JP6643079B2

JP6643079B2 - サウンド信号を利用して機械装置を診断する方法および装置

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Publication number: JP6643079B2
Application number: JP2015254031A
Authority: JP
Inventors: 千模姜; 禹成金
Original assignee: 株式会社アイティマジック
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2020-02-12
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Description

本発明は、サウンド信号を利用して機械装置を診断する方法および装置に関する。

診断システムは機械装置の状態を診断する。大部分の診断システムは、診断部位で発生される１０〜１ｋｈｚ帯域の振え、つまり、振動を測定して機械装置の状態を診断する。しかし、実際の機械装置の駆動時、言い換えるとランタイム（Ｒｕｎ−Ｔｉｍｅ）環境下では機械装置のすべての構成要素が全体的にかみ合っているため、運搬物、作業工程、または関節およびライン動作により診断部位の振動データが影響を受ける。したがって、駆動中に測定された振動データは、診断部位だけでなく、他の部位の振動データまで含むため、データの信頼性が非常に低いと言える。そのため、振動基盤診断システムは機械装置を停止した後、診断部位だけを動作させて振動を測定しなければならない。

このように、振動基盤診断システムは、診断部位以外の動きや環境的な要素の影響を減らすために必ず機械装置を停止しなければならないため、駆動中に発生する実質的問題を正確に診断しにくい。したがって、機械装置を停止することなく、駆動状態で機械装置を正確に診断するための方法が必要である。

本発明が解決しようとする課題は、サウンド信号を利用して機械装置を診断する方法および装置を提供することにある。

本発明の一実施形態により機械装置の状態を診断する診断装置であって、複数の測定単位時間の間に入力を受けたサウンド信号を判断データとして累積し、累積したサウンド信号と基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する第１点数、前記累積したサウンド信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する第２点数、および前記累積したサウンド信号のピーク情報に基づいて計算する第３点数のうちの少なくとも一つを求める判断部と、前記判断部で求めた前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の状態を出力する状態出力部と、を含む。

前記診断装置は、前記機械装置に付着された少なくとも一つのマイクにより測定されたサウンド信号を測定単位時間ごとに入力を受け、入力を受けたサウンド信号で騒音を減殺した信号を前記判断部に伝達するサウンド信号抽出部をさらに含むことができる。

前記判断部は、任意測定単位時間に測定された任意サウンド信号が入力された場合、前記任意サウンド信号と前記基準信号を比較して前記機械装置が駆動中であるかを判断し、前記機械装置が駆動中である場合、前記任意サウンド信号を前記判断データとして決定することができる。

前記判断部は、前記任意サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー差を計算し、前記基準信号に比べてエネルギー値が少ない周波数が基準値以下である場合、前記任意測定単位時間に前記機械装置が駆動中であると判断することができる。

前記判断部は、前記任意測定単位時間に前記機械装置が停止している場合、前記任意サウンド信号を廃棄することができる。

前記判断部は、前記累積したサウンド信号に基づいて周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を抽出し、前記周波数別時間に応じたエネルギー値動向線で当該周波数の代表エネルギー値を抽出し、各周波数の代表エネルギー値を利用して前記累積したサウンド信号の周波数に応じたエネルギー値を示す第１グラフを抽出し、前記第１グラフと前記基準信号の周波数に応じたエネルギー値を示す第２グラフに基づいて前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数のうちの少なくとも一つを求めることができる。

前記判断部は、前記累積したサウンド信号に基づいて周波数別時間に応じたエネルギー値分布を抽出し、時間軸を一定の区間に分け、区間別にエネルギー値動向線を計算することができる。

前記判断部は、前記エネルギー値分布で密集したデータの中心値を利用して前記周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を計算することができる。

前記判断部は、第１測定単位時間の間に第１サウンド信号の入力を受け、前記第１サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する短期−第１点数、前記第１サウンド信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する短期−第２点数、および前記第１サウンド信号のピーク情報に基づいて計算する短期−第３点数のうちの少なくとも一つを求め、前記状態出力部は、前記判断部で求めた前記短期−第１点数、前記短期−第２点数、および前記短期−第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の一時的状態を出力することができる。

前記状態出力部は、前記判断部で求めた前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数のそれぞれに加重値を適用して前記機械装置の状態点数を計算することができる。

前記状態出力部は、前記状態点数に基づいて前記機械装置の状態を警告、注意、正常のうちのいずれか一つに判断することができる。

本発明の他の実施形態により診断装置が機械装置の状態を診断する方法であって、第１測定単位時間の間に前記機械装置で測定された第１サウンド信号の入力を受ける段階と、前記第１サウンド信号と基準信号を比較して前記機械装置が駆動中であるかを判断する段階と、前記機械装置が駆動中である場合、前記第１サウンド信号を第１判断データとして保存する段階と、保存された判断データの数が基準値と同一であるかを判断する段階と、保存された判断データの数が基準値である場合、保存された複数の判断データに基づいて長期診断手続を遂行する段階と、を含む。

前記機械装置が駆動中であるかを判断する段階は、前記第１サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー差を計算し、前記基準信号に比べてエネルギー値が少ない周波数が基準値以下である場合、前記第１測定単位時間に前記機械装置が駆動中であると判断することができる。

前記長期診断手続を遂行する段階は、前記複数の判断データを総合して累積診断用信号を抽出する段階と、前記累積診断用信号と基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する第１点数、前記累積診断用信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する第２点数、および前記累積診断用信号のピーク情報に基づいて計算された第３点数のうちの少なくとも一つを求める段階と、前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の状態を診断する段階と、を含むことができる。

前記累積診断用信号を抽出する段階は、前記複数の判断データに基づいて周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を抽出する段階と、前記周波数別時間に応じたエネルギー値動向線で当該周波数の代表エネルギー値を抽出する段階と、各周波数に当該代表エネルギー値を対応させて周波数に応じたエネルギー値を示す前記累積診断用信号を抽出する段階と、を含むことができる。

前記診断方法は、前記第１サウンド信号に基づいて短期診断手続を遂行する段階をさらに含み、前記短期診断手続を遂行する段階は、前記第１サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する短期−第１点数、前記第１サウンド信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する短期−第２点数、および前記第１サウンド信号のピーク情報に基づいて計算された短期−第３点数のうちの少なくとも一つを求める段階と、前記短期−第１点数、前記短期−第２点数、および前記短期−第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の一時的状態を出力する段階と、を含むことができる。

本発明のまた他の実施形態により診断装置が機械装置の状態を診断する方法であって、複数の測定単位時間の間に測定された複数のサウンド信号を保存する段階と、前記複数のサウンド信号を総合して累積診断用信号を抽出する段階と、前記累積診断用信号と基準信号の周波数別エネルギー値を比較して第１点数を計算する段階と、前記累積診断用信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して第２点数を計算する段階と、前記累積診断用信号のピーク情報に基づいて第３点数を計算する段階と、前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数に加重値を適用して計算された点数に基づいて前記機械装置の状態を診断する段階と、を含む。

前記複数のサウンド信号を保存する段階は、前記機械装置の駆動中に測定されたサウンド信号を保存し、前記機械装置の停止時に測定されたサウンド信号は廃棄することができる。

前記累積診断用信号を抽出する段階は、前記複数のサウンドに基づいて周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を抽出する段階と、前記周波数別時間に応じたエネルギー値動向線で当該周波数の代表エネルギー値を抽出する段階と、各周波数に当該代表エネルギー値を対応させて周波数に応じたエネルギー値を示す前記累積診断用信号を抽出する段階と、を含むことができる。

前記第１点数を計算する段階は、前記累積診断用信号と前記基準信号の周波数別エネルギー差を計算する段階と、周波数別エネルギー差を示す差演算グラフを出力する段階と、前記差演算グラフと基準値を比較して前記第１点数を計算する段階と、を含み、前記差演算グラフを出力する段階は、エネルギー差が臨界値以下である周波数の差演算値を０に補正して前記差演算グラフを生成することができる。

本発明の実施形態によれば、機械装置を停止することなく、駆動中である機械装置で発生したサウンド信号に基づいて機械装置の状態を正確に診断することができる。

本発明の一実施形態に係る診断装置の概略的な構成図である。本発明の一実施形態により診断信号で特定信号が除去された信号を例示した図面である。本発明の一実施形態に係る時間−周波数ドメインでの診断用信号を例示した図面である。本発明の一実施形態に係る測定時間の間の周波数−エネルギードメインでの診断用信号を例示した図面である。本発明の一実施形態に係るサウンド信号に基づいて診断対象装置の状態を判断する方法のフローチャートである。本発明の一実施形態に係るサウンド信号に基づいて診断対象装置の駆動有無を判断する方法を説明する図面である。本発明の一実施形態に係る複数の測定単位時間のそれぞれの判断データを示す図面である。本発明の一実施形態に係る短期診断手続のフローチャートである。本発明の一実施形態に係る長期診断手続のフローチャートである。本発明の一実施形態に係るある周波数の時間に応じたエネルギー値動向線を説明する図面である。本発明の一実施形態に係る長期−第１判断項目の点数を計算する方法のフローチャートである。本発明の一実施形態に係る状態出力部の出力結果を示す図面である。本発明の一実施形態に係る状態出力部の出力結果を示す図面である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面において本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似する部分については類似する図面符号を付した。

明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

図１は、本発明の一実施形態に係る診断装置の概略的な構成図であり、図２ａは、本発明の一実施形態により診断信号で特定信号が除去された信号を例示した図面であり、図２ｂは、本発明の一実施形態に係る時間−周波数ドメインでの診断用信号を例示した図面であり、図３は、本発明の一実施形態に係る測定時間の間の周波数−エネルギードメインでの診断用信号を例示した図面である。

図１を参照すれば、診断装置１０は、産業自動化機器、自動車、航空機、船舶など多様な機械装置で発生される音から機械装置（診断対象装置）の状態を判断する。そのために、診断装置１０は、一定時間の間に機械装置で発生したサウンド信号を収集し、設定基準によりサウンド信号の特徴を分析して機械装置の状態を診断する。例えば、診断装置１０は、サウンド信号に基づいて関節、機関、モータ、エンジン、ベアリングなどの状態を診断することができる。

診断装置１０は、サウンド信号抽出部１００、判断部２００、および状態出力部３００を含む。

サウンド信号抽出部１００は、診断地点に付着されたり診断地点周辺に設けられたマイクに入力されたサウンド信号から診断用信号を抽出する。この時、サウンド信号は、騒音信号（ｎｏｉｓｅ）が混在されているため、サウンド信号抽出部１００は入力サウンド信号で騒音信号を除去したり減殺することができる。

サウンド信号抽出部１００は、入力サウンド信号の特性や環境により初期騒音除去を行うことができる。この時、サウンド信号抽出部１００は、少なくとも二つのマイクに入力されたサウンド信号の物理的な位相差を利用して初期騒音除去を行うことができる。

診断信号区間で騒音信号が全部除去される場合、信号の歪曲が激しくなって異常兆候を示す信号が良好に抽出されないおそれがある。したがって、サウンド信号抽出部１００は、騒音信号をどの程度減殺するかを決定するパラメータを設定する。騒音除去パラメータは、環境関連パラメータ、および相関関係パラメータを含むことができる。環境関連パラメータは、測定環境により騒音信号の減殺程度を調節するパラメータであり、信号対雑音比（ＳｏｕｎｄｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ、ＳＮＲ）に基づいて設定され得る。相関関係パラメータは、機械装置の状態診断に関連したサウンド信号を含む信号区間（診断信号区間）で騒音信号の減殺率を調節するパラメータであり、診断信号区間に騒音信号がどの程度重なっているかを示す相関係数に基づいて設定され得る。

サウンド信号抽出部１００は、診断信号区間のエネルギー変化パターンと診断信号区間に隣接した騒音信号区間のエネルギー変化パターンに基づいて相関関係を計算する。診断信号区間には騒音信号が含まれており、診断信号区間で騒音信号が全部除去される場合、抽出された信号の歪曲が激しくなる。したがって、サウンド信号抽出部１００は、相関関係パラメータに基づいて診断信号区間で騒音信号の減殺程度を決定する。

サウンド信号抽出部１００は、騒音除去パラメータに基づいて診断信号区間で騒音信号を減殺して診断用信号を抽出する。サウンド信号抽出部１００は、環境関連パラメータに基づいて騒音信号区間で騒音信号を減殺し、環境関連パラメータと相関関係パラメータに基づいて診断信号区間で騒音信号を減殺することができる。つまり、サウンド信号抽出部１００は、診断信号区間で騒音信号を適切に除去して歪曲が少ない診断用信号を抽出する。

サウンド信号抽出部１００は、騒音信号が除去された診断信号中で特定の診断信号だけを抽出あるいは除去することができる。

サウンド信号抽出部１００は、特定の診断信号の周波数成分をパラメータにして、パラメータを含む特定の診断信号の振幅が一定時間維持される場合、これを特殊な場合と見なし、この信号だけを除去あるいは抽出することができる。

サウンド信号抽出部１００は、指定された動作を持続的に繰り返す自動化機器の特徴を利用して、騒音除去以降に抽出された診断信号で特定信号だけを抽出あるいは除去することができる。これは本発明品を利用する使用者のためのものであって、広い意味では、診断を所望する当該部位の診断で正確に診断部位の当該部品の診断を可能にする意味があり、また診断信号よりもエネルギー値がはるかに大きい騒音（つまり、ＳＮＲが逆になった状況）でも診断信号を正確に抽出することができる。

図２ａを参照すれば、サウンド信号抽出部１００で騒音除去以降に抽出された診断信号で特定信号が除去され得る。

図２ｂを参照すれば、サウンド信号抽出部１００は、測定時間の間に診断対象装置で発生したサウンド信号から診断用信号を抽出する。各種パラメータにより騒音減殺された診断用信号を時間−周波数ドメインで出力すれば図２ｂのように表示され得る。

判断部２００は、入力されたサウンド信号に基づいて診断対象装置の状態を判断する。ここで、正確な診断のために判断部２００がサウンド信号抽出部１００の騒音減殺されたサウンド信号に基づいて診断対象装置の状態を判断することと説明しているが、判断部２００は、マイクに入力されたサウンド信号を多様な方法で処理した結果を利用して診断対象装置の状態を判断することができる。

判断部２００は、一定時間（測定時間）の間に約０．０３秒間隔で入力される周波数変換データを累積保存し、保存された診断用信号の周波数応答データを検索して周波数別特性が最もよく示されるように周波数別エネルギー情報を再計算する。騒音除去された診断データであるとしても、サウンドの特性上、データごとに特定周波数帯域のエネルギー値が常時一定に示されないことがあり、累積保存される時間中に継続して存在せず、一時存在してから無くなってしまうなどの多様な現象が発生することがある。したがって、判断部２００は、周波数別エネルギー値の累積値の分散、標準偏差、変化率、分布率などに対する統計学的な演算を総合して測定時間の間に存在していたすべての周波数成分を復原（再計算）し、これを測定時間の間に入力されたサウンドの特性に対する最終結果値として整理することができる。

最終結果値として整理された周波数別エネルギー情報は、図３のように、周波数−エネルギードメインで表示され得る。この時、判断部２００は、周波数別にエネルギー値が十分に反映されるように一定時間の間に保存されたサウンド信号をスキャニングし、必要な場合、補正することができる。

判断部２００は、サウンド信号の周波数別エネルギー情報に基づいて判断項目の点数を計算する。判断項目は、エネルギーがピークである周波数情報、周波数のそれぞれのエネルギー値、総エネルギー値などを含む。

この時、判断部２００は、測定単位時間（１回測定）の間の周波数別エネルギー情報に基づいて当該測定単位時間の判断項目の点数を計算することができる。このような１回測定結果に基づいて機械装置の状態を判断することを短期診断と言える。短期診断は、長期的な診断を進行しなくても診断結果が明白な場合のために遂行され得る。また、判断部２００は、一定の回数（例えば、３０回）以上測定した結果を累積した周波数別エネルギー情報に基づいて判断項目の点数を計算することができ、これを長期診断と言える。長期診断は、短期診断の診断結果が明白でないか、または持続的な観察が要求される装備のための診断と言える。

状態出力部３００は、判断部２００で計算された判断項目の点数に加重値を適用して診断対象装置の状態点数を計算し、設定基準により診断対象装置の状態を出力する。診断対象装置の状態は、設定基準により多様な方式で出力され、例えば警告、注意、正常のうちのいずれか一つで出力され、診断点数と共に出力され得る。

次に、判断部がサウンド信号に基づいて診断対象装置の状態を判断する方法について詳しく説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係るサウンド信号に基づいて診断対象装置の状態を判断する方法のフローチャートであり、図５は、本発明の一実施形態に係るサウンド信号に基づいて診断対象装置の駆動有無を判断する方法を説明する図面であり、図６は、本発明の一実施形態に係る複数の測定単位時間のそれぞれの判断データを示す図面である。

図４を参照すれば、判断部２００は、測定単位時間の間に測定されたサウンド信号（診断用信号）の入力を受ける（Ｓ１１０）。測定単位時間は、１回測定時間であってもよく、指定された時間が設定される。サウンド信号は診断対象装置で発生した信号または診断の正確度を高めるために補正された信号であってもよい。例えば、判断部２００は、サウンド信号抽出部１００から図２ａのように特定サウンドが除去された信号の入力を受けたり、図２ｂのように騒音減殺されたサウンド信号の入力を受けることができる。

判断部２００は、診断用信号に基づいて短期診断手続を遂行する（Ｓ１２０）。つまり、判断部２００は、ある測定単位時間に入力されたサウンド信号に基づいて判断項目の点数を計算して当該測定単位時間での一時的状態を判断する。

判断部２００は、診断用信号に基づいて診断対象装置が駆動中であるかを判断する（Ｓ１３０）。図５を参照すれば、判断部２００は、周波数別に診断用信号のエネルギーと基準信号のエネルギーを比較する。そして、判断部２００は、基準信号に比べてエネルギー値が少ない周波数が一定の個数／一定の比率（例えば、７０％）以上である場合、診断対象装置が動作しない、つまり、停止したと判断することができる。

判断部２００は、診断対象装置が動作しないと判断されると、入力された診断用信号を廃棄する（Ｓ１４０）。つまり、判断部２００は、駆動状態で測定されたサウンド信号でなければ診断データとして使用しない。廃棄する理由は、長期診断の場合、駆動状態でないデータを含んで長期診断のデータとして使用する場合、各周波数の分散度に相当な影響を与えることができるためである。例えば３０回数に対する長期診断中、駆動状態でないデータ２０回を含めると、周波数エネルギー値の分布率が最も多い地点を抽出して演算する長期診断の場合、駆動状態でないデータが駆動状態の分布率よりも高いことが確実である。したがって、誤って駆動状態でない非駆動状態を診断する結果を招くこともできる。結論的に、騒音が除去された駆動状態の当該部位の信号を取得し、これに対する診断を行うことが長期診断では非常に重要である。

判断部２００は、診断対象装置が駆動中であると判断されると、入力された診断用信号を測定単位時間に該当する判断データと決定して保存所に保存する（Ｓ１５０）。図６を参照すれば、測定が進行される間に測定単位時間別判断データが累積する。

判断部２００は、保存された判断データの数が基準値（Ｎ）（例えば、Ｎ=３０）であるか判断する（Ｓ１６０）。保存された判断データの数がまだ基準値に到達しない場合、判断部２００はサウンド信号の入力を受ける段階（Ｓ１１０）に戻った後、測定単位時間の間に機械装置で発生したサウンド信号の入力を受ける。

保存された判断データの数が基準値に到達した場合、判断部２００は、保存された判断データに基づいて長期診断手続を遂行する（Ｓ１７０）。つまり、判断部２００は。Ｎ番測定した結果を総合したサウンド信号の周波数別エネルギー値に基づいて判断項目の点数を計算して機械装置の状態を判断することができる。

短期診断手続は、一時的状態を見たりあるいは短期的に診断把握が可能な点が明白な場合、例えば生産工程で完成品の組み立ての後に完成品で絶対に異常音が発生してはいけない明確な状態が定義された場合の診断、あるいは生産設備で定義された臨界値を急激にはるかに超える場合の診断に非常に効果的である。しかし、このような明白なケースを除いた大部分の場合、生産設備は急激に状態が悪化したりよくなる確率が極めて珍しいため、このような部分の補完のために短期と長期診断手続を同時に進行することが好ましく、これは診断結果の信頼性を向上させ、診断の正確度を極大化させることができる。したがって、診断装置１０は、短期診断と共に適正測定回数（例えば、最小２０回以上）の累積したデータに基づいて長期診断手続を経て機械装置の状態を判断する。

次に、短期診断手続と長期診断手続について詳しく説明する。

図７は、本発明の一実施形態に係る短期診断手続のフローチャートである。

図７を参照すれば、判断部２００は、診断用信号２０の入力を受ける（Ｓ２１０）。ここで、判断部２００は、０．０３秒ごとにＦＦＴを通じて入力信号を周波数データに変換して累積保存した後、測定単位時間の間に累積保存された周波数データの成分再分析を通じて各周波数の特徴が最もよく反映されるように補正された入力データを診断用信号２０として利用することができる。

判断部２００は、診断用信号２０で周波数別エネルギー値を抽出して周波数別に診断用信号２０と基準信号３０のエネルギーを比較する（Ｓ２２０）。基準信号３０は、診断対象装置が正常状態である時のサウンド信号であるか、または正常動作状態で長時間の間に蓄積されたデータで周波数別エネルギー分布率が最も多いエネルギー値の範囲を中心に補正されたサウンド信号であってもよい。

判断部２００は、診断用信号２０と基準信号３０の周波数別エネルギー比較結果に基づいて短期−第１判断項目の点数を計算する（Ｓ２２２）。判断部２００は、周波数別エネルギー比較は周波数別エネルギー差であるか、または類似度であってもよい。判断部２００は、診断用信号２０と基準信号３０の周波数別エネルギー比較結果、エネルギー値の差と周波数別類似度（変化率）に基づいて比較結果に段階別臨界値区間値を適用する。比較結果が「正常」臨界値以下である場合、「注意」臨界値範囲である場合、「警告」臨界値範囲である場合によりそれぞれ臨界値の基本単位別点数を周波数別に付与して点数を計算する。ただし、短期診断の場合、その臨界値は長期診断の場合よりも大きい値を有することが好ましく、ここで臨界値は、サウンドの特性に応じたノウハウに基づいて設定され得る。例えば基準信号とのエネルギー値の差とその変異幅が７ｄＢ未満（正常臨界値）である場合、あるいは７ｄＢ以上１３ｄＢ以下（注意臨界値）である場合、１３ｄＢ以上（警告臨界値）である場合、適切な点数を付与する。臨界値と点数は調節可能である。

判断部２００は、診断用信号２０の総エネルギー値を計算する（Ｓ２３０）。

判断部２００は、診断用信号２０の総エネルギー値と基準エネルギー値を比較して、短期−第２判断項目の点数を計算する（Ｓ２３２）。基準エネルギー値は基準信号３０の総エネルギー値であってもよい。短期−第２判断項目の点数は短期−第１判断項目の点数を計算するのと同様に、診断信号と基準信号の総エネルギー値の差に対して正常、注意、警告の臨界値を設け、基準信号との差が該当する領域に対する点数を計算する。同様に、短期診断では長期診断よりも高い臨界値を有することが好ましく、ここで臨界値は、サウンドの特性に応じたノウハウに基づいて設定され、各臨界値により適切な点数を付与し、短期−第１判断項目の点数と合算することができる。

判断部２００は、診断用信号２０でピーク（ｐｅａｋ）を抽出する（Ｓ２４０）。診断信号で意味するピークは、周波数領域で基準信号と比較して顕著に差がある値でなく、ピークを成す周波数の帯域幅、およびピークの高さ条件がパラメータに定義されたことと一致した場合、これをピークと定義する。ピークの幅と高さは基準信号とは独立的に計算され、異常がないよい音はピークが殆どなく、すべての周波数帯域のエネルギー値が突出することなく均一に分布するということを意味する。言葉のとおり、突出した成分がないことを意味する。

判断部２００は、ピークの個数、ピークの高さなどを含むピーク情報に点数を付与した後、基準信号と共に含まれていたピーク情報を比較して短期−第３判断項目の点数を計算する（Ｓ２４２）。基準情報は正常状態のピーク情報（個数、高さなど）であってもよい。ピークは基準信号とは関係なく純粋に現在入力された信号の音響的な状態を分析するようにし、基準信号と比較分析がすべて可能であるという長所を有する。例えば、判断部２００は、ピークが発見された個数により発見された周波数別に点数（１点×個数）を付与し、基準信号とのピーク情報比較分析を通じて点数を加減することができる。判断部２００は、たとえ一つの周波数でピーク情報と基準信号のピーク情報が一致する場合は−１点、一致しない場合は維持、一致した場合は、ピークの高さの変化により３０％維持あるいは加算などを行うことができる。

判断部２００は、前記３つの場合に対して条件に応じた点数を付与し、これらに対する総合を通じて短期診断を完了する。ここで条件に応じた点数の総合は、例に挙げて説明した場合以外にも３つの項目に対して各周波数別演算条件のすべてを含むことができる。ただし、３つの項目に対して無条件的な合算だけを進行する場合、予想と違って合算点数が過度に大きく出て合算した全体結果に対する臨界値が無用の長物になり得る。したがって、判断部２００は、合算結果総合が特定点数（例えば、２０）を越えないように各段階別合算結果により範囲を調節して合算することができる。例えば１段階過程で１０点が導き出された場合、２段階では１０点以上の結果が出ることができるが、そうなると２０点を超えるようになるため、１０を１００％にし、比率を自動調節して１段階の１０点に合算することができる。もし１、２段階の結果が１５点である場合、３段階では５点以内で結果が出られるようにする。事実上、１５点はその状態が少なくとも「注意」段階以上になる可能性が大きいため、結果的には最後の段階では「注意」がどの程度進行されたかに対する詳細な進行状況に対する点数を導き出すことができる。

ただし、短期診断の場合、急激に装備が悪化する場合は珍しいため、短期診断では臨界値を長期診断とは違って高い臨界値を適用して、発生頻度が低くはあるが、むしろ大型事故に繋がり得る急激な装備悪化状況に備え、これを診断し、繋ぎ目が発生した場合（例えば楽器、ピアノの音階の音が変わった場合）のようにすることが好ましい。

このように、判断部２００で計算した各判断項目の点数に基づいて状態出力部３００は診断対象装置の状態点数を計算し、設定基準により診断対象装置の短期状態を出力する。

図８は、本発明の一実施形態に係る長期診断手続のフローチャートであり、図９は、本発明の一実施形態に係るある周波数の時間に応じたエネルギー値動向線を説明する図面である。

図８を参照すれば、判断部２００は、一定時間の間に累積した複数の診断用信号で周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を抽出する（Ｓ３１０）。図９を参照すれば、複数の診断用信号は時間順序により順次に測定されたものである。したがって、判断部２００は複数の診断用信号のそれぞれで特定周波数（例えば、Ｎ番目周波数）のエネルギー値を持って図９のように時間（横軸）に応じたエネルギー値（縦軸）の分布を求める。つまり、図９は、特定周波数の時間に応じたエネルギー値分布を示す。判断部２００は、時間に応じたエネルギー値分布で、時間軸を一定の区間に分け、区間別にエネルギー値動向線を計算する。例えば、１０日間隔でエネルギー値動向線を計算することができる。この時、時間区間に含まれているすべてのデータに基づいて動向線を求めると、ノイズが動向線に影響を与えるおそれがある。したがって、判断部２００はノイズの影響を減らすために、密集したデータ（エネルギー値が類似するデータ）の中心値を利用して動向線を求める。サウンド信号は環境的な要因やサウンドの特性により一時的にノイズが含まれ得る。したがって、動向線が密集したデータを過ぎるようにするとノイズを無視することができ、確率的に機械装置の状態判断に関連したデータを反映することができる。

判断部２００は、周波数別動向線で各周波数の代表エネルギー値を抽出して累積診断用信号４０を生成する（Ｓ３２０）。累積診断用信号４０は、周波数別エネルギー値グラフで表現される。つまり、長期診断手続は累積した測定結果から導き出された周波数別エネルギー値４０を利用して機械装置の状態を判断し、短期診断手続は１回測定結果から導き出された周波数別エネルギー値２０を利用して機械装置の一時的状態を判断する。

判断部２００は、累積診断用信号４０で周波数別エネルギー値を抽出して周波数別に累積診断用信号４０と基準信号３０のエネルギーを比較する（Ｓ３３０）。ここで、基準信号３０は短期診断手続で利用した基準信号と同一であってもよく、異なっていてもよい。判断部２００は、累積診断用信号４０と基準信号３０の周波数別エネルギー比較結果と基準値に基づき、長期−第１判断項目の点数を計算する（Ｓ３３２）。周波数別エネルギー比較は周波数別エネルギー差であってもよい。

判断部２００は、累積診断用信号４０の総エネルギー値を計算する（Ｓ３４０）。判断部２００は、累積診断用信号４０の総エネルギー値と基準エネルギー値を比較して、長期−第２判断項目の点数を計算する（Ｓ３４２）。基準エネルギー値は基準信号３０の総エネルギー値であってもよい。機械装置で、潤滑油が不足したり、ナットやボルトが軽く緩められた場合、全体的なサウンドエネルギーが増加する。したがって、第２判断項目の点数を見て機械装置で問題が発生した原因と状態をある程度予測することができる。

判断部２００は、累積診断用信号４０でピーク（ｐｅａｋ）を抽出する（Ｓ３５０）。判断部２００は、ピークの個数、ピークの高さなどを含むピーク情報と基準情報を比較して長期−第３判断項目の点数を計算する（Ｓ３５２）。基準情報は正常状態のピーク情報であってもよい。機械装置で動きが多く発生する異常部位がある場合、ピークが正常状態よりも多く出現する。したがって、第３判断項目の点数を見て機械装置で問題が発生した原因と状態をある程度予測することができる。

このように、判断部２００で計算した各判断項目の点数に基づいて状態出力部３００は診断対象装置の状態点数を計算し、設定基準により診断対象装置の長期状態を出力する。

図１０は、本発明の一実施形態に係る長期−第１判断項目の点数を計算する方法のフローチャートである。

図１０を参照すれば、判断部２００は、累積診断用信号４０と基準信号３０の周波数別エネルギー差に基づいて長期−第１判断項目の点数を計算することができる。

判断部２００は、周波数別に累積診断用信号４０と基準信号３０のエネルギー差を計算（差演算）する（Ｓ４１０）。

判断部２００は、ある周波数のエネルギー差が臨界値以下である場合、当該周波数の差演算値を０に補正して差演算グラフを出力する（Ｓ４２０）。ある周波数のエネルギー差が臨界値を越える場合、当該周波数の差演算値をそのまま差演算グラフに出力する。

判断部２００は、差演算グラフと基準値を比較して長期−第１判断項目の点数を計算する（Ｓ４３０）。

このように、判断部２００は、ある周波数のエネルギー差が臨界値以下である場合、当該周波数の差演算値を０に補正して演算の効率性を高めることができる。

図１１と図１２のそれぞれは、本発明の一実施形態に係る状態出力部の出力結果を示す図面である。

図１１を参照すれば、状態出力部３００は、判断部２００で計算された判断項目の点数に加重値を適用して診断対象装置の状態点数を計算し、設定基準により診断対象装置の状態を出力する。一つの判断項目だけでは機械装置の状態を正確に診断しにくい。したがって、状態出力部３００は、各判断項目に加重値を適用して機械装置の状態を正確に診断する。サウンドの特性上、異常音が実際に発生した場合、周波数別エネルギー値の差、全体エネルギーの大きさ、ピークの個数を含む３つの判断項目のうち少なくとも２つの項目に影響を与える。例えば、全体エネルギーの大きさが基準信号よりも小さいが、ピーク周波数のエネルギー値がむしろ基準信号よりも大きい場合、ピークの大きさが基準信号よりも高いということを意味する。または周波数別エネルギー差が大きい周波数が多いほど、全体エネルギー値が上昇できる要因になることもできる。このような部分を根拠として３つの判断項目を利用して演算される数多い細部要素のうち特定個数（例えば３個）以上要件を充足させる場合、細部要素の程度により演算された結果値に加重値を付与することができる。診断対象装置の状態は設定基準により多様な方式で出力される。例えば、状態出力部３００は画面に警告、注意、正常のうちのいずれか一つを視覚的に表示することができる。状態出力部３００は画面でボタン形態で警告、注意、正常を表示することができ、使用者がボタンをクリックしたりタッチすれば当該機械装置の詳細な状態情報を表示することができる。

状態出力部３００は、視覚的表示だけでなく、アラームを通じて状態を表示することができ、機械装置の状態情報および位置などの情報を無線端末または遠隔サーバーに伝送することができる。これによって、使用者は使用者が工場地域全体を確認するために回らなければならない煩わしさを減らすことができ、必要時にだけ当該機械装備を点検することができる。図１２を参照すれば、状態出力部３００は、エネルギー値に基づいて危険水準と警告水準を設定することができる。そして、状態出力部３００は、累積診断用信号４０で危険水準と警告水準を視覚的に表示することができる。

図１２で、周波数別エネルギー値が危険水準を超えたため、管理者は診断対象装置の状態が危険水準であることを簡単に認知することができる。

診断装置１０は、駆動中である複数の機械装置に連結されて各機械装置のサウンド信号を収集し、サウンド信号に基づいて各機械装置の状態をリアルタイムにモニターし、問題が発生した機械装置を判別することができる。

このように、本発明の実施形態によれば、駆動中である機械装置で発生したサウンド信号に基づいて機械装置の状態を正確に診断することができる。

以上で、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

Claims

機械装置の状態を診断する診断装置であって、
複数の測定単位時間の間に入力を受けたサウンド信号を判断データとして累積し、累積したサウンド信号と基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する第１点数、前記累積したサウンド信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する第２点数、および前記累積したサウンド信号のピーク情報に基づいて計算する第３点数のうちの少なくとも一つを求める判断部と、
前記判断部で求めた前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の状態を出力する状態出力部と、
を含み、
前記判断部は、
第１測定単位時間の間に第１サウンド信号の入力を受け、前記第１サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する短期−第１点数、前記第１サウンド信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する短期−第２点数、および前記第１サウンド信号のピーク情報に基づいて計算する短期−第３点数のうちの少なくとも一つを求め、
前記状態出力部は、前記判断部で求めた前記短期−第１点数、前記短期−第２点数、および前記短期−第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の一時的状態を出力する診断装置。
前記機械装置に付着された少なくとも一つのマイクにより測定されたサウンド信号を測定単位時間ごとに入力を受け、入力を受けたサウンド信号で騒音を減殺した信号を前記判断部に伝達するサウンド信号抽出部
をさらに含む、請求項１に記載の診断装置。
前記判断部は、
任意測定単位時間に測定された任意サウンド信号が入力された場合、前記任意サウンド信号と前記基準信号を比較して前記機械装置が駆動中であるかを判断し、前記機械装置が駆動中である場合、前記任意サウンド信号を前記判断データとして決定する、請求項１に記載の診断装置。
前記判断部は、
前記任意サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー差を計算し、前記基準信号に比べてエネルギー値が少ない周波数が基準値以下である場合、前記任意測定単位時間に前記機械装置が駆動中であると判断する、請求項３に記載の診断装置。
前記判断部は、
前記任意測定単位時間に前記機械装置が停止している場合、前記任意サウンド信号を廃棄する、請求項３に記載の診断装置。
前記判断部は、
前記累積したサウンド信号に基づいて周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を抽出し、前記周波数別時間に応じたエネルギー値動向線で当該周波数の代表エネルギー値を抽出し、各周波数の代表エネルギー値を利用して前記累積したサウンド信号の周波数に応じたエネルギー値を示す第１グラフを抽出し、前記第１グラフと前記基準信号の周波数に応じたエネルギー値を示す第２グラフに基づいて前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数のうちの少なくとも一つを求める、請求項１に記載の診断装置。
前記判断部は、
前記累積したサウンド信号に基づいて周波数別時間に応じたエネルギー値分布を抽出し、時間軸を一定の区間に分け、区間別にエネルギー値動向線を計算する、請求項６に記載の診断装置。
前記判断部は、
前記エネルギー値分布で密集したデータの中心値を利用して前記周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を計算する、請求項７に記載の診断装置。
前記状態出力部は、
前記判断部で求めた前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数のそれぞれに加重値を適用して前記機械装置の状態点数を計算する、請求項１に記載の診断装置。
前記状態出力部は、
前記状態点数に基づいて前記機械装置の状態を警告、注意、正常のうちのいずれか一つに判断する、請求項９に記載の診断装置。
診断装置が機械装置の状態を診断する方法であって、
第１測定単位時間の間に前記機械装置で測定された第１サウンド信号の入力を受ける段階と、
前記第１サウンド信号と基準信号を比較して前記機械装置が駆動中であるかを判断する段階と、
前記機械装置が駆動中である場合、前記第１サウンド信号を第１判断データとして保存する段階と、
保存された判断データの数が基準値と同一であるかを判断する段階と、
保存された判断データの数が基準値である場合、保存された複数の判断データに基づいて長期診断手続を遂行する段階と、
前記第１サウンド信号に基づいて短期診断手続を遂行する段階と、を含み、
前記短期診断手続を遂行する段階は、
前記第１サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する短期−第１点数、前記第１サウンド信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する短期−第２点数、および前記第１サウンド信号のピーク情報に基づいて計算された短期−第３点数のうちの少なくとも一つを求める段階と、
前記短期−第１点数、前記短期−第２点数、および前記短期−第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の一時的状態を出力する段階と、
を含む診断方法。
前記機械装置が駆動中であるかを判断する段階は、
前記第１サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー差を計算し、前記基準信号に比べてエネルギー値が少ない周波数が基準値以下である場合、前記第１測定単位時間に前記機械装置が駆動中であると判断する、請求項１１に記載の診断方法。
前記長期診断手続を遂行する段階は、
前記複数の判断データを総合して累積診断用信号を抽出する段階と、
前記累積診断用信号と基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する第１点数、前記累積診断用信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する第２点数、および前記累積診断用信号のピーク情報に基づいて計算された第３点数のうちの少なくとも一つを求める段階と、
前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の状態を診断する段階と、
を含む、請求項１１に記載の診断方法。
前記累積診断用信号を抽出する段階は、
前記複数の判断データに基づいて周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を抽出する段階と、
前記周波数別時間に応じたエネルギー値動向線で当該周波数の代表エネルギー値を抽出する段階と、
各周波数に当該代表エネルギー値を対応させて周波数に応じたエネルギー値を示す前記累積診断用信号を抽出する段階と、
を含む、請求項１３に記載の診断方法。
診断装置が機械装置の状態を診断する方法であって、
複数の測定単位時間の間に測定された複数のサウンド信号を保存する段階と、
前記複数のサウンド信号を総合して累積診断用信号を抽出する段階と、
前記累積診断用信号と基準信号の周波数別エネルギー値を比較して第１点数を計算する段階と、
前記累積診断用信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して第２点数を計算する段階と、
前記累積診断用信号のピーク情報に基づいて第３点数を計算する段階と、
前記第１点数、前記第２点数、および前記第３点数に加重値を適用して計算された点数に基づいて前記機械装置の状態を診断する段階と、
前記複数のサウンド信号の一つである第１サウンド信号に基づいて短期診断手続を遂行する段階と、を含み、
前記短期診断手続を遂行する段階は、
前記第１サウンド信号と前記基準信号の周波数別エネルギー値を比較して計算する短期−第１点数、前記第１サウンド信号の総エネルギー値と前記基準信号の総エネルギー値を比較して計算する短期−第２点数、および前記第１サウンド信号のピーク情報に基づいて計算された短期−第３点数のうちの少なくとも一つを求める段階と、
前記短期−第１点数、前記短期−第２点数、および前記短期−第３点数のうちの少なくとも一つに基づいて前記機械装置の一時的状態を出力する段階と、
を含む診断方法。
前記複数のサウンド信号を保存する段階は、
前記機械装置の駆動中に測定されたサウンド信号を保存し、前記機械装置の停止時に測定されたサウンド信号は廃棄する、請求項１５に記載の診断方法。
前記累積診断用信号を抽出する段階は、
前記複数のサウンドに基づいて周波数別時間に応じたエネルギー値動向線を抽出する段階と、
前記周波数別時間に応じたエネルギー値動向線で当該周波数の代表エネルギー値を抽出する段階と、
各周波数に当該代表エネルギー値を対応させて周波数に応じたエネルギー値を示す前記累積診断用信号を抽出する段階と、
を含む、請求項１５に記載の診断方法。
前記第１点数を計算する段階は、
前記累積診断用信号と前記基準信号の周波数別エネルギー差を計算する段階と、
周波数別エネルギー差を示す差演算グラフを出力する段階と、
前記差演算グラフと基準値を比較して前記第１点数を計算する段階と、を含み、
前記差演算グラフを出力する段階は、エネルギー差が臨界値以下である周波数の差演算値を０に補正して前記差演算グラフを生成する、請求項１５に記載の診断方法。