(57)【要約】【課題】機械の機構部における各種の障害の発生部位を効率的に特定できる障害部位特定装置、障害部位特定方法及び障害部位特定プログラムを提供する。【解決手段】障害部位特定装置１は、少なくとも機械の障害の部位を示す現象コードに対して、当該障害に起因して発生する特定周波数帯を対応付けて記憶する障害履歴データベース２１と、機械の稼働時の振動に関係するデータを入力として受け付ける入力部１５と、振動に関係するデータに含まれる周波数と特定周波数帯とをマッチングすることにより、障害の部位を特定し現象コードを出力する出力部１６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも機械の障害の部位を示す現象コードに対して、当該障害に起因して発生する特定周波数帯を対応付けて記憶する記憶部と、
前記機械の稼働時の振動に関係するデータを入力として受け付ける入力部と、
前記振動に関係するデータに含まれる周波数と前記特定周波数帯とをマッチングすることにより、前記障害の部位を特定し前記現象コードを出力する出力部と、を備える障害部位特定装置。
【請求項２】
前記入力部は、前記機械への指令信号に対する外乱負荷トルクを、前記振動に関係するデータとして受け付ける請求項１に記載の障害部位特定装置。
【請求項３】
前記現象コードと１又は複数の構成部品とを対応付けたデータセットを取得する障害単位取得部と、
過去に発生した障害の現象及び対策部品を含む障害履歴を取得する障害履歴取得部と、
前記構成部品と前記対策部品とをマッチングすることにより、前記現象コードに対して１又は複数の前記現象の情報を関連付けて記憶する関連付け部と、を備え、
前記特定周波数帯は、前記現象の情報に基づいて設定される請求項１又は請求項２に記載の障害部位特定装置。
【請求項４】
前記入力部は、前記機械の稼働状態を条件としたサンプリング区間に、前記振動に関係するデータを受け付ける請求項１から請求項３のいずれかに記載の障害部位特定装置。
【請求項５】
前記出力部は、振幅に関する複数の閾値により、前記現象コードに対応する複数の障害レベルを判別し出力する請求項１から請求項４のいずれかに記載の障害部位特定装置。
【請求項６】
コンピュータが少なくとも機械の障害の部位を示す現象コードに対して、当該障害に起因して発生する特定周波数帯を対応付けて記憶し、
前記機械の稼働時の振動に関係するデータを入力として受け付ける入力ステップと、
前記振動に関係するデータに含まれる周波数と前記特定周波数帯とをマッチングすることにより、前記障害の部位を特定し前記現象コードを出力する出力ステップと、を実行する障害部位特定方法。
【請求項７】
前記入力ステップにおいて、前記コンピュータが前記機械の稼働状態を条件としたサンプリング区間に、前記振動に関係するデータを受け付ける請求項６に記載の障害部位特定方法。
【請求項８】
前記出力ステップにおいて、前記コンピュータが振幅に関する複数の閾値により、前記現象コードに対応する複数の障害レベルを判別し出力する請求項６又は請求項７に記載の障害部位特定方法。
【請求項９】
コンピュータに少なくとも機械の障害の部位を示す現象コードに対して、当該障害に起因して発生する特定周波数帯を対応付けて記憶させ、
前記機械の稼働時の振動に関係するデータを入力として受け付ける入力ステップと、
前記振動に関係するデータに含まれる周波数と前記特定周波数帯とをマッチングすることにより、前記障害の部位を特定し前記現象コードを出力する出力ステップと、を実行させるための障害部位特定プログラム。
【請求項１０】
前記入力ステップにおいて、前記コンピュータに前記機械の稼働状態を条件としたサンプリング区間に、前記振動に関係するデータを受け付けさせるための請求項９に記載の障害部位特定プログラム。
【請求項１１】
前記出力ステップにおいて、前記コンピュータに振幅に関する複数の閾値により、前記現象コードに対応する複数の障害レベルを判別し出力させるための請求項９又は請求項１０に記載の障害部位特定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械の障害部位を特定するための装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械、ロボット、射出成形機等の機械に障害が発生した場合、この機械を制御する制御装置（例えば、Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ（ＣＮＣ））が制御装置内部のエラーを検出、又は機械の機構部に発生した問題をモータの過負荷等で検知し、アラームを出力していた。障害追跡には、このアラーム情報が有用であり、障害発生の多くの要因をクラスタリングする役目を果たしていた。
【０００３】
また、例えば、特許文献１では、減速機を有するサーボモータおいて、外乱負荷トルクを周波数解析し、特定の周波数のピーク値を閾値と比較することにより減速機の異常を検知する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１１２５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、機械の障害の中には、制御装置が検知できずアラームを発生しない場合もある。この場合には、障害の要因として考えられる部位が多く障害追跡に時間が掛かるという課題があった。
また、前述した特定の周波数成分を検出する方法も、特定の障害に特化しているため、多種の障害それぞれの発生部位を特定することは難しかった。
【０００６】
本発明は、機械の機構部における各種の障害の発生部位を効率的に特定できる障害部位特定装置、障害部位特定方法及び障害部位特定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）  本発明に係る障害部位特定装置（例えば、後述の障害部位特定装置１）は、少なくとも機械の障害の部位を示す現象コードに対して、当該障害に起因して発生する特定周波数帯を対応付けて記憶する記憶部（例えば、後述の障害履歴データベース２１）と、前記機械の稼働時の振動に関係するデータを入力として受け付ける入力部（例えば、後述の入力部１５）と、前記振動に関係するデータに含まれる周波数と前記特定周波数帯とをマッチングすることにより、前記障害の部位を特定し前記現象コードを出力する出力部（例えば、後述の出力部１６）と、を備える。
【０００８】
（２）  （１）に記載の障害部位特定装置において、前記入力部は、前記機械への指令信号に対する外乱負荷トルクを、前記振動に関係するデータとして受け付けてもよい。
【０００９】
（３）  （１）又は（２）に記載の障害部位特定装置は、前記現象コードと１又は複数の構成部品とを対応付けたデータセットを取得する障害単位取得部（例えば、後述の障害単位取得部１２）と、過去に発生した障害の現象及び対策部品を含む障害履歴を取得する障害履歴取得部（例えば、後述の障害履歴取得部１１）と、前記構成部品と前記対策部品とをマッチングすることにより、前記現象コードに対して１又は複数の前記現象の情報を関連付けて記憶する関連付け部（例えば、後述の関連付け部１３）と、を備え、前記特定周波数帯は、前記現象の情報に基づいて設定されてもよい。
【００１０】
（４）  （１）から（３）のいずれかに記載の障害部位特定装置において、前記入力部は、前記機械の稼働状態を条件としたサンプリング区間に、前記振動に関係するデータを受け付けてもよい。
【００１１】
（５）  （１）から（４）のいずれかに記載の障害部位特定装置において、前記出力部は、振幅に関する複数の閾値により、前記現象コードに対応する複数の検出レベルを判別し出力してもよい。
【００１２】
（６）  本発明に係る障害部位特定方法は、コンピュータが少なくとも機械の障害の部位を示す現象コードに対して、当該障害に起因して発生する特定周波数帯を対応付けて記憶し、前記機械の稼働時の振動に関係するデータを入力として受け付ける入力ステップと、前記振動に関係するデータに含まれる周波数と前記特定周波数帯とをマッチングすることにより、前記障害の部位を特定し前記現象コードを出力する出力ステップと、を実行する。
【００１３】
（７）  （６）に記載の障害部位特定方法において、前記入力ステップでは、前記コンピュータが前記機械の稼働状態を条件としたサンプリング区間に、前記振動に関係するデータを受け付けてもよい。
【００１４】
（８）  （６）又は（７）に記載の障害部位特定方法において、前記出力ステップでは、前記コンピュータが振幅に関する複数の閾値により、前記現象コードに対応する複数の障害レベルを判別し出力してもよい。
【００１５】
（９）  本発明に係る障害部位特定プログラムは、コンピュータに少なくとも機械の障害の部位を示す現象コードに対して、当該障害に起因して発生する特定周波数帯を対応付けて記憶させ、前記機械の稼働時の振動に関係するデータを入力として受け付ける入力ステップと、前記振動に関係するデータに含まれる周波数と前記特定周波数帯とをマッチングすることにより、前記障害の部位を特定し前記現象コードを出力する出力ステップと、を実行させるためのものである。
【００１６】
（１０）  （９）に記載の障害部位特定プログラムにおいて、前記入力ステップでは、前記コンピュータに前記機械の稼働状態を条件としたサンプリング区間に、前記振動に関係するデータを受け付けさせてもよい。
【００１７】
（１１）  （９）又は（１０）に記載の障害部位特定プログラムにおいて、前記出力ステップでは、前記コンピュータに振幅に関する複数の閾値により、前記現象コードに対応する複数の障害レベルを判別し出力させてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、機械の機構部における各種の障害の発生部位を効率的に特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る障害部位特定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る障害部位特定方法が観測対象とする機械の構成例を示す図である。
【図３】実施形態に係る障害履歴データの一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る障害単位の定義例を示す図である。
【図５】実施形態に係る障害単位を定義したデータセットを例示する図である。
【図６】実施形態に係る現象コードが付加された障害履歴データベースを例示する図である。
【図７】実施形態に係る障害履歴データベースを、現象コードによりソートした例である。
【図８】実施形態に係る特徴データに基づく障害履歴データベースを例示する図である。
【図９】実施形態に係る特定周波数帯が設定された障害履歴データベースを例示する図である。
【図１０】実施形態に係る障害部位特定装置における障害部位特定処理を例示するフローチャートである。
【図１１】実施形態に係る障害部位特定処理に入力される振動に関係するデータの抽出方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る障害部位特定装置１の機能構成を示すブロック図である。
【００２１】
障害部位特定装置１は、サーバ装置又はＰＣ等の情報処理装置（コンピュータ）であり、制御部１０及び記憶部２０を備える。さらに、障害部位特定装置１は、各種データの入出力デバイス及び通信デバイス等を備え、機械の稼働時の観測データを入力として、記憶部２０のデータベースに基づいて、特定した障害部位の情報を出力する。
【００２２】
制御部１０は、障害部位特定装置１の全体を制御する部分であり、記憶部２０に記憶された各種プログラムを適宜読み出して実行することにより、本実施形態における各種機能を実現している。制御部１０は、ＣＰＵであってよい。
【００２３】
記憶部２０は、ハードウェア群を障害部位特定装置１として機能させるための各種プログラム、及び各種データ等の記憶領域であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ又はハードディスク（ＨＤＤ）等であってよい。具体的には、記憶部２０は、本実施形態の各機能を制御部１０に実行させるための障害部位特定プログラムの他、検索対象として構築された障害履歴データベース２１等を記憶する。なお、障害履歴データベース２１は、障害部位特定装置１の外部に設けられ、障害部位特定装置１との通信により読み書きが行われてもよい。
【００２４】
制御部１０は、障害履歴取得部１１と、障害単位取得部１２と、関連付け部１３と、特徴抽出部１４と、入力部１５と、出力部１６とを備え、これらの各機能部により、観測対象である機械の障害部位を特定し出力する。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る障害部位特定方法が観測対象とする機械の構成例を示す図である。
機械は制御部と機構部とに分類され、制御部では、制御装置（ＣＮＣ）が検出するアラーム番号及びアラームの内容を表示装置に表示し、オペレータに状況を通知する。
また、機構部で発生した障害は、サーボアンプを介して駆動される機構部のモータの状況を制御装置が監視し、モータに対する過電流アラーム、又は過負荷アラーム等を制御装置が出力する。
【００２６】
しかしながら、機械の動作に大きな支障を来す障害の場合には、アラームの出力が期待できるが、モータから機構部内の各部位への動力の伝達が間接的であるために、モータからのフィードバックで機構部に発生した障害を検知できない場合も多い。この場合、機構部で発生する振動又は異音等をオペレータが発見し、機械の各要素を１つ１つ確認しながら障害箇所を探索していた。
【００２７】
障害履歴取得部１１は、過去に機械に発生した様々な障害の現象及び対策部品を含む障害履歴を取得する。
【００２８】
図３は、本実施形態に係る障害履歴データの一例を示す図である。
障害履歴データでは、過去に発生した障害の現象を説明する「テーブル付近からガガと音がする」等の記述に対して、障害を解消するための対策部品の番号が対応付けられている。また、この例では、発生した障害に対して制御装置（ＣＮＣ）がアラームを出力した場合に、アラーム番号が記録されている。
【００２９】
障害単位取得部１２は、機械の障害単位と１又は複数の構成部品とを対応付けたデータセットを取得する。
障害単位は、機械の機構部において発生する障害の調査及び対策を行う単位であり、障害原因を分離できない１又は複数の構成部品からなる障害単位が機械の設計時に複数設定される。
【００３０】
図４は、本実施形態に係る障害単位の定義例を示す図である。
例えば、工作機械の機構部は、以下のような障害単位に分割される。
・Ｍ００１：  工作機械を駆動するモータ、及びモータの回転位置をフィードバックするパルスコーダ等を含む箇所。
・Ｃ００１：  モータからボールネジ等へ動力を伝達するための接続部である継手等を含む箇所。
・Ｂ００１：  テーブルを位置決めするため、継手を介してモータにより駆動されるボールネジ、ボールナット、ベアリングの他、グリスを自動又は手動で供給する給脂場所等を含む箇所。
・Ｔ００１：  テーブル、リニアモーションガイド（ＬＭガイド）の他、グリスを自動又は手動で供給する給脂場所等を含む箇所。
【００３１】
図５は、本実施形態に係る障害単位を定義したデータセットを例示する図である。
データセットには、障害単位を示す識別子である現象コードに対して、障害単位を構成する部品番号及び部品名が登録されている。
また、この例では、現象コード毎に、障害の要因及び対処手順等を通知するための現象メッセージが登録されている。
【００３２】
関連付け部１３は、現象コードに対応付けられた構成部品と、障害履歴の対策部品とをマッチングすることにより、現象コード（障害単位）に対して１又は複数の現象の情報を関連付けて、記憶部２０の障害履歴データベース２１に記憶する。
【００３３】
図６は、本実施形態に係る現象コードが付加された障害履歴データベース２１を例示する図である。
この例では、図３の各障害履歴データに対して、それぞれ現象コードが付加されている。この障害履歴データベース２１により、障害の現象又はアラームに基づいて、現象コードを特定することができ、障害単位が特定される。
【００３４】
ここで、障害履歴データベース２１の形式は、これには限られず、効率的な検索を実現するための改変が可能である。
関連付け部１３は、１つの現象コードに対して、障害の現象を示す１又は複数の特徴データを関連付けて障害履歴データベース２１に記憶してもよい。
【００３５】
特徴抽出部１４は、現象情報に含まれる障害キーワードを、関連付け部１３により関連付けられた現象コード毎の特徴データとして抽出する。
ここで、障害キーワードの抽出方法は、限定されるものではなく、例えば、「特願２０１７−１５９９９０」において提案した形態素解析を用いる手法が適用可能である。このとき、抽出対象外として除外される不要語、及び同義としてまとめられる類義語（シソーラス）等の各種データベースが参照され、障害キーワードが決定されてよい。
【００３６】
図７は、本実施形態に係る障害履歴データベース２１を、現象コードによりソートした例である。
このように、同一の現象コードに対して、複数の現象情報及び対策部品が対応付けられる。
【００３７】
図８は、本実施形態に係る特徴データに基づく障害履歴データベース２１を例示する図である。
現象コードに対応付けられた現象の記述から特徴抽出部１４により障害キーワードが抽出され、この障害キーワードが現象を示す特徴データとして、障害履歴データベース２１に格納される。
ここで、図中の障害キーワード及び対策部品に付与された数字は、現象コードが同一の障害履歴における出現回数を示す。
【００３８】
現象の情報である障害キーワードの中には、「ガガ」、「ゴロゴロ」等の擬音語が含まれる場合が多い。これらの擬音語で記述される音は、実験室で機械の対応部位を用いて再現することが可能である。この再現された音の周波数が機構部の各部位における障害に起因して発生する特定周波数帯として、現象コードに対応付けて記憶される。
【００３９】
図９は、本実施形態に係る特定周波数帯が設定された障害履歴データベース２１を例示する図である。
例えば、現象コードＴ００１に対しては、「ガガ」という擬音語について、現象コードＢ００１に対しては、「ゴロゴロ」という擬音語について、それぞれ対応する特定周波数帯の範囲（例えば、３０Ｈｚ〜５０Ｈｚ及び１００Ｈｚ〜１５０Ｈｚ）が設定されている。特定周波数帯は、機械の構成、又はモータの回転速度等の加工条件で異なる場合がある。
【００４０】
入力部１５は、機械の稼働時の振動に関係するデータを入力として受け付ける。具体的には、入力部１５は、例えば、機械のモータへの指令信号に対する外乱負荷トルクの時系列データを、振動に関係するデータとして受け付ける。外乱負荷トルクは、機構部の障害に起因して発生する通常とは異なる負荷として、例えば、トルク指令値及び速度フィードバックに基づいて推定される。
また、入力部１５は、機械の現在位置等の稼働データが指定されることにより、選択された機械への指令信号に対する外乱負荷トルクを、振動に関係するデータとして受け付けてもよい。
【００４１】
出力部１６は、取得した振動に関係するデータに含まれる周波数と、障害履歴データベース２１に予め設定された特定周波数帯とをマッチングすることにより、障害の部位を特定し現象コードを出力する。
このとき、出力部１６は、外乱負荷トルクを周波数解析（フーリエ解析）し、特定周波数帯の成分の振幅が所定の閾値を超えた場合に、この特定周波数帯が対応付けられている現象コードを出力する。
さらに、出力部１６は、図５に示した障害単位の定義から、現象コードに対応する現象メッセージを出力してもよい。
【００４２】
また、閾値は、複数設定することが可能であり、これにより、障害のレベルを、例えば機械が正常ではないが故障していない警告レベルと、機械が故障している可能性がある故障レベルとに分けることもできる。
例えば、図９では、検出レベル１（警告レベル）及び検出レベル２（故障レベル）を判別するために、それぞれの閾値である振幅（ｄＢ）が設定されている。
【００４３】
図１０は、本実施形態に係る障害部位特定装置１における障害部位特定処理を例示するフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ１において、入力部１５は、機械から振動に関係するデータとして外乱負荷トルクの時系列データの入力を受け付ける。なお、このデータは、例えば図１１に示す方法により、位置情報等の機械の稼働データを利用してサンプリング範囲が限定されてもよい。
【００４５】
ステップＳ２において、出力部１６は、外乱負荷トルクの時系列データに対して、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等の周波数解析を行い、閾値を超える振幅を有する周波数成分を検出する。
【００４６】
ステップＳ３において、出力部１６は、ステップＳ２で検出した周波数が障害履歴データベース２１の特定周波数帯として登録されているか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ４に移り、判定がＮＯの場合、処理は終了する。
【００４７】
ステップＳ４において、出力部１６は、検出した周波数を特定周波数帯とする現象コードを障害履歴データベース２１から抽出する。
【００４８】
ステップＳ５において、出力部１６は、抽出した現象コードと、この現象コードに対応する現象メッセージとを出力する。
【００４９】
図１１は、本実施形態に係る障害部位特定処理に入力される振動に関係するデータの抽出方法を例示するフローチャートである。
なお、この処理は、１ｍｓｅｃ程度以下の周期で実行されることが好ましい。これにより、抽出された振動に関係するデータから、例えば数十〜数百Ｈｚの周波数成分の検出が可能となる。
【００５０】
ステップＳ１１において、入力部１５は、監視対象である機械の現在位置等の稼働データを取得する。
【００５１】
ステップＳ１２において、入力部１５は、取得した稼働データが予め指定された所定の条件に合致しており、現在が振動に関係するデータのサンプリング区間であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ１３に移り、判定がＮＯの場合、処理はステップＳ１４に移る。
【００５２】
ステップＳ１３において、入力部１５は、振動に関係するデータとしての外乱負荷トルクの他、現在時刻、現在位置、電流値、速度指令値等の各種データを記憶する。
【００５３】
ステップＳ１４において、入力部１５は、監視対象の機械が停止したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理は終了し、判定がＮＯの場合、処理はステップＳ１２に戻る。
【００５４】
本実施形態によれば、障害部位特定装置１は、障害の部位を示す現象コードに対して、障害に起因して発生する特定周波数帯を予め対応付けて障害履歴データベース２１に記憶している。障害部位特定装置１は、機械の稼働時の振動に関係するデータから検出される周波数と障害履歴データベース２１の特定周波数帯とをマッチングすることにより、障害の発生した部位を特定し、現象コードを出力する。
したがって、障害部位特定装置１は、機械の振動に含まれる特定周波数帯に基づいて、障害履歴として登録された各種の音を特定し、これにより機械の機構部における各種の障害の発生部位を効率的に精度良く特定できる。この結果、障害部位の特定が容易になり、障害追跡に要する時間が短縮される。
【００５５】
障害部位特定装置１は、機械への指令信号に対する外乱負荷トルクを振動に関係するデータとして取得するので、特別な振動センサが不要であり、簡易な構成によりモータに伝わる振動を効率的に取得し、障害部位を特定できる。
【００５６】
障害部位特定装置１は、現象コード及び構成部品を対応付けたデータセットと、障害の現象及び対策部品を対応付けた障害履歴とを取得し、構成部品と対策部品とをマッチングすることにより、現象コードに対して現象情報を関連付ける。
これにより、障害部位特定装置１は、障害履歴の現象を障害単位である現象コードでクラスタリングできるため、分類された障害の現象から擬音語等を抽出することで、特定周波数帯の設定を容易にできる。
【００５７】
障害部位特定装置１は、機械の現在位置等の稼働データが指定されることにより、選択された指令信号に対する外乱負荷トルクを利用することができるので、障害が発生しているタイミングでピンポイントの測定が可能となり、障害部位の特定の精度が向上する。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００５９】
障害部位特定装置１による障害部位特定方法は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ（障害部位特定装置１）にインストールされる。また、これらのプログラムは、リムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  障害部位特定装置
１０  制御部
１１  障害履歴取得部
１２  障害単位取得部
１３  関連付け部
１４  特徴抽出部
１５  入力部
１６  出力部
２０  記憶部
２１  障害履歴データベース
【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】
2019139414.tif 000007
【図６】
2019139414.tif 000008
【図７】
2019139414.tif 000009
【図８】
2019139414.tif 000010
【図９】
2019139414.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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