JP2004340706A - 機器の診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】操作性に優れるとともに診断の信頼性を向上させることができる機器の診断装置を得る。
【解決手段】診断対象の機器1から発生した音をマイクロホン2にて検出し、A/D変換器4によりデジタル信号に変換し、ウェーブレット変換演算器5にて、当該デジタル信号を周波数帯域ごとに分解された時系列信号に変換する。特徴演算器6は、上記時系列信号の特徴を演算して特徴値に応じた演算値を出力する。MTS法評価器7は、上記演算値を基準データとして、MTS法による処理を行い、マハラノビス距離を出力する。判定値格納器8は、マハラノビス距離が判定基準値以内か否か比較し、騒音判別器10は比較器9からの比較結果に基づいて機器1の健全性の診断をする。マハラノビス距離により判定するので、判定基準値の設定が容易で、判定の信頼性も向上する。
【選択図】 図1
【解決手段】診断対象の機器1から発生した音をマイクロホン2にて検出し、A/D変換器4によりデジタル信号に変換し、ウェーブレット変換演算器5にて、当該デジタル信号を周波数帯域ごとに分解された時系列信号に変換する。特徴演算器6は、上記時系列信号の特徴を演算して特徴値に応じた演算値を出力する。MTS法評価器7は、上記演算値を基準データとして、MTS法による処理を行い、マハラノビス距離を出力する。判定値格納器8は、マハラノビス距離が判定基準値以内か否か比較し、騒音判別器10は比較器9からの比較結果に基づいて機器1の健全性の診断をする。マハラノビス距離により判定するので、判定基準値の設定が容易で、判定の信頼性も向上する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車のエンジンなどの機器から発生する振動によりその健全性を診断する機器の診断装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マイクロホンにて診断対象である機器から発生する音を検出して、検出した電気信号に対してウェーブレット変換を行う。ウェーブレット変換して得られる時系列的な周波数成分からなるデータの特徴を演算器により演算して演算値を求め、基準値に対して所定の関係、例えば演算値が基準値の3倍を超えたときに、機器の異常を示す比較結果を出力する。なお、基準値は基準となる健全な機器を用いて当該機器から得られたデータに基づいて決定される(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−219955号(段落番号0043〜0050及び図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の騒音診断装置は、以上のように構成され、ウェーブレット変換を行うことにより音の信号を変換し、基準値と比較し、所定の関係を超えたときに警報を出力していたが、基準値の設定に多大な時間を要し、騒音診断装置の操作性が悪いという問題があった。
【0005】
また、従来の機器の騒音診断装置では機器の外部で大きな音が発生しても、機器から発生した騒音として検出し、誤診断を行う可能性がある。さらに、機器の騒音診断は生産ライン中で行われることが多いが、通常、生産ラインには、暗騒音が多く発生している。機器から発生する音を計測している途中に、機器から発生する騒音に似た特徴を持つ大きな暗騒音が発生すると、誤判定を起こす可能性がある。このため、診断の信頼性を十分に確保できない場合がある。
【0006】
また、従来の機器の騒音診断装置では異なる型式の機器の騒音の判別に対応していない。機器の型式によって、騒音の種類は異なる場合が多い。製品の生産ラインでは、異なる型式の機器が入り交じって流れてくることがあり、騒音診断の信頼性を向上させるためには、型式に応じた基準値を設定する必要がある。以上のようなことから、騒音診断の信頼性の一層の向上が要請されていた。
【0007】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、操作性に優れるとともに診断の信頼性を向上させることができる機器の診断装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る機器の診断装置においては、診断対象である機器から発生する振動を検出する振動検出手段を有し検出した振動をデジタル信号に変換する振動出力装置、デジタル信号を所定の周波数帯域ごとの時系列信号に変換する時系列信号変換手段、時系列信号の特徴を示す演算値を演算する演算手段、演算値をMTS(Mahalanobis−Taguchi System)法により処理して演算値についてマハラノビス距離を求めるMTS法評価手段、及びマハラノビス距離と判定基準値とを比較して機器の健全性の評価を行う振動評価手段を備えたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下に、この発明の実施の一形態を図に基づいて説明する。図1は機器の振動診断装置としての騒音診断装置の構成を示す構成図である。図1において、診断対象である機器1(具体的には例えば自動車のエンジン)から発生した音を振動検出手段としてのマイクロホン2にて検出し、電気信号に変換する。増幅器3によりマイクロホンで変換された電気信号を増幅し、A/D変換器により増幅器3からの増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【0010】
時系列信号変換手段としてのウェーブレット変換(Wavelet Transform)演算器5は、A/D変換器4から得られるデジタル信号を周波数帯域ごとに分解された時系列信号に変換する。特徴演算器6は、ウェーブレット変換演算器5により分解された周波数帯域ごとの時系列信号から信号の特徴を演算して特徴値に応じた数値を出力するもので、例えば、時系列信号の特徴を実効値、平均値、最大値などの演算値として算出する。
【0011】
MTS法評価器7は、特徴演算器6により演算された演算値を基準データとして、MTS法(詳細後述)による処理を行い、マハラノビス距離を出力する。判定値格納器8は、判定基準値を格納しており、当該判定基準値を比較器9へ出力する。比較器9は、MTS法評価器7から出力したマハラノビス距離と判定値格納器8から出力された判定基準値とを比較する。
【0012】
振動判定器としての騒音判別器10は、比較器9からの比較結果に基づいて機器1の騒音を診断する、すなわち騒音により機器の異常の有無を判別、つまりその健全性を診断する。そして、騒音があると診断すると図示しない報知装置に通知する。なお、マイクロホン2、増幅器3及びA/D変換器4にて音の検出からデジタル信号への変換までを行う振動出力装置としての集音出力装置21が構成されるとともに、判定値格納器8、比較器9及び騒音判定器10にて、振動評価手段としての騒音評価装置23が構成されている。また、上記マイクロホン2の代わりに振動センサを用いてもよい。
【0013】
また、図1において、点線の矢印は判定基準値の設定時における各信号の流れを示し、実線の矢印は騒音診断時における各信号の流れを示す。これらの信号の流れは、後述する各実施の形態においても同様である。
【0014】
次に、動作について説明する。まず、診断に必要な判定基準値を設定するときの流れを説明する。健全な機器1から発生する音の信号をマイクロホン2により電気信号に変換し、増幅器3により適当な利得を得る。A/D変換器4は増幅器3からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ウェーブレット変換演算器5は、基底関数(ウェーブレット関数)を拡大あるいは縮小することにより、アナログ信号より変換されたデジタル信号を周波数帯域ごとの時系列信号に分離する。この際に、測定波形や観測したい現象に合わせて適切な基底関数を選択することにより周波数の分離特性や判定の信頼性を向上させることができる。
【0015】
ウェーブレット変換演算器5により周波数帯域ごとに分離された時系列信号は、特徴演算器6へ出力される。特徴演算器6は時系列信号から信号の特徴を示す最大値や実効値などの演算値を演算し、MTS法評価器7へ出力する。ここで、多くの健全な機器からデータを収集し、MTS法により基準データを作成して基準空間を求める。また、判定値格納器8には、診断したい機器の騒音レベルに応じた判定基準値を格納しておく。
【0016】
ここで、MTS法について説明する。MTS法は、Mahalanobis−Taguchi Systemのことであり、認識・予測能力をコンピュータに与えるパターン情報処理技術である。パターン認識を行うためには知識が体系的に集まった認識空間が必要であるが、MTS法では、この認識空間を「均質性のあるデータ群」から作成する。このようなデータを「基準データ」と呼ぶ。ここでは、均質性のあるデータ群とは、欠陥のない正常なデータ群である。
【0017】
MTS法が、他のパターン情報処理と比較して優れている点は、この基準データという考え方にある。これまでの多くの手法では、正常な状態も非正常な状態も同じ認識空間で処理していた。しかし、正常な状態というのはその特徴量が比較的均質で締まった状態であるのに対し、非正常な状態はその特徴量が様々な方向に大きくばらついている。均質性のあるデータ群から得た認識空間と、それが保証されていない認識空間とでは信頼性や感度に大きな相違が出る。
【0018】
特徴演算器6は、基準データが揃うと、次にこの基準データから演算値としての特徴量を抽出する。つまり、「基準データ」を収集し、「特徴量の抽出」を行い、認識空間を作成してマハラノビス距離を求める。基準空間に帰属するデータのマハラノビス距離の平均は1であり、基準データと異なる度合が大きいと急激にその値が大きくなる。従って、対象のマハラノビス距離が1前後であれば、その対象は基準データと近い性質にあり、距離が大きければ遠いことになる。基準空間が正常群であったとすると、マハラノビス距離が大きいほど異常の程度も大きいことになる。
【0019】
次に、診断時の流れについて説明する。判定基準値の設定時と同様、機器1から発生する音の信号をマイクロホン2により電気信号に変換し、増幅器3により適当な利得を得る。A/D変換器4は増幅器3から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、ウェーブレット変換演算器5により、デジタル信号を周波数帯域ごとの時系列信号に分離する。周波数帯域ごとに分離された時系列信号は、特徴演算器6へ出力される。
【0020】
特徴演算器6では周波数帯域ごとに分離された時系列信号の特徴を表す実効値や平均値や最大値などの演算値を演算し、その演算結果をMTS法評価器7へ出力する。MTS法評価器7では基準空間に対するマハラノビス距離を求め、マハラノビス距離を比較器9に出力する。判定値格納器8から、診断したい機器の騒音レベルに応じて設定している判定基準値を出力する。比較器9では、MTS法評価器7より出力されたマハラノビス距離と判定値格納器9より出力された判定基準値とを比較する。そして、MTS法評価器7から出力されたマハラノビス距離が判定基準値内に収まっているか否かを騒音判別器10に出力する。
【0021】
騒音判別器10は、マハラノビス距離が判定基準値内に収まっていれば騒音が発生していないことを、判定基準値を超えていれば騒音が発生していると診断する。騒音判別器10において騒音が発生していると診断されたときは、騒音判別器10は図示しない報知装置に信号を発し、その旨の報知を行う。
【0022】
以上のように、健全な機器から発生する振動についてMTS法を用いて判定基準値となる基準データを作成し、この基準データに対するマハラノビス距離を求め、このマハラノビス距離に基づいて振動の異常の有無を判別し当該機器の健全性を診断するようにしたので、判定基準値の設定が容易で、振動の種類ごとに判定基準値を設定したり、新たな機器を対象に診断を行ったりする際の判定基準値の設定に要する作業時間の短縮や負担の軽減をすることができ、診断装置の操作性を向上させることができる。また、マハラノビス距離に基づいて判定するので、その判定すなわちその診断の信頼性を向上させることができる。
【0023】
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2における機器の騒音診断装置の構成を示す構成図である。図2において、騒音診断装置はマイクロホン2、増幅器3、A/D変換器4にて構成され音の検出からデジタル信号への変換までを行う振動出力装置としての集音出力装置21を、複数(図2では3台)備えている。この集音出力装置21の数は、機器1の騒音が発生する個所の数に応じて適宜増減させるものとする。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【0024】
従来の騒音診断装置では機器から騒音が発生した場合に、機器のどの個所から騒音が発生しているかが判らない。機器から騒音が発生した場合には、騒音発生個所を特定して、その個所の部品を修理、交換等が必要になる。この際、騒音が発生した個所が特定できていれば、該当個所を分解し、修理、交換等を行えばよいが、騒音の発生個所が判らない場合には、最悪の場合、全て分解して発生箇所を特定し手直しを行うことになる。機器の分解、組立て作業は大きな負担になる。この実施の形態は、騒音診断装置の操作性の改善を図ることができるとともに、上記のような問題点をも一緒に可決できるものである。
【0025】
次に動作について説明する。機器1から発生する音の信号を複数個の集音出力装置21のマイクロホン2で同時に電気信号に変換し、各々の増幅器3で適当な利得を得て、各々のA/D変換器4により、デジタル信号に変換する。次に、一つのA/D変換器4からデジタル信号を出力し、ウェーブレット変換演算器5に入力する。
【0026】
以後、ウェーブレット変換演算器5から周波数帯域ごとの時系列信号が特徴演算器6に入力され、騒音判別器10に結果が出力されるまでの動作は、実施の形態1と同様である。そして、複数の集音出力装置21のうちの一つのA/D変換器4からのデジタル信号を出力し、騒音判別器10に結果が出力されれば、別のA/D変換器4からデジタル信号を出力する。
【0027】
このように処理を順番に行って、複数の集音出力装置21の各A/D変換器4からのデジタル信号について騒音判別器10により判別した結果を得る。騒音判別器10では、騒音が発生している結果が出たマイクロホンが集音していた機器の個所、すなわち該当するマイクロホンが設置されていた場所を出力する。
【0028】
これにより、操作性の改善された騒音診断装置を用いて、騒音の発生個所をきめ細くかつ的確に特定できる。従って、騒音の診断作業が容易になるとともに、騒音発生個所の修理、修繕において機器を全て分解することなく、当該個所の修理、修繕を行うことができ、機器の分解、組立てにかかる作業負荷を軽減することができる。
【0029】
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3における機器の騒音診断装置の構成を示す構成図である。別の振動検出手段としての暗騒音用マイクロホン11は、機器1の外部で発生する暗騒音を検出する。無効化手段としての外部音検出器12は、機器1の外部で大きな暗騒音が発生しているかどうかを検出し、機器の外部で大きな暗騒音が発生していた場合に騒音判別器10が行った判断を無効にする。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【0030】
主要な動作は、実施の形態1と同様である。機器1から発生する音をマイクロホン2が検出し、同時にマイクロホン2と反対向きに設置した暗騒音用マイクロホン11が暗騒音を検出する。機器1から発生した音はマイクロホン2により電気信号に変換し、機器1の外部で発生した暗騒音は暗騒音用マイクロホン11により電気信号に変換し、各々の増幅器3により適当な利得を得る。
【0031】
増幅器3から出力されたアナログ信号は、各々のA/D変換器4によりデジタル信号に変換され、外部音検出器12に出力される。外部音検出器12では、機器1から発生した音のデジタル信号と機器1の外部で発生した暗騒音のデジタル信号とに基づいて所定の演算を行い、この演算結果に基づいて機器1の外部から大きな音が発生していることが認められる場合には、騒音判別器10に信号を送り、騒音判別器10の診断結果を無効にするとともに、再計測を行う指示信号を図示しない報知装置に出す。
【0032】
上記実施の形態では、振動としての音を検出するものを示したが、例えば載置台上に置かれた対象とする機器の健全性の診断を行う場合、振動センサを機器に取付けて振動を検出するとともに、載置台に別の振動検出手段としてのセンサを取り付け、上記別の振動検出手段を振動検出結果により振動判別器(図3の騒音判別器に対応)の診断結果を無効にすることもできる。また、このような振動による機器の診断装置は、車輌に搭載されたエンジンなどの機器の健全性の診断にも有効なものである。
【0033】
このように、機器1の外部環境において発生する暗騒音を検出することにより、暗騒音が大きく発生しているときの診断を無効にし、暗騒音検出による誤診断を無くし、診断の信頼性を向上させることができる。
【0034】
実施の形態4.
図4は、この発明の実施の形態4における機器の騒音診断装置の構成を示す構成図である。図4において、機器型式入力器33は、機器の型式をMTS法評価器37及び判定値格納器38に入力するためのものである。なお、判定値格納器38、比較器39及び騒音判別器10にて振動評価手段としての騒音評価装置43を構成している。
【0035】
主要な動作は、実施の形態1と同様であるが、診断対象の機器1の型式を機器型式入力器33からMTS法評価器37及び判定値格納器38に入力する。入力された型式に応じて、MTS法評価器37、判定値格納器38及び比較器39では、機器の型式ごとにマハラノビス距離及び診断したい機器の型式と騒音レベルに応じて設定している判定基準値を変更することにより、異なる型式の機器の騒音についてより的確に診断できるものである。
【0036】
このように、診断する機器の型式を入力することにより、発生する騒音の特徴が異なる様々な型式の機器が、製造ライン上に入り交じって流れてくるような場合にも、型式ごとに判別を的確に行うことができ、騒音診断の信頼性が向上する。
【0037】
上記各実施の形態において、機器が発する振動としての音を振動検出手段であるマイクロホンの代わりに振動センサを用いて振動を検出するようにすることもできる。
【0038】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、診断対象である機器から発生する振動を検出する振動検出手段を有し検出した振動をデジタル信号に変換する振動出力装置、デジタル信号を所定の周波数帯域ごとの時系列信号に変換する時系列信号変換手段、時系列信号の特徴を示す演算値を演算する演算手段、演算値をMTS(Mahalanobis−Taguchi System)法により処理して演算値についてマハラノビス距離を求めるMTS法評価手段、及びマハラノビス距離と判定基準値とを比較して機器の健全性の評価を行う振動評価手段を備えことにより、判定基準値を容易に設定でき、操作性に優れるとともに診断の信頼性を向上させることができる機器の診断装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す機器の騒音診断装置の構成図である。
【図2】この発明の実施の形態2を示す機器の騒音診断装置の構成図である。
【図3】この発明の実施の形態3を示す機器の騒音診断装置の構成図である。
【図4】この発明の実施の形態4を示す機器の騒音診断装置の構成図である。
【符号の説明】
1 機器、2 マイクロホン、3 増幅器、4 A/D変換器、
5 ウェーブレット変換演算器、6 特徴演算器、7 MTS法評価器、
8 判定値格納器、9 比較器、10 騒音判別器、
11 暗騒音用マイクロホン、12 外部音検出器、21 集音出力装置、
23 騒音評価装置、33 機器型式入力器、37 MTS法評価器、
39 比較器、38 判定値格納器、43 騒音評価装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車のエンジンなどの機器から発生する振動によりその健全性を診断する機器の診断装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マイクロホンにて診断対象である機器から発生する音を検出して、検出した電気信号に対してウェーブレット変換を行う。ウェーブレット変換して得られる時系列的な周波数成分からなるデータの特徴を演算器により演算して演算値を求め、基準値に対して所定の関係、例えば演算値が基準値の3倍を超えたときに、機器の異常を示す比較結果を出力する。なお、基準値は基準となる健全な機器を用いて当該機器から得られたデータに基づいて決定される(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−219955号(段落番号0043〜0050及び図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の騒音診断装置は、以上のように構成され、ウェーブレット変換を行うことにより音の信号を変換し、基準値と比較し、所定の関係を超えたときに警報を出力していたが、基準値の設定に多大な時間を要し、騒音診断装置の操作性が悪いという問題があった。
【0005】
また、従来の機器の騒音診断装置では機器の外部で大きな音が発生しても、機器から発生した騒音として検出し、誤診断を行う可能性がある。さらに、機器の騒音診断は生産ライン中で行われることが多いが、通常、生産ラインには、暗騒音が多く発生している。機器から発生する音を計測している途中に、機器から発生する騒音に似た特徴を持つ大きな暗騒音が発生すると、誤判定を起こす可能性がある。このため、診断の信頼性を十分に確保できない場合がある。
【0006】
また、従来の機器の騒音診断装置では異なる型式の機器の騒音の判別に対応していない。機器の型式によって、騒音の種類は異なる場合が多い。製品の生産ラインでは、異なる型式の機器が入り交じって流れてくることがあり、騒音診断の信頼性を向上させるためには、型式に応じた基準値を設定する必要がある。以上のようなことから、騒音診断の信頼性の一層の向上が要請されていた。
【0007】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、操作性に優れるとともに診断の信頼性を向上させることができる機器の診断装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る機器の診断装置においては、診断対象である機器から発生する振動を検出する振動検出手段を有し検出した振動をデジタル信号に変換する振動出力装置、デジタル信号を所定の周波数帯域ごとの時系列信号に変換する時系列信号変換手段、時系列信号の特徴を示す演算値を演算する演算手段、演算値をMTS(Mahalanobis−Taguchi System)法により処理して演算値についてマハラノビス距離を求めるMTS法評価手段、及びマハラノビス距離と判定基準値とを比較して機器の健全性の評価を行う振動評価手段を備えたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下に、この発明の実施の一形態を図に基づいて説明する。図1は機器の振動診断装置としての騒音診断装置の構成を示す構成図である。図1において、診断対象である機器1(具体的には例えば自動車のエンジン)から発生した音を振動検出手段としてのマイクロホン2にて検出し、電気信号に変換する。増幅器3によりマイクロホンで変換された電気信号を増幅し、A/D変換器により増幅器3からの増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【0010】
時系列信号変換手段としてのウェーブレット変換(Wavelet Transform)演算器5は、A/D変換器4から得られるデジタル信号を周波数帯域ごとに分解された時系列信号に変換する。特徴演算器6は、ウェーブレット変換演算器5により分解された周波数帯域ごとの時系列信号から信号の特徴を演算して特徴値に応じた数値を出力するもので、例えば、時系列信号の特徴を実効値、平均値、最大値などの演算値として算出する。
【0011】
MTS法評価器7は、特徴演算器6により演算された演算値を基準データとして、MTS法(詳細後述)による処理を行い、マハラノビス距離を出力する。判定値格納器8は、判定基準値を格納しており、当該判定基準値を比較器9へ出力する。比較器9は、MTS法評価器7から出力したマハラノビス距離と判定値格納器8から出力された判定基準値とを比較する。
【0012】
振動判定器としての騒音判別器10は、比較器9からの比較結果に基づいて機器1の騒音を診断する、すなわち騒音により機器の異常の有無を判別、つまりその健全性を診断する。そして、騒音があると診断すると図示しない報知装置に通知する。なお、マイクロホン2、増幅器3及びA/D変換器4にて音の検出からデジタル信号への変換までを行う振動出力装置としての集音出力装置21が構成されるとともに、判定値格納器8、比較器9及び騒音判定器10にて、振動評価手段としての騒音評価装置23が構成されている。また、上記マイクロホン2の代わりに振動センサを用いてもよい。
【0013】
また、図1において、点線の矢印は判定基準値の設定時における各信号の流れを示し、実線の矢印は騒音診断時における各信号の流れを示す。これらの信号の流れは、後述する各実施の形態においても同様である。
【0014】
次に、動作について説明する。まず、診断に必要な判定基準値を設定するときの流れを説明する。健全な機器1から発生する音の信号をマイクロホン2により電気信号に変換し、増幅器3により適当な利得を得る。A/D変換器4は増幅器3からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ウェーブレット変換演算器5は、基底関数(ウェーブレット関数)を拡大あるいは縮小することにより、アナログ信号より変換されたデジタル信号を周波数帯域ごとの時系列信号に分離する。この際に、測定波形や観測したい現象に合わせて適切な基底関数を選択することにより周波数の分離特性や判定の信頼性を向上させることができる。
【0015】
ウェーブレット変換演算器5により周波数帯域ごとに分離された時系列信号は、特徴演算器6へ出力される。特徴演算器6は時系列信号から信号の特徴を示す最大値や実効値などの演算値を演算し、MTS法評価器7へ出力する。ここで、多くの健全な機器からデータを収集し、MTS法により基準データを作成して基準空間を求める。また、判定値格納器8には、診断したい機器の騒音レベルに応じた判定基準値を格納しておく。
【0016】
ここで、MTS法について説明する。MTS法は、Mahalanobis−Taguchi Systemのことであり、認識・予測能力をコンピュータに与えるパターン情報処理技術である。パターン認識を行うためには知識が体系的に集まった認識空間が必要であるが、MTS法では、この認識空間を「均質性のあるデータ群」から作成する。このようなデータを「基準データ」と呼ぶ。ここでは、均質性のあるデータ群とは、欠陥のない正常なデータ群である。
【0017】
MTS法が、他のパターン情報処理と比較して優れている点は、この基準データという考え方にある。これまでの多くの手法では、正常な状態も非正常な状態も同じ認識空間で処理していた。しかし、正常な状態というのはその特徴量が比較的均質で締まった状態であるのに対し、非正常な状態はその特徴量が様々な方向に大きくばらついている。均質性のあるデータ群から得た認識空間と、それが保証されていない認識空間とでは信頼性や感度に大きな相違が出る。
【0018】
特徴演算器6は、基準データが揃うと、次にこの基準データから演算値としての特徴量を抽出する。つまり、「基準データ」を収集し、「特徴量の抽出」を行い、認識空間を作成してマハラノビス距離を求める。基準空間に帰属するデータのマハラノビス距離の平均は1であり、基準データと異なる度合が大きいと急激にその値が大きくなる。従って、対象のマハラノビス距離が1前後であれば、その対象は基準データと近い性質にあり、距離が大きければ遠いことになる。基準空間が正常群であったとすると、マハラノビス距離が大きいほど異常の程度も大きいことになる。
【0019】
次に、診断時の流れについて説明する。判定基準値の設定時と同様、機器1から発生する音の信号をマイクロホン2により電気信号に変換し、増幅器3により適当な利得を得る。A/D変換器4は増幅器3から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、ウェーブレット変換演算器5により、デジタル信号を周波数帯域ごとの時系列信号に分離する。周波数帯域ごとに分離された時系列信号は、特徴演算器6へ出力される。
【0020】
特徴演算器6では周波数帯域ごとに分離された時系列信号の特徴を表す実効値や平均値や最大値などの演算値を演算し、その演算結果をMTS法評価器7へ出力する。MTS法評価器7では基準空間に対するマハラノビス距離を求め、マハラノビス距離を比較器9に出力する。判定値格納器8から、診断したい機器の騒音レベルに応じて設定している判定基準値を出力する。比較器9では、MTS法評価器7より出力されたマハラノビス距離と判定値格納器9より出力された判定基準値とを比較する。そして、MTS法評価器7から出力されたマハラノビス距離が判定基準値内に収まっているか否かを騒音判別器10に出力する。
【0021】
騒音判別器10は、マハラノビス距離が判定基準値内に収まっていれば騒音が発生していないことを、判定基準値を超えていれば騒音が発生していると診断する。騒音判別器10において騒音が発生していると診断されたときは、騒音判別器10は図示しない報知装置に信号を発し、その旨の報知を行う。
【0022】
以上のように、健全な機器から発生する振動についてMTS法を用いて判定基準値となる基準データを作成し、この基準データに対するマハラノビス距離を求め、このマハラノビス距離に基づいて振動の異常の有無を判別し当該機器の健全性を診断するようにしたので、判定基準値の設定が容易で、振動の種類ごとに判定基準値を設定したり、新たな機器を対象に診断を行ったりする際の判定基準値の設定に要する作業時間の短縮や負担の軽減をすることができ、診断装置の操作性を向上させることができる。また、マハラノビス距離に基づいて判定するので、その判定すなわちその診断の信頼性を向上させることができる。
【0023】
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2における機器の騒音診断装置の構成を示す構成図である。図2において、騒音診断装置はマイクロホン2、増幅器3、A/D変換器4にて構成され音の検出からデジタル信号への変換までを行う振動出力装置としての集音出力装置21を、複数(図2では3台)備えている。この集音出力装置21の数は、機器1の騒音が発生する個所の数に応じて適宜増減させるものとする。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【0024】
従来の騒音診断装置では機器から騒音が発生した場合に、機器のどの個所から騒音が発生しているかが判らない。機器から騒音が発生した場合には、騒音発生個所を特定して、その個所の部品を修理、交換等が必要になる。この際、騒音が発生した個所が特定できていれば、該当個所を分解し、修理、交換等を行えばよいが、騒音の発生個所が判らない場合には、最悪の場合、全て分解して発生箇所を特定し手直しを行うことになる。機器の分解、組立て作業は大きな負担になる。この実施の形態は、騒音診断装置の操作性の改善を図ることができるとともに、上記のような問題点をも一緒に可決できるものである。
【0025】
次に動作について説明する。機器1から発生する音の信号を複数個の集音出力装置21のマイクロホン2で同時に電気信号に変換し、各々の増幅器3で適当な利得を得て、各々のA/D変換器4により、デジタル信号に変換する。次に、一つのA/D変換器4からデジタル信号を出力し、ウェーブレット変換演算器5に入力する。
【0026】
以後、ウェーブレット変換演算器5から周波数帯域ごとの時系列信号が特徴演算器6に入力され、騒音判別器10に結果が出力されるまでの動作は、実施の形態1と同様である。そして、複数の集音出力装置21のうちの一つのA/D変換器4からのデジタル信号を出力し、騒音判別器10に結果が出力されれば、別のA/D変換器4からデジタル信号を出力する。
【0027】
このように処理を順番に行って、複数の集音出力装置21の各A/D変換器4からのデジタル信号について騒音判別器10により判別した結果を得る。騒音判別器10では、騒音が発生している結果が出たマイクロホンが集音していた機器の個所、すなわち該当するマイクロホンが設置されていた場所を出力する。
【0028】
これにより、操作性の改善された騒音診断装置を用いて、騒音の発生個所をきめ細くかつ的確に特定できる。従って、騒音の診断作業が容易になるとともに、騒音発生個所の修理、修繕において機器を全て分解することなく、当該個所の修理、修繕を行うことができ、機器の分解、組立てにかかる作業負荷を軽減することができる。
【0029】
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3における機器の騒音診断装置の構成を示す構成図である。別の振動検出手段としての暗騒音用マイクロホン11は、機器1の外部で発生する暗騒音を検出する。無効化手段としての外部音検出器12は、機器1の外部で大きな暗騒音が発生しているかどうかを検出し、機器の外部で大きな暗騒音が発生していた場合に騒音判別器10が行った判断を無効にする。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【0030】
主要な動作は、実施の形態1と同様である。機器1から発生する音をマイクロホン2が検出し、同時にマイクロホン2と反対向きに設置した暗騒音用マイクロホン11が暗騒音を検出する。機器1から発生した音はマイクロホン2により電気信号に変換し、機器1の外部で発生した暗騒音は暗騒音用マイクロホン11により電気信号に変換し、各々の増幅器3により適当な利得を得る。
【0031】
増幅器3から出力されたアナログ信号は、各々のA/D変換器4によりデジタル信号に変換され、外部音検出器12に出力される。外部音検出器12では、機器1から発生した音のデジタル信号と機器1の外部で発生した暗騒音のデジタル信号とに基づいて所定の演算を行い、この演算結果に基づいて機器1の外部から大きな音が発生していることが認められる場合には、騒音判別器10に信号を送り、騒音判別器10の診断結果を無効にするとともに、再計測を行う指示信号を図示しない報知装置に出す。
【0032】
上記実施の形態では、振動としての音を検出するものを示したが、例えば載置台上に置かれた対象とする機器の健全性の診断を行う場合、振動センサを機器に取付けて振動を検出するとともに、載置台に別の振動検出手段としてのセンサを取り付け、上記別の振動検出手段を振動検出結果により振動判別器(図3の騒音判別器に対応)の診断結果を無効にすることもできる。また、このような振動による機器の診断装置は、車輌に搭載されたエンジンなどの機器の健全性の診断にも有効なものである。
【0033】
このように、機器1の外部環境において発生する暗騒音を検出することにより、暗騒音が大きく発生しているときの診断を無効にし、暗騒音検出による誤診断を無くし、診断の信頼性を向上させることができる。
【0034】
実施の形態4.
図4は、この発明の実施の形態4における機器の騒音診断装置の構成を示す構成図である。図4において、機器型式入力器33は、機器の型式をMTS法評価器37及び判定値格納器38に入力するためのものである。なお、判定値格納器38、比較器39及び騒音判別器10にて振動評価手段としての騒音評価装置43を構成している。
【0035】
主要な動作は、実施の形態1と同様であるが、診断対象の機器1の型式を機器型式入力器33からMTS法評価器37及び判定値格納器38に入力する。入力された型式に応じて、MTS法評価器37、判定値格納器38及び比較器39では、機器の型式ごとにマハラノビス距離及び診断したい機器の型式と騒音レベルに応じて設定している判定基準値を変更することにより、異なる型式の機器の騒音についてより的確に診断できるものである。
【0036】
このように、診断する機器の型式を入力することにより、発生する騒音の特徴が異なる様々な型式の機器が、製造ライン上に入り交じって流れてくるような場合にも、型式ごとに判別を的確に行うことができ、騒音診断の信頼性が向上する。
【0037】
上記各実施の形態において、機器が発する振動としての音を振動検出手段であるマイクロホンの代わりに振動センサを用いて振動を検出するようにすることもできる。
【0038】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、診断対象である機器から発生する振動を検出する振動検出手段を有し検出した振動をデジタル信号に変換する振動出力装置、デジタル信号を所定の周波数帯域ごとの時系列信号に変換する時系列信号変換手段、時系列信号の特徴を示す演算値を演算する演算手段、演算値をMTS(Mahalanobis−Taguchi System)法により処理して演算値についてマハラノビス距離を求めるMTS法評価手段、及びマハラノビス距離と判定基準値とを比較して機器の健全性の評価を行う振動評価手段を備えことにより、判定基準値を容易に設定でき、操作性に優れるとともに診断の信頼性を向上させることができる機器の診断装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す機器の騒音診断装置の構成図である。
【図2】この発明の実施の形態2を示す機器の騒音診断装置の構成図である。
【図3】この発明の実施の形態3を示す機器の騒音診断装置の構成図である。
【図4】この発明の実施の形態4を示す機器の騒音診断装置の構成図である。
【符号の説明】
1 機器、2 マイクロホン、3 増幅器、4 A/D変換器、
5 ウェーブレット変換演算器、6 特徴演算器、7 MTS法評価器、
8 判定値格納器、9 比較器、10 騒音判別器、
11 暗騒音用マイクロホン、12 外部音検出器、21 集音出力装置、
23 騒音評価装置、33 機器型式入力器、37 MTS法評価器、
39 比較器、38 判定値格納器、43 騒音評価装置。
Claims (5)
- 診断対象である機器から発生する振動を検出する振動検出手段を有し上記検出した振動をデジタル信号に変換する振動出力装置、上記デジタル信号を所定の周波数帯域ごとの時系列信号に変換する時系列信号変換手段、上記時系列信号の特徴を示す演算値を演算する演算手段、上記演算値をMTS(Mahalanobis−Taguchi System)法により処理して上記演算値についてマハラノビス距離を求めるMTS法評価手段、及び上記マハラノビス距離と判定基準値とを比較して上記機器の健全性の評価を行う振動評価手段を備えた機器の診断装置。
- 上記振動出力装置は複数設けられその振動検出手段が上記機器から発生する振動をそれぞれ検出して上記デジタル信号に変換するものであることを特徴とする請求項1に記載の機器の診断装置。
- 上記機器の外部で発生する外部振動を検出する別の振動検出手段及び上記外部振動に基づいて上記振動評価手段の評価結果を無効にする無効化手段を備えたものであることを特徴とする請求項1に記載の機器の診断装置。
- 上記振動検出手段は音を検出するものであり、上記別の振動検出手段は機器の外部で発生する外部音を検出するものであることを特徴とする請求項3に記載の機器の診断装置。
- 上記機器の型式を入力する機器型式入力手段を有するものであり、上記振動評価手段は上記型式ごとの判定基準値に基づいて上記機器の健全性の評価を行うものであることを特徴とする請求項1に記載の機器の診断装置。
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