JP2007304057A

JP2007304057A - 故障診断方法及び故障診断装置

Info

Publication number: JP2007304057A
Application number: JP2006135347A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Ueno; 佳祐上野; Hidetoshi Yamaguchi; 英俊山口
Original assignee: SWR KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: SWR KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP4584186B2

Abstract

【課題】生産設備の故障診断を良好に果たすことができる故障診断方法及び故障診断装置を提供する。
【解決手段】振動センサからの振動データｄ１から、周波数範囲0〜1000Hz、 … 19000〜20000Hzの周波数範囲に区分けされた２０範囲分の周波数範囲対応振動データｄ２が抽出される。２０範囲分の周波数範囲対応振動データｄ２のうち、高振幅部の間の中間部分の振動変化量が最小のものを周波数範囲対応変化最小振動データｄ３として算出する。周波数領域振動信号変換手段３４は、周波数範囲対応変化最小振動データｄ３を、高速フーリエ変換してパワースペクトルｄ４を得る。判定手段３５は、パワースペクトルｄ４から得られる判定用面積ｇ１が、予め定められる判定用基準面積ｇ０より小さい場合、中間ソケットに亀裂が発生していると診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種の生産設備に用いられる故障診断方法及び故障診断装置に関する。

従来、自動車工場などに配置される生産設備に用いられる故障診断方法の一例として、特許文献１に示される故障診断方法がある。特許文献１に示される故障診断方法は、回転機械のベアリングや歯車など金属と潤滑剤で成る機械要素に欠陥があったり、またはベルトが滑ったりすることにより、高振動数の振動を発生する機械設備における摩耗系の故障を診断するようにしている。そして、例えばベアリング（機械設備）が発する振動波形を検出し、この振動波形の絶対値の累積度数分布曲線における累積度数68．3%の値(等価実効値σ_eq)と、前記振動波形の最大値(ｘ_p)との比(β1)を求め、その比(β1)の大きさからベアリング（機械設備）の故障の程度を診断するようにしている。
特開２００１−３０４９５４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、生産設備の生産対象となるベアリング等の運動部品が発生する振動の振幅より前記生産設備を構成する運動部品が発生する振幅の方が大きい場合や、運動部品の数が多くて夫々の運動部品が振動する場合には、運動部品が発生する振動を特定できない。
また、上述した従来技術では、ベアリング以外に運動部品を持つ生産設備を対象にした場合、診断が困難である。

また、生産設備では、下記（１）〜（４）のような状況にあるのが一般的であり、上記従来技術を生産設備に適用して故障診断を行おうとしても、故障診断できる範囲は極めて限定されており、改善が求められているというのが実情である。
（１）生産設備を構成する運動部品が全て固有の振動数を有し、個々にその共振振動を発生する。
（２）複数の運動部品を含む生産設備の振動の発生源を特定することは極めて困難である。
（３）個々の運動部品が発する振動は運動状態によって異なる。
（４）同じ運動部品でも負荷が変わると振動波形が変わる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、生産設備の故障診断を良好に果たすことができる故障診断方法及び故障診断装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の故障診断方法に係る発明は、生産設備に接触した振動センサに検出される時間領域の振動データについて、その成分を、所定の大きさに区分けされた複数の周波数範囲毎に抽出して、複数の周波数範囲対応振動データを得る範囲対応振動データ算出工程と、前記複数の周波数範囲対応振動データのうち、周期的に発生する高振幅部間の部分において振動変化が最も少ないものを周波数範囲対応変化最小振動データとして算出する範囲対応変化最小振動データ算出工程と、前記周波数範囲対応変化最小振動データを高速フーリエ変換して周波数領域の振動信号を得る周波数領域信号変換工程と、前記周波数領域の振動信号の総和と予め定められる周波数領域の振動信号の総和とを比較し、比較結果に基づいて、前記生産設備の状態を判定する判定工程と、を備えている。
請求項２記載の故障診断装置に係る発明は、生産設備に接触した振動センサに検出される時間領域の振動データについて、その成分を、所定の大きさに区分けされた複数の周波数範囲毎に抽出して、複数の周波数範囲対応振動データを得る範囲対応振動データ算出手段と、前記複数の周波数範囲対応振動データのうち、周期的に発生する高振幅部間の部分において振動変化が最も少ないものを周波数範囲対応変化最小振動データとして算出する範囲対応変化最小振動データ算出手段と、前記周波数範囲対応変化最小振動データを高速フーリエ変換により周波数領域の振動信号を得る周波数領域信号変換手段と、前記周波数領域の振動信号の総和と予め定められる周波数領域の振動信号の総和とを比較し、比較結果に基づいて、前記生産設備の状態を判定する判定手段と、を備えている。

請求項３記載の故障診断装置に係る発明は、生産設備に接触した振動センサに検出される時間領域の振動データについて、その成分を、所定の大きさに区分けされた複数の周波数範囲毎に抽出して、複数の周波数範囲対応振動データを得る範囲対応振動データ算出手段と、前記複数の周波数範囲対応振動データのそれぞれを高速フーリエ変換して複数範囲の周波数領域の振動信号を得る周波数領域振動信号変換手段と、を備え、予め前記生産設備として正常品を用いて前記範囲対応振動データ算出手段及び前記周波数領域振動信号変換手段を作動することにより複数範囲の周波数領域の振動信号に対応して得られる複数範囲の周波数領域の正常品振動信号と、前記複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和と前記複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の総和との周波数範囲毎の比率を用いて、前記生産設備の状態を判定する判定手段と、を備えている。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載の故障診断装置において、前記範囲対応振動データ算出手段に対して、抽出対象となる周波数範囲を指定する入力部を有し、前記複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の夫々の総和に対する前記複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和の比率を周波数範囲毎に求め、最大比率となる周波数範囲を示す最大比率周波数範囲を、前記入力部に指定させる周波数範囲指定手段を備えている。
請求項５記載の発明は、請求項３に記載の故障診断装置において、判定結果及び各種信号波形を表示する表示部を有する。
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の故障診断装置において、前記複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の夫々の総和に対する前記複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和の比率を周波数範囲毎に求め、最大比率となる周波数範囲を算出する最大比率周波数範囲算出手段と、前記生産設備として複数個を対象にして前記最大比率周波数範囲算出手段を作動することにより算出される最大比率となる周波数範囲について、周波数範囲毎に合計して得られる周波数範囲毎算出度数を求め、前記最大比率となる周波数範囲及びこれに対応する周波数範囲毎算出度数をメモリに格納させる度数算出手段と、を備え、前記最大比率周波数範囲算出手段が得た複数個の最大比率の周波数範囲のうち最大値を示す周波数範囲及びこれに対応する前記周波数範囲毎算出度数を前記表示部に表示させる。

請求項１及び２記載の発明によれば、振動センサが検出する振動データから複数の周波数範囲対応振動データが抽出され、そのうち、周期的に発生する高振幅部間の部分において振動変化が最も少ない周波数範囲対応変化最小振動データが選択され、この周波数範囲対応変化最小振動データが高速フーリエ変換により周波数領域の振動信号に変換され、前記周波数領域の振動信号の総和と予め定められる周波数領域の振動信号の総和とが比較され、比較結果に基づいて、生産設備の状態が判定される。計測対象の表面に振動センサを接触させて内部の状況を把握でき、生産設備が不良とされた場合、生産設備の実稼働前に対処できる。
請求項３ないし６記載の発明によれば、生産設備に接触した振動センサに検出される時間領域の振動データについて、その成分を、所定の大きさに区分けされた複数の周波数範囲毎に抽出して、複数の周波数範囲対応振動データを得る範囲対応振動データ算出手段と、前記複数の周波数範囲対応振動データのそれぞれを高速フーリエ変換して複数範囲の周波数領域の振動信号を得る周波数領域振動信号変換手段と、を備え、予め前記生産設備として正常品を用いて前記範囲対応振動データ算出手段及び前記周波数領域振動信号変換手段を作動することにより複数範囲の周波数領域の正常品振動信号を求めておく一方、複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和と前記周波数領域の正常品振動信号の総和との周波数範囲毎の比率を用いて、前記生産設備の状態を判定する。

以下、本発明の第１実施の形態に係る故障診断方法及び故障診断装置を図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）は故障診断装置１を示す図、図２（Ａ）、（Ｂ）は故障診断装置１が用いられるハブナット締付機２（生産設備。被診断設備）を示す図である。図３ないし図１２は、本願発明者が、ハブナット締付機２の中間ソケット３に亀裂がない場合（図３〜図５、図９、図１０）と、ある場合（図６〜図８、図１１、図１２）を対象にして実計測に基づいて得た信号波形図である。

故障診断装置１及び故障診断方法の説明に先だって、便宜上、故障診断装置１が用いられるハブナット締付機２について、説明する。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すハブナット締付機２は、タイヤを車両に取付ける際、複数のハブナットを同時に回転・締付けるために用いられる。
ハブナット締付機２は、略円筒状の締付機本体５を有している。締付機本体５には、軸方向に延びる４角形孔６が形成された中間ソケット３がベアリング７を介して回動自在に取付けられている。締付機本体５の一端側には、駆動手段８が取付けられている。
駆動手段８には、中間ソケット３を介して4本のソケット部材９が連結されている。駆動手段８は、回転可能の出力軸１１を有している。出力軸１１は、先端側が断面四角形を成している。出力軸１１の先端側部分と中間ソケット３とは、第１連結ピン１２を介して一体的に連結され出力軸１１の回転により中間ソケット３が回転する。

ソケット部材９は、基端側に形成された断面４角形の棒状部１４と、棒状部１４に連接されたソケット部材本体１５とを備えている。ソケット部材９の棒状部１４は、中間ソケット３の４角形孔６に進退自在に挿入されている。ソケット部材９の棒状部１４には、第２連結ピン１６が取付けられている。第２連結ピン１６は、中間ソケット３に開けられた案内溝１７に進退自在に臨まされている。ソケット部材９は、第２連結ピン１６を備えていることにより、ソケット部材９が中間ソケット３から抜け出ることは無い。
ソケット部材９の先端側のソケット部材本体１５と中間ソケット３の間にスプリング１８が介在されソケット部材９を押出すよう付勢している。

ハブナット締付機２では、中間ソケット３が1回転するとソケット部材９が第２連結ピン１６を支点としてシーソー運動し、中間ソケット３に２回衝突する。なお、図２（Ａ）では、便宜上、ソケット部材９が紙面上下方向にシーソー運動するように示している（１点鎖線参照）が、実際は紙面表裏方向にシーソー運動する。

故障診断装置１は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、下記（１）〜（８）の構成要素を備えている。
（１）締付機本体５の表面部（測定対象個所）に固定又は接触させて配置され、締付機本体５からの振動を検出する振動センサ２０。
（２）振動センサ２０に検出される時間領域の振動データｄ１（アナログ信号）を増幅する増幅器２１。
（３）増幅器２１からの振動データｄ１をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２。
（４）バンドパスフィルタ２３（後述する）を通過させる信号の周波数範囲の設定や検査開始などの条件の指示を入力する入力部２４。
（５）入力部２４、Ａ／Ｄ変換器２２、バンドパスフィルタ２３、メモリ２５（後述する）、及び表示器２６（後述する）に接続されたＣＰＵ２７（中央演算装置）。
（６）入力部２４で指定された周波数範囲の振動データｄ１を通過させるバンドパスフィルタ２３。
（７）本装置の実行のために用いる故障診断プログラム、バンドパスフィルタ２３を通過した信号及び後述するようにして予め設定された判定用基準面積ｇ０（判定基準信号となるパワースペクトルで定められる面積）を格納し、かつＣＰＵ２７の作業エリアとして利用可能とされたメモリ２５。
（８）ＣＰＵ２７から出力されるＯＫ／ＮＧ判定、コメント、バンドパスフィルタ２３を通過後の高速フーリエ変換で得られる信号（パワースペクトルｄ、判定用基準面積ｇ０に対応するパワースペクトル）の波形、及び同波形面積等の所要データを表示する表示器２６。

入力部２４は、周波数範囲設定用スイッチ３０及び検査開始スイッチ３１を備えている。周波数範囲設定用スイッチ３０の操作により、スキャン周波数範囲〔…Hz〜…Hz〕及び／又は周波数間隔〔…Hz〕などの設定情報をＣＰＵ２７に入力する。検査開始スイッチ３１の操作により故障診断プログラムが実行されて本故障診断装置１が稼働される。

ＣＰＵ２７は、図１（Ｂ）に示すように、範囲対応振動データ算出手段３２と、範囲対応変化最小振動データ算出手段３３と、周波数領域振動信号変換手段３４と、判定手段３５と、を備えている。
範囲対応振動データ算出手段３２は、締付機本体５に接触された振動センサ２０が検出した振動データｄ１（Ａ／Ｄ変換器２２が出力するデジタル信号）から、該振動データｄ１に含まれる成分を、所定の大きさに区分けされた複数の周波数範囲毎に抽出して、複数の周波数範囲対応振動データｄ２を得る。
範囲対応変化最小振動データ算出手段３３は、前記複数の周波数範囲対応振動データｄ２のうち、周期的に発生する高振幅部間の部分において振動変化が最も少ないものを周波数範囲対応変化最小振動データｄ３として算出する。

周波数領域振動信号変換手段３４は、周波数範囲対応変化最小振動データｄ３を高速フーリエ変換により周波数〔Hz〕及び強さ〔ｍＶ²〕で示される周波数領域の振動信号（以下、パワースペクトルｄ４という。）に変換する。
判定手段３５は、パワースペクトルｄ４の波形と横軸とで囲まれる面積（以下、判定用面積ｇ１という。パワースペクトルｄ４の総和）と、予め定められる基準となるパワースペクトル（判定基準信号）の波形と横軸とで囲まれる面積（以下、判定用基準面積ｇ０という。判定基準信号の総和）とを比較して、比較結果に基づいて、前記ハブナット締付機２（生産設備）の状態を判定する。

ＣＰＵ２７は、入力部２４の操作による設定情報の入力を受け、この入力内容に応じて、バンドパスフィルタ２３が通過させる周波数範囲を調整して、範囲対応振動データ算出手段３２の上記作動を可能としている。
例えば、ＣＰＵ２７は、周波数間隔〔（Ｃ）Hz〕を1000Hzとする内容の設定情報の入力を受けると、バンドパスフィルタ２３について、0〜1000Hz、1000〜2000Hz、2000〜3000Hz、3000〜4000、4000〜5000、 … 、19000〜20000Hzの各周波数範囲（２０個の周波数範囲）の成分を通すように切換え調整する。この切換調整は、各周波数範囲に対する処理が終了する毎に順次行われる。

そして、0〜1000Hzの周波数成分を通すようにバンドパスフィルタ２３が調整された状態で、範囲対応振動データ算出手段３２が振動データｄ１（Ａ／Ｄ変換器２２通過後のデジタル信号）をバンドパスフィルタ２３に入力すると、バンドパスフィルタ２３を通して、周波数範囲が0〜1000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２が得られる。
ＣＰＵ２７は、この0〜1000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２をメモリ２５に入力する。

ＣＰＵ２７は、0〜1000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２のメモリ２５への入力の後、バンドパスフィルタ２３について、1000〜2000Hzの周波数範囲の成分を通すように切換え調整する。この状態で、範囲対応振動データ算出手段３２が振動データｄ１（デジタル信号）をバンドパスフィルタ２３に入力すると、バンドパスフィルタ２３を通して、周波数範囲が1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２が得られる。
ＣＰＵ２７は、この1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２をメモリ２５に入力する。
以下、同様の処理が行われ、周波数範囲が2000〜3000Hz、 3000〜4000、 … 、19000〜20000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２が得られ、メモリ２５に入力される。本実施の形態では、２０個の周波数範囲対応振動データｄ２が求められ、メモリ２５に格納される。

範囲対応変化最小振動データ算出手段３３は、メモリ２５に格納されている0〜1000Hz、 … 、19000〜20000Hzの２０個の周波数範囲対応振動データｄ２を対象にして、図４、図７、図９、図１１に示されるように、周期的に発生する高振幅部４０間の部分（以下、中間部分４１という。）における振動変化の量（振動変化量）を比較する。そして、この比較結果により、振動変化量が最も少ないものを周波数範囲対応変化最小振動データｄ３として算出する。

範囲対応変化最小振動データ算出手段３３は、例えば、図４に示す1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２と、図9に示す4000〜5000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２とを比較した場合、図４に示す1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２の方が振動変化量が少ないことから、1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２を周波数範囲対応変化最小振動データｄ３として算出する。また、例えば、図７に示す1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２と、図11に示す4000〜5000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２との比較では、振動変化量が少ないことから図７に示す1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２を周波数範囲対応変化最小振動データｄ３として算出する。

周波数領域振動信号変換手段３４は、前記周波数範囲対応変化最小振動データｄ３を、図５、図８、図１０及び図１２に示すように、高速フーリエ変換手法を用いてスペクトル分析し、横軸（横軸）に周波数（Hz）をとり、縦軸に強さ（ｍＶ²）をとったグラフで示されるパワースペクトルｄ４に変換する。
判定手段３５は判定用面積ｇ１（パワースペクトルｄ４の総和）と、判定用基準面積ｇ０（判定基準信号の総和）とを比較して、比較結果に基づいて、ハブナット締付機２の状態を判定する。

図８は、中間ソケット３に亀裂が存在しない場合における周波数範囲対応変化最小振動データｄ３に基づいて得られるパワースペクトルｄ４に相当するが、このパワースペクトルｄ４を仮に判定基準信号とし、判定用基準面積ｇ０を定めた場合を考える。この場合に、上記処理により図５に示すパワースペクトルｄ４が得られると、図５における判定用面積ｇ１は、前記判定用基準面積ｇ０（図８参照）より小さいことにより、中間ソケット３に亀裂が発生していると診断する。

範囲対応変化最小振動データ算出手段３３の比較処理及びこの比較処理による周波数範囲対応変化最小振動データｄ３の算出、並びに判定手段３５の判定処理は、本願発明者が、見出した以下の内容（第１、第２、第３内容）に基づいている。
本願発明者は、中間ソケット３に亀裂がない場合（図３〜図５、図９、図１０）と、ある場合（図６〜図８、図１１、図１２）を対象にして実計測を行い、範囲対応変化最小振動データ算出手段３３が算出する複数の周波数範囲対応振動データｄ２における周期的に発生する高振幅部４０に着目し、以下の内容（第１、第２内容）を見出した。

すなわち、高振幅部４０の発生周期は、ソケット部材９が中間ソケット３を打撃する周期と一致すること、ひいては高振幅部４０は、ソケット部材９が中間ソケット３の打撃に際して生じる特徴的な振動であると考えられること（第１内容）を見出した。
そして、高振幅部４０間の部分（中間部分４１）の振動変化量が大きいことは、ソケット部材９が中間ソケット３を打撃する振動以外の振動が多く混在することを示しており、中間部分４１の振動変化量が小さい場合、中間ソケット３の亀裂状況がより把握し易くなること（第２内容）を見出した。

また、複数の周波数範囲対応振動データｄ２のうち、高振幅部４０間の中間部分４１において振動変化が最も少ないものに相当する周波数範囲対応変化最小振動データｄ３についてスペクトル分析することにより周波数及び強さで示されるパワースペクトルｄ４が得られ、このパワースペクトルｄ４の総和は、中間ソケット３の亀裂の有無で異なり、亀裂がある場合には、無い場合に比して、小さくなる特性があること（第３内容）を見出した。

上述したように構成された故障診断装置１の作用を、以下に説明する。
故障診断装置１の振動センサ２０を、回転している中間ソケット３に至近な締付機本体５の表面に当てて、入力部２４に備えた検査開始スイッチ３１を操作する。
そして、ハブナット締付機２が発する振動が振動センサ２０に検出され（範囲対応振動データ算出工程）、その振動データｄ１がＣＰＵ２７に入力される(図3、図6)。

ＣＰＵ２７の範囲対応振動データ算出手段３２は、入力を受けた振動データｄ１を、周波数範囲が1000〜2000Hzの振動だけ通すよう設定されたバンドパスフィルタ２３に通して、0〜1000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２を得て（範囲対応振動データ算出工程）、これをメモリ２５に入力する。
以下、同様にして、1000〜2000Hz 、 … 19000〜20000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２を順次、得て、これをメモリ２５に入力する。

範囲対応変化最小振動データ算出手段３３は、メモリ２５に格納されている0〜1000Hz、 … 、19000〜20000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２を対象にして、高振幅部４０間の中間部分４１における振動変化量を比較する。そして、この比較結果により、振動変化量が最も少ないものを周波数範囲対応変化最小振動データｄ３として算出する（範囲対応変化最小振動データ算出工程）。本実施の形態では、図４に示す1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２を周波数範囲対応変化最小振動データｄ３として算出した場合を例にする。

続いて、周波数領域振動信号変換手段３４は、前記周波数範囲対応変化最小振動データｄ３（図４に示す1000〜2000Hzの周波数範囲対応振動データｄ２）を、高速フーリエ変換して図５に示すパワースペクトルｄ４を得る（周波数領域信号変換工程）。
次に、判定手段３５は、図５に示すパワースペクトルｄ４の波形と横軸とで囲まれる判定用面積ｇ１と、図８に示すパワースペクトルｄ４（判定基準信号）の波形と横軸とで囲まれる判定用基準面積ｇ０とを比較して、図５の判定用面積ｇ１が図８の判定用基準面積ｇ０より小さいことに基づいて、中間ソケット３に亀裂が発生していると診断する（判定工程）。

そして、本実施の形態では、内蔵されて外部から見えない部品でも表面から振動センサ２０を当てるだけでハブナット締付機２の状況を把握して中間ソケット３の亀裂の有無を判定できる。これによりハブナット締付機２（生産設備、被診断設備）を使用前に点検して異常があれば使用前に異常部品の交換ができるので使用途中で故障するような事態になることを適切に回避して、設備の稼働率を向上させることができる。

上記実施の形態では、判定用基準面積ｇ０及び判定用面積ｇ１の比較結果に基づいて、中間ソケット３への亀裂の発生の有無を検出しているが、判定用基準面積ｇ０及び判定用面積ｇ１を夫々２乗して得られるデータを用い感度を上げるようにしてもよい。

上記実施の形態では、ＣＰＵ２７が、範囲対応変化最小振動データ算出手段３３及び周波数領域振動信号変換手段３４を備え、範囲対応変化最小振動データ算出手段３３及び周波数領域振動信号変換手段３４の作動により得られるパワースペクトルｄ４（周波数領域の振動信号）の総和を用いて亀裂の発生状況を検出する場合を例にしたが、本発明は、これに限られない。
例えば、上述したように機能する図１（Ｂ）のＣＰＵ２７に代えて、図１３に示すＣＰＵ２７Ａを設け、かつ、後述するように予め求められてメモリ２５に格納された複数範囲の正常品パワースペクトルｄ４ｓ（周波数領域の正常品振動信号）を用いるようにしても良い（第２実施の形態）。

図１３に示すＣＰＵ２７Ａは、範囲対応振動データ算出手段３２を備え、図１（Ｂ）の範囲対応変化最小振動データ算出手段３３を廃止し、図１（Ｂ）の周波数領域振動信号変換手段３４の判定手段３５に夫々代わる周波数領域振動信号変換手段３４Ａ、判定手段３５Ａ（図１（Ｂ）に示すものと区別するために便宜上、第２周波数領域振動信号変換手段３４Ａ、第２判定手段３５Ａという。）を設けている。
第２周波数領域振動信号変換手段３４Ａは、複数の周波数範囲対応振動データｄ２のそれぞれを高速フーリエ変換して複数範囲のパワースペクトルｄ４（周波数領域の振動信号）を得る。

第２実施の形態では、予めハブナット締付機２として正常品を用いて前記範囲対応振動データ算出手段３２及び第２周波数領域振動信号変換手段３４Ａを作動することにより前記複数範囲（本実施の形態では２０範囲分）の周波数領域の振動信号に対応して得られる複数範囲（本実施の形態では２０範囲分）の正常品パワースペクトルｄ４ｓ（複数範囲の周波数領域の正常品振動信号）を求め、これをメモリ２５に格納している。
第２判定手段３５Ａは、複数範囲のパワースペクトルｄ４の夫々の総和と複数範囲の正常品パワースペクトルｄ４ｓとを周波数範囲毎に比較し、この比較結果に基づいて、前記生産設備の状態を判定する。

この第２実施の形態では、パワースペクトルｄ４の波形と横軸とで囲まれる判定用面積ｇ１（パワースペクトルｄ４の総和）及び正常品パワースペクトルｄ４ｓの波形と横軸とで囲まれる判定用基準面積ｇ０（正常品パワースペクトルｄ４ｓの総和）を算出する。そして、両者の面積差を周波数範囲毎に求め（本実施の形態では２０個の面積差のデータ）、周波数範囲毎の面積差が周波数範囲毎に予め定められた許容値を超える場合に、中間ソケット３に亀裂が発生している虞がある等のようにハブナット締付機２の状態を判定する。

上記第２実施の形態では、判定用面積ｇ１及び判定用基準面積ｇ０の面積差を用いてハブナット締付機２の状態を判定する場合を例にしている。これに代えて、複数範囲の判定用基準面積ｇ０（複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の夫々の総和）に対する複数範囲の判定用面積ｇ１（複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和）の比率〔以下、便宜上、面積比率という。〕を周波数範囲毎に求め、この面積比率を用いて、ハブナット締付機２の状態を判定するようにしてもよい。

上述したように周波数範囲毎に面積比率を求める場合において、さらに、複数（上記例では２０個）の面積比率のうち、最大面積比率となる周波数範囲を示す最大面積比率周波数範囲を、入力部２４（図１参照）に指定させる（請求項４の周波数範囲指定手段）ようにしてもよい。このように構成することにより、入力部２４の指定を自動的に行うことが可能になり、これに伴い亀裂の発生検出を容易に行うことができる。
この場合、周波数範囲毎に求められた面積比率、判定結果、最大面積比率周波数範囲、及び各種信号波形を表示器２６に表示することにより、検査内容を把握し易くなる。なお、上記各実施の形態においても、この例と同様に、判定結果、判定に至る各種算出データ、各種信号波形等を表示器２６に表示し、これにより、検査内容の把握の容易化を図ることができる。

また、上述した面積比率の算出を利用し、図１（Ｂ）のＣＰＵ２７に代わる図１４のＣＰＵ２７Ｂを設け、後述する周波数範囲毎算出度数を表示器２６（図１参照）に表示させるように故障診断装置１を構成してもよい（第３実施の形態）。
図１４に示すＣＰＵ２７Ｂは、最大面積比率周波数範囲算出手段４５、度数算出手段４６を備えている。
最大面積比率周波数範囲算出手段４５は、複数範囲の判定用基準面積ｇ０の夫々（複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の夫々の総和）に対する複数範囲の判定用面積ｇ１（前記複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和）の面積比率を周波数範囲毎に求め、その面積比率のうち最大である最大面積比率となる周波数範囲を算出する。

度数算出手段４６は、生産設備として複数個のハブナット締付機２を対象にして最大面積比率周波数範囲算出手段４５を作動して算出される最大面積比率となる周波数範囲について、周波数範囲毎に積算するようにして周波数範囲毎算出度数を求める。この算出により、最大面積比率となる周波数範囲と、これに対応する周波数範囲毎算出度数とが、メモリ２５に格納される。
そして、図１４に示すＣＰＵ２７Ｂを備えて構成される故障診断装置１では、最大面積比率周波数範囲算出手段４５が得た複数個の最大面積比率のうち最大値を示す周波数範囲及びこれに対応する前記周波数範囲毎算出度数について、前記周波数範囲毎算出度数の大きい順に複数個（例えば５個）表示器２６に表示させる。このように構成される故障診断装置１では、ハブナット締付機２にバラツキがあっても、バラツキに応じた周波数範囲の設定が可能になる。

第３実施の形態において、ＣＰＵ２７Ｂに次のように構成される周波数範囲指定手段を設けるようにしてもよい。
この周波数範囲指定手段は、複数範囲の判定用基準面積ｇ０の夫々（複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の夫々の総和）に対する複数範囲の判定用面積ｇ１（前記複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和）の面積比率を周波数範囲毎に求め、最大面積比率となる周波数範囲を示す最大面積比率周波数範囲を、前記入力部２４に指定させる。
このように構成することにより、判定の自動化をより進めることできる。

本発明の第１実施の形態に係る故障診断装置を示し、（Ａ）は故障診断装置を模式的に示すブロック図、（Ｂ）は（Ａ）のＣＰＵが有する構成要素を示すブロック図である。図１の故障診断装置が用いられるハブナット締付機を示し、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（Ｂ）はハブナット締付機の締付機本体に振動センサを配置した状態を模式的に示す図である。図１の故障診断装置を用い、図２の中間ソケットに亀裂が存在する場合に得られた振動データを示す波形図である。図３のデータから1000〜2000Hzの振動成分を抽出した波形図である。図４の振動データを高速フーリエ変換して得たパワースペクトルを示す波形図である。図１の故障診断装置を用い、図２の中間ソケットに亀裂が存在しない場合に得られた振動データを示す波形図である。図６のデータから1000〜2000Hzの振動成分を抽出した波形図である。図７の振動データを高速フーリエ変換して得たパワースペクトルを示す波形図である。図３のデータから4000〜5000Hzの振動成分を抽出した波形図である。図９の振動データを高速フーリエ変換して得たパワースペクトルを示す波形図である。図６のデータから4000〜5000Hzの振動成分を抽出した波形図である。図１１の振動データを高速フーリエ変換して得たパワースペクトルを示す波形図である。本発明の第２実施の形態に用いるＣＰＵが有する構成要素を示すブロック図である。本発明の第３実施の形態に用いるＣＰＵが有する構成要素を示すブロック図である。

符号の説明

１…故障診断装置、２…ハブナット締付機（生産設備）、３…中間ソケット、２０…振動センサ、３２…範囲対応振動データ算出手段、３３…範囲対応変化最小振動データ算出手段、３４…周波数領域振動信号変換手段、３５…判定手段。

Claims

生産設備に接触した振動センサに検出される時間領域の振動データについて、その成分を、所定の大きさに区分けされた複数の周波数範囲毎に抽出して、複数の周波数範囲対応振動データを得る範囲対応振動データ算出工程と、
前記複数の周波数範囲対応振動データのうち、周期的に発生する高振幅部間の部分において振動変化が最も少ないものを周波数範囲対応変化最小振動データとして算出する範囲対応変化最小振動データ算出工程と、
前記周波数範囲対応変化最小振動データを高速フーリエ変換して周波数領域の振動信号を得る周波数領域信号変換工程と、
前記周波数領域の振動信号の総和と予め定められる周波数領域の振動信号の総和とを比較し、比較結果に基づいて、前記生産設備の状態を判定する判定工程と、
を備えた故障診断方法。
生産設備に接触した振動センサに検出される時間領域の振動データについて、その成分を、所定の大きさに区分けされた複数の周波数範囲毎に抽出して、複数の周波数範囲対応振動データを得る範囲対応振動データ算出手段と、
前記複数の周波数範囲対応振動データのうち、周期的に発生する高振幅部間の部分において振動変化が最も少ないものを周波数範囲対応変化最小振動データとして算出する範囲対応変化最小振動データ算出手段と、
前記周波数範囲対応変化最小振動データを高速フーリエ変換により周波数領域の振動信号を得る周波数領域信号変換手段と、
前記周波数領域の振動信号の総和と予め定められる周波数領域の振動信号の総和とを比較し、比較結果に基づいて、前記生産設備の状態を判定する判定手段と、
を備えた故障診断装置。
生産設備に接触した振動センサに検出される時間領域の振動データについて、その成分を、所定の大きさに区分けされた複数の周波数範囲毎に抽出して、複数の周波数範囲対応振動データを得る範囲対応振動データ算出手段と、
前記複数の周波数範囲対応振動データのそれぞれを高速フーリエ変換して複数範囲の周波数領域の振動信号を得る周波数領域振動信号変換手段と、
を備え、
予め前記生産設備として正常品を用いて前記範囲対応振動データ算出手段及び前記周波数領域振動信号変換手段を作動することにより複数範囲の周波数領域の振動信号に対応して得られる複数範囲の周波数領域の正常品振動信号と、
前記複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和と前記複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の総和との周波数範囲毎の比率を用いて、前記生産設備の状態を判定する判定手段と、
を備えた故障診断装置。
請求項３に記載の故障診断装置において、前記範囲対応振動データ算出手段に対して、抽出対象となる周波数範囲を指定する入力部を有し、
前記複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の夫々の総和に対する前記複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和の比率を周波数範囲毎に求め、最大比率となる周波数範囲を示す最大比率周波数範囲を、前記入力部に指定させる周波数範囲指定手段を備えた故障診断装置。
請求項３に記載の故障診断装置において、判定結果及び各種信号波形を表示する表示部を有する故障診断装置。
請求項５に記載の故障診断装置において、
前記複数範囲の周波数領域の正常品振動信号の夫々の総和に対する前記複数範囲の周波数領域の振動信号の夫々の総和の比率を周波数範囲毎に求め、最大比率となる周波数範囲を算出する最大比率周波数範囲算出手段と、
前記生産設備として複数個を対象にして前記最大比率周波数範囲算出手段を作動することにより算出される最大比率となる周波数範囲について、周波数範囲毎に合計して得られる周波数範囲毎算出度数を求め、前記最大比率となる周波数範囲及びこれに対応する周波数範囲毎算出度数をメモリに格納させる度数算出手段と、
を備え、
前記最大比率周波数範囲算出手段が得た複数個の最大比率の周波数範囲のうち最大値を示す周波数範囲及びこれに対応する前記周波数範囲毎算出度数を前記表示部に表示させる故障診断装置。