回転機器の異常診断システム、回転機器の異常診断装置及び回転機器の異常診断方法
【課題】回転機器の異常診断を回転機器から発せられる騒音を非接触で検出し、且つ精度よく回転機器の異常診断を行うことができる回転機器の異常診断システム、回転機器の異常診断装置及び回転機器の異常診断方法を提供する。
【解決手段】設置スペース１の外周部の四辺の各中央部に、４台のスピーカ８ａ〜８ｄが設置されており、これらのスピーカ８ａ〜８ｄは、設置スペース１の内側に向かって互いに異なる周波数に設定されたビーコン信号を出力する。測定位置で異常診断装置９により回転機器２ａが発する振動音響とビーコン信号とを測定する。ビーコン信号に基づいて測定位置を特定し、この測定位置で測定した振動音響の音圧を基準位置で測定したとする音圧に補正する。この補正後の音圧の実効値に基づいて回転機器２ａの回転状態の異常診断を行う。
【解決手段】設置スペース１の外周部の四辺の各中央部に、４台のスピーカ８ａ〜８ｄが設置されており、これらのスピーカ８ａ〜８ｄは、設置スペース１の内側に向かって互いに異なる周波数に設定されたビーコン信号を出力する。測定位置で異常診断装置９により回転機器２ａが発する振動音響とビーコン信号とを測定する。ビーコン信号に基づいて測定位置を特定し、この測定位置で測定した振動音響の音圧を基準位置で測定したとする音圧に補正する。この補正後の音圧の実効値に基づいて回転機器２ａの回転状態の異常診断を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転中の回転機器の異常を診断する異常診断システム、異常診断装置及び異常診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機器においては運転中の回転機器本体の振動や騒音を測定・解析することにより、該回転機器の異常の有無を診断できることは一般的に知られている。例えば、回転機器の軸受の不良、損傷、劣化などは特徴周波数の検出によって可能である。また、回転機器の騒音に含まれる「うなり成分」を検出することによりロータ側の絶縁不良の検知を行うことができる。
【０００３】
回転機器本体の振動を測定・解析して診断するものとして、診断装置本体に接続された振動センサが回転機器に直付けされ、該振動センサが回転機器の振動を検出し、運転中の回転機器の異常を診断する回転機器の診断装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の回転機器の診断装置は、前記振動センサを回転機器の軸受ハウジングに直付けして回転機器の運転中の振動を測定・解析することによって軸受の異常を診断しているが、異常診断をする度に前記振動センサを診断の対象となる回転機器に取り付ける必要がある。このため取り付け作業が煩わしく、しかも手が回転露出部へ接触等するのを避けるため慎重な作業が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７９３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、運転中の回転機器本体の騒音を測定・解析する方法では、回転機器に非接触で異常診断を行うことができるため、上述したような問題は解消されるが、例えばマイクロホン等の受音器を用いて回転機器から発せられる騒音を受音して、回転機器の異常診断を行う場合では、測定する度に騒音の測定位置を一定に保つことが難しく、回転機器と測定位置との間の距離が変動しやすい。これにともない、受音する回転機器の騒音の信号レベルが変動するため、該回転機器の異常を精度よく検知できないという点で信頼性に劣るものであった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転機器の異常診断を回転機器が発する振動状態を振動音響により検出し、且つ精度よく回転機器の異常診断を行うことができる回転機器の異常診断システム、回転機器の異常診断装置及び回転機器の異常診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明に係る回転機器の異常診断システムは、診断対象となる回転機器の設置スペースに少なくとも３個配置され、互いに異なる周波数に設定された標識音響を出力する発音器と、移動可能に設けられ前記回転機器の回転状態の異常を診断する異常診断装置とを備え、前記異常診断装置は、前記回転機器の運転中に発せられる振動音響および前記発音器から発せられる前記標識音響を受音する受音器と、前記受音器で受音した少なくとも３個の前記発音器から出力された前記標識音響の信号レベルに基づいて当該受音器の前記設置スペースでの受音位置を特定する位置特定手段と、前記受音器により受音した前記振動音響の信号レベルを、前記位置特定手段により特定した前記受音位置に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するための基準位置で受音したときの信号レベルとなるように補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記振動音響の信号に基づいて前記回転機器の回転異常を診断する診断手段と、を有することを特徴とする（請求項１の発明）。
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明に係る回転機器の異常診断装置は、請求項１に記載の回転機器の異常診断システムで使用される異常診断装置であって、前記受音器としてのマイクロホンと、前記マイクロホンが接続可能に構成され、前記位置特定手段、前記補正手段および前記診断手段を備えた本体部と、を備えたことを特徴とする（請求項７の発明）。
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明に係る回転機器の異常診断方法は、診断対象となる回転機器の設置スペースに、互いに異なる周波数に設定された標識音響を出力する少なくとも３個の発音器が設けられ、前記回転機器の異常診断の方法であって、回転機器の運転中に発せられる振動音響および発音器から発せられる標識音響を受音器により受音するＡ行程、受音器で受音した少なくとも３個の標識音響の信号レベルに基づいて当該受音器による受音位置を特定するＢ行程、前記受音器により受音した前記振動音響の信号レベルを、前記位置特定手段により特定した前記受音位置に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するための基準位置で受音したときの信号レベルとなるように補正するＣ行程、前記補正手段により補正された前記振動音響の信号に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するＤ行程、をこの順に行うことを特徴とする（請求項８の発明）。
【発明の効果】
【００１１】
上述した発明によれば、回転機器の異常診断を回転機器が発する振動状態を振動音響により非接触で検出し、且つ精度よく回転機器の異常診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例であり、回転機器の異常診断装置によって回転機器の異常診断を行なう様子を示す図
【図２】回転機器の異常診断装置の概観を示す図
【図３】回転機器の異常診断装置の電気的構成を示す機能ブロック図
【図４】回転機器の異常診断の手順を示すフローチャート
【図５】測定したビーコン信号の例を示す図
【図６】測定した振動音響の例を示す図
【図７】診断データファイルの構成図
【図８】振動音響信号の補正を説明するための図
【図９】本発明の第２実施例であり、図１相当図
【図１０】図３相当図
【図１１】図４相当図
【図１２】振動音響とビーコン信号とを同時に測定した例を示す図
【図１３】図８相当図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例に係る回転機器の異常診断システムについて図１乃至図８を参照して説明する。この回転機器の異常診断システムは、設置スペース１に設置されたスピーカ８ａ〜８ｄと、スピーカ８ａ〜８ｄから発せられる標識音響としてのビーコン信号を受音するとともに、回転機器が発する振動音響を受音、補正、解析、診断を行なう異常診断装置９とを備えて構成されている。
【００１４】
図１に示すように、工場などの所定の設置スペース１に複数台（本実施例では４台）の回転機器２ａ〜２ｄ（例えば誘導電動機）が設置されている。これらの回転機器２ａ〜２ｄの回転軸３の先端部及び負荷装置（例えばポンプ）４の回転軸５の先端部には、円柱状の接合板６及び７が固定して装着されており、接合板６及び７が、相互に接合されボルトで固定されることによって、回転機器２ａ〜２ｄの回転軸３と負荷装置４の回転軸５とが機械的に連結されている。この設置スペース１の外周部の四辺の各中央部には、４台の発音器たるスピーカ８ａ〜８ｄが設置されており、これらのスピーカ８ａ〜８ｄは、設置スペース１の内側に向かって互いに異なる周波数に設定されたビーコン信号を出力する。
【００１５】
回転機器２ａ〜２ｄから発せられる振動音響のうち測定対象は１０ｋＨｚまでの可聴周波数帯域としており、スピーカ８ａ〜８ｄから発せられるビーコン信号は、この振動音響の測定対象の周波数帯域より高い１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの超音波の周波数帯域の周波数（ｆa、ｆb、ｆc、ｆd）に設定されている。
【００１６】
図２に示す回転機器の異常診断装置９は、振動音響及びビーコン信号の音圧（Ｐａ）を測定・記憶等するもので、携帯可能に構成された情報端末装置である、所謂ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）１０を本体部とし、マイクロホン１５、前処理器１４、ＣＦカード１３及びＰＤＡ１０がこの順に接続され構成されている。
【００１７】
ＰＤＡ１０の上面部には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの情報表示装置が備えられ、ペンタッチ入力も可能に構成された表示入力部１１や、押しボタン方式の操作キー１２などが配置されている。また、ＰＤＡ１０の上端部には、ＣＦカード１３を接続するためのカードスロット（図示せず）が形成されている。
【００１８】
マイクロホン１５は、回転機器２ａ〜２ｄから発せられる振動音響及びスピーカ８ａ〜８ｄから出力されるビーコン信号を受音するために用いられ、可聴音及び超音波の周波数帯域の音が受音可能である。ＣＦカード１３がＰＤＡ１０の前記カードスロットに装着されることによって、マイクロホン１５がＰＤＡ１０に接続され、マイクロホン１５が受音した音は、電気信号に変換されてＰＤＡ１０に入力される。
【００１９】
次に、図３に基づいて、異常診断装置９の電気的構成について説明する。
前処理器１４は、マイクロホン１５からの入力信号をフィルタリングするもので、ジャック１７、直流成分カットフィルタ１８、バッファ１９、切り換えスイッチ２０、振動音響用フィルタ２１（第２のフィルタ手段）及びビーコン信号用フィルタ２２（第１のフィルタ手段）を備えている。直流成分カットフィルタ１８、バッファ１９及び切り換えスイッチ２０は、この順に接続され、直流成分カットフィルタ１８にはジャック１７を介してマイクロホン１５のプラグ１６が接続されている。切り換えスイッチ２０は、入力された信号を振動音響用フィルタ２１及びビーコン信号用フィルタ２２のいずれかに切り換えられるように設けられている。
【００２０】
直流成分カットフィルタ１８は、例えば、遮断周波数０．０５Ｈｚ、−２０ｄＢ／ｄｅｃに設定されたハイパスフィルタである。振動音響用フィルタ２１は、例えば、遮断周波数１０ｋＨｚ、−４０ｄＢ／ｄｅｃに設定された２次バタワースローパスフィルタにより構成され、入力信号のうち０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動音響信号を通過させる。また、ビーコン信号用フィルタ２２は、例えば、−４０ｄＢ／ｄｅｃに設定された、遮断周波数１０ｋＨｚの２次バタワースハイパスフィルタと遮断周波数２０ｋＨｚのアンチエイリアシングフィルタとで構成され、入力信号のうち１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数帯域の周波数に設定されたビーコン信号を通過させる。
【００２１】
ＣＦカード１３は、前処理器１４から入力された信号をＡ／Ｄ変換して出力するもので、増幅回路２３、Ａ／Ｄ変換器２４、２５、ＣＦカードコントローラ２６、ＣＰＵ２７、メモリ２８及びコネクタ２９を備えている。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器２４は、振動音響の周波数帯域のサンプリングに必要な２５ｋＨｚのサンプリングレートに設定され、Ａ／Ｄ変換器２５は、ビーコン信号の周波数帯域のサンプリングに必要な５０ｋＨｚのサンプリングレートに設定されている。Ａ／Ｄ変換器２４、２５は増幅回路２３とＣＦカードコントローラ２６との間で並列に接続されている。振動音響の周波数帯域０Ｈｚ〜１０ｋＨｚは、ビーコン信号の周波数帯域１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚより低いため、Ａ／Ｄ変換器２４のサンプリングレートは、Ａ／Ｄ変換器２５のサンプリングレートより低く設定されている。
【００２３】
ＣＰＵ２７には、ＣＦカードコントローラ２６、メモリ２８がバスを介して接続されている。ＣＰＵ２７は、ＣＦカードコントローラ２６、メモリ２８の制御を行う。ＣＦカードコントローラ２６は、内部のデコーダ（図示せず）によってＣＰＵ２７より与えられる制御指令をデコードして動作し、ＣＦカード１３とＰＤＡ１０との間でデータの転送を行う。また、ＣＦカードコントローラ２６は、Ａ／Ｄ変換器２４、２５より出力されたデータを受けて、コネクタ２９を介してＰＤＡ１０側にデータを転送する。
【００２４】
ＰＤＡ１０は、コネクタ３０、ＣＰＵ３１、メモリ３２、ＩＳＡバスＩ／Ｆ３３、Ｄ／Ａ変換器３４及びヘッドホンジャック３５を備える。ＩＳＡバスＩ／Ｆ３３は、ＣＦカード１３との間におけるバス制御を行うものである。メモリ３２には、オペレーティングシステム（ＯＳ）がインストールされており、このＯＳ上で動作するアプリケーションプログラムとして図示はしないが位置特定プログラム（位置特定手段）、振動音響データ補正プログラム（補正手段）及び異常診断プログラム（診断手段）も記憶されている。
【００２５】
なお、前記アプリケーションプログラムとしてメディアプレーヤが搭載されており、後述する診断データファイル３６（図７参照）に基づいて音声信号の再生出力も可能となっている。音声信号は、Ｄ／Ａ変換器３４を介してヘッドホンジャック３５より出力される。即ち、作業者は、ヘッドホンジャック３５に図示しないヘッドフォンを接続することで、振動音響データを音声として聞くことができる。
【００２６】
次に、上記構成によるビーコン信号及び振動音響の測定について説明する。
まず、スピーカ８ａ〜８ｄのビーコン信号の測定では、ＰＤＡ１０によりビーコン信号測定の操作がなされると、前処理器１４においては切り換えスイッチ２０によりビーコン信号用フィルタ２２側に切り換えられ、ＣＦカード１３においてはサンプリングレートが５０ｋＨｚのＡ／Ｄ変換器２５側に切り換えられる。この状態で、マイクロホン１５が測定対象であるスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）に向けた状態とされると、そのスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）が発するビーコン信号をマイクロホン１５により受音する。受音されたビーコン信号は、前処理器１４においてビーコン信号用フィルタ２２で１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数帯域の信号が通過され、この後、ＣＦカード１３においてＡ／Ｄ変換器２５によりデジタル信号に変換され、ＰＤＡ１０に入力される。ＰＤＡ１０においては、これらビーコン信号はデジタル信号に変換した波形のデータとしてメモリ３２に後述する形式で記憶される。
【００２７】
また、回転機器２ａの振動音響の測定では、ＰＤＡ１０により振動音響の測定の操作がなされると、前処理器１４においては振動音響用フィルタ２１に切り換えられ、ＣＦカード１３においてはサンプリングレートが２５ｋＨｚのＡ／Ｄ変換器２４に切り換えられる。この状態で、マイクロホン１５が測定対象である回転機器２ａに向けられると、回転機器２ａから発せられる回転状態に応じた振動音響が受音される。受音された振動音響は、０．０５Ｈｚ〜１０ｋＨｚまでの周波数帯域の信号が通過され、Ａ／Ｄ変換器２４を介してデジタル信号に変換される。この振動音響のデジタル信号はＰＤＡ１０において波形のデータとしてメモリ３２に記憶される。
なお、デジタル信号に変換されたビーコン信号及び振動音響の各信号は、音圧（Ｐａ）に対応した信号であり、以下の説明においては、この信号の大きさを信号レベルとして扱う。
【００２８】
上記のようにしてビーコン信号及び振動音響の音圧が測定されるが、回転機器２ａの回転状態の異常診断に際しては、これに先立って基準となる振動音響の音圧のデータの取得が行われる。すなわち、回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄも同様）を設置スペース１に設置する際に、正常な状態で運転されているときの振動音響の音圧のデータを基準データＰ0として取得する。上記と同様にして、振動音響の測定を行うが、測定を行う位置Ａ0は予め決められた位置で行われる。これにより、基準位置Ａ0で測定される基準となる振動音響の基準データＰ0が得られる。
【００２９】
また、設置スペース１内での位置を算出するために必要なデータとして、スピーカ８ａ〜８ｄが出力するビーコン信号を基準位置Ａ0において受音して基準となる信号レベルのデータＢa0、Ｂb0、Ｂc0、Ｂd0として各スピーカ８ａ〜８ｄまでの距離のデータとともに予め記憶しておく。これらの振動音響の基準データＰ0及びビーコン信号のデータＢa0、Ｂb0、Ｂc0、Ｂd0は、回転機器２ａの基準となるデータとして予めＰＤＡ１０のメモリ内に記憶される。他の回転機器２ｂ〜２ｄについても同様のデータが予め測定され、メモリ３２に記憶される。
【００３０】
次に、異常診断の測定について図４の手順を参照して説明する。
この実施例においては、マイクロホン１５で受音する際に、上述した回転機器２ａに対する基準位置Ａ0以外の任意の測定位置Ａ1においても測定可能とするために、初めに測定位置検出のためのビーコン信号を受信し、これによって設置スペース１内における位置Ａ1を算出して基準位置Ａ0との距離の差を判定する。この後、測定位置Ａ1での回転機器の振動音響を測定してその音圧に相当する信号レベルを基準位置Ａ0で受信したときの信号レベルとなるように補正をする。この後、基準位置Ａ0で受信したときに相当する振動音響の音圧ｐが基準データｐ0に対して異常なレベルであるか否かが判断される。
【００３１】
さて、異常診断の手順としては、まず、ビーコン信号を測定すべくＰＤＡ１０を操作してビーコン信号用フィルタ２２を設定するとともにビーコン信号用のレートとなるようにＡ／Ｄ変換器２５を設定する（Ｓ１）。次に、マイクロホン１５により４個のスピーカ８ａ〜８ｄのうちの少なくとも３個として例えばスピーカ８ａ〜８ｃについてビーコン信号を測定する。測定に際しては、マイクロホン１５を測定対象のスピーカ８ａ（８ｂ、８ｃ）に向けて所定時間受音する（Ｓ２）。これにより、３個のビーコン信号Ｂa、Ｂb、Ｂcのデジタル信号を得ることができる。
【００３２】
次に、測定対象となる回転機器２ａの振動音響を測定する。同様にしてＰＤＡ１０を操作して振動音響用フィルタ２１及びＡ／Ｄ変換器２４に切り換える（Ｓ３）。続いて、回転機器２ａにマイクロホン１５を向けて振動音響を受音する。これにより、振動音響の信号をデジタル信号に変換したデータとして取得することができる（Ｓ４）。
【００３３】
なお、上述のようにして測定したビーコン信号及び振動音響のデータについては、診断データファイル３６としてメモリ３２に記憶される。
図７は診断データファイル３６のデータ領域構造を示している。診断データファイル３６は、例えばＲＩＦＦ ＷＡＶＥ形式で、情報チャンク３７とウェーブチャンク３８とからなるデータ領域構造であり、異常診断毎に１つずつ作成されＰＤＡ１０のメモリ３２に記憶される。
【００３４】
ウェーブチャンク３８は、音声用のデータを記録するためのデータ領域であり、振動音響データ３９、３つのビーコン信号データ４０、４１、４２が記録される。一方、情報チャンク３７はユーザが任意のデータを記録するための領域であり、基準位置でのビーコン信号の音圧４３には、例えばＢa0、Ｂb0、Ｂc0、Ｂd0が記録され、測定位置でのビーコン信号の音圧４４には、例えばスピーカ８ａ〜８ｃのビーコン信号の音圧Ｂa、Ｂb、Ｂcが記録される。
【００３５】
次に、測定した３個のビーコン信号Ｂa、Ｂb、Ｂcのデジタル信号のデータから、測定位置Ａ1を算出する（Ｓ５）。ここでは、まず、測定した３個のビーコン信号のデータについて、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理をすることでビーコン信号の周波数が特定され、対応する基準となるビーコン信号のレベルＢa1、Ｂb1、Ｂc1との演算を行って各スピーカ８ａ、８ｂ、８ｃまでの各距離を算出する。ここでは、基準位置Ａ0での各スピーカ８ａ、８ｂ、８ｃまでの距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのデータを用いて、音圧が音源からの距離の２乗に反比例するという法則に基づいて算出することができる。測定位置Ａ1の設置スペース１における位置が算出できる。これにより、測定位置Ａ1における対象となる回転機器２ａとの距離を算出することができる。
【００３６】
次に、上述した振動データ補正プログラムを動作させ、測定位置Ａ1で測定された振動騒音の任意の周波数の音圧をｐ1とした場合の、基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の音圧ｐを求める。音圧は音源からの距離の２乗に反比例するので、音圧ｐ1と音圧ｐとの関係を下記の式（１）で表すことができる。
ｐ＝（Ｌ1／Ｌ0）2×ｐ1 … （１）
【００３７】
なお、本発明者らの実測結果によれば、式（１）は（Ｌ1／Ｌ0）≧２の条件が満たされているときに有効であり、（Ｌ1／Ｌ0）＜２の条件が満たされているときには、すなわち、測定位置Ａ1と音源である回転機器２ａとの距離が基準位置Ａ0からの距離Ｌ0と近い場合は下記の式（２）が有効であることが測定により分かっている。これは設置環境などによる音の伝わり方の違いにより反射音などが受音されるためと推測され、音圧は音源からの距離に反比例するものである。このため、（Ｌ1／Ｌ0）＜２のときは、式（２）を用いて、音圧ｐ1を基準位置Ａ0での音圧ｐに補正する。
ｐ＝（Ｌ1／Ｌ0）×ｐ1 … （２）
【００３８】
すなわち、式（１）又は（２）により、測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1は、基準位置Ａ0で測定されたとする音圧ｐに補正される。後述する回転機器２ａの回転状態が異常か否かの判断は、補正後の音圧ｐに基づいて行われる。図８には、測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1のデータをＦＦＴ処理した結果を示している。また、図８中、曲線４５は測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1のレベルに相当する曲線を示し、曲線４６は基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の音圧ｐのレベルに相当する曲線を示している。
【００３９】
振動音響データの実効値による異常判断では、基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の振動音響の音圧ｐについてその周波数成分から実効値を求め後述する閾値と比較して回転機器２ａの回転状態が異常か否かを判断する（Ｓ６）。具体的には、上述した異常診断プログラムにより行われ、回転機器２ａの初期状態の振動音響の音圧ｐ0の実効値の例えば５倍の値を閾値とする。基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の振動音響の音圧ｐの実効値とこの閾値とを比較して、この実効値が閾値より小さい否かを判断する。この実効値が閾値より小さい場合、回転機器２ａの回転状態は異常なしと判断され（Ｓ７：ＮＯ）、回転状態の異常診断は終了される。一方、この実効値が閾値より大きいと判断された場合、回転機器２ａの回転状態は異常有りと判断され（Ｓ７：ＹＥＳ）、手順Ｓ８に移行する。
【００４０】
振動音響データ解析（Ｓ８）では、（１）ＦＦＴ、（２）兆候パラメータ、（３）ベアリングパス周波数による周知の解析が行われ、回転機器２ａのより詳細な回転状態の異常診断が行われる。手順Ｓ９では、これらの診断結果がＰＤＡ１０の表示入力部１１に表示される。
【００４１】
上記構成によれば、回転機器２ａの回転状態の異常診断を、回転機器２ａから発せられる振動音響を非接触でマイクロホン１５による測定をするだけで行うことができる。このため、異常診断時に作業者が回転機器２ａの回転露出部に接触等する心配が無く、安全にしかも作業効率の良い異常診断を行うことができる。
【００４２】
また、測定位置Ａ1で測定された回転機器２ａの振動音響を、基準位置Ａ0で測定した回転機器２ａの振動音響とする補正をするため、回転機器２ａの振動音響の測定位置の変動による信号レベルである音圧の誤差を無くすことができ、異常診断を精度良く行うことができる。
さらに、ビーコン信号のサンプリングレートに比べ、回転機器２ａの振動音響のサンプリングレートを低くしたため、サンプリングするデータの総数を少なくすることができ、サンプリングしたデータを記憶する異常診断装置９のメモリ３２の容量を小さくすることができ、経済的に有利である。
【００４３】
（第２実施例）
以下、本発明の第２実施例に係る回転機器の異常診断システムについて図９乃至図１３を参照して説明する。上記第１実施例と実質的に同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる点につき説明する。
本実施例の回転機器の異常診断システムは、設置スペース１に設置された回転機器２ａ〜２ｄのそれぞれにビーコン信号を発するスピーカ５１ａ〜５１ｄを一台ずつ設置している点で、第１実施例に係る回転機器の異常診断システムと異なる。
【００４４】
図９に示すように、設置スペース１に複数台（本実施例では４台）の回転機器２ａ〜２ｄが設置されている。回転機器２ａの上面にスピーカ５１ａが設置されている。回転機器２ｂ〜２ｄについても回転機器２ａと同様に、これらの上面にスピーカ５１ｂ〜５１ｄがそれぞれ設置されている。スピーカ５１ａ〜５１ｄは、それぞれ１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの超音波の周波数帯域の互いに異なる周波数に設定されたビーコン信号を基準位置に向けて発している。
【００４５】
スピーカ５１ａ〜５１ｄのビーコン信号にはそれぞれ位置特定情報（周波数：ｅa、ｅb、ｅc、ｅd）、回転機器識別用の情報（周波数：ｅa1、ｅb1、ｅc1、ｅd1）及び運転状況特定用の情報（周波数：ｅa2、ｅb2、ｅc2、ｅd2）などが重畳されている。なお、本実施例では、前記運転状況は回転機器２ａ〜２ｄの回転速度のことを意味する。前記回転機器識別用の情報にあっては、それぞれの回転機器２ａ〜２ｄに固有の周波数（ｅa1、ｅb1、ｅc1、ｅd1）が割り当てられており、例えば、スピーカ５１ａから発せられるビーコン信号に周波数ｅa1の信号が重畳されていれば、回転機器２ａ〜２ｄの中から回転機器２ａを識別できる。
【００４６】
回転機器２ａ〜２ｄの運転状況特定用の情報にあっては、回転機器２ａ〜２ｄの回転速度に対応した固有の周波数が割り当てられており、例えば、スピーカ５１ａから発せられるビーコン信号に周波数ｅa2の信号が重畳されていれば、ビーコン信号測定時の回転機器２ａの回転速度が周波数ｅa2に対応した回転速度であることが分かるようになっている。
【００４７】
図１０には異常診断装置５２の電気的構成を示す機能ブロック図を示す。回転機器の異常診断装置５２は、携帯可能に構成された情報携帯装置、所謂ＰＤＡ１０を本体部とし、マイクロホン１５、前処理器５４、ＣＦカード５３及びＰＤＡ１０がこの順に接続され構成されている。
【００４８】
前処理器５４は、マイクロホン１５からの入力信号をフィルタリングするもので、ジャック１７、直流成分カットフィルタ１８、バッファ１９及びアンチエイリアシングフィルタ５７がこの順に直列に接続され構成されている。アンチエイリアシングフィルタ５７は、−４０ｄＢ／ｄｅｃに設定された、遮断周波数２０ｋＨｚのフィルタであり、ＣＦカード５３の増幅回路２３に接続されている。
【００４９】
ＣＦカード５３は、前処理器５４からの入力信号をＡ／Ｄ変換して出力するもので、増幅回路２３、Ａ／Ｄ変換器２５、ＣＦカードコントローラ２６、ＣＰＵ２７、メモリ２８及びコネクタ２９を備えている。ＣＦカード５３に入力された信号は、増幅回路２３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２５に与えられ、デジタル信号に変換される。
【００５０】
Ａ／Ｄ変換器２５は、周波数帯域０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動音響信号及び周波数帯域１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのビーコン信号のサンプリングに必要な５０ｋＨｚのサンプリングレートに設定され、振動音響信号及びビーコン信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器２５はＣＦカードコントローラ２６に接続され、ＣＦカードコントローラ２６は、Ａ／Ｄ変換器２５より出力されたデータを受けて、コネクタ２９を介してＰＤＡ１０側にデータを転送する。
【００５１】
次に、上記構成によるビーコン信号及び振動音響の測定について説明する。
この実施例では、回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）の振動音響及びスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）のビーコン信号を同時に測定する。ＰＤＡ１０により振動音響・ビーコン信号の測定の操作がなされると、前処理器５４のアンチエイリアシングフィルタ５７及びＣＦカード５３のＡ／Ｄ変換器２５がアクティブ状態になる。この状態で、マイクロホン１５が測定対象である回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）に向けた状態とされると、回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）から発せられる回転状態に応じた振動音響とスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）が発するビーコン信号とがマイクロホン１５により同時に受音される。
【００５２】
受音された振動音響及びビーコン信号は、前処理器５４においてアンチエイリアシングフィルタ５７で０．０５Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周波数帯域の信号が通過され、この後、ＣＦカード５３においてＡ／Ｄ変換器２５によりデジタル信号に変換され、ＰＤＡ１０に入力される。ＰＤＡ１０においては、振動音響信号及びビーコン信号はデジタル信号に変換した波形のデータとしてメモリ３２に記憶される。
【００５３】
上記のようにして振動音響及びビーコン信号の音圧が測定されるが、回転機器２ａの回転状態の異常診断に際しては、これに先立って基準となる振動音響の音圧のデータの取得が、上記した第１実施例と同様な方法で行われる。すなわち、基準位置Ａ0で測定される基準となる回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）の振動音響の基準データＰ0が取得される。
【００５４】
また、各回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）に対応して設けられたスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）が発するビーコン信号についても、基準位置Ａ0で測定されるビーコン信号の位置特定情報の基準データＣ0が取得される。
【００５５】
次に、異常診断の測定について図１１の手順を参照して説明する。
この実施例においては、マイクロホン１５で受音する際に、上述した回転機器２ａに対する基準位置Ａ0以外の任意の測定位置Ａ1においても測定可能とするために、測定位置Ａ1で測定したビーコン信号の位置特定情報の音圧Ｃ1と基準データＣ0に基づいて、測定位置Ａ1で測定した回転機器２ａの振動音響の音圧に相当する信号レベルを基準位置Ａ0で受音したときの信号レベルとなるように補正をする。この後、基準位置Ａ0で受信したときに相当する振動音響の音圧ｐが基準データｐ0に対して異常なレベルであるか否かが判断される。
【００５６】
さて、異常診断の手順としては、まず、振動音響及びビーコン信号を同時に測定すべくＰＤＡ１０を操作する（Ｓ１１）。次に、マイクロホン１５により回転機器２ａの振動音響及びスピーカ８ａのビーコン信号を同時に測定する。測定に際しては、マイクロホン１５を測定対象の回転機器２ａに向けて所定時間受音する（Ｓ１２）。これにより、振動音響ｐ1、ビーコン信号の位置特定情報の音圧Ｃ1、回転機器識別用の情報の音圧及び運転状況特定用の情報の音圧のデジタル信号を得ることができる。
【００５７】
次に、デジタル信号として得た振動音響ｐ1とビーコン信号とをＦＦＴ処理することにより、０．０５Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動音響ｐ1と１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数帯域のビーコン信号とに分離をする（Ｓ１４）。なお、上述して得た振動音響及びビーコン信号のデータについては、振動データファイル３６としてメモリ３２に記憶される。
【００５８】
振動音響データ補正では、手順Ｓ１３で分離した振動音響の音圧の補正を行う（Ｓ１４）。具体的には、測定位置Ａ1での振動音響の音圧を基準位置Ａ0で測定したとする音圧となるように補正を行う。
【００５９】
上述したように、一般に、音圧（Ｐａ）は音源からの距離の２乗に反比例するので、式（１）が導入される。
ｐ＝（Ｌ1／Ｌ0）2×ｐ1 … （１）
ここで、ビーコン信号の位置特定情報の音圧の距離減衰の関係は、下記の式（３）により表される。
Ｃ0＝（Ｌ1／Ｌ0）2×Ｃ1 … （３）
式（３）は、下記の式（４）に変形できる。
（Ｌ1／Ｌ0）2＝Ｃ0／Ｃ1 … （４）
式（１）及び（４）より下記の式（５）が導かれる。
ｐ＝（Ｃ0／Ｃ1）×ｐ1 … （５）
上述した振動データ補正プログラムを動作させ、測定位置Ａ1で測定された回転機器２ａの振動音響の任意の周波数の音圧をｐ1とした場合、基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の音圧ｐを、式（５）を用いて求める。
【００６０】
なお、第１実施例と同様に、本発明者らの実測結果によれば、式（５）は（Ｃ0／Ｃ1）≧２2＝４の条件が満たされているときに有効であり、（Ｃ0／Ｃ1）＜４の条件が満たされているときには、すなわち、測定位置Ａ1と回転機器２ａとの距離が基準位置Ａ0からの距離と近い場合は、下記の式（６）が測定により有効であることが分かっている。これは設置環境などによる音の伝わり方の違いにより反射音などが受音されるためと推測され、音圧は音源からの距離に反比例するものである。このため、（Ｃ0／Ｃ1）＜４のときは、式（６）を用いて、音圧ｐ1を基準位置Ａ0での音圧ｐに補正する。
ｐ＝（Ｃ0／Ｃ1）1/2×ｐ1 … （６）
【００６１】
即ち、式（５）又は（６）により、測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1に基づいて基準位置Ａ0で測定されたとする音圧ｐとなるように補正を行う。回転機器２ａの回転異常の診断は、補正後の音圧ｐを用いる。図１３には、測定位置Ａ1で測定した振動音響とビーコン信号のデータをＦＦＴ処理した結果を示している。また、図１３中、曲線５５は測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1のレベルに相当する曲線を示し、曲線５６は基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の音圧ｐのレベルに相当する曲線を示している。
【００６２】
振動音響データの実効値による異常判断では、基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の振動音響の音圧ｐについてその周波数成分から実効値を求め後述する閾値と比較して回転機器２ａの回転状態が異常か否かを判断する（Ｓ１５）。具体的には、上述した異常診断プログラムにより行われ、回転機器２ａの初期状態の振動音響の音圧ｐ0の実効値の５倍の値を閾値とする。基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の振動音響の音圧ｐの実効値とこの閾値とを比較して、この実効値が閾値より小さい否かを判断する。この実効値が閾値より小さい場合、回転機器２ａの回転状態は異常なしと判断され（手順Ｓ１６：ＮＯ）、回転状態の異常診断は終了される。一方、この実効値が閾値より大きいと判断された場合、回転機器２ａの回転状態は異常有りと判断され（手順Ｓ１６：ＹＥＳ）、手順Ｓ１７に移行する。
【００６３】
振動音響データ解析（手順Ｓ１７）では、（１）ＦＦＴ、（２）兆候パラメータ、（３）ベアリングパス周波数による周知の解析が行われ、回転機器２ａのより詳細な回転状態の異常診断が行われる。手順Ｓ１８では、これらの診断結果がＰＤＡ１０の表示入力部１１に表示される。
【００６４】
上記構成によれば、回転機器２ａの振動音響とスピーカ５１ａから発せられるビーコン信号とを両方同時に測定するため、回転機器２ａの回転状態の異常診断を短時間で行うことができ、作業者の作業工数も少なくすることができる。
【００６５】
また、異常診断装置５２は、１つの周波数帯域を測定するだけなので、前処理器５４のフィルタとＣＦカード５３のＡ／Ｄ変換器をそれぞれ１つずつ備えればよく、異常診断装置５２の構成を簡単にすることができる。
さらに、位置特定情報の他に、ビーコン信号に回転機器識別用の情報及び回転機器２ａの運転状況特定用の情報を重畳しているため、異常診断装置５２を用いれば非接触でこれらの情報を得ることができ、回転機器２ａの監視をより効率良く行うことができる。
【００６６】
（その他の実施例）
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。
上述した実施例では、設置スペース１は、工場等の屋内にあることを想定しているが、これに限らず、屋外にある設置スペースでも本発明の適用は可能である。
また、上述した実施例では、振動音響データの実効値による異常判断において、閾値を回転機器２ａの初期状態の振動音響の音圧ｐ0の実効値の５倍の値に設定したが、これに限ることはなく、当該閾値はユーザが任意に設定することができる。
【００６７】
また、上記した第１実施例と第２実施例とを組み合わせて本発明を実施してもよい。即ち、設置スペースに複数台の回転機器を設置し、これらのうち特定の回転機器にビーコン信号を発するスピーカを設置するとともに、この設置スペースの外周部の四方の中央部に少なくとも３台のビーコン信号を発するスピーカを設置するようにしてもよい。
【００６８】
また、上述した実施例では、音圧は音源からの距離の２乗に反比例するという法則は、設置環境などによる音の伝わり方の違いにより、音圧は音源からの距離の１乗に反比例するとしているが、「１乗」から「２乗」へと急峻に乗数が変化するため実測値と適合しない場合は、「１乗」と「２乗」との間の乗数を段階的又は連続的に設定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
図面中、１は設置スペース、２ａ〜２ｄは回転機器、８ａ〜８ｄはスピーカ（発音器）、９は異常診断装置、１０はＰＤＡ（本体部）、１５はマイクロホン（受音器）、２１は振動音響用フィルタ（第２のフィルタ手段）、２２はビーコン信号用フィルタ（第１のフィルタ手段）、２４、２５はＡ／Ｄ変換器、３９は振動音響データ(振動音響）、４０、４１、４２はビーコン信号データ（標識音響）、５１ａ〜５１ｄはスピーカ（発音器）、５２は異常診断装置、５７はアンチエイリアシングフィルタである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転中の回転機器の異常を診断する異常診断システム、異常診断装置及び異常診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機器においては運転中の回転機器本体の振動や騒音を測定・解析することにより、該回転機器の異常の有無を診断できることは一般的に知られている。例えば、回転機器の軸受の不良、損傷、劣化などは特徴周波数の検出によって可能である。また、回転機器の騒音に含まれる「うなり成分」を検出することによりロータ側の絶縁不良の検知を行うことができる。
【０００３】
回転機器本体の振動を測定・解析して診断するものとして、診断装置本体に接続された振動センサが回転機器に直付けされ、該振動センサが回転機器の振動を検出し、運転中の回転機器の異常を診断する回転機器の診断装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の回転機器の診断装置は、前記振動センサを回転機器の軸受ハウジングに直付けして回転機器の運転中の振動を測定・解析することによって軸受の異常を診断しているが、異常診断をする度に前記振動センサを診断の対象となる回転機器に取り付ける必要がある。このため取り付け作業が煩わしく、しかも手が回転露出部へ接触等するのを避けるため慎重な作業が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７９３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、運転中の回転機器本体の騒音を測定・解析する方法では、回転機器に非接触で異常診断を行うことができるため、上述したような問題は解消されるが、例えばマイクロホン等の受音器を用いて回転機器から発せられる騒音を受音して、回転機器の異常診断を行う場合では、測定する度に騒音の測定位置を一定に保つことが難しく、回転機器と測定位置との間の距離が変動しやすい。これにともない、受音する回転機器の騒音の信号レベルが変動するため、該回転機器の異常を精度よく検知できないという点で信頼性に劣るものであった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転機器の異常診断を回転機器が発する振動状態を振動音響により検出し、且つ精度よく回転機器の異常診断を行うことができる回転機器の異常診断システム、回転機器の異常診断装置及び回転機器の異常診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明に係る回転機器の異常診断システムは、診断対象となる回転機器の設置スペースに少なくとも３個配置され、互いに異なる周波数に設定された標識音響を出力する発音器と、移動可能に設けられ前記回転機器の回転状態の異常を診断する異常診断装置とを備え、前記異常診断装置は、前記回転機器の運転中に発せられる振動音響および前記発音器から発せられる前記標識音響を受音する受音器と、前記受音器で受音した少なくとも３個の前記発音器から出力された前記標識音響の信号レベルに基づいて当該受音器の前記設置スペースでの受音位置を特定する位置特定手段と、前記受音器により受音した前記振動音響の信号レベルを、前記位置特定手段により特定した前記受音位置に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するための基準位置で受音したときの信号レベルとなるように補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記振動音響の信号に基づいて前記回転機器の回転異常を診断する診断手段と、を有することを特徴とする（請求項１の発明）。
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明に係る回転機器の異常診断装置は、請求項１に記載の回転機器の異常診断システムで使用される異常診断装置であって、前記受音器としてのマイクロホンと、前記マイクロホンが接続可能に構成され、前記位置特定手段、前記補正手段および前記診断手段を備えた本体部と、を備えたことを特徴とする（請求項７の発明）。
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明に係る回転機器の異常診断方法は、診断対象となる回転機器の設置スペースに、互いに異なる周波数に設定された標識音響を出力する少なくとも３個の発音器が設けられ、前記回転機器の異常診断の方法であって、回転機器の運転中に発せられる振動音響および発音器から発せられる標識音響を受音器により受音するＡ行程、受音器で受音した少なくとも３個の標識音響の信号レベルに基づいて当該受音器による受音位置を特定するＢ行程、前記受音器により受音した前記振動音響の信号レベルを、前記位置特定手段により特定した前記受音位置に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するための基準位置で受音したときの信号レベルとなるように補正するＣ行程、前記補正手段により補正された前記振動音響の信号に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するＤ行程、をこの順に行うことを特徴とする（請求項８の発明）。
【発明の効果】
【００１１】
上述した発明によれば、回転機器の異常診断を回転機器が発する振動状態を振動音響により非接触で検出し、且つ精度よく回転機器の異常診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例であり、回転機器の異常診断装置によって回転機器の異常診断を行なう様子を示す図
【図２】回転機器の異常診断装置の概観を示す図
【図３】回転機器の異常診断装置の電気的構成を示す機能ブロック図
【図４】回転機器の異常診断の手順を示すフローチャート
【図５】測定したビーコン信号の例を示す図
【図６】測定した振動音響の例を示す図
【図７】診断データファイルの構成図
【図８】振動音響信号の補正を説明するための図
【図９】本発明の第２実施例であり、図１相当図
【図１０】図３相当図
【図１１】図４相当図
【図１２】振動音響とビーコン信号とを同時に測定した例を示す図
【図１３】図８相当図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例に係る回転機器の異常診断システムについて図１乃至図８を参照して説明する。この回転機器の異常診断システムは、設置スペース１に設置されたスピーカ８ａ〜８ｄと、スピーカ８ａ〜８ｄから発せられる標識音響としてのビーコン信号を受音するとともに、回転機器が発する振動音響を受音、補正、解析、診断を行なう異常診断装置９とを備えて構成されている。
【００１４】
図１に示すように、工場などの所定の設置スペース１に複数台（本実施例では４台）の回転機器２ａ〜２ｄ（例えば誘導電動機）が設置されている。これらの回転機器２ａ〜２ｄの回転軸３の先端部及び負荷装置（例えばポンプ）４の回転軸５の先端部には、円柱状の接合板６及び７が固定して装着されており、接合板６及び７が、相互に接合されボルトで固定されることによって、回転機器２ａ〜２ｄの回転軸３と負荷装置４の回転軸５とが機械的に連結されている。この設置スペース１の外周部の四辺の各中央部には、４台の発音器たるスピーカ８ａ〜８ｄが設置されており、これらのスピーカ８ａ〜８ｄは、設置スペース１の内側に向かって互いに異なる周波数に設定されたビーコン信号を出力する。
【００１５】
回転機器２ａ〜２ｄから発せられる振動音響のうち測定対象は１０ｋＨｚまでの可聴周波数帯域としており、スピーカ８ａ〜８ｄから発せられるビーコン信号は、この振動音響の測定対象の周波数帯域より高い１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの超音波の周波数帯域の周波数（ｆa、ｆb、ｆc、ｆd）に設定されている。
【００１６】
図２に示す回転機器の異常診断装置９は、振動音響及びビーコン信号の音圧（Ｐａ）を測定・記憶等するもので、携帯可能に構成された情報端末装置である、所謂ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）１０を本体部とし、マイクロホン１５、前処理器１４、ＣＦカード１３及びＰＤＡ１０がこの順に接続され構成されている。
【００１７】
ＰＤＡ１０の上面部には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの情報表示装置が備えられ、ペンタッチ入力も可能に構成された表示入力部１１や、押しボタン方式の操作キー１２などが配置されている。また、ＰＤＡ１０の上端部には、ＣＦカード１３を接続するためのカードスロット（図示せず）が形成されている。
【００１８】
マイクロホン１５は、回転機器２ａ〜２ｄから発せられる振動音響及びスピーカ８ａ〜８ｄから出力されるビーコン信号を受音するために用いられ、可聴音及び超音波の周波数帯域の音が受音可能である。ＣＦカード１３がＰＤＡ１０の前記カードスロットに装着されることによって、マイクロホン１５がＰＤＡ１０に接続され、マイクロホン１５が受音した音は、電気信号に変換されてＰＤＡ１０に入力される。
【００１９】
次に、図３に基づいて、異常診断装置９の電気的構成について説明する。
前処理器１４は、マイクロホン１５からの入力信号をフィルタリングするもので、ジャック１７、直流成分カットフィルタ１８、バッファ１９、切り換えスイッチ２０、振動音響用フィルタ２１（第２のフィルタ手段）及びビーコン信号用フィルタ２２（第１のフィルタ手段）を備えている。直流成分カットフィルタ１８、バッファ１９及び切り換えスイッチ２０は、この順に接続され、直流成分カットフィルタ１８にはジャック１７を介してマイクロホン１５のプラグ１６が接続されている。切り換えスイッチ２０は、入力された信号を振動音響用フィルタ２１及びビーコン信号用フィルタ２２のいずれかに切り換えられるように設けられている。
【００２０】
直流成分カットフィルタ１８は、例えば、遮断周波数０．０５Ｈｚ、−２０ｄＢ／ｄｅｃに設定されたハイパスフィルタである。振動音響用フィルタ２１は、例えば、遮断周波数１０ｋＨｚ、−４０ｄＢ／ｄｅｃに設定された２次バタワースローパスフィルタにより構成され、入力信号のうち０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動音響信号を通過させる。また、ビーコン信号用フィルタ２２は、例えば、−４０ｄＢ／ｄｅｃに設定された、遮断周波数１０ｋＨｚの２次バタワースハイパスフィルタと遮断周波数２０ｋＨｚのアンチエイリアシングフィルタとで構成され、入力信号のうち１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数帯域の周波数に設定されたビーコン信号を通過させる。
【００２１】
ＣＦカード１３は、前処理器１４から入力された信号をＡ／Ｄ変換して出力するもので、増幅回路２３、Ａ／Ｄ変換器２４、２５、ＣＦカードコントローラ２６、ＣＰＵ２７、メモリ２８及びコネクタ２９を備えている。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器２４は、振動音響の周波数帯域のサンプリングに必要な２５ｋＨｚのサンプリングレートに設定され、Ａ／Ｄ変換器２５は、ビーコン信号の周波数帯域のサンプリングに必要な５０ｋＨｚのサンプリングレートに設定されている。Ａ／Ｄ変換器２４、２５は増幅回路２３とＣＦカードコントローラ２６との間で並列に接続されている。振動音響の周波数帯域０Ｈｚ〜１０ｋＨｚは、ビーコン信号の周波数帯域１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚより低いため、Ａ／Ｄ変換器２４のサンプリングレートは、Ａ／Ｄ変換器２５のサンプリングレートより低く設定されている。
【００２３】
ＣＰＵ２７には、ＣＦカードコントローラ２６、メモリ２８がバスを介して接続されている。ＣＰＵ２７は、ＣＦカードコントローラ２６、メモリ２８の制御を行う。ＣＦカードコントローラ２６は、内部のデコーダ（図示せず）によってＣＰＵ２７より与えられる制御指令をデコードして動作し、ＣＦカード１３とＰＤＡ１０との間でデータの転送を行う。また、ＣＦカードコントローラ２６は、Ａ／Ｄ変換器２４、２５より出力されたデータを受けて、コネクタ２９を介してＰＤＡ１０側にデータを転送する。
【００２４】
ＰＤＡ１０は、コネクタ３０、ＣＰＵ３１、メモリ３２、ＩＳＡバスＩ／Ｆ３３、Ｄ／Ａ変換器３４及びヘッドホンジャック３５を備える。ＩＳＡバスＩ／Ｆ３３は、ＣＦカード１３との間におけるバス制御を行うものである。メモリ３２には、オペレーティングシステム（ＯＳ）がインストールされており、このＯＳ上で動作するアプリケーションプログラムとして図示はしないが位置特定プログラム（位置特定手段）、振動音響データ補正プログラム（補正手段）及び異常診断プログラム（診断手段）も記憶されている。
【００２５】
なお、前記アプリケーションプログラムとしてメディアプレーヤが搭載されており、後述する診断データファイル３６（図７参照）に基づいて音声信号の再生出力も可能となっている。音声信号は、Ｄ／Ａ変換器３４を介してヘッドホンジャック３５より出力される。即ち、作業者は、ヘッドホンジャック３５に図示しないヘッドフォンを接続することで、振動音響データを音声として聞くことができる。
【００２６】
次に、上記構成によるビーコン信号及び振動音響の測定について説明する。
まず、スピーカ８ａ〜８ｄのビーコン信号の測定では、ＰＤＡ１０によりビーコン信号測定の操作がなされると、前処理器１４においては切り換えスイッチ２０によりビーコン信号用フィルタ２２側に切り換えられ、ＣＦカード１３においてはサンプリングレートが５０ｋＨｚのＡ／Ｄ変換器２５側に切り換えられる。この状態で、マイクロホン１５が測定対象であるスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）に向けた状態とされると、そのスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）が発するビーコン信号をマイクロホン１５により受音する。受音されたビーコン信号は、前処理器１４においてビーコン信号用フィルタ２２で１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数帯域の信号が通過され、この後、ＣＦカード１３においてＡ／Ｄ変換器２５によりデジタル信号に変換され、ＰＤＡ１０に入力される。ＰＤＡ１０においては、これらビーコン信号はデジタル信号に変換した波形のデータとしてメモリ３２に後述する形式で記憶される。
【００２７】
また、回転機器２ａの振動音響の測定では、ＰＤＡ１０により振動音響の測定の操作がなされると、前処理器１４においては振動音響用フィルタ２１に切り換えられ、ＣＦカード１３においてはサンプリングレートが２５ｋＨｚのＡ／Ｄ変換器２４に切り換えられる。この状態で、マイクロホン１５が測定対象である回転機器２ａに向けられると、回転機器２ａから発せられる回転状態に応じた振動音響が受音される。受音された振動音響は、０．０５Ｈｚ〜１０ｋＨｚまでの周波数帯域の信号が通過され、Ａ／Ｄ変換器２４を介してデジタル信号に変換される。この振動音響のデジタル信号はＰＤＡ１０において波形のデータとしてメモリ３２に記憶される。
なお、デジタル信号に変換されたビーコン信号及び振動音響の各信号は、音圧（Ｐａ）に対応した信号であり、以下の説明においては、この信号の大きさを信号レベルとして扱う。
【００２８】
上記のようにしてビーコン信号及び振動音響の音圧が測定されるが、回転機器２ａの回転状態の異常診断に際しては、これに先立って基準となる振動音響の音圧のデータの取得が行われる。すなわち、回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄも同様）を設置スペース１に設置する際に、正常な状態で運転されているときの振動音響の音圧のデータを基準データＰ0として取得する。上記と同様にして、振動音響の測定を行うが、測定を行う位置Ａ0は予め決められた位置で行われる。これにより、基準位置Ａ0で測定される基準となる振動音響の基準データＰ0が得られる。
【００２９】
また、設置スペース１内での位置を算出するために必要なデータとして、スピーカ８ａ〜８ｄが出力するビーコン信号を基準位置Ａ0において受音して基準となる信号レベルのデータＢa0、Ｂb0、Ｂc0、Ｂd0として各スピーカ８ａ〜８ｄまでの距離のデータとともに予め記憶しておく。これらの振動音響の基準データＰ0及びビーコン信号のデータＢa0、Ｂb0、Ｂc0、Ｂd0は、回転機器２ａの基準となるデータとして予めＰＤＡ１０のメモリ内に記憶される。他の回転機器２ｂ〜２ｄについても同様のデータが予め測定され、メモリ３２に記憶される。
【００３０】
次に、異常診断の測定について図４の手順を参照して説明する。
この実施例においては、マイクロホン１５で受音する際に、上述した回転機器２ａに対する基準位置Ａ0以外の任意の測定位置Ａ1においても測定可能とするために、初めに測定位置検出のためのビーコン信号を受信し、これによって設置スペース１内における位置Ａ1を算出して基準位置Ａ0との距離の差を判定する。この後、測定位置Ａ1での回転機器の振動音響を測定してその音圧に相当する信号レベルを基準位置Ａ0で受信したときの信号レベルとなるように補正をする。この後、基準位置Ａ0で受信したときに相当する振動音響の音圧ｐが基準データｐ0に対して異常なレベルであるか否かが判断される。
【００３１】
さて、異常診断の手順としては、まず、ビーコン信号を測定すべくＰＤＡ１０を操作してビーコン信号用フィルタ２２を設定するとともにビーコン信号用のレートとなるようにＡ／Ｄ変換器２５を設定する（Ｓ１）。次に、マイクロホン１５により４個のスピーカ８ａ〜８ｄのうちの少なくとも３個として例えばスピーカ８ａ〜８ｃについてビーコン信号を測定する。測定に際しては、マイクロホン１５を測定対象のスピーカ８ａ（８ｂ、８ｃ）に向けて所定時間受音する（Ｓ２）。これにより、３個のビーコン信号Ｂa、Ｂb、Ｂcのデジタル信号を得ることができる。
【００３２】
次に、測定対象となる回転機器２ａの振動音響を測定する。同様にしてＰＤＡ１０を操作して振動音響用フィルタ２１及びＡ／Ｄ変換器２４に切り換える（Ｓ３）。続いて、回転機器２ａにマイクロホン１５を向けて振動音響を受音する。これにより、振動音響の信号をデジタル信号に変換したデータとして取得することができる（Ｓ４）。
【００３３】
なお、上述のようにして測定したビーコン信号及び振動音響のデータについては、診断データファイル３６としてメモリ３２に記憶される。
図７は診断データファイル３６のデータ領域構造を示している。診断データファイル３６は、例えばＲＩＦＦ ＷＡＶＥ形式で、情報チャンク３７とウェーブチャンク３８とからなるデータ領域構造であり、異常診断毎に１つずつ作成されＰＤＡ１０のメモリ３２に記憶される。
【００３４】
ウェーブチャンク３８は、音声用のデータを記録するためのデータ領域であり、振動音響データ３９、３つのビーコン信号データ４０、４１、４２が記録される。一方、情報チャンク３７はユーザが任意のデータを記録するための領域であり、基準位置でのビーコン信号の音圧４３には、例えばＢa0、Ｂb0、Ｂc0、Ｂd0が記録され、測定位置でのビーコン信号の音圧４４には、例えばスピーカ８ａ〜８ｃのビーコン信号の音圧Ｂa、Ｂb、Ｂcが記録される。
【００３５】
次に、測定した３個のビーコン信号Ｂa、Ｂb、Ｂcのデジタル信号のデータから、測定位置Ａ1を算出する（Ｓ５）。ここでは、まず、測定した３個のビーコン信号のデータについて、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理をすることでビーコン信号の周波数が特定され、対応する基準となるビーコン信号のレベルＢa1、Ｂb1、Ｂc1との演算を行って各スピーカ８ａ、８ｂ、８ｃまでの各距離を算出する。ここでは、基準位置Ａ0での各スピーカ８ａ、８ｂ、８ｃまでの距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのデータを用いて、音圧が音源からの距離の２乗に反比例するという法則に基づいて算出することができる。測定位置Ａ1の設置スペース１における位置が算出できる。これにより、測定位置Ａ1における対象となる回転機器２ａとの距離を算出することができる。
【００３６】
次に、上述した振動データ補正プログラムを動作させ、測定位置Ａ1で測定された振動騒音の任意の周波数の音圧をｐ1とした場合の、基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の音圧ｐを求める。音圧は音源からの距離の２乗に反比例するので、音圧ｐ1と音圧ｐとの関係を下記の式（１）で表すことができる。
ｐ＝（Ｌ1／Ｌ0）2×ｐ1 … （１）
【００３７】
なお、本発明者らの実測結果によれば、式（１）は（Ｌ1／Ｌ0）≧２の条件が満たされているときに有効であり、（Ｌ1／Ｌ0）＜２の条件が満たされているときには、すなわち、測定位置Ａ1と音源である回転機器２ａとの距離が基準位置Ａ0からの距離Ｌ0と近い場合は下記の式（２）が有効であることが測定により分かっている。これは設置環境などによる音の伝わり方の違いにより反射音などが受音されるためと推測され、音圧は音源からの距離に反比例するものである。このため、（Ｌ1／Ｌ0）＜２のときは、式（２）を用いて、音圧ｐ1を基準位置Ａ0での音圧ｐに補正する。
ｐ＝（Ｌ1／Ｌ0）×ｐ1 … （２）
【００３８】
すなわち、式（１）又は（２）により、測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1は、基準位置Ａ0で測定されたとする音圧ｐに補正される。後述する回転機器２ａの回転状態が異常か否かの判断は、補正後の音圧ｐに基づいて行われる。図８には、測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1のデータをＦＦＴ処理した結果を示している。また、図８中、曲線４５は測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1のレベルに相当する曲線を示し、曲線４６は基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の音圧ｐのレベルに相当する曲線を示している。
【００３９】
振動音響データの実効値による異常判断では、基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の振動音響の音圧ｐについてその周波数成分から実効値を求め後述する閾値と比較して回転機器２ａの回転状態が異常か否かを判断する（Ｓ６）。具体的には、上述した異常診断プログラムにより行われ、回転機器２ａの初期状態の振動音響の音圧ｐ0の実効値の例えば５倍の値を閾値とする。基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の振動音響の音圧ｐの実効値とこの閾値とを比較して、この実効値が閾値より小さい否かを判断する。この実効値が閾値より小さい場合、回転機器２ａの回転状態は異常なしと判断され（Ｓ７：ＮＯ）、回転状態の異常診断は終了される。一方、この実効値が閾値より大きいと判断された場合、回転機器２ａの回転状態は異常有りと判断され（Ｓ７：ＹＥＳ）、手順Ｓ８に移行する。
【００４０】
振動音響データ解析（Ｓ８）では、（１）ＦＦＴ、（２）兆候パラメータ、（３）ベアリングパス周波数による周知の解析が行われ、回転機器２ａのより詳細な回転状態の異常診断が行われる。手順Ｓ９では、これらの診断結果がＰＤＡ１０の表示入力部１１に表示される。
【００４１】
上記構成によれば、回転機器２ａの回転状態の異常診断を、回転機器２ａから発せられる振動音響を非接触でマイクロホン１５による測定をするだけで行うことができる。このため、異常診断時に作業者が回転機器２ａの回転露出部に接触等する心配が無く、安全にしかも作業効率の良い異常診断を行うことができる。
【００４２】
また、測定位置Ａ1で測定された回転機器２ａの振動音響を、基準位置Ａ0で測定した回転機器２ａの振動音響とする補正をするため、回転機器２ａの振動音響の測定位置の変動による信号レベルである音圧の誤差を無くすことができ、異常診断を精度良く行うことができる。
さらに、ビーコン信号のサンプリングレートに比べ、回転機器２ａの振動音響のサンプリングレートを低くしたため、サンプリングするデータの総数を少なくすることができ、サンプリングしたデータを記憶する異常診断装置９のメモリ３２の容量を小さくすることができ、経済的に有利である。
【００４３】
（第２実施例）
以下、本発明の第２実施例に係る回転機器の異常診断システムについて図９乃至図１３を参照して説明する。上記第１実施例と実質的に同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる点につき説明する。
本実施例の回転機器の異常診断システムは、設置スペース１に設置された回転機器２ａ〜２ｄのそれぞれにビーコン信号を発するスピーカ５１ａ〜５１ｄを一台ずつ設置している点で、第１実施例に係る回転機器の異常診断システムと異なる。
【００４４】
図９に示すように、設置スペース１に複数台（本実施例では４台）の回転機器２ａ〜２ｄが設置されている。回転機器２ａの上面にスピーカ５１ａが設置されている。回転機器２ｂ〜２ｄについても回転機器２ａと同様に、これらの上面にスピーカ５１ｂ〜５１ｄがそれぞれ設置されている。スピーカ５１ａ〜５１ｄは、それぞれ１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの超音波の周波数帯域の互いに異なる周波数に設定されたビーコン信号を基準位置に向けて発している。
【００４５】
スピーカ５１ａ〜５１ｄのビーコン信号にはそれぞれ位置特定情報（周波数：ｅa、ｅb、ｅc、ｅd）、回転機器識別用の情報（周波数：ｅa1、ｅb1、ｅc1、ｅd1）及び運転状況特定用の情報（周波数：ｅa2、ｅb2、ｅc2、ｅd2）などが重畳されている。なお、本実施例では、前記運転状況は回転機器２ａ〜２ｄの回転速度のことを意味する。前記回転機器識別用の情報にあっては、それぞれの回転機器２ａ〜２ｄに固有の周波数（ｅa1、ｅb1、ｅc1、ｅd1）が割り当てられており、例えば、スピーカ５１ａから発せられるビーコン信号に周波数ｅa1の信号が重畳されていれば、回転機器２ａ〜２ｄの中から回転機器２ａを識別できる。
【００４６】
回転機器２ａ〜２ｄの運転状況特定用の情報にあっては、回転機器２ａ〜２ｄの回転速度に対応した固有の周波数が割り当てられており、例えば、スピーカ５１ａから発せられるビーコン信号に周波数ｅa2の信号が重畳されていれば、ビーコン信号測定時の回転機器２ａの回転速度が周波数ｅa2に対応した回転速度であることが分かるようになっている。
【００４７】
図１０には異常診断装置５２の電気的構成を示す機能ブロック図を示す。回転機器の異常診断装置５２は、携帯可能に構成された情報携帯装置、所謂ＰＤＡ１０を本体部とし、マイクロホン１５、前処理器５４、ＣＦカード５３及びＰＤＡ１０がこの順に接続され構成されている。
【００４８】
前処理器５４は、マイクロホン１５からの入力信号をフィルタリングするもので、ジャック１７、直流成分カットフィルタ１８、バッファ１９及びアンチエイリアシングフィルタ５７がこの順に直列に接続され構成されている。アンチエイリアシングフィルタ５７は、−４０ｄＢ／ｄｅｃに設定された、遮断周波数２０ｋＨｚのフィルタであり、ＣＦカード５３の増幅回路２３に接続されている。
【００４９】
ＣＦカード５３は、前処理器５４からの入力信号をＡ／Ｄ変換して出力するもので、増幅回路２３、Ａ／Ｄ変換器２５、ＣＦカードコントローラ２６、ＣＰＵ２７、メモリ２８及びコネクタ２９を備えている。ＣＦカード５３に入力された信号は、増幅回路２３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２５に与えられ、デジタル信号に変換される。
【００５０】
Ａ／Ｄ変換器２５は、周波数帯域０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動音響信号及び周波数帯域１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのビーコン信号のサンプリングに必要な５０ｋＨｚのサンプリングレートに設定され、振動音響信号及びビーコン信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器２５はＣＦカードコントローラ２６に接続され、ＣＦカードコントローラ２６は、Ａ／Ｄ変換器２５より出力されたデータを受けて、コネクタ２９を介してＰＤＡ１０側にデータを転送する。
【００５１】
次に、上記構成によるビーコン信号及び振動音響の測定について説明する。
この実施例では、回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）の振動音響及びスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）のビーコン信号を同時に測定する。ＰＤＡ１０により振動音響・ビーコン信号の測定の操作がなされると、前処理器５４のアンチエイリアシングフィルタ５７及びＣＦカード５３のＡ／Ｄ変換器２５がアクティブ状態になる。この状態で、マイクロホン１５が測定対象である回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）に向けた状態とされると、回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）から発せられる回転状態に応じた振動音響とスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）が発するビーコン信号とがマイクロホン１５により同時に受音される。
【００５２】
受音された振動音響及びビーコン信号は、前処理器５４においてアンチエイリアシングフィルタ５７で０．０５Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周波数帯域の信号が通過され、この後、ＣＦカード５３においてＡ／Ｄ変換器２５によりデジタル信号に変換され、ＰＤＡ１０に入力される。ＰＤＡ１０においては、振動音響信号及びビーコン信号はデジタル信号に変換した波形のデータとしてメモリ３２に記憶される。
【００５３】
上記のようにして振動音響及びビーコン信号の音圧が測定されるが、回転機器２ａの回転状態の異常診断に際しては、これに先立って基準となる振動音響の音圧のデータの取得が、上記した第１実施例と同様な方法で行われる。すなわち、基準位置Ａ0で測定される基準となる回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）の振動音響の基準データＰ0が取得される。
【００５４】
また、各回転機器２ａ（２ｂ〜２ｄ）に対応して設けられたスピーカ８ａ（８ｂ〜８ｄ）が発するビーコン信号についても、基準位置Ａ0で測定されるビーコン信号の位置特定情報の基準データＣ0が取得される。
【００５５】
次に、異常診断の測定について図１１の手順を参照して説明する。
この実施例においては、マイクロホン１５で受音する際に、上述した回転機器２ａに対する基準位置Ａ0以外の任意の測定位置Ａ1においても測定可能とするために、測定位置Ａ1で測定したビーコン信号の位置特定情報の音圧Ｃ1と基準データＣ0に基づいて、測定位置Ａ1で測定した回転機器２ａの振動音響の音圧に相当する信号レベルを基準位置Ａ0で受音したときの信号レベルとなるように補正をする。この後、基準位置Ａ0で受信したときに相当する振動音響の音圧ｐが基準データｐ0に対して異常なレベルであるか否かが判断される。
【００５６】
さて、異常診断の手順としては、まず、振動音響及びビーコン信号を同時に測定すべくＰＤＡ１０を操作する（Ｓ１１）。次に、マイクロホン１５により回転機器２ａの振動音響及びスピーカ８ａのビーコン信号を同時に測定する。測定に際しては、マイクロホン１５を測定対象の回転機器２ａに向けて所定時間受音する（Ｓ１２）。これにより、振動音響ｐ1、ビーコン信号の位置特定情報の音圧Ｃ1、回転機器識別用の情報の音圧及び運転状況特定用の情報の音圧のデジタル信号を得ることができる。
【００５７】
次に、デジタル信号として得た振動音響ｐ1とビーコン信号とをＦＦＴ処理することにより、０．０５Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動音響ｐ1と１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数帯域のビーコン信号とに分離をする（Ｓ１４）。なお、上述して得た振動音響及びビーコン信号のデータについては、振動データファイル３６としてメモリ３２に記憶される。
【００５８】
振動音響データ補正では、手順Ｓ１３で分離した振動音響の音圧の補正を行う（Ｓ１４）。具体的には、測定位置Ａ1での振動音響の音圧を基準位置Ａ0で測定したとする音圧となるように補正を行う。
【００５９】
上述したように、一般に、音圧（Ｐａ）は音源からの距離の２乗に反比例するので、式（１）が導入される。
ｐ＝（Ｌ1／Ｌ0）2×ｐ1 … （１）
ここで、ビーコン信号の位置特定情報の音圧の距離減衰の関係は、下記の式（３）により表される。
Ｃ0＝（Ｌ1／Ｌ0）2×Ｃ1 … （３）
式（３）は、下記の式（４）に変形できる。
（Ｌ1／Ｌ0）2＝Ｃ0／Ｃ1 … （４）
式（１）及び（４）より下記の式（５）が導かれる。
ｐ＝（Ｃ0／Ｃ1）×ｐ1 … （５）
上述した振動データ補正プログラムを動作させ、測定位置Ａ1で測定された回転機器２ａの振動音響の任意の周波数の音圧をｐ1とした場合、基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の音圧ｐを、式（５）を用いて求める。
【００６０】
なお、第１実施例と同様に、本発明者らの実測結果によれば、式（５）は（Ｃ0／Ｃ1）≧２2＝４の条件が満たされているときに有効であり、（Ｃ0／Ｃ1）＜４の条件が満たされているときには、すなわち、測定位置Ａ1と回転機器２ａとの距離が基準位置Ａ0からの距離と近い場合は、下記の式（６）が測定により有効であることが分かっている。これは設置環境などによる音の伝わり方の違いにより反射音などが受音されるためと推測され、音圧は音源からの距離に反比例するものである。このため、（Ｃ0／Ｃ1）＜４のときは、式（６）を用いて、音圧ｐ1を基準位置Ａ0での音圧ｐに補正する。
ｐ＝（Ｃ0／Ｃ1）1/2×ｐ1 … （６）
【００６１】
即ち、式（５）又は（６）により、測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1に基づいて基準位置Ａ0で測定されたとする音圧ｐとなるように補正を行う。回転機器２ａの回転異常の診断は、補正後の音圧ｐを用いる。図１３には、測定位置Ａ1で測定した振動音響とビーコン信号のデータをＦＦＴ処理した結果を示している。また、図１３中、曲線５５は測定位置Ａ1で測定された音圧ｐ1のレベルに相当する曲線を示し、曲線５６は基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の音圧ｐのレベルに相当する曲線を示している。
【００６２】
振動音響データの実効値による異常判断では、基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の振動音響の音圧ｐについてその周波数成分から実効値を求め後述する閾値と比較して回転機器２ａの回転状態が異常か否かを判断する（Ｓ１５）。具体的には、上述した異常診断プログラムにより行われ、回転機器２ａの初期状態の振動音響の音圧ｐ0の実効値の５倍の値を閾値とする。基準位置Ａ0で測定されたとする補正後の振動音響の音圧ｐの実効値とこの閾値とを比較して、この実効値が閾値より小さい否かを判断する。この実効値が閾値より小さい場合、回転機器２ａの回転状態は異常なしと判断され（手順Ｓ１６：ＮＯ）、回転状態の異常診断は終了される。一方、この実効値が閾値より大きいと判断された場合、回転機器２ａの回転状態は異常有りと判断され（手順Ｓ１６：ＹＥＳ）、手順Ｓ１７に移行する。
【００６３】
振動音響データ解析（手順Ｓ１７）では、（１）ＦＦＴ、（２）兆候パラメータ、（３）ベアリングパス周波数による周知の解析が行われ、回転機器２ａのより詳細な回転状態の異常診断が行われる。手順Ｓ１８では、これらの診断結果がＰＤＡ１０の表示入力部１１に表示される。
【００６４】
上記構成によれば、回転機器２ａの振動音響とスピーカ５１ａから発せられるビーコン信号とを両方同時に測定するため、回転機器２ａの回転状態の異常診断を短時間で行うことができ、作業者の作業工数も少なくすることができる。
【００６５】
また、異常診断装置５２は、１つの周波数帯域を測定するだけなので、前処理器５４のフィルタとＣＦカード５３のＡ／Ｄ変換器をそれぞれ１つずつ備えればよく、異常診断装置５２の構成を簡単にすることができる。
さらに、位置特定情報の他に、ビーコン信号に回転機器識別用の情報及び回転機器２ａの運転状況特定用の情報を重畳しているため、異常診断装置５２を用いれば非接触でこれらの情報を得ることができ、回転機器２ａの監視をより効率良く行うことができる。
【００６６】
（その他の実施例）
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。
上述した実施例では、設置スペース１は、工場等の屋内にあることを想定しているが、これに限らず、屋外にある設置スペースでも本発明の適用は可能である。
また、上述した実施例では、振動音響データの実効値による異常判断において、閾値を回転機器２ａの初期状態の振動音響の音圧ｐ0の実効値の５倍の値に設定したが、これに限ることはなく、当該閾値はユーザが任意に設定することができる。
【００６７】
また、上記した第１実施例と第２実施例とを組み合わせて本発明を実施してもよい。即ち、設置スペースに複数台の回転機器を設置し、これらのうち特定の回転機器にビーコン信号を発するスピーカを設置するとともに、この設置スペースの外周部の四方の中央部に少なくとも３台のビーコン信号を発するスピーカを設置するようにしてもよい。
【００６８】
また、上述した実施例では、音圧は音源からの距離の２乗に反比例するという法則は、設置環境などによる音の伝わり方の違いにより、音圧は音源からの距離の１乗に反比例するとしているが、「１乗」から「２乗」へと急峻に乗数が変化するため実測値と適合しない場合は、「１乗」と「２乗」との間の乗数を段階的又は連続的に設定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
図面中、１は設置スペース、２ａ〜２ｄは回転機器、８ａ〜８ｄはスピーカ（発音器）、９は異常診断装置、１０はＰＤＡ（本体部）、１５はマイクロホン（受音器）、２１は振動音響用フィルタ（第２のフィルタ手段）、２２はビーコン信号用フィルタ（第１のフィルタ手段）、２４、２５はＡ／Ｄ変換器、３９は振動音響データ(振動音響）、４０、４１、４２はビーコン信号データ（標識音響）、５１ａ〜５１ｄはスピーカ（発音器）、５２は異常診断装置、５７はアンチエイリアシングフィルタである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象となる回転機器の設置スペースに少なくとも３個配置され、互いに異なる周波数に設定された標識音響を出力する発音器と、
移動可能に設けられ前記回転機器の回転状態の異常を診断する異常診断装置とを備え、
前記異常診断装置は、
前記回転機器の運転中に発せられる振動音響および前記発音器から発せられる前記標識音響を受音する受音器と、
前記受音器で受音した少なくとも３個の前記発音器から出力された前記標識音響の信号レベルに基づいて当該受音器の前記設置スペースでの受音位置を特定する位置特定手段と、
前記受音器により受音した前記振動音響の信号レベルを、前記位置特定手段により特定した前記受音位置に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するための基準位置で受音したときの信号レベルとなるように補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された前記振動音響の信号に基づいて前記回転機器の回転異常を診断する診断手段と、
を有することを特徴とする回転機器の異常診断システム。
【請求項２】
前記標識音響は、前記回転機器の運転中に発せられる前記振動音響の周波数帯域より高い周波数帯域の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項３】
前記受音器で受音した信号から前記標識音響の周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタ手段と、
前記受音器で受音した信号から前記振動音響の周波数帯域の信号を抽出する第２のフィルタ手段とを備え、
前記位置特定手段は、前記受音器で受音した信号から前記第１のフィルタ手段により抽出される前記標識音響の信号を用いて前記位置特定の処理を行い、
前記補正手段は、前記受音器で受音した信号から前記第２のフィルタ手段により抽出される前記振動音響の信号を用いて、前記位置特定手段により特定された受音位置情報に基づいて前記振動音響の信号レベルの補正を行うことを特徴とする請求項２記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項４】
前記第１および第２のフィルタ手段により抽出された前記標識音響および前記振動音響の信号を診断用のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、
前記Ａ／Ｄ変換器は、
前記標識音響のサンプリングを、前記標識音響の周波数帯域の信号をサンプリングするのに必要なサンプリングレートで行い、
前記振動音響のサンプリングを、前記標識音響のサンプリングレートよりも低いサンプリングレートで行うことを特徴とする請求項３記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項５】
前記受音器で受音した前記標識音響および前記振動音響の信号を、前記標識音響の周波数帯域の信号をサンプリングするのに必要なサンプリングレートでサンプリングして診断用のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、
前記位置特定手段は、前記Ａ／Ｄ変換器より得たデジタル信号から、前記標識音響の周波数帯域に存在する前記標識音響の信号を抽出し、この抽出した前記標識音響の信号を用いて前記位置特定の処理を行い、
前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換器より得たデジタル信号から、前記振動音響の周波数帯域に存在する前記振動音響の信号を抽出し、前記位置特定手段により特定された前記位置特定情報に基づいて前記振動音響の信号レベルの補正を行うことを特徴とする請求項２記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項６】
前記回転機器から前記受音位置までの距離を受音距離とし、
前記回転機器から前記基準位置までの距離を基準距離とし、
前記受音距離が前記基準距離の２倍を超えない所定距離であるときの前記補正手段は、
前記信号レベルとしての音圧が音源からの距離に反比例する測定結果に基づき、前記受音位置で受音した前記振動音響の信号レベルを、前記基準位置で受音したとする前記振動音響の信号レベルに補正することを特徴とする請求項１、３及び５のいずれかに記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項７】
前記標識音響には、前記回転機器識別用の情報および前記回転機器の運転状況特定用の情報が異なる周波数の標識音響として重畳されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項８】
請求項１に記載の回転機器の異常診断システムで使用される異常診断装置であって、
前記受音器としてのマイクロホンと、
前記マイクロホンが接続可能に構成され、前記位置特定手段、前記補正手段および前記診断手段を備えた本体部と、
を備えたことを特徴とする回転機器の異常診断装置。
【請求項９】
診断対象となる回転機器の設置スペースに、互いに異なる周波数に設定された標識音響を出力する少なくとも３個の発音器が設けられ、
前記回転機器の異常診断の方法であって、
回転機器の運転中に発せられる振動音響および発音器から発せられる標識音響を受音器により受音するＡ行程、
受音器で受音した少なくとも３個の標識音響の信号レベルに基づいて当該受音器による受音位置を特定するＢ行程、
前記受音器により受音した前記振動音響の信号レベルを、前記位置特定手段により特定した前記受音位置に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するための基準位置で受音したときの信号レベルとなるように補正するＣ行程、
前記補正手段により補正された前記振動音響の信号に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するＤ行程、
をこの順に行うことを特徴とする回転機器の異常診断方法。
【請求項１】
診断対象となる回転機器の設置スペースに少なくとも３個配置され、互いに異なる周波数に設定された標識音響を出力する発音器と、
移動可能に設けられ前記回転機器の回転状態の異常を診断する異常診断装置とを備え、
前記異常診断装置は、
前記回転機器の運転中に発せられる振動音響および前記発音器から発せられる前記標識音響を受音する受音器と、
前記受音器で受音した少なくとも３個の前記発音器から出力された前記標識音響の信号レベルに基づいて当該受音器の前記設置スペースでの受音位置を特定する位置特定手段と、
前記受音器により受音した前記振動音響の信号レベルを、前記位置特定手段により特定した前記受音位置に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するための基準位置で受音したときの信号レベルとなるように補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された前記振動音響の信号に基づいて前記回転機器の回転異常を診断する診断手段と、
を有することを特徴とする回転機器の異常診断システム。
【請求項２】
前記標識音響は、前記回転機器の運転中に発せられる前記振動音響の周波数帯域より高い周波数帯域の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項３】
前記受音器で受音した信号から前記標識音響の周波数帯域の信号を抽出する第１のフィルタ手段と、
前記受音器で受音した信号から前記振動音響の周波数帯域の信号を抽出する第２のフィルタ手段とを備え、
前記位置特定手段は、前記受音器で受音した信号から前記第１のフィルタ手段により抽出される前記標識音響の信号を用いて前記位置特定の処理を行い、
前記補正手段は、前記受音器で受音した信号から前記第２のフィルタ手段により抽出される前記振動音響の信号を用いて、前記位置特定手段により特定された受音位置情報に基づいて前記振動音響の信号レベルの補正を行うことを特徴とする請求項２記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項４】
前記第１および第２のフィルタ手段により抽出された前記標識音響および前記振動音響の信号を診断用のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、
前記Ａ／Ｄ変換器は、
前記標識音響のサンプリングを、前記標識音響の周波数帯域の信号をサンプリングするのに必要なサンプリングレートで行い、
前記振動音響のサンプリングを、前記標識音響のサンプリングレートよりも低いサンプリングレートで行うことを特徴とする請求項３記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項５】
前記受音器で受音した前記標識音響および前記振動音響の信号を、前記標識音響の周波数帯域の信号をサンプリングするのに必要なサンプリングレートでサンプリングして診断用のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、
前記位置特定手段は、前記Ａ／Ｄ変換器より得たデジタル信号から、前記標識音響の周波数帯域に存在する前記標識音響の信号を抽出し、この抽出した前記標識音響の信号を用いて前記位置特定の処理を行い、
前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換器より得たデジタル信号から、前記振動音響の周波数帯域に存在する前記振動音響の信号を抽出し、前記位置特定手段により特定された前記位置特定情報に基づいて前記振動音響の信号レベルの補正を行うことを特徴とする請求項２記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項６】
前記回転機器から前記受音位置までの距離を受音距離とし、
前記回転機器から前記基準位置までの距離を基準距離とし、
前記受音距離が前記基準距離の２倍を超えない所定距離であるときの前記補正手段は、
前記信号レベルとしての音圧が音源からの距離に反比例する測定結果に基づき、前記受音位置で受音した前記振動音響の信号レベルを、前記基準位置で受音したとする前記振動音響の信号レベルに補正することを特徴とする請求項１、３及び５のいずれかに記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項７】
前記標識音響には、前記回転機器識別用の情報および前記回転機器の運転状況特定用の情報が異なる周波数の標識音響として重畳されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転機器の異常診断システム。
【請求項８】
請求項１に記載の回転機器の異常診断システムで使用される異常診断装置であって、
前記受音器としてのマイクロホンと、
前記マイクロホンが接続可能に構成され、前記位置特定手段、前記補正手段および前記診断手段を備えた本体部と、
を備えたことを特徴とする回転機器の異常診断装置。
【請求項９】
診断対象となる回転機器の設置スペースに、互いに異なる周波数に設定された標識音響を出力する少なくとも３個の発音器が設けられ、
前記回転機器の異常診断の方法であって、
回転機器の運転中に発せられる振動音響および発音器から発せられる標識音響を受音器により受音するＡ行程、
受音器で受音した少なくとも３個の標識音響の信号レベルに基づいて当該受音器による受音位置を特定するＢ行程、
前記受音器により受音した前記振動音響の信号レベルを、前記位置特定手段により特定した前記受音位置に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するための基準位置で受音したときの信号レベルとなるように補正するＣ行程、
前記補正手段により補正された前記振動音響の信号に基づいて前記回転機器の回転異常を診断するＤ行程、
をこの順に行うことを特徴とする回転機器の異常診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１９１１８１（Ｐ２０１１−１９１１８１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７５６１（Ｐ２０１０−５７５６１）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（５００４１４８００）東芝産業機器製造株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（５００４１４８００）東芝産業機器製造株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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