(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知対象の動作音から異音を検知する異音検知装置において、
前記被検知対象の動作状態を示す状態情報を参照し、前記被検知対象の動作が、前記被検知対象の正常動作と異常動作の違いに由来する動作音の差異がない時間区間である不変区間における動作であるか否か判定を行う不変区間判定部と、
前記不変区間判定部が不変区間における動作であると判定した場合に、前記被検知対象の前記不変区間における動作音を観測した観測信号から、前記被検知対象の前記不変区間外の時間区間における観測信号を補正するための補正用パラメータを生成する補正用パラメータ生成部と、
前記不変区間判定部が不変区間外の時間区間における動作であると判定した場合に、前記不変区間外の時間区間における前記被検知対象の観測信号および前記補正用パラメータ生成部が生成した補正用パラメータに基づいて、前記不変区間外の時間区間における前記被検知対象の動作音の特徴量を抽出する特徴抽出部と、
前記特徴抽出部が抽出した特徴量に基づいて前記被検知対象に異音が発生しているか否か判定を行う異音判定部とを備えたことを特徴とする異音検知装置。
【請求項２】
前記補正用パラメータ生成部は、前記補正用パラメータとして前記観測信号の平均振幅の逆数を算出することを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項３】
前記補正用パラメータ生成部は、前記補正用パラメータとして前記観測信号の平均振幅スペクトルの逆数を算出することを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項４】
外部機器から入力される前記被検知対象の観測信号を取得し、前記不変区間判定部の判定結果に基づいて前記被検知対象の観測信号の出力先を前記補正用パラメータ生成部と前記特徴抽出部とで切り替える切替部を備えたことを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項５】
前記不変区間判定部は、前記不変区間の開始時および終了時に前記被検知対象から送出されるトリガ信号を受信し、当該不変区間の開始時のトリガ信号の受信から終了時のトリガ信号の受信までの区間を前記不変区間と判定することを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項６】
前記不変区間判定部は、前記不変区間の開始時に前記被検知対象から送出されるトリガ信号を受信し、当該不変区間の開始時のトリガ信号の受信から所定の時間区間を前記不変区間と判定することを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項７】
前記補正用パラメータ生成部が生成した補正パラメータと、一時記憶領域にあらかじめ記憶された補正パラメータとの差分を算出し、算出した差分に基づいて前記不変区間において前記被検知対象に異常が発生しているか否か判定を行う補正時異常判定部を備えたことを特徴とする請求項１記載の異音検知装置。
【請求項８】
異音検知対象である加工機と、前記加工機の動作音を観測するセンサと、前記センサが観測した前記加工機の動作音から異音を検知する異音検知装置とを備えた加工機異音検知システムにおいて、
前記加工機は、自機の動作状態を示す状態情報を出力し、
前記センサは、前記加工機の動作音を観測して観測信号を出力し、
前記異音検知装置は、前記加工機から入力された状態情報を参照し、前記加工機の動作が、前記加工機の正常動作と異常動作の違いに由来する動作音の差異がない時間区間である不変区間における動作であるか否か判定を行う不変区間判定部と、前記不変区間判定部が不変区間における動作であると判定した場合に、前記センサから入力された前記不変区間の観測信号を用いて前記加工機の前記不変区間外の時間区間における観測信号を補正するための補正用パラメータを生成する補正用パラメータ生成部と、前記不変区間判定部が不変区間外の時間区間における動作であると判定した場合に、前記センサから入力された不変区間外の時間区間の観測信号および前記補正用パラメータ生成部が生成した補正用パラメータに基づいて、前記不変区間外の時間区間における前記加工機の動作音の特徴量を抽出する特徴抽出部と、前記特徴抽出部が抽出した特徴量に基づいて前記加工機に異音が発生しているか否か判定を行う異音判定部とを備えたことを特徴とする加工機異音検知システム。
【請求項９】
前記加工機はレーザ加工機であって、不要なガスを排気する工程を前記不変区間における動作であることを示す状態情報を出力することを特徴とする請求項８記載の加工機異音検知システム。
【請求項１０】
前記加工機はＮＣ切削機であって、切削工程前の初期加速を行う工程を前記不変区間における動作であることを示す状態情報を出力することを特徴とする請求項８記載の加工機異音検知システム。
【請求項１１】
被検知対象の動作音から異音を検知する異音検知方法において、
不変区間判定部が、前記被検知対象の動作状態を示す状態情報を参照し、前記被検知対象の動作が、前記被検知対象の正常動作と異常動作の違いに由来する動作音の差異がない時間区間である不変区間における動作であるか否か判定を行うステップと、
補正用パラメータ生成部が、前記不変区間判定部において不変区間における動作であると判定された場合に、前記被検知対象の前記不変区間における動作音を観測した観測信号から、前記被検知対象の前記不変区間外の時間区間における観測信号を補正するための補正用パラメータを生成するステップと、
特徴抽出部が、前記不変区間判定部において不変区間外の時間区間における動作であると判定された場合に、前記不変区間外の時間区間における前記被検知対象の観測信号および前記補正用パラメータに基づいて、前記不変区間外の時間区間における前記被検知対象の動作音の特徴量を抽出するステップと、
異音判定部が、前記特徴量に基づいて前記被検知対象に異音が発生しているか否か判定を行うステップとを備えたことを特徴とする異音検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機器の動作音を監視し、当該機器の異常動作により発生する異音を検知する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、異音検知の対象とする機器としては、例えばＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：数値制御）加工機などを挙げることができる。ＮＣ加工機には、例えばレーザ加工機やＮＣ切削機、ＮＣ旋盤などがある。【０００３】
検知対象となる機器などの動作音から異音を検知するためには、当該機器の動作音から異音の特徴を数値化した特徴量を抽出する必要がある。異音の特徴量（以下、特徴量と称する）の抽出方法は、従来より種々開示されている。
例えば、特許文献１には機器の動作を観測するセンサの観測信号をいくつかの周波数帯域に分割した際の時間波形のピーク値を異音の特徴量とする方法が開示されている。また、特許文献２には、センサの観測信号の二乗平均を平面状にプロットしたうえで、所定の閾値を超える部分の平均レベル、あるいは閾値を越えない部分の平均レベルなどを特徴量とする方法が開示されている。【０００４】
また、特許文献３には、センサの観測信号の周波数スペクトルのピーク値を平均値で割ったものを特徴量の一つとする方法が開示されている。当該特徴量は、スペクトルの平均値に対する変化の度合いを示しており、センサの感度で正規化された無次元量のため、センサの感度や設置箇所によらず、対象とする機器の動作音が同一であれば同一の特徴量が抽出される。そのため、センサの種類やセッティング条件を変更した場合でも、補正用パラメータの再設定が不要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８‐０７６２４６号公報
【特許文献２】特開２００７‐１１４０５２号公報
【特許文献３】特開２００３‐２１４９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１および特許文献２に開示された特徴量の抽出方法では、検知対象となる機器の動作音が同一であっても、用いるセンサの種類、およびセンサの設置位置やセンサの感度などのセッティング条件によって抽出される特徴量が変化する。そのため、あるセンサのセッティングにおいて異音検知に適した特徴量の閾値を決定したとしても、当該閾値を異なるセンサあるいは異なるセッティング条件に適用することができない。従って、センサまたはセンサのセッティングを変更する場合には、センサの観測信号に乗算する補正係数などの補正用パラメータを再設定する、あるいは特徴量の閾値を再設定する必要があり、大きな作業コストがかかるという課題があった。【０００７】
一方、上述した特許文献３に開示された技術では、センサの種類やセッティング条件の違いによる影響を受けない特徴量の抽出が可能であり、センサの観測信号の相対的な変化量を捉えることができるが、センサの観測信号の絶対的な量を捉えることができないという課題があった。【０００８】
例えば、レーザ加工機による金属板の切断加工を行う際に、切断が正常に行われている場合には一定した高い音圧が発生し、異常が発生している場合には一定した低い音圧が発生するという加工条件が存在する。当該加工条件では、レーザ加工機の正常動作時も異常動作時も音圧は一定でほぼ時間変化がないため、特許文献３に開示された技術のように相対的な変化量を捉える特徴量は適さず、音圧レベルなどの絶対的な量を捉える特徴量が適する。しかし、音圧レベルを特徴量として用いるためには、前述した特許文献１および特許文献２に開示された技術のようにセンサの種類やセッティング条件を変更する度に補正用パラメータあるいは特徴量の閾値を再設定する必要があった。【０００９】
つまり、上述した特許文献１から特許文献３に開示された技術では、センサの種類やセッティング条件を変更する場合に補正手順が必要となり、当該補正手順を回避しようとすると利用可能な特徴抽出方法が限定され、検知能力が低下するという課題があった。【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、異音の検知能力を低下させることなく、センサの種類やセッティング条件を変更する際の補正手順の作業コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る異音検知装置は、被検知対象の動作状態を示す状態情報を参照し、被検知対象の動作が、被検知対象の正常動作と異常動作の違いに由来する動作音の差異がない時間区間である不変区間における動作であるか否か判定を行う不変区間判定部と、不変区間判定部が不変区間における動作であると判定した場合に、被検知対象の不変区間における動作音を観測した観測信号から、被検知対象の不変区間外の時間区間における観測信号を補正するための補正用パラメータを生成する補正用パラメータ生成部と、不変区間判定部が不変区間外の時間区間における動作であると判定した場合に、不変区間外の時間区間における被検知対象の観測信号および補正用パラメータ生成部が生成した補正用パラメータに基づいて、不変区間外の時間区間における被検知対象の動作音の特徴量を抽出する特徴抽出部と、特徴抽出部が抽出した特徴量に基づいて被検知対象に異音が発生しているか否か判定を行う異音判定部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、異音検知における特徴抽出方法を選択する際の自由度が増し、高い検知能力を発揮することができる。さらに、センサの種類やセッティング条件を変更する際の補正処理を必要とせず補正手順の作業コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１による異音検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】レーザ加工機の動作音を示す図である。
【図３】実施の形態１による異音検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態４による異音検知装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態４による異音検知装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による異音検知装置の構成を示すブロック図である。
異音検知装置１０は、不変区間判定部１、切替部２、補正用パラメータ生成部３、特徴抽出部４および異音判定部５で構成されている。また、異音検知装置１０の異音検知の対象（被検知対象）は機器２０であり、機器２０には１つ以上のセンサ３０が設けられている。
以下では、異音検知の対象とする機器２０としてレーザ加工機を例に説明を行う。ただし、この発明の異音検知装置１０はレーザ加工機以外にも適用可能であり、レーザ加工機以外を用いた構成も当然含まれるものとする。なお、レーザ加工機以外の適用例は後述する。
【００１６】
レーザ加工機によって金属板の加工を行う際、加工が正常に行われている場合と、異常が発生している場合では異なる動作音が発生する。ここで、異常の発生とは、例えばレーザによる金属板のピアス加工（材料に穴を開ける加工）や切断加工などを行う際に、溶融した金属が金属板の上に噴き出す場合などを示す。このような異常が発生した場合、加工品質を悪化させるだけでなく、レーザ加工機に損傷を与える可能性もあるため、異常の発生を検知してレーザ加工機の動作を自動的に緊急停止するなどの制御動作が望まれる。レーザ加工機の場合、異常が発生している際の動作音を異音として検知することにより、上述した制御動作を実現する。
【００１７】
センサ３０は、異音検知の対象とする機器２０の動作を観測する。センサ３０としては、例えばマイクや振動センサ（加速度センサ）などを適用することができる。なお以下では、センサ３０がマイクで構成され、機器２０であるレーザ加工機の動作音を観測する場合を例に示す。また、以下ではマイクの配置数が１個である場合を例に示すが、配置数は１個に限定されるものではない。例えば、複数のマイクを用いてビームフォーミングを行い、機器２０の動作音をより明確に観測する構成としてもよい。
【００１８】
不変区間判定部１は、機器２０が動作している場合に、機器２０から入力される状態情報を参照して機器２０の正常動作と異常動作の違いに由来する動作音の差異がない時間区間（以下、不変区間と称する）、例えば不変の動作音を発生させる時間区間（同様に、以下不変区間と称する）であるか否か判定を行う。当該判定処理は、機器２０が正常に動作している場合、および機器２０に異常が発生している場合の双方において実行される。不変区間の判定方法としては、例えば機器２０が不変区間の開始時および終了時にトリガ信号を送信するように設定を行い、不変区間判定部１が送信されたトリガ信号に基づいて不変区間を判定する。
【００１９】
また、機器２０が不変区間の開始時のみにトリガ信号を送信し、不変区間判定部１はトリガ信号の受信からあらかじめ設定された加工中の所定の時間区間を不変区間とするように構成してもよい。具体的には、不変区間の開始時のトリガ信号の受信から０．５秒間を不変区間とする時間区間と設定した場合、不変区間判定部１はトリガ信号受信から０．５秒以内の区間を不変区間と判定、０．５秒を超えた区間を不変区間ではないと判定する。
【００２０】
次に、機器２０がレーザ加工機の場合の不変区間を具体例を挙げて説明する。レーザ加工機では、ピアス加工や切断加工に先行して加工の最初に行われるガスパージの工程が不変区間に該当する。ガスパージとは、レーザ加工機が不要なガスを排気する工程であり、「シュー」という気流音が発生する。図２は、レーザ加工機がガスパージおよびピアス加工を行う際の動作音を示す図である。図２（ａ）は時間波形を示し、図２（ｂ）はスペクトログラムを示し、それぞれ加工開始から３秒間のレーザ加工機の動作音をプロットしたものである。図２に示すように、加工開始時にまずガスパージが行われ、それに続いてピアス加工が行われていることがわかる。
【００２１】
ガスパージは、後続の種々のレーザ加工に先行して行われるが、単に不要なガスの排気のみであるため、レーザ加工の正否とは無関係である。そのため、ガスパージ時には後続のレーザ加工が正常に行われているか否かに関わらず毎回同一の動作音が発生する。従って、レーザ加工機においてはガスパージ時を不変区間とし、当該ガスパージの動作音をセンサ３０の観測信号を補正する際の基準、すなわち補正用パラメータとして用いる。
【００２２】
切替部２は、不変区間判定部１の判定結果を参照し、センサ３０の観測信号の送出先を補正用パラメータ生成部３と特徴抽出部４との間で切り替える。具体的には、不変区間判定部１が不変区間であると判定している間はセンサ３０の観測信号を補正用パラメータ生成部３に送出し、不変区間以外の区間、すなわち異音検知の対象とする区間（以下、異音検知対象区間と称する）であると判定している間はセンサ３０の観測信号を特徴抽出部４に送出するように切り替えを行う。観測信号の送出先の切り替えにより、不変区間においてのみ補正用パラメータ生成部３が入力された観測信号に基づいて補正用パラメータを生成する。
【００２３】
補正用パラメータ生成部３は、不変区間におけるセンサ３０の観測信号に基づいて、センサ３０を補正するためのパラメータを生成する。以下では、時間領域の手法を用いてセンサ３０を補正する場合を例に説明を行う。なお、周波数領域の手法を用いてセンサ３０を補正する方法については、実施の形態２において示す。
補正用パラメータ生成部３は、以下の式（１）に基づいて不変区間におけるセンサ３０の観測信号のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値ａを計算する。
0005925397.tif 000002
式（１）において、ｘ（ｔ）は時刻ｔにおける観測信号、ｔｓｔａｒｔは不変区間の開始時刻、ｔｅｎｄは不変区間の終了時刻である。このとき、ＲＭＳ値ａは不変区間における観測信号の平均振幅に相当する量となる。
【００２４】
そこで、以下の式（２）を用いてＲＭＳ値ａの逆数を計算して観測信号の補正係数ｃを算出する。
0005925397.tif 000003
算出した補正係数ｃは、補正用パラメータとして特徴抽出部４に出力される。
【００２５】
特徴抽出部４は、センサ３０の観測信号および補正用パラメータに基づいて、観測信号の特徴量を抽出する。具体的には、切替部２を介してセンサ３０から入力された観測信号ｘ（ｔ）と、補正用パラメータ生成部３で生成された補正係数ｃを用いて、以下の式（３）に基づいて補正された観測信号ｙ（ｔ）を計算する。
ｙ（ｔ）＝ｃｘ（ｔ）  ・・・（３）
式（３）において、観測信号ｙ（ｔ）は変区間における平均振幅が１になるように正規化された観測信号と見なすことができる。
【００２６】
そのため、特徴抽出部４がセンサの種類やセッティング条件に依存する特徴抽出方法を用いる場合であっても、観測信号ｘ（ｔ）に替えて補正された観測信号ｙ（ｔ）を用いて特徴抽出を行うことで、センサの種類やセッティング条件に依存しない特徴量を抽出することができる。つまり、特徴抽出部４はセンサの種類やセッティング条件によらず機器２０から発生する動作音が同一のときには同一の特徴量が抽出される。これにより、後述する異音判定部５において設定する閾値は、センサの種類やセッティング条件を変更した場合にも再設定する必要がない。時間領域における異音の特徴抽出法としては、例えば特許文献１，２で開示されている方法などを適用することができる。
【００２７】
異音判定部５は、特徴抽出部４が抽出した特徴量を参照して異音が発生しているか否か判定を行う。異音判定では、特徴抽出部４が抽出した特徴量があらかじめ設定した閾値以上である場合には機器２０に異音が発生していると判定し、閾値未満である場合には機器２０が正常に動作していると判定する。異音判定部５は、異音が発生していると判定した場合には、例えばレーザ加工機を緊急停止する制御信号を出力する、あるいはアラームなどで作業者に異常を通知する異常通知情報を出力する。なお、動作音が異常であると判定された場合の処理動作は上述したもの以外にも種々適用可能である。
【００２８】
次に、異音検知装置１０の動作について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１の異音検知装置の動作を示すフローチャートである。
不変区間判定部１は、機器２０の状態情報を参照して機器２０の動作が不変区間であるか否か判定を行う（ステップＳＴ１）。不変区間であると判定された場合（ステップＳＴ１；ＹＥＳ）、切替部２はセンサ３０から入力される観測信号の送出先を補正用パラメータ生成部３に切り替える（ステップＳＴ２）。補正用パラメータ生成部３は、切替部２を介して入力される観測信号を取得すると共に（ステップＳＴ３）、当該観測信号を参照して不変区間が終了したか否か判定を行う（ステップＳＴ４）。不変区間が終了していない場合（ステップＳＴ４；ＮＯ）、ステップＳＴ３の処理に戻る。一方、不変区間が終了した場合（ステップＳＴ４；ＹＥＳ）、補正用パラメータ生成部３はステップＳＴ３で取得した観測信号を用いて補正用パラメータである補正係数を算出する（ステップＳＴ５）。算出した補正係数は特徴抽出部４に出力され、ステップＳＴ１の処理に戻る。
【００２９】
一方、不変区間でない、つまり異音検知対象区間であると判定された場合（ステップＳＴ１；ＮＯ）、切替部２はセンサ３０から入力される観測信号の送出先を特徴抽出部４に切り替える（ステップＳＴ６）。特徴抽出部４は、切替部２から送出される観測信号と、ステップＳＴ５で算出された補正係数とを用いて観測信号の特徴量を抽出する（ステップＳＴ７）。異音判定部５は、ステップＳＴ７で抽出された観測信号の特徴量があらかじめ設定した閾値以上であるか否か判定を行う（ステップＳＴ８）。閾値以上である場合（ステップＳＴ８；ＹＥＳ）、機器２０に異音が発生していると判定し（ステップＳＴ９）、異常通知情報を出力し（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ１の処理に戻る。一方、閾値未満である場合（ステップＳＴ８；ＮＯ）、機器２０が正常に動作していると判定し（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ１の判定処理に戻る。
なお、上述した例では、ステップＳＴ１０において異常通知情報を出力する場合を示したが、機器２０に対して緊急停止などの制御信号を出力するように構成してもよい。
【００３０】
以上のように、この実施の形態１によれば、機器２０の不変区間を検出する不変区間判定部１と、不変区間において切替部２を介して入力されるセンサ３０の観測信号に基づいて補正用パラメータを計算する補正用パラメータ生成部３と、不変区間以外において切替部２を介して入力されるセンサ３０の観測信号と補正用パラメータに基づいて特徴量を抽出する特徴抽出部４と、抽出された特徴量に基づいてセンサ３０の観測信号が異音を示しているか否か判定する異音判定部５とを備えるように構成したので、センサ３０の種類やセッティング条件に依存しない特徴抽出が可能になる。これにより、特徴抽出方法が限定されることによる異音検知能力の低下を回避することができる。
【００３１】
また、この実施の形態１によれば、補正用パラメータ生成部３が不変区間におけるセンサ３０の観測信号の平均振幅の逆数を補正係数として計算し、特徴抽出部４がセンサ３０の観測信号と当該補正係数を乗じた信号に基づいて特徴抽出を行うように構成したので、不変区間における平均振幅を基準として正規化された観測信号に対する特徴抽出を行うことができ、同じ振幅の動作音を異なるセッティング条件のセンサで観測した場合にも、同じ特徴量が抽出され、検知能力の低下を回避することができる。
【００３２】
また、この実施の形態１によれば、機器２０が不変区間の開始時のみにトリガ信号を送信し、不変区間判定部１はトリガ信号の受信からあらかじめ設定された加工中の所定の時間区間を不変区間とするように構成可能であるため、機器２０からの通知は加工開始時のみでよく、異音検知装置１０の構成を単純化することができる。
【００３３】
また、この実施の形態１によれば、機器２０としてレーザ加工機を適用した場合に、レーザ加工が正常に行われているか否かに無関係なガスパージ時を不変区間とし、異音検知装置１０が当該不変区間の観測信号を取得して補正用パラメータを生成するように構成したので、正しい補正用パラメータを生成することができ、加工異常の検出精度を向上させることができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態１の不変区間判定部１、切替部２、補正用パラメータ生成部３、特徴抽出部４、異音判定部５は、例えばセンサ３０の観測信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、不変区間の開始時と終了時に機器２０から送信されるトリガ信号の受信器を備えるコンピュータと、当該コンピュータ上で動作するソフトウェアとして実現することができる。
【００３５】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、センサ３０の観測信号を時間領域で補正する構成を示したが、この実施の形態２ではセンサ３０の観測信号を周波数領域で補正する構成を示す。なお、実施の形態２の異音検知装置１０の構成は実施の形態１と同一であるため、ブロック図の記載を省略し、図１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００３６】
補正用パラメータ生成部３は、以下の式（４）に基づいて不変区間におけるセンサ３０の観測信号の平均振幅スペクトルＡ（ω）を離散周波数毎に計算する。
0005925397.tif 000004
式（４）において、ωは周波数ビン番号、Ｘｋ（ω）は観測信号のｋ番目の短時間フレームの離散フーリエ変換、ｋｓｔａｒｔは不変区間の最初のフレーム番号、ｋｅｎｄは不変区間の最後フレーム番号である。
【００３７】
次に、補正用パラメータ生成部３は、補正用パラメータが不変区間に対して特化しすぎるのを防止するため、以下の式（５）を用いて平均振幅スペクトルＡ（ω）を周波数軸方向に平滑化した振幅スペクトルＳ（ω）を求める。
0005925397.tif 000005
式（５）において、ｎは移動平均による平滑化の強度である。
【００３８】
最後に、補正用パラメータ生成部３は、以下の式（６）を用いて振幅スペクトルＳ（ω）の逆数を計算し、補正係数Ｃ（ω）を得る。当該補正係数Ｃ（ω）を補正用パラメータとして特徴抽出部４に出力する。
0005925397.tif 000006
【００３９】
特徴抽出部４は、切替部２を介してセンサ３０から入力される観測信号Ｘｋ（ω）と、補正用パラメータ生成部３で生成された補正係数Ｃ（ω）を用いて、以下の式（７）に基づいて補正された観測信号Ｙｋ（ω）を計算する。
Ｙｋ（ω）＝Ｃ（ω）Ｘｋ（ω）  ・・・（７）
算出した観測信号Ｙｋ（ω）を用いて特徴抽出を行うことにより、センサ３０の種類やセッティング条件に依存しない特徴量が抽出される。周波数領域における異音の特徴抽出法としては、例えば特許文献３で開示されている方法などを適用することができる。
【００４０】
センサ３０の観測信号を周波数領域で補正する場合、センサ３０の単純な感度だけでなく、周波数特性に対する補正も同時に行われるという利点がある。ただし、不変区間における動作音が、パワーが極端に小さい周波数成分を持つような場合、補正係数が無限大に発散してしまう可能性があるため、不変区間とする動作音はできるだけ広い周波数にパワーが分布する（白色雑音に近い）音とするのが望ましい。
【００４１】
実施の形態２の異音検知装置１０はレーザ加工機以外にも適用可能であるが、レーザ加工機に適用した場合に特有の利点がいくつか存在する。
例えば、実施の形態１の図２（ｂ）で示したガスパージ（不変区間）におけるスペクトルを見ると、観測可能な範囲のほぼ全体にパワーが分布しており、白色雑音に近いものになっている。そのため、周波数領域におけるセンサ３０の補正に好適であるといえる。
【００４２】
また、レーザ加工機では通常、加工ヘッドと呼ばれる可動部にレーザを集光するためのレンズやガスの排気口（ノズル）がある。この加工ヘッドは、加工のたびに移動するので、加工時の主な動作音の発生源であるレーザの照射点とセンサの距離は加工のたびに変化する。この距離の変化が特徴量に影響を及ぼす可能性はあるが、上記のように、集光用レンズとノズルはほぼ同一箇所に存在するので、ガスパージの音はレーザの照射点のごく近傍から発生する。そのため、実施の形態２の異音検知装置１０による補正を加工の度に行うことは、レーザ照射点の位置の変化にもとづく観測信号の変化を補正することに相当する。従って、加工ヘッドの位置が特徴量に与える影響も含めて補正される効果が期待できる。
【００４３】
以上のように、この実施の形態２によれば、不変区間における観測信号の周波数スペクトルの平均振幅の逆数を補正係数とする補正用パラメータ生成部３を備えるように構成したので、センサ３０の単純な感度だけでなく、周波数特性に対する補正を同時に行うことができ、より精度の高い補正用パラメータを生成することができる。
【００４４】
なお、以上のレーザ加工機の例では、被検知対象の不変区間における正常動作と異常動作の違いに由来しない動作音の差異（以下、ランダム成分と称する）が十分小さいと仮定している。ランダム成分は、例えば機器の動作の不安定性や外部騒音などが原因となって発生する。被検知対象のランダム成分が無視できない場合は、補正用パラメータ生成部３が補正用パラメータを生成する際、過去に生成した複数の補正用パラメータと、新規に生成した補正用パラメータの平均値を特徴抽出部４に出力することで、ランダム成分が平滑化され、安定した特徴抽出が可能になる。
【００４５】
実施の形態３．
上述した実施の形態１および実施の形態２では、異音検知装置をレーザ加工機に適用する場合を例に示したが、この実施の形態３では異音検知装置をＮＣ切削機に適用する場合について説明する。なお、実施の形態３の異音検知装置１０の構成は実施の形態１および実施の形態２と同一であるため、ブロック図の記載を省略し、図１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００４６】
まず、ＮＣ切削機はドリルなどを用いて数値制御によって自動的に材料を切削する加工機である。切削加工においてドリルを用いる場合、例えばドリルの磨耗によって加工品質が悪化することがあり、正常（ドリルが磨耗していない状態）の場合と異常（ドリルが磨耗している状態）の場合では、切削時の動作音が異なる。そのため、異音検知装置１０は、磨耗したドリルによる切削時の動作音を異音と判定して異常を検知する。
【００４７】
ＮＣ切削機は、加工の開始時に、材料の切削に先行してドリルの回転速度を十分に上げるための初期加速を行う。当該初期加速時にはドリルが材料に接触しないため、切削時の正常動作あるいは異常動作とは関係なく、毎回同一の動作音が発生する。従って、初期加速時を不変区間とすることにより、異音検知装置１０を用いたＮＣ切削機の異音判定を行うことができる。
【００４８】
以上のように、この実施の形態３によれば、加工開始時の初期加速時を不変区間とし、ＮＣ切削機で構成された機器２０から入力される状態情報を参照して不変区間であるか否か判定する不変区間判定部１を備えるように構成したので、レーザ加工機に限定することなく、異音検知装置１０を加工機全般に適用することが可能である。
【００４９】
また、この実施の形態３によれば、機器２０としてＮＣ切削機を適用した場合に、ドリルが材料に接触しておらず、切削が正常に行われているか否かに無関係に毎回同一の動作音が発生する初期加速時を不変区間とし、異音検知装置１０が当該不変区間の観測信号を取得して補正用パラメータを生成するように構成したので、正しい補正用パラメータを生成することができ、切削異常の検出精度を向上させることができる。
【００５０】
実施の形態４．
この実施の形態４では、上述した実施の形態１から実施の形態３の構成に加えて、不変区間における機器２０での異常の発生を検知する構成を示す。
図４は、この発明の実施の形態４の異音検知装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態４の異音検知装置１０ａは、図１で示した実施の形態１の異音検知装置１０に補正時異常判定部６を追加して設けている。なお以下では、実施の形態１による異音検知装置１０の構成要素と同一または相当する部分には、図１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００５１】
補正時異常判定部６は一時記憶領域６ａを備え、当該一時記憶領域６ａにあらかじめ記憶された補正用パラメータと、補正用パラメータ生成部３が生成した補正用パラメータとを比較し、不変区間において異常が発生しているか否か判定を行う。不変区間において異常が発生している場合には、機器２０を緊急停止する制御信号を出力する、あるいはアラームなどで作業者に異常を通知する異常通知情報を出力する。なお、不変区間において異常が発生していると判定された場合の処理動作は上述したもの以外にも種々適用可能である。
【００５２】
補正時異常判定部６の処理動作をより詳細に説明する。まず、補正用パラメータ生成部３は不変区間が発生するごとに補正用パラメータを生成し、補正時異常判定部６に出力する。補正時異常判定部６は、判定処理に用いた直近の補正用パラメータを一時記憶領域６ａに上書き記憶する。これは、次に発生する不変区間における補正用パラメータとの比較を行う際に参照するためである。補正時異常判定部６は、補正用パラメータ生成部３から新たに補正用パラメータが入力されると、入力された補正用パラメータと、一時記憶領域６ａに記憶された補正用パラメータとを比較し、パラメータ間の差分を算出する。算出したパラメータ間の差分があらかじめ設定した閾値以上である場合に、不変区間において異常が発生していると判定する。
【００５３】
次に、異音検知装置１０ａの動作について説明する。
図５は、この発明の実施の形態４の異音検知装置の動作を示すフローチャートである。
なお、以下では実施の形態１に係る異音検知装置１０と同一のステップには図３で使用した符号と同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。
補正用パラメータ生成部３がステップＳＴ３で取得した観測信号を用いて補正用パラメータとして補正係数を算出すると（ステップＳＴ５）、算出した補正係数は特徴抽出部４および補正時異常判定部６に出力される。補正時異常判定部６は、ステップＳＴ５で生成された補正用パラメータを取得すると（ステップＳＴ２１）、一時記憶領域６ａにあらかじめ記憶された補正用パラメータとの差分を算出し、算出したパラメータ間の差分があらかじめ設定された閾値以上であるか否か判定を行う（ステップＳＴ２２）。
【００５４】
パラメータ間の差分が閾値以上である場合（ステップＳＴ２２；ＹＥＳ）、補正時異常判定部６は不変区間において機器２０に異常が発生していると判定し（ステップＳＴ２３）、異常通知情報を出力する（ステップＳＴ２４）。一方、パラメータ間の差分が閾値未満である場合（ステップＳＴ２２；ＮＯ）、不変区間において機器２０が正常に動作していると判定する（ステップＳＴ２５）。その後、補正時異常判定部６は、ステップＳＴ２１で取得した補正用パラメータを一時記憶領域６ａに上書き記憶させ（ステップＳＴ２６）、ステップＳＴ１の処理に戻る。
【００５５】
実施の形態４の異音検知装置１０ａをレーザ加工機に適用すると、レーザ加工機のガスパージの異常により排気圧力が低下し、不変区間における音圧が小さくなると、補正用パラメータ生成部３が生成する補正係数が大きくなり、当該補正係数を用いて補正した観測信号も相対的に大きくなってしまうという問題がある。しかし、実施の形態４の異音検知装置１０ａをレーザ加工機に適用すると、不変区間における音圧の低下を異常の発生と検知することができ、上記の問題を回避することができる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態４によれば、不変区間における機器２０の異常を検知する補正時異常判定部６を備えるように構成したので、より多種類の機器２０の異常に対応することができる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態１から実施の形態４では、切替部２を設ける構成を示したが、当該切替部２を設けることなく、補正用パラメータ生成部３および特徴抽出部４がそれぞれ不変区間判定部１の判定結果を参照し、補正用パラメータ生成あるいは特徴抽出の動作を行うように構成してもよい。
【００５８】
なお、上述した実施の形態１から実施の形態４では、機器２０としてレーザ加工機あるいはＮＣ切削機の異音検知を例に示したが、これらの機器に限定されず正常時と異常時とで際のある動作音を発する機器であれば本発明の異音検知装置を適用することができる。
【００５９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明に係る異音検知装置は、センサの種類やセッティング条件に依存しない特徴抽出が可能であるため、ＮＣ加工機などに適用し、センサの種類やセッティング条件による異音検知能力の低下を回避するのに適している。
【符号の説明】
【００６１】
１  不変区間判定部、２  切替部、３  補正用パラメータ生成部、４  特徴抽出部、５  異音判定部、６  補正時異常判定部、６ａ  一時記憶領域、１０，１０ａ  異音検知装置、２０  機器、３０  センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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