(57)【要約】【課題】振動データに基づく異常診断の精度を向上させる。【解決手段】本発明の一実施形態による異常診断装置は、軌道に沿って移動する対象物に対して固定され、対象物の異常診断を行なう。異常診断装置は、距離センサと、振動センサと、制御部とを備える。距離センサは、対象物とともに移動する基準点と軌道との距離を測定するように構成されている。振動センサは、対象物の振動データを測定するように構成されている。制御部は、振動データを用いて異常診断を行なうように構成されている。制御部は、距離センサによって測定された距離が所定の範囲にない場合、振動データのうち除外タイミングのデータを異常診断に用いないように構成されている。除外タイミングは、距離の測定タイミングにおける基準点の位置を対象物が通過するタイミングである。【選択図】図６
2018081003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道に沿って移動する対象物に対して固定され、前記対象物の異常診断を行なう異常診断装置であって、
前記対象物とともに移動する基準点と前記軌道との距離を測定するように構成された距離センサと、
前記対象物の振動データを測定するように構成された振動センサと、
前記振動データを用いて前記異常診断を行なうように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、前記距離が所定の範囲にない場合、前記振動データのうち除外タイミングのデータを前記異常診断に用いないように構成され、
前記除外タイミングは、前記距離の測定タイミングにおける前記基準点の位置を前記対象物が通過するタイミングである、異常診断装置。
【請求項２】
前記振動データを保存するように構成された記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記距離が前記所定の範囲にない場合、前記除外タイミングのデータを前記記憶部から削除し、前記振動データのうち前記記憶部に残されたデータを用いて前記異常診断を行なう、請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
外部の送信装置からのトリガ信号を受信するように構成された受信部をさらに備え、
前記基準点は、前記対象物の移動方向において前記対象物よりも前方に位置し、
前記制御部は、前記受信部が前記トリガ信号を受信したことに応答して、前記距離センサを制御して前記距離の測定を開始するとともに、前記振動センサを制御して、前記対象物の移動速度および前記基準点と前記対象物との特定距離に基づいて、前記距離センサが前記距離の測定を開始した開始位置を前記対象物が通過するタイミングから前記振動データの測定を開始するように構成されている、請求項１または請求項２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
前記送信装置は、前記軌道に沿って配置され、赤外線通信によって前記トリガ信号を送信するように構成されている、請求項３に記載の異常診断装置。
【請求項５】
前記トリガ信号は、ＧＰＳ信号を含み、
前記制御部は、前記ＧＰＳ信号によって指定される位置が所定の地域に含まれる場合に、前記距離センサを制御して前記距離を測定するよう構成されている、請求項３または請求項４に記載の異常診断装置。
【請求項６】
前記距離センサは、超音波式センサを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項７】
前記距離センサは、レーザ式センサを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項８】
前記記憶部に保存された前記振動データをワイヤレスで外部の装置に通信するように構成された通信部をさらに備える、請求項２に記載の異常診断装置。
【請求項９】
請求項８に記載の異常診断装置を複数備える異常診断システムであって、
各前記異常診断装置からの前記振動データをワイヤレスで受信して、前記振動データを蓄積するデータ蓄積サーバと、
前記データ蓄積サーバから前記振動データをワイヤレスで受信し、前記振動データの周波数解析を行なう解析装置とを備える、異常診断システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記通信部を制御して、前記振動データとともに前記振動データを測定した前記異常診断装置を識別するための情報を前記データ蓄積サーバに送信するように構成されている、請求項９に記載の異常診断システム。
【請求項１１】
軌道に沿って移動する対象物に対して固定され、前記対象物の異常診断を行なう異常診断装置において行なわれる異常診断方法であって、
前記対象物とともに移動する基準点と前記軌道との距離を測定するステップと、
前記対象物の振動データを測定するステップと、
前記振動データを用いて前記異常診断を行なうステップとを含み、
前記異常診断を行なうステップにおいて、前記距離が所定の範囲にない場合、前記振動データのうち除外タイミングのデータは前記異常診断に用いられず、
前記除外タイミングは、前記距離の測定タイミングにおける前記基準点の位置を前記対象物が通過するタイミングである、異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動データに基づいて異常診断を行なう異常診断装置、異常診断システム、および異常診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両において車軸軸受に異常が発生した場合、脱線などの事故が発生する可能性が高まるため、そのまま走行を継続することは好ましくない。そのような場合には、車両の運転を停止して、車軸軸受の補修などの処置が必要となる。
【０００３】
車軸軸受の補修には長時間を要する場合がある。通常運転の長時間の停止には多大な損失が発生し得る。そのため、通常運転に備えて行なわれる保守点検において、車軸軸受に異常がないかどうかを検査することがある。
【０００４】
車軸軸受の異常を診断する方法として、車軸軸受に振動測定装置を固定して振動を測定することにより、車軸軸受に発生した異常を検知する方法が知られている。しかし、この方法には、測定された振動が車軸軸受の異常に起因する振動なのか、あるいは鉄道車両がたとえばレールの継ぎ目あるいは分岐点（ポイント）を通過したときに生じる振動のような車軸軸受の異常とは無関係の振動（外乱振動）なのかを区別できないという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決する手段として、特開２０１５−１７２５１６号公報（特許文献１）には、レールの継ぎ目あるいは分岐点のない地点において振動の測定を行なった振動測定装置から後続する振動測定装置に遅延時間へ設けてトリガ信号を無線通信によって順次送信することにより、レールの継ぎ目あるいは分岐点を避けて振動測定を行なう鉄道車両用軸受異常検知装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１７２５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２０１５−１７２５１６号公報（特許文献１）には、測定された振動データに外乱振動が含まれないように、外乱振動の発生要因を避けて振動測定を行なう構成が開示されている。当該構成によると、外乱振動が含まれない振動データを測定可能な範囲が限定されてしまい、高精度な異常診断が困難になり得る。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は振動データに基づく異常診断の精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態による異常診断装置は、軌道に沿って移動する対象物に対して固定され、対象物の異常診断を行なう。異常診断装置は、距離センサと、振動センサと、制御部とを備える。距離センサは、対象物とともに移動する基準点と軌道との距離を測定するように構成されている。振動センサは、対象物の振動データを測定するように構成されている。制御部は、振動データを用いて異常診断を行なうように構成されている。制御部は、距離センサによって測定された距離が所定の範囲にない場合、振動データのうち除外タイミングのデータを異常診断に用いないように構成されている。除外タイミングは、距離の測定タイミングにおける基準点の位置を対象物が通過するタイミングである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る異常診断装置によれば、基準点と軌道との距離が所定の範囲にない場合、振動データのうち除外タイミングのデータは外乱振動のデータである可能性が高いため、当該データは異常診断において用いられない。そのため、外乱振動が除外された振動データによる異常診断が可能になる。その結果、異常診断の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る異常診断装置が鉄道車両に固定されている様子を示す図である。
【図２】レールの継ぎ目において測長器によって測定される距離を示す図である。
【図３】異物があるレール上の位置において測長器によって測定される距離を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る異常診断システムの機能構成を説明するための機能ブロック図である。
【図５】鉄道車両の走行に伴って、図４の異常診断システムによって振動測定が順次開始される様子を示す図である。
【図６】図４の測長器の制御部によって行なわれる距離測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】図４の振動測定装置の制御部によって行なわれる振動測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図８】実施の形態１の変形例に係る異常診断システムの機能構成を説明するための機能ブロック図である。
【図９】図８の測長器の制御部によって行なわれる距離測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１０】実施の形態２に係る異常診断装置の機能構成を説明するための機能ブロック図である。
【図１１】実施の形態２に係る異常診断システムの構成の概略を示す図である。
【図１２】図１０の振動測定装置の制御部によって行なわれる振動測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。
【００１３】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る異常診断装置１００が鉄道車両１０に固定されている様子を示す図である。図１に示されるように、軸箱１１は、車軸１３に取り付けられている車軸軸受（不図示）に固定される。車軸軸受は、異常診断装置１００によって行なわれる異常診断の対象物である。車軸１３の軸方向の両端部に車輪１５がそれぞれ取り付けられる。車輪１５が車軸軸受により回転自在に支持されることにより、鉄道車両１０は平行に敷設されたレール４０によって形成される軌道に沿って、進行方向を方向Ｄ１またはＤ２として移動することができる。
【００１４】
異常診断装置は、測長器１１０と振動測定装置１２０とを含む。測長器１１０は、台車１２に固定されており、レール４０側の測長器１１０の端点である基準点ＰＳからレール４０までの距離を測定する。
【００１５】
振動測定装置１２０は、軸箱１１にボルト１４によって固定されている。振動測定装置１２０は、軸箱１１を介して異常診断の対象物である車軸軸受に固定され、車軸軸受の振動データを測定する。振動測定装置１２０は、ボルト１４によって軸箱１１に固定されていることにより、軸箱１１からの取り外しが可能である。たとえば、振動測定装置１２０は、通常運転時には軸箱１１から取り外され、保守点検時のテスト走行時に軸箱１１に固定される。ボルト１４によって振動測定装置１２０が軸箱１１に固定されていることにより、振動測定装置１２０と軸箱１１との接触面において車軸軸受の異常とは無関係に発生する接触共振を軽減することができる。振動測定装置１２０は、軸箱１１の振動方向に沿うように軸箱１１の鉛直方向上側あるいは下側に固定されていることが望ましい。
【００１６】
鉄道車両において車軸軸受に異常が発生した場合、異常な振動が発生して乗客の快適性が損なわることがある。そのため、車軸軸受に異常が発生したまま走行を継続することは好ましくない。車軸軸受に異常が発生した場合には、車両の運転を停止して、車軸軸受の補修などの処置が必要となる。
【００１７】
車軸軸受の補修には長時間を要する場合がある。通常運転の長時間の停止には多大な損失が発生し得る。そのため、たとえば通常運転に備えて行なわれる保守点検において、車軸軸受の異常診断が行なわれることがある。
【００１８】
保守点検時に各軸箱１１に振動測定装置１２０をボルト１４によって固定して振動を測定することにより、各車軸軸受の異常診断を行なうことができる。しかし、振動測定装置１２０によって測定された振動データには、車軸軸受の異常に起因する振動だけではなく、鉄道車両１０がたとえばレール４０の継ぎ目または分岐点（ポイント）を通過したときに生じる振動のような車軸軸受の異常とは無関係の外乱振動が含まれる場合がある。振動データに外乱振動が含まれると、異常診断の精度が低下してしまう。
【００１９】
測定された振動データに外乱振動が含まれないように、外乱振動の発生要因を避けて振動測定を行なう場合がある。しかし、外乱振動の発生要因を避けて振動測定を行なうと、外乱振動が含まれない振動データを測定可能な範囲が限定されてしまう。そのため、連続的な振動測定が困難になり得る。その結果、高精度な異常診断が困難になり得る。
【００２０】
図２に示されるように、測長器１１０（基準点ＰＳ）がレール４０の継ぎ目Ｇ１を通過する場合、測長器１１０によって測定される距離Ｌ２は、継ぎ目Ｇ１の窪み（レール４０が接続していない部分）のレール４０の表面からの深さＨ２の分だけ、基準点ＰＳとレール４０との距離Ｌ１よりも大きくなることが多い。また、図３に示されるように、レール４０上に石のような異物ＦＳ１がある場合、測長器１１０が異物ＦＳ１の上を通過するときに測長器１１０によって測定される距離Ｌ３は、異物ＦＳ１のレール４０の表面からの高さＨ３の分だけ、距離Ｌ１よりも小さくなることが多い。
【００２１】
そこで実施の形態１においては、測長器１１０によって測定された距離Ｌｘが所定の範囲（たとえば、（Ｌ１−δ１）＜Ｌｘ＜（Ｌ１＋δ１））にない場合、距離Ｌｘの測定タイミングにおける基準点ＰＳの位置を軸箱１１（車軸軸受）が通過するタイミングのデータは、外乱振動のデータである可能性が高いとして、異常診断に用いられる振動データから除外される。そのため、外乱振動が除外された振動データによる異常診断が可能になる。その結果、異常診断の精度を向上させることができる。
【００２２】
図４は、実施の形態１に係る異常診断システム１の機能構成を説明するための機能ブロック図である。図４に示されるように、異常診断システム１は、異常診断装置１００と、送信装置１３０と、解析装置８１とを備える。
【００２３】
送信装置１３０は、レール４０上の測定点に向かって距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１を送信する。距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１としては、たとえば電波あるいは赤外線を用いることができる。電波は、たとえば３００万メガヘルツ（３テラヘルツ）以下の周波数の電磁波である。赤外線は、たとえば波長が８７０ｎｍ〜１０００ｎｍの光である。
【００２４】
距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１として赤外線を用いる場合、太陽光などの外乱光が測長器１１０の受信部に侵入しないようにするため、送信装置１３０（たとえば背面や両側面）に外乱光を遮蔽する遮光壁、遮光シート、あるいは遮断壁などを設けると良い。また、測長器１１０のトリガ信号の受信孔を囲むように、外乱光を遮断するパイプを設けても良い。また、送信装置１３０の出射部分、および測長器１１０の受信部の結露や曇りを防止するため、雨水を通さず空気のみ通すことが可能な、多孔質フィルム等を貼り付けた通気口を各々に設けると良い。
【００２５】
異常診断装置１００は、測長器１１０と、振動測定装置１２０とを含む。測長器１１０は、制御部１１１と、受信部１１２と、送信部１１３と、距離センサ１１４と、記憶部１１５と、電源部１１６とを含む。これらは、プリント基板の片面または両面に電子部品を取り付けることにより実装される。プリント基板は、剛性の高いガラス入りエポキシ樹脂が望ましい。測長器１１０は、測長器１１０の各構成を収容する一体構造の金属製ハウジングを備えるのが望ましい。金属製ハウジング内に測長器１１０の各構成を収容することにより、鉄道車両１０から発生する電磁波ノイズの侵入を防止することができる。金属製ハウジングは、鉄系金属であることが望ましい。
【００２６】
受信部１１２は、送信装置１３０から距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１を受信した場合、距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１を受信したことを表す信号を制御部１１１へ出力する。
【００２７】
距離センサ１１４は、基準点ＰＳとレール４０との間の距離を測定する。距離センサ１１４は、非接触での測定が可能な超音波式センサあるいはレーザ式センサを含む。たとえばレール上の小さな異物による外乱振動など、わずかな外乱振動をも振動データから排除する必要がある場合、高精度かつ応答速度の速いレーザ式センサを用いることが望ましい。一方、異常診断を簡易的に行ないたい場合には、レーザ式センサよりも精度および応答速度で劣るものの、レーザ式センサよりも安価な超音波式センサを用いることができる。超音波式センサは、音波を出射して広範囲からの反射を検出するため、測定範囲がレーザ式センサよりも広い。また、超音波式センサは、埃あるいは水などの異物が無視できない状況でも測定が可能なため、場所あるいは天候によらず測定が可能である。
【００２８】
記憶部１１５は、たとえば、不揮発性の半導体メモリであるフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read-Only  Memory）または記憶装置であるＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）を含む。記憶部１１５には、距離センサ１１４によって測定された距離データが保存される。
【００２９】
送信部１１３は、振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２および記憶部１１５に保存されている距離データを、ワイヤレス通信あるいは有線通信によって振動測定装置１２０へ送信する。
【００３０】
電源部１１６は、不図示の電池の電力を制御部１１１、受信部１１２、送信部１１３、距離センサ１１４、および記憶部１１５に供給する。電池としては、繰り返し充電が可能なニッケル水素乾電池を使用することができる。
【００３１】
制御部１１１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなプロセッサおよび揮発性メモリを含む。制御部１１１は、測長器１１０を統合的に制御する。制御部１１１は、受信部１１２が距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１を受信した場合、距離センサ１１４が測定した距離データを記憶部１１５に保存する。具体的には、距離センサ１１４からのアナログ出力信号が演算増幅回路およびハイパスフィルタ回路（いずれも不図示）を介して制御部１１１に入力され、当該信号は制御部１１１においてＡ／Ｄ変換された後、記憶部１１５に保存される。制御部１１１は、通常スリープ状態とし、距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１を受信した時点で起動するようにするのが省電力という点で望ましい。距離センサ１１４からのアナログ信号には、たとえばレール４０のうねりによる台車１２の振動成分のような低周波振動成分が含まれる場合がある。当該低周波振動成分は、ハイパスフィルタ回路によって距離データから除去される。
【００３２】
振動測定装置１２０は、制御部１２１と、受信部１２２と、振動センサ１２３と、記憶部１２４と、電源部１２５とを含む。これらは、測長器１１０の各構成と同様に、プリント基板の片面または両面に電子部品を取り付けることにより実装される。プリント基板は、剛性の高いガラス入りエポキシ樹脂が望ましい。振動測定装置１２０は、振動測定装置１２０の各構成を収容する一体構造の金属製ハウジングを備えるのが望ましい。金属製ハウジング内に振動測定装置１２０の各構成を収容することにより、鉄道車両１０から発生する電磁波ノイズの侵入を防止することができる。金属製ハウジングは、鉄系金属であることが望ましい。
【００３３】
受信部１２２は、測長器１１０から振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２を受信した場合、振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２を受信したことを表す信号を制御部１２１へ出力する。
【００３４】
振動センサ１２３は、車軸軸受の振動データを表す信号を制御部１２１へ出力する。振動センサ１２３は、広範囲な周波数の振動を検出可能な圧電式の加速度センサであることが望ましい。
【００３５】
記憶部１２４は、内蔵メモリ１２４１と、着脱式メモリ１２４２とを含む。内蔵メモリ１２４１は、たとえば、不揮発性の半導体メモリであるフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read-Only  Memory）または記憶装置であるＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）を含む。着脱式メモリ１２４２は、ＳＤ（Secure  Digital）カードあるいはＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）メモリのような着脱可能な不揮発性メモリ（不図示）を含む。記憶部１２４には、振動センサ１２３によって測定された振動データが保存される。
【００３６】
電源部１２５は、不図示の電池の電力を制御部１２１、受信部１２２、振動センサ１２３、および記憶部１２４に供給する。電池としては、繰り返し充電が可能なニッケル水素乾電池を使用することができる。
【００３７】
制御部１２１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなプロセッサおよび揮発性メモリを含む。制御部１２１は、振動測定装置１２０を統合的に制御する。制御部１２１は、受信部１２２が振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２を受信した場合、振動センサ１２３が測定した振動データを記憶部１２４に保存する。具体的には、振動センサ１２３からのアナログ出力信号が演算増幅回路およびフィルタ回路（いずれも不図示）を介して制御部１２１に入力され、当該信号は制御部１２１においてＡ／Ｄ変換された後、記憶部１２４に保存される。制御部１２１は、通常スリープ状態とし、振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２を受信した時点で起動するようにするのが省電力という点で望ましい。フィルタ回路は、軸受固有振動数を含めその前後の周波数を取り出すために、所定の通過帯域が設定されたバンドパスフィルタを構成する。フィルタ回路は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの組み合せから構成されても良い。制御部１２１は、車軸軸受に取り付けられた回転速度センサ（不図示）から車軸１３の回転速度信号を取得して鉄道車両１０の速度を算出する。
【００３８】
解析装置８１は、たとえば周波数解析ソフトウェアがインストールされたＰＣ（Personal  Computer）を含む。解析装置８１には、振動測定装置１２０によって測定された振動データが保存された着脱式メモリ１２４２が装着される。解析装置８１は、当該不揮発性メモリから振動データを読み込んでたとえば周波数解析を行なう。
【００３９】
周波数解析においては、車軸軸受（転がり軸受）の転がり面に異常な損傷が発生すると、当該異常に起因する振動が顕著となり、転動体の通過周期でピークが発生することを利用する。予め車軸軸受の損傷状態と異常振動波形のピークのレベルを調査しておき、当該調査結果と振動データの解析結果とを比較することにより異常診断を行なうことができる。
【００４０】
以下ではまず、再び図１を参照しながら１台の台車１２における測長器１１０および振動測定装置１２０の配置について説明した後、図５を参照しながら鉄道車両１０の走行に伴って、図２に示される異常診断システム１によって振動測定が順次開始される様子を説明する。
【００４１】
図１に示されるように、１台の台車１２に対して２台の測長器１１０および２台の振動測定装置１２０が固定されている。２台の測長器１１０は、鉄道車両１０の進行方向において、台車１２の両端部にそれぞれ固定されている。２台の振動測定装置１２０は、鉄道車両１０の進行方向において２台の測長器１１０の間に固定されている。鉄道車両１０の進行方向が方向Ｄ１である場合、進行方向Ｄ１において振動測定装置１２０よりも前方にある測長器１１０が、基準点とレール４０までの距離を測定する。鉄道車両１０の進行方向が方向Ｄ２である場合、進行方向Ｄ２において振動測定装置１２０よりも前方にある測長器１１０が、基準点とレール４０までの距離を測定する。実施の形態１においては、鉄道車両１０の進行方向が方向Ｄ１およびＤ２のいずれでもあっても、測長器１１０が振動測定装置１２０よりも前方に位置することになる。そのため、実施の形態１においては、鉄道車両１０の進行方向が方向Ｄ１およびＤ２のいずれでもあっても、レール４０上の或る測定位置における車軸軸受の振動が振動測定装置１２０によって測定される前に当該測定位置と基準点ＰＳとの距離を測定することができる。
【００４２】
図５は、鉄道車両１０の走行に伴って、図４の異常診断システム１によって振動測定が順次開始される様子を示す図である。図５において、図５（ａ）から図５（ｃ）にかけて、鉄道車両１０が図１の進行方向Ｄ１に進んでいくとする。図５においては、１台の台車１２に固定されている２台の測長器１１０に関して、進行方向Ｄ１において前方に位置する測長器１１０を測長器１１０Ｍとし、後方に位置する測長器１１０を測長器１１０Ｎとする。また、１台の台車１２に固定されている２台の振動測定装置１２０に関して、進行方向Ｄ１において前方に位置する振動測定装置１２０を振動測定装置１２０Ｍとし、後方に位置する振動測定装置１２０を振動測定装置１２０Ｎとする。振動測定装置１２０Ｍが固定されている軸箱（車軸軸受）と測長器１１０Ｍとの間の距離、振動測定装置１２０Ｍが固定されている軸箱（車軸軸受）と振動測定装置１２０Ｎが固定されている軸箱（車軸軸受）との間の距離、および振動測定装置１２０Ｎが固定されている軸箱（車軸軸受）と測長器１１０Ｎとの間の距離をそれぞれ距離Ｌ１１、Ｌ１２、およびＬ１１とする。距離Ｌ１１は、予め振動測定装置１２０Ｍ，１２０Ｎの記憶部に保存されており、距離Ｌ１２も同様であるとする。
【００４３】
図５（ａ）に示されるように、送信装置１３０は、レール４０に沿って配置され、レール４０上の測定開始点Ｐ１に向けて距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１を送信する。測長器１１０Ｍは、測定開始点Ｐ１に到達し距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１を受信すると、基準点ＰＳとレール４０との距離を測定した後、振動測定装置１２０Ｍ，１２０Ｎに振動測定トリガ信号を送信する。
【００４４】
振動測定装置１２０Ｍは、振動測定トリガ信号を受信すると、距離Ｌ１１および鉄道車両１０の移動速度に基づいて、振動測定装置１２０Ｍが固定されている軸箱が測定開始点Ｐ１を通過する時刻を算出し、当該時刻から振動測定を開始する（図５（ｂ））。振動測定装置１２０Ｍは、振動測定トリガ信号を受信した時刻から測定開始点Ｐ１を通過する時刻までの時間間隔をタイマーに設定し、測定開始点Ｐ１を通過する時刻まで待機する。
【００４５】
振動測定装置１２０Ｎは、振動測定トリガ信号を受信すると、距離Ｌ１１，Ｌ１２および鉄道車両１０の移動速度に基づいて、振動測定装置１２０Ｎが固定されている軸箱が測定開始点Ｐ１を通過する時刻を算出し、当該時刻から振動測定を開始する（図５（ｃ））。振動測定装置１２０Ｎは、振動測定トリガ信号を受信した時刻から測定開始点Ｐ１を通過する時刻までの時間間隔をタイマーに設定し、測定開始点Ｐ１を通過する時刻まで待機する。
【００４６】
鉄道車両１０の進行方向が方向Ｄ２である場合、測長器１１０Ｍに代わって測長器１１０Ｎが、レール４０上の或る測定位置における振動が振動測定装置１２０Ｍ，１２０Ｎによって測定される前に当該測定位置と基準点ＰＳとの距離を測定する。測長器１１０Ｎが振動測定装置１２０Ｍ，１２０Ｎに振動測定トリガ信号を送信することにより、鉄道車両１０の進行方向が方向Ｄ１である場合と同様の振動測定が可能になる。
【００４７】
外乱振動を発生させる要因には、鉄道車両１０が通過後にも残存するものと、解消されるものがある。たとえば図２に示されるようなレールの継ぎ目Ｇ１は、鉄道車両が継ぎ目Ｇ１を通過後も残存する。一方で、図３に示されるレール４０上の異物ＦＳ１は、鉄道車両１０が異物ＦＳ１を通過後、レール４０上からなくなる場合が多い。そのため、異物ＦＳ１のように鉄道車両１０が通過後は解消する可能性の高い発生要因に基づく外乱振動を振動データから除外するためには、鉄道車両１０が通過して当該発生要因がなくなる前に、当該発生要因のレール４０上の位置における基準点ＰＳとレール４０との間の距離を測定する必要がある。
【００４８】
上述したように、実施の形態１においては、鉄道車両１０の進行方向が方向Ｄ１およびＤ２のいずれでもあっても、レール４０上の或る測定位置における車軸軸受の振動が振動測定装置１２０によって測定される前に当該測定位置と基準点ＰＳとの距離を測定することができる。したがって、当該測定位置に鉄道車両１０が通過後は解消する可能性のある外乱振動の発生要因が位置する場合であっても、当該発生要因に基づく外乱振動を振動データから除外することができる。
【００４９】
図６は、図４の測長器１１０の制御部１１１によって行なわれる距離測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。図６に示される処理は、距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１が受信された場合に、測長器１１０の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって呼び出される。以下ではステップを単にＳと記載する。
【００５０】
図６に示されるように、制御部１１１は、Ｓ１１１において、振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２を振動測定装置１２０に送信し、処理をＳ１１２に進める。制御部１１１は、Ｓ１１２において、基準点ＰＳからレール４０までの距離Ｌｘを測定し、処理をＳ１１３に進める。制御部１１１は、Ｓ１１３において距離データを記憶部１１５に保存し、処理をＳ１１４に進める。制御部１１１は、Ｓ１１４において、距離データから低周波成分を除去し、処理をＳ１１５に進める。制御部１１１は、Ｓ１１５において、距離Ｌｘが所定の範囲（（Ｌ１−δ１）＜Ｌｘ＜（Ｌ１＋δ１））内にあるか否かを判定する。許容変位δ１は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。距離Ｌｘが所定の範囲内にある場合（Ｓ１１５においてＹＥＳ）、制御部１１１は、Ｓ１１６において距離データを振動測定装置１２０に送信し、処理をメインルーチンに返す。距離Ｌｘが所定の範囲内にない場合（Ｓ１１５においてＮＯ）、制御部１１１は、外乱振動の発生要因が距離Ｌｘを測定した位置に存在するとして、Ｓ１１７において距離データを記憶部１１５から削除し、処理をメインルーチンに返す。
【００５１】
図７は、図４の振動測定装置１２０の制御部１２１によって行なわれる振動測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。図７に示される処理は、振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２が受信された場合に、振動測定装置１２０の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって呼び出される。
【００５２】
図７に示されるように、制御部１２１は、Ｓ１２１において、鉄道車両１０の移動速度を算出し、処理をＳ１２２に進める。制御部１２１は、Ｓ１２２において、鉄道車両１０の移動速度および軸箱１１と測長器１１０との間の距離から、測長器１１０が距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１を受信した位置を車軸軸受が通過する時刻を算出し、当該時刻まで待機する。制御部１２１は、当該時刻まで待機した後、処理をＳ１２３に進める。
【００５３】
制御部１２１は、Ｓ１２３において振動データを測定し、処理をＳ１２４に進める。制御部１２１は、Ｓ１２４において測定した振動データを内蔵メモリ１２４１に保存し、処理をＳ１２５に進める。制御部１２１は、Ｓ１２５において、振動が測定された車軸軸受の位置における距離データを測長器１１０から受信しているか否かを判定する。振動が測定された車軸軸受の位置における距離データを測長器１１０から受信している場合（Ｓ１２５においてＹＥＳ）、制御部１２１は、Ｓ１２６において内蔵メモリ１２４１に保存されている振動データに対して異常診断を行ない、処理をＳ１２７に進める。制御部１２１は、Ｓ１２７において振動データおよび診断結果を着脱式メモリ１２４２に保存し処理をメインルーチンに返す。振動が測定された車軸軸受の位置における距離データを測長器１１０から受信していない場合（Ｓ１２５においてＮＯ）、振動データには外乱振動のデータが含まれているとして、制御部１２１は、Ｓ１２８において振動データを内蔵メモリ１２４１から削除して、処理をメインルーチンに返す。
【００５４】
以上、実施の形態１によれば、基準点と軌道との距離が所定の範囲にない場合、振動データには外乱振動のデータが含まれる可能性が高いため、当該データは異常診断において用いられない。そのため、外乱振動が除外された振動データによる異常診断が可能になる。その結果、異常診断の精度を向上させることができる。
【００５５】
また、実施の形態１によれば、測定位置に、振動測定の対象物が通過後は解消する可能性のある外乱振動の発生要因が位置する場合であっても、振動測定の対象物の軌道に沿った進行方向に関わらず、当該発生要因に基づく外乱振動を振動データから除外することができる。
【００５６】
［実施の形態１の変形例］
実施の形態１において距離測定トリガ信号は、レールに沿って配置されている送信装置から送信される。送信装置は、レールに沿って配置されている必要は無い。実施の形態１の変形例においては、送信装置が、地球の周りの軌道上を周回する人工衛星である場合について説明する。
【００５７】
実施の形態１の変形例と実施の形態１との違いは、測定器による距離測定がＧＰＳ（Global  Positioning  System）信号を含む人工衛星からの距離測定トリガ信号によって開始される点である。すなわち、実施の形態１における図４および図６が、図８および図９にそれぞれ置き換わる。それ以外の点については同様であるため説明を繰り返さない。
【００５８】
図８は、実施の形態１の変形例に係る異常診断システム１Ａの機能構成を説明するための機能ブロック図である。図８に示されるように、異常診断システム１Ａにおいては、図４に示される異常診断システム１の構成のうち、送信装置１３０が人工衛星１３０Ａに置き換わり、異常診断装置１００が異常診断装置１００Ａに置き換えられている。
【００５９】
人工衛星１３０Ａは、ＧＰＳ信号を含む距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１Ａを異常診断装置１００Ａに送信する。
【００６０】
異常診断装置１００Ａの構成は、図４に示される異常診断装置１００の構成のうち、測長器１１０が測長器１１０Ａに置き換えられた構成である。測長器１１０Ａの構成は、図４に示される測長器１１０の構成のうち、制御部１１１および受信部１１２が、制御部１１１Ａおよび受信部１１２Ａにそれぞれ置き換えられた構成である。それ以外の構成は同じであるため説明を繰り返さない。
【００６１】
受信部１１２Ａは、人工衛星１３０Ａからの距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１Ａを受信した場合、距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１Ａに含まれるＧＰＳ信号によって指定される位置を表す信号を制御部１１１Ａへ出力する。
【００６２】
制御部１１１Ａは、距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１Ａに含まれるＧＰＳ信号によって指定される位置が、記憶部１１５に予め保存されている所定の地域に含まれる場合に、距離測定を開始する。
【００６３】
図９は、図８の測長器１１０Ａの制御部１１１Ａによって行なわれる距離測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。図９に示される処理は、距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１Ａが受信された場合に、測長器１１０Ａの統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって呼び出される。図９に示されるフローチャートは、図６に示されるフローチャートの最初にＳ１２１が追加されたフローチャートである。Ｓ１２１以外の処理は同様であるため説明を繰り返さない。
【００６４】
図９に示されるように、制御部１１１Ａは、Ｓ１２１において距離測定トリガ信号Ｔｒｇ１Ａに含まれるＧＰＳ信号によって指定される位置が所定の地域に含まれるか否かを判定する。当該ＧＰＳ信号によって指定される位置が所定の地域に含まれる場合（Ｓ１２１においてＹＥＳ）、制御部１１１Ａは、実施の形態１と同様にＳ１１１〜Ｓ１１７を行なった後、処理をメインルーチンに返す。当該ＧＰＳ信号によって指定される位置が所定の地域に含まれない場合（Ｓ１２１においてＮＯ）、制御部１１１Ａは、距離測定を行なわずに処理をメインルーチンに返す。
【００６５】
以上、実施の形態１の変形例によれば、実施の形態１と同様に、外乱振動が除外された振動データを用いることにより、異常診断の精度を向上させることができる。
【００６６】
また、実施の形態１の変形例によれば、距離測定トリガ信号を送信する送信装置を振動測定の対象物が移動する軌道に沿って配置する必要がない。振動測定を行なう範囲の設定は、異常診断装置に所望の地域を入力するだけで足りる。そのため、振動測定を行なう範囲を柔軟に設定および変更することができる。
【００６７】
［実施の形態２］
実施の形態１においては、振動測定装置の記憶部に保存されたデータを着脱可能な不揮発性メモリによって解析装置に移す場合について説明した。実施の形態２においては、ワイヤレス通信を用いて当該データを解析装置に送信する場合について説明する。
【００６８】
実施の形態１と２との違いは、振動測定装置および異常診断システムである。すなわち、実施の形態１の図４に示される異常診断装置１００が図１０に示される異常診断装置２００に置き換えられ、図４に示される異常診断システム１が、図１１に示される異常診断システム２に置き換えられ、図７に示される振動測定の処理が図１２に示される振動測定の処理に置き換えられる。それ以外の構成については同様であるため、その説明は繰り返さない。
【００６９】
図１０は、実施の形態２に係る異常診断装置２００の機能構成を説明するための機能ブロック図である。図１０に示されるように、異常診断装置２００の構成は、図４の振動測定装置１２０が振動測定装置２２０に置き換えられた構成である。振動測定装置２２０の構成は、図４に示される振動測定装置１２０の構成に通信部２２６が加えられるとともに、図４に示される制御部１２１および電源部１２５が制御部２２１および電源部２２５にそれぞれ置き換えられた構成である。それ以外の構成については同様であるため説明を繰り返さない。
【００７０】
電源部２２５は、不図示の電池の電力を制御部２２１、受信部１２２、振動センサ１２３、記憶部１２４、および通信部２２６に供給する。電池として繰り返し充電が可能なニッケル水素乾電池を使用することができることは実施の形態１と同様である。
【００７１】
通信部２２６は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠した通信方法を用いてデータ収集装置６０に振動データと異常診断装置２００を識別するための情報（ＩＤ）とを送信する。ＺｉｇＢｅｅに準拠した通信方法は、一般的に、他の通信規格に準拠した通信方法よりも消費電力が少ない。そのため、ＺｉｇＢｅｅに準拠した通信方法を用いることにより消費電力を抑制することができる。送信データには、たとえば測定日、異常診断装置２００が固定された車軸軸受を識別するための情報（たとえば機種あるいは型番）、あるいは異常診断装置２００が設置された位置情報が含まれていることが望ましい。振動測定装置２２０とデータ収集装置６０との通信には中継器（図示せず）を介しても構わない。通信部２２６は、不図示の通信回路およびアンテナを含む。
【００７２】
制御部２２１は、振動測定装置２２０を統合的に制御する。制御部２２１は、受信部１２２が振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２を受信した場合、図４の制御部１２１と同様に、振動センサ１２３が測定した振動データを記憶部１２４に保存するとともに鉄道車両１０の速度を算出する。制御部２２１は、通信部２２６を制御して外部の装置との通信を行なう。
【００７３】
図１１は、実施の形態２に係る異常診断システム２の構成の概略を示す図である。図１１に示されるように、異常診断システム２は、複数の異常診断装置２００と、データ収集装置６０と、データ蓄積サーバ７０と、解析装置８２とを備える。
【００７４】
データ収集装置６０は、振動測定装置２２０から送信されたデータを収集する。データ収集装置６０は、収集したデータを電話回線によりデータ蓄積サーバ７０に送信する。
【００７５】
データ蓄積サーバ７０は、データ収集装置６０からの送信データに含まれる振動データとＩＤとを関連付けて保存する。さらに、データ蓄積サーバ７０は、受信したＩＤに基づいて、振動データをたとえば異常診断装置２００が固定された車両毎、台車毎、あるいは軸箱毎に分類して管理する。
【００７６】
解析装置８２は、ＬＡＮ（Local  Area  Network）、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＺｉｇＢｅｅに準拠した通信方法を用いてデータ蓄積サーバ７０にアクセスし、振動データを取得する。解析装置８２は、取得した振動データに基づき、周波数解析を行ない、その結果を表示する。解析装置８２は、解析の結果を保存すると共に、データ蓄積サーバ７０に解析の結果とＩＤとを送信する。データ蓄積サーバ７０は当該解析の結果とＩＤとをバックアップとして保存する。データ蓄積サーバ７０においては、解析の結果とＩＤとが関連付けられて管理される。解析装置８２は、周波数解析のピーク値（振幅、速度、または加速度）が所定の閾値以上となった場合には、所定の送信先に、異常な振動が発生した旨の警告を発信する。上記閾値は、軽度の異常振動に対応する値から重度の異常振動に対応する値まで段階的に設定しても構わない。
【００７７】
周波数解析は、データ蓄積サーバ７０で行なってもよい。その場合、データ蓄積サーバは、周波数解析の結果をパーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、またはＰＤＡなどの閲覧端末９０に送信する。ユーザは閲覧端末９０により異常診断装置２００のＩＤ毎に異常診断の結果を閲覧することができる。そのため、ユーザは、解析装置８２から離れていても、異常診断の結果を閲覧することができる。その結果、異常診断システム２の管理者だけではなく、鉄道車両１０を含む周辺機器の管理者も異常診断の結果を確認することができる。また、異常診断システム２を介して軸受交換情報などのメンテナンス情報の確認、あるいは車軸軸受の発注なども行なうことができる。また、振動データ、周波数解析の結果、異常診断の結果、あるいは診断基準（閾値）などは、データ蓄積サーバ７０あるいは解析装置８２に保存されてもよい。
【００７８】
図１２は、図１０の振動測定装置２２０の制御部２２１によって行なわれる振動測定処理の流れを説明するためのフローチャートである。図１２に示される処理は、振動測定トリガ信号Ｔｒｇ２が受信された場合に、振動測定装置２２０の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって呼び出される。図１２に示されるフローチャートは、図７に示されるフローチャートのＳ１２７がＳ２２７に置き換えられたフローチャートである。Ｓ２２７以外の処理は同様であるため説明を繰り返さない。
【００７９】
図１２に示されるように、制御部２２１は、実施の形態１と同様にＳ１２１〜Ｓ１２６を行なった後、Ｓ２２７において振動データおよび診断結果をデータ収集装置６０に送信して処理をメインルーチンに返す。
【００８０】
以上、実施の形態２に係る異常診断システムによれば、基準点と軌道との距離が所定の範囲にない場合、振動データには外乱振動のデータが含まれる可能性が高いため、当該データは異常診断において用いられない。そのため、外乱振動が除外された振動データによる異常診断が可能になる。その結果、異常診断の精度を向上させることができる。
【００８１】
実施の形態２に係る異常診断システムにおいては、振動測定装置が外部とワイヤレス通信することができる。そのため、通信のための配線の必要がない。また、実施の形態１に係る異常診断システムとは異なり、異常診断装置から振動データを取り出す必要がない。その結果、遠隔地における振動データの解析が容易になる。
【００８２】
実施の形態２に係る異常診断システムにおいては、振動測定装置がデータ収集装置に振動データとＩＤとを送信する。データ収集装置は、受信した振動データとＩＤとをデータ蓄積サーバに送信する。そのため、データ蓄積サーバは、受信した振動データがどの異常診断装置によって測定されたものかを特定することができる。異常診断システムは、複数の異常診断装置からの振動データの管理を容易にする。
【００８３】
今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８４】
１，１Ａ，２  異常診断システム、１０  鉄道車両、１１  軸箱、１２  台車、１３  車軸、１４  ボルト、１５  車輪、４０  レール、６０  データ収集装置、７０  データ蓄積サーバ、８１，８２  解析装置、９０  閲覧端末、１００，１００Ａ，２００  異常診断装置、１１０，１１０Ａ，１１０Ｍ，１１０Ｎ  測長器、１１１，１１１Ａ，１２１，２２１  制御部、１１２，１１２Ａ，１２２  受信部、１１３  送信部、１１４  距離センサ、１１５，１２４  記憶部、１１６，１２５，２２５  電源部、１２０，１２０Ｍ，１２０Ｎ，２２０  振動測定装置、１２３  振動センサ、１３０  送信装置、１３０Ａ  人工衛星、２２６  通信部、１２４１  内蔵メモリ、１２４２  着脱式メモリ。
【図１】
2018081003.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018081003.tif 000011
【図１０】
2018081003.tif 000012
【図１１】
2018081003.tif 000013
【図１２】
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