(57)【要約】【課題】回転機器から発生する音響を受音して異常を測定する方法において、測定現場のノイズ周波数が回転機器から発する信号周波数と一致する場合において、回転機器の信号と、測定現場のノイズ信号を判別する。【解決手段】回転機器から発生する音響の音圧を音響周波数に対する音圧信号により測定することにより、回転機器の異常を診断する方法において、信号受信部の位置を回転機器に対して相対的に移動させることにより、回転機器からの信号とノイズを判別することを特徴とする、回転機器の異常を診断する方法。【選択図】図１
2014119283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機器から発生する音響の音圧を測定することにより、回転機器の異常を診断する方法において、信号受信部の位置を回転機器に対して相対的に移動させることにより、回転機器からの信号とノイズ信号を判別することを特徴とする、回転機器の異常を診断する方法。
【請求項２】
前記相対的な移動は、信号受信部を信号受信部と回転機器を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動することを特徴とする、請求項１に記載される回転機器の異常を診断する方法。
【請求項３】
前記回転機器からの信号である音圧レベルと前記ノイズ信号である音圧レベルは同一の周波数を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機器の異常を診断する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機器から発生する音響を測定することで回転機器の異常を診断する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転機器の異常診断には、運転中の振動や騒音を測定、解析することにより、異常の有無を診断することが一般に知られている。
振動を測定、解析するものとして、診断装置本体に接続された振動センサを回転機器に直付けし、振動センサで回転機器の振動を検出し、診断する方法がある。この方法は異常診断をするたびに振動センサを診断対象の回転機器に取り付ける必要があり、作業の煩雑さ、及び手が回転露出部へ接触をさけるため慎重な作業が要求される。
【０００３】
そこで、これらの欠点を補うため、回転機器から発生する音響を利用して非接触で診断を行うことも試みられているが、振動に比べ検出感度が劣ること、周囲の騒音の影響を受けやすいなどの問題があった。
音響診断の精度を向上させるため、例えば、特許文献１には、診断対象設備は正常なときの音響信号に基づいて逆フィルタを作成しておき、異常診断する際には、測定した音響信号を予め求めておいた逆フィルタを作用させることが提案されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に提案する方法においては、設備が正常の場合の音響信号を保存しておく必要があることから、異常がある程度進行している設備には使用できないこと、周囲の雑音が不規則な場合には逆フィルタの精度が劣ること、また信号処理に時間を要すといった欠点があった。
また、特許文献２では、マイクロホンにより高周波帯域の音圧を検出し、得られた信号に包絡線処理を行い、この包絡線波形について周波数分析によってスペクトル分布を求め、周波数分析波形の回転周波数成分の３倍以上の周波数のスペクトル最大値を回転周波数成分の３倍以上の周波数のスペクトル平均値または実効値で除算して得られたスペクトル平均値または実効値で除算して得られたスペクトル衝撃度を基準値と比較して、スペクトル衝撃度が基準値をこえたとき軸受異常と診断する方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、マイクロホン等の音響器を用いて回転機器から発せられる音響を受音しての測定は、測定現場のノイズ回転機器から発する信号の周波数と一致した場合、回転機器の信号と、測定現場のノイズ信号を区別することが困難である。
図１３に、一般的に行われる、診断対象となる回転機器３１、ノイズ源３３〜３６及び回転機の診断機器の信号受信部３２ａ、３２ｂの配置関係の模式図を示した。回転機器の周囲には、一般に、エア、オイル、水などの流体リーク、及びポンプ、フロアなどの機械音がノイズ源３３〜３６として存在している。ノイズ源の位置の特定は、リーク検知器などの一般的な装置で点検を行うことにより特定するか、特許文献３に開示される音源同定方法及びその装置などの公知技術によって特定することが可能である。
【０００６】
ところで、信号受信部に使用されるマイクロホンには一般的に指向性がある。その指向角度をωとすると、図１３の３２ａの位置に信号受信部がある場合はマイクロホンの指向角度ω内にノイズ源がないため、ノイズ源の影響を受けることなく、回転機器の音響信号を測定することができる。
一方、図１３の３２ｂ位置に信号受信部がある場合には、マイクロホンの指向角度ω内にノイズ源の影響を受けてしまう。その結果、音響周波数に対する音圧の関係は、例えば、図１３のように、ノイズ信号による計測音圧と回転機器信号による計測音圧がほぼ同一周波数を有する場合は、同一周波数に対してノイズの音圧レベルと回転機器からの音圧レベルが混在するため、ノイズ信号と回転機器信号の判別が困難となり、回転機器の正確な異常診断ができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−４３２５９号公報
【特許文献２】特開２００５−３００５１７号公報
【特許文献３】特開２０００−３５６６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術において、回転機器から発生する音響を受音して異常を測定する方法において、測定現場のノイズ周波数が回転機器から発する信号周波数と一致する場合においても、回転機器の信号と、測定現場のノイズ信号を判別する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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明者らは、以下の矯正方法を採用することが有効であることを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）回転機器から発生する音響の音圧を測定することにより、回転機器の異常を診断する方法において、信号受信部の位置を回転機器に対して相対的に移動させることにより、回転機器からの信号とノイズ信号を判別することを特徴とする、回転機器の異常を診断する方法。
（２）前記相対的な移動は、信号受信部を信号受信部と回転機器を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動すること特徴とする、上記（１）に記載される回転機器の異常を診断する方法。
（３）前記回転機器からの信号である音圧レベルと前記ノイズ信号である音圧レベルは同一の周波数を有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の回転機器の異常を診断する方法。
【発明の効果】
【００１０】
回転機器から発生する音響周波数信号が測定現場のノイズ信号周波数と一致する場合においても、本発明によれば、回転機器から発生する信号とノイズ信号を容易に判別することができるため、回転機器の異常診断を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】信号受信部から見てノイズ源が回転機器より近い場合の位置関係を示す。
【図２】信号受信部から見てノイズ源が回転機器より近い場合の位置関係を示す。
【図３】信号受信部を移動しない場合の計測された音響周波数と音圧の関係を示す。
【図４】信号受信部をｖ0＝１００［ｍ／ｓ］で移動させる場合の計測された音響周波数と信号音圧の関係を示す。
【図５】信号受信部をｖ0＝２００［ｍ／ｓ］で移動させる場合の計測された音響周波数と信号音圧の関係を示す。
【図６】信号受信部をｖ0＝３００［ｍ／ｓ］で移動させる場合の計測された音響周波数と信号音圧の関係を示す。
【図７】信号受信部の移動速度ｖ0を変化させたときのＳ／Ｎ比の推移を示す。
【図８】信号受信部を移動しない場合の計測された音響周波数と信号音圧の関係を示す。
【図９】信号受信部をｖ0＝１００［ｍ／ｓ］で移動させる場合の計測された音響周波数と信号音圧の関係を示す。
【図１０】信号受信部をｖ0＝２００［ｍ／ｓ］で移動させる場合の計測された音響周波数と信号音圧の関係を示す。
【図１１】信号受信部をｖ0＝３００［ｍ／ｓ］で移動させる場合の計測された音響周波数と信号音圧の関係を示す。
【図１２】信号受信部の移動速度ｖ0を変化させたときのＳ／Ｎ比の推移を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、回転機器から発生する音響を受音して異常を測定する方法において、測定現場のノイズ周波数が回転機器から発する信号周波数と一致する場合においても、回転機器の信号と測定現場のノイズ信号を判別するためには、信号受信部の位置を回転機器に対して相対的に移動させることが有効であることを見出したものである。
本発明の具体的な方法を図面に基づいて説明する。
まず、信号受信部からみてノイズ源が回転機器より近い場合について図１に基づいて説明する。図１において、１１は回転機器、１３はノイズ源、１２は信号受信部を表しており、Ｌｓは回転機器と信号受信部の距離を回転機器１１とノイズ源１３を結ぶ直線上に投影した距離を表しており、Ｌｎはノイズ源と信号受信部の距離を同直線上に投影した距離表しており、Ｉは信号受信部１２から回転機器１１とノイズ源１３を結ぶ直線への垂線の長さを表している。図１は、信号受信部１２からみてノイズ源１３が回転機器１１より近い場合の位置関係を示しており、したがって、Ｌｓ＞Ｌｎとなる場合を表している。
【００１３】
いま、信号受信部１２を信号受信部１２とノイズ源１３を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動速度をｖ0で移動させる。すなわち、信号受信部の移動方向と信号受信部１２とノイズ源１３を結ぶ軸線の角度をθｎとするとθｎ＝９０°である。また、信号受信部１２から見た回転機器１１とノイズ源１３のなす角をθｓ−ｎとする。さらに、回転機器１１から発生する音響周波数をｆｓ、ノイズ源１３から発するノイズ音響周波数をｆｎ、回転機器１１から発生する音響周波数を信号受信部１２で受信した周波数をｆｓ’、ノイズ源１３から発生するノイズ音響周波数を信号受信部１２で受信した周波数をｆｎ’、回転機器１１に対する信号受信部１２の相対速度をｖo,s、ノイズ源１３に対する信号受信部１２の相対速度をｖ0,n、音速をＶとすると、ドップラー効果の原理により、
【００１４】
【数１】
2014119283.tif 000003
【００１５】
【数２】
2014119283.tif 000004
余弦定理から、
【００１６】
【数３】
2014119283.tif 000005
【００１７】
【数４】
2014119283.tif 000006
【００１８】
【数５】
2014119283.tif 000007
【００１９】
【数６】
2014119283.tif 000008
式１、式２、式３及び式４より、
【００２０】
【数７】
2014119283.tif 000009
【００２１】
【数８】
2014119283.tif 000010
【００２２】
【数９】
2014119283.tif 000011
【００２３】
【数１０】
2014119283.tif 000012
となり、信号受信部をｖ0の速度で動かすことで、ノイズ源からの音響周波数ｆｎを変えることなく（ｆｎ’＝ｆｎ）、回転機器の音響周波数ｆｓをｖ0の関数として、高周波数側にドップラーシフトすることができる。
【００２４】
すなわち、受信信号である計測音圧を周波数に対する関係でグラフに示した場合、ノイズ信号の分布をそのままにして、回転機器の信号を高周波数側にシフトできるため、ノイズ周波数が回転機器から発する信号周波数と一致する場合であっても、ノイズ信号と回転機器からの信号を混在することなく判別することができるようになる。
なお、上記説明では、θｎ＝９０°の典型例について記載したが、θｎは厳密に９０°でなくても９０°に近い角度あるいはそれ以外の角度であっても、一定の効果が得られることは、上記式から明らかであり、本発明において、信号受信部の移動方向と信号受信部１２とノイズ源１３を結ぶ軸線の角度は９０°に限定されるものではない。
【００２５】
また、本発明は、ノイズ源からの音響周波数ｆｎと回転機器の音響周波数ｆｓが一致する場合に、特に有効であるが、この場合に限らず、音響周波数ｆｎと回転機器の音響周波数ｆｓが近接している場合またはそれ以外の場合にも有効であることは言うまでもない。
次に、信号受信部からみてノイズ源が回転機器より遠い場合について図２に基づいて説明する。図２において、２１は回転機器、２２は信号受信部、２３はノイズ源を表しており、図１の場合と同様に、Ｌｓは回転機器と信号受信部の距離を回転機器１１とノイズ源１２を結ぶ直線上に投影した距離を表しており、Ｌｎはノイズ源と信号受信部の距離を同一直線上に投影した距離を表しており、Ｉは信号受信部２２から回転機器２１とノイズ源２３を結ぶ直線に垂らした垂線の長さを表している。
図２において、図１の場合と同様にして、
【００２６】
【数１１】
2014119283.tif 000013
【００２７】
【数１２】
2014119283.tif 000014
となり、信号受信部をｖ0の速度で動かすことで、ノイズ源からの音響周波数ｆnを変えることなく回転機器の音響周波数ｆｓをｖ0の関数として、低周波数側にドップラーシフトすることができる。
【００２８】
したがって、受信信号である計測音圧を周波数に対する関係でグラフに示した場合、ノイズ信号の周波数に対する分布をそのままにして、同一の周波数の対する回転機器の音圧レベルを低周波数側にシフトできるため、ノイズ周波数が回転機器から発する信号周波数と一致する場合であっても、ノイズ信号と回転機器からの信号を混在することなく判別することができるようになる。
【００２９】
本発明において、回転機器としては、電動機、減速機、送風機、ポンプ、ベルトコンベアプーリーなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
本発明において、ノイズ源としては、冷却エアーの噴出音、測定対象機器以外の機器の劣化に伴う異常音、コンベアベルトとプーリーの擦れ音、油圧ポンプオンロード中の流体音などが挙げられるがこれに限定されるものではない。
本発明において、音圧計測器としては、超音波軸受診断計、超音波リーク検知器、騒音計などが挙げられるがこれに限定されるものではない。
さらに、
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
実施例１では、信号受信部から見てノイズ源が回転機器より近い場合、すなわち図１の位置関係の場合について音響信号を測定した。回転機器として電動機を使用し、音圧測定機器として超音波軸受診断計を使用し、ノイズ源として冷却エアーの噴出音を発する冷却器を配置した。
すなわち、図１に示される位置関係において、Ｌｓ＝２ｍ、Ｌｎ＝０．３ｍ、Ｉ＝０．３ｍの場合に、ノイズのない環境及びノイズの存在する環境で測定した周波数に対する音圧レベルの関係を図８に示した。図８において、●は回転機器からの音圧レベル、×はノイズ源からの音圧レベルを表している。図８では、回転機器の音圧レベルとノイズの音圧レベルの周波数がほぼ一致しているため、両者の判別が困難となり、測定データから回転機器信号の情報を得ることが困難となる。
【００３１】
次に、同じ位置関係において、信号受信部１２を信号受信部１２とノイズ源１３を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動させた。そのときの移動速度ｖ0を、ｖ0＝１００、２００、３００［ｍ／ｓ］と変化させて測定した周波数に対する音圧レベルの関係をそれぞれ図４〜６に示した。
図４〜６に示されるように、信号受信部１２を信号受信部１２とノイズ源１３を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動する速度ｖ0を増加させると、計測されるノイズ源の音圧を周波数に対して変化させることなく、回転機器信号をドップラーシフトにより周波数に対して高周波数側にシフトさせることができる。これによって、ノイズ源からの音圧レベルと回転機器からの音圧レベルが区別され、回転機器信号の判別が容易になることがわかる。
【００３２】
また、回転機器の音圧レベルをＡｓ、ノイズ源の音圧レベルをＡｎ、回転機器からの受信信号の中心周波数をｆｍとしたときに、
Ｓ／Ｎ比＝Ａｓ（ｆｍ）／Ａｎ（Ｆｍ）
と定義する。すなわち、Ｓ／Ｎ比はノイズ源の音圧レベルに対する回転機器の音圧レベルを表しており、Ｓ／Ｎ比が高いほど両者の判別がしやすくなる。
図７には、信号受信部１２を信号受信部１２とノイズ源１３を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動する速度ｖ0を変化させたときのＳ／Ｎ比の推移を示した。図７に示されるように、信号受信部の移動速度ｖ0が速くなるにつれて、Ｓ／Ｎ比が向上し、測定信号から回転機器の信号が判別しやすくなることがわかる。
【００３３】
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同じ回転機器、音圧測定機器及びノイズ源を使用して、信号受信部から見てノイズ源が回転機器より遠い例ある場合について音響信号を測定した。すなわち、図２に示される位置関係において、Ｌｓ＝２ｍ、Ｌｎ＝５ｍ、Ｉ＝０．３ｍの場合に、ノイズのない環境及びノイズの存在する環境で測定した周波数に対する音圧レベルの関係を図８に示した。図８において、●は回転機器からの信号、×はノイズ源からの音圧レベルを表している。図８では、回転機器からの音圧レベルとノイズ源からの音圧レベルがほぼ同一周波数を有しているため、両者の判別が困難となり、測定データから回転機器信号の情報を得ることが困難となる。
【００３４】
同様の位置関係において、信号受信部を信号受信部とノイズ源を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動させ、そのときの速度ｖ0を、ｖ0＝１００、２００、３００［ｍ／ｓ］と変化させた。測定された周波数に対する音圧レベルの関係をそれぞれ図９〜１１に示した。
【００３５】
図９〜１１に示されるように、信号受信部２２を信号受信部２２とノイズ源２３を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動する速度ｖ0を増加させると、計測されるノイズ源信号を周波数に対して変化させることなく、回転機器信号をドップラーシフトにより周波数に対して低周波数側にシフトさせることができた。これによって、ノイズ源からの音圧レベルと回転機器からの音圧レベルが区別され、回転機器信号の判別が容易になることがわかる。
【００３６】
また、図１２には、信号受信部２２を信号受信部２２とノイズ源２３を結ぶ軸線に対して垂直な平面内で移動する速度ｖ0を変化させたときのＳ／Ｎ比の推移を示した。図１２に示されるように、信号受信部の移動速度ｖ0が速くなるにつれて、Ｓ／Ｎ比が向上し、測定信号から回転機器の信号が判別しやすくなることがわかる。
【００３７】
なお、上記実施例では、θｎ＝９０°の場合について記載したが、θｎは厳密に９０°でなくても９０°に近い角度あるいはそれ以外の角度であっても、一定の効果が得られることは明らかであり、本発明は、信号受信部の移動方向と信号受信部とノイズ源を結ぶ軸線の角度は９０°に限定されるものではない。
また、上記実施例は、ノイズ源からの音響周波数と回転機器の音響周波数が一致する場合にのものあるが、本発明は、音響周波数と回転機器の音響周波数が近接している場合またはそれ以外の場合にも有効であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
回転機器から発生する音響周波数信号が測定現場のノイズ信号周波数と一致する場合においても、本発明によれば、回転機器から発生する信号とノイズ信号を容易に判別することができるため、回転機器の異常診断を正確に行うことができるため、産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００３９】
１１  回転機器
１２  信号受信部
１３  ノイズ源
２１  回転機器
２２  信号受信部
２３  ノイズ源
３１  回転機器
３２  信号受信部
３３  ノイズ源
Ｌｓ  回転機器と信号受信部の距離を回転機器１１とノイズ源１２を結ぶ直線上に投影した距離
Ｌｎ  ノイズ源と信号受信部の距離を回転機器１１とノイズ源１２を結ぶ直線上に投影した距離
Ｉ  信号受信部から回転機器とノイズ源を結ぶ直線への垂線の長さ
ｖ0  信号受信部の移動速度
θｎ  ノイズ源を結ぶ軸線と信号受信部の移動方向の角度
θｓ−ｎ  信号受信部から見た回転機器とノイズ源のなす角
ｆｓ  回転機器から発生する音響周波数
ｆｎ  ノイズ源から発するノイズ音響周波数
ｆｓ’   回転機器から発生する音響周波数を信号受信部で受信した周波数
ｆｎ’  ノイズ源から発生するノイズ音響周波数を信号受信部で受信した周波数
ｖo,s  回転機器に対する信号受信部の相対速度
ｖ0,n  ノイズ源に対する信号受信部の相対速度
Ｖ  音速
【図１】
2014119283.tif 000015
【図２】
2014119283.tif 000016
【図３】
2014119283.tif 000017
【図４】
2014119283.tif 000018
【図５】
2014119283.tif 000019
【図６】
2014119283.tif 000020
【図７】
2014119283.tif 000021
【図８】
2014119283.tif 000022
【図９】
2014119283.tif 000023
【図１０】
2014119283.tif 000024
【図１１】
2014119283.tif 000025
【図１２】
2014119283.tif 000026