(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトコンベヤのローラから異音が発生しているか否かを発見するための無指向性マイクロフォンと、異音を発するローラを診断するための指向性マイクロフォンと、警報音を発生する警報音発生手段と、上記無指向性マイクロフォンで得られた音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較して異音を発見すると警報音発生手段を作動させ、上記指向性マイクロフォンで得られた異音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較して定量評価を行う定量評価手段とを備えたベルトコンベヤ異常診断装置であって、  上記定量評価手段は、
上記指向性マイクロフォンで得られた異音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較して定量評価を行う際、
上記指向性マイクロフォンで得られた音の計測波形から時系列スペクトルを求め、その時系列スペクトルから所定周波数以上且つ所定音圧レベル以上の異音特徴を持つスペクトルを抽出し、抽出したスペクトルを加算して抽出の回数で除して平均化し、平均化したスペクトルを正規化して正規化スペクトルを求めると共に、平均化したスペクトルからオーバーオール値を算出し、
上記抽出の回数に基づき予め登録されている複数の異音テンプレートを大別し、大別した各テンプレートと上記正規化スペクトルとの差の二乗和を求め、差の二乗和が最小の異音テンプレートを異音タイプとし、異音タイプとした異音テンプレートのオーバーオール値と前述のように算出したオーバーオール値との比率に基づき異常度合いを評価する
ことを特徴とするベルトコンベヤ異常診断装置。
【請求項２】
上記定量評価手段は、前述のように大別した各テンプレートと上記正規化スペクトルとの差の二乗和が所定の閾値よりも大きい場合には、未登録音と判別するものである
請求項１に記載のベルトコンベヤ異常診断装置。
【請求項３】
上記定量評価手段による定量評価結果を表示する表示手段と、ローラの位置情報を入力する入力手段と、ローラの位置情報と異音の種類とを記憶する記憶手段と、少なくとも上記警報音発生手段、上記定量評価手段、上記表示手段及び上記記憶手段を収容する携帯自在な筐体とを有し、
上記入力手段は、上記ベルトコンベヤの各ローラの近傍に貼付けられて各ローラの位置情報が示されたバーコードを読み取るバーコードリーダであり、該バーコードリーダが、上記指向性マイクロフォンに備えられている
請求項１又は２に記載のベルトコンベヤ異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルトコンベヤのローラの異常を診断するベルトコンベヤ異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルトコンベヤには多くのローラが使用されている。例えば火力発電所の揚運炭用のベルトコンベア（数ｋｍ）には数万本のローラが使用されている。これらのローラの交換管理にはＴＢＭ（稼働時間ベースのメンテナンス）とＣＢＭ（稼働状態ベースのメンテナンス）とが挙げられるが、ローラの耐用寿命に相当のばらつきがあるため、ＴＢＭは合理的ではない。このため、実際の保守・点検作業では点検員がコンベア運転中に巡回して聴覚によりローラ異音変化を聞き分けて、各ローラの状態を観察しながらローラの交換が必要か否かを判断するＣＢＭが採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、点検員の聴覚に依存する交換判断は、点検員の技量により判断基準が異なり、異音ローラの数が多くなるとそれぞれのローラ異音の時間的変化を的確に把握できないため交換基準が一律とならない等の問題が生じる。また、点検員に長く傾斜した点検巡回路を聴覚を集中させながら微妙な異音ローラの変化の聞き分けを要求することは、点検員に多大な負担をかけるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、点検員の技量によらず正確なローラの交換判断ができるベルトコンベヤ異常診断装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のベルトコンベヤ異常診断装置は、ベルトコンベヤのローラから異音が発生しているか否かを発見するための無指向性マイクロフォンと、異音を発するローラを診断するための指向性マイクロフォンと、警報音を発生する警報音発生手段と、上記無指向性マイクロフォンで得られた音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較して異音を発見すると警報音発生手段を作動させ、上記指向性マイクロフォンで得られた異音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較して定量評価を行う定量評価手段とを備えたベルトコンベヤ異常診断装置であって、上記定量評価手段は、上記指向性マイクロフォンで得られた異音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較して定量評価を行う際、上記指向性マイクロフォンで得られた音の計測波形から時系列スペクトルを求め、その時系列スペクトルから所定周波数以上且つ所定音圧レベル以上の異音特徴を持つスペクトルを抽出し、抽出したスペクトルを加算して抽出の回数で除して平均化し、平均化したスペクトルを正規化して正規化スペクトルを求めると共に、平均化したスペクトルからオーバーオール値を算出し、上記抽出の回数に基づき予め登録されている複数の異音テンプレートを大別し、大別した各テンプレートと上記正規化スペクトルとの差の二乗和を求め、差の二乗和が最小の異音テンプレートを異音タイプとし、異音タイプとした異音テンプレートのオーバーオール値と前述のように算出したオーバーオール値との比率に基づき異常度合いを評価するものである。
【０００６】
上記定量評価手段は、前述のように大別した各テンプレートと上記正規化スペクトルとの差の二乗和が所定の閾値よりも大きい場合には、未登録音と判別するものであってもよい。
【０００７】
上記定量評価手段による定量評価結果を表示する表示手段と、ローラの位置情報を入力する入力手段と、ローラの位置情報と異音の種類とを記憶する記憶手段と、少なくとも上記警報音発生手段、上記定量評価手段、上記表示手段及び上記記憶手段を収容する携帯自在な筐体とを有し、上記入力手段は、上記ベルトコンベヤの各ローラの近傍に貼付けられて各ローラの位置情報が示されたバーコードを読み取るバーコードリーダであり、該バーコードリーダが、上記指向性マイクロフォンに備えられていてもよい。
【０００８】
本発明によれば、本ベルトコンベヤ異常診断装置を発見モードにし、点検員が携帯してベルトコンベヤに沿って巡回すると、無指向性マイクロフォンにより点検員の前後左右全方向からの音を集音し、得られた音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較し、異音のデータを発見した場合に警報音を発生する。
【０００９】
点検員がローラに指向性マイクロフォンを近付けて本装置を診断モードにすると、異音を発するローラの特定を行うと共に、異音のデータと予め登録されている異音のデータ（複数の異音テンプレート）とを比較し（パターンマッチング法）、最も適切な異音テンプレートを用いて定量評価しローラの異常の種類、異常の程度、交換時期等の判断を行い表示手段に表示する。
【００１０】
従って本装置により異常なローラの発見と適切な診断とが自動的に行えるので、点検員の技量によらず正確なローラの交換判断ができる。
【００１１】
点検員は特定されたローラの位置情報をキースイッチあるいはバーコードリーダにより入力することにより、記憶手段に記憶される。ローラを交換する交換員は記憶手段に記憶されたデータに基づいて交換することができるので、ローラの交換が能率的に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１は本発明のベルトコンベヤ異常診断装置の一実施の形態を示す外観図である。図２は図１に示したベルトコンベヤ異常診断装置のブロックダイヤグラムである。
【００１４】
図１に示すベルトコンベヤ異常診断装置は、図にはないベルトコンベヤのローラから異音が発生しているか否かを発見するための無指向性マイクロフォン１と、異音を発するローラを診断するための指向性マイクロフォン２と、ノート型パソコン３とで構成されている。
【００１５】
図２に示すベルトコンベヤ異常診断装置のノート型パソコンは、警報音を発生する警報音発生手段としてのスピーカ４と、無指向性マイクロフォン１で得られた音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較して異音を発見するとスピーカ４から警報音を発生させ、指向性マイクロフォン２で得られた異音のデータと予め登録されている異音のデータとを比較して定量評価を行う定量評価手段としてのＣＰＵ５と、ＣＰＵ５による定量評価結果を表示する液晶モニタ６と、ローラの位置情報（例えばライン番号とローラ番号）を入力する入力手段としてのキースイッチ７と、ローラの位置情報と異音の種類とを記憶する記憶手段としてのハードディスク８と、他のパソコンへデータを転送させるためのフロッピーディスクと、スピーカ４、ＣＰＵ５、液晶モニタ６、キースイッチ７、ハードディスク及びフロッピーディスク８を収容する携帯自在な筐体（破線で示す）９とを有している。
【００１６】
本発明のベルトコンベヤ異常診断装置は、このようなノート型パソコン３に、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄカード）１０、１１を差し込み、各Ａ／Ｄカード１０、１１に各マイクロフォン１、２を接続したものである。
【００１７】
なお、ローラの音は音圧レベルが大きく、周波数が５００Ｈｚ程度であり、それ自体異常診断には不要なため、その音を遮断するハイパスフィルタ（図示せず）が用いられている。
【００１８】
本ベルトコンベヤ異常診断装置が有する機能は、
(a) 異音計測機能（異音発見モードと異音診断モード）
(b) 異常度の履歴表示機能（図３参照）
(c) 計測位置記録機能（バーコードリーダ使用時、図４参照）
(d) 他のパソコンへのデータ転送機能
である。
【００１９】
図３は図１に示したベルトコンベヤ異常診断装置のモニタに表示される異常度の履歴表示画面である。
【００２０】
図３において横軸が日付軸であり、縦軸が異常度軸である。
【００２１】
図４は図１に示したベルトコンベヤ異常診断装置のモニタに表示されるコンベヤラインの点検結果及び異常箇所の画面である。
【００２２】
図４に示すように左上に診断した日付が表示され、コンベヤライン上に異常箇所が三角で表示されるようになっている。
【００２３】
次に本発明のベルトコンベヤ異常診断装置の具体的な処理アルゴリズムについて図５〜図８を参照して説明する。
【００２４】
図５は時系列スペクトルを３次元表示した図であり、同図において横軸が時間軸（ｓｅｃ）、縦軸が周波数軸（Ｈｚ）、鉛直軸が音圧レベル軸である。音圧レベル軸の間隔は１０ｍｓｅｃである。
【００２５】
▲１▼計測波形より、時系列スペクトルを算出する（図５）。
【００２６】
(a) マイクロフォンから音をサンプリングする。
【００２７】
(b) サンプリングデータはハイパスフィルタによりローラ回転音を除去する。
【００２８】
(c) サンプリングデータは等間隔で分割し、分割したデータ毎にＦＦＴ処理を行って周波数スペクトルの時系列データを求める。
【００２９】
図６は周波数と音圧レベルとの関係を示す図であり、同図において横軸が周波数軸（Ｈｚ）、縦軸が音圧レベル軸である。
【００３０】
▲２▼時系列スペクトルからトリガにより異音特徴を持つスペクトルを抽出する  （図６）。
【００３１】
(a) 異音特徴は高周波のスペクトルとして現れる（トリガエリア）。
【００３２】
(b) 時系列スペクトルの中で高周波のスペクトルにレベルトリガを設定し、設定閾値以上の音圧レベルを持つスペクトルを抽出する。
【００３３】
(c) トリガはローラ回転音以上〜周波数レンジ上限×設定閾値レベル〜レンジ上限のエリアにスペクトルを持つデータで動作する。
【００３４】
(d) 抽出回数（以下「トリガ回数」という。）をカウントする。
【００３５】
(e) トリガ処理は、間欠的な異音特徴が平均処理により減少することを防止するために行う。
【００３６】
図７は周波数と音圧レベルとの関係を示す図であり、横軸が周波数軸（Ｈｚ）、縦軸が音圧レベル軸である。
【００３７】
▲３▼抽出したスペクトルを平均する（図７）。
【００３８】
(a) トリガにより抽出されたスペクトルを加算する。
【００３９】
(b) 加算したスペクトルはトリガ回数で割り算し、平均化する。
【００４０】
(c) 平均化したスペクトルを正規化し、正規化スペクトルを得る。正規化の具体的な処理は、平均化したスペクトルの最大値を求め、スペクトル全体を最大値で割ることである。
【００４１】
(d) 正規化スペクトルは最大値が１であり、周波数成分の割合情報を含むデータとなる。
【００４２】
(e) 平均化したスペクトルからオーバーオール値（Ｏ．Ａ．値）を求めて、計測音の強さとする。Ｏ．Ａ値はスペクトルレベルの総和として求められる。
【００４３】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は図１に示したベルトコンベヤ異常診断装置に予め登録された異音テンプレート（異音タイプ）であり、横軸が周波数軸（Ｈｚ）、縦軸が音圧軸である。図８（ａ）は正常な波形を示し、図８（ｂ）〜図８（ｄ）は異音タイプの波形を示している。
【００４４】
▲４▼トリガ回数（図７）、正規化スペクトルを用いて異音タイプを分類する。Ｏ．Ａ．値により異常度を算出する。
【００４５】
(a) トリガ回数は異音の周期の指標となる。音圧の計測時間（サンプリング点数）に対するトリガ回数により、異音が連続的か間欠的かが推測できる。
【００４６】
(b) トリガ回数により装置に予め登録されている異音のテンプレートを大別する（図８）。
【００４７】
(c) 大別した複数のテンプレートと算出した正規化スペクトルとの差の２乗和をそれぞれ求める。
【００４８】
(d) 差の二乗和の最小（情報エントロピー最大）のテンプレートを異音タイプとする。
【００４９】
(e) 差の二乗和が設定した閾値よりも大きい場合は、未登録音として判別する。
【００５０】
(f) 異音タイプとしたテンプレートのＯ．Ａ．値と算出したＯ．Ａ．値との比率で異常度合いを計算し、目安とする。音響計測であるため、異音レベルの絶対値精度は低く、目安とする。
【００５１】
(g) 異音タイプと異常度とから最終診断を行う。
【００５２】
すなわち、本発明のベルトコンベヤ異常診断装置は、点検員が携帯して運用できるものであり、音響計測とアルゴリズムにより異音判断を定量評価し、異音を自動計測し、点検員の巡回中に異音を発見した場合には点検員に異常ローラの存在を知らせる。指向性マイクロフォンを用いたスポット音響計測により、精密診断と異音ローラの特定とを行う。診断データは異音ローラの位置情報と共に、装置に保存し、トレンド管理（弱い異音を発するローラの様子をみるため、データを追加し、異音がひどくなったら交換する）ができる。診断データはフロッピーに保存してローラ交換員に渡したり、通信手段や光通信手段を用いて管理用パソコンに転送できるので、ローラ保守管理に役立つ。
【００５３】
運用方法について以下に述べる。
【００５４】
(1) 周囲エリアでの異音発見
携帯診断装置が周辺エリアでの異音を検知すると、警報音や画面の点滅等により点検者へ知らせる（異音発見モード）。
【００５５】
(2) 異音ローラの特定と記憶
計測した異常度の大きさにより異音ローラを特定し（異音診断モード）、そのローラの位置及び異音を携帯診断装置に記憶させる。
【００５６】
(3) ローラ交換診断
計測した異常度と履歴から交換が必要か否かの診断を実施する。
【００５７】
(4) 点検ポイントの引継ぎ
ベルトコンベヤ異常診断装置に計測位置情報を保存し、この装置を次の点検員に渡すことにより、点検ポイントを次の点検者へ引継ぐ。
【００５８】
(5) 保守管理用データ転送
携帯診断装置から異音ローラに関する点検データを他のパソコンに転送して保守管理に役立てる。
【００５９】
計測方法について以下に述べる。
【００６０】
(1) 点検中に携帯診断装置を用いて点検員が異音ローラを発見する。
【００６１】
(2) 異音ローラの位置をバーコード等により記録する。
【００６２】
(3) 異音状況をマイクロフォンによる音響計測にて記録する。
【００６３】
(4) 異常度の絶対値と履歴とによりローラの交換の要否を診断する。
【００６４】
なお、上述した実施の形態では、入力手段としてのキースイッチの代わりに、ベルトコンベヤの各ローラの近傍に貼付けられて各ローラの位置情報が示されたバーコードを読み取るバーコードリーダであってもよい。
【００６５】
図９は本発明のベルトコンベヤ異常診断装置の他の実施の形態を示す外観図である。
【００６６】
図１に示した実施の形態との相違点は、キースイッチの代わりにペン型バーコードリーダ付き指向性マイクロフォン１２を用いて、ローラの異音の採取とローラの位置の特定を行う点である。
【００６７】
同図に示すベルトコンベヤ異常診断装置は、図にはないベルトコンベヤのローラから異音が発生しているか否かを発見するための無指向性マイクロフォン１と、異音を発するローラを診断すると共に、バーコードからそのローラの位置情報を読み取るペン型バーコードリーダ付き指向性マイクロフォン１２と、ノート型パソコン３とで構成されている。
【００６８】
このような装置を用いた場合にはローラの位置情報を入力する際に、キー入力操作を行う必要がなく、図１０に示すように点検員がペン型バーコードリーダ付き指向性マイクロフォンをバーコードに当てればローラの位置情報が装置に入力されるので点検作業能率が高くなる。
【００６９】
なお、図１０は図９に示したベルトコンベヤ異常診断装置の使用状態の説明図である。
【００７０】
同図において、１３、１４はベルトコンベヤのローラ、１５はベルトコンベヤのベルト、１６はローラ１３、１４の位置情報を示すバーコードである。
【００７１】
以上において、本発明のベルトコンベヤ異常診断装置によれば、
(1) 点検員の技量によるローラ交換判断のばらつきがなくなる。
【００７２】
(2) 交換判断の基となる異音データが蓄積でき、ローラ保守管理の精度が向上する。
【００７３】
(3) 診断装置が異音を定量評価するため、熟練者でなくてもローラ交換判断が行える。
【００７４】
(4) 熟練点検員でも判断の困難な、軽微な異音も評価でき、初期異常から監視対象にすることで、ローラに起因する火災、機器損傷等の未然防止が確実になる。
【００７５】
(5) 点検中に微妙な異音ローラの変化の聞き分けが不要になり、点検員の負担が軽減される。
【００７６】
(6) 点検に診断装置を連続運用することで、徐々に点検員の聴覚によるローラ交換判断能力が向上し、訓練にもなる。
【００７７】
(7) ベルトコンベヤ診断装置は点検員が携帯できるので、現行設備を改善することなく導入でき、低コスト化が図れる。また、現行の保守点検作業に即、適用できる。
【００７８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００７９】
点検員の技量によらず正確なローラの交換判断ができるベルトコンベヤ異常診断装置の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のベルトコンベヤ異常診断装置の一実施の形態を示す外観図である。
【図２】図１に示したベルトコンベヤ異常診断装置のブロックダイヤグラムである。
【図３】図１に示したベルトコンベヤ異常診断装置のモニタに表示される異常度の履歴表示画面である。
【図４】図１に示したベルトコンベヤ異常診断装置のモニタに表示されるコンベヤラインの点検結果及び異常箇所の画面である。
【図５】時系列スペクトルを３次元表示した図である。
【図６】周波数と音圧レベルとの関係を示す図である。
【図７】周波数と音圧レベルとの関係を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は図１に示したベルトコンベヤ異常診断装置に予め登録された異音テンプレートである。
【図９】本発明のベルトコンベヤ異常診断装置の他の実施の形態を示す外観図である。
【図１０】図９に示したベルトコンベヤ異常診断装置の使用状態の説明図である。
【符号の説明】
１  無指向性マイクロフォン
２  指向性マイクロフォン
３  ノート型パソコン
【図１】
0004401501.tif 000002
【図２】
0004401501.tif 000003
【図３】
0004401501.tif 000004
【図４】
0004401501.tif 000005
【図５】
0004401501.tif 000006
【図６】
0004401501.tif 000007
【図７】
0004401501.tif 000008
【図８】
0004401501.tif 000009
【図９】
0004401501.tif 000010
【図１０】
0004401501.tif 000011