(57)【要約】  回転速度で回転する素子（１０）を前記回転素子（１０）に由来する振動信号に基づいて分析するための装置は、複数の分析関数（３６）を形成するための分析関数手段（２２）であって、分析関数手段（２２）は、分析周波数（２３）に基づいて、振動信号（２１）に基づいて、もしくは、測定されたまたは推定された回転速度に基づいて、かつ、予め定められたオーダー因子（２５）に基づいて、それぞれの分析関数を形成するように構成され、予め定められたオーダー因子（２５）はそれぞれの分析関数について異なる、分析関数手段（２２）と、相関関数（３８）を計算するための相関手段（２４）であって、相関手段（２４）は振動信号（２１）、および、それぞれの分析関数（３６）から相関結果を計算するように構成され、それぞれの相関結果は、相関結果の計算に用いられた分析関数が基づいている、オーダー因子に関連付けられ、かつ、相関結果は相関関数を表わす、相関手段（２４）と、相関関数（３８）を検査するため、または、相関関数（３８）から導出された情報を検査して、回転素子（１０）の状態に関するステートメント（４０）を作成するための検査手段（２６）とを備える。【選択図】図９
2020508439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転速度で回転する素子（１０）を前記回転素子（１０）に由来する振動信号に基づいて分析するための装置であって、
複数の分析関数（３６）を形成するための分析関数手段（２２）であって、前記分析関数手段（２２）は、分析周波数（２３）に基づいて、前記振動信号（２１）に基づいて、もしくは、測定されたまたは推定された回転速度に基づいて、かつ、予め定められたオーダー因子（２５）に基づいて、それぞれの分析関数を形成するように構成され、前記予め定められたオーダー因子（２５）はそれぞれの分析関数について異なる、分析関数手段（２２）と、
相関関数（３８）を計算するための相関手段（２４）であって、前記相関手段（２４）は前記振動信号（２１）、および、それぞれの分析関数（３６）から相関結果を計算するように構成され、それぞれの相関結果は、前記相関結果の計算に用いられた分析関数が基づいている、前記オーダー因子に関連付けられ、かつ、前記相関結果は前記相関関数を表わす、相関手段（２４）と、
前記相関関数（３８）を検査するため、または、前記相関関数（３８）から導出された情報を検査して、前記回転素子（１０）の状態に関するステートメント（４０）を作成するための検査手段（２６）とを備える、装置。
【請求項２】
前記分析関数手段（２２）は開始時間および終了時間を備える分析窓についての前記分析関数を形成するように構成され、
前記分析関数手段（２２）は前記開始時間と前記終了時間との間の前記振動信号（２１）に基づいて前記複数の分析関数を形成するように構成され、
前記相関手段（２４）は、前記分析窓のそれぞれの相関結果を計算して前記分析窓の前記相関関数を取得するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記分析関数手段（２２）は前記複数の分析関数を、離散値を伴って生成するように構成され、
前記相関手段（２４）は前記分析窓において離散振動信号を備える前記振動信号（２１）の信号ベクトルを用いて、および、離散分析関数を用いて、前記相関結果を計算するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記分析関数手段（２２）は前記回転速度についての推定値（２３）を前記分析周波数として用いる、または、すべての前記分析関数について等しい分析周波数を用いるように構成される、
もしくは、前記分析関数手段（２２）は前記オーダー因子として、非整数オーダー因子、または、非整数オーダー因子および整数オーダー因子を用いるように構成される、
もしくは、前記分析関数手段（２２）は最小値が１未満のオーダー因子を使用する、もしくは最大値が１０を超えるオーダー因子を使用するように構成され、オーダー因子は、前記オーダー因子の最小値と前記オーダー因子の最大値との間に配置される、０.５を単位にして異なる、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
2020508439.tif 000024
【請求項６】
前記分析関数手段（２２）は、ｒ（ｎ）またはｒ（ｎ＋τ）と前記オーダー因子（ｓ）の積に基づいて、それぞれの分析関数の前記時間依存位相項を計算するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記分析関数手段は、前記分析窓において、前記オーダー因子に依存し、前記振動信号に依存しない別の位相項をさらに用いるように構成される、請求項５または請求項６に記載の装置。
【請求項８】
2020508439.tif 000025
【請求項９】
前記相関手段（２４）は、
前記振動信号と前記複数の分析関数との間の予備時間シフトを使用して予備相関関数を計算し（５０，５２）、
前記予備相関関数の局所的最大値または全体的最大値の補正オーダー因子を規定する（５４）ように構成され、
前記分析関数手段（２２）は、同じ前記補正オーダー因子に基づいており、異なる時間シフトを備える複数の補正分析関数を計算する（５６）ように構成され、
前記相関手段（２４）は、
前記振動信号と前記複数の分析関数とから補正相関関数を計算し（５８）、
補正時間シフトに関連する最大値を規定するために、前記補正相関関数を評価する（６０）ように構成され、
前記分析関数手段（２２）は、前記補正時間シフトを用いて補正分析関数を計算する（６２）ように構成され、
前記相関手段（２４）は、前記補正時間シフトを基にする補正分析関数に基づいて、前記相関関数（３８）を計算する（６２）ように構成される、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記検査手段（２６）は、絶対的または相対的閾値より上の偏差を有する前記回転素子の状態に関する前記ステートメントを作成するために、前記相関関数（３８）または前記相関関数から導出された表現を、参照相関関数または前記参照相関関数から導出された参照表現と比較するように構成され、前記参照相関関数または前記参照表現はより早い時間における前記回転素子または前記回転素子の参照素子に由来する、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記分析関数手段（２２）および前記相関手段（２４）は第１の分析窓の第１の相関関数を計算し、第２の分析窓の第２の相関関数を計算するように構成され、前記第２の分析窓は時間的に第１の分析窓の後に続き、前記第１の分析窓と部分的に重複するまたは重複しない、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記分析関数手段（２２）は前記分析窓の始まりにおける推定回転速度（２３）を前記第１の分析窓の分析周波数として使用し、前記第１の分析窓における前記振動信号を使用して、前記第１の分析窓の前記複数の分析関数を計算するよう構成され、
前記分析関数手段（２２）は前記第２の分析窓の始まりにおける推定回転速度（２３）を前記第２の分析窓の分析周波数として使用し、前記第２の分析窓における前記振動信号で前記第２の分析窓の前記複数の分析関数を計算するよう構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記分析関数手段（２２）は前記複数の分析関数のそれぞれを、実部のデータと虚部のデータとを含む分析関数として供給するように構成され、
前記相関手段（２４）は、前記振動信号と複素解析関数から複素スカラー積を形成するよう構成され、
前記相関手段（２４）は前記分析関数についての相関結果として前記複素スカラー積の絶対値を計算するように構成される、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
回転速度で回転する素子（１０）を前記回転素子（１０）に由来する振動信号に基づいて分析するための方法であって、
複数の分析関数（３６）を形成するステップ（２２）であって、前記分析関数手段（２２）は、分析周波数（２３）に基づいて、前記振動信号（２１）に基づいて、もしくは、測定されたまたは推定された回転速度に基づいて、かつ、予め定められたオーダー因子（２５）に基づいて、それぞれの分析関数を形成するように構成され、前記予め定められたオーダー因子（２５）はそれぞれの分析関数について異なる、複数の分析関数（３６）を形成するステップ（２２）と、
相関関数（３８）を計算するステップ（２４）であって、前記相関手段（２４）は前記振動信号（２１）、および、それぞれの分析関数（３６）から相関結果を計算するように構成され、それぞれの相関結果は、前記相関結果の計算に用いられた分析関数が基づいている、前記オーダー因子に関連づけられ、かつ、前記相関結果は前記相関関数を表わす、相関関数（３８）を計算するステップ（２４）と、
前記回転素子（１０）の状態に関するステートメント（４０）を作成するために、前記相関関数（３８）を検査するステップ（２６）、または前記相関関数（３８）から導出された情報を検査するステップ（２６）とを含む、方法。
【請求項１５】
コンピュータまたはプロセッサ上で動作しているときに、請求項１４に記載する方法を実行するためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転素子を分析または監視するための装置に関連する。さらに、本発明は回転素子を分析または監視するための方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
既知の技術において、機械または素子の監視状態について診断や不具合検出は、固体伝播音の検出やその評価に基づいている（例えば、EP 2 730 906 A2またはDE 199 54 066 C1を参照）。振動は、高い頻度で電気機械的なトランスデューサーによって機械の表面から直接的に記録される。時々、レーザーは固体伝播音（レーザーマイクロフォン）の非接触検出をするために使用される。
【０００３】
測定信号を評価するときの重要な診断手段は、従来の周波数スペクトルのバリエーションおよび回転速度または回転数のスケーリングに使用される、いわゆる次数スペクトルである。これは、現在の回転速度に正規化された周波数または時間を使用して不具合を検出することができ、それに関して、絶対的な周波数に依存しない。たいてい、信号の理論に関する限り、振幅の復調に対応する高い周波数振動の包絡線（いわゆる「エンベロープ検出」）は、次数スペクトルを計算するために使用される。
【０００４】
検知理論の観点から振幅復調装置がエネルギー検知装置であるとき、＋１０ｄＢのＳＮＲ（信号対雑音比）の最小値が必要とされる。この値より上の良いＳＮＲを有する場合でさえ、振幅復調装置はスペクトルの非線形ひずみを引き起こす。これは、次数スペクトルにおいて誤検出（誤りのある検出、誤りのある警報）をもたらすかもしれない。
【０００５】
実際には、始めの不具合のＳＮＲ（ローラーベアリングにおけるクラックのような）は−６０ｄＢまでであり（すなわち、エンベロープ復調のために必要とされる値よりも１０7倍弱い）、従来の方法は不具合を検出することができない。しかしながら、監視状態又は早期の不具合認識のためにこの範囲を診断することが重要である。
【０００６】
弱い信号対雑音比の問題は、周波数範囲において積分変換によって部分的に解決することができる（ヒルベルト、フーリエ、ウェーブレット変換、直接的な２次スペクトル／３次スペクトルのように）。しかしながら、これは３０分までの期間、一定回転速度の必要な条件だけで動く。しかしながら、この状態が実際に維持されることはほとんどない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の根底にある目的は回転素子を分析するための改良された装置または方法を提供することである。
【０００８】
本発明の目的は請求項１に係る装置または請求項１４に係る方法または請求項１５に係るコンピュータプログラムによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
回転速度で回転する素子を回転素子に由来する振動信号に基づいて分析するための装置は、複数の分析関数を形成するための分析関数手段を備え、それぞれの分析関数手段は、分析周波数に基づいて、振動信号に基づいて、および、予め定められたオーダー因子に基づいて、それぞれの分析関数を形成するように構成される。予め定められたオーダー因子はそれぞれの分析関数について異なり、個々の分析関数は相互に異なる。さらに、装置は、相関関数を計算するための相関手段を備え、相関手段は振動信号およびそれぞれの分析関数から相関結果を計算するように構成され、それぞれの相関結果は、相関結果の計算に用いられた分析関数が基づいている、オーダー因子に関連付けられ、かつ、相関結果は相関関数を表わす。さらに、検査手段は、相関関数、または、相関関数から導出された情報を検査して、回転素子の状態に関するステートメントを作成するために供給される。
【００１０】
回転素子は、例えば、機械または機械素子（ボールベアリングのようなもの）とすることができる。
【００１１】
一実施の形態は、回転素子の監視のための装置に関する。したがって、装置は振動センサおよび評価装置を備える。振動センサは、回転素子の振動から開始する時間−依存信号を生成するように実装される。評価装置は、振動信号を使用して、および、回転素子の時間−依存回転速度を使用して、および／または、回転素子の時間−依存回転速度に依存する値を使用して、回転素子の状態のステートメントを規定するように実装される。さらに、評価装置は、振動信号と、予め設定可能な開始周波数と回転速度に依存する調波分析関数および／または回転速度に依存する値とを関連付けて実装され、振動信号と周波数関数との間の予め設定可能な時間シフトを挿入し、相互相関から得られる評価関数から開始する回転素子の状態に関するステートメントを規定する。さらに、評価装置は、回転素子の状態に関するステートメントを規定するときに、開始周波数および／または時間シフトの値を変化させるように実装される。
【００１２】
評価装置は、振動信号を使用して、および、回転素子の時間−依存回転速度を使用して、回転素子の状態に関するステートメントを規定するように実装される。代わりに、または、さらに、評価装置は振動信号を使用して、および、回転素子の時間‐依存回転速度に依存する値を使用して回転素子の状態に関するステートメントを規定するように実装される。
【００１３】
評価装置は、振動信号を、予め設定可能な開始周波数および回転速度および/または回転速度に依存する値に依存する調波分析関数と相関する（より好ましくは、相互相関する）。したがって、評価装置は、振動信号と分析関数との間に予め設定可能な時間シフトを挿入する。相互相関によって得られた評価関数から始めて、評価装置は回転素子の状態に関するステートメントを規定する。ここでの時間シフトおよび／または開始周波数の値は、変数による評価装置によって事前に決定される。
【００１４】
ある実装において、回転素子の時間‐依存回転速度に依存する値は、素子の回転の時間‐依存位相であり、結果として回転速度の整数値である。ここでは依存値も時間‐依存である。
【００１５】
時間‐依存振動信号は、例えば、ｘ（ｔ）で表される。素子の時間‐依存回転速度は、例えば、ｚ（ｔ）で表される。時間‐依存回転速度に依存する値は、例えば、ｒ（ｔ）で表される。時間は一般的にｔで表される。開始周波数は、例えば、ギリシャ語の小文字νで表される。時間シフトは、例えば、ギリシャ語の小文字τで表される。分析関数は、例えば、ｈ（ｔ）で表される。評価関数はｙ（ｔ，τ，ν）で表される。
【００１６】
一般的に、本発明は、回転部分、装置または一般的に素子における不具合の固定伝播音に基づく検出を可能にする。これは特に低い信号対雑音比を可能にする。
【００１７】
ある実装では装置にさらに回転センサを備える。したがって、回転センサは、回転速度および／または回転速度に依存する値を測定するように実装される。振動センサが素子とみなされる振動を検出するとき、回転センサは素子の回転速度または回転に依存する値を規定するだろう。
【００１８】
ある実装において、評価装置は回転速度および／または振動信号の時間‐周波数分布を用いる回転速度に依存する値を規定するように実装される。この実装において、回転速度またはそれに依存する値は測定されないが計算される。
【００１９】
ある実装では、評価装置が回転素子の状態のステートメントとして回転素子の設定状態から誤差を規定するように実装される。設定状態は、振動信号の形状によって模範的に説明され、許容帯域によって補足される場合がある。
【００２０】
ある実装において、評価装置は時間的にミラー化された分析関数使用して振動信号をコンボリューションすることによって、評価関数を得るように実装される。
【００２１】
別の実装では評価装置によって使用される分析関数を参照する。
【００２２】
ある実装では、評価装置が、回転速度の整数値として回転数の時間‐周波数位相および開始周波数に少なくとも依存する分析関数を使用して実装される。したがって、この実装において、回転数の時間‐周波数位相は回転速度に依存する値である。
【００２３】
ある実装において、評価装置は回転速度の整数値として回転数の時間‐依存位相と開始周波数の積に依存する独立関数を有する指数関数に少なくとも依存する分析関数を使用して実装される。
【００２４】
ある実装では、評価装置が次の指数関数に少なくとも依存する分析関数を使用して実装される。すなわち、exp(j f s r(t))である。
したがって、以下が適用される。
‐  ｊは虚部であり、
‐  ｆは予め設定可能な周波数値であり、
‐  ｓは予め設定可能なスケーリングファクターである。
さらに、ｒ（ｔ）は回転速度（ｚ（ｔ））の整数値としての回転数の時間‐依存位相である。
最後に、予め設定可能な開始周波数は予め設定可能な周波数値（ｆで表される）と予め設定可能なスケーリングファクター（ｓで表される）の積と等しい。
【００２５】
別の実装は、評価装置による評価関数を評価することに関する。したがって、ある実装において、評価関数は、時間と、開始周波数と、時間シフトに依存する。
【００２６】
ある実装において、評価装置が評価関数の相関の最大値、および／または、信号エネルギーの最大値を規定するように実装される。
【００２７】
ある実装では、評価装置が開始周波数および／または時間シフトの変数値のいくつかの組み合わせについての評価関数の相関の最大値および／または信号エネルギーの最大値を規定するように実装される。この実装において、これは、開始周波数および／または時間シフトが変数であり、評価関数のそれぞれの結果が素子の状態に関するステートメントとして評価されることを意味する。
【００２８】
ある実装において、評価装置は評価関数の評価から次数スペクトルを生成し、回転素子の不具合の順序を明らかにするように実装される。
【００２９】
ある実装では、評価装置が評価関数を評価するときに、３次から始まるスペクトルを規定するように実装される。
【００３０】
さらに、本発明は回転素子を監視するための方法によって目的を達成する。
【００３１】
したがって、方法は少なくとも次のステップを備える。
‐  回転素子の振動から開始する時間‐依存振動信号を生成するステップ。
‐  振動信号を使用して、および、回転素子の時間‐依存回転速度を使用して、および／または回転素子の時間‐依存回転速度に依存する値を使用して回転素子の状態に関するステートメントを規定するステップ。
【００３２】
ここでの回転素子の状態に関するステートメントの規定は、次のように行われる。
‐  予め設定可能な開始周波数と回転速度および／または振動信号と分析関数との間に予め設定可能な時間シフトを挿入する間の回転速度に依存する値に依存する調波の分析関数を有する振動信号と相関するステップによって
‐  相互相関によって得られる評価関数から開始する回転素子の状態に関するステートメントを規定するステップによって
‐  開始周波数および／または時間シフトの値を変更するステップによって
【００３３】
したがって、分析関数は予め設定可能な開始周波数と回転速度に依存する。代わりに、または、さらに、分析関数は予め設定可能な開始周波数と回転速度に依存する値に依存する。さらに、開始周波数および／または時間シフトは相関のために変更され、その結果、素子の状態に関するステートメントに関する評価に対応する異なる評価関数となる。
【００３４】
装置に関する上記の説明および実装は、本発明の方法に類似して適用される。逆に、方法のステップはまた、装置の実装によって実現され、方法に関する説明が装置にも適用することができる。
【００３５】
特に、さらに本発明の装置および本発明の方法を実装および改良する多くの方法がある。ここでは、一方では特許請求の範囲を、他方では図面に関連した実施形態の以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、素子との組み合わせにおける本発明の装置の概略図である。
【図２】図２は、開始装置のシミュレーションされた固体伝播音のスペクトログラムを示す。
【図３】図３は、回転装置の時間‐度数分布を示す。
【図４】図４は、図３の曲線の分析関数の大きさを示す図を示す。
【図５】図５は、図３の信号の次数スペクトルを示す。
【図６】図６は、分析関数を有する振動信号の相互相関からの評価関数の図を示す。
【図７】図７は、図３の信号の２次スペクトルの一次範囲を示す。
【図８】図８は、３つの線形チャープのノイズが混入した合計とＣ２（中央チャープ）からの分析関数との間の相互相関関数としての分析関数の時間‐周波数の図を示す。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る回転速度での回転素子の分析についての装置のブロック図である。
【図１０】図１０は、実施の形態に係る異なる分析関数の例を示す。
【図１１】図１１は、振動信号のスペクトログラムを示す。
【図１２】図１２は、実際及び測定された回転周波数の間の時間シフトおよび周波数シフトの図を示す。
【図１３】図１３は、分析窓についての振動信号の次数スペクトルを示す。
【図１４】図１４は、固定されたオーダー因子および可変な時間シフトを有する相関関数を示す。
【図１５ａ】図１５ａは、固定された時間シフトおよび可変な分析周波数を有する相関関数を示す。
【図１５ｂ】図１５ｂは、固定された時間シフトおよび可変な分析周波数を有する相関関数の２次元図を示す。
【図１６】図１６は、相関関数の反復決定についてのフローチャートを示す。
【図１７ａ】図１７ａは、複素解析関数を有する相関結果を決定する図を示す。
【図１７ｂ】図１７ｂは、実際の相関結果を計算する図を示す。
【図１７ｃ】図１７ｃは、複素数分析関数の結果の実部および虚部を計算する図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、装置１による回転素子１０の監視を示す。素子１０は、例えば、ボールベアリングでも良い。
【００３８】
装置１は振動センサ２と評価装置４とを備える。さらに、図に示された実装において回転センサ３を備える。
【００３９】
振動センサ２は、時間‐依存振動信号ｘ（ｔ）を生成し、回転素子１０の振動を示す。素子１０の自転／公転が、示された実装において、測定技術（代わりに、例えば、素子１０の振動を評価することによって実行することができる）によって検出され、示された実装において、回転センサ３は素子１０の時間‐依存回転速度を検出し、時間‐依存回転速度ｚ（ｔ）の測定信号を生成する。
【００４０】
振動信号ｘ（ｔ）と回転速度ｚ（ｔ）とは、回転素子１０の状態に関するステートメントを規定するための処理のために、評価装置４に転送される。処理の詳細は以下に記載する。
【００４１】
時間がｘ軸にプロットされ、周波数がｙ軸にプロットされた図２の図は、始動機械の固体伝播音の現実に近いシミュレーションを示す。シミュレートされたＳＮＲ＝１.７ｄＢでは、ヒルベルトやフーリエに準拠したエンベロープ復調と積分変換は失敗するだろう。どの検出もできず、スペクトログラムでも検出ができない。これは、本発明の必要性を明確に示している。
【００４２】
本発明は、回転素子（回転装置または回転機械など）において不具合の特定を目的とする時間的に可変な回転速度の状態の下、サウンドレコーダーまたは一般に振動センサ（加速度センサ、レーザーマイクロフォン、振動センサ、形状センサのようなセンサ）のとても弱い振動信号（＋１０ｄＢから‐６０ｄＢまでのＳＮＲ）の評価を許容する。
【００４３】
2020508439.tif 000003
【００４４】
以下の用語がここで使用される。
‐ｊは虚数単位である。
‐ｒ（ｔ）は分析時間の間、時間ｔまでに生じる回転の後の時間的に可変な位相であり、その結果として、これは回転速度ｚ（ｔ）に関する時間積分であり、ここではｚ（ｔ）＝ｄｒ（ｔ）／ｄｔを適用する。
‐ｆは分析周波数（または別に定義された周波数値）の開始値である。
‐ｓは周波数範囲における実数値スケーリングファクターまたはオーダー因子である。
【００４５】
2020508439.tif 000004
【００４６】
式（１）において、サインとコサインの従来の三角関数の両方および複素数範囲での直交結合が暗黙的に含まれている。
【００４７】
図３の図は回転機械の実数に近接するシミュレートされた時間‐周波数分布（ＴＦＤ、特にＳＰＷＤ、平均化疑似ウィグナー分布）を示し、時間はｘ軸にプロットされ、周波数はｙ軸にプロットされる。周波数は回転速度に依存せず（すなわち定数）、回転速度に依存する波形（すなわち時間的に可変である）は、加算的に互いに重なり合う。
【００４８】
すべての重要な詳細は、すなわち回転速度（すなわち周波数‐定数）および回転速度の（変調）された調波に依存しない構成要素は、周知であり、明確に特定することができる。式（１）からの絶対位相ｒ（ｔ）および式（１.１）の準じた回転速度ｚ（ｔ）の情報は、直接測定の代わりとして、ＴＦＤから規定されることがこの図から明らかになる。
【００４９】
このような信号において回転速度（順序）の統計的に検出可能な調波を識別するために、不具合を参照すると、エンベロープ検出は９ｄＢのＳＮＲを有するこのような例には十分ではない。これは、本発明の要求を示す。
【００５０】
2020508439.tif 000005
【００５１】
2020508439.tif 000006
【００５２】
一般的に、振動信号ｘ（ｔ）および分析関数ｈ（ｔ）の間の時間シフトは知られていない。分析関数ｈ（ｔ）は、多くの場合、スペクトログラムのＤＦＴ（離散フーリエ変換）またはＳＴＦＴ（短時間フーリエ変換）の離散時間ベクトルである。したがって、相関は、時間シフトτに依存してここでは検査される。
【００５３】
2020508439.tif 000007
【００５４】
信号ｙ（τ）は振動信号ｘ（ｔ）のＣＣＦと、時間シフトτに依存する分析関数ｈ（ｔ）とを示し、その結果として、最適フィルタ（整合フィルター、ＭＦ）の出力信号としても説明することができる。最適フィルターの相関は、離散時間範囲ｈ（‐ｔ）における式（１）の時間的にミラー化された分析関数に対応する。
【００５５】
2020508439.tif 000008
【００５６】
2020508439.tif 000009
【００５７】
開始周波数νも周波数シフトに対応する。
【００５８】
これに関して、式（５）は、例えば、リアルタイム相関分析および／または最適フィルタリングについて、式（４）に準じる現在の時間ｔ（τも）と比較して積分することができる。
【００５９】
2020508439.tif 000010
【００６０】
2020508439.tif 000011
【００６１】
式（５）に準じる関数は、式（１）に準じるνまたはｓによって周波数シフトされた分析関数ｈ（ｔ）およびτによってシフトされた振動信号ｘ（ｔ）の３次元相関として代わりに説明される。
【００６２】
図３の信号の分析関数の例示的なセットを図４に示す。図は開始周波数ν＝１０Ｈｚとτ＝０を有する実数スケーリングｓ＝１，２，３，４，５について図３の信号の複素解析関数の大きさを示す。振動信号ｘ（ｔ）を有する相関はこれらの分析関数を使用して計算される。
【００６３】
図５の別の例は、スケーリングｓ＝１、現在の周波数ｆ＝１０Ｈｚ（したがって、開始周波数ν＝１０）および複素次数スペクトルのゼロ時間シフトτを有する現在の回転速度ｚ（ｔ）の効果を示す。横座標は次数スペクトルの次数を示し、縦座標は測定された信号としての振動信号ｘ（ｔ）と現在の分析関数ｈ（ｔ）との間の複素相関値の大きさを示す。
【００６４】
2020508439.tif 000012
【００６５】
実際には、実際の回転速度または回転位相が知られておらず、または、確実に測定できないので、式（１）または式（４）または式（５）に準じる可変の時間シフトτで分析することはとても役立つ。
【００６６】
時間シフトに関する結果を図６に示す。したがって、振動信号ｘ（ｔ）と２秒シフトされた分析関数ｈ（ｔ）（１６＊１０3個のサンプル）との間の相互相関関数（ＣＣＦ）がプロットされる。すなわち、時間シフトτ＝２ｓである。図は実際の時間シフトを有する明確な最大値を示す。
【００６７】
2020508439.tif 000013
【００６８】
この方法において、回転速度が知られている（測定される、または、計算される）場合、ＳＮＲの調節可能な改良は、最大値まで振動信号ｘ（ｔ）にそって到達しうる。式（５）における時間シフトτによる拡張は、ほとんど回転速度がシミュレートされておらず、信号検知の本当の特徴を認めるが、回転速度を測定するための技術的な観点から必要とされる一例の遅延の後だけに現れる。
【００６９】
2020508439.tif 000014
【００７０】
2020508439.tif 000015
【００７１】
2020508439.tif 000016
【００７２】
図７は、式（１）、（５）および（６）に準ずる分析関数を適用した後の図３の信号の２次スペクトルの一次範囲を示す。位相結合された信号構成要素はすぐに検出しうる。エネルギー島は、統計的に高い信頼性を示唆している。
【００７３】
本発明の利点を以下に再び記載する。
エンベロープ検出のための振動ベースの診断の既存の方法と比較したとき、振幅復調器（ピーク値検出器）の非線形性によって引き起こされる妨害製品は、クレームされた方法によって回避される。これは、不具合の調査の診断および統計的な信頼性を増加させる。
【００７４】
振動（固体伝播音）を検出するための１つのセンサは振動信号を評価するのに十分である。回転速度またはそれに依存する値を検出するための更なるセンサが模範的に実装される。したがって、診断システムは、レーザースキャナーに使用されるような、機械または回転部に物理的に接触することなしに実行することができるように設定しうる。
【００７５】
１０ｄＢより小さい弱いＳＮＲと時間的に可変な回転速度を有する回転素子の早期診断は本発明によってのみ可能となる。時間的に可変な分析関数を有する相関によってＳＮＲの大幅な増加は更なる分析に基づく。特に、統計および高次スペクトルまたは統計（ＨＯＳ）は個々の不具合の間の機能的な相関を分析することを許容する。このような分析の結果、例えば、振動信号に存在する２つ（またはそれ以上）の振動が、単一のローラーベアリングまたは２つの異なるローラーベアリングの２つの不具合に起因するかどうかに関する質問に回答しうる。
【００７６】
ボールベアリングが２つの不具合のあるボールを有すると仮定する。振動信号は加速度センサまたはレーザーマイクロフォンを使用する機械の表面から直接的に検知される。ボールの１つは３００Ｈｚで、他は３３０Ｈｚでチャープを生成する。それら両方のＳＮＲは１０ｄＢ以上である。一方と同じベアリングで回転するので、両方とも、例えば、ｒ＝８Ｈｚの順番である。その結果として、診断は８Ｈｚで明確なスペクトルピークを検知するだろう。通常、これが該当する。しかしながら、少なくとも５つの調波（１６，２４，３２，４０，４８Ｈｚ）において、実際には存在しない検出可能なピークに結果としてなる。これは、エンベロープ検出において大きさの形成に極端な非線形の結果となる。
【００７７】
より好ましくないケースは、２つの（物理的に）独立した不具合が存在することである。たとえば、１つのベアリングにおける１つのボールが８Ｈｚの順序と３００Ｈｚの固有振動数を生成し、別のベアリングにおける別のボールが１１Ｈｚの順序と３３０Ｈｚの固有振動数を生成する。エンベロープ復調器は、順序の両方のスペクトルピークを検出するが、状況に依存して、ホワイトノイズの型である可能性のある膨大な数の計算できない妨害製品も検出する。これは、ＳＮＲが劇的に劣化する可能性があり、そうでなければ安全なエネルギー検出が不可能になることを意味する。
【００７８】
本発明は、個々の不具合の固有振動数とは無関係に、正しい不具合の順序を認識することを可能にする。次のＨＯＳ分析は、２つの障害が１又は２のベアリングに由来するかどうかを示すだろう。
【００７９】
図３の３つの線形チャープのノイズを含む合計について、ＣＣＦ（相互相関関数）が計算され、ＴＦＤ（時間‐周波数分布）として図8に示す。Ｃ２（中央のチャープ）が分析関数として使用される。Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の合計を検索されたチャープは分析関数に厳格に対応するため、分析関数の周波数範囲におけるゼロの時間シフトを有する検知可能な軸として明確に存在する。分析関数（実際に慣例的である）と比較したときに実際の信号において時間シフトが存在する場合、図８（ＣＣＦにおいて従来にように）において時間軸に沿って対応するシフトとなるだろう。チャープＣ１とＣ３の残余は分析関数Ｃ２から明らかな偏差を示す。図８で示されるＴＦＤにおいて、ノイズがほとんど残っていないことに留意しなければならず、検出のＳＮＲが十分に強く改善されたことを意味する。
【００８０】
図９は、回転速度で回転する素子を回転素子に由来する振動信号に基づいて分析するための装置の実施の形態を示す。装置は、複数の分析関数を形成するための分析関数手段２２であって、分析関数手段２２が、分析周波数、より好ましくは、２３で示すそれぞれの分析関数に基づいて、図９の３６で示すそれぞれの分析関数Ａｆ1、．．．．．Ａｆnを計算するように構成される。さらに、分析関数手段は、予め定められたオーダー因子ｓ1，ｓ2,・・・・・，ｓnに基づいて、分析関数を形成するように構成される。さらに、分析関数手段は、個々の分析関数を決定するために、２７で示す回転速度決定器３０に由来する、振動信号２１に基づいて、もしくは、測定されたまたは推定されたまたは異なって決定された回転速度ｚ（ｔ）（時間的に連続した）またはｚ（ｎ）（時間的に離散した）に基づいて操作するように構成される。
【００８１】
さらに、装置は相関関数を計算するための相関手段２４を備える。相関関数３８は相関手段２４から検査手段２６へ転送される。相関手段２４は、２１で示される信号出力手段２８に備えられる振動信号からの相関結果ＫＥ（ｓ1）,ＫＥ（ｓ2）,．．．．．，ＫＥ（ｓn）を計算するように構成され、それぞれの分析関数は分析関数手段２２に備えられる。それぞれの相関結果は、相関結果が計算される分析関数に基づいて、および、相関結果がここでは相関関数３８を示すオーダー因子に関連する。回転素子の状態に関するステートメント４０のために、この相関関数３８は検査手段２６を備える。
【００８２】
振動信号由来の手段２８は、本発明の実装に依存して、例えば、振動センサ２のような振動センサを備えることができる。これは、回転素子の操作の間測定する「オンライン」の実施の形態を示す。「オフライン」の変数において、要素２８は振動信号が蓄積される記憶要素であり、例えば、以前に回転素子から受け取るだろう。その結果として、回転素子を分析するための装置はオンラインの実施の形態およびオフラインの実施の形態の両方において採用されるだろう。回転素子が鉄道車両の車輪、もしくは、鉄道車両、路上車両または異なる車両の可動部である場合、例えば、分析のための装置は、回転素子の状態に関するステートメントは既に操作の間、および数分または１分より短い範囲での短いシステム起因の遅延の後にだけ生じうるオンラインの変数を実行するために、車両上に実装されるだろう。オフラインの変数において、記憶要素は要素２８と関連するだろう。ここで、記録される前の振動信号は、後で、すなわち実際の測定の後で、分析されるだろう。
【００８３】
検査手段２６は、回転素子の状態に関する模範的なステートメントとして、素子が検知されるかどうかまたは素子がうまく機能するかどうかを調査することができる。回転素子の状態に関する他のステートメントは、例えば、警告信号であり、回転素子または回転素子を動作させる素子への制御信号であり、もしくは、回転素子に接続される。例えば、地下鉄のような鉄道車両については、相関関数が期待していない特徴を有する検査手段２６によって決定される場合、回転素子の状態に関するステートメント４０は鉄道車両を減速させるためのブレーキ信号、もしくは、さらなる加速ではないまたは可能な限り早く止まる指示を含む車両の運転手への警告信号としうる。
【００８４】
実施の形態に応じて、検査手段２６は、回転素子についての参照データのメモリ３４に接続され、相関手段２４によって与えられる相関関数３８または相関関数から導出された情報を参照相関関数としてメモリ３４から対応する相関関数と比較する。相関関数だけでなく、相関関数から導出されるデータも比較されない場合、検査手段２６はメモリ３４からの参照相関関数から導出された参照データを受信し、それを手段２４によって与えられた実際に規定された相関関数データを比較する。代わりにまたはさらに、相関関数だけおよび経験的に発見したルールに基づいて、検査手段は参照パターンと比較しない回転素子の状態に関するステートメントを作成するように構成される。
【００８５】
実施の形態に応じて、装置は、測定結果の逐次改善するための、すなわち、図１６を参照して以下に示す反復処理のための追加の制御装置を備える。代わりの制御装置の実装または追加の制御装置の実装は、分析関数手段、相関手段、および、より好ましくは検査手段においても離散処理をするために必要な特定の分析窓処理を実行する。
【００８６】
さらに、分析関数手段２２は、例えば、分析窓の時間における開始または異なる点で、回転素子の回転速度を測定または推定するように構成される回転速度決定器３０に、より好ましくは入力２３を介して接続され、回転速度決定器３０によって与えられる値に基づいて異なるオーダー因子についての複数の分析関数を決定するために、推定された値を分析関数３３の分析周波数に伝送する。
【００８７】
より好ましくは、分析関数手段２２は多数の異なる分析関数を形成するように構成される。さらに好ましくは、０．０１から１００の間のオーダー因子を有する分析関数が０．００１の増分を形成し、オーダー因子のさらに細かい増分を使用する、または、実装および潜在的な複雑さに応じて、より粗い増分を使用することもできる。回転素子の回転速度がより正確な次数に見積もられるかどうかに応じて、オーダー因子の粗い増分は可能となるだろう。いずれにしても、整数のオーダー因子を使用するだけではなく、通常は実測値、すなわち非整数のオーダー因子も使用する。さらに、実施の形態に応じて、オーダー因子の異なる領域を、すなわち、模範的な領域よりもより小さい領域が示される領域を使用することも可能である。特に、一般的な分析周波数が「ブラインド」の方法で予め決定されており、粗く推定された回転速度が存在する場合、それでも比較的正確な方法として回転素子の時間的に可変の回転速度の特定の調波を適合する分析関数を有するために、オーダー因子の細かい増分が好まれる。
【００８８】
2020508439.tif 000017
【００８９】
したがって、次の用語が使用される。
‐ｊは虚数単位である。
‐ｒ（ｔ）は分析時間の間の時間ｔまで行われる回転のあとの時間的に可変な位相である。その結果として、これは回転速度ｚ（ｔ）に関する時間積分であり、ｚ（ｔ）＝ｄｒ（ｔ）／ｄｔである。
‐ｆは分析周波数（または、例えば回転周波数についての推定値のような別に定義された周波数値）の開始値である。
‐ｓは周波数範囲における実測値のスケーリングファクターである。
‐τは時間シフトの独立変数である。
【００９０】
図１０は、式（８）において表される、より好ましい分析関数または分析関数のグループの合計を示す。この分析関数のグループは第１のターム４１を備え、オーダー因子ｓから離れて、一般的な分析周波数ｆも備える。さらに、分析関数のグループは、オーダー因子が再び現れ、さらに時間シフトを備える時間的に可変な位相がある第２の位相タームを備える。ただし、一実施の形態では、式（８）における変数τが存在しないため、分析関数のグループが次数ｓと時間変数ｔのみに、または、図１０の下図に示すように、離散時間変数ｎに依存するように、時間シフトはゼロでも良い。
【００９１】
式（８）に関して示された実施の形態、および式（１）に関して示された実施の形態の両方において、個々の分析関数はそれぞれの分析関数についてのｆおよびｒにそのデータを使用できるように決定され、異なるオーダー因子が選択される。これは、特別な分析関数がそれぞれのオーダー因子について得られることを意味する。
【００９２】
次に、オンラインバリエーションを示す実現例が示される。オフラインバリエーションは、図に示されたオンラインバリエーションから静的データを単に切り替えることによって得られる。信号の例として、図３および図４、次の図１１にも示される測定信号を参照し、図１１は実際の振動信号を現していないが、振動のスペクトログラムはＳＰＷＤ、すなわち、平均化疑似ウィグナー分布によって得られることを指摘している。実際に、図１１に示されたスペクトログラムは図９における振動信号２１として使用されないが、スペクトログラムの表現に基づく振動信号として使用される。
【００９３】
次の実施の形態として、分析窓における処理が、例えば時間ｔ＝３ｓで開始したと模範的に仮定する。特に、図１１において示されたスペクトログラムと比較した場合、ノイズに関するおおよそ４０ｄＢによる信号対雑音の距離の改善が目的とされている。例えば、８０００ｓｐｓ（１秒あたりのサンプル数）のサンプルレートでの結果は、おおよそ１秒の分析窓に対する最小の長さである。これは、分析窓の測定値の記録がｔ＝３ｓで始まるため、分析が時間ｔ＝４ｓで最も早く開始できることを意味する。より好ましくは、計算が実際の時間で実行され、より好ましくは１２５μｓのサンプルレートで測定される。しかしながら、１秒の（徐々に小さくなる）分析窓の長さのために、少なくとも１秒に相当する待ち時間がある。しかしながら、この分析は待ち時間を生じさせるとても小さいシステムを示すオンラインの方法が考えられている。
【００９４】
分析のための時間ウィンドウにおいて、３秒の分析窓の開始時間とｔ＝４ｓの分析窓の終了時間の間の振動信号に存在する測定データがある。
【００９５】
さらに、より好ましくは、回転周波数の測定データが存在する。これらの測定データは、存在する必要はないが、例えばｔ＝３ｓの基本波に対して、例えば図１１に示すスペクトログラムから推定することができる。図９の回転速度決定器３０によって実行されるこの典型的に十分に粗い推定のために、非常に高い信号対雑音比を示すスペクトログラムが存在してはならない。例えば、分析窓の開始時で、正確に推定されていない初期の分析周波数にもかかわらず、非整数値も含む可能性のあるオーダー因子のより小さい量子化のために、分析周波数をかけた次数で相関関数において推定回転速度を「ヒット」する確率が高くなる。
【００９６】
しかしながら、回転速度決定器３０が回転周波数のオンラインまたはオフライン測定を提供する場合、回転周波数の測定値がいつも遅れており、理論的に特定の時間よる本当の回転速度を導かないと仮定することができる。この遅延τは、主に少なくとも１つのサンプル周期であり、模範的には歯車の２つの歯の間の距離によって与えられる。さらに、このサンプル周期、または、遅延τも主に時間とともに変化する。その結果、分析中に時間オフセットを考慮することが好ましい。図１２に示すように、ここでは時間シフトが考慮され、式（５）からも収集できる。さらに、この時間の違いにより、結果は未知の周波数シフトにもなるだろう。その結果、図１２は、１２０における時間ｔ＝３ｓとｔ＝４ｓとの間の模範的に想定回転速度を有する信号の流れと、１３０における３秒から４秒の間の測定回転周波数の信号の流れを示す。
【００９７】
次に、分析関数を形成するためのより好ましい実施の形態を説明する。式（５）に対応する３つのパラメータが分析関数を形成するために使用される。これらは時間ｔ＝３ｓとｔ＝４ｓとの間の時間ｔであり、より好ましくは、分析窓において８０００サンプルある場合の１から８０００まで変動するインデックスｎを有する離散時間によって再配置される。
【００９８】
さらに、既知の時間シフトτは対応する値に設定される。しかしながら、一般的に、測定された回転周波数の時間シフトも実際の回転周波数に関する振動信号の時間シフトも知られていない。結果として、より好ましくは、例えば、図１６においてより詳細に説明するように、対応する補正フローが制御装置３２によって実行される。より好ましくは、固定されたオーダー因子を有しており、分析関数の数が、図９を参照して説明したオーダー因子とは対照的に、オーダー因子ではなく、遅延時間が特定の方法で可変である多くの分析関数を決定する。結果は異なる離散された遅延時間を有する２００の異なる分析関数である。
【００９９】
分析関数の積または分析窓ｆにおける開始周波数および離散されたスケーリングファクターまたはオーダー因子として形成されるスケール周波数νも図１０または式（８）または式（１）に準ずる分析関数を形成するために使用される。一般的に、図１１に示すように、実数値、つまり回転周波数振動の整数または分数が生じるかはわからない。例えば、地下鉄のような鉄道車両の加速および減速を模範的に示すスペクトルは、図１１の線で示す多様な調波を結果として生じる。
【０１００】
しかしながら、どの線が発生するかはわからない。さらに、高い信号対雑音を有する分析が個々では特に高い重要性を有し、正確な分析のためにどの調波が存在するか、さらに、どのような強度で調波が存在するかを決定することは重要かもしれない。特に、図９の検査手段２６によって示される、測定された相関関数と記憶された相関関数との間の比較は、重要な調波がスケーリングファクターまたはオーダー因子で測定された相関関数において、一度発見された状況をもたらし、以前の参照測定に現れていない、または、回転素子または回転素子に接続された部分の不具合を生じるきっかけとなる。
【０１０１】
より好ましくは、スケーリングファクターまたはオーダー因子ｓは、適切に低い値、例えばｓ＝０．０１から始まり、０．００１のような十分な分解で、スケーリングファクターまたはオーダー因子の上限閾値まで増加する。分析窓において回転周波数の測定された第１の値は、開始周波数ｆとして使用され、この特定の例ではｆ＝４２．７Ｈｚであり、図１５ａにおいても仮定され、相互相関関数ＣＣＦにおける最大値は１のオーダー因子で測定される。
【０１０２】
2020508439.tif 000018
【０１０３】
2020508439.tif 000019
【０１０４】
2020508439.tif 000020
【０１０５】
振動信号に直接的にまたは間接的に基づく別の選択肢も位相期間を決定するために使用される。したがって、ｚ（ｎ）の代わりの振動信号自身が、上記の３つの式の最初の１つ、または３つすべての式を使用でき、回転速度は振動信号もしくは他の測定されたまたは推定された回転速度ｚ（ｔ）またはｚ（ｎ）から導出される。
【０１０６】
上述の測定で実現した後、式（８）および式（１）に対応する三次元分析関数が得られる。その後、式（２）ないし式（５）に対応する振動信号ｘ（ｔ）またはｘ（ｎ）を分析するために使用され、そのため利用可能な結果は別の解釈に対する振動信号ｘ（ｔ）の三次元分解ｙ（ｔ，τ，ｓ）である。分解ｙ（ｔ，τ，ｓ）は、３つの変数のいずれに対しても理論的に統合することができ、目的に応じて、結果は一次元ないし三次元の相互相関関数がある。これは、特定の完全な相互相関関数がそれぞれの分析窓について計算し、複数の分析関数のそれぞれに対する複数の相関結果を備える。
【０１０７】
分解の１、２または３つの変数（ｔ、τ、ｓ）に沿った理論的に７つの潜在的な積分から、パラメータτおよびνまたはｓを有する時間ｔに沿った積分との実用的な組み合わせが、好ましい実用的な分析として得られる。２つのパラメータの場合で混乱する可能性がある場合、実際に適切な３Ｄ表現のために、その後、パラメータは２Ｄ投影用に別の方法で使用される。
【０１０８】
2020508439.tif 000021
【０１０９】
このような次数の説明がある場合、これは特に、回転速度が分析周波数として比較的正確にすでに「ヒット」しているという事実によるものである。しかしながら、回転速度が分析周波数として比較的正確にすでに「ヒット」していない場合、非正確ヒットの回転速度を有するオーダー因子から開始するときに、オーダー因子１が回転速度の調波に対応するオーダーダイアグラムに到着するために、オーダー因子を再計算することが必要である。測定された回転周波数を実際の周波数と比較して、及び、振動信号と比較して時間シフトが既知ではないので、振幅の分解ｙ（ｔ，τ，ｓ）の時間シフトへの依存性は規定することができる。図１５ａにおいて、依存性はｓ＝１１．２の次数で説明される。図１５ａは分解ｙ（ｔ，τ，ｓ）の未知の時間シフトへの依存性を示し、図１３において例示するｓ＝１１．２の振動信号の高次数についての時間シフトが規定される。依存性はとても狭いことが指摘される。最大値はここでは数ミリ秒のみに分散される。
【０１１０】
2020508439.tif 000022
【０１１１】
図１５ｂは固定時間シフト、固定次数、相関結果ごとに可変な分析周波数を有する二次元相関関数を示す。特に、図３または図１１で示される信号の開始周波数の分解の依存が示される。分解は次数ｓ＝１１．２で計算される。しかしながら、例えば図１６の手順によって、または、経験的にτ０およびｓの適切な組み合わせを決定することが好ましい。
【０１１２】
後のステップ５２において、予備相関関数が模範的に図１３で示されるように計算される。計算された予備相関関数は相関手段２４によって実行される。続いて、ステップ２４において補正オーダー因子（Ｃ．‐ＯＦ）が、好ましくは補正手段またはコントローラーによって計算され、例えば、オーダー因子１１．２である。より好ましくは、このオーダー因子は、全体的最大値（オーダー因子１を除く）または局所的最大値と特定される。ステップ５６で示すように、補正分析関数Ａｆ１．．．．．Ａｆｋの計算はｋ個の異なる時間シフトに対して実行されるが、図９とは対象的に、ここではオーダー因子がすべての分析関数に対して補正オーダー因子と特定される。
【０１１３】
その後、ステップ５８において、補正相関関数が、図１４に示す補正手段２４によって再び計算され、τ＝０．１ｓで極めて明確なピークを示す。時間値τ＝ ０．１ｓは、図１４の相関関数の最大値を決定することにより、相関手段２４によりステップ６０で決定される。
【０１１４】
その後、第２のまたは補正された手順において、分析関数手段による分析関数Ａｆ1‐Ａｆ0の計算は実行されるが、ステップ６０において決定される補正時間シフトを有する。より狭く、図１３よりも高いピークかもしれないより正確な相関関数であるという結果となり、したがって、回転素子の状態を評価するまたはこの状態に関するステートメントを作成するための評価手段２６についての改良された情報を提供する。
【０１１５】
式１または式８によって示される分析関数のグループであって、個々の分析関数は個々のオーダー因子のセットによって得られる分析関数のグループは三次元であり、時間、時間シフトおよび周波数または次数の独立変数に依存する。より好ましくは、回転速度で回転する素子を分析するための装置の一実施の形態について、変数の二次元空間は使用される、すなわち、周波数シフトまたはスケールファクターまたはオーダー因子及び時間シフトを使用する。ここでは二次統計について議論するので、全体的最大値は時間および周波数シフトの最適な組み合わせを示し、例えば、この最大値の発見は図１６に示される実施の形態に基づいて実行されるだろう。
【０１１６】
分析窓における離散プロセスが使用されるより好ましい実施の形態において、分析関数手段および相関手段の両方は分析窓を次々に処理するように構成されており、１つの分析窓から次の分析窓への供給は分析窓が部分的に重複するまたは重複しないという実装に依存して設定しうる。
【０１１７】
2020508439.tif 000023
【０１１８】
分析関数の実数値の表現に基づく異なる計算も実行しうる。さらに、図１７ａないし図１７ｃとは異なる計算を実行でき、これらの計算は、複素解析関数に基づくが、実際の値である最終相関結果を別の方法で特定する。
【０１１９】
本発明の別の実施の形態を、以下において説明する。
１．回転素子（１０）を監視するための装置（１）であって、
振動センサ（２）と評価装置（４）とを備え、
振動センサ（２）は回転素子（１０）の振動から開始する時間‐依存信号ｘ（ｔ）を生成するように実装され、
評価装置（４）は振動信号（ｘ（ｔ））を使用して、および、回転素子（１０）の時間‐依存回転速度（ｚ（ｔ））を使用して、および／または、回転素子（１０）の時間‐依存回転速度（ｚ（ｔ））に依存する値（ｒ（ｔ））を使用して、回転素子（１０）の状態に関するステートメントを規定するように実装され、
評価装置（４）は、振動信号（ｘ（ｔ））と、予め設定可能な開始周波数（ν）と回転速度（ｚ（ｔ））に依存する調波分析関数（ｈ（ｔ））および／または回転速度（ｚ（ｔ））に依存する値とを関連付けて実装され、振動信号（ｘ（ｔ））と周波数関数（ｈ（ｔ））との間に予め設定可能な時間シフト（τ）を挿入し、相互相関から得られる評価関数（ｙ（ｔ，τ，ν））から開始する回転素子の状態に関するステートメントを規定し、
評価装置（４）は回転素子（１０）の状態に関するステートメントを規定するときに開始周波数及び／又は時間シフト（τ）の値を変化させるように実装される、装置（１）。
【０１２０】
２．実施例１に記載の装置（１）であって、
装置（１）はさらに回転センサ（３）を備え、
回転センサ（３）は回転速度（ｚ（ｔ））、および／または、回転速度（ｚ（ｔ））に依存する値（ｒ（ｔ））を測定するように実装される、装置（１）。
【０１２１】
３．実施例１または２に記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は回転速度ｚ（ｔ）、および／または、振動信号ｘ（ｔ）の時間‐周波数分布を用いる回転速度ｚ（ｔ）に依存する値ｒ（ｔ）を規定するように実装される、装置（１）。
【０１２２】
４．実施例１ないし３のいずれかに記載の装置であって、
評価装置（４）は回転素子（１０）の状態に関するステートメントとして回転素子（１０）の設定状態から誤差を規定するように実装される、装置（１）。
【０１２３】
５．実施例１ないし４のいずれかに記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は時間的にミラー化された分析関数（ｈ（ｔ））を有する振動信号（ｘ（ｔ））をコンボリューションすることによって、評価関数（ｙ（ｔ、τ、ν））を得るように実装される、装置（１）。
【０１２４】
６．実施例１ないし５に記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は、回転速度（ｚ（ｔ））の整数値として回転数の時間‐周波数位相ｒ（ｔ）および開始周波数（ν）に少なくとも依存する分析関数（ｈ（ｔ））を使用して実装される、装置（１）。
【０１２５】
７．実施例１ないし６のいずれかに記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は回転速度（ｚ（ｔ））の整数値として回転数の時間‐依存位相（ｒ（ｔ））と開始周波数（ν）の積に依存する独立関数を有する指数関数に少なくとも依存する分析関数（ｈ（ｔ））を使用して実装される、装置（１）。
【０１２６】
８．実施例１ないし７のいずれかに記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は次の指数関数に少なくとも依存する分析関数（ｈ（ｔ））を用いて実行され、
exp(j f s r(t))，
ｊは虚部であり、
ｆは予め設定可能な周波数値であり、
ｓは予め設定可能なスケーリングファクターであり、
ｒ（ｔ）は回転速度（ｚ（ｔ））の整数値としての回転数の時間‐依存位相であり、
予め設定可能な開始周波数は設定可能な周波数値（ｆ）と予め設定可能なスケーリングファクター（ｓ）の積と等しい、装置（１）。
【０１２７】
９．実施例１ないし８のいずれかに記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は評価関数（ｙ（ｔ、τ、ν））の相関の最大値、および／または、信号エネルギーの最大値を規定するように実装される、装置（１）。
【０１２８】
１０．実施例９に記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は開始周波数（ν）および／または時間シフト（τ）の変数値のいくつかの組み合わせについての評価関数（ｙ（ｔ、τ、ν））の相関の最大値および／または信号エネルギーの最大値を規定するように実装される、装置（１）。
【０１２９】
１１．実施例１ないし１０のいずれかに記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は評価関数（ｙ（ｔ、τ、ν））の評価から次数スペクトルを生成し、回転素子（１０）の不具合の順序を明らかにするように実装される、装置（１）。
【０１３０】
１２．実施例１ないし１１のいずれかに記載の装置（１）であって、
評価装置（４）は評価関数（ｙ（ｔ、τ、ν））を評価するときに３次から始まるスペクトルを規定するように実装される、装置（１）。
【０１３１】
１３．回転素子（１０）を監視するための方法であって、
回転素子（１０）の振動から開始する時間‐依存振動信号（ｘ（ｔ））を生成するステップと、
予め設定可能な開始周波数と回転速度（ｚ（ｔ））に依存する調波の分析関数（ｈ（ｔ））を有する振動信号（ｘ（ｔ））、および／または、振動信号（ｘ（ｔ））と分析関数（ｈ（ｔ））との間に予め設定可能な時間シフト（τ）を挿入する間の回転速度（ｚ（ｔ））と相関するステップによって、および、相互相関によって得られる評価関数（ｙ（ｔ、τ、ν））から開始する回転素子（１０）の状態に関するステートメントを規定するステップによって、および、開始周波数および／または時間シフト（τ）の値を変更するステップによって、回転素子（１０）の状態に関するステートメントは、回転信号（ｘ（ｔ））を使用して、および、回転素子（１０）の時間‐依存回転速度（ｚ（ｔ））を使用して、回転素子（１０）の時間‐依存回転速度（ｚ（ｔ））に依存する値（ｒ（ｔ））を使用して規定されるステップと、を備える方法。
【０１３２】
いくつかの態様が装置の文脈において記載されてきたが、これらの態様は対応する方法の記述をも表すことは明らかであり、ブロックまたは装置の素子は方法ステップまたは方法ステップの機能に対応する。同様に、方法ステップの文脈において記載された態様は、対応する装置の対応するブロック、アイテムまたは機能の記述をも表す。いくつかのまたはすべての方法ステップは、例えば、マイクロプロセッサ、プログラム可能なコンピュータまたは電子回路のようなハードウェア装置によって（または用いて）実行することができる。いくつかの実施形態において、いくつかの１つ以上の最も重要な方法ステップは、このような装置によって実行することができる。
【０１３３】
特定の実現要求に依存して、本発明の実施形態は、ハードウェアにおいてまたはソフトウェアにおいてまたは少なくとも部分的にハードウェアにおいてまたは少なくとも部分的にソフトウェアにおいて実施することができる。実施は、その上に記憶された電子的に読取可能な制御信号を有し、それぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働するまたは協働することができる、デジタル記憶媒体、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリを用いて実行することができる。それ故に、デジタル記憶媒体は、コンピュータ読取可能とすることができる。
【０１３４】
本発明に係るいくつかの実施形態は、本願明細書に記載された方法の１つが実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働することができる、電子的に読取可能な制御信号を有するデータキャリアを含む。
【０１３５】
一般に、本発明の実施形態は、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で動作するとき、本発明の方法の１つを実行するように動作可能であるプログラムコードによるコンピュータプログラム製品として実施することができる。
【０１３６】
プログラムコードは、例えば機械読取可能なキャリアに記憶することができる。
【０１３７】
他の実施形態は、本願明細書に記載された方法の１つを実行するコンピュータプログラムを備え、コンピュータプログラムは機械読取可能なキャリアに記憶される。言い換えれば、本発明の方法の一実施形態は、それ故に、コンピュータプログラムがコンピュータ上で動作するとき、本願明細書に記載された方法の１つを実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【０１３８】
本発明の方法の更なる実施形態は、それ故に、その上に記録され、本願明細書に記載された方法の１つを実行するコンピュータプログラムを備えるデータキャリア（またはデジタル記憶媒体またはコンピュータ読取可能媒体）である。データキャリア、デジタル記憶媒体または記録媒体は、通常は有形および／または不揮発性である。
【０１３９】
本発明の方法の更なる実施形態は、それ故に、本願明細書に記載された方法の１つを実行するコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号のシーケンスである。データストリームまたは信号のシーケンスは、例えば、データ通信接続、例えばインターネットによって転送されるように構成することができる。
【０１４０】
更なる実施形態は、本願明細書に記載された方法の１つを実行するように構成されたまたは適合された処理手段、例えばコンピュータまたはプログラマブルロジックデバイスを備える。
【０１４１】
更なる実施形態は、本願明細書に記載された方法の１つを実行するコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを備える。
【０１４２】
本発明に係る更なる実施形態は、本願明細書に記載された方法の少なくとも１つを実行するコンピュータプログラムを、受信者に転送するように構成された装置またはシステムを備える。転送は、例えば、電子的または光学的に実行することができる。受信者は、例えば、コンピュータ、モバイルデバイス、メモリデバイスなどとすることができる。装置またはシステムは、例えば、コンピュータプログラムを受信者へ転送するファイルサーバを備えることができる。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、本願明細書に記載された方法のいくつかまたは全ての機能を実行するために、プログラマブルロジックデバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ，ＦＰＧＡ）を用いることができる。いくつかの実施形態において、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本願明細書に記載された方法の１つを実行するために、マイクロプロセッサと協働することができる。一般に、いくつかの実施の形態において、方法は、好ましくはいかなるハードウェア装置によっても実行される。これは、コンピュータープロセッサ（ＣＰＵ）などの普遍的に適用可能なハードウェア、またはＡＳＩＣなどの方法に特有のハードウェア、またはＡＲＭアーキテクチャのようなマイクロプロセッサであってもよい。
【０１４４】
上記記載された実施形態は、単に本発明の原理に対して説明したものである。本願明細書に記載された構成および詳細の修正および変更は、当業者にとって明らかであると理解される。それ故に、本発明は、間近に迫った特許請求の範囲のスコープのみによって制限され、本願明細書の実施形態の記載および説明の方法によって表された特定の詳細によって制限されないことが意図される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【国際調査報告】
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