JP2022063620A - 異常検知システム、データ処理装置、異常検知装置、及び異常検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】データ通信量を低減しつつ、検出データの特徴を確認する。【解決手段】異常検知システムは、検査対象物の振動を検出する振動センサと、前記振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する変換部と、前記変換部が変換した周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する特徴量生成部と、前記特徴量生成部が生成した前記区間の前記重心位置を、特徴量として、異常検知装置に送信する送信部と、前記送信部が送信した前記特徴量に基づいて、前記検査対象物の異常を検知する前記異常検知装置とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、異常検知システム、データ処理装置、異常検知装置、及び異常検知方法に関する。

近年、振動を検出して、モータなどの回転機の異常を検知する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、このような異常検知の技術において、振動センサの検出データに、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）解析を実施して、収集するデータ通信量を低減する試みが行われている（例えば、特許文献２を参照）。

特開平１０－６３３０１号公報 特開２０１８－１５２６６２号公報

しかしながら、特許文献２に記載した技術では、データ通信量が未だ多く、さらなるデータ通信量の低減が求められている。また、データ通信量をさらに低減するために、振動センサにおいて検出データの解析を行い、解析結果を送信する手法が考えられるが、このような手法では、解析結果の元データである検出データが消失しているため、後で検出データの特徴を確認することが困難であった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、データ通信量を低減しつつ、検出データの特徴を確認することができる異常検知システム、データ処理装置、異常検知装置、及び異常検知方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、検査対象物の振動を検出する振動センサと、前記振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する変換部と、前記変換部が変換した周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する特徴量生成部と、前記特徴量生成部が生成した前記区間の前記重心位置を、特徴量として、異常検知装置に送信する送信部と、前記送信部が送信した前記特徴量に基づいて、前記検査対象物の異常を検知する前記異常検知装置とを備えることを特徴とする異常検知システムである。

また、本発明の一態様は、検査対象物の振動を検出する振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する変換部と、前記変換部が変換した周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する特徴量生成部と、送信部に対して、前記特徴量生成部が生成した前記区間の前記重心位置を、検知装置に送信させる送信処理部とを備えることを特徴とするデータ処理装置である。

また、本発明の一態様は、検査対象物の振動を検出する振動センサが検出した時系列の検出データが、周波数領域の表現に変換された周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として取得する特徴量取得部と、前記特徴量取得部が取得した、前記区間の前記重心位置に基づいて、前記検査対象物の異常を検知する異常検知部とを備えることを特徴とする異常検知装置である。

また、本発明の一態様は、変換部が、検査対象物の振動を検出する振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する変換ステップと、特徴量生成部が、前記変換ステップによって変換された周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する特徴量生成ステップと、送信部が、前記特徴量生成ステップによって生成された前記区間の前記重心位置を、特徴量として、異常検知装置に送信する送信ステップと、前記異常検知装置が、前記送信ステップによって送信された前記特徴量に基づいて、前記検査対象物の異常を検知する異常検知ステップとを含むことを特徴とする異常検知方法である。

本発明によれば、データ通信量を低減しつつ、検出データの特徴を確認することができる。

本実施形態による異常検知システムの一例を示すブロック図である。 本実施形態における振動センサの検出データの一例を示す図である。 本実施形態における周波数領域表現の検出データの一例を示す図である。 本実施形態における特徴量の一例を示す図である。 本実施形態における分割範囲ごとの重心位置と復元された検出データの一例を示す図である。 本実施形態によるデータ処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施形態による異常検知装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態による異常検知システム、データ処理装置、異常検知装置、及び異常検知方法につて、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態による異常検知システム１の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、異常検知システム１は、振動センサ２と、通信装置３と、異常検知装置４とを備える。異常検知システム１は、検査対象物ＴＧを監視し、検査対象物ＴＧの異常を検知するシステムである。

振動センサ２は、検査対象物ＴＧに設置されたセンサであり、検査対象物ＴＧの振動を検出する。振動センサ２は、検査対象物ＴＧの振動を検出した検出データを、通信装置３に供給する。
検査対象物ＴＧは、異常検知システム１で異常を検知する対象物であり、例えば、モータやファンなどの回転機である。

通信装置３は、振動センサ２の検出データを、異常検知の判定のための前処理を行い、異常検知装置４に、異常検知の判定のためデータを送信する。通信装置３は、記憶部３１と、制御部３２と、無線通信部３３とを備える。

記憶部３１は、通信装置３が利用する各種情報を記憶する。記憶部３１は、検出データ記憶部３１１と、周波数データ記憶部３１２と、特徴量記憶部３１３とを備える。

検出データ記憶部３１１は、振動センサ２が検出した検出データを記憶する。検出データ記憶部３１１は、例えば、時系列データ（時間領域のデータ）であり、日時情報と、検出値とを対応付けて記憶する。検出データ記憶部３１１は、例えば、図２に示すような検出データを記憶する。

図２は、本実施形態における振動センサ２の検出データの一例を示す図である。
図２に示すグラフの横軸は、時間を示し、縦軸は、振動センサ２の検出値を示している。また、波形Ｗ１は、振動センサ２が検出した振動の波形を示している。
検出データ記憶部３１１は、波形Ｗ１のような振動を示す時系列データを記憶する。

図１の説明に戻り、周波数データ記憶部３１２は、振動センサ２の時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換した検出データを記憶する。周波数データ記憶部３１２は、例えば、図３に示すような、周波数領域表現の検出データを記憶する。

図３は、本実施形態における周波数領域表現の検出データの一例を示す図である。
図３において、グラフの横軸は、周波数を示し、縦軸は、振幅値を示している。また、波形Ｗ２は、上述した図２に示す振動センサ２の検出データを、周波数領域表現にした検出データを示している。
周波数データ記憶部３１２は、図３の波形Ｗ２に示すような周波数領域表現の検出データを記憶する。なお、振動センサ２の時系列の検出データから、周波数領域表現の検出データに変換する詳細については、後述する。

再び、図１の説明に戻り、特徴量記憶部３１３は、振動センサ２の検出データから生成した、特徴量を記憶する。ここで、特徴量は、周波数領域表現の検出データを所定の範囲に分割して、分割した分割範囲ごとの重心位置を算出したものである。特徴量記憶部３１３は、例えば、分割範囲と、重心位置とを対応付けて記憶する。なお、特徴量の生成処理の詳細については、後述する。

制御部３２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むプロセッサなどであり、通信装置３を統括的に制御する。制御部３２は、振動センサ２が検出した検出データを取得し、当該検出データを、検出データ記憶部３１１に記憶させるとともに、当該検出データに基づく特徴量を生成して、後述する無線通信部３３を介して、異常検知装置４に特徴量を送信する。
制御部３２は、変換部３２１と、特徴量生成部３２２と、送信処理部３２３とを備える。

変換部３２１は、振動センサ２が検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する。変換部３２１は、例えば、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）を用いて、時系列の検出データを周波数領域表現の検出データに変換する。

具体的に、変換部３２１は、検出データ記憶部３１１が記憶する、図２の波形Ｗ１のような時系列の検出データを取得し、ＦＦＴを用いて、時系列の検出データを、図３の波形Ｗ２のような、周波数領域表現の検出データに変換する。変換部３２１は、変換した周波数領域表現の検出データを、周波数データ記憶部３１２に記憶させる。
なお、変換部３２１は、周波数領域表現の検出データを、周波数を対数スケールに変換してもよい。

特徴量生成部３２２は、変換部３２１が変換した周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する。特徴量生成部３２２は、周波数領域表現の検出データを所定の周波数範囲で複数の分割範囲（分割区間の一例）に分割し、分割範囲ごとに、周波数領域表現の検出データの重心位置を、特徴量として生成する。特徴量生成部３２２は、周波数データ記憶部３１２から周波数領域表現の検出データを取得し、所定の周波数範囲で複数に分割する。所定の周波数範囲は、周波数の範囲を、分割数で等分割した周波数幅の等しい範囲でもよいし、分割範囲ごとに、異なる周波数幅が設定されてもよい。また、所定の周波数範囲は、周波数の対数スケールにより、等分割するようにしてもよい。特徴量生成部３２２は、分割範囲ごとに、検出データ（振幅値）を積分して面積を生成し、分割範囲ごとの重心位置を生成する。

ここで、重心位置は、横軸の周波数と、縦軸の振幅値とにより表される位置座標である。
具体的に、特徴量生成部３２２は、図４に示すような、周波数領域表現の検出データの重心位置を特徴量として生成する。
図４は、本実施形態における特徴量の一例を示す図である。
図４（ａ）は、特徴量生成部３２２が、周波数範囲を２分割した場合に生成した特徴量を示している。図４（ａ）に示す例では、特徴量生成部３２２は、波形Ｗ２の周波数領域表現の検出データを、分割範囲ＤＲ１及び分割範囲ＤＲ２の２つの分割範囲ＤＲに分割し、分割範囲ＤＲごとに重心位置を生成する。

すなわち、特徴量生成部３２２は、分割範囲ＤＲ１の検出データ（振幅値）を積分して面積を算出して、重心位置Ｇ１を生成する。また、特徴量生成部３２２は、分割範囲ＤＲ２の検出データ（振幅値）を積分して面積を算出して、重心位置Ｇ２を生成する。このように、特徴量生成部３２２は、重心位置Ｇ１及び重心位置Ｇ２を特徴量として生成する。

また、図４（ｂ）は、特徴量生成部３２２が、周波数範囲を１０分割した場合に生成した特徴量を示している。図４（ｂ）に示す例では、特徴量生成部３２２は、波形Ｗ２の周波数領域表現の検出データを、１０個の分割範囲ＤＲに分割し、分割範囲ＤＲごとに重心位置を生成する。特徴量生成部３２２は、図４（ｂ）に示すように、１０個の重心位置（黒丸）を、特徴量として生成する。

特徴量生成部３２２は、図４に示すような重心位置と、分割範囲とを対応付けて、特徴量記憶部３１３に記憶させる。
なお、一般的なモータの監視では、以下の３つの周波数範囲が、故障に影響することが知られている。

（１）０Ｈｚ（ヘルツ）～１００Ｈｚの周波数範囲は、交流電源やモータ自体の故障による振動に影響する。
（２）１００Ｈｚ～１０００Ｈｚの周波数範囲は、ベヤリング系の末期的な故障による振動に影響する。
（３）１０００Ｈｚ以上の周波数範囲は、ベヤリング系の初期的な故障による振動に影響する。

特徴量生成部３２２は、上述した（１）～（３）の周波数範囲を考慮して、３分割以上の分割範囲に分割して、分割範囲ごとの重心位置を生成することが望ましい。
また、特徴量生成部３２２は、周波数領域表現の検出データの特性に応じて、分割範囲の分割数を変更するようにしてもよい。また、特徴量生成部３２２は、例えば、モータの回転数に応じて、周波数範囲の分割数及び分割範囲を変更するようにしてもよい。
また、特徴量生成部３２２は、各分割範囲と重心位置とを対応付けて、特徴量記憶部３１３に記憶させる。

送信処理部３２３は、後述する無線通信部３３に対して、特徴量生成部３２２が生成した分割範囲ごとの重心位置を、異常検知装置４に送信させる。送信処理部３２３は、特徴量記憶部３１３が記憶する分割範囲ごとの重心位置を取得し、特徴量として、無線通信部３３を介して、異常検知装置４に送信する。

無線通信部３３（送信部の一例）は、無線通信により異常検知装置４と通信可能な通信部である。無線通信部３３は、例えば、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）規格のＺＥＴＡ（ゼタ）により構築されたメッシュネットワークＮＷ１に接続して、異常検知装置４との間で通信可能である。無線通信部３３は、特徴量生成部３２２が生成した分割範囲ごとの重心位置を、特徴量として、異常検知装置４に送信する。無線通信部３３は、例えば、分割数分の分割範囲と重心位置とを対応付けて、異常検知装置４に送信する。なお、分割数及び分割範囲が予め定められている場合には、無線通信部３３は、分割範囲ごとの重心位置のみを送信してもよい。

なお、本実施形態において、通信装置３は、データ処理装置１０を備えている。データ処理装置１０は、上述した記憶部３１と、制御部３２とを備える。

異常検知装置４は、例えば、メッシュネットワークＮＷ１に接続されたサーバ装置であり、メッシュネットワークＮＷ１を介して、通信装置３から送信された振動センサ２の検出データの特徴量を受信する。異常検知装置４は、受信した特徴量に基づいて、検査対象物ＴＧの異常を検知する。すなわち、異常検知装置４は、無線通信部３３が送信した特徴量に基づいて、検査対象物ＴＧの異常を検知する。
また、異常検知装置４は、無線通信部４１と、装置記憶部４２と、装置制御部４３とを備える。

無線通信部４１は、例えば、上述した無線通信部３３と同様に、無線通信のＬＰＷＡ規格のＺＥＴＡにより、通信装置３との間の通信を行う。
装置記憶部４２は、異常検知装置４が利用する各種情報を記憶する。装置記憶部４２は、特徴量記憶部４２１と、正常特徴量記憶部４２２と、復元データ記憶部４２３とを備える。

特徴量記憶部４２１は、通信装置３から受信した特徴量を記憶する。特徴量記憶部４２１は、例えば、通信装置３から受信した受信日時と、特徴量（分割範囲と対応付けた複数の重心位置）とを対応付けて記憶する。

正常特徴量記憶部４２２は、正常状態における特徴量を記憶する。正常特徴量記憶部４２２は、例えば、正常状態の特徴量（分割範囲と対応付けた複数の重心位置）と、特徴量の正常状態の許容範囲とを対応付けて記憶する。なお、回転数に応じて、分割範囲及び分割数を変更する場合など、複数パターンの特徴量に対応する場合には、正常特徴量記憶部４２２は、対応する複数パターンに応じた複数の正常状態の特徴量を記憶するようにしてもよい。

復元データ記憶部４２３は、通信装置３から受信した特徴量から周波数領域表現の検出データを復元した復元データを記憶する。ここで、復元データは、分割範囲ごとの重心位置に基づいて復元された周波数領域表現の検出データである。復元データ記憶部４２３は、例えば、図５に示す波形Ｗ３のような復元データを記憶する。なお、復元データを生成する詳細については、図５を参照して後述する。

装置制御部４３は、例えば、ＣＰＵを含むプロセッサなどであり、異常検知装置４を統括的に制御する。装置制御部４３は、通信装置３から受信した特徴量に基づいて、検査対象物ＴＧの異常を検知する。また、装置制御部４３は、異常が発生した検出データを確認及び解析する場合に、通信装置３から受信した特徴量に基づいて、周波数領域表現の検出データを復元する。
装置制御部４３は、特徴量取得部４３１と、異常検知部４３２と、復元部４３３とを備える。

特徴量取得部４３１は、検査対象物ＴＧの振動を検出する振動センサ２が検出した時系列の検出データが、周波数領域の表現に変換された周波数領域表現の検出データを所定の周波数範囲で複数に分割し、分割範囲ごとに、周波数領域表現の検出データの重心位置を、特徴量として取得する。特徴量取得部４３１は、無線通信部４１が通信装置３から受信した特徴量を取得し、取得した特徴量を特徴量記憶部４２１に記憶させる。特徴量取得部４３１は、通信装置３から受信した受信日時と、特徴量（分割範囲と対応付けた複数の重心位置）とを対応付けて特徴量記憶部４２１に記憶させる。なお、特徴量取得部４３１は、受信した特徴量を受信日時と対応付けて、特徴量の履歴情報として特徴量記憶部４２１に記憶させる。この特徴量の履歴情報は、異常が検知された際に、検出データを復元する際に利用される。

異常検知部４３２は、分割範囲ごとの重心位置に基づいて検査対象物ＴＧの異常を検知する。異常検知部４３２は、例えば、特徴量記憶部４２１が記憶する通信装置３から受信した特徴量と、正常特徴量記憶部４２２が記憶する正常状態における特徴量とに基づいて、検査対象物ＴＧの異常を検知する。具体的に、異常検知部４３２は、通信装置３から受信した特徴量が、正常状態における特徴量の許容範囲内であるか否かに応じて、検査対象物ＴＧの異常を判定する。異常検知部４３２は、通信装置３から受信した特徴量が、正常状態における特徴量の許容範囲外になった場合に、検査対象物ＴＧが異常であると判定し、検査対象物ＴＧの異常を検知したことを示す警報を異常検知装置４の外部に出力する。

復元部４３３は、分割範囲ごとの重心位置に基づいて、周波数領域表現の検出データの推定波形を復元する。復元部４３３は、特徴量記憶部４２１が記憶する履歴情報により、復元対象の受信日時に対応する特徴量を取得する。ここで、復元部４３３は、分割範囲ごとに、分割範囲と重心位置との組を取得する。復元部４３３は、分割範囲ごとの重心位置に基づいて、分割範囲ごとに、分割範囲の幅（ＤＲ）の一定値を推定値として、例えば、図５に示す波形Ｗ３のような推定波形を復元する。

図５は、本実施形態における分割範囲ごとの重心位置と復元された検出データの一例を示す図である。
図５に示すグラフは、横軸が、周波数を示し、縦軸が振幅値を示している、また、この図に示す例は、周波数範囲を１０分割した例であり、各分割範囲ＤＲの黒丸が重心位置（特徴量）を示している。

また、波形Ｗ３は、上述した重心位置（特徴量）に基づいて、復元部４３３が復元した検出データの波形を示している。復元部４３３は、図５に示す１０分割した分割範囲の重心位置に基づいて、波形Ｗ３に示すような復元波形（復元データ）を生成する。
復元部４３３は、生成した復元データを、復元データ記憶部４２３に記憶させる。

なお、復元データ記憶部４２３が記憶する復元データは、例えば、ネットワークを介して、異常検知装置４に接続された端末装置（不図示）により読み出されて、検査対象物ＴＧの異常の解析に利用される。

次に、図面を参照して、本実施形態による異常検知システム１の動作について説明する。
まず、図６を参照して、本実施形態による異常検知システム１の通信装置３の動作について説明する。
図６は、本実施形態による通信装置３の動作の一例を示すフローチャートである。

図６に示すように、通信装置３（データ処理装置１０）は、まず、振動センサ２の検出データをＦＦＴして、周波数領域表現に変換する（ステップＳ１０１）。すなわち、通信装置３の変換部３２１は、検出データ記憶部３１１が記憶する時系列の検出データ（例えば、図２に示す波形Ｗ１のデータ）を取得し、ＦＦＴを用いて、時系列の検出データを、図３に示す波形Ｗ２のような周波数領域表現の検出データに変換する。変換部３２１は、変換した周波数領域表現の検出データを、周波数データ記憶部３１２に記憶させる。

次に、通信装置３は、周波数領域表現の検出データを分割し、分割範囲ごとに、重心位置を生成する（ステップＳ１０２）。すなわち、通信装置３の特徴量生成部３２２は、周波数データ記憶部３１２から周波数領域表現の検出データを取得し、図４に示すように、所定の周波数範囲で複数に分割する。特徴量生成部３２２は、分割範囲ごとに、検出データ（振幅値）を積分して面積を生成し、図４に示す黒丸のように、分割範囲ごとの重心位置を特徴量として生成する。特徴量生成部３２２は、生成した特徴量を、各分割範囲と重心位置とを対応付けて、特徴量記憶部３１３に記憶させる。

次に、通信装置３は、分割範囲ごとの重心位置を特徴量として、無線通信部３３に送信させる（ステップＳ１０３）。通信装置３の送信処理部３２３は、無線通信部３３に対して、特徴量生成部３２２が生成した分割範囲ごとの重心位置を特徴量として、異常検知装置４に送信させる。ステップＳ１０３の処理後に、通信装置３は、処理を終了する。
なお、本実施形態による通信装置３は、上述したステップＳ１０１からステップＳ１０３の処理を、所定の時間間隔で繰り返し実行する。

次に、図７を参照して、本実施形態による異常検知システム１の異常検知装置４の動作について説明する。
図７は、本実施形態による異常検知装置４の動作の一例を示すフローチャートである。

図７に示すように、異常検知装置４は、まず、分割範囲ごとの重心位置を特徴量として受信する（ステップＳ２０１）。異常検知装置４の特徴量取得部４３１は、通信装置３から送信された分割範囲ごとの重心位置を、無線通信部４１を介して受信した分割範囲ごとの重心位置を特徴量として取得し、取得した特徴量を特徴量記憶部４２１に記憶させる。

次に、異常検知装置４は、受信した特徴量と、正常状態における特徴量とを比較する（ステップＳ２０２）。異常検知装置４の異常検知部４３２は、特徴量記憶部４２１が記憶する、通信装置３から受信した特徴量と、正常特徴量記憶部４２２が記憶する正常状態における特徴量とを比較する。

次に、異常検知部４３２は、受信した特徴量における正常状態の特徴量との変化が許容範囲であるか否かを判定する。すなわち、異常検知部４３２は、正常状態の特徴量の許容範囲内に、受信した特徴量があるか否かを判定する。異常検知部４３２は、正常状態の特徴量の許容範囲内に、受信した特徴量がある場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）に、検査対象物ＴＧの異常が検知されていない（検査対象物ＴＧは正常である）と判定し、処理を終了する。また、異常検知部４３２は、正常状態の特徴量の許容範囲内に、受信した特徴量がない場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）に、処理をステップＳ２０４に進める。

ステップＳ２０４において、異常検知部４３２は、検査対象物ＴＧの異常があると判定する。異常検知部４３２は、例えば、検査対象物ＴＧの異常を検知したことを示す警報を異常検知装置４の外部に出力する。ステップＳ２０４の処理後に、異常検知部４３２は、処理を終了する。
なお、本実施形態による異常検知装置４は、上述したステップＳ２０１からステップＳ２０４の処理を、通信装置３から特徴量を受信する度に実行する。

以上説明したように、本実施形態による異常検知システム１は、振動センサ２と、変換部３２１と、特徴量生成部３２２と、無線通信部３３（送信部）と、異常検知装置４とを備える。振動センサ２は、検査対象物ＴＧ（例えば、モータなどの回転機）の振動を検出する。変換部３２１は、振動センサ２が検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する。特徴量生成部３２２は、変換部３２１が変換した周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する。無線通信部３３は、特徴量生成部３２２が生成した少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、異常検知装置４に送信する。異常検知装置４は、無線通信部３３が送信した特徴量に基づいて、検査対象物ＴＧの異常を検知する。また、特徴量生成部３２２は、例えば、周波数領域表現の検出データを所定の周波数範囲で複数の分割区間（分割範囲）に分割し、分割区間（分割範囲）ごとに、周波数領域表現の検出データの重心位置を、特徴量として生成する。無線通信部３３は、特徴量生成部３２２が生成した分割区間（分割範囲）ごとの重心位置を、特徴量として、異常検知装置４に送信する。

これにより、本実施形態による異常検知システム１は、周波数領域表現の検出データを所定の周波数範囲で複数に分割し、分割区間（分割範囲）ごとに、周波数領域表現の検出データの重心位置を、特徴量として異常検知装置４に送信する。分割区間（分割範囲）ごとの重心位置を特徴量として異常検知装置４に送信するため、本実施形態による異常検知システム１は、周波数領域表現の検出データをそのまま異常検知装置４に送信する場合に比べて、大幅にデータ通信量を低減することができる。また、分割区間（分割範囲）と重心位置とにより、周波数領域表現の検出データをある程度復元できるため、本実施形態による異常検知システム１は、検出データの特徴を確認することができる。よって、本実施形態による異常検知システム１は、データ通信量を低減しつつ、検出データの特徴を確認することができる。

本実施形態による異常検知システム１では、通信装置３から異常検知装置４に送信するデータ量は、重心位置のデータ（例えば、数バイト）×分割数であり、数十バイト程度に収めることが可能である。また、異常検知装置４は、１回の判定ごとにこの数十バイト程度の特徴量を記憶するだけでよいため、どのような過程で異常となるのかを特徴量から解析するのに必要な記憶容量を低減することができる。

また、本実施形態では、変換部３２１は、高速フーリエ変換を用いて、時系列の検出データを周波数領域表現の検出データに変換する。
これにより、本実施形態による異常検知システム１は、高速に周波数領域表現の検出データを生成することができ、通信装置３の処理負荷を低減することができる。

また、本実施形態では、変換部３２１は、対数スケールの周波数領域表現の検出データに変換する。特徴量生成部３２２は、周波数範囲幅の異なる３つ以上の分割範囲に分割する。
これにより、本実施形態による異常検知システム１は、例えば、上述した（１）～（３）のように、故障の要因に応じた適切な分割数及び周波数範囲を設定することが可能になり、異常の検知精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、特徴量生成部３２２は、周波数領域表現の検出データの特性に応じて、分割範囲の数を変更するようにしてもよい。
これにより、本実施形態による異常検知システム１は、周波数領域表現の検出データの特性に応じて、分割範囲の数を変更するため、検査対象物ＴＧのより適切な異常の検知を行うことができる。

また、本実施形態では、異常検知装置４は、異常検知部４３２と、復元部４３３とを備える。異常検知部４３２は、分割範囲ごとの重心位置に基づいて検査対象物ＴＧの異常を検知する。復元部４３３は、分割範囲ごとの重心位置に基づいて、周波数領域表現の検出データの推定波形を復元する。
これにより、本実施形態による異常検知システム１は、分割範囲ごとの重心位置に基づいて、周波数領域表現の検出データの推定波形を復元するため、検出データの特徴を確認することができる。

また、本実施形態では、復元部４３３は、分割範囲ごとの重心位置に基づいて、分割範囲ごとに、分割範囲の幅の一定値を推定値として、推定波形を復元する。
これにより、本実施形態による異常検知システム１は、簡易な手段により、周波数領域表現の検出データの推定波形を復元することができる。

また、本実施形態では、異常検知部４３２は、予め取得しておいた検査対象物ＴＧの正常状態における特徴量と、異常検知対象の特徴量とに基づいて、検査対象物ＴＧの異常を検知する。
これにより、本実施形態による異常検知システム１は、例えば、予め取得しておいた検査対象物ＴＧの正常状態における特徴量と比較して、検査対象物ＴＧの異常を検知できるため、簡易な手段により精度よく検査対象物ＴＧの異常を検知することができる。

また、本実施形態によるデータ処理装置１０は、変換部３２１と、特徴量生成部３２２と、送信処理部３２３とを備える。変換部３２１は、検査対象物ＴＧの振動を検出する振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する。特徴量生成部３２２は、変換部３２１が変換した周波数領域表現の検出データを所定の周波数範囲で複数に分割し、分割範囲ごとに、周波数領域表現の検出データの重心位置を、特徴量として、生成する。送信処理部３２３は、無線通信部３３に対して、特徴量生成部３２２が生成した分割範囲ごとの重心位置を、異常検知装置４に送信させる。
これにより、本実施形態によるデータ処理装置１０は、上述した異常検知システム１と同様の効果を奏し、データ通信量を低減しつつ、検出データの特徴を確認することができる。

また、本実施形態による異常検知装置４は、特徴量取得部４３１と、異常検知部４３２とを備える。特徴量取得部４３１は、検査対象物ＴＧの振動を検出する振動センサ２が検出した時系列の検出データが、周波数領域の表現に変換された周波数領域表現の検出データを所定の周波数範囲で複数に分割し、分割範囲ごとに、周波数領域表現の検出データの重心位置を、特徴量として取得する。異常検知部４３２は、特徴量取得部が取得した、分割範囲ごとの重心位置に基づいて、検査対象物ＴＧの異常を検知する。
これにより、本実施形態による異常検知装置４は、上述した異常検知システム１と同様の効果を奏し、データ通信量を低減しつつ、検出データの特徴を確認することができる。

また、本実施形態による異常検知方法は、変換ステップと、特徴量生成ステップと、送信ステップと、異常検知ステップとを含む。変換ステップとして、変換部３２１が、検査対象物ＴＧの振動を検出する振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する。特徴量生成ステップとして、特徴量生成部３２２が、変換ステップによって変換された周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する。送信ステップとして、無線通信部３３が、特徴量生成ステップによって生成された少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、異常検知装置４に送信する。異常検知ステップとして、異常検知装置４が、送信ステップによって送信された特徴量に基づいて、検査対象物ＴＧの異常を検知する。
これにより、本実施形態による異常検知方法は、上述した異常検知システム１と同様の効果を奏し、データ通信量を低減しつつ、検出データの特徴を確認することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の実施形態において、検査対象物ＴＧは、モータやファンなどの回転機である例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、発電機、減速機などロボットの駆動部全般、地震計そのもの、など、周期的な振動が発生するものであれば、その対象物であってもよい。
また、振動センサ２は、振動を検出できるものであれば、例えば、変位センサ、速度センサ、加速度センサ、圧力センサ、カメラ（対象物との距離が測れるステレオカメラ、レーダなど）、マイク、負荷電流センサーなどであってもよい。

また、上記の実施形態において、通信装置３は、振動センサ２を含まないものとして説明したが、振動センサ２を含めてセンサ装置として構成してもよい。また、この場合、センサ装置は、無線通信部３３を含まない構成であってもよい。

また、上記の実施形態において、異常検知システム１は、１つの振動センサ２を備える例を説明したが、これに限定されるものではなく、複数の振動センサ２を備える形態であってもよい。また、この場合、１台の通信装置３（データ処理装置１０）に、複数の振動センサ２を接続するようにしてもよいし、振動センサ２に対応した複数の通信装置３（データ処理装置１０）を備えるようにしてもよい。

また、上記の実施形態において、無線通信部３３（４１）は、ＬＰＷＡ規格のＺＥＴＡにより通信する例を説明したが、これに限定されるものではなく、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの他の無線通信であってもよい。また、無線通信の代わりに有線ＬＡＮなどを適用してもよい。また、通信装置３と異常検知装置４との間は、ネットワーク（メッシュネットワークＮＷ１）を介して接続する例を説明したが、これに限定されるものではなく、直接通信するようにしてもよい。

また、上記の実施形態において、正常特徴量記憶部４２２は、予め正常状態における特徴量を記憶している例を説明したが、特性の経時変化や部品交換などによる特性の変化に対応できるようにするために、正常特徴量記憶部４２２が記憶する正常状態における特徴量を更新または過去のデータから自ら生成できるようにしてもよい。これにより、本実施形態による異常検知システム１は、特性の経時変化や部品交換などによる特性の変化に対応させて、適切に異常を検知することができる。

また、上記の実施形態において、特徴量生成部３２２は、変換部３２１が変換した周波数領域表現の検出データを所定の周波数範囲で複数に分割する例を説明したが、これに限定されるものではなく、全体を通して分割しなくてもよい（分割数は１でもよい）。

また、上記の実施形態において、異常検知装置４が、復元部４３３及び復元データ記憶部４２３を備える例を説明したが、これに限定されるものではなく、復元部４３３及び復元データ記憶部４２３を備えずに、復元データの生成及びその記憶を行わない形態であってもよい。

また、上記の実施形態において、通信装置３（データ処理装置１０）は、振動センサ２の検出データをＦＦＴして、周波数領域表現に変換する例を説明したが、これに限定されるものではなく、周波数領域表現に変換するフーリエ変換であれば、他の方式を用いてもよい。また、通信装置３（データ処理装置１０）は、ＦＦＴの前処理として包絡線処理など波形の特徴をより捉えやすくする処理を加えてもよいし、ＦＦＴの後処理としてバンドパス処理などノイズとなる周波数特徴をカットする処理を加えてもよい。

また、上記の実施形態において、通信装置３は、図６に示すステップＳ１０１からステップＳ１０３の処理を、所定の時間間隔で繰り返し実行する例を説明したが、単純な繰り返しの実行だけではなく、ヒトや他センサからの外部信号をきっかけにしてこれらの処理を実行するようにしてもよい。

なお、上述した異常検知システム１が備える各構成は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した異常検知システム１が備える各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述した異常検知システム１が備える各構成における処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、インターネットやＷＡＮ、ＬＡＮ、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、ＣＤ－ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であってもよい。

また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部又は外部に設けられた記録媒体も含まれる。なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に異常検知システム１が備える各構成で合体される構成や、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

また、上述した機能の一部又は全部を、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

１ 異常検知システム
２ 振動センサ
３ 通信装置
４ 異常検知装置
１０ データ処理装置
３１ 記憶部
３２ 制御部
３３、４１ 無線通信部
４２ 装置記憶部
４３ 装置制御部
３１１ 検出データ記憶部
３１２ 周波数データ記憶部
３１３、４２１ 特徴量記憶部
３２１ 変換部
３２２ 特徴量生成部
３２３ 送信処理部
４２２ 正常特徴量記憶部
４２３ 復元データ記憶部
４３１ 特徴量取得部
４３２ 異常検知部
４３３ 復元部
ＮＷ１ メッシュネットワーク
ＴＧ 検査対象物

Claims (11)

1. 検査対象物の振動を検出する振動センサと、
   前記振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する変換部と、
   前記変換部が変換した周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する特徴量生成部と、
   前記特徴量生成部が生成した前記区間の前記重心位置を、特徴量として、異常検知装置に送信する送信部と、
   前記送信部が送信した前記特徴量に基づいて、前記検査対象物の異常を検知する前記異常検知装置と
   を備えることを特徴とする異常検知システム。
2. 前記変換部は、高速フーリエ変換を用いて、前記時系列の検出データを前記周波数領域表現の検出データに変換する
   ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知システム。
3. 前記特徴量生成部は、前記周波数領域表現の検出データを所定の周波数範囲で複数の分割区間に分割し、前記分割区間ごとに、前記周波数領域表現の検出データの重心位置を、特徴量として、生成し、
   前記送信部は、前記分割区間ごとの前記重心位置を、特徴量として、異常検知装置に送信する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の異常検知システム。
4. 前記変換部は、対数スケールの前記周波数領域表現の検出データに変換し、
   前記特徴量生成部は、周波数範囲幅の異なる３つ以上の前記分割区間に分割する
   ことを特徴とする請求項３に記載の異常検知システム。
5. 前記特徴量生成部は、前記周波数領域表現の検出データの特性に応じて、前記分割区間の数を変更する
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の異常検知システム。
6. 前記異常検知装置は、
   前記分割区間ごとの前記重心位置に基づいて、前記検査対象物の異常を検知する異常検知部と、
   前記分割区間ごとの前記重心位置に基づいて、前記周波数領域表現の検出データの推定波形を復元する復元部と
   を備えることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の異常検知システム。
7. 前記復元部は、前記分割区間ごとの前記重心位置に基づいて、前記分割区間ごとに、前記分割区間の幅の一定値を推定値として、前記推定波形を復元する
   ことを特徴とする請求項６に記載の異常検知システム。
8. 前記異常検知部は、予め取得しておいた検査対象物の正常状態における前記特徴量と、異常検知対象の前記特徴量とに基づいて、前記検査対象物の異常を検知する
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の異常検知システム。
9. 検査対象物の振動を検出する振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する変換部と、
   前記変換部が変換した周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する特徴量生成部と、
   送信部に対して、前記特徴量生成部が生成した前記区間の前記重心位置を、検知装置に送信させる送信処理部と
   を備えることを特徴とするデータ処理装置。
10. 検査対象物の振動を検出する振動センサが検出した時系列の検出データが、周波数領域の表現に変換された周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として取得する特徴量取得部と、
    前記特徴量取得部が取得した、前記区間の前記重心位置に基づいて、前記検査対象物の異常を検知する異常検知部と
    を備えることを特徴とする異常検知装置。
11. 変換部が、検査対象物の振動を検出する振動センサが検出した時系列の検出データを、周波数領域の表現に変換する変換ステップと、
    特徴量生成部が、前記変換ステップによって変換された周波数領域表現の検出データにおける所定の周波数範囲の少なくとも１つの区間の重心位置を、特徴量として、生成する特徴量生成ステップと、
    送信部が、前記特徴量生成ステップによって生成された前記区間の前記重心位置を、特徴量として、異常検知装置に送信する送信ステップと、
    前記異常検知装置が、前記送信ステップによって送信された前記特徴量に基づいて、前記検査対象物の異常を検知する異常検知ステップと
    を含むことを特徴とする異常検知方法。

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