(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通する設備に配置された複数の機械（１１０）の振動を監視するためのシステムであって、
前記複数の機械（１１０）に貼り付けられた複数の再帰性反射パッチ（１３０）と、
前記設備内に位置づけられた光学モジュール（１６０）を備えた振動検出ユニット（１２０）と、
前記光学モジュール（１６０）が、前記複数の機械（１１０）の夫々の振動を決定するように、前記光学モジュール（１６０）を方向付ける制御モジュール（１５０）と、
を備え、
前記光学モジュール（１６０）が呼掛けビーム（１４５）を前記複数の機械（１１０）のうちの選択された機械（１１０）に貼り付けられた再帰性反射パッチ（１３０）に送信し、該再帰性反射パッチ（１３０）が反射した振動変調されたビーム（１７０）を受け、前記振動変調されたビーム（１７０）を復調するシステム。
【請求項２】
前記呼掛けビーム（１４５）がレーザビームを備える請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記光学モジュール（１６０）から前記呼掛けビーム（１４５）を受信し、前記呼掛けビーム（１４５）を前記反射パッチ（１３０）に反射させるように動作可能であり、また前記反射パッチ（１３０）から反射された前記振動変調されたビーム（１７０）を受信し、前記振動変調されたビーム（１７０）を前記振動検出ユニット（１２０）に反射させるように動作可能であるビーム反射器（２２０）をさらに備える請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記光学モジュール（１６０）が、回転及び／又は並進可能である請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記光学モジュール（１６０）が、前記振動変調されたビーム（１７０）を復調するためのプロセッサを備える請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記光学モジュール（１６０）が、前記機械（１１０）を収容する設備（３１０）の天井に貼り付けられたトラック（１６４）システム上をあちこち移動できるトレーン（１６２）に貼り付けられる請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記光学モジュール（１６０）が、前記機械（１１０）を収容する設備（３１０）の床をあちこち移動できる取付けカート（１６６）に貼り付けられる請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
複数の機械の振動を監視する方法であって、
再帰性反射パッチを各機械に貼り付ける段階と、
光学モジュールを備えた振動検出ユニットを、各機械から遠く離れて配置する段階と、
前記複数の機械（１１０）の夫々の振動を決定する段階と
を含み、
前記振動の決定が、
前記光学モジュール（１６０）を方向付け、
前記光学モジュール（１６０）が、呼掛けビーム（１４５）を前記複数の機械（１１０）のうちの選択された機械（１１０）に貼り付けられた再帰性反射パッチ（１３０）に送信し、該再帰性反射パッチ（１３０）が反射した振動変調されたビーム（１７０）を受け、前記振動変調されたビーム（１７０）を復調することにより行われる、
方法。
【請求項９】
前記光学モジュールからの呼掛けビームをビーム反射器に反射させる工程と、
前記再帰性反射パッチが反射した振動変調されたビームを前記ビーム反射器が前記光学モジュールに反射する工程と、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光学モジュール（１６０）を方向付ける制御モジュール（１５０）を提供する段階を含む、請求項８又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械の振動を監視するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、電磁呼掛けビーム（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ  ｂｅａｍ）を使用した振動情報の遠隔監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場、倉庫および他の設備は一般に、製品の製造または販売のために様々なタイプの機械を使用する。こうした機械は一般に運転中の部品を含むので、振動が個々の機械から引き起こされ、機械の筐体に伝えられる。特定の特徴（ｃｈａｒａｃｔｅｒ）の過度な振動または振動モードは、修理を必要とし得る不具合のある機械を示していることがある。したがって、あり得る損害を防止するために、機械の振動を監視するのが一般的である。
【０００３】
振動の大きさおよび性質を決定するためにトランスデューサが、振動の監視のため機械筐体に取り付けられ、またはそれと接触するように置かれてもよい。トランスデューサによって決定された振動情報を、それに引き続き解析することによって、監視される機械の状態（ｈｅａｌｔｈ）に関する貴重な診断データがもたらされ得る。しかし、すべての機械を監視するには、振動の監視が望まれるあらゆる位置にトランスデューサが取り付けられなければならない。個々のトランスデューサの状態もまた、トランスデューサが適切に動作していることを保証するためにさらに監視されなければならない。何千もの機械を使用する設備では、何千ものトランスデューサを購入し、設置し、保守し、修理することは、費用がかかり過ぎることがある。
【０００４】
あるいは、携帯型データコレクタ（ＰＤＣ：ｐｏｒｔａｂｌｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）が、監視される機械の状態を監視するために使用されてもよい。ＰＤＣは、トランスデューサと、機械の状態を監視する記録手段とを含むモバイル装置である。ＰＤＣは機械に運ばれ、トランスデューサは機械の筐体と接触するように置かれる。次いで、ＰＤＣは、筐体の振動を記録することができる。それに引き続き、これらの記録は、機械の状態を査定しようとして解析される。オペレータは、それぞれの機械を自ら見に行き、振動情報の記録のためにＰＤＣを操作しなければならない。したがって、ＰＤＣオペレータは、機械を監視するのに法外な時間を費やし得る。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２６０４０７号
【特許文献２】特開平０５−３２２６４２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
機械の状態を監視するこれらの現行方法は一般に高価であり、多大な時間を要する。機械はしばしば、良好な状態であり、大掛かりな診断検査は必要としない。一方、状態不良の機械は、より頻繁なデータ解析を必要とし得る。よって、かなりのリソースが浪費され得る。したがって、機械の振動状態を効率的に遠隔監視するためのシステムおよび方法がこの分野で求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、機械の振動を監視するためのシステムが、機械に貼り付けられた（ａｆｆｉｘ）反射パッチと、振動検出ユニットとを含んでもよい。振動検出ユニットは光学モジュールを含み、光学モジュールが呼掛けビームを反射パッチに送信し、反射パッチが振動変調されたビームを振動検出ユニットに反射する。次いで、振動検出ユニットの光学モジュールは、機械の振動の決定のために、呼掛けビームを復調してもよい。本発明の一実施形態では、呼掛けビームはレーザビームである。本発明の別の態様では、反射パッチは再帰性反射テープである。
【０００７】
本発明の別の態様は、光学モジュールから呼掛けビームを受信し、呼掛けビームを反射パッチに反射させるように動作可能であり、また反射パッチから反射された、振動変調されたビームを受信し、振動変調されたビームを振動検出ユニットに反射させるように動作可能であるビーム反射器を含む。光学モジュールは、呼掛けビームが、該機械または複数の機械に貼り付けられた反射パッチに向けられ得るように、制御モジュールによって方向付けられることもできる。光学モジュールは、複数の機械のうちの少なくとも１つに呼掛けビームを遠隔から送信するように、方向付けられることもできる。光学モジュールはさらに、少なくとも１つの角度で回転可能であり得る。本発明の別の態様によれば、光学モジュールは、振動変調されたビームを復調するためのプロセッサを含んでもよい。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも１つの機械の振動を監視するための方法が、少なくとも１つの反射パッチを少なくとも１つの機械に貼り付けること、光学モジュールを備えた振動検出ユニットを、少なくとも１つの機械から遠く離れて配置すること、光学モジュールから呼掛けビームを、少なくとも１つの機械に貼り付けられた少なくとも１つの反射パッチに送信すること、振動変調されたビームを少なくとも１つの反射パッチから光学モジュールに反射させること、および少なくとも１つの機械の振動を決定するために、振動変動されたビームを復調することを含み得る。本発明の別の態様では、この方法は、光学モジュールから呼掛けビームを受信し、呼掛けビームをビーム反射器から反射パッチに反射させ、反射パッチから反射された呼掛けビームを受信し、および振動変調されたビームを光学モジュールに反射させるように動作可能なビーム反射器を設けることを含み得る。
【０００９】
本発明の別の実施形態による、少なくとも１つの設備からの複数の機械を解析するための方法。この実施形態では、この方法は、少なくとも１つの設備内の複数の機械に少なくとも１つの反射パッチを貼り付けること、光学モジュールを備えた振動検出ユニットを少なくとも１つの設備内の複数の機械から遠く離れて配置すること、光学モジュールから呼掛けビームを少なくとも１つの設備内の複数の機械に貼り付けられた少なくとも１つの反射パッチに送信すること、振動変調されたビームを少なくとも反射パッチから少なくとも１つの設備内の光学モジュールに反射させること、少なくとも１つの機械の振動データを決定するために、振動変動されたビームを復調すること、少なくとも１つの機械の振動データを遠隔解析設備に送信すること、および複数の設備からの少なくとも１つの機械の振動データから統計情報を決定することを含む。本発明の一態様では、統計情報は、機械の特定のモデルについて決定される、別の態様では、統計情報は、機械の特定の製造元について決定される。別の実施形態では、統計情報は、１つの設備からの複数の機械について決定される。
【００１０】
本発明についてここまで一般的な言葉で述べてきたが、次に添付の図面を参照する。図面は、必ずしも一定の尺度で作られていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明について、本発明の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して以下でより完全に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形で実施されることができ、本明細書で述べる諸実施形態に限定されるものと解釈すべきでなく、これらの実施形態は、本開示が徹底的で完全なものとなるように提供されており、本発明の範囲を当業者に伝えるものである。
【００１２】
図１は、機械１１０の振動を遠隔監視するための遠隔監視システム１００を示している。図１ａの実施形態は、工場、倉庫、または機械の使用を必要とする他の任意の設備内に含まれてもよい。遠隔監視システム１００は、振動検出ユニット１２０と、反射パッチ１３０とを含んでもよい。振動検出ユニット１２０は、制御モジュール１５０と、呼掛けビーム１４５を放出する光学モジュール１６０とを含んでもよい。制御モジュールは、汎用コンピュータ、特定目的コンピュータ、マイクロプロセッサ、他のプログラマブルデータ処理装置、あるいはコンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置に、本発明に従って機能するよう指示することができるコンピュータ読取り可能メモリを含んでもよい。
【００１３】
呼掛けビーム１４５は、磁気ビームであってもよい。磁気ビームは、レーザビームであっても、機械の振動を検出するために使用され得る他の任意の適切なエネルギービームであってもよい。例示的な一実施形態では、光学モジュール１６０は、カリフォルニア州ＴｕｓｔｉｎのＰｏｌｙｔｅｃ  Ｉｎｃ．社によって製造された振動計である。光学モジュール１６０は、呼掛けビームを送受信するように動作可能な任意の装置、または装置のシステムであってもよいことが当業者には理解されよう。
【００１４】
振動検出ユニット１２０は、機械の振動を監視するように動作可能な任意の位置に置かれてもよい。例示的な一実施形態では、振動検出ユニット１２０は、設備の天井の構造フレームに取り付けられる。別の実施形態では、振動検出ユニット１２０は、光学モジュール１６０が電磁ビームを所望の位置に放出することを可能にするために配置された取外し可能なシステム上に取り付けられてもよい。図１ｂおよび１ｃは、設備内の様々な場所に配置された機械に光学モジュール１６０が呼び掛けることを可能にするために取外し可能なシステムに貼り付けられた光学モジュール１６０の例示的な実施形態を示している。図１ｂに示すように、光学モジュール１６０は、設備の天井付近に置かれたトレーン（ｔｒａｉｎ）１６２に貼り付けられてもよい。トレーン１６２は、設備の天井でまたはその近くで、トラック（ｔｒａｃｋ）１６４に接してもよい（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）。トレーン１６２は、任意の所望の機械、または機械のセットに対して配置され得るように、トラック１６４との関連で移動されてもよい。トレーン１６２は、トラック上をあちこち、手動で誘導されて移動されても、電気誘導されて移動されてもよい。図１ｃに示すように、光学モジュール１６０は、設備の床をあちこち移動し得るモバイルカート１６６に貼り付けられてもよい。モバイルカート１６６は、床に直接に接してもよく、またはトラック（図示せず）に接してもよい。図１ｃの例示的な実施形態では、モバイルカート１６６は、モバイルカート１６６が床を転げ回ることを可能にするためのキャスタ１６８を含む。モバイルカート１６６は、手動で誘導されて移動されても、電気誘導されて移動されてもよい。
【００１５】
光学モジュール１６０は、１つまたは複数の回転および／または並進自由度の周りで方向付けられてもよい。本発明では任意の数の角度自由度が企図されていることが当業者には理解されよう。光学モジュール１６０は、それだけに限らないが、ビームの焦点距離、電力および多重度（ｍｕｌｔｉｐｌｉｃｉｔｙ）の調整を含めて、放出された呼掛けビーム１４５の制御特性に合わせて調整可能であり得る。調整は、ソフトウェアプログラムの制御の下で電気機械的に実施されても、オペレータによって手動で実施されてもよい。制御モジュール１５０は、光学モジュール１６０のビーム指向方向、および放出される呼掛けビーム１４５の焦点距離など、光学モジュール１６０の他の調整を制御する。制御モジュール１５０は光学モジュール１６０の動作に関する外部コマンドを受信することもでき、制御モジュール１５０は、復調された振動データを外部または遠隔の解析設備に報告することもできる。光学モジュールは、光学モジュールの振動の診断検査を実施するために、事実上静止した表面上の反射目標に呼掛けビームを向けるように回転されてもよい。
【００１６】
遠隔監視システム１００の反射パッチ１３０は、機械１１０に貼り付けられてもよい。反射パッチ１３０は、機械１１０の任意の位置で貼り付けられてもよい。機械の様々な構成要素または位置の振動を監視するのに使用するために、複数の反射パッチが、機械の複数の位置において機械に貼り付けられることもできる。
【００１７】
反射パッチ１３０は、通常または非通常の入射角度で呼掛けビームを受信し、同じまたは類似の入射角度に沿って呼掛けビーム１４５を反射する再帰性反射パッチとすることができる。例示的な一実施形態では、反射パッチ１３０は、反射パッチ１３０の表面に通常のベクトルに対して何十度も軸外の呼掛けビーム１４５を反射させるよう動作することができる。例示的な一実施形態では、反射パッチ１３０は、再帰性反射テープである。再帰性反射テープは、機械に容易に貼り付けられることができ、ビームが入来ビームと同じまたは類似の入射角度で反射されることを可能にする。例示的な実施形態の再帰性反射テープは、それだけに限らないが、コネチカット州Ｎｅｗ  ＢｒｉｔｉａｎのＲｅｆｌｅｘｉｔｅ  Ａｍｅｒｉｃａによって販売される反射テープを含めた市販のテープであっても、特に本発明で使用するために設計されまた製造されたテープであってもよい。別の実施形態では、反射パッチ１３０は、少なくとも１つのコーナーキューブ反射器を含む。それだけに限らないが、ミラーや他のタイプの再帰性反射テープを含めて、送信されたビームの同じまたは類似の入射角度に沿ってビームを反射するための任意の反射パッチが使用されてもよいことが当業者には理解されよう。
【００１８】
光学モジュール１６０は、機械１１０に貼り付けられた反射パッチ１３０に向かって呼掛けビーム１４５を送信してもよい。呼掛けビーム１４５は、監視される機械１１０の筐体に貼り付けられた反射パッチ１３０へと進む。反射パッチ１３０は、呼掛けビーム１４５を受信し、振動変調されたビーム１７０としてその呼掛けビームを反射する。振動変調されたビーム１７０は、呼掛けビーム１４５と同じまたは類似の経路に沿って光学モジュール１６０に戻る。機械の振動、またそれに貼り付けられた反射パッチの振動により、振動変調されたビーム１７０は、機械１１０の振動情報を運ぶ。
【００１９】
機械の振動を決定するために、振動変調されたビーム１７０は光学モジュール１６０内で復調され、機械振動データが回復される。光学モジュール１６０は、振動変調されたビーム１７０の非常に狭帯域のスペクトル範囲の外の周囲放射をフィルタ処理するための光学フィルタを含むこともできる。振動変調されたビームの復調は当業者にはよく理解されており、ドプラーシフト復調を含めて、振動変調されたビームの中に含まれる振動情報を決定するために振動変調されたビームを復調するための任意の適切な方法またはシステムが使用されてもよいことが当業者には理解されよう。
【００２０】
振幅検出ユニット１２０はさらに振動分離ユニット１８０を含むことができ、この振動分離ユニットは、振動変調されたビーム１７０内に埋め込まれた振動データへの固体伝搬振動（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｂｏｒｎｅ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）の干渉を緩和する。振動分離ユニット１８０は、振動検出ユニット１２０とそのホスト構造物の間に設置されてもよい。振動分離ユニットは、当業者分野ではよく知られており、市販されている。振動分離ユニットは、それだけに限らないが、ばねおよび梁柱アイソレータ、浮き袋（ａｉｒ  ｂｌａｄｄｅｒ）、および粘弾性制振材を含めて、複数の技術のうちの１つまたはその組合せに基づく。
【００２１】
振動検出ユニットの構成要素は１つのシステムに組み込まれることができ、または別個の構成要素を含んでもよい。例示的な一実施形態では、光学モジュール１６０および制御モジュール１５０は、設備内に一緒に取り付けられる別個の構成要素である。別の実施形態では、光学モジュール１６０および制御モジュール１５０は、統合されたシステムである。別の実施形態では、振動検出ユニットの諸構成要素は、それぞれ異なる位置に常駐する。たとえば、光学モジュール１６０は、監視される機械を含む部屋内に置かれることができ、制御モジュール１５０は、別個の部屋、または設備とは完全に別の位置に置かれてもよい。
【００２２】
図２の実施形態に示すように、振動検出ユニット１２０は、複数の機械１１０のそれぞれの振動を監視するために使用されてもよい。反射パッチ１３０は、監視される複数の機械に貼り付けられ得る。光学モジュール１６０の角度および／または並進の指向位置は、制御モジュール１５０に常駐するソフトウェア制御システムを介して制御されても、電気機械制御を介して手動で制御されてもよい。光学モジュール１６０は、呼掛けビームを監視される機械の反射パッチに位置合わせするために複数の角度の周りを回転されてもよい。別の実施形態では、光学モジュール１６０はさらに、光学モジュール１６０が、監視される機械の反射パッチ１３０への呼掛けビーム１４５の入射角度を最適化するように複数の機械に対して直線移動する（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）ことを可能にするために、少なくとも１つのトラック（図示せず）に取り付けられてもよい。光学モジュール１６０が呼掛けビーム１４５を反射パッチ１３０に送信できるように光学モジュール１６０を配置する任意の手段が、本発明では企図されることが当業者には理解されよう。
【００２３】
工場または他の場所で、光学モジュール１６０と機械に貼り付けられた反射パッチ１３０との間の経路は、妨害を受けることがある。図２は、障害物２１０が、呼掛けビーム１４５が光学モジュール１６０から反射パッチ１３０に直線的に送信されることの妨げとなっている状態を示している。ビーム反射器２２０が、呼掛けビームを障害物の周りで反射させるために使用されてもよい。ビーム反射器２２０は、呼掛けビーム１４５の向きが光学モジュール１６０から反射パッチ１３０に変更されるように位置合わせされてもよい。ビーム反射器２２０は、反射パッチ１３０および光学モジュール１６０のすぐ近くの任意の位置に貼り付けられてもよい。例示的な一実施形態では、ビーム反射器２２０は、取付けユニット２２５を使用して、工場の天井などの構造フレームに取り付けられる。取付けユニット２２５は、ビーム反射器振動分離ユニット２３０を含み得る。ビーム反射器２２０は、複数の機械を監視するため、呼掛けビーム１４５の入射および反射角度を変更するための遠隔制御された回転ユニットを含むこともできる。呼掛けビームが反射パッチ１３０への障害物の周りで向きを変更することを可能にする任意のシステムが、本発明では企図されることが当業者には理解されよう。
【００２４】
図３は、監視される複数の機械を収容する設備３１０と、遠隔解析設備３２０との間の双方向の通信リンク３３０を示している。遠隔解析設備３２０は、機械に関する振動問題を解決するための戦略を決定するために振動データを解析するのに使用されてもよい。通信リンク３３０は、衛星ベース、光ファイバ、地上ベース、無線、有線、インターネットまたは他の任意のデータ移送設備であり得る。遠隔解析設備３２０は、メモリ、入出力（「Ｉ／Ｏ：ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ」）インターフェースおよびネットワークインターフェースをさらに含み得るパーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータなどの任意のプロセッサ駆動装置を含んでもよい。メモリは、データファイル、ならびにオペレーティングシステム（「ＯＳ：ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ」）およびデータ解析プログラムなどの様々なコンピュータ実行プログラムを格納してもよい。
【００２５】
遠隔解析設備３２０は、データ解析プログラムを使用して、少なくとも１つの設備からの１つまたは複数の機械からの振動データを解析してもよい。データ解析プログラムは、振動データの統計解析を含んでもよい。ある実施形態では、遠隔解析設備は、複数の設備内の機械の特定のモデルまたは製造元に関する統計情報を決定してもよい。別の実施形態では、遠隔解析設備は、ある特定の設備内のすべての機械に関する統計情報を決定してもよい。本発明は、上述の統計解析に限定されず、複数の機械に関する任意の統計解析であり得ることが当業者には理解されよう。
【００２６】
本発明の多くの修正および他の実施形態が、上記説明および関連の図面で提示される教示の利点を得る本発明が関係する当業者には考えられよう。したがって、本発明は開示した特定の諸実施形態に限定されず、修正および他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれるものであることを理解されたい。本明細書では特定の用語が使用されているが、それらは限定のためではなく、一般的かつ説明的な意味で使用されるものにすぎない。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１ａ】本発明の一態様による、機械からの振動情報を遠隔監視するシステムを示す図である。
【図１ｂ】本発明の一態様による、天井の取外し可能なシステムに貼り付けられた光学モジュールを用いて機械からの振動情報を遠隔監視するシステムを示す図である。
【図１ｃ】本発明の一態様による、床の取外し可能なシステムに貼り付けられた光学モジュールを用いて機械からの振動情報を遠隔監視するシステムを示す図である。
【図２】本発明の一態様による、障害物の周りの呼掛けビームの経路変更を示す図である。
【図３】本発明の一態様による、振動検出ユニットと遠隔サービス設備の間の通信の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００  遠隔監視システム
１１０  機械
１２０  振動検出ユニット
１３０  反射パッチ
１４５  呼掛けビーム
１５０  制御モジュール
１６０  光学モジュール
１６２  トレーン
１６４  トラック
１６６  モバイルカート
１６８  キャスタ
１７０  振動変調されたビーム
１８０  振動分離ユニット
２１０  障害物
２２０  ビーム反射器
２２５  取付けユニット
２３０  ビーム反射器振動分離ユニット
３１０  設備
３２０  遠隔解析設備
３３０  通信リンク
【図１ａ】
0005162136.tif 000002
【図１ｂ】
0005162136.tif 000003
【図１ｃ】
0005162136.tif 000004
【図２】
0005162136.tif 000005
【図３】
0005162136.tif 000006