JP2019032269A - 機械音測定装置、機械音再生装置、および、体験教育方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械管理者の学習効率を向上させる。【解決手段】対象機器１９９に一端部を押し当てる第一聴音棒１１０と、押し当てた第一聴音棒１１０を介して対象機器１９９の振動を信号に変換する振動信号変換器１２０とを備える機械音測定装置１００。対象機器１９９の音に関する振動を、第一聴音棒１１０を介して測定された信号に基づき振動を再生する振動発生装置２１０を備える機械音再生装置２００。【選択図】図３

Description

本願発明は、機械が発する音を振動として測定する機械音測定装置、測定された信号に基づき機械音を再現する機械音再生装置、および、体験教育方法に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、測定された音をコンピュータで分析することにより、回転や摺動する機構を備える機械の異常を検出することが行われている。

しかしながら、船舶の機関室のように多数の機械が密集している場所において機械の異常を検出するには、測定する音に多数の機械の音が混ざるためコンピュータによる分析が困難であり、また、多数の機械それぞれにセンサを取り付ける必要があるため現実的ではない。

したがって、現在でも人間が定期的に機械の音を聴いたり、機械に手で触れて振動や温度を確認したりすることにより、五感を使って機械の異常の発生を検出している。

特開２０１６−５７２５０号公報

ところが、五感を使った異常発生の診断は、実機における豊富な経験、特に実機に異常が発生した状態を多く経験することが必要になるが、実機に異常が発生することは希であるため、作業者に多くの体験をさせるには長期間が必要となる。

本願発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、機械の音による振動を正確に再現し、作業者に聴音に基づく診断を経験させるための機械音測定装置、機械音再生装置、および、体験教育方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明の１つである機械音測定装置は、音に関する振動を測定する対象である対象機器に一端部を押し当てる第一聴音棒と、押し当てた前記第一聴音棒を介して前記対象機器の振動を信号に変換する振動信号変換器と、前記振動信号変換器により得られる信号を保存する記憶装置とを備えることを特徴とする。

これにより、対象機器に押し当てた第一聴音棒に基づき音に関係する振動を測定するため、機械の異常診断に必要な音の情報を正確に測定することができる。また、聴音棒を介して対象機器の音に関連する振動を信号として取得するため、近傍で他の機械が動作している場合でも、正確に対象機器の振動を取得することが可能となる。

また、前記第一聴音棒を前記対象機器に押し当てる力である第一押圧力を測定する第一押圧力測定装置を備えてよい。

これによれば、安定した条件で音に関する振動を測定し、収集することが可能となる。

また、前記第一聴音棒の他端部に当接し、前記振動信号変換器を保持する、少なくとも人の耳部分を模したダミーを備えてもよく、さらに、前記ダミーは、前記第一聴音棒の他端部に当接するダミー軟骨を備えてもよい。

これによれば、実際に人間が聴音棒を介して聴き取っている音として機械の振動を測定することができる。

また、前記第一聴音棒が押し当てられる部分近傍の対象機器の温度を測定する測温装置を備え、前記記憶装置は、前記測温装置により得られる温度情報を保存してもよい。

これによれば、音ばかりでなく温度の情報を測定することができ、機械音と共に温度も再現させることが可能となる。

上記目的を達成するために、本願発明の他の１つである機械音再生装置は、対象機器の音に関する振動を、第一聴音棒を介して測定された信号に基づき振動を再生する振動発生装置を備える。

これによれば、聴音棒を介して測定された信号に基づき振動を再現するため、当該振動を、聴音棒を介して聴くことにより実機から得られる音を擬似的に体験させることが可能となる。

また、前記振動発生装置に第二聴音棒を押し当てる力である押圧力を測定する第二押圧力測定装置を備えてもよい。

これによれば、測定された機械音を安定した状態で再生することができ、実際の作業と同じ環境で模擬的に機械音を聴くことができる。

また、前記振動発生装置は、スピーカであってもよい。これによれば、聴音棒を用いなくても機械音を聴かせることができる。従って例えば、多数の人に同時に機械音を聴かせることができ、機械音を聴きながら音の特性などの説明をすることができる。

また、前記第一聴音棒が押し当てられる部分近傍の対象機器の測温装置により測定された温度情報に基づき温度を再現する温度再現装置を備えてもよい。

これによれば、音ばかりでなく温度についても擬似的に体験させることができる。

上記目的を達成するために、本願発明の他の１つである体験教育方法は、上記機械音測定装置、および、上記機械音再生装置を用いた体験教育方法であって、音声的振動を測定する対象である対象機器に前記第一聴音棒を押しつけ、前記対象機器の正常時の振動、および、異常時の振動を、前記第一聴音棒を介し前記振動信号変換器にて信号に変換し、正常時の振動に対応する正常時信号、および、異常時の振動に対応する異常時信号を前記記憶装置に保存し、前記記憶装置に保存された正常時信号、または、異常時信号に基づき前記振動発生装置により振動を発生させて被験者に振動を聴かせることを特徴とする。

これにより、正常状態の機械音と異常状態の機械音とを擬似的に体験させることができ、短期間で聴音による機械の診断を習得させることが可能となる。

なお、前記体験教育方法が含む各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを実施することも本願発明の実施に該当する。無論、そのプログラムが記録された記録媒体を実施することも本願発明の実施に該当する。

本願発明によれば、対象機器の異常時や正常時の振動等に関するデータを正確に取得することができ、蓄積したデータに基づき振動を正確に再現することができる。従って、正確に機械の音に関する振動を擬似的に経験させることができる。

実施の形態１に係る機械音測定装置の構成を示すブロック図である。 第一聴音棒を例示する平面図である。 実施の形態１に係る機械音再生装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る体験教育装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る機械音測定層の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る機械音再生装置の構成を示すブロック図である。 他の実施の形態に係る機械音再生装置の構成を示すブロック図である。

次に、本願発明に係る機械音測定装置、機械音再生装置、および、体験教育方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る機械音測定装置、機械音再生装置、および、体験教育方法の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本願発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る機械音測定装置の構成を示すブロック図である。

同図に示すように、機械音測定装置１００は、回転動作や摺動動作をする対象機器１９９の音に関する振動を測定する装置であり、第一聴音棒１１０と、振動信号変換器１２０と、記憶装置１３０とを備えている。本実施の形態の場合、機械音測定装置１００はさらに、第一押圧力測定装置１４０と、ダミー１５０と、測温装置１６０とを備えている。

対象機器１９９は、異常時に通常時とは異なる音が発生する機械であれば特に限定されるものでは無い。具体的に例えば対象機器１９９としては、ポンプ、電動機、エンジンなど、駆動源を備える機械ばかりで無く、減速機や継手、リンク機構など受動的に動作する機械も含まれる。さらに、対象機器１９９として液体や気体の配管など、対象機器１９９自体は動作しないが異常時において流通する流体により音が発生する物なども対象機器１９９に含むものとする。

図２は、第一聴音棒を例示する平面図である。

第一聴音棒１１０は、音に関する振動を測定する対象である対象機器１９９に一端部を押し当て、対象機器１９９の振動を伝達する棒状の部材であり、聴診棒、サウンドスコープとも称される部材である。本実施の形態の場合、第一聴音棒１１０は、細長い棒状部１１１の他端部に、ドーム状の先端部を有する砲弾型の当接部１１２を備えている。また、第一聴音棒１１０は、棒状部１１１の中間位置からＬ字状に枝分かれした分岐部１１３を備えている。前記分岐部のＬ字状の形状については、適宜形状を変更してもよいし、分岐部がなくても、よい。

第一聴音棒１１０を形成する材質は特に限定されるものでは無いが、振動を良好に伝達できる材質が好ましい。例えば、真鍮やステンレス鋼などの金属を例示することができる。

振動信号変換器１２０は、対象機器１９９に一端部が押し当てられた第一聴音棒１１０によって伝達される対象機器１９９の振動を信号に変換する装置である。振動信号変換器１２０の種類は、第一聴音棒１１０の振動を信号に変換できれば特に限定されるものでは無く、例えば、第一聴音棒１１０の当接部１１２の振動を空気の振動として測定するマイク、加速度として測定する加速度センサ、変位として測定する変位計などを例示することができる。本実施の形態の場合、振動信号変換器１２０は、ダミー１５０によって発生する音を測定するマイクである。なお、振動信号変換器１２０は、用いるセンサによって、ドライバやアンプなどを備える場合がある。

記憶装置１３０は、振動信号変換器１２０により得られる第一聴音棒１１０の振動を変換した信号、例えば正常時の振動に対応する正常時信号、異常時の振動に対応する異常時信号を保存する装置である。記憶装置１３０の種類は特に限定されるものでは無いが、例えば、信号をデジタル形式で記憶する例えばハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等を例示でき、また、信号をアナログ形式で記憶する磁気テープ装置などを例示することができる。

第一押圧力測定装置１４０は、第一聴音棒１１０を対象機器１９９に押し当てる力である第一押圧力を測定する装置である。第一押圧力測定装置１４０の種類は特に限定されるものでは無く、例えば、歪みゲージ、ピエゾフィルム、圧縮素子、変位センサなどを例示することができる。

ダミー１５０は、人の耳や頭部の形状を模した部材であり、第一聴音棒１１０の他端部に設けられた当接部１１２に当接し、振動信号変換器１２０としてのマイクを保持している。本実施の形態の場合、第一聴音棒１１０の当接部１１２を実際の人の耳珠又はその近傍に押し当てた状態で、第一聴音棒１１０の振動に基づき骨伝導により聞こえる音を再現することが可能なダミー１５０を用いている。具体的にダミー１５０は、人の頭部を模した外観の人形であり、内部には頭蓋骨を模したような空洞を備え、第一聴音棒１１０の当接部１１２が当接する部分には、実際の人間の耳珠の固さを模したダミー軟骨１５１が設けられて、ダミー１５０の耳に当接部１１２を当接して耳の穴を塞いだ状態にしている。

測温装置１６０は、第一聴音棒１１０が押し当てられる部分近傍の対象機器１９９の表面の温度を測定する装置であり、得られたデータは、温度情報として記憶装置１３０に保存される。測温装置１６０の種類は特に限定されるものではなく、熱電対やサーミスタなどの接触式の温度センサや非接触式の温度センサなど任意に選定することができる。

図３は、実施の形態１に係る機械音再生装置の構成を示すブロック図である。

同図に示すように、機械音再生装置２００は、機械音測定装置１００によって測定された信号に基づき振動を再生し、温度を再現して人に体験させる装置であり、振動発生装置２１０と、温度再現装置２２０と、第二の記憶装置２３０とを備えている。

第二の記憶装置２３０は、機械音測定装置１００の記憶装置１３０に保存されている正常時信号や異常時信号などが、通信や可搬媒体の移動などによりコピーされ、信号が保存された装置である。

振動発生装置２１０は、対象機器１９９の音に関する振動を、第一聴音棒１１０を介して測定され、機械音測定装置１００の記憶装置１３０に保存された信号に基づき振動を再生する装置である。本実施の形態の場合、機械音測定装置１００では、対象機器１９９の振動をダミー１５０内に発生した音として測定されているため、振動発生装置２１０は、スピーカ２１１に基づき空気を振動させて音を発生させる。なお、スピーカはイヤホンタイプのスピーカでもよい。

温度再現装置２２０は、機械音測定装置１００の測温装置１６０により測定された温度情報に基づき温度を再現する装置である。本実施の形態の場合、温度再現装置２２０は、手のひら程度の大きさのセラミック製の板の内部に電熱線と温度センサとが配置された加熱体２２１を備え、温度再現装置２２０の制御部により、温度情報と同じ表面温度となるように温度を制御している。

図４は、実施の形態１に係る体験教育装置の構成を示すブロック図である。

同図に示すように、体験教育装置３００は、機械音再生装置２００を備え、さらに、タッチパネルなどの入力装置と表示装置とを一体に備えるインターフェース３３０と、インターフェース３３０の入力装置からの入力信号を受け付ける受付装置３１０と、インターフェース３３０の表示装置に情報を報知する報知装置３２０とを備えている。

次に、機械音測定装置１００、および、機械音再生装置２００を備えた体験教育装置３００を用いた体験教育方法を説明する。

まず、機械音測定装置１００を用いて、対象機器１９９の正常時の振動に対応する正常時信号、および、異常時の振動に対応する異常時信号を蓄積する。対象機器１９９の異常の原因は１つではないため、複数の原因による異常時の異常時信号を多数蓄積することが望ましい。また、正常な機械を、強制的かつ人為的に異常状態とし、その時の振動を異常信号として蓄積してもよい。

次に、機械音測定装置１００の記憶装置１３０に蓄積された正常時信号、および、異常時信号に基づき振動発生装置２１０により振動を発生させて被験者に振動に基づく音を聴かせる。

また、音を聴かせると共に、加熱体２２１をさわり、温度について体験させてもかまわない。

図４においては、第二の記憶装置２３０に蓄積された信号により、振動発生装置２１０や温度再現装置２２０は、動作しているが、それらの信号は、機械音測定装置１００の記憶装置１３０に保存されている正常時信号や異常時信号などが、通信や可搬媒体の移動などによりコピーされたものであり、同じ信号である。

音を聴かせる場合、被験者に正常時信号の音か異常時信号の音かを報知せず、音を聴いている段階で、被験者がいずれかを選択してインターフェース３３０に入力する。そして、報知装置３２０が正解か否かを判断し、その結果を、インターフェース３３０を介して報知してもよい。

また、被験者に学習させる場合は、発生している音が異常時信号に基づく音か、正常時信号に基づく音かを報知装置３２０がインターフェース３３０に表示してもかまわない。

さらに、報知装置３２０は、振動を測定した対象機器１９９、または、それに類似する機器の画像をインターフェース３３０に表示してもかまわない。これにより、音や温度と対象機器１９９との関係を学習させることができ、被験者が、対象機器１９９の実際の異常発生の経験が少ない場合においても、実現場において、その対象機器１９９の異常発生に直面した場合には、異常発生を早期に発見でき、その効果は大である。

（実施の形態２）
続いて、機械音測定装置１００、機械音再生装置２００の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態１と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの（部分）には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。

図５は、実施の形態２に係る機械音測定装置１００の構成を示すブロック図である。

本実施の形態の場合、機械音測定装置１００は、ダミー１５０を用いることなく第一聴音棒１１０の当接部１１２の振動を直接振動信号変換器１２０により測定している。本実施の形態の場合、振動信号変換器１２０が備えるセンサは加速度センサである。

本実施の形態の場合、機械音測定装置１００は、対象機器１９９の振動を、第一聴音棒１１０を介して加速度の信号として測定しそのデータを保存する。

図６は、実施の形態２に係る機械音再生装置の構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る機械音再生装置２００は、第二押圧力測定装置２４０、第二聴音棒２５０を備えている。

第二押圧力測定装置２４０は、前記振動発生装置２１０に第二聴音棒２５０を押し当てる力である押圧力を測定する装置である。第二押圧力測定装置２４０は、第一押圧力測定装置１４０と同じ種類でも良く、また、別種類のものでもかまわない。

本実施の形態の場合、第二聴音棒２５０は、模擬的な聴音棒であり、振動を伝達する機能を備えていない。第二聴音棒２５０の一端部には、第二押圧力測定装置２４０の測定子２４１が取り付けられており、他端部には、振動発生装置２１０の振動子２１２が取り付けられている。振動子２１２は、いわゆる骨伝導スピーカである。第二聴音棒２５０は、擬似的な体験の効果を向上させる為に用いられるものであり、機械音再生装置２００の筐体に取り付けられている。

本実施の形態の場合、機械音再生装置２００は、被験者が第二聴音棒２５０の他端部を耳珠に押しつけ、所定の圧力範囲にある場合にのみ、振動発生装置２１０が振動子２１２を発生させて、被験者に音を聴かせる制御を行う。これにより、被験者は、機械音を擬似的に聴くばかりでなく、機械音を聴音棒で聴くときに必要な押圧力も体験し習得することが可能となる。

特に、被験者が機械の異常発生の経験が少ない場合でも、その異常発生の疑似的な体験を行うことで、その対応能力が向上し、被験者が現場において、機械の異常発生に直面した時に、それを早期に発見でき、その効果は大なるものがある。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

また、機械音測定装置１００と機械音再生装置２００とは、実施例では別々の装置として、実施しているが、一つの装置としてまとめることも可能であり、その場合には、機械音測定装置１００の記憶装置１３０と機械温再生装置２００の第二の記憶装置２３０は、一つの記憶装置として、実施できる。体験教育装置３００についても、同様に実施できる。

例えば、異常時信号や正常時信号は、機械音測定装置１００を用いて実際に測定する場合を説明したが、蓄積された異常時信号や正常時信号に基づき擬似的な信号を作り出してもかまわない。また、擬似的な信号に基づき機械音再生装置２００で音を再生し、熟練者に音が正確に再現できているかを検証させて、正確であると判定された信号を採用してもかまわない。

また、図７に示すように、振動発生装置２１０の振動子２１２に、第二聴音棒２５０を押し当てて機械音を聴かせる態様としてもかまわない。この場合、個人が所有している第二聴音棒２５０など任意の第二聴音棒２５０を用いて機械音を聴くことができ、第二聴音棒２５０の違いによる聞こえ方の違いを体験させることが可能となる。

本願発明によれば、船舶の機関士や航空機の整備し、プラントの管理者など機械の維持管理を行う人の教育現場に利用可能である。さらに、回転や摺動する機構を備える機械や現在、現場において、聴音棒を使用して異常発生の有無を検査しているような機械には、利用可能である。

１００ 機械音測定装置
１１０ 第一聴音棒
１１１ 棒状部
１１２ 当接部
１１３ 分岐部
１２０ 振動信号変換器
１３０ 記憶装置
１４０ 第一押圧力測定装置
１５０ ダミー
１５１ ダミー軟骨
１６０ 測温装置
１９９ 対象機器
２００ 機械音再生装置
２１０ 振動発生装置
２１１ スピーカ
２１２ 振動子
２２０ 温度再現装置
２２１ 加熱体
２３０ 記憶装置
２４０ 第二押圧力測定装置
２４１ 測定子
２５０ 第二聴音棒
３００ 体験教育装置
３１０ 受付装置
３２０ 報知装置
３３０ インターフェース

Claims (10)

1. 音に関する振動を測定する対象である対象機器に一端部を押し当てる第一聴音棒と、
   押し当てた前記第一聴音棒を介して前記対象機器の振動を信号に変換する振動信号変換器と、
   前記振動信号変換器により得られる信号を保存する記憶装置と
   を備える機械音測定装置。
2. 前記第一聴音棒を前記対象機器に押し当てる力である第一押圧力を測定する第一押圧力測定装置を備える
   請求項１に記載の機械音測定装置。
3. 前記第一聴音棒の他端部に当接し、前記振動信号変換器を保持する、少なくとも人の耳部分を模したダミーを備える
   請求項１または２に記載の機械音測定装置。
4. 前記ダミーは、前記第一聴音棒の他端部に当接するダミー軟骨を備える
   請求項３に記載の機械音測定装置。
5. 前記第一聴音棒が押し当てられる部分近傍の対象機器の温度を測定する測温装置を備え、
   前記記憶装置は、前記測温装置により得られる温度情報を保存する
   請求項１から４のいずれか一項に記載の機械音測定装置。
6. 対象機器の音に関する振動を、第一聴音棒を介して測定された信号に基づき振動を再生する振動発生装置を備える
   機械音再生装置。
7. 前記振動発生装置に第二聴音棒を押し当てる力である押圧力を測定する第二押圧力測定装置を備える
   請求項６に記載の機械音再生装置。
8. 前記振動発生装置は、スピーカを備える
   請求項６に記載の機械音再生装置。
9. 前記第一聴音棒が押し当てられる部分近傍の対象機器の測温装置により測定された温度情報に基づき温度を再現する温度再現装置を備える
   請求項６から８のいずれか一項に記載の機械音再生装置。
10. 請求項１から５のいずれか一項に記載の機械音測定装置、および、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の機械音再生装置を用いた体験教育方法であって、
    音声的振動を測定する対象である対象機器に前記第一聴音棒を押しつけ、
    前記対象機器の正常時の振動、および、異常時の振動を、前記第一聴音棒を介し前記振動信号変換器にて信号に変換し、
    正常時の振動に対応する正常時信号、および、異常時の振動に対応する異常時信号を前記記憶装置に保存し、
    前記記憶装置に保存された正常時信号、または、異常時信号に基づき前記振動発生装置により振動を発生させて被験者に振動を聴かせる
    体験教育方法。