異常検出装置およびプログラム
【課題】検査対象信号と基準信号が異なる計測条件で得られた場合でも、検査対象の異常を精度よく検出する。
【解決手段】検査減衰量算出手段２３により、正常時の検査対象における時系列信号１１を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象における時系列信号１１を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量３３を算出し、異常判定手段２４により、この検査減衰量３３を所定のしきい値である基準減衰量３２と比較することにより検査対象の異常有無を判定する。
【解決手段】検査減衰量算出手段２３により、正常時の検査対象における時系列信号１１を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象における時系列信号１１を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量３３を算出し、異常判定手段２４により、この検査減衰量３３を所定のしきい値である基準減衰量３２と比較することにより検査対象の異常有無を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常検出技術に関し、特に機械装置などの検査対象から検査時に得られた音響信号などの検査対象信号と、正常時の検査対象から得られた基準信号とを用いて、検査対象の異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機などの機械装置の異常有無を検出する場合、検査対象となる機械装置から得られた音響信号など、当該機械装置の状態に応じて変化する時系列信号を検査対象信号としてマイクなどで計測し、予め正常時の機械装置から得られた時系列信号からなる基準信号と比較して、検査時に得られた検査対象信号が基準信号のばらつきの範囲内かどうかという比較結果に基づき、機械装置の異常を検出する方法がある。この方法は、機械装置の状態に何らかの異常が発生した際、多くの場合、当該機械装置から発せられる音響信号などの時系列信号に変化が認められる、という経験を利用したものである。
【０００３】
機械装置から得た検査対象信号を基準信号と比較する１つの方法としては、両信号を周波数解析して得られた電力スペクトルを比較する方法がある。しかしながら、このような周波数解析には、高価な特殊機器や高速フーリエ変換などの種々の複雑な技法が用いられており、検査対象信号に対する信号処理も複雑となり、実時間的な異常検出を行うことはできない。
【０００４】
従来、機械装置から得た検査対象信号を基準信号と比較する他の方法として、正常時の機械装置から得られた基準信号の逆フィルタを予め導出しておき、この逆フィルタを基準信号と検査対象信号に作用させて得られた残差信号を比較する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００５】
具体的には、正常時の機械装置から得られた基準信号の逆フィルタを予め導出するとともに、この逆フィルタに元の基準信号を入力して基準残差信号を求めておき、後日、検査時に機械装置から得られた検査対象信号を逆フィルタに入力することにより検査残差信号を求め、基準残差信号と検査残差信号を比較している。この際、積分計算や対数計算など比較的容易な計算処理で、これら基準残差信号や検査残差信号を求めることができ、実時間的な異常検出を行うことが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−０４３２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来技術では、検査対象信号を基準信号と比較する場合、検査対象信号から得られた検査残差信号と基準信号から得られた基準残差信号をその大きさで比較しているため、検査対象信号と基準信号が同一計測条件で得られた場合には、その比較結果に基づき異常の有無を精度よく判定することができるものの、検査対象信号と基準信号が異なる計測条件で得られた場合には、異常の有無を精度よく判定できないという問題点があった。
【０００８】
例えば、機械装置から発せられる音響信号を時系列信号としてマイクで計測する場合、機械装置とマイクの間の距離、あるいは機械装置に対するマイクの位置や向きなどの計測条件により、マイクで計測される音響信号の大きさが異なる。一方、実際の異常検出作業では、マイクを固定して計測するのではなく、作業者が機械装置の近傍まで出向いて音響信号を計測する方法が、検査コストの面から望ましく、同一計測条件を維持するのは難しい。
したがって、同一計測条件が維持されていない場合、検査対象信号得られた検査残差信号と基準信号から得られた基準残差信号の違いが、計測条件の違いによるものか機械装置の異常によるものか区別することができず、結果として異常の有無を精度よく判定できない。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、検査対象信号と基準信号が異なる計測条件で得られた場合でも、検査対象の異常を精度よく検出することができる異常検出装置およびプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明にかかる異常検出装置は、検査対象から当該検査対象の状態に応じて変化する時系列信号を得る信号入力部と、正常時の検査対象における時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象から信号入力部により得た時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出する検査減衰量算出手段と、検査減衰量を所定のしきい値と比較することにより検査対象の異常有無を判定する異常判定手段とを備えている。
【００１１】
この際、正常時の検査対象から信号入力部により得た時系列信号を示す基準信号から逆フィルタを生成する逆フィルタ生成手段と、逆フィルタを基準信号に作用させて得た基準残差信号と基準信号と間の減衰量を示す基準減衰量を算出する基準減衰量算出手段とをさらに備え、異常検出手段で、基準減衰量をしきい値として用いるようにしてもよい。
【００１２】
また、検査減衰量算出手段で、検査対象信号の全期間を複数に分割して設けた区間ごとに、当該区間内の検査残差信号と検査対象信号と間の検査減衰量をそれぞれ算出し、異常判定手段で、区間ごとの検査減衰量をしきい値と比較することにより区間ごとに検査対象の異常有無を判定するようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明にかかるプログラムは、検査対象から当該検査対象の状態に応じて変化する時系列信号を取得し、その時系列信号に基づいて検査対象の異常を検出する異常検出装置のコンピュータに、正常時の検査対象における時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象から信号入力部により得た時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出する検査減衰量算出ステップと、検査減衰量を所定のしきい値と比較することにより検査対象の異常有無を判定する異常判定ステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正常時の検査対象における時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象における時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出し、この検査減衰量を所定のしきい値とを比較することにより検査対象の異常有無を判定するようにしたので、検査時に検査対象から検査対象信号を計測する際の計測条件に左右されることなく、正常時と検査時に検査対象から得られた時系列信号の違いを精度よく判定でき、結果として検査対象の異常を精度よく検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の構成を示すブロック図である。
この異常検出装置１は、機械装置などの検査対象の状態に応じて変化する時系列信号について、正常時の検査対象から得られた時系列信号からなる基準信号と、検査時に検査対象から得られた時系列信号からなる検査対象信号とを用いて、検査対象の異常を検出する電子機器である。
【００１６】
本実施の形態は、正常時の検査対象における時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象における時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出し、この基準減衰量を所定のしきい値とを比較することにより検査対象の異常有無を判定するようにしたものである。
【００１７】
以下、図１を参照して、本実施の形態にかかる異常検出装置の構成について詳細に説明する。
図１において、異常検出装置１には、信号入力部１０、演算処理部２０、記憶部３０、操作入力部４０、および画面表示部５０が設けられている。
【００１８】
信号入力部１０は、専用の信号処理回路からなり、検査対象の状態を示す時系列信号１１を得る機能と、得られた時系列信号１１をＡ−Ｄ変換して基準信号データ１２や検査対象信号データ１３を生成する機能とを有している。
この際、時系列信号１１が例えば空気を伝わる音響信号や各種センサからのセンサ出力信号のような任意の物理量を示すアナログ信号であれば、当該アナログ信号を検出するマイクや信号インターフェース回路などの信号検出機能を信号入力部１０に設けて、時系列信号１１を検出すればよい。また時系列信号１１としては、他の機器により上記アナログ信号が検出されてＡ−Ｄ変換されたデジタル信号（デジタルデータ）であってもよく、この場合は信号検出機能やＡ−Ｄ変換機能を省いてもよい。
【００１９】
信号入力部１０に入力される時系列信号１１としては、正常時の検査対象の状態を示す基準信号と、検査時の検査対象の状態を示す検査対象信号との２種類がある。このうち基準信号は、後述する逆フィルタ情報３１の生成や基準減衰量３２の算出に用いられる信号である。したがって、異常検出装置１でこれら逆フィルタ情報３１や基準減衰量３２を導出せず、データとして予め記憶しておいたものを用いる場合、基準信号を入力する必要はない。
【００２０】
記憶部３０は、メモリやハードディスクなどの記憶装置からなり、演算処理部２０での演算処理に用いる各種処理情報やプログラム３５を記憶する。記憶部３０で記憶する主な処理情報としては、逆フィルタ情報３１、基準減衰量３２、検査減衰量３３、判定結果３４、およびプログラム３５がある。
【００２１】
逆フィルタ情報３１は、入力された信号から基準信号データ１２の周波数成分を低減して出力する逆フィルタを示す演算式のパラメータ情報である。基準減衰量３２は、逆フィルタ情報３１で示される逆フィルタを基準信号データ１２に作用させて得られた基準残差信号と基準信号データ１２と間の減衰量である。検査減衰量３３は、逆フィルタ情報３１で示される逆フィルタを検査対象信号データ１３に作用させて得られた検査残差信号と検査対象信号データ１３と間の減衰量である。判定結果３４は、基準減衰量３２と検査減衰量３３の比較結果に基づき検査対象の異常有無を判定した結果を示す情報である。プログラム３５は、演算処理部２０に読み込まれて実行されることにより演算処理部２０の各種機能手段を実現するプログラムであり、予め外部装置やネットワークを介して記録媒体から読み込まれて記憶部３０に格納される。
【００２２】
操作入力部４０は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、作業者の操作を検出して演算処理部２０へ出力する機能を有している。
画面表示部５０は、ＬＣＤなどの画面表示装置からなり、演算処理部２０からの指示に応じて操作メニューや判定結果３４などの各種情報を画面表示する機能を有している。
【００２３】
演算処理部２０は、専用の演算処理回路からなり、ＣＰＵとその周辺回路を有し、記憶部３０からプログラム３５を読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム３５とを協働させて各種機能手段を実現する。なお、演算処理部２０については、ＣＰＵを用いず、ＤＳＰなどの専用の信号処理回路を用いて実現してもよい。
演算処理部２０で実現される主な機能手段としては、逆フィルタ生成手段２１、基準減衰量算出手段２２、検査減衰量算出手段２３、および異常判定手段２４がある。
【００２４】
逆フィルタ生成手段２１は、信号入力部１０から出力された基準信号データ１２から逆フィルタを生成する機能と、その逆フィルタを示す演算式のパラメータを逆フィルタ情報３１として記憶部３０へ格納する機能とを有している。逆フィルタは、入力された信号から基準信号データ１２の信号成分を低減して出力するフィルタである。逆フィルタに元の基準信号データ１２を入力した場合、基準信号データ１２が低減され、逆フィルタの算出精度に起因する白色雑音すなわち基準残差信号が得られる。
【００２５】
基準減衰量算出手段２２は、記憶部３０の逆フィルタ情報３１で実現される逆フィルタを信号入力部１０から出力された基準信号データ１２に作用させて基準残差信号を得る機能と、この基準残差信号と基準信号データ１２との間の減衰量、すなわち逆フィルタにより基準信号データ１２が基準残差信号まで減衰した程度を示す減衰量を算出する機能と、算出した減衰量を基準減衰量３２として記憶部３０へ格納する機能とを有している。
【００２６】
検査減衰量算出手段２３は、記憶部３０の逆フィルタ情報３１で実現される逆フィルタを信号入力部１０から出力された検査対象信号データ１３に作用させて検査残差信号を得る機能と、この検査残差信号と検査対象信号データ１３との間の減衰量、すなわち逆フィルタにより検査対象信号データ１３が検査残差信号まで減衰した程度を示す減衰量を算出する機能と、算出した減衰量を検査減衰量３３として記憶部３０へ格納する機能とを有している。
【００２７】
異常判定手段２４は、記憶部３０の基準減衰量３２と検査減衰量３３とを比較し、検査減衰量３２が正常時における減衰量のしきい値である基準減衰量３２の範囲内であるか否かに基づき、検査対象の異常有無を判定する機能と、その判定結果３４を記憶部３０および画面表示部５０へ出力する機能とを有している。
【００２８】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図２および図３を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の動作について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置を用いた異常検出作業を示す説明図である。図３は、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の異常検出処理を示すフローチャートである。
【００２９】
本実施の形態にかかる異常検出装置１を用いて作業者が異常検出作業を行う場合、図２に示すように、作業者が異常検出装置１を携帯して検査対象となる機械装置３の設置場所まで出向き、異常検出装置１を操作してマイク２により機械装置３から発せられている音響信号４を検出する。以下では、異常検出装置１の記憶部３０に、基準減衰量３２が予め格納されている場合を例として説明する。
【００３０】
異常検出装置１の演算処理部２０は、操作入力部４０で検出された作業者の検査開始操作に応じて、図３の異常検出処理を開始する。
まず、演算処理部２０は、信号入力部１０を制御して、機械装置３からの音響信号４を時系列信号１１としてマイク２で検出し、この時系列信号１１をＡ−Ｄ変換して検査対象信号データ１３を生成する（ステップ１００）。検査対象信号データ１３は、各時刻ｔにおける検査対象信号の振幅値ｘ（ｔ）からなる時系列データであり、この検査対象信号データ１３を、少なくとも機械装置３の１回転周期以上の時間長にわたり連続してサンプリングする。この際、サンプリング間隔は、音響信号４に含まれる異常音を検出可能な期間を用いる。
【００３１】
続いて、演算処理部２０は、検査減衰量算出手段２３により、信号入力部１０から出力された検査対象信号データ１３から検査対象信号のパワー値を求める（ステップ１０１）。ここでは、各振幅値ｘ（ｔ）を二乗することにより各時刻ｔにおける検査対象信号のパワー値ｐｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ）2を求める。
【００３２】
次に、検査減衰量算出手段２３は、記憶部３０の逆フィルタ情報３１で実現される逆フィルタを用いて検査対象信号データ１３の検査残差データを算出する（ステップ１０２）。逆フィルタをＦで示した場合、時刻ｔにおける検査残差データｅ（ｔ）は、ｅ（ｔ）＝Ｆ・ｘ（ｔ）で求められる。
続いて、検査減衰量算出手段２３は、検査残差データのパワー値を求める（ステップ１０３）。ここでは、各検査残差データｅ（ｔ）を二乗することにより各時刻ｔにおける検査残差データのパワー値ｐｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）2を求める。
【００３３】
このようにして、検査減衰量算出手段２３は、検査対象信号のパワー値と検査残差データのパワー値を求め、これらパワー値の比から検査減衰量を算出して記憶部３０へ格納する（ステップ１０４）。例えば、検査対象信号データ１３の全期間を対象とする検査減衰量を算出する場合には、全期間における各時刻ｔの検査残差データのパワー値の和と、全期間における各時刻ｔの検査対象信号データのパワー値の和で除算することにより、両者の比Ｒｅ＝Σｐｅ（ｔ）／Σｐｘ（ｔ）を求め、この比Ｒｅから対数値で表現した検査減衰量αｅ＝１０Log(Ｒｅ)が得られる。
【００３４】
この際、基準信号を検出した時と比較して、検査時に機械装置３とマイク２との距離が近い場合、検査対象信号データｘ（ｔ）の振幅値は全体的に大きくなり、そのパワー値ｐｘ（ｔ）も大きくなる。しかしながら、この検査対象信号データｘ（ｔ）から得た検査残差データｅ（ｔ）とそのパワー値ｅｘ（ｔ）も同様にして大きくなるため、基準信号と検査対象信号のパワー値の比すなわち検査減衰量αｅを求めることにより、両者を相対的に比較することができ、機械装置３とマイク２との距離に応じた振幅値の違いを相殺することができる。
【００３５】
次に、異常検出装置１の演算処理部２０は、異常判定手段２４により、記憶部３０に予め格納されている基準減衰量３２（αｄ）からなるしきい値と、前述のようにして算出した検査減衰量αｅとを比較する（ステップ１０５）。
ここで、検査減衰量αｅがしきい値より小さい場合（ステップ１０５：ＹＥＳ）、基準信号データ１２には含まれていない信号、すなわち正常時の機械装置３からの音響信号４にはない異音が検査対象信号データ１３に含まれていることになり、機器装置３の異常ありを示す判定結果３４を記憶部３０さらには画面表示部５０へ出力し（ステップ１０６）、一連の異常検出処理終了する。これにより、異常ありを示す判定結果が画面表示部５０で画面表示される。
【００３６】
一方、検査減衰量αｅがしきい値以上の場合（ステップ１０５：ＮＯ）、検査対象信号データ１３が基準信号データ１２とほぼ等しく、正常時の機械装置３からの音響信号４にはない異音は含まれていないことになり、異常なしを示す判定結果３４を出力し（ステップ１０７）、一連の異常検出処理終了する。これにより、異常なしを示す判定結果が画面表示部５０で画面表示される。
【００３７】
このように、本実施の形態は、検査減衰量算出手段２３により、正常時の検査対象における時系列信号１１を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象における時系列信号１１を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出し、異常判定手段２４により、この検査減衰量３３を所定のしきい値である基準減衰量３２と比較することにより検査対象の異常有無を判定するようにしたので、検査時に検査対象から検査対象信号を計測する際の計測条件に左右されることなく、正常時と検査時に検査対象から得られた時系列信号の違いを精度よく判定でき、結果として検査対象の異常を精度よく検出することが可能となる。
【００３８】
図４は、基準信号の一例を示す信号波形図である。図５は、基準信号から算出した基準残差信号の一例を示す信号波形図である。図６は、検査対象信号の一例を示す信号波形図である。図７は、検査対象信号に含まれる異常信号の一例を示す信号波形図である。図８は、検査対象信号から算出した検査残差信号の一例を示す信号波形図である。なお、図４〜図８における縦軸は正規化された相対的な振幅値を示し、横軸は時間を示している。
【００３９】
正常時の機械装置３から図４に示すような基準信号が得られた場合、基準信号の信号成分に応じた周波数特性を持つ逆フィルタが得られる。この逆フィルタは、入力された信号から基準信号の信号成分を低減して出力するフィルタである。逆フィルタに元の基準信号を入力した場合、基準信号が低減され、逆フィルタの算出精度に起因する白色雑音すなわち図５に示すような基準残差信号が得られる。
【００４０】
一方、検査時に機械装置３から図６に示すような検査対象信号が得られたものとする。この検査信号には、図７に示すような異常信号が含まれているが、図４の基準信号と見比べても異常信号の有無は全く分からない。このような検出対象信号に逆フィルタを作用させると、図８に示すような検査残差信号が得られる。したがって、この検査残差信号と図５の基準残差信号を比較すると、図７の異常信号が検査残差信号に含まれていることが分かる。
【００４１】
この際、基準残差信号や検査残差信号の大きさは、基準信号や検査対象信号の振幅に左右されるため、前出した従来技術のように、基準残差信号から得たしきい値と検査残差信号を大きさで比較しただけでは正確な判定は行えない。
例えば、図６の検査対象信号の振幅は図４の基準信号と比較して全体的に小さいため、図８の検査残差信号の振幅は、図５の基準残差信号とほぼ同じ振幅であり、基準残差信号の振幅に基づき決定したしきい値と検査残差信号の振幅値を比較した場合、両者の違いはなく異常なしと判定される可能性がある。
【００４２】
本実施の形態では、逆フィルタの入出力信号間の減衰量は、入力信号の大きさによらずほぼ一定であることに着目し、検査対象信号と検査残差信号の間の検査減衰量を求めて所定のしきい値と比較するようにしたので、基準信号や検査対象信号の振幅に左右されることはない。すなわち、図４の基準信号が逆フィルタにより図５の基準残差信号まで減衰した際の基準減衰量と、図６の検査対象信号が逆フィルタにより図８の検査残差信号まで減衰した際の検査減衰量とを比較しているため、図８の検査残差信号のうち図７の異常信号に相当する部分に起因して平均的な検査減衰量が小さくなり、結果としてしきい値より検査減衰量が大きくなり、機械装置３の異常が検出される。
【００４３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる異常検出装置について説明する。
第１の実施の形態では、検査減衰量を算出してしきい値と比較する際、図３のステップ１０４において、検査対象信号データ１３の全期間を対象として検査減衰量を算出する場合について説明した。
本実施の形態では、検査対象信号データ１３の全期間を分割して設けた区間ごとに検査減衰量を算出してしきい値と比較する。例えば、図６の検査対象信号と図８の検査残差信号について、２ｍｓごとに区間を設け、これら区間ごとに検査減衰量を求めてしきい値とそれぞれ比較する。
【００４４】
第１の実施の形態のように、検査対象信号データ１３の全期間を対象として検査減衰量を算出する場合、突発的な異常信号の大きさは全期間で平均化されるため、検査対象信号データ１３の時間長と異常信号の大きさの関係によっては、全期間を対象として検査減衰量があまり小さくならず、しきい値と比較しても異常を検出できない場合もある。
本実施の形態のように、区間ごとに検査減衰量を算出してしきい値と比較することにより、異常信号が平均化されにくくなり、いずれかの区間における検査減衰量の変化として表れやすい。したがって、本実施の形態によれば、突発的な異常信号を発する異常についても精度よく検出できる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる異常検出装置について説明する。図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる異常検出装置の初期設定処理を示すフローチャートである。
第１の実施の形態では、異常検出装置１の記憶部３０に、逆フィルタ情報３１と基準減衰量３２すなわちしきい値を予め記憶しておく場合を例として説明した。本実施の形態では、異常検出装置１の演算処理部２０に設けた逆フィルタ生成手段２１と基準減衰量算出手段２２により、逆フィルタ情報３１と基準減衰量３２をそれぞれ生成する場合について説明する。
【００４６】
本実施の形態にかかる異常検出装置１を用いて作業者が初期設定作業を行う場合、図２の検査時と同様にして、作業者が異常検出装置１を携帯して検査対象となる機械装置３の設置場所まで出向き、異常検出装置１を操作してマイク２により正常時の機械装置３から発せられている音響信号４を検出する。
【００４７】
異常検出装置１の演算処理部２０は、操作入力部４０で検出された作業者の初期設定開始操作に応じて、図９の初期設定処理を開始する。
まず、演算処理部２０は、信号入力部１０を制御して、機械装置３からの音響信号４を時系列信号１１としてマイク２で検出し、この時系列信号１１をＡ−Ｄ変換して基準信号データ１２を生成する（ステップ１１０）。基準信号データ１２は、各時刻ｔにおける基準信号の振幅値ｙ（ｔ）からなる時系列データであり、基準信号データ１２は、少なくとも機械装置３の１回転周期以上の時間長にわたり連続してサンプリングする。この際、サンプリング間隔は、音響信号４に含まれる異常音を検出可能な期間を用いる。
【００４８】
次に、演算処理部２０は、逆フィルタ生成手段２１により、信号入力部１０から出力された基準信号データ１２から逆フィルタを生成し、記憶部３０へ格納する（ステップ１１１）。逆フィルタの生成方法については、自己回帰モデルを用いるなどの公知の技術を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。
続いて、演算処理部２０は、基準減衰量算出手段２２により、信号入力部１０から出力された基準信号データ１２から基準信号のパワー値を求める（ステップ１１２）。ここでは、各振幅値ｙ（ｔ）を二乗することにより各時刻ｔにおける検査対象信号のパワー値ｐｙ（ｔ）＝ｙ（ｔ）2を求める。
【００４９】
次に、基準減衰量算出手段２２は、記憶部３０の逆フィルタ情報３１で実現される逆フィルタを用いて基準信号データ１２の基準残差データを算出する（ステップ１１３）。逆フィルタをＦで示した場合、時刻ｔにおける基準残差データｄ（ｔ）は、ｄ（ｔ）＝Ｆ・ｙ（ｔ）で求められる。
続いて、基準減衰量算出手段２２は、基準残差データのパワー値を求める（ステップ１１４）。ここでは、各基準残差データｄ（ｔ）を二乗することにより各時刻ｔにおける基準残差データのパワー値ｐｄ（ｔ）＝ｄ（ｔ）2を求める。
【００５０】
このようにして、基準減衰量算出手段２２は、基準信号のパワー値と基準残差データのパワー値を求めて、これらパワー値の比から基準減衰量を算出して記憶部３０へ格納し（ステップ１１５）、一連の初期設定処理を終了する。例えば、基準信号データ１２の全期間を対象とする基準減衰量を算出する場合には、全期間における各時刻ｔの基準残差データのパワー値の和と、全期間における各時刻ｔの基準信号データのパワー値の和で除算することにより、両者の比Ｒｄ＝Σｐｄ（ｔ）／Σｐｙ（ｔ）を求め、この比Ｒｄから対数値で表現した基準減衰量αｄ＝１０Log(Ｒｄ)が得られる。
【００５１】
このように、本実施の形態は、異常検出装置１に逆フィルタ生成手段２１と基準減衰量算出手段２２を設けて、逆フィルタ情報３１や基準減衰量３２を生成するようにしたので、検査時と同様の作業で初期設定処理を容易に実行でき、作業負担を軽減できる。また、検査時と同一の信号処理回路が用いられるため、検査時とは別個の装置で逆フィルタ情報３１や基準減衰量３２を生成する場合と比較して、信号処理回路の特性の違いに起因する逆フィルタ情報３１や基準減衰量３２の誤差を抑制でき、結果として高精度な異常判定を実現できる。
【００５２】
［実施の形態の拡張］
以上の各実施の形態では、異常検出装置１の検査対象が回転機などの機械装置である場合を例として説明したが、各実施の形態が適用される検査対象は、これに限定されるものではなく、周期性を持つ時系列信号が得られる検査対象については、いずれの場合も各実施の形態を適用できる。例えば、人間の体温や心電信号など、生体から得られる物理量には周期性を持つものがあり、また気温や湿度など、自然現象から得られる物理量にも周期性を持つものもある。したがって、各実施の形態を適用して、このような物理量を示す時系列信号から、当該検査対象の異常を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置を用いた異常検出作業を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の異常検出処理を示すフローチャートである。
【図４】基準信号の一例を示す信号波形図である。
【図５】基準信号から算出した基準残差信号の一例を示す信号波形図である。
【図６】検査対象信号の一例を示す信号波形図である。
【図７】検査対象信号に含まれる異常信号の一例を示す信号波形図である。
【図８】検査対象信号から算出した検査残差信号の一例を示す信号波形図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態にかかる異常検出装置の初期設定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１…異常検出装置、１０…信号入力部、１１…時系列信号、１２…基準信号データ、１３…検査対象信号データ、２０…演算処理部、２１…逆フィルタ生成手段、２２…基準減衰量算出手段、２３…検査減衰量算出手段、２４…異常判定手段、３０…記憶部、３１…逆フィルタ情報、３２…基準減衰量、３３…検査減衰量、３４…判定結果、３５…プログラム、４０…操作入力部、５０…画面表示部、２…マイク、３…機械装置、４…音響信号。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常検出技術に関し、特に機械装置などの検査対象から検査時に得られた音響信号などの検査対象信号と、正常時の検査対象から得られた基準信号とを用いて、検査対象の異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機などの機械装置の異常有無を検出する場合、検査対象となる機械装置から得られた音響信号など、当該機械装置の状態に応じて変化する時系列信号を検査対象信号としてマイクなどで計測し、予め正常時の機械装置から得られた時系列信号からなる基準信号と比較して、検査時に得られた検査対象信号が基準信号のばらつきの範囲内かどうかという比較結果に基づき、機械装置の異常を検出する方法がある。この方法は、機械装置の状態に何らかの異常が発生した際、多くの場合、当該機械装置から発せられる音響信号などの時系列信号に変化が認められる、という経験を利用したものである。
【０００３】
機械装置から得た検査対象信号を基準信号と比較する１つの方法としては、両信号を周波数解析して得られた電力スペクトルを比較する方法がある。しかしながら、このような周波数解析には、高価な特殊機器や高速フーリエ変換などの種々の複雑な技法が用いられており、検査対象信号に対する信号処理も複雑となり、実時間的な異常検出を行うことはできない。
【０００４】
従来、機械装置から得た検査対象信号を基準信号と比較する他の方法として、正常時の機械装置から得られた基準信号の逆フィルタを予め導出しておき、この逆フィルタを基準信号と検査対象信号に作用させて得られた残差信号を比較する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００５】
具体的には、正常時の機械装置から得られた基準信号の逆フィルタを予め導出するとともに、この逆フィルタに元の基準信号を入力して基準残差信号を求めておき、後日、検査時に機械装置から得られた検査対象信号を逆フィルタに入力することにより検査残差信号を求め、基準残差信号と検査残差信号を比較している。この際、積分計算や対数計算など比較的容易な計算処理で、これら基準残差信号や検査残差信号を求めることができ、実時間的な異常検出を行うことが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−０４３２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来技術では、検査対象信号を基準信号と比較する場合、検査対象信号から得られた検査残差信号と基準信号から得られた基準残差信号をその大きさで比較しているため、検査対象信号と基準信号が同一計測条件で得られた場合には、その比較結果に基づき異常の有無を精度よく判定することができるものの、検査対象信号と基準信号が異なる計測条件で得られた場合には、異常の有無を精度よく判定できないという問題点があった。
【０００８】
例えば、機械装置から発せられる音響信号を時系列信号としてマイクで計測する場合、機械装置とマイクの間の距離、あるいは機械装置に対するマイクの位置や向きなどの計測条件により、マイクで計測される音響信号の大きさが異なる。一方、実際の異常検出作業では、マイクを固定して計測するのではなく、作業者が機械装置の近傍まで出向いて音響信号を計測する方法が、検査コストの面から望ましく、同一計測条件を維持するのは難しい。
したがって、同一計測条件が維持されていない場合、検査対象信号得られた検査残差信号と基準信号から得られた基準残差信号の違いが、計測条件の違いによるものか機械装置の異常によるものか区別することができず、結果として異常の有無を精度よく判定できない。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、検査対象信号と基準信号が異なる計測条件で得られた場合でも、検査対象の異常を精度よく検出することができる異常検出装置およびプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明にかかる異常検出装置は、検査対象から当該検査対象の状態に応じて変化する時系列信号を得る信号入力部と、正常時の検査対象における時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象から信号入力部により得た時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出する検査減衰量算出手段と、検査減衰量を所定のしきい値と比較することにより検査対象の異常有無を判定する異常判定手段とを備えている。
【００１１】
この際、正常時の検査対象から信号入力部により得た時系列信号を示す基準信号から逆フィルタを生成する逆フィルタ生成手段と、逆フィルタを基準信号に作用させて得た基準残差信号と基準信号と間の減衰量を示す基準減衰量を算出する基準減衰量算出手段とをさらに備え、異常検出手段で、基準減衰量をしきい値として用いるようにしてもよい。
【００１２】
また、検査減衰量算出手段で、検査対象信号の全期間を複数に分割して設けた区間ごとに、当該区間内の検査残差信号と検査対象信号と間の検査減衰量をそれぞれ算出し、異常判定手段で、区間ごとの検査減衰量をしきい値と比較することにより区間ごとに検査対象の異常有無を判定するようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明にかかるプログラムは、検査対象から当該検査対象の状態に応じて変化する時系列信号を取得し、その時系列信号に基づいて検査対象の異常を検出する異常検出装置のコンピュータに、正常時の検査対象における時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象から信号入力部により得た時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出する検査減衰量算出ステップと、検査減衰量を所定のしきい値と比較することにより検査対象の異常有無を判定する異常判定ステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正常時の検査対象における時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象における時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出し、この検査減衰量を所定のしきい値とを比較することにより検査対象の異常有無を判定するようにしたので、検査時に検査対象から検査対象信号を計測する際の計測条件に左右されることなく、正常時と検査時に検査対象から得られた時系列信号の違いを精度よく判定でき、結果として検査対象の異常を精度よく検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の構成を示すブロック図である。
この異常検出装置１は、機械装置などの検査対象の状態に応じて変化する時系列信号について、正常時の検査対象から得られた時系列信号からなる基準信号と、検査時に検査対象から得られた時系列信号からなる検査対象信号とを用いて、検査対象の異常を検出する電子機器である。
【００１６】
本実施の形態は、正常時の検査対象における時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象における時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出し、この基準減衰量を所定のしきい値とを比較することにより検査対象の異常有無を判定するようにしたものである。
【００１７】
以下、図１を参照して、本実施の形態にかかる異常検出装置の構成について詳細に説明する。
図１において、異常検出装置１には、信号入力部１０、演算処理部２０、記憶部３０、操作入力部４０、および画面表示部５０が設けられている。
【００１８】
信号入力部１０は、専用の信号処理回路からなり、検査対象の状態を示す時系列信号１１を得る機能と、得られた時系列信号１１をＡ−Ｄ変換して基準信号データ１２や検査対象信号データ１３を生成する機能とを有している。
この際、時系列信号１１が例えば空気を伝わる音響信号や各種センサからのセンサ出力信号のような任意の物理量を示すアナログ信号であれば、当該アナログ信号を検出するマイクや信号インターフェース回路などの信号検出機能を信号入力部１０に設けて、時系列信号１１を検出すればよい。また時系列信号１１としては、他の機器により上記アナログ信号が検出されてＡ−Ｄ変換されたデジタル信号（デジタルデータ）であってもよく、この場合は信号検出機能やＡ−Ｄ変換機能を省いてもよい。
【００１９】
信号入力部１０に入力される時系列信号１１としては、正常時の検査対象の状態を示す基準信号と、検査時の検査対象の状態を示す検査対象信号との２種類がある。このうち基準信号は、後述する逆フィルタ情報３１の生成や基準減衰量３２の算出に用いられる信号である。したがって、異常検出装置１でこれら逆フィルタ情報３１や基準減衰量３２を導出せず、データとして予め記憶しておいたものを用いる場合、基準信号を入力する必要はない。
【００２０】
記憶部３０は、メモリやハードディスクなどの記憶装置からなり、演算処理部２０での演算処理に用いる各種処理情報やプログラム３５を記憶する。記憶部３０で記憶する主な処理情報としては、逆フィルタ情報３１、基準減衰量３２、検査減衰量３３、判定結果３４、およびプログラム３５がある。
【００２１】
逆フィルタ情報３１は、入力された信号から基準信号データ１２の周波数成分を低減して出力する逆フィルタを示す演算式のパラメータ情報である。基準減衰量３２は、逆フィルタ情報３１で示される逆フィルタを基準信号データ１２に作用させて得られた基準残差信号と基準信号データ１２と間の減衰量である。検査減衰量３３は、逆フィルタ情報３１で示される逆フィルタを検査対象信号データ１３に作用させて得られた検査残差信号と検査対象信号データ１３と間の減衰量である。判定結果３４は、基準減衰量３２と検査減衰量３３の比較結果に基づき検査対象の異常有無を判定した結果を示す情報である。プログラム３５は、演算処理部２０に読み込まれて実行されることにより演算処理部２０の各種機能手段を実現するプログラムであり、予め外部装置やネットワークを介して記録媒体から読み込まれて記憶部３０に格納される。
【００２２】
操作入力部４０は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、作業者の操作を検出して演算処理部２０へ出力する機能を有している。
画面表示部５０は、ＬＣＤなどの画面表示装置からなり、演算処理部２０からの指示に応じて操作メニューや判定結果３４などの各種情報を画面表示する機能を有している。
【００２３】
演算処理部２０は、専用の演算処理回路からなり、ＣＰＵとその周辺回路を有し、記憶部３０からプログラム３５を読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム３５とを協働させて各種機能手段を実現する。なお、演算処理部２０については、ＣＰＵを用いず、ＤＳＰなどの専用の信号処理回路を用いて実現してもよい。
演算処理部２０で実現される主な機能手段としては、逆フィルタ生成手段２１、基準減衰量算出手段２２、検査減衰量算出手段２３、および異常判定手段２４がある。
【００２４】
逆フィルタ生成手段２１は、信号入力部１０から出力された基準信号データ１２から逆フィルタを生成する機能と、その逆フィルタを示す演算式のパラメータを逆フィルタ情報３１として記憶部３０へ格納する機能とを有している。逆フィルタは、入力された信号から基準信号データ１２の信号成分を低減して出力するフィルタである。逆フィルタに元の基準信号データ１２を入力した場合、基準信号データ１２が低減され、逆フィルタの算出精度に起因する白色雑音すなわち基準残差信号が得られる。
【００２５】
基準減衰量算出手段２２は、記憶部３０の逆フィルタ情報３１で実現される逆フィルタを信号入力部１０から出力された基準信号データ１２に作用させて基準残差信号を得る機能と、この基準残差信号と基準信号データ１２との間の減衰量、すなわち逆フィルタにより基準信号データ１２が基準残差信号まで減衰した程度を示す減衰量を算出する機能と、算出した減衰量を基準減衰量３２として記憶部３０へ格納する機能とを有している。
【００２６】
検査減衰量算出手段２３は、記憶部３０の逆フィルタ情報３１で実現される逆フィルタを信号入力部１０から出力された検査対象信号データ１３に作用させて検査残差信号を得る機能と、この検査残差信号と検査対象信号データ１３との間の減衰量、すなわち逆フィルタにより検査対象信号データ１３が検査残差信号まで減衰した程度を示す減衰量を算出する機能と、算出した減衰量を検査減衰量３３として記憶部３０へ格納する機能とを有している。
【００２７】
異常判定手段２４は、記憶部３０の基準減衰量３２と検査減衰量３３とを比較し、検査減衰量３２が正常時における減衰量のしきい値である基準減衰量３２の範囲内であるか否かに基づき、検査対象の異常有無を判定する機能と、その判定結果３４を記憶部３０および画面表示部５０へ出力する機能とを有している。
【００２８】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図２および図３を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の動作について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置を用いた異常検出作業を示す説明図である。図３は、本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の異常検出処理を示すフローチャートである。
【００２９】
本実施の形態にかかる異常検出装置１を用いて作業者が異常検出作業を行う場合、図２に示すように、作業者が異常検出装置１を携帯して検査対象となる機械装置３の設置場所まで出向き、異常検出装置１を操作してマイク２により機械装置３から発せられている音響信号４を検出する。以下では、異常検出装置１の記憶部３０に、基準減衰量３２が予め格納されている場合を例として説明する。
【００３０】
異常検出装置１の演算処理部２０は、操作入力部４０で検出された作業者の検査開始操作に応じて、図３の異常検出処理を開始する。
まず、演算処理部２０は、信号入力部１０を制御して、機械装置３からの音響信号４を時系列信号１１としてマイク２で検出し、この時系列信号１１をＡ−Ｄ変換して検査対象信号データ１３を生成する（ステップ１００）。検査対象信号データ１３は、各時刻ｔにおける検査対象信号の振幅値ｘ（ｔ）からなる時系列データであり、この検査対象信号データ１３を、少なくとも機械装置３の１回転周期以上の時間長にわたり連続してサンプリングする。この際、サンプリング間隔は、音響信号４に含まれる異常音を検出可能な期間を用いる。
【００３１】
続いて、演算処理部２０は、検査減衰量算出手段２３により、信号入力部１０から出力された検査対象信号データ１３から検査対象信号のパワー値を求める（ステップ１０１）。ここでは、各振幅値ｘ（ｔ）を二乗することにより各時刻ｔにおける検査対象信号のパワー値ｐｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ）2を求める。
【００３２】
次に、検査減衰量算出手段２３は、記憶部３０の逆フィルタ情報３１で実現される逆フィルタを用いて検査対象信号データ１３の検査残差データを算出する（ステップ１０２）。逆フィルタをＦで示した場合、時刻ｔにおける検査残差データｅ（ｔ）は、ｅ（ｔ）＝Ｆ・ｘ（ｔ）で求められる。
続いて、検査減衰量算出手段２３は、検査残差データのパワー値を求める（ステップ１０３）。ここでは、各検査残差データｅ（ｔ）を二乗することにより各時刻ｔにおける検査残差データのパワー値ｐｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）2を求める。
【００３３】
このようにして、検査減衰量算出手段２３は、検査対象信号のパワー値と検査残差データのパワー値を求め、これらパワー値の比から検査減衰量を算出して記憶部３０へ格納する（ステップ１０４）。例えば、検査対象信号データ１３の全期間を対象とする検査減衰量を算出する場合には、全期間における各時刻ｔの検査残差データのパワー値の和と、全期間における各時刻ｔの検査対象信号データのパワー値の和で除算することにより、両者の比Ｒｅ＝Σｐｅ（ｔ）／Σｐｘ（ｔ）を求め、この比Ｒｅから対数値で表現した検査減衰量αｅ＝１０Log(Ｒｅ)が得られる。
【００３４】
この際、基準信号を検出した時と比較して、検査時に機械装置３とマイク２との距離が近い場合、検査対象信号データｘ（ｔ）の振幅値は全体的に大きくなり、そのパワー値ｐｘ（ｔ）も大きくなる。しかしながら、この検査対象信号データｘ（ｔ）から得た検査残差データｅ（ｔ）とそのパワー値ｅｘ（ｔ）も同様にして大きくなるため、基準信号と検査対象信号のパワー値の比すなわち検査減衰量αｅを求めることにより、両者を相対的に比較することができ、機械装置３とマイク２との距離に応じた振幅値の違いを相殺することができる。
【００３５】
次に、異常検出装置１の演算処理部２０は、異常判定手段２４により、記憶部３０に予め格納されている基準減衰量３２（αｄ）からなるしきい値と、前述のようにして算出した検査減衰量αｅとを比較する（ステップ１０５）。
ここで、検査減衰量αｅがしきい値より小さい場合（ステップ１０５：ＹＥＳ）、基準信号データ１２には含まれていない信号、すなわち正常時の機械装置３からの音響信号４にはない異音が検査対象信号データ１３に含まれていることになり、機器装置３の異常ありを示す判定結果３４を記憶部３０さらには画面表示部５０へ出力し（ステップ１０６）、一連の異常検出処理終了する。これにより、異常ありを示す判定結果が画面表示部５０で画面表示される。
【００３６】
一方、検査減衰量αｅがしきい値以上の場合（ステップ１０５：ＮＯ）、検査対象信号データ１３が基準信号データ１２とほぼ等しく、正常時の機械装置３からの音響信号４にはない異音は含まれていないことになり、異常なしを示す判定結果３４を出力し（ステップ１０７）、一連の異常検出処理終了する。これにより、異常なしを示す判定結果が画面表示部５０で画面表示される。
【００３７】
このように、本実施の形態は、検査減衰量算出手段２３により、正常時の検査対象における時系列信号１１を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の検査対象における時系列信号１１を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出し、異常判定手段２４により、この検査減衰量３３を所定のしきい値である基準減衰量３２と比較することにより検査対象の異常有無を判定するようにしたので、検査時に検査対象から検査対象信号を計測する際の計測条件に左右されることなく、正常時と検査時に検査対象から得られた時系列信号の違いを精度よく判定でき、結果として検査対象の異常を精度よく検出することが可能となる。
【００３８】
図４は、基準信号の一例を示す信号波形図である。図５は、基準信号から算出した基準残差信号の一例を示す信号波形図である。図６は、検査対象信号の一例を示す信号波形図である。図７は、検査対象信号に含まれる異常信号の一例を示す信号波形図である。図８は、検査対象信号から算出した検査残差信号の一例を示す信号波形図である。なお、図４〜図８における縦軸は正規化された相対的な振幅値を示し、横軸は時間を示している。
【００３９】
正常時の機械装置３から図４に示すような基準信号が得られた場合、基準信号の信号成分に応じた周波数特性を持つ逆フィルタが得られる。この逆フィルタは、入力された信号から基準信号の信号成分を低減して出力するフィルタである。逆フィルタに元の基準信号を入力した場合、基準信号が低減され、逆フィルタの算出精度に起因する白色雑音すなわち図５に示すような基準残差信号が得られる。
【００４０】
一方、検査時に機械装置３から図６に示すような検査対象信号が得られたものとする。この検査信号には、図７に示すような異常信号が含まれているが、図４の基準信号と見比べても異常信号の有無は全く分からない。このような検出対象信号に逆フィルタを作用させると、図８に示すような検査残差信号が得られる。したがって、この検査残差信号と図５の基準残差信号を比較すると、図７の異常信号が検査残差信号に含まれていることが分かる。
【００４１】
この際、基準残差信号や検査残差信号の大きさは、基準信号や検査対象信号の振幅に左右されるため、前出した従来技術のように、基準残差信号から得たしきい値と検査残差信号を大きさで比較しただけでは正確な判定は行えない。
例えば、図６の検査対象信号の振幅は図４の基準信号と比較して全体的に小さいため、図８の検査残差信号の振幅は、図５の基準残差信号とほぼ同じ振幅であり、基準残差信号の振幅に基づき決定したしきい値と検査残差信号の振幅値を比較した場合、両者の違いはなく異常なしと判定される可能性がある。
【００４２】
本実施の形態では、逆フィルタの入出力信号間の減衰量は、入力信号の大きさによらずほぼ一定であることに着目し、検査対象信号と検査残差信号の間の検査減衰量を求めて所定のしきい値と比較するようにしたので、基準信号や検査対象信号の振幅に左右されることはない。すなわち、図４の基準信号が逆フィルタにより図５の基準残差信号まで減衰した際の基準減衰量と、図６の検査対象信号が逆フィルタにより図８の検査残差信号まで減衰した際の検査減衰量とを比較しているため、図８の検査残差信号のうち図７の異常信号に相当する部分に起因して平均的な検査減衰量が小さくなり、結果としてしきい値より検査減衰量が大きくなり、機械装置３の異常が検出される。
【００４３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる異常検出装置について説明する。
第１の実施の形態では、検査減衰量を算出してしきい値と比較する際、図３のステップ１０４において、検査対象信号データ１３の全期間を対象として検査減衰量を算出する場合について説明した。
本実施の形態では、検査対象信号データ１３の全期間を分割して設けた区間ごとに検査減衰量を算出してしきい値と比較する。例えば、図６の検査対象信号と図８の検査残差信号について、２ｍｓごとに区間を設け、これら区間ごとに検査減衰量を求めてしきい値とそれぞれ比較する。
【００４４】
第１の実施の形態のように、検査対象信号データ１３の全期間を対象として検査減衰量を算出する場合、突発的な異常信号の大きさは全期間で平均化されるため、検査対象信号データ１３の時間長と異常信号の大きさの関係によっては、全期間を対象として検査減衰量があまり小さくならず、しきい値と比較しても異常を検出できない場合もある。
本実施の形態のように、区間ごとに検査減衰量を算出してしきい値と比較することにより、異常信号が平均化されにくくなり、いずれかの区間における検査減衰量の変化として表れやすい。したがって、本実施の形態によれば、突発的な異常信号を発する異常についても精度よく検出できる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる異常検出装置について説明する。図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる異常検出装置の初期設定処理を示すフローチャートである。
第１の実施の形態では、異常検出装置１の記憶部３０に、逆フィルタ情報３１と基準減衰量３２すなわちしきい値を予め記憶しておく場合を例として説明した。本実施の形態では、異常検出装置１の演算処理部２０に設けた逆フィルタ生成手段２１と基準減衰量算出手段２２により、逆フィルタ情報３１と基準減衰量３２をそれぞれ生成する場合について説明する。
【００４６】
本実施の形態にかかる異常検出装置１を用いて作業者が初期設定作業を行う場合、図２の検査時と同様にして、作業者が異常検出装置１を携帯して検査対象となる機械装置３の設置場所まで出向き、異常検出装置１を操作してマイク２により正常時の機械装置３から発せられている音響信号４を検出する。
【００４７】
異常検出装置１の演算処理部２０は、操作入力部４０で検出された作業者の初期設定開始操作に応じて、図９の初期設定処理を開始する。
まず、演算処理部２０は、信号入力部１０を制御して、機械装置３からの音響信号４を時系列信号１１としてマイク２で検出し、この時系列信号１１をＡ−Ｄ変換して基準信号データ１２を生成する（ステップ１１０）。基準信号データ１２は、各時刻ｔにおける基準信号の振幅値ｙ（ｔ）からなる時系列データであり、基準信号データ１２は、少なくとも機械装置３の１回転周期以上の時間長にわたり連続してサンプリングする。この際、サンプリング間隔は、音響信号４に含まれる異常音を検出可能な期間を用いる。
【００４８】
次に、演算処理部２０は、逆フィルタ生成手段２１により、信号入力部１０から出力された基準信号データ１２から逆フィルタを生成し、記憶部３０へ格納する（ステップ１１１）。逆フィルタの生成方法については、自己回帰モデルを用いるなどの公知の技術を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。
続いて、演算処理部２０は、基準減衰量算出手段２２により、信号入力部１０から出力された基準信号データ１２から基準信号のパワー値を求める（ステップ１１２）。ここでは、各振幅値ｙ（ｔ）を二乗することにより各時刻ｔにおける検査対象信号のパワー値ｐｙ（ｔ）＝ｙ（ｔ）2を求める。
【００４９】
次に、基準減衰量算出手段２２は、記憶部３０の逆フィルタ情報３１で実現される逆フィルタを用いて基準信号データ１２の基準残差データを算出する（ステップ１１３）。逆フィルタをＦで示した場合、時刻ｔにおける基準残差データｄ（ｔ）は、ｄ（ｔ）＝Ｆ・ｙ（ｔ）で求められる。
続いて、基準減衰量算出手段２２は、基準残差データのパワー値を求める（ステップ１１４）。ここでは、各基準残差データｄ（ｔ）を二乗することにより各時刻ｔにおける基準残差データのパワー値ｐｄ（ｔ）＝ｄ（ｔ）2を求める。
【００５０】
このようにして、基準減衰量算出手段２２は、基準信号のパワー値と基準残差データのパワー値を求めて、これらパワー値の比から基準減衰量を算出して記憶部３０へ格納し（ステップ１１５）、一連の初期設定処理を終了する。例えば、基準信号データ１２の全期間を対象とする基準減衰量を算出する場合には、全期間における各時刻ｔの基準残差データのパワー値の和と、全期間における各時刻ｔの基準信号データのパワー値の和で除算することにより、両者の比Ｒｄ＝Σｐｄ（ｔ）／Σｐｙ（ｔ）を求め、この比Ｒｄから対数値で表現した基準減衰量αｄ＝１０Log(Ｒｄ)が得られる。
【００５１】
このように、本実施の形態は、異常検出装置１に逆フィルタ生成手段２１と基準減衰量算出手段２２を設けて、逆フィルタ情報３１や基準減衰量３２を生成するようにしたので、検査時と同様の作業で初期設定処理を容易に実行でき、作業負担を軽減できる。また、検査時と同一の信号処理回路が用いられるため、検査時とは別個の装置で逆フィルタ情報３１や基準減衰量３２を生成する場合と比較して、信号処理回路の特性の違いに起因する逆フィルタ情報３１や基準減衰量３２の誤差を抑制でき、結果として高精度な異常判定を実現できる。
【００５２】
［実施の形態の拡張］
以上の各実施の形態では、異常検出装置１の検査対象が回転機などの機械装置である場合を例として説明したが、各実施の形態が適用される検査対象は、これに限定されるものではなく、周期性を持つ時系列信号が得られる検査対象については、いずれの場合も各実施の形態を適用できる。例えば、人間の体温や心電信号など、生体から得られる物理量には周期性を持つものがあり、また気温や湿度など、自然現象から得られる物理量にも周期性を持つものもある。したがって、各実施の形態を適用して、このような物理量を示す時系列信号から、当該検査対象の異常を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置を用いた異常検出作業を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態にかかる異常検出装置の異常検出処理を示すフローチャートである。
【図４】基準信号の一例を示す信号波形図である。
【図５】基準信号から算出した基準残差信号の一例を示す信号波形図である。
【図６】検査対象信号の一例を示す信号波形図である。
【図７】検査対象信号に含まれる異常信号の一例を示す信号波形図である。
【図８】検査対象信号から算出した検査残差信号の一例を示す信号波形図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態にかかる異常検出装置の初期設定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１…異常検出装置、１０…信号入力部、１１…時系列信号、１２…基準信号データ、１３…検査対象信号データ、２０…演算処理部、２１…逆フィルタ生成手段、２２…基準減衰量算出手段、２３…検査減衰量算出手段、２４…異常判定手段、３０…記憶部、３１…逆フィルタ情報、３２…基準減衰量、３３…検査減衰量、３４…判定結果、３５…プログラム、４０…操作入力部、５０…画面表示部、２…マイク、３…機械装置、４…音響信号。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象から当該検査対象の状態に応じて変化する時系列信号を得る信号入力部と、
正常時の前記検査対象における前記時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の前記検査対象から前記信号入力部により得た前記時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と前記検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出する検査減衰量算出手段と、
前記検査減衰量を所定のしきい値と比較することにより前記検査対象の異常有無を判定する異常判定手段と
を備えることを特徴とする異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の異常検出装置において、
正常時の前記検査対象から前記信号入力部により得た前記時系列信号を示す基準信号から前記逆フィルタを生成する逆フィルタ生成手段と、
前記逆フィルタを前記基準信号に作用させて得た基準残差信号と前記基準信号と間の減衰量を示す基準減衰量を算出する基準減衰量算出手段とをさらに備え、
前記異常検出手段は、前記基準減衰量を前記しきい値として用いる
ことを特徴とする異常検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の異常検出装置において、
前記検査減衰量算出手段は、前記検査対象信号の全期間を複数に分割して設けた区間ごとに、当該区間内の検査残差信号と前記検査対象信号と間の検査減衰量をそれぞれ算出し、
前記異常判定手段は、前記区間ごとの検査減衰量をしきい値と比較することにより前記区間ごとに前記検査対象の異常有無を判定する
ことを特徴とする異常検出装置。
【請求項４】
検査対象から当該検査対象の状態に応じて変化する時系列信号を取得し、その時系列信号に基づいて前記検査対象の異常を検出する異常検出装置のコンピュータに、
正常時の前記検査対象における前記時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の前記検査対象から前記信号入力部により得た前記時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と前記検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出する検査減衰量算出ステップと、
前記検査減衰量を所定のしきい値と比較することにより前記検査対象の異常有無を判定する異常判定ステップと
を実行させるプログラム。
【請求項１】
検査対象から当該検査対象の状態に応じて変化する時系列信号を得る信号入力部と、
正常時の前記検査対象における前記時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の前記検査対象から前記信号入力部により得た前記時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と前記検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出する検査減衰量算出手段と、
前記検査減衰量を所定のしきい値と比較することにより前記検査対象の異常有無を判定する異常判定手段と
を備えることを特徴とする異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の異常検出装置において、
正常時の前記検査対象から前記信号入力部により得た前記時系列信号を示す基準信号から前記逆フィルタを生成する逆フィルタ生成手段と、
前記逆フィルタを前記基準信号に作用させて得た基準残差信号と前記基準信号と間の減衰量を示す基準減衰量を算出する基準減衰量算出手段とをさらに備え、
前記異常検出手段は、前記基準減衰量を前記しきい値として用いる
ことを特徴とする異常検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の異常検出装置において、
前記検査減衰量算出手段は、前記検査対象信号の全期間を複数に分割して設けた区間ごとに、当該区間内の検査残差信号と前記検査対象信号と間の検査減衰量をそれぞれ算出し、
前記異常判定手段は、前記区間ごとの検査減衰量をしきい値と比較することにより前記区間ごとに前記検査対象の異常有無を判定する
ことを特徴とする異常検出装置。
【請求項４】
検査対象から当該検査対象の状態に応じて変化する時系列信号を取得し、その時系列信号に基づいて前記検査対象の異常を検出する異常検出装置のコンピュータに、
正常時の前記検査対象における前記時系列信号を示す基準信号から求められた当該基準信号の逆フィルタを、検査時の前記検査対象から前記信号入力部により得た前記時系列信号を示す検査対象信号に作用させ、得られた検査残差信号と前記検査対象信号と間の減衰量を示す検査減衰量を算出する検査減衰量算出ステップと、
前記検査減衰量を所定のしきい値と比較することにより前記検査対象の異常有無を判定する異常判定ステップと
を実行させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２１８６６９（Ｐ２００７−２１８６６９Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３７８４７（Ｐ２００６−３７８４７）
【出願日】平成１８年２月１５日（２００６．２．１５）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１５日（２００６．２．１５）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]