(57)【要約】【課題】ナイキスト周波数よりも低いサンプリング周期を適用し、ＦＦＴ変換して取得したピーク値の周波数を適切に復元できるようにした。【解決手段】異なる２つのサンプリング周期で周波数解析に必要なデータをサンプリングし（処理２０１〜判断２０６）、ピーク値が不一致となる周波数があるかどうかを調べ（判断２０８）、ある場合には、（ｆａ−ｆｂ）＝（Ｐａ−Ｐｂ）の関係を満たすピーク値を探し（処理２０９）、そのようなピーク値を見つけると（判断２１０の結果がＹＥＳ）、Ｆｒ＝（ｆａ−Ｐａ）＝（ｆｂ−Ｐｂ）の関係式を適用して、ピーク値の周波数Ｆｒを補完（復元）する（処理２１１）。【選択図】        図９
2010216832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の周期的に変化する状態量を検出し、その状態量をＦＦＴ変換して取得したピーク値の周波数を復元する信号処理装置であって、
解析周波数帯域の上限値よりも高く、その上限値の２倍より低い第１のサンプリング周波数ｆａで前記状態量をサンプリングして保存する第１のサンプリング手段と、
前記第１のサンプリング周波数ｆａよりも低く、前記上限値よりも高い第２のサンプリング周波数ｆｂで前記状態量をサンプリングして保存する第２のサンプリング手段と、
前記第１のサンプリング手段で得られた第１のサンプル量をＦＦＴ変換してピーク値の周波数を取得する第１の周波数解析手段と、
前記第２のサンプリング手段で得られた第２のサンプル量をＦＦＴ変換してピーク値の周波数を取得する第２の周波数解析手段と、
前記第１の周波数解析手段で取得されたいずれかの第１のピーク値の周波数Ｐａと、前記第２の周波数解析手段で取得されたいずれかの第２のピーク値の周波数Ｐｂとの値が異なる組み合わせで、下記式（１）を満たす前記周波数Ｐａと前記周波数Ｐｂとの組み合わせがある場合、下記式（２）に基づいてピーク値の周波数Ｆｒを算出し、その算出した周波数Ｆｒのピーク値を前記第１の周波数解析手段あるいは前記第２の周波数解析手段で取得された周波数のピーク値に追加することで、その周波数成分を復元する一方、前記周波数Ｐａと前記周波数Ｐｂの値が異なる組み合わせで下記式（１）を満たすものがない場合には、周波数成分を復元しない周波数成分復元手段とを有したことを特徴とする信号処理装置。
（ｆａ−ｆｂ）＝（Ｐａ−Ｐｂ）        …（１）
Ｆｒ＝（ｆａ−Ｐａ）＝（ｆｂ−Ｐｂ）        …（２）
【請求項２】
前記第１のサンプリング周波数ｆａと前記第２のサンプリング周波数ｆｂとの組み合わせを複数設定し、各々の組み合わせについて、前記第１の周波数解析手段、第２の周波数解析手段、および前記周波数成分復元手段を動作することで、複数の周波数成分を復元することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記対象がモータであり、前記状態量が、前記モータの回転軸に設けられたパルスエンコーダから出力されるパルス間隔時間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記対象がモータであり、前記状態量が、前記モータに与えられる速度目標値をあらわす制御量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記周波数成分復元手段で復元された周波数成分を含み、前記第１の周波数解析手段あるいは前記第２の周波数解析手段で取得された周波数のピーク値に基づいて、装置異常を判定する装置異常判定手段と、
前記装置異常判定手段が装置異常を判定すると、ナイキスト周波数が前記解析周波数帯域よりも高い周波数となるような第３のサンプリング周波数で前記状態量をサンプリングして保存する第３のサンプリング手段と、
前記第３のサンプリング手段で得られた第３のサンプル量をＦＦＴ変換してピーク値の周波数を取得する第３の周波数解析手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項６】
装置の初期状態では、前記第３の周波数解析手段の処理結果を保存し、それ以降、前記装置異常判定手段が装置異常を判定するまでは、前記第１のサンプリング手段、前記第２のサンプリング手段、前記第１の周波数解析手段、前記第２の周波数解析手段、および前記周波数成分復元手段を動作させることを特徴とする請求項５記載の信号処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の信号処理装置を備え、装置に発生した異常を判定する機能を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
対象の周期的に変化する状態量を検出し、その状態量をＦＦＴ変換して取得したピーク値の周波数を復元する信号処理方法であって、
解析周波数帯域の上限値より高く、その上限値の２倍より低い第１のサンプリング周波数ｆａで前記状態量をサンプリングして保存する第１のサンプリングステップと、
前記第１のサンプリング周波数ｆａよりも低く、前記上限値より高い第２のサンプリング周波数ｆｂで前記状態量をサンプリングして保存する第２のサンプリングステップと、
前記第１のサンプリングステップで得られた第１のサンプル量をＦＦＴ変換してピーク値の周波数を取得する第１の周波数解析ステップと、
前記第２のサンプリングステップで得られた第２のサンプル量をＦＦＴ変換してピーク値の周波数を取得する第２の周波数解析ステップと、
前記第１の周波数解析ステップで取得されたいずれかの第１のピーク値の周波数Ｐａと、前記第２の周波数解析ステップで取得されたいずれかの第２のピーク値の周波数Ｐｂとの値が異なる組み合わせで、下記式（１）を満たす前記周波数Ｐａと前記周波数Ｐｂとの組み合わせがある場合、下記式（２）に基づいてピーク値の周波数Ｆｒを算出し、その算出した周波数Ｆｒのピーク値を前記第１の周波数解析ステップあるいは前記第２の周波数解析ステップで取得された周波数のピーク値に追加することで、その周波数成分を復元する一方、前記周波数Ｐａと前記周波数Ｐｂの値が異なる組み合わせで下記式（１）を満たすものがない場合には、周波数成分を復元しない周波数成分復元ステップとを有したことを特徴とする信号処理方法。
（ｆａ−ｆｂ）＝（Ｐａ−Ｐｂ）        …（１）
Ｆｒ＝（ｆａ−Ｐａ）＝（ｆｂ−Ｐｂ）        …（２）
【請求項９】
前記第１のサンプリング周波数ｆａと前記第２のサンプリング周波数ｆｂとの組み合わせを複数設定し、各々の組み合わせについて、前記第１の周波数解析ステップ、第２の周波数解析ステップ、および前記周波数成分復元ステップを実行することで、複数の周波数成分を復元することを特徴とする請求項６に記載の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象の周期的に変化する状態量を検出し、その状態量をＦＦＴ変換して取得したピーク値の周波数を復元する信号処理装置、画像形成装置、および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像形成装置における画像品質は高画質であることがより求められている。特にプロダクション市場においては、画像の劣化防止に対する要望は高く、異常画像を出力することは極力避けなければならない。
そのため、経年劣化や機械異常による装置の異常状態を監視する故障予測の必要性が高まっている。故障予測を行なうことで、異常画像を出力してしまう前にサービスパーソン（保守作業員）による修理を実施したり、装置内での自動補正や縮退運用による事前対応が可能となる。
【０００３】
このような故障予測の手段の一つとして、モータのエンコーダデータを一定時間毎にサンプリングして、そのデータを周波数解析することで故障の前兆を検知したり、その故障位置特定するというものがある。
従来の周波数解析では、サンプリング周波数の半分をナイキスト周波数としてエリアシングが発生してしまい、解析周波数付近の正しいピークが分からなくなってしまうため、解析周波数帯域の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングを行っていた。
しかしながら、今までの周波数解析精度向上技術は、サンプリング周波数を上げることで対応していたため、サンプリング処理を短時間で高速に行なうための回路要素が必要になるとともに、高速な周波数解析に対応可能なソフトウェアのシステムが必要となる。
すなわち、サンプリング周期を上げることによりソフトウェア処理量が増え、装置の制御手段であるＣＰＵ（中央処理装置）の負荷が増加してしまうという問題があった。
【０００４】
特許文献１では、エリアシングの問題を解決するために、周波数スペクトラムのピーク波形がエリアシングによるものか否かを判別する目的で、異なる２つの周波数でサンプリングを行い、ＤＦＴ（離散的ＦＦＴ（高速フーリエ変換））演算した結果得られる離散周波数スペクトラムにおけるピーク値が、所定値以上の周波数を比較し、ピーク値の変化がある条件を満たす周波数は真のピークではなくエリアシングと判定する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、ピーク値が変化し、さらにある値を超えたピークをエリアシングと判定しているだけであるため、元の周波数を高精度に解析することは出来ないという問題があった。
【０００６】
この発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、周波数解析の精度を向上させかつＣＰＵ負荷を低減することができる信号処理装置、画像形成装置、および信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記の目的を達成するため、対象の周期的に変化する状態量を検出し、その状態量をＦＦＴ変換して取得したピーク値の周波数を復元する信号処理装置であって、解析周波数帯域に対して２倍以下の第１のサンプリング周波数ｆａで上記状態量をサンプリングして保存する第１のサンプリング手段と、上記第１のサンプリング周波数ｆａよりも低い第２のサンプリング周波数ｆｂで上記状態量をサンプリングして保存する第２のサンプリング手段と、上記第１のサンプリング手段で得られた第１のサンプル量をＦＦＴ変換してピーク値の周波数を取得する第１の周波数解析手段と、上記第２のサンプリング手段で得られた第２のサンプル量をＦＦＴ変換してピーク値の周波数を取得する第２の周波数解析手段と、上記第１の周波数解析手段で取得されたいずれかの第１のピーク値の周波数Ｐａと、上記第２の周波数解析手段で取得されたいずれかの第２のピーク値の周波数Ｐｂとの値が異なる組み合わせで、下記式（１）を満たす上記周波数Ｐａと上記周波数Ｐｂとの組み合わせがある場合、下記式（２）に基づいてピーク値の周波数Ｆｒを算出し、その算出した周波数のピーク値を上記第１の周波数解析手段あるいは上記第２の周波数解析手段で取得された周波数のピーク値に追加することで、その周波数成分を復元する一方、上記周波数Ｐａと上記周波数Ｐｂの値が異なる組み合わせで下記式（１）を満たすものがない場合には、周波数成分を復元しない周波数成分復元手段とを有したものである。
（ｆａ−ｆｂ）＝（Ｐａ−Ｐｂ）        …（１）
Ｆｒ＝（ｆａ−Ｐａ）＝（ｆｂ−Ｐｂ）        …（２）
【０００８】
また、上記第１のサンプリング周波数ｆａと上記第２のサンプリング周波数ｆｂとの組み合わせを複数設定し、各々の組み合わせについて、上記第１の周波数解析手段、第２の周波数解析手段、および上記周波数成分復元手段を動作することで、複数の周波数成分を復元できるようにするとよい。
上記対象がモータであり、上記状態量が、上記モータの回転軸に設けられたパルスエンコーダから出力されるパルス間隔時間とするとよい。
【０００９】
上記対象がモータであり、上記状態量が、上記モータに与えられる速度目標値をあらわす制御量である。
【００１０】
また、上記周波数成分復元手段で復元された周波数成分を含み、上記第１の周波数解析手段あるいは上記第２の周波数解析手段で取得された周波数のピーク値に基づいて、装置異常を判定する装置異常判定手段と、上記装置異常判定手段が装置異常を判定すると、ナイキスト周波数が上記解析周波数帯域よりも高い周波数となるような第３のサンプリング周波数で上記状態量をサンプリングして保存する第３のサンプリング手段と、前記第３のサンプリング手段で得られた第３のサンプル量をＦＦＴ変換してピーク値の周波数を取得する第３の周波数解析手段とをさらに備えるとよい。
そして、装置の初期状態では、上記第３の周波数解析手段の処理結果を保存し、それ以降、上記装置異常判定手段が装置異常を判定するまでは、上記第１のサンプリング手段、上記第２のサンプリング手段、上記第１の周波数解析手段、上記第２の周波数解析手段、および上記周波数成分復元手段を動作させるようにするとよい。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、この発明によれば、解析周波数帯域に対して２倍以下のサンプリング周波数を適用して、周波数解析に必要な周波数成分を適切に復元することができるので、ＣＰＵ負荷をそれほど増やさずに、周波数解析の精度を向上させることができるという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的な中間転写ベルト構成を用いたカラー画像形成装置を備えたカラー複写機の概略構成を説明する全体図である。
【図２】図１に示したカラー複写機の機能について説明する機能ブロック図である。
【図３】感光体ドラム１０２〜１０５を回転駆動するモータを制御するためのユニットの回路構成を示す回路ブロック図である。
【図４】装置異常状態を検出するためのデータのサンプリングおよび保存について説明するための機能ブロック図である。
【図５】モータ制御および装置異常状態を検出するためのデータのサンプリングに関するＣＰＵ処理時間およびＣＰＵ処理量に関する概念を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】エリアシングおよびナイキスト周波数について説明するためのグラフである。
【図７】この発明の原理を説明するためのグラフである。
【図８】ＣＰＵ２０が行うモータＭ１，Ｍ２の速度制御の概略について説明したフローチャートである。
【図９】装置異常の検出方法の概略について説明したフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔実施例〕
図１は、一般的な中間転写ベルト構成を用いたカラー画像形成装置を備えたカラー複写機の概略構成を説明する全体図である。なお、図１では、感光体ドラムの周囲に形成されている電子写真プロセスを利用した画像形成ユニットは、説明を簡単にするために図示を省略している。
【００１４】
図１において、１０１はカラー複写機における原稿を読み取るためのスキャナユニット、１０２〜１０５はそれぞれＹ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｋ（黒）の４色分の感光体ドラム、１０６は感光体ドラム１０２〜１０５により転写されたトナー画像を転写紙１１２（後述）上に定着させるための定着ユニット、１０７は感光体ドラム１０２〜１０５で形成された各色毎の画像を重ね合わせかつ転写紙１１２に転写させるための中間転写ベルト、１０８は中間転写ベルト１０７上の画像を転写紙１１２に転写するための二次転写ローラ、１１４は二次転写ローラ１０８の対向部分に配置され中間転写ベルト１０７と二次転写ローラ１０８間のニップを生成／維持させるための斥力ローラ、１０９は転写紙１１２のスキュー補正および転写紙搬送などを行うための一対のレジストローラからなるレジストローラ部、１１３は転写紙１１２を積載しておく給紙ユニット、１１２は転写紙、１１０は転写紙１１２を、二次転写ローラ１０８と斥力ローラ１１４からなる転写ユニットから搬送部へ送り出すための給紙ローラ、１１１は給紙ローラ１１０から送り出された転写紙１１２をレジスト部まで搬送する紙搬送ローラ、１１５は画像が転写かつ定着された転写紙１１２が排出される排紙ユニットである。また、１１６は中間転写ベルト１０７上に形成されたスケールを検出して中間転写ベルト１０７の搬送に同期してパルスを生成する中間転写スケール検出センサである。
なお、説明上、本実施例では、スキャナユニット１０１を搭載したカラー複写機を用いているが、パーソナルコンピュータ装置などの外部コントローラから画像データを受け取り、画像を形成するプリンタ装置についても、この発明を適用することができる。
【００１５】
図２は、図１に示したカラー複写機の機能について説明する機能ブロック図である。
図２において、スキャナユニット１０１で読み取られた画像がメイン制御部１に転送される。メイン制御部１には、スキャナユニット１０１で読み取られた画像から、実際に転写紙１１２に形成される画像を生成する画像形成制御機能、画像を転写紙１１２に形成するために必要なモータ（図示略やソレノイド（図示略）などの駆動タイミングを生成するタイミング生成制御機能、その他、操作部（図示略）からの入力を処理するための操作部制御機能などを含む。
作像制御部２は、主に感光体ドラム１０２〜１０５の駆動に関する制御を行う部分であり、感光体モータ制御部３や、帯電、露光、転写などの電子写真プロセスに関する制御を行う作像プロセス制御部４を含む。中間転写制御部５は、中間転写に関する中間転写モータ制御部６、感光体上のトナー画像を中間転写ベルト上に転写する中間転写ベルト制御部７および一次転写制御部８を含む。二次転写制御部９は、二次転写モータ制御部１０および中間転写ベルト上のトナー画像を転写紙１１２に転写する二次転写制御部１１を含む。定着制御部１２は、転写紙１１２上に転写されたトナー画像を転写紙上に固定するための定着機能に関する制御を行う。給紙搬送制御部１３は、転写紙１１２の給紙、搬送、そして排紙まで一連の動作を含む制御を行う。
【００１６】
そして、カラー複写機においては、スキャナ１０１から読み取られた画像がメイン制御部１に送られ、メイン制御部１は、転写紙１１２に形成される画像の画像データを生成する。生成された画像データは、作像制御部２において感光体ドラム１０２〜１０５上に作像され、続いて中間転写制御部５により中間転写ベルト１０７上に画像が形成される。さらに中間転写ベルト１０７上に形成された画像は、中間転写ベルト１０７と二次転写ローラ１０８の間に給紙ユニットからの転写紙１１２が搬送されたタイミングで、転写紙１１２上に転写される。
この間、感光体モータ、中間転写モータ、二次転写モータは、転写紙１１２上に正常な画像が形成されるように各制御部でそれぞれ制御される。
そして、転写紙１１２上に転写された画像は定着ユニット１０６を通過し、転写紙１１２は定着されて排紙ユニット１１５へ排出される。
【００１７】
図３は、感光体ドラム１０２〜１０５を回転駆動するモータを制御するためのユニットの回路構成を示す回路ブロック図である。この実施例では、モノクロコピー時に動作する黒感光体ドラム１０５を回転するモータＭ１と、それ以外の感光体ドラム１０２〜１０４を回転するモータＭ２とを別に設けており、したがって、感光体ドラム１０２〜１０５を駆動するモータは、２つ設けられている。
２０は、装置全体を管理／操作するためのＣＰＵ（中央演算ユニット）、２１は、装置をコントロールするために必要なデータを一次的に格納するためのＮＶＲＡＭ（揮発性メモリ）、２２は、装置を動作させるためのプログラムおよびデータを格納しておくためのＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ；不揮発性メモリ）、２３は、モータ制御に必要な機能を有するモータ駆動制御部であり、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit；特定用途向集積回路装置）から構成されている。このモータ駆動制御部２３は、例えば、モータＭ１，Ｍ２を回転させるための相励磁信号をＣＰＵ２０より指示された条件で生成したり、モータＭ１，Ｍ２の回転速度を把握するためのエンコーダ信号（後述）の変化を検出するなどの機能を持つ。２４，２５は、モータドライバを示し、モータ駆動制御部２３からの信号を元にモータＭ１，Ｍ２を回転させられるだけの電流を流す。２６，２７は、モータＭ１，Ｍ２の回転状態を把握するために、パルス信号を生成するエンコーダを示す。このエンコーダ２６，２７は、モータＭ１，Ｍ２の回転軸、または、回転や移動速度の精度を有する箇所に取り付けられ、その速度に応じたパルス出力を発生する。
【００１８】
図４は、装置異常状態を検出するためのデータのサンプリングおよび保存について説明するための機能ブロック図である。
図４において、モータ駆動制御手段２３Ａ（モータ駆動制御部２３）は、モータＭ１，Ｍ２の回転速度の指示をＰＷＭデューティによりモータ駆動手段２４Ａ，２５Ａ（モータ駆動回路２４，２５）に出力し、それにより、モータ駆動手段２４Ａ，２５Ａは、入力したＰＷＭデューティに従った駆動電圧をモータＭ１，Ｍ２に供給して、モータＭ１，Ｍ２を回転駆動する。
【００１９】
このモータＭ１，Ｍ２の回転に従って、エンコーダパルス生成手段２６Ａ，２７Ａ（エンコーダ２６，２７）からエンコーダパルスが発生するので、そのパルス幅の時間をパルス幅計測手段３１，３２で計測し、データサンプリング手段３３，３４は、パルス幅計測手段３１，３２が計測したエンコーダパルス幅を、データサンプリングタイミング生成手段３５，３６で指示されたタイミングでサンプリングし、そのサンプル値のエンコーダパルス幅データは、データ格納手段３７，３８に、適宜のタイミングで格納され、周波数解析手段３９による周波数解析に用いられる。また、データサンプリングタイミング生成手段３５，３６のサンプリング周期はＣＰＵ２０により設定され、それにより、後述するように、データサンプリングタイミング生成手段３５，３６のデータサンプリング周期を可変できるようになっている。
また、パルス幅計測手段３１，３２で測定されたエンコーダパルス幅データは、ＣＰＵ２０へ送られて、モータＭ１，Ｍ２の速度や位置の管理および制御に用いられる。
【００２０】
ここで、データサンプリング手段３３，３４およびデータサンプリングタイミング生成手段３５，３６としては、例えば、データサンプリングタイミングに一定周期で割込みを発生させるタイマ割込み機能を用いて、割り込み発生時にソフトウェアでパルス幅データを取得し、データをメモリ上に格納するソフトウェアによるサンプリング手段や、一定周期のタイムアップによるＤＭＡ起動でパルス幅データのサンプリングからメモリ上へのデータ格納までをハードウェアで行う手段などで実現することができ、その実現手段に関しては特に特定しない。
【００２１】
図５（ａ）〜（ｇ）は、モータ制御および装置異常状態を検出するためのデータのサンプリングに関するＣＰＵ処理時間およびＣＰＵ処理量に関する概念を説明するためのタイミングチャートの一例を示している。
この場合、２つのモータＭ１，Ｍ２について、ＣＰＵ２０は周期Ｔ１，Ｔ２で発生される割込み信号に従って、それぞれモータＭ１用の制御割込み処理とモータＭ２用の制御割込み処理を実行する。このモータＭ１用の制御割込み処理とモータＭ２用の制御割込み処理は、それぞれ次の割込み周期の割込み信号が発生する直前に終了している必要がある。なお、モータＭ１，Ｍ２用の制御割込み処理としては、例えば、図８のフローチャートに概略を示した処理（後述）が実行される。
一方、データサンプリングタイミング生成手段３５，３６は、信号のサンプリングのためのサンプリング割込みを、サンプリング周期の開始タイミングで発生するので、ＣＰＵ２０は、そのタイミングで、サンプリング割込み処理を開始する必要がある。また、このサンプリング割込み処理も、サンプリング周期（サンプリング割込み）の期間内で完了する必要がある。
【００２２】
すなわち、それぞれの割り込み発生が重なった場合には、優先度の高いもしくは先に処理が行なわれている制御が優先され、他方はその処理が完了するまで待たされることとなる。
したがって、モータＭ１，Ｍ２を安定して制御させるためには、上述したように、各モータ割込み処理は制御周期割込み内に完了する必要がある。制御割込み周期内に処理が完了できなかった場合には、例えばモータＭ１，Ｍ２の回転ムラが大きくなったり、回転位置管理が正しく行なえないなど、システムとしての性能に大きく影響してくる。
このようにして、ＣＰＵ２０が行う割込み処理は、図５（ｇ）に示すように、かなり忙しい状況となるため、例えば、サンプリング割込み処理の処理負担が軽くなると、ＣＰＵ２０の処理能力に余裕を持たせることができる。
このような状況は、ＣＰＵ２０として処理能力をより高いものに置き換えたとしても、常に発生する可能性があるものであり、おのおのの処理について、ＣＰＵ２０の処理負担を軽減できるのであれば、より好ましいという事情がある。
【００２３】
なお、周波数解析を行なうにあたっては、高速なサンプリング速度でデータ取得することにより広帯域の解析を実施できるという利点があるが、あまり高速にしすぎると逆にＣＰＵ負荷を無駄に増加させてしまい、装置動作に悪影響を及ぼす。
よって、周波数解析のためのデータサンプリング周期はなるべく低くし、制御への影響が発生しないように設定する必要がある。
【００２４】
次に、この発明にかかる周波数解析方法について説明する。
まず、図６（ａ）〜（ｃ）を用いて、エリアシングおよびナイキスト周波数について説明する（サンプリング理論の簡単な説明）。
例えば図６（ａ）に示すような１ＫＨｚの正弦波を１００ＫＨｚでサンプリングし、そのデータを用いてＦＦＴ解析（高速フーリエ変換解析；周波数解析）した場合には、ちょうど１ＫＨｚの周波数にのみピークが現れてくる（図６（ｂ）参照）。このピークを判断することで、入力されたデータには１ＫＨｚの周期成分が含まれていると判断できる。
次に、サンプリング周期を下げて１．５ＫＨｚとし、そのデータをＦＦＴ解析すると１．５ＫＨｚの半分である７５０Ｈｚを中心に、正弦波の周波数である１ＫＨｚのピークが折り返され、５００Ｈｚ位置にもうひとつピークが現れてくる（図６（ｃ）参照）。
この折り返し周波数をナイキスト周波数といい、折り返し位置にあらわれた周波数ピークをエリアシングという。
この現象により、解析したい周波数帯域の２倍以上のサンプリング周期を設定する必要があった。
【００２５】
次に、図７（ａ）〜（ｄ）を用いて、この発明の原理に関して説明する。
例えば図７（ａ）に示すように、取得したデータに１ＫＨｚと１０ＫＨｚの周期周波数成分が含まれている場合、上述したサンプリング理論に従い、高速なサンプリング周期（例えば１００ＫＨｚ）でサンプリングしＦＦＴ解析を行なうと、図７（ｂ）のように１ＫＨｚと１０ＫＨｚの周波数にピークが現れる。
一方、同じ入力信号を、１６ＫＨｚの周期でサンプリングし、同様にＦＦＴ解析を実施すると、図７（ｃ）に示すように、１ＫＨｚのピークは変化せず、１０ＫＨｚのピークがナイキスト周波数（この場合は、８ＫＨｚ）で折り返され、６ＫＨｚのピークとして現れてくる。この現象は、上述したようにエリアシングと呼ばれる。この周波数解析結果をもとに装置の異常状態判断を行なうと、実際には発生していない６ＫＨｚ周期成分をもつモータやそれに関連する機構や制御の異常と判断されてしまうことになり、正しい異常検出ができない。この現象は、上述したようにエリアシングと呼ばれる。
【００２６】
そこで、この発明では、サンプリング周期を一定とせず、例えばさらに遅い周波数１４ＫＨｚでデータ取得を行なう。このデータをＦＦＴ解析すると、図７（ｄ）に示すように、１ＫＨｚピークは変化せず、１６ＫＨｚでサンプリングした際には６ＫＨｚにあったピークが今度は４ＫＨｚとなり、ピーク周波数が変化していることがわかる。なお、この場合のナイキスト周波数は７ＫＨｚとなる。
つまり、装置動作の基準となる周波数成分の信号をサンプリングする際に、サンプリングしたい周波数帯域（解析周波数帯域）の２倍以下、かつ、解析周波数帯の上限より高い周波数のうち、異なる複数の周波数をサンプリング周波数としてサンプリングを行い、ＦＦＴ解析した結果を比較することで、エリアシングの有無およびその周波数を特定することができる。さらにここから、複数のサンプリング周波数それぞれのサンプリング周波数を用いて、折り返された周波数を元の高次周波数に復元する。
【００２７】
高次周波数成分の復元は以下の手順で行なう。
まずある周波数ｆａでデータをサンプリングしＦＦＴ解析を行ない、その結果を保存する。このデータをＤＡＴＡ（ａ）とする。次の周波数ｆｂでデータをサンプリングしＦＦＴ解析を行ない、同様に保存する。このデータをＤＡＴＡ（ｂ）とする。
この２つのＤＡＴＡ（ａ）とＤＡＴＡ（ｂ）のピーク周波数を比較し、周波数の一致しないピーク値を確認する。周波数の一致しないピーク値の周波数をそれぞれＰａとＰｂとすると、下記の関係式（１）が成り立つピーク値の組み合わせがエリアシングされた周波数と判断できる。
（ｆａ−ｆｂ）＝（Ｐａ−Ｐｂ）        …（１）
また、復元される周波数Ｆｒは、次の式（２）の通りとなる。
Ｆｒ＝（ｆａ−Ｐａ）＝（ｆｂ−Ｐｂ）        …（２）
【００２８】
例えば図７（ａ）〜（ｄ）の例でいうと、ｆａ：１６ＫＨｚ，Ｐａ：６ＫＨｚ，ｆｂ：１４ＫＨｚ，Ｐｂ：４ＫＨｚであり、
（ｆａ−ｆｂ）＝１６ＫＨｚ−１４ＫＨｚ＝２ＫＨｚ
（Ｐａ−Ｐｂ）＝６ＫＨｚ−４ＫＨｚ＝２ＫＨｚ
となって、式（１）を満たす。
また、復元される高次周波数Ｆｒは、上式（２）に従い、
Ｆｒ＝１６ＫＨｚ−６ＫＨｚ＝１０ＫＨｚ（＝１４ＫＨｚ−４ＫＨｚ）
から、１０ＫＨｚとなる。
【００２９】
すなわち、この場合は、１０ＫＨｚにピーク値が存在したと判断され、１０ＫＨｚのピーク値が、１ＫＨｚの基本周波数に対する高次周波数として追加（復元）される。それとともに、周波数解析結果にあらわれている周波数Ｐａ，Ｐｂについては、エリアシングによるもの（以下、「エリアシング周波数」という）であるので削除する。したがって、この周波数解析結果に基づいて異常判断を行う場合、例えば、モータＭ１の基本周期１ＫＨｚに対して、１０ＫＨｚの異常信号成分が検出されたと判断され、その１０ＫＨｚの異常信号成分に対応した事象、例えば「モータＭ１の駆動系のギアの摩耗」が発生していると判定される。
また、高次周波数として１０ＫＨｚの周波数信号のみが含まれる場合について説明したが、２つ以上の高次周波数の周波数信号が含まれる場合にも、上述した高次周波数の復元を同様に適用することができる。
なお、以上の説明では、２つのサンプリング周期を用いて高次周波数の（ピーク値の）復元を説明したが、２つ以上であれば可変するサンプリング周期の数はいくつでもかまわない。例えば、３つのサンプリング周期を用いた場合、任意の２つのサンプリング周期の組み合わせが３つできるので、それぞれの組み合わせについて上述した処理を実行し、おのおのの処理により得られた周波数を比較して、一致するもの、あるいは、近いものを選択することで、より精度の高い周波数の復元が可能となる。また、採用するサンプリング周期の組み合わせを、２つ程度に絞って処理することも可能である。
また、２つのサンプリング周期の組み合わせを複数設け、それぞれのサンプリング周期の組み合わせについて、上述した処理を実行して周波数を復元するとともに、エリアシング周波数を削除することで、より多数の周波数を復元することができ、その結果、周波数解析結果を用いる異常判定処理などの判定精度を向上できる。
【００３０】
また、この発明の周波数解析方法を応用することで、解析したい周波数帯域が例えば０〜２ＫＨｚである場合、従来では４ＫＨｚ以上のサンプリング周期を必要としていたが、サンプリング周期を４ＫＨｚ以下に設定することが可能となり、ＣＰＵ２０の負荷となるサンプリング処理時間を低減させることができる。
すなわち、検出したい信号成分の周波数帯域（解析周波数帯域）が判明している場合、その周波数帯の上限値に対して２倍以下の周波数のサンプリング周波数を適用してその信号成分を検出することができるので、周波数解析を実行するＣＰＵ２０の処理負担を大幅に低減することができ、その結果、より高度な周波数解析を実現することができる。
【００３１】
ここで、この発明の適用可能な対象を考えると、外乱が少なく、頻繁な異常検出を必要とせず、故障などが発生しても重大な事故を引き起こさないような機器や装置や設備などがあげられる。例えば、上述したカラー複写機などの電子写真プロセス（静電写真プロセス）を利用する画像形成装置の感光体（感光体ドラムあるいは感光体ベルト）や用紙搬送系などの駆動モータの駆動系、換気ファンを駆動するモータの駆動系、パーソナルコンピュータ装置などのデータ処理装置の冷却ファン駆動系などである。さらには、振動の周波数解析にも応用することができる。
そして、検出する故障や異常としては、その故障や異常が発生した際に、上述した周波数解析により得られる周波数成分のピーク値があらかじめ判明している事象に適用することができる。
【００３２】
図８は、ＣＰＵ２０が行うモータＭ１，Ｍ２の速度制御（図５に示したモータＭ１割込み処理、および、モータＭ２割込み処理）の概略について説明したフローチャートである。
装置の電源投入後、モータの起動指示の有無を確認する（ステップＳ１のＮＯループ）。上位システムもしくはユーザからの指示によりモータ起動を要求された場合には（ステップＳ１の結果がＹＥＳ）、目標とするモータ回転速度をモータ駆動制御手段２３Ａ（モータ駆動制御部２３；ＡＳＩＣ）に指示する（ステップＳ２）。例えば、モータＭ１，Ｍ２が直流ブラシレスモータの場合、回転速度の指示はＰＷＭデューティにより指示されることが多い。すなわち、モータ駆動制御部２３（ＡＳＩＣ）の内部に周期とデューティを任意に設定できるタイマ機能を備え、ＣＰＵ２０は、そのデューティ値をソフトウェアで設定することによりモータ回転速度を指示する。
モータＭ１，Ｍ２に回転指示を行なった後は、パルス幅計測手段３１，３２から出力されるエンコーダパルス幅を定期的に監視し、そのエンコーダパルス幅に基づいてモータＭ１，Ｍ２のモータ速度を判定する（ステップＳ３）。
【００３３】
ここで、モータ速度と目標速度が一致している場合には（ステップＳ４の結果がＹＥＳ）、モータ駆動制御手段２３Ａに指示したＰＷＭタイマ値（速度指示値）を更新せず、その状態を継続維持させる。そして、モータ停止要求がシステムから発生した場合には（ステップＳ５の結果がＹＥＳ）、モータ駆動制御手段２３Ａに指示したＰＷＭタイマ値（速度指示値）を速度「０」に対応した値に設定し（ステップＳ６）、ステップＳ１へ戻って、待機状態へ復帰する。
一方、モータ速度が目標速度に一致していない場合で（ステップＳ４の結果がＮＯ）、モータ速度が目標速度に対して速いと判断された場合には（ステップＳ７の結果がＹＥＳ）、速度指示値を下げる方向に、モータ駆動制御手段２３Ａに指示したＰＷＭタイマ値を更新し（ステップＳ８）、ステップＳ５へ戻る。それによりモータＭ１，Ｍ２の回転速度が低下し、エンコーダパルス間隔を監視することによりその状態を把握することができる。
また、モータ速度が目標速度に対して低いと判断された場合には（ステップＳ７の結果がＮＯ）、速度指示値を上げる方向に、モータ駆動制御手段２３Ａに指示したＰＷＭタイマ値を更新し（ステップＳ９）、ステップＳ５へ戻る。それによりモータＭ１，Ｍ２の回転速度が上昇し、エンコーダパルス間隔を監視することによりその状態を把握することができる。
【００３４】
なお、速度指示値の算出手段については、様々な制御理論があるが、ここでは特定せず、基本的な制御の概略のみを説明した。本フローにより、モータは目標とする回転速度を維持することが可能である。また、上述した説明ではＡＳＩＣであるモータ駆動制御手段２３Ａに内蔵したタイマによるモータ速度指示手段を例にして説明したが、ＣＰＵ２０などに内蔵されるタイマなどで代用できる場合にはそれを使用可能であり、特に用途手段を限定するものではない。
【００３５】
図９は、装置異常の検出方法の概略について説明したフローチャート図である。
まずモータ起動後、第一のサンプリング周期でエンコーダパルス幅データをサンプリングする（ステップＳ２１）。ＦＦＴ解析に必要なデータ数を取得完了するまで繰り返し（ステップＳ２２のＮＯループ）、完了後（ステップＳ２２の結果がＹＥＳ）に周波数解析を実行する（ステップＳ２３）。この周波数解析処理では、ＦＦＴ解析により振幅と周波数が得られその結果を格納しておく（ステップＳ２４）。
次に第二のサンプリング周期に変更し（ステップＳ２５）、前記と同様にエンコーダパルス幅データをサンプリングする（ステップＳ２６の結果がＹＥＳ、ステップＳ２１，Ｓ２２）。同様に周波数解析を実施し、その結果を格納しておく（ステップＳ２３，Ｓ２４）。
【００３６】
２つの異なるサンプリング周期による周波数解析結果が得られた後（ステップＳ２６の結果がＹＥＳ）、それらの結果を比較する（ステップＳ２７）。サンプリング周期を可変した結果を比較し、検出された周波数がすべて一致する場合には（ステップＳ２８の結果がＮＯ）、エリアシングされたピークはないと判断でき、特に高次周波数復元を実施する必要はない。
ここで、不一致となる周波数が検出できた場合には（ステップＳ２８の結果がＹＥＳ）、エリアシングであるかどうかを上述した式（１）に従い判断する（ステップＳ２９、Ｓ３０）。ここで、条件と不一致となる周波数は（ステップＳ３０の結果がＮＯ）、エリアシングされたものとは断定できないため、高次周波数復元処理は行なわない。必要に応じて再度データのサンプリングを行い再検出をすることで対応が可能である。
条件に一致した周波数ピークについては（ステップＳ３０の結果がＹＥＳ）、上述した式（２）に従い、実際の周波数に変換して復元を行なう（ステップＳ３１）。これらの復元処理を不一致となった周波数全てに実施することで必要な周波数帯域すべてのピークを復元することができる。
次いで、そのときに得られた周波数解析結果を調べて、モータＭ１，Ｍ２を制御可能な状態であるかどうかを調べ（ステップＳ３２）、ステップＳ３２の結果がＮＯになるときには、対象となるモータＭ１，Ｍ２を停止し（ステップＳ３３）、上位システムに対して異常発生を通知し、異常解析のために、そのときのエンコーダパルス幅データを保存して（ステップＳ３４）、このときの処理を終了する。
また、モータＭ１，Ｍ２を制御可能な状態であり、ステップＳ３２の結果がＹＥＳになるときには、ステップＳ３３，Ｓ３４を実行せずに、このときの処理を終了する。
【００３７】
ところで、上述した実施例により、高次周波数成分を復元した結果を用いて装置状態を判断することが可能であるが、周波数解析処理によっては周波数は一致するがピークの絶対値が必ずしも完全に復元できるとは限らない。実際のピーク周波数がナイキスト周波数に近く、かつＦＦＴ解析前のフィルタ（窓）処理によって多少ピーク絶対値が低下する可能性がある。
そこで、高次周波数成分復元後のデータを用いて装置の異常判定を行い、装置異常であるという結果が得られた場合には、確認対象となるモータ等を限定して駆動し、かつサンプリング周期を解析したい周波数帯域の２倍以上に設定して再測定することで対応ができる。駆動モータを限定することでモータ制御割込み処理の数を低減させた状態を作れ、かつサンプリング周期を高くすることでエリアシングを気にすることなくピーク絶対値を得ることができる。
また装置劣化を監視する装置においては、装置の初期状態取得時にはサンプリング周期を高くして測定を行い、測定結果に基づいてＦＦＴ変換し、その結果を用いて装置状態を判断して、初期状態として保存する。それ以降の劣化を判断する際にはサンプリング周期を落としてこの発明の手段を用いてＦＦＴ変換の結果にピーク値周波数を補完し、その周波数解析結果を用いて異常判定する。そして、異常判定されると、再度サンプリング周期を高くしてより精度のよい周波数解析を行なうことで、異常状態を精度よく判定できるようにすることができる。また、異常判定までの期間は、サンプリング割り込み処理などの負荷を軽減できるので、通常稼働時の装置動作において、ＣＰＵなどの制御負荷を軽減することができる。
【００３８】
また、上述した説明の中ではモータの状態監視にエンコーダパルスデータを用いているが、それに限定するものではなく、例えばモータの速度指示値（ＰＷＭパルス値）、トルク指示電圧または電流で行なうことも可能である。その他、モータ動作状態を判断できる信号であれば応用が可能である。
さらに、この発明に関わる技術を、装置の状態監視を周波数解析機能を有する画像形成装置に実装することで、ＣＰＵ負荷を抑えつつ装置の異常解析機能を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明は、モータなどの回転体や、周期的な振動を発生する機器など、対象の周期的に変化する状態量を検出し、その状態量をＦＦＴ変換して取得したピーク値の周波数に基づいて、装置の異常判定を行う装置などに適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１：メイン制御部    ２：作像制御部    ３：感光体モータ制御部
４：作像プロセス制御部    ５：中間転写制御部    ６：中間転写モータ制御部
７：中間転写ベルト制御部    ８：一次転写制御部    ９：二次転写制御部
１０：二次転写モータ制御部    １１：二次転写制御部    １２：定着制御部
１３：給紙搬送制御部    ２０：ＣＰＵ（中央処理装置）
２１：ＮＶＲＡＭ（不揮発性メモリ）    ２２：ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）
２３：モータ駆動制御部    ２３Ａ：モータ駆動制御手段
２４，２５：モータ駆動回路    ２４Ａ，２５Ａ：モータ駆動手段
２６，２７：エンコーダ    ２６Ａ，２７Ａ：エンコーダパルス生成手段
３１，３２：パルス幅計測手段    ３３，３４：データサンプリング手段
３５，３６：データサンプリングタイミング生成手段
３７，３８：データ格納手段    ３９：周波数解析手段    Ｍ１，Ｍ２：モータ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４１】
【特許文献１】特開平０７−２１８５６５号公報
【図１】
2010216832.tif 000003
【図２】
2010216832.tif 000004
【図３】
2010216832.tif 000005
【図４】
2010216832.tif 000006
【図５】
2010216832.tif 000007
【図６】
2010216832.tif 000008
【図７】
2010216832.tif 000009
【図８】
2010216832.tif 000010
【図９】
2010216832.tif 000011