WO2023195044A1 - 歯車異常検知装置および歯車異常検知方法 - Google Patents

歯車異常検知装置および歯車異常検知方法 Download PDF

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acceleration
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signal section
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沙知 板垣
昌 明日香
元嗣 小崎
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三菱電機株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/021—Gearings

Definitions

  • the present disclosure relates to a gear abnormality detection device and a gear abnormality detection method that detect abnormalities in gears.
  • a sensor is used to detect the unevenness of gears rotated by a motor, etc., and abnormalities such as missing teeth in the rotating gear are detected based on the signal corresponding to the unevenness output from the sensor. ing. Assuming that the gear is provided with teeth so that the unevenness is evenly spaced and the gear is rotating at a constant speed, the ratio of the width of the signal corresponding to the concave part of the gear to the width of the signal corresponding to the convex part of the gear is 1: Becomes 1.
  • the ratio of the width of a signal corresponding to a concave portion of a gear to the width of a signal corresponding to a subsequent convex portion of the gear is not 1:1.
  • Patent Document 1 discloses a technology that improves the accuracy of detecting missing teeth in a gear by changing the missing tooth determination value depending on the rotational state of the gear, that is, whether it is in an acceleration state or a deceleration state. has been done.
  • the gear in which the teeth are missing is a crank rotor that rotates integrally with the crankshaft, but teeth are continuously arranged at specified intervals around the outer periphery of the crank rotor.
  • the gear whose abnormality is to be detected is a dedicated gear. Therefore, there is a problem in that it is not possible to detect abnormalities in general gears in which teeth are continuously arranged at regular intervals around the entire outer circumference.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to provide a gear abnormality detection device that can improve the accuracy of detecting abnormalities in rotating gears.
  • the gear abnormality detection device of the present disclosure detects a first signal section indicating a concavity of the gear and a second signal section indicating a convexity of the gear from a sensor that detects the concavity and convexity of the gear.
  • an acquisition unit that acquires a pulse signal in which signal sections of Determining the presence or absence of an abnormality in the gear based on the ratio, and further using at least one of the acceleration and jerk of an object that operates in accordance with the rotation of the gear in the first signal section and the second signal section.
  • the present invention is characterized by comprising a calculation unit that determines whether or not there is an abnormality in the gear.
  • the gear abnormality detection device of the present disclosure has the effect of improving the accuracy of detecting abnormalities in rotating gears.
  • a diagram showing a configuration example of a gear abnormality detection device according to Embodiment 1 A diagram showing a pulse signal output from a sensor according to Embodiment 1 A first diagram showing a pulse signal output from the sensor according to Embodiment 1 when there is an abnormality in the gear. A second diagram showing a pulse signal output from the sensor according to Embodiment 1 when there is an abnormality in the gear Flowchart showing the operation of the gear abnormality detection device according to the first embodiment A diagram showing the length of time of each signal section measured by the calculation unit of the gear abnormality detection device according to Embodiment 1. A diagram showing the length of time of each signal section when the gear is rotating with acceleration, measured by the calculation unit of the gear abnormality detection device according to Embodiment 1.
  • a first flowchart showing the operation of the gear abnormality detection device according to the second embodiment A second flowchart showing the operation of the gear abnormality detection device according to the second embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment.
  • the gear abnormality detection device 30 is a device that detects an abnormality in the rotating gear 10.
  • the gear abnormality detection device 30 is mounted on a railway vehicle 40. Further, the gear abnormality detection device 30 is connected to the sensor 20.
  • the gear abnormality detection device 30 and the sensor 20 may be connected by wire or wirelessly.
  • the gear 10 is provided on a railway vehicle 40.
  • the gear 10 is a detection target of the sensor 20 and an abnormality detection target of the gear abnormality detection device 30.
  • the gear 10 rotates in conjunction with the rotation of an axle of a wheel (not shown) of the railway vehicle 40, that is, the gear 10 is attached to a position where the speed of rotation changes depending on the speed of the railway vehicle 40. shall be.
  • the sensor 20 detects the unevenness of the gear 10.
  • the sensor 20 generates and outputs a pulse signal in which a first signal section indicating a concavity of the gear 10 and a second signal section indicating a convexity of the gear 10 are alternately successive as a result of detecting the concavity and convexity of the gear 10 .
  • the method for the sensor 20 to detect the unevenness of the gear 10 may be a general detection method, and for example, a method similar to that of the gear tooth detection section described in Patent Document 1 may be used.
  • the gear abnormality detection device 30 includes an acquisition section 31 and a calculation section 32.
  • the acquisition unit 31 acquires the above-mentioned pulse signal from the sensor 20.
  • the arithmetic unit 32 uses the pulse signal acquired by the acquisition unit 31 to calculate the speed of the gear based on the ratio of the first time length of the first signal section to the second time length of the second signal section. The presence or absence of 10 abnormalities is determined.
  • the calculation unit 32 further determines whether or not there is an abnormality in the gear 10 using at least one of the acceleration and jerk of an object that moves according to the rotation of the gear 10 in the first signal section and the second signal section. judge.
  • the object that moves according to the rotation of the gear 10 is the railway vehicle 40 or the wheels of the railway vehicle 40.
  • the explanation will be given assuming that the object that moves according to the rotation of the gear 10 is the railway vehicle 40.
  • FIG. 2 is a diagram showing a pulse signal output from the sensor 20 according to the first embodiment.
  • the section P1 is the above-mentioned first signal section
  • the section P2 is the above-mentioned second signal section.
  • the section P1 may be the second signal section
  • the section P2 may be the first signal section.
  • the concave sections and convex sections of the gear 10 are equally spaced. Therefore, when the gear 10 is rotating at a constant speed, the first signal section and the second signal section have the same length of time and are equally spaced.
  • FIG. 3 is a first diagram showing a pulse signal output from the sensor 20 according to the first embodiment when there is an abnormality in the gear 10. For example, if an abnormality occurs such as one tooth of the gear 10 being chipped, as shown in FIG. 3, the part that would normally be detected as the second signal section disappears, and the first signal section continues. become. In such a case, the sensor 20 periodically outputs a pulse signal including a portion where the first signal section is continuous, as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a second diagram showing a pulse signal output from the sensor 20 according to the first embodiment when there is an abnormality in the gear 10. For example, if an abnormality occurs such as dust or the like adhering between a certain tooth of the gear 10 and an adjacent tooth, as shown in FIG. This means that the signal sections are continuous. In such a case, the sensor 20 periodically outputs a pulse signal including a continuous second signal section, as shown in FIG. 4 .
  • the gear abnormality detection device 30 uses a plurality of detection methods to detect abnormalities in the gear 10. Thereby, in detecting an abnormality in the gear 10, the gear abnormality detection device 30 can improve the accuracy of detecting an abnormality in the rotating gear 10 while suppressing false detection. The specific operation of the gear abnormality detection device 30 will be described below.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment.
  • the acquisition unit 31 acquires a pulse signal from the sensor 20 (step S1).
  • the calculation unit 32 uses the pulse signal from the sensor 20 acquired by the acquisition unit 31 to determine whether the ratio of the lengths of adjacent signal sections is within a specified threshold (step S2). That is, the calculation unit 32 performs a first process that determines whether or not there is an abnormality in the gear 10 based on the ratio between the first time length of the first signal section and the second time length of the second signal section. Make a judgment.
  • the ratio of the first time length of the first signal section to the second time length of the second signal section which is the target of threshold comparison, is the ratio of the first time length of the first signal section.
  • the longer time length is taken as the numerator, and the obtained value is taken as the shorter time length as the denominator. That is, the ratio of the first time length of the first signal section to the second time length of the second signal section is 1 or more.
  • the calculation unit 32 measures the length of time of each signal section included in the pulse signal.
  • FIG. 6 is a diagram showing the length of time of each signal section measured by the calculation unit 32 of the gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment.
  • the first time corresponding to the first signal section is represented by t1
  • the second time corresponding to the second signal section is represented by t2.
  • the first signal section and the second signal section are equally spaced. That is, the length of time of the first signal section and the length of time of the second signal section are the same.
  • the gear 10 is accelerating or decelerating, the length of time of each signal section becomes different.
  • FIG. 7 is a diagram showing the length of time of each signal section when the gear 10 is rotating with acceleration, as measured by the calculation unit 32 of the gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the length of time of each signal section when the gear 10 is rotating with deceleration, as measured by the calculation unit 32 of the gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment.
  • the concave sections and convex sections of the gear 10 are equally spaced, and since the gear 10 rotates in conjunction with the rotation of the axle of the wheel of the railway vehicle 40, one concave section of the gear 10 The distance traveled by the railway vehicle 40 on one convex portion of the gear 10 is the same.
  • the pulse signal output from the sensor 20 changes over the time of each signal section, as shown in FIG. becomes shorter in length. Further, when the railway vehicle 40 is running at a reduced speed, that is, when the gear 10 is rotating at a reduced speed, the pulse signal output from the sensor 20 is changed over the time of each signal section, as shown in FIG. The length of becomes longer.
  • step S2 Yes
  • step S2 If the ratio of the time lengths of adjacent signal sections when the shorter signal section time length is used as the denominator exceeds a preset threshold of 1.5 (step S2: No), the calculation unit 32 calculates , it is determined that the gear 10 has an abnormality as shown in FIG. 3 or 4 (step S5).
  • the threshold value of 1.5 is an example, and is not limited to this.
  • a maintenance person or the like of a railway company operating the railway vehicle 40 may set the threshold value in consideration of the expected acceleration of the railway vehicle 40, the number of teeth of the gear 10, etc.
  • the calculation unit 32 determines whether the absolute value of the acceleration obtained by the calculation is within the absolute value of the maximum acceleration specified for the railway vehicle 40 (step S3).
  • the calculation unit 32 calculates the first speed of the railway vehicle 40 in the first signal section from the first length of time, and calculates the first speed of the railway vehicle 40 in the second signal section from the second length of time.
  • the second speed of the second speed is calculated.
  • the calculation unit 32 divides the travel distance traveled by the railway vehicle 40 on one concave or convex portion of the gear 10 by the length of time of each signal section determined in step S2, and calculates the distance for each signal.
  • the speed of the railway vehicle 40 in the section can be calculated.
  • the calculation unit 32 calculates the first acceleration of the railway vehicle 40 in the first signal section, which is the first speed change rate in the first signal section, and A second acceleration of the railway vehicle 40 in the second signal section, which is a rate of change in speed, is calculated. Then, the calculation unit 32 determines whether there is an abnormality in the gear 10 by comparing the absolute value of the first acceleration and the absolute value of the second acceleration with the absolute value of the maximum acceleration specified for the railway vehicle 40. A second determination is made.
  • FIG. 9 is a diagram showing the acceleration of the railway vehicle 40 in each signal section calculated by the calculation unit 32 of the gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment.
  • the first acceleration corresponding to the first signal section is represented by a1
  • the second acceleration corresponding to the second signal section is represented by a2. Note that the acceleration when the railway vehicle 40 is decelerating has a negative value.
  • the calculation unit 32 can obtain the first acceleration by differentiating the first velocity, and can obtain the second acceleration by differentiating the second velocity, but is not limited to this.
  • the arithmetic unit 32 calculates the acceleration for the two signal sections using the time length and speed of the two adjacent signal sections, and shifts the combination of signal sections one by one to obtain the same number of signal sections. The acceleration of can be found.
  • step S3: Yes the calculation unit 32 determines that there is no abnormality in the gear 10, Proceed to step S4.
  • step S3: No the calculation unit 32 causes the gear 10 to perform a process as shown in FIG. 3 or 4. It is determined that such an abnormality exists (step S5). Note that when the absolute value of the maximum acceleration specified for the railway vehicle 40 differs between when the acceleration is positive and when the acceleration is negative, the calculation unit 32 calculates the first acceleration or the first acceleration determined by the calculation.
  • the absolute value of the maximum acceleration to be compared may be changed depending on whether the second acceleration is positive or negative.
  • the calculation unit 32 determines whether the absolute value of the jerk obtained by the calculation is within the absolute value of the maximum jerk specified for the railway vehicle 40 (step S4).
  • the calculation unit 32 calculates the first jerk of the 40 railway cars in the first signal section, which is the rate of change of the first acceleration in the first signal section, and The second jerk of the railway vehicle 40 in the second signal section, which is the rate of change of acceleration of 2, is calculated.
  • the calculation unit 32 determines whether the gear 10 is abnormal by comparing the absolute value of the first jerk and the second absolute value with the absolute value of the maximum jerk specified for the railway vehicle 40. A third determination is made to determine the presence or absence.
  • FIG. 10 is a diagram showing the jerk of the railway vehicle 40 in each signal section calculated by the calculation unit 32 of the gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment.
  • the first jerk corresponding to the first signal section is represented by y1
  • the second jerk corresponding to the second signal section is represented by y2.
  • the calculation unit 32 can obtain the first jerk by differentiating the first acceleration, and can obtain the second jerk by differentiating the second acceleration, but is not limited to this.
  • the calculation unit 32 calculates the jerk for the two signal sections using the time length and acceleration of the two adjacent signal sections, and shifts the combination of the signal sections one by one to determine the signal sections. The same number of jerks can be obtained.
  • step S4: Yes If the absolute value of the jerk obtained by the calculation is within the absolute value of the maximum jerk specified for the railway vehicle 40 (step S4: Yes), the calculation unit 32 determines that there is no abnormality in the gear 10. Then, the process returns to step S1 and the above-described operations are repeated.
  • step S4: No the calculation unit 32 causes the gear 10 to perform the process shown in FIG. 3 or 4. It is determined that there is an abnormality as shown in (step S5).
  • the calculation unit 32 calculates the maximum jerk by calculation.
  • the absolute value of the maximum jerk to be compared may be changed depending on whether the first jerk or the second jerk is positive or negative.
  • the calculation unit 32 determines whether the number of times it has been determined that there is an abnormality within a specified period has reached a specified number of times (step S6). In this embodiment, the calculation unit 32 determines whether or not there is an abnormality in the gear 10 using a plurality of determination methods. In this case, compared to the case where it is determined whether or not there is an abnormality in the gear 10 using one determination method, the possibility of determining that there is an abnormality in the gear 10 is higher, but the possibility of false detection is also higher. Become.
  • step S6: No the process returns to step S1 and the above-described operations are repeated.
  • step S6: Yes the calculation unit 32 actually determines whether It is determined that there is an abnormality in the gear 10 and that the abnormality in the gear 10 has been detected.
  • the calculation unit 32 notifies, for example, the driver of the railway vehicle 40 that an abnormality in the gear 10 has been detected.
  • the calculation unit 32 may notify the driver of the railway vehicle 40 that an abnormality in the gear 10 has been detected, and may perform operations such as applying an emergency brake of the railway vehicle 40.
  • step S6 is not limited to three times, but may be two times, or four or more times.
  • the calculation unit 32 may count the number of times it is determined that there is an abnormality in the gear 10 in step S6 for each determination method in step S2, step S3, and step S4, or may count the number of times it is determined that there is an abnormality in the gear 10 in step S6. Counting may be performed regardless of the determination method in step S4. In this way, the calculation unit 32 determines that an abnormality in the gear 10 has been detected when the number of times it has been determined that the gear 10 has an abnormality using any of the determination methods within the specified period reaches the specified number of times. do.
  • the gear abnormality detection device 30 determines whether or not there is an abnormality in the gear 10 using three determination methods shown in step S2, step S3, and step S4. It is assumed that if there is an abnormality in the gear 10, the abnormality in the gear 10 can be detected in many cases using the first determination method in step S2.
  • a case in which the calculation unit 32 cannot determine that there is an abnormality in the gear 10 using the first determination method in step S2, but can determine that there is an abnormality in the gear 10 using the second determination method in step S3 is, for example, a railway vehicle. This is a case where vehicle No. 40 is traveling at low speed.
  • the second determination method in step S3 is to detect an abnormality in the gear 10 when the speed suddenly changes exceeding a reference value while the railway vehicle 40 is running at a low speed, that is, when the acceleration changes. be.
  • the calculation unit 32 determines whether the railway vehicle 40 is traveling at 8.0 km/h in the next signal section of the pulse signal. It is possible to detect situations such as changes in speed.
  • the calculation unit 32 cannot determine that there is an abnormality in the gear 10 using the first determination method in step S2 and the second determination method in step S3, and determines that there is an abnormality in the gear 10 using the third determination method in step S4.
  • a case where it can be determined is, for example, a case where the railway vehicle 40 is traveling at a lower speed than the speed assumed in step S3.
  • the third determination method in step S4 is to detect an abnormality in the gear 10 when the acceleration changes significantly while the railway vehicle 40 is traveling at a lower speed than the speed assumed in step S3. .
  • the calculation unit 32 determines, for example, that when the railway vehicle 40 is traveling at 2.0 km/h, the acceleration is 2.0 km in the next signal section of the pulse signal. It is possible to detect a situation where the acceleration changes greatly, such as when the speed changes at a rate of /h and then in the next signal section of the pulse signal, the acceleration changes at a rate of -2.0 km/h.
  • the acquisition unit 31 is an interface that can acquire pulse signals from the sensor 20.
  • the calculation unit 32 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a memory that stores a program and a processor that executes the program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • the processing circuit is also called a control circuit.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the configuration of the processing circuit 90 when the processing circuit of the gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment is implemented by the processor 91 and the memory 92.
  • a processing circuit 90 shown in FIG. 11 is a control circuit and includes a processor 91 and a memory 92.
  • each function of the processing circuit 90 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software or firmware is written as a program and stored in memory 92.
  • each function is realized by a processor 91 reading and executing a program stored in a memory 92.
  • the processing circuit 90 includes a memory 92 for storing a program by which the processing of the gear abnormality detection device 30 is executed.
  • This program can also be said to be a program for causing the gear abnormality detection device 30 to execute each function realized by the processing circuit 90.
  • This program may be provided by a storage medium in which the program is stored, or may be provided by other means such as a communication medium.
  • the acquisition unit 31 receives a pulse signal from the sensor 20 that detects the unevenness of the gear 10, in which a first signal section indicating a concave portion of the gear 10 and a second signal section indicating a convex portion of the gear 10 are consecutive. a first step of obtaining the first time length of the first signal section and a second time length of the second signal section using the pulse signal. The presence or absence of an abnormality in the gear 10 is determined using It can also be said that this is a program that causes the gear abnormality detection device 30 to execute the second step of determining the presence or absence of an abnormality in step 10.
  • the processor 91 is, for example, a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 92 may be a nonvolatile or volatile memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), or EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM). This includes semiconductor memory, magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, and DVDs (Digital Versatile Discs).
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of the configuration of the processing circuit 93 in the case where the processing circuit of the gear abnormality detection device 30 according to the first embodiment is configured with dedicated hardware.
  • the processing circuit 93 shown in FIG. 12 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination of these. applicable.
  • a part may be realized by dedicated hardware, and a part may be realized by software or firmware. In this way, the processing circuit 93 can realize each of the above functions using dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the gear abnormality detection device 30 uses the pulse signal acquired from the sensor 20 that detects the irregularities of the gear 10 to detect the first time in the first signal section. A first determination is made to determine whether there is an abnormality in the gear 10 based on the ratio between the length and the second time length of the second signal section. Furthermore, the gear abnormality detection device 30 determines whether or not there is an abnormality in the gear 10 by comparing the absolute value of the first acceleration and the absolute value of the second acceleration with the absolute value of the maximum acceleration specified for the railway vehicle 40. A second determination is made to determine whether the gear 10 A third determination is made to determine whether or not there is an abnormality.
  • the gear abnormality detection device 30 can improve the accuracy of detecting abnormalities in the rotating gear 10. Furthermore, the gear abnormality detection device 30 can detect abnormalities in the gear 10, not in a dedicated gear as described in Patent Document 1, but in a gear 10 having a general configuration. Furthermore, the gear abnormality detection device 30 can detect abnormalities in the gear 10 without using any sensor other than the sensor 20 or any other device for detecting abnormalities in the gear 10.
  • the gear 10 whose abnormality is detected by the gear abnormality detection device 30 is mounted on the railway vehicle 40, but the present invention is not limited to this.
  • the gear 10 whose abnormality is detected by the gear abnormality detection device 30 may be mounted on a moving body other than the railway vehicle 40.
  • the gear abnormality detection device 30 can detect an abnormality also in, for example, a gear 10 mounted on a machine tool or the like having a movable part.
  • the gear abnormality detection device 30 is mounted on the railway vehicle 40, but the present invention is not limited to this.
  • the gear abnormality detection device 30 may be installed outside the railway vehicle 40 as long as the acquisition unit 31 can acquire the pulse signal output from the sensor 20 by wireless communication.
  • the gear abnormality detection device 30 performs three determination methods including a first determination, a second determination, and a third determination in order to detect an abnormality in the gear 10.
  • a case will be described in which the gear abnormality detection device 30 simplifies the operation of the determination method for detecting an abnormality in the gear 10.
  • the configuration of the gear abnormality detection device 30 is similar to the configuration of the gear abnormality detection device 30 of the first embodiment shown in FIG.
  • the gear abnormality detection device 30 detects an abnormality in the gear 10 by performing the operation shown in the flowchart shown in FIG. It is also possible that the abnormality of the gear 10 has never been detected using the determination method 3.
  • the calculation unit 32 cannot determine that there is an abnormality in the gear 10 using the first determination method in step S2, but can determine that there is an abnormality in the gear 10 using the second determination method in step S3.
  • the gear abnormality detection device 30 uses the second determination method in step S3 or the third determination method in step S4, in which the frequency of detecting abnormalities in the gear 10 is low, taking into account the processing load and the like. May be omitted.
  • FIG. 13 is a first flowchart showing the operation of the gear abnormality detection device 30 according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a second flowchart showing the operation of the gear abnormality detection device 30 according to the second embodiment.
  • the flowchart shown in FIG. 13 is obtained by removing the third determination method in step S4 from the flowchart of the first embodiment shown in FIG.
  • the flowchart shown in FIG. 14 is the same as the flowchart of the first embodiment shown in FIG. 5, except that the second determination method in step S3 is deleted. Since the operation of each step is similar to that in the first embodiment, detailed explanation will be omitted. However, in the flowchart shown in FIG. 14, since step S3 is omitted, the calculation unit 32 of the gear abnormality detection device 30 calculates the speed in each signal section and the acceleration in each signal section in step S4. It is necessary to perform calculations.
  • the gear abnormality detection device 30 uses the third determination method in step S4 or the second determination method in step S3, depending on the actual abnormality detection situation of the gear 10. The determination method is omitted. Thereby, the gear abnormality detection device 30 can reduce the processing load when detecting an abnormality in the gear 10, depending on the actual detection situation of the abnormality in the gear 10.

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Abstract

歯車異常検知装置（３０）は、歯車（１０）の凹凸を検知するセンサ（２０）から、歯車（１０）の凹を示す第１の信号区間および歯車（１０）の凸を示す第２の信号区間が交互に連続するパルス信号を取得する取得部（３１）と、パルス信号を用いて、第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率に基づいて歯車（１０）の異常の有無を判定し、さらに第１の信号区間および第２の信号区間における、歯車（１０）の回転に応じて動作する物体の加速度および加加速度のうち少なくとも１つを用いて、歯車（１０）の異常の有無を判定する演算部（３２）と、を備える。

Description

歯車異常検知装置および歯車異常検知方法
　本開示は、歯車の異常を検知する歯車異常検知装置および歯車異常検知方法に関する。
　従来、モータなどによって回転する歯車の凹凸を、センサを用いて検知し、センサから出力される凹凸に対応する信号に基づいて、回転中の歯車の歯欠けなどの異常を検知することが行われている。凹凸が等間隔になるように歯車に歯が設けられ、歯車が等速で回転しているとすると、歯車の凹に対応する信号の幅と凸に対応する信号の幅との比率は１：１になる。したがって、歯車において凹に対応する信号の幅とその後に続く凸に対応する信号の幅との比率を比較することで、歯車の歯欠けなどの異常を検知することができる。しかしながら、歯車が加速または減速しているような状況では、歯車の凹に対応する信号の幅とその後に続く凸に対応する信号の幅との比率は１：１にならない。
　このような問題に対して、特許文献１では、歯車の回転状態、すなわち加速状態か減速状態かによって、欠歯判定値を変更することで、歯車の欠歯の検知精度を向上させる技術が開示されている。
特開２０１７－４８６８４号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、歯欠けの対象の歯車をクランク軸と一体的に回転するクランクロータとしているが、クランクロータの外周には、規定の間隔で歯が連続して配置されている部分と、予め歯が配置されていない部分とが存在する。すなわち、異常を検知する対象の歯車は、専用の歯車である。そのため、外周全てに規定の間隔で歯が連続して配置されているような一般的な歯車の異常については検知できない、という問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、回転している歯車の異常を検知する精度を向上可能な歯車異常検知装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の歯車異常検知装置は、歯車の凹凸を検知するセンサから、歯車の凹を示す第１の信号区間および歯車の凸を示す第２の信号区間が交互に連続するパルス信号を取得する取得部と、パルス信号を用いて、第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率に基づいて歯車の異常の有無を判定し、さらに第１の信号区間および第２の信号区間における、歯車の回転に応じて動作する物体の加速度および加加速度のうち少なくとも１つを用いて、歯車の異常の有無を判定する演算部と、を備えることを特徴とする。
　本開示の歯車異常検知装置は、回転している歯車の異常を検知する精度を向上させることができる、という効果を奏する。
実施の形態１に係る歯車異常検知装置の構成例を示す図 実施の形態１に係るセンサから出力されるパルス信号を示す図 実施の形態１に係るセンサから歯車に異常が有るときに出力されるパルス信号を示す第１の図 実施の形態１に係るセンサから歯車に異常が有るときに出力されるパルス信号を示す第２の図 実施の形態１に係る歯車異常検知装置の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る歯車異常検知装置の演算部で測定された各信号区間の時間の長さを示す図 実施の形態１に係る歯車異常検知装置の演算部で測定された歯車が加速して回転しているときの各信号区間の時間の長さを示す図 実施の形態１に係る歯車異常検知装置の演算部で測定された歯車が減速して回転しているときの各信号区間の時間の長さを示す図 実施の形態１に係る歯車異常検知装置の演算部で演算された各信号区間での鉄道車両の加速度を示す図 実施の形態１に係る歯車異常検知装置の演算部で演算された各信号区間での鉄道車両の加加速度を示す図 実施の形態１に係る歯車異常検知装置の処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成の一例を示す図 実施の形態１に係る歯車異常検知装置の処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の構成の一例を示す図 実施の形態２に係る歯車異常検知装置の動作を示す第１のフローチャート 実施の形態２に係る歯車異常検知装置の動作を示す第２のフローチャート
　以下に、本開示の実施の形態に係る歯車異常検知装置および歯車異常検知方法を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の構成例を示す図である。歯車異常検知装置３０は、回転する歯車１０の異常を検知する装置である。歯車異常検知装置３０は、鉄道車両４０に搭載される。また、歯車異常検知装置３０は、センサ２０に接続される。歯車異常検知装置３０とセンサ２０とは、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。
　歯車１０は、鉄道車両４０に設けられたものである。歯車１０は、センサ２０の検知対象であり、歯車異常検知装置３０による異常検知対象である。本実施の形態では、歯車１０は、鉄道車両４０の図示しない車輪の車軸の回転に連動して回転する、すなわち鉄道車両４０の速度に応じて回転の速度が変化する位置に取り付けられているものとする。
　センサ２０は、歯車１０の凹凸を検知する。センサ２０は、歯車１０の凹凸の検知結果として、歯車１０の凹を示す第１の信号区間および歯車１０の凸を示す第２の信号区間が交互に連続するパルス信号を生成して出力する。なお、センサ２０が歯車１０の凹凸を検知する方法については、一般的な検知方法でよく、例えば、特許文献１に記載されているギア歯検知部と同様の方法を用いてもよい。
　歯車異常検知装置３０は、取得部３１と、演算部３２と、を備える。取得部３１は、センサ２０から前述のパルス信号を取得する。演算部３２は、取得部３１で取得されたパルス信号を用いて、第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率に基づいて歯車１０の異常の有無を判定する。演算部３２は、さらに第１の信号区間および第２の信号区間における、歯車１０の回転に応じて動作する物体の加速度および加加速度のうち少なくとも１つを用いて、歯車１０の異常の有無を判定する。本実施の形態において、歯車１０の回転に応じて動作する物体とは、鉄道車両４０、または鉄道車両４０の車輪となる。以降では、歯車１０の回転に応じて動作する物体が鉄道車両４０であるとして説明する。
　ここで、センサ２０から出力されるパルス信号について説明する。図２は、実施の形態１に係るセンサ２０から出力されるパルス信号を示す図である。図２において、Ｐ１の区間が前述の第１の信号区間であり、Ｐ２の区間が前述の第２の信号区間である。なお、Ｐ１の区間を第２の信号区間とし、Ｐ２の区間を第１の信号区間としてもよい。一般的な歯車１０では、歯車１０の凹の区間と凸の区間とは等間隔になる。そのため、歯車１０が等速で回転している場合、第１の信号区間と第２の信号区間とは同じ時間の長さとなり、等間隔になる。
　図３は、実施の形態１に係るセンサ２０から歯車１０に異常が有るときに出力されるパルス信号を示す第１の図である。例えば、歯車１０のある１つの歯の部分が欠けるような異常が発生すると、図３に示すように、本来第２の信号区間として検知される部分がなくなり、第１の信号区間が連続することになる。このような場合、センサ２０は、図３に示すように、定期的に、第１の信号区間が連続する部分を含むパルス信号を出力する。
　図４は、実施の形態１に係るセンサ２０から歯車１０に異常が有るときに出力されるパルス信号を示す第２の図である。例えば、歯車１０のある歯と隣接する歯との間にゴミなどが付着するような異常が発生すると、図４に示すように、本来第１の信号区間として検知される部分がなくなり、第２の信号区間が連続することになる。このような場合、センサ２０は、図４に示すように、定期的に、第２の信号区間が連続する部分を含むパルス信号を出力する。
　図３および図４は実際に歯車１０に異常が発生したときにセンサ２０から出力されるパルス信号の例を示しているが、センサ２０は、何らかの理由で歯車１０の凹の部分または凸の部分を検知できなかった場合も、単発的に歯車１０の異常を示すパルス信号を出力することになる。このような誤検知を抑制する方法として、センサ２０の感度を高感度にしない方法が考えられるが、この場合、今度はセンサ２０が実際に発生した歯車１０の異常を検知できない可能性がある。そのため、本実施の形態では、歯車異常検知装置３０は、歯車１０の異常を検知する方法として複数の検知方法を用いる。これにより、歯車異常検知装置３０は、歯車１０の異常の検知において、誤検知を抑えつつ、回転している歯車１０の異常を検知する精度を向上させることができる。以下、歯車異常検知装置３０の具体的な動作について説明する。
　図５は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の動作を示すフローチャートである。歯車異常検知装置３０において、取得部３１は、センサ２０からパルス信号を取得する（ステップＳ１）。
　演算部３２は、取得部３１で取得されたセンサ２０からのパルス信号を用いて、隣接する信号区間の時間の長さの比率が規定された閾値以内か否かを判定する（ステップＳ２）。すなわち、演算部３２は、第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率に基づいて、歯車１０の異常の有無を判定する第１の判定を行う。ここで、閾値の比較対象である第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率は、第１の信号区間の第１の時間の長さおよび第２の信号区間の第２の時間の長さのうち、時間の長さの長い方を分子とし、時間の長さの短い方を分母として得られた値とする。すなわち、第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率は１以上になる。
　演算部３２は、パルス信号に含まれる各信号区間の時間の長さを測定する。図６は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の演算部３２で測定された各信号区間の時間の長さを示す図である。図６では、第１の信号区間に対応する第１の時間をｔ１で表し、第２の信号区間に対応する第２の時間をｔ２で表している。センサ２０から出力されるパルス信号は、前述のように、歯車１０が等速で回転している場合、第１の信号区間と第２の信号区間とは等間隔になる。すなわち、第１の信号区間の時間の長さと第２の信号区間の時間の長さとは同じである。一方で、歯車１０が加速または減速している場合、各信号区間の時間の長さは異なってくる。
　図７は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の演算部３２で測定された歯車１０が加速して回転しているときの各信号区間の時間の長さを示す図である。図８は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の演算部３２で測定された歯車１０が減速して回転しているときの各信号区間の時間の長さを示す図である。前述のように、歯車１０の凹の区間と凸の区間とは等間隔であり、歯車１０は鉄道車両４０の車輪の車軸の回転に連動して回転するので、歯車１０の１つの凹の部分および歯車１０の１つの凸の部分で鉄道車両４０が走行する走行距離は同じである。そのため、鉄道車両４０が加速して走行している場合、すなわち歯車１０が加速して回転している場合、センサ２０から出力されるパルス信号は、図７に示すように、各信号区間の時間の長さが短くなっていく。また、鉄道車両４０が減速して走行している場合、すなわち歯車１０が減速して回転している場合、センサ２０から出力されるパルス信号は、図８に示すように、各信号区間の時間の長さが長くなっていく。
　従って、図７および図８に示すような状況では、第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率は１にはならない。一方で、図３および図４に示すように、歯車１０の歯が欠けた、または歯車１０のある歯と隣接する歯との間にゴミなどが付着するような異常が発生した場合、異常が検知されたときの信号区間の時間の長さは等速回転時の信号区間の時間の長さの３倍になる。そのため、演算部３２は、信号区間の時間の長さが短い方を分母にしたときの隣接する信号区間の時間の長さの比率が予め設定された閾値１．５以内の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、歯車１０に異常は無いと判定し、ステップＳ３に進む。演算部３２は、信号区間の時間の長さが短い方を分母にしたときの隣接する信号区間の時間の長さの比率が予め設定された閾値１．５を超える場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、歯車１０に図３または図４に示すような異常が有ると判定する（ステップＳ５）。なお、閾値１．５は一例であって、これに限定されない。鉄道車両４０を運行する鉄道会社の保守担当者などが、鉄道車両４０で想定される加速度、歯車１０の歯数などを考慮して閾値を設定すればよい。
　つぎに、演算部３２は、演算によって得られた加速度の絶対値が、鉄道車両４０に対して規定されている最大加速度の絶対値以内か否かを判定する（ステップＳ３）。演算部３２は、第１の時間の長さから第１の信号区間での鉄道車両４０の第１の速度を演算し、第２の時間の長さから第２の信号区間での鉄道車両４０の第２の速度を演算する。前述のように、歯車１０の１つの凹の部分および歯車１０の１つの凸の部分で鉄道車両４０が走行する走行距離は同じである。そのため、演算部３２は、歯車１０の１つの凹または凸の部分で鉄道車両４０が走行する走行距離をステップＳ２のときに求めた各信号区間の時間の長さで除算することで、各信号区間での鉄道車両４０の速度を演算することができる。演算部３２は、第１の信号区間での第１の速度の変化率である第１の信号区間での鉄道車両４０の第１の加速度を演算し、第２の信号区間での第２の速度の変化率である第２の信号区間での鉄道車両４０の第２の加速度を演算する。そして、演算部３２は、第１の加速度の絶対値および第２の加速度の絶対値と鉄道車両４０に対して規定されている最大加速度の絶対値との比較によって歯車１０の異常の有無を判定する第２の判定を行う。
　図９は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の演算部３２で演算された各信号区間での鉄道車両４０の加速度を示す図である。図９では、第１の信号区間に対応する第１の加速度をａ１で表し、第２の信号区間に対応する第２の加速度をａ２で表している。なお、鉄道車両４０が減速しているときの加速度は負の値になる。演算部３２は、第１の速度を微分することで第１の加速度を求めることができ、第２の速度を微分することで第２の加速度を求めることができるが、これに限定されない。演算部３２は、隣接する２つの信号区間の時間の長さおよび速度を用いて２つの信号区間を対象とした加速度を求め、信号区間の組み合わせを１つずつずらしていくことで信号区間と同数の加速度を求めることができる。
　演算部３２は、演算によって得られた加速度の絶対値が鉄道車両４０に対して規定されている最大加速度の絶対値以内の場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、歯車１０に異常は無いと判定し、ステップＳ４に進む。演算部３２は、演算によって得られた加速度の絶対値が鉄道車両４０に対して規定されている最大加速度の絶対値を超える場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、歯車１０に図３または図４に示すような異常が有ると判定する（ステップＳ５）。なお、鉄道車両４０に対して規定されている最大加速度について、加速度が正のときと加速度が負のときとで絶対値が異なる場合、演算部３２は、演算により求めた第１の加速度または第２の加速度が正のときと負のときとで、比較対象の最大加速度の絶対値の値を変更してもよい。
　つぎに、演算部３２は、演算によって得られた加加速度の絶対値が、鉄道車両４０に対して規定されている最大加加速度の絶対値以内か否かを判定する（ステップＳ４）。演算部３２は、第１の信号区間での第１の加速度の変化率である第１の信号区間での鉄道車４０両の第１の加加速度を演算し、第２の信号区間での第２の加速度の変化率である第２の信号区間での鉄道車両４０の第２の加加速度を演算する。そして、演算部３２は、第１の加加速度の絶対値および第２の加加速度の絶対値と鉄道車両４０に対して規定されている最大加加速度の絶対値との比較によって歯車１０の異常の有無を判定する第３の判定を行う。
　図１０は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の演算部３２で演算された各信号区間での鉄道車両４０の加加速度を示す図である。図１０では、第１の信号区間に対応する第１の加加速度をｙ１で表し、第２の信号区間に対応する第２の加加速度をｙ２で表している。なお、鉄道車両４０の加速度が時間とともに減少しているときの加加速度は負の値になる。演算部３２は、第１の加速度を微分することで第１の加加速度を求めることができ、第２の加速度を微分することで第２の加加速度を求めることができるが、これに限定されない。演算部３２は、隣接する２つの信号区間の時間の長さおよび加速度を用いて２つの信号区間を対象とした加加速度を求め、信号区間の組み合わせを１つずつずらしていくことで信号区間と同数の加加速度を求めることができる。
　演算部３２は、演算によって得られた加加速度の絶対値が鉄道車両４０に対して規定されている最大加加速度の絶対値以内の場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、歯車１０に異常は無いと判定し、ステップＳ１に戻って前述の動作を繰り返し行う。演算部３２は、演算によって得られた加加速度の絶対値が鉄道車両４０に対して規定されている最大加加速度の絶対値を超える場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、歯車１０に図３または図４に示すような異常が有ると判定する（ステップＳ５）。なお、鉄道車両４０に対して規定されている最大加加速度について、加加速度が正のときの最大加加速度と加加速度が負のときとで絶対値が異なる場合、演算部３２は、演算により求めた第１の加加速度または第２の加加速度が正のときと負のときとで、比較対象の最大加加速度の絶対値の値を変更してもよい。
　演算部３２は、ステップＳ５で歯車１０に異常が有ると判定した後、規定された期間内で異常有りと判定した回数が規定された回数に達したか否かを判定する（ステップＳ６）。本実施の形態では、演算部３２は、歯車１０に異常が有るか否かを複数の判定方法で判定している。この場合、１つの判定方法で歯車１０に異常が有るか否かを判定する場合と比較して、歯車１０に異常が有ると判定する可能性が高くなる一方で、誤検知の可能性も高くなる。
　そのため、演算部３２は、規定された期間、すなわち、ある一定の期間で歯車１０に異常が有ると判定した回数が規定された回数、例えば、３回に達していない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻って前述の動作を繰り返し行う。演算部３２は、規定された期間、すなわち、ある一定の期間で歯車１０に異常が有ると判定した回数が規定された回数、例えば、３回に達した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、実際に歯車１０に異常があり、歯車１０の異常を検知したと判断する（ステップＳ７）。この場合、演算部３２は、例えば、鉄道車両４０の運転士などに対して歯車１０の異常を検知したことを通知する。演算部３２は、鉄道車両４０の運転士などに対して歯車１０の異常を検知したことを通知するとともに、鉄道車両４０の緊急ブレーキを掛けるなどの操作を行ってもよい。
　なお、ステップＳ６の規定された回数について、３回に限定されず、２回にしてもよいし、４回以上にしてもよい。また、演算部３２は、ステップＳ６の歯車１０に異常が有ると判定した回数について、ステップＳ２、ステップＳ３、およびステップＳ４の判定方法ごとにカウントしてもよいし、ステップＳ２、ステップＳ３、およびステップＳ４の判定方法に関係なくカウントしてもよい。このように、演算部３２は、規定された期間内でいずれかの判定方法で歯車１０に異常が有ると判定した回数が規定された回数に達した場合、歯車１０の異常を検知したと判断する。
　本実施の形態では、歯車異常検知装置３０は、ステップＳ２、ステップＳ３、およびステップＳ４に示す３つの判定方法を用いて歯車１０に異常が有るか否かを判定しているが、実際に歯車１０に異常が有る場合、多くのケースでステップＳ２による第１の判定方法で歯車１０の異常を検知できることを想定している。
　演算部３２がステップＳ２による第１の判定方法で歯車１０に異常が有ると判定できず、ステップＳ３による第２の判定方法で歯車１０に異常が有ると判定できるケースとは、例えば、鉄道車両４０が低速で走行しているケースである。ステップＳ３による第２の判定方法は、鉄道車両４０が低速で走行しているときに急激に基準値を超えて速度が変化した、すなわち加速度が変化したときに歯車１０の異常を検知するものである。演算部３２は、ステップＳ３による第２の判定方法を行うことで、例えば、鉄道車両４０が４．０ｋｍ／ｈで走行していたときに、パルス信号の次の信号区間において８．０ｋｍ／ｈに速度が変化したような状況を検知することができる。
　また、演算部３２がステップＳ２による第１の判定方法およびステップＳ３による第２の判定方法で歯車１０に異常が有ると判定できず、ステップＳ４による第３の判定方法で歯車１０に異常が有ると判定できるケースとは、例えば、ステップＳ３で想定している速度よりも鉄道車両４０がさらに低速で走行しているケースである。ステップＳ４による第３の判定方法は、ステップＳ３で想定している速度よりも鉄道車両４０がさらに低速で走行しているときに加速度が大きく変化したときに歯車１０の異常を検知するものである。演算部３２は、ステップＳ４による第３の判定方法を行うことで、例えば、鉄道車両４０が２．０ｋｍ／ｈで走行していたときに、パルス信号の次の信号区間で加速度が２．０ｋｍ／ｈの割合で速度変化し、さらにパルス信号の次の信号区間で加速度が－２．０ｋｍ／ｈの割合で速度変化したような加速度が大きく変化する状況を検知することができる。
　つづいて、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０のハードウェア構成について説明する。歯車異常検知装置３０において、取得部３１は、センサ２０からパルス信号を取得可能なインタフェースである。演算部３２は処理回路により実現される。処理回路は、プログラムを格納するメモリ、およびメモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。
　図１１は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の処理回路をプロセッサ９１およびメモリ９２で実現する場合の処理回路９０の構成の一例を示す図である。図１１に示す処理回路９０は制御回路であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、歯車異常検知装置３０の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能を歯車異常検知装置３０に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。
　上記プログラムは、取得部３１が、歯車１０の凹凸を検知するセンサ２０から、歯車１０の凹を示す第１の信号区間および歯車１０の凸を示す第２の信号区間が交互に連続するパルス信号を取得する第１のステップと、演算部３２が、パルス信号を用いて、第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率に基づいて歯車１０の異常の有無を判定し、さらに第１の信号区間および第２の信号区間における、歯車１０の回転に応じて動作する物体の加速度および加加速度のうち少なくとも１つを用いて、歯車１０の異常の有無を判定する第２のステップと、を歯車異常検知装置３０に実行させるプログラムであるとも言える。
　ここで、プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などである。また、メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ROM）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　EPROM）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。
　図１２は、実施の形態１に係る歯車異常検知装置３０の処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路９３の構成の一例を示す図である。図１２に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路９３については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路９３は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、歯車異常検知装置３０は、歯車１０の凹凸を検知するセンサ２０から取得したパルス信号を用いて、第１の信号区間の第１の時間の長さと第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率に基づいて、歯車１０の異常の有無を判定する第１の判定を行う。さらに、歯車異常検知装置３０は、第１の加速度の絶対値および第２の加速度の絶対値と鉄道車両４０に対して規定されている最大加速度の絶対値との比較によって歯車１０の異常の有無を判定する第２の判定を行い、第１の加加速度の絶対値および第２の加加速度の絶対値と鉄道車両４０に対して規定されている最大加加速度の絶対値との比較によって歯車１０の異常の有無を判定する第３の判定を行う。
　これにより、歯車異常検知装置３０は、回転している歯車１０の異常を検知する精度を向上させることができる。また、歯車異常検知装置３０は、特許文献１に記載されているような専用の歯車ではなく、一般的な構成の歯車１０を対象にして、歯車１０の異常を検知することができる。また、歯車異常検知装置３０は、センサ２０以外のセンサ、歯車１０の異常を検知する他の装置などを用いることなく、歯車１０の異常を検知することができる。
　なお、本実施の形態では、歯車異常検知装置３０が異常を検知する対象の歯車１０が鉄道車両４０に搭載されている場合について説明したが、これに限定されない。歯車異常検知装置３０が異常を検知する対象の歯車１０は、鉄道車両４０以外の移動体に搭載されたものであってもよい。また、歯車異常検知装置３０において歯車１０の１つの凹の部分および歯車１０の１つの凸の部分に対して歯車１０の回転に応じて動作する物体の動作量が既知であれば、歯車１０の回転に応じて動作する物体は、鉄道車両４０のような移動体でなくてもよい。歯車異常検知装置３０は、例えば、可動部を有する工作機械などに搭載される歯車１０についても、異常検知対象とすることができる。
　また、本実施の形態では、歯車異常検知装置３０が鉄道車両４０に搭載される場合について説明したが、これに限定されない。歯車異常検知装置３０は、取得部３１がセンサ２０から出力されるパルス信号を無線通信によって取得することができれば、鉄道車両４０の外部に設置されていてもよい。
実施の形態２．
　実施の形態１では、歯車異常検知装置３０は、歯車１０の異常を検知するため、第１の判定、第２の判定、および第３の判定による３つの判定方法を行っていた。実施の形態２では、歯車異常検知装置３０が、歯車１０の異常を検知する判定方法の動作を簡略化する場合について説明する。
　実施の形態２において、歯車異常検知装置３０の構成は、図１に示す実施の形態１の歯車異常検知装置３０の構成と同様である。歯車異常検知装置３０は、図５に示すフローチャートの動作を行うことによって歯車１０の異常を検知しているが、例えば、数年の間、ステップＳ３による第２の判定方法、またはステップＳ４による第３の判定方法によって一度も歯車１０の異常を検知できていないことも考えられる。実施の形態の１において、演算部３２がステップＳ２の第１の判定方法で歯車１０に異常が有ると判定できず、ステップＳ３による第２の判定方法で歯車１０に異常が有ると判定できるケース、および、演算部３２がステップＳ２の第１の判定方法およびステップＳ３による第２の判定方法で歯車１０に異常が有ると判定できず、ステップＳ４による第３の判定方法で歯車１０に異常が有ると判定できるケースについて説明した。しかしながら、各ケースが、実際の鉄道車両４０の走行条件に合致しない、または実際の鉄道車両４０の走行条件に合致する期間が極めて短時間であるということも考えられる。このような場合、歯車異常検知装置３０は、処理負荷などを考慮して、歯車１０の異常を検知できる頻度が低い、ステップＳ３による第２の判定方法、またはステップＳ４による第３の判定方法を省略してもよい。
　図１３は、実施の形態２に係る歯車異常検知装置３０の動作を示す第１のフローチャートである。図１４は、実施の形態２に係る歯車異常検知装置３０の動作を示す第２のフローチャートである。図１３に示すフローチャートは、図５に示す実施の形態１のときのフローチャートからステップＳ４による第３の判定方法を削除したものである。図１４に示すフローチャートは、図５に示す実施の形態１のときのフローチャートからステップＳ３による第２の判定方法を削除したものである。各ステップの動作は実施の形態１のときの動作と同様のため、詳細な説明については省略する。ただし、図１４に示すフローチャートでは、ステップＳ３が省略されているため、歯車異常検知装置３０の演算部３２は、ステップＳ４において、各信号区間での速度の演算、および各信号区間での加速度の演算を行う必要がある。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、歯車異常検知装置３０は、実際の歯車１０の異常の検知状況に応じて、ステップＳ４による第３の判定方法、またはステップＳ３による第２の判定方法を省略する。これにより、歯車異常検知装置３０は、実際の歯車１０の異常の検知状況に応じて、歯車１０の異常を検知する際の処理負荷を軽減することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１０　歯車、２０　センサ、３０　歯車異常検知装置、３１　取得部、３２　演算部、４０　鉄道車両。

Claims (10)

  1. 　歯車の凹凸を検知するセンサから、前記歯車の凹を示す第１の信号区間および前記歯車の凸を示す第２の信号区間が交互に連続するパルス信号を取得する取得部と、
    　前記パルス信号を用いて、前記第１の信号区間の第１の時間の長さと前記第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率に基づいて前記歯車の異常の有無を判定し、さらに前記第１の信号区間および前記第２の信号区間における、前記歯車の回転に応じて動作する物体の加速度および加加速度のうち少なくとも１つを用いて、前記歯車の異常の有無を判定する演算部と、
    　を備えることを特徴とする歯車異常検知装置。
  2. 　前記演算部は、前記第１の時間の長さと前記第２の時間の長さとの比率に基づいて、前記歯車の異常の有無を判定する第１の判定を行い、
    　さらに、前記第１の時間の長さから前記第１の信号区間での前記物体の第１の速度を演算し、前記第２の時間の長さから前記第２の信号区間での前記物体の第２の速度を演算し、前記第１の速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加速度および前記第２の速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加速度を演算し、前記第１の加速度の絶対値および前記第２の加速度の絶対値と前記物体に対して規定されている最大加速度の絶対値との比較によって前記歯車の異常の有無を判定する第２の判定を行う、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の歯車異常検知装置。
  3. 　前記演算部は、前記第１の時間の長さと前記第２の時間の長さとの比率に基づいて、前記歯車の異常の有無を判定する第１の判定を行い、
    　さらに、前記第１の時間の長さから前記第１の信号区間での前記物体の第１の速度を演算し、前記第２の時間の長さから前記第２の信号区間での前記物体の第２の速度を演算し、前記第１の速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加速度および前記第２の速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加速度を演算し、前記第１の加速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加加速度および前記第２の加速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加加速度を演算し、前記第１の加加速度の絶対値および前記第２の加加速度の絶対値と前記物体に対して規定されている最大加加速度の絶対値との比較によって前記歯車の異常の有無を判定する第２の判定を行う、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の歯車異常検知装置。
  4. 　前記演算部は、前記第１の時間の長さと前記第２の時間の長さとの比率に基づいて、前記歯車の異常の有無を判定する第１の判定を行い、
    　さらに、前記第１の時間の長さから前記第１の信号区間での前記物体の第１の速度を演算し、前記第２の時間の長さから前記第２の信号区間での前記物体の第２の速度を演算し、前記第１の速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加速度および前記第２の速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加速度を演算し、前記第１の加速度の絶対値および前記第２の加速度の絶対値と前記物体に対して規定されている最大加速度の絶対値との比較によって前記歯車の異常の有無を判定する第２の判定を行い、
    　さらに、前記第１の加速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加加速度および前記第２の加速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加加速度を演算し、前記第１の加加速度の絶対値および前記第２の加加速度の絶対値と前記物体に対して規定されている最大加加速度の絶対値との比較によって前記歯車の異常の有無を判定する第３の判定を行う、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の歯車異常検知装置。
  5. 　前記演算部は、規定された期間内でいずれかの判定方法で前記歯車に異常が有ると判定した回数が規定された回数に達した場合、前記歯車の異常を検知したと判断する、
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の歯車異常検知装置。
  6. 　歯車異常検知装置による歯車異常検知方法であって、
    　取得部が、歯車の凹凸を検知するセンサから、前記歯車の凹を示す第１の信号区間および前記歯車の凸を示す第２の信号区間が交互に連続するパルス信号を取得する第１のステップと、
    　演算部が、前記パルス信号を用いて、前記第１の信号区間の第１の時間の長さと前記第２の信号区間の第２の時間の長さとの比率に基づいて前記歯車の異常の有無を判定し、さらに前記第１の信号区間および前記第２の信号区間における、前記歯車の回転に応じて動作する物体の加速度および加加速度のうち少なくとも１つを用いて、前記歯車の異常の有無を判定する第２のステップと、
    　を含むことを特徴とする歯車異常検知方法。
  7. 　前記第２のステップにおいて、前記演算部は、前記第１の時間の長さと前記第２の時間の長さとの比率に基づいて、前記歯車の異常の有無を判定する第１の判定を行い、
    　さらに、前記第１の時間の長さから前記第１の信号区間での前記物体の第１の速度を演算し、前記第２の時間の長さから前記第２の信号区間での前記物体の第２の速度を演算し、前記第１の速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加速度および前記第２の速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加速度を演算し、前記第１の加速度の絶対値および前記第２の加速度の絶対値と前記物体に対して規定されている最大加速度の絶対値との比較によって前記歯車の異常の有無を判定する第２の判定を行う、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の歯車異常検知方法。
  8. 　前記第２のステップにおいて、前記演算部は、前記第１の時間の長さと前記第２の時間の長さとの比率に基づいて、前記歯車の異常の有無を判定する第１の判定を行い、
    　さらに、前記第１の時間の長さから前記第１の信号区間での前記物体の第１の速度を演算し、前記第２の時間の長さから前記第２の信号区間での前記物体の第２の速度を演算し、前記第１の速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加速度および前記第２の速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加速度を演算し、前記第１の加速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加加速度および前記第２の加速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加加速度を演算し、前記第１の加加速度の絶対値および前記第２の加加速度の絶対値と前記物体に対して規定されている最大加加速度の絶対値との比較によって前記歯車の異常の有無を判定する第２の判定を行う、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の歯車異常検知方法。
  9. 　前記第２のステップにおいて、前記演算部は、前記第１の時間の長さと前記第２の時間の長さとの比率に基づいて、前記歯車の異常の有無を判定する第１の判定を行い、
    　さらに、前記第１の時間の長さから前記第１の信号区間での前記物体の第１の速度を演算し、前記第２の時間の長さから前記第２の信号区間での前記物体の第２の速度を演算し、前記第１の速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加速度および前記第２の速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加速度を演算し、前記第１の加速度の絶対値および前記第２の加速度の絶対値と前記物体に対して規定されている最大加速度の絶対値との比較によって前記歯車の異常の有無を判定する第２の判定を行い、
    　さらに、前記第１の加速度の変化率である前記第１の信号区間での前記物体の第１の加加速度および前記第２の加速度の変化率である前記第２の信号区間での前記物体の第２の加加速度を演算し、前記第１の加加速度の絶対値および前記第２の加加速度の絶対値と前記物体に対して規定されている最大加加速度の絶対値との比較によって前記歯車の異常の有無を判定する第３の判定を行う、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の歯車異常検知方法。
  10. 　前記第２のステップにおいて、前記演算部は、規定された期間内でいずれかの判定方法で前記歯車に異常が有ると判定した回数が規定された回数に達した場合、前記歯車の異常を検知したと判断する、
    　ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１つに記載の歯車異常検知方法。
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