JP2023092124A - 外乱検出装置、外乱検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常検出の精度を向上させることを目的としている。【解決手段】転動体の通過振動を捉えた信号を取得するデータ取得部と、前記信号に基づき、前記転動体を含む測定対象物の状態が異常であるか否かを判定する異常判定部と、前記測定対象物の状態が異常と判定された場合にのみ、前記信号における外乱の影響を検出する外乱検出部と、を有する、外乱検出装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、外乱検出装置、外乱検出方法に関する。

近年では、機械から得られる出現頻度の異なるデータ群から生成した２つの判定モデルを生成し、２つの判定モデルを用いて、センサデータ等から故障の予兆を判定することで、機械の故障の誤検知を低減する技術が知られている。

特開２０２１－１２８４５７号公報

上述した従来の技術では、突発的な外乱により、機械等の測定対象物から取得されるセンサデータに変動が生じる場合について考慮されておらず、外乱によってセンサデータが変動した場合には、測定対象物の異常と誤検出される可能性がある。

開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、異常検出の精度を向上させることを目的としている。

開示の技術は、
転動体（２５２）の通過振動を捉えた信号を取得するデータ取得部（３２０）と、
前記信号に基づき、前記転動体（２５２）を含む測定対象物（２５０）の状態が異常であるか否かを判定する異常判定部（３４０）と、
前記測定対象物（２５０）の状態が異常と判定された場合にのみ、前記信号における外乱の影響を検出する外乱検出部（３５０）と、を有する、外乱検出装置（３００）である。

異常検出の精度を向上させることを目的としている。

第一の実施形態の外乱検出システムのシステム構成の一例を示す図である。 外乱検出部による外乱の検出について説明する図である。 第一の実施形態の情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 第一の実施形態の情報処理装置の処理を説明する第一のフローチャートである。 第一の実施形態の情報処理装置の処理を説明する第二のフローチャートである。 異常判定部による異常判定について説明する第一の図である。 異常判定部による異常判定について説明する第二の図である。 第二の実施形態の外乱検出システムのシステム構成の一例を示す図である。 第三の実施形態の外乱検出装置を示す図である。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して、第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の外乱検出システムのシステム構成の一例を示す図である。

本実施形態の外乱検出システム１００は、センサ基板２００と、情報処理装置（外乱検出装置）３００と、を有し、センサ基板２００と情報処理装置３００とは、無線通信等によって通信を行う。尚、センサ基板２００と情報処理装置３００との通信方法は、無線通信に限定されず、有線通信であってもよい。センサ基板２００と情報処理装置３００とは、通信が可能であれば、どのような方法で接続されてもよい。また、無線通信を行う場合には、センサ基板２００に別途電源が供給されてもよい。

本実施形態のセンサ基板２００には、例えば、ひずみゲージ２１０、アンプ２２０、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）２３０、通信回路２４０が実装されている。

尚、本実施形態では、ひずみゲージ２１０が実装された基板と、アンプ２２０、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）２３０、通信回路２４０とが実装された基板とが、別々の基板であってもよい。

ひずみゲージ２１０は、例えば、ベアリング２５０に設けられる。ベアリング２５０は、例えば、外輪（固定輪）２５１と、複数の転動体２５２と、内輪（回転輪）２５３とを有する。

ひずみゲージ２１０は、外輪２５１に取り付けられる。また、ひずみゲージ２１０は、転動体２５２がひずみゲージ２１０が設けられた位置を通過する際に、外輪２５１に生じるひずみを検出し、ひずみに応じた抵抗値の変化を示すアナログデータ（波形データ）を出力する。尚、図１の例では、ひずみゲージ２１０は外輪２５１に取り付けられるものとしたが、ひずみゲージ２１０は、外輪２５１以外に取り付けられていてもよい。

つまり、ひずみゲージ２１０は、ひずみを測定する測定対象物にひずみが生じると、ひずみに応じたアナログデータ（波形データ）を出力する。本実施形態では、ベアリング２５０は、ひずみゲージ２１０による測定対象物の一例である。本実施形態の測定対象物は、例えば、転動体が固定された部材上で自在に転動する構造を有するものであればよく、ベアリングに限定されない。

また、本実施形態では、測定対象物のひずみを検出する手段の一例として、ひずみゲージ２１０を用いるが、ひずみの検出は、ひずみゲージ２１０以外の手段によって行われてもよい。具体的には、例えば、ひずみの検出は、圧力センサ、加速度センサや他のセンサからの二次データ等によって行われてもよい。

アンプ２２０は、ひずみゲージ２１０から出力されるアナログデータを増幅させる。ＡＤＣ２３０は、増幅させたアナログデータをデジタルデータに変換する。通信回路２４０は、ＡＤＣ２３０から出力されるデジタルデータを、情報処理装置３００へ送信する。

情報処理装置３００は、通信部３１０、データ取得部３２０、データ処理部３３０、異常判定部３４０、外乱検出部３５０、通知生成部３６０、記憶部３７０を有する。本実施形態の情報処理装置３００は、センサ基板２００から取得したデジタルデータに対する外乱の影響の有無を検出する外乱検出装置の一例である。

尚、通信部３１０、データ取得部３２０、データ処理部３３０、異常判定部３４０は、情報処理装置３００の演算処理装置がメモリ装置に格納された外乱検出プログラムを読み出して実行することで実現される。また、記憶部３７０は、例えば、情報処理装置３００が有する補助記憶装置等によって実現される。情報処理装置３００のハードウェア構成の詳細は後述する。

通信部３１０は、センサ基板２００を含む外部の装置と通信を行う。具体的には、通信部３１０は、センサ基板２００から送信されるデジタルデータを受信する。尚、通信部３１０は、予め設定された周期で、間欠的に、センサ基板２００からデジタルデータを受信してもよい。また、通信部３１０は、異常判定部３４０により、転動体２５２の回転の異常が検出された場合、通知生成部３６０で生成された通知を外部の装置へ送信する。

データ取得部３２０は、通信部３１０が受信したデジタルデータを取得する。尚、データ取得部３２０が取得するデジタルデータは、転動体の通過振動を捉えた時系列信号である。

データ処理部３３０は、記憶部３７０に格納されたデジタルデータに対し、異常判定部３４０による異常判定を行うための処理を行い、処理が施された後のデータを記憶部３７０に格納する。以下の説明では、デジタルデータに対してデータ処理部３３０の処理を行
異常判定部３４０は、データ処理部３３０による処理が施された処理済みデータに基づき、測定対象物（ベアリング２５０）の状態を検出する。より具体的には、異常判定部３４０は、測定対象物の状態が異常であるか否かの判定や、測定対象物の異常の予兆の検出等を行う。

尚、本実施形態におけるベアリング２５０の異常とは、例えば、ベアリング２５０の損傷（転動体、外輪、内輪を含む）、グリスの劣化、異物混入による回転の不具合等である。

例えば、ベアリング２５０の外輪２５１に傷が入ると、転動体２５２の通過振動の高調波成分の振幅値が増加する。本実施形態では、例えば、転動体２５２の通過振動の高調波成分の振幅値の変化を、外輪２５１に傷が入る前の予兆として検出してもよい。

外乱検出部３５０は、データ取得部３２０は、通信部３１０が受信したデジタルデータに基づき、外乱を検出する。言い換えれば、外乱検出部３５０は、通信部３１０が受信したデジタルデータにおいて、外乱の影響を検出する。

また、本実施形態の外乱検出部３５０は、検出結果を記憶部３７０に格納してもよい。具体的には、外乱検出部３５０は、デジタルデータから外乱による影響が検出された場合に、その旨を示す履歴情報を記憶部３７０に格納してもよい。外乱検出部３５０による処理の詳細は後述する。尚、以下の説明では、デジタルデータから外乱の影響を検出することを、外乱を検出する、と表現する場合がある。

尚、本実施形態の外乱とは、例えば、ベアリング２５０を回転させるモータのノイズに起因する、ベアリング２５０の外輪２５１の電位の変動であってよい。モータのノイズは、ベアリング２５０が取り付けられている筐体の電位が変動させる。言い換えれば、本実施形態では、筐体の電位の変動に応じた、ベアリング２５０の外輪２５１の電位の変動を外乱の一例としている。

通知生成部３６０は、異常判定部３４０により、異常や異常の予兆が検出され、且つ、外乱検出部３５０により、デジタルデータに対して外乱の影響が無いと判定された場合に、異常や異常の予兆が検出された旨を示す通知を生成する。

記憶部３７０は、データ処理部３３０による処理済みデータや、外乱検出部３５０による検出結果を示す履歴情報等が格納される。

本実施形態では、上述した各部の機能により、外乱の影響を、異常や異常の予兆と誤検出することを抑制でき、異常検出の精度を向上させることができる。また、本実施形態では、例えば、転動体２５２の通過振動の高調波成分の振幅値の変化に基づき、外輪２５１に傷が入る前の予兆を検出し、ユーザに通知することで、外輪２５１に傷が入ることを未然に防ぐことができる。

次に、図２を参照して、本実施形態の外乱検出部３５０による外乱の検出について説明する。図２は、外乱検出部による外乱の検出について説明する図である。

図２（Ａ）は、正常の状態において取得されたデジタルデータの波形の一例を示す図である。図２（Ｂ）は、外乱が発生しているときに取得されたデジタルデータの波形の一例を示す図である。図２（Ｃ）は、異常が発生しているときに取得されたデジタルデータの波形の一例を示す図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、横軸は時間であり、縦軸は電圧を示す。

図２（Ａ）に示すように、測定対象物（ベアリング２５０）の状態が正常である場合には、デジタルデータの出力値の変動は小さい。また、測定対象物の状態が異常である場合には、デジタルデータの出力値の変動は、正常時も大きくなるが、ある一定の値を超えない。具体的には、デジタルデータの出力値は、４［Ｖ］を超えない。

なお、ある一定の値（出力値の閾値）は、アンプ２２０の出力電圧の範囲に応じて決められてよい。出力値の閾値は、アンプ２２０の出力電圧の範囲に応じて決められる値であり、４［Ｖ］に限定されない。

図２の波形は、アンプ２２０の出力電圧の範囲を０～４．２［Ｖ］とした場合の波形であり、この場合、アンプ２２０の出力電圧が４．２Ｖを超えると波形が飽和する。そこで、図２の例では、出力電圧が飽和した状態を、外乱が発生した状態と判定するものとし、出力電圧が飽和した状態を検出するための出力値の閾値を４Ｖとした。

これに対し、図２（Ｂ）に示すように、外乱が発生しているときのデジタルデータの波形では、出力値が大きく変動する。具体的には、外乱が発生しているときのデジタルデータの出力値は、４［Ｖ］を超える場合がある。

本実施形態では、この点に着目し、一定期間のデジタルデータにおいて、出力値が閾値以上となる回数が、所定回数以上である場合に、外乱が発生しているものとする。

したがって、本実施形態の外乱検出部３５０は、データ取得部３２０が取得したデジタルデータにおいて、一定期間に取得されたデジタルデータの出力値が閾値以上となる回数が、所定回数以上である場合に、デジタルデータに対する外乱を検出する。

本実施形態の外乱検出部３５０は、例えば、１秒間に取得されたデジタルデータの点数のうち、所定個数のデジタルデータの出力値が閾値以上であった場合に、このとき取得されたデジタルデータは外乱の影響を受けているものと判定する。外乱検出部３５０は、この処理を定期的に繰り返す。尚、一定期間に取得されるデジタルデータの点数は、ＡＤＣ２３０のサンプリング周波数によって決まる。

尚、出力値の閾値と、所定回数とは、予め情報処理装置３００の管理者等によって設定されていてよい。

次に、図３を参照して、本実施形態の情報処理装置３００のハードウェア構成について説明する。図３は、第一の実施形態の情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

本実施形態の情報処理装置３００は、それぞれバスＢで相互に接続されている入力装置３１、出力装置３２、ドライブ装置３３、補助記憶装置３４、メモリ装置３５、演算処理装置３６及びインターフェース装置３７を含むコンピュータであり、外乱検出装置の一例である。

入力装置３１は、各種の情報の入力を行うための装置であり、例えばタッチパネル等により実現される。出力装置３２は、各種の情報の出力を行うためものであり、例えばディスプレイ等により実現される。インターフェース装置３７は、ネットワークに接続する為に用いられる。

通信部３１０、データ取得部３２０、データ処理部３３０、異常判定部３４０、外乱検出部３５０、通知生成部３６０を実現させる外乱検出プログラムは、情報処理装置３００を制御する各種プログラムの少なくとも一部である。外乱検出プログラムは、例えば、記憶媒体３８の配布やネットワークからのダウンロード等によって提供される。外乱検出プログラムを記録した記憶媒体３８は、情報を光学的、電気的或いは磁気的に記録する記憶媒体、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の様に情報を電気的に記録する半導体メモリ等、様々なタイプの記憶媒体を用いることができる。

また、外乱検出プログラムは、外乱検出プログラムを記録した記憶媒体３８がドライブ装置３３にセットされると、記憶媒体３８からドライブ装置３３を介して補助記憶装置３４にインストールされる。ネットワークからダウンロードされた外乱検出プログラムは、インターフェース装置３７を介して補助記憶装置３４にインストールされる。

記憶部３７０を実現する補助記憶装置３４は、情報処理装置３００にインストールされた外乱検出プログラムを格納すると共に、情報処理装置３００による各種の必要なファイル、データ等を格納する。メモリ装置３５は、情報処理装置３００の起動時に補助記憶装置３４から外乱検出プログラムを読み出して格納する。そして、演算処理装置３６はメモリ装置３５に格納された外乱検出プログラムに従って、後述するような各種処理を実現している。

次に、図４を参照して、本実施形態の情報処理装置３００の処理について説明する。図４は、第一の実施形態の情報処理装置の処理を説明する第一のフローチャートである。

本実施形態の情報処理装置３００は、データ取得部３２０により、デジタルデータを取得する（ステップＳ４０１）。続いて、情報処理装置３００は、データ処理部３３０のより、異常判定用のデータを取得し、異常判定部３４０により、取得したデータに基づき、測定対象物の状態が異常であるか否かを判定する異常判定処理を行う（ステップＳ４０２）。ステップＳ４０２の処理の詳細は後述する。

続いて、情報処理装置３００は、異常判定部３４０による判定結果を参照する（ステップＳ４０３）。

情報処理装置３００は、異常判定部３４０により、測定対象物の状態が異常ではないと判定された場合（ステップＳ４０３でＮｏ）、測定対象物の状態を正常とし（ステップＳ４０４）、処理を終了する。

また、情報処理装置３００は、異常判定部３４０により、測定対象物の状態が異常であると判定された場合（ステップＳ４０３でＹｅｓ）、外乱検出部３５０により、デジタルデータから外乱を検出する外乱検出処理を行う（ステップＳ４０５）。

続いて、情報処理装置３００は、外乱検出部３５０による検出結果を参照する（ステップＳ４０６）。

情報処理装置３００は、外乱が検出されない場合（ステップＳ４０３でＮｏ）、通知生成部３６０により、測定対象物の状態が異常と判定されたことを示す通知を生成し（ステップＳ４０７）、処理を終了する。尚、ステップＳ４０７で生成された通知は、情報処理装置３００の出力装置等に出力されてもよい。

情報処理装置３００は、外乱が検出された場合（ステップＳ４０３でＹｅｓ）、外乱が検出されたことを示す履歴情報を記憶部３７０に格納し（ステップＳ４０８）、処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、異常判定部３４０による異常判定において、測定対象物の状態が異常であると判定された場合、且つ、外乱検出部３５０において、外乱が検出されない場合に、測定対象物が異常であることを示す通知を生成する。

言い換えれば、本実施形態では、異常判定部３４０により、測定対象物の状態が異常であると判定された場合であっても、外乱検出部３５０により、外乱が検出された場合には、測定対象物の状態は、異常とは判定されない。この場合、測定対象物の状態は、外乱の影響を受けている状態と判定される。

このため、本実施形態によれば、測定対象物の異常を検出する際に、外乱による影響を取り除くことができ、測定対象物の異常検出の精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、測定対象物の異常検出において、外乱の影響が除外され、誤検知の発生が抑制されるため、測定対象物の状態の管理等を行う作業者の作業負荷を軽減させることができる。

尚、本実施形態では、外乱検出部３５０は、一定期間に取得されたデジタルデータの出力値が閾値以上となる回数が、所定回数以上である場合に、外乱を検出するものとしたが、これに限定されない。

外乱検出部３５０は、例えば、一定期間に取得されたデジタルデータのうち、一定期間に取得されたデータ点数に対する、出力値が閾値以上となるデータ点数の割合が、一定の値以上となる場合に、外乱を検出してもよい。

また、本実施形態では、異常判定部３４０により測定対象物の状態が異常と判定された場合にのみ、外乱検出部３５０による外乱の検出を行う。このため、本実施形態によれば、外乱検出部３５０による処理の回数を減らすことができ、情報処理装置３００の処理負荷を軽減できる。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の異常判定処理の一例について説明する。図５及び図６は、図４のステップＳ４０２の詳細を示す。

図５は、第一の実施形態の情報処理装置の処理を説明する第二のフローチャートである。図５に示す処理は、主にデータ処理部３３０の処理である。図３の処理は、通信部３１０がデジタルデータを受信する度に実行される。

本実施形態のデータ処理部３３０は、データ取得部３２０が取得したデジタルデータに対し、高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ；fast Fourier transform）を実行し、周波数領域の波形データを取得する（ステップＳ５０１）。

続いて、データ処理部３３０は、取得した周波数領域の波形データから、パワーが極大値かつ最大値となる周波数を算出し、その周波数を転動体２５２の通過振動の周波数とする（ステップＳ５０２）。以下の説明では、転動体２５２の通過振動の周波数の波形を基本波形と呼び、基本波形を示す波形データを基本波形データと呼ぶ場合がある。また、転動体２５２の通過振動とは、転動体２５２が、外輪２５１においてひずみゲージ２１０が取り付けられた箇所を通過する際に生じる外輪２５１の振動を示す。

続いて、データ処理部３３０は、基本波形の周波数の＋１０％から－１０％までの範囲の周波数成分を抽出する。また、データ処理部３３０は、転動体２５２の通過振動のＮ次高調波成分のそれぞれについて、周波数の＋１０％から－１０％までの範囲の周波数成分を抽出する（ステップＳ５０３）。尚、本実施形態では、基本波形の周波数は、Ｎ＝１のときであり、Ｎ次高調波とは、Ｎ＝２～５の周波数の高調波とした。ただし、Ｎの値は、これに限定されるものではない。

続いて、データ処理部３３０は、抽出した各周波数成分に対して逆ＦＦＴを行って、周波数領域の波形データを時間領域の波形データとし、各波形データの時間領域における振幅の実効値を算出する（ステップＳ５０４）。

具体的には、データ処理部３３０は、基本波形の周波数を中心とした＋１０％から－１０％までの範囲の周波数成分に対し、逆ＦＦＴを行った結果の波形データの振幅の実効値を算出する。また、データ処理部３３０は、Ｎ次高調波成分（Ｎ＝２～５）を中心とした＋１０％から－１０％までの範囲の周波数成分に対し、逆ＦＦＴを行った結果の波形データの振幅の実効値を算出する。

続いて、データ処理部３３０は、ステップＳ５０４において、転動体２５２のＮ次高調波成分（Ｎ＝２～５）に基づき算出されたそれぞれの振幅の実効値を、基本波形データに基づき算出された振幅の実効値で除算した値を算出し、この値を特徴量とする（ステップＳ５０５）。

言い換えれば、データ処理部３３０は、基本波形データに基づき算出された振幅の実効値と、Ｎ次高調波成分に基づき算出されたそれぞれの振幅の実効値との比率を、特徴量として算出する。本実施形態の特徴量とは、転動体２５２の回転の状態を示す値であり、言い換えれば、ベアリング２５０（測定対象物）の状態を示す値である。

続いて、データ処理部３３０は、正常データの収集期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ５０６）。

収集期間とは、ベアリング２５０が正常な状態で動作していると推定される期間であり、正常データとは、収集期間中に取得されたデジタルデータから算出された特徴量である。

本実施形態の収集期間とは、例えば、ベアリング２５０の工場出荷時から所定の期間であってもよいし、ベアリング２５０の稼働時間が所定時間に到達するまでの期間であってもよい。本実施形態の収集期間は、任意に設定が可能であってもよい。

ステップＳ５０６において、収集期間が経過していない場合、データ処理部３３０は、ステップＳ５０５で算出した特徴量を記憶部３７０に保存し（ステップＳ５０７）、処理を終了する。以下の説明では、収集期間に記憶部３７０に保存された特徴量群を、正常データと呼ぶ場合がある。

本実施形態の正常データには、Ｎ＝２と対応する特徴量群と、Ｎ＝３と対応する特徴量群と、Ｎ＝４と対応する特徴量群と、Ｎ＝５と対応する特徴量群とが含まれる。

ステップＳ５０６において、収集期間が経過している場合、情報処理装置３００は、異常判定部３４０により、ステップＳ５０５で算出した特徴量を用いた異常判定処理を行い（ステップＳ５０８）、処理を終了する。

以下に、図６を参照して、本実施形態の異常判定部３４０の処理について説明する。図６は、第一の実施形態の情報処理装置の処理を説明する第三のフローチャートである。図６に示す処理は、主に、異常判定部３４０の処理である。

本実施形態の異常判定部３４０は、図５のステップＳ５０６において、収集期間が経過している場合、記憶部３７０から正常データを読み出し、正規化パラメータを抽出する（ステップＳ６０１）。

具体的には、異常判定部３４０は、正常データに含まれるＮ＝２と対応する特徴量群と、Ｎ＝３と対応する特徴量群と、Ｎ＝４と対応する特徴量群と、Ｎ＝５と対応する特徴量群と、のそれぞれについて、平均値と分散と算出する。

続いて、異常判定部３４０は、正常データの正規化に用いた正規化パラメータを用いて、評価データを正規化する（ステップＳ６０２）。評価データとは、収集期間が経過した後に、データ取得部３２０が取得したデジタルデータに基づき、データ処理部３３０が算出したＮ＝２～５のそれぞれと対応する特徴量である。

ステップＳ６０２において、また、異常判定部３４０は、ステップＳ４０２において、この評価データを、ステップＳ６０２で用いた正規化パラメータ（平均値と分散）を用いて正規化し、特徴量空間における座標を示す値とする。

続いて、異常判定部３４０は、特徴量を座標値とした空間上における、ステップＳ６０２で正規化された評価データの近傍のデータ密度と、ステップＳ６０１で正規化された正常データの近傍のデータ密度の比を算出する（ステップＳ６０３）。本実施形態では、データ密度の比を異常度とする。異常度とは、ベアリング２５０の状態が異常であるか否かを判定する際の指標なる値である。

続いて、異常判定部３４０は、「異常度がある異常度閾値を超え、且つ、その頻度が所定の値を超えた」、という条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ６０４）。尚、異常度閾値や、所定の値は、予め設定されていてもよい。

ステップＳ６０４において、条件を満たす場合、異常判定部３４０は、ベアリング２５０の状態が異常な状態と判定し、通知生成部３６０により、異常を示す通知を生成し、通信部３１０により通知を送信し（ステップＳ６０５）、処理を終了する。

本実施形態の通知は、例えば、ベアリング２５０に異常が生じていることを示すメッセージ等であってもよく、その場合には、例えば、情報処理装置３００と接続されたディスプレイ等に通知を表示させてもよい。また、本実施形態の通知は、ベアリング２５０が異常な状態であることを示す警報等であってもよく、この警報は、センサ基板２００に対して出力されてもよい。センサ基板２００は、この警報を受け付けて、例えば、ベアリング２５０の上位装置等にも警報を通知してもよい。

ステップＳ６０４において、「異常度がある閾値を超え、且つ、その頻度が所定の値を超えた」、という条件を満たさない場合、異常判定部３４０は、正常と判定し（ステップＳ６０６）、処理を終了する。尚、本実施形態では、異常判定部３４０により、正常と判定された場合も、正常であることを示す通知を通知生成部３６０により生成して出力してもよい。

このように、本実施形態によれば、ベアリング２５０の定常状態における内輪２５３の回転数や、観測波形の周期及び振幅等が未知である場合や、回転速度が変動する場合であっても、ベアリング２５０の異常を検出することができる。

また、本実施形態では、ひずみゲージ２１０から出力される信号から、転動体２５２の通過振動を示す周波数の振幅と、この周波数のＮ次高調波成分の振幅との比率によって示される特徴量に基づき、ベアリング２５０の異常を検出する。

このため、本実施形態では、ひずみゲージ２１０の温度特性の影響を低減し、ひずみのみで、ベアリング２５０の異常を検出することができる。

また、本実施形態では、ベアリングの異常の有無を検出する際に、測定対象物となるベアリング毎に、正常データを収集し、収集した正常データを基準とする。そして、本実施形態では、特徴量空間上で、測定対象のベアリングの正常データのデータ密度に着目し異常度を算出している。このため、本実施形態では、異常を検出する条件が一定であれば、ベアリングの機種が異なっても、ベアリングの種類によって事前に基準値を設定する必要がない。

さらに、本実施形態の異常判定部３４０は、異常度が異常度閾値を超えた場合に、ベアリング２５０の異常を検出するものとしたが、異常判定部３４０は、異常度に応じて、異常の予兆を検出してもよい。

具体的には、例えば、異常判定部３４０は、異常度が異常度閾値に到達する前の段階で、異常の予兆を検出し、通知生成部３６０に対し、異常の予兆があることを示す通知を生成させてもよい。この通知は、通信部３１０によって、外部へ送信されてもよい。

尚、図５及び図６に示す処理は、異常判定部３４０による異常判定処理の一例である。本実施形態の異常判定部３４０は、図５及び図６で説明した方法以外の方法で、測定対象物の状態が異常であるか否かを判定してもよい。

具体的には、例えば、異常判定部３４０は、デジタルデータを取得すると、過去に取得されたデジタルデータと比較し、比較結果に応じて測定対象物の状態が異常であるか否かを判定してもよい。

さらに、本実施形態の情報処理装置３００は、例えば、定期的に、測定対象物の管理等を行う作業者による、測定対象物の状態の確認結果等が入力されてもよい。この場合、情報処理装置３００は、作業者による確認結果と、異常判定部３４０による判定結果とに基づき、外乱検出部３５０が用いる出力値の閾値を変更してもよい。この場合、情報処理装置３００は、例えば、作業者による確認結果と、異常判定部３４０による判定結果とを入力データとして、出力値の閾値の最適値を出力する機械学習部等を有していてもよい。

このように出力値の閾値を最適値に更新することで、外乱による影響の検出の精度を高めることができ、異常検出の精度を向上させることができる。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、外乱検出部３５０により、外乱の影響が検出されない場合にのみ、異常判定部３４０による判定を行う点が、第一の実施形態と相違する。よって、第二の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。

図７は、第二の実施形態の情報処理装置の処理を説明するフローチャートである。本実施形態の情報処理装置３００は、データ取得部３２０により、デジタルデータを取得する（ステップＳ７０１）。

続いて、情報処理装置３００は、外乱検出部３５０により、外乱を検出する外乱検出処理を行う（ステップＳ７０２）。

続いて、情報処理装置３００は、外乱検出部３５０による検出結果を参照する（ステップＳ７０３）。

情報処理装置３００は、外乱検出部３５０により、外乱が検出された場合（ステップＳ７０３でＹｅｓ）、外乱が検出されたことを示す履歴情報を記憶部３７０に格納し（ステップＳ７０４）、処理を終了する。

また、情報処理装置３００は、外乱検出部３５０により、外乱が検出されない場合（ステップＳ７０３でＮｏ）、異常判定部３４０による異常判定処理を行う（ステップＳ７０５）。

続いて、情報処理装置３００は、異常判定部３４０による判定結果を参照する（ステップＳ７０６）。

情報処理装置３００は、異常判定部３４０により、測定対象物の状態が異常ではないと判定された場合（ステップＳ７０６でＮｏ）、測定対象物の状態を正常とし（ステップＳ７０７）、処理を終了する。

また、情報処理装置３００は、異常判定部３４０により、測定対象物の状態が異常であると判定された場合（ステップＳ７０６でＹｅｓ）、通知生成部３６０により、測定対象物の状態が異常と判定されたことを示す通知を生成し（ステップＳ７０８）、処理を終了する。

このように、本実施形態では、異常判定部３４０による異常判定よりも前に、外乱検出部３５０による外乱の検出を行う。したがって、本実施形態では、外乱を検出する際に、正常データの収集が完了するまで待機する必要がなく、正常データの収集が完了する前に外乱を検出することができる。

そのため、本実施形態では、例えば、ベアリング２５０の定常状態となる前に外乱を検出することができる。

また、本実施形態では、外乱が検出されない場合にのみ、異常判定部３４０による異常判定処理を行うため、異常判定処理において外乱が影響することを防止できる。言い換えれば、本実施形態では、異常検出における外乱の影響を低減することができ、異常検出の精度を向上させることができる。

（第三の実施形態）
以下に図面を参照して、第三の実施形態について説明する。第三の実施形態は、情報処理装置３００の機能を、半導体集積回路によって実現した点が、第一及び第二の実施形態と相違する。よって、第三の実施形態の説明では、第一及び第二の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一及び第二の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。

図８は、第三の実施形態の外乱検出システムのシステム構成の一例を示す図である。本実施形態の外乱検出システム１００Ａは、センサ基板２００と、外乱検出装置４００とを含む。外乱検出システム１００Ａにおいて、外乱検出装置４００は、情報処理装置３００の各部の機能を有する回路を１つに認めた、用途特定向け集積回路（ＡＳＩＣ；application specific integrated circuit）である。

本実施形態の外乱検出装置４００は、通信回路４１０、データ取得回路４２０、データ処理回路４３０、異常判定回路４４０、外乱検出回路４５０、通知出力回路４６０、記憶装置４７０を有する。

通信回路４１０は、センサ基板２００と通信を行う。データ取得回路４２０は、データ取得部３２０の機能を実現する。データ処理回路４３０は、データ処理部３３０の機能を実現する。異常判定回路４４０は、異常判定部３４０の機能を実現する。外乱検出回路４５０は、外乱検出部３５０の機能を実現する。通知出力回路４６０は、通知生成部３６０の機能を実現する。記憶装置４７０は、記憶部３７０に対応する。

尚、外乱検出装置４００は、記憶装置４７０を含むものとしたが、これに限定されない。外乱検出装置４００は、記憶装置４７０を有していなくてもよく、その場合には、記憶装置４７０は、外乱検出装置４００の外部に実装されて、データ処理回路４３０と異常判定回路４４０とに接続されればよい。

また、本実施形態の外乱検出装置４００において、外乱検出回路４５０の出力は、記憶装置４７０に接続されており、外乱検出回路４５０の検出結果を示す情報が記憶装置４７０に出力されてもよい。

また、本実施形態の外乱検出回路４５０の出力は、通知出力回路４６０に接続されてもよく、外乱検出回路４５０の検出結果を示す情報を通知出力回路４６０に出力してもよい。

本実施形態では、このように、情報処理装置３００の機能を集積回路である外乱検出装置４００とすることで、例えば、センサ基板２００上に、外乱検出装置４００を実装することができる。

したがって、本実施形態では、外乱の検出と、測定対象物の異常の検出を行うための情報処理装置３００を配置する必要がなく、特に、上位装置の内部に、ベアリング２５０と、センサ基板２００と外乱検出装置４００とを内蔵させることができる。

（第四の実施形態）
以下に図面を参照して、第四の実施形態について説明する。第四の実施形態では、第三の実施形態に示す外乱検出装置にセンサ基板を含めた点が、第三の実施形態と相違する。よって、以下の第四の実施形態の説明では、第三の実施形態との相違点について説明し、第二の実施形態と同様の機能構成については、第三の実施形態の説明で用いた符号を付与し、説明を省略する。

図９は、第四の実施形態の外乱検出装置を示す図である。本実施形態の外乱検出装置４００Ａは、ひずみゲージ２１０、アンプ２２０、ＡＤＣ２３０、データ取得回路４２０、データ処理回路４３０、異常判定回路４４０、外乱検出回路４５０、通知出力回路４６０を有する。また、本実施形態の外乱検出装置４００Ａは、データ処理回路４３０によってデータが書き込まれ、異常判定回路４４０によってデータが読み出される記憶装置４７０が接続される。

本実施形態では、このように、外乱検出装置４００Ａにひずみゲージ２１０を含む構成とすることで、外乱検出装置４００Ａを測定対象物の外輪に取り付けるだけで、外乱を検出することができる。また、本実施形態では、外乱検出装置４００Ａを測定対象物の外輪に取り付けるだけで、この測定対象物における転動体２５２の転動によって生じる振動の異常を検出することができる。

また、本実施形態の外乱検出装置４００Ａは、ベアリング２５０を含んでいないが、外乱検出装置４００Ａには、ベアリング２５０が含まれてもよい。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００、１００Ａ 外乱検出システム、２００ センサ基板，２１０ ひずみゲージ，２２０ アンプ，２３０ ＡＤＣ，２４０ 通信回路，３００ 情報処理装置，３１０ 通信部，３２０ データ取得部，３３０ データ処理部，３４０ 異常判定部，３５０ 外乱検出部，３６０ 通知生成部，３７０ 記憶部，４００、４００Ａ 外乱検出装置

Claims (7)

1. 転動体の通過振動を捉えた信号を取得するデータ取得部と、
   前記信号に基づき、前記転動体を含む測定対象物の状態が異常であるか否かを判定する異常判定部と、
   前記測定対象物の状態が異常と判定された場合にのみ、前記信号における外乱の影響を検出する外乱検出部と、を有する、外乱検出装置。
2. 前記異常とは、前記転動体の通過振動の高調波成分の振幅値の変化である、請求項１に記載の外乱検出装置。
3. 前記外乱検出部により前記外乱が検出されない場合に、前記異常を示す通知を生成する通知生成部を有する、請求項１又は２記載の外乱検出装置。
4. 前記外乱検出部は、
   一定期間において、前記信号の出力値が閾値以上となる回数が所定回数以上である場合に、外乱を検出する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の外乱検出装置。
5. 前記外乱検出部により外乱が検出された場合に、外乱が検出されたことを示す履歴情報が格納される記憶部を有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の外乱検出装置。
6. 前記転動体の通過振動によって生じるひずみを検出し、アナログデータを出力するひずみセンサと、
   前記アナログデータを増幅するアンプと、
   前記アンプから出力されたアナログデータを前記信号に変換する変換器と、
   前記信号を前記データ取得部へ送信する通信回路と、が実装されたセンサ基板を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の外乱検出装置。
7. 外乱検出装置による外乱検出方法であって、前記外乱検出装置が、
   転動体の通過振動を捉えた信号を取得し、
   前記信号に基づき、前記転動体を含む測定対象物の状態が異常であるか否かを判定し、
   前記測定対象物の状態が異常と判定された場合にのみ、前記信号における外乱の影響を検出する外乱検出方法。

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