボード線図を作成する。共振点データ取得部３０は、ボード線図から求まる、周波数伝達関数のゲインが最大になる時の周波数及び振幅を、共振点データとして取得する。
【００２４】
異常判断部５０は、共振点データ取得部３０により取得された共振点データから、機械装置３に異常があるか否かを判断し、機械装置３に異常があると判断した場合には、警報部６０に通知する。例えば、多慣性系のシステムでは、経年劣化が生じると、従来とは異なる周波数に共振点が現れることがある。そのため、異常判断部５０は、共振点データ取得部３０により取得された共振点データと、機械装置３の正常時にあらかじめ測定された共振点データとを比較し、正常時と異なる共振点が現れた場合には機械装置３に異常があると判断する。また、異常判断部５０は、共振点データ取得部３０により取得された共振点データと、機械装置３の正常時の共振点データとの差が閾値を超えた場合にも、機械装置３に異常があると判断してもよい。なお、正常時の機械装置３に対して、機械異常予知装置１により上述した加振トルク指令による制御を行うことで機械装置３の正常時の共振点データをあらかじめ測定することができる。
【００２５】
警報部６０は、異常判断部５０により機械装置３に異常があると判断された場合に、スピーカから警告音又は警告音声を出力させたり、ＬＥＤを点灯させたり、ディスプレイに警告メッセージを生じさせたりするなどの任意の方法により、警報を発する。
【００２６】
このように、機械異常予知装置１は、機械装置３の共振点データを取得して異常を判断するため、機械装置３を生産運転させる前に機械装置３の異常を予知することが可能となる。また、トルク指令出力部１１の入力がトルク指令及び速度指令のいずれにも対応可能となっているため、機械異常予知装置１は、機械装置３をトルク制御する場合でも速度制御する場合でも、機械装置３の異常を予知することが可能となる。また、加振用指令出力部１２による出力を停止させれば、機械異常予知装置１を電動機２のドライバとして動作させることができ、機械装置３を速度制御又はトルク制御により生産運転させることができる。
【００２７】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１      機械異常予知装置
２      電動機
３      機械装置
１０    加振トルク指令生成部
１１    トルク指令出力部
１２    加振用指令出力部
１３    加算部
２０    電動機制御部
２１    トルク制御部
２２    電力変換部
３０    共振点データ取得部
３１    振動センサ
４０    周波数解析部
５０    異常判断部
６０    警報部
１１１  速度制御部
【図１】
2020022260.tif 000003