(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機構の第１の回転速度の変化と、前記回転機構における振動の加速度の第１の加速度ピークに対応する第１の振動周波数の変化と、の対応関係を示す第１の対応関係情報を、前記第１の加速度ピーク毎に記憶しておく記憶部と、
前記回転機構の振動を分析する際の前記回転機構の振動を示す振動データに基づいて、振動の加速度の第２の加速度ピークに対応する第２の振動周波数を前記第２の加速度ピーク毎に抽出し、前記第２の加速度ピークを特定の周波数区間で積分することによって、前記第２の加速度ピークの波形の面積である波形面積を前記第２の加速度ピーク毎に算出する分析部と、
前記波形面積と、前記第２の加速度ピーク毎の閾値とに基づいて、前記第２の加速度ピーク毎に前記回転機構が動作異常であるか否かを判定する異常判定部と、
を備え、
前記分析部は、前記第２の加速度ピークに対応する前記第１の対応関係情報を特定し、特定した前記第１の対応関係情報に従って、前記回転機構の振動を分析する際の第２の回転速度の変化に伴う前記第２の振動周波数の変化をトラッキングし、トラッキングした前記第２の振動周波数に対応する前記第２の加速度ピークの前記波形面積を、前記第２の加速度ピーク毎に算出する、
ことを特徴とする振動分析装置。
【請求項２】
前記分析部は、前記振動データを高速フーリエ変換することによって、前記第２の振動周波数と前記第２の加速度ピークとの対応関係を示す第２の対応関係情報を算出し、前記第２の対応関係情報に基づいて、前記第２の加速度ピークおよび前記第２の振動周波数を抽出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の振動分析装置。
【請求項３】
前記分析部は、前記波形面積を特定時間で積分することによって、前記第２の加速度ピークの波形の体積を波形体積として算出し、
前記異常判定部は、前記波形体積と前記閾値との比較結果に基づいて、前記第２の加速度ピーク毎に前記回転機構が動作異常であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の振動分析装置。
【請求項４】
前記分析部は、前記波形面積の特定時間における平均値を面積平均値として算出し、
前記異常判定部は、前記面積平均値と前記閾値との比較結果に基づいて、前記第２の加速度ピーク毎に前記回転機構が動作異常であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の振動分析装置。
【請求項５】
前記異常判定部は、前記回転機構が正常な状態における振動の特徴量と、前記回転機構の振動を分析する際の振動の特徴量と、に基づいた、統計診断法によって前記第２の加速度ピーク毎に前記回転機構が動作異常であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の振動分析装置。
【請求項６】
前記異常判定部は、前記第２の加速度ピークが許容範囲内であるか否かに基づいて、前記第２の加速度ピーク毎に前記回転機構が動作異常であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の振動分析装置。
【請求項７】
前記第２の加速度ピークの波形および前記波形面積を表示する表示部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１から６の何れか１つに記載の振動分析装置。
【請求項８】
回転機構の第１の回転速度の変化と、前記回転機構における振動の加速度の第１の加速度ピークに対応する第１の振動周波数の変化と、の対応関係を示す第１の対応関係情報を、前記第１の加速度ピーク毎に記憶しておく記憶ステップと、
前記回転機構の振動を分析する際の前記回転機構の振動を示す振動データに基づいて、振動の加速度の第２の加速度ピークに対応する第２の振動周波数を前記第２の加速度ピーク毎に抽出し、前記第２の加速度ピークを特定の周波数区間で積分することによって、前記第２の加速度ピークの波形の面積である波形面積を前記第２の加速度ピーク毎に算出する分析ステップと、
前記波形面積と、前記第２の加速度ピーク毎の閾値とに基づいて、前記第２の加速度ピーク毎に前記回転機構が動作異常であるか否かを判定する異常判定ステップと、
を含み、
前記分析ステップでは、前記第２の加速度ピークに対応する前記第１の対応関係情報を特定し、特定した前記第１の対応関係情報に従って、前記回転機構の振動を分析する際の第２の回転速度の変化に伴う前記第２の振動周波数の変化をトラッキングし、トラッキングした前記第２の振動周波数に対応する前記第２の加速度ピークの前記波形面積を、前記第２の加速度ピーク毎に算出する、
ことを特徴とする振動分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転機構の振動を分析する振動分析装置および振動分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ巻線機といった製造装置は、軸受などで軸支されている主軸等の回転軸を回転させる回転機構を備えている。この回転機構は、故障等で異常が発生すると回転軸が回転する際に振動などの異常兆候を発生させる。そのため、振動から異常の発生を正しく検知することが求められる。【０００３】
特許文献１に記載の回転軸装置は、主軸が回転中の軸受の振動を測定し、測定した振動の波形から、主軸の回転速度に対応した特定の周波数帯域での波形を抽出している。この回転軸装置は、抽出した波形を定積分して面積を算出し、算出した面積と閾値とを比較して軸受の異常の有無を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−４０５９４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、上記特許文献１の技術では、回転軸の回転速度が変化しない場合にしか軸受の異常の有無を判定できないので、回転軸の加減速を伴う場合には、動作異常の有無を判定できないという問題があった。【０００６】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、回転速度の変化を伴う回転機構の動作異常を検知することができる振動分析装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の振動分析装置は、回転機構の第１の回転速度の変化と、回転機構における振動の加速度の第１の加速度ピークに対応する第１の振動周波数の変化と、の対応関係を示す第１の対応関係情報を、第１の加速度ピーク毎に記憶しておく記憶部を備えている。また、本開示の振動分析装置は、回転機構の振動を分析する際の回転機構の振動を示す振動データに基づいて、振動の加速度の第２の加速度ピークに対応する第２の振動周波数を第２の加速度ピーク毎に抽出し、第２の加速度ピークを特定の周波数区間で積分することによって、第２の加速度ピークの波形の面積である波形面積を第２の加速度ピーク毎に算出する分析部を備えている。また、本開示の振動分析装置は、波形面積と、第２の加速度ピーク毎の閾値とに基づいて、第２の加速度ピーク毎に回転機構が動作異常であるか否かを判定する異常判定部を備えている。分析部は、第２の加速度ピークに対応する第１の対応関係情報を特定し、特定した第１の対応関係情報に従って、回転機構の振動を分析する際の第２の回転速度の変化に伴う第２の振動周波数の変化をトラッキングし、トラッキングした第２の振動周波数に対応する第２の加速度ピークの波形面積を、第２の加速度ピーク毎に算出する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示にかかる振動分析装置は、回転速度の変化を伴う回転機構の動作異常を検知することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる振動分析装置を備えた振動分析システムの構成を示すブロック図
【図２】実施の形態にかかる振動分析装置の変換部が算出した加速度情報を示す図
【図３】実施の形態にかかる振動分析装置の波形切出部が抽出する周波数を説明するための図
【図４】実施の形態にかかる振動分析装置の波形切出部が算出する波形データを説明するための図
【図５】実施の形態にかかる振動分析システムで用いられる回転軸の回転速度の例を示す図
【図６】実施の形態にかかる振動分析装置が用いる回帰式を説明するための図
【図７】実施の形態にかかる振動分析装置の体積算出部による波形体積の算出処理を説明するための図
【図８】実施の形態にかかる振動分析装置による振動分析の処理手順を示すフローチャート
【図９】実施の形態にかかる振動分析装置を実現するハードウェア構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本開示の実施の形態にかかる振動分析装置および振動分析方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態．
図１は、実施の形態にかかる振動分析装置を備えた振動分析システムの構成を示すブロック図である。振動分析システム１００は、製造装置１と、振動分析装置２とを備えている。
【００１２】
製造装置１は、サーボモータ等の回転機構１０を有する装置であり、例えば、コンベア搬送機、工作機械、モータ巻線機等である。製造装置１は、振動分析装置２にアナログデータである振動データ５１を出力する。振動データ５１は、回転機構１０で発生した振動を示す信号である。回転機構１０は、主軸等の回転軸と、回転軸を軸支する軸受とを具備している。
【００１３】
回転機構１０は、振動センサ１１と、制御部１２とを有している。振動センサ１１は、回転機構１０を動作させた際の回転機構１０内の振動を検知し、振動を示す振動データ５１を振動分析装置２に出力する。
【００１４】
制御部１２は、回転機構１０の動作を制御する。制御部１２は、回転機構１０の動作の判定結果５８を、振動分析装置２から受け付ける。制御部１２は、動作の判定結果５８に基づいて、回転機構１０の回転指令制御を変更または停止させる。制御部１２は、回転機構１０が動作異常であることを示す判定結果５８を受け付けると、回転機構１０の動作を変更または停止させる。
【００１５】
振動分析装置２は、回転機構１０が動作異常となっているか否かを判定するコンピュータである。動作異常は、回転機構１０の振動である。振動分析装置２は、回転機構１０の振動の加速度を分析することで、回転機構１０が動作異常となっているか否かを判定する。
【００１６】
振動分析装置２は、回転軸の回転速度の変化を伴う回転機構１０の振動を分析する。振動分析装置２の例は、ＰＬＣ（Programmable  Logic  Controller：プログラマブルロジックコントローラ）、ＩＰＣ（Industrial  Personal  Computer：工業用パーソナルコンピューター）である。
【００１７】
振動分析装置２には、振動分析用の振動分析プログラムが搭載されている。振動分析装置２は、振動分析プログラムを実行することによって、回転機構１０の動作状態を判定する。
【００１８】
振動分析プログラムには、振動データ５１をＦＦＴ（Fast  Fourie  Transform：高速フーリエ変換）解析することで振動の周波数と振動の加速度との対応関係を算出するプログラムが含まれている。
【００１９】
また、振動分析プログラムには、加速度のピーク（以下、加速度ピークという）を検索するプログラムと、加速度ピークを含む周波数帯の波形を切出すプログラムとが含まれている。
【００２０】
また、振動分析プログラムには、回転軸の回転速度が変化した場合に加速度ピークのピーク発生周波数がどのように変化するかを示す情報である回帰式５０に従って、加速度ピークの変化をトラッキングするプログラムが含まれている。
【００２１】
また、振動分析プログラムには、切出した周波数帯の面積を算出するプログラムと、切出した周波数帯の面積を一定期間トラッキングした時間分で積分することで加速度ピークの体積を算出するプログラムとが含まれている。
【００２２】
また、振動分析プログラムには、加速度ピークの体積を、体積の閾値と比較することで、回転機構１０の動作異常を判定するプログラムが含まれている。体積の閾値は、閾値情報５７に格納されている。
【００２３】
振動分析装置２は、動作の判定結果５８を、制御部１２に送り、制御部１２に回転機構１０の動作変更または停止を実行させる。
【００２４】
振動分析装置２は、分析部２０と、記憶部２４と、統計分析部２５と、異常判定部２６と、表示部２７とを有している。分析部２０は、変換部２１と、波形切出部２２と、体積算出部２３とを具備している。
【００２５】
変換部２１は、振動センサ１１から、特定周期で振動データ５１を収集し、収集した振動データ５１をＦＦＴ解析する。本実施の形態では、変換部２１は、回転の加速または減速が含まれる動作が実行されている際に収集した振動データ５１をＦＦＴ解析する。換言すると、変換部２１は、回転速度の変動を伴う動作中に収集した加速度データをＦＦＴ解析する。変換部２１は、振動データ５１をＦＦＴ解析することで、周波数毎の振動の加速度を算出する。
【００２６】
なお、変換部２１は、ＤＦＴ（Discrete  Fourie  Transform：離散フーリエ変換）解析によって周波数毎の加速度を算出してもよい。変換部２１は、算出した、周波数毎の加速度を加速度情報５２として波形切出部２２に送る。
【００２７】
ここで、加速度情報について説明する。図２は、実施の形態にかかる振動分析装置の変換部が算出した加速度情報を示す図である。図２の横軸は振動の周波数であり、縦軸は振動の加速度である。加速度情報５２は、周波数毎の加速度を示す情報である。加速度は、図２に示すように特定の周波数で大きくなる。
【００２８】
波形切出部２２は、加速度情報５２から、回転機構１０の物理的な動作に伴う特徴量を抽出する。ここでの波形切出部２２は、加速度が、予め設定された加速度の閾値を超える周波数を、特徴量として抽出する。
【００２９】
ここで、加速度の閾値、および波形切出部２２によって抽出される周波数について説明する。図３は、実施の形態にかかる振動分析装置の波形切出部が抽出する周波数を説明するための図である。図３の横軸は振動の周波数であり、縦軸は振動の加速度である。
【００３０】
波形切出部２２は、加速度情報５２と、加速度の閾値ＴＨとを比較する。波形切出部２２は、周波数のうち、周波数に対応する加速度が閾値ＴＨを超える周波数を抽出する。波形切出部２２は、閾値ＴＨを超えてから閾値ＴＨを下回るまでの間の周波数帯を抽出し、この周波数帯の中央値を、Ｎ（Ｎは自然数）番目の加速度ピークの周波数として抽出する。波形切出部２２は、抽出した各加速度ピークの周波数を記憶部２４に記憶させる。図３では、波形切出部２２が、加速度ピークとして加速度ピークＡＲ１〜ＡＲ６を抽出した場合を示している。以下の説明では、加速度ピークの周波数をピーク発生周波数という場合がある。
【００３１】
波形切出部２２は、抽出したピーク発生周波数を含む特定範囲の周波数帯の波形の面積を算出する。波形切出部２２は、抽出したピーク発生周波数を中央値とし、この中央値の前後領域を含む周波数帯を設定し、周波数帯の波形のデータである波形データ５４を生成する。この波形データ５４には、中央値の周波数であるピーク発生周波数と、周波数帯の波形の面積のデータとが含まれている。波形切出部２２は、例えば、中央値の±ｆＨｚの周波数帯の波形の面積を算出する。ｆは、例えば、数Ｈｚから数百Ｈｚである。
【００３２】
波形切出部２２は、抽出した加速度ピーク毎に波形データ５４を算出し、ピーク発生周波数が低い順番で波形データ５４に監視番号を付与する。波形切出部２２は、監視番号を付与した波形データ５４を記憶部２４に記憶させる。また、波形切出部２２は、監視番号を付与した波形データ５４を体積算出部２３に送る。
【００３３】
図４は、実施の形態にかかる振動分析装置の波形切出部が算出する波形データを説明するための図である。ここでは、波形切出部２２が、加速度ピークＡＲ１，ＡＲ２に対して波形データ５４を算出する場合の処理について説明する。波形切出部２２は、加速度情報５２から監視番号００１の加速度ピークＡＲ１を抽出し（ｓｔ１）、加速度情報５２から監視番号００２の加速度ピークＡＲ２を抽出する（ｓｔ２）。
【００３４】
波形切出部２２は、加速度ピークＡＲ１のピーク発生周波数を中央値とし、この中央値±１０Ｈｚの周波数帯を設定し、この周波数帯の波形データ５４を算出する（ｓｔ３）。同様に、波形切出部２２は、加速度ピークＡＲ２のピーク発生周波数を中央値とし、この中央値±１０Ｈｚの周波数帯を設定し、この周波数帯の波形データ５４を算出する（ｓｔ４）。
【００３５】
波形切出部２２は、加速度ピークＡＲ１の波形データ５４を記憶部２４に記憶させる。また、波形切出部２２は、加速度ピークＡＲ２の波形データ５４を記憶部２４に記憶させる。また、波形切出部２２は、図４で説明した処理と同様の処理によって、加速度ピークＡＲ３〜ＡＲ６に対しても波形データ５４を算出して記憶部２４に記憶させる。
【００３６】
回転機構１０では、回転軸の回転速度、すなわち回転数が変化すると加速度ピークのピーク発生周波数が移動する。例えば、振動の加速度が図３に示した加速度ピークＡＲ１〜ＡＲ６である場合、回転の加速または減速の際には、加速度ピークＡＲ１〜ＡＲ６が、図３に示した周波数とは異なる周波数での加速度ピークとなる。すなわち、加速度ピークＡＲ１〜ＡＲ６のピーク発生周波数は、それぞれ回転数の変化に伴って種々変化する。この変化は、加速度ピークＡＲ１〜ＡＲ６毎に異なる。本実施の形態では、振動分析装置２が、この変化に基づいて、回転軸の振動を分析する。
【００３７】
図５は、実施の形態にかかる振動分析システムで用いられる回転軸の回転速度の例を示す図である。図５の横軸は時間であり、縦軸は回転速度である。振動分析システム１００では、被加工物の加工が開始される際に回転速度が上昇し、被加工物の加工が終了される際に回転速度が下降する。具体的には、回転機構１０は、加工を開始すると回転速度を特定の割合で少しずつ上昇させ、回転速度が特定の速度となった時点で、この時の回転速度を維持し、特定時間の経過後に回転速度を特定の割合で少しずつ下降させて加工を終了する。
【００３８】
本実施の形態では、回転数が変化した場合に生じるピーク発生周波数の移動の情報を予め準備しておく。ピーク発生周波数の移動を示す情報は、回転数と、特徴量であるピーク発生周波数との対応関係を示す対応情報、すなわち回帰式５０である。振動分析装置２は、回帰式５０を用いて、回転機構１０の動作異常を判定する。
【００３９】
回帰式５０は、回転数が変化している場合のＦＦＴ解析結果に基づいて算出される。回帰式５０は、ユーザが、振動分析装置２を用いて算出してもよいし、振動分析装置２が算出してもよい。また、回帰式５０は、ユーザが、振動分析装置２以外の他の装置を用いて算出してもよい。以下では、ユーザが、振動分析装置２を用いて回帰式５０を算出する場合について説明する。
【００４０】
回帰式５０が算出される際には、例えば、回転数とピーク発生周波数との関係がグラフにプロットされ、グラフに対応する回帰式５０が算出される。図６は、実施の形態にかかる振動分析装置が用いる回帰式を説明するための図である。図６の横軸は回転数であり、縦軸はピーク発生周波数である。
【００４１】
種々の回転数と、この回転数に対応するピーク発生周波数との関係に基づいて、ピーク発生周波数の回転数への回帰式５０（回帰線）が算出される。ピーク発生周波数は、例えば、波形切出部２２によって算出される。回帰式５０は、加速度ピーク毎に算出される。回帰式５０は、例えば、Ｙ＝ａＸ＋ｂのように１次式で表される。ここでのＹはピーク発生周波数であり、Ｘは回転数である。このように、回帰式５０は、回転数とピーク発生周波数との対応関係を示す式である。したがって、振動分析装置２は、回転数が変化した場合であっても、すなわち回転が加速または減速した場合であっても、回帰式５０に基づいて、回転数に対応するピーク発生周波数を確認することができる。なお、回帰式５０は、回転数とピーク発生周波数との関係を示すグラフが作成されることなく算出されてもよい。
【００４２】
回帰式５０が算出される際には、振動分析装置２が、図２から図４で説明した処理と同様の処理を実行する。すなわち、変換部２１が、振動データ５１をＦＦＴ解析することで、周波数毎の振動の加速度を算出する。これにより、変換部２１が、加速度情報５２のような加速度情報を算出する。波形切出部２２は、変換部２１が算出した加速度情報から、加速度ピークＡＲ１〜ＡＲ６のような加速度ピークを抽出し、抽出したピーク発生周波数を中央値とし、この中央値の前後領域を含む周波数帯を設定する。ユーザは、波形切出部２２が設定した周波数帯に基づいて、回帰式５０を算出する。
【００４３】
このように、回帰式５０は、加速度ピークを含んだ周波数帯に基づいて算出されるので、回転数の変動（物理的な揺らぎ）が原因で、Ｙ＝ａＸ＋ｂで予測される特徴的な加速度ピークが発生する理論周波数に揺らぎが生じても、特徴的な加速度ピークをトラッキングできる。すなわち、ピークサーチ用の揺らぎ幅として、加速度ピークに前後±数Ｈｚ等が設けられた周波数帯が設定され、この周波数帯に対応する回帰式５０が算出される。これにより、振動分析装置２は、加速度ピークに対応するピーク発生周波数に誤差が生じても、回帰式５０に従って、特徴的な加速度ピークをトラッキングできる。
【００４４】
回帰式５０が算出される際の回転機構１０の回転速度が第１の回転速度であり、回転機構１０の振動が分析される際の回転機構１０の回転速度が第２の回転速度である。回帰式５０が算出される際の加速度ピークが第１の加速度ピークであり、第１の加速度ピークに対応するピーク発生周波数が、第１の振動周波数である。回転機構１０の振動が分析される際の加速度ピークが第２の加速度ピークであり、第２の加速度ピークに対応するピーク発生周波数が、第２の振動周波数である。
【００４５】
記憶部２４は、ピーク発生周波数に対応付けされた回帰式５０を記憶しておく。また、記憶部２４は、回転機構１０の動作が判定される際に、監視番号が付与された波形データ５４を記憶する。加速度情報５２は、時間とともに変化するので、記憶部２４は、各時間の加速度情報５２を記憶する。
【００４６】
体積算出部２３は、各監視番号の波形データ５４が、何れの回帰式５０に対応するかを判定する。すなわち、体積算出部２３は、波形データ５４の加速度ピークに対応するピーク発生周波数を示す回帰式５０を特定する。体積算出部２３は、例えば、監視番号Ｘ１の波形データ５４の回転数（ｒｐｍ：rotations  per  minute）が加工開始直後にＲ回になり、この時のピーク発生周波数がＦ１Ｈｚになったとする。この場合、体積算出部２３は、回転数がＲ回の時にピーク発生周波数がＦ１Ｈｚとなる回帰式５０を、監視番号Ｘ１の波形データ５４に設定する。これにより、体積算出部２３は、波形データ５４と回帰式５０とを対応付ける。
【００４７】
ピーク発生周波数は、回転数に従って変化する。ピーク発生周波数は、回帰式５０のように変化するので、体積算出部２３は、どの加速度ピークが、どの回帰式５０に従って変化するかを確認する。体積算出部２３は、回帰式５０に沿って各加速度ピークをトラッキングする。
【００４８】
体積算出部２３は、加工の開始から加工の終了までの時間（加工時間）で、切出された周波数帯の面積を積分し、これにより切出された周波数帯の波形の体積（以下、波形体積５５という）を算出する。すなわち、体積算出部２３は、加速度ピークの周波数帯の波形体積５５を算出する。
【００４９】
図７は、実施の形態にかかる振動分析装置の体積算出部による波形体積の算出処理を説明するための図である。体積算出部２３は、特定の監視番号の波形データ５４を特定時間だけ積分することによって波形データ５４の波形体積５５を算出する。例えば、体積算出部２３が、監視番号Ｘ１の波形データ５４を期間Ｔ１だけ積分することによって監視番号Ｘ１の波形体積５５を算出する。
【００５０】
体積算出部２３は、このような処理を加工開始時間である時間Ｔ０から、加工終了時間である時間Ｔｘまで繰り返すことによって、加工開始から加工終了までの間の監視番号Ｘ１の波形体積５５を算出する。また、体積算出部２３は、他の監視番号の波形データ５４に対しても、加工開始から加工終了までの間の波形体積５５を算出する。すなわち、体積算出部２３は、監視番号毎に波形体積５５を算出する。
【００５１】
なお、体積算出部２３は、切出された周波数帯の波形に基づいて、切出された周波数帯の波形の面積の平均値（以下、面積平均値という）を算出してもよい。時間Ｔ０から時間Ｔｘの間に切出された周波数帯の波形がＮ個である場合、体積算出部２３は、切出された周波数帯の波形のＮ個分の合計面積をＮで除算することによって面積平均値を算出する。この場合も、体積算出部２３は、監視番号毎に面積平均値を算出する。体積算出部２３は、波形体積５５および平均面積の少なくとも一方を算出する。以下では、体積算出部２３が波形体積５５を算出する場合について説明する。
【００５２】
統計分析部２５は、ＭＴ法または主成分分析法といった統計診断法により、診断対象の特徴量の正常な状態からの逸脱度を距離値５６として算出する。具体的には、統計分析部２５は、製造装置１が正常な状態の時に複数回に渡って収集した特徴量（正常時の特徴量）と、診断対象の特徴量とに基づいて、診断対象の特徴量の正常な状態からの逸脱度を距離値５６として算出する。換言すると、統計分析部２５は、製造装置１が正常な状態の時の特徴量から求めた主成分に基づいて、距離値５６を算出する。統計分析部２５は、監視番号毎に距離値５６を算出する。
【００５３】
特徴量は、切出された周波数帯の波形の面積の情報である。特徴量は、例えば波形体積５５、面積平均値などである。統計分析部２５は、特定期間毎に距離値５６を算出してもよいし、加工開始から加工終了までの全期間に対して距離値５６を算出してもよい。統計分析部２５は、算出した距離値５６を異常判定部２６に送る。
【００５４】
異常判定部２６は、波形データ５４に基づいて、回転機構１０に動作異常が発生しているか否かを判定する。加工を開始してから時間の経過に伴って回転数が変化するので、異常判定部２６は、各時間での加速度ピークと、各時間での加速度ピークの許容範囲とを比較することで、時間毎に回転機構１０の動作を判定する。加速度ピークの許容範囲は、加速度ピークの上限値と加速度ピークの下限値とで規定されている。加速度ピークの上限値、および加速度ピークの下限値は、閾値情報５７に格納されている。異常判定部２６は、加速度ピークが、許容範囲を超えると、回転機構１０の動作異常であると判定する。閾値情報５７は、記憶部２４で記憶しておいてもよいし、記憶部２４以外の記憶領域で記憶されていてもよい。
【００５５】
また、異常判定部２６は、波形体積５５に基づいて、回転機構１０に動作異常が発生しているか否かを判定する。異常判定部２６は、特定期間における波形体積５５と、この特定期間における波形体積５５の許容範囲とを比較し、比較結果に基づいて、特定期間における回転機構１０の動作を判定する。特定期間の例は、期間Ｔ１である。波形体積５５の許容範囲は、波形体積５５の上限値と波形体積５５の下限値とで規定されている。波形体積５５の上限値、および波形体積５５の下限値は、閾値情報５７に格納されている。異常判定部２６は、波形体積５５が、許容範囲を超えると、回転機構１０の動作異常であると判定する。なお、異常判定部２６は、特定期間における面積平均値と、この特定期間における面積平均値の許容範囲とを比較し、比較結果に基づいて、特定期間における回転機構１０の動作を判定してもよい。
【００５６】
異常判定部２６は、加工開始から加工終了までの全期間に対し、回転機構１０に動作異常が発生しているか否かを判定する。すなわち、異常判定部２６は、加工開始から加工終了までの期間に対し、加速度ピークが、許容範囲を超えるか否かを判定する。また、異常判定部２６は、加工開始から加工終了までの期間に対し、波形体積５５が、許容範囲を超えるか否かを判定する。また、異常判定部２６は、監視番号を付与した全ての波形データ５４に対し、回転機構１０に動作異常が発生しているか否かを判定する。
【００５７】
また、異常判定部２６は、距離値５６に基づいて、回転機構１０に動作異常が発生しているか否かを判定する。異常判定部２６は、距離値５６が距離の閾値を超えると、回転機構１０に動作異常が発生していると判定する。異常判定部２６は、特定期間毎に、距離値５６に基づいて回転機構１０に動作異常が発生しているか否かを判定してもよいし、加工開始から加工終了までの全期間に対して距離値５６に基づいて回転機構１０に動作異常が発生しているか否かを判定してもよい。距離の閾値は、閾値情報５７に格納されている。
【００５８】
異常判定部２６は、回転機構１０が動作異常である場合には、回転機構１０が動作異常であることを示す判定結果５８を制御部１２に送る。これにより、異常判定部２６は、制御部１２に、回転機構１０の動作を変更または停止させる。
【００５９】
なお、記憶部２４は、監視番号毎に、加速度ピーク、切出した周波数帯の面積、波形体積５５、または面積平均値の、それぞれの推移を記憶して長期間のトレンド変化を監視してもよい。
【００６０】
表示部２７は、加速度ピーク、回帰式５０、振動データ５１、加速度情報５２、波形データ５４、波形体積５５、距離値５６、閾値情報５７、判定結果５８、面積平均値などを表示する。なお、表示部２７は、振動分析装置２の外部に配置されていてもよい。
【００６１】
図８は、実施の形態にかかる振動分析装置による振動分析の処理手順を示すフローチャートである。振動分析装置２の記憶部２４は、予め回転数とピーク発生周波数との対応関係を示す回帰式５０を、加速度ピーク毎に記憶しておく（ステップＳ１０）。回帰式５０が、第１の対応関係情報である。
【００６２】
振動分析装置２の変換部２１は、振動センサ１１から振動データ５１を取得し、振動データ５１をＦＦＴ解析する（ステップＳ２０）。振動分析装置２の変換部２１は、振動データ５１をＦＦＴ解析することで、加速度情報５２を算出する。加速度情報５２が、第２の対応関係情報である。
【００６３】
波形切出部２２は、加速度情報５２から加速度ピークを抽出し（ステップＳ３０）、加速度ピークの波形データ５４を生成する。また、体積算出部２３は、加速度ピークに対応する回帰式５０を特定する（ステップＳ４０）。
【００６４】
体積算出部２３は、回帰式５０のピーク発生周波数に沿って、加速度ピーク毎に、加速度ピークの変動をトラッキングする（ステップＳ５０）。体積算出部２３は、加速度ピークの波形データ５４に基づいて、波形体積５５を算出する（ステップＳ６０）。
【００６５】
異常判定部２６は、加速度ピーク毎に、加速度ピークに基づいて異常を判定する（ステップＳ７０）。また、異常判定部２６は、加速度ピーク毎に、波形体積５５に基づいて異常を判定する（ステップＳ８０）。異常判定部２６は、図７で説明した処理と同様の処理によって、加速度ピークに基づいた異常判定、および波形体積５５に基づいた異常判定を実行する。
【００６６】
異常判定部２６は、波形体積５５に基づいた異常判定として、波形体積５５が、許容範囲を超えるか否かの判定を実行する。また、異常判定部２６は、波形体積５５に基づいた異常判定として、波形体積５５の正常な状態からの逸脱度である距離値５６が距離の閾値を超えるかの判定を実行する。異常判定部２６は、監視番号を付与した全ての波形データ５４に対し、回転機構１０に動作異常が発生しているか否かを判定する。
【００６７】
なお、異常判定部２６は、ステップＳ７０およびステップＳ８０の何れの処理を先に実行してもよい。また、異常判定部２６は、ステップＳ７０およびステップＳ８０のうちの一方の処理のみを実行してもよい。
【００６８】
また、異常判定部２６は、ステップＳ８０の処理のうち、波形体積５５に基づく異常の判定処理と、距離値５６に基づく異常の判定処理との何れを先に実行してもよい。また、異常判定部２６は、ステップＳ８０の処理のうち、波形体積５５に基づく異常の判定処理と、距離値５６に基づく異常の判定処理との何れか一方のみを実行してもよい。
【００６９】
ところで、回転速度の変化によってピーク発生周波数が変化する場合の診断方法としては、ウエーブレット法がある。しかしながら、加速度、周波数、および経過時間を３Ｄデータとした場合、診断に用いるデータのデータサイズが大きくなり、組み込み系システムではメモリ不足となるのでウエーブレット法を実行する装置を実装できない。また、大容量メモリを持つシステムでも、異常診断処理に時間が掛かり、動作異常か否かの判定が遅れる場合がある。
【００７０】
一方、本実施の形態の振動分析装置２は、回帰式５０に従って加速度ピークをトラッキングするので、回転速度が変化する場合であっても、加速度ピーク毎の異常診断を小さなデータサイズで実行することができる。
【００７１】
すなわち、回転数の変動があると加速度ピークが発生するピーク発生周波数が移動するが、振動分析装置２は、回帰式５０に従い、加速度ピークを速度変化に合わせて周波数トラッキングしている。これにより、振動分析装置２は、回転数の変動がある場合であっても、加速度ピーク毎の異常診断を容易に実行することができる。また、振動分析装置２は、速度変化中に製造物が搬入されるなどして、新たな振動成分が発生した場合であっても、監視番号に紐づかない新たな加速度ピークを発見することができる。したがって、振動分析装置２は、診断対象設備の機械機構（製造装置１の構造など）が不明であり、かつ回転機構１０が加減速を行っている場合であっても回転機構１０の異常振動を分析できる。
【００７２】
ここで、振動分析装置２のハードウェア構成について説明する。図９は、実施の形態にかかる振動分析装置を実現するハードウェア構成例を示す図である。
【００７３】
振動分析装置２は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、入力装置１０３、出力装置１０４、および表示装置１０５により実現することができる。プロセッサ１０１の例は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）ともいう）またはシステムＬＳＩ（Large  Scale  Integration）である。メモリ１０２の例は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）である。
【００７４】
振動分析装置２は、プロセッサ１０１が、メモリ１０２で記憶されている振動分析装置２の動作を実行するための、コンピュータで実行可能な、振動分析プログラムを読み出して実行することにより実現される。振動分析装置２の動作を実行するためのプログラムである振動分析プログラムは、振動分析装置２の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
【００７５】
振動分析装置２で実行される振動分析プログラムは、分析部２０と、統計分析部２５と、異常判定部２６とを含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。
【００７６】
入力装置１０３は、振動データ５１を受け付けてプロセッサ１０１に送る。メモリ１０２は、プロセッサ１０１が各種処理を実行する際の一時メモリに使用される。また、メモリ１０２は、回帰式５０、振動データ５１、加速度情報５２、波形データ５４、波形体積５５、距離値５６、閾値情報５７などを記憶する。出力装置１０４は、判定結果５８を制御部１２に出力する。表示装置１０５は、回帰式５０、振動データ５１、加速度情報５２、波形データ５４、波形体積５５、距離値５６、閾値情報５７、判定結果５８などを表示する装置である。表示装置１０５の例は、液晶モニタである。
【００７７】
振動分析プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されてもよい。また、振動分析プログラムは、インターネットなどのネットワーク経由で振動分析装置２に提供されてもよい。なお、振動分析装置２の機能について、一部を専用回路などの専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
【００７８】
このように実施の形態によれば、振動分析装置２が、加速度ピークに対応する回帰式５０を特定し、特定した回帰式５０に従って、回転機構１０の振動を分析する際の回転速度の変化に伴うピーク発生周波数の変化をトラッキングしている。振動分析装置２は、ピーク発生周波数の変化をトラッキングしながら、加速度ピーク毎に波形面積を算出するので、回転速度の変化を伴う回転機構１０の動作異常を検知することが可能となる。
【００７９】
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  製造装置、２  振動分析装置、１０  回転機構、１１  振動センサ、１２  制御部、２０  分析部、２１  変換部、２２  波形切出部、２３  体積算出部、２４  記憶部、２５  統計分析部、２６  異常判定部、２７  表示部、５０  回帰式、５１  振動データ、５２  加速度情報、５４  波形データ、５５  波形体積、５６  距離値、５７  閾値情報、５８  判定結果、１００  振動分析システム、１０１  プロセッサ、１０２  メモリ、１０３  入力装置、１０４  出力装置、１０５  表示装置、ＡＲ１〜ＡＲ６  加速度ピーク。
【要約】
振動分析装置（２）が、回転機構（１０）の回転速度の変化と振動の加速度のピーク発生周波数との対応関係を示す回帰式（５０）を加速度ピーク毎に記憶しておく記憶部（２４）と、回転機構（１０）の振動データ（５１）に基づいて、振動の加速度のピーク発生周波数を加速度ピーク毎に抽出し、加速度ピークを特定の周波数区間で積分した加速度ピークの波形面積を加速度ピーク毎に算出する分析部（２０）と、波形面積と、加速度ピーク毎の閾値とに基づいて、加速度ピーク毎に回転機構（１０）が動作異常であるか否かを判定する異常判定部（２６）と、を備え、分析部（２０）は、加速度ピークに対応する回帰式（５０）に従って、回転機構（１０）の振動を分析する際の回転速度の変化に伴うピーク発生周波数の変化をトラッキングし、トラッキングした第２の振動周波数に対応する第２の加速度ピークの波形面積を、第２の加速度ピーク毎に算出する。【図１】
0006793898.tif 000002
【図２】
0006793898.tif 000003
【図３】
0006793898.tif 000004
【図４】
0006793898.tif 000005
【図５】
0006793898.tif 000006
【図６】
0006793898.tif 000007
【図７】
0006793898.tif 000008
【図８】
0006793898.tif 000009
【図９】
0006793898.tif 000010