JP6874227B2 - 摩擦音を利用したローラチェーンのチェーンピン摩耗量予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、ローラチェーンのピン摩耗量予測方法に係り、特に、チェーンがスプロケット（ｓｐｒｏｃｋｅｔ）の溝に噛み合って回転するときにチェーンのローラとスプロケットの溝との摩擦により発生する摩擦音を利用してチェーンピンの摩耗量を予測する方法に関する。

一般に、コンベアは、物を移送させる装置であって、多数のローラを所定の間隔で備えて物を支持するローラ式や、キャタピラーを備えて物を支持し、ローラチェーンで駆動させるローラチェーン式などがある。

図１に示すように、一般なコンベア用ローラチェーンは、第１リンクユニットと第２リンクユニットとが連続的にリンク結合される。

第１リンクユニットは、所定の間隔を置いて平行に備えられる多数のローラ１０３と、これらのローラ１０３を貫通して軸回転自在に挿入される多数のブッシュ１０２と、一対のブッシュ１０２の両端の外周面に固定結合されるリンクプレート１０１とから構成され、それぞれのローラ１０３がブッシュ１０２の外周面に回転自在に嵌められ、一対のローラ１０３の間にスプロケットが挿入されて支持されることにより、スプロケットの駆動力がローラ１０３に伝達される。

第２リンクユニットは、ブッシュ１０２を貫通して軸回転自在に挿入されるピン１０４と、一つのリンクプレート１０１のピン１０４と他のリンクプレート１０１のピン１０４の両端に結合されるピンリンク１０５とから構成される。ピンリンク１０５がピン１０４によって第１リンクユニットのブッシュ１０２に軸結合されることにより、リンクプレート１０１に旋回可能にリンク結合される。

図２に示すように、ローラ１０３がスプロケットＳによって支持されると、ローラ１０３がスプロケットＳの駆動力をブッシュ１０２とピン１０４に伝達し、ローラ１０３がブッシュ１０２に対して相対的に回転する。このとき、ローラ１０３、ブッシュ１０２及びピン１０４が連続して内接した状態でスプロケットＳが回転すると、ピン１０４にトルクが大きく伝達され、ピン１０４がリンクプレート１０１に対して相対的に軸回転することができ、長時間の運転によりこのような動作が繰り返されてピン１０４が摩耗してしまう現象が発生する。

ローラチェーンのピン１０４が摩耗すると、ピン１０４の外面とブッシュ１０２の内面との間隔（図２にＡで表示）が広くなり、これにより隣り合うローラ１０３間の距離が変わる。この場合、図３に示すように、左側（ａ）の正常状態では、ローラ１０３間の距離が一定であるが、右側（ｂ）では、ピン１０４の摩耗によりローラ１０３間の距離が長くなってローラ１０３がスプロケットＳの溝に安定的に定着せずにスプロケットＳの歯形部に継続的に衝撃が加わり、スプロケットＳに損傷が発生することがある。

ところが、従来は、このようなローラチェーンの動作中にチェーンピンの摩耗量を予測する技術が提案されていない。従来は、一定時間の間に使用したローラチェーンの長さを定規で測定することにより、チェーンピンの摩耗量を検出している。しかし、これは、チェーンピンの摩耗量を測定するためにローラチェーンを停止させなければならないという問題点がある。

そこで、本発明は、ローラチェーンがスプロケットによる駆動力に応じて動作する途中でチェーンピンの摩耗量を予測することができるチェーンピン摩耗量予測方法を提供しようとする。

本発明は、ローラチェーンがスプロケットの溝に噛み合って回転するときにチェーンピンの摩耗によりローラチェーンのローラとスプロケットの歯形部との摩擦により発生する摩擦音を利用してチェーンピンの摩耗量を予測する方法を提供しようとする。

本発明の実施形態に係る摩擦音を利用したローラチェーンのチェーンピン摩耗量予測方法は、ローラチェーンがスプロケットの回転力によって駆動する途中でローラチェーンのチェーンピン摩耗量を測定する方法であって、騒音検出部で前記ローラチェーン周辺の騒音を検出するステップと、音源分離部で前記検出されたチェーン周辺の騒音から前記ローラチェーンのローラと前記スプロケットの歯形部との摩擦音を分離するステップと、音源分析部で前記分離されたローラと歯形部との摩擦音を利用して前記チェーンピンの摩耗量を予測するステップとを含む。

前記予測方法は、出力部で前記予測されたチェーンピンの摩耗量を出力するステップをさらに含むことができる。

前記予測方法において、前記音源分析部は、前記音源分離部から前記ローラとスプロケットとの摩擦音が受信されると、データベース部に予め格納されているローラとスプロケットとの摩擦音とチェーンピン摩耗量との相関関係を用いて、前記受信されたローラとスプロケットとの摩擦音に対応するチェーンピン摩耗量情報を抽出する。

前記予測方法において、前記音源分析部は、前記音源分離部から時間による前記ローラとスプロケットとの摩擦音の波形を受信し、前記受信された時間による摩擦音の波形において隣り合う波形間の時間差を比較して前記チェーンピンの摩耗量を予測する。

前記予測方法において、前記音源分析部は、前記隣り合う波形間の時間差が大きいほど、チェーンピンの摩耗量が大きいと予測する。

前記予測方法において、前記音源分析部は、前記隣り合う波形間の時間差を抽出し、データベース部に予め格納されている、ローラとスプロケットとの摩擦音の波形間の時間差とチェーンピン摩耗量との相関関係を用いて、前記受信された抽出された時間差に対応するチェーンピン摩耗量情報を抽出する。

本発明によれば、ローラチェーンがスプロケットの溝に噛み合って回転するときにスプロケットの歯形部との摩擦により発生する摩擦音を利用するので、ローラチェーンがスプロケットの駆動力によって動作する途中でもチェーンピンの摩耗量を予測することができる。

従来の一般なローラチェーンの分解斜視図である。 従来のローラチェーンとスプロケットとが結合される例示図である。 従来のローラチェーンのチェーンピン摩耗によるスプロケットとの結合例示図である。 本発明の実施形態に係る摩擦音を利用したチェーンピン摩耗量予測方法を実行するための装置の構成図である。 本発明の実施形態に係るローラチェーンのチェーン騒音から様々な種類の摩擦音を分離する実験の結果図である。 本発明の実施形態に係るローラと歯形部との摩擦音を時間に対する波形に変換した波形例示図である。 本発明の実施形態に係る摩擦音を利用したチェーンピン摩耗量予測方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を例示図面に基づいて詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたり、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の符号を持つようにしていることに留意すべきである。また、本発明の実施形態を説明するにあたり、関連した公知の構成または機能についての具体的な説明が本発明の実施形態に対する理解を妨げると判断された場合には、その詳細な説明は省略する。

また、本発明の実施形態の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することができる。これらの用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって当該構成要素の本質や順番や順序などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素は他の構成要素に直接連結又は接続されることもあり、これらの構成要素の間に別の構成要素が「連結」、「結合」または「接続」されることもあると理解されるべきである。

図４は本発明の実施形態に係る摩擦音を利用したチェーンピン摩耗量予測方法を実行するための装置の構成図である。

図４を参照すると、本発明の実施形態に係る装置１００は、騒音検出部１１０、音源分離部１２０、データベース部（ＤＢ部）１３０、音源分析部１４０及び出力部１５０を含む。

騒音検出部１１０は、チェーン２１０がスプロケット２２０に支持されてスプロケット２２０の駆動力によって動作する間にチェーン２１０とスプロケット２２０から発生する騒音を検出する。このように検出される騒音は、周波数信号またはデジタルデータとして生成される。スプロケット２２０は、モータ（図示せず）によって回転力が付加できる。

騒音検出部１１０は、スプロケット２２０の一面に付着してもよく、チェーン２１０とスプロケット２２０から一定の距離を置いて空間上に設置されてもよい。このようなチェーン２１０とスプロケット２２０の動作中に発生する騒音を効果的に検出することができる位置であれば、いずれでも構わない。

騒音検出部１１０で検出される騒音には、様々な種類の騒音が混在する。例えば、チェーン２１０のローラ２１１とスプロケット２２０の歯形部２２１との摩擦による摩擦音、チェーン２１０内部のピンとブッシュとの摩擦音、ローラ２１１とブッシュとの摩擦音、モータ（図示せず）騒音などを含む周辺の各種騒音が混在する。ここで、ローラと歯形部との摩擦音は、これら間の衝突音も含む。

音源分離部１２０は、騒音検出部１１０で検出された騒音を受信し、各種騒音の中からチェーン２１０とスプロケット２２０との摩擦音を分離する。好ましくは、チェーン２１０のローラ２１１とスプロケット２２０の歯形部２２１との摩擦による摩擦音を分離する。このような摩擦音もやはり周波数信号またはデジタルデータの形態を持つ。

ここで、騒音からローラ２１１と歯形部２２１との摩擦音を分離する技術は、公知の音源分離手法を用いる。例えば、複合音と各音源要素の周波数分析結果に基づいた音源分離手法、指向性マイクロホンを用いて音源の空間的位置を特定した音源分離手法、積層自己符号化器を用いた音響信号群集化及び分離手法（韓国音響学会誌第３５巻第４号、ｐｐ．３０３−３０９（２０１６）を参照）などを使用することができる。

本発明は、一例として、積層自己符号化器を用いた音響信号分離手法を使用することができる。このような積層自己符号化器を用いた音響信号分離手法は、単一のマイクロホン入力に対してディープニューラルネットワーク（ＤＮＮ：Ｄｅｅｐ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の一種である積層自己符号化器（ｓｔａｃｋｅｄ ａｕｔｏｅｎｃｏｄｅｒ）を適用し、これを用いて音源分離を可能にする方法であって、二つ以上混合された入力信号を積層自己符号化器で学習して音源の特徴が区分されるように自動的に群集化し、適切に分類された要素信号を区分するようにする。このような音響信号分離手法では、自己符号化器を用いて二つ以上の異なる特徴を持つ音源を効率よく分離することができる。

データベース部（ＤＢ：ｄａｔａｂａｓｅ）１３０は、既に設定されたさまざまな種類の摩擦音をデジタルデータの形で予め格納している。それだけでなく、ＤＢ部１３０は、チェーン２１０とスプロケット２２０の状態に応じて、各種類の摩擦音との相関関係情報を予め格納している。特に、本発明では、ローラ２１１と歯形部２２１との摩擦音を格納するが、チェーンピンの摩耗量の変化に対応してローラ２１１と歯形部２２１との摩擦音の相関関係情報を予め格納するようにするのである。

したがって、ＤＢ部１３０に予め格納された情報を利用すれば、チェーンピンの摩耗量から摩擦音を確認することもでき、逆に摩擦音を確認すると、その摩擦音に対応するピンの摩耗量を確認することもできる。

音源分析部１４０は、音源分離部１２０で分離されたローラ２１１と歯形部２２１との摩擦音を受信し、ＤＢ部１３０に予め格納された摩擦音とチェーンピン摩耗量との相関関係を確認することにより、上述のように検出及び分離された摩擦音に対応するチェーンピン摩耗量を抽出するようにする。

出力部１５０は、上述のように抽出されたチェーンピン摩耗量値を出力する。これにより、ユーザーは、ディスプレイ装置を介して表示されるチェーンピン摩耗量値を確認することができる。

図５は本発明の実施形態に係るチェーンの騒音から様々な種類の摩擦音を分離する実験の結果図である。

図５を参照すると、本発明の実施形態に係る実験例において、騒音検出部１１０で検出したチェーン騒音を音源分離部１２０に入力して、多数の互いに異なる騒音に分離するようにしたのである。図示の如く、チェーン騒音は、ローラと歯形部との摩擦音（ａ）、ピンとブッシュとの摩擦音（ｂ）、ブッシュとローラとの摩擦音（ｃ）、及びモータ騒音（ｄ）から構成されており、本発明に係る積層自己符号化器を用いた音響信号分離手法を用いて、これらの各騒音（ａ〜ｄ）を分離するようにしたのである。

図６は本発明の実施形態に係るローラと歯形部との摩擦音を時間に対する波形に変換した波形例示図である。

図６を参照すると、本発明では、チェーン騒音からローラ２１１と歯形部２２１との摩擦音を分離した後、このような摩擦音を時間に対する波形で示している。このとき、各時間による多数の波形は、ローラ２１１と歯形部２２１とが接触することにより発生する衝突または摩擦によるものであり、各波形間の時間差は、連続的に結合されたローラ２１１間の距離によるものである。よって、特定のローラ２１１内のピンに摩耗が発生した場合には、その特定のローラ２１１と隣接のローラとの距離が長くなって波形間の時間差は大きくなるのである。

図６の実験例に示すように、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６は波形間で同じ時間差を維持するが、Ｔ４、Ｔ７は相対的に波形間の時間差が大きくなることが分かる。ＤＢ部１３０には、ローラと歯形部間の正常な波形を予め格納しているだけでなく、ピンの摩耗量による波形及びこれに対する各波形間の時間差情報も予め格納している。

したがって、音源分析部１４０は、ＤＢ１０３に予め格納されたローラと歯形部の間の波形と音源分離部１２０から出力されるローラと歯形部との摩擦音の波形とを比較分析し、チェーンピンの摩耗量を予測するようにするものである。特に、本発明では、図示の如くローラと歯形部との摩擦音の波形、すなわち具体的に時間による波形間の時間差を用いてチェーンピンの摩耗量を予測するようにする。

具体的には、音源分析部１４０は、音源分離部１２０から時間によるローラとスプロケットとの摩擦音の波形を受信し、受信された時間による摩擦音の波形において隣り合う波形間の時間差を比較することにより、チェーンピンの摩耗量を予測するようにする。このとき、隣り合う波形間の時間差が大きいほど、チェーンピンの摩耗量が大きいものと予測する。なぜなら、チェーンピンの摩耗量が大きいほどブッシュとの間隔が大きくなるので、その間隔だけローラ間の距離が長くなるためである。

また、他の例において、音源分析部１４０は、音源分離部１２０から時間によるローラとスプロケットとの摩擦音の波形を受信すると、隣り合う波形間の時間差を抽出し、ＤＢ部１３０に予め格納されているローラとスプロケットとの摩擦音の波形間の時間差とチェーンピン摩耗量との相関関係を用いて、前記受信された抽出された時間差に対応するチェーンピン摩耗量情報を抽出するようにする。

このため、ＤＢ部１３０は、ローラとスプロケットとの摩擦音に対する波形を予め格納するだけでなく、このような波形で隣り合う波形間の時間差とその時間差に対応するチェーンピン摩耗量との相関関係情報も格納している。したがって、隣り合う波形間の時間差が抽出されると、ＤＢ部１３０を用いてチェーンピンの摩耗量を抽出することができる。

図７は本発明の実施形態による摩擦音を利用したチェーンピン摩耗量予測方法を示すフローチャートである。

図７を参照すると、本発明による摩擦音を利用したチェーンピン摩耗量予測方法では、スプロケット１２０に付着した或いはチェーン付近に設置された騒音検出部１１０で、チェーン周辺の騒音を検出する（Ｓ１０１）。このような周辺の騒音には、チェーン２１０、スプロケット２２０、モータ（図示せず）などのチェーン２１０周辺から発生する騒音などがある。特に、このようなチェーン騒音には、チェーン２１０のローラ２１１とスプロケット１２０の歯形部２２１との衝突及び摩擦による摩擦音（衝突音を含む）が含まれる。

このように検出された騒音は、音源分離部１２０に入力され（Ｓ１０３）、音源分離部１２０では、騒音の特徴ごとに互いに異なる騒音を分離するようにする（Ｓ１０５）。上述したように、本発明では、２つ以上の異なる特徴を持つ音源を効率よく分離することができる自己符号化器を用いた音響信号分離手法を用いて、音源を分離するようにする。このように分離された音源には、ローラ２１１と歯形部２２１との摩擦音が含まれる。

以後、音源分析部１４０は、ローラ２１１と歯形部２２１との摩擦音の波形を用いて、チェーンピンの摩耗量を予測するようにする（Ｓ１０７）。具体的には、音源分析部１４０は、音源分離部１２０からローラと歯形部との摩擦音が受信されると、ＤＢ部１３０に予め格納されたローラと歯形部との摩擦音とチェーンピン摩耗量との相関関係を用いて、前記摩擦音に対応するチェーンピン摩耗量を確認してチェーンピンの摩耗量を抽出するのである。

続いて、出力部１５０は、上述のように予測されたピン摩耗量を視覚的にまたは聴覚的に出力するようにする（Ｓ１０９）。このため、ユーザーはこれを確認することができる。

前述したように、本発明では、チェーンの周辺に発生する騒音を検出して、その騒音からローラチェーンのローラとスプロケットの歯形部との摩擦音を音源分離手法を用いて分離し、その摩擦音に対応するピン摩耗量をＤＢ検索によって確認するようにする。

これにより、本発明では、ローラチェーンがスプロケットに支持されてスプロケットの駆動力によって回転動作を行う途中でローラチェーンのピン摩耗量をオンラインで測定することができる。

以上、本発明の実施形態を構成するすべての構成要素が一つに結合するか結合して動作するものと説明されたとして、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の目的の範囲内であれば、それらのすべての構成要素が一つ以上に選択的に結合して動作することも可能である。また、「含む」、「構成する」または「有する」などの用語は、特に反対される記載がない限り、当該構成要素が内在しうることを意味するものなので、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるものと解釈されるべきである。技術的または科学的な用語を含むすべての用語は、他に定義されない限り、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味がある。辞典に定義された用語のように一般的に使用される用語は、関連技術の文脈上の意味と一致するものと解釈されるべきであり、本発明で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱することなく様々な修正及び変形が可能である。よって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、本発明の技術思想の範囲を限定するものではない。本発明の保護範囲は下記の請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想も本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (6)

1. ローラチェーンがスプロケットの回転力によって駆動する途中でローラチェーンのチェーンピン摩耗量を測定する方法であって、
   騒音検出部で前記ローラチェーン周辺の騒音を検出するステップと、
   音源分離部で前記検出されたチェーン周辺の騒音から前記ローラチェーンのローラと前記スプロケットの歯形部との摩擦音を分離するステップと、
   音源分析部で前記分離されたローラと歯形部との摩擦音を利用して前記チェーンピンの摩耗量を予測するステップとを含む、摩擦音を利用したローラチェーンのチェーンピン摩耗量予測方法。
2. 出力部で前記予測されたチェーンピン摩耗量を出力するステップをさらに含む、請求項１に記載の摩擦音を利用したローラチェーンのチェーンピン摩耗量予測方法。
3. 前記音源分析部は、前記音源分離部から前記ローラとスプロケットとの摩擦音が受信されると、データベース部に予め格納されているローラとスプロケットとの摩擦音とチェーンピン摩耗量との相関関係を用いて、前記受信されたローラとスプロケットとの摩擦音に対応するチェーンピン摩耗量情報を抽出する、請求項１に記載の摩擦音を利用したローラチェーンのチェーンピン摩耗量予測方法。
4. 前記音源分析部は、前記音源分離部から時間による前記ローラとスプロケットとの摩擦音の波形を受信し、前記受信された時間による摩擦音の波形において隣り合う波形間の時間差を比較して前記チェーンピンの摩耗量を予測する、請求項１に記載の摩擦音を利用したローラチェーンのチェーンピン摩耗量予測方法。
5. 前記音源分析部は、前記隣り合う波形間の時間差が大きいほどチェーンピンの摩耗量が大きいと予測する、請求項４に記載の摩擦音を利用したローラチェーンのチェーンピン摩耗量予測方法。
6. 前記音源分析部は、前記隣り合う波形間の時間差を抽出し、データベース部に予め格納されている、ローラとスプロケットとの摩擦音の波形間の時間差とチェーンピン摩耗量との相関関係を用いて、前記受信された抽出された時間差に対応するチェーンピン摩耗量情報を抽出する、請求項４に記載の摩擦音を利用したローラチェーンのチェーンピン摩耗量予測方法。

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