JP2010071738A - 異常診断装置及び異常診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変速時であっても適切に異常を診断することが可能な異常診断装置等を提供する。
【解決手段】回転軸21aを回転させたときに回転軸21aを備えた装置20に発生する振動を解析することにより、回転軸21aの周辺部材22aにおける異常の有無を診断する異常診断装置10であって、装置20の振動を検出する振動検出手段11と、回転軸21aの回転速度を検出する回転速度検出手段12aと、振動検出手段11により検出した振動の周波数スペクトルを算出し、算出した周波数スペクトルの周波数成分を回転速度検出手段12aにより検出した回転速度で除算することにより、振動次数毎の実測振動レベルを求める分析手段32と、分析手段32により求められた振動次数毎の実測振動レベルに基づき、周辺部材22aにおける異常の有無を診断する診断手段33とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の車軸や変速機などに用いられるベアリング、歯車等の回転ないし可動部材の異常を診断する異常診断装置及び異常診断方法に関する。

自動車等の車両の車軸や変速機などに用いられるベアリング、歯車等の部材の回転に伴う異常を診断する各種技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、これらの部材を備えた機械設備から発生する振動信号を基に周波数スペクトルを算出し、算出された周波数スペクトルを用いて上記部材の異常を診断する技術が開示されている。
特開２００７−１０８１８９号公報

上記特許文献１に開示された技術では、異常を診断するために周波数スペクトルが用いられている。ここで用いられる周波数スペクトルは、車軸の回転速度が変化するなどの変速時においてはこの回転速度の変化の影響を受けて異なる波形になる。具体的には、振動の強さのピークを示す周波数値がずれた波形になる。

しかしながら、特許文献１に開示された技術ではこのような点については考慮されておらず、異なる波形になり得る周波数スペクトルを用いて異常を診断していた。そのため、変速時には適切に異常を診断できない問題があった。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、変速時であっても適切に異常を診断することが可能な異常診断装置及び異常診断方法を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸を回転させたときに該回転軸を備えた装置に発生する振動を解析することにより、該回転軸に取り付けられた又は該回転軸を通る動力伝達経路上に配設された所定の周辺部材における異常の有無を診断する異常診断装置であって、前記装置の振動を検出する振動検出手段と、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記振動検出手段により検出した振動の周波数スペクトルを算出し、算出した該周波数スペクトルの周波数成分を前記回転速度検出手段により検出した回転速度で除算することにより、振動次数毎の実測振動レベルを求める分析手段と、前記分析手段により求められた前記振動次数毎の実測振動レベルに基づき、前記所定の周辺部材における異常の有無を診断する診断手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、振動次数毎の実測振動レベルに基づき異常の有無が診断される。ここで用いられる振動次数は変速時においても変化しないパラメータであるので、変速時であっても適切に異常を診断することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（装置構成例）
図１は、本発明の一実施形態に係る異常診断装置の概略構成を示す図である。図１において、異常診断装置１０は、振動検出部１１、第一の回転速度検出部１２ａ、第二の回転速度検出部１２ｂ、ＰＣ（Personal Computer）部３０を備えた構成である。異常診断装置１０は、診断対象装置２０の回転ないし可動部材の異常の有無を診断する装置である。

診断対象装置２０は、第一の回転軸（入力軸）２１ａ、第二の回転軸（出力軸）２１ｂ、可変形プーリ２３、２４、ベルト２５を少なくとも備えた無段変速機（ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission））である。

異常診断装置１０が備える各構成要素について説明する。

振動検出部（振動検出手段）１１は、診断対象装置２０の振動を検出する。例えば、診断対象装置２０のユニット中央の直上に配設された変位センサ、速度センサ又は加速度センサにより、診断対象装置２０の変位、速度又は加速度の物理量の周期的な変化、すなわち振動、を表す信号を検出する。

第一の回転速度検出部（回転速度検出手段又は第一の回転速度検出手段）１２ａは、第一の回転軸２１ａの回転速度を検出する。例えば、第一の回転軸２１ａの近傍に又は一体に取り付けられた回転センサにより、第一の回転軸２１ａの回転速度を表す信号を検出する。

第二の回転速度検出部（第二の回転速度検出手段）１２ｂは、第二の回転軸２１ｂの回転速度を表す信号を検出する。例えば、第二の回転軸２１ｂの近傍に又は一体に取り付けられた回転センサにより、第二の回転軸２１ｂの回転速度を表す信号を検出する。

ＰＣ部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されたコントロールユニットである。ＰＣ部３０は、分析診断部３１と基準値保持部３４とを備えた構成である。

分析診断部３１は、上記の各検出部１１〜１２ｂにより検出された信号に基づき、分析部（分析手段）３２及び診断部（診断手段）３３を用いて診断対象装置２０の異常の有無を診断する。分析診断部３１は、ＰＣ部３０のＯＳ（Operating System）上で動作するソフトウェアにより実現される。分析部３２及び診断部３３については後述する。

基準値保持部（基準値保持手段）３４は、分析診断部３１の備える診断部３３が診断の際に用いる基準値データを保持する。例えば、ハードディスク、ＲＡＭ(Random Access Memory)等の記録装置である。

以上に示される装置構成により、異常診断装置１０は、振動検出部１１により検出される振動を解析することにより診断対象装置２０の回転ないし可動部材の異常の有無を診断する。厳密には、診断対象装置２０における第一の回転軸２１ａの周辺部材（入力軸周辺部材）２２ａ、第二の回転軸２１ｂの周辺部材（出力軸周辺部材）２２ｂの異常の有無を診断する。

周辺部材２２ａとは、第一の回転軸２１ａに取り付けられた又は第一の回転軸２１ａを通る動力伝達経路上に配設された部材であって、周辺部材２２ａに異常が発生することによって振動検出部１１により検出される信号の波形に変化を生じさせる部材を示す。例えば、第一の回転軸２１ａを回転可能に支持する不図示の軸受け（ベアリング）、第一の回転軸２１ａに一体的に取り付けられた不図示の歯車やオイルポンプ、或いは、該歯車に噛合可能に配設された不図示の歯車などである。周辺部材２２ｂについても同様である。

（分析部について）
図２は、分析部３２の機能構成の一例を示す図である。図２に示す分析部３２は、図１の分析部３２に対応している。

分析部３２は、エンベロープ処理部３２ａ、周波数分析部３２ｂ、次数分析部３２ｃを用いて、各検出部１１〜１２ｂにより検出した信号を分析する。分析結果は、診断部３３に送信される。

エンベロープ処理部３２ａは、振動検出部１１により検出した振動を表す信号に対してエンベロープ処理を施す。エンベロープ処理とは、振動信号の振動波形とヒルベルト変換後波形の直交座標値から複素数を算出し、算出した複素数の絶対値波形を包絡線化することにより振動波形の包絡線に比例した出力を得る処理である。

周波数分析部３２ｂは、エンベロープ処理部３２ａによりエンベロープ処理が施された信号に対してＦＦＴアルゴリズム等を用いて周波数変換処理を施して周波数スペクトルを算出する。

次数分析部３２ｃは、周波数分析部３２ｂにより算出された周波数スペクトルの周波数成分を、第一の回転速度検出部１２ａ又は第二の回転速度検出部１２ｂにより検出した回転速度で除算することにより、振動次数毎の実測振動レベル（現に測定された振動レベル）を求める。

以上説明してきたように、分析部３２は、振動検出部１１により検出した振動を表す信号及び第一の回転速度検出部１２ａ又は第二の回転速度検出部１２ｂにより検出した回転速度を基に、振動次数毎の実測振動レベルを求める。以降、このような分析部３２の一連の分析処理を「リアルタイム特殊関数次数解析」という。

（分析部の分析動作の具体例）
分析部３２の分析動作について具体例を挙げて説明する。なお、以降説明する具体例では、説明の便宜上、診断対象装置２０の周辺部材２２ａに異常が発生した場合を説明する（周辺部材２２ｂは考慮しない）。この場合、分析部３２は振動検出部１１及び第一の回転速度検出部１２ａによる検出結果を分析する（第二の回転速度検出部１２ｂは考慮しない）。

図３は、図２の各機能部の前後におけるデータの変化を説明する図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図２上の（ａ）〜（ｄ）に対応している。図３（ａ）は、周辺部材２２ａに異常が発生した場合に振動検出部１１により検出される振動を表す信号の一例を示す。

エンベロープ処理部３２ａは、図３（ａ）のような信号にエンベロープ処理を施すことにより、図３（ｂ）の実線のような衝撃全体を１個の周期振動のように変換した信号を得る。

周波数分析部３２ｂは、図３（ｂ）の実線のような信号に周波数変換処理を施して、図３（ｃ）の実線のような周波数スペクトルを算出する。図３（ｃ）の実線の周波数スペクトルでは、周辺部材２２ａの固有振動数値αにおいて振動レベルのピークが発生している。しかしながら、第一の回転軸２１ａの回転速度が変化したとき、図３（ｃ）の点線のように振動レベルのピークを示す周波数値は異なる周波数値βにずれてしまう。すなわち、振動レベルのピークを示す周波数値は第一の回転軸２１ａの回転速度の変化に応じて変わってしてしまう。そのため、このような異なる波形になり得る周波数スペクトルを用いても、第一の回転軸２１ａの回転速度が変化する変速時には周辺部材２２ａを特定することはできない。

次数分析部３２ｃは、図３（ｃ）の実線又は点線のような周波数スペクトルの周波数成分の各々を、第一の回転軸２１ａの回転速度が変化する前の回転速度又は回転速度が変化したあとの回転速度で除算することにより、いずれの場合も、図３（ｄ）のように第一の回転軸２１ａの振動次数と実測振動レベルとが対応付けられたデータに変換する。

図３（ｄ）の振動次数毎の実測振動レベルでは、周辺部材２２ａの固有振動次数値γにおいて振動レベルのピークが発生している。ここで求められる振動次数は、第一の回転軸２１ａの回転速度が変化する変速時においても変化しないパラメータである。そのため、このような振動次数毎の実測振動レベルを用いることにより、第一の回転軸２１ａの回転速度が変化する変速時であっても周辺部材２２ａを特定することができる。

以上説明してきたように、分析部３２では、振動検出部１１により検出した振動を表す信号（図３（ａ））を基に、振動次数毎の実測振動レベル（図３（ｄ））を求める。

すなわち、分析部３２は、周辺部材２２ａの異常の有無の検出のために、振動検出部１１により検出した振動の周波数スペクトルを算出し、算出した周波数スペクトルの周波数成分を第一の回転速度検出部１２ａにより検出した回転速度で除算することにより、第一の回転軸２１ａの振動次数毎の実測振動レベルを求める。

なお、他の周辺部材２２ｂの異常の有無の検出のためには、分析部３２は、振動検出部１１により検出した振動の周波数スペクトルを算出し、算出した周波数スペクトルの周波数成分を第二の回転速度検出部１２ｂにより検出した回転速度で除算することにより、第二の回転軸２１ｂの振動次数毎の実測振動レベルを求める。

（診断部について）
診断部３３は、分析部３２により求められた振動次数毎の実測振動レベルに基づき、診断対象装置２０の異常の有無を診断する。また、診断に際して基準値保持部３４により保持された基準値データを用いる。

また、診断部３３は、異常が有ると診断した場合、モニタに異常が有る旨を表示したり警告音を発して異常をユーザに通知したりする。また、特に診断対象装置２０が耐久試験等の試験下にある場合には、この試験を停止する。

（診断部の診断動作の具体例）
診断部３３の診断動作について具体例を挙げて説明する。なお、以降説明する具体例では、図４（ａ）に示す振動次数毎の実測振動レベルのデータが分析部３２により求められていて、図４（ｂ）に示す基準値データが基準値保持部３４に保持されている場合を例に説明する。

図４（ｂ）の基準値データについて説明する。基準値保持部３４には、図４（ｂ）のように、各々の周辺部材に対して設定された基準次数値（前述の「固有振動次数値」と同義）及び基準振動レベルからなる基準値データが保持されている。ここでは、周辺部材２２ａであるベアリングＡ、Ｂ、Ｃ、歯車Ａ、オイルポンプの各々の周辺部材に対して設定された基準次数値及び基準振動レベル（例えばベアリングＡはそれぞれ4.1、-39.6dB）が示されている。図４（ｂ）の基準次数値は、予めＰＣ部３０においてユーザ入力により設定される値である。また、図４（ｂ）の基準振動レベルは、診断対象装置２０を正常運転した際に測定される各々の基準次数値に対応する振動レベルの値に所定値のバッファ量を加える等して設定される。

診断部３３は、図４（ａ）の振動次数毎の実測振動レベルのうちの図４（ｂ）の各々の周辺部材の基準次数値に対応する実測振動レベルと、図４（ｂ）の各々の周辺部材の基準振動レベルとを比較し、実測振動レベルが基準振動レベルより大きい場合に、この条件を満たす周辺部材に異常が有ると診断する。

すなわち、図４（ａ）の振動次数毎の実測振動レベルのうちの例えばベアリングＡの基準次数値4.1に対応する実測振動レベル-37.6dBと、ベアリングＡの基準振動レベル-39.6dBとを比較する。この場合は、実測振動レベル（-37.6dB）は基準振動レベル（-39.6dB）よりも小さいため、ベアリングＡには異常が無いと診断する。同様の処理を他の周辺部材についても行うと、ベアリングＢの実測振動レベル（-52.5dB）は基準振動レベル（-46.1dB）よりも大きいため、ベアリングＢに異常が有ると診断する。

以上説明してきたように、診断部３３では、図４（ａ）の振動次数毎の実測振動レベルと図４（ｂ）の基準値データを用いて、診断対象装置２０の異常の有無を診断する。

（異常診断装置の異常診断ロジック）
次に、図５を用いて本実施形態における異常診断装置１０の異常診断ロジックについて説明する。図５は、本実施形態における異常診断装置１０の異常診断ロジックを示すフローチャート図である。ここでは、診断対象装置２０が耐久試験を開始したあとの異常診断装置１０の異常診断ロジックを説明する。

まず、回転を開始する（Ｓ１）。ここでは、診断対象装置２０が備える第一の回転軸２１ａ及び第二の回転軸２１ｂの回転を開始する。なお、第一の回転軸２１ａ及び第二の回転軸２１ｂは、両者の変速比が連続的に可変となるように回転する。

ステップＳ１により回転を開始すると、異常診断装置１０は、ステップＳ２〜Ｓ６の処理、ステップＳ７〜Ｓ１１の処理、及び、ステップＳ１２〜Ｓ１６の処理を並行して行う。まず、ステップＳ２〜Ｓ６の処理を説明する。

ステップＳ２へ進み、異常診断装置１０はリアルタイム特殊関数次数解析を行う（Ｓ２）。ステップＳ２の処理をより詳細に図６に示す。図６は、リアルタイム特殊関数次数解析の処理例を示すフローチャート図である。

図６のステップＳ２１へ進み、異常診断装置１０は振動を検出する（Ｓ２１）。ここでは、振動検出部１１が診断対象装置２０の振動を表す信号を検出する。

続いてステップＳ２２へ進み、異常診断装置１０は回転速度を検出する（Ｓ２２）。ここでは、第一の回転速度検出部１２ａが第一の回転軸２１ａの回転速度を検出する。

続いてステップＳ２３へ進み、異常診断装置１０はエンベロープ処理を施す（Ｓ２３）。ここでは、エンベロープ処理部３２ａがステップＳ２１により検出された信号にエンベロープ処理を施す。

続いてステップＳ２４へ進み、異常診断装置１０は周波数分析を行う（Ｓ２４）。ここでは、周波数分析部３２ｂがステップＳ２３によりエンベロープ処理が施された信号に対してＦＦＴアルゴリズム等を用いて周波数変換処理を施して周波数スペクトルを算出する。

続いてステップＳ２５へ移って、異常診断装置１０は次数分析を行う（Ｓ２５）。ここでは、次数分析部３２ｃがステップＳ２４により算出された周波数スペクトルの周波数成分をステップＳ２２により検出した回転速度で除算することにより、第一の回転軸２１ａの振動次数毎の実測振動レベルを求める。

図５に戻ってステップＳ３へ進み、異常診断装置１０は試験時間内又はパターン回数は目標回数以内か否かを判定する（Ｓ３）。ここでは、診断部３３が診断対象装置２０の試験のために予め設定された試験時間（例えば１０時間）又は試験パターン回数（例えば１０・１５モードの走行パターン）を行ったかどうかを判定する。これは、診断対象装置２０が耐久試験中かどうかを判定するための処理である。

ステップＳ３においてＹＥＳの場合（Ｓ３、ＹＥＳ）、ステップＳ４へ進む。また、ステップＳ３においてＮＯの場合（Ｓ３、ＮＯ）、ステップＳ１８へ進んで停止信号を発報して（Ｓ１８）、診断対象装置２０の試験を停止させる。

ステップＳ４へ進んだ場合、異常診断装置１０は実測振動レベルが基準振動レベル（しきい値）よりも大きい周辺部材２２ａがあるか否かを判定する（Ｓ４）。ここでは、診断部３３がステップＳ２５で求められた第一の回転軸２１ａの振動次数毎の実測振動レベルのデータと基準値保持部３４により保持された基準値データとに基づいて、実測振動レベルが基準振動レベルよりも大きい周辺部材２２ｂがあるか否かを判定する。

ステップＳ４においてＹＥＳの場合（Ｓ４、ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。また、ステップＳ４においてＮＯの場合（Ｓ４、ＮＯ）、ステップＳ２へ戻って再び処理を繰り返す。

ステップＳ５へ進んだ場合、異常診断装置１０は周辺部材２２ａのカウント値を１増やす（Ｓ５）。ここでは、診断部３３がステップＳ４でＹＥＳと判定された周辺部材２２ａのカウント値を１増やす。カウント値は周辺部材２２ａ毎にＰＣ部３０により管理される。

続いてステップＳ６へ進み、異常診断装置１０はカウント値が目標回数（しきい値）よりも大きい周辺部材２２ａが有るか否かを判定する（Ｓ６）。ステップＳ６においてＹＥＳの場合（Ｓ６、ＹＥＳ）、ステップＳ１７へ移る。また、ステップＳ６においてＮＯの場合（Ｓ６、ＮＯ）、ステップＳ２へ戻って再び処理を繰り返す。

以上のステップＳ２〜Ｓ６の処理により、異常診断装置１０は第一の回転軸２１ａの周辺部材２２ａの異常の有無を診断する。

ステップＳ７〜Ｓ１１の処理は、異常診断装置１０は第二の回転軸２１ｂの周辺部材２２ｂの異常の有無を診断する点を除き、ステップＳ２〜Ｓ６と同様であるためここでは詳細な説明を省略する。

ステップＳ１２へ進むと、異常診断装置１０は全体振動レベル解析を行う（Ｓ１２）。ここでは、振動検出部１１が診断対象装置２０の振動を表す信号を検出し、分析部３２がこの信号を基に診断対象装置２０全体の振動レベル（以下、「実測全体振動レベル」という。）を算出する。実測全体振動レベルの算出方法は既知の技術であるとしてここでは詳細な説明を省略する。

ステップＳ１３へ進み、異常診断装置１０は試験時間内又はパターン回数は目標回数以内か否かを判定する（Ｓ１３）。ステップＳ１３はステップＳ３と同一の処理である。

ステップＳ１３においてＹＥＳの場合（Ｓ１３、ＹＥＳ）、ステップＳ１４へ進む。また、ステップＳ１３においてＮＯの場合（Ｓ１３、ＮＯ）、ステップＳ１８へ進んで停止信号を発報し（Ｓ１８）、診断対象装置２０の試験を停止させる。

ステップＳ１４へ進んだ場合、異常診断装置１０は実測全体振動レベルが基準全体振動レベル（しきい値）よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１４）。ここでは、診断部３３がステップＳ１２により算出した実測全体振動レベルが予め設定された基準全体振動レベルよりも大きいか否かを判定する。この処理は、診断対象装置２０全体が一定以上の大きさで振動しているかどうかを判定するための処理である。

ステップＳ１４においてＹＥＳの場合（Ｓ１４、ＹＥＳ）、ステップＳ１５へ進む。また、ステップＳ１４においてＮＯの場合（Ｓ１４、ＮＯ）、ステップＳ１２へ戻って再び処理を繰り返す。

ステップＳ１５へ進んだ場合、異常診断装置１０はカウント値を１増やす（Ｓ１５）。ここでは、診断部３３がカウント値（診断対象装置２０全体が一定以上の大きさで振動したと判定された回数）を１増やす。このカウント値は、ＰＣ部３０において管理される。

続いてステップＳ１６へ進み、異常診断装置１０はカウント値が目標回数（しきい値）よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１６）。ステップＳ１６においてＹＥＳの場合（Ｓ１６、ＹＥＳ）、ステップＳ１７へ移る。また、ステップＳ１６においてＮＯの場合（Ｓ１６、ＮＯ）、ステップＳ１２へ戻って再び処理を繰り返す。

以上のステップＳ１２〜Ｓ１６の処理により、異常診断装置１０は診断対象装置２０全体の異常の有無を診断する。

ステップＳ１７へ進んだ場合、異常診断装置１０は周辺部材に異常有りと診断する（Ｓ１７）。ステップＳ１７では、ステップＳ６又はＳ１１においてＹＥＳと判定された周辺部材に異常が有ると診断する。これにより、異常が有る周辺部材を特定することができる。続いてステップＳ１８へ進み、異常診断装置１０は停止信号を発報して（Ｓ１８）診断対象装置２０の試験を停止させる。

以上に示される異常診断ロジックにより、異常診断装置１０は、診断対象装置２０が耐久試験を開始したあとの診断対象装置２０の異常の有無を診断する。以下、異常診断装置１０の異常診断ロジックを補足する。

本異常診断ロジックでは、異常診断装置１０は、ステップＳ２〜Ｓ６の処理とステップＳ７〜Ｓ１１の処理とを並行して行うことにより、第一の回転軸２１ａの周辺部材２２ａの異常の有無の診断（Ｓ２〜Ｓ６）と第二の回転軸２１ｂの周辺部材２２ｂの異常の有無の診断（Ｓ７〜Ｓ１１）を各々独立して行っている。

このように両処理を各々独立して行う理由を、図７を用いて具体例を挙げて説明する。図７（ａ）には、ステップＳ２とＳ７の共通する処理であるステップＳ２４（図６参照）において算出される周波数スペクトルであって、第一の回転軸２１ａと第二の回転軸２１ｂの変速比を変化させた場合に算出される周波数スペクトルＡ、Ｂが示されている。

ここでは、説明の便宜上、診断対象装置２０の周辺部材２２ａと周辺部材２２ｂの両方に異常が発生しているものとする。この場合、図７（ａ）の周波数スペクトルＡ上の周波数値ｘ１、ｙ１において発生している振動レベルのピークは、それぞれ周辺部材２２ａ、周辺部材２２ｂの異常に起因している。同様に、図７（ａ）の周波数スペクトルＢ上の周波数値ｘ２、ｙ２において発生している振動レベルのピークは、それぞれ周辺部材２２ａ、周辺部材２２ｂの異常に起因している。なお、周波数値ｘ１と周波数値ｙ１との比（ｘ１：ｙ１）が周波数値ｘ２と周波数値ｙ２との比（ｘ２：ｙ２）と異なるのは、第一の回転軸２１ａと第二の回転軸２１ｂの変速比が連続的に可変するためである。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の周波数スペクトルＡ、Ｂの周波数成分を、各々の周波数スペクトルが算出された際の第一の回転軸２１ａの回転速度で除算することにより求められる振動次数毎の振動レベル、すなわちステップＳ２中のステップＳ２５（図６参照）で求められる振動次数毎の振動レベルである。図７（ａ）上の周波数スペクトルＡの周波数値ｘ１と周波数スペクトルＢの周波数値ｘ２は、いずれも図７（ｂ）上の振動次数値Ｘになる。一方、図７（ａ）上の周波数スペクトルＡの周波数値ｙ１と周波数スペクトルＢの周波数値ｙ２は、図７（ｂ）上の振動次数値Ｙ１又はＹ２になり一定しない。これは、周波数スペクトルＡが算出された際の第二の回転軸２１ｂの回転速度と周波数スペクトルＢが算出された際の第二の回転軸２１ｂの回転速度との回転速度比が、第一の回転軸２１ａの回転速度比と異なるためである。そのため、図７（ｂ）の振動次数毎の振動レベルからは周辺部材２２ａのみを特定することができる。

図７（ｃ）は、図７（ａ）の周波数スペクトルＡ、Ｂの周波数成分を、第二の回転軸２１ｂの回転速度で除算することにより求められる振動次数毎の振動レベル、すなわちステップＳ７で求められる振動次数毎の振動レベルである。図７（ｂ）と同様に考えると、図７（ｃ）の振動次数毎の振動レベルからは、周辺部材２２ｂのみを特定することができる。

したがって、第一の回転軸２１ａと第二の回転軸２１ｂの変速比が連続的に可変する場合すなわち変速時の場合には、両処理を各々独立することによって適切に周辺部材２２ａ及び周辺部材２２ｂつまり診断対象装置２０全体の異常の有無を診断することができる。

また、本異常診断ロジックでは、異常診断装置１０は、ステップＳ２〜Ｓ６の処理とステップＳ７〜Ｓ１１の処理に加えてステップＳ１２〜Ｓ１６の処理も並行して行っている。この場合、ステップＳ１７の処理では、ステップＳ６又はＳ１１においてＹＥＳと判定され、かつ、ステップＳ１６においてＹＥＳの場合に限り周辺部材に異常が有ると診断することが望ましい。このように診断対象装置２０全体の異常の有無も考慮することにより、異常の有無の診断の精度を向上できる。

また、本異常診断ロジックでは、異常診断装置１０は、ステップＳ５及びＳ６（Ｓ１０及びＳ１１、Ｓ１５及びＳ１６）の処理により実測振動レベルと基準振動レベルとを比較する処理を繰り返し行い、実測振動レベルが基準振動レベルより大きいと判定された回数（Ｓ１５及びＳ１６の場合は診断対象装置２０全体が一定以上の大きさで振動したと判定された回数）が所定回数を超えた場合に周辺部材に異常が有ると診断するカウント機能を実現している。

これは、例えば診断対象装置２０が突発的な振動などにより試験停止にならないようにするための処理である。そのため、突発的な振動などが想定されない場合には、これらステップＳ５及びＳ６の処理を省略すると共に、ステップＳ４の処理において振動レベルが基準振動レベルよりも大きい周辺部材がある場合に、該当する周辺部材に異常が有ると診断してもよい。

（まとめ）
本実施形態によれば、異常診断装置１０（又は異常診断方法）は、振動次数毎の実測振動レベルを用いて異常を診断する。ここで用いられる振動次数は変速時においても変化しないパラメータであるので、変速時であっても適切に異常を診断することができる（請求項１又は７に記載の発明の効果）。

また、本実施形態によれば、異常診断装置１０は、振動検出部１１により検出した振動に対してエンベロープ処理を施した後に振動の周波数スペクトルを算出している。これにより、振動検出部１１により検出される振動が周辺部材の異常によって発生する衝撃振動を含む場合に、この衝撃振動の周期を抽出することができる。そのため、適切に周辺部材の異常を診断できる（請求項２に記載の発明の効果）。

また、本実施形態によれば、異常診断装置１０は、振動次数毎の実測振動レベルと周辺部材に対して設定された基準次数値及び基準振動レベルとの比較に基づいて異常を診断している。そのため、異常が有る周辺部材を特定できる（請求項３に記載の発明の効果）。

また、本実施形態によれば、異常診断装置１０は、振動次数毎の実測振動レベルと周辺部材に対して設定された基準次数値及び基準振動レベルとの比較を繰り返すことにより異常を診断している。そのため、異常が有る周辺部材を特定する精度を向上できる（請求項４に記載の発明の効果）。

また、本実施形態によれば、異常診断装置１０は、無段又は後述の有段の変速機構が備える入力軸又は出力軸の周辺部材における異常の有無を診断することができる（請求項５に記載の発明の効果）。

また、本実施形態によれば、異常診断装置１０（異常診断方法）は、第一の回転軸２１ａの振動次数毎の実測振動レベルを用いて第一の回転軸２１ａの周辺部材２２ａの異常の有無を診断する、と共に、第二の回転軸２１ｂの振動次数毎の実測振動レベルを用いて第二の回転軸２１ｂの周辺部材２２ｂの異常の有無を診断する。そのため、第一の回転軸２１ａと第二の回転軸２１ｂの変速比が連続的に可変である変速時であっても適切に異常を診断することができる（請求項６又は８に記載の発明の効果）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記説明においては、診断対象装置２０が無段変速機である場合を例示して説明したが、診断対象装置２０は有段の変速機構を備える有段変速機であってもよい。

また、診断対象装置２０は回転速度が変化する一つの回転軸（例えば第一の回転軸２１ａ）のみを備える装置であってもよい。この場合には、異常診断装置１０は、振動検出部１１及び第一の回転速度検出部１２ａの検出結果に基づき、第一の回転軸２１ａの周辺部材２２ａの異常の有無を診断することができる。

また、上記説明においては、基準値保持部３４に保持される基準値データは各々の周辺部材に対して設定されると述べたが、各々の周辺部材の部位毎に設定されてもよい。例えば周辺部材がベアリングである場合には、ベアリングの内輪、外輪などの各部位毎に設定されてもよい。この場合には、異常診断装置１０は、異常が有る周辺部材の部位まで特定できる。

本発明の一実施形態に係る異常診断装置の概略構成を示す図である。 分析部３２の機能構成の一例を示す図である。 図２の各機能部の前後におけるデータの変化を説明する図である。 診断部３３の具体例を説明する図である。 本実施形態における異常診断装置１０の異常診断ロジックを示すフローチャート図である。 リアルタイム特殊関数次数解析の処理例を示すフローチャート図である。 図５のフローチャートを補足説明する図である。

符号の説明

１０ 異常診断装置
１１ 振動検出部（振動検出手段）
１２ａ 第一の回転速度検出部（回転速度検出手段又は第一の回転速度検出手段）
１２ｂ 第二の回転速度検出部（第二の回転速度検出手段）
２０ 診断対象装置
２１ａ 第一の回転軸
２１ｂ 第二の回転軸
２２ａ、２２ｂ 周辺部材
２３、２４ 可変形プーリ
２５ ベルト
３０ ＰＣ部
３１ 分析診断部
３２ 分析部（分析手段）
３２ａ エンベロープ処理部
３２ｂ 周波数分析部
３２ｃ 次数分析部
３３ 診断部（診断手段）
３４ 基準値保持部（基準値保持手段）

Claims (8)

1. 回転軸を回転させたときに該回転軸を備えた装置に発生する振動を解析することにより、該回転軸に取り付けられた又は該回転軸を通る動力伝達経路上に配設された所定の周辺部材における異常の有無を診断する異常診断装置であって、
   前記装置の振動を検出する振動検出手段と、
   前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記振動検出手段により検出した振動の周波数スペクトルを算出し、算出した該周波数スペクトルの周波数成分を前記回転速度検出手段により検出した回転速度で除算することにより、振動次数毎の実測振動レベルを求める分析手段と、
   前記分析手段により求められた前記振動次数毎の実測振動レベルに基づき、前記所定の周辺部材における異常の有無を診断する診断手段と、
   を備えたことを特徴とする異常診断装置。
2. 前記分析手段は、前記振動検出手段により検出した振動に対してエンベロープ処理を施した後に該振動の周波数スペクトルを算出することを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
3. 前記所定の周辺部材に対して設定された基準次数値と基準振動レベルとを保持する基準値保持手段をさらに備え、
   前記診断手段は、前記振動次数毎の実測振動レベルのうちの前記基準次数値に対応する実測振動レベルと前記基準振動レベルとを比較し、前記実測振動レベルが前記基準振動レベルより大きい場合に、前記所定の周辺部材に異常が有ると診断することを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断装置。
4. 前記所定の周辺部材に対して設定された基準次数値と基準振動レベルとを保持する基準値保持手段をさらに備え、
   前記診断手段は、前記振動次数毎の実測振動レベルのうちの前記基準次数値に対応する実測振動レベルと前記基準振動レベルとを比較する処理を繰り返し行い、前記実測振動レベルが前記基準振動レベルより大きいと判定された回数が所定回数を超えた場合に、前記所定の周辺部材に異常が有ると診断することを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断装置。
5. 前記回転軸は、無段又は有段の変速機構が備える入力軸又は出力軸であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の異常診断装置。
6. 無段又は有段の変速機構が備える入力軸及び出力軸を回転させたときに前記入力軸及び出力軸を備えた装置に発生する振動を解析することにより、該入力軸に取り付けられた又は該入力軸を通る動力伝達経路上に配設された所定の入力軸周辺部材、又は、該出力軸に取り付けられた又は該出力軸を通る動力伝達経路上に配設された所定の出力軸周辺部材における異常の有無を診断する異常診断装置であって、
   前記装置の振動を検出する振動検出手段と、
   前記入力軸の回転速度を検出する第一の回転速度検出手段と、
   前記出力軸の回転速度を検出する第二の回転速度検出手段と、
   前記振動信号検出手段により検出した振動の周波数スペクトルを算出し、算出した該周波数スペクトルの周波数成分を前記第一の回転速度検出手段により検出した回転速度で除算することにより、前記入力軸の振動次数毎の実測振動レベルを求める、と共に、算出した該周波数スペクトルの周波数成分を前記第二の回転速度検出手段により検出した回転速度で除算することにより、前記出力軸の振動次数毎の実測振動レベルを求める分析手段と、
   前記分析手段により求められた前記入力軸の振動次数毎の実測振動レベルに基づき、前記所定の入力軸周辺部材における異常の有無を診断する、と共に、前記分析手段により求められた前記出力軸の振動次数毎の実測振動レベルに基づき、前記所定の出力軸周辺部材における異常の有無を診断する診断手段と、
   を備えたことを特徴とする異常診断装置。
7. 回転軸を回転させたときに該回転軸を備えた装置に発生する振動を解析することにより、該回転軸に取り付けられた又は該回転軸を通る動力伝達経路上に配設された所定の周辺部材における異常の有無を診断する異常診断方法であって、
   前記装置の振動を検出する振動検出工程と、
   前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出工程と、
   前記振動検出工程により検出した振動の周波数スペクトルを算出し、算出した該周波数スペクトルの周波数成分を前記回転速度検出工程により検出した回転速度で除算することにより、振動次数毎の実測振動レベルを求める分析工程と、
   前記分析工程により求められた前記振動次数毎の実測振動レベルに基づき、前記所定の周辺部材における異常の有無を診断する診断工程と、
   を備えたことを特徴とする異常診断方法。
8. 無段又は有段の変速機構が備える入力軸及び出力軸を回転させたときに前記入力軸及び出力軸を備えた装置に発生する振動を解析することにより、該入力軸に取り付けられた又は該入力軸を通る動力伝達経路上に配設された所定の入力軸周辺部材、又は、該出力軸に取り付けられた又は該出力軸を通る動力伝達経路上に配設された所定の出力軸周辺部材における異常の有無を診断する異常診断装置における異常診断方法であって、
   前記装置の振動を検出する振動検出工程と、
   前記入力軸の回転速度を検出する第一の回転速度検出工程と、
   前記出力軸の回転速度を検出する第二の回転速度検出工程と、
   前記振動検出工程により検出した振動の周波数スペクトルを算出し、算出した該周波数スペクトルの周波数成分を前記第一の回転速度検出工程により検出した回転速度で除算することにより、前記入力軸の振動次数毎の実測振動レベルを求める、と共に、算出した該周波数スペクトルの周波数成分を前記第二の回転速度検出工程により検出した回転速度で除算することにより、前記出力軸の振動次数毎の実測振動レベルを求める分析工程と、
   前記分析工程により求められた前記入力軸の振動次数毎の実測振動レベルに基づき、前記所定の入力軸周辺部材における異常の有無を診断する、と共に、前記分析工程により求められた前記出力軸の振動次数毎の実測振動レベルに基づき、前記所定の出力軸周辺部材における異常の有無を診断する診断工程と、
   を備えたことを特徴とする異常診断方法。

Images