JPH06160172A - 異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、監視対象の運転条件が変わっても異
常判定を確実に行なえることを最も主要な目的としてい
る。 【構成】本発明は、監視対象の診断部分で発生する音波
を集音する集音マイクと、集音マイクにより集音された
音波のパワースペクトラム分析を行なうと共に、当該分
析値の時系列的な変化率分析を行なう波形分析手段と、
監視対象が正常な時に波形分析手段により得られる音の
特徴パターンを、監視対象の各運転条件毎にそれぞれ基
準値として記憶しているデータベース手段と、波形分析
手段による分析値と、その時の監視対象の運転条件に対
応したデータベース手段内の基準値とを比較し、異常の
有無を判定する比較演算手段と、比較演算手段による比
較演算に基づいて異常報知すると共に、分析値の変化率
の傾向を管理して監視対象の寿命を予測する監視手段と
を備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、監視対象が発生する音
波を分析して、監視対象の異常を検出する異常検出装置
に係り、特に監視対象の運転条件が変わっても異常判定
を確実に行ない得るようにした異常検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】最近、例えば回転機器、振動機器、これ
らを装備した装置あるいは設備等、稼働中に音波を発生
する機器・装置あるいは設備においては、その異常を検
出するための異常検出装置が多く用いられている。

【０００３】この種の異常検出装置としては、種々のタ
イプのものがあるが、その一つとして、音響分析による
異常検出装置がある。この従来の音響分析による異常検
出装置は、監視対象である被診断設備で発生する音波を
集音するマイクと、その音波形を表示および記録するシ
ンクロスコープおよびデータレコーダと、その音波形を
パワースペクトラム分析する高速フーリエ変換装置（Ｆ
ＦＴ）と、音波を直接聞くイヤホーンやスピーカ等を組
み合わせて成るもので、これらにより、音色、強弱のパ
ターンをもって、被診断設備が異常か否かを判定するも
のである。

【０００４】しかしながら、このような異常検出装置に
よる異常判定は、ある一定条件下での判定に限られてお
り、監視対象の運転条件が変わった場合には、発生音の
パターンも変化することから、異常の判定を行なうこと
が不可能となる。

【０００５】この点について、具体例を挙げると、例え
ば“特開平２−２９８８２５号公報「電動機の異常判
定」”においては、磁気音を避けるために、無負荷後の
惰性回転時のデータに限っているので、オンライン時に
は異常の判定を行なうことができない。

【０００６】また、“特開平１−１６７６５７号公報
「ＩＣ用リード線溶接状態判定」”においては、検査棒
の材質、溶接点の間隔を特定しているので、材質、寸法
が変わった場合には、正常時でも発生音のパターンは変
化する。

【０００７】さらに、“特開平３−１０１２３号公報
「音響分析による異常検出装置」”においても、ある一
定場所（範囲）の設備をスキャニングしながら音データ
を採取している。そして、設備負荷条件（例えば、ポン
プの流量、圧延機のストリップサイズ等）が変わった時
には、当然のことながら、発生音のパターンが変化す
る。しかしながら、条件が変わった場合には、分析デー
タの判定基準は固定であるため、設備が異常であるにも
かかわらず正常と判定してしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
異常検出装置においては、設備の負荷状態、すなわち監
視対象の運転条件によって変化する発生音のパターンを
考慮していないことから、監視対象の運転条件が変わる
と、異常の判定を行なうことが不可能になるという問題
があった。

【０００９】本発明は、上述のような問題を解決するた
めに成されたもので、監視対象の運転条件が変わっても
異常判定を確実に行なうことが可能な極めて信頼性の高
い異常検出装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、監視対象が発生する音波を分析して、
監視対象の異常を検出する異常検出装置において、監視
対象の診断部分で発生する音波を集音する集音マイク
と、集音マイクにより集音された音波のパワースペクト
ラム分析を行なうと共に、当該分析値の時系列的な変化
率分析を行なう波形分析手段と、監視対象が正常な時に
波形分析手段により得られる音の特徴パターンを、監視
対象の各運転条件毎にそれぞれ基準値として記憶してい
るデータベース手段と、波形分析手段による分析値と、
その時の監視対象の運転条件に対応したデータベース手
段内の基準値とを比較し、異常の有無を判定する比較演
算手段と、比較演算手段による比較演算に基づいて異常
報知すると共に、分析値の変化率の傾向を管理して監視
対象の寿命を予測する監視手段とを備えて構成してい
る。ここで、特に上記監視対象としては、帯状鋼板を所
定寸法に切断する鋼板切断設備である。

【００１１】

【作用】従って、本発明の異常検出装置においては、監
視対象が正常な時における音の特徴パターンを、監視対
象の種々の運転条件毎にそれぞれ基準値として記憶して
いるデータベース手段を備えることにより、監視対象の
運転条件が変わった場合には、その運転条件に対応した
データベース手段内の基準値と分析値とが比較され、異
常の有無が判定される。

【００１２】これにより、監視対象の運転条件が変わっ
ても、その運転条件に応じた正常音を判定基準として異
常判定を行なうことが可能となり、監視対象の運転条件
が変わっても異常判定を確実に行なうことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１は、本発明を監視対象として
帯状鋼板を所定寸法に切断するドラムシャーラインに適
用した場合の異常検出装置の全体構成例を示すブロック
図である。

【００１４】すなわち、本実施例の鋼板切断異常検出装
置は、図１に示すように、集音マイク１と、波形分析装
置２と、プロセスコンピュータ３と、制御装置４と、運
転条件データ装置５と、データベース装置６と、比較演
算装置７と、監視装置８とから構成している。

【００１５】ここで、集音マイク１は、監視対象である
鋼板切断設備１１の診断部分（例えば、切断部分等）に
設置され、その診断部分で発生する音波を集音するもの
である。なお、鋼板切断設備１１は、鋼板切断装置１１
Ａと、鋼板切断装置１１Ａを駆動する電動機１１Ｂとか
らなっている。

【００１６】また、波形分析装置２は、高速フーリエ変
換装置（ＦＦＴ）、および統計分析装置等の他の分析装
置からなり、集音マイク１により集音された音波のパワ
ースペクトラム分析を行なうと共に、当該分析値の時系
列的な変化率分析を行なうものである。さらに、プロセ
スコンピュータ３は、鋼板切断設備１１を運転制御する
ための制御データを収集するものである。

【００１７】さらにまた、制御装置４は、プロセスコン
ピュータ３により収集された制御データに基づいて電動
機１１Ｂを制御する機能、および製品サイズ等を含む製
品仕様データを収集する機能を有するものである。一
方、運転条件データ装置５は、プロセスコンピュータ３
および制御装置４からの各データを複合させて記号化
し、運転条件データを得るものである。

【００１８】また、データベース装置６は、監視対象で
ある鋼板切断設備１１が正常な時に、波形分析装置２に
より得られる音の特徴パターンを、鋼板切断設備１１の
各運転条件毎にそれぞれ基準値として記憶しているもの
である。

【００１９】さらに、比較演算装置７は、波形分析装置
２による分析値と、その時の鋼板切断設備１１の運転条
件に対応したデータベース装置６内の基準値とを比較
し、異常の有無を判定するものである。

【００２０】さらにまた、監視装置８は、比較演算装置
７による比較演算に基づいて異常報知すると共に、分析
値の変化率の傾向を管理して鋼板切断設備１１の寿命を
予測するものである。次に、以上のように構成した本実
施例の鋼板切断異常検出装置の作用について説明する。
図１において、まず、異常判定の基準となる、鋼板切断
設備１１が正常時の音の特徴パターンを、データベース
装置６に蓄える。

【００２１】すなわち、鋼板切断設備１１が正常の時の
音を集音マイク１で集音し、この音を波形分析装置２へ
送り、フーリエ変換により音波のパワースペクトラム分
析を行なうと共に、その分析値の時系列的な変化率分析
を行ない、音の特徴パターンを抽出する。また、この
時、運転条件データ装置５で、プロセスコンピュータ
３、制御装置４からの各データを複合させて記号化し、
その時の運転条件データ（例えば、鋼板の厚さ、幅、温
度、成分、硬度、鋼板の切断長さ、鋼板の送り速度、シ
ヤーの材質等のデータ）を得る。そして、この運転条件
データを、上記抽出された音の特徴パターンと対応さ
せ、鋼板切断設備１１の各運転条件毎にそれぞれ基準値
としてデータベース装置６に蓄える。

【００２２】なお、この運転条件データと音の特徴パタ
ーンは、相関度数で表現し、データ数を増して精度を高
めるためには、ニューロコンピュータ等の学習機能の適
用が有効である。以上のようにして、鋼板切断設備１１
の各運転条件下での正常音の特徴パターンを蓄積したデ
ータベース装置６が構築される。次に、鋼板切断設備１
１のオンラインでの異常判定は次のようにして行なわれ
る。

【００２３】すなわち、鋼板切断設備１１の診断部分で
発生する音波が集音マイク１で集音される。次に、波形
分析装置２で、集音マイク１により集音された音波のパ
ワースペクトラム分析が行なわれると共に、その分析値
の時系列的な変化率分析が行なわれる。

【００２４】一方、プロセスコンピュータ３で、鋼板切
断設備１１を運転制御するための制御データが収集さ
れ、運転条件データ装置５に送られる。また、制御装置
４で、プロセスコンピュータ３により収集された制御デ
ータに基づいて電動機１１Ｂを制御すると共に、製品サ
イズ等を含む製品仕様データを収集し、運転条件データ
装置５に送られる。さらに、運転条件データ装置５で、
プロセスコンピュータ３、制御装置４からの各データを
複合させて記号化し、運転条件データが得られる。そし
て、この運転条件データはデータベース装置６に送ら
れ、その時の鋼板切断設備１１の運転条件に対応した音
の特徴パターンが、データベース装置６内から基準値と
して取り出される。

【００２５】次に、比較演算装置７で、このデータベー
ス装置６内から取り出された基準値と、波形分析装置２
による分析値とが比較され、鋼板切断設備１１の異常の
有無が判定される。すなわち、基準値に対する分析値の
偏差が設定値以上であると、鋼板切断設備１１に異常が
あると判定される。

【００２６】さらに、この鋼板切断設備１１の異常が判
定されると、監視装置８でその旨が報知されると共に、
上記分析値の変化率の傾向を管理して、鋼板切断設備１
１の残存寿命が予測される。

【００２７】以上により、監視対象である鋼板切断設備
１１の運転条件が変わっても、その運転条件に応じた正
常音のパターンを判定基準として異常判定が行なわれる
ため、鋼板切断設備１１の運転条件が変わっても、異常
判定を確実に行なうことができる。次に、上記鋼板切断
設備１１の異常判定について、図２を用いてより具体的
に説明する。

【００２８】本実施例の鋼板切断異常検出装置では、帯
状鋼板を所定寸法に切断するドラムシャーラインにおけ
る鋼板切断設備１１の鋼板切断装置１１Ａの状態（刃の
鋭さと切れ味）を、切断音のサイクル性と周波数スペク
トルで判定する。

【００２９】ここで、サイクルは、鋼板の送り速度、切
断長さによって変わる。また、周波数スペクトルは、鋼
板の厚み、材質、成分硬度、刃の硬度によって変わる。
さらに、刃の形状（鋭さ）、刃間のギャップによって、
図２に示すように、ピーク値、およびそのピークの発生
タイミング（または、切断指令後のピーク波形の発生パ
ターン）が変わる。

【００３０】なお、図２において、ｆ₁ は第１位スペク
トル周波数、ｆ₂ は第２位スペクトル周波数、ｔ₁₀は１
枚目切断遅れ時間、ｔ₂₀は２枚目切断遅れ時間、ｔ₁₁は
…１枚目切断音時定数、ｔ₂₁は２枚目切断音時定数、ｔ
₁₂は１−２枚切断時間間隔、ｄＢｆ₁₁は１枚目切断音最
大音圧、ｄＢｆ₂₁は２枚目切断音最大音圧をそれぞれ示
している。

【００３１】従って、以上の特徴量を計測し、これをそ
の時の運転条件に応じた基準値と比較して、その傾向を
管理することにより、鋼板切断設備１１の異常状態（劣
化部位、劣化度）を把握することができる。

【００３２】上述したように、本実施例では、監視対象
である、帯状鋼板を所定寸法に切断するドラムシャーラ
インの鋼板切断設備１１が発生する音波を分析して、監
視対象の異常を検出する鋼板切断異常検出装置を、監視
対象である鋼板切断設備１１の診断部分（例えば、切断
部分等）に設置され、その診断部分で発生する音波を集
音する集音マイク１と、集音マイク１により集音された
音波のパワースペクトラム分析を行なうと共に、当該分
析値の時系列的な変化率分析を行なう波形分析装置２
と、鋼板切断設備１１を運転制御するための制御データ
を収集するプロセスコンピュータ３と、プロセスコンピ
ュータ３により収集された制御データに基づいて電動機
１１Ｂを制御する機能、および製品サイズ等を含む製品
仕様データを収集する機能を有する制御装置４と、プロ
セスコンピュータ３および制御装置４からの各データを
複合させて記号化し、運転条件データを得る運転条件デ
ータ装置５と、監視対象である鋼板切断設備１１が正常
な時に、波形分析装置２により得られる音の特徴パター
ンを、鋼板切断設備１１の各運転条件毎にそれぞれ基準
値として記憶しているデータベース装置６と、波形分析
装置２による分析値と、その時の鋼板切断設備１１の運
転条件に対応したデータベース装置６内の基準値とを比
較し、異常の有無を判定する比較演算装置７と、比較演
算装置７による比較演算に基づいて異常報知すると共
に、分析値の変化率の傾向を管理して鋼板切断設備１１
の寿命を予測する監視装置８とから構成したものであ
る。従って、次のような種々の効果が得られるものであ
る。

【００３３】（ａ）監視対象である鋼板切断設備１１の
運転条件が変わっても、その運転条件に応じた正常音の
パターンを判定基準として異常判定をオンラインで行な
うため、鋼板切断設備１１の運転条件が変わっても、鋼
板切断設備１１の異常判定を確実に行なうことが可能と
なる。 （ｂ）鋼板切断設備１１の異常判定をオンラインで行な
うため、オペレータが鋼板切断設備１１の異常を判定す
るための常時監視を行なうことが不要となる。 （ｃ）鋼板切断設備１１の異常判定をオンラインで行な
うため、オペレータの五感による判定によって生じる個
人差（ばらつき）が無くなる。 （ｄ）鋼板切断設備１１の異常判定をオンラインで行な
うため、オペレータが異常に気付くのが遅れた時の格落
ち損失が無くなる。 （ｅ）鋼板切断装置１１Ａのガタ等を事前に把握するこ
とにより、鋼板の切断長の変動を防止することが可能と
なる。

【００３４】（ｆ）鋼板切断装置１１Ａの刃の状態を把
握することにより、シャープな切断面を維持できると共
に、刃の磨耗管理により、鋼板切断装置１１Ａの残存寿
命を予測することが可能となる。 以上により、鋼板切断装置１１Ａの劣化状態を切断音に
て検出し、製品不良の発生を未然に防止することができ
る。尚、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲で、種々に変形して実施
できるものである。

【００３５】上記実施例では、本発明を帯状鋼板を所定
寸法に切断する鋼板切断設備に適用した場合について説
明したが、これに限らず、その他の回転機器、振動機
器、これらを装備した装置あるいは設備等、稼働中に音
波を発生する機器・装置あるいは設備についても、本発
明を同様に適用して同様の効果を得ることができるもの
である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、監
視対象が発生する音波を分析して、監視対象の異常を検
出する異常検出装置において、監視対象の診断部分で発
生する音波を集音する集音マイクと、集音マイクにより
集音された音波のパワースペクトラム分析を行なうと共
に、当該分析値の時系列的な変化率分析を行なう波形分
析手段と、監視対象が正常な時に波形分析手段により得
られる音の特徴パターンを、監視対象の各運転条件毎に
それぞれ基準値として記憶しているデータベース手段
と、波形分析手段による分析値と、その時の監視対象の
運転条件に対応したデータベース手段内の基準値とを比
較し、異常の有無を判定する比較演算手段と、比較演算
手段による比較演算に基づいて異常報知すると共に、分
析値の変化率の傾向を管理して監視対象の寿命を予測す
る監視手段とを備えて構成したので、監視対象の運転条
件が変わっても異常判定を確実に行なうことが可能な極
めて信頼性の高い異常検出装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を監視対象として帯状鋼板を所定寸法に
切断するドラムシャーラインに適用した場合の異常検出
装置の一実施例を示すブロック図。

【図２】同実施例における音響を分析している波形の一
例を示す図。

【符号の説明】

１…集音マイク、２…波形分析装置、３…プロセスコン
ピュータ、４…制御装置、５…運転条件データ装置、６
…データベース装置、７…比較演算装置、８…監視装
置、１１…鋼板切断設備、１１Ａ…鋼板切断装置、１１
Ｂ…電動機、ｆ₁…第１位スペクトル周波数、ｆ₂ …第
２位スペクトル周波数、ｔ₁₀…１枚目切断遅れ時間、ｔ
₂₀…２枚目切断遅れ時間、ｔ₁₁…１枚目切断音時定数、
ｔ₂₁…２枚目切断音時定数、ｔ₁₂…１−２枚切断時間間
隔、ｄＢｆ₁₁…１枚目切断音最大音圧、ｄＢｆ₂₁…２枚
目切断音最大音圧。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 監視対象が発生する音波を分析して、前
   記監視対象の異常を検出する異常検出装置において、 前記監視対象の診断部分で発生する音波を集音する集音
   マイクと、 前記集音マイクにより集音された音波のパワースペクト
   ラム分析を行なうと共に、当該分析値の時系列的な変化
   率分析を行なう波形分析手段と、 前記監視対象が正常な時に前記波形分析手段により得ら
   れる音の特徴パターンを、前記監視対象の各運転条件毎
   にそれぞれ基準値として記憶しているデータベース手段
   と、 前記波形分析手段による分析値と、その時の前記監視対
   象の運転条件に対応した前記データベース手段内の基準
   値とを比較し、異常の有無を判定する比較演算手段と、 前記比較演算手段による比較演算に基づいて異常報知す
   ると共に、前記分析値の変化率の傾向を管理して前記監
   視対象の寿命を予測する監視手段と、 を備えて成ることを特徴とする異常検出装置。
2. 【請求項２】 前記監視対象としては、帯状鋼板を所定
   寸法に切断する鋼板切断設備であることを特徴とする請
   求項１に記載の異常検出装置。