(57)【要約】【課題】機械装置等の被検体の状態になんらかの変化が生じたか否かを簡便に精度良く検知することができる被検体の状態変化検知方法及び状態変化検知装置を提供する。【解決手段】マイクロホン１によって被検体の音響を採取する際に、カメラ３によって被検体とその周辺の画像を採取し、画像解析部４で画像データを解析した上で、音響解析部２で音響データを解析し、画像データの解析結果と音響データの解析結果に基づいて状態変化判定部６で被検体の状態変化の有無を判定する。【選択図】            図１
2005009899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体からの音響を採取する際に、被検体とその周辺の画像を採取し、得られた画像データから被検体の周辺の状況を把握した上で、得られた音響データに基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定することを特徴とする被検体の状態変化検知方法。
【請求項２】
あらかじめ基準となる状態にある被検体からの音響を採取し、その音響データから逆フィルタを構成しておくとともに、基準となる状態にある被検体とその周辺の画像を基準画像データとして採取しておき、あらためて被検体とその周辺の画像を採取し、得られた画像データと前記基準画像データと比較して被検体の周辺の状況を把握した上で、あらためて被検体からの音響を採取し、得られた音響データに前記逆フィルタを作用させることによって残差信号を求め、該残差信号に基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定することを特徴とする被検体の状態変化検知方法。
【請求項３】
被検体からの音響を採取するための音響センサと、被検体とその周辺の画像を採取するための撮像センサと、前記撮像センサによって得られた画像データから被検体の周辺の状況を把握した上で、前記音響センサによって得られた音響データに基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定する状態変化判定部を備えていることを特徴とする被検体の状態変化検知装置。
【請求項４】
被検体からの音響を採取するための音響センサと、あらかじめ基準となる状態にある被検体から採取した音響データから逆フィルタを構成しておき、あらためて被検体から採取した音響データに前記逆フィルタを作用させることによって残差信号を求める音響解析部と、被検体とその周辺の画像を採取するための撮像センサと、基準となる状態にある被検体とその周辺の画像を基準画像データとして採取しておき、あらためて採取した画像データと前記基準画像データとを比較する画像解析部と、前記画像解析部での画像データの比較から被検体の周辺の状況を把握した上で、音響解析部で求められた残差信号に基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定する状態変化判定部を備えていることを特徴とする被検体の状態変化検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、稼動時に駆動音等を発生する機械装置等について、その状態の変化を検知するための状態変化検知方法及び状態変化検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械装置等に異常が発生したか否かを検知する方法として、機械装置等の被検体から発生する音響によって検知する方法が知られている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照。）。
【０００３】
前記特許文献１には、あらかじめ標準状態の被検体から採取した音響データに基づいて逆フィルタと対象を構成しておき、あらためて採取した被検体からの音響データを前記逆フィルタに作用させて残差信号を求め、その残差信号を分析して被検体の状態に変化が生じているか否かを検知する方法が示されている。
【０００４】
また、前記特許文献２には、空調用のフアン及びポンプについて、正常時の音圧信号と測定時の音圧信号とを比較して異常信号を検出するにあたり、測定時の音圧信号からフィルタによって正常時の音圧信号の特性を除去した値によって異常を検知する方法が示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３０４１２４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１３３７４０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法は、いずれも音響データを解析することによってのみ対象とする機械装置の異常を検知しているが、採取される音響データには多かれ少なかれ対象とする機械装置の周辺の音響、例えば、人の足音、風雨の音と、他の設備の稼動音なども含まれることが多い。
【０００８】
一例として、製鉄所の焼結原料の大きさをそろえるための振動ふるい設備についてみてみると、図５にレイアウトを示すように、対象とする振動ふるい設備１０のすぐ近くには、作業者等の通行者１２が頻繁に通行する通路１１や他の振動ふるい設備１３がある。そのため、対象とする振動ふるい設備１０の近くにマイクロホン１を設置して音響を採取しても、通行者１２の歩行音や他の振動ふるい設備１３の稼動音も同時に採取されることがある。
【０００９】
したがって、そのような場合には、これら周辺音響の影響も含んだ音響の変化として検出されることになり、対象とする機械装置自体の異常を検知する精度を低下させることになる。
【００１０】
また、対象とする機械設備の稼動音のみを採取できるようにするために、周辺音響を完全に遮断することは、多大なコストを要し、技術的にも困難な場合が多い。
【００１１】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、機械装置等の被検体の状態になんらかの変化が生じたか否かを簡便に精度良く検知することができる被検体の状態変化検知方法及び状態変化検知装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１３】
［１］被検体からの音響を採取する際に、被検体とその周辺の画像を採取し、得られた画像データから被検体の周辺の状況を把握した上で、得られた音響データに基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定することを特徴とする被検体の状態変化検知方法。
【００１４】
［２］あらかじめ基準となる状態にある被検体からの音響を採取し、その音響データから逆フィルタを構成しておくとともに、基準となる状態にある被検体とその周辺の画像を基準画像データとして採取しておき、あらためて被検体とその周辺の画像を採取し、得られた画像データと前記基準画像データと比較して被検体の周辺の状況を把握した上で、あらためて被検体からの音響を採取し、得られた音響データに前記逆フィルタを作用させることによって残差信号を求め、該残差信号に基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定することを特徴とする被検体の状態変化検知方法。
【００１５】
［３］被検体からの音響を採取するための音響センサと、被検体とその周辺の画像を採取するための撮像センサと、前記撮像センサによって得られた画像データから被検体の周辺の状況を把握した上で、前記音響センサによって得られた音響データに基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定する状態変化判定部を備えていることを特徴とする被検体の状態変化検知装置。
【００１６】
［４］被検体からの音響を採取するための音響センサと、あらかじめ基準となる状態にある被検体から採取した音響データから逆フィルタを構成しておき、あらためて被検体から採取した音響データに前記逆フィルタを作用させることによって残差信号を求める音響解析部と、被検体とその周辺の画像を採取するための撮像センサと、基準となる状態にある被検体とその周辺の画像を基準画像データとして採取しておき、あらためて採取した画像データと前記基準画像データとを比較する画像解析部と、前記画像解析部での画像データの比較から被検体の周辺の状況を把握した上で、音響解析部で求められた残差信号に基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定する状態変化判定部を備えていることを特徴とする被検体の状態変化検知装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について、製鉄所の焼結原料の大きさをそろえるための振動ふるい設備を対象とした場合を例にして説明する。すなわち、振動ふるい設備の日常点検項目のひとつに、点検者の聴覚による異音の有無の判定があるが、この点検者による異音判定に代えて、振動ふるい設備の状態変化の有無を無人で検知できるようにしたものである。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態において用いる状態変化検知装置の構成図である。この状態変化検知装置は、対象の振動ふるい設備の音響を採取するためのマイクロホン１と、マイクロホン１が採取した音響データを解析する音響解析部２と、対象の振動ふるい設備とその周辺の画像を採取するためのカメラ３と、カメラ３が採取した画像データを解析する画像解析部４と、音響解析部２及び画像解析部４で解析したデータを保存しておくデータベース５と、音響解析部２での解析結果と画像解析部４で解析した結果に基づいて対象の振動ふるい設備の状態変化の有無を判定する状態変化判定部６と、状態変化判定部６が異常発生と判定した場合に警報と異常表示を行う警報・異常表示部７とを備えている。
【００１９】
図２は、対象とする振動ふるい設備とその周辺の配置を示す平面図である。図２に示すように、対象とする振動ふるい設備１０のすぐ近くには、作業者等の通行者１２が頻繁に通行する通路１１と、他の振動ふるい設備１３が配置されている。そして、対象とする振動ふるい設備１０の近傍に前記状態変化検知装置のマイクロホン１とカメラ３を設置している。ここで、対象とする振動ふるい設備１０が配置されている領域を領域Ｓ、通路１１が配置されている領域を領域Ａ、他の振動ふるい設備１３が配置されている領域を領域Ｂとする。
【００２０】
以下に、前記の状態変化検知装置を用いて、対象とする振動ふるい設備１０の状態変化の有無を検知する手順を、（Ａ）通路１１を頻繁に通行者１２が通行する場合と、（Ｂ）他の振動ふるい設備１３が間欠的に稼動・停止する場合に分けて説明する。
【００２１】
（Ａ）まず、通路１１を頻繁に通行者１２が通行する場合に、対象の振動ふるい設備１０の状態変化の有無を検知する手順を図３を参照しながら説明する。
【００２２】
通常、通行者１２の歩行音は個人差があり、歩く速度も一定とは言えず、安定的な音響とは言いがたい。したがって、通行者１２が歩行している場合は、音響による設備の状態変化判定は困難であるので、通行者１２が通行している時は音響データの採取を行わず、通行者１２が通行していない時を選んで音響データの採取と解析を行うようにしたものである。
【００２３】
（Ａ−１）基準データの作成
（Ｓ１）振動ふるい設備１０が基準状態にある場合の領域Ｓにおける音響をマイクロホン１によって採取する。
（Ｓ２）得られた音響データから音響解析部２において逆フィルタを作成する。
（Ｓ３）作成された逆フィルタを逆フィルタ▲１▼としてデータベース５に格納する。
（Ｓ４）基準状態にある振動ふるい設備１０とその周辺の画像をカメラ３によって採取する。
（Ｓ５）得られた画像データから画像解析部４において領域Ａの画像を取り出す。
（Ｓ６）取り出された領域Ａの画像を基準画像データ▲１▼としてデータベース５に格納する。
【００２４】
（Ａ−２）状態変化の有無の判定
（Ｓ７）振動ふるい設備１０とその周辺の画像をカメラ３によって採取する。
（Ｓ８）得られた画像データから画像解析部４において領域Ａの画像を取り出す。
（Ｓ９）取り出された領域Ａの画像を、画像間差分処理等によって、データベース５に格納されている基準画像データ▲１▼と比較する。
（Ｓ１０）画像の比較結果を状態変化判定部６に送り、領域Ａに通行者１２がいると判定された場合は、（Ｓ７）に戻って、一定時間後に（Ｓ７）から再スタートする。領域Ａに通行者１２がいないと判定された場合は、（Ｓ１１）に進む。
（Ｓ１１）領域Ｓにおける音響をマイクロホン１によって採取する。
（Ｓ１２）音響解析部２において、得られた音響データに対して、データベース５に格納されている逆フィルタ▲１▼を作用させる。
（Ｓ１３）それにより、残差信号を算出し、分析する。すなわち、算出された残差信号のパワースペクトルを求め、そのパワースペクトルの振れ幅（最大値−最小値）を算定する。
（Ｓ１４）残差信号の分析結果を状態変化判定部６に送り、振動ふるい設備１０の状態変化の有無を判定する。すなわち、上記パワースペクトルの振れ幅が所定値より大きい場合には、異常状態であると判定する。そして、異常が検知された場合には、警報・異常表示部７が警報と異常表示を行う。
【００２５】
上記のようにして、通行者１２の歩行音の影響を除外することにより、対象とする振動ふるい設備１０の状態変化の有無を簡便に精度良く判定することができる。
【００２６】
（Ｂ）次に、他の振動ふるい設備１３が間欠的に稼動・停止する場合に、対象の振動ふるい設備１０の状態変化の有無を検知する手順を図４を参照しながら説明する。
【００２７】
他の振動ふるい設備１３が間欠的に稼動・停止している場合、カメラ３からの画像によって、現在の稼動状況を知ることができるので、前述の歩行者１２の場合と同様に、他の振動ふるい設備１３が停止している時に、音響をマイクロホン１によって採取して、振動ふるい設備１０の状態変化の有無を精度良く判定することができるが、他の振動ふるい設備１３の稼動音が比較的安定している場合は、振動ふるい設備１３が稼動している場合の基準音響データと振動ふるい設備１３が停止している場合の基準音響データとを採取しておくことにより、振動ふるい設備１３が稼動中か停止中かいずれの時でも、振動ふるい設備１０の状態変化の有無を判定することができる。
【００２８】
（Ｂ−１）基準データの作成
（Ｓ２１）振動ふるい設備１３が停止中で、振動ふるい設備１０が基準状態にある場合の、領域Ｓにおける音響をマイクロホン１によって採取する。
（Ｓ２２）得られた音響データから音響解析部２において逆フィルタを作成する。
（Ｓ２３）作成された逆フィルタを逆フィルタ▲１▼としてデータベース５に格納する。
（Ｓ２４）振動ふるい設備１３が稼動中で、振動ふるい設備１０が基準状態にある場合の、領域Ｓにおける音響をマイクロホン１によって採取する。
（Ｓ２５）得られた音響データから音響解析部２において逆フィルタを作成する。
（Ｓ２６）作成された逆フィルタを逆フィルタ▲２▼としてデータベース５に格納する。
（Ｓ２７）振動ふるい設備１３が停止中で、振動ふるい設備１０が基準状態にある場合の、振動ふるい設備１０とその周辺の画像をカメラ３によって採取する。
（Ｓ２８）得られた画像データから画像解析部４において領域Ｂの画像を取り出す。
（Ｓ２９）取り出された領域Ｂの画像を基準画像データ▲２▼としてデータベース５に格納する。
【００２９】
（Ｂ−２）状態変化の有無の判定
（Ｓ３０）振動ふるい設備１０とその周辺の画像（数フレーム）をカメラ３によって採取する。
（Ｓ３１）得られた画像データから画像解析部４において領域Ｂの画像を取り出す。
（Ｓ３２）取り出された領域Ｂの画像を、画像間差分処理等によって、データベース５に格納されている基準画像データ▲２▼と比較する。
（Ｓ３３）画像の比較結果を状態変化判定部６に送り、振動ふるい設備１３が停止中と判定された場合は、（Ｓ３４）に進み、振動ふるい設備１３が稼動中と判定された場合は、（Ｓ３８）に進む。
（Ｓ３４）領域Ｓにおける音響をマイクロホン１によって採取する。
（Ｓ３５）音響解析部２において、得られた音響データに対して、データベース５に格納されている逆フィルタ▲１▼を作用させる。
（Ｓ３６）それにより、残差信号を算出し、分析する。すなわち、算出された残差信号のパワースペクトルを求め、そのパワースペクトルの振れ幅（最大値−最小値）を算定する。
（Ｓ３７）残差信号の分析結果を状態変化判定部６に送り、振動ふるい設備１０の状態変化の有無を判定する。すなわち、上記パワースペクトルの振れ幅が所定値より大きい場合には、異常状態であると判定する。そして、異常が検知された場合には、警報・異常表示部７が警報と異常表示を行う。
（Ｓ３８）上記（Ｓ３３）を受けて、領域Ｓにおける音響をマイクロホン１によって採取する。
（Ｓ３９）音響解析部２において、得られた音響データに対して、データベース５に格納されている逆フィルタ▲２▼を作用させる。
（Ｓ４０）それにより、残差信号を算出し、分析する。すなわち、算出された残差信号のパワースペクトルを求め、そのパワースペクトルの振れ幅（最大値−最小値）を算定する。
（Ｓ４１）残差信号の分析結果を状態変化判定部６に送り、振動ふるい設備１０の状態変化の有無を判定する。上記パワースペクトルの振れ幅が所定値より大きい場合には、異常状態であると判定する。そして、異常が検知された場合には、警報・異常表示部７が警報と異常表示を行う。
【００３０】
上記のようにして、他の振動ふるい設備１３が停止中か稼動中かを判定した上で、領域Ｓで得られる音響に基づいて振動ふるい設備１０の状態変化の有無を判定するようにしているので、他の振動ふるい設備１３が停止中か稼動中かにかかわらず、振動ふるい設備１０の状態変化の有無を簡便に精度良く判定ことができる。
【００３１】
なお、上記の説明では、（Ａ）通路１１を頻繁に通行者１２が通行する場合と、（Ｂ）他の振動ふるい設備１３が間欠的に稼動・停止する場合に分けて述べたが、両者を組合わせて行うことができることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明においては、被検体からの音響を採取する際に、被検体とその周辺の画像を採取し、得られた画像データから被検体の周辺の状況を把握した上で、得られた音響データに基づいて、被検体の状態に変化が生じたか否かを判定するようにしているので、被検体の状態変化の有無を簡便に精度良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態において用いる状態変化検知装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における対象設備等の配置を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態における処理手順を示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態における他の処理手順を示すフロー図である。
【図５】従来技術の問題点を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１  マイクロホン
２  音響解析部
３  カメラ
４  画像解析部
５  データベース
６  状態変化判定部
７  警報・異常表示部
１０  対象の振動ふるい設備
１１  通路
１２  通行者
１３  他の振動ふるい設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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