(57)【要約】圧延設備の診断装置は、モータと、前記モータによって駆動される圧延ロールと、前記モータの動力を前記圧延ロールに伝達するための動力伝達部と、を含む圧延設備を診断するための診断装置であって、前記圧延設備から発生する音を検知するための音響センサと、前記モータを加振するための加振部と、前記加振部により前記モータが加振された状態で前記音響センサにより検知された第１音データの周波数解析を行い、前記第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得するための第１周波数解析部と、を備え、前記加振部は、前記モータを加振する加振周波数を変更可能に構成される。
2019220542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータによって駆動される圧延ロールと、前記モータの動力を前記圧延ロールに伝達するための動力伝達部と、を含む圧延設備を診断するための診断装置であって、
前記圧延設備から発生する音を検知するための音響センサと、
前記モータを加振するための加振部と、
前記加振部により前記モータが加振された状態で前記音響センサにより検知された音を含む第１音データの周波数解析を行い、前記第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得するための第１周波数解析部と、を備え、
前記加振部は、前記モータを加振する加振周波数を変更可能に構成された
ことを特徴とする圧延設備の診断装置。
【請求項２】
前記加振部は、前記加振周波数を連続的に変化させるように構成された
ことを特徴とする請求項１に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項３】
前記モータに印加する電圧又は電流を制御するように構成されたモータ制御部をさらに備え、
前記モータ制御部は、前記加振部としての高周波成分付与部を含み、
前記高周波成分付与部は、前記モータの速度指令値又はトルク指令値に対して、前記加振周波数の成分を重畳するように構成された
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項４】
前記第１周波数解析部は、前記加振周波数が異なる複数の条件においてそれぞれ前記音響センサにより検知された音を含む前記第１音データについて前記第１周波数スペクトルを取得するように構成され、
前記第１周波数スペクトルにおいて前記圧延設備の設計に基づき算出される前記圧延設備の特定の部位の予想固有振動周波数を含む固有振動周波数帯に含まれる成分の振幅に基づいて、前記圧延設備の前記部位の固有振動周波数を特定するように構成された特定部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項５】
前記圧延設備の部位と、前記特定部によって特定された前記部位の固有振動周波数と、が関連づけられた情報を記憶するための記憶装置をさらに備える
ことを特徴とする請求項４に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項６】
前記圧延設備の操業中に前記加振部を作動させない状態で前記音響センサにより検知された音を含む第２音データの周波数解析を行い、前記第２音データの周波数と振幅との相関関係を示す第２周波数スペクトルを取得するための第２周波数解析部と、
前記第２周波数スペクトルにおける、前記特定部により特定された前記固有振動周波数での振幅と、閾値との比較に基づいて、前記圧延設備の状態を診断するように構成された診断部と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項７】
前記第１周波数解析部は、前記圧延設備の点検時に、前記加振周波数が異なる複数の条件においてそれぞれ前記音響センサにより検知された音を含む前記第１音データについて前記第１周波数スペクトルを取得するように構成され、
前記第１周波数スペクトルにおける、前記特定部により特定された前記固有振動周波数での振幅と、閾値との比較に基づいて、前記圧延設備の状態を診断するように構成された診断部をさらに備える
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項８】
前記圧延設備の部位と、前記特定部によって特定された前記部位の固有振動周波数と、が関連づけられた情報を記憶するための記憶装置をさらに備え、
前記診断部は、前記第１周波数スペクトル又は前記第２周波数スペクトルにおける、前記部位に関して前記特定部により特定された前記固有振動周波数での振幅と、閾値との比較に基づいて、前記部位の状態を診断するように構成され、
前記診断部により前記部位に異常が発生したと判定されたとき、前記部位に関して前記記憶装置に記憶された情報を表示するための表示部をさらに備える
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項９】
前記診断部は、前記第１周波数スペクトル又は前記第２周波数スペクトルの前記固有振動周波数での振幅が前記閾値よりも大きいときに前記圧延設備に異常が発生したと判定するように構成された
ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項１０】
前記第１音データ又は前記第２音データを、振幅に関して前記モータのトルクで正規化するための振幅正規化部をさらに備える
ことを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項１１】
前記第１音データを、周波数に関して前記モータの実速度で正規化するための周波数正規化部をさらに備える
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項１２】
前記動力伝達部は、前記モータによって駆動されるギア又はスピンドルを含む
ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の圧延設備の診断装置。
【請求項１３】
モータと、前記モータによって駆動される圧延ロールと、前記モータの動力を前記圧延ロールに伝達するための動力伝達部と、を含む圧延設備を診断するための診断方法であって、
前記圧延設備から発生する音を検知するステップと、
前記モータを加振するステップと、
前記モータを加振する加振周波数を変化させながら前記音を検知するステップを行うことで検知された第１音データについて周波数解析を行い、前記第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得するステップと、
を備えることを特徴とする圧延設備の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧延設備の診断装置及び診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧延設備で生じる振動を検出し、その検出結果に基づいて圧延設備の異常発生等を診断することがある。【０００３】
例えば、特許文献１には、集音マイクロフォンを用いて圧延機の騒音を検出し、検出された騒音データの騒音レベルを、予め取得された圧延機の正常時における騒音データの騒音レベルと比較することにより、圧延機の異常の有無を判定することが開示されている。【０００４】
また、特許文献２には、圧延機において生じるチャタリング発生原因として考えられる各部の固有振動周波数を計算により求めたうえで、圧延機の振動の実測値の周波数分析を行い、周波数分析結果における上述の固有振動周波数（計算値）での振動レベルと閾値との比較を行うことにより、チャタリング発生原因を特定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１２３８０７号公報
【特許文献２】特許第２９６４８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の記載の異常予知支援装置では、圧延設備の中のどの部位に異常が生じているか特定することができない。
また、同じ機種の圧延設備であっても、部品の製造公差や、組立て手法の違い等に起因して、実際の固有振動周波数には個体差が存在するのが通常である。あるいは、計算により固有振動周波数を求める場合、モデル化の精度によって計算結果が異なる場合がある。そのため、特許文献２のように固有振動周波数（固有振動数）を計算により求めると、実際の固有振動周波数からずれるおそれがある。したがって、圧延設備の実際の固有振動周波数を特定することは、診断精度を向上させるうえで重要である。【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、圧延設備の固有振動周波数を特定可能な圧延設備の診断装置及び診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態に係る圧延設備の診断装置は、
モータと、前記モータによって駆動される圧延ロールと、前記モータの動力を前記圧延ロールに伝達するための動力伝達部と、を含む圧延設備を診断するための診断装置であって、
前記圧延設備から発生する音を検知するための音響センサと、
前記モータを加振するための加振部と、
前記加振部により前記モータが加振された状態で前記音響センサにより検知された第１音データの周波数解析を行い、前記第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得するための第１周波数解析部と、を備え、
前記加振部は、前記モータを加振する加振周波数を変更可能に構成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、圧延設備の固有振動周波数を特定可能な圧延設備の診断装置及び診断方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る診断装置及び診断対象の圧延設備を示す概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る診断装置の処理部の概略構成図である。
【図３】一実施形態に係るモータ制御部の概略構成図である。
【図４】一実施形態に係るモータ制御部の概略構成図である。
【図５】一実施形態に係る圧延設備の診断方法の概要を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す圧延設備の振動モデルを示す図である。
【図７】圧延設備の設計に基づいて算出される予想固有振動周波数と、一実施形態に係る診断装置により特定される実際の固有振動周波数との対応を示すテーブルを示す図である。
【図８】第１周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図９】一実施形態に係る圧延設備の診断方法のフローチャートの一例である。
【図１０】一実施形態に係る圧延設備の診断方法のフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１２】
まず、図１を参照して、幾つかの実施形態に係る診断装置及び診断方法の診断対象となる圧延設備について説明する。図１は、一実施形態に係る診断装置及び診断対象の圧延設備を示す概略構成図である。
【００１３】
図１に示すように、圧延設備１は、モータ２と、モータ２によって駆動される圧延ロール８と、モータ２の動力を圧延ロール８に伝達するための動力伝達部３と、を含む。
【００１４】
圧延ロール８は、金属帯板９を圧延するように構成されており、金属帯板９を上下から挟み込んで金属帯板９に荷重を加えるための一対のワークロール１２Ａ，１２Ｂと、一対のワークロール１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ挟んで金属帯板９とは、それぞれ反対側に設けられる一対の中間ロール１４Ａ，１４Ｂ及び一対のバックアップロール１６Ａ，１６Ｂと、を含む。中間ロール１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ、ワークロール１２Ａ，１２Ｂと、バックアップロール１６Ａ，１６Ｂとの間に設けられる。
【００１５】
動力伝達部３は、モータ２によって駆動されるギア４及びスピンドル６を含む。すなわち、ギア４はモータ２に接続されており、スピンドル６は、ギア４を介してモータ２に接続されている。また、圧延ロール８は、ギア４及びスピンドル６を介して、モータ２に接続されている。したがって、モータ２の振動は、ギア４、スピンドル６及び圧延ロール８に伝達するようになっている。
【００１６】
モータ２に入力される電圧又は電流は、モータ制御部１０によって制御されるようになっている。後述するように、モータ制御部１０は、圧延設備１の診断装置３０の加振部１８として機能する高周波成分付与部２６を含む。
【００１７】
次に、図１〜図４を参照して、一実施形態に係る診断装置の構成について説明する。
図２は、一実施形態に係る診断装置３０の処理部３４の概略構成図であり、図３及び図４は、それぞれ、一実施形態に係るモータ制御部１０の概略構成図である。なお、図３及び図４では、説明の簡素化のため、スピンドル６（図１参照）の図示を省略している。
【００１８】
図１に示すように、一実施形態に係る診断装置３０は、圧延設備１から発生する音を検知するための音響センサ３２と、音響センサ３２により検知された音データを処理するための処理部３４と、処理部での処理結果等を記憶するための記憶装置３６と、処理部３４での処理結果を表示するための表示部３８と、を含んでいる。また、診断装置３０は、モータ２を加振するための加振部１８を含んでいる。
【００１９】
一実施形態では、音響センサ３２は、集音マイクロフォンを含んでいてもよい。
【００２０】
診断装置３０の処理部３４は、音響センサ３２により検知された音データの周波数解析を行うように構成された第１周波数解析部４０及び第２周波数解析部４６と、圧延設備１の実際の固有振動周波数（固有振動数）を特定するための特定部４２と、圧延設備１の状態を診断するための診断部５０と、を含む。また、処理部３４は、第１音データ又は第２音データを正規化処理するための周波数正規化部４４及び振幅正規化部４８を含む。
【００２１】
第１周波数解析部４０は、加振部１８によりモータ２が加振された状態で、音響センサ３２によって検知された第１音データの周波数解析を行って、第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得するように構成される。
【００２２】
第２周波数解析部４６は、加振部１８が作動していない状態で（即ち、加振部１８によりモータ２が加振されていない状態で）、音響センサ３２によって検知された第２音データの周波数解析を行って、第２音データの周波数と振幅との相関関係を示す第２周波数スペクトルを取得するように構成される。
【００２３】
幾つかの実施形態では、上述したように、モータ制御部１０の高周波成分付与部２６が加振部１８として機能する。
図３及び図４に示すように、モータ制御部１０は、モータ２の目標速度に応じて決まる速度指令と、速度センサ２８により検出されるモータ２の実速度との差分に基づいて、モータ２に付与する電流指令値Ｉ＊を算出して、電流指令値Ｉ＊に相当する電流をモータ２に出力するように構成されている。
【００２４】
より詳細には、モータ制御部１０は、速度制御部（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｓｐｅｅｄ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ；ＡＳＲ）２０と、電流制御部（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ；ＡＣＲ）２２と、インバータ２４と、上述の加振部１８としての高周波成分付与部２６と、を含む。
【００２５】
速度制御部２０は、圧延に必要なモータ速度に応じて、モータ速度のフィードバック偏差に基づきモータ速度を一定に制御するように構成される。
電流制御部２２は、圧延に必要なモータトルクに応じて、モータ２の電流を制御するように構成される。
インバータ２４は、電流制御部２２から入力される電流指令に応じた電流を、モータ２に印加するように構成される。
【００２６】
高周波成分付与部２６は、モータ２の速度指令値又はトルク指令値に対して、加振周波数の成分を重畳するように構成されている。上述の加振周波数は、モータ２の回転数よりも大きな値であってもよい。本明細書において、モータ２の回転数よりも高い周波数である加振周波数の成分を、高周波成分という。
【００２７】
図３に示す例示的な実施形態では、モータ制御部１０に入力される速度指令値に対して、加振周波数の成分（高周波成分）が重畳されるようになっている。
図４に示す例示的な実施形態では、モータ制御部１０に入力されるトルク指令値に対して、加振周波数の成分（高周波成分）が重畳されるようになっている。なお、上述のトルク指令値は、速度制御部２０の出力に対して加算されるようになっている。
【００２８】
図３及び図４に示すモータ制御部１０において、速度指令値又はトルク指令値に対して高周波成分を重畳しない場合、インバータ２４が受け取る電流指令値は、図中に示す曲線Ｉのように、滑らかな正弦波の形状を有する。この場合、モータ２は、高周波成分付与部２６（加振部１８）によって加振されない。
【００２９】
一方、図３及び図４に示すモータ制御部１０において、速度指令値又はトルク指令値に対して高周波成分を重畳する場合、インバータ２４が受け取る電流指令値は、図中に示す曲線Ｉ＊のように、細かく振動する成分が重畳された（高周波成分が重畳された）正弦波の形状を有する。したがって、高周波成分が重畳された電流指令値Ｉ＊に相当する電流をインバータ２４からモータ２に与えることによって、モータ２が加振される。
【００３０】
高周波成分付与部２６（加振部１８）は、加振周波数を変更可能に構成されている。
また、高周波成分付与部２６（加振部１８）は、加振周波数を連続的に変化できるように構成されている。
【００３１】
例えば、モータ制御部１０において、速度指令値又はトルク指令値に対して重畳させる加振周波数を連続的に徐々に増加させることにより、上述の電流指令値Ｉ＊に重畳される高周波成分の周波数が徐々に増大するので、モータ２の加振振動数を徐々に増大させることができる。
【００３２】
次に、図５〜図１０を参照して、上述した診断装置３０により圧延設備１の実際の固有振動周波数を特定する手順、及び、特定した実際の固有振動周波数に基づき圧延設備の診断を行う手順について説明する。
【００３３】
図５は、一実施形態に係る圧延設備の診断方法の概要を示すフローチャートである。
図５に示すように、一実施形態に係る圧延設備１の診断方法では、まず、圧延ロール８を駆動するモータ２を加振部１８で加振させ、加振部１８によりモータ２に与える加振周波数を連続的に変化させながら（例えば増大させながら）、圧延設備１から発生する音を音響センサ３２により検知して、第１音データを取得する（ステップＳ２）。なお、第１音データとは、加振部１８によりモータ２が加振された状態で、音響センサ３２によって検知された音データのことである。
【００３４】
次に、第１周波数解析部４０によって、第１音データの周波数解析を行い、第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得する（ステップＳ４）。
【００３５】
次に、特定部４２により、ステップＳ４で取得した第１周波数スペクトルに基づいて、圧延設備１の実際の固有振動周波数を特定する（ステップＳ６）。
【００３６】
そして、診断部５０により、ステップＳ６で特定された実際の固有振動周波数に基づき、圧延設備１の状態の診断を行う（ステップＳ８）。
【００３７】
ここで、ステップＳ６において、第１周波数スペクトルに基づいて圧延設備１の実際の固有振動を特定する手順についてより具体的に説明する。
図６は、図１に示す圧延設備１の振動モデルを示す図であり、図７は、圧延設備１の設計に基づいて算出された予想固有振動周波数と、一実施形態に係る診断装置３０により特定された実際の固有振動周波数との対応を示すテーブルを示す図であり、図８は、第１周波数スペクトルの一例を示す図である。
【００３８】
ステップＳ６では、圧延設備１の設計に基づき算出される、圧延設備の各部位の予想固有振動周波数と、ステップＳ４で取得された第１周波数スペクトルとを比較することにより、圧延設備の各部位の実際の固有振動周波数を特定する。
圧延設備１の各部位の予想固有振動周波数は、以下の手順で予め算出される。
【００３９】
圧延設備１は、各部位（ギア４、スピンドル６及び圧延ロール８等）の質量及びばね定数を用いた振動モデルで表現することができる。なお、図６において、ギア４は、複数のギア４ａ〜４ｃを有しており、図中のＧ１〜Ｇ３は、それぞれ、上述の振動モデルにおけるギア４ａ〜４ｃの質量を示す。また、図中のＭ１〜Ｍ６は、それぞれ、上述の振動モデルにおける圧延ロール８を構成するロール（ワークロール１２Ａ，１２Ｂ、中間ロール１４Ａ，１４Ｂ及びバックアップロール１６Ａ，１６Ｂ）の質量をそれぞれ示す。
【００４０】
圧延設備１の各部位の予想固有振動周波数は、例えば、上述の振動モデルに基づいて（即ち、振動モデルにおける質量及びばね定数等を用いて）算出することができる。
【００４１】
ここで、圧延設備１の各部位において、複数の振動モードが存在する場合には、当該部位についてそれぞれの振動モードでの予想固有振動周波数を算出するようにしてもよい。図６に示す例では、ギア４（ギアボックス）に複数のギア４ａ〜４ｃが含まれ、複数のギア４ａ〜４ｃの組み合わせにより複数の振動モードが存在する。また、圧延ロール８には複数のロール（ワークロール１２Ａ，１２Ｂ、中間ロール１４Ａ，１４Ｂ及びバックアップロール１６Ａ，１６Ｂ）が含まれ、これら複数のロールの組み合わせにより複数の振動モードが存在する。
【００４２】
このようにして算出された各部位についての予想固有振動周波数は、予め記憶装置３６に記憶されていてもよい。
図７のテーブルの「予想固有振動数」の行には、上述のようにして算出された各部位についての予想固有振動周波数の一例が示されている。
【００４３】
図８に示す第１周波数スペクトルからは、圧延設備１における幾つかの部位についての実際の固有振動周波数（図８におけるｆ１〜ｆ８）を把握することができる。圧延設備１の各部位は、固有振動周波数と同じ周波数の振動が与えられると共振して振動が大きくなる。振動が大きくなることにより発生する音も大きくなるので、検知される音データから得られる第１周波数スペクトルの振幅も大きくなる。すなわち、第１周波数スペクトルにおいて、振幅が突出している周波数を、圧延設備１の何れかの部位における各振動モードに対応した実際の固有振動周波数（ｆ１〜ｆ８）であると把握できる。
【００４４】
ここで、第１周波数スペクトルから把握される実際の固有振動周波数ｆ１〜ｆ８の中で、最も周波数が低い固有振動周波数ｆ１（＝４７Ｈｚ）に着目する。この固有振動周波数ｆ１（＝４７Ｈｚ）と、図７のテーブルの予想固有振動周波数とを比べると、固有振動周波数ｆ１（＝４７Ｈｚ）の近傍の予想固有振動周波数として、ギア４の振動モード１の予想固有振動周波数（４２Ｈｚ）が存在する。このことから、ギア４の振動モード１の実際の固有振動周波数は、ｆ１（＝４７Ｈｚ）である、と特定できる。
【００４５】
すなわち、圧延設備１の設計に基づき算出された特定の部位の予想固有振動周波数と、該予想固有振動周波数の近傍に存在する、実際の固有振動周波数（第１周波数スペクトルから測定される固有振動周波数）と、に基づいて、上述の特定の部位の実際の固有振動周波数をより精度良く特定する。
言い換えると、第１周波数スペクトルにおいて圧延設備１の設計に基づき算出される圧延設備１の特定の部位の予想固有振動周波数を含む固有振動周波数帯（図８においてｆ１＊〜ｆ８＊で示す）に含まれる成分のうち、振幅が比較的大きい（あるいは、振幅が閾値よりも大きい）成分の周波数を、上述の部位の実際の固有振動周波数として特定する。
【００４６】
同様にして、第１周波数スペクトルから測定される実際の固有周波数ｆ２〜ｆ８について、圧延設備１の設計に基づき算出された予想固有振動周波数との比較により、圧延設備１のうちのいずれの部位の固有振動周波数であるかを特定することができる。
【００４７】
このようにして特定された圧延設備１の部位と実際の固有周波数ｆ１〜ｆ８とが関連付けられた情報は、記憶装置３６に記憶されるようになっていてもよい。
図７のテーブルの「実際の固有振動数」の行には、上述のようにして特定された各部位についての実際の固有振動周波数（ｆ１〜ｆ８）の一例が示されている。すなわち、記憶装置３６には、図７に示すテーブルが記憶されるようになっていてもよい。
診断対象となる圧延設備１の部位は、上記で説明したギア４、スピンドル６、圧延ロール８だけでなく、モータ２の振動が伝播可能な回転体やモータ２自身にも及ぶ。
【００４８】
次に、ステップＳ８での診断部５０による圧延設備１の状態の診断についてより具体的に説明する。図９及び図１０は、それぞれ、一実施形態に係る圧延設備の診断方法（図５のステップＳ８）のフローチャートの一例である。
【００４９】
図９に示す診断方法では、圧延設備１の操業時にモータ２の加振をせずに取得する音データ（第２音データ）に基づいて診断を行う。
【００５０】
まず、圧延設備１の操業中に（すなわち、圧延設備１で金属帯板９を圧延している状態で）、加振部１８を作動させない状態で、音響センサ３２により、圧延設備１から発生する音を検知して、第２音データを取得する（ステップＳ１２）。
【００５１】
次に、振幅正規化部４８によって、ステップＳ１２で取得した第２音データを振幅に関してモータ２のトルクで正規化する（ステップＳ１４）。
【００５２】
圧延速度を上昇させたり、圧延する金属帯板がより厚いものに変更されたりする場合には、モータ２のトルクが増大する。そして、モータ２のトルクが大きくなるほど、検出される音データの振幅は大きくなる。このため、モータ２のトルクの変化を考慮せずに生の音データを用いて圧延設備１の診断をするのでは、誤診断となってしまう可能性がある。そこで、上述のように、音響センサ３２で得られた第２音データを振幅に関してモータ２のトルクで正規化することで、モータ２のトルクが振幅に及ぼし得る影響を補正したうえで、圧延設備１の診断を行うことができる。
【００５３】
モータトルクＭのときの第２音データにおける振幅Ａは、下記式に示すように、（Ｍ／Ｍｒｅｆ）の関数ｆ（Ｍ／Ｍｒｅｆ）を用いて表すことができる。ただし、下記式において、Ａｒｅｆは第２音データにおける規定のモータトルクＭｒｅｆでの振幅値である。
Ａ＝Ａｒｅｆ×ｆ（Ｍ／Ｍｒｅｆ）
そこで、ステップＳ１４では、振幅正規化部４８は、例えば上記式を用いて第２音データの正規化を行ってもよい。
【００５４】
次に、ステップＳ１４で振幅に関して正規化した第２音データについて、第２周波数解析部４６により周波数解析を行い、正規化した第２音データの周波数と振幅との相関関係を示す第２周波数スペクトルを取得する（ステップＳ１６）。
【００５５】
次に、診断部５０により、ステップＳ１６で取得した第２周波数スペクトルにおいて、ステップＳ６（図５参照）で特定した診断対象の部位（例えばギヤ４等）の実際の固有振動周波数における振幅を取得する（ステップＳ１８）。
なお、ステップＳ６で特定した各部位における実際の固有振動周波数が記憶装置３６に記憶されている場合、ステップＳ１８では、記憶装置３６から各部位と実際の固有振動周波数に関する情報を取得するようになっていてもよい。
【００５６】
次に、診断部５０により、ステップＳ１８で取得した振幅を閾値と比較し（ステップＳ２０）、該振幅が閾値よりも大きい場合、（ステップＳ２０のＹｅｓ）、診断対象の部位において、異常が生じていると判定する（ステップＳ２２）。
なお、上述の閾値は、圧延設備１の正常時に取得した第２周波数スペクトルにおける、該当部位の実際の固有振動周波数における振幅に基づいて設定されていてもよい。
【００５７】
診断部５０対象部位に異常が生じていると判定された場合（ステップＳ２２）、その部位の名称及びその部位に関する情報（例えば、実際の固有振動周波数）を、表示部３８に表示するようになっていてもよい。
この際、診断部５０は、対象部位の名称及びその部位に関する情報を記憶装置３６から読み出し、その結果を表示部３８に表示させるようになっていてもよい。
【００５８】
図１０に示す診断方法では、圧延設備１の点検時に、モータ２を加振しながら取得する音データ（第１音データ）に基づいて診断を行う。
【００５９】
まず、圧延設備１の点検時に（すなわち、圧延設備１で金属帯板９の圧延を行っていない状態で）、加振部１８でモータ２を加振し、加振部１８によりモータ２に与える加振周波数を連続的に変化させながら、音響センサ３２により、圧延設備１から発生する音を検知して、第１音データを取得する（ステップＳ３２）。
【００６０】
次に、周波数正規化部４４によって、ステップＳ３２で取得した第１音データを周波数に関してモータ２の実速度で正規化する（ステップＳ３４）。
このように、音響センサ３２で得られた第１音データを周波数に関してモータ２の実速度で正規化することで、第１音データに含まれる、モータ速度に依存しない成分を補正した状態で（すなわち、バックグラウンド音を低減した状態で）、圧延設備１の診断を行うことができる。
【００６１】
次に、振幅正規化部４８によって、ステップＳ３４で正規化された第１音データを振幅に関してモータ２のトルクで正規化する（ステップＳ３６）。
このように、音響センサ３２で得られた第１音データを振幅に関してモータ２のトルクで正規化することで、モータ２のトルクが振幅に及ぼし得る影響を補正したうえで、圧延設備１の診断を行うことができる。なお、例えば、上述したステップＳ１４と同様の方法で、第１音データを振幅に関して正規化することができる。
【００６２】
次に、ステップＳ３６で周波数及び振幅に関して正規化した第１音データについて、第１周波数解析部４０により周波数解析を行い、正規化した第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得する（ステップＳ３８）。
【００６３】
次に、診断部５０により、ステップＳ３８で取得した第１周波数スペクトルにおいて、ステップＳ６（図５参照）で特定した診断対象の部位（例えばギヤ４等）の実際の固有振動周波数における振幅を取得する（ステップＳ４０）。
なお、ステップＳ６で特定した各部位における実際の固有振動周波数が記憶装置３６に記憶されている場合、ステップＳ４０では、記憶装置３６から各部位と実際の固有振動周波数に関する情報を取得するようになっていてもよい。
【００６４】
次に、診断部５０により、ステップＳ４０で取得した振幅を閾値と比較し（ステップＳ４２）、該振幅が閾値よりも大きい場合、（ステップＳ４２のＹｅｓ）、診断対象の部位において、異常が生じていると判定する（ステップＳ４４）。
なお、上述の閾値は、圧延設備１の正常時に取得した第１周波数スペクトルにおける、該当部位の実際の固有振動周波数における振幅に基づいて設定されていてもよい。
あるいは、上述の閾値は、ある過去の時点での圧延設備１の点検時に得られた第１周波数スペクトルにおける、該当部位の実際の固有振動周波数における振幅に基づいて設定されていてもよい。このように、圧延設備の特定の部位に対応する固有振動周波数について、ある時点での点検時に得られた振幅と、それとは異なる時点での点検時に得られた振幅とを比較して診断することで、複数の時点間における、当該部位の状態の変化（異常の進行等）を検知することができる。
【００６５】
診断部５０対象部位に異常が生じていると判定された場合（ステップＳ４４）、その部位の名称及びその部位に関する情報（例えば、実際の固有振動周波数）を、表示部３８に表示するようになっていてもよい。
この際、診断部５０は、対象部位の名称及びその部位に関する情報を記憶装置３６から読み出し、その結果を表示部３８に表示させるようになっていてもよい。
【００６６】
以下、幾つかの実施形態に係る圧延設備の診断装置及び診断方法について概要を記載する。
【００６７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る圧延設備の診断装置は、
モータと、前記モータによって駆動される圧延ロールと、前記モータの動力を前記圧延ロールに伝達するための動力伝達部と、を含む圧延設備を診断するための診断装置であって、
前記圧延設備から発生する音を検知するための音響センサと、
前記モータを加振するための加振部と、
前記加振部により前記モータが加振された状態で前記音響センサにより検知された第１音データの周波数解析を行い、前記第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得するための第１周波数解析部と、を備え、
前記加振部は、前記モータを加振する加振周波数を変更可能に構成される。
【００６８】
上記（１）の構成によれば、モータと圧延ロールとが動力伝達部を介して接続されているので、加振部でモータを加振することで、モータを、該モータに接続される動力伝達部及び圧延ロールの加振源とすることができる。また、加振部によってモータに加える加振周波数を変更可能であるため、加振周波数を変更することでモータ及び該モータに接続された機器（動力伝達部及び圧延ロール）の振動数が変更される。よって、加振周波数を変更して取得した第１音データの解析結果（第１周波数スペクトル）に基づいて、圧延設備の実際の固有振動周波数を特定することができる。よって、例えば、このように特定した固有振動周波数を用いることで、圧延設備において異常が生じた部位を特定する診断精度を向上することができる。
【００６９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記加振部は、前記加振周波数を連続的に変化させるように構成される。
【００７０】
上記（２）の構成によれば、モータに加える加振周波数を連続的に変化させるようにしたので、上述の加振周波数を連続的に変化させながら第１音データを取得することで、該第１音データの解析結果（第１周波数スペクトル）に基づいて、圧延設備の実際の固有振動周波数を容易に特定することができる。
【００７１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記診断装置は、
前記モータに印加する電圧又は電流を制御するように構成されたモータ制御部をさらに備え、
前記モータ制御部は、前記加振部としての高周波成分付与部を含み、
前記高周波成分付与部は、前記モータの速度指令値又はトルク指令値に対して、前記加振周波数の成分を重畳するように構成される。
【００７２】
上記（３）の構成によれば、モータ制御部に与えるモータの速度指令値又はトルク指令値に対して加振周波数の成分（高周波成分）を重畳するようにしたので、モータに与える電流指令又は電圧指令に上述の高周波成分を含ませることができる。よって、モータの回転数よりも大きい振動数で該モータを振動させることができる。また、高周波成分付与部により重畳される高周波成分の周波数を変更することで、モータの振動数を容易に変化させることができる。
【００７３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記第１周波数解析部は、前記加振周波数が異なる複数の条件においてそれぞれ前記音響センサにより検知された音を含む前記第１音データについて前記第１周波数スペクトルを取得するように構成され、
前記診断装置は、
前記第１周波数スペクトルにおいて前記圧延設備の設計に基づき算出される前記圧延設備の特定の部位の予想固有振動周波数を含む固有振動周波数帯に含まれる成分の振幅に基づいて、前記圧延設備の前記部位の固有振動周波数を特定するように構成された特定部をさらに備える。
【００７４】
圧延設備の実際の固有振動周波数は、通常、圧延設備の設計から理論上予測される予想固有振動周波数（計算値）から大きく外れた値とはならず、該予想固有振動周波数の近傍の値となる。この点、上記（４）の構成によれば、第１周波数スペクトルにおいて、圧延設備の設計に基づき算出される特定部位の予想固有振動周波数の近傍の周波数帯に含まれる成分の振幅に着目するようにしたので、上述の特定部位の実際の固有振動周波数を特定することができる。
【００７５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記診断装置は、
前記圧延設備の部位と、前記特定部によって特定された前記部位の固有振動周波数と、が関連づけられた情報を記憶するための記憶装置をさらに備える。
【００７６】
上記（５）の構成によれば、圧延設備の部位と、該部位の実際の固有振動周波数とが関連付けられた情報を記憶装置に記憶できるので、記憶された情報に基づき圧延設備の診断することが可能となり、圧延設備の診断が容易となる。
【００７７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、
前記診断装置は、
前記圧延設備の操業中に前記加振部を作動させない状態で前記音響センサにより検知された第２音データの周波数解析を行い、前記第２音データの周波数と振幅との相関関係を示す第２周波数スペクトルを取得するための第２周波数解析部と、
前記第２周波数スペクトルにおける、前記特定部により特定された前記固有振動周波数での振幅と、閾値との比較に基づいて、前記圧延設備の状態を診断するように構成された診断部と、をさらに備える。
【００７８】
上記（６）の構成によれば、圧延設備の操業中に取得される第２音データの周波数解析結果（第２周波数スペクトル）に基づいて圧延設備の状態を診断するので、圧延設備の操業を停止せずに圧延設備の診断を行うことができる。
【００７９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、
前記第１周波数解析部は、前記圧延設備の点検時に、前記加振周波数が異なる複数の条件においてそれぞれ前記音響センサにより検知された音を含む前記第１音データについて前記第１周波数スペクトルを取得するように構成され、
前記診断装置は、
前記第１周波数スペクトルにおける、前記特定部により特定された前記固有振動周波数での振幅と、閾値との比較に基づいて、前記圧延設備の状態を診断するように構成された診断部をさらに備える。
【００８０】
上記（７）の構成によれば、圧延設備の点検時に、モータを加振させながら取得される第１音データの周波数解析結果（第１周波数スペクトル）に基づいて圧延設備の状態を診断するので、モータの加振を行わない圧延設備の操業中には検知できない圧延設備の異常の予兆を発見可能である。
【００８１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の構成において、
前記診断装置は、
前記圧延設備の部位と、前記特定部によって特定された前記部位の固有振動周波数と、が関連づけられた情報を記憶するための記憶装置をさらに備え、
前記診断部は、前記第１周波数スペクトル又は前記第２周波数スペクトルにおける、前記部位に関して前記特定部により特定された前記固有振動周波数での振幅と、閾値との比較に基づいて、前記部位の状態を診断するように構成され、
前記診断装置は、
前記診断部により前記部位に異常が発生したと判定されたとき、前記部位に関して前記記憶装置に記憶された情報を表示するための表示部をさらに備える。
【００８２】
上記（８）の構成によれば、診断部により圧延設備の部位に異常が発生したと判定されたときに、診断部による診断結果を表示部に表示するようにしたので、オペレータ等が異常の発生を速やかに認知することができる。
【００８３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（８）の何れかの構成において、
前記診断部は、前記第１周波数スペクトル又は前記第２周波数スペクトルの前記固有振動周波数での振幅が前記閾値よりも大きいときに前記圧延設備に異常が発生したと判定するように構成される。
【００８４】
上記（９）の構成によれば、第１音データ又は第２音データの解析結果（第１周波数スペクトル又は第２周波数スペクトル）における圧延設備の実際の固有振動周波数での振幅を閾値と比較するようにしたので、圧延設備における異常の発生の有無を判定することができる。
【００８５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（９）の何れかの構成において、
前記診断装置は、
前記第１音データ又は前記第２音データを、振幅に関して前記モータのトルクで正規化するための振幅正規化部をさらに備える。
【００８６】
上記（１０）の構成によれば、第１音データ又は第２音データを、振幅に関してモータのトルクで正規化することで、モータのトルクの増減による振幅への影響が低減された音データに変換することができる。よって、このように正規化された音データに基づいて取得される第１周波数スペクトル又は第２周波数スペクトルに基づいて圧延設備の状態を診断することで、診断の精度を向上させることができる。
【００８７】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
前記診断装置は、
前記第１音データを、周波数に関して前記モータの実速度で正規化するための周波数正規化部をさらに備える。
【００８８】
上記（１１）の構成によれば、第１音データを周波数に関してモータの実速度で正規化することで、モータの実速度に依存しない音データに変換することができる。よって、このように正規化された音データに基づいて取得される第１周波数スペクトルに基づいて圧延設備の状態を診断することで、診断の精度を向上させることができる。
【００８９】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、
前記動力伝達部は、前記モータによって駆動されるギア又はスピンドルを含む。
【００９０】
上記（１２）の構成によれば、動力伝達部であるギア又はスピンドルは、モータに接続されているので、上記（１）ので述べたようにモータを加振することで、ギア又はスピンドルの固有振動周波数を特定することができる。
【００９１】
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る圧延設備の診断方法は、
モータと、前記モータによって駆動される圧延ロールと、前記モータの動力を前記圧延ロールに伝達するための動力伝達部と、を含む圧延設備を診断するための診断方法であって、
前記圧延設備から発生する音を検知するステップと、
前記モータを加振するステップと、
前記モータを加振する加振周波数を変化させながら前記音を検知するステップを行うことで検知された第１音データについて周波数解析を行い、前記第１音データの周波数と振幅との相関関係を示す第１周波数スペクトルを取得するステップと、を備える。
【００９２】
上記（１３）の方法によれば、モータと圧延ロールとが動力伝達部を介して接続されているので、モータを加振することで、モータを、該モータに接続される動力伝達部及び圧延ロールの加振源とすることができる。また、加振周波数を変更させながらモータを加振するので、モータ及び該モータに接続された機器（動力伝達部及び圧延ロール）の振動数が変更される。よって、加振周波数を変更して取得した第１音データの解析結果（第１周波数スペクトル）に基づいて、圧延設備の実際の固有振動周波数を特定することができる。
【００９３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００９４】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００９５】
１        圧延設備
２        モータ
３        動力伝達部
４，４ａ〜４ｃ  ギア
６        スピンドル
８        圧延ロール
９        金属帯板
１０      モータ制御部
１２Ａ，１２Ｂ  ワークロール
１４Ａ，１４Ｂ  中間ロール
１６Ａ，１６Ｂ  バックアップロール
１８      加振部
２０      速度制御部
２２      電流制御部
２４      インバータ
２６      高周波成分付与部
２８      速度センサ
３０      診断装置
３２      音響センサ
３４      処理部
３６      記憶装置
３８      表示部
４０      第１周波数解析部
４２      特定部
４４      周波数正規化部
４６      第２周波数解析部
４８      振幅正規化部
５０      診断部
【図１】
2019220542.tif 000003
【図２】
2019220542.tif 000004
【図３】
2019220542.tif 000005
【図４】
2019220542.tif 000006
【図５】
2019220542.tif 000007
【図６】
2019220542.tif 000008
【図７】
2019220542.tif 000009
【図８】
2019220542.tif 000010
【図９】
2019220542.tif 000011
【図１０】
2019220542.tif 000012
【国際調査報告】
2019220542.tif 000013
2019220542.tif 000014