JP2001318031A - 装置の異常診断方法 - Google Patents

装置の異常診断方法

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義勝 喜田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の状態が正常であるか異常であるかを容
易に把握することができる、可動部品を有する装置の異
常診断方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 装置の振動に関する生波形を正規化し
て、正規化波形を求める。正規化波形のデータを、高速
フーリエ変換(FFT)して、周波数成分のデータすな
わちパワースペクトラムを求める。一方、同様な態様
で、正常状態の装置の振動に関するデータを予め求めて
おく。そして、診断時のパワースペクトラムから正常時
のパワースペクトラムを差し引いて残ったパワースペク
トラムに基づいて、装置の異常診断を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に可動部品を有
する装置の異常の有無を診断する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来から可動部品を有する装置の異常を
診断する方法として、装置から生じる振動を測定するこ
とによる診断方法があった。具体的には、まず、装置か
ら生じる振動を測定し、かかる振動データを高速フーリ
エ変換(FFT変換)することにより、振動現象を複数
の周波数成分に分解する。そして、それらの周波数成分
自体を観ることによって、装置のどの部分にどんな異常
が生じているのかを診断するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の診断方法では、各周波数成分は、その時点の振
動状態を示す数値(指標)として表されるため、それら
の数値の中で何れの周波数成分が正常又は異常であるの
かを把握することは容易ではなかった。
【0004】従って、本発明は上記に鑑みてなされたも
のであり、装置の状態が正常か異常かを容易に把握する
ことができる、可動部品を有する装置の異常診断方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本出願人の研究による
と、各周波数成分の値が正常な状態の値からどの程度異
なっているのかを知ることができれば、装置に異常があ
るか否か、さらに異常がある場合はそれがどの程度の異
常であるのかを容易に診断することができることを見出
した。その結果、本出願人は、以下の異常診断方法を創
案するに至った。
【0006】すなわち、上記目的を達成するための本発
明の異常診断方法は、正常状態での装置の振動を示す正
常初期データをフーリエ変換することによって周波数成
分で表した正常周波数成分データを算出する工程と、被
診断状態での装置の振動を示す被診断初期データをフー
リエ変換することによって周波数成分で表した被診断周
波数成分データを算出する工程と、前記被診断周波数成
分データから前記正常周波数成分データを差し引くこと
によって残留周波数成分データを算出する工程と、前記
残留周波数成分データをもとに前記装置の異常診断を行
う工程とを備えたことを特徴とする。
【0007】また、前記正常初期データ及び前記被診断
初期データはそれぞれ、振動の生波形を正規化すること
によって求めた正規化波形であると好適である。さら
に、前記異常診断を行う工程は、異常ケースを想定して
予め用意された閾値と、前記残留周波数成分データから
求めた周波数領域パラメータとを照合することによって
行われると好適である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の異常診断方法
を、逆止弁装置の異常診断に用いた場合の実施の形態に
ついて説明する。図1は、本実施の形態に係る異常診断
方法を実施するための装置の概要を模式的に示すもので
ある。診断対象である逆止弁1には、加速度計3が取り
付けられている。加速度計3は、チャージアンプ5及び
アナログ/デジタル(A/D)コンバータ7を介して、
コンピュータ9に接続されている。
【0009】次に、本実施の形態の異常診断方法の各工
程について図2及び図3を基に説明する。まず、ステッ
プS1として、弁装置1の正常運転時に生じている振動
を、加速度計3により計測する。加速度計3によって計
測された振動の生波形のデータは、チャージアンプ5に
より増幅され、また、A/Dコンバータ7によりデジタ
ル信号に変換されて、コンピュータ9内に取り込まれ
る。
【0010】次に、ステップS2として、コンピュータ
9内に取り込まれた生波形から、正常時の生波形に関す
るパラメータとして、極大値、2σ外値及び2σ外値の
個数を算出する。これらの生波形パラメータは、異常判
定の際の識別指数として後程使用する。なお、2σは、
標準偏差の2倍を意味するものとする。
【0011】さらに、ステップS3として、生波形の性
質を変えずに、大きさのみを比較的に近い値に揃えるよ
う、正常時の生波形を正規化して正規化波形を求める。
ここで、生波形だけでなく、生波形を正規化した正規化
波形をも求めているのは、弁装置における流量、圧力、
温度などの要因によって加速度自体は大きく変化し、ま
た、本出願人の研究によると、流量が多いほうが正常時
と異常時との差を捕らえ易いことが分かっているため、
最も流量の多い定格運転時の測定データだけを用いて評
価することで、流量が加速度に及ぼす影響を無視できる
ほど小さくすることができるからである。
【0012】また、上述の正規化は以下の式、すなわ
ち、 ui=Xi/Xrms に基づいて行われている。ここで、各記号は、 ui :正規化後の時系列データ Xi :正規化前の時系列データ Xrms:正規化前の時系列データの実効値 である。
【0013】次に、ステップS4として、求めた正規化
波形から、時間領域パラメータとして、尖り度、歪み
度、波高率及び波形率を算出する。これらの時間領域パ
ラメータも、異常判定の際の識別指数として後程使用す
る。
【0014】さらに、ステップS5として、正規化波形
のデータを、高速フーリエ変換(FFT)して、周波数
成分のデータすなわちパワースペクトラムを求める。
【0015】以上に説明したステップS1〜S5におい
て算出されるデータは、正常運転時の逆止弁に対してほ
ぼ一義的に決定されるものであるので、本実施の形態で
は実際の診断を行う前に予め求めておきコンピュータ9
内にメモリされているものとする。
【0016】次に、ステップS6として、診断したい状
態における逆止弁1の振動を加速度計3により計測す
る。加速度計3によって計測された振動の生波形のデー
タは、チャージアンプ5により増幅され、また、A/D
コンバータ7によりデジタル信号に変換されて、コンピ
ュータ9内に取り込まれる。そして、ステップS7とし
て、コンピュータ9内に取り込まれた生波形から、被診
断時の生波形に関するパラメータとして、極大値、2σ
外値及び2σ外値の個数を算出する。
【0017】さらに、ステップS8として、被診断時の
生波形を正規化して正規化波形を求める。ステップS9
として、求めた正規化波形から、時間領域パラメータと
して、尖り度、歪み度、波高率及び波形率を算出する。
これらの時間領域パラメータも、異常判定の際の識別指
数として後程使用する。さらに、ステップS10とし
て、正規化波形のデータを、高速フーリエ変換(FF
T)して、周波数成分のデータすなわちパワースペクト
ラムを求める。
【0018】そして、ステップS11として、ステップ
S10で求めた被診断時の周波数成分データ(図3に
(2)で示される)から、ステップS5で求めた正常時
の周波数成分データ(図3に(1)で示される)を差し
引いて、残った周波数成分データを残留周波数成分デー
タ(図3に(3)で示される)を算出する。この結果、
被診断時が正常状態であれば被診断時の周波数成分デー
タと正常時の周波数成分データとがほぼ同一となるた
め、残留周波数成分データは周波数成分が残らないこと
になり、逆に、被診断時が異常状態であったならば、異
常に起因した特有の振動が原因となり、残留周波数成分
データに何らかの波形が生じる。このため、被診断時の
運転状態が正常状態と比較してどれだけ相違しているの
かを容易に知ることができることになる。
【0019】残留周波数成分データから、ステップS1
2として、周波数領域パラメータとして、尖り度、歪み
度、波高率、波形率、距離及びカルバック情報量を算出
する。
【0020】そして、ステップS13として、それら周
波数領域パラメータを識別指数として表す。尚、識別指
数は、正常状態からどれほどズレているかを示すもので
あり、以下の式で算出される。 DI=|m0−m1|/(σ0 2+σ1 21/2 ここで、各記号は、 DI :識別指数 m0 :正常時のデータの平均値 m1 :異常又は診断時のデータの平均値 σ0 :正常時のデータの標準偏差 σ1 :異常又は診断時のデータの標準偏差 である。
【0021】さらに、ステップS14として、上記のよ
うにして求めた周波数領域パラメータの識別指数を、予
め求めておいた異常を表す識別指数の閾値と比較して、
診断時の状態の逆止弁1に異常があるか否かを判定す
る。すなわち、残留周波数成分データには、異常の程度
や箇所によって特有のパターンがあり、そのパターンに
照らし合わせることによって、例えば、摩耗部品の種類
や摩耗量といった異常の内容を特定することができる。
なお、かかる異常を表す識別指数の閾値は、複数の異常
ケースを想定し具体的には異常部品ごとに、また、異常
の段階ごとに予め求めておき、コンピュータ9内のデー
タベース内に登録しておく。
【0022】さらに、本実施の形態においては、ステッ
プS15及びステップS16として、生波形パラメータ
及び時間領域パラメータについても識別指数化し、それ
らの識別指数を、ステップS14と同様にデータベース
内に予め登録された異常判定用の識別指数の閾値と比較
することによっても、逆止弁1に異常がある否かを判定
する。
【0023】なお、以上に説明した本発明は、上記の実
施の形態に限定されるわけではなく、例えば、以下のよ
うに改変することも可能である。上記の実施の形態にお
いては、残留周波数成分データから、周波数領域パラメ
ータとして抽出されているのは、尖り度、歪み度、波高
率、波形率、距離及びカルバック情報量であったが、本
発明は、これに限定されるものではなく、本発明の周波
数領域パラメータとしては、尖り度、歪み度、波高率、
波形率、距離及びカルバック情報量の何れかを選択的に
採用してもよく、あるいは、これらに加えて他のパラメ
ータを用いることも可能である。また、残留周波数成分
データから異常診断を行う態様であれば、周波数領域パ
ラメータを算出することなく、残留周波数成分データの
波形のみから異常診断をすることも可能である。
【0024】また、上記実施の形態においては、ステッ
プS15及びステップS16として、生波形パラメータ
及び時間領域パラメータについても識別指数化して異常
判定に用いていたが、本発明は、これに限定されるもの
ではなく、残留周波数成分データから異常診断を行うだ
けでもよい。
【0025】さらに、実施の形態は、被診断対象を逆止
弁としていたが、本発明の被診断対象は、これに限定さ
れるものではなく、逆止弁以外の弁装置でもよく、ある
いは弁装置に限らず、本発明は、可動部品を備えるよう
な機器全般に対して異常診断を行うことも可能である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の異常診断
方法によれば、被診断周波数成分から正常周波数成分を
差し引いた残留周波数成分に基づいて異常診断を行うた
め、測定データの周波数成分から直接に異常診断を行う
場合に比べて、迅速且つ正確に異常の診断を行うことが
可能となる。また、残留周波数成分のみを一見しただけ
で異常の有無・程度が推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係る異常診断方法を実施する
ための装置の概要を模式的に示す図である。
【図2】 本実施の形態に係る異常診断方法の工程を示
すフローチャートである。
【図3】 高速フーリエ変換によって周波数成分表示さ
れたデータを示す図である。
【符号の説明】
1 逆止弁 3 加速度計 5 チャージアンプ 7 アナログ/デジタルコンバータ 9 コンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 縄田 秀樹 福岡県北九州市門司区中町1番14号 岡野 バルブ製造株式会社内 (72)発明者 田中 孝治 福岡県北九州市門司区中町1番14号 岡野 バルブ製造株式会社内 (72)発明者 喜田 義勝 福岡県北九州市門司区中町1番14号 岡野 バルブ製造株式会社内 Fターム(参考) 2G024 AD01 AD21 BA27 CA13 DA12 FA04 FA06 2G064 AA04 AB01 AB02 AB22 BA02 BD05 CC30 CC43 CC46 CC57 5H223 EE06 EE29 EE30 FF06 9A001 FF05 GG10 KK14 KK29 LL05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 装置の異常診断方法であって、 正常状態での装置の振動を示す正常初期データをフーリ
    エ変換することによって周波数成分で表した正常周波数
    成分データを算出する工程と、 被診断状態での装置の振動を示す被診断初期データをフ
    ーリエ変換することによって周波数成分で表した被診断
    周波数成分データを算出する工程と、 前記被診断周波数成分データから前記正常周波数成分デ
    ータを差し引くことによって残留周波数成分データを算
    出する工程と、 前記残留周波数成分データをもとに前記装置の異常診断
    を行う工程とを備えたことを特徴とする異常診断方法。
  2. 【請求項2】 前記正常初期データ及び前記被診断初期
    データはそれぞれ、振動の生波形を正規化することによ
    って求めた正規化波形であることを特徴とする請求項1
    に記載の異常診断方法。
  3. 【請求項3】 前記異常診断を行う工程は、異常ケース
    を想定して予め用意された閾値と、前記残留周波数成分
    データから求めた周波数領域パラメータとを照合するこ
    とによって行われることを特徴とする請求項1又は2に
    記載の異常診断方法。
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