(57)【要約】  【課題】  監視対象の状態を示すパラメータを簡易的に計算する方法、このパラメータを用いて監視対象を監視する方法、パラメータ計算装置、状態監視装置、状態監視システム、及びコンピュータプログラムを提供する。  【解決手段】  転がり軸受け等の監視対象に以上が発生した場合は、監視対象の状態を示す波形データに所定範囲外の大なるピーク値を有する連続した大ピークが含まれる。監視対象の状態を示す波形データをセンサ３１で計測してデータ取得装置３２が取得し、状態監視装置１は、ピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値ｍ、最大ピーク値と所定範囲内のピーク値との比率ｐ、及び連続した大ピークの数を２ｑとしたｑの値を用いて、監視対象の状態を示すパラメータを計算し、監視対象の状態を判定する。【選択図】        図１
2005196701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する方法であって、
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を前記記憶部で記憶し、
前記波形データのパラメータの標準の値ＫＴN を前記記憶部で記憶し、
前記波形データのパラメータＫＴを、下記の演算式
【数１】
2005196701.tif 000021
に基づいて前記演算部で計算すること
を特徴とするパラメータ計算方法。
【請求項２】
情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する方法であって、
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を前記記憶部で記憶し、
前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【数２】
2005196701.tif 000022
に基づいて前記演算部で計算すること
を特徴とするパラメータ計算方法。
【請求項３】
情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を前記受付部で受け付け、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を前記記憶部で記憶し、
前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【数３】
2005196701.tif 000023
に基づいて前記演算部で計算し、
前記演算部で計算したパラメータＦａの値に応じて前記監視対象の状態を演算部で判定すること
を特徴とする状態監視方法。
【請求項４】
所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する装置であって、
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を受け付ける手段と、
前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を受け付ける手段と、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を記憶する手段と、
前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【数４】
2005196701.tif 000024
に基づいて計算する手段と
を備えることを特徴とするパラメータ計算装置。
【請求項５】
所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視する装置であって、
前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を受け付ける手段と、
前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を受け付ける手段と、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を記憶する手段と、
前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【数５】
2005196701.tif 000025
に基づいて計算する手段と、
該手段が計算したパラメータＫＴの値に応じて前記監視対象の状態を判定する手段と
を備えることを特徴とする状態監視装置。
【請求項６】
所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視するシステムであって、
前記波形データを取得するデータ取得装置と、
該手段が取得した前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を求める手段と、
前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を求める手段と、
前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を用いて、前記監視対象の状態の判定基準となる前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【数６】
2005196701.tif 000026
に基づいて計算する計算装置と
を備えることを特徴とする状態監視システム。
【請求項７】
コンピュータに、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算させるコンピュータプログラムであって、
コンピュータに、前記波形データにおける前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値、及び前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を読み込ませる手順と、
コンピュータに、前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【数７】
2005196701.tif 000027
に基づいて計算させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項８】
コンピュータに、所定範囲内のピーク値を有する複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視させるコンピュータプログラムであって、
コンピュータに、前記波形データにおける前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値、及び前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を読み込ませる手順と、
コンピュータに、前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【数８】
2005196701.tif 000028
に基づいて計算させる手順と、
コンピュータに、計算したパラメータＦａの値に応じて前記監視対象の状態を判定させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期運動体などの各種の設備を監視するための技術に関し、複数のピークを含む波形データのパラメータを計算する方法、その実施に用いるパラメータ計算装置、コンピュータをパラメータ計算装置として実現するためのコンピュータプログラム、計算されたパラメータを用いて工場内の設備などの監視対象の状態を監視する状態監視方法、状態監視システム、状態監視装置、及びコンピュータを状態監視装置として実現するためのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場で用いられる生産設備又は公共施設で用いられる公共設備などの各種の設備を、故障の発生を予防すべく保全する方法として、定期的に設備を点検して保全する方法（ＴＢＭ:Time Based preventive Maintenance）が従来用いられてきた。また、ＴＢＭの他には、設備の状態を恒常的に監視し、設備の状態が所定の基準にまで劣化した場合に保全する方法（ＣＢＭ：Condition Based preventive Maintenance）が知られている。ＣＢＭは、ＴＢＭによる保全後の初期故障を回避することができること、及びＴＢＭに比して保全コストの抑制が容易であることなどの利点があるので、近年ではＴＢＭに代わってＣＢＭが普及し始めている。
【０００３】
ＣＢＭを実現するためには、設備の状態を示す動作回数、温度、又は振動などのデータを取得して設備の状態を監視し、可及的速やかに異常の兆候を捉えることができる状態監視方法の確立が望まれる。設備の分野によって設備の状態を示すデータが異なるため、従来より様々な状態監視方法が提案されている。例えば振動体の分野では、振動の振幅を２乗平均した値の平方根であるＲＭＳ（Root Mean Square）値を用いる方法が知られている。ＲＭＳ値を用いた状態監視方法では、振動の振幅をデータとして取得し、取得した振幅を２乗平均した値の平方根であるＲＭＳ値を計算し、計算したＲＭＳ値が基準よりも大きくなったときに、振動の振幅が大きくなっているので設備が異常な状態であると判定することができる。
【０００４】
しかし、ＲＭＳ値は正規化されていない指標であるため、部品の大きさ又は振動数などの条件の違いによって変化するので、個々の設備について基準を定める必要がある。このため、汎用的に利用できる正規化された指標が必要となる。このような指標の例として、取得したデータの周波数成分間の相関を正規化したバイコヒーレンスが知られている。
【０００５】
振動信号などの基本周期Ｔを有する連続的なデータを時間ｔの関数ｘ（ｔ）とし、データに含まれる任意の二つの周波数ｆ1 ，ｆ2 とした場合に、バイコヒーレンスＢｉｃxxx（ｆ1 ，ｆ2 ）は、下記式で定義される。
【０００６】
【数１】
2005196701.tif 000003
【０００７】
バイコヒーレンスは各周波数の関わり合いを示すバイスペクトルをパワースペクトルで正規化した値であり、各周波数の関わり合いの大きさを示している。バイコヒーレンスの値は、
０＜Ｂｉｃxxx （ｆ1，ｆ2 ）＜１
であり、周波数ｆ1 とｆ2 との関わり合いが大きい場合は１へ近づき、関わり合いが小さい場合は０へ近づく。特許文献１及び特許文献２には、設備が正常である間はバイコヒーレンスの値は１に近く、設備に異常が生じたときにはバイコヒーレンスの値が０へ近づくので、データからバイコヒーレンスを計算してどの程度０に近づいているかを調べることによって感度良く設備の異常を検知できることが開示されている。
また、設備の状態監視に利用可能な他の指標の例として、振動体の異常検知に利用される尖度（Kurtosis）があげられる。尖度は、確率過程において確率密度関数の４次中心モーメントを正規化した値である。時間ｔの関数ｘ（ｔ）を、平均値バーｘの定常確率過程とし、その確率密度関数をｐ（ｘ）とする。このとき、ｘの平均値バーｘ及び分散σ2は下記式で表される。
【０００８】
【数２】
2005196701.tif 000004
【０００９】
データｘの４次中心モーメントＭＴ（４）、及びこの４次中心モーメントＭＴ（４）を標準偏差の４乗（分散の２乗）で正規化した値である尖度ＫＴは、下記式で定義される。
【００１０】
【数３】
2005196701.tif 000005
【００１１】
監視対象から得られるデータは離散的なデータであるので、尖度は離散時間系で記述する必要がある。サンプリング間隔をΔｔとすると、監視対象から得られるデータｘk は以下のように表される。
ｘk ＝ｘ（ｋΔｔ）    ｋ＝１，２，…
監視対象からＭ個のデータｘk が得られた場合、データの平均値バーｘ、分散σ2 、４次中心モーメントＭＴ（４）及び尖度ＫＴは下記式で表される。
【００１２】
【数４】
2005196701.tif 000006
【００１３】
データの分布が正規分布に従っている場合、正規分布の定義によりＫＴ＝３．０となる。尖度の値が３．０よりも大きい場合は、データの分布は正規分布よりも尖っていることになり、尖度の値が３．０よりも小さい場合は、データの分布は正規分布よりもなだらかであることになる。設備に異常が生じてデータの中に振幅の大きいデータが混在するときには、データの分布の尖りぐあいが正規分布よりもなだらかになるので尖度は３．０よりも大きくなる。従って、監視対象から得られたデータから尖度を計算することによって設備の異常を検出することができる。
【特許文献１】特公昭６２−６００１１号公報
【特許文献２】特公昭６４−４６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
一般的に、工場内でＣＢＭを行う場合は各設備にセンサを備え、センサが取得したデータをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、マイクロコンピュータ、ミニコンピュータ又はプロセスコンピュータ等の演算装置がオンラインで蓄積し、蓄積したデータを処理して設備監視を行う。工場内の設備の挙動は高速であるので、演算能力が低い演算装置を用いた場合は、演算装置の処理速度に比してデータが蓄積される速度の方が速い。そのため、設備異常の検知の失敗、又は失敗ではないにしても設備異常の検知の遅れが発生する可能性がある。また、尖度を計算する式が複雑であるため、データを見た作業員がデータから尖度を計算して設備の状態を把握することが困難であるという問題がある。
【００１５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、振動の波形データなどの監視対象の状態を示す蓄積された複数のデータからなる波形データから、複数のデータの尖度であるパラメータ、又は尖度と監視対象が正常時の尖度との比であるパラメータを簡易的に計算することが可能なパラメータ計算方法、その実施に用いるパラメータ計算装置、及びコンピュータを該パラメータ計算装置として実現するためのコンピュータプログラムを提供することにある。
【００１６】
更に、本発明の他の目的とするところは、簡易的に計算したパラメータを用いて確実に監視対象の状態の変化を検知することができる状態監視方法、状態監視装置、状態監視システム、コンピュータを前記状態監視装置として実現するためのコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１発明に係るパラメータ計算方法は、情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する方法であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を前記受付部で受け付け、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を前記受付部で受け付け、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を前記記憶部で記憶し、前記波形データのパラメータの標準の値ＫＴN を前記記憶部で記憶し、前記波形データのパラメータＫＴを、下記の演算式
【００１８】
【数５】
2005196701.tif 000007
【００１９】
に基づいて前記演算部で計算することを特徴とする。
【００２０】
第２発明に係るパラメータ計算方法は、情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する方法であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を前記受付部で受け付け、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を前記受付部で受け付け、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を前記記憶部で記憶し、前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【００２１】
【数６】
2005196701.tif 000008
【００２２】
に基づいて前記演算部で計算することを特徴とする。
【００２３】
第３発明に係る状態監視方法は、情報を受け付ける受付部、情報を記憶する記憶部及び演算部を備えた計算装置を用いて、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視する方法であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を前記受付部で受け付け、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を前記受付部で受け付け、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を前記記憶部で記憶し、前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【００２４】
【数７】
2005196701.tif 000009
【００２５】
に基づいて前記演算部で計算し、前記演算部で計算したパラメータＦａの値に応じて前記監視対象の状態を演算部で判定することを特徴とする。
【００２６】
第４発明に係るパラメータ計算装置は、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算する装置であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を受け付ける手段と、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を受け付ける手段と、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を記憶する手段と、前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【００２７】
【数８】
2005196701.tif 000010
【００２８】
に基づいて計算する手段とを備えることを特徴とする。
【００２９】
第５発明に係る状態監視装置は、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視する装置であって、前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を受け付ける手段と、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を受け付ける手段と、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を記憶する手段と、前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【００３０】
【数９】
2005196701.tif 000011
【００３１】
に基づいて計算する手段と、該手段が計算したパラメータＫＴの値に応じて前記監視対象の状態を判定する手段とを備えることを特徴とする。
【００３２】
第６発明に係る状態監視システムは、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視するシステムであって、前記波形データを取得するデータ取得装置と、該手段が取得した前記波形データについて前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）を求める手段と、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値を求める手段と、前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を用いて、前記監視対象の状態の判定基準となる前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【００３３】
【数１０】
2005196701.tif 000012
【００３４】
に基づいて計算する計算装置とを備えることを特徴とする。
【００３５】
第７発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、所定範囲内のピーク値を有する連続した複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む波形データのパラメータを計算させるコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記波形データにおける前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値、及び前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を読み込ませる手順と、コンピュータに、前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【００３６】
【数１１】
2005196701.tif 000013
【００３７】
に基づいて計算させる手順とを含むことを特徴とする。
【００３８】
第８発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、所定範囲内のピーク値を有する複数のピークと、ピーク値が前記所定範囲外で順に増加して減少する連続した複数の大ピークとを交互に含む、監視対象の状態を示す波形データに基づいて、前記監視対象の状態を監視させるコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記波形データにおける前記所定範囲内のピーク値に対する前記複数の大ピークの最大ピーク値の比率ｐ（ｐは１以上の実数）、前記連続した複数の大ピークの数を２ｑ（ｑは自然数）としたｑの値、及び前記連続した複数のピークの数と前記連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ（ｍは自然数）を読み込ませる手順と、コンピュータに、前記波形データのパラメータＦａを、下記の演算式
【００３９】
【数１２】
2005196701.tif 000014
【００４０】
に基づいて計算させる手順と、コンピュータに、計算したパラメータＦａの値に応じて前記監視対象の状態を判定させる手順とを含むことを特徴とする。
【００４１】
本願発明者は、周期運動体から得られる波形データについて初期異常時に認められる波形データの挙動に着目し、波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータ、又は尖度と監視対象が正常時の尖度との比であるパラメータを簡易的に計算する方法を案出した。
【００４２】
監視対象から得られるデータとして転がり軸受けの振動などの周期運動体から得られるデータを考える。図６は、周期運動体から得られる振動を示す波形データの例を示す模式的特性図である。横軸は時間を示し、縦軸は振動を示す。転がり軸受けの場合、転動体が軸に接触する都度大なる振動が発生する。この振動をセンサで測定した場合には図６（ａ）に示す如き転動体が軸に接触する都度振動の変位がピークを形成する波形データが得られる。転がり軸受けの転動体に傷が生じるなどの初期異常が発生した場合は、周期運動体は正常時に比して大なる振動を発生する。例えばｍ（ｍは自然数）個の転動体から構成される転がり軸受けにおいて一の転動体に傷が生じた場合、傷の生じた転動体が軸に接触するときには他の転動体が軸に接触するときに比してより大なる振動が発生する。また、この大なる振動の発生に伴って、正常時の振動から徐々に大きくなる前震的な振動と大なる振動から徐々に小さくなる余震的な振動とが前後に派生することが多い。従って、初期異常時の監視対象からは、図６（ｂ）に示す如く、ピークの大きさが正常時の大きさから順に大きくなって最大の大きさから正常時の大きさにまで順に小さくなる連続したピークが周期的に発生する波形データが得られる。
【００４３】
ここで、ピークの大きさが正常時よりも大なるピーク（以下大ピークと言う）は２ｑ（ｑは自然数）個が連続して周期的に発生し、連続した大ピークの中で前半のｑ個の大ピークの大きさと後半のｑ個の大ピークの大きさとは左右対称であると仮定する。また、ピークの大きさが最大である大ピーク（以下最大ピークと言う）の大きさと正常時のピークの大きさとの比率をｐ：１とする。更に、連続した大ピークの後半の部分について、最大ピークを１番目として各大ピークに番号を付けたときの番号に比例して大ピークの大きさが減衰し、（ｑ＋１）番目のピークの大きさは正常時のピークの大きさであると仮定する。このとき、正常時のピークの大きさに対する各大ピークの大きさの比率ｒは下記（１）式で表される。
ｒ＝ｐ−（ｉ−１）（ｐ−１）／ｑ    ｉ＝１，２，…，ｑ    …（１）
【００４４】
ｍ個の転動体から構成される転がり軸受けにおいては、ｍ回に１回同じ転動体が軸に接触して同じ振動を発生させるので、初期異常時の波形データには連続した大ピークの一群がｍ個のピーク毎に含まれることとなる。従って、初期異常時に監視対象からは（１）式においてｉ＝１〜ｑである大ピークの夫々がｍ個のピーク毎に２個ずつ含まれる波形データが得られる。このとき、ピークの大きさが正常時の大きさである連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値がｍである。
【００４５】
以上のモデルに基づいた波形データをサンプリング定理に基づく周期でサンプリングすると、振動の値をデータｘk の値としたデータ列｛ｘk ｝が得られる。このデータ列｛ｘk｝の平均値は０である。また、初期異常時の監視対象から得られたデータ列｛ｘk ｝には、（１）式においてｉ＝１〜ｑである大ピークの夫々に対応するデータが２／ｍの割合で含まれる。
【００４６】
正常時の監視対象からＮ個のデータが得られた場合のデータ列｛ｘk ：ｋ＝１，２，…，Ｎ｝の分散、４次中心モーメント及び尖度を、夫々σN2，ＭＴN（４）及びＫＴN とおく。また、初期異常時の監視対象から得られたデータ列の分散、４次中心モーメント及び尖度を、夫々σ2，ＭＴ（４）及びＫＴとおく。平均をバーｘとおき、大ピーク以外の部分に対応するデータの値をｘk ’とおくと、初期異常時の分散σ2は下記（２）式で表すことができる。
【００４７】
【数１３】
2005196701.tif 000015
【００４８】
平均値バーｘは０であるので、（２）式は更に下記（３）式で表現することができる。
【００４９】
【数１４】
2005196701.tif 000016
【００５０】
同様にして、初期異常時の４次中心モーメントＭＴ（４）は下記（４）式で表すことができる。
【００５１】
【数１５】
2005196701.tif 000017
【００５２】
なお、（３）式および（４）式を求めるに当たっては下記の公式を用いた。
【００５３】
【数１６】
2005196701.tif 000018
【００５４】
（３）式および（４）式により、初期異常時の尖度ＫＴは下記（５）式で表すことができる。
【００５５】
【数１７】
2005196701.tif 000019
【００５６】
（５）式を用いることにより、ｍ、ｐ及びｑの値と監視対象が正常であるときの尖度ＫＴN の値とから、初期異常時の尖度ＫＴを求めることができる。また、正常時の監視対象から得られるデータ列が正規分布に従う場合は、正常時の尖度ＫＴNの値３．０から（５）式を用いて初期異常時の尖度ＫＴを求めることもできる。更に、監視対象から得られたデータ列の尖度ＫＴと正常時での尖度ＫＴNとの比Ｆａ＝ＫＴ／ＫＴN は下記（６）式で表すことができる。
【００５７】
【数１８】
2005196701.tif 000020
【００５８】
（６）式により、監視対象から得られたデータ列の尖度ＫＴと正常時での尖度ＫＴN との比であるパラメータＦａを簡易的に求めることができる。
【００５９】
以上の如くにして、振動のデータ等の監視対象の状態を示す波形データが得られた場合には、ｍ、ｐ及びｑの値を知ることによって波形データについてのパラメータＫＴ及びＦａを計算することができる。多くの場合においては連続的な波形データを得ることは困難であるので、サンプリング定理に基づく周期などの所定の周期で振動の値などの監視対象の状態を測定して得られたデータ列｛ｘk ｝で波形データを構成し、データ列の尖度であるパラメータＫＴとパラメータＦａとを計算することができる。監視対象が正常であってデータ列｛ｘk｝が正規分布に従う場合は、パラメータＫＴは３．０であり、パラメータＦａは１．０である。監視対象から得られたデータについてパラメータＫＴ又はパラメータＦａを計算し、その値を正常時の値と比べることにより、監視対象の状態を知ることができる。
【００６０】
図７は、ｍ＝１２の条件の下でｐ＝１，２，…，６及びｑ＝１，２，…，４の夫々の場合でのパラメータＫＴを（５）式により計算した結果を示す図表である。また、図８は、同様の場合でのパラメータＦａを（６）式により計算した結果を示す図表である。監視対象の設備が転動体の数が１２個である転がり軸受けである場合、１２回の振動毎に一群の連続した大ピークが発生する。ｐ＝１の場合は最大ピークが発生しておらず、従って監視対象が正常な場合である。また、ｑ＝１の場合は最大ピークのみが発生している場合である。ｐが大きくなるに従ってパラメータＫＴ及びパラメータＦａも大きくなって標準の値からずれてゆき、ｑが大きくなるに従って尖度ＫＴ及びパラメータＦａは小さくなって逆に標準の値へ近づいてゆく。ところで、転動体に発生した傷が小規模である場合など監視対象の異常が小規模である場合はｐ及びｑは小さく、転動体に発生した傷が拡大した場合など監視対象の異常がより大規模になる場合はｐ及びｑがより大きくなることが推察される。パラメータＫＴ又はパラメータＦａの値の変化を観察することにより、監視対象の異常の度合いを判定することができる。
【００６１】
第１発明においては、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータＫＴが、（５）式を用いることにより簡易的に計算される。
【００６２】
第２、第４及び第７発明においては、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度と監視対象が正常である場合の尖度との比であるパラメータＦａが、（５）式を用いることにより簡易的に計算される。
【００６３】
第３、第５、第６及び第８発明においては、簡易的に計算されるパラメータの値に基づいて、監視対象の状態が高速で判定される。
【発明の効果】
【００６４】
第１発明によれば、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータＫＴを、簡易的な式を用いることによりデータが蓄積される速度に比して充分高速に計算することができる。
【００６５】
第２、第４及び第７発明によれば、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度と監視対象が正常である場合の尖度との比であるパラメータＦａを、簡易的な式を用いることによりデータが蓄積される速度に比して充分高速に計算することができる。特に、電卓などの簡易的な計算装置を用いて前記パラメータを計算することができる。
【００６６】
第３、第５、第６及び第８発明によれば、簡易的に計算されたパラメータを用いて監視対象の状態を判定することにより、監視対象の状態を高速で判定することが可能となる。また、設備の異常検知の失敗または遅れを起こすことなく設備の状態に即時的に対応する状態監視を行うことができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る状態監視システムの構成を示すブロック図である。本発明の状態監視システムは、転がり軸受け又は歯車等の周期運動体である設備（監視対象）の状態を監視し、設備に異常が生じた場合は警報を発するべく運用される。設備には、振動の変位などの設備の状態を示すデータを計測するセンサ３１が設けられている。センサ３１は、データ取得装置３２に接続されており、計測データをデータ取得装置３２へ入力する構成となっている。データ取得装置３２は、センサ３１から入力された計測データを所定の周期でサンプリングし、サンプリングした複数のデータからなる波形データを取得する機能を有している。データ取得装置３２は通信ネットワークＮに接続されており、また通信ネットワークＮは本発明の状態監視装置１に接続されている。データ取得装置３２は、取得したデータを通信ネットワークＮを介して状態監視装置１へ送信する構成となっている。
【００６８】
状態監視装置１は、本発明のパラメータ計算装置としての機能を兼ね備えており、コンピュータを用いて構成されている。状態監視装置１は、演算を行うＣＰＵ（演算部）１１と、演算に伴って発生する一時的な情報を記憶するＲＡＭ（記憶部）１２と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の外部記憶装置１３と、ハードディスク等の内部記憶装置１４とを備えている。ＣＰＵ１１は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体２から本発明のコンピュータプログラム２０を外部記憶装置１３にて読み取り、読み取ったコンピュータプログラム２０を内部記憶装置１４に記憶させる。コンピュータプログラム２０は必要に応じて内部記憶装置１４からＲＡＭ１２へロードされ、ロードされたコンピュータプログラム２０に基づいてＣＰＵ１１は状態監視装置１に必要な処理を実行する。
【００６９】
また、ＣＰＵ１１には、通信ネットワークＮに接続された入力部１５(受付部）が接続されている。ＣＰＵ１１は、通信ネットワークＮを介してデータ取得装置３２から送信されたデータを入力部１５にて受信する。また、ＣＰＵ１１には、情報を外部へ出力する出力部１６が接続されている。
【００７０】
また、内部記憶装置１４は、監視対象が正常であるときにデータ取得装置３２が取得した波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータの標準値ＫＴN を記憶している。
【００７１】
更に、本実施の形態に係る状態監視システムは、警報装置４を備えている。警報装置４は、ブザー、ランプ、又は警報の内容を表示する表示部などのいずれか又はそれらの組み合わせからなり、状態監視装置１の出力部１６に接続されている。ＣＰＵ１１は設備の異常を示す情報を出力部１６から警報装置４へ送信し、警報装置４は状態監視装置１から受信した情報に従って設備の異常を報知する。
【００７２】
なお、コンピュータプログラム２０は、通信ネットワークＮに接続されている図示しない外部のサーバ装置から本発明に係る状態監視装置１へロードされて内部記憶装置１４に記憶される形態であってもよい。
【００７３】
図２は、本発明の実施の形態１に係る状態監視システムが行う動作を示すフローチャートである。センサ３１は、設備の稼働に伴った振動などのデータを計測し、データ取得装置３２は、センサ３１から入力された計測データを所定の周期でサンプリングし（Ｓ１０１）、サンプリングの結果得られた複数のデータから構成される図６に示す如き波形データを取得する。データ取得装置３２は、次に、パラメータを計算するために充分なデータを含む所定の長さの波形データを取得したか否かを判定し（Ｓ１０２）、所定の長さの波形データを取得していない場合は（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０１へ処理を戻してサンプリングを継続する。所定の長さの波形データを取得している場合は（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、データ取得装置３２は、取得した波形データの中に所定の範囲以上に大なるピーク値を有する連続した大ピークが周期的に含まれているか否かを判定する（Ｓ１０３）。大ピークが波形データに含まれていない場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、データ取得装置３２は設備は正常であるとして処理を終了する。
【００７４】
図６（ｂ）に示す如き連続した大ピークが波形データに含まれていた場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、データ取得装置３２は、ピーク値が所定範囲内である連続した複数のピークの数と連続した複数の大ピークの数との合計値ｍ、所定の範囲内のピーク値に対する最大ピークのピーク値の比率ｐ、及び連続した複数の大ピークの数を２ｑとしたｑの値を計測し（Ｓ１０４）、計測したｍ、ｐ及びｑを通信ネットワークＮを介して状態監視装置１へ送信する（Ｓ１０５）。
【００７５】
状態監視装置１は、ｍ、ｐ及びｑを入力部１５にて受信し（Ｓ１０６）、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、内部記憶装置１４が記憶しているパラメータの標準値ＫＴN をＲＡＭ１４に読み出す（Ｓ１０７）。ＣＰＵ１１は、次に、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、ｍ、ｐ、ｑ及びＫＴNを（５）式に代入して得られるパラメータＫＴを計算する（Ｓ１０８）。ＣＰＵ１１は、次に、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、計算したパラメータＫＴの値が監視対象が異常であると認められる所定範囲に含まれる値であるか否かを判定する（Ｓ１０９）。
【００７６】
パラメータＫＴの値が所定範囲に含まれない場合には（Ｓ１０９：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、監視対象の設備は正常であると判定して処理を終了する。パラメータＫＴの値が所定範囲に含まれる場合には（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、監視対象の設備が異常であると判定し、パラメータＫＴの値に応じた異常の度合いを示す異常情報を出力部１６から警報装置４へ送信し（Ｓ１１０）、処理を終了する。警報装置４は、状態監視装置１から受信した異常情報に従って、ブザーの鳴動、ランプの点灯、又は表示部への異常情報の内容の表示等により、設備の異常を報知する。この結果、異常であると判定された設備が手動で停止されるなどの処置がとられる。
【００７７】
なお、以上の処理においては、パラメータＫＴの値が所定範囲に含まれるか否かによって監視対象の状態を判定する処理を行っているが、これに限るものではなく、計算したパラメータＫＴの値を内部記憶装置１４が記憶しておき、パラメータＫＴの値の変遷に基づいて監視対象の状態を判定する処理を行ってもよい。
【００７８】
以上詳述した如く、本実施の形態においては、転がり軸受けにおける振動などの設備の状態を示す波形データを取得し、所定範囲外の大なるピーク値を有する連続した大ピークが周期的に波形データに含まれている場合に、ピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値ｍ、最大ピーク値と所定範囲内のピーク値との比率ｐ、連続した大ピークの数を２ｑとしたｑの値、及びパラメータの標準値ＫＴN を用いて、波形データを構成する複数のデータの尖度であるパラメータＫＴを計算する。従来の尖度を求める式に比して簡便な（５）式を用いて簡易的にパラメータＫＴを計算することにより、データが蓄積される速度に比して充分高速にパラメータＫＴを計算することが可能となる。従って、設備の異常検知の失敗または遅れを起こすことなく設備の状態に即時的に対応する状態監視を行うことができる。
【００７９】
なお、本実施の形態においては、一のセンサ３１が計測したデータに基づいて設備の状態を監視する形態を示しているが、これに限るものではなく、一の設備、又は複数の設備の夫々に複数のセンサ３１を備え、複数のセンサ３１の夫々をデータ取得装置３２及び通信ネットワークＮを介して状態監視装置１に接続させ、夫々のセンサ３１が計測した夫々のデータに基づいて一又は複数の設備の状態を監視する形態としてもよい。
【００８０】
また、本実施の形態においては、データ取得装置３２が取得したデータを蓄積して波形データを取得する形態を示しているが、データ取得装置３２は取得したデータを蓄積せずに状態監視装置１へ送信し、状態監視装置１が波形データを取得する形態としてもよい。また、本実施の形態においては、状態監視装置１の出力部１６に警報装置４が接続されている形態を示しているが、状態監視装置１により設備が異常であると判定された場合に設備を停止させる等の設備の制御を行う制御装置を接続させた形態としてもよい。また、データ取得装置３２はサンプリングによる離散データを蓄積させて波形データを取得する形態を示しているが、これに限るものではなく、データ取得装置３２はセンサ３１が測定するデータを連続的に取り込んで連続的な波形データを取得する形態であってもよい。
【００８１】
また、本実施の形態においては、ピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値ｍを計測する形態を示しているが、これに限るものではなく、状態監視装置１がｍの値を予め記憶している形態であってもよい。監視対象が転がり軸受けであって一の転動体に傷が発生した場合は、複数の転動体の中で傷を有する転動体が大ピークの原因となるので、転がり軸受けが有する転動体の数がｍの値となる。また、監視対象が歯車であって一の歯が損傷した場合は、歯車の歯の数がｍの値となる。このように初期故障時のｍの値は予め定まっている場合が多いので、状態監視装置１がｍの値を予め記憶している形態であっても本発明を実現することができる。
【００８２】
更に、本実施の形態においては、工場内の設備の監視を行う形態を示しているが、これに限るものではなく、他の一般の装置の状態を監視する形態であってもよく、また、販売データ又は株価の変動などの現象を監視する形態であってもよい。
【００８３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における状態監視システムの構成を示すブロック図である。実施の形態２においては、監視対象の状態を示す波形データを構成する複数のデータの尖度と正常時の尖度との比であるパラメータＦａを用いて、監視対象の状態監視を行う。内部記憶装置１４は、転がり軸受けの転動体の数または歯車の数などの既知の値に対応した、波形データに含まれるピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値ｍを記憶している。状態監視システムのその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００８４】
図４は、本発明の実施の形態２に係る状態監視システムが行う動作を示すフローチャートである。センサ３１は、監視対象である設備の稼働に伴った振動などのデータを計測し、データ取得装置３２は、センサ３１から入力された計測データを所定の周期でサンプリングし（Ｓ２０１）、サンプリングの結果得られた複数のデータから構成される波形データを取得する。データ取得装置３２は、次に、所定の長さの波形データを取得したか否かを判定し（Ｓ２０２）、所定の長さの波形データを取得していない場合は（Ｓ２０２：ＮＯ）、ステップＳ２０１へ処理を戻してサンプリングを継続する。所定の長さの波形データを取得している場合は（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、データ取得装置３２は、取得した波形データの中に所定の範囲以上に大なるピーク値を有する大ピークが含まれているか否かを判定する（Ｓ２０３）。大ピークが波形データに含まれていない場合には（Ｓ２０３：ＮＯ）、データ取得装置３２は設備は正常であるとして処理を終了する。連続した大ピークが波形データに含まれていた場合には（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、データ取得装置３２は、所定の範囲内のピーク値に対する最大ピークのピーク値の比率ｐ及び連続した大ピークの数を２ｑとしたｑの値を計測し（Ｓ２０４）、計測したｐ及びｑを通信ネットワークＮを介して状態監視装置１へ送信する（Ｓ２０５）。
【００８５】
状態監視装置１は、ｐ及びｑを入力部１５にて受信する（Ｓ２０６）。ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、内部記憶装置１４が記憶しているｍの値を読み出し（Ｓ２０７）、ｍ、ｐ及びｑを（６）式に代入して得られるパラメータＦａを計算する（Ｓ２０８）。なお、ＣＰＵ１１はｍの値を外部から受け付ける処理を行ってもよい。ＣＰＵ１１は、次に、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、計算したパラメータＦａの値が監視対象が異常であると認められる所定範囲に含まれる値であるか否かを判定する（Ｓ２０９）。
【００８６】
パラメータＦａの値が所定範囲に含まれない場合には（Ｓ２０９：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、監視対象の設備は正常であると判定して処理を終了する。パラメータＦａの値が所定範囲に含まれる場合には（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２にロードしたコンピュータプログラム２０に従って、監視対象の設備が異常であると判定し、パラメータＦａの値に応じた異常の度合いを示す異常情報を出力部１６から警報装置４へ送信し（Ｓ２１０）、処理を終了する。警報装置４は状態監視装置１から受信した異常情報に従って設備の異常を報知する。
【００８７】
なお、以上の処理においては、パラメータＦａの値が所定範囲に含まれるか否かによって監視対象の状態を判定する処理を行っているが、これに限るものではなく、計算したパラメータＦａの値を内部記憶装置１４が記憶しておき、パラメータＦａの値の変遷に基づいて監視対象の状態を判定する処理を行ってもよい。
【００８８】
以上詳述した如く、本実施の形態においては、転がり軸受けにおける振動などの設備の状態を示す波形データを取得し、所定範囲外の大なるピーク値を有する連続した大ピークが周期的に波形データに含まれている場合に、転動体の数などの予め定められたｍ、最大ピーク値と所定範囲内のピーク値との比率ｐ、及び連続した大ピークの数を２ｑとしたｑの値を用いて、波形データを構成する複数のデータの尖度と設備が正常である場合の尖度との比であるパラメータＦａを計算する。簡便な（６）式を用いて簡易的にパラメータＦａを計算することにより、データが蓄積される速度に比して充分高速にパラメータＦａを計算することが可能となる。従って、設備の異常検知の失敗または遅れを起こすことなく設備の状態に即時的に対応する状態監視を行うことができる。
【００８９】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における状態監視方法を示す概念図である。本実施の形態においては、電卓などの簡易的な計算装置を用いて設備の状態を把握することができる。設備に設けられたセンサ３１にはオシロスコープ等のデータ表示装置５１が接続されており、データ表示装置５１はセンサ３１が計測した波形データを表示する。データ表示装置５１には図６に示す如き波形データが表示され、設備に異常が発生した場合には図６（ｂ）に示す如き連続した大ピークを含む波形データが表示される。設備の作業員などのオペレータは、データ表示装置５１に表示されたデータから、最大ピーク値と正常時の所定範囲内のピーク値との比率ｐ、及び連続した大ピークの数を２ｑとしたｑの値を目測し、電卓などの計算装置５２へｐ及びｑと、ピーク値が所定範囲内である連続したピークの数と連続した大ピークの数との合計値ｍである転がり軸受けの転動体の数などの既知の数ｍとを入力し、（６）式を用いてパラメータＦａを計算装置５２にて計算する。（６）式の簡易的な式を用いることにより、容易にパラメータＦａを計算することが可能となるので、センサ３１が計測した波形データを直接に観測したオペレータが設備が稼働している現場において簡単に設備の状態を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る状態監視システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る状態監視システムが行う動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２における状態監視システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る状態監視システムが行う動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３における状態監視方法を示す概念図である。
【図６】周期運動体から得られる振動を示す波形データの例を示す模式的特性図である。
【図７】ｍ＝１２の条件の下でｐ＝１，２，…，６及びｑ＝１，２，…，４の夫々の場合でのパラメータＫＴを（５）式により計算した結果を示す図表である。
【図８】ｍ＝１２の条件の下でｐ＝１，２，…，６及びｑ＝１，２，…，４の夫々の場合でのパラメータＦａを（６）式により計算した結果を示す図表である。
【符号の説明】
【００９１】
１  状態監視装置（パラメータ計算装置）
１１  ＣＰＵ
２  記録媒体
２０  コンピュータプログラム
３１  センサ
３２  データ取得装置
Ｎ  通信ネットワーク
【図１】
2005196701.tif 000029
【図２】
2005196701.tif 000030
【図３】
2005196701.tif 000031
【図４】
2005196701.tif 000032
【図５】
2005196701.tif 000033
【図６】
2005196701.tif 000034
【図７】
2005196701.tif 000035
【図８】
2005196701.tif 000036