故障部位确定装置、故障部位确定方法以及程序与流程

本发明涉及用于确定机械的故障部位的装置、方法以及程序。

背景技术：

以往，当机床、机器人、注射成形机等机械中产生了故障时，控制该机械的控制装置(例如computerizednumericalcontroller(cnc)：计算机数字控制器)检测控制装置内部的错误，或者通过电动机的过载等检测发生在机械的机构部中的问题，并输出警报。该警报信息对故障跟踪是有用的，并发挥对故障产生的众多原因进行聚类的作用。

另外，例如专利文献1中提出以下方法，在具有减速机的伺服电动机中，对干扰负荷转矩进行频率分析，并将特定频率的峰值与阈值进行比较，从而检测减速机的异常。

但是，在机械的故障中会有控制装置不能够检测而不产生警报的情况。此时，会有作为故障的因素而考虑的部位多，在故障跟踪上花费时间的问题。

另外，检测上述的特定频率成分的方法也由于对特定的故障进行了专门化，因此难以确定多种故障各自的产生部位。

专利文献1：日本特许第4112594号公报

技术实现要素：

本发明的目的为提供能够有效地确定机械机构部中的各种故障的产生部位的故障部位确定装置、故障部位确定方法以及故障部位确定程序。

(1)本发明的故障部位确定装置(例如后述的故障部位确定装置1)具备：存储部(例如后述的故障履历数据库21)，其将至少表示机械的故障的部位的现象代码与由于该故障而产生的特定频率带对应地进行存储；输入部(例如后述的输入部15)，其将与上述机械的运转时的振动有关的数据作为输入来接受；以及输出部(例如后述的输出部16)，其通过将与上述振动有关的数据中包括的频率和上述特定频率带进行匹配，确定上述故障的部位并输出上述现象代码。

(2)在(1)记载的故障部位确定装置中，上述输入部接受针对向上述机械的指令信号的干扰负荷转矩，作为与上述振动有关的数据。

(3)(1)或(2)记载的故障部位确定装置具备：故障单位取得部(例如后述的故障单位取得部12)，其取得与上述现象代码和1个或多个结构部件对应而得到的数据集；故障履历取得部(例如后述的故障履历取得部11)，其取得包括过去所产生的故障的现象以及应对部件的故障履历；以及关联部(例如后述的关联部13)，其通过将上述结构部件与上述应对部件进行匹配，将1个或多个上述现象的信息与上述现象代码关联起来存储，根据上述现象的信息来设定上述特定频率带。

(4)在(1)～(3)中任意一项记载的故障部位确定装置中，上述输入部在将上述机械的运转状态设为了条件的采样区间接受与上述振动有关的数据。

(5)在(1)～(4)中任意一项记载的故障部位确定装置中，上述输出部通过与振幅有关的多个阈值来判别与上述现象代码对应的多个检测级别并输出。

(6)本发明的故障部位确定方法，其中，计算机(例如后述的故障部位确定装置1)将至少表示机械的故障的部位的现象代码与由于该故障而产生的特定频率带对应地进行存储，并且执行以下步骤：输入步骤，将与上述机械的运转时的振动有关的数据作为输入来接受；以及输出步骤，通过将与上述振动有关的数据中包括的频率和上述特定频率带进行匹配，确定上述故障的部位并输出上述现象代码。

(7)在(6)记载的故障部位确定方法中，在上述输入步骤中，上述计算机在将上述机械的运转状态设为了条件的采样区间接受与上述振动有关的数据。

(8)在(6)或(7)记载的故障部位确定方法中，在上述输出步骤中，上述计算机通过与振幅有关的多个阈值来判别与上述现象代码对应的多个故障级别并输出。

(9)本发明的故障部位确定程序使计算机(例如后述的故障部位确定装置1)将至少表示机械的故障的部位的现象代码与由于该故障而产生的特定频率带对应地进行存储，并且执行以下步骤：输入步骤，将与上述机械的运转时的振动有关的数据作为输入来接受；以及输出步骤，通过将与上述振动有关的数据中包括的频率和上述特定频率带进行匹配，确定上述故障的部位并输出上述现象代码。

(10)在(9)记载的故障部位确定程序中，在上述输入步骤中，使上述计算机在将上述机械的运转状态设为了条件的采样区间接受与上述振动有关的数据。

(11)在(9)或(10)记载的故障部位确定程序中，在上述输出步骤中，使上述计算机通过与振幅有关的多个阈值来判别与上述现象代码对应的多个故障级别并输出。

根据本发明，能够有效地确定机械机构部中的各种故障的产生部位。

附图说明

图1是表示实施方式的故障部位确定装置的功能结构的框图。

图2表示实施方式的故障部位确定方法设为观测现象的机械的结构例。

图3表示实施方式的故障履历数据的一例。

图4表示实施方式的故障单位的定义例。

图5例示定义了实施方式的故障单位的数据集。

图6例示实施方式的附加了现象代码的故障履历数据库。

图7是将实施方式的故障履历数据库通过现象代码进行排序的例子。

图8例示基于实施方式的特征数据的故障履历数据库。

图9例示设定了本实施方式的特定频率带的故障履历数据库。

图10是例示本实施方式的故障部位确定装置中的故障部位确定处理的流程图。

图11是例示本实施方式的故障部位确定处理中所输入的与振动有关的数据的提取方法的流程图。

附图标记的说明

1：故障部位确定装置、10：控制部、11：故障履历取得部、12：故障单位取得部、13：关联部、14：特征提取部、15：输入部、16：输出部、20：存储部、21：故障履历数据库。

具体实施方式

以下说明本发明的实施方式的一例。

图1是表示本实施方式的故障部位确定装置1的功能结构的框图。

故障部位确定装置1是服务器装置或pc等信息处理装置(计算机)，具备控制部10以及存储部20。进一步，故障部位确定装置1具备各种数据的输入输出设备以及通信设备等，将机械运转时的观测数据作为输入，根据存储部20的数据库来输出所确定的故障部位的信息。

控制部10是控制故障部位确定装置1整体的部分，适当读出存储在存储部20中的各种程序并执行，从而实现本实施方式中的各种功能。控制部10可以是cpu。

存储部20是用于使硬件群作为故障部位确定装置1发挥功能的各种程序以及各种数据等的存储区域，可以是rom、ram、闪存或硬盘(hdd)等。具体地说，存储部20除了存储用于使控制部10执行本实施方式的各个功能的故障部位确定程序之外，还存储作为检索现象而构建的故障履历数据库21等。另外，故障履历数据库21可以被设置在故障部位确定装置1的外部，通过与故障部位确定装置1之间的通信进行读写。

控制部10具备故障履历取得部11、故障单位取得部12、关联部13、特征提取部14、输入部15以及输出部16，通过这些各个功能部来确定作为观测对象的机械的故障部位并输出。

图2表示本实施方式的故障部位确定方法设为观测现象的机械的结构例。

机械被分类为控制部和机构部，在控制部中，在显示装置上显示由控制装置(cnc)检测出的警报编号以及警报的内容，并将状况通知给操作员。

另外，在机构部产生的故障，由控制装置监视经由伺服放大器驱动的机构部的电动机的状况，并由控制装置输出针对电动机的过电流警报或过负荷警报等。

但是，当在对机械的动作造成较大障碍的故障时，虽然能够期待警报的输出，但是从电动机向机构部内的各个部位的动力传送是间接的，因此也会有很多不能够通过来自电动机的反馈检测出机构部所产生的故障的情况。此时，操作员发现在机构部产生的振动或异常声音等，一边逐个确认机械的各个要素，一边搜索故障位置。

故障履历取得部11取得包括过去机械所产生的各种故障的现象以及应对部件的故障履历。

图3表示本实施方式的故障履历数据的一例。

在故障履历数据中，用于消除故障的应对部件的编号与说明过去产生的故障的现象的“从工作台附近发出嘎嘎声音”等的记述相对应。另外，在该例子中，在控制装置(cnc)针对所产生的故障输出了警报时，记录了警报编号。

故障单位取得部12取得将机械的故障单位和一个或多个结构部件对应后得到的数据集。

故障单位是在机械的机构部中进行所产生的故障的调查以及应对的单位，在机械设计时设定多个由不能够分离故障原因的一个或多个结构部件组成的故障单位。

图4表示本实施方式的故障单位的定义例。

例如，机床的机构部被分割为以下的故障单位。

·m001：包括驱动机床的电动机以及反馈电动机的旋转位置的脉冲编码器等的部位。

·c001：包括用于从电动机向滚珠丝杠等传送动力的连接部即接头等的部位。

·b001：除了为了定位工作台而通过电动机经由接头进行驱动的滚珠丝杠、滚珠螺母、轴承之外，还包括自动或手动供给润滑油的润滑场所等的部位。

·t001：除了工作台、直线运动导轨(lm导轨)，还包括自动或手动供给润滑油的润滑场所等部位。

图5例示定义了本实施方式的故障单位的数据集。

数据集中对应于表示故障单位的识别符即现象编码，登记了构成故障单位的部件编号以及部件名。

另外，在该例子中，按照每个现象代码登记用于通知故障的原因以及处理步骤等的现象消息。

关联部13将与现象代码对应的结构部件与故障履历的应对部件进行匹配，从而将一个或多个现象的信息与现象代码(故障单位)关联，并存储在存储部20的故障履历数据库21中。

图6例示本实施方式的附加了现象代码的故障履历数据库21。

在该例子中，对图3的各个故障履历数据分别附加了现象代码。通过该故障履历数据库21，根据故障的现象或警报能够确定现象代码，确定故障单位。

这里，故障履历数据库21的形式不限于此，能够进行用于实现有效的检索的改变。

关联部13可以针对一个现象代码关联表示故障的现象的一个或多个特征数据并存储在故障履历数据库21中。

特征提取部14提取现象信息中包括的故障关键词，作为通过关联部13关联的每个现象代码的特征数据。

这里，没有限定故障关键词的提取方法，故障关键词的提取方法例如能够应用一种使用在“日本特愿2017-159990”中提出的语素分析的方法。此时，可以参照作为非提取对象而排除的不必要的词语以及作为相同含义而汇总的同义词(词库thesaurus)等各种数据库，决定故障关键词。

图7是将本实施方式的故障履历数据库21通过现象代码进行排序的例子。

这样，将多个现象信息以及应对部件与相同的现象代码对应。

图8例示基于本实施方式的特征数据的故障履历数据库21。

通过特征提取部14从与现象代码对应的现象的记述中提取故障关键词，该故障关键词作为表示现象的特征数据，被存储在故障履历数据库21中。

这里，被赋予图中的故障关键词以及应对部件的数字表示现象代码在相同的故障履历中的出现次数。

在作为现象的信息的故障关键词中，很多时候包括“嘎嘎”、“咕隆咕隆”等拟音词。由这些拟音词记述的声音能够在实验室中使用机械的对应部位进行再现。将该再现后的声音的频率作为机构部的各个部位的故障引起产生的特定频率带，与现象代码对应地存储。

图9例示设定了本实施方式的特定频率带的故障履历数据库21。

例如，针对现象代码t001为“嘎嘎”的拟音词设定对应的特定频率带的范围，针对现象代码b001为“咕隆咕隆”的拟音词设定对应的特定频率带的范围(例如30hz～50hz以及100hz～150hz)。特定频率带有时会由于机械的结构或电动机的转速等加工条件而不同。

输入部15将与机械运转时的振动有关的数据作为输入来接受。具体地说，输入部15例如将针对对机械的电动机的指令信号的干扰负荷转矩的时间序列数据作为与振动有关的数据来接受。干扰负荷转矩作为机构部的故障引起产生的与通常不同的负荷，例如根据转矩指令值以及速度反馈来推定。

另外，输入部15通过指定机械的当前位置等运转数据，将针对向选择出的机械的指令信号的干扰负荷转矩作为与振动相关的数据来接受。

输出部16将所取得的与振动相关的数据中包括的频率和在故障履历数据库21中预先设定的特定频率带进行匹配，从而确定故障的部位并输出现象代码。

此时，输出部16对干扰负荷转矩进行频率分析(傅立叶分析)，当特定频率带的成分的振幅超过了预定阈值时，输出该确定频率带所对应的现象代码。

进一步，输出部16可以根据图5所示的故障单位的定义来输出与现象代码对应的现象消息。

另外，阈值能够设定多个，这样，故障的级别例如能够分为机械不正常但不是故障的警告级别和机械有可能发生故障的故障级别。

例如，图9中为了判别检测级别1(警告级别)以及检测级别2(故障级别)，设定各自的阈值即振幅(db)。

图10是例示本实施方式的故障部位确定装置1中的故障部位确定处理的流程图。

在步骤s1中，输入部15从机械接受干扰负荷转矩的时间序列数据的输入，作为与振动有关的数据。另外，该数据例如可以通过图11所示的方法，使用位置信息等机械运转数据来限定采样范围。

在步骤s2中，输出部16对干扰负荷转矩的时间序列数据进行fft(fastfouriertransform快速傅立叶转换)等频率分析，检测具有超过阈值的振幅的频率成分。

在步骤s3中，输出部16判定在步骤s2检测出的频率是否被作为故障履历数据库21的特定频率带进行了登记。该判定为“是”时，处理转到步骤s4，判定为“否”时，处理结束。

在步骤s4中，输出部16从故障履历数据库21提取将检测出的频率设为特定频率带的现象代码。

在步骤s5中，输出部16输出所提取的现象代码和与该现象代码对应的现象消息。

图11是例示本实施方式的故障部位确定处理中所输入的与振动有关的数据的提取方法的流程图。

另外，该处理最好以1msec左右以下的周期执行。这样，能够从所提取的与振动有关的数据中检测例如几十～几百hz的频率成分。

在步骤s11中，输入部15取得作为监视现象的机械的当前位置等的运转数据。

在步骤s12中，输入部15判定是否所取得的运转数据和预先指定的预定条件一致，当前是与振动有关的数据的采样区间。当该判定为“是”时，处理转到步骤s13，当判定为“否”时，处理转到步骤s14。

在步骤s13中，输入部15除了存储作为与振动有关的数据的干扰负荷转矩之外，还存储当前时刻、当前位置、电流值、速度指令值等各种数据。

在步骤s14中，输入部15判定监视现象的机械是否停止了。当该判定为“是”时，处理结束，当判定为“否”时，处理返回步骤s12。

根据本实施方式，故障部位确定装置1将故障引起产生的特定频率带与表示故障部位的现象代码预先对应存储在故障履历数据库21中。故障部位确定装置1通过将从与机械运转时的振动有关的数据检测出的频率与故障履历数据库21的特定频率匹配，确定故障所产生的部位，并输出现象代码。

因此，故障部位确定装置1根据机械的振动中包括的特定频率带确定作为故障履历而登记的各种声音，由此能够有效地、高精度地确定机械的机构部的各种故障的产生部位。该结果为容易确定故障部位，缩短故障跟踪所需要的时间。

故障部位确定装置1取得针对对机器的指令信号的干扰负荷转矩，作为与振动有关的数据，所以不需要特别的振动传感器，能够通过简易结构有效地取得传送给电动机的振动，并确定故障部位。

故障部位确定装置1取得将现象代码以及结构部件对应后得到的数据集和将故障的现象以及应对部件对应后得到的故障履历，并通过将结构部件和应对部件进行匹配，将现象信息与现象代码关联。

由此，故障部位确定装置1能够通过作为故障单位的现象代码聚类故障履历的现象，因此，通过从分类后的故障现象提取拟音词等，能够容易地设定特定频率带。

故障部位确定装置1指定机械的当前位置等运转数据，从而能够使用针对选择出的指令信号的干扰负荷转矩，所以能够在产生故障的准确定时测量振动，提高故障部位的确定精度。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式。另外，本实施方式记载的效果只是列举了从本发明产生的最优选的效果，本发明的效果不限定于本实施方式所记载的内容。

故障部位确定装置1的故障部位确定方法通过软件来实现。在通过软件实现时，构成该软件的程序被安装到计算机(故障部位确定装置1)中。另外，这些程序可以被记录在移动介质中发布给用户，也可以经由网络被下载到用户的计算机中从而进行发布。