JP2005504272A - アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための装置と方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、機械プラント、特に自動車機械プラントのユニット（アセンブリ）損傷の早期の認識および予測のための装置および方法に関する。このように、機械プラントの構造的雑音はセンサ（１）によって記録され、加速度信号として送信され、またデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）で解析される。機械プラントの状態となんら関係がない周囲振動または構造的音波からの負の影響を回避するために、加速度信号が高速フーリエ変換によって周波数領域に最初に変換され、次に、このようにして取得されたデータは、単一衝撃パルス（ケプストラム）からの共鳴データが時間領域に取得されるように、ケプストラム解析によって時間領域に再び変換される。次に、前記ケプストラムは、新しい機械プラントの現在の動作状態に関する負荷信号および速度信号に対応する記憶装置で利用可能な比較ケプストラムと比較される。閾値（限界値）を超えた場合、診断信号、特に、損傷していると診断されるユニットとその残りの予測有効寿命（耐用年数）とに関する情報が、使用者のために表示され、また非常運転が開始される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１および請求項１１の前文によるアセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術において、自動車の補修時期を決定するための多数の方法と装置が公知である。
【０００３】
例えば、特許文献１は整備間隔を決定するための方法を開示しており、この方法では、整備時期は、整備を実行すべき動作変数の摩耗状態の関数として連続的に決定される。この点に関して、例えばエンジンオイルの潤滑能力またはブレーキライニングの状態のような１つのみの基準量が用いられるか、あるいは、例えばクラッチ、キャブレタセッティング（気化器設定）、点火プラグ、点火時間等の他の動作変数のさらなる摩耗状態が感知され、整備時期を計算する際にも考慮される。推定された整備時期はディスプレイによってドライバに伝えられる。
【０００４】
さらに、特許文献２は、直接的または間接的に感知されかつ動作材料の品質状態を示す少なくとも１つの動作値によってアセンブリの交換間隔を決定し、また延長するための方法を開示している。少なくとも１つの動作値の評価および交換間隔の連続的な計算はまた、計算および制御ユニットによって、始動数、クランクシャフトの回転数、エンジン温度、エンジンオイル圧力等のような動作値を表すさらなるセンサデータを考慮して実施され、予め規定されたアセンブリ整備間隔に関する比率が形成される。
【０００５】
最後に、特許文献３は、始動数、クランクシャフトの回転、走行回数、停止回数、エンジン温度、エンジンオイル圧力、給気圧力、オイル消費、および燃料消費等のような様々な感知され決定された動作値を参照して、自動車整備間隔を計算するための装置を開示している。計算結果は、整備表示／指示として聴覚的および／または視覚的に出力される。エンジンオイル補充プロセスは量に関して感知され、次に、整備間隔が規定の期間または規定の走行積算距離計の読取りにより、１回延長される。
【０００６】
さらに、特許文献４は、自動車のブレーキ系の整備時期を決定するための方法と装置を開示している。この開示では、回転速度および自動車速度はホイール毎に決定され、またこれからホイールスリップが計算され、記憶される。様々なホイールのホイールスリップ間の差が予め規定された値よりも大きくなるならば、ブレーキ問題信号が生成され、前記信号（ブレーキ問題信号）に応答して整備の要請が表示される。
【０００７】
これらの従来の方法では、センサシステムの評価によって、せいぜい１つの電子モニタリング側に取得されるデータが評価され、因果関数に代入され、耐用時間がそれに応じて決定される。
【０００８】
しかし、これらの従来の方法では、予測診断は不可能である。整備時期は、すでに存在している故障を参照してセンサデータから決定されるに過ぎず、すなわち故障がすでに存在している場合である。この結果、１つのみの故障診断操作が行われる。
【０００９】
しかし、予測による柔軟な方法により整備期間（整備間隔）が決定される方法もまた公知である。
【００１０】
特許文献５は、例えば，エンジンオイルの品質を監視および／または決定するための方法と装置とを開示し、この方法では、オイル粘度の変化が決定され、温度およびエンジン摩擦トルクの関数として評価される。記録されたデータを処理して変換するための制御ユニットおよび少なくとも１つの記憶ユニットが、この目的のために設計され、粘度を決定するために必要な特性曲線が、記憶ユニットにあるいは各記憶ユニットに記憶される。エンジンオイルの交換時期は、エンジンが不十分な潤滑および冷却により損傷を受けないように、この粘度データの関数として決定される。
【００１１】
さらに、特許文献６は、連続的な摩耗を受ける構成要素、例えばブレーキライニングの状態について診断を実行するための方法を開示している。この方法では、摩耗状態がセンサを用いて感知され、その値が所定の値未満に低下すると、アラームが発生される。
【００１２】
特許文献７は、摩耗が変位センサによって感知されるブレーキライニング摩耗測定装置を開示している。このシステムでは、新しい未使用のブレーキライニングが使用される時点が感知され、また摩耗測定のための新しい基準値がそれに応じて生成される。次に、新しい基準値に応答して、許容可能な最小ブレーキライニングの厚さを表し、そして新しい未使用のライニングの既知の厚さを新しい基準値から差し引くことによって得られた摩耗限度が生成され、記憶される。このようにして、このシステムは、摩耗限度を決定する際に、ブレーキの有効寿命の全体にわたって減少するディスクの厚さまたはドラムの厚さを考慮する。予想される残りの距離は、過去の摩耗特性および残りのライニングの厚さによって予測され、整備診断システムを介して出力される。
【００１３】
しかし、これらの方法も、交換すべき潤滑剤の老化状態、およびブレーキライニングおよびクラッチライニングのような影響を受けやすい部分の摩耗に関する１つのみの予測を可能にするに過ぎない。
【００１４】
しかし、アセンブリの純粋に機械的な構成要素の状態は、これらの従来の方法によって、ある程度までまた不十分に決定できるに過ぎない。
【００１５】
これと対照的に、例えば、発電プラント技術の分野で、あるいは大型プラントの機械を監視するために、早期の損傷検出のための方法が公知である。
【００１６】
構成要素の突然の不具合による大型発電プラントの予定外の休止時間を避ける必要性から、アセンブリの構成要素に対する損傷の早期検出を可能にし、この早期検出を行うために構成要素が目立った機能故障を示すことがない方法が開発された。これらの方法によって決定される結果に基づき、次に、整備を実施するための計画された次回の機械休止時間中に特定の構成要素を交換しなければならないか、あるいは使用を継続できるかどうかについて、決定を導くことが可能である。
【００１７】
特許文献８は、機械の変化の早期検出のために、作動している機械を周期的に監視するための方法を開示している。このために、機械に固有の測定信号が監視センサによって感知され、そして、一つの基準、すなわち新しい機械の出力挙動を表す測定信号を有する評価ユニットで処理される。特に、機械サイクルのフーリエ変換によりセンサによって供給される、時間信号から導出された周波数スペクトル、および監視方法の基本を形成する個々の周波数割当の平均値は、少なくとも２つの、好ましくは少なくとも１０の周波数スペクトルの周波数信号から計算される。感知された変化は、機械の挙動変化をもたらす製造プロセスにおける異常に関する信号、および／または機械に対する損傷の発生に関する信号であり得る。機械内のこの変化が表示される。
【００１８】
特許文献９は、特にローラ軸受上の機械構成要素に対する損傷の早期検出のための方法を開示している。この方法では、ローラ軸受に対する損傷に起因する機械の強制振動が、振動ピックアップを用いて感知される。デジタル化信号は、この測定された信号、例えば測定された加速度から生成され、周期的に決定される信号成分に、確率振幅を有する周期的な繰り返し成分に、また一般的な確率的成分に分解される。次に、信号成分は、機械構成要素の応力に関する特性変数を決定するために、周波数の関数として解析される。このために、周波数スペクトルは、スペクトル電力密度として判断されることが好ましい。特定の周波数範囲の損傷を決定する強度は、周波数解析によって決定され、周波数分布の大きさ、範囲、および形状が決定される。周波数範囲と周波数分布とをリンクすることによって、ローラ軸受に関する応力要因が得られる。決定される応力特性変数は、損傷の種類を決定するためおよび／または損傷の程度を決定するために、機械構成要素の許容可能な応力の特性変数と比較される。
【００１９】
しかし、従来、固定されていない、すなわち移動可能なアセンブリについて早期の検出および予測を実施し得る装置または方法は知られていない。特に、上記で説明した従来の装置と方法は、動的応力特性を受け、また移動式に操作されるアセンブリで使用するために設計されていない。
【００２０】
【特許文献１】
独国特許出願公開第３１１０７７４ Ａ１号明細書
【特許文献２】
独国特許発明第４３０６２７０ Ｃ１号明細書
【特許文献３】
欧州特許出願公開第０４８９２６１ Ａ２号明細書
【特許文献４】
欧州特許第０６０１３６５ Ｂ１号明細書
【特許文献５】
国際公開第９９／２４６９９号パンフレット
【特許文献６】
欧州特許出願公開第１１０１９７１ Ａ１号明細書
【特許文献７】
欧州特許第０７６４２４４ Ｂ１号明細書
【特許文献８】
独国特許発明第１９５４５００８ Ｃ２号明細書
【特許文献９】
欧州特許第０４１３８４５ Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
このため、本発明の目的は、移動式に操作されかつ動的応力特性を受けるアセンブリに加えられる可能性のある、アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための装置と方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明によれば、上記目的は、特許請求項１と１１の特徴を有する装置または方法によって達成される。
【００２３】
本発明の有利な発展形態は、従属請求項に規定されている。
【００２４】
本発明による装置と方法は、移動式に操作されかつ動的応力特性を受けるアセンブリにおいても、アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測を可能にする。
【００２５】
本発明の上記目的およびさらなる目的、特徴、および利点は、図面に関連した好ましい例示的実施態様の以下の説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、移動式に操作される、特には機械プラント、例えばドライブトレイン（駆動伝達系）にも使用することができる、アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための装置について、図１を参照して次に説明する。ドライブトレインまたはドライブトレインの構成要素、例えばステアリング装置（かじ取り装置）、エンジン、歯車装置、クランクシャフト、ブレーキシステム、リターダ等に対する損傷を検出することができる。
【００２７】
アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための本発明による装置では、センサ１、例えば加速度ピックアップは、監視すべき機械プラントに配置される。このセンサ１は、監視すべき機械プラントの固体伝播音を感知する目的を有し、この機械プラントの出力において増幅装置２に接続される。次に、増幅装置２の出力は包絡線形成装置３および低域フィルタ装置３’の両方に接続される。包絡線形成装置３の出力は切換装置６の第１の切換位置に接続され、一方、低域フィルタ装置３’の出力は切換装置の第２の切換位置に接続される。次に、切換装置６の出力は、特に、アセンブリ制御装置用のＩ／Ｏ（入力／出力）管理Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ装置およびドライバステージを備える、コンバータおよびドライバ装置７の入力部に接続される。このコンバータおよびドライバ装置７の別の入力部は、機械プラントのアセンブリセンサおよびアクチュエータ（図示せず）に接続される。このコンバータおよびドライバ装置７の出力部は、このコンバータおよびドライバ装置７のＩ／Ｏ管理Ａ／Ｄコンバータ装置によってデジタル化されるセンサ信号を送るためのデジタル信号プロセッサＤＳＰに接続される。このデジタル信号プロセッサＤＳＰは、高速フーリエ変換装置（ＦＦＴ装置）と、個々の衝撃パルスの共鳴データを時間領域に生成するためのケプストラム解析装置とを有する。このため、ケプストラム解析装置は、個々のデータを対数化するための対数化装置と逆高速フーリエ変換装置（ＩＦＦＴ装置）とを備える。デジタル信号プロセッサＤＳＰの１つの端末（端子）は、記憶装置８に接続される。例えばＥＥＰＲＯＭを有するこの記憶装置８に、ペアレントケプストラムと、どのアセンブリまたはアセンブリ構成要素が損傷しているかをケプストラムのどの振幅の増大が表しているかの情報と、を含む基準データが記憶され、この基準データをアセンブリ制御装置用の記憶デバイス１１内に組み込むことができる。別の入力において、デジタル信号プロセッサＤＳＰは、現在の回転速度情報および負荷情報を供給するために、アセンブリエレクトロニクスの中央演算処理装置９またはＣＰＵに接続される。
【００２８】
デジタル信号プロセッサＤＳＰおよび中央演算処理装置９の両方は、臨界データを超えているかどうか、すなわち、所定の許容範囲外にある信号が生じるかどうかを評価するため、および評価結果を出力するためのデジタル信号プロセッサおよび／または中央演算処理装置９からデータを読み出すための監視装置またはウォッチドッグ（監視タイマ）装置１０に接続される。さらに、デジタル信号プロセッサの別の出力は、診断データ、すなわちアセンブリに対する差し迫った損傷に関するデータを出力するため中央演算処理装置９で形成される。
【００２９】
以下に、アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測について上述した装置を操作するための方法について、図２に示したフローチャートを参照して説明する。
【００３０】
第１に、少なくとも１つのセンサ１は、監視すべき機械プラントの固体伝播音を感知し、測定信号、例えば加速度信号を出力する（Ｓ１）。次に、センサ装置１からの測定信号は増幅装置２に送られ、そこでは、さらなる処理が次の処理装置で難なく行うことができるように増幅される。しかし、この増幅の範囲内において、監視される機械プラントの所望の信号、および特に自動車機械プラントにおける機械プラントの移動の結果として生じる雑音信号の両方は、例えば、車両フロアの凹凸、加速プロセス、および制動プロセス等からドライブトレイン（駆動伝達系）に発生する振動信号によって増幅され、また直接評価するならば、デジタル信号プロセッサＤＳＰの評価結果に対し直接の悪影響を及ぼすであろう。
【００３１】
この理由のため、次に、増幅装置２によって出力される増幅測定信号が、さらなる処理のため無線周波数測定信号を平滑にするために、測定信号によって包絡線を生成する包絡線形成装置３に送られる。このプロセスにおいて、包絡線は測定信号の最大振幅値に沿って延在する。次に、包絡線形成装置３の出力信号は、コンバータおよびドライバ装置７に送られる。
【００３２】
あるいは、デジタル信号プロセッサＤＳＰからの信号に応答して、測定信号を低域フィルタ装置３’にも送ることができ、この装置で、例えば望ましくない無線周波雑音成分を含むセンサ信号の無線周波成分がフィルタ除去される。包絡線形成装置３によって生成される平滑センサ信号と対照的に、低域フィルタで処理された測定信号は、無線周波数測定信号の平滑にされた平均値である。
【００３３】
次に、この低域フィルタで処理された出力信号または平滑にされた測定信号は、コンバータおよびドライバ装置７のＩ／Ｏ管理Ａ／Ｄコンバータ装置において、図示されないアセンブリセンサによって感知されかつコンバータおよびドライバ装置７の他の入力に送られる回転速度信号および負荷信号と共に、同様にコンバータおよびドライバ装置７に形成されるアナログ／デジタルコンバータ装置に送られ、そこでデジタル信号に変換される（Ｓ２）。
【００３４】
次に、コンバータおよびドライバ装置７のアナログ／デジタルコンバータ装置のデジタル出力信号は、デジタル信号プロセッサＤＳＰに送られる。このデジタル信号プロセッサＤＳＰは、機械の状態の特徴または事象を振動帯域によって予測する信号解析を実施する。これは、固体伝播音が機械構造を介してセンサ１まで伝達されるすべての機械構成要素について実施され得る。
【００３５】
コンバータおよびドライバ装置７のアナログ／デジタルコンバータ装置の、デジタル信号プロセッサＤＳＰに送られるデジタル出力信号は、最初に、ハイスピードまたは高速フーリエ変換によって高速フーリエ変換装置で周波数領域に変換される（Ｓ３）。これによって、グラフィック解析データを生成するために使用できるデータ記録が生成される。個々の周波数線および高調波の式の形状は、正確に規定された測定条件下でアセンブリに関する固有の要因を明確にした情報を提供し得る。周波数曲線は損傷の故に常に増大し続ける。しかし、機械プラントの移動使用の故に、さらなる判定を複雑にする複数の干渉周波数曲線がある。
【００３６】
この理由のため、デジタル信号プロセッサＤＳＰに形成されるケプストラム解析装置は、原因に対して参照される回転速度とは無関係の周波数解析を実施する（Ｓ４）。このため、ケプストラム解析装置で形成される対数化装置は、高速フーリエ変換が高速フーリエ変換装置で実施された後に、周波数領域内の個々のデータの対数化を実施する。次に、この対数化された個々のデータは、逆ＦＦＴ（高速フーリエ変換）装置によって時間領域に再び変換され、次に、この時間領域において、逆周波数軸上の単位ｍｓの個々の衝撃パルスの共鳴データとして利用可能である。図３ａと図３ｂは、アセンブリに対する損傷を伴って（図３ａ）また伴わず（図３ｂ）に第１のギヤ速度が使用されるホイールトランスミッションのスペクトルおよびケプストラムの表示である。図３ａと図３ｂの右側に、決定されるスペクトルがそれぞれ示され、一方、右側にケプストラムが示されている。この場合、例えば２８．１ｍｓ（３５．６Ｈｚ）および９５．９ｍｓ（１０．４Ｈｚ）の個々の衝撃パルスについてのケプストラムに対する損傷を疑いなく容易に決定できることが明白である。記憶された参照データによって、次に、個々の衝撃パルスの位置から、損傷したアセンブリ構成要素について結論を導くことができる。
【００３７】
ケプストラム解析の利点は、例えば、高調波または側波帯の故に、反復がスペクトルに生じること、あるいは１つのみの側波帯間隔が存在する場合に、曲線がケプストラムに生じることである。この理由により、いくつかの原因しか有さないスペクトル内の非常に多数の曲線が相当低減される。特に、このことは、例えば、欠陥のあるローラ軸受、トランスミッションのギヤ歯の損傷等のスペクトルに適切である。というのは、このような場合、個々の距離をもはや容易に検出できずかつ評価に費用がかかる非常に多数のスペクトル曲線が生じるからであり、つまり、ケプストラム解析により、本質的なことに関する情報が低減されるからである。
【００３８】
デジタル信号プロセッサＤＳＰは、中央演算処理装置９によって供給される回転速度情報および負荷情報の関数として、現在の動作状態について記憶装置８に記憶された基準データにアクセスし、その基準データを読み出し、また記憶された基準データ間の比較、すなわち、様々な動作状態に関し損傷されていない機械プラントについて決定されたペアレントケプストラム（マザーケプストラム、親核のケプストラム、基本となるケプストラム）と現在のケプストラム（Ｓ５）との比較を実施する。デジタル信号プロセッサＤＳＰに接続されかつ中央演算処理装置９にも接続されるウォッチドッグ装置１０は、比較の結果、限界値を超えているかどうか、すなわち、現在の動作状態において所定の許容誤差の範囲外に位置する信号が生じているかどうかを判断し、またその範囲を超えていた場合、対応する信号をデジタル信号プロセッサＤＳＰに出力する（Ｓ６）。しかし、許容範囲を超えたことが検出されたこの時間に、損傷した構成要素を交換することは通常まだ不必要であるが、ある程度の初期の損傷を既に検出することができる。
【００３９】
次に、記憶装置８に記憶され、かつ機械プラントの有効寿命（耐用年数）全体にわたってケプストラムを判断することにより、またケプストラムの変化を、アセンブリやアセンブリ構成要素に生じた特定の損傷に割り当てることにより、ならびにこの後に残る全面的な機能停止までの有効寿命（耐用年数）を決定することにより取得された経験値に基づいて、損傷したアセンブリまたはアセンブリ構成要素およびその損傷程度の両方ならびに残りの予測される有効寿命（耐用年数）が、ケプストラムにおいて許容誤差の範囲を超える場合や許容誤差の範囲を超える程度から、デジタル信号プロセッサＤＳＰによって判断される。残りの予測有効寿命（耐用年数）を判断するために、既知の経験値に加えて、監視すべき機械プラントの履歴、例えば、短い有効寿命（耐用年数）のみの間の極限的な負荷や、長期間にわたる適度な負荷等も考慮されるが、この理由は、なお残る予測有効寿命（耐用年数）がその場合により短くあるいはより長くなることがあるからである。引き続き、デジタル信号プロセッサＤＳＰは診断信号を中央演算処理装置９に出力し、この信号は、どのアセンブリがどのような損傷を有し、またそれがどの程度であるかに関する情報、例えばトランスミッションにおける特定のギヤホイールの損傷の程度、および不具合を回避するために交換を行わなければならない直近の時点（Ｓ７）の表示を含む。
【００４０】
中央演算処理装置９は、診断信号（診断データ）に応答して非常運転モード（Ｓ１２）を生成し、メッセージがディスプレイおよびオペレータ制御装置（図示せず）に出力（Ｓ８）される。特に、診断データに応答して、メッセージが車両（Ｓ８）のドライバに送られ、および／または適切なワークショップおよび輸送業者に遠隔測定によって送られる（Ｓ９）。このメッセージは、ドライバに理解可能な検出されるまたは予測される故障の表示と、対応するアセンブリに対する不具合までの時間またはより大きな損傷の程度までの時間の予測とを含む。
【００４１】
しかし、何のメッセージも表示されず、また非常運転モードを選択できない場合もあり、この場合、このデータは、例えば、アセンブリ制御装置用の記憶装置１１に形成され得る不具合の記憶装置のみに記憶され、引き続くカスタマサービスアポイントメントの間に読み出される。
【００４２】
さらなる損傷を防止するために、判断される診断情報に応答して、中央演算処理装置９によって生成される非常運転モードが使用されて、損傷していると診断されるアセンブリに対するさらなる損傷を防止または低減し、それにもかかわらず、同時に、車両のさらなる利用可能性を保証する。このような非常運転モードは、例えば、トランスミッションに損傷がある場合にそれぞれのギヤがジャンプオーバ（飛び越し）すること、またはエンジン出力／エンジン速度が低下することである。このため、非常運転アルゴリズムが、例えば、アセンブリ制御装置用の記憶装置１１に記憶され、次に、中央演算処理装置９によって対応して開始される。
【００４３】
様々な効果を有する非常運転のための様々な手段、例えば車両の比較的長期間または短期間の手段を利用できる（Ｓ１０）場合、それらの手段は、ディスプレイおよびオペレータ制御装置（図示せず）で選択するため中央演算処理装置９によって示される（Ｓ１１）。例えば、ワークショップからの距離、または車両がなお必要とされる期間／距離等の状況に応じて、ドライバは非常運転モードを選択できる。
【００４４】
リターダの不具合が検出されると、例えば、リターダをスイッチオフし、またブレーキシステムがリターダの機能も行うように作動させることが可能である。
【００４５】
逆に、ブレーキが不具合になると、作動を修正して、ブレーキの機能をリターダに行わせることもできる。
【００４６】
さらに、ドライブトレインの調整された診断データが、さらなる使用／処理のためドライブトレインインタフェースを介して利用できる。
【００４７】
既に以前にあった機械プラントの装置、例えば中央演算処理装置９と通信し、また例えば自動車の場合のＣＡＮ（＝カーエリアネットワーク）モジュールの機械プラント固有の通信構造と関連して使用することによって、装置の複雑さは著しく低減される。
【００４８】
アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための本発明による装置および本発明による方法は、状態に応じた整備によって機械プラントの利用可能性を向上させる。今や、損傷を有する構成要素のみが置き換えられる。修理の結果、何かを故障させる危険性を伴う予防的な交換を行わなくて済む。通常の休止時間に行われるように、大部分の修理時間を予定することができる。
【００４９】
ケプストラム解析装置の代わりに、本発明によれば、ウェーブレット解析装置も使用できる。このため、ウェーブレット、すなわち、重ね合わせられたガウス関数を有する正弦関数が、比較すべき信号に重ね合わせられ、次に、これらの重ね合わせられたウェーブレットプロファイル（ウェーブレット）の高速フーリエ変換が実施される。個別の構成要素への十分な分解を許容すること、したがって故障に対して直接代入することを許容する特性データは、このフーリエ変換信号から取得することができる。
【００５０】
要約すると、本発明は、機械プラント、特に自動車機械プラントのアセンブリに対する損傷の早期検出および予測のための装置および方法を開示している。このため、機械プラントの固体伝播音はセンサによって感知され、加速度信号として出力され、デジタル信号プロセッサで解析される。この関連で、機械プラントの状態と関連付けられない周囲条件および固体伝播音波の悪影響を回避するために、加速度信号が高速フーリエ変換によって周波数領域に最初に変換され、次に、このようにして取得されたデータは、個々の衝撃パルス（ケプストラム）の共鳴データが時間領域で取得されるように、ケプストラム解析によって時間領域に変換して戻される。次に、このケプストラムは、新しい機械プラントの現在の動作状態に関する負荷信号および回転速度信号に従って、記憶装置で利用可能な比較ケプストラムと比較される。限界値を超えた場合、診断信号、特に、損傷していると診断されるアセンブリおよびそのアセンブリの残りの予測有効寿命（予測耐用年数）に関する情報が、使用者のために表示され、また非常運転モードが開始される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】固定された機械プラントおよび移動式に操作される機械プラント用の機械に対する損傷の早期の検出および予測のための本発明による装置のブロック回路図である。
【図２】図２ａ及び図２ｂは、アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための本発明による方法のフローチャートである。
【図３】図３ａ及び図３ｂは、アセンブリに対する損傷を伴わずにまたは伴って第１のギヤ速度が使用されるホイールトランスミッションのスペクトルおよびケプストラムを示している。

Claims (18)

1. 機械プラントのアセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための装置であって、
   監視すべき機械プラントの固体伝播音を感知して、測定信号を出力するための少なくとも１つのセンサ（１）と、
   前記測定信号をデジタル測定信号に変換するためのアナログ／デジタルコンバータ装置（７）と、
   前記デジタル測定信号の周波数領域への変換を実施するための高速フーリエ変換装置を有するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、
   を有し、
   前記高速フーリエ変換された前記デジタル測定信号から、個々の衝撃パルスに関する共鳴データを時間領域に生成するためのケプストラム解析装置が、前記デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）にも形成されており、様々な動作状態に関する新しい機械プラントのペアレントケプストラムが、損傷したアセンブリおよびアセンブリ構成要素に関する経験値マトリックスと残りの予想耐用年数と共に、記憶装置（８）に記憶され、
   前記デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が、現在のケプストラムと、回転速度情報および負荷情報に応答して選択され前記動作状態に割り当てられかつ記憶装置（８）から読み出される、新しい機械プラントのペアレントケプストラムと、の比較を実施し、
   前記現在のケプストラムと限界値を超える場合に関連するペアレントケプストラムとの比較結果と、前記限界値の超過に関する前記デジタル信号プロセッサの情報と、を監視するための監視装置（１０）が形成され、
   前記デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が、前記経験値マトリックスを参照して、前記現在のケプストラムから前記監視装置（１０）によって供給される情報に応答して、損傷したアセンブリまたはアセンブリ構成要素とそれらの残りの予測耐用年数とを決定し、前記損傷したアセンブリとそれらの残りの予測耐用年数とに関する情報が含まれる診断信号を、さらなる処理のための中央演算処理装置（９）に出力することを特徴とする装置。
2. 損傷していると検出されるアセンブリまたはアセンブリ構成要素の前記残りの予測耐用年数を決定するために、前記デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が、前記機械プラントの履歴に関する、記憶装置（１１）に記憶された情報も考慮することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記中央演算処理装置（９）が、損傷したアセンブリとそれらの残りの予測耐用年数に関する、前記診断信号に含まれる前記情報を使用者の表示装置に表示し、および／または前記情報を対応するワークショップおよび／または機械プラントオペレータに遠隔測定によって送信することを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の装置。
4. 前記中央演算処理装置（９）が、損傷していると診断される前記アセンブリの前記診断信号に応答して、損傷していると診断される前記アセンブリに対するさらなる損傷を防止または低減するために非常運転モードを生成し、同時に前記機械プラントのさらなる利用可能性を保証することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 非常運転モードのための別の手段が存在する場合、使用者が、当該使用者に最適である代替方法に従って非常運転モードを選択できるように、前記中央演算処理装置（９）が、当該選択のための前記別の手段を前記使用者に表示することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記機械プラントが、ドライブトレインまたはドライブトレイン構成要素またはステアリング装置であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記トランスミッションに対する損傷が前記非常運転モードで診断された場合、前記損傷に対応する前記ギヤ速度がジャンプオーバされるか、または前記エンジン出力若しくはエンジン速度が低減されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記非常運転モードで、ドライブトレイン構成要素としての前記リターダに不具合が診断された場合、前記リターダがスイッチオフされ、前記ブレーキシステムが前記リターダの機能も行うことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
9. 前記非常運転モードで、ドライブトレイン構成要素としての前記ブレーキに不具合が診断された場合、前記ブレーキの機能が前記リターダによっても行われることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
10. 前記ケプストラム解析装置の代わりに、損傷したアセンブリを検出するためにウェーブレット解析装置が使用されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 機械プラントのアセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための方法であって、
    監視すべき機械プラントからの固体伝播音を感知して、測定信号を出力するステップ（Ｓ１）と、
    前記測定信号をデジタル測定信号に変換するステップ（Ｓ２）と、高速フーリエ変換を前記デジタル測定信号に適用し、この結果、周波数領域に変換するステップ（Ｓ３）と、
    を有する、前記ケプストラム解析（Ｓ４）によって個々の衝撃パルスに関する共鳴データを時間領域に生成するステップと、
    現在のケプストラムと、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって回転速度情報および負荷情報に応答して選択され前記動作状態に割り当てられかつ記憶装置（８）から読み出される新しい機械プラントの比較ケプストラムと、を比較するステップ（Ｓ５）と、
    前記現在のケプストラムと限界値を超える場合に関連するペアレントケプストラムとの比較結果を監視し（Ｓ６）、前記限界値の超過について前記デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）に通知し、かつ前記限界値の超過について前記デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）に通知するステップと、
    前記情報に応答して、経験値マトリックスによって前記現在のケプストラムから損傷したアセンブリまたはアセンブリ構成要素と、それらの残りの予測耐用年数とを決定し（Ｓ７）、該損傷したアセンブリとそれらの残りの予測耐用年数とに関する情報が含まれる診断信号を、さらなる処理のための中央演算処理装置に出力するステップ（Ｓ８）と、
    を特徴とする方法。
12. 損傷していると検出される前記アセンブリまたは前記アセンブリ構成要素の残りの予測耐用年数が決定される（Ｓ７）場合、前記機械プラントの履歴に関する記憶装置（１１）に記憶された情報も考慮されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 損傷した前記アセンブリとそれらの残りの予測耐用年数とに関する、前記診断信号に含まれる情報を使用者のために表示し（Ｓ９）、および／または前記情報を対応するワークショップおよび／または機械プラントオペレータに遠隔測定によって送信するさらなるステップ（Ｓ１０）を有する、請求項１１あるいは１２に記載の方法。
14. 損傷していると診断される前記アセンブリに対するさらなる損傷を防止または低減するために、損傷していると診断される前記アセンブリに関する診断信号に応答して非常運転モードを生成し（Ｓ１３）、同時に前記機械プラントのさらなる利用可能性を保証するさらなるステップを有する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 複数の手段が非常運転モードのために存在する場合（Ｓ１１）、使用者が、当該使用者に最適である代替方法に従って非常運転モードを選択できる（Ｓ１２）ように、前記手段の選択が当該使用者のために表示されるさらなるステップを有する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記機械プラントがドライブトレインである場合、歯車装置に対する損傷に対応する前記ギヤ速度がジャンプオーバされるか、あるいはこのような損傷が診断された場合に非常運転モードとして、前記エンジン出力または前記エンジン速度が低減されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
17. 前記機械システムがドライブトレインである場合、前記リターダがスイッチオフされ、また不具合が前記リターダで診断される場合に、前記ブレーキシステムも非常運転モードとしてその機能を行うことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
18. 前記機械システムがドライブトレインである場合、不具合がドライブトレイン構成要素としてのブレーキで診断された場合に、前記非常運転モードにおいて前記ブレーキ機能が前記リターダによって行われることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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