(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機器の軸受部から発生する音を利用して、当該軸受部の余寿命を推定する方法であって、
有指向性マイクロフォンによって対象となる回転機器の軸受部の発生音を計測し、この計測した音をディジタル信号に変換し、
前記ディジタル信号化された音信号の時間軸を過去に遡って移動し、
移動させた後における予め設定した監視時間の範囲において、周波数の解像度を変化させることによって周期的な波形を取り除いて不規則な波形を捕らえ、
前記不規則な波形の大きさを示す振幅値の前記監視時間における平均値を算出し、複数の監視時間毎に得たこの算出結果の時経列データに基づいて、予め設定した異常値に至るまでの時間を計算して、前記軸受部の余寿命を推定することを特徴とする、回転機器の軸受部の余寿命推定方法。
【請求項２】
あるエリアに存在する同一回転周期をもった複数の回転機器の軸受部から発生する音を利用して、このエリア内の回転機器の軸受部の異常を診断する方法であって、
少なくとも１つの無指向性マイクロフォンによって前記エリア内の回転機器の軸受部の発生音を計測し、
これら無指向性マイクロフォンの数は、各無指向性マイクロフォンで感知できる警戒範囲の集合範囲内に、前記エリアが包含されるように設定し、
各無指向性マイクロフォンによって計測した音をディジタル信号に変換し、
前記ディジタル信号化された音信号の時間軸を過去に遡って移動し、
移動させた後における予め設定した監視時間の範囲において、周波数の解像度を変化させることによって周期的な波形を取り除いて不規則な波形を捕らえ、
前記不規則な波形の大きさを示す振幅値の前記監視時間における平均値と、予め設定した異常を示す閾値とを、各無指向性マイクロフォンごとに比較することによって、前記エリア内の回転機器の軸受部を診断することを特徴とする、回転機器の軸受部の診断方法。
【請求項３】
あるエリアに存在する同一回転周期をもった複数の回転機器の軸受部から発生する音を利用して、このエリア内の回転機器の軸受部の余寿命を推定する方法であって、
少なくとも１つの無指向性マイクロフォンによって前記エリア内の回転機器の軸受部の発生音を計測し、
これら無指向性マイクロフォンの数は、各無指向性マイクロフォンで感知できる警戒範囲の集合範囲内に、前記エリアが包含されるように設定し、
各無指向性マイクロフォンによって計測した音をディジタル信号に変換し、
前記ディジタル信号化された音信号の時間軸を過去に遡って移動し、
移動させた後における予め設定した監視時間の範囲において、周波数の解像度を変化させることによって周期的な波形を取り除いて不規則な波形を捕らえ、
前記不規則な波形の大きさを示す振幅値の前記監視時間における平均値を算出し、複数の監視時間毎に得たこの演算結果の時経列データに基づいて、予め設定した異常値に至るまでの時間を計算して、各無指向性マイクロフォンごとに前記エリア内の回転機器の軸受部の余寿命を推定することを特徴とする、回転機器の軸受部の余寿命推定方法。
【請求項４】
あるエリアに存在する同一回転周期をもった複数の回転機器の軸受部から発生する音を利用して、特定回転機器の軸受部を診断するシステムであって、
各無指向性マイクロフォンで感知できる警戒範囲の集合範囲内に、前記エリアが包含されるように設定された数の無指向性マイクロフォンと、
前記無指向性マイクロフォンで計測される音をディジタル信号に変換して収録する収録装置と、
前記収録装置に収録されたディジタル信号に変換された音信号の時間軸を過去に遡って移動させると共に、周波数帯域で別々の解像度を変化させることが可能な関数を用いて前記音信号を直交化して周波数変換する変換器と、前記変換器の結果に基づいて得られた不規則波形の振幅値と予め設定した閾値とを比較する演算装置とを有することを特徴とする、回転機器の軸受部の診断システム。
【請求項５】
前記変換器で得られた振幅値の時系列増加傾向を時間項を有する近似式で近似し、さらに計測時点の値から予め設定した限界値に至るまでの時間を当該近似式によって解析する第２の演算装置を備えたことを特徴とする、請求項４に記載の回転機器の軸受部の診断システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機器の軸受部、例えば軸受部に使用されているベアリングなどの異常を診断したり、その余寿命を推定する方法及びこれらの方法を実施するための診断システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転する機器の軸受部には一般的にベアリングが装着されているが、当該回転機器が発生する振動や騒音を周波数分析すると共に、このベアリングの部位（球、内輪、外輪など）の寸法や個数の情報から、該ベアリングの異常や余寿命を推定する方法、装置が従来から提案されている。本出願人も、先に特開平５−２０９７８２において「軸受異常予知装置」を開示している。
【０００３】
この先行開示技術では、マイクロフォンで計測した回転機器の軸受からの音を、包絡線処理した後に周波数分析計で周波数の成分強度を分析し、さらに初期正常時の監視周波数の成分強度に対するその倍率を計算し、この倍率から異常や余寿命を推定するようにしている。そして周波数分析にあたっては、フーリェ関数を直交化した高速フーリェ変換（ＦＦＴ）を用い、傷が拡大することを仮定して傷の衝突周期（監視周波数）を計算し、監視周波数における信号強度の増加から傷の発生と傷の拡大を推定してきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各部位に生ずる傷は１箇所とは限らない。傷や傷の拡大が複数箇所になると計算できる監視周波数だけでなく、それとは異なった周波数に振幅の大きな信号が観測されることがある。また傷どうしの衝突によって、振幅の大きな信号に揺らぎ、即ち非線形な現象が見られることがある。この現象が従来の異常予知の精度に限界を与えていた。
【０００５】
このような異常予知の精度を改善するためには、これらの現象を解明し、信号の時間変化を追跡することが必要であるが、高速フーリェ変換は元々調和振動を解析する手段であるから、そのような時間解析が不能である。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、従来よりも異常予知、余寿命の推定精度を向上させた、回転機器の軸受部の診断方法、回転機器の軸受部の余寿命推定方法及びこれらの方法を実施するのに適した回転機器の軸受部の診断システムを提供することをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、発明者らは、マイクロフォンで計測された音信号を非調和振動として近似でき、しかも時間軸を移動することによって局所的に（即ちある程度限られた時間内で）信号波形の変化を捕らえることができ、そのうえ周波数帯域で別々の解像度を定義することで分解能を任意に変化できる関数を解析に導入することにした。このような関数としては、例えばウェーブレット関数を挙げることができる。
【０００８】
ウェーブレット関数はノイズのように周期の定まらない非線形の関数であるが、直交変換してできる逆関数が得られれば、ウェーブレット関数に代えて、パルスを模擬した連続のデルタ関数等を利用してもよい。
【０００９】
発明を理解するために，例えば回転機器の軸受部から発生する音を利用して、当該軸受部の異常を診断する方法において、有指向性マイクロフォンによって対象となる回転機器の軸受部の発生音を計測し、この計測した音をディジタル信号に変換し、前記ディジタル信号化された音信号の時間軸を過去に遡って移動し（少なくとも監視時間分遡って移動し）、移動させた後における予め設定した監視時間の範囲において、周波数の解像度を変化させることによって周期的な波形を取り除いて不規則な波形を捕らえ、前記不規則な波形の大きさを示す振幅値の前記監視時間における平均値と、予め設定した異常を示す閾値とを比較することによって、前記軸受部を診断することを考える。
【００１０】
なお本願発明でいう回転機器の軸受部から発生する音を利用する際の「音」とは、可聴域か否かは問わないものである。また「監視時間」とは、回転機器の軸の回転周期の整数倍の長さを監視時刻から遡った時間をいう。
より詳述すれば、いま有指向性マイクロフォンを用いて、監視対象となる機器の騒音を計測した結果、図１に示した騒音信号の波形が得られたとする。なお当該機器の軸の回転周期はＴ［ｓｅｃ］とする。このときたとえば監視時刻が１３：４０であった場合、１３：４０から遡り、図２に示したように、軸の回転周期Ｔ［ｓｅｃ］の整数倍の時間が監視時間になる。
【００１１】
前記した診断方法を、例えば回転機器が多数設置された区画内において実施する場合、予め決めた所定の計測順位に従って各回転機器の軸受部に対し機器側から一定距離にある位置に有指向性マイクロフォンを順次移動させて停止させる。そして集音される各軸受部の音をディジタル信号に変換し、これを計測時刻毎に収録する。
【００１２】
ディジタル変換された音信号には目的とする回転機器の軸受部からの音信号の他に、他の機器からの音信号が雑音情報として混合している。これら他の機器の音成分のうち、高周波成分は距離減衰するので（低周波成分より散乱しやすいので）、例えばマイクロフォンとして、超音波域（２０ｋＨｚを越える周波数、より好ましくは５０ｋＨｚまでの周波数）を計測できるマイクロフォンを使用することによって、目的とする回転機器の軸受部からの音信号を検出する効率は良好になる。
【００１３】
次いでディジタル信号化された音信号の時間軸を過去に遡って移動して、予め設定した監視時間の範囲において、周波数の解像度を変化させることによって周期的な波形を取り除いて不規則な波形を捕らえるようにしているので、従来検出できなかった非線形の振動、つまり複数の傷の発生に起因して振幅の大きな信号が規則正しい周波では現れない衝突周期を見過ごすことはない。また既述したウェーブレット関数のように、周波数帯域で異なった解像度を定義できる関数を用いていることで、低周波域の音情報を容易にマスクすることができる。即ち、周期的な波を直交化によって取り除いているので、結果的にフィルタと同じ効果が得られる。
【００１４】
そして前記非線形の振動の振幅の大きな値が、予め設定した軸受部の以上を示す値、つまり閾値を越えていれば異常と判断するが、この場合、複数の傷などによる非線形な異常信号の発生に対応するには、特定周期の監視ではなく、監視振幅の大きさ、つまり監視時間における平均値を監視するしかない。但し監視時間が長いと、異常な騒音波形が平均化されてしまい、異常の検出感度が鈍くなるため、本発明における監視時間としては、１０Ｔ［ｓｅｃ］程度が適当である（なお「Ｔ」は、対象とする回転機器の軸の回転周期である）。
【００１５】
また複数の監視時間毎のこの振幅値の時系列データが増加傾向にあれば、例えば指数関数を用いた回帰式などで近似し、回帰式から外挿法を利用して破壊の時刻を計算し、計測時点から予め設定した異常値、即ち破壊までの時間を余寿命時間として推定できる。請求項１の余寿命推定方法はかかる手法を用いたものである。即ち、請求項１の回転機器の軸受部の余寿命推定方法は、有指向性マイクロフォンによって対象となる回転機器の軸受部の発生音を計測し、この計測した音をディジタル信号に変換し、前記ディジタル信号化された音信号の時間軸を過去に遡って移動し、移動させた後における予め設定した監視時間の範囲において、周波数の解像度を変化させることによって周期的な波形を取り除いて不規則な波形を捕らえ、前記不規則な波形の大きさを示す振幅値の前記監視時間における平均値を算出し、複数の監視時間毎に得たこの算出結果の時経列データに基づいて、予め設定した異常値に至るまでの時間を計算して、前記軸受部の余寿命を推定することを特徴としている。この複数の監視時間は、例えば１日に数回監視時間を設定するなどして、これをある程度長期間に渡って連続して行うことによって得られるデータが適している。
【００１６】
ところで回転機器は、所定のエリアに複数設置される場合があるが、その場合には、無指向性マイクロフォンを用いてその異常を診断したり、余寿命を推定することが可能である。即ち、請求項２はいわば広域監視型の診断方法であって、あるエリアに存在する同一回転周期をもった複数の回転機器の軸受部から発生する音を利用して、このエリア内の回転機器の軸受部の異常を診断する方法であって、少なくとも１つの無指向性マイクロフォンによって前記エリア内の回転機器の軸受部の発生音を計測し、これら無指向性マイクロフォンの数は、各無指向性マイクロフォンで感知できる警戒範囲の集合範囲内に、前記エリアが（遺漏なく）包含されるように設定し、各無指向性マイクロフォンによって計測した音をディジタル信号に変換し、前記ディジタル信号化された音信号の時間軸を過去に遡って移動し、移動させた後における予め設定した監視時間の範囲において、周波数の解像度を変化させることによって周期的な波形を取り除いて不規則な波形を捕らえ、前記不規則な波形の大きさを示す振幅値の前記監視時間における平均値と、予め設定した異常を示す閾値とを、各無指向性マイクロフォンごとに比較することによって、前記エリア内の回転機器の軸受部を診断することを特徴とするものである。
【００１７】
このように請求項２の診断方法は、マイクロフォンによって計測した音をディジタル信号に変換し、さらに時間軸を過去に遡って移動してその後の解析を行う点では、既述した診断方法と同一であるが、請求項２の診断方法においては、マイクロフォンとして無指向性マイクロフォンを用いている。従って、広範囲の音を計測することができるが、１つの無指向性マイクロフォンでは、感知できる範囲に限界がある。従って、あるエリア内に存在する複数の回転機器の軸受部の全てを診断するには、そのエリア、回転機器の数に応じたマイクロフォンを用意する必要がある。
そこで請求項２では、各無指向性マイクロフォンで感知できる範囲、即ち警戒範囲の集合範囲（重なる部分があってもよい）内に、前記エリアが包含されるように、マイクロフォンの数を設定している。
【００１８】
即ち、無指向性マイクロフォンの感知できる範囲は、三次元的広がりを持っているので、その限界距離を半径とする球の体積を警戒体積とすると、監視対象である前記エリア全部を監視するために最低必要なマイクロフォンの数は、前記エリアが警戒体積の集合内に包含される台数となる。
【００１９】
また特に回転機器がファンとフィルタとを組み合わせてなるファン・フィルタ・ユニット（ＦＦＵ）のファン駆動用のモータであって、このＦＦＵがクリーンルームの天井を構成した半導体工場などのように、回転機器（モータ）が平面的に配置されている場合には、異常を感知できる限界距離を半径とする円の面積を警戒面積とすれば、あるエリア、つまり監視対象の面積全部を監視するために最低必要なマイクロフォンの数は、監視対象面積が各マイクロフォンの警戒面積の集合内に包含されるように決めた台数となる。
【００２０】
ところで前記したように、無指向性マイクロフォンの警戒体積、警戒面積は、夫々球状、円状であるから、エリア全てをこれら警戒体積、警戒面積の集合内に包含させるようにマイクロフォンを設置すると、部分的に警戒体積、警戒面積の重なった部分が生ずる場合があり、例えば２つのマイクロフォンで同時に異常が感知されるときもある。このときには、重なりあった当該警戒体積、警戒面積内に位置する回転機器に異常があると判断できる。従って、異常を有する回転機器の特定も可能になる。
【００２１】
請求項３によれば、前記した広域監視型の診断方法を応用した余寿命推定方法であり、少なくとも１つの無指向性マイクロフォンによって前記エリア内の回転機器の軸受部の発生音を計測し、これら無指向性マイクロフォンの数は、各無指向性マイクロフォンで感知できる警戒範囲の集合範囲内に、前記エリアが包含されるように設定し、各無指向性マイクロフォンによって計測した音をディジタル信号に変換し、前記ディジタル信号化された音信号の時間軸を過去に遡って移動し、移動させた後における予め設定した監視時間の範囲において、周波数の解像度を変化させることによって周期的な波形を取り除いて不規則な波形を捕らえ、前記不規則な波形の大きさを示す振幅値の前記監視時間における平均値を算出し、複数の監視時間毎に得たこの演算結果の時経列データに基づいて、予め設定した異常値に至るまでの時間を計算して、各無指向性マイクロフォンごとに前記エリア内の回転機器の軸受部の余寿命を推定することを特徴とするものである。
【００２２】
最初に述べた参考となる診断方法を実施するシステムとしては、例えば、回転機器の軸受部から発生する音を利用して、当該軸受部を診断するシステムであって、回転機器の軸受け部に対して所定の位置だけ離れたところまで移動自在な移動装置と、前記移動装置に設けられた有指向性マイクロフォンと、前記有指向性マイクロフォンで計測される音をディジタル信号に変換して収録する収録装置と、前記収録装置に収録されたディジタル信号に変換された音信号の時間軸を過去に遡って移動させると共に、周波数帯域で別々の解像度を変化させることが可能な関数を用いて前記音信号を直交化して周波数変換する如く構成された変換器と、前記変換器の結果に基づいて得られた不規則波形の振幅値と予め設定した閾値とを比較する演算装置とを有することを特徴とする、回転機器の軸受部の診断システムが考えられる。
【００２３】
このような診断システムでは、有指向性マイクロフォンは回転機器の軸受け部に対して所定の位置だけ離れたところにまで移動自在な移動装置に設けられているので、回転機器が多数設置された区画内において、所定の計測順位に従って各回転機器の軸受部に対し機器側から一定距離にある位置にマイクロフォンを順次移動させて停止させることができる。この移動装置としては、例えば自走式の装置やあるいは予め設置した軌道等の上を走行したり、架設された軌条に懸垂された状態で走行する如く構成された装置を用いることができる。
【００２４】
変換器では、前記収録装置に収録されたディジタル信号に変換された音信号の時間軸を過去に遡って移動することで局所的、即ち監視時間内における信号波形の不規則な変化を捕らえる処理を行う。この場合、周波数帯域で別々の解像度を定義することで分解能を任意に変化できる関数を用いるので、低周波の音情報を容易にマスクすることができる。
そして演算装置では、予め設定した正常値と異常値を分ける閾値と、変換器の結果とを比較し、正常か異常かの判断を行うことになる。
【００２５】
同様に、請求項２の診断方法を実施するシステムとしては、請求項４に記載したような、あるエリアに存在する同一回転周期をもった複数の回転機器の軸受部から発生する音を利用して、特定回転機器の軸受部を診断するシステムであって、
各無指向性マイクロフォンで感知できる警戒体積の集合体積内に、前記エリアが包含されるように設定された数の無指向性マイクロフォンと、前記無指向性マイクロフォンで計測される音をディジタル信号に変換して収録する収録装置と、前記収録装置に収録されたディジタル信号に変換された音信号の時間軸を過去に遡って移動させると共に、周波数帯域で別々の解像度を変化させることが可能な関数を用いて前記音信号を直交化して周波数変換する如く構成された変換器と、前記変換器の結果に基づいて得られた不規則波形の振幅値と予め設定した閾値とを比較する演算装置とを有することを特徴とする、回転機器の軸受部の診断システムが提案できる。
【００２６】
これらの各診断システムにおいては、請求項５に記載したように、さらに前記変換器で得られた振幅値の時系列増加傾向を時間項を有する近似式で近似し、さらに計測時点の値から予め設定した限界値に至るまでの時間を当該近似式によって解析する第２の演算装置を備えた構成としてもよい。この場合、もちろん前記演算装置とこの第２の演算装置とは、同一演算装置で構成してもよく、また前記変換器の機能をこれら演算装置に持たせてもよい。
【００２７】
そして請求項５の診断システムにおいては、前記信号波形における局所的な振幅の大きな値の時系列増加傾向を時間項を有する近似式で近似し、さらに当該近似式によって計測時点の値から予め設定した限界値に至るまでの時間を解析する第２の演算装置を備えているので、この振幅値の時系列データが増加傾向にあれば、例えば指数関数を用いた回帰式で該増加傾向を近似し、回帰式から外挿法を利用して破壊の時刻を計算し、計測時点から破壊までの時間を余寿命時間として推定でき、請求項１、３に記載の余寿命の推定方法を好適に実施することが可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図に基づいて説明すれば、図３は第１の実施の形態にかかる診断システムを用いて回転機器１の軸受部２の診断を行っている様子を示しており、本実施例におけるマイクロフォン３は、指向性を有し、かつ２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚまでの音を集音して電気信号に変換する機能を有している。このマイクロフォン３は、移動装置を構成する自走式の搬送装置４の上に設けられている。
【００２９】
前記したマイクロフォン３によって計測された音信号は、マイクロフォン３の持つ音圧感度［Ｖ／Ｐａ］に比例した電圧信号として、ケーブル５を介して収録装置６へと出力される。この収録装置６は、入力された音信号をディジタル信号に変換した後、ＪＩＳで規定するところの基準音圧２０μＰａで基準化し（基準化後の音圧［−］＝電圧信号［Ｖ］×音圧感度［Ｖ／Ｐａ］÷基準音圧［２０μＰａ］）、かつ計測時刻毎に、即ち監視時刻毎にこれを収録する機能を有している。
【００３０】
このように音信号を基準音圧で基準化するのは次の理由による。即ち、音信号の入力源としてマイクロフォンを用いた場合、マイクロフォンから出力される信号はマイクロフォン個々が有する音圧感度［Ｖ／Ｐａ］に比例した電圧となる。つまり電圧から音圧への換算が必要となってくるからである。また音圧を基準化することによって、相対的な音圧としても評価できることになる。なおここでは、通常の騒音レベル測定で行う常用対数によるデシベル［ｄＢ］単位への計算は施さない。これは音圧を大きな値で監視することで、傷の有無による音圧の感度を高めるためである。
【００３１】
収録装置６において変換されたディジタル信号は、さらに高速変換器７へと出力される。この高速変換器７は、ウェーブレット関数によって周波数分析を行う機能を有している。即ち高速変換器７に入力されたディジタル化後の音信号は、過去に遡ってその時間軸が移動され、前記ウェーブレット関数によって直交化され周波数変換される。またこのウェーブレット関数は、周波数帯域で異なった解像度が定義されることにより、分解能が任意に変化できる関数である。
【００３２】
高速変換器７での処理結果は、管理用のパソコン８へと出力される。この管理用のパソコン８は次のような機能を有している。
まず搬送装置４などに対する管理機能として、
（１）回転機器１の軸受部２の位置の登録、
（２）搬送装置４の移動と停止命令、
（３）搬送装置４の走行距離から演算される搬送装置４の位置の認識及び軸受部２との間の距離の認識
をする機能を有している。
【００３３】
また管理用のパソコン８の収録装置６に対する管理機能としては、
（１）音信号の計測回数または計測時間の管理、
（２）収録装置６でデジィタル信号に変換され、計測時刻毎に収録されている音信号から解析に必要なデータだけを取り込むタイミングの管理、
（３）時間軸が移動できかつ周波数帯域で別々の解像度を定義できる関数を直交化した逆関数の形をマトリックス演算し、周波数解析する高速演算
をする機能を有している。
【００３４】
さらに管理用パソコン８の独立した機能として、
（１）周波数帯域の感度設定、
（２）周波数解析された信号の振幅の監視と閾値との比較による正常と異常の識別、
（３）信号の振幅に関する時系列データの増加傾向を時間項を持つ近似式で示すための近似式の係数解析、
（４）前記近似式に現在値と限界値（使用の限界）を代入し、現在値から限界値に至るまでの時間（余寿命時間）の解析、
（５）計測データと正常／異常の判断結果の表示、
（６）計測データのグラフ表示、
（７）振幅の増加傾向と増加推定グラフの表示と余寿命時間の表示、
（８）閾値入力画面の表示と入力変更
をする機能を夫々併せ持っている。
【００３５】
そして前記パソコン８の画面に表示された情報、例えば計測データと正常／異常の判断結果、振幅の増加傾向と増加推定グラフと余寿命時間は、プリンタ９によって外部に出力されるようになっている。
【００３６】
第１の実施の形態にかかる診断システムは以上の構成を有しており、回転機器１の軸受部２の異常や余寿命を判断する場合、まずパソコン８からの指令によって搬送装置４を軸受部２に対して所定位置の計測位置まで近づけて停止させる。次いで、搬送装置４に設けられたマイクロフォン３によって軸受部２の音を計測し、収録装置６によってその音信号をディジタル信号に変換し、計測時刻毎に収録する。
【００３７】
後は、前記ディジタル信号を高速変換器７によって周波数分析し、時間軸を過去に遡って移動させて所定の監視時間内における信号波形の不規則な波形の変化を認識する。そしてパソコン８において前記変化における振幅値と、予め設定した閾値とを比較して、閾値未満であれば正常、閾値以上であれば異常の表示をモニタに表示する。そして当該振幅値の時系列データが解析され、その増加傾向を近似式で近似し、予め設定した破壊値に達するまでの時間が演算され、その結果が余寿命としてパソコン８のモニタに表示される。これらの結果は、グラフにても画面表示され、さらにプリンタ９によって出力される。
【００３８】
前記第１の実施の形態における収録装置６における処理、高速変換器７での認識手順、及びパソコン８における解析、処理手順を、図４に示したフローチャートに基づいて説明すると、まず診断システムをスタートさせる（ステップＳ１）。そして対象となる回転機器１の１回転周期（Ｔ［ｓｅｃ］）の設定を行い（ステップＳ２）、監視時間の設定を行う（ステップＳ３）。この監視時間は回転機器１の１回転周期Ｔのｎ倍であるが（ｎは整数）、既述したように、１０Ｔ［ｓｅｃ］程度が適当である。
【００３９】
次いでマイクロフォン３で計測した音信号、即ちアナログ信号を収録装置６においてディジタル信号に変換する際の変換時間間隔ｄｔ［μｓ］の設定を行う（ステップＳ４）。この変換する時間間隔ｄｔは、マイクロフォン３の周波数範囲で定まる。例えば２０ｋＨｚまで監視する場合、変換時間間隔ｄｔは、２５［μｓ］以下の間隔でＡ／Ｄする必要がある。
【００４０】
そして所定の監視時刻（ｔ）になった時点で（ステップＳ５）、マイクロフォン３による回転機器１から発生する音信号の収録が開始されて、収録装置６に収録され（ステップＳ６）、回転機器１が発生したアナログ信号がディジタル信号に変換される（ステップＳ７）。変換後のディジタル信号は高速変換器７へと出力される。
【００４１】
次いで高速変換器７において、例えば離散ウェーブレット変換により、Ａ／Ｄ変換された信号の生波形を変換して（ステップＳ８）、周波数分析される。これは、変換前の図５に示した生波形から周期的な波形を取り除き、軸受けの傷などにより発生する不規則な波形のみを取り出すための変換である。変換後の不規則な波形を図６に示した。この不規則な波形が回転機器１の軸受部２の異常を示している。信号変換された結果は、監視時間における不規則な波形の大きさを示す振幅値としてパソコン８に出力される。
【００４２】
そしてパソコン８においては、前記振幅値から監視時間における監視振幅値を算出する（ステップＳ９）。この場合、例えば監視時間を１０Ｔとした場合、１回転周期の振幅μ（ｉ）を２乗し、図７に示したようにその最大値をδ（ｊ）２とすれば、このδ（ｊ）２を監視時間において平均し（監視時間分集めてその平均を算出し）、その結果を監視時刻（ｔ）の監視振幅Ｃ（ｔ）とすると、監視振幅Ｃ（ｔ）は［数１］によって示される。なおＮは監視時間での回転周期（１０）である。
【００４３】
【数１】
0003544251.tif 000002
【００４４】
次いでパソコン８において、前記監視振幅Ｃ（ｔ）と、予め設定した回転機器１の軸受部２の注意、異常を示す各閾値と比較する（ステップＳ１０）。そして監視振幅Ｃ（ｔ）が注意、異常を示す各レベルよりも大きい場合には、各々対応する注意又は異常を示す信号を出力する。
【００４５】
次いで監視振幅Ｃ（ｔ）を監視時刻毎に時経列データとして並べ、もし監視振幅Ｃ（ｔ）の判断結果が注意となった場合、この時経列データを基にして前記異常を示す閾値に達するまでの時間を算出し、その結果を回転機器１の軸受部２の余寿命時間として推定するのである（ステップＳ１１）。
【００４６】
次に第２の実施の形態にかかる診断システムについて説明すると、この第２の実施の形態では、マイクロフォンを無指向性でかつ可聴音域（１５Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の音を計測するタイプを用い、かつこのマイクロフォンを複数設置した形態をとっている。より詳述すると、まず診断対象となるのは、図８に示したように、広い区画内に複数設置されている回転機器Ｂ１〜Ｂｉである。そしてマイクロフォンに関しても、複数のマイクロフォンＭ１〜Ｍｊが設置されている。
【００４７】
これらマイクロフォンＭ１〜Ｍｊが各々感知できる範囲には限界があるので、仮に異常を感知できる限界距離を半径とする球の体積を「警戒体積」とすれば、監視対象の空間容積全部を監視するために最低必要なマイクロフォンＭの設置台数は、この記監視対象空間が前記「警戒体積」内に包含されるように決めた台数となる。
【００４８】
この場合特に、回転機器Ｂがファンとフィルタを組み合わせたファンフィルタユニットとして構成され、複数のファンフィルタユニットでクリーンルームの天井を構成した半導体工場などのように、回転機器が平面的に配置されている場合には、図９に示したように、異常を感知できる限界距離を半径ｒとする円の面積を「警戒面積」とすれば、この場合には、監視対象の面積全部を監視するために最低必要なマイクロフォンの設置台数は、監視対象面積が警戒面積内に包含されるように決めた台数となる。
【００４９】
前記各マイクロフォンＭ１〜Ｍｊによって計測された音信号は、マイクロフォンの持つ音圧感度［Ｖ／Ｐａ］に比例した電圧信号として、図８に示したように、ケーブル１１を介して収録装置１２へと出力される。この収録装置１２は、入力された音信号をディジタル信号に変換した後、ＪＩＳで規定するところの基準音圧２０μＰａで基準化し（基準化後の音圧［−］＝電圧信号［Ｖ］×音圧感度［Ｖ／Ｐａ］÷基準音圧［２０μＰａ］）、かつ計測時刻毎に、即ち監視時刻毎にこれを収録する機能を有している。
【００５０】
そして前記第１の実施の形態と同様、収録装置１２において変換されたディジタル信号は、さらに高速変換器１３へと出力される。この高速変換器１３も前記第１実施例と同様、ウェーブレット関数によってディジタル化された音信号の周波数分析を行う機能を有している。この高速変換器１３での処理結果は、管理用のパソコン１４へと出力される。
【００５１】
管理用のパソコン１４は、収録装置１２に対する管理機能として、
（１）音信号の計測回数または計測時間の管理、
（２）収録装置６でデジィタル信号に変換され、計測時刻毎に収録されている音信号から解析に必要なデータだけを取り込むタイミングの管理、
（３）時間軸が移動できかつ周波数帯域で別々の解像度を定義できる関数を直交化した逆関数の形をマトリックス演算し、周波数解析する高速演算、
をする機能を有している。
【００５２】
さらに管理用パソコン１４の独立した機能として、前出第１実施例における管理用パソコン８の機能の他に、異常が発生した警戒体積又は警戒面積に属する回転機器Ｂの位置を特定する機能をさらに併せ持っている。そして前記パソコン１４の画面に表示された情報、例えば計測データと正常／異常の判断結果、振幅の増加傾向と増加推定グラフと余寿命時間は、プリンタ１５によって外部に出力されるようになっている。
【００５３】
第２の実施の形態にかかる診断システムは以上の構成からなり、回転機器Ｂ１〜Ｂｉの各軸受部の異常や余寿命を判断する場合、まず各マイクロフォンＭ１〜Ｍｊによって計測された音信号が、収録装置１２によってディジタル信号に変換され計測時刻毎に収録され、高速変換器１３へと出力される。
【００５４】
高速変換器１３では、そのようにディジタル変換された音信号を周波数分析し、時間軸を過去に遡って移動させて局所的に、即ち監視時間内における信号波形の不規則な波形の周期的な変化を認識する。そしてパソコン１４においては、異常のある回転機器Ｂの特定をするとともに、前記変化における振幅値と、予め設定した閾値とを比較して、閾値未満であれば正常、閾値以上であればを異常の表示をモニタに表示する。
【００５５】
なおこの場合、警戒体積または警戒面積内での異常は、もちろんその警戒体積または警戒面積に属する回転機器のいずれかが異常であると判断し、基本的には、警戒体積または警戒面積単位で異常発生の機器の位置を特定する。さらに、図１０に示したように、マイクロフォンＭ１、Ｍ２の隣合った警戒体積（または警戒面積）Ｘ、Ｙで同時に発生した異常は、図中の斜線部で示した重なり合った警戒体積（または警戒面積）に位置する回転機器に異常があるものと判断する。
【００５６】
そして閾値と比較した後、前記振幅値が注意レベルにあるときには、当該振幅値の時系列データが解析され、その増加傾向は近似式で近似され、予め設定した破壊値に達するまでの時間が演算され、その結果が余寿命としてパソコン１４のモニタに表示される。これらの結果は、グラフにても画面表示され、さらにプリンタ１５によって出力される。
【００５７】
この第２の実施の形態における収録装置１２、高速変換器１３及びパソコン１４での解析、演算手順を、図１１に示したフローチャートに基づいて説明すると、次の通りである。
【００５８】
まず診断システムをスタートさせ（ステップＳ２１）、対象となる回転機器Ｂの１回転周期（Ｔ［ｓｅｃ］）の設定を行い（ステップＳ２２）、監視時間の設定を行う（ステップＳ２３）。次いでマイクロフォンＭ１〜Ｍｊで計測した音信号を収録装置１２においてディジタル信号に変換する際の変換時間間隔ｄｔ［μｓ］の設定を行う（ステップＳ２４）。
【００５９】
そして所定の監視時刻（ｔ）になった時点で（ステップＳ２５）、まず最初のマイクロフォンＭ１〜Ｍｊのうちの１のマイクロフォンＭ（例えばマイクロフォンＭ１）による、音信号の収録が開始されて、収録装置６に収録され（ステップＳ２６）、収録した回転機器Ｂが発生したアナログ信号がディジタル信号に変換される（ステップＳ２７）。この変換後のディジタル信号は高速変換器１３へと出力される。
【００６０】
次いで高速変換器１３において、例えば離散ウェーブレット変換により、Ａ／Ｄ変換された信号の生波形を変換して、周波数分析され（ステップＳ２８）、信号変換された結果は、監視時間における不規則な波形の大きさを示す振幅値としてパソコン１４に出力される。
【００６１】
そしてパソコン１４においては、前記振幅値から監視時間における監視振幅値を算出し（ステップＳ２９）、前記監視振幅と、予め設定した回転機器Ｂの軸受部の注意、異常を示す各閾値と比較する（ステップＳ３０）。そして監視振幅が注意、異常を示す各レベルよりも大きい場合には、各々対応する注意又は異常を示す信号を出力する。もちろん監視振幅が正常レベルにあるときは、正常を示す信号が出力される。
【００６２】
次いで監視振幅を監視時刻毎に時経列データとして並べ、もしこの監視振幅の判断結果が注意となった場合、この時経列データを基にして前記異常を示す閾値に達するまでの時間を算出し、その結果をマイクロフォンＭ１が集音したエリア（警戒体積や警戒面積）内にある回転機器Ｂの軸受部の余寿命時間として推定するのである（ステップＳ３１）。
【００６３】
次に全てのマイクロフォンＭ１〜Ｍｊによる前記診断、余寿命の推定が終了したかどうかチェックされ（ステップＳ３２）、まだ全てのマイクロフォンについての前記診断等が終了していない場合には、次のマイクロフォンＭ、例えばマイクロフォンＭ２について前記ステップＳ２６〜ステップＳ３２までの処理が行われる。そして全てのマイクロフォンＭ１〜Ｍｊによる前記診断、余寿命の推定が終了すると、例えば異常が検出されたマイクロフォンＭ１〜Ｍｊの重なりから、異常が起こっている回転機器Ｂの特定がなされる（ステップＳ３３）。
【００６４】
【実施例】
次に本発明において送風機の軸受部から発生する音圧を基に、監視振幅を算出した例を示す。この送風機は１回転周期が約０．１［ｓｅｃ］である。そして図１２は、当該送風機の軸受部が正常状態にあるときの送風機の音圧を、ｄｔ＝１００［μｓ］でＡ／Ｄ変換した結果を示すグラフであり、図１３（ａ）はこれを５ｋＨｚの周波数解像度で信号変換したときの振幅のグラフ、図１３（ｂ）は同じく２．５ｋＨｚの周波数解像度で信号変換したときの振幅のグラフ、図１３（ｃ）は、同じく１．２５ｋＨｚの周波数解像度で信号変換したときの振幅のグラフをそれぞれ示している。
【００６５】
また図１４、図１５は、前記送風機の軸受部に傷がある場合の音圧と、信号変換後の振幅を示すグラフであり、図１４は、前記送風機の軸受部に傷があるときの送風機の音圧を、ｄｔ＝１００［μｓ］でＡ／Ｄ変換した結果を示すグラフ、図１５（ａ）はこれを５ｋＨｚの周波数解像度で信号変換したときの振幅のグラフ、図１５（ｂ）は同じく２．５ｋＨｚの周波数解像度で信号変換したときの振幅のグラフ、図１５（ｃ）は、同じく１．２５ｋＨｚの周波数解像度で信号変換したときの振幅のグラフをそれぞれ示している。
【００６６】
これら図１２、図１３と、図１４、図１５の各グラフを比較すればわかるように、仮に監視時間を１回転周期とすると、周波数解像度が１ｋＨｚ〜２ｋＨｚの範囲で、前記送風機の軸受部の傷による監視振幅が大きくなり、傷の有無を精度よく検出できることが確認できる。
【００６７】
【発明の効果】
本願発明請求項１〜５の発明によれば、従来検出できなかった非線形の振動、つまり複数の傷の発生に起因して振幅の大きな信号が規則正しい周波では現れない衝突周期を見過ごすことはないので、従来よりも精度の高い診断が行え、特に請求項１、３の発明では従来よりも精度の高い余寿命の推定を行うことができる。また特に請求項２、３の発明によれば、エリア内に対象となる機器が複数存在する場合に、効率よく前記診断や余寿命の推定を実施することができる。請求項４の発明によれば、請求項２の発明を好適に実施することができる。さらに請求項５の発明によれば、請求項１、３の発明を好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示すための説明図であって、対象とする回転機器の軸の回転周期を示すグラフ図である。
【図２】本発明の原理を示すための説明図であって、時間軸を過去に遡って移動させた様子を示すグラフ図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる診断システムの構成の概略を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる診断システムを用いて回転機器の診断、余寿命を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施の形態にかかる診断システムを用いて回転機器の診断、余寿命を行うプロセスにおいて、監視時間におけるＡ／Ｄ変換した騒音の生波形を示すグラフである。
【図６】第１の実施の形態にかかる診断システムを用いて回転機器の診断、余寿命を行うプロセスにおいて、図６の生波形を離散ウェーブレット関数を用いて信号変換した後の波形を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態にかかる診断システムにおいて監視時刻における監視振幅の算出の原理を説明するためのグラフ図であり、（ａ）は信号変換後を、（ｂ）は振幅の２乗をそれぞれ示している。
【図８】第２の実施の形態にかかる診断システムの構成の概略を示す説明図である。
【図９】第２の実施の形態にかかる診断システムにおける監視対象面積とマイクロフォンの警戒面積との関係を示す説明図である。
【図１０】第２の実施の形態にかかる診断システムにおいて、隣合う警戒面積が重なった状態を示す説明図である。
【図１１】第２の実施の形態にかかる診断システムを用いて回転機器の診断、余寿命を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施例において軸受部が正常状態にあるときの送風機の音圧をＡ／Ｄ変換した後の結果をディジタル値で示したグラフ図である。
【図１３】実施例において軸受部が正常状態にあるときの送風機の音圧を周波数解像度を変えて信号波形変換を施した後の振幅を示すグラフであり、（ａ）は５ｋＨｚ、（ｂ）は２．５ｋＨｚ、（ｃ）は１．２５ｋＨｚの周波数解像度で信号変換したときを示している。
【図１４】実施例において軸受部に傷があるときの送風機の音圧をＡ／Ｄ変換した後の結果をディジタル値で示したグラフ図である。
【図１５】実施例において軸受部に傷があるときの送風機の音圧を周波数解像度を変えて信号波形変換を施した後の振幅を示すグラフであり、（ａ）は５ｋＨｚ、（ｂ）は２．５ｋＨｚ、（ｃ）は１．２５ｋＨｚの周波数解像度で信号変換したときを示している。
【符号の説明】
１    回転機器
２    軸受部
３    マイクロフォン
４    搬送装置
６    収録装置
７    高速変換器
８    パソコン
９    プリンタ
【図１】
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【図２】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003544251.tif 000009
【図８】
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【図９】
0003544251.tif 000011
【図１０】
0003544251.tif 000012
【図１１】
0003544251.tif 000013
【図１２】
0003544251.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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