JP3338532B2 - Excavator abnormality diagnosis device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シールドマシン掘進機
やトンネルボーリングマシン等の掘進機において、運転
中の掘進機の異常、故障を診断する異常診断装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an abnormality diagnosis apparatus for diagnosing an abnormality or a failure of an operating excavator in an excavator such as a shield machine excavator or a tunnel boring machine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、運転中の掘進機の故障或は異常を
診断する方法としては、シールド掘進機のカッタチャン
バ内の土圧、カッタヘッドの回転トルク、シールドジャ
ッキの推進力、排土用スクリューコンベアの回転トルク
などをそれぞれのセンサにより検出し、それぞれの検出
値が設定値以上または設定値以下なったときに、カッタ
ヘッド、シールドジャッキ、スクリューコンベアなどの
可動部位に異常または故障が生じていると判断するよう
にしていた。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of diagnosing a failure or abnormality of an excavator during operation, earth pressure in a cutter chamber of a shield excavator, rotational torque of a cutter head, propulsive force of a shield jack, and discharge of soil. Rotary torque of the screw conveyor is detected by each sensor, and when each detected value is over the set value or below the set value, abnormalities or failures occur in movable parts such as cutter head, shield jack, screw conveyor, etc. Was determined to be.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の方法では、掘進機を長時間稼動させたとき
に徐々に生じる機械部分等の摩耗や損傷などに伴って発
生する異常を検出することができない。例えば、カッタ
ヘッドの回転トルクが設定値以上になったことが計測さ
れた場合、その原因がカッタチップの摩耗またはカッタ
ヘッド駆動軸の軸受内に土砂が侵入したことによるもの
か、或はカッタヘッドが岩盤層を掘削することによるも
のかは、地上管理室のモニタを監視するだけでは異常原
因を正確に診断することができない。However, in the conventional method as described above, an abnormality which is caused by abrasion or damage of a mechanical portion which gradually occurs when the excavator is operated for a long time is detected. Can not do. For example, when it is measured that the rotational torque of the cutter head has exceeded a set value, it is determined whether the cause is wear of the cutter tip or intrusion of soil into the bearing of the cutter head drive shaft, or It is not possible to accurately diagnose the cause of the abnormality simply by monitoring the monitor in the ground control room to determine whether the cause is excavation of the bedrock.
【０００４】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、掘進機に設けた音波センサを利用して、掘進機の故
障または異常原因を自動的に、かつ正確に診断すること
ができる掘進機の異常診断装置を提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and makes it possible to automatically and accurately diagnose a failure or an abnormal cause of an excavator using a sound wave sensor provided in the excavator. An object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis device for an excavator.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１の発明は、掘進機の運転中に発生す
る音響及び振動を検出する音波センサと、前記音波セン
サから出力される信号を所定の出力振幅に増幅する可変
増幅器と、前記可変増幅器から出力される信号から前記
掘進機の異常音別に設定された中心周波数の異なる狭帯
域の信号をそれぞれ抽出する複数の狭帯域フィルタと、
前記可変増幅器から出力される信号から前記各種異常音
を含む所定帯域幅の信号を抽出する広帯域フィルタと、
前記広帯域フィルタから出力される信号の振幅に基づい
て前記可変増幅器の出力振幅が所定の振幅レベルとなる
ように前記可変増幅器の利得を制御する利得制御手段
と、前記各狭帯域フィルタを通過したそれぞれの信号の
振幅を算出し、該振幅が設定レベル以上かを判定すると
ともに設定レベル以上の信号が所定時間以上持続したと
きは前記中心周波数に対応する異常が発生したと診断す
る演算処理手段とを備える構成にした。本発明の請求項
２の発明は、前記演算処理手段から得られる異常の診断
結果を表示する表示手段を更に設けてなるものである。
本発明の請求項３の発明は、前記音波センサを前記掘進
機のカッタチャンバ隔壁に設けたものである。According to one aspect of the present invention, there is provided a sound wave sensor for detecting sound and vibration generated during operation of an excavator, and a sound wave output from the sound wave sensor. Amplifier that amplifies the signal to a predetermined output amplitude, and a plurality of narrow-band filters that respectively extract narrow-band signals having different center frequencies set for each abnormal sound of the excavator from the signal output from the variable amplifier. When,
A wideband filter that extracts a signal of a predetermined bandwidth including the various abnormal sounds from a signal output from the variable amplifier,
Gain control means for controlling the gain of the variable amplifier so that the output amplitude of the variable amplifier is at a predetermined amplitude level based on the amplitude of the signal output from the wideband filter; and And calculating processing means for determining whether the amplitude is equal to or higher than a set level and diagnosing that an abnormality corresponding to the center frequency has occurred when a signal equal to or higher than the set level has continued for a predetermined time or more. It was configured to be equipped. The invention according to claim 2 of the present invention is further provided with display means for displaying a diagnosis result of the abnormality obtained from the arithmetic processing means.
According to a third aspect of the present invention, the sound wave sensor is provided on a cutter chamber partition wall of the excavator.
【０００６】[0006]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の掘進機異常診断装置を土圧式シ
ールド掘進機に適用した全体の概略構成図、図２はシー
ルド掘進機の詳細を示す図、図３は異常診断装置の内部
構成を示すブロック図である。図１及び図２において、
１０はシールド掘進機であり、シールドフレーム１１
と、シールドフレーム１１の掘進方向前端で回転して地
盤を掘削するカッタヘッド１２と、カッタヘッド１２の
背後に隔壁１３により形成されカッタヘッド１２により
掘削された掘削土を充満状態に滞留させるカッタチャン
バ１４と、カッタチャンバ１４内の掘削土を連続的に排
出するスクリューコンベア１５と、図略の推進用油圧ジ
ャッキ及びセグメント１６の組立て用エレクタ等を備え
る。また、カッタヘッド１２の駆動軸１２ａは隔壁１３
に軸受１７を介して回転可能に支持され、油圧モータ１
８により回転駆動される。１９は排気装置である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of the entire structure in which the machine for diagnosing an excavator of the present invention is applied to an earth pressure shield machine, FIG. 2 is a diagram showing details of the shield machine, and FIG. 3 is an internal configuration of the abnormality diagnosing device. It is a block diagram. 1 and 2,
Reference numeral 10 denotes a shield machine, and a shield frame 11
A cutter head 12 for excavating the ground by rotating at the front end of the shield frame 11 in the excavation direction; and a cutter chamber formed by the partition wall 13 behind the cutter head 12 and retaining the excavated soil excavated by the cutter head 12 in a full state. 14, a screw conveyor 15 for continuously discharging excavated soil in the cutter chamber 14, an unillustrated hydraulic jack for propulsion and an erector for assembling the segments 16, and the like. The drive shaft 12a of the cutter head 12 is
Rotatably supported by bearings 17 via a hydraulic motor 1
8 is driven to rotate. 19 is an exhaust device.
【０００７】図１において、２０は地上に設けた管理室
であり、この管理室２０内には、シールド掘進機１０を
操作する操作盤２１が設置され、さらにシールド掘進機
１０を制御するコンピュータ２２が設置されている。ま
た、管理室２０内には掘進機の異常診断装置２３が設置
されており、この異常診断装置２３には、隔壁１３に取
り付けた音波センサ２４が信号ケーブル２５を介して接
続されている。前記音波センサ２４は、カッタヘッド１
２から隔壁１３に伝播されてくる地盤の掘削音や振動、
駆動軸１２ａや軸受１７等の機械部分に生じる異常音を
検出するもので、ＰＺＴセラミックスから構成される加
速度センサなどが使用され、この加速度センサは可聴音
帯域（１０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ）でフラットな周波数特性
を有するものである。In FIG. 1, reference numeral 20 denotes a control room provided on the ground. In the control room 20, an operation panel 21 for operating the shield machine 10 is installed, and a computer 22 for controlling the shield machine 10 is further provided. Is installed. An abnormality diagnosis device 23 for the excavator is installed in the management room 20, and a sound wave sensor 24 attached to the partition 13 is connected to the abnormality diagnosis device 23 via a signal cable 25. The sound wave sensor 24 is provided for the cutter head 1.
Excavation sound and vibration of the ground transmitted from 2 to the bulkhead 13,
It detects abnormal noise generated in mechanical parts such as the drive shaft 12a and the bearing 17 and uses an acceleration sensor made of PZT ceramics. This acceleration sensor has a flat frequency characteristic in an audible sound band (10 Hz to 20 KHz). It has.
【０００８】次に、図３により異常診断装置２３の構成
について説明する。図３において、音波センサ２４に
は、その検出信号を増幅する前置増幅器２６が接続さ
れ、この前置増幅器２６には信号ケーブル２５を介して
異常診断装置２３が接続されている。前記異常診断装置
２３は、前置増幅器２６から信号ケーブル２６を介して
伝送されてくる検出信号の振幅レベルの時間平均値が一
定となるように利得（増幅度）が連続的に制御される可
変増幅器２７と、この可変増幅器２７から出力される信
号から前記掘進機１０の異常音別に設定された中心周波
数の異なる狭帯域の信号をそれぞれ抽出する複数の狭帯
域フィルタ２８ａ〜２８ｎと、この各狭帯域フィルタ２
８ａ〜２８ｎの出力段にそれぞれ接続され、各々の狭帯
域フィルタ２８ａ〜２８ｎから出力される信号を各別に
検波する複数の検波器２９ａ〜２９ｎと、前記可変増幅
器２７から出力される信号から前記各種異常音を含む所
定帯域幅（２００Ｈｚ〜１０ＫＨｚ）の信号を抽出する
広帯域フィルタ３０と、この広帯域フィルタ３０から出
力される信号を検波する検波器３１と、前記各狭帯域用
検波器２９ａ〜２９ｎから出力される検波信号に基づい
て掘進機１０の各異常を診断するとともに、前記広帯域
用検波器３１から出力される検波信号の振幅レベルに基
づいて前記可変増幅器２７の増幅度を制御する演算処理
装置３２と、この演算処理装置３２から得られる各異常
の診断結果を表示する表示装置３３を備える。Next, the configuration of the abnormality diagnosis device 23 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, a preamplifier 26 for amplifying the detection signal is connected to the sound wave sensor 24, and an abnormality diagnosis device 23 is connected to the preamplifier 26 via a signal cable 25. The abnormality diagnosing device 23 is a variable in which the gain (amplification degree) is continuously controlled so that the time average value of the amplitude level of the detection signal transmitted from the preamplifier 26 via the signal cable 26 becomes constant. An amplifier 27; a plurality of narrow band filters 28a to 28n for extracting narrow band signals having different center frequencies set for each abnormal sound of the excavator 10 from the signal output from the variable amplifier 27; Bandpass filter 2
A plurality of detectors 29a to 29n respectively connected to the output stages of the narrow bandpass filters 28a to 28n and detecting the signals output from the narrow bandpass filters 28a to 28n individually; A wideband filter 30 for extracting a signal of a predetermined bandwidth (200 Hz to 10 KHz) including an abnormal sound, a detector 31 for detecting a signal output from the wideband filter 30, and the narrowband detectors 29 a to 29 n. An arithmetic processing device that diagnoses each abnormality of the excavator 10 based on the output detection signal and controls the amplification degree of the variable amplifier 27 based on the amplitude level of the detection signal output from the broadband detector 31. 32, and a display device 33 for displaying a diagnosis result of each abnormality obtained from the arithmetic processing device 32.
【０００９】なお、前記狭帯域フィルタ２８ａ〜２８ｎ
のそれぞれの中心周波数は、カッタチップの摩耗、軸受
等の機械部分の損傷などにより生じる各種異常音の周波
数を実験的に求めたものから決定される。また、前記演
算処理装置３２は、図示省略するが、各検波器２９ａ〜
２９ｎからの検波信号をサンプリングしてディジタル信
号に変換するＡ−Ｄコンバータ、Ａ−Ｄコンバータから
のディジタル信号を基に所定のアルゴリズムに従い異常
診断及び増幅度制御をを行うＣＰＵ、異常診断用のプロ
グラム等のデータを格納するメモリを備えるとともに、
検波器３１からの検波出力に基づいて可変増幅器２７の
利得を制御するＡＧＣ処理部を備える。The narrow band filters 28a to 28n
Are determined from experimentally determined frequencies of various abnormal sounds caused by wear of the cutter tip, damage to mechanical parts such as bearings, and the like. The arithmetic processing unit 32 is not shown, but each of the detectors 29a to 29a to
An A / D converter for sampling a detection signal from the 29n and converting it into a digital signal, a CPU for performing abnormality diagnosis and amplification control in accordance with a predetermined algorithm based on a digital signal from the A / D converter, and a program for abnormality diagnosis And a memory for storing data such as
An AGC processing unit that controls the gain of the variable amplifier 27 based on the detection output from the detector 31 is provided.
【００１０】次に、上記のように構成された本実施例の
動作について説明する。シールド掘進機１０が稼動して
いる状態において、カッタヘッド１２による地盤掘削音
や破砕音、掘進機本体の振動、カッタ駆動軸１２ａの回
転音、その他の可聴帯域の音響及び振動音は音波センサ
２４によりピックアップされ、電気信号に変換された
後、前置増幅器２６により増幅され、信号ケーブル２５
を通して可変増幅器２７に入力される。可変増幅器２７
で増幅された検出信号が広帯域フィルタ３０に加えられ
ると、この広帯域フィルタ３０では、掘進機１０の油圧
系統やトンネル内の還気装置１９などから発生した１０
ＫＨｚ以上の高周波域の周波数及び１０Ｈｚ以下の低周
波域の周波数をカットし、掘削音や異常音を含む１０Ｈ
ｚ〜１０ＫＨｚの範囲の周波数を通過させる。図６は、
この広帯域フィルタ３０の周波数特性図である。Next, the operation of this embodiment configured as described above will be described. In the state where the shield machine 10 is operating, the ground excavation sound and crushing sound by the cutter head 12, the vibration of the machine, the rotation sound of the cutter drive shaft 12 a, and the other sound and vibration sound in the audible band are detected by the sound wave sensor 24. After being picked up by an amplifier and converted into an electric signal, the signal is amplified by a preamplifier 26 and the signal cable 25
Through to the variable amplifier 27. Variable amplifier 27
Is applied to the broadband filter 30, the wideband filter 30 generates the detection signal from the hydraulic system of the excavator 10 and the return air device 19 in the tunnel.
10H including the excavation sound and abnormal sound by cutting the frequency in the high frequency range above KHz and the frequency in the low frequency range below 10Hz
Pass frequencies in the range z-10 KHz. FIG.
FIG. 4 is a frequency characteristic diagram of the broadband filter 30.
【００１１】広帯域フィルタ３０を通過した信号は検波
器３１により検波され、図７に示すような波形となって
演算処理装置３２に出力される。この検波出力を受けた
演算処理装置３２では、その振幅の時間平均に基づくＡ
ＧＣ処理を行い、得られたＡＧＣ信号を可変増幅器２７
にフィードバックすることにより、その増幅度を掘進機
の種類、運転状況、掘削地盤の土質性状などにより変化
させ、出力振幅が一定になるように制御する。The signal that has passed through the wideband filter 30 is detected by a detector 31 and output to an arithmetic processing unit 32 as a waveform as shown in FIG. The arithmetic processing unit 32 that has received the detected output outputs the A based on the time average of the amplitude.
After performing the GC process, the obtained AGC signal is
, The amplification degree is changed according to the type of the excavator, the operating condition, the soil properties of the excavation ground, and the like, and the output amplitude is controlled to be constant.
【００１２】一方、可変増幅器２７で増幅された検出信
号が各狭帯域フィルタ２８ａ〜２８ｎに加えられると、
この各狭帯域フィルタ２８ａ〜２８ｎは、異なるそれぞ
れの中心周波数から上下側に中心周波数の１／１０程度
の帯域幅を持つ狭帯域通過フィルタであるから、この各
狭帯域に一致する周波数の検出信号のみが対応する狭帯
域フィルタ２８ａ〜２８ｎを通過して対応する検波器２
９ａ〜２９ｎに出力される。図４は狭帯域フィルタ２８
ａの周波数特性を示し、図５は狭帯域フィルタ２９ｂの
周波数特性を示している。検波器２９ａ〜２９ｎでは、
対応する狭帯域フィルタ２８ａ〜２８ｎを通過した検出
信号を検波して演算処理装置３２に出力し、それぞれの
検波出力波形に対し所定のアルゴリズムに従い異常が生
じているか否か、及び異常が生じている場合はどのよう
な種類の異常かを診断処理する。On the other hand, when the detection signal amplified by the variable amplifier 27 is applied to each of the narrow band filters 28a to 28n,
Each of the narrow band filters 28a to 28n is a narrow band pass filter having a bandwidth of about 1/10 of the center frequency above and below each of the different center frequencies. Only passes through the corresponding narrowband filters 28a-28n and the corresponding detector 2
9a to 29n. FIG. 4 shows a narrow band filter 28.
FIG. 5 shows the frequency characteristics of the narrow band filter 29b. In the detectors 29a to 29n,
The detection signals that have passed through the corresponding narrow band filters 28a to 28n are detected and output to the arithmetic processing unit 32, and whether or not each detected output waveform has an abnormality according to a predetermined algorithm, and whether an abnormality has occurred. If so, what kind of abnormality is diagnosed.
【００１３】例えば、狭帯域用検波器２９ａから、図８
に示すような波形の検波信号が出力され、この検波信号
が演算処理装置３２に入力されたとすると、演算処理装
置３２では、入力されてくる検波信号をサンプリング
し、量子化することにより振幅を求めるとともに、この
振幅が予め設定した設定レベルＶ0 以上かを判定し、さ
らに設定レベル以上の振幅の信号が所定時間以上持続し
たかを判定する。ここで、図８に示すように、設定レベ
ルＶ0 以上の振幅の信号が所定時間以上持続したことが
判定されると、演算処理装置３２は掘進機１０に運転異
常が生じていると判断し、同時にその異常の種類と異常
の程度を演算する。例えば、カッタチップが摩耗するこ
とにより生じる異常音の周波数帯が狭帯域フィルタ２８
ａを通過するものであれば、演算処理装置３２は狭帯域
フィルタ２８ａを通過する信号を基にしてカッタヘッド
１２のカッタチップに摩耗が生じていることを診断する
ことになる。また、演算処理装置３２で得られた異常の
処理結果は表示装置３３に出力され、この表示装置３３
に掘進機１０に生じた異常の種類と異常の程度が表示さ
れる。なお、狭帯域用検波器２９ｂ〜２９ｎから出力さ
れる検波信号においても、上記検波機２９ａと同様にし
て演算処理装置３２で処理され、各狭帯域フィルタで設
定された狭帯域周波数に対応する各部の異常を診断でき
る。For example, from the narrow band detector 29a, FIG.
Assuming that a detection signal having a waveform as shown in FIG. 3 is output and this detection signal is input to the arithmetic processing unit 32, the arithmetic processing unit 32 samples the input detection signal and quantizes the signal to obtain the amplitude. At the same time, it is determined whether or not the amplitude is equal to or higher than a preset set level V 0 , and further, whether or not a signal having an amplitude equal to or higher than the set level has continued for a predetermined time or more. Here, as shown in FIG. 8, when it is determined that the signal having the amplitude equal to or higher than the set level V 0 has continued for a predetermined time or more, the arithmetic processing device 32 determines that an operation abnormality has occurred in the excavator 10. At the same time, the type of the abnormality and the degree of the abnormality are calculated. For example, the frequency band of the abnormal sound caused by the wear of the cutter tip is narrow band filter 28.
If the signal passes through a, the arithmetic processing unit 32 diagnoses that the cutter tip of the cutter head 12 is worn based on the signal passing through the narrow band filter 28a. The processing result of the abnormality obtained by the arithmetic processing unit 32 is output to the display device 33, and the display device 33
The type of abnormality and the degree of abnormality that have occurred in the excavator 10 are displayed on the screen. The detection signals output from the narrow-band detectors 29b to 29n are also processed by the arithmetic processing unit 32 in the same manner as in the detector 29a, and each component corresponding to the narrow-band frequency set by each narrow-band filter. Abnormalities can be diagnosed.
【００１４】このように、本実施例においては、音波セ
ンサ２４で検出した掘進機運転中の音響及び振動信号を
可変増幅器２７で飽和しない所定の出力レベルに増幅し
た後、掘進機１０の異常別に設定した中心周波数の異な
る各狭帯域フィルタ２８ａ〜２８ｎに加え、これらの狭
帯域フィルタを通過した信号をそれぞれの検波器２９ａ
〜２９ｎを通して演算処理装置３２に取り込み、この演
算処理装置３２により検波信号をサンプリングし、かつ
量子化して振幅を求めるとともに、この振幅が予め設定
した設定レベルＶ0 以上かを判定し、この設定レベル以
上の振幅の信号が所定時間以上持続したことが判定され
たときは、掘進機１０に運転異常が生じていると判断
し、その異常の種類と異常の程度を表示装置３３に表示
する構成にした。このため、掘進機１０の故障または異
常原因を自動的に、かつ正確に診断することができると
ともに、例えば、カッタヘッドの回転トルクが設定値以
上になったことが計測された場合、その原因がカッタチ
ップの摩耗またはカッタヘッド駆動軸の軸受内に土砂が
侵入したことによるものか、或はカッタヘッドが岩盤層
を掘削することによりものかの診断も容易になるほか、
掘進機１０の故障または異常を見逃すこともない。As described above, in the present embodiment, the acoustic and vibration signals detected during the operation of the excavator detected by the sound wave sensor 24 are amplified by the variable amplifier 27 to a predetermined output level that does not saturate. In addition to the narrow band filters 28a to 28n having different set center frequencies, signals passed through these narrow band filters are detected by respective detectors 29a.
Taken into the arithmetic processing unit 32 through ～29N, sampling the detection signal by the processor 32, and to obtain an amplitude are quantized, to determine the set level greater than or equal to V 0 that this amplitude is preset, the set level When it is determined that the signal of the above amplitude has continued for a predetermined time or more, it is determined that an operation abnormality has occurred in the excavator 10, and the type and the degree of the abnormality are displayed on the display device 33. did. Therefore, the cause of the failure or abnormality of the excavator 10 can be automatically and accurately diagnosed, and for example, when it is measured that the rotational torque of the cutter head has exceeded a set value, the cause is In addition to making it easier to diagnose whether the cutter tip is worn or soil has penetrated into the bearing of the cutter head drive shaft, or if the cutter head excavates the rock layer,
The failure or abnormality of the excavator 10 is not missed.
【００１５】また、本実施例においては、広帯域フィル
タ３０を通過した後の検波信号を演算処理装置３２でＡ
ＧＣ処理し、このＡＧＣ信号により可変増幅器２７の増
幅度を変化させて可変増幅器２７の出力振幅を所定レベ
ルになるように制御する構成になっているから、掘進機
の種類、運転状況、掘削地盤の土質性状などにより検出
信号が大きく変化しても、可変増幅器２７が飽和したり
することがなく、掘削音や異常音を確実に、かつ安定に
検出することができる。さらに、本実施例においては、
音波センサを静止した隔壁に取り付けているため、音波
センサに市販のものを使用できるとともに、信号伝送の
ための特殊な装置が不要になり、低コスト化できるFurther, in the present embodiment, the detection signal after passing through the broadband filter 30
The AGC signal is used to control the output amplitude of the variable amplifier 27 to a predetermined level by changing the amplification degree of the variable amplifier 27 based on the AGC signal. Even if the detection signal greatly changes due to the nature of the soil, the variable amplifier 27 does not saturate, and the excavation sound and abnormal sound can be detected reliably and stably. Further, in this embodiment,
Since the sound wave sensor is attached to the stationary partition, a commercially available sound wave sensor can be used, and a special device for signal transmission is not required, and the cost can be reduced.
【００１６】なお、本発明は、上記実施例に示す構成の
もに限らず、請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、
種々な変形、変更が可能である。It should be noted that the present invention is not limited to the configuration shown in the above-described embodiment, and is not limited to the scope described in the claims.
Various modifications and changes are possible.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、掘
進機の運転中に発生する音響及び振動を検出する音波セ
ンサと、前記音波センサから出力される信号を所定の出
力振幅に増幅する可変増幅器と、前記可変増幅器から出
力される信号から前記掘進機の異常音別に設定された中
心周波数の異なる狭帯域の信号をそれぞれ抽出する複数
の狭帯域フィルタと、前記可変増幅器から出力される信
号から前記各種異常音を含む所定帯域幅の信号を抽出す
る広帯域フィルタと、前記広帯域フィルタから出力され
る信号の振幅に基づいて前記可変増幅器の出力振幅が所
定の振幅レベルとなるように前記可変増幅器の利得を制
御する利得制御手段と、前記各狭帯域フィルタを通過し
たそれぞれの信号の振幅を算出し、該振幅が設定レベル
以上かを判定するとともに設定レベル以上の信号が所定
時間以上持続したときは前記中心周波数に対応する異常
が発生したと診断する演算処理手段とを備える構成にし
たので、掘進機の故障または異常原因を自動的に、かつ
正確に診断することができる。また、本発明において
は、演算処理手段から得られる異常の診断結果を表示手
段に表示する構成にしたので、掘進機の故障または異常
を見逃すことがない。さらに、本発明においては、音波
センサを掘進機のカッタチャンバ隔壁に設けに設けるこ
とにより、音波センサに市販のものを使用できるととも
に、信号伝送のための特殊な装置が不要になり、低コス
ト化が可能になる。As described above, according to the present invention, a sound wave sensor for detecting sound and vibration generated during operation of an excavator, and a signal output from the sound wave sensor is amplified to a predetermined output amplitude. A variable amplifier, a plurality of narrow-band filters each extracting a narrow-band signal having a different center frequency set for each abnormal sound of the excavator from a signal output from the variable amplifier, and a signal output from the variable amplifier. A wideband filter for extracting a signal of a predetermined bandwidth including the various abnormal sounds from the variable amplifier and the variable amplifier so that an output amplitude of the variable amplifier becomes a predetermined amplitude level based on an amplitude of a signal output from the wideband filter. Gain control means for controlling the gain of each signal, and the amplitude of each signal passing through each of the narrow band filters is calculated, and it is determined whether the amplitude is equal to or higher than a set level. When both of the signals above the set level continue for a predetermined time or more, the arithmetic processing means for diagnosing that the abnormality corresponding to the center frequency has occurred is provided, so that the failure of the excavator or the cause of the abnormality is automatically determined. And it can be diagnosed accurately. Further, in the present invention, since the diagnosis result of the abnormality obtained from the arithmetic processing means is displayed on the display means, the failure or abnormality of the excavator is not missed. Furthermore, in the present invention, by providing the sound wave sensor in the cutter chamber partition of the excavator, a commercially available sound wave sensor can be used, and a special device for signal transmission is not required, thereby reducing cost. Becomes possible.
【図１】本発明の掘進機異常診断装置を土圧式シールド
掘進機に適用した全体の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the entirety in which an excavator abnormality diagnosis device of the present invention is applied to an earth pressure type shield excavator.
【図２】本実施例におけるシールド掘進機の詳細を示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing details of a shield machine in the present embodiment.
【図３】本実施例における異常診断装置の内部構成を示
すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an internal configuration of the abnormality diagnosis device according to the embodiment.
【図４】本実施例における狭帯域フィルタの周波数特性
図である。FIG. 4 is a frequency characteristic diagram of the narrow band filter in the embodiment.
【図５】本実施例における狭帯域フィルタの周波数特性
図である。FIG. 5 is a frequency characteristic diagram of the narrow band filter in the embodiment.
【図６】本実施例における広帯域フィルタの周波数特性
図である。FIG. 6 is a frequency characteristic diagram of the broadband filter in the present embodiment.
【図７】本実施例における広帯域フィルタの検波出力波
形図である。FIG. 7 is a detection output waveform diagram of the broadband filter in the present embodiment.
【図８】本実施例における狭帯域フィルタの検波出力波
形図である。FIG. 8 is a detection output waveform diagram of the narrow band filter in the present embodiment.
１０ シールド掘進機 １２ カッタヘッド １３ 隔壁 ２４ 音波センサ ２７ 可変増幅機 ２８ａ〜２８ｎ 狭帯域フィルタ ２９ａ〜２９ｎ 検波器 ３０ 広帯域フィルタ ３１ 検波器 ３２ 演算処理装置 ３３ 表示装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Shield machine 12 Cutter head 13 Partition wall 24 Sound wave sensor 27 Variable amplifier 28a-28n Narrow bandpass filter 29a-29n Detector 30 Broadband filter 31 Detector 32 Arithmetic processing unit 33 Display device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大隅 信隆 福岡県福岡市西区愛宕１丁目14−35 株 式会社昭和電気研究所内 (56)参考文献 特開 平５−10090（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−172218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−37226（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−11867（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−98575（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E21D 9/06 301 G01M 19/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Nobutaka Osumi 1-14-35 Atago, Nishi-ku, Fukuoka City, Fukuoka Prefecture Inside Showa Electric Research Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-5-10090 (JP, A) JP-A-57-172218 (JP, A) JP-A-55-37226 (JP, A) JP-A-7-11867 (JP, A) JP-A-52-98575 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 7 , DB name) E21D 9/06 301 G01M 19/00
Claims (3)
を検出する音波センサと、 前記音波センサから出力される信号を所定の出力レベル
に増幅する可変増幅器と、 前記可変増幅器から出力される信号から前記掘進機の異
常音別に設定された中心周波数の異なる狭帯域の信号を
それぞれ抽出する複数の狭帯域フィルタと、 前記可変増幅器から出力される信号から前記異常音を含
む所定帯域幅の信号を抽出する広帯域フィルタと、 前記広帯域フィルタから出力される信号の振幅に基づい
て前記可変増幅器の出力振幅が所定の振幅レベルとなる
ように前記可変増幅器の利得を制御する利得制御手段
と、 前記各狭帯域フィルタを通過したそれぞれの信号の振幅
を算出し、該振幅が設定レベル以上かを判定するととも
に設定レベル以上の信号が所定時間以上持続したときは
前記中心周波数に対応する異常が発生したと診断する演
算処理手段と、 を備えてなる掘進機の異常診断装置。1. An acoustic wave sensor for detecting sound and vibration generated during operation of an excavator, a variable amplifier for amplifying a signal output from the acoustic wave sensor to a predetermined output level, and an output from the variable amplifier. A plurality of narrow band filters each extracting a narrow band signal having a different center frequency set for each abnormal sound of the excavator from a signal; and a signal of a predetermined bandwidth including the abnormal sound from a signal output from the variable amplifier. A gain control means for controlling a gain of the variable amplifier based on an amplitude of a signal output from the wideband filter so that an output amplitude of the variable amplifier becomes a predetermined amplitude level. Calculate the amplitude of each signal that has passed through the narrow band filter, determine whether the amplitude is above a set level, and Abnormality diagnosis apparatus for excavator that when sustained over between is provided with an arithmetic processing unit for diagnosing an abnormality corresponding to the center frequency is generated.
断結果を表示する表示手段を更に設けてなる請求項１記
載の掘進機の異常診断装置。2. An abnormality diagnosis apparatus for an excavator according to claim 1, further comprising display means for displaying a diagnosis result of the abnormality obtained from said arithmetic processing means.
チャンバ隔壁に設けられている請求項１または２記載の
掘進機の運転状況監視装置。3. The excavator operating condition monitoring apparatus according to claim 1, wherein the acoustic wave sensor is provided on a cutter chamber partition wall of the excavator.
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