JP7014080B2 - Information processing equipment, information processing methods and programs - Google Patents

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Description

本発明は、情報処理装置、情報処理方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an information processing apparatus, an information processing method and a program.

周期的な運動を行う物体の異常診断を行う技術として、運動を行っている物体から得られる信号を測定し、その信号における振幅の時間的な推移に基づいて、その物体が正常であるか異常であるかの判定を行う方法がある。
特許文献1には、検出した信号から診断に必要な周波数帯域の信号を取り出し、取り出された信号のエンベロープ信号を求め、得られたエンベロープ信号の周波数帯域を低帯域化し、低帯域化した後のエンベロープ信号を間引きし、間引きした後のエンベロープ信号を周波数解析し、解析結果に基づいて異常を診断するシステムが開示されている。
As a technique for diagnosing anomalies in a moving object, the signal obtained from the moving object is measured, and the object is normal or abnormal based on the temporal transition of the amplitude in the signal. There is a method of determining whether or not it is.
In Patent Document 1, a signal in the frequency band required for diagnosis is extracted from the detected signal, an envelope signal of the extracted signal is obtained, the frequency band of the obtained envelope signal is lowered, and the band is lowered. A system for thinning out an envelope signal, frequency-analyzing the thinned-out envelope signal, and diagnosing an abnormality based on the analysis result is disclosed.

特開2006-113003号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-11003

特許文献1に開示された方法では、ローパスフィルタにかけることで低帯域化されたエンベロープ信号に対して周波数解析を行うことで、診断を行う。ローパスフィルタにおける遮断周波数は、ユーザによって定性的に決定される。しかし、ローパスフィルタを用いる場合、遮断周波数によっては、重要な信号が減衰し、その信号を検知できなくなる可能性がある。そのため、特許文献1では、診断の精度には限界があった。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、周期的な運動を行う物体の異常診断をより精度よく行うことができるようにすることを目的とする。
In the method disclosed in Patent Document 1, diagnosis is performed by performing frequency analysis on an envelope signal whose band has been lowered by applying a low-pass filter. The cutoff frequency in the low-pass filter is qualitatively determined by the user. However, when a low-pass filter is used, an important signal may be attenuated depending on the cutoff frequency, and the signal may not be detected. Therefore, in Patent Document 1, there is a limit to the accuracy of diagnosis.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable more accurate diagnosis of an abnormality of an object that undergoes periodic motion.

本発明の情報処理装置は、周期的な運動を行う物体の前記周期的な運動に係る計測データに基づいて、前記計測データの振幅の時間的な推移の様子を示す推移データを取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記推移データに基づいて、修正された自己回帰モデルにおける係数を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された前記係数に基づいて、前記物体の異常を診断する診断手段と、を有し、前記修正された自己回帰モデルは、前記推移データの実績値と、前記実績値に対する前記係数と、を用いて、前記推移データの予測値を表す式であり、前記決定手段は、前記推移データから導出される自己相関行列を特異値分解することで導出される前記自己相関行列の固有値を対角成分とする対角行列と、前記自己相関行列の固有ベクトルを列成分とする直交行列と、から導出される第1の行列を係数行列とし、前記推移データから導出される自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式を用いて、前記係数を決定し、前記自己相関ベクトルは、時差が1から前記修正された自己回帰モデルで用いられる前記実績値の数であるmまでの前記推移データの自己相関を成分とするベクトルであり、前記自己相関行列は、時差が0からm-1までの前記推移データの自己相関を成分とする行列であり、前記第1の行列は、前記自己相関行列の固有値のうち支配的な固有値として決定されたs個の固有値と前記対角行列とから導出される第2の行列Σsと、前記s個の固有値と前記直交行列とから導出される第3の行列Usと、から導出される行列UsΣss Tであり、前記第2の行列は、前記対角行列の部分行列であって、前記s個の固有値を対角成分とする行列であり、前記第3の行列は、前記直交行列の部分行列であって、前記s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列である。 The information processing apparatus of the present invention is an acquisition means for acquiring transition data showing the state of temporal transition of the amplitude of the measurement data based on the measurement data related to the periodic movement of the object performing the periodic movement. And, the determination means for determining the coefficient in the modified self-return model based on the transition data acquired by the acquisition means, and the abnormality of the object is diagnosed based on the coefficient determined by the determination means. The modified self-return model is an expression representing a predicted value of the transition data using the actual value of the transition data and the coefficient with respect to the actual value. The determination means is a column of a diagonal matrix having an eigenvalue of the autocorrelation matrix derived by singular value decomposition of the autocorrelation matrix derived from the transition data and an eigenvector of the autocorrelation matrix. The coefficient is determined using an equation in which the orthogonal matrix as a component and the first matrix derived from the coefficient matrix are used and the eigenvalue vector derived from the transition data is a constant vector, and the eigenvalue vector is determined. Is a vector whose component is the autocorrelation of the transition data from 1 to m, which is the number of the actual values used in the modified self-return model, and the autocorrelation matrix has a time difference of 0 to 0. It is a matrix whose component is the autocorrelation of the transition data up to m-1, and the first matrix is diagonal to the s eigenvalues determined as the dominant eigenvalues among the eigenvalues of the autocorrelation matrix. The second matrix Σ s derived from the matrix, the third matrix Us derived from the s eigenvalues and the orthogonal matrix, and the matrix Us Σ s Us T derived from the matrix. The second matrix is a submatrix of the diagonal matrix and has s eigenvalues as diagonal components, and the third matrix is a submatrix of the orthogonal matrix. , The eigenvector corresponding to the s eigenvalues is a matrix whose column component vector is used.

本発明によれば、周期的な運動を行う物体の異常診断をより精度よく行うことができる技術を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a technique capable of more accurately diagnosing an abnormality of an object that performs periodic motion.

図1は、実験の状況を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the situation of the experiment. 図2は、軸受の詳細の一例を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed example of the bearing. 図3は、固有値の分布の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the distribution of eigenvalues. 図4は、計測データの波形の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a waveform of measurement data. 図5は、推移データのパワースペクトルの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the power spectrum of the transition data. 図6は、修正された自己回帰モデルにより求められる推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a data power spectrum consisting of predicted values of transition data obtained by a modified autoregressive model. 図7は、推移データのパワースペクトルの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the power spectrum of the transition data. 図8は、修正された自己回帰モデルにより求められる推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a data power spectrum consisting of predicted values of transition data obtained by a modified autoregressive model. 図9は、ローパスフィルタをかけた推移データのパワースペクトルの一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a power spectrum of transition data to which a low-pass filter is applied. 図10は、診断システムのシステム構成の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a system configuration of a diagnostic system. 図11は、情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the information processing apparatus. 図12は、情報処理装置の処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing an example of processing of the information processing apparatus.

<実施形態>
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
<Embodiment>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(本実施形態の処理の概要)
本実施形態では、診断システムが鉄道台車に利用される軸受から測定された振動の信号に基づいて、その軸受の異常を診断する処理について説明する。
診断システムは、軸受の振動に応じた信号を測定し、測定された信号に基づいて、その信号における振幅の時間的な推移の様子を示す信号である推移データを取得し、取得した推移データを自己回帰モデルで表現し、自己回帰モデルの係数に関する条件式における行列を特異値分解し、その行列の固有値を求め、求めた固有値から支配的な固有値を決定し、決定した支配的な固有値を用いて、自己回帰モデルの係数を決定する。そして、診断システムは、決定した係数で特定される修正された自己回帰モデルにより推移データの予測値を求め、この推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルに基づいて、軸受の異常を診断する。
(Outline of processing of this embodiment)
In this embodiment, a process of diagnosing an abnormality of a bearing based on a vibration signal measured from a bearing used in a railroad bogie by a diagnostic system will be described.
The diagnostic system measures the signal corresponding to the vibration of the bearing, acquires the transition data which is a signal showing the state of the temporal transition of the amplitude in the signal based on the measured signal, and acquires the acquired transition data. Expressed as a self-return model, the matrix in the conditional expression related to the coefficient of the self-return model is decomposed into singular values, the eigenvalues of the matrix are obtained, the dominant eigenvalue is determined from the obtained eigenvalues, and the determined dominant eigenvalues are used. To determine the coefficients of the self-return model. Then, the diagnostic system obtains the predicted value of the transition data by the modified autoregressive model specified by the determined coefficient, and diagnoses the abnormality of the bearing based on the power spectrum of the data consisting of the predicted value of the transition data. ..

(軸受異常の診断実験)
鉄道台車に利用されている軸受の異常診断精度の評価のために行った実験について説明する。
図1(a)は、本実験の状況を説明する図である。図1(a)の状況は、実験室に鉄道台車における車輪の駆動機構が設置されている状況である。駆動モータ101は、駆動モータ軸102、歯車継手103、小歯車軸100を介して、小歯車105を回転させる。小歯車105は、回転することで、大歯車107を回転させる。それに合わせて、車軸109が回転し、車軸109に接続される車輪が回転することになる。本実験では、車軸109には、車輪の代わりにダイナモ110が接続されている。ダイナモ110は、疑似的な走行負荷を与えるために接続されている発電機である。本実験では、ダイナモ110を回転させるための負荷を、走行の際の負荷として想定する。
小歯車105が嵌められた小歯車軸100と大歯車107が嵌められた車軸109とは、歯車箱104に固定されている。そして、歯車箱104には、小歯車軸との間に軸受106が装着されており、車軸109との間に軸受108が装着されている。図1(b)は、歯車箱104に取り付けられている軸受を側面から見た様子を示す図である。
(Diagnosis experiment of bearing abnormality)
An experiment conducted to evaluate the accuracy of abnormality diagnosis of bearings used in railway bogies will be described.
FIG. 1A is a diagram illustrating the situation of this experiment. The situation of FIG. 1A is a situation in which a wheel drive mechanism in a railroad bogie is installed in a laboratory. The drive motor 101 rotates the small gear 105 via the drive motor shaft 102, the gear joint 103, and the small gear shaft 100. The small gear 105 rotates to rotate the large gear 107. Axle 109 rotates accordingly, and the wheels connected to the axle 109 rotate. In this experiment, a dynamo 110 is connected to the axle 109 instead of a wheel. The dynamo 110 is a generator connected to give a pseudo running load. In this experiment, the load for rotating the dynamo 110 is assumed as the load during running.
The small gear shaft 100 to which the small gear 105 is fitted and the axle 109 to which the large gear 107 is fitted are fixed to the gear box 104. A bearing 106 is mounted between the gear box 104 and the small gear shaft, and a bearing 108 is mounted between the gear box 104 and the axle 109. FIG. 1B is a view showing a state of the bearing attached to the gear box 104 as viewed from the side surface.

歯車箱104上の位置111は、振動計測装置が設置される位置である。振動計測装置は、加速度センサ、レーザ変位計等のセンサを含み、センサを介して物体の振動を検知し、検知した振動に応じた信号を出力する。位置111に設置された振動計測装置が位置111に伝達される振動を計測し、計測した振動を示す信号を外部の情報処理装置等に有線又は無線による通信を介して出力する。本実験では、振動計測装置は、位置111に設置されるとするが、軸受106に起因する振動が伝達される位置であるならば、任意の位置に設置することとしてもよい。
ここで、軸受106について、説明する。図2は、軸受106の一例の構成を説明する図である。軸受106は、外輪、内輪、転動体、保持器の4つの部分から構成される。図2には、軸受106の外輪、内輪、転動体、保持器の概要が示されている。軸受106は、外輪と内輪との間に保持器により保持された転動体が挟まれる構成となっている。
本実験では、小歯車105に装着されている軸受106として、疵のない正常な軸受、外輪に疵のある軸受のそれぞれを利用した。外輪に疵のある軸受については、他の種類の疵がないことも確認した。それぞれの軸受106毎に、駆動モータ101を駆動させ、位置111に設置された振動計測装置が振動を計測することで、軸受106の異常診断を行うための計測データを取得した。本実験では、駆動モータ101は、軸受106の内輪の回転数が3000rpm(round per minute)となるように駆動した。また、軸受106の外輪の疵の回転周期に対応する基本周波数は、約260Hzである。また、軸受106の外輪につけた疵に係る信号は、この基本周波数の信号と、この基本周波数の信号の整数倍の信号(高調波)と、の重ね合された信号(例えば、矩形波等)となることが知られている。そのため、約260Hzの信号と、約260Hzの整数倍の信号と、が検知されると、軸受106の外輪に疵が存在すると診断できることとなる。
以上のように、軸受106が正常な場合、軸受106の外輪に疵がある場合について、位置111における振動の計測データを取得した。
The position 111 on the gear box 104 is the position where the vibration measuring device is installed. The vibration measuring device includes sensors such as an acceleration sensor and a laser displacement meter, detects the vibration of an object via the sensor, and outputs a signal corresponding to the detected vibration. The vibration measuring device installed at the position 111 measures the vibration transmitted to the position 111, and outputs a signal indicating the measured vibration to an external information processing device or the like via wired or wireless communication. In this experiment, the vibration measuring device is installed at the position 111, but it may be installed at any position as long as the vibration caused by the bearing 106 is transmitted.
Here, the bearing 106 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an example of the bearing 106. The bearing 106 is composed of four parts: an outer ring, an inner ring, a rolling element, and a cage. FIG. 2 shows an outline of the outer ring, the inner ring, the rolling element, and the cage of the bearing 106. The bearing 106 is configured such that a rolling element held by a cage is sandwiched between the outer ring and the inner ring.
In this experiment, as the bearing 106 mounted on the small gear 105, a normal bearing without flaws and a bearing with flaws on the outer ring were used. For bearings with flaws on the outer ring, it was also confirmed that there were no other types of flaws. The drive motor 101 was driven for each bearing 106, and the vibration measuring device installed at the position 111 measured the vibration, thereby acquiring the measurement data for diagnosing the abnormality of the bearing 106. In this experiment, the drive motor 101 was driven so that the rotation speed of the inner ring of the bearing 106 was 3000 rpm (round per minute). Further, the fundamental frequency corresponding to the rotation cycle of the flaw in the outer ring of the bearing 106 is about 260 Hz. Further, the signal related to the flaw attached to the outer ring of the bearing 106 is a signal obtained by superimposing a signal having this fundamental frequency and a signal (harmonic) that is an integral multiple of the signal having this fundamental frequency (for example, a square wave). Is known to be. Therefore, when a signal of about 260 Hz and a signal of an integral multiple of about 260 Hz are detected, it can be diagnosed that a flaw exists in the outer ring of the bearing 106.
As described above, the measurement data of the vibration at the position 111 was acquired when the bearing 106 was normal and when the outer ring of the bearing 106 had a defect.

次に、振動計測装置が計測した計測データを用いた軸受106の異常診断の方法を説明する。以下では、振動計測装置が計測した計測データを、計測データvとする。この計測データvから、計測データvにおける振幅の時間的な推移を示す推移データyを求めることとした。本実験では、推移データyとして、計測データvのエンベロープを求めた。
ここで、計測信号vに基づいて、計測信号vのエンベロープを求める方法について説明する。
エンベロープとは、計測信号が振幅と角周波数が時刻によって変化する実信号(時刻tの実関数)であるとしたときに、この計測信号の解析信号の瞬時振幅として定義されるものである。計測信号vの解析信号vaとは、以下の式1で定義される複素信号(時刻tの複素関数)である。
Next, a method of diagnosing an abnormality of the bearing 106 using the measurement data measured by the vibration measuring device will be described. In the following, the measurement data measured by the vibration measuring device will be referred to as measurement data v. From this measurement data v, it was decided to obtain the transition data y indicating the temporal transition of the amplitude in the measurement data v. In this experiment, the envelope of the measurement data v was obtained as the transition data y.
Here, a method of obtaining the envelope of the measurement signal v based on the measurement signal v will be described.
The envelope is defined as the instantaneous amplitude of the analysis signal of the measurement signal, assuming that the measurement signal is a real signal (a real function of time t) whose amplitude and angular frequency change with time. The analysis signal v a of the measurement signal v is a complex signal (complex function at time t) defined by the following equation 1.

Figure 0007014080000001
Figure 0007014080000001

ここで、iは、虚数単位であり、v^(式において^はvの上に付けて表記)は、以下の式2で定義される実信号であって、vのヒルベルト変換と呼ばれるものである。 Here, i is an imaginary unit, and v ^ (^ is expressed above v in the equation) is a real signal defined by the following equation 2, which is called the Hilbert transform of v. be.

Figure 0007014080000002
Figure 0007014080000002

ここで、πは、円周率である。そして、計測信号vのエンベロープvmとは、以下の式3で定義される実信号である。 Here, π is the pi. The envelope v m of the measurement signal v is a real signal defined by the following equation 3.

Figure 0007014080000003
Figure 0007014080000003

解析信号vaは、必ずしも式2の計算を行わなくともよく、フーリエ変換(FFT)を用いて、以下の手順で比較的簡単に算出することができる。先ず、計測信号vのフーリエ変換Vを求める。次に、以下の式4を用いて、解析信号vaのフーリエ変換Vaを求める。最後に、Vaに逆フーリエ変換を施して解析信号vaを求める。 The analytic signal v a does not necessarily have to be calculated by Equation 2, and can be calculated relatively easily by the following procedure using the Fourier transform (FFT). First, the Fourier transform V of the measurement signal v is obtained. Next, the Fourier transform Va a of the analysis signal v a is obtained using the following equation 4. Finally, the inverse Fourier transform is applied to Va to obtain the analysis signal v a .

Figure 0007014080000004
Figure 0007014080000004

式3に示されるvm(t)は、vのエンベロープと呼ばれる信号であり、計測信号vにおける振幅の時間的な推移の様子を示す信号の一例である。
本実験では、計測データvから上述のフーリエ変換を用いる方法で解析信号vaを算出し、式3を用いて、vのエンベロープ(vm(t))を、推移データyとして求めた。推移データには、エンベロープ以外にも以下のような信号がある。
エンベロープ(vm(t))に正の実数を乗じたデータは、推移データの一例である。推移データは、時間的な値の推移の様子が示せればよいため、各時刻における値自体は重要でないためである。また、エンベロープ(vm(t))の各時刻の値に、予め定められた値を足したデータについても、推移データの一例である。
また、例えば、v(t)における値がマイナスの部分について、-1を乗じて正の値にした関数v’(t)=|v(t)|を想定し、このv’(t)について、予め定められた閾値以上の周波数の信号をカットするようなローパスフィルタをかけることで求まる信号も、vの振幅の時間的な推移の様子を示す推移データの一例である。また、関数v’(t)における山の部分を特定し、特定した部分を補間(例えば、多項式補間)することで、求まる関数が示す信号も、vの振幅の時間的な推移の様子を示す推移データの一例である。
The v m (t) shown in the equation 3 is a signal called the envelope of v, and is an example of a signal showing the state of the temporal transition of the amplitude in the measurement signal v.
In this experiment, the analysis signal v a was calculated from the measurement data v by the method using the above-mentioned Fourier transform, and the envelope (v m (t)) of v was obtained as the transition data y using the equation 3. In addition to the envelope, the transition data includes the following signals.
The data obtained by multiplying the envelope (vm ( t )) by a positive real number is an example of transition data. This is because the value itself at each time is not important because the transition data only needs to show the transition of the value over time. Further, the data obtained by adding a predetermined value to the value at each time of the envelope (vm ( t )) is also an example of the transition data.
Further, for example, for the portion where the value in v (t) is negative, a function v'(t) = | v (t) | which is multiplied by -1 to obtain a positive value is assumed, and about this v'(t). A signal obtained by applying a low-pass filter that cuts a signal having a frequency equal to or higher than a predetermined threshold value is also an example of transition data showing the temporal transition of the amplitude of v. Further, by specifying the mountain part in the function v'(t) and interpolating the specified part (for example, polynomial interpolation), the signal indicated by the obtained function also shows the state of the temporal transition of the amplitude of v. This is an example of transition data.

推移データyは、計測データvにおける比較的高い周波数の成分が除かれ、比較的低い周波数の成分の特徴が残っているデータとみなすことができる。そのため、軸受106に異常が生じた場合、推移データyでは、例えば、軸受106に生じた異常に対応する計測データvにおける比較的低い周波数の信号(例えば、疵の回転周期に係る信号等)が強調されることとなる。そこで、例えば、軸受106の異常により生じた信号が比較的高い周波数に現れず、疵の固有振動数と比較し、比較的低い周波数に現れる場合、推移データyを用いることで、軸受106に生じた異常を診断できることとなる。
続いて、本実験では、推移データyから、修正された自己回帰モデルにより推移データの予測値を求め、この推移データの予測値からなるデータから特徴量を算出することとした。
ある時刻k(1≦k≦M)における推移データyの値をykとする。Mは、推移データyがどの時刻までのデータを含むかを示す数であり、予め設定されている。ykを近似する自己回帰モデルは、例えば、以下の式5のようになる。式5に示すように、自己回帰モデルとは、時系列データにおけるある時刻k(m+1≦k≦M)のデータの予測値y^k(式において^はyの上に付けて表記)を、時系列データにおけるその時刻よりも前の時刻k-l(1≦l≦m)のデータの実績値yk-lを用いて表す式である。
The transition data y can be regarded as data in which the relatively high frequency component in the measurement data v is removed and the characteristics of the relatively low frequency component remain. Therefore, when an abnormality occurs in the bearing 106, in the transition data y, for example, a signal having a relatively low frequency in the measurement data v corresponding to the abnormality occurring in the bearing 106 (for example, a signal related to the rotation cycle of the flaw) is displayed. It will be emphasized. Therefore, for example, when the signal generated by the abnormality of the bearing 106 does not appear at a relatively high frequency and appears at a relatively low frequency as compared with the natural frequency of the flaw, it is generated at the bearing 106 by using the transition data y. It will be possible to diagnose abnormalities.
Subsequently, in this experiment, the predicted value of the transition data was obtained from the transition data y by the modified autoregressive model, and the feature amount was calculated from the data consisting of the predicted values of the transition data.
Let y k be the value of the transition data y at a certain time k (1 ≦ k ≦ M). M is a number indicating to which time the transition data y includes the data, and is set in advance. An autoregressive model that approximates y k is, for example, Equation 5 below. As shown in Equation 5, the autoregressive model is a predicted value y ^ k of data at a certain time k (m + 1≤k≤M) in time series data (^ is expressed above y in the equation). It is an expression expressed by using the actual value y kl of the data of the time kl (1 ≦ l ≦ m) before the time in the time series data.

Figure 0007014080000005
Figure 0007014080000005

式5におけるαは、自己回帰モデルの係数である。また、mは、自己回帰モデルにおいてある時刻kに対応する推移データyの値であるykを、その時刻よりも前の過去幾つのデータを用いて近似するかを示すM未満の整数であり、本実験では、500とする。
続いて、最小二乗法を用いて、自己回帰モデルによる予測値y^kが実測値であるykに近似するための条件式を求める。自己回帰モデルによる予測値y^kが実測値であるykに近似するための条件として、式5で与えられるy^kとykとの二乗誤差を最小化することを考える。即ち、本実験では、自己回帰モデルによる予測値y^kをykに近似するために最小二乗法を用いる。以下の式6は、推移データと自己回帰モデルによる予測値との二乗誤差を最小にするための条件式である。
Α in Equation 5 is a coefficient of the autoregressive model. Further, m is an integer less than M indicating how many past data before that time are used to approximate y k , which is the value of the transition data y corresponding to a certain time k in the autoregressive model. , In this experiment, it is set to 500.
Then, using the least squares method, a conditional expression for approximating the predicted value y ^ k by the autoregressive model to the measured value y k is obtained. As a condition for approximating the predicted value y ^ k by the autoregressive model to the measured value y k , consider minimizing the root-mean-squared error between y ^ k and y k given in Equation 5. That is, in this experiment, the least squares method is used to approximate the predicted value y ^ k by the autoregressive model to y k . The following equation 6 is a conditional equation for minimizing the square error between the transition data and the predicted value by the autoregressive model.

Figure 0007014080000006
Figure 0007014080000006

式6より、以下の式7の関係を満たす。 From Equation 6, the relationship of Equation 7 below is satisfied.

Figure 0007014080000007
Figure 0007014080000007

また、式7を変形(行列表記)することで、以下の式8のようになる。 Further, by transforming the equation 7 (matrix notation), the following equation 8 is obtained.

Figure 0007014080000008
Figure 0007014080000008

式8におけるRjlは推移データyの自己相関と呼ばれるもので、以下の式9で定義される値である。このときの|j-l|を時差という。 R jl in the equation 8 is called the autocorrelation of the transition data y, and is a value defined by the following equation 9. | Jl | at this time is called a time difference.

Figure 0007014080000009
Figure 0007014080000009

式8を基に、以下の自己回帰モデルの係数に関する関係式である式10を考える。式10は、自己回帰モデルによる推移データの予測値と、その予測値に対応する時刻における推移データと、の誤差を最小化する条件から導出される方程式で、ユール・ウォーカー(Yule-Walker)方程式と呼ばれるものである。また、式10は自己回帰モデルの係数から成るベクトルを変数ベクトルとする線形方程式で、式10における左辺の定数ベクトルは、時差が1からmまでの推移データの自己相関を成分とするベクトルで、以下では、自己相関ベクトルとする。また、式10における右辺の係数行列は、時差が0からm-1までの推移データの自己相関を成分とする行列であり、以下では、自己相関行列とする。 Based on Equation 8, consider Equation 10 which is a relational expression regarding the coefficients of the following autoregressive model. Equation 10 is an equation derived from the condition that minimizes the error between the predicted value of the transition data by the autoregressive model and the transition data at the time corresponding to the predicted value, and is the Yule-Walker equation. It is called. Equation 10 is a linear equation whose variable vector is a vector consisting of the coefficients of the autoregressive model, and the constant vector on the left side in Equation 10 is a vector whose component is the autocorrelation of transition data with a time difference of 1 to m. In the following, it will be an autocorrelation vector. Further, the coefficient matrix on the right side in Equation 10 is a matrix whose component is the autocorrelation of the transition data whose time difference is from 0 to m-1, and is referred to as an autocorrelation matrix below.

Figure 0007014080000010
Figure 0007014080000010

また、式10における右辺の自己相関行列(Rjlで構成されるm×mの行列)を、以下の式11のように、自己相関行列Rと表記する。 Further, the autocorrelation matrix (m × m matrix composed of R jl ) on the right side in the equation 10 is referred to as an autocorrelation matrix R as in the following equation 11.

Figure 0007014080000011
Figure 0007014080000011

一般に、自己回帰モデルの係数を求める際には、式10を係数αについて解くという方法が用いられる。式10では、自己回帰モデルで導出されるある時刻kにおける推移データの予測値y^kが、その時刻kにおける推移データの実績値ykにできるだけ近づくように係数αを導出する。よって、自己回帰モデルの周波数特性に、各時刻における推移データの実績値ykに含まれる多数の周波数成分が含まれる。したがって、例えば、推移データyに含まれるノイズが多い場合には、軸受106の振動に係る信号を抽出できなかったり、軸受106の故障の態様に応じた特徴を抽出することができなかったりするという問題が生じる。
そこで、本発明者らは、自己回帰モデルの係数αに乗算される自己相関行列Rに着目し、鋭意検討した結果、自己相関行列Rの固有値の一部を用いて、推移データyに含まれるノイズの影響が低減され、軸受に生じた異常(例えば、疵、汚れ等)に係る信号成分が強調される(SN比を高める)ように自己相関行列Rを書き換えればよいという着想に至った。
以下で、このことの具体例を説明する。
自己相関行列Rを特異値分解する。自己相関行列Rの成分は、対称であるので、自己相関行列Rを特異値分解すると以下の式12のように、直交行列Uと、対角行列Σと、直交行列Uの転置行列との積となる。
Generally, when obtaining the coefficient of the autoregressive model, a method of solving Equation 10 with respect to the coefficient α is used. In Equation 10, the coefficient α is derived so that the predicted value y ^ k of the transition data at a certain time k derived by the autoregressive model is as close as possible to the actual value y k of the transition data at that time k. Therefore, the frequency characteristics of the autoregressive model include a large number of frequency components included in the actual value y k of the transition data at each time. Therefore, for example, when there is a lot of noise included in the transition data y, it is not possible to extract a signal related to the vibration of the bearing 106, or it is not possible to extract features according to the mode of failure of the bearing 106. Problems arise.
Therefore, the present inventors focused on the autocorrelation matrix R multiplied by the coefficient α of the autoregressive model, and as a result of diligent studies, used a part of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R and included it in the transition data y. I came up with the idea that the autocorrelation matrix R should be rewritten so that the influence of noise is reduced and the signal components related to abnormalities (for example, flaws, stains, etc.) that occur in the bearing are emphasized (the SN ratio is increased).
A specific example of this will be described below.
The autocorrelation matrix R is decomposed into singular values. Since the components of the autocorrelation matrix R are symmetric, when the autocorrelation matrix R is decomposed into singular values, the product of the orthogonal matrix U, the diagonal matrix Σ, and the transposed matrix of the orthogonal matrix U is shown in Equation 12 below. It becomes.

Figure 0007014080000012
Figure 0007014080000012

式12の行列Σは、式13に示すように、対角成分が自己相関行列Rの固有値となる対角行列である。対角行列Σの対角成分を、σ11、σ22、・・・、σmmとする。また、行列Uは、各列成分ベクトルが自己相関行列Rの固有ベクトルとなる直交行列である。直交行列Uの列成分ベクトルを、u1、u2、・・・、umとする。自己相関行列Rの固有ベクトルujに対する固有値がσjjという対応関係が有る。自己相関行列Rの固有値は、自己回帰モデルによる推移データの予測値の時間波形に含まれる各周波数の成分の強度に反映する変数である。 As shown in Equation 13, the matrix Σ of the equation 12 is a diagonal matrix in which the diagonal component is an eigenvalue of the autocorrelation matrix R. Let the diagonal components of the diagonal matrix Σ be σ 11 , σ 22 , ..., Σ mm . Further, the matrix U is an orthogonal matrix in which each column component vector is an eigenvector of the autocorrelation matrix R. Let the column component vector of the orthogonal matrix U be u 1 , u 2 , ..., U m . There is a correspondence that the eigenvalue of the autocorrelation matrix R with respect to the eigenvector u j is σ j j. The eigenvalue of the autocorrelation matrix R is a variable that reflects the intensity of the component of each frequency included in the time waveform of the predicted value of the transition data by the autoregressive model.

Figure 0007014080000013
Figure 0007014080000013

図3は、軸受106に外輪に疵がある軸受を用いた場合に計測された計測データから得られた推移データについて、上記手順で求められた自己相関行列Rの固有値の分布を示す図である。
図3のグラフは、自己相関行列Rを特異値分解して得られた固有値σ11~σmmを昇順に並べ替え、プロットしたグラフであり、横軸が固有値のインデックス、縦軸が固有値の値を示す。
図3を見ると、他よりも顕著に高い値をもつ固有値が1つあるのが分かる。また、その他の固有値の値を見てみると2つの固有値が、他の固有値よりも比較的高い値を持つことが分かる。
FIG. 3 is a diagram showing the distribution of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R obtained in the above procedure for the transition data obtained from the measurement data measured when the bearing 106 has a bearing with a flaw in the outer ring. ..
The graph of FIG. 3 is a graph in which the eigenvalues σ 11 to σ mm obtained by singular value decomposition of the autocorrelation matrix R are sorted and plotted in ascending order. Is shown.
Looking at FIG. 3, it can be seen that there is one eigenvalue with a significantly higher value than the others. Also, looking at the values of the other eigenvalues, it can be seen that the two eigenvalues have relatively higher values than the other eigenvalues.

また、軸受106に疵がない正常な軸受を用いた場合に計測された計測データから得られた推移データについて、上記手順で求められた自己相関行列Rの固有値の分布についても、図3と同様に、他よりも顕著に高い値をもつ固有値が1つあり、その他の固有値のうち、幾つかの固有値が他よりも比較的高い値を持つような分布となった。
何れの場合でも、自己相関行列Rの固有値のうち値が他よりも顕著に高い固有値の数は、固有値全体の数よりも顕著に少ないことが分かる。そのため、固有値全体の数よりも顕著に少ない個数の、他よりも値が顕著に高い固有値が、自己相関行列Rの支配的な成分に対応する固有値であると判断できる。行列の支配的な成分とは、その行列における大部分を占める成分である。そこで、発明者らは、全ての固有値のうち、支配的な固有値だけを用いて、他の固有値を用いずに、自己相関行列Rを修正(行列R’を生成)することで、支配的な成分を残したまま、余計なノイズ等の成分を除外することができるという着想を得た。行列の支配的な固有値とは、その行列の支配的な成分に対応する固有値である。
Further, the distribution of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R obtained by the above procedure for the transition data obtained from the measurement data measured when the bearing 106 is a normal bearing without defects is the same as in FIG. In addition, there is one eigenvalue that has a significantly higher value than the others, and among the other eigenvalues, some eigenvalues have a relatively higher value than the others.
In any case, it can be seen that the number of eigenvalues whose values are significantly higher than the others among the eigenvalues of the autocorrelation matrix R is significantly smaller than the total number of eigenvalues. Therefore, it can be determined that the number of eigenvalues that are significantly smaller than the total number of eigenvalues and the eigenvalues that are significantly higher than the others are the eigenvalues corresponding to the dominant component of the autocorrelation matrix R. The dominant component of a matrix is the component that makes up the majority of the matrix. Therefore, the inventors dominate by modifying the autocorrelation matrix R (generating the matrix R') using only the dominant eigenvalues among all the eigenvalues and not using the other eigenvalues. I got the idea that it is possible to exclude unnecessary components such as noise while leaving the components. The dominant eigenvalues of a matrix are the eigenvalues corresponding to the dominant components of the matrix.

そこで、行列Rの固有値σ11、σ22、・・・、σmmを求めた後、σ11、σ22、・・・、σmmのうち、支配的な固有値を決定した。
本実験では、σ11、σ22、・・・、σmmの全ての平均を求めて、求めた平均よりも大きい固有値の全てを、支配的な固有値として決定した。本実験では、疵のない正常な軸受106を用いた場合、外輪に疵のある軸受106を用いた場合の双方において、σ11、σ22、σ33の3個の固有値を、支配的な固有値として決定した。即ち、使用する固有値の数である使用固有値数sの値は、3となる。
また、支配的な固有値を、以下のようにして決定することもできる。例えば、選択した固有値の合計のσ11、σ22、・・・、σmmの総和に対する割合が予め定められた閾値(例えば、95パーセント等)以上となるように、大きいものから選択した固有値を、支配的な固有値として決定できる。また、選択した固有値の合計のσ11、σ22、・・・、σmmの総和に対する割合が予め定められた閾値(例えば、75パーセント等)以上となるように、選択した予め定められた閾値(例えば、1個、3個、5個、固有値全体の個数の1パーセント等)以下の個数の固有値を、支配的な固有値として決定することもできる。
自己相関行列Rの特異値分解の結果得られる対角行列Σの対角成分であるσ11、σ22、・・・、σmmの値は、数式の表記を簡略にするために降順とする。これらの自己相関行列Rの固有値のうち、支配的な固有値として決定したs個の固有値を用いて、以下の式14のように、行列R’を定義する。行列R’は、自己相関行列Rの固有値のうち使用固有値数s個の固有値用いて自己相関行列Rを近似した行列である。
Therefore, after finding the eigenvalues σ 11 , σ 22 , ···, σ mm of the matrix R, the dominant eigenvalues among σ 11 , σ 22 , ···, σ mm were determined.
In this experiment, the averages of all σ 11 , σ 22 , ..., Σ mm were calculated, and all the eigenvalues larger than the calculated averages were determined as the dominant eigenvalues. In this experiment, the three eigenvalues of σ 11 , σ 22 , and σ 33 are the dominant eigenvalues in both the case of using a normal bearing 106 without flaws and the case of using a bearing 106 with flaws in the outer ring. Was decided as. That is, the value of the number of eigenvalues s used, which is the number of eigenvalues used, is 3.
The dominant eigenvalues can also be determined as follows. For example, select the eigenvalues selected from the larger ones so that the ratio of the total of the selected eigenvalues to the total of σ 11 , σ 22 , ..., Σ mm is equal to or more than a predetermined threshold (for example, 95%). , Can be determined as the dominant eigenvalue. Also, a predetermined threshold selected so that the ratio of the total of the selected eigenvalues to the total of σ 11 , σ 22 , ..., Σ mm is equal to or higher than a predetermined threshold (for example, 75%). (For example, 1, 3, 5, 1% of the total number of eigenvalues, etc.) The following eigenvalues can be determined as the dominant eigenvalues.
The values of σ 11 , σ 22 , ..., σ mm , which are the diagonal components of the diagonal matrix Σ obtained as a result of the singular value decomposition of the autocorrelation matrix R, are in descending order to simplify the notation of the formula. .. Of these eigenvalues of the autocorrelation matrix R, s eigenvalues determined as dominant eigenvalues are used to define the matrix R'as in Equation 14 below. The matrix R'is a matrix obtained by approximating the autocorrelation matrix R by using s eigenvalues of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R.

Figure 0007014080000014
Figure 0007014080000014

式14における行列Usは、式12の直交行列Uの左からs個の列成分ベクトル(使用される固有値に対応する固有ベクトル)により構成されるm×s行列である。つまり、行列Usは、直交行列Uから左のm×sの成分を切り出して構成される部分行列である。また、Us TはUsの転置行列であり、式12の行列UTの上からs個の行成分ベクトルにより構成されるs×m行列である。式14における行列Σsは、式12の対角行列Σの左からs個の列と上からs個の行により構成されるs×s行列である。つまり、行列Σsは、対角行列Σから左上のs×sの成分を切り出して構成される部分行列である。
行列Σs及び行列Usを行列成分表現すれば、以下の式15のようになる。
The matrix Us in Eq. 14 is an m × s matrix composed of s column component vectors (eigenvectors corresponding to the eigenvalues used) from the left of the orthogonal matrix U in Eq. 12. That is, the matrix Us is a submatrix formed by cutting out the component of m × s on the left from the orthogonal matrix U. Further, Us T is a transposed matrix of Us, and is an s × m matrix composed of s row component vectors from the top of the matrix U T of the equation 12. The matrix Σ s in the equation 14 is an s × s matrix composed of s columns from the left and s rows from the top of the diagonal matrix Σ of the equation 12. That is, the matrix Σ s is a submatrix formed by cutting out the component of s × s on the upper left from the diagonal matrix Σ.
If the matrix Σ s and the matrix Us are expressed as matrix components, the following equation 15 is obtained.

Figure 0007014080000015
Figure 0007014080000015

自己相関行列Rの代わりに行列R’を用いることで、式10の関係式を、以下の式16のように書き換える。 By using the matrix R'instead of the autocorrelation matrix R, the relational expression of the equation 10 is rewritten as the following equation 16.

Figure 0007014080000016
Figure 0007014080000016

式16を変形することで、係数αを求める式17が得られる。式17によって求められた係数αを用いて、式5により予測値y^kを算出するモデルを「修正された自己回帰モデル」とする。
これまで対角行列Σの対角成分であるσ11、σ22、・・・、σmmの値を降順として説明したが、係数αの算出過程において対角行列Σの対角成分は降順である必要はなく、その場合には、行列Usは直交行列Uから左のm×sの成分を切り出すのではなく、使用される固有値に対応する列成分ベクトル(固有ベクトル)を切り出して構成される部分行列であり、行列Σsは対角行列Σから左上のs×sの成分を切り出すのではなく、使用される固有値を対角成分とするように切り出される部分行列である。
式17は、修正された自己回帰モデルの係数の決定に利用される方程式である。式17の行列Usは、自己相関行列Rの特異値分解により得られる直交行列の部分行列であって、利用される固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列である第3の行列の一例である。また、式17の行列Σsは、自己相関行列Rの特異値分解により得られる対角行列の部分行列であって、利用される固有値を対角成分とする行列である第2の行列の一例である。そして、式17の行列UsΣss Tは、行列Σsと行列Usとから導出される行列である第1の行列の一例である。
By modifying the equation 16, the equation 17 for obtaining the coefficient α can be obtained. A model for calculating the predicted value y ^ k by the equation 5 using the coefficient α obtained by the equation 17 is referred to as a “modified autoregressive model”.
So far, the values of σ 11 , σ 22 , ..., σ mm , which are the diagonal components of the diagonal matrix Σ, have been described in descending order, but in the process of calculating the coefficient α, the diagonal components of the diagonal matrix Σ are in descending order. It does not have to be, in which case the matrix Us is constructed by cutting out the column component vector (unique vector) corresponding to the eigenvalues used, rather than cutting out the left m × s component from the orthogonal matrix U. It is a partial matrix, and the matrix Σ s is a partial matrix that is not cut out from the diagonal matrix Σ but the component of s × s on the upper left, but is cut out so that the eigenvalue used is the diagonal component.
Equation 17 is an equation used to determine the coefficients of the modified autoregressive model. The matrix Us of Eq. 17 is a submatrix of the orthogonal matrix obtained by the singular value decomposition of the autocorrelation matrix R, and is a matrix whose column component vector is the eigenvector corresponding to the eigenvalue to be used. This is just one example. Further, the matrix Σ s of the equation 17 is an example of a second matrix which is a submatrix of the diagonal matrix obtained by the singular value decomposition of the autocorrelation matrix R and whose diagonal component is the eigenvalues used. Is. The matrix Us Σ s Us T in Equation 17 is an example of the first matrix which is a matrix derived from the matrix Σ s and the matrix Us .

Figure 0007014080000017
Figure 0007014080000017

式17の右辺を計算することにより、修正された自己回帰モデルの係数αが求まる。以上、修正された自己回帰モデルの係数の導出方法の一例について説明してきたが、その基となる自己回帰モデルの係数の導出については直感的に分かり易いように予測値に対して最小二乗法を用いる方法で説明した。しかしながら、一般的には確率過程という概念を用いて自己回帰モデルを定義し、その係数を導出する方法が知られている。その場合に、自己相関は確率過程(母集団)の自己相関で表現されており、この確率過程の自己相関は時差の関数として表されるものである。従って、本実施形態における計測データの自己相関は、確率過程の自己相関を近似するものであれば他の計算式で算出した値に代えても良く、例えば、R22~Rmmは時差が0の自己相関であるが、これらをR11に置き換えてもよい。
次に、求めた係数αで特定される修正された自己回帰モデルにより推移データの予測値を求め、この推移データの予測値からなるデータについて、フーリエ変換を施すことで、この推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルを求める。
By calculating the right side of Eq. 17, the coefficient α of the modified autoregressive model can be obtained. The above is an example of how to derive the coefficients of the modified autoregressive model, but for the derivation of the coefficients of the underlying autoregressive model, the least squares method is used for the predicted values so that it is intuitively easy to understand. It was explained by the method used. However, in general, a method of defining an autoregressive model using the concept of a stochastic process and deriving its coefficient is known. In that case, the autocorrelation is expressed by the autocorrelation of the stochastic process (population), and the autocorrelation of this stochastic process is expressed as a function of the time difference. Therefore, the autocorrelation of the measurement data in the present embodiment may be replaced with a value calculated by another calculation formula as long as it approximates the autocorrelation of the stochastic process. For example, the time difference is 0 for R 22 to R mm . Although it is an autocorrelation of, these may be replaced with R 11 .
Next, the predicted value of the transition data is obtained by the modified autoregressive model specified by the obtained coefficient α, and the predicted value of the transition data is subjected to Fourier transform on the data consisting of the predicted value of the transition data. Obtain the power spectrum of the data consisting of.

本実験では、得られた推移データ毎に、式9と式11を用いて自己相関行列Rを求め、式12で表される特異値分解を行うことによって自己相関行列Rの固有値を求め、自己相関行列Rの固有値の分布を求めた。また、得られた推移データ毎に、推移データの波形を求めた。また、得られた推移データ毎に、上記手順で求められた自己相関行列Rの特異値分解から式15を用いて行列Σsと行列Usとを求め、式9と式17を用いて修正された自己回帰モデルの係数αを求め、求めた係数αで特定される修正された自己回帰モデルの波形を求めた。そして、得られた推移データ毎に、求めた修正された自己回帰モデルの波形について、フーリエ変換を施すことで、この波形のパワースペクトルを求めた。
また、比較の対象として、疵のない正常な軸受106を用いた場合、外輪に疵のある軸受106を用いた場合のそれぞれについて、計測データvの解析信号vaから式3を用いて求められた推移データy(エンベロープ)それぞれについて、フーリエ変換を施すことで、推移データyのパワースペクトルを求めた。
また、比較の対象として、疵のない正常な軸受106を用いた場合、外輪に疵のある軸受106を用いた場合のそれぞれについて、計測データvの解析信号vaから式3を用いて求められた推移データy(エンベロープ)に対して、ローパスフィルタをかけて求まる信号について、フーリエ変換を施すことで、このローパスフィルタをかけて求まる信号のパワースペクトルを求めた。ここで、推移データyに、1500Hzを遮断周波数としたローパスフィルタをかけた場合、800Hzを遮断周波数としたローパスフィルタをかけた場合、600Hzを遮断周波数としたローパスフィルタをかけた場合それぞれについて、パワースペクトルを求めた。
In this experiment, the autocorrelation matrix R is obtained for each of the obtained transition data using the equations 9 and 11, and the eigenvalues of the autocorrelation matrix R are obtained by performing the singular value decomposition represented by the equation 12. The distribution of the eigenvalues of the correlation matrix R was obtained. In addition, the waveform of the transition data was obtained for each of the obtained transition data. Further, for each of the obtained transition data, the matrix Σ s and the matrix Us are obtained from the singular value decomposition of the autocorrelation matrix R obtained in the above procedure using the equation 15, and corrected using the equations 9 and 17. The coefficient α of the obtained autoregressive model was obtained, and the waveform of the modified autoregressive model specified by the obtained coefficient α was obtained. Then, the power spectrum of this waveform was obtained by performing a Fourier transform on the obtained modified autoregressive model waveform for each of the obtained transition data.
Further, as a comparison target, when a normal bearing 106 without defects is used and when a bearing 106 with defects is used for the outer ring, each of them can be obtained from the analysis signal v a of the measurement data v using Equation 3. The power spectrum of the transition data y was obtained by performing a Fourier transform on each of the transition data y (environment).
Further, as a comparison target, when a normal bearing 106 without defects is used and when a bearing 106 with defects is used for the outer ring, each of them can be obtained from the analysis signal v a of the measurement data v using Equation 3. By applying a Fourier transform to the signal obtained by applying a low-pass filter to the transition data y (envelope), the power spectrum of the signal obtained by applying this low-pass filter was obtained. Here, the power is applied to the transition data y when a low-pass filter with a cutoff frequency of 1500 Hz is applied, when a low-pass filter with a cutoff frequency of 800 Hz is applied, and when a low-pass filter with a cutoff frequency of 600 Hz is applied. The spectrum was calculated.

求められた実験結果を、図4~9を用いて説明する。
図4は、疵のない正常な軸受106を用いた場合、外輪に疵のある軸受106を用いた場合のそれぞれについて計測された計測データvを示す図である。
図4(a)のグラフは、疵のない正常な軸受106を用いた場合に計測された計測データvの波形を示す。図4(a)のグラフの横軸は、時間を示し、縦軸は、振幅を示す。図4(b)のグラフは、外輪に疵のある軸受106を用いた場合に計測された計測データvの波形を示す。図4(b)のグラフの横軸は、時間を示し、縦軸は、振幅を示す。
図4(a)のグラフと図4(b)のグラフとを見ると、似通った波形をしている。そのため、これらの波形から、軸受106が正常であるか、異常であるかを診断することが困難である。
The obtained experimental results will be described with reference to FIGS. 4 to 9.
FIG. 4 is a diagram showing measurement data v measured for each of the case where the normal bearing 106 without flaws is used and the bearing 106 with flaws is used for the outer ring.
The graph of FIG. 4A shows the waveform of the measurement data v measured when the normal bearing 106 without defects is used. The horizontal axis of the graph of FIG. 4A shows time, and the vertical axis shows amplitude. The graph of FIG. 4B shows the waveform of the measurement data v measured when the bearing 106 having a flaw in the outer ring is used. The horizontal axis of the graph of FIG. 4B shows time, and the vertical axis shows amplitude.
Looking at the graph of FIG. 4 (a) and the graph of FIG. 4 (b), they have similar waveforms. Therefore, it is difficult to diagnose whether the bearing 106 is normal or abnormal from these waveforms.

図5は、疵のない正常な軸受106を用いた場合に、計測データvの解析信号vaから式3を用いて求められた推移データyについてのパワースペクトルを示す図である。図5のパワースペクトルは、0Hz~1600Hzまでの周波数の信号のパワーを示すパワースペクトルである。パワースペクトルの横軸は、周波数を示し、縦軸は、対応する周波数の信号の強度を示す。
図6は、疵のない正常な軸受106を用いた場合に求められた推移データyから、上記手順で求められた係数αで特定される修正された自己回帰モデルにより求められる推移データの予測値からなるデータについてのパワースペクトルを示す図である。図6のパワースペクトルは、0Hz~1600Hzまでの周波数の信号のパワーを示すパワースペクトルである。
図5と図6とのパワースペクトルを見てみると、図6のパワースペクトルでは、図5のパワースペクトルと比べて約800Hz以上の周波数の信号が顕著に減衰していることが分かる。図6のパワースペクトルでは、推移データyについての自己相関行列の固有値のうち、支配的なものだけを用いて求められた修正された自己回帰モデルについてのパワースペクトルである。そのため、推移データyについて、本質的な成分は、0Hz~約800Hzの信号であると判断できる。そこで、軸受106に何らかの異常が生じて、推移データyがその異常の影響を受ける場合、その影響は、推移データyにおける本質的な成分である0Hz~約800Hzの信号(修正された自己回帰モデルにおける本質的な成分)に表れると判断できる。
FIG. 5 is a diagram showing a power spectrum of transition data y obtained from the analysis signal v a of the measurement data v using the equation 3 when a normal bearing 106 without defects is used. The power spectrum of FIG. 5 is a power spectrum showing the power of a signal having a frequency from 0 Hz to 1600 Hz. The horizontal axis of the power spectrum indicates the frequency, and the vertical axis indicates the signal intensity of the corresponding frequency.
FIG. 6 shows the predicted value of the transition data obtained by the modified autoregressive model specified by the coefficient α obtained in the above procedure from the transition data y obtained when the normal bearing 106 without defects is used. It is a figure which shows the power spectrum about the data which consists of. The power spectrum of FIG. 6 is a power spectrum showing the power of a signal having a frequency from 0 Hz to 1600 Hz.
Looking at the power spectra of FIGS. 5 and 6, it can be seen that in the power spectrum of FIG. 6, the signal having a frequency of about 800 Hz or higher is significantly attenuated as compared with the power spectrum of FIG. The power spectrum of FIG. 6 is a power spectrum of a modified autoregressive model obtained by using only the dominant autocorrelation matrix eigenvalues for the transition data y. Therefore, it can be determined that the essential component of the transition data y is a signal of 0 Hz to about 800 Hz. Therefore, when some abnormality occurs in the bearing 106 and the transition data y is affected by the abnormality, the influence is a signal (corrected autoregressive model) of 0 Hz to about 800 Hz, which is an essential component in the transition data y. It can be judged that it appears in the essential component of).

図7は、外輪に疵のある軸受106を用いた場合に、計測データvの解析信号vaから式3を用いて求められた推移データyについてのパワースペクトルを示す図である。図7(a)のパワースペクトルは、0Hz~40000Hzまでの周波数の信号のパワーを示すパワースペクトルである。図7(b)のパワースペクトルは、0Hz~18000Hzまでの周波数の信号のパワーを示すパワースペクトルであり、図7(a)のパワースペクトルの一部を拡大したパワースペクトルである。図7(c)のパワースペクトルは、0Hz~1600Hzまでの周波数の信号のパワーを示すパワースペクトルであり、図7(a)のパワースペクトルの一部を拡大したパワースペクトルである。
図8は、外輪に疵のある軸受106を用いた場合に求められた推移データyから、上記手順で求められた係数αで特定される修正された自己回帰モデルにより求められる推移データの予測値からなるデータについてのパワースペクトルを示す図である。図8(a)のパワースペクトルは、0Hz~40000Hzまでの周波数の信号のパワーを示すパワースペクトルである。図8(b)のパワースペクトルは、0Hz~1600Hzまでの周波数の信号のパワーを示すパワースペクトルであり、図8(a)のパワースペクトルの一部を拡大したパワースペクトルである。
FIG. 7 is a diagram showing a power spectrum of transition data y obtained from the analysis signal v a of the measurement data v using the equation 3 when the bearing 106 having a flaw in the outer ring is used. The power spectrum of FIG. 7A is a power spectrum showing the power of a signal having a frequency from 0 Hz to 40,000 Hz. The power spectrum of FIG. 7 (b) is a power spectrum showing the power of a signal having a frequency from 0 Hz to 18000 Hz, and is a power spectrum obtained by enlarging a part of the power spectrum of FIG. 7 (a). The power spectrum of FIG. 7 (c) is a power spectrum showing the power of a signal having a frequency from 0 Hz to 1600 Hz, and is a power spectrum obtained by enlarging a part of the power spectrum of FIG. 7 (a).
FIG. 8 shows the predicted value of the transition data obtained by the modified autoregressive model specified by the coefficient α obtained in the above procedure from the transition data y obtained when the bearing 106 having a flaw in the outer ring is used. It is a figure which shows the power spectrum about the data which consists of. The power spectrum of FIG. 8A is a power spectrum showing the power of a signal having a frequency from 0 Hz to 40,000 Hz. The power spectrum of FIG. 8 (b) is a power spectrum showing the power of a signal having a frequency from 0 Hz to 1600 Hz, and is a power spectrum obtained by enlarging a part of the power spectrum of FIG. 8 (a).

図7(c)のパワースペクトルを見ると、260Hz付近と、その倍の周波数である520Hz付近と、その3倍の周波数である780Hz付近と、にピークが見られ、軸受106の外輪の疵に対応する信号が出ているのが分かる。しかし、図7(b)のパワースペクトルを見ると、推移データyの本質的な成分と判断される0Hz~約800Hzの範囲以上の周波数において、0Hz~約800Hzの範囲で見られるピークと同程度の強度のピークが多数存在していることが分かる。また、図7(a)のパワースペクトルを見ると、図7(b)に示される周波数(18000Hz)以上の周波数においても、ピークが多数存在していることが分かる。疵の種類によっては18000Hz以上の範囲においてピークが生じる場合もあることから、推移データyのパワースペクトルに基づいて軸受106の異常を診断する場合には、異常が過検知されてしまう可能性がある。
図8(b)のパワースペクトルと図6のパワースペクトルとを比べてみると、図8(b)のパワースペクトルには、軸受106の外輪の疵の回転周期に対応する周波数である260Hz付近と、その倍の520Hz付近と、にピークが立っていることが分かる。即ち、図8(b)のパワースペクトルに、軸受106の外輪の疵に係る回転周波数に対応するピークが生じていることとなる。
また、図8(a)のパワースペクトルと、図7(a)及び(b)のパワースペクトルと、を見ると、図8(a)のパワースペクトルにおける800Hz以上の周波数の成分が、図7(a)及び(b)のパワースペクトルに比べて、顕著に減衰していることが分かる。そのため、発明者らは、図8のパワースペクトルに基づいて軸受106の異常を診断することで、図7のパワースペクトルに基づいて軸受106の異常を診断する場合に比べて、異常を過検知してしまうような事態を防止できるという知見を得た。
Looking at the power spectrum in FIG. 7 (c), peaks were seen near 260 Hz, around 520 Hz, which is twice the frequency, and around 780 Hz, which is three times the frequency, and the flaws on the outer ring of the bearing 106. You can see that the corresponding signal is coming out. However, looking at the power spectrum of FIG. 7B, it is similar to the peak seen in the range of 0 Hz to about 800 Hz at frequencies above the range of 0 Hz to about 800 Hz, which is judged to be an essential component of the transition data y. It can be seen that there are many peaks of the intensity of. Further, looking at the power spectrum of FIG. 7 (a), it can be seen that many peaks are present even at the frequency (18000 Hz) or higher shown in FIG. 7 (b). Depending on the type of flaw, a peak may occur in the range of 18000 Hz or higher, so when diagnosing an abnormality in the bearing 106 based on the power spectrum of the transition data y, the abnormality may be over-detected. ..
Comparing the power spectrum of FIG. 8 (b) with the power spectrum of FIG. 6, the power spectrum of FIG. 8 (b) is around 260 Hz, which is a frequency corresponding to the rotation cycle of the flaw in the outer ring of the bearing 106. It can be seen that the peak stands at around 520 Hz, which is twice that. That is, in the power spectrum of FIG. 8B, a peak corresponding to the rotation frequency related to the flaw in the outer ring of the bearing 106 is generated.
Looking at the power spectrum of FIG. 8A and the power spectra of FIGS. 7A and 7B, the components of the power spectrum of FIG. 8A having a frequency of 800 Hz or higher are shown in FIG. 7 (a). It can be seen that the power spectra of a) and (b) are significantly attenuated. Therefore, the inventors over-detect the abnormality by diagnosing the abnormality of the bearing 106 based on the power spectrum of FIG. 8 as compared with the case of diagnosing the abnormality of the bearing 106 based on the power spectrum of FIG. I got the knowledge that it is possible to prevent such a situation.

図9は、外輪に疵のある軸受106を用いた場合に求められた推移データyにローパスフィルタをかけたデータについてのパワースペクトルを示す図である。
図9(a)のパワースペクトルは、推移データyに対して、1500Hz以上の周波数をカットするよう設計されたローパスフィルタをかけたデータについてのパワースペクトルである。図9(b)のパワースペクトルは、推移データyに対して、800Hz以上の周波数をカットするよう設計されたローパスフィルタをかけたデータについてのパワースペクトルである。図9(c)のパワースペクトルは、推移データyに対して、600Hz以上の周波数をカットするよう設計されたローパスフィルタをかけたデータについてのパワースペクトルである。
図9(a)のパワースペクトルを見ると、260Hz付近と、520Hz付近と、において、他のピークに比べて顕著に高いピークが存在し、軸受106の外輪の疵に対応する信号が出ているのが分かる。
FIG. 9 is a diagram showing a power spectrum of the transition data y obtained when the bearing 106 having a flaw in the outer ring is applied and the data obtained by applying a low-pass filter.
The power spectrum of FIG. 9A is a power spectrum of transition data y subjected to a low-pass filter designed to cut frequencies of 1500 Hz or higher. The power spectrum of FIG. 9B is a power spectrum of transition data y subjected to a low-pass filter designed to cut frequencies of 800 Hz or higher. The power spectrum of FIG. 9C is a power spectrum of transition data y subjected to a low-pass filter designed to cut frequencies of 600 Hz or higher.
Looking at the power spectrum of FIG. 9A, there are significantly higher peaks at around 260 Hz and around 520 Hz than other peaks, and a signal corresponding to a flaw in the outer ring of the bearing 106 is output. I understand that.

図9(b)のパワースペクトルを見ると、260Hz付近において、他のピークに比べて顕著に高いピークが存在することが分かる。しかし、520Hz付近のピークは、0Hz~200Hz付近で見られるピークと同程度のピークとなっており、0Hz~200Hz付近で見られるピークとの違いが明確でないため、520Hz付近のピークが未検知となってしまう可能性がある。
図9(c)のパワースペクトルを見ると、260Hz付近において、他のピークに比べて顕著に高いピークが存在することが分かる。しかし、520Hz付近のピークは、0Hz~200Hz付近で見られるピークよりも低いピークとなっており、0Hz~200Hz付近で見られるピークとよりも小さい重要でないピークとして、520Hz付近のピークが未検知となってしまう可能性がある。
図9(a)のパワースペクトルには、軸受106の外輪の疵に対応する信号のピークが見られるため、図9(a)のパワースペクトルに基づいて、軸受106の診断を適切に行うことができる。しかし、図9(b)、(c)のパワースペクトルでは、軸受106の外輪の疵に対応する信号のピークのうち520Hz付近のピークが未検知となる可能性があるため、軸受106の診断を適切に行うことができない可能性がある。
Looking at the power spectrum of FIG. 9B, it can be seen that there is a significantly higher peak than the other peaks in the vicinity of 260 Hz. However, the peak near 520 Hz is about the same as the peak seen near 0 Hz to 200 Hz, and the difference from the peak seen near 0 Hz to 200 Hz is not clear, so the peak near 520 Hz is not detected. There is a possibility that it will become.
Looking at the power spectrum of FIG. 9 (c), it can be seen that there is a significantly higher peak than the other peaks in the vicinity of 260 Hz. However, the peak near 520 Hz is lower than the peak seen near 0 Hz to 200 Hz, and the peak near 520 Hz is not detected as an unimportant peak smaller than the peak seen near 0 Hz to 200 Hz. There is a possibility that it will become.
Since the signal peak corresponding to the flaw in the outer ring of the bearing 106 can be seen in the power spectrum of FIG. 9 (a), the bearing 106 can be appropriately diagnosed based on the power spectrum of FIG. 9 (a). can. However, in the power spectra of FIGS. 9B and 9C, the peak near 520 Hz among the peaks of the signal corresponding to the flaw in the outer ring of the bearing 106 may not be detected. Therefore, the bearing 106 is diagnosed. It may not be possible to do it properly.

このように、ローパスフィルタを用いる場合、カットする周波数によっては、診断に重要な成分の信号が減衰することで、その信号が検知できないようになる可能性があることが確認された。また、ローパスフィルタをどの周波数をカットするように設計するかについては、ユーザの経験による判断によって決定せざるを得ない。そのため、ローパスフィルタを適切な周波数をカットするように設計することは困難である。
対して、本実験で行った方法では、計測データvから推移データyを取得し、取得した推移データyの自己相関行列Rの固有値から定量的に選択された支配的な固有値を用いて、推移データyの修正された自己回帰モデルの係数αを求め、求めた係数αに基づいて診断を行った。このように、本実験で行った方法では、ユーザによる定性的な判断によるパラメータの決定を要しないため、ユーザの判断によって診断の質が低下するような事態を防止できる。また、図8(b)のパワースペクトルを見てみると、自己相関行列Rの固有値から定量的に選択された支配的な固有値を用いて決定された係数αで特定される自己回帰モデルにより、診断に重要な信号(260Hz付近と520Hz付近とのピークに対応する信号)が維持されていることが分かる。
As described above, it was confirmed that when the low-pass filter is used, the signal of the component important for diagnosis may be attenuated depending on the frequency to be cut, so that the signal may not be detected. In addition, which frequency should be designed to cut the low-pass filter must be determined by the user's experience. Therefore, it is difficult to design a low-pass filter to cut an appropriate frequency.
On the other hand, in the method performed in this experiment, the transition data y is acquired from the measurement data v, and the transition is used by using the dominant eigenvalue quantitatively selected from the eigenvalues of the autocorrelation matrix R of the acquired transition data y. The coefficient α of the modified autoregressive model of the data y was obtained, and the diagnosis was performed based on the obtained coefficient α. As described above, since the method performed in this experiment does not require the user to determine the parameters by qualitative judgment, it is possible to prevent a situation in which the quality of diagnosis is deteriorated by the user's judgment. Looking at the power spectrum of FIG. 8B, the autoregressive model specified by the coefficient α determined by using the dominant eigenvalue quantitatively selected from the eigenvalues of the autocorrelation matrix R is used. It can be seen that the signals important for diagnosis (signals corresponding to the peaks around 260 Hz and around 520 Hz) are maintained.

このように本発明者らは、推移データyの自己相関行列Rの固有値のうち、支配的な固有値のみを用いて、推移データyの修正された自己回帰モデルの係数αを求めることで、推移データyに含まれる成分のうち、物体の異常診断に有用な成分を抽出したデータを求めることができるとの知見を得ることができた。
本実施形態の処理は、以下のような処理である。即ち、本実験で得られた知見を基づいて、物体の振動の計測データの振幅の時間的な推移の様子を示す推移データから求められる自己相関行列Rを特異値分解し、得られる固有値のうちの支配的な固有値を用いて、推移データを近似する修正された自己回帰モデルの係数を求める。次に、求めた係数で特定される修正された自己回帰モデルから、式5の右辺の計算を行って推移データの予測値を求め、この推移データの予測値からなるデータについて、フーリエ変換を施すことで、この推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルを取得する。そして、取得したパワースペクトルに基づいて、物体の異常を診断する処理である。
As described above, the present inventors obtain the coefficient α of the modified autoregressive model of the transition data y by using only the dominant eigenvalue among the eigenvalues of the autocorrelation matrix R of the transition data y. It was possible to obtain the finding that it is possible to obtain data obtained by extracting a component useful for diagnosing an abnormality of an object from the components contained in the data y.
The process of this embodiment is as follows. That is, based on the findings obtained in this experiment, the autocorrelation matrix R obtained from the transition data showing the temporal transition of the amplitude of the measurement data of the vibration of the object is decomposed into singular values, and among the eigenvalues obtained. The dominant eigenvalues of are used to determine the coefficients of the modified autoregressive model that approximates the transition data. Next, from the modified autoregressive model specified by the obtained coefficient, the calculation on the right side of Equation 5 is performed to obtain the predicted value of the transition data, and the data consisting of the predicted value of the transition data is subjected to the Fourier transform. By doing so, the power spectrum of the data consisting of the predicted values of this transition data is acquired. Then, it is a process of diagnosing an abnormality of an object based on the acquired power spectrum.

(システム構成)
図10は、本実施形態の診断システムのシステム構成の一例を示す図である。診断システムは、周期的な運動を行う物体についての異常診断を行うシステムである。診断システムは、情報処理装置1000、振動計測装置1001を含む。本実施形態では、診断システムは、鉄道台車に利用されている軸受の異常診断を行う。
情報処理装置1000は、振動計測装置1001により計測された信号に基づいて、軸受の異常診断を行うパーソナルコンピュータ(PC)、サーバ装置、タブレット装置等の情報処理装置である。また、情報処理装置1000は、電車に組み込まれたコンピュータ等であってもよい。
振動計測装置1001は、加速度センサ等のセンサを含み、センサを介して物体の振動を検知し、検知した振動に応じた信号を有線又は無線で情報処理装置1000等の外部の装置に出力する計測装置である。
(System configuration)
FIG. 10 is a diagram showing an example of the system configuration of the diagnostic system of the present embodiment. The diagnostic system is a system for diagnosing abnormalities in an object that moves periodically. The diagnostic system includes an information processing device 1000 and a vibration measuring device 1001. In the present embodiment, the diagnostic system performs abnormality diagnosis of bearings used in railway bogies.
The information processing device 1000 is an information processing device such as a personal computer (PC), a server device, a tablet device, or the like that performs abnormality diagnosis of bearings based on a signal measured by the vibration measuring device 1001. Further, the information processing apparatus 1000 may be a computer or the like built in a train.
The vibration measuring device 1001 includes a sensor such as an acceleration sensor, detects the vibration of an object via the sensor, and outputs a signal corresponding to the detected vibration to an external device such as the information processing device 1000 by wire or wirelessly. It is a device.

(情報処理装置の機能構成)
図10を参照しながら、情報処理装置1000が有する機能の一例を説明する。
情報処理装置1000は、取得部1010、決定部1020、診断部1030、出力部1040を含む。
≪取得部1010≫
取得部1010は、周期的な運動を行う物体について、この周期的な運動に係る計測データvを取得し、取得した計測データvに基づいて、計測データvにおける振幅の時間的な推移の様子を示す推移データyを取得する。
本実施形態では、取得部1010は、小歯車軸100を回転させ、位置111に設置された振動計測装置1001により計測された振動の計測データvを取得し、取得した計測データvに基づいて、計測データにおける振幅の時間的な推移の様子を示す推移データyを取得する。
(Functional configuration of information processing equipment)
An example of the function of the information processing apparatus 1000 will be described with reference to FIG.
The information processing apparatus 1000 includes an acquisition unit 1010, a determination unit 1020, a diagnosis unit 1030, and an output unit 1040.
≪Acquisition part 1010≫
The acquisition unit 1010 acquires the measurement data v related to the periodic motion of the object that performs the periodic motion, and based on the acquired measurement data v, shows the state of the temporal transition of the amplitude in the measurement data v. The transition data y shown is acquired.
In the present embodiment, the acquisition unit 1010 rotates the small gear shaft 100, acquires the vibration measurement data v measured by the vibration measurement device 1001 installed at the position 111, and based on the acquired measurement data v, obtains the vibration measurement data v. The transition data y showing the temporal transition of the amplitude in the measurement data is acquired.

≪決定部1020≫
決定部1020は、取得部1010により取得された推移データyに基づいて、修正された自己回帰モデルにおける係数αを決定する。修正された自己回帰モデルは、推移データyの実績値yk-1~yk-mと、この実績値に対する係数α(=α1~αm)と、を用いて、推移データyの予測値y^kを表す式5である。決定部1020は、推移データyから求まる式11で表される自己相関行列Rの固有値から支配的な固有値を決定して、決定した支配的な固有値に基づいて、自己相関行列Rから本質的な成分を抽出した式14に示される行列R’を生成する。行列R’は、第1の行列の一例である。決定部1020は、修正された自己回帰モデルにおける係数αを、一般的に知られている自己回帰モデルにおける係数の決定に用いる式10(ユール・ウォーカー方程式)において、式11で表される自己相関行列Rの代わりに、生成した行列R’(式14)を用いる式である式16を用いて決定する。式10は、時差が0からm-1までの推移データyの自己相関を成分とする自己相関行列Rを係数行列とし、時差が1からmまでの推移データyの自己相関を成分とする自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式である。
式10は、式5で算出される推移データyの予測値y^kと、推移データyの予測値y^kに対応する時刻kにおける推移データyの実測値ykとの二乗誤差を最小化する条件を示す条件式として導出することができる。行列R’は、自己相関行列Rを特異値分解(式12)することで導出される自己相関行列Rの固有値を対角成分とする対角行列Σと、自己相関行列Rの固有ベクトルを列成分とする直交行列Uと、から導出される。行列R’は、自己相関行列Rの固有値のうち支配的な固有値として決定されたs個の固有値を用いて、対角行列Σの部分行列であって、s個の固有値を対角成分とする行列Σsと、直交行列Uの部分行列であって、s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列Usと、から導出される行列UsΣss Tである。
≪Decision part 1020≫
The determination unit 1020 determines the coefficient α in the modified autoregressive model based on the transition data y acquired by the acquisition unit 1010. The modified autoregressive model uses the actual value y k-1 to y km of the transition data y and the coefficient α (= α 1 to α m ) for this actual value, and the predicted value y of the transition data y. It is an equation 5 expressing ^ k . The determination unit 1020 determines a dominant eigenvalue from the eigenvalues of the autocorrelation matrix R represented by the equation 11 obtained from the transition data y, and is essentially from the autocorrelation matrix R based on the determined dominant eigenvalues. The matrix R'represented by the equation 14 from which the components are extracted is generated. The matrix R'is an example of the first matrix. The determination unit 1020 uses the coefficient α in the modified autoregressive model to determine the coefficient in a generally known autoregressive model in equation 10 (Yur-Walker equation), which is represented by equation 11. Instead of the matrix R, the equation 16 which is an equation using the generated matrix R'(Equation 14) is used for determination. In Equation 10, the autocorrelation matrix R whose component is the autocorrelation of the transition data y whose time difference is from 0 to m-1 is a coefficient matrix, and the autocorrelation of the transition data y whose time difference is from 1 to m is a component. It is an equation whose correlation vector is a constant vector.
Equation 10 minimizes the square error between the predicted value y ^ k of the transition data y calculated by the equation 5 and the measured value y k of the transition data y at the time k corresponding to the predicted value y ^ k of the transition data y. It can be derived as a conditional expression indicating the conditions to be converted. The matrix R'has a diagonal matrix Σ whose diagonal component is the eigenvalue of the autocorrelation matrix R derived by singular value decomposition of the autocorrelation matrix R (Equation 12) and a column component of the eigenvector of the autocorrelation matrix R. It is derived from the orthogonal matrix U and. The matrix R'is a submatrix of the diagonal matrix Σ using s eigenvalues determined as the dominant eigenvalues among the eigenvalues of the autocorrelation matrix R, and the s eigenvalues are diagonal components. It is a matrix Us Σ s Us T derived from a matrix Σ s and a matrix Us which is a submatrix of the orthogonal matrix U and whose eigenvectors corresponding to s eigenvalues are column component vectors.

≪診断部1030≫
診断部1030は、決定部1020により決定された係数αに基づいて、物体の異常を診断する。診断部1030は、決定部1020により決定された係数αで特定される修正された自己回帰モデルから、推移データの予測値を求め、この推移データの予測値からなるデータについて、フーリエ変換を施すことで、この推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルを求め、このパワースペクトルに基づいて、物体の異常を診断してもよい。更に、診断部1030は、パワースペクトルにおけるピークを示す周波数に基づいて、物体における異常の有無を診断の結果としてもよいし、物体における異常を有する部位を診断の結果としてもよい。
本実施形態では、軸受106における疵の有無を診断の結果とする。
≪出力部1040≫
出力部1040は、診断部1030による診断の結果に係る情報を出力する。
≪Diagnosis Department 1030≫
The diagnosis unit 1030 diagnoses an abnormality of the object based on the coefficient α determined by the determination unit 1020. The diagnostic unit 1030 obtains the predicted value of the transition data from the modified autoregressive model specified by the coefficient α determined by the determination unit 1020, and performs a Fourier transform on the data consisting of the predicted value of the transition data. Then, the power spectrum of the data consisting of the predicted values of the transition data may be obtained, and the abnormality of the object may be diagnosed based on this power spectrum. Further, the diagnosis unit 1030 may determine the presence or absence of an abnormality in the object as a result of the diagnosis based on the frequency indicating the peak in the power spectrum, or may use the portion having the abnormality in the object as the result of the diagnosis.
In the present embodiment, the presence or absence of a flaw in the bearing 106 is the result of the diagnosis.
<< Output section 1040 >>
The output unit 1040 outputs information related to the result of the diagnosis by the diagnosis unit 1030.

(情報処理装置のハードウェア構成)
図11は、情報処理装置1000のハードウェア構成の一例を示す図である。
情報処理装置1000は、CPU1100、主記憶装置1101、補助記憶装置1102、入出力I/F1103を含む。各構成要素は、システムバス1104を介して、相互に通信可能に接続されている。
CPU1100は、情報処理装置1000を制御する中央演算装置である。主記憶装置1101は、CPU1100のワークエリアやデータの一時的な保管場所として機能するRAM(Random Access Memory)等の記憶装置である。補助記憶装置1102は、各種のプログラム、設定データ、振動計測装置1001から出力される計測データ、診断情報等を記憶するROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置である。入出力I/F1103は、振動計測装置1001等の外部の装置との間での情報のやり取りに利用されるインターフェースである。
CPU1100が、補助記憶装置1102等に記憶されたプログラムに基づき処理を実行することによって、図10で説明した情報処理装置1000の機能及び図12で後述するフローチャートの処理等が実現される。
(Hardware configuration of information processing equipment)
FIG. 11 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the information processing apparatus 1000.
The information processing device 1000 includes a CPU 1100, a main storage device 1101, an auxiliary storage device 1102, and an input / output I / F 1103. The components are communicably connected to each other via the system bus 1104.
The CPU 1100 is a central arithmetic unit that controls the information processing device 1000. The main storage device 1101 is a storage device such as a RAM (Random Access Memory) that functions as a work area of the CPU 1100 or a temporary storage place for data. The auxiliary storage device 1102 includes a ROM (Read Only Memory), an HDD (Hard Disk Drive), and an SSD (Solid State Drive) that store various programs, setting data, measurement data output from the vibration measurement device 1001, diagnostic information, and the like. Etc. storage device. The input / output I / F 1103 is an interface used for exchanging information with an external device such as the vibration measuring device 1001.
When the CPU 1100 executes processing based on a program stored in the auxiliary storage device 1102 or the like, the functions of the information processing apparatus 1000 described with reference to FIG. 10 and the processing of the flowchart described later with reference to FIG. 12 are realized.

(異常診断処理)
本実施形態では、診断システムは、図1と同様の状況で位置111に設置された振動計測装置1001により計測された振動の計測データに基づいて計測データの振幅の時間的な推移の様子を示す推移デ―タを取得し、取得した推移データに基づいて、軸受106の異常を診断することとする。本実施形態では、診断システムは、軸受106に疵が存在するか否かを特定することで、軸受106の異常を診断することとする。本実施形態では、診断システムは、予め振動計測装置1001により測定された測定データに基づいて、軸受106の異常を診断することとする。
図12は、情報処理装置1000の処理の一例を示すフローチャートである。
S1201において、取得部1010は、振動計測装置1001により計測された振動の計測データvとして、時刻1~Mまでの計測データであるv1~vMを取得する。そして、取得部1010は、式4を用いて、取得した計測データvからフーリエ変換を用いる方法で解析信号vaを取得する。取得部1010は解析信号vaに基づいて、式3を用いて、計測データvのエンベロープを、推移データyとして取得する。取得部1010は、推移データyとして、時刻1~Mまでの推移データであるy1~yMを取得する。
また、取得部1010は、例えば、v(t)における値がマイナスの部分について、-1を乗じて正の値にした関数v’(t)=|v(t)|を求め、求めたv’(t)について、予め定められた閾値以上の周波数の信号をカットするようなローパスフィルタをかけることで求まる信号を、推移データyとして取得することとしてもよい。また、取得部1010は、関数v’(t)における山の部分を特定し、特定した部分を補間(例えば、多項式補間)することで求まる関数が示す信号を、推移データyとして取得することとしてもよい。
(Abnormal diagnosis processing)
In the present embodiment, the diagnostic system shows the temporal transition of the amplitude of the measurement data based on the vibration measurement data measured by the vibration measurement device 1001 installed at the position 111 in the same situation as in FIG. The transition data is acquired, and the abnormality of the bearing 106 is diagnosed based on the acquired transition data. In the present embodiment, the diagnostic system diagnoses the abnormality of the bearing 106 by identifying whether or not the bearing 106 has a defect. In the present embodiment, the diagnostic system diagnoses the abnormality of the bearing 106 based on the measurement data measured in advance by the vibration measuring device 1001.
FIG. 12 is a flowchart showing an example of processing of the information processing apparatus 1000.
In S1201, the acquisition unit 1010 acquires v 1 to v M , which are measurement data from time 1 to M, as vibration measurement data v measured by the vibration measuring device 1001. Then, the acquisition unit 1010 acquires the analysis signal v a from the acquired measurement data v by a method using the Fourier transform using the equation 4. The acquisition unit 1010 acquires the envelope of the measurement data v as the transition data y using the equation 3 based on the analysis signal v a . The acquisition unit 1010 acquires y 1 to y M , which are transition data from time 1 to M, as transition data y.
Further, the acquisition unit 1010 obtains, for example, a function v'(t) = | v (t) | obtained by multiplying a portion having a negative value in v (t) by -1 to obtain a positive value. 'For (t), a signal obtained by applying a low-pass filter that cuts a signal having a frequency equal to or higher than a predetermined threshold value may be acquired as transition data y. Further, the acquisition unit 1010 identifies the mountain portion in the function v'(t) and acquires the signal indicated by the function obtained by interpolating the specified portion (for example, polynomial interpolation) as the transition data y. May be good.

S1202において、決定部1020は、S1201で取得した推移データyと、予め設定された定数Mと、修正された自己回帰モデルにおいて、ある時刻のデータを過去の幾つのデータで近似するかを示す数mと、に基づいて、式9と式11とを用いて自己相関行列Rを生成する。決定部1020は、予め記憶されているM、mの情報を読み出すことで、Mとmとを取得する。本実施形態では、mの値は、500である。また、Mは、mよりも大きい整数である。
S1203において、決定部1020は、S1202で生成した自己相関行列Rを特異値分解することで、式12の直交行列Uと対角行列Σを取得し、対角行列Σから自己相関行列Rの固有値σ11~σmmを取得する。
In S1202, the determination unit 1020 indicates the transition data y acquired in S1201, the preset constant M, and the number of past data to approximate the data at a certain time in the modified autoregressive model. Based on m, an autocorrelation matrix R is generated using equations 9 and 11. The determination unit 1020 acquires M and m by reading out the information of M and m stored in advance. In this embodiment, the value of m is 500. Further, M is an integer larger than m.
In S1203, the determination unit 1020 obtains the orthogonal matrix U and the diagonal matrix Σ of the equation 12 by singular value decomposition of the autocorrelation matrix R generated in S1202, and the eigenvalues of the autocorrelation matrix R from the diagonal matrix Σ. Obtain σ 11 to σ mm .

S1204において、決定部1020は、自己相関行列Rの固有値のうちの支配的な固有値を決定する。決定部1020は、例えば、行列Rの全ての固有値の平均値を求め、行列Rの固有値のうち、求めた平均値よりも大きい固有値を全て特定し、特定した固有値を支配的な固有値として決定する。そして、決定部1020は、使用固有値数sを、支配的な固有値として選択した固有値の数に決定する。
また、決定部1020は、例えば、選択される固有値の合計のσ11、σ22、・・・、σmmの総和に対する割合が予め定められた閾値(例えば、95パーセント等)以上となるように、固有値を選択(例えば、値の大きいものから選択)し、選択した固有値を支配的な固有値として決定してもよい。また、決定部1020は、選択された固有値の合計のσ11、σ22、・・・、σmmの総和に対する割合が予め定められた閾値(例えば、75パーセント等)以上となるように、予め定められた閾値(例えば、1個、3個、5個、固有値全体の個数の1パーセントの個数等)以下の個数の固有値を選択し、選択した固有値を支配的な固有値として決定してもよい。
In S1204, the determination unit 1020 determines the dominant eigenvalue among the eigenvalues of the autocorrelation matrix R. For example, the determination unit 1020 obtains the average value of all the eigenvalues of the matrix R, identifies all the eigenvalues larger than the obtained mean value among the eigenvalues of the matrix R, and determines the specified eigenvalue as the dominant eigenvalue. .. Then, the determination unit 1020 determines the number of eigenvalues used s to be the number of eigenvalues selected as the dominant eigenvalues.
Further, the determination unit 1020 is set so that, for example, the ratio of the total of the selected eigenvalues to the total of σ 11 , σ 22 , ..., Σ mm is equal to or higher than a predetermined threshold value (for example, 95%). , The eigenvalues may be selected (eg, select from the one with the largest value) and the selected eigenvalues may be determined as the dominant eigenvalues. Further, the determination unit 1020 sets the ratio of the total of the selected eigenvalues to the total of σ 11 , σ 22 , ..., Σ mm to be equal to or higher than a predetermined threshold value (for example, 75%). A number of eigenvalues equal to or less than a predetermined threshold (for example, one, three, five, 1% of the total number of eigenvalues, etc.) may be selected, and the selected eigenvalues may be determined as the dominant eigenvalues. ..

S1205において、決定部1020は、計測データyと、S1204で決定した支配的な固有値σ11~σssと、自己相関行列Rの特異値分解により得られた直交行列Uと、に基づいて、式17を用いて、修正された自己回帰モデルの係数αを決定する。
S1206において、診断部1030は、S1205で決定した係数αにより特定される修正された自己回帰モデルから、推移データの予測値を求め、この推移データの予測値からなるデータについて、フーリエ変換を施すことで、この推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルを取得する。
In S1205, the determination unit 1020 is based on the measurement data y, the dominant eigenvalues σ 11 to σ ss determined in S1204, and the orthogonal matrix U obtained by the singular value decomposition of the autocorrelation matrix R. 17 is used to determine the coefficient α of the modified autoregressive model.
In S1206, the diagnostic unit 1030 obtains the predicted value of the transition data from the modified autoregressive model specified by the coefficient α determined in S1205, and performs a Fourier transform on the data consisting of the predicted value of the transition data. Then, the power spectrum of the data consisting of the predicted values of this transition data is acquired.

S1207において、診断部1030は、S1206で取得したパワースペクトルに基づいて、軸受106の異常を診断する。
本実施形態では、診断部1030は、例えば、S1206で取得したパワースペクトルにおいて、予め定められた閾値以上の強度を示す信号に対応する周波数を特定する。そして、診断部1030は、特定した周波数の中に、他の周波数の整数倍となっている周波数が存在するか否かを判定する。診断部1030は、例えば、特定した周波数の中から順に1つずつ選択して、選択した周波数ごとに、選択した周波数を整数倍(例えば、2倍)した値と、特定した周波数に含まれる他の周波数それぞれの値と、の差を取得する。そして、診断部1030は、取得した差の中に予め定められた閾値(例えば、1、5等)以下のものがあったら、特定した周波数の中に、他の周波数の整数倍となっている周波数が存在すると判定し、軸受106に疵が生じていると診断する。
また、診断部1030は、取得した差の中に予め定められた閾値以下のものがなかったら、特定した周波数の中に、他の周波数の整数倍となっている周波数が存在しないと判定し、軸受106が未知の状態にあると診断する。
また、診断部1030は、閾値以上の強度を示す信号に対応する周波数が存在しない場合、軸受106に異常が生じておらず、正常であると診断する。
S1208において、出力部1040は、軸受106の異常の診断の結果を示す情報を出力する。出力部1040は、例えば、表示装置に、軸受106の異常の診断の結果を示す情報を表示することで出力する。また、出力部1040は、例えば、軸受106の異常の診断の結果を示す情報を、補助記憶装置1102に記憶することで出力することとしてもよい。また、出力部1040は、例えば、外部のサーバ装置等の設定された送信先に、軸受106の異常の診断の結果を示す情報を送信することで出力することとしてもよい。
In S1207, the diagnostic unit 1030 diagnoses the abnormality of the bearing 106 based on the power spectrum acquired in S1206.
In the present embodiment, the diagnostic unit 1030 specifies, for example, a frequency corresponding to a signal indicating an intensity equal to or higher than a predetermined threshold value in the power spectrum acquired in S1206. Then, the diagnostic unit 1030 determines whether or not a frequency that is an integral multiple of another frequency exists in the specified frequency. For example, the diagnostic unit 1030 selects one by one from the specified frequencies in order, and for each selected frequency, the selected frequency is multiplied by an integer (for example, doubled), and the specified frequency is included in the specified frequency. Get the difference between each value of the frequency of. Then, if the acquired difference is equal to or less than a predetermined threshold value (for example, 1, 5, etc.), the diagnostic unit 1030 is an integral multiple of the other frequency in the specified frequency. It is determined that the frequency is present, and it is diagnosed that the bearing 106 is defective.
Further, the diagnostic unit 1030 determines that there is no frequency that is an integral multiple of the other frequencies in the specified frequency if the acquired difference does not exceed a predetermined threshold value. It is diagnosed that the bearing 106 is in an unknown state.
Further, when the frequency corresponding to the signal indicating the intensity equal to or higher than the threshold value does not exist, the diagnosis unit 1030 diagnoses that the bearing 106 is normal without any abnormality.
In S1208, the output unit 1040 outputs information indicating the result of the diagnosis of the abnormality of the bearing 106. The output unit 1040 outputs, for example, by displaying information indicating the result of the diagnosis of the abnormality of the bearing 106 on the display device. Further, the output unit 1040 may output, for example, by storing information indicating the result of the diagnosis of the abnormality of the bearing 106 in the auxiliary storage device 1102. Further, the output unit 1040 may output by transmitting information indicating the result of the diagnosis of the abnormality of the bearing 106 to a set destination such as an external server device.

(まとめ)
以上、本実施形態では、診断システムは、物体の周期的な運動から計測された計測データに基づいて、計測データの振幅の時間的な推移の様子を示す推移データを取得し、取得した推移データから、自己相関行列Rを生成し、自己相関行列Rを特異値分解し、得られた固有値から定量的に支配的な固有値を決定した。そして、診断システムは、決定した支配的な固有値を用いて、推移データを近似する修正された自己回帰モデルの係数αを決定した。そして、診断システムは、決定した係数αで特定される修正された自己回帰モデルにより推移データの予測値を求め、この推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルを求め、求めたパワースペクトルに基づいて、軸受106の異常を診断した。診断システムは、自己相関行列Rの固有値のうち一部の固有値を用いることで、軸受106の異常診断に有用な成分が残り、有用でない成分が残らないように、推移データを近似する修正された自己回帰モデルの係数αを決定できる。これにより、診断システムは、推移データの軸受106の異常診断に有用な成分に基づいて、より精度よく異常診断を行うことができる。
また、本実施形態の処理により、診断システムは、ローパスフィルタを用いる場合のようにカットする周波数を定性的に決定する必要もないため、ローパスフィルタを用いた場合のように診断に重要な信号が検知できない程減衰する事態を防止できる。
また、本実施形態の処理により、診断システムは、予め異常診断に用いる信号がどのような周波数の信号であるか等の想定を要することなく、推移データから異常診断に有用な成分を、抽出できる。
(summary)
As described above, in the present embodiment, the diagnostic system acquires transition data showing the temporal transition of the amplitude of the measurement data based on the measurement data measured from the periodic motion of the object, and the acquired transition data. Therefore, the autocorrelation matrix R was generated, the autocorrelation matrix R was decomposed into singular values, and the eigenvalues that were quantitatively dominant were determined from the obtained eigenvalues. The diagnostic system then used the determined dominant eigenvalues to determine the coefficient α of the modified autoregressive model that approximates the transitional data. Then, the diagnostic system obtains the predicted value of the transition data by the modified autoregressive model specified by the determined coefficient α, obtains the power spectrum of the data consisting of the predicted value of the transition data, and is based on the obtained power spectrum. The abnormality of the bearing 106 was diagnosed. The diagnostic system has been modified to approximate the transition data so that by using some of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R, useful components remain for abnormal diagnosis of the bearing 106 and no unhelpful components remain. The coefficient α of the autoregressive model can be determined. As a result, the diagnostic system can perform the abnormality diagnosis more accurately based on the components useful for the abnormality diagnosis of the bearing 106 of the transition data.
Further, by the processing of the present embodiment, the diagnostic system does not need to qualitatively determine the frequency to be cut as in the case of using the low-pass filter, so that a signal important for diagnosis is obtained as in the case of using the low-pass filter. It is possible to prevent a situation in which the attenuation is undetectable.
Further, by the processing of the present embodiment, the diagnostic system can extract components useful for abnormality diagnosis from the transition data without needing to assume in advance what frequency the signal used for abnormality diagnosis is. ..

本実施形態では、診断システムは、鉄道台車の軸受の異常診断を行うこととした。しかし、診断システムは、歯車等の回転体、振動子等の振動体、バネ等の伸縮体、生物の心臓等の周期的な運動を行う他の物体についての異常診断を行うこととしてもよい。
本実施形態では、mは、予め設定された500という数であるとした。しかし、診断対象に応じて実験を行う等して適切に計測データを近似できる過去のデータの数を特定し、特定した数をmの値としてもよい。例えば、情報処理装置1000は、診断対象から計測された計測データから求められた推移データについて、ある時刻の推移データを、その時刻よりも過去の推移データを複数用いて自己回帰モデル等を利用して近似して、近似した値とその時刻の推移データとの差分が設定された閾値未満となる場合の近似に用いられた過去の推移データの数を、mとして決定してもよい。
本実施形態では、診断システムは、予め振動計測装置1001により測定された測定データに基づいて、軸受106の異常を診断することとした。しかし、診断システムは、リアルタイムで振動計測装置1001により測定されて出力され続けている測定データを用いて、稼働中の軸受106の異常を診断することとしてもよい。即ち、情報処理装置1000は振動計測装置1001から新たな計測データvが取得される度に、取得された計測データvから推移データy1~yMを更新して、図12の処理を行うようにしてもよい。
本実施形態では、情報処理装置1000は、補助記憶装置1102に記憶されたプログラムを実行することで、図12の処理を実現することとした。しかし、情報処理装置1000は、外付けの記憶媒体や外部の記憶サーバ等に記憶されたプログラムを実行することで、図12の処理を実現することとしてもよい。
また、例えば、上述した情報処理装置1000の機能の一部又は全てをハードウェアとして情報処理装置1000に実装してもよい。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
In the present embodiment, the diagnostic system is to perform an abnormality diagnosis of the bearing of the railroad bogie. However, the diagnostic system may perform abnormality diagnosis on a rotating body such as a gear, a vibrating body such as a vibrator, an elastic body such as a spring, and other objects that perform periodic movements such as the heart of an organism.
In this embodiment, m is a preset number of 500. However, the number of past data that can be appropriately approximated to the measured data may be specified by conducting an experiment according to the diagnosis target, and the specified number may be used as the value of m. For example, the information processing apparatus 1000 uses a self-regressive model or the like for the transition data obtained from the measurement data measured from the diagnosis target by using the transition data at a certain time and the transition data past the time. The number of past transition data used for the approximation when the difference between the approximated value and the transition data at that time is less than the set threshold value may be determined as m.
In the present embodiment, the diagnostic system is determined to diagnose the abnormality of the bearing 106 based on the measurement data measured in advance by the vibration measuring device 1001. However, the diagnostic system may diagnose the abnormality of the bearing 106 in operation by using the measurement data that is continuously measured and output by the vibration measuring device 1001 in real time. That is, every time new measurement data v is acquired from the vibration measurement device 1001, the information processing apparatus 1000 updates the transition data y 1 to y M from the acquired measurement data v and performs the processing of FIG. You may do it.
In the present embodiment, the information processing apparatus 1000 realizes the process of FIG. 12 by executing the program stored in the auxiliary storage apparatus 1102. However, the information processing apparatus 1000 may realize the process of FIG. 12 by executing a program stored in an external storage medium, an external storage server, or the like.
Further, for example, a part or all of the functions of the information processing apparatus 1000 described above may be mounted on the information processing apparatus 1000 as hardware.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. It is a thing. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features.

1000 情報処理装置
1010 取得部
1020 決定部
1030 診断部
1040 出力部
1001 振動計測装置
1100 CPU
1000 Information processing device 1010 Acquisition unit 1020 Determination unit 1030 Diagnosis unit 1040 Output unit 1001 Vibration measurement device 1100 CPU

Claims (11)

周期的な運動を行う物体の前記周期的な運動に係る計測データに基づいて、前記計測データの振幅の時間的な推移の様子を示す推移データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記推移データに基づいて、修正された自己回帰モデルにおける係数を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記係数に基づいて、前記物体の異常を診断する診断手段と、
を有し、
前記修正された自己回帰モデルは、前記推移データの実績値と、前記実績値に対する前記係数と、を用いて、前記推移データの予測値を表す式であり、
前記決定手段は、前記推移データから導出される自己相関行列を特異値分解することで導出される前記自己相関行列の固有値を対角成分とする対角行列と、前記自己相関行列の固有ベクトルを列成分とする直交行列と、から導出される第1の行列を係数行列とし、前記推移データから導出される自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式を用いて、前記係数を決定し、
前記自己相関ベクトルは、時差が1から前記修正された自己回帰モデルで用いられる前記実績値の数であるmまでの前記推移データの自己相関を成分とするベクトルであり、
前記自己相関行列は、時差が0からm-1までの前記推移データの自己相関を成分とする行列であり、
前記第1の行列は、前記自己相関行列の固有値のうち支配的な固有値として決定されたs個の固有値と前記対角行列とから導出される第2の行列Σsと、前記s個の固有値と前記直交行列とから導出される第3の行列Usと、から導出される行列UsΣss Tであり、
前記第2の行列は、前記対角行列の部分行列であって、前記s個の固有値を対角成分とする行列であり、
前記第3の行列は、前記直交行列の部分行列であって、前記s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列である情報処理装置。
An acquisition means for acquiring transition data showing the state of temporal transition of the amplitude of the measurement data based on the measurement data related to the periodic motion of the object performing the periodic motion.
A determination means for determining the coefficient in the modified autoregressive model based on the transition data acquired by the acquisition means, and a determination means.
A diagnostic means for diagnosing an abnormality of the object based on the coefficient determined by the determination means, and a diagnostic means.
Have,
The modified autoregressive model is an expression representing a predicted value of the transition data using the actual value of the transition data and the coefficient with respect to the actual value.
The determination means is a column of a diagonal matrix whose diagonal component is the eigenvalue of the autocorrelation matrix derived by singular value decomposition of the autocorrelation matrix derived from the transition data, and an eigenvector of the autocorrelation matrix. The coefficient is determined using an equation in which the orthogonal matrix as a component and the first matrix derived from the coefficient matrix are used and the eigenvalue vector derived from the transition data is a constant vector.
The autocorrelation vector is a vector whose component is the autocorrelation of the transition data from 1 to m, which is the number of the actual values used in the modified autoregressive model.
The autocorrelation matrix is a matrix whose component is the autocorrelation of the transition data having a time difference of 0 to m-1.
The first matrix includes s eigenvalues determined as dominant eigenvalues among the eigenvalues of the autocorrelation matrix, a second matrix Σ s derived from the diagonal matrix, and s eigenvalues. And the third matrix Us derived from the orthogonal matrix, and the matrix Us Σ s Us T derived from.
The second matrix is a submatrix of the diagonal matrix, and is a matrix having the s eigenvalues as diagonal components.
The third matrix is a submatrix of the orthogonal matrix, and is an information processing apparatus in which the eigenvectors corresponding to the s eigenvalues are used as column component vectors.
前記取得手段は、前記計測データに基づいて、前記計測データのエンベロープのデータを、前記推移データとして取得する請求項1記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the acquisition means acquires the envelope data of the measurement data as the transition data based on the measurement data. 前記s個の固有値は、前記自己相関行列のうち、前記自己相関行列の全ての固有値の平均値よりも大きい固有値である請求項1又は2記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the s eigenvalues are eigenvalues larger than the average value of all the eigenvalues of the autocorrelation matrix among the autocorrelation matrices. 前記s個の固有値は、予め定められた閾値以下の個数の固有値であり、
前記s個の固有値の合計の前記自己相関行列の固有値の全体の合計に対する割合は、予め定められた閾値以下となる請求項1又は2記載の情報処理装置。
The s eigenvalues are a number of eigenvalues equal to or less than a predetermined threshold value.
The information processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the ratio of the total of the s eigenvalues to the total of the total eigenvalues of the autocorrelation matrix is equal to or less than a predetermined threshold value.
前記自己相関行列は、前記推移データの予測値と前記推移データの予測値に対応する時刻における前記推移データの実測値との二乗誤差を最小化する条件を示す条件式に含まれる行列である請求項1乃至4何れか1項記載の情報処理装置。 The autocorrelation matrix is a matrix included in a conditional expression showing a condition for minimizing the square error between the predicted value of the transition data and the measured value of the transition data at the time corresponding to the predicted value of the transition data. Item 4. The information processing apparatus according to any one of Items 1 to 4. 前記診断手段は、前記修正された自己回帰モデルにより求められる前記推移データの予測値からなるデータのパワースペクトルを導出し、前記パワースペクトルに基づいて、前記物体の異常を診断する請求項1乃至5何れか1項記載の情報処理装置。 The diagnostic means derives a power spectrum of data consisting of predicted values of the transition data obtained by the modified autoregressive model, and diagnoses an abnormality of the object based on the power spectrum, claims 1 to 5. The information processing device according to any one of the items. 前記計測データは、前記物体の振動に係る計測データである請求項1乃至6何れか1項記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the measurement data is measurement data related to vibration of the object. 前記診断手段による診断の結果に係る情報を出力する出力手段を更に有する請求項1乃至7何れか1項記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising an output means for outputting information related to the result of diagnosis by the diagnostic means. 前記物体は、鉄道台車に利用される軸受であり、
前記診断手段は、前記決定手段により決定された前記係数に基づいて、前記物体における疵の存在を含む異常を診断する請求項1乃至8何れか1項記載の情報処理装置。
The object is a bearing used for a railroad bogie.
The information processing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the diagnostic means diagnoses an abnormality including the presence of a flaw in the object based on the coefficient determined by the determination means.
情報処理装置が実行する情報処理方法であって、
周期的な運動を行う物体の前記周期的な運動に係る計測データに基づいて、前記計測データの振幅の時間的な推移の様子を示す推移データを取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記推移データに基づいて、修正された自己回帰モデルにおける係数を決定する決定ステップと、
前記決定ステップで決定された前記係数に基づいて、前記物体の異常を診断する診断ステップと、
を含み、
前記修正された自己回帰モデルは、前記推移データの実績値と、前記実績値に対する前記係数と、を用いて、前記推移データの予測値を表す式であり、
前記決定ステップでは、前記推移データから導出される自己相関行列を特異値分解することで導出される前記自己相関行列の固有値を対角成分とする対角行列と、前記自己相関行列の固有ベクトルを列成分とする直交行列と、から導出される第1の行列を係数行列とし、前記推移データから導出される自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式を用いて、前記係数を決定し、
前記自己相関ベクトルは、時差が1から前記修正された自己回帰モデルで用いられる前記実績値の数であるmまでの前記推移データの自己相関を成分とするベクトルであり、
前記自己相関行列は、時差が0からm-1までの前記推移データの自己相関を成分とする行列であり、
前記第1の行列は、前記自己相関行列の固有値のうち支配的な固有値として決定されたs個の固有値と前記対角行列とから導出される第2の行列Σsと、前記s個の固有値と前記直交行列とから導出される第3の行列Usと、から導出される行列UsΣss Tであり、
前記第2の行列は、前記対角行列の部分行列であって、前記s個の固有値を対角成分とする行列であり、
前記第3の行列は、前記直交行列の部分行列であって、前記s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列である情報処理方法。
It is an information processing method executed by an information processing device.
Based on the measurement data related to the periodic motion of the object performing the periodic motion, the acquisition step of acquiring the transition data showing the state of the temporal transition of the amplitude of the measurement data, and the acquisition step.
A determination step that determines the coefficients in the modified autoregressive model based on the transition data acquired in the acquisition step, and
A diagnostic step for diagnosing an abnormality in the object based on the coefficient determined in the determination step,
Including
The modified autoregressive model is an expression representing a predicted value of the transition data using the actual value of the transition data and the coefficient with respect to the actual value.
In the determination step, a diagonal matrix having an eigenvalue of the autocorrelation matrix derived by singular value decomposition of the autocorrelation matrix derived from the transition data as a diagonal component and an eigenvector of the autocorrelation matrix are arranged. The coefficient is determined using an equation in which the orthogonal matrix as a component and the first matrix derived from the coefficient matrix are used and the eigenvalue vector derived from the transition data is a constant vector.
The autocorrelation vector is a vector whose component is the autocorrelation of the transition data from 1 to m, which is the number of the actual values used in the modified autoregressive model.
The autocorrelation matrix is a matrix whose component is the autocorrelation of the transition data having a time difference of 0 to m-1.
The first matrix includes s eigenvalues determined as dominant eigenvalues among the eigenvalues of the autocorrelation matrix, a second matrix Σ s derived from the diagonal matrix, and s eigenvalues. And the third matrix Us derived from the orthogonal matrix, and the matrix Us Σ s Us T derived from.
The second matrix is a submatrix of the diagonal matrix, and is a matrix having the s eigenvalues as diagonal components.
The third matrix is a submatrix of the orthogonal matrix, and is a matrix in which the eigenvectors corresponding to the s eigenvalues are used as column component vectors.
コンピュータを、請求項1乃至9何れか1項記載の情報処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。 A program for making a computer function as each means of the information processing apparatus according to any one of claims 1 to 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7383367B1 (en) 2023-03-07 2023-11-20 新川センサテクノロジ株式会社 Vibration data analysis method and analysis system for rotating equipment

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002090266A (en) 2000-09-20 2002-03-27 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Remaining life-predicting device
JP2009257862A (en) 2008-04-15 2009-11-05 Original Engineering Consultants Co Ltd Method for diagnosing integrity in equipment such as rotary machine by sound signal
WO2016117358A1 (en) 2015-01-21 2016-07-28 三菱電機株式会社 Examination data processing device and examination data processing method
JP2017181203A (en) 2016-03-29 2017-10-05 巴バルブ株式会社 Valve diagnosis method and valve diagnosis device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002090266A (en) 2000-09-20 2002-03-27 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Remaining life-predicting device
JP2009257862A (en) 2008-04-15 2009-11-05 Original Engineering Consultants Co Ltd Method for diagnosing integrity in equipment such as rotary machine by sound signal
WO2016117358A1 (en) 2015-01-21 2016-07-28 三菱電機株式会社 Examination data processing device and examination data processing method
JP2017181203A (en) 2016-03-29 2017-10-05 巴バルブ株式会社 Valve diagnosis method and valve diagnosis device

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