JP2011214964A - 回転車軸からの異音検出方法及び検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のいずれに損傷を生じたかを検出することのできる異音検出方法及び検出装置の提供。
【解決手段】 回転車軸（３ａ、３ｂ）毎の通過を検知し通過信号を生成する通過検知装置（Ｋ１〜ｎ）と、回転車軸（３ａ、３ｂ）から発生する音を集音し集音データを作成する集音装置（Ｍ１〜ｎ）と、を一対とした測定ユニットの複数を移動経路に沿って所定間隔で配置する。測定ユニットのそれぞれから収集された集音データから、回転車軸（３ａ、３ｂ）のうちの１つを特定する通過信号に対応した所定時間分の集音データを切り取ってこれをつなぎ合わせて合成集音データを作成する。合成集音データの周波数分布を解析して特定の回転車軸からの異音を分離検出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転車軸からの異音検出方法及び検出装置に関し、特に移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のそれぞれからの異音を検出する異音検出方法及び検出装置に関する。

回転車軸の軸受部で転動摩耗などを生じると、時間的に変化する変動負荷が軸受部に与えられて特定周波数の異音が繰り返し発生する。そこでこの音を収集し、音信号から前記した異音を分離できれば回転車軸に生じた損傷を検知することができる。

例えば、特許文献１には、鉄道車両の車軸軸受（軸箱）の回転車軸音をレールの両側に設置したマイクロホンで収集し、該回転車軸の損傷を検知する装置及び方法が開示されている。マイクロホンからの出力をＡ／Ｄ変換した集音データとして車軸軸受（軸箱）の損傷時に生じる固有振動数を帯域内に含むバンドパスフィルタに通し、損傷を検知している。詳細には、バンドパスフィルタの中央周波数の周期の２倍の区間で両端が低減するハニング窓関数などを乗じた短時間ＲＭＳ（ＲＯＯＴ ＭＥＡＮ ＳＱＵＡＲＥ）値を求めて、時刻列で高速フーリエ変換解析などの周波数分析を行う。一方、走行速度、車輪径、軸受型式などから車軸軸受の損傷に起因する損傷衝撃音間隔（周波数）に相当するピークが算出できて、これを前記した周波数分析の結果の中に有るかどうかを判定する。ピークを有する場合は、そのピークの値が判定レベルを超過しているかどうかを確認する。ピークが有り、さらにそのピーク値が判定レベルを超えている場合に車軸軸受に損傷が発生していると判定できるのである。

また、非特許文献１には、鉄道車両の車軸軸受の回転車軸音をレールの両側に設置した複数のマイクロホンからなるマイクロフォンアレイで収集し、その集音データを解析して該回転車軸の損傷を検知する方法が開示されている。複数の音源から伝播する音を複数の無指向性音圧型マイクロフォンで収集し、Ａ／Ｄ変換した集音データに周波数領域における適当な荷重和をとって、マイクロフォンアレイ全体の指向性を制御して目的とする回転車軸の損傷音の分離が行なわれる。

特開２００６−１５３５４７号公報

ブリュエル・ケアー マガジン（ブリュエル・ケアー本社発行２００４年１号）

上記したように、例えば、鉄道車両を例にとると、車軸軸受（軸箱）の損傷に起因する損傷衝撃音間隔（周波数）に相当するピークは、走行速度、車輪径、軸受型式などから特定され得る。すなわち、複数の回転車軸を有する回転車軸群では、どの回転車軸からも類似の損傷衝撃音が発生し得るため、損傷がどの回転車軸で生じたかを特定することは困難であった。その一方で、回転車軸群に含まれる各回転車軸で発生する音を順次、断続的にマイクロフォンで収集すると、各収音データが短く、異音を分離して回転車軸に生じた損傷を検知することは困難であった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のいずれに損傷を生じたかを検出することのできる異音検出方法及び検出装置の提供を目的とする。

本発明による回転車軸からの異音検出方法は、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のそれぞれからの異音を検出する方法であって、前記回転車軸毎の通過を検知し通過信号を生成する通過検知装置と、前記回転車軸から発生する音を集音し集音データを作成する集音装置と、を一対とした測定ユニットの複数を前記移動経路に沿って所定間隔で配置するステップと、前記測定ユニットのそれぞれから収集された前記集音データから、前記回転車軸のうちの１つを特定する前記通過信号に対応した所定時間分の集音データを切り取ってこれをつなぎ合わせて合成集音データを作成するステップと、前記合成集音データの周波数分布を解析する解析ステップと、を含むことを特徴とする。

かかる発明によれば、複数の回転車軸を有する回転車軸群のうち、特定の回転車軸の発生する音を効率よく合成集音データに取り込み、且つ、測定ユニットを複数与えることで、合成集音データを長くして該回転車軸から生ずる音をより分離しやすくできる。すなわち、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のいずれに損傷を生じたかを検出することができるのである。

上記した発明において、前記回転車軸群は鉄道車両の台車装置であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、移動経路に沿って移動している鉄道車両の台車装置の回転車軸のいずれに損傷を生じたかを検出することができるのである。

上記した発明において、前記通過検知装置は線路近傍に取り付けられたセンサを含み、前記集音装置は前記センサに向けて取り付けられた集音マイクであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、複数の回転車軸を有する回転車軸群のうち、特定の回転車軸の発生する音を効率よく合成集音データに取り込むことができる。よって、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のいずれに損傷を生じたかを精度よく検出することができるのである。

前記集音マイクは単一指向性のパラボラマイクであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、特定の回転車軸の発生する音を精度よく合成集音データに取り込むことができる。よって、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のいずれに損傷を生じたかをより高い精度で検出することができるのである。

本発明による回転車軸からの異音検出装置は、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のそれぞれからの異音を検出する装置であって、前記回転車軸毎の通過を検知し通過信号を生成する通過検知装置と、前記回転車軸から発生する音を集音し集音データを作成する集音装置と、を一対とした測定ユニットの複数と、前記測定ユニットのそれぞれから収集された前記集音データから、前記回転車軸のうちの１つを特定する前記通過信号に対応した所定時間分の集音データを切り取ってこれをつなぎ合わせて合成集音データを作成する合成集音データ作成装置と、前記合成集音データの周波数分布を解析する解析装置と、を含むことを特徴とする。

かかる発明によれば、複数の回転車軸を有する回転車軸群のうち、特定の回転車軸の発生する音を効率よく合成集音データに取り込み、且つ、測定ユニットを複数与えることで、該回転車軸からの生ずる音をより分離しやすくできる。すなわち、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のいずれに損傷を生じたかを検出することができるのである。

前記回転車軸群は鉄道車両の台車装置であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、移動経路に沿って移動している鉄道車両の台車装置の回転車軸のいずれに損傷を生じたかを検出することができるのである。

前記通過検知装置は線路近傍に取り付けられたセンサを含み、前記集音装置は前記センサに向けて取り付けられた集音マイクであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、複数の回転車軸を有する回転車軸群のうち、特定の回転車軸の発生する音を効率よく合成集音データに取り込むことができる。よって、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のいずれに損傷を生じたかを精度よく検出することができるのである。

前記集音マイクは単一指向性のパラボラマイクであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、特定の回転車軸の発生する音を精度よく合成集音データに取り込むことができる。よって、移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のいずれに損傷を生じたかをより高い精度で検出することができるのである。

本発明による異音検出装置のブロック図である。 本発明による異音検出装置の配置例を示す図である。 本発明による異音検出装置に入力される信号のタイムチャートである。 本発明による異音検出装置で作成される合成集音データの図である。 本発明による異音検出方法を示す工程図である。

本発明の１つの実施例である異音検出装置について、図１乃至図４を用いて、その詳細を説明する。

図１に示すように、異音検出装置１は、測定ユニットＵ１〜Ｕｎと、合成集音データ作成装置５と解析装置６とを含む。異音検出装置１は、移動経路に沿って移動する回転車軸の発生する音を集音してその異音を検出するための装置である。

図２に示すように、例えば、異音検出装置１は、移動経路であるレール１０上を通過する鉄道車両の台車装置に含まれる回転車軸群２の発生する音から異音を検出するために用いられる。回転車軸群２は回転車軸３ａ、３ｂ及びその他の図示しない回転車軸を含み、回転車軸３ａ、３ｂはそれぞれ車輪４ａ、４ｂの車軸である。

測定ユニットＵ１〜Ｕｎは、それぞれ対応する符号の通過検知装置Ｋ１〜Ｋｎと集音装置Ｍ１〜Ｍｎとを含む。測定ユニットＵ１〜Ｕｎは、レール１０に沿ってそれぞれ所定間隔で配置される。

通過検知装置Ｋ１〜Ｋｎは、回転車軸毎の通過に合わせて通過信号を生成し、出力するセンサーである。例えば、レール１０上を通過する物体を検知するようにレール１０近傍に取り付けられた赤外線センサなどである。この場合、車輪４ｂの通過の検知を回転車軸３ｂの通過の検知と定義する。つまり、回転車軸群２のうちの特定の回転車軸の通過を検知できる。

集音装置Ｍ１〜Ｍｎは、音を収集してこれを電気信号に変換することのできる装置であって、例えば、レール１０上を通過する回転車軸群２の音を集音し、これを音声信号として後述する合成集音データ作成装置５に出力できる集音マイクなどからなる。

ここで測定ユニットＵ１に含まれる集音装置Ｍ１及び通過検知装置Ｋ１の位置関係について説明する。

集音装置Ｍ１は、通過検知装置Ｋ１において所定の回転車軸の通過を検知すると同時にその検知位置（集音位置）でこの回転車軸の発生する音を効率よく集音できるように設置されている。つまり、通過検知装置Ｋ１の直上を集音位置として、通過検知装置Ｋ１に集音マイクを向けて、レール１０の脇に集音装置Ｍ１が設置される。

なお、集音装置Ｍ１は単一指向性のパラボラマイクであってもよい。パラボラマイクであれば、その反射板により集音位置からの音だけを選択的に収集できて、効率よい集音が可能となる。

通過検知装置Ｋ１が回転車軸群２のうちの１つの回転車軸、例えば回転車軸３ｂを検知すると、その時刻に回転車軸３ｂは集音装置Ｍ１の集音位置にある。すなわち、通過検知装置Ｋ１の回転車軸３ｂを検知した時刻から、集音装置Ｍ１が回転車軸３ｂの発生する音を効率よく集音できる時間帯、すなわち回転車軸３ｂの音成分の大きな時間帯を求めることができる。測定ユニットＵ２〜Ｕｎの通過検知装置Ｋ２〜Ｋｎ及び集音装置Ｍ２〜Ｍｎもそれぞれ同様に設置される。

合成集音データ作成装置５は、測定ユニットＵ１〜Ｕｎのそれぞれの通過検知装置Ｋ１〜Ｋｎ及び集音装置Ｍ１〜Ｍｎとそれぞれ通過信号及び音声信号を受信するように接続されている。

図３に示すように、合成集音データ作成装置５は、測定ユニットＵ１から収集された集音データＤＭ１から、回転車軸３ｂが集音位置を通過した時刻を基準として所定時間の幅で切り取った通過時データｄｍ１を作成できる。回転車軸３ｂが集音位置を通過した時刻は、測定ユニットＵ１から収集された通過信号ｄｋ１を含む複数の通過信号と時刻とを対応付けた通過信号データＤＫ１より求めることができる。合成集音データ作成装置５は、同様に測定ユニットＵ２〜Ｕｎから収集された集音データＤＭ２〜ＤＭｎより通過時データｄｍ２〜ｄｍｎを作成できる。

図４に示すように、合成集音データ作成装置５は、通過時データｄｍ１〜ｄｍｎをつなぎ合わせて合成集音データＤｍｔを作成できる。合成集音データＤｍｔは、回転車軸３ｂの発生する音を効率よく集音できる時間帯の音をつなぎ合わせたものとなる。このような、合成集音データＤｍｔは、通過時データＤｍ１〜Ｄｍｎを切り取った所定時間の幅と、通過時データＤｍ１〜Ｄｍｎの数ｎに応じて、そのデータ長を長くできる。つまり、測定ユニットＵ１〜Ｕｎの数を適宜設定することで、効率よく集音できる時間帯の音のみをつなぎ合わせて合成集音データＤｍｔのデータ長を所望の長さとすることができる。なお、合成集音データ作成装置５の動作の詳細については後述する。

解析装置６は、合成集音データＤｍｔについて、ＦＦＴ解析などの公知の周波数分析を行う装置である。異音の特定周波数帯域を抽出して分析することで、回転車軸３ｂの発生する音から異音があった場合にこれを検出できる。つまり、回転車軸３ｂの損傷を検出できる。

回転車軸３ｂ以外の回転車軸についても、回転車軸３ｂと同様に、合成集音データ作成装置５によって、それぞれの車軸に対応した合成集音データを作成し、これを解析装置６によって周波数分析を行って異音の検出ができる。なお、合成集音データ作成装置５及び解析装置６は、例えば１台のパーソナルコンピュータのような１台の装置であってもよい。

次に異音検出装置１の使用方法及び動作について図５に沿って詳細を説明する。

図１及び図２を併せて参照すると、測定ユニット配置ステップ（Ｓ１）では、測定ユニットＵ１〜Ｕｎはレール１０の近傍にこれに沿って所定間隔で配置される。ここで後述する周波数分析で特定の周波数帯域にある異音をより容易に分離できるよう、測定ユニットＵ１〜Ｕｎの間隔は互いに離して配置することが好ましい。これにより、例えば、通過時データｄｍ１〜ｄｍｎのそれぞれに含まれる特定周波数の異音以外の音、つまりバックグラウンドノイズは互いに異なって含まれるから、バックグラウンドノイズを明瞭に区別できるようになるのである。

回転車軸群２がレール１０の上を矢印方向へ向けて移動すると、通過検知装置Ｋ１は車輪４ａ及び４ｂを順次、検知し、回転車軸３ａ及び３ｂの通過を示す通過信号を合成集音データ作成装置５へ出力する。通過検知装置Ｋ２〜Ｋｎも同様に回転車軸３ａ及び３ｂの通過を示す通過信号を合成集音データ作成装置５へ出力する。一方、集音装置Ｍ１は、音を収集しこれに対応した音声信号を合成集音データ作成装置５へ常に出力し続ける。集音装置Ｍ２〜Ｍｎも同様に音声信号を合成集音データ作成装置５へ出力し続ける。

更に図３を併せて参照すると、合成集音データ作成ステップ（Ｓ２）では、合成集音データ作成装置５において、通過検知装置Ｋ１から受信した回転車軸３ｂの通過に対応する通過信号ｄｋ１を含む通過信号ｄｋのそれぞれについて、時刻と対応付けた通過時刻データＤＫ１を作成し保存する。合成集音データ作成装置５は、同様に、通過検知装置Ｋ２〜Ｋｎより受信した、回転車軸３ｂの通過に対応する通過信号ｄｋ２〜ｄｋｎを含む通過信号より通過時刻データＤＫ２〜ＤＫｎを作成し保存する。

また、合成集音データ作成装置５は、集音装置Ｍ１より受信した音声信号に対応する集音データＤＭ１を作成し、時刻と対応付けて保存する。ここで集音データＤＭ１は、最初の回転車軸の通過信号よりも所定時間だけ前の時刻の音声信号を含めて作成する。つまり、合成集音データ作成装置５は、受信した音声信号を順次、バッファ（補助記憶装置）に一時的に記憶させ、これを常に更新しながら通過信号の受信を待機する。最初の通過信号を受信すると、この時刻から所定時間前までに受信した音声信号をバッファから取り出して、これを含めてそれ以後の音声データと合わせ集音データＤＭ１を作成できる。合成集音データ作成装置５は、同様に、集音装置Ｍ２〜Ｍｎより受信した音声信号からそれぞれ集音データＤＭ２〜ＤＭｎを作成し、それぞれ時刻と対応付けて保存する。

次に、合成集音データ作成装置５は、回転車軸３ｂの通過に対応する通過信号ｄｋ１に対応する時刻、すなわち集音位置の通過時刻の前後に所定時間の幅で集音データＤＭ１を切り取って通過時データｄｍ１を作成する。同様に、回転車軸３ｂの通過に対応する通過信号ｄｋ２〜ｄｋｎに対応するそれぞれの時刻から所定時間の幅で集音データＤＭ２〜ＤＭｎを切り取って、通過時データｄｍ２〜ｄｍｎを作成する。

さらに、図４に示すように、合成集音データ作成装置５は、通過時データｄｍ１〜ｄｍｎをつなぎ合わせて合成集音データＤｍｔを作成する。合成集音データＤｍｔは、集音装置Ｍ１〜Ｍｎの集音位置を回転車軸３ｂが通過するときに発生する音に対応する音声データをつなぎ合わせたものである。つまり、合成集音データＤｍｔは、回転車軸３ｂの発生する音を効率よく集音できる時間帯に収集した音声データの集合体である。

合成集音データ解析ステップ（Ｓ３）では、合成集音データＤｍｔの周波数分布を解析装置６によって解析する。解析については、ＦＦＴを用いるなど、公知の方法を使用できるが、ここでは詳述しない。

合成集音データ解析ステップ（Ｓ３）における周波数分布の解析により、回転車軸３ｂが異音を発生していた場合、これを検出し、その損傷を検出できる。また、他の回転車軸についても、同様に、解析装置６によって解析を行い、回転車軸毎の損傷を検出できる。また、通過時データｄｍ１〜ｄｍｎの作成において、集音データＤＭ１〜ＤＭｎを切り取る所定時間の幅を修正したり、時間窓としてハミング窓やハニング窓を使用して、合成集音データＤｍｔを作成し、より精度の高い解析結果を得ることも可能である。また、例えば、回転車軸３ｂの発生する音成分がバックグラウンドノイズに対して大きくなる時間帯などのように、特定の時間帯を選択して集音データＤＭ１〜ＤＭｎを切り取ってもよい。

本実施例によれば、回転車軸群２のうち、例えば回転車軸３ｂなどの特定の回転車軸が集音位置の近傍にある時間帯に発生する音から合成集音データを作成できる。よって、特定の回転車軸の発生する音成分を効率よく収集できる時間帯に収集した音情報を合成集音データに取り込み、且つこのような合成集音データのデータ長を長くできるから、該回転車軸から生ずる異音をより分離しやすくできる。すなわち、移動経路に沿って移動している回転車軸群２について、これに含まれる該回転車軸のそれぞれについて、損傷を生じているかを検出できる。

また、集音装置Ｍ１〜Ｍｎは、集音位置において回転車軸の発生する音を効率よく集音できるように、それぞれ通過検知装置Ｋ１〜Ｋｎに集音マイクを向けて設置される。よって、回転車軸群２のうち、特定の回転車軸の発生する音を効率よく収集して合成集音データＤｔｍに取り込むことができ、回転車軸群２のうちのいずれに損傷を生じたかを精度よく検出することができる。さらに、かかる集音マイクが単一指向性のパラボラマイクであれば、回転車軸群２のうちのいずれに損傷を生じたかをより高い精度で検出することができる。

以上、本発明による代表的実施例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した請求項の範囲を逸脱することなく種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１ 異音検出装置
２ 回転車軸群
３ａ、３ｂ 回転車軸
４ａ、４ｂ 車輪
５ 合成集音データ作成装置
６ 解析装置
１０ レール
Ｋ１〜Ｋｎ 通過検知装置
Ｍ１〜Ｍｎ 集音装置
ＤＫ１〜ＤＫｎ 通過時刻データ
ＤＭ１〜ＤＭｎ 集音データ
ｄｋ、ｄｋ１〜ｄｋｎ 通過信号
Ｄｍ１〜Ｄｍｎ 通過時データ
Ｄｍｔ 合成集音データ

Claims (8)

1. 移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のそれぞれからの異音を検出する方法であって、
   前記回転車軸毎の通過を検知し通過信号を生成する通過検知装置と、前記回転車軸から発生する音を集音し集音データを作成する集音装置と、を一対とした測定ユニットの複数を前記移動経路に沿って所定間隔で配置するステップと、
   前記測定ユニットのそれぞれから収集された前記集音データから、前記回転車軸のうちの１つを特定する前記通過信号に対応した所定時間分の集音データを切り取ってこれをつなぎ合わせて合成集音データを作成するステップと、
   前記合成集音データの周波数分布を解析する解析ステップと、を含むことを特徴とする移動している回転車軸からの異音検出方法。
2. 前記回転車軸群は鉄道車両の台車装置であることを特徴とする請求項１記載の異音検出方法。
3. 前記通過検知装置は線路近傍に取り付けられたセンサを含み、前記集音装置は前記センサに向けて取り付けられた集音マイクであることを特徴とする請求項２記載の異音検出方法。
4. 前記集音マイクは単一指向性のパラボラマイクであることを特徴とする請求項３記載の異音検出方法。
5. 移動経路に沿って移動している少なくとも複数の回転車軸を有する回転車軸群についてこれに含まれる該回転車軸のそれぞれからの異音を検出する装置であって、
   前記回転車軸毎の通過を検知し通過信号を生成する通過検知装置と、前記回転車軸から発生する音を集音し集音データを作成する集音装置と、を一対とした測定ユニットの複数と、
   前記測定ユニットのそれぞれから収集された前記集音データから、前記回転車軸のうちの１つを特定する前記通過信号に対応した所定時間分の集音データを切り取ってこれをつなぎ合わせて合成集音データを作成する合成集音データ作成装置と、
   前記合成集音データの周波数分布を解析する解析装置と、を含むことを特徴とする移動している回転車軸からの異音検出装置
6. 前記回転車軸群は鉄道車両の台車装置であることを特徴とする請求項５記載の異音検出装置。
7. 前記通過検知装置は線路近傍に取り付けられたセンサを含み、前記集音装置は前記センサに向けて取り付けられた集音マイクであることを特徴とする請求項６記載の異音検出装置。
8. 前記集音マイクは単一指向性のパラボラマイクであることを特徴とする請求項７記載の異音検出装置。