(57)【要約】【課題】被検査物の振動をより高精度に判定すること。【解決手段】振動解析装置は、被検査物の振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段により検出された被検査物の振動に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する連続振動解析手段と、振動検出手段により検出された被検査物の振動に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する断続振動解析手段と、連続振動解析手段及び断続振動解析手段により生成された周波数スペクトルに基づいて、振動検出手段により検出された被検査物の振動が正常であるか否かを判定する判定手段と、を備える。【選択図】図１
2014098566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段により検出された被検査物の振動に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する連続振動解析手段と、
前記振動検出手段により検出された被検査物の振動に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する断続振動解析手段と、
前記連続振動解析手段及び断続振動解析手段により生成された周波数スペクトルに基づいて、前記振動検出手段により検出された被検査物の振動が正常であるか否かを判定する判定手段と、
を備える、ことを特徴とする振動解析装置。
【請求項２】
請求項１記載の振動解析装置であって、
前記判定手段は、
前記連続振動解析手段により生成された周波数スペクトルの波形と、予め設定された第１周波数スペクトルの波形と、の一致度が高いとき前記連続的な振動を正常として第１判定を行い、
前記断続振動解析手段により生成された周波数スペクトルの波形と、予め設定された第２周波数スペクトルの波形と、の一致度が高いとき前記断続的な振動を正常として第２判定を行い、
前記第１判定及び第２判定で正常と判定したとき前記被検査物の振動を正常と判定し、前記第１判定及び第２判定のうちいずれか一方で異常と判定したとき前記被検査物の振動を異常と判定する、ことを特徴とする振動解析装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の振動解析装置であって、
前記振動検出手段は、振動センサであり、
前記振動センサにより検出された検出信号を増幅する信号増幅器と、
前記信号増幅器により増幅された検出信号に対してフィルタ処理を行うフィルタと、
前記フィルタによりフィルタ処理された検出信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、を更に備え、
前記連続振動解析手段は、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタルの検出信号に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成し、
前記断続振動解析手段は、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタルの検出信号に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する、
ことを特徴とする振動解析装置。
【請求項４】
被検査物の振動を検出するステップと、
前記検出された被検査物の振動に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成するステップと、
前記検出された被検査物の振動に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成するステップと、
前記生成された周波数スペクトルに基づいて、前記検出された被検査物の振動が正常であるか否かを判定するステップと、
を含む、ことを特徴とする振動解析方法。
【請求項５】
被検査物の振動に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する処理と、
前記被検査物の振動に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する処理と、
前記生成された周波数スペクトルに基づいて、前記被検査物の振動が正常であるか否かを判定する処理と、
をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする振動解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物に生じる振動を解析する振動解析装置、振動解析方法、及び振動解析プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等のトランスミッション等にて発生する騒音を解析する様々な方法が提案されている。例えば、振動発生源となるギアを、リング状の分力計を介してケースにて支持し、信号処理装置にて定量的な値を求め、周波数処理装置にて定量的な値をＦＦＴ処理することにより、ギアにおける振動を計測する振動計測方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６６９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示す振動計測方法においては、断続的な振動と連続的な振動とを区別することなく、単に定量的な値をＦＦＴ解析している。このため、断続的な振動特有の異常を検出するのが困難となっている。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、被検査物の振動をより高精度に判定できる振動解析装置、振動解析方法、及び振動解析プログラムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、被検査物の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段により検出された被検査物の振動に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する連続振動解析手段と、前記振動検出手段により検出された被検査物の振動に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する断続振動解析手段と、前記連続振動解析手段及び断続振動解析手段により生成された周波数スペクトルに基づいて、前記振動検出手段により検出された被検査物の振動が正常であるか否かを判定する判定手段と、を備える、ことを特徴とする振動解析装置である。
この一態様において、前記判定手段は、前記連続振動解析手段により生成された周波数スペクトルの波形と、予め設定された第１周波数スペクトルの波形と、の一致度が高いとき前記連続的な振動を正常として第１判定を行い、前記断続振動解析手段により生成された周波数スペクトルの波形と、予め設定された第２周波数スペクトルの波形と、の一致度が高いとき前記断続的な振動を正常として第２判定を行い、前記第１判定及び第２判定で正常と判定したとき前記被検査物の振動を正常と判定し、前記第１判定及び第２判定のうちいずれか一方で異常と判定したとき前記被検査物の振動を異常と判定してもよい。
この一態様において、前記振動検出手段は、振動センサであり、前記振動センサにより検出された検出信号を増幅する信号増幅器と、前記信号増幅器により増幅された検出信号に対してフィルタ処理を行うフィルタと、前記フィルタによりフィルタ処理された検出信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、を更に備え、前記連続振動解析手段は、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタルの検出信号に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成し、前記断続振動解析手段は、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタルの検出信号に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成してもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、被検査物の振動を検出するステップと、前記検出された被検査物の振動に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成するステップと、前記検出された被検査物の振動に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成するステップと、前記生成された周波数スペクトルに基づいて、前記検出された被検査物の振動が正常であるか否かを判定するステップと、を含む、ことを特徴とする振動解析方法であってもよい。
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、被検査物の振動に対して周波数解析を行うことで、連続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する処理と、前記被検査物の振動に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続的な振動に対する周波数スペクトルを生成する処理と、前記生成された周波数スペクトルに基づいて、前記被検査物の振動が正常であるか否かを判定する処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする振動解析プログラムであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被検査物の振動をより高精度に判定できる振動解析装置、振動解析方法、及び振動解析プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る振動解析装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】複数の周波数成分が混在した連続振動の一例を示す図である。
【図３】時間変動を含む断続振動の一例を示す図である。
【図４】正常及び異常の被検査物における連続振動の一例を示す図である。
【図５】正常及び異常の被検査物における断続振動の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る異常振動解析方法の処理フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る振動解析装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る振動解析装置１は、被検査物の振動を検出する振動センサ２と、振動センサ２の検出信号を増幅する信号増幅器３と、検出信号のノイズを除去するフィルタ４と、検出信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器５と、連続振動を解析する連続振動解析部６と、断続振動を解析する断続振動解析部７と、被検査物の振動を判定する判定部８と、を備えている。本実施の形態に係る振動解析装置１は、自動車等のトランスミッションなどの被検査物における振動を高精度に判定することができるものである。
【００１０】
なお、振動解析装置１は、例えば、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、メモリ、及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。
【００１１】
振動センサ２は、振動検出手段の一具体例であり、被検査物に直接的あるいは間接的に取付けられ、被検査物に生じる振動（音響を含む）を検出する。振動センサ２は、例えば、マイクロフォンや加速度センサ（圧電素子）などにより構成されている。なお、振動センサ２は、被検査物における騒音をその振動により検出することもできる。振動センサ２は検出した被検査物の検出信号を信号増幅器３に対して出力する。
【００１２】
信号増幅器３は、振動センサ２から出力される検出信号を適切なレベル及びインピーダンスの電圧信号に増幅する。信号増幅器３は、増幅した検出信号をフィルタ４に対して出力する。
【００１３】
フィルタ４は、例えば、信号増幅器３から出力される検出信号に含まれるノイズ等の不要な周波成分を除去する。フィルタ４としては、例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、トラッキングフィルタなどのノイズを除去できる任意のフィルタを用いることができる。なお、フィルタ４においてフィルタ処理された検出信号を、可変利得増幅回路などを用いて、適切な信号レベルに調整してもよい。フィルタ４は、フィルタ処理した検出信号をＡ／Ｄ変換器５に対して出力する。
【００１４】
Ａ／Ｄ（Analog／digital）変換器５は、フィルタ４から出力されるアナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器５は、変換したデジタルの検出信号を連続振動解析部６及び断続振動解析部７に対して夫々出力する。
【００１５】
ところで、自動車等のトランスミッション等の被検査物にて発生する振動は、一般に、連続的な振動（連続振動）と断続的な振動（断続振動）と、の２種類に分別できる。例えば、連続振動においては、複数の周波数成分が混在しており時間変動があまり見られない（図２）。したがって、ＦＦＴ解析のみを行い周波数毎の成分の大きさを解析するだけでよい。
【００１６】
一方、断続振動においては、断続振動特有の時間変動が存在する（図３）。したがって、ＦＦＴ解析するだけでは時間成分を平均化してしまうため、断続振動特有の時間変動を抽出できない。そこで、まず、エンベロープ処理を行い、そのエンベロープ処理後にＦＦＴ解析を行うことで、時間変動を含めた周波数スペクトルを生成できる。このように、連続振動の特徴と断続振動の特徴を把握し、夫々の特徴に応じた最適な波形解析を行うのが、高精度な振動解析を行う上でより好ましい。
【００１７】
そこで、本実施の形態に係る振動解析装置１は、被検査物の検出信号に対して周波数解析を行うことで、連続振動に対する周波数スペクトルを生成する連続振動解析部６と、被検査物の検出信号に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続振動に対する周波数スペクトルを生成する断続振動解析部７と、を備えている。これにより、連続振動と断続振動とを明確に区別してその特性に応じた周波数スペクトルを夫々生成することができる。そして、連続振動の周波数スペクトルと断続振動の周波数スペクトルとを別々に判定することで、被検査物の振動をより高精度に判定できる。
【００１８】
連続振動解析部６は、連続振動解析手段の一具体例であり、Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタルの検出信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）解析を行い、連続振動に対する周波数スペクトルを生成する。連続振動解析部６は、生成した連続振動に対する周波数スペクトルを判定部８に対して出力する。
【００１９】
断続振動解析部７は、断続振動解析手段の一具体例であり、Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタルの検出信号に対して、エンベロープ処理を行い検出信号波形の輪郭を求めることで、断続振動の時間変動を抽出する（図３）。そして、断続振動解析部７は、エンベロープ処理された検出信号に対してＦＦＴ解析を行い、断続振動に対する周波数スペクトルを生成する。これにより、断続振動の時間変動も含む周波数スペクトルを生成することができる。断続振動解析部７は、生成した断続振動に対する周波数スペクトルを判定部８に対して出力する。
【００２０】
判定部８は、判定手段の一具体例であり、連続振動解析部６及び断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルに基づいて、振動センサ２により検出された被検査物の振動を判定する。
【００２１】
まず、判定部８は、連続振動解析部６により生成された周波数スペクトルの波形と、メモリに予め設定された第１周波数スペクトルの波形と、を比較し、両者の一致度を判定する（第１判定）。例えば、判定部８は、連続振動解析部６により生成された周波数スペクトルの波形と、メモリに予め設定された第１周波数スペクトルの波形と、のマハラノビス距離を算出する。判定部８は、算出したマハラノビス距離が所定閾値以下のとき、両者の一致度が高いと判定する。
【００２２】
ここで、例えば、図４に示す如く、正常の被検査物における典型的な連続振動（予め正常と判断されたトランスミッションの連続振動など）に対して予めＦＦＴ解析を行なって周波数スペクトルを求め、上記第１周波数スペクトルとしてメモリなどに記憶させる。判定部８は、連続振動解析部６により生成された周波数スペクトルの波形と、メモリに予め設定された第１周波数スペクトルの波形と、の一致度が高いとき、その連続振動を正常と判定する。
【００２３】
なお、図４に示す如く、異常の被検査物における典型的な連続振動（予め異常と判断されたトランスミッションの連続振動など）に対して予めＦＦＴ解析を行なって周波数スペクトルを求め、上記第１周波数スペクトルとしてメモリなどに記憶させてもよい。この場合、判定部８は、連続振動解析部６により生成された周波数スペクトルの波形と、メモリに予め設定された第１周波数スペクトルの波形と、の一致度が高いとき、その連続振動を異常と判定する。
【００２４】
同様に、判定部８は、断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルの波形と、メモリに予め設定された第２周波数スペクトルの波形と、を比較し、両者の一致度を判定する（第２判定）。例えば、判定部８は、断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルの波形と、メモリに予め設定された第２周波数スペクトルの波形と、のマハラノビス距離を算出する。判定部８は、算出したマハラノビス距離が所定閾値以下のとき、両者の一致度が高いと判定する。
【００２５】
ここで、例えば、図５に示す如く、正常の被検査物における典型的な断続振動（予め正常と判断されたトランスミッションの断続振動など）に対してエンベロープ処理後にＦＦＴ解析を行なって周波数スペクトルを求め、第２周波数スペクトルとしてメモリなどに記憶させる。判定部８は、断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルの波形と、メモリに予め設定された第２周波数スペクトルの波形と、の一致度が高いとき、その断続振動を正常と判定する。
【００２６】
なお、図５に示す如く、異常の被検査物における典型的な断続振動（予め異常と判断されたトランスミッションの断続振動など）に対してエンベロープ処理後にＦＦＴ解析を行なって周波数スペクトルを求め、第２周波数スペクトルとしてメモリなどに記憶させてもよい。この場合、判定部８は、断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルの波形と、メモリに予め設定された第２周波数スペクトルの波形と、の一致度が高いとき、その断続振動を異常と判定する。さらに、上述した判定部による一致度の判定方法は一例であり、これに限らず、例えば、任意の相関関数を用いて一致度を判定してもよく、両波形の一致度を判定できる任意の方法を適用できる。
【００２７】
最後に、判定部８は、連続振動解析部６により生成された連続振動の周波数スペクトルの波形、および、断続振動解析部７により生成された断続振動の周波数スペクトルの波形、のうち少なくとも一方を正常でない（異常）と判定したとき、その被検査物の振動を異常と判定する。
【００２８】
一方、判定部８は、連続振動解析部６により生成された連続振動の周波数スペクトルの波形、および、断続振動解析部７により生成された断続振動の周波数スペクトルの波形、のいずれもが正常と判定したとき、その被検査物の振動を正常と判定する。例えば、判定部８は、上記判定結果を出力装置９に出力してもよい。出力装置９としては、例えば、液晶ディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置などの表示装置、スピーカなどの音声出力装置、プリンターなどが含まれる。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る振動解析方法について詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係る異常振動解析方法の処理フローを示すフローチャートである。
【００３０】
振動センサ２は、被検査物に生じる振動を検出し（ステップＳ１０１）、検出した被検査物の検出信号を信号増幅器３に対して出力する。信号増幅器３は、振動センサ２から出力される検出信号を増幅し（ステップＳ１０２）、増幅した検出信号をフィルタ４に対して出力する。
【００３１】
フィルタ４は、信号増幅器３から出力される検出信号に対してフィルタ処理を行い（ステップＳ１０３）、フィルタ処理した検出信号をＡ／Ｄ変換器５に対して出力する。Ａ／Ｄ変換器５は、フィルタ４から出力されるアナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換し（ステップＳ１０４）、変換したデジタルの検出信号を連続振動解析部６及び断続振動解析部７に対して夫々出力する。
【００３２】
連続振動解析部６は、Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタルの検出信号に対してＦＦＴ解析を行い、連続振動に対する周波数スペクトルを生成し（ステップＳ１０５）、生成した連続振動に対する周波数スペクトルを判定部８に対して出力する。
【００３３】
断続振動解析部７は、Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタルの検出信号に対して、エンベロープ処理を行う（ステップＳ１０６）。その後、断続振動解析部７は、そのエンベロープ処理された検出信号に対してＦＦＴ解析を行い、断続振動に対する周波数スペクトルを生成し（ステップＳ１０７）、生成した断続振動に対する周波数スペクトルを判定部８に対して出力する。
【００３４】
判定部８は、連続振動解析部６により生成された周波数スペクトルの波形と、予め設定された第１周波数スペクトルの波形と、を比較し（ステップＳ１０８）、両者の一致度が高いか否かを判定することで、その連続振動が正常か否かを判定する。
【００３５】
判定部８は、断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルの波形と、予め設定された第２周波数スペクトルの波形と、を比較し（ステップＳ１０９）、両者の一致度が高いか否かを判定することで、その断続振動が正常か否かを判定する。
【００３６】
最後に、判定部８は、連続振動解析部６により生成された周波数スペクトルの波形、および、断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルの波形、のうち少なくとも一方を正常でないと判定したとき（ステップＳ１１０のＮＯ）、その被検査物の振動を異常と判定する（ステップＳ１１１）。
【００３７】
一方、判定部８は、連続振動解析部６により生成された周波数スペクトルの波形、および、断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルの波形、のいずれも正常と判定したとき（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、その被検査物の振動を正常と判定する（ステップＳ１１２）。
【００３８】
以上、本実施の形態に係る振動解析装置１において、振動センサ２により検出された被検査物の振動に対して周波数解析を行うことで、連続振動に対する周波数スペクトルを生成する連続振動解析部６と、振動センサ２により検出された被検査物の振動に対してエンベロープ処理を行った後に周波数解析を行うことで、断続振動に対する周波数スペクトルを生成する断続振動解析部７と、連続振動解析部６及び断続振動解析部７により生成された周波数スペクトルに基づいて、振動センサ２により検出された振動が正常であるか否かを判定する判定部８と、を備える。これにより、連続振動と断続振動とを明確に区別してその特性に応じた周波数スペクトルを夫々生成できる。そして、連続振動の周波数スペクトルと断続振動の周波数スペクトルとを別々に判定することで、被検査物の振動をより高精度に判定できる。さらに、断続的な振動と、連続的な振動とを区別することができることによって、ワークの異常箇所を特定する際の効率化を図ることが可能となる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００４０】
また、本発明は、例えば、図６に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【００４１】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
【００４２】
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００４３】
１    振動解析装置
２    振動センサ
３    信号増幅器
４    フィルタ
５    Ａ／Ｄ変換器
６    連続振動解析部
７    断続振動解析部
８    判定部
９    出力装置
【図１】
2014098566.tif 000003
【図２】
2014098566.tif 000004
【図３】
2014098566.tif 000005
【図４】
2014098566.tif 000006
【図５】
2014098566.tif 000007
【図６】
2014098566.tif 000008