検査装置およびその制御方法、ならびに検査装置制御プログラム
【課題】稼働条件を変化させても、良否判定の基準を変更する必要がない検査装置などを提供する。
【解決手段】回転体の検査を行う検査装置の検査部３４は、検査対象の回転体を含む対象装置からの振動信号を取得するセンサ情報取得部３３と、回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス生成部４２と、振動信号のうち、所定数の対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出するフレーム抽出部４５と、複数のフレームを用いて代表特徴量を算出して良否の判定を行う代表特徴量算出部４９とを備えている。
【解決手段】回転体の検査を行う検査装置の検査部３４は、検査対象の回転体を含む対象装置からの振動信号を取得するセンサ情報取得部３３と、回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス生成部４２と、振動信号のうち、所定数の対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出するフレーム抽出部４５と、複数のフレームを用いて代表特徴量を算出して良否の判定を行う代表特徴量算出部４９とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の検査を行う検査装置およびその制御方法、ならびに検査装置制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばエンジン、トランスミッションなどの回転体と呼ばれる機器の製品検査では、製品を稼働させた場合に発生する振動に基づいて良否判定が行われている。従来、この良否判定は、検査員が上記振動の音を聴いたり、上記機器に手を触れたりすることにより行われていた。しかしながら、この場合、検査員の官能評価によって上記良否判定が行われるため、判定基準を定量化することが困難であり、論理的な妥当性を示すことが困難であった。そこで、近時では、上記振動をセンサによって検出し、検出した信号に基づいて、上記良否判定を自動的に行う検査装置が開発されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【特許文献１】特開平８−４３２５７号公報（１９９６年２月１６日公開）
【特許文献２】特開２００１−２１４５５号公報（２００１年１月２６日公開）
【特許文献３】特開２００１−２２１６８３号公報（２００１年８月１７日公開）
【特許文献４】実開昭６３−９０１２８号公報（１９８８年６月１１日公開）
【特許文献５】特開昭６１−６６１４０号公報（１９８６年４月４日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回転体の検査において検出を所望する不良の特性は、例えば回転数（回転速度）を一定にするなど、安定した稼働条件の下で検出できるものが大半である。しかしながら、例えばオーダトラッキング解析などのように、稼働条件を変化させて検出する必要があるものも一部存在する。このような特性を検出するため、従来の検査装置では、稼働条件の変化に応じて、良否判定の基準を変更していた。
【０００４】
しかしながら、この場合、安定した稼働条件の下で不良の特性を検出することを前提としているために、良否判定の基準を変更できない既存の検査装置を利用することができない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、稼働条件を変化させても、良否判定の基準を変更する必要がない検査装置などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る検査装置は、回転体の検査を行う検査装置であって、上記課題を解決するために、検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出手段と、複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係る検査装置の制御方法は、回転体の検査を行う検査装置の制御方法であって、上記課題を解決するために、検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得ステップと、上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得ステップと、上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出ステップと、複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査ステップとを含むことを特徴としている。
【０００８】
上記の構成および方法によると、振動信号の抽出は、対象周期パルスのパルス単位で行われるので、抽出された複数のフレームのそれぞれには、検査対象の回転体が所定数回転する間に発生する振動成分が含まれている。従って、これらのフレームを利用することにより、同じ判定基準で検査することができる。
【０００９】
ところで、通常、回転体の回転数が増加すると、発生する振動の振幅も増加する。このため、抽出された各フレームの波形は類似していても、振幅の大きさが著しく異なることがある。
【００１０】
そこで、本発明に係る検査装置では、上記フレームの正規化を行う正規化手段をさらに備えており、上記検査手段は、正規化した複数の上記フレームを用いて上記検査を行うことが好ましい。正規化により、例えば振幅の大きさを揃えることができるので、同じ判定基準でさらに精度良く検査することができる。
【００１１】
ところで、検査対象の装置によっては、検査対象の回転体の回転を検出できないが、別の回転体の回転を検出できる場合がある。
【００１２】
そこで、本発明に係る検査装置では、上記対象装置は、複数の回転体を備えており、上記複数の回転体のうち、基準となる回転体の回転に対応して生成される基準回転パルスを取得する基準回転パルス取得手段をさらに備えており、上記対象周期パルス取得手段は、基準となる回転体と検査対象となる回転体との回転比率を利用して、上記基準回転パルスから上記対象周期パルスを生成してもよい。この場合、検査対象の回転体の回転を検出できなくても、別の回転体の回転を検出することにより、対象周期パルスを取得することができる。ここで、回転比率とは、基準となる回転体が１回転する間に検査対象となる回転体が回転する回転数をいう。
【００１３】
本発明に係る検査装置では、上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得手段と、上記振動信号のうち、上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
上記の構成によると、検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、基準位置からの位相で示しているため、対象周期パルスの周期が変化しても、該周期において位相範囲に対応する区間の振動信号には、検査対象となる振動成分が含まれることになる。従って、検査対象となる振動成分を含む振動信号を通過させ、それ以外の振動信号を遮断することにより、さらに精度良く検査することができる。
【００１５】
本発明に係る検査装置は、回転体の検査を行う検査装置であって、上記課題を解決するために、検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得手段と、上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段と、該フィルタ手段が通過させた振動信号を用いて上記検査を行う検査手段とを備えることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る検査装置の制御方法は、回転体の検査を行う検査装置の制御方法であって、上記課題を解決するために、検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得ステップと、上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得ステップと、上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得ステップと、上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタステップと、該フィルタステップにより通過された振動信号を用いて上記検査を行う検査ステップとを含むことを特徴としている。
【００１７】
上記の構成および方法によると、検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、基準位置からの位相で示しているため、対象周期パルスの周期が変化しても、該周期において位相範囲に対応する区間の振動信号には、検査対象となる振動成分が含まれることになる。従って、稼働条件が変化しても、検査対象となる振動成分を含む振動信号のみを通過させることにより、同じ判定基準で検査することができる。
【００１８】
なお、上記検査装置における各手段を、検査装置制御プログラムによりコンピュータ上で機能させることができる。さらに、上記検査装置制御プログラムをコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶させることにより、任意のコンピュータ上で上記検査装置制御プログラムを実行させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明に係る検査装置では、振動信号の抽出は、対象周期パルスのパルス単位で行われるので、抽出された複数のフレームのそれぞれには、検査対象の回転体が所定数回転する間に発生する振動成分が含まれており、これらのフレームを利用することにより、同じ判定基準で検査できるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明に係る検査装置では、検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、基準位置からの位相で示しているため、対象周期パルスの周期が変化しても、該周期において位相範囲に対応する区間の振動信号には、検査対象となる振動成分が含まれることになり、その結果、稼働条件が変化しても、検査対象となる振動成分を含む振動信号のみを通過させることにより、同じ判定基準で検査できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施形態について図１〜図２３を参照して説明する。図２は、本実施形態の検査システムの概略構成を示している。検査システム１０は、例えばエンジンのような、回転体を有する製品１１の稼働時に生ずる振動を利用して、製品１１の検査（良否判定）を行うものである。
【００２２】
製品１１の振動は、振動センサ１２・１３にて検出され、検出された振動の時系列データ（以下「振動データ」と略称する。）が検査装置１４に送信される。また、製品１１の運転状態は、運転状態検出センサ１５にて検出され、検出結果が運転状態データとして運転制御装置１６に送信される。運転制御装置１６は、受信した運転状態データに基づいて、製品１１を駆動制御すると共に、上記運転状態データを検査装置１４に送信する。
【００２３】
検査装置１４は、振動センサ１２・１３から受信した振動データと、検査員１７が設定した検査用パラメータとを用いて、振動の特徴量を算出し、算出した特徴量に基づいて製品１１の良否判定を行う。
【００２４】
本実施形態では、検査装置１４は、運転制御装置１６から受信した運転状態データと、検査員１７などによって外部から入力された製品１１の構造情報とを用いて、上記振動の特徴量を、運転状態に依存しないものに補正している。図３は、本実施形態の検査システム１０において、製品１１の運転状態を示す回転数の時間変化と、検査装置１４が補正した振動の特徴量（以下、「補正特徴量」と称す。）の時間変化とを概念的に示している。同図における一点鎖線は、良否の判定基準の閾値を示している。また、図２３は、図３の比較例であり、従来の検査システムにおいて、製品の運転状態を示す回転数の時間変化と、検査装置が算出した振動の特徴量の時間変化とを概念的に示している。
【００２５】
ここで、特徴量の例としては、振動データの平均値、標準偏差、最大値、ピーク値、ボトム値、波形率、衝撃指数、波高率、歪度、尖り度などが挙げられる。
【００２６】
図２３に示されるように、従来の検査システムは、回転数の変化に応じて、特徴量も変化していた。このため、回転数の変化に合わせて良否の判定基準を変化させる必要があった。これに対し、本実施形態の検査システム１０では、図３に示されるように、回転数が変化しても、補正特徴量は変化しないことが理解できる。従って、運転状態が変化しても、良否の判定基準を変更する必要が無い。
【００２７】
次に、検査装置１４の詳細について図４を参照して説明する。図４は、検査装置１４の概略構成を示している。図示のように、検査装置１４は、制御部２１、記憶部２２、受信部２３、入力部２４、および表示部２５を備える構成である。
【００２８】
制御部２１は、検査装置１４における各部の動作を統括的に制御するものであり、例えばＰＣベースのコンピュータによって構成される。そして、各部の動作制御は、制御プログラムをコンピュータに実行させることによって行われる。また、記憶部２２は、各種の情報を記憶するものであり、例えばハードディスク装置などの不揮発性の記録媒体によって構成される。なお、制御部２１および記憶部２２の詳細については後述する。
【００２９】
受信部２３は、外部から信号を受信するものであり、受信した信号を制御部２１に送信する。具体的には、受信部２３は、振動センサ１２・１３から振動データを受信すると共に、運転制御装置１６から運転状態データを受信している。なお、受信部２３は、信号を有線で受信してもよいし、無線で受信してもよい。
【００３０】
入力部２４は、検査員１７からの指示入力、情報入力などを受け付けるものであり、例えばキーボードやボタンなどのキー入力デバイスや、マウスなどのポインティングデバイスなどによって構成される。なお、入力部２４と共に、或いは入力部２４の代わりに、印刷された情報を読取るスキャナデバイス、無線または有線の伝送媒体を介して信号を受信する受信デバイス、外部または自装置内の記録媒体に記録されたデータを再生する再生デバイスなどを用いて、外部からの情報の入力を受け付けても良い。
【００３１】
表示部２５は、制御部２１からの指示に基づいて情報を表示するものであり、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などの表示デバイスによって構成される。なお、表示部２５と共に、或いは表示部２５の代わりに、紙などの印刷媒体に情報を印刷する印刷出力デバイス、上記伝送媒体を介して信号を送信する送信デバイス、上記記録媒体にデータを記録する記録デバイスなどを用いて、外部に情報を出力しても良い。
【００３２】
次に、制御部２１および記憶部２２の詳細について説明する。図４に示されるように、制御部２１は、構造情報取得部３１、検査用パラメータ取得部３２、センサ情報取得部３３、検査部３４、および検査結果表示制御部３５を備える構成である。また、記憶部２２は、構造情報３６および検査用パラメータ３７を記憶している。
【００３３】
構造情報取得部３１は、製品１１の構造情報を、検査員１７から入力部２４を介して取得するものであり、取得した構造情報を記憶部２２に記憶する。本実施形態では、製品１１の構造情報３６として、基準となる回転体（以下「基準回転体」と称する。）の１回転に対する、検査対象となる回転体（以下「対象回転体」と称する。）の回転数を示す回転比率と、運転状態を検出するために、基準回転体に設けられた歯の構造を示す歯構造と、対象回転体において、基準となる位置から不良要因の発生する位置までの角度を示す位相のずれとを利用している。ここで、製品１１が内燃機関である場合、基準回転体の例としてカムシャフトを挙げることができる。
【００３４】
検査用パラメータ取得部３２は、検査に利用される各種のパラメータである検査用パラメータを、検査員１７から入力部２４を介して取得するものであり、取得した検査用パラメータを記憶部２２に記憶する。本実施形態では、検査用パラメータ３７として、重み関数の種類と、位相フィルタ区間の幅と、１フレーム当りのパルス信号の回転数と、フレームシフトを示すパルス信号の回転数と、正規化の要否とを利用している。
【００３５】
センサ情報取得部３３は、センサからのセンサ情報を、受信部２３を介して取得し、取得したセンサ情報に対し増幅、整形などの所定の処理を行うものである。本実施形態では、上記センサ情報として、振動センサ１２・１３からの振動データと、運転状態検出センサ１５から運転制御装置１６を介しての運転状態データとを取得している。センサ情報取得部３３は、取得し処理されたセンサ情報を、検査部３４に送出する。
【００３６】
検査部３４は、センサ情報取得部３３から受信するセンサ情報と、記憶部２２が記憶する構造情報３６および検査用パラメータ３７とを利用して、対象回転体の検査を行うものである。検査部３４は、検査結果を検査結果表示制御部３５に送出する。検査結果表示制御部３５は、検査部３４からの検査結果を表示するように、表示部２５を制御するものである。
【００３７】
次に、検査部３４の詳細について、図１および図５を参照して説明する。図１は、検査部３４の概略構成を示している。図示のように、検査部３４は、周波数フィルタ部４１、対象周期パルス生成部４２、位相フィルタ用波形生成部４３、位相フィルタ部４４、フレーム抽出部４５、正規化部４６、周期性強調部４７、フレーム特徴量算出部４８、および代表特徴量算出部４９を備える構成である。
【００３８】
図５は、上記構成の検査部３４における検査工程の流れを示している。図示のように、上記検査工程では、センサ情報取得部３３から取得した振動データに対し、周波数フィルタ部４１が周波数フィルタ処理（ステップＳ１１。以下、単に「Ｓ１１」と記載することがある。他のステップについても同様である。）を実行し、位相フィルタ部４４が位相フィルタ処理（Ｓ１２）を実行し、フレーム抽出部４５がフレーム抽出処理（Ｓ１３）を実行し、周期性強調部４７が周期性強調処理（Ｓ１４）を実行し、フレーム特徴量算出部４８がフレーム特徴量算出処理（Ｓ１５）を実行し、代表特徴量算出部４９が代表特徴量算出処理（Ｓ１６）を実行することにより、良否の判定指標となる１つの代表的特徴量が算出される。
【００３９】
周波数フィルタ部４１は、振動センサ１２・１３が検出した振動データをセンサ情報取得部３３から取得し、取得した振動データのうち、検査対象となる振動（以下「対象振動」と称する。）に固有の周波数帯域のものを通過させ、その他の帯域のものを遮断させるものである。これにより、検査対象以外の振動成分を振動データから或る程度除去することができる。周波数フィルタ部４１は、処理した振動データを位相フィルタ部４４に送出する。
【００４０】
対象周期パルス生成部４２は、対象回転体の１回転の周期に対応して発生するパルスである対象周期パルスを生成するものである。この対象周期パルスは、センサ情報取得部３３が取得した運転状態データと、記憶部２２が記憶する構造情報３６および検査用パラメータ３７とを利用して生成される。対象周期パルス生成部４２は、生成した対象周期パルスを位相フィルタ用波形生成部４３およびフレーム抽出部４５に送出する。なお、対象周期パルス生成部４２は、対象周期パルスを生成する代わりに、対象周期パルスの発生時刻を生成してもよい。
【００４１】
位相フィルタ用波形生成部４３は、対象回転体において基準位置から対象振動の発生位置までの位相を特定し、特定した位相を含む所定区間の振動データを通過させるための波形データを生成するものである。この波形データは、対象周期パルス生成部４２が生成した対象周期パルスと、記憶部２２が記憶する構造情報３６および検査用パラメータ３７とを利用して生成される。位相フィルタ用波形生成部４３は、生成した位相フィルタ用波形データを位相フィルタ部４４に送出する。
【００４２】
位相フィルタ部４４は、位相フィルタ用波形生成部４３からの波形データを利用して、周波数フィルタ部４１からの振動データのうち、上記所定区間のものを通過させるものである。これにより、検査対象以外の振動成分を振動データから確実に除去することができる。位相フィルタ部４４は、処理した振動データを濾波データとしてフレーム抽出部４５に送信する。
【００４３】
フレーム抽出部４５は、位相フィルタ部４４からの濾波データに対し、対象回転体の回転に同期して、濾波データの部分集合であるフレームを切り出すものである。フレームは、対象周期パルス生成部４２からの対象周期パルスと、記憶部２２が記憶する検査用パラメータ３７とを利用して切り出される。フレーム抽出部４５は、切り出したフレームを正規化部４６に送出する。
【００４４】
正規化部４６は、フレーム抽出部４５からのフレームの濾波データを正規化するものである。正規化部４６は、正規化したフレームを周期性強調部４７に送出する。なお、上記正規化を省略することもできる。上記正規化の要否は検査用パラメータ３７に含まれている。
【００４５】
周期性強調部４７は、正規化部４６からのフレームの濾波データに対し、周期性を有する成分を強調するものである。周期性強調部４７は、強調されたフレームをフレーム特徴量算出部４８に送出する。なお、上記周期性成分の強調は、濾波データの特徴が顕著ではない場合に行われる。
【００４６】
フレーム特徴量算出部４８は、周期性強調部４７からのフレームの濾波データに対し統計的処理を行うことにより、上記フレームの統計的な特徴量を算出するものである。フレーム特徴量算出部４８は、算出した特徴量を代表特徴量算出部４９に送出する。
【００４７】
代表特徴量算出部４９は、フレーム特徴量算出部４８から受け取る全フレームに関して、フレームの特徴量の時間的推移を示す１つの値を代表特徴量として算出するものである。この代表特徴量の例としては、特徴量の最大値、最小値などが挙げられる。代表特徴量算出部４９は、算出した代表特徴量を検査結果表示制御部３５に送出する。
【００４８】
次に、検査部３４における対象周期パルス生成部４２、位相フィルタ用波形生成部４３、および位相フィルタ部４４の詳細について、図６〜図２２を参照して説明する。図６は、周波数フィルタ部４１、対象周期パルス生成部４２、位相フィルタ用波形生成部４３、および位相フィルタ部４４において利用される情報および生成される情報の概要を示している。また、図７は、図５に示される位相フィルタ処理（Ｓ１２）において、対象周期パルス生成部４２が実行する処理の流れを示している。そして、図８は、位相フィルタ処理（Ｓ１２）において、位相フィルタ用波形生成部４３および位相フィルタ部４４が実行する処理の流れを示している。
【００４９】
まず、図６に示されるように、センサ情報取得部３３は、振動センサ１２・１３から取得した振動データに対し、増幅、整形などの所定の処理を施した上で、周波数フィルタ部４１に送出している。また、センサ情報取得部３３は、運転制御装置１６から取得した運転状態データに対し、増幅、整形などの所定の処理を施した上で、対象周期パルス生成部４２に送出している。
【００５０】
対象周期パルス生成部４２は、センサ情報取得部３３から取得した運転状態データと、記憶部２２が記憶する構造情報３６に含まれる回転比率の情報およびセンサの歯の情報とを利用して、上述の対象周期パルスを生成している。具体的には、図７に示されるように、対象周期パルス生成部４２は、基準周期パルスを生成する処理（Ｓ２１）と、対象周期パルスを生成する処理（Ｓ２２）と、対象周期パルスの発生時刻を算出する処理（Ｓ２３）とを行っている。ここで、基準周期パルスは、基準回転体の１回転の周期に対応して発生するパルスである。
【００５１】
まず、基準周期パルスを生成する処理（Ｓ２１）について、図９および図１０を参照して説明する。図９は、運転状態検出センサ１５の構成要素であるセンサ素子の概要を示している。また、図１０は２つのパルスの時間変化を示している。
【００５２】
上記センサ素子は、基準回転体と共に回転するものであり、基準回転体の回転量を検知するために、周方向に１または複数の歯が設けられている。なお、複数の歯が設けられる場合、隣り合う歯どうしの間隔は、等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。また、等間隔で設けられた複数の歯のうち、一部の歯が省略された構成であってもよい。
【００５３】
図９に示される例では、センサ素子６１は、周方向に等間隔な１２箇所のうち、１１箇所に歯６２が設けられている。このようなセンサ素子６１は、例えば、自動車のエンジンにおいて、点火のタイミングなどをとるためにカムシャフトに設けられている。
【００５４】
上記構成のセンサ素子６１に対し、撮影したり、センサ素子６１に光を照射し、その反射光を受光したり、センサ素子６１に電圧を印加したりすることにより、運転制御装置１６は、センサ素子６１の歯６２に対応して発生するパルスを取得できる。このパルスは、センサ素子６１が高速で回転すると、パルス間隔およびパルス幅が短くなり、センサ素子６１が低速で回転すると、パルス間隔およびパルス幅が長くなる。すなわち、上記パルスは、基準回転体の回転に対応して生成されるので、以下では「基準回転パルス」と称する。運転制御装置１６は、上記基準回転パルスの時系列データ（以下「基準回転パルスデータ」と略称する。）を運転状態データとして検査装置１４に送信している。
【００５５】
検査装置１４の対象周期パルス生成部４２は、運転制御装置１６から受信部２３およびセンサ情報取得部３３を介して取得する基準回転パルスデータを利用して、上記基準周期パルスを生成する。図１０は、上記基準回転パルスの時間変化を上段に示し、上記基準周期パルスの時間変化を下段に示している。図示のように、基準回転パルスは、センサ素子６１が１回転する間に、１１個発生し、１個分空くことになる。
【００５６】
従って、対象周期パルス生成部４２は、まず、記憶部２２の構造情報３６からセンサ素子６１の構造情報、すなわちセンサ素子６１における歯６２の設置数および空き数を取得する。次に、対象周期パルス生成部４２は、取得した歯６２の設置数および空き数に対応するパルスのパターンを基準回転パルスデータから探し出し、見つかったパターンにおける先頭の基準回転パルスの立ち上がり時刻に、パルスを発生させる。これにより、対象周期パルス生成部４２は、図１０の下段に示すような、基準回転体（センサ素子６１）の１回転の周期に対応して発生するパルスである基準周期パルスを生成することができる。
【００５７】
次に、図７に示される対象周期パルスを生成する処理（Ｓ２２）と、対象周期パルスの発生時刻を算出する処理（Ｓ２３）とについて説明する。通常、基準回転体が１回転する間に対象回転体が回転する回転数、すなわち回転比率は一定である。従って、対象回転体の単位時間当りの回転数は、基準回転体の単位時間当りの回転数に上記回転比率を乗算したものとなる。すなわち、対象周期パルスの単位時間当りの発生数は、基準周期パルスの単位時間当りの発生数に上記回転比率を乗算したものとなる。
【００５８】
そこで、対象周期パルス生成部４２は、まず、生成した基準周期パルスの現在の単位時間当りの発生数を算出する。次に、対象周期パルス生成部４２は、算出した発生数に、記憶部２２の構造情報３６から取得した回転比率を乗算することにより、対象周期パルスの現在の単位時間当りの発生数を算出する。これにより、対象周期パルス生成部４２は、算出した発生数に基づいて、対象周期パルスの時系列データｑ（ｔ）（以下「対象周期パルスデータｑ（ｔ）」と略称する。）を生成できると共に（Ｓ２２）、ｉ番目（ｉは自然数）の対象周期パルスの発生時刻ｑｉを算出できる（Ｓ２３）
図１１は、上から順に、基準周期パルスの時間変化と、回転比率が０．５である場合の対象周期パルスの時間変化と、回転比率が１．５である場合の対象周期パルスの時間変化とを示している。同図を参照すると、基準周期パルスと回転比率とから対象周期パルスが生成できることが理解できる。
【００５９】
図６に戻ると、位相フィルタ用波形生成部４３は、対象周期パルス生成部４２が生成した対象周期パルスの発生時刻ｑｉと、記憶部２２の構造情報３６に含まれる位相のずれと、記憶部２２の検査用パラメータ３７に含まれる位相フィルタ区間の幅と、重み関数の種類とを利用して、位相フィルタ用波形データを生成している。具体的には、図８に示されるように、位相フィルタ用波形生成部４３は、不良要因の発生時刻を特定する処理（Ｓ２４）と、位相フィルタ区間を設定する処理（Ｓ２５）と、位相フィルタ用波形データを生成する処理（Ｓ２６）とを行っている。なお、ここでの不良要因は、製品１１に含まれる部品における不良要因のうち、特に周期的な衝撃成分が発生するものである。
【００６０】
まず、不良要因の発生時刻を特定する処理（Ｓ２４）と位相フィルタ区間を設定する処理（Ｓ２５）とについて、図１２および図１３を参照して説明する。図１２および図１３は、対象回転体６５の回転時において、対象周期パルスが発生するタイミングｑｉと、検査対象となるｊ番目（ｊは自然数）の不良要因の衝撃成分が発生するタイミングｑ’ｉ，ｊと、ｊ番目の不良要因の衝撃成分が発生する可能性の高い区間ｌｊとを示している。
【００６１】
図１２および図１３に示されるように、対象周期パルスが発生してから、対象回転体６５が所定角度回転すると、不良要因の衝撃成分が発生している。すなわち、対象周期パルスが発生するタイミングｑｉと、不良要因の衝撃成分が発生するタイミングｑ’ｉ，ｊとの間には、位相のずれｄｊ（単位は度）が存在している。従って、位相フィルタ用波形生成部４３は、対象周期パルスの発生時刻ｑｉと不良要因の位相のずれｄｊとを用いて、不良要因の衝撃成分が発生する時刻ｑ’ｉ，ｊを次式で求めることができる。
【００６２】
【数１】
【００６３】
ここで、Ｔｉは対象周期パルスの現在の発生周期である。なお、この位相のずれｄｊは、不良要因によって決まる数値である。また、上記位相のずれｄｊは、対象回転体６５の回転周期に比例し、すなわち対象周期パルスの発生周期に比例することになる。
【００６４】
また、図１２および図１３に示されるように、不良要因の衝撃成分が発生する区間ｌjは、有限であり、かつ、不良要因ごとに決まる。そこで、位相フィルタ用波形生成部４３は、上記区間ｌｊを位相フィルタ区間として次式のように設定する。
【００６５】
【数２】
【００６６】
次に、位相フィルタ用波形データを生成する処理（Ｓ２６）について、図１４および図１５を参照して説明する。位相フィルタ用波形生成部４３は、設定した位相フィルタ区間ｌｊと、記憶部２２の検査用パラメータ３７に含まれる重み関数とを用いて、位相フィルタ用波形データを生成する。
【００６７】
上記重み関数は、位相フィルタ区間ｌｊにて計測される波形を強調するために振動データに施されるマスク関数である。検査装置１４には、複数の重み関数が記憶されており、検査員１７によって選択された重み関数が、記憶部２２の検査用パラメータ３７に記憶されることになる。
【００６８】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、上記重み関数ｗ（τ，ａ）の一例を示している。同図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ矩形、三角形、およびガウス関数の重み関数ｗ（τ，ａ）を示している。各重み関数ｗ（τ，ａ）は次式で表される。
【００６９】
【数３】
【００７０】
従って、或る不良要因の衝撃成分を強調するための位相フィルタ用波形データｇｊ（ｔ）は、次式で表される。
【００７１】
【数４】
【００７２】
そして、位相フィルタ用波形生成部４３は、各不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇｊ（ｔ）を用いて、全体の位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）を作成する。図１５は、上から順に、２つの不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇ１（ｔ）、ｇ２（ｔ）と、全体の位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）との一例をそれぞれ示している。図示の例では、重み関数として三角形が利用されている。
【００７３】
図１５に示されるように、位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）は、各不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇｊ（ｔ）に関して、或る時刻ｔの最大値を算出し、これを他の時刻ｔについても繰り返すことにより生成される。図示の例では、全体の位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）は、第１の不良要因の衝撃成分が発生する時刻ｑ’ｉ，１と、第２の不良要因の衝撃成分が発生する時刻ｑ’ｉ，２との中間の時刻以前は、第１の不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇ１（ｔ）が選択され、該時刻以降は、第２の不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇ２（ｔ）が選択されたものとなっている。
【００７４】
図６に戻ると、位相フィルタ部４４は、位相フィルタ用波形生成部４３からの位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）を利用して、周波数フィルタ部４１からの振動データｘ（ｔ）のうち、位相フィルタ区間のものを通過させることにより、濾波データｙ（ｔ）を生成する。具体的には、次式に従って、濾波データｙ（ｔ）を算出する。
ｙ（ｔ）＝ｇ（ｔ）×ｘ（ｔ）。
【００７５】
図１６は、上記位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）、振動データｘ（ｔ）、および濾波データｙ（ｔ）の時間変化の一例をそれぞれ示すグラフである。図示の例では、重み関数として矩形が利用されている。振動データｘ（ｔ）のグラフのうち破線は、周波数フィルタ部４１に入力される振動データを示しており、実線は、周波数フィルタ部４１から出力される振動データを示している。同図を参照すると、不良要因が発生する区間に関する振動のみが残り、その他の区間の振動がほぼゼロとなっていることが理解できる。
【００７６】
次に、検査部３４におけるフレーム抽出部４５および正規化部４６の詳細について、図１７〜図２２を参照して説明する。図１７は、フレーム抽出部４５および正規化部４６において利用される情報および生成される情報の概要を示している。また、図１８は、図５に示されるフレーム抽出処理（Ｓ１３）において、フレーム抽出部４５が実行する処理の流れを示している。
【００７７】
まず、図１７に示されるように、フレーム抽出部４５は、位相フィルタ部４４から取得した濾波データと、対象周期パルス生成部４２から取得した対象周期パルスデータと、記憶部２２の検査用パラメータ３７に含まれる１フレーム当りのパルス数およびフレームシフト量とを利用して、上述のフレームを切り出すものである。また、正規化部４６は、記憶部２２の検査用パラメータ３７に含まれる正規化の要否に基づいて、フレーム抽出部４５が抽出したフレームの正規化を行うものである。具体的には、図１８に示されるように、フレーム抽出部４５は、フレーム数を求める処理（Ｓ３１）と、フレーム切り出し処理（Ｓ３３）、正規化判断処理（Ｓ３４）、および正規化処理（Ｓ３５）を上記フレーム数だけ繰り返す処理（Ｓ３２）とを行っている。
【００７８】
ここで、フレームシフト量は、隣り合うフレーム同士のずれの量であり、本実施形態では、対象周期パルスの数で設定されている。図１９は、或る測定波形と、該測定波形から切り出した、隣り合うフレームとの一例を示している。なお、測定波形のグラフには、対象周期パルスが棒線で示されている。図示の例では、１３個の対象周期パルス（対象回転体の１３回転に相当）分の測定波形が１フレームとして切り出されている。また、フレームシフト量は、２個の対象周期パルス分である。
【００７９】
まず、フレーム数を求める処理（Ｓ３１）について説明する。この処理は、濾波データ全体から取得可能なフレーム数を求める処理である。フレーム数Ｎｆは次式によって求められる。
【００８０】
【数５】
【００８１】
ここで、Ｎｑは、対象周期パルスのパルス数であり、ｎは、１フレーム当りの対象周期パルスの数であり、ｍは、フレームシフト量である。また、floor関数は、小数点以下を切り捨てるものである。
【００８２】
次に、フレーム切り出し処理（Ｓ３３）について説明する。まず、１フレーム当りの対象周期パルスの数と、フレームシフト量とから、ｋ番目（ｋは１〜Ｎｆの自然数）のフレームの開始時刻ｑ（ｋ−１）ｍ＋１と終了時刻ｑ（ｋ−１）ｍ＋ｎ＋１とを算出する。そして、算出した開始時刻および終了時刻に基づいて、濾波データからｋ番目のフレームを切り出す。すなわち、ｋ番目のフレームのデータｘｋ（ｔｋ）は、濾波データｘ（ｔ）から次式によって切り出される。
ｘｋ（ｔｋ）＝ｘ（ｔｋ＋ｑ（ｋ−１）ｍ＋１）
なお、計測開始時刻から最初のフレームｑ１までの濾波データと、最後のフレームｑ（Ｎｆ−１）ｍ＋ｎ＋１から計測終了時刻までの濾波データとは無視される。
【００８３】
次に、正規化判断処理（Ｓ３４）および正規化処理（Ｓ３５）について説明する。正規化部４６は、検査用パラメータ３７に含まれる正規化の要否の設定情報に基づいて、正規化が必要であるか否かを判断する。正規化が必要である場合、正規化部４６は、正規化処理を行う。この正規化処理には、種々の統計的手法を利用できるが、本実施形態では、標準偏差による除算を行っている。すなわち、正規化部４６は、ｋ番目のフレームに対して、次式を適用する。
【００８４】
【数６】
【００８５】
ここで、Ｐｋは、次式の通りである。
【００８６】
【数７】
【００８７】
図２０〜図２１は、フレーム切り出し処理（Ｓ３３）および正規化処理（Ｓ３５）を説明するためのものである。図２０は、振動データと、基準回転体の回転数の時間変化とを、上段および下段に同期して示している。同図を参照すると、回転数の上昇により、振動データの周波数が増加していることが理解できる。
【００８８】
図２１（ａ）・（ｂ）は、図２０の振動データから切り出されたフレームＦ１・Ｆ２をそれぞれ示している。図２０（ａ）・（ｂ）を比較すると、振幅の大きさや、フレームの時間幅が大きく異なるが、波形が類似していることが理解できる。
【００８９】
図２２（ａ）・（ｂ）は、図２１（ａ）・（ｂ）のフレームに対し、上記正規化処理を行ったものである。図２２（ａ）・（ｂ）を比較すると、度数分布が類似していることが理解できる。
【００９０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９１】
最後に、検査装置１４の各ブロック、特に制御部２１は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００９２】
すなわち、検査装置１４は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである検査装置１４の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記検査装置１４に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【００９３】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【００９４】
また、検査装置１４を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る検査装置は、検査対象の装置の稼働条件が変化しても、同じ判定基準で検査できるので、例えば、プリンタ、コピー機、モータ、タービンなど、回転体を有する任意の装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の一実施形態である検査システムにおける検査装置の検査部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】上記検査システムの概要図である。
【図３】上記検査システムにおいて、製品の運転状態を示す回転数の時間変化と、上記検査装置が補正した振動の特徴量の時間変化とを概念的に示すグラフである。
【図４】上記検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】上記検査部における検査工程の流れを示すフローチャートである。
【図６】上記検査部の周波数フィルタ部、対象周期パルス生成部、位相フィルタ用波形生成部、および位相フィルタ部において利用される情報および生成される情報の概要を示すブロック図である。
【図７】上記検査工程の位相フィルタ処理において、上記対象周期パルス生成部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】上記検査工程の位相フィルタ処理において、上記位相フィルタ用波形生成部および上記位相フィルタ部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】上記検査システムにおける運転状態検出センサの構成要素であるセンサ素子の概要図である。
【図１０】基準回転パルスの時間変化と、基準周期パルスの時間変化とを示すグラフである。
【図１１】基準周期パルスの時間変化と、回転比率が０．５である場合の対象周期パルスの時間変化と、回転比率が１．５である場合の対象周期パルスの時間変化とを示すグラフである。
【図１２】対象回転体の概要図であり、対象回転体の回転時において、対象周期パルスが発生するタイミングと、不良要因の衝撃成分が発生するタイミングと、該不良要因の衝撃成分が発生する可能性の高い区間とを示す図である。
【図１３】上記対象周期パルスが発生する時刻と、上記不良要因の衝撃成分が発生する時刻と、該不良要因の衝撃成分が発生する可能性の高い区間とを示すグラフである。
【図１４】同図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ矩形、三角形、およびガウス関数の重み関数を示すグラフである。
【図１５】２つの不良要因に関する位相フィルタ用波形データの一例と、全体の位相フィルタ用波形データの一例とを示すグラフである。
【図１６】位相フィルタ用波形データ、振動データ、および濾波データの時間変化の一例をそれぞれ示すグラフである。
【図１７】上記検査部のフレーム抽出部および正規化部において利用される情報および生成される情報の概要を示すブロック図である。
【図１８】上記検査工程のフレーム抽出処理において、フレーム抽出部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】或る測定波形と、該測定波形から切り出した、隣り合うフレームとの一例を示すグラフである。
【図２０】振動データと基準回転体の回転数の時間変化とを同期させて示すグラフである。
【図２１】同図（ａ）・（ｂ）は、上記振動データから切り出されたフレームをそれぞれ示すグラフである。
【図２２】同図（ａ）・（ｂ）は、上記フレームのそれぞれに対し正規化処理を行ったものを示すグラフである。
【図２３】従来の検査システムにおいて、製品の運転状態を示す回転数の時間変化と、上記検査装置が検査する振動の特徴量の時間変化とを概念的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００９７】
１４ 検査装置
３３ センサ情報取得部（振動信号取得手段、基準回転パルス取得手段）
４２ 対象周期パルス生成部（対象周期パルス取得手段）
４３ 位相フィルタ用波形生成部（位相範囲取得手段）
４４ 位相フィルタ部（フィルタ手段）
４５ フレーム抽出部（抽出手段）
４６ 正規化部（正規化手段）
４９ 代表特徴量算出部（検査手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の検査を行う検査装置およびその制御方法、ならびに検査装置制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばエンジン、トランスミッションなどの回転体と呼ばれる機器の製品検査では、製品を稼働させた場合に発生する振動に基づいて良否判定が行われている。従来、この良否判定は、検査員が上記振動の音を聴いたり、上記機器に手を触れたりすることにより行われていた。しかしながら、この場合、検査員の官能評価によって上記良否判定が行われるため、判定基準を定量化することが困難であり、論理的な妥当性を示すことが困難であった。そこで、近時では、上記振動をセンサによって検出し、検出した信号に基づいて、上記良否判定を自動的に行う検査装置が開発されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【特許文献１】特開平８−４３２５７号公報（１９９６年２月１６日公開）
【特許文献２】特開２００１−２１４５５号公報（２００１年１月２６日公開）
【特許文献３】特開２００１−２２１６８３号公報（２００１年８月１７日公開）
【特許文献４】実開昭６３−９０１２８号公報（１９８８年６月１１日公開）
【特許文献５】特開昭６１−６６１４０号公報（１９８６年４月４日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回転体の検査において検出を所望する不良の特性は、例えば回転数（回転速度）を一定にするなど、安定した稼働条件の下で検出できるものが大半である。しかしながら、例えばオーダトラッキング解析などのように、稼働条件を変化させて検出する必要があるものも一部存在する。このような特性を検出するため、従来の検査装置では、稼働条件の変化に応じて、良否判定の基準を変更していた。
【０００４】
しかしながら、この場合、安定した稼働条件の下で不良の特性を検出することを前提としているために、良否判定の基準を変更できない既存の検査装置を利用することができない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、稼働条件を変化させても、良否判定の基準を変更する必要がない検査装置などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る検査装置は、回転体の検査を行う検査装置であって、上記課題を解決するために、検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出手段と、複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係る検査装置の制御方法は、回転体の検査を行う検査装置の制御方法であって、上記課題を解決するために、検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得ステップと、上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得ステップと、上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出ステップと、複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査ステップとを含むことを特徴としている。
【０００８】
上記の構成および方法によると、振動信号の抽出は、対象周期パルスのパルス単位で行われるので、抽出された複数のフレームのそれぞれには、検査対象の回転体が所定数回転する間に発生する振動成分が含まれている。従って、これらのフレームを利用することにより、同じ判定基準で検査することができる。
【０００９】
ところで、通常、回転体の回転数が増加すると、発生する振動の振幅も増加する。このため、抽出された各フレームの波形は類似していても、振幅の大きさが著しく異なることがある。
【００１０】
そこで、本発明に係る検査装置では、上記フレームの正規化を行う正規化手段をさらに備えており、上記検査手段は、正規化した複数の上記フレームを用いて上記検査を行うことが好ましい。正規化により、例えば振幅の大きさを揃えることができるので、同じ判定基準でさらに精度良く検査することができる。
【００１１】
ところで、検査対象の装置によっては、検査対象の回転体の回転を検出できないが、別の回転体の回転を検出できる場合がある。
【００１２】
そこで、本発明に係る検査装置では、上記対象装置は、複数の回転体を備えており、上記複数の回転体のうち、基準となる回転体の回転に対応して生成される基準回転パルスを取得する基準回転パルス取得手段をさらに備えており、上記対象周期パルス取得手段は、基準となる回転体と検査対象となる回転体との回転比率を利用して、上記基準回転パルスから上記対象周期パルスを生成してもよい。この場合、検査対象の回転体の回転を検出できなくても、別の回転体の回転を検出することにより、対象周期パルスを取得することができる。ここで、回転比率とは、基準となる回転体が１回転する間に検査対象となる回転体が回転する回転数をいう。
【００１３】
本発明に係る検査装置では、上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得手段と、上記振動信号のうち、上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
上記の構成によると、検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、基準位置からの位相で示しているため、対象周期パルスの周期が変化しても、該周期において位相範囲に対応する区間の振動信号には、検査対象となる振動成分が含まれることになる。従って、検査対象となる振動成分を含む振動信号を通過させ、それ以外の振動信号を遮断することにより、さらに精度良く検査することができる。
【００１５】
本発明に係る検査装置は、回転体の検査を行う検査装置であって、上記課題を解決するために、検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得手段と、上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段と、該フィルタ手段が通過させた振動信号を用いて上記検査を行う検査手段とを備えることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る検査装置の制御方法は、回転体の検査を行う検査装置の制御方法であって、上記課題を解決するために、検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得ステップと、上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得ステップと、上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得ステップと、上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタステップと、該フィルタステップにより通過された振動信号を用いて上記検査を行う検査ステップとを含むことを特徴としている。
【００１７】
上記の構成および方法によると、検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、基準位置からの位相で示しているため、対象周期パルスの周期が変化しても、該周期において位相範囲に対応する区間の振動信号には、検査対象となる振動成分が含まれることになる。従って、稼働条件が変化しても、検査対象となる振動成分を含む振動信号のみを通過させることにより、同じ判定基準で検査することができる。
【００１８】
なお、上記検査装置における各手段を、検査装置制御プログラムによりコンピュータ上で機能させることができる。さらに、上記検査装置制御プログラムをコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶させることにより、任意のコンピュータ上で上記検査装置制御プログラムを実行させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明に係る検査装置では、振動信号の抽出は、対象周期パルスのパルス単位で行われるので、抽出された複数のフレームのそれぞれには、検査対象の回転体が所定数回転する間に発生する振動成分が含まれており、これらのフレームを利用することにより、同じ判定基準で検査できるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明に係る検査装置では、検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、基準位置からの位相で示しているため、対象周期パルスの周期が変化しても、該周期において位相範囲に対応する区間の振動信号には、検査対象となる振動成分が含まれることになり、その結果、稼働条件が変化しても、検査対象となる振動成分を含む振動信号のみを通過させることにより、同じ判定基準で検査できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施形態について図１〜図２３を参照して説明する。図２は、本実施形態の検査システムの概略構成を示している。検査システム１０は、例えばエンジンのような、回転体を有する製品１１の稼働時に生ずる振動を利用して、製品１１の検査（良否判定）を行うものである。
【００２２】
製品１１の振動は、振動センサ１２・１３にて検出され、検出された振動の時系列データ（以下「振動データ」と略称する。）が検査装置１４に送信される。また、製品１１の運転状態は、運転状態検出センサ１５にて検出され、検出結果が運転状態データとして運転制御装置１６に送信される。運転制御装置１６は、受信した運転状態データに基づいて、製品１１を駆動制御すると共に、上記運転状態データを検査装置１４に送信する。
【００２３】
検査装置１４は、振動センサ１２・１３から受信した振動データと、検査員１７が設定した検査用パラメータとを用いて、振動の特徴量を算出し、算出した特徴量に基づいて製品１１の良否判定を行う。
【００２４】
本実施形態では、検査装置１４は、運転制御装置１６から受信した運転状態データと、検査員１７などによって外部から入力された製品１１の構造情報とを用いて、上記振動の特徴量を、運転状態に依存しないものに補正している。図３は、本実施形態の検査システム１０において、製品１１の運転状態を示す回転数の時間変化と、検査装置１４が補正した振動の特徴量（以下、「補正特徴量」と称す。）の時間変化とを概念的に示している。同図における一点鎖線は、良否の判定基準の閾値を示している。また、図２３は、図３の比較例であり、従来の検査システムにおいて、製品の運転状態を示す回転数の時間変化と、検査装置が算出した振動の特徴量の時間変化とを概念的に示している。
【００２５】
ここで、特徴量の例としては、振動データの平均値、標準偏差、最大値、ピーク値、ボトム値、波形率、衝撃指数、波高率、歪度、尖り度などが挙げられる。
【００２６】
図２３に示されるように、従来の検査システムは、回転数の変化に応じて、特徴量も変化していた。このため、回転数の変化に合わせて良否の判定基準を変化させる必要があった。これに対し、本実施形態の検査システム１０では、図３に示されるように、回転数が変化しても、補正特徴量は変化しないことが理解できる。従って、運転状態が変化しても、良否の判定基準を変更する必要が無い。
【００２７】
次に、検査装置１４の詳細について図４を参照して説明する。図４は、検査装置１４の概略構成を示している。図示のように、検査装置１４は、制御部２１、記憶部２２、受信部２３、入力部２４、および表示部２５を備える構成である。
【００２８】
制御部２１は、検査装置１４における各部の動作を統括的に制御するものであり、例えばＰＣベースのコンピュータによって構成される。そして、各部の動作制御は、制御プログラムをコンピュータに実行させることによって行われる。また、記憶部２２は、各種の情報を記憶するものであり、例えばハードディスク装置などの不揮発性の記録媒体によって構成される。なお、制御部２１および記憶部２２の詳細については後述する。
【００２９】
受信部２３は、外部から信号を受信するものであり、受信した信号を制御部２１に送信する。具体的には、受信部２３は、振動センサ１２・１３から振動データを受信すると共に、運転制御装置１６から運転状態データを受信している。なお、受信部２３は、信号を有線で受信してもよいし、無線で受信してもよい。
【００３０】
入力部２４は、検査員１７からの指示入力、情報入力などを受け付けるものであり、例えばキーボードやボタンなどのキー入力デバイスや、マウスなどのポインティングデバイスなどによって構成される。なお、入力部２４と共に、或いは入力部２４の代わりに、印刷された情報を読取るスキャナデバイス、無線または有線の伝送媒体を介して信号を受信する受信デバイス、外部または自装置内の記録媒体に記録されたデータを再生する再生デバイスなどを用いて、外部からの情報の入力を受け付けても良い。
【００３１】
表示部２５は、制御部２１からの指示に基づいて情報を表示するものであり、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などの表示デバイスによって構成される。なお、表示部２５と共に、或いは表示部２５の代わりに、紙などの印刷媒体に情報を印刷する印刷出力デバイス、上記伝送媒体を介して信号を送信する送信デバイス、上記記録媒体にデータを記録する記録デバイスなどを用いて、外部に情報を出力しても良い。
【００３２】
次に、制御部２１および記憶部２２の詳細について説明する。図４に示されるように、制御部２１は、構造情報取得部３１、検査用パラメータ取得部３２、センサ情報取得部３３、検査部３４、および検査結果表示制御部３５を備える構成である。また、記憶部２２は、構造情報３６および検査用パラメータ３７を記憶している。
【００３３】
構造情報取得部３１は、製品１１の構造情報を、検査員１７から入力部２４を介して取得するものであり、取得した構造情報を記憶部２２に記憶する。本実施形態では、製品１１の構造情報３６として、基準となる回転体（以下「基準回転体」と称する。）の１回転に対する、検査対象となる回転体（以下「対象回転体」と称する。）の回転数を示す回転比率と、運転状態を検出するために、基準回転体に設けられた歯の構造を示す歯構造と、対象回転体において、基準となる位置から不良要因の発生する位置までの角度を示す位相のずれとを利用している。ここで、製品１１が内燃機関である場合、基準回転体の例としてカムシャフトを挙げることができる。
【００３４】
検査用パラメータ取得部３２は、検査に利用される各種のパラメータである検査用パラメータを、検査員１７から入力部２４を介して取得するものであり、取得した検査用パラメータを記憶部２２に記憶する。本実施形態では、検査用パラメータ３７として、重み関数の種類と、位相フィルタ区間の幅と、１フレーム当りのパルス信号の回転数と、フレームシフトを示すパルス信号の回転数と、正規化の要否とを利用している。
【００３５】
センサ情報取得部３３は、センサからのセンサ情報を、受信部２３を介して取得し、取得したセンサ情報に対し増幅、整形などの所定の処理を行うものである。本実施形態では、上記センサ情報として、振動センサ１２・１３からの振動データと、運転状態検出センサ１５から運転制御装置１６を介しての運転状態データとを取得している。センサ情報取得部３３は、取得し処理されたセンサ情報を、検査部３４に送出する。
【００３６】
検査部３４は、センサ情報取得部３３から受信するセンサ情報と、記憶部２２が記憶する構造情報３６および検査用パラメータ３７とを利用して、対象回転体の検査を行うものである。検査部３４は、検査結果を検査結果表示制御部３５に送出する。検査結果表示制御部３５は、検査部３４からの検査結果を表示するように、表示部２５を制御するものである。
【００３７】
次に、検査部３４の詳細について、図１および図５を参照して説明する。図１は、検査部３４の概略構成を示している。図示のように、検査部３４は、周波数フィルタ部４１、対象周期パルス生成部４２、位相フィルタ用波形生成部４３、位相フィルタ部４４、フレーム抽出部４５、正規化部４６、周期性強調部４７、フレーム特徴量算出部４８、および代表特徴量算出部４９を備える構成である。
【００３８】
図５は、上記構成の検査部３４における検査工程の流れを示している。図示のように、上記検査工程では、センサ情報取得部３３から取得した振動データに対し、周波数フィルタ部４１が周波数フィルタ処理（ステップＳ１１。以下、単に「Ｓ１１」と記載することがある。他のステップについても同様である。）を実行し、位相フィルタ部４４が位相フィルタ処理（Ｓ１２）を実行し、フレーム抽出部４５がフレーム抽出処理（Ｓ１３）を実行し、周期性強調部４７が周期性強調処理（Ｓ１４）を実行し、フレーム特徴量算出部４８がフレーム特徴量算出処理（Ｓ１５）を実行し、代表特徴量算出部４９が代表特徴量算出処理（Ｓ１６）を実行することにより、良否の判定指標となる１つの代表的特徴量が算出される。
【００３９】
周波数フィルタ部４１は、振動センサ１２・１３が検出した振動データをセンサ情報取得部３３から取得し、取得した振動データのうち、検査対象となる振動（以下「対象振動」と称する。）に固有の周波数帯域のものを通過させ、その他の帯域のものを遮断させるものである。これにより、検査対象以外の振動成分を振動データから或る程度除去することができる。周波数フィルタ部４１は、処理した振動データを位相フィルタ部４４に送出する。
【００４０】
対象周期パルス生成部４２は、対象回転体の１回転の周期に対応して発生するパルスである対象周期パルスを生成するものである。この対象周期パルスは、センサ情報取得部３３が取得した運転状態データと、記憶部２２が記憶する構造情報３６および検査用パラメータ３７とを利用して生成される。対象周期パルス生成部４２は、生成した対象周期パルスを位相フィルタ用波形生成部４３およびフレーム抽出部４５に送出する。なお、対象周期パルス生成部４２は、対象周期パルスを生成する代わりに、対象周期パルスの発生時刻を生成してもよい。
【００４１】
位相フィルタ用波形生成部４３は、対象回転体において基準位置から対象振動の発生位置までの位相を特定し、特定した位相を含む所定区間の振動データを通過させるための波形データを生成するものである。この波形データは、対象周期パルス生成部４２が生成した対象周期パルスと、記憶部２２が記憶する構造情報３６および検査用パラメータ３７とを利用して生成される。位相フィルタ用波形生成部４３は、生成した位相フィルタ用波形データを位相フィルタ部４４に送出する。
【００４２】
位相フィルタ部４４は、位相フィルタ用波形生成部４３からの波形データを利用して、周波数フィルタ部４１からの振動データのうち、上記所定区間のものを通過させるものである。これにより、検査対象以外の振動成分を振動データから確実に除去することができる。位相フィルタ部４４は、処理した振動データを濾波データとしてフレーム抽出部４５に送信する。
【００４３】
フレーム抽出部４５は、位相フィルタ部４４からの濾波データに対し、対象回転体の回転に同期して、濾波データの部分集合であるフレームを切り出すものである。フレームは、対象周期パルス生成部４２からの対象周期パルスと、記憶部２２が記憶する検査用パラメータ３７とを利用して切り出される。フレーム抽出部４５は、切り出したフレームを正規化部４６に送出する。
【００４４】
正規化部４６は、フレーム抽出部４５からのフレームの濾波データを正規化するものである。正規化部４６は、正規化したフレームを周期性強調部４７に送出する。なお、上記正規化を省略することもできる。上記正規化の要否は検査用パラメータ３７に含まれている。
【００４５】
周期性強調部４７は、正規化部４６からのフレームの濾波データに対し、周期性を有する成分を強調するものである。周期性強調部４７は、強調されたフレームをフレーム特徴量算出部４８に送出する。なお、上記周期性成分の強調は、濾波データの特徴が顕著ではない場合に行われる。
【００４６】
フレーム特徴量算出部４８は、周期性強調部４７からのフレームの濾波データに対し統計的処理を行うことにより、上記フレームの統計的な特徴量を算出するものである。フレーム特徴量算出部４８は、算出した特徴量を代表特徴量算出部４９に送出する。
【００４７】
代表特徴量算出部４９は、フレーム特徴量算出部４８から受け取る全フレームに関して、フレームの特徴量の時間的推移を示す１つの値を代表特徴量として算出するものである。この代表特徴量の例としては、特徴量の最大値、最小値などが挙げられる。代表特徴量算出部４９は、算出した代表特徴量を検査結果表示制御部３５に送出する。
【００４８】
次に、検査部３４における対象周期パルス生成部４２、位相フィルタ用波形生成部４３、および位相フィルタ部４４の詳細について、図６〜図２２を参照して説明する。図６は、周波数フィルタ部４１、対象周期パルス生成部４２、位相フィルタ用波形生成部４３、および位相フィルタ部４４において利用される情報および生成される情報の概要を示している。また、図７は、図５に示される位相フィルタ処理（Ｓ１２）において、対象周期パルス生成部４２が実行する処理の流れを示している。そして、図８は、位相フィルタ処理（Ｓ１２）において、位相フィルタ用波形生成部４３および位相フィルタ部４４が実行する処理の流れを示している。
【００４９】
まず、図６に示されるように、センサ情報取得部３３は、振動センサ１２・１３から取得した振動データに対し、増幅、整形などの所定の処理を施した上で、周波数フィルタ部４１に送出している。また、センサ情報取得部３３は、運転制御装置１６から取得した運転状態データに対し、増幅、整形などの所定の処理を施した上で、対象周期パルス生成部４２に送出している。
【００５０】
対象周期パルス生成部４２は、センサ情報取得部３３から取得した運転状態データと、記憶部２２が記憶する構造情報３６に含まれる回転比率の情報およびセンサの歯の情報とを利用して、上述の対象周期パルスを生成している。具体的には、図７に示されるように、対象周期パルス生成部４２は、基準周期パルスを生成する処理（Ｓ２１）と、対象周期パルスを生成する処理（Ｓ２２）と、対象周期パルスの発生時刻を算出する処理（Ｓ２３）とを行っている。ここで、基準周期パルスは、基準回転体の１回転の周期に対応して発生するパルスである。
【００５１】
まず、基準周期パルスを生成する処理（Ｓ２１）について、図９および図１０を参照して説明する。図９は、運転状態検出センサ１５の構成要素であるセンサ素子の概要を示している。また、図１０は２つのパルスの時間変化を示している。
【００５２】
上記センサ素子は、基準回転体と共に回転するものであり、基準回転体の回転量を検知するために、周方向に１または複数の歯が設けられている。なお、複数の歯が設けられる場合、隣り合う歯どうしの間隔は、等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。また、等間隔で設けられた複数の歯のうち、一部の歯が省略された構成であってもよい。
【００５３】
図９に示される例では、センサ素子６１は、周方向に等間隔な１２箇所のうち、１１箇所に歯６２が設けられている。このようなセンサ素子６１は、例えば、自動車のエンジンにおいて、点火のタイミングなどをとるためにカムシャフトに設けられている。
【００５４】
上記構成のセンサ素子６１に対し、撮影したり、センサ素子６１に光を照射し、その反射光を受光したり、センサ素子６１に電圧を印加したりすることにより、運転制御装置１６は、センサ素子６１の歯６２に対応して発生するパルスを取得できる。このパルスは、センサ素子６１が高速で回転すると、パルス間隔およびパルス幅が短くなり、センサ素子６１が低速で回転すると、パルス間隔およびパルス幅が長くなる。すなわち、上記パルスは、基準回転体の回転に対応して生成されるので、以下では「基準回転パルス」と称する。運転制御装置１６は、上記基準回転パルスの時系列データ（以下「基準回転パルスデータ」と略称する。）を運転状態データとして検査装置１４に送信している。
【００５５】
検査装置１４の対象周期パルス生成部４２は、運転制御装置１６から受信部２３およびセンサ情報取得部３３を介して取得する基準回転パルスデータを利用して、上記基準周期パルスを生成する。図１０は、上記基準回転パルスの時間変化を上段に示し、上記基準周期パルスの時間変化を下段に示している。図示のように、基準回転パルスは、センサ素子６１が１回転する間に、１１個発生し、１個分空くことになる。
【００５６】
従って、対象周期パルス生成部４２は、まず、記憶部２２の構造情報３６からセンサ素子６１の構造情報、すなわちセンサ素子６１における歯６２の設置数および空き数を取得する。次に、対象周期パルス生成部４２は、取得した歯６２の設置数および空き数に対応するパルスのパターンを基準回転パルスデータから探し出し、見つかったパターンにおける先頭の基準回転パルスの立ち上がり時刻に、パルスを発生させる。これにより、対象周期パルス生成部４２は、図１０の下段に示すような、基準回転体（センサ素子６１）の１回転の周期に対応して発生するパルスである基準周期パルスを生成することができる。
【００５７】
次に、図７に示される対象周期パルスを生成する処理（Ｓ２２）と、対象周期パルスの発生時刻を算出する処理（Ｓ２３）とについて説明する。通常、基準回転体が１回転する間に対象回転体が回転する回転数、すなわち回転比率は一定である。従って、対象回転体の単位時間当りの回転数は、基準回転体の単位時間当りの回転数に上記回転比率を乗算したものとなる。すなわち、対象周期パルスの単位時間当りの発生数は、基準周期パルスの単位時間当りの発生数に上記回転比率を乗算したものとなる。
【００５８】
そこで、対象周期パルス生成部４２は、まず、生成した基準周期パルスの現在の単位時間当りの発生数を算出する。次に、対象周期パルス生成部４２は、算出した発生数に、記憶部２２の構造情報３６から取得した回転比率を乗算することにより、対象周期パルスの現在の単位時間当りの発生数を算出する。これにより、対象周期パルス生成部４２は、算出した発生数に基づいて、対象周期パルスの時系列データｑ（ｔ）（以下「対象周期パルスデータｑ（ｔ）」と略称する。）を生成できると共に（Ｓ２２）、ｉ番目（ｉは自然数）の対象周期パルスの発生時刻ｑｉを算出できる（Ｓ２３）
図１１は、上から順に、基準周期パルスの時間変化と、回転比率が０．５である場合の対象周期パルスの時間変化と、回転比率が１．５である場合の対象周期パルスの時間変化とを示している。同図を参照すると、基準周期パルスと回転比率とから対象周期パルスが生成できることが理解できる。
【００５９】
図６に戻ると、位相フィルタ用波形生成部４３は、対象周期パルス生成部４２が生成した対象周期パルスの発生時刻ｑｉと、記憶部２２の構造情報３６に含まれる位相のずれと、記憶部２２の検査用パラメータ３７に含まれる位相フィルタ区間の幅と、重み関数の種類とを利用して、位相フィルタ用波形データを生成している。具体的には、図８に示されるように、位相フィルタ用波形生成部４３は、不良要因の発生時刻を特定する処理（Ｓ２４）と、位相フィルタ区間を設定する処理（Ｓ２５）と、位相フィルタ用波形データを生成する処理（Ｓ２６）とを行っている。なお、ここでの不良要因は、製品１１に含まれる部品における不良要因のうち、特に周期的な衝撃成分が発生するものである。
【００６０】
まず、不良要因の発生時刻を特定する処理（Ｓ２４）と位相フィルタ区間を設定する処理（Ｓ２５）とについて、図１２および図１３を参照して説明する。図１２および図１３は、対象回転体６５の回転時において、対象周期パルスが発生するタイミングｑｉと、検査対象となるｊ番目（ｊは自然数）の不良要因の衝撃成分が発生するタイミングｑ’ｉ，ｊと、ｊ番目の不良要因の衝撃成分が発生する可能性の高い区間ｌｊとを示している。
【００６１】
図１２および図１３に示されるように、対象周期パルスが発生してから、対象回転体６５が所定角度回転すると、不良要因の衝撃成分が発生している。すなわち、対象周期パルスが発生するタイミングｑｉと、不良要因の衝撃成分が発生するタイミングｑ’ｉ，ｊとの間には、位相のずれｄｊ（単位は度）が存在している。従って、位相フィルタ用波形生成部４３は、対象周期パルスの発生時刻ｑｉと不良要因の位相のずれｄｊとを用いて、不良要因の衝撃成分が発生する時刻ｑ’ｉ，ｊを次式で求めることができる。
【００６２】
【数１】
【００６３】
ここで、Ｔｉは対象周期パルスの現在の発生周期である。なお、この位相のずれｄｊは、不良要因によって決まる数値である。また、上記位相のずれｄｊは、対象回転体６５の回転周期に比例し、すなわち対象周期パルスの発生周期に比例することになる。
【００６４】
また、図１２および図１３に示されるように、不良要因の衝撃成分が発生する区間ｌjは、有限であり、かつ、不良要因ごとに決まる。そこで、位相フィルタ用波形生成部４３は、上記区間ｌｊを位相フィルタ区間として次式のように設定する。
【００６５】
【数２】
【００６６】
次に、位相フィルタ用波形データを生成する処理（Ｓ２６）について、図１４および図１５を参照して説明する。位相フィルタ用波形生成部４３は、設定した位相フィルタ区間ｌｊと、記憶部２２の検査用パラメータ３７に含まれる重み関数とを用いて、位相フィルタ用波形データを生成する。
【００６７】
上記重み関数は、位相フィルタ区間ｌｊにて計測される波形を強調するために振動データに施されるマスク関数である。検査装置１４には、複数の重み関数が記憶されており、検査員１７によって選択された重み関数が、記憶部２２の検査用パラメータ３７に記憶されることになる。
【００６８】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、上記重み関数ｗ（τ，ａ）の一例を示している。同図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ矩形、三角形、およびガウス関数の重み関数ｗ（τ，ａ）を示している。各重み関数ｗ（τ，ａ）は次式で表される。
【００６９】
【数３】
【００７０】
従って、或る不良要因の衝撃成分を強調するための位相フィルタ用波形データｇｊ（ｔ）は、次式で表される。
【００７１】
【数４】
【００７２】
そして、位相フィルタ用波形生成部４３は、各不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇｊ（ｔ）を用いて、全体の位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）を作成する。図１５は、上から順に、２つの不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇ１（ｔ）、ｇ２（ｔ）と、全体の位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）との一例をそれぞれ示している。図示の例では、重み関数として三角形が利用されている。
【００７３】
図１５に示されるように、位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）は、各不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇｊ（ｔ）に関して、或る時刻ｔの最大値を算出し、これを他の時刻ｔについても繰り返すことにより生成される。図示の例では、全体の位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）は、第１の不良要因の衝撃成分が発生する時刻ｑ’ｉ，１と、第２の不良要因の衝撃成分が発生する時刻ｑ’ｉ，２との中間の時刻以前は、第１の不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇ１（ｔ）が選択され、該時刻以降は、第２の不良要因に関する位相フィルタ用波形データｇ２（ｔ）が選択されたものとなっている。
【００７４】
図６に戻ると、位相フィルタ部４４は、位相フィルタ用波形生成部４３からの位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）を利用して、周波数フィルタ部４１からの振動データｘ（ｔ）のうち、位相フィルタ区間のものを通過させることにより、濾波データｙ（ｔ）を生成する。具体的には、次式に従って、濾波データｙ（ｔ）を算出する。
ｙ（ｔ）＝ｇ（ｔ）×ｘ（ｔ）。
【００７５】
図１６は、上記位相フィルタ用波形データｇ（ｔ）、振動データｘ（ｔ）、および濾波データｙ（ｔ）の時間変化の一例をそれぞれ示すグラフである。図示の例では、重み関数として矩形が利用されている。振動データｘ（ｔ）のグラフのうち破線は、周波数フィルタ部４１に入力される振動データを示しており、実線は、周波数フィルタ部４１から出力される振動データを示している。同図を参照すると、不良要因が発生する区間に関する振動のみが残り、その他の区間の振動がほぼゼロとなっていることが理解できる。
【００７６】
次に、検査部３４におけるフレーム抽出部４５および正規化部４６の詳細について、図１７〜図２２を参照して説明する。図１７は、フレーム抽出部４５および正規化部４６において利用される情報および生成される情報の概要を示している。また、図１８は、図５に示されるフレーム抽出処理（Ｓ１３）において、フレーム抽出部４５が実行する処理の流れを示している。
【００７７】
まず、図１７に示されるように、フレーム抽出部４５は、位相フィルタ部４４から取得した濾波データと、対象周期パルス生成部４２から取得した対象周期パルスデータと、記憶部２２の検査用パラメータ３７に含まれる１フレーム当りのパルス数およびフレームシフト量とを利用して、上述のフレームを切り出すものである。また、正規化部４６は、記憶部２２の検査用パラメータ３７に含まれる正規化の要否に基づいて、フレーム抽出部４５が抽出したフレームの正規化を行うものである。具体的には、図１８に示されるように、フレーム抽出部４５は、フレーム数を求める処理（Ｓ３１）と、フレーム切り出し処理（Ｓ３３）、正規化判断処理（Ｓ３４）、および正規化処理（Ｓ３５）を上記フレーム数だけ繰り返す処理（Ｓ３２）とを行っている。
【００７８】
ここで、フレームシフト量は、隣り合うフレーム同士のずれの量であり、本実施形態では、対象周期パルスの数で設定されている。図１９は、或る測定波形と、該測定波形から切り出した、隣り合うフレームとの一例を示している。なお、測定波形のグラフには、対象周期パルスが棒線で示されている。図示の例では、１３個の対象周期パルス（対象回転体の１３回転に相当）分の測定波形が１フレームとして切り出されている。また、フレームシフト量は、２個の対象周期パルス分である。
【００７９】
まず、フレーム数を求める処理（Ｓ３１）について説明する。この処理は、濾波データ全体から取得可能なフレーム数を求める処理である。フレーム数Ｎｆは次式によって求められる。
【００８０】
【数５】
【００８１】
ここで、Ｎｑは、対象周期パルスのパルス数であり、ｎは、１フレーム当りの対象周期パルスの数であり、ｍは、フレームシフト量である。また、floor関数は、小数点以下を切り捨てるものである。
【００８２】
次に、フレーム切り出し処理（Ｓ３３）について説明する。まず、１フレーム当りの対象周期パルスの数と、フレームシフト量とから、ｋ番目（ｋは１〜Ｎｆの自然数）のフレームの開始時刻ｑ（ｋ−１）ｍ＋１と終了時刻ｑ（ｋ−１）ｍ＋ｎ＋１とを算出する。そして、算出した開始時刻および終了時刻に基づいて、濾波データからｋ番目のフレームを切り出す。すなわち、ｋ番目のフレームのデータｘｋ（ｔｋ）は、濾波データｘ（ｔ）から次式によって切り出される。
ｘｋ（ｔｋ）＝ｘ（ｔｋ＋ｑ（ｋ−１）ｍ＋１）
なお、計測開始時刻から最初のフレームｑ１までの濾波データと、最後のフレームｑ（Ｎｆ−１）ｍ＋ｎ＋１から計測終了時刻までの濾波データとは無視される。
【００８３】
次に、正規化判断処理（Ｓ３４）および正規化処理（Ｓ３５）について説明する。正規化部４６は、検査用パラメータ３７に含まれる正規化の要否の設定情報に基づいて、正規化が必要であるか否かを判断する。正規化が必要である場合、正規化部４６は、正規化処理を行う。この正規化処理には、種々の統計的手法を利用できるが、本実施形態では、標準偏差による除算を行っている。すなわち、正規化部４６は、ｋ番目のフレームに対して、次式を適用する。
【００８４】
【数６】
【００８５】
ここで、Ｐｋは、次式の通りである。
【００８６】
【数７】
【００８７】
図２０〜図２１は、フレーム切り出し処理（Ｓ３３）および正規化処理（Ｓ３５）を説明するためのものである。図２０は、振動データと、基準回転体の回転数の時間変化とを、上段および下段に同期して示している。同図を参照すると、回転数の上昇により、振動データの周波数が増加していることが理解できる。
【００８８】
図２１（ａ）・（ｂ）は、図２０の振動データから切り出されたフレームＦ１・Ｆ２をそれぞれ示している。図２０（ａ）・（ｂ）を比較すると、振幅の大きさや、フレームの時間幅が大きく異なるが、波形が類似していることが理解できる。
【００８９】
図２２（ａ）・（ｂ）は、図２１（ａ）・（ｂ）のフレームに対し、上記正規化処理を行ったものである。図２２（ａ）・（ｂ）を比較すると、度数分布が類似していることが理解できる。
【００９０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９１】
最後に、検査装置１４の各ブロック、特に制御部２１は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００９２】
すなわち、検査装置１４は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである検査装置１４の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記検査装置１４に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【００９３】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【００９４】
また、検査装置１４を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る検査装置は、検査対象の装置の稼働条件が変化しても、同じ判定基準で検査できるので、例えば、プリンタ、コピー機、モータ、タービンなど、回転体を有する任意の装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の一実施形態である検査システムにおける検査装置の検査部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】上記検査システムの概要図である。
【図３】上記検査システムにおいて、製品の運転状態を示す回転数の時間変化と、上記検査装置が補正した振動の特徴量の時間変化とを概念的に示すグラフである。
【図４】上記検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】上記検査部における検査工程の流れを示すフローチャートである。
【図６】上記検査部の周波数フィルタ部、対象周期パルス生成部、位相フィルタ用波形生成部、および位相フィルタ部において利用される情報および生成される情報の概要を示すブロック図である。
【図７】上記検査工程の位相フィルタ処理において、上記対象周期パルス生成部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】上記検査工程の位相フィルタ処理において、上記位相フィルタ用波形生成部および上記位相フィルタ部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】上記検査システムにおける運転状態検出センサの構成要素であるセンサ素子の概要図である。
【図１０】基準回転パルスの時間変化と、基準周期パルスの時間変化とを示すグラフである。
【図１１】基準周期パルスの時間変化と、回転比率が０．５である場合の対象周期パルスの時間変化と、回転比率が１．５である場合の対象周期パルスの時間変化とを示すグラフである。
【図１２】対象回転体の概要図であり、対象回転体の回転時において、対象周期パルスが発生するタイミングと、不良要因の衝撃成分が発生するタイミングと、該不良要因の衝撃成分が発生する可能性の高い区間とを示す図である。
【図１３】上記対象周期パルスが発生する時刻と、上記不良要因の衝撃成分が発生する時刻と、該不良要因の衝撃成分が発生する可能性の高い区間とを示すグラフである。
【図１４】同図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ矩形、三角形、およびガウス関数の重み関数を示すグラフである。
【図１５】２つの不良要因に関する位相フィルタ用波形データの一例と、全体の位相フィルタ用波形データの一例とを示すグラフである。
【図１６】位相フィルタ用波形データ、振動データ、および濾波データの時間変化の一例をそれぞれ示すグラフである。
【図１７】上記検査部のフレーム抽出部および正規化部において利用される情報および生成される情報の概要を示すブロック図である。
【図１８】上記検査工程のフレーム抽出処理において、フレーム抽出部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】或る測定波形と、該測定波形から切り出した、隣り合うフレームとの一例を示すグラフである。
【図２０】振動データと基準回転体の回転数の時間変化とを同期させて示すグラフである。
【図２１】同図（ａ）・（ｂ）は、上記振動データから切り出されたフレームをそれぞれ示すグラフである。
【図２２】同図（ａ）・（ｂ）は、上記フレームのそれぞれに対し正規化処理を行ったものを示すグラフである。
【図２３】従来の検査システムにおいて、製品の運転状態を示す回転数の時間変化と、上記検査装置が検査する振動の特徴量の時間変化とを概念的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００９７】
１４ 検査装置
３３ センサ情報取得部（振動信号取得手段、基準回転パルス取得手段）
４２ 対象周期パルス生成部（対象周期パルス取得手段）
４３ 位相フィルタ用波形生成部（位相範囲取得手段）
４４ 位相フィルタ部（フィルタ手段）
４５ フレーム抽出部（抽出手段）
４６ 正規化部（正規化手段）
４９ 代表特徴量算出部（検査手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の検査を行う検査装置であって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、
上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出手段と、
複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査手段とを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
上記フレームの正規化を行う正規化手段をさらに備えており、
上記検査手段は、正規化した複数の上記フレームを用いて上記検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
上記対象装置は、複数の回転体を備えており、
上記複数の回転体のうち、基準となる回転体の回転に対応して生成される基準回転パルスを取得する基準回転パルス取得手段をさらに備えており、
上記対象周期パルス取得手段は、基準となる回転体と検査対象となる回転体との回転比率を利用して、上記基準回転パルスから上記対象周期パルスを生成することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４】
上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得手段と、
上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項５】
回転体の検査を行う検査装置であって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、
上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得手段と、
上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段と、
該フィルタ手段が通過させた振動信号を用いて上記検査を行う検査手段とを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項６】
回転体の検査を行う検査装置を動作させるための検査装置制御プログラムであって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、
上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出手段と、
複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査手段としてコンピュータを機能させるための検査装置制御プログラム。
【請求項７】
回転体の検査を行う検査装置を動作させるための検査装置制御プログラムであって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、
上記振動信号のうち、上記基準位置から所定位相を中心とする区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段と、
該フィルタ手段が通過させた振動信号を用いて上記検査を行う検査手段としてコンピュータを機能させるための検査装置制御プログラム。
【請求項８】
回転体の検査を行う検査装置の制御方法であって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得ステップと、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得ステップと、
上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出ステップと、
複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査ステップとを含むことを特徴とする検査装置の制御方法。
【請求項９】
回転体の検査を行う検査装置の制御方法であって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得ステップと、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得ステップと、
上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得ステップと、
上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタステップと、
該フィルタステップにより通過された振動信号を用いて上記検査を行う検査ステップとを含むことを特徴とする検査装置の制御方法。
【請求項１】
回転体の検査を行う検査装置であって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、
上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出手段と、
複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査手段とを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
上記フレームの正規化を行う正規化手段をさらに備えており、
上記検査手段は、正規化した複数の上記フレームを用いて上記検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
上記対象装置は、複数の回転体を備えており、
上記複数の回転体のうち、基準となる回転体の回転に対応して生成される基準回転パルスを取得する基準回転パルス取得手段をさらに備えており、
上記対象周期パルス取得手段は、基準となる回転体と検査対象となる回転体との回転比率を利用して、上記基準回転パルスから上記対象周期パルスを生成することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４】
上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得手段と、
上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項５】
回転体の検査を行う検査装置であって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、
上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得手段と、
上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段と、
該フィルタ手段が通過させた振動信号を用いて上記検査を行う検査手段とを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項６】
回転体の検査を行う検査装置を動作させるための検査装置制御プログラムであって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、
上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出手段と、
複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査手段としてコンピュータを機能させるための検査装置制御プログラム。
【請求項７】
回転体の検査を行う検査装置を動作させるための検査装置制御プログラムであって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得手段と、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得手段と、
上記振動信号のうち、上記基準位置から所定位相を中心とする区間の振動信号のみを通過させるフィルタ手段と、
該フィルタ手段が通過させた振動信号を用いて上記検査を行う検査手段としてコンピュータを機能させるための検査装置制御プログラム。
【請求項８】
回転体の検査を行う検査装置の制御方法であって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得ステップと、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得ステップと、
上記振動信号のうち、所定数の上記対象周期パルスを取得する期間の振動信号をフレームとして抽出する抽出ステップと、
複数の上記フレームを用いて上記検査を行う検査ステップとを含むことを特徴とする検査装置の制御方法。
【請求項９】
回転体の検査を行う検査装置の制御方法であって、
検査対象の上記回転体を含む対象装置からの振動信号を取得する振動信号取得ステップと、
上記回転体の基準位置が１回転するごとに生成される対象周期パルスを取得する対象周期パルス取得ステップと、
上記回転体において検査対象となる振動が発生する位置とその周辺を、上記基準位置からの位相で示した位相範囲を取得する位相範囲取得ステップと、
上記振動信号のうち、上記対象周期パルスの周期において上記位相範囲に対応する区間の振動信号のみを通過させるフィルタステップと、
該フィルタステップにより通過された振動信号を用いて上記検査を行う検査ステップとを含むことを特徴とする検査装置の制御方法。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−１７０４００（Ｐ２００８−１７０４００Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６３９７（Ｐ２００７−６３９７）
【出願日】平成１９年１月１５日（２００７．１．１５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１５日（２００７．１．１５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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