JP6236282B2 - Abnormality detection apparatus, abnormality detection method, and computer-readable storage medium - Google Patents

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    • G01H3/00Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid

Description

本発明は、異常検出装置、異常検出方法、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関し、例えば、A/D変換機でデジタル変換した後の信号から、本信号中の異常を検出する異常検出技術に関する。   The present invention relates to an anomaly detection device, an anomaly detection method, and a computer-readable storage medium. For example, the present invention relates to an anomaly detection technique for detecting an anomaly in this signal from a signal after digital conversion by an A / D converter.

装置内の稼動部のギヤの磨耗や、駆動部の動作不良を検出する異常検出技術が、装置の保守という観点から強く望まれている。特に、装置内の稼動部は、音や振動、歪みといった物理量で、異常な変化が起きやすいため、マイクロホンや振動センサ、ひずみセンサといったセンサを用いて異常を検出することが多い。しかし、これらのセンサではたとえ、異常検出を行う対象の稼動部近傍にセンサを配備したとしても、対象の稼動部以外の信号が混合してしまい、対象の信号を十分な信号-雑音比(S/N比)で検出することが困難な場合が多い。   From the viewpoint of maintenance of the apparatus, there is a strong demand for an abnormality detection technique for detecting wear of gears in the operating section of the apparatus and malfunction of the driving section. In particular, the operating unit in the apparatus is likely to abnormally change due to physical quantities such as sound, vibration, and distortion, and thus an abnormality is often detected using a sensor such as a microphone, a vibration sensor, or a strain sensor. However, even in these sensors, even if the sensor is provided in the vicinity of the target operating unit that performs abnormality detection, signals other than the target operating unit are mixed, and the target signal has a sufficient signal-noise ratio (S / N ratio) is often difficult to detect.

そこで、得られたセンサ信号中から、対象の稼動部の信号だけを抽出する信号分離技術が必要となる。対象の稼動部が複数ある場合は、得られたセンサ信号から各稼動部の信号を別々に抽出することが必要となる。   Therefore, a signal separation technique for extracting only the signal of the target operating part from the obtained sensor signals is required. When there are a plurality of target operating parts, it is necessary to separately extract the signals of each operating part from the obtained sensor signals.

これまで、信号分離技術として、複数のセンサ信号を用いた分離技術が主に検討されてきている。これらの技術は、センサ間の時間差や振幅差が信号源毎に異なることを利用して信号を分離する技術である。代表的な信号源分離技術として、最小分散ビームフォーマ法などの適応フィルタ法が存在する。この適応フィルタ法では、対象の稼動部の信号だけを通し、その他の信号を通さないような複数入力型のフィルタを用いて音を分離することを可能とする。適応フィルタ法では、原理的にセンサ素子数−1個の信号源からの信号を抑圧することができる。   Until now, as a signal separation technique, a separation technique using a plurality of sensor signals has been mainly studied. These techniques are techniques for separating signals using the fact that the time difference and amplitude difference between sensors differ for each signal source. As a typical signal source separation technique, there is an adaptive filter method such as a minimum dispersion beam former method. In this adaptive filter method, it is possible to separate sounds using a multi-input type filter that passes only the signal of the target operating part and does not pass other signals. In principle, the adaptive filter method can suppress a signal from a signal source having the number of sensor elements minus one.

したがって、信号源として、異常検出のモニタリング対象の稼動部以外に、センサ素子数−1個の信号源しか存在しない場合、原理的にモニタリング対象の稼動部からの信号を高精度に抽出することが可能となる。   Therefore, in the case where there is only one signal source of the number of sensor elements in addition to the operation part to be monitored for abnormality detection as a signal source, in principle, a signal from the operation part to be monitored can be extracted with high accuracy. It becomes possible.

一方で、センサ素子数−1個より多くの信号源が存在する場合、モニタリング対象の稼動部からの信号の抽出精度は劣化することが知られている。しかし、長時間で見ると、センサ素子数−1個より多くの信号源が存在する場合であっても、常に全ての信号源から信号が出ているわけではない。例えば、信号源が稼動部である場合、装置の動作モードに応じて、動いていたり止っていたりするため、動いている場合にのみその信号源から信号が出ることになる。   On the other hand, when there are more signal sources than the number of sensor elements minus one, it is known that the accuracy of signal extraction from the monitoring target operating unit deteriorates. However, when viewed over a long period of time, even if there are more signal sources than the number of sensor elements minus one, signals are not always output from all signal sources. For example, when the signal source is an operating unit, the signal source moves or stops depending on the operation mode of the apparatus, so that a signal is output from the signal source only when it is moving.

したがって、長時間で見ると、センサ素子数−1個より多くの信号源が存在する場合であっても、短時間で見ると、センサ素子数−1個以下の信号源しか存在しない場合が多いと考えられる。このようなことを利用して従来の適応フィルタ法では、各時間の信号源を効率的に抑圧することを狙って、複数入力型のフィルタを時々刻々得られるセンサ信号に合わせて形状を変化させていく構成を有している(非特許文献1参照)。このように、モニタリング対象の信号を抽出する技術としては、音場環境の変化に合わせて、各時刻の雑音を効果的に抑圧するようにフィルタの値を変えていく適応フィルタを用いた雑音抑圧法が一般的である。   Therefore, even when there are more signal sources than the number of sensor elements minus one when viewed in a long time, there are many cases where there are only signal sources equal to or less than the number of sensor elements minus one when viewed in a short time. it is conceivable that. By using this, the conventional adaptive filter method aims to efficiently suppress the signal source at each time, and changes the shape of the multi-input type filter according to the sensor signal obtained from time to time. (See Non-Patent Document 1). As described above, as a technique for extracting a signal to be monitored, noise suppression using an adaptive filter that changes the value of the filter so as to effectively suppress noise at each time according to changes in the sound field environment. The law is common.

L.J. Griffith and C.W. Jim、 ``An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming、'' IEEE Trans. Anntenas Propagation、 vol.30、 i.1、 pp.27-34、 Jan.~1982.L.J.Griffith and C.W.Jim, `` An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming, '' IEEE Trans.Anntenas Propagation, vol.30, i.1, pp.27-34, Jan.-1982.

しかし、非特許文献1に開示されるような構成においては、形状の変化が急峻であるほど追従性能が劣化する。音や振動で10kHz程度のサンプリングレートでは少なくとも数秒間は信号源の種類が変化しなければ追従可能となるが、1秒以内の極短時間の時間間隔で信号源の種類が変化する場合には追従困難となる。適応フィルタでは、消すべき雑音の情報を学習するために数秒の時間を有するため、1秒以内の短い時間で音場環境が変化する計測装置の稼働音に対しては、追従が間に合わず、上手く雑音を抑圧することができない。このことは、一定の周期で同じ動作を繰り返し行うように制御された計測装置を対象とする場合も同様である。   However, in the configuration disclosed in Non-Patent Document 1, the follow-up performance deteriorates as the shape changes more rapidly. If the signal source type does not change for at least several seconds at a sampling rate of about 10 kHz due to sound or vibration, it can be followed, but if the signal source type changes at an extremely short time interval of less than 1 second. It becomes difficult to follow. Since the adaptive filter has a time of several seconds for learning the information of noise to be eliminated, the tracking of the operating sound of the measuring device whose sound field environment changes within a short time of less than 1 second is not in time, and works well. Noise cannot be suppressed. The same applies to a measurement apparatus that is controlled to repeatedly perform the same operation at a constant period.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、一定の周期で同じ動作を繰り返し行うように制御された計測装置において、短い時間(例えば、1秒以内)で音場環境が変化する計測装置の稼動音に対する雑音を効果的に抑圧し、モニタリング対象の信号を抽出するための技術を提供するものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and in a measurement device controlled to repeatedly perform the same operation at a constant cycle, the sound field environment changes in a short time (for example, within one second). The present invention provides a technique for effectively suppressing noise with respect to operating sound of a measurement device and extracting a signal to be monitored.

上記課題を解決するために、発明者らは、一定の周期で同じ動作を繰り返し行うように制御された計測装置では、稼動音の周波数毎の音量が制御周期の定数倍の周期で同じパターンを繰り返す周期音であること、及び稼動音以外の周囲の雑音は制御周期に無関係に存在する非周期音であることに着目した。そして、本発明では、制御周期の定数倍の周期で繰り返す周期音と非周期音が混ざった信号がセンサ信号中に混合していると仮定し、各周期音、非周期音を分離する。そして、分離された周期音のうち、モニタリング対象の稼動音と同じ伝達プロセスを経てセンサまで到達する成分を抽出し、抽出した成分に対して異常検出を行う。   In order to solve the above-mentioned problem, the inventors of the measurement device controlled to repeatedly perform the same operation at a constant cycle, the volume for each frequency of the operating sound is the same pattern with a constant multiple of the control cycle. We paid attention to the fact that it is a periodic sound that repeats and that the surrounding noise other than the operating sound is an aperiodic sound that exists regardless of the control period. In the present invention, it is assumed that a signal in which a periodic sound and a non-periodic sound that are repeated at a constant multiple of the control period are mixed in the sensor signal, and each periodic sound and aperiodic sound are separated. And the component which reaches | attains a sensor through the same transmission process as the operation sound of monitoring object is extracted among the separated periodic sounds, and abnormality detection is performed with respect to the extracted component.

つまり、本発明による異常検出装置は、学習処理と、異常検出処理を実行する。学習処理は、計測装置の制御周期の定数倍で音量が変化する周期成分と、制御周期とは無関係に変動する非周期成分と、が混在するセンサ信号に対して、制御周期の情報を用いて、センサ信号に対して最尤推定を実行することにより、周期成分と前記非周期成分とを分離し、当該分離した周期成分の特徴量の変動を確率的に示す確率分布を算出する処理である。また、異常検出処理は、学習処理に用いられたセンサ信号以外のセンサ信号を検査対象とし、学習処理の結果を用いて信号の異常を検出する処理である。   That is, the abnormality detection device according to the present invention executes a learning process and an abnormality detection process. The learning process uses information on the control cycle for sensor signals in which a periodic component whose volume changes at a constant multiple of the control cycle of the measuring device and a non-periodic component that varies independently of the control cycle are mixed. In this process, the maximum likelihood estimation is performed on the sensor signal to separate the periodic component and the non-periodic component, and to calculate a probability distribution that stochastically indicates the fluctuation of the feature amount of the separated periodic component. . In addition, the abnormality detection process is a process for detecting a signal abnormality using a result of the learning process with a sensor signal other than the sensor signal used in the learning process as an inspection target.

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本発明の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。   Further features related to the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be achieved and realized by elements and combinations of various elements and the following detailed description and appended claims.

本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本発明の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。   It should be understood that the description herein is merely exemplary and is not intended to limit the scope of the claims or the application of the invention in any way.

本発明によれば、様々な稼動部からの信号成分と装置外部から到来する雑音成分が混合したセンサ信号から、モニタリング対象の稼動部の信号を高精度に抽出することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to extract the signal of the operation part of monitoring object with high precision from the sensor signal which the signal component from various operation parts and the noise component which arrives from the apparatus exterior mixed.

本発明の異常検出装置が設置される計測装置のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware structural example of the measuring device with which the abnormality detection apparatus of this invention is installed. 本発明の実施形態による異常検出装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the abnormality detection apparatus by embodiment of this invention. 計測装置の計測センサ104で収録した信号の時間周波数毎の成分を模式的に図示した図である。It is the figure which illustrated typically the component for every time frequency of the signal recorded with the measurement sensor 104 of the measuring device. 本発明の実施形態による表示画面1400の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the display screen 1400 by embodiment of this invention. 初期設定画面の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an initial setting screen. 本発明の実施形態による異常検出装置による全体処理概要を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the outline | summary of the whole process by the abnormality detection apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による異常検出装置が実行する学習プログラム400の処理構成を示す図である。It is a figure which shows the processing structure of the learning program 400 which the abnormality detection apparatus by embodiment of this invention performs. 各周期成分、及び非周期成分の音量の推定例を示す図である。It is a figure which shows the example of estimation of the volume of each periodic component and an aperiodic component. 周期成分統計量DB404のデータ構造を示す図である。It is a figure which shows the data structure of periodic component statistics DB404. 登録成分DB407で保持されている各モニタリング対象稼動部の伝達関数のデータ構造を示す図である。It is a figure which shows the data structure of the transfer function of each monitoring object operation part hold | maintained by registration component DB407. 正常成分DB405に書き込むモニタリング対象稼動部からの信号のデータテーブル構成を示す図である。It is a figure which shows the data table structure of the signal from the monitoring object operation part written in normal component DB405. 本発明の実施形態による周期成分・非周期成分学習部403の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the periodic component and aperiodic component learning part 403 by embodiment of this invention. 周波数毎周期成分・非周期成分学習部802の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart for explaining details of processing of a frequency-based periodic component / non-periodic component learning unit 802. 本発明の実施形態による異常検出装置が実行する異常検出プログラム600の処理構成を示す図である。It is a figure which shows the processing structure of the abnormality detection program 600 which the abnormality detection apparatus by embodiment of this invention performs. 本発明の実施形態による異常検出装置が実行する異常検出処理501の処理構成を示す図である。It is a figure which shows the process structure of the abnormality detection process 501 which the abnormality detection apparatus by embodiment of this invention performs. 本発明の実施形態による周期成分・非周期成分分離部502の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the periodic component / non-periodic component separation part 502 by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による周期成分・非周期成分分離部502の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the periodic component / non-periodic component separation part 502 by embodiment of this invention. 周波数毎周期成分・非周期成分分離部902の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart for explaining details of processing of a periodic component / non-periodic component separation unit 902 for each frequency. 異常判定部503の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。5 is a flowchart for explaining details of processing of an abnormality determination unit 503.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, functionally identical elements may be denoted by the same numbers. The attached drawings show specific embodiments and implementation examples based on the principle of the present invention, but these are for understanding the present invention and are not intended to limit the present invention. Not used.

本実施形態では、当業者が本発明を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本発明の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。   This embodiment has been described in sufficient detail for those skilled in the art to practice the present invention, but other implementations and configurations are possible without departing from the scope and spirit of the technical idea of the present invention. It is necessary to understand that the configuration and structure can be changed and various elements can be replaced. Therefore, the following description should not be interpreted as being limited to this.

更に、本発明の実施形態は、後述されるように、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。   Furthermore, as will be described later, the embodiment of the present invention may be implemented by software running on a general-purpose computer, or may be implemented by dedicated hardware or a combination of software and hardware.

なお、以後の説明では「テーブル」形式によって本発明の情報について説明するが、これら情報は必ずしもテーブルによるデータ構造で表現されていなくても良く、リスト、DB、キュー等のデータ構造やそれ以外で表現されていても良い。そのため、データ構造に依存しないことを示すために「テーブル」、「リスト」、「DB」、「キュー」等について単に「情報」と呼ぶことがある。   In the following description, the information of the present invention will be described in a “table” format. However, the information does not necessarily have to be represented by a data structure of a table, and may be a data structure such as a list, a DB, a queue, or the like. It may be expressed. Therefore, “table”, “list”, “DB”, “queue”, etc. may be simply referred to as “information” to indicate that they do not depend on the data structure.

以下では「中央処理装置」(コンピュータ、或いはプロセッサとも言う)を主語(動作主体)として本発明の実施形態における各処理について説明を行うが、各種「プログラム」を動作主体として説明しても良い。また、プログラムの一部または全ては専用ハードウェアで実現してもよく、また、モジュール化されていても良い。各種プログラムはプログラム配布サーバーや記憶メディアによって各計算機にインストールされてもよい。   In the following, each process in the embodiment of the present invention will be described with “central processing unit” (also referred to as a computer or a processor) as the subject (operation subject), but various “programs” may be described as the operation subject. A part or all of the program may be realized by dedicated hardware or may be modularized. Various programs may be installed in each computer by a program distribution server or a storage medium.

<計測装置の構成>
図1は、本発明の実施形態による異常検出装置を設置する計測装置のハードウェア構成例を示す図である。
<Configuration of measuring device>
FIG. 1 is a diagram illustrating a hardware configuration example of a measurement apparatus in which an abnormality detection apparatus according to an embodiment of the present invention is installed.

計測装置100は、回転テーブル101と、複数の稼動部からなる稼動部102と、モニタリング対象稼動部103と、計測用センサ104と、を含む。   The measuring apparatus 100 includes a rotary table 101, an operating unit 102 including a plurality of operating units, a monitoring target operating unit 103, and a measurement sensor 104.

回転テーブル101は、計測装置の制御周期に合わせて動作し、同じ動作を装置の制御周期の定数倍の一定の周期で繰り返し実行するものとする。同様に稼動部102も一定の周期で動作する。例えば、ピストン運動を制御周期の定数倍の一定の周期で行う。モニタリング対象稼動部103も同様に、装置の制御周期の定数倍の一定の周期で動作する。   The rotary table 101 operates in accordance with the control cycle of the measuring device, and repeatedly executes the same operation at a constant cycle that is a constant multiple of the control cycle of the device. Similarly, the operating unit 102 operates at a constant cycle. For example, the piston motion is performed at a constant cycle that is a constant multiple of the control cycle. Similarly, the monitoring target operating unit 103 operates at a constant cycle that is a constant multiple of the control cycle of the apparatus.

本発明では、モニタリング対象稼動部103が何らかの要因で通常とは異なる動作をしている状態を計測用センサ104で計測したセンサ信号から検出する。   In the present invention, a state in which the monitoring target operation unit 103 is operating differently for some reason is detected from the sensor signal measured by the measurement sensor 104.

<異常検出装置の構成>
図2は、計測装置、及び異常検出システム(異常検出装置+監視サーバー)の概略構成を示すハードウェアブロック図である。
<Configuration of abnormality detection device>
FIG. 2 is a hardware block diagram illustrating a schematic configuration of the measurement device and the abnormality detection system (abnormality detection device + monitoring server).

計測用センサ104は、計測装置100内部に配備され、マイクロホン、振動センサ、或いは/及び、ひずみセンサで構成されている。この計測用センサ104によって取り込まれたアナログ信号は、A/D変換機201によって、アナログ信号からデジタル信号に変換される。   The measurement sensor 104 is provided inside the measurement apparatus 100 and is configured by a microphone, a vibration sensor, and / or a strain sensor. The analog signal captured by the measurement sensor 104 is converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 201.

変換後のデジタル信号は、異常検出装置200に送られる。異常検出装置200は、中央演算装置201と、不揮発性メモリ202と、揮発性メモリ203と、を有する。変換後のデジタル信号は、中央演算装置201に送られて、後述する学習プログラム、及び異常検出プログラムが実行される。本プログラムは不揮発性メモリ202に格納されており、プログラム実行時に読み出される。プログラム実行時に必要となるワークメモリは、揮発性メモリ203上に確保されている。   The converted digital signal is sent to the abnormality detection device 200. The abnormality detection device 200 includes a central processing unit 201, a nonvolatile memory 202, and a volatile memory 203. The converted digital signal is sent to the central processing unit 201, and a learning program and an abnormality detection program described later are executed. This program is stored in the non-volatile memory 202 and is read when the program is executed. The work memory required when executing the program is secured on the volatile memory 203.

異常検出プログラムで処理された後に出力される出力値は、HUB206に送られて、ネットワーク送信用のパケットに変換される。変換されたパケットは、ネットワーク207を介して、HUB212に送られる。HUB212は受信したデータを監視サーバー211に送信する。   An output value output after being processed by the abnormality detection program is sent to the HUB 206 and converted into a packet for network transmission. The converted packet is sent to the HUB 212 via the network 207. The HUB 212 transmits the received data to the monitoring server 211.

監視サーバー211は、中央演算装置208と、揮発性メモリ209と、揮発性メモリ210と、ディスプレイ213と、マウスやキーボードからなる入力装置214と、を有する。中央演算装置208は、監視結果ビューワープログラムを動作させて、送付されたデータを用いてディスプレイ213に表示する画面を生成する。また、ユーザーは、マウスやキーボードからなる入力装置214を用いて、初期設定開始や異常検出動作の開始を制御(指示)することが可能である。監視結果ビューワープログラムは、不揮発性メモリ209上に格納されており、プログラム実行時に読み出される。また、プログラム実行時に必要となるワークメモリは揮発性メモリ210上に確保される。   The monitoring server 211 includes a central processing unit 208, a volatile memory 209, a volatile memory 210, a display 213, and an input device 214 such as a mouse or a keyboard. The central processing unit 208 operates the monitoring result viewer program to generate a screen to be displayed on the display 213 using the sent data. In addition, the user can control (instruct) the start of the initial setting and the start of the abnormality detection operation using the input device 214 including a mouse and a keyboard. The monitoring result viewer program is stored on the non-volatile memory 209 and is read when the program is executed. A work memory required for executing the program is secured on the volatile memory 210.

<計測センサで収録した信号(例)>
図3は、図1に示す計測装置において計測センサ104で収録した信号の時間周波数毎の成分(例)を模式的に示す図である。
<Signals recorded by measurement sensor (example)>
FIG. 3 is a diagram schematically showing components (examples) for each time frequency of the signal recorded by the measurement sensor 104 in the measurement apparatus shown in FIG.

センサ信号は、当業者であれば広く知られている短時間フーリエ変換やウェーブレット変換が施され、時間(τ)及び周波数毎の信号に変換される。図3において、時間周波数毎の音量が一定の閾値以上となった時間周波数成分は黒色のセルで表現されている。逆に、一定の閾値以下となった時間周波数成分は白色のセルで表現されている。図3では、制御周期と同じ周期で、黒と白のセルが同じパターンとなっていることが分かる。   The sensor signal is subjected to short-time Fourier transform and wavelet transform, which are well known to those skilled in the art, and are converted into signals for each time (τ) and frequency. In FIG. 3, the time frequency component in which the volume for each time frequency is equal to or greater than a certain threshold value is represented by a black cell. On the other hand, the time frequency component that is below a certain threshold is represented by a white cell. In FIG. 3, it can be seen that black and white cells have the same pattern in the same cycle as the control cycle.

一定の制御周期で動作する複数の稼動部を有する計測装置内で計測されたセンサ信号は、図3に示すように、制御周期の定数倍の周期で類似の時間周波数成分のパターンを示すと考えられる。   As shown in FIG. 3, the sensor signal measured in the measuring device having a plurality of operating parts that operate at a constant control cycle is considered to show a similar time-frequency component pattern at a cycle that is a constant multiple of the control cycle. It is done.

<監視サーバーにおける表示画面例>
図4は、入力装置214で操作する監視サーバー211上のディスプレイ213における表示画面1400の表示例を示す図である。
<Display screen example on the monitoring server>
FIG. 4 is a diagram illustrating a display example of the display screen 1400 on the display 213 on the monitoring server 211 operated by the input device 214.

表示画面1400は、入力装置214で操作する複数のボタン(初期設定ボタン1401、動作開始ボタン1403、学習開始ボタン1404、終了ボタン1405)と、モニタリング対象稼動部毎の状態を表示するモニタリング対象稼動部状態監視画面1402と、を画面構成として有している。   The display screen 1400 includes a plurality of buttons (initial setting button 1401, operation start button 1403, learning start button 1404, end button 1405) operated by the input device 214, and a monitoring target operating unit that displays the status of each monitoring target operating unit. A state monitoring screen 1402 as a screen configuration.

初期設定ボタン1401を入力装置214で押下すると、初期設定用の画面が表示される。   When an initial setting button 1401 is pressed with the input device 214, an initial setting screen is displayed.

図5は、初期設定画面1900の表示例を示す図である。初期設定画面1900は、複数のボタン及びモニタリング対象稼動部のセンサ強度(後述するbj(f))をユーザーが設定することができる画面を表示する。具体的には、ユーザーは、初期設定画面1900上でセンサ強度を設定するモニタリング対象稼動部のインデックスを設定し、各センサの強度を設定した後、登録ボタン1901を押す。これにより、該当するモニタリング対象稼動部のbj(f)を後述する登録成分DB407に登録することができる。通常、計測用センサは、モニタリング対象稼動部毎にその近傍に1つ設置されている。このため、モニタリング対象稼動部に最も近い計測用センサの強度を1とし、それ以外の計測センサの強度を0とするように設定することを想定する。ユーザーは、モニタリング対象稼動部の情報を設定し終えた後、初期設定終了ボタン1902を押す。これにより、初期設定画面1900が終了し、表示画面1400に戻る。   FIG. 5 is a diagram showing a display example of the initial setting screen 1900. The initial setting screen 1900 displays a screen on which the user can set a plurality of buttons and sensor strength (bj (f) described later) of the monitoring target operating unit. Specifically, the user sets an index of the monitoring target operating unit for setting the sensor strength on the initial setting screen 1900, sets the strength of each sensor, and then presses a registration button 1901. Accordingly, bj (f) of the corresponding monitoring target operating unit can be registered in the registered component DB 407 described later. Normally, one measurement sensor is installed in the vicinity of each monitoring target operating unit. For this reason, it is assumed that the intensity of the measurement sensor closest to the monitoring target working unit is set to 1 and the intensity of the other measurement sensors is set to 0. The user presses an initial setting end button 1902 after setting the information of the monitoring target operating unit. As a result, the initial setting screen 1900 is terminated and the display screen 1400 is restored.

再度図4を参照すると、表示画面1400では、ユーザーが学習開始ボタン1404を押すことで、後述する学習プログラム400が中央演算装置201上で実行される。また、ユーザーが動作開始ボタン1403を押すことで、異常検出プログラム501が実行される。さらに、ユーザーが終了ボタン1405を押すと、ビューワープログラムが終了する。   Referring to FIG. 4 again, on the display screen 1400, when the user presses the learning start button 1404, a learning program 400 described later is executed on the central processing unit 201. Further, when the user presses the operation start button 1403, the abnormality detection program 501 is executed. Further, when the user presses an end button 1405, the viewer program ends.

モニタリング対象稼動部状態監視画面1402では、各モニタリング対象稼動部が正常であるか異常であるかが表示される。   The monitoring target operating unit status monitoring screen 1402 displays whether each monitoring target operating unit is normal or abnormal.

<異常検出装置における処理全体>
図6は、異常検出システムにおける各プログラムの典型的な動作の流れを示す図である。当該動作フローは、ユーザーが図4で示した表示画面1400上で入力装置214を用いて指示することにより開始する。
<Overall processing in the abnormality detection device>
FIG. 6 is a diagram showing a typical operation flow of each program in the abnormality detection system. The operation flow starts when the user gives an instruction using the input device 214 on the display screen 1400 shown in FIG.

まず、中央演算装置208は、監視サーバー211上で表示画面1400を表示するビューワープログラムを起動する(S701)。   First, the central processing unit 208 starts a viewer program for displaying the display screen 1400 on the monitoring server 211 (S701).

次に、中央演算装置201は、ユーザーによって学習開始ボタン1404が押されたことに応答して、学習プログラム400を実行する(S702)。この学習プログラムの実行により、入力信号の周期成分と非周期線分が分離され、モニタリング対象可動部の信号(正常成分)のみがデータベース(正常成分DB405)に登録されることになる。   Next, the central processing unit 201 executes the learning program 400 in response to the learning start button 1404 being pressed by the user (S702). By executing this learning program, the periodic component and the non-periodic line segment of the input signal are separated, and only the signal (normal component) of the monitoring target movable part is registered in the database (normal component DB 405).

その後、中央演算装置201は、ユーザーによって動作開始ボタン1403が押されたことに応答して、異常検出プログラム600を動作させる(S703)。異常検出プログラム600では、センサ信号が得られるたびに異常検出処理501(図15参照)が実行される。   Thereafter, the central processing unit 201 operates the abnormality detection program 600 in response to the operation start button 1403 being pressed by the user (S703). In the abnormality detection program 600, an abnormality detection process 501 (see FIG. 15) is executed every time a sensor signal is obtained.

そして、監視サーバー211の中央処理装置208は、異常検出処理501の異常判定結果が監視サーバー211で受信されるたびに、ビューワープログラムの終了ボタンが押されたか確認する(S704)。   The central processing unit 208 of the monitoring server 211 confirms whether the viewer program end button has been pressed each time the abnormality determination result of the abnormality detection processing 501 is received by the monitoring server 211 (S704).

押されていれば(S704でYesの場合)、中央処理装置208はビューワープログラムを終了すると共に、中央演算装置201は異常検出プログラム600を終了する(S705)。   If the button is pressed (Yes in S704), the central processing unit 208 ends the viewer program and the central processing unit 201 ends the abnormality detection program 600 (S705).

<学習プログラム>
図7は、中央演算装置201が実行する学習プログラム400の処理ブロック構成を示す図である。
収録部401は、計測センサ104で収録したセンサ信号をバッファリングする。ここで、計測したセンサ信号は式(1)のように表される。
<Learning program>
FIG. 7 is a diagram showing a processing block configuration of the learning program 400 executed by the central processing unit 201.
The recording unit 401 buffers the sensor signal recorded by the measurement sensor 104. Here, the measured sensor signal is expressed as shown in Equation (1).

[式1]

Figure 0006236282
ここで、Mは計測センサの数とし、tはサンプリングの度にインクリメントされるA/D変換開始後からのサンプリング数とする。Tは行列またはベクトルの転置演算子とする。 [Formula 1]
Figure 0006236282
Here, M is the number of measurement sensors, and t is the number of samplings after the start of A / D conversion that is incremented every sampling. T is a matrix or vector transpose operator.

周波数分解部402は、公知の短時間フーリエ変換やウェーブレット変換などの周波数分解処理により、各計測センサの時間領域信号を時間周波数領域に変換する。ここで、mを計測センサの番号を意味するインデックスとすると、x(t)に含まれるm番目の計測センサの時間領域信号はxm(t)となる。そして、時間領域信号を時間周波数領域に変換した信号をxm(f、τ)と表記する。ここで、fは周波数を表すインデックス、τは短時間フーリエ変換を施す毎にインクリメントされるフレーム番号を表す変数とする。fは1からKまでの整数値をとるものとする。   The frequency resolving unit 402 converts the time-domain signal of each measurement sensor into a time-frequency domain by a known frequency resolving process such as short-time Fourier transform or wavelet transform. Here, if m is an index indicating the number of the measurement sensor, the time domain signal of the m-th measurement sensor included in x (t) is xm (t). A signal obtained by converting the time domain signal into the time frequency domain is expressed as xm (f, τ). Here, f is an index representing a frequency, and τ is a variable representing a frame number incremented every time a short-time Fourier transform is performed. f is an integer value from 1 to K.

ここで、時間周波数領域での計測したセンサ信号を式(2)のように表す。
[式2]

Figure 0006236282
Here, the sensor signal measured in the time frequency domain is expressed as shown in Equation (2).
[Formula 2]
Figure 0006236282

周期成分・非周期成分学習部403は、まず、複数フレームのx(f、τ)をバッファ内に格納する。ここでは、τ=1,2,…,LLtまでの信号をバッファに格納するものとする。LLtは計測装置の制御周期の自然数倍とする。そして、周期成分・非周期成分学習部403は、後述する処理フローに従い、x(f、τ)を周期成分・非周期成分に分解する。分解に当って、周期成分の数や非周期成分の数は事前に与えられているものとする。分解後の周期成分をci(f、τ)(iは周期成分のインデックス)とし、非周期成分をrj(f、τ)(jは非周期成分のインデックスとする)とする。分解後の周期成分ci(f、τ)の音量に関し、時間周波数方向に平均化した平均音量がx(f、τ)の時間周波数方向に平均化した平均音量と比較して一定比率以下の場合、当該周期成分は存在しないと評価される。この処理を施すことで、あらかじめ設定した周期成分の数より、実際に存在する周期成分の数が少なかったとしても、実際の周期成分の数に適合した周期成分を抽出することが可能となる。   The periodic component / non-periodic component learning unit 403 first stores x (f, τ) of a plurality of frames in a buffer. Here, it is assumed that signals up to τ = 1, 2,..., LLt are stored in the buffer. LLt is a natural number times the control cycle of the measuring device. Then, the periodic component / non-periodic component learning unit 403 decomposes x (f, τ) into periodic components / non-periodic components according to a processing flow described later. In the decomposition, the number of periodic components and the number of non-periodic components are assumed to be given in advance. Let the periodic component after decomposition be ci (f, τ) (i is the index of the periodic component), and the non-periodic component be rj (f, τ) (j is the index of the aperiodic component). Regarding the volume of the periodic component ci (f, τ) after decomposition, when the average volume averaged in the time frequency direction is below a certain ratio compared to the average volume averaged in the time frequency direction of x (f, τ) It is evaluated that the periodic component does not exist. By performing this process, even if the number of periodic components actually present is smaller than the number of periodic components set in advance, it is possible to extract periodic components that match the actual number of periodic components.

周期成分・非周期成分学習部403で分離され、抽出された周期成分ci(f、τ)に紐付き(対応付けて)、該当する周期成分の時間周波数ごとの音量vi(f、τ)、 及び時間不変の共分散行列Ri(f)、及び抽出された周期成分の周期を制御周期で割った値(Pi)が出力される。また、非周期成分についても、時間周波数毎の音量が出力される。   The periodic component / non-periodic component learning unit 403 separates the extracted periodic component ci (f, τ) and associates it (corresponds), and the volume vi (f, τ) of the corresponding periodic component for each time frequency, and A time-invariant covariance matrix Ri (f) and a value (Pi) obtained by dividing the period of the extracted periodic component by the control period are output. Also, the volume for each time frequency is output for the non-periodic component.

ここで、周期成分と非周期成分の音量の推定について説明する。図8は、各周期成分、及び非周期成分の音量の推定例を示している。周期成分は制御周期の自然数倍の周期で音量が変化する成分として推定される。一方、非周期成分の音量は制御周期に依存した周期を持たない成分として推定される。   Here, estimation of the volume of the periodic component and the non-periodic component will be described. FIG. 8 shows an example of estimating the volume of each periodic component and aperiodic component. The periodic component is estimated as a component whose volume changes in a natural number times the control period. On the other hand, the volume of the non-periodic component is estimated as a component having no period depending on the control period.

図7に戻り、抽出された周期成分の数をNとすると、周期成分統計量DB404には、N個の周期成分Pi、時間−周波数毎の音量vi(f、τ)、及び周波数毎の共分散行列Ri(f)が保存される。図9は、周期成分統計量DB404のデータ構造を示している。装置の制御周期をLtとすると、周期成分毎に、信号周期/制御周期と、全周波数(1からK)及び各周期成分の信号周期(Pi × Lt)に対応したフレーム数分の時間-周波数毎の音量と、全周波数の共分散行列が周期成分統計量DB404に記憶される。なお、時間-周波数毎の音量vi(f、τ)は時間ごとに変化する強度の情報であり、周波数毎の共分散行列Ri(f)は時間に依らず一定の値を取る強度比に変換される情報である。   Returning to FIG. 7, assuming that the number of extracted periodic components is N, the periodic component statistics DB 404 stores N periodic components Pi, volume vi (f, τ) for each time-frequency, and common for each frequency. The variance matrix Ri (f) is stored. FIG. 9 shows the data structure of the periodic component statistics DB 404. Assuming that the control period of the device is Lt, for each periodic component, the signal period / control period, the total frequency (1 to K), and the time-frequency for the number of frames corresponding to the signal period (Pi × Lt) of each periodic component The volume and the covariance matrix of all frequencies are stored in the periodic component statistics DB 404. Note that the volume vi (f, τ) for each time-frequency is information on the intensity that changes with time, and the covariance matrix Ri (f) for each frequency is converted into an intensity ratio that takes a constant value regardless of time. Information.

図7に戻り、登録判定処理406は、抽出した周期成分がモニタリング対象の稼動音であるかどうかを判別し、モニタリング対象の稼動部の成分であれば、その周期成分の伝達関数及び確率分布を登録成分DB407から取得して、正常成分DB405に書き込む。ここで、モニタリング対象稼動部の成分であるかどうかは、事前(初期設定時)に登録成分DB407で保持されているモニタリング対象稼動部の成分の伝達関数と周期成分の時間不変の共分散行列Ri(f)との一致度から推定される。   Returning to FIG. 7, the registration determination processing 406 determines whether or not the extracted periodic component is the operation sound to be monitored. If the extracted periodic component is a component of the monitoring target operation unit, the transfer function and probability distribution of the periodic component are obtained. Obtained from the registered component DB 407 and written to the normal component DB 405. Here, whether or not the component is a component of the monitoring target operating unit is determined in advance (at the time of initial setting) by the transfer function of the component of the monitoring target operating unit held in the registered component DB 407 and the time-invariant covariance matrix Ri of the periodic component. Estimated from the degree of agreement with (f).

<モニタリング対象稼動部の伝達関数>
図10は、登録成分DB407で保持されている各モニタリング対象稼動部の伝達関数のデータ構造を示している。図10に示されるように、登録成分DB407には、モニタリング対象稼動部ごとに、伝達関数bj(f)が登録されている。Lmをモニタリング対象稼動部の数とすると、bj(f)は、j番目のモニタリング対象稼動部の周波数fの伝達関数であり、センサ素子数分の要素からなる。Ri(f)との一致度は、次の式(3)を用いて判断される。
<Transfer function of monitoring target operating part>
FIG. 10 shows the data structure of the transfer function of each monitoring target operating unit held in the registered component DB 407. As illustrated in FIG. 10, the transfer function bj (f) is registered in the registered component DB 407 for each monitoring target operating unit. If Lm is the number of monitoring target operating parts, bj (f) is a transfer function of the frequency f of the jth monitoring target operating part, and includes elements corresponding to the number of sensor elements. The degree of coincidence with Ri (f) is determined using the following equation (3).

[式3]

Figure 0006236282
ここで、traceは行列のトレースを算出する演算子である。Hは行列またはベクトルのエルミート転置を取る演算子とする。モニタリング対象稼動部ごとに(jごとに)式(3)が最大となるような周期成分を選択し、その周期成分がj番目のモニタリング対象稼動部の周期成分として正常成分DB405に書き込まれる。 [Formula 3]
Figure 0006236282
Here, trace is an operator for calculating a matrix trace. Let H be an operator that takes a Hermitian transpose of a matrix or vector. A periodic component that maximizes Equation (3) is selected for each monitoring target operating unit (for each j), and the periodic component is written in the normal component DB 405 as a periodic component of the jth monitoring target operating unit.

<正常成分DB>
図11は、正常成分DB405に書き込むモニタリング対象稼動部からの信号のデータテーブルの構成を示す図である。当該テーブルには、モニタリング対象稼動部毎に、伝達関数aj(f)が登録されている。
<Normal component DB>
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a data table of signals from the monitoring target operating unit to be written in the normal component DB 405. In the table, a transfer function aj (f) is registered for each monitoring target operating unit.

伝達関数aj(f)は、bj(f)として登録してもよいし、j番目のモニタリング対象稼動部の周期成分として選択された共分散行列Ri(f)の第一固有ベクトルとして登録してもよい。Ri(f)の第一固有ベクトルとして登録することにより、計測装置内の反響や残響の影響など、装置設計時の物理シミュレーションでは事前に知ることができない影響を含んだ伝達関数を登録することができ、異常判定処理の判定精度が向上することが期待できる。   The transfer function aj (f) may be registered as bj (f) or may be registered as the first eigenvector of the covariance matrix Ri (f) selected as the periodic component of the j-th monitoring target operating unit. Good. By registering it as the first eigenvector of Ri (f), it is possible to register transfer functions that include effects that cannot be known in advance by physical simulation at the time of device design, such as the effects of reverberation and reverberation in the measurement device. It can be expected that the determination accuracy of the abnormality determination process is improved.

また、正常成分DB405には、周期成分の確率分布pj(x)を登録する。この確率分布pj(x)は、モデリング対象稼動部からの正常成分の信号の正常な範囲を示す情報であり、これを用いて異常判定が行われる。なお、ここで、周期成分の確率分布とは周期成分の特徴量の変動を確率的に表現したモデルであり、xは音響的な特徴量とする。確率分布としては当業者であればよく知られている混合正規分布など、これまで異常検出法として使われている様々な分布を用いることができる。また、各周期成分の分離信号ci(f、τ)から求めたMFCC(Mel Frequency Cepstrum Coefficients)や、全周波数、及び全フレームのci(f、τ)やその音量をベクトル化して音響特徴量xとして用いる。つまり、入力信号の周期成分ci(f、τ)から音の特徴となる成分を抽出し、その音の特徴となる成分がどのような分布となっているかをチェックすることにより、確率分布pj(x)を求めることができる。   In the normal component DB 405, the periodic component probability distribution pj (x) is registered. This probability distribution pj (x) is information indicating the normal range of the normal component signal from the modeling target working unit, and abnormality determination is performed using this information. Here, the probability distribution of the periodic component is a model that stochastically represents the fluctuation of the feature amount of the periodic component, and x is an acoustic feature amount. As the probability distribution, various distributions conventionally used as an abnormality detection method such as a mixed normal distribution well known to those skilled in the art can be used. Also, the MFCC (Mel Frequency Cepstrum Coefficients) obtained from the separation signal ci (f, τ) of each periodic component, ci (f, τ) of all frequencies and all frames, and the volume thereof are vectorized to obtain the acoustic feature amount x. Used as In other words, by extracting the component that is a feature of the sound from the periodic component ci (f, τ) of the input signal and checking the distribution of the component that is the feature of the sound, the probability distribution pj ( x) can be obtained.

また、GMM(Gaussian Mixture Model)などの確率分布をデータから求めるためには、統計量算出のために、複数回の計測が必要となる。この場合は、 異常検出プログラム501を複数回実行し、j番目のモニタリング対象稼動部の信号として検出された周期成分を、 複数回の計測とみなしてGMMの確率分布をデータから求める構成を取る。   Further, in order to obtain a probability distribution such as GMM (Gaussian Mixture Model) from data, a plurality of measurements are required for calculating a statistic. In this case, the abnormality detection program 501 is executed a plurality of times, and a periodic component detected as a signal of the j-th monitoring target operating unit is regarded as a plurality of times of measurement, and a probability distribution of GMM is obtained from the data.

伝達関数bj(f)は、初期設定用のユーザーインタフェース(図5参照)で設定するような構成を取っても良い。また、モニタリング対象稼動部とセンサとの相対的な位置関係から、モニタリング対象稼動部からセンサまで信号が伝達する際の伝達関数を生成し、その伝達関数をbj(f)として与えてもよい。例えば、計測用センサがマイクロホンで有る場合は、モニタリング対象稼動部からセンサまで信号が伝達する際の伝達関数を、モニタリング対象稼動部とセンサの距離の二乗に比例して振幅が減衰し、距離を音速で割ることで、求めることができる時間遅れからbj(f)を求めるような構成を取ることができる。振動及び歪みについても、設計情報から物理的なシミュレーションにより、伝達関数を求める構成については、当業者であれば公知の多数の方法が存在するが、それらの方法を広く適用してbj(f)を求めることが可能である。なお、ベクトルbj(f)の大きさ(二乗ノルム)は、1になるようにbj(f)の大きさが調整されているものとする。   The transfer function bj (f) may be configured to be set by a user interface for initial setting (see FIG. 5). Further, a transfer function when a signal is transmitted from the monitoring target operating unit to the sensor may be generated from the relative positional relationship between the monitoring target operating unit and the sensor, and the transfer function may be given as bj (f). For example, when the measurement sensor is a microphone, the transfer function when the signal is transmitted from the monitoring target operating unit to the sensor is attenuated in proportion to the square of the distance between the monitoring target operating unit and the sensor. By dividing by the speed of sound, it is possible to adopt a configuration in which bj (f) is obtained from the time delay that can be obtained. There are many methods known to those skilled in the art for obtaining a transfer function from vibrations and strains by physical simulation from design information, but bj (f) is widely applied to those methods. Can be obtained. It is assumed that the magnitude of bj (f) is adjusted so that the magnitude (square norm) of vector bj (f) is 1.

<周期成分・非周期成分学習部の内部構成>
図12は、周期成分・非周期成分学習部403の内部のブロック構成を示す図である。
周期成分・非周期成分学習部403は、複数の、周波数毎周期成分・非周期成分学習部802−1乃至Kと、パーミュテーション解決部803と、を有している。
<Internal configuration of periodic component / non-periodic component learning unit>
FIG. 12 is a diagram showing an internal block configuration of the periodic component / non-periodic component learning unit 403.
The periodic component / non-periodic component learning unit 403 includes a plurality of frequency-specific periodic component / non-periodic component learning units 802-1 to 802-1 to K and a permutation resolution unit 803.

周波数毎周期成分・非周期成分学習部802−1・・・Kは、時間周波数領域での計測したセンサ信号x(f、τ)を、周波数f毎に周期成分と非周期成分に分離する。センサ信号は、周波数毎に時間変動し、周波数毎に周期も異なる(図3参照)ので、複数の帯域に分割して学習するようにしている。周波数毎に周期成分及び非周期成分を学習することは本発明の特徴の1つである。   The frequency periodic component / non-periodic component learning unit 802-1... K separates the sensor signal x (f, τ) measured in the time-frequency domain into a periodic component and an aperiodic component for each frequency f. The sensor signal varies with time for each frequency and has a different period for each frequency (see FIG. 3). Therefore, the sensor signal is divided into a plurality of bands for learning. Learning the periodic component and the non-periodic component for each frequency is one of the features of the present invention.

なお、当該分離処理においては、周期成分もしくは非周期成分がどのインデックスとなるかを事前に設計することができず、周波数毎にランダムな値を取る。例えば、周波数1におけるインデックス1番目の周期成分と周波数2におけるインデックス1番目の周期成分が、全く異なる信号源からの信号である可能性がある。   In the separation process, it is impossible to design in advance which index the periodic component or the non-periodic component will be, and take a random value for each frequency. For example, there is a possibility that the first periodic component of the index at frequency 1 and the first periodic component of the index at frequency 2 are signals from completely different signal sources.

そこで、パーミュテーション解決部803は、分離された周波数成分のインデックスが同じであれば同じ信号源からの信号になるようにインデックスを付け替える処理を実施する。同じ稼動部から複数の周波数成分が出力されるので、各成分と稼動部を対応付ける必要がある。パーミュテーション解決処理は公知であり、当業者であれば実施可能であるが、例えば、フレーム毎の音量vi(f、τ)のフレーム方向の相関が高くなるようにインデックスをつけかける処理を実行する(同じ稼動部から出力される各周波数成分は、相関が高いので、対応付けられる)ことで、適切なインデックス付け替えが実施可能となる。パーミュテーション解決部803の出力信号は異なる周波数であってもインデックスが同じであれば同じ信号源からの信号であることが期待できる。   Therefore, the permutation resolution unit 803 performs a process of changing the index so that the signals from the same signal source are generated if the indexes of the separated frequency components are the same. Since a plurality of frequency components are output from the same operating part, it is necessary to associate each component with the operating part. Permutation resolution processing is known and can be performed by those skilled in the art, but for example, processing for indexing is performed so that the correlation in the frame direction of volume vi (f, τ) for each frame is high. (Each frequency component output from the same operating unit is correlated because it has a high correlation), so that appropriate index reassignment can be performed. The output signal of the permutation resolution unit 803 can be expected to be a signal from the same signal source as long as the index is the same even at different frequencies.

<周波数毎周波数成分・非周期成分学習処理の詳細>
図13は、周波数毎周期成分・非周期成分学習部802で実行される処理の詳細を説明するためのフローチャートである。入力信号から周期成分と非周期成分を分離するためには、分離するためのパラメータ(例えば、強度の情報、どの時間帯にどの周波数成分が大きくなるのかという情報)が必要となる。ただし、そのパラメータを取得するにはまず入力信号を分離しなければならない。分離した信号から、或る周波数成分は或る時間帯に大きくなる/小さくなるということを学習する。このような学習は1回の処理で完了させることはできないため、図13に示すような処理を実行することになる。
<Details of frequency component / aperiodic component learning processing for each frequency>
FIG. 13 is a flowchart for explaining details of processing executed by the frequency-periodic component / non-periodic component learning unit 802. In order to separate a periodic component and a non-periodic component from an input signal, parameters for separation (for example, information on intensity and information on which frequency component becomes larger in which time zone) are required. However, to obtain the parameters, the input signal must first be separated. From the separated signal, it is learned that a certain frequency component increases / decreases in a certain time zone. Since such learning cannot be completed by a single process, the process shown in FIG. 13 is executed.

中央演算装置201は、時間周波数領域での計測したセンサ信号x(f、τ)から、各周期成分、及び非周期成分を学習する処理を開始する(S1101)。   The central processing unit 201 starts a process of learning each periodic component and non-periodic component from the sensor signal x (f, τ) measured in the time-frequency domain (S1101).

また、中央演算装置201は、暫定パラメータを設定する(S1102)。当該暫定パラメータ設定処理では、最初に適当なパラメータ(ランダム)が設定される。ランダムなパラメータであるので、精度は良くないが、入力信号に比べると改善されていると言える。より具体的には、まず、予め設定している周期成分と非周期成分のそれぞれの数を設定値として読み出す。また、各周期成分の周期は、制御周期の整数倍とし、その各周期成分の周期にいても設定値から読み出す。各周期成分、非周期成分を同じインデックスiで表す。更に、各周期成分、非周期成分の時間周波数の音量vi(f、τ)を1に設定し、共分散行列Ri(f、τ)をランダムなエルミート行列として与える。ここで、Ri(f、τ)はM行M列の行列とする。また、vi(f、τ)はスカラー値とする。   Further, the central processing unit 201 sets provisional parameters (S1102). In the temporary parameter setting process, an appropriate parameter (random) is first set. Since it is a random parameter, the accuracy is not good, but it can be said that it is improved compared to the input signal. More specifically, first, the numbers of preset periodic components and aperiodic components are read as set values. The period of each periodic component is an integral multiple of the control period, and the period is read from the set value even in the period of each periodic component. Each periodic component and non-periodic component are represented by the same index i. Further, the volume vi (f, τ) of the time frequency of each periodic component and aperiodic component is set to 1, and the covariance matrix Ri (f, τ) is given as a random Hermitian matrix. Here, Ri (f, τ) is a matrix of M rows and M columns. Also, vi (f, τ) is a scalar value.

そして、中央演算装置201は、vi(f、τ)及びRi(f、τ)から、各周期成分、非周期成分を分離し、抽出する(S1103)。ここで、τは1からLLtまでとする。また、分離抽出はマルチチャンネルウィーナーフィルタを用いて実行される。具体的には、分離信号ci(f、 τ)を、ci(f、 τ)= wi(f、τ)x(f、τ)によって求める。なお、Ri(f、τ)は式(4)で表され、また、ウィナーフィルタwi(f、τ)は式(5)で表される。さらに、S1103において、中央演算装置201は、二乗誤差を式(6)によって算出する。式(6)において、IはM行M列の単位行列とする。   Then, the central processing unit 201 separates and extracts each periodic component and non-periodic component from vi (f, τ) and Ri (f, τ) (S1103). Here, τ is from 1 to LLt. Separation extraction is performed using a multi-channel Wiener filter. Specifically, the separated signal ci (f, τ) is obtained by ci (f, τ) = wi (f, τ) x (f, τ). Ri (f, τ) is expressed by equation (4), and Wiener filter wi (f, τ) is expressed by equation (5). Furthermore, in S1103, the central processing unit 201 calculates a square error by the equation (6). In Equation (6), I is an M × M unit matrix.

[式4]

Figure 0006236282
[式5]
Figure 0006236282
[式6]
Figure 0006236282
[Formula 4]
Figure 0006236282
[Formula 5]
Figure 0006236282
[Formula 6]
Figure 0006236282

次に、中央演算装置201は、式(7)を用いて、分離パラメータ更新を更新する(S1104)。式(7)は、最尤推定の式である。つまり、本発明では、周期性情報を用いて最尤推定することが特徴の1つとなっている。   Next, the central processing unit 201 updates the separation parameter update using Expression (7) (S1104). Expression (7) is an expression for maximum likelihood estimation. That is, in the present invention, one of the features is that maximum likelihood estimation is performed using periodicity information.

[式7]

Figure 0006236282
[Formula 7]
Figure 0006236282

さらに、S1104において、i番目の信号が周期成分であり、その周期がLtであるとする場合には、中央演算装置201は、vi(f、τ)を変形する。具体的には、まず一周期内の区分時間rごとに、τ=Lt*n+r(nは任意の自然数)となるτの集合T(r)を求める。そして、T(r)に含まれるτについて、vi(f、τ)の平均値を取り、それをvi(f、r)とする。次に、T(r)に含まれるτについてvi(f、τ)=vi(f、r)とする。さらに、式(8)により、共分散行列Ri(f、τ)を求める(更新する)。   Furthermore, in S1104, when the i-th signal is a periodic component and the period is Lt, the central processing unit 201 transforms vi (f, τ). Specifically, first, a set T (r) of τ that satisfies τ = Lt * n + r (n is an arbitrary natural number) is obtained for each divided time r in one cycle. Then, for τ included in T (r), an average value of vi (f, τ) is taken and is set as vi (f, r). Next, vi (f, τ) = vi (f, r) is set for τ included in T (r). Further, the covariance matrix Ri (f, τ) is obtained (updated) using Equation (8).

[式8]

Figure 0006236282
[Formula 8]
Figure 0006236282

そして、中央演算装置201は、分離パラメータ更新を実行した回数が予め定めた所定の回数に達しているか、或いは、式(6)によって算出した二乗誤差が所定の値よりも小さいかチェックし、所定回数に達している場合、或いは二乗誤差が小さい場合に、学習終了と判定する(S1105)。終了と判定された場合は、処理は学習終了の設定(S1106)に進み、学習を終了する。終了と判定されなかった場合は、処理は、分離処理実施(S1103)に移行する。   Then, the central processing unit 201 checks whether the number of executions of the separation parameter update has reached a predetermined number of times, or whether the square error calculated by the equation (6) is smaller than a predetermined value. When the number of times has been reached, or when the square error is small, it is determined that the learning has ended (S1105). If it is determined to end, the process proceeds to learning end setting (S1106), and the learning ends. If it is not determined to end, the process proceeds to separation process execution (S1103).

以上のように、当該学習処理では、周期成分と非周期成分の分離と、パラメータ更新を交互に実行することにより、分離の精度を向上させている。   As described above, in the learning process, separation accuracy is improved by alternately performing separation of periodic and aperiodic components and parameter update.

<異常検出プログラムの構成>
図14は、に異常検出プログラム600のブロック構成を示す図である。異常検出プログラムは、異常を検出する異常検出処理501と、検出した異常を監視サーバー211に送付する検出結果送信処理601と、によって構成されている。
<Abnormality detection program configuration>
FIG. 14 is a diagram showing a block configuration of the abnormality detection program 600. The abnormality detection program includes an abnormality detection process 501 for detecting an abnormality and a detection result transmission process 601 for sending the detected abnormality to the monitoring server 211.

図15は、異常検出処理501の詳細なブロック構成を示す図である。異常検出処理501は、図7に示した学習プログラム400と同様の構成となるため、重複する説明は省略する。また、異常検出処理501では、LLtを必ずしも学習プログラム400と同じ値に設定する必要は無いが、計測装置の制御周期の自然数倍とする。   FIG. 15 is a diagram illustrating a detailed block configuration of the abnormality detection processing 501. The abnormality detection process 501 has the same configuration as the learning program 400 shown in FIG. In the abnormality detection process 501, LLt is not necessarily set to the same value as that of the learning program 400, but is set to a natural number times the control cycle of the measuring apparatus.

まず、周期成分・非周期成分分離部502は、周期成分統計量DB404(全周波数帯の周期成分がモニタリング対象稼動部と対応付けられて登録されている)に登録された周期成分の統計量を用いて、周期成分と非周期成分とを分離する。分解後の周期成分ci(t)の音量を、時間周波数方向に平均化した平均音量がx(t)の時間周波数方向に平均化した平均音量と比較して一定比率以下の場合、その周期成分は存在しないとみなす。この処理を施すことで、あらかじめ設定した周期成分の数より、実際に存在する周期成分の数が少なかったとしても、実際の周期成分の数に適合した周期成分を抽出することが可能となる。   First, the periodic component / non-periodic component separation unit 502 obtains the periodic component statistics registered in the periodic component statistics DB 404 (periodic components in all frequency bands are registered in association with the monitoring target operating unit). To separate the periodic and aperiodic components. If the average volume averaged in the time frequency direction of the decomposed periodic component ci (t) is less than a certain ratio compared to the average volume averaged in the time frequency direction x (t), the periodic component Is considered nonexistent. By performing this process, even if the number of periodic components actually present is smaller than the number of periodic components set in advance, it is possible to extract periodic components that match the actual number of periodic components.

異常判定部503は、正常成分DB405に登録されたモニタリング対象稼動部の情報を利用して、抽出された周期成分が異常を含んでいるかどうかを判定する。つまり、モニタリング対象稼動部の確率分布pj(x)に基づいて、抽出された周期成分の乖離度をチェックし、乖離度が所定値より大きいか否かによって異常判定が実行される。   The abnormality determination unit 503 determines whether or not the extracted periodic component includes an abnormality, using information on the monitoring target operation unit registered in the normal component DB 405. That is, the deviation degree of the extracted periodic component is checked based on the probability distribution pj (x) of the monitoring target operating unit, and abnormality determination is executed depending on whether or not the deviation degree is larger than a predetermined value.

<周期成分・非周期成分分離部の詳細構成>
図16は、本発明の実施形態による周期成分・非周期成分分離部502の詳細なブロック構成を示す図である。
<Detailed configuration of periodic component / non-periodic component separation unit>
FIG. 16 is a diagram illustrating a detailed block configuration of the periodic component / non-periodic component separation unit 502 according to the embodiment of the present invention.

周波数毎周期成分・非周期成分分離部902−1乃至Kは、入力信号x(f、τ)を周波数毎に周期成分・非周期成分に分離する。当該周波数毎周期成分・非周期成分分離部902−1乃至Kはフィルタで構成されている。周期成分統計量DB404からは、各時間帯における不要な信号強度(周期成分)の情報が取得されるため、その不要な信号を取り除くことが可能なフィルタを設け、当該フィルタによってモニタリング対象稼動部からの信号のみ取得する。なお、非周期成分は時間や場所によって変動するため、リアルタイムでパラメータを更新しながら分離することとなる(図18参照)。   Periodic component / non-periodic component separating units 902-1 to 902-1 for each frequency separate the input signal x (f, τ) into periodic components / non-periodic components for each frequency. The per-frequency periodic component / non-periodic component separators 902-1 to 902-1 are configured by filters. Since the information of unnecessary signal intensity (periodic component) in each time zone is acquired from the periodic component statistics DB 404, a filter capable of removing the unnecessary signal is provided, and the filter is used to monitor from the monitoring target operating unit. Get only the signal. Since non-periodic components vary depending on time and place, they are separated while updating parameters in real time (see FIG. 18).

逆周波数変換部903は、各周期成分ci(f、τ)を時間領域信号ci(t)に逆フーリエ変換または逆ウェーブレット変換により変換する。変換した時間領域信号ci(t)を出力する。ただし、この逆周波数変換部903は必須の構成ではない。   The inverse frequency transform unit 903 transforms each periodic component ci (f, τ) into a time domain signal ci (t) by inverse Fourier transform or inverse wavelet transform. The converted time domain signal ci (t) is output. However, the inverse frequency conversion unit 903 is not an essential configuration.

なお、周期成分・非周期成分分離部502は、周期成分・非周期成分学習部403と同様の構成を取ることも可能である。図17は、このような構成を示す図であり、この構成により、学習しながら信号をリアルタイムで分離することができるようになる。なお、処理の流れは既に説明済みであるため省略する。   Note that the periodic component / non-periodic component separation unit 502 can also have the same configuration as the periodic component / non-periodic component learning unit 403. FIG. 17 is a diagram showing such a configuration, which makes it possible to separate signals in real time while learning. Since the processing flow has already been described, the description thereof is omitted.

<周波数毎周期成分・非周期成分分離の詳細>
図18は、周波数毎周期成分・非周期成分分離部902による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
<Details of frequency / periodic component separation for each frequency>
FIG. 18 is a flowchart for explaining details of processing by the frequency-periodic component / non-periodic component separation unit 902.

中央演算装置201は、所定のフレーム長の入力信号が蓄積されるたびに、分離処理を実行する(S1201)。   The central processing unit 201 executes separation processing every time an input signal having a predetermined frame length is accumulated (S1201).

分離処理が開始されると、中央演算装置201は、まず周期成分統計量DB404から周期成分のパラメータを読み出す(S1202)。周期成分のパラメータとしては、vi(f、τ)及びRi(f)であり、周期成分統計量DB404に登録されている。   When the separation process is started, the central processing unit 201 first reads the parameters of the periodic component from the periodic component statistics DB 404 (S1202). The periodic component parameters are vi (f, τ) and Ri (f), which are registered in the periodic component statistics DB 404.

一方、非周期成分については時間毎に信号源が変化するため、中央演算装置201は、リアルタイム更新パラメータを設定する(S1203)。ここでは、非周期成分について、例えば、vi(f、τ)=1とし、Ri(f)をランダムなエルミート行列とされる。   On the other hand, since the signal source changes with time for the non-periodic component, the central processing unit 201 sets a real-time update parameter (S1203). Here, for the non-periodic component, for example, vi (f, τ) = 1 and Ri (f) is a random Hermitian matrix.

そして、中央演算装置201は、分離処理を実行する(S1204)。具体的には、vi(f、τ)及びRi(f、τ)から、各周期成分、非周期成分を分離抽出する。ここで、τは1からLLtまでとし、マルチチャンネルウィーナーフィルタを用いて、分離信号ci(f、 τ)をci(f、 τ)= wi(f、τ)x(f、τ)によって求める。なお、Ri(f、τ)は上述の式(4)で表され、また、ウィナーフィルタwi(f、τ)は上述の式(5)で表される。さらに、S1204において、中央演算装置201は、二乗誤差を上述の式(6)によって算出する。式(6)において、IはM行M列の単位行列とする。   Then, the central processing unit 201 executes separation processing (S1204). Specifically, each periodic component and non-periodic component are separated and extracted from vi (f, τ) and Ri (f, τ). Here, τ is from 1 to LLt, and the separated signal ci (f, τ) is obtained by ci (f, τ) = wi (f, τ) x (f, τ) using a multi-channel Wiener filter. Ri (f, τ) is expressed by the above equation (4), and the Wiener filter wi (f, τ) is expressed by the above equation (5). Furthermore, in S1204, the central processing unit 201 calculates a square error by the above-described equation (6). In Equation (6), I is an M × M unit matrix.

次に、中央演算装置201は、上述の式(7)を用いて、リアルタイム更新パラメータを更新する(S1205)。i番目の信号が周期成分であり、その周期がLtであるとする場合には、中央演算装置201は、vi(f、τ)を変形する。具体的には、まず一周期内の区分時間rごとに、τ=Lt*n+r(nは任意の自然数)となるτの集合T(r)を求める。次に、T(r)に含まれるτについて、vi(f、τ)の平均値を取り、それをvi(f、r)とする。そして、T(r)に含まれるτについてvi(f、τ)=vi(f、r)とする。一方、非周期成分についてのみ、上述の式(8)を用いて、共分散行列Ri(f、τ)を求める(更新する)。   Next, the central processing unit 201 updates the real-time update parameter using the above equation (7) (S1205). When the i-th signal is a periodic component and the period is Lt, the central processing unit 201 transforms vi (f, τ). Specifically, first, a set T (r) of τ that satisfies τ = Lt * n + r (n is an arbitrary natural number) is obtained for each divided time r in one cycle. Next, with respect to τ included in T (r), an average value of vi (f, τ) is taken and is defined as vi (f, r). Then, τ included in T (r) is set to vi (f, τ) = vi (f, r). On the other hand, for only the aperiodic component, the covariance matrix Ri (f, τ) is obtained (updated) using the above-described equation (8).

続いて、中央演算装置201は、更新終了判定を行う(S1206)。例えば、リアルタイム更新パラメータの更新を実行した回数が予め定めた所定の回数に達していれば終了と判定する。終了と判定された場合(S1206でYes)、処理は、S1207(分離終了の設定)に移行し、分離処理を終了する。終了と判定されなかった場合(S1205でNoの場合)は、処理は、S1204(分離処理実施)に戻る。なお、算出した二乗誤差が所定の値よりも小さいかによって終了を判定しても良い。   Subsequently, the central processing unit 201 performs an update end determination (S1206). For example, if the number of times the real-time update parameter has been updated has reached a predetermined number of times, it is determined that the process has ended. If it is determined that the process is to be terminated (Yes in S1206), the process proceeds to S1207 (setting for separation termination), and the separation process is terminated. If it is not determined that the process has been completed (No in S1205), the process returns to S1204 (separate process execution). The end may be determined depending on whether the calculated square error is smaller than a predetermined value.

<異常判定処理>
図19は、異常判定部503による処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
中央演算装置201は、周期成分と非周期成分の分離処理502が終了するたびに異常判定を開始する(S1301)。
<Abnormality judgment processing>
FIG. 19 is a flowchart for explaining details of processing by the abnormality determination unit 503.
The central processing unit 201 starts abnormality determination each time the periodic component and non-periodic component separation processing 502 ends (S1301).

次に、中央演算装置201は、判定処理を行う周期信号源インデックスを1に設定する(S1302)。従って、異常判定処理は、分離された周期成分の内、インデックスが最も小さい周期成分から実行される。   Next, the central processing unit 201 sets the periodic signal source index for performing the determination process to 1 (S1302). Therefore, the abnormality determination process is executed from the periodic component having the smallest index among the separated periodic components.

中央演算装置201は、処理対象の周期成分の伝達関数をRi(f)の第一固有値di(f)として抽出する(S1303)。   The central processing unit 201 extracts the transfer function of the periodic component to be processed as the first eigenvalue di (f) of Ri (f) (S1303).

そして、中央演算装置201は、正常成分DB405に登録されたモニタリング対象稼動部の伝達関数aj(f)と処理対象の周期成分の伝達関数(第一固有値di(f))との距離を、式(9)を用いて算出し、算出した距離が最も小さいjを選択する(S1304)。   The central processing unit 201 then calculates the distance between the transfer function aj (f) of the monitoring target operating unit registered in the normal component DB 405 and the transfer function (first eigenvalue di (f)) of the periodic component to be processed as Calculation is performed using (9), and j having the smallest calculated distance is selected (S1304).

[式9]

Figure 0006236282
[Formula 9]
Figure 0006236282

中央演算装置201は、式(10)により、信号源の近さを算出し、それが予め定める閾値TH1以下か否か判定する(S1305)。信号源の近さが閾値TH1以下の場合(S1305でYesの場合)、処理はS1306に移行し、TH1より大きい場合(S1306でNoの場合)、処理はS1309に移行する。   The central processing unit 201 calculates the proximity of the signal source according to the equation (10), and determines whether or not it is equal to or less than a predetermined threshold TH1 (S1305). If the proximity of the signal source is equal to or smaller than the threshold TH1 (Yes in S1305), the process proceeds to S1306. If greater than TH1 (No in S1306), the process proceeds to S1309.

[式10]

Figure 0006236282
[Formula 10]
Figure 0006236282

S1306において、中央演算装置201は、周期成分iの時間領域信号ci(t)から音響特徴量xを抽出する(S1306)。   In S1306, the central processing unit 201 extracts the acoustic feature quantity x from the time domain signal ci (t) of the periodic component i (S1306).

次に、中央演算装置201は、正常成分DB405に記憶された正常成分の確率分布pj(x)のxに抽出した音響特徴量を代入し、ゆう度pj(x)を計算する(S1307)。   Next, the central processing unit 201 substitutes the extracted acoustic feature quantity for x of the normal component probability distribution pj (x) stored in the normal component DB 405 to calculate the likelihood pj (x) (S1307).

続いて、中央演算装置201は、算出したゆう度が予め定める閾値TH2以上であるか判定する(S1308)。ゆう度が閾値TH2以上である場合(S1308でYesの場合)、処理はS1309に移行し、TH2より小さい場合(S1308でNoの場合)、処理はS1311に移行する。   Subsequently, the central processing unit 201 determines whether the calculated likelihood is equal to or greater than a predetermined threshold TH2 (S1308). If the likelihood is greater than or equal to the threshold value TH2 (Yes in S1308), the process proceeds to S1309. If the likelihood is smaller than TH2 (No in S1308), the process proceeds to S1311.

S1309において、中央演算装置201は、抽出された処理対象の周期成分が正常であると判断し、周期信号源インデックスに1を足す(S1309)。   In S1309, the central processing unit 201 determines that the extracted periodic component to be processed is normal, and adds 1 to the periodic signal source index (S1309).

そして、中央演算装置201は、周期信号源インデックスが抽出した周期信号源数以下であるか判定する(S1310)。周波数源数以下である場合(S1310でYesの場合)、処理は次の周期成分の判定(S1303)に移行し、それ以外の場合、正常を通知し処理を終了する(S1312)。   The central processing unit 201 determines whether the periodic signal source index is equal to or less than the number of extracted periodic signal sources (S1310). If the number is equal to or less than the number of frequency sources (Yes in S1310), the process proceeds to determination of the next periodic component (S1303). Otherwise, normality is notified and the process ends (S1312).

一方、S1308で算出したゆう度が予め定める閾値TH2より小さいと判定された場合、中央演算装置201は、i番目に最も近かったj番目のモニタリング対象稼動部が異常と判定し処理を終了する(S1311)。   On the other hand, when it is determined that the likelihood calculated in S1308 is smaller than the predetermined threshold TH2, the central processing unit 201 determines that the j-th monitoring target operating unit closest to the i-th is abnormal and ends the processing ( S1311).

<まとめ>
(i)本発明の実施形態によれば、計測装置に設けられた複数の計測センサによって計測されたセンサ信号が異常検出装置に入力される。このセンサ信号では、計測装置の制御周期の定数倍で音量が変化する周期成分と、制御周期とは無関係に変動する非周期成分と、が混在している。まず、異常検出装置は、計測装置の制御周期の情報を用いて(周波数成分の周期を制御周期の定数倍とする)、センサ信号に対して最尤推定を実行する(最初にパラメータとして適当な音量vi(f, τ)と共分散行列Ri(f, τ)を与え、周期成分ci(f,τ)の二乗誤差が所定値よりも小さくなるまで、或いは所定回数、パラメータ更新を実行する)ことにより、周期成分と前記非周期成分とを分離する。そして、異常検出装置は、分離した周期成分の特徴量の変動を確率的に示す確率分布を算出し、モニタリング対象稼動部の伝達関数とともにデータベースに登録する(以上、学習処理)。なお、稼動部が複数存在する場合には、予め設定されたモニタリング稼動部の伝達関数とモニタリング稼動部からの音響信号の周期成分の時間不変情報とに基づいて、モニタリング稼動部からの音響信号の周期成分が抽出される。
<Summary>
(I) According to the embodiment of the present invention, sensor signals measured by a plurality of measurement sensors provided in the measurement device are input to the abnormality detection device. In this sensor signal, a periodic component whose volume changes by a constant multiple of the control period of the measuring device and an aperiodic component that varies independently of the control period are mixed. First, the abnormality detection device performs maximum likelihood estimation on the sensor signal using the information on the control cycle of the measurement device (the frequency component cycle is a constant multiple of the control cycle) (initially suitable as a parameter). The volume vi (f, τ) and the covariance matrix Ri (f, τ) are given, and the parameter update is executed until the square error of the periodic component ci (f, τ) becomes smaller than a predetermined value or a predetermined number of times) Thus, the periodic component and the non-periodic component are separated. Then, the abnormality detection device calculates a probability distribution that stochastically indicates the fluctuation of the feature amount of the separated periodic component, and registers it in the database together with the transfer function of the monitoring target operating unit (the learning process). When there are a plurality of operating units, the acoustic signal from the monitoring operating unit is based on the preset transfer function of the monitoring operating unit and the time-invariant information of the periodic component of the acoustic signal from the monitoring operating unit. Periodic components are extracted.

次に、異常検出装置は、学習処理に用いられたセンサ信号以外のセンサ信号を検査対象とし、学習処理の結果(確率分布の情報)を用いて、学習された周期成分から大きく外れた信号の有無をチェックすることにより、検査対象のセンサ信号の異常を検出する(以上、異常検出処理)。このように、センサ信号から最尤推定を用いて周期成分と非周期成分を分離して周期成分の異常を検出するので、短い時間で音場環境が変化する計測装置の稼動音に対しても追従でき、効果的に雑音を抑圧してモニタリング対象の信号を抽出することができるようになる。   Next, the anomaly detection apparatus uses a sensor signal other than the sensor signal used in the learning process as an inspection target, and uses a result of the learning process (probability distribution information) to detect a signal greatly deviating from the learned periodic component. By detecting the presence / absence, an abnormality of the sensor signal to be inspected is detected (abnormality detection processing). In this way, the periodic component and the non-periodic component are separated from the sensor signal using maximum likelihood estimation to detect anomalies in the periodic component. It is possible to follow, and to effectively suppress noise and extract a signal to be monitored.

(ii)学習処理において、異常検出装置は、受信したセンサ信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域の信号を周期成分と非周期成分に分離し(周波数帯域毎の分離処理)、各周波数帯域の信号の相関性に基づいて、モニタリング対象稼動部の周期成分を抽出する(パーミュテーション解決処理)。このように処理することにより、周波数毎に時間変動するような信号であっても周期成分と非周期成分とに分離することが可能となる。 (Ii) In the learning process, the abnormality detection device divides the received sensor signal into a plurality of frequency bands, separates the signals in each frequency band into periodic components and aperiodic components (separation processing for each frequency band), Based on the correlation of the signals in the frequency band, the periodic component of the monitoring target working unit is extracted (permutation solution processing). By processing in this way, even a signal that varies with time for each frequency can be separated into a periodic component and an aperiodic component.

(iii)本発明の実施形態において、信号の異常を検出する場合にも上記学習処理と同様の処理が実行される。つまり、異常検出装置は、対象のセンサ信号(入力信号)に対して、学習処理によって得られた周期成分のパラメータを用いて、最尤推定を実行することにより、対象のセンサ信号を周期成分と非周期成分に分離する。そして、異常検出装置は、分離して得られた当該周期成分の音響特徴量と、学習処理で算出されたモニタリング対象稼動部の確率分布(分離した周期成分が正常成分DBに登録された周期成分からの逸脱具合をチェックする)とに基づいて、対象のセンサ信号の異常を検出する。 (Iii) In the embodiment of the present invention, the same process as the learning process is executed when a signal abnormality is detected. In other words, the abnormality detection apparatus performs maximum likelihood estimation on the target sensor signal (input signal) using the periodic component parameter obtained by the learning process, thereby setting the target sensor signal as the periodic component. Separate into non-periodic components. Then, the abnormality detection apparatus includes the acoustic feature amount of the periodic component obtained by separation and the probability distribution of the monitoring target operation unit calculated by the learning process (the periodic component in which the separated periodic component is registered in the normal component DB). Is detected), the abnormality of the target sensor signal is detected.

また、異常検出装置は、異常検出処理において、対象のセンサ信号を複数の周波数帯域に分割する。そして、異常検出装置は、モニタリング対象稼動部以外の稼動部からの信号を取り除くフィルタを用いて、各周波数帯域の信号を周期成分と非周期成分に分離し、モニタリング対象稼動部の周期成分の信号を取り出すようにしている。このようにすることにより、検査対象として所望の信号(モニタリング対象稼動部からの信号)の周期成分のみを効率よく抽出することができるようになる。   The abnormality detection device divides the target sensor signal into a plurality of frequency bands in the abnormality detection process. Then, the abnormality detection apparatus separates the signal of each frequency band into a periodic component and an aperiodic component using a filter that removes a signal from an operating unit other than the monitoring target operating unit, and a signal of the periodic component of the monitoring target operating unit To take out. By doing in this way, it becomes possible to efficiently extract only the periodic component of the desired signal (signal from the monitoring target operating unit) as the inspection target.

(iv)本発明は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。 (Iv) The present invention can also be realized by software program codes that implement the functions of the embodiments. In this case, a storage medium in which the program code is recorded is provided to the system or apparatus, and the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus reads the program code stored in the storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code itself and the storage medium storing the program code constitute the present invention. As a storage medium for supplying such program code, for example, a flexible disk, CD-ROM, DVD-ROM, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM Etc. are used.

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。   Also, based on the instruction of the program code, an OS (operating system) running on the computer performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. May be. Further, after the program code read from the storage medium is written in the memory on the computer, the computer CPU or the like performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code. Thus, the functions of the above-described embodiments may be realized.

さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD−RW、CD−R等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。   Further, by distributing the program code of the software that realizes the functions of the embodiment via a network, it is stored in a storage means such as a hard disk or memory of a system or apparatus, or a storage medium such as a CD-RW or CD-R And the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus may read and execute the program code stored in the storage means or the storage medium when used.

最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した教授に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益であることが判るかもしれない。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本発明は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点に於いて限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本発明を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、C/C++、perl、Shell、PHP、Java(登録商標)等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。   Finally, it should be understood that the processes and techniques described herein are not inherently related to any particular apparatus, and can be implemented by any suitable combination of components. In addition, various types of devices for general purpose can be used in accordance with the teachings described herein. It may prove useful to build a dedicated device to perform the method steps described herein. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. Although the present invention has been described with reference to specific examples, these are in all respects illustrative rather than restrictive. Those skilled in the art will appreciate that there are numerous combinations of hardware, software, and firmware that are suitable for implementing the present invention. For example, the described software can be implemented in a wide range of programs or script languages such as assembler, C / C ++, perl, shell, PHP, Java (registered trademark).

さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。   Furthermore, in the above-described embodiment, control lines and information lines are those that are considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines on the product are necessarily shown. All the components may be connected to each other.

加えて、本技術分野の通常の知識を有する者には、本発明のその他の実装がここに開示された本発明の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。なお、明細書と具体例は典型的なものに過ぎず、本発明の範囲と精神は後続する請求範囲で示される。   In addition, other implementations of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and embodiments of the invention disclosed herein. It should be noted that the specification and specific examples are merely exemplary, and the scope and spirit of the present invention are set forth in the following claims.

100・・・計測装置
101・・・回転テーブル
102・・・稼動部
103・・・モニタリング対象稼動部
104・・・計測用センサ
200・・・異常検出装置
201・・・中央演算装置
202・・・不揮発性メモリ
203・・・揮発性メモリ
211・・・監視サーバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Measuring apparatus 101 ... Rotary table 102 ... Operating part 103 ... Monitoring object operating part 104 ... Measuring sensor 200 ... Abnormality detecting apparatus 201 ... Central processing unit 202 ... -Nonvolatile memory 203 ... Volatile memory 211 ... Monitoring server

Claims (15)

計測装置が有する複数の計測センサによって計測されたセンサ信号の異常を検出する異常検出装置であって、
前記計測されたセンサ信号であって、前記計測装置の制御周期の定数倍で音量が変化する周期成分と、前記制御周期とは無関係に変動する非周期成分と、が混在するセンサ信号を格納するメモリと、
前記センサ信号の異常を検出するプロセッサと、を有し、
前記プロセッサは、
前記メモリから前記センサ信号を読み出し、前記制御周期の情報を用いて、前記センサ信号に対して最尤推定を実行することにより、前記周期成分と前記非周期成分とを分離し、当該分離した周期成分の特徴量の変動を確率的に示す確率分布を算出する学習処理と、
前記学習処理に用いられたセンサ信号以外のセンサ信号を検査対象として前記メモリから読み出し、前記学習処理の結果を用いて前記検査対象のセンサ信号の異常を検出する異常検出処理と、
を実行することを特徴とする異常検出装置。
An abnormality detection device that detects an abnormality of a sensor signal measured by a plurality of measurement sensors included in the measurement device,
Stored is a sensor signal that is the measured sensor signal and includes a periodic component whose volume changes by a constant multiple of the control period of the measuring device and an aperiodic component that varies independently of the control period. Memory,
A processor for detecting an abnormality of the sensor signal,
The processor is
By reading the sensor signal from the memory and performing maximum likelihood estimation on the sensor signal using the control period information, the periodic component and the non-periodic component are separated, and the separated period A learning process for calculating a probability distribution that stochastically indicates fluctuations in the feature amount of the component;
A sensor signal other than the sensor signal used for the learning process is read from the memory as an inspection target, and an abnormality detection process for detecting an abnormality of the sensor signal of the inspection target using a result of the learning process;
An abnormality detection apparatus characterized by executing
請求項1において、
前記センサ信号は、前記計測装置が有する、モニタリング対象稼動部を含む複数の稼動部からの音響信号を含み、
前記プロセッサは、前記学習処理において、予め設定された前記モニタリング稼動部の伝達関数と前記モニタリング稼動部からの音響信号の周期成分の時間不変情報とに基づいて、前記モニタリング稼動部からの音響信号の前記周期成分を抽出することを特徴とする異常検出装置。
In claim 1,
The sensor signal includes acoustic signals from a plurality of operating units including the monitoring target operating unit that the measurement device has,
The processor, in the learning process, based on the preset transfer function of the monitoring operation unit and the time invariant information of the periodic component of the acoustic signal from the monitoring operation unit, the acoustic signal from the monitoring operation unit An abnormality detection apparatus that extracts the periodic component.
請求項2において、
前記プロセッサは、前記学習処理において、前記センサ信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域の信号を前記周期成分と前記非周期成分に分離する処理と、前記各周波数帯域の信号の相関性に基づいて前記モニタリング対象稼動部の周期成分を抽出するパーミュテーション解決処理と、を実行することを特徴とする異常検出装置。
In claim 2,
In the learning process, the processor divides the sensor signal into a plurality of frequency bands, separates the signal in each frequency band into the periodic component and the non-periodic component, and the correlation between the signals in each frequency band And a permutation solution process for extracting a periodic component of the monitoring target operating unit based on the abnormality detection device.
請求項2において、
前記プロセッサは、前記異常検出処理において、前記学習処理によって得られた前記周期成分のパラメータを用いて、前記検査対象のセンサ信号に対して最尤推定を実行することにより、前記検査対象のセンサ信号を前記周期成分と前記非周期成分に分離し、分離して得られた当該周期成分の音響特徴量と前記学習処理で算出された前記モニタリング対象稼動部の前記確率分布とに基づいて、前記検査対象のセンサ信号の異常を検出することを特徴とする異常検出装置。
In claim 2,
In the abnormality detection process, the processor performs maximum likelihood estimation on the sensor signal to be inspected using the parameter of the periodic component obtained by the learning process, so that the sensor signal to be inspected Is divided into the periodic component and the non-periodic component, and the inspection is performed based on the acoustic feature quantity of the periodic component obtained by the separation and the probability distribution of the monitoring target operating unit calculated in the learning process. An abnormality detection device for detecting an abnormality of a target sensor signal.
請求項4において、
前記プロセッサは、前記異常検出処理において、前記検査対象のセンサ信号を複数の周波数帯域に分割し、前記モニタリング対象稼動部以外の稼動部からの信号を取り除くフィルタを用いて、各周波数帯域の信号を前記周期成分と前記非周期成分に分離し、前記モニタリング対象稼動部の周期成分の信号を取り出す処理を実行することを特徴とする異常検出装置。
In claim 4,
In the abnormality detection process, the processor divides the sensor signal to be inspected into a plurality of frequency bands, and uses a filter that removes a signal from an operating unit other than the monitoring target operating unit, to output a signal in each frequency band. An abnormality detection apparatus that performs processing of separating the periodic component and the non-periodic component and extracting a periodic component signal of the monitoring target operating unit.
請求項2において、
前記プロセッサは、さらに、前記モニタリング稼動部の動作が正常か異常かを示す異常検出処理の結果を表示装置の表示画面に表示する処理を実行することを特徴とする異常検出装置。
In claim 2,
The processor further performs a process of displaying a result of an abnormality detection process indicating whether the operation of the monitoring operation unit is normal or abnormal on a display screen of a display device.
請求項2において、
前記プロセッサは、さらに、前記複数の稼動部から前記モニタリグ対象稼動部を設定し、当該モニタリング対象稼動部に対応して前記複数の計測センサのそれぞれの強度を設定するための初期設定画面を表示装置に表示する処理を実行することを特徴とする異常検出装置。
In claim 2,
The processor further displays an initial setting screen for setting the monitoring rig target operating unit from the plurality of operating units and setting the strengths of the plurality of measurement sensors corresponding to the monitoring target operating unit. An abnormality detecting device characterized by executing processing to be displayed on the screen.
計測装置が有する複数の計測センサによって計測されたセンサ信号の異常を検出する異常検出方法であって、
プロセッサが、前記計測されたセンサ信号であって、前記計測装置の制御周期の定数倍で音量が変化する周期成分と、前記制御周期とは無関係に変動する非周期成分と、が混在するセンサ信号を格納するメモリから前記センサ信号を読み出すステップと、
前記プロセッサが、前記制御周期の情報を用いて、前記センサ信号に対して最尤推定を実行することにより、前記周期成分と前記非周期成分とを分離し、当該分離した周期成分の特徴量の変動を確率的に示す確率分布を算出する学習ステップと、
前記プロセッサが、前記学習ステップで用いられたセンサ信号以外のセンサ信号を検査対象として前記メモリから読み出し、前記学習ステップの処理結果を用いて前記検査対象のセンサ信号の異常を検出する異常検出ステップと、
を含むことを特徴とする異常検出方法。
An abnormality detection method for detecting an abnormality of a sensor signal measured by a plurality of measurement sensors included in a measurement device,
A sensor signal in which the processor is a sensor signal in which a periodic component whose volume changes by a constant multiple of the control period of the measuring device and a non-periodic component which varies independently of the control period are mixed. Reading the sensor signal from a memory storing
The processor performs maximum likelihood estimation on the sensor signal using the control period information, thereby separating the periodic component and the non-periodic component, and obtaining a feature amount of the separated periodic component. A learning step for calculating a probability distribution indicating the variation stochastically;
An abnormality detection step in which the processor reads a sensor signal other than the sensor signal used in the learning step from the memory as an inspection target, and detects an abnormality of the sensor signal of the inspection target using a processing result of the learning step; ,
An abnormality detection method comprising:
請求項8において、
前記センサ信号は、前記計測装置が有する、モニタリング対象稼動部を含む複数の稼動部からの音響信号を含み、
前記学習ステップにおいて、前記プロセッサは、予め設定された前記モニタリング稼動部の伝達関数と前記モニタリング稼動部からの音響信号の周期成分の時間不変情報とに基づいて、前記モニタリング稼動部からの音響信号の前記周期成分を抽出することを特徴とする異常検出方法。
In claim 8,
The sensor signal includes acoustic signals from a plurality of operating units including the monitoring target operating unit that the measurement device has,
In the learning step, the processor, based on a preset transfer function of the monitoring operation unit and time-invariant information of the periodic component of the acoustic signal from the monitoring operation unit, the acoustic signal from the monitoring operation unit An abnormality detection method, wherein the periodic component is extracted.
請求項9において、
前記学習ステップにおいて、前記プロセッサは、前記センサ信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域の信号を前記周期成分と前記非周期成分に分離する処理と、前記各周波数帯域の信号の相関性に基づいて前記モニタリング対象稼動部の周期成分を抽出するパーミュテーション解決処理と、を実行することを特徴とする異常検出方法。
In claim 9,
In the learning step, the processor divides the sensor signal into a plurality of frequency bands, separates the signal in each frequency band into the periodic component and the non-periodic component, and the correlation between the signals in each frequency band And a permutation solving process for extracting a periodic component of the monitoring target working unit based on the abnormality detection method.
請求項9において、
前記異常検出ステップにおいて、前記プロセッサは、前記学習ステップの処理によって得られた前記周期成分のパラメータを用いて、前記検査対象のセンサ信号に対して最尤推定を実行することにより、前記検査対象のセンサ信号を前記周期成分と前記非周期成分に分離し、分離して得られた当該周期成分の音響特徴量と前記学習処理で算出された前記モニタリング対象稼動部の前記確率分布とに基づいて、前記検査対象のセンサ信号の異常を検出することを特徴とする異常検出方法。
In claim 9,
In the abnormality detection step, the processor performs maximum likelihood estimation on the sensor signal of the inspection target using the parameter of the periodic component obtained by the processing of the learning step, thereby Based on the acoustic feature quantity of the periodic component obtained by separating the sensor signal into the periodic component and the non-periodic component and the probability distribution of the monitoring target operating unit calculated in the learning process, An abnormality detection method comprising detecting an abnormality of a sensor signal to be inspected.
請求項11において、
前記異常検出ステップにおいて、前記プロセッサは、前記検査対象のセンサ信号を複数の周波数帯域に分割し、前記モニタリング対象稼動部以外の稼動部からの信号を取り除くフィルタを用いて、各周波数帯域の信号を前記周期成分と前記非周期成分に分離し、前記モニタリング対象稼動部の周期成分の信号を取り出すことを特徴とする異常検出方法
In claim 11,
In the abnormality detection step, the processor divides the sensor signal to be inspected into a plurality of frequency bands, and uses a filter that removes a signal from an operating unit other than the monitoring target operating unit to output a signal in each frequency band. An abnormality detection method, wherein the periodic component and the non-periodic component are separated and a periodic component signal of the monitoring target operating unit is extracted.
請求項9において、さらに、
前記プロセッサが、前記モニタリング稼動部の動作が正常か異常かを示す異常検出処理の結果を表示装置の表示画面に表示するステップを含むことを特徴とする異常検出方法。
The claim 9, further comprising:
The abnormality detection method characterized by including the step in which the said processor displays the result of the abnormality detection process which shows whether operation | movement of the said monitoring operation | movement part is normal or abnormal on the display screen of a display apparatus.
請求項9において、さらに、
前記プロセッサが、前記複数の稼動部から前記モニタリグ対象稼動部を設定し、当該モニタリング対象稼動部に対応して前記複数の計測センサのそれぞれの強度を設定するための初期設定画面を表示装置に表示するステップを含むことを特徴とする異常検出方法。
The claim 9, further comprising:
Wherein the processor, the plurality of setting the monitoring in g object operation unit from the operating unit, display an initial setting screen for setting the respective intensities of the plurality of measurement sensors in correspondence with the monitored operating unit The abnormality detection method characterized by including the step displayed on this.
コンピュータに異常検出方法を実行させるためのプログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記異常検出方法は、計測装置が有する複数の計測センサによって計測されたセンサ信号の異常を検出する異常検出方法であって、
前記コンピュータが、前記計測されたセンサ信号であって、前記計測装置の制御周期の定数倍で音量が変化する周期成分と、前記制御周期とは無関係に変動する非周期成分と、が混在するセンサ信号を格納するメモリから前記センサ信号を読み出すステップと、
前記コンピュータが、前記制御周期の情報を用いて、前記センサ信号に対して最尤推定を実行することにより、前記周期成分と前記非周期成分とを分離し、当該分離した周期成分の特徴量の変動を確率的に示す確率分布を算出する学習ステップと、
前記コンピュータが、前記学習ステップで用いられたセンサ信号以外のセンサ信号を検査対象として前記メモリから読み出し、前記学習ステップの処理結果を用いて前記検査対象のセンサ信号の異常を検出する異常検出ステップと、
を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
A computer-readable storage medium for storing a program for causing a computer to execute an abnormality detection method,
The abnormality detection method is an abnormality detection method for detecting an abnormality of a sensor signal measured by a plurality of measurement sensors included in a measurement device,
A sensor in which the computer is a sensor signal in which a periodic component whose volume changes by a constant multiple of a control period of the measuring device and a non-periodic component that varies independently of the control period are mixed Reading the sensor signal from a memory storing the signal;
The computer separates the periodic component and the non-periodic component by performing maximum likelihood estimation on the sensor signal using the information on the control cycle, and determines the feature amount of the separated periodic component. A learning step for calculating a probability distribution indicating the variation stochastically;
An abnormality detecting step in which the computer reads a sensor signal other than the sensor signal used in the learning step from the memory as an inspection target, and detects an abnormality of the sensor signal of the inspection target using a processing result of the learning step; ,
A computer-readable storage medium comprising:
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