JP2017032395A - 振動解析装置および異常診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの要求に応じて振動データを聞くことができる振動解析装置を提供する。【解決手段】振動解析装置は、表示部と、音声出力部と、入力部と、制御部とを備える。入力部は、ユーザからの入力を受ける。制御部は、被測定物に取り付けられた振動センサによって測定されたデータに基づくグラフを表示部に表示する。制御部は、ユーザによる入力部への入力に応じて、表示部に表示されたグラフに対応する音を音声出力部から出力する。【選択図】図４

Description

この発明は、振動解析装置、および振動解析装置を備える異常診断システムに関する。

従来から、被測定物の状態を知るために、被測定物に取り付けた振動センサからのデータ（以下では「振動データ」ともいう。）を利用することが知られている。特開２００１−３９３０４号公報（特許文献１）には、鉄道車両が接近した場合にレールを伝わる振動を、レールに取り付けた振動センサで測定し、測定されたデータを音に変換してスピーカから発することにより、鉄道車両の接近を作業者全員に知らせる車両接近警報装置が開示されている。

特開２００１−３９３０４号公報

振動データを利用して被測定物の状態を解析する装置である振動解析装置が知られている。振動解析装置においては振動センサからのデータに基づき、たとえばトレンドグラフ、あるいはスペクトルのようなグラフが表示される場合がある。

被測定物に振動が発生した場合には、その振動音を聞くことにより振動の原因を特定できることが経験的に知られている。したがって、振動データを音に変換してその音を聞くことにより、被測定物の状態をある程度把握することができる可能性がある。たとえば、グラフの形状によっては被測定物の状態を把握しにくい場合に、ユーザの要求に応じて振動データを音に変換してその音を聞くことにより、より効果的な解析が可能になる。

特開２００１−３９３０４号公報（特許文献１）に開示されている車両接近警報装置において振動データを音に変換するのは、鉄道車両の接近を作業者に知らせるためである。ユーザの要求に応じて振動データを音に変換しているわけではないため、レールの状態の解析を効果的に行なうことになるとは限らない。

この発明の目的は、ユーザの要求に応じて振動データを聞くことができる振動解析装置を提供することである。

この発明は要約すると、表示部と、音声出力部と、入力部と、制御部とを備える振動解析装置である。入力部は、ユーザからの入力を受ける。制御部は、被測定物に取り付けられた振動センサによって測定されたデータに基づくグラフを表示部に表示する。制御部は、ユーザによる入力部への入力に応じて、表示部に表示されたグラフに対応する音を音声出力部から出力する。

好ましくは、制御部は、ユーザによる入力部への入力によって指定されたグラフの部分に対応する音を音声出力部から出力する。

好ましくは、振動解析装置は、データが保存される記憶部をさらに備える。制御部は、ユーザによって入力部に入力されたグラフに関連する情報を、グラフに対応するデータに関連付けて記憶部に保存する。

好ましくは、振動解析装置は、通信部をさらに備える。制御部は、通信部を介して振動解析装置とは別の装置からデータを受信する。

この発明の別の態様は要約すると、上記の振動解析装置と、振動センサと、データ収集装置とを備える異常診断システムである。振動センサは、被測定物に取り付けられ、被測定物の振動を測定する。データ収集装置は、振動センサからデータを受け、振動解析装置にデータを送信する。

この発明によれば、ユーザの要求に応じて振動データを音に変換することにより、振動データを聞くことができる。その結果、より効果的な解析を行なうことができる。

実施の形態に従う異常診断システムが使用される一例である風力発電装置１０を説明するための図である。 異常診断システムの機能を説明するための機能ブロック図である。 表示部にトレンドグラフが表示されている様子を示す図である。 図３の状態において音出力ボタンＧＵＩが押下された場合に図２の制御部において行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図３の状態においてデータベース登録ボタンＧＵＩが押下された場合に図２の制御部において行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。 登録情報入力ダイアログを示す図である。 図３の状態において周波数分析ボタンＧＵＩが押下された場合に図２の制御部において行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。 表示部にスペクトルが表示されている様子を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、実施の形態に従う異常診断システム２００が使用される一例である風力発電装置１０を説明するための図である。図１に示されるように、風力発電装置１０は、ロータヘッド２０と、主軸２２と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機４５と、主軸受６０と、ナセル９０と、タワー３００とを備える。

異常診断システム２００は、振動解析装置１００と、振動センサ２０１と、データ収集装置２０２とを備える。

増速機４０、発電機４５、主軸受６０、振動センサ２０１、およびデータ収集装置２０２は、ナセル９０に格納される。

タワー３００の上端部には、ナセル９０が設けられている。風力発電装置１０は、地上に固定されたタワー３００に対して、風向に応じてナセル９０を回転させるヨー（ｙａｗ）運動を行なうことが可能に構成されている。好ましくは、アップウィンド型風力発電機では風上に、ダウンウィンド型風力発電機では風下に、ブレード３０側が位置するようにナセル９０が回転される。

ロータヘッド２０は主軸２２の先端部分に接続されている。ロータヘッド２０には複数のブレード３０が取り付けられている。

ブレード３０は、主軸２２の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２２に伝達する。

主軸２２は、ロータヘッド２０からナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続され、主軸受６０によって回転自在に支持される。そして、主軸２２は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。

主軸受６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２２を回転自在に支持する。主軸受６０は、転がり軸受によって構成される。主軸受６０は、たとえば、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。

増速機４０は、主軸２２と発電機４５との間に設けられ、主軸２２の回転速度を増速して発電機４５へ出力する。一例として、増速機４０は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。なお、特に図示しないが、この増速機４０内にも、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。

発電機４５は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機４５は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機４５内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。

図２は、異常診断システム２００の機能を説明するための機能ブロック図である。図２に示されるように、異常診断システム２００は、振動解析装置１００と、振動センサ２０１と、データ収集装置２０２とを備える。

振動センサ２０１は、たとえば加速度センサを含む。振動センサ２０１は被測定物５０に取り付けられる。振動センサ２０１は、測定したデータをデータ収集装置２０２へ出力する。

データ収集装置２０２は、振動センサ２０１から受けたデータを振動解析装置１００に無線または有線で送信する。

振動解析装置１００は、制御部１１０と、記憶部１２０と、通信部１３０と、表示部１４０と、入力部１５０と、スピーカ１６０とを備える。

制御部１１０は、振動解析装置１００を統合的に制御する。制御部１１０は、図示はしないがＣＰＵ（Central Processing Unit）および記憶素子を含む。記憶素子は、たとえばＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）またはＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）である。

記憶部１２０は、制御部１１０に読み出されて実行されるＯＳ（Operating System）、各種アプリケーションのプログラム（たとえば振動解析ソフトウェア）、および当該プログラムによって使用される各種データ（たとえば振動データ）を保存する。記憶部１２０は、たとえば、不揮発性の半導体メモリであるフラッシュメモリ、または記憶装置であるＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含んでもよい。

通信部１３０は、データ収集装置２０２から振動データを無線または有線で受信し、制御部１１０へ出力する。制御部１１０は、通信部１３０から受けた振動データを記憶部１２０に保存する。

表示部１４０は、制御部１１０から受信した信号に基づいて表示を行なう。たとえば、制御部１１０は、振動解析ソフトウェアを実行して記憶部１２０から振動データを読み出し、表示部１４０にこの振動データに基づいて、トレンドグラフ、あるいはスペクトルのようなグラフを表示する。表示部１４０は、たとえば液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイなどから構成される。

入力部１５０は、ユーザからの入力を受け付け、制御部１１０にその入力に基づく信号を送信する。ユーザは入力部１５０からたとえば振動解析ソフトウェアのようなアプリケーションに入力を行なうことができる。

被測定物５０に振動が発生した場合には、その振動音を聞くことにより振動の原因を特定できることが経験的に知られている。振動データを音に変換して、その音を聞くことにより、被測定物５０の状態をある程度把握することができる可能性がある。したがって、グラフの形状によっては被測定物５０の状態を把握しにくい場合に、ユーザの要求に応じて振動データを音に変換してその音を聞くことにより、より効果的な解析が可能になる。

そこで実施の形態に従う振動解析装置１００においては、ユーザの指定した範囲に含まれるグラフに対応する振動データを音データに変換し、スピーカ１６０から再生する。

図３は、表示部１４０にトレンドグラフＧ１が表示されている様子を示す図である。表示部１４０の右上に、音出力ボタンＧＵＩ（Graphical User Interface）１４１、データベース登録ボタンＧＵＩ１４２、および周波数分析（ＦＦＴ解析）ボタンＧＵＩ１４３が表示されている。これらのボタンＧＵＩは、ユーザによって指定された範囲に含まれるトレンドグラフＧ１の部分に対応する振動データについて、それぞれ音出力，データベース登録，周波数解析を行なう。図３においては、ユーザによって範囲Ｒ１が指定されている。

図４は、図３の状態において音出力ボタンＧＵＩ１４１が押下された場合に図２の制御部１１０において行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。図４に示されるように、制御部１１０は、ステップＳ１１において範囲Ｒ１に含まれるグラフに対応するデータを抽出し、処理をステップＳ１２へ進める。制御部１１０は、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で抽出したデータを音データに変換して処理をステップＳ１３へ進める。制御部１１０は、ステップ１３において音データをスピーカ１６０から再生し、処理を終了する。音データの再生はリピート再生であってもよい。

図５は、図３の状態においてデータベース登録ボタンＧＵＩ１４２が押下された場合に図２の制御部１１０において行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。図５に示されるように、制御部１１０は、ステップＳ２１において登録情報入力ダイアログを表示部１４０に表示し、処理をステップＳ２２へ進める。

制御部１１０は、ステップＳ２２において、登録情報入力ダイアログのキャンセルボタンＧＵＩが押下されたか否か判定する。キャンセルボタンＧＵＩが押下された場合（Ｓ２２においてＹＥＳ）、制御部１１０は、処理をステップＳ２５へ進める。制御部１１０は、ステップＳ２５において登録情報入力ダイアログを閉じて処理を終了する。

キャンセルボタンＧＵＩが押下されていない場合（Ｓ２２においてＮＯ）、制御部１１０は処理をステップＳ２３へ進める。制御部１１０は、ステップＳ２３においてＯＫボタンＧＵＩが押下されたか否かを判定する。ＯＫボタンＧＵＩが押下されていない場合（Ｓ２３においてＮＯ）、制御部１１０はステップＳ２２に処理を戻す。ＯＫボタンＧＵＩが押下された場合（Ｓ２３においてＹＥＳ）、制御部１１０は処理をステップＳ２４へ進める。

制御部１１０はステップＳ２４において登録情報入力ダイアログにおいて入力された情報を、図３に表示されているトレンドグラフＧ１に対応する振動データと関連付けて記憶部１２０のデータベースに登録し、処理をステップＳ２５へ進める。制御部１１０は、ステップＳ２５において登録情報入力ダイアログを閉じて処理を終了する。

図６は、登録情報入力ダイアログＤ１を示す図である。登録情報入力ダイアログＤ１は、図５のステップＳ２１において表示されるものである。図６に示されるように、登録情報入力ダイアログＤ１においては、被測定物、異常の有無、および振動の発生源を登録することができる。図６に示される登録情報入力ダイアログＤ１は一例であり、データベースに登録可能な情報は被測定物、異常の有無、および音の発生源に限定されるものではない。

図７は、図３の状態において周波数分析ボタンＧＵＩ１４３が押下された場合に図２の制御部１１０において行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。図７に示されるように、制御部１１０は、ステップＳ３１において範囲Ｒ１に含まれるグラフに対応するデータを抽出し、処理をステップＳ３２へ進める。制御部１１０は、ステップＳ３２において、ステップＳ３１で抽出したデータに対してＦＦＴ解析を行ない、処理をステップＳ３３へ進める。制御部１１０は、ステップＳ３３において、ＦＦＴ解析の結果をスペクトルとして表示部１４０に表示し、処理を終了する。

図８は、表示部１４０にスペクトルＧ２が表示されている様子を示す図である。図８に示されるように、表示部１４０の右上に、音出力ボタンＧＵＩ（Graphical User Interface）１４１、データベース登録ボタンＧＵＩ１４２が表示されている。図８においては、ピークＰ１〜Ｐ４が表示され、それぞれのピークに対応する周波数ｆ１〜ｆ４が示されている。図８においては、ユーザによって範囲Ｒ２が指定されている。範囲Ｒ２にはピークＰ１が含まれている。この状態で音出力ボタンＧＵＩ１４１またはデータベース登録ボタンＧＵＩ１４２が押下された場合、ユーザによって指定された範囲Ｒ２に対応するデータがフィルタ処理などによって抽出され、それぞれ図４，図５に示された処理が実行される。

以上のように、実施の形態による振動解析装置１００によれば、ユーザの要求に応じて振動データを音に変換することにより、振動データを聞くことができる。その結果、より効果的な解析を行なうことができる。

また、実施の形態においては、振動データに関する情報をデータベースに登録することができる。その結果、音出力した振動データに対するユーザの判断をデータベースに蓄積することができ、他のユーザがその情報を利用することができる。たとえば、振動解析ソフトウェアによって表示したグラフと形状が類似する振動データがデータベースに登録されていれば、解析を行なおうとしている振動データの発生源、および異常の有無を予測ことができる。

さらに、音出力した結果、振動解析には不要であると判断した部分を振動データから取り除くことにより、その後の解析の精度を向上させることができる。

実施の形態においては、異常診断システムの被測定物が風力発電装置の場合を説明した。被測定物は、風力発電装置に限定されるものではない。被測定物は、振動センサを被測定物に取り付けることにより異常が診断されるものであればどのような態様のものでもよい。被測定物は、たとえば、上下水道設備、コンプレッサー、砕石設備、製紙設備、あるいは鉄鋼設備であってもよい。

振動センサは加速度センサを含むものに限られるものではなく、たとえば速度センサや非接触変位センサのように振動を測定可能であればどのような態様のものであっても構わない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 風力発電装置、２０ ロータヘッド、２２ 主軸、３０ ブレード、４０ 増速機、４５ 発電機、５０ 被測定物、６０ 主軸受、９０ ナセル、１００ 振動解析装置、１１０ 制御部、１２０ 記憶部、１３０ 通信部、１４０ 表示部、１５０ 入力部、１６０ スピーカ、２００ 異常診断システム、２０１ 振動センサ、２０２ データ収集装置、３００ タワー。

Claims (5)

1. 表示部と、
   音声出力部と、
   ユーザからの入力を受ける入力部と、
   被測定物に取り付けられた振動センサによって測定されたデータに基づくグラフを前記表示部に表示する制御部とを備え、
   前記制御部は、ユーザによる前記入力部への入力に応じて、前記表示部に表示されたグラフに対応する音を前記音声出力部から出力する、振動解析装置。
2. 前記制御部は、ユーザによる前記入力部への入力によって指定された前記グラフの部分に対応する音を前記音声出力部から出力する、請求項１に記載の振動解析装置。
3. 前記データが保存される記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、ユーザによって前記入力部に入力された前記グラフに関連する情報を、前記グラフに対応する前記データに関連付けて前記記憶部に保存する、請求項１に記載の振動解析装置。
4. 通信部をさらに備え、
   前記制御部は、前記通信部を介して前記振動解析装置とは別の装置から前記データを受信する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の振動解析装置。
5. 請求項４に記載の振動解析装置と、
   被測定物に取り付けられ、前記被測定物の振動を測定する振動センサと、
   前記振動センサからデータを受け、前記振動解析装置に前記データを送信するデータ収集装置とを備える、異常診断システム。

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