JP2009058469A - 波形測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定波形の波形解析を行う波形測定装置に関し、特に、異常波形の検出が容易な波形測定装置を提供する。
【解決手段】 入力された測定波形をデジタル信号に変換して記憶する入力ブロックを備え、測定波形の測定を行う波形測定装置において、
前記入力ブロックから出力された測定波形の特徴を抽出する特徴抽出部と、
この特徴抽出部で抽出された特徴に基づいて統計処理を行う統計処理部と、
この統計処理部から出力された信号に基づいて測定波形にかけるマスクを生成する検索条件生成部と、
この検索条件生成部で生成されたマスクと測定波形を比較して異常波形を検出する検索実行部と
を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測定波形の波形解析を行う波形測定装置に関し、特に、異常波形の検出が容易な波形測定装置に関する。

一般に、波形測定装置は、測定波形の波形データを記憶する記憶部を備えると共に、この波形データに基づいて、例えば後述するGo／NoGo判定等を行うものであり、各種分野の研究開発や、生産ライン、品質管理、保守作業等における波形測定を行う手段として用いられている。波形測定装置の先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００７−２０５８３７号公報

以下、図１３を参照して従来の波形測定装置について説明する。図１３は従来の波形測定装置の構成例である。図１３において、入力ブロック１００は、測定部１０と記憶部２０で構成される。測定部１０にはＡ／Ｄ変換器が設けられ、このＡ／Ｄ変換器で入力された測定波形をデジタル信号に変換する。記憶部２０は、例えばヒストリメモリであり、デジタル信号に変換された測定波形を記憶する。演算部３０は、Go／NoGo判定やエッジサーチ、パラメータサーチ等を行うが、詳しくは後述する。

表示処理部４０は、演算部３０で判定された結果に基づいて、表示部５０に対して表示するデータを与える。表示部５０は、表示指示部４０の命令に基づいて波形データ等を表示する。

次に、演算部３０の機能を具体的に説明する。図１４は、波形パラメータ機能を用いたときの測定状態の説明図である。表示部５０の画面の下に波形の最大値（Max）＝５．１６６７Ｖと周波数（Freq）＝４５．８２９５１Ｈｚが表示されている。図１５は、波形パラメータの統計機能を用いたときの測定状態の説明図である。図１５では、１１回分波形を取得し、それらの波形のMaxとFreqの値から統計的特長を抽出することができる。

図１６も波形パラメータの統計機能を用いた測定状態の説明図であるが、図１６では、画面上部にＴ１〜Ｔ１２で表すように、周期情報Ｔ１〜Ｔ１２を抽出し、１２周期のＭａｘ、Freqの値の統計的特長を抽出することができる。

図１７は、Go／NoGo判定機能を用いたときの測定状態説明図である。図１７の左側はゾーンを全区間で設定した例であり、右側はゾーンを部分的に設定した例である。なお、Go／NoGo判定とは、波形が予め設定した範囲内に入っているかいないかを判定するものであり、判定の方法としては、画面上に波形ゾーンを設定しておく方法と波形パラメータの範囲を設定しておく方法の２通りが存在する。

図１８はゾーンサーチ機能を用いたときの測定状態説明図である。ゾーンサーチでは、記憶部２０に保存された波形から領域を指定し、この指定した領域からの検索結果を出力する。図１９はパラメータサーチ機能を用いたときの測定状態説明図である。ここでは、検索パラメータをＰ−Ｐ（peak-to-peak）と指定し、このＰ−Ｐが指定した範囲を超えた波形を検出し、その検索状態を出力する（この例ではOUT）。

図２０はエッジサーチ機能を用いたときの測定状態説明図である。エッジサーチでは、サーチの開始点から、設定したレベル以上となった位置（立ち上がりのサーチ時）、または設定したレベル以下になった位置（立ち下がりのサーチ時）について、指定した回数分のサーチを行う。

このように、従来の波形測定装置は種々の機能を備え、異常波形の検出を行うことができる。

ところが、従来の波形測定装置は、上述したあらゆる機能を用いても異常波形を判定できない場合がある。例えば、図２１に表した波形は、振幅が一定で周期が異なり、異常波形（ノイズ）がある例であるが、従来の機能ではこのような異常波形を判定することができない。

すなわち、異常現象の出現する位置が横軸方向に不定なので、図１７で説明したGo／NoGo判定でゾーンの位置を指定しても異常波形を検出することができない。また、異常波形の出現する位置が縦軸方向にも不定なので、図２０で説明したエッジサーチを用いても異常波形を検出することができない。

また、図１４や図１９で説明したパラメータ測定（縦軸方向）を用いて振幅を判定条件としても、異常波形が出現している位置が正常な波形のＰ−Ｐの範囲に入っているため、異常波形を検出することができない。

さらに、正常な波形の周期が異なるので、図１６のように周期情報を抽出するのみでは異常波形を検出することができない。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、異常波形の検出が容易に行える波形測定装置を提供することを目的とする。

このような問題を解決するため、請求項１記載の発明は、
入力された測定波形をデジタル信号に変換して記憶する入力ブロックを備え、測定波形の測定を行う波形測定装置において、
前記入力ブロックから出力された測定波形の特徴を抽出する特徴抽出部と、
この特徴抽出部で抽出された特徴に基づいて統計処理を行う統計処理部と、
この統計処理部から出力された信号に基づいて測定波形にかけるマスクを生成する検索条件生成部と、
この検索条件生成部で生成されたマスクと測定波形を比較して異常波形を検出する検索実行部と
を備えることを特徴とする波形測定装置。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の波形測定装置において、
前記特徴抽出部は、測定波形のディスタルライン、メシアルライン、およびプロキシマルラインを算出すると共に、これらの値に基づいて測定波形の周期に関する特徴を求め、
前記統計処理部は、前記特徴抽出部で抽出されたて測定波形の周期に関する特徴より平均周期（Tave）を求める。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の波形測定装置において、
前記検索条件生成部は、TaveとT1からTnまでの周期波形を比較し、
Tn > Taveの場合、時間軸方向に圧縮し、Taveと同じ周期のTn’とし、
Tn ＜ Taveの場合、時間軸方向に補間し、Taveと同じ周期のTn’とし、
T1’からTN’に対して、同じ時間成分のデータを統計処理し、時間成分毎に平均値と分散を求め、この平均値と分散からマスク波形を生成する。

また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の波形測定装置において、
前記検索実行部は、
Tn > Taveの場合、前記検索条件生成部で生成されたマスク波形を時間軸方向に圧縮してTnと比較し、
Tn < Taveの場合、前記検索条件生成部で生成されたマスク波形を時間軸方向に補間してTnと比較する。

このように、測定波形の特徴を抽出し、統計結果から検索条件を生成し、波形を検索するので、異常波形の検出が容易に行える波形測定装置を提供することができる。

以下、本発明の波形測定装置の構成例について図１を参照して説明する。ただし、図１３（従来の波形測定装置の構成例）と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

演算部３００は、特徴抽出部３１０、統計処理部３２０、検索条件生成部３３０、検索実行部３４０からなり、測定波形の特徴を抽出し、統計結果から検索条件を生成し、波形を検索する。

特徴抽出部３１０は、波形の特徴を抽出する。統計処理部３２０は、抽出された周期情報より平均周期を計算する。検索条件生成部３３０は、補間部３３１と圧縮部３３２を含み、波形にどのようなマスクをかけるか決定付けるデータ（マスクデータ）を生成する。

補間部３３１は、統計処理で得られたデータに基づいて波形を縦軸方向、または横軸方向に補間する。圧縮部３３２は、統計処理で得られたデータに基づいて波形を縦軸方向、または横軸方向に圧縮する。検索条件実行部３４０は、検索条件生成部３３０で作成されたマスクデータと測定波形を対比して検索を行う。

次に、図１の動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。まず、入力部１００で測定波形を取得する（ステップ１）。ここで、測定波形は、例えば、振幅が同一で周期が異なる図３のような波形であるとする。

特徴抽出部３１０は、波形の特徴を抽出する（ステップ２）。ここで、図４は波形の特徴がどのように抽出されるか説明するための図面であり、左側が測定された波形であり、右側がそのヒストグラムである。図４のように、ヒストグラムを取得することによりHigh（ハイ）／Low（ロウ）を算出する。

図５（Ａ）は、High／Lowよりディスタルライン、メシアルライン、プロキシマルラインがどのように算出されるか説明するための図面である。図５（Ａ）において、「Rise」は、波形がプロキシマルからディスタルラインに達するまでの立ち上がり時間であり、「Fall」は波形がディスタルラインからプロキシマルラインに達するまでの立下り時間であり、「＋Width」は波形がメシアルラインと交差するメシアル値以上の時間幅であり、「−Width」はメシアル値以下の時間幅である。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）で求めたディスタルライン、メシアルライン、プロキシマルラインより周期を抽出する例である。図５（Ｂ）では、「イ」「ロ」「ハ」の各ポイントで立ち上がりを検出し、「ニ」「ホ」「へ」の各ポイントで立下りを検出し、「ト」「チ」「リ」の各ポイントで立ち上がりを検出した例である。周期の抽出は、このように立ち上がり、立下り、立ち上がりで１周期としても良が、これに限られるものではなく、周期が抽出できればどのように行っても差し支えない。

つづいて、統計処理部３２０は、特徴抽出部３１０で抽出した周期情報より、平均周期（Tave）を算出する（ステップ３）。図６は平均周期の抽出例であり、周期T1〜T12までの平均周期を意味する「Avg」（Tave）が７１．１８８５３Ｈｚであることが分かる。

検索条件設定部３３０は、平均周期とT1からTn（ただし、図６の例ではn=12）までの周期波形を用いて検索条件を生成する。すなわち、後述する要領でマスク波形を作成する（ステップ４）。具体的には、
(1)Tn > Taveの場合、圧縮部３３２を用いて、時間軸方向に圧縮し、Taveと同じ周期のTn’とする。
(2)Tn < Taveの場合、補間部３３１を用いて、時間軸方向に補間し、Taveと同じ周期のTn’とする。ここで、「’」は補間または圧縮後であることを意味する。

(3)T1’（第１番目の周期の補間または圧縮後の値）からTn’ （第ｎ番目の周期の補間または圧縮後の値）に対して、同じ時間成分のデータを統計処理し、時間成分毎に平均値(average)と分散(σ)を求める
(4)averageとσを用いてマスク波形を作成する。

図７は、マスク波形の作成方法の説明図である。図７の左側に表された周期T1〜T12（ただし、T7以降は図示せず）の各波形より、「average」とこの「average」を中心とし±１σの分散が求められ、マスク波形が作成される。

次に、図８を参照してマスク波形の作成方法を詳細に説明する。図８はマスク波形の作成方法の概念図である。測定波形は、周期T1、T2、T3でそれぞれ異なる波形となっているが、「検索条件生成step1」では、周期T2の区間は0.5sと時間が短いため補完され、逆に、T3の区間は1.5sと時間が長いので圧縮される。「step2」では、これらT1、T2、およびT3の波形を統計処理する。そして、T1、T2、T3の平均波形を求めると共に、その平均波形を中心として±1σの幅をもたせ、マスク波形を生成する。

検索実行部３４０は、マスク波形をZone（ゾーン）波形として、周期ごとに次のように検索を実行する（ステップ５）。
(1)Tn > Taveの場合、マスク波形を時間軸方向に圧縮し、Tnと比較する。
(2)Tn < Taveの場合、マスク波形を時間軸方向に補間し、Tnと比較する。

この時間軸方向へ補間する様子を表したのが図９である。図９ではT1<Taveの関係なので、マスク波形を横軸方向に補完して比較している。図１０は、補完と圧縮の概念図である。左側の周期のように、マスク波形のままでも検索ができるのであれば圧縮も補完も行わず、中央の周期のように、マスク波形よりも測定波形が時間軸方向に短い場合にはマスク波形を圧縮し、長い場合には右側の周期のようにマスク波形を補完する。

図１１は、検索結果の説明図である（ステップ６）。図１１の例ではT1とT11のノイズが異常波形として検出される。なお、検索された異常波形は表示処理部４０を介して表示部５０に表示される。

次に本発明の応用例を説明する。図１２は、縦軸方向の圧縮・補間を利用する本発明の応用例である。

振幅（縦軸方向）の変動がある測定波形でも、ディスタルライン、メシアルライン、プロキシマルラインのそれぞれを所望の特徴（周期）が抽出することができるような設定とし、マスク波形を作成することにより、時間軸方向の圧縮・補間のみならず、縦軸方向の圧縮・補間もすることができる。

図１２の例によれば、T1からTn(例ではn=13)までの周期(Tn)と振幅(PPn)の平均周期(Tave)と平均振幅(PPave)を用いて次のように比較する。
（1）検索条件生成部３３０は、
Tn > Taveの場合には、マスク波形を「時間軸」方向に圧縮する。そして、
(a)PPn > PPaveの場合には、マスク波形を「縦軸」方向に補間し、
(b)PPn < PPaveの場合には、マスク波形を「縦軸」方向に圧縮する。

ここで、「PPn」とは「n」番目の周期におけるpeak-to-peakを意味する。
検索実行部３４０は、このようにして生成したマスク波形をゾーンとしてTnとを比較する。

(2) 検索条件生成部３３０は、
Tn < Taveの場合、マスク波形を「時間軸」方向に補間し、Tnと比較する。すなわち、上述した(1)と同様に、

(c)PPn > PPaveの場合には、マスク波形を「縦軸」方向に補間し、
(d)PPn < PPaveの場合には、マスク波形を「縦軸」方向に圧縮する。そして、このようにして生成したマスク波形をゾーンとしてTnと比較する。

この例では、T4とT6とT8で異常波形（ノイズ）が検出される なお、この応用例は、電源波形のような周期的な繰り返し波形にも応用することができる。

このように、測定波形の特徴を抽出し、統計結果から検索条件を生成し、波形を検索するので、異常波形の検出が容易に行える。

本発明による波形測定装置の構成例である。 本発明による波形測定装置のフローチャートである。 測定波形である。 波形の特徴がどのように抽出されるか説明するための図面である。 （Ａ）は、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗよりディスタルライン、メシアルライン、プロキシマルラインがどのように算出されるか説明するための図面であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）で求めたディスタルライン、メシアルライン、プロキシマルラインより周期を抽出する例である。 平均周期の抽出例である。 マスク波形の作成方法の説明図である。 図８はマスク波形の作成方法の概念図である。 マスク波形を時間軸方向に補間する様子を表した図面である。 補完と圧縮の概念図である。 検索結果の説明図である。 縦軸方向の圧縮・補間を利用する本発明の応用例である。 従来の波形測定装置の構成例である。 波形パラメータ機能を用いたときの測定状態の説明図である。 波形パラメータの統計機能を用いた測定状態の説明図である。 波形パラメータの統計機能を用いた測定状態の説明図である。 Go／NoGo判定機能を用いたときの測定状態説明図である。 ゾーンサーチ機能を用いたときの測定状態説明図である。 パラメータサーチ機能を用いたときの測定状態説明図である。 エッジサーチ機能を用いたときの測定状態説明図である。 振幅が一定で周期が異なり、異常波形（ノイズ）がある波形の例である。

符号の説明

４０ 表示処理部
５０ 表示部
１００ 入力ブロック
３００ 演算部
３１０ 特徴抽出部
３２０ 統計処理部
３３０ 検索条件生成部
３３１ 補間部
３３２ 圧縮部
３４０ 検索実行部

Claims (4)

1. 入力された測定波形をデジタル信号に変換して記憶する入力ブロックを備え、測定波形の測定を行う波形測定装置において、
   前記入力ブロックから出力された測定波形の特徴を抽出する特徴抽出部と、
   この特徴抽出部で抽出された特徴に基づいて統計処理を行う統計処理部と、
   この統計処理部から出力された信号に基づいて測定波形にかけるマスクを生成する検索条件生成部と、
   この検索条件生成部で生成されたマスクと測定波形を比較して異常波形を検出する検索実行部と
   を備えることを特徴とする波形測定装置。
2. 前記特徴抽出部は、測定波形のディスタルライン、メシアルライン、およびプロキシマルラインを算出すると共に、これらの値に基づいて測定波形の周期に関する特徴を求め、
   前記統計処理部は、前記特徴抽出部で抽出されたて測定波形の周期に関する特徴より平均周期（Tave）を求めることを特徴とする請求項１記載の波形測定装置。
3. 前記検索条件生成部は、TaveとT1からTnまでの周期波形を比較し、
   Tn > Taveの場合、時間軸方向に圧縮し、Taveと同じ周期のTn'とし、
   Tn < Taveの場合、時間軸方向に補間し、Taveと同じ周期のTn'とし、
   T1'からTN'に対して、同じ時間成分のデータを統計処理し、時間成分毎に平均値と分散を求め、この平均値と分散からマスク波形を生成することを特徴とする請求項２記載の波形測定装置。
4. 前記検索実行部は、
   Tn > Taveの場合、前記検索条件生成部で生成されたマスク波形を時間軸方向に圧縮してTnと比較し、
   Tn < Taveの場合、前記検索条件生成部で生成されたマスク波形を時間軸方向に補間してTnと比較することを特徴とする請求項３記載の波形測定装置。