(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械の駆動に関する時系列の情報であって第１の時刻情報の示す時刻に取得された情報を機械データとして取得する機械データ取得部と、
前記機械の状態に関する時系列の情報であって第１の時刻情報とは異なる第２の時刻情報の示す時刻に取得された音又は振動の大きさを含む情報を測定データとして取得する測定データ取得部と、
前記機械データと、前記測定データと、前記機械データ及び前記測定データのうちの何れか一方を時間軸の正又は負の方向にずらしたときの時刻差とに基づいて前記機械データの絶対値と前記測定データの周波数成分との間の相関の強さが最大となるときの時刻差である相関時刻差を演算する相関演算部と、
前記相関時刻差に基づいて前記測定データと同期させた前記機械データを同期機械データとして出力すると共に、前記相関時刻差に基づいて前記機械データと同期させた前記測定データを同期測定データとして出力する同期データ出力部と、
を備えたことを特徴とする同期装置。
【請求項２】
前記相関演算部は、相関値の演算に用いる前記機械データ及び前記測定データを正規化する正規化部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の同期装置。
【請求項３】
前記相関演算部は、前記測定データの周波数スペクトルがピークとなる周波数を前記測定データから求めるピーク抽出部を備え、
前記相関の強さは、前記測定データの周波数スペクトルがピークとなる周波数成分の時間変化と前記機械データとに基づいて演算される
ことを特徴とする請求項１に記載の同期装置。
【請求項４】
前記機械は、モータによって駆動される機械である
ことを特徴とする請求項３に記載の同期装置。
【請求項５】
前記機械は、モータによって駆動される機械であり、
前記機械データは、前記モータの回転角度、速度、電流又は力に関するデータである
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の同期装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の同期装置の機能をコンピュータにて実現させるプログラム。
【請求項７】
機械の駆動に関する時系列の情報であって第１の時刻情報の示す時刻に取得された情報
を機械データとして取得する第１ステップと、
前記機械の状態に関する時系列の情報であって第１の時刻情報とは異なる第２の時刻情
報の示す時刻に取得された音又は振動の大きさを含む情報を測定データとして取得する第２ステップと、
前記機械データと、前記測定データと、前記機械データ及び前記測定データのうちの何れか一方を時間軸の正又は負の方向にずらしたときの時刻差とに基づいて前記機械データの絶対値と前記測定データの周波数成分との間の相関の強さが最大となる相関値を演算する第３ステップと、
前記相関値が得られるときの時刻差である相関時刻差を演算する第４ステップと、
前記相関時刻差に基づいて前記測定データと同期させた前記機械データを同期機械データとして決定し、前記相関値に基づいて前記機械データと同期させた前記測定データを同期測定データとして決定する第５ステップと、
を含む処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数の時系列のデータを同期して出力する同期装置、同期方法及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータなどの動力源を備える装置において、モータ又はモータの駆動対象である機械の駆動音には、動力源及び駆動対象の状態に関する多くの情報が含まれていることが知られている。このことから、装置の状態を判別するため、モータ又は機械の位置、速度、トルクといった機械データを取得しつつ、センサなどによって測定されるモータ又は機械の駆動音、振動に関するデータである測定データを取得し、これらのデータ同士を同期させて分析する技術が求められていた。但し、機械データを取得するシステムと、測定データを取得するシステムとは、基本的に異なるシステムであるため、何らかの工夫が必要であった。このような技術的背景の下、下記特許文献１には、異なるシステムで測定された機械データ及び測定データに対し、予め設定された特徴が表れる時点を抽出することで、これらの２つのデータ同士を同期させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−２１９７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、予め設定された特徴が表れる時点として、加工音の大きさが閾値を超えた時点、又は工具の振動の加速度が閾値を超えた時点が例示されている。しかしながら、これらの特徴が表れる時点は、機械の構成、加工に用いる工具の種類、加工されるワークの材質、動作パターンといった駆動条件により変化する。従って、特許文献１の技術では、駆動条件に応じて、特徴が表れる時点を設定し直さなければならないという問題があった。即ち、特許文献１の技術では、測定に先だって測定の準備のための設定作業が必要であり、同期処理を効率よく実施することができないという問題があった。【０００５】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、同期処理を効率よく実施することができる同期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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係る同期装置は、機械データ取得部、測定データ取得部、相関演算部及び同期データ出力部を備える。機械データ取得部は、機械の駆動に関する時系列の情報を機械データとして取得する。測定データ取得部は、機械の状態に関する時系列の情報を測定データとして取得する。相関演算部は、機械データと、測定データと、機械データ及び測定データのうちの何れか一方を時間軸の正又は負の方向にずらしたときの時刻差とに基づいて機械データと測定データとの間の相関の強さが最大となるときの時刻差である相関時刻差を演算する。同期データ出力部は、相関時刻差に基づいて測定データと同期させた機械データを同期機械データとして出力する。また、同期データ出力部は、相関時刻差に基づいて機械データと同期させた測定データを同期測定データとして出力する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る同期装置によれば、同期処理を効率よく実施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】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る同期装置の機能構成の一例を示すブロック図
【図２】実施の形態１に係る同期装置の機能を備えた駆動装置を含む駆動システムの構成例を示す図
【図３】図２に示した実施の形態１に係る駆動装置の機能構成の一例を示すブロック図
【図４】実施の形態１における同期処理の処理手順の一例を示すフローチャート
【図５】図４の説明に使用する機械データの一例を示す波形図
【図６】図４の説明に使用する測定データの一例を示す波形図
【図７】実施の形態１における相関演算部の機能構成の一例を示すブロック図
【図８】図４に示す相関演算の処理手順の一例を示すフローチャート
【図９】実施の形態１における同期データの出力処理の説明に使用する波形図
【図１０】実施の形態２に係る同期装置の機能構成の一例を示すブロック図
【図１１】実施の形態２における相関演算部の機能構成の一例を示すブロック図
【図１２】実施の形態２に係る同期装置の機能を備えたデータ解析装置を含むデータ解析システムの構成例を示す図
【図１３】図１２に示したデータ解析装置の機能構成の一例を示すブロック図
【図１４】実施の形態２に係る可視化端末の機能構成の一例を示すブロック図
【図１５】実施の形態２におけるデータ解析装置の解析結果に基づいた可視化端末の表示例を示す図
【図１６】実施の形態３に係る同期装置の機能構成の一例を示すブロック図
【図１７】実施の形態３における相関演算部の機能構成の一例を示すブロック図
【図１８】実施の形態３に係る同期装置の機能を備えたシミュレーション端末を含むシミュレーションシステムの構成例を示す図
【図１９】実施の形態３に係るシミュレーション端末の機能構成の一例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る同期装置、同期方法及びそのプログラムについて詳細に説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る同期装置１の機能構成の一例を示すブロック図である。実施の形態１に係る同期装置１は、機械データ取得部１１と、測定データ取得部１２と、相関演算部１３と、同期データ出力部１４とを備える。
【００１１】
機械データ取得部１１は、同期装置１に接続される不図示の機械の動作に関する時系列の情報を機械データとして取得する。機械データは、第１の時刻情報に基づいて管理される。第１の時刻情報は、機械データの取得時刻を示す情報である。機械データは、モータ等の動力源によって駆動される機械の駆動に関する情報である。機械データの例としては、機械に接続されたモータの回転角度、位置、回転速度、電流、推力に関する指令値、又はこれらの測定値が挙げられる。機械データ取得部１１は、少なくとも１種類の機械データを取得する。例えば、回転角度に関する機械データと、位置に関する機械データとは異種の機械データであり、回転角度に関する異なる時間帯の機械データ同士は、同種の機械データである。複数種の機械データを取得する場合、複数種の機械データの各々は、第１の時刻情報により互いに対応づけられ、各々は、予め定められたサンプリング周期で取得される。
【００１２】
測定データ取得部１２は、同期装置１に接続される機械の状態に関する時系列の情報を測定データとして取得する。測定データは、第２の時刻情報に基づいて管理される。第２の時刻情報は、測定データの取得時刻を示す情報であり、測定データと共に取得する。測定データは、モータ等の動力源によって駆動される機械の状態を機械又は機械に取りつけられたセンサによって測定した情報である。測定データの例としては、機械の駆動音、機械可動部の位置、機械可動部における振動の加速度、機械可動部から受ける力及び圧力、機械の駆動状態を撮影した動画などが挙げられる。なお、測定データは、センサによって測定された測定値を直接用いるのではなく、１つ以上の測定値を用いて算出される算出値を用いてもよい。測定データ取得部１２は、少なくとも１種類の測定データを取得する。例えば、機械の駆動音に関する測定データと、機械可動部の位置に関する測定データとは異種の測定データであり、機械の駆動音に関する異なる時間帯の測定データ同士は、同種の測定データである。測定データは、予め定められたサンプリング周期で取得される。測定データのサンプリング周期は、機械データのサンプリング周期と異なる周期であってもよい。
【００１３】
相関演算部１３は、機械データ取得部１１で取得された機械データと、測定データ取得部１２で取得された測定データとに基づいて相関評価値を演算する。相関評価値は、機械データと測定データとの間の相関の強さの度合いを示す値である。相関評価値は、機械データのうちの１種類の時系列データと、測定データのうちの１種類の時系列データとに基づいて演算される。なお、相関値の演算を行う２つのデータは、相関の発生するデータ同士であればどのような組み合わせでもよい。前述した機械データ及び測定データの各例であれば、各々をどのように組み合わせてもよい。
【００１４】
また、相関演算部１３は、機械データ及び測定データのうちの何れか一方を時間軸の正又は負の方向にずらしたときの時刻差を変更し、変更した時刻差に基づいて相関評価値を演算する。即ち、時刻差を変更することで複数の相関評価値が得られる。更に、相関演算部１３は、機械データと測定データとの間の相関の強さが最大となる相関値を演算すると共に、相関値が得られるときの時刻差である相関時刻差を演算する。
【００１５】
同期データ出力部１４は、相関演算部１３において演算された相関時刻差に基づいて、機械データと測定データとを同期させる。同期データ出力部１４は、相関時刻差に基づいて測定データと同期させた機械データを同期機械データとして決定して、同期装置１の外部に出力する。また、同期データ出力部１４は、相関時刻差に基づいて機械データと同期させた測定データを同期測定データとして決定して、同期装置１の外部に出力する。なお、機械データの各々と測定データの各々とは、第１及び第２の時刻情報と、相関時刻差の情報とによって互いに対応づけることができる。このため、種類の異なるデータ同士間の同期処理も、相関演算部１３において演算された相関時刻差の情報に基づいて実施することができる。
【００１６】
図２は、実施の形態１に係る同期装置１の機能を備えた駆動装置５１０を含む駆動システム５００の構成例を示す図である。図２において、駆動システム５００は、送風機１５と、送風機１５を駆動する駆動装置５１０とを備える。駆動装置５１０は、制御装置１６と、測定データ取得部１２と、点検端末１８とを備える。送風機１５は、羽根車１５ａと、羽根車１５ａに取り付けられたモータ１５ｂとを備える。送風機１５及び点検端末１８は、制御装置１６に電気的に接続される。
【００１７】
制御装置１６は、図示しないインバータを備える。制御装置１６は、電気信号をモータ１５ｂに供給することでモータ１５ｂを駆動する。羽根車１５ａは、モータ１５ｂによって回転駆動され、定められた速度で回転する。制御装置１６が出力する電気信号によって羽根車１５ａの回転速度が変化し、送風に伴う音も同時に変化する。
【００１８】
測定データ取得部１２は、送風機１５及び制御装置１６のうちの少なくとも１つが発する音の音圧を測定する。測定データ取得部１２の一例は、マイクロフォンである。測定データ取得部１２は、駆動システム５００の構成において、予め設定した固定位置に設置してもよいし、駆動システム５００の構成に従って、任意の位置に設置してもよい。なお、測定データ取得部１２は、測定対象となる音の発生源である送風機１５又は制御装置１６の近くに設置することが望ましい。また、測定データ取得部１２としてマイクロフォンを用いる場合、マイクロフォンは、指向性を有していることが望ましい。マイクロフォンが指向性を有している場合、取得する測定データに周囲の雑音が混入するのを軽減することができる。
【００１９】
点検端末１８は、送風機１５の点検者に点検に必要な情報を提供する端末装置である。点検端末１８は、ケーブルコネクタ２１を備え、制御装置１６に着脱可能なケーブル１９ａを介して接続される。点検端末１８は、ケーブル１９ａを介して制御装置１６の制御データを取得する。点検端末１８の例は、スマートフォン、タブレット端末、又はノートパソコンである。
【００２０】
点検端末１８は、測定データ取得部１２とケーブル１９ｂを介して接続される。点検端末１８は、測定データ取得部１２で測定された音圧データを取得する。
【００２１】
ケーブル１９ａ，１９ｂとしては、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ケーブル、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブル、ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）通信ケーブルといった情報端末のデータ交換に用いるケーブルを用いることができる。点検端末１８は、接続に用いるケーブルに応じて、必要な規格のコネクタを備える。なお、点検端末１８と測定データ取得部１２との間、及び点検端末１８と制御装置１６との間の接続は、ケーブルを用いずに無線通信により接続してもよい。
【００２２】
また、測定データ取得部１２として、点検端末１８に内蔵されたマイクロフォンを使用してもよい。この場合、点検時に持ち運びが必要な機器が点検端末１８と、制御装置１６と点検端末１８とを繋ぐケーブル１９ａのみとなり、付属品の削減が可能になる。これにより、より簡易に点検を行うことができる。
【００２３】
図３は、図２に示した実施の形態１に係る駆動装置５１０の機能構成の一例を示すブロック図である。図３に示されるように、駆動装置５１０は、測定データ取得部１２と、制御装置１６と、点検端末１８とを備える。制御装置１６は制御部１６１を備え、点検端末１８は、制御部１８１と、記憶部１８２と、モニタ１８３とを備える。
【００２４】
制御部１６１は、制御装置１６の全体を統括制御する構成部である。制御部１６１は、モータ駆動部１６２と、機械データ取得部１１とを備える。モータ駆動部１６２は、駆動装置５１０の使用者、又はより上位のコントローラからの指令に基づき、制御装置１６に接続されたモータの駆動状態を制御する電気信号を生成する構成部である。
【００２５】
機械データ取得部１１は、モータ駆動部１６２に接続され、制御装置１６の駆動に関するデータを時系列に取得する。機械データ取得部１１は、制御装置１６の管理する第１の時刻情報と共に時系列に収集した機械データを記憶する。測定データ取得部１２は、第２の時刻情報と共に時系列に収集した測定データを記憶する。
【００２６】
点検端末１８において、制御部１８１は、点検端末１８の全体を統括制御する構成部である。制御部１８１は、同期部１０と、異常診断部１８４と、表示部１８５と、機械データ通信部１８６と、測定データ通信部１８７とを備える。同期部１０は、相関演算部１３と、同期データ出力部１４とを備える。なお、図３の構成では、機械データ取得部１１及び測定データ取得部１２の機能は点検端末１８の外部に持たせている。これにより、同期部１０からは機械データ取得部１１及び測定データ取得部１２が削除されている。一方、同期部１０は、相関演算部１３及び同期データ出力部１４を有しているので、同期機械データ及び同期測定データを出力する機能は有している。このため、同期部１０は、同期装置１と同等の構成部と捉えてよい。
【００２７】
同期部１０は、機械データ通信部１８６を介して機械データ取得部１１に接続される。機械データ通信部１８６は、機械データ取得部１１から機械データを通信により取得する。同期部１０は、機械データ通信部１８６から機械データを必要なタイミングで取得して、記憶部１８２に記憶する。また、同期部１０は、測定データ通信部１８７を介して測定データ取得部１２に接続される。測定データ通信部１８７は、測定データ取得部１２から測定データを通信により取得する。同期部１０は、測定データ通信部１８７から測定データを必要なタイミングで取得して、記憶部１８２に記憶する。
【００２８】
制御装置１６が管理する第１の時刻情報と、測定データ取得部１２が管理する第２の時刻情報とは、管理するシステムが異なるため、異なる時刻情報となる。同期部１０は、異なる時刻情報に基づく機械データ及び測定データに対して、相関演算部１３で演算された時刻差の情報に基づいて、後述の手順で同期処理を行う。同期処理が施された機械データ及び測定データの各々は、同期機械データ及び同期測定データとして同期データ出力部１４より出力される。
【００２９】
異常診断部１８４は、同期機械データと同期測定データを用いて、送風機１５又は制御装置１６の状態を診断する。例えば、機械データであるモータ１５ｂの回転速度が、停止中から使用者の指令した速度に変化しているにも関わらず、測定データである送風機１５の駆動音の音圧が変化しない場合、送風機１５に異常が発生していると診断できる。送風機１５に送風開始の指令が出ているにも関わらず、送風音がなく送風がされていないことから、このように診断することができる。異常診断部１８４における診断では、同期機械データと同期測定データを用いた異常診断であればよく、装置構成又は駆動パターンに応じて、必要な診断を行えばよい。
【００３０】
表示部１８５は、異常診断部１８４で実施された異常診断の診断結果を可視化して表示する。このとき、診断結果の根拠として、同期部１０によって同期された同期機械データ及び同期測定データをグラフ等の手段を用いて表示部１８５にて表示してもよい。同期機械データ及び同期測定データを表示することにより、点検者は、診断結果の発生原因についてより深い理解をすることが可能となる。このとき、同一時刻の同期機械データと同期測定データとが縦方向又は横方向に並び、且つ、並列又は重ねてグラフ表示可能であることが望ましい。このような表示が可能であれば、点検者は、機械の状態をより理解しやすい形で確認することができる。
【００３１】
記憶部１８２は、制御部１８１に接続され、制御部１８１の要求に応じて、機械データ又は測定データを記憶し、必要に応じて異常診断結果等を記憶する。記憶部１８２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）を備え、更にフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）を用いて構成することができる。
【００３２】
モニタ１８３は、表示部１８５により制御される。モニタ１８３は、点検者に向けて、異常診断部１８４による異常診断結果を表示する。モニタ１８３の一例は、液晶ディスプレイ装置である。モニタ１８３は、診断結果を点検者に通知できるものであればよく、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、音声の再生手段等を用いて構成されていてもよい。
【００３３】
制御部１６１，１８１の各機能は、ソフトウェアによって実現することができる。ソフトウェアによって実現する場合、ソフトウェアを構成するプログラムは、制御部１６１，１８１の機能を実行するコンピュータにインストールされる。なお、制御部１６１，１８１の各機能は、ソフトウェアによる実現に限定されない。制御部１６１，１８１の各機能は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの電子回路を用いて実現してもよい。
【００３４】
次に実施の形態１における同期処理について、図２及び図３の図面に加え、更に図４から図９の図面を参照して説明する。図４は、実施の形態１における同期処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。図５は、図４の説明に使用する機械データの一例を示す波形図である。図６は、図４の説明に使用する測定データの一例を示す波形図である。図７は、実施の形態１における相関演算部１３の機能構成の一例を示すブロック図である。図８は、図４に示す相関演算の処理手順の一例を示すフローチャートである。図９は、実施の形態１における同期データの出力処理の説明に使用する波形図である。
【００３５】
まず、ステップＳ１１において、機械データ取得部１１は、機械データを取得する。図５には、機械データの一例として、モータ駆動部１６２からモータ１５ｂに供給される電流の大きさを表す電流データが図示されている。図５の横軸は時間を表している。図５には、時刻ｔ０において送風機１５の運転が開始され、暫くの間定電流で駆動された後、時刻ｔ１で運転が停止されるときの波形が示されている。また、時刻ｔ１以降においては、電流の極性反転を交互に行いながら送風機１５が定電流駆動される波形が示されている。時刻ｔ０，ｔ１は、前述した第１の時刻情報である。
【００３６】
電流データは、機械データ取得部１１によってサンプリングされる。実施の形態１において、電流データのサンプリング周波数は、１００Ｈｚであるとする。なお、サンプリング周波数は必ずしも１００Ｈｚである必要はなく、データの精度、ハードウェアの性能等に応じて、任意に設定することができる。ステップＳ１１で取得された機械データは、機械データ通信部１８６を介して同期部１０に入力される。
【００３７】
ステップＳ１２において、測定データ取得部１２は、測定データを取得する。図６には、測定データ取得部１２によって測定された測定データの一例として、図５の電流波形によって送風機１５が駆動されるときの、送風機１５の駆動音を表す音圧データが図示されている。図６の横軸は時間を表している。図６における音圧データは、図５と同じタイミングで取得されているが、取得時刻Ｔ０，Ｔ１は、測定データ取得部１２が管理する第２の時刻情報に基づくものであるため、図５とは異なる時刻が付されている。
【００３８】
実施の形態１において、測定データのサンプリング周波数は、４８ｋＨｚであるとする。なお、サンプリング周波数は必ずしも４８ｋＨｚである必要はなく、データの精度、ハードウェアの性能等に応じて、任意に設定することができる。ステップＳ１２で取得された測定データは、測定データ通信部１８７を介して同期部１０に入力される。
【００３９】
なお、ステップＳ１１の処理とステップＳ１２の処理とは、順序を逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。また、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理において、取得するデータは、同期を行う全てのデータである必要はなく、データの一部を取得してもよい。このとき取得するデータは、同一の時間に取得したデータが含まれる区間のデータであればよい。取得するデータを一部に限定することで、後述の相関演算部１３における処理の演算量を軽減することができる。
【００４０】
ステップＳ１３において、相関演算部１３は、ステップＳ１１の処理で取得した機械データと、ステップＳ１２の処理で取得した測定データとを用いて相関演算を行う。相関演算部１３は、機械データと測定データとの間の相関の強さの度合いを示す相関評価値を演算し、演算した複数の相関評価値に基づいて相関の強さの度合いが最も大きくなる相関値と相関時刻差とを演算する。相関演算のより詳細な内容は後述する。
【００４１】
ステップＳ１４において、同期データ出力部１４は、ステップＳ１３で実施した相関演算の結果に基づいて、同期データを出力する。ここで言う同期データは、前述した同期機械データ及び同期測定データである。
【００４２】
次に、図４のフローチャートにおけるステップＳ１３の処理について説明する。ステップＳ１３の処理は、図８のフローチャートに従い、相関演算部１３によって実施される。相関演算部１３は、図７に示されるように、サンプリング調整部１３１と、正規化部１３２と、相関評価値演算部１３３と、相関値演算部１３４と、相関時刻差決定部１３５とを備える。
【００４３】
図８のステップＳ１３１において、相関演算部１３は、機械データのサンプリング周波数と、測定データのサンプリング周波数とを同一にする処理を行う。この処理は、図７のサンプリング調整部１３１によって実施される。
【００４４】
前述したように、本例では、機械データである電流データのサンプリング周波数は１００Ｈｚであり、測定データである音圧データのサンプリング周波数は４８ｋＨｚである。従って、音圧データからは、４８０回のサンプリングが行われる期間をデシメーション周期とし、デシメーション周期ごとに１つのデータが抽出される。この処理により、測定データは１００Ｈｚにデシメーションされる。
【００４５】
なお、前述の処理では、デシメーション周期の逆数であるデシメーション周波数を１００Ｈｚとしている。この１００Ｈｚは、機械データのサンプリング周波数と、測定データのサンプリング周波数との最大公約数になっているが、最大公約数よりも小さい値のデシメーション周波数としてもよい。最大公約数よりも小さい値のデシメーション周波数とすることで、相関演算部１３におけるデシメーション処理後の演算量を軽減することができる。
【００４６】
以上の説明のように、サンプリング調整部１３１は、機械データのサンプリング周波数と、測定データのサンプリング周波数とに応じたデシメーション処理を行って、サンプリング周期を同一にした機械データと測定データとを生成する。ここで言うサンプリング周期は、デシメーション周期である。なお、サンプリング調整部１３１は、デシメーション処理に代え、もしくはデシメーション処理と共にインターポレーション処理を行って、サンプリング周波数を同一にした機械データと測定データとを生成してもよい。
【００４７】
また、サンプリング調整部１３１は、デシメーション処理の前に、機械データ及び測定データのうちの何れか一方、又はその両方に対してデジタルフィルタによるフィルタ処理を施してもよい。デジタルフィルタの例は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、又はバンドパスフィルタである。フィルタ処理を行うことにより、デシメーション処理又はインターポレーション処理を行う際に発生するエイリアシングノイズによる影響を軽減することができる。また、フィルタ処理を行うことにより、機械データ取得部１１及び測定データ取得部１２が各データを取得する際に発生したノイズの影響を軽減することができる。
【００４８】
図８のステップＳ１３２において、正規化部１３２は、サンプリング周期を同一にした機械データ及び測定データを正規化する。正規化部１３２は、機械データ及び測定データの各々から各々のオフセット成分を差し引いて、機械データ及び測定データの各々の平均値を０とする。また、正規化部１３２は、機械データ及び測定データのうちの何れか一方、又は、その両方に対して一定の数値を乗ずることで、機械データと測定データとの間でスケール合わせを行う。
【００４９】
正規化部１３２にて、正規化を行うことにより、相関評価値を演算する際に、機械データと測定データが異なる種類のデータであることにより生ずる誤差の影響を減ずることができる。特に、機械データと測定データが次元の異なるデータであってもよい。なお、ステップＳ１３１の処理とステップＳ１３２の処理とは、順序を逆にしてもよい。即ち、正規化部１３２、サンプリング調整部１３１の順に処理を行ってもよい。但し、サンプリング調整部１３１の処理を先に実施すれば、計算量を減らすことができる。このため、計算負荷を減らしたい場合には、サンプリング調整部１３１の処理を先に実施することが望ましい。
【００５０】
次に、図８のステップＳ１３３において、相関評価値演算部１３３は、機械データと測定データとの間の相関の強さの度合いを示す相関評価値を演算する。次のステップＳ１３４において、相関値演算部１３４は、機械データと測定データとの間の相関評価値を複数演算し、複数の相関評価値に基づいて相関値を演算する。即ち、相関値演算部１３４は、複数の相関評価値の中で相関の強さが最大である相関評価値を相関値として算出する。更にステップＳ１３５において、相関時刻差決定部１３５は、相関値に基づいて相関時刻差を決定する。相関時刻差は、相関の強さが最大となる相関値が得られるときの時刻差の情報である。
【００５１】
次に、相関時刻差の決定手順について、より具体的に説明する。まず、機械データ及び測定データのうちの何れか１つが基準データと定められる。なお、機械データ及び測定データのうちで、記憶されている時間が短い方のデータを基準データとすることが望ましい。以下、便宜的に基準データを「第１のデータ」と呼び、基準データではないデータを「第２のデータ」と呼ぶ。
【００５２】
次に、第２のデータに対して、サンプリング周期Δｔずつずらしたときのデータと、第１のデータとの間の相関評価値を演算する。この演算により、複数の相関評価値からなる相関評価値列が得られる。相関評価値をＶで表すとき、相関評価値列は、整数Ｍ，Ｎと、サンプリング周期Δｔとを用いて、以下のように表すことができる。
【００５３】
｛Ｖ（Δｔ×（−Ｍ）），…，Ｖ（Δｔ×（−１）），Ｖ（Δｔ×０），Ｖ（Δｔ×１），…，Ｖ（Δｔ×Ｎ）｝
【００５４】
上記の相関評価値列において、整数Ｍ，Ｎは、時間軸の負方向にずらした時刻と、時間軸の正方向にずらした時刻との間の最大時刻差を決める係数である。最大時刻差は、各データのサンプル時間を用いて決定することができる。また、デバイスの構成から、予め最大時刻差が定まる場合は、その値を用いてもよい。
【００５５】
図９の下部側には、図６に示す音圧データが第１のデータとして示されている。また、図９の上部側には、図５に示す電流データが第２のデータとされ、電流データの波形の全体が時間Δｔ×ｎだけ時間軸の負の方向にずらされた波形が示されている。即ち、図９の波形では、基準データである音圧データに対して、電流データの開始が時間Δｔ×ｎだけ早められている。
【００５６】
基準データである第１のデータと、時間をずらした第２のデータに対して算出する相関評価値は、２つの時系列データ間の類似度を算出できる評価指標を用いる。具体的な評価指標の例は、相関係数、共分散、絶対値誤差、２乗誤差、マハラノビス距離である。このとき時間Δｔ×ｎだけずらした結果、２つの時系列データにおいて、図９のＡ区間のように、片方のデータしかない区間については、演算値＝０と算出する。
【００５７】
また、相関評価値の演算に用いる各データが負の値を持つ場合は、各データの絶対値を求めて演算を行ってもよい。相関評価値の比較において、絶対値の影響度が高く、位相に対する影響度が低い場合には、各データの絶対値を求めて比較することで、適切な相関評価を実施することができる。特に、測定データとして音圧データの周波数成分を用いる場合、音圧データの周波数成分には位相が含まれないことから、相関演算においては、機械データの絶対値を用いることが望ましい。
【００５８】
次に、演算された相関評価値列のうちで、相関の強さが最大となる相関評価値を相関値とし、当該相関値が得られるときの時刻差の値を相関時刻差とする。相関の強さが最大となる相関評価値は、相関評価値が最大又は最小となる値である。なお、相関評価値が最大となるか、最小となるかは、相関評価値として何を用いるかにより異なる。
【００５９】
上記の手順により、相関時刻差が求められる。なお、実施の形態１では、相関時刻差を相関評価値の最大又は最小となる時刻差を算出することで求めているが、相関演算部は、相関が最も強い時刻差である相関時刻差を求められればよく、相関評価値を求めない方法で相関時刻差を算出してもよい。例えば、フーリエ変換を用いて位相差を算出することで、相関時刻差を求めてもよいし、畳み込みニューラルネットワークを用いて求めてもよい。同期データ出力部１４は、相関時刻差に基づいて同期機械データと、同期測定データとを出力することができる。同期機械データは、測定データと同期させた機械データである。また、同期測定データは、機械データと同期させた測定データである。上記の例では、音圧データを基準データとしているので、電流データを基準データに対して相関時刻差分ずらすことにより、音圧データと電流データとを同期させることができる。
【００６０】
実施の形態１に係る同期装置によれば、異なるシステムで取得された異なる時刻情報に基づく機械データと測定データとを、両データ間の相関演算に基づいて同期することができる。これにより、同期装置は、同期処理を行う２つのデータが異なるシステムで取得された異なる時刻情報に基づくデータであっても、これらの２つのデータを同期させて出力することができる。
【００６１】
また、実施の形態１に係る同期装置によれば、相関を演算することで同期を行うため、同期装置に同期の基準となる特徴を設定する必要がない。これにより、機械データと測定データとの間の同期処理をより簡易に行うことができる。特に、同期のために正常時の機械データ、又は正常時の測定データを記憶する必要がないので、初回の動作から同期処理を行うことができる。
【００６２】
実施の形態１に係る同期装置で用いる機械データと測定データとの相関関係は、汎用的なものである。このため、実施の形態１に係る同期装置を組み込んだ機械において、複数の時系列のデータ同士を同期させて出力することができる。例えば、モータの電流値と、当該モータから発生する駆動音の大きさとの関係は、モータに電流が流れるときにモータが駆動して駆動音が大きくなり、モータに電流が流れないときは、モータが停止して駆動音が小さくなるといった関係である。この関係は、モータの駆動パターンに依存しない。このため、モータを備える多くの機械において、機械の構成又は駆動パターンを変更した場合であっても、複数の時系列のデータ同士を同期させて出力することができる。
【００６３】
実施の形態１に係る同期装置は、異なるシステムで取得された異なる機械データと測定データとの間の相関演算を行うことで同期処理を行う。これにより、実施の形態１に係る同期装置が組み込まれた点検端末は、同期装置が出力する同期機械データ及び同期測定データに基づいて、送風機の異常を診断することができる。これにより、実施の形態１に係る点検端末は、同期のための高速なネットワークを設置することなく、異なるデバイスで取得された機械データと測定データを用いて異常を診断することができる。また、実施の形態１に係る点検端末は、送風機の駆動パターン、又は送風機の機械構成に変化があった場合でも、同期のための再設定をすることなく異常診断を行うことができる。
【００６４】
また、実施の形態１に係る点検端末は、装置の異音の発生要因の候補となる箇所にマイクロフォンを近づけて、当該異音を収録し、当該異音による音圧データを異音発生時の機械データと同期して表示することができる。これにより、使用者は、送風機に異音が発生した場合に、機械データとその異音を可視化することができる。そして、点検者は、機械データと異音との関係を明確に観察することで、異音の要因を推定することができる。特に、同一時刻の機械データと測定データとが縦又は横の同一方向に一直線上に並ぶように並列表示することにより、機械の状態をより理解しやすい形で提示することができる。
【００６５】
また、実施の形態１に係る点検端末は、入力された機械データと測定データとの間の同期処理を行うことができる。これにより、点検端末を既存の装置に後から取りつけた場合であっても、出荷時に搭載した場合と同様の効果を得ることができる。特に、測定データ取得部を点検端末に内蔵することにより、より簡易に既存装置の機械状態を可視化することができる。
【００６６】
また、実施の形態１に係る点検端末は、１つの端末で複数の装置の点検を、装置に点検端末を順にケーブルで接続することで実施することができる。これにより、点検端末の必要数を節約することができる。
【００６７】
なお、実施の形態１に係る同期装置は、サンプリング調整部を備えていてもよい。サンプリング調整部がサンプリング調整を行うことにより、機械データと測定データが異なるサンプリング周期であった場合でも、相関評価値を計算して同期処理行うことができる。
【００６８】
また、実施の形態１に係る同期装置は、正規化部を備えていてもよい。正規化部が相関評価値を演算する前にデータの正規化を行うことで、機械データと測定データとが異なる単位であった場合に生ずる誤差の影響を軽減することができる。
【００６９】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係る同期装置２の機能構成の一例を示すブロック図である。実施の形態２に係る同期装置２は、図１に示す実施の形態１に係る同期装置１の構成と比較すると、相関演算部１３が相関演算部２３に置き換えられている。実施の形態２においては、同期を行うデータとして周波数スペクトルの時間変化を用いる。そのため、相関演算部２３は、データに対して周波数変換を行った後に相関を演算する。なお、その他の構成部については、図１に示すものと同一又は同等であり、同一又は同等の構成部については、図１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７０】
図１１は、実施の形態２における相関演算部２３の機能構成の一例を示すブロック図である。実施の形態２における相関演算部２３は、図７に示す実施の形態１における相関演算部１３の構成と比較すると、サンプリング調整部１３１と、正規化部１３２との間に、周波数変換部２３４と、周波数選択部２３５と、エンベロープ処理部２３６とが設けられている。その他の構成部については、図７に示すものと同一又は同等であり、同一又は同等の構成部については、図７と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７１】
図１１において、サンプリング調整部１３１は、機械データのサンプリング周波数と、測定データのサンプリング周波数とに応じたデシメーション処理を行って、サンプリング周期を同一にした機械データと測定データとを生成する。サンプリング周期を同一にした機械データと測定データとのうち、周波数変換処理を実施しないデータについては、正規化部１３２に入力される。一方、周波数変換処理を実施するデータについては、周波数変換部２３４に入力される。
【００７２】
周波数変換部２３４は、機械データ又は測定データのうちの少なくとも１つの時系列データに対して時系列の周波数スペクトルに変換する処理を行う。時系列の周波数スペクトルに変換する手法としては、短時間高速フーリエ変換（Ｓｈｏｒｔ  Ｔｉｍｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＳＴＦＦＴ）、ウェーブレット変換、離散コサイン変換、ケプストラムなどを用いることができる。周波数変換部２３４で変換された時系列の周波数スペクトルは、後述の表示部２８７で表示する際に用いることができる。
【００７３】
周波数選択部２３５は、周波数変換部２３４により演算された時系列の周波数スペクトルから、予め定めた周波数範囲の周波数スペクトルを選択し、相関演算に用いる機械データ又は測定データとする。ここで、選択する周波数範囲は、機械装置の動作に関係する周波数が含まれることが望ましい。機械装置の共振周波数、装置の回転周波数、それらの周波数の整数倍の周波数がその一例である。選択する周波数範囲は、予め設定されていてもよいし、得られた機械データ又は測定データから決定してもよい。
【００７４】
周波数変換部２３４でウェーブレット変換又は離散コサイン変換を用いる場合、周波数変換部２３４の処理と、周波数選択部２３５の処理とは、順序を逆にしてもよい。なお、周波数選択部２３５の処理を先に実施する場合、計算した時系列の周波数スペクトルを表示に用いることはできなくなるが、周波数変換の演算を選択した周波数範囲に限定することができるので、計算量を軽減する効果が得られる。
【００７５】
エンベロープ処理部２３６は、選択した周波数範囲の周波数スペクトルの時系列データに対してエンベロープを検出する。エンベロープ処理の例は、ローパスフィルタ処理、又はヒルベルト変換である。なお、エンベロープ処理部２３６は、省略してもよい。
【００７６】
図１２は、実施の形態２に係る同期装置２の機能を備えたデータ解析装置２８１を含むデータ解析システム５２０の構成例を示す図である。図１２において、データ解析システム５２０は、４軸ロボット２５と、コントローラ２６１と、サーボドライブ２６２〜２６５と、加速度センサ２７１と、カメラ２７２と、ロガー２９１と、データベースサーバ２９３と、データ解析装置２８１と、可視化端末２８２とを備える。データ解析装置２８１及び可視化端末２８２は、データベースサーバ２９３を介してロガー２９１と接続される。データベースサーバ２９３は、ネットワーク２９２に配置されるクラウドサーバであってもよい。
【００７７】
４軸ロボット２５は、コントローラ２６１の指令に基づく作業を実行する装置である。４軸ロボット２５は、４軸の各軸を駆動する図示しない４つのモータと、各軸に動力を伝達する機械要素とを含む。なお、実際の４軸ロボットは、多数の部品を含むが、説明の簡略化のため、図１２では一部の構成要素のみを示している。
【００７８】
コントローラ２６１は、サーボドライブ２６２〜２６５を通して４軸ロボット２５に接続され、４軸ロボット２５の駆動を統括制御する。コントローラ２６１は、前述した第１の時刻情報を管理する。また、コントローラ２６１は、第１の時刻情報に基づいて必要な軸に指令を与えることで、４軸ロボット２５を指令者の意図する動作で駆動させる役割を有している。
【００７９】
サーボドライブ２６２〜２６５は、４軸ロボット２５の各モータに対応して接続され、コントローラ２６１の指令に従って、４軸ロボット２５を駆動するための指令となる電気信号を生成して各軸のモータに印加する。
【００８０】
加速度センサ２７１は、４軸ロボット２５の腕部の可動部に取りつけられ、各軸のモータの駆動による４軸ロボット２５に発生する振動を時系列に計測する。加速度センサ２７１としては、３軸加速度センサを用いることができる。
【００８１】
カメラ２７２は、４軸ロボット２５を断続的、又は連続的に撮影することで４軸ロボット２５の動作を取得する産業用カメラである。カメラ２７２は、前述した第２の時刻情報を管理する。また、カメラ２７２は、第２の時刻情報に基づいて、４軸ロボット２５の動作をその動作音と共に撮影し、撮影された画像データ及び音データを動画データとして記憶する。動画データは、ロガー２９１に送信される。
【００８２】
ロガー２９１は、ケーブル２７４を介して加速度センサ２７１と接続され、ケーブル２７５を介してカメラ２７２と接続される。ロガー２９１は、第３の時刻情報を管理する。ロガー２９１は、接続する各機器に対して順次又は同時にアクセスし、機械データである４軸ロボット２５における各軸の回転速度データを時刻情報と共に取得してデータベースサーバ２９３に送信する。また、ロガー２９１は、測定データである加速度センサ２７１の測定値及びカメラ２７２の動画データをそれらのデータの時刻情報と共に取得してデータベースサーバ２９３に送信する。
【００８３】
なお、図１２の構成において、加速度センサ２７１は、時刻情報を有していない。このため、ロガー２９１は、加速度センサ２７１の測定データに第３の時刻情報を付して、データベースサーバ２９３に送信する。
【００８４】
データベースサーバ２９３は、ロガー２９１で取得された機械データを、時刻情報が付された測定データと共にデータベースに記憶する。データベースサーバ２９３の一例は、ＲＤＢＭＳ（Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ  ＤａｔａＢａｓｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）であり、データベースサーバ２９３の他の例は、Ｎｏｔ  ｏｎｌｙ  ＳＱＬ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｑｕｅｒｙ  Ｌａｎｇｕａｇｅ）である。データベースサーバ２９３は、データを記憶する際に、データベースサーバ２９３の管理する第４の時刻情報と共にデータを記憶する。
【００８５】
データ解析装置２８１は、データベースに蓄積された４軸ロボット２５のデータを用いて、４軸ロボット２５の状態を解析し、学習を行う装置である。図１３は、図１２に示したデータ解析装置２８１の機能構成の一例を示すブロック図である。データ解析装置２８１は、入力部２８３と、データベース通信部２８４と、同期装置２と、データ解析部２８５と、出力部２８６とを備える。
【００８６】
入力部２８３は、データ解析の対象となる機械データ及び測定データを取得する。データ解析の対象となる機械データ及び測定データは、入力部２８３を介して使用者により設定される。このとき、解析対象となるデータの種類の他、データの取得時刻の範囲を設定してもよい。データの取得時刻を指定することで、解析対象となるデータ量を削減することができる。これにより、処理時間を減らすことができる。
【００８７】
データベース通信部２８４は、解析対象となる機械データ及び測定データに対して、ＳＱＬ等の手段を用いて、データベースサーバ２９３に問い合わせを行い、必要なデータを取得する。データの取得時刻の範囲を設定した場合は、データベースサーバ２９３の管理する第４の時刻情報に基づいて解析対象となるデータが取得される。データベースサーバ２９３は、全てのデータに共通の時刻情報を付することで、データの選択を適切に行うことができる。なお、取得時刻の範囲を設定する場合、指定された時刻の範囲より大きな範囲を設定してデータを取得してもよい。このようにすれば、同期処理の際に求められた相関時刻差によって何れかのデータの一部が失われる場合であっても、このことを見越して取得時刻の範囲を設定すれば、指定した取得時刻の範囲を含んだ欠落の無いデータを使用者に提供することが可能となる。
【００８８】
同期装置２は、第１の時刻情報に基づく回転速度データと、第２の時刻情報に基づく動画データと、第３の時刻情報に基づく加速度データとをそれぞれの組み合わせで同期処理を実施することができる。ここで、第１の時刻情報に基づく回転速度データを機械データとして同期を行う場合、時刻ｔ０の機械データは、時刻ｔ０における４軸の回転速度ω１（ｔ０），ω２（ｔ０），ω３（ｔ０），ω４（ｔ０）のうちで、回転速度の絶対値が最大のｍａｘi=1,2,3,4｜ωｉ（ｔ０）｜を時刻ｔ０の機械データとしてもよい。このようにすることで、例えば測定データとして動画データ内の音データとの間で相関演算を行う際に、他軸の動作により発生した駆動音の影響によって適切ではない相関評価値が算出されてしまうことを抑止することができる。一般に、駆動音は、駆動しているモータが１つでもあれば発生すると考えられる。従って、４軸のうちの最大値を選択することで、他軸の動作により発生する駆動音の影響を考慮した相関評価値を演算することができる。
【００８９】
データ解析部２８５は、同期機械データ及び同期測定データを用いて４軸ロボット２５の動作を解析する。データ解析部２８５は、４軸ロボット２５に対して、異常診断又は予知保全の観点でデータを解析する。これらの解析には、機械学習又は統計解析といった既存の手法を用いることができる。データ解析部２８５において解析された結果は、出力部２８６を介して出力又は表示される。
【００９０】
可視化端末２８２は、４軸ロボット２５の状態を可視化して表示するための端末装置である。可視化端末２８２の例は、表示器、スマートフォン、タブレット端末、又はノートパソコンである。可視化端末２８２は、データベースサーバ２９３に蓄積された４軸ロボット２５のデータ、及びデータ解析装置２８１の解析結果を使用して、４軸ロボット２５の状態を表示する。
【００９１】
図１４は、実施の形態２に係る可視化端末２８２の機能構成の一例を示すブロック図である。図１４において、図１３に示した構成要素と機能が共通となる構成要素については、図１３で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００９２】
可視化端末２８２は、入力部２８３と、データベース通信部２８４と、同期装置２と、表示部２８７とを備える。
【００９３】
同期装置２は、データベースサーバ２９３に記憶されている同期機械データ及び同期測定データを、データベース通信部２８４を介して取得する。同期装置２は、同期機械データと同期測定データを出力し、表示部２８７は、同期装置２から出力される同期機械データ及び同期測定データを表示する。
【００９４】
図１５は、実施の形態２におけるデータ解析装置２８１の解析結果に基づいた可視化端末２８２の表示例を示す図である。図１５の下部側には、同期機械データである、４軸ロボット２５における第１軸の速度データが示されている。また、図１５の上部側には、同期測定データである、動画データ内の音データの周波数変換結果がグラフ表示されている。時刻０、時刻ｔ０、時刻ｔ１は同期後の時刻であり、同期機械データと同期測定データとで共通の時刻である。図１５に示すように、同一時刻の機械データと測定データが縦又は横の同一方向に一直線上に並ぶように並列表示することにより、機械の状態をより理解しやすい形で提示することができる。特に、同一時刻の機械データと音データの周波数成分の分布とを同時に表示することで、異音等が発生した場合に、その要因を推定することが容易になる。
【００９５】
実施の形態２では、同期装置２は、データ解析装置２８１又は可視化端末２８２にて配されているが、ロガー２９１又は、ロガー２９１とデータベースサーバ２９３との間に配してもよい。この場合、データベースサーバ２９３は同期された機械データと測定データをデータベースに記憶することにより、データ解析装置２８１又は可視化端末２８２において同期する処理が不要となるため、処理が軽くなり、使用者の操作に対する応答が早くなる効果が得られる。
【００９６】
実施の形態２に係る同期装置は、機械データ又は測定データのうちの少なくとも１つを周波数変換し、時系列の周波数スペクトルを求めて相関演算を行う。これにより、相関演算を行う対象のデータを特定の周波数のデータに限定することができるので、同期精度を高めることができる。特に、機械装置の共振周波数などの機械の動作を表す周波数との間で相関演算を行うことで、より精度の高い同期処理を行うことができる。
【００９７】
また、実施の形態２に係る同期装置は、周波数変換を行う際に、エンベロープ処理を行う。これにより相関演算を行うときに測定データの誤差の影響を軽減することができる。
【００９８】
また、実施の形態２に係る同期装置は、音データを介して動画データと加速度センサの測定値を同期させることができる。これにより加速度センサが異常となったときに装置全体に発生した現象を同期された動画を用いることで、使用者は発生した現象を容易に把握することができる。
【００９９】
また、実施の形態２に係るデータ解析装置は、４軸分の回転速度データ、腕部に設置された加速度センサの測定値、及び駆動時の動画データをそれぞれの時刻情報と共に、データベースサーバに記憶する。これにより、４軸ロボットの状態を時刻同期させるための構成が不要となり、より簡易な構成で駆動データを蓄積することができる。特に、既存の設備に対してデータ蓄積環境を容易に導入することができる。
【０１００】
また、実施の形態２に係るデータ解析装置は、分析装置及び可視化端末に備えられた同期装置により、機械データと測定データとを同期することができる。これにより、解析、可視化等でデータベース利用する際に精度の高いデータに基づいて、解析及び可視化を行うことができる。例えば、使用者はデータベースに蓄積されたデータを統合して表示する既存の手法を用いることで、データを俯瞰することができる。このとき同期機械データと同期測定データとを用いることで、各データの組み合わせにより発生する現象の因果関係がより明瞭になる。また、使用者は、データベースに蓄積されたデータに対して、解析、学習などを行うことができる。このとき、同期したデータを用いることで、データの組み合わせによる発生現象の因果関係を解析及び学習に取り込むことができ、より精度の高い結果を得ることができる。
【０１０１】
実施の形態３．
図１６は、実施の形態３に係る同期装置３の機能構成の一例を示すブロック図である。実施の形態３に係る同期装置３は、図１に示す実施の形態１に係る同期装置１の構成と比較すると、相関演算部１３が相関演算部３３に置き換えられている。実施の形態３においては、実施の形態２と同様に、同期を行うデータとして周波数スペクトルの時間変化を用いる。そのため、相関演算部３３は、データに対して周波数変換を行った後に相関を演算する。また、相関演算部３３は相関演算に用いる周波数をピーク抽出により自動で算出する。なお、その他の構成部については、図１に示すものと同一又は同等であり、同一又は同等の構成部については、図１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【０１０２】
図１７は、実施の形態３における相関演算部３３の機能構成の一例を示すブロック図である。実施の形態３における相関演算部３３は、図１１に示す実施の形態２における相関演算部２３の構成と比較すると、周波数変換部２３４と、周波数選択部２３５との間に、ピーク抽出部３３７が設けられている。また、正規化部１３２が正規化部３３２に置き換えられ、相関評価値演算部１３３が相関評価値演算部３３３に置き換えられ、相関値演算部１３４が相関値演算部３３４に置き換えられ、相関時刻差決定部１３５が相関時刻差決定部３３５に置き換えられている。その他の構成部については、図１１に示すものと同一又は同等であり、同一又は同等の構成部については、図１１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【０１０３】
図１７において、ピーク抽出部３３７は、周波数変換を行う機械データ又は測定データに対して、周波数スペクトルがピークとなる周波数を１つ以上抽出する。ここでは、この周波数を「ピーク周波数」と呼ぶ。ピーク周波数は、周波数変換部２３４で変換した結果である時系列の周波数スペクトルを時間方向に平均をとり、各周波数ごとの平均パワーとしてみたときに、平均パワーがピークとなる周波数を用いることができる。或いは、データ全体にＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行って算出した周波数スペクトルのピークをピーク周波数として算出してもよい。ピーク周波数を算出する際に、周波数変換部２３４の結果を用いない場合、ピーク抽出部３３７の処理と、周波数変換部２３４の処理とは、順序を逆にしてもよい。
【０１０４】
正規化部３３２は、正規化部１３２と同様の方法でサンプリング周期を同一とした機械データ及び測定データを正規化する。但し、ピーク抽出部３３７で２つ以上の周波数が抽出された場合、全てのスケールが一定となるよう周波数毎に別の係数が乗算される。
【０１０５】
相関評価値演算部３３３及び相関値演算部３３４は、相関評価値演算部１３３及び相関値演算部１３４と同様の方法で、相関評価値及び相関値を演算する。また、相関時刻差決定部３３５は、相関時刻差決定部１３５と同様の方法で、相関時刻差を決定する。但し、ピーク抽出部３３７で２つ以上の周波数が指定されて場合、相関評価値演算部３３３は、各周波数ごとに相関評価値列を算出する。相関値演算部３３４は、全ての周波数の相関評価値の中で相関の強さが最大である相関評価値を相関値として算出する。そして、相関時刻差決定部３３５は、相関値に対応する時刻差を相関時刻差として決定する。
【０１０６】
なお、ピーク抽出部３３７又は周波数選択部２３５で選択された周波数は、同期装置３のメモリに記憶してもよい。これにより、２度目以降の処理において、メモリで記憶した周波数を選択することで、ピーク抽出部３３７及び周波数選択部２３５で行う処理を省略することができる。
【０１０７】
図１８は、実施の形態３に係る同期装置３の機能を備えたシミュレーション端末３８を含むシミュレーションシステム５３０の構成例を示す図である。図１８において、図１２に示した構成要素の何れかと機能が共通する構成要素については、図１２で用いた参照符号と同じ参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１０８】
図１８において、シミュレーションシステム５３０は、４軸ロボット２５と、コントローラ２６１と、サーボドライブ２６２〜２６５と、加速度センサ２７１と、ロガー２９１と、シミュレーション端末３８とを備える。
【０１０９】
シミュレーション端末３８は、コントローラ２６１と、ロガー２９１とに接続される。シミュレーション端末３８は、４軸ロボット２５に対する駆動シミュレーションを行う端末装置である。駆動シミュレーションは、第１の時刻情報に基づく４軸ロボット２５の各モータの位置、回転速度、電流値などの指令データ及び運転データと、第３の時刻情報に基づく４軸ロボット２５の加速度データとに基づいて実施することができる。各モータの位置、回転速度、電流値などの指令データ又は運転データは、コントローラ２６１から取得する。４軸ロボット２５の加速度データは、ロガー２９１から取得する。シミュレーション端末３８としては、表示器、スマートフォン、タブレット端末、又はノートパソコンを用いることができる。
【０１１０】
図１９は、実施の形態３に係るシミュレーション端末３８の機能構成の一例を示すブロック図である。図１９において、シミュレーション端末３８は、指令運転データ通信部３８１と、加速度データ通信部３８２と、同期装置３と、シミュレーション部３８３と、表示部３８４とを備える。
【０１１１】
シミュレーション端末３８において、同期装置３は、機械の動作を表す指令データ又は運転データと、機械の状態を表す加速度データとの間の相関演算を行うことで同期処理を行う。シミュレーション部３８３は、同期装置３が出力する同期機械データ及び同期測定データを用いて、４軸ロボット２５の駆動シミュレーションを行う。シミュレーション部３８３のシミュレーション結果は、表示部３８４によって使用者に表示される。
【０１１２】
実施の形態３に係る同期装置は、周波数がピークとなる周波数を１つ以上抽出し、抽出した周波数に対してスケールが同じになるよう正規化した後、相関の強さが最大となる相関時刻差を算出する。これにより、例えば機械共振等による駆動音のピーク周波数が不明な装置に対しても、周波数を指定することなく、機械データと音データとの間で精度の良い同期処理を行うことができる。ピーク周波数が不明な装置に対してピークを算出する場合、ＦＦＴ等により一定区間の音に対してピークを求めると、周囲の装置の音等の定常雑音によりピーク周波数を誤検知してしまうという課題があった。この課題に対し、実施の形態３に係る同期装置は、周波数がピークとなる周波数を１つ以上抽出し、抽出した周波数データに対し、機械の動作を表す機械データとの間で相関演算を行う。これにより、機械の動作と無関係な周囲の雑音を排除できるので、駆動音のピーク周波数を確実に求めることができる。
【０１１３】
また、実施の形態３に係るシミュレーション端末は、コントローラより取得される指令データ及び運転データと、加速度センサによって取得された加速度データとを同期してシミュレーションに入力することができる。これにより、シミュレーションによる加速度センサの推定値と実測値とを比較することができ、シミュレーションモデルの妥当性を検証することができる。シミュレーションモデルの妥当性を検証できるので、シミュレーションモデルの最新状態へのアップデートを容易に実施することができる。なお、これらの検証及びアップデートの実施に際し、データ間の同期処理は同期装置が行うので、シミュレーション部は同期処理を除いたシミュレーションを行えばよい。これにより、より簡易な装置で精度の良いシミュレーションを行うことができる。また、シミュレーション端末にてデジタルツインの機能を実現する場合、デジタルツインの妥当性検証についても容易に実施することが可能となる。
【０１１４】
なお、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、実施の形態同士を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】
【０１１５】
１，２，３  同期装置、１０  同期部、１１  機械データ取得部、１２  測定データ取得部、１３，２３，３３  相関演算部、１４  同期データ出力部、１５  送風機、１５ａ  羽根車、１５ｂ  モータ、１６  制御装置、１８  点検端末、１９ａ，１９ｂ，２７４，２７５  ケーブル、２１  ケーブルコネクタ、２５  ４軸ロボット、３８  シミュレーション端末、１３１  サンプリング調整部、１３２，３３２  正規化部、１３３，３３３  相関評価値演算部、１３４，３３４  相関値演算部、１３５，３３５  相関時刻差決定部、１６１，１８１  制御部、１６２  モータ駆動部、１８２  記憶部、１８３  モニタ、１８４  異常診断部、１８５，２８７，３８４  表示部、１８６  機械データ通信部、１８７  測定データ通信部、２３４  周波数変換部、２３５  周波数選択部、２３６  エンベロープ処理部、２６１  コントローラ、２６２〜２６５  サーボドライブ、２７１  加速度センサ、２７２  カメラ、２８１  データ解析装置、２８２  可視化端末、２８３  入力部、２８４  データベース通信部、２８５  データ解析部、２８６  出力部、２９１  ロガー、２９２  ネットワーク、２９３  データベースサーバ、３３７  ピーク抽出部、３８１  指令運転データ通信部、３８２  加速度データ通信部、３８３  シミュレーション部、５００  駆動システム、５１０  駆動装置、５２０  データ解析システム、５３０  シミュレーションシステム。
【要約】
同期装置（１）は、機械データ取得部（１１）、測定データ取得部（１２）、相関演算部（１３）及び同期データ出力部（１４）を備える。機械データ取得部（１１）は、機械の駆動に関する時系列の情報を機械データとして取得する。測定データ取得部（１２）は、機械の状態に関する時系列の情報を測定データとして取得する。相関演算部（１３）は、機械データと、測定データと、機械データ及び測定データのうちの何れか一方を時間軸の正又は負の方向にずらしたときの時刻差とに基づいて機械データと測定データとの間の相関の強さが最大となるときの時刻差である相関時刻差を演算する。同期データ出力部（１４）は、相関時刻差に基づいて測定データと同期させた機械データを同期機械データとして出力すると共に、相関時刻差に基づいて機械データと同期させた測定データを同期測定データとして出力する。【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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